hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
電導性電荷移動錯体中に含まれる遷移金属原子のとる異常原子価の役割について

ビスエチレンヂテオ-テトラチアフルバレン(BEDTーTTF)とK_2Ni(CN)_4を含むトリクロロエタン(TCE)溶液の電解酸化反応により(BEDTーTTF)_4Ni(CN)_4単結晶を作成し,その構造解析,電気伝導度,およびESRの測定を行なった。結晶は三斜晶系P1^^ーに属し,格子定数はa=10.994(2),b=16.443(2),C=9.703(1)Å,α=97.85(1)°,β=115.15(1)°,γ=95.95(1)°,Z=1である。BEDTーTTFの長軸はb軸とほぼ平行に配置し,BEDTーTTF分子は[2^^ー01]方向に積み重さなった構造をとる。単結晶はESRスペクトルは4Kで,g=2.013(3300G)に強度の強いバンドが,g=2.056(3220G)に弱いバンドが観測された。g=2.013帯はBEDTーTTFカチオンの不対π電子対によるもので,g=2.056帯はNi^<III>のd電子によると帰属できる。すなわち,Ni原子の一部が2価から3価に酸化されていることがわかる。この酸化量を見積るために,ESRの疾度変化により,その帯磁率に相当する量を求めた。その結果,酸化量は[Ni(CN)_4]^ーイオン当りn=0.01となることがわかった。以上のことは,この(BEDTーTTF)_4[Ni(CN)_4]結晶中で,Niは混合原子価状態にあり,これがこの結晶の電気伝導度等の諸物性に重要な役割をはたしていると結論した。本研究において当該年度に得られた実績は(1)装置の開発と(2)(BEDT)_4Ni(CN)_4の錯体の合成と物性の研究である。(1)装置の開発錯体単結晶の反射スペクトル測定用装置を開発した。浜松木トニクス社製分光器PMA10を使用し,これを顕微鏡と接合し,コンピュ-タ制御することによって,短時間で測定可能な反射分光光度計を制作した。これは従来の反射分光法では測定困難であった不安定結晶の測定を可能にするもので,その応用範囲は広い。(2)(BEDT)_4Ni(CN)_4錯体結晶の合成と物性BEDT(ビスモチレンヂチオテトラフルバレン)とKNi(CN)_4を原料とし,電解法によって合成した結晶は黒色柱状結晶で,その電気低抗磁性および光子は反射スペクトルの測定を行なった。電気抵抗の温度変化は室温で20Scm^<ー1>で,230Kから300Kの温度範囲で金属的な温度変化を示した。しかし,160Kから230Kでは温度変化はほとんどなく,160K以下では半導体的挙動を示した。すなわち160Kと230Kの間で金属一半導体転移が起こっている。単結晶のESPスペクトルを4Kー300Kの範囲で測定した。4KでのESRスペクトルとはg=2.013に強いバンドが,g=2.056に弱いパンド観測された。強いバンドはBEDTーTTFカチオンラジカルの不対元電子によるもので,弱いバンドは〔Ni^<III>(CN)_4〕^ーのd電子によるものである。d電子による弱いバンドの吸収強度の温度依存性はキュ-リ-則に従い,スピン遷なは全Niの0.01であることがわかった。

ビスエチレンヂチオ-テトラチアクルバレン(BEDTーTTF)とK_2Ni(CN)_4を含むトリクロロエタン(TCE)溶液の電解酸化反応により,(BEDTーTTF)_4Ni(CN)_4単結晶を作成し,その構造解析,電気伝導度,およびESRの測定を行なった。結晶は三斜晶系PIに属し,格子定数はa=10.994(2),b=16.443(2),c=9.703(1)A^^°,α=97.85(1)^0,β=115.15(1)^9,γ=95.95(1)^9,z=1である。BEDTーTTFの長軸はB軸とほぼ平行に配置し,BEDTーTTF分子は[Z^^ー01]方向に積み重さなった構造をとる。単結晶のESRスペクトルは4Kで,g=2.013(3300G)に強度の強いバンドが,g=2.056(3220G)に弱いバンドが観測された。g=2.013帯はBEDTーTTFカテオンの不対π電子対によるもので,g=2.056帯はNi^<III>のd電子によると帰属できる。すなわち,Ni原子の一部が2価から3価に酸化されていることがわかる。この酸化量を見積るために,ESR緑の温度変化より,その帯磁率に相当する量を求めた。その結果,酸化量は[Ni(CN)_4]^-イオン当りn=0.01となることがわかった。以上のことは,この(BEDTーTTF)_4[Ni(CN)_4]結晶中で,Niは混合原子価状態にあり,これがこの結晶の電気伝導度等の諸物性に重要な役割をはたしていると結論した。
ナノクラスターレベル複合化による酸化物への水素貯蔵能の付与

