hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新潟平野における縄文海進以降の相対的海水準変動と堆積システムの変遷

1新潟平野における縄文海進以降の相対的海水準変動の実態新潟平野は,沈降速度の速い地域であるため相対的な海水準変動を細かく記録しており,地層中にユースタティックな海水準変動と地震等による断続的な沈降の双方を記録しているものと思われる.このような地質学的好条件の中で,縄文海進時に形成された砂丘列より内陸部のラグーンにおいて2点のボーリングを行い,堆積相解析,微化石分析や全イオウ量分析など検討を行うことにより,縄文海進以降の相対的海水準変動の実態とラグーンの形態や河川営力の違いによる堆積環境の違いを地域ごとに明らかにした。これまでに研究代表者らが掘削したボーリング試料とあわせると縄文海進以降に少なくとも3回の海進が認められ,内陸部まで汽水の環境に変化したことが明らかとなった.この変化は,イベント性の作用による一時的なものではなく数百年単位の変化である.2沖積平野の堆積システムの移動と海進-海退ラグーンと外海を境するバリアーにおいて2点のボーリングを行い堆積相解析を行った.研究代表者らによる既存のボーリング試料とあわせると,上述のラグーン部分で記録されている相対的な海進海退は,バリアー部分の堆積相の変化にも記録されている.内陸から海側への2次元断面ではバリアー・ラグーンシステムが復元でき,この海進海退に伴い堆積システムも前進後退をしながら平野を埋積していることが明らかとなった.3相対的海水準変動の要因バリアー-ラグーンシステムの変遷からみると,システムの後退は沈降により急激に起こっていることが明らかであり,このような急激な沈降の要因は伏在断層の活動による沈降が考えられる.縄文海進以降の小規模な海水準変動は,気候変動を要因とする変動として指摘されてきたが,断続的な沈降のも記録しており,堆積システムの移動・発達や沖積平野の形成要因として,テクトニックな変動の要素も考慮する事例となった。本年度は,3本のボーリングを実施し,コア試料を解析した.このうち,2本は,新潟平野における縄文海進時に形成されたバリアーシステムの内側に位置するラグーン内における相対的海水準変動を検討するために,福島潟地域と岩船潟地域において掘削を行った.福島潟地域では70m,岩船潟地域では30mのコア試料を得た.両コアともに両地域に分布する沖積層を掘りぬき,基本的な沖積層の層序が確立できる試料である.これらの試料は,半割後に堆積相の記載,写真撮影,ソフトX線写真の撮影,珪藻・マセラル・TOC・TS分析用試料の採取と分析を行った.これらの解析の結果,縄文海進に伴う海進はもとよりさらにそれ以降にも小規模な2-3回の海進を確認できた.特に両地域の縄文海進以降は,汽水成の潟が継続して維持されており,堆積相の解析では層相が一様なため相対的な海水準変動の読み取りが困難であるが,TOC,TS量の変化により汽水成の堆積環境においても相対的な海進(より強い海水の浸入)が捉えられたことは大きな成果である.また,1本は縄文海進以降の砂丘列部において30mの試料を掘削した.この試料の解析からは,砂丘列がバリアーシステムではなくデルタ(ストランドプレーン)システムの上に形成されていることが明らかになった.新潟平野の形成はこれまでバリアーシステムの前進による堆積作用が主体であると考えられてきたので大きな成果である.これらの成果を受けて次年度は,さらに2本のボーリングの掘削を予定している.また,より詳細なTOC,TS量の変化の解析を行う予定である.

1新潟平野における縄文海進以降の相対的海水準変動の実態新潟平野は,沈降速度の速い地域であるため相対的な海水準変動を細かく記録しており,地層中にユースタティックな海水準変動と地震等による断続的な沈降の双方を記録しているものと思われる.このような地質学的好条件の中で,縄文海進時に形成された砂丘列より内陸部のラグーンにおいて2点のボーリングを行い,堆積相解析,微化石分析や全イオウ量分析など検討を行うことにより,縄文海進以降の相対的海水準変動の実態とラグーンの形態や河川営力の違いによる堆積環境の違いを地域ごとに明らかにした.これまでに研究代表者らが掘削したボーリング試料とあわせると縄文海進以降に少なくとも3回の海進が認められ,内陸部まで汽水の環境に変化したことが明らかとなった.この変化は,イベント性の作用による一時的なものではなく数百年単位の変化である.2沖積平野の堆積システムの移動と海進-海退ラグーンと外海を境するバリアーにおいて2点のボーリングを行い堆積相解析を行った.研究代表者らによる既存のボーリング試料とあわせると,上述のラグーン部分で記録されている相対的な海進海退は,バリアー部分の堆積相の変化にも記録されている.内陸から海側への2次元断面ではバリアー-ラグーンシステムが復元でき,この海進海退に伴い堆積システムも前進後退をしながら平野を埋積していることが明らかとなった.3相対的海水準変動の要因バリアー-ラグーンシステムの変遷からみると,システムの後退は沈降により急激に起こっていることが明らかであり,このような急激な沈降の要因は伏在断層の活動による沈降が考えられる.縄文海進以降の小規模な海水準変動は,気候変動を要因とする変動として指摘されてきたが,断続的な沈降のも記録しており,堆積システムの移動・発達や沖積平野の形成要因として,テクトニックな変動の要素も考慮する事例となった.
患者由来歯髄幹細胞を応用した口唇口蓋裂の発症機序の解明と治療法の開発

