hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
細胞環境とタンパク質動的挙動との間の相関関係解析

生命活動を担う重要な因子であるタンパク質の機能を理解するために、その物理学的及び化学的な詳細を理解することは非常に有用である。そしてそれらが実際に活動をする細胞内において分析することが、タンパク質分子の機能を正しく理解する上で不可欠である。これまでに我々は、細胞内におけるユビキチンタンパク質の構造安定性(タンパク質の硬さ)が試験管内で分析するよりも低下する、という知見を得ている。本研究では、細胞内でタンパク質の構造安定性が低下するメカニズムを明らかにすることを目指し、その一端を明らかにした。1ユビキチンタンパク質特有の要素「研究実施計画」で示した通り、予備検討の結果、ユビキチンタンパク質の各種変異体が野生型とは構造安定性が異なる事が示されている。そこで本年度は、上記変異体のうちの一つ(G76C変異体)に対して細胞内における構造安定性解析を、より厳密に評価するための実験を実施し、ほぼ完了した。これにより前述のアミノ酸変異の効果を定量的に比較する事が可能となった。上記G76C変異体は、ユビキチンタンパク質が他者と共有結合する際(ユビキチン化)に重要なアミノ酸残基の一つである事が既に知られている事から、本タンパク質の結合(および解離)と関連した酵素反応系の関与が強く示唆される。このことから、上記ユビキチン化(および脱ユビキチン化)反応系を試験管内に再構成し、細胞内で起こる現象(構造安定性の低下)が再現されるか検討したが、細胞内の現象を再現する事はできなかった。以上をまとめて考察すると、「細胞内の混み合った環境下で、ユビキチンタンパク質の共有結合に伴う分子形状の変化に伴う運動性の変化」が、細胞内のユビキチンタンパク質の構造安定性に寄与しているものと考えられる。2タンパク質一般に寄与する要素本項目ではまず、細胞内におけるタンパク質の構造安定性低下が、単純に外部環境が高度に混み合っている事にのみ由来しているかを、試験管内再構成系によって確かめた。それにより混み合っている事のみでは不十分である事を確認した。つぎに細胞内の骨格ダイナミクスの関与について調べた。「研究実施計画」では、細胞内タンパク質の構造安定性に寄与する要素として、微小管ダイナミクス関連阻害剤の影響の結果が示されている。本年度では更に、アクトミオシン系に関与する阻害剤であるBlebbistatinの影響についても調べ、微小管ダイナミクス関連阻害剤よりも小さいものの、有意に影響を与える事を示した。本研究は細胞内タンパク質の構造・動態を原子レベルで追跡できる手法であるin-cell NMR法を世界に先駆けてヒト等高等動物細胞に適用させた成果を応用するものである。具体的には、ヒト細胞内タンパク質の構造安定性が、均一溶液中のそれよりも有意に低下するという定説を覆した過去の成果に基づき、「1.細胞内でタンパク質の構造安定性が低下する機構の解明」、「2.異なる細胞状態におけるタンパク質構造安定性の違いの評価」を通して、細胞環境とタンパク質動的挙動との間の相関関係を理解することを主目的とした研究である。1.細胞内でタンパク質の構造安定性が低下する機構の解明;前年度までに、ユビキチンタンパク質の変異体解析の結果から、本タンパク質が他者と共有結合する際(ユビキチン化)に必要なアミノ酸残基の一つが、細胞内における本タンパク質構造安定性低下に寄与していること((1)ユビキチンタンパク質特有の要素)、また、((2)タンパク質一般に寄与する要素)微小管等の細胞内小器官の動的な振る舞いが同じく細胞内におけるタンパク質の構造安定性に影響を及ぼし得ること示している。本年度は、上記研究成果の再現性の確認をし、本成果を国際学術誌に投稿するための準備を進めた。2.異なる細胞状態におけるタンパク質構造安定性の違いの評価;ユビキチンタンパク質の細胞内における構造安定性の低下度合いが、異なる細胞種間で異なり得ることを示した予備検討の成果をもとに、上記の情報を用いて細胞のがん化や細胞の分化の違いを評価できるか試みるため、細胞試料培養技術の習得を行った。細胞の種類によってはデリケートな技術を要するため、重要な項目として時間を割いた。本研究は細胞内タンパク質の構造・動態を原子レベルで追跡できる手法であるin-cell NMR法をヒト等高等動物細胞に適用させ得られた成果を基盤とし、さらなる応用を図るものである。具体的には、ヒト細胞内タンパク質の構造安定性が均一溶液中のそれよりも低下する、という定説を覆した過去の成果に基づき、「1.細胞内でタンパク質の構造安定性が低下する機構の解明」と「2.異なる細胞状態におけるタンパク質の構造安定性の違いの評価」を通して、細胞環境とタンパク質の動的挙動との間の相関関係を理解することを主目的とした研究である。1.細胞内でタンパク質の構造安定性が低下する機構の解明;これまでの研究成果からすでに以下の2点を見出している。第一に、ユビキチンタンパク質の変異体に対して細胞内における構造安定性解析を行った結果から、本タンパク質が翻訳後修飾因子として他者との共有結合する際に必要なアミノ酸残基の1つが細胞内における本タンパク質の構造安定性低下に寄与していることを見出した(ユビキチンタンパク質特有の要素)。第二に、微小管等の細胞小器官の動的振る舞いが細胞内におけるタンパク質の構造安定性に影響を及ぼしている可能性を示した(タンパク質一般に寄与し得る要素)。これらの成果を国際学術誌へ投稿すべく、準備を進めている。この過程で、細胞内で見られた現象を試験管内再構成系によって再現することか可能かどうかの検証が必要であることが考えられたため、そのため実験を行い、おおよそ完了した。

