hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
脳波・磁気刺激併用法による選択的な前頭葉制御機構の解明

このためにまず経頭蓋磁気刺激(TMS)を行いながら被験者の脳活動を脳波により持続的に記録できる実験システムを構築した。本年度の研究では、正常人被験者が特定の視覚次元に選択的注意を向けているときに前頭葉TMSを行ったところ、注意を向けた視覚次元に応じてTMS誘発性脳電位変化が脳表上を異なったパターンで伝播することが明らかになった。さらにTMSを行って30ミリ秒後の脳電位変化の電流源を解析したところ、その視覚次元処理に特化した後方連合領域に電流源が同定された。選択的注意において前頭葉から後方連合領域に対してトップダウン信号が送られると考えられているが、この結果は後方連合領域における前頭葉からの信号伝達効率の変化としてトップダウン信号の実体を初めて明らかにしたものといえる。脳領域間の情報伝達の様相を10ミリ秒単位で特定できる本実験系は、高次認知機能の脳内メカニズムの動的側面を明らかにする有用な手段となる。さらに本年度は前頭葉前方部の脳腫瘍を切除した患者さんを対象として機能的核磁気共鳴画像を用いた実験を行った。前頭葉前方部が損傷を受けていても、注意を向けた視覚次元に対応した後方連合領域に正常な活動の上昇が認められたが、前頭葉後方部と後方連合領域の機能的連関が低下すること、そしてこれが注意の切り替えの障害に対応していることが明らかになった。局所脳領域の活動の解析に終始していた従来の研究から、脳領域間の信号のやり取りに焦点をあてるという一貫した目標のもと研究を行い、今後の新たな研究の展開のさきがけとなる成果が得られた。
テレメトリー法によるヒト乳児とニホンザルの音声伝達行動の比較研究

ヒトの乳児およびニホンザルが発する音声を超小型マイクロホンとテレメトリーによって記録するシステムを開発し、観察者の干渉のない状態で彼らの自由なコミュニケーション行動を研究した。観察対象にマイクロホンを埋めこんだネックレスないしはハーネスを装着し、音声情報をテレメトリー発信器によってFM発信させ、電波を受信し記録・分析した。生後6ヶ月に充たないヒトの乳児と、その母親との音声相互作用の定量的研究をこころみたところ、従来の説では乳児は生後10ヶ月をすぎてはじめて母親の発活のメロディーパターンを随意的に模倣できるようになるといわれてきたのに対し、もっとも早い場合では生後4ヶ月ですでに柔軟に自己の発声をコントロールし、特定の状況下では母親の発声にマッチングできることが判明した。またこの行為の成立に関し、母親が自らの発声の音の高さをことさら高くし、また抑揚を誇張する、いわゆる「母親語(マザリーズ)」が重要な役割をはたしていることも、分かった。次いでニホンザルの野生下での自由な音声相互作用についての観察を行ったところ、ヒト乳児にみられる模倣の萌芽的形態の行動パターンが、彼らにすでに存在することが判明した。従来言われてきたようにヒト以外の動物の発声は固定的なものであるのではなく個体の意図によってある程度可望的に変化可能なものなのであると、結論されたヒトの乳児が言語を獲得するためのまず第一歩は外界から耳にする言語音をまねることにある。その模倣能力が非常によくにた形式でヒト乳児とヒト以外の霊長類によって共有されていることはとりもなおさずそれがわれわれの言語習得の生物学的・進化論的基盤の存在を示唆する証拠につながっているのだと考えられるだろう。
モノ、カネ、ヒトの自由化が国内団体の政治力に与える再帰的影響の研究

本研究は、「国境を越えた経済活動の自由化」が「国内業界団体の政治力」に与える変化を分析することで、現在までの「自由化」が、将来の「自由化」「グローバル化」に再帰的に与える影響の諸相を明らかにする。ある時点の貿易自由化は、国内行為者の利害関心、経済状況、産業内構成の変化などを通じて、自由化賛成派・反対派それぞれの政治力を変化させ、将来の自由化政策策定にも影響を与える。その際、モノ、カネ、ヒトそれぞれの自由化が異なる効果を持つうえ、それぞれの自由化が他の自由化の政治過程に影響するなど、そのメカニズムは動的かつ複雑である。これを整理することで、グローバル化自体の持つ国内政治的な影響を理解することが目的である。元々の計画では、保険業界などのサービス業、造船、電機、自動車関連などの製造業、農業など幅広い業界の団体を比較する予定であった。しかし、29年度、30年度の調査によって、予想以上に細かな状況が団体の利害の凝集性に影響することが分かってきた。たとえば、同じアパレル産業の内部であっても、商品や市場の特性によって、業界のグローバル化の様態も、そこから団体が受けた影響も、団体の対応も大きく異なることが分かった。そこで研究協力者(30年度途中より分担者)と議論し、調査対象を繊維アパレルを中心とした軽工業に絞りこんで新たな比較分析を計画し、それをもとに、業界紙などの資料調査および聞き取り調査を開始した。既に成果の一部を学術雑誌に公表するなど、予定よりも進んでいる部分もある。しかし、調査研究を進めるうちに、業界団体の政治力の変化を観察するうえで、業界または品目ごとの市場の状況や商品の特性などのかなり具体的な事項について考慮に入れる必要性が予想以上に大きいことが分かってきた。分析対象とする事例を新たに選定して入れ替える必要があり、また、そのぞれぞれについて事前の計画よりも綿密な事前調査が必要になった。このため、事前に計画していた件数の調査が完了できておらず、今年度に限って言うと遅れている面がある。上述のように予定数の調査を完了できなかったので、研究期間を一年延長するとともに、研究分担者を追加し、事例の調査および分析の作業を分担することとした。業界の商品や市場特性の違いが予想以上に団体内政治に強く影響していることが分かったので、対象とする業界をこれまで主に調査してきた事例と比較的特性が似ていると思われる軽工業に絞り、比較を行うことにした。手袋、帽子、デニム、制服などそれぞれの業界団体が、グローバル化から受けた影響を、分担者と手分けして調査する予定を立てた。これらの業界はいずれも軽工業に分類されるが、輸入(モノ)、海外投資(カネ)、外国人労働力(ヒト)の移動が活発化した時期や程度に違いがある。調査終了後に、この違いに着目した比較分析を行い、学会発表および共著での出版を計画している。本研究は、「国境を越えた経済活動の自由化」が「国内業界団体の政治力」に与える変化を分析することで、将来の「自由化」「グローバル化」に再帰的に与える影響の諸相を明らかにする。これを整理することで、グローバル化自体が持つ国内政治的な影響を理解することが目的である。28年度は本研究の初年度であるので、事例研究のための事前調査から開始した。対象となる産業について、どの時期にどのような(モノ・カネ・ヒトの)自由化が行われ、その結果、外国との接触がどの程度増えたのか、それに対する業界団体の反応について確認した。既に大半の調査が終わっていた四国を中心としたタオル産業に加えて、それと比較しやすい事例として同じ衣料品製造業であるデニム産業、手袋産業の状況を調査した。また、地域の特性をコントロールして比較するために、四国地域の他の主要産業である柑橘農業、造船産業といった産業についても調査を進めた。その結果、商品特性、市場特性の違いによって、類似の産業であってもグローバル化の状況が大きく異なること、それによって団体内部での利害関係もかなり影響を受けていることが分かってきた。近年行われた業界団体の調査データの再検証も行ったが、ここからも、過去4半世紀の間に、上記の傾向が強まっていることが裏付けられた。28年度は、事例研究のための事前調査から開始した。対象となる産業について、どの時期にどのような(モノ・カネ・ヒトの)自由化が行われ、その結果、外国との接触がどの程度増えたのか、それに対して業界内の団体の反応はどうだったかについて確認した。初めに調査した四国を中心としたタオル産業に加えて、それと比較しやすい事例として同じ衣料品製造業であるデニム産業、手袋産業の状況を調査した。また、地域の特性をコントロールして比較するために、四国今治地域の他の主要産業である柑橘農業、造船産業といった産業についても調査を進めた。調査を進めるうちに、対象とする事例を変更・追加することで、より構造化された比較事例研究が可能となることが分かり、当初想定していた産業とは若干の入れ替えを行っているが、調査のペース自体は計画通り順調に進んでいる。