本研究において、CL/P患児由来SHEDでは、ERK1/2のリン酸化の亢進が原因で、その骨再生能力を抑制している事が判明した。ERK1/2リン酸化の亢進は、その脱リン酸化酵素DUSP4/DUSP6の遺伝子プロモーターのヒストン脱メチル化が進行しているためであった。ERK1/2のリン酸化の亢進を阻害する事で、CL/P患児乳切歯由来SHEDの骨再生能力が賦活化され、骨欠損部での骨再生に有益な細胞にレスキューされた。したがって、将来、CL/P患児乳切歯SHEDを保存し、ERK1/2のリン酸化亢進を阻害した自家SHEDを用いて、CL/P患児の顎骨欠損治療に応用する再生医療学体系の確立が期待できる。CL/P患者3名の乳歯歯髄より乳歯歯髄より幹細胞(CL/P-SC)を単離に成功した。CL/P-SCの幹細胞学的特徴を解析するため、3名の正常患者より乳歯幹細胞(Cont-SC)も単離した。両者の幹細胞学的特徴を解析すると、コロニー形成能、細胞増殖能、幹細胞マーカーの発現ならびに多分化能のいずれもCL/P-SCが劣っていた。次に、培養CL/P-SCならびにCont-SCより全蛋白質および全RNAを抽出し、ウェスタンブロティング法およびRT-PCR法を用いてTGF-βシグナル(TGFBRI, TGFBRII, TGFBRIII, Smad2/3, phospho-Smad2/3, p38, phospho-p38, ERK, phospho-ERK, Akt, phospho-Akt)の異常を蛋白質レベルおよび遺伝子レベルで検索した。TGFBRIおよびTGFBRIIIはCL/P-SCならびにCont-SCで遺伝子・タンパク質レベルで同等の発現強度を示したが、TGFBRIIはCont-SCに比べてCL/P-SCにおいて有意に低下していた。しかしながら、DNAシークエンス法によりCL/P-SCにおけるTGFBRII遺伝子の変異等の異常は認められなかった。さらに下流シグナルをウェスタンブロティング法にて解析したところ、Smad2/3, phospho-Smad2/3, p38, phospho-p38, Akt, phospho-Aktのいずれも両者の間に発現強度に変化が認められなかった。一方、ERKのレベルは同等であったが、phospho-ERKのレベルがCL/P-SCで有意に上昇していた。以上の結果から、CL/P-SCはCont-SCと比較して幹細胞生物学的に障害を受けている事が示唆された。次に、リン酸化レベルが変化した分子群についてさらに検討を加えた。各siRNAならびにインヒビター・アクチベーターを骨誘導培養中に作用させ、誘導後1週後で総RNA及び総タンパクを抽出し、RT-PCR法およびウェスタンブロティング法にて、骨芽細胞特異的遺伝子ならびに蛋白質の発現を解析した。また、誘導後4週後でアリザリンレッド染色を行い、石灰化物沈着能を解析した。解析した一部のシグナル分子では、骨形成に変化が認められなかった。残りの分子群については、シークエンスを行い、遺伝子配列の異常は認められなかった。また、DNAメチル化解析およびクロマチン免疫沈降法で解析した所、これらの解析に於いても異常は認められなかった。ERK1/2インヒビターならびにERK1/2 siRNAを作用させ、CL/P-SHEDにおけるin vitro骨形成能力の回復を検討した。ERK1/2インヒビターCL/P-SHED群ならびにERK1/2 siRNA処理CL/P-SHED群では、ともにControl-SHEDと同等のin vitroでの骨形成能力への回復が認められた。またこの群では、骨芽細胞特異的分子のRunx2やオステオカルシンが遺伝子ならびにタンパクレベルでの回復もqRT-PCR法およびWestern blotting法で確認された。DUSP4/5/6遺伝子のシークエンスの結果、CL/P-SHEDでは、DUSP4/5/6 DNAの遺伝学的変異が認められない事が分かっており、今後はDUSP4/5/6遺伝子のプロモーター領域におけるDNAメチル化やヒストン修飾について検討を考えている。また、siRNA・インヒビター・アクチベーターを用いることで、CLP-SHEDにおける骨形成不全機能の一部を回復させる手段となる足がかりをも発見した。この事実は、将来、臨床応用を見据えた場合、非常に重要な発見となった。以上のことから。本年度の研究は、概ね順調に進行していると考えられる。27年度が最終年度であるため、記入しない。口腔解剖学また、この発症分子メカニズムを利用して、まずは、培養系にて。CLP-SHEDにおいて機能不全を示した骨形成能の改善を目指して行く計画である。siRNA

ならびにリン酸化に対するインヒビター・アクチベーター添加後の骨誘導実験系に於けるより詳細な骨形成改善メカニズムをRT-PCR法およびウェスタンブロティング法を用いて追求する。また、免疫不全マウス頭頂部に、骨欠損モデルを作製し、骨再生を目指す。その欠損部に、種々のキャリアーとともに正常SHED、CLP-SHED、siRNA・インヒビター・アクチベーター処理CLP-SHEDを移植する。移植部をマイクロCT等で経時的に観察し、その骨の再生・治癒課程を観察すると供に、移植後816週後に於いて当該部組織切片を作製して、治癒像を詳細に観察する。以上のin vitroならびにin vivoの骨再生の実験を通じて、CLP-SHEDの機能的改善手段の構築を確立し、将来の臨床応用へと目指してゆく。さらに、本年度ども含めた研究成果を論文にまとめ、国際雑誌に発表するよう努力する。初年度の計画を計画通りに遂行した。解析をおこなって順調な結果を得てきたが、シグナル解析の研究で一部予想とは異なる結果も得られ、研究計画に僅かな修正が必要な場合もあった。修正は予想していたシグナル分子以外のものだったため、基本計画自体の大幅な変更は必要なかった。27年度が最終年度であるため、記入しない。研究遂行上、次年度への抗体購入に充てる必要があったため。初年度の結果から予想に反したシグナル分子が標的とする解析に移らねばならないが、計画自体の根幹を変える必要はない。従って、今後は基本的には当初の計画通りに遂行し、結果を積み上げてゆく。ただし、仮説と異なる結果を得る可能性もあるため、十分に結果を逐一精査しつつ、また予想外の結果に即座に対応できる体制を備えておくように心がける。in vivoの骨再生を検討するため、移植細胞の局在を示す解析(免疫染色)に使用予定である。研究遂行上、多少計画を変更せねばならなかった。計画変更後、速やかに必要物品の購入のための選定に当たったが、適切な試薬が確定できず次年度へ繰り越した。すでに必要とする試薬を選定しており、購入手続きをとり速やかに物品費として使用する予定である。
短日繁殖と長日繁殖を決定する分子基盤の解明

四季の存在する地域では動物たちは特定の季節にのみ繁殖活動を行なう。妊娠・孵卵期間の短い小型のハムスターやウズラは春に交尾を行う長日繁殖動物であり、妊娠期間が半年程度のヤギやヒツジは秋に交尾を行う短日繁殖動物であるが、繁殖時期の長日性、短日性を制御する仕組みはわかっていない。本研究では長日と短日でそれぞれ繁殖活動を行なうタイセイヨウニシンの野生集団間の全ゲノム比較で見出された候補遺伝子の機能をメダカを使って明らかにする。
組織化ナノ細孔を光触媒反応場とする高選択的有機合成

