hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
癌臓器特異的転移とその制御を目指した二光子レーザー顕微鏡下生体内イメージング

本研究では、腫瘍-宿主相互作用からみた癌細胞と間質細胞との相互作用や担癌状態における宿主反応に基づく臓器特異的転移を実体的かつ統合的に解析し、'生きた癌転移巣'に対する転移阻害薬のリアルタイムな反応性を同一マウスにおいて繰り返し観察、評価し、二光子レーザー顕微鏡を用いた'dynamic pathology'による生体内評価法を確立する。肝類洞内の癌細胞は類洞内皮細胞に接着、停止し、癌細胞に胞血小板が付着するtumorcell induced plateletaggregation (TCIPA)が観察された。また、Kupper細胞と思われる細胞に被覆され、あたかも貪食されている様な像も観察された。5-FU、CPT-11投与後の肝転移巣では、癌細胞は断片化、膨化、細胞内空胞が観察できた。また、間質反応としてマウス由来のGFP発現腫瘍血管では内皮細胞障害を示唆する血小板凝集と内皮細胞への付着が観察できた。5-FUが脾臓に移植した癌細胞の肝類洞内皮細胞への接着を抑制するかを検討したところ、5-FU群とcontrol群に差はなかった。脾臓に移植した癌細胞が肝類洞内皮細胞に接着後に5-FUを投与すると、肝類洞内癌細胞数は24h, 48h, 72hの早期ではcontrol群と差は無かったが、4-8 weeks後の肝転移形成能は5-FU群のほうが少なかった。担癌状態が肝転移形成および肝転移増殖能に影響を与えるかどうかを検討するため、皮下移植腫瘍形成後に肝転移モデルを作成した。皮下移植腫瘍の増殖スピードが肝転移形成スピードより速く担癌状態で肝転移形成を評価できるモデルを確立することができなかった。担癌マウスにおける肝転移モデルの肝転移巣と非担癌マウスにおける肝転移モデルの肝転移巣の増殖パターンを二光子レーザー顕微鏡下生体内観察にて形態学的に評価すし、癌臓器特異的転移の病態解明を目指した。同種移植モデル:RFP標識マウス大腸癌細胞株(SL-4)をGFP標識マウスに移植したモデルと異種移植モデル:RFP標識ヒト大腸癌細胞株(HT-29)をGFP標識ヌードマウスに移植したモデルのどちらも、皮下移植腫瘍の増殖スピードが肝転移巣増殖スピードより速く担癌マウスにおける肝転移モデルを確立することができなかった。皮下移植腫瘍形成後の肝転移巣形成と増殖パターンを解析するためには、皮下移植癌細胞数と皮下移植後の肝転移モデル作成時期をさらに検討する必要がある。皮下移植腫瘍形成後(担癌マウス)の肝転移巣形成(臓器特異的転移)と増殖パターンを二光子レーザー顕微鏡下生体内観察にて形態学的に解析するためには更なる検討が必要である。異種腫瘍モデルとしてRFP標識ヒト大腸癌細胞株(HT-29)、同種腫瘍モデルとしてRFP標識マウス大腸癌細胞株(SL-4)をそれぞれ、GFP標識ヌードマウス(異種腫瘍モデル)、GFP標識マウス(同種腫瘍モデル)の脾臓に接種させた大腸癌肝転移モデルを用い、転移標的部位である肝臓で癌細胞が周囲の間質応答を伴いながらどのように増殖、進展するのかを継時的に二光子励起顕微鏡を用いて生体内観察した。HT-29による肝転移巣は結節形成性増殖パターンで肉眼的転移巣形成までに約2か月を要する一方、SL-4による肝転移巣はびまん性増殖パターンで肉眼的転移巣形成までに約7日である。異種、同種腫瘍モデルにおける腫瘍-宿主相互作用の形態学的特徴は転移巣においても細胞株固有の特徴に依存し、生体内観察下でも同様の所見であった。また、5-fluorouracilやirinotecanなどの抗癌剤反応性を癌細胞および腫瘍血管に着目して生体内観察中であるが、異種、同種腫瘍モデルでの形態学的特徴に明らかな差異は今のとこと認められていない。

上記結果は国内外の関連学会および関連雑誌に精力的に発表してきた。今後、肝転移巣における腫瘍-宿主相互作用、肝転移巣における癌細胞ならびに腫瘍血管における抗癌剤の反応性などを形態学的に生体内イメージングし、検討しながら、担癌個体における肝転移形成過程と臓器特異的転移のメカニズム解明を目的に二光子励起顕微鏡にて生体内観察を行う予定である。異種腫瘍モデルとしてRFP標識ヒト大腸癌細胞株(HT-29)、同種腫瘍モデルとしてRFP標識マウス大腸癌細胞株(SL-4)をそれぞれ、GFP標識ヌードマウス(異種腫瘍モデル)、GFP標識マウス(同種腫瘍モデル)の脾臓に接種させた大腸癌肝転移モデルを用い、転移標的部位である肝臓で癌細胞が周囲の間質応答を伴いながらどのように増殖、進展するのかを継時的に二光子励起顕微鏡を用いて生体内観察した。HT-29による肝転移巣は結節形成性増殖パターンで肉眼的転移巣形成までに約2か月を要する一方、SL-4による肝転移巣はびまん性増殖パターンで肉眼的転移巣形成までに約7日である。異種、同種腫瘍モデルにおける腫瘍-宿主相互作用の形態学的特徴は転移巣においても細胞株固有の特徴に依存し、生体内観察下でも同様の所見であった。また、5-fluorouracilやirinotecanなどの抗癌剤反応性を癌細胞および腫瘍血管に着目して生体内観察中であるが、異種、同種腫瘍モデルでの形態学的特徴に明らかな差異は今のとこと認められていない。上記結果は国内外の関連学会および関連雑誌に精力的に発表してきた(Morimoto Y, et al. J Gastrointest Surg. 2011, Tanaka K, Morimoto Y, et al. Microsc Res Tech. 2012, Tanaka K, Morimoto Y, et al. J Oncol. 2012)。二光子励起顕微鏡を用いた肝転移巣の生体内観察法を確立でき、様々な状況下での癌細胞と間質細胞との相互作用を高倍率でとらえることができるようになった。我々が確立した二光子励起顕微鏡を用いた肝および大腸の生体内観察法は、高倍率であるが故の様々な制限もあり、可視化した現象の定量化を確立していく必要がある。転移巣における殺細胞性抗癌剤反応性の経時的生体内イメージング転移性大腸癌治療に一般的に用いられる殺細胞性抗癌剤5-FU, CPT-11, oxaliplatinはFOLFOX (5-FU+leucovorin+oxaliplatin)やFOLFIRI (5-FU+leucovorin+CPT-11)のような多剤併用療法で用いられるが、今回は、作用機序の異なる各々の抗癌剤が単剤で転移巣のヒト大腸癌細胞にどのように作用しているかを生体内観察する。抗癌剤の濃度依存性や時間依存性も合わせて検討する。さらに生きた同一マウスにおいて、生きた転移巣がどのように消退していくのかを経時的観察する。担癌マウスと非担癌マウスの肝転移モデルにおいても同様の比較を行い臓器特異的転移との関連も検討する。
トランスジェニックマウスによる脳の病的老化機序の解明

