hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ニューラルネットによる事故検知と管制に必要な交通情報の推定

利用者の多様化と量的拡大が進行した都市間高速道路において,事故が原因する渋滞発生の頻度は年々上昇傾向にある。高速道路上の交通事故は,道路構造上,出入口が限定されていることから,深刻な影響を及ぼす。この意味で,事故の速やかな発見とそれを受けた適切な処置すなわち交通管制は重要である。以上のような観点から,本研究では,高速道路における事故の自動検知方法の開発と交通管制上最も必要とされる所要時間の推定に関して,基礎的な検討を行った。まず,事故検知については,事故区間上下流端の交通変量計測値(交通量,速度,オキュパンシ)を入力として用いる方法をいくつか考えた。第1番目のモデルは,ニューラルネットワークを用いたモデルであり,入力層に入力変量数に等しいニューロンを持ち,出力層に事故の有無を判別する1個のニューロンを持つ,単純3層ネットワークのモデルである。第2番目のモデルは,上下流端の交通変量の差をファジィ数として扱うファジィ推論を用いた方法,第3,第4番目のモデルは,1,2のモデルを組み合わせたものである。シミュレーションから得られたデータにより適用性の検討を行った結果,モデル1については,速度とオキュパンシを使った方法が安定した検知を行うこと,モデル2は速度のみを用いればよいこと,ニューロ・ファジィモデルは交通需要が一定水準以上になるとモデル1より有効であること,モデル2はモデル1やニューロ・ファジィモデルに比べ若干劣ること,ファジィ・ニューロモデルは,他のモデルに比し著しく良い事故検知を行うこと等がわかった。所要時間の推定については,衝撃波理論を用いた方法を開発したが,モデルにおける様々な仮定が実際の交通流を説明することを妨げているためか,結果的には2030%という大きな誤差を生むものとなった。本研究は高速道路における事故発生時の交通状態を対象にしているため、時々刻々の実データを入手することは困難である。したがって、データ取得と各種実験の展開のためにシミュレーションモデルを作成した。モデルとしては、計算時間の短縮化を目指して、マクロモデルとミクロモデルの中間的モデルを採用した。事故検知のためのニューラルネットワーク(NNと略記)の構造としては、入力層、中間層、出力層から成る単純3層構造、複数の独立3層NNの出力を、新たな3層NNの入力とする構造、生の交通情報と3層NNの出力を混合して、新たな3層NNの入力とする構造の三つを考えたが、シミュレーションから得られたデータによるテストの結果、結局、最も単純な最初に挙げたモデル(単純3層構造)がより精度の高い事故検知を行うことが判明した。この単純3層構造NNについては種々の実験を行ったが、まずシグモイド関数のパラメータは1.0でよいこと、中間ニューロン数は交通需要大(交通容量の70%)の場合5、交通需要中以下(交通容量の70%未満)の場合20とすればよいこと、NNに対する入力交通変量としては交通需要大の場合は交通量と速度の2変量を用いる方が、交通需要中以下の場合はオキュパンシと速度の2変量を用いる方がそれぞれ最も予測誤差が少なくなること等の事実を確認することができた。しかし、入力変量については交通需要レベルに応じて変えるべきではないという観点から、結局、常にオキュパンシと速度を用いるようにした。開発したNNモデルと従来モデルの中でも最も優れたものの一つである一般化尤度比検定法を用いたモデルとの有効性比較実験の結果は、56のテストケース中4ケースを除いてNNモデルの方がより迅速な事故検知を行うという結果となることを確認した。昨年度はまずヨクロモデルとマクロモデルの中間モデルを用いたシミュレーションプログラムを作成し、高速道路における事故時の交通流態をコンピュータ的に再現するようにした。

ついで、このシミュレーションから得られた交通変量データを用い、ニューラルネットワーク(以下、NNと略記)による事故検知モデルの性能テストを実行した。その結果、ネットワークの構造としては、複雑な形状のものがかえって検知精度の点でも計算時間の点でも単純3層のものに劣ること、入力交通変量としては総合的に判断すればオキュパンシと速度を採用することが望ましいことが判明した。本年度は、まず事故検知手法として新たに学習機能を有するファジィ推論モデルを開発した。従来の推論ルールは、例えば大、中、小といった大まかな状態判別ファジィ変量を用いていたが、開発した方法では、種々の交通需要と事故発生パターン(発生時刻、発生位置)がすべて推論ルールに組み込まれるようになっている。シミュレーションから得られたデータによるテストを行った結果、入力情報に不可避的な観測誤差に対する頑健性という点においては、NNモデルを凌駕することが明らかとなった。渋滞長とインター間所要時間の推定については、衝撃波理論を用いてまず理論解を導き、その値をシミュレーションから得られたデータにより照合するという方法でテストを行ったが、推定精度は全般的にあまり芳しいものではなかった。この原因について詳細に検討した結果、シミュレーションそのものに問題があることがわかり、この時点からミクロモデルによるシミュレーションの再構築を開始したが、時間が年度末に迫っており、研究成果としてまとめるまでには至らなかった。
女性アスリートのトレーナビリティに関する研究－三主徴の原因究明を狙いとして－

