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蛋白質の立体構造形成反応の分子機構に関する共同研究

3)αラクトアルブミンに代表されるMGでは、ジスルフィド結合によって分子の慣性半径はネイティブ構造に比べて10%程度しか増加しておらず、球状性も保たれている。いずれのタイプのMGにおいても、疎水的相互作用が構造安定化に重要であるが、その程度はさまざまであり、ネイティブ構造に比べると弱い。これらの結果から、従来、MGとしてまとめて取り扱われていたものの実態は、最初に提案されたMGの定義とかなり異なるだけでなく、お互いにも、相当に多様であることが明らかとなった。2.βラクトグロブリンは、ネイティブ構造が主にβシートからなるにもかかわらず、αヘリックス形成傾向の強い蛋白質である。すなわち、蛋白質の立体構造の安定化には、局所的相互作用と、非局所的相互作用が働くが、βラクトグロブリンは、両者の二次構造傾向が大きく異なる興味深い例である。遠紫外領域ストップトフローCDを用いて、βラクトグロブリンのフォールディング反応を調べた。その結果、フォールディング反応の途中に、ネイティブ構造には存在しないαヘリックスを含む中間体が過渡的に蓄積することを示した。更に、変性平衡実験を行い、速度論的実験で観測されたαヘリックス中間体が、平衡論的にも蓄積することを示した。これらより、フォールディングの途中で、まず、局所的相互作用によってαヘリックス中間体が形成され、最終的には非局所的な相互作用によってβシート構造が安定化される、「非階層的構造形成反応」の存在することを提唱した。βラクトグロブリンで見られたαヘリックスからβシートへの転移と同様な現象が、プラズミノゲン活性化因子インヒビターやプリオン蛋白質などでも見つかっている。βラクトグロブリンのフォールディング機構の詳細を明らかにすることは、より一般的な構造形成原理を理解する上で重要を考えて、現在も継続して研究を行っている。3.分子シャペロンの作用機構を明らかにすることは、現在、蛋白質のフォールディング反応研究の重要な課題となっている。シトクロムcいくつかの構造状態を基質として、大腸菌の分子シャペロンGroELの基質認識機構を研究した。その結果、GroELは、基質蛋白質に存在する「水に露出した疎水性基クラスター」を認識して結合することを示した。また、疎水的相互作用が結合の駆動力であるが、静電的相互作用によって大きく影響されることを示した。更に、このような結合様式が、リン脂質膜と蛋白質との相互作用に類似していることを提案した。蛋白質の立体構造形成の機構を明らかにすることは、蛋白質の構造や機能を理解する上で最も基本的な課題である。本研究では、同問題に関して独創的な研究を展開しているKim教授を中心として、さらに3名の著名な国外研究分担者を加え、多面的かつ相捕的な共同研究を実施した。各自が独自の手法で研究を行なうと共に、国内外の学会などを通じて積極的に交流した。1.モルテン・グロビュール(MG)状態はコンパクトで多くの二次構造を含む中間的構造であり、構造形成反応の主要な中間状態と考えられている。しかし、詳細は明らかではない。MG状態は研究分担者の共通の課題である。X線溶液散乱や熱測定をはじめとするさまざまな物理化学的手法を用いて、MG状態の構造と安定化機構や、構造形成反応における役割を研究した。
アイスクロマトグラフィー

液体窒素中で水滴から氷の粒子を作り、カラムに充填する方法を確立し、有機溶媒を移動相とするアイスクロマトグラフィーの実験に成功した。ヘキサン-酢酸エチル、ヘキサン-THFを移動相として用いたときに以下のことが明らかになった。1.フェノール類では、レゾルシノール、サリチル酸、アミノフェノールなど、極性基を複数持つ分子は氷によく吸着するのに対し、クレゾールなどの吸着、保持は小さい。2.環状ポリエーテルでは、ベンゾ30クラウン10が保持されるのに対し、ジベンゾ18クラウン6やベンゾ15クラウン5などの保持は小さい。3.非環状ポリエーテルであるTritonX-100を試料として用いると、ポリオキシエチレン鎖が短いものはあまり保持されず、長いものは強く保持され、条件によっては固定相から溶出しない。4.1-3の結果は水への化合物の溶解度では説明できない。以上のことから、氷表面に存在するダングリングボンドと溶質間の多点水素結合形成が重要な役割を果たしていると考えることができる。氷表面には薄い疑似液相が存在することが知られており、この液膜相への分配が保持の原因であると考えることもできる。しかし、本実験を行った条件(-20°C付近)では、液相の存在が確認されていないことから上述の表面での多点水素結合形成がおもな保持機構であるとするのが適切であると考えている。移動相に水性相を用いるなどのさらなる発展の可能性を秘めている方法であるが、方法論的な困難が大きいという問題点があった。しかし、今回の研究によって方法論的な困難を取り除き、種々の実験を試行できるところにまで達することができた。本研究は、氷を固定相とし、水溶液を移動相とするクロマトグラフィーを確立し、移動相に添加される電解質等を除くと、水以外のものを用いない究極の環境調和型2相分離法を開発することを目的としている。この目的を達成し、さらに発展させるためには、いくつかのステップがある。1分離材料として最適な氷製造法を見いだす。2氷充填カラム、モノリス氷などを用いて液体クロマトグラフィー、電気クロマトグラフィー、電気泳動などを行い、アイスクロマトグラフィーの有効性を確かめる。3氷表面での物質吸着や相互作用は気相での研究が中心であり、水溶液/氷界面での反応はあまり知られていない。アイスクロマトグラフィー分離を通じて新たな相互作用を見いだす可能性も模索する。今年度は、上記(1)に焦点を絞り、アイスクロマトグラフィーに用いる氷固定相の開発について検討を行った。熱量計のデータを参考に、種々の塩やアルコール系の化合物を添加した状態で、-10°C0°Cの範囲での氷固定相を調整することを試みたが、現時点では安定した氷固定相を得るに至っていない。特に氷と平衡状態にあると考えられる移動相を流した際に氷固定相が不安定になる傾向があり、次年度にかけてこの問題点を克服する予定である。一方、氷固定相を用いて電気クロマトグラフィー、電気泳動を行う際に検出法が問題になると考えられる。氷固定相の調製法を確立の後直ちに本検出法を適用できるよう、本研究費で購入した落射型顕微鏡を用いて蛍光検出を行うための検討を行った。
シナプス前細胞と後細胞の同時記録による皮質抑制性シナプスの可塑性の研究

