hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
オプティカルセンシング技術を用いた高齢者の介護予防スクリーニングシステムの開発

次に基本的動作として20秒間足踏み(マーチテスト)を取り上げた。これは,動的バランス能が評価でき,かつ虚弱者のADL評価指標となりうるという仮説によるものであるが,起居動作と同様に健常者と虚弱者の動作の相違とカットオフ値について検討した。現在までに75人の測定を完了し,20秒間のマーチテストの中で後半10秒の頭部の最大移動量を解析したところ,IG群が174.4±60.0mm,DG群が232.4 ±88.2mmと両群に有意差がみられた。虚弱者と健常者のカットオフ値(ROC解析から185mm(感度78%,特異性61%)という結果を得た。本結果は,2019年度アメリカスポーツ医学会年次大会(オーランド)にて公表する予定である。Kinectv2を用いて,起居動作およびマーチテストによる虚弱者の動作の特徴を調べ,起居動作については研究論文の発表が実現できた(Journal of Frailty and Aging,印刷中)。またマーチテストについても虚弱高齢者の動作のカットオフ値の推定も示すことが可能という結果が得られ,2019年5月末におこなわれるアメリカスポーツ医学会(オーランド,フロリダ)で公表を予定しており,こうした点では順調に研究が進んでいる。しかし,全体の目標であるキネクトを用いた虚弱者のADL自立度評価のスクリーニングシステムの開発に関して言えば得られたデータ数が十分とは言えず,最終年度となる3年目に東京都長寿医療センター金経憲先生らの協力を得て東京都内の在住高齢者を対象に測定を計画している。できれば2年目に測定を完了したかったことを考えればこの点は遅れが生じているという見方もできる。しかし,最終年度の3年目には研究を遂行できるものと考えている。本研究は,3年計画であるが,このうち前半2年間で試作したKinectv2を用いたADL自立度評価法の作成の中で,椅子からの起居動作と20秒間のマーチテストの双方から虚弱者と健常者のカットオフ値を求め,オプティカルセンサーを利用した自立度評価法を試案としてまとめ,公表した。しかし,ノルムを作成することが大きなならいであるが,現時点では500人程度の測定が終わった状況であり,データ数としては不十分といえる。最終年度は,東京都長寿医療センターの協力を得て,2019年9月に東京都民を対象に1000人程度高齢男女を対象に測定を試み、評価尺度の確認と有効性の実証とともに研究の完成を図りたい。これまでにオプティカルセンサー(旧タイプ)を用いて虚弱者および健常な中高齢者の基本動作測定(ADL:立位保持、座位保持、腰掛、移動、リーチ動作、床のものを拾う、方向転換)から、虚弱者における動作特徴を分析した。また、このセンサーの精度は、近畿大学生物理工学部楠教授(デバイス工学)、同大学小濱准教授(情報学)らが中心となり実施し、評価の有用性を確認(楠ら, 2014,藤田ら, 2014)した。しかし、その後Microsoft社より新タイプセンサーKINECTv2が開発され、この新しいセンサーを用いて椅子立ち上がり(起居動作)時の動作解析から,虚弱者の動作の特徴と要介護の判別値について検討した(竹島ら, 2015)。一方、この新機種は旧タイプと互換性がなく,測定精度は改めて確認する必要が生じた。そこで,平成29年度(研究初年度)は、鹿屋体育学スポーツパフォーマンス研究棟において高性能モーションキャプチャシステム(MAC3D, 7000万円相当)を妥当基準として新しいオプティカルセンサーKINECTv2(2万円)の測定精度について調べることをはじめに試みることである。この測定は以前から取り組んできているものでもあるが,研究代表者の竹島が平成29年4月1日より朝日大学へと所属変更をおこなったために計画に若干の変更が必要となり,KINECTv2の測定精度の研究をいち早く実施することとした。また,その上で,オプティカルセンサー(旧タイプ)を用いて高齢者の動作分析を試みた場合の誤差と誤差が生じる原因にも検討をおこない,動作解析を進める計画を展開することとした。新しいオプティカルセンサーKINECTv2の精度の検証は,概ね完了でき,その上で誤差が大きく生ずる原因やキネクトのカメラの向きによっても誤差が起こり得ることも確認できた。こうした検討結果から,虚弱者から健常者にいたる起居の動作時の分析を進め,特に起居については1)円背や手を使った起居や反動動作を使った場合に加えてスケルトンの不鮮明な動作時における誤差が大きく生じることも確認し,測定方法や解析方法について一定の知見を得た。

Kinectv2を用いて,起居動作およびマーチテストによる虚弱者の動作の特徴を調べ,起居動作については研究論文の発表が実現できた(Journal of Frailty and Aging,印刷中)。またマーチテストについても虚弱高齢者の動作のカットオフ値の推定も示すことが可能という結果が得られ,2019年5月末におこなわれるアメリカスポーツ医学会(オーランド,フロリダ)で公表を予定しており,こうした点では順調に研究が進んでいる。しかし,全体の目標であるキネクトを用いた虚弱者のADL自立度評価のスクリーニングシステムの開発に関して言えば得られたデータ数が十分とは言えず,最終年度となる3年目に東京都長寿医療センター金経憲先生らの協力を得て東京都内の在住高齢者を対象に測定を計画している。できれば2年目に測定を完了したかったことを考えればこの点は遅れが生じているという見方もできる。しかし,最終年度の3年目には研究を遂行できるものと考えている。これまでに起居動作については,虚弱者と健常者を合わせて男女400名程度のデータが収集できているが,平成30年度はさらにデータを増やすことと他の動作(マーチ)を解析することを予定している。マーチの動作か解析方法についても検討を加えていく予定である。その上で,評価方法を確立していきたいと考えている。本研究は,3年計画であるが,このうち前半2年間で試作したKinectv2を用いたADL自立度評価法の作成の中で,椅子からの起居動作と20秒間のマーチテストの双方から虚弱者と健常者のカットオフ値を求め,オプティカルセンサーを利用した自立度評価法を試案としてまとめ,公表した。しかし,ノルムを作成することが大きなならいであるが,現時点では500人程度の測定が終わった状況であり,データ数としては不十分といえる。最終年度は,東京都長寿医療センターの協力を得て,2019年9月に東京都民を対象に1000人程度高齢男女を対象に測定を試み、評価尺度の確認と有効性の実証とともに研究の完成を図りたい。研究代表者の転勤(鹿屋体育大学→朝日大学)に伴い,研究開始のための倫理委員会の承認などの時期の遅れや,研究体制の再整備等にやや時間を要し,研究の開始が遅れたために当初予定していた研究のための情報収集や海外出張の計画などに変更が生じた。しかし,今年度の研究課題に対しては十分な研究が遂行できています。2018年度に実施を計画していた虚弱者から健常者にいたる高齢者に対するキネクトによるADL評価の測定が予定よりも少ない状況となった。このため最終年度となる2019年9月に東京都内で1000名を超える測定の計画を検討している。この測定には東京都長寿医療センター金先生の協力を得て実施する。
Si-LSIによる量子計算機実現に関する基礎的研究