1)前年度までに開発された酸素欠損を多量に導入されたジルコニウム酸化物のシグナルナノレベルのナノクラスターにおいて、水素雰囲気における熱分析ならびに、加圧高温水素雰囲気における水素脱離挙動曲線を測定し、これらジルコニウム酸化物における水素吸蔵ならびに水素脱離挙動について熱力学的観点および、結晶学観点から詳細に解析を行った。2)ジルコニウムに加え、チタン系複合酸化物においても同様の酸素欠損ナノ粒子の合成が可能であることを確認し、透過型電子顕微鏡、酸素分析、EELSによる組成分析を行い、これら材料の微細構造ならびに結晶構造について詳細に解析した。さらに、これら酸素欠損ナノ粒子に対して、400度以下という極めて低温で第2相である白金あるいはパラジウム、およびこれらの合金を粒径2nm以下という極めて微細な形態で担持する技術を確立した。3)これら極めて大量の酸素欠損を有するチタン系複合酸化物のナノクラスターにパラジウムの2nmの粒子を担持したナノ複合体において、可視光を利用した光触媒作用があることを確認した。特に、水、エタノール、アセトアルデヒドの分解能が、通常のチタニアのそれと比べて極めて高いことを見出した。また、この特性は酸素欠損を大量に含んだジルコニアにおいても見出されている。これらの材料の可視紫外吸収スペクトル解析、XPS測定結果、これら材料中の酸素原子近傍の電子構造を解析し、光触媒機能に対する電子構造の影響を解析し、その反応メカニズムについて解析した。1)既存のガス中多元蒸発装置に対して、より大量の試料を蒸発するために大容量の抵抗加熱出力を印加できる直流電源した。また、蒸発源の配置や、導入する動的(He/O_2)混合ガスの流量、混合比等を制御することにより、所望のナノ複合形態、結晶構造、酸素欠損を有するジルコニウム酸化物/ニッケルナノクラスター複合体を作製することに成功した。得られた成果をレター誌に掲載した。2)材料系の選定においては、酸化物としては、これまでに水素透過能の知られている酸素欠陥を有するジルコニウム酸化物にこだわらず、より比重の軽い酸化物セラミックスを含めて種々の材料に対して分子動力学(MD)計算機シミュレーションを適用し、低温側で水素を容易に放出するための材料系ならびに結晶構造の選定を行った結果、一酸化チタンなどの材料系でも同様の成果が期待できることを予測した。3)材料の結晶構造ならびにナノクラスターの複合形態をTEMおよびこれに付属したEDXにより観察し、材料作製時のパラメタヘフィードバックすることでナノ材料作製プロセスの最適化を行うことで、直径が10nm以下の極めて微細な結晶粒から成る酸素欠損ジルコニウム酸化物粒子の合成に成功した。4)材料中の酸素欠陥に関しては、材料が極めて微細なために通常のXRD測定などで判断することは困難であったため、燃焼式の酸素分析装置により精密に測定を行った。1)前年度までのガス中多元蒸発装置に新たにスパッタ装置を組み込み、ジルコニウムあるいはチタンを蒸発したところに直接白金あるいはニッケルをスパッタで被覆する装置の改良を行った。この手法において蒸発源の配置や、導入する動的(He/O_2)混合ガスの流量、混合比、スパッタ出力等を制御することにより、所望のナノ複合形態、結晶構造、酸素欠損を有するジルコニウム酸化物あるいはこれとニッケルならびに白金を複合化した粉末を作製することに成功した。2)材料系の選定においては、酸化物としては、これまでに水素透過能の知られている酸素欠陥を有するジルコニウム酸化物にこだわらず、より比重の軽い酸化物セラミックスを含めて種々の材料に対して低温側で水素を容易に放出するための材料系ならびに結晶構造の選定を行った結果、一酸化チタンなどの材料系でも同様の成果が期待できることを予測した。3)材料の結晶構造ならびにナノクラスターの複合形態をTEMおよびこれに付属したEDXにより観察し、材料作製時のパラメタへフィードバックすることでナノ材料作製プロセスの最適化を行うことで、直径が10nm以下の極めて微細な結晶粒から成る酸素欠損ジルコニウム酸化物とニッケルあるいは白金の複合ナノ粒子の合成に成功した。加えて、水素吸蔵特性をPCT法により測定し、本材料が少なくとも1wt%以上の水素を吸蔵している可能性があることを明らかとした。この知見(酸化物系セラミックスが水素貯蔵能を有するという性質)は世界に類を見ないものであり、知的財産権を確保することが必要であると考えている。

特に、水、エタノール、アセトアルデヒドの分解能が、通常のチタニアのそれと比べて極めて高いことを見出した。また、この特性は酸素欠損を大量に含んだジルコニアにおいても見出されている。これらの材料の可視紫外吸収スペクトル解析、XPS測定結果、これら材料中の酸素原子近傍の電子構造を解析し、光触媒機能に対する電子構造の影響を解析し、その反応メカニズムについて解析した。
大腸癌初代培養を用いたリン酸化定量プロテオミクスによる分子標的薬効果予測

現在、がん治療の分子標的薬の多くはキナーゼ阻害剤であるが、薬剤感受性の違いや耐性化が問題であり、薬効予測マーカーや耐性化メカニズムの解明が必要である。本研究では、それらのキナーゼの基質のリン酸化レベルを網羅的に定量しキナーゼ活性を予測することで、薬効予測マーカー探索及び薬剤耐性化のメカニズムの検討を行った。具体的には、大腸がん治療に用いられているcetuximabに対する感受性と耐性の大腸がん細胞株のリン酸化プロテオーム解析により、薬効予測マーカー候補となるリン酸化タンパク質やキナーゼを同定した。同時に、cetuximab耐性に関与するキナーゼ群を同定し。それらの阻害剤を用いた検証に成功した。EGFR抗体薬などの分子標的薬の登場で進行大腸癌の治療成績が向上しているが、人によって薬剤に対する感受性に違いがあること、耐性化が起こることが問題となっており、薬効予測やモニタリングのためのマーカーが求められている。現在、EGFR抗体薬の効果予測はKRAS遺伝子検査で行われているが、著効例は半数に満たない。本研究では、1分子標的薬の直接のターゲットであるタンパク質、特に細胞内の主要キナーゼなどのリン酸化タンパク質を一斉定量する系を薬効予測マーカー定量系として構築し、2大腸癌初代培養CTOSを用いてEGFR抗体薬の効果予測に有用なマーカーを絞り込む。リン酸化タンパク質に着目した薬効予測マーカー探索は斬新である。また、CTOSは、vivoの状態をよく反映するため、通常の培養細胞を用いた解析では得られない有用なマーカーが発見できる。平成26年度は、より多くの細胞内リン酸化タンパク質・リン酸化ペプチドの定量を目指して、前処理法の改良を行った。具体的には、リン酸化ペプチドの濃縮に、IMAC法と抗チロシン抗体を用いた免疫沈降法を併用することで、チロシンリン酸化ペプチドの同定率を上げた。また、リン酸化ペプチド濃縮後の分画法を、HPLCの代わりにイエローチップを用いた簡易分画法を開発した。この改良により、細胞内シグナルパスウェイの主要リン酸化タンパク質の一斉定量系を構築した。上記の手法を用いてEGFR抗体薬処理後に経時的に変化する大腸癌細胞中のリン酸化タンパク質およびそのリン酸化サイトの網羅的比較定量を行った。同時に、上記の解析をEGFR抗体薬に対する感受性株と耐性株においても行い、感受性株群と耐性株群で差のあるリン酸化タンパク質の解析を行った。さらに、大腸癌組織からの初代培養細胞の樹立も行った。通常の平面培養細胞に加え、三次元培養細胞のCTOSやオルガノイドの作製も行った。昨年度まで、EGFR抗体薬セツキシマブに対する感受性株と耐性株間で差のあるリン酸化タンパク質、及びセツキシマブ処理後に経時的に変化する大腸がん細胞中のリン酸化タンパク質の網羅的比較定量を行った。本年度は、その解析結果をもとに、変動するリン酸化ペプチド(基質)の情報からキナーゼ活性を予測し、感受性株と耐性株間で違いのあるキナーゼが薬効予測マーカーとならないか検討するとともに、その機能的検証を行った。その結果、セツキシマブ感受性細胞株と耐性細胞株で発現の異なるリン酸化タンパク質及び活性が異なると予測されたキナーゼ群が同定され、これらのリン酸化タンパク質やキナーゼ活性は薬剤効果予測マーカーとして有用であると考えられた。また、上記の解析で、セツキシマブ耐性細胞株で活性が高いと予測されたキナーゼに対する阻害剤を用いて、マーカーキナーゼが本当に薬剤耐性に関与しているかどうかの検証を行った。それらの阻害剤を耐性株に用いたところ、いくつかのキナーゼ阻害剤処理によって細胞の増殖が抑えられた。このことから、それらのキナーゼが大腸がん細胞株のセツキシマブ耐性に関与していることが検証できた。さらに、臨床検体に近い大腸がん初代培養細胞(平面培養、三次元培養)を用いたEGFR抗体薬の薬効予測マーカーの探索を行う目的で、大腸がん組織検体約40例から初代培養細胞を樹立した。本年度予定していた初代培養細胞を用いた薬剤効果予測マーカー、薬剤耐性関連キナーゼの同定・検証を完了することはできなかったが、当初の目的であるリン酸化シグナル定量系による薬効予測モニタリングの基盤技術の構築及び大腸がん培養細胞株を用いたEGFR抗体薬の効果予測マーカーの探索と検証について達成することができた。今後実臨床に応用していく予定である。当初の計画1.ターゲット定量プロテオミクスを用いた細胞内シグナルパスウェイの主要リン酸化タンパク質一斉定量系構築に関しては、ターゲット定量プロテオミクスのSRM/MRM法による細胞内リン酸化タンパク質の定量解析が予想に反して難易度が高かったため、安定同位体標識TMT10を用いたショットガンリン酸化プロテオミクスの手法で解析を進め、培養細胞から常時約15,000種類のリン酸化ペプチドの定量、また約500種類のチロシンリン酸化ペプチドの定量ができる系を確立した。当初の計画

