hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
劣化したRC構造物の構造性能低下に及ぼす載荷速度依存性の解明と性能評価法の提案

本研究では,まず,鉄筋腐食により材料劣化したRC部材の静的載荷と衝撃載荷の両実験を通して,衝撃載荷の場合は,腐食レベルが小さい場合でもかぶりコンクリートの剥落の可能性が大きくなるなど,構造性能低下に及ぼす載荷速度依存性を解明した。また,実験により付着力の低下率を明らかにし,それを考慮したFEM解析手法を構築した。さらに,打音検査を実施し,実際の劣化状況・非破壊検査出力値・残存性能の3者の関係の把握を試みたが,打音検査では鉄筋腐食による程度を定量的に評価できず,3者を関係付けることができなかった。今後,逆問題の知識を援用することで3者の関係付けを試みたい。本課題では,材料劣化したRC部材の構造性能低下に及ぼす載荷速度依存性を実験および解析により解明を試みるものである。また,実際の劣化状況,非破壊検査出力値,RC版部材の残存性能の関係性を明らかにすることも目指している。上述の目的を達成するために,本年度は下記2項目に重点を置き,研究を実施した。1.材料劣化(鉄筋腐食)したRCはり部材のFEMによるモデリングの検討とそれによる解析:鉄筋をトラス要素,コンクリートをソリッド要素,鉄筋とコンクリート界面はバネ要素で離散化したRCはり部材のFEモデルを基準とし,劣化として鉄筋腐食のモデリングを検討した。鉄筋腐食としては,腐食による鉄筋断面積の減少率,鉄筋の弾性係数と降伏強度の低下率,鉄筋とコンクリートの付着剛性と最大付着力の低下率,かぶりコンクリートの剥落の有無に着目し,それらをパラメータとした多数のモデルを構築し,まずはそれらの曲げ耐荷性能に及ぼす影響を調べたところ,曲げ耐荷性能の低下に主に影響を及ぼしているのは,付着特性とかぶりコンクリートの剥離であることが推察された。より具体的な例として,健全(劣化なし)な場合と比較して,鉄筋断面積減少率が30%で全長に渡り付着も完全に切れてかぶりコンクリートが剥落したモデルでは,荷重ー変位関係から得られる曲げ耐力が70%程度に低下することが確認できた。また,衝撃載荷に対しても,最大変位や残留変位が1.5倍程度になることが確認できた。しかし,腐食鉄筋周辺コンクリートの損傷など,次年度により定量的な解析モデルの構築を目指す。2.材料劣化(鉄筋腐食)したRC部材の構造性能低下による実験的検討:劣化程度の異なるRCはり部材の静的荷重及び衝撃荷重に対する耐荷特性を明らかにするために,電食法により鉄筋腐食させたRCはり供試体の製作を実施した。実験に関しては,次年度が主体となる。本課題では,材料劣化したRC部材の構造性能低下に及ぼす載荷速度依存性を実験及び解析により解明を試みるものであり,さらに,実際の劣化状況,非破壊検査出力値,残存性能の関係性を明らかにすることを目指していた。今年度実施した研究成果を以下に記す。1.鉄筋腐食したRC部材の載荷速度依存性の影響の実験検討:電食法により促進劣化させて鉄筋腐食の状態を再現したRC試験体を劣化程度を変えて複数製作し,それらに対して,静的曲げ載荷試験と落錘式衝撃試験を実施することで,同程度の劣化損傷であっても破壊形態が異なることを明らかにした。具体的には,腐食率が510%程度であれば,静的曲げ耐力は約10%程度しか下がらない(ばらつきが大きいため平均的に評価)が,衝撃荷重に対しては,腐食率が大きいほうが顕著に残留変位値が増大し,さらに破壊形態が大きく異なり,さらに,耐繰り返し衝撃試験でみても,腐食率が大きいほうが,終局変位に至るまでの衝突回数が明らかに減少することがわかり,今後,累積入力エネルギー値で余寿命を評価できる可能性を示した。2.実際の劣化状況,非破壊検査出力値,残存性能の関係性の把握:今回のケースでは,打音検査値と腐食率には明確な関係が得られなかったため,鉄筋腐食のような劣化ケースでは他の非破壊検査の利用を考慮して今後取り組む必要があることがわかった。3.解析的検討:1の実験を模擬した解析をFEMにより実施し,腐食率と耐力評価の関係を評価可能であることがわかったが,同時に,衝撃荷重載荷時のかぶりコンクリートの剥落など破壊状態を解析で再現するためには今後も検討が必要であることがわかった。工学今年度の研究計画では,「材料劣化したRC版部材の構造性能低下に及ぼす載荷速度依存性の影響の検討」と「材料劣化(鉄筋腐食)したRCはり部材のFEMによるモデリングに関する基礎検討」の2項目を実施予定であったが,概ね順調に進んでいるといえる。しかし,実験に関しては,鉄筋腐食量に着目して劣化程度の異なる供試体を5つの区分に分けて製作することが難しく,供試体製作にかなりの時間を要しており,載荷実験は次年度での実施に変更することとした。今年度内に載荷実験に用いる装置やセンサーなどは全て準備済みであるため,この遅れは次年度すぐに取り戻せるものといえる。

一方,解析検討に関しては予定通り順調に進んでいる。今後は下記1),2)を主に実施する予定である。1)材料劣化したRC版部材の構造性能低下に及ぼす載荷速度依存性の影響の実験検討劣化レベルに応じて製作されたRC試験体(今年度製作)に対して,現有の万能試験機と落錘式衝撃試験装置を用いて静的から衝撃まで載荷速度の様々異なる載荷実験を実施する。載荷速度は,重錘の落下高さで調整することとする。(静的載荷に関しては,万能試験機を利用する。)なお,載荷に伴う変形・破壊進展の詳細把握のため,鉄筋のひずみやレーザー変位計による変位計測のみではなく,複数台の高速カメラを利用したマルチアングル計測法を適用する。本課題においては,3台の高速カメラを利用し,載荷部近傍と供試体底面の変形過程および破壊進展を1秒間に1000フレームのフレームレートで詳細に撮影し,撮影した高速動画を用いて,試験体のマーカーを追尾し,3次元モーション解析を実施する。また,載荷試験を実施する前に,劣化試験体に対して,自然電位法・分極抵抗法による非破壊検査をそれぞれ実施し,自然電位と分極抵抗を出力値として,劣化レベルに応じて整理する。本項目に関しては遂行上の課題は特にない。(大学院生1名の補助により実施予定)2)“実際の劣化状況"と“非破壊検査出力値"と“RC版部材の残存性能"の関係性の解明ここまでの研究成果を整理することで,実際の劣化状況と非破壊検査出力値とRC部材の残存性能の関係性を解明する。具体的には,劣化レベル毎に,非破壊検査出力値から得られる損傷度と,実験・解析から得られる残存性能との関係を明確にし,材料学的観点と力学的観点の双方から劣化によるRC版部材の構造性能低下について検討する。
外国人児童と日本人保育士の相互行為における身体性と言語的行為に関する社会学的研究

