hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
運動のプランニングにおける大脳基底核の役割に関する研究

近年,学習理論における強化学習の発展がみられ,様々な工学的応用が検討されている.一方,大脳基底核にドーパミン性の出力を送る黒質のドーパミンニューロンが,報酬と行動の強化に関連していることは,電気生理学や解剖学の研究によって古くから知られている.しかし,それらは単に報酬に応答するのでなく,予想外の報酬に対して起こることが示され,その振る舞いは強化学習理論におけるTD誤差の応答そのものであり,近年大脳基底核はその学習の場として注目を浴びている.そこで本研究では,被験者(パーキンソン病患者と健常者)にクランク回転運動課題を行わせ,その学習過程を解析する.このときパーキンソン病患者と健常者との比較から,生体運動のプランニングにおける大脳基底核の役割を検討した.手先力の解析より,健常者と比較して,手先力は繰り返し学習の始めから,内向き(クランク回転軸中心向き)を示していた.このことはパーキンソン病患者は運動のプランニング自体,もしくは,インピーダンス等の異常から,手先の目標軌道がそれてしまうことが考えられた.運動タスクとして,クランク回転実験装置を用いたクランク回転運動を行った.これまでの健常者を被験者とした実験により,被験者は繰り返し学習によってクランクと腕の閉リンクシステムを不安定にするような内力を用いるように学習していることが,明らかになっている.ここでは,このクランク運動のモデル化のため,腕のリンク機構におけるインピーダンス特性をパーキンソン病患者を中心に調べている.・現在実験を行った被験者は10数名のパーキンソン病患者と脊髄小脳変性症患者(国立療養所中信松本病院と信州大学医学部に依頼)である.・クランク実験装置の粘弾性抵抗のもと,約100回のクランク運動の繰り返し練習を行った.・練習中または練習後,クランク回転運動中に様々な位置で摂動を与え,筋活動の応答とクランクハンドル部に装着した力センサにより手先力を計測した.今後より多くの被験者のデータを計測中する予定である.現在のところ,手先インピーダンスが健常者と比較すると高いことと,筋活動の亢進が観測されている.近年,学習理論における強化学習の発展がみられ,様々な工学的応用が検討されている.一方,大脳基底核にドーパミン性の出力を送る黒質のドーパミンニューロンが,報酬と行動の強化に関連していることは,電気生理学や解剖学の研究によって古くから知られている.しかし,それらは単に報酬に応答するのでなく,予想外の報酬に対して起こることが示され,その振る舞いは強化学習理論におけるTD誤差の応答そのものであり,近年大脳基底核はその学習の場として注目を浴びている.そこで本研究では,被験者(パーキンソン病患者と健常者)にクランク回転運動課題を行わせ,その学習過程を解析する.このときパーキンソン病患者と健常者との比較から,生体運動のプランニングにおける大脳基底核の役割を検討した.手先力の解析より,健常者と比較して,手先力は繰り返し学習の始めから,内向き(クランク回転軸中心向き)を示していた.このことはパーキンソン病患者は運動のプランニング自体,もしくは,インピーダンス等の異常から,手先の目標軌道がそれてしまうことが考えられた.
口唇裂口蓋裂発症の候補遺伝子群における関連解析を用いた遺伝的要因の究明

口唇口蓋裂の疾患感受性遺伝子の同定に関して、現在はゲノムワイド関連解析が多く用いられているが、膨大なサンプル数が必要となるため、本研究ではローカスワイド関連解析を用いることとした。候補遺伝子を選定するにあたり、マウスの口蓋組織形成時における遺伝子発現の変化に着目した。口蓋形成時期前後の硬口蓋および軟口蓋組織を取り出し、遺伝子発現をDNAマイクロアレイを用いて解析した。口蓋形成には多くの遺伝子が関与しており、さらに硬口蓋と軟口蓋では遺伝子発現パターンが異なっていた。このことから、裂型によりそれぞれ異なるメカニズムで発症していることが改めて考えられた。I遺伝子解析用サンプルの採取:平成24年度と同様にサンプル採取を継続した。II候補遺伝子と口唇口蓋裂との関連解析1)TGFβ3、GABAA receptor遺伝子、lHX8の伝達不平衡解析:末梢血を採取した患者およびその両親のDNAを資料として、TGFβ3、GABAA receptor遺伝子、lHX8内に存在する複数のTagSNPについて、ダイレクトシークエンス法、パイロシークエンス法を用いてジェノタイピングを行い、伝達不平衡テストを行う。2)TGFβ3、GABAA receptor遺伝子、lHX8と口唇口蓋裂との関連解析:TGFβ3、GABAA receptor遺伝子、lHX8内のTagSNPについて、対照群、罹患群を用いてジェノタイピングを行い、関連解析を行う。さらに、連鎖不平衡解析を行い、連鎖不平衡の保たれているSNPによりハプロタイプを構築し、ハプロタイプと疾患との関連解析を行う。IIについては現在解析準備を行っている。当研究においては、最も頻度の高い先天異常のひとつである口唇口蓋裂における疾患感受性遺伝子の詳細な解析に加え、遺伝子間相互作用を明らかにすることで検出力を向上させ、発症メカニズムの解明を目指す。遺伝子解析用サンプルの採取については、インフォームドコンセントを得られた日本人非症候性口唇口蓋裂患者・家族から末梢血を採取した。対照群も同様に末梢血を採取し、凍結保存し、DNAを抽出した。候補遺伝子と口唇口蓋裂との関連解析については、SPRY2、FOXF2、TGFαをtargetに解析を行う予定としていたが、サンプル数が不十分であったため、次年度行う予定としている。解析方法としては、以下の方法を予定している。1)SPRY2、FOXF2、TGFαの伝達不平衡解析:末梢血を採取した患者およびその両親のDNAを資料として、SPRY2、FOXF2、TGFα内に存在する複数のTagSNPについて、ダイレクトシークエンス法、パイロシークエンス法を用いてジェノタイピングを行い、伝達不平衡テストを行う。2)SPRY2、FOXF2、TGFαと口唇口蓋裂との関連解析:SPRY2、FOXF2、TGFα内のTagSNPについて、対照群、罹患群それぞれを用いてジェノタイピングを行い、関連解析を行う。口唇口蓋裂の発生頻度は、モンゴロイドである日本人では出生児約500人に1人と、コーカソイド(白人、約1/800)やネグロイド(黒人、約1/1500)に比べて高い。現在では外科的治療法の進歩によりほぼ満足すべき治療効果が得られるようになったものの、患者や家族にとっての精神的苦痛と長期間における治療の身体的負担は大きい。口唇口蓋裂の発症には、環境的要因と遺伝的要因の双方が関与しているとされているが、同胞での発症率が約10倍上昇するなど遺伝的関与が強く示唆される。口唇口蓋裂の疾患感受性遺伝子の同定に関して、現在はゲノムワイド関連解析が多く用いられているが、膨大なサンプル数が必要であるため、本研究ではローカスワイド関連解析を用いることとした。そのために候補遺伝子群の絞り込みが必要であるため、口蓋組織形成に的を絞り、遺伝子の探索を行った。マウスの口蓋組織における口蓋形成時期前後の遺伝子発現をDNAマイクロアレイを用いて抽出し、解析を行った。カットオフ値を設定し、2866遺伝子を抽出した。硬口蓋と軟口蓋では遺伝子発現パターンが異なっており、裂のパターンによって全く異なる疾患感受性遺伝子が存在すると考えられた。今回の研究ではそこまでの結果であったが、それら多くの遺伝子の働きの乱れにより口蓋裂は発症すると思われ、その中で発症に重要な働きをする遺伝子を絞る必要がある。今後、心臓などの合併異常にも注目し、それら臓器の発生でも関わる遺伝子を抽出して候補遺伝子を選出し、最終的に関連解析を行いたいと考えている。外科系歯学サンプリングが不十分であり、依然解析まで進んでいないため。臨床時間等の遷延により、サンプルの抽出や解析が予定より遅れているため。サンプル採取は診療と並行して今後も継続し、解析については大学院生等の協力を得て効率的に進める。

