hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
産卵鶏の健康・快適性および経済性を考慮した簡易福祉ケージの開発

平成23年度に開始した実験2では、当初予定を若干変更して2羽用の従来型バタリーケージを対照区とし、飼育密度を1.5倍にした大型ケージの1/3を巣箱兼砂浴び場にしその周囲をビニルシートで囲う改良ケージA、巣箱兼砂浴び場部分の入口側1面のみにビニルシートを設置した改良ケージBを自作し、A、Bともに、巣箱兼砂浴び場に人工芝を敷く区と敷かない区を設定した。さらに当初計画にはなかった断嘴の有無についての検討を加え、平成24年度まで継続した。その結果、AよりもBで砂浴び行動や敷料探査行動が多く見られ、羽毛の損傷は少なく、汚卵率が低くなった。巣箱内での産卵率は、人工芝を敷く方が高くなった。また、無断嘴の場合には、夏季にカニバリズムが発生して死亡率が高くなり、開放鶏舎では断嘴をせざるを得ないと考えられた。産卵は午前中に多く砂浴びは午後に多く発現することから、巣箱と砂浴び場の兼用は可能で、人工芝を敷くことでよりよく利用された。また、入り口側1面だけを不透明ビニルで仕切るだけで、その機能は果たせると判断でき、簡易な改良で福祉の改善が可能であった。当初予定の実験2を予定より早く開始でき、巣箱兼砂浴び場の省資源化を図れた。そこで、巣箱兼砂浴び場の床への人工芝の有無についても検討を加えることとした。また、夏季に羽毛つつきからカニバリズムに至るケースが見られ、ビークトリミングの検討が必要になり、それを実験に加えた。全体としては、若干の予定の変更はあったものの、当初の計画以上に進展していると判断した。24年度が最終年度であるため、記入しない。開放鶏舎での実験のため、上記のように、特に夏季にカニバリズムの発生の可能性があり、ビークトリミングを実施しない区でのデータが十分に取れないことも懸念される。そこで、当初予定にはなかったビークトリミングを実施する区も設けたことにより、目的とした結果の検証は可能と考える。
インクジェトプリントにおける薄膜形成機構の解明とその制御

30-100μmの液滴を疎液面に射出し,溶媒の種類や蒸発速度を操作パラメータとして,液滴の乾燥工程を観察するととも,生成した薄膜の膜厚分布を測定することによって,以下の知見を得ることができた.(1)疎液面においては,初期溶質濃度が高いほど,蒸発速度が大きなほど,凹型の薄膜が形成しやすいことがわかった.これは,後退している接触線の固定時間が早くなることによって接触線固定時の溶液粘度が低くなり,接触線固定後も内部流動が起きやすいためである.(2)凹型の薄膜が形成しやすい親液面において,初期溶質濃度を高くすることによって凸型の薄膜が形成することを見出した.また,低粘度溶液しか扱えないインクジェットに対しては,沸点の異なる2成分溶媒を用いることで薄膜形状が制御できた.(3)2成分溶媒が薄膜形状に影響する直接の原因は,表面張力分布に起因するマランゴニ対流の撹拌効果ではなく,接触線が固定した時点での粘度が高くなることである.(4)蒸発溶液滴の内部流動の可視化を行った結果,対称軸上で上昇する循環流が観察された.この流れは,自由表面の温度分布に起因するマランゴニ対流では説明できない.(5)蒸発液滴の数値解析モデルを構築した.事項(4)の内部循環流について検討した結果,循環流の主な原因は,濃度差に起因したレイリー・ベナード対流であることがわかった.(6)初期溶質濃度が高くなるほど内部流動が激しくなることが実験的に確認できた.この予想外の結果も,内部濃度差に起因したレイリー・ベナード対流で説明できることを示した.(7)親液面と疎液面をストライプ状にパターン化した表面を調製し,親液面に薄膜を形成させることに成功した.その際,液滴が分裂して親戚面のみに薄膜が形成するためには,疎液面上での接触線の固定時間を遅らせることが重要であることがわかった.30-100μmの液滴を疎液面に射出し,溶媒の種類や蒸発速度を操作パラメータとして,液滴の乾燥工程を観察するととも,生成した薄膜の膜厚分布を測定することによって,以下の知見を得ることができた.(1)疎液面においては,初期溶質濃度が高いほど,蒸発速度が大きなほど,凹型の薄膜が形成しやすいことがわかった.これは,後退している接触線の固定時間が早くなることによって接触線固定時の溶液粘度が低くなり,接触線固定後も内部流動が起きやすいためである.(2)凹型の薄膜が形成しやすい親液面において,初期溶質濃度を高くすることによって凸型の薄膜が形成することを見出した.また,低粘度溶液しか扱えないインクジェットに対しては,沸点の異なる2成分溶媒を用いることで薄膜形状が制御できた.(3)2成分溶媒が薄膜形状に影響する直接の原因は,表面張力分布に起因するマランゴニ対流の撹拌効果ではなく,接触線が固定した時点での粘度が高くなることである.(4)蒸発溶液滴の内部流動の可視化を行った結果,対称軸上で上昇する循環流が観察された.この流れは,自由表面の温度分布に起因するマランゴニ対流では説明できない.(5)蒸発液滴の数値解析モデルを構築した.事項(4)の内部循環流について検討した結果,循環流の主な原因は,濃度差に起因したレイリー・ベナード対流であることがわかった.(6)初期溶質濃度が高くなるほど内部流動が激しくなることが実験的に確認できた.この予想外の結果も,内部濃度差に起因したレイリー・ベナード対流で説明できることを示した.(7)親液面と疎液面をストライプ状にパターン化した表面を調製し,親液面に薄膜を形成させることに成功した.その際,液滴が分裂して親戚面のみに薄膜が形成するためには,疎液面上での接触線の固定時間を遅らせることが重要であることがわかった.1.微小液滴の成膜工程の移動現象(1)直径がμmオーダの液滴が基板上で蒸発・成膜していく過程を,鉛直・水平の両方向から観察できる装置を構築した。(2)濡れ性の異なる基板上に,高分子溶液滴をインクジェット法にて真上より射出して,蒸発過程を観察した.濡れ性が異なる基板で薄膜形状が異なるのは,蒸発過程における液滴接触線の固定するタイミングが異なるためであり,このタイミングが薄膜形状を支配的する主要な因子であることが明らかとなった.(3)実験結果を無次元数で整理することにより,直径がμmmmの液滴における接触線固定のタイミングは輸送現象の相似則に従って説明できる可能性が示唆された。(4)流動,熱移動および物質移動を考慮した数値解析モデルを開発し,液滴接触線の固定と接触線付近の溶質濃度の関連性を検討した。その結果,初期液滴濃度が高いほど,接触角が小さいほど,接触線付近の溶質濃度は早く上昇し,接触線が固定されやすい状況になることがわかった。2.パターン基板上における液滴の分裂(1)高分子溶液滴を,親液領域と疎液領域をライン状にパターニングした基板に滴下し,その蒸発過程と薄膜形成を観察した。その結果,パターン間隔が狭いほど液滴は分裂しづらいことがわかった。また,パターン基板上に形成された薄膜厚さの分布は,分裂過程の履歴が直接反映されることがわかった。