本研究では、保育園における外国人の園児と日本人の保育者がいかに接するかを分析を行った。中心的に分析した例は次の二つである。1)来日したての園児が日本語がわからない時に三輪車の順番をとる場合と、2)日本語を話せるようになった時に他の日本人園児と関わる場面であった。第一の例では、保育者が争いに対して介在し、第二の例では子供同士が仲裁をした。子供同士が仲裁を行う時は保育者が用いる「これも同じだよね」という規範の共有の言葉を使用していた。また、第一の例のように、言葉が分からない場合には、簡単な言葉「順番」を発して、子供を混乱させないようにしていたことがわかった。さらにインタビューやアンケートも行った。本研究は、非日本語話者児童と日本語話者保育士、また非日本語話者児童と日本語話者児童、日本語話者児童と日本語話者保育士の相互行為を、言語的行為と身体的行為の関わりから分析した。平成26年度は、特に非日本語話者と日本語話者児童のけんかと仲裁の場面を、言語的行為と身体的行為から分析した。この問題に関して、保育園へのエスノグラフィーを行い、それぞれの児童への保育士の保育方針やバックグラウンドを聞いた上に、保護者たちにもインタビューを行い、家庭などのバックグラウンドと日本での遊びなどのルールの違いへの子どもや保護者、また保育士の戸惑いとそれへの対応を伺った。山崎晶子と山崎敬一はともにエスノグラフィーと会話分析を行い、イスラム教徒の子供たちと非イスラムの子供たちが異なる食事を取ることでの争いと'Format tying'(けんかの際に相手の言葉を用いる)を用いたけんかを分析することで、子供たちの世界での「カテゴリー化」のありかたと、それを利用した仲裁のあり方を明らかにして、国際学会で発表した。また、バーデルスキーは保育園でのケアのあり方に着目し詳細な分析をおこなった。また、五十嵐素子は、教師から子どもへの教示についての発表を行った。これらに加えて、感情表出や多文化環境における文化的な身体の解明を行うために、多文化混成保育園でのお箸トレーニングの場面を撮影した。ほとんどの子供が母国に帰った時には必要がなくなり、家庭では用いないお箸や煮魚などの日本特有の食事に対してどのように接触をするかを探るために、長期的撮影を行っている平成27年度は、平成26年度に引き続きデータを集めることに成功した1年であった。26年度までは、スポット的に撮影を行ったが、今年度はより多くの時間、子供たちと保育士の相互行為を撮影することが出来た。また、保育者(保育士)にインタビューを行うこともできた。さらに、データを共同研究者や研究室に所属する学生だけではなく、保育者も分析に参加した。入園したばかりの外国人児童がどのように遊びの順番取りを行うかを観察した。また、アジア、ヨーロッパ、アメリカ大陸などの出身地域におけるイスラム教などの宗教、寝起きの時間、排泄のしつけ、洋服の着方など様々な文化の差異をいかにして、保育者(保育士)が受け止めるかということに関するインタビューを行った。また、喧嘩などの際に、どのように仲裁をするかということに関してもインタビューを行い、様々な知見を得た。外国人児童の入園直後と入園して半年、さらに入園して1年、3年などの時間的経過につれて、食事や遊びにおいて、どのようなトラブルがあり、そのトラブルはいつ、どのように解決されるかを観察した。相互行為の分析としては、子供の様々な争いも分析し、子供による仲裁、保育者(保育士)による仲裁だけではなく、子供同士の当事者間でのトラブルの解決があることを分析した。同時に、子供たちがおもちゃを奪い合った時に言葉をどのように使い、そして身体的行為を使うのかを分析した。さらに、子供たちがいかにして個人的スペースを形成し、他の子供たちと遊ぶ時に協同的なスペースを作るのかを明らかにした。そして、保育者(保育士)がどのように指導をするかを分析した。順調にデータを収集し分析を行っているが、論文を出すのが平成28年度になるためやや遅くなっている。研究の最終年として、保育士へのインタビューに力を入れた。また、外国人にはロボットには文化的な抵抗があると言われているが、ロボットによる読み聞かせを行った。また、ここまでに行ったように、子供同士や保育士との相互行為を撮影した。一見すると言葉が分からず泣いている「外国人」の児童はいるが、さほど問題があるように思えない。しかし、観察を続けることによって様々な問題があることが分かった。保育士は「入園したてには気を遣う」あるいは「子どもによりけり」、また「宗教の禁忌となっている食事への配慮はし続ける」と最初のインタビューで答えてくれた。さらにインタビューを行うとジェスチャーなどでより分かりやすいやり方を模索していることが分かった。また、日本人の保護者にも重要であるが、外国人の保護者にとっては、保育士との意思疎通をいかにして日本語で行うかということが、重要であることがわかった。また、ロボットの実験を通して、子どもたちが保育士に対してどのように対応するかということを分析した。保育士が読む絵本に、2歳と3歳の子供たちはコメントをしたり、質問をすることが少なかった。それに対して、ロボットには、子供同士、保育士に対する発話が多かった。しかし、保育士は、子供がコメントをしやすいように読んでいること、また全体に話していると同時に個々の子供の様子をうかがっていることがわかった。保育士の様々なテクニックを分析することが可能となった。これらの分析は、次年度論文として出版する。

中心的に分析した例は次の二つである。1)来日したての園児が日本語がわからない時に三輪車の順番をとる場合と、2)日本語を話せるようになった時に他の日本人園児と関わる場面であった。第一の例では、保育者が争いに対して介在し、第二の例では子供同士が仲裁をした。子供同士が仲裁を行う時は保育者が用いる「これも同じだよね」という規範の共有の言葉を使用していた。また、第一の例のように、言葉が分からない場合には、簡単な言葉「順番」を発して、子供を混乱させないようにしていたことがわかった。さらにインタビューやアンケートも行った。今年度は、論文の発表はなかったものの、代表者も研究分担者もそれぞれ学会発表を行った。また、データの継続的収集や、エスノグラフィーを行うことができた。28年度は、最終年であり、ここまで収集したデータを統合し、論文として発表する。また、最終的には共同研究者たちと本を出版する。保育者との連携を進め、研究会等の形で保育実践に貢献する。社会学多文化混成保育園におけるデータの収集を進め、分析を進める。文化のバックグラウンドを理解するために、多くのインタビューを行う。また、成果として論文や本を発表できるようにする。論文の出版などが少なかった。一番大きな要因は、ビデオデータの第一次文字起こしは謝金を使用して学生に行ってもらっているが、文字起こしが捗らなかったため、謝金を十分に使用することが出来なかった、物品費に関して、見積もりと誤差が生じた。研究代表者が10月後半に急病にかかり回復に2ヶ月を費やしたため、旅費が予想よりもかからなかった。同じ理由で、データ分析や収集の指示が詳細に出来なかったため、謝金も計画ほどかからなかった。28年度は、論文の発表を行うため、英文論文校閲等の謝金を使用する。また、文字起こしをするために、より多くの人数に依頼し謝金を支払う。また、論文執筆のための参考資料やメモリ(ハードディスク)などを購入する。次年度は、データ収集と打ち合わせのために旅費を用いる。またデータ収集と分析のために謝金として用いる。物品として解析用コンピュータを購入する。
がん体験者の「情報リテラシー」向上のためのプログラム開発

