hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
静電・電磁揺動の新古典輸送に与える効果と異常粘性に関する研究

静電揺動が存在する軸対称トーラスプラズマにおける新古典及び異常輸送を統一的に理論定式化した。粒子分布関数に対する運動論的方程式をアンサンブル平均と揺動部分に分けることにより、新古典及び異常輸送成分を明解に分類した。乱流に起因する力の磁力線垂直方向成分が異常粒子・熱輸送フラックスを与え、その磁力線平行方向成分が新古典輸送に影響を与えることを示した。静電揺動項を含むドリフト運動論的方程式のアンサンブル平均部分と揺動部分をそれぞれ解析的に解き、その解を用いて新古典・異常輸送フラックスの表式を求め、新たに静電乱流が生み出す磁力線平行方向の異常粘性を導出した。その例として、イオン温度勾配不安定性モードの分散関係を用いて、プラトー衝突領域における新古典・異常それぞれの粒子・熱輸送フラックスと異常粘性を詳細に表し、イオン温度勾配と静電乱流が生み出すポロイダル方向のプラズマ流の大きさを評価した。また、静電乱流に伴うエントロピー生成を厳密に定義することにより、異常輸送における互いに共役な熱力学的力と輸送フラックスの組合せを確定し、その組合せの間に成り立つ準線形異常輸送方程式を導き、準線形異常輸送行列がオンサーガ-対称性を満足することを示した。この新古典・異常輸送理論を非軸対称トーラスの場合に拡張するため、先ず乱流の存在しない非軸対称トーラスに対して、純粋な新古典輸送におけるエントロピー生成を運動論的に定義し、そのエントロピー生成を互いに共役な熱力学的力と新古典輸送フラックスの内積として熱力学的形式に書き換え、共役な力とフラックスを結ぶ新古典輸送方程式が非軸対称系においても厳密にオンサーガ-対称性を満足することを証明した。
マイクロマシーン構造を用いた発振波長の温度無依存化を可能とする新しい半導体レーザ

MEMSを用いたデバイスは光との相性の良さから、オプトエレクトロニクスの分野で非常に広い範囲での応用が考えられている.MEMSを集積した波長可変フィルタは連続的な波長可変が可能・偏波無依存・アレー化が可能といった利点が挙げられる.本研究では熱応力を用いた新しい機能を持つ光フィルタ・半導体レーザを提案している.マイクロマシン面発光レーザ製作の問題点を示した.中間DBRの厚さを薄くすると、応力による膜の破壊や酸化レートの鈍化が確認された.中間DBRを厚くする事がデバイス製作上有効である事を明らかにした.実際に温度無依存面型LEDを製作し、波長の温度依存性を0.015nm/Kに抑える事ができた.これは通常のDFBレザの0.1nm/Kに比べて1/7以下の小さな値となっている.製作精度を上げて、レーザ発振が得られれば、温度無依存面発光レーザが実現できると考える.InPやInGaAsPなどの長波長帯材料を用いても波長の温度無依存化が可能であることを示した.GaAs系と同じく0.0001nm/K以下と小さな温度依存性の可能性を示した.本研究で提案する温度無依存化の手法が広範囲の材料系に適用できる事を示した.平行加熱機構型の波長可変速度を測定し、100μsと1ms以下の応答速度を得た.これは同構造の静電引力による波長可変で得られた速度と同等の値となっている.また、有限要素法による熱応答の解析を行った.解析から熱による波長可変動作では熱応答により速度が制限されている事が分かった、静電駆動型に比べて可変速度の劣化が見られない事から、熱による駆動によってダンピング緩和が可能であることを示している.さらに微小構造を製作することで、機械的な速度制限点に加え,熱応答の観点でも高速化が可能であることを示唆した.現在の構造を1/100に小さくすることで、1/10000の高速化と1/100の低消費電力化が可能であると見積もられた.MEMSを用いたデバイスは光との相性の良さから、オプトエレクトロニクスの分野で非常に広い範囲での応用が考えられている.MEMSを集積した波長可変フィルタは連続的な波長可変が可能、偏波無依存、アレー化が可能といった利点が挙げられる.本研究では熱応力を用いた新しい機能を持つ光フィルタ、半導体レーザを提案している.溝付き熱応力マイクロマシンフィルタを製作する.片持ち梁構造の上部DBR上に熱応力層が付加されており、熱により片持ち梁を上下にマイクロ動作させる.また、電極間に溝を掘ることで電流経路が制限でき、効率良く梁が加熱できる.3次元有限要素法を用いて熱分布を求めた.片持ち梁部分に5倍の温度が梁に集中していることが分かった.これを実際製作し、波長挿引を行った.6.1Vと低電圧で53nm以上の連続的な波長可変特性が得られた.53nmを得るには80mW程の消費電力が必要となっており、これは溝無しの物に比べて低消費電力となっている.次に可変速度について測定した.静電駆動型では片持ち梁の共振周波数で速度は決まるが、熱応力駆動では熱応答で制限される.溝の無いマイクロマシンフィルタの電極間に2V、77Hzのパルス電圧をかけて応答速度を測定した.立ち上がり、立下り時間は約100μs程とサブミリセックの応答速度が得られた.最後に以前から本研究室ではマイクロマシン構造を集積した発振波長が温度無依存となる、面発光レーザを報告する.今回、試作として共振型発光素子を製作した.基本構造はマイクロマシンフィルタ構造と類似している.活性領域はエアギャップと下部DBRの間に位置し、0.96μm帯InGaAs3Qwとした.片持ち梁の長さを110μm, GaAs層の厚さを500nmとしたところ,20°Cから110°Cまでの温度変化で、共振波長変化量は1.7nmとなった.この共振型発光素子は温度による共振波長変化が+0.015nm/Kと通常の単一モード半導体レーザ(+0.1nm/K)の1/6以下の共振波長変化量を実現している.MEMSを用いたデバイスは光との相性の良さから、オプトエレクトロニクスの分野で非常に広い範囲での応用が考えられている.MEMSを集積した波長可変フィルタは連続的な波長可変が可能・偏波無依存・アレー化が可能といった利点が挙げられる.本研究では熱応力を用いた新しい機能を持つ光フィルタ・半導体レーザを提案している.マイクロマシン面発光レーザ製作の問題点を示した.中間DBRの厚さを薄くすると、応力による膜の破壊や酸化レートの鈍化が確認された.中間DBRを厚くする事がデバイス製作上有効である事を明らかにした.実際に温度無依存面型LEDを製作し、波長の温度依存性を0.015nm/Kに抑える事ができた.これは通常のDFBレザの0.1nm/Kに比べて1/7以下の小さな値となっている.製作精度を上げて、レーザ発振が得られれば、温度無依存面発光レーザが実現できると考える.InPやInGaAsPなどの長波長帯材料を用いても波長の温度無依存化が可能であることを示した.GaAs系と同じく0.0001nm/K以下と小さな温度依存性の可能性を示した.