(2)親液領域のみに薄膜を形成するためには,親液領域における接触線固定ならびに疎液領域における接触線後退が必要条件であることが明らかとなり,表面設計の基本的指針が得られた。(3)パターン基板に着弾した液滴の表面張力エネルギーを計算できるモデルを開発し,パターン幅と液滴の初期広がり径の関係を予測することが可能となった。1.インクジェット成膜工程の移動現象30-100μmの液滴を疎液面に射出し,溶媒の種類や蒸発速度を操作パラメータとして,液滴の乾燥工程を観察するとともに,生成した薄膜の膜厚分布を測定し,以下の知見を得ることができた.(1)薄膜厚みが偏る場合がしばしば観測されたが,これは周方向における接触線の固定時間の不均質性に起因していることがわかった.言い換えれば,軸対称厚みの膜を得るには,周方向における接触線の固定時間を均質にするような基板表面や雰囲気が必要となる.(2)溶媒の蒸発速度が大きくなるに従って,薄膜の形状は凹から凸に変化した.これより,蒸発速度を制御することによって,均質厚みの膜を生成できる可能性が示された.(3)液滴径と接触線後退速度をそれぞれ代表長さと代表速度にとった無次元数を導入することによって,接触線固定時間や接触固定時の平均溶媒速度と蒸発速度の関係に良好な相関関係が得られることがわかった.(4)沸点の異なる溶媒を混合した液滴を用いることによって,薄膜形状を制御できる可能性を示した.(5)基板上液滴の内部流動の可視化によって,後退過程における液滴内部流動を観察した.その結果,観察された内部循環流は数値解析結果と逆であることがわかった.今後,自然対流の駆動力である密度差と表面張力差の解析も含めて,詳細に検討する必要がある.2.パターン基板上における液滴の分裂前年度の実験結果に基づいて,パターン基板上における液滴の分裂を支配する因子を分類し,その一つである疎液面と親水面における蒸発面積の違いに着目した解析モデルを構築した.数値計算を行った結果,蒸発面積の相違によって,液滴分裂に及ぼす濡れコントラストや液滴径の影響を定性的に説明することができた.しかし,実験結果を完全に説明するには至っておらず,他の因子についても検討する必要がある。インクジェット製膜法における高分子薄膜形状の制御を目的として,基板上高分子溶液滴の蒸発過程および薄膜形状を測定した.その結果,以下の知見を得た.1.液滴の物性値がおよぼす薄膜形状への影響親液面に滴下した場合,滴下直後から接触線が固定するものや,蒸発時に液膜が分裂するものが観察された.さまざまな実験パラメータを検討した結果,これらの現象の主要因は液滴の粘度,表面張力および基板の濡れ性が接触線の後退と固定に影響を及ぼすためであることを明らかにした.2.不均質表面基板における薄膜形成濡れ性の異なるパターン表面に液滴を滴下し,蒸発過程の観察および薄膜形状の測定をおこなった.その結果,液滴の蒸発速度が遅く,かつ粘度が高い場合において,親液面にのみ成膜することが可能となった.また,薄膜断面を一様の厚みにすることができた.これらはディスプレイの画素などをインクジェット法で製作する上で重要な知見である.3.液滴内部流動の可視化による検討疎液面上の蒸発過程における流動を可視化し,その際初期溶質濃度がおよぼす影響を調べた.液滴内部では,溶質濃度依存の密度差および表面張力差により,湧き出し流れが生じることが明らかとなった.初期溶質濃度を大きくすると粘度が高くなるが,流動は早くなった.このことは一見矛盾しているが,無次元数を推算し検討したところ,初期溶質濃度の増大とともにレイリー数およびマランゴニ数が大きくなることがわかり上記の流れが促進されることがわかった.
絶滅危惧植物の遺伝的多様性保全のための生態遺伝学的研究

植物個体群では、花粉・種子などの散布距離が限られているため、遺伝構造(血縁者の集中分布)が形成されることが多い。個体群内の遺伝構造は、近親交配や分断化後の遺伝的多様性などを通じて、個体群の存続性に影響を与えるため、その形成過程に影響する要因を明らかにすることは保全上の意義も大きい。サクラソウでは、花粉は主にトラマルハナバチ女王によって媒介され、種子は主に重力散布される。さらに、種子とクローン成長によって形成された生理的に独立なラメットが、稀に水散布や土砂の動きに伴って散布されると考えられる。水・土壌を介した散布は比較的距離が長く、遺伝構造に大きく影響する可能性があるが、その頻度は、生息地の立地条件、つまり、水流の有無や傾斜地かどうかに影響されると考えられる。個体群内レベルの遺伝構造に対する立地条件の影響を検討するため、1.水流のない平坦地(幾千世個体群)、2.水流のない傾斜地(日高道)、3.水流のある平坦地(雫石)の3タイプの立地の個体群で遺伝構造を比較した。マイクロサテライトマーカー9座の遺伝子型から個体ペア間の近交係数を推定し、個体間距離との関係を分析した。ジェネット単位の分析の結果、水流のない個体群には傾斜の有無に関わらず、比較的明瞭な遺伝構造(3m以内で0.05以上の血縁度)が観察されたが、水流のある平坦地では遺伝構造が弱かった(1m以内でのみ0.05以上の血縁度)。ジェネット単位の分析は種子による遺伝子流動を主に反映していると考えられ、水散布が主に種子散布に影響していることが示唆された。一方、同一ジェネット内のラメット間の距離は、水流のある平坦地(1.7%のジェネットにおいて2m以上)に比較して、傾斜地では顕著に長く(24.2%のジェネットにおいて2m以上)、土砂崩れなどがラメットの散布に大きく貢献していると考えられた。
衰退産業における価格競争モデルとその応用