研究2年目を向かえ、成果に対する信頼性を高める為、研究参加対象者を1年目の8競技種目の合計120人に加え、他の4競技種目80人を合わせた合計200人を全対象者としてデータ収集を実施している。尚、基本情報のモニタリング(毎日)と半年に一度実施する基礎体力及び骨密度の測定を継続実施中である。2017年6月に開始した縦断的追跡調査・測定(2017年12月に2回目、2018年6月に3回目、2018年12月に4回目)も既に終了し、研究課題最終年度にあたる2019年6月に5回目の測定を予定(満2年間の縦断的追跡終了)している。また、測定2及び3回目に骨代謝関連遺伝子(VDRのBsmI、TaqI、ApaI多型と、その他ESRI多型、α-ACTN3のR577X多型)の解析の為のサンプリングを終了、各遺伝子の多型解析も終了した。得られたデータより女性アスリートにおける月経周期の違いが骨密度にどのような影響を及ぼすかを明確にする為、月経周期を幾つかに分類し骨密度との差異を検討した結果、月経周期が長期になるほど骨密度の低値を示すことや、月経異常とみられる対象者の骨密度と骨代謝関連遺伝子との関連がみられ、長期の月経異常は骨疾患の誘発を進行させる可能性(2018年69月に学会報告済み)、その影響をより受けやすいか否かの遺伝的要因の関連の可能性を示す結果が得られた(2018年12月原著論文発表済)。現在は女性アスリート三主徴のリスクファクターと骨密度の関連を骨代謝関連の遺伝子的観点から、その差異を検討中、その結果を2019年4月中にまとめ、専門学会へ原著論文として発表する。今後は、収集したデータを対象者の特徴別に分類し、骨代謝関連遺伝子別の三主徴リスクファクターとの関連性を縦断的検討、その結果を2019年69月間において開催予定の各専門学会にて報告、2019年度内に原著論文として投稿予定である。本研究の最大の狙いは、女性アスリートの三主徴の原因とされるリスクファクターを中心に骨損傷を防ぐための方策の一つとして、骨代謝関連遺伝子と環境的因子などが低骨密度とどのように影響・関連するかについて検討し、日頃の運動・トレーニングによるリスクが骨に対し遺伝的因子により悪い影響を受けやすいか否かを明らかにさせ、女性アスリートの骨疾患に対するリスクのトレーナービリディを構築し、競技現場におけるコンディショニングの一指標として提供することである。初年度に計画していたすべての調査及び測定は実施され、現在も縦断的調査を遂行中である。これまで得られたデータ(2017年6月2018年7月)を研究開始当初のこれまでの背景から仮説を立てた狙い通りの傾向がみられる結果「女性アスリートの月経周期の長期化は骨密度の低値を示すこと、そして月経周期異常とみられる女性アスリートのビタミンD受容体遺伝子多型間で骨密度の違いがある可能性」については、研究結果を2018年6月9月間の専門学会にてそれぞれ発表し、2018年12月において運動とスポーツの科学雑誌に原著論文として掲載済みである。現在は女性アスリート三主徴のリスクファクターと骨密度の関連を骨代謝関連の遺伝子的観点から、その差異を検討中であり、その結果を2019年5月までまとめ、関連専門雑誌へ原著論文として投稿予定である。本研究は、女性アスリートの骨疾患に対するトレーナービリディの構築を狙いとして、大学に所属する各種競技に女子選手の対象にデータの収集・測定・解析を継続中である。現時点までの検証結果を2018年度において第25回日本運動・スポーツ科学学会及び第73回日本体力医学会にて発表済みであり、さらには2018年12月現在で原著論文として認められ、新たな課題が指摘されたものの一つの指標となるものとして評価された。尚、新たな課題に挙げられた対象者数の不足点は、2年目に入る時期(2017年度開始時対象競技8種目・120人を2018年7月現在で対象競技4種目・80人をさらに加え、合計対象競技12種目・200人)に対象者の増員が得られた。現在は、研究2年目までに収集されたデータを女性アスリート三主徴のリスクファクターと骨密度との関連を骨代謝関連の遺伝子的観点から、その差異を検討中であり、その結果を2019年4月現在、専門学会へ原著論文として投稿の準備を終えたところである。さらに今後は、これまでのデータを対象者の特徴別に分類し、骨代謝関連遺伝子別に三主徴のリスクファクターとの関連性を縦断的検討、その成果を2019年69月間において開催予定の各専門学会にて発表するとともに、2019年度内に原著論文として投稿する。研究採択以後、女性アスリートの三主徴の原因究明を狙いに、各説明会を通じて長期間の被験者協力の得られた8競技種目の女子競技者計140名を対象に、月経状況等の基本情報を毎日モニタリングと半年に一度実施する基礎体力及び骨密度(全身、腰椎、大腿頸部)の測定を実施している(2017年12月2018年1月に開始2回目の計測終了、現在は3日目の計測を2018年6月7月にかけて実施予定)。尚、2回目の測定時に骨代謝関連遺伝子(ESR1多型、VDR-Bsm1多型、α-ACTN3;R577X多型)の解析のためのサンプリングと各遺伝子の多型解析を実施及び一部終了した。

現在まで得られたデータより、女性アスリートにおける月経周期の違いが骨密度にどのような影響を及ぼすかを明確にする為、月経周期を幾つかに分類し骨密度との差異を検討した結果、月経周期が長期になるほど骨密度の低値を示す結果と、月経周期異常とみられる対象者の骨密度と骨代謝関連遺伝子との関連の可能性がみられ、女子アスリートの長期月経周期は骨疾患の誘発を進行させる可能性や、その影響をより受けやすいか否かの遺伝的要因の関連の可能性を示す結果が得られた。しかし、遺伝子的観点を含めて研究結果の信頼性を高める必要もあり、2018年度には引き続き対象者の増員を含めて計測と検討することに努める。尚、初年度の成果発表を以下で発表することが決定している。1.女性アスリートにおける月経周期の違いと骨密度との関連性(第25回日本運動・スポーツ科学学会、広島、2018年6月16ー17日2.女性アスリートにおける月経周期の違いが骨密度と体組成及び身体能力に及ぼす影響(第73回日本体力医学会大会、福井、2018年9月7ー9日)3.月経周期異常の女性アスリートにおける骨密度とビタミンD受容体遺伝子多型との関連性(第73回日本体力医学会大会、福井、2018年9月7ー9日)本研究の最大の狙いは、女性アスリートにおいて月経周期の異常から最終的に骨疾患(疲労骨折及び骨粗鬆症)を誘発するリスクとなるかについて臨床的調査(月経周期の状況を詳細にモニタリング⇒対象者を月経周期の期間別に分類⇒骨密度の差異を検討)から確認し、女性アスリートの月経周期の長期化が骨密度の低下に繋がり骨疾患を誘発するリスクとなることについて提案する根拠づくりにある。さらには、女性アスリートの月経周期の異常は運動・トレーニングによるストレスから一般女性と比べて高いことは現場的思考から今後も課題となることが考えられる。従って、本研究の月経周期の長期化や異常をきたしている女性アスリートを中心に、骨代謝関連遺伝子を解析して骨密度の差異があるかについて検討を加え、日頃の運動・トレーニングによる月経周期異常の中でも骨に対し遺伝的因子により悪い影響を受けやすいか否かを明らかにさせ、女性アスリートの骨疾患に対するリスクのトレーナービリディを構築し、競技現場における選手管理やコンディショニング調整の一指標として提供することである。先ずは、初年度に計画していたすべての調査と測定を実施、現在も縦断的調査を遂行中であり、現在までの短期間(68か月)のデータではあるが、少なからず当初のこれまでの背景から仮説を立てた狙い通りの傾向がみられる結果が得られた「現在の主な結果:女性アスリートの月経周期の長期化は骨密度の低値を示すこと、そして月経周期異常とみられる女性アスリートのビタミンD受容体遺伝子多型間で骨密度の違いがある可能性がみられた」。以上の現時点での研究結果を2018年69月の専門学会にてそれぞれ発表し、年度内には論文としてまとめ投稿する予定であり、今後は2年目の実験・調査結果を加えてより詳細な科学的根拠づくりに繋げられるものと思われる。研究2年目を向かえ、成果に対する信頼性を高める為、研究参加対象者を1年目の8競技種目の合計120人に加え、他の4競技種目80人を合わせた合計200人を全対象者としてデータ収集を実施している。尚、基本情報のモニタリング(毎日)と半年に一度実施する基礎体力及び骨密度の測定を継続実施中である。2017年6月に開始した縦断的追跡調査・測定(2017年12月に2回目、2018年6月に3回目、2018年12月に4回目)も既に終了し、研究課題最終年度にあたる2019年6月に5回目の測定を予定(満2年間の縦断的追跡終了)している。
赤外線観測に基づく星間ダストの起源の解明

