hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
次世代道路交通システムのためのグローカル交通流制御

本年度は,1都市交通流モデルの基礎的な数理モデルの構築,2制御系設計の基礎理論の構築,および,3数値シミュレーションのためのプラットフォームの枠組みの構築を行った。具体的にはつぎのとおりである。1.道路交通システムにおけるミクロからマクロまでの振る舞いの間の相互作用を考慮した数理モデルの構築に向けて,まずは道路交通システムのマクロモデルの構築のための数値シミュレーションによる検討を実行した結果,多次元マクロスコピック基本図を提案した。これまでも通常の車両速度と車両台数の特性を表現する数理モデルである基本図をマクロな状態に拡張したマクロスコピック基本図が提案されていた。しかし,基本図が示す関係性のばらつきが大きく訂正的な傾向を示すものにすぎなかった。本提案では,入力となる要因を多次元化することで,これまであいまいとされてきた台数と車両速度との関係が超平面として表現できることを示した。2.1つの交差点における信号機と車両群の相互作用を考慮した制御問題に着目し,さらに人間による車両と自動運転車が混在する場合でも最適に協調制御する手法を見出した。これにより1つの交差点に関する信号機ー車両間の最適制御の基礎理論を構築した。また,より実用性を考慮するためにアップダウンする状況での車両制御について基礎理論を構築した。3.VISSIMを用いた数値シミュレーションプラットフォームの基礎を構築し,1のマクロ交通流の解析のために利用し,最終的に1で述べたように多次元マクロスコピック基本図という新しい概念を導出することに成功した。課題13について実施したが,課題1に関してマクロな振る舞いをモデル化する上で非常に重要な基本概念を提案することができた。また,課題2についても信号機と車両群の間の協調制御理論の基礎を構築することができた。課題3については数値シミュレーションの構築だけでなく,それを用いたことで課題1の結果がにつながったことが大きいと考えている。課題1については,得られたマクロスコピック基本図が妥当となる状況をより精査するとともに,制御問題への活用を検討する。課題2については,複数交差点の場合への拡張の可能性を検討していく。また,課題3については,自動運転だけではうまくいかないことを示すことができる交通流シミュレータを構築し,課題2の車両間制御の高度化につなげていく。
微細藻類の未解明ハビタット～有光層下部海底の生物多様性解明

亜熱帯(薩南諸島沖)の水深3050mの微細藻類の未解明ハビタットの分類学的研究を実施した。このハビタットから92の培養株を確立し、これらを用いた形態学・分子系統学的研究の結果、13属26種の既知種に加え、20属44種の未記載の分類群(主に渦鞭毛藻類)を確認し、微細藻類の多様性のさらなる解明に貢献した。加えて浅い海域からも86の培養株を確立し同様の研究を実施して比較のためのデータを得た。また本研究で得た培養株を用いて底生性と浮遊性の渦鞭毛藻の光合成色素組成を網羅的に調べたところ底生種のみに見られる色素が数多く存在し、光合成色素組成は生育環境にリンクしているらしいという興味深い結果が示された。亜熱帯のおよそ30120メートル水深の海底の白砂地帯は未記載の底生性微細藻類の宝庫であることを予備調査でつきとめた。本研究は,1)今まで盲点として解明されてこなかったこの微細藻類の未解明ハビタットである有光層下部の海底をターゲットとして分類学的,系統学的な研究を実施し,多様性の実態を解明する,2)新しいハビタットの解明により,微細藻類の多様性の理解を格段に進める,3)それぞれの種の進化的な位置を分子系統学的手法によって調査し,これらの種の起源を探るとともに,既存の分類体系の見直しをおこなう,ことを目的としている。H24年度は薩南諸島沖の水深30-50メートルの海底の砂サンプルを調査対象とした。水深50メートルでも微細藻類は出現したが,30メートルからのサンプルの方が多様性に富んでいた。本調査により,17属37種の培養株を確立し,光学顕微鏡,電子顕微鏡,分子系統学的方法によりそれらの分類学的位置を検討した。現在までに,3種が新属・新種,10種が新種であることが判明し,6種については新分類群の可能性があるため分類学的位置を調査中である(残りは既知種)。調査対象の多くが渦鞭毛藻類であるが,Haramonas sp.(ラフィド藻綱),Amorphochlora sp.(クロララクニオン藻綱)などその他の分類群の微細藻類の新種も発見した。予備調査から予想されたように実際にこのハビタットには高い割合で新分類群が存在することが改めて明らかとなった。中でも新属新種として記載した渦鞭毛藻の1種Bispinodinium angelaceumは1対の内部骨格様繊維構造という既知種には存在しない全く新しい細胞構造(機能は不明)を有する非常にユニークな種であることが明らかとなった。亜熱帯のおよそ3050メートル水深の海底白砂地帯は底生性微細藻類の未解明のハビタットであることから本研究は,1)この有光層下部の海底をターゲットとして分類学的,系統学的な研究を実施し,種多様性の実態を解明し,2)微細藻類の多様性の理解を格段に進め,3)各種の進化的な位置を分子系統学的手法によって調査し,それらの起源を探るとともに,既存の分類体系の見直しをおこなうことを目的としている。H25年度は再び薩南諸島沖の水深30-50メートルの海底の砂サンプルを研究対象とした。比較対象として北海道石狩浜,沖縄本島沿岸各地の浅所サンプルも調査とした。現在までに薩南海域の海底サンプルから51株の培養株を確立し,沖縄沿岸からは37株を確立した。同定した分類群は薩南および沖縄併せて22属47種を含む(含仮同定)。中でも顕著な種多様性を示したのはTestudodiniumとAmphidiniumの両属であった。前者の既知種は3種のみであり,分子系統学的な結果から今回の種のほとんどが新種である可能性が示された。またHG229株(新種)では細胞支柱という新奇の細胞構造を発見した。またTestudodinium類似の新属新種(HG310株)も発見した。Amphidinium属も既知種は20程度で,本研究で調査中のいくつかの種も分子の結果から新種の可能性が示された。HG213株(新種)では新奇の体表鱗片を発見した。さらに石狩浜からAnkistrodinium armigerumを新種記載した。また光合成色素組成の研究ではChl.a分解産物cPPB-aEの存在を光合成藻類で初めて明らかにした。以上のように本年度の成果は種多様性の解明に留まらず,本ハビタットから採集した種において新奇細胞構造や未知の代謝産物などが見つかり生物学的な観点からも興味深い結果が得られた。亜熱帯のおよそ3050m水深の海底白砂地帯は底生性微細藻類の未解明のハビタットであることから,本研究は1)この有光層下部の海底を主なターゲットとして分類学的,系統学的な研究を実施し種多様性の実態を解明し,2)各種の進化的位置を分子系統学的手法によって調査し,それらの起源を探ると共に,既存の分類体系の見直しをおこなうことを目的としている。H26年度は前年度に引き続き薩南諸島沖の水深3060メートルの海底の砂サンプルおよび北海道を中心とする海岸の砂サンプルを研究対象とした。薩南半島の海底サンプルからは新たに渦鞭毛藻(21株),プラシノ藻(4株),ラフィド藻(1株),所属不明(1株)の27種の培養株を確立した。