2.EGFR抗体薬処理によって変動するリン酸化シグナルタンパク質の網羅的解析に関しては、上記の手法を用いて、大腸癌細胞株のセツキシマブ処理後のリン酸化タンパク質の定量を行った。その結果、薬剤処理により、各薬剤のターゲットとして知られているリン酸化タンパク質の低下が認められただけでなく、未知のリン酸化タンパク質も変化することが確認された。当初の計画3.上記2と同時に、感受性株群と耐性株群でセツキシマブ処理前後で違いのあるリン酸化タンパク質の解析を行った。現在薬剤感受性マーカーとなりうるリン酸化タンパク質の候補の絞込みを行っている。当初の計画4.研究協力者である大阪府立成人病センターの井上博士と共同で、大腸癌組織からのCTOS細胞の樹立も行った。現在まで約20株ほど作製に成功している。同時に、がん研究会と共同で、大腸癌組織からの平面培養細胞及びオルガノイド細胞の作製の準備中である。プロテオミクス分子腫瘍学1.大腸癌初代培養細胞(平面培養、三次元培養)を用いたEGFR抗体薬の薬効予測マーカーの絞り込み昨年度までに樹立した大腸癌CTOS細胞及び今年度作製予定の大腸癌組織からの平面培養細胞を用いて、EGFR抗体薬感受性試験を行い、感受性株と耐性株に分類する。それらの細胞を材料として、上記のショットガンリン酸化プロテオミクスを用いた薬効予測マーカーの探索を行う。細胞内増殖シグナルの伝達には、キナーゼによるリン酸化が重要な役割を担っており、現在抗がん剤として用いられている分子標的薬の多くはキナーゼ阻害剤である。従って、分子標的薬の薬効を予測するためには、薬のターゲットとなるキナーゼ活性をモニタリングすることが重要である。今年度は、EGFR抗体薬感受性株と耐性株間で変動するリン酸化ペプチド(基質)の情報からキナーゼ活性を予測し、感受性株と耐性株間で違いのあるキナーゼが薬効予測マーカーとならないか検討する。2.EGFR抗体薬効予測マーカーの機能的検証上記の解析で候補に挙がったマーカータンパク質が薬効に関わっているかを、そのターゲットのキナーゼの阻害剤やsiRNAを用いて検証する。上記の研究で得られた結果を取りまとめて、論文投稿、学会発表を行う。
顎関節症における筋圧痛診査の異常部位診断に関する研究

顎機能異常患者の症状のひとつに筋の疼痛があげれれるが、この筋痛に対する客観的評価法は確立されていなかった。そこで申請者は筋の圧痛閾値(咬筋および側頭筋)を測定することにより、これらの筋痛に客観的評価を与えることを目的として筋圧痛計を開発してきた。その結果、健常者の圧痛閾値から正常範囲を決定し、この正常範囲と顎機能異常者にスプリント治療を行った経過を比較検討したところ、治療前には圧痛閾値は正常範囲から外れていたが、治療とともに正常範囲内に入ることがわかった。しかし現在の正常範囲では正常か異常かの判定は可能であるが、どの部位が異常であるかの特定が困難である。そこで、各個人において痛みの感受性を表す部位といわれる耳介後部を測定点に加え検討を行ったところ、健常者において耳介後部と咬筋および側頭筋との間に相関がみられ、この耳介後部を基準点とすれば、異常のある部位を確定できる可能性があることがわかった。さらに、この耳介後部を基準点として咬筋、側頭筋の圧痛閾値を健常者の経日変動および顎機能異常患者の治療変動で追ったところ、健常者は信頼区間内の変動であり、顎機能異常患者では初診時信頼区間外に位置していたが、治療とともに信頼区間内に入ることがわかった。現在、この信頼区間は、95%を使用しているが、さらに異常部位判定の確度を増すため健常者および顎機能異常患者の被験者数を増し、最も妥当な信頼区間を検証中である。加えて現在までの結果につき投稿を準備している。
食生活と環境化学物質が子ども達の脳神経に与える影響の網羅的な解析