量子計算の実現のためには、キュビットの実現、ハミルトニアンの制御、読み出し等の要素技術の開発が必要である。Si系の核スピンを利用した量子計算機実現の立場からこれら要素技術に関して考察した。キュビット実現に関しては、STMとCVDを組み合わせた方法とイオン注入を用いた方法の比較検討から前者の優位性を確認し、必要な装置の設計を行った。また、不純物拡散やアイソトープの問題を検討した。キュビットの読み出しに関しては、残念ながらキュビットの実現までに至らなかったため読み出しの実験はできなかったが基本素子である単電子トランジスタの製作技術を確立した。電子ビーム露光とAI膜の斜め蒸着を組み合わせることにより数nmのトンネル接合の形成に成功した。この結果を国際会議にて報告した。また量子計算の実用化のためには、汎用性のある計算アルゴリズムの開発が不可欠であることが指摘されている。この観点から組み合わせ最適化問題を解くハミルトニアンの断熱変化に着目し、これを使ってNクィーン問題の正解が得られることを計算機シミュレーションによって確認した。しかしこのアルゴリズムを物理的に実現するには多くの困難があることから、新たにニューラルネットワークの手法を導入した制約の少ない新しい断熱変化アルゴリズムの開発に取り組んだ。シミュレーションにより性能検証を行い、これら結果を国際会議にて報告した。量子計算の物理的実現は将来の課題として残ったが、本研究の基礎実験や理論的解析結果から、Si量子計算機実現のための多くの有益な知見を得た。Si-LSIを利用した量子計算デバイス実現に向けて、本年度は核スピン読み出しに関する基礎的研究を行った。スピン読み出しのためには外部から電磁波を加えその強度の変化から測定を行うのが一般的であるが、本研究ではより実用的な実現を目的として電気的に測定が可能である単電子トランジスタを用いた方法を用いる。単電子トランジスタは高性能な電荷計として動作することが可能であり、そのコンダクタンスの変化から電荷数やスピン状態の検出が可能である。また単電子トランジスタは負荷駆動能力の低さから動作速度が問題であったが、RF-SETと呼ばれる新しい技術を利用することで数百KHzの動作が可能である。このスピン読み出し用単電子トランジスタの製作に向けて、電子ビーム露光装置を利用したリソグラフィー技術、薄いトンネル酸化膜形成作製技術、電子ビーム斜め蒸着法を用いた微小接合形成技術等の確立を図った。またシミュレーションにより単電子トランジスタの特性を検討し、一例として単電子トランジスタで構成されたニューラルネットの基本特性を調べ、その結果を国際会議で発表した。本年度は実際の測定までには至らなかったが、これら技術を用いることでスピンの検出が可能である。また上記電子ビームリソグラフィー技術を用いることで、量子ビットを制御するために必要な10nm程度の電極が形成可能となった。以上、次年度に予定しているSi-LSIを用いた量子計算デバイス実現に向けて必要不可欠ないくつかの技術を確立した。
ナノ構造デバイスシミュレーションにおける量子補正多粒子モンテカルロ法に関する研究

半導体の結晶成長技術と微細加工技術の進歩により実現した極微細なナノ構造では,電子の波動性と粒子性という量子力学の最も基本的な性質がデバイス特性に顔を出す。筆者が本研究課題で提案し開発を行った「量子モンテカルロ・デバイスシミュレータ」は,粒子に作用する力に量子補正ポテンシャルを加えることで,電子の波動性に起因する量子サイズ効果をモンテカルロ法に取り入れる方法である。本年度は,本手法をシリコンMOS構造に適用し,2次元量子モンテカルロ・デバイスシミュレータの開発に成功した。具体的には,シリコン伝導帯の多谷構造及び回転楕円体構造を,量子補正ポテンシャルに取り入れる研究を行い,サブバンド構造の変調を伴う量子輸送の解析が可能になった。また,量子補正ポテンシャルをキャリアエネルギーに含めることで,散乱過程における量子化の影響を取り入れた。研究成果としては,まず,反転層電子密度分布の計算結果をシュレディンガー・ポアソン法と比較することで,本シミュレータの妥当性を確認した。特に,シリコン伝導帯の多谷構造を考慮することで,2重縮退バレーと4重縮退バレーの電子輸送を区別して取り扱うことが可能となった。これにより,量子化サブバンドを制御してMOSFETの高性能化を目指す研究に適用できると期待している。また,10nmチャネル長SOI-MOSFETの量子輸送問題について検討を行い,電子輸送特性における量子化の影響を明らかにした。更に,サブ10nm SOI-MOSFETのバリスティック輸送について検討を行った。チャネル内で発生するフォノン散乱の頻度を解析し,サブ10nmデバイスでは,電子はチャネル領域を平均1回程度の散乱しか受けないことを示した。しかし,このようなバリスティック伝導の極限に近づいた状況でも,ドレイン電流は散乱により約10%減少した。MOSFETの極限性能を追求する上で,散乱の影響が無視できないことを示している。この他,サブスレッショルド特性におけるソース・ドレイントンネリングやチャネルソース端におけるキャリア量子輸送問題についても適用を行い,興味深い結果が得られている。研究成果は,論文及び学会講演にて公表して行く予定である。極限微小構造の研究の背景には,基礎物性物理において新しい基本概念を生み出すといった学問的な興味だけでなく,従来のエレクトロニクスに見られる限界,すなわち大規模半導体集積回路(LSI)の微細化限界を克服する新しいデバイスの出現や,半導体レーザの性能向上の限界を打ち破る新技術としての期待がある。このような次世代ナノ構造デバイスの輸送現象を解明し実用的な設計ツールを作り上げるためには,デバイスシミュレータも既存の古典モデルから新しい量子力学的モデルに変化する時代を迎えている。本研究課題では,筆者が提案する「量子補正多粒子モンテカルロ法」をナノ構造デバイスに適用し,量子力学的効果の粒子表現について詳しく検討するとともに,ナノスケールMOSFETの量子シミュレーションに応用して,量子効果の影響やLSIデバイスの微細化限界について研究することを目的としている。平成13年度は、電子輸送における量子力学的ポテンシャル補正の役割とそのモデル化について研究を行った。特に,筆者が提案する量子補正ポテンシャルで,従来無視されていた運動量を考慮できるより厳密なモデルを提案した。従来モデルに比べて,量子化エネルギー準位やトンネル効果の正確な計算が可能になった。更に,量子補正多粒子モンテカルロ法を25nmゲート長のMOSFETへ適用した。反転層電子の量子化に関してシュレディンガー方程式による厳密解との比較を行い,本手法の妥当性と有用性を実証することに成功した。これらの成果を基にして,来年度は,サブスレッショルド特性やゲート漏れ電流等のMOSFET動作特性における量子効果の影響を解析・評価し,次世代ナノスケールMOSFETの実現へ向けた研究を進める予定である。