大脳皮質視覚野は神経活動に依存してその動作特性を適正化することが知られており、入力特異的に誘発されるシナプス伝達効率の変化がその基礎過程として考えられている。しかしながら、大脳皮質は他の領野と比較してその神経回路が複雑であるため、細胞種を同定してそれぞれのシナプスにおける可塑性を調べた研究はあまり報告されていない。本研究では発達期のラット視覚野の切片標本を作成し、入力の種類を同定したシナプスにおける可塑性について検討した。近赤外線照明とCCDカメラを備えた顕微鏡で切片上のニューロンを観察することによって錐体細胞を同定し、その細胞からホールセル・パッチクランプ法を用いて興奮性シナプス後電位及び抑制性シナプス後電位を記録した。抑制性ニューロンを高頻度発火させシナプス強度が変化するかを調べた。その結果、高頻度入力に伴いグルタミン酸受容体のサブタイプのひとつであるNMDA受容体が活性化されると抑制性シナプス伝達効率の長期抑圧が誘発された。一方、1Hzの低頻度刺激に同期してシナプス後細胞を脱分極させた場合は興奮性シナプスの長期増強が見いだされた。このようなシナプス前細胞とシナプス後細胞のペアリング刺激による興奮性シナプス長期増強の誘発にもNMDA受容体の活性化が必要であった。トレーサーを記録細胞に注入し、電気生理学的実験終了後に細胞内染色を行い、記録細胞を形態的に同定した。以上の実験により視覚野において入力の頻度やパタンによって異なるシナプスの可塑性が誘発されることが示唆される。大脳皮質の抑制性ニューロンは細胞体樹状突起の形態、軸索投射様式、免疫組織学的性質、発火パターンの相違により複数の種類に分類される。したがって、抑制性シナプスの伝達機構やその可塑性を詳細に研究するためには、抑制性ニューロンの種類を特定して、その細胞と標的細胞を同時に記録解析する必要がある。そのような研究は技術的に非常に困難であるが、今年度はその方法を確立した。発達期のラット1次視覚野の薄切切片標本を作成し、近赤外線照明とCCDカメラを備えた顕微鏡で切片上のニューロンを観察した。まず錐体細胞を同定し、その細胞からホールセル・パッチクランプ法を用いて膜電位応答を記録した。錐体細胞の近傍にあり形態的に抑制性ニューロンであると思われる単一の細胞を細胞外刺激し、記録している錐体細胞に抑制性シナプス後電流(IPSC)が出現するかを観察した。IPSCが見られない場合、そのニューロン対はシナプス結合を形成していないと思われるので、別の抑制性ニューロンを刺激し、シナプス結合しているニューロン対をさがした。IPSCが出現した場合はその抑制性ニューロンからも同時にホールセル・パッチクランプ法をもちいて細胞内記録した。抑制性ニューロンに脱分極通電し活動電位を発生させ、それによって錐体細胞にIPSCが生じることを確認した。また同時記録している2つの細胞のそれぞれの発火パタンを観察し、電気生理学的性質を調べた。以上の方法により抑制性シナプス結合を形成しているシナプス対を効率よく見いだす方法を確立した。
パラメータ再定義法による自然勾配法実現を通した複雑な深層ネットワーク学習の効率化

本年度は研究遂行のための準備に多くの力を割いた.まず本テーマの遂行に必要である確率論・測度論,数理統計などの基礎的な数学知識を補強し,また機械学習・最適化理論に関する理解を深めるため,関連分野の論文および購入した書籍で学習を進めた.またそれと並行して最新の研究成果に関しても調査を進めた.このために特に当該分野での重要な成果が多く発表される国際会議であるNeurIPS(Neural Information Processing Systems)およびKDD(Knowledge Discovery and Data mining)へ参加した.KDDへの参加は情報収集とは別に文献[1]の発表も目的であった.文献[1]の研究は本テーマで対象とする深層ニューラルネットワーク(DNN)の実データへの応用に関するものであり,研究遂行において申請者は大きな役割を果たした.文献[1]の研究を通して得られたDNNの実験的な知見は,今後の本研究の遂行においても有用であると考えている.本年度前半には研究計画書で記述した観点から実験および分析を行ったが,当初の見込みが外れ作業が難航した.研究計画の軌道修正を試みたが,その過程で文献[2,3]を知った.文献[2,3]は昨年のNeurIPSで発表された論文であり,NeurIPSへの参加で理解を深めることができた.文献[2]は本計画とは別の観点からバッチ正規化[4]がどのように機能するか実験と理論の両面から分析した研究であり,文献[3]はバッチ正規化の効果を実験的に分析した研究である.これらの文献は本研究で明らかにしようとしていた点のうちバッチ正則化のメカニズムを少なからず明らかにするものである.現在は文献[2,3]の成果を吸収した上で,本研究テーマの主な目的であった再帰的ニューラルネットワークなどの複雑なネットワーク構造に対しても機能するバッチ正規化の一般化を試みている.“現在までの進捗状況"で述べた既存文献を踏まえると今後の研究では[2]および[3]の成果に基づいて,(1)バッチ正規化よりも効果的な正規化アルゴリズムの考案,(2)バッチ正規化以外の正規化アルゴリズム[5,6]の分析や[4]を交えた性質の理論的比較,そして(3)正規化以外の方法の検討が現実的であると考えている.特に(3)は,少数バッチサイズ下で見受けられる学習不安定性を解決するために重要であるかと思われる.また深層ニューラルネットワーク(Deep Neural Network, DNN)の学習を著しく改善するバッチ正規化のメカニズムを理解することは,DNNの効果的な学習にどの様な要因が必要であるか理解する糸口にもなると考えることができる.そのためより視野を広げてDNNの学習理論に関しても調査範囲を広げる予定である.本年度は研究遂行のための準備に多くの力を割いた.まず本テーマの遂行に必要である確率論・測度論,数理統計などの基礎的な数学知識を補強し,また機械学習・最適化理論に関する理解を深めるため,関連分野の論文および購入した書籍で学習を進めた.またそれと並行して最新の研究成果に関しても調査を進めた.このために特に当該分野での重要な成果が多く発表される国際会議であるNeurIPS(Neural Information Processing Systems)およびKDD(Knowledge Discovery and Data mining)へ参加した.KDDへの参加は情報収集とは別に文献[1]の発表も目的であった.文献[1]の研究は本テーマで対象とする深層ニューラルネットワーク(DNN)の実データへの応用に関するものであり,研究遂行において申請者は大きな役割を果たした.文献[1]の研究を通して得られたDNNの実験的な知見は,今後の本研究の遂行においても有用であると考えている.本年度前半には研究計画書で記述した観点から実験および分析を行ったが,当初の見込みが外れ作業が難航した.研究計画の軌道修正を試みたが,その過程で文献[2,3]を知った.文献[2,3]は昨年のNeurIPSで発表された論文であり,NeurIPSへの参加で理解を深めることができた.文献[2]は本計画とは別の観点からバッチ正規化[4]がどのように機能するか実験と理論の両面から分析した研究であり,文献[3]はバッチ正規化の効果を実験的に分析した研究である.これらの文献は本研究で明らかにしようとしていた点のうちバッチ正則化のメカニズムを少なからず明らかにするものである.現在は文献[2,3]の成果を吸収した上で,本研究テーマの主な目的であった再帰的ニューラルネットワークなどの複雑なネットワーク構造に対しても機能するバッチ正規化の一般化を試みている.“現在までの進捗状況"で述べた既存文献を踏まえると今後の研究では[2]および[3]の成果に基づいて,(1)バッチ正規化よりも効果的な正規化アルゴリズムの考案,(2)バッチ正規化以外の正規化アルゴリズム[5,6]の分析や[4]を交えた性質の理論的比較,そして(3)正規化以外の方法の検討が現実的であると考えている.特に(3)は,少数バッチサイズ下で見受けられる学習不安定性を解決するために重要であるかと思われる.また深層ニューラルネットワーク(Deep Neural Network, DNN)の学習を著しく改善するバッチ正規化のメカニズムを理解することは,DNNの効果的な学習にどの様な要因が必要であるか理解する糸口にもなると考えることができる.そのためより視野を広げてDNNの学習理論に関しても調査範囲を広げる予定である.書籍の購入を先送りにしたため予算を繰り越した.来年度,該当する書籍の購入に充てる予定である.
使い捨て式防じんマスクの顔面への密着性の評価方法及び適正な着用方法に関する研究