本研究では、超新星爆発、大質量星の終焉期に当たるWolf Rayet(WR)星の連星活動や、および新星爆発にともなう固体微粒子形成過程に着目し、あかり衛星や8mクラスの地上大型望遠鏡に搭載された中間赤外観測装置を用いた観測データから、その組成の調査やダスト質量の定量評価を行った。その結果、WR140については、WRの連星活動によって形成されて生き残ることのできるダスト量は少なく、初期宇宙の主要なダスト源となる容易ではない事を示した。また、本研究は新星V1280Scoのダスト形成の歴史を明らかにした。本研究は、近・中間赤外分光観測に基づいて、新星・超新星爆発、ウォルフライエ(Wolf-Rayet;WR)連星系による固体微小粒子(ダスト)の形成過程を解明し、その組成や質量の系統的評価を行うことを目的とする研究課題である。22年度においては、(1)"超新星爆発に伴う放出ガス中でのダスト形成"に関する観測的研究について、あかり衛星phase3期の採択課題で得られたデータの解析処理を進めた。(2)"Wolf-rayet連星系のダスト形成"に関する研究については、すばる望遠鏡共同利用観測(S09B期、S10A期、S11A期;PI.左近樹)に観測提案を行い、提案したすべての時期におけるデータ取得に成功し、そのデータ処理を完了させた。この観測結果のうち、特に初期のデータに関する研究成果はSakon etal.2010,Ast.Soc.India,Conf.Ser.1,49-55に発表した。(3)"新星によるダスト形成"の研究については、あかり衛星phase3II期の採択課題で得られたデータ解析処理と、すばる-Gemini望遠鏡時間交換枠の採択課題(GS-2010B-C-7;PI.左近樹)のデータ取得及び解析を完了した。それらの結果を踏まえて,固体微粒子の生成過程を理論的に扱う研究チーム(東京大学;IPMUなど)、ガスの固体凝縮を実験的に扱う研究チーム(東北大学など)、新星の理論研究チーム(東京大学、慶応大学など)との研究協調のもとで、データの解釈に関する詳細な議論を進展させている。恒星を起源とするダストは、現在の宇宙空間の豊かな物質・化学環境を作り上げる上で、中核的な役割を担っている。その形成過程、変質過程の解明は、初めは水素とヘリウムだけであった宇宙が現在の生命活動を含む豊かな宇宙に至までの化学進化の歴史を理解する上で極めて基本的な情報であり、赤外線天文学に置ける重要な解決すべき課題の一つである。23年度においては、(1)"Wolf-rayet連星系のダスト形成"に関する研究については、すばる望遠鏡共同利用観測(S09B期、S10A期、S11A期;PI.左近樹)に観測を遂行し、提案したすべての時期におけるデータ処理を完了させた(結果の一部は、第三回すばる国際会議で発表)。(2)"新星によるダスト形成"の研究については、日本人アマチュア天文家らによって発見されたさそり座新星V1280Scoについて、すばる望遠鏡で2007年に取得されていたアーカイヴデータ、および、すばる-Gemini望遠鏡時間交換枠の採択課題(GS-2010B-C-7,GS-2011B-C-4;PI,左近樹)のデータ取得及び解析を完了させ、実際に星の周りで形成される固体微粒子の組成、温度、質量、分布の1000日以上のスケールでの時間進化を捉える事に成功した。特に、8mクラスの望遠鏡を用いた新星ダストの1000日以上にわたる、詳細な固体微粒子の時間進化を捉えた例はほとんどなく、「恒星周りで形成される固体微粒子の形成メカニズム」、そして、それが星間空間に放たれるまでの過程において経験する「物理的、化学的変質過程」の観測的理解に、重要な根拠となる観測情報を得るに至った。現在論文での成果報告を急いでいる。
突発的な土砂流出に基づく乱泥流の挙動に関する堆積物理学的研究

平成6年10月末に本科研費の交付内定通知を受け,このため集中豪雨に関する観測には自ずと限界があった.乱泥流の発生と流動に関する一連の観測は,11月下旬より行ない,平成7年2月に終了した.この間,集中豪雨からの河川土砂流出は2度観測され,これによって研究対象の北海道オコタンペ湖では,小規模ながら乱泥流の発生と流動が認められた.同湖には計6つの河川が流入するが,うち湖中央付近へ流入する2つの川が,全土砂供給量の約65%を占める.この2つの川について,その土砂流出量を綿密に観測した.結果として,2つの川のうち北湖盆に流入する第II川は,この湖盆域にのみ乱泥流の発生を引き起こし,湖全体に対する堆積寄与は,余り大きくない.他方,湖中央に流入する最大の第III川は,湖の北湖盆と南湖盆の両者に堆積を引き起こし,湖全体への堆積寄与がかなり大きいことがわかった.この川の土砂流出に伴う乱泥流発生は,特に南湖盆で顕著で,乱泥流消滅後も吹送流による泥水の混合拡散によって,微細粒子が湖全体に堆積することがわかった.実測例が今回は極めて少なかったため,夏秋季における一連の土砂流出観測と乱泥流観測が次回は不可欠となる.これによって乱泥流の発・流動・消滅過程の一連の機構をより定量的に明らかにしたい.また,今回の観測では,乱泥流と吹送流の相互作用の重要性が示唆された.吹送流やその補償流が,乱泥流の運動エネルギー散逸を促進させる挙動を示すことがわかった.これは従来提唱されてきたオコタンペ湖全体の堆積過程が,よりダイナミックな流動条件下で行われていることを意味し,この相互作用の力学について詳細に検討するつもりである.平成6年10月末に本科研費の交付内定通知を受け,このため集中豪雨に関する観測には自ずと限界があった.乱泥流の発生と流動に関する一連の観測は,11月下旬より行ない,平成7年2月に終了した.この間,集中豪雨からの河川土砂流出は2度観測され,これによって研究対象の北海道オコタンペ湖では,小規模ながら乱泥流の発生と流動が認められた.同湖には計6つの河川が流入するが,うち湖中央付近へ流入する2つの川が,全土砂供給量の約65%を占める.この2つの川について,その土砂流出量を綿密に観測した.結果として,2つの川のうち北湖盆に流入する第II川は,この湖盆域にのみ乱泥流の発生を引き起こし,湖全体に対する堆積寄与は,余り大きくない.他方,湖中央に流入する最大の第III川は,湖の北湖盆と南湖盆の両者に堆積を引き起こし,湖全体への堆積寄与がかなり大きいことがわかった.この川の土砂流出に伴う乱泥流発生は,特に南湖盆で顕著で,乱泥流消滅後も吹送流による泥水の混合拡散によって,微細粒子が湖全体に堆積することがわかった.実測例が今回は極めて少なかったため,夏秋季における一連の土砂流出観測と乱泥流観測が次回は不可欠となる.これによって乱泥流の発・流動・消滅過程の一連の機構をより定量的に明らかにしたい.また,今回の観測では,乱泥流と吹送流の相互作用の重要性が示唆された.吹送流やその補償流が,乱泥流の運動エネルギー散逸を促進させる挙動を示すことがわかった.これは従来提唱されてきたオコタンペ湖全体の堆積過程が,よりダイナミックな流動条件下で行われていることを意味し,この相互作用の力学について詳細に検討するつもりである.
超イオン導電体における欠陥構造と低エネルギー励起