本研究で提案する温度無依存化の手法が広範囲の材料系に適用できる事を示した.平行加熱機構型の波長可変速度を測定し、100μsと1ms以下の応答速度を得た.これは同構造の静電引力による波長可変で得られた速度と同等の値となっている.また、有限要素法による熱応答の解析を行った.解析から熱による波長可変動作では熱応答により速度が制限されている事が分かった、静電駆動型に比べて可変速度の劣化が見られない事から、熱による駆動によってダンピング緩和が可能であることを示している.さらに微小構造を製作することで、機械的な速度制限点に加え,熱応答の観点でも高速化が可能であることを示唆した.現在の構造を1/100に小さくすることで、1/10000の高速化と1/100の低消費電力化が可能であると見積もられた.
急速圧縮急速膨張機構による水分解水素生成の検証

水蒸気を熱分解して生じた水素取り出すために,ピストン断熱圧縮・膨張を用いる条件を理論的に検討し,それを実現する手法・装置についても検討した.分解温度として3000Kを想定すると,昇温条件としては先ず1000K程度までの予熱を行い,その後に断熱圧縮すること,また被圧縮気体として水蒸気を,比熱比の高い単原子気体に大希釈することで,圧縮比10程度の現実的な圧縮で可能となることが判った.膨張冷却時の組成変化につき詳細反応機構を用いた化学動力学計算によって検討すると,800K以下への急速な冷却によって水素を残留させることが可能であるとの結果を得た.水を分解して水素を生成する手法の一提案として、1予熱した気体へのピストン圧縮により短時間に3000K程度以上の超高温を達成することができ、2その気体が水蒸気を含むときにはその熱分解により水素・酸素が発生し、3その高温気体を急速に膨張させて低温化することにより組成を凍結して水素を取り出すことが出来る。以上の原理に基づく専用の急速圧縮・急速膨張装置を組み立て、本原理による水素生成を実証することを研究目的としている。このうちH27年度は1について、これを実現する条件は計画申請段階から検討され、試料気体はアルゴン希釈の水蒸気として比熱比の大きなものとし、1000Kの予熱に圧縮比14の急速圧縮でと、ほぼ定められていたので、装置の仕様、概念設計の検討を進めた。3について計画段階では具体的条件が見積もられておらず、酸素-水素系の詳細反応機構を用いた膨張過程のシミュレーションを行い、反応凍結の条件を検討したところ、2000K以上の高温平衡組成の混合気から水素を残すためには800K以下に急速膨張させる必要があること、そのための膨張時間は0.1ms以下が望ましいとの結果になった。これを現在のカム・ピストン機構の圧縮膨張装置で実現するには、軽量化など様々な改良を施しても機械的膨張である限り不可能であるとの判断に至った。そこで3の代案としては超音速自由膨張などの新たな手法を検討することにしたが、この部分の仕様検討までは研究機関内に行いたいが、装置の設計・製作までは期間内には困難と考えている。3の計画変更に伴い2についても膨張後の気体を分析するのではなく、圧縮時その場観察手法によって水蒸気の分解状態を確認することを目標とする。その手法として発光分光分析、吸収分光分析を用いる。水素分子の直接検出は難しいが、OHラジカル等の検出が可能であり、また水分子の赤外発光で高温達成の検証が可能である。研究実績の概要で述べたように、計画段階で立てた目標のうち、急速圧縮による高温生成は達成可能であるが、急速膨張を機械的な機構で行う限り、反応凍結・水素生成に必要なサブミリ秒の膨張速度は困難である。現状の圧縮膨張装置の駆動時定数は100ミリ秒の程度であり、改良を施しても10ミリ秒のオーダーに留まる。そのため目標を高温生成の実証と、水分解・水素生成の高温状態その場観察の手法に切り替え再検討することで「やや遅れ」の区分とした。水蒸気を熱分解して生じた水素取り出すために,ピストン断熱圧縮・膨張を用いる条件を理論的に検討し,それを実現する手法・装置についても検討した.分解温度として3000Kを想定すると,昇温条件としては先ず1000K程度までの予熱を行い,その後に断熱圧縮すること,また被圧縮気体として水蒸気を,比熱比の高い単原子気体に大希釈することで,圧縮比10程度の現実的な圧縮で可能となることが判った.膨張冷却時の組成変化につき詳細反応機構を用いた化学動力学計算によって検討すると,800K以下への急速な冷却によって水素を残留させることが可能であるとの結果を得た.水からの水素生成法に関わる一つの原理として、予熱した気体へのピストン圧縮により水分解を生じる超高温を達成し、その気体が水蒸気を含むときにはその熱分解により水素・酸素が発生する。そしてその高温気体を急速に膨張させて低温化することにより組成を凍結して水素を取り出すことが出来る。以上の原理を実現する専用の急速圧縮・急速膨張装置の条件検討を行った。圧縮条件として約1000Kへの予熱を行い、比熱比の高いアルゴン、ヘルウム等の単原子気体をベースガスとして常圧から圧縮比10程度の断熱圧縮によって3000K以上の高温を達成することが出来る。このとき水蒸気量に対して数パーセントの水素生成が期待できる。水素生成率が熱平衡分布のものに達するには、ミリ秒数十ミリ秒程度の通常の圧縮装置の時間スケールでは瞬時に到達することが分かった。アルゴン希釈の水蒸気を想定すると、一定の温度・圧力に対して、希釈率の高いほど水からの水素生成率は高くなる。膨張条件としては、800K以下への膨張を行うことが必要であることが反応シミュレーションから明らかになった。900K以上に留まるとその温度での平衡組成となり、1500K以下だと事実上全てが水に戻る。膨張速度として急速膨張速度は通常より一桁以上速い0.1ミリ秒としても水素固定には十分ではなく、大半の水素は水に戻る。水素回収のためには、機械的な膨張ではなく、超音速自由膨張のような流体力学的高速防諜手段を用いるか、超高温のまま生成酸素を取り除く手段が必要であると考えられる。先ず急速圧縮装置の改良作業を進め、高温生成を実証する。

改良装置は圧縮シリンダーに予熱ヒーターを組み込み、ヒーター熱版近傍で圧縮前1000Kとし、圧縮比14程度で100ミリ秒の時定数で断熱圧縮を行い、10ミリ秒程度の最高温度星時間を持つ。シリンダー内部各所に熱電対を配置して圧縮前温度分布をモニターし、高速圧力ピックアップでエンジン解析と同様の平均温度推移の算出を行うと共に、光学窓を備えて発光及び吸収の分光分析を行うものとし、圧縮時その場観測によって所定の高温達成と水分子熱分解の実証までを研究機関内の目標として達成したい。熱工学研究実績の概要及び進捗状況で記した様に、当該研究計画・目標からの一部変更として、急速圧縮膨張装置の要素の内急速膨張部分は当初組み込まないこととした関係で、部品購入で仕様再検討、購入延期としたものがあるため。研究計画の一部変更として、急速圧縮膨張装置の急速膨張機構については省略した代わりに、高温達成と水分解状態実証のための分光分析手法を増強する。そのたに前年度残高を充填する。
圧縮された音楽信号の原音修復に関する研究