2.異なる細胞状態におけるタンパク質構造安定性の違いの評価;ユビキチンタンパク質の細胞内における構造安定性の低下度合いが、異なる細胞種間で異なり得ることを示した予備検討の結果をもとに、異なる細胞の状態(がん細胞vs非がん細胞等)をタンパク質の構造安定性解析から評価できるかどうかを試みるための実験環境を整備を行った。生命活動を担う重要な因子であるタンパク質の機能を理解するために、その物理学的及び化学的な詳細を理解することは非常に有用である。そしてそれらが実際に活動をする細胞内において分析することが、タンパク質分子の機能を正しく理解する上で不可欠である。これまでに我々は、細胞内におけるユビキチンタンパク質の構造安定性(タンパク質の硬さ)が試験管内で分析するよりも低下する、という知見を得ている。本研究では、細胞内でタンパク質の構造安定性が低下するメカニズムを明らかにすることを目指し、その一端を明らかにした。前年度に「1.細胞内でタンパク質の構造安定性が低下する機構の解明」に関する研究成果を学術論文にまとめ、研究を完了し、「2.異なる細胞状態におけるタンパク質構造安定性の違いの評価」の研究に注力する予定であったが、学術論文にまとめる作業が予想以上に難航し、また、追加実験も必要となったため、計画を変更し「1.細胞内でタンパク質の構造安定性が低下する機構の解明」に関する追加実験を行うこととしたため、全体として研究の進展がやや遅れている。生体分子のNMR分光学、生物物理【現在までの達成度】で述べた通り、「1.細胞内でタンパク質の構造安定性が低下する機構の解明」の項目にある程度集中し、各術論文への投稿準備を進め、完了する。「2.異なる細胞状態におけるタンパク質構造安定性の違いの評価」の項目にかんしては、がん細胞と非がん細胞(可能であれば正常細胞)の比較を行う。未分化細胞に関しては、研究の進度に応じて実施計画を縮小し、細胞培養技術の習得に終始することで今後の研究の糧とし、さらなる研究の加速を計る。可能であれば予備的実験も実行する。「1.細胞内でタンパク質の構造安定性が低下する機構の解明」の項は概ね順調であるが、「2.異なる細胞状態におけるタンパク質構造安定性の違いの評価」に関してはやや遅れている。これは、「1.」の項目に注力し学術論文への投稿準備を行っている事、予想以上に培養技術の習得に時間がかかってしまっている事が理由である。平成26年度に「1細胞内でタンパク質の構造安定性が低下する機構の解明」に関する研究成果を学術論文にまとめ、研究を完了し、「2異なる細胞状態におけるタンパク質構造安定性の違いの評価」の研究に注力する予定であったが、学術論文にまとめる作業が予想以上に難航したため、計画を変更し1に関する追加実験を行うこととしたため、全体の研究の進展がやや遅れた。そのため「2異なる細胞状態におけるタンパク質構造安定性の違いの評価」において使用予定としていた経費を次年度に持ち越すこととした。【現在までの達成度】で述べた通り、「1.細胞内でタンパク質の構造安定性が低下する機構の解明」の項目にある程度集中し、各術論文への投稿準備を進めていく。
数理物理学における諸問題の研究

偏微分方程式の基礎理論の研究においては,ジェブレイ級の解の接続問題において,接続可能性を方程式の特性帯の重複度とジェブレイ指数に関連付けた新しい結果を得た.解の漸近挙動・スペクトルの研究では,定数係数線型偏微分方程式が劣指数的増大度の解を持つための条件を追求し,リウビユの定理の拡張を得た.また,枯草菌のコロニーパターン形成過程の数理モデルを提出し,計算機によるシミュレーションにより2次元パターンを再現し,それが相転移的メカニズムで起こることを明らかにした.さまざまな逆問題の研究では,双曲型方程式に対する逆問題の一意性を係数の正則性を弱めた形で導き,逆問題のリプシッツ安定性を最も望ましい形で示した.また,密度一定の2次元図形について,2方向からの投影データによる再構成問題の一意性が成り立つ場合に,その離散化版の実用的な再構成アルゴリズムを与え,安定なことを示した.一意性が成り立たない場合に適当な重み函数を見出してそれを最大にする解を計算機により探索し,非常に面白いパターンが得られることを発見した.偏微分方程式の数値解析的研究では,中厚平板のモデルであるライスナー-ミンドラン平板に対して新しい安定化混合型4辺形有限要素を開発し,ロッキングを起こさずに薄板モデルに漸近することを検証した.また,乱流のシェルモデルにおいて,相似則を満たすカオス解を追跡しリヤプノフスペクトルを得,それが波数空間において特徴的な波数の周辺にのみ大きな値を持つことを見出した.このアトラクタ次元が大きな極限での漸近表式を導き,数値計算との良い一致を検証した.更にスケール変換に対して不変な積分作用素に適合する双直交ウェーブレットを構成し,応用を与えた.また,修正8節点セレンディピテイ要素が3次の補間誤差を持つことを示し,具体的な問題に対する有効性を確認した.偏微分方程式の基礎理論の研究においては,ジェブレイ級の解の接続問題において,接続可能性を方程式の特性帯の重複度とジェブレイ指数に関連付けた新しい結果を得た.解の漸近挙動・スペクトルの研究では,定数係数線型偏微分方程式が劣指数的増大度の解を持つための条件を追求し,リウビユの定理の拡張を得た.また,枯草菌のコロニーパターン形成過程の数理モデルを提出し,計算機によるシミュレーションにより2次元パターンを再現し,それが相転移的メカニズムで起こることを明らかにした.さまざまな逆問題の研究では,双曲型方程式に対する逆問題の一意性を係数の正則性を弱めた形で導き,逆問題のリプシッツ安定性を最も望ましい形で示した.また,密度一定の2次元図形について,2方向からの投影データによる再構成問題の一意性が成り立つ場合に,その離散化版の実用的な再構成アルゴリズムを与え,安定なことを示した.一意性が成り立たない場合に適当な重み函数を見出してそれを最大にする解を計算機により探索し,非常に面白いパターンが得られることを発見した.偏微分方程式の数値解析的研究では,中厚平板のモデルであるライスナー-ミンドラン平板に対して新しい安定化混合型4辺形有限要素を開発し,ロッキングを起こさずに薄板モデルに漸近することを検証した.また,乱流のシェルモデルにおいて,相似則を満たすカオス解を追跡しリヤプノフスペクトルを得,それが波数空間において特徴的な波数の周辺にのみ大きな値を持つことを見出した.このアトラクタ次元が大きな極限での漸近表式を導き,数値計算との良い一致を検証した.更にスケール変換に対して不変な積分作用素に適合する双直交ウェーブレットを構成し,応用を与えた.また,修正8節点セレンディピテイ要素が3次の補間誤差を持つことを示し,具体的な問題に対する有効性を確認した.1.一様物体の少量データトモグラフィ密度一定の二次元図形について二方向からの射影による再構成が一意であることが知られている場合に,その離散化版の実用的な再構成アルゴリズムを与え,かつそれが安定なことを示した.射影函数のリノーマライゼーションのだるま落としを用いたこのアルゴリズムは、Kuba等が与えているものに比してもすこぶる簡明で,凸と限らない図形の再構成に関する計算機実験でも非常に良い結果を与える.今後,一様物体のモーメント問題の数学的基礎付けや,二層密度の物体に対し同様の研究を進める予定である.また一様物体の少量データのトモグラフィに対する最小二乗解の数学的な誤差解析や,最大エントロピー法との精度比較などを研究する予定である.2.ライスナ-ーシンドラン平板に対する有限要素の開発中厚平板の弾性モデルであるライスナ-ーシンドラン平板に対して新しい安定化混合型四辺形有限要素を開発した.この要素は平板の厚さを0に近づけたとき,従来の要素のようにロッキングを起こすことなく,Kirchhoffの薄板モデルに漸近することが数値実験で確認され,板の変形の解析にすこぶる有用であると期待されるが,その具体的計算への応用は次年度の課題とする.3.乱流のカオスモデル乱流の低次元モデルであるシェルモデルにおいて,乱流と同様の相似則を満たすカオス解を数値的に追跡し,リヤプノフスペクトルを得た.また,これらのリヤプノフ数に対応するリヤプノフベクトルの平均的なフーリエスペクトルを調べ,それが波数空間において特徴的な波数の周辺にのみ大きな値を持つことを見い出した.この結果は,各リヤプノフ数がそれに対応する特徴的波数を持つことを意味している。そこで,この波数に対してKolmogorovスケーリング則を適用して、リヤプノフスペクトルの(アトラクタ次元が大きな極限での)漸近表式を現象論的に導いた.

