hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
家計における電力のデマンド・レスポンスの実証分析

家計を対象とした節電対策として、緊急ピーク時料金と住宅エネルギー・レポートを取り上げ、電力消費に及ぼす影響を明らかにした。緊急ピーク時料金は、電力供給の不足が懸念される日のピーク時間帯(たとえば夏季平日の昼下がり)に、通常よりも数倍高い電力価格を適用することによって節電を促す方法である。住宅エネルギー・レポートは、家計に対してエネルギーの利用実態や省エネルギーの方法に関する詳細な情報をリーフレットやタブレット端末などを通じて個別に提供する方法である。フィールド実験のデータをもとに分析した結果、いずれの方法も家計の電力消費を抑制することが明らかになり、有効な節電効果が期待される。本研究は,伝統的なピークロード料金である時間帯別料金制に加えて、革新的な「緊急ピーク時料金」(critical peak pricing)の効果を計測することを目的とする。わが国では、季節や時間帯によって異なる電気料金を設定することによって、需要が集中するピーク時に節電を促す伝統的なピークロード料金が適用されてきた。しかし、近年の電力危機を背景として、緊急ピーク時料金に対する関心が高まっている。緊急ピーク時料金は、時間帯別料金制よりも価格の差を大きく設定することによって、高い節電効果を目的としており、電力不足に対する有効な政策として期待されている。家計の実験データを用いて、緊急ピーク時料金の効果を計測した。具体的には、京都府京田辺市・木津川市・精華町において2012年度から2年間にわたって行われた価格誘導型のプログラムの実験データを用いた。実験では,被験者を統制群と実験群にランダムに振り分け、夏季と冬季のピーク時間帯の電力消費に応じてポイント式のインセンティブを実験群の被験者に供与することによってピーク需要の抑制を促した。実験群と統制群のパネルデータを用いて分析した結果、節電効果は夏季・冬季ともに統計的に有意であり、デマンド・レスポンスの需要抑制効果の確実性が示された。たとえば、キロワット時あたり85円の電力価格を適用した場合、夏季では16%、冬季では19%の節電効果がみられた。また、2012年度と同様に、2013年度の夏季・冬季においても緊急ピーク時料金によるピーク需要の削減が確認され、デマンド・レスポンスの需要抑制効果の持続性が明らかになった。2012年度の実験では、インセンティブを供与せずに節電要請のみを行ったケースも取り上げたが、節電要請の効果は小規模であり、夏季・冬季ともに5%程度であった。当初の計画通りに分析事例の調査及びデータの解析が進展しており、研究の進捗はおおむね順調である。事例調査については、アメリカを中心に展開しており、節電効果に関するサーベイが終了した。また、データの解析については、パネル分析の手法の開発が順調に進んでおり、すでに整備したデータを用いて節電効果に関する興味深い分析結果が得られている。本年度は2013年に京都府の京田辺市・木津川市・精華町で行われた「けいはんな大規模電力デマンドレスポンス実証」のフィールド実験データを用いて,家計を対象とした省エネルギー政策の評価を行った。具体的には,非価格介入政策として住宅エネルギー・レポート(Home Energy Report, HER)を取り上げ,家計の電力需要に及ぼす影響を明らかにした。HERの実験では,担当者が直接被験者宅を訪問してリーフレットをもとに節電方法を指導した。その際,前年の電力消費量に応じて被験者を「多い」「平均的」「省エネ」の3段階に区分した他者比較を提示することによって,節電の社会規範に関する情報が家計の省エネルギー行動に及ぼす影響を分析した。また,実験ではピーク時間帯の電力消費量に応じて価格を数種類設定し,適用される価格水準を1日前に被験者へ通知することによって,価格インセンティブによる節電効果についても検証を行った。パネル分析の手法を適用して実験データを解析した結果,HERの節電効果が確認されたのはオール電化契約を結ぶ家計のみであった。オール電化契約の場合,HERの需要抑制効果は家族揃って活動する可能性の高い朝と夜の時間帯に比較的多くみられ,効果が3か月にわたって持続したケースもみられた。HERの効果がオール電化契約の被験者に限定されたことから,省エネルギーの非価格介入政策において対象を限定した適用(targeting)が重要であることがわかる。これに対して,価格インセンティブによる節電効果はピーク時間帯に限定されるものの,幅広い対象に適用することによって多大な節電効果が得られる可能性があり,省エネルギーの価格介入政策にはピーク需要の抑制に伴う経済効果が期待される。平成27年度及び28年度において当初計画された研究内容はすべて実施され、興味深い成果が得られた。京都府京田辺市・木津川市・精華町において2012年度から2年間にわたって実施された緊急ピーク時料金および住宅エネルギー・レポートに関する実験データを用いて、家計を対象としたデマンド・レスポンスの節電効果の計測を行った。また、住宅エネルギー・レポートの実験では、担当者が直接被験者宅を訪問してリーフレットをもとに節電方法を指導した。その際、前年の電力消費量に応じて被験者を「多い」「平均的」「省エネ」の3段階に区分した他者比較を提示することによって、節電の社会規範に関する情報が家計の省エネルギー行動に及ぼす影響を分析した。

住宅エネルギー・レポートの節電効果が確認されたのは、オール電化契約を結ぶ家計のみであった。緊急ピーク時料金および住宅エネルギー・レポートを想定し、フィールド実験から得られたデータをもとに構築した家計の電力消費の経済モデルを用いて、プログラムの節電効果に関するシミュレーション分析を行った。その結果、緊急ピーク時料金と電力情報の提供は、2013年夏季において約15%の節電効果をもたらす点が示された。政府が家計に呼び掛けて自発的に節電を促した場合(5%程度)に比べ、緊急ピーク時料金と電力情報の提供を組み合わせることによって多大な節電効果が期待できる。また、住宅エネルギー・レポートの提供は、2013年6月において58%程度の節電効果を有する点が明らかになった。家計を対象とした節電対策として、緊急ピーク時料金と住宅エネルギー・レポートを取り上げ、電力消費に及ぼす影響を明らかにした。緊急ピーク時料金は、電力供給の不足が懸念される日のピーク時間帯(たとえば夏季平日の昼下がり)に、通常よりも数倍高い電力価格を適用することによって節電を促す方法である。住宅エネルギー・レポートは、家計に対してエネルギーの利用実態や省エネルギーの方法に関する詳細な情報をリーフレットやタブレット端末などを通じて個別に提供する方法である。フィールド実験のデータをもとに分析した結果、いずれの方法も家計の電力消費を抑制することが明らかになり、有効な節電効果が期待される。今後は、アメリカの文献調査から得られた知見と本研究の分析結果を比較し、我が国における電力のデマンド・レスポンスの特徴を明らかにする予定である。また、住宅エネルギー・レポートに関する分析に対して今回開発した手法を適用し、節電効果を明らかにする予定である。本研究課題の最終年度の平成29年度において、リアルタイムの電力情報の提供が家計の電力消費に及ぼす影響を分析する。具体的には、昨年度と同様に「けいはんな大規模電力デマンドレスポンス実証」のフィールド実験データを用いて,情報の獲得と電力消費の決定に関するモデルを推定し、情報提供による節電効果を明らかにする。ミクロ経済学当初購入を計画していた計算機について、該当する分析作業を次年度に変更した。このため、計算機の購入が延期され、次年度使用額が発生した。業務の都合で予定していた出張を行うことができず、次年度使用額が生じた。高度な機能を有する計算機の購入を計画している。28年度に延期した出張の費用として使用する計画である。
カーボンナノチューブの物理的精製