本研究の目的は衰退産業における価格競争の分析である。そのため、衰退する複占市場における価格競争モデルをはじめ、価格変化を分析できるモデルを複数開発した。当初計画していた応用分析は完成しなかったが、様々な基礎モデルを揃えたことによって、応用したい課題に最もあったモデルを選択できるようになり、真に目的を達成する上では順調な進展であった。また、マクロデータを用いた実証分析や、需要が衰退している写真フィルムのミクロデータを収集・編集し、構造的な実証分析を可能にする環境を整えた。1衰退する複占産業における価格競争モデルを構築し、価格動学を分析した論文が査読付き学術雑誌に掲載が許可された("Dynamic Pricing with DecliningDemand:The Case of Duopoly,"Review of Development Economics)。本論文のモデルは当該研究課題(産業の衰退が企業間結託の起こりやすさに与える影響の分析および需要衰退下における企業合併の経済厚生分析)の基礎となるものである。そのようなモデルが第3者によって認められたことは、本研究を遂行する上で大変重要である。2上記1と別のアプローチで、衰退産業における価格変化を分析できるモデルを構築し、実証分析を行った(矢野誠・京都大学教授および出井文男・神戸大学教授との共同論文)。衰退産業には、企業数が少ない場合もあれば、企業数が多い場合もある。上記1の研究では、企業数が2つの場合に限っているが、この共同論文では企業数が多い場合を扱え、またその企業数が内生的に決まる。本論文は需要が衰退するにつれて価格が上昇すること、また、日本の木製家具産業ではこのモデルが有効であることを示した。衰退産業における価格変化は解明されていない点が多く、上記1と共に複数のモデルを提示できたことは大変意義深い。3日本の写真フィルム市場に関するミクロデータを入手し、実証分析が行えるような形に整備した。本研究は理論の開発だけでなく、その理論を通じて実証分析を行い、政策提言を行うことも目的としている。写真フィルムはデジタルカメラの登場によって需要が衰退しており、本研究には大変適した市場である。また、実証産業組織論で開発・利用されている推定方法の多くはミクロデータを利用したものであり、その点において今回入手したデータは、最先端の方法で分析できる環境を整えるものである。1衰退産業に関する経済分析の既存研究を整理し、その上で本研究を含む最新の成果を紹介する論文を出版した(「衰退産業の経済分析」、千葉経済論叢、第43巻、2010年12月)。当論文は日本語で書かれており、本研究の意義や重要性を広く一般の方にも伝えることができると思う。3衰退産業の研究において退出戦略の分析は長くその中心にあるが、退出の決め手は企業の規模(資本の大きさ)の違いにあると考える論文が多い。しかし国際貿易論ではよく知られているが、行動を決定するのは絶対的な違い(絶対優位)ではなく、比較優位にある。そこで企業が持つ技術に関する比較優位から退出戦略を考えるという、新しい視点を発見し論文執筆に着手した。これは当初の研究計画時には気が付かなかった点であるが、衰退産業の分析を深化させる上で有益な研究になると考えている。衰退産業における価格付けの問題は、当初の研究計画時には気付かなかった様々な研究課題を含んでいた。2011年度はこれらの課題に取り組み、特に需要が衰退するにつれ、価格が上昇する現象を説明するモデルが複数あることを示した。1.現代社会では、新製品が頻繁に開発され、旧製品に取って代わる。このような状況のもとで、旧製品も新製品も製造・販売する会社はそれぞれの製品にどのような価格付けをするのだろうか。論文"Pricing an existed product whena firm produces new substitutablegoodssimultaneously"(共著、未刊行)は2期間・独占モデルを構築し、旧製品は1期間目に安価で売り、2期間目は高価で売ることを示した。既存研究と異なり、本研究では新製品の価値を内生変数としても旧製品の価格が上昇することを示した。つまり、旧製品の価格上昇は需要の衰退が重要な原動力であり、衰退の理由(外生的か内生的か)は関係無いことが分かった。2.需要が衰退するにつれて価格が上昇することは、企業の自由参入・退出を許した場合でも起こる。論文"The law of rising price in a declining industry"(共著、未刊行)では理論分析とともに実証分析を行っている。当該年度はり構造的な要素を加味した実証方法の開発に取り組んだ。さらに改善すべき点が残っているが、構造的な実証分析を通じて、開発した理論の説明力を高められると期待している。3.財の需要衰退は新製品の開発だけでなく、海外からの安価な財の輸入によっても発生する。この場合でも衰退する国内品の価格が上昇し、消費者余剰が減少することを論文"Discrete Demand Shift Dumping"(共著、未刊行)で示した。

一般に、安価な財の輸入を規制するダンピング提訴は国内生産者を保護するものであり、消費者にとっては安価な財の入手を阻害するものと考えられてきた。しかし本研究は、ダンピング提訴は国内価格の上昇と消費者余剰の減少を防ぐ、消費者にも利のある政策であることを示した。
日本語初級学習者の教室外活動を支援するためのカリキュラム開発

