hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
分化制御の鍵をにぎる翻訳抑制複合体の構築原理

神経幹細胞に強く発現するMusashi1(Msi1)は、幹細胞の全能性維持や腫瘍化に関係している.Msi1のはたらきは標的遺伝子の発現を翻訳段階で抑制することである.まず、Msi1によるRNAの認識機構を原子分解能で明らかにした.得られた最小標的配列及び結合様式の知見は、新たな標的遺伝子を探すための重要なヒントとなる.また、翻訳開始因子の一つポリA結合タンパク質(PABP)が、ポリA鎖結合面とは異なる面でMsi1と結合することが示された.翻訳抑制複合体の構造解析に向けたモデリングプロトコールも整備した.神経幹細胞に強く発現するMusashi1(Msi1)は、幹細胞の全能性維持や腫瘍化に関係している.Msi1のはたらきは標的遺伝子の発現を翻訳段階で抑制することである.まず、Msi1によるRNAの認識機構を原子分解能で明らかにした.得られた最小標的配列及び結合様式の知見は、新たな標的遺伝子を探すための重要なヒントとなる.また、翻訳開始因子の一つポリA結合タンパク質(PABP)が、ポリA鎖結合面とは異なる面でMsi1と結合することが示された.翻訳抑制複合体の構造解析に向けたモデリングプロトコールも整備した.Musashi1が持つ二つのRNA結合ドメイン(RBD12)と標的RNAとの複合体のNMR構造解析に向けて、試料調製と条件検討を行った.まず、長さの異なるRNAを調製し、10-及び15-merの標的RNAを選出した.これらを用いてNMR滴定実験を行ったところ、いずれのRNAも、加える量がRBD12に対して12等量では沈殿の量が少なく、良好なスペクトルが得られることがわかった.これを受けて、RNAとRBD12の量比が1:0,1:1,1:2におけるX線小角散乱(SAXS)を行った.その結果、いずれのRNAについても、RBD12と等量で混合したときは一つのRBD12に対して一つのRNAが結合し、2倍量のときはオリゴメライズすることが示唆された.以上を踏まえて次の準備を行った:[15N,13C]標識化RBD12と標的RNA(10-または15-mer)を等量混合して複合体を形成させた;逆に、[15N,13C]標識化した標的RNA10merを調製し、非標識RBD12と複合体を形成させた;また、RBD12について3種類の変異体を作製し、それぞれに常磁性中心を導入した.他方、PABPとMusashi1の相互作用解析については、以下のことを行った.Musashi1との結合領域を含むPABP RBD1の発現系を構築し、安定同位体標識化試料の調製方法を確立した.さらに、NMR立体構造解析に着手し、PABP RBD1単体の溶液構造をほぼ決定した.また、Musashil RBD12のC末端側に隣接したPABP結合領域を含む複数のコンストラクトを作製した.これらを用いたプルダウン・アッセイによりPABP RBD1に結合するものが得られた.以上のように、Musashi1と標的RNA、Musashi1とPABPの相互作用及び立体構造の解析に向けての礎を築くことが出来た.Musashi1(以下Msi1)は、分化制御を担うRNA結合タンパク質である。NumbのmRNAに結合することで、神経幹細胞の分化を抑制し自己再生能を維持する。申請者等は、Msi1の有する二つのRNA結合ドメイン(RBD 1, RBD 2)の立体構造を明らかにした。本研究では、numbの断片化配列を系統的に作製し、Msi1との結合をNMR及びX線小核散乱を用いて調べた。そして、RBD 1・RBD 2連結体及びRBD 1、RBD 2の単独ドメインに結合する配列をそれぞれ見出した。RBD 1-RBD 2:RNA複合体については、NMR法により遠距離情報を得るための新規方法論である常磁性緩和促進、常磁性コンタクトシフト及び残余双極子カップリングの有用性を検証した。RBD 1:RNA複合体については、複合体のNMR構造解析を進行させ、複合体におけるRBD 1の立体構造を決定した。RNAと結合することでRBD 1に構造変化が起こることや、RNAが特徴的なコンホメーションを取ることを見出した。また、別のタンパク質と核酸の系を使い、複合体モデルを構築するプロトコールを確立した。NMRや点突然変異体による結合実験等の情報をベースにモデルが得られ、従来のバイオインフォマティクスの方法よりも信頼性が高いと期待される。Msi1はnumb mRNAの3'非翻訳領域に結合し、その翻訳を抑制する。翻訳中のmRNAは、3'端ポリA配列に結合したPABPと、5'端キャップに結合したeIF4Gとが結合し、環状構造になっている。Msi1は、PABPと直接結合することで、mRNAの環状化を妨げる。本研究では、Msi 1のC末端領域とPABPのN末端領域とが相互作用することをNMRにより検証した。現在、複合体の立体構造解析に向けた試料調製及び条件検討を行っている。Musashi1(Msi1)には、細胞の分化を促すnumb等の遺伝子産物の発現を翻訳レベルで抑制し、神経系等の幹細胞の全能性を維持する役割がある.Msi1は二つのRNA結合ドメイン(RBD:RBD1,RBD2)により標的mRNAに結合し、ポリA結合蛋白質(PABP)結合領域でPABPと結合する.我々は、この翻訳抑制複合体が形成される機構の解明を目指している.

まずRBD1-RBD2連結体と、標的配列を含む長さの異なるRNAを用い、双方向の滴定実験を行った.滴定はNMRにより詳細に追跡し、X線小角散乱も併用した.これにより、相互作用に関わる残基を同定した.また、二つのRBDはRNAの有無に関わらず互いに固定されないことを明らかにした.次に、RBD1,RBD2各々に対して標的配列を断片化したRNAを滴定し、NMRにより追跡した.その結果、各々のRBDに対して35塩基の認識配列を同定することが出来た.さらに、RBD1とRNA(5塩基配列)の複合体について溶液構造を決定した.これまでに多くのRBDとRNAとの複合体に関する報告がある.しかし、Msi1 RBD1とRNAとの結合様式には、新たな特徴が見いだされた.例えば、βシート上のPheに塩基がスタックし、さらにその上にC末領域のPheがスタックした特殊な認識様式が存在した.また、βシートから外れたループのTrpに塩基がスタックすることで、認識する塩基の数が増していた.この構造から類推して、RBD2とRNAの認識機構についても知見を得ることが出来た.以上から、RBD1とRBD2は各々4及び3塩基を特異的に認識していること、また二つのRBDの相対位置は固定されないことが明らかとなった.他方、PABPが有する4つのRBDのうち、RBD1-RBD2がMsi1 PABP結合領域と結合することをプルダウンアッセイにより明らかにした,またPABP RBD1の立体構造を決定し、Msi1 PABP結合領域の結合部位をマップすることが出来た.このように、Msi1:PABP:RNA三者複合体の構造決定の礎を築いた.
薄板電極を用いた水上パルス放電による水中難分解性物質の高効率処理