グラファイト電極を雰囲気ガス中で直流アーク放電によって蒸発させ、陰極上にできた炭素質の堆積物を調べると、その中に多層カーボンナノチューブが含まれていることは、我々が1991年来、明らかにしてきたことである。その際、雰囲気ガスとして純粋な水素ガスを用いると、混入するカーボンナノ粒子の割合が少ない良質の多層カーボンナノチューブが作製できることも、最近(1997)見いだした。このように、もともと良質のカーボンナノチューブができている場合は、混入しているナノ粒子を除去して精製することも容易である。実際、空気中で赤外線放射ヒーターで500°Cに30分間加熱するだけで、精製した多層カーボンナノチューブが得られる(1998)ことを見いだした。純粋な水素ガス中で蒸発を行った場合、得られる多層カーボンナノチューブの中心の穴は1nmあるいはそれ以下と極めて細いことが特徴的である。また、その外側に入れ子状にグラファイトの層間間隔0.34nmと同じ間隔で配列したグラフェンシートの結晶性も非常に高いことが明らかになった。その結果として、精製した多層カーボンナノチューブを用いたX線回折やラマン散乱、あるいは電気伝導度の測定において、多層カーボンナノチューブに特有の多くの結果(1998)が得られつつある。特に、ラマン散乱の低波数領域(180500cm^<-1>)の測定で、単層カーボンナノチューブで観測された直径の逆数に比例するbreathing modeと類似のピークが見いだされたことと、1850cm^<-1>近傍にグラファイトでは見いだされていない全く新しいピークが見いだされたこと(1998)は特筆すべきであろう。また、これら物理的に精製した高品質多層カーボンナノチューブが、field emissionの電子源として実用的になりそうだという見通しを得つつある。本研究では、カーボンナノチューブをアーク放電法で作製するとき、必然的に含まれてくるカーボンナノ粒子を物理的な方法で除去し、その精製を行うことを目的とした。その際、最初に作製するカーボンナノチューブと共存するナノ粒子が、少なければ少ないほど後処理で精製するのが容易になることは言うまでもない。その意味で、最初に含まれるナノ粒子の割合ができるだけ少なくなる条件を先ず求めた。その結果、雰囲気ガスとしてH_2ガスを用いて蒸発を行うと、細くて長い良質のカーボンナノチューブが得られることがわかった。その場合、ナノチューブに混入するナノ粒子の割合も非常に少なく、大変望ましい試料であることが明らかになった。この試料をもとにして、それを空気中で赤外線放射加熱装置を用いて、約500°Cに30分間加熱することによってナノ粒子が完全に除去できることがわかった。つまり、空気中加熱という単純な物理化学的精製法で容易にナノチューブが精製できることが明らかになった訳である。ただし、この精製が可能な厚さは約0.1mmである。さらに、アーク放電による蒸発の際、放電が安定して生じている1分間くらいは、陰極上に生じるナノチューブの方位が電気力線の方向にそろって、一方向に並んだカーボンナノチューブが体積にして1mm^3のオーダー得られることがわかった。その部分をすべて熱酸化で精製すれば、方位のそろったカーボンナノチューブの固まりが1mm^3のオーダー得られることになる。この量は、従来のナノチューブの精製で得られたものに比べるとけた違いに多いことから、物性測定あるいは電子材料としての応用が期待される。本研究では、アーク法で作製したカーボンナノチューブに含まれるナノ粒子を物理的方法で除去し、精製したナノチューブを大量に作製することを目的とした。

その際、最初にナノチューブを作製するときに、共存するナノ粒子が少なければ、その後の処理が容易で簡単に精製できることは言うまでもない。その意味で、最初に混入するナノ粒子ができるだけ少なくなる条件を求めた。その結果、アーク放電を行う際の雰囲気ガスとして、通常のフラーレンの場合とは全く異なり、水素原子を含む雰囲気中で蒸発を行うとナノ粒子の混入が少なくなることが分かった。純粋な水素ガスの中でグラファイトのアーク放電による蒸発を行い、良質のカーボンナノチューブを作製し、それを物理的方法で精製することを試みた。その方法として赤外線放射加熱装置を用いて、空気中で約500°Cに30分間加熱することにより、ナノ粒子がほとんど完全に除去できることが明らかになった。その結果、面積にして約10mm^2、厚さ0.1mmのカーボンナノチューブの集合体を得ることが可能になった。それは、スポンジのようでピンセットで取り扱うことが可能であり、X線回折やラマン散乱などの物性測定に耐えうるだけの量を得ることができ、現在その試料を用いた興味のあるデータを得つつある。我々は、グラファイト棒を直流アーク放電で蒸発した際の陰極堆積物として、カーボンナノチューブを作製してきた。その場合、雰囲気ガスとして通常のフラーレンとは異なり、水素原子を含むガスの中で蒸発を行うことにより、良質のカーボンナノチューブが作製できることを明らかにしてきた。特に、純粋な水素ガスを用いると、混入するカーボンナノ粒子の割合が少ない最も良質の多層カーボンナノチューブが作製できることも、最近(1997)見いだした。このように、もともと良質のカーボンナノチューブができている場合は、混入しているナノ粒子を除去して精製することも容易である。実際、空気中で赤外線放射ヒーターで500°Cに30分間加熱するという単純な物理的方法で、容易に、精製した多層カーボンナノチューブが得られる(1998)ことを見いだした。これは、まさに本研究の目的としたところである。純粋な水素ガス中で蒸発を行った場合、得られる多層カーボンナノチューブの中心の穴は1nmあるいはそれ以下と極めてく、グラフェンシートの結晶性は非常に高いことが特徴的である。したがって、それらを用いたX線回折やラマン散乱、あるいは電気伝導度の測定において、多層カーボンナノチューブに特有の多くの結果(1998)が得られつつある。特に、ラマン散乱の低波数領域の測定で、単層カーボンナノチューブで観測された直径の逆数に比例するbreathing modeと類似のピークが見いだされたことと、1850cm^<-1>近傍にグラファイトでは見いだされていない全く新しいピークが見いだされたこと(1998)は特筆すべきであろう。また、これら多層カーボンナノチューブが、field emissionの電子源として実用的になりそうだという見通しを得つつある。
史料・地質調査データの非線形逆解析による巨大歴史津波の発生機構の解明