この漸近表式と数値計算結果を比較したところ,次元が数十程度においても,非常に良い一致を得た.4.積分作用素に適合した双直交ウェーブレットの構成と応用スケール変換に対して不変な積分作用素に適合する双直交ウェーブレットを構成した.また通常の積分をこれらの積分作用素の積の和として表現し,積分を含むデータ解析への応用を試みた.例として,地震加速度記録からの速度記録の復元作業をとりあげ,この積分操作を双直交ウェーブレットを用いて行なうことにより,データの修正・積分を一貫して行なえる方法を提案した.金子晃は大学院生と協力して,平面図形の複素モーメント値からの再構成問題を取り上げ,一意性について従来知られていた事実を改良した.また,考え得るすべてのアルゴリズムについて,数値的再構成の実験を試みた.この実験は現在継続中である.また,この問題の応用として2点数値積分公式を成り立たせるような領域を複素,実の両ケースについて決定し,実の場合は同時にこの積分公式を満たす函数族を決定した.また,計算機の空き時間を利用して,5方陣の全データの計算を遂行しその良いパラメータ付けを研究した.三村昌泰は,非線形非平衡系の現われるパターン形成機構を理解するために,枯草菌と呼ばれるバクテリアのコロニーパターンを理解することを実験者との共同で研究対象とした.このバクテリアは環境条件に鋭敏に依存して,マクロ構造からミクロ構造を持つ2次元パターンが出現する.分担者はその数理モデルを提出し,本科研費で購入した計算機を有効に利用することによって,これらのパターンは相転移的メカニズムで起こることを明らかにした.それらの結果は目下出版準備中である.菊地文雄は,大学院生と協力して修正8節点セレンディピティ要素の補間誤差の評価を求め,3次の正確さを持つことを示した.また,計算機により具体的な問題に対するその有効性を確認した.山本昌宏は、多次元の双曲型方程式に対する逆問題の一意性を,係数に対する正則性の仮定を従来より弱めた形でカルレマン評価を用いて導いた.これにより逆問題のリプシッツ安定性を最も望ましい形で示すのに成功した.その他の協力者もそれぞれに計画した研究を進行中である.数理物理の方程式はいろいろあり,それらを理論的に研究するために主要なものを数学者に分かり易い形でまとめた教科書が従来から望まれていたが,金子により本年やっとその完成を見た.これにより,応用分野の人との研究交流のための会話がより円滑に行われることが期待される.またこれから発展が一番見込まれている逆問題の研究のための基礎文献としても有用であろう.金子はまた定数係数線型偏微分方程式が劣指数的増大度の解を持つための条件を追求し古典的なリウビユの定理を拡張したリットマンの多項式増大度の解の存在条件を部分的に拡張し,また副産物として無限遠だけに台を持ったフーリエ超函数の新しい性質をいくつか見出した.更に,小量データのトモグラフィにおいて,最大エントロピー法を理論的かつ数値的に研究し,興味深い考察を得た.また,2方向投影からの再構成問題では黄と滝口による一意な場合のアルゴリズムを拡張して一意でない場合に決定論的なアルゴリズムを与えることができた.塚田は曲率テンソル及びその共変微分のなす空間の中に局所等質空間のモジュライ空間を実現する方法を研究し多大域的な等質空間に局所等長にならない局所等質空間がモジュライ空間の中でどのくらい存在するかを明らかにした.
がん遺伝子治療への応用を目指したアデノ随伴ウイルスペクターシステムの開発

AAVベクターは安全性が高く、非分裂細胞への遺伝子導入が可能で、in situ遺伝子導入が行える利点があり、がん遺伝子治療への応用が期待されている。そこで本研究は、AAVベクターシステムの実用化に向けた開発研究を次のように進めた。1.AAVベクター作製用のパッケージング細胞株の開発に関しては、Cre-loxP系を応用したスイッチ機構によるRep蛋白質の発現制御と、さらにCap発現プラスミドの追加を試みた。その結果、Cap蛋白質の発現量が重要であることが判明した。今回開発したパッケージング細胞株は、その都度トランスフェクションにより作製する従来法に比べると、ベクターの力価がまだ低く、また長期間その性質を維持するのが困難であるため、さらに様々な改良を加えていく必要があると考えられる。2.AAV蛋白質のRepとCapを発現するヘルパープラスミドをスプリットしたベクター作製法について検討した。その結果、両者を適切な比率で用いると、従来のヘルパープラスミドと同等以上のタイタ-が得られた。蛋白質発現パターンから、Repに比べてCapの発現量の多いことが効率良くベクターを作製するうえで重要であると考えられた。この結果は、パッケージング細胞株の開発の上でも、貴重な知見であると考えている。
カーネーション萎凋細菌病主働抵抗性遺伝子の特定

