hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ナノゲルを基盤とした新規ドラッグデリバリーシステムの開発

具体的には、標的指向性を有するナノゲルの設計と細胞内タンパク質・核酸デリバリーのための新規刺激応答性ナノゲルキャリアの設計、開発を行う。また、ナノゲルを集積した複合ナノ微粒子やマイクロ微粒子、多重の刺激でナノゲルが放出しえるような多段階徐放性ナノゲル架橋ヒドロゲルやナノゲルシート膜を設計し、再生医療での新規機能性徐放バイオマテリアルとしての応用を図る。1)ナノゲル架橋ゲル材料の応用:前年度までに開発してきたナノゲル架橋微粒子にサイトカインを複合化させマウスに投与した結果、ナノゲル架橋微粒子からの効果的な徐放が確認され、コントロール群と比較し、血中サイトカイン濃度の減少が抑制できることが明らかとなった。2)酸分解性ナノゲルの設計と機能評価:リンカー部にビニルエーテルを有するコレステロール置換プルランの合成方法を確立した。得られた酸分解性コレステロール置換多糖は水中で粒径30nm程度のナノゲルを形成することが確認された。このナノゲルの酸分解性について検討したところ、酸性条件でコレステロールとのリンカー部分の分解が進行し、コレステロールが遊離することが明らかとなった。3)リボソームナノゲル複合体ヒドロゲルの設計と機能評価:リボソーム表面にアクリロイル基を有するナノゲルを被覆し、末端にチオール基をもつ分岐PEGと反応させたところ、ゲル化することが明らかとなった。このゲル内部ではナノゲルを被覆したリポソームが形体を維持していることが確認され、分解により、リポソームが放出されることも明らかとなった。本研究では、申請者らが独自に開発した自己組織化ナノゲル法をさらに発展させ、高機能性ヒドロゲルバイオマテリアルの開発と医療応用を目的とする。1)ナノゲル架橋ゲル材料の骨再生材料としての利用:これまでに報告してきた、BMP2を封入した反応性ナノゲルとさらに別のサイトカインであるFGFを反応性ナノゲルに封入した2種類のナノゲルを調整し、それらを混合したダブル架橋ナノゲルを調整したところ、マクロゲルを作成し得ることを確認した。このゲルによる骨形成促進効果をマウス頭頂骨モデル系で検討したところ。BMPのみおよびFGFのみの条件に比べ、顕著に骨形成を促進し得ることが明らかとなった。2)ビタミンB6置換多糖によるタンパク質架橋ナノゲルの設計:クリック反応を用い、ビタミンB6のプルランへの導入を検討し、ビタミンB6置換プルランの合成法を確立した。得られたビタミンB6置換プルランとモデルタンパク質であるリゾチームとのSchiff塩基形成を介した複合化を検討したところ、pH5-8の条件に置いてpHが上昇するに従いビタミンB6置換
東アジアにおけるボーダーレス観光推進に向けたフレームワークの構築に関する研究

「ボーダーレス観光」をめぐる旅行障壁またはその除去に関連する制度や仕組み等、各国の先進事例の調査・分析において、平成30年度は関係機関または専門家を対象にしたヒアリング調査を実施し、現状に関する理解、問題意識、展望について整理した。ヒアリング調査は、本研究の対象である日本、韓国、台湾の三カ国でそれぞれ行い、平成31年度以降の調査・研究の推進に向けて予備的調査の位置付となる調査結果を得た。現状については、三カ国で共通していたのは、(1)従来と比較すると旅行障壁等は大幅に除去されていて、現状では旅行障壁が旅行の阻害要因になっていない、(2)出入国審査を含む空港等での手続きの簡素化(短時間化)は、関係部署間の調整、個人情報保護、航空会社等の都合などの点から一定の限界がある、(3)クレジットカードや電子マネー、電子決済サービスなどの導入・利用の促進が必要である、という3点である。逆に認識が異なっていたのは、二次交通など外国人旅行者と一般の市民が混在して利用されるサービスについてで、国や地方自治体が積極的に利便性を向上させるべきという意見・見解と、すべてのサービスを向上させることには限界があり、実際のサービスを提供する民間事業者に任せるべきだ、個別のサービスについて国や地方自治体が直接介入するには限界があるという意見・見解があった。また、目的地側があらゆるサービスの利便性を向上させると、観光者の経験・体験という観点から、むしろ旅行の楽しさや醍醐味が失われるのではないか、出入国審査はむしろより厳しくされるべきではないか、個人情報保護はよりいっそう求められるのではないか、といった意見・見解もあった。以上のような結果から、「ボーダーレス観光」について本研究における枠組み(操作的な定義)の再構築と課題の再整理が今後の課題となった。3カ年の初年度において、研究の枠組みの再検討と再設計、2年目以降の調査・研究計画の策定に必要な、予備的、基礎的な調査を実施した。現状については、事前に想定した条件と異なる点があるため、若干の軌道修正が必要なものの、特に全体の研究計画に影響を与えるものではないため、全体としては順調に進展しているといえる。平成30年度の調査・研究を踏まえ、旅行者、行政、民間企業等ボーダーレス観光に関わるステークホルダーを対象とした、先進事例分析による諸条件の整理、現状認識や課題などの構造的関係の把握、産学官の専門家集団へのヒアリング調査を実施する。また、調査の基礎的情報の収集と研究成果の向上のため、文献研究、先進事例調査の資料収集を行う。また、旅行者に対しては、認識調査の定量分析、行動分析を行うための調査設計を行う。行政・民間関係者のヒアリング調査に向けては、定性分析、産学官の専門家集団を対象とするデルファイ分析(Delphi analysis)などを実施するために、「ボーダーレス観光」の仮説の設定とモデルの検討を行う。

行政・民間関係者のヒアリング調査に向けては、定性分析、産学官の専門家集団を対象とするデルファイ分析(Delphi analysis)などを実施するために、「ボーダーレス観光」の仮説の設定とモデルの検討を行う。次年度使用額が発生した理由は、国内における調査が旅費が発生するような地方ではなかった点、海外における調査において研究協力者の協力によって旅費や謝金などが抑制できた点、計画している海外での調査のうち比較的旅費の安い近隣国での調査を先に実施した点などがあげられる。また、今後の使用計画では、計画している海外での調査のうち、比較的旅費の高い遠方の国々での調査を実施する際に次年度使用額を充当する。
多重機能性単分子磁石－カーボンナノ材料の開発

