hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ウイルス感染細胞の運命決定因子としてのカルモジュリンの役割

このアポトーシス誘導の機序に加え、さらに(1)gp160誘導8時間でシトクロムcの流出が認められ、同じ時期にミトコンドリア外膜の破壊像が観察されたこと。(2)このシトクロムcの流出はカルシニューリンの活性化により脱リン酸化を受けたBBADがBcl-xLに結合することにより生じること。(3)カルシウムイオン上昇に伴いERストレスが生じること。が明らかになった。以上のことからgp160とCD4の結合によりカルシウムイオンが上昇してマルチシグナルによるアポトーシスが誘導されている事が考えられた。が明らかになった。前者についてはすでにその基質が明らかになっているが、文献の検索ではアポトーシス誘導の普遍的なeffector moleculeであるcaspaseに直接つながるものは見つかっていない。よって後者のCaM Kinase IIについて焦点を当てて解析し、この分子がgp160/CaMの直接の標的分子であるかを検証した。その結果1)UE160にgp160を発現誘導13分するとCa^<2+>非依存性CaMKIIがCdCl_2非添加時2±1.3%であったものが12±1.8%に上昇し、23分後では4±1.8%(±SE)になった。2)gp160c末端の5アミノ酸以上を欠失した変異株ではCa^<2+>非依存性CaMKIIが変化しなかった。3)UE160をCaMKIIの阻害剤100nM KN93で2時間前処理をするとCa^<2+>非依存性CaMKII上昇、核[Ca^<2+>]上昇、DNA断片化の3現象が阻止された。以上の結果は、Ca^<2+>非依存性CaMKIIの活性化(自己リン酸化)がアポトーシス誘導へのシグナル伝達系の要素であることを示唆しており、現在さらに検討を進めている。我々はHIV-1感染細胞の致死機構を明らかにするためにエンベローブタンパクに注目して研究を進めた結果、エンブgp160は宿主細胞内でCD4と複合体を形成すると細胞のプロテアーゼに耐性となり分解されずに小胞体に蓄積し、カルシウムイオン上昇を伴ったアポトーシスで死滅する事が明らかにしてきた。このアポトーシスはカルシウムの上昇により、ミトコンドリア外膜が傷害を受けてシトクロムcが細胞内へ流出することがわかった。しかし、カルシウムイオンはマルチファンクショナルであり最近注目されてきた小胞体(以下ERと述べる)ストレスに付いてさらに検討を加えた。エンブgp160発現細胞UE160はenv遺伝子の518番目のアルギニンをサイトデイレクテッドミウタジェネシスによりセリンにかえたpSMTE7-160を作り、CD4陽性のU937クローン2にトランスフェクションして樹立した。エンブ遺伝子の上流にはヒトメタロチオネインプロモーターがあり、培養液に少量の塩化カドミウムを添加するとgp160が誘導される。ERストレスを受けた場合に検出されるグルコースレギュレーテッドプロテイン(GRP)78mRNAの発現を調べたところUE160ではgp160を誘導して8時間で明らかに増強されたが、U937-2では変化はなかった。ERがストレスを受けると微細構造にどのような形態変化が生じるのか超薄切片法で検討した。ERは細胞質内に存在する嚢状、管状、小胞状あるいは平行層板状の膜系で、その表面にリボゾームが付着したものを粗面小胞体と呼び、付着していないものを滑面小胞体と呼ぶ。UE160のERは分泌細胞などに比べ低発達で、平行層板状をした粗面小胞体と少数のゴルジー装置が観察された。HIV-1 env gp160発現細胞は細胞内カルシウムイオンの上昇を伴ったアポトーシスで死滅するが、そのシグナル伝達経路にはカルシニュリンの活性化を起因としてカスペース3の活性化によるものと、今回示したERストレスに起因するカルペース12の活性化による経路がほぼ同時に進行することが考えられた。
ｆＭＲＩと視線同時計測による視線が意思決定メカニズムに及ぼす影響に関する研究

fMRIを用いて選好判断過程における脳活動の変化を調べることで、強制的な視線の偏向(視線操作法)が選好意思決定の情報処理プロセスに及ぼす影響を明らかとすることを目的とした。認知心理実験の結果、被験者を強制的な視線操作を用いることで、用いない場合と比較して選好の変化をより多く生じさせることができた。さらにfMRI実験により、変化が起こらなかった場合では、眼窩前頭皮質や海馬の賦活に大きな変化は見られなかったが、変化が起こった場合にはこれら両部位の賦活が顕著に上昇していることが確認できた。尾状核の活動を時系列に解析することで、視線操作法が選好判断の変化を起こし得るか否かを予測できることが確認できた。本研究はfMRIを用いて選好判断過程における脳活動の変化を調べることで、強制的な視線の偏向(視線操作法)が選好意思決定の情報処理プロセスに及ぼす影響を明らかにすることを目的とした。当該年度はfMRI実験により視線操作法を用いた選好課題を行う群(A群)と、視線操作法を用いない課題を行う群(B群)の脳活動を撮像し、視線操作法が選好意思決定の神経ネットワークへ及ぼす影響を明らかにすることを目的とした。平成24年度は、A群とB群の心理実験の結果を比較検討することで、強制的な視線操作法が被験者の選好判断を一定の割合で操作できることが確認できた。具体的には、被験者を上記の通りに強制的な視線操作を用いる群と用いない群とに分け、各群で選好意思決定課題を行わせた。その結果、A群はB群に対して2倍程度の割合で選好の変化を生じることが確認できた。A群のfMRI実験の結果、変化が起こらなかった場合では、眼窩前頭皮質や海馬の賦活に大きな変化は見られなかったが、変化が起こった場合にはこれら両部位の賦活が顕著に上昇していることが確認できた。また、尾状核の活動を時系列で解析検討することにより、視線操作法が選好判断の変化を起こし得るか否かを予測できることも確認できた。平成25年度は、昨年度と同様に詳細なfMRIデータの解析を進めた。。その結果、選好の変化が起こらなかった場合には、一度目の選好判断の際に眼窩前頭皮質と海馬の賦活に有意な相関が見られた。一方で、変化が起こった場合には、一度目の選好判断時に両部位の賦活に有意な相関は見られなかったが、二度目の判断時には有意に相関が見られた。尾状核の無意識下の判断と、皮質レベルでの意識的な判断が一致した場合には選好の変化は起こらず、一致しなかった場合には起こることを明らかにすることができた。本研究ではfMRIを用いて選好判断過程における脳活動の変化を調べることで、強制的な視線の偏向(視線操作法)が選好意思決定の情報処理プロセスに及ぼす影響を明らかにすることを目的としている。当該年度はまず、A群とB群の心理実験の結果を比較検討することで、強制的な視線操作法が被験者の選好判断を一定の割合で操作できることが確認できた。具体的には、被験者を上記の通りに強制的な視線操作を用いる群と、用いない群とに分け、それぞれで選好意思決定課題を行わせた。次に、A群のMRIデータの解析を行い、選好の変化が起こった場合と起こらなかった場合にわけ、強制的な視線操作法が選好意思決定の神経基盤へ及ぼす影響を検討した。その結果、変化が起こらなかった場合では、眼窩前頭皮質や海馬の賦活に大きな変化は見られなかったが、変化が起こった場合にはこれら両部位の賦活が顕著に上昇していることが確認できた。また同時に、尾状核の活動を時系列で解析検討することにより、視線操作法が選好判断の変化を起こし得るか否かを予測できることも確認できた。上記の通りに、当該年度は心理実験、fMRI実験共に順調に遂行できており、それに伴い結果も得られている。ただ、事前に予測できたことではあるが、B群についてはfMRIデータの加算回数が少なく統計解析に耐えうるだけの結果を得ることはできなかった。しかし、A群のfMRIデータの結果は視線操作法が選好意思決定の神経ネットワークへ及ぼす影響を検討するに十分であり、論文として投稿するのに十分であると考えられる。そのため、当該年度は順調に進展していると判断できる。