Sweden型の遺伝子変異を有するβAPP695を過剰発現するtransgenic mice(APPsw mice)を神経病理学,生化学,行動学的に検索した.(1)8カ月齢から巨大なCored plaque(CP)が大脳皮質,海馬,嗅脳に出現し加齢とともに増加した.12カ月齢でDiffuse plaque(DP)と大脳表層・皮質内小血管にAmyloid Angiopathy(AA)が認められた.これらはN末端とC末端側が修飾されたAβ分子種からなりたっていた.CP周囲のdystrophic neuriteにβAPP,異常リン酸化tauの蓄積が認められた.神経原線維変化は見られなかった.Coreでは神経細胞とシナプスの有意の減少がみられた.(2)8ヶ月齢の脳内Aβ40,Aβ42はそれぞれ1,656pmol/g,250pmol/gであり,以後加速度的に増加し脳に大量のAβ蓄積が確認された.(3)受動的回避試験では8カ月齢から回避行動の潜時が短縮し始め,8.5カ月齢から有意差がみられ記憶障害が出現したと考えられた.さらに,脳内Aβ沈着におけるApoE4の効果を明らかにするため,これらのAPPsw miceにラットApoEを過剰発現するTgを交配させ,βAPP(+)ApoE(+),βAPP(+)ApoE(-)のTgを作成し2群間で比較した.12カ月齢のApoE(+)TgではCP,DP,AAの程度がより顕著であった.同時期のApoE(+)Tg脳ではApoE(-)Tgに比べてAβ40が12%,Aβ42が60%ともに増加していた.ApoE(+)Tgの血漿中ではApoE(-)Tgに比べてAβ40が40%増加していた.以上の結果から,ラットApoEは血漿中Aβ量を増加させるとともに脳内Aβ沈着を促進することが明らかとなった.Sweden型の遺伝子変異を有するβAPP695を過剰発現するtransgenic mice(APPsw mice)を神経病理学,生化学,行動学的に検索した.(1)8カ月齢から巨大なCored plaque(CP)が大脳皮質,海馬,嗅脳に出現し加齢とともに増加した.12カ月齢でDiffuse plaque(DP)と大脳表層・皮質内小血管にAmyloid Angiopathy(AA)が認められた.これらはN末端とC末端側が修飾されたAβ分子種からなりたっていた.CP周囲のdystrophic neuriteにβAPP,異常リン酸化tauの蓄積が認められた.神経原線維変化は見られなかった.Coreでは神経細胞とシナプスの有意の減少がみられた.(2)8ヶ月齢の脳内Aβ40,Aβ42はそれぞれ1,656pmol/g,250pmol/gであり,以後加速度的に増加し脳に大量のAβ蓄積が確認された.(3)受動的回避試験では8カ月齢から回避行動の潜時が短縮し始め,8.5カ月齢から有意差がみられ記憶障害が出現したと考えられた.さらに,脳内Aβ沈着におけるApoE4の効果を明らかにするため,これらのAPPsw miceにラットApoEを過剰発現するTgを交配させ,βAPP(+)ApoE(+),βAPP(+)ApoE(-)のTgを作成し2群間で比較した.12カ月齢のApoE(+)TgではCP,DP,AAの程度がより顕著であった.同時期のApoE(+)Tg脳ではApoE(-)Tgに比べてAβ40が12%,Aβ42が60%ともに増加していた.ApoE(+)Tgの血漿中ではApoE(-)Tgに比べてAβ40が40%増加していた.以上の結果から,ラットApoEは血漿中Aβ量を増加させるとともに脳内Aβ沈着を促進することが明らかとなった.平成10年度はβAPP695△K670N/M71Lトランスジェニックマウス(Tg2576)の経時的変化を中心に検討した。このマウスではWestern blotでfull βAPPとC末断片の有意の増加を認めた。血漿中Aβ40は26 pmoles/ml,Aβ42は4pmoles/mlと高値であった。脳内でAβ40は26pmols/g brain,Aβ42は13pmols/g brainで、老人斑の沈着とともに著明な増加を示した。免疫細胞化学的検討では、15か月齢マウスの大脳皮質では典型的およびびまん性老人斑がAβ1(Ab9204)および42断端特異抗体(S42)で染色された。Aβ40断端特異抗体(S40)は老人斑のアミロイドコアのみを染色した。皮質内血管壁にはamyloid angiopathyの所見も認められた。βAPPのC末端抗体では神経細胞の胞体が染色され,蛋白発現は良好であった。老人斑周囲のdystrophic neuriteも染色された。このdystrophic neuriteは抗Tau抗体でも染色された。以上のことから、このマウスではAlzheimer病脳で見られるびまん性老人斑、典型的老人斑、amyloid angiopathyが再現され、dystrophic neuritesにβAPP,Tauの蓄積が認められた。しかし、大型錐体細胞における神経原線維変化は認められなかった。

さらにアミロイドβ蛋白沈着におけるApolipoprotein E4の効果を検討するために、これらのマウスとラットApoE(ヒトE4に相当)を過剰発現するTgを交配させ、βAPP(+)ApoE(+),βAPP(+)ApoE(-),βAPP(-)ApoE(+),βAPP(-)ApoE(-)のmiceを作成している。
新規Rab32/38結合分子によるメラノソーム形成・成熟機構の解明