水中難分解性物質の分解の高効率化を目的として、薄板電極を用いた水上パルス放電による酢酸の分解を行った。種々の条件で実験を行った結果、高効率分解を行うためには、水上に一様なプラズマが発生可能な放電ガスを選択すること、放電電力の低下に努めること、電極の長さを長くして複数の電極の層を水上に設ける場合、ガス流量を高くすることが重要であることが明らかになった。また、本研究において得られた最大分解効率は8.73g/kWhであった。水上にパルス放電を発生させて水溶液中の酢酸(約450μg)の分解実験を行った。水面に対して垂直に設置した水上の電極には厚さ0.1mmのステンレス薄板を用いた。また、水上の薄板電極と水面の間に供給するガスにはアルゴンを用いた。薄板電極の延べ長さを94mmまたは515mmとして、水溶液中の酢酸の分解を行った結果、94mmに比べて515mmの方が分解量が25%増加することがわかった。1時間処理を行ったときの消費電力量は1.4Whであり、515mmを用いた場合に288μgの酢酸が分解されていた。放電の積分写真より、94mmの時は、各放電路は水面に到達した後、水面を沿う形で進展するのに対し、515mmの時は、放電路は94mmの場合よりも細く、沿面を進展するまでに至っていないことが明らかになった。電極の延べ長さに差があるにも関わらず放電エネルギーがほぼ同じであったことから、以上のような放電の違いが表れ、そのことに起因して処理量に差が出たと考えられる。水上パルス放電処理を行うと、処理前に比べて処理後の水溶液の量が減少した。これは放電によって水面から水蒸気が発生しているからである。そこで、放電領域中の水蒸気の割合を変化させるために、ガス流量を0.5, 1.0, 3.01/minと変化させて処理実験を行った。電極の延べ長さが515mmのものを用いて処理を行った結果、高流量の方が多く分解できることが明らかになった。流量を0.51/minから3.01/minにすることで、「1時間でリアクターを通過したガスの体積」に対する「排出された水分量」の割合は約41%減少するが、酢酸の分解量は約39%増加するという結果を得た。以上のことから、1パルスあたりの放電エネルギーが0.014J、繰返し周波数が100ppsという本条件では、放電によって発生する水蒸気が処理に大きく影響を与えることがわかった。アルゴン(Ar)およびヘリウム(He)を用いて水上パルス放電を発生させて水溶液中の酢酸の分解を行った結果、Heの方が分解量が多くなった。撮影した放電積分写真より、Arの場合は筋状のプラズマが多く存在し、Heは水上の薄板電極と水面との間に斑のないプラズマが存在していることが確認された。また過酸化水素の生成量を測定した結果、Heの方が少ないことがわかった。これらの結果を説明するために以下の考察を行った。Arの場合は、酢酸の分解に寄与するOHラジカル(以下OH)の発生分布に斑があり、OHが高濃度となる領域ではOH同士が結合して過酸化酸素になるため、水処理に利用できる割合が少なくなる。一方でHeの場合はOHの分布が一様であるために再結合する割合が低くなり、水処理に利用できる割合が多くなる。したがって、水上放電を用いて水処理を行う場合、水上に一様なプラズマを発生させることが重要であると考えられる。次に、薄板電極の長さを94mmおよび415mmとし、Heを用いて流量を変化させて酢酸の分解を行った結果、415mmの場合にのみ流量の増加とともに分解量が大きく増加することが明らかになった。電極415mmは異なる径の同軸の薄板円筒電極が3つあるのに対して(すなわち3層)、94mmは1層の円筒である。またガスは円筒の中心軸から径方向に広がるように流れている。以上のことから、415mmの場合は、最小径円筒電極(第1層)での放電によって生成した過酸化水素や水などの放電生成物がガスとともに第2層、第3層へと到達することで、酢酸分解の妨げになっていると考えられる。そして、流量を増加し放電生成物を速く排出させることで、その影響が小さくなり、分解量が増加したと考えられる。これらのことから、水上放電処理において電極を集中して水上に設置する場合、ガスの経路と流量が重要な要素となることが明らかになった。
高等教育の市場化と多文化化の相互作用に関する研究-イスラームの承認をめぐって-