平成25年度は視線操作法の累積的な影響を明らかにするために、操作法における顔の呈示回数を変えた実験課題を行い、呈示回数の違いにより影響をうける脳部位を特定することで、視線操作法の累積的影響が選好意思決定の神経基盤へ及ぼす影響を解明することを目的とする。実験手法は前年度と同様であるが、視線操作法に異なる方法を用いる。視線操作法における累積的な影響を見るために、呈示回数が2回、6回、12回それぞれの操作法をもちいた課題を行う。それぞれの提示回数を用いる群において、被験者20名を目途にfMRI実験の撮像を行う。各群のfMRIデータの比較検討を行うことで、選好判断過程における視線操作法の累積的な影響を解明する。上記の「現在までの達成度」に記した通り、平成24年度の研究は順調に進展した。本年度は当初の予定通りに、視線操作法の累積的影響の検討を行う。研究費は主にMRI実験に使用し、被験者への謝金の他、MRIデータの解析用パソコンの購入、解析用ソフト・統計解析用ソフトの購入にあてるものとする。ただ、昨年度末は学会等の出張が多く、十分に実験が行えずにその分の繰越金が発生してしまったが実験課題はすでに完成しているため、前年度と同様の方法、手続きをもって研究を推進する予定である。また、最終年度であるため、これまでの成果を論文に纏め発表するとともに、国内海外の学会で成果報告を行う。
膵癌の浸潤,転移機構の分子生物学的解析および新しい転移制御法の開発

次に,細胞外マトリックス分解に関わるプロテアーゼの中でu-PAに関し検討した.高転移性のSW1990と低転移性のPANC-1の培養上清中へのtotal u-PA産生は,ELISAでの検討で差がみられなかったが.そのインヒビターであるPAI-1は,SW1990において有意に低下していた.その結果,SW1990培養上清中のu-PA活性はPANC-1に比し有意に亢進していた.そこでセリンプロテアーゼインヒビターの一種であるメシル酸ガベキサートによるSW1990の浸潤,転移抑制効果を検討した結果,in vitroのu-PA活性ならびに浸潤能は有意に抑制され,さらにヌードマウスを用いたin vivo肝転移モデルでも転移の抑制傾向がみられ,新しい転移抑制剤として応用できる可能性が示唆された.次に,細胞外マトリックス分解に関わるプロテアーゼの中でu-PAに関し検討した.高転移性のSW1990と低転移性のPANC-1の培養上清中へのtotal u-PA産生は,ELISAでの検討で差がみられなかったが.そのインヒビターであるPAI-1は,SW1990において有意に低下していた.その結果,SW1990培養上清中のu-PA活性はPANC-1に比し有意に亢進していた.そこでセリンプロテアーゼインヒビターの一種であるメシル酸ガベキサートによるSW1990の浸潤,転移抑制効果を検討した結果,in vitroのu-PA活性ならびに浸潤能は有意に抑制され,さらにヌードマウスを用いたin vivo肝転移モデルでも転移の抑制傾向がみられ,新しい転移抑制剤として応用できる可能性が示唆された.1.ヒト膵癌細胞株(SW 1990,C apan-2,PANC-1)を用いた分子生物学的特性の解析で、糖鎖抗原(S ialy1-Le^a,S ialy1-Le^x,SP an-1等)の強い発現を示したSW 1990細胞が最も強いin vitro浸潤能を示し、細胞表面上糖鎖抗原発現と浸潤能との相関が認められた。またSW 1990細胞は血管内皮細胞上接着分子ELAM-1への強い接着性およびin vivoでの高肝転移能を示し、糖鎖発現との相関が示唆された。3.浸潤、転移過程においてその関与が注目されているプロテアーゼ(type IV collagenase)産生能および種々の細胞外マトリックスへの接着能も検討を行ったが、SDS Zymogramによるtype IV collagenase産生能やマトリゲル、ラミニン、フィブロネクチンおよびtype I,IVコラーゲンへの接着能と浸潤、転移能との関連は明らかでなかった。4.Transw elldouble cham berを用いた細胞遊走能を解析した結果、浸潤、転移能の最も強いSW 1990細胞が高遊走能を示すことが判明し、SW 1990細胞より培養上清中への遊走刺激因子の産生が考えられた。この因子はautocrine、paracrine両方の作用を示し、濃度依存性でごく微量より効果があり、またある細胞のみに特異的に作用することからサイトカインの一種であると推測される。加熱処理やゲル濾過から、その構造にペプタイドを有する分子量20-60Kdの範囲の分子であることが明らかとなり、既知のものと異なり新しい因子である可能性が示唆された。SW1990細胞は高転移性で糖鎖抗原を強発現しているが、平成7年度の検討から、本細胞を糖鎖合成阻害剤にて処理した結果、細胞外マトリックスへの接着および細胞間接着が増強し、この糖鎖抗原発現変化に伴う接着能の変化も、SW1990の高転移性の一部に関与していると考えられた。またSW1990のELAM-1を介した血管内皮細胞接着が肝転移に重要な役割を果たしていることが明らかとなったが、血管内皮細胞上のELAM-1発現誘導機序については明らかでなかった。そこで膵癌細胞と末梢血単核球との相互作用を検討した結果、両者の混合培養時に培養上清中にTNF-α,IK-1βが産生され、このサイトカインにより実際血管内皮細胞上にELAM-1発現誘導が可能であり、この活性化された内皮細胞に高転移性細胞が高頻度に接着することが明らかとなった。また単核球との相互作用では細胞傷害活性も肝転移に大きく関与し、高転移性細胞では細胞傷害は軽度であるのに対し、低転移性細胞では傷害が強くそこにもリンパ球との接着を阻害している癌細胞表面上糖鎖抗原発現の関与が示唆された。SW1990より高転移性sub line(Lmet-1)の樹立が可能であったが、Lmet-1はSE1990と比較し糖鎖抗原発現、血管内皮細胞への接着性が強く肝転移能と相関し、これまでの成績と合致した。またSW1990のxenograft腫瘍片のヌードマウス膵逢着にて同所移植モデル作製が可能であり、今後の検討に応用できるものと考えられる。次に,細胞外マトリックス分解に関わるプロテアーゼの中でu-PAに関し検討した.高転移性のSW1990と低転移性のPANC-1の培養上清中へのtotal u-PA産生は,ELISAでの検討で差がみられなかったが,そのインヒビターであるPAI-1は,SW1990において有意に低下していた.その結果,SW1990培養上清中のu-PA活性はPANC-

