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有機イオン性官能基の特性を活用した二官能基型有機分子触媒の創製

触媒機能を有する有機小分子、「有機分子触媒」が2000年を前後し一躍脚光を浴びるようになった。しかしながら、触媒活性、反応の多様性等、実践的な合成プロセスとするには解決すべき多くの諸問題を抱えていた。従来研究における課題の抜本的な解決を図るため、有機イオン性官能基の特質に着目し、この鍵官能基を分子設計に組み込むことで、従前の有機分子触媒では成し得なかった「先例の無い触媒活性」「高い立体選択性」「広い基質適用範囲」を実現しうる有機イオン性二官能基型有機分子触媒の設計開発を行った。a本申請研究では有機イオン性官能基を積極的に触媒分子に組み込むことで、従来の有機分子触媒が抱える課題を克服しようとするものであり、申請者のここ十数年来にわたる有機分子触媒の開発研究の集大成として「究極の有機分子触媒」の設計開発を提案するものである。その基本戦略は、電荷のやり取りを伴う反応系の活性化エネルギーを大幅に下げるため、反応開始時に高エネルギー状態を創り出し、生成系へと移った際に大きな安定化を受けるシステムを構築することにある。反応開始時における高エネルギー状態はイオン性を備えた官能基により創り出すことができ、有機イオン性官能基の特質に着目した従来にない分子設計に基づき、これに不斉認識など基質認識能を付与した高活性(不斉)有機分子触媒の開発を計画している。本研究では、新規二官能基型有機分子触媒として「強塩基性二官能基型有機分子触媒」を設計開発し、これらを触媒として用いた反応開発を計画している。平成27年度は「有機カチオンの特性を活用した強塩基性二官能基型有機分子触媒の設計開発」を中心に検討した。本研究では酸性官能基に代わる水素結合ドナーとして非古典的水素結合、すなわちC-H...X相互作用に着目し、これを積極的に活用した分子設計により、高活性の獲得と高度な立体化学制御能を備えた二官能基型有機分子触媒の設計開発を目指す。本研究計画で主役となる二官能基型有機分子触媒は、従来型の酸性官能基の代わりに4級アンモニウムに代表される有機カチオンを非古典的な水素結合ドナー(C-H...X)とし、これに有機強塩基を組み合わせることで、水素結合ドナー/アクセプターを備えた分子設計を特徴としている。平成27年度は、有機カチオンとして4級アンモニウムを、有機強塩基としてグアニジンを選択肢、これらを軸不斉ビナフチル骨格に導入した触媒を設計し、その合成と触媒反応への適用を試みた。平成27年度は、二官能基型有機分子触媒として、軸不斉ビナフチル骨格に4級アンモニウムとグアニジンを導入した触媒分子の合成を計画した。この際、二つの官能基の導入位置を3,3'位とした場合と6,6'位とした場合と二通りの分子を設計し、その合成を主に検討した。強塩基性の官能基とイオン性の官能基を併せ持つ分子のため、触媒分子自体の合成ルートを確立することはできたものの、精製に過程に多くの課題を抱え、多くお時間を費やした。最終的に精製には成功したものの、効率的な方法を見出すには至っておらず、今後の課題として残されている。精製した触媒分子をMannich反応に用いて活性ならびにエナンチオ選択性について確認した。残念ながら顕著な反応促進効果は見られず、また、エナンチオ選択性も低くとどまり、作業仮説に誤りがあるのか、あるいは触媒分子設計自体に問題があるのか、現時点では明確にすることが出来ておらず、分子設計を見直した新たな構造の触媒の開発が必要となっている。当初、触媒の合成自体が危ぶまれる状況であったなか、合成に成功したこと。また、扱いにくい官能基を導入しているため、精製自体の困難さが問題視されているところ、触媒の合成と精製が可能となったという観点からは進展は見られたが、一方で、触媒機能の評価が十分できておらず、進捗はやや遅れていると判断される。「持続可能な循環型社会の構築」に即した「モノづくり」は益々重要となってきている。2000年を前後し、触媒機能を有する有機小分子が「有機分子触媒」として一躍脚光を浴びるようになった。しかしながら、触媒活性、反応の多様性等、実践的な合成プロセスとするには解決すべき多くの諸問題を抱えている。本研究では有機イオン性官能基の特質に着目し、この鍵官能基を分子設計に組み込むことで、従来研究における課題の抜本的な解決を図ろうとするものであり、申請者のここ十数年来にわたる有機分子触媒の開発研究の集大成として「究極の有機分子触媒」の設計開発を提案した。新規二官能基型有機分子触媒として「強塩基性二官能基型有機分子触媒」ならびに、「強酸性二官能基型有機分子触媒」の設計開発を検討した。「強塩基性二官能基型有機分子触媒」では酸性官能基に代わる水素結合ドナーとして非古典的水素結合、すなわちC-H...X相互作用に着目し、これを積極的に活用した分子設計により、高活性の獲得と高度な立体化学制御能を備えた触媒設計を目指した。従来型の酸性官能基の代わりに4級アンモニウムに代表される有機カチオンを非古典的な水素結合ドナー(C-H...X)とし、これに有機強塩基としてグアニジンを組み合わせることで、水素結合ドナー/アクセプターを備えた触媒を開発した。

一方、「強酸性二官能基型有機分子触媒」では、イオン性官能基、特に、超強酸と弱い塩基から生成するイオン性共役酸が有機溶媒中で比較的強い酸性を示すことに着目し、この有機イオン性酸性官能基と有機酸を、分子内水素結合を介して相互作用させることで酸性度の向上を図る触媒分子設計を行った。その結果、従来のキラルブレンステッド酸触媒では生成物を得ることが出来なかった反応系で生成物を得ることに成功した。立体選択性については依然として改善の余地があるが今後の継続研究によってその向上が期待される。触媒機能を有する有機小分子、「有機分子触媒」が2000年を前後し一躍脚光を浴びるようになった。しかしながら、触媒活性、反応の多様性等、実践的な合成プロセスとするには解決すべき多くの諸問題を抱えていた。従来研究における課題の抜本的な解決を図るため、有機イオン性官能基の特質に着目し、この鍵官能基を分子設計に組み込むことで、従前の有機分子触媒では成し得なかった「先例の無い触媒活性」「高い立体選択性」「広い基質適用範囲」を実現しうる有機イオン性二官能基型有機分子触媒の設計開発を行った。4級アンモニウム塩と強塩基性官能基を導入した触媒分子の合成に関しては概ね確立することが出来たが、精製法に関しては未だ十分な方法論の確立に至っていない。一方で、触媒機能評価の結果は作業仮説を必ずしも支持する結果とは言えない状況である。従って、今後は触媒分子の設計を見直す必要がある。軸不斉ビナフチル骨格は入手しやすい不斉源であり、構造的な自由度も低いため、引き続きビナフチル骨格を不斉源とする分子設計を継承する。一方で二つの官能基の導入位置に関しては、問題があると考えられるため、今後は、導入位置の検討を中心に進める予定である。例えば、ビナフチル骨格の2位と3'位など、近接し過ぎずに、かつ反応場の制御に効果的な距離感を保って二つの官能基を導入するよう、分子設計を工夫する予定である。有機合成化学研究計画で予定していた以上に触媒の精製に多くの時間を取られてしまったため、計画通りに研究を進めることができず、試薬や反応溶媒などの消耗品の使用が大幅に減ってしまった。その結果、今年度の予算を消化することができなくなり、次年度使用額が生じてしまった。今後は、これまでの精製法を早急に改善し、効率化することで、触媒の合成、設計を迅速に進める必要がある。幸い、精製が可能となったことから、この実験手法を改善することで触媒合成、精製を効率的に進められるようになると考えている。これらを円滑に進めることで、試薬や反応溶媒などの消耗品の使用が増える見込みであり、計画に沿った予算消化が見込めると考えている。
プロテアソームによるC型肝炎ウイルス感染機構への影響