日豪の大学におけるムスリム学生の宗教的ニーズへの対応には現状として大きな違いがあるが,キャンパス人口の文化的多様性の拡大にともない,大学における政教分離政策や,資源分配における平等・公正・ニーズのとらえ方などにおいて,日本の大学は変化にさらされている。留学生増員政策において先行するオーストラリアの大学の事例研究からは,留学生の経営的重要性が大きい地方の小規模大学において,高等教育の市場化・グローバル化が,大学における多文化主義の推進や,周辺地域におけるイスラーム理解・エスニック関係改善を導く事例が確認された。本年度は,イスラーム圏からの留学生受入,ならびにムスリムの社会的統合に関する政策や実践に関する国際的な情勢について,国際会議での情報収集や文献研究を行った。5月に参加した,NAFSA (National Association of International Educators)第61回大会(5月24-29日於ロサンゼルス)においては,アメリカの大学におけるムスリム留学生獲得への関心は引き続き高く,イスラーム圏からの留学生受入に関わる大学関係者のネットワークも形成されてきていることが確認された。また,同会場にて前回大会で関連発表を行っていた西イリノイ大学の担当者にインタビューも実施し,その結果NAFSAの助成金プログラム(Collaborative Training Grants Program) 2006-2007年度採択分が,中東からの留学生理解・支援に関わるプログラムを対象として実施され背景として,大規模なサウジアラビア政府派遣留学生受入を控えてのアメリカ政府の関心が強く働き,助成金獲得への関心が大学に強く働いたことが確認された。ヨーロッパやオセアニアにおけるムスリム移民やムスリム留学生受入に関わる状況についても,メトロポリス第14回国際会議(9月1418日,コペンハーゲン)に参加して,関連発表の聴講や市内のムスリムコミュニティを訪問するフィールド・ワークを通じて情報収集を行った。日本国内の状況についても,留学生関係の諸会議等の機会を通じて情報収集を行った結果,非公式及び公式のムスリム用礼拝室の設置が新たに数件確認された。前回科研での調査結果に,今回調査で得たより国際的な視点を加えてこれまでの成果を論文にまとめ,学術雑誌に投稿した(『異文化間教育』第32号に採択決定)。今年度は,イスラーム圏からの留学生獲得や受入環境整備への国内外の動向把握のための関連会議出席や文献研究,オーストラリアにおける現地調査を行った。留学生教育関係者が集まる国際会議のうち,北米のNAFSA大会については今年度参加を見送りプログラムを取り寄せてセッション内容の確認を行った。結果関連セッション数の極端な減少が観察されたため,一時的なものなのかどうか,関心の低下であるならばその要因は何か,2011年大会に参加し観察する予定である。ヨーロッパのEAIE大会に初めて参加し情報収集したところ,ムスリムに限らずEU域外からの(文化差が大きい)留学生獲得への関心が全体として薄い傾向が観察された。動向の変化や地域差を確認することができた。日本では,留学生増員が進められるなか,宗教的多様性への対応についても大学関係者の関心の高まりが観察された。平成22年度国立大学留学生センター留学生指導担当研究協議会のシンポジウムに招聘され報告を行った(東京大学,2010年6月24日)こともそのあらわれの一つと言える。日本の現状と課題についてはシンポジウムでの報告を基に論文にまとめ投稿した(『留学生交流・指導研究』13号掲載決定)。オーストラリアの南クイーンズランド大学,シドニー大学を再度訪問し調査を行った結果,特に留学生獲得戦略の一環として礼拝環境整備を進めてきた南クイーンズランド大学において,前回調査(2007)以降留学生全体としては減少傾向が続くなかでムスリム留学生は倍増し,増加を続けていることが確認された。宗教関連の学生サービス一般においても宗教センターを開設するなど充実させているほか,大学として多文化主義を積極的に進め,それを特色とした広報戦略を展開・成功させていることも確認された。同大学訪問時には本研究の成果を還元するためのセミナーも開催し意見交換を行った。今年度は最終年度でもあり,国際学会及び国内学会での研究成果発表を行った。あわせて,NAFSA年次大会での資料・情報収集も行った。NAFSA2011年大会(20113年5月29日6月3日,カナダ・バンクーバー)においては,2010年大会に続きムスリム学生に関するセッションは少数ではあったが,イスラーム圏の留学生派遣国の国情や奨学金制度に関するセッションは変わらず盛況であり,学生マーケットとしての関心は引き続き高いことがうかがわれた。成果発表としては,CIES(北米比較国際教育学会)第55回大会(モントリオール,2011年5月15日,)及び日本比較教育学会第47回大会(早稲田大学,2011年6月2526日)において,高等教育の市場化・グローバル化がどのように作用しているかを含めた日豪の大学における宗教的多様性への対応の特徴とその背景,留学生政策が大学や地域に与える影響に関する研究発表を行った。ムスリム学生の宗教的ニーズへのそれぞれの対応を特徴づける要因として,

(1)学内のムスリム人口,(2)留学生の経営的重要性,(3)宗教に対する社会の態度及び政教分離政策の特徴,(4)資源分配における平等・公正・ニーズのとらえ方,の4点を指摘したほか,オーストラリアの事例を基に,留学生への経済的関心が学内多文化主義政策を促進する可能性,ムスリム留学生の受入れが地域のエスニック関係改善を導く可能性について指摘した。
アジア（主に台湾・中国）と日本における半導体産業の新展開：競争戦略と能力構築