個別の種に関する注目すべき成果として,Testudodiniumに類似した形態をもつHG345株(新属新種)は系統的には前者と近縁ではなく,単細胞生物における形態の収斂進化の例として興味深い。水深56mから単離したHeterocapsa HG352株は新種であり既知の底生性種とは系統的に異なっていた。このことから浮遊性種から底生性種への進化は属内で複数回生じたと結論した。北海道の海岸などから採集した2種は従属栄養性ながら盗葉緑体性渦鞭毛藻と近縁であり,一方は盗葉緑体獲得前の系統,もう一方は二次的に盗葉緑体を失った種であった。前者を新属新種Pellucidodiniumpsammophilum,後者を新種Nusuttodinium desymbiontumとして記載した。この他にAmphidiniumでも新種の存在を確認している。砂地性と浮遊性渦鞭毛藻の光合成色素組成をHPLCによって網羅的に比較したところ砂地性種にのみ多様な未同定のカロテノイドが存在することをつきとめた。このことから砂地性という生活形態が色素合成系に何らかの影響を及ぼしている可能性が示唆された。本研究は,亜熱帯の有光層下部の海底を主なターゲット生息地として分類学的,系統学的な研究を実施し種多様性の実態を解明し,進化的位置を分子系統学的手法によって調査し,既存の分類体系の見直すことを目的としている。H27年度は前年度に引き続き薩南諸島沖の水深3060メートルの海底の砂サンプルおよび比較対象として沖縄および関東地方沿岸のサンプルから得た底生性種を研究対象とした。薩南諸島沖の海底サンプルからは新たに渦鞭毛藻14株の培養株を,沖縄からは渦鞭毛藻16株の培養株,関東地方からは28株の培養株を確立した。注目すべき成果の一つとして,底生性渦鞭毛藻の代表的属Amphidiniumに関する分類学的研究が挙げられる。本研究で確立した培養株32株を用いて分子系統学的・形態学的研究を実施した。結果,Amphidinium属には初期に分岐した大型のグループとその後に分岐する小型のグループが存在することが明らかとなった。前者は形態も独特で,加えて様々な形態の体表鱗片を形成することが明らかとなり,属内の種の進化過程とともに形質進化の詳細を明らかにした。しかもこれらのうち少なくとも5種は新種である。また上記以外の分類群で薩南沖から今年度確立した株のうち,群体性ギムノディニウム様など新種は5種見つかった。これにより,海底微細藻類フロラの多様性の実体がさらに明らかとなった。一方,沖縄地方と関東地方からはタイドプール性底生種を中心に採集し,確立した株すべてについて分子系統解析を実施した。これによりBysmatrum gregariumと認識されていた種の中に少なくとも3種の隠蔽種が存在することを明らかにした。一方,同様のハビタットに生息するScrippsiella hexapraecingulaはそのような遺伝的変異が見られないことも明らかにしたが,この違いの原因については今後の課題である。亜熱帯(薩南諸島沖)の水深3050mの微細藻類の未解明ハビタットの分類学的研究を実施した。このハビタットから92の培養株を確立し、これらを用いた形態学・分子系統学的研究の結果、13属26種の既知種に加え、20属44種の未記載の分類群(主に渦鞭毛藻類)を確認し、微細藻類の多様性のさらなる解明に貢献した。加えて浅い海域からも86の培養株を確立し同様の研究を実施して比較のためのデータを得た。また本研究で得た培養株を用いて底生性と浮遊性の渦鞭毛藻の光合成色素組成を網羅的に調べたところ底生種のみに見られる色素が数多く存在し、光合成色素組成は生育環境にリンクしているらしいという興味深い結果が示された。
産業の都心回帰傾向を誘発する「アーバニティ資本」概念の実体化と指標開発

産業立地の都心回帰メカニズムを、都市特有の多様なアメニティが相互に強化しあいながら有機的に構成する「アーバニティ資本(Urbanity Capital)」と呼ばれる社会共通資本概念に基づいて検証することを目標として研究を進めた。具体的には、以下の3項目を実施した。1)研究の端緒として、関連する理論の国内外の潮流を文献のレビューを通して整理するとともに、小規模な言語連想実験を実施した。その結果を分析することで、「都会性(Urbanity)」の主要な評価軸を把握した。2)大都市の感性的特質が創造産業を誘引している事例として、東京都渋谷区「裏原宿地区」におけるアパレルデザイン産業の集積に着目し、事業者に対するヒアリング調査などを通して、事業者間の知識交流の実態を把握した。そのうえで、産業活動における知識交流の分析に「行為」「空間」「場所」からなる理論枠組みを導入することによって、創造産業の集積形成メカニズムを分析した。その結果、「行為」の4モードと「空間」の5モードを抽出するとともに、それらの組み合わせによる「場所」の存在が、創造産業の活動を下支えしていることなどを明らかにした。3)産業立地の都心回帰が生じている海外事例として、ボストン大都市圏における創造産業の立地変容に着目して、政府統計データと現地調査によって、その実態把握を行った。その結果、ボストン大都市圏では、ICTを中心としたテック系企業が、郊外オフィスパークから都心部へと移転する傾向がみられ、そのことが都心周縁部の再開発を加速させていること、官民の主体によるイノベーションハブ整備などの都市政策がこうした潮流を後押ししていることなどが明らかになった。概ね当初の計画にそって研究を進めており、「都会性」の評価軸、創造産業の活動を下支えする「場所」、産業の都心回帰をめぐる海外事例の分析などに関して、順調に成果が出ている。東京都におけるアパレルデザイン産業の集積メカニズムについては、事業者に対するヒアリング調査を継続してサンプル数を充実し、分析を深掘する。そのうえで、国外のアパレルデザイン産業集積実態(ニューヨーク市ほか)とその要因についての文献調査を実施し既存の知見を整理して、東京の事例特性を相対化し、その特性を把握する。加えて、東京都心部における創造産業の集積形成実態について、ICTを含む多様な業種・業態を対象として、会社経営情報の個票データを収集し、GISデータベース上に格納する。そして、業種・業態ごとの集積形成傾向を比較分析し、近年の集積変容について詳細に検討する。特に、微細な業種・業態区分による小型集積地の台頭に着目して分析を進める。さらに、ボストン大都市圏をはじめとする、海外諸都市における創造産業の立地変容については、主に政府レポートを中心とした文献調査と、郵便番号区単位の事業所統計データを用いたGISによる空間解析を通して把握する。そのうえで、東京都心部における近年の創造産業集積の変容傾向の特性を相対化し、その特性を把握する。