本研究は、多孔体結晶の組織化されたナノ細孔を「光触媒反応場」として利用することにより、高選択的な有機合成反応を実現することを目的として行った。まず、チタン酸化物を含有するシリカ多孔体(Tiシリケート)が、細孔径とほぼ等しいサイズの化合物の反応を選択的に触媒する機能を有することを明らかにした。この機能により、細孔径とほぼ等しいサイズの基質を少し小さな分子に変換する反応に利用できることを明らかにした。さらに、メソ細孔を有する酸化チタンが、触媒表面に吸着しやすい化合物の反応を選択的に触媒する「吸着依存型の光触媒活性」を発現することを見出した。この機能により、ベンゼンからフェノールの直接合成を80%以上の選択率で進行させることを見出した。また、有機光増感剤をゼオライトのスーパーケージ内に固定化した光触媒により、可視光(λ>400nm)照射下、分子状酸素によるオレフィンからカルボニル化合物の選択的変換が>99%以上の選択率で進行することを明らかにした。さらに、固体表面での活性種の精密設計による選択的物質変換に取り組んだ。メソ細孔を有するシリカ多孔体にチタン酸化物を固定化したメソTiシリケートを光触媒として、アセトニトリル存在下、分子状酸素によるアルカンの光エポキシ化が高選択的に進行することを明らかにした。また、Cr酸化物を含むシリカが、可視光(>400nm)励起により、分子状酸素によるシクロヘキサンのシクロヘキサノンへの酸化およびオレフィンの部分酸化を選択的に進行させることを明らかにした。また、独自に開発した合成法により、シリカ相により部分的に「被覆された」V酸化物を含有するシリカを合成し、水の存在下でも高い光触媒活性を示すことを明らかにした。さらに、有機高分子を用いる選択的な物質変換法の開発に取り組んだ。有機光増感剤を疎水性の内部空間に配置し、かつ外殻部を親水性のデンドロンにより覆った、両親媒性デンドリマー光触媒を合成し、本光触媒が分子状酸素によるスルフィド類の光酸素化反応を促進することを明らかにした。また、また、ポリ-N-イソプロピルアクリルアミドに光増感剤を共重合させたランダムポリマー光触媒を合成し、本光触媒が、水中、分子状酸素の存在下での光酸素化速度を温度変化により自在に制御できることを明らかにした。チタノシリケートは骨格内にチタンを含有するシリカ多孔体である。特に、チタン含量が少ない場合、骨格内のチタンはバルクTiO_2のような6配位構造を取らず、Siに囲まれた孤立4配位構造をとるため、バルクTiO_2とは異なる光触媒特性の発現が期待できる。本研究では、マイクロ孔(約0.55nm)をもち、かつ4配位チタンを含有するチタノシリケートの水中における光触媒機能を研究した。様々な水溶牲一環芳香族を基質とした光触媒反応を分子状酸素の存在下で行ったところ、チタノシリケートの細孔径よりも明らかに大きな分子径をもつ化合物や小さな分子径をもつ化合物は転化しないのに対し、細孔径とほぼ等しい分子径をもつ化合物のみが転化することを見出した。

このような機能は、バルクTiO_2やチタンを含まないシリカ多孔体に6配位チタンを含有された触媒、またはゾルゲル法により調製した非孔質の4配位チタン含有シリカを用いた場合には全く見られず、4配位チタン種とナノ細孔が組み合わされることにより初めて発現する特異な機能であることを明らかにした。また、水存在下におけるチタノシリケートのESRスペクトルの測定により、機能発現のメカニズムを明らかにした。チタノシリケートのこのような機能は、様々な物質変換反応に応用できる。例えば、内分泌攪乱物質である2-クロロ-1,4-ジヒドロキシベンゼン(CDHB)は、バルクTiO_2の存在下で光分解を行うと、-Clから-OHへの置換により1,2,4-トリヒドロキシベンゼン(THB)を生成するが、逐次的に芳香環が分解されてしまう。一方、チタノシリケートを用いてCDHBの光分解を行うと、バルクTiO_2の場合と同じように、-Clから-OHへの置換が進行するが、この段階で生成したTHBの分子径は細孔よりも十分小さいためそれ以上の光分解は進行せず、無害かつ工業的に有用なTHBがほぼ100%の収率で得られる。すなわち、チタノシリケートは細孔径とほぼ等しい分子径をもつ化合物を少し小さな分子に変換する(分子を削る)機能をもつと言え、分子サイズの減少をともなう選択的官能基変換反応へ応用できることを見出した。酸化チタンを用いる光触媒反応の多くは、光吸収により触媒表面で生成した酸化力の強いヒドロキシルラジカル(・OH)が分子を酸化することにより進行する。しかしながら、・OHによる酸化の選択性は非常に低い。そのため、これまでに酸化チタンを用いる様々な光触媒反応系が提案されているものの、選択的な物質変換は困難であった。本研究では、メソ細孔を有する酸化チタン(mTiO_2)を水中に懸濁させ光照射を行うと、触媒表面へ吸着しやすい分子を優先的に反応させる特異な触媒機能を発現することを明らかにした。ラジカルスピントラップ剤を用いるESR測定により、触媒に吸着しやすい(細孔内に進入しやすい)分子ほど細孔内で生成した・OHと反応しやすく、逆に、触媒に吸着しにくい(細孔内に進入しにくい)分子は細孔内で生成した・OHと反応することができることを明らかにした。mTiO_2のこのような触媒機能は「吸着しやすい」分子を「吸着しにくい」分子へ選択的に変換することが可能である。例えば、ベンゼンを通常の酸化チタンを用いて光酸化すると、合成化学上非常に重要なフェノールを与えるが、逐次的な酸化を受けるためフェノールの選択性は低い(<10%)。しかしながら本mTiO_2触媒では、フェノールは触媒表面にほとんど吸着しないため、逐次的な反応が抑制され、フェノールが高収率で得られる(>81%)。この値はこれまでに報告された光触媒反応系の中では最も高い値である。熱触媒を用いた場合、このような高収率でフェノールが得られる系も散見されるが、いずれも高温・高圧下での操作が必要であるほか、貴金属の使用が不可欠である。本光触媒系は、「水」を酸化剤として使えるだけでなく、常温・常圧下での操作が可能であり、様々な物質変換反応に応用できると考えられる。本研究の目的は、多孔体結晶の組織化されたナノ細孔を「光触媒反応場」として利用することにより、高選択的な有機合成反応を実現することにある。平成17年度は、オレフィンからのi)高選択的エポキシド合成、およびii)高選択的ケトン合成について検討した。i)
完全室温動作シリコン単電子・量子・CMOS融合集積回路ナノデバイスに関する研究