本研究では,解析のため津波データベースを作成した.南海トラフ地震を対象として作られたおよそ4000パターンの断層すべりモデルを利用し,すべての断層すべりモデルについて非線形長波理論に基づく津波浸水計算を行い,その結果をデータベース化した.津波計算に必要な地形データは徳島県より提供いただき,本研究では歴史地震を対象としているため防潮堤などの構造物データは利用せず,地盤標高データのみを取り入れた.また,ネスティングアルゴリズムを利用し,徳島県沿岸部においては水平分解能を10mとした.津波データベースの津波高と1854年安政南海地震,1707年宝永地震,1605年慶長地震で記録された津波高を比較することによって,およそ4000パターンの断層すべりモデルから最適なモデルを抽出した.最適なモデルの指標は,津波高の残差二乗和が最小になるものとした.また,過去の巨大歴史津波は海底地すべり起源などの非地震性津波である可能性もある.海底地すべりによる津波を評価するため,四国沖およそ25kmの海底の大陸棚斜面に存在する海底地すべり痕のマルチナロービーム調査を実施した.その結果,4つの馬蹄形の滑落崖および地すべり斜面の詳細イメージングを入手できた.4つの地すべりの幅は37kmである.4つのうち3つの地すべりは地形の侵食が激しく,さらに地すべり下の土砂の堆積が不明瞭であるため,かなり古い時代の活動と見られる.残りの1つの地すべりは,地形の侵食が他の地すべりより少なく,土砂の堆積もある程度確認され,詳細な活動時期は不明であるが,比較的新しい時代のものと考えられる.この地すべりの地すべり前の地形を推定し,それを初期条件として二層流モデルで津波を計算したところ,沿岸部には最大10m程度の津波が襲来した.史料・地質調査データの非線形逆解析によるすべり分布の推定に向けて,今年度は津波解析の準備を実施した.津波計算には高精度な地形データが必要で,特に痕跡高を再現するためには高分解能な地形データを用いなければならない.研究対象地震として取り上げる2003年十勝沖地震の津波計算に必要な地形グリッドデータを,国土地理院の陸上地形データ(5m分解能),日本水路協会の海底地形データ(M7000シリーズ)をリサンプリングして構築した.この地形グリッドデータとTanioka et al. (2004b)の2003年十勝沖地震の断層モデルを用いて,Tanioka et al. (2004a)で実際に測定された地点における理論津波痕跡高さを計算した.平成27年度の予定は,津波解析のための地形データの整備および逆解析手法の開発に着手することであった.地形データの整備は完了し津波計算の環境はそろったが,逆解析手法の検討を着手することはできなかった.東日本大震災は古津波の痕跡高データの重要性を示したが,その活用方法にはいまだ確立していない.これまでは津波痕跡高データの順解析によって津波波源の大まかな像を推定するのみであった.そこで,本研究では津波痕跡高データによる波源推定手法を研究し,南海トラフで過去に実際に発生した歴史津波に適用することにより,巨大津波の発生機構を詳細に研究する.さらに,それに基づいて,内閣府(2012)で想定されたようなあらゆる可能性を重ね合わせた超巨大な津波ではなく,将来発生する可能性が比較的高い巨大津波災害の予測を高度化する.史料・地質調査データの非線形逆解析によるすべり分布の推定に向けて,今年度は精度のよい痕跡高データが取得されている2003年十勝沖地震を対象として試解析を実施した.ここでは非線形逆解析を目的とするため,逆解析アルゴリズムに関わらず順計算が高速かつ高精度で出来ることが望ましい.このため計算コードの高速化,高度化も合わせて実施した.高速化津波コードと昨年度準備したデータセットを用いて,グリッドサーチによる非線形逆解析により2003年十勝沖地震のすべり分布の推定に着手した.また,史料データのさらなる収集という観点から,徳島県南部にある海陽町宍喰地区の古文書(震潮記)を調査した.この古文書によれば1512年に宍喰地区を大津波が襲っているが,宍喰以外の地域では津波の記録が存在しない.このため,南海トラフの繰り返し地震によるものとは考えにくく,特殊な津波である可能性がある.古文書に記載された被害の様子から,宍喰地区の南部では浸水深2m以上,北部では2m未満と推定した.おおむね順調に進展している.今年度調査した徳島県宍喰の古文書に記載された歴史津波は南海トラフの津波被害予測においても重要であると考えられる.津波被害が局所的であることから,計画時に記載した海底地すべりによる津波や付加体内部を高角に切る断層による津波である可能性もあり,今後,本研究で重点的に解析を行うこととする.東日本大震災は古津波の痕跡高データの重要性を示したが,その活用方法にはいまだ確立していない.

これまでは津波痕跡高データの順解析によって津波波源の大まかな像を推定するのみであった.そこで,本研究では津波痕跡高データによる波源推定手法を研究し,南海トラフで過去に実際に発生した歴史津波に適用することにより,巨大津波の発生機構を詳細に研究する.さらに,それに基づいて,内閣府(2012)で想定されたようなあらゆる可能性を重ね合わせた超巨大な津波ではなく,将来発生する可能性が比較的高い巨大津波災害の予測を高度化する.昨年度調査した徳島県宍喰の古文書に記載された1512年の歴史津波は,今後の南海トラフの津波被害予測においても重要な事象である.津波被害が局所的であることから,この津波が海底地すべり由来のものである可能性がある.実際,宍喰の沖合およそ24kmには海底地形図で海底地すべりの痕跡が確認できる.今年度は宍喰沖海底地すべり地形の詳細な地形調査および海底地すべり津波の数値シミュレーションを実施した.数値シミュレーションでは,土砂層と海水層を別々に扱う二層流モデルを採用した.このモデルでは海底地すべりが時間発展的に進行するため比較的長波長の津波を励起し,また,海底地すべりの前方(海側)には主に押し波の津波が,後方(陸側)には引き波の津波が伝播した.徳島県南部の宍喰では津波高にしておよそ5mの津波が襲来し,陸上への浸水も発生した.計算された浸水状況は,古文書に記された1512年の歴史津波の被害状況に酷似していた.つまり,本研究の結果から宍喰の南東沖約24kmの海底地すべりは1512年の歴史津波の波源のひとつの候補であると言える.今年度は徳島県宍喰の古文書に記載された歴史津波の波源について考察した.海底地すべりがその津波を励起したと仮定して実施した数値シミュレーションは,古文書に記載された被害状況をうまく再現できた.海底地すべりによる津波は未解明な部分が多く,本研究の成果は南海トラフの津波被害予測において重要な知見のひとつである.また,計画時にはなかった二層流モデル導入や海底地形調査により貴重な成果を得た.この件については当初の計画以上に進捗している.一方,歴史津波波源の推定については順解析にとどまり逆解析は実施できておらず,こちらは来年度の課題である.本研究では,解析のため津波データベースを作成した.南海トラフ地震を対象として作られたおよそ4000パターンの断層すべりモデルを利用し,すべての断層すべりモデルについて非線形長波理論に基づく津波浸水計算を行い,その結果をデータベース化した.津波計算に必要な地形データは徳島県より提供いただき,本研究では歴史地震を対象としているため防潮堤などの構造物データは利用せず,地盤標高データのみを取り入れた.また,ネスティングアルゴリズムを利用し,徳島県沿岸部においては水平分解能を10mとした.津波データベースの津波高と1854年安政南海地震,1707年宝永地震,1605年慶長地震で記録された津波高を比較することによって,およそ4000パターンの断層すべりモデルから最適なモデルを抽出した.最適なモデルの指標は,津波高の残差二乗和が最小になるものとした.また,過去の巨大歴史津波は海底地すべり起源などの非地震性津波である可能性もある.海底地すべりによる津波を評価するため,四国沖およそ25kmの海底の大陸棚斜面に存在する海底地すべり痕のマルチナロービーム調査を実施した.その結果,4つの馬蹄形の滑落崖および地すべり斜面の詳細イメージングを入手できた.4つの地すべりの幅は37kmである.4つのうち3つの地すべりは地形の侵食が激しく,さらに地すべり下の土砂の堆積が不明瞭であるため,かなり古い時代の活動と見られる.残りの1つの地すべりは,地形の侵食が他の地すべりより少なく,土砂の堆積もある程度確認され,詳細な活動時期は不明であるが,比較的新しい時代のものと考えられる.この地すべりの地すべり前の地形を推定し,それを初期条件として二層流モデルで津波を計算したところ,沿岸部には最大10m程度の津波が襲来した.平成27年度に予定していた研究協力者を確保できず,その影響で本研究の進捗にやや遅れが出ている.
RNAポリメラーゼIIによる転写の時空間場