超イオン導電体における共通の特性として低励起モードの存在が指摘され,イオン伝導との相関関係が注目されているが,未だその機構は明らかにされていない.本研究では高温領域におけるイオンダイナミクスを支配する欠陥構造が,極低温領域における格子振動におよぼす影響に着目して,主として熱力学的立場から極低温領域における物性測定を行い,低エネルギー励起の存在を確認するとともに詳細な解析を進めた.平成7年度は,まず実験装置の製作および整備を進めるとともに,いくつかの超イオン導電体における欠陥構造と低励起モードについて調査し,まずイットリア安定化ジルコニアおよびLiNiO_2について集中的に実験を行った.断熱法による精密熱容量測定を行うとともに,^3He/^4He希釈冷凍機を用いて極低温領域の実験を行った.また音速測定および中性子非弾性散乱実験を行い,格子振動と低励起モードに関する知見を得た.イットリア添加量を変えたイットリア安定化ジルコニアについては,いくつかの粉末,焼結体および単結晶の精密熱容量測定を行い,比較検討した.その結果,粉末試料表面に吸着した窒素および水分子の寄与を明らかにするとともに焼結体および単結晶試料については低励起モードによる過剰熱容量を見い出し,興味深い添加量依存性を明らかにした.また中性子非弾性散乱実験から,低励起モードを直接捉えることに成功し,状態密度分布における鋭いピークとして示すことができた.さらに希釈冷凍による100mKに至る熱容量測定の結果,低エネルギー励起による熱容量はガラスにおけるような単純なトンネル2準位系あるいはソフトポテンシャルモデルでは説明できないことを明らかにした.またLiNiO_2についてはSQUIDによる磁化率測定を行い,磁性の寄与を解析して典型的なスピングラスの挙動を明らかにした.超イオン導電体における共通の特性として低励起モードの存在が指摘され,イオン伝導との相関関係が注目されているが,未だその機構は明らかにされていない.本研究では高温領域におけるイオンダイナミクスを支配する欠陥構造が,極低温領域における格子振動におよぼす影響に着目して,主として熱力学的立場から極低温領域における物性測定を行い,低エネルギー励起の存在を確認するとともに詳細な解析を進めた.平成7年度は,まず実験装置の製作および整備を進めるとともに,いくつかの超イオン導電体における欠陥構造と低励起モードについて調査し,まずイットリア安定化ジルコニアおよびLiNiO_2について集中的に実験を行った.断熱法による精密熱容量測定を行うとともに,^3He/^4He希釈冷凍機を用いて極低温領域の実験を行った.また音速測定および中性子非弾性散乱実験を行い,格子振動と低励起モードに関する知見を得た.イットリア添加量を変えたイットリア安定化ジルコニアについては,いくつかの粉末,焼結体および単結晶の精密熱容量測定を行い,比較検討した.その結果,粉末試料表面に吸着した窒素および水分子の寄与を明らかにするとともに焼結体および単結晶試料については低励起モードによる過剰熱容量を見い出し,興味深い添加量依存性を明らかにした.また中性子非弾性散乱実験から,低励起モードを直接捉えることに成功し,状態密度分布における鋭いピークとして示すことができた.さらに希釈冷凍による100mKに至る熱容量測定の結果,低エネルギー励起による熱容量はガラスにおけるような単純なトンネル2準位系あるいはソフトポテンシャルモデルでは説明できないことを明らかにした.またLiNiO_2についてはSQUIDによる磁化率測定を行い,磁性の寄与を解析して典型的なスピングラスの挙動を明らかにした.
環状型テトラピロール錯体を活用する多核錯体ナノ構造体の高機能化