また、当初の計画に加えて、グローバル化が分野横断的に与える影響について、利益団体に対して行った調査票の分析を行い、その成果を一部の事例研究の成果と合わせて、学術論文にまとめることができた(本報告書執筆の5月1日現在提出済み、編集者の作業中である)。本研究は、「国境を越えた経済活動の自由化」が「国内業界団体の政治力」に与える変化を分析することで、現在までの「自由化」が、将来の「自由化」「グローバル化」に再帰的に与える影響の諸相を明らかにする。ある時点の貿易自由化は、国内行為者の利害関心、経済状況、産業内構成の変化などを通じて、自由化賛成派・反対派それぞれの政治力を変化させ、将来の自由化政策策定にも影響を与える。その際、モノ、カネ、ヒトそれぞれの自由化が異なる効果を持つうえ、それぞれの自由化が他の自由化の政治過程に影響するなど、そのメカニズムは動的かつ複雑である。これを整理することで、グローバル化自体の持つ国内政治的な影響を理解することが目的である。29年度は、グローバル化が業界団体に与える一般的な影響についてのデータ分析と、因果プロセスの例示のためにタオル産業の事例研究を利用した論文を出版した。また、前年度に引き続き、業界団体の研究を行った。繊維産業および木工・家具産業について予備調査、追加調査、訪問によるインタビュー調査を行った。これまでに予備的に調査を行った柑橘農業などと現時点で比較すると、業界団体の利害関心や会員間の政策選好の凝集性がグローバル化から受ける影響は、商品や市場の特性によって大きく異なることが重ねて確認できる。このようにして蓄積した事例分析を、最終的な比較事例分析の材料として用いる予定である。予定外の学内業務が急遽加わったため、調査旅行のためのまとまった研究時間が不足した。また年度途中に広島から東京に異動することが決まったことから、関東近辺で行う調査を先送りにして、西日本(大阪のタオル産業、九州の家具産業)での調査を先行させた。この影響で、予備調査を先に行う必要があり、予定していた3件のうち2件しか調査を行うことが出来なかった。元々の計画では、保険業界などのサービス業、造船、電機、自動車関連などの製造業、農業など幅広い業界の団体を比較する予定であった。しかし、29年度、30年度の調査によって、予想以上に細かな状況が団体の利害の凝集性に影響することが分かってきた。たとえば、同じアパレル産業の内部であっても、商品や市場の特性によって、業界のグローバル化の様態も、そこから団体が受けた影響も、団体の対応も大きく異なることが分かった。
外国人看護師の介護老人保健施設でのディスコミュニケーションに関する研究

老人施設で働きながら介護士資格を取得した外国人女性1名と施設管理者、日本人スタッフに面接調査を行った。その結果外国人介護士は、入所高齢者の話をゆっくり傾聴していた。日本人スタッフは外国人の努力を認めていた。管理者は地元メディアに彼女のことを紹介して、入居者以外にも地元住民にも周知を図っていた。記録を書くことよりも話す能力向上を重視して指導していた。今後看護師資格取得のために、より多くの語彙や専門用語をマスターするための資源を求めていた。本研究は、高齢者ケア施設で働きながら、日本の看護師資格取得をめざす外国人看護師が、患者への質の高い看護の提供と日本人との円滑な協働を行うための教育プログラムの開発を目的としている。本研究に関連する国内外の研究動向や、現在の我が国で看護師資格取得をめざしている外国人の現状と課題についても調査した。平成22年度は外国人看護師、もしくは介護士、看護助手を雇用している施設(介護老人保健施設および、療養型病床群を併設)の管理者(看護部長)に、インタビューを行った。さらに、看護助手として勤務しているブラジル人女性にインタビューを行った。看護助手の業務体系から、患者と頻繁に会話することは少ないが、看護師や介護士などスタッフとのコミュニケーションについて、どのような点で困っているか、工夫している点は何かなどを聞いた。日本語で日常会話ができるレベルであれば、対人ではない業務は、マニュアル化することによって支障なく実施できることがわかった。複雑な内容のことを伝えるためには、通訳できる第3者を介して行っていた。平成23年度は、実際に高齢者ケア施設で、高齢者とコミュニケーションをとりながら看護、介護業務をしている外国人看護師にインタビューを行い、同時にその外国人看護師と同じ職場のスタッフにもインタビューを行っていく。さらに、実際の高齢者ケア場面・日本人スタッフとのコミュニケーションの実際を明らかにする。また、多民族国家であるアメリカにおいて、異文化看護の実情を視察し、調査していく。本研究に関連する国内外の研究動向や、現在の我が国で看護師資格取得をめざしている外国人の現状と課題についても調査していく。平成23年度は、実際に高齢者ケア施設で、高齢者とコミェニケーションをとりながら看護、介護業務をしている外国人看護師にインタビューを行い、同時にその外国人看護師と同じ職場のスタッフにもインタビューを行っていく。また、多民族国家であるアメリカにおいて、異文化看護の実情を視察し、調査していく、という目標を立てて研究活動を進める予定であったが、もっぱら、対象となる外国人看護師および、勤務している施設のフィールド開拓および調整に終始してしまった。日本での看護師資格取得の道は厳しいものがあり、国家試験合格結果においても微増はしているが依然として狭き門である。しかし、介護施設では日本人ケアスタッフの不足から外国人のケアスタッフの受け入れを積極的に行っている施設もある。日本での生活年数が長く、すでに日本国籍を取得した外国人がエアワーカーとして施設で働いているケースもある。対入居者、対ケアスタッフとのディスコミュニケーションの実態を明らかにすることは急務であると考える。そこで、平成24年度は、現在開拓しているフィールドとの調整を早急に進め、実際にデータ収集活動を進めていく。本研究は、高齢者ケア施設で働きながら、日本の看護師資格取得をめざす外国人看護師が、患者への質の高い看護の提供と、日本人スタッフとの円滑な協働をおこなうための教育プログラム開発を目的としている。経済連携協定(EPA)により来日して、中国地方の山間部都市の介護老人福祉施設で働きながら、介護福祉士資格を取得したインドネシア人女性1名、外国人看護師(介護士)受け入れ責任者(管理者)、日本人スタッフ(介護職)2名と半構成的面接を行った。インタビュー内容は、1)入居高齢者のケア時にコミュニケーションで困っていること(困ったこと)はどのようなことか、2)ケアを円滑に実施するために、コミュニケーション上どのような工夫をしているか、3)実施したことの報告以外に、自分の意見や考えを伝えられているか、4)外国人スタッフと一緒に働くことでコミュニケーションで困ったこと、5)高齢者とその家族の反応で困ったことはあったか、などである。その結果、外国人介護士は、高齢者の話をゆっくり聞く、高齢者が話し始めるのを待つという対応をしていた。日本人スタッフは、受験勉強と仕事を覚えることに努力する姿をみて、自分たちも一層の努力が必要と感じていた。管理者は、施設で仕事を始める前から地元のマスメディアで紹介して、外国人がスタッフとして働き始めたことをオープンにして、施設入居者以外にも地域住民へも周知をするという方法をとっていた。また、外国人が最も苦手とする日本語で書くという能力育成よりも、日本語で話すという能力育成を重視していた。

