hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
広域を対象とした地すべりの発生と降水量に関する地理情報学的研究

研究目的を達成するために平成22年度に行った研究内容は,以下のようにまとめられる(齋藤ほか,2011,GIS-理論と応用,投稿中).1.土砂災害のリアルタイムモニタリングシステム(SWING system)の構築前年度までの研究で得られた「2種類の降雨イベント(短時間集中(SH)型と長時間継続(LL)型)の特徴」に基づいて,斜面崩壊を発生させる降雨イベントのリアルタイムモニタリングシステム(the system with Soil Water Index Normalized by Greatest value, SWING system)を構築した.SWINGsystemは,気象庁発表の毎正時の解析雨量と土壌雨量指数をリアルタイムで解析し,現在の降雨イベントをSH型またはLL型に分類する.その結果を図化・Web表示することで,日本全域を対象として,斜面崩壊を発生させる降雨イベントのリアルタイムモニタリングが可能である.2.2010年の豪雨による土砂災害を対象とした,SWING systemの検証SWINGsystemの構築後,2010年に発生した土砂災害(九州南部,岐阜県八百津町,広島県庄原市など)をモニタリングし,本システムの有用性を検証した.その結果,霧島市国分重久や岐阜県八百津町での事例では,SH型の降雨イベントとして過去10年間で最も斜面崩壊が発生しやすい状況であったことをモニタリング,事前予測できた.また,霧島市霧島大窪や都城市高野,庄原市の事例では,LL型の降雨イベントとして,斜面崩壊が発生しやすい状況であることがモニタリング,事前予測できた.より多くの事例での検証やシステムの改良が必要であるが,本システムを土砂災害情報として応用できる可能性が示された.研究目的のために、平成20年度に行った研究内容と研究実績は、以下のようにまとめられる。1.大規模崩壊の発生危険度評価-赤石山脈を対象として-赤石山脈の広域を対象とし、Decision-tree modelを用いた、大規模崩壊の発生危険度評価と、崩壊発生場の地形・地質の特徴を考察した。その結果、大規模崩壊の発生を高い精度で評価することができた。また大規模崩壊は、平均傾斜が約29°以上で、かつ傾斜のモードが33°以上となるような特定の流域で発生しやすいことが定量的に示された(Saito et al.,2009,Geomorphology)。2.地すべり・斜面崩壊発生危険度評価のための斜面分割手法の開発数値標高モデル(DEM)を用いて、山地における斜面分割手法を開発した。本研究で開発した手法により斜面に階層構造を定義することができた。よって、地すべり・斜面崩壊の発生危険度評価を行う際に、適切な空間スケールを選択することが可能となる。また、傾斜が30°35°程度で、かつ比高が相対的に高い、特定の斜面で崩壊が発生していることが示された(例えば、齋藤ほか,2009,日本地理学会2009年春季学術大会)。3.平成20年8月末豪雨の解析-東京都八王子市を事例として-東京都八王子市を対象に、平成20年8月末豪雨における、降水量と土砂災害発生との関係の解析を行った。土壌雨量指数を用いて解析した結果、今回の事例は、過去数年間で最も土砂災害が発生しやすい状況であることがわかった(齋藤ほか,2008,地理)。研究目的を遂行するために、平成21年度に行った研究内容と研究実績は、以下のようにまとめられる。日本列島を対象に、斜面崩壊が発生した降水イベントの平均雨量強度(mm/h)-降水継続時間(h)(以下、「I-D」)を解析し、斜面崩壊が発生する閾値となるI-D基準線を算出した。対象としたのは、20062008年に全国で発生した1,174件の斜面崩壊災害(降水に起因)である。結果、以下のI-D基準線、およびI_<MAP>-D基準線が得られた。これらの基準線を世界各地での同様な先行研究と比較したところ、我々が求めた日本のI-D(I_<MAP>-D)基準線は世界の中でも特に低いことが明らかになった。本研究は、日本における斜面崩壊の発生と降水量(I-D)との関係を、グローバルな視点から定量的に明らかにした。前述のデータを用いて、日本列島において斜面崩壊が発生する降水イベントの特徴を、定量的に明らかにした。ここではI-Dに加えて、気象庁が開発した土壌雨量指数(SWI)の時系列変化に注目した。これまでの気象庁の研究により、SWIは土砂災害の発生と高い相関関係にあることが示されている。結果、斜面崩壊が発生する降水イベントは、短時間強雨(SH)型と長時間少雨(LL)型の2タイプに定量的に分類できた。この特徴は、斜面崩壊の発生予測に有用であると考える。そこで、解析で用いたデータ(20062008年)よりも後の、2009年の土砂災害事例を用いて検証を行った。その結果、SH型、LL型共に、正しく分類・予測可能であった。つまり本研究により、2種類の降水イベント(SH、LL型)が斜面崩壊の発生に重要であることが実証的に示され、これは土砂災害対策に応用可能であると言える。研究目的を達成するために平成22年度に行った研究内容は,以下のようにまとめられる(齋藤ほか,2011,GIS-理論と応用,投稿中).1.土砂災害のリアルタイムモニタリングシステム(SWING system)の構築

前年度までの研究で得られた「2種類の降雨イベント(短時間集中(SH)型と長時間継続(LL)型)の特徴」に基づいて,斜面崩壊を発生させる降雨イベントのリアルタイムモニタリングシステム(the system with Soil Water Index Normalized by Greatest value, SWING system)を構築した.SWINGsystemは,気象庁発表の毎正時の解析雨量と土壌雨量指数をリアルタイムで解析し,現在の降雨イベントをSH型またはLL型に分類する.その結果を図化・Web表示することで,日本全域を対象として,斜面崩壊を発生させる降雨イベントのリアルタイムモニタリングが可能である.2.2010年の豪雨による土砂災害を対象とした,SWING systemの検証SWINGsystemの構築後,2010年に発生した土砂災害(九州南部,岐阜県八百津町,広島県庄原市など)をモニタリングし,本システムの有用性を検証した.その結果,霧島市国分重久や岐阜県八百津町での事例では,SH型の降雨イベントとして過去10年間で最も斜面崩壊が発生しやすい状況であったことをモニタリング,事前予測できた.また,霧島市霧島大窪や都城市高野,庄原市の事例では,LL型の降雨イベントとして,斜面崩壊が発生しやすい状況であることがモニタリング,事前予測できた.より多くの事例での検証やシステムの改良が必要であるが,本システムを土砂災害情報として応用できる可能性が示された.
マイクロカプセル液による遠心ポンプ溶血模擬試験