転写は、遺伝情報発現の出発点であり、その制御機能の解明は、遺伝子の発現制御を理解するうえで非常に重要である。しかし、真核生物の細胞核内における転写の場が、どのように制御され、構築されるのかについての基本的問題は解明されていない。遺伝子の転写を行う酵素であるRNAポリメラーゼIIの最大サブユニットC末端に存在する繰り返しドメインには複数のリン酸化部位があり、転写開始の際にSer5が、転写伸長の際にはSer2がリン酸化される。昨年度の研究で、これらのリン酸化Serを特異的に認識するモノクローナル抗体の作製を行い、転写開始前複合体、開始複合体、伸長複合体中のRNAポリメラーゼIIを生きた細胞で可視化することに成功した。そこで、転写を活性化した際のRNAポリメラーゼIIの動態を明らかにするために、グルココルチコイドで転写誘導されるMMTV-LTR(mouse mammary tumor virus long terminal repeat)を約200コピー持つ遺伝子アレイを持ち、GFP-GR(GFP融合グルココルチコイド受容体)を発現する細胞を用いた。この細胞にグルココルチコイドを添加すると10分程度でGFP-RがMMTVアレイ上に集積する。そこで、Cy3やCy5で標識したリン酸化特異的Fabを導入し、アレイ上へのGFP-GRと蛍光標識Fabの集積速度を生細胞で測定した。その結果、転写因子であるGFP-GRの集積とRNAポリメラーゼIIの集積には数分のタイムラグがあるが、RNAポリメラーゼIIが集積してからは速やかに転写開始(Ser5リン酸化)と転写伸長(Ser2リン酸化)が起こることが明らかになった。従って、GR依存的な転写誘導においては、RNAポリメラーゼIIのリクルートがリミッティングステップであると考えられた。遺伝情報発現の出発点である転写の場が、どのように制御され、構築されるのかについての基本的問題は解明されていない。そこで、特異的抗体を用いてRNAポリメラーゼIIを生きた細胞で可視化し、そのダイナミクスを明らかにすることを目的として、本研究を行った。RNAポリメラーゼII最大サブユニットC末端繰り返しドメインには複数のリン酸化部位があり、転写開始の際にSer5が、転写伸長の際にはSer2がリン酸化される。これらのリン酸化Serを特異的に認識するモノクローナル抗体の作製を行った。最初に得られたリン酸化Ser5特異的抗体からFab断片を調製したのち、蛍光色素で標識し、HeLa細胞に導入した結果、多数の細かなfociが観察された。このリン酸化Ser5特異的Fabの分布はアセチル化ヒストンH3K9と類似していたほか、Cajalボディと思われる構造に特に集積していた。一方、ヒストンH2B-mRFPが濃縮されるヘテロクロマチンへの局在はほとんど見られなかった。Fabを導入した細胞は、導入していない細胞と同様に分裂、増殖することから、細胞機能に影響を与えずにリン酸化型RNAポリメラーゼIIを検出することが可能であると考えられた。また、転写伸長型のRNAポリメラーゼIIに見られるリン酸化Ser2に特異的抗体の作製を試み、いくつかのクローンが得られた。Ser2のリン酸化酵素であるP-TEFbの阻害剤であるDRBで細胞を処理すると、これらの抗体の反応性が速やかに低下したことなどから、その特異性が確認されている。
壁細胞プロトン・ポタッシウム ATPaseのin situハイブリダイゼーション

胃底腺の壁細胞の個体発生について、H^+-K^+-ATPaseのβサブユニットの部分塩基配列をもとにPCR用のプライマーを作り、これをプローブとしてcDNAライブラリーより、センスとアンテイセンス非放射性リボプローブを作り、胃底腺各段階の壁細胞についてin situ hybridizationによりH^+-K^+-ATPase mRNAの局在を分子生物学からの解析を行った。さらに壁細胞の個体発生を超微形態、H^+-K^+-ATPase免疫組織化学、Western blotting等をあわせて研究を行った。その結果、上述酵素の遺伝子、蛋白質レベルの発現にきれいな相関を見出した。得られた結果の一部は第2回アジア・太平洋国際解剖学会議(1999年8月、北京)及び第15回国際解剖学会議(1999年9月、ローマ)で口頭発表した。結果の取りまとめは論文として国際誌に投稿を努力している。その上ラット実験性酢酸胃潰瘍を作って、潰瘍形成とその修復過程について胃底腺構成細胞の動態を観察し、修復粘膜での上記酵素の遺伝子、蛋白質発現を研究中である。ラットH+K+ATPaseのcDNAsequence部位を選択し、プライマーとした。次にラット胃をホモゲナイズしmRNAを採取、精製した。そのmRNAからプライマーを使いcDNAを合成、続いてPCRを行なった。PCRで増やした目的部分のdsDNAをプラスミドに取り込み、大腸菌の中に導入し培養することでプラスミドを増殖させた。Wizard Plus Miniprepsを使って、プラスミドを精製した。精製したプラスミドをXhoIとBamHI制限酵素により処理し、鋳型DNAとした。それをジゴキシゲニン標識UTP(DIG-UTP)を含んだRNA合成用混合液(ATP,CTP,GTP,UTP+DIG-UTP)からRNAを合成することでプローブを得る事には成功している。H+K+ATPase mRNAプローブを使って成獣ラット胃底腺のH+K+ATPase mRNAの組織内特異的検出を行ないこれに成功している。幼弱ラッドの胃底腺のH+K+ATPase mRNAの発現はもっと弱いと予想されるので、更に条件設定につとめ、良い結果を得るため、いろいろチャレンジしている段階に有る。
変分的アプローチによるハミルトン力学系の研究