本研究は、多核金属錯体と生体関連化合物のハイブリッド体の合成とその光・電子機能などの諸機能の発現と制御に関する基盤研究を展開し、新しい分子材料システムを構築することを目的とした。以下の研究成果を得た。ルテニウム三核錯体をコアとする大環状クラスターの合成と特性:ルテニウム三核錯体と含窒素系二座配位子とを反応させ、種々の員環数から成る大環状クラスターを合成した。酸化還元挙動を調べ環状フレームワーク内での三核コア間の電子的相互作用について検討した。また種々のビスピリジル系配位子を架橋配位子とする環状構造も構築し、その構造を明らかとした。ポルフィリン-三核錯体ハイブリッド錯体の合成と特性解明:テトラ(3-ピリジル)ポルフィリンと三核錯体とを2:4の比で組み合わせた巨大箱型分子を合成し、酸化還元挙動を明らかとした。ポルフィセン-ルテニウム錯体の構造決定ならびに軸配位子置換反応の速度論的評価:6配位型ルテニウム-ポルフィセン錯体について初めてX線構造を示した。溶液内での軸配位子ピリジンの交換反応はポルフィリン錯体に比べ、速度定数で1桁程度遅く、活性化パラメータは配位子交換反応が解離機構で進行することを示唆した。本研究は多核金属錯体と生体関連錯体およびそのハイブリッド体を対象としたナノサイズ分子を合成し、その光・電子機能、分子認識挙動、触媒機能の発現と制御に関する研究を行ない、金属錯体を主体とした新しい分子材料・触媒システムの創成を目指すものである。本年度は以下に示す成果を得た。1)ワイヤー状連結構造体の合成と機能評価:ルテニウム三核錯体をユニットとした環状の構造体をワンポットで合成することに、架橋配位子をビス(4-ピリジル)プロパンとすることで成功した。各種分光法により化合物の電子状態を明らかとした。サイクリックボルタンメトリーにより酸化還元特性を明らかとした。また、紫外線照射によるCO脱離反応および空配位サイトヘのピリジンの導入に成功した。2)4,4'-ビピリジンを架橋配位子とするワイヤー状連結体の単離に成功した。また、紫外線照射によるCO脱離反応を観測した。3)ルテニウムを中心金属とする新規ポルフィセン錯体の合成とX線構造解析に成功した。サイクリックボルタンメトリーにより、酸化還元電位に与える軸配位子の影響やポルフィセン環側鎖の影響を調べ考察した。4)コバルトを中心金属とするコリン錯体(ビタミンB12)の側鎖にピリジル基を導入した新規錯体配位子の合成に成功した。この錯体配位子を導入したルテニウム三核錯体を合成した。さらに、ルテニウム三核錯体の末端位にジスルフィド基を有する錯体を合成し、金電極表面へSAM修飾し、その酸化還元応答を観測した。また、XPSにより金基板表面に固定化した錯体の電子状態を解析した。1)ループ状連結構造体の合成と機能評価:ルテニウム三核錯体をユニットとした環状の構造体をワンポットで合成することに成功した。環状錯体の酸化還元特性は、三核錯体を連結する架橋配位子の種類(ピラジン、4,4'-ビピリジン、ビス(4-ピリジル)プロパン)に大きく依存することをサイクリックボルタンメトリーと微分パルスボルタンメトリーの測定により明らかとした。2)三核錯体とテトラキス(3-ピリジル)ポルフィリンを配位結合で連結した新規なハイブリッド型箱状多核錯体を合成した。箱状錯体の紫外光照射によるCO配位子脱離反応ならびにポルフィリン環へのZn(II)イオン導入が可能であることを確認した。この反応を利用することで、箱状錯体をユニットとした構造体形成が可能である。

3)混合金属三核錯体の架橋カルボン酸イオンが金属サイトの置換活性度の違いにより位置選択的かつ段階的に異種カルボン酸イオンと置換できることを見出した。この反応性を利用し、レドックス活性なフェロセニルカルボン酸イオンを架橋配位子として位置選択的に導入した新規混合金属錯体を合成し、その酸化還元特性を明らかとした。4)前年度合成に成功したルテニウムを中心金属とするポルフィセン錯体の電気化学的性質ならびに軸配位子交換反応の速度論的研究に着手した。関連するポルフィリン錯体との比較検討により、ポルフィセン環の電子供与性が酸化還元電位と置換反応性に影響を及ぼしていることが明らかとなった。本研究は、多核金属錯体と生体関連化合物のハイブリッド体の合成とそその光・電子機能などの諸機能の発現と制御に関する基盤研究を展開し、新しい分子材料システムを構築することを目的とした。最終年度にあたるH22年度では次の研究を実施し成果を得た。1)ポルフィリン-三核錯体ハイブリッド錯体の合成と特性解明:テトラ(3-ピリジル)ポルフィリンはポルフィリン平面とピリジル基窒素の配位軸方向が120°をなす架橋型π共役性配位子である。これを三核錯体と2:4の組成比で組み合わせた巨大箱型分子を合成した。ポルフィリンへZn(II)やCu(II)を錯形成した化合物も併せて合成し、電子構造や酸化還元挙動を明らかとした。2)ポルフィセン-ルテニウム錯体の構造決定ならびに軸配位子置換反応の速度論的評価:6配位型ルテニウム-ポルフィセン錯体について初めてX線構造を示した。ポルフィセン錯体のN4平面は長方形であり、軸方向の金属-配位子結合はポルフィリン錯体に比べ約0.1A短い。溶液内での軸配位子ピリジンの交換反応はポルフィリン錯体に比べ、速度定数で1桁程度遅く、活性化パラメータは交換反応が解離機構で進行することを示唆した。これは金属-配位子結合の解離が律速であること意味し、結合長との良い相関を得るに至った。3)1ルテニウム三核錯体をコアとする大環状クラスターの合成と特性:ルテニウム三核錯体と含窒素系二座配位子とを反応させ、種々の員環数から成る大環状クラスターを合成した。酸化還元挙動を検討したところ、ピラジン架橋体では三核コア間に電子的相互作用が発現し段階的な酸化還元過程が見られた。段階的酸化還元で生起する混合原子価状態はクラスIIの安定度であった。また三核コア間の相互作用は、架橋配位子の長さやπ共役性の有無に大きく影響された。π共役性を持たないdabcoを用いた場合にも相互作用が見られた。これは静電的要因に帰すると考えられる。
再利用向きオブジェクト指向プログラミングシステムに関する研究