1に比し有意に亢進していた.そこでセリンプロテアーゼインヒビターの一種であるメシル酸ガベキサートによるSW1990の浸潤,転移抑制効果を検討した結果、in vitroのu-PA活性ならびに浸潤能は有意に抑制され,さらにヌードマウスを用いたin vivo肝転移モデルでも転移の抑制傾向がみられ,新しい転移抑制剤として応用できる可能性が示唆された.
ブルガダ症候群の不整脈発生の概日リズムに関する分子生物学的検討

心臓突然死を来す循環器疾患のうち、器質的には異常を認めないが致死的不整脈を来す疾患群が存在する。代表的なブルガダ症候群は若年性突然死の原因となり、特に働き盛りの男性に発症する。約20%にイオンチャネル蛋白の責任遺伝子異常を認めるが未解明な点も多い。申請者はブルガダ症候群で発生する電気的ストームは日内・週内・季節変動することを初めて一連の患者で報告した。ブルガダ症候群の不整脈は夜間睡眠中に起きることが知られているが、不整脈の概日リズムのメカニズムの詳細は未解明である。ブルガダ症候群患者のゲノムを次世代シークエンサーで網羅的に解析し、ひいては概日リズムの分子生物学的背景を解明することを目的として研究を行っている。これまでにブルガダ症候群患者の遺伝子サンプルは145例集積された。パネルまたはエクソーム解析を行い、SCN5A 12例、、SCN3B 2例、SCN10A 1例、GPD1L 1例、デスモゾーム関連遺伝子6例にrare variantを認めた。変異同定率は15%であった。このうち過去に不整脈発作がみられた症例については発症時間を夜間早朝および日中に分類して、変異同定率を検討した。症例集積も累計94例と順調であり、遺伝子解析も予定通り施行出来ている。機能的解析が未施行である。またヒトの概日リズムは視交叉上核が時計中枢となり、時計遺伝子(CLOCK, BMAL1, Per, Cry)が調節に関わっているために、心室細動を心筋のチャネル病として捉えるだけでなく、概日リズムの分子生物学的機序と併せて病態を明らかにしていく。不整脈発作の発症時間の違いによる遺伝子変異の差異を明らかにしたうえで、変異チャネルの機能解析を行う。実験試薬の割引により予定額よりも安価で購入できたため。研究者が所属施設を異動したことにより、異動直前の備品の購入を控えたため。異動後の施設において研究に必要な消耗品(試薬など)を購入し、引き続き学会参加費、論文投稿費などの旅費として使用する。
化学II「化学の歴史的実験例の研究」の教材化・データベース化

3年前このプロジェクトを開始したとき、我々はそもそも「課題研究」が実際にどう運用されるか、クラスでの授業の一部として行われるのか、あるいは夏休み等の宿題・自由活動となるのか、あるいは実質的には無視されるのか、といったことすら分からない状態だった。又、課題研究が取り上げられるにしても、化学史がとの程度対象となるかも見当がつかなかった。そこで、課題研究のテーマとして、「化学の歴史的実験例の研究」が取り上げられたものとして、研究を構成した。そのような前提にたっても、なお、多くの問題点、疑問が残り、我々が最初に討議したのは以下の様な問題点であった。(1)高校生が使える「データベース(DB)」とは何か。そういったものがあるのか。(2)どういう資料をDB化すべきか。(3)DB作成の物理的作業はどのくらい大変なのか。(4)実際に学校で使って貰えるのか。(5)著作権の問題はどうクリアできるか。これらについて、先例となるものは無く、すべて自力で解決していかなければならなかった。研究を計画した当時のコンピュータ事情から言えば、そして、現在においても高校でのコンピュータ事情は、三年前と大差ないことから言えば、FD(1MB)ベースによるDB製作の計画は技術的には極めて現実的なものであり、手堅い企画だったといえる。だが、世の中一般について言えば、コンピュータ事情はかなり変わってきている。さらにいわゆる「マルチメディア」化が急速に進行している。「マルチメディア」化の正体は幾分曖昧だが、ともかく、コンピュータに音声・画像、特に動画像を組合わせたもの進歩は著しい。この様な状況を考えると、我々が構築したDBは、内容の問題ではなく、入れ物の問題のために古くさいものになってしまうだろう。だから、本研究の延長、第二弾として、蓄積したデータの「マルチメディア化」を計画しなければなるまい。さしあたって書き込み可能なCD-ROMをメディアとしたDB構築を検討すべきであろう。その際、本研究で可読化した資料が元になるのは当然である。それに新たに動画像、音声などを加えたマルティメヂア型DBが構築できれば、生徒たちにとっても新しい装いをもった課題研究や化学史に接する機会を得ることになる。その結果これらに対する関心が高まり、ひいては自然科学一般への関心が高まると期待される。平成4年度は、高校教師ないし高校教師経験者で、化学史に感心と造詣が深い5人を選び、本研究遂行のためのワーキンググルーブ(WG)をつくった。WGのメンバーは以下の通り。林良重(元富山大)、黒杭清治(都三田高)、小林伸(都鷲宮高)、丸石照機(千葉県八千代高)、岡真澄(都国際高)本年度は、製作すべきデータベース(資料)の性格について十分議論した。月1回の割で会合して議論を重ねた。メンバーは事前に十分の準備を重ねて会に望んだため、十分の審議が出来た。結論として、単にありふれた本の内容をつまみ食いしたようなものではなく、生徒に新しい視点を与えるようなものを提供することにした。具体的には、適当なテーマを選定し、それに関する資料を可能な限り集め、同時にそれを駆使すれば実現可能な課題研究のセットをつくることとした。