この他,サブスレッショルド特性におけるソース・ドレイントンネリングやチャネルソース端におけるキャリア量子輸送問題についても適用を行い,興味深い結果が得られている。研究成果は,論文及び学会講演にて公表して行く予定である。
新規人工ウイルスによるDDSとmicroRNA制御による膵癌治療の新展開

膵癌肝高転移株を作製し、網羅的解析から肝転移に関わるmicroRNAとしてmiR-5100を同定し、さらにその標的分子としてpodocalyxin(PODXL)を特定した。PODXLの強制発現実験、膵癌組織の免疫組織化学染色から、PODXLが膵癌の治療標的となりうる可能性を示した。また、膵癌細胞に特異的な表面抗原としてCD110を同定し、人工ウイルスを腫瘍細胞特異的に輸送する際の表面マーカーとして利用可能である可能性を示した。本研究では、治療のターゲットとして、癌細胞の生存・増殖・浸潤・化学療法抵抗性などに関与するmicroRNAを同定し、さらにmicroRNA修飾分子内包人工ウイルスを作製し膵癌治療への応用を目的とする。そこで、治療候補となりうるmicroRNAの同定を行うために、膵癌の肝転移に関わるmicroRNAの同定を行った。ヌードマウスにヒト膵癌細胞株を同所移植を繰り返すことにより、膵癌高肝転移株を樹立した。ヒト膵癌細胞株SUIT-2を親株とする高肝転移株(MS:metastatic SUIT-2)において、遊走能及び浸潤能の増強を認め、接着能は逆に低下していた。また、Panc-1を親株とする高肝転移株(MP:metastatic Panc-1)において、遊走能は増強したが浸潤能は低下していた。接着能は有意な変化を認めなかった。網羅的解析の結果から、MSとMPにおいて共通して発現低下を認めたmiR-5100を同定した。このmiR-5100を強制導入したところ癌細胞の増殖能・遊走能・浸潤能の低下を認めた。さらにmiR-5100のbinding siteを持つ分子を検索し、複数の候補の中でpodocalyxin(PODXL)が標的分子の1つとなり得ることを示した。PODXLのノックダウンを行うと、miR-5100を強制導入した時と同様に膵癌細胞の遊走能・浸潤能が低下することを確認した。また、免疫組織化学染色を用いて解析を行ったところ、PODXLの発現と予後や肝転移に有意な相関があることがわかった。膵癌の肝転移に関わるmicroRNAとしてmiR-5100を、さらにその標的分子の1つとしてPODXLを同定した。MiR-5100やPODXLが、肝転移や予後に関わる因子として新たなマーカーや治療標的となる可能性を明らかにした。膵癌の肝転移に関わるmicroRNAとしてmiR-5100を、さらにその標的分子の1つとしてPODXLを同定することができ、肝転移や予後に関わる因子として新たなマーカーや治療標的となる可能性を示した。しかし、膵癌細胞特異的表面細胞マーカーに関しては、現在同定を行っている段階で、まだ人工ウイルス粒子の作成が行えていないため、3やや遅れているとした。本研究では膵癌治療のターゲットとなるmicro RNAを同定し、人工ウイルスを用いたドラッグデリバリーシステム(DDS)と組み合わせた新規膵癌治療を開発することを目的とする。膵癌肝転移に関わるmicroRNAとしてmiRNA5100を同定、さらにその標的分子としてpodocalyxin (PODXL)を同定した。膵癌マウスモデルにおいて、それら分子の発現を抑制する人工ウイルスの効果を評価するために、ヒト膵癌組織から3D培養技術で樹立した膵癌オルガノイドをマウスに同所移植する、Patient derived Xenograft(PDX)モデルを作製した。人工ウイルスの組織移行性を評価するために、50nmの蛍光マイクロビーズをマウス尾静脈から投与し、IVIS、蛍光実体顕微鏡を用いた観察を行ったが、検出困難であり、評価法について検討中である。癌細胞特異的な薬剤送達を可能にするために必要な、膵癌細胞表面マーカーの検討において、CD110は正常膵組織の膵管上皮には発現せず、膵癌原発巣と肝転移巣で発現していることがわかった。さらに膵癌肝高転移株ではCD110の高発現を認め、CD110発現の抑制によって膵癌細胞の遊走・浸潤能が有意に低下し、免疫組織化学染色で、膵癌切除症例において、CD110発現陽性群は陰性群よりも予後不良であった。また、肝転移との相関性が認められ、CD110発現陽性群がより早く肝転移巣を形成することが分かった。DDSの標的となる膵癌細胞特異的表面マーカーとしてCD110が標的となりうる可能性を示した。引き続き、膵癌細胞特異的表面細胞マーカーを同定し、これを標的に癌細胞を特異的に認識する人工ウイルス粒子の作成を行う。さらに、MiR-5100以外にも、膵癌組織と正常膵組織・非浸潤膵腫瘍組織からマイクロダイセクションを行い、癌に特異的に発現変化のみられるmicroRNAの同定を行い、その標的microRNAの修飾分子(precursor/Anti-miR)を内包した人工ウイルス粒子を作成する。医歯薬学研究計画に若干遅れが生じており、まだ人工ウイルス粒子の作成が行えてないため。試薬類、抗体、培養用試薬、培養用器具等
環境曝露物質におけるクララ細胞の役割 -CCSPノックアウトやクララ細胞除去マウスを用いた解析-