遺伝子解析用サンプルの採取を継続し、罹患群、健常群がそれぞれ200サンプルを超えた段階で解析を行う。大学院生の協力を得て、効率的に計画を遂行する。使用した物品が少なかったため。PCRプライマー、酵素、その他消耗物品を購入する。また、論文投稿等の費用としても使用する。データ保存用PCの購入。DNA抽出用キット、消耗品の購入。研究成果報告のための旅費として使用する。
Li二次電池負極性能を最大化する黒鉛エッジ面の化学構造の解明

黒鉛エッジ面の化学構造中には,1含酸素官能基,2エッジ水素,3構造欠陥が存在する.この3つの要素がLiB特性(出力,温度特性,容量)とSEI形成に与える影響を本研究で明らかにすることが,本研究の目的である.この目的を達成するために,黒鉛エッジ面の化学構造制御手法の確立が必要不可欠となる.エッジ面の化学構造を制御するためには,任意の表面処理によってエッジ面の化学構造がどのように変化するのか知る必要がある.そのためには,表面処理の選択も重要な要素であるが,最も重要なことは,表面処理によって変容したエッジ面を精密に定性分析する技術である.そこで,当該年度では,表面処理によるエッジ面の化学構造変化を精密に評価する手法の開発を行った.具体的には,重水素置換昇温脱離分析(重水素置換TPD)によって官能基の定性を行った.重水素置換TPDでは,含酸素官能基のプロトン性水素を重水素標識することで,カーボン表面のフェノール性水酸基とエーテルを分離分析することが可能である.本分析では,カーボン表面の官能基を11種の官能基に細分化し,定量することができる.カーボンブラック,活性炭,活性炭素繊維,黒鉛を試料として,気相酸化処理,液相酸化処理を施した表面処理試料を調製した.重水素置換TPDを用い,表面処理試料のエッジ面の精密定性を試みた.その結果,表面処理の種類,強度がエッジ面の化学構造形成に大きく影響することが分かった.当該年度では,表面処理黒鉛試料の調製,ならびにそのエッジ面の化学構造の精密分析を行った.この知見をもとに,次年度では,表面処理黒鉛試料のLIB特性評価を進め,エッジ面の量と化学構造がLiB負極性能に与える影響を評価し,LiB黒鉛負極の最適なエッジ面状態を明確に示すことを目的として研究を実行する予定である.本研究課題で最も重要かつ困難と考えていた,黒鉛エッジ面の化学構造の精密分析手法を,当該年度で開発することができた.この手法は,重水素でエッジ面の官能基を標識し,フェノールとエーテル,エッジ水素を区別することを可能とするものである.本手法によって黒鉛エッジ面の実際の化学構造をはじめて評価可能であり,当該年度において,今後の研究を大きく飛躍させる成果が得られたものと考えられる.当該年度では,表面処理黒鉛試料の調製,ならびにそのエッジ面の化学構造の精密分析を行った.この知見をもとに,次年度では,表面処理黒鉛試料のLIB特性評価を進め,エッジ面の量と化学構造がLiB負極性能に与える影響を評価し,LiB黒鉛負極の最適なエッジ面状態を明確に示すことを目的として研究を実行する予定である.具体的には以下の推進方策を予定している.黒鉛エッジ面の化学構造制御には粉砕処理,熱処理,化学的表面処理を併用して用いる.黒鉛試料の粒径が小さいほどエッジ面は増加するため,粉砕処理によって黒鉛試料粒子の粒径を制御し,エッジ面の量を制御する.粉砕処理にはボールミルを用いる.化学的表面処理ではエッジ面の質,特に含酸素化合物とエッジ水素の質や量を制御することが可能である.これらの処理によって得られた黒鉛エッジ面の化学構造を重水素置換TPDを用いて精密に分析する.以上に示した手法によりエッジ面を制御した黒鉛試料について,LiB負極性能を評価する.また炭素構造分析としてXRD分析,Raman分光,電子顕微鏡観察を行う.LiB負極性能の評価項目として,黒鉛負極のACインピーダンス測定,温度-出力特性,充放電特性,不可逆容量の測定を行う.このようにして,エッジ面の量と化学構造がLiB負極性能に与える影響を評価し,LiB黒鉛負極の最適なエッジ面状態を明確に示す.黒鉛エッジ面の化学構造中には,1含酸素官能基,2エッジ水素,3構造欠陥が存在する.この3つの要素がLiB特性(出力,温度特性,容量)とSEI形成に与える影響を本研究で明らかにすることが,本研究の目的である.この目的を達成するために,黒鉛エッジ面の化学構造制御手法の確立が必要不可欠となる.エッジ面の化学構造を制御するためには,任意の表面処理によってエッジ面の化学構造がどのように変化するのか知る必要がある.そのためには,表面処理の選択も重要な要素であるが,最も重要なことは,表面処理によって変容したエッジ面を精密に定性分析する技術である.そこで,当該年度では,表面処理によるエッジ面の化学構造変化を精密に評価する手法の開発を行った.具体的には,重水素置換昇温脱離分析(重水素置換TPD)によって官能基の定性を行った.重水素置換TPDでは,含酸素官能基のプロトン性水素を重水素標識することで,カーボン表面のフェノール性水酸基とエーテルを分離分析することが可能である.本分析では,カーボン表面の官能基を11種の官能基に細分化し,定量することができる.カーボンブラック,活性炭,活性炭素繊維,黒鉛を試料として,気相酸化処理,液相酸化処理を施した表面処理試料を調製した.重水素置換TPDを用い,表面処理試料のエッジ面の精密定性を試みた.その結果,表面処理の種類,強度がエッジ面の化学構造形成に大きく影響することが分かった.当該年度では,表面処理黒鉛試料の調製,ならびにそのエッジ面の化学構造の精密分析を行った.この知見をもとに,次年度では,表面処理黒鉛試料のLIB特性評価を進め,エッジ面の量と化学構造がLiB負極性能に与える影響を評価し,LiB黒鉛負極の最適なエッジ面状態を明確に示すことを目的として研究を実行する予定である.

