hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マラリア重症化因子に関する進化生物学的アプローチ

1)マラリアに関する疫学データ解析の進行状況:昨年に引き続きパプア・ニューギニア国東セピック州ウェワクから50km以内に位置する異なる地理環境,文化環境を持つコミュニティでマラリア疫学調査を施行し,海岸部,丘陵部,平原部の疫学データおよび血液標本を収集した.全体で11,276枚のスライドを検査した結果,マラリア感染率は24%で勢帯熱が優勢で,三日熱,四日熱の順であった.顕微鏡的には卵型マラリアは見られなかったが,PCR診断では少数例で検出された.概して1-4歳で熱帯熱マラリア感染率が高く,島嶼部,沿岸部では感染率20%程度であったのに対し,平原部では40%を超え雨季,乾季の差は小さかった.山麓部では乾季では熱帯熱マラリアはほとんど見られなかったが,雨季には平原部に匹敵するほど高率であった.一方,三日熱マラリアは地域による差が小さく1-4歳児では10%程度の感染率であった.2)遺伝子解析の進行状況:Ovalocytosis(卵形赤血球症)を起こす遺伝型を持つ患者はホモ接合では致死に至るが,ヘテロではマラリア抵抗性があることが知られている.パプア・ニューギニア国,東セピック州のコミュニティで収集した血液標本を用いてマラリア浸淫度とovalocytosisの関係を考察した.血液標本からDNAを抽出し,PCR法にて5-14歳の計758人についてovalocytosisに関与するBand 3遺伝子の27bp欠損の有無を判定した.その結果,島嶼部,沿岸部では4-13%に欠損が見られたのに対し,マラリア浸淫度がより高い山麓部,平原部では欠損は全く見られなかった.以上よりovalocytosisはパプア・ニューギニアで独立に進化したものではなく,パプア・ニューギニア島嶼部に移住してきた祖先集団中に存在していた形質であり,それがマラリアの存在下で保存されていることが示唆された.脳マラリア感受性遺伝子の有力な候補としてTNFαプロモーター領域多型が注目されている.そこで,「熱帯熱マラリア原虫陽性率の高い集団では,脳マラリア感受性遺伝子が淘汰される」という仮説を立て,熱帯熱マラリア原虫陽性率が異なる集団間のTNFαプロモーター領域多型を解析することにより,この仮説を検証することを研究目的とした.1)遺伝解析の進行状況:マラリア流行性の異なる6カ所のヴァヌアツ島嶼ヒト集団を対象とし,フィルターペーパー血液サンプル1300検体のDNA抽出を完了した.これらのサンプルを用いて,TNFαプロモーター領域多型の解析を開始した.現在,MEGABACE1000によるDNAシークエンス法を用いた解析を立ち上げ,プロトコールを作成中である.2)マラリアに関する疫学データ解析の進行状況:2001年8-9月,パプアニューギニア国東セピック州の3カ所のコミュニティ,合計2000人についてマラリア疫学調査を施行し,血液標本を収集した.パプアニューギニア沿岸部,平原部,島嶼部はヴァヌアツにくらべ原虫陽性率が高いだけでなく,マラリアによる死亡率が高いことが知られている.ヴァヌアツ集団とパプアニューギニア集団のTNFαプロモーター領域多型を比較することで,上記仮説のみならず,「マラリアによる死亡率の高い集団では,脳マラリア感受性遺伝子が淘汰される」という仮説も検証できる.平原部であるKiniambu,Witupeでは,5歳未満小児の熱帯熱マラリア原虫陽性率はそれぞれ36%,15%であったのに対し,丘陵部であるJawiaでは6%に留まった.一方,三日熱マラリア原虫陽性率はKiniambu 17%,Witupe 12%,Jawia 14%と比較的同程度の原虫陽性率を示した.さらにWitupeでは四日熱マラリア陽性が6%認められた.これらの集団の遺伝子解析もヴァヌアツ集団と平行して行っていく予定である.1)遺伝子解析の進行状況:マラリア流行性の異なる6カ所のヴァヌアツ島嶼ヒト集団のTNFαプロモーター領域多型を対象とした.この領域を含むDNAをPCRで増幅した後,SSOP法,直接配列決定法を用いて個人のタイプを決定した.従来報告のある4ヶ所の点突然変異部位について解析したところ,多型の組み合わせから5つのタイプが見られることがわかった.高度浸淫群と低度浸淫群に分け各タイプの頻度の差を検定したところ,低度浸淫群でTNFP-Dタイプが有意に増加していた.TNFP-Dタイプは脳マラリアの感受性が高いというミャンマー集団での報告があり(Ubalee et al. 2001),「熱帯熱マラリア原虫陽性率の高い集団では,脳マラリア感受性遺伝子が淘汰される」という仮説を支持する結果となった.ただし,TNFαプロモーター領域多型の差が,高度浸淫群と低度浸淫群の人種差を反映している可能性があり,マラリアの淘汰圧と無関係な遺伝子マーカーの解析が必要である.そのため,mtDNA多型について,MEGABACE 1000によるDNAシークエンス法を用いた解析を進める予定である.2)マラリアに関する疫学データ解析の進行状況:パプア・ニューギニアではヴァヌアツにくらべマラリアによる死亡率が高いことが知られており,「マラリアによる死亡率の高い集団では,脳マラリア感受性遺伝子が淘汰される」という仮説の検証を行う.2001年に引き続きパプア・ニューギニア国,東セピック州のコミュニティで計7ヶ所,合計5000人についてマラリア疫学調査を施行し,海岸部,丘陵部,平原部の疫学データおよび血液標本を収集した.

