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東アジア軍事最前線の溶解と再生-金門島研究-

本科研では、金門島に注目し、僑郷、冷戦の最前線、そして中国・台湾の両岸交流の前線へと姿を変えたその歴史について、内在的視線から明らかにすることを目的としてきた。二年間の研究活動を通じて多くの成果を得たが、たとえば、僑郷としての特質が冷戦期からポスト冷戦期に変容しながらも通底するさまを、長崎や神戸華僑と関連付けながら理解することができ、また金門大学やハーバード大学などの金門研究者との研究協力ネットワークを形成することができた。金門島周辺は、東アジアの冷戦(熱戦)、中華人民共和国と中華民国(台湾)の対立の最前線であった。だが、世界的な冷戦の崩壊、地域的緊張緩和につれ、軍事最前線としての性格を次第に喪失し、現在ではむしろ中国と台湾の交流の最前線となりつつある。またこめ過程で、観光に頼る典型的離島経済の様相を示しながらも、かつての僑郷(華僑の輩出地)としての歴史も取り戻し、中国とも台湾とも異なるアイデンティティを形成しつつある。このような金門島の実情をふまえ、この一年には地域研究コンソーシアムの『地域研究』(11-1、2011年3月)に金門島研究特集を掲載すべく、国立金門大学の江柏〓教授、ハーバード大学のSzonyi教授と連携して、それぞれ論文を執筆し、また7月に東京の学士会館で陳来幸教授、貴志俊彦教授と金門島研究の意義と可能性に関する座談会を開催した。これらの成果は、いずれも同誌に盛り込まれ、金門島の紹介なども含め、年度内に刊行できた。また、2011年2月には国立金門大学の研究者らを招聘し、金門研究者が多く集う神戸において、彼らへの聞き取り調査とともに、「金門島研究め現在-僑郷・軍事・両岸-」と題したワークショップを開催し、多くの参加者を得た。調査団は長崎にも赴き、金門出身者に聞き取り調査をおこなった。この成果は本科研に還元される。なお、2011年度には金門島および台湾にて大型の会議が予定されており、そこにての成果報告が予定され、また必要に応じて金門や東南アジアでも調査をおこなう予定である。本科研では、東アジアの冷戦(熱戦)、中華人民共和国と中華民国(台湾)の対立の最前線であった金門島に注目し、僑郷、冷戦の最前線、そして中国・台湾の両岸交流の前線へと姿を変えたその歴史について、内在的視線から明らかにすることを目的としてきた。第一年度は、僑郷の時代に重点を置き、『地域研究』(第11巻1号、2011年3月)にて、「金門島特集」を、研究代表者を企画者として編んだ。僑郷、冷戦期について、研究代表者のほか、江柏?、M Szonyiによる論文が掲載された。また、神戸華僑商会にて神戸の金門出身者の華僑とともに、「金門島研究の現在-僑郷・軍事・両岸-」を開催した。このほか、福建省厦門の金門出身者の組織で調査をおこなった。第二年度は、冷戦期の状況おうよび両岸交流を主題とし研究を進めた。2011年7月に、中華民国福建省などの主催で開かれた「福建省金馬歴史回顧與展望学術研討会」に参加し、「高峰対話:国際地縁政治、民国史與金馬地位」のパネラーとして、僑郷の時代から現在に至る金門史の長期波動を論じた。また、12月には金門島西部の珠山における冬至の祭祀を見学し、村長らから聞き取りをおこなうとともに、そこにおける両岸交流(この村の母体であった福建の郷村の人々が訪問)の在り方を検討した。また、金門大学の協力の下に、最近発見された冷戦期の戦争遺跡を見学した。2012年3月には、長崎にて「長崎華僑の故郷-金門島-国際ワークショップ」を開催し、長崎県立歴史博物館の協力の下、金門出身の長崎華僑と金門大学の金門研究者との意見交換をおこなうとともに、近代における長崎と金門の関係と現代以降の変化などについて議論を深めた。以上の成果によって、国立金門大学、ハーバード大学などの金門研究者とのネットワークを深めるとともに、日本国内の金門出身華僑やとの連携を深めることができた。今後、これらの関係を基礎に大型科研の申請を期したい。
形質転換と大量集積

本年度は、以下のような成果を挙げた。(1)Agrobacteniumによる植物細胞の形質転換に関与している二つのタンパク質を同定し、それらの直接的な相互作用により、形質転換反応が誘発されることがわかった。また、タバコの根特異的プロモーターを用いることにより、スコポラミン生産能力が増大した形質転換ベラドンナの毛状根を作出した。その蓄積量はCaMV35Sプロモーターを用いた場合より、1.5倍高かった。(2)ヒストンH3遺伝子の細胞周期でのS期特異的発現は、二つのcis配列の協調的作用によることがわかった。(3)ショ糖に応答するrolCプロモーター領域に結合する一本鎖結合タンパク質を同定した。(4)ショ糖に応答するスポラミン遺伝子プロモーターには正と負のcis配列が存在することがわかった。(5)ベルベリン生合成の2つの0メチル化酵素のcDNAをクローン化した。(6)イオウ代謝サイクルに中心的な役割を果たしているシステイン合成酵素で細胞質と葉緑体に存在するものの遺伝子cDNAを高等植物からクローニングした。(7)エリシターによるイソフラボノイド生合成の発現とカルコン合成酵素遺伝子の大腸菌での発現を行った。(8)グルタミン合成酵素遺伝子の発現部位が、維管束細胞であることがわかった。(9)植物ウィルスRNA複製酵素遺伝子を発現している植物細胞を利用した物質生産系を確立した。(10)脂肪酸代謝の鍵酵素であるアシルACPヒドロラーゼの33kDaポリペプチドのアミノ末端の配列を34残基決定した。以上のようにこの3年間で、物質生産を担っている植物遺伝子のクローニングとその発現の分子機構の研究が進むと同時に、実際に遺伝子操作により高いレベルの物質生産系が確立しうるところまで進んできた。以上の研究を遂行するために、計画通り設備備品を購入した。
風力熱蓄積発電のシステム設計と究極のエネルギー密度を持つ発電発熱機開発