現在、日本においては、労働省の定める規格に従って、製造された2つのtypeの防じんマスクが市販されている。その一つは取替え式防じんマスク、他の一つは使い捨て式防じんマスクである。規格の定めによれば、取替え式防じんマスクについては着用者自身がその顔面と面体との密着性の良否を随時容易に検査できるものであること、としている。密着性の確認には、マスクの内部を陰圧にしてマスクと顔面との接触部からの空気の漏れ込みをcheckする方法が採用されいる。しかし、使い捨て式防じんマスクについては、その構造上、このマスクのみでは、マスクの顔面への密着性を調べることは不可能である。本研究では、防じんマスクの顔面への密着性を定量的に、簡単に試験することが出来るmask fitting testerを試作し、使い捨て式防じんマスクの顔面への密着性の評価方法及び適正な着用方法について検討を行った。このmask fitting testerは粒径0.71.0μm以上の粒子のみを計測することのできるparticle counterである。なお、このmask fitting testerを用いて試験を行う場合、特別の粒子発生装置を用いることなく一般室内の空気中に存在する粒子を用いて試験することが出来る。この装置を用いて百数十人の被験者を対象に、使い捨て式防じんマスクについて試験を行った。その結果、マスクの種類によって若干の相違が認められ、また、装着の方法による相違も認められた。そこで装着の際に注意すべき要点などをまとめ、使い捨て式防じんマスクを着用する際のマニュアルを作成した。防じんマスクには、“取り替え式防じんマスク"と“使い捨て式防じんマスク"とがある。取り替え式防じんマスクについては、着用者自身がその顔面と面体との密着性の良否を随時容易に検査できるものであること、という規定がある。しかし、使い捨て式防じんマスクは、マスクの構造上取り替え式防じんマスクと同様に規定することは不可能である。本研究は、この使い捨て式防じんマスクの顔面への密着性を定量的に評価する方法を開発し、その結果を基に、使い捨て式防じんマスクの適性な着用方法のマニュアルを作成することを目的とした。防じんマスクの顔面への密着性の定量的評価には防じんマスクを着用して、そのマスクの内側及び外側における紛じん濃度の測定を行い両濃度からマスクの外側の紛じんがマスク内へ進入する割合を求める方法を用いる。しかし、使い捨て式防じんマスクのサブミクロンの粒子に対する捕集効率は比較的低いものが多い。このためマスクの内側には、ろ層を通して進入した粒子と面体と顔面とのすき間から侵入した粒子とが存在する。マスクの顔面への密着性すなわち面体と顔面とのすき間から侵入した粒子の量を知るためには、ろ層を通して進入した粒子を除いて評価しなければならない。このため紛じんの測定器にレ-ザ-光線を光源とした粒径1μm以上の粒子のみを計測するパ-ティクルカウンタ-を用い、ろ過材を通して侵入する微細な粒子は測定系から外して計測できる方法を考案した。すなわち、この装置によって、マスク内に粒子が認められればその粒子はマスクと顔面とのすき間から侵入したものと判定されるのである。なお、冬期、呼気中の水分が微細な粒子を核として擬結して、カウンタ-に計測される粒子が発生することもある。これを防ぐため加温装置を取付け、これを阻止することができた。なおマスク内の空気を取り出す方法についても検討を行なった。防じんマスクの顔面への密着性すなわち面体と顔面との透き間から侵人した粒子の量を知るためには、ろ過材を通過した粒子を除いて評価しなければならない。このため粒じんの測定器にレ-ザ-光線を光源とした0.71μm以上の粒子のみを計測するパ-チクルカウンタ-形式のmask fitting testerを作製した。通常このような粒径の粒子に対して、使い捨て式防じんマスクのろ過材のろ過効率は、ほぼ100%である。

しかし、気温の低いところでは呼気中の高湿度の影響により粒径0.5μm以下の粒子が核となってこのカウント-に計数される大きさの粒子が発生する、この粒子の発生を防ぐために加熱装置を取り付け、呼気による影響を除くよう改良した。なお、数年以前に考察したマスクに孔などを空けることなくマスク内の空気を取り出すために考案した密着性試験用ガイドに改良を加え、このガイドを装着することによる影響を少なくするすることができた。このmask fitting testerを用いて試験を行う場合、特別の粒子発生装置を用いることなく一般室内の空気中に存在する粒子を用いて試験することが出来る。今年度はこの装置を用いて百数十人の被験者を対象に、使い捨て式防じんマスクについて試験を行った。その結果、マスクの種類によって若干の相違が認められ、また、装着の方法による相違も認められた。そこで、装着の際に注意すべき要点などをまとめ、使い捨て式防じんマスクを着用する際のマニュアルを作成した。
調和文法に基づいた印欧諸語の曲用パラダイムの共時的変異及び通時的変化の統合的研究