ハミルトン系の周期解,ホモクリニック解および非線型楕円型方程式の解の存在問題を変分的手法により研究し,次の研究実績をあげることができた.1.特異なハミルトン系に対する周期解の存在問題は,従来2体問題に関連したラグランジュ系に対してのみ考察されていた.本研究においては,より一般的なハミルトン系で特異点をもつものに対して周期解の存在を考え,ミニマックス法と有限次元近似をあわせて用いることにより,特異なハミルトン系のクラスで周期解の存在が保証されるものを得ることができた.近年,ハミルトン系の周期解の存在問題はsymplectic幾何学の視点からも重要であることが認識され,盛んに研究が行われている.特異なハミルトン系に対してはenergy surface{(p,q);H(p,q)=h}はnon-compactとなり,non-compact集合に対してsymplecticな不変量を導入する問題と密接に関連するものと思われる.この関連を研究するため現在prescribed energy problemを初めてとして研究を続行している.また特異なハミルトン系に対する周期解の多重性も重要な問題である.この問題についても現在研究を続行している.2.ホモクリニック解の存在については,non-compactなリーマン多様体上である種のラグランジュ系を考え,ミニマックス法により,その存在を得た.この結果はR^Nの場合であっても,ホモクリニック解の新しい存在結果を与えていると思われる.3.非線型楕円型方程式に関してはR^N(N【greater than or equal】3)上でΔu+K(|x|)u^<(N+2)/(N-2)>=0を考察した.この方程式は微分幾何学における山辺の問題と関連した重要な方程式である.ここでは特に球対称解u(|x|)の存在を考察し,変分的手法により,その存在を非常に一般的なK(|x|)に対して示した.従来,球対称解の存在問題はシューチング法で扱われることが多いが,変分的手法を導入することによりより一般的な存在結果を得ることができたハミルトン系の周期解,ホモクリニック解および非線型楕円型方程式の解の存在問題を変分的手法により研究し,次の研究実績をあげることができた.1.特異なハミルトン系に対する周期解の存在問題は,従来2体問題に関連したラグランジュ系に対してのみ考察されていた.本研究においては,より一般的なハミルトン系で特異点をもつものに対して周期解の存在を考え,ミニマックス法と有限次元近似をあわせて用いることにより,特異なハミルトン系のクラスで周期解の存在が保証されるものを得ることができた.近年,ハミルトン系の周期解の存在問題はsymplectic幾何学の視点からも重要であることが認識され,盛んに研究が行われている.特異なハミルトン系に対してはenergy surface{(p,q);H(p,q)=h}はnon-compactとなり,non-compact集合に対してsymplecticな不変量を導入する問題と密接に関連するものと思われる.この関連を研究するため現在prescribed energy problemを初めてとして研究を続行している.また特異なハミルトン系に対する周期解の多重性も重要な問題である.この問題についても現在研究を続行している.2.ホモクリニック解の存在については,non-compactなリーマン多様体上である種のラグランジュ系を考え,ミニマックス法により,その存在を得た.この結果はR^Nの場合であっても,ホモクリニック解の新しい存在結果を与えていると思われる.3.非線型楕円型方程式に関してはR^N(N【greater than or equal】3)上でΔu+K(|x|)u^<(N+2)/(N-2)>=0を考察した.この方程式は微分幾何学における山辺の問題と関連した重要な方程式である.ここでは特に球対称解u(|x|)の存在を考察し,変分的手法により,その存在を非常に一般的なK(|x|)に対して示した.従来,球対称解の存在問題はシューチング法で扱われることが多いが,変分的手法を導入することによりより一般的な存在結果を得ることができた
肝癌細胞の増殖及び転移性の獲得における接着分子の果たす役割に関する研究

一方、肝繊維化の進行に伴って肝細胞癌(HCC)の発癌のリスクが増加してくる。HCCの多段階発癌として、肝類洞の破壊を伴わない高分化型HCCから門脈血流が低下し腫瘍新生動脈により肝瘍が栄弄される中低分化型HCCへの変化が考えられている。本年度、肝硬変を母地としたHCC患者切除肝組織を用いて免疫学的検討を行った。この結果、非痛部肝組織ではインテグリンαVβ3陽性血管はほとんど認められないが、典型的な肝細胞癘像を呈する中低分化型HCCでは、内皮上にαVβ3陽性腫瘍血管が多数認められた。今回の検討で臨床上血行動態の異なると考えられている品分化型HCCでもすでにαVβ3陽性の腫瘍血管新生が生じていることが確認された。HCCの発癘に際して早期からαVβ3、陽性内皮細胞が関与している可能性がうかがわれる。今後、αVβ3陽性の腫瘍血管の発癌のイニシエーシヨンへの関与等を検討して行く予定である。平成9年度研究実績慢性肝炎、肝硬変と肝繊維化の進行に伴って肝細胞癌の発癌のリスクも増強してくる。我々は、細胞接着分子の一つであるVCAM-1に注目しこの可溶性型sVCAM-1の検討を行った。この結果、正常群、慢性肝炎、肝硬変と肝疾患の進行に伴ってsVCAM-1の上昇を認めた。更に、肝硬変を母地に発生した肝細胞癌では、単発例に比し、多発例でsVCAM-1が高値を呈することが示された。更に、肝細胞癌組織では、癌組織辺縁、特に被膜の血管内皮上にVCAM-1の発現の増強が認められた。一方、肝繊維化の進行に伴って細胞外マトリックスの分解酵素であるmatrix metalloproteinase(MMP)の増加が報告されている。MMP酵素のうちtypeIVcollagenaseであるMMP-2においても肝疾患の進行に伴い高値を呈し、またsVCAM-1と同様、肝硬変を母地に発生した肝細胞癌で、単発例に比し、多発例で高値でありsVCAM-1とMMP-2は有意に相関していた。文献上、肝細胞癌とは異なる疾患であるが、マウス実験脳脊髄炎では、VCAM-1のリガンドであるVLA-4陽性T細胞と血管内皮上のVCAM-1との結合がMMP-2の誘導を促し、この結果基底膜成分に対しprote olyticな反応が惹起されるとの報告がみられる。肝繊維化に伴なって発生した肝細胞癖の増大に関しても血管内皮上のVCAM-1とtypeIV collagenaseのMMP-2相互作用の相互作用の関与が深く示唆され、この相互作用の結果MMP-2により細胞基底膜破壊、腫瘍進展が生じて来る可能性が考えられた。来年度は、慢性肝疾患における肝繊維化に伴うVCAM-1のレギュレーションと発癌のメカニズム、及び発癌後の肝細胞癌の浸潤・転移における腫瘍新生血管内皮上の接着分子VCAM-1とMMP-2の相互作用にに焦点をあてて研究を進めていく予定である。
変分原理による非線形楕円型方程式の研究