今年度は亜鉛を多めに投与した群とそうでない群のマウス脳海馬切片を作成し、レーザーアブレーション(LA)-ICP-MSを用いて、組織中の亜鉛のイメージング測定を行った。海馬での相対定量値は、亜鉛多めの群で層でない群の約1.2ー1.3倍であった。亜鉛投与量では亜鉛多めの群でそうでない群の数倍を与えており、脳内の亜鉛量の恒常性は維持されているが、多めの群でやはり若干量の増加が見られた。これらから海馬において亜鉛量が生理的濃度であることが実証された。さらに今までに得たメタボロミクス、トランスクリプトミクスのデータで、GO(gene ontology)解析、パスウェイ解析を各種の方法を用いてさらに検証した。メタボロミクスのデータからMetaboAnalystのPathway解析とEnrichment Analysis(MSEA)で解析を行った結果、亜鉛多めの群では、カテコールアミン生合成経路の亢進が見られた。トランスクリプトームの結果をMetascapeを用いてGO解析を行ったところ、脳・神経・ニューロンのGOが多く抽出され、特に行動、transmembrane、GPCRやグルタミン酸受容体などが有意だった。以上から、マウス行動解析から得られた脳機能向上という結果をオミクス解析で説明することが可能となった。詳細はさらに検討する。現在までに、メタボローム、トランスクリプトームのオミクスデータが集積されている。これらと亜鉛と脳機能の関連を統合して解析するには新たなソフトウェアを必要とするが、現在試用段階である。本課題は平成30年度終了であるが、オミクスデータによる機能解析がソフトウェア試用を経て、正式に購入した。これを用いて、現在までに集積したオミクスデータおよび亜鉛データを統合し、解析を試みる。近年、子供たちの学習障害や情緒障害が社会的な問題となっている。私たちはこれらの原因の一つとして、過去の実験結果より、環境中の化学物質「安息香酸亜鉛」が関与している知見を得た。そこでこれらの化学物質の脳への関与を調べるため、亜鉛、安息香酸および安息香酸亜鉛を通常より多めに含む飼料で、長期間マウスを継代飼育している。本年度はこれらのマウス脳海馬を用いて、GC-MS/MS(トリプル四重極型ガスクロマトグラフ質量分析計)により475代謝物を対象にターゲットメタボローム解析を行なった。コントロール、亜鉛、安息香酸および安息香酸亜鉛の4群のマウス(2-3世代、9-10週齢)から迅速に脳を取り出し、氷上で海馬を切り分け、直ちに液体窒素に保存した。この試料を誘導体化した後、GC-MS/MSのMRMモードで測定を行った。得られたデータで多変量解析を行ったところ、4群を有意差をもって分離することができ、4群がそれぞれの特徴的な代謝系を持つことが示された。さらに、コントロールとそれ以外の3群をそれぞれ比較し、特徴的な変動代謝物の抽出を行った。コントロール群に比較して、特に安息香酸群において有意に変動が認められた代謝物が抽出され、多くはアミノ酸やアミン類であった。以上、これら化学物質の脳代謝に対する影響を網羅的に検討したところ、特に安息香酸を含む飼料を与えたマウス脳の海馬で、コントロール群や他の群に比べ明らかに有意差のある代謝物が複数見つかり、安息香酸が脳代謝系に影響を与える可能性が強く示唆された。今後は安息香酸が生体内のどの代謝過程で関与したか、その機序を検証する。行動解析実験において、やや遅れが生じた。理由は、安息香酸群のマウスで、継代飼育により繁殖能力が減じたため、行動解析に供する個体のn数がそろわなかったためである。メタボローム解析は順調である。遺伝子発現解析は試料を準備中であり、1ヶ月以内にデータがそろう予定である。私たちはこれらの原因の一つとして、過去のマウスを用いた実験結果より、環境中の化学物質である「安息香酸亜鉛」が関与している知見を得ている。昨年度はこの化学物質が脳に与える変化を網羅的に捉えるため、亜鉛、安息香酸、安息香酸亜鉛を通常より多めに含んだ飼料で長期間マウスを継代飼育し、710週前後の子の脳部位のメタボローム解析およびマイクロアレイ解析(一部)を行った。GC-MS/MSのMRMモードによるターゲットメタボロームの結果、コントロールと比較して有意に変動が認められた代謝物が10数個抽出された。マイクロアレイによるトランスクリプトーム解析では、マウスの行動解析結果と照合できる発現変動遺伝子群が抽出された。今年度はこれらの結果から、代謝の変動があったのか?あった場合、どの代謝経路に多く変動が起きたか?を知るため、バイオインフォマティクスを用いた解析を行った。web上で提供されているデータベースを元にして、機能解析を行うメタボロミクス解析ソフトMetaboAnalyst(Xia Lab @ McGill )でエンリッチメント解析、パスウェイ解析を行い、さらにKEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)の代謝図にマップを試みた。また、トランスクリプトーム解析はDAVID(National Institute of Allegy and Infections Diseases)、Metascape(metascape.org)等を用いて、GO解析(gene ontology、遺伝子の機能を推定する)を行った。その結果のひとつとして、特に膜に局在するGタンパク質によるシグナルが亜鉛を過剰投与したマウスの行動および脳海馬の代謝に関与していることが示唆された。

安息香酸ナトリウムを含む特殊飼料によるマウスの継代飼育は、マウスの生殖能力が低下し、今後の飼育の継続は断念するが、既に得られているメタボロームおよびトランスクリプトーム解析の結果を熟考し、網羅的な解析を継続する。また、解析はまだであるが、高脂肪食を食餌として与えたマウスの脳の部位別の脂肪酸に特化したメタボローム測定は終了している。今年度は亜鉛を多めに投与した群とそうでない群のマウス脳海馬切片を作成し、レーザーアブレーション(LA)-ICP-MSを用いて、組織中の亜鉛のイメージング測定を行った。海馬での相対定量値は、亜鉛多めの群で層でない群の約1.2ー1.3倍であった。亜鉛投与量では亜鉛多めの群でそうでない群の数倍を与えており、脳内の亜鉛量の恒常性は維持されているが、多めの群でやはり若干量の増加が見られた。これらから海馬において亜鉛量が生理的濃度であることが実証された。さらに今までに得たメタボロミクス、トランスクリプトミクスのデータで、GO(gene ontology)解析、パスウェイ解析を各種の方法を用いてさらに検証した。メタボロミクスのデータからMetaboAnalystのPathway解析とEnrichment Analysis(MSEA)で解析を行った結果、亜鉛多めの群では、カテコールアミン生合成経路の亢進が見られた。トランスクリプトームの結果をMetascapeを用いてGO解析を行ったところ、脳・神経・ニューロンのGOが多く抽出され、特に行動、transmembrane、GPCRやグルタミン酸受容体などが有意だった。以上から、マウス行動解析から得られた脳機能向上という結果をオミクス解析で説明することが可能となった。詳細はさらに検討する。現在までに、メタボローム、トランスクリプトームのオミクスデータが集積されている。これらと亜鉛と脳機能の関連を統合して解析するには新たなソフトウェアを必要とするが、現在試用段階である。現在メタボロームの測定とおおよその解析が終わっている段階である。今後データをさらに詳細に解析し、抽出された変動代謝物の検証を行う。さらに遺伝子発現解析用にすでに脳試料の準備が整っているので、この結果もメタボローム解析結果と併せて詳細に検討することにより、安息香酸や亜鉛などの物質が、脳代謝の秩序を乱す過程をパスウェイ解析等を行い、検証していく。現在、世界的にオミクス解析のプラットフォームの充実度が進歩し、オミクスデータの蓄積はさらに新たな知見をもたらすことが予想される。生化学的、分子生物学的実験も意義があると思われるが、これらの貴重なオミクスデータの解析を進めることにさらなる意義があると思われる。今後トランスクリプトーム解析およびメタボローム解析の結果を統合した解析をすすめる。また、亜鉛の慢性的過剰投与に関しては詳細な結果と解析を得ることができたので、現在、論文作成中である。本課題は平成30年度終了であるが、オミクスデータによる機能解析がソフトウェア試用を経て、正式に購入した。これを用いて、現在までに集積したオミクスデータおよび亜鉛データを統合し、解析を試みる。
イトマキヒトデが感知する天敵ニチリンヒトデの生体成分の研究

