hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
グラフの連結度増大問題に関する研究

グラフの古典的な連結度である辺連結度または点連結度を増大させる問題を中心に,グラフの連結度に関する問題の研究,高速アルゴリズムの開発・実装を行った.まず,任意のh-点連結グラフを,l-辺連結かつk-点連結に同時に増大させる問題に対し,最適値との絶対誤差が0(l(k-h))以内である近似解を多項式時間で求めるアルゴリズムをはじめて構築した.これまで,点連結度のみを増大させる問題でも,最適値との絶対誤差が0(k(k-h))以内の近似解を求めるアルゴリズムが知られている程度だが,本結果は,本質的に異なる概念である辺連結度と点連結度を同時に考慮しても,同等の近似比を得ることに成功したことを示す結果である.また,最近注目されてきている,2点の間ではなく,点と点集合(領域)の間の連結度を表わす概念であるNA連結度に関する問題に対して,次の結果を得た.グラフと領域集合が与えられたとき,全ての点と領域間のNA辺連結度を目標値k以上にする問題に対し,k≧3のとき,多項式時間で解けることをはじめて示した.これまで,この問題に関して,k=1のときNP-困難,k=2のときは多項式時間で解けることが知られていたが,k≧3の場合は,多項式時間で解けるかどうか未解決であった.また,連結度増大問題とは別に,NA連結度に関する問題の1つである供給点配置問題に関して,次の結果を得た.ここで,供給点配置問題とは,各点が要求されたNA連結度を満たすように,領域を配置する問題である.各点が3以下に限定された局所点連結度要求を持つ問題に対し,線形時間アルゴリズムの存在を示した.さらに,4以上の局所点連結度要求を持つ場合は,NP-困難であることも示した.グラフの古典的な連結度である辺連結度または点連結度を増大させる問題を中心に,グラフの連結度に関する問題の研究,高速グラフアルゴリズムの開発を行った.まず,辺連結度と点連結度を同時に増大させる問題に対し,次の結果を得た.辺連結度と点連結度は本質的に異なる概念であることから,これまで辺連結度増大問題と点連結度増大問題は別々に扱われて研究されてきたが,新たに両連結度を統合させた解析を行うことで,辺連結度をl(lは2以上の整数)に,点連結度を2に同時に増大させる問題について,はじめて多項式時間アルゴリズムを構築した.このとき,辺連結度の要求に関しては,全ての2点のペアについて一定ではなく,異なる値が与えられる場合についても,問題が多項式時間で解けることを示した.また,2点のペア毎に要求量が異なる局所点連結度増大問題に対し,次の結果を得た.この問題は,これまで一般にNP完全であることが知られているが,要求量が節点数に依存しない場合についてはNP完全かどうか知られていなかった.要求量が0か定数kで,入力グラフが(k-1)-点連結の場合にも,問題がNP-完全であることを証明した.また,k=2の場合に関して,1.5倍近似アルゴリズムを構築した.この近似比は,これまでの最良の近似比2を改善したものとなっている.連結度増大問題とは別に,点連結度要求を持つ供給点配置問題に対して,はじめて多項式時間で解けることを示した.供給点配置問題とは,供給点集合とそれ以外の点との間の連結度が要求量以上になるように(点に付された)コスト和最小の供給点を配置する問題であり,近年様々な連結度要求を持つ問題について研究されている問題である.グラフの古典的な連結度である辺連結度または点連結度を増大させる問題を中心に,グラフの連結度に関する問題の研究,高速アルゴリズムの開発・実装を行った.まず,任意のh-点連結グラフを,l-辺連結かつk-点連結に同時に増大させる問題に対し,最適値との絶対誤差が0(l(k-h))以内である近似解を多項式時間で求めるアルゴリズムをはじめて構築した.これまで,点連結度のみを増大させる問題でも,最適値との絶対誤差が0(k(k-h))以内の近似解を求めるアルゴリズムが知られている程度だが,本結果は,本質的に異なる概念である辺連結度と点連結度を同時に考慮しても,同等の近似比を得ることに成功したことを示す結果である.また,最近注目されてきている,2点の間ではなく,点と点集合(領域)の間の連結度を表わす概念であるNA連結度に関する問題に対して,次の結果を得た.グラフと領域集合が与えられたとき,全ての点と領域間のNA辺連結度を目標値k以上にする問題に対し,k≧3のとき,多項式時間で解けることをはじめて示した.これまで,この問題に関して,k=1のときNP-困難,k=2のときは多項式時間で解けることが知られていたが,k≧3の場合は,多項式時間で解けるかどうか未解決であった.また,連結度増大問題とは別に,NA連結度に関する問題の1つである供給点配置問題に関して,次の結果を得た.ここで,供給点配置問題とは,各点が要求されたNA連結度を満たすように,領域を配置する問題である.各点が3以下に限定された局所点連結度要求を持つ問題に対し,線形時間アルゴリズムの存在を示した.さらに,4以上の局所点連結度要求を持つ場合は,NP-困難であることも示した.
消光性リン酸基結合タグ分子を用いたリン酸化シグナルの定量解析法

