hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ランソウの熱ショックタンパク質(Hsp)遺伝子の発現調節機構の解明

1.Synechocous sp.PCC7942から、熱ショックで一過的に誘導される新規な遺伝子(orf7.5)をクローニングした。orf75遺伝子破壊株を作製し、この遺伝子が高温における生存に必須のものであることを明らかにした。orf7.5遺伝子を遺伝子破壊株のゲノム中性領域に組込むと野生型の表現型に戻るが、orf7.5のコード領域にナンセンス変異を起こしたものでは相補しなかったことから、orf7.5遺伝子の翻訳産物がランソウの熱耐性に関与していることが示唆された。orf7.5遺伝子の破壊によりgroESLオペロンやhtpG遺伝子の熱ショックによる発現が抑制された。これらの結果からorf7.5がgroESLやhtpG遺伝子の正の発現制御に関与することが示唆された。2.Synechococcus sp.PCC7942のgroESL遺伝子の5'上流調節領域とレポーター遺伝子(lacZ)の転写融合遺伝子は、大腸菌では30°Cと42°Cで構成的に発現した。ランソウでは、同じ転写融合遺伝子は熱ショック依存的に発現した。これは、ランソウ特有の発現抑制機構が存在することを示唆するものである。ランソウ低分子量Hsp(hspA)遺伝子の転写が大腸菌では構成的に起こるのに対して、その翻訳は30°Cで抑制された。この結果は転写後調節を示唆するものである。3.Syechococcus sp.PCC7942のhtpG遺伝子破壊株を作製し、原核生物では初めて、htpGが高温における生存に必須のものであることを明らかにした。htpG遺伝子破壊株は低温感受性で、生育や光合成の低温順化においてもhtpGが重要であることを明らかにした。低分子量Hspを構成的に大量発現するSynechococcussp.PCC7942株を構築した。このランソウの高温(50°C)における生存率、光化学系II活性や集光機能の熱安定性が増加した。(1)新規な熱ショック遺伝子orf7.5(申請書のorf74の名称をこのように変更した)破壊株の構築:遺伝子翻訳領域、翻訳領域直下流、遺伝子上流及び下流の各部位に抗生物質耐性遺伝子を挿入した変異株を構築した。翻訳領域と翻訳領域直下流に変異を生じた形質転換体の生育のみが高温において著しく阻害された。これらの結果は、orf7.5がランソウの高温耐性に重要な機能を果たしていることを示唆するものである。(2)orf7.5の他のHsp遺伝子発現調節への関与:orf7.5遺伝子の破壊により、熱ショックによるhtpGやgroESL転写産物の蓄積量が影響された。一方、DnaKタンパクの蓄積量は野性株と同様であった。(3)ランソウHsp遺伝子の転写後の調節:Synechococcus vulcanusのSmall Hsp遺伝子を大腸菌に導入すると、SmallHsp遺伝子は平常時(30°C)でも42°Cと同様に転写されるが、Small Hspタンパクは、30°Cではほとんど蓄積しなかった。温度上昇によるリボソーム結合領域のmRNAの二次構造の変化により翻訳効率が上昇するのではないかと考えて研究を進めている。さらに、種々のSmall Hsp-LacZ融合タンパク質を構築し大腸菌における熱ショック応答を解析したところ、Small Hsp遺伝子のコード領域が転写あるいは転写後の調節に関与することを示唆する結果を得た。(4)ランソウSmall Hspの光

化学系2や集光機能の熱耐性における役割:大腸菌とのシャトルベクターを用いて、S.VulcanusのSmall Hsp遺伝子を、常温性で形質転換型のランソウであるSynechococcussp.PCC7942株に導入し、Small Hspを恒常的に大量発現する株を構築した。このランソウの致死温度(50°C)における生存率、光化学系2(活性)やフィコシアニンの熱安定性が増加した。1.新規な熱ショック遺伝子orf7.5(申請書に記載のorf74)の機能解析:orf7.5遺伝子破壊株の致死温度における生存率が野性株と比較して著しく減少した。orf7.5遺伝子を遺伝子破壊株のゲノム中性領域に組込むと野生型の表現型に戻るが、orf7.5のコード領域にナンセンス変異を起こしたものでは相補しなかったことから、orf7.5遺伝子の翻訳産物がランソウの熱耐性に関与していることが示唆された。orf7.5翻訳産物が、groESLやhtpG遺伝子発現に関与する正の調節因子であるという作業仮説をたてた。2.Hsp遺伝子の転写調節:Synechococcus sp.PCC7942のgroESL遺伝子の5'上流調節領域とレポーター遺伝子の転写融合遺伝子は、大腸菌では30°Cと42°Cで構成的に発現した。ランソウでは、同じ転写融合遺伝子が熱ショック依存的に発現した。ランソウ特有の転写因子が結合するシス制御領域が明らかになった。3.Hsp遺伝子の転写後調節:大腸菌では、Synechococcus vulcanusの低分子量Hsp(hspA)遺伝子の転写が構成的に起こるのに対して、その翻訳は30°Cで抑制された。hspA遺伝子のコード領域の異なる部位にlacZ遺伝子をフレームを合わせて融合したものをベクターに構築し大腸菌に導入した。hspAの第2コドンで融合すると活性は顕著に低かったが、第14コドンで融合すると活性が回復し、さらに30°Cよりも42°Cで活性が約3倍増加した。第37コドンで融合したものでは各々の活性がさらに約2倍増加した。従って、第2コドンと37コドンの間に、温度変化に応答し翻訳エンハンサーとして働く配列が存在することが示唆された。
部分ペプチドを用いた蛋白質・蛋白質相互作用の解析

1.ユビキチン融合蛋白質を用いた安定同位体ラベルペプチド発現系の発現効率を上げることに成功した。マストパランXについては、融合蛋白質全体のcodonusageを大腸菌に合わせること、mRNAの分解が少ないBL21 star(DE3)ホストを用いること、大腸菌の破砕の段階から変性剤を加えることによって、調製できる量が7倍に向上した。マガイニン2については通常のM9培地では全く発現しなかったが、BL21/pLysSホストを用いること、CHL培地を用いることによって発現できるようになった。2.我々の作成したm4レセプターの部分ペプチド[m4I3C(14)]が三量体G蛋白質の一種であるGiを選択的かつ強力に活性化できることを明らかにした。m4I3C(14)に似たペプチドであるM-IIIはGoだけでなくGqも活性化し特異性が低かったが、m4I3C(14)によるGqの活性化は弱かった。また、従来三量体G蛋白質の活性化に頻用されていたマストパランは細胞膜の三量体G蛋白質だけでなく低分子量G蛋白質も活性化したが、m4I3C(14)は細胞膜の三量体G蛋白質を特異的に活性化できることがわかった。3.bicelleについて光散乱とX線散乱によるcharacterizationを行った。DMPCとCHAPSOで作るbicelleはq値(DMPC/CHAPSOのモル比)が1.2以下では当初予想されていたdiskの形状を取っていることが確認されたが、qが1.5以上ではdiskではなく長いヒモの形状を取っていることが明らかになった。また、q=1のbicelleではdiskの周辺部だけでなくbilayer部分にもCHAPSOが存在していることが明らかとなった。
拒絶反応早期検出のための樹状細胞の役割と急性腎障害バイオマーカー測定に関する検討