血液ポンプでは,ポンプの力学的性能のみならず血液の溶血(血液の損傷)と凝固が問題となる。とくに遠心血液ポンプでは羽根の高速回転のため溶血が起りやすく,この溶血の少ないポンプの開発が重要である。実際の血液を使って溶血試験を行うと,そのデ-タにはバラツキが多く,溶血の主要因であるはずの力学的要因と溶血との対応は容易ではない。これは、血液が接触する材料表面上の複雑な生体吸着反応が関与しているからである。そこで,血液の血球の代りに,力学的性質が血球に類似したマイクロカプセルを開発し,純枠の力学的要因のみによるカプセルの損傷から溶血の模擬試験を行い,溶血の少ないポンプの開発とその評価に役立てようとするものである。得られた成果はつぎの通りである。1.マイクロカプセル溶液(富士フィルム社製造)を赤血球とみなして模擬溶血試験を行う方法を確立した。つまり,マイクロカプセル中のロイコ染料が殼膜の損傷によって油滴となってカプセル外に遊離する。このサンプル液にシリコン油を加へ油滴中の色素をこのシリコン油中に抽出し,これを感色紙上に滴下して,その濃度からマイクロカプセルの損傷の程度を求める。これは血液において遊離ヘモグロビンの測定から溶血の程度を知ることに相当している。2.歳差式遠心血液ポンプ,二重回転コ-ンおよび密閉歳差式ポンプに対し模擬溶血試験を行い,カプセルの損傷が剪断応力と時間の積の指数関数で表わされることを見出した。また,回転数が3500rpm以下では損傷量がすべて剪断応力と時間の積のみに依存するが,当ポンプの場合3500rpmを境としてこれ以上では損傷が著しく増加することがわかった。また、この結果は全体血でも全く同様であることがわかった。3.現在のカプセルの強度は赤血球の数培の強度を有するので試験時間が長くなるが,試験時間を短かくするため低強度のカプセルを期待する。1.研究目的:遠心血液ポンプはポンプの力学的性能のみならず血液の溶血と凝固が問題となる。実際の血液を使って溶血試験を行うと、そのデ-タにはバラツキが多く、溶血の主要因であるはずの力学的要因と溶血を対応ずけることは必ずしも容易ではない。それは、血液が接触する材料表面に血漿蛋白をはじめ血球成分が粘着して、複雑な生体吸着反応が関与するからである。そこで本研究は,血球に類似の力学的性質を有するマイクロカプセルを開発し、その損傷の程度を測定する方法を確立し、溶血の少ないポンプの開発とその評価に役立てる。2.(1)二重コ-ン・カップの隙間に擬似血液を満たし、外側のコ-ンカップを回転させて一様なせん断速度を与え、マイクロカプセルの単位時間当たりの損傷の程度を遊離したロイコ染料の色素濃度から求める。この際、遊離したロイコ染料の油滴が均一に液中に分散し、試験血液と全く同一の組成となるよう界面活性剤を用いて処理し、色素濃度測定に至るまでの操作法う確立した。しかし、現在のコ-ン・カップは供試血液量が0.5mlと少なく、測定時点が一点で時間経過を追うことができないので、目下、大容量のコ-ンカップを製作中で、一回当たりの供試血液量をふやして、溶血量の時間経過と剪断応力との関係を明らかにしていく。

(2)この擬似血液を用いて歳差式遠心血液ポンプの模擬溶血試験を行った。溶血量は時間に対して指数関係的に増加していくことが明らかになり、今後、系統的に運転条件を変えたデ-タを集録していき、ポンプの作動状態と溶血との関係を明らかにしていく。(3)ここに用いたマイクロカプセルは富士写真フィルム(株)で特別に製造されたものであるが、従前の製品よりはカプセル強度を30%下げ、血液の強度により近づいているが、さらに強度を下げた血球強度に近いマイクロカプセルの製造を期待している血液ポンプでは,ポンプの力学的性能のみならず血液の溶血(血液の損傷)と擬固が問題となる。とくに遠心血液ポンプでは羽根の高速回転のため溶血が起りやすく,この溶血の少ないポンプの開発が重要である。実際の血液を使って溶血試験を行うと,そのデ-タにはバラツキが多く,溶血の主要因であるはずの力学的要因と溶血との対応は容易ではない。これは,血液が接触する材料表面上の複雑な生体吸着反応が関与しているからである。そこで,血液の血球の代りに,力学的性質が血球に類似したマイクロカプセルを開発し,純粋に力学的要因のみによるカプセルの損傷から溶血の模擬試験を行い,溶血の少ないポンプの開発とその評価に役立てようとするものである。得られた成果はつぎの通りである。1.マイクロカプセル溶液(富士写真フィルム社製造)を赤血球とみなして模擬溶血試験を行う方法を確立した。つまり,マイクロカプセル中のロイコ染料が殻膜の損傷によって油滴となってカプセル外に遊離する。このサンプル液にシリコン油を加へ油滴中の色素をこのシリコン油中に抽出し,これを感色紙上に滴下して,その濃度からマイクロカプセルの損傷の程度を求める。これは血液において遊離ヘモグロビンの測定から溶血の程度を知ることに相当している。2.歳差式遠心血液ポンプ,二重回転コ-ンおよび密閉歳差式ポンプに対し模擬溶血試験を行い,カプセルの損傷が剪断応力と時間の積の指数関数で表わされることを見出した。また,回転数が3500rpm以下では損傷量がすべて剪断応力と時間の積のみに依存するが,当ポンプの場合3500rpmを境としてこれ以上では損傷が著しく増加することがわかった。また,この結果は生体血でも全く同様であることがわかった。3.現在のカプセルの強度は赤血球の数倍の強度を有するので試験時間が長くなるが,試験時間を短かくするための低強度のカプセルを期待する。
自活線虫とバチルスが切り拓く病害虫防除の新たな可能性―生物農薬技術革新を目指して

本研究では,世界で1,000億USドルの損害を引き起こす植物寄生性線虫被害抑止に向け,バチルス・自活線虫優占化コンポストを用いた土壌微生物群の多様性向上・抗生物質生産により化学農薬に依らない革新的微生物土壌微生物管理技術を開発すると共に,その防除機序を分野横断的なアプローチにより学術的に解明することで,バチルス・自活線虫を優占化させたコンポストや生物農薬の最適化・マニュアル化・普及促進を試みる。
硬脆材料の延性モード切削に関する研究