本研究では,ナノ構造中で新たに発現する単電子効果および量子効果を積極的に利用し室温で動作するシリコン新機能デバイスと既存のCMOSデバイスを融合させた新しい概念の集積回路を目指した研究を行った.まず,単電子トランジスタの作製プロセスの改良に着手し,世界最大の単電子トランジスタにおけるクーロンプロッケード振動の電流山谷比および負性微分コンダクタンス特性の山谷比を得ることに成功した.さらに,極めて小さなドットを有する単電子トランジスタにおいては,ドット中の量子間隔が極めて大きいことから,ドレイン電圧によってピーク位置を正確に制御できることを世界で初めて示した.次に室温で動作する単電子トランジスタの集積化に取り組んだ.単電子トランジスタはこれまで作製プロセスが未熟であったため,複数のデバイスを1チップ上に集積することは不可能であった.本研究ではプロセス技術を徹底的に洗い直して極めて微細はシリコンドットを精度よく作製するプロセスを開発し,初めて室温単電子トランジスタの集積化に成功した.さらに,クーロンプロッケード振動のピーク位置を制御することのできる室温動作単電子トランジスタ3個と電流値の制御するMOSトランジスタを1チップ上に集積し,アナログパターンマッチング回路を構成し,その動作を室温において実証することにも成功した.これらの成果は,完全室温動作シリコン単電子・量子・CMOS融合集積回路の実現の可能性を飛躍的に向上させる重要な成果である.本研究では,ナノ構造中で新たに発現する単電子効果および量子効果を積極的に利用し室温で動作するシリコン新機能デバイスと既存のCMOSデバイスを融合させた新しい概念の集積回路を目指した研究を行った.まず,単電子トランジスタの作製プロセスの改良に着手し,世界最大の単電子トランジスタにおけるクーロンプロッケード振動の電流山谷比および負性微分コンダクタンス特性の山谷比を得ることに成功した.さらに,極めて小さなドットを有する単電子トランジスタにおいては,ドット中の量子間隔が極めて大きいことから,ドレイン電圧によってピーク位置を正確に制御できることを世界で初めて示した.次に室温で動作する単電子トランジスタの集積化に取り組んだ.単電子トランジスタはこれまで作製プロセスが未熟であったため,複数のデバイスを1チップ上に集積することは不可能であった.本研究ではプロセス技術を徹底的に洗い直して極めて微細はシリコンドットを精度よく作製するプロセスを開発し,初めて室温単電子トランジスタの集積化に成功した.さらに,クーロンプロッケード振動のピーク位置を制御することのできる室温動作単電子トランジスタ3個と電流値の制御するMOSトランジスタを1チップ上に集積し,アナログパターンマッチング回路を構成し,その動作を室温において実証することにも成功した.これらの成果は,完全室温動作シリコン単電子・量子・CMOS融合集積回路の実現の可能性を飛躍的に向上させる重要な成果である.本研究の目的は,ナノ構造中で新たに発現する単電子効果および量子効果を積極的に利用し室温で動作するシリコン新機能デバイスと,既存のCMOSデバイスを融合させた新しい概念の集積回路を実現することである.本研究の主な特徴は,ナノ構造中の物理やデバイス物理だけでなく回路技術まで考慮して集積化を目指す点,室温動作を目指す点,および実際に回路を試作して新概念の優位性を実証しようとする点である.本年度は,室温で動作する単電子トランジスタの集積化に取り組んだ.単電子トランジスタはこれまで作製プロセスが未熟であったため,複数のデバイスを1チップ上に集積することは不可能であったが,本研究ではプロセス技術を徹底的に洗い直して極めて微細はシリコンドットを精度よく作製するプロセスを開発し,初めて集積化に成功し,室温で電流スイッチ動作を実現した.さらに,クーロンブロッケード振動のピーク位置を制御することのできる室温動作単電子トランジスタ3個と電流値の制御するMOSトランジスタを1チップ上に集積し,アナログパターンマッチング回路を構成し,その動作を室温において実証することにも成功した.これらの成果は,完全室温動作シリコン単電子・量子・CMOS融合集積回路の実現の可能性を飛躍的に向上させる重要な成果である.本研究の目的は,ナノ構造中で新たに発現する単電子効果および量子効果を積極的に利用し室温で動作するシリコン新機能デバイスと,既存のCMOSデバイスを融合させた新しい概念の集積回路を実現することである.本研究の主な特徴は,ナノ構造中の物理やデバイス物理だけでなく回路技術まで考慮して集積化を目指す点,室温動作を目指す点,および実際に回路を試作して新概念の優位性を実証しようとする点である.昨年までに室温動作の単電子トランジスタを1チップ上に集積し,各種回路動作を室温で実証することに成功している.本年度は,室温で動作する単電子トランジスタを回路中で低電圧動作させるための検討を行った.その結果,ゲート酸化膜厚を薄くしてトランジスタの利得を高くすると,負性微分コンダクタンス特性のピークの半値幅が小さくなることを初めて見いだした.ピークの半値幅が小さいと低い電圧で微分負性コンダクタンスが起こるため,回路の低電圧動作が可能となる.この結果は,単電子トランジスタのモデリングによる計算結果とも良く一致する.また,負性微分コンダクタンス特性の山谷比,および単電子トランジスタの利得は,ともに室温では世界最大であり,昨年度以来取り組んできた単電子トランジスタの作製プロセスが有効であることを示している.これらの成果は,完全室温動作シリコン単電子・量子・CMOS融合集積回路の実現の可能性を飛躍的に向上させる重要な成果である.本研究の目的は,ナノ構造中で新たに発現する単電子効果および量子効果を積極的に利用し室温で動作するシリコン新機能デバイスと,既存のCMOSデバイスを融合させた新しい概念の集積回路を実現することである.

本研究の主な特徴は,ナノ構造中の物理やデバイス物理だけでなく回路技術まで考慮して集積化を目指す点,室温動作を目指す点,および実際に回路を試作して新概念の優位性を実証しようとする点である.昨年までに室温動作の単電子トランジスタを1チッブ上に集積し,各種回路動作を室温で実証することに成功している.本年度は,量子効果を発現するシリコンナノワイヤトランジスタと単電子トランジスタにおいて,電気特性のチャネル方向依存性とキャリア極性依存性を実験により詳細にしらべ,集積回路を構成する場合の最適レイアウトを検討した.その結果,シリコンナノワ・イヤトランジスタでは[110]方向のpチャネルFETにおいて非常に特性ばらつきが小さくなること,さらに単電荷トランジスタにおいては[100]方向のpチャネルにおいて大きなサブバンドエネルギーのため非常に大きなクーロンブロッケード振動が観測されることが明らかとなった.特にpチャネルの単正孔トランジスタでは,室温において山谷比480のクーロンブロッケード振動と山谷比300の負性微分コンダクタンス特性を観測することに成功した.これらの山谷比は世界最大の値である.これらの成果は,完全室温動作シリコン単電子・量子・CMOS融合集積回路の実現の可能性を飛躍的に向上させる重要な成果である.本研究の目的は、ナノ構造中で新たに発現する単電子効果および量子効果を積極的に利用し室温で動作す下るシリコン新機能デバイスと,既存のCMOSデバイスを融合させた新しい概念の集積回路を実現することである.本研究の主な特徴は,ナノ構造中の物理やデバイス物理だけでなく回路技術まで考慮して集積化を目指す点,室温動作を目指す点である.平成19年度は,単電子トランジスタとCMOS回路の融合を意識して,ばらつきの大きな単電子トランジスタの特性を基板バイアス効果で制御する方法を提案した.この手法はCMOSデバイスの制御法として用いられている方法である.この方法を室温動作の単電子トランジスタにも適用し,ピーク位置だけでなくピークの半値幅も制御できることを実験により示した.さらに,極めて小さなドットを有する単電子トランジスタにおいては,ドット中の量子間隔が極めて大きいことから,ドレイン電圧によってピーク位置を正確に制御できることを世界で初めて示した.これらの成果は,室温動作シリコン単電子・量子・CMOS融合集積回路の実現に向けて特性制御の観点から大きな成果であると考えられる.一方,ソース・ドレイン領域にpn接合を有する特殊なトランジスタにおいては,単電子トランジスタとは動作原理の異なる方法で電流ピークをもつ特性が室温で得られることを発見した.詳細なデバイス評価の結果,この現象はpi-n領域の電子・正孔対の再結合電流に起因することを明らかにした.この現象も新機能を有する室温動作シリコン単電子・量子・CMOS融合集積回路に有用である.
原子核のスピン分布制御という新手法を用いた中性子超過剰核の構造の研究