クララ細胞がシリカによる肺のリモデリングにいかに関与するか検討するため、クララ細胞除去マウスにシリカ吸入曝露を行い、肺組織における炎症・線維化関連遺伝子発現(matrix metalloproteinase(MMP),tissue inhibitor of metalloproteinase(TIMP),chemokines,proinflammatory cytokine)の発現を検討した。【方法】FVBnマウスにナフタレン300mg/kgを腹腔内注入し、クララ細胞除去マウスを作成し、20日間、クララ細胞が除去されていることを確認した。このクララ細胞除去マウス及びWild typeマウスにシリカを吸入曝露(Min-U-Sil,シリカ平均重量濃度97.1+9.5mg/m3, 6時間連続曝露、最大2週間吸入曝露)を行い、1日、3日、1週間、2週間後に解剖し、右肺よりRNA抽出し、MMP-2,MMP-9,TNFa,IL-1,IL-6,CINC,MIP-2遺伝子をRT-PCRにて検討した。左肺は、パラホルムアルデヒドにて定圧固定し、MMP-2,9の免疫染色を行った。【結果と新たな知見】MMP-2に関して、シリカ曝露によりクララ細胞除去及びWildマウスともに発現が亢進することも認められなかったが、クララ細胞除去マウスとWild typeマウス間の比較では、クララ細胞除去マウスのみシリカ曝露7日,14日目で遺伝子発現が亢進した。MMP-9においても、シリカ曝露によるクララ細胞除去及びWildマウスとも発現が亢進することは認められなかったが、クララ細胞除去マウスとWild typeマウス間の比較では、14日目において、シリカに曝露されたクララ細胞除去マウスのMMP-9遺伝子発現が有意に亢進した。これらの結果よりクララ細胞は、シリカ曝露において、MMPを介して炎症・線維化に抑制的作用をもつことが示唆された。また、TNFa,IL-1,IL-6,CINC,MIP-2に関して、クララ細胞除去マウスとWild typeマウス間で遺伝子発現に差を認めず、本実験において、クララ細胞はこれらのケモカインや炎症性サイトカインの発現制御に関与しないことが示唆された。【方法】CCSPノックアウトマウス及びWild typeマウス(129)8-12週齢に、吸入用チャンバー内にてピース1日、20本計4週間の副流煙の吸入曝露を行った。タバコ煙の平均重量濃度は7.2±1.3mg/m3,平均CO濃度は70ppmであった.曝露3日、1週、2週、4週間後に肺よりRNAを抽出。マウスMMP-2、MMP-9、TIMP-2、IL-10とdefensinをプライマーとしてPCRを施行した。【結果と新たな知見】3日、4週間のタバコ曝露したCCSPノックアウトマウスもWild typeマウスも8-ヒドロキシグアニン生成に差を認めなかった。同様にMMP-2,9,TlMP-2,IL-10,defensinの遺伝子発現もタバコ曝露したCCSPノックアウトマウスとWild typeマウスとの間で有意な差を認めなかった。以上より本実験において、CCSPが上記サイトカインおよび酸化的ストレスを介してタバコによる肺のリモデリングに関与しないことが示唆された。

炎症関連の他のファクター(ケモカインなど)を含めた総合的な解析が必要であると考えられた。また、クララ細胞除去マウスに関して、サイミジンカイネース過剰発現による方法とナフタリンを用いた方法があり、両方法でクララ細胞除去が確認されており、さらにナフタリン法においては、少なくとも、20日間のクララ細胞除去継続が確認された。よって、現在、このクララ細胞除去マウスにシリカの吸入曝露試験を行っており、また、タバコの吸入曝露については、考慮中である。クララ細胞がシリカによる肺のリモデリングにいかに関与するか検討するため、クララ細胞除去マウスにシリカ吸入曝露を行い、肺組織における炎症・線維化関連遺伝子発現(matrix metalloproteinase(MMP),tissue inhibitor of metalloproteinase(TIMP),chemokines,proinflammatory cytokine)の発現を検討した。【方法】FVBnマウスにナフタレン300mg/kgを腹腔内注入し、クララ細胞除去マウスを作成し、20日間、クララ細胞が除去されていることを確認した。このクララ細胞除去マウス及びWild typeマウスにシリカを吸入曝露(Min-U-Sil,シリカ平均重量濃度97.1+9.5mg/m3,6時間連続曝露、最大2週間吸入曝露)を行い、1日、3日、1週間、2週間後に解剖し、右肺よりRNA抽出し、MMP-2,MMP-9,TNFa,IL-1,IL-6,CINC,MIP-2遺伝子をRT-PCRにて検討した。左肺は、パラホルムアルデヒドにて定圧固定し、MMP-2,9の免疫染色を行った。【結果と新たな知見】MMP-2に関して、シリカ曝露によりクララ細胞除去及びWildマウスともに発現が亢進することも認められなかったが、クララ細胞除去マウスとWild typeマウス間の比較では、クララ細胞除去マウスのみシリカ曝露7日,14日目で遺伝子発現が亢進した。MMP-9においても、シリカ曝露によるクララ細胞除去及びWildマウスとも発現が亢進することは認められなかったが、クララ細胞除去マウスとWild typeマウス間の比較では、14日目において、シリカに曝露されたクララ細胞除去マウスのMMP-9遺伝子発現が有意に亢進した。これらの結果よりクララ細胞は、シリカ曝露において、MMPを介して炎症・線維化に抑制的作用をもつことが示唆された。また、TNFa,IL-1,IL-6,CINC,MIP-2に関して、クララ細胞除去マウスとWild typeマウス間で遺伝子発現に差を認めず、本実験において、クララ細胞はこれらのケモカインや炎症性サイトカインの発現制御に関与しないことが示唆された。
自己組織化π共役分子ワイヤーの伝導機構解明と物性制御

一分子が金属電極間に架橋された"金属-分子-金属"構造を有する単分子接合は、一分子電気伝導計測のモデルシステムであるとともに、単分子デバイスへの応用が期待される魅力的な研究対象である。この様なナノスケール領域における単分子電気伝導では、金属-分子接合界面の電子状態が、電気伝導機構に大きく影響すると考えられている。なかでも、π共役系分子では、非局所化した分子軌道により大きな金属-分子間相互作用が生じると考えられ、界面電子状態と電気伝導の相関を明らかにすることが特に重要である。昨年度までの光電子分光等による界面電子状態の評価から、これまで広く用いられてきた金-硫黄接合にかわり、金-セレン接合が電気的接続に有利な金属-単分子接合であることを示唆する結果が得られた。そこで、これらの接合界面電子状態とπ共役分子の単分子電気伝導の相関を明らかにするため、金-硫黄接合と金-セレン接合を有するオリゴチオフェン単分子接合を形成し、これらの単分子電気伝導を比較した。機械的破断接合(MCBJ)法によって、それぞれの単分子コンダクタンスを測定した結果、金-セレン接合において金-硫黄接合よりも高い単分子コンダクタンスが得られた。これは、分光測定結果からの予測と一致しており、接合界面の電子状態によって、単分子コンダクタンスが制御可能であることを実証した。更に、非弾性電子トンネル分光(IETS)測定を行い、振電相互作用計算との比較を行った結果、電気伝導の経路が分子の最高被占有軌道(HOMO}に由来する電子状態であると分かった。以上の結果から、金属-分子接合によってフェルミ準位まで広がったHOMOが、単分子電気伝導の起源であることが明らかとなった。.本研究の研究対象であるナノスケール領域の分子電気伝導では、金属-分子接合界面におけるキャリア散乱が大きく影響すると考えられており、接合界面の分子スケールでの構造と電子状態の解明、制御が課題達成の鍵となる。そこで、これまでの研究結果から、金属-分子接合界面として有望であると示唆された金-セレン結合について更に詳細な解析を行うために、金基板上のベンゼンセレノール単分子膜について、走査型トンネル電子顕微鏡による観測と、観測結果をもとにした密度汎関数法による第一原理計算を行った。これらの結果から、金表面上におけるベンゼンセレノールの吸着構造を決定し、その電子状態についての理論的知見を得ることに成功した。更に、金属基板として金、銀、銅を用い、硫黄及びセレンによる単分子接合の形成条件や、結合の化学状態分析をX線光電子分光法によって、また、界面電子状態を真空紫外光電子分光法によって評価した。その結果、分子の伝導計測に適した電極材料は、化学的に安定な分子接合を形成し、且つ深い仕事関数を金であると分かり、接合界面電子状態の金属仕事関数に対する依存性から、フェルミ準位近傍においても接合分子に由来する状態密度が存在しているという結果が得られた。これは、第一原理計算結果を支持する実験結果であると考えられる。本年度の研究によって得られた以上の知見は、金属-分子接合界面の物性を明らかにしたものであり、今後の単分子電気伝導計測の実験及び解析における、重要な足掛かりとなると期待される。.
脳の発達におけるグルタミン酸トランスポーターの役割