熱帯熱マラリア浸淫度は平原部が最も高く,海岸部,丘陵部の順であった.また,同地区の2ヶ所の医療施設で熱帯熱患者を対象とした標本収集を開始した.これらの遺伝子解析もヴァヌアツ集団と平行して行っていく予定である.1)マラリアに関する疫学データ解析の進行状況:昨年に引き続きパプア・ニューギニア国東セピック州ウェワクから50km以内に位置する異なる地理環境,文化環境を持つコミュニティでマラリア疫学調査を施行し,海岸部,丘陵部,平原部の疫学データおよび血液標本を収集した.全体で11,276枚のスライドを検査した結果,マラリア感染率は24%で勢帯熱が優勢で,三日熱,四日熱の順であった.顕微鏡的には卵型マラリアは見られなかったが,PCR診断では少数例で検出された.概して1-4歳で熱帯熱マラリア感染率が高く,島嶼部,沿岸部では感染率20%程度であったのに対し,平原部では40%を超え雨季,乾季の差は小さかった.山麓部では乾季では熱帯熱マラリアはほとんど見られなかったが,雨季には平原部に匹敵するほど高率であった.一方,三日熱マラリアは地域による差が小さく1-4歳児では10%程度の感染率であった.2)遺伝子解析の進行状況:Ovalocytosis(卵形赤血球症)を起こす遺伝型を持つ患者はホモ接合では致死に至るが,ヘテロではマラリア抵抗性があることが知られている.パプア・ニューギニア国,東セピック州のコミュニティで収集した血液標本を用いてマラリア浸淫度とovalocytosisの関係を考察した.血液標本からDNAを抽出し,PCR法にて5-14歳の計758人についてovalocytosisに関与するBand 3遺伝子の27bp欠損の有無を判定した.その結果,島嶼部,沿岸部では4-13%に欠損が見られたのに対し,マラリア浸淫度がより高い山麓部,平原部では欠損は全く見られなかった.以上よりovalocytosisはパプア・ニューギニアで独立に進化したものではなく,パプア・ニューギニア島嶼部に移住してきた祖先集団中に存在していた形質であり,それがマラリアの存在下で保存されていることが示唆された.
複合的人道危機に対する国際的救援をめぐる倫理学-国際関係論的研究

本研究の目的は、(1)複合的人道危機に対する国境を越えた救援が「なぜ」なされるべきか、その倫理的根拠を明らかにするとともに、(2)それによって成立するはずの国際的救援が失敗したり、負の影響を及ぼした場合、それを倫理上いかに考えるかを解明するところにある。今年度は現時点までに、(1)の課題を完成させると同時に(2)の作業に取り組み、以下の成果を得た。まず(1)に関しては、昨年度までの成果をまとめ、『社会と倫理』誌へ論文を寄稿した(2011年9月末現在で掲載決定。現在校正作業中)。(2)については、問題を考えるうえでの方法論的検討を進め、メタ倫理学の議論を用いた分析枠組みの有効性を論じる論文の作成に着手した。また同時に、(ア)選択的介入に関する議論の精査、(イ)国際機構が行う不正な行為に関する責任論の精査を進めた。なお、研究代表者は、2011年10月1日をもって海外の大学に就職したため、9月末日にて科研費資格を喪失したことになるが、以上の取り組みについては今年度中に論文として結実させる予定である。今年度は、主に(1)の課題に取り組み、次のような成果を得た。まず、「英国学派」国際関係論と規範倫理学の組み合わせによって生まれうる倫理的根拠については、国家間社会をより重視する功利(相互)主義的倫理と、世界社会をより重視する義務論的倫理とが考えられた。これをもとに、「人の強制的移動」の文脈にそれぞれを応用し「庇護の倫理」と「保護の倫理」とを、それぞれ導き出した。そのうえで、歴史的発展に伴い、前者から後者へと、救援の根拠となる倫理観が移行していったことを論じた。以上をまとめたのが、論文'From Asylum to Intervention'である。これとは別に取り組んだのが、救援倫理が持つ西洋的性格についての是非をめぐる考察である。救援行為自体は文化の違いを問わずに行われてきたものであるが、それを支える倫理観が事実上近代・西洋的思考に基づいている点をどう理解すればよいかが問題となった。そこで、当初の課題を進める前段階の考察として、国際倫理が持ちうる西洋的性格を、「英国学派」の限界と関連させて論じた。この考察は、論文'International Relations as Cosmopolitan History of Idea'ならびに、論文'The Post-Western Turn in International Theory and the English School'に反映されている。それぞれの研究成果はいずれも国際学会にて公表され、活字化された。とくに二番目の研究については、複数の海外研究者から好意的なコメントが寄せられた。現在校正作業中)。
真核細胞転写基本因子群を中心とした転写開始及び調節機構の解析

転写調節因子による転写活性化機構を理解するためには、転写調節因子と転写基本因子間の分子間相互作用の解析およびその結果に基づいた綿密な考察が必要である。本研究においては、1988年に私自身がモデルを提唱して以来、これまでに明らかとなってきた転写調節機構論の概念に沿って、TATAボックス結合因子TFIIDおよび転写基本因子TFIIBに関する機能および構造の解析を特に行ない、以下に示す結果を得ることができた。これらの結果は、転写調節機構を考える上で極めて重要な知見を含むものと確信している。1.TFIIDサブユニットの単離2.TFIIDサブユニットのひとつが細胞周期G1→S期に関与するCCG1であることの発見3.TFIIDサブユニットp110のcDNA単離とその性状解析4.TFIIDサブユニットp85のcDNA単離および、ある種のG蛋白内のWD40リピート構造を持つことの発見5.TBPのRNAポリメラーゼI,III系への関与6.TBPのTATA1essプロモーターへの結合活性7.転写基本因子TFIIBの構造と機能の関連解析8.転写基本因子TFIIFサブユニットRAP74のcDNA単離転写調節因子による転写活性化機構を理解するためには、転写調節因子と転写基本因子間の分子間相互作用の解析およびその結果に基づいた綿密な考察が必要である。1.TFIIDサブユニットの単離2.TFIIDサブユニットのひとつが細胞周期G1→S期に関与するCCG1であることの発見3.TFIIDサブユニットp110のcDNA単離とその性状解析4.TFIIDサブユニットp85のcDNA単離および、ある種のG蛋白内のWD40リピート構造を持つことの発見5.TBPのRNAポリメラーゼI,III系への関与6.TBPのTATA1essプロモーターへの結合活性7.転写基本因子TFIIBの構造と機能の関連解析8.転写基本因子TFIIFサブユニットRAP74のcDNA単離
マリアヴァン解析による統計学の研究

マルテンゲ-ルに対する中心極限定理は,統計的漸近理論を展開する上で最も基本的な定理である。その精密化としての漸近展開を導出し,validityを証明することは,理論の発展に必然的なステップである。独立観測のクラ-メル条件に代わる条件として,マリアヴァン共分散の非退化性の条件のもとでジャンプのあるマルテンゲ-ルに対する漸近展開を導いたことがこの研究での成果である。この研究には資料の購入整理と多くの研究者との研究打合せが役立った。
児童福祉施設における画像技術を用いた行動予測安全システムの構築