本研究の目的は,音信号を圧縮することにより削除される情報を,残った情報から出来るだけ忠実に推定し,原音を修復するというものである.本年度は主に圧縮された音信号としての劣化が比較的顕著に表れる「空間性」に着目し,「空間性」に影響を与える物理要因についての検討を行った.この物理要因が明らかとなれば,圧縮された音信号における「空間性」に関する物理要因を操作することで,原音修復が可能となると予想される.「空間性」を操作する方法として,左右の信号の相関に着目した.時間領域上で左右の信号を段階的に加えることにより左右の信号の相関を操作し,原音と相関操作後の音について,一対比較によるSD法を用いて印象評価実験を行った.得られた結果を確認的因子分析したところ,音質の差が美的・空間因子,量的因子,明るさ因子,柔らかさ因子の4因子によって知覚されていることが分かり,音の広がりと美しさが一つの次元として知覚されることが示された.この結果は,相関を操作することにより「空間性」が何らかの影響をうけることを示す結果であるといえる.さらに,美的・空間因子や明るさ因子の得点は,音信号がステレオからモノラルに近づくにつれて低下するといった結果が得られた.この結果は,相関があがることにより音信号の「空間性」が低下することを示す結果である.すなわち,圧縮された音信号で上昇する左右信号の相関を何らかの方法で適切な値まで引き下げることにより,圧縮することにより失われた音の「空間性」を補償できる可能性を示す結果であるといえる.来年度は,本年度明らかとなった左右音信号の相関と「空間性」の関連についてより詳細に検討し,左右音信号の相関をパラメトリックに操作することで「空間性」がどのように変化するかといった定量的な分析を行う予定である.本年度は、基礎的な圧縮処理による信号のひずみの特性を調べるために、異なるビットレートで圧縮した際の再生音の主観的なひずみの程度を聴取実験により評価させた。音楽信号の圧縮符号化手法としては、広く利用されているMP3(MPEG Layer3)を対象として検討を行った。現在、MP3よりも音質が良い圧縮符号化処理も開発されているが、MP3は符号化、復号化の処理がオープンであり、質の良いソースプログラムも利用可能であることから、今後、内部処理を分割して効率的に解析ができると判断し、これを採用した。まず、ITU-R BS.1116-1で勧告されている微小な音質差の評価実験手法に基づき、隠れ基準つき3刺激2重盲検法により、圧縮処理前と処理後の音の主観的劣化度を判断させ、個人差についてクラスタ分析により解析した。その結果、音質の劣化に比較的敏感な人とそうではない人がいることが判明した。この原因が、聴取者が聴取音に対して受ける印象の違いに起因していると考え、複数の形容詞対を用いたSD法により聴取者が感じている印象の空間の抽出を試みた。刺激音には、先の実験と同様に圧縮処理による音質劣化音を用いた。得られたデータを基に、探索的因子分析を行ったところ、45因子でおおよそ聴取者の音質劣化知覚空間を表現できることが判明した。第13因子については、因子負荷量の大きな形容詞対から考え、それぞれ「美的・叙情的因子」「明るさ因子」「やわらかさ因子」の3つの因子が対応すると考えられた。この妥当性について更に検討するため、各形容詞対から因子へは単一パスのみを仮定した確認的因子分析を実施したところ、この構築したモデルにより圧縮処理による音質劣化の構造を良く表現できていることが判明した。特に、64kbpsのように圧縮率を高くした場合には、音質劣化に敏感な人は「美的・叙情的因子」が大きく悪化することが分かった。本研究の目的は,音信号を圧縮することにより削除される情報を,残った情報から出来るだけ忠実に推定し,原音を修復するというものである.本年度は主に圧縮された音信号としての劣化が比較的顕著に表れる「空間性」に着目し,「空間性」に影響を与える物理要因についての検討を行った.この物理要因が明らかとなれば,圧縮された音信号における「空間性」に関する物理要因を操作することで,原音修復が可能となると予想される.「空間性」を操作する方法として,左右の信号の相関に着目した.時間領域上で左右の信号を段階的に加えることにより左右の信号の相関を操作し,原音と相関操作後の音について,一対比較によるSD法を用いて印象評価実験を行った.得られた結果を確認的因子分析したところ,音質の差が美的・空間因子,量的因子,明るさ因子,柔らかさ因子の4因子によって知覚されていることが分かり,音の広がりと美しさが一つの次元として知覚されることが示された.この結果は,相関を操作することにより「空間性」が何らかの影響をうけることを示す結果であるといえる.さらに,美的・空間因子や明るさ因子の得点は,音信号がステレオからモノラルに近づくにつれて低下するといった結果が得られた.この結果は,相関があがることにより音信号の「空間性」が低下することを示す結果である.すなわち,圧縮された音信号で上昇する左右信号の相関を何らかの方法で適切な値まで引き下げることにより,圧縮することにより失われた音の「空間性」を補償できる可能性を示す結果であるといえる.来年度は,本年度明らかとなった左右音信号の相関と「空間性」の関連についてより詳細に検討し,左右音信号の相関をパラメトリックに操作することで「空間性」がどのように変化するかといった定量的な分析を行う予定である.
窒素固定型シアノバクテリアを利用したバイオマス生産の基盤研究

