hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
言語習得期の言語・非言語的ユニットの形成と再構造化に果たす母子相互作用の役割

初期言語習得過程についてはまだ十分に確認されていない事が多い。本研究では、特に語彙獲得にかかわる母子の相互作用の分析を行った。日常的な母子のやりとりにみられる言語と非言語的情報の相補的関係が、子ども言語習得において重要であるとの観点から、母子の言語・非言語的ユニットを単位として取り出し、これを分析する試みをしている。母親への子どもの語彙獲得に関するインタビューに基づき、子どもの言語習得の状態を確認すると共に、半構造的場面の母子観察データから子どもの言語産出のコンテクストを明確化にし、さらに母親のインプットとの関連を検討した。13カ月、20カ月の横断データからは、母親のインプットで必ずしも名称指示がなく、事物の機能を提示することが多いことが確認された。また、15カ月から26カ月の縦断データからは子どもの道具的名称の獲得に慣用操作の言語化が先行し、これが習得とかかわることが示唆された。また、両者に共通する結果として、子どもの慣用操作の言語表現と親の擬音語、擬態語の使用との関連性が示唆され、動作による表出と、これの言語化である擬音、擬態語、および動作語の獲得との三者の関係についてさらに検討するとともにモデル化が必要であると考えられた。このため、動作語獲得の先行研究のレビューを行い、動作と言語習得との関連について検討するとともに、この時期の動作のカテゴリ分類をより詳細に検討する作業を進めている。なお、親のインプットとの関連については、データを増やして確認することが必要と思われ、既に収集されたデータについての分析をさらに進めるとともに、ケース数を若干追加する予定である。
Ipomoea属におけるSー複対立遺伝子の構造と形質発現に関する分子生物学的研究

胞子体型自家不和合性を有するサツマイモおよびその近縁野生種におけるSー複対立遺伝子のクローニングを行ない、Sー復対立遺伝子の構造と形質発現機構を明らかにすることを目的として以下の実験を行なった。1.S4ホモ型個体の柱頭から得たpoly(A)^+RNAを用いてcDNAを合成したのち、これをファージベクター(λgtll)DNAに組込み、S4型柱頭のcDNAライブラリーを作成した。2.このcDNAライブラリーから柱頭およぴSー遺伝子型に特異的なcDNAクローンを得るため、S_3型個体の柱頭ならびにS4型個体の葉および葉柄から得たpoly(A)^+RNAを用いて、^<32>PでラべルしたcDNAプローブをそれぞれ作成した。次いでS4型柱頭のcDNAライブラリーに対して、これらのプローブによるdifferential screeningを行なった。その結果、S4型柱頭に特異的であると思われる37クローンを得た。3.得られたcDNAクローンをプローブとして、Northern blotting法による分析を行なった結果、Sー遺伝子型特異性ならびに形質発現組織特異性を示す4種類のcDNAクローンを得た。この中で、A1、A2、A3群に属するクローンは、いずれも柱頭でのみ特異的に発現するmRNAに対応しており、それに加えてA1とA2群のクローンはSー遺伝子型特異性が高いものと推定された。さらに、B群のクローンは柱頭と花粉の両器官で特異的に発現していることが明らかとなった。このような遺伝子クローンについてはまだ報告がなく、本研究で初めて得られたB群のcDNAクローンは、A群のcDNAクローンとともに自家不和合性機構に関わる有力な遺伝子候補と考えられる。現在、これらcDNAの塩基配列を解析中である。
SAT変換を用いた制約充足問題の解法とシステム生物学への応用

最終年度の報告として、これまでの研究成果について以下にまとめる。本研究では化学反応法則を満たしつつ入力代謝物集合から出力代謝物集合を生成可能なパスウェイを活性パスウェイ呼び、特にその包含関係において極小なものを極小活性パスウェイと呼ぶ。研究ではまず極小活性パスウェイを列挙する問題を極小活性パスウェイ同定問題として定義を行った。代謝パスウェイの解析を行う際には既存のデータから問題を構築する必要がある。そこで更新頻度において優れていることから、生物学的知識のデータベースEcoCyc(http://ecocyc.org/)から問題を構成して評価を行った。このデータから構成した問題をSAT技術によって解くために本研究では次の枠組みを用いた:(1)まず問題を命題論理式に符号化する、(2)SATソルバを漸増的に適用するインクリメンタルSAT解法を用いて符号化された命題論理式から極小モデルを計算する、(3)得られた極小モデルを逆符号化することで問題の解である極小活性パスウェイを得る。提案した問題および解法の評価のためにEcoCycのデータから極小活性パスウェイ同定問題を構成し、SAT技術を用いて解を求めた。結果として9個の極小活性パスウェイを同定し、その中の2個が生物学における既存の知識と一致したパスウェイ(参照パスウェイ)であることを確認している。また専門家との議論で提案された制約を命題論理式に追加することでより精緻なパスウェイを計算することに成功した。この成果は国内雑誌論文として発表を行った。また代謝パスウェイに対する解集合プログラミングを用いた解析研究についても国際会議の会議録で発表を行った。さらにより具体的な生物学の問題に適用するために、大腸菌における単一遺伝子ノックアウトの影響予測を極小活性パスウェイの同定によって行う手法の研究を国立遺伝学研究所の研究チームと共同して進めた。大腸菌の解糖系に対して計算機実験を行った結果,提案手法の予測が生物実験の結果とよく一致することを確認した。この成果は国際会議において発表を行った。本研究の目的は生物学分野における代謝パスウェイの解析に対してSAT技術、特にインクリメンタルSAT解法、を適用し評価を行うことである。最終年度はこれまでの研究成果である極小活性パスウェイ同定問題とその解法、実験結果を博士論文の一部としてまとめ、さらに研究を発展させるために極小活性パスウェイの同定を大腸菌における単一遺伝子欠損の影響予測に適用した。極小活性パスウェイの同定に関する成果は、雑誌論文として発表し、単一遺伝子欠損の影響予測については国際会議論文として発表を行った。このように得られた研究成果をより実際的な生物学の問題へ適用し結果を得ていることが成果として評価できる。研究成果として大腸菌の単一遺伝子欠損の影響予測手法の開発があるが、今後はこの予測手法を発展させることが課題の一つである。具体的には遺伝子の複数欠損の影響予測や、マウスなど他のモデル生物について実験結果を評価・解析することが挙げられる。これに加えてSAT技術を利用した計算手法の継続的な研究が必要である。特に漸増的に計算を行っていくインクリメンタルSAT解法には、実世界の問題において様々な応用が存在する。インクリメンタルSAT解法についてより詳細な評価と応用を考えることも今後の課題である。本研究では,システム生物学におけるパスウェイに対する,SAT技術を用いた解析方法の研究と開発を行う.得られた結果は専門家によるフィードバックを加えて改善につなげる.これらの方法を用いた新しい生物学的知識の発見が本研究の最終目標である.研究実績を次の研究課題(A),(B)に従って記述する:(A)既存の大規模パスウェイデータベースに対する適用と評価,(B)化合物の定量的性質のモデリング.課題(A)に対する研究進捗を説明する.まず研究対象となる大規模データとして世界的に利用されているデータベースEcoCyc (http://ecocyc.org/)を使用した.これはEcoCycが更新頻度において優れており,またデータそのものも豊富であることが理由である.特にEcoCycの代謝パスウェイデータ(代謝物数:1073,反応数:1777)を使用した.これを解析する手法として,本研究では極小活性パスウェイに着目する手法を提案した.これはある入力代謝物の集合から,化学反応法則を満たしつつ目標代謝物の集合を生成可能なパスウェイ(活性パスウェイ)の中でも,その包含関係において極小なパスウェイを指す.本研究では,与えられた代謝パスウェイデータからこのような極小活性パスウェイを求める問題を極小活性パスウェイ同定問題と定式化した.次にEcoCycの代謝パスウェイデータから極小活性パスウェイ同定問題を構成し,極小モデル生成器によって解を求めたところ,9つの極小活性パスウェイを同定し,その中の一つが生物学において認められている解糖系パスウェイ(参照パスウェイ)と一致していることを確認した.これらの成果は2つの国際会議(査読付き)で発表を行った.今後は,課題(B)の研究に取り組みつつ,得られた結果について生物学分野の研究者と議論を行い,生物学的知識発見のための手法開発を目指す.最終年度の報告として、これまでの研究成果について以下にまとめる。