慢性拒絶に対する取り組みはこれまで様々な形で展開されてきた。本研究テーマの主題である急性腎障害バイオマーカーから見る拒絶反応の早期検出はこれまでにない新しい取り組みである。その根底ともいえる腎移植の症例数は初年度同様、生体腎移植症例のみならず献腎移植をふくめ充分な症例数を数え、その研究成果の一部は米国移植学会(2019年ボストン)での発表に繋がった。同時に急性腎障害への治療法の1つとしての血液浄化法に関する論文投稿も現在査読中(Frontiers in Immunology)を含め、順調に進んでいる。共同研究施設である大阪大学(分担者;高原)や東京薬科大学(分担者;竹内)との連携は、多角的な視点からの本研究推進にあたり重要であり、これからの研究発展に繋がっている。移植件数(年次)や生着率を含め、充分な症例を重ねる事が出来た。本研究テーマでは慢性拒絶の早期発見への新しい取り組みとして、腎障害バイオマーカー、樹状細胞、イメージングのキーワードを用いる事で多角的かつ斬新なアイデアの基に進める課題であるため、結果の判読、理解に時間を要する事が予想された。しかしながら、これまでの成果から移植医療における樹状細胞の重要性を導き出す事が確認され、国際学会での発表(2019米国移植学会)に繋がった。本結果はこれからの移植医療の治療法(治療対象)の1つとして、新しい選択肢となる事が推察される重要な発見である。急性腎障害は急速な全身状態悪化を引き起こす重篤な病態である。そのため正確な病態把握とモニタリングは重要な課題であり、特異性のある検査、モニタリングは重要である。本研究の特徴として、急性腎障害バイオマーカーによる拒絶反応の早期検出、イメージング技術による移植免疫担当細胞(樹状細胞)のモニタリングと独創性があり、その結果、これまで難渋した非浸襲的な拒絶反応検出に繋がるトランスレーショナルリサーチでもある。研究遂行にあたっては大規模な患者症例数のエントリーも必要な中で、研究施設である東京医大八王子医療センターは日本有数の腎移植手術を実施(平成29年度30例)し、移植片の生着率も日本トップクラスである。共同研究施設である大阪大学(高原;研究分担者、日本臨床腎移植学会主催、2017、神戸)、米国Brigham and Women's Hospitalの症例も本研究の実践にあたり、大きな推進力となっている。これらの成果の一部は研究代表者の英語論文掲載(Artificial Organs 2編、IF 4.806)や研究代表者の編集委員(Artificial Organs,Co-Editor)の選出にも繋がっている。また研究代表者はBrigham and Women's Hospital、Harvard Medical Schoolの講師として現在も年数回の渡米で共同協力者(阪大:蔡)の指導にあたっている。本研究は希少な腎臓移植症例を基にしたトランスレーショナルリサーチである。外科治療のみならず免疫学の複雑な要素を背景とする移植医療は基礎医学との関連性も高く、本研究においては、共同研究(東京薬科大学:竹内)との綿密な連携が図れている。希少症例からのデータ確保、順調な症例数の拡大に加え、安全な移植医療を遂行出来ている。学会発表は国内(2018日本腹部救急医学会)のみならず、国際学会(2018アメリカ移植学会、2017ヨーロッパ移植学会)での発表を含め、論文掲(Transplant.Proceedings)も順調に進んでいる。学会参加(アメリカ移植学会、日本移植学会)を通じての、情報交換、質疑討論等をはじめ、研究分担者および研究協力者との定期的なミーティングは、本研究の課題点や問題点の解決に繋がる重要な要素である。また米国での研究材料、データ採取は本研究の発展を加速させる重要な位置付けである。
ウィルス罹病性植物における増殖抑制反応の解析

キュウリモザイクウイルス黄斑系統を接種したタバコは、上位葉にウイルスの蓄積量の多い黄白色部からなる葉(黄白色素)と、さらにその上位葉に蓄積量が極端に少ない緑色部の発達した葉(緑化葉)が進展する。緑色部形成過程におけるウイルスゲノムRNAの複製産物とその翻訳産物量の経時変化を分析し、ウイルス側の変動の基礎データを得た。また、緑化に関与する植物側の因子の探索を行い、罹病性植物におけるウイルス増殖抑制反応について考察した。黄白色葉と緑化葉は、それぞれの葉への最初のウイルスの侵入と増加は経時的に一致し、はじめ両者とも葉全体が黄白化した。さらに経過すると、緑化葉において基部側から緑化した。緑化葉は、ウイルス蓄積量の減少過程について詳細に調べた結果、ウイルスRNAのマイナス鎖RNAに比べてプラス鎖RNAが特異的に減少した。よって、緑化葉はウイルス侵入時の葉の生育程度に依存して発達すること、また、プラス鎖RNAを特異的に分解する植物側の因子があるものと考えられた。そこで、緑化する直前の試料において特異的に変動する植物側のmRNAをデファレンシャルデイスプレイ法により選抜しクローニングした。この遺伝子は、ノーザン分析では検出限界下であったがRT-PCR法において特異的に発現が抑制されており、緑化直前の過程で負の制御を受けていると推察された。本研究から、緑化の解析は、ウイルスの移行進入時期、緑化開始時、並びに緑化の発達期の3つの段階が重要であるとわかった。このうち、緑化開始時期においてクローニングした上記の遺伝子は緑化の過程で変動することまで明らかにした。今後は、この遺伝子が、緑化の誘導に関与するのかどうかについて、形質転換体の作成とその解析、ならびに、3つの段階それぞれについての植物側因子の詳細な探索を計画したいと考えている。キュウリモザイクウイルス黄斑系統感染タバコ(Nicotiana tabacum cv.Ky57)葉におけるウイルス蓄積量の多いモザイク葉黄色部とウイルス蓄積量の少ない緑色部について、ウイルスゲノムRNAの複製産物とその翻訳産物ならびに植物側の因子の量的変動を比較し、ウイルス罹病性植物でのウイルス増殖抑制反応について解析した。モザイク病徴の発達過程を詳細に調べた結果、感染葉ははじめに葉全体が黄化する過程を経てから葉位によってはその葉脈周辺の組織から緑化することがわかった。ウイルス外被タンパク質(CP)を特異的かつ高感度に検出できる抗体を作製し、黄化後緑化する葉位と黄化後緑化しない葉位のCP蓄積量を検出したところ、経時的に同時に検出され増加したことから、緑化はCP検出時の葉の発達程度に依存することが判明した。また、このことは緑化の葉位並びにその程度をウイルス接種時の葉の生育程度によって予測することを可能にした。ウイルス複製産物のノザン分析を行ったところ、黄化する段階では4種のプラス鎖ウイルスRNA(1-4)に対するマイナス鎖RNAの蓄積がそれぞれ同調的に高くなり減少したが、緑色部発達葉の緑色部でCPをコードするRNA3と4のマイナス鎖だけは相対的に多い状態を維持した。よって緑色部におけるウイルス増殖抑制反応過程では、このマイナス鎖RNAの分解が阻害されるものと考えられ,その分解抑制を支配する因子の解明が急がれた。一方、緑化前の段階で葉組織試料より全RNAを抽出しデイファレンシャルディスプレイ法を行ったところ、緑化すると予想できる試料において特異的に発現している植物側のmRNAのRT-PCR産物が得られた。このPCR産物について今後の詳細な解析はウイルス増殖抑制反応に関与する植物側の因子の同定に重要な知見を与えるものと考えられた。
自己学習機能による化学プラントの進化