研究目的は、がん体験者の“情報リテラシー育成プログラム"を作成することである。そのための基礎研究として、前立腺がん、大腸がん、子宮体がん体験者の3グループを対象として手術後3か月3年間にわたる縦断的調査を実施し、がん種や治療後の経過時間(時期)別の情報ニーズおよび情報探索行動を探索している。前立腺がん体験者の調査では、転移・再発の可能性のように治療後の時間の長さに関わらず、常に存在する情報ニーズがある一方で、各時期に特有の情報ニーズは認められなかった。むしろ、緩和ケアを要する苦痛、転移・再発を疑わせる身体症状、対処を迫られる生活上の支障などに直面するかどうかが、情報ニーズや探索行動を引き起こす要因となっていた。大腸がん、子宮体がん体験者の調査は、治療後1年2年のデータ収集を行っているところであり、時期別の情報ニーズについては前立腺がん体験者と同様の結果であった。子宮体がん体験者の調査では、“子宮体がん"の情報が少ない現状を反映して、他の婦人科がん体験者を情報源として活用する等の対処行動が認められる反面、女性生殖器喪失に伴う性行為や生殖機能への影響については、情報探索を躊躇する傾向が認められた。本結果の詳細は、International Conference on Cancer Nursing (ICCN)2018において発表した。さらに、治療法による違いを探索する目的で、重粒子線治療を受けた前立腺がん体験者の調査を開始した。今後、手術療法を受けた前立腺がん体験者の調査結果と比較して詳細に検討する予定である。計画にそって研究を実施し、研究成果の一部を学会発表することができたので、上記の評価とした。具体的な進捗状況は、下記の通りである。1.前立腺がん体験者の調査:手術後3年のデータ収集を終了し、新たに重粒子線治療を受けた対象者の調査を開始した。2.大腸がん体験者の調査:手術後2年のデータを収集している。3.子宮体がん体験者:手術後1年のデータを収集している。手術後3か月の調査結果を国際学会で発表した。2019年度は、重粒子線治療を受けた前立腺がん体験者の治療後1年の調査、大腸がん体験者の手術後3年の調査、子宮体がん体験者の手術後2年の調査を並行して実施する。本研究の目的は、治療を終えたがん体験者の情報支援として“情報リテラシー育成プログラム"を作成することである。平成27年度はプログラム内容を検討するための基礎研究の段階と位置づけ、以下を実施した。1.前立腺がん体験者の情報ニーズに関する研究手術後6ヶ月の前立腺がん体験者6名を対象として、(1)情報ニーズに関する半構成的面接、(2)SF-36v2およびEPICを用いた健康関連QOL調査を実施した。参加者全員が排尿障害や性機能障害等の合併症を体験しており、面接内容から合併症による身体的、心理・社会的な問題に関する情報ニーズが抽出された。参加者は、自分が受けた治療だけでなく、選択しなかった治療法にも関心を寄せ、得た情報をもとに自分の選択が正しかったかどうかを確認しようとしていた。合併症が与える影響の大きさとともに、治療選択の困難さが示唆された。引き続きデータ収集を行い、手術後6ヶ月の情報ニーズの特徴をより詳細に分析する予定である。2.がん体験者の情報リテラシーに関する研究長期がん体験者7名によるフォーカス・グループインタビューを2回実施し、がん体験者の情報リテラシーを高める要因を調査した。体験者個人の領域、体験者相互あるいは体験者と医療者相互の領域、システムの領域の3領域から10のカテゴリーが抽出され、これらが有機的に関連しあっていることが明らかとなった。がん体験者の情報リテラシーを高めるためには、がん体験者個人への働きかけにとどまらず、医療者への教育・支援、がん体験者目線の医療システムの構築の必要性が示唆された。平成27年度は、治療を終えたがん体験者の“情報リテラシー育成プログラム"内容を検討するための基礎研究の段階と位置づけ、計画通りに前立腺がん体験者の情報ニーズに関する調査を開始した。本調査は3年間の縦断調査であり、平成27年度は治療後6ヶ月時の調査にあたる。6名の対象者を得たところでデータを分析し、手術療法を受けた前立腺がん体験者の情報ニーズの特徴に関して知見を得ることができた。この結果は平成28年度に学会発表予定である。引き続き、データを追加しているので、本調査はおおむね順調に進展していると言える。さらに、がん体験者の情報リテラシーに関する研究成果を国際学会で発表する予定である。研究目的は、治療を終えたがん体験者の情報支援として“情報リテラシー育成プログラム"を作成することである。H2729年度はプログラム内容を検討するための基礎研究の段階と位置づけ、がん体験者の情報ニーズと情報探索行動を、治療終了後3年間(6か月、1年、2年、3年)にわたり長期的に調査する計画である。平成28年度はこの計画にそって、以下を実施した。1.前立腺がん体験者の調査手術療法を受けた前立腺がん体験者に対して、(1)情報ニーズに関する半構成的面接と(2)健康関連QOL調査を実施した。手術後6か月の情報ニーズの特徴として、選択しなかった治療法への関心の高さが明らかとなり、治療選択時の情報提供の課題が示唆された。平成28年度は本結果を学会発表し、手術後1年目の調査を継続した。現在、データ分析中である。2.大腸がん体験者の調査1の調査と同様の方法で、大腸がん体験者の手術後6か月の情報ニーズと情報探索行動を調査した。