申請者は、単分子磁石(SMM)-ナノカーボン材料ハイブリット化合物を合成し、その構造と物性の関係について明らかにし、分子スピントロニクス材料の可能性を探る。平成30年度は、ポルフィリン系TbトリプルデッカーSMM錯体(1)とC60の1:1錯体(2)について低温における磁化緩和特性について詳細に調べた。SMM錯体(1)と錯体2では磁化緩和挙動が1.8 Kにおいて異なっていることが磁化緩和時間の温度変化から明らかになった。これはX線構造解析から明らかなように、中心金属Tbイオンの配位環境が異なるため、配位子場が変化し、磁気特性の変化したと考えられる。また、SMMを示すDy内包フラーレン(DySc2N@C80)を単層カーボンナノチューブ(CNT)に内包した化合物は、1.8 Kで明確な保持力を示すことが磁化曲線から明らかとなった。CNT内包後において保持が大きく変化したことから、CNT内でDySc2N@C80が一次元的に配列したことによる磁気的相互作用による効果とDySc2N@C80とCNT間の電荷移動相互作用による配位環境の変化が影響していると考えられる。以上低温における磁気特性について詳細に調べ、磁化緩和挙動ならびにその機構について温度依存性と磁場依存性から明らかにした。ポルフィリン配位子をゆうするホスト型希土類SMMの配位環境を各種フラーレンを用いて変化させることに成功している。これは磁気異方性をゲスト分子によって制御することを意味している。また、各種SMMをカーボンナノチューブに内包させることにも成功しており、磁気特性並びに電子状態についても研究を進めている。低温における磁気特性の解析から、磁化緩和機構についても明らかになりつつある。また、SMM内包CNTについては、電気伝導特性ならびに磁気抵抗効果測定についても取り組んでいる。最終年度は、C80ゲージを有する二核Dy錯体Dy2ScN@C80内包CNTを合成し、単核DySc2N@C80との比較を行う。Dy2ScN@C80はDySc2N@C80に比べSMM特性が優れていることが知られており、CNT内包前後における磁気特性の変化を調べる予定である。これまでに合成した化合物については、磁気・伝導・光物性について引き続き研究を進めていく。また、進展状況に応じてデバイス作製とその評価を行う。申請者はポルフィリン系単分子磁石(SMM)-ナノカーボン材料からなるハイブリット化合物を合成し、その構造と物性との相関を明らかにする。平成27年度は、ホスト分子ポルフィリン積層型テルビウム錯体(1)と錯体1とフラーレンC60との超分子錯体(2)の単分子磁石特性について明らかにした。錯体1は[(Por)Tb(Pc)Tb(Por)]の積層構造を形成しており、その2つのTbイオンに対する配位環境はSquare prism(SP)である。その結果、配位子場パラメータに非対角化項が存在することで磁化量子トンネリング緩和現象(QTM)が顕著になることが明らかになった。さらに、外部磁場を1500 Oe印加することでQTMが抑制され、スピンー格子相互作用由来の磁化緩和過程(Orbach過程)が誘起される磁場誘起単分子磁石特性を示した。一方、錯体1とフラーレンC60との超分子錯体(2)は、2つのTbイオンに対する配位環境がそれぞれSPとSAP(Square antiprism)である。磁気異方性について調べた結果、超分子錯体2はホスト錯体1に比べて磁気異方性が大きい傾向を示した。以上の結果は、配位環境を制御することで単分子磁石特性を制御できることを示している。ホスト型配位子1およびC60との超分子錯体2について、その配位環境と単分子磁石特性について明らかにした。その結果、配位環境を制御することで単分子磁石特性を制御できることを明らかにした。一方、13C-NMR測定によるC60のケミカルシフトから磁気異方性がC-C二重結合に及ぼす影響について明らかにする予定であったが、測定手法と物質の特性を再度検討したところ溶液中磁場配向でもC60の分子回転止めることができないため、十分な情報が得られないことが予想される。そこで、配位環境に起因する磁気異方性の評価に目的を変更し現在測定を進めている。フラーレン類とホスト型単分子磁石の超分子錯体を系統的に調べ、配位環境の制御について調べるという新たな課題が見えてきた。さらに、次年度に向けたリチウムイオン内包フラーレンフリーライド(アニオンラジカル)塩(Li+@C60-・)の合成も進めている。申請者はポルフィリン系単分子磁石(SMM)-ナノカーボン材料からなるハイブリット化合物を合成し、その構造と物性の相関を明らかにする。平成28年度は、ホスト分子ポルフィリン積層型テルビウムトリプルデッカー錯体[(Por)Tb(Pc)Tb(Por)](1)の磁気異方性を調べるため、1H-NMRによる磁気異方性解析を試みた。錯体1における2つのTbに対する配位環境はSP(Square prism)であることから、非対角化項(B44, B64)の配位場パラメータの影響が磁気特性(磁気異方性)に顕著に現れる。

従って、配位環境の異なるTb二核錯体について1H-NMR(核磁気共鳴分光法)の手法を用い、アキシャル成分の磁気異方性テンソル(χax)をTbイオンに対して幾何学的に同じ位置のプロトンについて算出し比較することで磁気異方性の大小関係を見積もることが可能である。その結果、積層角が32度の[(Pc)Tb(Pc)Tb(Pc)]錯体(2)と比較して、錯体1はχaxの値が40%程度小さい値を示した。以上の結果は、磁気特性から得られた結果と矛盾しない。配位環境を自在に制御することができれば配位子場を利用した単分子磁石挙動の制御が可能となる。可逆的な分子構造変化に伴う単分子磁石のスイッチングに繋がる結果が得られた。また、単分子磁石(SMM)を多層カーボンナノチューブ(MWCNTs)に毛細管法を用いて内包した。内包状態は、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて確認した。交流磁気測定では、Dyアセチルアセトナト錯体の磁化率はMWCNT内部でも明確な周波数依存性を示したことから、このハイブリッドデバイスはスピントロニクス材料としての可能性が示唆される。ホスト型単分子磁石(1)の配位環境をC60を用いて変化させることに成功した。その結果、磁気異方性が変化し、単分子磁石特性が制御可能であることがわかってきた。磁気異方性の配位環境依存性については、核磁気共鳴分光法の手法を用い比較することができた。配位環境に起因する磁気異方性の評価が可能であることから、1とC60錯体(3)についても評価を行う予定である。また、C70やC84など各種フラーレンと錯形成することも分かった。現在、単結晶を作製し、単分子磁石特性や磁気異方性についても研究を進めている。また、単分子磁石をカーボンナノチューブに内包させることにも成功している。申請者は、単分子磁石(SMM)-ナノカーボン材料ハイブリット化合物を合成し、その構造と物性の関係について明らかにし、分子スピントロニクス材料の可能性を探る。平成29年度は、ポルフィリン系SMMダブルデッカー錯体(1)と各種フラーレン(C60,C70)との共結晶化合物を合成し、その構造と磁気特性を明らかにした。1・C60結晶は結晶溶媒(ジエチルエーテル)の有無でSMM特性が大きく異なる事がわかった。これは、X線構造解析から中心金属Tbイオンの配位環境が異なるため、配位子場が変化したためと考えられる。また、分子配列も異なり、結晶溶媒なしでは分子1とC60が交互配列するのに対して、結晶溶媒ありでは分子1が二量体を形成し、これがC60と交互配列している。この二量化に伴う磁気双極子が基底状態に影響するためSMM特性に大きな違いをもたらした。また、C60に比べて高い電子捕獲能力をもつLi内包フラーレン(Li+@C60)と分子1との共結晶化合物の合成を行い結晶構造解析を行った。C60との共結晶では得られないカゴメ格子のパッキングを示した。これは対アニオン(PF6-)が効果的に働いていると考えられる。磁気特性と構造の相関から三角形の頂点に一軸磁気異方性をゆうするスピンが存在するため、ベクトルカイラリティーの存在が示唆される。さらに、SMMを示すDy内包フラーレン(DySc2N@C80)をカーボンナノチューブに内包することに成功した。今後磁気特性を明らかにしていく。ポルフィリン配位子をゆうするホスト型希土類SMMの配位環境を各種フラーレンを用いて変化させることに成功している。これは磁気異方性をゲスト分子によって制御することを意味している。
病的な樹状細胞由来破骨細胞のみを標的とした新規骨破壊抑制法の開発