グルタミン酸は、ほ乳類の中枢神経系において興奮性神経伝達物質として重要なだけでなく、神経系の発生・分化にも関与するシグナル分子としての作用を持つと考えられている。また、神経系は他の臓器に比べエネルギー要求性が高く、神経回路網が正常に形成し作動するためには、神経活動の亢進した脳部位に選択的に代謝エネルギーを補充する必要がある。しかし、その分子メカニズムは不明な点が多かった。本年度は、脳が正常に形成され作動するために不可欠な、神経細胞へのエネルギー補給におけるグルタミン酸トランスポーターの役割を解析した。野生型で見られたひげ刺激による脳体性感覚野のグルコース取り込み増加が、GLAST欠損マウスで著しく低下していた。また、野生型由来培養アストロサイトで観察されるグルタミン刺激(神経活動の亢進に相当する)による、細胞内Naイオンの増加(グルタミン酸の取り込みによる)、glucoseの取り込み促進(血管からのエネルギー源であるグルコースの取り込みに相当)、lactateの放出促進(神経細胞のエネルギー基質であるlactateの補給に相当)が、GLAST欠損マウス由来のアストロサイトでは観察されなかった。神経活動の亢進→シナプス間隙のグルタミン酸濃度上昇→グリア型グルタミン酸トランスポーターによるグルタミン酸の再吸収の活性化(同時にNa+がグリア内へ流入)→グリアのNa-KATPaseの活性化(グリア内でのエネルギー消費増大)→グリアによる毛細血管からのブドウ糖の取り込み増加→グリアの解糖系によるブドウ糖からlactateの生成(グリア内の消費したエネルギーの補充)→生成したlactateを神経細胞が取り込みエネルギーを補充、という経路が重要であることを、in vivo, in vitroで証明することに成功した。
精神疾患患者における脳内活性アミノ酸類の血中濃度測定

血液中のアミノ酸濃度は恒常性が維持されているが、最近、特定の疾患に罹患した場合、血液や尿におけるD,L-アミノ酸濃度のバランスが崩れていることがいくつか報告されている。本研究課題では、健常者および統合失調症患者血液中のタンパク質を構成するアミノ酸について、D型とL型に分離し、網羅的に濃度測定を行ったのち、得られた定量結果を比較することにより、血液中D,L-アミノ酸濃度とその症状や治療状態との関連について解析を行う。2018(平成30)年度は、2017(平成29)年度までに構築できなかったカラムスイッチングHPLCシステムを用いたD,L-アミノ酸の定量法の確立を行なった。また、健常者および統合失調症患者血漿におけるD,L-アミノ酸濃度の定量を開始した。1.試料中D,L-アミノ酸を定量する新規カラムスイッチングHPLCシステムの確立:昨年度までに確立できていなかったD,L-アミノ酸定量法について、逆相(C8およびODS)カラムおよびキラルカラムの検討を行い、新規カラムスイッチングHPLCシステムを構築することができた。また、確立した新規定量法の分析能パラメーターについて検討し、定量法の妥当性について評価を行った。2.健常者および統合失調症患者血漿中D,L-アミノ酸濃度の定量:健常者および統合失調症患者血漿を徐タンパク操作したのち、得られた上清の一部を採取し、アミノ酸定量用試料の調製を行った。調製した溶液の一部にNBD-F(4-fluoro-7-nitro-2,1,3-benzoxadiazole)溶液を加え試料中のアミノ酸を蛍光誘導体化したのち、上記で確立したカラムスイッチングHPLCシステムに注入し、D,L-アミノ酸の定量を行った。本研究課題では、健常者および統合失調症患者血漿中のタンパク質を構成する20種類のアミノ酸について、カラムスイッチングHPLCシステムを用いてD型とL型に分離し、定量を行う。2018(平成30)年度は、2017(平成29)度までに確立することができなかったD,L-アミノ酸定量法について、逆相カラムおよびキラルカラムの検討を行い、カラムスイッチングHPLCシステムを用いた定量法を確立することができた。よってこれまでに、健常者および統合失調症患者血漿中のD,L-アミノ酸濃度を定量するためのHPLCシステムを構築することができた。また、健常者および統合失調症患者血漿におけるD,L-アミノ酸濃度について、定量を開始することができた。以上の内容から、現在までの研究の進捗状況は、おおむね順調であると考えられる。今後の研究の推進方策としては、健常者および統合失調症患者血漿中のD,L-アミノ酸濃度について引き続き定量を行う。得られた血漿中アミノ酸濃度は、健常者および統合失調症患者において血液中D,L-アミノ酸濃度に違いが見られるか比較・検討を行ったのち、統合失調症の患者背景や臨床症状、使用している薬物などの臨床情報との関連について解析を行い、統合失調症の診断や病態評価の指標として使用可能か検討する。平成29年度は、これまでに構築しているD,L-アミノ酸測定法を改良し、新規D,L-アミノ酸定量法の確立を行った。1.試料中D,L-アミノ酸を定量する新規カラムスイッチングHPLCシステムの確立:今回確立を行う測定法は、試料中アミノ酸を4-fluoro-7-nitro-2,1,3-benzoxadiazole(NBD-F)を用いて蛍光誘導体化し、高速液体クロマトグラフィー( HPLC )により分離定量する方法である。NBD-Fは、アミノ酸の蛍光誘導体化試薬としてよく利用されており、既存のアミノ酸発蛍光試薬が持ち合わせているいくつかの難点を克服した試薬である。また、これまでに構築してきたHPLCシステムは、逆相(C8またはODS)カラムとPirkle型キラルカラムを連結したカラムスイッチングHPLCシステムであり、試料の損失が少なく高感度な定量が可能であるため、試料中微量に存在しているD-アミノ酸を検出するには有効な方法である。本研究では、タンパク質を構成する20種類のアミノ酸(グリシン以外)をD型とL型に分離し定量を行う。そこで、これまで開発してきたD,L-アミノ酸測定法を改良し、新規定量法の確立を行った。分析に使用するカラム、カラムオーブンの温度、移動相条件の組成、流速などを検討し、各アミノ酸のピークと夾雑ピークが逆相カラムおよびキラルカラムにおいて重ならないよう分離能が向上したHPLC条件を決定した。HPLCにおける分離能が向上すれば、D,L-アミノ酸定量における誤差が少なくなり、精度を高めることができる。2.新たに確立したD,L-アミノ酸HPLC定量法におけるバリデーションの実施:新規HPLC分析法において、真度、精度、特異性、検出限界、定量限界、直線性および範囲といった分析能パラメーターについて検討し、確立した分析法の妥当性について評価を行なった。交付申請書に記載したとおり、本研究では、タンパク質を構成する20種類のアミノ酸(グリシン以外)をD型とL型に分離し定量を行う。そこで本年度は、これまで開発してきたD,L-アミノ酸測定法を改良し、未だ定量法が確立していないアミノ酸について新規定量法の確立を行い、バリデーションの実施を行った。現在、いくつかのアミノ酸分析法についてバリデーションの実施を行っているが、ほとんどのアミノ酸については、カラムスイッチングHPLCシステムを用いた定量法の確立が完了している。以上の内容から、本年度における研究の進展はおおむね順調であると考えられた。