本研究の目的は、過去数年来実施してきた台湾半導体産業のファブレス-ファウンドリ分業モデルの研究を土台に、半導体産業をめぐる近年の環境変化を踏まえて、台湾の従来の競争戦略や技術能力の有効性と今後の変容、および半導体関連産業の新展開を検討することである。国としては、台湾に加え日本と中国にも注目し、また半導体産業だけでなくIoT等の応用製品産業にも視野を広げる。平成30年度は3年計画の2年目で、主な実施内容は以下の2つである。1関連文献・資料の収集・分析を行う。2国内や台湾・中国における企業・専門家等に若干のインタビュー調査を行う。1については、初年度に引き続き、国内、台湾、中国で出版されている論文や書籍、産業年鑑、統計データを可能な限り収集・精査した。また、半導体の応用分野として電機・電子製品およびIoT、AI、ロボット等の次世代産業の動向に関する文献・資料も可能な限り収集・整理した。2については、台湾で1週間弱の現地調査を行い、半導体・電子企業、ベンチャー企業支援団体(IoT等次世代ビジネスはベンチャー企業が担い手の一部となることが多いため)への数件の訪問調査を実施した。また、中国・上海で、同市の集積回路業界団体(上海市集成電路行業協会)や関連分野の専門家への面談調査を数件実施した。国内でも、こうしたテーマに関する研究会への参加、および業界(半導体、ベンチャー、ロボット等)関係者への面談を数件行った。半導体産業の発展動向を十分理解するためには、半導体を使用した応用製品産業の状況にまで目配りする必要があると感じ、その方面の調査・研究を並行して実施した(具体的には、台湾の電機・電子機器メーカー、スタートアップ支援体制、日本のサービスロボットメーカーの事例研究)。これに予想より多くの時間を要し、半導体産業・企業自体の調査・分析がやや遅れ気味になった。今後も概ね計画通り推進していく。プロジェクト最終年の平成31(令和元)年度においては、主な実施計画内容として以下の3点がある。1引き続き関連文献・資料等の収集・分析を行う。2国内および台湾と中国でも、企業・専門家等に其々数件程度のインタビュー調査を行う。3これまでの調査・分析に基づき、ペーパーを執筆する。なお、近年、半導体やAI・IoTなどの次世代産業で中国の台頭が著しく、日本や台湾の企業および政策決定者も、その影響を強く受けることを免れない。そのため中国の動向へ一層注目する。本研究プロジェクトは現地での調査(企業・専門家の訪問調査)を重視するが、中国でこれを大規模に実施することは困難が予想される。他方で、近年中国では、これに関連する(中国語の)資料・文献が大量に出版されており、これを収集し、精査・分析を行うことで相当の知見が得られるだろう。当面はこうした作業を中心に行い、現地調査も可能な限り実施するというスタンスでプロジェクトを遂行する。また、引き続き、半導体の応用分野の産業(IoT、電子製品等)およびその担い手(ベンチャー企業とその支援団体も含む)、および日・台・中におけるハイテク産業/ベンチャー推進政策の動向にも一定程度関心を向ける。現地調査を重視する手法で、半導体産業を巡る環境変化(中国の台頭、微細化推進の限界直面、応用製品としてのIoT等次世代産業の発展、等)、およびこれ背景にした台湾と日本、中国の半導体・関連製品企業の競争戦略と能力構築に向けた取り組みを研究する。H29年度は3年計画の初年で、主な実施内容は以下の2つである。2(主に台湾と日本で)企業・専門家等に若干のインタビュー調査を行う。1については、国内、台湾、中国で出版されている論文や書籍、産業年鑑、統計データを可能な限り収集、精査した。とりわけ、台湾や中国で刊行された中国語の文献・資料を入手することに注力した。また、半導体の応用分野としてIoTやAI、ロボット等の次世代産業、およびそれと密接に関連するインターネットやソフトウェア産業(および担い手のベンチャー企業)の動向も理解する必要があり、こうした分野の文献にも相当程度注目した。2については、台湾で1週間弱の現地調査を行い、半導体・電子企業、IoTやインターネット・ビジネス関連団体(産業政策に関与する政府機関も含む)、ベンチャー企業支援団体(IoT等次世代ビジネスはベンチャー企業が担うことが多いため)、現地研究者を含め数件の訪問調査を実施した。国内では、こうしたテーマに関する研究会への参加、および業界(半導体、ベンチャー、ロボット等)関係者への面談を数件行った。プロジェクト初年度であるH29年度は、主に文献・資料収集・整理と台湾・国内での其々数件程度の面談調査を行うことが元々の計画であり、ほぼその通り実施できた。また、H30年度以降に実施する予定の中国での現地調査(主に、上海およびその周辺エリアを想定)に向けて、上海の学術・研究機関(復旦大学等)の研究者とコネクションを開拓し、協力を得られるように備えを進めた。

本研究の目的は、過去数年来実施してきた台湾半導体産業のファブレス-ファウンドリ分業モデルの研究を土台に、半導体産業をめぐる近年の環境変化を踏まえて、台湾の従来の競争戦略や技術能力の有効性と今後の変容、および半導体関連産業の新展開を検討することである。国としては、台湾に加え日本と中国にも注目し、また半導体産業だけでなくIoT等の応用製品産業にも視野を広げる。平成30年度は3年計画の2年目で、主な実施内容は以下の2つである。1関連文献・資料の収集・分析を行う。2国内や台湾・中国における企業・専門家等に若干のインタビュー調査を行う。1については、初年度に引き続き、国内、台湾、中国で出版されている論文や書籍、産業年鑑、統計データを可能な限り収集・精査した。また、半導体の応用分野として電機・電子製品およびIoT、AI、ロボット等の次世代産業の動向に関する文献・資料も可能な限り収集・整理した。2については、台湾で1週間弱の現地調査を行い、半導体・電子企業、ベンチャー企業支援団体(IoT等次世代ビジネスはベンチャー企業が担い手の一部となることが多いため)への数件の訪問調査を実施した。また、中国・上海で、同市の集積回路業界団体(上海市集成電路行業協会)や関連分野の専門家への面談調査を数件実施した。国内でも、こうしたテーマに関する研究会への参加、および業界(半導体、ベンチャー、ロボット等)関係者への面談を数件行った。半導体産業の発展動向を十分理解するためには、半導体を使用した応用製品産業の状況にまで目配りする必要があると感じ、その方面の調査・研究を並行して実施した(具体的には、台湾の電機・電子機器メーカー、スタートアップ支援体制、日本のサービスロボットメーカーの事例研究)。これに予想より多くの時間を要し、半導体産業・企業自体の調査・分析がやや遅れ気味になった。今後も概ね計画通り推進していく。プロジェクト2年目のH30年度においては、主な実施計画内容として以下の2点がある。1引き続き関連文献・資料等の収集・分析を行う。2台湾と日本に加え、中国でも、企業・専門家等に其々数件程度のインタビュー調査を行う。なお、近年、中国において、半導体・次世代産業(およびその担い手の一つであるベンチャー企業)に関する年鑑や統計資料、政府計画文書、研究論文、記事が大量に出版されており、これをフォローするだけでも相当の時間と労力を要すると予想される。本プロジェクトは、自身による現地調査(企業面談・視察等)を重視しているが、中国では外国人による視察や訪問調査が(国内や台湾ほど)自由に実施できない恐れもある。その場合は、むしろこうした公表された資料・文献を活用し、緻密に整理・分析することに重点をシフトし、現地調査は(実施可能な範囲で)ポイント絞って行うというスタンスに切り替える可能性もある。また、半導体(特に設計開発)やその応用製品(IoT等)は、ベンチャー企業が一つの重要な担い手である。そのため実際は、ベンチャー企業やその支援団体・施設(アクセラレータ/インキュベータやハイテクパーク等)および政府当局によるベンチャー/イノベーション推進政策の調査研究を伴うことになる。半導体産業・企業に主に関心を持ちつつも、ベンチャー企業やその支援体制にも相当程度注目していくであろう。
イオン捕捉性フォトクロミック化合物を用いる高感度イオンセンシング