平成4年度には、試験的な試行とした「食塩」という大テーマに関する資料を集め、課題研究セットを試作することにした。予備的な研究の成果を日本化学会第64秋季年会に発表した。なお、これは日本化学会広報委員会によって、「年会ハイライト」の一つに選ばれたが、これは、本テーマが化学教育関係者に大いに期待されていることを物語る。平成5年度は、平成4年度に続き、研究協力者である高校教師ないし高校教師経験者で、化学史に感心と造詣が深い5人にさらに資料の収集とデータベース化のための資料の機械可読化を進めて貰った。データベース作成関係の研究協力者も含めて、本研究のためのワーキンググループのメンバーは以下の通り。林良重(放送大学)、黒杭清治(日大三高)、小林伸(都鷺宮高)、丸石照機(千葉県八千代高)、岡真澄(都国際高)、伊藤真人(創価大工)、紺野昇(大阪教育センター)平成4年度には、「食塩」という大テーマに関する資料を集め、課題研究セットを試作することにしたが、これは平成4年度内には完結せず、さらに平成5年度にも行った。そのほか、「気体」、「銅」、「有機立体化学」に関するデータセットの製作を進めている。データベースを動かすソフトウエアの開発も順調に進んでいる。研究の成果を日本化学会第65春季会(5件)、第66秋季年会(4件)に発表した。本年度は(1)データベースのデータ数の拡大「銅」、「二酸化炭素」、「塩(続編)」についてのデータベースが完成した。これによって、DBを用いてかなり多彩な授業が可能になった。(2)ソフトウエアの開発同時に、このデータベースを動かすのに最も適したソフトウエアを設計・製作した。(3)DBを用いた実践授業また、いくつかの現場で、このデータベースを用いた授業を試行・展開した。(4)本計画の反省このプロジェクトを開始したとき予測したのは以下の様な問題点であった。(1)高校生が使える「データベース(DB)」とは何か。そういったものがあるのか。(2)どういう資料をDB化すべきか。(3)DB作成の物理的作業はどのくらい大変なのか。実際に学校で使って貰えるのか。著作権の問題はどうクリアできるか。これらについて、我々の実践から得た展望と結論を集約した。(5)従来の発展近い将来、我々が構築したDBは、内容の問題ではなく、入れ物の問題のために古くさいものになってしまうだろう。だから、本研究の延長、第二弾として、蓄積したデータの「マルチメディア化」を計画しなければなるまい。さしあたっては書き込み可能なCD-ROMをメディアとしたDB構築を検討すべきであろう。その際、本研究で可読化した資料が元になるのは当然である。それに新たに動画像、音声などを加えたマルチメディア型DBが構築できれば、生徒たちにとっても新しい装いをもった課題研究や化学史に接する機会を得ることになる。その結果これらに対する関心が高まり、ひいては自然科学一般への関心が高まると期待される。
植物ホスホリラ-ゼアイソザイムの器官特異的発現の調節

植物組織中には細胞内分布と構造の異なる2種のホスホリラ-ゼアイソザイムが存在するが、器官によってそれらの存在比が大きく異なると共に、基質グルカンに対する親和性にも大きな差異が存在する。デンプン代謝におけるこれら2種のアイソザイムの役割を分子生物学的アプロ-チにより解明することを目的とするものである。1.細胞質型アイソザイムを精製し、トリプシン分解により断片化した。生じたポリペプチドを分離し、いくつから部分アミノ酸配列を決定した。これら部分配列よりデザインしたオリゴヌクレオチドをプロ-ブとして、得られたクロ-ンは838アミノ酸から成るポリペプチル鎖をコ-ドしていた。アミノ末端はアセチル化されていた。2.ジャガイモ塊茎の両アイソザイム間には、63%の相同性がみられ、活性部位周辺の配列は完全に保存されていた。しかしながら、それらの一次構造上には、アミロプラスト型アイソザイムのみがアミノ末端側延長配列と中央部にある78残基の挿入配列が存在するという、明らかな相達が見いだされた。3.種々のサイズの塊茎から単離したRNAに対して、それぞれのアイソザイムに特異的なcDNAプロ-ブを用いて、Northern Blot分析を行なった。両アイソザイムに対するcDNAプロ-ブは、いずれの成熟時期においても、常に存在しており、それらの長さや量には、2つのアイソザイム間において顕著な差は見られなかった。4.Dot blottingによると、アミロプラスト型アイソザイムをコ-トするmRNAは、細胞質型アイソザイムをコ-ドするmRNAの約50倍含まれていた。両ホスホリラ-ゼアイソザイムの含有量は、転写段階で調節されているものと考えられる。植物組織中には細胞内分布と構造を異にする、2種ホスホリラーゼが存在するが、器官によってそれらの存在比が大きく異なると共に、基質グルカンに対する親和性に大きな差異が存在する。本研究では、デンプン代謝におけるこれらアイソザイムの役割を分子生物学的アプローチにより解明することを目的とする。1.全アミノ酸配列のうちでカルボキシ末端領域から隣接した2か所の構造を選び出し、相当するオリゴヌクレオチドを合成した。2.ジャガイモ塊茎より全RNAを抽出し、オリゴdTセルロースでポリA・RNAを単離し、オリゴdTをプライマーとしてcDNAを合成し、両端にEcoRエリンカーを付け、λgt10のベクターに導入することによりcDNAライブラリーを作成した。3.作製したcDNAライブラリーをプレート上に幡き、合成した2種のオリゴヌクレオチドをATPーγー32Pでラベルして、プローブとして用いた。両方のプローブとハイブリダイズするクローンを選別して、その塩基配列をホスホリラーゼの一次構造と比較することにより、最終的にホスホリラーゼCDNAを同定した。4.得られた全コーディング領域を含むcDNAの塩基配列を決定したところ、先に化学的に決定したアミノ酸配列に完全に一致した。5.このcDNAのコーディング領域の上流には、50アミノ酸機基から成る"Transit sequence"に相当する構造が存在することが認められた。従って、低親和性ホスホリラーゼは細胞質で生合成させてから、プラスチドへ移行するものと考えられる。
ハードウェアロジックによる専用計算機を用いた粒子飛跡再構築の開発研究

