hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
カルスト地形特有の地質構造が産業都市形成と居住環境に及ぼした影響

また、一見不可視である地下の構造が広域的な水系などにも影響を及ぼしており、各居住地の立地やコミュニティの在り方などを規定する要素となっている事が考えられることから、個別の要素のみならず、それらを連関する仕組みの解明のための作業が今後必要となる。今回、建築物に関するフィールドワークと並行して新たな過去の土地利用状況に関する資料が得られたことにより、より詳細な空間構造の解読作業が必要となっている。これは当初予定してなかったプロセスであるが、建築的な分析に加え、周辺の土地利用と合わせて、今後重層的な解析を試みることで、対象地域の特性をより明確に浮かび上がらせる事の出来る貴重かつ重要なデータと位置付けている。今後の調査においては,より家屋や生産空間に注目した検証を試みる為,居住者等との密接なコミュニケーションを取りながら調査を実施する予定である。また,異分野の専門家の意見等も積極的に取り入れながら,対象地域特有の環境について多角的な分析を試みる予定としている。今後は、これまでに作成を行った広域的なデータベースに、フィールドワークにより得られた個々の情報を加味し、地域構造の分析を試みることで、秋吉台周辺の居住環境としての特性を横断的に把握する事が可能になる。さらに、追加の資料や調査により得られた情報を元に、生活・生産の場としての実態解明を合わせて試み、特殊な地質・地形条件化の営みの在り方についても検証を行う予定である。その際、引き続き他分野の研究者の協力などを仰ぐことで、学術的な成果としての完成度を高め、学会等で発表を行うとともに、今後の地域計画に向けた有益な知見となるよう成果の取りまとめを行いたい。研究実施に関し,一部購入予定物品の価格の変動や,人件費にあたる雇用学生の作業量などに調整が必要となった為,使用額に若干差額が生じており,次年度の計画遂行の中で人件費を要するデータ化作業などを分量等で調整予定である。当初予定していた解析作業に関して,使用するデータの入手に時間を要した為、未着手の解析作業が発生し,年度内での謝金予定使用額に満たなかった。但し,平成30年度末に新たなデータが揃えられた為,新たな年度に入り,早急に予定していた解析作業を実施するとともに,並行して当初計画の進行と合わせ,追加調査及び解析データを用いた成果作成作業を行う。
カルシニューリン阻害薬による新たな拒絶反応の予防法の確立

【目的】臓器移植に用いられる免疫抑制剤のタクロリムスは、投与量決定困難薬剤として全血を用いた血中濃度モニタリングが必要とされている。近年、全血濃度を高値に維持した症例でも拒絶反応が抑制されず、従来のタクロリムス血中濃度モニタリングのみでは不十分であることが明らかされた。そこで、本研究では、全血濃度に加え、カルシニューリン阻害薬の免疫抑制効果と直接に関連する血漿濃度をモニタリングし、さらに、生体内で免疫応答に関与する細胞群の活性の変化もモニタリングする新たな拒絶反応の予防法の確立を試みた。【方法】健常人から採取した血液を対象とした。まず、対象血液のヘマトクリット(Ht)値を実験的に10、20、30、40、50%に調整した。次に、タクロリムスを添加し、全血濃度を0、10、20、40、80ng/mLに調整した後、イオノマイシン(120、250ng/mL)とホルボール12-ミリステート13-アセテート(50、100ng/mL)を添加し、37度で0、2、4、8、16、24時間培養した。培養後、全血と血漿中のタクロリムス濃度を化学発光免疫測定法と酵素標識免疫測定法で測定した。同時に、生体内における免疫応答の変化をモニタリングするために、白血球からmessenger RNA (mRNA)を抽出し、real-time逆転写PCR法でinterleukin2(IL-2)、Forkhead box P3 (FoxP3)のmRNA量を定量した。【結果】本研究では、タクロリムス血中濃度の測定と同時に、IL-2、FoxP3のmRNA量を定量する手法を確立した。しかし、タクロリムス血漿濃度が免疫応答の指標であるIL-2、FoxP3のmRNA量の発現量に及ぼす影響を明らかすることはできなかった。一方で、移植症例の検討からは、初期のHt値が低い症例ほど、拒絶反応を発症し難いことが再確認できた。
胆汁排泄路を有する肝組織モデルの作成

本申請にかかる4つのテーマ(1)肝前駆細胞培養と類肝組織形成、(2)胆管上皮細胞培養と細胆管形成、(3)培養デバイスの設計と作成、(4)デバイスを用いた組織と機能評価、に分けて研究を進めた。本年度は昨年度に引き続き(1)(2)のテーマを主に研究を行った。(3)については、毛細胆管と胆管が接続する条件が決まらないとデバイスの設計が出来ないことがわかり、(3)(4)のテーマは達成できなかった。(1)HPPCsはlaminin111上に播種し無血清培養するとself-renewal能を維持しながら増殖することが分かった。また不均等分裂し娘細胞を生じるが、娘細胞はlaminin alpha5鎖依存性に生存し増殖する。HPPCsをlaminin alpha5鎖上で培養するとself-renewal能を消失することも分かった。HPPCsのself-renewal機序はintegrin beta1-signalを介することを明らかにし、現在論文投稿中である。(2)マウス肝細胞と胆管上皮細胞を用いて、胆汁排泄機構を持つ類肝組織をin vitroで形成させる方法を開発した。成熟肝細胞または小型肝細胞と胆管上皮細胞をコラーゲンゲル上で共培養し、コラーゲン/Matrigelを重層すると肝細胞が形成する毛細胆管と胆管が接続し胆汁が胆管に流れることを確認した(特許出願済)。毛細胆管と胆管が接続するためには、胆管上皮細胞を先に培養し、一定の条件に達した後に(小型)肝細胞を播種することが必要で、その後Matrigelを含むコラーゲンでサンドイッチ状にして培養する。これにより10日ほどで毛細胆管と胆管が繋がった構造がある頻度で形成される。肝細胞が分泌する胆汁が毛細胆管を入り、胆管に流れること、胆汁は培養液中に漏出せず、胆汁溜まりを形成するようになった(特許出願済)。本研究は、4つのテーマ(1)肝前駆細胞培養と類肝組織形成、(2)胆管上皮細胞培養と細胆管形成、(3)培養デバイスの設計と作成、(4)デバイスを用いた組織と機能評価、に分けて研究を行う。本年度は、(1)および(2)について研究を行っているが、デバイスを用いた研究には取りかかることができなかった。(1)ラット肝前駆細胞である小型肝細胞の中に親細胞に相当する細胞(Hepatocytic parental progenitor cells, HPPCs)が存在し、少なくとも5代継代することができ、その成果を論文で報告した((Ishii M et al. Scientific Report 2017)。Laminin111存在下でself-renewal能を維持でき、凍結保存可能である。その細胞は、Matrigel投与により成熟化及び類肝組織が誘導可能であった(論文準備中)。マウス小型肝細胞から樹立した肝前駆細胞株は、Matrigel投与により機能的な成熟化を誘導できた。毛細胆管のネットワーク構造は形成されなかったが、肝非実質細胞の存在下でMatrigel重層を行うと、より毛細胆管構造形成を促進することができた。(2)ラット胆管上皮細胞は、Collagen gel上で機能を保持した状態で増殖・管腔構造の再構築が可能である.マウス胆管上皮細胞は、Collagen gel上で機能を保持した状態で増幅させることが可能で、Collagen gelを重層すると管腔構造の再構築も可能であったが、管状構造よりもCyst様構造の形成が優勢となることがわかった。一方、肝前駆細胞はコラーゲンゲル上または内では機能的に成熟することができない。現在、肝前駆細胞と胆管上皮細胞とを共培養し、肝前駆細胞から形成された類肝組織中に存在する毛細胆管と胆管を結合させる条件を検討している。4つのテーマ、(1)肝前駆細胞培養と類肝組織形成、(2)胆管上皮細胞培養と細胆管形成、(3)培養デバイスの設計と作成、(4)デバイスを用いた組織と機能評価、に分けて研究を推進する計画である。本年度は、(1)および(2)について研究を行ったが、デバイスを用いた研究には取りかかることができなかった。(1)ラット肝前駆細胞である小型肝細胞の中に親細胞に相当する細胞(Hepatocytic parental progenitor cells, HPPCs)が存在し、少なくとも5代継代することができた。Laminin111存在下でself-renewal能の維持が可能で凍結保存できる。その細胞は、Matrigel投与により成熟化及び類肝組織形成を誘導することができた。マウス小型肝細胞から樹立した肝前駆細胞株は、Matrigelを重層することで機能的な成熟を誘導できるが、毛細胆管ネットワーク構造は形成されなかった。マウス線維芽細胞株もしくは肝非実質細胞との共培養を試みた結果、非実質細胞の存在下でMatrigel重層を行うと、より毛細胆管構造形成を促進できた。(2)マウス胆管上皮細胞は、Collagen gel上で機能を保持した状態で増幅させることができた。さらにCollagen gelを重層することで管腔構造の再構築も可能であったが、管状構造よりもCyst様構造の形成が優勢となった。