非線形楕円型方程式中、特に平均曲率型方程式、およびその変形方程式に焦点を当て、その解の構造について以下の結果を得た。まず、表面張力現象を表現する方程式は平均曲率型方程式である事に着目し、その一般型の方程式を取り上げ、ソボレフ空間の中での凸解析、ミニマックス理論をエネルギー汎関数に適用する事により、安定解、不安定解、更にそれらの解のパラメータ依存性を得た。この方程式は、汎関数の0と∞の近傍での漸近展開を調べる事により、p-ラプラシアンの中立型と見る事ができるが、解の振る舞いがまさしくその通りである事を証明する事ができた。次に、弾性膜に注目し、stress-strainの関係をあたえることによりそのモデル方程式を導出した。この方程式に対しても、上述の手法が適用可能であり、その解に対して上と同様の結果を得た。更に、非線形弾性弦のモデル方程式をnonparametrized formでかき、それについての解析を行った。外力が特別な場合については楕円積分を使う事により解の完全な表現が得られるが、一般の場合には関数解析的手法を適用することにより同じような解を捉える事ができた。また、球対称領域における弾性膜の方程式の球対称解にたいして、分岐理論的アプローチを行い、線形化方程式が退化しているにも拘らず、その解の分岐ダイアグラムを得る事ができた。水滴(pendent drop)の問題についても、やはり平均曲率型方程式であるが、球対称解の為す分岐が、あるパラメータの近傍で振動している事が数値計算により知られていたが、その数学的証明は得られていなかった。この問題に対し、常微分方程式の振動理論を適用する事により、数学的に厳密な証明を与える事ができた。その他、代数学的、幾何学的問題に対してもいくつかの結果を得る事ができた。
超臨界流体中での分子間電子移動速度におよぼす圧力効果

本研究は、分子間電子移動速度に対して溶媒和状態がどのように影響するかを明らかにすることを目的として行われた。反応系として、溶媒和状態を大きく変化させることが出来る超臨界流体(CF_3HおよびCO_2)を選び、臨界点近傍で電子移動反応を行わせることを試みた。初めに高圧下での反応を分光学的に測定するために実験装置の大幅な変更を行い、加速器からでるパルス状電子ビームを用いたパルスラジオリシス法により反応を追跡できるように装置を改良した。次に、超臨界CF_3H中に溶解した芳香族分子(ピレン、ビフェニル、ナフタレン)に電子線パルスを照射し、生成物の過渡吸収スペクトルを測定した。当初は、芳香族分子のアニオンが観測されることを予想したが、本実験の時間分解能(20ns)で得られた吸収スペクトルはそれら芳香族分子のアニオンにもカチオンにも帰属されなかった。例えば、ピレンの場合、380nmの鋭い吸収と450nm近傍のブロードな吸収が観測され、それぞれピレンモノマーのT-T吸収およびピレンエキシマーによる吸収と考えられた。超臨界流体中では、基底状態で分子がクラスターを形成している可能性があるため、電子線により励起された溶媒からのエネルギー移動によりエキシマーが形成される可能性は十分ある。溶媒の圧力を大きくすると、いずれの吸収帯の吸光度も増大した。これは、基底状態におけるピレン分子と溶媒との相互作用が変化したことを反映していると考えられるが、更に検討が必要である。本研究は米国アルゴンヌ国立研究所化学部門のJonah博士のグループと平成7年3月から共同で行うことが決定した。アルゴンヌ国立研究所に設置されている加速器はピコ秒領域の観測が可能で、超臨界流体中での反応を本研究よりも高時間分解能で観測することができ、更なる発展が期待される。
自閉症スペクトラム症の子どもと保護者に対するロールプレイテストの開発

本研究の目的は,社会的状況の把握といった受信技能,対処技能を含めた処理技能,表情や声の大きさといった送信技能を包括した,ASD児とその保護者を対象としたロールプレイテスト(以下,ASD児・保護者用ロールプレイテスト)を開発し,その信頼性および妥当性を検討することである.平成29年度の計画は,ASD児・保護者用ロールプレイテストの実施要領および評価表を作成し,ASD児・保護者用ロールプレイテストを施行することであった.はじめに,ASD児・保護者用ロールプレイテスト評価表の信頼性,妥当性を検討するため,ASD児・保護者用ロールプレイテストの実施要領(イラスト,教示方法)ならびに評価表を作成し,所属機関の倫理審査の承認を受けた.ロールプレイ場面は「うれしい気持ちを伝える」,「頼みごとをする」,「相手の言うことに耳を傾ける」,「不愉快な気持ちを伝える」の4つのスキルに,練習場面として「相手に話しかけて無難な会話をする」の5つのスキルを抽出した.評価表には,場所や人や表情を問う受信技能に関する項目が4つ,どのように対処するのか対処技能に関する項目が2つ,ロールプレイ中の視線や表情などの非言語的な送信技能に関する項目が3つ,目的行動の達成度や社会的妥当性に関する項目が2つ,被験者の自己効力感や不安感に関する項目が2つ,合計13の評価項目を設けた.その後,1組のASD児と保護者の協力を得て,ASD児・保護者用ロールプレイテストを実施した.6名の作業療法士の協力のもと,ビデオ撮影したASD児・保護者用ロールプレイテスト場面を用い,評価表の信頼性,妥当性を検討した.現在,このデータを分析しており,実施方法ならびに評価表を修正する予定である,今年度でASD児・保護者用ロールプレイテスト評価表の信頼性,妥当性の検討が終了した.実施要領ならびに評価表を修正の後,実際に施行している.現在10組の対象者にテストを実施したが,目標数には達していないため,やや遅れていると判断した.現在,10組の対象者に対し,ASD児・保護者用ロールプレイテストを実施した.目標数は親子36組であるが,最低23組は8月を目処に確保していきたいと考えている.その後,ASD児・保護者用ロールプレイテストの信頼性と妥当性を検証する.本研究の目的は,社会的状況の把握といった受信技能,対処技能を含めた処理技能,表情や声の大きさといった送信技能を包括した,ASD児とその保護者を対象としたロールプレイテスト(以下,ASD児・保護者用ロールプレイテスト)を開発し,その信頼性および妥当性を検討することである.平成29年度の計画は,ASD児・保護者用ロールプレイテストの実施要領および評価表を作成し,ASD児・保護者用ロールプレイテストを施行することであった.はじめに,ASD児・保護者用ロールプレイテスト評価表の信頼性,妥当性を検討するため,ASD児・保護者用ロールプレイテストの実施要領(イラスト,教示方法)ならびに評価表を作成し,所属機関の倫理審査の承認を受けた.ロールプレイ場面は「うれしい気持ちを伝える」,「頼みごとをする」,「相手の言うことに耳を傾ける」,「不愉快な気持ちを伝える」の4つのスキルに,練習場面として「相手に話しかけて無難な会話をする」の5つのスキルを抽出した.評価表には,場所や人や表情を問う受信技能に関する項目が4つ,どのように対処するのか対処技能に関する項目が2つ,ロールプレイ中の視線や表情などの非言語的な送信技能に関する項目が3つ,目的行動の達成度や社会的妥当性に関する項目が2つ,被験者の自己効力感や不安感に関する項目が2つ,合計13の評価項目を設けた.その後,1組のASD児と保護者の協力を得て,ASD児・保護者用ロールプレイテストを実施した.6名の作業療法士の協力のもと,ビデオ撮影したASD児・保護者用ロールプレイテスト場面を用い,評価表の信頼性,妥当性を検討した.現在,このデータを分析しており,実施方法ならびに評価表を修正する予定である,現在,ASD児・保護者用ロールプレイテスト評価表の信頼性,妥当性を検討しており,実施要領ならびに評価表を修正の後,実際の施行に移る.平成29年度にASD児・保護者用ロールプレイテストを施行する予定であったが,かなり早めの計画を立てていたため,概ね順調といえる.本研究の目的は,社会的状況の把握といった受信技能,対処技能を含めた処理技能,表情や声の大きさといった送信技能を包括した,ASD児とその保護者を対象としたロールプレイテスト(以下,ASD児・保護者用ロールプレイテスト)を開発し,その信頼性および妥当性を検討することである.

