hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
HDR画像のヒストグラム疎性を考慮した2階層HDR画像符号化

そこで,前述の区分線形関数と近傍画素値を考慮した勾配推定手法を提案した.ある画素に対して,区分線形関数より原画素値の範囲が算出でき,近傍画素値に応じてその範囲で適応的に画素値を変更する.それにより,非線形量子化により失われた細かな変動成分を推定する.それらにより,原HDR画像と推定HDR画像との差分画像における値の分散は小さくなるので差分画像の効率的な圧縮が実現できる.論文では,主要なHDR画像フォーマットであるOpenEXRおよびRGBE形式のHDR画像に対して適用し最新の二階層HDR画像符号化手法と比較し平均で約10%の圧縮率向上を達成した.概ね予定どおりの進捗をしている.初年度は,二階層HDR画像符号化の圧縮率を向上するために,二階層符号化における下位階層の画像から原HDR画像を予測する方法に関して検討を予定していた.それは最終的な変換画像のエントロピーの低減を目的としており,それにより二階層符号化における上位階層の圧縮率向上が期待できる.研究実績の概要で示したとおり,最小二乗法による局所線形近似と局所的な勾配情報を用いた勾配推定を基にして最終的な圧縮率への寄与と近似関数により発生してしまうサイド情報のかねあいを考慮したアルゴリズムの提案を行なった.特に,前者に対する提案アルゴリズムは通常と異なり二階層符号化で用いられているトーンマッピングから独立して適用できるので、新たなトーンマッピングの提案によらず普遍的に利用ができる.以上より,予定していた方策に対して比較的良好な手法が提案できており概ね予定どおり進捗がなされていると考える.本年度では,本助成で得られた成果を国際会議で発表するとともに査読付き論文誌にて発表した.また,本年度で得られた成果を発展させて査読付き論文誌に投稿予定である.当成果は,HDR画像の画素値における疎性に着目しそのビット深度を圧縮する手法であり,また本研究をとおして得られた知見を他分野に発展させたものである.HDR画像は,画素あたり16bitの従来よりも大きなビット深度で表現されており,それは従来よりも広いかつ人の視覚とほぼ同等の輝度範囲で自然なシーンを表現するためである.それにより,非常に明るい領域も暗い領域も一枚の画像で同時に表現できる.しかし,同時に表現できるとともに,自然なシーンにおいてそれら輝度値は局在しているため,HDR画像の画素値において明るい領域を表現している帯域や暗い領域の帯域などが広く飛び飛びに分布しており,多くの場合に画素値のヒストグラムが疎になっている.本手法では,ヒストグラムが零の画素値をスキップし疎性を低減する可逆変換および頻度の少ない画素値を統合する処理を加えた誤差の少ない非可逆変換を提案しており,それによって入力信号のビット深度を低減し圧縮率向上に寄与している.また,それらの逆変換を実現するためのサイド情報を圧縮する符号化手法も提案している.論文では,主要なHDR画像フォーマットであるOpenEXR形式のHDR画像に対して適用し最新の二階層HDR画像符号化手法と比較し平均で約15%の圧縮率向上を達成している.
低出力レーザー照射効果の新規解析

申請者らは、培養細胞へ低出力レーザーを照射し、低出力レーザー照射による光化学効果を分子生物学的解析することを目的とした。その結果、低エネルギーレーザー照射は、一般に細胞増殖能を活性化させる一方で、特異的な細胞種に特定の波長のレーザー光を照射、あるいは同一波長でも照射されたエネルギー量によっては、その増殖能は抑制されるという逆の影響が発現することも明らかとなった。研究の目的:低出力レーザー照射効果の新規解析申請者らは、培養細胞へ低出力レーザーを照射し、レーザー照射による光化学効果を新たに分子生物学的に解析し明らかにすることを目的とする。我々は、これまで1984年から現在まで低出力レーザーであるHe-Neレーザーを用いて基礎研究および臨床研究行ってきた。そこで、これまでの研究結果を基に分子生物学的な解析を行い、低出力レーザーの照射効果を詳細に解析し明らかにすることを目的とする。(1)細胞増殖能の測定結果初年度における実験の結果、He-Neレーザー照射をすることにより、マウス結腸癌由来腫瘍細胞(Colon26 Cell)は細胞増殖能が抑制され、ヒト正常歯肉由来線維芽細胞(Gin1 Cell)では細胞増殖能が上昇、マウス正常結合組織由来線維芽細胞(L929 Cell)長期培養では抑制される事が示唆され、低出力レーザー照射が細胞の種類によって異なる細胞増殖傾向を示す事が明らかになった。以上の事から、これまで既存の環境では本研究操作遂行が困難であったが,申請者らは申請交付により,初年度において実験系を確立し当初の目標を達成、それ以上の結果を得た。これは実験計画を遂行する上で貴重な成果である。我々は引き続き実験計画に準じ、これらの結果を基に今後の実験(下記)を展開する事が可能となった。(2)細胞内発現遺伝子の解析実験前述の細胞増殖能の測定実験に加え、細胞の種類を増やし、得られた細胞からmRNAを抽出、RT-PCR操作を行い発現遺伝子の採取を行う。得られた遺伝子は電気泳動装置により発現を確認し、レーザー照射による細胞内でのシグナルおよび機能変化を確認評価する。この実験では、これまで細胞の増殖能や形態変化だけの評価であったが、さらに細胞内における遺伝子レベルでの変化を詳細に評価する事が可能となる。申請者らは,培養細胞へ低出力レーザーを照射し,低出力レーザー照射による光化学効果を分子生物学的解析することを目的とした。その結果,申請者らは,低出力レーザー照射が細胞の種類によって異なる細胞増殖傾向を示す事が明らかとなった.つまり骨芽細胞は増殖傾向を示すが,腫瘍細胞では増殖が抑制される事が示された.さらに申請者らは,これまでの研究結果を基に分子生物学的な解析を行い,低出力レーザーの照射効果を詳細に解析した.(1)細胞増殖能の測定:マウス結腸癌由来腫瘍細胞(Colon26 Cell)およびラット大腿骨由来骨芽細胞様細胞の細胞増殖能は反応試薬を用いて,その吸光度より測定した.(2)細胞内発現遺伝子の解析実験:前述の細胞増殖能測定実験により得られた細胞のRNAを抽出し,RT-PCR操作により発現遺伝子の抽出を行った.得られた遺伝子は電気泳動装置により発現を確認し,低エネルギーレーザー照射による細胞内での機能変化を確認評価した.これらの研究成果を参考にして,申請者らは,播種したラット大腿骨由来骨芽細胞様細胞にHe-Neレーザーを照射し,細胞の増殖とアルカリフォスファターゼ活性を検討した.その結果,He-Neレーザーの照射された細胞は,培養7日目においてアルカリフォスファターゼ活性が有意に上昇することが判明した.申請者らが行った以上のような研究により,低エネルギーレーザー照射は,一般に細胞増殖能を活性化させる一方で,特異的な細胞種に特定の波長のレーザー光を照射,あるいは同一波長でも照射されたエネルギー量によっては,その増殖能は抑制されるという逆の影響が発現することも明らかとなった.
薄膜の初期成長過程制御のためのモノレイヤー処理