システム検討を行い、風力熱発電の経済性検討の精度を高めた。各界の有識者に評価して頂き、独善的なシステムで無く各種条件を考慮してのシステムである旨を確認した。実際の風況も導入して運用した場合のコスト計算も行い、蓄熱による運転に効果があることが判明した。風力熱に関する国際会議も実施した。発電発熱機は実験設備を組み立て、運転動作が理論と一致することを確認した。さらに系統からの電力を吸収・蓄積する動作が出来ることを発見した。だれもこの様な使い方を提唱したものは居ない。これをもってさらに風力熱発電の発電発熱機が究極の利用率で運転出来ることがわかり、さらなる再エネコストの低減が期待できる様になった。●風力・太陽熱・回転機と多方面の分野から専門家を集め、研究会を実施し、さらに日本にてドイツと風力熱ワークショップを実施した。これにより他分野に渡るシステムの概念設計に必要な情報が集まり、システム設計が可能となった。超電導採用による高温化の有効性も確認された。●結果の妥当性を確認するためドイツで風力・太陽光・熱応用シンポジウムを実施し、ドイツ側参加者30名、日本側参加者8名で議論を行い、その可能性を検討した。今後日独で連携して検討し、その可能性をさらに深く検討することで合意した。また太陽熱発電の現状技術も把握し、これと風力熱発電を併設することでシステム稼働率が大きく向上し発電コストの大幅低減が可能となることが推定された。化学蓄熱検討の動向も判明した。●ドイツ側でも低温であるが安価なタイプの発熱機を風車に導入し、給湯暖房など発電目的以外の検討が進められていることが判明した。日本では淡水化に利用する案も浮上している。●発電発熱機の実験を実施し動作を確認した。回転機の動作として発熱動作が可能であることを確認した。入力変化に対して温度変化が緩やかであり予測通りの結果が得られた。●発電発熱機は可変速揚水の様に刻々と変化する再エネ大量導入に伴う電力系統余剰電力吸収にも利用できることが新たに判明した。これには発熱機の機能を利用する。さらにシステム稼働率が向上し、大きなエネルギーコスト削減が見込めることが推定できた。風車システムの中でダイレクトドライブ型の優劣が判明し、安価にダイレクトドライブ型が実現できる風力熱発電は土地面積あたりのエネルギー収量においても有利になる可能性が見いだされた。風力熱発電という、前例の無いシステムを提案し、そのシステム設計を行った。特に発電発熱機の実験は世界初の試みで理論と現実が合致した。この結果をドイツ航空宇宙センターDLRと共有し、2016年3月には4日間、のべ150人参加の日独再生可能エネルギーシンポジウムを主催して実施した。このうち後半の2日間は風力熱発電に特化した内容とし、発熱機、発電発熱機の優劣を各種専門家の様々な観点から評価した。●発熱実験が予測通り、入力の変化に対して温度は緩やかな変化にしかならないという結果を出し、国内での研究会・学会発表を行った。風が急変しても出力変化がマイルドであるのは電力系統にとって有用である。●ドイツ・DLRと同様な検討をしていることがわかり、国際シンポジウムを実施して情報交換を行った。ドイツ側30名、日本からも8名と多数の参加者があり、充実したシンポジウムとなった。●ドイツでは早速ドイツ国内の研究予算獲得に動いている。DLR内の数組織以外にシュツットガルト大、ハノーバー大、民間3社が協力する。日本側は大学等が7組織、民間が5社、ドイツ側のファンド条件にもよるが参加希望を表明している。●風力熱の新たなメリットが予測され、国際シンポジウムを継続して実施することが決定した。来年度は日本で実施する。●DLRより国際シンポジウム実施時の旅費・滞在費が支給されることになったが、実際の費用振り込みが年度をまたぐため研究期間の延長手続きを行った。よってこれは計画進展遅れを示すものでは無い。再生可能エネルギードイツとの協力関係を維持し、まずはドイツの太陽熱発電所への併設を目指してシステム検討を続行する。発熱機は類似のものはあるが機能として完全な物が存在しないため、これの開発着手に繋がるよう、活動する。DLRからの渡航費補助は研究費としては多くないため、旅費などとして利用していく。2015年2月25日にドイツにてシンポジウムを開催することになり一方、招待講演となったため旅費の払い戻しがある。払い戻された時点でドイツ旅費を精算する。さらなるシステムの経済性検討のため各地の有識者と相談するための旅費とする。
動的運動中に生じる中枢疲労の解明

本研究は、動的運動中に生じる中枢疲労を解明することが目的であった。本研究では、近赤外線分光法装置(NIRS)を用い、運動時の脳血液量の変化を的確に捉え、且つ、疲労困憊に至る動的運動中における機能的相補性の存在とその発現条件の確認と検証を時系列的に捉えた。これまでの先行研究では、運動中に増加する頭蓋血液量の影響を考慮しなかったため、中枢の神経活動の間接的指標となる脳血液量の変化に対する見解が一致しなかった。本研究では頭蓋血液量を影響を削除し的確に脳血液量の変化を捉えることができた。また、中枢における機能的相補性の存在を確認でき成果を上げた。本研究は、動的運動中に生じる中枢疲労を解明することである。当初の研究計画では、本年度は脳血液動態測定時の頭部皮膚血流の影響を除去する方法を確立することであった。しかし、来年度の研究予定であった実験にも着手できた。まず本年度の主研究はNIRS(近赤外線分光法装置)での測定時に頭蓋血流の影響を削除する方法を確立し、脳組織のみの活動を正確に測定することに取り組むことであった。現存するNIRSのプローブは1つの送光部と1つの受光部(送受光部間は通常3ー4cm程度)から構成されている。そのため、浅部(頭蓋)から深部(脳組織)までの全血液量が測定対象となる。そこで、本研究では光路長を短縮させるためもう1つ受光部(送光部から1ー2cm程度)を増設し(頭蓋の血液量の測定のため)、1つの送光部と2つの受光部があるNIRSで測定を行った。その結果、運動中に脳の血流動態は頭部皮膚血流の影響が大きく関与していることが明らかとなった。次に研究の2つ目として、運動野領域における機能的相補性について検討を進めた。運動時の機能的相補性に関しては同様にNIRSを用いた研究で、利き手と反対側の手を動かした際に利き手側の運動野が相補的に働くことなどが報告されている。疲労困憊時においても同様な機能的相補性が存在する可能性があった。脳組織の活動を的確に捉えた上で機能的相補性の存在とその発現条件を検証した。その結果、筋力発揮の程度を対側運動野の脳血液動態は反映していない可能性と同側運動野が最大筋力発揮時に補足的な役割を果たしている可能性を示唆した。平成24年度の研究計画は動的運動中の頭蓋血液量の変化の影響を省き局所脳組織血液量の変化を正確に測定する方法を確立することであった。動的運動中の中枢の血液量の測定には、近赤外線酸素モニター(NIRS;Near Infrared Spectroscopy)が最も適している。これまでのNIRSを用いた研究で報告されてきた局所脳組織の血液量の中には頭蓋血液量も含まれている。これは、頭蓋血液量の変化が大きく影響した状況下で局所脳組織血液量の変化を観察してきたことを意味する。そのため、これまでの研究では実質的に脳組織血液量の変化を捉えていない可能性が高い。そこで、昨年度は右手での運動中に左右の前頭野の血液量を同時に測定し、左前頭葉の血液量から右前頭葉の血液量を減じることで運動によって生じる局所血液量の変化のみを捉え観察した。実験は成人男性(10名)を対象にし利き手(前被験者右利き)で握力運動を行ってもらい運動中の局所脳血液量を測定した。局所血液量はNIRSで測定をした。頭蓋血液量を減じて局所脳血液量の変化を捉えることができた。運動中には疲労が生じ、運動の発現レベルが徐々に低下する。疲労は突発に生じるのではなく、徐々に増大する。疲労困憊になると運動を継続することが困難になる。運動によって生じる疲労を運動性疲労と呼ぶ。運動性疲労とは運動に必要とされる力を発揮できない状態と定義され(Poortmans et al., 1968)、力の発揮に関与する神経系と筋系のシステムの両面から研究が展開されている。先行研究(Shibuya and Kuboyama, 2007, 2011)では、最大下の握力発揮を持続し疲労困憊に至る運動中に脳の活性状態が観察された。しかし、最大下運動では被験者が出来る限り運動を持続させるために発揮する握力を調節したため筋力と脳活性との関係は不明であった。最大下運動では被験者はその運動に必要とされる主要な筋群を十分に活用することができない。筋疲労中の生理学的な指標の進行的な変化を調査するためには、反復的あるいは持続的に最大筋力を発揮する運動を採用する必要しなければならない。反復的な最大筋力発揮運動では、一般的な被験者は最大努力によってその運動に必要とされる主要な筋群をほぼ十分に活性させることができる(Gandevia., 1995)。本年度の研究は、反復の最大握力発揮運動中の筋放電量と前頭葉の酸素動態との関係を明らかにすることであった。成人男子7名は3秒間最大握力を発揮した後、3秒間の安静を50回繰り返した。運動中、最大筋力は有意に低下した(p<0.05)。筋放電量も有意に低下した(p<0.05)。