本研究では、プロジェクトワークを通して日本語初級学習者の円滑な教室外活動を支援するための効果的な指導法を探った。日本語がほぼゼロに近い学習者に対しては、事前学習の中で語彙や表現、情報提供を明示的に行い、成功体験を増やすことで日本語使用への自信を持たせることが重要であること、日本語がある程度理解できる学習者に対しては、失敗の体験をもとに、学習者自らが活動を振り返り、問題点に気づくよう指導することが重要であることが分かった。本研究は、日本語初級学習者のより円滑な教室外活動を支援するために、プロジェクトワークという手法を取り入れ、学習者の教室外活動の実態を把握し、効果的な指導法を探り、カリキュラムを開発することが目的である。平成19年度は、プロジェクトワークの実施及び収録した談話データのデータベース化を行い、様々な角度からデータを分析するという計画であった。具体的には、22名の初級学習者に、学習者が自由に活動内容を決める「自由プロジェクト」を6回、教師が活動内容を決め学習者に行ってもらう「課題プロジェクト」を2回行った。学習者の活動内容は、可能な範囲でICレコーダに記録し、収集された音声データの文字化も行った。集まったデータを学習者の日本語能力別、学習者の日本語使用への不安(アンケート結果による)などの観点から分析を行った結果、学習者が教室外活動を行う際にどのようなコミュニケーション上の問題が生じているのか、その原因は何かなど、実態を把握することができた。教室内活動においては、そのようなコミュニケーション上の問題を教師側は一方的に指摘するのではなく、できるだけ学習者自身に気づいてもらうことを中心としたフィードバックを行った。学習者のコミュニケーション上の問題点とそのフィードバックについては、2007年9月に日本語教育方法研究会において報告、その後論文としてもまとめている。澤他(2007)、後藤他(2008)今後は、平成19年度の結果を踏まえて、学習者の生活支援、学習支援につながる、より効果的な指導法を探るために、引き続きプロジェクトワークの実施を行い、その有効性を明らかにしていく予定である。本研究は、日本語初級学習者のより円滑な教室外活動を支援するために、プロジェクトワークという手法を取り入れ、学習者の教室外活動の実態を把握し、効果的な教室内活動を探り、カリキュラムを開発することを目的とする。平成20年度は、前年度に引き続き、プロジェクトワークの実施および収録した談話データのデータベース化を行いつつ、前年度の結果を踏まえ、日本滞在歴別・日本語能力別に教室内指導法を変えた。具体的には、ある程度日本での生活経験があり、日本語能力が高い学習者には、教室外活動を行う前の教室内事前指導をできるだけ最小限にし、活動を行ったあとのフィードバックを中心に教室内活動を行った。フィードバックに関しても、教師側からの一方的なものではなく、なるべく学習者自身が自分の活動を振り返り、コミュニケーション上の問題点などに自分で気づけるような活動を行った。一方、日本での滞在歴が浅く、日本語能力がそれほど高くない学習者の場合は、教室外活動を行うことに不安を抱いていることが多いことがアンケートの結果で分かった。このような学習者には、できるだけ活動を行う前の事前指導に重点をおき、教師側から情報提供を多くし、ロールプレイなどのシミュレーションを行うことによって、少しでも自信を持って教室外活動が行えるような支援を行った。具体的には、自由プロジェクトにおいては昨年度の反省を踏まえ、最初のうちはできるだけ成功体験を増やせるよう無理のないタスクを選んでもらい、日本語使用への自信を持たせるようにした。課題プロジェクトにおいては、段階的な事前指導を取り入れ、(1)会話の開始部における前置き表現を場面に応じて使えるようになる。(2)自分の名前や住所などの大事な情報を正確に読み書きできるようになり、伝えられるようにする。(3)電話会話に慣れるように電話番号の照会や初級の学習項目だけで行えるような簡単な問い合わせを行う。などのタスクを用意し活動を行ってもらった。結果としては、ある程度日本での生活経験があり、日本語能力が高い学習者においては、振り返りの活動を中心に行ったことで、なんとなくできていた様々な活動から自ら問題点を見つけ、気づけるようになった。プロジェクトワーク終了後のアンケートにおいても、学習者から「大変役に立った」という報告が多数見られた。日本での滞在暦が浅く、日本語能力もそれほど高くない学習者の場合は、事前指導を中心に行ったことで、学習者が自信を持って教室外活動を行えるようになり、最終アンケートにおいても「日本語使用への不安」の部分に変化が見られた。最終課題においても、昨年に比べ事前指導を行った部分においては、スムーズな会話のやり取りが見られた。しかし、新たな課題も見られた。相手の顔が見えない電話会話におけるタイミングの取り方や、相手の話を注意して聞き、それに反応できるようにするには、やはりある程度の日本語能力が必要である。場面にあった会話を予測し、必要とされるだろう語彙や表現を事前指導に取り入れることでこのような部分は改善できると考える。

本研究は、日本語初級学習者の円滑な教室外活動を支援するためのより効果的な教室内指導法を探り、カリキュラムを開発することを目的としている。教室内活動においては、学習者の日本語レベルや日本語使用への不安の度合いに応じて、できるだけ不安を軽減させるための事前学習を中心に行う場合と、学習者の気づきを促すための振り返りを中心に行う場合がある。日本語がほぼゼロに近い学習段階においては、できるだけ日本語を使って成功体験を増やすことで日本語使用への自信につなげることが目標である。教室内活動では、教室外活動を行うための十分な情報提供を行い、必要な語彙や表現をできるだけ明示的に指導することで、学習者が意欲的に活動に取り組めるよう、積極的な支援を行った。また、過去の活動様子を例に挙げたり、録音などを聞かせることで活動場面をイメージしやすくし、トラブル時の対処法を教師側が提示することで、学習者はより安心して活動に取り組むことができた。一方で、日本語の語彙や表現がある程度理解できる段階においては、教師が細かい事前指導を行うと意欲的に活動に取り組めないことがある。この場合は、できるだけ活動前の事前指導を非明示的に行い、活動後の振り返りを中心に教室内活動を行うことで、学習者が自ら活動を振り返り、問題点に気づき修正できる能力を身につけられる。事前指導では、具体的な場面をイメージさせるのではなく、教科書では扱わないが、生活全般において広く使われる語彙をまとめて提示したり、相手の発話がうまく聞き取れない場合の対処法として「聞き返し」のストラテジーを早い段階から導入し、相手の発話の中で聞き取れない部分に焦点をあてて聞き返す練習を行った。振り返りを中心にした教室内活動においても、段階的に学習者の気づきを促していく練習を取り入れた。最終課題では、学習者が自ら活動を振り返り、相手の発話で気づかなかった点や自分の発話の問題点に気づけるようになったという報告も見られた。
脳タンパク質老化と神経回路破綻の可視化