本研究の第一の目的はシリコン表面の単分子層処理であり、これを実現させた。水素終端されたシリコン表面という、一般に半導体プロセスで用いられている表面を出発点としてシリコン表面の単原子層窒化,硫化,酸化を行った。さらに、これらの処理後表面を土台としてアルコールなどを付加して分子修飾する可能性を探索した。XPS測定を用いて処理過程,表面構成化学種の同定を行ったところ、窒化,硫化,酸化処理とも単原子層処理を実現する条件を見い出し、単分子層形成過程を明らかにした。次に、この単原子層窒化処理した基板上と水素終端基板上で同時にCVDによる成膜を行い、初期成膜の違いを観察した。チタンナイトライド,ガラス,ダイヤモンドを成膜させたときには、水素終端表面と単原子層窒化処理基板上で、核発生密度にして1桁程度の差がでて、タングステンの成膜では2桁程度の差が生じることを確認した。さらに、タングステンのCVD実験結果より成膜の初期段階では、シリコン表面の単原子層の水素が窒素に置き変わるだけでガラス上への成膜と同程度に成膜が抑制されることが明らかにされた。さらに本研究では表面物性がCVDによる薄膜形成に及ぼす影響を検討するため、ナノメータ程度の平坦性をもつSi,MgO,Sapphire基板上にSiCを成膜して、その初期成長様式をAFM,XPS,SEMを用いて明らかにした。その結果いずれの基板上でも、表面荒さはいったん50Å程度まで上昇した後に十数Åまで減少するが、表面荒さが最大値をもつのは膜厚が数百Åに達したときであることがわかり、これらの結果を通じて、基板の物性が薄膜形成過程に及ぼす影響について検討を行った。まず初めに、本年度の研究によりシリコン表面の単原子層制御を実現させた。シリコン表面を単原子層処理することにより、3次元的な物性を変えることなく新たな表面物性を付加でき、CVDなどの薄膜成長を制御できる可能性がある。本研究では、その手段として化学的手法による単原子層処理を提案した。具体的には、水素終端されたシリコン表面という、一般に半導体プロセスで用いられている表面を出発点として、ジメチルヒドラジン/アンモニアで処理する手法により単原子層窒化処理を行い、その条件,反応機構の解明を行った。これらの結果より、本研究の提案した手法で単原子層処理が可能であることを示し、その最適条件を明らかにした。次に、この単原子層処理した基板上と水素終端基板上で同時にCVDによる成膜を行い、初期成膜の違いを観察した。これより、単原子層処理によるCVD成膜制御の可能性を示された。さらに、CVDにおける初期核発生形状が、基板と成膜種の反応性に影響されることから、これを用いて核発生密度と核による基板表面被覆率の対応を実験式の形で求めた。これと、実験結果を参照することにより、基板表面と成膜種の反応性を評価する手法を開発した。本年度は、シリコン表面の単原子層硫化,単原子層酸化を行った。昨年度の研究ではシリコン表面の窒化を行ったが、幅広い表面物性をシリコン表面に付加するという観点から硫化,酸化を行った。

具体的な手法は、水素終端されたシリコン表面を出発点として、硫化水素,水を1mTorr,400°C程度で処理することにより単原子層硫化,酸化処理を行った。XPS測定を用いて処理過程,表面構成化学種の同定を行った。その結果、硫化,酸化処理とも単原子層処理を実現する条件を見い出し、単分子層形成過程を明らかにした。さらにこれらの処理後基板上にCVD成膜を行った結果、単原子層処理がCVD成膜の成膜速度に影響を与えることが明らかになった。さらに本研究では表面物性がCVDによる薄膜形成に及ぼす影響を検討するため、ナノメータ程度の平坦性をもつSi,MgO,Sapphire基板上にSiCを成膜して、その初期成長様式をAFM,XPS,SEMを用いて明らかにした。その結果いずれの基板上でも、表面荒さはいったん50Å程度まで上昇した後に十数Åまで減少するが、表面荒さが最大値をもつのは膜厚が数百Åに達したときであることがわかった。これまでに提案されている薄膜成長様式ではこの様な表面荒さの薄膜依存性は説明することができず、別の薄膜成長様式が存在することが示唆される。また、基板間の違いを見るとMgO基板上に成膜したものが膜厚が薄いうちから最も表面荒さが大きくなるのに対して、SiとSapphireではほぼ同程度であった。さらに、これらの結果を通じて、基板の物性が薄膜形成過程に及ぼす影響について検討を行った。
グラフにおける完全独立全域木の存在性と構成法に関する研究

本研究では、グラフにおける独立全域木の概念をより強くした完全独立全域木(辺素全域木の集合で、任意の二頂点に対して、各全域木における道が互いに内素なもの)を対象とし、その存在性および構成法について研究を行なっている。完全独立全域木は、本研究で新たに導入した概念であり、超並列計算機の相互結合網やネットワークにおける耐故障性の問題に応用を持っている。昨年度に得られた知見をもとにさらに考察を進め、以下のような結果を得た。1.昨年度に4点連結極大平面グラフには2つの完全独立全域木が存在すること及び与えられたグラフにおける2つの完全独立全域木を見つける問題はNP困難であることを証明した。本年度は、4点連結極大平面グラフにおける2つの完全独立全域木を見つける線形時間アルゴリズムを設計した。2.昨年度にk点連結ラインダイグラフの底グラフにはk本の完全独立全域木が存在することを構成的に証明した。本年度はこれらの完全独立全域木の構造的特徴に着目し、類似した構造へのダイグラフの分解を、ダイグラフの多層格子埋め込みに応用した。多層格子埋め込みはVLSIレイアウトのモデルとして提案されているものであり、特に各辺の描画が同一層に限定されるものが実用的な観点から望ましい。本研究では、この限定条件を満たした、d-正則ダイグラフの反復ラインダイグラフのd層へのO(n^2)-領域の埋め込みを与えた。ここで、nは反復ラインダイグラフの頂点数である。本研究では、グラフにおける独立全域木の概念をより強くした完全独立全域木(辺素全域木の集合で、任意の二頂点に対して、各全域木における道が互いに内素なもの)の存在性および構成法について研究を行なっている。完全独立全域木は、超並列計算機の相互結合網やネットワークにおける耐故障性の問題に応用を持っている。本年度の研究成果は以下の通りである。1.k点連結ラインダイグラフの底グラフにはk本の完全独立全域木が存在することを構成的に証明した。ラインダイグラフの底グラフのクラスは、de BruijnグラフやKautzグラフといった相互結合網として知られているグラフを含んでおり、これらのグラフにおける完全独立全域木の構成法も本結果の系として導かれる。("Completely independent spanning trees in the underlying graph ofa line digraph",Discrete Mathematics掲載予定)2.4点連結極大平面グラフには、2つの完全独立全域木が存在することを構成的に証明した。この証明からは、完全独立全域木を見つける線形時間アルゴリズムが得られると予想しており、今後はデータ構造等を整備し、その証明を試みる。(これが一段落した時点で、次の3の結果と合わせて国際会議に投稿する予定である。)3.与えられたグラフにおける2つの完全独立全域木を見つける問題はNP困難であることを証明した。
人工神経内分泌小胞によるシステム細胞工学