X線望遠鏡などに代表される硬脆材料の超精密加工に対する需要は日々増しており、その重要性が伺える。したがって、将来効率よく硬脆材料の超精密加工を実現するには、硬脆材料の延性モード除去機構を十分検討する必要がある。そこで、本研究では延性モード加工による、クラックフリーでダメ-ジのない加工品を生産するための基礎研究を行ってきた。具体的には次の項目を検討し、新しい知見が得られた。(1)安定した微小切込みの実現:工具と工作物が接触する瞬間の現象を電気信号により捕らえる実験システムを確立し、現象の解析を行った。さらに、加工機械の要素からの検討を加え、工具と工作物間の運動誤差を補償する制御系を構築した。何れも有用であることを確認した。(2)加工表面の評価:超精密加工で得られる加工表面の評価法を確立するために、現在の計測装置の問題点を挙げ、表面形状評価の体系化,凹凸形状の一義性と互換性、微視的表面凹凸形状のキャラクタリゼーション等について考察を行った。これより、本質的な加工表面の評価基準が構築できた。(3)加工精度に及ぼす工具形状の影響:ファインセラミックスの超精密加工におけるダイヤモンド工具形状が及ぼす影響について検討を行った。Rバイト、フラットバイトについて実験を行った。その結果、硬脆材料の延性モード切削においても工具形状の選択が重要であることが示された。(4)延性モード加工機構の解明:延性モード加工が比較的容易に実現できる砥粒加工を応用して超精密研削切断法を新たに考察し、延性モード加工機構の解明を試みた。その中で、AEセンサを用いれば材料破壊状況を実時間観測可能であることを実証した。これらの研究成果は、将来硬脆材料の延性モード加工を安定して実現するための重要な基礎データとして活用されるものと確信する。超精密加工技術は,磁気ディスク基板,感光体ドラム,シリコンウエハなどのような民生品の加工にとって重要な技術であり,こうした製品を製造する産業分野が活性を極めている現在の日本において,その技術が諸外国に比較して進んでいる分野の一つである.しかし,日本における超精密加工技術の適用範囲は,上記のような比較的小型の軟質材料の製品の加工に限られており,宇宙・航空の分野で使用されるX線望遠鏡のミラ-に代表されるような硬脆材料の部品の加工技術に関しては,アメリカ・ヨ-ロッパの研究開発に遅れをとっているのが現状である.このような製品は単品生産に近い形態で生産が行われるため,最も形状創生の精度が高いダイヤモンド切削により最終仕上げ状態に近いところまで仕上げたいとする要求が強い.このため,このような硬脆材料を延性モ-ドで切削を行い,クラックフリ-でダメ-ジの少ない加工面を得ることが望まれている.しかし,この技術を実用に供することができるようにするには,(1)安定して微小な実切込みが実現できるようにする.(2)加工機械の剛性と運動精度を高める,(3)ダイヤモンドバイトの切れ味と耐摩耗性を高めるなどの加工に関連する技術と,(4)微小切削溝形状を高精度に計測する,(5)加工面のダメ-ジを高精度に評価するなどの周辺技術を確立することが必要である.本研究では,これらの次世代超精密加工技術に関して相互に関連を持ちながら研究開発を行い,硬脆材料の延性モ-ド切削が安定して行え,またその加工結果の評価が可能となるように以上の技術を確立する.超精密加工技術は、磁気ディスク基板,感光体ドラム,ポリゴンミラー,シリコンウエハなどのような民生品の加工にとって重要な技術であり、こうした製品を製造する産業分野が活性を極めている現在の日本において、その生産技術が諸外国に比較して進んでいる分野の一つである。

しかし、日本における超精密加工技術の適用範囲は、上記のような比較的小型の軟質材料の製品の加工に限られており、宇宙・航空の分野で使用されるX線望遠鏡のミラーに代表されるような硬脆材料の大型部品の加工技術に関しては、国内に需要がないためにアメリカ・ヨーロッパの研究開発に遅れをとっているのが現状である。このような製品は単品生産に近い形態で生産が行われるため、最も形状創成の精度が高いダイヤモンド切削により最終仕上げ状態に近いところまで仕上げたいとする要求が強い。このため、このような硬脆材料を延性モード状態で切削を行い、クラックフリーでダメージの少ない面を得ることが望まれている。しかし、この加工技術を実用に供することができるようにするには、(1)安定して微小な実切込みが実現できるようにする、(2)加工機械の剛性と運動精度を高める、(3)ダイヤモンドバイトの切れ味と耐摩耗性を高めるなどの加工に関連する技術と、(4)微小な切削溝形状を高精度に計測する、(5)加工面のダメージを高派度に評価するなどの周辺技術を確立することが必要である。本年度は、現状の加工技術や評価技術について検討を行った前年度の研究成果を受けて、次世代超精密加工技術の基盤技術として重要な工具の微小切込み制御技術や加工面の高精度な評価技術について検討を行った。すなわち、加工技術に関しては、高派度な微小変位計と圧電アクチュエータを用いることにより、軟質金属の超精密切削加工面を参照面とした工具台の微小切込み制御技術を確立した。加工面の評価技術に関しては、4分割フォトセンサを用いたオンマシン形状精度測定技術を開発した。また、AFMを用いた加工面の幾何学的表面性状の評価について検討を行うとともに、超音波顕微鏡を用いて加工面の変質を高分解能に検出するために異方性検出用音響レンズを開発し、軽度な加工変質に対してる評価が可能となることを示した。X線望遠鏡などに代表される硬脆材料の超精密加工に対する需要は日々増しており、その重要性が伺える。したがって、将来効率よく硬脆材料の超精密加工を実現するには、硬脆材料の延性モード除去機構を十分検討する必要がある。そこで、本研究では延性モード加工による、クラックフリーでダメージのない加工品を生産するための基礎研究を行ってきた。具体的には次の項目を検討し、新しい知見が得られた。(1)安定した微小切込みの実現:工具と工作物が接触する瞬間の現象を電気信号により捕らえる実験システムを確立し、現象の解析を行った。さらに、加工機械の要素からの検討を加え、工具と工作物間の運動誤差を補償する制御系を構築した。何れも有用であることを確認した。(2)加工表面の評価:超精密加工で得られる加工表面の評価法を確立するために、現在の計測装置の問題点を挙げ、表面形状評価の体系化,凹凸形状の一義性と互換性、微視的表面凹凸形状のキャラクタリゼーション等について考察を行った。これより、本質的な加工表面の評価基準が構築できた。(3)加工精度に及ぼす工具形状の影響:ファインセラミックスの超精密加工におけるダイヤモンド工具形状が及ぼす影響について検討を行った。Rバイト、フラットバイトについて実験を行った。その結果、硬脆材料の延性モード切削においても工具形状の選定が重要であることが示された。
非可換岩澤理論