今年度は複数のニューラルネットワーク(NN)を導入することによる化学プラントの進化を目的として、以下の研究を行った。1.ニューラルネットワークの分散協調化化学プロセス制御を、ニューラルネットワークの持つ学習機能を利用して行うものである。制御結果をニューラルネットワークに学習させることで、制御対象プロセスのモデルが自動的に生成されるため、良好な制御結果が得られるものである。本研究では特に、多変数プロセスに対して複数の小さいネットワークを協調動作させることで干渉を含むプロセスにも有効なニューロコントローラが提案できた。2ニューラルネットワークの特性向上に関する研究ポリスチレン塊状重合プロセスにおいて、不安定領域での状態認識器をPENNを用いて生成した。プロセスモデルの生成時に利用するグローバルポリシ-を数学的近似モデルより得ることによって、変数全域に渡るポリシ-を得ることが可能になった。さらに、生成した状態認識器を制御に用いることができた。制御方法としては順モデルと逆モルについて行い、両方の方式でも良好な制御結果が得られた。3.分散協調を支援するスケジューリングに関する研究化学プラントが大規模になるにつれて、組み合わせ最適化問題として定式化される問題が生じてくる。ジョブショップスケジューリング問題はその典型例であり、効率良く実用的な好適解を得ることで、生産性の向上、エネルギーロスの低減が可能となる。このような最適化問題を効率良く解く方法として、遺伝的アルゴリズムに注目して既存の方法より探索能力を高め、さらに機械的探索の利点を取り入れた方法を提案した。1.PENNの特性把握実プラントから得られた操業データからNNで精製油の特性を予測するプロセスモデルを構築した。このとき、PENNの概念を適用しグローバルポリシ-を用いることで、誤差の影響を抑え、信頼性の高いモデリングが可能となった。また、このモデリングはプロセスの静的な特性を学習するとともに、入力変数の差分を用いることで時間的な変化にも対応することができた。2.誤差の概念に基づかない制御の枠組みの開発従来の制御の考え方の基本にあった、誤差を割り出して修正を加え制御する考え方をやめ、将来への方向を代表する操作量の目標値と現在値との差と、過去の動向を代表する現在値と過去の値との差を採用する新しいPENN法を開発し、その優秀性を確認した。3.変数間で干渉のある系の制御(1)PENNコントローラを拡張し、プロセスゲインを表すネットワークとを乗算の形で結ぶ複合ネットワークを導入した。この各ネットワークに特有の性能を持たせる拡張により制御対象の応用範囲が格段に広がるとともに、より高精度な制御が可能となった。(2)高粘度、高温系となるために制御が困難である連続塊状重合プロセスに対し、NNを用いて将来の温度変化を予測することで冷媒温度と供給流量という干渉し合う2変数を操作変数とした制御を可能とした。(3)NNを前傾モデルとして利用し、ワンステップモデル予測制御法を提案した。この制御法は簡明であり、NNの特長を利用しているため多変数システムの制御に有望である。また、単結晶成長の制御に応用しその成果を確認した。本研究では特に、他変数プロセスに対して複数の小さいネットワークを協調動作させることで干渉を含むプロセスにも有効なニューロコントローラが提案できた。2.ニューラルネットワークの特性向上に関する研究ポリスチレン塊状重合プロセスにおいて、不安定領域での状態認識器をPENNを用いて生成した。制御方法としては順モデルと逆モデルについて行い、両方の方式でも良好な制御結果が得られた。3.分散協調を支援するスケジューリングに関する研究

化学プラントが大規模になるにつれて、組み合わせ最適化問題として定式化される問題が生じてくる。ジョブショップスケジューリング問題はその典型例であり、効率良く実用的な好適解を得ることで、生産性の向上、エネルギーロスの低減が可能となる。このような最適化問題を効率良く解く方法として、遺伝的アルゴリズムに注目して既存の方法より探索能力を高め、さらに機械的探索の利点を取り入れた方法を提案した。
シクロポリシランおよび関連化合物の創製と機能制御

1.オクタシラキュバンの環開裂反応1,1,2-トリメチルプロピル基を保護基とするオクタシラキュバン(1)と五塩化リンとの反応において、Si-Si結合開裂過程で異常な新規骨格転位が進行し、4,8-ジクロロテトラシクロ[3.3.0.2^<2,7>.0^<3,6>]オクタシラン(2)がほぼ定量的に生成した。2はendo,exo-2、exo,exo-2およびendo,endo-2の3種の立体異性体の混合物であった。これらの異性体をリサイクルタイプ分取液体クロマトグラフで分離し、X線結晶構造解析により構造を定めた。2.オクタシラキュバンの発光挙動ペルアルキル体1の発光挙動がペルシリル体[(t-BuMe_2Si)Si]_8のそれとは異なることを見いだした。すなわち、1を80K以下で励起すると発光が観測されるが、その寿命は3.1msであった。また、ESRでシグナルが観測されることから、この発光は1の励起三重項状態からのものであることが示唆された。3.デカイソプロピルビシクロ[2.2.0]ヘキサシラン(4)の環開裂反応4とパラジウム錯体[PdCl_2(PhCN)_2]をベンゼン中で反応させると、1,4-ジクロロシクロヘサシランがシス体(cis-5)およびトランス体(trans-5)の混合物として得られた。両異性体の構造はX線結晶構造解析により決定した。この反応においては、Si-Si側結合の開裂に由来する生成物は検出されなかった。したがって、4のSi-Si中結合はパラジウム二価錯体のような求電子試薬に対して著しく高い反応性を示すことが明かとなった。つぎに、cis-5とtrans-5をそれぞれトルエン中でナトリウムと反応させたところ、立体構造に依らずトランルアニュラー反応が生起し、ビシクロヘキサシラン4が定量的に生成した。
体液の電解質レベルの上昇によって誘導される新規蛋白質のクローニング