低分子量G蛋白質Rabは、ほ乳類において約60種類のアイソフォームが存在し、それぞれが様々な細胞内小胞の輸送を担っている。ほ乳類メラノサイトのメラノソームは、メラニンを合成し貯留する小胞で、これまでにRab27A、Rab32、Rab38の存在が報告されていた。本研究では、機能がよく分かっていなかったRab32/38に着目した。Rab32/38結合分子として我々が初めて単離したVarpの機能解析を通じ、Rab32/38とVarpによって構成される複合体によるメラニン合成酵素輸送メカニズムについての新しい知見を得た。本年度は、メラニン合成酵素Tyrp1輸送に対するVarpとRab32/38複合体の生理的機能を解明することを目的とした。他の分子のANKR(アンキリンリピート)と比較してVarp ANKRに特異的なアミノ酸や、Rab32/38のswitch II領域に存在する特異的なアミノ酸に着目し、数種の点変異体分子を作成し、酵母two-hybrid法と共免疫沈降法による結合性の検討を行った。その結果、VarpとRab32/38双方でVarp-Rab32/38間の結合に必須なアミノ酸を同定することに成功した。次に、これらの点変異体を色素細胞に発現させると、VarpとRab32/38の共局在性が認められなくなることを見いだした。また、色素細胞から内在性Varp、あるいはRab32/38をノックダウンすると、Tyrp1のメラノソームへの輸送に異常が生じ、Tyrp1の発現レベルが低下する。この表現形はsiRNA耐性VarpやRab38を色素細胞に発現させることでレスキューされることを確認した。そこで、Varpノックダウン、あるいは、Rab32/38ノックダウン色素細胞中に、双方が結合できない変異体Varp、あるいはRab38を発現させてTyrp1のレスキューを試みたが、表現形の回復は認められなかったことから、VarpとRab32/38が複合体を形成することが、メラノソームへのTyrp1輸送に重要な役割を担うことが強く示唆された。前年度では、VarpとRab32/38間における結合能を消失する点変異体をVarp、Rab32/38双方で得ることに成功していた。引き続き、メラニン合成酵素Tyrp1輸送に対するVarpとRab32/38複合体の生理的機能解析を試みた。Rabには内因性GTPアーゼ活性が存在する。既に得ているRab32(V92A)変異体、Rab38(V78A)変異体(:Varpと結合できない点変異体)について、このGTPアーゼ活性が亢進している可能性が考えられた。そこで、Rab32/38変異体についてGTPアーゼ活性をin vitroで測定したところ、野生型Rab32/38との差が認められなかった。従って、Rab32/38点変異によるGTPアーゼ活性上昇の可能性は棄却することができ、Rab32/38変異体はエフェクターであるVarpとの結合性に異常をきたすものと結論づけた。次に、Rab32/38変異体とVarp変異体の色素細胞における局在を検討した。野生型Rab32/38と野生型VarpはTyrp1陽性小胞上に局在した。野生型Rab32/38と変異型Varpを発現させると、Rab32/38はTyrp1陽性小胞に局在するものの、変異型VarpはTyrp1陽性小胞に局在できなかった。一方、変異体Rab32/38はメラノソームに局在するものの、野生型VarpがTyrp1陽性小胞にリクルートされなかった。これらの知見と前年度の成果を併せて考えると、Tyrp1陽性小胞においてRab32/38とVarpが複合体を形成することが、Tyrp1のメラノソームへの輸送に必須である考えられた。さらに、Varpの二つのアンキリンリピートに挟まれた領域にVAMP7が結合し、Varp-VAMP7間の結合はTyrp1輸送に必須であるとの知見を得ることができ、今後のメラニン合成酵素輸送とSNAREの関連性について研究の起点となりうるものと期待される。
半導体結晶の表面構造規制と光エネルギー変換機能の向上を目指した表面反応機構の研究

金属酸化物半導体は、光エネルギー変換に適した光触媒として、多くの研究がなされている。本研究では、「表面反応中間体の分光学的in situ直接観察」および「金属酸化物表面構造の原子レベル制御」の2点から研究方法の開拓を進め、これを通じて反応機構の解明を行ってきた。特に光機能界面として最も重要であるTiO_2/水溶液界面における水の光酸化・酸素発生反応に焦点をあて、この反応の機構を原子・分子のレベルで解明を行った。また、新規可視光応答型の光触媒として光誘起MMCTで駆動するヘテロ金属分子光材料の開発も行ってきた。以下に主な結果を述べる。(1)新しい表面処理法であるHF浸漬-高温焼成法を用いることで、原子レベルで平坦でかつ安定なTiO_2ルチル表面を作製することに成功した。その結果、表面バンドエネルギーや価電子帯正孔の反応性がTiO_2の表面原子構造配列に依存することを世界で初めて明らかにした。さらに、in situ PL法を用いて、水の光酸化反応の前駆体である表面捕捉正孔を捉え、この原子レベルでの構造やエネルギーの面依存性を明らかにした。(2)金属酸化物上での結果を踏まえて、窒素含有・金属酸化物上における可視光照射下での光酸素発生反応の機構の検討を行った。TaON微粒子粉末を用いて薄膜光電極を作成し、種々の還元剤添加による光電流作用スペクトルの変化の詳細な検討から、可視光照射下での水の酸化反応は"電子移動機構"で進行するのではなく、"水分子の求核攻撃機構"によって進行することを明確に示した。(3)さらに、多電子移動触媒であるIrO_2、および光合成のPSII中心のモデル触媒としてMn二核錯体の合成を行い、水の酸化反応が上と同様に"水分子の求核攻撃機構"で反応が進むという重要な結果を明らかにしつつある。(4)ヘテロ金属からなる無機分子光材料の開発を行った。ヘテロ金属錯体の光誘起MMCTによって、可視光照射下で光触媒反応を駆動させることに成功した金属酸化物半導体は、光エネルギー変換に適した光触媒として、多くの研究がなされている。ヘテロ金属錯体の光誘起MMCTによって、可視光照射下で光触媒反応を駆動させることに成功した
枯草菌のプロバイオティクス効果を応用した口腔内環境改善および口臭の抑制

われわれは現在、抗生物質にかわる方法としてプロバイオティクスを用いた研究を大手製薬会社と共同で行っている。そして、乳酸菌のひとつであるEnterococcus faecium WB2000がin vitroでのバイオフィルム抑制効果を示すことを示した。また、口臭患者に別の乳酸菌であるLactobacillus salibarius WB21を含むタブレットやオイル(J Breath Res, 2012)を摂取させると口腔内状態が改善し、口臭が減少することを報告した。さらに、われわれはL. salibarius WB21含有タブレットの口臭抑制効果をdouble-blind, randomized, placebo-controlled crossover trialによって確認した。一方、乳酸菌は歯磨剤へ応用しても有効であることも明らかになりL. salibariusが齲蝕原性細菌を減少させることを報告したまた、最近われわれはE. faecium WB2000がP. gingivalisの増殖を抑制し、口臭の原因物質である揮発性硫黄化合物産生を減少させることを明らかにした。機械の故障が数件あり、研究が遅れている。枯草菌および菌体抽出物、培養上清等の成分がP. gingivalisその他細菌の増殖や生物活性におよぼす影響を調べる。まず液体培地、寒天培地を用いてP. gingivalisその他細菌への増殖抑制を確認する。また、P. gingivalisの各種生物活性(プロテアーゼ活性、赤血球凝集活性、溶血反応等)へおよぼす影響を検討する。歯周組織は多くの種類の細菌が棲息しているので、細菌同士の相互作用への影響も調べる。P. gingivalisは他の細菌と共凝集して組織に定着することが知られているので、P. gingivalisの共凝集能におよぼす影響を調べる。また、われわれは唾液サンプルのバイオフィルム形成実験を行っているので、この実験系にも枯草菌および枯草菌成分を応用して影響を調べる。次に歯周病原性細菌が産生する揮発性硫黄化合物の抑制効果について検討する。歯周病原性細菌の液体培養時に枯草菌および枯草菌成分を添加し、試験管上部head spaceの揮発性硫黄化合物の濃度をガスクロマトグラフィーで測定する。また、すでに生成されたガスの消臭効果については揮発性硫黄化合物の標準ガスに枯草菌を加え消臭効果を確認する。機械の故障で当初予定していた実験が行えなかった。また、研究が進行すれば論文投稿を行う予定で、次年度はほぼ予定通りの支出が生じると予想される。
幼小中一貫教育における食育指導からヘルスプロモーションへの発展II