イトマキヒトデはその捕食者のニチリンヒトデに対して忌避行動を示す。ヒトデ類が天敵に忌避行動を示す例は、イトマキヒトデのみである。我々はまず、ニチリンヒトデ成分がこの忌避行動を誘起することを明らかにし、次に忌避行動の定量的な検定法の開発と、それを利用した活性物質の効率的分離、精製法を検討した。忌避活性は、小型水槽にイトマキヒトデ1個体を入れ、「忌避行動開始までの時間」、「平均速度」、「移動距離」の3項目を5段階強度で評価し、その合計点を4段階の活性強度(+++、++、+、-)で表した。イトマキヒトデはニチリンヒトデの凍結-解凍液(ドリップ)で最も強い忌避行動を示す。個体差を除くために、ドリップに対して13点以上(最高15点)の個体を生物検定用に選出した。これにより、活生物質の濃度と活性強度の相関を検定することが可能となった。忌避行動を誘起する化合物はプロテアーゼにより失活し、分子量30,000の限外濾過で活性が内液に残るので、分子量3万以上のポリペプチド性の化合物であると推定した。硫安沈殿、ゲル濾過カラム、HPLCで分離して各画分の活性をはかったところ、分子量10万付近の化合物が複数含まれるフラクションに忌避活性が認められた。よって、活性本体は分子量10万付近の複数のタンパク質であると推定した。忌避行動を誘起する化合物が分子量10万にも及ぶ高分子量タンパク質であるという報告はこれまで全く無いことから、今後この研究は化学生態学に一石を投じ、新たな方向性を見出すものと期待される。この研究の途上で、イトマキヒトデの飼育水が人の肌荒れを改善する効果を示すことを発見した。そこで肌荒れ改善効果を持つ化合物の分離を行い、ポリヒドロキシステロイド2種類とサポニン3種類を単離した。いずれも既知の化合物であったが、イトマキヒトデ抽出物の有効利用法(化粧品への応用)を見いだしたことは意義がある。イトマキヒトデに忌避行動を起こさせるニチリンヒトデの生体成分を化学的に研究するために、まず生物検定法の改良を行った。水槽中のイトマキヒトデに検定液を直接又は適当な担体に染込ませて近付けた際に示す反応により忌避行動の有無とその強弱を判定することができた。カイロモンはニチリンヒトデから水により抽出できるが、その残渣はイトマキヒトデにより捕食された。水抽出物は加熱(80°C、1秒)、プロテアーゼ処理により活性が著しく低下した。一方、グリコシダーゼ処理、固相抽出用担体HP-20(非吸着)では殆ど活性に変化は無かった。このことから、カイロモンはヒトデ類に普遍的に含まれるサポニン、ポリヒドロキシステロイドではなく、ペプチド、タンパク質と考えられる。数々の固相抽出用、ゲルろ過用担体を検討した結果、生物活性物質の一部がODSに吸着することがわかった。ニチリンヒトデ水抽出液をODSカラムに通すと、強い活性成分は非吸着部(通過液)に含まれていたが、イトマキヒトデはODSのMeOH溶出部にも弱い忌避行動を示した。ODS吸着部:ODSカラムを使用したHPLCで分離を行った所、互いに重なり合った2つのピークに活性が極在していた。

それぞれを完全に精製することはできなかったが、2つの画分に分離し、それぞれのESIMS、NMRを検討した結果、イノシンとグアノシンと推定したので標品と比較して同定した。この2核酸は、単独では活性を示さなかったが、ODS吸着部中の存在比(約1:1)に混合した場合、天然物と同等の活性を示した。ODS非吸着部:イトマキヒトデに忌避行動を起こさせるカイロモンの本体はここに含まれる。ニチリンヒトデ水抽出物で検討した結果より、このカイロモンはペプチド、タンパク質と考えられるが、レクチンカラムには吸着しなかった。現在、ペプチド、たんぱく質分離用担体を用いてカイロモンの分離を行っている。昨年度の予備的な分離実験で,強い忌避活性はODS非吸着部に検出されるが,イトマキヒトデはODSの50%MeOH溶出部にも弱い行動を示すことが分かった。しかし,今回別個体のニチリンヒトデから得られたODS吸着部の活性は前回よりも弱かった。前回はODS吸着部からイノシンとグアノシンを同定したが,今回はイノシンのみ検出した。イトマキヒトデは核酸により近くに生物やその死骸があることを感知して動き出すのではないかと考えられる。よってODS吸着部は忌避行動とは直接関連していないと思われるが,核酸による行動誘起に関してはもう少し実験例を増やす必要があると思われる。忌避行動を強く誘起するフラクション(ODS非吸着部)はペプチド,タンパク質と考えられた。塩析,透析,ゲルろ過,イオン交換クロマト(アニオン,カチオン),疎水クロマト,アフィニティークロマトなどを行い,各フラクションの忌避行動を調べたが,活性物質は分離操作により分散し,個々のフラクションの生物活性も弱くなった。分散した活性フラクションを再び混合すると,個々のフラクションよりも強い活性を示したが,粗抽出液の活性の強さは再現できなかった。よって,イトマキヒトデに忌避行動を起こさせる物質は安定性の低い複数のペプチド/たんぱく質で,相加・相乗効果を示すと考えられる。活性を示すフラクションをSDS-PAGEで分析したが,クマシ-ブル-では発色せず,銀染色により吸着バンドが確認された。以上の結果から,ニチリンヒトデの水抽出物から忌避行動を誘起する化合物を分離するのは,爽雑物が多すぎるので大変難しいと判断した。そこでより有効な方法を求めて,ニチリンヒトデの体表粘液,胃内容物,肛門排出液の忌避活性を調べ,胃内容物と肛門排出液に強い活性を見いだした。得られる量や爽雑物を考慮し,今後の分離操作は肛門排出液から行うのが一番有利であると結論した。昨年度までの実験で、イトマキヒトデに忌避行動を誘起するニチリンヒトデ成分は安定性の低い複数のペプチド/たんぱく質と考えられたので、不安定化因子の解明と効率的な分離方法の開発を中心に検討した。安定性は塩濃度によっても影響を受け、濃度が0.1Mより低くなると活性が低下した。最大の活性低下はクロマトグラフィーにより起こる。バッファー溶液を用いて、たんぱく質分離用のゲルろ過カラムで分離を行い、2フラクションに活性を検出したが、活性は著しく低下した。活性フラクションを混合したが、活性の強さは再現できなかった。よって活性物質が担体へ吸着したと考えられる。イトマキヒトデは4月に採取したニチリンヒトデの肛門排出液に強い忌避行動を示したが、7月に採取した液には活性がなかった。10月の肛門排出液には強い活性があるので、水温上昇による摂餌停止と忌避行動に関係があることが示唆される。同日の朝、昼、夜に採取した肛門排出液の活性には優位な差はなかったので、一日の変化もなく、液を採取し続けても活性物質は排出され続けることもわかった。
DT40細胞と酵母を用いた放射線誘発ゲノム不安定性の研究