全体的に、可能な限り合理的費用での調達につとめた結果、次年度使用額が生じた。特に、海外書籍を中心として資料収集に一定の費用がかかることを想定していたが、海外調査出張時に現地大学の図書館等において十分な資料が確保できたことが、次年度使用額が生じた主な要因である。次年度使用額については、文献調査を充実することと、企業データのサンプル数を充実することに使用する。
山間急傾斜地水田の畦畔法面における除草作業の実態と安全な作業のための区画配置

急傾斜地水田の圃場整備で形成される畦畔法面は,広大なものが多く,そこでの除草作業の遂行に支障を生じている。本研究では,畦畔法面の形状や除草作業の実態を検討し、除草作業の安全性と効率のための小段を設置した畦畔法面の必要性を示し,その形状・配置を提案した。また除草作業を軽減する圃場整備計画をたて,その条件を明らかにした。その結果は以下のとおりである。(1)畦畔法面の除草が苦痛を伴うため,農家は各種の労働軽減策を講じているが,それでも除草を行わない農家も出現していること。(2)畦畔法面では,除草方式や除草個所によって身体的負担が異なる。法先部では労働強度の大きい刈上げ方式が選択されるため,身体的負担は大きい。負担の大きい法先部や法面での負担軽減対策が求められている,ことを示した。(3)急傾斜地での安全対策は遅れがちであるが、農家による法面上への足場の設置等の対策が一部で行われている。(4)作業事故の減少と身体的負担の軽減のためには,畦畔法面の緩勾配化よりも小段の設置が重要である。そのための減歩を生じない小段の設置を提案し,法面中段と法先部分への小段の配置・形状を示した。(5)圃場整備の中に除草作業の軽減をするための方策を導入するための技術的条件と,計画的条件を明らかにした。この条件に基づいて山間急傾斜地域で圃場整備計画を樹立し,農家から好評を得た。1.急傾斜地水田でのアンケートや聞き取り調査によって農家の除草作業の特徴を明確にした。(1)現在の除草作業では労働を軽減させることが先行し,安全性に対する配慮が欠けていること。(2)除草労働を軽減するための工夫は,農家個別に行われ集団的対応となっていないこと。農家の労働軽減策は,除草回数を減少し,切れ味の良い刈刃を使用する傾向にあり,危険を増大させている。(3)畦畔法面の除草方法は,畦畔天端で水平刈り、法面での刈下げ,法先部での刈上げの3種の方式が採られていること。2.高さや形状の異なる畦畔法面での除草作業の身体的負担の検討の結果,以下のことが明らかになった。(1)畦畔法面の法先部での刈上げ方式は,作業自体の労働強度が大きく,作業場所の足場の悪さも影響し,安全確保を阻害していること。(2)刈刃を変えることにより身体的負担は軽減できるが,どの方法でも法先部の負担増は排除できないこと。3.除草作業の労力を軽減し,効率性と安全性を高める畦畔法面の形状として,以下の結果を得た。(1)除草作業のためには,法面への小段の設置が必要で,設置場所として,(1)刈上げ方式をとる法先部での除草方式の改善と足場の確保のための小段,(2)刈下げ方式を行う法面中段の足場の確保のための小段が必要で,特に(1)が重要である。(2)小段の設置に当たって減歩を伴わない形状を提案した。平成4年度は農家の除草作業の実態調査や身体的負担の検討を行い,除草作業の安全性を考慮した畦畔法面形状の提案を行った。本年度は以下の諸点を明らかにした。(1)前年度に続き,法先及び法面上に小段を設置した場合の除草作業の身体的負担を検討した結果,小段設置の効果が確認できた。(2)傾斜1/20以上の急傾斜地

水田で,除草作業を考慮した圃場整備計画を樹立するための,技術的条件と計画的条件を検討した。(3)技術的条件として,i)除草面積を縮小する工法として等高線型区画の採用と用・排水路のパイプライン化,ii)除草作業に適した畦畔法面として法先及び法面上への小段の設置,の必要性を明らかにした。(4)技術的条件を圃場整備に導入する計画的条件として,i)維持管理に適した技術導入の必要性に対する農家の理解,ii)複雑な設計を可能にする設計支援システムの必要性,iii)(3)の技術を採用した計画のわかりやすい表示方法として,パソコンを利用した数値地形モデルの必要性等を明らかにした。(5)長野県長谷村の山間急傾斜地水田で,(3)及び(4)の技術的条件と計画的条件を満たす圃場整備計画を樹立し,農家へ提示した。その結果,計画手法及び計画について農家から好評を得て,技術的条件と計画的条件の有効性を確認した。
定量的分析と物語手法を融合した、社会-生態システムの将来シナリオ共有手法の構築

本研究は、人間社会と自然生態系の持続可能な関係構築への寄与を目指し、「社会と生態系の関係に関する、科学的なデータに基づく不確実な将来像は、どんな形や手法で提示・共有されれば、意思決定者によく理解されその意思決定に寄与できるのか」という問いに解を与える。本研究は、日本全国レベルの複数の社会-生態系シナリオを対象に、各シナリオにおける将来的な暮らしの変容の定量的シミュレーションと物語型コミュニケーションの適用による将来シナリオ共有手法の実践的構築を目的とする。本研究の独創性は、定量的な分析と物語型のコミュニケーションを学際的に融合させ、エビデンスベースで科学と社会の架橋と対話を実現する点である。
多結晶金属の弾塑性変形に伴う表面あれとそのフラクタル解析による三次元的評価