本研究は,幼小中一貫教育の特色を活かした教育実践を行い,保護者と学校が連携して健康教育を進めることで,子ども達の生涯にわたる健康保障へとつなげていくためのものである。とりわけ「食育」は国民的な課題であるにも関わらず,教育現場での指導時間の確保が難しいという現状がある。そこで,将来を見通した実践力(ヘルスプロモーション活動)を養う為のカリキュラムの検討と同時に,中学生の「食生活」と「運動実態」調査を実施した。対象は,運動部に所属している同意を得られた生徒で,部活動実施期(中学2年秋から3年の夏)と部活動引退期(中学3年秋)の2回実施し,中学生の食生活と運動の実態や課題を明らかにして個への保健指導や健康相談を実施した。保護者との連携としては,子どもの発育・健康・食習慣に着目してもらい,生活課題を改善するための支援を目的とした「三原学園健康教室」を開き,我が子の成長過程に見通しを持ってもらうため,中学生の調査分析結果や子ども達の意識を提示して啓発活動を行った。この健康教室に参加した保護者のアンケート結果から,ほぼ100%の方が「参加して大変良かった」と答えている。また,研究協力者である管理栄養士の講話や,中学生に不足しがちな栄養素に着目したおやつの紹介等を組み入れ,家庭で即実践できるように具体的な学習プログラムを計画した。会の中で保護者同士の相互支援活動として,異学年異校種の保護者と交流をすることで自分の子育てを振り返ったり,家庭での食に対する意識や子育ての意欲を高め,子育ての見通しを持ってもらうことが出来た。子ども達への直接的な指導だけではなく,家庭との連携を持つことで保護者の意識が向上し,子育てへの効果が高まり,子ども達の将来を見通した実践力(ヘルスプロモーション活動)へとつなぐことが出来たと思われる。
メンターエージェントを用いたシナリオ自動展開可能なロールプレイ演習の研究

経験豊富なプロジェクトマネージャーに代わり、ロールプレイ演習で学習者を支援するソフトウェアエージェントを開発した.ソフトウェアエージェントは、学習者の行動に応じ自動的にアドバイスを与える機能を備える.このエージェントの導入により,学習者が獲得するプロジェクトマネジメントのスキルが高くなることを定量的に示すことができた.併せて、学習者のスキルを定量的に評価する方法を明らかにした.経験豊富なプロジェクトマネージャーに代わり、ロールプレイ演習で学習者を支援するソフトウェアエージェントを開発した.ソフトウェアエージェントは、学習者の行動に応じ自動的にアドバイスを与える機能を備える.このエージェントの導入により,学習者が獲得するプロジェクトマネジメントのスキルが高くなることを定量的に示すことができた.併せて、学習者のスキルを定量的に評価する方法を明らかにした.ロールプレイ演習でプロジェクトマネジメント手法を実際の現場で使えるようにするために,経験豊富なプロジェクトマネージャーと同等な高度な専門能力を有するソフトウェアエージェントを開発する.研究課題は,(1)仮想プロジェクトに登場するステークホルダーの役割を割り当てられたエージェントがステークホルダーの利害を最大にする理想の行動を推定する,(2)エージェントに性格とステークホルダーの役割意識の強さを付与し,それらを基に行動の動機と感情の強さを算出し,それらの強さで推定された理想の行動を変更する,(3)演習者とエージェントの行動に合わせてロールプレイ演習のシナリオを自動的に生成する,である.平成22年度は,メンターの役割を実現するために,1.ロールプレイ演習者の情報提供する,2.ロールプレイ演習者に意思決定に必要な情報共有を促す,3.ロールプレイ演習の進行を演習者に促す,4.ロールプレイ演習者が立案する意思決定案を仮想プロジェクトの状態を勘案して評価する,5.意思決定の代替案を立案し,ロールプレイ演習者に提示する,ソフトウェアエージェントを開発した.また,シナリオに記載されている指示,チャットで交換されるロールプレイ演習者のメッセージから自然言語処理を用いて抽出した情報とロールプレイの進行状態を基に,エージェントの行動を決める方法を開発した.開発したエージェントシステムを用いたロールプレイ演習を学部3年生の講義に用い,コミュニケーションスキルの修得にエージェントが有効であることを示した.平成23年度は、ロールプレイ演習者が立案する意思決定案を仮想プロジェクトの状態を勘案して評価する,(5)意思決定の代替案を立案し,ロールプレイ演習者に提示する,エージェントを開発する.また,エージェントの行動を決定する際に事例情報を用いる方法を加える.ロールプレイ演習を介してプロジェクトマネジメント手法を実際の現場で使えるようにするために経験豊富なプロジェクトマネージャーと同等な高度な専門能力を有するソフトウェアエージェントを開発する.研究課題は,(1)仮想プロジェクトに登場するステークホルダーの役割を割り当てられたエージェントがステークホルダーの利害を最大にする理想の行動を推定する,(2)エージェントに性格とステークホルダーの役割意識の強さを付与し,それらを基に行動の動機と感情の強さを算出し,それらの強さで推定された理想の行動を変更する,(3)演習者とエージェントの行動に合わせてロールプレイ演習のシナリオを自動的に生成する,である.平成23年度は,(1)仮想プロジェクトで発生する問題解決にあたり、ロールプレイ演習者が意思決定した解決案を評価する方法,(2)仮想プロジェクトの状況に対応して演習者が提示する解決案の代替案を提示する方法,(3)演習者の意思決定と仮想プロジェクトの状態を入力として,演習者に提示するシナリオを変更する機能,(4)演習者の取り組み態度を実時間でモニターして,ロールプレイ演習者へメンターの役割を担うソフトウェアエージェントあるいは教員がアドバイスを行う方法を開発した.これらの機能を実現したシナリオ自動生成できるロールプレイ演習を学部3年生が行った結果,役割を演じる際に自己裁量の範囲が広がり,取り組みの意欲が高まったとの評価を得た.また,ロールプレイ演習中の演習者の行動を実時間でモニターすることで,教員が時機を逸せず指示できることを示した.本取り組みは,情報処理学会情報システム教育コンテスト(ISECON2010)にて最優秀賞を得た.平成24年度は、ロールプレイ演習者が仮想プロジェクトで起きる問題を抽出,対策立案,実行,そしてモニターする意思決定サイクルを回すことで,意思決定力を向上させるロールプレイ演習システムを開発する.また,ロールプレイ演習中の演習者の行動ログと獲得したスキルレベルとの関係を表すモデルを構築する.ロールプレイ演習でプロジェクトマネジメント手法を修得するために,経験豊富なプロジェクトマネージャーと同等な高度な専門能力を有するソフトウェアエージェントを開発する.研究課題は,1.仮想プロジェクトに登場するステークホルダーの役割を割り当てられたエージェントがステークホルダーの利害を最大にする理想の行動を推定する,2.エージェントに性格とステークホルダーの役割意識の強さを付与し,それらを基に行動の動機と感情の強さを算出し,それらの強さで推定された理想の行動を変更する,3.演習者とエージェントの行動に合わせてロールプレイ演習のシナリオを自動的に生成する,である.平成24年度にプロジェクトマネジメントの高度な専門能力を備えるメンターエージェントを開発した.同時にロールプレイ演習中の演習者の行動を分析し,ロールプレイ演習の進行状況を観察しながら,予め用意したエージェントの発言の中から利害を最大にする発言を行うエージェントシステムを開発した.メンターエージェントの有効性の検証のために,研究代表者の研究室の学生を対象にロールプレイ演習を施行し,問題点を改修して,学部3年生のプロジェクトマネジメントの講義に供した.ロールプレイ演習中の学習者の行動を観察し,4段階の行動のレベルを表すルーブリックを開発し,学習者が獲得したヒューマン系スキルであるコミュニケーション、ネゴシエーション,およびリーダーシップの達成度を定量的に評価した.