胆管上皮細胞の培養は、Collagen gel上で行うことが必要なので、肝前駆細胞をCollagen gel上で成熟化させるための培養条件を検討している。また、胆管上皮細胞の培養では、Cyst様構造が優勢となるため、より管状構造が進展する培養条件を検討している。本申請にかかる4つのテーマ(1)肝前駆細胞培養と類肝組織形成、(2)胆管上皮細胞培養と細胆管形成、(3)培養デバイスの設計と作成、(4)デバイスを用いた組織と機能評価、に分けて研究を進めた。本年度は昨年度に引き続き(1)(2)のテーマを主に研究を行った。(3)については、毛細胆管と胆管が接続する条件が決まらないとデバイスの設計が出来ないことがわかり、(3)(4)のテーマは達成できなかった。(1)HPPCsはlaminin111上に播種し無血清培養するとself-renewal能を維持しながら増殖することが分かった。また不均等分裂し娘細胞を生じるが、娘細胞はlaminin alpha5鎖依存性に生存し増殖する。HPPCsをlaminin alpha5鎖上で培養するとself-renewal能を消失することも分かった。HPPCsのself-renewal機序はintegrin beta1-signalを介することを明らかにし、現在論文投稿中である。(2)マウス肝細胞と胆管上皮細胞を用いて、胆汁排泄機構を持つ類肝組織をin vitroで形成させる方法を開発した。成熟肝細胞または小型肝細胞と胆管上皮細胞をコラーゲンゲル上で共培養し、コラーゲン/Matrigelを重層すると肝細胞が形成する毛細胆管と胆管が接続し胆汁が胆管に流れることを確認した(特許出願済)。毛細胆管と胆管が接続するためには、胆管上皮細胞を先に培養し、一定の条件に達した後に(小型)肝細胞を播種することが必要で、その後Matrigelを含むコラーゲンでサンドイッチ状にして培養する。これにより10日ほどで毛細胆管と胆管が繋がった構造がある頻度で形成される。肝細胞が分泌する胆汁が毛細胆管を入り、胆管に流れること、胆汁は培養液中に漏出せず、胆汁溜まりを形成するようになった(特許出願済)。ラットおよびマウス肝前駆細胞からの類肝組織形成の量産化の方向性は定まったが、胆管の管状構造化の検討が必要である。類肝組織の大きさ及び数を勘案したデバイスの設計を30年度早々に行い、作成したデバイスを用いて毛細胆管と胆管の結合が可能か否か検討する。結合の有無はFDなど胆汁成分と同様な経路で毛細胆管内に排泄される蛍光物質を目印に結合されたか否か検討する。またアルブミン分泌能やアンモニア代謝能、尿素合成能など肝分化機能をモニターすることで肝組織化の評価を行う予定である。研究計画では、本年度からデバイスを用いた研究も開始する予定であったが、細胞培養の実験が計画より遅れたため、デバイスの設計作成を行うことができなかった。次年度、その研究を行うために繰り越すことにした。
自然言語による空間描写理解のための知識獲得と概念形成に関する研究

本研究では、知識獲得・概念形成の手法を用いて空間概念を構築する方法について、仮説に基づく実験システムの構築とその実験的評価を中心とした実証的な立場から研究を行う。平成3年度は、言語構造ーイメ-ジの対応関係の獲得のために、知識獲得管理システムと我々が従来作成した情景再構成システムから成る知識獲得システムの設計と、情景再構成システムで用いる初期的な知識ベ-スの構築を行った。1.知識ベ-ス構築のために、2つの名詞によって表される実体間の関係を考え、「名詞+『の』+名詞」句を対象とした検討を行った。これに基づき、前後の名詞が空間的実体を表しているものに対し、その表す関係を、(1)材料、構成要素、(2)産出・供出・提供、(3)所有、(4)特定、(5)何らかの動詞で関係づけられるもの(上記以外)、(6)全体ー部分関係、(7)環境の「中の」対象を表す関係に分類した。2.全体ー部分関係については、各概念に関する情報として上位構成、構成要素を知識ベ-スにもたせることにより対応をはかった。3.ある環境中に対象がおかれているという関係については、「環境」と「対象」という概念を導入した。対象については、環境との接し方(安定な状態)、用い方等を知識ベ-スに組み込む。環境については、顕現性(salience)を考え、その概念のどの部分が「環境」として用いられるかを知識ベ-スに組み込む。4.以上の結果として、各概念に関する情報の整理項目はその概念の上位概念、その概念により構成されるもの(上位構成)、その概念を構成するもの(構成要素)、その概念の持つ属性、その概念の持つ機能となった。今後、知識提供者の判定結果を分析し一般化を試みることによって、獲得過程のシステム化による知識ベ-スの大規模化を行う。更に、出現する対象のみならず、その発話がなされた言語的文脈の影響を取り入れた知識の獲得を目指す。
HTTP/2時代のWebサービスのための次世代プロトコルとSDNによる制御の研究

