hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超高速化量子分子動力学法に基づくマルチレベルトライボロジーシミュレータの開発

また、シミュレーション結果と実験データを直接比較検討するために、界面潤滑剤一分子解析のための和周波発生SFGシミュレータ、基準振動解析に基づくIRラマンスペクトルシミュレータ、および分子動力学法に基づくIRラマンスペクトルシミュレータを新たに開発した。一般に、Mo-DTCはエンジン内部の条件化において化学反応を起こし、MoS2からなる潤滑被膜を形成することが知られているが、そのような現象のシミュレータによる再現と、実験データとの整合性を検証した。実験データについては、トライボロジー実験研究において世界的にも一流の企業及び研究者から提供とアドバイスを頂いた。その結果、これらのシミュレータが実在系のエンジン添加剤に対して、各種実験結果を高精度に再現できることを確認した。高信頼性・低環境負荷の自動車・機械装置の開発には、高機能かつ無リン・無硫黄の潤滑添加剤・磨耗防止剤が必要とされており、その効果的な研究開発のために、ナノ摩擦界面における被膜形成過程などトライボケミカル反応の解明手法の確立が切望されている。本研究では、超高速化量子分子動力学法の開発によって、量子論に基づいたミクロとメソ、マクロなど各レベルのトライボロジーシミュレータを統合した世界初の「マルチレベルトライボロジーシミュレータ」を実現し、新規研究領域の開拓を目的とする。平成23年度は、昨年度までに開発し、その実在系への有効性が確認された各種シミュレーションプログラムを活用し、エンジン添加剤のトライボケミカル反応機構における詳細な解析研究を行うとともに、これらの応用事例からフィードバックされた情報に基づいて、シミュレーションプログラムのさらなる高精度化、高速化などの改良を行った。解析対象としては、フリクション低減用添加剤であるジアルキルジチオカルバミン酸モリブデン(Mo-DTC)に代表される様々な潤滑油添加剤を用いた。また、シミュレーション結果と実験データを直接比較し、シミュレーションの精度を高めるため、昨年度開発した界面潤滑剤-分子解析のための和周波発生SFGシミュレータ、基準振動解析に基づくIRラマンスペクトルシミュレータ、および分子動力学法に基づくIRラマンスペクトルシミュレータを活用し、シミュレーションパラメータの最適化を行った。実験データについては、トライボロジー実験研究において世界的にも第一人者であるリヨン工科大学のJean Michel Martin教授から提供とアドバイスを頂いた。その結果、これらのシミュレーション研究により、実在系のエンジン添加剤に対して、実際の開発研究に有用な各種の知見を得ることができた。
ナノ構造制御による高効率スピン源の探索と創製

スピン角運動量の流れであるスピン流の創出と制御において、高偏極・高効率スピン源を創製することが重要課題の一つである。本研究では、ナノ構造制御によって高偏極・高効率スピン源を創製することが重要課題の一つである。本研究では、ナノ構造制御によって高偏極・高効率スピン源を創製することを目指した。その結果、Co_2MnSiホイスラー合金層を有する巨大磁気抵抗素子において室温で高い磁気抵抗効果比を実現した。また、非磁性AuホールクロスとFePt垂直スピン源から成るナノ構造において巨大スピンホール効果を観測し、不純物添加効果などを系統的に調べた。さらに、FeやCr、Auナノ粒子を介した磁気伝導特性を調べ、ナノ粒子におけるスピン緩和時間の増大の観測に成功した。スピン流の創出と制御の鍵となる高偏極・高効率スピン源の創製において、ナノ構造制御は有効な手段となる。本研究では、高偏極・高効率スピン源の創製を目的とし、以下の研究課題に取り組んでいる。(1)磁性ナノ粒子や磁性超薄膜を用いた最適ナノ構造を探索することにより、高効率スピン源の創製を行う。サイズ効果によって高効率にスピン流を取り出せることが理論予測されている磁性ナノ粒子や磁性超薄膜を用いて磁性ナノ構造を作製し、磁気伝導特性を評価することにより、ナノ構造の探索および最適化を行い、高効率スピン源の創製を行う。(2)ハーフメタルホイスラー合金を用いた高効率スピン源の創製を行う。ホイスラー合金は、理論計算より完全スピン偏極した物質であり、半導体への高効率なスピン注入を行うためのスピン源としても期待されている。ホイスラー規則合金薄膜を用いたナノ構造体を作製し、磁気伝導特性を評価することにより、高効率スピン源の実現を目指す。(3)高効率なスピン注入を可能にする垂直磁化スピン源の創製を行う。垂直磁化スピン源は、無磁場下でも膜面垂直にスピン偏極したスピン流を注入できるという面内磁化スピン源には無い特徴を有している。本研究では、垂直磁化を示し且つ高効率にスピン注入が可能なスピン源の探索および創製を行う。スピン流の創出と制御において、高偏極・高効率のスピン源の創製は最も重要な研究課題の一つであり、ナノ構造制御によって高偏極・高効率スピン源の創製ができれば、その意義は極めて大きい。本研究では、磁性ナノ粒子や磁性超薄膜のサイズ効果を利用して、高偏極・高効率のスピン源を作り出すことを狙っており、本年度はナノ粒子の成長と構造評価の実験や、ナノ粒子を介して流れる電流のスピン偏極度の理論計算などで成果を得た。分子線エピタキシー法によるナノ粒子成長の実験では、蒸着量とナノ粒子系の関係が、Cr,Fe等と遷移金属とAu等の貴金属では大きく異なることを見いだした。基板との相互作用や融点が異なるために、初期成長とその後の粒子の合体のキネティクスに違いが生じていると推察される。ナノ粒子のサイズ効果が期待される1nm以下の粒径のナノ粒子を成長させるには、遷移金属の利用が有効であることが分かった。ナノ粒子を介して流れる電流のスピン偏極度をスピン依存単一電子トンネル効果のオーソドックス理論を用いて計算した結果、ナノ粒子の帯電効果がナノ粒子中のスピン蓄積を約2倍程度まで増大させることが分かった。通常、印加電圧がスピン蓄積の上限を与えるが、帯電効果がこの上限を押し上げるために、このような増大が生じると理解される。帯電効果のスピン蓄積に及ぼす影響は、高偏極スピン源の創出に利用でき、さらにバイアス電圧やゲート電圧によるスピン偏極度の制御にも用いることができる。スピン流の創出と制御において、高偏極・高効率のスピン源の創製は最も重要な研究課題の一つである。100%の伝導電子スピン偏極を有するハーフメタルと呼ばれる物質群がスピン源として期待されているが、物質固有の性質に加えて、ナノ構造制御によって高偏極・高効率スピン源を創製できれば、その意義は極めて大きい。実際、ナノ構造化の典型例である磁性ナノ粒子や磁性超薄膜では、そのサイズ効果のためにスピンに依存した離散準位が形成され、高偏極・高効率スピン源となることが理論予測されている。更に、ナノ粒子では、スピン偏極電流を注入すると大きなスピン蓄積が生じ、その結果実効的なスピン偏極率が増幅されることが理論的に明らかになっている。そこで、今年度はMgO基板上に強磁性金属のナノ粒子をエピタキシャルに作製し、その磁気伝導特性とサイズ効果の関係を調べた。MgO基板上にCoのナノ粒子を蒸着することにより作製したグラニュラー薄膜の磁気輸送特性を測定した結果、Co膜厚1nmの試料において室温でトンネル磁気抵抗効果を観測することに成功した。