オリジナルなリン酸化解析法(フォスタグ技術)を次世代の世界標準のリン酸化プロテオーム解析技術にすることを目的として,蛍光エネルギー移動や消光性分子間相互作用を利用した可逆的リン酸化シグナルの解析システムを開発した。μmol濃度の試料の分析試料容量はμLからmLレベルであり,現行の汎用蛍光機器を通常の実験環境でリン酸化状態のリアルタイム測定が可能である。本研究で開発したリン酸化化合物解析法は,今後のリン酸化プロテオーム研究を劇的に促進するものであると確信している。本研究の目的は,ナノモル濃度のリン酸化分子を選択的に捕捉するオリジナルな消光性リン酸基結合タグ分子(消光性フォスタグ)を用いたリン酸化シグナルの定量解析法の開発である。その研究手法は,従来のリン酸化分子の分析法(放射性リン同位体法,抗リン酸化抗体法,リン酸基親和性単核金属錯体法)と比較して,より網羅的なリン酸化シグナルの高精度な定量解析を可能にし,簡便な操作性や安全性などの利点をもち,癌やアルツハイマーなどの治療薬や診断法の開発に役立つ新しい分析技術である。平成26年度は,ダブシル基を水溶性の高いスペーサー(ジアミノトリエチレングリコールなど)とアミド結合でつないだ新規消光性フォスタグを複数合成し,それらとリン酸化蛍光基質との溶液内相互作用(溶液内化学種の安定性,消光率,添加物の作用,酵素反応検出条件,リアルタイム定量解析を目的とした時間分解反応測定条件検討など)を詳細に調べるとともに,新規リン酸化シグナルの定量解析法としての利用を検討した。その結果,実用化可能なアルカリフォスファターゼの活性測定と酵素阻害剤の簡便なプロファイリン法を開発した。それらの成果を,英文の原著論文として発表することができた。平成27年度も当初研究計画にしたがって実用的なリン酸化シグナルの定量解析法の開発を継続する予定である。本研究は,ナノモル濃度のリン酸化分子を選択的に捕捉するオリジナルな消光性リン酸基結合タグ分子(消光性フォスタグ)を用いたリン酸化シグナルの定量解析法の開発を目的とする。本年度は,平成26年と同様の研究方法でスペーサーなどを改良した消光性フォスタグの合成を継続した。さらに,創薬や病態診断分野で注目されているキナーゼやフォスファターゼ基質の蛍光標識体を用いた様々なリン酸化シグナル解析のプレリミナリーな検討を行った。その結果,キナーゼ阻害剤のシーズ探索が可能なプロトコルが得られた。また,マイクロビーズにフォスタグを結合させた固相に蛍光性リン酸化整体分子(リボフラビンリン酸など)を固定化したものと,消光性フォスタグを組み合わせた分析システムを構築することができた。今後,疎水性面メンブレン,マレイミド結合型プレート,アビジン-ビオチン系固定化ビーズなどを用いて,複数の蛍光性基質ペプチドや蛍光性蛋白質を固定化した分析試料のリン酸化量の蛍光定量分析についても検討する予定である。当初の研究計画にしたがって,問題なく順調に研究成果が得られており,学内外でその研究成果を発表している。さらに新規の亜鉛錯体結合型担体の開発に成功した。現在,複雑な生体試料中のリン酸化蛋白質の選択的な検出には,抗リン酸化抗体が汎用されているが,それらはリン酸化分子を網羅的に捕捉することはできない。また,リン酸化ペプチドなどの低分子を捕捉・濃縮するリン酸親和性担体はいくつか市販されているが,いずれも選択性は低く,また担体からの分離には酸性やアルカリ性の条件と有機溶媒が必要である。一方,本研究で開発する消光性フォスタグ誘導体は,生理pHの水溶液中でリン酸化分子を分解することなく,可逆的かつ網羅的に捕捉する機能を持っている。平成28年度は,平成26, 27年と同様の研究方法でスペーサーなどを改良した新規消光性フォスタグの合成を継続した。さらに,創薬や病態診断分野で注目されている人腎臓や小腸などに分布するフォスファターゼ基質の蛍光標識体を用いた様々なリン酸化シグナル解析の検討を行った。リン酸化量の経時変化を新規フォスタグ分子の消光率の増加を指標として解析した。この方法により,キナーゼ阻害剤のシーズ探索が可能になると考えている。また,マイクロプレートレベルの試料溶液量に適した蛍光性リン酸化ペプチド基質含有分析試料を調製することにより,ハイスループットかつ大規模な阻害剤のスクリーニングや臨床検査システムの構築した。さらに,疎水性面メンブレンやマレイミド結合型プレートなどへの消光性質フォスタグの固定化条件を検討した。今後それらを用いたリン酸化タンパク質の選択的ゲル染色法や定量分析システムを開発していく予定である。また,本研究の成果から,新たな消光システム(TAMRA/TAMRA quenching system)を見出し,それらがより簡便かつ実用的なリン酸化状態の検出法として利用できることが明らかとなった。今後次の研究テーマとしてそれらの実用化研究を継続する予定である。

μmol濃度の試料の分析試料容量はμLからmLレベルであり,現行の汎用蛍光機器を通常の実験環境でリン酸化状態のリアルタイム測定が可能である。本研究で開発したリン酸化化合物解析法は,今後のリン酸化プロテオーム研究を劇的に促進するものであると確信している。当初の研究計画にしたがって順調に研究成果が得られた。新規の消光性フォスタグ誘導体を2種類合成し,それらを使ったリン酸化シグナルの定量解析法のプロトコルを作成できている。英文の学術雑誌(原著論文)にそれらの成果を公開した。最終年度は,簡便かつ迅速な整体分子のリン酸化解析を可能にする蛍光分析プロトコルをできるだけ多く作成し,論文や学会発表により公開していきたいと思います。新規亜鉛錯体結合型担体を用いた蛍光分析システムの開発も検討していく予定である。医薬分子機能科学当初の研究計画にしたがって,アガロースビーズに固定化した消光性フォスタグ誘導体の開発や消光性官能基を有するフォスファターゼ基質やキナーゼ基質を合成する。それらを用いて,簡便かつ定量性の高いリン酸化シグナル解析法の開発を進める。残額より高額の研究用消耗品を平成27年度の予算と合わせて購入予定のため。研究用消耗品の購入に充当する。
哺乳類が持つUV光受容体OPN5の機能解析と新たな光応答システムの探索

私は、哺乳類が持つUV光受容体OPN5に注目し、OPN5の分子レベル・個体レベルの機能を解明することにより哺乳類におけるUV光受容メカニズムに迫る、ということを本研究課題の目的とした。本年度においては、特に分子レベルの機能解析として、OPN5発現細胞を蛍光標識した遺伝子組換えマウスを用いたカルシウムイメージングを行うことを計画していた。培養細胞を用いたイメージング系の至適化は予定通りに進めることが出来たが、組換え遺伝子を持つ個体をなかなか得ることができず、生体に発現するOPN5のUV光に対する応答を検出する段階までは進むことができなかった。遺伝子組換えマウスの作製が遅れた代わりに、次年度に実施を計画していた個体レベルでの解析を先行させた。OPN5発現部位におけるUV光生理応答の先行研究を参考に、OPN5が寄与する生理現象を探索した。OPN5が比較的に強く発現している眼に対してUV光を照射し、様々な生理応答について検出を試みた。その結果、当初は予想していなかったUV光応答を検出するに成功した。またこの応答がOpn5遺伝子欠失マウスにおいては消失することから、OPN5がこのUV光応答において重要な役割を果たしていることが示された。これらことは、OPN5が担う生理的役割を解明するため、ひいては哺乳類におけるUV光受容の生理的意義に迫るための足がかりとなる重要な成果である、と考えられる。現在、この成果を論文として発表する準備を進めている。当初の計画においては、本年度中にOPN5発現細胞を蛍光標識する遺伝子組換えマウスを作製し、イメージングを行う予定であったが、目的の遺伝子組換え個体をなかなか得ることができず、組換えマウスを用いたイメージングを進めることができなかった。代わりに、次年度に計画していたOPN5の生理機能解析を進め、OPN5が関与する重要な生理現象を見出した。そのため、全体としては「おおむね順調に進展している」と評価した。(抄録なし)私は、哺乳類が持つUV光受容体OPN5に注目し、OPN5の分子レベル・個体レベルの機能を解明することにより哺乳類におけるUV光受容メカニズムに迫る、ということを本研究課題の目的とした。(抄録なし)
超広視野観測による初期宇宙から現在にわたる宇宙の構造形成と銀河進化の関連性の解明