平成29年度の計画は,ASD児・保護者用ロールプレイテストの実施要領および評価表を作成し,ASD児・保護者用ロールプレイテストを施行することであった.はじめに,ASD児・保護者用ロールプレイテスト評価表の信頼性,妥当性を検討するため,ASD児・保護者用ロールプレイテストの実施要領(イラスト,教示方法)ならびに評価表を作成し,所属機関の倫理審査の承認を受けた.ロールプレイ場面は「うれしい気持ちを伝える」,「頼みごとをする」,「相手の言うことに耳を傾ける」,「不愉快な気持ちを伝える」の4つのスキルに,練習場面として「相手に話しかけて無難な会話をする」の5つのスキルを抽出した.評価表には,場所や人や表情を問う受信技能に関する項目が4つ,どのように対処するのか対処技能に関する項目が2つ,ロールプレイ中の視線や表情などの非言語的な送信技能に関する項目が3つ,目的行動の達成度や社会的妥当性に関する項目が2つ,被験者の自己効力感や不安感に関する項目が2つ,合計13の評価項目を設けた.その後,1組のASD児と保護者の協力を得て,ASD児・保護者用ロールプレイテストを実施した.6名の作業療法士の協力のもと,ビデオ撮影したASD児・保護者用ロールプレイテスト場面を用い,評価表の信頼性,妥当性を検討した.現在,このデータを分析しており,実施方法ならびに評価表を修正する予定である,今年度でASD児・保護者用ロールプレイテスト評価表の信頼性,妥当性の検討が終了した.実施要領ならびに評価表を修正の後,実際に施行している.現在10組の対象者にテストを実施したが,目標数には達していないため,やや遅れていると判断した.ASD児・保護者用ロールプレイテスト評価表が完成した後,実際にASD児・保護者に対し,ASD児・保護者用ロールプレイテストを実施するための倫理審査を申請し,承認後,施行予定である.現在,10組の対象者に対し,ASD児・保護者用ロールプレイテストを実施した.目標数は親子36組であるが,最低23組は8月を目処に確保していきたいと考えている.その後,ASD児・保護者用ロールプレイテストの信頼性と妥当性を検証する.当該年度にASD児・保護者用ロールプレイテスト施行には至らず,謝金の発生が少なかった.次年度にASD児・保護者へのロールプレイテストを施行するため,次年度に繰越となった.対象者が目標数には達していないため,実施機関までの交通費や対象者への謝礼が使用できていない.次年度に目標数を達成できるよう,対象者を確保し実施する予定である.
新規ＤＮＡメチル化形成にリンクしたメチル化消去機構に関する研究

DNAメチル化修飾は、転写制御、特にその抑制に寄与しており、メチル化模様は胚発生初期、生殖細胞、終末分化時に書き換えられている。したがって、DNAの脱メチル化はメチル化制御にとり重要なステップである。メチル化されたシトシン塩基(5mC)のヒドロキシル化(5hmC)が脱メチル化の印となっていることが最近報告されている。本研究計画では、メチル化されたDNAの中からどのように特定のメチル化部位が選びだされヒドロキシル化されているのかを明らかにする。これにより、未分化恒常性と分化刺激による細胞内外のシグナルにより、DNAメチル化模様がどのように制御されているのかを解明することを目指す。胚性幹細胞では新規メチル化模様を形成するDnmt3aとDnmt3bが書き込んだ5mCが選択的に5hmC化されていることを明らかにした。また、Dnmt1は5hmC化修飾を受けたDNAをほとんどメチル化できないこと、さらに、維持メチル化に必須な因子であるUhrf1のヘミメチル化DNA結合領域は5hmC修飾を受けたDNAに結合できないことを明らかにした。この結果はDnmt3aやDnmt3bによって5hmC修飾を受けたゲノム領域は複製の過程で受動的に脱メチル化されることを示している。成果を論文として発表した。胚性幹細胞から分化させた神経前駆細胞における5hmCと5mCの分布を調べ、5hmCのピークが転写開始点(TSS)の上流1kbに分布しており、5mCはTSS上流に幅広く分布していることを明らかにした。興味深いことに、5hmCと5mCが共在するプロモーター領域では、5hmCと5mCの存在するピークが重ならない領域が見出された。プロモーター領域に5hmCと5mCが共存する遺伝子のmRNAの発現量を調べたところ、5hmCと5mCの存在するピークの相対位置と転写活性の間に相関を認めた。25年度が最終年度であるため、記入しない。メチル化されたシトシン塩基のヒドロキシル化が脱メチル化の目印となっていることが最近報告されている。本研究計画では、多くのメチル化されたDNAの中からどのように特定のメチル化部位が選びだされヒドロキシル化されているのかを明らかにする。得られている結果から、ES細胞では新規にメチル化模様を書き込むDNAメチル化酵素Dnmt3aとDnmt3bがメチル化した領域は選択的にヒドロキシメチル化され、それが複製過程でDnmt1により維持されないために、細胞周期を1回まわるたびに新規にヒドロキシル化されたメチル化は消去されていることを提案する。ゲノムに新たにメチル化模様を書き込む2つのメチル化酵素Dnmt3aとDnmt3b、そして、それを維持するメチル化酵素Dnmt1が同定され、そのメチル化機構については研究が進んでいるが、一旦書き込まれたメチル化模様の消去機構については不明な点が多い。今年度は、ES細胞では新規メチル化模様を形成するDnmt3aとDnmt3bが書き込んだメチル化(ヘミメチル化状態にあると予想される)が選択的にヒドロキシル化されていることを明らかにした。