野生種Dianthuscapitatus ssp. andrzejowskianus由来のカーネーション萎凋細菌病に強い抵抗性を有する品種「花恋ルージュ」の抵抗性の原因遺伝子を明らかにするために、約12倍のゲノム情報を含むBAC(大腸菌人工染色体)ライブラリーを作成した。このライブラリーを用いて、抵抗性の遺伝子近傍に存在するSTS-WG44マーカーの周辺配列91,790塩基を明らかにし、抵抗性の候補遺伝子6個を明らかにした。昨年度までに選抜したSTS-WG44マーカーを含む3つのBACクローンについて、次世代型シーケンサーGSFLX+を用いて塩基配列の解読およびアセンブルした結果、3つのクローンはいずれも同じクローン配列であった。このことから、STS-WG44マーカーが複数の領域を増幅している可能性は少ないと考えられた。そこで、最も長いコンティグ配列が得られたN80クローンについて詳細な解析を進めた結果、92Kbのコンティグ配列の中に病害抵抗性遺伝子に特徴的な配列であるNBS-LRR型のモチーフを持つ遺伝子が少なくとも6個存在すると推定された。次に、これら候補遺伝子の中から原因遺伝子の絞り込みを行うため、カーネーションの全ゲノム情報を用いて、コンティグ配列と対応するスキャホールド配列を特定し、STS-WG44マーカーから約40kb離れた両側の位置に存在する新規のSTSマーカーを作成した。これらのマーカー間で組み換えを生じている個体を選抜するため、選抜育種がより進んだ実際の育種集団の中から、360個体についてマーカーの有無を解析した結果、すべての個体がこの領域を保持しており、このマーカー間の領域で組み換えを起こしている個体を見出すことはできなかった。STS-WG44マーカーの近傍領域には、予想以上に多数の病害抵抗性関連遺伝子が存在したことから、今後は解析集団を大規模化し、新規に作成することができたマーカー間で組み換えを生じている個体を見出し、遺伝子の絞り込みを行う必要がある。野生種Dianthus capitatus ssp. andrzejowskianus由来のカーネーション萎凋細菌病に強い抵抗性を有する品種「花恋ルージュ」の抵抗性の原因遺伝子を明らかにするために、約12倍のゲノム情報を含むBAC(大腸菌人工染色体)ライブラリーを作成した。カーネーション萎凋細菌病抵抗性品種「花恋ルージュ」からゲノムDNAを抽出し、Bacterial Artificial Chromosomeライブラリーを作成した。ライブラリーの中から46,080(384穴プレート×120枚)クローンをピックアップし、プレートに整列化した。そのうち24クローンを選択し、パルスフィールド電気泳動法を用いてインサート長を推定したところ平均156.7kbであると計算され、作成したBACライブラリーはカーネーションのゲノムサイズ613Mbの約12倍(7.2Gb)を網羅する高品質なライブラリーであることが明らかになった。次に、主働抵抗性遺伝子近傍マーカーであるSTS-WG44を用いて1プレート分(384個)のBAC情報を集めた120プールについて1次スクリーニングを行った結果、25プールで増幅が認められた。これは想定される数より4倍程度多かったことから、STS-WG44が複数のゲノム領域を増幅している可能性が示唆された。その後、3プールについて2次スクリーニングを行った結果、3クローンへの絞り込みを行い、選抜したクローンは確かにSTS-WG44近傍配列を含むことを確認した。2012年9月にEUCARPIA国際シンポジウムに参加し、花きの中ではゲノム研究の進んでいるバラ、ユリの研究者と情報交換を行い、花きにおける病害抵抗性育種研究の現状ならびに今後の展開について情報収集した。目標としたゲノムサイズの10倍以上を網羅するBACライブラリーを作成し、抵抗性近傍マーカーSTS-WG44による2次スクリーニングを行い、マーカー領域を含む3クローンを選抜できたことから、当所の計画通りに研究は進んでいる。選抜したクローンを次世代シーケンサー等を用いて塩基配列を解読し、STS-WG44により複数の領域が増幅されている可能性について各クローンの全長配列の比較から検討する。複数の領域が増幅されている場合には、目的の抵抗性領域のみを増幅するマーカーを開発し、ライブラリーのスクリーニングから再度行う。最終的に、選抜したBACクローンに含まれる病害抵抗性遺伝子に特徴的な配列を特定し、既存の選抜系統の抵抗性の有無と候補遺伝子の有無の比較から主働抵抗性遺伝子の特定を試みる。また、近傍マーカーがSTS-WG44だけでは遺伝子の特定まで到らない可能性もあることから、抵抗性近傍領域の連鎖地図の高密度化も平行して進める。該当無し
低消費エネルギーな非同期式畳み込みニューラルネットワーク回路のFPGA実装

本研究では、画像分類のための推論を行う畳み込みニューラルネットワークを低消費エネルギーな非同期式回路として実現し、深層機械学習に対する非同期式回路の有用性を明らかにすることを目的としている。今年度は、1パイプライン化された非同期式回路をField Programmable Gate Array(FPGA)と呼ばれる集積回路に実現するための設計支援ツールセットの構築と2非同期式畳み込みニューラルネットワーク回路の設計と評価を中心に研究を行った。1では、非同期式回路を市販FPGAに実現するために、非同期式回路に特有な制約生成、タイミング検証、および遅延調整を自動で行うツールを開発した。また、これまでに様々な研究機関で提案されてきたパイプライン制御モデルをFPGAに実装し、性能評価を行うことで、本研究で対象とするパイプライン制御モデルを選択した。今後は、設計支援ツールセットにて選択したパイプライン制御モデルを扱えるよう拡張を行う。2では、同期式畳み込みニューラルネットワーク回路モデルから非同期式回路モデルに変換し、変換したモデルからFPGAに実装するまでの設計手法を提案した。提案手法を用いて、非同期式畳み込みニューラルネットワーク回路を設計し、同期式回路と消費エネルギーの面で比較を行った。比較の結果、非同期式回路にすることで消費エネルギーを削減できることを確認した。しかし、削減率自体は低いため、今後は、回路モデルと設計手法の見直しの他、最適化手法の検討を行う。非同期式パイプライン制御モデルは、ここ最近で新たに提案されたものもあるため、これらの調査を踏まえたうえで、設計支援ツールセットの拡張を行う。また、畳み込みニューラルネットワークで用いられる演算の処理時間を調整することで、消費電力の最適化を行う。ここでは、電力消費が大きい演算に緩い遅延制約を与えることで、回路面積の削減を行うと共に、演算のオペランドの到着時間を調整することで、回路部品の無駄なスイッチング数を削減する。一方、配置制約を用いることで、密接につながりがあるリソース同士を可能な限り近接配置することで、性能の最適化を行う。
平滑筋のカルシウム拮抗薬に対する感受性の種差, 部位差の原因に関する研究

カルシウム拮抗薬の平滑筋弛緩作用は,カルシウムチャネルの抑制によるカルシウム流入の減少による.この抑制薬はある種の平滑筋では電位依存性カルシウムチャネルを選択的に抑制するが,他の平滑筋においては電位依存性チャネルのみならず受容体制御チャネルもまた抑制する.このようなカルシウム拮抗薬に対する平滑筋の種差および部位差の原因として,我々は受容体制御カルシウムチャネル自体の性格の差を示唆した(Karaki and Weiss, 1984).これに対してcauvinら(1983)は受容体刺激により細胞内結合カルシウムが遊離されると受容体制御チャネルのカルシウム拮抗薬感受性が低下するものと考えている.これらの仮説を検証するために,ラット大動脈およびモルモット回腸平滑筋を用いて,細胞内カルシウムの遊離とカルシウム拮抗薬の抑制作用につき検討した.細胞内遊離カルシウム量はフラ2を用いて蛍光変化により測定し,同一標本から収縮張力の変化を同時に測定した.ラット大動脈にノルアドレナリンを投与すると持続性の細胞内カルシウム量の増加と持続性の収縮が見られた.カルシウム除去液中でノルアドレナリンを投与すると一過性のカルシウム濃度の増加と一過性の収縮が見られ,ノルアドレナリンにより細胞内結合カルシウムの遊離が起こることが示された.カルシウム拮抗薬ベラパミルはラット大動脈のノルアドレナリン収縮を約50%しか抑制しなかった.他方,モルモット回腸において前述と同様の実験からカルバコールは細胞内結合カルシウムを遊離すことが示された.ベラパミルはこのカルバコールを100%抑制した.以上の成績から,細胞内結合カルシウムの遊離と,カルシウム拮抗薬の作用の強さとの間には相関々係は無いものと考えられ,カルシウム拮抗薬に対する感受性の種差,部位差はむしろカルシウムチャネル自体の差によるものであろうと考えられた.カルシウム拮抗薬の平滑筋弛緩作用は,カルシウムチャネルの抑制によるカルシウム流入の減少による.この抑制薬はある種の平滑筋では電位依存性カルシウムチャネルを選択的に抑制するが,他の平滑筋においては電位依存性チャネルのみならず受容体制御チャネルもまた抑制する.このようなカルシウム拮抗薬に対する平滑筋の種差および部位差の原因として,我々は受容体制御カルシウムチャネル自体の性格の差を示唆した(Karaki and Weiss, 1984).これに対してcauvinら(1983)は受容体刺激により細胞内結合カルシウムが遊離されると受容体制御チャネルのカルシウム拮抗薬感受性が低下するものと考えている.これらの仮説を検証するために,ラット大動脈およびモルモット回腸平滑筋を用いて,細胞内カルシウムの遊離とカルシウム拮抗薬の抑制作用につき検討した.細胞内遊離カルシウム量はフラ2を用いて蛍光変化により測定し,同一標本から収縮張力の変化を同時に測定した.ラット大動脈にノルアドレナリンを投与すると持続性の細胞内カルシウム量の増加と持続性の収縮が見られた.カルシウム除去液中でノルアドレナリンを投与すると一過性のカルシウム濃度の増加と一過性の収縮が見られ,ノルアドレナリンにより細胞内結合カルシウムの遊離が起こることが示された.カルシウム拮抗薬ベラパミルはラット大動脈のノルアドレナリン収縮を約50%しか抑制しなかった.他方,モルモット回腸において前述と同様の実験からカルバコールは細胞内結合カルシウムを遊離すことが示された.ベラパミルはこのカルバコールを100%抑制した.以上の成績から,細胞内結合カルシウムの遊離と,カルシウム拮抗薬の作用の強さとの間には相関々係は無いものと考えられ,カルシウム拮抗薬に対する感受性の種差,部位差はむしろカルシウムチャネル自体の差によるものであろうと考えられた.
HIV蛋白質の細胞内輸送と粒子出芽・細胞間伝播の分子機序