前頭葉の酸素動態は運動直後に増加したが、その後徐々に低下した(p<0.05)。本研究の結果は前頭葉の酸素動態は最大筋力とは連動していないことを明らかにした。本年度は海外ジャーナル等に研究成果を発表した。また、実験も予定通りに進めることができ、現在データの分析と論文を作成中である。本年度の実験は、脳でのリズミカルな運動のコントロールを解明するため数回実施することができ順調であった。実験に際しては、複数の研究者の協力を得ることができ、被験者の確保や実験装置の操作など非常にスムーズに進めることができ期待通りのデータを得ることができた。研究成果の発表についても多くの助言をいただきより良いものを作成することができた。発表した研究成果は次の2つであった。本年度は動的運動における疲労困憊時の機能的相補性の確認と検証が主な実験予定であった。本年度の実験の背景には、いくつかの研究では、運動中にM1が低下し、安静時とほぼ同レベルに達するにも関わらず、しばらくの間、運動は継続されていることが報告されていることがあった。しかし、脳組織の活性が生じず運動を行うのは困難である。そのため、疲労時の運動継続に同側M1や他の領域が相補的に働いている可能性があり、握力運動など運動に動員される筋群が比較的限定しやすい運動様式を選択し、疲労時の局所脳血液量を測定した。予定通り実験を行いデータを得ることができ、おおむね順調に進展していると考えている。本研究は、疲労に伴う中枢活性の変化を頭蓋血液量の影響を削除し的確に捉え、且つ疲労困憊に至る動的運動中における機能的相補性の存在とその発現条件の確認と検証を時系列的に捉えようとする研究であった。最終年度は、中枢における機能的相補性について検討を進めた。運動時の機能的相補性に関しては、近赤外線分光法(NIRS)を用いた先行研究で、利き手と反対側の手を動かした際に利き手側の運動野が相補的に働くことなどが報告されていた。そのため、疲労困憊時においても同様な機能的相補性が存在する可能性が考えられた。そこで、脳組織の活動を的確に捉えた上で機能的相補性の存在とその発現条件を検証した。本研究では、利き手によるシンプルな運動様式を用い疲労困憊時の機能的相補性の存在を確認することができた。本来この研究では、測定領域を運動野としていたが、実験機器上の課題もあり、前頭葉に変更した。前頭葉は運動発現に主要な領域であり、運動野への運動信号の入力経路についても多くの先行研究で報告されているため、測定領域を変更したことに伴い研究目的等に支障ができることは無く完了した。研究結果では、疲労困憊時に、対側の神経活動が低下した際でも、同側の神経活動は低下することなく定常あるいは増加する結果を得た。しかし、疲労困憊時の同側神経活動の意味を明確にするまでには至らなかった。その点では、更なる研究期間が必要であった。ただし、本研究の成果は今後新しく、より合目的なトレーニング方法の開発に大きく貢献できるものとなった。本研究は、動的運動中に生じる中枢疲労を解明することが目的であった。本研究では、近赤外線分光法装置(NIRS)を用い、運動時の脳血液量の変化を的確に捉え、且つ、疲労困憊に至る動的運動中における機能的相補性の存在とその発現条件の確認と検証を時系列的に捉えた。これまでの先行研究では、運動中に増加する頭蓋血液量の影響を考慮しなかったため、中枢の神経活動の間接的指標となる脳血液量の変化に対する見解が一致しなかった。本研究では頭蓋血液量を影響を削除し的確に脳血液量の変化を捉えることができた。また、中枢における機能的相補性の存在を確認でき成果を上げた。
発振波長が温度に依存しないレーザ用GaNAsBi新半導体混晶の研究