ヒト単球を用いたin vitroでの解析を進めた。樹状細胞由来破骨細胞について、まず骨吸収の観点から確認したところ、これまで既報に示されている破骨細胞の機能と同様の一貫した結果が得られたが、単球由来破骨細胞に比して融合性が強く、巨大化する傾向が見られた。そこで、pit-formation assayにおける象牙切片上骨吸収能の定量的評価目的に、ヒト単球由来破骨細胞とDC-OCを象牙切片スライス上で培養を行い、21日目に骨吸収窩面積を定量して評価したところ、樹状細胞由来破骨細胞の方が吸収面積が大きいことが明らかとなった。単球および樹状細胞由来破骨細胞における細胞表面マーカーとして、CD80/86、CX3CR1等の発現を免疫染色等で確認したところ、樹状細胞由来破骨細胞(DC-OC)では単球由来の通常の破骨細胞とは異なる特徴的な細胞表面マーカーが明らかとなった。抗原提示能の観点からこの細胞表面マーカーに着目し、共刺激シグナルを抑制する薬剤であるCTLA4Igを使用して破骨細胞分化阻害を行えるかを検討した。培養開始日に薬剤投与を行ったところ、濃度依存性に破骨細胞分化を抑制することができた。一方で、DC-OC分化に対しての効果は明らかでないことがわかった。また、DC-OCが樹状細胞由来であることを踏まえ、培養開始後1821日目までCD4陽性T細胞と共培養を行ってサイミジンアップテイク法により細胞増殖能を評価したところ、成熟樹状細胞と比較すると弱かったがT細胞の増殖が認められ、樹状細胞由来破骨細胞はマーカーのみならず実際のT細胞刺激能を有していることが明らかになった。生理的な状態では基本的にみられず、炎症病態で分化転換すると考えられる樹状細胞由来破骨細胞をスムースに分化させることは容易でないため、定量性PCR法にてカテプシンK、NFATc1、DC-STAMP発現の測定、あるいは治療薬剤間でのDC-OCに対する分化、機能への影響の比較検討は行えていない。進行していないin vitroの研究を引き続き行っていくとともに、ヒトでの増殖した活動性を伴う病的滑膜を直接評価することは現実的に困難であるため、ラット関節炎モデルを用いたin vivoでの解析を開始していくこととする。関節リウマチモデル動物であるコラゲン誘導性関節炎(CIA)モデルラットの滑膜を用いて、DC-OC様細胞の確認、関節炎、関節破壊などの指標との関連等を明らかにしていく。
褥瘡病理標本におけるMRSAの組織化学的証明と院内感染防止への貢献

本研究の成果は以下のように要約される。1)褥瘡潰瘍創50例を対象に、褥瘡を管理する上で問題となっているMRSAによる院内感染を検索する目的で、in situ hybridization (ISH)法および免疫組織化学的検討を施行した。組織切片中のグラム陽性球菌に関する情報を得るために、ISH法により黄色ブドウ球菌であるかどうかを検討した。このうちの42例に関してはISH法ならびに免疫組織化学によってPBP-2'陽性で、褥瘡感染の原因菌がMRSAであることを確定診断した。2)新たに褥瘡手術切除で得られた潰瘍創50例を対象に、黒色褥瘡における二層構造の病理病態学的意義を明らかにする目的で、ISH法および免疫組織学化学検討を施行した。組織切片中の表層部のグラム陽性球菌に関する情報を得るために、ISH法により黄色ブドウ球菌であることを検討した。このうちの39例に関しては、ISH法ならびに免疫組織学化学によってPBP-2'陽性で、黒色褥瘡における表層に分布する感染の原因菌が、MRSAであることが確定診断した。3)創傷モデルを利用した創傷治癒に対する消毒薬の有害性に関して実験的検討を行った。この結果、創部に消毒薬を使用すると創閉鎖までの所要日数が、有意に遅延したため創部への消毒薬の使用は、不要であることが示唆された。4)創傷モデルを利用した創傷治癒に対する水道水洗浄の有効性に関して実験的検討を行った。この結果、創部を水道水で洗浄することにより、創閉鎖までの所要日数が有意に早く完了したため創部への水道水の使用は、有効であることが示唆された5)以上より、感染(黒色期)褥瘡における表層に分布する感染の原因菌であるMRSAの病理組織学的検出および臨床例における系統的解析に伴った抗生物質の適正な使用、消毒薬の不必要な乱用の防止および水道水洗浄の有効性を推進することで、院内感染防止への提言ができた。今年度は、以下の成果を得た。1)褥瘡潰瘍創50例を対象に、褥瘡を管理する上で問題となっているMRSAによる院内感染を検索する目的で、in situ hybridization(ISH)法および免疫組織化学的検討を施行した。これにより、病理学的評価を終了した。2)われわれは創傷モデルを利用した創傷治癒に対する消毒薬の有害性に関して実験的検討を行った。3)以上の結果より、感染褥瘡におけるMRSAの病理組織学的検出にともなう抗生物質の適正な使用および消毒薬の乱用を防止することにより、院内感染防止への貢献ができた。本研究により、以下の成果を得た。1)前年度、in situ hybridization (ISH)法および免疫組織学化学によってPBP-2'陽性で、褥瘡感染の原因がMRSAであることを病理学的に評価した。

これを礎に、今年度は、新たに褥瘡手術切除で得られた潰瘍創50例を対象に、黒色褥瘡における二層構造の病理病態学的意義を明らかにする目的で、ISH法および免疫組織学化学検討を施行した。組織切片中の表層部のグラム陽性球菌に関する情報を得るために、ISH法により黄色ブドウ球菌であることを検討した。このうちの39例に関しては、ISH法ならびに免疫組織学化学によってPBP-2'陽性で、黒色褥瘡における表層に分布する感染の原因菌が、MRSAであることが確定診断した。これにより、黒色褥瘡の二層構造の細菌分布の病理学的評価を終了した。2)前年度、われわれは創傷モデルを利用した創部への消毒薬の使用は、不要であることを示唆した。今年度は、実際の臨床現場の医療従事者に対して「消毒に関するアンケート調査」を行った結果、医療従事者への不必要な消毒薬の乱用の歯止めおよび教育に貢献できた内容であった。3)われわれは前年度と今年度に創傷モデルを利用した創傷治癒に対する水道水洗浄の有効性に関して実験的検討を行った。この結果、創部を水道水で洗浄することにより、創閉鎖までの所要日数が有意に早く完了したため創部への水道水の使用は、有効であることが示唆された。4)以上より、黒色褥瘡における表層に分布する感染の原因菌であるMRSAの病理組織学的検出および臨床例における系統的解析に伴った抗生物質の適正な使用、消毒薬の不必要な乱用の防止および水道水洗浄の有効性を推進することで、院内感染防止への提言ができた。
バイオアッセイによるヒト基本エンハンサーの探索と網羅的cDNAの機能解析法の開発