これは、Coのナノ粒子がFeなどのナノ粒子と比較して、ある程度の粒子間隔を保持してエピタキシャル成長することを示しており、空間的に孤立したナノ粒子を形成しやすい系であることを示唆している。また、同じくMgO基板上にCrのナノ粒子を成長して面直方向の伝導特性を測定した結果、低温で単電子トンネル現象を確認することができた。強磁性ナノ粒子を利用した様々なスピンデバイスへの応用可能性が示され、来年度以降の応用展開への足がかりを得ることができた。スピン流の創出と制御において、高偏極・高効率のスピン源の創製は最も重要な研究課題の一つである。100%の伝導電子スピン偏極を有するハーフメタルと呼ばれる物質群がスピン源として期待されているが、物質固有の性質に加えて、ナノ構造制御によって高偏極・高効率スピン源を創製できれば、その意義は極めて大きい。そこで、今年度は、ホイスラー合金を電極に用いたCPP-GMR構造を作製し、その磁気抵抗測定を測定したところ、室温で高い磁気抵抗効果を観測することに成功し、ホイスラー合金のスピン源としての有用性を確認することに成功した。また、これまでにAu等の非磁性金属のホールクロスとFePt垂直スピン源を組み合わせたナノ構造において、大きなスピン流の生成を示す巨大スピンホール効果が観測されている。しかしながら、そのメカニズムは明らかになっておらず、非磁性金属のホールクロスに内包される不純物がスピンホール効果に与える効果を調べることは意義深い。そこで、本年度はAuのホールクロスにドープする不純物の濃度とスピンホール効果の大きさの関係を明らかにすることを目指した。その結果、スピン拡散長は、不純物(Pt)の増加に伴い減少するがスピンホール角は増加する事が分かった。昨年度に引き続き行われているCrナノ粒子を用いた磁気伝導特性の研究では、スピン蓄積に基づく磁気抵抗効果の増大を明瞭に観測することができた。以上のようにナノ構造制御したスピン源に関して様々な知見が明らかになり、来年度はさらに応用展開を目指す。スピン流の創出と制御において、高偏極・高効率のスピン源を創製することが最も重要な研究課題の一つである。現在、伝導電子が100%スピン偏極したハーフメタルと呼ばれる物質群がスピン源として期待されているが、物質固有の性質に加えて、ナノ構造制御によって高偏極・高効率スピン源を創製できれば、スピン流を利用したデバイスの発展に大きく寄与することになる。今年度は、まず、代表的なホイスラー合金であるCo_2MnSi層とAg非磁性層を組み合わせたCPP-GMR構造を作製し、室温において高い磁気抵抗効果比が得られることを報告し、さらに理論計算と比較することでその発現機構を明らかにした。また、Au非磁性金属のホールクロスとFePt垂直スピン源を組み合わせたナノ構造で観測される巨大スピンホール効果に関して、昨年度から引き続き不純物添加やAuホールクロス膜厚がスピンホール効果に与える影響について調べた。その結果、Pt不純物の増加に伴いスピンホール角が増加する傾向が見られ、Au表面上のPt原子がスピンホール角の増大に寄与している可能性が示唆された。さらに、非局所ホール電圧の素子構造依存性をシミュレーションと比較し、素子内の電流分布の補正を行った。
貝殻から熱水噴出活動を復元する

本研究は,深海底の熱水噴出域およびメタン湧水域に生息する軟体動物の貝殻に記録された元素組成の変化を指標にして,数年から十数年という時間スケールで,熱水およびメタン湧水活動の変遷と,それに伴った生物の成長様式の変化を見積もることを目的とした.そこで,軟体動物の現場飼育実験を通じて成長線形成周期を高精度に推定するとともに,時系列にそって貝殻の元素組成の変化を検出し,数ヶ月から十数年オーダーで熱水噴出域およびメタン湧水域の活動史の復元を試みた.平成22年度に実施された海洋研究開発機構の研究調査船による4つの航海(S10-15「貝殻から熱水噴出活動を推定する」課題提案者:渡部裕美)を利用して,相模湾メタン湧水域および沖縄トラフ伊平屋凹地熱水噴出域のシマイシロウリガイ群集とヘイトウシンカイヒバリガイ群集を現場でカルセインおよび塩化ストロンチウム溶液で染色の上,5-7ヶ月間現場に設置したボックス内で飼育を行った後に,回収することができた.回収された標本は,いずれも生存しており,本研究の過程で確立したシマイシロウリガイの成長線観察法を利用して成長線形成周期の推定を行ったところ,3-10日程度であると予想された.一方,貝殻の最大成長軸に沿って,10マイクロメートル間隔で,水温の指標となるSr/Caと熱水に多く含まれるFe, Mnの濃集を測定した.Sr/CaおよびFeの含有量は周期的に変動している様子が観察できたが,Sr/CaとFeの変動の間に相関はなかった.貝殻に記録されている水温変動と金属元素の濃集を関連づけ,熱水活動史を復元するためには,より多くのデータの蓄積と解析を行うとともに,貝殻への金属元素濃集のメカニズムの解明が必要である.深海底において,海底下から供給される様々な元素を含む流体は,「海底下の大河」と称され,全球の可川が海にもたらすのと同量の水が動いていると言われる.海底下の大河の「河口」ともいうべき流体の流出域は,熱水噴出域あるいはメタン湧水域として知られ,この周辺には様々な生物が高密度で生息する化学合成生物群集が形成される.しかし,深海底では長期的な連続調査が難しいことから,「海底下の大河」から供給される化学物質が,どの程度,化学合成生物群集に影響を及ぼしているか見積もることができていない.化学合成生物群集の半数以上は軟体動物である.生物が有する石灰質の殻に含まれる元素組成は,生物の生息する環境によって変化する.この性質を利用して,軟体動物などが形成する石灰質の殻の元素組成,および安定同位体比組成の変化から環境復元が行われてきた.従って,貝殻の成長方向に元素組成および同位体比組成の変化を調べることによって,当該生物の生息期間に環境にどのような変化が起こったのか推測できる.しかしながら,熱水噴出域やメタン湧水域の生物に関しては,元素分析から金属元素の蓄積等が調査されるに留まっている.本研究のように「生物に記録された環境変動を引き出す」という視点からの研究はない.このような取り組みでは,環境変動と生物活動の関係を高精度に評価できる.そこで,化学合成生態系に固有な二枚貝の貝殻に含まれる化学組成変化を検出し,深海域の熱水噴出活動やメタン湧水活動の変動を評価することを目的に本研究を行った.21年度は無人探査機を用い相模湾の湧水域でシロウリガイ類を対象に実験を行った.実験開始の目安が必要なため,in situで貝殻に蛍光色素やストロンチウムを取り込ませるマーキングを行った.現在,サンプルの一部を回収し,マーキングできているかどうか確認している.本研究は,深海底の熱水噴出域およびメタン湧水域に生息する軟体動物の貝殻に記録された元素組成の変化を指標にして,数年から十数年という時間スケールで,熱水およびメタン湧水活動の変遷と,それに伴った生物の成長様式の変化を見積もることを目的とした.そこで,軟体動物の現場飼育実験を通じて成長線形成周期を高精度に推定するとともに,時系列にそって貝殻の元素組成の変化を検出し,数ヶ月から十数年オーダーで熱水噴出域およびメタン湧水域の活動史の復元を試みた.平成22年度に実施された海洋研究開発機構の研究調査船による4つの航海(S10-15「貝殻から熱水噴出活動を推定する」課題提案者:渡部裕美)を利用して,相模湾メタン湧水域および沖縄トラフ伊平屋凹地熱水噴出域のシマイシロウリガイ群集とヘイトウシンカイヒバリガイ群集を現場でカルセインおよび塩化ストロンチウム溶液で染色の上,5-7ヶ月間現場に設置したボックス内で飼育を行った後に,回収することができた.回収された標本は,いずれも生存しており,本研究の過程で確立したシマイシロウリガイの成長線観察法を利用して成長線形成周期の推定を行ったところ,3-10日程度であると予想された.一方,貝殻の最大成長軸に沿って,10マイクロメートル間隔で,水温の指標となるSr/Caと熱水に多く含まれるFe, Mnの濃集を測定した.Sr/CaおよびFeの含有量は周期的に変動している様子が観察できたが,Sr/CaとFeの変動の間に相関はなかった.貝殻に記録されている水温変動と金属元素の濃集を関連づけ,熱水活動史を復元するためには,より多くのデータの蓄積と解析を行うとともに,貝殻への金属元素濃集のメカニズムの解明が必要である.
ラマン分光法を用いた，好酸球性食道炎の非生検診断法の開発