次世代光通信の技術革新に貢献すると考えられる,周囲温度により発振波長が変動しない波長多重通信用半導体レーザ創製に向けての研究を行った。すべてMBE成長したGaNAsBi活性層、GaAsクラッド層のダブルヘテロ構造でダイオードを作製し、電流注入によるレーザ発振実現の試みを行った。確立したアニール技術を適用し、このダイオードのスペクトルをエレクトロルミネセンス(EL)測定により確認したところ,100Kから300Kの温度範囲で,ELスペクトルピーク波長の温度依存性は0.09nm/Kであった。これは,活性層材料に従来的に用いられているInGaAsPFPレーザの発振波長温度依存性が0.4nm/Kであるのに対し,1/4程度に低減されている。この結果、この材料・構造のダイオードで目的とする「発振波長が温度に無依存な特性を持つ半導体レーザ実現」が可能であり、その一歩手前まで来ていることを示すことが出来た。しかし、成長温度が少し上がったり、(III)/V比がふらつく等の現象がMBE装置に起こると、波長の温度無依存な発光特性を示す成長層を得られなかった。また、さらに結晶性を改善するためランプアニールの温度を上げたり時間を長くしたりすると、同様に波長の温度無依存な発光特性を示す成長層を得られなかった。これらは、目的とするGaNAsBi層の成長条件が極めてクリティカルであることを示しており、この再現性確保には、セル間の熱的な干渉を最小限にし、また、背圧を改善できる液体窒素シュラウドをもつ最新のMBE装置が必要との感触を持った。次世代光通信の技術革新に貢献すると考えられる,周囲温度により発振波長が変動しない波長多重通信用半導体レーザ創製に向けての研究を行っている。この目的のため,我々は新半導体GaNAsBi混晶を分子線エピタキシャル法により創製し、そのエビ成長層の光学的評価を行い、またデバイス化のためのプロセス技術、測定技術等の技術確立を行った。GaNAsBi混晶のバンドギャップの温度依存性は,ホトルミネセンス(PL)測定により0.16meV/Kであり、通常のGaInAsP混晶に比較するとほぼ1/3であることが確認されているが、この材料の創製には低温成長が必要なため、成長層のPLが光らないという問題点があった。そこで,GaNAsBi混晶の光学的特性の改善のために、成長後の熱アニール技術について検討し、窒素ガス雰囲気中でのランプアニールとMBE成長装置中でのAs照射時の30分間アニールを比較した。その結果、後者の方法が光学特性の改善には有効であることが分かった。我々の装置には、p型ドーパントがないので、NTTのMOVPE成長研究者に依頼し、上記の方法でアニールしたGaNAsBi混晶上に、ZnドープGaAsクラッド層及びキャップ層を成長した。そして、そのダブルヘテロ構造をプロセスし、ストライプ電極GaNAsBi/GaAsダブルヘテロ(DH)構造レーザを作製した。そして、電流注入によるレーザ発振実現の試みを行った。今まで、パルス測定によるスペクトルの測定技術が未確立であったため,まずパルス光測定のための測定器や実験系の確立を行った。作製したレーザの電流電圧(I-V)特性を測定すると,明瞭な整流性が得られたが,立ち上がり電圧が大きく,高い注入電流でpn接合が破壊された。低い注入電流(60mA)でエレクトロルミネセンス(EL)測定によりスペクトルを確認したところ,100Kから300Kの温度範囲で,ELスペクトルピーク波長の温度依存性は0.09nm/Kであった。これは,活性層材料に従来的に用いられているInGaAsP FPレーザの発振波長温度依存性が0.4nm/Kであるのに対し,1/4程度に低減されている。

次世代光通信の技術革新に貢献すると考えられる,周囲温度により発振波長が変動しない波長多重通信用半導体レーザ創製に向けての研究を行っている。昨年度に、MBE成長したGaNAsBi活性層上にMOVPE成長でクラッド層を成長したダブルヘテロ構造でダイオードを作製し、電流注入によるレーザ発振実現の試みを行った。100Kから300Kの温度範囲でELスペクトルピーク波長の温度依存性は0.1nm/Kと従来のレーザの発振波長温度依存性の1/4程度に低減されていた。しかし、このダイオードは立ち上がり電圧が大きく、高い注入電流でpn接合が破壊された。この原因が、MBE成長層上にMOVPE成長でクラッド層を成長したことであることを解明し、その解決策としてp型ドーパント用BeのセルをMBE装置に導入した。そして、全MBE成長によるGaNAsBi/GaAsダブルヘテロ構造作製に成功した。まだ、p型ドープの条件が最適化されていないため、抵抗や立ち上がり電圧が大きい問題が残っている。活性層の良質化については、ランプアニールのような極短時間の加熱により相分離を誘発することなく、GaNAsBi成長層の光学的特性を改善する手法にっいて検討を行い、以前に比較して光学的特性の良いGaNAsBi層を得た。さらに、超格子構造導入による改善を試み、現在所有のNBE装置で可能な材料系として、まずGaAs/GaAsBi系を選び、Biシャターの開閉により、その超格子構造作製を行った。成長した超格子構造をX線回折により評価したところ、超格子構造特有のサテライト構造を確認し、狙い通り超格子構造が作製できていることを確認できた。また、ホトルミネッセンス測定により発光波長のピーク位置が超格子量子準位間に対応したものとなっており、井戸幅の異なる種々の超格子構造作製に成功したことを確認できた。また、フレネルの反射率法により、GaAsBi混晶の屈折率の温度依存性を測定し、その温度係数が通常の半導体に比較してかなり小さいことを確認した。今までの研究成果を基に、すべてMBE成長したGaNAsBi活性層、GaAsクラッド層のダブルヘテロ構造でダイオードを作製し、電流注入によるレーザ発振実現の試みを行った。確立したアニール技術を適用し、このダイオードの発光スペクトル波長は環境温度が変わっても変化していないことが確認でき、この材料・構造のダイオードで、目的とする「発振波長が温度に無依存な特性を持つ半導体レーザ実現」が可能であり、その一歩手前まで来ていることを示すことが出来た。さらに、超格子構造半導体層でも、そのホトルミネッセンス波長の温度依存性が低減されていることを確認し、超格子量子井戸活性層によるレーザ実現への道筋ができた。しかし、成長温度が少し上がったり、III/V比がふらつく等の現象がMBE装置に起こると、波長の温度無依存な発光特性を示す成長層を得られなかった。また、さらに結晶性を改善するためランプアニールの温度を上げたり時間を長くしたりすると、同様に波長の温度無依存な発光特性を示す成長層を得られなかった。これらは、目的とするGaNAsBi層の成長条件が極めてクリティカルであることを示しており、この再現性確保には、セル間の熱的な干渉を最小限にし、また、背圧を改善できる液体窒素シュラウドをもつ最新のMBE装置が必要との感触を持った。
水溶液中でも機能するアニオンレセプターの開発とその特性を活かした機能発現