哺乳動物の体液に含まれる電解質の濃度はきわめて厳密に制御されている。電解質の中でもとくにナトリウムとカリウムは重要で,血漿中のこれらのイオン濃度が急激に極端に変動すると循環機能や神経機能の重篤な異常を招くし,慢性的な高ナトリウム,低カリウム血症は高血圧症を引き起こす。これらの病態がどのような分子機構で起こるのかについては未解明の部分が多くある。われわれはラットにカリウムあるいはナトリウムを負荷した時と正常飼料で飼育した時とで発現量が明確に異なるmRNAのcDNA断片を偶然に単離した。この断片の塩基配列(220bp)を決定し既知遺伝子の塩基配列とのホモロジー検索を行ったところ,この断片は新規の遺伝子に由来するものであることが分かった。新規遺伝子のmRNAは正常食飼育の副腎にはほとんど存在しないが,高塩食,とくに高カリウム食飼育で高いレベルの発現が認められたそこでこの遺伝子の全長cDNAをクローニングした。この遺伝子はSNFl/AMPKファミリーに属する新規のセリン/トレオニン・プロテインキナーゼをコードする,そして副腎皮質に由来する細胞株であるY1細胞をACTHで刺激すると30分以内にメッセージが著明に増大する,またラットにACTHを腹腔内投与すると副腎のmRNAレベルが著明に上昇するととなどが分かった。これらの結果は新規プロテインキナーゼが副腎皮質機能の発現シグナルあるいは副腎皮質細胞の増殖シグナルに深く関わることを示唆している。これまでの結果をまとめて第71回日本生化学会大会において発表し,さらに論文にまとめて学術雑誌に投稿中である。電解質の中でもとくにナトリウムとカリウムは重要で、血漿中のこれらのイオン濃度が急激に極端に変動すると循環機能や神経機能の重篤な異常を招くし、慢性的な高ナトリウム、低カリウム血症は高血圧症を引き起こす。この断片の塩基配列(220bp)を決定し既知遺伝子の塩基配列とのホモロジー検索を行ったところ、この断片は新規の遺伝子に由来するものであることが分かった。新規遺伝子の発現の様式をさらに詳しく調べたところ、(1)mRNAは副腎皮質の1つの層に特異的に局在するのではないこと、(2)正常食飼育の副腎にはほとんど存在しないが、高塩食、とくに高カリウム食飼育で高いレベルの発現が認められること、(3)副腎、腎臓、肺、卵巣などの臓器にmRNAが存在することなどが分かった。高塩食で誘導されるという珍しい性質をもつこの新規遺伝子のmRNAは偶然の機会に見つけたものであり、この遺伝子の機能については現在のところまったく未知である。単離したcDNA断片をプローブに用いて高カリウム食で飼育したラットの副腎cDNAライブラリーをスクリーニングしてcDNAをクローニングできた。現在全塩基配列の決定を行っているところである。
変異ケラチン遺伝子の発現が表皮細胞に及ぼす影響:遺伝性皮膚疾患の細胞モデルの確立

ケラチン病の原因はケラチンのネットワーク構造が維持できず,細胞の形態保持が破綻するためであることが最近解明された。そこでこのケラチンネットワークの形成機序に関して、ヘアーケラチン遺伝子を細胞内に導入した場合の内在性ケラチンの構築に及ぼす影響を観察した。PtK2細胞ではヘアーケラチンは大型のリング状凝集塊を形成し核周辺に局在し,また内在性ケラチンのネットワークは崩壊し、ヘアーケラチンの存在するのと同じ核周辺に局在していた。しかしヘアーケラチンと内在性ケラチンは共存することなく、ヘアーケラチンの凝集塊を内在性ケラチンが取り囲む構造を形成してた。ラット表皮細胞では発現したヘアーケラチンは凝集塊を形成せず、細胞質内に一様に分布しており、また内在性ケラチンもその分布には何の影響も認められなかった。しかし詳細に観察すると、ヘアーケラチンと内在性ケラチンの分布は類似しているものの完全に一致しているではなく、ヘアーケラチンは微細な顆粒状に点在し内在性ケラチンと共存していた。我々の検索はヘアーケラチンがネットワークを形成するには、適切な既存のネットワークに取り込まれる必要があり、もし既存のネットワークが存在しない場合に凝集塊を形成することを示すものである。しかしヘアーケラチンの発現様式に関しては不明な点が多く,特に現在までに毛根の基底細胞層に発現するケラチンは見つかっていない。またどの酸性ヘアーケラチンがどの塩基性ヘアーケラチンとペアを作るのか,更に個々のヘアーケラチンがどの順序で発現するのかも不明である。今後我々が示したものと同様の手法を全てのヘアーケラチンに関して試みることにより、毛根細胞におけるケラチンネットワーク形成の全貌が明かとなり,またこれらの検索はケラチン病の病態形成に関しても基礎的知見を与えるものと期待される。はじめに:我々はケラチンの生物学的役割、特に外来性のケラチンが細胞内でとる形態とその経時変化を調べるために、酸性ヘアーケラチンであるmHa-1の遺伝子を培養細胞内に導入し、細胞生物学的手法により検討した。方法:アフリカミドリザル腎細胞由来の株化細胞であるCOS-1細胞とヒト包被皮膚由来の表皮細胞を培養後、酸性ヘアーケラチンのcDNAをリポフェクション法により遺伝子導入した。続いてヘアーケラチンと内在性ケラチンを特異的抗体を用いて蛍光抗体法法により検出した。結果:内在性ケラチンとしてK8とK18をもつCOS-1細胞においては、mHa1は変異のない正常な構造を持っているにもかかわらず、ネットワーク構造を作らず凝集塊を生じた。また内在性ケラチンもmHa1と共存して凝集塊を形成していた。しかし、内在性ケラチンとしてK5とK14を持つ表皮細胞においては、mHa1は凝集塊を作らず内在性ケラチンと共存し、細胞質内にネットワーク構造を形成していた。考案:(1)我々の得た結果は、発現したヘアーケラチンがネットワーク状に分布するには、適切なケラチン対が細胞質内においてネットワークを形成していることが必要であることを示すものである。つまり一般に、ケラチン対は正しい組み合わせで正しい部位に発現したときのみネットワーク構造を形成できるものと思われる。個々の上皮において、ケラチン対の発現様式は部位と順序が極めて厳格に規定されていることが推測される。(2)またこれらの結果のもとに、単純型表皮水疱症や水疱型魚鱗癬様紅皮症などのいわゆるケラチン病におけるケラチンの凝集塊の形成秩序を推測することが可能である。すなわち、個々のケラチンの構造の中には、正してケラチン対の組合せを選択する領域が存在するものと思われるが、上記の疾患ではロッドドメインの変異により、このケラチンの構造の相違を表現する領域の立体構造が変化したものと推測される。