本研究課題で最も重要かつ困難と考えていた,黒鉛エッジ面の化学構造の精密分析手法を,当該年度で開発することができた.この手法は,重水素でエッジ面の官能基を標識し,フェノールとエーテル,エッジ水素を区別することを可能とするものである.本手法によって黒鉛エッジ面の実際の化学構造をはじめて評価可能であり,当該年度において,今後の研究を大きく飛躍させる成果が得られたものと考えられる.当該年度では,表面処理黒鉛試料の調製,ならびにそのエッジ面の化学構造の精密分析を行った.この知見をもとに,次年度では,表面処理黒鉛試料のLIB特性評価を進め,エッジ面の量と化学構造がLiB負極性能に与える影響を評価し,LiB黒鉛負極の最適なエッジ面状態を明確に示すことを目的として研究を実行する予定である.具体的には以下の推進方策を予定している.黒鉛エッジ面の化学構造制御には粉砕処理,熱処理,化学的表面処理を併用して用いる.黒鉛試料の粒径が小さいほどエッジ面は増加するため,粉砕処理によって黒鉛試料粒子の粒径を制御し,エッジ面の量を制御する.粉砕処理にはボールミルを用いる.化学的表面処理ではエッジ面の質,特に含酸素化合物とエッジ水素の質や量を制御することが可能である.これらの処理によって得られた黒鉛エッジ面の化学構造を重水素置換TPDを用いて精密に分析する.以上に示した手法によりエッジ面を制御した黒鉛試料について,LiB負極性能を評価する.また炭素構造分析としてXRD分析,Raman分光,電子顕微鏡観察を行う.LiB負極性能の評価項目として,黒鉛負極のACインピーダンス測定,温度-出力特性,充放電特性,不可逆容量の測定を行う.このようにして,エッジ面の量と化学構造がLiB負極性能に与える影響を評価し,LiB黒鉛負極の最適なエッジ面状態を明確に示す.黒鉛エッジ面の精密分析手法の開発に時間を要したことによって,LIB特性評価に関わる研究に充当する研究費を次年度に繰り越したため,次年度使用額が生じた.次年度ではLIB特性評価に関わる研究を施行するため,次年度繰越研究費を使用し,研究を行う予定である.
確率格子気体における時間相関の評価とその応用

確率格子気体と呼ばれるモデルに代表される保存系においては,数学的には「予想」にとどまっている興味深い物理的描像が少なくない.例えば、保存則という一種の制約条件,いわばlong rangeの相互作用の影響で平衡状態への指数的速さの接近は起こらず,物理的な考察によれば,時間相関の減少は多項式のオーダーにしかならない.本研究は,確率格子気体(川崎ダイナミクス)をモデルとして取り上げて,保存系の持つこのような側面に関する(数学的に完全には未解決の)問題に対しての寄与を試みる物であった。具体的な問題としては、「平均Gibbs測度に関する相関関数は、このモデルの拡散的な性質を反映して、拡散方程式の基本解で近似される」ことを示す漸近公式を確率すること、そしてさらにこれを応用して,物理における様々な「べき法則的長時間挙動の問題」に対しての接近を試みることが挙げられるが、前者については平成9年度の研究で下からの評価が得られていた。しかしながら当時の結果では、その評価で自然に現れる物理量であるbulk diffusion matrix(塊状拡散行列)に対しての正定値性が示されてはいなかったという意味でも十分な結果ではなかった。そこで平成10年度は平衡Gibbs測度に対して十分な混合性を課す事により、その正定値性を見通しよく示すための方法も得られた。この部分も含めた結果は、1998年8月にベルリンで開催された国際数学者会議におけるショートコミュニケーションの場で発表することができ、大変有意義であった。なお、このための外国旅費は当科学研究費補助金によるものである。また、この内容をまとめた論文をElectric Communications in Probabilityに投稿中で、レフェリーからは前向きなコメントを頂いており、現在改訂版に対しての最終判断を持っている状態である。今後はこの結果を基に、「長時間揺動の問題」についての議論を深める事が望まれる。stochasticな無限系モデルの1つである格子気体モデルは、様々な物理現象を厳密に解析するための、重要なモデルである。特に、平衡状態への収束に着目すると、物理的に興味深い量が現れると考えられている。数学的にはd次元正方格子上の配置空間上のMarkov過程として記述され、1つの格子点には高々1つの粒子しか存在しえないという制約のもとで時間発展していく。これは一種の保存則であるが、保存則の存在そのものが、非常に長い範囲にわたる相互作用の下で系が時間発展しなければならないことを意味しており、この結果、平衡状態への指数的な速さの接近は起こらない。そこで、このモデルに対してどの様な型のエルゴード的性質が成り立つか調べ、平衡状態への収束の速さに関する次の部分的な結果を得た。以下、可逆Gibbs測度の下で平衡状態にあるプロセスに関する(粒子数同士の)相関関数をβ(x,t)で表す。定理ジャンプ率の系は(平行移動不変、レンジが有限、非退化、といった)標準的な条件および、あるポテンシャルに対して詳細釣合の条件を満たすとする。さらに、そのポテンシャルは十分小さく、対応する一意なGibbs測度は十分な混合性を持つとする。このとき、次が成り立つ。ここにx=Σ_xS(x,0)はstatic compressibilityと呼ばれる量、Dはbulk diffusion matrixと呼ばれる対称正定値d×d行列である。この結果は、九州大学(平成9年9月)および東京大学(平成9年11月)における研究集会において発表されている。今後はこの結果を基に、様々な「長時間揺動の問題」についての議論を深める事が期待される。
教育における「力」の概念に関する学際的研究