非可換岩澤理論の中心テーマとなる「非可換岩澤理論の主予想」を,非常に一般な形で定式化した(研究代表者加藤と,J.Coate,T.Fukaya,R.Sujatha,O.Venjakobの共同研究).加藤はさらに,この予想の解決に向けた進展を得た.解決への鍵となる方法は,非可換岩澤代数のK_1群の構造の研究である.それにより,非可換岩澤理論を,可換岩澤理論と,様々な可換P進センタ関数の間の合同の研究へ帰着する道を開いた.そして,ガロク群ガハイゼンベルグ型の群の場合に総実代数体の非可換岩澤理論の主予想を証明した.また,臼井三平・中山能力氏と,混合Hodge構造の退化の研究をおこない,SL(2)軌道定理の混合Hodge構造版を得るなどしたが,このP進版も作り,また,S.Bloch氏との共同研究により,regnlatorの退化でのふるまいについての理論をつくりそこにセンタ関数の値がかかわることを示して岩澤理論の新しい方向を開いた非可換岩澤理論の中心テーマとなる「非可換岩澤理論の主予想」を,非常に一般な形で定式化した(研究代表者加藤と,J.Coate,T.Fukaya,R.Sujatha,O.Venjakobの共同研究).加藤はさらに,この予想の解決に向けた進展を得た.解決への鍵となる方法は,非可換岩澤代数のK_1群の構造の研究である.それにより,非可換岩澤理論を,可換岩澤理論と,様々な可換P進センタ関数の間の合同の研究へ帰着する道を開いた.そして,ガロク群ガハイゼンベルグ型の群の場合に総実代数体の非可換岩澤理論の主予想を証明した.また,臼井三平・中山能力氏と,混合Hodge構造の退化の研究をおこない,SL(2)軌道定理の混合Hodge構造版を得るなどしたが,このP進版も作り,また,S.Bloch氏との共同研究により,regnlatorの退化でのふるまいについての理論をつくりそこにセンタ関数の値がかかわることを示して岩澤理論の新しい方向を開いたJ.Coates氏ら4人と人とおこなった共同研究により,非可換岩澤理論の主予想を定式化することができた.これは論文主予想の解決は,大変難しく,近い将来に完全解決をすることは困難なので,部分的解決,関連する理論の開拓をめざしたい.主予想のさらなる改良や,主予想解決へのプランを含むものとして,論文また,非可換岩澤理論におけるP進L関数の構成の糸口になるものと期待しつつ非可換岩澤代数のK_1群を研究して論文可換なガロワ拡大を考察する旧来の岩澤理論を可換なガロワ拡大へと一般化する、非可換岩澤理論の研究をおこなっている。非可換岩澤理論の良い定式化は、2005年発表のJ.Coates氏ら5人の著者と書いた論文、Proceedings of Amer.Mathに発表予定の深谷太香子氏と書いた論文でおこなったが、さらにその後、非可換岩澤理論においては、単数群やイデアル類群の岩澤理論も楕円曲線の岩澤理論も一体化してくる、ということに関して非可換岩澤理論の定式化をおこなった。非可換岩澤理論における$p$進ゼータ関数を構成することは、大変重要な問題であるが、それを構成することを、さまざまな可換岩澤理論の$p$進ゼータ関数の間の合同式を証明することに帰着する、という方向の研究を、ガロワ群が、特別な、$p$進リー群の場合におこなって、ある程度の成功を収めた。また、ガロワ群が、特別な$p$進リー群の場合に、単数群の普遍ノルムの群をもとめることに成功した。その普遍ノルムの群考察を用いて、Grossの$p$進単数基準を一般化することを得た。研究分担者の深谷太香子氏も、局所体の岩澤理論について、特別な$p$進リー群の場合に、可換ガロワ拡大の場合に知られている理論を拡張する研究をおこなった。臼井三平、中山能力氏と、Hodge構造の退化に関する、$SL(2)$軌道の理論を、混合Hodge構造の退化へと拡張し、それを用いて、混合Hodge構造の分類空間に良い無限遠部分を付け加えることに成功した。これはまだ非可換岩澤理論に直接の応用はないが、$p$進化することや保型形式への応用を通じて、さきざき関係させていきたいと計画している。総実代数体の非可換岩澤理論の主予想を、ガロワ群がハイゼンベルグ型の群である場合という特別な場合にではあるが、証明することができた。これはそれ以前からおこなってきた岩澤代数の群環のK_1群の研究と、ヒルベルト保型形式の理論を融合させることによるものである。プレプリントにまとめた。また、J.Coates, R.Sujatha,深谷太香子氏と共同で、代数体上のアーベル多様体のP巾セルマー群と、アーベル多様体のL関数の関数等式にあらわれるルート数の関係について研究し、P巾セルマー群の余階数の偶奇がルート数の正負に一致することを、アーベル多様体がP^g次の同種(gは次元)を持つときに証明し、また、P巾セルマー群のガロワ拡大におけるふるまいを、非可換岩澤理論によってとらえることができた。

これはプレプリントHodge構造の分類空間に、退化に対応する無限遠点をつけ加えること(部分コニパクト化)について、これまで臼井三平、中山能力両氏とおこなってきた研究をさらに進展させ、またそのP進版を構成し、ゼータ関数の値也岩澤理論との関係を得ることができるようになった.P進版では、P進Hodge構造の分類空間に無限遠点をつけ加えることに成功した、混合Hodge構造や混合P進Hodge構造の空間を,SL(2)軌道の空間へと拡大した.ゼータ関数の値との関係は,S. Bloch氏との共同研究で退化に伴うregulatorやheight pairngの漸近挙動についての理論を作りそこにセンタ関数の値が現れることを示した.これはゼータ関数の数論の新局面を開くものである.非可換岩澤理論と局所定数の関係についての共著論文をJ. Coates氏らと完成した.非可換岩澤理論において私の見出した方法がKakde氏などによって応用される進展があった
確率ボラティリティモデルに対する最適ヘッジ戦略の導出と数値計算法の研究

本研究は、数理ファイナンスにおける金融派生証券に対する最適ヘッジ戦略に関するものである。具体的には、ジャンプ型確率ボラティリティーモデルの代表であるBarndorff-Nielsen and Shephardモデル(BNSモデル)に対し、代表的な最適ヘッジ戦略であるmean-variance hedging(MVH)の明示的表現を導出し、さらに高速フーリエ変換をベースとした数値計算法の開発を行うことを最終目標としている。まず第一段階として、もう一つの最適ヘッジ戦略であるlocal risk-minimization(LRM)の数値計算法の研究を、平成30年度中に行う予定であった。私自身の先行研究で、BNSモデルがマルチンゲール性を持つ場合に対する数値計算法の提案は行ったが、一般の場合はできていなかった。これまでMalliavin解析を用いた研究を行ってきたが、これまでの方法では立ち行かなくなってしまった。そのため、Malliavin解析とは別のアプローチも考えてみることにした。そこで今年度は、基本的なジャンプ型モデルのフレームワークである幾何Levyモデルに対し、ペイオフが指示関数で表現されるデジタルオプションを考え、LRMの数学的導出に成功した。とりわけ、指示関数はMalliavin微分が計算できないことから、Malliavin解析を用いることができない。そこで、伊藤解析を用いてLRMを導出することを試し成功した。現在、学術論文雑誌に投稿する準備を進めているところである。この成果をBNSモデルに対するLRMやMVHに関する研究に発展させていきたい。本研究課題を始めるに当たり、主要な数学的手法としてLevy過程に対するMalliavin解析を考えていたが、この方法に限界を感じた。そこで他のアプローチによる研究も視野に入れ、指示関数で表現されるオプションに対する研究を行い、古典的な伊藤解析による研究を追加した。このため、少し進捗が遅れている。今後は、デジタルオプションの研究成果をBNSモデルへと発展させることを目指す。これは本研究課題の最終目標であるBNSモデルに対するMVHの研究へと繋がっていく。国際学会に出席するため、平成30年度中に2度の国外出張を行った。しかし、別の資金で賄うことができたため、平成30年度の使用額が少なくなった。平成31年度も2度以上の国際会議への出席を計画しており、その資金として有効に使用する予定である。
ゲノムDNA上に生じた一分子の付加体の測定方法の開発