そこで更新頻度において優れていることから、生物学的知識のデータベースEcoCyc(http://ecocyc.org/)から問題を構成して評価を行った。このデータから構成した問題をSAT技術によって解くために本研究では次の枠組みを用いた:(1)まず問題を命題論理式に符号化する、(2)SATソルバを漸増的に適用するインクリメンタルSAT解法を用いて符号化された命題論理式から極小モデルを計算する、(3)得られた極小モデルを逆符号化することで問題の解である極小活性パスウェイを得る。提案した問題および解法の評価のためにEcoCycのデータから極小活性パスウェイ同定問題を構成し、SAT技術を用いて解を求めた。結果として9個の極小活性パスウェイを同定し、その中の2個が生物学における既存の知識と一致したパスウェイ(参照パスウェイ)であることを確認している。また専門家との議論で提案された制約を命題論理式に追加することでより精緻なパスウェイを計算することに成功した。この成果は国内雑誌論文として発表を行った。また代謝パスウェイに対する解集合プログラミングを用いた解析研究についても国際会議の会議録で発表を行った。さらにより具体的な生物学の問題に適用するために、大腸菌における単一遺伝子ノックアウトの影響予測を極小活性パスウェイの同定によって行う手法の研究を国立遺伝学研究所の研究チームと共同して進めた。大腸菌の解糖系に対して計算機実験を行った結果,提案手法の予測が生物実験の結果とよく一致することを確認した。この成果は国際会議において発表を行った。本研究の目的は生物学分野における代謝パスウェイの解析に対してSAT技術、特にインクリメンタルSAT解法、を適用し評価を行うことである。最終年度はこれまでの研究成果である極小活性パスウェイ同定問題とその解法、実験結果を博士論文の一部としてまとめ、さらに研究を発展させるために極小活性パスウェイの同定を大腸菌における単一遺伝子欠損の影響予測に適用した。極小活性パスウェイの同定に関する成果は、雑誌論文として発表し、単一遺伝子欠損の影響予測については国際会議論文として発表を行った。このように得られた研究成果をより実際的な生物学の問題へ適用し結果を得ていることが成果として評価できる。研究成果として大腸菌の単一遺伝子欠損の影響予測手法の開発があるが、今後はこの予測手法を発展させることが課題の一つである。具体的には遺伝子の複数欠損の影響予測や、マウスなど他のモデル生物について実験結果を評価・解析することが挙げられる。これに加えてSAT技術を利用した計算手法の継続的な研究が必要である。特に漸増的に計算を行っていくインクリメンタルSAT解法には、実世界の問題において様々な応用が存在する。インクリメンタルSAT解法についてより詳細な評価と応用を考えることも今後の課題である。
イントロンの起源と進化: リボソームタンパク質遺伝子を介した拡散機構の提唱