子供の危険行動検出を行うためのシステム構築に必要な、画像処理に関する基礎技術の開発と、行動検出技術開発を行った。主な開発項目は、(1)人物検出(2)子供の歩行解析(3)赤外線測距センサーによる人物の行動検出の3項目である。(1)の人物検出では、検出の精度及び速度の向上に取り組んだ。(2)子供の歩行解析においては、障害物乗り越えなどの状況において出現する、子供の特徴的な歩行パターンについて解析し、良好な判別結果を得た。(3)赤外線測距センサーによる人物の行動検出については、部屋の中での人物の位置や姿勢検出の基礎的な研究を行い、主に頭部検出の精度を上げることによる精度向上を行った。子供の危険行動検出を行うためのシステム構築に必要な、画像処理に関する基礎技術の開発と、データ画像の収集による行動解析および行動検出技術開発を行った。(1)の人物検出においては、検出の精度及び速度の向上に取り組んだ。検出精度は、人物検出用の画像認識アルゴリズムであるHOG特徴とブースティング学習を組み合わせた手法に、あらたに局所色相関に基づいた独自の画像特徴量を導入し、検出精度向上に成功した。この成果は、国内研究会および査読付き国際学会において発表した。(2)子供の歩行解析においては、障害物乗り越えなどの状況おけいて出現する、子供の特徴的な歩行パターンについて解析し、良好な判別結果を得た。研究成果は、学会等での発表を準備するとともに、倉庫など子供の立ち入り禁止場所への侵入防止システムへの発展・実用化研究を行っている。(3)赤外線測距センサーによる人物の行動検出については、部屋の中での人物の位置や姿勢検出の基礎的な研究を行い、主に頭部検出の精度を上げることによる、部屋の中での位置検出の精度向上を行った。今後さらに、姿勢検出についての研究を行う予定である。これら13の基礎技術は、子供の検出・動作解析という一連の画像処理を行うシステムとして統合する。検出精度は、人物検出用の画像認識アルゴリズムであるHOG特徴とブースティング学習を組み合わせた手法に、あらたに導入した局所色相関に基づいた独自の画像特徴量についての改良を行い、検出精度向上に成功した。(3)赤外線測距センサーによる人物の行動検出については、人物の位置や姿勢検出を行うとともに、顔についての情報取得を可能にし、個人・年齢の識別や表情認識について開発を行った。子供の危険行動検出を行うためのシステム構築に必要な、画像処理に関する基礎技術の開発と、データ画像の収集による行動解析を平行して行った。主な開発項目は、(1)人物検出(2)人物追跡(3)人物の行動解析の3項目に分けられる。検出精度は、人物検出用の画像認識アルゴリズムであるHOG特徴とブースティング学習を組み合わせた手法に、あらたにCSS特徴と呼ばれる画像特徴量を導入し、検出精度向上に成功した。検出速度の向上は、上記のアルゴリズムにおいて、計算量の効率的削減によって達成した。(2)の人物追跡においては、追跡アルゴリズムの基礎となる動き検出アルゴリズムについて、精緻化を行った。これまで動き検出は、空間周波数毎に独立に行っていたが、その統合アルゴリズムを開発し、動き検出について良好な結果が得られることを確認した。(3)の人物の行動解析については、近隣の保育園に協力を依頼し、主に障害物を乗り越える歳の35歳の子供の動画像を撮影し、データ画像とした。また、マーカーによる動作解析を行い、大人との比較を行っている。これら13の基礎技術は、子供の検出・追跡・動作解析という一連の画像処理を行うシステムとして統合する。

カメラ画像に基づいた人物・行動検出技術の性能向上と同時に、当初予定していた赤外線測距センサーによる人物・行動検出技術の開発を行うことができた。また、障害物や段差などに注目した子供に特徴的な歩行を検出することによって、危険防止のための実用化の可能性のある技術開発ができた。平成25年度中に、カメラ画像と、赤外線測距センサーの技術を組み合わせて、より精度の高い人物・行動検出技術の基礎技術開発を行うとともに、子供の事故防止への実用化について検討を行っていく。子供の危険行動検出を行うためのシステム構築に必要な基礎的、要素的画像処理技術開発がほぼ達成できた。現在は研究概要に挙げた(1)人物検出と(2)人物追跡について、統合を行うことにより、廊下やホールに設置した監視カメラ画像から人物部分を抽出し、(3)の行動解析用の画像データを生成できるようシステムを開発中である。さらに平成24年度中に、この人物抽出画像における子供の行動解析・行動認識技術開発を達成する予定である。平成25年度は、カメラ画像と赤外線測距センサーを併用した、人物検出、人物の位置検出、人物の行動検出について基礎技術開発を行うとともに、それらに基づいた保育所等での実地調査、画像データ収集を行うことにより、実用化の方法を検討する。また、最終目的である画像による行動予測技術開発につなげる。平成24年度は、(1)廊下やホールに設置した監視カメラ画像からの人物時系列画像抽出(2)抽出された人物時系列画像の解析による行動解析・行動認識について、技術開発を行う。必要な場合は、3DカメラやKinectなどの奥行き検出手法やサーモグラフィーも併用する。人物時系列画像の行動解析・行動認識においては、ブースティング、SOM、SVMなどの利用可能な学習アルゴリズムついて試行的研究を行い、最適なアルゴリズムを探索する。平成24年度中にこれらを完成させ、平成25年度開発予定の最終目的である画像による行動予測技術開発につなげる。赤外線測距センサーについて、保育所等でのデータ収集、実地テストを目的とし、追加購入すると共に、長期間継続してデータ収集や見守り監視の試行を行えるよう、センサーと組み合わせて使用する小型PC等の機材を購入する。次年度の研究費は、人物検出・行動認識に必要な画像取得のうち、通常の画像情報以外の、体温、奥行き情報などの情報を取得するためのサーモカメラ、3Dカメラなどの特殊なカメラ機材のの購入を行う。また、保育園等の現場に試験的にシステムを設置するためのPC類を購入する。
血沈現象の計算力学解析に基づく新しい血液検査チップの開発