ヒトのゲノム構造解析の結果、莫大な数の遺伝子のコーデイング情報が得られるが、このことは、必ずしも遺伝子の生物学的機能が分かった事を意味していない。本研究では、ヒト及び他の脊椎動物の位置情報遺伝子hedgehogや幾つかの転写制御遺伝子をショウジョウバエを用いてアッセイし、ヒト/ハエ・アッセイ系の問題点、可能性及び限界を探った。hedgehogは、無脊椎動物から脊椎動物に至る生物の形態形成において基本的な役割を果たす遺伝子である。最初に、ヒトの3つのhedgehogのゲノム配列を決め、次いでhedgehogゲノムDNA断片をUASベクターの下流につなぎ、それを持つトランスジェニックバエを作った。また、別途ショウジョウバエhedgehog遺伝子エンハンサーを解析し、複眼特異的エンハンサー、bar3エンハンサー、を特定し、その下流にGal4をつなぎ、そのtransgeneを持つトランスジェニックバエをつくり、更にUASバエと交配させた。bar3変異の背景で10ライン以上のUAS形質転換体について調べたが、いずれにおいてもbar3変異は全くrescueされなかった。一方、別の活性測定法で、Xepopusのhedgehog遺伝子は、逆の結果を与えた。ホメオボックス遺伝子、bHLH-PAS遺伝子についても類似実験を行ったが、少なくとも強制発現の結果からは、これらの遺伝子は、ショウジョウバエのhomologの代わりとして機能できることが示唆された。遺伝子の時間的空間的発現は、エンハサーにより制御されている。ヒトのShhのエンハンサー活性が、ハエで調べられるかどうかを調べた。ヒト遺伝子の第一、二イントロンにハエでのエンハンサー活性があることが認められた。ハエのhedgehogは、胚で縞状に発現しているが、同様なゼブラパターンでの発現がヒトエンハンサーを用いても観察された。ハエ特有と思われるストライプ・エンハンサー活性が、何故ヒトにもあるのかは不明であるが、進化的に非常に興味深い結果である。ハエ及びヒトエンハンサーは、共に筋肉で、強い異所的発現を惹起した。
分子計算のタンパク質設計への応用

人工進化法によるタンパク質の機能改変に,遺伝アルゴリズム(GA)を適用するために,DNA分子を用いた実装が可能な最適化アルゴリズム(GOP,=GA Operation for Protein engineering)をデザインした.タンパク質の人工進化では1種類のタンパク質遺伝子が最初の世代を構成するという特殊な条件があるが,GOPはこれを考慮して「やきなまし法(SA)」のメカニズムを取り入れている.最初に,GOPの最適化アルゴリズムとしての性能の評価をコンピュータ実験によって行った.Kauffmanの提唱しているNKモデルをモデル地形とし,その上で最適値を探索した.変異率は低いレベルで固定して,おもに適切な交叉の様式と交叉頻度の検証を行った.子の選択はSAに基づくものを,単純な「山登り」法によるものと性能を比較した.NKモデルでは,ある遺伝子の適応度に対して遺伝子内の部位間の相関がどの程度寄与するかを調節することができる.期待通り,SAによる選択と,あまり高頻度でない1点交叉法の組み合わせは,遺伝子座間の相開が高い場合にも良い性能を示した.1種類の遺伝子によって最初の世代を構成したが,SAのメカニズムを取り入れることで,十分に遺伝子の多様性が生じることがわかった.コンピュータ実験によってGOPのアウトラインが得られたので,実際にタンパク質の人工進化に応用するための遺伝オペレータの実装法を検討した.コンピュータ実験の結果からは,1点交叉法が望ましいことがわかったが,分子生物学の分野では多点交叉法しか開発されていなかったので,1点交叉法の開発を行って遺伝子の全長わたってランダムに交叉させることに成功した.以上のGOPの開発とその実装法の検討を行う一方で,タンパク質の人工進化を実際の遺伝子を用いて進めて,得られたタンパク質の構造解析や,変異体ライブラリーの作製も行った.人工進化法によるタンパク質の機能改変に,遺伝アルゴリズム(GA)を適用するために,DNA分子を用いた実装が可能な最適化アルゴリズム(GOP,=GA Operation for Protein engineering)をデザインした.タンパク質の人工進化では1種類のタンパク質遺伝子が最初の世代を構成するという特殊な条件があるが,GOPはこれを考慮して「やきなまし法(SA)」のメカニズムを取り入れている.最初に,GOPの最適化アルゴリズムとしての性能の評価をコンピュータ実験によって行った.Kauffmanの提唱しているNKモデルをモデル地形とし,その上で最適値を探索した.変異率は低いレベルで固定して,おもに適切な交叉の様式と交叉頻度の検証を行った.子の選択はSAに基づくものを,単純な「山登り」法によるものと性能を比較した.NKモデルでは,ある遺伝子の適応度に対して遺伝子内の部位間の相関がどの程度寄与するかを調節することができる.期待通り,SAによる選択と,あまり高頻度でない1点交叉法の組み合わせは,遺伝子座間の相開が高い場合にも良い性能を示した.1種類の遺伝子によって最初の世代を構成したが,SAのメカニズムを取り入れることで,十分に遺伝子の多様性が生じることがわかった.コンピュータ実験によってGOPのアウトラインが得られたので,実際にタンパク質の人工進化に応用するための遺伝オペレータの実装法を検討した.コンピュータ実験の結果からは,1点交叉法が望ましいことがわかったが,分子生物学の分野では多点交叉法しか開発されていなかったので,1点交叉法の開発を行って遺伝子の全長わたってランダムに交叉させることに成功した.以上のGOPの開発とその実装法の検討を行う一方で,タンパク質の人工進化を実際の遺伝子を用いて進めて,得られたタンパク質の構造解析や,変異体ライブラリーの作製も行った.本年度は、(1)NK地形をタンパク質の適応地形のモデルと考えて,この地形上での遺伝アルゴリズムによる解探索の特性についてコンピュータ・シミュレーションによって解析を試みた.(2)タンパク質の現実の適応地形を調査するために、アミノアシルtRNA合成酵素(aaRS)のアミノ酸特異性を改変する遺伝学的実験によってを行った。(1)タンパク質の実際の適応度を計算するための評価関数は知られていない.タンパク質全長Nとアミノ酸間の相関を与えるKを固定した上で,NKモデルに合致する評価関数を様々に作成して,最適解の探索に最適な突然変異率、交叉率(一点交叉)を得て比較した.その結果,最適な突然変異率,交叉率は評価関数の具体的な形に大きく依存しないことがわかった.このことは,関数の具体的な形を知らなくても,生物学実験でタンパク質を進化させるための適当なパラメータが予測できることを示唆している.ただし、シミュレーションではNの値が6前後であり,実際のタンパク質(鎖長>100)について何かを予測することは今後の課題である.aaRSについて実際の地形を調べるには,多数の変異aaRSの活性を調べる必要がある.従来の研究では、野生型タンパク質の近傍の地形を調べることが行われていたが,本研究では基質の特異性の変化した変異aaRSを遺伝学的に単離し,野生型から変異体の間の地形を調査するという手法をとっている.理由は、既に「解」(=野生型タンパク質)の得られている空間の近傍を調べるのでは,解探索法としての遺伝アルゴリズムの働きを検証することができないからである.遺伝学的な実際の実験によって,16,000個の変異aaRSをスクリーニングし,特異性の変化した変異体を2種類得ることができた.野生型とこれらの変異とのハミング距離は23であったので、野生型と変異体を含む領域については地形の詳しい調査が今後可能性である。