過塩素酸イオンは子供の成長を阻害する有害陰イオンであるが、この陰イオンを水溶液中で捕捉することは非常に困難である。本研究では、ビスイミダゾール型架橋配位子bitbを用いて、水溶液中に解けているこの陰イオンを選択的に捕捉し、沈殿として除去し得る高分子錯体の合成に成功した。さらに、ヒドロキシ基を導入したビスイミダゾール型架橋配位子bitphを用いて水溶液中の過塩素酸イオンを選択的に捕捉し、かつ発色するカプセル分子系の開発に成功した。従来、水溶液中での認識と捕捉が最も困難な陰イオンとされた過塩素酸イオンを高選択的に認識-捕捉し、水溶液中で陰イオンを捕捉するアニオンレセプターを合成し、さらに、この捕捉に伴うアニオンセンシング活性を示すアニオンレセプターの合成を進めた。カプセル分子の水に対する溶解度を発現させるため、その骨格に親水性基であるヒドロキシ基を導入した2種類のビスイミダゾール型架橋配位子を合成した。1つはイミダゾール基がフェニル環のパラ位に存在し、1つはメタ位に存在する。イミダゾール基がパラ位に結合している架橋配位子を硫酸銅と同時に多様な陰イオンを含む水溶液に添加すると、水溶液中に過塩素酸イオンが存在する時にのみ、溶液が紫色に呈色する活性が確認された。この反応をアセトニトリル溶媒を用いて、おこなったところ、過塩素酸イオンを捕捉したカプセル分子の生成が確認し、紫色に発色する原因がこのカプセルの生成であることを明らかにした。また、イミダゾールがメタ位に結合した架橋配位子を用いた場合、過塩素酸イオンと硝酸イオンが存在する場合に紫色に呈色する活性が確認された。これらを含め類似の架橋配位子を用いて、種々の金属イオンと反応させることで、10種類を超える多核構造をとる金属錯体を合成単離することに成功した。チオシアン酸ナトリウムの存在下、銅イオンとの組合せで、三核ユニットの珍しい多核構造をもつ金属錯体を単離することに成功した。反応溶媒に、アセトニトリル以外の溶媒を用いると、高分子骨格をもつ数種類の高分子型錯体が生成することが分かった。そこで、高分子型構造をとる金属錯体をアセトニトリルに接触させたところ、三核構造に不可逆に変化することを見いだした。高分子構造が選択的に三核構造に変化する非常に珍しい反応系を見いだした。水溶液中で機能するアニオンレセプターの開発として、種々の置換基を導入したビスイミダゾール型の架橋配位子を合成し、水中でアニオンを捕捉したカプセルを形成するかどうか検討を行った。これらの架橋配位子は水に不溶であるにも関わらず、水溶液中で陰イオンを捕捉することが明らかとなった。これは、水中で機能するアニオンレセプターの世界で初の例である。置換基にメチル基やビニル基のような疎水性の官能基を導入した場合は、生成するカプセル分子は水に対する溶解性が無いため、捕捉した陰イオンを除去する活性を示した。この除去には選択性が見られ、過塩素酸イオンとフッ化ホウ素酸、硝酸イオンなど、子供に有害とされる陰イオンを優先的に捕捉-除去する活性が確認された。その一方で、これらの陰イオンが存在しない場合は、塩化物イオンや硫酸イオンを捕捉-除去し得ることが明らかとなった。また、置換基にヒドロキシル基のような親水性の官能基を導入した架橋配位子を用いた場合は、生成するカプセル分子は水に対してある程度の溶解性を示し、その結果、呈色指示薬として機能することが明らかとなった。この呈色活性は架橋配位子のサイズに依存した選択性を示し、これを利用することで過塩素酸イオン、硝酸イオンの目視による検出を実現した。置換基に水素を用いた場合も水中で陰イオンを捕捉する活性が確認されたが、予想に反して、水にある程度の溶解性を示ことが分かった。このカプセル分子は、過塩素酸イオン、フッ化ホウ素さんイオン、硝酸イオン以外に、塩化物イオンや臭化物イオンも捕捉し、呈色することが分かった。これらの架橋配位子を組み合わせることで、水中の陰イオンを簡便に目視で検出できるカプセル分子を合成できることが分かった。研究計画で立案した化合物の合成を予定通り終え、目的とした活性の発現の有無を明らかにすることに成功した。いずれの架橋配位子もアニオンを捕捉するアニオンレセプターとしての機能を水中で発現しており、特に、架橋配位子を系統的に合成することで、これらを除去するアニオンレセプターと、検出するアニオンレセプターを見いだしている。さらに、検出感度を向上させる次年度の研究計画についても、余裕を持って取組める下地を築き、予備的な実験にも着手することができている。当初の計画以上に研究を進展させることに成功している。次年度には、電荷移動遷移による発色を利用して、10μM以下の微量陰イオンを検出できるアニオンレセプターシステムを実現する。具体的には、チオシアン酸イオンをもつ銅錯体を合成し、アニオンレセプターの出発物質として利用する。

過塩素酸イオンなどを捕捉したアニオンレセプターの生成に伴い、チオシアン酸が放出され、これをFe(III)イオンで発色させることで、10μM以下の陰イオンの検出を実現する。また、骨格に陽イオンを捕捉するサイトを導入することで、アニオンと同時にカチオンを水中から除去するアニオンレセプター(イオンペアレセプター)を実現する。スルホン酸を導入しつつ水に対する溶解度が低い架橋配位子を用いることで、この機能を実現する。合成実験で使用する反応試薬、有機溶媒、ガラス器具の購入に加え、ガラス器具の洗浄に用いる超音波洗浄機を購入する。また、アニオンレセプターと除去実験のためのアニオンやカチオンの秤量に使用する電子天秤を購入する。これらの研究成果はホスト-ゲスト化学シンポジウム、及び錯体化学討論会で発表するため、その旅費として使用する。また、新しく合成した化合物の同定に使用する大型機器の利用料の支払いと発表論文の投稿料(別釣り代等)に使用する予定である。
脂肪幹細胞およびiPS細胞を用いた肺再生医療の開発