本研究は中性子数(もしくは陽子数)が陽子数(中性子数)に比べて極端に多い中性子(陽子)過剰不安定原子核構造はどのようになっているか、という原子核物理学の重要課題の一つとなっている。その中でも中性子数20付近の中性子過剰な原子核の構造はその特異な構造から非常に注目を集めている原子核領域である。本研究では、中性子過剰なNe同位体の基底状態について基本的な物理学量である電磁気モーメントを測定することで、基底状態の単一粒子状態や変形について系統的なデータを取得し、中性子数20領域の詳細な原子核構造を議論することを目的とする。本研究では中性子過剰なNeの電磁気モーメントを測定するために、ベータNMRと空間的にスピンをある方向に偏らせた(スピン偏極した)不安定核ビームを組み合わせるという新たな手法を考案し、そのために必要な開発研究を行った。希ガスであるNeでのベータNMRに利用可能な停止素材のデータは非常に少なく、この研究には、まずNeを用いてベータNMRが可能な単結晶素材を探す必要がある。そのために、昨年度理化学研究所の不安定原子核生成装置RIPSを用いて実験を行った。その結果について本年度詳細な解析を行い、ZnOがNeのベータNMRに非常に有効であると新たに分かった。本年度は、その結果について解析を行い、論文としてまとめている。加えて、本年度は実施できなかったがスピン整列ビームを用いての原理実証実験も放射線医学総合研究所のHIMACにて計画しており、本年度はその準備も行った。この実験は、理化学研究所RIBFで計画している中性子過剰なNeの本実験と同じシステムを用いるため、その測定システムの構築も本年度行った。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。中性子数が陽子数に比べて非常に多い(中性子過剰な)原子核は安定な原子核と比べその構造が大きく異なることが近年の原子核研究において示唆され、非常に注目を集めている。特に、中性子数が魔法数20に付近の中性子過剰なNe, Mg, Na同位体では、魔法数付近の原子核は基底状態が球形であるという安定核での実験結果に反して、基底状態で大きくレモン型(プロレート)に変形していることが近年の実験的な研究で明らかになりつつある。そこで、本研究では中性子過剰Ne同位体の基底状態の配位やその変形状態を調べるために、29Neおよび31Neの磁気双極子モーメント(核子の軌道運動をよく反映した物理量)および電気四重極子モーメント(原子核の電荷分布など原子核の形を示す)の測定を目的とする。不安定原子核の基底状態電磁気モーメント測定には、ベータNMR法と空間的にスピンをある方向に偏らせた(スピン偏極した)不安定核ビームが用いられる。しかし、中性子過剰なNeを偏極させるのはその生成方法から非常に難しい。そのため本研究では、理化学研究所RIBF施設で生成方法が開発されたスピンをある軸に偏らせた(スピン整列した)ビームとベータNMR法を組み合わせた新たな方法を新たに開発し、その新たな電磁気モーメント測定方法を用いて中性子過剰なNe同位体の基底状態の電磁気モーメント測定を目指す。今年度は、Neの電磁気モーメント測定実験に向けた装置開発、2017年に予定されているスピン整列21Fビームを用いた新たなベータNMR法の確立・実証実験および23Neビームを用いたビームストッパーの最適な結晶探索実験の準備を行った。2016年8-9月には、理化学研究所のRIPSを用いて、基底状態のスピン・電磁気モーメントが非常によく確立している不安定原子核21Fを散乱角度・運動量を選びながら生成分離することで偏極させ、その偏極21Fビームを用いて、ベータNMRの装置のテストを行った。その結果、ベータ測定装置に関しては、ベータ線を30%程度の高効率で測定しながら、バックグラウンド1 cpsという非常に高S/Nな測定ができた。しかし一方で、印加する振動磁場強度が十分でなく、磁場掃引の時間を短縮することができず、31Ne(半減期3.4 ms)など半減期が10 ms以下の原子核に向けた測定のためには改善が必要であることが明らかとなった。電磁気モーメントは原子核の単一粒子構造や変形状態などに感度があり、原子核基底状態での構造を調べる上で重要な物理量である。中性子過剰原子核の基底状態電磁気モーメント測定は、ベータ法と空間的にスピンをある方向に偏らせた(スピン偏極した)不安定核ビームを組み合わせて、測定されてきた。しかし、中性子過剰な原子核を偏極させるのはその生成方法から非常に難しい。特に本研究で、対象とする中性子過剰なNe原子核は、安定核ビームから多くの核子をはぎ取る必要があり、非常に小さな偏極しか生成できず、既存のベータNMRは適用が難しい。そのため本研究では、理化学研究所RIBF施設で生成方法が開発されたスピンをある軸に偏らせた(スピン整列した)ビームを電場勾配のある単結晶基板に打ち込み、そこでのゼーマン分離をベータNMR法で測定するという新たなベータNMR法を考案した。本研究では、まずその新手法の開発を行い、その新たな電磁気モーメント測定方法を用いて中性子過剰なNe同位体の基底状態の電磁気モーメント測定を目指す。