人工進化法によるタンパク質の機能改変に,遺伝アルゴリズム(GA)を適用するために,DNA分子を用いた実装が可能な最適化アルゴリズム(GOP,=GA Operation for Protein engineering)をデザインした.タンパク質の人工進化では1種類のタンパク質遺伝子が最初の世代を構成するという特殊な条件があるのが,GOPはこれを考慮して「やきなまし法(SA)」のメカニズムを取り入れている.最初に,GOPの最適化アルゴリズムとしての性能の評価をコンピュータ実験によって行った.Kauffmanの提唱しているNKモデルをモデル地形とし,その上で最適値を探索した.変異率は低いレベルで固定して,おもに適切な交叉の様式と交叉頻度の検証を行った.子の選択はSAに基づくものを,単純な「山登り」法によるものと性能を比較した.NKモデルでは,ある遺伝子の適応度に対して遺伝子内の部位間の相関がどの程度寄与するかを調節することができる.期待通り,SAによる選択と,あまり高頻度でない1点交叉法の組み合わせは.遺伝子座間の相関が高い場合にも良い性能を示した.1種類の遺伝子によって最初の世代を構成したが,SAのメカニズムを取り入れることで,十分に遺伝子の多様性が生じることがわかった.コンピュータ実験によってGOPのアウトラインが得られたので,実際にタンパク質の人工進化に応用するための遺伝オペレータの実装法を検討した.コンピュータ実験の結果からは,1点交叉法が望ましいことがわかったが,分子生物学の分野では多点交叉法しか開発されていなかったので,1点交叉法の開発を行って遺伝子の全長わたってランダムに交叉させることに成功した.以上のGOPの開発とその実装法の検討を行う一方で,タンパク質の人工進化を実際の遺伝子を用いて進めて,得られたタンパク質の構造解析や,変異体ライブラリーの作製も行った.
メタデータの創造的流通に関する研究

本研究では多様な情報の流通に対処できる柔軟性のあるメタデータを流通させる基盤を構築するための基礎的な研究を行う.メタデータは広く共有されてこそ情報流通において価値がある一方,多様なメタデータがなければ多様な情報流通に対処することができない.本研究ではメタデータの創造的流通という新しい問題を提起する.メタデータの創造的流通とは,既存のメタデータ・フォーマットに沿ったメタデータを流通するだけでなく,必要に応じて新しいメタデータ・フォーマットを追加しつつ,メタデータを流通させるというものである.本研究ではまずメタデータ流通の基盤としてブログとRSSをもちいたメタデータ流通基盤を構築した.このシステムはRSSを拡張したBuRSTというフォーマットを用いて,論文などの書誌データをブログのエントリとして記述することができる.ここで記述された書誌データはブログのエントリにテキストとして現れるほか,ブログのメタデータとしてBuRSTに埋め込まれる.BuRSTに対応したブログリーダ等ではメタデータを直接扱えるし,そうでないブログリーダ等は普通のブログのエントリとして扱うことができる.また,ブログのアグリゲータも作成した.このアグリゲータではメタデータの検索が可能であり,また人間関係のメタデータを使って,ブログを探索して,エントリを集めることができる.このような仕組みにより,既存の情報流通基盤と互換性のある形で,より豊富なメタデータを流通する仕組みを実現することができた.本研究では多様な情報の流通に対処できる柔軟性のあるメタデータを流通させる基盤を構築するための基礎的な研究を行う.メタデータは広く共有されてこそ情報流通において価値がある一方,多様なメタデータがなければ多様な情報流通に対処することができない.本研究ではメタデータの創造的流通という新しい問題を提起する.メタデータの創造的流通とは,既存のメタデータ・フォーマットに沿ったメタデータを流通するだけでなく,必要に応じて新しいメタデータ・フォーマットを追加しつつ,メタデータを流通させるというものである.本研究ではまずメタデータ流通の基盤としてブログとRSSをもちいたメタデータ流通基盤を構築した.このシステムはRSSを拡張したBuRSTというフォーマットを用いて,論文などの書誌データをブログのエントリとして記述することができる.ここで記述された書誌データはブログのエントリにテキストとして現れるほか,ブログのメタデータとしてBuRSTに埋め込まれる.BuRSTに対応したブログリーダ等ではメタデータを直接扱えるし,そうでないブログリーダ等は普通のブログのエントリとして扱うことができる.また,ブログのアグリゲータも作成した.このアグリゲータではメタデータの検索が可能であり,また人間関係のメタデータを使って,ブログを探索して,エントリを集めることができる.このような仕組みにより,既存の情報流通基盤と互換性のある形で,より豊富なメタデータを流通する仕組みを実現することができた.
低出力超音波パルスによる腎尿細管細胞再生促進法の開発