そのためにケラチン対の組合せが不適切であるものとして認識され、その結果既存のケラチンネットワークを破綻させ凝集塊が形成されるものと思われる。ケラチン病の病因はケラチンのネットワーク構造が維持できず、細胞の形態保持が破綻するためであることが最近解明された。そこでこのケラチンネットワークの形成機序に関して、ヘアーケラチン遺伝子を細胞内に導入した場合の内在性ケラチンの構築に及ぼす影響を観察した。PtK2細胞ではヘアーケラチンは大型のリング状凝集塊を形成し核周辺に局在し、また内在性ケラチンのネットワークは崩壊し、ヘアーケラチンの存在するのと同じ核周辺に局在していた。しかしヘアーケラチンと内在性ケラチンは共存することなく、ヘアーケラチンの凝集塊を内在性ケラチンが取り囲む構造を形成してた。ラット表皮細胞では発現したヘアーケラチンは凝集塊を形成せず、細胞質内に一様に分布しており、また内在性ケラチンもその分布には何の影響も認められなかった。しかし詳細に観察すると、ヘアーケラチンと内在性ケラチンの分布は類似しているものの完全に一致しているではなく、ヘアーケラチンは微細な顆粒状に点在し内在性ケラチンと共存していた。我々の検索はヘアーケラチンがネットワークを形成するには、適切な既存のネットワークに取り込まれる必要があり、もし既存のネットワークが存在しない場合には凝集塊を形成することを示すものである。しかしヘアーケラチンの発現様式に関しては不明な点が多く、特に現在までに毛根の基底細胞層に発現するケラチンは見つかっていない。またどの酸性ヘアーケラチンがどの塩基性ヘアーケラチンとペアを作るのか、更に個々のヘアーケラチンがどの順序で発現するのかも不明である。今後我々が示したものと同様の手法を全てのヘアーケラチンに関して試みることにより、毛根細胞におけるケラチンネットワーク形成の全貌が明かとなり、またこれらの検索はケラチン病の病態形成に関しても基礎的知見を与えるものと期待される。
ペロブスカイト型リチウムイオン導電体のマイクロストラクチャリング

本研究では,ペロブスカイト構造を有する(La,Li)TiO_3リチウムイオン導電体を用いた集積化によるリチウムイオンマイクロ電池やセンシングデバイス構築を目的として研究を行っている。本年度は,その出発材料となる,Li-TiO_2非晶質球状粒子の組成制御やLa_2O_3-Li_2O-TiO_2非晶質球状粒子の組成制御さらに,得られた単分散球状粒子の直接的な配列化について詳細な検討を行ってきた。以下に本年度に得られた成果をまとめる。(1)我々が見いだしたイオン交換ゲル化法により,Li_2O-TiO_2非晶質球状粒子を様々な組成で得ることができた。これを空気中800°Cで1分間という短時間の熱処理ですでに,リチウムイオンマイクロ電池の負極として利用できるLi_4Ti_5O_<12>が高い結晶性をもつ単相で得ることができた。また,粒径や分散性などをほとんど変化させずに得ることができることがわかった。(2)Li_2O-TiO_2非晶質球状粒子中のリチウムの一部をランタンでイオン交換することによって,様々な組成をもつLa_2O_3-Li_2O-TiO_2非晶質球状粒子を得ることができた。組成を最適化したこの非晶質球状粒子を1200°Cで熱処理することよって,室温で4.0×10^<-3>Scm^<-1>といった高い導電性を有する(La,Li)TiO_3リチウムイオン導電体が単相で得られた。(3)以上の(1),(2)で得られた非晶質球状粒子は直径10μmの白金線を用いることにより,静電吸着により非晶質球状粒子の捕獲および放出が可能であり,マニピュレータを用いることにより直線上に配列することができた。現在この配列した非晶質粒子の熱処理条件を検討している。
光合成・光化学系II反応中心の分子構築の解析

光合成の光化学系II反応中心は(I)分子量約50および4.0kDaのクロロフィル結合性ポリペプチド(それぞれpsbBおよびpsbCの産物)、(2)分子量約30kDaの2種のポリペプチド(psbAおよびpsbDの産物)および、(3)チトクロームb-559のα-およびβ-サブユニット(psbEおよびFの産物)で構成されている。本研究では、1.葉緑体チラコイド膜のジギトニン軸出物のDEAE+トーヨーパールを用いるイオン交換クロマトグラフィーによって、光化学系II反応中心複合体を高度に純化する方法を開発した。2.上記の操作をpH6.0で行うことによって、前述の6種のポリペプチドに加えて、33kDaの膜表在性ポリペプチドを保持し、反応中心当り約4.0個のMn原子を結合した光化学系反応中心複合体を単離することに成功した。この標品は光化学系II反応中心本来の電子供与体である水分子が利用でき、酸素発生能を持っており、最も単純な光化学系II標品であることが明らかになった。3.光化学系IIに富んだ膜標品のトリトンx-100抽出とイオン交換クロマトにより、psbAの産物(D-1蛋白)、psbDの産物(D-2蛋白)およびチトクロームb-559からなる複合体を単離し、これがフェオフィチンa2分子当り4-5分子のクロロフィルム、約1分子のβ-カロチンおよび1-2分子のチトクロームb-559ヘムを持っていることを明らかにした。この複合体は定常光照射で可逆的なフェオフィチンアニオンの光蓄積の治性を示し、また、ピコ病光パルス照射によってP-680とフェオフィチンとの間の電荷分離の活性を持っており、光化学系II反応中心の初期電荷分離の場を含むものであることが明らかにされた。光化学系【II】に富んだ膜標品(桑原・村田標品)を4%のトリトンX-100で可溶化し、DEAE-トーヨーパール(650S)を用いるイオン交換クロマトにかけることによって、蛋白成分としてD-1(psbA遺伝子産物),D-2(psbD遺伝子産物)およびチトクロームb-559(psbEおよびF遺伝子の産物)のみからなり、色素成分として45分子のクロロフィルa,1分子のβ-カロチンおよび12分子のチトクロームb-559ヘム(いずれも2分子のフェオフィチンa当り)を含む色素蛋白質複合体を単離することに成功した。この複合体は、プラストキノンを含まないが、定常光照射で可逆的なフェオフィチンアニオンの光蓄積の活性を示し、また、ピコ秒光パルス照射によってP-680のカチオンと515および545nmでの退色によって特徴づけられるフェオフィチンアニオンを形成し、両者が約30nsの時間(半滅期に相当)で再結合する活性を持っていることから、光化学系【II】反応中心を含むものであることが明らかになった。D-1とD-2のポリペプチドはそれぞれ紅色細菌の光化学反応中心のL,Mサブユニットとその部分構造,特に反応中心色素(P)や【Q_(12)】と【Q_(13)】との間に介在するFe原子を結合する残基部分の構造が類似していることから、今後光化学系反応中心(本研究で得られた標品)の結晶化による構造解析の進展によって両光化学反応中心の類似点と差異が分子構造のレベルで解明されることが期待される。
ＴＧ－ｒｉｃｈリポ蛋白による血管炎症反応機構とポリフェノールによる改善作用の検討