健常加齢を対象とした大規模イメージング・ゲノムDNA・オミックスコホートコホートを1400例規模まで拡大することに成功した。本データベースを用い、健常加齢において、認知機能を維持するための主要な脳内安静時神経回路のダイナミズムを明らかにするとともに、独自に開発した解析システムを用い、脳は、領域間の距離に依存してハブの結合状態を変化させることで、加齢に抗して認知機能を維持している可能性も示した。さらに、マレーシアからの工学系留学生との連携で、最新の拡散MRIシステムを導入し、加齢に伴う大脳白質神経線維束における軸索密度と軸索系の変化の実態を解明した。そして、これら健常データベースを用い、神経変性性認知症の早期回路病態を複数明らかにして報告した。また、FUSの下流分子であるSynGAPをターゲットにしたASOを作成し、ヒトiPSC-derived neuronでSynGAPの発現を上昇させる効果があることを確認した。FUSおよびTDP-43の機能喪失マウスモデルを中心に高次脳機能解析を行ったところ、早期よりそれぞれ情動もしくは長期記憶障害を特徴とする高次脳機能障害を呈し、晩期にはどちらの異常も呈するようになることが明らかになった。FUSではタウisoformの変化、SynGAPの発現変化を介しており、またTDP-43ではPSD95の発現を介することを明らかにした。タンパク質の機能障害は脳タンパク質老化の最も早期の現象と考えられ、神経変性疾患の病態機序を考える上でタンパク質の本来の機能の重要性が明らかになった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。脳の老化タンパク質をPETで可視化する技術の進歩は目覚ましいものがある。アルツハイマー病のPET画像では発症30年以上前からAβ蓄積が生じていることが示されており、既に予防的介入を行う治験も始まっている。一方、広範なAβの蓄積があるにもかかわらず死亡まで臨床症状を呈さない症例も数多くあることが判明し、老化タンパク質の蓄積がどのように神経機能・神経回路破綻を引き起こし、認知症を引き起こすのかを解明することが重要な課題となっている。本研究では認知症にかかわる重要な脳タンパク質が、健常高齢者や認知症・神経変性疾患のat risk例において、どのように老化変性して認知症に至るのかを病変の可視化に基づいて示し、ヒトタンパク質老化の過程を解析することを目的としている。さらに、タンパク質老化に打ち勝つ人々の臨床画像特徴解明に務め、経時的臨床像、各種バイオリソースとの関係も検討する。平成26年度は、多数の健常高齢者によるコホートを作成し、高次脳機能検査、コネクトーム解析(安静時脳機能MRI、安静時MEG、64軸拡散テンソル画像等)、脳容積画像、採血を脳とこころの研究センターにて行った。申込み者は249日で405名、撮像は254名を終え、DNAも95%以上で確保した。200名の時点における予備的な解析では、加齢に伴って脳容積画像で萎縮する領域、拡散MRIで障害される白質領域を見出す一方で、安静時機能的MRIではむしろ領野間の結合が上昇することや、認知機能の低下と関連する特定のネットワーク候補を見出した。脳タンパク質の可視化を目指す研究においては、谷内グループと協力の下、病的なタウタンパク質(THK-5351)やβアミロイドを対象とした高感度タンパク質PETイメージングの名古屋大学への導入を進めた。技術移転は順調に進み、撮像可能な状態がほぼ整備された。健常高齢者と、軽度認知障害(MCI)を対象として、神経回路がどのように老化変性し、神経変性から認知症に至るのかを解析できる健常高齢者および患者前向きコホートを構築することを目的としているが、コホートは順調に構築が進んでおり、全例で高次脳機能検査、頭部MRI・MEGによるコネクトーム解析、脳容積画像を施行するとともに、95%において採血を実施し、DNAおよび血清を保存することが出来た。横断像の検討では、脳容積画像では、加齢とともに辺縁系を中心とした萎縮を認め、TBSS解析では加齢とともに脳室周囲白質の障害を認めた。安静時脳機能的MRIもちいた独立成分分析では各安静時ネットワークは良く保たれていたが、90箇所設定した関心領域間の結合と加齢との関係を検討した解析では、加齢に伴い結合の増加する領域を減少する領域よりも多く認めた。また健常コホートの中で軽度認知障害を認めた症例の海馬に関心領域を設定したseed based analysisでは、健常者に比べ、海馬と前頭眼野や前方帯状回との結合低下を認めた。また高次脳機能検査(ACE-R)スコアとネットワークとの検討では、特に頭頂後頭葉や側頭後頭葉と他領域とのネットワーク障害がACE-Rの低下と相関していた。一連の結果は、加齢に伴って、脳萎縮や解剖学的白質回路の障害が生じても、機能的回路の結合の増加が代償することで脳機能を維持している可能性や、多領域と関連するハブ領域が障害されると高次脳機能障害の出現する可能性が示唆された。以上の結果から、ヒトの脳内では加齢に伴って比較的特定の機能的神経回路が変化することで脳機能を維持している可能性が考えられた。さらに、名古屋大学においてタウとアミロイドβを可視化する高感度タンパク質PET導入を大きく推進することが出来た。

本研究では認知症にかかわる重要な脳タンパク質が、健常高齢者や認知症・神経変性疾患のat risk例において、どのように老化変性して認知症に至るのかを病変の可視化に基づいて示し、ヒトタンパク質老化の過程を解析することを目的としている。さらに、タンパク質老化に打ち勝つ人々の臨床画像特徴解明に務め、経時的臨床像、各種バイオリソースとの関係も検討する。平成27年度は、多数の健常高齢者によるコホート作成に引き続き務め、高次脳機能検査、コネクトーム解析(安静時脳機能MRI、安静時MEG、64軸拡散テンソル画像等)、脳容積画像、採血を脳とこころの研究センターにて行った。申込み者は597日で724名、撮像は1回目455名、2回目185名を既に終え、DNAも95%以上で確保した。2回目も85%を超えるボランティアの協力が得られており、コホート作成は順調に推移している。350名の時点における解析では、200名の時点で見出した加齢に伴って脳容積画像で萎縮する領域、拡散MRIで障害される白質領域を、確認するとともに、新しい安静時機能的MRIの解析方法を用い、加齢に伴って非常にダイナミックな領野間結合の減弱と増強を生ずることを見出した。また、脳タンパク質の可視化を目指す研究においては、谷内グループと協力の下、病的タウタンパク質(THK-5351)とβアミロイドの高感度タンパク質PET研究を進め、健常者においては、タウタンパク質が従来考えられていたよりも広範に蓄積され、早期アルツハイマー病症例と同程度であっても高次脳機能がよく保たれている例の存在することを見出した。今後、このような症例を対象として、脳タンパク質蓄積と神経回路障害との関係を明らかにしていく。健常高齢者と、軽度認知障害(MCI)を対象として、神経回路がどのように老化変性し、神経変性から認知症に至るのかを解析できる健常高齢者および患者前向きコホートを構築することを目的としているが、コホートは順調に構築が進んでおり、全例で高次脳機能検査、頭部MRI・MEGによるコネクトーム解析、脳容積画像を施行するとともに、95%において採血を実施し、DNAおよび血清を保存することが出来た。また、コネクトームの経時的変化所見を明らかにすることも重要な目的であるが、85%を超える参加者の協力を得て2回目の撮像が順調に推移していることは、特筆すべき点である。その中から、健常者から認知症発症に至った例の観察も進んでいる。健常加齢における安静時機能的MRIの解析では、加齢に伴い、辺縁系を中心とした脳萎縮を認め、側脳室前角から側脳室周囲を中心としたTBSS解析における解剖学的白質線維の障害が出現する一方で、安静時脳機能MRIを用いた独立成分分析ではデフォルトモードネットワーク、セイリアンスネットワーク、エグゼクティヴコントロールネットワークをはじめとする主要安静時ネットワークは良く保たれていた。一方、499箇所設定した関心領域同士における安静時ネットワーク結合は、加齢に伴い減少している領域よりも増加している領域を特に後方系において広範に認め、脳の加齢に伴う機能低下の代償的な所見を観察している可能性があると考えられた。タウPETでは、健常者でも側頭葉内側面を超えて、一部楔前部に至るような、従来の常識よりも広範囲なタウの拡がりを示している症例があることが示された。一方、軽度認知機能障害、アルツハイマー病において健常者よりもタウタンパク質の蓄積が多い解剖学的部位が明らかになりつつある。健常高齢者前向きコホートプロジェクトを進めた。
ゲノム変異によらない環境適応とそれを安定かつ長期的に記憶する機構