本研究では、クラウン化スピロベンゾピランの選択的な金属イオン錯形成反応に伴う異性化、ならびに光異性化による金属イオン錯形成能変化の分析化学的応用を目指し、高感度のイオンセンシングを検討した。すなわち、クラウン化スピロベンゾピランの選択的なリチウムイオン錯形成と可視吸収スペクトル変化を利用して、リチウムイオン抽出-光度定量の可能性を調べた。1)クラウン化スピロベンゾピランはアルカリ金属イオン、特に、リチウムイオンとの選択的な錯形成反応により、暗時においてもメロシアニン体へ異性化し,可視吸収スペクトルが顕著に変化する。この現象を利用し、リチウムイオン抽出-光度定量を検討した。種々の濃度のリチウムイオンを含む水溶液からクラウン化スピロベンゾピランを含む1,2-ジクロルエタン溶液による抽出を暗時において行った結果、有機層のメロシアニン体に由来する吸収スペクトルの吸光度が、水相中のリチウムイオン濃度に顕著に依存した。また、ナトリウムイオンの抽出も検討した結果、この抽出-光度定量において明確なリチウムイオンのナトリウムイオンに対する選択性が認められ、本法の実用性が示唆された。2)予め、紫外光照射によりクラウン化スピロベンゾピランをメロシアニン体へ異性化させ、その後、抽出-光度定量を行うことにより、抽出効率(感度)やリチウムイオン選択性の向上を図った。その結果、紫外光照射を行いながら抽出を行うと、抽出速度が格段に速くなり、短時間抽出における分析感度が向上することが確かめられた。現在、本系のフローインジェクション系への展開を検討中である。
活火山地域における土石流予知と防減災システムの開発

1.風向頻度で基準化した降灰量の堆積厚とLANDSATのMSS画像の輝度レベルに関する関係式が得られた。堆積火山灰の粒度分布の実測値は理論値とよく一致する。更に、噴煙高度の平均値・実測した堆積火山灰量及び上層風の頻度分布を用いると、各年毎の桜島の噴出火山灰量が計算できる。その値は爆発回数とよく対応し、噴出火山灰量は爆発一回あたり約4万トンで推移し、昭和60年は異常に多く約7万トンに達した。その結果、爆発回数により任意期間における各流域毎の火山灰の堆積厚の計算が可能となり、土石流の流出期模の予測計算に取り入れることができる。2.長谷川下流端における土石流検知線の切断記録から土石流の発生と不発生がはっきりしているデータに対して、到達時間として40分を選ぶと、累加雨量が7mmで土石流発生の可能性が生じ、13mmになると必ず発生することが示され、現地火山灰を用いた室内実験の結果でも充分適用しうることが判明した。得られた流出モデルは火山灰の堆積厚及び斜面長の分布特性を考慮しており、数値シミュレーション実験を重ねた結果、式中のパラメータは桜島火山に充分適用しうる値であり、土石流に対する避難予知への利用が可能である。3.建設省国見山レーダ雨量計の画像データは毎日常時観測されてオンラインによる各市町村と接続出来、桜島の土石流の避難予知への利用が可能である。昭和61年7月10日鹿児島市内を中心にした局地的な豪雨に対しても、鹿児島県により収集されたがけ崩れの分布図とレーダ雨量計による累加雨量の関係はよく対応し、レーダ雨量計の有用性を示した。同雨量計による土石流発生・不発生限界図を作成し、桜島の主要河川に対して土石流発生記録を調べた所、得られた土石流発生の空振り率・見逃し率は土石流の発生予報を行う際に充分有用である。隔測自記雨量計からのリアルタイム処理による降雨データ観測装置を鹿児島高専において設計・開発を行った。現在、降雨期における降雨量と土石流流量の現地観測を実施中である。一方、現地火山灰を用いた室内実験を行い、土石流の発生限界モデルの検討を行った。建設省・鹿児島県より別途収集した降雨及び土石流観測資料はパソコン(PC9801)及び九州大学大型計算機センターにデータ入力し、土石流の発生・流出過程・流出規模の予測に関する数値モデル作成を行った。本モデルは次年度において観測収集された大量の数値データを用いて、数値シミュレーション実験を重ねることにより、現地火山地域における土石流発生の予知及び防災対策基準を与えることができるものと考えている。さらに、火山性地震・爆発・上層風の風向風速・降灰量・降雨量・土石流流量・土石流流出量などの日時系列データを収集し、その因果関係について知見を与えることができた。土石流の大きな要因となる新規火山灰については、その堆積量の予測モデルを作成するために、桜島河川流域・大隅半島及び鹿児島高専に降灰観測所を設置し収集した。火山灰の放出・拡散状況を昼間・継続的に観測し、VTRカメラによるビデオデータを収集した。平面的な拡散状況については、地球観測衛星(LANDSAT-4・5)を用いた火山灰飛散に関する既往の撮影画像データをMSSテープ及び8インチフロッピーデーターとして収集し、画像解析を実施した。

その結果、風向頻度で基準化した降灰量を画像の輝度レベルに関する関係式を与えることができ、次年度予定のリアルタイム処理による降灰量予測及び土石流規模の予測法の基礎資料を与えることができた。
車いす操作ユニットの選定と個人への適合を支援する車いすシミュレータの開発