真核生物の核ゲノムの遺伝子には多数のイントロンが存在する。これらの起源や機能は不明である。私はリボソームタンパク質遺伝子の解析の過程で、イントロン内にコードされる多数のsmall nucleolar RNA(snoRNA)を発見した。これにより、イントロンは機能性RNAを発現させるという重要な役割をもち、複雑な生体システムの制御に関わっていると考えるに至った。これまでに、菌類20種の解析により、7つのsnoRNA遺伝子から成るクラスターを見出した。これらは、一部の菌類ではイントロン内在型であったが、他の菌類ではポリシストロニックな構成をしていた。このことは、snoRNA遺伝子の並びが同じであるにも関わらず、発現様式が異なっている可能性を示しており、進化の過程で、snoRNAがイントロンを利用した発現機構を獲得した結果と捉えることができる。そこで、21年度も同様のゲノム解析を続け、さらに3つのsnoRNA遺伝子クラスターを見出した。これらクラスターには、いずれも2つあるいは3つのsnoRNA遺伝子が存在しており、最初に見つかったクラスター同様に、snoRNA遺伝子は一部の菌類ではイントロン内在型であったが、他の菌類ではポリシストロニックな構成をしていた。イネいもち病菌のトータルRNAに対するRT-PCRにより、エキソン部分と、計7個のsnoRNAの発現を確認した。さらに、イントロン内在型snoRNAが出現した時期を推測する解析の基盤とするために、snoRNAデータベース(snOPY)を拡充した。主にArabidopsis thalianaのsnoRNAについて、ターゲットRNAと遺伝子のゲノム上の位置、オルソログに関する情報を整備し、また、比較的解析の進んでいる4生物種(ヒト、ハエ、線虫、酵母)について、snoRNAのオルソログが一目で分かる対応表を作製した。私は、イントロンは機能性RNAのキャリアとしての役割を担っていると考え、生物は進化の過程でイントロンの獲得と消失を介してRNAによる生命システムの制御機構を発達させてきたと推測している。これを明らかにするために、以下の研究を行なった。1データベースの充実化本研究ではリボソームタンパク質(RP)遺伝子を主なデータセットとして用いる。RP遺伝子はすべての生物が持っており、約80種と数が多く、保存性が高いため、イントロンの位置を詳細に比較できるという利点がある。現在までに11,000遺伝子の情報をRP遺伝子データベース(RPG)に収めた。2ゲノムワイドでかつ、多種類の生物のイントロンの挿入と欠失の推測(論文1)22種の真核生物の約3500カ所のイントロンについて、進化の過程におけるイントロンの獲得と消失のパターンを最尤法により推測した。これまでにない、ゲノムワイドでかつ多種類の生物のデータを用いたことにより、植物と菌類/後生動物が分岐する前の祖先生物(15億年前)には既に多くのイントロンがあったことが示唆された。また、イントロンの獲得と消失の頻度は、15億年前から10億年前までが高かったと推定された。10億年前は真核生物のビッグバンが起こったと提唱されている時期である。これらのことから、イントロンの獲得と消失が生物の種分化に影響した可能性があると考えている。3下等な真核生物のイントロンの挿入と欠失の推測(論文2)9種のアルベオラータのイントロンの獲得と消失のパターンを最尤法により推測した。これにより、真核生物の進化の過程にておいて比較的早い時期に分岐した下等な生物においても、祖先生物にはイントロンが多数存在し、現在までに獲得と消失が活発に起きていることが推測された。真核生物の核ゲノムに存在する遺伝子の特徴として、タンパク質情報がイントロンによって分断されていることが挙げられる。イントロンは祖先生物から現在の生物に至るまでに獲得と消失を活発に繰り返してきたことが明らかになっているが、その機構や生物進化に与えた影響は不明である。本研究は、進化の過程におけるイントロンの獲得と消失のパターンを推定し、イントロンの拡散機構とsnoRNA遺伝子の動態との関連を明らかにすることを目的とする。リボソームタンパク質(RP)遺伝子データベース(RPG)を用いて、(1)イントロンの獲得と消失のパターンを45生物種というこれまでにない規模で推定することができた。また、(2)ミトコンドリアと細胞質のRP遺伝子(17生物種)のイントロンの獲得と消失のパターンを推測したところ、両者は類似していた。これらことから、細胞質のRPのイントロンもミトコンドリアのRPのイントロンと同様に真核生物において出現した可能性が支持された。情報解析により、(3)真菌類の一種であるイネいもち病菌で非翻訳型RNA遺伝子のイントロンにコードされている6種のsmall nucleolar RNA(snoRNA)を発見した。RT-PCRを行った結果、ホスト遺伝子のmRNAおよび内在するsnoRNAの発現が確認された。さらに、(4)snoRNA遺伝子とイントロン進化の関連を解析するために、データベース(snOPY)を拡充した。これまでに35生物種の17,000個のsnoRNA遺伝子について、配列、遺伝子の構成、修飾塩基の情報を整備した。

これにより、イントロンは機能性RNAを発現させるという重要な役割をもち、複雑な生体システムの制御に関わっていると考えるに至った。これまでに、菌類20種の解析により、7つのsnoRNA遺伝子から成るクラスターを見出した。これらは、一部の菌類ではイントロン内在型であったが、他の菌類ではポリシストロニックな構成をしていた。このことは、snoRNA遺伝子の並びが同じであるにも関わらず、発現様式が異なっている可能性を示しており、進化の過程で、snoRNAがイントロンを利用した発現機構を獲得した結果と捉えることができる。そこで、21年度も同様のゲノム解析を続け、さらに3つのsnoRNA遺伝子クラスターを見出した。これらクラスターには、いずれも2つあるいは3つのsnoRNA遺伝子が存在しており、最初に見つかったクラスター同様に、snoRNA遺伝子は一部の菌類ではイントロン内在型であったが、他の菌類ではポリシストロニックな構成をしていた。イネいもち病菌のトータルRNAに対するRT-PCRにより、エキソン部分と、計7個のsnoRNAの発現を確認した。さらに、イントロン内在型snoRNAが出現した時期を推測する解析の基盤とするために、snoRNAデータベース(snOPY)を拡充した。主にArabidopsis thalianaのsnoRNAについて、ターゲットRNAと遺伝子のゲノム上の位置、オルソログに関する情報を整備し、また、比較的解析の進んでいる4生物種(ヒト、ハエ、線虫、酵母)について、snoRNAのオルソログが一目で分かる対応表を作製した。
認知症の高齢者に対する色彩を用いた転倒予防策の検証