生物システムは一般に、環境の変化に応じて表現型と遺伝子型を柔軟に変化させ、その環境に適応することが可能である。代表者らの先行研究により、ストレス環境下における耐性株の出現は、突然変異と選択からなる一般的な進化機構に加え、ゲノム変異を伴わない環境適応とその表現型を安定かつ長期的に記憶する機構が寄与していることが示唆されている。本課題では、抗菌薬の一種である細胞壁合成阻害剤に対する耐性能獲得をモデルとし、記憶機構を担う遺伝子群の同定およびその分子機構の解明を目指した。ゲノムDNA立体構造の変化およびそれが保持されることによって適応能が安定かつ長期的に記憶されているという仮説のもと、昨年度は、ゲノムDNAの立体構造を制御するNAPs(Nucleoid Associated Proteins)遺伝子群破壊株の作製およびその進化実験により、記憶機構に関与すると考えられる複数のNAPs遺伝子の同定に成功した。また、細胞壁合成阻害剤に対する耐性能の獲得には、点変異や小規模な欠損および挿入変異の他に大規模なゲノム重複も大きく寄与することを明らかにした。そこで本年度は、同定されたNAPs遺伝子群のさらなる解析を目指し、より詳細な進化実験を執り行ったところ、lrp、ihfA破壊株の耐性能獲得は顕著に抑制されることが判明した。また、大規模なゲノム重複に関与するとされているリコンビナーゼ遺伝子recA破壊株の進化実験およびゲノム変異解析を行ったところ、細胞壁合成阻害剤に対する耐性能の獲得過程においてゲノム重複が抑制され、少数の変異のみにて耐性化がなされていることが判明した。しかしながら、同定された変異を親株のゲノムに導入しても耐性能が付与されない場合が多々あり、ゲノム変異を伴わない環境適応および記憶機構の存在がより強く示唆された。研究代表者らによる先行研究により、ストレス環境下における耐性株の出現は、突然変異と選択からなる一般的な適応進化機構に加え、ゲノム変異を伴わない環境適応とその表現型を安定かつ長期的に記憶する機構が寄与していることが示唆されている。ゲノムDNA立体構造の変化およびそれが保持されることによって適応能が安定かつ長期的に記憶されているという仮説のもと、本研究課題では、記憶機構を担う遺伝子群の同定と適応進化過程におけるそれら遺伝子群の挙動解析から、ゲノム変異によらない記憶機構の全体像を解き明かす。さらに、同定された遺伝子破壊株の様々な環境ストレスに対する適応進化過程を解析することにより、適応進化におけるゲノム変異によらない記憶機構の普遍性を評価する。本年度は、ゲノムDNAの立体構造を制御するNAPs(Nucleoid Associated Proteins)遺伝子群の破壊株を作製し、それを元株とした進化実験を行うことで記憶機構を担うNAPs遺伝子の同定を行った。細胞壁合成阻害剤に対する進化実験を行ったところ、複数のNAPs遺伝子破壊株において耐性能の上昇が顕著に抑制されることを発見した。また、記憶機構の解明を迅速に遂行するためには、ゲノム変異を伴わずに耐性能を上昇させ安定に保持している耐性株を得ることが重要であるので、我々が独自に開発した全自動実験進化システムを用いて膨大な数の耐性株の取得およびそのゲノム変異解析を行った。その際、点変異や小規模な欠損および挿入変異の他に、大規模なゲノムの重複も細胞壁合成阻害剤に対する耐性能の上昇に大きく寄与することが判明したので、この重複を簡便に検出することが可能な定量PCR法の構築を行うとともに、重複を起こし難いリコンビナーゼ破壊株を用いることで、ゲノム重複の寄与を除外することが可能な実験進化システムの構築にも成功した。当初の計画通りに記憶機構に関与すると考えられるNAPs遺伝子の同定に成功した。また、当初においては予定していなかったゲノム重複の耐性能への寄与に関しても、簡便な検出系の開発およびその影響を除外する実験系の構築に成功しており、本年度に計画していた研究内容は概ね遂行された。

本年度に同定したNAPs遺伝子群の発現制御が可能な組換え体を作製し、その発現をONからOFF、また逆にOFFの状態からONへと切り替える実験進化を行うことで、NAPs遺伝子の記憶機構への関与を明確にする実験系を構築する。また、全自動実験進化システムを用いた耐性株の取得を継続する。遺伝子発現制御株および耐性株を解析することで、ゲノム変異を伴わない環境適応とその表現型を安定かつ長期的に記憶する分子機構の解明を執り行う。小額であり、より有効活用するために次年度に繰り越すこととした。全自動実験進化システムを用いた耐性株取得のための消耗品費にあてる。
同じ誕生日を有するプルキンエ細胞群の生理学的性質の解明

多くの解剖学的・生理学的・分子生物学的研究によって、小脳は正中線を軸にして内側から外側方向へ左右対称の縦縞状の区画に領域化されていることが示された。そこで、小脳の縦縞状の領域は小脳における機能区分と考えられ、小脳の神経回路網の形成と小脳の機能発現における基礎的構造単位であると考えられるようになった。しかし、最も基本的な疑問である、「小脳の領域化が、いつ起こり、何によって規定されているか。」は、解明されていなかった。そこで、アデノウイルスベクターによる神経細胞の誕生日特異的遺伝子導入法を用い、小脳における縦縞状領域の形成過程を解析した。その結果、小脳の縦縞状領域化は、小脳プルキンエ細胞の発生する時期(誕生日)に依存して形成されることが判明した。アデノウイルスベクターを用いた遺伝子導入は、神経細胞の発生・分化、脳の機能を解析する上で大変有利である。この技術を用いれば、小脳において、ある特定の縦縞状領域に遺伝子を導入することができる。我々は、薬剤によって神経細胞を殺すことのできる遺伝子を発現するアデノウイルスベクターならびに、神経細胞の生理的活性を変化させる遺伝子を発現するアデノウイルスベクターを作製した。前者のアデノウイルスベクターを用いれば、同一の誕生日を有するプルキンエ細胞群を殺すことができる。または、後者のアデノウイルスベクターを用いれば、ある特定の縦縞状領域の生理活性を人為的に改変することができる。このように、小脳において、ある特定の縦縞状領域の機能を改変することにより、小脳における縦縞状領域の生理学的意義を詳細に解析している。
５ヒドロキシメチルシトシンの解析：ゲノムワイドマッピングと結合タンパク質の探索