本研究では、増殖に窒素肥料を必要としない窒素固定型シアノバクテリアを利用して、大気中の二酸化炭素からバイオ燃料や化成品の原料などの有用物質を生産するための基盤技術の開発を行った。二酸化炭素から有用物質を効率よく生産させるためには、シアノバクテリア細胞内での物質の流れ(代謝)を自在にコントロールする必要がある。本研究では、代謝系の遺伝子の発現を制御する因子を同定し、その改変により代謝系をコントロールすることに成功した。光合成効率の高いシアノバクテリアは、植物に替わる新たなバイオマス資源として注目されている。しかし、現実には物質生産に利用されている例は少ない。その原因のひとつが、窒素要求性が高く、その培養に大量の窒素肥料を必要とすることにある。そこで本研究では、窒素肥料を全く必要としない窒素固定型のシアノバクテリアを用いたバイオマス生産の基盤技術を開発する。バイオ燃料の原料として利用されるグリコーゲンや脂肪酸の効率的な生産系を、遺伝子工学と代謝工学により、窒素固定型シアノバクテリアAnabaena sp. strain PCC 7120(アナベナ)において構築する。本研究では、代謝改変に代謝系遺伝子の発現を制御する転写因子を利用する。代謝の制御に関わる転写因子は、ある代謝系を構成する複数の遺伝子発現を一括して制御し、代謝系全体を効率的に調節する。昨年度はグリコーゲン分解と解糖系を制御する2個の転写因子NrrAとSigEを同定した。そして、これらの転写因子の改変により、細胞内のグリコーゲン蓄積量を増加させることに成功した。本年度は、新たにスクロース合成を制御する転写因子OrrAの同定に成功した。アナベナは細胞内にスクロースを大量に蓄積することが知られている。したがって、有用バイオマスの生産量を増加させるためには、スクロース含量を低下させグリコーゲンや脂肪酸合成に利用される炭素量を増やす必要がある。orrA遺伝子破壊株では、スクロース合成に働く複数の遺伝子の発現量が低下し、そして細胞内のスクロース含量が低下していた。orrA遺伝子の改変株を作製することで、炭素の流れをよりグリコーゲンや脂肪酸合成に回すことができると期待できる。また、スクロースもバイオ燃料の原料として利用できる物質であり、今回の発見によりアナベナによるスクロース生産系の構築の可能性が見えてきた。バイオ燃料の原料として利用される糖や脂肪酸の効率的な生産系を、遺伝子工学と代謝工学により、窒素固定型シアノバクテリアAnabaena sp. PCC 7120(アナベナ)において構築する。代謝の制御に関わる転写因子は、その代謝系を構成する複数の遺伝子発現を一括して協調的に制御し、代謝系全体を効率的に調節する。昨年度までにグリコーゲンと解糖系を制御する2個の転写因子NrrAとSigE、さらにスクロース合成を制御する転写因子OrrAを同定した。本年度は、OrrAの機能解析を進めると共に、あらたにペントースリン酸経路を構成する遺伝子の制御系の解明に取り組んだ。orrA遺伝子破壊株を用いたトランスクリプトーム解析により、OrrAがスクロース合成だけでなく200個以上の遺伝子の発現制御に関わることが示された。また、orrA遺伝子の過剰発現により、スクロース合成量を増加させることに成功した。さらに、ペントースリン酸経路を構成するgnd遺伝子の発現を制御する転写因子を同定した。その転写因子の過剰発現により、ペントースリン酸経路の活性を抑制し、窒素固定活性を低下させることにも成功した。以上のように、代謝系を制御する転写因子を利用して、アナベナの代謝フラックスを改変することに成功した。代謝の制御に関わる転写因子は、ある代謝系を構成する複数の遺伝子発現を制御し、代謝系を効率的に調節する。平成23年度には、代謝系を制御する転写因子の同定を行った。

その結果、アナベナにおける解糖系を制御する転写因子を同定することに成功した。窒素欠乏により誘導されることが知られていた転写因子NrrAとSigEの遺伝子破壊株を作製したところ、グリコーゲン分解や解糖系に関わる遺伝子の発現が低下し、その結果として細胞内にグリコーゲンの蓄積が起こっていた。NrrAとSigEが協調して働き、アナベナのグリコーゲン異化を制御していることが明らかとなった。これらの転写因子を利用することで、グリコーゲンの分解や解糖系の働きを抑制あるいは強化することが可能となると期待される。NrrAとSigE以外にも、ペントースリン酸経路やスクロース、トレハロースなどの糖の代謝に関わる遺伝子の発現を制御する転写因子の候補を得ており、今後解析を進める予定である。平成24年度においては、新たにスクロース合成系を制御する転写因子OrrAを同定することに成功した。スクロースはアナベナ細胞内に大量に蓄積される物質であり、生産を目指すグリコーゲンや脂肪酸と炭素骨格を奪い合っている。そのため、細胞内のスクロース含量を低下させることは、グリコーゲンや脂肪酸の生産量の増加につながると期待できる。今年度はorrA遺伝子破壊株を作製し、そのスクロース蓄積量が減少していることを確認した。したがって、orrA遺伝子破壊株はグリコーゲンや脂肪酸生産株のベースとなる株として、今後の研究の発展に大いに寄与すると期待している。以上のように、研究はおおむね順調に進展している。平成23年度は、代謝系遺伝子の発現を制御する転写因子を同定することを目指した。本年度の研究により、グリコーゲン代謝と解糖系を制御する2個の転写因子NrrAとSigEを同定することに成功した。そして、これらの転写因子の遺伝子操作により、グリコーゲン代謝を改変することができることも示した。さらにNrrA,SigEの他にもペントースリン酸経路やスクロース、トレハロースなどの糖の代謝に関わる遺伝子の発現を制御すると予測される転写因子を得ることにも成功している。したがって、現在のところ研究はおおむね順調に進展していると言える。今後は当初計画通り、オミクス統合解析を進める。解糖系を制御する転写因子NrrAとSigE、さらにスクロース合成系を制御する転写因子OrrAを遺伝子操作した株を用いて、トランスクリプトームとメタボローム解析を行い、代謝系の変化を詳細に解析する。その結果をもとに、バイオマス生産の効率化につながるさらなる代謝改変のターゲットを見つけ出す。現在のところ、重要な糖代謝系の一つであるペントースリン酸経路を制御する因子が同定できていない。今後はペントースリン酸経路の制御因子の探索にも取り組み、包括的な糖代謝制御技術の開発を目指す。解糖系を制御する転写因子NrrAとSigEを遺伝子操作した株を用いて、トランスクリプトームとメタボローム解析を行い、代謝系の変化を詳細に解析する。
筋ジストロフィーにおける細胞外分子補充療法の開発