銀河は周囲の環境から強い影響を受けながら進化していることが知られており、銀河進化の理解には宇宙の構造形成の観点からの研究も不可欠である。また、遠方宇宙に遡ることで、銀河進化・宇宙の構造形成の現場を直接的に調べることも重要である。この目的を達成するためにHSCサーベイというすばる望遠鏡の戦略観測を用いた原始銀河団探査を行った。HSCサーベイに構築される非常に大きな原始銀河団サンプルに対して、サブミリ波による追観測を行った。サブミリ波で観測することによって、爆発的に星形成をしている銀河(SMG)を同定することができる。そのような銀河は近傍宇宙で見られるBrightest Cluster Galaxy (BCG)に進化すると期待され、銀河進化に対する環境効果が最も顕著に現れている銀河種族と期待されている。まずはSMGが原始銀河団領域にどれほど存在するを調べた。その結果、平均的には個数密度に一般領域と有意な違いは見つからなかったが、SMGの多い領域や少ない領域が存在し個数密度に大きな分散があることがわかった。また原始銀河団領域で、一般的な星形成銀河とSMGの空間分布を比較すると異なる分布を示す場合も確認できた。巨大銀河を形成する過程で様々な物理現象が関わっていることが原因と予想できる。さらにALMA望遠鏡による高分解能観測を行うことで、その物理過程の詳細を明らかにするため観測を行い、データの解析および結果の解釈を進めている。ALMA望遠鏡のデータも取得することができ順調に研究を進めることができている。高密度環境で起きている物理過程を明らかにするために、多波長による様々な追観測を提案していく。
授乳中母子の食生活パターンが母の育児ストレスと子の食行動発達に及ぼす影響

授乳期の母子の行動調査と母親の育児ストレスに関するアンケート調査を実施した。行動調査では、母親による行動記録表への記載とアクチグラフの装着による記録を連続48時間並行して行った。特に夜間についてはアクチグラフの睡眠指標解析(Sleep Score Information)ソフトを用い解析した。その結果、34か月齢(42組)では、母親の睡眠効率は80±6%と低く、中途覚醒時間の約半分を授乳にあてていた。また、夜間覚醒時に子が先行して起きる割合が高いほうが母親の睡眠効率が高かった。夜間授乳をするなら、子どものリズムに合わせて,授乳のみを行ったほうが育児ストレスが少なくなるものと思われる。母乳育児を行う上で、夜間授乳による睡眠の分断や覚醒の増加は、疲労感や育児ストレスを感じさせる要因となると推測される。本研究では、母乳哺育中の母児の夜間活動を中心とした行動調査とストレス調査を実施し、夜間授乳による育児ストレスの現状を明らかにすることを目的とした。母乳育児支援助産院に通っている生後34か月の児を持つ母乳哺育中の母親と児(24組)を対象とした。対象者には、アクチグラフと行動調査票を自宅へ送付し、指定の2日間母と児の行動調査を実施した。同時にPSI育児ストレスインデックスによるストレス調査も実施した。行動記録による母親の睡眠時間は、403.1分±68.5分で、産前より約1時間半短くなっていた。夜間覚醒時間の平均は、54.1±36.7分、そのうち夜間授乳のために使用したのは42.8±27.5分であった。一方、アクチウォッチによって、母親と児の夜間覚醒パターンを見たところ、常に母親が先に覚醒したのは2名、逆に児が常に先の場合は7名であった。先に起きる回数が多い方をそれぞれの先行型とした場合、母先行が7名、児先行13名、半々が3名となった。PSI育児ストレスインデックスの結果では、母親の睡眠時間とストレス総点、母側因子総点、児側因子総点には関連性が認められなかったが、夜間授乳回数と夜間授乳時間割合については母側因子(回数はP5(抑うつ・罪悪感)、割合はP5とP7(子どもに愛着を感じにくい))について負の相関がみられた。夜間授乳によって、母親の睡眠は減少していたが、夜間授乳に積極的に児に関わることで、抑うつや罪悪感が低下し、子どもへの愛情が増す結果になった。また、夜間覚醒先行型別では、母先行と児先行の間においてストレス因子に差は認められなかった。夜間授乳は母親の睡眠効率の低下や育児ストレスの増加の要因となると考えられ、夜間授乳の是非については様々な意見がある。しかしながら、これまでに我々が行った調査では、1日哺乳量のおおよそ2割を夜間での授乳により補っていた。そこで、母親の生活パターンを考慮したよりストレスの少ない夜間授乳方法の提案を目指し、研究を行った。母乳育児支援助産院に通う生後34か月齢の児をもつ母乳哺育中の母親と児を対象とした単回調査(42組)と1か月おきに行う継続調査(14組)を実施した。対象者には、アクチグラフと行動調査票、食物摂取頻度調査票、育児ストレスの指標としてPSI育児ストレスインデックスを自宅へ送付し、指定の2日間母と児の行動調査を実施した。34か月齢の児を持つ母親の76%が児より後に就寝していた。その群内で児の就寝から母の就寝までの間の授乳の有無を検討したところ、睡眠時間や夜間授乳回数・授乳時間には有意差がないが、睡眠効率は授乳有群が高かった。また、夜間授乳の際に母児のどちらが先に起きるかについて、母先行割合と全睡眠時間と睡眠効率で負の相関が認められた。夜間授乳による児との関わりの増加によって母側因子のストレス項目の低下が認められた。以上のことから夜間に授乳する場合は、母親が授乳以外の夜間行動を減らすこととあわせて、子を先に寝かす場合にも母の就寝前に授乳をすること、児のリズムに合わせて夜間授乳することで、母親の睡眠に与える影響は小さくなることが示唆された。一方、経時調査では、月齢の経過に伴う母児の活動量の増加と母親の育児ストレスの増加が観察され、睡眠効率の推移は単回調査の結果と同様に夜間活動の影響を受けている可能性が示唆されたが、睡眠指標はばらつきが大きく、調査の継続と拡大が必要であると考える。授乳期の母親にとって夜間授乳の実施は、睡眠不足やストレスなどで大きな負担となっていると考えられる。本研究では、母親と児の夜間授乳を含む生活リズムが、どのような状態にあれば母乳育児の負担感を軽減することができるかを明らかにすることを目的とした。本年度は、母親夜間は授乳に関してどのような情報を得ているかを調査し、次年度に実施する母児の行動調査に使用するアクチグラフの予備実験を実施した。