印欧諸語(例:ドイツ語、古英語、古フリジア語)の曲用パラダイムの通言語的変異を人称・数・性・格の4つの次元に関する有標性制約及び忠実性制約の交互作用(最適性理論であれば、制約の相対的ランキング、調和文法であれば、制約の数値的重み付け)から派生できることに部分的に示した。更に、ドイツ語の冠詞類と形容詞類の曲用パラダイムの研究を通じて、名詞・形容詞類・冠詞類のパラダイム群が相互補完的に機能していることを示し、曲用パラダイムを名詞句の構成要素である名詞、形容詞、冠詞毎に個別に導くのではなく、名詞句において生じる構文的現象として分析することを提案した。本年度は、まず、印欧諸語における名詞・限定詞・形容詞の屈折パラダイムを記述するために必要な制約群を、パラダイムを構成する格・数・ジェンダーの3つの次元毎に導いた。具体的には、3つの有標性階層(格階層・数階層・ジェンダー階層)から導いた有標性制約とそれらに拮抗する2種類の忠実性制約を提案し、ドイツ語、古英語、古フリジア語等に代表されるゲルマン諸語のパラダイムの一部を上記の有標性制約と忠実性制約の制約ランキングから派生した。特に、ゲルマン諸語の屈折パラダイムに共通して観察される融合(格融合、ジェンダー融合)及び現代ドイツ語の形容詞のパラダイムにおける強変化と弱変化の相違も、形容詞と共起する冠詞類及び名詞の屈折との相互作用から導けることを示した。屈折パラダイムを記述する有標性制約、忠実性制約を提案する傍ら、ゲルマン諸語にとどまらず、ロマンス諸語、スラヴ諸語における屈折パラダイムのデータを収集・整理したが、その過程で多くの印欧諸語の屈折パラダイムに共通する融合の諸パターンを発見すると同時に、(ほぼ)普遍的に妥当すると思われる格階層、数階層と対照的に、ジェンダーの有標性階層には、印欧諸語の中でも相違があるため、その相違に対応するように、ジェンダーに関する有標性制約を改変した。なお、本年度は、ドイツ語の屈折パラダイムに関する2件の海外学会発表(ハンガリー、ドイツ)及び古英語の指示代名詞の屈折パラダイムに関する1件の国内学会発表を行い、国内学会予稿集及び海外学会論文集に各1本の論文を発表した。本年度は、昨年度に引き続き、印欧諸語における名詞類(名詞・限定詞・形容詞)の屈折パラダイムを記述するために提案された(パラダイムを構成する)格・数・ジェンダーの3次元に関わる制約群から導く作業を行った。具体的には、有標性階層(格階層・数階層・ジェンダー階層)から導いた有標性制約及びそれらに括抗する2種類の忠実性制約のランキング/重みづけから、ロシア語、ポーランド語等に代表されるスラヴ諸語のパラダイムの一部を派生した。特に、多くのスラヴ諸語の屈折パラダイムに観察される格融合(属格=対格)を格階層が体現する有標性及び格標識の本来的な生起領域(属格=名詞、対格及び能格=節)に関わる制約間の交互作用から導くことを提案した。ただし、属格の本来的な生起領域を名詞と指定すると、多くのスラヴ諸語に見られる「否定の属格/内包の属格」用法を説明する課題が残る。これらの用法は他動詞文の目的語及び一部の非対格文の主語の両方に現れるが、両者は共に(役割指示文法のタームを使用すると)非指示的な受動者としてまとめることができる。ここで、対格標識(無標)と属格標識(有標)の形式面の有票性が名詞句の意味的側面(指示的名詞⇔非指示的名詞)の有標性と平行していることに着目し、非指示的受動者をマークする属格標識を関係的な類像性から導くことを提案した。以上の作業を通して、属格・対格間の格融合を伴うスラヴ諸語の屈折パラダイムを記述する基礎を構築できたと考える。本年度の主要な目標の一つは、印欧諸語の名詞・限定詞・形容詞の曲用パラダイムを、特にこれまで手を付けることができなかったバルト・スラヴ諸語のパラダイムのデータベース化を終えることであったが、その作業はまだ続行中である。その作業と平行して、名詞類の曲用パラダイム研究の基礎作業として、平成23年度に開始したロシア語の格システムの体系化の作業を続行した。具体的には、平成23年度には属格が目的語を標示する用法の説明を提示したが、本年度は「第二与格」と呼ばれる、ロシア語の不定詞節に生じる一部の二次述語(sam "alone", odin "-self")が一部の生起環境で与格標示を受ける現象の説明を提示した。上記の二次述語は,単文及び主語コントロール動詞の不定詞補部内に生起する場合は修飾対象の名詞と同じ主格標示を受けるが,目的語コントロール動詞の不定詞補部に生じる場合は与格標示を受ける。

この一見特異な与格標示を,独立に必要とされる節の三層構造(内核・中核・節)、格標識の有標性階層としての格階層(主格<与格<対格/能格<属格)、格標識を与える領域として中核を指定する言語(例:日本語,アイスランド語)と節を指定する言語(例:英語、ロシア語)があるという仮定に基づいて説明した。格付与規則として、役割・指示文法で提案されている格付与規則を想定し、目的語コントロール構文の不定詞補部の意味上の主語に主格標識が与えられないため、最後の手段として(デフォルト格として)主格に次いで無標的な与格標識が与えられ、その与格標識が一定の局所的領域で作動する格の一致に基づいて二次述語に与えられるという説明を提案した。本年度は、昨年度に引き続き、印欧諸語における名詞類(名詞・限定詞・形容詞)の屈折パラダイムを記述するために提案された(パラダイムを構成する)格・数・ジェンダーの3次元に関わる制約群から導く作業を行った。具体的には、有標性階層(格階層・数階層・ジェンダー階層)から導いた有標性制約及びそれらに拮抗する2種類の忠実性制約のランキング/重みづけから、現代ドイツ語の人称代名詞のパラダイムを派生した。ドイツ語の人称代名詞のパラダイムでは、1人称/2人称・単数及び3人称・単数・男性の代名詞が独立した対格標示を持ち、1人称/2人称・複数の代名詞が対格標示=与格標示であり、それ以外の人称代名詞では全て対格標示=主格標示であるが、統語的な対格素性の3通りの形態的実現(対格、与格、主格)を人称代名詞以外の冠詞・指示代名詞のパラダイムと共通する道具立て(分裂対格・分裂能格現象を分析する際に使用される「有標性同化」)によって分析できることを示した。同じアプローチはドイツ語以外のゲルマン諸語のパラダイムにも適用することが可能である。現在、その成果を投稿するべく、改稿作業の最中である。データベースの構築に際して必要な知識の習得する時間が予想外にかかっている。データを資料から採取する作業がデータの欠落等のために予定よりも進まなくなっていることも理由の一つである。25年度が最終年度であるため、記入しない。データを集計した後に、どのようなqueryを用いるかが、屈折パラダイムの分析が更に進んだ後にならないと決められないところがある。また、データの収集を行う際に、データが欠如している言語が予想以上に多かったため、取りまとめに時間がかかった。今後は蓄積したパラダイムのデータを整理してデータベース化し、個別の言語のパラダイムの中で一般的な意義を持つと思われるものを一般性の高い制約群の重み付け/ランキングから導くと共に、データベースから得られる一般化を追求する予定である。屈折パラダイムの分析が事前の予想より進捗が遅れていても、その時点までに行った分析に基づいて、queryを暫定的に決定する。また、データが収集できない部分については、断念する他ないかもしれない。
リボソーム結合性因子GCN1L1による翻訳制御機構の解明