その結果,メンターあるいはアドバイザーとしてのソフトウェアエージェントの導入により,学習者のヒューマン系スキルに関する教育効果が高いことを確認し、ソフトウェアエージェントによるロールプレイ演習の有効性を示すことができた.ロールプレイ演習における演習者の行動と仮想プロジェクトの状態を実時間で評価する機能を実装し,論理的にあらゆる状態に仮想プロジェクトが遷移できる方法を確立できた.また,実際にロールプレイ演習を行った結果,自己裁量の範囲が広がり学習意欲向上に寄与できることを確認できた.以上より,所期に目論むシナリオの自動展開の可能性が確認でき,これからの1年でプロジェクトマネジメント教育に適用して有効性を客観的に示すことに専念できる.24年度が最終年度であるため、記入しない。ロールプレイ演習者が仮想プロジェクトで起きる問題を抽出,対策立案,実行,そしてモニターする意思決定サイクルを回し,意思決定力を高めるロールプレイ演習システムを開発する.平成23年度は仮想プロジェクトのあらゆる状況をシナリオに記述することで,論理的にはロールプレイは自動的に生成されるシナリオに従いすすむことが確認できたが,シナリオが膨大になり現実的ではない.この問題を解決するために,プロジェクトマネジメントの知識体系(PMBOK)の知識ネットワークで仮想プロジェクトの状態を表しそれを演習者に提示する方法を開発する.知識ネットワークは仮想プロジェクトをシミュレートするものである.24年度が最終年度であるため、記入しない。
カロリ病＋先天性肝線維症の新規薬物療法の探索－動物モデルＰＣＫラットを用いて

カロリ病+先天性肝線維症の動物モデルとして確立されたPCKラットを用い、肝胆管病変の形成におけるPI3K/Akt/mTORを介した細胞内シグナル伝達の関与、ならびにその阻害剤の治療への応用性を検討した.PCKラット培養胆管細胞を用いた検討で、NVP-BEZ235(PI3K + mTOR阻害剤)は細胞増殖と嚢胞形成を抑制し、これは培養胆管細胞のアポトーシス抑制とオートファジー誘導を伴っていた.In vivoでPCKラットにNVP-BEZ235を投与すると、PCKラットの胆管拡張と肝線維化を有意に軽減させることが可能であった.本年度は,カロリ病+先天性肝線維症の新たな薬物療法を見出すことを研究目的とし,その動物モデルとして確立されているpolycystic kidney(PCK)ラットを用いた検討を継続して行った.カロリ病+先天性肝線維症は常染色体劣性多発嚢胞腎の肝胆管病変としても知られているが,多発性嚢胞腎では嚢胞被覆上皮でのPI3K-Akt-mTORを介した細胞内シグナル伝達機構の亢進が病態形成に関与している.カロリ病でみられる肝内胆管の嚢状拡張と多発性嚢胞腎の腎嚢胞形成の機序には共通点が多いことから,今年度はPI3KとmTORC1+C2の阻害剤であるNVP-BEZ235を用い,PCKラットの培養胆管細胞に及ぼす効果を検討した.単層培養の条件下でNVP-BEZ235はPCKラット培養胆管細胞の細胞増殖を濃度依存性に抑制し,ゲルマトリックスを用いた3次元培養の条件下でもNVP-BEZ235は培養胆管細胞の嚢胞(spheroid)形成を有意に抑制した, PCKラット培養胆管細胞ではNVP-BEZ235によりオートファジーが誘導され,逆にアポトーシスは抑制さた.これに関連して,NVP-BEZ235は培養胆管細胞のpAkt, pS6RP, p4E-BP1, cleaved caspase 3の発現を抑制し,Bcl-2の発現を誘導した.LC3 siRNAおよび3-methyladenineは,NVP-BEZ235の培養胆管細胞に対する増殖抑制効果を軽減した.さらにLC3 siRNAは3次元培養条件下でNVP-BEZ235による嚢胞形成抑制効果を軽減した.以上の結果から, NVP-BEZ235によるmulti-targetingな細胞内シグナル伝達の阻害はカロリ病+先天性肝線維症の新たな治療の選択肢の一つとなる可能性が示唆された.カロリ病+先天性肝線維症(congenital hepatic fibrosis, CHF)の新規薬物療法を見出すことを目的とし、カロリ病+CHFの動物モデルとして確立されたpolycystic kidney(PCK)ラットを用いた検討を行なった.平成2324年度は、カロリ病+CHFの病態形成におけるPI3K/Akt/mTOR細胞内シグナリングの関与に着目し、PCKラットから単離した培養胆管細胞に対する複数の細胞内シグナル阻害剤のin vitroでの効果を検討した.本年度はin vitroで最も有効な阻害効果を示したNVP-BEZ235(PI3K, mTORC1/2阻害剤)を用い、同阻害剤のin vivoでの投与効果を検討した.PCKラットにNVP-BEZ235(20 mg/kg)を4週間、腹腔内に連日投与した.その結果、PCKラットの肝内胆管拡張は有意に抑制され、肝線維化の程度も有意に軽減した.肝組織からホルマリン固定パラフィン包埋切片を作成しPI3K/Akt/mTOR細胞内シグナリングに関与する分子の発現を検討すると、胆管細胞におけるp-Akt, p-mTOR, p-S6の発現はNVP-BEZ235投与群で低下した.また、NVP-BEZ235は胆管細胞にオートファジーの誘導とアポトーシスの抑制効果を示し、これはin vitroでの成績と同様であった.有害事象としてNVP-BEZ235投与により体重減少を生じたことから、阻害剤の投与量(20 mg/kg/day)についてはさらに検討する必要があるが、本年度の検討結果からNVP-BEZ235はPCKラットの胆管拡張と肝線維化を軽減させる効果を有することが示された.カロリ病+先天性肝線維症の動物モデルとして確立されたPCKラットを用い、肝胆管病変の形成におけるPI3K/Akt/mTORを介した細胞内シグナル伝達の関与、ならびにその阻害剤の治療への応用性を検討した.PCKラット培養胆管細胞を用いた検討で、NVP-BEZ235(PI3K + mTOR阻害剤)は細胞増殖と嚢胞形成を抑制し、これは培養胆管細胞のアポトーシス抑制とオートファジー誘導を伴っていた.In vivoでPCKラットにNVP-BEZ235を投与すると、PCKラットの胆管拡張と肝線維化を有意に軽減させることが可能であった.昨年度までは,mTORC1の阻害剤としてrapamycinとeverolimus,mTORC1+C2の阻害剤としてPP242を使用し,PCKラットの培養胆管細胞に対する効果を検討した.その結果,mTORC1阻害剤(rapamycin,everolimus)より,mTORC1とmTORC2の両方を阻害する効果を有するPP242がPCKラット培養胆管細胞に対してより強力な増殖抑制効果を示すことが明らかとなった.