慢性閉塞性肺疾患COPDの新たな治療法の開発は急務であり、今回COPDに対する細胞治療を用いた再生医療を考案することを目的とした。COPD誘導マウスに対して、健常なマウスより脂肪幹細胞を分取し、経静脈的、経気管的に投与すると、移植細胞は障害肺へ集積し気腫肺を改善した。さらに、人工多能性幹細胞iPS細胞を様々な成長因子を用いて肺胞上皮細胞への分化誘導法を検討した。分化誘導した細胞を標識して、上記と同様に肺障害マウスへの移植を施行し、肺胞への生着および呼吸機能の改善を確認した。肺の再生医療を考案する上で、脂肪幹細胞やiPS細胞が重要なツールになり得ると考えらえた。慢性閉塞性肺疾患COPDは非可逆性の肺胞破壊を特徴とする慢性進行性の肺疾患であり、2020年には全死因の第3位になると予測されている。したがってCOPDの新たな治療法の開発は急務であり、またそれは肺胞再生にチャレンジすることに他ならない。肺障害モデルとして、アディポネクチン・ノックアウトマウス、エラスターゼ吸入によるCOPD誘導マウス、ブレオマイシンによる間質性肺炎誘導マウス、リポポリサッカライドによる間質性肺炎誘導マウスを用いた。いずれも、肺障害を認め、血中の炎症性サイトカインの上昇を認め、アディポネクチンといった抗炎症性サイトカインの減少を認めた。肺障害マウスに対して、健常なマウスから採取した脂肪から脂肪幹細胞を採取し、経静脈的または細胞シートととして胸腔へ移植することによって、血中のアディポネクチン濃度を上昇させ、肺気腫をはじめとする肺障害の進行を抑制できる可能性を示した。脂肪幹細胞補充によるサイトカイン誘導は時間的量的には微量であり、肺再生を誘発するためには不十分であり、組織中の肝細胞増殖因子HGF発現を上昇させる薬剤として、プロスタグランディン(PG)I2アナログに注目し、同薬剤の投与によりHGF発現の上昇を通して肺再生を促す結果を得た。また肺再生、とくに肺胞を再生させるために必須と考えているII型肺胞細胞をiPS細胞から作成するために、様々な成長因子を用いて、そのプロトコールを作成した。肺胞前駆細胞、肺胞上皮細胞の分化マーカーを確立しiPS由来細胞の各種内胚葉マーカー、肺胞前駆細胞、末梢肺胞細胞マーカーの発現を解析した。慢性閉塞性肺疾患COPDは非可逆性の肺胞破壊を特徴とする慢性進行性の肺疾患であり、COPDの新たな治療法の開発は急務であり、またそれは肺胞再生にチャレンジすることに他ならない。肺障害モデルとして、アディポネクチン(APN)・ノックアウトマウス、エラスターゼ吸入によるCOPD誘導マウス、ブレオマイシンによる間質性肺炎誘導マウス、リポポリサッカライドによる急性肺障害マウスを用いた。いずれも、肺障害を認め、血中の炎症性サイトカインの上昇を認め、抗炎症性サイトカインの減少を認めた。肺障害マウスに対して、健常なマウスから採取した脂肪から脂肪幹細胞を採取し、経静脈的または細胞シートとして胸腔へ移植することによって、損傷部位に移植細胞が集積し、HGFやAPNが局所で供給され肺障害の進行を抑制できる可能性を示した。脂肪幹細胞補充によるサイトカイン誘導は微量であり、肺再生を誘発するためには不十分であった。組織中の肝細胞増殖因子HGF発現を上昇させる薬剤として、プロスタグランディンI2アナログに注目し、同薬剤の投与によりHGF発現の上昇を通して肺再生を促す結果を得た。さらに同薬剤の投与は皮下注射で行っていたが、細胞移植の際にシート状に使用することで、局所効果を増強することを示した。また肺再生に必須と考えているII型肺胞細胞をiPS細胞から作成するために、様々な成長因子を用いて、そのプロトコールを作成し、現在数種類のiPS細胞を用いて普遍的な分化誘導法を検討している。肺胞前駆細胞、肺胞上皮細胞の分化マーカーとして、Surfactant protein-C(SPC)、Thyroid transcription factor-1(TTF1)を利用し、継続して効率のよい分化誘導法を探索している。また、実際に分化誘導した細胞を標識して、上記と同様に肺障害マウスへの移植を考慮している。平成27年度には、主として、脂肪幹細胞補充による肺障害マウスの解析を行った。脂肪幹細胞補充による肺傷害修復については、現象として一定しており、そのメカニズムや効率の良い投与法を検討していく必要がある。またさらに、肺機能の改善を呼吸機能の改善や多光子励起顕微鏡と超偏極129Xe-MRIを導入して行っていく。また、平成27年度には、iPS細胞から分化誘導した細胞を用いて、疾患マウスモデルへの細胞移植実験を行う予定であったが、効率のよい分化誘導を行わなければ腫瘍形成などの有害事象が起こり得るため、ヒトiPS細胞を用いた細胞治療の臨床応用を目指した安全性の検討へ研究を進めることができない。本年度も引き続き、マウスiPS細胞の分化誘導法を検討し、動物への投与実験を行い、肺機能や肺組織に及ぼす影響を観察する必要がある。また動物実験に並行して、脂肪幹細胞やiPS細胞を用いて、各種間質細胞および細胞外器質を用いた共培養系(三次元培養)を確立し、生体内微小環境を再現することで、In vitroでの器官形成を再現する試みを行っており、生体内に近い状況での組織修復・再生のメカニズムの解明につながる実験系の確立が急務である。

慢性閉塞性肺疾患COPDは非可逆性の肺胞破壊を特徴とする慢性進行性の肺疾患であり、2020年には全死因の第3位になると予測されている。したがってCOPDの新たな治療法の開発は急務であり、またそれは肺胞再生にチャレンジすることに他ならない。肺障害モデルとして、アディポネクチン(APN)・ノックアウトマウス、エラスターゼ吸入によるCOPD誘導マウス、ブレオマイシンによる間質性肺炎誘導マウス、リポポリサッカライドによる間質性肺炎誘導マウスを用いた。いずれも、呼吸機能や病理学的に肺障害を認め、血中の炎症性サイトカインの上昇を認め、アディポネクチンといった抗炎症性サイトカインの減少を認めた。肺障害マウスに対して、健常なマウスから採取した脂肪から脂肪幹細胞を採取し、経静脈的または細胞シートとして胸腔へ移植することによって、損傷部位に移植細胞が集積しHGFやAPNが局所で供給され、エラスターゼ誘導肺気腫の進行を抑制し、呼吸機能コンプライアンス(C chord)増加を有意に抑制した。さらに、脂肪幹細胞が肺胞へ生着し、肺胞細胞マーカーの上昇を認めることから肺胞細胞への分化を起こす可能性を示唆する所見を得た。また肺再生、とくに肺胞を再生させるために必須と考えているII型肺胞細胞をiPS細胞から作成するために、様々な成長因子を用いて、分化プロトコールを作成し、数種類のiPS細胞を用いて普遍的な分化誘導法を検討した。肺胞前駆細胞、肺胞上皮細胞の分化マーカーとして、Surfactant protein-C(SPC)、Thyroid transcription factor-1(TTF1)を利用し、継続して効率のよい分化誘導法を開発した。また、実際に分化誘導した細胞を標識して、上記と同様に肺障害マウスへの移植を施行し、肺胞への生着を確認した。いします慢性閉塞性肺疾患COPDの新たな治療法の開発は急務であり、今回COPDに対する細胞治療を用いた再生医療を考案することを目的とした。COPD誘導マウスに対して、健常なマウスより脂肪幹細胞を分取し、経静脈的、経気管的に投与すると、移植細胞は障害肺へ集積し気腫肺を改善した。さらに、人工多能性幹細胞iPS細胞を様々な成長因子を用いて肺胞上皮細胞への分化誘導法を検討した。分化誘導した細胞を標識して、上記と同様に肺障害マウスへの移植を施行し、肺胞への生着および呼吸機能の改善を確認した。肺の再生医療を考案する上で、脂肪幹細胞やiPS細胞が重要なツールになり得ると考えらえた。平成26年度には、iPS細胞から肺胞前駆細胞、肺胞上皮細胞への分化誘導法を確立することを目標に研究を進めてきたが、肺胞前駆細胞の分化マーカーを確立することができず、iPS由来細胞の肺胞前駆細胞への分化の程度が証明できていない。また、本年度は、iPS細胞から分化誘導した細胞を用いて、疾患マウスモデルへの細胞移植実験を行う予定であるが、効率のよい分化誘導を行わなければ腫瘍形成などの有害事象が起こり得るため、ヒトiPS細胞を用いた細胞治療の臨床応用を目指した安全性の検討へ研究を進めることができない。本年度も引き続き、マウスiPS細胞の分化誘導法を検討し、動物への投与実験を行い、肺機能や肺組織に及ぼす影響を観察する必要がある。また、脂肪幹細胞やiPS細胞から分化させた細胞に、各種間質細胞および細胞外器質を用いた共培養系(三次元培養)を確立し、生体内微小環境を再現することで、細胞間の相互作用をサイトカインを中心に解析を行っている。
応用一般均衡モデルによる温暖化対策、及び原発削減の分析