対象者全員が術後に排便障害を経験しており、QOLの観点から排便コントロールに関する情報の重要性が示された。対象者が最も活用していた情報源は医師であり、医師との関係性が獲得できる情報の量と質を左右していた。また、情報探索行動に影響する要素として、がん体験者が情報を求める理由、情報に対する価値判断、情報探索スキルに関する自己評価等が抽出され、これらが関連しあいながら対象者の情報探索行動を規定していることが明らかとなった。計画にそって研究を実施し、研究成果の一部を学会発表することができたので、上記の評価とした。具体的な進捗状況は、下記の通りである。1.平成27年度から継続中の、前立腺がん体験者の縦断研究では、治療後1年目のデータ収集を行った。2.平成28年度から大腸がん体験者の研究に着手し、治療後6ヶ月の大腸がん対象者9名の調査結果をまとめた。平成29年度に学会発表する予定である。本研究の目的は、治療を終えたがん体験者の“情報リテラシー育成プログラム"を作成することである。そのための基礎研究として、がんの種類別、治療後の期間ごとに、がん体験者の情報ニーズと情報探索行動を明らかにする。具体的には、長期生存が期待され、罹患者数が多い、あるいは増加率の高い疾患として、前立腺がん、大腸がん、子宮体がんの3つを選択し、治療終了後23年間で対象者1名につき計4回の調査を行う。平成29年度はこの計画にそって実施し、以下を明らかにした。1.前立腺がん体験者の調査:手術後2年の情報ニーズと情報探索行動に関する情報収集を継続した。平成30年度は、あらたに重粒子線治療を受けた前立腺がん体験者を加え、治療法による情報ニーズの違いを明らかにする。2.大腸がん体験者の調査:手術後6か月の時期は、特に排便障害とその対策への関心が際立っていた。さらに情報源との関係性など、対象の情報探索行動に影響する要因が明らかとなった。その後、対象者を20名にまで増やし、手術後1年の調査を継続した。3.子宮体がん体験者の調査:手術後3か月は術後補助療法としての化学療法の実施時期と重なるため、対象者は手術および化学療法による身体への影響について情報を求めていた。女性生殖器喪失に伴う“女性性への影響"にも関心を寄せ、医療者や同じがん体験者から情報を得ようとしていたが、性機能について尋ねることはなかった。本調査結果は、ICCN(International Conference on Cancer Nursing)2018で発表する。1.前立腺がん体験者の調査:手術後2年の調査を継続している。2.大腸がん体験者の調査:手術後6か月の調査結果を学会で発表し、1年後の調査を継続している。3.子宮体がん体験者の調査:手術後3か月の子宮体がん体験者の調査結果を国際学会で発表する。研究目的は、がん体験者の“情報リテラシー育成プログラム"を作成することである。
歯質・修復物接着界面におけるマイクロクラック発生メカニズムの検討

本研究では,(1)修復物と歯質との接着界面に微小荷重を与えたときの形態変化をナノ・レベルで観察,さらに(2)修復物の組成とマイクロクラックの発生メカニズムの関連性を検討することにより,耐久性に優れた新しい歯質接着システム開発のための基礎的知見を集積することを目的とした。実験方法としては,まず,抜去歯牙(抜去後1ヶ月以内)の象牙質に対して各種市販レジン強化型グラスアイオノマーセメントにより修復を行い,ダイヤモンドナイフにて超薄切片を作成し,透過電子顕微鏡(TEM)および原子間力顕微鏡(AFM)を用いて荷重負荷前の歯質・修復物接着界面を超高倍率にて観察した。いずれのタイプのレジン強化型グラスアイオノマーセメントにおいても,構造欠陥等はTEMおよびAFMにて観察されず,負荷を加える以前は象牙質に対して良好な接着形態を示すことが示唆された。また,レジン強化型グラスアイオノマーセメントの象牙質接着界面は、形態学的に大きく分けて,(1)Hybrid layerを形成しているタイプ,(2)Hybrid layerを形成せず未脱灰の象牙質に直接結合しているタイプの2種類に分類され,また,(1)タイプはさらに,(ア)象牙質とレジン強化型グラスアイオノマーセメントの接着界面にアモルファス層が形成されているもの,(イ)アモルファス層が形成されていないもの,の2通りに分類された。XPSにてこのアモルファス層を化学的に分析した結果,この層はセメントの主成分であるポリアルケン酸が象牙質から遊離したカルシウムと反応し,ゲル化した層であることが明らかとなった。さらに,引張り試験後の切片をTEMにて観察した結果,Hybrid layerおよびアモルファスな層を形成するレジン強化型グラスアイオノマーセメントでは,アモルファス層とセメントのマトリックスとの接合部にクラックが生じることが示唆された。本研究では,(1)修復物と歯質との接着界面に微少荷重を与えたときの形態変化をナノ・レベルで観察,さらに(2)接着性セメントの組成とマイクロクラックの発生メカニズムの関連性を検討することにより,耐久性の優れた新しい歯質接着システム開発のための基礎的知見を集積することを目的とした。初年度は特にレジン強化型グラスアイオノマーセメントと象牙質との接着性に焦点を当てた。実験方法としては,まず,抜去歯牙(抜去後1ヶ月以内)の象牙質に対して各種市販レジン強化型グラスアイオノマーセメントにより修復を行い,ダイヤモンドナイフにて超薄切片を作成し,透過型電子顕微鏡(TEM)および原子間力顕微鏡(AFM)を用いて荷重負荷前の歯質・修復物接着界面を超高倍率にて観察した。その結果、いずれのタイプのレジン強化型グラスアイオノマーセメントにおいても,構造欠陥等はTEMおよびAFMにて観察されず,負荷を加える以前は象牙質に対して良好な接着形態を示すことが示唆された。また,レジン強化型グラスアイオノマーセメントの象牙質接着界面は、形態学的に大きく分けて,(1)Hybrid layerを形成しているタイプ,(2)Hybrid layerを形成せず未奪灰の象牙質に直接結合しているタイプの2種類に分類され,また,(1)にタイプはさらに,(ア)象牙質とレジン強化型グラスアイオノマーセメントの接着界面にアモルファスな層が形成されているもの,(イ)アモルファスな層が形成されていないもの,の2通りに分類された。X線光電子分光法にてこのアモルファスな層を化学的に分析した結果,この層はセメントの主成分であるポリアルケン酸が象牙質から遊離したカルシウムと反応し,ゲル化した層であることが明らかとなった。

さらに,引張り試験後の切片をTEMにて観察した結果,Hybrid layerおよびアモルファスな層を形成するレジン強化型グラスアイオノマーセメントでは,アモルファス層とセメントのマトリックスとの接合部にクラックが生じることが示唆された。
古英語から中英語にかけての語順の変容に関する実証的研究

現代英語はSVO(主語-動詞-目的語)型の語順である一方で、古英語はSOV(主語-目的語-動詞)型の語順を有していた。このSOV型言語からSVO型言語への類型論的な変化は、古英語から中英語の間に生じ始めた。現代英語の語順は500年以上前にその原型が形作られたことになる。本研究の目的は、語順変化のプロセスとメカニズムを明らかにすることである。本研究を遂行することで現代英語の成立に関わるより深い知見を得ることが期待できる。
環境保全型護岸材の水生生物保全効果の定量評価・予測法の開発