デュシェンヌ型筋ジストロフィー(DMD)は骨格筋でのdystrophin欠損による筋力低下を特徴とする進行性遺伝疾患である。細胞外マトリックス分子であるbiglycanは、dystrophinの機能を代償し得るutrophinの発現を誘導することが知られている。本研究ではDMDモデルマウスであるmdxマウスにAAVを介してbiglycan遺伝子(BGN)を導入した。AAV-Bgnを全身投与したmdxマウスでは、筋組織および肝臓でのBiglycanの発現量が増加し、筋組織においてUtrophinの上昇が確認された。また運動症状が回復し、筋組織病理像の改善が見られたことから、有効性が示された。DMDに対する遺伝子治療は、全ての筋細胞へdystrophin遺伝子導入が難しいことが障壁となっている。本研究ではDMDモデルマウスであるmdxマウスにadeno associated virus (AAV)を介してbiglycan遺伝子(BGN)を導入し、mdxマウスの運動症状の回復、筋組織での遺伝子発現、組織学的検査を行ない、治療効果を検証した。rAAV8-BGNを尾静脈より全身投与したmdxマウスは、注入後2週より運動機能が上昇し、ロタロッドテストで良好な成績を示した。mdxマウスは成長過程で筋細胞の破壊より再生が活発であるため、ある程度運動機能が正常に近いが、横隔膜の筋肉は早い段階から筋の変性や繊維化が進む。mdxマウスはutorophinの発現が遅れる生後6週齢までと筋萎縮の始まる16週齢以降において、骨格筋組織では筋細胞の大きさにばらつきがあり、中心核が多く見られ、筋細胞の再生能が落ちることにより筋萎縮が促進する。現段階では治療マウスの経過観察中であるため骨格筋標本は作製していないが、運動試験の結果では16週齢においても運動能が良好である為、治療効果の持続が期待できる。デュシャンヌ型筋ジストロフィー(DMD)は、骨格筋でのdystrophin欠損による筋力低下を特徴とする進行性の遺伝性疾患である。本疾患はX染色体劣性遺伝であるが、突然変異率も高く、男児の3300人に1人の罹患率である。DMDに対する根本的な治療法はなく、進行を遅らせるための様々な取り組みがされている。DMDにおける遺伝子治療は、モデル動物においてmini dystrophinやmicrodystrophinの導入が報告されているが、全ての筋細胞への遺伝子導入が困難なため、障壁となっている。本研究では、細胞外マトリックス分子であるbiglycanをadeno assiciated virus(AAV)を介してDMDモデルマウスmdxに遺伝子導入することを検討する。biglycanはdystrophinの機能を代償し得るutrophinの発現を誘導することが知られている。AAV-biglycanを導入したmdxマウスにおいて、運動症状の改復、筋組織での病理像の改善、遺伝子発現の変化を調べて、その治療効果を検証した。AAV-biglycanを尾静脈より全身投与したmdxマウスは握力テストとロタロッドテストで運動症状が改善していた。mdxの骨格筋組織では、筋組織の大小不同や、中心核、細胞浸潤による炎症がみられるが、AAV治療マウスにおいて、その病理像は改善していた。現在、筋細胞中のutrophinの発現やジストログリカン複合体構成分子の発現量の変化を調査中である。今後、AAV-biglycanを導入によりutrophinの発現誘導の状況とその時期を明らかにし、さらに、コントロール群、治療マウス群の個体数を増やし、統計的に有意となる有効性を目指したい。mdxの骨格筋組織では、筋組織の大小不同や、中心核、細胞浸潤による炎症がみられるが、AAV治療マウスにおいて、CK値、筋細胞面積、中心核の割合が改善していた。AAVを介したBiglycanの導入により、治療マウスの筋組織中のBiglycanタンパク量が増加していた。筋組織における免疫染色により筋細胞中のutrophinの発現量は増加し、ジストログリカン複合体構成分子の発現量についても増加した。今後、副作用の観点から、他の組織・臓器での異所性発現についても解析する。

平成26年度-27年度の計画にある、rAAV-BGN注入mdxマウスの運動能評価とmRNA発現量と組織学的解析を終了した。rAAV8-BGNを4週齢のmdxマウスの尾静脈に注入し、全身の骨格筋細胞での発現を行った。投与量は、rAAV8-BGN (1x12乗vg)を用いた場合に、有意な運動能力の向上が見られた。そこで、10匹のmdxマウスにrAAV-BGNの全身投与を行い、握力試験、回転ホイールによる自発運動テスト、ロタロッドテストの成績から運動能力の回復を評価した。治療マウスではBiglycanのタンパク発現が上昇していた。また、骨格筋中のutrophinとDAPC分子の発現量をmRNAレベルで調査した。組織学的な解析においても、病理像が改善されていた。さらに、骨格筋組織切片においては、病理像とbiglycan, utrophin, dystrobrevi, syntrophin, sarcoglycan抗体を用いた免疫染色を行い、イメージ解析によりシグナル強度を定量し、治療マウスで上昇が認められた。これは、遺伝子導入したbiglycanによりジストロフィン複合タンパクの遺伝子発現誘導がされたことを裏付けている。デュシャンヌ型筋ジストロフィー(DMD)は、骨格筋でのdystrophin欠損による筋力低下を特徴とする進行性の遺伝性疾患である。本疾患はX染色体劣性遺伝であるが、突然変異率も高く、男児の3300人に1人の罹患率である。DMDに対する根本的な治療法はなく、進行を遅らせるための様々な取り組みがされている。本研究では、細胞外マトリックス分子であるbiglycanをadeno assiciated virus(AAV)を介してDMDモデルマウスmdxに遺伝子導入することを検討する。biglycanはdystrophinの機能を代償し得るutrophinの発現を誘導することが知られている。AAV-biglycanを導入したmdxマウスにおいて、運動症状の改復、筋組織での病理像の改善、遺伝子発現の変化を調べて、その治療効果を検証した。AAV-biglycanを尾静脈より全身投与したmdxマウスは握力テストとロタロッドテストで運動症状が改善していた。mdxの骨格筋組織では、筋組織の大小不同や、中心核、細胞浸潤による炎症がみられるが、AAV治療マウスにおいて、CK値、筋細胞面積、中心核の割合が改善していた。AAVを介したBiglycanの導入により、治療マウスの筋組織中のBiglycanタンパク量が増加していた。筋組織における免疫染色により筋細胞中のutrophinの発現量は増加し、ジストログリカン複合体構成分子の発現量についても増加した。AAV8を介したBiglycan投与では肝臓での感染率が高く、肝臓においてBiglycanの生産が増加していた。Biglycanは細胞外分子であるため、血液に運ばれて全身のBiglycanが増加したと考えられる。
日本語を活用した体験型小学校英語活動教員研修プログラムの開発