DT40細胞より分離したDNAについてマウスミニサテライト配列Pc-1をプローブにしてSouthem解析を行ったところ、強くhybridizadonするバンドが見つかった。これをクローニングして配列を解析したところ、Pc-1にみられる反復配列であるGGGCAを繰り返し配列としてもつ部位と、これと1塩基異なる配列AGGCAの繰り返し部位からなるミニサテライト配列であることが明かになった。このニワトリDT40配列を指標にして放射線照射による突然変異誘発解析を行った。その結果、野生型DT40細胞では、照射により突然変異頻度が上昇することが明かになった。この突然変異生成にどの遺伝子が関与しているかを明かにする目的で、京都大学医学部武田俊一教授よりKu70欠損、Rad54欠損、Ku70/Rad54 2重欠損を分与いただいた。これらについて解析した結果、Rad54欠損株では放射線によるミニサテライト配列の突然変異が生じないことが示され、組換えの機構によりこの変異が生じることが示された。酵母を用いた研究では、Ade2変異体を用いた。この変異体において、Ade2以外のAde関連遺伝子に突然変異が生じると、白色の細胞となる。そのため赤色のコロニーの中に白色のスポットをもつvariegatedコロニーではこの突然変異が遅延的に生じている可能性がある。X線を照射すると、遅延突然変異は相当の高頻度で生じることが明かになった。この遅延突然変異を示すクローンを分離して、様々な指標について解析したところ、遅延突然変異で生じた白色細胞ではAde関連遺伝子の突然変異ではなく、ミトコンドリアが脱落しているためであることが明かになった。すなわち、ミトコンドリアの不安定を見ていることになる。この不安定性を示す株について、広島の放射緑影響研究所で開発された2次元電気泳動注をもちいたゲノム解析を行ったところ、ゲノムの一部に突然変異を持つことが明らかになった。放射線が突然変異誘発作用の機構とし、放射線によるDNA損傷が突然変異として固定されるという直接的な作用機構が考えられてきた。しかし最近になり放射線は遺伝的不安定性を誘発し、これが突然変異を誘発するという間接的機構の存在が明らかになってきた。われわれのこれまでの研究から、遺伝的不安定性により誘導される生殖細胞突然変異や体細胞突然変異の存在を示してきた。しかしながら、放射線による遣伝的不安定性の誘発の分子機構は明かではない。本研究は、電離放射線によるゲノム不安定性について、まずそのような現象が確認でき、さらに分子・遺伝子レベルでの解析が可能な実験系を確立することを行った。まず第一に種々の遺伝子についてノックアウトを作成することが容易であり、しかもすでに種々のノックアウト細胞が樹立されているニワトリのDT40細胞についてミニサテライト配列の突然変異解析を行った。マウスPc-1ミニサテライト配列は、放射線による突然変異頻度が高いので、ニワトリの相同の配列のクローニングを行った。その結果マウス同様にGGGCA配列とAGGCA配列から構成されるミニサテライト配列のクローニングに成功した。野生型DT40細胞に3Gyのを照射し、ランダムに得た100個のクローンについてSouthern解析を行ったところ、自然突然変異頻度0%(0/52クローン)にたいして照射したものでは13%(8/63クローン)の突然変異頻度の上昇を観察した。これに対して、Ku70遺伝子ノックアウト株での自然然変異頻度は7%で3Gy照射後に16%となりた。さらにRad54遺伝子ノックアウト株においては、照射・非照射ともに突然変異はほとんど見られず、これよりミニサテライト配列の突然変異誘発には組換え修復機構が関与していることが明らかになった。酵母では、コロニーの色で解析できるAde2遺伝子変異細胞株を用いた。この系において1個の赤色コロニーのなかに白い細胞群のパピラが生じるものを遅延突然変異として解析を行った。このようなコロニーは、照射後に相当頻度で発生するので、酵母では遅延突然変異が生じている可能性がある。しかしながら、これらのパピラについて遺伝子解析を行ったところ、それらのほとんどがミトコンドリアの欠失によるものであることが明らかになった。

この遅延突然変異を示すクローンを分離して、様々な指標について解析したところ、遅延突然変異で生じた白色細胞ではAde関連遺伝子の突然変異ではなく、ミトコンドリアが脱落しているためであることが明かになった。すなわち、ミトコンドリアの不安定を見ていることになる。この不安定性を示す株について、広島の放射緑影響研究所で開発された2次元電気泳動注をもちいたゲノム解析を行ったところ、ゲノムの一部に突然変異を持つことが明らかになった。
惑星探査用小型分離マルチバンドカメラの測定手法開発