我々は、これまでの解析によりリボソーム結合性因子GCN1L1欠失マウスを樹立し、GCN1L1がアミノ酸飢餓によりリボソーム結合性因子GCN2および翻訳開始因子eIF2αのリン酸化を介した翻訳調節を行なっていることを明らかにしていた。GCN1L1欠失マウスより樹立した胎仔由来線維芽(MEF)細胞においてはCyclinB1・Cdk1の発現低下を伴うG2/M期細胞の増加を示すことが分かっていたが、GCN2欠失細胞においては細胞周期の異常を示さないことが明らかとなった。さらに、GCN1L1およびGCN2の種々のストレスに対する応答能についての解析を実施した。GCN1L1およびGCN2はアミノ酸飢餓応答のみならずUVストレス応答による翻訳調節に必須の役割を示した一方で、過酸化水素やプロテアソーム阻害剤によるeIF2αリン酸化には必須ではないことが明らかとなり、両因子のストレス応答における位置付けを見いだすことができた。以上の結果より、GCN1L1はGCN2と共に一部のストレスに応答した翻訳調節を担っているだけではなく、定常状態においてGCN2非依存的に細胞増殖制御を行なっていることを明らかにした。しかしGCN1L1による細胞増殖制御機構の解明は今後の課題である。当該年度では、GCN1L1の各種ストレスに対する応答性を明らかにした。またGCN2非依存的に細胞増殖制御を行うことを見出すことができた。GCN1L1によるGCN2非依存的な細胞増殖制御機構を明らかにするため相互作用分子の探索を試みている。GCN1L1の未知の機能を明らかにするため、今後も相互作用分子の同定を試みる。またGCN1L1欠失MEF細胞を用いたプロテオーム解析により、野生型と比較し変動するタンパク質およびその修飾を明らかにすることで、GCN1L1の機能解明を目指す。また定常状態においてGCN1L1は、GCN2非依存的に特定のタンパク質の翻訳を制御する可能性が考えており検討を行う。タンパク質合成は1ペプチド結合形成に5ATPを要し、mTORC経路やeIF2αのリン酸化により制御される。eIF2αのリン酸化酵素GCN2はアミノ酸飢餓ストレス下での翻訳抑制に関与する。酵母においてGCN1はこの反応に必須である一方でRWDBD(RWD結合ドメイン)を持ち、GCN2、IMPACT、DFRP2などの種々のRWDタンパク質に結合する。我々は、哺乳動物GCN1ホモログGCN1L1のRWDBD欠失マウスを作成し解析を行い1GCN1L1がGCN2を介したアミノ酸飢餓応答機構に必要であること、2GCN1L1欠失マウスは胎生期の成長遅延と出生後致死を呈しGCN2欠失マウスよりも重篤な表現型を示すことからGCN1L1がGCN2経路非依存的な機能を有することを見出した。本研究では、GCN1L1欠失マウスの表現型および同マウスより樹立した胎仔繊維芽細胞(MEF)を用いてGCN1L1の新たな機能の探索を行った。GCN1L1がGタンパク質DRG2と結合すること、DRG2の発現低下細胞はp21の発現誘導を伴うG2/M arrestを起こすことが報告されている。GCN1L1欠失MEFでは、DRG2発現低下に伴うG2/M停止および細胞増殖抑制を起こしていた。以上のことから、GCN1L1はDRG2の調節を介して細胞増殖制御に関与するものと考えられた。GCN1L1の新たな機能を見出し、GCN1L1欠失マウスの表現型をより詳細に解析することができた。しかしながら、その分子機構については明らかにできておらず今後の課題である。GNC1L1によるDRG2の安定化の分子機構を明らかにする。

DRG2はエンドサイトーシスを介したトランスフェリンのリサイクリングに必須であることが知られており、GCN1L1の欠失マウスで認められる表現型が鉄の利用障害によるものであるかを検討する。DRG2経路の破綻がGCN1L1欠失マウスの表現型につながるかを明らかにするためDRG2発現によるレスキュー実験を行う。DRG2経路以外の機能も探るため、GCN1L1相互作用因子の解析も進める。GCN1L1の未知の機能を明らかにするため、今後も相互作用分子の同定を試みる。またGCN1L1欠失MEF細胞を用いたプロテオーム解析により、野生型と比較し変動するタンパク質およびその修飾を明らかにすることで、GCN1L1の機能解明を目指す。また定常状態においてGCN1L1は、GCN2非依存的に特定のタンパク質の翻訳を制御する可能性が考えており検討を行う。次年度の実験消耗品の支出が多く見込まれたため、あえて残額を生じる形とした。実験消耗品購入日へ充当する予定である。
老化遺伝子産物による不死化細胞のDNA合成