この結果より,mTORC1+C2に加えてその上流に位置するPI3Kも阻害する効果を有するNVP-BEZ235は,さらに強い増殖抑制効果を示すと仮定して本年度の研究を遂行した.結果としてほぼ期待される成績が得られた.当初の予定はおおむね順調に進展していると考える.カロリ病+先天性肝線維症の新規薬物療法の探索を目的として,その動物モデル(PCKラット)を用いてin vitroとin vivoでの検討を行うことを当初の予定とした.本年度は培養胆管細胞を用いて,AKT-mTORシグナリングを抑制することにより胆管細胞の増殖を抑制できることを示した.当初の予定はおおむね順調に進展していると考える.NVP-BEZ235はPCKラット培養胆管細胞にオートファジーを誘導し,アポトーシスは抑制されたが,今後はオートファジー誘導,アポトーシス抑制の細胞内機構をさらに検討したい.また,NVP-BEZ235以外にも細胞増殖抑制効果のある薬剤を見出したい.最終的に,培養系での検討で最も効果の高い薬剤をPCKラットにin vivoで投与し,胆管の嚢状拡張を阻害する効果や肝線維化に対する影響を明らかにし,治療薬としての可能性を検証したいと考えている.本年度はPCKラットの培養胆管細胞を用い,3種類のmTOR阻害薬(sirolimus [SL], everolimus [EL], PP242)による胆管細胞の細胞増殖抑制効果を検討した.今後はさらに別のmTOR阻害薬やAKT阻害薬を使用し,in vitroでより増殖抑制効果の高い薬物を見出したい.最終的に,in vitroで最も効果の高い薬物をPCKラットにin vivoで投与し,治療薬としての効果を検証したいと考えている.研究費は主に細胞培養関連用品や薬剤など消耗品の購入に使用する.特にPCKラットに薬剤をin vivoで投与する場合,大容量が必要となることが予測され,研究費に占める薬剤購入費の割合が増加すると思われる.また,現在,これまでに得られた成績を英文論文として投稿中であるが,論文出版に係る経費も研究費から支出する予定である.研究費は主に細胞培養関連用品や薬物など消耗品の購入に使用する.特にPCKラットに薬物をin vivoで投与する場合,かなりの容量が必要なため,研究費に占める薬物の購入費の割合が増すことが予測される.
新規有機電導物質の開発

研究代表者達は新規の高電導性の電荷移動錯体の開発を目指して、周期律表第16族カルコゲン原子を含む新しいタイプの電子供与体および受容体の分子設計を行っている。本研究では以下の二つのタイプの電子供与体の開発を行い、顕著な成果を得ることが出来た。1.縮合芳香環のペリ位にカルコゲン原子の架橋を有する分子は良好な電子供与体になることが知られている。今回、1、9および4、10位に架橋を有するアントラセン誘導体および1、10および8、9位に架橋を有するフェナントレン誘導体の研究を行った。これらはカルコゲンの種類により同族体が存在している。そのうち硫黄体とセレン体は高収率でうることができたが、テルル体は生成困難であった。また、メチル、メチルチオ置換基などの修飾により多数の誘導体に導くことが出来た。X線構造解折による結晶構造にはシート状につながったカルコゲン原子の相互作用が存在し、電導性分子錯体の構成要素として優れていることが分かった。実際にTCNQなどの代表的電子受容体と高電導性の錯体を種々形成した。2.ピレン、ペリレンなどのペリ縮環芳香環化合物は炭化水素としては比較的低いイオン化電位を持つことより、ハロゲンなどと高電導性錯体を与えると古くから知られている。これらの化合物をより一般性のある良好な電子供与体に変身させるには、その骨格内にカルコゲン原子を導入すれば良いと考えられる。そこでピレン、ペリレンと中性あるいは酸化状態で等電子構造をもつ新規複素環化合物2種を研究対象として選び、それらの合成を行った。これらの化合物も電子受容体と高電導性錯体を形成し、優秀な電子供与体であると裏付られた。本研究では、新規の高電導性の電荷移動錯体の開発を目指して、周期律表第16族カルコゲン原子を含む新しいタイプの電子供与体および受容体の分子設計を行っている。縮合芳香環のペリ位にカルコゲン原子による架橋を有する分子は良好な電子供与体となることが知られている。現在までに、ナフタレン、アントラセン、およびテトラセンを母体とするペリ架橋化合物が合成されている。今回、本研究で、フェナントレンの1,10および8,9位にカルコゲン原子による架橋を有する新しいタイプの電子供与体を合成に成功した。合成はビフェニル誘導体から7ステップで前駆体のペリ置換テトラクロロフェナントレン誘導体に導き、続くナトリウム=ジカルコゲニド試薬との置換反応により行った。カルコゲン異性体のうちイオウ体とセレン体は高収率で得ることができたが、テルル体は単離に至っていない。セレン体の構造をX線構造解析により解析し、その結晶構造にはシ-ト状に結がったセレン原子の相互作用が存在し、電導体の構成要素として優れていることが分かった。これらのペリ位カルコゲン架橋フェナントレンの電子供与能はアントラセン系異性体のものより弱いが、強いアクセプタ-のTCNQ,TCNQF_A、DDQと組み合わせることにより高電導性の分子錯体を得ることが出来た。特に、セレン体のTCNQ錯体は加圧成形試料にもかかわらず、その室温電導度は55.5Scm^<-1>ときわめて高電導であり、さらに2500cm^<-1>付近にCT電子吸収をもつことから、その構造は高電導分子錯体の特徴である分離溶積層型であることが結論できた。また、TCNQF_A,DDQを含む錯体は現在までに高い電導性を示すものは知られていないが、今回、得られた錯体の電導度はいずれも高いものであり興味深い。