本研究は,クラスの検索・再利用が容易に行える,オブジェクト指向言語型のためのプログラミング環境の開発を目標とした.まず,検索を容易にするためにはクラスの特性を分かり易く利用者に説明することでのできるオブジェクトモデルが必要であると考え,「知人/構成変数モデル」を提案した.そしてこのモデルに基づいたオブジェクト指向言語MOMOとそのクラスライブラリMOMOCLIを開発した.次にこのクラスライブラリからのクライス検索を支援するためのツールを開発した.この検索ツールは利用者が必要とするオブジェクトとオペレーションについて「知人/構成変数モデル」に基づいて記述した「質問記述」を読み込み,それらのオブジェクトとオペレーションを実現するために利用可能なクラスとメソツドをMOMOCLIから検索して利用者に提示する.検索はあらかじめ容易された検索ルールに従って行われる.検索ルールはプロダクションルールの形式によって記述され,知識ベースに蓄えられている.ルールの中には,利用者がオブジェクトとオペレーションにつけた名前を辞書でひいて候補を求めるルール,知人/構成変数モデルによって定義されているオブジェクト間関係のマッチングにより候補を選択するルールなどがある.検索結果は図で表示され,利用者はその表示を導ながら,候補クラスや候補メソッドからの適当なものを選択することがてきる.この検索ツールの他にプログラム編集用ツールとクラスをライブラリに登録するためのツールを開発し,これら3つのツールで本研究で提唱するプログミング環境が構成されている.この環境において,利用者は自由な語いを用いて質問記述を作成し,検索ツールを用して検索を行い,検索されたクラスとメソッドを図的表示によって理解し,編集ツールによってそれらを修正して目的のプログラムを得ることができる.本研究は,クラスの検索・再利用が容易に行える,オブジェクト指向言語型のためのプログラミング環境の開発を目標とした.まず,検索を容易にするためにはクラスの特性を分かり易く利用者に説明することでのできるオブジェクトモデルが必要であると考え,「知人/構成変数モデル」を提案した.そしてこのモデルに基づいたオブジェクト指向言語MOMOとそのクラスライブラリMOMOCLIを開発した.次にこのクラスライブラリからのクライス検索を支援するためのツールを開発した.この検索ツールは利用者が必要とするオブジェクトとオペレーションについて「知人/構成変数モデル」に基づいて記述した「質問記述」を読み込み,それらのオブジェクトとオペレーションを実現するために利用可能なクラスとメソツドをMOMOCLIから検索して利用者に提示する.検索はあらかじめ容易された検索ルールに従って行われる.検索ルールはプロダクションルールの形式によって記述され,知識ベースに蓄えられている.ルールの中には,利用者がオブジェクトとオペレーションにつけた名前を辞書でひいて候補を求めるルール,知人/構成変数モデルによって定義されているオブジェクト間関係のマッチングにより候補を選択するルールなどがある.検索結果は図で表示され,利用者はその表示を導ながら,候補クラスや候補メソッドからの適当なものを選択することがてきる.この検索ツールの他にプログラム編集用ツールとクラスをライブラリに登録するためのツールを開発し,これら3つのツールで本研究で提唱するプログミング環境が構成されている.この環境において,利用者は自由な語いを用いて質問記述を作成し,検索ツールを用して検索を行い,検索されたクラスとメソッドを図的表示によって理解し,編集ツールによってそれらを修正して目的のプログラムを得ることができる.従来のオブジェクトモデルでは各クラスの特徴が明確に表現できないため、本研究では、再利用を考慮したオブジェクトモデルである「知人/構成変数モデル」を提案し、このモデルを実現する言語MOMOを設計した。そして再利用向きオブジェクト指向プログラミングシステムの方式設計を行った結果、本プログラミングシステムをクラスライブラリ,ライブラリマネージャ,ライブラリ検索システム,検索用辞書,言語MOMOの処理系,ユーザインターフェースによって構成することに決定した。これら各部について設計及び試作を行い、評価を行った結果、次の知見が得られた。1.クラスライブラリに多数の多重継承を定義することによって再利用に適したライブラリを構成できる。2.クラスの構造,クラス間の関係,クラスの継承関係などを図示することのできるユーザインターフェースによって、ユーザのクラスに対する理解が向上する。3.再利用のためのクラス検索を行うためのよいアルゴリズムというものはなく、問題分野特有の事情を考慮して検索する必要がある。4.簡単な構造のオブジェクトを作成する場合は、再利用できるクラスを検索するよりもクラスを自動生成する方が効率がよい。これらの成果に基づき、次年度においては、検索用の知識を集めて定式化した知識ベースを導入し、さらに問題分野を限ることによって、より実用的なプログラミング環境を作成して評価を行う予定である。
シクロデキストリンとペプチドを用いた人工アロステリックシステムの構築

本年度は、シクロデキストリンとペプチドを用いた人工アロステリックシステムの合成を行った。先ず、アロステリックシステムの骨格を成すグルタミン酸ジペプチドを合成した。最初にグルタミン酸の側鎖gamma-カルボキシル基をベンジル基により保護した。次にそのalpha-アミノ基をt-ブトキシカルボニル基により保護した。この保護グルタミン酸の半分を用いて、さらにそのalpha-カルボキシル基のエチルエステル化を行った。このグルタミン酸エチルエステルのt-ブトキシカルボニル基をトリフルオロ酢酸で除去した後、残りの半分のグルタミン酸と縮合させた。基質結合部位として機能するシクロデキストリンは、グルタミン酸ジペプチドの2つのgamma-カルボキシル基を利用して導入することを計画した。そのためにbeta-シクロデキストリンの6-OHにトシル基を導入し、これを置換反応によりアジド基に変換し、さらにアミノ基に還元した。このアミノシクロデキストリンを、先に合成したグルタミン酸ジペプチドと、そのベンジル基を加水素分解で除去した後、縮合させた。この反応の生成物を逆相およびゲルろ過クロマトグラフィーを用いて分離精製した。今後は、このジペプチドのアミノ末端およびカルボキシル末端を利用してピコリルアミド基を導入する。そして、この化合物中の2分子のシクロデキストリンが示す協同的包接能力が、銅イオンの存在の有無によって制御されるアロステリック効果がどのように発現するかを分光学的手法により明らかにする。
変形量子化による非可換関数等式とその幾何学の研究

複素行列をパラメータとする変形量子化の族を考える。これは、典型的なstar積を拡張したものである。特に、一次式のstar指数関数を用いてヤコビのテータ関数を表示し、テータ関数の基本的な公式の変形量子化代数による表現をあたえた。二次式のstar指数関数の応用として、磁場のある場合の水素原子のハミルトニアンであるMICケプラー問題のスペクトルを変形量子化の代数を用いて求めた。古典力学におけるケプラー問題に関して,4次元調和振動子のS^1の作用による簡約化により得られることが知られている。これと並行して,水素原子のなす量子系に対しても同様な簡約化により,4次元調和振動子のハミルトニアンから構成する方法が研究されている。この議論は水素原子に磁場が存在する場合にも拡張されている。これは、MICケプラー問題と呼ばれている。MIC子のケプラー問題に対して,古典力学および量子系にまたがる簡約化を変形量子化で実行することができた。star積による非可換な指数関数を積分表示により与える方法を研究した。まず,非可換1次多項式の非可換指数関数を具体的に調べ,その積分表示を与えた。これを用いて,非可換1次多項式の非可換指数関数の指数法則,合成積の公式などを調べた。今までに得られた特異的な元の積分表示による公式が得られた。海外の研究者Anatol Odzijewicz教授との研究連絡により,通常のstar積のq変形の方法を知った。これは通常の積による非可換指数関数の正則化を与えるものであると見ることができる。これを用いたstar積の公式を具体的に書くことができた。この具体的な公式を用いて,特にqを1に収束させたときに通常の積に収束することが示せた。この積を用いて,今までに計算したいろいろな非可換指数関数のq変形が原理的には得られることが分かった。複素行列をパラメータとする変形量子化の族を考えることが出来る。この時,対称行列に対する変形量子化代数は可換代数となる。特に生成元がひとつの場合に、一次式のstar指数関数を用いてヤコビのテータ関数を表示する公式が今までの研究で得られている。その応用としてテータ関数の擬周期性の等式、虚数変換の公式などの変形量子化代数による表現が得られた。さらに,これを用いてテータ関数の加法公式の直接証明を与えることが出来た。変形量子化の応用として、具体的な物理系のスペクトルに関する問題を扱った。磁場のある場合の水素原子のハミルトニアンをMICケプラー問題と呼ぶ。このスペクトルが作用素を用いて計算されているが、これを変形量子化の代数を用いて求めることが可能であることを示した。作用素の固有値問題に対応する方程式を、変形量子化代数のなかで構成することが可能である。これはハミルトン作用素の変形量子化を用いた表現とみなすことが出来る。作用素のグリーン関数に対応する関数を変形量子化代数のなかで具体的に構成することが出来た。自由度4の調和振動子の古典力学系における、リー群による簡約化を直接用いることが可能であることも示した。現在,変形量子化は様々な分野に応用されているが、これらは主に積が変形パラメータについて形式的べき級数であるものを扱っている.本研究において、積が収束する級数となるものを調べた.これにより,変形量子化代数を用いて作用素の固有関数,固有値に対応するものが扱えるようになる点に意義がある.特に,変形量子化を用いると作用素ではなく,相空間のシンプレクティック構造をもちいて様々な作用素的な量の計算が可能となること,すなわち,作用素的な対象を微分幾何的な対象に置き換えて研究することが可能になる点が重要である.本研究においてその具体的な例として量子MICケプラー問題を調べた.古典MICケプラー問題は,単純な調和振動子からシンプレクティック簡約を用いて得られる.変形量子化を用いることにより量子系においても,古典系と類似の議論が可能となることを具体的に示した.さらに,従来の研究において典型的なモイアル積,正規積そして反正規積を,複素行列をパラメータとする積に拡張した.パラメータづけされた積の族に対し様々な問題が起こることを今までの研究で指摘してきたが,生成元が2である場合について,特に二次式の非可換指数関数を詳しく調べた.生成元が2の場合,非可換指数関数は具体的に表すことが可能であり,これらの満たす非可換関数等式,特異点から生ずる非可換指数関数のリーマン面を調べた.また,一次式の非可換指数関数を用いて三角関数,ガンマ関数,テータ関数など重要な関数の非可換版を与えその性質を調べ,得られた結果を,ブルガリアの国際研究会で発表した.この機会を通じ国内外の研究者と連絡を取り合い,様々な情報の交換および研究討論を行った.
ハルデン物質の有限鎖系における低温励起状態の熱測定