認知症の高齢者のための新たな転倒予防策として、病棟の色彩環境に着目した。本研究は、手すりやベッド柵に鮮やかな着色を施すことで、転倒率や転倒状況が変化するか否かを調査し、色彩を用いた転倒予防の実用化を探ることを目的としている。研究は、基礎研究として着色したベッド柵や手すりが病棟で使用可能かを探る研究Iと、実際の病院で介入調査を行う研究IIより構成される。【研究I】目的:ベッド柵や手すりに前研究で「見え易い」ことが明らかになった鮮やかな着色(ピンク色/magenta)を施した前後の視線や動作の変化を明らかにする。結果:1着色したベッド柵の方か通常のベッド柵よりも、着座時の頸部屈曲角度が小さい。2着色したベッド柵の方が通常のベッド柵よりも注視回数・時間が長い。考察:1着色したベッド柵は、通常のベッド柵と比較して着座時の姿勢が屈曲しないため、高齢者の動作に好ましくない影響を与える可能性は低い。2着色したベッド柵の方が通常のベッド柵よりも視認性が高く目印として利用できる可能性がある。【研究II】目的:認知症治療病棟の手すりに着色し、着色前後で転倒率や転倒状況に変化するか否かを検討する。実施状況:コントロール期間が終了し、現在介入名期間中である。着色には、臨床での汎用性と研究後の原状復帰を考慮して、ピンク色のマスキングテープを使用した。着色場所は、廊下とトイレの手すりである。順次2病棟で介入実験を開始し、現在も継続中である。介入期間は1年間を予定している。研究IIの開始が予定より数か月遅れたため、スケジュール全体に遅れが生じている。今年度は介入期間が終了するため、データを収集・解析していく。介入によって、繰り返し転倒するハイリスク患者の存在や、テープ貼付場所以外で転倒の多いポイントの存在があることが明らかになりつつある。これらの点を踏まえたうえで解析結果を検討し、場合によっては介入期間の延長も必要となってくる可能性がある。本研究は、認知症の高齢者のための新たな転倒予防策として、病棟の色彩環境に着目し、実際に認知症の高齢者が入院している病棟で、手すりやベッド柵に鮮やかな着色を施すことで、転倒率や転倒状況が変化するか否かを調査し、色彩を用いた転倒予防の実用化を探ることを目的としている。研究は、基礎研究の研究Iと実際に病院で介入を行う研究IIより構成される。平成28年度は、当初の計画通り研究Iを実施した。【目的】1模擬病室の手すり等にピンク色(magenta、マンセル5RP5/14)を着色し、視線や動作の変化を明らかにする。2研究IIで実際の病棟に着色する場所を検討する。【研究方法】1被験者:研究の同意が得られた健康な高齢者19名(男性10名、女性9名)であった。2研究デザインは、通常の模擬病室の環境の実験(通常群)とベッド柵にピンク色の着色を施した模擬病室の実験(着色群)を設定し、模擬病室入室からベッドに着座するまでの動作と視線について、同一被験者内比較を行った。3被験者の基礎データ:年齢、性別、身長、体重、視力および眼科の手術歴、既往歴、転倒経験の有無を聴取した。4測定項目と測定方法:視線データは、トークアイライト(竹井機器工業)を用い、視線運動と注視地点と時間について測定した。動作解析は、動作解析システムToMoCo-Lite(東総システム)を用い、着座時の動作を矢状面と前額面より測定した。測定時は、動きやすい長そでのTシャツとズボンに着替えていただき、関節各部に球形マーカーを貼付した。すべての測定は同期ライトを用い、測定のタイミングを揃えた。【結果と今後の計画】研究Iの結果は、現在解析中である。解析結果をもとに、研究IIでは、協力病院の認知症治療病棟の手すりやベッド柵等をピンク色で着色する予定である。現在研究協力病院と研究開始準備を進めている。当初の計画通り、平成28年度に研究Iを実施した。現在、平成29年度から開始する計画の研究IIの準備中である。本研究では、認知症の高齢者のための新たな転倒予防策として、病棟の色彩環境に着目した。認知症高齢者の入院環境の、手すりやベッド柵に鮮やかな着色を施すことで、転倒率や転倒状況が変化するかを調査し、色彩を用いた転倒予防策の実用化への示唆を得ることを目的としている。研究は、基礎研究の研究Iと、実際の病院での介入調査を行う研究IIより構成される。【研究I/追加実験】目的:ベッド柵や手すりに鮮やかな着色を施した前後の視線や動作の変化を明らかにする。今年度研究実績の概要:昨年度実施した結果をうけ、研究IIでの介入に向けて、静止時の視線データも必要であると考え、急遽追加実験を行った。1被験者は、健康な女性高齢者10名であった。2通常の模擬病室(コントロール群)と、ベッド柵に鮮やかな着色を施した模擬病室(着色群)の、被検者の視線ついて同一被験者内比較を行った。3測定項目は、視線軌跡と注視時間である。測定にはトークアイライト(竹井機器工業)を用いた。なお、結果は現在解析中である。【研究II】

目的:認知症治療病棟の手すりやベッド柵に鮮やかな色彩を着色し、着色前後で転倒率や転倒状況が変化するか否かを検証する。今年度研究実績の概要:コントロール期間を開始した。協力病院との調整により、転倒数、転倒状況については、病院で従来使用している転倒報告書を活用することとなった。また当初予定より、介入病棟が増えて最終的に4病棟となる予定である。介入病棟が増えたため、今後若干の遅れが予想されるが、現在のところ概ね計画通りである。認知症の高齢者のための新たな転倒予防策として、病棟の色彩環境に着目した。本研究は、手すりやベッド柵に鮮やかな着色を施すことで、転倒率や転倒状況が変化するか否かを調査し、色彩を用いた転倒予防の実用化を探ることを目的としている。研究は、基礎研究として着色したベッド柵や手すりが病棟で使用可能かを探る研究Iと、実際の病院で介入調査を行う研究IIより構成される。【研究I】目的:ベッド柵や手すりに前研究で「見え易い」ことが明らかになった鮮やかな着色(ピンク色/magenta)を施した前後の視線や動作の変化を明らかにする。結果:1着色したベッド柵の方か通常のベッド柵よりも、着座時の頸部屈曲角度が小さい。2着色したベッド柵の方が通常のベッド柵よりも注視回数・時間が長い。考察:1着色したベッド柵は、通常のベッド柵と比較して着座時の姿勢が屈曲しないため、高齢者の動作に好ましくない影響を与える可能性は低い。2着色したベッド柵の方が通常のベッド柵よりも視認性が高く目印として利用できる可能性がある。【研究II】目的:認知症治療病棟の手すりに着色し、着色前後で転倒率や転倒状況に変化するか否かを検討する。実施状況:コントロール期間が終了し、現在介入名期間中である。着色には、臨床での汎用性と研究後の原状復帰を考慮して、ピンク色のマスキングテープを使用した。着色場所は、廊下とトイレの手すりである。順次2病棟で介入実験を開始し、現在も継続中である。介入期間は1年間を予定している。研究IIの開始が予定より数か月遅れたため、スケジュール全体に遅れが生じている。平成29年度より研究Iの結果を受けて、研究IIを開始する。平成29年度は、研究IIのコントロール期間を実施する予定である。研究協力病院の認知症治療病棟のうち、病棟の設計とベッド数が同じ3病棟を比較する。当初予定では、2病棟を実験対象とする予定であったが、検討の結果、より精度を高めるため3病棟を実験対象とすることとした。このうち2病棟は当初予定通り、コントロール期間とする。残り1病棟は介入期間として、病棟の手すりやベッド柵等をピンク色で着色し、転倒率や転倒の状況の変化を検討する予定である。平成3031年度は、研究IIの介入期間を実施する予定である。平成31年度の介入期間終了後は、結果を分析しまとめていく予定である。今年度より研究IIの介入期間を開始する。認知症治療病棟の、トイレや廊下の手すり等に鮮やかな着色を施し、転倒率の変化を調査すしていく予定である。今年度は介入期間が終了するため、データを収集・解析していく。介入によって、繰り返し転倒するハイリスク患者の存在や、テープ貼付場所以外で転倒の多いポイントの存在があることが明らかになりつつある。これらの点を踏まえたうえで解析結果を検討し、場合によっては介入期間の延長も必要となってくる可能性がある。
FTIR分光法による生体金属分子反応中心の微細構造の動態追跡