動物の神経内分泌小胞にはcytochrome b561を中心とする膜貫通電子伝達系が存在し,細胞質のアスコルビン酸(AsA)から小胞内の銅含有酸素添加酵素への電子伝達を媒介している。この反応は小胞内での神経伝達物質合成反応に必須である。本研究では、脳神経内分泌組織に特異的な電子伝達・酵素反応系の構造と機能,そして小胞の輸送・融合現象・開口放出の解明するため,多機能プロテオリポソームを使ったアプローチを行う。人工小胞膜および内側に膜酵素・膜タンパク質を埋め込んだプロテオリポソームを作製し,小胞外からは基質・神経ペプチドをTAドメインを利用した輸送系で,電子当量はb561により供給して,小胞内で神経伝達物質の合成を行わせ,特異的な電子伝達系・酵素反応系の構造と機能を解明する。本年度は、次のような段階的な実験・解析を行った。(1)安定プロテオリポソームの作製技術の完成:AsA,野生型b5からなるプロテオリポソームを構築するための条件検索。(2)TAドメインを用いたプロテオリポソーム内腔への物質輸送系の構築:ヒトb5のTAドメインのリボソーム膜への結合とリボソーム内腔への自立的移動による輸送系を構築することを目指して、TAドメインに種々の変異・延長を導入したb5変異体を大腸菌で発現させる系を構築し,その発現・精製に成功した。(3)b561によるAsA依存性膜貫通電子伝達反応機構を解明するために,植物トウモロコシ由来b561を酵母Pichia pastorisにおいて大量発現させる系を構築し,野生型とAsA結合部位,MDA結合部位周辺での特異的変異体を精製して種々の酵素的・タンパク質化学的測定を行った。その結果,植物b561でも動物b561と同様な機構に基づくAsA由来電子伝達反応が機能していることが明らかとなった。高等動物の神経内分泌小胞にはcytochrome b561を中心とする膜貫通電子伝達系が存在し,細胞質のアスコルビン酸(AsA)から小胞内腔の銅含有酸素添加酵素への電子伝達を媒介している。この反応は小胞内での種々の神経伝達物質合成反応に必須である。本研究では、脳神経内分泌組織に特異的な電子伝達系・酵素反応系の構造と機能を明らかにし、小胞の輸送・融合現象・開口放出の解明するため,多機能プロテオリポソームを使ったアプローチを行う。人工小胞膜および内腔に膜酵素・膜タンパク質を埋め込んだプロテオリポソームを作製し,小胞外から酵素基質・神経ペプチドをTail-anchored (TA)ドメインを利用した輸送系で,電子当量はb561により供給することにより、小胞内での神経伝達物質の合成・蓄積を行わせて特異的な電子伝達系・酵素反応系の構造と機能を解明する。
低温によって誘導されるトマト果実の異常食感の形成機構

青果物の内的品質には甘味、酸味、旨味などがある。内的品質のうち甘味については多くの研究が行われてきており、トマトでは糖蓄積のメカニズムが明らかにされるとともに、実際現場では高糖度果実の生産技術が確立し、また、育種も行われている。一方、最近では、食べたときの食感や香りなども新たな付加価値として注目されている。歯ごたえや舌触りといった食感(肉質)は野菜の嗜好性のうち最も重要とされとされているが、トマトでは主に輸送性との関係から果実(果肉)の硬さに多くの注目が集まり、食感形成に関する知見は乏しい。本研究ではトマトの異常食感の形成メカニズムについて、その原因や誘導機構について明らかにする。
日本官僚制組織の法学的研究

I日本官僚制組織法制の歴史的展開と今日的課題日本官僚制の組織法制は、戦前の「官制」システムから戦後の国家行政組織法システムへと、その姿を根本的に変えたように見える。内閣総理大臣の地位強化を伴った議員内閣制の導入と能率性原則・横の連絡と「一体性」の重視・単位組織の規格化・行政組織法律主義・総合的な「行政機関」概念の採用などの特色をもった国家行政組織法(昭和23年法律120号)の誕生は、そのような見方を裏付けるものとして捉えることもできよう。しかし、近時の実証的研究は、戦後改革にもかかわらず、日本官僚制は割拠的な性格と共にその権力を実質的に温存することに成功し、それを組織法制自体が支えてきた側面があることを明らかにしている。各省庁設置法が、基本的に国家行政組織法に依存することなく、かつての各省等官制を実質的に引き継ぐ形で制定され、また、内閣法(昭和22年法律第5号)自身が「主任の大臣」による行政事務の「分担管理」制を採用した点にその主たる原因を見ることができる。そこで、これを踏まえて行政組織法の今日的課題を考察すると、国会および総合的組織管理機関による行政組織統制の問題が重要となる。縦割り的な設置法ではなく、横断的な国家行政組織法の規定を飛躍的に拡充するならば,、法律による行政立法統制と組織管理機関による監視とを通じて、行政組織の法的統制を実質化することができるであろう。II国家行政組織法の基本的性格に関する考察そこでさらに、国家行政組織法の性格付け自体についても再検討の必要が生ずる。立法論の前提として、まず現行法の正確な理解が必須である。結論のみ示せば、従来、同法は内閣の統括下にある行政組織に関する「規格法」・「基準法」とされてきたが、さらに同法の行政運営法的性格・行政機関の長の共通権限に関する根拠法的性格・行政立法に対する委任の授権法的性格も認められ、同法は多角的な視点から捉え直さなければならない。【日本官僚制組織法制の歴史的展開と今日的課題】今日の先端的研究成果が示すところによれば、戦前の「官制」システムから戦後の国家行政組織法システムへの移行の中で、日本官僚制はその権力を実質的に温存することに成功し、そのことは、各省官制から各省設置法への引き継ぎという形で、法制的にも裏付けられる(特に、赤木・岡田両氏の研究)。確かに、大臣ではなく省に「所掌業務と権限」を付与している点で、各省設置法の体裁は官制のそれと異なるが、組織法理論の観点からみて実質的改変がなされたとは言えないように思われる。それでは、何が変わったのか。大局的にみて、ひとつは、内閣総理大臣の地位強化を伴った議院内閣制の導入(憲法・内閣法)であり、もうひとつは、アメリカ行政学の発想を取り入れたとされている国家行政組織法の制定である。これらはいずれも主権者たる国民に対する行政(組織)の責任と一体性・総合性を保証すべきはずのものであった。しかしこの点についても、実態としては、設置法が基本的に国家行政組織法に依存することなく制定されたこと、内閣法自身が「主任の大臣」制(割拠性)を支えるものであることが指摘されている。そこで、このような文脈の中から再度重要な検討課題が浮かび上がってくる。それが、国会および総合的行政組織管理機関による行政組織統制の問題である。