今年度は、中性子過剰なNeの電磁気モーメント測定に必須であるNeのベータNMRに適した単結晶の探索と単結晶中のNe停止位置での電場勾配を測定する実験を理化学研究所のRIPSを用いて行った。実験では比較的安定核に近く、その基底状態での電磁気モーメントが既知である23Neを用いて行った。その結果、ZnO単結晶がNeのベータNMRに適しているという結果が得られた。本研究は、中性子過剰Ne同位体の基底状態の配位やその変形状態を調べるために、29Neおよび31Neの磁気双極子モーメント(核子の軌道運動をよく反映した物理量)および電気四重極子モーメント(原子核の電荷分布など原子核の形を示す)の測定を最終的な目的とする。今年度は、9月に磁気双極子モーメント・電磁気四重極モーメント23Neを用いたNeのベータNMRにおける最適な単結晶の探索、および、Ne停止位置での電場勾配の測定の実験を行った。その結果、非常にクリアな共鳴ピークが得られた。その共鳴ピークの振動数および過去に報告されていた電気四重極モーメントと合わせ、ZnO単結晶中のNe停止位置での電場勾配を決定することができた。以上より、我々の新手法を用いて中性子過剰Ne同位体のモーメント測定を行う準備ができた。本研究は中性子数(もしくは陽子数)が陽子数(中性子数)に比べて極端に多い中性子(陽子)過剰不安定原子核構造はどのようになっているか、という原子核物理学の重要課題の一つとなっている。その中でも中性子数20付近の中性子過剰な原子核の構造はその特異な構造から非常に注目を集めている原子核領域である。本研究では、中性子過剰なNe同位体の基底状態について基本的な物理学量である電磁気モーメントを測定することで、基底状態の単一粒子状態や変形について系統的なデータを取得し、中性子数20領域の詳細な原子核構造を議論することを目的とする。本研究では中性子過剰なNeの電磁気モーメントを測定するために、ベータNMRと空間的にスピンをある方向に偏らせた(スピン偏極した)不安定核ビームを組み合わせるという新たな手法を考案し、そのために必要な開発研究を行った。希ガスであるNeでのベータNMRに利用可能な停止素材のデータは非常に少なく、この研究には、まずNeを用いてベータNMRが可能な単結晶素材を探す必要がある。そのために、昨年度理化学研究所の不安定原子核生成装置RIPSを用いて実験を行った。その結果について本年度詳細な解析を行い、ZnOがNeのベータNMRに非常に有効であると新たに分かった。本年度は、その結果について解析を行い、論文としてまとめている。加えて、本年度は実施できなかったがスピン整列ビームを用いての原理実証実験も放射線医学総合研究所のHIMACにて計画しており、本年度はその準備も行った。この実験は、理化学研究所RIBFで計画している中性子過剰なNeの本実験と同じシステムを用いるため、その測定システムの構築も本年度行った。2016年度に行ったテスト実験で、中性子過剰Ne同位体の電磁気モーメント測定のためには装置の改良が必要であるということが明らかとなった。今後はそれらの改善点を踏まえ、今後は2017年9月に実施予定である21Fを用いた新手法の確立・実証実験および23Neを用いた結晶中の電場勾配の測定の実験装置の準備を行う。実験後は、中性子過剰Ne同位体の電磁気モーメント測定に向けた実験提案書の作成を行っていく。
医療処置を伴う在宅看護技術に関する看護職及び一般人への教育指導方法

在宅で適用される例の多い、褥創処置,経管栄養,中心静脈栄養,吸入,吸引,在宅酸素療法,気管カニューレ,人工呼吸器,膀胱留置カテーテル,人工肛門,CAPD,自己注射の12の看護技術を取り上げ、以下の点を検討した。1在宅医療を受ける患者・家族への指導方法患者や家族が在宅生活、或は介護で直面する課題を調べ、課題を克服する介護指導方法、とりわけ医療処置に関わる指導を具体的に検討するため、病院から訪問看護を受けている9事例の膀胱留置カテーテル挿入患者の家族介護者について、身体状態,知識,技術,病状理解状況,行動特性と、介護方法とを関連させて詳細に調べた。これにより、具体的な介護指導方法を示し、訪問看護の際利用できるモデル的なマニュアルを考案した。2保健婦の直面した看護技術上の課題の分析2校の養成機関の卒業生575名の自治体保健婦を対象に、地域での活動における在宅療養者への援助実態と直面している看護技術上の課題を調べた。これにより、技術教育への要望、つまり、単なる個人研修ではなく、地域ケア体制作りの基盤の上に、必要時に技術研鑽できる機会を求めていることが明らかになった。また、新任保健婦臨床研修受講者2名への研修中及び終了後の面接調査から、研修効果と、保健婦臨床研修の企画に考慮すべき要因を整理した。3看護基礎教育課程における在宅看護技術の教育方法2校の大学過程と1校の保健婦学校養成所の各看護技術項目毎の教育方法の現状を調べた。特に、大学過程では、同時に、臨地実習終了前後の57名の学生の看護技術の実施や家庭指導に関する自己評価を、学習機会とを関連させて調べた。これにより、基礎教育過程において、個々の技術教育がどこまで実施できるかが明らかとなり、教育方法の改革を促す基礎資料が得られた。1、在宅医療と訪問看護の現状分析医療処置を伴う看護技術の項目には、じょく創処置、経管栄養、中心静脈栄養、吸引・吸入、在宅酸素療法、気管カニューレ装着、膀胱カテーテル留置、膀胱洗浄、人工肛門・人工膀胱、CAPD、自己注射があげられた。保健婦297名から在宅療養者の援助実態の回答を得た。その結果、指導・援助実施件数が最も多いのは、じょく創処置、ついで、膀胱留置カテーテル、経管栄養に関する看護であった。2、医療依存度の高い患者の家族介護の実態調査膀胱留置カテーテル挿入患者5例につき家族の初期指導の理解と介護技術についての考え、家族の患者観察実施状況、介護日誌、カテーテル管理方法、膀胱洗浄について調べた。(1)観察項目では、カテーテル挿入部の粘液分泌物、尿漏れ、血尿、発熱の理解がしにくく、観察が不十分である。(2)介護技術に関しては身体への固定、挿入部の消毒方法、尿の逆流防止、器具・衛生材料・薬品の入手と保管方法、水分摂取管理、膀胱洗浄に問題がある。膀胱洗浄では無菌操作の施行が困難であり、「滅菌」を単に清潔と理解していて、滅菌物品を汚染してしまう現状が確認された。3、看護婦・保健婦養成課程の教育の現状分析在宅ケアに関する教育内容とその方法を大学課程と保健婦養成課程について専任教員から把握した。前述の在宅医療処置関連の看護技術教育状況は、演習、実習、VTRを利用した講議で意図的に学習計画がたてられていることがわかり、学習成果を確認し効果的な指導方法を追究する必要がある。1医療依存度の高い患者と家族への看護技術指導方法の開発前年度の研究成果を総合し、一般人である在宅患者・家族への看護技術指導方法として、モデル的なマニュアルを作成した。2保健婦・訪問看護婦の直面している看護技術上の課題分析