骨再生に有効性のある低出力超音波パルス(low intensity pulsed ultrasound; LIPUS)に着目し、LIPUSの腎尿細管に対する再生促進作用について解析、検討した。in vivoでの病理学的等の実験では、有意に腎尿細管再生促進作用を認めたが、in vitroでの実験で有意差を認めなかった。in vitroの実験系に問題あり、再度解析を行っており、今後メカニズムの解明につなげる計画である。本研究は、実際の骨折治療に用いられる低出力超音波パルス(Low Intensity Pulsed Ultrasound; LIPUS)に細胞再生促進作用があることに着目し、LIPUSを用いた新たな腎尿細管再生促進法の開発を最終目的とする。今回計画している研究の目的は、1急性腎障害動物モデルを用いて、LIPUSにより細胞再生促進効果があるかを血液生化学や病理組織学的に検討し知見を得ること。2LIPUSにより増強する細胞増殖因子、遺伝子を解析し、細胞再生促進のメカニズムを探求することである。まず、LIPUSのin vivoにおける腎障害回復促進を検証するため、マウス虚血性急性腎障害モデルを用いて、1病理組織学的検査で腎組織障害度を評価した。結果は、再灌流後12時間でLIPUS群の組織障害が経度であった。2血液生化学検査でも再灌流後12時間でのLIPUS群におけるsCr、BUN上昇は経度であった。3免疫組織化学染色検査による細胞周期G1期の細胞核を染めるKi67免疫染色により、再灌流後12時間におけるLIPUS群での腎尿細管細胞増殖が促進されていたことを認めた。4RNAの定量検査により、再灌流後12時間のLIPUS群での細胞再生増殖因子であるEGFのmRNAの上昇をreal time RT-PCRにより確認した。現在、in vivoにおけるLIPUSによる腎障害時の腎尿細管再生促進作用に関して、マウス虚血再灌流障害モデルにおける腎実質細胞を用いて検証を行っている。低出力超音波パルス(LIPUS)の腎尿細管細胞再生に及ぼす影響を調べるためにマウス虚血性急性腎障害モデルを作製し、LIPUS照射群・非照射群で1腎再灌流後の腎組織障害の程度、2腎機能、3腎尿細管細胞の増殖能、4腎尿細管再生増殖因子の発現の4項目を中心に比較検討している。平成26年度までに、LIPUS照射群、非照射群を各々10例以上作製し、LIPUSにより強い腎尿細管再生促進を病理組織学的、血液生化学検査にて認めた。関連サイトカインに関してもLIPUS照射群で有意な上昇をかくにんした。現在、LIPUSが作用している細胞を特定するため、マウス虚血性急性腎障害モデルから採取した初代培養腎尿細管細胞に対してLIPUS照射群・非照射群で1培養腎尿細管細胞の増殖能、2培養液中の腎尿細管再生増殖因子の含有量、3腎尿細管再生増殖因子の活性程度の3項目を中心に比較検討している。今後、LIPUSにより増強されいているcDNAマイクロアレイ遺伝子発現を確認する予定である。低出力超音波パルス(LIPUS)により腎尿細管細胞再生が促進されるのか評価するため、マウス虚血性急性腎障害モデルを作製してLIPUS照射群・非照射群で1腎再灌流後の腎組織障害の程度、2腎機能、3腎尿細管細胞の増殖能、4腎尿細管再生増殖因子の発現の4項目を中心に比較検討している。関連サイトカインに関してもLIPUS照射群で有意な上昇を確認した。順調に実験が遂行できれば、LIPUSにより増強されいているcDNAマイクロアレイ遺伝子発現を確認する予定である。工程が遅れていしまった原因は、初代培養腎尿細管細胞採取の段で、実験に足る十分な量の腎尿細管細胞を採取できるまで時間を要したこと、挙児育児による実験時間が減少したこと、LIPUS機器の故障のためである。低出力超音波パルス(LIPUS)により腎尿細管細胞再生が促進されるのか評価するため、invivo実験形式で、マウス虚血性急性腎障害モデルを作製してLIPUS照射群・非照射群で1腎再灌流後の腎組織障害の程度、2腎機能、3腎尿細管細胞の増殖能、4腎尿細管再生増殖因子の発現の4項目を中心に比較検討した。平成27年度までに、LIPUS照射群、非照射群を各々10例以上作製し、LIPUSにより強い腎尿細管再生促進を病理組織学的、血液生化学検査にて組織障害の軽減、特に尿細管周囲の壊死細胞の軽減を認めた。また、腎機能マーカーであるCreatinineやBUNの軽減が認められた。関連サイトカインに関してもLIPUS照射群でEGF、HGF、TNF-α、IL-6、cyclin Dの有意な上昇を確認した。

平成28年度は、in vivo実験数をさらに10例増やし検証した。上記と同様の結果を得ることで、LIPUSが作用している細胞を特定するため、in vitroの実験形式で、マウス虚血性急性腎障害モデルから採取した初代培養腎尿細管細胞に対してLIPUS照射群・非照射群で1培養腎尿細管細胞の増殖能、2培養液中の腎尿細管再生増殖因子の含有量、3腎尿細管再生増殖因子の活性程度の3項目を中心に比較検討した。初代培養腎尿細管細胞に対してのLIPUS照射群は非照射群と比べて、BrdUの取り込みの上昇やEGF、HGF、cyclin Dなどのサイトカインの上昇を認め、細胞増殖周期回転の促進の可能性が認めれた。照射時間は10分間の照射でも30分間の照射でも有意差は認められなかったが、照射回数が3回以上と未満では有意に回数の多い群で増殖活性の上昇を認めた。骨再生に有効性のある低出力超音波パルス(low intensity pulsed ultrasound; LIPUS)に着目し、LIPUSの腎尿細管に対する再生促進作用について解析、検討した。in vivoでの病理学的等の実験では、有意に腎尿細管再生促進作用を認めたが、in vitroでの実験で有意差を認めなかった。in vitroの実験系に問題あり、再度解析を行っており、今後メカニズムの解明につなげる計画である。現在、LIPUSが作用している細胞を特定するため、マウス虚血性急性腎障害モデルから採取した初代培養腎尿細管細胞に対してLIPUS照射群・非照射群で1培養腎尿細管細胞の増殖能、2培養液中の腎尿細管再生増殖因子の含有量、3腎尿細管再生増殖因子の活性程度の3項目を中心に比較検討している。工程が遅れていしまった原因は、初代培養腎尿細管細胞採取の段で、実験に足る十分な量の腎尿細管細胞を採取できるまで時間を要したため。十分な腎尿細管細胞の採取が可能となり、育児も一段落し、新品のLIPUS機器の使用が可能となったため実験遂行が加速されることが期待できる。速やかに、LIPUSが作用している細胞を特定するため、マウス虚血性急性腎障害モデルから採取した初代培養腎尿細管細胞に対してLIPUS照射群・非照射群で1培養腎尿細管細胞の増殖能、2培養液中の腎尿細管再生増殖因子の含有量、3腎尿細管再生増殖因子の活性程度の3項目を中心に比較検討する。さらには、LIPUSにより増強されいているcDNAマイクロアレイ遺伝子発現を確認する予定である。泌尿器科現在、LIPUSが作用している細胞を特定するため、マウス虚血性急性腎障害モデルから採取した初代培養腎尿細管細胞に対してLIPUS照射群・非照射群で1培養腎尿細管細胞の増殖能、2培養液中の腎尿細管再生増殖因子の含有量、3腎尿細管再生増殖因子の活性程度の3項目を中心に比較検討している。想定したよりもin vivoによる実験が滞ってしまった。マウスの実験における投与麻酔量に問題があったことが、後に判明し、麻酔量を適正にして投与することにより、実験の進行度が上昇した。実験工程が遅れていしまったためで、その原因は、初代培養腎尿細管細胞採取の段で、実験に足る十分な量の腎尿細管細胞を採取できるまで時間を要したからである。
小学生の「いじめ観」の実態を踏まえた総合的な学習の時間のプログラム開発