本研究においては、大腸菌の末端酸化酵素やバクテリオロドプシンにおけるプロトンポンプのメカニズムをFTIR分光法により明らかにすることを目的とした。膜蛋白質におけるプロトンポンプには水分子が関与することが考えられるが、我々はバクテリオロドプシンのN中間体に対する解析から水分子の構造変化を室温付近で測定し、他の中間体とは異なる変化を見出した。さらにN中間体に対して、偏光赤外分光を適用したところ、膜に対して垂直な成分をもつペプチドのC=O伸縮振動(アミドI)に大きな変化を観測した。このような新しい知見は、プロトンポンプ過程におけるアクセスが変わった過渡状態の構造を反映しているものと考えられる。さらにシステインのS-H伸縮振動が他の振動から離れた領域に存在することに着目し、水素結合ネットワークの動的な構造変化のプローブとして、システインの導入を提案した。配向試料に対する偏光赤外測定は、振動数だけでなく角度の情報も得ることができるため、プロトンポンプの場となる水素結合ネットワークの構造を議論する上で重要な情報を提供する。そこで試料を含めた測定系を最適化することによって、中赤外の全波数領域での偏光赤外分光の適用を試みた。その結果、液体窒素温度で初期異性化中間体であるK中間体を安定化させ、もとの状態との差スペクトルを高い精度で得ることに成功した。大腸菌末端酸化酵素はバクテリオロドプシンのように光受容蛋白質ではない。しかしながら、反応中心にヘムを含むため、光励起により摂動を与えることができる。我々は前年度に確立した、リボフラビンを電子供与体に用いた光還元の方法を用いて、シトクロムbo,bdという2種類の大腸菌末端酸化酵素の酸化還元に伴う蛋白質構造の変化を測定した。いずれもカルボン酸やシステイン側鎖、ペプチド骨格に特徴的な変化が見出されてた。さらにシトクロムboに関しては、部位特異的変異蛋白質の測定も行い、特徴的な変化を見出した。
磁気的幾何学構造の外場制御と伝導の物理

らせん磁気構造や磁壁そして磁気渦と異なる,トポロジカル磁気テクスチャ,skyrmionは,様々の特性をもつ.極めて小さな電流により駆動できる運動特性はその典型である.我々はLandau-Lifshitz-Gilbert方程式を用いた数値シミュレーション法によりskyrmionの実時間ダイナミクスを理論的に調べた.これにより,skyrmion,antiskyrmionそして磁気Berry位相の物理,多層系における結合skyrmionの運動性能,3次元skyrmion生成/消滅とモノポールー反モノポールの対生成/消滅,不純物系における電流駆動skyrmionのダイナミクスなどが明らかにされた.本計画の研究対象となる磁気テクスチャは,格子定数よりも十分に大きな長さスケールで特徴づけられる空間構造をもつ.翻せば,そのダイナミクスは数千数万あるいはそれを超える多くの磁気モーメントが織りなす協力現象に他ならない.この多自由度運動方程式の取り扱いのため,我々は,数値的手法を開発するとともに並列計算機を導入・駆使することにより,研究を進めた.そして,計画初年度となる今年度ですでに,多くの研究成果を挙げてきた.その一例であるantiskyrmionの理論を,ここで掘り下げてみよう.磁気skyrmionの位相幾何学的な特徴は,いわゆるskyrmion数により同定される.これは正にも負にもなる.我々は,このskyrmion数の符号に依存する磁気テクスチャの駆動方法を確立した.これにより,skyrmion数は,あたかもトポロジカル粒子の価数,すなわちトポロジー価としての役割を持つこととなる.我々は,互いに符号を異にするskyrmion,antiskyrmionのダイナミクスを調べ,磁石の中で粒子・反粒子の生成,消滅,衝突の物理を展開することに成功した.磁気テクスチャの外場(熱,磁場,電場,電流)応答の理論的研究にも進展がみられた.現在多くのストレージで利用されているフラッシュメモリーのアーキテクチャを参考にして,磁気スキルミオンを用いたストレージデバイスの研究を進めた.また,様々のスピン系や,遷移金属酸化物の電子状態の理論的研究も行われた.研究計画であった,理論的手法の確立,そしてこれを用いた磁気位相構造の時間発展の物理の研究が十分に進められた.とりわけ研究計画のうち,数値的手法,すなわち多自由度古典スピン系の実時間発展を取り扱う計算機プログラムの開発が,前倒しする形で進展した.この計算機プログラムはまた,今年度導入された並列計算機に最適化され,様々の数値的研究を加速することが可能となった.これによる結果は論文として出版され,また国際会議での招待講演としても研究成果を世界に向けて発信された.計画次年度となる本年度の計画では,トポロジカルな磁気構造の生成,消去,転送の物理に十分な発展がみられた.重要な進展のひとつとして,本計画の中核をなす概念,磁気テクスチャの位相幾何学的な性質が織り成すBerry曲率の物理が挙げられる.磁気双極子の間の電磁気学的な相互作用は,いわゆるBloch磁壁を安定化する役割を担う.このBloch磁壁が閉じたとき,そこに出来上がる円柱磁区構造のトポロジーは磁気skyrmionに同相となる.この磁壁にネール磁壁が位相幾何学的な欠陥として入るとき,トポロジー価が磁気skyrmionと異なる円柱磁区構造が形成される.その重心の運動は,有効運動方程式であるThiele方程式により記述される.しかし本研究では,Thiele方程式で消除される磁気テクスチャのBerry曲率に着目し,その空間分布と実時間ダイナミクスが導く円柱磁区構造の重心運動の物理を明らかにした.すなわち,磁気テクスチャのBerry曲率の空間積分はトポロジー価を与え,このトポロジー価を持つ質点の運動方程式がThiele方程式に相当するが,Berry曲率が時間発展を持つ場合,Thiele方程式では記述できない磁気テクスチャの運動が導かれるのである.また,stochasticな磁気テクスチャの実時間ダイナミクスの理論を発展させることにより,磁気skyrmionが持つhelicity自由度の反転運動の物理を明らかにし,実験的な実証にも大きな寄与をもたらした.本年度の研究成果における,研究分担者の活躍も特筆に値する.その具体例として,磁気モーメントの実時間ダイナミクスにおける散乱機構の理論とその実験的実証研究,銅酸化物などにおけるスピン自由度の観測理論の発展,等が挙げられる.研究計画であった,理論的手法の確立,そしてこれを用いた磁気位相構造の時間発展の物理の研究が十分に進められた.研究成果は論文として出版され,また国際会議での招待講演としても研究成果を世界に向けて発信した.計画最終年度となる本年度の計画では,これまで着実に進められてきた研究と得られた多くの成果を論文や研究発表として結実させてきた.特に今年度発展させてきたのが,磁気テクスチャの3次元構造とその磁気幾何学由来の物理である.3次元への展開の糸口は,2次元系の積層から始まる.また2層系skyrmionの動力学は,単なる3次元系における円柱磁区skyrmionの物理だけでなく,skyrmionのhelicity自由度,さらには層間で反強磁性的に結合したskyrmionの力学へと発展をみせた.電流駆動skyrmionの運動性能の理論的研究にも進展がみられた.すなわち,現実の系ではskyrmionの運動は不純物に妨げられる.渦度をもつ粒子運動における不純物効果は,例えば,超伝導体中の磁束の運動にも似ている.しかしskyrmionは,強い不純物効果の元では,分裂そして消滅を含む多彩な振る舞いをみせることが明らかとなった.また,不純物と衝突するskyrmionは,スピン波を励起し,このスピン波をやり取りすることでskyrmion間の引力が生み出す.