1983年に成った「組織規制の弾力化」は、一面では戦後官制改革(継承)の総仕上げともいえるが、他面、縦割り的な設置法ではなく、横断的な国家行政組織法の規定を飛躍的に拡充することによって、上のような意味での組織統制を実質化する(法律による行政立法統制)契機ともなり得るのではないか、と思われる。今日改めて、国家行政組織法の存在意識が問い直されなければならない所以である。【国家行政組織法の基本的性格に関する考察】国家行政組織法(昭和23年法律第120号)の性格については、従来、内閣の統轄にある行政組織に関する「規格法」であり、「基準法」であるとされてきた。それは、この行政組織のために置かれる国の行政機関およびその内部部局等の種類・名称を厳密に規格化すると共に、同法自体が行政機関の設置根拠となるのではなく、同法に準拠して個別的な行政機関設置法令が制定されなければならない、ということを意味している。同法の、このような性格付け自体は誤りではないが、なお次のような点で保留・補足・修正がなされなければならず、同法をより多角的な視点から把握する必要がある。(1)「規格化」という点からみると、なお不十分なところがある(特に、地方支分部局のほか、昭和58年改正で一定程度整理されたものの、いわゆる「付属機関」について)。(2)「基準法」としての実効性を確保するためには、規格化の程度について慎重な判断を必要とする。あまりの画一化は、個別設置法との齟齬をもたらすこととなり、かえって「基準」性を喪失することにもつながる(昭和32年行組法改正の経緯をみよ)。(3)行組法2条2項の「相互連絡・一体」条項は、行政上の職務共助・行政機関相互間の情報提供や連絡義務といった行政運営根拠規定ともされており、同法は行政運営法的な性格も有している。(4)同法の「行政機関の長の権限」に関する諸規定(10条以下)は、特に法律に留保されているものを除き、当該権限の直接的な根拠規定といえるものであり、この点で同法は、共通的権限に関する根拠法ともいえる。(5)立法実務上、行政機関内部部局設置の政令への委任は、個別設置法律ではなく行組法自信によってなされており、この点で同法は、授権法的性格をもっている。
ホスト-ゲスト分子認識による生体膜機能の人工制御を目指した分子設計と合成

「ホスト-ゲスト分子認識による生体膜機能の人工制御を目指した分子設計と合成」に関する研究の継続的展開並びに新たな発展として,カリックス[6]アレーン誘導体(1)及びホモオキサカリックス[3]アレーン誘導体(2)による有機アミン類に対する選択的な膜電位変化,並びにカリックス[4]アレーン類縁体(3)によるチャネル形成能に関して,以下の知見を得た。1.ホスト1,2のPVC液膜について,種々の有機アミンに対する膜電位変化を詳細に調べ,その選択性を支配する二つの要素として,(1)ゲストの脂溶性,(2)ホスト-ゲスト錯体形成の強さを分離して評価した。その結果,ホスト1による有機アミンゲストの非極性部分の形状識別,並びにホスト2によるドーパミンと他のカテコールアミン類(ノルアドレナリン,アドレナリン)の識別に関する膜電位変化の選択性が,上記の要素(2)に関する高い選択性に基づくことが明らかとなり,生体膜機能の人工制御のための基礎知見が得られた。2.全てのフェノール性OHに長鎖アルキルアミド置換基を導入したカリックス[4]アレーン類縁体を新規人工チャネルとして合成し,それらを平面脂質二分子膜に埋め込み,両側の水溶液に印加電圧を加えたところ,単一チャネル電流が,チャネル開閉挙動を伴う矩形波として観測された。ただし,チャネルの開口確率が極めて不充分のため,上記のカリックス[4]アレーン類縁体を基本構造として,適格なチャネル側鎖を持つチャネル分子を設計,合成することが必要である。ホスト-ゲスト分子認識による生体膜機能の人工制御を目指した分子設計と合成に関する研究として,ドーパミン及びカテコール類との錯体形成に基づく膜電位変化、並びにシクロデキストリン誘導体によるチャネル形成能に関して,以下のような基礎知見が得られた。(1) PVC担持液膜の感応素子として,カリックス[6]アレーン酢酸エステル誘導体(1)の類縁体であるホモオキサカリックス[3]アレーントリエーテル誘導体(2)を用いたところ,2は1の高いドーパミン選択性(vsアドレナリン,ノルアドレナリン)を保った上で,極めて高いドーパミン/K^+選択性を示すことが明らかとなり,生理的条件下でドーパミン選択的な感応素子として利用可能であることが示された。(2)種々の脂溶性四級アンモニウム塩(Q^+X^-)または脂溶性アミンを含むPVC担持液膜において,各種中性型フェノール類(ArOH)に対して,酸性度及び脂溶性を反映した選択的なアニオン性膜電位応答が観測された。電荷を持たない中性種により膜電位変化が生起されるメカニズムとして,抽出されたArOHとQ^+X^-との錯体形成,並びにそれに続くH^+の解離と生成するHXの水相への放出の結果,膜界面で電荷分離状態にあるQ^+X^-の量が減少し,アニオン性の膜電位変化が生起されるという応答機構が支持された。(3)全ての一級OHを選択的に長鎖アルキルアミドに置換したα-及びβ-シクロデキストリン誘導体を合成し,それらを平面脂質二分子膜(diphytanoylphosphatidylcholine)に埋め込み,両側の水溶液に印加電圧(200mV)を加えたところ,長寿命(数s)の単一チャネル電流が開閉挙動を伴う矩形波として観測され,脂質二分子膜の両層中の半チャネル分子の縦会合による安定な膜貫通チャネル構造の形成が示された。「ホスト-ゲスト分子認識による生体膜機能の人工制御を目指した分子設計と合成」に関する研究の継続的展開並びに新たな発展として、一連のホモオキサカリックス[3]アレーン誘導体によるドーパミン選択的な膜電位変化,並びに一連のα-及びβ-シクロデキストリン誘導体によるチャネル形成能に関して,以下の知見を得た。(1)PVC担持液膜の感応素子として,カリックス[6]アレーンO-酢酸エステル誘導体(1)の類緑体であるホモオキサカリックス[3]アレーンのO-アルキル誘導体並びにO-酢酸エステル誘導体を用いたところ,それらはノルアドレナリン,アドレナリンのみならずK^+,Na^+と比較しても極めて高いドーパミン選択性を示すことが明らかとなり,生理的条件下でドーパミン選択的な感応素子として利用可能であることが示唆された。一方,カリックス[6]アレーンのO-アルキル誘導体はドーパミン等に対して有意の膜電位応答を示さず,1のタイプのホストにおいては膜電位応答のために,O-酢酸エステル側鎖が必要であることが示された。(2)全ての第一級OHを選択的に長鎖アルキルアミドに置換した一連のα-及びβ-シクロデキストリン誘導体を合成し、それらを平面脂質二分子膜に埋め込み,両側の水溶液に印加電圧を加えたところ,脂質成分のアルキル鎖長と適合する長さのアルキル側鎖(C_<18>)を持つチャネル分子についてのみ,単一チャネル電流が,チャネル開閉挙動を伴う矩形波として観測された。濃度勾配下での実験により,チャネル電流はカオチン選択性であることが確認され,K^+の他にNa^+,Li^+イオン電流も観測された。一方,短いアルキル鎖(C_<12>)を持つチャネル分子についてはチャネル矩形波は観測されず,膜貫通チャネル構造の形成のためには脂質に適合した長さのチャネル側鎖が必要であることが明らかとなった。