1.評価試験装置を用いた護岸材の相対評価護岸材評価試験装置を製作し、種々の流速に対し、環境保全型ブロック2タイプ6種、自然水際要素4種の相対評価を実施した。流速50cm/s以上のとき、底生魚以外の魚においてはブロックには避難場所としての効果があること、高流速ではパネルの穴が小さいものが選好されること、スリットが下流側に存在するブロックが選好されないこと、底生魚は入り口の位置が河床より高いと利用しにくくなること、低流速域に抽水植物があればブロックよりも選好されること、体長が小さい魚にとってはかごマットは有効であるが、大型魚は利用できないことなどを定量的に明らかにした。2.護岸材周辺に特有の環境因子の解析実験装置における各実験条件の流速、乱れ、気泡などの環境因子を計測した。この結果と1の成果をあわせ、申請者らが開発した修正乗法形選好強度式のうち流速条件、遮蔽条件に対する定量評価を行った。3.構造物周辺の流況および気泡の分布を計算できる流況シミュレーションモデルの作成数値振動を引き起こさない高精度・高解像度移流項計算スキームに、気泡の連行過程を組み込んだ計算を行った。流況シミュレーションにより1m/sec以上の高流速に対する護岸材内部と周辺の物理環境条件を計算した。4.総括選好強度式を用いて魚の分布の説明を試みたところ、流速50cm/secを超えると流速の条件でほとんどの魚の分布が説明できることが判明した。流速50cm/sec未満では、その他の条件を加えることで分布が説明できる魚種とできない魚種が存在した。また、流況シミュレーションにより1m/secから5m/secの流速下でのブロックに対する選好性を評価した結果、スリットが下流側に存在するブロックの選好値が極端に低くなった。以上より、高流速時の魚類保全効果について定量的に評価することが可能となった。1.護岸材評価試験装置の開発筆者らがこれまでに行ってきたU字迷路型選好性実験装置を応用し、流量を自由に変化させて種々の流況における魚の護岸材に対する選好性を評価する水路を開発した。2.局所的な環境条件に関する選好性実験護岸材評価試験装置の製作と並行して、護岸材などの周辺に生じる局所的な流況変化などの環境条件に関する選好性実験を実施した。今回実施したのは、構造物からの落水などにより生じる水中音に対する選好性実験および、落差部に生じる剥離流の有無に対する選好性実験である。試験魚にはアユを用いた。その結果、落水部の気泡混じりの水中音に対しては通常魚が忌避するといわれる音圧でも選好性を示したのに対し、ある種の水中音ではごく小さな音でも忌避する場合があることを見出した。また、剥離流そのものに対しての忌避性はあまりないものの、剥離流での遊泳成功率は小さくなることを見出した。これらの実験結果を用い、水中音および落差の通過能について定式化した。3.護岸材の相対評価護岸材評価試験装置を用いて、開口部の大きさの異なる2種類の護岸材実スケール模型を制作し、流速0、10、50cm/secでの相対評価を実施した。対象魚は日本の河川で一般的なオイカワの大型、中型、小型各2尾ずつを用いた。現在得られている結果として、流れがない状態ではブロック内に進入する魚は2割程度であったが、流速が10cm/sec、50cm/secと高まるにつれ、ブロック内に進入し、留まる魚が4割、5割と増加した。

また10cmまでは開口部の大小と進入率には違いが見られなかったが、50cm/secでは開口部が小さい方に9割が留まった。次年度は、護岸材模型の種類を増やして相対評価を重ねると同時に、ブロック内の流速その他の環境を計測し、これまでの選好性実験で得られた選好強度式との関係を解析する。また、ブロック周辺流況を数値計算するプログラムの開発を開始する。1.評価試験装置を用いた護岸材の相対評価平成17年度に引き続き、護岸材評価試験装置を用いて、流速10cm/secから50cm/secにおいて、環境保全型ブロック2種、かごマット、ヨシ原の相対評価を実施した。対象魚は日本の河川で一般的なオイカワ、カワムツ、コイ、カマツカを用いた。その結果、流速50cm/s程度のとき、底生魚以外の魚においてはブロックには避難場所としての効果があること、底生魚は入り口の位置が河床より高い位置にあると、ブロックを利用しにくくなる可能性があること、環境保全型ブロックは遮蔽物としても利用されている可能性があること、低流速域にヨシがあれば魚はブロックよりもヨシを避難場所とすること、オイカワ、カワムツのような体長が小さい魚にとっては全体から出入りできるかごマットは有効であること、かごマットや礫をつめた環境保全型ブロックでは大型魚は利用できないことなどを定量的に明らかにした。2.護岸材周辺に特有の環境因子の解析(関根)実験装置における各実験条件の流速、乱れ、気泡などの環境因子を計測した。この結果と1の成果をあわせ、申請者らが15年度16年度に開発した修正乗法形選好強度式のうち流速条件、遮蔽条件に対する定量評価を試み、流速条件により魚の分布の75%が説明できることを示した。3.構造物周辺の流況および気泡の分布を計算できる流況シミュレーションモデルの作成申請者らが開発した数値振動を引き起こさない高精度・高解像度移流項計算スキームに、気泡の連行過程を組み込んだ計算を行った。1.評価試験装置を用いた護岸材の相対評価平成18年度までに終了できなかった流速100cm/secにおける評価を実施した。また、ブロック上下方向にスリット状に開口したブロックおよび、自然河岸を模した沈水植物、オーバーハング模型を加えた。高流速ではパネルの穴が小さい方が選好されること、スリットが下流側に存在するブロックが選好されないこと、自然河岸要素ではヨシが選好されることが明らかになった。2.護岸材周辺に特有の環境因子の解析評価試験装置内に種々の環境要素の分布を形成し、魚の分布を計測することで、環境選好性を評価した。3.構造物周辺の流況および気泡の分布を計算できる流況シミュレーションモデルの作成平成18年度までの研究成果を用い、護岸ブロック前面とその内部の流況を計算した。4.総括100cm/secまでの実験結果と環境因子の選好強度式を用い、魚の分布の説明を試みたところ、流速50cm/secを超えると流速の条件でほとんどの魚の分布が説明できることが判明した。流速50cm/sec未満では、その他の条件を加えることで分布が説明できる魚種とできない魚種が存在した。また、流況シミュレーションにより1m/secから5m/secの流速下でのブロックに対する選好性を評価した。その結果、スリット型が下流側に存在するブロックの選好値が極端に低くなった。以上より、低流速時の生活の場としてのブロックの評価には課題は残したものの、高流速時の魚類保全効果について定量的に評価することが可能となった。
高効率水車を探究するエネルギー環境教育教材の改良・実践,および教育効果の検証