ハルデン系での基底状態や一次元鎖端の振る舞いを調べるため,純粋系あるいはCuドープしたTMNINについて研究を行った。IK以下からの低温域から測定できる比熱,帯磁率測定システムをほぼ完成し,それによる測定とESR測定の結果と合わせ,ハルデン系での有限鎖効果によりVBSモデルで予想されている鎖端のスピン1/2の出現やその励起状態を明らかにした。利根川と鏑木はS=1ハルデン系おけるS=1/2不純物効果について,一次元鎖の全スピンを考慮した基底状態および他の二つの励起エネルギーの数値的解析を行い,エネルギー準位間のJ'依存を理論的に求めている。その結果を今回測定したCuドープ系のTMNINの低温比熱に適用すると,T<1Kにおける比熱のCuドープによる増加分からJ'=0.43Kと見積もることができる。このJ'とTMNINのNiおよびCuのg値を用いた磁場中のエネルギー準位は,異方性エネルギーが無視できる場合(D=0)簡単に計算できる。Cuドープ系のTMNINのギャップ温度以下でのESR測定は,共鳴磁場が2.8kOeの大きなシグナルと3.2kOe付近の鋭いシグナルの他に5.5kOe,7.4kOe近傍にも小さいが純粋系のTMNINでは見られなかったシグナルが観測された。ESR測定周波数f=8.949GHzに対応するエネルギー準位差(許容遷移)を求めると測定された4つのESRシグナルによく一致することが明らかになった。これはCuドープのNENPでのESRで見つかったものと同様にCuのS=1/2とその両端の相互作用J'で結合しているNiのS=1/2スピン系による効果と考えられる。この不純物効果はハルデン系の基底状態が「valence-bond-solidモデルに類似した量子スピン液体」状態であるという理論の確証になるものといえる。
ミュー粒子稀崩壊による大統一理論検証のための物質内ミュー粒子偏極率の研究

スイスのPSI研究所におけるミュー粒子稀崩壊探索実験の装置においてミュー粒子の偏極がどれくらいあるのかを調べるため、本年度は以下のことを行った。・昨年度購入した光電子増倍管(PMT)の性能特性の詳細評価を進めた。量子効率等、必要な性能が出ることを確認したが、4本中1本の増倍管が放電し、動作しなくなった。このため一本は既存のXeカロリメータ用PMTで代用した。また、シンチレーターの長さを最適化した。これまで30cmの長さのものを装着していたが必要な時間分解能が保証されないため、15cmのものに変更した。・PSIの実際のビームラインの構築を行った。DCセパレータ、3段式の四重極磁石を二台、ロシアで製作したビーム収束用の新しい超伝導ソレノイド、および測定器を囲むCOBRA超伝導磁石をビームラインに設置した。ミュー粒子を輸送するための大容量のヘリウムバッグを昨年購入したエバールフィルムを用いて製作した。ヘリウムへのN2などの混入気体をPSI研究所の真空装置を用いて測定した。・APDを用いてMEG実験で実際に用いるビームライン構成におけるビーム量の測定をはじめて行った。APDは磁場測定用の可動アームの先端に固定し、ビームのプロファイルも同時に測定した。ビームライン機器の電流値の調整を行った結果、当初予定していた0.8x10^8/秒のミューオンを確認することができた。これにより、偏極率の精密測定に必要な準備研究は予定通り完了した。PSIのミューオンビームラインの運転割り当てが急遽変更され他の実験(GOTTA)が挿入された。このため当初の予定と比較してビームラインの設置が急遽半年遅れたため、偏極率の直接測定には至らなかったが、近々ビームタイムがあるため本研究を完遂する予定である。1.測定装置●測定装置の主要機器である光電子増倍管を購入した。これは1テスラの強磁場内でリニアリティーを持って動作することが必要なため、メッシュタイプのものでかつ増幅効率のよいものである。動作テストを終了し、量子効率等、必要な性能が出ることを確認した。●ミュー粒子を輸送するためのヘリウムバッグの材料を選択し、2つのタイプをテストした。エバールフィルムを選択し、このフィルムのヘリウム透過率をPSI研究所の真空装置を用いて測定した。結果、マイラーなどと比べ、5倍程度の機密性を持つことを確認できた。バッグの形状に関して設計を行い、製作方法を確立した。2.測定方法の確立●PSI研究所に赴き、現地のビームライン担当者と協議を行った。ヘリウムバッグの測定装置との接合のためにソレノイド磁石の入り口側端部を変更する必要があることが判明、初期の設計を終了した。●データ収集方法を検討し、回路計、トリガーの仕様を決定した。モニターシステムの設計を終了した。来年度の計画の詳細を現地および日本の研究者と検討し、測定にあたるスケジュールを決めた。ビーム輸送用のソレノイド磁石(ロシア製)の製作スケジュールも確定し、来年度のビームタイムでの測定が可能となった。全てのコンポーネントの設置後、最終的なビームラインのチューニング方法も、現地の担当者と協議して決めることができた。
プラスチドシグナルによる核遺伝子発現制御の普遍性と多様性