1.教育における「力」の概念の歴史的展開は、近代における「力」の哲学的対象化、新教育以後における「力」の経験的研究、1990年代以後の教育の中核的枠組みへの「力」の進出、という三つの局面に分節化して捉えられる。2.「力」という事象は、「力」概念の潜在性という特質ゆえに、実証的研究によっては解明されない側面を持つ。こうした側面は、「力」の対立概念たる「障害」の社会的構築性とも関連している。3.「力」を個人に帰属させるのではなく共同的なものとして捉える見方、「無力(できない)」状態を積極的可能性として捉える見方が、教育のなかで「力」を考える上では重要である。1.今年度は、研究計画に従って5回の研究会を開催した。計11名が発表したが、その内容は発達脳科学、発達心理学から教育社会学、教育測定論、さらには教育哲学、社会倫理学まで幅広い。この研究会(通称「ちから研」)は、課題テーマの広がりを確認する機会となった2.研究会の成果の中間報告として、平成20年9月の教育思想史学会大会において「教育における「力」の概念」と是するコロキウムを企画した。発表者は今井康雄、田中智志(山梨学院大学)、田村謙輔(東京大学大学院生)、北原崇志(東京大学大学院生)、広田照幸が指定討論者として議論に加わった。このコロキウムでは、教育における「カ」の概念の展開を、近代における「力」の浮上、新教育以後における「力」の前景化、そして80年代以後における「力」の問題化、という三つの局面に分節化することで、「力」の問題を議論する際の一定の枠組みを示すことができた。3.今年度の研究のまとめとして、平成21年3月5日、6目の2日にわたって鎌倉にて合宿を行った。大学院生2名が発葦を行った他、ゲストに竹内章郎氏(岐阜大学)を迎え、徹底した議論を行うことができた。4.今井が主宰するサブグループにおいて、「家庭教育・就学前教育の目独比較一課題と展望」と題するシンポジウムを、平成21年2月28日に開催した。ドルトムント大学の家庭教育研究グループからUwe Uhlendorff、Nicole Rosenbauer、Patrick Sablaの三氏を招き、目本側からは小玉亮子(お茶の水女子大学)、青木美智子(東京大学大学陽生)の二氏が発表を行った。目独両国ともに、家庭での教育が子どもの「力」と関わって公的な関心の対象となっている現状が浮き彫りになった。5.今年度の後半には、吉長真子氏(東京大学)を中心として若手研究者の能力開発の問題をテーマとするサブグループが組織され、平成21年夏に開催される目本教育学会大会でのシンポジウムとラウンドテーブルの開催に向けて準研中である。1.今年度は、研究計画に従って研究会を4回、国際シンポジウムを1回開催し、本研究の実践的・理論的・国際的・学際的な拡大・深化を図った。(1)研究会においては、学校現場において「力」という概念がどのような役割を果たしているのかについての知見を得るとともに(筑波大学附属小学校・白岩等氏報告、東京大学・市川伸一氏報告)、遺伝心理学や心の哲学といった領域から見たとき、そうした「力」概念の働きが極めて論争的な論点となることが浮かび上がった(慶応義塾大学・安藤寿康氏報告、立教大学・河野哲也氏報告)。また、京都大学の齊藤直子氏とFlorida Atlantic大学のRicherd Shustermann氏を招いての研究会では、公共哲学や美学において「力」の概念がアンビバレントな位置価を持つことが浮き彫りになった。さらに、研究分担者・研究協力者の著書を合評する研究会を開くこともでき、本研究が成果を挙げつつあることを確認することができた。2.学会レベルでは、2009年8月に行われた日本教育学会大会において、研究分担者の小玉と今井が企画に参加して「メリトクラシーと公共性」と題するシンポジウムを開催し研究成果の一部を公表した。このシンポジウムでは、小玉が司会、研究分担者の広田がシンポジスト、今井が指定討論者を務めた。さらに、昨年の教育思想史学会でのコロキウムをもとに、共著論文「教育における「力」の概念」を『近代教育フォーラム』第18号に掲載した。1.研究会およびワークショップ2010年7月31日には小松佳代子氏(東京藝術大学)と松下佳代氏(京都大学)を招いて、10月9日には星加良司氏(東京大学・バリアフリー教育開発研究センター)を招いて、それぞれ研究会を開催した。また、11月12日には、「エヴァ・キティ『愛の労働』をめぐって」と題して、エヴァ・キティ氏(ニューヨーク州立大学)を招いてワークショップを行った。

以上の研究会、ワークショップを通して、人間の能力を引き出し構築しようとする現代的動向が明らかになるとともに、その言わば影の部分として様々な「障害」が構築されている現実も浮き彫りになった。この「障害」問題との関わりで教育学研究科附属バリアフリー教育開発研究センターとの交流を深めることができた。2.国際シンポジウムこうしたバリアフリー教育開発研究センターとの交流の一つの成果として、2011年2月19日にセンターとの共催で国際シンポジウム「人と人との間のバリアフリー」を開催し、「障害」問題に表われる能力観の諸相を国際的なレベルで議論することができた。3.学会発表学会レベルでは、河野哲也(立教大学)、松丸啓子(高千穂大学)の両氏とともに教育哲学会大会においてラウンドテーブル「心の哲学と「力」の概念」を企画・開催した。この他、日本教育学会大会において、3人の大学院生が本研究課題に関わる研究発表を行い、若手研究者の育成という本研究プロジェクトの所期の目的の一つをある程度果すことができた。
色素蛋白質3量体極小カラーRGB感受性超分子ユニットの創製

ヒトの色覚では色覚色素蛋白質が赤(R)緑(G)青(B)の各光を吸収する。それらは光分解し、不安定である。その色覚色素蛋白質に類似の細菌型蛋白質が知られ、光分解せず、安定である。3量体を形成し、R光吸収体と同じ吸収極大波長(λmax)を持つものがある。蛋白質部分や補欠分子であるレチナールの類似体置換により、GB各光の吸収体ができれば、RGB各光吸収体が揃う。それら3種から成る3量体超分子(極小3原色RGBユニット)作成が本研究の目的である。NH2OH処理でレチナールを外し、レチナール再添加でホロ色素蛋白質が再構成できる。それらの条件をコントロールすることにより、3量体は均一ではなく不均一であることを見いだし、ヘテロ3量体作製の可能性を示した。さらに蛋白部分のアミノ酸を類似体に置き換え、80nm青色移動させ、G光吸収体作製にも成功した。ヒトの色覚では、あらゆる色が赤(R)緑(G)青(B)の三原色の混色により得られるという。近年の研究でRGB各光に対する光受容蛋白質(色覚色素蛋白質)が網膜中の錐体に存在し、それら光受容体は約350個のアミノ酸と補欠分子団であるレチナール(ビタミンAのアルデヒド)から成るレチナール蛋白質であることが解明された。しかしこれらは光を受容するとレチナールと蛋白質部分に分解するため、素子化等の応用には適さない。一方、高度好塩性の古細菌は、ヒトの色覚色素蛋白質に極めて類似したレチナール蛋白質を持ち、それらは光分解せず、安定性に優れでいる。その中の一つのバクテリオロドプシン(bR)は細胞膜中で3量体を形成している。bRは赤色光受容体と同じ吸収極大波長(λmax)を持っている。蛋白質部分をアミノ酸置換により改変するか、レチナール部分を類似体に置換するかの方法により、緑と青色の光を吸収するものを作成できれば、3原色の各光を吸収するものが揃うことになる。それら3種から成る3量体超分子が作れれば、ひとつの3量体がひとつのRGB画素のようになる。そのような極小3原色RGBユニット作成が本研究の目的である。本年度はレチナール部分の置換を目指してbRの蛋白部分からレチナールを一度取り外す操作を行い、そこへレチナール添加によりbRの再構成の条件検討を行い、その操作により3量体構造が保持されるか否かを円二色性分散計により調べた。一連の操作によっても3量体構造は保持されることを明らかにした。一方、高度好塩性の古細菌は、ヒトの色覚色素蛋白質に極めて類似したレチナール蛋白質を持ち、それらは光分解せず、安定性に優れている。bRをヒドロキシルアミン処理することによりレチナールを外し、そこへレチナールを添加することでbRを再構成できる。その再構成の条件検討を行うなかで、光の照射条件により蛋白部分が影響を受けることが分かり、より再構成率の高い条件を見いだした。