「ホスト-ゲスト分子認識による生体膜機能の人工制御を目指した分子設計と合成」に関する研究の継続的展開並びに新たな発展として,カリックス[6]アレーン誘導体(1)及びホモオキサカリックス[3]アレーン誘導体(2)による有機アミン類に対する選択的な膜電位変化,並びにカリックス[4]アレーン類縁体(3)によるチャネル形成能に関して,以下の知見を得た。1.ホスト1,2のPVC液膜について,種々の有機アミンに対する膜電位変化を詳細に調べ,その選択性を支配する二つの要素として,(1)ゲストの脂溶性,(2)ホスト-ゲスト錯体形成の強さを分離して評価した。その結果,ホスト1による有機アミンゲストの非極性部分の形状識別,並びにホスト2によるドーパミンと他のカテコールアミン類(ノルアドレナリン,アドレナリン)の識別に関する膜電位変化の選択性が,上記の要素(2)に関する高い選択性に基づくことが明らかとなり,生体膜機能の人工制御のための基礎知見が得られた。2.全てのフェノール性OHに長鎖アルキルアミド置換基を導入したカリックス[4]アレーン類縁体を新規人工チャネルとして合成し,それらを平面脂質二分子膜に埋め込み,両側の水溶液に印加電圧を加えたところ,単一チャネル電流が,チャネル開閉挙動を伴う矩形波として観測された。ただし,チャネルの開口確率が極めて不充分のため,上記のカリックス[4]アレーン類縁体を基本構造として,適格なチャネル側鎖を持つチャネル分子を設計,合成することが必要である。
医療組織のEMR導入と経営・オペレーション効率化に関する研究:ものづくり視点から

本研究は、現在の医療現場が抱えている様々な問題の原因究明や医療組織の効率化ツールとして注目を浴びているEMRに焦点を当てながら、対面的なサービスである医療サービス産業にものづくり現場の分析ツール(技術オペレーション論)を援用しながら、医療サービス組織(医療ネットワークを含めて)が抱えている戦略的・組織的問題を明らかにすることを目的としている。平成20年度は,主に3つの活動を行った。第1に,ものづくり現場の思想から他のサービス産業と比較しながら,「医療サービスとは何か」,「その本質とは何か」について理論的な探索を行ったことである。その成果が具他(2008)である。この作業を通じて,他のサービス産業との比較分析の視点に立ち医療サービスを究明できるきっかけを作ったのが大きな成果である。今後,より理論的な枠組みの構築に行っていく計画である。第2に,医療サービス法人における購買と院内物流の重要性を認識しつつ,ある病院と連携しながら,その取組とプロセス・成果を観察していることである。まだ,発表の段階ではないが,今後その成果を含めて本研究成果を書籍として発表する予定で執筆作業を進めている。第3に,MIRFの協力を得て12月に実施したアンケート調査『医療経営の健全化・効率化に関する調査』である。主な設問項目は医療法人の基本事項とパフォーマンス,組織管理状況,電子カルテの導入前の状況,狙いと導入後の効果,購買と院内物流,地域連携などである。回収されたサンプルは31法人である。現在,分析を行っている途中である。今後,研究成果を学会や書籍,論文として発表して行く予定である。今年度は、ものづくり現場で用いられている、購買管理、外部企業との連携、サプライチェーンマネジメント、情報技術の活用と組織デザインなどに関するベンチマーキングを行いつつ、医療経営やオペレーション効率化、改善活動に優れたと思われる病院(約7病院)を設定し、構造的なインタビュー調査を中心に行った。インタビューの主な内容は経営状況の実態、外来患者に対するオペレーション、待ち時間の測定、建物のレイアウト、組織構造、部門間の連携のあり方、外部組織に対する連携などについてである。研究の進捗は、1.サービス産業及び医療サービスの概念定義について、2.電子カルテと関連してはIT導入の際には組織のイノベーションが必修条件であること、3.購買や院内物流においては院内の評価能力の不足の解決が最も重要な課題であることが分かった。現在にインタビュー調査をべースにしたアンケート項目設定に取り掛かっている。今年は予定したアンケート調査までは至っていないが、19年度の調査結果をべースに、平成20年度の定量的な分析を試みるとともに、引き続きインタビュー調査を行い、その研究成果を発表していく予定である。
中学校と高校における意味中心のライティング指導が英作文の質及び量に及ぼす影響

2003年度に公立中学校において、2年生の3クラス合計134名を対象として、9月中旬から11週間、実験前に熟達度テスト、プリ英作文、作文に関する意識調査を実施した。教育上の配慮から、統制群を設けず、一貫性のある文章の書き方について全員の生徒に指導した。その後、指導法1「文法的誤りを気にせず、一貫性、構成に注意して書かせる」、指導法2「思いつくままに制限時間内に多く書くことに注意して書かせる」、(1、2は各15分間)、指導法3「英語の文章を黙読させ、その内容をまとめて口頭でペア活動で発表した後に、個別に書かせる」(25分間)の3種類の指導法に分類し、同中学校の3人の教師が各々のクラスの指導を6回実施した。生徒の作文答案を研究者が採点し翌週に宅急便で返送した。実験後に、実験前と同じ調査を実施した。2004年度は、国立の高校2年生4クラスを対象として、4月上旬から12週間、統制群を1クラス設けたことを除いて前年度の中学校と全く同様な手続きで実験を行った。分析尺度として、内容の一貫性のために、望月・久保田・磐崎(2004(青木(1991)の改良版)の分析法、総口評価法の7つの指標、文法的正確さのために、EFT等12個の指標、作文の量のために、語数等9個の指標、文法的複雑さのために、T-unitの数等4個の指標、語彙の複雑さのために、洗練語割合等の7個の指標を使用した。中学校の分析結果は以下の通り。仮説1「内容の一貫性に注意して書かせた指導法1は、内容の一貫性の点で、指導法2,指導法3より、優れている」について一部支持された。仮説2「内容の一貫性に注意して書かせた指導法1は、文法上の正確さの点で、指導法2、指導法3より、優れている」は支持された。仮説3「ただ多く書かせた指導法2は、指導法1、指導法3より、作文の量が多い」は支持されなかった。仮説4「指導法1,2,3は、それぞれ、作文指導を受けるにつれて、それぞれの被験者は、文法構造上、複雑な文を作るようになる」は支持された。仮説5「指導法1,2,3による作文指導を受けるにつれて、それぞれの被験者は、より豊富な語彙を使うようになる」は、一部支持された。研究質問1「内容の一貫性、文法的正確さ、作文の量、語彙の豊かさの各々の点で、指導法1、指導法2、指導法3のうち、どれがどれが最も優れているか」については、一貫性及び文法的正確さでは指導法1、作文の量は全ての指導法、語彙の豊かさでは指導法3が最善だった。研究質問2「作文の能力・技能と熟達度はどのような関係があるか」について総合的な指導法が熟達度と総合評価の相関が高い。高校については、仮説1,2は、支持された。仮説3は一部支持され、仮説4,5は、支持されなかった。研究質問1は、一貫性、文法的正確さ、作文の量は指導法1が最善,語彙の豊かさはどの指導法もあてはまらない。研究質問2は全体的に熟達度と一貫性、作文の量、文法的複雑さとは相関が低いか殆ど相関がなかった。仮説2「内容の一貫性に注意して書かせた指導法