[研究目的]近年の地球温暖化問題や2011年の福島原発被災により,再生可能エネルギーに注目が集まっている.平成24年度, "エネルギー環境分野"に対応できる素養と創造力を持つ実践的技術者を育成するために「クロスフロー水車をモデルとした実験教材」を開発した.本装置の出力評価は,機械的出力のみで出力を評価しており,自然エネルギーから電力エネルギーが回収されるプロセスを学習できる実験教材に改良する必要があった.そこで,本研究では本実験装置を電気的出力評価方式に改良し本教材の教育効果を検証することを目的とした.[研究方法]1.水車の回転エネルギーを利用して発電するための発電機を取り付け,発電された電力を評価する電力計を接続するなど,電気的出力評価が行えるよう実験装置を改良した.2.改良した実験装置の性能を把握するために, "水車の羽根角度","導水壁の配置"及び, "水車の位置"などの様々な設置条件において水車性能解析を行った.さらに,本教材の実践に向けた問題点を改善し,本教材を完成させた.3.完成した教材を試行的に少数の学生を対象に実践し,受講した学生へのヒアリングを通して本教材の教育効果を検証した.[研究成果]本研究では,出力評価方法を「機械的出力評価方式」から「電気的出力評価方式」に改良した.これにより,水流エネルギーが水車の回転エネルギーに変換され,さらにこの回転エネルギーが電力エネルギーに変換される電力回収プロセスを学習できる教材に改善された.そして,試行的に本教材を実践し,教材としての教育効果を検証した.受講した学生の反応から,水流の作用をイメージする想像力や出力向上のための条件を考える創造力を働かせている様子が伺え,高効率水車の探求を通じて問題解決能力を養う実験教材とすることができたと思われる.今後は受講者数を増やし,より詳細な教育効果の検証を進めていく予定である.[研究目的]近年の地球温暖化問題や2011年の福島原発被災により,再生可能エネルギーに注目が集まっている.平成24年度, "エネルギー環境分野"に対応できる素養と創造力を持つ実践的技術者を育成するために「クロスフロー水車をモデルとした実験教材」を開発した.本装置の出力評価は,機械的出力のみで出力を評価しており,自然エネルギーから電力エネルギーが回収されるプロセスを学習できる実験教材に改良する必要があった.そこで,本研究では本実験装置を電気的出力評価方式に改良し本教材の教育効果を検証することを目的とした.[研究方法]1.水車の回転エネルギーを利用して発電するための発電機を取り付け,発電された電力を評価する電力計を接続するなど,電気的出力評価が行えるよう実験装置を改良した.2.改良した実験装置の性能を把握するために, "水車の羽根角度","導水壁の配置"及び, "水車の位置"などの様々な設置条件において水車性能解析を行った.さらに,本教材の実践に向けた問題点を改善し,本教材を完成させた.3.完成した教材を試行的に少数の学生を対象に実践し,受講した学生へのヒアリングを通して本教材の教育効果を検証した.[研究成果]本研究では,出力評価方法を「機械的出力評価方式」から「電気的出力評価方式」に改良した.これにより,水流エネルギーが水車の回転エネルギーに変換され,さらにこの回転エネルギーが電力エネルギーに変換される電力回収プロセスを学習できる教材に改善された.そして,試行的に本教材を実践し,教材としての教育効果を検証した.受講した学生の反応から,水流の作用をイメージする想像力や出力向上のための条件を考える創造力を働かせている様子が伺え,高効率水車の探求を通じて問題解決能力を養う実験教材とすることができたと思われる.今後は受講者数を増やし,より詳細な教育効果の検証を進めていく予定である.
慢性閉塞性肺疾患における末梢気道上皮間葉移行の分子メカニズムの解明

培養BEAS2B細胞にて,TGF-βにより上皮間葉移行の誘導を行った.この誘導はTLRligand添加下において増強した.上皮間葉移行の研究を遂行すべく,COPD患者からヒトiPS細胞を作成し,II型肺胞上皮細胞の誘導を試みている培養BEAS2B細胞にて,TGF-βにより上皮間葉移行の誘導を行った.この誘導はTLRligand添加下において増強した.上皮間葉移行の研究を遂行すべく,COPD患者からヒトiPS細胞を作成し,II型肺胞上皮細胞の誘導を試みている【in vivoの研究】人由来の材料を用いた研究において、当院呼吸器外科で肺癌を切除した残りの肺組織を用いる。共同でtissue bankとして整備しているシステムに登録された症例を対象としてヒト肺組織のパラフィン包埋組織、凍結組織ともに蓄積した。そのなかで肺癌のバックグラウンドとしてCOPDを有する症例や有しない症例(気管支喘息の患者、閉塞性肺疾患を有さない喫煙者や非喫煙者)を選定している。また、これらのサンプルを用いて気道細胞のlaser capture microdissectionを施行中である。マウスの慢性喫煙モデルについては、分担研究者の星野が作成し、肺のパラフィンおよび凍結標本を蓄積している。【in vitroの研究】気道上皮細胞におけるepithelial-mesenchymal transition(EMT)現象の確立のために、まず気道上皮細胞由来BEAS-2BにてEMTの誘導を試みたところ、蛋白および遺伝子レベルで経時的にE-cadherin,Cytokeratin発現の減少、Vimentin,Fibronectin,N-cadherinの発現増加が観察された。tissue bankからのprimary culture細胞を数名の対象患者から樹立したので、これらにて誘導を試み、COPD症例とnon-COPD症例で比較検討する予定である。培養細胞レベルで肺胞上皮細胞にEMTが起こることを示し、次にEMTにおける転写抑制因子Snail/Slug発現に至る転写経路(Smad2/3, ERK pathway)を明らかにし、これらの経路がEMT後の細胞機能(migration/invasion)に及ぼす影響を調べることを目的としている.Cell line (BEAS-2B細胞)を用いてTGF-betaの刺激を行ったところ,E-cadher inやCK-18の発現の低下,Fibronect in発現の増加が確認され,EMT現象が起こっていると考えられた.次いで,COPD患者の肺組織から気道上皮細胞を分離して同様の確認をするために,分離培養を行った.また,肺組織の凍結検体を収集中で,現在患者数を増やしているところである.次いで,遺伝的情報のみでEMTが起こるのか,喫煙などの環境因子が必要なのかを確認するために,COPD患者と健常者の皮膚線維芽細胞からiPS細胞を誘導し,iPS細胞から分化誘導した気道上皮細胞で同様のEMTが惹起されるかをみることを目的としている.この準備として,COPD患者の皮膚および肺組織から線維芽細胞を確立し,iPS細胞を誘導した.また,CCSP(Clala細胞)やSP-C(II型肺胞上皮細胞)をはじめとして末梢肺を構成する細胞の特異的マーカー蛋白遺伝子のプロモーター領域と分化誘導時の指標となるGFPなどのレポーター蛋白遺伝子を組み合わせてiPS細胞に導入するためのベクターを開発した.ヒト線維芽細胞に4つの遺伝子(Oct-3/4, c-Myc, Sox2, KLF4)を導入して初期化することによって多能性幹細胞を作製する手法が確立した(ヒトiPS細胞).また,この頃から,ES細胞,次いでiPS細胞において分化,形態変化に上皮間葉移行が関与するという報告が相次いだ.このため,患者皮膚もしくは肺細胞から採取した線維芽細胞を用いてヒトiPS細胞を作成し,ここから肺の上皮もしくは間葉系細胞を作成し,上皮間葉移行の関与を検討する方向とした.COPDを合併する肺癌患者の摘出肺から肺線維芽細胞を,また手術時の皮膚から皮膚線維芽細胞を分離し,ヒトiPS細胞を4因子または3因子で作成した.同様のことを胸腔鏡下肺生検を施行した間質性肺疾患患者からも行った.ヒトiPS細胞から,まずII型肺胞上皮細胞を誘導する実験を試みた.方法は,既報に則って肺胞上皮細胞で特異的に産生されるサーファクタントプロテインC(SPC)のプロモータ遺伝子とレポーターを組み合わせたベクターを作成し,エレクトロポレーション法にてiPS細胞に遺伝子導入し,これを分化させるものである.ベクターをコントロールのMLE12細胞に導入した結果,ベクターが機能していることが判明したため,iPS細胞に導入し,分化誘導を手掛けているところである.今後は,誘導II型肺胞上皮細胞の確立,そこから間葉系細胞の誘導,その過程での上皮間葉移行の役割を解明したい.
動画像キューブからの時空間平面抽出による動き予測と動画像符号化への応用