本研究は,HTTP/2時代のWebサービスを対象とし,次世代のトランスポート層プロトコルとSDN(Software Defined Netwoking)を活用したQoS (Quality of Service)制御によりユーザの体感品質(Quality of Service; QoE)の向上させることを目的としている.特に本研究では,次世代のトランスポート層プロトコルとしてはMPTCP(MultiPath TCP)を,SDNにはOpenFlowを対象としたQoS制御方式を検討している.そして,被験者を用いたQoE評価により提案方式の有効性を多面的に確認する.次にMPTCPのQoSを向上させるための輻輳制御方式とスケジューリング方式をを提案・実装し,実験によりその有効性を確認した..また,上位層を支えるためのQoS制御技術として、無線LAN上で複数のWebサービスを利用した場合の最適な最大伝送速度の推定方式を検討した.更に,IEEE802.1を用いたQoS制御方式の評価を行なった.更に,WebサービスのQoEを評価するための方式として,ディープラーニングによりユーザの顔が像からWebサービスのQoEを評価する方式を提案,実装し,実験によりその有効性を確認した.本研究は, HTTP/2時代のWebサービスを対象とし,次世代のトランスポート層プロトコルとSDNを活用したQoS制御により,ユーザの体感品質(QoE)の向上させることを目的としている.特に本研究では,次世代のトランスポート層プロトコルとしてはMPTCPを,SDNにはOpenFlowを対象としたQoS制御方式を検討している.そして,被験者を用いたQoE評価により提案方式の有効性を多面的に確認する.本目的のためには,まずWebサービスにおけるQoEの定義とその評価方法を確立しなければならない.そこで,本研究では,システム評価の国際標準であるISO9241-11勧告に基づいたユーザビリティ評価をWebサービスに適用し,これをQoE評価とする方法を検討した.また,QoSの変化に対するQoEの変動をリアルタイムに測定するための方法として,人間の生体信号である筋電位を用いたQoEの評価方法も提案しこれを実装した.更に, WebサービスにおけるQoEとQoSの関係を明らかにする必要もある.本研究では,前述のQoSとQoEの評価結果に対して,主成分分析,重い回帰分析およびパス解析などの統計的な多変量解析によりQoSとQoEを多面的かつ,ネットワークの持つ階層的な構造を考慮した分析方法を確立した.また,QoSとQoEとの関係を3次元空間上で可視化する方法を提案し,これを実装評価した.以上の評価方法を用いて,様々な端末において,QoSの劣化によるQoEへの影響がどのように異なるかを調査した.そして,平均遅延と遅延ジッタがQoEに及ぼす影響を評価した.上記を基に,WebサービスにおけるQoEを基にしたQoSの制御方式として,まず,経路制御がQoEに影響を評価し,IPv6ネットワーク上で,QoEを向上するための経路制御機構を提案した.この結果を基に,雑多なネットワーク環境において,MPTCPを用いた場合,経路制御がWebサービスにおけるQoSおよびQoEに及ぼす影響を評価した.平成28年度は,WebサービスにおけるQoEの定義とその評価方法に関して,国際会議で1件の発表を行った.またQoEとQoSとの間の関係の評価においては,国際会議3件,および国内会議で1件の発表を行った.次に,WebサービスにおけるQoEを基にしたQoSの制御方式として,国内論文誌に1件,国際会議に2件,国内会議で2件の発表を行った.以上より,本年度までの進捗は概ね順調である.本研究では,まず,IEEE802.11無線LAN環境において,WebサービスにおけるQoE(WebQoE)を向上することのできる最適な最大伝送速度の推定方法を検討した.また,QoS制御により,WebQoEを劣化させることなく使用帯域を削減できる方法を検討し,実験により,本方式の有効性を確認した.これらを基に,WebQoEを向上するための無線LAN基地局の開発を行った.一方,有線LANにおけるWebQoEの向上のため,以下の検討を行った.第一に,災害時におけるQoEの向上を目的として,自走式無線リピータにより,孤立したLAN間を接続する方式を検討し,これを実装した.また現在標準化が進められている次世代インターネットプロトコルの一つであるMPTCPに対して,WebQoEを向上するための輻輳制御方式の提案を行った.また,MPTCPのような次世代プロトコルを利用するのではなく,SDNにより既存のプロトコルを効率的に制御してWebQoEの向上を図る新しい方式(TCP multipathization method by SDN)を提案した.平成29年度は,WebQoEに基づいた無線LANにおけるQoS制御に関して,英文論文誌1件,国内論文誌1件,国際会議で2件の発表を行った.また有線LANにおけるQoS制御おいては,国際会議3件,および国内会議で5件の発表を行った.以上より,本年度までの進捗は概ね順調である.本研究は,HTTP/2時代のWebサービスを対象とし,次世代のトランスポート層プロトコルとSDN(Software Defined Netwoking)を活用したQoS (Quality of Service)制御によりユーザの体感品質(Quality of Service; QoE)の向上させることを目的としている.特に本研究では,次世代のトランスポート層プロトコルとしてはMPTCP(MultiPath TCP)を,SDNにはOpenFlowを対象としたQoS制御方式を検討している.そして,被験者を用いたQoE評価により提案方式の有効性を多面的に確認する.

次にMPTCPのQoSを向上させるための輻輳制御方式とスケジューリング方式をを提案・実装し,実験によりその有効性を確認した..また,上位層を支えるためのQoS制御技術として、無線LAN上で複数のWebサービスを利用した場合の最適な最大伝送速度の推定方式を検討した.更に,IEEE802.1を用いたQoS制御方式の評価を行なった.更に,WebサービスのQoEを評価するための方式として,ディープラーニングによりユーザの顔が像からWebサービスのQoEを評価する方式を提案,実装し,実験によりその有効性を確認した.平成29年度以降は,平成28年度までの内容を継続し,QoSとQoEの関係の調査,およびこの調査結果を基にしたQoSの制御方法の検討を進めていく.特に本年度は,SDNにおける成魚方法の確立に注力し,新しい成魚方法の提案等を行っていく.SDNにおける盛業方式は提案だけでなく実装も行い,情報通信研究機構との共同研究で利用しているJGN(Japan Gigabit Network)上での評価を行う.以上で得られた成果は,国内外の学術論文誌,国際会議などで適宜報告を行っていく.平成30年度以降は,これまでの内容を継続し,QoSとQoEの関係の調査,およびこの調査結果を基にしたQoSの制御方法の検討を更に進めていく.特に本年度は,SDNにおける制御方式と次世代プロトコルの制御方式に焦点を置き,新方式の提案及び実装,ならびに情報通信研究機構との共同研究で利用しているJGN(Japan Gigabit Network)上での評価を行う.以上で得られた成果は,国内外の学術論文誌,国際会議などで適宜報告を行っていく.本年度は,6824円の次年度使用額が発生したが,消耗品等で当該年度では必要としなかった分である.この額は,当該年度所用額の0.35%である.当初発表を予定していた国際会議よりも,より本研究に適した国際会議への投稿へ変更したが,本会議は査読期間が長く年度をまたいでしまったため次年度使用額においては,平成29年度の実験における消耗品などで必要な場合に使用する.,
有機希土類錯体を用いた新規重合触媒の開発