1は、文法上の正確さの点で、指導法2、指導法3より、優れている」は支持された。仮説3「ただ多く書かせた指導法2は、指導法1、指導法3より、作文の量が多い」は支持されなかった。仮説4「指導法1,2,3は、それぞれ、作文指導を受けるにつれて、それぞれの被験者は、文法構造上、複雑な文を作るようになる」は支持された。仮説5「指導法1,2,3による作文指導を受けるにつれて、それぞれの被験者は、より豊富な語彙を使うようになる」は、一部支持された。研究質問1「内容の一貫性、文法的正確さ、作文の量、語彙の豊かさの各々の点で、指導法1、指導法2、指導法3のうち、どれがどれが最も優れているか」については、一貫性及び文法的正確さでは指導法1、作文の量は全ての指導法、語彙の豊かさでは指導法3が最善だった。研究質問2「作文の能力・技能と熟達度はどのような関係があるか」について総合的な指導法が熟達度と総合評価の相関が高い。高校については、仮説1,2は、支持された。仮説3は一部支持され、仮説4,5は、支持されなかった。研究質問1は、一貫性、文法的正確さ、作文の量は指導法1が最善,語彙の豊かさはどの指導法もあてはまらない。研究質問2は全体的に熟達度と一貫性、作文の量、文法的複雑さとは相関が低いか殆ど相関がなかった。本研究調査の協力校として茨城県真壁町立桃山中学校に依頼して、2年生の3クラス合計134名を対象として、9月中旬に、2回の授業で熟達度テスト(50分間)、プリ英作文(15分間)、作文に関する意識調査(7分間)に答えさせた。統制群のクラスは、中学側の要請で設けないこととし、英語の文章の成り立ち、一貫性のある文章の書き方をまとめた冊子を研究者が作成して3回目の授業に50分間、中学の教師が3クラス全員に指導した。同中学校の3クラスを(A)文法的誤りを気にせず、一貫性、構成に注意して書かせる指導(15分間)、(B)思いつくままに制限時間内に多く書くことに注意して書かせる指導(15分間)、(C)英語の文章を黙読させ、その内容をまとめて口頭でペア活動で発表した後に、個別に書かせる指導(25分間)の3種類の指導法に分類し、同中学校の3人の教師が各々のクラスの指導を担当した。この指導を10月初旬から11月下旬まで、6回実施した。第1回作文指導でタイトルを生徒に提示して、15分間で書かせ、その答案を直ちに宅急便で研究代表者に送付してもらい、研究者が採点し翌週の月曜日に宅急便で返送した。第2回作文指導では、生徒は研究者のコメントに従い推敲した。このサイクルで合計6回作文指導を実施した。短期雇用の学生に生徒の答案を全てパソコンに入力させ、日本人中学生のコーパスとして保存した。これらの指導の後にポストテストとして、熟達度テスト、ポスト作文、作文に関する意識調査を12月初旬まで2回の授業で実施した。分析尺度として、内容の一貫性のために、青木(1991)の分析法、総合評価法、文法上の正確さのために、T-unit、誤り等、作文の量のために、語数等、文法的複雑さのために、T-unit、従属節の数等、語彙の複雑さのために、語彙バリエーション等の尺度を使用の予定である。分析結果は全国英語教育学会で発表予定。来年度は、研究協力校として筑波大学附属坂戸高校において、2年生4クラスを統制群、3つの指導法のクラスに分けて1学期4月から7月まで実施する予定である。2003年度は本研究調査の協力校の茨城県真壁町立桃山中学校において、2年生の3クラス合計134名を対象として、9月中旬から12月初旬まで、実験前に熟達度テスト、プリ英作文、作文に関する意識調査を実施した。教育上の配慮から、統制群を設けず、一貫性のある文章の書き方について全員の生徒に中学の教師が指導した。その後、指導法1「文法的誤りを気にせず、一貫性、構成に注意して書かせる」、指導法
オゾン酸化触媒の選択酸化特性に基づくポリエステルの新規再利用プロセスの開発