肝癌は我が国の癌死の第3位を占める肝臓細胞癌の原因の8割がC型肝炎による。原因ウイルスであるC型肝炎ウイルス(HCV)のコア蛋白質はその脂肪肝および肝細胞癌発症に深く関わっている。本研究では、HCVコア蛋白質の成熟過程と病原性発現機構の詳細を明らかにし、宿主蛋白質を標的とした新規治療法開発の基盤確立を目的としている。RNA干渉によるPA28γ発現抑制のために、PA28γに対するsiRNA標的遺伝子配列をU6プロモーターで発現することによって決定し、培養細胞におけるPA28γの発現を大幅に抑制することに成功した。この細胞を解析したところ、翻訳後の修飾あるいは転写調節による脂肪合成および細胞増殖に関与する蛋白質の増減が観察された。膜内切断酵素SPPによる切断に必須なコア蛋白質内のアミノ酸残基および小胞体局在に必須なコア蛋白質内の領域を139-144アミノ酸と176-177アミノ酸領域と同定した。コア蛋白質とE1蛋白質はウイルス粒子を形成するために必須の構造蛋白質である。粒子形成をする際、E1の膜貫通領域を介して、コア蛋白質は結合することが予想され、その結合にはコア蛋白質多量体形成が重要であることがわかった。2)SPPおよびPA28γによるコア蛋白質の活性調節ヒト細胞内のSPPによる膜貫通領域の切断部位をMALDI-TOF/MSで同定した。また、SPPによる切断によってコア蛋白質の細胞内画分に変化が認められた。PA28γに対する標的配列を決定し、short hairpin RNAによるPA28γの発現調節を培養細胞レベルで行った。その結果、PA28γ発現およびコア蛋白質の発現に伴って、核内プロテアソーム活性が上昇していることが分かった。肝癌は我が国の癌死の第3位を占める肝臓細胞癌の原因のほとんどがC型肝炎による。siRNA発現ベクターによるPA28γ発現抑制のために、まず培養細胞を使って、PA28γに対するsiRNA標的遺伝子配列をU6プロモーターで発現することによって決定し、培養細胞におけるPA28γの発現を大幅に抑制することに成功した。また、これら細胞にコア蛋白質を発現したとき、両者で発現されているコア蛋白質の分子量に違いが認められなかった。E1の糖鎖付加に変化が認められなかったことから、E1のトポロジーには影響しないものと思われた。粒子形成をする際、E1の膜貫通領域を介して、コア蛋白質は結合することが予想され、その結合にはコア蛋白質の多量体形成が重要であることがわかった。現在ライブラリースクリーニングによる単離同定を行っている。

RNA干渉によるPA28γ発現抑制のために、PA28γに対するsiRNA標的遺伝子配列をU6プロモーターで発現することによって決定し、培養細胞におけるPA28γの発現を大幅に抑制することに成功した。この細胞を解析したところ、翻訳後の修飾あるいは転写調節による脂肪合成および細胞増殖に関与する蛋白質の増減が観察された。また、これら細胞にコア蛋白質を発現したとき、両者で発現されているコア蛋白質の分子量に違いが認められなかった。E1の糖鎖付加に変化が認められなかったことから、E1のトポロジーには影響しないものと思われた。コア蛋白質とE1蛋白質はウイルス粒子を形成するために必須の構造蛋白質である。粒子形成をする際、E1の膜貫通領域を介して、コア蛋白質は結合することが予想され、その結合にはコア蛋白質量体形成が重要であることがわかった。ライブラリースクリーニングによる単離同定を試みたが、コア蛋白質との結合に関与する蛋白質は見つからなかった。3)SPPおよびPA28γに対する発現調節に対するコア蛋白質の活性調節ヒト細胞内のSPPによる膜貫通領域の切断部位をMALDI-TOF/MSで同定した。また、SPPによる切断によってコア蛋白質の細胞内画分に変化が認められた。PA28γに対する標的配列を決定し、Short hairpin RNAによるPA28γの発現調節を培養細胞レベルで行った。その結果、PA28γ発現およびコア蛋白質の発現に伴って、核内プロテアソーム活性が上昇していることが分かった。
マクロとミクロから見た急性尿細管壊死の病態解明、治療

1.病態解明急性尿細管壊死の病態として、尿細管を直接栄養する尿細管周囲毛細血管に虚血を介してその結果壊死が生じることが知られている。その病態解明のために腎損傷マーカの中でもKIM-1とL-FABPが尿細管周囲毛細血管虚血を反映するバイオマーカであることを明らかにした。特に後者の尿中L-FABPは、生体腎移植の臨床症例を対象にして腎臓虚血時間と相関し、Pencil lens CCD video-microscopy(PLCVW)imaging法を用いて測定した尿細管周囲毛細血管血流と逆相関した。腎臓微小循環を反映するバイオマーカであることを明らかにした。2.治療臨床応用が容易であることより臨床ですでに使用しているか、または治研中の薬剤で血管内皮細胞の保護作用のある薬剤の中で塩酸olprinone(心不全保険適応薬剤)とThrombomodulin(播種性血管内凝固症候群に対する治研中)を選択し、急性尿細管壊死として腎虚血再灌流障害ラットモデルを対象にPLCVM imaging法を用いて微小循環の観点から、尿細管周囲血流を介した腎保護作用と機序を明らかにした。臨床血管内皮細胞保護薬剤を用いて急性尿細管壊死モデルラットを用い、その腎保護作用を微小循環を含めて明らかにした。尿細管壊死のバイオマーカとしてのL-FABPを用いて、さらに臨床での病態解明と、この動物実験データを基に臨床での急性尿細管壊死の治療を行う予定である。急性尿細管壊死のモデルとして下記薬剤の腎虚血再還流障害を用いて尿細管周囲血流を介した腎保護作用と機序を明らかにした。12週齢のSDラットに右腎摘出を行い、1週間後に左腎動脈より腎臓内にHRS-TM 0.25mg/kg、同量の生食を充填したのち腎動静脈を45分間クランプした。また、培養ラット尿細管上皮細胞へH_2O_2 200Mを6時間負荷し、HRS-TM10μg/mlを同時に添加した群と添加しなかった群でTUNEL陽性細胞数を比較検討した。HRS-TM投与群では生食投与群に比べ有意に再還流24時間後の腎尿細管周囲毛細血管の血流の改善および腎機能障害の軽減が認められた。腎組織のED-1染色では、HRS-TM投与群では生食投与群に比べ有意にED-1陽性細胞数の減少が認められ、マクロファージの浸潤が抑制されていた。また、腎組織のTUNEL染色では、HRS-TM投与群ではコントロール群に比べ有意にTUNEL陽性細胞数の減少を認めた。培養ラット尿細管上皮細胞においても同様結果であった。(2)心臓疾患に保険適応があり臨床薬剤としての塩酸olprinone(OL)12週齢のSDラットに右腎摘出を行った後、皮下に浸透圧ポンプを埋め込み、OLを0.2μg/kg/minで持続投与した。コントロールとして同量の生理食塩水を同じポンプを用いて皮下投与した。ポンプ埋め込み後30分後に左腎動静脈を45分間クランプし、再還流後24時間後に生体顕微鏡にて腎尿細管周囲毛細血管の血流を測定した。OL投与群ではコントロール群に比べ有意に再還流24時間後の腎機能障害の軽減、および腎尿細管周囲毛細血管の血流の改善が認められた。再還流24時間後の腎組織の検討では、OL投与群ではコントロール群に比べ有意にATN scoreの改善を認めた。昨年は、急性尿細管壊死のモデルとして薬剤の腎虚血再還流障害を用いて主に治療についてPencillensCCDvideo-microscopy(PLCVM)imaging法を用いて微小循環の観点から、動物実験尿細管周囲血流を介した腎保護作用と機序を明らかにした。今年は急性尿細管壊死の病態解明のため、腎組織の損傷マーカとして尿中L-