多結晶金属の自由表面あれに関して,塑性変形の初期における表面あれ発生形状,および変形の進行に伴うその形状変化を,負荷状態下で高精度に三次元測定することを目的として,表面形状測定顕微鏡上で単軸引張が可能な小型試験装置を設計試作した.また同時に,得られた三次元形状を表面形状測定顕微鏡からリアルタイムに離散データ化してコンピュータへ送り,形状解析処理するためのシステムを構築した.このシステムを用いて,単軸引張に伴う多結晶純アルミニウムの初期表面形状の測定を行っているところである.現在,結晶粒単位の不均質性と初期表面あれ形状の関係について調べているが,試験片移動および測定精度に起因する誤差の影響等に関して解決すべき課題が残されている.一方,三次元表面あれ形状の定量的評価に対するフラクタル解析手法の適用に関して,結晶粒単位の変形と,それに伴う多結晶体の不均質性に起因した表面あれ挙動を評価する目的に最適なフラクタルアルゴリズムの検討を行った.その結果として,中点変位法の一種である逐次ランダム加算法に結晶粒径の不均一性を組み込んだ新しいアルゴリズムを選択した.任意のフラクタル次元を有する表面あれに関して,このアルゴリズムによるシミュレーションモデルと単軸変形下における純鉄の表面あれ形状とを比較検討したところ,形状の分布に関しては差があるものの,表面粗さパラメータおよびスペクトル分布には類似性が認められ,このアルゴリズムの妥当性が確認された.多結晶金属の自由表面あれに関して,塑性変形の初期における表面あれ発生形状,および変形の進行に伴うその形状変化を,負荷状態下で高精度に三次元測定することを目的として,表面形状測定顕微鏡上で単軸引張が可能な小型試験装置を設計試作した.また同時に,得られた三次元形状を表面形状測定顕微鏡からリアルタイムに離散データ化してコンピュータへ送り,形状解析処理するためのシステムを構築した.このシステムを用いて,単軸引張に伴う多結晶純アルミニウムの初期表面形状の測定を行っているところである.現在,結晶粒単位の不均質性と初期表面あれ形状の関係について調べているが,試験片移動および測定精度に起因する誤差の影響等に関して解決すべき課題が残されている.一方,三次元表面あれ形状の定量的評価に対するフラクタル解析手法の適用に関して,結晶粒単位の変形と,それに伴う多結晶体の不均質性に起因した表面あれ挙動を評価する目的に最適なフラクタルアルゴリズムの検討を行った.その結果として,中点変位法の一種である逐次ランダム加算法に結晶粒径の不均一性を組み込んだ新しいアルゴリズムを選択した.任意のフラクタル次元を有する表面あれに関して,このアルゴリズムによるシミュレーションモデルと単軸変形下における純鉄の表面あれ形状とを比較検討したところ,形状の分布に関しては差があるものの,表面粗さパラメータおよびスペクトル分布には類似性が認められ,このアルゴリズムの妥当性が確認された.
在宅での運動機能改善訓練と自立機能向上が可能な車いす型統合支援システムの開発

本研究課題の実現に向けて,主に下肢不全麻痺・完全麻痺を有する車いす使用者に適用可能な車いす型統合支援システムの研究開発を行った.車いす使用者の立ち座り動作を日常的に支援し,下肢不全麻痺者の運動機能改善と下肢完全麻痺者の高さ方向の生活範囲の拡張が可能な立ち座り型サイバニックシステムを研究開発した.本システムの特徴は、これまで開発してきた床据え置き型のサイバニックシステムと同様に,装置やセンサの身体への装着の手間が少なく,使用者とシステムの情報的・物理的なインタラクションを通じて,使用者の動作意思に従った動作実現を可能にしている.開発した立ち座り型サイバニックシステムを用いることで,下肢機能障害を有する車いす使用者が立ち座り動作を自立的に実行可能であることを確認するために,片麻痺者・両下肢麻痺者・下肢完全麻痺者に対する実証試験を行った.片麻痺者と両下肢麻痺者には立ち座り動作の学習を適用し,下肢完全麻痺者には普段の車いすでは届くことができない高所のものを取り上げる試験を実施した.また各対象者が単独または専門家による助言や物理的な補助がない状態で立ち座り動作を実行するために必要な項目を列挙し,全ての項目が実行可能であるかどうかを確認した.試験結果より,片麻痺者・両下肢麻痺者ともに単独で立ち座り動作の学習の実行および自身の立ち座り動作の評価,学習難易度の調節が可能であることを確認した.この試験で達成した自立した立ち座り動作の実行は,車いす使用者の日常的な立ち座り動作を可能にし,さらなる運動機能の改善と自立生活機能の向上が期待される。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
ランタノイド金属イオン錯体の論理的分子設計による生体内可視化プローブの開発

本研究において、ランタノイド金属イオン錯体の持つ優れた化学的特性を生命科学研究に応用することを目的に、低酸素環境や動脈硬化といった病態の可視化を目指した(1) MRIプローブおよび(2)蛍光プローブといった2つのモダリティに対応した可視化プローブを論理的分子設計によって開発することを行った。これまでに、低酸素環境を認識してMRIシグナルが変化する機能性MRI造影剤や動脈硬化巣に集積・可視化するMRIプローブの開発、さらには、各種蛍光プローブなどの開発にも成功している。生体内における異常な低酸素状態はがんをはじめとする様々な疾患に関与し、一方、動脈硬化の早期発見は極めて重要である。本研究では、ランタノイド金属イオン錯体の持つ通常の有機小分子にはない優れた化学的特性を基礎生命科学研究に応用することを目的に、「低酸素環境」の可視化を目指した(1)MRIプローブおよび(2)長寿命蛍光プローブの2つのモダリティーに対応した可視化プローブの開発を論理的分子設計によって行う。平成24年度は特に、MRI(magnetic resonance imaging)に着目して、低酸素環境を検出するMRIプローブの開発を重点的に行った。MRIは、生体の深部に渡る断層画像を非侵襲的に、かつ高分解能で撮影できるため、臨床医療において様々な診断に汎用されている。MRI画像をより鮮明にするMRI造影剤として、主にGd^<3+>錯体が用いられており、さらに近年ではこのGd^<3+>錯体に機能を付加し、特定の病態や生体分子を可視化する試みが盛んに行われている。具体的には、配位子に組み込まれたフェニルスルホンアミド基の水素原子のpK_aの変化によりランタノイド金属イオンへの水分子の配位数を変化させることを試みた。具体的には、まず、このフェニル基上にニトロ基を含むランタノイド金属イオン錯体を生体内還元酵素を豊富に含むラット肝ミクロソームを用いて低酸素環境下で還元し、アミノ基へと還元されることを確認した。同時に、フェニル基上の置換基を最適化することで、ニトロ体およびアミノ体のフェニルスルホンアミド基のpK_aを調整し、低酸素環境下で各種還元酵素によってニトロ基がアミノ基へと還元されることによって、ガドリニウムイオン(Gd^<3+>)への水分子の配位数を大きく変化させ、それによって、MRIシグナルの大きな変化を起こすことに成功した。また研究の遂行にあたり、化学・薬学・医学系の関連学会に参加し、分子設計と有機合成法、生物応用に関する資料収集も行った。本研究では、ランタノイド金属イオン錯体の持つ通常の有機小分子にはない優れた化学的特性を基礎生命科学研究に応用することを目的に、「低酸素環境」の可視化を目指した(1)MRIプローブおよび(2)長寿命蛍光プローブの2つのモダリティーに対応した可視化プローブの開発を論理的分子設計によって行うことを目的としている。平成25年度は平成24年度に引き続き、特にMRI(magnetic resonance imaging)に着目して、低酸素環境を検出するMRIプローブの開発を重点的に行った。詳細は以下の通りである。平成24年度において開発したランタノイド金属イオン錯体は、MRIプローブとして低酸素環境下において選択的に大きなMRIシグナルの上昇を示すことに成功したが、平成25年度は更に分子構造の改変を行うことで低酸素環境下で更にシグナル変化を大きくすることに成功した。分子設計としては、ランタノイド金属イオンの配位子に組み込まれたフェニルスルホンアミド基のpKaの違いにより、ランタノイド金属イオンへの水分子の配位数を変化させ、MRIシグナルを変化させた。平成25年度は、このフェニル基上の置換基を最適化することで、フェニルスルホンアミド基の水素原子のpKaを調整し、低酸素環境に対してシグナル変化を大きくすることに成功した。また、このようなMRIプローブを開発できれば、その中心金属イオンをガドリニウムイオンからテルビウムイオンやユウロピウムイオンへと置換することで、蛍光プローブの開発にも繋がると考えている。さらに研究の遂行にあたり、化学・薬学・医学系の関連学会に参加し、分子設計と有機合成法、生物応用に関する資料収集も行った。一方、平成25年度は低酸素環境のみならず、重要な疾患の一つである動脈硬化にも着目し、さらに、そのMRIプローブの開発にも着手した。平成24年度および平成25年度、平成26年度の研究からガドリニウムイオン錯体を基礎とした、低酸素環境下において選択的に大きなMRIシグナルの上昇を示すMRI造影剤の開発(Bioorg. Med. Chem. 22, 2798-2802 (2012))および、動脈硬化巣をMRIと蛍光の両方によって検出するMRI-蛍光デュアルイメージングプローブの開発(Org. Biomol. Chem.,12, 8611-8618 (2014))に成功した。低酸素環境を検出するMRIプローブの開発に関しては、当初の計画通り、フェニルスルホンアミド基のpKaの変化を利用した低酸素環境を検出するMRIプローブの開発には成功したものの、動物個体への応用においては更なるアイディアが必要とされた。そこで平成26年度は、アザキノンメチド骨格およびニトロイミダゾール骨格を用いることで、低酸素環境領域において、芳香族ニトロ基の還元反応によってMRIプローブの反応性が高まり、結果として、低酸素領域に存在するタンパク質に非特異的に結合し体内動態を制御できる新たな分子デザインを行った。しかしながら、何れの骨格もMRIシグナルの変化の大きさや、タンパク質への結合反応の速度から更なるアイディアが必要であった。