小学校外国語活動の教員研修用として、英語以外の言語、主として日本語を用いた言語活動を15例開発した。複合語を利用した活動3例、あいまい文活動、数字ことば活動、回文活動、日本語の数え方活動、各々1例、外来語活動2例、漢字活動6例である。このうち8例を、茨城大学教員免許状更新講習会で実際に実施し、受講者にアンケートにより評価をしていただいた。日本語活動例は英語活動例に対する評価ほどは高くなかったものの、母語への気づきを促す上で有意義と思われる。茨城県内の小学校教員168名に外国語活動に関するアンケート調査を実施し、主に外国語活動における負担感及び英語の好き嫌いの項目への回答に着目し分析を行った。その結果、半数以上の教員が外国語活動をすることに負担感を感じており、さらに、負担感と英語の好き嫌いの両者には相関関係があることが分かった。負担感の理由としては、教員自身の英語力に関するものと、外国語活動の準備に関するものが大多数であった。英語嫌いの理由としては、英語に対する苦手意識と英語の発音・会話ができないことが8割以上を占めた。小学校教員が外国語活動を行うには、まず教員自らが、コミュニケーションを含めて、外国語活動の楽しさを体験することが必須であり、そのための「体験型」教員研修が重要であることが裏付けされた。また、英語嫌いの原因となっている英語に対する苦手意識や嫌悪感は、長期間にわたる英語学習を通して体験的に蓄積されたものであるから、短期間の研修によって、そのすべてを取り除くことは困難である。そのような教員に対応するために、教員研修は日本語など英語以外の言語を扱う活動も含める必要がある。本研究で開発した日本語を活用した活動は、日本語を組み合わせて複合語を作る活動、「時計」「袋」という表現を機能的に分類する活動、片仮名の語源を調べる活動、あいまい文の複数の意味を見つける活動の計4つである。この4つの活動を教員免許状更新講習会で実施したが、英語を扱った活動と比べる、受講生の評価が若干低かった。一層の改善が必要である。小学校外国語活動として利用可能と思われる、主に日本語を用いた言語活動を10例ほど教材化し,平成22年度茨城大学教員免許状更新講習会(8月および12月)において,受講者に対し実施をした。主な活動例は次の通りである。複合語を利用した活動の1つ目は,「通学」と「バス」を組み合わせることにより,「通学バス」と「バス通学」という2つの意味の異なる表現を作る活動である。2つ目は、複合語を長くする活動である。「自動車-自動車工場-電気自動車工場-電気自動車工場見学」のように単語を追加していく活動である。3つ目は「袋」に関する複合語(浮き袋、紙袋、ごみ袋、レジ袋等)を分類する活動である。あいまい文活動は、同一表現でも複数の意味があることを気付かせる活動である。使用した例は、「わたしはだあれ」「人が嫌がることをするお婆さん」等である。数字ことば活動は、数字を使用して日本語のことばを表現する活動である。例えば、39(サンキュウ)、89(野球}である。自分あるいは家族の誕生日や、電話番号の数字を何と読ませることができるかを考える活動である。漢字を使った活動は、同じ漢字でも、日本語と中国語では意味が異なることを体験させる活動である。例えば、「娘」、「手紙」は、中国語ではそれぞれ「母親」、「トイレットペーパー」という意味となる。外来語活動は、中国語では外来語をどのように表現するかを学習する活動である。例えば、「タクシー」は「的士」(広東語)、「バス」は「巴士」、「コカコーラ」は「可口可楽」(広東語)等となる。日本語の数の数え方活動は「1本、2本、3本10本」を数の読み方によって分類し、その特徴を見つけ出す活動である。いずれも、日本語を含めて、ことばに対する気付きを促す活動である。平成23年度は日本語を利用した5つの言語活動(4つの漢宇を利用した活動と1つの外来語活動)を開発した。平成23年度の茨城大学教員免許状更新講習(8月及び12月)の中で、日本語を利用した2つの言語活動を実施した。1例は「海」に一文字追加して、海の生き物を表す漢字を作成し(例、「海老」)、その後、英語(shrimp)に結び付ける活動である。もう1例は、中国語の外来語活動である(「的士」=タクシー)。受講者からの5点満点のアンケー評価では、前者は4.35、後者は4.0の平均値となった。8割程度の満足度ということができる。今年度は研究の最終年度であるため、研究総括も行った。全期間では、日本語を利用した言語活動を15例開発し、その内8例を茨城大学教員免許状更新講習会で実施した。延べ178名の受講生から得られたアンケートへの回答も分析をした。

受講生の中には小学校教員のみならず、中学校、高校の教員も数多くみられ、小学校外国語活動への関心の高さを示していることがわかった。免許状更新講座の内容に関しては、受講生から総じて高い評価を得られた。日本語活動に対する受講者からのアンケート評価は、5点満点で3.754.60の平均値を得た。しかし、講習会で実施した他の活動(外国語活動に関する講義、英語コミュニケーション活動、ゲーム性のある活動)のアンケート評価値が概ね4.5以上であることを考慮すると、日本語活動に対する評価値はさほど高くはない。日本語活動は母語への気づきを促すには適しているが、コミュニケーション活動としては英語を利用した活動の方がよりふさわしいと思われる外国語活動の目標として母語への気づきを促すためには、日本語活動はどうしても必要である。日本語活動は英語活動だけでは達成することができない部分を補う役割をもっている。日本語活動をより満足度の高いものにする方法として、カタカナ英語、和製英語、外来語等を通して、日本語と英語を結びつけることが考えられる。もっと国語教育と外国語活動の連携が必要と思われる。
ラット三叉神経節におけるLPS受容体の発現および炎症による影響の検討

前年度に引き続きラット三叉神経節の細胞を採取、培養を行い、LPSあるいは各種炎症性メディエータ(Prostagrandin E2、Bradykinin、Histamin、Serotonin)を作用させた。ウサギ抗CD14抗体あるいはウサギ抗TLR抗体、モルモット抗VR1(カプサイシン受容体)抗体を用いて免疫組織学的手法によりTLR4およびCD14の局在の変化を検索した。本年は、各種炎症性メディエーター炎症性メディエーターの濃度を変化させて作用させた。しかしながら、前年度同様に群によっては陽性反応は見られるものの細胞の形状の変化があり、各種炎症性メディエーターとTLR4およびCD14の発現の相関は確認できなかった。一方で、各種炎症性メディエーターは、LPSはTLR4およびCD14を介して直接あるいは間接的に惹起された免疫反応ににより分泌される。これらは歯髄炎あるいは根尖性歯周炎を発症させ痛みを引き起こすが、症状と組織の病態が必ずしも一致せず、術前に炎症の程度を把握することや術後の疼痛を予測することは難しい。実際の歯科臨床における炎症性メディエーターと痛みとの関連を探るべく、炎症性メディエーターのひとつであるSubstance Pの産生量をヒト新鮮抜去歯を用いて比較した。これらは術前の診査により、急性歯髄炎、慢性歯髄炎、急性根尖性歯周炎、慢性根尖性歯周炎、健常歯の5群に分類された。ELISA法にてこれらの歯根表面のSubstance P濃度を測定した。その結果、各群のSubstance P量には、有意な差は認められなかった。これらのことから、無症状の歯髄炎あるいは根尖性歯周炎であっても、歯根膜の炎症状態は強い場合があること、術後疼痛が生じる可能性があることが示唆された。本研究より、歯髄の生死や症状の違いに関わらず、歯根膜で相当量のSubstance Pが産生されていることが分かった。Toll 4 receptor(TLR4)およびCD14は、細菌の構成要素であるLipopolysaccaride(LPS)の受容体である。これらは、昆虫を含む大部分の生物に共通な構造から成り、非選択的免疫作用を誘発し炎症を引き起こす。歯髄疾患および根尖性歯周炎は、しばしば強い痛みを生じるとともに、治療後も疼痛が持続することがある。本実験の目的は、TLR4およびCD14の受容体の分布を調査し、細菌による刺激が三叉神経にダイレクトに痛み情報を伝え、炎症や痛覚過敏を惹起させる可能性を検討することである。雄性Wisterラットの三叉神経節を採取し、直ちに凍結した。凍結切片を作成し、以下の一次抗体により二重染色を行った。・ウサギ抗CD14抗体あるいはウサギ抗TLR抗体・モルモット抗VR1(カプサイシン受容体)抗体あるいはマウス抗N52抗体抗VR1陽性細胞はC線維を、抗N52抗体は感覚神経を示す。その結果、C線維あるいは感覚神経の細胞体と考えられる細胞にTLR4が発現していたこと、CD14はほとんど発現していなかったことが明らかにされた。このことから、細菌あるいは細菌産生物が、歯髄や根尖歯周組織中の神経を刺激し炎症性メディエーターの遊離を誘発する以外に、直接神経に働きかける可能性が示された。これまでの研究により、細菌の構成要素であるLipopolysaccaride(LPS)の受容体であるToll 4receptor(TLR4)およびCD14がラット三叉神経節の細胞に存在していることが明らかにされた。このことから、歯髄や根尖歯周組織中の神経を刺激し炎症性メディエーターの遊離を誘発する以外に、直接神経に働きかける可能性が示された。次いで、ラット三叉神経節の細胞を採取、培養を行い、LPSあるいは各種炎症性メディエーター(Prostagrandin E2、Bradykinin、Histamin、Serotonin)を作用させ、同様に免疫組織学的手法によりTLR4およびCD14の局在の変化を検索した。その結果、TLR4およびCD14のいずれも発現していることが明らかになったが、それらに有意な差は見られず、群によっては陽性反応は見られるものの、明らかに細胞の形状が変化してしまったものもあった。最近の論文では、培養液中のLPSの濃度によって歯髄細胞や象牙芽細胞中の発現量に大きな変化が生じることが報告されていることから、濃度を変えることにより異なる結果が導かれる可能性があり、今後の課題である。また、これまで研究指導をされていたHargreaves教授が他のシンポジウムに出席するため来日した際に面会する機会を得、今後の研究打ち合わせを行った。