本研究では,障害レベルや残存機能に応じた操作方式(ハンドリム,レバー)の選定と,その駆動位置・姿勢を最適化するための車いすシミュレータを開発した.本シミュレータは,ホイールベース長さ,トレッド幅,シート高さ,シート角,走行抵抗などを自由に制御可能であり,使用者の身体負荷を軽減するような,あるいは,残存機能を最大限に活かすような,車いすの実現に有効である.本研究では,障害レベルや残存機能に応じた操作方式(ハンドリム,レバー)の選定と,その駆動位置・姿勢を最適化するための車いすシミュレータを開発した.本シミュレータは,ホイールベース長さ,トレッド幅,シート高さ,シート角,走行抵抗などを自由に制御可能であり,使用者の身体負荷を軽減するような,あるいは,残存機能を最大限に活かすような,車いすの実現に有効である.車いす駆動に伴う最も深刻な問題は,身体負荷の増加や疲労の蓄積に伴う関節筋腱板や尺骨神経の損傷,関節変形,手根管症候群などの2次的障害の発症であり,これらを改善するためには,個々人の身体寸法や残存運動機能に適した車いすの処方が重要と考えられる.本研究では,車いすの適合性をバイオメカニクスの観点から定量的に評価し,改善するために,様々な駆動条件下での運動計測,評価,適合を実施する車いすシミュレータを開発した.本シミュレータは,操作部(車輪部)とイスの位置を複数の電動式リニアアクチュエータで調整することで,車いすのシート高さ(車軸の上下位置),ホイールベース長さ(車軸の前後位置),トレッド幅(車軸の左右位置),シート角度,背もたれ角度をパソコンで自由に制御できる.また,使用者の障害レベルや残存機能に応じて操作方式を選択できるよう,ハンドリム式とレバー式の駆動力計測ホイールも製作した.本年度の実験では,シート高さとホイールベース長さに着目し,上肢長より決定した基準位置を中心に,車軸位置を各方向へと±20mmずつ合計9ヵ所に変更した場合のレバー駆動を実施した.走行抵抗は,パウダーブレーキを用いて1Nm,3Nmに,また,各ストロークの目標駆動速度(ピーク値)は,8.1km/hにそれぞれ設定した.計測項目は,上肢7自由度(肩関節の屈伸,内外転,内外旋,肘関節の屈伸展,手関節の回内外,掌背屈,橈尺屈)の関節角度と,レバーに加えた3次元方向の力とモーメントである.適合評価では,骨格・筋骨格モデルを用いて,関節トルク,筋張力,筋消費エネルギーをそれぞれ算出し,車軸位置の違いにより身体負荷が有意に変化することを示した.このことは,身体負荷の少ない効率の良い車軸位置を探索できることを示唆しており,新しい適合支援装置としての有用性が期待される.車いす駆動に伴う最も深刻な問題は,身体負荷の増加や疲労の蓄積による関節筋腱板損傷や手根管症候群などの2次的障害の発症である.本研究では,これらの障害リスクを軽減し,かつ車いす使用者の行動範囲を拡大するために,個々人の運動機能に適した車いすの操作ユニット(ハンドリム式,レバー式,パワーアシスト式)の選定と操作位置の最適化を行なう車いす適合評価シミュレータの開発を目的とした.昨年度は,レバー式車いすの操作位置と生体負荷に着目した適合評価実験を実施したが,本年度は,レバー式のギア比やパワーアシスト式の補助トルクを設計するためのシミュレータ開発を行なった.研究代表者が昨年度までに開発した車いすシミュレータは,路面状況に応じた様々な走行抵抗を再現するために,パウダーブレーキを用いていたが,本年度はACサーボモータ(ダイレクトドライブモータ)を左右両輪に組み込み,操作部で検出可能な力情報をもとに車輪の回転速度を独立に制御することで,路面抵抗だけではなく,レバー式のギア比やパワーアシスト式の補助トルクの違いを表現できるようにした.また,本シミュレータを用いて設計された補助トルクを,実際の自走式車いすに実装できるよう,パワーアシスト車いすの電子回路の検討を行なった.また,車いす操作ユニットの種類やその操作位置の違いが生体に与える影響,すなわち生体負荷に着目した適合性の良し悪しについては,3次元全身筋骨格モデル(Anybody modeling system)を用いることで,より詳細かつ厳密に定量評価できるようになった.
S100Cタンパク質を介した新規細胞増殖抑制機構の解明

S100C/A11の新たな機能を探る目的で、相互作用のあるタンパク質を検索した。S100C/A11はAnnexin Iに結合するという報告があり、Annexin IはPhospholipase A2(PLA2)に結合しその活性を阻害することを介してアラキドン酸カスケードの制御に関与する。そこで、S100C/A11がAnnexin Iとの結合を介してアラキドン酸カスケードに作用するとの作業仮説の下に、今回検討を行った。その結果、S100C/A11は確かにAnnexin Iに結合し、この複合体形成は試験管内でAnnexin IとPLA2との結合を大幅に増強することがわかった。また、S100C/A11-Annexin I-cPLA2の細胞内での結合に関しても免疫沈降法により確認することができた。さらに、TGFβや高Caで処理するとS100C/A11はリン酸化を受けるが、そのことがこのタンパク質相互作用にどのように影響するかを検討したところ、S100C/A11のリン酸化修飾はこの結合に影響を及ぼさないが、CaのS100C/A11への結合がそのタンパク質問相互作用に重要であることが明らかとなった。ヒト表皮由来細胞の増殖はPLA2(中でもcytosolic PLA2;cPLA2)活性に依存していることが周知である。そこで、S100C/A11の機能状態とその結果としてのS100C/A11-Annexin I複合体形成がcPLA2活性にどのように影響するかを検討した。細胞内遊離アラキドン酸の定量により解析したところ、細胞内cPLA2活性はS100C/A11-Annexin I複合体により著しく抑制されることが明らかとなった。また、表皮角化細胞の増殖がcPLA2活性に依存していることが確認できた。以上、Annexin IがS100C/A11への結合を介してPhospholipase A2(PLA2)活性を効率よく抑制し、細胞増殖を制御する新規機構を明らかにすることができた(投稿準備中)。TGFβと高Caの増殖抑制作用を伝達する経路としては、これまでそれぞれSmadとNFATを介するものが報告されています。ヒト表皮角化細胞で検討したところ、これらの固有の経路に加えて、S100C/A11が同時に活性化されることが必要であるとの結果を得ました(JCB,163:825-835,2003;JCB,164:979-984,2004)。即ち、TGFβと高Caによる刺激により、S100C/A11-SmadあるいはS100C/A11-NFATの各両経路からの情報が核で収束・統合されて増殖抑制につながるのです。しかしながら、このような情報の収束・統合を必要とする理由およびその詳細な機構についてはよくわかっていませんでした。そこで、今回、p21(WAF1/CIP1)promoter上Sp1結合部位をマスクし不活化するタンパク質のスクリーニングを行いました。その結果、KLF16転写因子がSp1結合部位を不活化していることが明らかとなったのです。アデノウィルスを用いたKLF16過剰発現、KLF16 siRNAによる発現抑制とクロマチン免疫沈降法の組み合わせにより、KLF16の存在はSp1転写因子単独でのp21(WAF1/CIP1)promoterへの結合を阻害すること、しかし、Sp1/Smad3あるいはSp1/NFAT1複合体形成が起こるとSp1転写因子のpromoterへの親和性が高まり、KLF16転写因子を駆逐してpromoterを活性化し得ることがわかりました。以上、代表的な2つの増殖抑制因子が共に分岐し収束する信号伝達系をもつことが初めて明らかになりました。