近年、脂質の摂取量の増加に伴い、食後の血管炎症が問題視されており、動脈硬化予防の大きなターゲットとなっている。そこで本研究では、脂質摂取後に血中に増加するTG-richリポ蛋白を炎症惹起因子の一つであると考え、TG-richリポ蛋白による血管炎症反応機構と、ポリフェノールによる改善作用を明らかにすることを目的に検討を進めた。その結果、ブドウ若芽から抽出したポリフェノールは、TG-richリポ蛋白刺激により惹起された血管内皮細胞ならびに単球系細胞における炎症反応を抑制した。さらに、健常成人男性を対象にした脂肪負荷試験においても、血管炎症に対する抑制効果が認められた。そこで本研究では、脂質摂取後に血中に増加するTG-richリポ蛋白を、炎症惹起因子の一つであると考え、TG-richリポ蛋白による血管炎症反応機構と、ポリフェノールによる改善作用を明らかにすることを目的とした。2年目の本年度は、昨年度の成果であるポリフェノールによる血管内皮機能障害の改善作用についてメカニズムの検討を進めた。また、単球の活性化に対するポリフェノールによる抑制効果についても検討を進めた。ヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)にTG-richリポ蛋白(75 μg/ml)を刺激し、ポリフェノールの血管内皮機能障害改善作用のメカニズムを検討した。その結果、ブドウ若芽から抽出したポリフェノールは、TG-richリポ蛋白刺激によるToll-like receptor発現ならびにNF-κBの活性化を抑制することが示された。ヒト単球系細胞株(THP-1)にTG-richリポ蛋白(75 μg/ml)を刺激し、ポリフェノールの単球活性化に対する影響を検討した。その結果、ブドウ若芽から抽出したポリフェノールは、TG-richリポ蛋白刺激により亢進したNADPH oxidaseの活性化ならびに血管内皮細胞への接着に関わるインテグリンβ1の発現抑制が認められた。最終年度である本年度は、昨年度までの成果に基づき、脂質摂取後の炎症反応について健常成人を対象とした試験を実施し、調節機構の解明を目指した。健常成人男性を対象に、脂肪負荷試験を行ったところ、血清脂質(TG、VLDL-TG、遊離脂肪酸)濃度の上昇とともに、一時的な血管内皮機能の低下、白血球数の増加、高感度CRP値の上昇、血清マトリックスメタロプロテアーゼ(MMP)分泌量の増加といった血管炎症が認められた。ブドウ若芽から抽出したポリフェノールは、血清TGや遊離脂肪酸の上昇を抑制し、さらにこれらの血管炎症に対して予防的に働いた。TG-richリポ蛋白の炎症惹起因子の一つと考えられているアポリポ蛋白C3濃度についても測定したが、ポリフェノールの有無による有意な差は見られなかった。また、脂肪負荷後に分取した末梢血単核球(PBMNC)について、さらに詳細な検討を行ったところ、いくつかの細胞ストレスや炎症に関わる遺伝子において発現変動が見られた。本研究より、健常人に対する脂肪負荷において、血管内皮機能の低下、白血球数の増加といった血管炎症が惹起され、それらに関与すると考えられる遺伝子発現変動が観察された。いくつかの指標において、ポリフェノールは血管炎症の抑制作用を示したことから、食生活に効果的に取り入れることの有用性が示唆された。1) TG-richリポ蛋白の分取健常成人男性に高脂質食(パン、マヨネーズ30 g)を摂取させ、摂取2時間後に採血し、超遠心(100,000 rpm, 5時間)により、TG-richリポ蛋白(比重<1.006)を分取する方法を確立した。さらにエンドトキシンが混入していないことをリムルス法にて確認し、実験に用いた。2) TG-richリポ蛋白による血管内皮機能障害に対するポリフェノールの影響ヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)にTG-richリポ蛋白(75 μg/ml)を刺激し、ポリフェノールの血管内皮機能改善作用を検討した。その結果、ブドウ若芽から抽出したポリフェノールは、TG-richリポ蛋白刺激により亢進した活性酸素種(ROS)の産生、ならびに炎症性サイトカインの発現を抑制することが明らかとなった。

さらに、ブドウ若芽ポリフェノールは血管内皮細胞への単球接着を抑制し、その機序としては接着分子(ICAM-1、VCAM-1)の発現抑制が関与していることが示された。本年度の結果より、脂質摂取後に増加するTG-richリポ蛋白は、血管内皮細胞において炎症反応を惹起すること、さらにポリフェノールにより改善効果が期待されることが明らかとなった。今年度の目標であったTG-richリポ蛋白刺激下の血管内皮細胞におけるポリフェノールの作用機構ならびに、TG-richリポ蛋白による単球の活性化に対するポリフェノールの影響に関して新たな知見を得ることができた。TG-richリポ蛋白の分取条件を確立し、初年度の目的であったTG-richリポ蛋白による血管内皮機能障害に対するポリフェノールの影響について、検討を進めることができた。最終年度は、これまでの成果からTG-richリポ蛋白刺激による血管炎症改善作用が期待されるポリフェノールについて、ヒトを対象とした脂質摂取試験を行い、実際の生体における効果を検討する。健常成人に脂質と同時にポリフェノールを摂取させ、摂取後の血管内皮機能を評価する。さらに、摂取後の血液より単核球を分離し、単球活性化に対する影響を検討する。血中の炎症マーカー(CRP、TNF-α、MCP-1等)についても測定し、血管内皮機能ならびに単球活性化におけるポリフェノールの影響との相関を検討する。今後は血管炎症のもう一つの重要なターゲットである単球についても検討を進める。さらに、ポリフェノールの作用メカニズムについても解明を目指す。1) TG-richリポ蛋白による単球活性化に対するポリフェノールの影響ヒト単球系細胞株(THP-1細胞)、またはヒト末梢血より単離した単核球(PBMNC)にTG-richリポ蛋白(75 μg/ml)を刺激し、以下の項目によりポリフェノールの白血球活性化の抑制作用を検討する。評価項目としては、活性酸素種(ROS)産生、炎症性サイトカイン発現、インテグリン発現ならびに血管内皮細胞への接着、Matrix Metalloproteinase(MMP)活性、Toll-like receptor (TLR) 2/4発現とする。2)ポリフェノールによる血管炎症反応抑制作用メカニズムの解明PKC経路、MAPK経路、NF-κB活性等、炎症反応への関与が考えられる経路について検討を行う。消耗品費については、細胞培養ならびにreal time PCRやwestern blot、ELISAなどの分子生物学的手法に大部分の予算を使用する予定である。成果発表ならびに情報収集のため、国内外の学会にも積極的に参加する。
メダカを用いたｉｎ　ｖｉｖｏイメージング技術を基盤とした骨折修復メカニズムの解析