本研究では、プラスチドシグナル伝達の普遍性と多様性の解明を目的とする。そのため、主要因子であるGUN1のターゲットDNA/RNAを同定することで多様な情報伝達に共通する葉緑体の応答を明らかにするとともに、下流遺伝子発現調節の新しい様式としてエピジェネティック制御の存在と、プラスチドシグナルが概日時計機構の調節にも関与する可能性を実証する。
メタボリックシンドロームにおける低酸素応答による酸化プロテオミクス

改良型等電点二次元電気泳動法を用いたプロテオミクスの手法によって、低酸素ストレスに応答するタンパク質とその翻訳後修飾の変動を探索した。マウス丸ごとの低酸素ストレス及び酸化ストレスを誘発する糖尿病マウスを用いて、肝臓および心臓で発現が変動するタンパク質を見出した。また、その研究過程で二次元ウエスタンブロット法の陽性スポットを効率よく同定する方法を試みた。低酸素による発現変動20年度は二次元電気泳動によるタンパクプロファイリングシステムを完成させることを目的として,C57BL/6Jマウスの肝臓及び心臓を用いてIPG法での解析を行った。通常酸素濃度及び10%酸素で飼育したマウスの肝臓及び心臓を等電点二次元電気泳動で展開した。総タンパク質をCBB染色で,リン酸化をPro-QDiamind法で,GlcNAc化(Ser/Thrに単糖N-アセチルグルコサミンが結合)をWestern blotで検出した。肝臓において低酸素によって発現量が変化したタンパク質は,熱応答,酸化ストレス応答,代謝系酵素,細胞死に関連するタンパク質があった。一方,心臓では低酸素による発現量の変化などがほとんど見られなかった。心臓の各部位に分画しての解析が必要と考えられる。酸化ストレスによる翻訳後修飾の解析カルボニル化に注目しWestern Blotによる解析を試みた。即ち,活性酸素によってアミノ酸側鎖にできたカルボニル基をDNP修飾しそれを検出したが顕著な差は見られなかった。細胞分画によってミトコンドリア画分のみの解析の必要性があると思われる。一方,糖尿病など多くの疾病で異常がみられるGlcNAc化/リン酸化についても検討した。GlcNAc化されたタンパク質の中には,リン酸化は全くうけないスポット,リン酸化と競合するスポット,タンパク質の発現量は変わらず修飾だけが変化するスポットがあり,そのいくつかはHSPタンパク質であった。タンパク量が少ないため同定できていないスポットもあるが,21年度はこれらを明らかにして低酸素との関連を確認していく予定である。免疫組織化学的な解析ヒト睡眠時無呼吸の状態に相当する間歇的低酸素状態を維持できるチャンバーを用い,1分間に20秒間を低酸素状態(酸素濃度10%)にしてこれを毎日8時間繰り返す。この間歇的低酸素暴露を高脂血症モデルであるapoE-ノックアゥトマウスに与えたところ,心血管リモデリングの発症・進展に酸化ストレスの増加が重要であることを示した(Hypertension,2009)。低酸素による発現変動,翻訳後修飾の解析前年度,肝臓のタンパク質を二次元電気泳動法で解析したところいくつかのタンパク質の変動を確認できたが,心臓では低酸素による発現量の変化などがほとんど見られなかった。これは,アクチン,ミオシンなど細胞骨格系のタンパク質の含量が多いためと考えられ,何らかの分画作業が必要と考えられた。そこで今年度は,心臓を遠心分離により細胞分画してミクロソーム画分を得て,その等電点二次元電気泳動を行い正常と比較した。その結果,分画前は見られなかった発現量の差を検出することができた。また,翻訳後修飾としては,糖尿病を始めとするメタボリックシンドロームにO-GlcNAc化が深く関与しているのでこれについて二次元Western blotで検討した。糖尿病と正常を比較すると,複数のスポットで発現量の変化が見られ,興味深いものとして,ATP synthaseβとenolaseがあった。両者とも,発現量,GlcNAc化共に糖尿病により変化が見られた。だが,発現量の少ないスポットに関してはWestern blotと蛋白染色のスポット照合が難しい。すなわち,お互い濃く染まるスポットが異なるため,全く違うパターンとなる。そこで,一枚のゲルを二枚のPVDF膜にblotし,一枚を染色,もう一枚をWestern blotすることで重ね合わせられる方法を開発しこの方法でスポットの照合を行う予定である。メタボリックシンドロームとは、内臓脂肪型の肥満によって糖尿病、高脂血症、高血圧などの代謝異常が起こった状態である。本研究の目的は、メタボリックシンドロームと関連して低酸素障害が起こったとき、各臓器の蛋白質発現にどのような量的・質的変動が起こるのかを解析することである。解析に用いた等電点二次元電気泳動法は、様々な翻訳後修飾を受けた蛋白質の発現変動をも検出できる利点をもつ。翻訳後修飾の解析:前年度、二次元Western blot法によってGlcNAc化修飾を検出したが、蛋白染色スポットと抗体陽性スポットのパターンが全く異なるためスポットを対応させるのが困難であった。これを解決するために、泳動した一枚のゲルを同時に二枚のPVDF膜にblotし一枚を染色もう一枚をWestern blotするReplica blotting法を確立した。これにより、低酸素ストレスによりGlcNAc化修飾が変化した蛋白質を同定することができた。2型糖尿病モデルの解析:糖尿病は細胞への酸化ストレスを増強させこれが病態の進行にも関与することが分かっている。前年度までの研究から二次元電気泳動法で心臓組織を解析する場合、細胞骨格蛋白質の発現量が極端に多いため、それ以外の蛋白質の変動を検出できないことが分かっていた。そこで心臓を分画し酸化ストレスを反映するミトコンドリア・ミクロソーム画分を解析した。

酸化ストレスの状態が異なるwildマウス、ヘテロマウス、db/dbマウスの3群を比較すると発現量が変動するスポットを検出し、いくつかの発現変動パターンに分類できた。その中でも特に興味深いものとしてATP産生系蛋白質X, Y, Zがあり、様々な翻訳後修飾を示唆するスポットの変動が示された。