一方、動脈硬化巣を検出するMRIプローブにおいては、MRIの感度の低さという欠点を克服するため、効率良く病巣へとプローブを集積させるという分子設計戦略によって、実用的なMRI造影剤の分子設計法を提案することに成功した。また、動脈硬化巣へのターゲティング部位として蛍光色素骨格を用いることで、生きた動物における蛍光内視鏡でのin vivo蛍光観察にも成功した。このように、当初の目的であった、実用的なMRI-蛍光イメージングプローブの論理的設計法の確立に成功している。平成24年度および平成25年度、平成26年度の研究からガドリニウムイオン錯体を基礎とした、低酸素環境下において選択的に大きなMRIシグナルの上昇を示すMRI造影剤の開発(Bioorg. Med. Chem. Lett. 22, 2798-2802 (2012))および、動脈硬化巣をMRIと蛍光の両方によって検出するMRI-蛍光デュアルイメージングプローブの開発(Org. Biomol. Chem. 12, 8611-8618 (2014))に成功した。これら開発したプローブは、機能性ランタノイド金属イオン錯体の開発の研究分野を大きく進展させる成果であると考えている。本平成27年度においては、これまでに得られたプローブ開発の知見を活かすことで、バイオイメージング研究の更なる進展を目指し、動物個体内での低酸素環境を検出する蛍光プローブの開発・応用および、低酸素環境と同様に生体内の還元的なストレスである硫化水素などの活性イオウ分子を検出する蛍光プローブの開発・応用を行った。低酸素プローブとしては、これまでに開発に成功しているプローブ(Angew. Chem. Int. Ed. 52, 13028-13032 (2013))の更なる改良および応用を、硫化水素プローブとしても、これまでに開発に成功しているプローブ(J. Am. Chem. Soc. 133, 18003-18005 (2011))の更なる改良および応用を行い、これらプローブの開発・応用研究を更に進展させることに成功した。本研究において、ランタノイド金属イオン錯体の持つ優れた化学的特性を生命科学研究に応用することを目的に、低酸素環境や動脈硬化といった病態の可視化を目指した(1) MRIプローブおよび(2)蛍光プローブといった2つのモダリティに対応した可視化プローブを論理的分子設計によって開発することを行った。これまでに、低酸素環境を認識してMRIシグナルが変化する機能性MRI造影剤や動脈硬化巣に集積・可視化するMRIプローブの開発、さらには、各種蛍光プローブなどの開発にも成功している。生体内における異常な低酸素状態はがんをはじめとする様々な疾患に関与し、一方、動脈硬化の早期発見は極めて重要である。平成26年度の研究からガドリニウムイオン錯体を基礎とした、動脈硬化巣をMRIと蛍光の両方によって検出するMRI-蛍光デュアルイメージングプローブの開発(Org. Biomol. Chem.,12, 8611-8618 (2014))に成功した。本研究では、動脈硬化巣を検出するMRIプローブの開発においてMRIの感度の低さという欠点を克服するため、効率良く病巣へとプローブを集積させるという分子設計戦略によって、実用的なMRI造影剤の分子設計法を提案することに成功した。
看護におけるフィジカルアセスメントの重点内容を押さえた新しい教育方法の開発と評価