1、夜間授乳に関する情報源についてインターネット検索サイトで母乳育児に関してされた質問の中で、薬・予防接種について、授乳服についてに続き、夜間授乳に関する質問が3番目に多くなされていた。その原因として、現在発行されている育児書籍中(68冊)において、夜間授乳に関する記述は4割が明確な記載なく、2割は「乳児に任せる」と記載されていた。また、専門家向けの書籍にも夜間授乳について21.4%が必要、7.1%が不要としており、記載なしが67.9%あり、母乳栄養指導を行う指導者側によって指導が異なることが推測された。2、アクチグラフについて成人女性によるアクチグラフによる行動計測では、行動記録調査票による消費エネルギー量より2割程度低く見積もられたが、両者の行動スケールはよく対応しており、就寝時間帯の行動調査はアクチグラフがより詳細な解析が可能であった。特に、児の睡眠・覚醒の調査には母親による調査票の記載よりもアクチグラフが有効だと考えられる。また、行動記録調査票は行動分類を8項目に大別しても詳細記録と同じ消費エネルギー量となったことから、簡易記録票にすることで被験者である母親の調査負担を軽くすることが可能となった。昨年度までに、予備調査として、行動調査票の簡略化を行っており、当該年度は、母乳育児支援助産院に通っている生後34か月の児を持つ母乳哺育中の母親と児24組を対象調査を実施した。対象者には、アクチグラフと行動調査票を自宅へ送付し、指定の連続2日間母と児の行動調査を実施、同時にPSI育児ストレスインデックスによるストレス調査も実施した。対象月齢は3,4か月齢としており、月齢は限定されるが、夜間授乳の詳細な状況を明らかにすることができており、同時に授乳パターンの違いと母親の育児ストレス状況についての関連性も明らかにしつつある。さらに3,4か月齢のデータを増やすとともに、他の月齢についての被験者の募集もすでに開始しているところであり、広範囲のデータ獲得のめどが既にたっている状況である。また、同時に基礎的データとして、授乳婦と乳児のそれぞれの活動による消費エネルギーや食事調査による摂取エネルギーおよび栄養素量も得ている。これらのデータは、授乳期の母親や乳児のさまざまな基準値の策定等にも活用することが可能であると考える。以上の進行状況から、おおむね順調に進展していると考える。母親夜間は授乳に関してどのような情報を得ているかを調査し、次年度に実施する母児の行動調査に使用するアクチグラフの予備実験を実施し、ほぼ事前の計画通りに研究が遂行されていると考えられる。母親は授乳とりわけ夜間授乳に関する情報を得ていないことが不安になっていると考えられ、エビデンスに基づいた夜間授乳に関する情報を至急提供することが望ましいと考えられた。各アンケートなどを作成し、滋賀県立大学研究に関する倫理審査委員会の承認を受けた。すでに共同研究先である助産院との研究実施方法についても打ち合わせが完了しており、被験者の募集を開始できる状況になった。調査の詳細を打ち合わせでは、協力いただく被験者への負担感が減少できるアンケートの作成や児のアクチグラフでの測定について測定器装着部位等のご提案をいただいている。予備調査より共同研究をお願いしている助産院には、25年度以降も調査協力していただけることを確認し、被験者募集を継続的に実施している。
蛋白間相互作用に基づく遺伝子の機能的診断法の開発

1. ADE2レポーター遺伝子を用いたストップコドンアッセイの臨床応用。APCのcDNAは全長8.5kbあるので、これを5つの領域に分けてアッセイ系を作製した。領域IとIIはRNAを、領域III.IV,Vは主にゲノムDNAを用いた。大腸癌では23例中12例(52%)が、乳癌では70例中14例(20%)が異常と診断され塩基配列の決定により全例に変異が証明された。この他に肺癌の1例にN°C遺伝子の変異が証明された。変異クローンの存在を示す赤い酵母コロニーは、10-50%の比率であった。2.新しい癌抑制遺伝子のクローニングとその遺伝子変異の検出系の作製。LacZ遺伝子をレポーターとして使用する従来の酵母two-hybrid法を改良して、ADE2遺伝子をレポーターとする高感度の酵母two-hybrid法を用いて新しい癌抑制遺伝子候補AIE-75とAIEBPをクローニングすることに成功した。これらのcDNAをuniversal stop codonassay用に開発したベクターの,ADE2レポーター遺伝子に連結して遺伝子変異のアッセイ系を作製し、臨床材料において変異の有無を現在検索中である。3.酵母アッセイの一つとしてdominant negative変異のアッセイ系を作製した。これは野生型p53と変異型p53を同時に酵母にtransformしてどちらの形質が発現するかを見るものである。グリオーマでは、dominant negative変異を持つ場合30歳台で発症するのに対してresessive変異では50歳台に発症することが明らかとなった。このアッセイ法の開発のために我々は、従来用いられた2μmの複製開始点を酵母セントロメア配列を含むCEN-ARSの複製開始点に変更した。そして色彩として表示させるためにアデニン代謝遺伝子であるADE2遺伝子をレポーターとして組み込んだ。この結果、two-hybrid法cDNAクローニングからその遺伝子診断までを一貫した行程で作製することに成功した。
肺線維芽細胞由来マイクロRNA含有エクソソームによるCOPDの病態、治療法の研究