近年の研究でRGB各光に対する光受容蛋白質(色覚色素蛋白質)が網膜中の錐体に存在し、それら光受容体は約350個のアミノ酸と補欠分子団であるレチナール(ビタミンAのアルデヒド)から成るレチナール蛋白質であることが解明された。しかしこれらは光を受容するとレチナールと蛋白質部分に分解するため、素子化等の応用には適さない。一方、高度好塩性の古細菌は、ヒトの色覚色素蛋白質に極めて類似したレチナール蛋白質を持ち、それらは光分解せず、安定性に優れている。その中の一つのバクテリオロドプシシ(bR)は細胞模中で3量体を形成している。bRは赤色光受容体と同じ吸収極大波長(λmax)を持っている。蛋白質部分やレチナール部分を類似体に置換するかの方法により、緑と青色の光を吸収するものを作成できれば、3原色の各光を吸収するものが揃うことになる。'それら3種から成る3量体超分子が作れれば、ひとつの3量体がひとつのRGB画素のようになる。そのような極小3原色RGBユニット作成が本研究の目的である。bRをヒドロキシルアミン処理することによりレチナールを外し(ブリーチ)、そこへレチナールを添加することでbRを再構成できる。そのブリーチ過程で、条件をコントロールすることにより、3量体は均一ではなく不均一であることをを見いだした。このことはヘテロな分子の3量体形成に関しての基礎的なデータとなる。さらに蛋白部分のアミノ酸を類似体に置き換えることにも成功した。
心筋ミオシン軽鎖の構造変化によるモーター分子機能の改変と心不全治療への応用の検討

ミオシンは重鎖と軽鎖からなる6量体であり、ATPを加水分解しながらアクチンと相互作用して筋収縮という力学的仕事を産み出す。心筋ミオシン軽鎖には、心房型と心室型の2種類のアイソフォームが存在し、機能的に重要と考えられる部位のアミノ酸配列が異なる。大動脈狭窄症などの圧負荷心では、心室型軽鎖が減少し心房型軽鎖が増加することが知られている。心房型軽鎖を発現しているヒト心筋ファイバーでは筋収縮速度・発生張力が増加していることから、ヒト心室筋においては軽鎖アイソフォームの変化が圧負荷に対する適応機序となっている可能性が示唆される。我々は、重鎖が共通で、軽鎖のみが異なる2種類のミオシンをラットの心筋より精製し、その分子機能をインビトロ再構成系(in vitro motility assay)を用いて検討した。本法は、単離精製したアクチンとミオシンを用いて、分子相互の滑り運動をATP存在下で再構成し、その分子モーター機能を定量するものである。これらのミオシンはATP水解活性には差がないが、モーター機能に明らかな差があった。即ち、心室型軽鎖をもつミオシン分子の方が心房型軽鎖をもつミオシン分子よりも平均発生張力が大きく、これはアクチンと結合して張力を発揮している時間が長いためであることが分かった。このことは、心室型軽鎖をもつミオシン分子の方が、ATP1分子当たりの発生張力が大きく、エネルギー効率が良いことを意味する。この結果は、ATP水解の化学エネルギーを筋収縮という力学的仕事に変換する上で、ミオシン軽鎖が重要な役割を果たすことを示唆する。従来の強心薬は細胞内Ca^<2+>濃度を変化させることにより収縮力を増強していたため、心筋酸素消費量を増加させるが、ミオシン軽鎖を標的として薬物や遺伝子導入によりその構造・機能を改変することにより、エネルギー効率を悪化させない強心治療が可能になると考えられる。ミオシン軽鎖(MLC)のリン酸化が進展活性化現象(stretch-activation phenomenon)に重要な役割を果たしているという研究結果から、筋細胞の負荷センサーとしてのMLCの役割が示唆されている。本研究では、この機能仮説を検証すべく、培養心筋細胞に遺伝子組み換え変異MLCを発現させ、心筋細胞の負荷条件をコントロールしながら、収縮張力と細胞内Ca濃度を同時計測するシステムを構築した。1、細胞に遺伝子組み換えタンパクを発現させる系の確立ラットより無菌的に心筋細胞を単離し、ペーシングにより収縮する能力を維持しつつ1週間培養した。本研究では、遺伝子組み換え変異MLCを発現している細胞を識別し、その1個の細胞の収縮・弛緩機能を評価することを目標とする。このため、緑色蛍光タンパク(green fluorescent protein ; GFP)をリポーター遺伝子として発現カセットを組み込んだシャトルベクターを用いた。相同組み換えにより得られたアデノウィルスを培養心筋細胞に感染させると、GFPの細胞内発現が観察され、目的の遺伝子組み換えタンパクを発現している細胞を正確に識別することが可能になった。2、1個の心筋細胞の収縮機能と細胞内Ca濃度を同時計測する系の確立カーボンファイバーの表面は帯電しているため、筋細胞膜に付着することは知られていたが、従来用いられていた表面が平滑なファイバーと異なり、表面に多数の凹凸を有するファイバーを開発した。このファイバーは心筋細胞膜と接触する面積が大きいため、心筋細胞の表面に軽く接触させるだけで、容易にしかも強固に細胞膜に付着する。

心筋細胞の1端に固定用の太くて固いファイバー、もう1端に計測用の細く柔軟なファイバーを付着させ、電気刺激による細胞収縮に伴う細いファイバーの歪みから、1個の心筋細胞の収縮力を計測した。収縮と同期して太いファイバーの位置をコントロールすることにより、筋長を変化させながら同時に張力を計測することが可能な系を確立した。収縮中の心筋細胞内Ca濃度の計測には、Indo-1を用いて2波長計測することにより、motion artifactを除外した。生体内では、心筋細胞は1回の収縮弛緩サイクル中に筋長と張力が経時的に変化して力学的仕事を産み出しており、この系の開発によりin vivoと類似した負荷条件下で心筋細胞に力学的仕事をさせながら、心筋細胞の収縮・弛緩機能と細胞内Ca濃度を同時に評価することが可能になった。ミオシンは重鎖と軽鎖からなる6量体であり、ATPを加水分解しながらアクチンと相互作用して筋収縮という力学的仕事を産み出す。アクチン結合部位やATP水解部位はミオシン重鎖頭部に存在するが、ミオシン軽鎖は重鎖頭部の近傍に位置していることから、モーター分子機能に重要な役割を果たしている可能性が示唆されてきた。本研究では、重鎖が共通で、軽鎖アイソフォームのみが異なる(心室型と心房型)2種類のミオシンをラット心筋より精製し、その分子機能をインビトロ再構成系(in vitro motility assay)を用いて検討した。本法は、精製したアクチンとミオシンを用いて、分子相互の滑り運動をATP存在下で再構成し、その分子モーター機能を定量するものである。これらのミオシンはATP水解活性には差がないが、モーター機能に明らかな差があった。即ち、心室型軽鎖をもつミオシン分子の方が心房型軽鎖をもつミオシン分子よりも平均発生張力が大きく、これはアクチンと結合して張力を発揮している時間が長いためであることが明らかとなった。このことは、同時に心室型軽鎖をもつミオシン分子の方が、ATP1分子当たりの発生張力が大きく、エネルギー効率が良いことを意味する。この結果は、ATP水解の化学エネルギーを筋収縮という力学的仕事に変換する上で、ミオシン軽鎖が重要な役割を果たすことを示めす。従来の強心薬は細胞内Ca^<2+>濃度を変化させることにより収縮力を増強し、同時に心筋のエネルギー消費量も増加させるため、心不全症状を短期的に改善する一方で、長期予後を悪化させる原因になっていると思われる。ミオシン軽鎖のATP水解速度を変化させずに発生張力を変化させるユニークな調節機能に着目して、ミオシン軽鎖を標的とする薬物や遺伝子導入によりその構造・機能を改変すれば、エネルギー効率を悪化させない強心治療が可能になると思われる。
小児脊椎分離症におけるすべり症発生機序の解明