生物は、同一のゲノム配列を様々に読み分けることによって、多様な細胞を創り出しています。そのための仕組みのひとつとして、ヒトをはじめ様々な生物は、ゲノムの中の特定の場所にあるシトシンという文字に化学的にマークを付けるメチル化を利用しています。最近の研究によって、生物はヒドロキシメチル化というマークも利用されていることが分かりました。そこで、この研究ではヒドロキシメチル化のマークがゲノム中のどこに付けられているか、それを明らかにする新しい方法を開発しました。哺乳類ゲノムDNAの塩基修飾として、シトシンの5位のヒドロキシメチル化が見出され、新しいエピジェネティックマークとして注目を集めている。しかし、ゲノム内におけるその分布はまだ明らかにされておらず、これを認識する分子機構も全く理解されていない。そこで、本研究ではこれらの問題に迫るために、1)5ヒドロキシメチルシトシン(5hmC)の位置をゲノムワイドに一塩基解像度で同定する方法、2)ヒドロキシメチル化DNAを認識するタンパク質を同定する酵母1ハイブリッド法、の2つの独自技術を開発する。1)については、まず、βグルコシレースとMspJIを用いる方法として、以下の手法を考案した。(1)ゲノムDNAを制限酵素MspJIで消化後、アダプタを付加する。(2)βグルコシレース処理を行いヒドロキシメチル化CpGを中心に持つMspJI断片のみを修飾する。(3)再度MspJIで消化することでメチル化CpGを中心に持つMspJI断片とアダプタを切断する。(4)アダプタープライマーで増幅して得た断片をシーケンスする。しかし、MspJIによる切断が安定せず、実用的でないことが分かったので、この方法の開発は中止した。次に、細菌由来のDNAメチレース(M.HhaI,M.SssI)をS-adenosyl-methionine(SAM)非存在下で作用させることで、脱ヒドロキシメチル化を起こす方法についても検討を加えた。報告された反応自体の追試には成功したが、まだ反応効率は十分ではなかった。M.HhaIについては市販標品の中にSAM結合型分子が混在するようでメチル化反応が起こることも判明した。そこでそのような問題のないM.SssIに集中して検討を行うこととした。2)については、TET1およびTET2に関して、産総研BIRCの協力を得て完全長cDNAクローンを整備入手して、1ハイブリッドシステム構築の準備を整えた。1)については、細菌由来のDNAメチレース(M.HhaI, M.SssI)をS-adenosyl-methionine (SAM)非存在下で作用させることで、脱ヒドロキシメチル化を起こす方法に検討を加えたが、効率が上昇しないためにこれを断念し、以下の手法の検討に注力した。1タングステン酸化物による5hmCの変換:岡本らによる報告の追試に成功したが、変換産物である5hmU-glycolがDNA合成酵素の伸長を阻害する現象が見出された。trans-lesion型酵素の利用が有効であることを示す結果が得られ、適切な酵素類の選択の重要性が示唆された。2ルテニウムによる5hmCの酸化:Boothらによって報告された過ルテニウム酸による酸化反応に検討を加えて、安定な変換を起こす条件を探ると同時に、DNA収率の低下を招かない方法へのヒントも得られた。これらを我々独自のバイサルファイトシーケンス技術であるPBAT法と組み合わせることで有効な手法の開発を目指している。2)については、その後の研究環境の変化から、1)を優先することにして、一旦、中断した。1)5ヒドロキシメチルシトシン(5hmC)の位置をゲノムワイドに一塩基解像度で同定する方法過ルテニウム酸による酸化反応の制御が困難であったため、新規酸化剤Azadoの利用を検討した。モデルオリゴヌクレオチドで所期の参加が認められたため、反応条件の最適化を進めた。いくつかの重要なポイントを見い出したが、実際の実験に応用できるような高い効率の達成には至らなかった。これと平行してβグルコシレースとTetを用いるTAB-Seqについても検討を加えた。サンプルDNAにスパイクインしたモデルオリゴヌクレオチドのPCR-RFLPによって、双方の反応の効率をモニターする系を確立し、どちらの反応も95%以上の効率を達成できる条件を見い出した。これを別途開発したPBATによるターゲットメチロームシーケンス法と組み合わせて、費用対効果が高いターゲットTAB-PBAT法を開発した。2)ヒドロキシメチル化DNAを認識するタンパク質を同定する酵母1ハイブリッド法

独自に開発したメチル化DNAを認識するタンパク質を同定する酵母1ハイブリッドシステムの改良による標記目的の達成を目指したが、研究情勢の変化から1)に集中した影響もあって、所期の成果を挙げるには至らなかった。26年度が最終年度であるため、記入しない。ゲノム科学26年度が最終年度であるため、記入しない。第一の課題に集中して開発を進めたが、市販の酵素類が、当初期待した程の活性を示さなかったり予想外の挙動を示したために、手法の開発に手間取り思うように進まなかった。その影響で第二の課題への着手も遅れた。その一方で5hmCを変換する新しい化学反応が相次いで報告されたこともあり、それらの検証に時間を要した。研究の動静から判断するに、第一の課題の重要性が高まり競争も激化している。そこで今後はこちらに主に注力をする。特に、当初予定していた酵素を用いる方法に拘泥することなく、最近になって報告された5hmCに特異的な化学的変換反応も積極的に取り入れて、実用レベルの新手法開発に集中する。研究の動静から判断するに、第一の課題の重要性が高まり競争も激化しており、こちらに専念する。化学的変換反応や酵素反応を利用しながら、我々独自のバイサルファイトシーケンス技術であるPBAT法と上手にカップリングさせることで、実用レベルの技術を開発する。と同時に、メチル化に比較して修飾率の低いヒドロキシメチル化の変化をより正確に把握するために、ターゲットエンリッチメントとも組み合わせた手法の開発を進める。
超高速コヒーレント分光で検証可能な励起エネルギー移動の包括的理論