施設ケアではあまりたくさんの語彙を必要としないということも言葉や仕事を覚えるのに役立っていた。しかし、今後看護師資格を取得するためには多くの専門用語や語彙を覚える必要がありそのリソースを外国人介護士は求めていた。今後は、ケア場面の参加観察を行って、コミュニケーションの様相を明らかにしたい。本研究は、高齢者ケア施設で働きながら、日本の看護師資格取得をめざす外国人看護師が、患者への質の高い看護の提供と日本人との円滑な協働を行うための教育プログラムの開発を目的としている。平成24年度は、EPAの協定により来日し、半年間の研修後、地方都市(山間部)の介護老人福祉施設(特別養護老人ホーム)で、介護の仕事に従事しながら勉強をして、2年前に介護士の試験に合格したというインドネシア人女性1名と、彼女の受け入れと教育、対外交渉窓口となっている受け入れ責任者と同じ職場で働いている日本人スタッフにインタビューすることができた。この女性は、インドネシアの看護師資格をもっており、現在介護士として働きながら、日本の看護師資格取得に向けて勉強をしている。この施設では、彼女のほかにも介護士資格取得をめざすインドネシア人がおり、25年度も2名入職予定とのことである。一般的に外国人が高齢者のケアを行うときに、障害となりうるとされている言葉の壁については、閉鎖された空間である特別養護老人ホームの中での日常的なケアに必要な会話のボキャブラリーがさほど多いものではなく、また高齢者とのコミュニケーションには言語以外のコミュニケーションも汎用されていることがわかった。また、日本人スタッフとの仕事上の情報伝達も、文字によるものを極力減らして、言語による方法を用いて、外国人へ負荷をかけないようにしているという工夫がみられた。宗教や生活習慣の違いについても、受け入れ窓口となっている責任者が日本人スタッフへの周知を行い、違和感を軽減していた。しかし、今後看護師資格を取得して働くためには、さらなる日本語力をつける必要があるというニーズを持っていた。対象者、および対象施設への研究依頼に対して断られることが多く、実質調査が進められていない。現在依頼中の施設においても返事が保留になっている。また、アメリカへの異文化看護の実情視察については、オーソリティである大学教授とのスケジュール調整がうまくいかず、実施することができなかった。代表者のほかに2名の共同研究者で進めていたが、健康上の理由から途中で1名が抜けたため、研究におけるマンパワーの不足もあった。25年度が最終年度であるため、記入しない。研究フィールドの開拓に時間がかかり、また距離的にも遠方であるため、データ収集に行く時間の確保が困難であった。引き続きフィールド開拓を進めるとともに、日本人スタッフの側、施設管理者への調査を先に実施すること、対象者を日本国籍を取った外国人に広げて調査計画の見直しをはかる。共同研究者もしくは、研究協力者の増員をはかることを考えている。
トキソプラズマにおける宿主オルガネラリクルート機構の解析

昨年度は過剰発現株を使用したタンパク質の局在解析と宿主ミトコンドリアの誘引率の定量より、3つのリクルート因子を同定した。このうちノックアウト(KO)可能なROP39をCRIPR/Cas9系でノックアウトしたROP39KO原虫を用いて表現型解析を行なった。具体的には、ROP39KO原虫の宿主ミトコンドリアの誘引率、増殖速度、マウスに対する毒性を親株と比較した。予想どおり、ROP39KO原虫では宿主ミトコンドリアの誘引率と増殖速度が親株と比較して有意に低下していた。また、ROP39KO原虫はマウスに対する毒性においても親株と比較して有意に低下していた。さらに、ROP39のキナーゼ活性部位を欠損させたROP39遺伝子を導入したKO原虫は毒性がコンプリメント株と比較して有意に回復しなかった事から、ROP39はキナーゼ活性を介してマウスに対する毒性を示している事を示唆することが出来た。次に、宿主細胞にROP39を発現させて、原虫が存在しない状況下でもROP39は宿主ミトコンドリアと結合するかどうかを確かめた。結果、ROP39は宿主ミトコンドリアと部分的に共局在した。この事は、ROP39自身が宿主のミトコンドリアと結合する能力を有している事、結合には原虫の他の因子の助けが必要ない事を示唆している。KO不可能である残り2つのリクルート因子に関しては、Tet-off系を用いたコンディショナルノックダウンを行なって表現型解析の解析を行う予定である。Tet-off系に必要な原虫や、必要となるプラスミドの構築はすでに完了している。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。トキソプラズマによる宿主オルガネラリクルート機構の解明に向けて行った、感染細胞のミトコンドリアに対する定量的質量分析により、宿主ミトコンドリア誘引因子候補タンパクが777種同定された(先行研究)。このタンパクリストの中から独自の評価基準を設けて、候補タンパクを24種に絞り込んだ。今年度は絞り込んだ候補タンパクの実際の局在を共焦点顕微鏡を使用して、間接蛍光抗体法により決定した。この実験からin vitroで宿主のミトコンドリアに局在した原虫由来タンパクを7つ同定した。また、これらのタンパク遺伝子の過剰発現株を使用して、宿主ミトコンドリアの誘引率の定量を行った。対照群と比較して過剰発現株で誘引率が有意に増加したタンパクが1種、増加傾向にあったタンパク2種を同定した。現在、当該タンパク遺伝子のノックアウト(KO)原虫の作成を行っている。KO原虫作成後、宿主ミトコンドリアの誘引率をと対照群と比較する事で、当該タンパク質の宿主オルガネラのリクルートメントへの関与を逆遺伝学に証明する事が可能となる。KOにはCRISPR/Cas9系を用いて実験を行っているが、宿主ミトコンドリアの誘引率が有意に増加したタンパク遺伝子がCRISPR/Cas9系でKO出来ない可能性が出てきた。このため、Destabilizing Domainの付与によりShield1の有無で発現を制御できるコンディショナルノックダウン(Haugwitz,M et al. (2007))を用いた系で、原虫株の作成に取り組んでいる。宿主ミトコンドリア誘引因子候補タンパク質の局在観察がほぼ完了した為、年次計画で記載した一年目の研究については完遂できた。また、候補タンパク質の内、宿主ミトコンドリアに局在し、かつ宿主ミトコンドリアの誘引率が対照群と比較して有意に増加したもの、また増加傾向にあるものを同定する事が出来た。現在、該当タンパク質遺伝子のノックアウト(KO)株の樹立を試みている。ノックアウト株の作出は当初CRISPR/Cas9の系を用いて行っていく予定だったが、宿主ミトコンドリアの誘引率が有意に増加したタンパク遺伝子がCRISPR/Cas9でKO出来ない可能性が出てきた。その為、代替案として研究計画書にも記載したDestabilizing Domain(DD)・Shield1によるコンディショナルノックダウン系に切り替えて原虫株の作成に取り組んでいる。年次計画としては、本年度は宿主ミトコンドリア誘引因子候補タンパク質の局在観察を完了させ、次年度からKO・コンディショナルノックダウン株の樹立と表現型解析を予定していた。年次計画に比べて実験が早く進行している為、期待以上の研究の進展があったと評価する。宿主ミトコントドリアのリクルート因子候補として3つのタンパクを同定する事ができた。このうち1つは遺伝子はノックアウト(KO)に成功し、KO株が宿主ミトコンドリアの誘引率が低下する事を明らかにした。つまり、リクルート因子の1つを同定するに至った。2つのリクルート因子候補遺伝子は不KOが不可能な事が先行研究より示唆されており、実際にKOを行なったがKO株は作出できなかった。この2遺伝子に関してはコンディショナルノックタダウン(cKD)株を作成して、宿主ミトコンドリアの誘引率が低下する事を確かめる事とした。そのために必要なコンストラクションの作成をほぼ完了させた。採用2年目の計画は宿主ミトコンドリアリクルート因子候補遺伝子のKO株またはcKD株を作出し、それらの株の宿主ミトコンドリア誘引率の定量とその他表現型解析の完遂であった為、若干の遅れはあるものの概ね計画に沿って研究を行えていると思われる。