平成29年度中に発注していたハイパースペクトルセンサおよびそのセンサを評価するための評価システムが納入された.本研究の目的は,CMOSセンサ上に分光フィルタが積層されたハイパースペクトルセンサの評価を行い,このセンサを用いた小型マルチバンドカメラ実用化に向けた測定手法開発を行うことである.しかし,このハイパースペクトルセンサは非常に高価であるため,まずは評価システムの動作確認の意味も含め,ハイパースペクトルセンサのベースとして使用されているものとまったく同じ型番の安価なCMOSセンサを用いてベースセンサ部分の性能評価を実施した.その結果,大部分の性能についてはセンサのデータシートと一致することが確認できたが,飽和電荷量については入射光フラックスに依存して変化することが確認された.入射光フラックスが大きい場合にはデータシートに記載されている飽和電荷量に一致するが,入射光フラックスの低下に伴い飽和電荷量が低下することが判明した.これはデータシートには記載されていない現象であったが,その後の調査により,画素のトランスファーゲートの電流のリークにより整合的に説明できることがわかった.飽和電荷量は,マルチバンド撮像においてはデータのS/N比をどこまで稼げるかに直結する重要なパラメータであるため,入射光のフラックスを測定し,飽和電荷量との対応関係を明らかにした.これにより,実際の探査におけるマルチバンド撮像で想定される小惑星からの入射光のフラックスがわかれば,それに対する飽和電荷量を求めることができ,達成できるS/N比を知ることができる.これにより,ハイパースペクトルセンサの分光特性評価の準備が整った.センサの評価システムが納入されたが,撮像画像が取得できない不具合が発生し,メーカに問合せ対処を施したが改善しなかったため,原因調査のために評価システムをメーカに送り返した.その結果,評価ボードからPCへと画像を取り込むためのグラバボードに初期不良があったことが判明し,修理を実施した.これらの一連の作業に約半年の時間を要したため,当初の計画通りに研究を遂行することができなかった.また,このように評価システム自体に問題点があったため,この評価システムを使っていきなり高価なハイパースペクトルセンサの評価を実施するのには不安があったため,まずはこのハイパースペクトルセンサのベースとなっている安価なCMOSセンサを用いてベースセンサ部分の性能評価を実施するという計画に変更した.昨年度の時点で,評価システムの納期が非常に長く,納入が平成30年度にずれ込むという遅れが生じていたが,この不具合の発生と修理および計画の変更により,さらに遅れることとなった.ハイパースペクトルセンサのベースであるCMOSのセンサ基本性能評価が完了したため,ハイパースペクトルセンサの評価に移行する.分光特性の基本的評価を行った後,組成が均一で反射スペクトルが既知の試料(粉末試料のペレットなど)および,岩石試料や隕石試料の撮像を行い,それらを画像処理することで,マルチバンドデータにする.既知のスペクトルデータと比較することで,定量的に正しくマルチバンド撮像できているかどうかの評価を行う.これらの評価を通して,この新たなマルチバンド撮像方式を小型分離カメラに用いるにあたっての問題点や改善点を洗い出し,可能なものについてはその対策を講じる.最終的には,このハイパースペクトルセンサを用いた小型分離マルチバンドカメラの実現可能な基本仕様例を構築する.本研究の目的は,惑星探査機母船から分離して科学観測を行う小型マルチバンドカメラ実用化に向けた測定手法開発を行うことである.このような分離カメラは,「はやぶさ2」で実用化されているが,モノクロカメラである.本研究ではこれをマルチバンドカメラ化することで,さらに多くの科学成果を得ることを目指している.ただし,小型分離カメラはそのサイズや重量の制約から,従来の手法でのマルチバンド撮像は不可能であるため,ベルギーのIMEC社が近年開発した,分光フィルタを画素上に直接積層したハイパースペクトルセンサを用いて,小型分離カメラ用の分光撮像手法の確立を目指す.平成29年度の目標は,マルチバンドカメラのセンサモジュールを作製し,ハイパースペクトルセンサの性能評価を行うことであった.センサの駆動・読み出し回路を制作する予定であったが,当初の予定よりも多額の予算がかかることが判明したため,代替手段を考えたところ,このセンサのベースとなっているCMOSセンサ用の評価ボードでこのセンサを駆動できることがわかったため,評価ボードを購入することにした.納期が6ヶ月かかるため,平成29年度中に発注は行うが,平成30年度初頭に納入されることとなった.したがって,平成29年度中にセンサの基本性能の評価を行うという当初の予定を達成することは不可能となったが,センサ及び評価ボード入手後にすぐに測定を開始するための準備を行った.実験室内に簡易暗室を組み立て,その中に光学定盤や光源を設置するなど,測定環境を構築した.また,ハイパースペクトルセンサではないがイメージセンサを用いて,ノイズ,飽和電荷量,線形性といった基本的なセンサの評価の練習を行った.データ取得方法やその解析手法は確立したため,IMECのセンサ及び評価ボード入手後,すぐに基本測定を開始する準備は整った.当初の計画では,ハイパースペクトルセンサの駆動・読み出し回路を作製する予定であったが,制作には予定を超える予算ががかかることが判明した.代替手段としてハイパースペクトルセンサのベースとなっているCMOSセンサの評価ボードを用いれば駆動できることがわかったが,その評価ボードの納期が6ヶ月と長く,購入を決定した時点で発注しても,納入が翌年度となってしまうことになった.そのために,センサを駆動することができず,当初平成29年度中に予定していたセンサの基本性能評価を実施することができなかった.平成29年度中に発注していたハイパースペクトルセンサおよびそのセンサを評価するための評価システムが納入された.

本研究の目的は,CMOSセンサ上に分光フィルタが積層されたハイパースペクトルセンサの評価を行い,このセンサを用いた小型マルチバンドカメラ実用化に向けた測定手法開発を行うことである.しかし,このハイパースペクトルセンサは非常に高価であるため,まずは評価システムの動作確認の意味も含め,ハイパースペクトルセンサのベースとして使用されているものとまったく同じ型番の安価なCMOSセンサを用いてベースセンサ部分の性能評価を実施した.その結果,大部分の性能についてはセンサのデータシートと一致することが確認できたが,飽和電荷量については入射光フラックスに依存して変化することが確認された.入射光フラックスが大きい場合にはデータシートに記載されている飽和電荷量に一致するが,入射光フラックスの低下に伴い飽和電荷量が低下することが判明した.これはデータシートには記載されていない現象であったが,その後の調査により,画素のトランスファーゲートの電流のリークにより整合的に説明できることがわかった.飽和電荷量は,マルチバンド撮像においてはデータのS/N比をどこまで稼げるかに直結する重要なパラメータであるため,入射光のフラックスを測定し,飽和電荷量との対応関係を明らかにした.これにより,実際の探査におけるマルチバンド撮像で想定される小惑星からの入射光のフラックスがわかれば,それに対する飽和電荷量を求めることができ,達成できるS/N比を知ることができる.これにより,ハイパースペクトルセンサの分光特性評価の準備が整った.センサの評価システムが納入されたが,撮像画像が取得できない不具合が発生し,メーカに問合せ対処を施したが改善しなかったため,原因調査のために評価システムをメーカに送り返した.その結果,評価ボードからPCへと画像を取り込むためのグラバボードに初期不良があったことが判明し,修理を実施した.これらの一連の作業に約半年の時間を要したため,当初の計画通りに研究を遂行することができなかった.また,このように評価システム自体に問題点があったため,この評価システムを使っていきなり高価なハイパースペクトルセンサの評価を実施するのには不安があったため,まずはこのハイパースペクトルセンサのベースとなっている安価なCMOSセンサを用いてベースセンサ部分の性能評価を実施するという計画に変更した.昨年度の時点で,評価システムの納期が非常に長く,納入が平成30年度にずれ込むという遅れが生じていたが,この不具合の発生と修理および計画の変更により,さらに遅れることとなった.平成29年度中には,センサを駆動するための評価ボードの納入が間に合わずハイパースペクトルセンサの基本性能評価を実施できなかったが,その準備は整っており,評価ボード納入後にすぐに実施する予定である.基本性能評価実施後は,センサとレンズを組み合わせて撮像できるカメラに組み上げて,積分球を用いて,マルチバンドカメラとしての定量観測を行うための校正を行う.
代謝関連分子の網羅的絶対定量に基づく骨格筋代謝研究の新展開