前年度の研究成果から、自治体保健婦が在宅患者・家族への援助上直面している課題を、医療処置を伴う援助技術と家族への介護指導に関することに分けて調べ、在宅ケア援助技術の構成要素を明らかにした。3新任期保健婦に実施した臨床研修の効果1年間の臨床研修を受講した2名の保健婦について、研修期間中及び終了9カ月後に面接調査を行い、研修の過程で学習したこと等を詳細に調べ、研修効果を分析し、保健婦の現任訓練として臨床(医療機関)研修を企画する場合に考慮すべき要因を整理した。4医療処置を必要とする在宅患者への援助に関する教育と、看護技術に関する学生の自己評価神経難病患者に関する家族介護・地域ケアチーム活動の実態を紹介したVTRを視聴させ、これを素材に在宅看護技術や家族介護指導技術に関する84名の学生の関心・態度等を調べ、家庭において展開する看護援助の特徴を伝える教育の方法を再考する資料を得た。また、各看護領域の臨地実習を終了した57名の学生に対して、在宅看護技術に関する自己評価を実施し、看護技術学習の機会との関連を調べた。これにより、基礎教育課程において、個々の技術教育がどこまで実施できるかが明らかとなり、教育方法の改革を促す基礎資料が得られた。5教育対象別の在宅看護技術教育方法の検討前年度のデータと上記2,3,4の結果を総合し、さらに海外の地域看護教育課程の現状分析も加えて、保健婦・看護婦の基礎教育及び継続教育・リカレント教育における在宅ケア技術の教育方法について検討した。
光遺伝学を応用した脳内バゾプレッシン・オキシトシン神経の新たな役割解明への挑戦

下垂体後葉ホルモンは、視床下部に限局する大細胞性神経分泌ニューロンの細胞体で産生され、循環血中のみならず脳内にも分泌される。本研究課題では、大細胞性神経分泌ニューロンに光感受性タンパクを特異的に発現させて光照射による神経活動の制御を可能とすることを試みた。得られたトランスジェニックラットの系統において光感受性タンパクの発現が確認できた。光照射に対する反応性などの機能評価については今後の課題である。本研究では、光感受性タンパク(光興奮性タンパク(チャネルロドプシン2)および光抑制タンパク(ハロロドプシン))をバゾプレッシンおよびオキシトシン(下垂体後葉ホルモン)を産生する神経分泌ニューロンにトランスジェニック技術を用いて強制発現させることにより、下垂体後葉ホルモンの新たな機能を明らかにすることを目的とした。本年度は、初年度に作成に着手したトランスジェニックラットの系統維持・繁殖を行い、得られた複数の系統について光感受性タンパクの発現を解剖学的および電気生理学的に検討した。具体的には、(1)バゾプレッシン遺伝子にチャネルロドプシン2-eGFP遺伝子もしくはチャネルロドプシン2-eGFP-ハロロドプシン-YFP融合遺伝子を導入したトランスジェニックラットの視床下部におけるeGFPもしくはYFPの蛍光タンパク発現を蛍光顕微鏡および共焦点レーザー顕微鏡を用いて観察することができた、(2)浸透圧刺激(脱水および2%食塩水の飲水負荷)によりこれらの蛍光タンパクの蛍光強度が増加した、(3)バゾプレッシンニューロンが局在する神経核の一つである視索上核から酵素処理により単離したニューロンにおいて光感受性タンパクの発現を蛍光タンパクを指標に蛍光顕微鏡下で同定することができた。さらに、そのようにして同定したニューロンからホールセルパッチクランプ法により膜電位を記録しながら光刺激をすることで生じる膜電位の変化を記録することができた。今後、オキシトシンニューロンについても同様のアプローチを行い、光操作にさらなる工夫が必要であると考えている。本研究では、光感受性タンパク(光興奮タンパク(チャネルロドプシン2)および光抑制タンパク(ハロロドプシン))を下垂体後葉ホルモンとして知られるバゾプレッシンおよびオキシトシンを産生する神経分泌ニューロンにトランスジェニック技術を用いて強制発現させることにより、下垂体後葉ホルモンの新たな機能を解明することを目的としている。本年度は、バゾプレッシン遺伝子にチャネルロドプシン2遺伝子とハロロドプシン遺伝子を連結した合成遺伝子を挿入した融合遺伝子を作製し、その融合遺伝子を用いてトランスジェニックラットの作出を行った。なお、チャネルロドプシン2遺伝子には改変緑色蛍光タンパク(eGFP)遺伝子を連結し、ハロロドプシン遺伝子には黄色蛍光タンパク(YFP)遺伝子を連結することで、それぞれの光感受性タンパク遺伝子発現をeGFPおよびYFPのそれぞれの蛍光タンパク遺伝子の発現で確認することができるように設計されている。本年度の結果としては、この融合遺伝子を持つファウンダーラットの4系統(雄2匹、雌2匹)が得られた。導入された融合遺伝子のコピー数は、1および3コピーであった。これらの系統では、外見上は正常に成長しており行動などには明かな異常は見られなかった。現在、本学動物研究センターでこれらのファウンダーラットの系統維持・繁殖のため飼育中でそれぞれのファウンダーラットからF1を得るために交配を行っているところである。今後、F1ラットの視床下部からバゾプレッシン産生ニューロンを酵素処理により単離して蛍光タンパクを指標に光感受性タンパクが発現しているかどうか、さらにホールセルパッチクランプ法を用いて光感受性タンパクが発現しているかどうかを確認する予定である。初年度に予定していた通り、バゾプレッシン遺伝子にチャネルロドプシン2およびハロロドプシン遺伝子を挿入した融合遺伝子を作製し、その融合遺伝子を用いてトランスジェニックラットを作出することができた。オキシトシン遺伝子についてはまだ実施できていないものの同様の手法により今年度よりも効率よく実施できると考えている。バゾプレッシン-チャネルロドプシン2-ハロロドプシン遺伝子が導入されたトランスジェニックラットのSPF化、飼育および系代繁殖を本学動物研究センター内で行う。耳介部皮膚から抽出したDNAを用いてバゾプレッシン-チャネルロドプシン2-ハロロドプシン融合遺伝子が導入されていることを確認後、ラットの視床下部視索上核からバゾプレッシン産生ニューロンを酵素処理により単離する。単離したニューロンからパッチクランプ法を用いて膜電流を記録し、光照射による電流変化を観察する。また、視床下部視索上核を含む脳スライス標本を作製し、パッチクランプ法を用いてシナプス入力を記録しながら光照射の影響を観察する。さらに、in vivoにおいて視床下部への光照射方法を確立し、血中バゾプレッシン濃度の測定と行動との相関を観察する。これらに平行してオキシトシン-チャネルロドプシン2-ハロロドプシン遺伝子を用いたトランスジェニックラットの作出を進める。トランスジェニック動物を用いるため、実験動物(トランスジェニックラット)費、試薬費、検体検査料、研究支援施設利用料(含飼育費)を計上した。

光照射に用いる光ファイバー等は実験毎に手作りで作製するため、実験用消耗品として計上した。トランスジェニックラットへの融合遺伝子導入判定のためPCR法をルーチンで実施する必要があるため試薬および実験用消耗品を計上した。また、本研究課題に関連する研究成果発表および情報収集のため関連学会に参加するための国内旅費を計上した。実験動物費400千円試薬費300千円検体検査料100千円研究支援施設使用料(含飼育費)100千円実験用消耗品300千円国内旅費100千円
内耳感覚細胞の運動機構に関する分子生物学的研究