[研究目的]正常の体細胞の老化の機構(香川編:細胞工学特集12(3)1993)は、必ず不死化している癌細胞の研究の基本的な課題である。本研究の目的は老化細胞サイトプラストと不死化細胞の融合によって、老化遺伝子産物を実測して、対立する老化の仮説を検証することである。老化のプログラム説の具体的機構として細胞分裂回数にしたがって短縮する染色体の末端構造テロメアが重視されている(Allsop,R.C.1992)。これに対して老化のエラー破局説では環境による遺伝子損傷を重視し、活性酸素によりDNAに作られる80H-デオキシグアノシンの形成量と種の最大寿命の高い相関を見いだしている(Cutler,T.G.1992)。好気性代謝はエネルギー獲得系の中心であるか活性酸素を放出して特にヒストンの保護の無いミトコンドリア(mt)DNAの変異を起こし、加令と共に蓄積させるというmt老化学説が提唱されている(Linnane-小沢、1990)。[実験結果]胎児から高齢者にいたる16種の年齢の線維芽細胞のmt機能を測定すると呼吸能もタンパク質合成能も80才以上では0才の場合の約15%に低下していた。老化細胞の核をサイトカラシンB-遠心法で除いてサイトプラストを作る。HeLa細胞のmtDNAをあらかじめ臭化エチジウムで除去してrho°株HeLa細胞をつくる。ポリエチレングリコールで老化細胞サイトプラストとrho°株細胞のサイブリッドを作ると、老化mtの機能は完全に回復された(J.Biol.Chem.269、印刷中、1994)。細胞核のmt支配機構の一部(J.Biol.Chem.268,24950,1993)や核性のmt転写-複製因子の亜型(BBRC194,544,1993)も発見した。[老化遺伝子産物SDI1の癌抑制]老化細胞はG_1期停止の状態にある。老化細胞のサイトプラストを若年細胞に融合させるとNDAの合成が阻害された。融合前のサイトプラストのタンパク質合成を阻害すると、NDA合成は阻害されない。この老化末期に増加する遺伝子産物としてSDI1(6p21)が単離された。この研究のため中西はBaylor大学に留学し、SDI1がG1期サイクリン-Cdk2-4複合体に結合してそのキナーゼ活性を阻害すること、p53のDNA合成阻害作用は癌抑制遺伝子としてのSDI1の発現を介する事を発見した。[結論]細胞の老化の本質的な原因は核側の優性支配によりSDI1等を介し、mt変異等の劣性の変異の蓄積とは考えられない。これは老化プログラム説を強く支持する。
筋萎縮性側索硬化症発症要因としてのVAPBと小胞体ストレスの解析

家族性ALSの原因遺伝子ALS8 (VAPB)に着目してその機能解析と遺伝子変異による運動神経細胞死の機序を解明する研究を継続した。目標1生理的UPRにおけるVAPBの果たす役割解明.VAPBと結合し、機能的相互作用するFFATmotif蛋白質を同定する作業をFinlandのDr Olkkonenらとの共同研究で行ったが、同定にはいたらなかった。一方、VAPBがPERK経路に抑制的に係っており、P56S VAPBはこの機能が失われることを発見した。このことから、VAPBは少なくともUPRの2経路で生理的な役割を担っていることが明らかとなった。また、P56SVAPBにより、野生型VAPBの機能が抑制されるメカニズムを明らかにした。従って、自身は機能的にnullであるP56S-VAPBは野生型VAPBの機能を抑制することにより、VAPBの機能をおおむね抑制すると考えられた。P56S-VAPBによるCapase-3の活性化を明瞭に示すことは成功しなかったが、P56SVAPBを発現させるとNSC34運動神経細胞がThapsigardin等の科学物質で誘導するUPRに対して脆弱となり、より強く細胞死が誘導されることを報告した(Suzuki et al.,2009)。P56SVAPBによるUPRの機能不全が最終的に運動神経細胞死に脆弱にさせると考えられる。目標3:マウスを用いたALS8遺伝子異常によるALSモデル作成家族性ALSの原因遺伝子ALS8(VAPB)に着目してその機能解析と遣伝子変異による運動神経細胞死の機序を解明する研究を行った。本年度はまずP56S-変異によりVAPBが運動神経細胞死を引き起こす機序を検討し、VAPBが生理的なERストレス反応カスケードの一つUPR(unfolded protein response)カスケード中に存在する分子であることまた、P56S-VAPBが機能喪失ミュータントであることをさらに確認する作業を行った。目標1生理的UPRにおけるVAPBの果たす役割解明1.wt-VAPBによるUPRの中心的な経路IRE1/XBP1経路の活性化メカニズム。wt-VAPBは直接IRE1とBip1と機能的相互作用することを示した。2.他のUPR経路におけるVAPBの役割。IRE1/HAC1(XBP1)経路以外のPERK経路とATF6経路には直接関係しないことをin vitro実験系を用いて示した。目標2P56S-VAPB誘導性運動神経細胞死機序の解明1.P56S-VAPBはloss of function mutantであるが同時に存在する正常のVAPBの機能を阻害することは示した。すなわち、1 alleleの変異によりVAPBの機能の大半は失われることを発見した。この結果、細胞内はprotein foldingの監視機能が減弱し、misfolded proteinの蓄積傾向に傾く。この状況が最終的に運動神経細胞死に繋がると考えている。2.P56S-VAPBによるCapase-3の活性化と運動神経細胞死の関連。P56S-VApBあるいは作成した特異的VAPBsiRNAを運動神経細胞株に導入し、さらに種々のERストレスを加え、神経細胞死が引き起こされるかことを示した。しかし、siRNAシステムに問題があり、現在再確認中である。目標3マウスを用いたALS8遺伝子異常によるALSモデル作成論理的にはP56S-VAPBを構成的に高発現するトランスジェーニックマウスを樹立する実験を遂行中である。目標3:マウスを用いたALS8遺伝子異常によるALSモデル作成
高温超伝導体の磁気励起とストライプ