FABPとKIM-1を選んで、それらと尿細管周囲毛細血管との関連をPLCVM imaging法を用いて、その臨床マーカになり得るかを検討した。その結果、今年度はL-FABP,KIM-1両方での有用性を確認したが、臨床での裏付けが可能であったL-FABPについて報告する。虚血による組織障害時に、脂肪酸結合蛋白は不飽和脂肪酸を運び出し、臓器保護を司っていることが報告されている。そこで我々は腎虚血の尿中のバイオマーカーとしての近位尿細管から分泌されている肝臓型脂肪酸結合蛋白(L-FABP)の役割を評価することを目的とした。我々が開発したPLCVMイメージング技術を用いて血流再開直後の移植腎(生体腎移植n=12)における尿細管周囲毛細血管血流(PTCBF)と比較検討した。1/PTCBFと他の尿中尿細管マーカ(NAG:R=0.53,β2MG:R=-0.007,α1MG:R=0.235)は相関しなかったが、尿中L-FABPは相関し(n=12;R=0.933)加えて虚血時間と尿中L-FABPも相関(n=10;R=0.939)を示した。さらに、臨床応用の結果として腎血流再開早期の尿中L-FABPと入院期間もまた相関を認めた。ヒトL-FABPトランスゼニックマウスを30分虚血にした群はコントロール群に比して病理組織、血中BUNの障害が有意に少なく、腎保護的存在している運搬蛋白であることが推測された。腎臓損傷を反映する尿中LFABPは腎虚血と相関し、急性尿細管壊死の臨床バイオマーカとして使用可能であり病態解明の有用性が示唆された。
渦鞭毛藻赤潮指標の開発と堆積物への応用：赤潮発生メカニズムの解明

有毒赤潮渦鞭毛藻は,海洋・陸域生態系に甚大な影響を与えるため,その環境変動に対する応答が注目されてきた。本研究では,過去における渦鞭毛藻赤潮の発生頻度をより正確に復元するための新たな分析法と指標によって,今後の急激な気候変動に伴う渦鞭毛藻赤潮の応答を予測するために重要な「赤潮の発生メカニズム」を解明する。
低弾性チタン合金インプラントによる応力遮蔽抑制効果と骨癒合促進効果の検討

従来のTi6Al4V合金は高強度、高耐久性、毒性・アレルギー性の排除を満たした優れた整形外科インプラントの金属材料ではあるが、弾性率が110GPaと骨皮質(1030GPa)に比べて高弾性率であり、皮質骨との弾性率の乖離が問題となる。その結果引き起こされる応力遮蔽による骨癒合の遷延や、手術後の大腿部痛、骨萎縮は深刻な問題である。我々が開発したTiNbSn合金は45GPaの低弾性率チタン合金であり、加熱処理により強度を加工できる優れた新規材料である。本研究の目的は、低弾性率チタン合金インプラントによる応力遮蔽抑制効果と骨癒合促進効果の検証である。具体的には、Ti6Al4V合金と比較して1イヌを用いたTiNbSn合金人工股関節モデルで応力遮蔽抑制効果を検証する、2ウサギ脛骨骨折TiNbSn合金プレートモデルで骨癒合促進効果を検証することである。低弾性率チタン合金であるTiNbSb合金のプレートの開発を行い、ウサギ脛骨骨折モデルにおいてTiNbSn合金プレートとTi6Al4V合金プレートの骨癒合の解析をCT像、組織学的評価により比較検討を行っている。今後、TiNbSn合金プレート群とTi6Al4V合金プレート群それぞれで骨破断強度試験を行い、骨折治癒後のウサギ脛骨の骨強度を比較検討する予定である。またTiNbSn合金イヌ人工股関節モデルとTi6Al4V合金人工股関節モデルでの応力遮蔽抑制効果の検討について、イヌ大腿骨の荷重モデルの検証を行い、TiNbSn合金の弾性率を45GPa、Ti6Al4V合金の弾性率を110GPaに設定し、有限要素解析にて大腿骨、チタン合金ステムにかかる応力とひずみエネルギー密度分布の解析を行っている。今後実際の人工股関節置換術後のイヌ摘出骨での組織学的検討での骨萎縮の所見と有限要素解析での応力遮蔽の抑制の結果の合致について検証する。低弾性率チタン合金であるTiNbSn合金の骨折治療用のプレート作成が計画通りに進行したため、ウサギ脛骨骨折モデルの検討が順調に進展している。また、イヌ大腿骨の有限要素分析についても、イヌ荷重モデルの検証が順調に進行しており、TiNbSn合金ステムとTi6Al4V合金ステムの比較検討も順調に遂行されている。今後、低弾性率チタン合金であるTiNbSn合金プレート群とTi6Al4V合金プレート群それぞれで骨破断強度試験を行い、骨折治癒後のウサギ脛骨の骨強度を比較検討する予定である。またTiNbSn合金イヌ人工股関節モデルとTi6Al4V合金人工股関節モデルでの応力遮蔽抑制効果の検討については、実際の人工股関節置換術後のイヌ摘出骨での組織学的検討での骨萎縮の所見と有限要素解析での応力遮蔽の抑制の結果の合致について検証する予定である。またTiNbSn合金イヌ人工股関節モデルとTi6Al4V合金人工股関節モデルでの応力遮蔽抑制効果の検討については、実際の人工股関節置換

術後のイヌ摘出骨での組織学的検討での骨萎縮の所見と有限要素解析での応力遮蔽の抑制の結果の合致について検証する予定である。Ti6Al4V合金のスクリュー、プレートが再利用が可能であることから、それぞれの購入額が当初の計画よりも少なくなった。実験計画の進行に合わせて2年目以降に追加購入をする予定である。
適応型粒子群最適化法の構築とスイッチ力学系のパラメータ最適化