内耳感覚細胞の運動機構の解明とその意義を明らかにするため本年度は研究計画に従い以下の様な成果をあげることが出来た。前年度までの研究により前庭感覚細胞も外液環境の変化(高カリウム、高浸透圧、ATP等)により感覚毛の変位を主体とした運動性を有する事が明かにされたが、今年度の研究により、この運動性は感覚細胞の感覚受容を調整するとともに、感覚細胞の順応機構に強く関与していることが明かとなった。さらに免疫学的研究から細胞内のアクチン、ミオシンなどの局在を解明し、特にアクチンは感覚毛のみならず細胞の中にも存在することが見いだされた。その結果アクチンを主体とした細胞骨格が感覚細胞の運動性を生み出していることが証明された。次ぎに、内耳の細胞骨格構造の三次元的構築を明らかにするためにサポニンを利用した新しい試料作製法を考案し走査電顕にて観察をおこなった。その結果、細胞内のアクチン、中間径フイラメント、微小管の三次元構築を明らかにすることが可能となった。これら細胞骨格の機能として細胞の形態の保持に関与すると共に感覚受容機構あるいは細胞内での顆粒や神経伝達物質の移動に関係していることが判明した。
分子シミュレーションによる高活性リガンド探索法の開発

Free energy perturbation (FEP)法・Thermodynamic integration (TI)法を用い、既知リガンドの極微小な構造変化による高活性リガンドを探索する手法の検討を行なった。種々の条件検討を行ないながら本法をタンパク質-リガンド複合体系に適用した結果、Protein kinase CK2のリガンドの活性変化を精度よく再現することに成功した。また、合成可能な化合物の網羅的なアフィニティ予測により、既知リガンドの活性を上回る可能性のあるリガンドの候補を見出した。最適化された計算法は、再現性も良好であり、創薬の現場でも活用できるレベルのものであると考えられる。医薬品設計においてシード・リード化合物中にメチル基や塩素原子を一つ導入したり、複素環のヘテロ原子の配置を変えたりすることにより、活性が一度に10倍以上向上することがしばしば観察される。このような活性変化をFEP(自由エネルギー摂動)/TI(熱力学積分)法を用いて、精度よく予測することを目標としている。今年度は、実際の医薬品に適用する前に、ベンゼン誘導体の水和エネルギー差を指標として本法の計算精度の検証を行なった。実際の医薬品設計における構造変換を視野に入れ、ベンゼン⇔トルエン、ベンゼン⇔クロロベンゼン、ベンゼン⇔ピリジンの3つの系において、FEP/TI法による水和エネルギー差の計算を行なった。分子動力学計算プログラムCHARMmを用いて、3つの系の水和自由エネルギー差を計算したところ、ベンゼン⇔トルエンおよびベンゼン⇔クロロベンゼンの二つの系では、実測値0.02および-0.26kcal/molに対して、FET/TI法による計算値は-0.24/-0.15kcal/molおよび-0.13/-0.12kcal/molとなり、誤差は0.3kcal/mo1内にあった。ベンゼン⇔トルエン系では符号が逆転しているため、計算条件の改良により改善できるか否か検討が必要と思われる。一方、ベンゼン⇔ピリジン系においては、実測値-3.82kcal/molに対し、誤差が1kcal/mol以上存在し、また試行毎の計算値も安定しなかった。この系においては、原子の消滅と大きな原子電荷の変化を伴うため、水の再配向に要する時間や原子の消滅時におけるエネルギー変化の制御など、計算条件を見直す必要がある。今年度は、まず昨年度の実施例で計算誤差が大きかったベンゼン⇔ピリジン系水和エネルギー計算において、ピリジンの電離平衡の効果を取り入れた。実験値-3.8kcal/molに対し、pHが7の条件では-5.1kcal/molと依然1kcal/mol以上の誤差を示したが、実験時の溶液のpH(弱塩基性と考えられる)を考慮するとこの誤差は小さくなると予想された。次に、タンパク質-リガンド系として、FXa複合体系及びCK2α複合体系について実験値を再現するシミュレーション条件の検討を行なった。FXa複合体系では、塩素原子置換効果の再現を試みたが、本複合体系では重要となるタンパク質とリガンド間に働くCl-π相互作用やカチオン-π相互作用のような非典型的相互作用を力場で安定的に取り扱うことが困難であり、従来の計算精度を上回ることができなかった。本複合体系は、検証系とするには不適切であることが明らかとなった。一方、CK2α複合体系では、ヘテロ環の配置変換効果の再現を試みた。その結果、3個のリガンドのうち2個のリガンドの活性値を誤差が0.5kcal/mol以内と大変精度よく予測することができた。しかし、1個のリガンドについては誤差が約3kcal/molとなった。次年度には、この大きな誤差の原因を究明するとともに、CK2αの系においても、塩素原子置換あるいはメチル基置換の実験データを収集し、シミュレーション条件の検証を行なう予定である。このような活性変化(結合エネルギー変化)を熱力学積分(TI)法を用いて、精度よく予測することを目標としている。最終年度は、これまでの検討で実測値を精度よく再現できたCK2α複合体系において、1)計算時間の短縮化、2)再現性、3)計算ツールによる差、について検討した。その結果、1)においては、周期境界条件における系の大きさを変更し、計算系に含まれる溶媒(水)分子の数を減少させることにより、計算精度を落とすことなく計算時間を1.52倍向上させることができた。TI法による結合エネルギー計算は、一つの計算に要する時間が膨大(12週間)であるため、この時間短縮の効果は大きい。

また、同じ計算を初速度をランダムに変えて3度実施したが、計算値の差は0.2 kcal/mol以内であり再現性には全く問題はなかった。一方、計算ツール間の比較では、分子力場ベースのAmberとCHARMm間では、計算誤差の顕著な差はなかった。現状では、計算系のモデリングの方法が異なるため、計算時間の比較はできないが、原理的にツール間での差は無いと考えられる。一方、分子力場法とフラグメント分子軌道法との比較においては、計算系によっては全く異なる値が得られ、この点に付き検証が必要である。これらの結果を受けて、あるCK2阻害剤を題材に特定の部位への種々の置換基の導入、あるいは、塩素基の導入により活性が上がる部位がないかを本法により予測した。その結果、塩素基を導入することにより活性を大幅に向上させうる部位が存在することが判明した。また、そのような部位を簡便に推定する方法を考案した。低分子系の水和エネルギーの再現は概ね計画通り達成できている。高分子系では、一部研究対象とする系の選定に失敗があったが、結合自由エネルギー変化を精度よく再現できる系もでてきている。24年度が最終年度であるため、記入しない。低分子系では、弱酸性の化合物の水和エネルギーの算出についても電離平衡を考慮し、ベンゼン-ピリジン系のような実験値の再現を試みる。高分子系ではCK2α複合体を対象とし、今期に実験値を再現できなかった系の原因究明とともに、塩素置換やメチル置換効果の再現を試みる。