高エネルギー物理学実験における粒子の軌跡再構築の数値計算において、PLDを用いたハードウェアによる数値計算や計算機に装備されているSIMDインストラクションベースの計算手法により、フィット計算の部分の速度が従来のソフトウェアによる方式より50-100倍程度高速化できることがわかった。平成20年度は、高エネルギー物理学実験における高輝度加速器実験で大量に処理を行う必要がある荷電粒子の飛跡再構築について、低コストでの飛跡再構築の高速化として、現在一般に市販されている計算機(パソコン)のマルチメディア計算機能を飛跡再構築の際もっとも時間のかかる計算部分について最低限必要な部分だけ利用し、高速化を図った。そもそも荷電粒子の飛跡再構築は演算相互に依存性があるわけではなく、単純に逆行列の計算に類した演算を行うだけであるので、そのフィッティングの試行それぞれについて大量の四則演算や二乗平均演算が発生する割に、並列演算が比較的容易である。特にパイプライン化されている汎用の演算機能を使う場合、マルチメディア計算汎用であるため飛跡再構築について十分最適化されているわけではないが、これにより専用計算機化する際のプロトタイピングが可能となり、また低コストで暫定ではあるが高速化が図れる。現在、汎用のマルチメディア演算機能としてCPU内にSIMDと呼ばれるパイプラインが存在し、それにより並列計算を行うような飛跡再構築プログラムを開発した。これはほとんどすべてのCPUが装備しているものであり、汎用性が高い。また、3Dグラフィック用の専用ボードについても、同様な並列計算用パイプラインが装備されている。これを利用する飛跡再構築プログラムも作成した。以上の汎用並列演算用パイプラインで現在存在する本物の実験データを解析することが可能となった。この二つの並列計算汎用パイプラインでは、必ずしもその性能を最大限に生かしているわけではないが、これまでの単にCPUだけで演算している場合よりも処理速度が向上し、テスト機のプロトタイピングとしては満足のいく結果が生まれた。平成2122年度は、高エネルギー物理学実験における高輝度加速器実験で大量に処理を行う必要がある荷電粒子の飛跡再構築について、20年度に研究した計算機のCPUに含まれているマルチメディア計算機能(SIMD)に加え、プログラマブルロジックデバイスを使用した計算速度の高速化を検討した。そもそも荷電粒子の飛跡再構築は演算相互に依存性があるわけではなく、単純に逆行列の計算に類した演算を行うだけであるので、そのフィッティングの試行それぞれについて大量の四則演算や二乗平均演算が発生ずる割に、並列演算が比較的容易である。またこれらの計算は現在使われているいくつかのフィッティングの方法それぞれにおいてもほとんど違いがなく、最後の求められた軌跡の品質を表す評価関数を本体の計算機で計算させるだけで対応できる。この単純計算の部分はソフトウェアで実行する場合に比べて100倍から1000倍の速度が期待できる。このためすべての試行計算をプログラマブルロジックデバイスおよび高速なメモリ上で展開・実施することにより、現在のソフトウェアベースのものより高速化でき、リアルタイムのイベント再構築などにも利用できる。以上のような目的で、プログラマブルロジックデバイス上に試作的な計算ユニットを製作した。これは上記で述べた単一の計算を行うだけであり、最適化も超並列化も行っていないが、計算機上のフィッティングアルゴリズムからテスト用のデータを送り、実際に計算できることを確認した。また、超並列化および計算性能の最適化の評価も行った。
プラズマ照射によるダイヤモンド工具の耐損耗性の向上

天然単結晶ダイヤモンド工具の寿命を延ばすために、ダイヤモンド原石の選別法、工具の研磨方法、工具損耗を抑制する加工雰囲気などについて検討した。本研究で提案する方法の有効性を評価するに際して、工具寿命を診断する一定の基準が必要になったので、まずこの点について検討した。その結果、すくい面摩耗の進行が切削抵抗の1/f^βゆらぎの発生により検出できること、チッピングの発生が破壊に起因するAEの振幅分布の特徴から検出できることを示した。さらに、すくい面摩耗が進行し、チッピングが発生する時期は工具寿命と一致する点に着目し、上述のセンサー信号の特徴を寿命診断の基準として用いた。以上の準備の下に、工具の長寿命化の方法を評価し、以下の知見を得た。第1点は、ダイヤモンド原石中の窒素不純物に起因する欠陥と工具損耗の関係に関する知見である。B2センターの窒素量が多いほど、耐チッピング性が向上するため、切削工具には小板状欠陥の多いダイヤモンド原石が適していることを示した。そして、赤外分光分析IRAによる欠陥の検出は耐損耗性に優れたダイヤモンド原石の選別に不可欠であることを指摘した。第2点は、銅との熱化学反応を利用した工具研磨法に関する知見である。これは空気中で加熱された銅板にダイヤモンドを接触させるだけの簡単で実用的な方法である。熱化学研磨された工具のHertz強度は微小クラックが除去されて増加する。その結果、耐損耗性および工具寿命も機械研磨された工具に比べて優れる。したがって、提案する熱化学研磨法はダイヤモンド工具の仕上げ技術として推奨される。第3点は、銅のダイヤモンド切削における切れ刃稜のチッピングの発生機構に関する知見である。高温で銅と接触するダイヤモンドの強度は、銅の触媒作用と周辺の酸素により、先在するクラック先端の熱化学的腐食が進み、減少する。したがって、低酸素雰囲気における切削が切れ刃稜のチッピングの抑制に有効な方法であることを示した。1.「ダイヤモンド原石に含まれる不純物が微小強度に及ぼす影響の解明」天然単結晶ダイヤモンドIa型では、小板状欠陥と呼ばれる窒素不純物が多く混入する原石ほど、微小破壊強度が大きいことを明らかにした。この結果から、不純物の多いダイヤモンド工具ほど耐チッピング性に優れ、寿命も長いと考えられる。この点を検証するために、チッピングの検出方法と工具寿命の判定方法について検討し、AE事象率の振幅依存性と切削抵抗のスペクトル密度の周波数依存性に基づく方法を考案した。また、銅のダイヤモンド切削における工具損耗機構の解明を試み、酸化した銅のダイヤモンドによる還元、ダイヤモンド表面に先在するマイクロクラックの熱化学反応による進展が、摩耗とチッピングの発生原因であることを明らかにした。2.「表面改質によるダイヤモンド強度の向上」前述のように、ダイヤモンド表面のマイクロクラックの除去は工具の耐チッピング性の向上に不可欠である。そのため、銅と炭素の酸化反応における標準自由エネルギーの変化ΔG^0に注目したダイヤモンドの研磨方法について検討した。炭素の酸化物のΔG^0は銅の酸化物のそれより小さいので、酸化されていない炭素が銅の酸化物と接触すると、それから酸素を奪って炭素が酸化し、相手を還元する。そこで、523Kに加熱した銅板に荷重1Nで6hr接触させると、ダイヤモンド表面が数10nm摩耗した。この結果より、本熱化学研磨法が十分に実用に供しえることが判明した。また、研磨後のダイヤモンドの微小破壊強度が研磨前に比べて大きくなったことから、マイクロクラックが除去されたものと推定される。