高温超伝導発現のメカニズムを解明するうえで鍵となり、早期の解決が望まれる課題を本研究でとりあげた。高温超伝導体において、"stripe"と呼ばれる電荷秩序のゆらぎの影響が、どの系にも共通に見られるかどうか、さらにはそれが高温超伝導の発現に正の役割を持つことがあるかどうかについて、中性子散乱実験を手段に磁気励起を観測して調べた。YBa_2Cu_3O_y(YBCO)系のx"(q,ω)は、エネルギー(ω)の増加とともにincommensurate (IC) peak構造をもつものからcommensurate peak(resonancepeak)、さらにはもう一度IC peakをもつものへと変化するが、これを、バンド理論を拡張したモデルを用いて解析した。上記のような準粒子broadeningをとりいれて計算を行い、YBCO系では観測されたデータが"stripe"のゆらぎの効果なしに再現されることを示した。実際に低温で"stripe"秩序が現れるLa_<1.48>Nd_<0.4>Sr_<0.12>CuO_4についても研究を進めてみると、この系では、静的な"stripe"秩序が現れる温度より高い温度から鋭いIC peakが観測される。これを理解するには不自然に小さなbroadeningを用いなければならない(小さなbroadeningを用いても実験を再現できない場合もある)。静的な"stripe"秩序をもたないLa_<2-x>Sr_xCuO_4系でも程度の差こそあれ同様の結果が得られる。特にx=1/8の付近でこれが顕著になり、動的な"stripe" correlationが磁気励起スペクトルにはっきりした影響を与えていることを示すものとして、YBCO系と好対照をなすことがわかった。ほかの物性量に対する"stripe"の効果の有無を調べるために、La_<1.48>Nd_<0.4>Sr_<0.12>CuO_4の、主にCuO_2面内の原子が面内で振動するフォノンモードをも測定した。低温で静的な"stripe"秩序を有するLa_<1.48>Nd_<0.4>Sr_<0.12>CuO_4においてさえ、その秩序のフォノンへの影響が判然としないことがわかった。"stripe"がフォノンに与える影響はそれほど大きくないようである。たとえ、CuO_2面を共通に有する銅酸化物といえども、電荷秩序("stripe"秩序)のゆらぎをhigh-Tcの起源として考える必要はないようである。"ストライプ"と呼ばれる電荷秩序(磁気秩序を伴う)はLa214系で超伝導を抑制する。この秩序が銅酸化物に共通なものかどうか、さらには超伝導発現に積極的役割を担うかどうかを明らかにするために、種々の研究が行われてきた。我々は、磁気励起スペクトルχ"(q,ω)から、"ストライプ"が静的および動的物理量にどのような影響を与えるかを調べ、その効果がLa214系以外の系にも見られるかどうかを研究してきた。我々は以前より"ストライプ"を考慮せずに、YBa_2Cu_3O_y(YBCO)系のχ"(q,ω)を理解できないかどうかを調べてきた。Effective bandから計算されるχ_0(q,ω)と、電子間の交換相互作用(J_q)とで表された一般化帯磁率χ(q,ω)=χ_0(q,ω)/(1+J_qχ_0(q,ω))の表式を用いて、少なくとも25meVまでの実験データを説明できることを示した。そのときに準粒子のbroadening(Γ)として他の実験で得られているような大きな値を用いた。YBCO系のχ"(q,ω)を理解するには、準粒子のbroadeningが重要であり、"ストライプ"は必要ないようである。次に、静的"ストライプ"が69K(=Te)以下の温度で生じるLa_<1.48>Nd_<0.4>Sr_<0.12>CuO_4のχ"(q,ω)を測定し、YBCOと同様の手法で解析を行った。incommensurability(δ)の実験値がT_e以下で、ストライプの周期に対応する値(^0.118r.l.u.)に落ち着くのに対し、"ストライプ"を考慮しない計算ではδが降温に伴い増加し続ける。また、T_e以上の温度では、実験で観測されるようなsharpなincommensurate peakは小さなΓを用いても再現されそうにない。電子系が正孔の多い部分と、正孔が少なく、反強磁性相関が強くなった部分に分かれ(たとえばゆっくりした"ストライプ"ゆらぎの形成がおこり)、そのなかの反強磁性相関の大きい部分の寄与が観測されているために、実験でsharpなincommensurate peakが観測されると我々は考えている。また、線幅はT_eよりはるかに高い温度から広い温度領域でなだらかに減少しており、"ストライプ"はT_eより高い温度から徐々に成長するようである。

YBa_2Cu_3O_y(YBCO)系のx"(q,ω)は、エネルギー(ω)の増加とともにincommensurate (IC) peak構造をもつものからcommensurate peak(resonancepeak)、さらにはもう一度IC peakをもつものへと変化するが、これを、バンド理論を拡張したモデルを用いて解析した。上記のような準粒子broadeningをとりいれて計算を行い、YBCO系では観測されたデータが"stripe"のゆらぎの効果なしに再現されることを示した。実際に低温で"stripe"秩序が現れるLa_<1.48>Nd_<0.4>Sr_<0.12>CuO_4についても研究を進めてみると、この系では、静的な"stripe"秩序が現れる温度より高い温度から鋭いIC peakが観測される。これを理解するには不自然に小さなbroadeningを用いなければならない(小さなbroadeningを用いても実験を再現できない場合もある)。静的な"stripe"秩序をもたないLa_<2-x>Sr_xCuO_4系でも程度の差こそあれ同様の結果が得られる。特にx=1/8の付近でこれが顕著になり、動的な"stripe" correlationが磁気励起スペクトルにはっきりした影響を与えていることを示すものとして、YBCO系と好対照をなすことがわかった。ほかの物性量に対する"stripe"の効果の有無を調べるために、La_<1.48>Nd_<0.4>Sr_<0.12>CuO_4の、主にCuO_2面内の原子が面内で振動するフォノンモードをも測定した。低温で静的な"stripe"秩序を有するLa_<1.48>Nd_<0.4>Sr_<0.12>CuO_4においてさえ、その秩序のフォノンへの影響が判然としないことがわかった。"stripe"がフォノンに与える影響はそれほど大きくないようである。たとえ、CuO_2面を共通に有する銅酸化物といえども、電荷秩序("stripe"秩序)のゆらぎをhigh-Tcの起源として考える必要はないようである。
安定的な米供給の実現のための灌漑水田・天水低湿地・天水畑地間の最適資源配分の導出