このうちノックアウト(KO)可能なROP39をCRIPR/Cas9系でノックアウトしたROP39KO原虫を用いて表現型解析を行なった。具体的には、ROP39KO原虫の宿主ミトコンドリアの誘引率、増殖速度、マウスに対する毒性を親株と比較した。予想どおり、ROP39KO原虫では宿主ミトコンドリアの誘引率と増殖速度が親株と比較して有意に低下していた。また、ROP39KO原虫はマウスに対する毒性においても親株と比較して有意に低下していた。さらに、ROP39のキナーゼ活性部位を欠損させたROP39遺伝子を導入したKO原虫は毒性がコンプリメント株と比較して有意に回復しなかった事から、ROP39はキナーゼ活性を介してマウスに対する毒性を示している事を示唆することが出来た。次に、宿主細胞にROP39を発現させて、原虫が存在しない状況下でもROP39は宿主ミトコンドリアと結合するかどうかを確かめた。結果、ROP39は宿主ミトコンドリアと部分的に共局在した。この事は、ROP39自身が宿主のミトコンドリアと結合する能力を有している事、結合には原虫の他の因子の助けが必要ない事を示唆している。KO不可能である残り2つのリクルート因子に関しては、Tet-off系を用いたコンディショナルノックダウンを行なって表現型解析の解析を行う予定である。Tet-off系に必要な原虫や、必要となるプラスミドの構築はすでに完了している。現在行なっているノックアウト(KO)・コンディショナルノックダウン株の樹立が完了した後は、樹立株を用いた宿主ミトコンドリアの誘引率の評価を行い、当該タンパク質の宿主オルガネラのリクルートメントへの関与を逆遺伝学に証明する事を考えている。誘引率の評価には電子顕微鏡の切片画像を用いて行う予定であるが、必要に応じて連続切片から構築した3D画像を用いて、空間的な宿主ミトコンドリアの誘引率の評価を行う予定である。本年度はまず、KO可能な1遺伝子のKO株を用いて、トキソプラズマの増殖能やマウスに対する毒性に関して解析していきたいと考えている。KOが不可能であった2遺伝子に関してはcKD株を作成して、宿主ミトコンドリアの誘引率が低下する事を確かめたいと考えている。その後、上記と同様に増殖能やマウスに対する毒性に関して解析を行なっていく予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
中性子結晶構造解析で見るフェレドキシン依存性ビリン還元酵素のプロトン化機構

光合成を行うシアノバクテリアで重要な役割を担う色素フィトクロモビリンを生合成するフェレドキシン依存性ビリン還元酵素の一つ、PcyAの結晶を大型化することに成功し、最高2.6Å分解能の中性子回折像を得た。結晶の大型化はシッティングドロップ蒸気拡散法で、ドロップサイズを大きくする方法を取った。今後、更に大きな結晶が出来れば2Å分解能を超えるような構造解析が可能になり、水素原子位置を同定し、反応機構が明らかになることが期待される。生物は光をエネルギー源や環境情報として利用している。これらを担う光受容タンパク質に用いられている色素群phytobilinは、ヘム分解によって生じたビリベルジン(BV)がフェレドキシン依存性ビリン還元酵素(FDBR)に還元されて合成される。シアノバクテリアSynechocystis sp.PCC 6803由来の酵素PcyAは、BVの二か所に部位特異的に、しかも一定の順序で2電子供与・2水素添加し、phytobilinの一つフィコシアノビリンを合成する。この特殊な還元反応の機構を「水素原子レベル」で解明するため、基質であるBVおよび反応中間体である18^1,18^2-dihydrobiliverdin(DHBV)を結合したそれぞれのPcyAの中性子結晶構造解析を行うことがこの研究の目的である。本年度は、中性子結晶構造解析に供すべき、PcyAの大型結晶作製条件の確立を目指した。X線結晶構造解析で用いられた結晶化条件と類似の条件で、比較的再現性良く、大きな結晶が得られる条件を探索し、その条件でのスケールアップによる結晶の大型化(1mm3程度)に成功した。本年度は、原子炉JRR-3のBIX-3,BIX-4の二つのビームポートにいおいて中性子回折実験を計算回行った。中性子回折実験では、蛋白質中の水素原子はバックグランドレベルを上げてしまうので、重水で作成した溶液に結晶を浸漬する"ソーキング"法を行った。重水素化した大型結晶は、乾燥を避けるため、重水で作成したリザーバー溶液と共に石英のキャピラリーの中に封入した。結果、2.6Å分解能程度の回折像を得るにとどまり、フルデータセット収集には未だ至っていない。つくばのPhoton Factoryでの実験では、1.2Å分解能程度のX線回折強度データ収集に成功している。フェレドキシン依存性ビリン還元酵素PcyAは二段階の二電子還元・ニプロトン化を位置特異的かつ順特異的に繰り返し、ヘム分解産物であるビリベルジンからフィコシアノビリンを生合成する酵素である。フィコシアノビリンは光合成や植物の光応答に使われる生命にとって大切な色素である。この生合成機構を水素原子レベルで理解するために、我々は、中性子結晶解析を目指した、大型結晶作成に取り組んできた。しかし、平成23年3月11日の大震災により、研究用原子炉やJ-PARCはしばらく稼働できない状況に陥り、中性子回折実験は一度も行うことが出来なかった。それと並行して、JAXAとの共同研究で宇宙実験を試みたり、緩衝液の最適化など結晶化条件の検討、および創晶の新規結晶化キット等を用いたTop-Seeded Solution Growth法を試みることが出来た。現在のところ、最大2.3X12X0.7mm^3の大きな結晶を得ることに成功している。また、質の良い結晶を用いて、放射光を使ったX線結晶構造解析にも着手している。最高分解能1.1Aの構造を得て、一部の水素原子も同定できた。ただし、活性部位近傍は水素原子は見えていない。
シンクロトロン放射光を用いた超臨界流体の溶媒構造の解明