様々な問題に柔軟に適応できる粒子群最適化法(PSO)について考察し、3つの新しいPSOを提案した。(1)確定的な差分方程式に支配されるPSO。これは安定性解析や再現性のある動作制御に有利である。(2)粒子の動作を鈍感で接近粒子は衝突するPSO。これは複数解探索に有利である。(3)粒子間の結合にスイッチを導入したPSO。スイッチ頻度にを調節することにより、粒子間の疑似距離の制御や柔軟な粒子間の情報交換が可能である。また、パワーエレクトロニクスへの応用を検討し、スイッチング電源の制御信号最適化や、光電変換系の電源の最大電力点探索への応用の基礎となる成果を得た。1.基本的な成長木PSOのパラメータ設定について、典型的なベンチマークを対象に考察し、最適値探索成功率、計算時間、消費電力等の性能が良好となるパラメータ領域を明らかとした。アルゴリズムの適応化や簡略化についても検討し、成長過程に依存して加速度項を変化させ、時間的にパラメータを変化させる方法を考案した。探索成功率、局所最適解からの脱出特性、計算コストについて、典型的な回路合成問題やベンチマークを用いて検討を行い、手法の有効性を確認した。2.多目的関数の構成について検討し、複数のアナログ目的関数を単に線形結合するのではなく、各々の目的に基準を設け、論理式で結合するハイブリッド目的関数を考案した。これをパワーエレクトロニクスの基本問題であるインバータの合成問題に応用し、従来のアナログ目的関数に比べて、ハイブリッド目的関数は、柔軟な最適値探索が可能であることを確認した。3.スイッチ力学系の分岐現象の問題を考える対象として、太陽電池入力DC/DCコンバータや、スパイキングニューロンの数理モデルを構築し、写像法等を用いて基本的な分岐現象を解析した。太陽電池系の分岐現象に関しては、最大電力抽出と安定性の間にトレードオフが生じうることを発見した。これは応用的に重要であり、将来の最適化問題構築の基礎となる。ニューロン系では、結合遅れパラメータによって応答が安定化される分岐現象を発見した。これは、新分岐理論構築の糸口となる。1.PSOを多目的最適化に適用する方策を検討した。従来の多目的最適化を各目的関数の線形結合等で表す手法では、パレート最適解に捕われ、所望の解を求められない場合がある。これに対して、各目的関数を論理演算で結合するハイブリッド適合度を用いる方法を導入した。同方法は、場合によって目的関数の一部が悪化することを許容し、この柔軟性が目的全体の最適化を助ける。パワーエレクトロニクスの基本回路の多目的パラメータ最適化に適用して手法の有効性を確認した。2.粒子の次元を適切に自動的に調整する可変次元PSOを考案した。粒子の各次元には目的達成に効果的なものとそうでないものがあり、余計な次元は探索の妨げになる場合もある。これに対して、適合度に従って自動的に次元を統一したり分離したりできる方法を導入した。これをスイッチング回路の制御信号最適化に応用した。同応用では、粒子次元は周波数に対応し、周波数を最適化するためには粒子の次元を適切に変化させる必要があるが、本手法ではそれが可能であることを確認した。3.PSOによる分岐集合探索と最大電力点追従という新しい応用の基礎を固めた。クリーンエネルギー供給系の代表例である太陽電池入力DC/DCコンバータを対象とした。同系の簡略化モデルを構築し、最大電力抽出と安定性の間のトレードオフ問題を、区分的厳密解を用いて精密に解析し、最大電力を与えるパラメータ集合と、安定性の境界となる周期倍分岐集合が交叉することを確認した。この交差点をPSOによって探索したところ、他の手法に比べて、効率よく高速に探索できることを確認した。21-22年度は、問題の規模や複雑さに依存し、粒子数、トポロジー、次元が柔軟に変化するPSOを開発し典型的な問題に適用してその性能を検討した。多目的最適化問題では、各目的関数を論理演算で結合したハイブリッ適合度を導入しその有効性を検討した。本年度はさらに以下のような成果を得た。太陽電池から効率よく電力を抽出して負荷に供給するスイッチングコンバータ回路へ応用するための基礎研究を行った。まず、同回路の簡略モデルを導入し、系が安定に動作するパラメータを探索するための評価関数と、最大電力を供給するパラメータを探索するための評価関数を導出した。その2つの評価関数をハイブリッド適合度にまとめて記述してPSOを適用し、従来の手法よりも効率よく探索できることを確認した。特に、2つの評価関数を線形結合する方法や、全探索を用いる方法では、探索効率は著しく劣化する。そのような方法では、探索空間が広がると、探索は実質的に不可能となる。

これに対し、PSOを用いた手法は、探索空間がかなり広くなっても、探索が可能性があることが示唆された。古典的なPSOでは、乱数パラメータを含む多くのパラメータの調節が必要であり、試行錯誤に頼らざるをえない場合が多い。複数解探索(MSS)などを行う場合は、特に複雑なパラメータ調整が必要である。この問題を解決するために、離散化された探索空間で動作する簡素なPSOを開発した。離散的探索空間内で複数解を探索するために、まず解を一つだけ含む部分領域を構成し、次に各々の部分領域で探索を行う入れ子構造のアルゴリズムである。基本的な例題で、従来の手法よりかなり効率よく探索できることが明らかになった。さらに、粒子同士の衝突や、粒子位置更新を鈍感に行う方法などを導入し、そのアルゴリズムが、局所最小値からの脱出や、MSSに有効であることを、基本問題で確認した。
ポリマーブラシ型キチンナノファイバーを足場とした金属ナノ粒子の調製とその利用開発