発がんにDNA付加体が関与していることはよく知られている。第3世代のシークエンシング技術によって、DNA上の付加体形成を同定することが可能となった。我々は1塩基のDNA付加体を持ったオリゴヌクレオチドを用いて、シークエンシング解析を行ったところ、DNA付加体の位置でポリメラーゼ伸長反応の遅延が観察された。次に我々は、ゲノムDNA中に存在するDNA付加体の量は非常に少ないことから、免疫沈降法を用いて付加体を含むDNA断片の濃縮を行った。これらの方法を組み合わせることにより、付加体形成と重要な部位での突然変異との関係が明らかになると考えられる。化学物質によるDNA付加体が遺伝子変異を引き起こすことは良く知られている。発がんがたった一分子のDNA付加体によって引き起こすことも理論的には考えられる。この一分子イベントを観察するために、第3世代シーケンサーによる一分子DNAの配列解析を用いた。この配列解析方法においてポリメラーゼ伸長反応は修飾塩基部位で遅延することから、伸長速度遅延によって一分子のDNA付加体の部位を検出することが可能かを検証した。まず、O6-methyl-deoxyguanosine (O6-MedG)、O6-carboxymethyl-deoxyguanosine(O6-CMedG)、8-oxo-deoxyguanosineを一塩基含むオリゴヌクレオチドを合成し、環状構造のテンプレートを作成した。この付加体を持つDNAをPacBio RSIIシーケンサーで解析したところ、ポリメラーゼ伸長反応の遅延がDNA付加体部位で観察された。付加体塩基での伸長速度遅延は平均で通常の塩基の伸長速度の100倍程度であったが、O6-MedGとO6-CMedGでの伸長速度遅延の値は、大きな差は見られなかった。さらに各リードの個別解析集計結果により伸長速度遅延は120倍付近をピークとして20倍から200倍の間で正規分布しており、常に一定の遅延を示すわけではない事が分かった。これらの実験結果により、第3世代シーケンサーによるDNA付加体検出が可能であることが分かったが、同時に付加体の種類の同定には不向きであることが予想された。本年度の研究により、第3世代シーケンサー(PacBio RSII)を用いた各種DNA付加体の検出が可能なことが明確になるとともに、その解析方法に関する基礎的なデータを得られた。リード全体の解析と共に、個別のリードの結果を解析を行った結果、単分子のDNAでの伸長反応遅延についても解析することができた。化学物質によるDNA付加体は遺伝子変異を引き起こし、その変異がクリティカルな部位に生じれば発がんの原因となる。第III世代シーケンサーを用いた配列解析において、DNA付加体のような修飾塩基が存在するとポリメラーゼ伸長反応が遅延する。これまでの検討で、この伸長反応の遅延によって一分子のDNA付加体の部位を検出することが可能であることが分かった。DNA中に1塩基のO6-Methyl-2'-deoxyguanosineを持つ二本鎖DNAを作成し、PucBio社RSIIシークエンサーによって解析した。個々のDNA付加体に対する伸長遅延をリード別に解析したところ、遅延率は一定ではなく、平均から1/10から10倍程度の開きを持って正規分布していることが分かった。このことから、DNA上の付加体検出は可能だが付加体の種類を伸長遅延率で判定することは難しいと考えられた。さらにこの方法での検出感度を検討するために、付加体を持つDNAフラグメントを通常のDNAフラグメントと混合して検出を試みたところ、検出限界は一割以上付加体付きDNAが存在していないと検出ができないことが分かった。検出感度の低さの原因はハードウェア側ではなく、付加体を持つDNAの解析結果がカバレッジの低さなどの理由で解析から自動排除されている可能性が考えられた。このため、各種解析パラメーターをチューニングしたところ、1%前後の混合比であれば解析可能であることが分かった。しかしながらDNA付加体の形成割合は1/1000000程度であり、全ゲノム中にわずかしか含まれていないDNA付加体の濃縮方法の開発が今後の課題である。第III世代シークエンサーを用いた通常の一分子シークエンスとしての利用法から逸脱した使用方法を行っているため、付加体検出のためのデータ解析が困難であると考えられたが、バイオロジー関連メガデータ解析を専門としている業者にデータ解析の協力を仰ぎ、パラメーターをチューニングすることで検出感度の上昇を実現することができた。化学発がん物質によって引き起こされるDNA付加体は修復過程で遺伝子変異を引き起こす。我々は、第III世代シーケンサーを用いた配列解析において、DNA付加体の存在により伸長反応が遅延することを利用し、DNA付加体の一分子検出を試みた。1塩基のO6-Methyl-2'-deoxyguanosineを持つ二本鎖DNAを作成し、PucBio社RSIIシークエンサーによって解析した結果、伸長反応遅延によって付加体形成部位を検出することが可能であった。しかし、リード別にDNA付加体に対する伸長遅延を解析した結果、遅延率は一定ではなく100倍程度の開きを持って正規分布していた。このようなブロードな遅延はO6-Carboxymethyl-2'-deoxyguanosineを用いた実験でも認められたことから、本方法ではDNA上の付加体検出は可能であるが、その種類を判定することは難しいと考えられた。本方法の検出感度を検討するため、付加体を持つ二重鎖DNA断片を通常のDNAと混合して検出したところ、付加体を持つDNA断片が10%以上含まれていないと検出されないことが分かった。