血液中のアミノ酸濃度は恒常性が維持されているが、最近、特定の疾患に罹患した場合、血液や尿におけるD,L-アミノ酸濃度のバランスが崩れていることがいくつか報告されている。本研究課題では、健常者および統合失調症患者血液中のタンパク質を構成するアミノ酸について、D型とL型に分離し、網羅的に濃度測定を行ったのち、得られた定量結果を比較することにより、血液中D,L-アミノ酸濃度とその症状や治療状態との関連について解析を行う。2018(平成30)年度は、2017(平成29)年度までに構築できなかったカラムスイッチングHPLCシステムを用いたD,L-アミノ酸の定量法の確立を行なった。また、健常者および統合失調症患者血漿におけるD,L-アミノ酸濃度の定量を開始した。1.試料中D,L-アミノ酸を定量する新規カラムスイッチングHPLCシステムの確立:昨年度までに確立できていなかったD,L-アミノ酸定量法について、逆相(C8およびODS)カラムおよびキラルカラムの検討を行い、新規カラムスイッチングHPLCシステムを構築することができた。また、確立した新規定量法の分析能パラメーターについて検討し、定量法の妥当性について評価を行った。2.健常者および統合失調症患者血漿中D,L-アミノ酸濃度の定量:健常者および統合失調症患者血漿を徐タンパク操作したのち、得られた上清の一部を採取し、アミノ酸定量用試料の調製を行った。調製した溶液の一部にNBD-F(4-fluoro-7-nitro-2,1,3-benzoxadiazole)溶液を加え試料中のアミノ酸を蛍光誘導体化したのち、上記で確立したカラムスイッチングHPLCシステムに注入し、D,L-アミノ酸の定量を行った。本研究課題では、健常者および統合失調症患者血漿中のタンパク質を構成する20種類のアミノ酸について、カラムスイッチングHPLCシステムを用いてD型とL型に分離し、定量を行う。2018(平成30)年度は、2017(平成29)度までに確立することができなかったD,L-アミノ酸定量法について、逆相カラムおよびキラルカラムの検討を行い、カラムスイッチングHPLCシステムを用いた定量法を確立することができた。よってこれまでに、健常者および統合失調症患者血漿中のD,L-アミノ酸濃度を定量するためのHPLCシステムを構築することができた。また、健常者および統合失調症患者血漿におけるD,L-アミノ酸濃度について、定量を開始することができた。以上の内容から、現在までの研究の進捗状況は、おおむね順調であると考えられる。今後の研究の主な推進方策としては、現在分析法のバリデーションを実施している定量法について早めに完了させる。その後、確立した分析法を用いて、健常者および統合失調症患者血漿中におけるD,L-アミノ酸の定量を行っていく。今後の研究の推進方策としては、健常者および統合失調症患者血漿中のD,L-アミノ酸濃度について引き続き定量を行う。得られた血漿中アミノ酸濃度は、健常者および統合失調症患者において血液中D,L-アミノ酸濃度に違いが見られるか比較・検討を行ったのち、統合失調症の患者背景や臨床症状、使用している薬物などの臨床情報との関連について解析を行い、統合失調症の診断や病態評価の指標として使用可能か検討する。
大規模線形アルゴリズムの研究