また、Dnmt1はヒドロキシメチル化修飾を受けたDNAをほとんどメチル化できないこと、さらに、維持メチル化に必須な因子であるNp95(Uhrf1)のヘミメチル化DNA結合領域はヒドロキシル化修飾を受けたDNAに結合できないことを明らかにした。以上の結果はDnmt3aやDnmt3bによってヒドロキシル化修飾を受けたゲノム領域は複製の過程で受動的に脱メチル化されることを示している。今年度は標的ゲノム領域にヒドロキシル化酵素であるTETがリクルートされているか、また、Dnmt3とTETが直接相互作用するのかに焦点を当てて解析する。このために、タグを付加したDnmt3をES細胞に発現させ、Dnmt3とTETの共存を、プルダウン、マス解析、ChIPなどの技術を用いて明らかにする。また、分化によってヒドロキシメチルシトシンのゲノム上の分布がどのように変化するのかについて、ヒドロキメチルシシトシンを含むゲノム断片を特異的に沈降させ、解析する。25年度が最終年度であるため、記入しない。
求核付加・解離平衡に基づく多色・多機能な超解像蛍光イメージングプローブ群の開発

SMLMは蛍光色素を確率的に明滅させることで超解像蛍光画像を構築する技術である。本研究では、細胞内グルタチオン(GSH)の求核付加・解離平衡という新規明滅原理に基づく多色・多機能なSMLM用色素の開発を行う。昨年度までに、2種の候補色素骨格CP550およびSiP650を見出し、固定細胞および生細胞において、SMLMへの応用を達成した。本年度は主に下記2項目に取り組んだ。1.CP550の応用範囲の拡張:まず、タンパク質タグであるSNAP-tagの基質となる部分構造を付与した誘導体を新たに合成し、評価した。その結果、生細胞内の観察対象の特異的標識および超解像観察を達成した。生細胞における標識手段としてSNAP-tagを利用可能としたことで、本色素および本研究の有用性がより強く示された。さらに、今後の実用上も重要な複数の応用実験・解析例を示した。第一に、先行研究のHMSiRと併用しての2色観察を行った。このような自発明滅型色素による生細胞2色SMLMは、本研究によって初めて実現可能となった。第二に、経時観察に関して、データの取得から解析までの方法論を確立し、様々な時間スケールでその実例を示した。2.photoactivatable型色素に関する検討:可視光刺激によりGSHの解離、すなわち蛍光性状態分子の生成を促進(photoactivate)できる色素分子の開発と応用を試みている。キサンテン環を拡大した候補色素を新たに数種類合成し、GSHとの親和性および反応性、また光応答挙動とそのGSH濃度依存性を評価した。その結果、当該蛍光色素がphotoactivatable型のSMLM用蛍光色素として、あるいはGSH付加反応の速度からGSH濃度を定量できる分子ツールとして応用されうることが示唆された。今後は溶液条件や照射光条件等の因子も考慮しながら、応用の可能性や方向性を検討していく。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。SMLMは蛍光色素を確率的に明滅させることで超解像蛍光画像を構築する手法である。本研究では、細胞内グルタチオンの求核付加・解離平衡による新規明滅原理に基づく多色・多機能なSMLM用色素の開発に取り組む。昨年度までに、上記明滅原理に基づくSMLM用色素の候補として、2色の色素SiP650, CP550を見出した。さらに、各色素の誘導体を用いて固定細胞でのSMLMを達成した。本年度は、これらの色素を生細胞に適用した。生細胞内の標的タンパク質を特異的にラベルする手段としては、汎用のタンパク質タグであるHalo Tag, SNAP-tagを用いた。各タグタンパク質に特異的に結合する構造を導入した色素誘導体群を合成し、生細胞に適用した。標的としては、微小管のtubulinを選択した。その結果、特にHalo Tag融合tubulinに対しCP550誘導体(CP550-Halo)を適用した系で、微小管が特異的にラベルされ、添加物や強いレーザー光照射なしに適切な明滅が見られ、微小管の超解像画像が構築できた。CP550-Haloは、当研究室が以前に開発したSMLM用赤色蛍光色素HMSiRに並ぶ2色目のSMLM用色素として有用性が高い。そこで、本年度はCP550-Haloのさらなる応用、特にHMSiRとの併用による生細胞2色SMLMへの応用に注力した。まず、生きた哺乳類細胞において、2種の標的タンパク質を、Halo TagおよびSNAP-tagを利用してそれぞれCP550-Halo, HMSiR-Haloでラベルし、生細胞2色SMLMが可能であることを実証した。さらに、新たな実験系として、バクテリアにおける生細胞2色SMLMにも着手した。ここでは、生きたバクテリア細胞の細胞内微小構造体と細胞膜を標的とした2色SMLMを行っている。現在までに両標的のラベリングと2色SMLMに成功している。本年度は主に、これまで新規設計指針に則り開発を進めてきたSMLM用蛍光色素の生細胞への適用に取り組み、特に黄緑色蛍光色素CP550の生細胞SMLMへの応用を成功させた。当研究室が先行研究において開発した赤色蛍光色素HMSiRに続く2色目のSMLM用蛍光色素は、多色観察等の観点から、その開発が強く求められながらも、HMSiRの設計戦略を踏襲するだけでは実現されなかったものである。今回、新たな設計原理に基づきこれを開発したことは、化学的にも実使用上の観点からも非常に重要であり、高く評価されると考えている。さらに、これらのSMLM用色素を利用する応用実験系の開拓を進めたことも特筆に値する。当研究室で扱いうるSMLM実験の対象として哺乳類細胞だけでなくバクテリア細胞が加わり、さらにそれらの2色観察も可能になった。このような本年度の成果の上に、次年度以降は、新規プローブ分子の開発およびその生物学的応用の両面において、さらなる進展が期待できる。本研究では、細胞内グルタチオンの求核付加・解離平衡という新規明滅原理に基づく多色・多機能なSMLM用色素の開発に取り組む。これまでに2種の候補色素骨格CP550およびSiP650を見出しており、昨年度にはCP550の生細胞応用を達成した。本年度は、SiP650の生細胞応用を含む下記3項目に主に取り組んだ。