超臨界キセノン中に溶解したアントラセンのイオン化ボテンシャルをキセノン密度の関数として測定し、得られた結果を我々が関発したクラスターモデルで解析しアントラセン分子周辺のクラスター構造を推定する手法をさらに発展させることを目指して、(1)溶媒を他のアルゴン、クリプトンへと拡張し溶質もC_<60>などへと拡張する、(2)低温クライオスタットを試作する、(3)超臨界キセノン中に溶解したアントラセンの光電流スペクトルにあらわれる構造の起源を調べ、溶媒構造との関連を考察する、という3点に本年度の主な目的をおいた。まず、備品購入したターボポンプを用いて超臨界ガス操作システムを作成したので測定が迅速となった。(1)では、C_<60>を300K・100気圧のキセノンと375K・約75気圧のクリプトン中に溶解させることを試みたが、検出可能な濃度は得られず、キセノン270K付近での実験の必要性が明らかになった。このため(2)では冷却ガスを吹き付けるタイプのクライオスタットを試作したが、ステンレス製の高耐圧光電流セルの熱伝達が悪いため温度の均一性が得にくいこと、1ピコアンペア以下の微小電流をクライオスタット外に取り出す際の絶縁の達成に問題があることが明らかになり、真空チャンバー中に大きめのコールドフィンガーを配置する従来の型のクライオスタットが有利であると結論した。次年度にその製作を行う予定である。今年度の最大の成果は(3)の測定を分子研UVSORにおいてほぼ完結させたことである。この結果、光電流ピークの原因となる電子状態は光吸収ピークの原因となる電子状態と同一であることがほぼ明らかとなった。ピークのレッドシフトは高密度で飽和の様相を呈し、アントラセンを取り囲むキセノン原子のクラスターによるピークシフトとして取釈できそうであり、即刻論文にまとめる予定である。
体重に比して体脂肪の多い「隠れ肥満」者の形態的・生理学的特徴および生活歴について

体重の割に体脂肪率が大きい状態を「隠れ肥満」として、以下のような分析結果を得た。1.大学生男女を対象に、BMIを独立変数、水中体重秤量法で測定した体脂肪率を従属変数として、回帰分析を行い、その残差を「隠れ肥満」の指標とした。すなわち、残差が正の方向に大きいと「隠れ肥満」型であることを示す。一方、Suzuki et al.(Am.J.Med.,1993)の方法で、内蔵脂肪量の指標である腹膜前脂肪厚と腹部皮下脂肪厚を、B-mode式超音波診断装置で測定した。そして、先に述べた残差と腹部脂肪の分布との関係をみると、男子では、残差が大きいほど、皮下脂肪厚に比して腹膜前脂肪厚が大きくなるという傾向が、弱いながらもみられた。よって、「隠れ肥満」傾向と内蔵脂肪の蓄積に弱い関連があるのではないかと示唆された。しかし、女子ではそのような傾向はみられなかった。2.先に示した残差は、男女とも最大酸素摂取量と有意な負の相関がみられた。よって、隠れ肥満の傾向が強いほど、有酸素的能力が劣ることがわかった。3.タニタが開発したインピーダンス法による体脂肪率測定装置から得られた体脂肪率は、大学生男女や男性の高齢者では、ある程度体脂肪率を正確に反映し、また、内蔵脂肪の指標である腹膜前脂肪厚との相関もみられた。しかし、女性の高齢者では、体脂肪率と全く相関がみられず、問題を残した。
ホヤ胚におけるホメオボックス遺伝子の発現制御

本年度は、1.ホヤのホメオボックス遺伝子の単離と、2.ホヤ胚におけるinsituハイブリダイゼーション、イムノスティニング法の検討の2点を計画し、以下の結果を得た。1.サザンブロットの結果に基づいて作成したマボヤのサブゲノムライブラリーより、カイコのホメオボックス(以下Hbx)をプローブとして約2.7kbのDNA断片をクローン化した。このクローンはHbxの45ー60番目のアミノ酸残基に対応する配列を持っていた。45番目のコドンの5'側にはイントロンーエクソン境界のコンセンサス配列が認められ、HbxがDNA結合ドメインの中で分断されていることが示唆された。このDNA断片をプローブとしてマボヤ成体の生殖腺から調製したpolyA^+RNAについてノザンブロットを行なったところ、この遺伝子から約2.8KbのRNAが転写されていることが判明した、そこでCDNAクローニングを行ない、3個のクローンを単離し、内1個について塩基配列を決定しつつある。これまでにHbxがさらに9番目のコドン内で1ケ所、計2ケ所でイントロンにより分断されていること、転写開始点はクローン化したゲノムDNAの5'側、少くとも1.3Kb上流に存在することが判明した。一方マボヤのゲノムDNAのサザンブロット解析によれば単離したHbxと類似したHbxを持つ別の遺伝子の存在は否定的である。2.シロポヤ胚で確立されたinsituハイブリダイゼーション法がマボヤ胚でも同様に働くことをミオシンmRNAをコントロールとして確認した。現在Hbx部分、3'非翻訳領域等をプローブとして、マボヤ生殖腺についてinsituハイブリダイゼーションを試みている。また塩基配列から予想されるアミノ酸配列に基づき合成したペプチドに対し抗体を作成した。現在マボヤ胚についてイムノスティニングを行なう準備をすすめている。次年度では胚での発現パタンを、ノザンブロット、insituハイブリダイゼーションにより明らかにしていく予定である。
Atom-like hadronに対する準相対論的理論