[研究目的]ウイルスはその増殖過程で様々な宿主因子を略奪利用する。しかし、その分子機構はその宿主因子ごとあるいはステップごとに単独理解されているだけであり、ウイルス複製を連続性をもつ宿主因子の動員として理解できていない。H25年度は、HIV複製の後期過程である粒子形成過程の宿主分子機構を解析した。H26年度は、その子孫HIV粒子出芽と次の標的細胞への伝播の相関と、その分子機構を解析することを目的とした。[研究結果]HIV感染細胞と非感染細胞の細胞接触は非常に効率よくHIV感染を伝播することが知られている。この細胞接触部位には「感染(あるいはウイルス)シナプス」と呼ばれ、感染細胞(ドナー細胞)側ではHIV構成成分が、標的細胞側ではHIV受容体(CD4, CCR5)が集積することが示唆されている。HIV感染に伴う宿主因子群の発現変動と局在変化を解析したところ、感染細胞ではESCRT経路のHRSやTSG101(HIV粒子出芽の責任宿主因子)、テトラスパニン分子(CD63, CD81等)が発現増加し、粒子出芽部位に集積することが判明した。また、細胞接着や走化性に関する接着因子群(Selectin, LFA1)やケモカイン受容体(CXCR4, CCR7)の発現も増加した。細胞運動性を調べたところ、感染に伴って細胞接着性が亢進し運動性は低下したが、仮足形成が活発であった。感染細胞では、粒子形成・出芽に必要とされる宿主因子群が(おそらく代償的に)発現増強して出芽部位に動員されるとともに、感染細胞は走化性や細胞接着を高めて、次の標的細胞を見つけ捕捉する可能性が推測された。26年度が最終年度であるため、記入しない。[研究目的]ウイルスはその増殖過程で様々な宿主因子を利用するが、その相互作用はその宿主因子ごとあるいはステップごとに単独理解されているだけであり、相互作用の連続としてウイルス複製を理解できていない。HIV Gag蛋白はサイトゾルで合成された後、形質膜に輸送され、粒子を形成して出芽する。H25年度は、これら一連の過程を、宿主因子・機構によるGag蛋白のcargo輸送として捉え、その分子機構と生物学的特徴を解析することを目的とした。具体的には、この輸送の責任分子として同定したQc-SNARE分子によるGag蛋白輸送機構を解明し、Gag蛋白輸送における小胞輸送経路と宿主因子群の相互作用と攻防を明らかにすることを目的とした。[研究結果]1Qc-SNAREを介した細胞内トラフィックの検証:細胞内局在や細胞内輸送は共焦点顕微鏡と生細胞分子イメージングで解析した。Gag蛋白と同定したQc-SNARE分子は共局在を示しながら微小管系で高速輸送されることが判明した。2SNARE複合体とカルゴとしてGag蛋白、および、3Gag蛋白に結合する宿主因子の交換反応:Gag蛋白との相互作用は共免疫沈降で調べた。Gag蛋白は単量体のQc-SNAREと結合したが、Qa,b,c,R-SNARE四量体複合体とはほとんど結合しなかった。4Gag蛋白の膜輸送の再構成系:細胞内輸送小胞の精製を試みた。5Gag蛋白と宿主因子の相互作用部位の特定:Gag蛋白との相互作用は共免疫沈降とGST-pulldownで調べた。Gag蛋白のN末端側MAドメインとQc-SNARE分子のC末端側SNAREドメインがこの結合の責任領域であった。平成25年度の研究目標

「HIV Gag蛋白の細胞内輸送を制御する分子機構の解析」では5つの研究項目(1Qc-SNAREを介した細胞内トラフィックの検証、2SNARE複合体におけるGagカルゴの解析、3Gag蛋白に結合する宿主因子の交換反応、4Gag蛋白の膜輸送の再構成系構築、5Gag蛋白と宿主因子の相互作用部位の解明など)を立てた。平成26年度の研究目標「HIV粒子出芽と細胞間伝播の連携に関する分子機構の解析」でも5つの研究項目(1出芽部位・2細胞間接着部位への宿主因子の動員、3出芽によるフィードバック制御、4宿主因子の発現プロファイリング、5粒子出芽と細胞間伝播の相関の解析など)を立てた。における実験計画のうち、しかし平成25年度に平成26年度の研究項目を2つ(2細胞間接着部位への宿主因子の動員についての解析や4宿主因子の発現プロファイリング)をスタートさせたため、平成25年度の研究項目が部分的に次年度繰越しとなった解析がある。例えば、膜輸送の再構成系などである。しかし、均してみれば概ね達成できていると思われる。平成26年度へ繰越しとなった実験項目(2SNARE複合体におけるGagカルゴや4膜輸送の再構成系)を遂行するとともに、平成26年度の研究目標「HIV粒子出芽と細胞間伝播の連携に関する分子機構の解析」のための研究項目(5つのうち2つは着手済み)を進める。Gag蛋白の膜輸送の再構成系構築を試みるとともに、SNARE複合体形成におけるGag蛋白の解析を行う。膜画分の精製と複合体/単量体の単離に遠心機を使用する。◆HIV粒子出芽と細胞間伝播の連携機構粒子出芽部位への宿主因子の動員、粒子出芽と細胞間伝播の相関を、細胞生物学的、分子生物学的に解析する。また、宿主因子の発現プロファイリングをプロテオーム解析する。
超微細加工技術にも適応する抽象LSIモデルの構築と高位・物理 統合化LSI合成技術