キチンナノファイバーを足場とし、その表面に金属ナノ粒子を担時することに成功した。まず、キチンナノファイバーの表面にポリアクリル酸をグラフトし、イオン結合による金属イオンの効率的な吸着を可能にした。銀および金イオンを還元し、これらの金属ナノ粒子を担時して得られる複合体の評価を詳細に行った。銀ナノ粒子の担時によって植物病原菌に対する抗菌性を付与することが出来た。1金ナノ粒子の担時:シート状に成形したキチンナノファイバーの表面に金ナノ粒子を担時することに成功した。塩化金酸を反応剤に用いキチンナノファイバーシートを浸漬下、ハイドライド試薬で金イオンを還元することにより金ナノ粒子が析出した。得られた複合体について、その形状、光学特性、結晶性について評価した。2銀ナノ粒子の担時:シート状に成形したキチンナノファイバーの表面に銀ナノ粒子を担時することに成功した。硝酸銀を反応剤に用いキチンナノファイバーシートを浸漬下、紫外線照射によって銀イオンを還元することにより銀ナノ粒子が析出した。得られた複合体についても、その形状、光学特性、結晶性について評価した。3銀ナノ粒子の抗菌性:銀ナノ粒子/キチンナノファイバー複合体についてその抗真菌活性を評価した。5種類の植物病原菌に対する抗真菌活性を評価したところ、いずれの真菌に対しても高い胞子発芽の抑制能が確認できた。4キチンナノファイバーの製造:キチンナノファイバーの製造方法とそれに伴う諸物性の詳細な集積を行った。解繊装置(スターバースト)の処理回数と形状、粘度、光学特性、結晶性、強度に関する相関を評価して、最適な処理回数はおよそ30回であることが明らかとなった。(1)ポリアクリル酸のグラフト:キチンナノファイバーの表面にポリアクリル酸をグラフトすることに成功した。キチンへのポリアクリル酸の導入は過硫酸カリウムを開始剤としたフリーラジカル重合によって達成できた。アクリル酸の量を変えることによってグラフトされるポリアクリル酸の重合度を制御できた。グラフト反応後においてもキチンナノファイバーの特徴的な形状および伸びきり鎖の結晶構造が保持されていた。(2)金属イオンの吸着:アクリル酸をグラフトしたキチンナノファイバーの表面を足場とし銀イオンを吸着させた。ナノファイバーとして取扱いの簡便なシート(不織布)の状態で行い、銀イオンには硝酸銀を用いた。ポリアクリル酸のカルボキシルアニオンと銀カチオンのイオン的な相互作用を利用することで、効率的に銀イオンを吸着させることが可能であった。(3)金属ナノ粒子の作成:還元反応を施してキチンナノファイバーの表面に吸着させた銀イオンを銀粒子に変換した。還元方法として紫外線照射による還元をおこなった。還元反応によってキチンナノファイバーは茶褐色に変色した。これは銀ナノ粒子に特徴的な表面プラズモン吸収によるものであり、すなわち、キチンナノファイバー上の銀ナノ粒子の存在が示唆された。当初の計画は順調に達成できている。まず、過硫酸カリウムを開始剤としたフリーラジカル重合によってキチンナノファイバーの表面にポリアクリル酸をグラフトすることに成功した。得られたアクリル酸グラフトキチンナノファイバーはその詳細な評価を完了している。次いで、アクリル酸をグラフトしたキチンナノファイバーの表面を足場とし銀イオンを吸着させた。キチンナノファイバーの表面に高密度に集積したポリアクリル酸のカルボキシルアニオンと銀カチオンのイオン的な相互作用を利用することで、効率的に銀イオンを吸着させることが可能であった。そして、紫外線照射によってキチンナノファイバーの表面に吸着させた銀イオンを還元し銀粒子に変換することに成功した。得られた試料は銀ナノ粒子に特徴的な表面プラズモン吸収を示した。また、一方で複雑な化学反応を必要としない簡便なキチンナノファイバー上に担時した銀や金ナノ粒子の調製法も見出しており、得られた物質の詳細な評価を進めている。また、有力な原料となり得るキノコ類からキチンナノファイバーの製造や大量生産可能な解繊装置を用いたキチンナノファイバーの製造方法も本研究を進める課程で見出しており、当初の計画以上に研究が進んでいる。(1)キャラクタリゼーション:金属ナノ粒子を固定化したキチンナノファイバーについて、現有する設備を駆使して多角的にキャラクタリゼーションを行い、データを集積する。具体的に下記の評価を検討している。1)形状の観察、アスペクト比(走査型電子顕微鏡(FE-SEM)、原子間力顕微鏡(AFM))2)金属ナノ粒子のサイズ、粒径分布(小角X線散乱装置)3)金属ナノ粒子の元素分析(ICP発光分光分析装置、エネルギー分散型X線分光装置(EDX))4)キチンナノファイバーおよび金属ナノ粒子の結晶構造、結晶化度(広角X線散乱装置)5)キチンナノファイバーの化学構造(FTIR-ATR)6)ポリアクリル酸の重合度(GPCおよび元素分析装置)7)試料の比表面積(窒素吸着測定装置)8)破壊強度、弾性率、破壊ひずみ(強度試験機)9)相転移挙動、熱分解温度、熱膨張性(DSC、TGA、TMA)10)光学特性、表面プラズモン吸収(紫外-可視分光光度計)

(2)金属ナノ粒子の機能性評価:キチンナノファイバーの表面に配列した種々の金属ナノ粒子の機能を評価し、実用化に向けた有望な用途を探索する。具体的には触媒、電気・電子材料、医療用材料としての展開を想定しており、それらの機能の評価を行う。キチンナノファイバーの調製およびそのグラフト重合反応、そして金属ナノ粒子を担時するために必要な薬品類および器具類を計画的に購入していく。また、得られる金属ナノ粒子を担時したキチンナノファイバーをキャラクタリゼーションするために必要な消耗品類を購入する。キチンナノファイバーの製造には石臼式摩砕機と呼ばれる解繊機が必須であるが、この装置に内蔵される砥石は摩耗するため、定期的な更新が必要であり砥石を購入する。本研究の成果について、国内外の研究者に広くアピールし、専門分野において世界をリードして行きたい。よって、研究費の一部を国内外の学会での成果発表のための出張費として利用したい。当該研究費が生じた状況本研究を進める課程で、1)新たな原料からのキチンナノファイバーの製造および、2)新たな解繊装置を用いたキチンナノファイバーの製造技術を見出すことが出来た。これらの検討を新たに進めていたため、当初の計画(キチンナノファイバーのグラフト化反応の検討)に若干の遅れが生じた。遅れた分については次年度に研究する予定であり、予算の一部を次年度に繰り越すことにした。繰り越した予算については薬品の購入に充当する。
南半球における托卵性鳥類と宿主の軍拡競争の新展開：温帯ドグマからの脱却