現在、日本は2050年までに温室効果ガスを80%削減するという目標を設定し、温暖化対策に取り組んでいる。このような温暖化対策を実施していくにあたり、その経済的な影響についての情報が非常に重要になる。本研究は今後日本において導入が検討されている温暖化対策(CO2の排出規制)、及び原子力発電削減の経済的影響を定量的に分析するという研究である。分析には応用一般均衡モデル(CGEモデル)によるシミュレーションを用いている。分析によって、温暖化対策(CO2の削減)が経済に与える影響を、多様なシナリオ、多様な観点から明らかにすることができた。現在、日本政府は2030年に向けて、温室効果ガスを2013年比で26%削減することを目標とするとともに、原子力発電の利用を現在よりも増加させることを計画している。しかし、CO2の削減目標、原発の利用は現在の日本における重要な政策上の争点になっている問題である。これらの問題について建設的な議論をおこなうには、CO2の削減や原発の削減がどのような経済的な影響をもたらすかという情報が必要になる。しかしながら、CO2の削減、原発の削減の経済的影響を定量的に分析した研究はそれほど多くはない。以上のような問題意識から、本研究ではCO2の削減、原発の削減の経済的影響をシミュレーションによって定量的に分析することを目的としている。本年度は、研究の計画のうち、1.モデルの構築、2.データの作成という作業をおこなった。モデルについては、まだまだ改善、改良するべき部分も多いが、プロトタイプとなる段階までは作成することができた。データについてはモデルにおいて考慮する再生可能エネルギーに関するデータを収集した。また、データとして最新の産業連関表を利用するつもりであったが、同時に利用するエネルギーデータが最新の産業連関表には対応していないため、今年度はやむを得ず古いデータを利用することにした。作成したモデルとデータを基に、原発削減、CO2削減、さらに再生可能エネルギー促進政策のシミュレーション分析をおこなった。その結果、これらの政策を実施することにより、電力部門、GDPや国民所得等のマクロ変数、各産業の生産等にどのような影響があるかを定量的に分析することができた。シミュレーションに利用するデータとして、日本の最新の産業連関表(2011年表)を利用する予定であった。しかし、産業連関表と一緒に利用するエネルギーのデータについて2011年のデータがまだ入手できなかったため、やむを得ず現時点では2005年のデータを用いてシミュレーションをおこなっている。現在、日本においてCO2削減と原発の是非が重要な問題になっている。本年度は、研究計画のうち、次の二つをおこなった。まず、日本モデルを用いて温暖化対策、及びエネルギー政策のシミュレーションをおこなった。27年度に作成した日本モデルを用いて、CO2の削減、原発の削減、再生可能エネルギーの固定価格買取制度などの政策が、日本のGDP、国民所得などのマクロ変数、及び個々の産業に与える影響を分析した。固定価格買取制度によるCO2削減と排出量取引制度によるCO2削減を比較し、二つの政策のもたらす経済的影響の違いについて明らかにすることができた。また、排出量取引制度の対象部門を限定する政策の分析をおこない、そのような対象部門の限定が排出量取引制度の効果をどのように変化させるかを定量的に明らかにすることができた。第二に、世界モデルの構築をおこなった。GTAP9データベースをベンチマークデータとし、温暖化対策を分析可能な世界モデルのプロトタイプを作成した。GTPA9データベースでは発電部門が細分化されているため、それに対応し、モデルにおいても部門の細分化をおこなった。作成したモデルを基に、原発削減、CO2削減、さらに再生可能エネルギー促進政策のシミュレーション分析をおこなった。ただし、こちらのモデルについては、再生可能エネルギーの導入方法について改善するべき点が多く、次年度にその作業をおこなう予定である。日本モデルを利用してシミュレーションをおこなった部分については研究計画以上に順調に進んでいるが、今年度おこなうはずであった世界モデルの構築の部分は不十分にしかおこなえなかった。世界モデルを構築する際に、様々なデータを組み合わせて、再生可能エネルギーを導入する予定であったが、データの収集、及びモデルの構築の部分に予定よりも時間がかかってしまったためである。現在、地球温暖化対策が重要な政策課題と認識されるようになり、世界各国で温暖化対策の導入が進みつつある。しかし、日本においては、温暖化対策導入の議論は活発であっても、温暖化対策の経済的影響を定量的に分析するという研究が非常に少ない状況にある。本研究は応用一般均衡モデル(computable general equilibrium model、以下CGEモデル)を利用し、今後導入が検討されている温暖化対策(GHGの排出規制)、及び原子力発電削減の経済的影響を定量的に分析するという研究である。特に、1電力部門を細分化したモデルを構築、2太陽光、風力、地熱等の再生可能エネルギーを考慮、32050年まで長期を分析できるような動学モデルへの拡張を行った上で、日本の温暖化対策、原発削減を分析するという点が既存の研究との違いとなる。本年度は計画通りに13の形にモデルを拡張した上で、2050年までの日本の温暖化対策の分析をおこなった。