ポリエステルへのオゾン選択酸化のための基礎的知見を得るため、各種遷移金属酸化物を触媒とした芳香族炭化水素および脂肪族炭化水素のオゾン酸化分解反応を行った。マンガンは高いベンゼン、シクロヘキサン完全酸化活性を示すのに対し、他種の遷移金属(Fe, Co, Ni, Cu)では反応性が低いことがわかった。FTIRおよび昇温酸化プロファイルより、Fe, Ni, Cuでは少量の中間生成物の蓄積により活性が著しく低下することなどが明らかとなった。Co酸化物は、ベンゼンに比較的に高い活性を示すものの、シクロヘキサンの酸化反応は進行しにくいことから、適切な金属酸化物の選択により反応性を制御できることがわかった。本研究は、オゾンを酸化剤とした低温酸化触媒プロセスを利用して使用済みのポリエチレンテレフタラート(PET)などのプラスチック廃材を酸化分解し、再資源化する技術の確立を目的とする。第四周期の遷移金属(Fe、Co、Ni、Cu)の酸化物を基材とした触媒材料を開発し、これらとオゾンの接触により触媒表面上に生成する活性酸素種の反応性を制御し、PETのC-C基を保持しつつフェニル基を選択的にカルボキシル基などに酸化する反応プロセスを開発する。ポリエステルの分解反応による化学製品の製造プロセスには、芳香族炭化水素を高選択的に酸化分解する触媒材料の開発が重要である。本年度はまずポリエステルの官能基への反応性について明らかにするため、芳香族炭化水素(ベンゼン)、脂肪族炭化水素(シクロヘキサン)を反応物質とし、AgおよびFe、Co、Ni、Cuの酸化物を触媒としたオゾン酸化反応を固-気相系にて行い、各触媒の特性を比較検討した。70oCにおける各触媒上での、オゾンによるシクロヘキサンの分解反応おいて、いずれの触媒も反応初期にはベンゼン、シクロヘキサン酸化活性を示すが、時間の経過とともに低下し、Mn酸化物が最も高い活性を示すこと、Co酸化物は定常活性を示すもののMn酸化物に比べて転化率が著しく低いこと、他の3種の金属種ではほとんど定常活性を示さないことが分かった。なお、いずれの触媒を用いても気相生成物としてCO2、COが観測された。Mn酸化物では、中間生成物の蓄積量が他の金属種に比べて多いにもかかわらず他の金属種よりも活性金属種1個当たりの反応速度がはるかに高い。一方、Fe、Co、Ni、Cuでは比較的少量の炭素析出により反応が著しく抑制されることがわかった。FTIRによりこれら炭素析出者の追跡を行ったところ、室温条件においてもMn酸化物上でシクロヘキサンの開裂と酸素付加が速やかに進行することがわかった。SiO2に担持した遷移金属酸化物(Mn, Fe, Co, Ni, Cu酸化物)のベンゼンとシクロヘキサンのオゾン酸化触媒反応を行い、各成分の触媒特性について比較検討した。触媒は含浸法により調製し、600°Cで焼成したものを用いた。表面上の遷移金属をギ酸の吸着-昇温脱離反応により定量し、ターンオーバー数を比較したところ、Mnは最も高いベンゼン酸化活性を示した。in-situ FTIR、反応後の触媒の昇温脱離プロファイルにより、ベンゼン酸化反応中における触媒表面上の変化を追跡し、いずれの遷移金属においても芳香環の開裂が速やかに起こるものの、Fe,Ni,Cuを触媒活性成分とした際には中間生成物が直ちに蓄積し、ベンゼン酸化活性が低下すること、Mn,Coを用いると中間生成物が酸化分解されることにより定常活性を示すことが明らかとなった。シクロヘキサンのオゾン酸化触媒反応ではカルボン酸類などの中間生成物が生成するが、Mn酸化物では、中間生成物の蓄積量が他の金属種に比べて多いにもかかわらず他の金属種よりもTOFがはるかに高いこと、Fe、Co、Ni、Cuでは比較的少量の炭素析出により反応が著しく抑制されることがわかった。50, 90oCにおいてもシクロヘキサンのオゾン酸化分解の結果、Mn酸化物がCo酸化物よりも高活性を示し、この温度範囲ではより高温であるほど活性が高くなることがわかった。各種金属酸化物触媒を用いてシクロヘキサン-ベンゼン混合系のオゾン酸化分解反応を行った。シクロヘキサン単独基質の場合と同様にMn酸化物が最も高い活性を示しており、炭化水素の酸化分解反応に有効であることがわかった。Mn酸化物はベンゼンよりもシクロヘキサンに高い酸化活性を示し、Co酸化物はベンゼン酸化活性に比較的高い活性を示しており、金属種によって基質に対する反応性が異なることがわかった。触媒化学本研究の目的は、オゾンを酸化剤とした触媒酸化反応を利用し、ポリエステルが有する官能基を選択的に酸化分解して再資源化するプロセスを開発することにある。この研究の遂行には、活性成分となる金属、金属酸化物を適宜変えることにより、触媒表面上でオゾン分解反応により生成する活性酸素種の種類、反応性を制御することが必要である。

オゾン触媒酸化反応に用いられる触媒材料として、第四周期の遷移金属(Fe、Co、Ni、Cu)を活性成分とした担持金属酸化物が有効であり、本研究ではこれらをオゾンに対して不活性なシリカ(SiO2)担体に担持した触媒材料を調製し、芳香族炭化水素(ベンゼン)、脂肪族炭化水素(シクロヘキサン)を基質とした際のオゾン触媒酸化反応過程について精査した。ベンゼン、シクロヘキサンの酸化分解過程について反応経時変化やFTIRなどの分光法、および触媒活性試験後の昇温酸化プロファイルから詳細に検討し、各種金属酸化物の触媒特性と触媒表面上に生成する反応中間生成物の量との関係について明らかにした。特に、Mn酸化物はいずれの基質に対しても高い完全酸化活性を示すのに対し、Co酸化物はベンゼンに高い活性を示すものの、シクロヘキサンに対する酸化活性が低いことがわかった。この結果は、活性成分である金属種を変えることで芳香族炭化水素、脂肪族炭化水素の酸化反応に対して選択性的な反応を進行させることができることを示している。以上のように、オゾン触媒酸化法がポリエステルの選択酸化分解に適用可能であることが考えられ、当初の研究目的をおおむね達成していると評価できる。ポリエステルの分解反応による化学製品の製造プロセスには、芳香族炭化水素を高選択的に酸化分解する触媒材料の開発が重要である。今後はポリエステルのモデル化合物として安息香酸エステル、テレフタル酸エステルや2、6-ナフタレンジカルボン酸エステルを反応物質とし、遷移金属酸化物を触媒としたオゾン酸化反応を固-液相系にて行い、各触媒の特性を比較検討する。最も高い選択性を示した活性成分を基材として触媒材料の改質を行う。遷移金属酸化物を、固体高分子との接触性の良い非多孔質担体(TiO2、ZrO2、CeO2)に高分散担持し、同様にオゾン酸化分解反応を行う。触媒活性成分の担持量を変えた際の構造変化をXRD、EXAFS、Raman、H2-TPR(昇温還元プロファイル)により検討し、構造とその触媒特性(活性・選択性)との相関性を明らかにする。最も良好な選択性を示した触媒、反応条件において、拡散反射in-situ FTIR分光法によりPETの分解過程を追跡する。PETの官能基と触媒との相互作用について情報が得られるとともに、カルボキシル基の強いC=O基の伸縮振動によるピーク強度変化を追跡することにより酸化分解過程を明らかにする。以上の研究を遂行することにより、各種触媒材料の芳香族炭素、脂肪族炭素に対するオゾン酸化特性を明らかにし、ポリエステルの酸化分解に有効な触媒材料、反応機構について知見を得ることができる。これらの成果を基に、新規なPETリサイクル方法を構築する。本研究では、オゾンを酸化剤としたポリエステルの選択的触媒酸化反応の研究を行い、最適な触媒構造、成分を確立するとともに、ポリエステルの分解過程についてFTIRなどの分光法により明らかにする。当該年度では、基質を芳香族炭化水素、脂肪族炭化水素として固-気相系において触媒活性試験を行い、その反応性について明らかにした。次年度では、これらの結果に基づいてポリエステルのモデル化合物として液相系での触媒反応試験を行う予定であり、そのための研究資金として次年度に充てることとした。
生細胞内反応パラメーターに基づくフィードバック分子機構の定量解析