小児脊椎分離症からすべりにいたる機序について、我々の先行研究ですべりは未熟な椎体終板に存在する成長軟骨層で発生することを示した。この2年間では、(1)すべりの発生進展過程についての組織学的研究も進めた。また、(2)すべりの原因となる分離の発生について臨床的研究を深めると共に、そこでの観察事実を生体力学的手法で検証した。(1)幼弱ラットの腰椎の後方要素を切除したモデル動物では、手術直後ではなく1週間後にすべりが発生することから本モデルの妥当性が再確認された。さらに、すべりは主には椎体後方の成長軟骨層のうちでも肥大軟骨層で生じていることが明らかとなった。同時に椎体前方では成長軟骨層の肥大と椎体の変形を観察した。現在、剪断力を中心とした機械的刺激が成長軟骨に及ぼす影響について、in vivoでさらに追求している。(2)臨床研究では分離の癒合が得られるための要因を、局所因子、腰仙椎因子、全身因子にわけて検討した。その結果、すべりの発生は骨癒合不良の大きな因子であることが分かった。また、分離が片側から両側へと進展していく過程、分離部の形態のスポーツ特異性を明らかにした。これらの観察事実は有限要素解析法を用いた生体力学的検討結果とよく一致した。また、分離の早期診断のために分離部からやや離れた椎弓根部のMRI信号強度変化の観察が有用であることを臨床的に示すと共に、有限要素解析で分離が椎弓根部に力学的変化を及ぼすことを捕らえた。以上より、小児期の脊椎分離およびそれに続発するすべりは、いずれも未熟な椎体に対して繰り返し加わる力学的ストレスによる疲労骨折様現象であることが明らかとなった。分離およびすべりの発生に運動特性が明らかになってきており、これらの発生の予防が視野に入ってきたと考える。小児の脊椎分離症に続発するすべり症の機序には脊椎終板部の成長軟骨障害が関与していることを臨床研究および生体力学的・組織学的研究から示してきた。平成15年度はさらにその詳細を時間経過を追って組織学的に検討した。その結果、ラットモデルでは分離作成後、成長軟骨板が肥大軟骨層を中心に徐々に変化を起し、一週間後には破綻に至る過程が明らかとなった。この過程で成長軟骨板の前方部に成長軟骨の過形成または骨化障害と思われる現象を観察したため、現在検索を進めている。分離症そのものの発生機序についても検討を進めた。臨床的検討では保存的治療による分離癒合の検討から、癒合に対しては分離部の状態、分離高位が最も重要な因子であることが分かった。さらにスポーツ種目により分離発生側、分離形態に特徴があることが分かった。この臨床的な分離形態の観察は生体力学的検討結果とよく符合した。すなわち、野球など回旋運動が多い種目では利き手と反対側に分離が多いが、三次元有限要素法を用いて行った回旋、伸展運動での腰椎内のストレス分布の検討でも回旋により分離部にストレスが集中することが明らかとなった。癒合に最も重要な因子である分離部の状態をより詳細に評価するためにMRIを用いた。この結果、CTなどのレントゲン評価で分離が明らかとなる前の椎弓根部骨髄内の信号変化を捉えた。三次元有限要素法では、分離部に近いストレスが椎弓根部にかかることが明らかとなり、椎弓根部のMRI異常像を初期変化として評価することの妥当性が証明された。平成16年度は、すべりの原因となる分離の発生について臨床的研究を深めると共に、そこでの観察事実を生体力学的手法で検証した。

前年度の臨床研究で分離の癒合が得られるための要因を、局所因子、腰仙椎因子、全身因子にわけて検討し、すべりの発生は骨癒合不良の大きな因子であることが分かった。本年度はさらに、片側分離から両側分離や反対側椎弓根骨折に進行していく症例を詳細に検討すると共に、分離部の形態のスポーツ特異性を明らかにした。すなわち、非対称性の動きを強いられるスポーツでは、分離部の形態が非対称的になることをCTによる検討で示した。この観察事実を解明するために、発育期腰椎の有限要素解析モデルを作成した。これを用いて検討した結果、臨床的観察事実は生体力学的検討結果とよく一致した。また、分離の早期診断のために分離部からやや離れた椎弓根部のMRI信号強度変化の観察が有用であることを臨床的に示したが、有限要素解析で分離が椎弓根部に力学的変化を及ぼすことを捕らえ、早期診断法に理論的根拠を与えた。以上より、小児期の脊椎分離およびそれに続発するすべりは、いずれも未熟な椎体に対して繰り返し加わる力学的ストレスによる疲労骨折様現象であることが明らかとなった。分離およびすべりの発生に運動特性が明らかになってきており、これらの発生の予防が視野に入ってきたと考える。
高強度コンクリートを用いた鋼桁継手部の機能性に関する研究