2014年度までの4年間で,ニューカレドニアにおけるカッコウの調査はかなり大きな進展があった。野外調査はニューカレドニアにおける共同研究者、ポーランド科学アカデミーのTheuerkauf博士と共同で行った。主な成果は第26回国際鳥類学会議(東京2014)国際行動生態学会議(2014ニューヨーク)、日本鳥学会大会、日本動物行動学会大会で発表した.また国際誌へ3本の論文を発表した。社会への貢献活動として、横浜市立動物園と共催で、期間中に市民向けのシンポジウム(カグーシンポ,飛べない鳥シンポ)を2回開催した。この研究の目的は,テリカッコウ類と宿主の間で起こっているさらに多様な托卵を巡る進化的な攻防の様相を解明し、托卵行動の進化について新しいモデルを提出することである。野外調査については、ミドリカッコウ属の1種ヨコジマテリカッコウの生息地である(ニューカレドニアGrand Ferm Park国立公園の野外調査施設を拠点に、昨年度は院生の1人が現地に長期滞在して調査を行った。またほかに1名のPDと2名の院生が2-3週間の短期で調査に加わった。その結果、宿主のニューカレドニアセンニョムシクイの対寄生戦略とヨコジマテリカッコウの托卵戦略について、宿主であるニューカレドニアセンニョムシクイがカッコウ雛の排除を行う事があきらかになった。現地共同研究者との連携も順調に進み、すでに共著論文を何本か執筆中である。また熱帯域のカッコウの宿主で、ヒナ排除という対托卵戦略が進化して来たかについて、院生の佐藤望が夏期休暇に奈良女子大の高須博士の研究室に滞在し、さらに岩手医科大学の三上修博士の助言を得て、モデルの作成を行った。また2012年2月に立教大学において、科研参加者によるワークショップを開催し、1年の総括を行うと同時に次年度以降の研二究戦略を練った。これまで積み重ねられてきた関連の研究成果は、2012年8月の国際行動生態学会議(Lund大学,スウェーデン)での発表する予定で、すでに代表者の上田恵介とPDの田中啓太、院生の佐藤望が参加申込を行った。また2012年9月の日本鳥学会大会、日本動物行動学会において口頭発表を行う計画である。論文の作成は、(1)カッコウの宿主の寄生者のヒナを識別する能力とその認知メカニズムに関する論文、(2)コストの高いヒナ排除がどのように進化してきたのかに関する理論モデルについて、国際誌への投稿をめざしている。野外調査については、ニューカレドニアGrand Fern Park国立公園の野外調査施設を拠点に、2013年度は院生2人、ポスドク1名が、またドイツからPD1名が現地に長期滞在(3ヶ月)して調査を行った。またほかに日本から3名の学生が1ー2ヶ月の短期で調査に加わった。その結果、宿主のニューカレドニアセンニョムシクイの対寄生戦略とヨコジマテリカッコウの托卵戦略について、そのメカニズムについても解明が進んだ。現地共同研究者との連携も順調に進み、すでに共著論文を執筆中である。また熱帯域のカッコウの宿主において、ヒナ排除という対托卵戦略がどのように進化して来たかについて、院生の佐藤望と分担研究者の岩手医科大学の三上修とで、新しいモデルの作成を行った。さらに2014年3月に九州大学において、分担研究者の江口和洋博士の世話で科研参加者によるワークショップを開催し、2013年度の総括を行うと同時に2014年度の研究戦略を練った。これまで積み重ねられてきた関連の研究成果は、2013年8月の日本進化学会大会、同9月の日本鳥学会大会において発表を行った。ニューカレドニアにおける現地調査を2012年10月から1月にかけて行った。代表研究者と研究分担者の2名が、それぞれ、1ヶ月と2週間滞在し、その間に研究協力者の院生・PD(立教大学4名、九州大学1名)が現地入りし、野外調査に取り組んだ。その結果、40を超えるカレドニアセンニョムシクイの巣を発見し、ヨコジマテリカッコウの托卵を多数発見した。またヒナの多型現象に関して、野外実験を試み、宿主の対抗戦略に関する重要なデータを得ることができた。研究内容は2012年9月の日本鳥学会、日本進化学会、日本生態学会、スウェーデンにおけるISBE(国際行動生態学会議)において発表した。論文は、現在3本を準備して投稿中である。今年度は調査地を広げ,地元住民の理解も得て,多くの地域での比較調査を行うことができた。調査対象種のニューカレドニアセンニョムシクイは、60羽を捕獲し(うち成鳥8羽,雛52羽),足輪を装着し、血液を採取した.捕獲した個体は計測後に放鳥した。これにより、個体識別のもとでの行動観察が飛躍的に進んだ。今年の成果は、宿主であるニューカレドニアセンニョムシクイが、島内の異なる地域で,異なる形質を進化させている可能性があることがわかった点である。

また今年はカッコウの個体数が非常に少ない年であることがわかった。これは留鳥個体群でありながら、宿主の密度や宿主の対托卵適応に反応して、カッコウが托卵戦略を変化させていることを示唆している。現在、下記の成果物が電子版で公表されている。Mikami, O., Sato, N. J., Ueda, K. & Tanaka, D. K. Egg removal by cuckoos forces hosts to acceptparasite eggs. Journal of Avian Biology online first.また日本鳥学会、国際鳥類学会議にて、口頭、ポスター発表をおこなったほか、横浜市動物園(ズーラシア)と協力して、ニューカレドニア固有の鳥カグーのシンポジウムを開催し,多くの市民の参加を得ることができた。またこのときのシンポジウム内容をもとに誠文堂新光社より,『飛べない鳥』の出版をおこなった。26年度が最終年度であるため、記入しない。行動生態学26年度が最終年度であるため、記入しない。昨年度は、院生の1人が現地に長期滞在して調査を行った。またほかに1名のPDと2名の院生が2-3週間の短期で調査に加わった。その結果、初年度において、宿主であるニューカレドニアセンニョムシクイがカッコウ雛の排除を行う事があきらかになった。また現地共同研究者との連携も順調に進み、すでに共著論文を何本か執筆中である。現地調査に参加させた院生たちが、予想以上にフィールドワークをよくこなし,量的にも質的にもすばらしいデータを収集してくれた。かれらはまた自分たち独自に新しいテーマを開発して、次の研究につなげている。当初、予想していたより多くの宿主の巣を発見することができ、実験も順調に進めることができた。また、当初、予定しなかった副産物的なデータを取ることができ、すばやい論文化に進むことができた。今年度は鳥の繁殖期である9-12月に、現地調査を行う。野外調査の経験のあるPD、院生を数名派遣し、また研究代表者も現地に滞在して、より精密で、量的にも解析に十分耐えうるだけのデータとサンプルを収集するよていである。また今年は野外での分光光度計を用いた、カッコウヒナと宿主親の認知能力と色彩適応に関する実験的研究も行う。とくに問題はないが、国立公園内での鳥類の捕獲や、現地の国立公園内での宿舎利用などについてもすでに手配済みで、許可を得ている。研究計画の大きな変更はない。来年度は4年目に入り、最終年度であるため、野外調査は最小限にして,論文作成に励む。夏には代表者の所属する立教大学キャンパスで第26回国際鳥類学会議が開催される。今後は野外調査を続けつつ、より詳細なデータを収集する。また宿主とカッコウの軍拡競争のメカニズムに迫るために、宿主の認知能力に関する野外データを集める。また進化モデルの作成も行なう。
機能性タンパク質の１次元アセンブリによる高次機能創発