本研究は、熱帯半乾燥地域の中でも近年稲生産国として着目されているタンザニアを例に、圃場試験・モデリングおよび経済分析の各手法を統合することにより、灌漑水田・天水低湿地・天水畑地間の最適資源配分の導出方法を開発し、延いては安定的な米供給の実現に資することを目的とするものである。平成30年度には大学院生(修士)を10月22日から11月30日までタンザニアに派遣し、同国の4県(ウェテ県、ウランカ県、ブソケロ県、ムパンダ県)にて農家調査を行った。各県で4カ村、それぞれの村で4人の農家を対象にし、全体での調査数は64であった。調査内容は各農家の基本的な社会経済的な状況の他に、ネリカ1、その他の陸稲、その他の作物の収量、栽培上の問題等でありこれらを持って農家のネリカ栽培への意志に影響を及ぼす要因を同定した。また昨年度から取り組んでいたネリカ1のタンザニア全土における収量マップを作成した。その結果以下の結論を得た。1作物モデルを用いたネリカ1の作物モデルを用いたネリカ1の収量予測は可能であり、収量が高くなる地域の特定に使用できる。2普及最適地を特定するにはネリカ1の収量だけでなく、既存のイネ品種の収量やネリカ1の食味、マーケットアクセスなど複数の要素を考慮する必要がある。3今後ネリカ1の普及を行っていくべき地域を特定していくためには、収量以外の要素についてもスコアなどを示したマップを作り、それらを重ね合わせることが有効な手法と考えられる。本研究結果を持って担当学生が平成30年12月に修士論文「タンザニアにおける陸稲ネリカの効率的普及を目的とした普及プロジェクトの現状分析及び作物モデルを用いたネリカ適作地マップの作成」を提出した。順調に1ヶ月間のタンザニア訪問を実施しその中で国の東西南北広い範囲にまたがる地点から64点のインタビューを実施するとともに、タンザニア全土を0.5度のメッシュに区切って精密なシミュレーションを行い、それをArcGISを用いて地図化するなど、本格的な研究の展開を見せることができた。またそれらの結果をまとめて修論とすることができた。今後は、農家がネリカを選択するかどうかは、他の選択肢との収益上の比較優位性であるとの仮説についてより本格的に取り組む必要がある。すなわち他の作物についても陸稲と同様に、それらの作物モデルを用いた収量と収益性の推定を行い、またそれらを地図上に展開して複数のレイヤーとし、その上でネリカの収益性を他作物と比較できるようにしていく必要がある。またその中で市場への接近性などの要素も組み込んでいくことができる。一方で農家への綿密な聞き取りおよび実際の坪刈などで対象年の収量をより正確に把握してモデルのキャリブレーションを行い、モデルの精度を上げていく必要がある。本研究は、熱帯乾燥地域の中でも近年稲生産国として着目されているタンザニアを例に、圃場実験・モデリングおよび経済分析の各手法を統合することにより、灌漑水田・天水低湿地・天水畑地の間の最適資源配分の導出方法を開発し、延いては安定的な米供給の実現に資することを目的とするものである。研究期間内において、(1)圃場実験および農家調査の双方から入手したデータを基に、タンザニア国内各地域において灌漑水田・天水低湿地・天水畑地のいずれにおける稲作生産をも再現できる作物生育モデルを設計した上で、(2)設計されたモデルを経済モデルと連結することにより、まずはローカルな資源制約がないとした場合の各地における最適な生産システム導出し、最終的には(3)国内全域における資源の総和を所与とした上での各地域への最適な資源配分量を導出することを目指している。プロジェクト1年目の平成26年度は、東京大学西東京フィールドの実験圃場において、調査地における実験方法の確定を目的とした予備実験を行った。ここでは、作物を植えない状態において複数の灌漑ルールの下での土壌各層の水分および養分の時系列的推移を記録した他、日本の品種を用いた生育実験を通して、天水低湿地および天水畑地における作物生育モデル最適なパラメタライゼーションの方法について検討した。また、タンザニア国立キリマンジェロ農業研修センター(KATC)における過去の実験データを収集し、プロジェクト2年目以降の実験計画の詳細を決定した。本研究は、熱帯半乾燥地の中でも近年稲作生産国として着目されているタンザニアを例に、圃場実験・モデリングおよび経済分析の各手法を統合することにより、灌漑水田・天水低湿地・天水畑地の間の最適資源配分の導出方法を開発し、ひいては安定的な米供給の実現に資することを目的とするものである。研究期間内において、(1)圃場実験および農家調査の双方から入手したデータを基に、タンザニア国内各地域において灌漑水田・天水低湿地・天水畑地のいずれにおける稲作生産をも再現できる作物生育モデルを設計した上で、(2)設計されたモデルを経済モデルと連結することにより、まずはローカルな資源制約がないとした場合の各地における最適な生産システムを導出し、最終的には(3)国内全域における資源の総和を所与とした上での各地域への最適な資源配分量を導出することを目指している。プロジェクト2年めの平成27年度は、東京大学西東京フィールドの実験圃場において、タンザニアの陸稲として有望視されているネリカ3品種を用いて、播種時期を3回に変えた圃場試験を行い、APSIM-ORYZAモデルの品種パラメータ決定を行った。

またタンザニア全土の気象データとしてCEDAのグリッドデータを、土壌データとしてISRICのWISE土壌データを用いて、緯度経度各1度ごとにNERICA1の収量を直近の10年分のデータの平均値を用いて計算し、それを基にNERICA1適作地マップを作成した。本マップは従来の年降雨量等をもとにしたJICA作成のマップと比べると、タンザニア中の陸稲適作地をより正確に反映しており実用に供しうるものと判断された。その成果は日本作物学会2016年春の学会で発表した。タンザニア現地における圃場実験は進んでいないものの、国内実験、モデリングにおいては、当初の予定より早い速度で研究が進展し、成果も出てきており、今後、当初研究計画の達成が見込まれる。本研究は、熱帯半乾燥地域の中でも近年稲生産国として着目されているタンザニアを例に、圃場試験・モデリングおよび経済分析の各手法を統合することにより、灌漑水田・天水低湿地・天水畑地間の最適資源配分の導出方法を開発し、延いては安定的な米供給の実現に資することを目的とするものである。平成28年度には、12月3日から12月11日にかけてタンザニアに出張し、アルーシャのキリマンジャロ農業技術者訓練センター(KATC)のJICA専門家を訪れ、センター所長も交えてタンザニア全体にわたるネリカ普及計画についてビリーフィングを受けた。また当研究室で開発した、作物モデルを用いたネリカのタンザニア適作地マップについてセミナーを行った。その後、2カ所の灌漑稲作地、およびタンザニア北東部の天水稲作地を訪問し、農家聞き取りを行った稲の生産量、気象条件、農家のネリカに対する考えなどについて調査を行った。帰国後現地で入手した気象データおよび世界気象データベースNASA Powerを用いた気象情報に、世界土壌情報データベースSoilGridで得た情報をもとに、APSIM-Oryzaの陸稲モデルによるシミュレーションを実施した。シミュレーションと実測値における収量とを比較した結果、実測値がかなり大きい地点があり、それは現地調査で他からの水の水平移動があると分かった地点に一致し、天水低湿地におけるシミュレーションの困難さが認識できた。一方、天水畑作についてはある程度の精度で収量を予測できることが明らかとなった。プロジェクト開始以降タンザニア現地を訪問するのが2年遅れたが、本年度開始でき、プロジェクトの進行にはずみがついた。現地における圃場試験等も未実施であるが、今年度の訪問によって実現可能性についての見通しを得ることができた。一方モデリングについては、タンザニア全土の気象および土壌データの観測点が少なく、そのシミュレーションを広範囲に実施することが最大の懸念事項であったが、今年度2つのデータベースを試行し、広範囲の分析に用いるには十分であることが確かめられたことの意義は大きい。これによってモデル化で得られたデータのタンザニア全土での分析が可能となる。平成29年度には現地への訪問は行わなかったが、タンザニアにおける天水ネリカ普及JICAプロジェクトであるTANRICEの長期専門家から、まず2017年8月にスカイプで研修内容に関する詳細な聞き取りを行った。