COPDにおいてmiR146aの発現は肺線維芽細胞において低下し、組織修復低下に関連する。本研究では肺線維芽細胞がExosomeを介してmiR146aを細胞外に産生し、IL-1β/TNF-αが経時的、用量依存的に増加することを示した。またIL-1β/TNF-αは細胞内miR-146a発現およびExosome産生を促進し、Exosomes内包miR-146a(Ex-miR146a)を増加した。さらに、COPD肺繊維芽細胞ではEx-miR146aの産生が低下し、呼吸機能の重症度と逆相関した。以上より、肺線維芽細胞によるEx-miR146aの低下がCOPD病態に関与している可能性が示唆された。近年、全身の細胞がExosomeと呼ばれる径30-100nmの微小膜小胞を放出し、他の細胞に核酸(miRNA)等を伝達することが明らかになった。本研究では、肺線維芽細胞によるExosome、Ex-miRNA分泌能を解析した。In vitroで、HFL-1細胞を炎症性サイトカイン(IL-1β、TNF-α)等の存在下で培養し、培養上清から超高速遠心分離法によりExosomeを単離しその存在を確認した。培養上清中の粒子分布を動的光散乱法にて確認したところ、粒子径100nm以下に分布する粒子の存在を確認した。同様の傾向はナノ粒子トラッキング解析でも確認した。電子顕微鏡像でも遠心分離後のpellet内にExosomeに相当する粒子径の円形状粒子の存在を認めた。また、Western blot法でも沈降物質はCD63やβアクチン陽性であり、Exosomeに矛盾しないことを確認した。肺繊維芽細胞の修復能を高める可能性のあるmiR-146aのExosome内での発現について検討した。単離したExosome内のmiR-146a (Ex-miR146a)の発現を定量性リアルタイムPCR法により測定した。無刺激状態では、Exosome内でのmiR-146aは極めて低値であった。一方、IL-1β/TNF-α存在下ではその発現は経時的に増加し、IL-1β/TNF-αは濃度依存性にEx-miR146aの産生を増加した。IL-1β/TNF-αは時間、濃度依存的にEx-miR-146aの産生を増加すると考えられた。以上より、炎症性サイトカイン存在下では肺繊維芽細胞はEx-miR146aの産生を増強する可能性が考えられる。炎症時にオートクライン、パラクライン的にmiR-146aを介した修復反応の増強的反応が生じる可能性が示唆される結果が得られた。当該年度は、肺線維芽細胞培養液からExosomeを同定することができた。また肺線維芽細胞の機能修飾に重要なマイクロRNAの解析、検出ができた。またこれらはサイトカインの存在により制御されることを明らかにすることができた。以上より当該年度の研究については、おおむね順調に進捗していると考えられる。近年、全身の細胞がExosomeと呼ばれる微小膜小胞を放出し、他の細胞に核酸等を伝達することが明らかになった。本研究では、肺線維芽細胞によるExosome、miRNA分泌能を解析した。ln vitroで、HFL-1細胞を炎症性サイトカイン(IL-1β、TNF-α)の存在下で培養し、上清から超高速遠心分離法によりExosomeを単離した。培養上清中に粒子径100nm以下に分布する粒子を動的光散乱法、ナノ粒子トラッキング解析にて確認した。電子顕微鏡像でもExosomeに相当する円形状粒子を認め、それらがCD63やβアクチン陽性であり、Exosomeに矛盾しない結果を得た。肺線維芽細胞の修復能に関連するmiR-146aのExosome内での発現(Ex-miR146a)をリアルタイムPCR法により測定した。無刺激ではEx-miR146aは極めて低値であったがIL-1β、TNF-αは時間、濃度依存的に増加した。次に、対照およびCOPD患者肺から単離した肺線維芽細胞をin vitroで培養し、培養上清からExosomeを単離した。無刺激状態では、細胞内およびExosome内でのmiR-146aは極めて低値であったがIL-1β、TNF-αはそれらの発現を増加した。COPD肺線維芽細胞は対照に比し細胞内miR-146a、Ex-miR146aが顕著に低下した。IL-1β、TNF-α存在下におけるEx-miR146aは気流閉塞の重症度と負の相関を認めた。以上より、肺線維芽細胞は肺組織修復に関連するmiR146aをExosomeにより細胞外に産生し、炎症性サイトカインにより制御されることが明らかになった。COPD肺線維芽細胞ではその産生量が低下し、気流閉塞が重症な患者程低下している傾向があった。以上により、Ex-miR146aに着目したCOPD治療や診断の基盤となる結果が得られた。

またIL-1β/TNF-αは細胞内miR-146a発現およびExosome産生を促進し、Exosomes内包miR-146a(Ex-miR146a)を増加した。さらに、COPD肺繊維芽細胞ではEx-miR146aの産生が低下し、呼吸機能の重症度と逆相関した。以上より、肺線維芽細胞によるEx-miR146aの低下がCOPD病態に関与している可能性が示唆された。次年度は、肺繊維芽細胞でのExosome-miRNA産生機構の分子メカニズムの詳細やCOPD、非COPD肺繊維芽細胞を用いて同様の実験を行い、臨床データとEx-miRNAの関連について検討する予定である。
自己貪食空胞性ミオパチーの臨床病態解析とオートファジー分子機構の解明

自己貪食空胞性ミオパチー(AVM)は、極めて特徴的な自己貪食空胞を有するまれな筋疾患で、根治療法はなく身体的障害度は重度である。AVMの疾患概念の確立を目指し、AVM患者の全国実態調査を行った。患者数や臨床実態、治療状況とともに、心筋症が致死性で予後決定因子であることを明らかにした。さらに、生検筋での病理学的検討で、筋細胞で特徴的な自己貪食空胞の蓄積とリソソーム・エンドソーム系の機能亢進を示した。筋変性との関連が示唆され、骨格筋でのオートファジーの解明に新しい知見を得た。「自己貪食空胞性ミオパチー(AVM)」は病理学的に極めて特徴的な自己貪食空胞を有する稀少な筋疾患で、根治療法はない。発症機序として、生体防御の機構であるオートファジーの関与が疑われるが、依然原因不明である。本疾患の空胞には、1)1次性リソソーム異常によるDanon病を代表とする筋鞘膜の性質をもつ自己貪食空胞、2)2次性リソソーム異常による縁取り空胞(RV)、がある。筋組織での自己貪食空胞の特徴を明らかにするため、平成22年度は、Danon病とRVを伴う遠位型ミオパチー(DMRV)のヒト生検筋と「DMRVモデルマウス」で、TDP-43発現を検討した。TDP-43はユビキチン陽性封入体を有する前頭側頭葉変性症(FTLD-U)で同定され、DMRVと同様に遺伝性封入体筋症を伴うFTLD-Uの筋組織でも確認された。本研究の結果、Danon病例では、自己貪食空胞と一致してTDP-43の発現を認め、一部ユビキチンと共局在していた。DMRV例では、細胞質とRVでユビキチンと共局在し、一部はリン酸化neurofilamentと局在した。ウェスタンブロット解析で、FTLD-Uの脳組織と同様、43kDaとより高分子のバンドを認めた。DMRVモデルマウスでは成長に伴いTDP-43の蓄積を認めた。以上から、AVMは中枢神経でのTDP-43発現を示す疾患群と共通の病態基盤を有する可能性が示唆された。また、エンドソームの膜輸送関連蛋白ESCRTの研究(Filimonenko M, 2007)から、オートファジー障害とTDP-43の蓄積との関連性が推測されており、TDP-43と自己貪食空胞形成との関与の可能性が疑われた。今後は、AVM患者(Danon病、DMRV)と各モデルマウスの生検筋を用いて、リソソーム・エンドソーム経路およびオートファジー機構に関与する物質の局在・機能について筋病理学的検討を行う。「自己貧食空胞性ミオパチー(AVM)」は病理学的に極めて特徴的な自己貪食空胞を有する稀少な筋疾患で、根治療法はない。本疾患の空胞には、1)1次性リソソーム異常によるDanon病を代表とする筋鞘膜の性質をもつ自己貪食食空胞(AVSF)、2)2次性リソソーム異常による縁取り空胞(RV)、がある。平成23年度は、1次性リソソーム異常によるAVMについて、本邦初の国内実態調査を全国2617の関連施設に行い臨床病態解析を試みた。集計結果から、Danon病12家系27例、過剰自己貪食を伴うX連鎖性ミオパチー(XMEA)1家系3例などを確認した。Danon病の発症年齢は男性10代、女性30代で、平均死亡年齢は男性20代、女性40代であった。ミオパチーと肥大型心筋症を示し、死因は心不全であった。一方、XMEAと先天性AVMはミオパチーのみで心筋障害は稀であった。今回の調査では臨床病型により重症度や発症年齢、合併症、生命予後は大きく異なっており、AVMは超稀少疾患であるため治療を含めた診療ガイドラインの作成が必要と考えられた。またAVMの生検筋を用いた新規の空胞に関連する蓄積性蛋白であるTDP-43とFUSについて、病理学的および生化学的解析で筋組織での局在・機能について検討を行ってきている。TDP-43は、RVを伴うAVMの自己貧食空胞で過剰な沈着を病理学的および生化学的に確認した。一方、FUSは生化学的な発現は認めたが、病理学的には発現を確認できなかった。今後は、他のAVM患者(Danon病とXMEA)や各モデルマウスの生検筋を用いて、TDP-43とFUSの発現や、さらには、リソソーム・エンドソーム経路およびオートファジー機構に関与する物質の局在・機能について筋病理学的検討を行う。