高活性重合触媒の開発を目的として以下に記す新規希土類金属錯体の合成に成功し、その構造と重合触媒作用について検討を行うことができた。従来用いてきたMe_2Si基に代わり、Ph_2Si基により2つのシクロペンタジエニル(Cp)環を架橋したものを配位子として希土類錯体の合成を行った。その結果SmのIII価錯体においてはCp環上に導入した2つのMe_3Si基がそれぞれ2,4および3,4位に位置するC_1対称型の構造を有する錯体が得られた。そしてこの錯体は高いエチレン重合能を示した。またSmのII価錯体においてはPh基の立体的な効果がより顕著に現れた結果、2つのCp環上で置換基がいずれも3,4位に位置するC_<2v>対称型の構造を有する錯体が生成した。このII価錯体は期待されたように3,4位の置換基の効果により非常に高分子量のポリエチレンを与えた。2本のMe_2SiOSiMe_2基により2つのCp環を架橋した構造を有するSmのII価錯体の合成に成功した。この錯体のCp(center)-Sm-Cp(center)のバイトアングルはMe_2Si架橋のものより大きくて非架橋のbis-Cp^*錯体とほぼ同じであった。この錯体のエチレン重合能が非常に低いものであったことから、重合能の発現にはバイトアングルが小さいこと、すなわち錯体前面の反応場が広いことが重要であることが明らかとなった。3.新規C_1対称型錯体Me_2Si基で架橋したCp環に計3つの置換基を導入することにより新規C_1対称型錯体の合成に成功した。これらのSm,YのIII価錯体はエチレンやMMAの重合に高い活性を示したが、特に期待されたMMA重合における立体選択性の向上には大きな効果はみられなかった。
腎癌の定量的プロテオーム解析に基づく創薬ターゲットの発現変動機序解明

臨床腎臓組織の癌部と非癌部で発現に差異を認めたタンパク質についてヒト腎癌および大腸癌由来培養細胞を用いた検討を行った。その結果、ホスホフルクトキナーゼのアイソザイムやRNA結合タンパク質の一種には癌抑制遺伝子(VHL)の発現状態や低酸素環境によって発現調節されるものがあることを見出した。また、この発現調節には一部mRNAレベルの発現変動を伴わない低酸素応答の関与が示唆された。一方で、健常人と比較して腎癌患者で血中濃度が高値を示すタンパク質があり、腎癌早期発見に役立つと考えられた。腎癌との強い関連性が示唆されている癌抑制遺伝子(VHL)については細胞内酸素濃度を反映することが示唆されている。前年度、塩化コバルト添加によって擬似的に低酸素状態にした786-o細胞における遺伝子発現量変動パターンはVHL遺伝子の発現が報告されているHCT-15細胞と比較して大きく異なることを報告した。本年度は同様の検討をVHL遺伝子を欠損した腎癌由来RCC4(-)細胞とVHL遺伝子を導入した細胞株(RCC4(+)細胞)を用いて行った。塩化コバルト(200μM)で処理ところ、8時間後および24時間後には解糖系酵素である6-phosphofructokinase (PFK)の分子種などでVHL発現の影響が認められた。同タンパク質の発現変動は低酸素状態における二次的な反応であると考えられ、VHL非依存的な因子の探索を引き続き行う予定である。一方で、低酸素条件下で発現が上昇すると考えられるGalectin-1は、塩化コバルト添加によってVHL(+)細胞では発現が上昇するものの、VHL(-)細胞では発現が低下する傾向にあるなど、物理的低酸素濃度条件下での結果と異なる可能性があり、今後原因の詳細を解析する予定である。腎癌の病態の進展には癌抑制遺伝子であるvon-Hippel-Lindaw (VHL)遺伝子の変異が関与していることが知られている。同遺伝子の変異により低酸素応答性転写因子の安定化が起こり、血管内皮細胞増殖因子(VEGF)等の転写活性化による癌細胞の増殖が引き起こされると考えられている。申請者らはこれまでにVHL非依存的にVEGFの遺伝子発現が変動することを報告しているが、詳細については不明な点も多い。本年度も引き続き、ヒト腎癌由来細胞を用いてVHL非依存的に低酸素応答性に関連する因子について検討を行った。実験には、ヒト腎癌由来細胞としてRCC4 (-)細胞(VHL -/-)およびRCC4 (+)細胞(VHL +/+)を用いた。文献調査等に基づきVHLの発現の有無によって発現パターンに差異の認められたタンパク質について、申請者らが既にヒト腎癌摘除検体の癌部と非癌部においてタンパク質発現量に差異を認めたタンパク質との比較検討を行い、候補タンパク質としてRNA結合蛋白質(hnRNP A2/B1)を選出した。同タンパク質について、1% O2の低酸素条件下において培養した細胞よりタンパク質の抽出を行い、Western-blot法を用いてタンパク質発現量を評価した。その結果、低酸素培養開始8時間後におけるhnRNPA2/B1のタンパク質発現量は、RCC4 (+)細胞と比較してRCC4 (-)細胞における発現の上昇がより顕著であった。したがって、腎癌におけるhnRNP A2/B1の発現上昇にはVHL非依存的な低酸素応答が関与するものと考えられた。腎癌(腎臓癌)に対する化学療法の奏功率が極めて低く、新規の創薬ターゲットの同定と確立が急がれる。本年度は、VHL発現の影響について検討する目的で、VHL遺伝子を欠損した腎癌由来RCC4(-)細胞とVHL遺伝子を導入した細胞株(RCC4(+)細胞)を用いて両細胞間で発現の異なるタンパク質の同定を試みた。また、臨床検体において腎癌の癌部と非癌部における発現比が大きく異なるタンパク質の中から前述のRCC4(+/-)細胞の検討で同定されたタンパク質のうち数種類について低酸素条件下での変動について検討した。塩化コバルト添加によって擬似的に低酸素状態にした786-o細胞における遺伝子発現量変動パターンはVHL遺伝子の発現が報告されているHCT-15細胞と比較して大きく異なった。両細胞間で顕著に相違した遺伝子としては、低酸素状態で発現変動する血管内皮増殖因子(VEGF)に加え、解糖系酵素である6-phosphofructokinase (PFK)の分子種などであった。近年、解糖系酵素が細胞質ばかりでなく細胞膜にも発現することや解糖以外の機能が示唆されており、PFKも腎細胞膜タンパク質であることが報告されていることから解糖系以外で癌と関与している可能性について検討する予定である。一方で、VHL遺伝子の普遍的な影響について検討する目的で、VHLを遺伝的に欠損したヒト腎癌由来培養細胞(786-O細胞)に対するVHL遺伝子導入細胞株の確立を試みた。