1.「赤血球一体の再配向現象」の報告Saarland大学Wagner教授との共同研究である「赤血球一体の再配向現象」についてその結果を学術誌に投稿したが,現在は査読結果に基づいて論文を修正している段階である.2.二体の赤血球・球体カプセルの沈降現象希薄化させた小さな赤血球体積率下でも二体の赤血球の連銭が確認できることが実験で知られている.二体の赤血球接着は血漿高分子により近距離の引力によって引き起こされることが知られているが,遠く離れた二つの血球細胞が近づくメカニズムは流体力学的作用であると考えられる.本課題では二つの水平に並んだカプセルが接近するか離れるかはカプセルのアスペクト比が大きく要因であること明らかにし,アスペクト比が小さいカプセルほどお互いに接近する一方で,大きいカプセルほどお互いに遠ざけあうことがわかった.一方で上下に並んだカプセルではアスペクト比に依存せず互いに接近する速度を持ち,最終的には接着に至ることを解明した.従って現在までの結果を総合すると,赤血球二体の連銭は上下に並んだ二体の赤血球の速度差によって接着の形成に至ったと結論付けられる.3.血液(カプセル懸濁液)の粘弾性応答また研究計画を越える範囲であるが,本課題では血液の粘弾性応答についての数値解析も実施した.赤血球をはじめとするカプセルは弾性体としての性質を持っているため,血液のようなカプセル懸濁液は粘弾性体として見做すことができる.本課題では懸濁液のカプセルの体積率が変化したときにその応答の位相がどのように変化するか,その詳細を解析した.本解析ではSAOSからLAOSまで広い領域で解析を実施したが,おおよそ全ての歪み,キャピラリー数において,体積率に対してほぼ線形に粘性応力応答の位相が弾性側へとシフトすることが明らかとなった.27年度が最終年度であるため、記入しない。27年度が最終年度であるため、記入しない。1.沈降する赤血球一体の再配向現象)赤血球の連銭形成のメカニズムを明らかにすることが本課題で取り組むテーマの一つであるが,このメカニズムを正しく理解するにはまず赤血球一体の振る舞いを検証することが肝要である.本課題では赤血球一体の膜剛性/内外粘度比を変えて,その沈降挙動にどのような変化があるかを検証した.本課題では広いパラメータ空間にて解析を行ったが,全ての条件で赤血球は縦向き(長軸が重力方向,短軸が水平方向)へと徐々に回転し再配向した.ただしこの回転速度は条件に大きく依存し,赤血球の内外粘度比/膜剛性が小さいほど早く回転することを明らかにした.なお赤血球の100倍柔らかい条件まで広い範囲で解析を行ったがこの回転速度は膜剛性にほぼ反比例するオーダーである.またこの回転は非常に遅く数十分-数時間スケールの物理現象であることを示した.2.球形カプセル二体の沈降現象)希薄化させた小さな赤血球体積率下でも二体の赤血球の連銭が確認できることが実験で知られている.二体の赤血球接着は血漿高分子による近距離の引力によって引き起こされるが,遠く離れた二つの血球細胞が近づくメカニズムは流体力学的作用であると考えられる.本課題ではこの流体力学作用を解析することを主眼に置き,解析する上で最もシンプルな問題設定として二体の水平に並んで沈降する球形カプセルの数値計算を実施した.現在まで二体のカプセルは沈降と同時にお互いに接近する速度を持つこと,また膜が柔らかいほど接近速度が速いことを明らかにした.この接近速度は二つのカプセル間距離rの関数となっておりマイナス2乗から3乗のオーダーで減衰することも同時に発見した.なお二体が近距離まで接近した場合は膜が大きく変形し,僅かに離れた位置で平衡位置を持つ.1.「赤血球一体の再配向現象」の報告Saarland大学Wagner教授との共同研究である「赤血球一体の再配向現象」についてその結果を学術誌に投稿したが,現在は査読結果に基づいて論文を修正している段階である.2.二体の赤血球・球体カプセルの沈降現象希薄化させた小さな赤血球体積率下でも二体の赤血球の連銭が確認できることが実験で知られている.二体の赤血球接着は血漿高分子により近距離の引力によって引き起こされることが知られているが,遠く離れた二つの血球細胞が近づくメカニズムは流体力学的作用であると考えられる.本課題では二つの水平に並んだカプセルが接近するか離れるかはカプセルのアスペクト比が大きく要因であること明らかにし,アスペクト比が小さいカプセルほどお互いに接近する一方で,大きいカプセルほどお互いに遠ざけあうことがわかった.一方で上下に並んだカプセルではアスペクト比に依存せず互いに接近する速度を持ち,最終的には接着に至ることを解明した.従って現在までの結果を総合すると,赤血球二体の連銭は上下に並んだ二体の赤血球の速度差によって接着の形成に至ったと結論付けられる.3.血液(カプセル懸濁液)の粘弾性応答また研究計画を越える範囲であるが,本課題では血液の粘弾性応答についての数値解析も実施した.

赤血球をはじめとするカプセルは弾性体としての性質を持っているため,血液のようなカプセル懸濁液は粘弾性体として見做すことができる.本課題では懸濁液のカプセルの体積率が変化したときにその応答の位相がどのように変化するか,その詳細を解析した.本解析ではSAOSからLAOSまで広い領域で解析を実施したが,おおよそ全ての歪み,キャピラリー数において,体積率に対してほぼ線形に粘性応力応答の位相が弾性側へとシフトすることが明らかとなった.当該年度が始まる前は積み重ねの知見がゼロに等しい状態であったことを鑑みると長足の進捗と言え,研究計画から見ても当初想定したペースを上回る順調な実施状況である.また年度途中よりSaarland大学(ドイツ)へと留学しChristian Wagner教授と共同研究を実施しており,研究の新展開に向けて積極的な意見交換を行っている.従って当初の計画以上に進展していると言える.27年度が最終年度であるため、記入しない。連銭形成のメカニズム解明に向けて,今後は多数の離散状態の赤血球がどのような過程・メカニズムを経て連銭を形成するのかの解析を行う.この実施のため今後解決すべき数値計算上の問題としては,赤血球の接着を正しく表現するモデルを提案すること,また更なる大規模計算に向けて小さい時間刻みを回避する手法を開発することである.また数値計算で得られた知見を総合して血液チップの設計を予定している.27年度が最終年度であるため、記入しない。
空間反転対称性の人工制御による新奇超伝導状態の探索