「自己貪食空胞性ミオパチー(AVM)」は病理学的に極めて特徴的な自己貪食空胞を有する稀少な筋疾患で、根治療法はない。発症機序として、生体防御の機構であるオートファジーの関与が疑われるが、依然原因不明である。本疾患の空胞には、1)1次性リソソーム異常によるDanon病を代表とする筋鞘膜の性質をもつ自己貪食空胞(AVSF)、2)2次性リソソーム異常による縁取り空胞(RV)、がある。平成24年度は、23年度までに行った本邦初のAVMの国内実態調査(全国2617の関連施設)の結果で見出した、Danon病12家系27例、過剰自己貪食を伴うX連鎖性ミオパチー(XMEA)1家系3例を中心に、詳細に臨床症候を調査した。Danon病では、致死性心筋症が予後決定因子として重要で、心機能のフォローが必要不可欠である。また、女性では、早期発症例や突然死を来す例が見つかり、女性における病態解析も重要である。新規患者としてDanon病女性1例を発見し、網膜症と軽度知能低下を合併していた。Danon病とXMEAについては、臨床症状と筋病理所見、遺伝学的結果を再精査し、日本神経学会にて承認を受けるべく新しく診断基準を作成した。また、昨年度に引き続き、新規の空胞に関連する蓄積性蛋白であるTDP-43とFUSについて、AVMの筋組織での局在・機能について検討を行った。TDP-43は、RVを伴うAVMのヒトとモデル動物で、自己貪食空胞での過剰な蓄積を病理学的と生化学的に確認した。一方、FUSはいずれにおいても生化学的な発現は認めたが、病理学的には発現を確認できなかった。さらに、Danon病の患者とモデル動物の筋組織で、リソソーム・エンドソーム経路に関与する蛋白VAMP-7, Rab5, TfR, LC3はいずれも過剰蓄積を筋病理学的に認めた。Danon病におけるリソソーム・エンドソーム系の亢進を明らかにした。今年度、1次性リソソーム異常によるAVMの国内初の実態調査を遂行できた。また、主要な基礎研究のテーマである、新規の空胞に関連する蓄積性蛋白であるTDP-43とFUSの生化学的解析を筋疾患において行うことができ、有意義な知見を得た。本結果および成果から、来年度、リソソーム・エンドソーム経路に関連する物質や各種蛋白の糖化およびリン酸化機構の筋組織での病理学的発現の研究を計画することができた。おおむね当初の計画通りに研究が行えていると自負している.24年度が最終年度であるため、記入しない。研究最終年である平成24年度は、研究代表者が客員研究員である国立精神・神経医療研究センターには、世界で最多の自己貪食空胞性ミオパチー患者の臨床情報を管理しており、疾患概念を確固たるものにすべく、臨床情報の整理、把握、および統計学的解析を行う。さらに、前年度に引き続き、新規患者を発見し、臨床情報から共通する臨床病態の解析や治療方法の情報収集を行っていく。また、自己貪食空胞性ミオパチー患者(Danon病、DMRV)と、Danon病モデルマウスとDMRVモデルマウスの筋組織の解析として、新規の空胞に関連する蓄積性蛋白であるTDP-43とFUSについて、病理学的および生化学的解析を行って筋組織での局在・機能について検討を行う。さらに、前年度に引き続き、リソソーム・エンドソーム経路およびオートファジー機構に関与する物質や各種蛋白の糖化(O-GlcNacaion)およびリン酸化機構についても、病理学的解析を行う。24年度が最終年度であるため、記入しない。
テラヘルツ・ラマン円偏光二色性分光による高分子キラル高次構造の解明と対掌性の操作