セレクションしたVHL遺伝子導入786-O細胞株についてVHL発現量を検討したところmRNAレベル、タンパクレベルともに検出限界以下であり、引き続きの検討予定である。ヒト腎癌由来細胞に加えて、ヒト腎癌以外の細胞においても検討を進められている点では順調といえる。しかしながら、遺伝子発現量の検討は順調に行えているが、タンパク質発現量を行う際に標的タンパク質を検出する抗体の選定と検出条件の模索に時間を要している。また、低栄養条件下での検討が遅れている。創薬ターゲット候補タンパク質について、mRNA発現量の定量系確立はおおむね順調に進展した。一方で、タンパク質発現量の定量系確立に至っておらず次年度の課題である。また、VHL欠失細胞株へのVHL遺伝子導入を行っているが、次の研究計画遂行に必要とされる発現量には到達しておらず引き続き検討が必要である。引き続き、ヒト腎癌由来細胞およびヒト腎癌以外の細胞において検討を行う。また、タンパク質検出用の抗体の選定と検出条件の模索をさらに行う。低酸素状態の作製には塩化コバルト添加に加えて、窒素を用いるなど物理的低酸素状態による検討を行う予定である。創薬ターゲット候補タンパク質について、低酸素下での検討に加え、低栄養下でのmRNA発現量の変動を検討する。また、他の培養細胞系についても同様の検討を行う。一方で、同タンパク質の定量系確立を目指す。また、VHL欠失細胞株へのVHL遺伝子導入実験を継続する。次年度研究費は、培養細胞における創薬ターゲットタンパク質を検出するためのmRNA定量およびタンパク質定量系確立に必要となる試薬ならびに遺伝子・タンパク質の抽出や精製にかかる試薬などの消耗品費、また、細胞培養を行うための器具や培養液等の試薬代に当てる予定である。さらに、研究費の一部は、本研究の成果を学術論文・学会発表等の手段によって社会へ発信するための旅費等として使用する予定である。
中枢神経の再生を抑制する分子機構について

髄鞘関連糖蛋白質(MAG)は末梢神経における再生神経の発芽と伸長を抑制する作用を持ち、剪定としての生物学的意義があることをフィルムモデル(神経を2枚のフィルムに挟みそのまま生体内に温存する方法)を使ってこれまで明らかにした。一方、中枢神経系の有髄神経内にもMAGやNogo-Aなどの再生を抑制する物質が含まれ、これが中枢神経系の再生を妨げている主因と考えられている。しかし、抑制物質の放出はじめ、分子機構についてはほとんど何も解明されていない。そこで、今回、末梢神経の剪定機構を解明したのと同様の方法を応用して、中枢神経系における再生抑制機構を探求した。材料として成熟雌マウスの視神経を選んだ。その結果、1.軸索の断裂変性像が消失した後、細胞成分が増殖しはじめる切断10日目以降、変性視神経から抑制物質が放出され再生神経の発芽と伸長が抑制された。2.視神経束外へ放出される抑制物質は、western blotting法によりMAGであることが同定された。3.抗MAG抗体により完全に中和化され、再生神経は抑制前の状態と同程度にまで伸長した。4.変性視神経片によって神経再生が抑制されても2度目の切断によって再び再生神経が発芽、伸長する所見を得た。MAGは神経と直接結合し未知のカスケードを経る。しかし、抑制反応は神経細胞体にまで及ばないことを示唆している。5.低分子化合物のアクリルアミド類の分子軌道法解析を試み、アクリルアミド神経中毒においては最低空軌道が関与していた。これは、今後、MAGによる化学反応についても分子軌道法によって量子化学的解析が実施可能であることを意味する。視神経を切断しその両端を縫合すると、網膜側の神経端から再生神経が発芽し伸長する。しかし、再生神経は切断遠位の神経(遠位視神経)内へ進むと伸長が妨げられる。遠位視神経内のグリアが再生を抑制している主因であり、おそらく中枢性グリアは末梢神経の再生を抑制することも可能であろう。この仮説に基づいて、末梢神経の再生を介して中枢神経の再生抑制機構の解明を試みた。1、変性視神経断片の作製。マウス視神経の断片を採取し、2枚のフィルムに挟みリンガー液を滴下し、それを膝部に3、7、10、14日間各々温存した。温存後7日目には、軸索の断裂変性像が認められた。10日目には軸索は完全に消失し、中枢性グリアが増殖していた。2、変性視神経断片による末梢神経の再生抑制。マウス総腓骨神経を切断し、切断近位側の神経本幹のみをフィルムに結紮固定し、同時に上記の各時期の変性視神経断片を向かい合わせ、そのまま4日間生体内に温存した。対照群(切断近位神経のみをフィルム上に結紮固定したもの)と生体内に3ないし7日間温存した変性視神経を用いた場合、再生神経は約500μm伸びた。それに対して、生体内に10ないし14日間温存した変性視神経の場合は、再生神経の伸長も発芽像すらも検鏡されなかった。末梢神経の再生は末梢性遠位神経と同様、変性視神経によっても抑制されるものである。3、再生抑制は中枢性反応か。神経に2度傷害すると単独傷害に比べて再生神経の伸長程度は格段に大きくなる。この重複傷害効果の程度を調べると、神経細胞内の代謝亢進の状態を推測することが出来る。最初の傷害時に変性視神経を神経の本幹に向かい合わせた。3日後に2度目の切断をし再生神経の伸長を測定した。すると、変性視神経の再生抑制は神経細胞内の代謝を介さないこと、すなわち、神経再生能に影響を及ぼさず、成長円錐付近で行われる局所反応であることが判明した。神経を切断すると遠位側の軸索はやがてワーラー変性に陥る。