動画像符号化において,動き予測は動画像のフレーム間の冗長度を劇的に削減できると言う点で非常に重要な処理の一つである.本研究では,動画像キューブを3次元信号とみなし,そこから時空間平面を抽出することで動き予測の効率化と高速化を図った.結果として,動画像符号化標準であるH.264/AVCと比較し,同等画質で10%程度の符号化時間削減効果を確認した.また,時空間平面の切り出しに関し,コンピュータビジョン手法を応用することによる効率的な手法を提案した.動画像符号化において,動き予測は動画像のフレーム間の冗長度を劇的に削減できると言う点で非常に重要な処理の一つである.本研究では,動画像キューブを3次元信号とみなし,そこから時空間平面を抽出することで動き予測の効率化と高速化を図った.結果として,動画像符号化標準であるH.264/AVCと比較し,同等画質で10%程度の符号化時間削減効果を確認した.また,時空間平面の切り出しに関し,コンピュータビジョン手法を応用することによる効率的な手法を提案した.本年度は,動画像におけるブロックに基づく動き予測の高速化,及び動きベクトルの再構成による予測フレームの画質向上を図った.動き予測の高速化においては,適切な閾値を動きベクトル探索の際に用いることにより,予測フレームの画質劣化を抑えながら動き予測を最大2倍程度の速度向上を達成した.また,動きベクトルの再構成に関しては,ブロック予測の際の誤差を利用し,それをブロック境界付近の動きベクトルへ適切に反映することにより,擬似的に可変サイズの動き予測を実現した.また,本手法を動き補償を利用したフレーム補間へ用いることにより,補間フレームの画質向上を確認できた.時空間平面の切り出しに関しては,問題を空間方向,すなわち2次元平面におけるオプティカル・フローの抽出と捉えることにより,静止画像に対して曲線を抽出する手法を実現した.具体的には,seam carvingと呼ばれる画像のリサイズ手法を改良し,抽出する曲線を保存するためのビットレートを減少させることに成功した.本手法を画像のリサイズ・画像符号化へ応用した.結果として,良好な画像のリサイズ(retargeting)結果及び低ビットレートにおける画像圧縮性能の向上を得た.本手法は抽出した曲線の情報に必要なビットレートを1/100程度まで大きく減少させたことに意義があり,これは時空間平面の抽出を動画像符号化へ応用する際にも,動きベクトル情報の減少という点で大きな効果があると言える.本年度は,まず昨年度に引き続き動画像における動き予測の高速化,及び動きベクトルの再構成による予測フレームの画質向上を行った.動き予測の高速化においては,動画像符号化標準であるH.264/AVCの複数フレーム動き予測に基づき,動き予測の際に適切なしきい値を用いて,過剰な動き予測の探索を打ち切ることにより高速化を図った.結果として,H.264/AVCで利用されている高速全探索法(fast full search)と比較し,符号化性能の劣化がほとんどなしに全符号化時間の10%程度の削減を実現した.また,予測フレームの画質向上に関しては,従来のフレーム補間手法を利用して推定されたフレームより,再度実在フレームを利用した動き予測・動き補償を行うことにより,・予測フレームの更なる精度向上を図った.結果として,従来のフレーム予測手法と比較してピーク信号対雑音比で5dB弱向上という大きな改善を達成した.時空間平面の切り出しに関しては,前年度まで行なっていた2次元平面におけるオプティカル・フローの抽出を発展させ,3次元信号である動画像中において曲線を抽出する手法を実現した.更に本手法を動画像のリサイズ・画像符号化へと応用した.結果として,良好な動画像のリサイズ(retargeting)結果を得た,本研究の目的である時空間平面の抽出は,将来の動画像符号化標準への提言としては未だ道半ばであると言えるが,今後の発展が大いに期待できる成果を達成した.
ミトコンドリア呼吸鎖における電子伝達複合体の動的構造解析と電子伝達制御機構の解明