これらは歯髄炎あるいは根尖性歯周炎を発症させ痛みを引き起こすが、症状と組織の病態が必ずしも一致せず、術前に炎症の程度を把握することや術後の疼痛を予測することは難しい。実際の歯科臨床における炎症性メディエーターと痛みとの関連を探るべく、炎症性メディエーターのひとつであるSubstance Pの産生量をヒト新鮮抜去歯を用いて比較した。これらは術前の診査により、急性歯髄炎、慢性歯髄炎、急性根尖性歯周炎、慢性根尖性歯周炎、健常歯の5群に分類された。ELISA法にてこれらの歯根表面のSubstance P濃度を測定した。その結果、各群のSubstance P量には、有意な差は認められなかった。これらのことから、無症状の歯髄炎あるいは根尖性歯周炎であっても、歯根膜の炎症状態は強い場合があること、術後疼痛が生じる可能性があることが示唆された。本研究より、歯髄の生死や症状の違いに関わらず、歯根膜で相当量のSubstance Pが産生されていることが分かった。
有機無機複合型スピン分極ナノ粒子

I.磁性・導電性共存系としての金ナノ粒子・分子ワイヤーネットワーク(菅原、松下、川田)1)スピン分極ワイヤーと金ナノ粒子のネットワークにおいて、ワイヤー分子を通じた金ナノ粒子間の高次トンネリングが分子上の局在スピンで揺乱される機構を明らかにした。有機πスピンと伝導電子の相互作用を示した初めての例である。2)照井(NICT)との共同研究で、1個の金ナノ粒子をナノギャップ電極とワイヤー分子で配線した試料において明瞭なクーロンダイヤモンド特性を検出し、クーロンブロッケードとしての動作を実証した。3)ネットワークの構成単位として、鎖長7nmに達する21量体オリゴチオフェン型ワイヤーや、3分岐型ワイヤー分子を合成した。II.スピン分極ドナーを用いた伝導電子と局在スピンの共存系の研究(菅原、松下、川田)1)ドナーラジカルESBNのイオンラジカル塩が低温で負性磁気抵抗(-5% at 11K 5T)を示すことを見出した。純有機物質で磁性導電性共存系を実現した初めての例である。2)シクロファン型ドナーのイオンラジカル塩において、顕著な非線形伝導を見出し、その機構を電流印加状態におけるX線結晶構造解析という新たな手法で解明した。III.走磁性細菌がつくるナノ磁石の磁気的挙動の解明(田中、菅原、松下)1)磁性細菌由来のマグネタイト微結晶のMFM観察により、数個の微結晶からなる一次元鎖の両端に磁極面が形成されていることを見出した。2)走性細菌由来の平均粒径65nmのマグネタイト微粒子の集積体が、100Kで5%の負性磁気抵抗を示すことを見出した。IV.生体機能解明のための新規NOケージ化合物の開発と光分解の高効率化(村田)NOケージ化合物であるN-ニトロソアニリンの光分解に関して、項間交差を促進する置換基、および電子移動を誘起する電子受容性置換基の導入により、NOの発生効率が向上することを明らかにした。I.金ナノ粒子を分子ワイヤーで連結し、ネットワーク化した構造体における伝導電子と局在スピンの相互作用を解明し、ナノスピントロニクスの基礎を確立する研究(菅原、松下、川田)1)上記金ナノ粒子ネットワークの作製法を確立し、特にオリゴチオフェンジチオール型ワイヤーを用いた場合、40K以下で金ナノ粒子間のトンネル電流が支配的となることを見出した。2)π共役型分子ワイヤーの一層の伸長をはかり、鎖長7nmに達する21量体オリゴチオフェン型ワイヤーの合成に成功した。3)これまで困難であった、粒径2nm以下の金ナノ粒子上での配位子交換手法を確立した。これにより、室温近傍で単一電子トランジスター動作が可能なナノ粒子を、分子ワイヤーで配線することが可能となった。II.走磁性細菌を配列させた後に生体を除去することで、磁性ナノドットアレーを作製し、その磁気的挙動を解明する研究(田中)1)走磁性細菌をガラス基板上で磁気配列させ、磁気固定した後、強アルカリ溶液で処理することにより、フェリ磁性体として挙動する最小サイズ(30100nm)のマグネタイト微結晶をチェーン状に精密に配列させることに成功した。2)上記チェーン状ナノフェリ磁性体を磁気力顕微鏡で観察した結果、チェーン構造の両端に逆向きの磁気シグナルが現れる事を見出した。