本研究では新規の高電導性の電荷移動錯体の開発を目指して、周期律表第16族カルコゲン原子を含む新しいタイプの電子供与体および受容体の分子設計を行っている。本年度は電子供与体として有望な新しい複素環化合物の開発に成功した。ピレン、ペリレンなどのペリ縮環芳香環化合物は炭化水素としては比較的低いイオン化電位を持つ、従って、ハロゲンなどと錯形成を行い、最初の有機高電導性化合物を与えたことはよく知られたことである。しかし、これらの炭化水素は電子供与性が低いという欠点があった。一般性のある良好な電子供与体に変身させることが望まれるが、その一つの方法として、骨格内にカルコゲン原子を導入すれば良いと考えられる。すなわち、ピレン、ペリレンと中性あるいは酸化状態で等電子構造をもつ複素環化合物が優秀な電子供与体として働く可能性がある。そこでピレンと等電子構造の標的分子としてナフト[1,8-bc:4,5-b'c']ジチオフェンを設計し、その合成に成功した。また、ペリレンと等電子構造の標的分子として2,3,6,7-テトラチアベンゾ[1,3-cd:4,6-c'd']ジペンタレンを設計し、その合成に成功した。X線構造解析では、これらの化合物は平面であり、歪を結合角に分散している。また、結晶構造はピレン、ペリレンのものと異なり、積層カラム構造を形成しており、電導性分子錯体の成分として好ましいと分かった。実際に電子受容体と高電導性錯体を形成することができると分かった。官能基の導入でさらに良好な電子供与体への修飾が今後の課題である。また、これらの新規複素環化合物は電導性物質のみならず生理活性物質の点からも興味深い。
哺乳類細胞における低温ストレス応答の解析

生物は一般に環境の温度変化に適応する能力をもっている。哺乳類細胞において、熱ショックに対する応答は研究されているが、低温ストレス応答についてはほとんど報告がない。しかし、下等生物では低温ショック蛋白等が報告されており、哺乳類にも類似の応答機構が存在する可能性がある。そこで哺乳類細胞で低温(32°C)で誘導される遺伝子を、分子生物学的方法でできるだけたくさん同定することを試みた。また脳で恒常的に発現の見られるCIRPについては、その機能を解析した。1.ヒト血管内皮細胞株を37°Cと32°Cで培養する。それぞれからRNAを抽出して、プローブとし、DNAチップにより約10,000個の遺伝子発現を比較した。32°Cで発現の冗進している遺伝子について解析中である。2.既報のごとくcDNAサブトラクション法で、32°C特異的に脳低体温療法モデルラットで発現している遺伝子cDNAをクローニング中である。3.マウスrbm3のcDNAをクローニングした。32度で発現が誘導される低温ショック蛋白であった。精巣のセルトリ細胞では恒常的に発現していて、実験的停留精巣では発現が減少した。4.低温ショック蛋白cirp,rbm3その他遺伝子を強制発現させるために、レトロウイルスに組み込んだ。今後、細胞株に発現させて機能を解析する予定である。5.cirpは脳ではでは恒常的に発現しているが発現に日内変動があり、概日リズムに関係している可能性が示唆された。また、低温で発現誘導がかかる機序として、遺伝子のcold responsive elementを同定した。哺乳類雄性生殖細胞の分化は、体細胞分裂を行う精原細胞が精母細胞へと分化して減数分裂し、更にハプロイドの精子細胞が成熟精子へと形態変化をとげる複雑な過程である。本研究では、in vitroで減数分裂の開始及び進行を定量的に解析できるマウス生殖細胞共培地系の開発を試みた。1.HofmannとMillanの樹立した生殖細胞株GC1及びGC2を入手し、32,37,39度、いろいろな酸素濃度、ホルモン添加条件下で培養しフローサイトメトリーによりハプロイド細胞の出現の有無を検討したが、出現は認められなかった。ついでセルトリ細胞株TAMA26との共培地を行ったが同様の結果であった。GC1及びGC2細胞からサブクローンをとって更に検討中である。2.すでに樹立されているセルトル株細胞の単層培養上に、純化したSpermatocyteの重層を試みたが、純化課程で細胞の生存率が低下し減数分裂の観察ができなかった。至適条件を検討中である。6週令雄マウスの生殖細胞にX線照射をして、新しいセルトリ株細胞の単層培養上に継代を繰り返したが、生殖細胞株は得られなかった。なお、新たなセルトリ細胞株は樹立できた。3.GC1,GC2細胞に遺伝子を導入、発現させるのに最適のプロモーター、導入条件を決定した。さらにIn vivo個体で、生殖細胞に発現が見られるか検討中である。
死の恐怖に対する対処方略の包括的理解に向けて：統合モデルの提案と検証

Terror ManagementTheory (TMT)に基づく研究から,人はいつか死ぬという恐怖(存在論的恐怖)に対処するために「死の不安緩衝装置」を持つことが実証されてきた。しかし西洋文化圏と日本で行われた研究では,異なる結果が得られている。また青年期以外を対象とした研究が少ない。これらを踏まえ,本研究では異なる文化圏・発達段階で4つの死の不安緩衝装置の相対的な用いられやすさが異なるというモデルを提案・検証する。これは,文化差を含む過去のTMT研究を現実場面への応用に即して統合しようとする試みであり,具体的な行動予測や他領域(e.g.,臨床領域)への応用も期待できる。
グリオーシス現象の分子基盤-老化,損傷,変性神経の効果的再生を目指して-