物理学等に現れる大規模線形方程式とその開法について研究した.とくに格子ゲージ理論の動力学的シミュレーションを,フェルミオン行列のLU分解の更新に基づいてMetropolis法を実行するアルゴリズムを開発し,東京大学大型計算機センターのスーパーコンピュータS810およびS820上で実行した.モンテカルロ法においては, 1回の更新で変化する行列要素は6×6のブロックなので,ランク1更新を6回行えばLU分解を修正することができ,計算時間は直接分解の10分の1ですんだ.誤差の集積も数千回程度では10^<-10>以下であることを確認した.以上の方法により,従来のランジェバン法などでは実行不可能であった.極めて軽いクォークに対するシミュレーションを行うことが可能になった.本研究ではテストデータを取っただけであるが,今後大規模なシミュレーションを実行する予定でる.あわせて,前処理付き共役残差法のベクトル化について研究を行った.このような反復開法においては,前処理による反復回数の減少とともに,前処理自体の高速化が問題となる.本研究では,不完全LU分解前処理を,超平面法でベクトル化した場合と, 16色法でベクトル化した場合を比較した.加速パラメータを適当に選べば後者の反復回数は前者の2倍程度になるので.もし1回の演算時間が半分以下になれば, 16色法が有利になることを示した.演算時間はアーキテクチャ依存性が大きく,一般的には議論できない.以上のように,本研究ではスーパーコンピュータを長時間走らせることにより,大規模な線形方程式に対するアルゴリズムを実際的に評価した.物理学等に現れる大規模線形方程式とその開法について研究した.とくに格子ゲージ理論の動力学的シミュレーションを,フェルミオン行列のLU分解の更新に基づいてMetropolis法を実行するアルゴリズムを開発し,東京大学大型計算機センターのスーパーコンピュータS810およびS820上で実行した.モンテカルロ法においては, 1回の更新で変化する行列要素は6×6のブロックなので,ランク1更新を6回行えばLU分解を修正することができ,計算時間は直接分解の10分の1ですんだ.誤差の集積も数千回程度では10^<-10>以下であることを確認した.以上の方法により,従来のランジェバン法などでは実行不可能であった.極めて軽いクォークに対するシミュレーションを行うことが可能になった.本研究ではテストデータを取っただけであるが,今後大規模なシミュレーションを実行する予定でる.あわせて,前処理付き共役残差法のベクトル化について研究を行った.このような反復開法においては,前処理による反復回数の減少とともに,前処理自体の高速化が問題となる.本研究では,不完全LU分解前処理を,超平面法でベクトル化した場合と, 16色法でベクトル化した場合を比較した.加速パラメータを適当に選べば後者の反復回数は前者の2倍程度になるので.もし1回の演算時間が半分以下になれば, 16色法が有利になることを示した.演算時間はアーキテクチャ依存性が大きく,一般的には議論できない.以上のように,本研究ではスーパーコンピュータを長時間走らせることにより,大規模な線形方程式に対するアルゴリズムを実際的に評価した.
カンボジアの野菜生産における慣行型農耕システムの性格

本研究の目的は、堅調な経済成長を維持しているカンボジアにおいて、今後、需要拡大が予想される野菜生産に視点を置き、カンボジアの野菜生産の持続的発展に向けた必要条件を提示することである。平成30年度(2018)においては、本研究において対象地域として設定した、コンポンチャム州サムロンコミューンにおけるヒアリング調査およびアンケート調査から得られたデータから、分析対象地域における農業生産の諸指標を用いて、農家経営の特徴の把握を試みた。分析結果から得られた知見を端的に述べる。第1に、村単位で農業生産の指標から特徴を把握した場合には、同一のコミューンにおいても差異が確認された。第2に、カテゴリカル主成分分析の援用により、農家経営の類型化を行い、各類型の特徴が解明された。分析対象地域に存在する農家は、「農業生産の近代化の達成度を表す因子」と「協業による産地形成への志向度を表す因子」の組み合わせから4グループに区分された。このグルーピングに従い、村単位での特徴や他村との異質性・類似性に注目し、農耕システムの規定要因、農家経済状況を数量的に把握した。加えて、野菜生産振興に向けた、支援事業計画や対象事業地の設定に際しては、村単位での特質の把握や他村との異質性・類似性を確認し、各村に即した対応の必要性が示唆される結果となった。現在までの進捗状況としては、おおむね順調に進展していると判断した。平成30年度(2018)においては、ヒアリング調査及び、アンケート調査のデータに基づき、分析対象地域における農業生産の諸指標を用いて、農家経営の特徴の概要を把握した。加えて、現地におけるヒアリング調査を実施し、1カンボジアにおける野菜生産の栽培品目と出荷先、2野菜生産を家族労働者うち主として誰が担っているか、3農業収入の内、野菜が占める割合、4野菜生産に関する関心事項、5現在の野菜生産の課題等を整理した。このヒアリング調査は、2つの地区(district)、3つのコミューン(commune)において行われた。それぞれの立地条件の違いから、野菜生産に対する地元農家の意識や野菜生産の活性度の違いが確認できた。カンボジアにおいては、当該地域も含め、従来から米生産を主体としている地元農家が多く、野菜生産に関しては、自家消費用として小規模に生産されることが多い。その中で、Prey Chhorは、コンポンチャム州の中においても、生産している野菜の品目・生産量が比較的しても多い。また、Prey Chhorの市場は、規模が大きく、コミューンから直接アクセスできることもあり、市場での直接販売を含め、出荷先や販売先の選択肢が多いことが確認できた。同時に、生産している野菜の品目と出荷量によって、出荷先が異なることも確認されている。ここで得られた成果とまとめたものとして、2019年2月15日に、タイ王国カセサート大学で開催された、The 10th International Conference on Environmental and Rural Developmentにおいて、ポスター報告を行っている。今後の研究の推進方策としては、平成30年度(2018)に行ったヒアリング調査の結果から、野菜生産の活性度が高く、販売先も多様である、Prey Chhor、Leave communeにおいて、より詳細なアンケート調査を実施する予定である。これまでのアンケート調査及びヒアリング調査から得た知見としては、カンボジアにおける野菜生産は、一般的に多くの場合、規模が小さく、自家用野菜の栽培が中心であり、出荷先や販売先に対する地元農家の関心が高いとは言えない。その中で、Prey Chhor、Leave communeの農家は、野菜の多品目生産を行っており、Prey Chhorの市場で自ら販売を行っている農家も存在している。特に、市場での直売については、1価格面で仲買人(Middle man)に出荷するより有利であること、2集荷等、運送の手間が省け、出荷の時間を短縮できること、3市場での購買者への接客が楽しいなどの利点を挙げている。また、市場価格に対する関心が高く、他のコミューン(commune)での価格水準や品目の構成についての情報を知りたいとのことであった。以上のことから、Prey Chhor、Leave communeを対象に分析を進めることにより、市場出荷を目的とした野菜生産における課題や、出荷・販売先の選択に対する意識等、野菜生産の持続的な発展に必要な条件を計数的に把握し明らかにする予定である。