医療ラマンに特化した装置開発を行なった。自動測定ソフトウェアと自動焦点距離調整ソフトによって,ラマン分光学の専門家でなくても測定可能とすることができた。ただし,蛍光の強い試料では,自動焦点距離調整が困難な点に問題を残している。ヒト血液から分離した白血球の中から,好酸球を判別可能であることも明らかにすることができた。基礎的データを集積するための環境はほとんど整えることができたが,内視鏡に組み込み可能なファイバラマン装置開発を,関西学院大学の佐藤英俊教授の協力によってさらに推進する予定にしている。ヒトの食道で使用できる内視鏡装備可能なラマンプローブ開発を開始した。27年度は,そのための試作機として,汎用ラマン分光装置に接続可能な,光ファイバーラマンプローブ(波長633nm用)を,協力企業の分光科学研究所の協力によって開発した。このラマンプローブを,汎用ラマン分光装置に実際に接続して,ラマンスペクトル測定が可能であることを確認した。ヒトの好酸球を含む白血球を,ヒト血液から分画濃縮して,ラマンスペクトルを測定した。その結果,分画した白血球の中に,エオノシノフィルペルオキシダーゼのラマンスペクトルを与える顆粒球が含まれていることが確かめられた。それらの顆粒球のラマンスペクトルは,ミエルペルオキシダーゼを含む好中球ののラマンスペクトルに似ているが,好酸球のラマンスペクトルの区別可能であることが確かめられた。次に,分画したヒト白血球を,マウス食道に注射して,好酸球由来のエオシノフィルペルオキシダーゼのラマンスペクトル測定を試みた。実験に用いる注射器の針の内径が太過ぎると,食道粘膜を破壊していまうこと,逆に,内径が細過ぎると,針の内側に白血球が詰まってしまうことが分かった。このため,ヒト血液から分画した白血球ペレットをマウス食道粘膜に塗布してラマン測定を行った。現在,結果を解析中であるが,食道粘膜のラマンスペクトル上に,エオノシノフィルペルオキシダーゼが重畳したスペクトルの測定に成功していて,今後実際にヒトの好酸球性食道炎組織を用いた実験に進むための手がかりを得ることができた。好酸球の有無を,エノシノフィルペルオキシダーゼのラマンスペクトルの有無によって診断するために必要な,光ファイバラマンプローブの試作機の製作に成功した。好酸球由来のエオシノフィルペルオキシダーゼのラマンスペクトルを,ミエルペルオキシダーゼなど,他の顆粒球由来のヘム酵素を区別できることが,ヒト血液から分画した白血球を用いた実験によって確認できた。近年患者数が増加している好酸球性食道炎は,内視鏡による確定診断が困難である。現在唯一の確定診断法は,食道粘膜の多数箇所の生検による病理組織診断である。本疾患の患者は,その多くが高齢者であるため,抗血栓薬の服用者が多い。このため,生検による出血が大きな問題となっている。本研究課題では,ラマン分光法による,患者負担が少ない新規診断法の確立を目指す。ラマン分光法は,試料の前処理が一切不要な低侵襲的分光分析法で,5種類の白血球から好酸球の識別ができる。そこで,内視鏡に組み込めるファイバスコープ型ラマンスペクトル測定装置と,好酸球性食道炎の診断が可能なソフトウェアの開発を進める。これらの開発により,ラマン分光法に関する知識が無くても臨床応用可能な新規診断法を確立することが,本研究の目的である。平成28年度は,内視鏡に組み込み可能な装置の実現に向けて,生体試料のラマン測定に特化した医療ラマン装置の開発と,ヒトから採取した血液から分離した顆粒球のラマン測定を行った、医療ラマン装置は,ラマン分光法の専門家でなくても操作可能な自動測定装置を組み込んだものとした。装置のハードウェアは完成して,ラマン測定可能な状態になったが,自動測定可能なソフトウェアの開発を,年度内に終了することはできなかった。平成29年度のできるだけ早い段階で,自動測定ソフトウェアを装置にインストールして,島根大学医学部付属病院での運用開始を目指している。ヒト血液から分離した顆粒球のラマンスペクトルを多数測定して,エノシノフィルペルオキシダーゼのラマンバンドの有無によって,好酸球を判別できることを確かめることができた。医療ラマンに特化した装置開発を行うことができた。自動測定ソフトウェアのインストール後は,ラマン分光学の専門家でなくても測定可能な体制を整えることができる。内視鏡に組み込み可能なファイバラマン装置を開発するための基礎的データを集積するための環境はほとんど整えることができたので,今後は内視鏡に組み込み可能なファイアバラマン装置開発を開始したいと考えている。