生物を構成する主要な分子であるタンパク質は、現在、ナノサイズの機能素子として幅広く活用されている。一方、生体内では、異なる複数のタンパク質成分が、化学的・物理的相互作用を介して、高次の機能を発現している例が多く見られる。本研究では、天然に見られる高次複合タンパク質を手本として、遺伝子組換え技術により得られる多様なタンパク質を、次元を意識して集積化するという発想の下、高次の機能を発現するバイオハイブリッド材料の設計を試みた。具体的には、タンパク質と合成高分子あるいは核酸からなる1次元状ハイブリッド分子や、機能性タンパク質がネットワーク中に組み込まれたハイドロゲルを得ることに成功した。タンパク質は、ナノ・バイオテクノロジー分野において重要な機能性分子素子である。近年、遺伝子工学技術の発展により、タンパク質分子そのものの`かたちと機能の改変'が可能となった。また、材料科学の進展と相まって、`合成分子やナノマテリアルとの複合化(ハイブリッド化)による高機能化'も盛んに研究が進められている。即ち、新技術と新材料の統合により、目的とする機能を示す新たなハイブリッド型タンパク質材料の創出が広範に試みられている。本研究では、タンパク質を分子レベルで効果的に配置・集積することで得られる新たな機能を追求することを目標としている。具体的には、翻訳後修飾酵素による部位特異的・共有結合的なタンパク質架橋反応を活用し、(1)架橋点となる基質ペプチドが適切に提示された高分子型人工足場分子の合成と足場分子上での機能性タンパク質の1次元アセンブリ、(2)人工基質ペプチドの設計に基づく足場分子に依存しない1次元タンパク質アセンブリに資する新たな方法論を提案する。本年度は、特定の分子を認識するタンパク質や核酸、植物バイオマスであるセルロースを分解する酵素等を1次元に配列し、得られる新奇タンパク質ハイブリッドの構造と機能の相関を実施した。その結果、前者について新たな合成足場分子の調製に成功し、機能性タンパク質がネットワーク中に組み込まれた新しいハイドロゲルの調製に成功した。さらに核酸アプタマーを部位特異的に修飾する新技術を確立した。また、後者についても、適当なセルラーゼを足場分子上に1次元配列することで、結晶性セルロースの加水分解効率が向上することを見出した。これらの成果を学術論文3編、特許出願2編に纏めることができた。本研究では、ナノ・バイオテクノロジー分野において重要な機能素子であるタンパク質を、異種材料と分子レベルで効果的に集積化する技術の開発と、それにより生じる新たな機能性の発現について検討している。本年度は、前年度までに確立した基盤技術をさらに発展させるべく、合成高分子上への機能性タンパク質の集積化、核酸の相補性を利用する機能性タンパク質の集積化、機能性タンパク質がネットワーク中に組み込まれたハイドロゲルを利用した細胞シートの設計の3つの課題に対して基礎検討を実行し、それぞれに対して興味深い知見が得られた。まず、抗体結合タンパク質を合成高分子上に部位特異的且つ共有結合的に一次元集積した複合体は、固相化された抗原を特異的に検出する材料として機能した。次に、核酸としてアプタマーを選択した酵素との複合体では、アプタマー末端に酵素を1次元集積することにより分子あたりの酵素活性を向上可能なことが示された。最後に、細胞接着を促す特異配列を有するゼラチンをハイドロゲルネットワーク中に配置し、ゲル上で生細胞を培養した後、ゲルを崩壊させることにより、生細胞からなる2次元シートを得ることに成功した。何れも機能性タンパク質の次元を意識して集積化するという発想から、新たなバイオ材料の創製に繋がった。さらに、機能性タンパク質のレパートリーを増やし、研究のオリジナリティを高めるため、微生物ならびにカイコによるヘムタンパク質の発現も実施し、ヘム前駆体の添加がタンパク質生産の向上に寄与することを見出した。以上の成果を、学術論文5編に纏めることができた。本研究では、バイオテクノロジー分野において広く活用されているナノサイズの機能素子であるタンパク質を、分子レベルで効果的に異種材料と複合化・集積化する技術を開発し、それにより生じる新たな機能性の発現について検討してきた。最終年度となる本年度は、これまでに確立した基盤技術のなかで、特に今後の展開に重要と考えられるトピックスに焦点を当て、集中的に取り組んだ。まず、合成高分子上への機能性タンパク質の集積化について、それぞれ分子サイズの異なる一連のタンパク質を準備し、これを合成高分子上に部位特異的且つ共有結合的に一次元集積した異種酵素複合系の構築を試みた。その結果、ラベル化条件の最適化により、異なるタンパク質が示す個々の機能性に基づく多機能性を発揮するタンパク質ハイブリッド材料の調製に成功した。さらに、分担研究者である若林博士が有する自己集合性ペプチドとの複合化により、新たな概念での機能性タンパク質の集積化の可能性を見出した。核酸の機能性を利用するタンパク質複合材料の創製については、機能性核酸としてアプタマーを選択し、その末端に複数の酵素が1次元集積化された新しい分子形の酵素-アプタマーハイブリッドの調製条件を精査し、1分子のアプタマーに100分子以上の足場となる核酸ユニットを連結可能なことを実験的に確かめ、学術論文として発表した。さらに、セルロース結合性アプタマーとセルラーゼ触媒ドメインの1:1等量複合体を効率良く調製可能な条件を確立し、新たな人工セルラーゼの創出に向けた概念実証を達成した。以上、本研究を通して得られた幅広い成果を国際学会での招待講演1件、口頭発表2件にて発表し、国内学会においても広く成果の共有を図った。さらに、Springer社が出版する学術図書の執筆依頼を2件受け、既往の成果を社会還元するためのアウトリーチ活動の一環として取り組んだ。

生物を構成する主要な分子であるタンパク質は、現在、ナノサイズの機能素子として幅広く活用されている。一方、生体内では、異なる複数のタンパク質成分が、化学的・物理的相互作用を介して、高次の機能を発現している例が多く見られる。本研究では、天然に見られる高次複合タンパク質を手本として、遺伝子組換え技術により得られる多様なタンパク質を、次元を意識して集積化するという発想の下、高次の機能を発現するバイオハイブリッド材料の設計を試みた。具体的には、タンパク質と合成高分子あるいは核酸からなる1次元状ハイブリッド分子や、機能性タンパク質がネットワーク中に組み込まれたハイドロゲルを得ることに成功した。前年度に掲げた目標は十分に達成され、当初計画の沿って着実に研究は進展している。本年度は、モデルタンパク質として抗体結合タンパク質を選択し、これに酵素基質ペプチドを導入した融合タンパク質を設計、大腸菌を宿主として組換え発現した。得られた融合タンパク質を合成高分子上に、効率良く部位特異的且つ共有結合的に集積するための基礎条件を網羅的に評価し、タンパク質と合成高分子のコンジュゲーション過程の高効率化の鍵となる基礎因子を明らかにした。さらに、抗原検出系の感度向上を志向し、カイコ幼虫を宿主とした組換えペルオキシダーゼの発現を検討し、活性型酵素を得ることに成功した。そこで、上述の融合タンパク質と同様の設計を施し、抗原検出が可能なバイオ素子として使えることを確認した。核酸アプタマーとの複合体化についても、効率的な複合化の基礎条件の設定に時間を費やし、安定した結果を得る条件を見出した。一方、前年度に新たに見出した細胞包括が可能なハイドロゲルについては、機能性タンパク質の導入により、動物細胞が2次元上に展開されたシート状構造体を得ることに成功した。以上の成果を、5編の学術論文として纏め、カイコ発現系について特許出願を実施し、学会発表も積極的に実施できたことから、研究は順調に進展していると判断した。27年度が最終年度であるため、記入しない。生体分子工学前年度までに得られた成果をさらに発展させ、機能性タンパク質の1次元集積化を基盤とした高次機能性の発現を目指す。まず、足場となる高分子材料の組成と、新たな足場分子の探索を行う。前者については、重合部位や共重合体の調製により、足場分子そのものに機能を付与し、複合化されたタンパク質機能との相乗効果の発現を狙う。次に、同一の足場材料に、異なる種類のタンパク質を共集積化するための基盤技術の確立を試みる。これを実現するためには、タンパク質架橋酵素のレパートリーを増やす必要があることから、本年度その有効性が確認された難発現性タンパク質の生産を可能にするカイコ幼虫による発現系を積極的に利用する。また、機能性タンパク質の集積化の駆動力に、非共有結合性を導入することも試みる。
対話に潜むパターンを探り当てる手法の開発:動的類似尺度を用いるアプローチ