本研究では、インスリン投与によりマウスの代謝改変を誘導後、骨格筋構成分子の量的・質的変化を経時的に定量し、骨格筋代謝制御に与える分子間相互作用の影響を解析する。平成30年度は、以下のとおり骨格筋構成分子の量的変化の計測を行った。12-16時間絶食後、C57BL/6J野生型マウス(10週齢)にインスリンを腹腔内投与(0.7 U/kg)し、経時的(0-4時間の間の計13点)に両足の腓腹筋を採取した。各時点につき3個体実施し、コントロールとしてはPBSを投与した。採取した腓腹筋より代謝物・タンパク質・total RNAをそれぞれ抽出し、大規模計測に至適化した方法にてサンプル調製を実施した。ただし、計測スループットの問題から、代謝物は全13時点で行ったのに対し、タンパク質およびRNAは5時点分のみとした。これらのサンプルを用いて、代謝物・タンパク質については質量分析(それぞれCE-MS・LC-MS/MS解析)を、RNAについてはディープシークエンスを行った結果、119代謝物、1,795タンパク質、18,387 mRNAが同定・定量された。各分子の時系列データについて、全時点数の半数以上の定量値が得られているもののみを抽出後、さらに大きなノイズを含むものを除外した結果、97代謝物、1,582タンパク質、16,039 mRNAの時系列データが得られ、これらがさらなる数理的解析に使用可能と判断された。これにより、体内エネルギーの状態変化に伴う骨格筋構成分子の量的変化の情報が大規模に得られた。大部分の骨格筋構成分子の定量およびデータ品質の確認が順調に進行した。インスリン投与後における腓腹筋タンパク質上のリン酸化量変化の定量はまだ実施できていないため、これを行う。また平行して、取得した定量データと各分子同士の既知の関連性を基に代謝関連分子の微分方程式モデルを作成し、そこから骨格筋代謝制御の定量的性質を解明するためのスキームを開発する。解析対象分子数は膨大で、かつこれらは異なる原理で同定・定量されているため、様々な分子IDや既知の機能、ネットワークの情報等をデータベースより取得し、必要に応じて分子間のIDマッチングや既知機能による選択等を行う必要があるため、この処理を自動化・最適化する。特に代謝反応の知見については、代謝マップのネットワーク構造より腓腹筋に存在する経路を抽出してその情報を使用する。リン酸化はタンパク質機能に影響を及ぼす因子として定式化する。モデルパラメータは、発見的手法と非線形最適化を組み合わせた方法で推定するが、効率化のためにパスウェイ単位でネットワークを細分化してそれぞれパラメータ推定を行った後に、それらを徐々に連結させてパラメータを再調整することを繰り返す。これにより、最終的にはより大きなネットワークについて取得データと可能な限り整合性がとれるようなパラメータの推定を試みる。

これにより、最終的にはより大きなネットワークについて取得データと可能な限り整合性がとれるようなパラメータの推定を試みる。タンパク質リン酸化の定量が予定より遅れたため、それに伴い必要経費も次年度に使用する必要が生じた。タンパク質リン酸化の定量の見通しは既に立っているため、必要となる消耗品を随時購入しつつ着実に実行する。
重い電子系化合物の極低温磁気体積効果

重い電子系物質では磁気体積効果が重要であることが多い。本研究では極低温下で磁化と磁歪の同時測定が行える装置を開発し、重い電子系の磁化機構の解明に役立てることを目的とした。われわれはこれまでにキャパシタンスファラデー法を用いた極低温強磁場下の磁化測定技術開発を行ってきており、現在50mK、9Tまでの高分解能の磁化測定が可能である。本年度は、この装置のキャパシタンス式荷重計に取り付けて試料の磁歪を測定するための、超小型のキャパシタンス変位計の開発を主に行った。このキャパシタンス変位計には軽量であること、非磁性であること等が要求されるので、全てエポキシ樹脂を用いて製作した。電極面は金蒸着により形成した。この結果、全重量を1グラム程度に抑えることができた。この装置を用いてCeRu_2Si_2の磁歪測定を行い、再現性や感度のチェックを行った。その結果、Δl/lで10^<-7>程度の変化を再現性よく測定できることを確認した。CeRu_2Si_2の磁化・磁歪測定の狙いは、この物質の特徴である1-パラメータースケーリングが極低温下でも成立しているかどうかの点である。現在CeRu_2Si_2の磁歪測定は継続中であるが、0.5K以下の温度領域では1-パラメータースケーリングが破れていく傾向が見られた。今後CeB_6,(Ce,La)B_6の測定を行い、4重極転移と磁気体積効果を研究する。
南極成層圏の温度降下に与える大気重力波の特殊な効果に関する研究

初年度には準地衡風近似モデルに基づいて、半球規模の中層大気大循環モデルを作製した。そのモデルでは経度方向に平均した量とプラネタリー波として1個の波数のみを使用した。したがって、波と平均場との相互作用だけで、波と波の相互作用は省略されていた。それにもかかわらず、プラネタリー波を飽和させることによって、南極成層圏の極渦が強化され低温が維持されることがわかった。特に、気候値としての南半球の極夜ジェットの強さと対流圏から侵入するプラネタリー波の強に依存して、極渦の状態は変化することも理解できた。今年度は準地衡風近似の制限をはずしてプリミティブ方程式系による同様のモデルを開発した。このモデルは前のモデルで省略されていた波と波の相互作用を含んでいることが特徴である。したがって、これまでのように強制的に波を飽和させる必要がなくなり、自動的に各波数のプラネタリー波の振幅は調整される。北極成層圏ではオゾン減少はあまり顕著ではなく、オゾンホールはもっぱら南極成層圏で卓越している。この理由をモデルで調べることが本研究の主たる目的である。極渦が南極で安定強化されるのは、南半球の極夜ジェットの風速が北半球に較べて1.5倍以上も大きいためである。この強いジェットを北半球より弱いプラネタリー波によって十分減速し東風にすることができず、極夜ジェットを2つに分裂はさせるが極周辺では依然として強い西風が維持強化される。波数1のプラネタリー波を強制した場合、極周辺の西風を安定して維持するのは波数2以上のプラネタリー波であるという重要な知見が得られた。本研究課題では、大気重力波が主な役割をしているように書いてあるが、研究の結果としてむしろプラネタリー波がもっとも重要であり、大気重力波は二次的であることも推測できる。本年度は10kmから100kmにわたる中層大気の半球モデルを作製した.モデルは平均場と擾乱場に分離され,擾乱場としてまずプラネタリー波が採用された.南半球での突然昇温を調べるためには,プラネタリー波の役割が基本的に重要である.南半球は北半球に比べてプラネタリー波の活動も弱く,波数1が卓越している.そのために南半球では大昇温は起らず,むしろ小昇温が時々起るといわれてきた.しかしながら,オゾンホール現象が起るためには南極下部成層圏の温度が極端に低く維持されていなければならず,例え小昇温といえども起ってはならない.すなわち,オゾン量と下部成層圏の温度の間に非常に高い相関があるためである.一方,南半球の中緯度帯には高いオゾン量が観測されており,当然のことながらそこは高温帯になっているはずである.このような南半球の下部成層圏の特異な状態を半球モデルから導出することを試みた.その際もっとも重要なことは,プラネタリー波が一定限度まで増幅するとそこで飽和するという事実である.この条件を使って時間積分を行なった結果,飽和限界の与え方によって南極上空に寒冷核が,同時に中緯度に温暖帯が形成されることがわかった.また対流圏から強制するプラネタリー波の振幅に関しても,あまり強すぎてもあまり弱すぎても寒冷核の形成は起らないこともわかった.これらの結果はむしろ予想を上まわる大きな成果であると考えられる.以上のように,オゾンホール形成にはまずプラネタリー波の飽和が重要なことは理解できるが,これだけではなぜオゾンホールがこの数年拡大してきたかを説明することはできない.大気重力波の効果をモデルに導入することが次年度の課題として残されている.初年度には準地衡風近似モデルに基づいて、半球規模の中層大気大循環モデルを作製した。

本研究課題では、大気重力波が主な役割をしているように書いてあるが、研究の結果としてむしろプラネタリー波がもっとも重要であり、大気重力波は二次的であることも推測できる。