これらの開発により,ラマン分光法に関する知識が無くても臨床応用可能な新規診断法を確立することが,本研究の目的である。本研究で,ヒト血液から分離した顆粒球のラマンスペクトルを多数測定して,エノシノフィルペルオキシダーゼのラマンバンドの有無によって,好酸球を判別できることを確かめることができた。また,内視鏡に組み込み可能な装置の実現に向けて,生体試料のラマン測定に特化した医療ラマン装置の開発を行ない,試作機の開発を(株)分光科学研究所と共同で行い,装置の運用を開始することができた。分光学の専門家でなくてもラマンスペクトル測定を可能とするために,試料の焦点の深さを自動的に決定するための技術(特許申請中)を開発し,自動測定を迅速に行うことができる体制を整えることができた。しかし,蛍光が強い生体試料のラマンスペクトルを良好に測定する際に,焦点の深さを自動的に決定することが困難であった。今後,この問題の解決と,プローブを用いた装置の開発に向けた研究を継続して行く予定である。医療ラマンに特化した装置開発を行なった。自動測定ソフトウェアと自動焦点距離調整ソフトによって,ラマン分光学の専門家でなくても測定可能とすることができた。ただし,蛍光の強い試料では,自動焦点距離調整が困難な点に問題を残している。ヒト血液から分離した白血球の中から,好酸球を判別可能であることも明らかにすることができた。基礎的データを集積するための環境はほとんど整えることができたが,内視鏡に組み込み可能なファイバラマン装置開発を,関西学院大学の佐藤英俊教授の協力によってさらに推進する予定にしている。28年度は,好酸球性食道炎の臨床現場で使用可能な,ポータブルラマンプローブ装置の開発を行う。すでに,協力企業の分光科学研究所と打ち合わせを開始している。内視鏡に組み込み可能なファイアバラマン装置を開発するにあたって,以下のような問題を解決する必要がある。1)好酸球の有無を判別可能な良好なラマンスペクトルの短時間測定,2)良好なラマンスペクトル測定の再現性の確保,3)測定したラマンスペクトルの自動解析上記の問題のうち,1)と2)はハードウェア開発で,3)はソフトウェア開発である。ハードウェア開発に関しては,協力企業の分光科学研究所との共同研究によって進める予定である。ソフトウェアに関しては,近年発展が著しい,機械学習法の考えを導入してビッグデータから,エオシノフィルペルオキシダーゼを自動抽出可能なソフトウェアの開発を考えている。29年度が最終年度であるため、記入しない。生命分子分光学29年度が最終年度であるため、記入しない。
緑膿菌鉄獲得系遺伝子群の発現制御機構

緑膿菌で鉄獲得に関わるシデロフォア(ピオベルジン)の合成(pvd)遺伝子群の多くは103kbのpvd領域に存在する。本遺伝子群の転写は、正の制御因子PvdSを必要し、また、鉄レギュロン全体の転写のレプレッサーFurにより高鉄濃度条件で制御される。本研究では、pvd遺伝子群発現へのFurとPvdSの両因子の作用機序、他の病原性因子発現へのPvdSの関与、pvd領域の機能の検討を行った。1.転写にPvdSが必要な3種のpvd構造遺伝子群プロモーター領域には、Furが結合して転写抑制するのに必要な共通塩基配列(Fur box)が存在しないことが、Furtitration assayと塩基配列の決定より明らかになった。一方、pvdSプロモーター領域にFur boxが存在し、また、pvdSの転写は高鉄濃度条件で抑制、低鉄濃度条件で脱抑制された。これらの成果より、高鉄濃度条件でのpvd構造遺伝子群の転写抑制はpvdSの転写に対するFurの直接的抑制に起因することが強く示唆された。2.pvdS突然変異株のアルカリプロテアーゼ産生は、鉄濃度条件下では野生型株と同様認められなかったが、低鉄濃度条件下では野生型株の1/4に減少しており、PvdSは本プロテアーゼの産生にも正の制御因子として働くことが判明した。3.Tn1722のもつ部位特異的解離系を利用して、pvd領域の欠失突然変異体を多数分離した。本領域を含む110kbの染色体に特異的欠失をもつ突然変異体の生育は最少培地でも野生型株と同様で、本領域は細胞の生育に必須の遺伝子並びに栄養要求性遺伝子を担っていないことを明らかにした。4.各種の特異的欠失突然変異体の中でもpvd領域内のfpvAを保持する株としない株の鉄-ピオベルジン複合体取込み能を比較した。この結果、本複合体の細胞内取込みに関与する外膜受容体蛋白質はFpvAのみで、他の低親和性受容体蛋白質存在の可能性は低いことが示唆された。緑膿菌の鉄レギュロン構成員であるシデロフォア(ピオベルジン)合成(pvd)遺伝子群の転写は、正の制御因子PvdSを必要とするとともに、鉄レギュロン全体の転写を高鉄濃度条件で抑制するレプレッサーであるFurにより抑制される。本研究では、pvd遺伝子群発現に対するFurとPvdSの両制御因子の作用機序と、他の病原性因子発現へのPvdSの関与の検討を行った。1.転写にPvdSを必要とする3種のpvd構造遺伝子群プロモーター領域の塩基配列を決定した。Furにより転写抑制される遺伝子群上流に共通して存在する塩基配列(Fur box)と高い相同性を示す塩基配列はいずれのプロモーター領域にも存在しなかった。また、Fur titration assayにおいても、Furが結合できる塩基配列を検出できなかった。2.pvdSプロモーター領域にFurが結合できる塩基配列の存在をFur titration assayで検出した。さらに、染色体上のpvdS遺伝子にプロモーター欠損xylE遺伝子をオペロン融合させた変異誘導体株でのXylE活性の鉄濃度応答性を検討したところ、pvdSの転写は高鉄濃度条件で抑制され、低鉄濃度条件で脱抑制されることが判明した。