末梢神経系においては、残存する髄鞘をシュワン細胞はマクロファージと共に処理し、髄鞘に結合している髄鞘関連糖蛋白質(MAG)を細胞外に放出する。MAGには末梢神経における再生神経の発芽を抑制し伸長も抑制する作用を持ち、剪定としての生物学的意義があることをフィルムモデル(神経を2枚のフィルムに挟みそのまま生体内に温存する方法)を使って明らかにした。昨年度、中枢神経系においても髄鞘の処理過程で細胞外へ抑制物質が放出され、再生神経の発芽と伸長を抑制することをフィルムモデルを応用して実証した。本年度は、その抑制物質の同定をまず試みた。(1)抗体による中和化。抗MAG抗体溶液を濃度を変えて切断10日目の変性視神経片に滴下した。20.0μg/mlにおいて完全に中和化され、再生神経は抑制前の状態と同程度にまで伸長した。(2)western blotting法によるMAGの同定。切断日数を変えた視神経片をゲル上に3日間静置し、滲出した蛋白質をwestern blottingにより転写し、抗MAG抗体(20.0μg/ml)を用いてMAGを検出した。切断後10、12、14、16日目の視神経片においてMAGが検出され、この順に次第に検出濃度は減少した。視神経片の切断端近傍を中心に漸減するMAG像も示された。重複傷害効果を応用して再生抑制の反応部位を探索した。変性視神経片によって神経再生が抑制されても2度目の切断によって再び再生する所見を得た。MAGは神経と直接結合し未知のカスケードを経る。しかし、抑制反応は決して神経細胞体にまで及ばないことを示唆している。MAGによる化学反応について量子化学的解析を行うための予備実験として、低分子化合物のアクリルアミド類の分子軌道法解析を試み、アクリルアミド神経中毒においては最低空軌道が関与する結果を得た。
環境保全型エネルギーシステム構築にあたっての費用負担制度についての研究

研究2年度である本年度は、昨年度の研究を継続し(1)文献資料調査、(2)環境保全型エネルギーシステムにむけての費用負担制度のあり方を研究すると同時に、本年度は新たに(3)アジアのエネルギー消費動向とエネルギー政策、それが環境に及ぼす影響についての基礎的研究を行った。(1)については、エネルギーシステムのうち、とりわけ電力システムに関連した国内外の諸制度に焦点をあてた。(2)については、エネルギー消費起因の環境問題に関連する費用負担の制度を分析した結果、従来の税や課徴金や補助金システムとは性格を異にする独自のメカニズムが用いられるのが一般的であることが明らかになってきた。これは、環境保全のための費用を調達するための一種の基金で、<環境基金>システムと位置づけることができる。研究の重要な成果として、環境基金の費用負担原則には、従来からある応能原則、応益原則、応因原則とは異なる応責原則としてとらえるべき原則があることが明らかとなった。(3)については、アジア地域における基礎的統計を収集し、エネルギー消費の特性を分析すると同時に、エネルギー政策の中でも力点が置かれている電力政策に焦点をあてた。電力供給システムにおいて環境への影響の点から注目できるのは石炭火力及び原子力で、その両者ともに、エネルギー消費大国、特に東アジアにおいて開発が急速に進みつつある。研究初年度である本年度は、(1)文献資料調査、(2)環境保全型エネルギーシステムにむけての費用負担制度のあり方を中心に研究を進めた。この研究で明らかになったのは、欧州(特にデンマーク、ドイツ)では、それぞれ独自の再生可能エネルギーへの投資に関する独自の補助システムがあることである。具体的には、デンマークでは風力発電システムを地域住民が共同所有できる諸制度が発達しており、またドイツでは、国家の補助政策に加えて、アーヘン市に見られるように、太陽光発電設備設置にともなう費用を電力料金に転嫁するシステム(アーへンモデル)を地方自治体が整備し、再生可能エネルギーの大幅普及を可能としている。またこうした具体的諸制度の研究と平行して、21世紀のエネルギー環境問題に極めて重要な意味を持つ気候変動枠組条約京都議定書についても分析を行った。(2)については、エネルギー利用をめぐる環境問題に関する費用負担の制度を分析した結果、従来の補助金システムとは性格を異にする独自のメカニズムが存在していることが明らかとなった。これは、環境保全のための費用を調達するための一種の基金システムで、〈環境基金〉システムと位置づけることができる。この種の環境基金システムは今日数多くみられるようになってきているが、その中でエネルギー関連の汚染問題で最も古い歴史をもつにもかかわらずほとんど分析されてこなかった国際的環境費用負担制度として国際油濁補償基金(IOPC Funds)がある。本研究では、この基金の独自の性格と役割、また費用負担原則について分析を行った。その研究の重要な成果として、環境基金の費用負担原則には従来からある応能原則、応益原則、応因原則と異なる応責原則としてとらえるべき原則があることが明らかとなった。
非摂動くりこみ群による有限温度・密度ＱＣＤの相構造の解析