強度の高井コンクリートを介して鋼桁どうしを継ぐ接合部を考え、その機能性や力学性状の解明、実用性の検証、設計法の確立を目的として実験的・解析的研究を行った。本研究成果の概要は以下の通りである。1.合成桁どうしを接合させた供試体を作製し載荷実験を行った。それらの結果より、正曲げ作用に対しては混合型RC接合形式とすることにより靱性に優れた継手とする事が可能であることが明かとなった。2.コンクリート材料に対して、複数ひび割れを考慮した材料モデルの作成を行い、それを軟化型弾塑性モデルと組合せることにより任意の応力下における有限要素解析に適用可能な材料構成則モデルを作成した。3.接合部に正曲げが作用する場合の供試体に対し、2次元問題に簡易化した有限要素解析を行った。その結果、エンドプレートの剛性は接合部のRCとしての機能に大きくは影響を及ぼさないが、エンドプレートの変形部分はエンドプレートの剛性のみならず接合部RCの状態に依存し、桁全体に対する挙動に大きな影響を及ぼすことが確認された。4.エンドプレート方式による混合型接合部の強度はRC部の耐力と鋼桁エンドプレートの強度に支配される。鋼桁エンドプレートの強度が十分に大きければ曲げ及びせん断耐力はRC理論で妥当に評価できる。5.接合部での相対部材回転角は、RC部における回転角と局部変形に起因する界面での不連続角からなると考えることができる。接合部の変形挙動と力の伝達機構を関連づける力学モデルについて考察を行った。6.エンドプレート式接合部の局部変形を極力抑える接合部構造とした複数桁供試体を作成し載荷実験を行った。その結果、接合部での見かけの剛性をかなり改善することが可能であることが分かった。7.複数桁供試体実験の結果よりRC接合部は各桁への分配効果が大きいことが分かった。また、接合部の有効幅・有効断面について検討した。本研究では、鋼・コンクリート複合構造の概念を導入し、鋼桁継手部に高強度コンクリート接合部を設ける構造形式を採用した場合の機能性を確認するとともに、強度特性および力学性状を明らかにすることを目的としている。2年間の研究計画における初年度の研究成果は以下の通りである。鋼桁と鋼桁の継手をRC構造とした接合部供試体に対する実験を行った。実験は継手部に準静的な曲げあるいは曲げとせん断力を単調載荷あるいは繰り返し載荷で作用させ、継手部の強度特性、力学性状および荷重伝達機構を調べるものである。当初、接合部の変形や強度を評価する上でコンクリート部と鋼桁部とに挙動を分離することが可能であるとして、接合形式の違いを主に実験を計画した。これは、材料界面での開きはコンクリートのひび割れと同等に評価する事が可能であると仮定したからである。しかし、実際には材料境界面での局部変形に伴い平面保持の仮定が乱れ、構造の全体挙動にこの影響が無視できないことが分かった。そのため、接合部周辺の定性的な挙動を把握しておく必要が生じ、コンクリート材料の非線形挙動、並びにひび割れを考慮した非線形有限要素解析を行った。その結果、エンドプレートを有するような接合部の場合、その局部変形に対する剛性や拘束度により、見かけの変形性能や強度特性まで影響されることがわかった。現在までの実験的・解析的検討より、構造物の全体挙動に影響を及ぼす接合部の挙動には、異種材料界面における平面の不保持性、あるいは曲率の不連続性が重要であることが明かとなった。

特に、鋼桁にエンドプレートを有するような接合の場合、エンドプレートの剛性や拘束度はそれらに大きく関与し、変形のみならず強度までも支配する可能性があることがわかった。本研究では、複合構造の概念を導入し、鋼桁継手部に強度の高いコンクリートを用いたRC接合部を設ける構造形式を採用した場合の機能性を確認するとともに、その強度特性を明かにすることを目的としている。前年度の実験の結果より、エンドプレートを用いた接合部における材料境界面での局部変形が構造の全体挙動に及ぼす影響を無視できないことが分かった。そのため、本年度はエンドプレート式接合部の局部変形を極力抑える接合構造とした供試体を作成し載荷実験を行った。その結果、エンドプレートにおける局部変形を抑え、接合部での見かけの剛性をかなり改善することが可能であることが分かった。一般に強度の高いコンクリートは破壊が脆性的であり、その挙動が引張クラックに支配されることが予想される。本研究では、コンクリートのひび割れ発生後の接合部挙動を解析的に追跡するため、ひび割れを考慮したコンクリート材料の構成則モデルの開発を行ってきた。特に、実際の接合部では繰り返し荷重作用を受け、そのために一旦発生したひび割れが閉口することや、さらに複数発生することが予想される。そこで、その様な場合にも適用可能なコンクリート材料の構成則モデルを作成した。そして、作成したコンクリート材料の構成則を有限要素解析プログラムに組み込み、実験を行った供試体を対象にして応力解析を行った。それらの結果をもとに、通常肉眼では確認できない接合部の変形や荷重伝達機構などについて検討を行った。今後は得られた知見をもとに、エンドプレート方式で接合された継手部のモデル化や設計法について研究を展開する予定である。
ハイブリッド型バクテリアべん毛モーターの環境変化感知と回転力発生の分子基盤

モデル微生物である枯草菌は、プロトン駆動型MotABとナトリウムイオン駆動型MotPSの異なる2種類の固定子を持つ。本研究では、性能の異なる2種類の固定子がどのように外環境の変化に応答してべん毛モーターに組み込まれ、駆動力を発生するのかを明らかにすることを目的とした。極小のビーズを用いたナノ顕微計測法による1分子回転計測を行った結果、枯草菌のべん毛モーターは外環境にナトリウムイオンが存在しないときはMotABのみが組み込まれたモーターであるのに対し、ナトリウムイオンが存在するとMotPSが組み込まれ、MotABとMotPSの両方が同一のモーターに共存することがトルク特性から明らかとなった。モデル微生物として広く知られている枯草菌は、プロトン駆動型MotABとナトリウムイオン駆動型MotPSの異なる2種類の固定子が同一のべん毛モーターで機能できるという、これまでに報告されている他のモーターにはない特徴を有する。そこで本研究では、性能の異なる2種類の固定子がどのように外環境の変化に応答してべん毛モーターに組み込まれ、駆動力を発生するのかを明らかにすることを目的とする。まず、極小のビーズを用いたナノ顕微計測法による1分子回転計測を行い、MotABおよびMotPSがそれぞれ発生するトルクを計測した。高負荷時における固定子1個あたりが出力するトルクはほぼ同じであるであるが、低負荷時における回転数がMotABに比べ、MotPSは圧倒的に遅いことが分かった。低負荷時におけるモーターはイオン透過速度が律速になることが考えられていることから、MotPSのイオンチャネル活性は低いことが推察された。さらに、野生株の計測を行ったところ、MotABとMotPSの両方が同一のモーターに組み込まれていることがトルク特性から明らかとなった。また、蛍光イメージング法による固定子の細胞内局在性を調べたところ、MotPSは外環境にナトリウムイオンが存在するときに局在性を示すことが分かり、固定子が外環境の変化を感知してべん毛モーターに組み込まれることが分かった。現在、遺伝子工学的手法により各種ドメインを入れ替えた様々な改変型固定子を作製し、トルク特性および細胞内局在性を解析することで、外環境変化の感知に関わるドメインを同定する実験を行っている。高負荷時における固定子1個あたりが出力するトルクはほぼ同じであるが、低負荷時における回転数がMotABに比べ、MotPSは圧倒的に遅いことが分かった。さらに、野生株の計測を行ったところ、外環境にナトリウムイオンが存在しないときはMotABのみが組み込まれたモーターであるのに対し、ナトリウムイオンが存在するとMotPSが組み込まれ、MotABとMotPSの両方が同一のモーターに共存することがトルク特性から明らかとなった。固定子の外環境に対する応答メカニズムを調べるために、イオン選択性に関与することが分かっているMotBおよびMotSサブユニットに注目し、これらタンパク質の各種ドメインを入れ替えた改変型固定子を作製した。改変型固定子を発現させた菌株の1分子回転計測により、MotSサブユニットのペリプラズミック領域を持つ改変型固定子がモーターに安定に組み込まれるためにはナトリウムイオンが必要であることが分かった。このことから、MotSサブユニットのペリプラズミック領域が外環境のナトリウムイオンを感知している可能性が示唆された。現在まで、枯草菌の持つ2つの固定子のトルク特性を明らかにし、野生株はこれら2つの固定子が同一のモーターに組み込まれて機能していることを明らかにした。さらに、蛍光タンパク質を用いたイメージングにより、ナトリウムイオンの有無によってMotPSの細胞内局在性が変化することが明らかとなり、研究計画通り進展していると判断した。生物物理現在、研究計画通り、遺伝子工学的手法により各種ドメインを入れ替えた様々な改変型固定子を作製し、トルク特性および細胞内局在性を解析している。今後、外環境変化の感知に関わるドメインを明らかにし、研究成果を論文に発表する。海外における学会参加を行わなかったため。次年度は変異型固定子タンパク質を作製するため、特に合成DNAに使用する計画である。
無機系先端材料の組織制御と塑性加工性、表面加工性およびトライボロジー