本研究の目的は、空間反転対称性が破れている結晶構造を持つ重い電子系超伝導体において期待されている新奇超伝導状態に対する新しい切り口として、重い電子系の薄膜作製技術を用いて、前例のない手法により人工的に重い電子超伝導体の空間反転対称性を制御し、新奇超伝導状態が起こるかどうかの検証をおこなうことである。本年度の成果としては、昨年度に確立した薄膜成長装置であるMBEシステムのさらなる改良をおこない、1桁程度の高真空化を実現し、反強磁性体CeIn3と同じ結晶構造を持つ通常金属LaIn3の超格子構造の高品質化を達成した。CeIn3層の厚みの減少とともに反強磁性温度が低下し、CeIn3層の厚みが2単位格子程度で量子臨界点を示唆する非フェルミ液体的振る舞いを観測した。さらに磁場をかけることにより、この非フェルミ液体的振る舞いが通常の振る舞いに戻ることを明らかにした。この結果は、次元性という新しいチューニンバパラメータにより、反強磁性秩序を制御し、量子臨界点を実現できることを世界で初めて示すものである。結果をまとめたものがサイエンス誌に出版され、世界的に高く評価されている。さらに、この技術を用いて、CeCoIn5のエピタキシャル成長に世界で初めて成功し、バルク単結晶と同等な超伝導特性を示す薄膜を作製した。また、CeIn3と格子マッチングのよい絶縁体MgF2の超格子構造において、空間反転対称性が破れていることを明らかにしたこの系においては現時点ではエピタキシャル成長には至っていないが、今後の成膜条件の絞り込みによって空間反転対称性の破れた系のエピタキシャル超格子構造の創出が期待できる。本年度の成果としては、まず、薄膜成長装置であるMBEシステムを用い、反強磁性体CeIn3と、同じ結晶構造を持つ通常金属LaIn3の超格子構造を再現性よく作製する技術を確立した。X線解析および電子顕微鏡写真から、原子レベルでの制御が出来ていることを明らかにした。さらに、電気抵抗およびホール係数を希釈冷凍機温度まで測定した結果から、CeIn3層の厚みを少なくするにつれて反強磁性温度が低下していき、CeIn3層の厚みが2単位格子程度で量子臨界点を示唆する非フェルミ液体的振る舞いを観測した。この結果は、次元性という新しいチューニングパラメータにより、反強磁性秩序を制御し、量子臨界点を実現できることを世界で初めて示すものであり、現在論文を投稿中である。さらに、空間反転対称性の制御にむけて、3つの高温セルと4元素電子銃を備えた新しいMBEシステムの立ち上げをおこない、今まで以上の高い真空度での蒸着を可能にした。この成功により、トリコロール超格子の実現への基盤を確立することが出来た。
家庭用ロボットアプリケーションのプロトタイピング用ツールキットの開発

本年度は(a)プログラミング初学者でも使える統合開発環境Picodeに関する登壇発表を行った.また,初年度の成果であるツールキットPhybotsの知見を活かして(b)ビリヤード台をプロジェクションマッピングの技術を用いて拡張できるツールキットOpenPoolを開発し,登壇発表を行った.さらに,処理している画像を確認できるVisual Programming Language (VPL)と文字ベースのプログラミング言語を組み合わせて直感的かつ即時的にカメラ画像の処理パイプラインを構築できる統合開発環境VisionSketchを開発した.研究成果: (a)は昨年度中に国際会議一報を受理されており,今年度登壇発表を行った.また,(b)は査読あり国際会議論文一報を受理され,登壇発表を行った. (c)は査読あり国際会議のポスター発表を受理され,発表済みである他,査読あり国際会議論文一報を受理され,来年度登壇発表を行う予定である.「研究の目的」に対する位置づけ:研究課題の目的(1)ロボット用ツールキットの開発(2)ロボット用統合開発環境の開発(3)ツールキットを用いたアプリケーションの開発との対応関係を述べる.(a)は昨年度までに完了した(1)を基盤とし, (2)を実現するものである.さらに,ワークショップで実用してもらうことにより(3)を得た.(b)の開発には(1)の知見が活かされた. (c)は、(2)においてロボットの重要な一要素であるカメラ画像処理に範囲を絞ったものである.ユーザスタディで(3)を実証することもできた.「研究実施計画」に対する評価:本年度は前記(2)に沿うかたちでエンドユーザ向け開発環境の研究を進める予定であった.その代表的な成果が(c)である.さらに,集大成として博士論文を執筆した.(抄録なし)本年度は(a)研究題目であるロボットアプリケーションのプロトタイピング用ツールキット試作と(b)試作を用いたワークショップの開催および(c)試作を用いたユーザインタフェースの開発を行った。また、年度末にかけて、ロボットアプリケーションに限らず、(d)実世界からの入力を受け取るプログラムの開発を支援する開発環境を試作した。研究成果:(a,b)に関して査読あり国内学会誌一報と査読あり国際会議一報(来年度発表予定)、(c)に関して査読あり国内会議一報を受理された。(c)は査読なし国内シンポジウムで最優秀研究開発賞を受賞した。(d)に関しては次年度に査読あり国際会議へ投稿予定である。「研究の目的」に対する位置づけ:(1)ロボット用ツールキットの開発(2)ロボット用開発環境の開発(3)ツールキットを用いたロボット用ユーザインタフェースの開発との対応関係を述べる。(a,b)は(1)に、(c)は(3)に、(d)は(2)に、おおむね沿う内容である。「研究実施計画」に対する評価:計画では初年度、(a)と(e)ロボット用開発環境の試作のみを実施する予定であった。実際には、(a)を予定通り実施し、その有用性を確認するため(b)(c)を追加で実施した。また、(e)の代わりに(d)を実施した。意義、重要性:(a,b,c)は、これまでロボットエ学とHuman-Computer Interaction(HCI)分野で別々に研究されてきたロボットとPhysical User Interfaceの間を埋める新しいアプリケーション(Phybots)を開拓する研究であり、ロボット技術の実用化に向けて一定の役割を果たすことが期待できる。(d)は近年応用例が増えている実世界からのカメラ入力を用いた画像処理プログラム開発を支援する開発環境であり、元来ロボットアプリケーションのみを対象にしていた研究課題の応用範囲を、実世界入出力を用いるアプリケーションに広げる意義を持つ。本年度は(a)プロトタイピング用ツールキットPhybotsおよび(b)カメラ入力を受け取るプログラムの開発を支援する統合開発環境DejaVuに関する登壇発表を行った.また,Phybotsをベースに(c)プログラミング初学者でも使える統合開発環境Picodeを開発した.インターン先では(d)統合開発環境TouchDevelopにおいてGUI(Graphical User Interface)アプリケーションのライブプログラミングを可能にする拡張機能を開発した.研究成果:(a,b,c)それぞれについて主著で査読あり国際会議論文を一報ずつ受理された.(c)は全投稿論文の上位5%未満に与えられるHonorable Mention Best Paper Awardを受賞した.また,(d)はインターン先のメンターを主著とする査読あり国際会議論文が一報受理された.(a,b)は今年度登壇発表済み,(c,d)は来年度登壇発表予定である.「研究の目的」に対する位置づけ:(1)ロボット用ツールキットの開発(2)ロボット用統合開発環境の開発(3)ツールキットを用いたアプリケーションの開発との対応関係を述べる.(a)は(1)に,(b,c,d)は(2)に,(c)は(3)に,おおむね沿う内容である.「研究実施計画」に対する評価:計画では初年度(x)ツールキット開発と(y)エンドユーザ向け開発環境の壁を,次年度ツールキットや開発環境を用いて(z)ロボット向けユーザインタフェースの開発と評価を行う予定であった.本年度は主に(c)の開発および一般向けのワークショップを通して,昨年度実施しなかった(y)および(z)を実施することができたと考えている.また,