Atom-like hadronとは、D、D_s、Bのように重いクォ-クQと軽い反クォ-クqからなるQqの束縛状態の模型であり、ポテンシャルの違いはあるが、水素原子と同様の模型である。この系に対して相対論的効果とスピン依存力をできるだけ正しく取り入れることを目的に、Qqの準相対論的二体問題に対するブライト方程式から出発し、qをディラック方程式で、またQについてはフォルディ変換によって、適当な非相対論的近似を行った。その結果、方程式が見通しのよい形になり、パラメ-タの数を最小限にしながら実験値を説明することができた。平成元年度は、擬スカラ-粒子の崩壊定数を、われわれの準相対論的理論で計算するための定式化をおこない、平成元年度秋の日本物理学会分科会(宮崎大学)で、研究分担者森下淳也が口頭発表を行った。波動関数の規格化等、未解決の問題を解決し、平成2年度に最終的まとめを行う予定である。また、平成元年度にはドイツのARGUSグル-プによりL=1のDおよびD_sの励起状態が発見された。われわれの理論でこれらの質量レベルを分析したので、この結果も早急にまとめる予定である。予備的報告として、平成2年1月17日に京都大学基礎物理学研究所の長期研究会「素粒子論における現象論の展開」において研究分担者森井俊行が口頭発表を行った。その内容は素粒子論研究に出版の予定である。この間、森井と森下はHiggs bosonの交換による超重クォ-コニウムの性質に興味をもち稲沢弘志の協力を得て、数篇の論文を出版した。数100GeVの超重クォ-コニウムにおいては、束縛力はグル-オン交換より強いHiggs bosonの交換に支配されるので、超微細構造によるレベルの間隔の方が微細構造によるものより大きい等、通常のクォ-コニウムとは全く異なった性質を持つと予想される。さらにそれらが数10TeVのコライダ-(SSC,LHC等)で観測できる可能性を議論した。
新材料層間化合物半導体の電界光変調型光導電素子の開発

バルクで層状性をもつGaS,GaSeを電子ビーム蒸着法、RFスパッタリング法で成膜し、基礎物性を解析した。RFスパッタリング法によるGaSeのついては基板温度500°Cにおいて非晶質(石英ガラス)基板面に対してc軸方向の層状の結晶性薄膜が得られることを見出した.GaSについてはArにH_2を導入し、反応性スパッタリングにより結晶性薄膜が得られる。H_2を導入すると配向面(002)、(004)面から(101)、(110)面方向に配向することが分かった。電子ビーム蒸着法ではGaS,GaSeの両方とも層状性結晶膜を得ることで電界光変調素子の基礎構造を作製することが出来る。成膜プロセス条件等によりIII-VI族化合物半導体であるGaS,GaSeの結晶構造、電気物性、光物性の解折が出来た。平成8年度の計画は不純物ド-ピング効果、光導電性の評価、光導電センサーとしての性能、安定性の検討することで、電子ビーム蒸着法を中心として行った。電子ビーム蒸着母材としてGaSにTbC13とSnを1wt%混合し、同時蒸着した膜は室温における電気伝導度は3×10^<-3>S/cm、光を照射すると2×10^<-1>S/cmの値が得られ高感度の光導電性膜が得られたが、十分な安定性は得られなかった。0.05 wt%の同時蒸着では、暗電気伝導度10^<-7>S/cmに対して光電気伝導度10^<-4>S/cmが得られ高感度の光導電膜が得られ、縦型光センサー素子に応用できることが分かった。横型位置センサー用導電性膜としては暗電気伝導度が10^<-4>S/cmの値を要求されることが分かった。本実験で使用した電子ビーム蒸着装置は蒸着源が1元なので融点、蒸気圧の違う物質を同時に蒸発させるため目的のド-ピング効果を安定に得ることが困難であったが3元の電子ビーム蒸着であれば横型の位置センサー素子の応用性は十分可能であることが分かった。RFスパッタリング法によるGaS,GaSe膜については不純物ド-ピング法について実験的に明らかになれば光変調型電界素子として応用できると思われる。GaS,GaSe薄膜の成膜はRFスパッタリング法と電子ビーム蒸着法を用い、プロセス条件等による光電素子材料としての基礎物性を解析した。RFスパッタリング法によるGaS,GaSe膜はターゲットの組成と同様な膜が得られた。GaSeについては非晶質基板(石英ガラス)においても基板面に対してC軸方向の層状の結晶性薄膜が得られることを見いだした。GaSeは基板温度450°C以上で結晶性薄膜得られるが、GaS膜は500°Cの基板温度でも結晶化しない。しかし成膜プロセスにおいてH_2を導入してH_2/Ar=2:1の雰囲気で成膜すると成膜温度500°Cで結晶化してくることが分かった。

電子ビーム蒸着法ではGaS,GaSe膜の両方とも蒸着温度300°C以上の石英ガラス基板面に対してc軸方向に結晶性膜が得られた。電子ビーム蒸着の母材としてGaSにTbCl_3とSnを1Wt%ずつ混合し同時蒸着した膜は電気伝導度3×10^<-3>[s/cm]、光電気伝導度は2×10^<-1>[s/cm]の値を示し高感度の光導電性膜が得られた。この同時蒸着法により不純物ド-ピング効果が得られ、TbCl_3、Sn原子の混合濃度を可変することにより自由電子濃度の制御が確立できた。いずれも結晶化した膜は基板の結晶構造に、あまり影響せずに結晶成長することが分かり透明電極膜上にも不純物制御した結晶性GaS,GaSeの成膜が期待でき、現在検討中である。結晶性GaS,GaSe膜の光学的バンドギャップは2.02.2[ev]の値が得られ視感度の高い所の光吸収端を持っており光センサー材料として好都合である。以上のように成膜プロセスによる層状化合物半導体であるGaS,GaSe膜の物性が明らかになった。次年度の電界光変調型光電素子の試作実験するための充分な基礎開発研究の知見が得られた。バルク層状性をもつGaS,GaSeを電子ビーム蒸着法、RFスパッタリング法で成膜し、基礎物性を解析した。RFスパッタリング法によるGaSeについては基板温度500°Cにおいて非晶質(石英ガラス)基板面に対してc軸方向の層状の結晶性薄膜が得られることを見出した。GaSについてはArにH_2を導入し、反応性スパッタリングにより結晶性薄膜が得られる。H_2を導入すると配向面(002)、(004)面から(101)、(110)面方向に配向することが分かった。電子ビーム蒸着法ではGaS,GaSeの両方とも層状性結晶膜を得ることで電界光変調素子の基礎構造を作製することが出来る。成膜プロセス条件等によりIII-VI族化合物半導体であるGaS,GaSeの結晶構造、電気物性、光物性の解析が出来た。平成8年度の計画は不純物ド-ピング効果、光導電性の評価、光導電センサーとしての性能、安定性の検討することで、電子ビーム蒸着法を中心として行った。電子ビーム蒸着母材としてGaSにTbCl_3とSnを1wt%混合し、同時蒸着した膜は室温における電気伝導度は3×10^<-3>S/cm、光を照射すると2×10^<-1>S/cmの値が得られ高感度の光導電性膜が得られたが、十分な安定性は得られなかった。0.05wt%の同時蒸着では、暗電気伝導度10^<-7>S/cmに対して光電気伝導度10^<-4>S/cmが得られ高感度の光導電膜が得られ、縦型光センサー素子に応用できることが分かった。横型位置センサー用導電性膜としては暗電気伝導度が10^<-4>S/cmの値を要求されることが分かった。本実験で使用した電子ビーム蒸着装置は蒸着源が1元なので融点、蒸気圧の違う物質を同時に蒸発させるため目的のド-ピング効果を安定に得ることが困難であったが3元の電子ビーム蒸着であれば横型の位置センサー素子の応用性は十分可能であることが分かった。RFスパッタリング法によるGaS,GaSe膜については不純物ド-ピング法について実験的に明らかになれば光変調型電界素子として応用できると思われる。
光合成反応中心の進化を構造から探る