教員対象の調査により、フィジカルアセスメントで教育すべき学習項目としては、全身のフィジカルイグザミネーション技術項目60項目のすべてが「必要あり」とされた。しかしながら、その学習到達目標レベルは、知識レベルのみでよいものからある程度の技術の習得が求められるものまで差が認められた。この結果をもとに、知識レベルのみの項目は講義、技術の習得を目指すものは演習を取り入れた教育プログラムを作成、展開、評価した。その結果、演習を取り入れた学習項目の方が学生の知識技術の習得度が高かった。今年度は、研究1.教員からみたフィジカルアセスメント教育における重点内容の調査について行った。〈調査方法〉全国の看護系大学124校に調査用紙を配布し、64校(51.6%)から回答があり、うちフィジカルアセスメントの授業を開講している47大学の48名の教員から研究協力への同意が得られた。1)第一段階:調査用紙の開発;研究者がフィジカルアセスメントに関する教科書を参考に、調査用紙のたたき台を作成し、それをもとにフィジカルアセスメント教育に関する3名からなる専門家パネルを実施し、そこでの意見を整理、統合して調査用紙を改訂した。2)コンセンサスを得るための第1回目、第2回目調査(第2、3段階):各フィジカルアセスメント技術内容の同意の有無、到達目標で同意するレベルについて48名の教員の調査用紙を配布。そのうち33名から回答が得られた。その結果を分析し、再度48名にこの結果を記載した調査用紙を送付し、あらためて各項目の同意の有無、到達目標で同意するレベルについて質問した。〈調査結果〉身体系統別11カテゴリ、59項目で調査した結果、各系統でかなりの到達レベルの差が認められた。たとえば、呼吸器系のアセスメントは、ほとんどの項目で「知識がありかなりの援助があれば実施できる」のレベル2、眼底鏡、耳鏡を用いたアセスメントは「知識があるが実施できない」のレベル1、となった。この結果を生かし、来年度は実際のフィジカルアセスメントに関する教育カリキュラムを開発することと、臨床現場でのニーズを知るための調査を実施する予定である。今年度は、昨年度行った研究1.教員からみたフィジカルアセスメント教育における重点内容の調査結果をもとに、実際の基礎看護学レベルにおけるフィジカルアセスメントに関する教育プログラムの作成・実施・評価を行った。<方法>1)対象は、B大学のフィジカルアセスメントに関する科目の受講者、女性51人、男性6人の計57人であった。2)教育プログラムの作成研究1の結果、全ての学習項目が「教育の必要あり」とされた。したがって、基礎看護学レベルで教育するべき学習項目は、1)頭部・顔面・頸部、2)目耳鼻口3)胸部・肺、4)心臓・循環系、5)腹部・消化器系、6)筋骨格、神経系、7)乳房、8)生殖器、9)肛門の9身体系統、60の技術項目となった。教育方法は研究1の結果から得られた到達目標に応じ、到達目標が知識レベルとされた学習項目は講義のみとし、ある程度の技術の習得レベルまで求められる項目は、講義のあと演習を組みこんだ。その結果、胸部・肺、心臓・循環系、腹部・消化器系、筋骨格・神経系の4身体系統については、ある程度の技術の習得が求められるという結果から講義と演習を行い、残りの頭部・顔面・頸部、目耳鼻口、乳房・生殖器、肛門、の3身体系統は到達目標が知識レベルという結果から、講義のみとした。3)プログラム実用可能性の評価方法科目終了時の学生の知識の習得度、技術の習得度が設定した学習目標と乖離していないかという点で評価した。知識の習得度は講義終了後のミニテスト・最終筆記試験、技術の習得度は、演習時の担当教員により評価を得た。
レム睡眠時咀嚼様顎運動発生機構の探索

ヒトや実験動物のレム睡眠中にリズムをもつ顎の運動が生じる機構はわかっていない。本研究では、大脳皮質と咀嚼リズム発生に関わる脳領域への連絡を調べ、その連絡路である皮質下行路をレム睡眠中の実験動物で連続電気刺激すると、覚醒やノンレム睡眠と比較して強い強度の刺激であれば開口筋群にリズム性活動を誘発できることがわかった。したがって、レム睡眠中に咀嚼リズム発生機構を駆動させることができ、大脳皮質からの興奮性入力が一定以上の強度になり、運動ニューロンに対する抑制を凌駕する状態になれば、リズム性顎筋活動を発生しうる可能性が示唆された。レム睡眠中にリズムを有する顎運動が発生する睡眠関連疾患は複数ある。また、げっ歯類などの実験動物では、レム睡眠中に顎筋のtwitchがリズム性の活動を示すことを報告した。しかし、レム睡眠中に顎筋がリズミカルに活動(Rhythmic jaw muscle activity: RJMA)する中枢神経機構は未解明である。H25年度は、これまで我々が開発してきたモデル動物を用いて、ノンレム睡眠中に錐体路を連続電気刺激して、レム睡眠中にRJMAを誘発することを試みた。その結果、安静覚醒やノンレム睡眠でRJMAをほぼ100%誘発できる刺激強度をレム睡眠で用いても、安静覚醒やノンレム睡眠のような顎筋活動を誘発することはできなかった。しかし、刺激中に、単一の刺激パルスに対する短潜時応答を認めることがあった。また、電気刺激を与えるとRJMAを誘発できる大脳皮質運動野や感覚野の複数の領域に順行性トレーサーを注入して、刺激を加えている錘体路を通過する神経線維の投射先を調べたところ、一部の領域からレム睡眠の調節に関与する中枢神経領域付近への投射を認めた。以上の結果から、レム睡眠のRJMA発生に大脳皮質が関与する可能性が示唆された。レム睡眠中に顎筋のtwitchがリズム性の活動を示すことが、げっ歯類やヒトで報告されている。レム睡眠中に顎筋がリズミカルに活動(Rhythmic jaw muscle activity: RJMA)する中枢神経機構を神経生理学的に調べた。H26年度は、H25年度に引き続き、自由行動下で錐体路を連続電気刺激するモデル動物を用いレム睡眠中にRJMAを誘発できた。その結果、安静覚醒やノンレム睡眠でRJMAsをほぼ100%誘発できる刺激強度では、レム睡眠中にRJMAsを誘発できなかったが、刺激強度を大幅に増加させると誘発できた。また、レム睡眠で誘発できたRJMAsは、刺激中に出現する開口筋のみの応答で、安静覚醒やノンレム睡眠のように刺激終了付近で開始する閉口筋活動を認めなかった。ノンレム睡眠とレム睡眠における誘発RJMAsの差は、刺激後に生じる短時間の覚醒応答の有無による可能性が示唆された。一方、開口筋が連続電気刺激の単一の刺激パルスに対する短潜時応答を示す点は共通していた。また、錘体路には電気刺激を与えるとRJMAsを誘発できる大脳皮質運動野や感覚野から皮質下部位への行性線維を含むため、大脳皮質の複数の領域に順行性トレーサーを注入して、投射領域を調べた。その結果、間脳、中脳、橋、延髄への投射様式に差があったが、三叉神経前運動ニューロンが存在する部位に投射していた。また、投射領域には、レム睡眠の調節に関与する部位もわずかに認めたが、顎運動調節に関わる部位が主要であった(論文投稿、修正中)。以上の結果から、レム睡眠において、一定強度以上の興奮性入力によって咀嚼リズム発生機構の賦活と、RJMAsが発生すること、そして興奮性入力を発生させる脳部位の一候補として大脳皮質が関与する可能性が示唆された。口腔解剖学自然レム睡眠中の実験動物の錘体路刺激に対する、レム睡眠中の開閉口筋活動の応答様式についてのデータが得られ、さらに一部リズム性の活動を誘発できる条件がある可能性がわかり、さらにこの応答に関与すると思われる大脳皮質からの下行投射のデータも得られたため。H25年度同様に、自然レム睡眠において、中枢神経系の電気刺激によってRJMAsを誘発して応答特性を調べると同時に、末梢神経刺激を用いて開口反射や咬筋たんシナプス反射による開閉口筋の応答特性を調べる。そのうえで、末梢入力に関わる神経回路と、中枢神経からの出力に応答する神経回路の興奮性の違いを調べる。また、神経トレーサの注入実験によって、上位中枢と運動ニューロン周辺の中枢神経回路と連絡を調べて、レム睡眠でRJMAsの制御に関与する神経網を調べる。年度末に予定していた実験を、新年度に持ち越して実施することにしたため。実験動物、消耗品の購入。
グループI自己スプライシングイントロンの進化と水平伝播