本研究では,第一に超微細加工プロセスによって製造されるLSIにも適応すべく,レジスタ-制御回路-機能モジュール間に結び付きの概念を導入し,LSI内部の構成要素を物理的な結合と論理的な結合で抽象化した抽象LSIモデルを構築した.構築した抽象LSIモデルを導入することで,きわめて見通し良く高位設計と物理設計とをインターフェースすることが可能となる.次にこの抽象LSIモデルの上で,高位合成と物理合成とを統合化する新たなLSI自動合成技術を構築しアルゴリズム化した.シミュレーション実験ならびに一部チップ試作により提案構築した技術の優位性を確認した.本研究では,第一に超微細加工プロセスによって製造されるLSIにも適応すべく,レジスタ-制御回路-機能モジュール間に結び付きの概念を導入し,LSI内部の構成要素を物理的な結合と論理的な結合で抽象化した抽象LSIモデルを構築した.構築した抽象LSIモデルを導入することで,きわめて見通し良く高位設計と物理設計とをインターフェースすることが可能となる.次にこの抽象LSIモデルの上で,高位合成と物理合成とを統合化する新たなLSI自動合成技術を構築しアルゴリズム化した.シミュレーション実験ならびに一部チップ試作により提案構築した技術の優位性を確認した.本研究ではシステムLSI(システムをLSI-大規模集積回路-として集積したもの)をシステム動作レベルから回路レベルに自動合成するにあたり,最小加工寸法が32nm,22nmまたは16nmのプロセス技術にも適応すべく,レジスタ-制御回路-機能モジュール間に『弱結合』と『強結合』なる概念を提案し,高位レベルで配線遅延制御を可能とするシステムLSI抽象モデルを構築すると同時に,実設計を通して妥当性を検証する.加えて,構築したシステムLSI抽象モデルをベースとした統合化LSI自動合成フローを確立し計算機上に実装することを目的とする.平成22年度には研究計画全体の基礎となる研究項目(I)システムLSI抽象モデルの構築,(II)システムLSI抽象モデルの検証,(III)統合化LSI自動合成フローの構築・検証を実施した.(I)システムLSI抽象モデルの構築:本研究で提案するシステムLSI抽象モデルを採り入れ,実際のアプリケーションLSIを設計した.設計の結果より,必要なレジスタ・制御回路面積を評価した.(II)システムLSI抽象モデルの検証:(I)によって設計されたアプリケーションLSIの動作を「形式検証」した.(III)統合化LSI自動合成フローの構築・検証:(I)および(II)により,提案するシステムLSI抽象モデルの妥当性が検証された後,これをベースに統合化LSI自動合成フローを構築・検証した.(III)の結果,現在,従来の高位合成技術に比較して10%15%程度のエネルギー消費を削減した上,いくつかのアプリケーションLSIを自動合成することに成功している.今後,(III)の考えを発展させ,電源最適化,クロック最適化などを通して,エネルギー消費を削減すると共に,演算の多重実行などによるシステム信頼性の向上を目指す.平成23年度には,平成22年度において構築されたLSI抽象モデルに基づき,研究項目(IV)低エネルギー統合化LSI自動合成技術の構築・検証を行った.以下の手順で研究を進めた.(IV-1)電源電圧に着目した低エネルギー統合化LSI自動合成フローの構築・検証:平成22年度の研究項目(I)および(II)により構築されたシステムLSI抽象モデルを前提に,低エネルギー化を目指した統合化LSI自動合成フローを構築・検証した.仮想物理合成にて実物理制約を緩和し高位合成の面から見た理想的な物理合成を得,これと実物理合成との「距離」を小さくすることを基本とするものを考える.矩離の概念は,同一の電源電圧を単位とする.そして統合化LSI自動合成プローを計算機上に実装,実大規模の応用プログラムに適用することで評価した.(IV-2)クロック配分に着目した低エネルギー統合化LSI自動合成フローの構築・検証:平成22年度の研究項目(I)および(II)により構築されたシステムLSI抽象モデルを前提に,低エネルギー化を目指した統合化LSI自動合成フローを構築・検誕する.(IV-1)と同様に,仮想物理合成にて実物理制約を緩和し高位合戒の面から見た理想的な物理合成を得,これと実物理合成との「距離」を小さくすることを基本とするものを考える.距離の概念は,同一のクロックドライバから供給されるものを単位とする.(IV-1)と合わせ,統合化LSI自動合成フローを計算機上に実装,実大規模の応用プログラムに適用することで評価した.上記(IV-1)および(IV-2)の技術を導入することにより,従来技術に比較して20%30%を越える低エネルギー化LSI自動合成を達成したことを確認した.平成24年度には,上記に加えて「信頼性」の観点から統合化LSI自動合成フローを確立する予定である.本研究では超微細加工技術にも適応すべく,レジスタ-制御回路-機能モジュール間に『弱結合』と『強結合』なる概念を提案し,高位レベルで配線遅延制御を可能とするシステムLSI抽象モデルを構築すると同時に,実設計を通して妥当性を検証する.平成23年度までに構築されたLSI抽象モデルに基づき,平成24年度には研究項目(V)高信頼統合化LSI自動合成技術の構築・検証を行った.以下の手順で研究を進めた.(V-1)二重化に基づく高信頼統合化

LSI自動合成技術の構築・検証:平成22年度の研究項目(I)および(II)により構築されたシステムLSI抽象モデルを前提に,データ処理の二重化を目指した統合化LSI自動合成フローを構築・検証した.弱結合要素に区画の概念を導入し,区画の空き領域を有効に活用することにより,オーバヘッドを極小に押えた上で,データ処理の二重化を実現すると同時に,実応用プログラムによって評価した.(V-2)部分二重化に基づく高信頼統合化LSI自動合成技術の構築・検証:前記(V-1)におって実現された二重化に基づく高信頼統合化LSI自動合成技術を発展・拡張し,システムの「信頼性」を最大化すべくデータ処理を部分二重化する技術を研究開発した.上記(V-1)および(V-2)の技術を構築・検証したことによって,ハードウェアオーバヘッドを極小に抑えながら二重化による高信頼LSI設計が可能となり,ディペンダブルなLSI設計の実現に寄与した.平成23年度の研究によりシステムLSI抽象モデルの構築ならびに検証,統合化LSI自動合成フローの基本設計が完了し,また平成24年度にはこれらをシステムLSIの抵エネルギー化に適用し,実際に従来技術に比較して30%を越える低エネルギー化を達成した.これらは本研究計画がおおむね順調に進展していることを表している.24年度が最終年度であるため、記入しない。前述したようにこれまでの研究はおおむね順調に進展しており今後の研究計画を変更する必要はないと考える.これまでの研究成果を踏まえ,平成24年度には「信頼性」の観点から統合化LSI自動合成フローを確立する予定である.24年度が最終年度であるため、記入しない。
日本人看護師の国際移動に関する研究:看護人材の有効活用に向けた現状把握