光合成反応中心タンパク質(RC)は太陽光エネルギーを化学エネルギーへ高効率で変換する。このRCは末端電子受容体の違いによりType1、Type2に分けられる。非酸素発生型Type1 RCは唯一構造決定がされていないRCである。本研究では、Type1型RCの構造を3.2Å分解能で決定した。構造解析の結果、機能未知のペプチドを発見し、アミノ酸シークエンスによってその配列を決定した。また、電子伝達に関わっているとされるキノンの有無が長年議論になっていたが、キノン解析の結果結晶中に0.8分子のキノンが結合していることが明らかになり、結晶構造中にもキノンの電子密度が観察された。光合成細菌へリオバクテリア由来の光合成反応中心(RC)の高分解能での結晶構造解析を目指し、精製法の改良および界面活性剤の検討を行った。結晶化には良質で大量のタンパク質が必要である。大量精製には、可溶化効率を上げるのが重要であると考え、膜標品を可溶化する前に膜洗浄を行った。膜洗浄を行ったものと行わなかったもののゲル濾過クロマトグラフィーの結果を比較すると、膜洗浄後では夾雑物のピークが減少し、RCコアタンパク質分画が増加した。収量は、膜洗浄なしの場合と比較して約3倍に増加した。膜洗浄により、膜が均質化され可溶化効率が上がったのではないかと考えられる。次に、結晶化時の界面活性剤の検討を行った。精製標品RCを7種類の界面活性剤に交換し、活性が保持されているか否かを確認した。その結果、7種類すべてにおいて、差はあるものの活性は維持されていた。各界面活性剤に交換したRC標品を4°Cで1週間静置した後、スペクトル測定および電気泳動でタンパク質の状態を観察した。その結果、1種類の界面活性剤は、4°Cで1週間静置すると白色沈殿が見られ、クロロフィルの吸収スペクトルのピークが減衰した。よってこの界面活性剤は結晶化には不向きであると判断し、残り6種類について結晶化スクリーニングを行った。その結果、C12E8とUDMを用いた結晶で分解能がよかったため、これらについて2次スクリーニングを行った。どちらの結晶も約4Å分解能で回折データを収集し、空間群を決定した。今後、さらに高分解能を目指して結晶化条件や抗凍結剤の条件検討を行う。並行して、先行研究よりDDMを用いた結晶の分解能向上を目指した。結晶化法をハンギングドロップ蒸気拡散法からバッチ法へと条件検討をし直した結果、分解能がやや向上し、現在3.2Å分解能で回折データの処理を行っている。本年度は、タンパク質精製法を改良することで一度に大量のRC標品を精製できるようになった。純度、収量ともに向上し、収量は改善前に比べて約3倍になった。そのために、たくさんの結晶化条件を検討することが可能になり、RCの結晶化に最適な界面活性剤を見つけることができた。本年度は、3つの界面活性剤を用いて回折データの収集を行った。今回得れらたデータは、分子置換法を用いて現在構造の精密化を行っている。界面活性剤の違いによりRC自身の構造に差があるところが興味深い。今後、さらに高分解能を目指し、その違いについて議論したい。また、構造情報に欠かせない補欠分子種の情報は、電子スピン共鳴(ESR)法を用いて、各種の距離、角度を測定中である。光合成反応中心(RC)は太陽光エネルギーを電気化学エネルギーに変換する膜タンパク質である。RCにはクロロフィルやキノンといった補欠分子が存在する。RCは酸素発生型(光化学系I,光化学系II)と非酸素発生型(Type 1, Type 2)の4種類に分類することができる。緑色光合成細菌へリオバクテリアは非酸素発生型のType 1 RCをもち、その構造は唯一解明されていない。この構造を決定することは、光合成反応中心の進化を知るうえで不可欠である。本研究では、へリオバクテリア由来のRCを高分解能で結晶構造解析することを目指し、結晶化条件の最適化および回折データの処理の検討を行った。これまでに、2つの界面活性剤を用いて空間群C2およびR3の結晶を得た。この2つの結晶を分子置換法により初期位相を決定し、精密化を進めた。その結果、2つの結晶はほぼ同じヘリックス構造をとっていることが分かった。また、クロロフィルスペシャルペアやそのほかのクロロフィル、キノンの位置を決定した。C2結晶では、ダイマーの2回軸が結晶の2回軸と一致しており、ペプチド鎖だけでなく、補欠分子を含めた完全なホモダイマーであった。C2結晶とR3結晶の大きな違いは、機能未知のヘリックスが1本あるか否かであった。C2結晶では現在の解析結果では未知のヘリックスは同定できていないが、R3結晶では未知のヘリックスの電子密度が確認できた。この機能未知のヘリックスを同定するために、アミノ酸シークエンスを行った。その結果、17残基を決定することができた。現在の分解能からは、補欠分子の配向の詳細を決定することは難しい。そこで、電子スピン共鳴(ESR)法を用いて、各補欠分子の配向を決定することを試みた。大型放射光施設Spring-8のBL44XUとBL32XUを使用し、回折データの収集を行った。界面活性剤DDMを用いた結晶の分解能向上のため、複数の回折データをマージし、現在2.8Å分解能で処理を行っている。