この引力は,電流駆動skyrmionの集団の凝集につながる役割を担うことも示された.3次元構造skyrmionは,不純物が無ければ,2次元skyrmionの積層構造により理解される.この積層方向に,不純物系における電流駆動skyrmionが励起するスピン波は伝播する.この振動モードが正帰還する条件の下で,積層方向に連なるskyrmionが破断する振る舞いがみられる.破断点は,磁気モーメントが作り上げたモノポールー反モノポール対であり,これらが積層方向に走破することで3次元skyrmionは消滅する.これは,新たな研究の出発点を与え,今後の発展が期待される.らせん磁気構造や磁壁そして磁気渦と異なる,トポロジカル磁気テクスチャ,skyrmionは,様々の特性をもつ.極めて小さな電流により駆動できる運動特性はその典型である.我々はLandau-Lifshitz-Gilbert方程式を用いた数値シミュレーション法によりskyrmionの実時間ダイナミクスを理論的に調べた.これにより,skyrmion,antiskyrmionそして磁気Berry位相の物理,多層系における結合skyrmionの運動性能,3次元skyrmion生成/消滅とモノポールー反モノポールの対生成/消滅,不純物系における電流駆動skyrmionのダイナミクスなどが明らかにされた.今年度導入した計算機資源は,十分にその威力を発揮し,本計画を進めていく上でとても重要な武器となった.これに特化した数値的手法も十分に確立されてきた.これにより,当初の研究計画をより発展させる形で,磁気テクスチャがともなう多自由度古典スピン系が織り成すベリー位相の空間構造の実時間発展の研究を推し進めていく.これは磁壁の運動に目を向けると,「ひも」の実時間ダイナミクスに,そしてskyrmionに目を向けると,様々のトポロジー価を担う粒子の物理学に繋がっていく.今年度成功裏に終わったskyrmionの衝突の理論の構築は,新たな視点,skyrmionの反応の物理の着想をもたらした.単連結の磁石だけでなく,磁気的相互作用により結びつく複数の磁石が構成するスピン空間における実時間ダイナミクスは,トポロジカルな粒子そして「ひも」の反応の様子を詳らかにする.これら基礎物理学的観点からの成果はまた,応用面での新たなデバイスの理論構築の基礎を与える.基礎と応用を両輪とした形で,本計画は進められる.本計画の特徴は,磁気テクスチャの基礎物理の展開にとどまらず,特に磁気skyrmionに代表される,トポロジカルな磁気テクスチャを用いた磁気デバイスの提案・研究を推進していくことにある.これまでに培ってきた理論により,我々は電流,磁場,電場,熱などによるskyrmion制御の基礎を築いてきた.これを用いて,今年度は,より現実的・具体的な磁気メモリーデバイスの設計までも研究の標的として積極的に計画を進めていく.29年度が最終年度であるため、記入しない。物性理論29年度が最終年度であるため、記入しない。
多種類のたんぱくを含むコロイド溶液の連続式分離・製造・濃縮法に関する研究

本研究は、たんぱくの種類によって等電点が異なることを利用して各たんぱくを相互に分離する等電点電気泳動法を改良し、たんぱくを大量にかつ連続的に分離するための方法を確立することにあった。高い分離能を有するが、主として分析手段として用いられている等電点電気泳動法をたんぱくの大量処理に応用するためには、大量処理に適した装置の開発とともに、高価な両性担体を回収して循環再利用する方法をとった。たんぱくが通過できる半透膜で3室に仕切られた中央の室に、2種類のたんぱく、0.2wt%B.S.A.(牛血清アルブミン)と0.1wt%Hb(ヘモグロビン)の混合液を流しながら直流電場を加え、各たんぱくを連続的に分離できるたんぱく質等電点分離装置を設計試作した。また、これを用いて分離効率に及ぼす電場強度、流量などの影響を理論的、実験的に検討したところ、電場強度12V/cm,滞留時間23分間で両たんぱくは分離効率95%以上で分離が可能であることが明らかになった。また各分離槽からの流出液中に含まれる単離された高分子のたんぱくと低分子の両性担体を、限外3過器を用い両性担体を分離し、その分離性能と再利用の可能性を検討した。その結果、両性担体の90%以上は回収でき、再び分離に使用できることが明らかになった。最後に30時間の連続分離実験を行ったが、この間に両性担体は3回循環再利用した。その結果、B.S.Aについては約70%とやや低いが、Hbについては約90%の分離効率が得られた。したがって、連続分離操作に耐え、十分に実用に供せられるものと確信する。今後、電極液の検討や両性担体のPH範囲及び濃度の調整などによって分離効率の改善をはかる計画である。
共役系高分子を用いた自己組織型分子被覆導線の電気物性