有限温度・密度系における量子色力学(QCD)のカイラル相構造を明らかにすることが目的であった。我々は非摂動くりこみ群をQCDの有効模型である南部・ヨナラシニオ模型に適用し、そのカイラル相構造を解析した。相転移が起こるとくりこみ群方程式の解は相転移に伴う物理的発散のために特異的になり、その後の解を追えなくなる。このような場合、従来では補助場の方法がよく用いられてきた。しかし、理論空間が大きく広がるために計算コストが大きくなり、物理量の評価が困難であった。そこで、弱解の方法を適用し、相転移が起こった後の解を定義した。ただし、近年提案された方法であるため、その有用性を評価する必要があった。まず、large-N近似の場合でのくりこみ群方程式を導出し、その解が既存の結果と矛盾がないかを評価した。くりこみ群方程式の数値解析を行い、1次および2次相転移線を含む相図を得ることができた。その結果は過去の結果と矛盾は見られず、さらに、4体フェルミ結合定数が、ある大きさより小さくなると、1次相転移線は消え、2次相転移のみになることを明らかにした。27年度が最終年度であるため、記入しない。量子色力学(QCD)はクォーク間に働く強い力を記述する。QCDは近似的にカイラル対称性を持つが、その相互作用によって自発的に対称性は破れ、クォークはヒッグス機構によって得る質量よりも大きな質量を獲得する。しかし,有限温度、有限密度の環境下では対称性が回復すると期待されている。本研究計画では、非摂動くりこみ群の方法を用いて、従来の解析での近似方法を系統的に改善し、それによって、ゲージ理論の解析で発生するゲージ固定パラメータ依存性を抑え、有限温度・密度系のQCDの相構造がどのように変化するかを調べることが目的である。今年度は、QCDのカイラル有効模型である南部・ヨナラシニオ模型において、平均場近似を超える近似、すなわちnon-leading項の効果を取り入れた解析を行った。カイラル感受率である4体フェルミ結合定数のくりこみ群フローを調べた。その結果、non-1eading項は零温度・有限密度で特異点を持つことがわかった。この特異点の効果で低温・高密度領域では相構造が大きく異なることが分かった。しかし、この方法では1次相転移を評価することができない。そこで、クォーク・メソン模型を考え、補助場の有効ポテンシャルに対するくりこみ群方程式を偏微分方程式として数値的に評価した。その際、湯川結合定数や異常次元なども含めて解析を行い、それらのフローの性質を調べた。重イオン衝突や中性子星内部では強磁場が発生していると考えられており、クォークの相転移に大きな影響を与えうる。これまで、外部磁場によってカイラル対称性の破れが起こりやすくなることが理論的模型の解析で知られおり、有限温度では、磁場が大きくなっていくとカイラル相転移温度は大きくなる(Magnetic catalysis)ことが示されてきた。しかし、2011年に格子シミュレーションによって、外部磁場の増大に対して相転移温度は小さくなる(Magnetic Inhibition)という結果が発表された。これを説明する様々な機構が提案された。その中で、福嶋氏と日高氏によって提案された機構をくりこみ群によって定量的に評価を行った。この機構によると中性パイオンを構成するクォークが磁場の影響を受け、その結果、中性パイオンの運動が制限されることが重要となる。解析の結果、中性パイオンの運動が磁場によって制限を受けることは確認されたが、Magnetic Inhibitionは確認されず、Magnetic catalysisが起こるという結果を得た。量子色力学(QCD)のカイラル有効模型の一つであるNambu--Jona-Lasinio模型を有限温度・密度系でくりこみ群による解析を行った。これまでの近似ではlarge-N leadingな寄与のみを取り入れる方法が用いられていたが、我々はそれを超える近似採用し、解析を行った。その結果、低温・高密度では2次相転移の相構造に大きな変化が見られた。その結果は論文としてまとめられた。さらに強磁場中での解析を行った。低温・高密度では4フェルミ結合定数の紫外固定点がde-Haas--van-Alphen効果によって振動することを見た。この成果は現在、論文としてまとめているところである。1次相転移を含めた相構造の解析を行うために、有限温度・密度クォーク・メソン模型に着目した。従来の近似である局所ポテンシャル近似を超える近似を採用し、解析を行った。しかし、低温・高密度ではメソン場のくりこみがフェルミ面のゆらぎが大きくなることによって負になってしまい、数値的に赤外極限がとれない問題が発生した。これは採用した近似がメソンとクォークのプロパゲータが満たすべき条件を壊しているためであることがわかった。その近似を改良し、解析を進めているところである。

そこで、弱解の方法を適用し、相転移が起こった後の解を定義した。ただし、近年提案された方法であるため、その有用性を評価する必要があった。まず、large-N近似の場合でのくりこみ群方程式を導出し、その解が既存の結果と矛盾がないかを評価した。くりこみ群方程式の数値解析を行い、1次および2次相転移線を含む相図を得ることができた。その結果は過去の結果と矛盾は見られず、さらに、4体フェルミ結合定数が、ある大きさより小さくなると、1次相転移線は消え、2次相転移のみになることを明らかにした。QCDのカイラル有効模型の従来の近似を超えた解析によって有限温度・密度、特に低温・高密度では特異な現象を確認することができた。また、ゲージ理論の有限温度・密度におけるカイラル相構造に明らかにするためのくりこみ群による解析手法が確立できてきた。よって「おおむね順調に進展している」と考える。27年度が最終年度であるため、記入しない。クォーク・メソン模型の解析を進め、新しい近似方法の下でのカイラル相構造がどのようになるかを明らかにする。この結果は論文としてまとめる。ここで得られた手法をQCDに応用する。赤外における物理量を得る方法として我々は補助場の方法を念頭において解析を進めてきた。一方で、赤外での物理量を得る手法として弱解と呼ばれる方法が提案された。この方法では4フェルミ相互作用に対する量子補正はlarge-N leadingの寄与のみを取り入れることができる。しかし、物理量のゲージ固定パラメータ依存性を抑えることに重要な寄与を与える量子補正は取り入れることができる。そこで、補助場による結果と弱解による結果の比較を行いながら両者の関係やカイラル相構造、カイラル凝縮の温度・密度依存性を議論していく予定である。この研究の目的は近似の改善に伴う相構造の変化を調べることである。ゲージ固定パラメータ依存性や相構造の変化を調べるためには物理量となるカイラル秩序変数の評価方法を確立する必要があり、その方法を模型で確立することができた。これを量子色力学へと拡張し、研究目的に向かうことができる。これらのことから研究計画はおおむね順調に進展していると考える。今後の方針として、まず、南部・ヨナラシニオ模型の相構造を補助場の方法で調べる。今年度の研究で明らかになった低温・高密度領域でのカイラル相境界を相転移の次数を含めて評価したい。特に、non-leading項の効果は相構造にどのような影響を与えうるのか調べ、その物理的な意味づけを与えたい。しかし、non-leading項が持つ特異点はカットオフ関数による人工的なものである可能性もある。従って、別のカットオフ関数を用いた場合で評価することも必要であると考えている。
生体分子の水素水和研究に向けた、中性子結晶解析用D/Hコントラスト法の開発