平成30年度は以下の項目について研究を進めた。1ナノディスク化CcO-Cytc電子伝達複合体の構造解析これまでの化学摂動法(CS)によるCcOとCyt c間の電子伝達複合体における相互作用部位は、多くのアミノ酸残基を含んでおり、より直接的な相互作用部位を決定するため、転移交差飽和法(TCS法)を用いて検討を行った。その結果、Cyt cにおける露出したヘム近傍の数残基に転移交差飽和が観測され、露出したヘム近傍のアミノ酸残基がCcOとの相互作用形成に重要であることが示された。しかし、蛋白質内部のアミノ酸残基も転移交差飽和の影響が観測され、これは測定時間内にCyt cの酸化還元状態が変化したことが原因と考えられた。したがって、より正確な相互作用部位の決定には、Cyt cの酸化状態が変化しない測定条件が必要であることが示された。一方、ナノディスク化CcOについては、既にその単離精製が本研究課題で確認されているコレラ菌由来のサブユニット数の少ないCcO(cbb3)でそのナノディス化を試み、転移交差飽和法(TCS法)の適用を検討した。2ナノディスク化CcO-Cytc電子伝達複合体の動的解析昨年度までの結果から、Cyt cのCcO相互作用部位から離れたアミノ酸残基であるHis33の構造的揺らぎの変化によって、そのCcOへの電子伝達活性が変化することが示された。本年度は、このHis33の動きを水素結合の形成によって制限しているアミノ酸残基であるThr102をProに置換することで、主鎖構造と水素結合に摂動を与えた変異体を作成した。その活性測定の結果、電子伝達速度が約50%に低下し、この水素結合がHis33の動きを制御することでCcOとの電子伝達活性を制御していることが示され、相互作用部位から離れた領域の構造的な揺らぎが電子伝達活性に影響を与えることが示された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成28年度は以下の項目について、その研究を進めた。1高等動物CcO変異体の大量精製法の検討浮遊培養可能な哺乳動物の細胞(一部のHEK293やCHO細胞など)において、高等動物のCcOを発現できる実験系を確立するため、いくつかの予備的な実験を行い、発現系の構築についての設計指針を得ることができた。2精製CcO蛋白質のナノディスク化本年度は分子量が小さく、その膜貫通半径が8 nm程度のコレラ菌由来のCcOについて、そのナノディスク化条件を検討し、再現性良くナノディスクに構築できる条件を確立することができた。ここで得られた条件をもとに、ウシ心筋由来のCcOについてもそのナノディス化を検討したが、ウシ心筋由来のCcOは、コレラ菌由来のCcOが3個のサブユニットからなるのに対して、13個のサブユニットからなり、その膜貫通部分の半径が10 nmを超えることから、これまで本研究者らがナノディスク化に用いてきた足場蛋白質MSP1D1やMSP1E3D1ではなく、より半径の大きなナノディスクを形成可能なMSP1E3D1をタンデムに連結したMSP(1E3D1)2の作成を試みた。発現条件や精製条件を検討することにより、その大量精製についての具体的な実験条件を確立できた。3ナノディスク挿入CcOを用いたCytcにおける相互作用部位の同定と界面活性剤可溶化系との比較本年度は、再現良くナノディスク化することができるコレラ菌のCcOについて、その紫外可視吸収スペクトルや共鳴ラマンスペクトルから、CcOの活性中心近傍の詳細な構造解析を進め、電子伝達活性の機能解析を進めた。その結果、ナノディスク再構成CcOにおいては、界面活性剤で可溶化した場合に比べ、CcOに結合する酸素分子の親和性が上昇したことが明らかになり、より生体内に近い条件下での測定が可能となった。平成28年度の実験計画の各項目についての進捗状況は、以下のとおりである。1高等動物CcO変異体の大量精製法の検討ほぼ当初の予定通りに実験を進めることができ、その成果として、発現系や精製条件についての指針を立てることができた。一方、少量の培養では問題にならない点が、大量培養では大きな問題になる可能性があることから、培養規模を大きくした場合の状況を考慮したうえで、さらに慎重に条件を最適化する必要がある。2精製CcO蛋白質のナノディスク化これまで本研究者らが用いてきたナノディスクより半径の大きなナノディスクを形成可能な足場蛋白質MSP(1E3D1)2は、その構造安定性が低いため、培養や精製の条件を丁寧に最適化する必要がある。この項目についてもほぼ当初の予定通り進んではいるが、得られるMSP(1E3D1)2標品の純度や収量に再現性がまだ十分にはみられず、培養、精製ごとにその純度や収量が一定とはならない。技術的な問題を含めて、さらに発現、精製の条件を最適化する必要がある。3ナノディスク挿入CcOを用いたCytcにおける相互作用部位の同定と界面活性剤可溶化系との比較コレラ菌由来のCcOについては、再現性良くナノディスク化する手法が確立できたので、当初の予定通り、種々の測定を行い、その構造・機能解析を進めることができた。

しかし、その電子伝達速度の測定においては、当初予想したミカエリスーメンテン型の解析では実験結果を矛盾なく説明することができず、非ミカエリスーメンテン型の解析をする必要が生じた。このため、新たな電子伝達反応モデルを検討する必要がある。CcO-Cytc電子伝達複合体の構造解析とその電子伝達機構の解析CcO-Cytc間の電子伝達経路を制御する構造的因子として、CytcのIle81残基からの脱水和に注目し、このIle81をSerに置換した変異体のMD計算を行うことで、このアミノ酸置換によってCcO-Cytc間の蛋白質間電子伝達経路が大きな影響を受けることを見出した。さらに、このIle81からの脱水和がCytcの構造にどのような影響を与えるのかについて、種々の分光学的手法により検討した結果、Ile81からの脱水和により、Cytcの構造におけるヘムの相対的位置に有意な変異が観測され、ヘム側鎖の溶媒への露出面積が増加することが示唆された。このようなヘム側鎖の溶媒への露出は、Cytcのヘム鉄の酸化還元電位を負の方向へシフトさせる要因となり、その結果、CcOへの電子伝達反応を促進すると考えられる。CcO-Cytc電子伝達複合体の動的解析これまでの研究からCytcからCcOへの電子伝達反応においては、Cytc構造の抑制された「構造的揺らぎ」が重要であると示唆されてきた。そこで相互作用部位付近に位置し、Cytcにおいてそのヘムとチオエーテル結合を形成することにより蛋白質全体の構造揺らぎを抑制していると想定されていたCys14をAlaに変異させ、このような変異により構造的揺らぎを増大させることで、CcOへの電子伝達活性がどのように変化するのか、構造的及び機能的検討を行った。NMRによる緩和分散解析の結果からは、このCysの変異によるCcOとの相互作用部位周辺での「構造的揺らぎ」の有意な変化は認められず、CcOへの電子伝達活性についても有意な低下は観測されなかった。以上の結果は、Cytcにおける「構造揺らぎ」の抑制は一方のチオエーテル結合だけではなく、ヘムとポリペプチド部分との多数の相互作用に由来していると考えられる。本研究課題の最終的な目標の一つである1CytcからCcOへの電子伝達経路を同定すること、2これまで熱力学的には示されてきた相互作用部位近傍の疎水性残基からの脱水和について、その構造的意義を明らかにすること、の2点については、平成29年度の成果により、ほぼその解答が得らえれたと考えられる。特に、Ile81からの脱水和が与えるCytcの構造や電子伝達活性への影響については、インパクトファクター5以上の国際的学術論文へ掲載され、期待以上の成果が得られたと考えられ、これらの点においては、当初の予定より早くにその目標が達成できるように進んでいると判断できる。一方、本研究課題において、もう一つの大きな柱であるナノディスク化については、期待通りに進んでいない面があり、特にウシのCcOのナノディスク化については研究の遂行が遅れている。これは、ある程度当初から予定されたことであり、ウシ由来酵素でナノディスク化が困難な場合には、バクテリアの系に実験を進めることを計画しており、このバクテリア由来については、当初の予定通り、そのナノディスク化自体は再現性良く進められている。ただ、NMR測定などの分光学的測定に必要な精製度の高い均一な試料の必要量を確保するのが依然として困難であり、その点において十分進んでいる状態ではない。