組織制御と塑性と塑性加工関係:1.ZrO_2ーAl_2O_3系複合材料で、室温曲げ強度3000MPaという今まで世界に例を見ない高強度セラミックスが開発された。2.超塑性と拡散の関係を知る手掛りとして、ZrO_2中の酸素拡散と結晶構造、添加物の関係が調べられた。3.MgOや超伝導セラミックスについて、hotーforgeやhotーextrusionが試みられ、脆いセラミックスでもこのようなhotーworkingが可能であることを示した。4.MgO単結晶クリープの研究と、MgOーSic(粒子、ウイスカ)系複合材料の作成が試みられた。5.MgO,Al_2O_3について結晶粒径約0.5μmの焼結体を作成した。今後これらが超塑性をもつかどうかについて調べられる予定である。6.TiAl化合物の大型溶製材を対象に、高温・低ひずみ速度における塑性加工関係の基本的特性がしらべられた。表面加工性およびトライボロジー関係:1.Al_2O_3対各種純金属間の摩擦にたいする雰囲気効果をしらべた。2.摩耗新生面の潤滑剤成分との反応性についてしらべた。3.Si_3N_4の摩耗にたいする雰囲気効果がしらべられた。4.研削加工後のセラミックスの表面および表面下に残る残留応力についてのX線測定法を確立した。5.C/SiC複合セラミックスの圧子圧入表面損傷をエネルギー的に解析、評価する方法を提案した。
植物由来希少放線菌ゲノムからの新規生物活性物質探索

7科17属に属する植物由来希少放線菌18株のゲノムから新規二次代謝産物生合成遺伝子クラスターの探索を行い、Acrocarpospora sp. K10-0603の生合成遺伝子クラスターから二次代謝産物の単離精製を行った。K10-0603株のゲノムシークエンスをantiSMASHで解析し、NRPSおよびPKSを含む2種類の生合成遺伝子クラスターを異種発現候補として選択した。NRPSを含む生合成遺伝子クラスターをプラスミドpYIK3にクローニングすることでpYIK3-603C7を作製し、異種発現用宿主であるStreptomyces属放線菌に導入した。さらに、当遺伝子クラスターに含まれるSARP family転写制御因子を発現用ベクターpOSV556にクローニングすることでpOSV556-603C7SARPを作製し、異種発現用宿主に導入した。両ベクターを導入した株の培養液をHPLC解析することで、空ベクター導入株の培養液には無いピークが確認された。本ピークは遺伝子クラスター(pYIK3-603C7)のみを導入した株では確認されなかったことから、本遺伝子クラスターの発現はSARP familyの転写制御因子によって正に制御されていることが示唆された。シリカゲルカラムクロマトグラフィーおよびODSカラムクロマトグラフィーを用いて本ピークを単離精製し、NMRおよびMS解析により構造解析を行った結果、その構造を分子内にヘミアミナールを有する新規環状テトラペプチドと決定した。今後は本物質の量上げを行い、生物活性評価を行う。一方、PKSを含む生合成遺伝子クラスターをpYIK3にクローニングし、異種発現用宿主に導入した。遺伝子クラスター導入株の培養液をHPLC解析することで、空ベクター導入株の培養液には無いピークが確認された。今後は本物質の単離精製、構造解析および生物活性評価を行う。前年度に引き続き7科17属に属する植物由来希少放線菌18株のゲノムから新規二次代謝産物生合成遺伝子クラスターの探索を行い、1株(Acrocarpospora sp. K10-0603)の生合成遺伝子クラスターから二次代謝産物の単離精製を行い、NRPSを含む遺伝子クラスターの産物の単離精製および構造解析を行うことでその構造を新規環状テトラペプチドと決定した。また、PKSを含む遺伝子クラスターを異種発現することでその産物をHPLCで検出できた。今後は本物質の単離精製、構造解析および生物活性評価を行う予定である。また、他の放線菌のゲノムについても同様に解析し、新規二次代謝産物生合成遺伝子クラスターの探索を行う。2) 7科17属に属する植物由来放線菌18株のゲノムから新規二次代謝産物生合成遺伝子クラスターの探索を行う。選択した生合成遺伝子クラスターを異種発現させ、その産物の単離精製、構造解析および生物活性評価を行う。3)活性を有する化合物について生合成遺伝子の改変を行い、生産量の向上および高活性な化合物への変換を試みる。まず遺伝子改変の第一候補として、植物由来希少放線菌Actinoallomurus fulvusK09-0307が生産する抗トリパノソーマ活性物質actinoallolide Aの生合成遺伝子クラスターを使用する。本遺伝子クラスターは、Streptomyces属放線菌で異種発現が可能であるものの、異種発現における生産量が低いため、プロモーターや転写調節因子などを利用し、生産量の向上を図る。次に、PKSの基質を認識するATドメイン等を改変することでactinoallolide類縁体の取得を試みる。微生物資源として未利用であった植物由来希少放線菌のゲノムから二次代謝産物生合成遺伝子クラスターを探索し、異種発現によりその産物を生産させることで、新規二次代謝産物の取得を試みた。5科6属に属する植物由来希少放線菌6株のゲノムから新規二次代謝産物生合成遺伝子クラスターの探索を行い、2株(Streptosporangium oxazolinicum K07-0460およびAcrocarpospora sp. K10-0603)の生合成遺伝子クラスターから二次代謝産物の単離精製を行った。K07-0460株のゲノムシークエンスをantiSMASHで解析し、type III PKSを含む生合成遺伝子クラスターを選択した。当生合成遺伝子クラスターをプラスミドpOSV556にクローニングし、Streptomyces属放線菌に導入した。シリカゲルカラムクロマトグラフィーおよびODSカラムクロマトグラフィーを用いて、その培養液よりピークを単離精製することで新規ベンゾキノン類縁体を取得した。K10-0603株のゲノムシークエンスをantiSMASHで解析し、NRPSを含む生合成遺伝子クラスターを選択した。当生合成遺伝子クラスターをpYIK3にクローニングし、Streptomyces属放線菌に導入した。遺伝子クラスター導入によって生産された物質を各種カラムクロマトグラフィーを用いて単離精製することで環状ペプチド化合物を単離した。今後は本物質の構造解析および生物活性評価を行う。新たに6科11属に属する12株の植物由来希少放線菌のドラフトゲノムシークエンス解析を行った。今後はこれらのゲノムから新規二次代謝産物の取得を試みるとともに、取得した化合物の生物活性評価を行う。本年度は5科6属に属する植物