(b,d)は研究の目的(2)に相当するが元来の計画に留まらない幅広い応用を目指した結果である.本年度は(a)プログラミング初学者でも使える統合開発環境Picodeに関する登壇発表を行った.また,初年度の成果であるツールキットPhybotsの知見を活かして(b)ビリヤード台をプロジェクションマッピングの技術を用いて拡張できるツールキットOpenPoolを開発し,登壇発表を行った.さらに,処理している画像を確認できるVisual Programming Language (VPL)と文字ベースのプログラミング言語を組み合わせて直感的かつ即時的にカメラ画像の処理パイプラインを構築できる統合開発環境VisionSketchを開発した.研究成果: (a)は昨年度中に国際会議一報を受理されており,今年度登壇発表を行った.また,(b)は査読あり国際会議論文一報を受理され,登壇発表を行った. (c)は査読あり国際会議のポスター発表を受理され,発表済みである他,査読あり国際会議論文一報を受理され,来年度登壇発表を行う予定である.「研究の目的」に対する位置づけ:研究課題の目的(1)ロボット用ツールキットの開発(2)ロボット用統合開発環境の開発(3)ツールキットを用いたアプリケーションの開発との対応関係を述べる.(a)は昨年度までに完了した(1)を基盤とし, (2)を実現するものである.さらに,ワークショップで実用してもらうことにより(3)を得た.(b)の開発には(1)の知見が活かされた. (c)は、(2)においてロボットの重要な一要素であるカメラ画像処理に範囲を絞ったものである.ユーザスタディで(3)を実証することもできた.「研究実施計画」に対する評価:本年度は前記(2)に沿うかたちでエンドユーザ向け開発環境の研究を進める予定であった.その代表的な成果が(c)である.さらに,集大成として博士論文を執筆した.今年度実施した研究はすべて研究の目的に沿うものであり、対外発表の成果も出ている。したがって、おおむね順調に進展していると判断した。研究実施計画に対する評価でも書いたとおり,本年度の研究成果は初年度と次年度の実施計画を網羅するものである.さらに,カメラ入力を処理するアプリケーションやGUIアプリケーションなど,当初の目的であったロボット用に留まらない応用分野にも着手できたことから,「当初の計画以上に進展」と評価した.本年度、前項(e)ロボット用開発環境の開発を準備するなかで、そもそも開発環境全般に関する研究が世界的に見てまだ未踏の多い分野であることが明らかになった。とくに近年、ロボットに限らず実世界との入出力を扱うプログラムが数多く見られるようになってきており、これらの開発を支援できれば、元来の計画以上にインパクトのある研究成果が期待できるものと考えるに至った。これが前項において(e)の代わりに(d)を実施した理由である。今後は、日本が遅れを取っているロボットアプリケーションだけでなく、世界的に見てまだ取り組みの少ない隣接領域も研究対象に含めることで、より新規性のある研究成果を出していきたい。
脂肪組織マクロファージとインターロイキン10による代謝調節に関する研究

本研究計画で我々は、脂肪組織M1/M2マクロファージ(Mφ)とインスリン感受性との関連について、特にM2Mφとインターロイキン10(IL-10)の働きに注目し検討した。PPARγ活性化作用を持つテルミサルタンは脂肪組織MφのM2極性を誘導し、一方脂肪組織低酸素はM1極性を誘導した。ジフテリアトキシンの投与によりM2Mφを欠失することができるM2Mφablationマウスは脂肪細胞が小型化し、インスリン感受性が改善した。視床下部のIL-10シグナルの活性化は骨格筋のミトコンドリア関連遺伝子の発現を増強させ、耐糖能を改善させた本研究計画で我々は、脂肪組織M1/M2マクロファージ(Mφ)とインスリン感受性との関連について、特にM2Mφとインターロイキン10(IL-10)の働きに注目し検討した。視床下部のIL-10シグナルの活性化は骨格筋のミトコンドリア関連遺伝子の発現を増強させ、耐糖能を改善させた今回の研究計画で我々は、脂肪組織マクロファージとインターロイキン10による代謝調節機能に関して、次の3点に注目して検討を進めてきた。まず(1)「IL-10が全身および末梢組織の代謝に与える影響」に関して平成22年度には、アデノウイルスベクターをもちいたIL-10の過剰発現が肥満マウスの耐糖能を改善すること、その機序のひとつとして骨格筋のミトコンドリア機能関連遺伝子の発現増強が関与していることを見出し、学会にて報告してきた。現在論文を作成中である。(2)「中枢神経のSTAT3シグナルの活性化が摂食と体重に与える影響」に関しては、IL-10同様にSTAT3活性化作用を持つレプチンおよびIL-6、CNTF、LIFを中枢投与し比較検討した。強い摂食抑制や体重減少効果を持つのはIL-6とレプチンであり、STAT3のリン酸化は視床下部の弓状核、腹内側核など核に限局した染色パターンを示すことが分かった。一方、IL-10はCNTFやLIFと同様に視床下部のSTAT3のリン酸化はびまん性であり、これが強い摂食抑制作用を持たないことに関連していると考えられた。結果を日本糖尿病学会のシンポジウム他で発表した。(3)「代謝調節におけるM2マクロファージのアブレーションマウスの作成と解析」に関しては、マウスの作成が終了した。このマウスにジフテリアトキシンを投与することによりM2マクロファージが選択的に欠失されることが期待される。平成22年度はこのマウスの繁殖と、ジフテリアトキシンの適正な投与方法の決定をおこなった。平成23年度以降は、糖代謝、インスリンシグナル、組織における遺伝子発現の解析などを通じ、M2マクロファージが代謝に与える影響とその機序を網羅的に解明していく予定である。本研究課題の目的は、脂肪組織に浸潤するM2マクロファージ(M2Mφ)による代謝調節機構の解明である。ジフテリアトキシンの投与によりM2マクロファージを生後欠失させることのできるマウス(M2 Mφablationマウス)の作成と繁殖が昨年度までに終了し、本年度はその解析を行った。これまで脂肪組織のM2Mφは代謝に好ましい作用を有すると報告されており、その欠失は代謝を悪化させると予想していた。しかし予想に反して、通常食にて飼育した非肥満マウスでM2Mφを欠失させると、糖負荷試験およびインスリン負荷試験で評価した耐糖能、インスリン感受性が改善していた。このとき体重や摂餌量には変化がなかった。骨格筋や脂肪組織を用いたreal time RT-PCRでは、グルコース利用が低下し脂肪酸酸化が上昇するような遺伝子発現の変化を認めた。また肝臓では糖新生関連の遺伝子発現が上昇しており、絶食後またはカロリー制限にて飼育したマウスに似た代謝の表現型が認められた。また同マウスに高脂肪食を与え肥満誘導し、同様の検討を行った。食餌性肥満マウスにおけるM2Mφの欠失は、非肥満マウスにおける結果とは逆に糖・インスリン荷試験による耐糖能を悪化させた。これらの結果より、M2Mφは代謝において常に善玉の作用を有するわけではなく、非肥満時と肥満形成時には異なる役割を担う可能性が示唆された。M2Mφの欠失が非肥満・肥満マウスにおいてこのような異なる代謝の表現型を表す詳細な機序について、さらに検討を進めている。本研究課題の目的は、脂肪組織に浸潤するM2マクロファージ(M2Mf)による代謝調節機構の解明である。ジフテリアトキシンの投与によりM2Mfを生後欠失させることのできるマウス(M2Mf ablationマウス)の解析を昨年より開始している。これまで脂肪組織のM2Mfは代謝に好ましい作用を有すると報告されていたため、実験前にはM2Mfの欠失が代謝を悪化させると予想していた。しかし予想に反して、M2Mf ablationマウスでは耐糖能およびインスリン感受性が改善していた。その機序として、脂肪細胞が小型化し脂肪酸酸化が上昇するような遺伝子発現の変化を示すことなどを昨年までに報告してきた。本年はこの脂肪細胞が小型化しその数が増えること注目し、その機序について更に検討を進めた。