本研究では,高分子の高次構造のキラル分子振動を検出するため,テラヘルツ振動円二色性分光(THz-VCD)装置と極低波数ラマン光学活性分光(ROA)装置を開発した.ROAを用いた実験では2-フェニルプロピオン酸やポリアラニンなど不斉分子の測定を行ない,低周波数に現れる信号の観測に成功した.さらに,量子化学計算を行い,低波数領域には分子全体の振動運動による振動キラリティが強く現れることを明らかにした.また,高強度THz光照射によるキラリティ制御の可能性を探るため,自由電子レーザーで発生したTHz光を高分子溶液に照射したところ,分子の高次構造が変化することを発見した.我々は本年度主に,THz-VCD装置とVLF-ROA装置の開発を行った。THz-VCD装置に関しては,フェムト秒モードロックレーザーを1購入し,テラヘルツ時間領域分光光学系を構築した.当初計画としては,26年度末までに高分子のTHz-VCDスペクトルの観測及び高精度VCD光学系の構築を行う予定であったが,平成26年7月、THz-VCD光学系の構築において、光学系の調整に専従していた研究協力者が、急遽自己都合で休職し、そのまま退職した。研究代表者が光学系の調整を引継ぎつつ、同様の知識を持つ新たな人材の確保に努めたが、高度な専門的知識と経験を必要とすることから適任者が見つからなかったため、研究に5ヶ月の遅延が生じた。VLF-ROA装置の開発においては,装置の完成に向けた光学系の構築を行っている.2枚の極低波数用ノッチフィルターを自作のROA測定装置に組み込み,レイリー散乱光の遮蔽を試みた。蛍光色素水溶液を測定し,測定限界波数が20 cm-1であることを確かめた。また,発展的研究として,高強度テラヘルツ円偏光をによるキラル分子制御の準備段階として,高強度テラヘルツ光がポリマー構造に変化を与えうるか,テラヘルツ自由電子レーザーと用いた研究を行った.様々なポリマー分子および液晶分子に高強度テラヘルツ光を照射し,テラヘルツ電場が分子のダイナミクスにどのような影響を与えるのか解明するための実験を行った.本年度,THz-VCD装置とVLF-ROA装置の開発を行った.当初計画としては,26年度末までに高分子のTHz-VCDスペクトルの観測及び高精度VCD光学系の構築を行う予定であったが,平成26年7月、THz-VCD光学系の構築において、光学系の調整に専従していた研究協力者が、急遽自己都合で休職し、そのまま退職した。VLF-ROA装置の開発においては,装置の完成に向けた光学系の構築を行っている.また,また,発展的研究として,高強度テラヘルツ円偏光をによるキラル分子制御の準備段階として,高強度テラヘルツ光がポリマー構造に変化を与えうるか,テラヘルツ自由電子レーザーと用いた研究を開始した.我々は本年度,THz-VCD装置とVLF-ROA装置の開発を行った。THz-VCD装置に関しては,昨年度購入したフェムト秒モードロックレーザーを用いたテラヘルツ時間領域分光光学系を構築し,ダイポール光伝導アンテナから発生した直線偏光に直交する直線偏光を時間分解で検出可能にした.その結果,テラヘルツ光のパワーにして10-7の消光比を達成し,当初の研究計画である楕円変更を検出に必要なスペックの装置が完成した.VLF-ROA装置については,2枚の極低波数用ノッチフィルターを自作のROA測定装置に組み込み,レイリー散乱光の遮蔽を試みた。次に,THz領域にピークを持たないと予想されるトルエンを測定し,遮蔽効果の強さを検証したところ,蛍光に比べて弱いラマン散乱光においては,20 cm-1の測定限界波数は達成できなかった。ノッチフィルターへのラマン光の入射角度を共焦点法などによって制限し,遮蔽効果を高める必要がある。測定装置の妥当性を検証するためのモデル不斉分子として,環状構造を持つと予想される2-フェニルプロピオン酸を選択し,その二量体のTHzスペクトルを量子力学計算した。二量体はTHz領域にいくつかの吸収ピークを持ち,その吸収強度に対するVCD強度の比は10-4-10-5であることが計算された。これらピークは二量体に固有のピークであり,単量体には現れない分子間相互作用を強く反映するキラル振動であることが明らかとなった。この分子系をモデルとし,装置の妥当性を検証する。また,発展的研究として,高強度テラヘルツ円偏光をによるキラル分子制御の準備段階として,高強度テラヘルツ光がポリマー構造に変化を与えうるか,テラヘルツ自由電子レーザーと用いた研究を行った.THz-VCD装置については,最初にその検出能を検討するため,キラル構造を持った導電性物質をサンプルとしてテラヘルツ周波数帯の強い電子応答を測定した.そのために,マイクロメートルサイズのコイルに銅をコーティングした試料を用意し,試料を透過したテラヘルツ光が楕円偏光になっていることを確認した.一方で,有機分子を対象とした実験の第一歩として,ポリ乳酸のクロロホルム溶液を測定し,テラヘルツ光の旋光性が検出されるか試みた.

溶液試料はポリエチレン製のセルに封入された状態で透過テラヘルツ光を測定したが,クロロホルムにもある程度のテラヘルツ吸収があるため,サンプルの厚みは1mmが上限であった.この条件では,PLAの量が十分ではなく,期待していた旋光性が確認できなかった.今後はランダムに廃校したPLA試料を用意するか,資料を回転させながら測定するなどして,十分なPLAの量を確保した実験を試みる必要がある.VLF-ROA装置については,予想外にフィルターへのラマン散乱光の入射角度制限が厳しく,遮蔽効果が充分でないことが明らかとなった。しかし,解決策として共焦点法を用いることを考えた。この事は,VLF-ROA装置の開発を大きく前進させると考えられるため,評価に値する。テラヘルツ自由電子レーザーを用いた高分子構造操作に向けた研究では,高強度テラヘルツパルス光を照射しながらポリヒドロキシ酢酸の結晶成長を行ったところ,照射による結晶構造の変化が認められた.これはテラヘルツ光の照射による高分子の構造が変化することをとらえた世界初の発見であるが,得られた構造に異方性がなかったことから,テラヘルツ電場との相互作用によるものではないと考えられる.THz-VCDの研究では,昨年度までに構築したTHz時間領域分光光学系を用いて,メチルベンジルアミンやポリ乳酸など,左右の対掌性を持つ分子のVCDを測定するとともに,量子化学計算の結果と比較した.メチルベンジルアミンはS体とR体の試料を厚さ1ミリの液体セルに封入し,VCD測定した.しかし,観測されたTHz光の楕円偏向成分は,THz-VCDの検出限界である10^-6以下であり,楕円偏向成分が極めて小さいことが分かった.また,高分子試料としてPLLAおよびPDLAの5%クロロホルム溶液についてもVCD成分が極めて低いことが分かった.VLF-ROA装置については,2枚の極低波数用ノッチフィルターを自作のROA測定装置に組み込み,共焦点法によりラマン光の入射角度を制限することで,レイリー散乱光の遮蔽を試みた。装置の妥当性を確認するため,対掌性を持たないトルエンを測定した。25 cm-1までの極低波数領域において,装置誤差を理論的ノイズ限界の近く(約1.5倍)にすることができた。この時ラマン強度に対するROA強度(Δ)は3.7x10-5であったことから,キラル分子の測定においては,約3倍のΔ=1x10-4以上のROA信号であれば測定可能と考えられる。モデル不斉分子として, 2-フェニルプロピオン酸のROA測定を行った。2つの鏡像異性体について有意な差は見られなかったことから,2-フェニルプロピオン酸のROA信号はΔ=1x10-4未満であることがわかった。高強度THz円偏光によるキラル分子制御のため,THz自由電子レーザーを用いた研究を行った.クロロホルム溶液に溶かしたポリヒドロキシ酪酸にTHzパルス光を照射しながら溶媒を揮発させ,フィルムを作製したところ,THz光が照射された部位のみ,結晶構造が20%程度上昇している事が観測され,THz照射による高分子構造の変化が初めて観測された.本研究でこれまでに作製したTHz時間領域分光光学系では,銅マイクロコイルの測定によって,左右の対掌性に対応した位相の反転した楕円偏光が検出されることが確認されている.また,サンプルセルに試料を入れた状態で10^-6の消光比の検出が可能になっている.
高濃度オゾン酸化法による酸化物ハーフメタルの形成と高性能トンネル接合膜の作製