【背景】わが国看護界で国際的知見が不可欠な中,海外活動をする日本人看護師もいるが,全体像は明確でない。【目的】看護師国際移動の世界的動向・日本の位置づけと,日本人看護師の海外渡航の特徴の把握。【方法】看護系英語文献のレビューと日本人看護師への横断調査。【結果および成果】世界の看護師が需要供給ニーズにより主に開発途上国から先進国へ移動している中,休暇・観光以外で海外渡航経験がある日本人看護師は約1割であった。看護教育の高学歴化,看護師の英語能力向上,看護の専門化等に伴い今後海外渡航希望者が増える可能性があり,希望者のキャリアデベロップメント,帰国者の能力活用等の検討が必要である。背景因子のレビューまず、文献より本研究テーマの背景因子の再レビューを実施した。英文については、データベース(CINAHL, MEDLINE, PubMed, ProQuest)から「International, Nurse, Migration」をキーワードとして文献を検索し、簡易レビューを経て最終46件を採択した。その後、文献タイプ(研究・概説等)、第一著者の国籍や所属先、看護師の国際移動の定義、主に取り上げられている看護師供給国・需要国、看護師の国際移動に関する国の政策の有無と内容、国や個人にとっての直接的・間接的動機やインパクト等の25項目を設定し、これらの項目に沿って協力者5名とともに各文献をレビューした。和文については、医学中央雑誌Webより「看護/看護師、国際/海外/外国、移動/流出」をキーワードとして文献を検索したところ、該当文献が少なく、該当文献のシソーラスにより更に文献検索を行って本研究テーマと関連した文献を選択の上、レビューを行った。質問紙の作成文献レビュー結果に基づいて日本人看護師の海外移動志向や動機に関する項目を取り上げてグループ化するとともに、これまでに海外での修学・就業・国際協力経験がある看護師への個別インタビューやフォーカスグループディスカッションにより、質問項目の再構成を行った。海外移動志向がない看護師の意見や、看護学生、医学生、医師の意見も参考にして、プレテストを重ねた。研究再開後には、この質問紙を用いて日本人看護師・看護学生の海外移動志向・形態・動機に関する量的調査を実施する予定である。日本人看護師の海外渡航経験の特徴を把握するため、インターネット上のリサーチモニターのうち、職業を看護職(准看護師を含む)として登録している者2029名に調査を行い、分析した。・調査に同意済の有効回答数1040(51.3%)・海外渡航経験:なし278(26.7%)、休暇・観光のみ657(63.2%)、休暇・観光以外105(10.1%)・渡航目的:看護関係では「研修・インターンシップ」、看護関係以外では「語学研修」が最多。・渡航先(複数回答):上位3か国はアメリカ、オーストラリア、カナダ。80%以上が「高所得国」。・今後の海外渡航の希望の有無と実現可能性:今後の渡航希望は、最高学歴が学士以上の者、休暇・観光以外での渡航経験者、英語自己評価が高い者、看護専門分野がある者、で有意に高くなった。渡航の実現可能性は、休暇・観光以外での渡航経験者、英語能力自己評価が高い者で有意に高く、末子の年齢が018歳の者で有意に低くなった。・考察:日本人看護師の休暇・観光以外での海外渡航経験者は全体の約1割であった。今後看護教育の高学歴化、看護師の英語能力の向上、看護の専門化が進めば、海外を目指す者が増える可能性がある。国の経済状況や家族因子などを鑑みて長期的・永久的な海外移住は少ないと考えられ、日本人看護師の海外渡航は、人材流出と言うより看護師のリフレッシュや知識・技術の向上に繋がり、帰国者による日本の看護の国際化への貢献が期待される。看護教育者や管理者は、海外渡航希望者のキャリアステップへの対応、帰国看護師の能力の活用等を具体的に検討していく必要があると示唆された。また、個々の看護関係の海外渡航経験を質的に分析しまとめる重要性も示唆された。・本調査は、病院、職能団体、学会などを通した対象選択によるサンプリング・バイアスを考慮し、看護師個人に直接依頼できるインターネット法とした。インターネットの利用は珍しくなくなってきているが、リサーチモニターの利用は、結果の一般化への本研究の限界として考慮されるべき点である。日本人看護師の海外渡航経験の特徴を把握するため、インターネット上のリサーチモニターのうち、職業を看護職(准看護師を含む)として登録している者2029名に調査を行った。

・調査に同意済の有効回答数1040(51.3%)・海外渡航経験:なし278(26.7%)、休暇・観光のみ657(63.2%)、休暇・観光以外105(10.1%)・渡航目的:看護関係では「研修・インターンシップ」、看護関係以外では「語学研修」が最多。・渡航先(複数回答):上位3か国はアメリカ、オーストラリア、カナダ。80%以上が「高所得国」。・今後の海外渡航の希望の有無と実現可能性:今後の渡航希望は、最高学歴が学士以上の者、休暇・観光以外での渡航経験者、英語自己評価が高い者、看護専門分野がある者、で有意に高くなった。渡航の実現可能性は、休暇・観光以外での渡航経験者、英語能力自己評価が高い者で有意に高く、末子の年齢が018歳の者で有意に低くなった。・考察:日本人看護師の休暇・観光以外での海外渡航経験者は全体の約1割であった。今後看護教育の高学歴化、看護師の英語能力の向上、看護の専門化が進めば、海外を目指す者が増える可能性がある。国の経済状況や家族因子などを鑑みて長期的・永久的な海外移住は少ないと考えられ、日本人看護師の海外渡航は、人材流出と言うより看護師のリフレッシュや知識・技術の向上に繋がり、帰国者による日本の看護の国際化への貢献が期待される。看護教育者や管理者は、海外渡航希望者のキャリアステップへの対応、帰国看護師の能力の活用等を具体的に検討していく必要があると示唆された。本調査は、病院、職能団体、学会などを通した対象選択によるサンプリング・バイアスを考慮し、看護師個人に直接依頼できるインターネット法とした。インターネットの利用は珍しくなくなってきているが、リサーチモニターの利用は、結果の一般化への本研究の限界として考慮されるべき点である。
窒化物の新規低温合成法の開拓と機能性材料の創出