その際に、日本の税を詳細に捉えるようなモデルを構築し、温暖化対策の二重の配当の分析をおこなった。温暖化対策(CO2の排出規制)を導入することにより軽減する税としては、所得税、社会保障の雇主負担、消費税、法人税を考慮した。法人税を考慮するために、投資が動学的な最適化行動によって決定されるforward-looking型のモデルを利用することにした。シミュレーションの結果、排出規制からの収入を家計にそのまま還元するよりも既存の税を削減することに利用する方が、GDP、所得、厚生などの観点から望ましいという結果が出た。また、法人税の軽減に用いるケースで排出規制の負担が最も軽くなるという結果が出た。本研究の分析によって、排出規制にともなう収入をどのような用途に使うべきかについての重要な考察を得ることができた。現在、日本は2050年までに温室効果ガスを80%削減するという目標を設定し、温暖化対策に取り組んでいる。このような温暖化対策を実施していくにあたり、その経済的な影響についての情報が非常に重要になる。本研究は今後日本において導入が検討されている温暖化対策(CO2の排出規制)、及び原子力発電削減の経済的影響を定量的に分析するという研究である。分析には応用一般均衡モデル(CGEモデル)によるシミュレーションを用いている。分析によって、温暖化対策(CO2の削減)が経済に与える影響を、多様なシナリオ、多様な観点から明らかにすることができた。平成27年度にはプロトタイプのモデルを作成した上で、簡単な政策のシミュレーションをおこなった。今後は次のように研究をしていく計画である。まず、データのアップデートをおこなう。進捗状況で記述した通り、入手の問題から現在のところ古いデータしか利用していない。平成28年度は新しいデータが入手可能になった時点で新しいデータにアップデートしてシミュレーションをおこなう。第二に、再生可能エネルギーの発電についてより詳細なデータを作成する。シミュレーションでは再生可能エネルギーの費用が重要な意味を持ってくる。再生可能エネルギーの費用をできるだけ正確にモデルに導入するためのデータを準備する。第三に、モデルを精緻化する。現在のモデルはまだ単純で、改善するべき部分が多い。より現実的なモデルとなるように改良を加える。第四に、新しいデータ、改良したモデルを基にシミュレーションをおこなう。より現実的な政策シナリオを想定し、様々な政策のシミュレーションをおこなっていく計画である。次年度には、まず日本モデルを用い様々なシミュレーションをおこなう予定である。日本のCO2削減政策、原発政策、固定価格買取制度などについて様々なシナリオを想定し、それが日本経済にもたらす経済的影響を定量的に分析する。その上で、今後の日本にとって、どのような温暖化対策、エネルギー対策が望ましいかを明らかにする。
組換えダイニンの運動特性計測に基づいたAAA型モーター作動機構の解明

本研究により、これまでに細胞性粘菌を発現系として、巨大な細胞内輸送タンパク質である細胞質ダイニンの組換え体作成に世界に先駆けて成功した(Nishiura et al., J.Biol.Chem.279,22799(2004))。ミオシン、キネシンなどのモータータンパク質に比べてその巨大さのために研究の展開が遅れていたダイニンについても、今後、この発現系の確立がブレークスルーとなり大きく展開することが期待される。ダイニンモータードメインは6個のAAA+モジュールからなるが、そのうち4箇所にはATP結合・加水分解部位が存在しており、これら複数の部位へのATP結合と加水分解がうまく協調して、微小管すべり運動が生じると考えられている。こうした部位間の共役の実態を、ATP結合あるいはATP加水分解を特異的に止める変異を各部位に導入することで明らかにした(Kon et al., Biochemistry 43,11266 (2004))。この結果、AAA1とAAA3モジュールのATP加水分解サイクルの緊密な共役がダイニンの力発生に必須であることがわかった。また、AAA1モジュールでのATP加水分解で放出される自由エネルギーによってすべり運動が駆動されることもわかった。さらに、GFPとその変異体BFPをもちいた蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)法をもちいた実験で、ATP加水分解サイクルが1回まわるごとにダイニンモータードメインの尾部領域が一回スイングすることがわかった。また、ATP加水分解サイクルの各ステップ(化学的過程)と尾部領域がスイングするステップ(力学的過程)の間に関係をつけることもできた。この結果は、負染色電子顕微鏡像の解析から提唱されたダイニンの"パワーストローク"説に合致するものであった。我々は、世界に先駆けて、すべり運動活性と微小管で活性化されるATP分解活性を維持している組み換えダイニンの発現に成功した。ダイニンは微小管上をマイナス端方向にすべり運動する分子モーターで、神経軸策の物質輸送や細胞内ベシクル輸送、染色体分離に必須のタンパク質として重要な位置を占めている。これまで世界的にも、多数の研究室で、活性を維持した組み換えダイニンの作成が試みられてが、成功した例はなかった。キネシンやミオシンといった他の分子モーターの研究に比べ、生物物理的、生化学的なダイニン研究は大きく遅れをとっていたが、これは組み換え体がないことが原因であった。我々の発現系の確立は、ダイニン研究の大きなブレークスルーである。こうした発現系を用いて、さまざまな変異体を構築し、そのすべり運動やATP加水分解活性を計測することで、ダイニンのすべり運動の作動機構を分子レベルで解明することに着手している。まず手始めに、ダイニンに4箇所あるATP結合部位とすべり運動の共役をあきらかにするために、それぞれの部位に変異を導入して、ATP結合を阻害し、すべり運動などのモーター活性を調べた。この結果、1番目と3番目のATP結合部位はきわめてつよく相互作用しており、どちらの部位をつぶしても同じようにモーター活性が失われることがわかった。これに対して、残りのふたつの部位はモーター活性には必須でなかった。さらに、ATP加水分解の中間状態を追跡するためのプローブ導入を試みた。GFP-BFPの蛍光エネルギー遷移をもちいて、力発生直前の状態を捉えれることに成功した。また、最小モータードメインの大量発現系を構築しダイニンモータードメインの結晶構造解析にも挑戦する準備を整えている。(なお、発現系構築の論文は投稿中で、いまminor revisionの段階である。残りの部分は、現在論文執筆中あるいは論文準備中である。)本研究により、これまでに細胞性粘菌を発現系として、巨大な細胞内輸送タンパク質である細胞質ダイニンの組換え体作成に世界に先駆けて成功した(Nishiura et al., J.Biol.Chem.279, 22799 (2004))。

ミオシン、キネシンなどのモータータンパク質に比べてその巨大さのために研究の展開が遅れていたダイニンについても、今後、この発現系の確立がブレークスルーとなり大きく展開することが期待される。ダイニンモータードメインは6個のAAA+モジュールからなるが、そのうち4箇所にはATP結合・加水分解部位が存在しており、これら複数の部位へのATP結合と加水分解がうまく協調して、微小管すべり運動が生じると考えられている。こうした部位間の共役の実態を、ATP結合あるいはATP加水分解を特異的に止める変異を各部位に導入することで明らかにした(Kon et al., Biochemistry 43, 11266 (2004))。この結果、AAA1とAAA3モジュールのATP加水分解サイクルの緊密な共役がダイニンの力発生に必須であることがわかった。また、AAA1モジュールでのATP加水分解で放出される自由エネルギーによってすべり運動が駆動されることもわかった。さらに、GFPとその変異体BFPをもちいた蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)法をもちいた実験で、ATP加水分解サイクルが1回まわるごとにダイニンモータードメインの尾部領域が一回スイングすることがわかった。また、ATP加水分解サイクルの各ステップ(化学的過程)と尾部領域がスイングするステップ(力学的過程)の間に関係をつけることもできた。この結果は、負染色電子顕微鏡像の解析から提唱されたダイニンの"パワーストローク"説に合致するものであった。