細胞内遊離アラキドン酸の定量により解析したところ、細胞内cPLA2活性はS100C/A11-Annexin I複合体により著しく抑制されることが明らかとなった。また、表皮角化細胞の増殖がcPLA2活性に依存していることが確認できた。以上、Annexin IがS100C/A11への結合を介してPhospholipase A2(PLA2)活性を効率よく抑制し、細胞増殖を制御する新規機構を明らかにすることができた(投稿準備中)。
認知症における微小管重合調節異常と薬剤探索

アルツハイマー病の病因は微小管重合の低下だという仮説に基づき、新規微小管重合制御蛋白質、Pin1およびGas7b(Pin1WWドメインと類似構造を有するタンパク質)の機能について研究し、これら分子の診断・治療への応用の可能性を示した。Pin1のプロリン異性化酵素活性を阻害する低分子物質を探索する高速スクリーニング法を確立し、新規阻害剤、DTM、TMEー1、ワカメポリフェノール(974B)を見出した。Gas7bがリン酸化タウと結合し微小管重合を促進すること、微小管重合を直接制御し細胞の形態を変化させる機能を有すること、アルツハイマー病患者脳で発現が低下していることを明らかにした。原著論文41報。脳神経に特異的に存在し、微小管の重合を促進するタンパク質であるタウは、過剰なリン酸化をうけ、変性・凝集し、アルツハイマー病(AD)の原因になると考えられてきたが、我々は、ADの本質的な病因は、タウではなくて微小管重合の低下だと考えた。本研究では、第一にこの仮説の妥当性を検討し、第二に、微小管重合制御蛋白質の同定と作用機構の解明し、第三に、この仮説に基づき、AD型認知症の予防・治療に効果のある薬剤や飲食料品を発見することである。原著論文41報。微小管重合を調節する分子として我々がこれまでに注目してきたユニークな会子はPin1とGsa7である。我々は、Pure tubulinを使ってGas7がミリン酸化タウと結合し、微小管重合を促進させる機構を明らかにした。Pin1とGas7の結合するタウの部位は異なる。タウと結合しているGas7は安定であるが、タウが変性凝集してGas7と結合できなくなるとGas7はプロテアソームで分解される。これがアルツハイマー病でGas7が低下している機構として考えられるが、逆にこのようにGas7が低下することで発症にいたるとも考えられる。Pin1やGas7以外の微小管重合制御タンパク質を探索しているが、パーキンソン病の原因となるαシヌクレインも微小管重合調節活性があることがわかったので現在、これらタンパク質の一部ペプチド塗用いて重合を調節することができないか検討をしている。また、薬剤探索に関しては微小管重合を調節する薬剤を探索するhigh throughput探索法を確立し、天然物資源からの探索を行っている。まだ強い活性を示す天然物は得られていないが、今後も継続する。Pin1活性調節剤をhigh throughputで探索する方法を確立し現在探索を行っている。これらの中に微小管重合を制御する薬剤があるか次に検討ずる。天然物資源としては、玉川大学以外のライブラリーを京都大学、北里大学から入手し薬剤探索を行っている。hGas7bの生物機能を明らかにするためにノックアウトマウスを作製している。また、hGas7bのin vitroでの機能としてキネシンの運動を阻害する機構についてmotility assayで検討した。Gas7bがリン酸化タウを介さないでも直接微小管重合を制御する可能性もあり、より解像度のいい凍結電子顕微鏡観察なども平衡して行っている。微小管重合を阻害または促進する低分子化合物としてパクリタクセルの誘導体を作製した。これらは有効濃度が高くて実用には適さないが、今後、Gas7bとこれら化合物の複合体の結晶構造解析を行って明らかにしていくことで、脳内に到達可能なパクリタクセル誘導体を作製したい。脳に存在し、Pin1に結合するタンパク質として新たにCAMKIIを見出した。CamKIIは、脳に多く存在し、アルツハイマー病にも関与としていることから、Pin1の新たな標的として今後検討していく。この他、Pin1が糖尿病や肥満に関与すること、およびそのメカニズムを明らかにした。すなわち、Pin1がIRS1を活性化すること、さらにCRTCの活性化も行い、インシュリンシグナルの少なくともことなった二つの分子の活性化の制御をおこなっていることを明らかにした。生活習慣病もアルツハイマー病も加齢疾患であり、Pin1が多様な加齢疾患に関わっていることがますます明確になった。新たなPin1阻害剤としてTME-001を東京大学医薬品機構のライブラリーから見出した。1)hGas7bコンデショナルノックアウトマウスの作製に成功した。本マウスをCAG-Creマウスと交配し全組織でhGas7bを欠損させた。現在、病理学的手法により表現型を解析している。hGas7bが高濃度ではキネシンの運動を阻害することをmotility assayで明らかにした(j biochem, in press)。また、hGas7bがタウのリピートドメイン3番に結合することを見出した。さらに結合場所の詳細を特定する研究を進めている。2)パクリタクセルの誘導体ライブラリーを探索し、微小管重合を促進するタクサン誘導体を見出した。

この過程で、想定外だったが、重合阻害活性を有するタクサン誘導体まで発見した(BBB)。3)CAMKII分子内のPin1が結合するリン酸化Ser/Thr-Pro部位を決定するとともに、Pin1によりCamKII酵素活性が上昇することを明らかにした。CamKIIはタウのリン酸化や、シナプスのNMDA受容体のリン酸化にも関わる。このメカニズムから、Pin1のCAMKII活性の制御と認知症との関連について研究を発展させた。4)Pin1が糖尿病や肥満に、CREBの活性の制御をすることにより関与していることを明らかにし、この機構を利用し、Pin1阻害剤が肥満を抑制できることを示した(plos one)。CREBは学習記憶にも関係しており、CREBの活性をPin1が制御することは脳においても意味があると考えている。また、ストレス応答に様々な遺伝子の転写に関与するJNKの活性化にPin1が関与することも明らかにした(Cell Death Differ)。アルツハイマー病患者脳でGas7bのレベルが低下していたことからGas7bの機能と構造について研究を進めた。1)Gas7bがタウを介した微小管の重合だけでなく、直接チューブリンやアクチンと結合し、微小管の束化や微小管とアクチン繊維との架橋を促進し神経細胞の形態を制御していることを見出した(J Biol Chem 2013)。2)Gas7bとタウの結合場所の詳細を特定する研究を進め、タウの微小管重合や凝集制御に関して検討を行っている。これらは産創研との共同研究である。3)また、アルツハイマー病モデルマウスをめざして作成したGas7b-KOマウスは顕著な表現型を示していなかった。この結果はGas7bの個体レベルの機能に関してはマウスでなくヒト臨床サンプルで検討を行うことが必要であることを示唆している。また、Pin1が糖尿病や肥満に、CREBの活性の制御をすることにより関与していることを明らかにし、この機構を利用しPin1阻害剤が肥満を抑制できることを示した(Plos one、BBB)。Pin1と類似一次構造を有していたがPin1との関連性がこれまで明確でなかったPar14がPin1と同様にインシュリンシグナル伝達のカギ分子であるIRSの活性化を行うことを明らかにし両分子の機能の類維性を明らかにすることができた。Par14は申請者が1999年に発見した分子であり独創的な研究になっている。CREBは学習記憶にも関係しており、CREBの活性をPin1が制御することは脳においても意味があることは間違いない。Pin1阻害剤が脳血管バリアを通過する場合にはその点をケアしないといけないが、逆に通過できる薬剤があれば、精神科関連疾患の薬剤のリードとなる可能性を持つことになる。hGas7bは微小管重合を促進するが、大量のhGas7bは微小管上のキネシンの運動を阻害するので、量は適切に制御されなければならない。hGas7b-KOマウスも解析中である。微小管重合調節薬剤もランダムなスクリーニングではヒットがないので、パクリタクセル誘導体群を作製し探索する方法に変え活性は弱いが興味深い化合物を発見した。
自己組織化による異種デバイス混載積層型チップの創製