さらに、この方法で研磨されたダイヤモンド工具の寿命試験を行ったところ、機械的に研磨されたダイヤモンド工具に比較して、工具寿命が約40%も延びることが明らかになった。1.「耐損耗性に優れるダイヤモンド原石の選定とその研磨」天然の単結晶ダイヤモンド(Ia型)に含まれる窒素がその微小破壊強度に及ぼす影響を調べた。その結果、ダイヤモンドの強度は小板状欠陥が多いほど高上し、また窒素不純物が少ないほど低下することが明らかになった。つぎに、窒素量の異なるダイヤモンド工具を用いて無酸素銅の切削を行い、耐損耗性を比較した。工具の漸進的摩耗は窒素を多く含むダイヤモンドほど大きい。しかし、切れ刃稜のチッピングは小板状欠陥の多いダイヤモンドほど発生しにくいことがわかった。さらに、工具寿命は材料除去速度が大きい場合、窒素を多く含む耐チッピング性の高いダイヤモンド工具ほど長く、材料除去速度が小さい場合、窒素を含まない耐摩耗性に優れたダイヤモンドエ具ほど長いことがわかった。つぎに、チッピングの発生は工具研磨時に導入される微小クラックに起因するので、これを酸化銅のダイヤモンドによる還元を原理とする熱化学研磨によって除去する方法を考案した。この研磨による効果はチッピングの発生を減少させ、工具寿命を約40%延ばすという著しいものである。2.「工具損耗のメカニズム解明とその抑制」金型表面にめっきされる無電解Ni-Pの超精密加工において、ダイヤモンド切削工具は著しく損耗する。この工具の損耗機構を解明するために、真空中でNi-Pとダイヤモンドを接触させて加熱する損耗実験を行った。その結果、ダイヤモンドの損耗はNi-Pへの炭素の拡散に起因することが明らかになった。また、同じ実験をNiとダイヤモンドについても行い、Niに含まれるPが炭素の拡散に及ぼす影響について調べた。その結果、Pの添加は炭素の拡散を抑制する働きのあることがわかった。したがって、Pの添加量を調整することにより、ダイヤモンド工具の損耗を減少させる可能性を得た。
波形インバージョンによるマントル詳細３次元構造推定およびその地球科学的解釈

波形インバージョンは、観測された波形が持っている情報をすべて抽出できるため、詳細かつ正確な地球内部構造が推定できる手法であると期待されていたが、技術的に困難であるため今までなされていなかった。そのため、私は効率的な波形インバージョン手法の開発を行った。私は独自に開発を行った波形インバージョン手法を用いて、世界に先駆けてD"領域の内部の3次元構造推定に取り組んだ。シート状の高速度層が低速度領域に囲まれている構造を中米下で発見した。これは過去に沈み込んだファラロンスラブが核・マントル境界に到達し熱境界層の温かい物質が巻き上げられていると解釈でき、マントルダイナミクスの理解に貢献するものである。まず、インド下のD"層内の1次元地震波S波速度構造を行った(Konishi et al. 2012)。過去の私たちの研究成果と合わせて解釈すると、最下部マントルの大規模不均質が水平方向の熱境界層の厚みの違いで説明できることを確証した。これは以前の私たちが提唱した核マントル境界の温度が3800Kであるということと調和的である(Kawai and Tsuchiya 2009)。次に、私たちは沈み込んだ大陸地殻の行方を調べるために、密度汎関数理論に基づく第一原理計算を用いて高圧下における大陸地殻の密度、弾性特性および熱力学特性を調べた(Kawai and Tsuchiya 2012a,b,c,2013)。次に既存の地震学の研究結果と照らし合わせて、大陸地殻の行方について議論し、マントル遷移層および下部マントル最上部に大陸地殻成分が蓄積する「第2大陸」仮説を提唱した(Kawai et al. 2013)。また、大陸地殻がマントル遷移層まで運ばれるメカニズムとして沈み込む海洋リソスフェア直上のsubduction channelを想定し、それによって運ばれる大陸地殻成分の量を見積もった。その結果、subduction channelを通じて少なくとも地球表層に現存する上部中部地殻の総量に匹敵する量が、マントル深部へと沈み込むことがわかった(Ichikawa et al. 2013)。外核と接するマントル最下部はD"領域と呼ばれる。液体鉄合金からなる外核に近づくにつれて、D"領域内で温度や化学組成が急変する。この領域を介した物質やエネルギーのやり取りは地球の進化を考える上で重要な手かがりとなるが、その詳細な構造はいまだ明らかになっていない。D"領域の詳細な3次元構造推定を可能にする新しい地震波解析手法を開発した。さらに、その解析手法を北米の高密度地震観測網で収録された膨大な地震波データに適用し、中米下のD"領域の詳細な3次元構造を推定することに成功した。中米下のD"領域を5°×5°×50 kmのブロックにわけS波速度の3次元構造推定を行った。その結果シート状の高速度層が低速度領域に囲まれている構造を得た。初年度は手法開発が主である研究計画であったが、手法開発のみならず地震波速度構造推定および沈み込んだ大陸地殻物質の行方に関する研究を行い、それぞれ査読論文という形で成果が出た。25年度が最終年度であるため、記入しない。これまで順調に進んでいるので、研究計画通りに3次元波形インバージョンを行う。
有限要素解の事後誤差評価手法の研究

本研究は,有限要素法の事後誤差評価に関するもので,下記のような成果と知見を得た。1.ハイパーサークル法に基づく事後誤差評価手法の研究:ポアッソン方程式の境界値問題について,標記の事後誤差評価手法の解析,混合法や関連手法の開発と利用,数値実験による検討・検証を実施し,関連論文は別記のとおり掲載された。本手法の最大の特徴は,誤差評価式に現れる正定数が皆無または極めて少ないことだが,反面,適用範囲は限定されることが判明したので,その点に留意して板曲げや電磁場等について,さらに可能性を追求した。また,非適合要素についても,拡張法を探っている。2.補間誤差定数の値の決定・上下界評価の研究:事前および事後誤差評価には,補間誤差定数など各種の正定数が現れるので,定量的な誤差解析には,この種の定数の決定・上下界評価が必要である。適合1次三角形有限要素の解析に加え,非適合1次三角形要素についても研究を実施している。成果の一部は国際学術論文誌に印刷公表され,発展成果の一部がまもなく別の国際誌に印刷公表される。また,非適合要素に対する成果は,国内の研究集会,年会などで口頭発表されている。3.電磁場有限要素の開発・改良・解析:1,2に関連する課題として,電磁場問題の有限要素の研究も進行中で,四辺形要素に関する国際共同研究が国際誌に印刷公表された。軸対称形状での有限要素法に関する成果を,国内および国際研究集会で口頭発表済みで,さらに研究を展開中である。4.板曲げ要素の解析・数値実験:これも関連する課題で,平板曲げ要素の研究も進展中である。横剪断力の評価法について国際会議で口頭発表し,さらに深化させるべく解析を進めている。5.不連続ガレルキン法の考察:新しい課題として,近年海外で盛んに研究されている不連続ガレルキン法に関して,事後誤差評価手法の研究を開始している。上記1に挙げた非適合要素法は,その古典的な例でもあるので,これを一つの起点として探索している。本研究では有限要素解の事後誤差評価手法について研究しているが、現時点では次のような新たな知見を得た。1.ハイパーサークル法に基づく事後誤差評価手法の研究:ポアッソン方程式の境界値問題について、表記の事後評価手法の解析、混合法や関連手法の開発、数値実験による検討と検証を実施し、国際会議や研究集会で発表もした。この手法は必要な正定数が不要あるいは少ないという特色を持つが、文献調査での予測どおり、適用範囲は限定されることが再確認された。その点に配意しつつ、さらに可能性を検討すべきである。2.誤差定数の値の評価:一般に事前誤差評価式でも事後誤差評価式でも、要素寸法や解あるいはデータの関数のノルム(またはセミノルム)のほかに、各種の正定数が現れる。従来は具体的値の評価が困難であったこのような定数について、事後評価の精密化に寄与すべく、できるだけ良い精度で値を評価する研究を実施している。得られた成果の一部は研究集会で発表し、国内学会、国際会議での発表と論文を準備中である。3.板曲げ要素の考察:板曲げ要素の開発や精度解析は実用と理論の双方で重要である。特に、せん断変形の近似関数の選び方、計算法は切実である。混合法としての理論解析や典型的例題による数値実験により問題点を明らかにしつつあり、今後の事後開発手法の開発の基礎としたい。