さらに、真空下において1粒子レベルの磁気シグナルの検出にも成功し、磁性細菌由来のナノ粒子が、ヘキサゴナル構造の上下端部を磁極面に持っ特異な磁気構造を有する可能性を示した。III.生体情報伝達に与えるNOの反応性解明のための新規ケージ化合物の開発(村田)光分解の量子収率向上を目的に、光感応性置換基を導入した新規N-ニトロソアニリン誘導体を合成し、極低温マトリックス中、および室温溶液中における光化学的なNOの発生と、キノイド型ラジカルを反応中間体とする分解機構を明らかにした。I.金ナノ粒子を分子ワイヤーで連結したネットワーク状構造体における伝導電子と局在スピンの相互作用を解明し、ナノスピントロニクスの基礎を確立する研究(菅原、松下、川田)1)安定ラジカルを置換したスピン分極型分子ワイヤーと金ナノ粒子からなるネットワークにおいて、4Kで、ネットワークを流れるトンネル電流が磁場の印加により増大する、負性磁気抵抗を示す事を見出した。有機πスピンが伝導電子と相互作用する事を示した初めての例であり、特筆に値する。2)木村(兵庫県立大)、佃(分子研)より提供された極小径・超低分散の金ナノ粒子の磁気測定を行い、平均してナノ粒子1個あたり1個以下のスピンがある事を観察した。このような非磁性金属のナノ粒子における磁性発現の原因には興味が持たれる。II.伝導電子と局在スピンの共存系を構築する研究(川田)金属的伝導性が期待されるスピン分極ドナーとして、TTP骨格を有するドナーラジカルの合成に成功した。また、4個のSeを持つTSF型骨格を持つドナーラジカルの重要な前駆体であるホルミル体の合成に成功した。III.走磁性細菌がつくるナノ磁石を利用して、磁性ナノドットアレーを作製し、その磁気的挙動を解明する研究(田中)磁性細菌から調製した平均粒径65nmのマグネタイト微粒子のAC-SQUID、及びDC-SQUID測定を行い、膜の有無等に基づく集合形態の違いでフェリ磁性体としての挙動が変化することを見出した。IV.生体機能解明のための新規NOケージ化合物の開発と光分解の高効率化に関する研究(村田)光分解量子収率の高い新規NOケージ化合物の開発を目的として、N-ニトロソアニリンの光分解に対する芳香環置換基の効果を詳細に検討した。項間交差を促進する置換基、および電子移動を誘起する電子受容性置換基の導入により、NOの発生効率が向上することを明らかにした。I.金ナノ粒子を分子ワイヤーで連結したネットワーク状構造体における伝導電子と局在スピンの相互作用を解明し、ナノスピントロニクスの基礎を確立する研究(菅原、松下、川田)1)スピン分極型分子ワイヤーと金ナノ粒子からなるネットワークに関して、前年度に見出された負性磁気抵抗現象が、ナノ粒子間の単電子トンネリングの位相がワイヤー分子上の局在スピンで揺乱される、これまでに無い機構に基づくことを明らかにした。2)佃(分子研)より提供された極小径・超低分散の金ナノ粒子試料に関し、小島(東大)との共同研究でメスバウアースペクトルの測定を行い、粒径に依存した表面電子構造を明らかにした。II.伝導電子と局在スピンの共存系を構築する研究(川田、菅原、松下)1)ドナーラジカルであるETBN及びESBNを、マイクロ電極上で直接電解結晶化・抵抗測定することで、約30Kの低温までの抵抗測定に成功した。
感染症診断への応用を目指す糖ペプチドアレイの開発

MUC2ムチンのアミノ酸配列を元に56種類のパターンでN-アセチルガラクトサミン(GalNAc)が付加したペプチドを合成し、プレート上に固相化した。植物レクチンであるVVA-B4のGalNAc付加MUC2ペプチドに対する親和性をELISA法で測定した。その結果、GalNAc付加MUC2ペプチドがプレート上に固相化されており、VVA-B4のペプチドに対する親和性がMUC2ペプチド上のGalNAc付加位置により異なることが明らかとなった。GalNAc付加MUC2ペプチドを固相化したプレートを作成できたことにより、感染寄生虫レクチンのGalNAc付加MUC2ペプチドに対する親和性を測定することが可能になった。当該年度は対象となる感染菌(赤痢菌アメーバおよびクリプトスポリジウム)レクチンの発現および単離精製を行った。東京大学大学院薬学系研究科生体異物学教室・入村達郎教授から両感染菌レクチンのcDNAが組み込まれたベクターコンストラクトを数種類いただいた。様々な発現系の中から大腸菌を用いて両レクチンを発現することができ、大量培養した大腸菌体からの両レクチンの単離および精製を行った。大腸菌で発現させた赤痢菌アメーバレクチンの活性測定はアシアロBSMをコーティングしたELISA法を用いて行った。赤痢菌アメーバレクチンの活性を確認することができ、MUC2糖ペプチドを固相化した糖ペプチドアレイが作成でき次第、認識プロファイルを確認する。クリプトスポリジウムレクチンに関しては精製までできたので同様の活性測定を行う。糖ペプチドアレイに固相化するMUC2糖ペプチドの合成に関しては大腸・小腸に主に発現しているMUC2ムチンのタンデムリピート部のアミノ酸配列(PTTTPITTTTTVTPTPTPTGTQT)を参考にし、PTTTPITTTTTVおよびVTPTPTPTGTQTというペプチド配列を合成した。様々なバリエーションで糖鎖が付加したペプチドの合成は来年度行う。当該年度はMUC2ムチンのタンデムリピート部のアミノ酸配列を元に設計した、PTTTPITTTTTVペプチドに対し56種類のパターンでN-アセチルガラクトサミン(GalNAc)を付加したペプチドを合成した。大腸菌で大量発現させた赤痢アメーバレクチンの活性はアシアロBSMに対しては確認できたものの非常に弱かったため、植物レクチンであるVVA-B4レクチンのプレート上に化学的に固相化したGalNAc付加MUC2ペプチドに対する親和性をELISA法で測定した。その結果、GalNAc付加MUC2ペプチドがプレート上に固相化されておりVVA-B4のペプチドに対する親和性がMUC2ペプチド上のGalNAc付加位置により異なることが明らかとなった。将来的に寄生虫レクチン間での親和性の違いを利用した感染症診断を行うことができると考えられる。
細胞質分裂に必須な遺伝子の単離

哺乳類細胞の細胞質分裂の制御機構には細胞骨格系を制御する遺伝子を始め様々な遺伝子の関与が予想される。G2期から細胞分裂期(M期)への移行時でのcdc2キナーゼに関する研究からも明らかなように、cdc変異株の使用がこのような遺伝子の特定には強力な手段となり得る。我々は細胞質分裂が高温でおこらないマウス温度感受性変異細胞を単離しその性質を研究した。その結果この細胞,tsFT101細胞は33度ではほぼ野生株と同様に増殖するが39度では核分裂はおこるが細胞質分裂がおこらず、多核細胞となり最大八核までの細胞が観察された。この一核内DNA含量は2Cであり核内でのDNA量の増加、減少は観察されなかった。このことからこのtsFT101細胞は細胞質分裂に必須な遺伝子が変異をおこしている可能性が強く示唆された。しかしこのことがこの細胞が細胞質分裂が高温でいかない直接的原因かどうかはこの細胞の変異遺伝子を同定することが必要である。我々はこれまでにヒトゲノムDNAを薬剤耐性プラスミドとともに変異細胞に移入し薬剤耐性で、高温耐性であるクローンを得、そこから変異を相補できる遺伝子の単離をしてきている。現在この方法をこのtsFT101に適用しこの変異を相補できる遺伝子の単離を試みている。