【研究目的】本研究は,小学生が「いじめ」に対してどのような考え方を持っているかについて明らかにし,総合的な学習の時間において,その考え方にアプローチすることができるプログラムを開発するものである。【研究方法】大阪府下の小学校における46年生599名に対して,「いじめ」に対する考え方について聞く質問調査を行い,「小学生のいじめ観」はどのようなものであるかについて明らかにする。そして「小学生のいじめ観」へのアプローチとして,総合的な学習の時間において,探究的な学習を進めることで,「いじめ予防・防止」につながるプログラムを開発する。【研究成果】小学生の「いじめ」に対する考え方についての調査結果を因子分析したところ,「いじめ諦観」,「いじめ否定」,「いじめ解決志向」の3因子が得られた。そこで,総合的な学習の時間において,「いじめ」について子どもたちが探究的に学習を進めることができる単元を設定した。まず探究の過程における「課題の設定」として,「いじめ」について「いじめ諦観」「いじめ否定」「いじめ解決志向」の視点で考えていくことを提示する。「情報の収集」として,子どもたちが意見を聞き合ったり,資料などで「いじめ」について調べたりすることで,「いじめ」を予防・防止するための方法について考えていく。「整理・分析」として,集めた情報を整理し,「まとめ・表現」として,自分の考えを発表する。発表した方法に対し,他の児童から意見をフィードバックしてもらい,今一度考えを見直し,「課題の設定」から探究的な学習を再スタートさせる。探究の過程を繰り返すことで,小学生が「いじめ観」を,「いじめ予防・防止」につながる方向へと変容させることができると考える。プログラムについては,本研究代表者が所属する学校における総合的な学習の時間の5年生のカリキュラムとして位置づけた。
環境センシングロボットを用いた農場支援システムの開発

近年,農業生産工程管理(GAP)の導入により,農作物のトレーサビリティが注目されている.そこで,本研究課題では,農作物の品質向上に不可欠な既存のフィールドサーバに代わる環境センシング移動ロボットを開発し,農業支援システムの構築を試みた.その結果,移動可能なフィールドサーバが構築され,広範囲に高精度な農業環境情報が収集可能となり,農作物の品質向上,農業従事者の負担軽減につながると考えられる.近年,農業生産工程管理(GAP)の導入により,農作物のトレーサビリティが注目されている.そこで,本研究課題では,農作物の品質向上に不可欠な既存のフィールドサーバに代わる複数台の環境センシング移動ロボットを開発し,農業支援システムの構築を試みる.これにより,移動可能なフィールドサーバが構築され,低コストで,より広範囲なセンシング,より高精度なセンシングが可能となることが期待でき,農作物の品質向上,農業従事者の負担軽減につながると考えられる.提案システムに求められることは主に次の3つの要素に分けられる.1屋外不整地を自走可能な環境情報収集ロボットであること.2測定した環境情報の視覚化が可能なこと.3複数台のロボットをWSN上で環境情報収集を行えること.平成26年度は,本研究の第1フェーズであるため,本研究の第1フェーズである1と2について研究を遂行した.具体的に,1屋外不整地を自走可能な環境データ収集ロボットにおいては,実際の農業フィールドで環境情報を測定する機能と,屋外不整地を自走可能な機能を持つロボットの製作を行った.さらに,2測定した環境情報の視覚化においては,環境情報収集ロボットで測定した環境情報(温度・湿度など)をもとに空間内の環境マップを構築するアプリケーションを作成し,奈良県農業研究開発センターにて実地実験を行った.これらの研究成果は,MOBIO産学連携オフィス企画展,MOBIO Cafe Meeting(ものづくりビジネスセンター大阪),京都ビジネス交流フェア2015(京都府)にて公表し,日本ロボット学会学術講演会,電気学会全国大会にて講演発表をするなど広く発信した.近年,農業生産工程管理(GAP)の導入により,農作物のトレーサビリティが注目されている.そこで,本研究課題では農作物の品質向上に不可欠なフィールドサーバに代わる複数台の環境センシング移動ロボットを開発し,農業支援システムの構築を試みる.これにより,移動可能なフィールドサーバが構築され,低コストで,より広範囲なセンシング,より高精度なセンシングが可能となることが期待でき,農作物の品質向上,農業従事者の負担軽減につながると考えられる.提案システムに求められることは主に次の3つの要素に分けられる.1屋外不整地で走行可能な環境情報収集ロボットであること,2測定した環境情報の可視化が可能なこと,3複数台のロボットをWSN上で環境情報収集を行えること.平成27年度は,平成26年度に行った本研究課題の第1フェーズである1と2の続きとして,単体システムの実環境における改良点の洗い出し,問題点の改善を行った.具体的には,屋外不整地において走行可能な環境情報収集ロボットの自律走行アルゴリズムの導入,このアルゴリズムを実装した自動巡回システムにより奈良県農業研究開発センターおよび奈良県下の農家にて実地実験を行った.また,環境情報を点と面の両方で可視化し,PCのみならずスマートフォンなどの端末でも環境情報を閲覧可能とした.これらの研究成果は,農業環境工学関連5学会合同大会,信号処理学会(国際会議)にて講演発表するとともに,産官学マッチングフェア(クリエイション・コア東大阪),アグリビジネス創出フェア(東京ビックサイト)にて公表し,広く発信を行った.試作した環境情報収集ロボットは,十分とはいえないものの農業フィールドにて稼働可能であるとともに,農業従事者のサポートツールとして利用可能であることが確かめられた.近年,農業生産工程管理(GAP)の導入により,農作物のトレーサビリティが注目されている.そこで,本研究課題では,農作物の品質向上に不可欠な既存のフィールドサーバに代わる環境センシング移動ロボットを開発し,農業支援システムの構築を試みた.これにより,移動可能なフィールドサーバが構築され.低コストで,より広範囲なセンシング,より高精度なセンシングが可能となることが期待でき,農作物の品質向上,農業従事者の負担軽減につながると考えられる.平成28年度は,昨年度製作した環境センシングロボットの改良,ビニールハウスにおける自動巡回アルゴリズムの改良を行った.具体的には,実際のビニールハウス内にて巡回が可能となるようにハードドウェアの再設計,自動巡回アルゴリズムに作業者を利用する方法を試みた.これにより,固定されたフィールドサーバあるいは測定器を用いるよりも,ビニールハウス内の高精度な環境情報分布が得られることが明らかとなった.さらには,得られた環境情報をPCのみならずスマートフォンなどの端末で容易に閲覧が可能となるようネットワークを介したWEBアプリケーションを開発した.これにより,農業従事者が容易にビニールハウス内の状態を把握できるようになることが明らかとなった.これらの研究成果は,学会にて講演発表のみならず,アグリビジネス創出フェア2016(東京ビックサイト),第3回TAC担当者研修会(奈良県農協会館),奈良高専技術フォーラム&研究室見学会などにて公表し,学内外へ広く発信し,今後の課題や提案した農業支援システムに対する高評価が得られた.近年,農業生産工程管理(GAP)の導入により,農作物のトレーサビリティが注目されている.そこで,本研究課題では,農作物の品質向上に不可欠な既存のフィールドサーバに代わる環境センシング移動ロボットを開発し,農業支援システムの構築を試みた.