1と2の成果より、高鉄濃度条件でのpvd構造遺伝子群の転写抑制はFurがpvdSの転写を直接的に抑制することに起因し、Furが複数のpvd構造遺伝子群の発現を直接的に負に制御する可能性は極めて低いと結論された。3.pvdS突然変異株のアルカリプロテアーゼ産生量は、低鉄濃度条件下では野性型株の1/4に減少していた。また、高鉄濃度条件下では野性型株と同様に本プロテアーゼの産生は認められなかった。このことより、PvdSはシデロフォアのみならず、高鉄濃度条件で産生が抑制されるアルカリプロテアーゼの産生にも正の制御因子として働くことが明らかになった。緑膿菌の主要シデロフォアであるピオベルジンの合成に関与するpvd遺伝子群の多くは、染色体地図47minの103kbのpvd領域に存在するが、本領域にはpvd構造遺伝子群の転写に必要な正の制御因子の遺伝子pvdS、及び、鉄-ピオベルジン複合体の細胞内取込みに関与する外膜受容体蛋白質の遺伝子FpvAも含まれる。本年度は、pvd領域の種々の特異的欠失突然変異体を分離・解析し、本領域並びにfpvAの機能を検討した。1.トランスポゾンTn1722のもつ部位特異的解離系を利用して、染色体に巨大欠失突然変異を効率的に誘発する分子遺伝学的系を構築した。本系は、(1)欠失末端が正確に予測でき、(2)突然変異体作成時に用いた耐性マーカー遺伝子を除去でき、(3)広範な細菌種に適用可能で、実際、緑膿菌の他の遺伝子群の特異的欠失に適用できる特色を有していた。2.pvd領域を含む110kbの染色体に特異的な欠失をもつ突然変異体はコハク酸最少培地でも野性型株と同様の生育様式を示した。このことから、pvd領域が、細胞の生育に必須の遺伝子並びにアミノ酸・ビタミン・核酸塩基前駆体の生合成に必要な遺伝子を担っていないことが明らかになった。3.分離した各種の特異的欠失突然変異体の中でもfpvAを保持する株としない株の鉄-ピオベルジン複合体取込み能を比較した。この結果、鉄-ピオベルジン複合体の細胞内取込みに関与する外膜受容体蛋白質はFpvAのみで、従来指摘されていた他の低親和性受容体蛋白質の存在の可能性は低いことが強く示唆された。
自然界における周期性の自発的パターン形成機構解明と社会システム設計への合理的応用

自然界には植物が生み出す機能美や、自然発生的に生じる現象として「周期的なパターン」がさまざまなものに自発的に生じ、そこには全て合理的な理由があると考えられる。しかしその周期性のほとんどが、「そもそもなぜ生じるのか」という根源的理由すら明確ではないものばかりである。本研究は主に力学的側面から、自然界に潜むさまざまな周期性に着目し、その発生メカニズムを理論的に解明するとともに、得られた知見を合理的な社会システム設計技術・設計思想への応用していくことを目指したものである。本研究は主に力学的側面から自然界に潜むさまざまな周期性に着目し、その発生メカニズムを理論的に解明するとともに、得られた知見を合理的な社会システム設計技術・設計思想への応用していくことを目指すものである。それを実現するためにこの2年間で、高度な構造力学理論を用いて、理論数理モデル構築を基礎とする周期特性の記述に挑戦することを計画した。初年度である平成28年度は生物形態にみられる周期性と、自然発生的に生じる周期性の双方についてさまざまな事例を検証するとともに、構造安定論の観点からその周期性の定式化を試みた。その結果、野菜・果実などに存在する周期的なしわや螺旋形態をとる構造の原因とされる不安定モードに存在する統一的なルールを見出した。また竹の節の軸方向配列に着目し、その中で中空円筒構造の最適な補剛設計のヒントとなりうる合理的なルールを発見した。さらに未舗装路などで自然発生的に生じる周期的な凹凸(Washboard road)の発生メカニズムについても数値解析的な検討を実施し、その原因となるパラメータを検証した。これらの成果はすでにその一部を国際学術論文、国内学会発表で外部公表しており、次年度に向けた予備的な検討も既に実施している状況である。初年度よりすでに外部公表できる成果を上げることができ、次年度に向け更に研究計画を進展できる目途が立っていることから、上記の自己評価とした。第二年度である平成29年度は、本研究と並行して採択された科研費国際共同研究加速基金(国際共同研究強化)により、英国ケンブリッジ大学の滞在が実現し、当地の在外研究にて、中空円筒構造の最適な補剛設計のヒントとなりうる合理的なルールについて理論的な検証を深めるとともに、構造力学的な観点から「有効幅」との関係性について検討を行うことができた。また初年度から実施している、未舗装路などで自然発生的に生じる周期的な凹凸(Washboard road)の発生メカニズムについても数値解析・実験的な検討を進めた。さらに、薄肉構造に対する外力印加時に生じる周期座屈モードの特性を再考し、これらの応用技術について検討を行った。上記の研究により、今後の新たな学術領域の開拓につながる、「空間周期性の構造安定論的解釈」に関わるいくつかの有用な知見を得ることができた。次年度は最終年度であり、平成28年度で得られた知見を基に自然界の周期特性の機構解明に取り組む。また並行して科研費国際共同研究強化により、平成29年度は英国ケンブリッジ大学に滞在を予定している。現地での共同研究成果を本研究にも反映させる計画であり、更に研究を発展させたいと考えている。応用力学当該年度より科研費国際共同研究強化が新たに交付されることになり、韓国仁川大学校での国際共同研究を実施した。本研究の進展にも繋がる滞在であったが、これにより本研究の予算執行計画が大きく変更となった。最終年度となる平成29年度に研究成果の公表を積極的に行う予定であり、その費用として使用する予定である。
マイコプラズマモジュリンM161抗原の構造と機能-TLR2を介する細胞応答について