この検出感度の低さの原因は、付加体を持つDNAの解析結果がシークエンス反応の際のカバレッジの低さを主要因として自動排除されているためであった。そこで、各種解析パラメーターをチューニングしたところ、1%前後の混合比であれば解析が可能であることが分かった。次に我々は付加体を持つDNAを濃縮する技術として、DNA断片の免疫沈降を利用する方法を検討した。付加体を持つDNA断片は二重鎖の状態では極めて反応性が低く、一本鎖化が必須であり、二回の濃縮操作を経て約1000倍まで存在比が上昇することが定量的PCR法によって明らかとなったことから、第III世代シーケンサーを用いた解析との組み合わせで一分子付加体を検出できることが期待できた。発がんにDNA付加体が関与していることはよく知られている。第3世代のシークエンシング技術によって、DNA上の付加体形成を同定することが可能となった。我々は1塩基のDNA付加体を持ったオリゴヌクレオチドを用いて、シークエンシング解析を行ったところ、DNA付加体の位置でポリメラーゼ伸長反応の遅延が観察された。次に我々は、ゲノムDNA中に存在するDNA付加体の量は非常に少ないことから、免疫沈降法を用いて付加体を含むDNA断片の濃縮を行った。これらの方法を組み合わせることにより、付加体形成と重要な部位での突然変異との関係が明らかになると考えられる。DNA付加体による伸長速度遅延は常に一定の値を示すわけではなく、付加体の種類の同定は難しいことが予測された。また、DNA付加体の生成頻度は極めて低いことから、付加体特異抗体によるキャプチャーによって付加体を持つDNAフラグメントを濃縮することが必要であると考えられる。同時にこの方法では、テンプレートとなるDNAに含まれる付加体の種類を選別することも可能であると考えられるため、次年度の研究課題の一つとして進めたい。付加体検出率が1%程度であることが判明したため、今後は付加体を持つDNAフラグメントの濃縮を行う必要がある。方法としてはDNA付加体特異的な抗体を用いたキャプチャーを行い、濃縮効率についてリアルタイムPCR法による定量的評価を行うことを計画している。腫瘍生物学今年度は、シークエンスデータの解析が主体となり、ウェット実験に係る試薬等の支出が当初計画より少なかったため。次年度はデータ解析のための機器(ハードディスク、PC購入など)および、抗体や細胞培養に関わる試薬類が必要であるため、当該年度で生じた繰り越し額を全て使用する予定である。
臨界実験による原子炉中性子スペクトル可変場の開発

本研究では、京都大学臨界集合体実験装置(KUCA)を用いた臨界実験を行い、核計算コードを用いて実験解析を行うことによって、近年の中性子利用科学分野の発展に伴って要求の高まっている「制御された中性子」を提供する場としての原子炉中性子スペクトル可変場の開発に関する基礎的かつ系統的な研究を行い、同スペクトル可変場の設計を行うことを目標とした。具体的には、KUCAの固体減速架台において、高濃縮ウラン燃料、ポリエチレン減速・反射型炉心の減速材対燃料体積比を系統的に変化させることにより、3種類の中性スペクトルの異なる炉心を構成し、その上部反射体領域の材質をポリエチレンからベリリウム、黒鉛、アルミニウム、天然ウラン金属等に変えて、中性子束分布及びスペクトルインデックスを放射化ワイヤーなどを用いて測定し、反射体領域の一部の材質を変えることによってスペクトル可変場が実現できることを実験的に確認した。この実験結果を原子炉等の核設計に用いられる核計算コードによって解析し、スペクトル可変場に関する核計算結果の精度を評価した上で、実験解析に用いた核計算コードを使用して、一例として京都大学研究用原子炉(KUR)の性能向上を念頭に置いて原子炉中性子スペクトル可変場の設計を試みた。その結果、反射体部等の材質等を変え、連鎖反応によって生じる核分裂中性子の減速過程を制御することにより、現行の研究炉においてもスペクトル可変場が実現できることを示すことができた。但し、スペクトル可変場を設置する際、当然のことではあるが、炉心部の中性子スペクトルが硬い方が望ましい。今年度は科学研究費補助金の内定通知が10月24日に届くという状況であったので、購入した4入力マルチチャンネルスケーラ、ワークスティション、光ファイバー検出器走査制御装置及びデータ収録装置、サンプルチェンジャー用データ収録装置等の設備備品を今後の研究のために整備して動作可能な状態とし、若干の予備的実験と実験解析を行うのが精一杯で、本格的な研究の展開は来年度以降に持ち越さざるを得なかった。他方、これまでに京都大学臨界集合体実験装置(KUCA)において蓄積してきた、炉心部の減速材対燃料体積比を変えて炉心中性子スペクトルを変えながら反射体中の炉心に隣接する一部領域の材質を変えて行われた、原子炉中性子スペクトル可変場の開発に関連した臨界実験とその解析については着実に進展しており、京都大学原子炉実験所のアニュアルレポートに論文が掲載されるとともに、1996年6月と9月に開催される2つの国際会議に予備的な研究成果を発表する予定となっている。これらの予備的な研究成果は、主に放射化ワイヤーを用いた中性子束分布測定に基づくものであり、臨界実験結果と核計算結果の比較を主とするものであった。今年度、新たに導入した光ファイバー検出器を用いた中性子束分布測定がこの種の研究に非常に有効な手段であることが、上述の今年度行った若干の予備的な実験で確認されており、今後の研究の進展が期待される。実験解析や設計計算については、ワークステイションの導入により、これまで主として行っていた決定論的手法に基づく拡散計算や輸送計算は勿論のこと、モンテカルロ計算が手軽に行える環境が整備されたので、今後の研究の進展が期待される。中性子利用研究の進展に対応した研究用原子炉の高機能化に関連して、種々の中性子スペクトルを持つ照射場の開発が不可欠となっている。今年度は、昨年度購入した4入力マルチチャンネルスケーラ、光ファイバー検出器走査制御装置及びデータ収録装置、サンプルチェンジャー用データ収録装置に加えて、光ファイバー検出器データ収録装置を購入して中性子束分布測定系の増強を行い、放射化ワイヤー及び光ファイバー検出器を用いた中性子束分布の同時多点測定が実現できる状態とした。そして、京都大学臨界集合体実験装置(KUCA)の固体減速架台に減速材対燃料体積比の小さな中性子スペクトルの硬い体系を組み、炉心に隣接する反射体領域の一部に中性子スペクトル可変場の模擬領域を作って、当該領域の材質をポリエチレンからベリリウム、黒鉛、アルミニウム、天然ウラン金属を変えて中性子スペクトルインデックス及び中性子束分布の測定を行った。その実験結果は、昨年度購入したワークステーションを使用して、中性子スペクトル可変場の設計に使用する核計算コードシステムを用いて解析を行った。