1クロレラ自己スプライシング影響因子(in vitro)の検出:Chlorella ellipsoidea IAM C-87株の核rRNA遺伝子に見いだされた二つのグループI自己スプライシングイントロンCeSとCeLをin vivoで制御する因子の検証を行った。両イントロンを大腸菌に導入し、βガラクトシダーゼ活性発現を指標として、そのスプライシングを調べた結果、CeSの高活性とは対比的にCeLはスプライシングを示さなかった。つまり、CeLにはtransに働く特異的因子が必要であり、大腸菌にはこれが欠落していることがわかった。RNA酵素-RNA・タンパク質酵素-タンパク質酵素への酵素進化の道を分子レベルで究明する上で、クロレライントロン系は貴重な情報を提供すると思える。2クロレラウイルスイントロンの進化と水平伝播:前年度までに見いだした二種のイントロン(CvU1,CvB11)に加えて、他に六種のウイルスイントロンを検出し、うち一つ(CvH1)の全構造を決定した。CvH1はCvU1とは異なり、CvB11と99%以上の相同性を示し、ここに二系列のウイルスイントロンが示唆された。さらに、ウイルスイントロンの移動を以下の二つの方法で調べた。(i)40-60世代後のCVU1プラークをランダムに抽出し、イントロン-イクソン構造を解析した。(ii)含イントロンウイルス(CVU1)と無イントロンウイルス(CVK1)を混合感染させ、出現プラークにおけるイントロンの移動を調べた。この結果、ウイルス間でのイントロンの移動が実験的に確認できた。これより、ウイルスを仲介因子としてのグループIイントロンの生物界間(interkingdom)水平移動の考え方に実験的証拠が得られた。以上、平成7年度の成果の一部は、一報の論文、二報の総説に発表した。特に、本研究からの「ウイルス仲介イントロン移動説」は「化学と生物」12月号(1995)に提唱した。(1)クロレラSSUrRNAイントロン関係:クロレラSSUイントロンはP5a,b,c部位が異常に大きく,グループIB型ハンマーヘッド構造をとれないことを明らかにした。これが原因で自己スプライシング反応が塩感受性となっている。これを相補する因子の存在を大腸菌内に見いだした。現在,実体を解析中である。テトラヒメナイントロンのP5a,b,c欠損変異体えはtRNA(Tyr)合成酵素タンパク質がこの補助作用をもっている。クロレラSSUrRNAイントロンのP5部位に特異的変異を導入した構造変異体の準備中に,大腸菌内でSSUイントロン特異的にスプライス反応を活性化する因子の存在を見いだした。この因子の特定の方が重要と判断し方向を切り換えた。この因子はレポーター遺伝子(Bガラクトシダーゼ)を用いて分画中である(小型冷却遠心機備品)。(2)クロレラウイルスイントロン関係:藻類・原生動物・酵母などの計21種類のグループIB型イントロンの1次・2次構造情報を集積し、クロレラウイルスイントロンの情報プールと比較した(コンピューター備品)。Clustal Vプログラムによる系統解析の結果,これらイントロン間の強い相関性が明かとなり,ウイルスを介してのイントロンの移動が示唆された。クロレラウイルスイントロンについては論文発表後、何人かの内外一線級の研究者からの問い合わせがあり,ますます競争が激しくなると思われる。in vivoでのイントロン水平移動の明確な証明を急ぐ必要がある。

以上,平成6年度の成果の一部は4報の論文に発表した。(1)クロレラ自己スプライシング影響因子(in vitro)の検出:Chlorella ellipsoidea IAM C-87株の核rRNA遺伝子に見いだされた二つのグループI自己スプライシングイントロンCeSとCeLをin vivoで制御する因子の検証を行った。両イントロンを大腸菌に導入し、βガラクトシダーゼ活性発現を指標として、そのスプライシングを調べた結果、CeSの高活性とは対比的にCeLはスプライシングを示さなかった。つまり、CeLにはtransに働く特異的因子が必要であり、大腸菌にはこれが欠落していることがわかった。RNA酵素-RNA・タンパク質酵素-タンパク質酵素への酵素進化の道を分子レベルで究明する上で、クロレライントロン系は貴重な情報を提供すると思える。(2)クロレラウイルスイントロンの進化と水平伝播:前年度までに見いだした二種のイントロン(CvU1,CvB11)に加えて、他に六種のウイルスイントロンを検出し、うち一つ(CvH1)の全構造を決定した。CvH1はCvU1とは異なり、CvB11と99%以上の相同性を示し、ここに二系列のウイルスイントロンが示唆された。さらに、ウイルスイントロンの移動を以下の二つの方法で調べた。(i)40-60世代後のCVU1プラークをランダムに抽出し、イントロン-イクソン構造を解析した。(ii)含イントロンウイルス(CVU1)と無イントロンウイルス(CVK1)を混合感染させ、出現プラークにおけるイントロンの移動を調べた。この結果、ウイルス間でのイントロンの移動が実験的に確認できた。これより、ウイルスを仲介因子としてのグループIイントロンの生物界間(interkingdom)水平移動の考え方に実験的証拠が得られた。以上、平成7年度の成果の一部は、一報の論文、二報の総説に発表した。特に、本研究からの「ウイルス仲介イントロン移動説」は「化学と生物」12月号(1995)に提唱した。
インフラカメラ映像を用いた路車間協調型安全運転支援システムの研究