古くから菌体の非感染性成分に免疫を賦活化する因子(アジュバント)が存在することが知られていたが、その実体はこれまで不明であった。微生物およびその構成成分は、一般にリンパ球ではなくマクロファージ/樹状細胞を標的とする。これらの細胞は、微生物にのみ存在する分子パターンを認識し、サイトカイン産生などを介して異物侵入を生体にすみやかに伝達する。すなわち、微生物成分には固有のレセプターが存在する。本研究では、我々が世界に先駆けて発見したM.fermentansモジュリンM161抗原が、近年、微生物構成成分のシグナリングレセプターとして同定されたToll-like receptor(TLR)familyのなかのTLR2を介して細胞内にシグナルを伝達することを明らかとした。その結果、単球、マクロファージからIL-12p40,IL-1β,TNF-αなどのサイトカインが産生され、また、樹状細胞では、IL-12p40の産生誘導とともに、副刺激分子の発現が誘導され樹状細胞を成熟化させることが示された。更に、Ml61抗原は補体活性化能を有するため、補体レセプターCR3を介して細胞内に取り込まれ、TLR2からのシグナルを修飾することを明らかにした。M161抗原の機能発現には、N末リピド構造が重要であることを種々のリコンビナントM161抗原を用いた実験より明らかにした。また、ヒトTLR2に対するモノクローナル抗体を2種類作製し、種々の細胞での蛋白レベルでの発現を調べることを可能とした。その結果、TLR2は単球では細胞表面に高レベルで発現するが、マクロファージ、樹状細胞ではメッセージレベルで発現しているにもかかわらず蛋白レベルでの発現が非常に少ないことが明らかとなった。更にモノクローナル抗体による阻害実験から、TLR2のリガンド認識部位が個々のリガンドで異なることを示した。本研究では、我々が世界に先駆けて発見したM.fermentansモジュリンM161抗原が、近年、微生物構成成分のシグナリングレセプターとして同定されたToll-like receptor (TLR) familyのなかのTLR2を介して細胞内にシグナルを伝達することを明らかとした。その結果、単球、マクロファージからIL-12p40,IL-1beta, TNF-alphaなどのサイトカインが産生され、また、樹状細胞では、IL-12p40の産生誘導とともに、副刺激分子の発現が誘導され樹状細胞を成熟化させることが示された。更に、M161抗原は補体活性化能を有するため、補体レセプターCR3を介して細胞内に取り込まれ、TLR2からのシグナルを修飾することを明らかにした。

更にモノクローナル抗体による阻害実験から、TLR2のリガンド認識部位が個々のリガンドで異なることを示した。Toll-like receptors(TLRs)は微生物構成成分を認識し、免疫系を活性化する一群の膜受容体である。ヒトでは10種類のTLRがこれまでに報告されている。各TLRは、細胞外のロイシンリッチリピート(LRR)ドメインで微生物成分を認識し、細胞内のTIRドメインを介してシグナルを伝達する。種々の微生物成分に対する免疫応答の相違は、TLRとそれに会合するアダプター分子の組み合わせに起因することが最近の研究より明らかとなってきたが、TLRによるリガンド認識機構に関しては未だ不明な点が多い。特に、TLR2はTLR1,TLR6,CD14などとヘテロダイマーを形成し、特殊な構造のLPSも含め多岐にわたる微生物成分を認識することが知られているが、リガンド認識及びシグナル伝達にco-receptor群がどのように関与するか明らかでない。本研究では、TLR2の細胞外領域の変異体を作製し、種々のTLR2リガンドを用いて認識に重要な領域の同定を行った。また、各変異体におけるTLR6とのヘテロダイマー形成能の有無を調べた。更に、我々が新たに同定したTLR3のアダプター分子であるTICAM-1(TIR-containing adapter molecule-1)のTLR2シグナリングへの関与を調べた。その結果、N末端に2分子の脂質を有するM.fermentans由来リポプロテインM161抗原及びそのリポペプチドMALP-2の認識には、TLR2のN末端領域が必須であること、M161抗原/MALP-2認識後のシグナルはTLR2単独の場合とTLR2/TLR6ヘテロダイマーの場合で異なることが判明した。また、TLR2及びTLR2/TLR6を介したシグナルは、MyD88,Mal/TIRAP依存的であるがTICAM-1非依存的であることを明らかにした。
多胎児を育てる夫婦のＭａｓｔｅｒｙ獲得を支える看護援助プログラムの構築

本研究では、多胎児を育てる夫婦のMasteryに焦点をあて、妊娠期間中から子どもが1歳頃までの夫婦に生じる困難と、Masteryのプロセスを明らかにすることで、多胎児を育てる夫婦のMasteryを支える看護援助プログラムを構築することを目的としている。既存の研究から乳児を育てる親のMasteryに関する質問紙を作成し、A県内の市町村に協力を得、アンケート用紙を約900部配布し、246部の有効回答が得られた。分析の結果、乳児期の子どもを育てる親のMasteryの質問紙として信頼性・妥当性が認められ、乳児期の子どもを育てる親のMasteryは9因子構造であることが明らかになった。乳児期を子どもを育てる親のMasteryは、父親と母親によって、また、子どもの月齢により影響を受ける要因が異なっていることが明らかになった。しかしながら、得られた回答のうち多胎児をもつ親の回答数は一桁であり、統計的解析に耐えうるデータ数が得られなかった。そのため、多胎児の親のMasteryが、一般的な乳児をもつ親とどのように異なるのか、さらに多胎児をもつ親の回答を得て分析を行う。昨年度から乳児を育てる親のMastery質問紙を作成し、得られた回答の分析を行っている。現在、乳児を育てる親のMasteryは結果が明らかになってきている。一方で、多胎児を育てる親の回答数が少ないため多胎児の親のMasteryの特徴が分析できない状況である。そのため、課題の進捗状況は遅れている。多胎児のデータ数の確保について:多胎児を育てる親にアクセスできる医療施設(産科外来、小児科外来)に協力依頼し、データ数を確保する。また、地域の子育て世代包括支援センターに協力依頼し、来所する多胎児の親への配布を依頼する。分析について:これまでの本研究の分析結果で明らかになった、一般的な乳児をもつ親のMasteryと比較分析し、多胎児の親の特徴を明らかにする。看護援助プログラムの作成について:研究者が所属する大学の母性・助産看護学、家族看護学、小児看護学の専門家に意見をきき、分析結果と既存の研究結果に基づいた看護援助プログラムを作成する。本研究では、多胎児を育てる夫婦のMasteryに焦点をあて、妊娠期間中から子どもが1歳ごろまでの夫婦に生じる困難と、Masteryのプロセスを明らかにすることで、多胎児を育てる夫婦のMastery獲得を支える看護援助プログラムを構築することを目的としている。看護援助プログラムの構築においては、平成2426年度行った基盤研究C「乳児期の子どもを育てる母親のMastery獲得のプロセスと介入方法の開発」の研究成果を発展させるものである。今年度は、Masteryの特質を明らかにする。本研究者らがこれまで行ってきた「乳児期の子どもを育てる母親のMastery獲得のプロセスと介入方法の開発」との比較から、多胎児を育てる夫婦のMasteryの特徴と促進要因、阻害要因を明らかにするために、文献検討を行った。また、本研究では多胎児を育てる夫婦に着目しているため、既存の研究で父親を対象とした育児に関する研究を収集し、検討した。その結果から、インタビューガイドを作成し、今後倫理審査委員会に提出する予定である。また、多胎児を育てる夫婦にアクセスできるフィールドを開拓中である。平成2426年度予定であった基盤研究C「乳児期の子どもを育てる母親のMastery獲得のプロセスと介入方法の開発」の期間延長を行い、2つの研究事業を並行させたため、本研究の進行がやや遅れた。当初、多胎児をもつ夫婦へのインタビューから、多胎児を育てる夫婦のMasteryを質的に分析する計画であったが、多胎児を育てる夫婦のMasteryに影響する要因を量的研究により明らかにする方法に変更した。理由としては、既存の研究から、乳児を育てる夫婦のMasteryに影響する要因がある程度見いだせたことから、多胎児を育てる夫婦と、そうでない夫婦の違いを量的研究により明らかにできると考えたためである。今年度は、既存の研究から乳児を育てる夫婦のMasteryに関する質問紙を作成し、影響要因として、育児に対する自己効力感、家族対処行動、育児ソーシャルサポートをあげ、既存の測定尺度を選定した。今後、予備調査を行い、乳児期の子どもを育てる親のMastery質問紙の妥当性とを検討し、洗練化をはかる。その後、本調査を行う予定である。研究デザインを質的研究から量的研究に変更したため、研究計画の修正が必要であった。本研究では、多胎児を育てる夫婦のMasteryに焦点をあて、妊娠期間中から子どもが1歳頃までの夫婦に生じる困難と、Masteryのプロセスを明らかにすることで、多胎児を育てる夫婦のMasteryを支える看護援助プログラムを構築するこを目的としている。既存の研究から、乳児を育てる夫婦のMasteryとその影響要因を検討し、多胎児を育てる夫婦と、そうでない夫婦の違いを量的調査により明らかにすることとした。今年度は、既存の研究から乳児を育てる夫婦のMasteryに関する質問紙を作成した。また影響要因として、育児に対する自己効力感、家族対処行動、育児ソーシャルサポート、育児ストレス、知識・情報、精神的健康度をあげ、既存の測定尺度を選定した。知識・情報は既存のものがなく、乳児を育てる親の知識・情報に関する文献を活用し質問項目を作成した。質問紙に関しては、対象者と研究者に予備調査を実施し、洗練化をはかった後、本調査を実施している段階である。