既に得られた成果の一部は、国内学会、国際会議などで発表し、論文として刊行された。4.電磁場要素の考察:電磁場問題では、辺要素など特殊なベクトル要素が用いられるが、その誤差挙動については未知の点も多い。理論解析と数値実験を通し問題点を明らかにし、要素の開発、改良に寄与し、誤差評価手法の確立を目指す。成果の一部は国内外の集会で公表し、外国研究者との共著論文を投稿中である。本研究は有限要素解の事後誤差評価手法に関するものだが,前年度の成果も踏まえ,本年度は下記のような成果や新たな知見を得た。1.ハイパーサークル法に基づく事後誤差評価手法の研究:ポアッソン方程式の境界値問題について、表記の事後評価手法の解析、混合法や関連手法の開発、数値実験による検討と検証を実施し、国際学術雑誌に投稿し掲載可となった。この手法は必要な正定数が不要あるいは少ないという特長を持つが、文献調査での予測どおり、適用範囲は限定されることが再確認された。その点に配意しつつ、さらに板曲げ問題などでの可能性を検討中である。2.誤差定数の値の評価:一般に事前誤差評価式でも事後誤差評価式でも、要素寸法や解あるいはデータの関数のノルムまたはセミノルムのほかに、各種の正定数が現れる。従来は具体的値の評価が困難だったこの種の定数につき、事後評価や精度保証の精密化に寄与すべく、できるだけ良い精度で値を評価する研究を実施している。1次要素に対する成果の一部は英文学術誌に発表された。さらに,国内学会と国際会議で発表し,論文を投稿中である。3.板曲げ要素の考察:板曲げ要素の開発や精度解析は実用と理論の双方で重要である。特に、せん断変形の近似関数の選び方、計算法は切実である。今後の事後評価手法の開発の基礎とすべく,混合法としての理論解析や典型的例題による数値実験により問題点を探っている。成果の一部は昨年度に国際誌に公表されたが、さちに国内学会、国際会議などでの発表と論文を準備中である。成果の一部は国内外の会議で公表し、外国研究者との共著論文が国際誌に発表された。本研究は,有限要素法の事後誤差評価に関するものであるが,前年度,前々年度の成果も踏まえ,最終年度である本年度は,下記のような成果と新知見を得た。1.ハイパーサークル法に基づく事後誤差評価手法の研究:ボアッソン方程式の境界値問題について,標記の事後誤差評価手法の解析,混合法や関連手法の開発と利用,数値実験による検討・検証を引き続き実施し,さらに投稿中の関連論文は別記のとおり掲載された。この手法の最大の特徴は,誤差評価式に現れる正定数が皆無もしくは極めて少ないことである。反面,適用範囲は限定されることが前年度までに判明しているので,その点に留意して板曲げや電磁場等にっいて,さらに可能性を探った。また,非適合要素についても,何らかの拡張法が可能かを探っている。2.補間誤差定数の値の決定・上下界評価の研究:一般の事前および事後誤差評価には,補間誤差定数など各種の正定数が現れるので,定:硅的な誤差解析には,このような定数の決定・上下界評価が必要である。すでに進めている適合
光学観測適地での高空間分解観測に基づく水星外圏大気生成起源の探査

未解明の水星外圏大気生成起源の探査を行うために、海外光学観測適地で水星ナトリウム大気の高空間分解観測を行った。また、モンテカルロ法を用いた水星外圏大気粒子生成をモデル化した数値計算を行い、観測結果との照合に基づき外圏大気生成過程の考察を進めた。水星には、大気密度が極めて希薄なため惑星表面が外圏圏界面となる大気(外圏大気)が存在する。この外圏大気の起源として、高温の水星表面からの大気粒子の光脱離や熱脱離、惑星間微粒子や太陽風粒子の惑星表面への衝突による蒸散やスパッタリングが想定されている。更に、これらの過程の進行に伴う惑星表面大気源粒子の不均一性や、衝突粒子の不均一降下が大気放出を変調させていると考えられる。本研究は、水星の外圏大気の生成起源を実証的に解き明かすことを目的にする。このため、未だ情報が限られている水星外圏大気の空間分布および速度分布及びそれらの時間変動特性を、様々な水星-太陽間距離及び水星の視位置条件に対して、大気シーイング条件に優れた光学観測適地での高精度観測により詳細に調査する。更に、これらの観測結果と大気生成に関する数値シミュレーション計算結果とを比較・検討することにより、大気起源の探査・究明を行ってゆく。研究初年度の本年度は、先ず世界的な光学観測適地であるハワイ・マウイ島のハレアカラ山頂の観測サイトに水星外圏大気のナトリウム発光を高精度で計測する高分散観測装置を立ち上げた。さらに、本装置にまる水星大気観測を平成20年6月および11月に実施し、水星近傍および水星遠方の反太陽方向(尾部方向)の大気状態の情報を得た。また、大気の成因を探るため、開発済みの大気の静的分布特性を解析する数値計算コードを用いて、特に水星尾部の大気分布および流速分布の解析を行い、水星尾部に広がる大気は水星表面のスパッタリングにより生成される可能性を見出した。以上の成果は国内外の複数の研究会・学会で発表するとともに、それらの一部は学術論文として公表された。このため、未だ情報が限られている水星外圏大気の空間分布および速度分布及びそれらの時間変動特性を、様々な水星ー太陽間距離及び水星の視位置条件に対して、大気シーイング条件に優れた光学観測適地での高精度観測により詳細に調査する。研究2年度の本年度は、観測機会を増やすために光学観測適地であるオーストラリア・アリススプリングスの観測サイトに水星外圏大気のナトリウム発光を計測する高分散観測装置の立ち上げを実施し、試験観測を実施した。また、太陽風や磁気圏粒子の水星表面衝突による影響の評価のため、国際学会等で最新の計算機シミュレーション研究による粒子降下域の情報を収集するとともに、本研究グループで開発した大気の静的分布特性を解析する数値計算コードへ粒子降下域および降下量の組み込みを実施した。以上の成果の一部は研究会・学会等で発表を行った。尚、光学観測適地のハワイでの観測では、本研究に関わる観測装置は惑星光学観測一般にも供され、木星イオ衛星の外圏大気の観測でも成果を上げた。研究最終年度の本年度は、光学観測適地であるハワイ・マウイおよびオーストラリア・アリススプリングスの光学観測サイトで水星ナトリウム外圏大気発光の高分散観測を試みた。また、太陽風・磁気圏粒子の水星表面衝突による影響の評価のため、計算機シミュレーション研究による粒子降下域の情報収集を継続実施するとともに、本研究グループで開発した大気の静的分布特性を解析する数値計算コードを用いて粒子降下による大気生成の評価を実施した。以上の成果の一部は国内外の学会・研究会で発表を行った。