本年度はグリオーシスの分子基盤を理解する目的で以下の実験を行った。まずグリオーシス組織に特異的に発現する転写調節因子OASISと神経再生阻害性に働くプロテオグリカン類(NG2プロテオグリカン,Phosphacan,Versicanなど)の神経損傷後の発現パターンを詳細に比較検討した。OASISの発現と反応性アストロサイトのマーカーであるGFAP,TAPAとは非常によく一致し,且つNG2プロテオグリカン,Versicanとの発現に共存関係が認められた。またこれらプロテオグリカンの発現の経時変化とOASISのそれとはよく一致した。このことからOASISと神経再生抑制性プロテオグリカンの間には制御関係があるものと示唆された。次にOASISの転写調節機能をゲルシフトアッセイとルシフェラーゼアッセイを用いて検討した。ゲルシフトアッセイではOASISはCRE配列に特異的に結合することが判明した。これはアミノ酸配列上CREBファミリーに属しているOASISが実際にCREBファミリー蛋白と同様に振舞うことを示している。次に転写活性化能の有無を検討したところ,OASISは全長で転写活性化をすることが明らかとなった。さらにこの転写活性化に必須の領域を絞りこむために種々の欠失ミュータントを用いてルシフェラーゼアッセイを行ったところ,N末端の塩基性アミノ酸が集簇している部分に非常に強い転写活性化ドメインが存在することが判明した。
山田寺を中心とする出土木材の保存法の改良と考古学的建築史学的研究

1.PEG含浸法、真空凍結乾燥法、その他、合成樹脂による硬化方法で処理された木材の試験片を用い、保存環境の湿度を20%から100%にまで変化させた場合の、木材の吸湿能力と寸法の変化を測定した。いわゆる湿度変化に対する緩和能力の測定である。たとえば、関係湿度を30%から70%に変化させた場合の吸湿量(木材試験片に対する重量比)は、0.1%から3.5%の範囲で変化した。これは、保存処理の方法をえらぶことによって、木材の吸湿能力を自在に制御できることを意味する。2.山田寺跡出土部材のうち、柱材をPEG含浸処理したが、構築部材として耐えるようにするためには、さらに、関係湿度変化に対する緩和能力のある物性が必要であると想定した。PEG含浸法と真空凍結乾燥法を併用する形で処理するのがひとつの有力な方法である。しかし、構築部材としての強度に不足するところもあり、これらは強化プラスチックス(FRP)とステンレス製支柱を添えることで補うことにした。今後の問題は、このような処理方法では見かけ上の不自然さが残ることであり、これを解決しなければならない。3.山田寺跡出土の壁土は、自然乾燥させると激しいひび割れが発生し、壁体内部の木舞部分が崩壊する恐れがある。これらは、PEGによる硬化と、真空凍結乾燥したのちにイソシアネート系合成樹脂で硬化する方法で処理した。しかし、前者の方法で処理したものは色調も相応し、処理手順も比較的容易であったが、強度は十分でなかった。後者では、強度を十分に維持でき、復原建物に嵌めこんで展示公開するに耐え得る状態となった。4.唐古遺跡出土の部材については、PEG含浸法と真空凍結乾燥法を使い分けて保存処理を実施した。発掘後、50余年を経過した木材であっても安全に保存処理することが可能であった。
プロトン・水素結合と生体分子の理論化学

本研究課題は、生体分子に代表される高次系と水との間に存在する普遍的な性質を明らかにする目的で研究を進めており、本年度は主にpHなどの生体関連分子の周辺環境の変化が、分子物性や水素結合ネットワークに与える影響を理解するための理論計算を行った。具体的にはPhotoactive Yellow Protein (PYP)発色団附近および、炭酸脱水酵素(CA)の活性中心である亜鉛イオン附近の水素結合網に着目して研究を行って来た。また固液界面近傍の溶媒和構造を記述する新しい統計力学理論を開発した。PYP中にあっては発色団であるp-クマル酸附近のGlu46との間に低障壁水素結合が存在することが最近の実験から示唆されている。また近傍のArg52のプロトン化状態も発色団の電子状態に直接影響を与えるものと考えられる。本研究ではONIOM法を用いて検証し、これらが光吸収には大きく影響しないことを明らかにした。またCAについては、我々が最近開発した統計力学理論(MC-MOZ法)を用いて、活性中心の三次元溶媒和構造を計算した。この方法は、MD法などとは異なり酸・塩基条件を容易に考慮できる利点がある。得られた水素結合構造は水と酸性条件ではほぼ同じであったが、塩基性条件下では水酸化物イオンが亜鉛付近に存在していることが示唆された。実験的に得られている結晶構造とは後者の方がより符合することが分かった。併せて同領域の水分子に対するモンテカルロ計算を行ってネットワーク構造について調べ、その一部が周辺残基に強く結合していることを見いだした。また固液界面近傍の溶媒和構造を記述する新しい積分方程式理論の開発に成功した。この方法では界面に垂直および水平な方向の二つを独立な自由度とし、固体に対する周期境界性を取り入れたpolymer-RISM理論と組み合わせることで固液界面近傍の溶媒和構造を記述できる。格子状に原子が配列した固体近傍の水和構造を計算し、水の位置や配向が適切に記述できることを示した。さらに生体内での基礎的化学過程についてRISM-SCF-SEDD法を用いてその機構を明らかにした。本研究課題は、生体分子に代表される高次系と水との間に存在する普遍的な性質を明らかにする目的で研究を進めており、本年度は主にpHなどの生体関連分子の周辺環境の変化が、分子の光物性に与える影響を理解するための理論計算を行った。具体的には光受容蛋白質イエロープロテイン(PYP)を取り上げ、その発色団であるp-クマル酸について、水素結合ネットワークに着目しながら理論的に調べた。同分子の吸収スペクトル位置はpHによって大きく変化することが知られているが、高精度量子化学計算を用いた結果から、バルクとしてのイオン強度変化よりもプロトン脱着状態の変化が大きな影響を与えていることが明らかとなった。また、吸収スペクトルはフロンティア軌道間の電子遷移でおおよそ説明できることも分かった。さらに実際の蛋白質内部においてはオプシンシフトに加えて、低障壁水素結合の存在も考慮した上で、光吸収の機構に対する包括的な理解が得られつつある。現在学術論文として発表するための取りまとめを行うとともに、Huckel近似を出発点としてスペクトルシフトの機構の本質を簡便に記述する理論モデルの構築を進めている。また、領域内で研究が広く行われている固液界面については、分子動力学法等、比較的限定された計算研究しかない。そこで、界面に対して垂直および水平の二つの方向性成分に着目し、これらに沿った溶媒和構造が記述できる新しい積分方程式理論の開発に成功した。とりわけpolymer-RISM理論との組み合わせによって周期境界系を効率よく取り扱うことが可能となり、今後、界面近傍の溶媒和・水和構造や、そのダイナミックスも視野に入れた応用計算の展開を企図している。また、グラフェンの部分構造に相当するコロネン周辺の溶媒構造についての計算も行い、錯体形成に伴う構造・エネルギー変化を明らかにした。

この方法では界面に垂直および水平な方向の二つを独立な自由度とし、固体に対する周期境界性を取り入れたpolymer-RISM理論と組み合わせることで固液界面近傍の溶媒和構造を記述できる。格子状に原子が配列した固体近傍の水和構造を計算し、水の位置や配向が適切に記述できることを示した。さらに生体内での基礎的化学過程についてRISM-SCF-SEDD法を用いてその機構を明らかにした。