内臓脂肪組織の間質分画(SVF)をSca1とLinをマーカーに前駆脂肪細胞、非前駆脂肪細胞、血球系細胞の3分画にわけ、遺伝子発現を検討した。その結果、3分画全てにおいて細胞増殖関連遺伝子の発現が上昇していることを見出した。前駆脂肪細胞の増殖分化に関わるHippo経路およびWnt経路の関与について現在検討を進めている。また一方で、脂肪組織マクロファージのM1/M2極性の決定における肥満脂肪組織内の低酸素シグナルの影響について検討を行った。低酸素は脂肪組織マクロファージをM1様の極性誘導すること、IL-4を用いてあらかじめM2Mfへ極性誘導しておくと低酸素による炎症反応が軽減することなどを見出し報告した(Diabetologia 2013, in print)。さらに、低酸素経路における重要な転写因子であるHIF-1aに注目し、解析を進めた。単球・マクロファージ特異的にHIF-1aを欠損するマウスの脂肪組織マクロファージはM2様であり、インスリン感受性が改善することを確認した。計画書に挙げた一つ目の課題(中枢神経におけるIL-10シグナルの働き)は終了した。二つ目の課題(M2マクロファージablationマウス)の解析も計画の40-50%のところまで進んでいる。24年度が最終年度であるため、記入しない。M2マクロファージablationマウスの解析の残りの部分を終わらせる。特に、現在までに得られている代謝変化の機序について、中心に解析を行う。第一、第二課題ともに論文化を進める。
バイタルサインモニタによるフライトシミュレーション学習支援

複合的な知識、技能の活用が求められる航空機の操縦技能の定量的評価指標として生体情報(主に視線推移情報)に注目し、同情報を活用したフィードバックシステムの開発、及び導入による学習の効率化を企図した。研究は3段階から成り、1.フライトシミュレーター演習時のパイロットの生体情報の計測及び操縦技能の傾向と特性の把握、2.得られた生体情報と操縦時の映像記録を併せてバイタル・ポートフォリオとして保存し、指導者および操縦者にフィードバックする学習支援システムの開発、3.2のシステムを利用し操縦技能の定量的評価を実施することを各段階の目標としている。第一段階では航空操縦学専修課程の訓練生を対象に、計器飛行訓練における主要な課題の遂行時における生体情報を取得し、傾向と特性について把握した。次いで生体情報による技能評価が妥当性と弁別性を有しているか、また技能向上効果が得られるかについて検証実験を行い、有意な技能レベルの向上を確認した。研究期間中の技術進展に伴い、視線追尾型VR端末を活用することで計測、フィードバックに加えて操縦者の訓練を平易に行えるシミュレーション学習システムを構築することが可能と考えられたことから、新規にシステムの開発を行った。このシステムの実地有効性について検証を行い、成果について論文を投稿した。今年度までに全ての段階について試作システムを開発し、教育効果の検証実験を行い、予定の全てを完了した。本研究で得られた生体情報データと開発したVRシステムを用いて、仮想空間上の操縦者の挙動と生体情報を収集し、機械学習に基づき操縦技能を評価するAIシステムの開発に向け更に研究を進展させる予定である。複合的な知識、技能の活用が求められる航空機の操縦パフォーマンスの定量的評価指標としてバイタルサイン(心拍数の変動、視線移動などの生体情報)に注目し、同情報を活用したフィードバックシステムの開発、及び導入による効率化を企図した.研究は3段階から成り、1.フライトシミュレーター演習時のバイタルサインを計測し、パイロットのパフォーマンスの傾向と特性を把握すること、2.得られた生体情報とパフォーマンスの映像記録を併せてバイタル・ポートフォリオとして保存し、指導者および操縦者にフィードバックする学習支援システムを開発すること、3. 2のシステムを利用しパフォーマンスの定量的評価を実践することを各段階の目標としている.当該年度においては主に第1段階について計測実験を行い、予定の全てを完了した.本学航空操縦学専修の訓練生を対象に、計器飛行訓練における主要課題である離陸、計器出発、計器進入、着陸の4つの飛行課題を実施し、遂行時の生体情報を取得した.課題に対するパフォーマンス評価用のルーブリックを作成し、生体情報による評価と比較した.対象者は計器飛行証明保持者、及び非保持者の飛行経験の異なる2群から構成され、生体情報の傾向と特性について比較および分析を行った.実験の結果からは飛行経験によって異なる生体情報の傾向が示され、生体情報によるパフォーマンス評価はルーブリックによる評価を裏付けるものとなった.得られた結果について2学会で発表を行い、原著論文.1報、紀要.1報を投稿した.また第2段階におけるフィードバックシステムの開発についてパイロットからのヒアリングを実施し、システムの要件定義を完了した.3段階に分けた研究期間のうち、第1段階であるフライトシミュレーター演習時のバイタルサインの取得およびパフォーマンス特性の把握について計測実験を完了し、成果報告についても投稿を行っている.計測実験については継続して実施する準備が整っている.また、第2段階であるシステム開発についても要件定義を既に完了しており、開発に着手出来る状態にある.本研究では、航空操縦課程における操縦技能向上の一環として、FTD(Flight Training Device)を使用したシミュレーション教育における学習の効率化を図ることを目標とする。複合的な知識、技能の活用が求められる航空機の操縦技能の定量的評価指標として生体情報(心拍数の変動、視線移動などの生体情報)に注目し、同情報を活用したフィードバックシステムの開発、及び導入による学習の効率化を企図した。研究は3段階から成り、1.フライトシミュレーター演習時のパイロットの生体情報を計測し、操縦技能の傾向と特性を把握すること、2.得られた生体情報と操縦時の映像記録を併せてバイタル・ポートフォリオとして保存し、指導者および操縦者にフィードバックする学習支援システムを開発する事、3.2のシステムを利用し操縦技能の定量的評価を実施することを各段階の目標としている。前年度までに1、2段階について試作システムを使用し、教育効果の検証実験を行い、予定の全てを完了した。本学航空操縦学専修課程の訓練生を対象に、計器飛行訓練における主要な課題の遂行時における生体情報を取得し、傾向と特性について把握した。得られた結果について4学会で発表を行い、原著論文2報、紀要1報を投稿した。また第2段階におけるフィードバックシステムについて業者と共同研究のもと開発を行っており、最終年度における目標達成にむけ研究を遂行している。3段階に分けた研究期間のうち既に2段階を終了し、結果について成果報告を行っている。最終年度においては、第3段階の目標であるフィードバックシステムの開発及び実際の導入と効果検証の達成に向け、研究を遂行中である。