UDMを用いた結晶は、分解能を向上させるために結晶化条件の更なる最適化を行った。また、ESRのX-bandを用いて、溶液状態のRCを測定した。還元状態にし、210 Kで光照射を行いあらかじめキノン受容体A1-を蓄積した状態で実験を行った。還元状態下でラジカル対P800+A0-のスピン分極信号の測定に成功し、解析を行っている。太陽光の光エネルギーを電気化学エネルギーへ変換する光合成反応中心(RC)タンパク質の反応効率は極めて高く、ほぼ100%に達する。このような高効率な系の反応機構を原子レベルで解明することは、光合成電子伝達系の理解だけではなく、近年盛んに研究が行われている人工光合成系構築のための構造基盤に関して有益な情報を与える。光合成をおこなう生物は、光合成反応における酸素発生の有無によって大きく2つにわけることができる。これまでに酸素発生型RCはType1型、Type2型ともに構造決定がなされている。一方、非酸素発生型RCはType2型のRCのみ構造が解明されていた。そこで、本研究では非酸素発生型RC Type1型の高分解能での構造決定とその電子伝達経路の解明を目指した。まず、構造を決定するために結晶化の最適化を行った。RCは膜タンパク質であるため、結晶化をする際に界面活性剤を用いた可溶化が必要となる。界面活性剤の種類によって結晶の質が異なるため、最適な界面活性剤の探索を行った。その結果、界面活性剤DDMまたはUDMを用いた際に大きな結晶を得られること、高分解能が得られることがわかった。それぞれの結晶系において、分子置換法を用いて初期位相を決定し、それぞれ3.2Åと4.2Åで構造を決定した。次に、ESR法を用いてRCにおける時間分解測定を行った。溶液状態でのRCを14KでESRスペクトルを得た。そのスペクトルのシミュレーション解析から、P800+A0-ラジカル対間の交換相互作用Jはおよそ13 mTと見積もられた。これはType2型RCでのラジカル対と比較すると非常に大きな値をとることがわかった。さらに、結晶を用いてW-band ESR測定を行った。その結果、溶液状態と同じくP800の信号を得た。光合成反応中心タンパク質(RC)は太陽光エネルギーを化学エネルギーへ高効率で変換する。このRCは末端電子受容体の違いによりType1、Type2に分けられる。非酸素発生型Type1 RCは唯一構造決定がされていないRCである。本研究では、Type1型RCの構造を3.2Å分解能で決定した。構造解析の結果、機能未知のペプチドを発見し、アミノ酸シークエンスによってその配列を決定した。また、電子伝達に関わっているとされるキノンの有無が長年議論になっていたが、キノン解析の結果結晶中に0.8分子のキノンが結合していることが明らかになり、結晶構造中にもキノンの電子密度が観察された。今後は、さらなる結晶化条件の検討を行い、分解能の向上を目指す。現在精密化を進めている結晶について、結晶の活性測定を行い、活性が保持されている構造であることを証明する。また、1年目に決定したESRの測定条件をもとに、詳細な測定を行い、各分子種の距離を決定し、配向まで決定することを目指す。
上皮成長因子受容体誘導シグナル伝達系の動作原理、制御機構の解明

人工のリポソームで形付けられた構造体の内部に生物的なアクチュエータやセンサを持つ分子ロボットにおいて,その自律的な運動を自在に操るための方法論の研究は,制御工学におけるロボットのモーションコントロールである。センサ情報を元にアクチュエータに対して,どのような入力信号(波形)を生成すれば,運動の過渡特性や定常特性を改善できるかを考える問題である。しかし,生体分子のみで構築される分子ロボットでは,メカトロニクス分野における常識や前提条件を満たさないことがあるため,分子ロボティクスのための制御系設計法が必要となる。本研究では,細胞内シグナル伝達系のシステム構成や動作原理を参考に,次の2点について研究を行い,その研究成果を学術論文,査読付国際会議論文として報告した。1.阻害反応を用いた生物型フィードバック系の安定性を簡便に判定する方法の提案細胞内シグナル伝達系には翻訳後修飾の仕組みの1つとして「タンパク質の安定化機構」と呼ばれる核膜を介した物質の出入りとリン酸化による活性化機構が存在する。これまで、この反応系は翻訳後のタンパク質の中でも構造が不安定で分解されやすいタンパク質の構造を安定化する仕組みとして考えられてきた。本研究では、この反応系が系内のタンパク質濃度を一定濃度に維持する積分フィードバック制御系としての特徴を持つことを発見した。積分制御は、PID制御系のI(積分)制御に相当するため、本研究課題は、分子ロボットで実現可能なPID制御系を考える上で重要な手掛かりになると考える。2.特定の分子の濃度を目標レベルに一致させることができる制御系(レギュレータ)既存のDNAアナログコンパレータを用いた単純なON/OFF制御系でレギュレータが構築できるかについて検討を行っている。現在、研究成果を学術論文として執筆中である。26年度が最終年度であるため、記入しない。生体分子のみで構築された分子ロボットの動きを制御する問題は,制御工学におけるモーションコントロールである.しかし,分子ロボットでは信号処理をDNAによる化学反応系で実現する必要があるため,センサ情報をもとにゲルアクチュエータなどの駆動源に対する制御信号を生成する制御器も化学反応系で実装する必要がある.この問題を解決するため,平成25年度は「細胞内シグナル伝達系の動作原理と制御機構」に関して研究を進め,次の2点に関して一定の成果を得ることができた.(1)フィードバック機構を有する生化学反応系の分岐解析と安定性解析フィードバック機構を有する生化学反応系の例として,先行研究において乳癌細胞株MCF7を用いて構築されたMAPKカスケード、転写因子活性化、転写制御、翻訳機構、転写フィードバックを全て含む確度の高い時空間モデル(以下、乳癌モデル)を採用した。この数理モデルには、転写を介した負のフィードバック機構が存在するため、パラメータ依存的に定常状態でリミットサイクルを引き起こす可能性がある。そこで、分岐解析を行い実際にある条件下でHopf分岐が生じ、平衡点が不安定化することでリミットサイクルが発生することを示した。これらの結果を発展させ、負のフィードバックを有する生化学反応系の安定性解析を現在実施している。(2)生化学反応系で実現されるPID制御器に関する検討生化学反応系でPID制御器に類似した制御計算を行うためには、その基本要素である積分演算、微分演算を確立する必要がある。今年度は第一段階として、既存のシグナル伝達系に積分器や微分器に相当する演算器がないかを調べ、乳癌モデルのサブシステムが条件によって積分器や微分器に類似の動作をすることを発見した。その理論的な裏付けについて現在検討を続けている。

研究計画の当初は、平成25年度に「細胞膜上での時空間動態に関する研究」、平成26年度に「細胞内シグナル伝達系の動作原理と制御機構に関する研究」を行う予定であったが、分子ロボティクスの領域会議や班会議で議論を深める中で順番を入れ替えて後者のテーマから取り組むことにした。これらテーマはそれぞれは独立しているため、研究の順番は影響がない。今年度の研究成果は、国際会議論文3本(査読有、内2本は査読中)、1本(査読無)、学会発表4件(口頭2件、ポスター2件)であり、学術論文も執筆中であるため、概ね順調に進展している。「細胞内シグナル伝達系の動作原理と制御機構」に関して:研究実績の概要(1)で示した分岐解析、安定性解析に関して学術論文としてまとめる。結果を広く周知するために国内外で口頭発表やポスター発表を行う予定である。研究実績の概要(2)で示した制御系設計法に関しては、分子ロボティクス計画班(知能班)の研究者と引き続き連携を取りながら検討を続ける。得られた結果は適宜、国内外で発表を行う予定である。「細胞膜上での時空間動態に関する研究」に関して:膜受容体のダイナミクスに関する研究は、分子ロボットの感覚機能と関連が深いテーマであるため、分子ロボティクス計画班(感覚班)・公募班の研究者とも連携を取りながら、研究を進めて行く予定である。