現在までの進捗状況としては、おおむね順調に進展していると判断した。平成30年度(2018)においては、ヒアリング調査及び、アンケート調査のデータに基づき、分析対象地域における農業生産の諸指標を用いて、農家経営の特徴の概要を把握した。加えて、現地におけるヒアリング調査を実施し、1カンボジアにおける野菜生産の栽培品目と出荷先、2野菜生産を家族労働者うち主として誰が担っているか、3農業収入の内、野菜が占める割合、4野菜生産に関する関心事項、5現在の野菜生産の課題等を整理した。このヒアリング調査は、2つの地区(district)、3つのコミューン(commune)において行われた。それぞれの立地条件の違いから、野菜生産に対する地元農家の意識や野菜生産の活性度の違いが確認できた。カンボジアにおいては、当該地域も含め、従来から米生産を主体としている地元農家が多く、野菜生産に関しては、自家消費用として小規模に生産されることが多い。その中で、Prey Chhorは、コンポンチャム州の中においても、生産している野菜の品目・生産量が比較的しても多い。また、Prey Chhorの市場は、規模が大きく、コミューンから直接アクセスできることもあり、市場での直接販売を含め、出荷先や販売先の選択肢が多いことが確認できた。同時に、生産している野菜の品目と出荷量によって、出荷先が異なることも確認されている。ここで得られた成果とまとめたものとして、2019年2月15日に、タイ王国カセサート大学で開催された、The 10th International Conference on Environmental and Rural Developmentにおいて、ポスター報告を行っている。今後の研究の推進方策としては、平成30年度(2018)に行ったヒアリング調査の結果から、野菜生産の活性度が高く、販売先も多様である、Prey Chhor、Leave communeにおいて、より詳細なアンケート調査を実施する予定である。これまでのアンケート調査及びヒアリング調査から得た知見としては、カンボジアにおける野菜生産は、一般的に多くの場合、規模が小さく、自家用野菜の栽培が中心であり、出荷先や販売先に対する地元農家の関心が高いとは言えない。その中で、Prey Chhor、Leave communeの農家は、野菜の多品目生産を行っており、Prey Chhorの市場で自ら販売を行っている農家も存在している。特に、市場での直売については、1価格面で仲買人(Middle man)に出荷するより有利であること、2集荷等、運送の手間が省け、出荷の時間を短縮できること、3市場での購買者への接客が楽しいなどの利点を挙げている。また、市場価格に対する関心が高く、他のコミューン(commune)での価格水準や品目の構成についての情報を知りたいとのことであった。
再構成アプローチから迫る細胞内膜テザリング・膜融合の分子機構

ヒトを含む高等動物をはじめ全ての真核細胞は、時空間的に非常に厳密に制御された細胞内膜交通・小胞輸送(メンブレントラフィック)と総称される仕組みにより、翻訳・生合成されたタンパク質や生体膜を構成するリン脂質を含め様々な細胞内の物質を、細胞小器官オルガネラ群や細胞質膜、そして細胞外へと正確に運搬・配置・分泌している。この細胞内膜交通・小胞輸送の仕組みは、正常な細胞機能に必要不可欠な根源的な細胞内インフラである。膜テザリングは、細胞内膜交通における主要な素反応であるが、輸送小胞と標的膜が(膜ドッキング・膜融合する前に)最初に互いを認識し接触する過程であり、膜交通の場所選択性・特異性を制御・決定するうえで最も重要な過程である。本課題は、この細胞内において高度に選択的な「膜テザリング反応」を真に駆動する仕組みを解明することを目指し、膜テザリングに必須の中核因子であるヒトRab低分子量GTPaseファミリーを研究対象とし、再構成ヒトRabプロテオリポソーム膜動態アッセイ系を駆使した網羅的な機能解析を展開した。具体的には、ヒト細胞の代表的なオルガネラ群を対象に、それらに局在する主要なヒトRabファミリータンパク質10種類の再構成系を構築した。そして、同種のRab同士による膜テザリング(ホモティピックなRabの組合わせ:Rab5-Rab5など)に加えて、異種のRab同士による膜テザリング(ヘテロティピックなRabの組合わせ:Rab1-Rab9など)も対象とすることで、Rabが駆動する細胞内膜テザリング反応の選択性を網羅的かつ定量的に解析した。それらヒトRab依存性膜テザリング反応の分子機構に関する新たな知見は原著論文(Segawa, Tamura, Mima, JBC, 2019)として発表した。本課題の主要な目的の一つである、細胞内において高度に選択的な「膜テザリング反応」の仕組みの解明について、必須の中核因子であるヒトRab GTPaseファミリーを対象に、再構成ヒトRabプロテオリポソーム膜動態アッセイ系を駆使した機能解析を推進し、その定量解析法も新たに確立した。多様な細胞小器官オルガネラ群に局在する代表的なヒトRab低分子量Gタンパク質群10種類(Rab1a, Rab3a, Rab4a, Rab5a, Rab6a, Rab7a, Rab9a, Rab11a, Rab27a, Rab33b)の再構成系の構築および2種類の独立した定量解析アッセイ法の構築に成功し、同種のRab同士による膜テザリングおよび異種のRab同士による膜テザリングを対象に、ヒトRabが駆動する細胞内膜テザリング反応の選択性の網羅的な解析を達成した。これらの成果を原著論文として発表した(Segawa, Tamura, Mima, JBC, 2019)。ヒトを含む高等動物をはじめ全ての真核細胞は、時空間的に非常に厳密に制御された細胞内膜交通・小胞輸送(メンブレントラフィック)により、生合成されたタンパク質・脂質などの細胞内物質を、細胞小器官オルガネラ群や細胞質膜、そして細胞外へと正確に運搬・配置・分泌している。このように、細胞内膜交通は正常な細胞機能に必要不可欠な根源的な細胞内インフラであることは自明である。膜テザリングは、膜交通における主要な素反応であるが、輸送小胞と標的膜が(膜ドッキング・膜融合する前に)最初に互いを認識し接触する過程であり、膜交通の場所選択性・特異性を制御・決定するうえで最も重要な過程といえる。本課題は、この細胞内において高度に選択的な「膜テザリング反応」を真に駆動する仕組みを解明することを目指し、膜テザリングに必須の中核因子であるヒトRab GTPaseファミリーを研究対象に、再構成ヒトRabプロテオリポソーム膜動態アッセイ系を駆使した機能解析を展開した。具体的には、全ての細胞小器官オルガネラ群を対象に、それら全てに局在する代表的なヒトRab GTPase群10種類(Rab1, Rab3, Rab4, Rab5, Rab6, Rab7, Rab9, Rab11, Rab27, Rab33)の再構成系を構築した。そして、同種のRab同士による膜テザリング(ホモティピックなRabの組合わせ:Rab5-Rab5など)に加えて、異種のRab同士による膜テザリング(ヘテロティピックなRabの組合わせ:Rab1-Rab9など)も対象とすることで、Rabが駆動する細胞内膜テザリング反応の選択性を網羅的に解析し、さらにその選択性を決定する分子機構に迫った。本課題の主要な目的の一つである、細胞内において高度に選択的な「膜テザリング反応」の仕組みの解明について、必須の中核因子であるヒトRab GTPaseファミリーを対象に、再構成ヒトRabプロテオリポソーム膜動態アッセイ系を駆使した機能解析を開始・推進できた。多様な細胞小器官オルガネラ群に局在する代表的なヒトRab GTPase群10種類(Rab1, Rab3, Rab4, Rab5, Rab6, Rab7, Rab9, Rab11, Rab27, Rab33)の再構成系の構築に成功し、同種のRab同士による膜テザリングおよび異種のRab同士による膜テザリングを対象に、Rabが駆動する細胞内膜テザリング反応の選択性の網羅的な解析を可能とした。