中性子線回折の最大の特徴は、水素原子の検出能力に優れていることである。中でも、生体分子とその周囲を取り囲む水和水を構成する原子の半数以上は水素原子であり、中性子結晶解析は生体分子の構造研究において特別な位置を占めている。我々の研究目的は、中性子結晶解析に重水素/軽水素(D/H)コントラスト法を組み合わせ、効率と精度を飛躍的に向上させ、生体分子の構造研究に貢献することである。D/Hコントラスト法は、中性子線の重水素と軽水素に対する散乱長の違いによるコントラストを水素原子の検出に利用する方法であり、我々が開発した実空間D/Hコントラス法による中性子結晶解析は、簡便で高精度かつ高効率の構造解析と水素原子の観察が可能となる強力な手法である。リボヌクレアーゼA(RNase A)を用いた中性子実験で、独自の重水素/軽水素コントラストの計算アルゴリズムを開発して、その有用性を報告している。本研究では、タンパク質内部のプロトネーションと周囲の水和構造に着目して、(1) RNase Aデータをテストデータとして用いたD/Hコントラストのための解析プログラムの開発、(2) RNase Aを用いての量子ビーム実験、具体的には中性子、X線溶液散乱との比較、さらに、(3)他のタンパク質(リゾチームやインシュリン)などをテストサンプルとして用いた本手法の応用、(4)D/Hコントラストの実用に向けた、ソフトウェアの一般化と整備を目標として、研究を進めた。前年の成果に基づいて、30年度についても研究を進め、進展状況で述べるようにほぼ所定の目標を達成した。中性子結晶解析は水素と水素イオンの検出力に優れた実験法であり、生体分子内の水素原子と水素イオンおよび、周囲の水和水に含まれる水素原子の位置決定に用いられている。本研究では、中性子線の重水素と軽水素に対する散乱長の違いを利用する重水素/軽水素コントラスト法を中性子結晶解析に導入して、解析の効率と精度を飛躍的に向上させることを目指す。申請者達が独自に考案した、重水素と軽水素のコントラストを実空間差分から計算するアルゴリズムを利用して、中性子結晶解析における重水素/軽水素コントラスト法を実用化する。これにより、高精度での生体分子の水素状態と水和構造の決定が可能となり、中性子結晶解析が生体分子の構造と化学反応を解明するためのより強力なツールとなることが期待される。リボヌクレアーゼA(RNaseA)を標準タンパク質として中性子結晶回折実験を行い、重水結晶データと軽水結晶データを得た。(1)このデータを用いて、D/Hコントラストのための解析プログラムの開発、(2)他の量子ビーム実験、具体的には中性子、X線溶液散乱との比較、さらに、(3)物理化学的性質(特に等電点pI)の違うリゾチームやインシュリンへの本方法の応用と総合的なタンパク質の水素と水和の解釈、そして(4) D/Hコントラストの実用に向けた、ソフトウェアの一般化と整備を目標として、研究を進めている。28年度は、この4つのテーマについて研究を進め、進展状況で述べるようにほぼ所定の目標を達成した。28年度の実施計画は(1)標準タンパク質(RNaseA)を用いたD/Hコントラストの解析、(2) RNaseAの中性子溶液散乱実験、(3)実験サンプルの準備、(4) DHコントラスト用プログラムの開発と改良であった。(1)のRNaseAのD/Hコントラスト解析については、結晶中の全空間についてD/Hコントラストの密度の統計処理を行い水和構造の観察に成功した。(2)の中性子溶液散乱実験については、研究分担者により中性子データの収集が行われた。(3)実験サンプルの準備については、RNaseAは既に実験に必要な大型結晶を保有しており、必要に応じて追加作成が可能な状態である。他のサンプルとして、リゾチームについては市販の鶏卵白リゾチームをFPLC精製することにより、蒸気拡散法で実験に必要な最小限の大きさ(1mm角)の結晶を得ることができた。インシュリンについては当初ヒト由来のインシュリンを試みたが、良質の単結晶は得られたものの大きさが十分でなかった。さらに、ベータラクトグロブリンやナットウキナーゼなどの生産や精製を開始して、ベータラクトグロブリンについてはクルードから安価に精製することに成功した。(4)のD/Hコントラスト用プログラムの開発と改良については、当初予定していた(a)D/Hコントラスト計算プログラムのPerlからPython3への移植はソースの書き換えと動作確認を終了した。(b)D/Hコントラスト密度解析プログラムについてはPython3とFortran77(g77)を用いてソースを書き、動作確認を行った。この密度解析プログラムは(1)のD/Hコントラストの解析に使用している。以上、予定していた4つの計画のうち、(3)の一部を除いては予定通り遂行できたので、概ね順調に進んでいると判断した。水素原子は生体を構成する分子(生体分子)の約半分を占める原子であり、また、生体分子は水溶液中に存在しており、その周辺の水分子も酸素原子と水素原子の化合物である。中性子結晶解析はこの水素原子の観測に適した実験方法である。この水素原子の観測により特化した手法として、我々は中性子線の重水素と軽水素に対する散乱長の違いを利用する重水素/軽水素コントラスト法を中性子結晶解析に適用して、解析の効率と精度を飛躍的に向上させることを目指している。特に、我々が学術誌に最近発表した実空間D/Hコントラス法による中性子結晶解析は、簡便で高精度かつ高効率の構造解析と水素原子の観察が可能となる強力な手法である。

リボヌクレアーゼA(RNase A)を用いた中性子実験で、独自の重水素/軽水素コントラストの計算アルゴリズムを開発して、その有用性を報告している。本研究では、タンパク質内部のプロトネーションと周囲の水和構造に着目して、(1) RNase Aデータをテストデータとして用いたD/Hコントラストのための解析プログラムの開発、(2) RNase Aを用いての量子ビーム実験、具体的には中性子、X線溶液散乱との比較、さらに、(3)他のタンパク質(リゾチームやインシュリン)などをテストサンプルとして用いた本手法の応用、(4)D/Hコントラストの実用に向けた、ソフトウェアの一般化と整備を目標として、研究を進めている。前年の成果に基づいて、29年度についても研究を進め、進展状況で述べるようにほぼ所定の目標を達成した。29年度の実施計画は(1) RNase AのD/Hコントラストの多角的な解析、(2)中性子実験の準備と実行、(C) D/Hコントラストプログラムの改良と作成であった。以下それぞれについて報告する。(1) RNase Aの解析:D/Hコントラスト法のプログラム開発と溶液散乱の実験を継続して行い、溶液散乱と結晶解析の結果の比較を試みた。その結果、「定性的」な比較は行うことができた。さらに、溶媒領域の「定量的」な比較を行うためには、改良もしくは逆空間D/Hコントラスト法の適用が必要である。我々の考案した実空間D/Hコントラスト法は構造決定法としては非常に優秀だが、溶媒領域の定量的な解析を行うためには、改良もしくは逆空間D/Hコントラスト法の適用が必要である。さらに、中性子データについても低角領域の高精度データが有用と思われる。(2)中性子実験:リゾチームについては、従来進めていた蒸気拡散法による結晶化に加えて、分担研究者が過去に行っていた溶媒拡散法による結晶化を行い、現在、3mm3程度の結晶が得られている。条件の検討により、より大型の結晶を得ることを目指しており、この結晶を用いた中性子実験を計画している。また、インシュリンの結晶化も行い、ブタ由来、ウマ由来、ヒト由来の三種類の結晶化で良質の単結晶を少ない核数で得ることに成功した。これも現在大型結晶化を試みている。また、インシュリンとリゾチームについては放射光を用いてX線実験を行っている。(3) D/Hコントラストプログラム:Pythonの特性を活かして、それぞれの操作をライブラリー化することによるプログラムの可読性とメンテナンス性の向上に着手して、基本部分についてはできた。これにより、目的である汎用性と安定性についてはかなり向上したと考えられる。以上、概ね順調に進んでいると判断した。中性子線回折の最大の特徴は、水素原子の検出能力に優れていることである。中でも、生体分子とその周囲を取り囲む水和水を構成する原子の半数以上は水素原子であり、中性子結晶解析は生体分子の構造研究において特別な位置を占めている。我々の研究目的は、中性子結晶解析に重水素/軽水素(D/H)コントラスト法を組み合わせ、効率と精度を飛躍的に向上させ、生体分子の構造研究に貢献することである。