その結果,移動可能なフィールドサーバが構築され,広範囲に高精度な農業環境情報が収集可能となり,農作物の品質向上,農業従事者の負担軽減につながると考えられる.試作した環境情報収集ロボットは,十分とはいえないものの農業フィールドにて最低限必要な情報を収集でき,それらを保存および可視化できることは確かめられた.今後は,本研究の第2フェーズを開始する.第2フェーズとしては,3複数台のロボットをWSN上で環境情報収集が行えるように,各ロボットにネットワーク機能を搭載し,より広範囲な情報収集システムを構築する.さらに,群ロボットととしての稼働を試み,環境情報の高精度化やロバスト性を検証する.制御工学今後は,本研究の第1フェーズのつづきと第2フェーズを開始する.まず,第1フェーズで作成した単体システムの実験による定量的な評価から,改良点の洗い出し,問題点の改善を行う.次に,第2フェーズとして,3複数台のロボットをWSN上で環境情報を収集できるように,複数台の環境情報収集ロボットを製作する.これらのロボットには,ネットワーク機能をそれぞれ搭載し,測定した環境データをデータ管理用PCに集約する.つまり,データ管理用PCをコーディネータとし,各環境情報収集ロボットをルータに設定し,必要に応じて中継局(ルータ)を設置することで広範囲に情報収集が可能となる.さらに,群ロボットとして稼働させることで,環境情報の高精度化やロバストなシステムの構築が期待できる.年度末の学会発表での支出が未確定であったことと研究分担者の購入予定物品が購入できなかったため予定していた学会発表や情報収集のための学会参加が参加できなかったため.繰り越した次年度使用額は,学会発表旅費と研究分担者の物品購入に充てて,予算執行計画に沿った予算執行を行う.繰り越した次年度使用額は旅費に計上し,積極的に学会発表などに努め,予算執行計画に沿った予算執行を行う.
モータータンパク質の自己集合能を基盤とするＭＯＦ複合体集積法の構築

伊藤正樹特別研究員(以下、研究員とする)は目的である「モータータンパク質の自己集合能を基盤とするMOF複合体集積法の構築」に係る技術の確立を目指し、日夜研究に励んでいた。研究員は、エネルギーを消費しながら運動するマイクロメートルサイズのモータータンパク質系の集積方法を多数検討し、生体分子モーター系に気液界面を接近させるという極めて簡便な操作を用いることで、特異的な相互作用なしにモータータンパク質系の集積体が形成される条件を見出した。形成された集積体は時間の経過とともに形状を変化させ、局所的に一見すると不定形のようにも思われるが全体としては秩序だった構造をとり、非平衡系における定常状態を創出することに成功した。また形成された集積体は振動・崩壊・成長・分裂の4種の運動モードを相互に行き来することを明らかとし、動的に形態変化する集積体の構築に成功した。本研究成果は多様な集積体作製に不可欠な構造制御方法を見出したものであり、モータータンパク質系の新たな自己集合様式を見出したという観点からも評価できる。この一年間で研究員が確立したモータータンパク質の新規な集積方法は、研究課題である複合体の集積手法の基礎となる重要な知見であるとともに、単独でも十分な学術的価値を持つものと考えられる。本研究成果は国内外における研究発表と推敲を経て、学術論文一報(RSC Advances., 2016, 6, 69149.)として公表している。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
サツマイモ野生種における新規胞子体型自家不和合性の遺伝的制御機構の解明

サツマイモ野生種の自家不和合性遺伝子(S遺伝子)を同定するために、本研究期間内に新たにS3,S10,S29、並びに自家和合性変異体であるScハプロタイプのS遺伝子座領域の単離を行い、ほぼ全長の塩基配列を明らかにした。発現解析によって明らかになったS候補遺伝子(雄側:AB14、雌側:SE12,SEA)の内、AB2,AB3,SE2,SEAは解析した全てのSハプロタイプに存在していたが、Scにおいては一部のS候補遺伝子のプロモーター領域中に大幅な変異が確認され、これが原因となり自家和合性となった可能性が示唆された。また前記4種のS候補遺伝子の発現時期並びに発現組織をin situ分析により解析したところ、雄側S候補遺伝子は葯発達初期のタペート組織で、雌側S候補遺伝子は成熟期の柱頭の乳頭細胞で、それぞれ特異的に発現しており、S候補遺伝子としての必要十分条件を示していた。各SハプロタイプのS遺伝子座領域を比較したところ、ハプロタイプ間で顕著な配列の変異が集積している領域が見いだされ、当該領域中に存在しているS候補遺伝子はAB2,SE2,SEAであり、これらがサツマイモ野生種の自家不和合性を制御している可能性が非常に高い。更に、各SハプロタイプのSDR長の比較を行ったところ、自家不和合性の優劣関係(S29>S1>S10>S3)に従って優性系統ほど長く劣性系統ほど短い傾向が見られた。加えて、優性側系統のSDRにおいては、種々のトランスポソン様配列、反復配列、オルガネラゲノム断片様配列が挿入されており、各配列の挿入部位以外は比較的保存されていた。以上よりサツマイモ野生種の自家不和合性においては、劣性側系統から優性側系統が派生してきたと考えるのが妥当であると推定された。サツマイモ野生種(Ipomoea trifida)の自家不和合性の分子メカニズムを解明するため、これまでに解析されたS_1-Sハプロタイプに加え,S_<10>,S_<29>の各SハプロタイプのS遺伝子座周辺領域の単離と解析を行った。S遺伝子座周辺領域の比較により、当該領域中央部に保存領域に挟まれた変異領域が存在しており、S遺伝子はこの変異領域中に存在している可能性が示唆された。また、現在、自家和合性突然変異体ScのS遺伝子座周辺領域の単離と解析を行っているが、ScのS遺伝子座周辺領域も自家不和合性系統と同様の構造をとっている可能性が高い。また、これまでに行われた発現解析により、S遺伝子座周辺領域の変異領域中には、SE2およびSEAと命名した柱頭特異的遺伝子、ならびにAB2と命名した葯特異的遺伝子が座乗していることが明らかになった。これら遺伝子の組織特異的発現を検討するためin situ分析を行ったところ、柱頭特異的遺伝子は成熟期の柱頭の乳頭細胞で、葯特異的遺伝子は葯発達初期のタペート組織で、それぞれ特異的に発現していた。また、各遺伝子の配列は、Sハプロタイプ間で多型性が認められていることから、これら遺伝子がS遺伝子の候補として必要十分な条件を有していることが認められた。これらS候補遺伝子が自家不和合性の表現型に寄与しているか否かを確認する方法として、これら遺伝子がコードするタンパク質を受粉の際に供するバイオアッセイがある。