Ras-ERK情報伝達系は根本的な細胞機能に貢献しているだけでなく、様々な腫瘍の発生に関与している。よって、Ras-ERK情報伝達経路を定量的に解析し、シミュレーションモデルを構築することで、抗がん剤の標的となる分子や反応の予測および検証を行うことができると考えられる。そこで本研究では、シミュレーションの構築に必要なパラメーターを生細胞内で実測し、得られたパラメーターをもとにシミュレーションモデルの構築および検証を行うことを目指した。前年度までに、Ras-ERK情報伝達系のシミュレーションモデルを構築し、数値解析を行った。すると、「細胞内でShcがEGFRに複数個結合することが、Ras-ERK経路の活性化に重要である」という可能性を示唆する結果が得られた。この可能性を検証するために、以下の2項目に分けて実験を行った。まず、EGFRの野生型および変異体(Y1138、Y1172、Y1197)に対するEGFによるERKの活性の経時変化の計測を、ウェスタンブロッティングおよび生細胞イメージングによって計測した。Y1138、Y1172、Y1197はそれぞれ過去の論文でShcとの結合が知られている部位である(Jones RB et.al., Nature, 2006)。すなわち、もしShcがEGFRに複数個結合し、それがERKの活性に重要だとしたら、図5のWTから3Fにかけて段階的にERKの活性が減っていくことが予想される。しかし、いずれの方法においても、WTから3Fにかけて段階的にERKの活性が減っていることを確認することはできなかった。そこで次に、実際に生細胞内でShcがEGFRにいくつ結合しているのかをイメージングにより検証した。その結果、EGF刺激によって、エンドソーム上で1個のEGFRに対して約3個の割合でShcが結合していることが示唆された。26年度が最終年度であるため、記入しない。Ras-ERK情報伝達系は様々な腫瘍の発生に関与することが分かっているが、有効な抗癌剤の開発には至っていない。この一因として、Ras-ERK情報伝達系がきわめて多くの反応からなる複雑なネットワークであることが挙げられる。そこで本研究では、シミュレーションを通じたRas-ERK情報伝達系の包括的な理解を目指す。そのために、シミュレーションの構築に必要なパラメーターを生細胞内で実測し、得られたパラメーターをもとにシミュレーションモデルの構築および検証を行う。以上をふまえ、本年度は以下の3点について研究を実施した。まず、Ras-ERK情報伝達系を構成するシグナル伝達分子のin vivo Kd値の測定を試みた。実行に際し、自身が前年度までの研究で開発した、蛍光相互相関分光法(FCCS)による生細胞内Kd値測定法を用いた。その結果、本年度で20を超えるタンパク質のペアの細胞内Kd値を測定することに成功した。これは本方法がリコンビナントタンパク質の精製を必要としないために、より短時間での測定が可能になったためであり、この点は本方法のアドバンテージであるといえる。次に、もう1つのパラメーターである細胞内の内在性タンパク質の濃度の定量化をウェスタンブロッティングにより行った。Ras-FRK情報伝達系のうち、まだHeLa細胞で測定されていない10種類のタンパク質について、内在性タンパク質の個数と濃度を測定した。最後に、(1)、(2)で定量化したパラメーターを用いて、図2に示したシミュレーションモデルを構築した。現在、このシミュレーションモデルをもとに数値解析を行っている。Ras-ERK情報伝達系は様々な腫瘍の発生に関与している。しかし、Ras-ERK情報伝達系はきわめて多くの反応からなる複雑なネットワークであるため、全体像の理解は困難である。そこで本研究では、シミュレーションの構築に必要なパラメーターを生細胞内で実測し、得られたパラメーターをもとにRas-ERK情報伝達系のシミュレーションモデルの構築および検証を行うことを目指す。以上を踏まえ、本年度は以下の2点において研究を実施した。まず、前年度に得たパラメーターをもとに、Ras-ERK情報伝達系のモデルを構築した。このモデルを使って、数値解析を行った。数値解析には、甑TLABを利用した。その結果、「細胞内でShcがEGFRに複数個結合することが、Ras-ERK経路の活性化に重要である」という可能性を示唆するものである。(2) EGFRに対するShcのStoichiometryの検証次に、前述の仮説「細胞内でShcがEGFRに複数個結合することが、Ras-ERK経路の活性化に重要である」を実験的に検証することを試みた。EGFRのY1138、Y1172、Y1197はそれぞれ過去の論文でShcとの結合が知られている部位である(Jones RB et. al., Nature, 2006)。このことを、ウェスタンブロッティングとERKの活性を測定するFRETプローブであるEKARのイメージングを用いて確認を試みた。

そこで本研究では、シミュレーションの構築に必要なパラメーターを生細胞内で実測し、得られたパラメーターをもとにシミュレーションモデルの構築および検証を行うことを目指した。前年度までに、Ras-ERK情報伝達系のシミュレーションモデルを構築し、数値解析を行った。すると、「細胞内でShcがEGFRに複数個結合することが、Ras-ERK経路の活性化に重要である」という可能性を示唆する結果が得られた。この可能性を検証するために、以下の2項目に分けて実験を行った。まず、EGFRの野生型および変異体(Y1138、Y1172、Y1197)に対するEGFによるERKの活性の経時変化の計測を、ウェスタンブロッティングおよび生細胞イメージングによって計測した。Y1138、Y1172、Y1197はそれぞれ過去の論文でShcとの結合が知られている部位である(Jones RB et.al., Nature, 2006)。すなわち、もしShcがEGFRに複数個結合し、それがERKの活性に重要だとしたら、図5のWTから3Fにかけて段階的にERKの活性が減っていくことが予想される。しかし、いずれの方法においても、WTから3Fにかけて段階的にERKの活性が減っていることを確認することはできなかった。そこで次に、実際に生細胞内でShcがEGFRにいくつ結合しているのかをイメージングにより検証した。その結果、EGF刺激によって、エンドソーム上で1個のEGFRに対して約3個の割合でShcが結合していることが示唆された。26年度が最終年度であるため、記入しない。前年度までの研究で、蛍光相互相関分光法(FCCS)を用いて生細胞内で解離定数値(Kd値)を測定する方法を開発した。当該年度ではこの方法を活用しながら、Ras-ERK情報伝達系の理解につながる一定の成果を挙げることができた。その成果は以下の3点に分けることができる。(1)Ras-ERK情報伝達系を構成する20個以上のタンパク質のペアのKd値を生細胞内で測定したこと、(2)ウェスタンブロッティングにより、Ras-ERK情報伝達系を構成するタンパク質の濃度を定量化したこと、(3)(1)、(2)で得られた値をもとに、Ras-ERK情報伝達系のシミュレーションモデルを構築したこと。これらの研究成果については現在論文執筆中である。また、上記の研究成果を国内外での学会で発表した。特に2013年3月に実施されたThe 10th NIBB-EMBL Symposium2013では、FCCS研究で著名なThorsten Wohland氏と直接議論することができた。これは次年度以降の研究の進展につながる有意義な機会だったといえる。前年度までの研究で、蛍光相互相関分光法(FCCS)を用いて生細胞内で解離定数値(Kd値)を測定する方法を開発し、パラメーターを取得した。当該年度ではこのデータを使って、Ras-ERK情報伝達系の理解につながる一定の成果を挙げることができた。その成果は以下の2点に分けることができる。(1)Ras-ERK情報伝達系のシミュレーションモデルを構築したこと、