対象者は、研究協力が得られる自治体や医療施設で行われる母子保健事業や健診の参加者、もしくは地域の子育て支援センターや育児サークルの参加者で、乳児を育てる親1000人である。現時点での調査票配布数は919、回答数は188(回収率20%)である。昨年度、研究デザインを質的研究から量的研究に変更し、現在調査を行っている。当初の予定では、調査票の配布数は1000、回答数の目標を600とし、現時点での調査票配布数は919、回答数は188(回収率20%)であり、回収率の予測ができていなかったことが理由としてあげられる。また、調査票配布から、回答返送までの期限を4週間以内としていたが、対象である、乳児期の子どもをもつ親は育児などの日々の生活状況により、調査に協力する時間がとれないことが予測され、回答返送までの期限に余裕をもたせることも必要であったと考えられる。本研究では、多胎児を育てる夫婦のMasteryに焦点をあて、妊娠期間中から子どもが1歳頃までの夫婦に生じる困難と、Masteryのプロセスを明らかにすることで、多胎児を育てる夫婦のMasteryを支える看護援助プログラムを構築することを目的としている。既存の研究から乳児を育てる親のMasteryに関する質問紙を作成し、A県内の市町村に協力を得、アンケート用紙を約900部配布し、246部の有効回答が得られた。分析の結果、乳児期の子どもを育てる親のMasteryの質問紙として信頼性・妥当性が認められ、乳児期の子どもを育てる親のMasteryは9因子構造であることが明らかになった。乳児期を子どもを育てる親のMasteryは、父親と母親によって、また、子どもの月齢により影響を受ける要因が異なっていることが明らかになった。しかしながら、得られた回答のうち多胎児をもつ親の回答数は一桁であり、統計的解析に耐えうるデータ数が得られなかった。そのため、多胎児の親のMasteryが、一般的な乳児をもつ親とどのように異なるのか、さらに多胎児をもつ親の回答を得て分析を行う。昨年度から乳児を育てる親のMastery質問紙を作成し、得られた回答の分析を行っている。現在、乳児を育てる親のMasteryは結果が明らかになってきている。一方で、多胎児を育てる親の回答数が少ないため多胎児の親のMasteryの特徴が分析できない状況である。そのため、課題の進捗状況は遅れている。多胎児を育てる夫婦へのアクセス方法に関して情報収集し、効果的な方法を検討する。多胎児を含む、乳児を育てる親に質問紙を配布できるよう、乳児の集団健診を行っている自治体に研究を依頼する。研究依頼は四国だけでなく、関西、中国地方など、出生数が多い自治体を検討していく。現在の回答数188から450程度増やすために、調査票の配布数目標を2000とする。そのため、出生数の多い自治体での集団健診や、赤ちゃん訪問などでの配布を依頼する。また、回答返送までの期限を6週間以内に延長する。
地域資源の掘り起こしと学習文化活動の循環プロセスに関する実証研究