今年度は、骨折修復におけるTGFbの機能解析と活性化メカニズムの解析を行い、得られた研究成果をまとめ国際誌に投稿した。1. TGFbシグナルの機能解析TGFbは哺乳動物において3つのアイソフォームが報告され、それぞれが特異的な働きを持っていると考えられている。骨折修復においては、遺伝子発現解析によりtgfb-2とtgfb-3が重要であることが示唆されているが、その発現細胞や機能はわかっていない。メダカ骨折修復モデルにおいて、すべてのTGFbアイソフォームの発現をRNA in situ hybridizationによって解析したところ、骨形成領域でtgfb-2のみが発現することが明らかになった。薬剤によりTGFbシグナルの阻害実験から、TGFb-2は骨芽細胞の移動と分化、破骨細胞の分化に関与することが示唆された。2. TGFb活性化メカニズムの解析潜在型TGFbの活性化には、マトリックスメタロプロテアーゼ(MMP)などのタンパク質分解酵素などが関与することが知られている。MMPのうちTGFb活性化に寄与すると知られているものについて、メダカ骨折修復モデルにおけるRNA in situ hybridizationによる遺伝子発現解析を行った。その結果、mmp-2とmt1-mmpがTGFbシグナル非依存的に骨形成領域で発現することが明らかになった。膜型MMPであるmt1-mmpは組織内在性MMP阻害因子2(TIMP-2)を介して、分泌型のMMP-2を活性化することが報告されている。骨形成領域においてtimp-2aおよびtimp-2bもまた高発現することから、MT1-MMPがTIMP-2と共同して位置特異的なmmp-2活性化に伴う局所的TGFb-2活性化を引き起こすことが示唆された。27年度が最終年度であるため、記入しない。骨折修復は骨発生に関わる細胞群を特異的に誘導することから、骨研究のモデルとして古くから研究されてきた。しかし、哺乳動物を用いた従来の実験系では、細胞を生きたまま観察することが困難であった。本研究では、メダカを用いた骨折修復のin vivoイメージングを基盤として、破骨細胞と骨芽細胞の細胞起源・分化誘導メカニズム・機能制御メカニズムの3点を明らかにすることを目的としている。そこで、今年度は以下の点について解析を進めた。(1)破骨細胞と骨芽細胞の細胞起源の解析これまでの実験で、破骨細胞も骨芽細胞も骨折部で急激に増加することがわかっていた。これら破骨細胞と骨芽細胞がどこから現れるのかを、トランスジェニックメダカを用いたライブイメージングにより検討した。現在、前駆細胞を標識するトランスジェニックメダカを用いてより詳細な解析を行おうとしているところである。(2)破骨細胞と骨芽細胞の分化誘導機構の解析骨折修復に応答してcox2の発現が誘導され、それが破骨細胞の誘導に必要であることを以前に示した。半定量PCRによる下流の受容体の発現解析から、EP4bの発現が破骨細胞誘導に関わりがあることが示唆された。また、血管内皮細胞を可視化するトランスジェニックメダカを作製することに成功し、cox2との発現箇所を比較することでより詳細に発現細胞を特定しようとしている。さらに、組織の炎症に関わる別の経路として、TGFbシグナルに着目した。阻害剤による細胞挙動の変化を観察したところ、TGFbシグナルの阻害は破骨細胞の分化と骨芽細胞の分化および移動に異常を引き起こした。上記の成果を元に、メダカを用いた骨折実験系の確立に関する論文を投稿中である。そこで、今年度はこれまでの実験成果を論文にまとめ国際誌で発表すると共に、以下の点について解析を行った。1. TGFbシグナルによる骨芽細胞・破骨細胞制御メカニズムの解析これまでの実験成果により、TGFbシグナルが骨芽細胞の移動と破骨細胞の分化誘導に関与することがわかっていた。今回は、骨芽前駆細胞を可視化する遺伝子組み換えメダカを用いて、TGFbシグナルの骨芽細胞分化に対する影響を調べた。また、TGFb阻害剤処理を行った骨折部分のmRNAからcDNAライブラリを作製し、破骨細胞分化因子の遺伝子発現変化を解析した。2. TGFb活性化メカニズムの解析骨折修復過程におけるTGFbの遺伝子発現をRNA in situ hybridizationにより解析した。TGFbは分泌されるものに加え、潜在型として骨質などに埋まっていることが知られている。そこで、潜在型TGFbを活性化するといわれている組織プロテアーゼの遺伝子発現解析を行った。

メダカ骨折修復モデルにおいて、すべてのTGFbアイソフォームの発現をRNA in situ hybridizationによって解析したところ、骨形成領域でtgfb-2のみが発現することが明らかになった。薬剤によりTGFbシグナルの阻害実験から、TGFb-2は骨芽細胞の移動と分化、破骨細胞の分化に関与することが示唆された。2. TGFb活性化メカニズムの解析潜在型TGFbの活性化には、マトリックスメタロプロテアーゼ(MMP)などのタンパク質分解酵素などが関与することが知られている。MMPのうちTGFb活性化に寄与すると知られているものについて、メダカ骨折修復モデルにおけるRNA in situ hybridizationによる遺伝子発現解析を行った。その結果、mmp-2とmt1-mmpがTGFbシグナル非依存的に骨形成領域で発現することが明らかになった。膜型MMPであるmt1-mmpは組織内在性MMP阻害因子2(TIMP-2)を介して、分泌型のMMP-2を活性化することが報告されている。骨形成領域においてtimp-2aおよびtimp-2bもまた高発現することから、MT1-MMPがTIMP-2と共同して位置特異的なmmp-2活性化に伴う局所的TGFb-2活性化を引き起こすことが示唆された。当初の予定通り、本年度は国際誌への論文投稿を行うことができた。また、TGFbの機能の解析を行い、骨折修復過程での生きた細胞挙動を観察できる本実験系により、破骨細胞と骨芽細胞に対する役割を明らかにしつつある。TGFbは作用する組織や量によって、異なった働きをしており、大きな炎症を伴う哺乳動物を用いた従来の実験系では解析が困難で、骨修復における役割は明らかにされていなかった。本実験系において、骨修復に関わる特異的なTGFbと活性化メカニズムが存在することが示唆されており、TGFbシグナルTGFbの機能について新しい知見が得られることが期待される。27年度が最終年度であるため、記入しない。1.骨芽細胞と破骨細胞におけるTGFbシグナルの機能解析骨芽細胞については、骨形成または骨吸収、細胞移動と細胞分化に着目して、TGFbシグナルがいずれの機能制御に関与しているのかを、骨芽細胞または破骨細胞を可視化する遺伝子組み換えメダカ、それぞれの前駆細胞を可視化する遺伝子組み換えメダカを用いて解析する。2.潜在型TGFb活性化メカニズムの解析TGFbシグナル活性化に関わると考えられる因子に関して、in situ hybridizationを行い、遺伝子発現の時期や局在から、特に重要な機能を持っていると考えられるものを特定する。続いて、阻害剤を用いて、破骨細胞や骨芽細胞に対する影響を調べ、TGFb阻害時と同様の結果が得られるかどうかを確かめる。3. TGFb下流のメカニズムの解析細胞内のTGFbシグナルカスケードの因子に関して抗体染色を行い、シグナル経路の特定と、TGFbシグナルを受容している細胞の特定を行う。破骨細胞と骨芽細胞の出現から骨折部への集合までをライブイメージングすることに成功し、それぞれの由来が明らかになった。
回折限界を超えるＸ線用回折格子型集光素子の提案とシミュレーションによる原理検証