本研究は,交差点に進入する自動車に対して,交差点周辺の複数のインフラカメラによる映像(多視点映像)を送信し,自動車側で運転者視点に基づく俯瞰映像を生成し,運転者に提示することにより交通事故の削減を目指すものである.車両がいずれかの方向から交差点に進入する際に,運転者視点に基づいた高所視点の鳥瞰映像を,最も近い2台の参照カメラ映像からモーフィング技術を用いて高速に自動生成する手法を確立した.本研究は,交差点に進入する自動車に対して,交差点周辺の複数のインフラカメラによる映像(多視点映像)を送信し,自動車側で運転者視点に基づく俯瞰映像を生成し,運転者に提示することにより交通事故の削減を目指すものである.車両がいずれかの方向から交差点に進入する際に,運転者視点に基づいた高所視点の鳥瞰映像を,最も近い2台の参照カメラ映像からモーフィング技術を用いて高速に自動生成する手法を確立した.本研究の目的は路車間協調による交通安全支援である.我々は交通事故が多発する交差点に進入する自動車に対して交差点周辺に設置する複数のインフラカメラ映像を自動車に送信し,自動車側で受信した多視点映像を自車の位置・進行方向に基づいて再構築する.すなわち,多視点映像から自車に追従した俯瞰映像を生成し,運転者に提示することにより交通事故の回避を目指す.19年度は自車追従型俯瞰映像の生成と無線メッシュネットワークの構築の両面から研究を実施した.まず,運転者に提示する映像の生成について,我々は安全運転支援のため運転者の視界と認知性を向上させる観点より,自車追従する交差点鳥瞰映像が有効と考え,自車の位置・進行方向に基づいた鳥瞰仮想視点映像を,自車の位置に最も近い2つのインフラカメラ映像から,モーフィング技術により生成する手法を開発した.交差点模型を用いたシミュレーション環境での実験はよい結果を得られた.次に,広範囲の路車間の高速且つ高品質なインフラカメラ映像を実時間に受け取るため,マルチメディア通信に適している無線メッシュネットワーク技術を用いる.平成19年度は,実験室環境で無線メッシュネットワークを構築し,映像の送受信実験を行った.試行錯誤により得た知見は,20年度の実交差点における無線メッシュネットワークの構築に活用して実運用を目指す.このように本研究の柱となる映像の生成・無線送受信の基礎技術が開発され,よい成果が得られた.20年度の実施項目,すなわち両機能の連携および交通状況の解析のために基盤を構築した.本研究の目的は路車間協調による交通安全支援である.我々は交通事故が多発する交差点に進入する自動車に対して交差点周辺に設置する複数のインフラカメラ映像を自動車に送信し,自動車側で受信した多視点映像を自車の位置・進行方向に基づいて再構築する.すなわち,多視点映像から自車に追従した俯瞰映像を生成し,運転者に提示することにより交通事故の回避を目指すものである.まず,運転者に提示する映像の生成について,我々は安全運転支援のため運転者の視界と認知性を向上させる観点より,自車追従する交差点鳥瞰映像が有効と考え,自車の位置・進行方向に基づいた鳥瞰仮想視点映像を,自車の位置に最も近い2つのインフラカメラ映像から,モーフィング技術により生成する手法を開発した.交差点模型を用いたシミュレーション環境での実験により,よい結果を得られた.また,この鳥瞰仮想視点映像を作成する際に,SIFT Detector及びHarris Corner Detectorという先端的で高速・高精度な特徴点対応技術を複数用いることにより,特徴点対応の自動化及びリアルタイム生成の目途をつけることができた.次に,広範囲の路車間の高速且つ高品質なインフラカメラ映像を実時間に受け取るため,マルチメディア通信に適している無線メッシュネットワーク技術を用いた.本研究においては,実験室環境で無線メッシュネットワークを構築し,映像の送受信実験を行った.試行錯誤により得た知見は,今後,実交差点における無線メッシュネットワークの構築に活用していく.このように本研究の目的たる路車間協調による交通安全支援のための映像の生成・無線送受信の基礎技術が開発され,よい成果が得られた.両機能の連携および交通状況の解析は,今後の課題である.
薬物代謝第一相および第二相酵素の機能的相互作用に関する検証

薬物代謝第一相酵素と第二相酵素の機能的連携を明らかにする目的で研究を行った。まず、第一相酵素同士の相互作用を解析した。共鳴プラズモン解析を用いた、シトクロムP450(P450)とミクロゾーマルエポキシドヒドロラーゼ(mEH)のタンパク質間相互作用解析により、mEHの機能が調節されることが示唆された。多くのP450分子種は、isoformに関わらずmEHと連関するが、なかでも特定のP450分子種に、mEHと連関し、強く活性化する性質があった。P450によるmEHの活性化作用は、mEHの基質の種類によって異なっていた。また、第一相酵素P450と第二相酵素UGTの機能的連携についての検討結果から、何種類かのUDP-グルクロン酸転移酵素(UGT)isoformに対して、P450は、P450-UGT相互作用を介して、基質供給装置的な働きをしている可能性がある。さらに、ヒト肝臓の主要なP450であるCYP3A4は、ヒト肝臓の主要なモルヒネ代謝酵素UGT2B7とタンパク質-タンパク質相互作用することが明らかになった。CYP3A4は、in vitroでUGT2B7機能を調節し、モルヒネの二つのグルクロン酸抱合体、モルヒネ-3-グルクロニド(M-3-G)とモルヒネ-6-グルクロニド(M-6-G)生成比を変える。すなわち、UGT2B7によるモルヒネグルクロン酸抱合の位置選択性に影響を与え、鎮痛作用を失った代謝物M-3-Gの生成を有意に低下させ、活性代謝物M-6-Gの生成を有意に増加させた。本研究では、UGT機能がP450によって制御されることを初めて明らかにした。薬物代謝第一相酵素と第二相酵素には機能的なタンパク質-タンパク質相互作用があり、薬物代謝酵素複合体として広範な代謝に対応しているとする所期の仮説が支持された。薬物代謝第一相および第二相反応の酵素が機能的に連携する可能性を検証するための手始めとして、ヒトの主要なモルヒネ代謝酵素であることが知られるUGT2B7とヒト肝の主要P450であるCYP3A4をモデルとして研究を行った。研究戦略としては、両酵素を同一細胞内に共発現させ、モルヒネ代謝能を指標としたUGT機能の変動の有無を観察することにより解析を行った。本年度に得られた成績を以下に要約して示す。1.COS-1細胞を宿主細胞として、4つのUGT2B7安定形質発現株クローン(COS-UGT2B7)を樹立し、これらにCYP3A4を一過性に発現させることによりCYP3A4/UGT2B7の共発現系を確立した。2.CYP3A4/UGT2B7共発現系でのM-3-G生成のkineticsにおいて、UGT2B7単独発現の系と比較してVmaxはほぼ同程度であったが、Km値が約9倍上昇する結果が得られ、UGT2B7はCYP3A4との相互作用によって機能を制御される可能性が示された。3.単独/共発現の両細胞系およびヒト肝ミクロゾームを用いたM-6-G生成のkineticsは2相性を示すことが示唆された。4.UGT2B7安定発現株の4つのクローンのうちの3クローンはダイマーとして発現している可能性が示唆された。このことから、M-6-G生成のkineticsにおける2相性はUGTの2量化によって少なくとも2箇所の基質結合サイトが生じるためである可能性が考えられた。