本研究は,教育文化施設が援助者として関わりながら,地域資源の掘り起こしを通じて学習文化活動が行なわれるプロセスに注目する。そして,歴史調査とフィールド調査を通じて,地域資源の掘り起こしと学習文化活動の関係について探ることを目的とする。(1)常民大学を中心的事例にした学習文化活動の歴史研究,(2)学習文化活動を援助する教育文化施設の実態調査を行った。その結果、歴史や生活習慣,伝統文化等,地域に身近な資源を活用した市民が学習文化活動を行なってきた歴史、そして活動の拠点として公共ホールや博物館といった文化施設が重要な役割を果たしてきたことを明らかにした。以下の調査を行いつつ、公開講座・講演等も行いながら、現場との協働的な探究をめざしてきた。第一に、日常生活に眠る知を掘りおこす教育学研究の枠組みの探究を行った。特に、後藤総一郎が主宰し全国で展開した「常民大学」について、定例的な研究会を行いながら各地の常民大学の歩みの調査を行い、その実践の意義について深めた。第二に、日常生活における学びの拠点である教育・文化施設の状況について、公共ホールに注目し、その歴史を単著にまとめたほか、国際学会において日本独自の公共ホールの歴史について報告し、比較研究の可能性を開拓した。第三に、同様の視点から博物館および公民館に注目した。地域学習の拠点として博物館が果たしてきた役割について国内外の調査を実施したほか、その担い手としての学芸員に注目し、かれらの教育への意識に関する意識の質的および量的調査を行った。公民館については複数の自治体で共同調査を行い、各地域における公民館の可能性と課題について報告した。第一に、本研究の柱の一つである常民大学の追加調査が良好な進展をみせた。各地の追加調査をほぼ終え、成果をまとめ、28年度中には書籍として刊行する予定である。近代日本において、知識人による啓蒙運動としての自主的な学習結社は各地に展開した。それはインフォーマルな学習の機会として、そしてコミュニティを形成する基盤となっていたことがみえてきた。第二に、もうひとつの柱である施設研究については、学芸員の方々との研究交流も含めて実施し、地域において人が集まり、ものや資料を通じて触発し合う場としての博物館平成28年5月に書籍として刊行予定である。第三に、比較の視野から、本研究の理論的基盤にもなる成人教育と文化に関する書籍を翻訳刊行した。また、ドイツ、イギリスの関係者が登壇するシンポジウムで、日本の生涯学習の現状を報告しつつ、交流した。調査事項としては当初の計画通りに進んでいるが、各項目において調査対象者の多大な力添えもあって計画以上の成果を得ることができた。最終年度として、研究成果のとりまとめを行った。博物館や劇場等の文化施設と地域の関係についての研究成果を発表したほか、最大の成果として、以下の書籍を刊行した(北田耕也監修・地域文化研究会編『地域に根ざす民衆文化の創造「常民大学」の総合的研究』藤原書店、2016年)。常民大学は、民俗思想史が専門の後藤総一郎により1970年代後半に信州で始まり、市民が自主的に学び民衆文化を創造する場となってきた。明治以降の自主的な学習運動を源流、前史として位置づけながら、遠山、飯田、遠州、鎌倉、遠野、立川など各地で行なわれた「常民大学」の実践を記録し、社会教育史上の意義を位置づけたものである。研究者、元自治体職員、市民学習者など21名の執筆者による、600頁近い重厚な成果となった。本研究を通して、以下の成果と課題を得た。(1)地域の課題を人々の学習活動により解決に向けていくという意味で、教育学と民俗学には接点がある。後藤と常民大学の実践、あるいはその思想の源流でもある柳田国男はそうした思いに突き動かされていた。(2)公的に整備された学校以外でも、自発的結社の形での学習組織の歴史があるし、学校においても郷土学習の歴史がある。これまでの社会教育研究と実践は、地域の歴史や伝統文化を封建遺制としてネガティブに捉えてきた面があるが、そのあり方を問い直し、学校内外の教育関係者が地域とその歴史にどう向き合ってきたかを探ることは今後の課題でもある。(3)常民大学以外にも、同時代には多様な学習組織の実践が広がっていた。こうした実践の歴史を辿ることは、現在進んでいる戦後史研究の重要な切り口にもなりうる。(4)常民大学、自由大学をはじめとする多様な学習結社に注目することで、大学とは何か、教養とは何か、といった学習組織や学習内容、さらには教育理念の根幹部分を問い直す視座を得ることができる。(1)常民大学についての研究成果をまとめ、近代日本における民衆教育の歴史、それがつくりだしてきた学習の内容について明らかにする。

(2)日本の教育・文化施設の歴史を海外に発信しつつ、教育学以外の研究者とも協働しながら掘り下げていく。教育学、社会教育、生涯学習第一に、引き続き常民大学の実践研究を中心に、地域の日常生活に眠る知を掘りおこす教育学研究の枠組みについて調査を続ける。第二に、教育・文化施設の調査を続ける。特に、施設の公共性をめぐる理論的検討、各施設の教育機能に関する実態および理論について、歴史および比較の視点から深める。第三に、それらの実践を支える教育・文化政策のあり方について論考を執筆する予定である。計画の微調整のため当該年度に使用することがなかったため。計画を調整しつつ必要な調査研究経費にあてる。
姉妹染色分体接着の分子基盤:再構成コヒーシンを用いたアプローチ

コヒーシンは姉妹染色分体の接着に中心的な役割を果たすタンパク質複合体である。本研究では、組換えタンパク質から再構成したコヒーシンを用いて、接着を実現する分子メカニズムを理解することを目指した。おもに技術的な理由から、計画通りに研究を進行できなかったが、カエル卵無細胞系を用いた解析によって、コヒーシンとコンデンシン(染色体凝縮に必要な複合体)の機能のバランスが染色体形状の決定に重要であることを明らかにした。コヒーシンは姉妹染色分体の接着に中心的な果たすタンパク質複合体である。今年度は、組換えタンパク質を用いて様々なコヒーシン複合体を再構成し、それらの機能を検定するためにカエル卵無細胞系を用いた解析方法を検討した。その過程で、コヒーシンを無細胞系から除去すると、姉妹染色分体接着が著しく損なわれるだけでなく、分裂中期染色体の形状にも影響が及ぶことを見出した。そこで、染色体凝縮に必要なコンデンシン複合体(IおよびII)とコヒーシン複合体の存在量を操作する方法を考案し、両者の機能的相互作用について詳細な解析を進めた。その結果、コヒーシンは、その大半が分裂前期に染色体から解離することによってコンデンシンIIの染色体軸への集積を促す一方で、染色体上に残ったものはコンデンシンIと協調して姉妹染色分体の並列性の維持に貢献することが明らかになった。また、無細胞系において従来の方法とは異なる小さなDNAを染色体の鋳型として用いることによって、コヒーシンのDNAへの結合が高い効率で観察できることも判明した。これらの結果は、コヒーシンが染色分体接着以外の現象に関与する可能性を示唆するだけでなく、それらの解析に適した技術的基盤も整いつつあることを示している。来年度は、卵無細胞系に内在するコヒーシンを様々な再構成コヒーシンと置換することによって、コヒーシンの各サブユニット(特にATPの加水分解活性を持つことが予想されるSmc1およびSmc3)が様々な現象に果たす役割を分子レベルで理解することを目指したい。本年度は、これまでに確立した方法によって組換えタンパク質から様々なコヒーシン複合体を再構成し、それらの複合体の機能をカエル卵無細胞系において評価する方法を検討した。しかしながら、無細胞系ではコヒーシンの除去・機能阻害による染色分体の接着異常がそれほど顕著ではないこと、解析に十分な濃度の複合体を調製するのが困難であること、といった技術的な理由から当初の計画通りに研究を進展させることはできなかった。一方、無細胞系を用いた解析において、コヒーシンと染色体凝縮に必要な複合体である2つのコンデンシン(IとII)との機能的連関を見出すことができた。コヒーシンは、その大半が分裂前期に染色体腕部から解離することによってコンデンシンIIの染色体軸への集積を促すが、染色体上に残ったものはコンデンシンIと協調して姉妹染色分体の並列性の維持に貢献する。さらに、免疫除去法を改良した実験方法を導入することによってコンデンシンIとIIの機能の差異も明らかにすることにも成功した。これらの結果に基づいて、分裂期染色体の形状は、コヒーシンとコンデンシンIとIIの機能のバランスで決定されるというモデルを発表した。また、本研究で培った手技や着想を発展させ、精製タンパク質を用いて染色体そのものを再構成する試みも始めた。既に、染色体構築に必要かつ十分な因子の確定、それらの間の機能的相互作用、クロマチン繊維の染色体内に折れ畳まれ方など、従来の手法では解析の難しかった問題を解くための手がかりが得られている。