本研究で考案したInverse-phase composite zone plate (IP-CZP)の2つの特徴的なケースである、ZP-A(光軸方向の強度分布がピット構造で最も焦点深度の深いタイプ)とZP-B(光軸方向の強度分布がフラットで比較的焦点深度が深いタイプ)について、性能評価(光軸方向の強度分布、焦平面内動径方向の強度分布、その両方の波長依存性)をシミュレートした結果、X線エネルギーが10 keVで空間分解能を加工精度で決まる値の7%増しに抑えつつ焦点深度を約2倍にできる解を見つけることができたこと、X線エネルギーが812 keVの範囲でもこの性能が保たれることも確認したこと、等を発表した。集光光学系の基本原理である空間分解能を損なわずに焦点深度を大きくできないことが、一定の厚さを有する実材料の分析を困難にしている。本研究はX線分析の実用性の向上に資するものである。平成28年度の研究では、1内側円形回折格子と外側円形回折格子の組み合わせの構造の考案、2数値回折積分によるシミュレーションコードの開発を進めた。1では最もシンプルな構造として内側円形回折格子と外側円形回折格子の面積が等しくなる構造を設定した。すなわち外側円形回折格子の内径と内側円形回折格子の外径を等しくし、外側円形回折格子の外径が内側円形回折格子の外径のroot(2)倍とした。次に、内側円形回折格子と外側円形回折格子のいずれもの格子部の透過光に位相差がπ生ずる厚さを持たせることにした。これも最もシンプルな位相型の回折格子であり、吸収のない理想的な場合に相当する。回折格子の材料はタンタル、X線のエネルギーは10 keVとした。これによりπの位相差を与える厚さは2.645マイクロメートルとなった。構造の初期的なリサーチであるので、空間分解能は0.25マイクロメートル、ゾーン数は100とし、計算容量を少なく設定し、計算時間を短縮した。2では、1で設定した円形回折格子の構造を複素振幅透過率分布に変換し、数値回折積分を実行し、集光面の光波の複素振幅分布を計算するFortranコードを作成した。集光面の光波の複素振幅について、実数部と虚数部、振幅と位相、絶対値の2次元空間分布を計算し、それぞれを三次元表示することができるようになった。この数値計算結果から、主要性能である空間分解能と回折効率の期待値を求めることができる。3設計パラメータの最適化も進める予定であったが、Fortranコードの開発に予想以上に時間を要してしまい、基本的な構造についてのみの計算までしか進まなかった。3設計パラメータの最適化も進める予定であったが、Fortranコードの開発に時間を要してしまい、基本的な構造についてのみの計算までしか進まなかった。平成29年度の研究では、1集光面の光波の複素振幅分布を計算するFortranコードの精緻化、2考案した複数の回折格子構造について、パラメータの詳細設計と主要性能(空間分解能と焦点深度)の期待値の算出を進めた。1では、本研究で目的とした仕様のFortranコードの開発を終了した。2では、多数の回折格子構造について集光面の光波の複素振幅分布の計算を実行し、2つの特徴的な性能を発揮できる回折格子構造を発見するに至った。1の概要:設定した円形回折格子の構造を複素振幅透過率分布に変換し、数値回折積分を実行し、集光面の光波の複素振幅分布を計算するFortranコードを作成した。集光面の光波の複素振幅について、実数部と虚数部、振幅と位相、絶対値の2次元空間分布を計算し、それぞれを三次元表示する。この数値計算結果から、主要性能である空間分解能と焦点深度の期待値を求めることができる。2の概要:回折格子の材料はタンタル、X線のエネルギーは10 keVとした。目標の空間分解能は100 nmとし、焦点距離としは実用性を意識し長めのワーキングディスタンスを確保できる約50 mmとした。これらの条件から内側円形回折格子の直径は37.25マイクロメートル、ゾーンの厚さは2.645マイクロメートルとなった。2つの特徴的な性能としては、光軸方向の強度分布がピット構造で最も焦点深度の深いケースと強度分布がフラットで比較的焦点深度が深いケースである。論文一報を投稿し、もう一報の執筆を進めている。概ね予定通り進んでいる。

本研究はX線分析の実用性の向上に資するものである。昨年度に継続して、集光面の光波の複素振幅分布を計算するFortranコードの精緻化を進める。現バージョンにFortranコード自体にはバグは無さそうではあるが、まだ複雑な回折格子の構造への対応ができていないので、それができるようにバージョンアップを図る。並行して、1で考案した複数の回折格子構造について、パラメータの詳細設計と主要性能(空間分解能と回折効率)の期待値を算出する。最も高い性能を発揮する構造を見極める。本年度は成果の公表に注力する。具体的には、現在執筆中の論文を早期に投稿にまで持って行く。Open Accessでの発表を目指す。X線顕微鏡国際会議(X-Ray Microscopy 2018@Canada)にポスター発表を申し込み済みである。また、国内の学会にも積極的に発表する。具体的には、2018年秋季応用物理学会、2019年1月の日本放射光学会年会などである。本科研費での研究成果を元に次の新しい研究課題を設定し、科学研究費を申請する。学会発表を計画していたが、発表申し込みまでにまとまった成果が得られず、学会へ出張しなかった。第13回X線結像光学シンポジウムの予稿集代を拠出したが、予稿集代が若干安価になったため、残額が生じた。学会出張旅費として使う。2回の学会発表を行う(11月:第14回X線結像光学シンポジウム@つくば、第31回1月日本放射光学会@つくば)。