液体の表面張力を駆動力とした自己組織化チップ位置合わせ、および接合技術を基盤とした三次元集積化技術の基礎を開拓し、異種デバイスを混載したテストモジュールを試作した。平均位置合わせ精度は1μm以内であり、500個以上の5mm角チップを一括して0.1秒以内の瞬時に位置合わせさせることに成功した。また、常温で荷重をかけずにチップを基板上に直接接合することも可能にした。液体の表面張力を利用して、シリコン基板上の目的とする場所へ高精度にシリコンチップを位置合わせして、且つ荷重をかけずに常温で直接接合するセルフアセンブリ技術の基礎研究を遂行し、位置合わせ精度と接合強度に影響を与える以下のパラメータを抽出した。1.液体の種類、2.接合領域とその周囲の濡れ性、3.液体の体積4.チップ設置前の初期ズレ(X,Y,Z,θ)、5.接合領域の表面平坦性液体には常温で最も表面張力が高い水(72mN/m)を主成分とした液体(水溶液)を利用した。そのため、接合領域を親水性、その周囲を疎水性になるように加工、および表面処理し、接触角測定により濡れ性を評価した。その結果、濡れ性のコントラスト(親水性領域と疎水性領域の差)が接触角で50度程度でも、他のパラメータに余り影響を受けずにセルフアセンブリが進行することが分かった。例えば、チップ搭載前にXY軸を1mm以上、θ軸を30度以上と大きくずらしても、高精度にアライメントが進行した。液体の体積に関しては、5mm角のチップをアセンブリするのに0.3-0.6μLが最適な値であり、過剰な液量はアライメント精度の低下を招いた。一方、接合強度は、接合領域(親水性領域)の表面粗さに大きく依存し、Ra 4A以上では接合不良を起こすことがあった。しかし、Ra 1A以下に平坦化するとチップがバルク破壊するほどの高い接合強度を得られた。また、液体に混入する添加剤の濃度にも影響を受けた。これらの条件を最適化し、平均位置合わせ精度約300nmと引っ張り強度8MPa以上を両立させたセルフアセンブリ技術の開発に成功している。また、多数のチップを同時に、0.1秒以内でセルフアセンブリさせることができた。30層以上の薄化したシリコンチップを縦にセルフアセンブリした構造体の試作にも成功している。液体の表面張力を利用したチップの高精度位置合わせ技術に対し、19年度に得られた諸要因に加えてチップの厚さとサイズ(接合領域に対する積層チップの寸法)が強く影響することを追跡した。前者の理由としては、チップの厚さが厚くなるにつれてチップの自重が増し、アライメントに寄与する横方向に作用する力が弱くなるためと推測している。後者の理由については、シミュレーションを行い、実験結果を示唆するデータが得られているものの、より明確な理由を明らかにするためには、20年度に開発した8インチウェーハ対応の自己組織化チップ張り合わせ装置を用いて、今後検証を行う。19年度の結果から、親水性領域と疎水性領域に対する濡れのコントラストが大きいほど、アライメント精度が高くなることが明らかになり、20年度には接触角130度を越える高撥水表面を得ることにも成功した。また、水溶液の代わりに樹脂を用いた自己組織化でも±2μm以内の精度を得られることが分かり、接合強度も20MPaを越える強度でチップを親水性領域に接合させることができた。21年度はこれらの諸要因を最適化し、100%に近い高い歩留りで1μm以内のアライメント精度を達成できる条件を追求するとともに、大口径の基板を用いて、自己組織化によるチップ積層を行う。また、20年度には、実際に光学素子やMEMSチップを自己組織化により実装する基礎実験を終えることができ、21年度にLSIとの複合化を図る見通しを得た。液体の表面張力を利用した高精度チップ位置合わせ技術に対し、チップの厚さと液体の表面張力が強く影響することを追求した。一方、チップサイズ(1mm-20mm角)が精度に与える影響は小さいことが判明した。さらに、長方形のような形状でも高い精度で位置合わせが進行することを実験的に証明した。この結果は理論的解析とも一致した。20年度に開発した8インチウェーハ対応の自己組織化チップ張り合わせ装置を用いて、500個以上のチップを100%の歩留りで一括して瞬時に位置合わせさせることに成功した。これには真空吸着しているチップを一括して真空解除して落下させるこれまでの手法ではなく、接合領域に供給した液体による液架橋を利用して表面張力でチップを引張り降ろす「liquid pull-down technology」が有効であることを示した。また、親水性領域と疎水性領域に対する濡れのコントラストが大きいほど、アライメント精度は高くなることが分かっていたが、この接触角差が100度以上あれば、1μm以内の高い精度が得られることが判明した。液体には主に希フッ酸を利用した。これによりチップとウェーハの直接接合が可能となった。接合強度に関しては、フッ酸の濃度や液量によって0-20MPaの間で制御できることを示すことができた。