本研究では,話題が多様である対話を対比させるために,話者のスタイルを反映する動的な特徴として,対話内での行為の遷移傾向に着目する.複数の話者間に共通する,マルチモーダルなパターンを探索するため,頷きに代表される頭部運動に焦点を当てて分析を行った.その結果,対話のパターンが,カウンセリングの段階の変化と関連している傾向が見いだされた本研究では,話題が多様である対話を対比させるために,話者のスタイルを反映する動的な特徴として,対話内での行為の遷移傾向に着目する.複数の話者間に共通する,マルチモーダルなパターンを探索するため,頷きに代表される頭部運動に焦点を当てて分析を行った.その結果,対話のパターンが,カウンセリングの段階の変化と関連している傾向が見いだされた本研究では,動的な類似尺度の利用により複数の対話をグループ化し,共通するパターンを見出すことに取り組む.話題が多様かつ場面ごとに有様が異なる非定型な構造を持つような複雑な対話は,これまで類似性の定量的な把握が困難であった.そこで,話題が多様である対話を対比させるために,話者のスタイルを反映する動的な特徴として,カテゴリ化された行為の遷移傾向を利用する.また,構造に非定型性のある対話間の関係を捉えるために,対話の進行状況によって類似尺度中の各特徴の重みを場面に応じて変化させる.以上により,現実社会の複雑な対話を対象としたパターンの発見を可能とする.本年度は,コーディング対象となりうる対話を捉える観点の中で,身振りとセラピストの発話種別に焦点を当てた.一定の規則性や依存関係をパターンとして抽出するために,様々にタイプ分けされた発話や身振りの使用頻度や使用パターンに基づき,複数の対話データを類別した.その結果,対話のパターンが身振り情報を考慮に入れることで,明確化されることが分かった.また,話者の対話技能と,パターン形成の度合いとが関連する可能性も示唆された.その一方で,対話の時間発展に伴うパターンの変化は,一連の対話中で起こった物理的なセッションの分割でとらえるだけでは十分ではなく,意味的な分割の必要性が示唆された.どのような時間区分を考慮すべきかという課題が新たに浮かび上がってきたといえる.本研究では,動的な類似尺度の利用により複数の対話をグループ化し,共通するパターンを見出すことに取り組む.話題が多様かつ場面ごとに有様が異なる非定型な構造を持つような複雑な対話は,これまで類似性の定量的な把握が困難であった.そこで、話題が多様である対話を対比させるために,話者のスタイルを反映する動的な特徴として、カテゴリ化された行為の遷移傾向を利用する.また,構造に非定型性のある対話間の関係を捉えるために.対話の進行状況によって類似尺度中の各特徴の重みを場面に応じて変化させる.以上により,現実社会の複雑な対話を対象としたパターンの発見を可能とする.本年度は,頷きに代表される頭部運動に焦点を当てた.頭部の運動をビデオデータの観察により,人手でコーディングするとと,加速度センサーにより,客観的な数値データを得ること,の2点に取り組んだ.これらのデータから,カウンセリング対話の進行に伴って,一定の規則性をパターンとして抽出するために視覚化を行った.その結果,対話のパターンが,カウンセリングの段階が変化することと関連していることが明らかになった.また,カウンセラーの対話技能と,パターンが形成される原因が異なっている可能性も示唆された.頷きの検討を行ったが,頷きの機能の細分化を,発話,特に音声と頭部運動の関係から明らかにすることが,今後の重要な課題となる.本研究では,動的な類似尺度の利用により複数の対話をグループ化し,共通するパターンを見出すことに取り組む.話題が多様かつ場面ごとに有様が異なる非定型な構造を持つような複雑な対話は,これまで類似性の定量的な把握が困難であった.そこで,話題が多様である対話を対比させるために,話者のスタイルを反映する動的な特徴として,カテゴリ化された行為の遷移傾向を利用する.また,構造に非定型性のある対話間の関係を捉えるために,対話の進行状況によって類似尺度中の各特徴の重みを場面に応じて変化させる.以上により,現実社会の複雑な対話を対象としたパターンの発見を可能とする.これまでに,頷きに代表される頭部運動に焦点を当てて分析を進めてきた.頭部の運動をビデオデータの観察により,人手でコーディングすること,加速度センサーにより客観的な数値データを得ること,の2点に取り組んだ.これらのデータから,カウンセリング対話の進行に伴って,一定の規則性をパターンとして抽出するために,視覚化を行った.その結果,対話パターンが,カウンセリングの段階が変化することと関連していることが明らかになった.また,カウンセラーの対話技能と,パターンが形成される原因が異なっている可能性も示唆された.今年度は,これらの結果を論文としてまとめるとともに,研究をさらに発展させる上で必要となる,対話の構造を捉えるための新たな分析単位やデータ収録環境について論議した.
カリックスアレーンとシクロデキストリンを結合することにより新たな分子カプセルを創成する

生体系においてはウィルスのような言わばカプセルのような分子が存在し、細胞内に進入し、遺伝情報などを送り込んでいる。我々はこれまでにない分子カプセルとして、分子認識能が異なるシクロデキストリンとカリックスアレーンを複数組み合わせた分子カプセルの作成を試みた。二分子で挟み込みにより分子を認識する基礎的な研究から、さらに複数のシクロデキストリンとカリックスアレーンを組み合わせた分子カプセルを合成し、分子認識能についても検討した。また鋳型とする球状分子表面にシクロデキストリンとカリックスアレーンを精密に配置させた。これらの分子認識はそれぞれのホスト分子の性質が全く異なるために、選択的に配置させることに成功した。形成された超分子錯体について分子サイズを見積もるためにPulsed field gradient spin echo NMR測定により見積もった。その結果、カプセル形成前とカプセル形成後には大きな分子サイズの差が見られ、シクロデキストリンとカリックスアレーンによるカプセル形成が確認された。このカプセル形成は質量分析測定においても確認され、シクロデキストリンとカリックスアレーンからなる超分子錯体であることを確認した。このカプセルの表面を修飾させ、球状分子の内部の鋳型分子を溶かしだし、表面がシクロデキストリンとカリックスアレーンからなる球状分子膜を作成した。
細胞分裂面挿入予定域形成の核シグナルで進行する素過程の制御機構

植物の細胞分裂面挿入位置は、G2期に細胞表層の幅広い微小管帯として出現した分裂準備帯(PPB)が徐々に狭くなり、狭くなったPPBの細胞膜ドメインが表層細胞分裂面挿入予定域として特殊化されることで決定する。我々はPPBが狭くなる過程で、アクチン繊維が微小管を直接束化していることを示す電子線トモグラフィー像を捉えている。また、この過程には核からのシグナルが必要なことに気づいた。そこで、本研究では、この幅狭PPB形成を誘導する核由来の因子同定と、ライブイメージングによるアクチン繊維の微小管束化の直接証明を試み、それらに関与する分子との関係を調べることで、この幅狭微小管帯形成の分子機構に迫る。