これらの研究成果の一部は、本研究に先立って行われた予備的な研究結果とともに、昨年6月にギリシャで開催された中性子国際会議と9月に水戸で開催された炉物理国際会議PHYSOR96において発表した。中性子束分布については、一部の領域を除いて中性子のエネルギーとは無関係に臨界実験結果と核計算結果は比較的良く一致したが、中性子スペクトルインデックスの値及びその分布については、実験値と計算値にかなりの不一致がみられるものがあった。これら不一致の原因については、実験データの見直しと核計算手法の検討を並行して進めているところである。中性子利用研究の進展に対応した研究用原子炉の高機能化に関連して、種々の中性子スペクトルを持つ照射場の開発が不可欠となっている。今年度は、本研究のために購入した4入力マルチチャンネルスケーラ、光ファイバー検出器走査制御装置及びデータ収録装置、サンプルチェンジャー用データ収録装置を用い、放射化ワイヤー及び光ファイバー検出器を用いた中性子束分布の同時多点測定を行った。具体的には、京都大学臨界集合体実験装置(KUCA)の固体減速架台に減速材対燃料体積比の大きな中性子スペクトルの硬い体系を組み、炉心に隣接する反射体領域の一部に中性子スペクトル可変場の模擬領域を作って、当該領域の材質をポリエチレンからベリリウム、黒鉛、アルミニウム、天然ウラン金属に変えて中性子スペクトルインデックス及び中性子束分布の測定を行った。その実験結果については、本研究のために購入したワークステーションを使用して、中性子スペクトル可変場の核設計に使用する核計算コードシステムを用いて解析を行った。今年度は、特に、これまでに本研究で行ったKUCA実験の解析を通じて検証された核計算コードを用いて、中性子スペクトル可変場の核設計計算を行うことに力を注いだ。その結果、実験と計算の両面から研究用原子炉に中性子スペクトル可変場の設置が可能であることを示すことができた。なお、本研究の成果は、現在検討中の京都大学原子炉実験所の将来計画において、中性子スペクトル工場型研究炉の概念の礎として利用されている。従って、研究成果の一部は昨年10月に沖縄で開催された日本原子力学会秋の大会において、京都大学原子炉実験所の将来計画に関する紹介に含めて発表した。
１年目・２年目看護師の職場適応を促進および維持するための介入プログラムの検討

新人看護師の職場適応を促進するために、「新人看護師自身がストレス反応を把握し、その要因について客観的に自己評価を行い、具体的な対応策を考えることができる」ことを目標に、新人看護師に対する介入プログラムを実施した。介入プログラムの評価は、自記式無記名式質問紙調査票によって行い、効果を分析し検討した。さらに、2年目看護師に対して、就職後18か月および24か月にグループ面接を実施し、彼らの成長を促進する側面と阻害する側面を明らかにした。新人看護師自身がストレス反応を把握し、その要因について客観的に自己評価を行い、具体的な対策を考えることができることを目標に、介入プログラムを実施し、自記式無記名質問紙調査によって(就職後3ヶ月、6ヶ月、12ヶ月)評価し、介入プログラムの効果と分析を継続して実施した。新人看護師はストレスを抱えたまま2年目を迎え、2年目看護師としての成長に影響を与えることが危惧される。そこで2年目の看護師の成長への促進因子や阻害因子を把握するために、2年目看護師の就職後1年6か月目の体験を明らかにした。A県の8病院に2009年4月に就職した2年目看護師16名を協力者とした。各8名に対してグループ面接を9月に行い、データを収集し、仕事のやりがい・困難・取り組み方について尋ねた。分析は類似した内容ごとにサブカテゴリー、カテゴリーを生成した。倫理的配慮として、各病院の看護部長に研究依頼を行い、研究協力者の推薦を依頼した。就職後1年6か月を経過した2年目看護師の体験として、「チームの一員となることがもたらす安らぎと緊張」、「自分なりにこなせる1日の仕事」、「ステップアップによるやりがいと苦悩」、「先輩からの2年目であることの意識づけ」、「先輩の援助からの巣立ちと戸惑い」、「自身の成長への関心」、「根拠に基づく重要性の気づき」、「自分なりの仕事への取り組み姿勢」、「見出し始めた将来への展望」の10のカテゴリーを抽出した。就職して1年6か月が経過し、自分自身の成長を確認しながら、実践を通して根拠の大切さに気づき、おおよその技術は一人で実施できる自信を持ち始めていた。しかしながら、すべてが順調に成長に向かっているのではなく、抽出されたカテゴリーには、2年目看護師としての成長を促進する側面と阻害因子となる側面が存在していた。2年目看護師が順調に成長を遂げるには、阻害因子をいかに成長因子として導くのか課題となる。2年月の看護師の成長への促進因子や阻害因子を把握するために、就職後18か月に引続き、今回、就職後24か月の体験を明らかにした。各8名に対して2年目の3月にグループ面接を実施し、仕事のやりがい・困難・取り組み方について尋ねた。推薦された協力者に対して、依頼文を郵送し、面接当日の参加をもって同意を得たものとした。本研究はA大学研究倫理審査委員会の承認を得た。就職後24か月を経過した2年目看護師の体験として、「看護実践能力の基礎の樹立」「先輩に導かれた1人の看護師としての自立の始まり」「スタッフの一員としての自覚の芽生え」「経験により培われた人間関係の形成」「新たな役割に向けての心構えと試練」「置かれた環境の変化に伴う揺らぎ」「慣れることで生み出される余裕と停滞」「近い将来に向けられた関心」の8つのカテゴリーを導き出した。2年目の看護師は、18か月と比べると戸惑いや負担感が減り、24か月をかけて自立した看護師として成長を見せる一方で、慣れという新たな成長を阻害する因子に直面していた。新人看護師の介入プログラムについては、10施設を対象に例年通り実施した。新人看護師の職場適応を促進するために、「新人看護師自身がストレス反応を把握し、その要因について客観的に自己評価を行い、具体的な対応策を考えることができる」ことを目標に、新人看護師に対する介入プログラムを実施している。今年度も、新人看護師に対する介入プログラムを就職後6ヶ月、評価のための質問紙調査を就職後3ヶ月、6ヶ月、12ヶ月に行い、協力施設および協力者に対して結果を報告した。2012年度の新人看護師の就職後の1年間のストレッサーは、2011年度と比較すると全般的にわずかに上昇がみられ、ストレス反応も、12ヶ月にかけて低下の傾向を示していたが、若干の上昇傾向がうかがわれた。ストレス反応への影響要因として、看護実践能力が3ヶ月と12ヶ月で認められたことは、2012年度の看護実践能力の全般的な上昇が影響していると考えられる。逆に業務量の負担感はわずかであるが減少を示し、新人看護師の状況に何らかの変化が生じている可能性も否めない。改訂版新人看護師のストレス認知尺度を作成し、学会(第39回日本看護研究学会学術集会)にて発表をした。