我々は、最近絶縁性の環状分子であるシクロデキストリン(CD)を代表的な可溶性共役系導電性高分子であるポリアニリン(PANI)と溶液中で混合したところ、紐状の導電性高分子の回りに環状分子が自発的に集合し、ネックレス状の分子集合体いわば分子被覆導線が形成される現象を見出した。本研究では、このような環状分子または環状分子から合成される分子ナノチューブと導電性高分子からなる自己組織型分子被覆導線を作成し、分子被覆導線の分子配線としての有用性を実証することを目指した。初年度は新規に原子間力顕微鏡(AFM)を導入し、CDあるいは分子ナノチューブとPANIからなる分子被覆導線の観察を試みた。AFMのノンコンタクトモードを用いて測定を行った結果、CDあるいは分子ナノチューブがPANI1本を単離して包接した棒状の錯体、すなわち分子被覆導線の観測に成功した。特に、分子ナノチューブとPANIについては、室温でしかも高い収率で分子被覆導線が得られることがわかった。さらに、AFMのカンチレバーを分子に接触させて動かすことにより、分子を移動したり、切断したりすることが可能であることが明らかとなった。分子をマニピュレートして任意の位置におく技術は、任意の2点間を分子被覆導線を用いて配線する際に重要である。フィルム状の導電性高分子はドーピングを施さない状態では半導体または絶縁体であることが知られているため、次年度はドーピングを施した分子被覆導線の作成を試みた。分子被覆導線には架橋部分に隙間が存在し、小さなドーパントが入り込める可能性が高い。このため、分子被覆導線を作成した後にドーピングを行ったところ、光吸収測定およびAFM観察から分子被覆導線はドーピング可能であることが明らかとなった。本研究において得られた知見は、現在ナノテクノロジーの中心課題である分子素子作成において問題となっている機能性分子間の配線材料に新しい方向性を与えるものである。我々は、従来より溶液中における共役系高分子1本鎖の電気的性質特に分子内電気伝導に焦点を当て研究を進めてきたが、最近、絶縁性の環状分子であるシクロデキストリン(CD)を代表的な可溶性共役系高分子であるポリアニリン(PAn)と溶液中で混合したところ、紐状の共役系高分子の回りに環状分子が自発的に集合し、ネックレス状の分子集合体いわば分子被覆導線が形成される現象を見出した。本研究では、このような共役系高分子と環状分子からなる自己組織型分子被覆導線を作成し、分子被覆導線の電気伝導度の温度・共役状態依存性を明らかにすることを目指している。初年度である本年度は新規に原子間力顕微鏡(AFM)を導入し、CDとPAn、およびCDから合成される分子ナノチューブとPAnの混合系への適用を行った。AFMのノンコンタクトモードを用いて測定を行った結果、CDとPAnおよび分子ナノチューブとPAnにおいて1本に単離された棒状の包接錯体、すなわち分子被覆導線を観測した。特に、分子ナノチューブとPAnにおいては室温において高い収率で分子被覆導線が得られることがわかった。さらに、AFMのカンチレバーを分子に接触させて動かすことにより、分子をマニュピレートしたり、切断したりすることが可能であることが明らかとなった。分子をマニュピレートして任意の位置におく技術は、任意の2点間を分子被覆導線を用いて配線する際に重要となると考えられる。溶液中でこの分子被覆導線の酸化を行い、その際の光吸収スペクトルの時間変化を調べたところ、被覆されていないPAnに比べて著しく酸化が抑制されていることが明らかとなった。

これによりPAnの外側を覆うCD分子が酸化を防止していることが明らかとなった。我々は、最近絶縁性の環状分子であるシクロデキストリンから合成されたチューブ状分子、分子ナノチューブを代表的な可溶性導電性高分子であるポリアニリン(PANI)と溶液中で混合したところ、紐状の導電性高分子がチューブ状分子の空洞内に自発的に潜り込んだ超分子構造体いわば分子被覆導線が形成される現象を見出した。本研究では、このような導電性高分子とチューブ状分子からなる自己組織型分子被覆導線を作成し、分子被覆導線の分子配線としての有用性を実証することを目指している。フィルム状態の導電性高分子はドーピングを施さない状態では半導体または絶縁体であることが知られているため、本年度はまずドーピングを施した分子被覆導線の作成を試みた。PANIは塩酸などの酸で容易にドーピングが施されることが知られている。また、分子被覆導線には架橋部分に隙間が存在し、小さなドーパントは入り込めると予想されるため、分子被覆導線作成した後に塩酸を用いてドーピングを行った。光吸収測定の結果から、分子被覆導線の溶液に塩酸を加えると、溶液内のPANIはドーピングされていることがわかった。さらに、この溶液をマイカ基板に展開し、AFM観察を行ったところ、ドーピングする前よりもはるかに多数の分子被覆導線が観測された。これは、分子被覆導線がドーピングを受けて正に帯電したのに対し、マイカ基板は負に帯電しやすい性質をもつため、分子被覆導線の基板への付着数が増加したのが原因と考えられる。現在は、SiO_2上にAuの対向電極(電極間距離500nm程度)を形成し、その間に分子被覆導線を配して、導電率を測定するための準備をすすめている。ドーピングされた分子被覆導線は高い導電率を示すことが予想され、この導電率が測定されれば、分子配線の有力な候補となることが期待される。
分子応答性RNAプロセシングシステムの開発と人工シュードリボスイッチへの応用