研究は3段階から成り、1.フライトシミュレーター演習時のパイロットの生体情報の計測及び操縦技能の傾向と特性の把握、2.得られた生体情報と操縦時の映像記録を併せてバイタル・ポートフォリオとして保存し、指導者および操縦者にフィードバックする学習支援システムの開発、3.2のシステムを利用し操縦技能の定量的評価を実施することを各段階の目標としている。今年度までに1、2段階について試作システムを使用し、教育効果の検証実験を行い、予定の全てを完了した。本学航空操縦学専修課程の訓練生を対象に、計器飛行訓練における主要な課題の遂行時における生体情報を取得し、傾向と特性について把握した。次いで生体情報による技能評価が妥当性と弁別性を有しているか、また技能向上効果が得られるかについて検証実験を行い、有意な技能レベルの向上を確認した。研究期間中の技術進展に伴い、視線追尾型VR端末を活用することで計測、フィードバックに加えて操縦者の訓練を平易に行えるシミュレーション学習システムを構築することが可能と考えられたことから、新規にシステムの開発を行った。このシステムの実地有効性について検証を進めており、成果について論文投稿を予定している。3段階に分けた研究期間のうち既に2段階を終了し、結果について成果報告を行っている。最終年度においては、第3段階の目標であるフィードバックシステムをVR技術を導入した訓練支援システムに改良し、実地有効性について予備実験を終了している。本実験における効果検証の達成に向け、研究を遂行中である。複合的な知識、技能の活用が求められる航空機の操縦技能の定量的評価指標として生体情報(主に視線推移情報)に注目し、同情報を活用したフィードバックシステムの開発、及び導入による学習の効率化を企図した。第一段階では航空操縦学専修課程の訓練生を対象に、計器飛行訓練における主要な課題の遂行時における生体情報を取得し、傾向と特性について把握した。このシステムの実地有効性について検証を行い、成果について論文を投稿した。今年度までに全ての段階について試作システムを開発し、教育効果の検証実験を行い、予定の全てを完了した。
機能性核酸分子のX線解析による基本構造の解才明

RNAとタンパク質との相互の認識/情報伝達のメカニズムを明らかにするために,tRNAのアミノアシル化反応についてX線解析に基づく構造化学的研究を行う必要がある.本研究ではクラスIIに属するアスパラギン酸とヒスチジンの2つの系について,(1)ATP結合におけるMgイオンの必然性,(2)アミノ酸の認識,(3)ATPのアミノアシル化,(4)tRNAの3′水酸基へのアミノアシル基の転移,における静電ポテンシャルと相互作用エネルギー,反応に伴うエネルギー変化を調べた.tRNAアミノアシル合成酵素(RS)の静電ポテンシャルは,Mgイオンの結合を誘発し,結合するとATPのβリン酸基とγリン酸基が結合できるようになることを示している.アミノ酸の結合によってαカルボキシル基の一方のカルボニル酸素がαリン酸基の正のポテンシャルをもつリン原子に向くようになる.この結果は,三方両錐形の中間体を経て反転する反応スキームを支持している.相互作用エネルギーはMgイオンが結合して初めてATPがRSに結合すること,アミノ酸の結合にもMgイオンが関与していることを示した.アミノ酸の結合は律速段階となり,部分的なエネルギーの不利益を伴うが,aaAMPを形成することによって大幅に安定化し,さらにMg:PPiを放出することによって系は安定化する.RS:aaAMPの複合体にtRNAが結合すると,CCA末端のアデノシン残基の3′水酸基の酸素原子は負のポテンシャルとaaAMPのαカルボキシル基の炭素原子のもつ正のポテンシャルが近づく.両者のこのようなポテンシャルの組み合わせが,アミノ酸の3′水酸基への転移を誘発することが明らかになった.RNAとタンパク質との相互の認識/情報伝達のメカニズムを明らかにするために,tRNAのアミノアシル化反応についてX線解析に基づく構造化学的研究を行う必要がある.本研究ではクラスIIに属するアスパラギン酸とヒスチジンの2つの系について,(1)ATP結合におけるMgイオンの必然性,(2)アミノ酸の認識,(3)ATPのアミノアシル化,(4)tRNAの3′水酸基へのアミノアシル基の転移,における静電ポテンシャルと相互作用エネルギー,反応に伴うエネルギー変化を調べた.tRNAアミノアシル合成酵素(RS)の静電ポテンシャルは,Mgイオンの結合を誘発し,結合するとATPのβリン酸基とγリン酸基が結合できるようになることを示している.アミノ酸の結合によってαカルボキシル基の一方のカルボニル酸素がαリン酸基の正のポテンシャルをもつリン原子に向くようになる.この結果は,三方両錐形の中間体を経て反転する反応スキームを支持している.相互作用エネルギーはMgイオンが結合して初めてATPがRSに結合すること,アミノ酸の結合にもMgイオンが関与していることを示した.アミノ酸の結合は律速段階となり,部分的なエネルギーの不利益を伴うが,aaAMPを形成することによって大幅に安定化し,さらにMg:PPiを放出することによって系は安定化する.RS:aaAMPの複合体にtRNAが結合すると,CCA末端のアデノシン残基の3′水酸基の酸素原子は負のポテンシャルとaaAMPのαカルボキシル基の炭素原子のもつ正のポテンシャルが近づく.両者のこのようなポテンシャルの組み合わせが,アミノ酸の3′水酸基への転移を誘発することが明らかになった.