探索的因子分析の結果、改訂版ストレス認知尺度は、「看護実践能力」12項目、「人間関係」9項目、「対患者」3項目、「業務量」8項目、「自己学習・研修」4項目の5下位尺度36項目で構成された(累積寄与率50.4%)。改訂版は「自己学習・研修」を含め12項目が新たに加わった。クローンバックのα係数は.808から.898であった。改訂版の下位尺度と改定前ストレス認知尺度の合計との相関関係はr=.541.800であった。来年度以降は、改訂版ストレス認知尺度を使用して、新人看護師に対する介入プログラムおよび評価のための調査を実施する。2年目看護師については、グループ面接調査で得た結果をもとに、彼らの看護師としての成長に向けた介入方法を検討する。2年目の看護師の成長への促進因子や阻害因子を明らかにし、学会および対象施設に対して報告を行った。新人看護師に対しては、連年通り介入プログラムを実施した。認知ストレス尺度の改定を行った。4下位尺度の「新看護実践能力」12項目(旧9項目)、「新人間関係」13項目(旧6項目)、「新対患者」4項目(旧3項目)、「新業務量」8項目(旧7項目)とし、新たに「自己学習・研修」4項目を加え、旧尺度4領域25項目から暫定的な5領域41項目を設定した。尺度構成にあたり、まず項目分析(天井・床効果、G-P分析、I-T相関)により「看護実践能力」と「人間関係」より5項目を削除した。次に因子分析(主因子法・バリマックス回転・5因子設定)により因子負荷量.400以下の項目を除外項目とした。信頼性はクローンバックα係数を算出した。妥当性は、因子妥当性として探索的因子分析を行い、設定した5因子構造について確認し、併存的妥当性として各尺度と改定前ストレス認知尺度の合計点との相関関係を算出した。分析時の有意確率はp<.01とし、統計ソフトPASW18を使用した。倫理的配慮については文書により説明し、調査票の返送をもって研究への同意を得たものとした。なお、本研究はA大学研究倫理審査委員会の承認を得て実施した。本年度は、2年目看護師に対して実施した面接内容の分析を行い、成長への促する因子と、阻害する因子を明らかにした。来年度に向けて、2年目看護師に対する介入への示唆を得た。25年度が最終年度であるため、記入しない。新人看護師の職場適応に関しては、例年通り介入プログラムを実施し、ストレス状況は就職後12ヶ月において順調に低下をみせた。さらに今年度は、共同研究者の作成した新人看護師の認知ストレス尺度の改訂版を考案した。その結果、5下位尺度36項目の改訂版の認知ストレス尺度が完成した。
グループ2型シャペロニンの構造変化プロセスとフォールディング機構の解明

我々は、グループ2型(II型)シャペロニンの反応機構の解明を目的に研究を行っている。本研究では、蛍光ストップトフロー法、X線小角散乱ストップトフロー法で及びX線1分子追跡法を駆使して、Open型からClosed型への構造変化が2相の反応であり、2段階目のATPの加水分解に伴う構造変化がリングの"ねじれ"に対応していることを明らかにした。また、循環連結型変異体を用いることで、非対称型シャペロニン構築技術を開発し、リング間協調作用の解析を行った。我々は、超好熱性古細菌由来II型シャペロニンがin vitroで高いタンパク質フォールディング活性を有することを利用し、II型シャペロニンの詳細な反応機構の解明を進めている。これまでの研究の結果、ATPの結合によりサブユニットのコンフォメーションが変化し、シャペロニンのリングの蓋が閉じ、さらに隣接するHelical Protrusion間の相互作用によりClosed構造が安定化するという過程が明らかになった。我々は、この安定化したClosed構造内で変性タンパク質がフォールディングすると考えている。そこで、II型シャペロニンの「ATP依存的な構造変化」と「タンパク質フォールディング反応」の相関を速度論的に解析することを目的に、Stopped flowを用いた解析を行った。まず、Helical Protrusionの先端にトリプトファンを導入した変異体L265Wを用いて、ATPの結合に伴うシャペロニンの構造変化速度を解析した。ATPが結合するとリングの蓋が閉じ、トリプトファンが疎水的環境になるため蛍光強度が増加する。様々なATP濃度でStopped flow実験を行い、蛍光強度変化の速度を測定した。低濃度では蛍光変化の速度がATPの濃度に比例しており、高濃度では構造変化速度が律速になりほぼ一定の速度で飽和した。この結果はATPの結合により各サブユニットが独立して構造変化をするという仮説を指示しており、各段階の速度定数を解析することができた。興味深いことに、高濃度のATP存在下では、蛍光強度が最高値に達した後、徐々に減少することが確認された。一方、サブユニットの赤道ドメインにループ領域にトリプトファンを導入した変異体L56WでもATPの結合・加水分解に伴う構造変化を反映した蛍光変化が確認され、Stopped flowによる速度論的解析を行った。L265Wとほぼ同じ結果が得られたが、蛍光強度の減少は確認されなかった。この結果から、高濃度ATP存在下においてL265Wで確認された蛍光強度の減少はATPの加水分解によるものではなく、Closed構造の安定化に伴う局所的構造変化を反映していることが分かった。これらの結果は、II型シャペロニンの構造変化及び蛋白質フォールディング機構解明につながる重要な成果である。II型シャペロニン(CPN)は、真核生物の細胞質や古細菌に存在し、タンパク質のフォールディングを介助する。これまでの研究から、II型CPNは2重リング構造を形成しており、Open構造で変性タンパク質を捕捉後、ATP依存的にClosed構造を形成することで、捕捉タンパク質を内部空洞に取り込んでフォールディングを行うことが示されている。本研究では、CPNの空洞内部のループ領域またはHelical protrusionの先端にトリプトファン(Trp)を導入した変異体L56W、L265Wを作製した。いずれの変異体も、ATP依存的にClosed構造をとると疎水的環境に変化することで、Trpの蛍光強度が増加した。様々なATP濃度での変異体の蛍光強度変化を測定し解離定数K_Dを求めることができた。次に、ストップトフローを用いて、CPNのATP依存的な構造変化に伴う蛍光強度変化を、経時的に測定した。その結果、CPNとATPの結合には協同性がなく各サブユニットの構造変化が独立しているというモデルで、ATP結合速度定数、ATP解離速度定数、およびClosed構造への構造変化速度定数を求めることができた。さらに、CPNのClosed構造への変化をもたらさないADPを利用して、Closed構造からOpen構造への構造変化速度定数k_3を求めた。両変異体とも、ATPとの反応後3秒程度で急激に蛍光強度が増大した後、蛍光は減衰し、15秒程度で平衡に達した。つまりCPNは、速い構造変化のあと、比較的遅い2段階目の構造変化をすることが示唆された。そこで、X線小角散乱法を利用したストップトフロー解析により、CPNのATP依存的構造変化における構造情報を解析した結果、上述の蛍光変化と類似したタイムコースで2段階の構造変化が観察された。この2段階目の構造変化は、CPNのフォールディング活性が低下するカリウムイオン非存在下では観察されなかったことから、フォールディングに必須であることが示された。加えて本研究では、時分割回折X線追跡法により、Helical protrusion間の相互作用を引き起こす「ねじれ運動」を1分子解析することにも成功した。1分子シャペロンの一種であるグループ2型シャペロニン(CPN)は二重リング構造を形成し、リング内部の空洞に変性蛋白質を取り込み、ATP依存的な構造変化により変性蛋白質の構造形成を促進する。この構造変化機構に焦点を当て、3つの観点から研究を行った。