真核生物の細胞抽出液中における未成熟tRNAの末端プロセシングおよび分解速度を調査した後、その結果に基づいて、標的分子に応答して成熟化する未成熟tRNAプローブを設計し、新規分子応答性遺伝子発現システム『シュードリボスイッチ』の開発につなげた。本システムは、任意分子に対して合理的に構築可能であるだけでなく、その機構上の利点から、既存の人工システムよりも高いスイッチング効率を発揮できる。また、分子応答性を核酸に拡張し、高感度・高選択性の核酸検出バイオセンサーを開発した。さらに、非天然アミノ酸導入用tRNAプローブ骨格の合理的最適化や、発現ON時の翻訳を促進させるmRNA非翻訳領域の同定を行った。『分子応答性遺伝子発現制御システム』を“自在に"構築できれば、任意の分子の濃度に応じて任意のタンパク質の生産量をコントロールすることができるため、幅広い学問領域において基盤技術となるのは疑う余地がない。我々は、現在までに、原核および真核の翻訳系において数々の当該システムを開発してきたが、国外の研究者が開発したシステムも含めて未だ発展途上にあることは否めず、さらなる改良が望まれている。そこで、本研究では、新しい概念を導入(tRNAプロセシング機構の利用)することによって、既存システムのデメリットを克服した新規システム『シュードリボスイッチ』を開発することを目的としている。我々の研究室では、真核生物(植物)であるコムギの胚芽抽出液中で非常に効率よく働くamber suppressor tRNAを、人工改良を重ねることによって既に獲得している(サプレッション効率は約85%)。1年目は、このsuppressor tRNAをベースに、『分子応答性3'プロセシングシステム』を開発し、そのまま「trans制御型tRNAシュードリボスイッチ」へと発展させることを目標とした。まず最初の半年間で、当初の計画通り「tRNAのプロセシング機構」を調査し、その結果をもとに、核酸応答性3'プロセシングシステムのプロトタイプを構築した。しかしながら、このシステムをさらに汎用性のある分子応答性プロセシングシステムに応用するためにはRNAの不安定性を克服する必要があっため、残りの半年間で、tRNAのプロセシング機構をより詳細に調査し、小麦胚芽抽出液中でRNAを安定に保持できる骨格を見出した。本研究では、tRNAの末端成熟過程(プロセシング)を利用した、分子応答性遺伝子発現制御システム(シュードリボスイッチ)の構築を目指している。我々の研究室では、本研究開始以前に、真核生物(植物)であるコムギの胚芽抽出液中で非常に効率よく働くsuppressor tRNAを人工進化によって獲得しており、1年目(平成25年度)は、このtRNAを基盤に、当該抽出液中におけるtRNAプロセシング機構を調査した。2年目の昨年度(平成26年度)は、その調査結果に基づいて、核酸応答性のシュードリボスイッチを構築する予定であったが、より本研究の最終目標に近い分子応答性のシュードリボスイッチ構築に向けて、そのプロトタイプ作製に成功した。具体的には、テオフィリンという小分子に特異的に結合するRNAアプタマーを上記tRNAに結合させ、テオフィリン依存的にプロセシングを誘起するシステムを構築した。プロセシングを受け成熟化したsuppressor tRNAは、対応するコドンを含むレポーター遺伝子の完全発現を促進できるため、分子応答性の遺伝子発現制御が可能となる。本システムは、1年目の調査で判明したtRNAプロセシング機構の特徴が非常に巧妙に利用されており、全く新しい遺伝子発現制御システムとなっている。今後は、このプロトタイプを基盤に分子応答性を最適化するとともに、汎用性のあるシュードリボスイッチ設計法の確立を図りたい。また、交付申請書に示した通り、発現ON時の翻訳効率を上げるためのmRNAの改良にも取り組み、一定の成果を得た。本研究課題では、tRNAの末端成熟化(プロセシング)過程を利用した、新規の分子応答性遺伝子発現制御システム『シュードリボスイッチ』の開発を目指している。研究開始1年目(平成25年度)は、小麦胚芽抽出液を用いて真核生物tRNAのプロセシング機構を調査し、2年目(平成26年度)は、1年目に解明したプロセシング機構の特徴を活かして「分子応答性プロセシングシステム」のプロトタイプを作製した。このプロトタイプは、アンバーサプレッサーtRNAの3'trailer部位にテオフィリン結合RNAアプタマーが導入されたもので、テオフィリン分子依存的に3'末端プロセシングを受けるように設計されている。3年目の昨年度(平成27年度)は、そのプロトタイプのテオフィリン分子応答性を高めるとともに、高効率なtrans型『シュードリボスイッチ』を開発することに成功した。具体的には、tRNAに導入されたRNAアプタマーの周辺配列をテオフィリン分子応答性が高くなるように最適化した後、アンバーコドン含有のレポーター遺伝子と組み合わせることで、テオフィリン濃度依存的に全長(活性型)レポータータンパク質が発現される仕組みを構築した。また、テオフィリン以外の分子にも汎用的に適用できるように、アプタマーの配列情報のみでtrans型『シュードリボスイッチ』を合理的に設計する方法を確立した。さらに、当該スイッチシステムに応用可能である非天然アミノ酸導入用アンバーサプレッサーtRNAを開発した。平成27年度の交付申請書に記載した研究実施計画のうち、メインテーマである「trans型シュードリボスイッチの設計法確立」には早々と成功した。サブテーマである「核酸応答に特化したシュードリボスイッチの開発」は完了していないが、当初計画には無かった非天然アミノ酸導入用アンバーサプレッサーtRNAを開発することができた。以上のことから、研究はおおむね順調に進展していると考える。

本研究課題の目的は、tRNAの末端成熟化(プロセシング)過程を利用した、新規の分子応答性遺伝子発現制御システム『シュードリボスイッチ』の開発である。研究開始1年目(平成25年度)は、小麦胚芽抽出液を用いて真核生物tRNAのプロセシング機構を調査し、2年目(平成26年度)は、1年目に解明したプロセシング機構の特徴を活かして「分子応答性プロセシングシステム」のプロトタイプを作製した。このプロトタイプは、アンバーサプレッサーtRNA(天然アミノ酸転移用)の3'trailer部位にテオフィリン結合RNAアプタマーが導入されたもので、テオフィリン分子依存的に3'末端プロセシングを受けるように設計されている。3年目(平成27年度)は、このプロトタイプのテオフィリン分子応答性を高めるとともに、高効率なtrans型『シュードリボスイッチ』を開発することに成功した。研究期間を延長して臨んだ昨年度(平成28年度)は、上述した『シュードリボスイッチ』の分子応答性を核酸に拡張し、高感度・高選択性の核酸検出バイオセンサーを開発した。具体的には、分子応答性シュードリボスイッチの開発研究で得られた知見に基づき、アンバーサプレッサーtRNA(天然アミノ酸転移用)の3'trailer部位に標的核酸の相補鎖を導入し、RNase Hおよびアンバー変異レポーター遺伝子と組み合わせることで、核酸検出バイオセンサーを作製した。HIV-1の感染に関わることが知られているヒトCC chemokine receptor 5(CCR5)遺伝子配列の一部を標的DNAとしてtRNAプローブを設計し、検出能力を評価したところ、検出下限は1.7 fmol (250 pM)であり、核酸増幅を必要としない類似の核酸検出バイオセンサーよりも高感度であった。また、標的の1塩基多型(SNPs)の識別にも成功した。真核生物の細胞抽出液中における未成熟tRNAの末端プロセシングおよび分解速度を調査した後、その結果に基づいて、標的分子に応答して成熟化する未成熟tRNAプローブを設計し、新規分子応答性遺伝子発現システム『シュードリボスイッチ』の開発につなげた。本システムは、任意分子に対して合理的に構築可能であるだけでなく、その機構上の利点から、既存の人工システムよりも高いスイッチング効率を発揮できる。また、分子応答性を核酸に拡張し、高感度・高選択性の核酸検出バイオセンサーを開発した。さらに、非天然アミノ酸導入用tRNAプローブ骨格の合理的最適化や、発現ON時の翻訳を促進させるmRNA非翻訳領域の同定を行った。trans型ではあるものの、シュードリボスイッチのプロトタイプ作製に成功しており、また、当初計画になかったmRNAの改良にも一定の成果を挙げている。以上のことから、研究はおおむね順調に進展していると考える。今年度は、昨年度のサブテーマである「核酸応答に特化したシュードリボスイッチの開発」および研究開始当初の最終目標である「cis型シュードリボスイッチの開発」を試みたい。