尚、本研究に関わるハワイの光学観測装置は今年度も惑星・衛星大気観測一般にも供され、木星イオ衛星や土星エンケラドス衛星の外圏大気の観測においても、その生成起源探究に国際的な成果を上げた。
多電子・水素イオン協奏型二酸化炭素-メタノール変換を触媒する革新的人工酵素の創製

本提案では,ギ酸・アルデヒド・アルコール脱水素酵素一元複合体を設計・創製することを目的とした.ホルムアルデヒド-メタノール変換反応を触媒するアルコール脱水素酵素との相互作用について酵素反応速度論的解析を用いて検討し,メチルビオローゲンとアルコール脱水素酵素との相互作用とギ酸脱水素酵素との相互作用はほぼ等しい親和性で機能している事を見出し,さらに,ホルムアルデヒド脱水素酵素との相互作用についても検討し結果,ホルムアルデヒド脱水素酵素との相互作用は他の脱水素酵素より強い親和性を示すことがわかった.これらの結果を基にギ酸・アルデヒド・アルコール脱水素酵素系による二酸化炭素-メタノール変換を達成した.本提案では,水中で二酸化炭素をメタノールに分子変換機能を有する「人工補酵素脱水素酵素一元複合体」の設計と創製を目的としている.当該年度はギ酸・アルデヒド・アルコール脱水素酵素に有効なビオローゲン誘導体を基盤とした人工補酵素分子の設計と合成した.具体的には4,4'-ビピリジニウム塩あるいは2,2'-ビピリジニウム塩を基本構造として,アミノ基やカルボキシル基を導入した分子や立体的な構造変化を志向した分子を合成した.その結果,アミノ基を2つ導入した4,4'-ビピリジニウム塩がギ酸・アルデヒド・アルコール脱水素酵素の補酵素として有効に働くことを見出した.また2,2'-ビピリジニウム塩についてはピリジン環をメチレン鎖で架橋することにより立体構造を変化させ、脱水素酵素に有効に機能する人工補酵素を設計・合成した。さらにこれら4,4'-ビピリジニウム塩あるいは2,2'-ビピリジニウム塩を化学的に還元し各々の酵素との相互作用を酵素反応速度論的に解析し,物理化学的な性質からもこれら4,4'-ビピリジニウム塩あるいは2,2'-ビピリジニウム塩が有効な補酵素であることを証明した.加えて各脱水素酵素の基質結合部位と4,4'-ビピリジニウム塩あるいは2,2'-ビピリジニウム塩とがどのように相互作用しているかをタンパク質モデリングにより解明しつつある段階に到達した。次にこれらビオローゲン誘導体に金属イオンと錯形成に必要なイミダゾール基を導入した分子について設計・合成に着手し、各脱水素酵素との相互作用についても検討を開始した。平成27年度の研究計画は、ギ酸・アルデヒド・アルコール脱水素酵素を用いた二酸化炭素のメタノールへの変換反応に最適な人工補酵素分子を1,1'-ジアルキル-4,4'-ビピリジニウム塩を基盤として構築することである.当該年度の成果として4,4'-ビピリジニウム塩にアミノ基を導入することで上記脱水素酵素の活性点構造に強く相互作用し活性を向上させることを酵素反応速度およびタンパク質モデリング解析から見出した.さらに金属イオンと錯形成に必要なイミダゾール基を有する4,4'-ビピリジニウム塩を基盤とした人工補酵素分子を設計・合成に着手し、本研究項目は順調に進んでいる。加えて、ギ酸・アルデヒド・アルコール脱水素酵素の基質結合部位と4,4'-ビピリジニウム塩や2,2'-ビピリジニウム塩との相互作用機序についても明らかにできつつあり、次年度の人工補酵素ー脱水素酵素複合体の創製に向けて十分な成果が得られつつある。以上のことから、平成27年度の研究成果は二酸化炭素を還元しメタノールを生成する反応の触媒創製の確立を目指した人工補酵素ーギ酸・アルデヒド・アルコール脱水素酵素一元複合体を設計・創製に向けておおむね順調に成果が得られている判断できる。これまで常温・常圧で多電子-水素イオン協奏型二酸化炭素-メタノール変換反応を触媒できる単独の分子性触媒や無機触媒では達成できていない.これは6個の電子と水素イオンを同時に利用し二酸化炭素をメタノールに還元する必要があるため非常に困難である.本提案では,二酸化炭素還元に基づくメタノール生成反応の触媒創製確立を目指し,ギ酸・アルデヒド・アルコール脱水素酵素一元複合体を設計・創製することを目的としている.平成27年度に得られた,ギ酸・アルデヒド・アルコール脱水素酵素に有効なビオローゲン誘導体を基盤とした人工補酵素について,二酸化炭素-メタノール変換の最初の段階である,二酸化炭素ーギ酸変換反応を触媒するギ酸脱水素酵素に対する,様々なビオローゲン誘導体の一電子還元体の効果を酵素反応速度論的解析を用いて検討した.これらの結果を基盤としてビオローゲン誘導体の持つ置換基、ビオローゲン分子内での2つのピリジン環のねじれ角等とギ酸脱水素酵素の酵素活性との機能相関を明らかにする事ができた.加えて,一般的なビオローゲン誘導体であるメチルビオローゲンと二酸化炭素-メタノール変換の最後の段階であるホルムアルデヒドーメタノール変換反応を触媒するアルコール脱水素酵素との相互作用について酵素反応速度論的解析を用いて検討した.その結果,メチルビオローゲンとアルコール脱水素酵素との相互作用とメチルビオローゲンとギ酸脱水素酵素との相互作用とではほぼ等しい親和性で機能している事を見出した.これらの事から二酸化炭素-メタノール変換反応を効率的に進めるためには第2段階の反応であるギ酸ーホルムアルデヒド変換反応を触媒するアルデヒド脱水素酵素を活性化する人工補酵素が必要であるを明らかにした.平成28年度の当初研究計画は,平成27年度に合成した人工補酵素ー脱水素酵素複合体を用い,それぞれの脱水素酵素が触媒する分子変換反応の機構を調べ,それぞれの分子変換反応について,酵素反応速度論的に反応過程を解析することである.平成27年度に得られた,ギ酸・アルデヒド・アルコール脱水素酵素に有効なビオローゲン誘導体を基盤とした人工補酵素について,二酸化炭素ーギ酸変換反応を触媒するギ酸