本研究では、キュリー温度が高くかつスピン分極率が高いハーフメタル材料として知られているフルホイスラー系の規則合金(X_2YZ:X=Co,Fe,Y=Mn,Cr,Z=Ge,Siなど)や特にマグネタイト(Fe_3O_4)に注目し、それらを用いた強磁性トンネル接合(MTJ)を作製することを目的とした。Fe_3O_4の場合は、金属Feスパッタ時におけるウエハ近傍への高濃度オゾンフロー、更にはそのオゾンへの紫外光照射を行うことで、平坦かつストイキオメトリックなFe_3O_4強磁性層の直接形成を目指している。最終的には、やバッファ層を介して、結晶質MgO膜を絶縁層に用いた、Fe_3O_4もしくはX_2YZ(001)/MgO(001)/Fe_3O4もしくはX_2YZ(001)エピタキシャル積層膜を作製し、高性能Gbit級磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の実現に必要不可欠な、高MR比・低RA・MR比の高V_hを有する、高性能MTJの作製を図る。昨年度は、金属薄膜の高濃度オゾン酸化過程、下地層によるハーフメタル薄膜の(001)配向化について検討した。本年度は、ハーフメタル薄膜の配向制御ならびに表面平坦化を目指し、様々な下地層材料・バッファ層材料を用いた実験を行った。アモルファスTa下地層を用い、Cuバッファ層の製膜条件を最適化することにより、Cuバッファ層が(111)配向化し、その上にハーフメタル薄膜を(110)配向化させることに成功した。ここで、いずれの配向を有するハーフメタル薄膜においても、その配向度が改善するに従い、表面平坦性に優れることがわかった。そして、(110)配向したハーフメタル薄膜の方が、(001)配向したそれよりも、表面平坦性に優れることがわかった。これら、材料による配向面および配向度の違い、並びに配向面による表面平坦性の違いについては、積層界面における反応生成物や合金の生成に由来する表面エネルギー・界面エネルギーの変化により、説明できることを示した。本研究では、キュリー温度が高くかつスピン分極率が高いハーフメタル材料として知られているフルホイスラー系の規則合金(X_2YZ : X=Co, Fe, Y=Mn, Cr, Z=Ge, Siなど)や特にマグネタイト(Fe_3O_4)に注目し、それらを用いた強磁性トンネル接合(MTJ)を作製することを目的とした。最終的には、非単結晶基板上に下地層やバッファ層を介して、結晶質MgO膜を絶縁層に用いた、Fe_3O_4もしくはX_2YZ(001)/MgO(001)/Fe_3O_4もしくはX_2YZ(001)エピタキシャル積層膜を作製し、高性能Gbit級磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の実現に必要不可欠な、高MR比・低RA・MR比の低バイアス電圧依存性を有する、高性能MTJの作製を図る。本年度は、第一段階として、金属薄膜の高濃度オゾン酸化過程、並びにFe_3O_4もしくはX_2YZ薄膜の(001)配向化のためのアモルファス金属下地層・Crバッファ層に関する検討を行った。オゾン酸化はプラズマ酸化の場合に比較して、酸素との反応により瞬時に形成される酸化膜厚(表層部)よりも酸素の拡散により形成される酸化膜厚(膜内部)が格段に厚いことが判り、その結果トイキオメトリックな酸化物が形成され易いことが判った。これにより、オゾン酸化法によるストイキオメトリックなFe_3O_4強磁性層の直接形成の可能性が示唆された。また、アモルファスNi-Ta下地層を用い、Crバッファ層の製膜条件を最適化することにより、Crバッファ層が(001)配向化した。これにより、Fe_3O_4もしくはX_2YZの(001)配向膜の形成の可能性が示唆された。

アモルファスTa下地層を用い、Cuバッファ層の製膜条件を最適化することにより、Cuバッファ層が(111)配向化し、その上にハーフメタル薄膜を(110)配向化させることに成功した。ここで、いずれの配向を有するハーフメタル薄膜においても、その配向度が改善するに従い、表面平坦性に優れることがわかった。そして、(110)配向したハーフメタル薄膜の方が、(001)配向したそれよりも、表面平坦性に優れることがわかった。これら、材料による配向面および配向度の違い、並びに配向面による表面平坦性の違いについては、積層界面における反応生成物や合金の生成に由来する表面エネルギー・界面エネルギーの変化により、説明できることを示した。
電子が直接的に関与する相転移現象の熱力学的研究

単分子磁性体の熱容量測定による研究[Mn^<III>_8Mn^<IV>_4O_<12>(RCO_2)_<16>(H_2O)_4]に代表される多核錯体は単分子で磁気ヒステリシスを生じるという珍しい挙動を示すため,単分子磁性体と呼ばれており,近年盛んに研究されている。この種の錯体では磁気モーメントの反転に関してトンネル機構が提案されており,低温における熱容量の磁場依存性はその機構解明に対して重要な知見を与えるものと期待される。今回,UCSDのHendrickson教授との共同研究で,基底状態の全スピン量子数がS=9である[Mn_<12>O_<12>(EtCO_2)_<16>(H_2O)_3]多結晶の磁場中での熱容量測定をQuantum Design社製のPPMSを用いて行った。その結果,磁気測定から磁場効果が大きく現れると予想される0.7Tの磁場印加での熱容量が大きな磁場依存性を示した。すなわち,ブロッキング温度約3.5Kを境として熱容量が変化した。この温度より低温側では磁化反転の緩和時間が長いために熱励起が妨げられ,熱容量が小さくなっている。零磁場の熱容量にはこのような熱異常は観測されなかった。ブロッキング温度より高温側の熱容量を,共鳴トンネル効果が起こると仮定した場合の熱容量の計算値と比較すると,おおむね測定値の傾向を再現した。このことは磁化反転に関する共鳴トンネル効果が確かに存在することを示唆している。