少ない環境負荷で窒化物材料合成を可能にする新規手法として240°C以下の低温での酸化物とナトリウムアミドとの反応を用いた窒化反応を調査した。マンガン、鉄、銅およびインジウムの酸化物の窒化による窒化物の合成に成功した。本合成手法は、低温でアンモニア使用量を大幅に低減し、簡便な装置で酸化物を出発として窒化物微粒子を得る特徴がある。さらに、合成した種々の窒化物の光学特性および磁気特性を評価した。本研究では、アンモニア使用量の低減と反応温度の低下を可能にする環境にやさしい次世代の窒化物の新規低温合成法を開発し、その新規技術を基盤とした機能性材料の創生を研究目標としている。平成25年度は、酸化インジウム、酸化鉄、酸化マンガンの窒化処理及びその反応メカニズムの解明を進め、以下の研究成果を上げた。酸化鉄および酸化マンガンをオートクレーブ中240度でナトリウムアミドと反応させることによる窒化鉄および窒化マンガンの合成に成功した。この方法は既報の酸化物の窒化法よりも、有毒ガスであるアンモニアの使用量の低減、容易な反応制御、反応温度の低下といった特徴がある。この低温窒化における熱力学的な駆動力は水酸化ナトリウムの生成であることが予測され、他の熱力学に不安定な相の合成への可能性が示唆された。合成した窒化物は酸化物の形態を保つことがわかった。また、ナトリウムアミドと酸化物からの窒化インジウムの生成において、ポリテトラフルオロエチレンの添加により反応速度が向上することが明らかになった。窒化物は、金属と窒素の結合を制御することで多様な物性が発現し、超伝導体、触媒材料、顔料や光学材料など社会に欠かすことのできない多数の機能性材料が開発・研究されている。しかし、これまでの窒化物の合成手法においては、大量のエネルギーやアンモニアガスを消費する必要があり、より省エネルギーで高効率な合成手法が求められている。そこで、本研究では、少ない環境負荷で窒化物材料合成を可能にする新規手法として300°C以下の低温での酸化物等の種々の化合物とナトリウムアミドとの反応を用いた窒化反応の調査と、合成した化合物の特性調査を行った。オートクレーブ中で酸化銅とナトリウムアミドを120240°Cで加熱することによって窒化物の生成を試みた。合成温度を170°C、時間を60時間とすることで、ほぼ単相の窒化銅が生成した。それより低温では未反応の酸化銅が残り、高温では窒化銅の分解による銅金属や水酸化銅の生成が確認された。合成した窒化銅の粒径は数百ナノメートル、表面積は48 m2/gであった。光電子分光と熱分析の結果より、窒化物の表面は酸化物や水酸化物が生成していることが示唆された。光吸収から見積もったバンドギャップは約1.9 eVであり、可視光を吸収する半導体として期待できた。この合成反応において副生成物として水酸化ナトリウムの生成が予想され、熱力学的に安定な水酸化ナトリウムの大きな熱力学的な安定性が熱力学的駆動力となり、窒化反応が進んでいることが示唆された。よって、熱力学的に安定な酸化物等を出発試料としても、副生成物を考慮して合成経路を考えることで、熱力学的に不安定な窒化物等の非酸化物を低温で合成できることが明らかになった。無機合成化学当初の研究計画通り、新規低温窒化処理を酸化鉄および酸化マンガンへの拡張に成功し、その熱力学的な駆動力を明らかにすることができた。形態観察により、酸化物の形態を維持したまま低温で窒化がおこなわれたことが明らかになった。前年度の研究により、低温窒化は熱力学的に不安定な相の合成にも有効な可能性が示唆された。本年度は研究計画通り、窒化温度と酸化物の種類を変えることで多種の窒化物の合成を試みる。さらに、合成した窒化物の光学特性、磁気特性、触媒能の調査を行い、機能性材料の創出へと発展させる。
歯周病罹患率低下を企図した、歯周病の無痛性進行メカニズムの解明

歯周病は30代以上の国民の約8割が罹患している、感染者の非常に多い疾患であり(平成23年歯科疾患実態調査)、進行すると歯の喪失に繋がる。この歯周病は痛みなく進行するため、多くの人は歯周病の進行に気づくことができない。逆に言えば、痛みに気づくことができれば歯周病の罹患率は低下すると考えられる。このため本研究は、好中球と歯周病原細菌の免疫経路に着目し、歯周病がなぜ痛みなく進行するのかを解明することで、歯周病の早期診断・早期治療の新たなブレイクスルーをもたらすことを目的としている。
脳波・誘発電位を示標とする知能障害児の教授・学習法の事例的研究

本年度は新たに対象児2名を加え、脳波変動を課題ごとに定量的に分析し、より客観的な検討を行った。知能障害と重度の発語障害を有する養護学校高等部女子生徒に種々の条件下で本の読み聞かせを行い、脳波のテレメ-タ-測定を実施した。その結果、対象児の読み慣れない本を速く読み聞かせると注意が低下し、故意に誤読を加えると注意が高まるなどの知見を得た。また視覚弁別課題の際の誘発電位の分析では、抽象的刺激よりも具体的刺激に中が向けられやすいことが示唆された。この生徒については、教材と指導方法の工夫により対象児の注意を統制し、学習効果をあげることが十分に可能と考えられる。同じく発語と知能の障害を有する高等部男子生徒に、縫製作業中にテレメ-タ-測定した。その結果、利き手でない右手の使用では、利き手である左手よりも緊張の高まること、また検査者の同席では同席しない場合よりも緊張の高まることが示された。この生徒は小学部の時から自閉傾向を示しており、対人関係に敏感であることが示された。また、視覚弁別課題では、すべて「ちがう」と回答しているのに、視覚誘発電位の分析により正しく弁別していることが示唆された。しかし、抽象的刺激の反復呈示に対しては注意配分の未熟性が示された。この生徒については、利き手を配慮した作業用教材・指導法の工夫、作業環境の配慮、教科学習における抽象的教材の作成・指導を工夫する必要があろう。本年度分の設備備品費で入手したデ-タレコ-ダ-を加えて、中学部女子生徒2名の縫製作業をテレメ-タ-2台で同時測定した。その結果、担当教師の言葉がけの与える効果が生徒によって異っており、その差異が脳波変動の違いとして示された。今後、複数の児童・生徒を対象とする脳波同時測定を続行し、個人差に応じた教材・学習指導法の開発方法を検討する予定である。
DPP-4阻害薬の抗AGEs-RAGE作用を介した糖尿病性腎症保護効果

糖尿病性腎症の発症・進展に深く関わっている因子として、糖尿病状態で促進的に形成される終末糖化産物(advanced glycation end-products ; AGEs)に注目し、AGEsとその受容体であるRAGE系を阻害することで、糖尿病性腎症の発症・進展を抑えることが可能となるかもしれない。一方、我々はインクレチンの一つとして知られるグルカゴン様ペプチド-1(GLP-1)が血管内皮細胞、腎メサンギウム細胞におけるRAGEの発現を抑制することでAGEsの情報伝達を阻害しうることを見出している。しかしながら、GLP-1はジペプチジルペプチダーゼ-4(DPP-4)により分泌後速やかに分解されるため、血中半減期は短く、臨床への応用が困難であった。そこで我々は、2型糖尿病モデル動物へのDPP-4阻害薬であるビルダグリプチンの投与により、腎臓においてAGEs-RAGE-酸化ストレスが抑制され、糖尿病性腎症の進展を阻止しうるか否か解析をおこなうこととした。OLETF(otsuka long-evans tokushima fatty)ラット(週齢22週)を、ビルダグリプチン投与群と非投与群の2群にわけ、8週間にわたりビルダグリプチンの経口投与をおこなった。正常ラットとしてLETO(long-evans tokushima otsuka)ラットを用いた。評価項目としては血圧、体重、血糖、インスリン、各種脂質レベル、クレアチニン、血中尿素窒素(BUN)、尿中アルブミンのレベルに加え、腎臓組織中のRAGE、MCP-1、VCAM-1の発現(リアルタイムRT-PCR、免疫染色、ウエスタンブロット法などで解析)および、腎組織のヘマトキシ-エオジン染色による糸球体硬化症、尿細管間質繊維化の解析を投与後0、4、8週の各時点でおこなった。その結果、空腹時血糖、脈拍がビルダグリプチン投与により抑制され、腎組織の各マーカーの発現レベル、組織学的評価についても改善が見られた。