植物や藻類の行う光合成では,蛋白質に埋め込まれた色素が光のエネルギーを集め,そのエネルギーを効率よく伝達している.そのエネルギーは電子移動やプロトン移動を引き起こすことに使われ,水の分解・酸素発生反応を実現している.反応のしくみを明らかにするためには,実験的にだけでなく,理論的に(計算機を用いるなどして計算することによって)アプローチすることも不可欠である.本研究では,実験結果をうまく説明できる理論を構築し,光合成蛋白質においてエネルギー伝達・電子移動・プロトン移動が起こるしくみの一端を明らかにした.植物や藻類の行う光合成では,蛋白質に埋め込まれた色素が光のエネルギーを集め,そのエネルギーを効率よく伝達している.そのエネルギーは電子移動やプロトン移動を引き起こすことに使われ,水の分解・酸素発生反応を実現している.反応のしくみを明らかにするためには,実験的にだけでなく,理論的に(計算機を用いるなどして計算することによって)アプローチすることも不可欠である.本研究では,実験結果をうまく説明できる理論を構築し,光合成蛋白質においてエネルギー伝達・電子移動・プロトン移動が起こるしくみの一端を明らかにした.本研究の目的は光合成色素蛋白質で起こっている高効率な励起エネルギー移動(励起移動)過程を理論的に記述し,実験的検証の枠組みを確立することである.励起移動の理論的な記述に関して,次の成果を得た:コヒーレントとインコヒーレントのそれぞれの極限に対応した別の従来型理論が存在するが,正しい記述のためにはこれらの理論を包括した理論が必要である.そのための足がかりとして,2つの極限をつなげる方法を研究した.両極限に対応した別理論は,ハミルトニアンにおける非摂動項と摂動項の選び方のみの違いで,摂動展開による量子マスター方程式の枠組みから共通に導かれ,摂動項の選び方が鍵となることに着目した.摂動項はその大きさが小さいほど近似が正当化されると期待される.このことから,摂動を最小にするように非摂動項を表現する基底を回転させることにより,両極限をなめらかにつなぐ速度定数の表式を得た.励起移動を実験的に検証する手段として非線形光学分光がある.この実験に関する理論的研究を行い,次の2つの成果を得た:(1)定常的な非線形光学分光のひとつに電場変調吸収分光がある.この実験に関して理論的基礎付けを行い,従来の2つの別理論が実は同一であり,共通の枠組みで記述できることを明らかにした.さらに,従来理論のひとつについてより適用範囲の広い新しい表式を得た;(2)動的な非線形光学分光のひとつに四光波混合分光がある.この実験に関して,電子状態間のコヒーレントな結合と,電子と振動の相互作用の高次効果を考慮に入れた理論を開発した.この理論を光合成色素のひとつであるカロテノイドに適用し,カロテノイドの特異な性質を明らかにした.本研究課題の目的は光合成蛋白質中の色素間で起こる励起エネルギー移動を理論的に正しく記述することである.そのためには実際の蛋白質の内部でどのようにして効率的に励起移動が起こっているのかを調べる必要がある.光合成蛋白質において励起移動は主にクロロフィル色素(Chl間で起こる.Chlは蛋白質内に多数埋め込まれているが,ひとつひとつのChl毎に性質が異なっている.個々のChlの性質が異なるために,ある方向への励起移動は起こりやすく,また別の方向への励起移動は起こりにくくなっている.このように,光合成生物は,蛋白質内のChlの性質を適切に変化させることによって励起移動の方向を規定し,その結果,エネルギーを効率的に捕集・伝達することを可能としている.では,どのようにしてChl毎にその性質を制御しているのだろうか?実際の光合成蛋白質に対して計算を行うことによって,この問題に対する答えを得た.高等植物や藻類で水分解を行う光合成蛋白質には光化学系Iと系IIがある.系IIは水を分解する機能を持つ蛋白質であるが,水分解を触媒する活性部位の分子構造がずっと不明であった.ところが,本年度(平成23年度)に活性部位の詳細な分子構造を含む高解像度(1.9A)の構造が解明され,大いに注目を集めた.この蛋白質には多数のChlが含まれており,新しい構造ではその詳細な分子構造も明らかにされた.この新しい構造を利用して,特定のChlの性質がどのように決められているのかを調べた.その結果,系IIではChlの周囲の蛋白質環境のうち特定のアミノ酸残基がChlの性質を決定していることが明らかになった.一方,系Iでは系IIとは対照的に,蛋白質環境というよりもむしろChl自身の分子構造がその性質を決めていた.植物の光合成蛋白質光化学系II (PSII)では,蛋白質に含む色素の励起エネルギーとして伝達された太陽光エネルギーは水分解反応に使われる.水分解反応はPSIIにあるマンガンクラスターで起こる.それは水を酸素とプロトンに分解する反応である.生成されたプロトンは蛋白質中を移動する.この過程がプロトン移動である.研究期間の最終年度である本年度は,光合成蛋白質における励起エネルギー移動の最終到達点である水分解反応に着目し,(1)マンガンクラスターの構造に関することと,(2)PSIIにおけるプロトン移動について,下記のように成果を得た.(1)マンガンクラスターは椅子のような構造をしているが,普通の椅子の形とは異なりいびつにゆがんでいる.

このゆがみこそ水分解という機能を発揮するのに重要と考えられているが,その理由は明かでない.これを明らかにした.ゆがみの原因は椅子の背もたれ部分にあるひとつのマンガン原子であった.(2)PSIIのTyrDと呼ばれるチロシンアミノ酸残基は,プロトンを放出する性質を持っている.このプロトン移動の機構を明らかにした.プロトンは蛋白質が作る美しい水素結合ネットワークのなかを,まるで玉突きのような協奏的機構により,13Åも先へと移動する.本研究課題の目的は光合成蛋白質中の色素間で起こる励起エネルギー移動を理論的に正しく記述することである.そのためには実際の蛋白質をよく研究し,どのようなしくみによって意図通りの反応が起こるのかを調べる必要がある.蛋白質の結晶構造を基にした量子化学計算を行い,次の成果を得た.1.光合成蛋白質において励起移動は主にクロロフィル色素(Chl)間で起こる.Chlは蛋白質内に多数埋め込まれているが,ひとつひとつのChl毎に性質が異なっている.その原因のひとつとしてChl自身のゆがみが考えられる.実際,蛋白質中のChl分子はゆがんでおり,その形はそれぞれに少しずつ異なっている.そのゆがみを定量的に解析し色素の電子状態の性質にどのような影響を与えているのかを調べた:植物の光合成で水分解を行っている光化学系II蛋白質ではChlの形は色素毎に大きく異なっていた.例えば,中心部分にある二量体Chlでは2つの色素が対称的に配置されているにも拘わらずそれぞれのゆがみの形は異なっていた.また,光を集めるためのアンテナ系にあるChlは,水分解を行う反応中心のChlとはゆがみの形が異なっていた.この違いはアンテナ系の役割(光捕集と励起移動)と反応中心の役割との違いに起因すると考えられる.さらに,系II反応中心のChlのゆがみは,共通の祖先を持つ紅色光合成細菌の反応中心のそれと類似していた.なお,電子移動に関係する酸化還元電位とゆがみはとはほとんど関係がない.2.励起移動後に起こる電子移動・プロトン移動も重要な過程なので,蛋白質内の電子・プロトン移動に関する基礎研究も行った.蛋白質内プロトン移動では水素結合が重要な役割を演じていることを光受容蛋白質photoactiveyellow proteinとロドプシンを例に示し,系IIではプロトン移動と電子移動が共役して起こっていることを示した.本年度(平成23年度)に光合成蛋白質の一つである光化学系IIの新しい構造が発表された.この新しい構造を使って研究を進めた結果,本報告書に記載のように,重要な成果が続々と得られ,複数の論文として発表された.これら成果は,本研究がおおむね順調に進展していると判断するに足る,優れた内容である.25年度が最終年度であるため、記入しない。昨年度(平成23年度)に光合成蛋白質の一つである光化学系IIの新しい構造が発表された.この新しい構造を使って研究を進めた結果,本報告書に記載のように,重要な成果が続々と得られ,複数の論文として発表された.これら成果は,本研究がおおむね順調に進展していると判断するに足る,優れた内容である.当初の計画において想定されていた内容に比べて,より科学的意義の大きな成果を得られることが期待されるため,計画に次の2点を追加する.