hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
環境に配慮したオーステナイト系ステンレス鋼のガス窒化

まずSUS304、SUS316およびSUS310の3種類のオーステナイト系ステンレス鋼に種々の温度および保持時間で大気中予加熱を施し、表面被膜の組成の変化をX線光電子分光分析で定量的に調べた。次に773K873Kの温度で保持時間を変えてガス窒化処理を施し、窒化層の組織、硬さおよび深さの変化を詳細に調べ、反応速度論的解析を行った。その結果、窒化処理の初期から表面全体に窒化層が形成されるわけではなく、まず局部的な窒化(核生成)が起こり、それらが成長・合体することによって表面全体が窒化層で覆われ、その後の深さ方向への成長によって均一な厚さの窒化層が形成されること、窒化層の成長は窒化層を形成しているオーステナイト中の窒素の拡散によって律速されることが明らかになった。また、大気中予加熱によって窒化反応の核生成が促進され、特に表面が主としてFe系の酸化物からなり、皮膜内部では緻密なCr_2O_3の濃度が低く逆に格子欠陥濃度の高いFeOの濃度が高くなるような適当な温度および時間で大気中予加熱を施してガス窒化を行うと、従来のような種々の科学的前処理を施さなくても、実用的に十分な硬さを持つ均一な深さの窒化層が得られた。さらに、窒化層の成長は、窒化層を形成しているオーステナイト中の窒素の拡散によって律速され、大気中予加熱は成長過程に影響を及ぼさないため、窒化層の深さは窒化処理の温度と保持時間のみで制御できること、窒化層の硬さは窒化温度に依存し、これには窒化物の種類、量、分散状態と素地の格子ひずみが関係していることが明らかになった。以上のように、本研究によって、従来のような化学的前処理を必要としない、地球環境に優しいクリーンなガス窒化処理技術を確立できた。本研究の目的は、地球環境への負荷が小さくかつ低コストで処理できるオーステナイト系ステンレス鋼の新しいガス窒化法を開発することにある。そこでSUS304、SUS316およびSUS310の三種類のオーステナイト系ステンレス鋼に大気中予加熱を施した後、773873Kの温度範囲で保持時間を変えてガス窒化処理を行い、窒化挙動を反応速度論的に検討し、以下の結論を得た。(1)窒化処理の初期から表面全体に窒化層が形成されるわけではなく、まず局部的な窒化(核生成)が起こり、それらが成長・合体することによって表面全体が窒化層で覆われ、その後の深さ方向への成長によって均一な厚さの窒化層が形成される。(2)窒化層の成長は窒化層中の窒素の拡散によって律速される。大気中予加熱は成長過程に影響を及ぼさない。(3)大気中予加熱は窒化反応の核生成に影響を及ぼす。これは、大気中予加熱による表面皮膜の組成の変化が、NH_3ガスの解離や皮膜中における窒素の拡散に影響を及ぼすためと考えられる。(4)窒化温度が高くなるほど窒化層の硬さは低下する。特にSUS304とSUS316ではこの傾向が著しい。これにはオーステナイト中に析出する窒化物の種類、量および分散状態、窒化物の粗大化、素地の格子ひずみの緩和等が関係していると考えられる。そこで温度および時間を種々に変えて大気中予加熱を施したあと、温度および時間を種々に変えてガス窒化処理を行った。

大気中予加熱後の表面の酸化皮膜と窒化後の窒化層の組成を分析するとともに、窒化層の硬さおよび深さを測定した。そしてそれらの結果を関連づけて反応速度論的に解析し、新しいガス窒化技術を確立した。主な結果を以下に示す。(1)大気中予加熱を施すことによって窒化反応の核生成が促進される。特に、表面が主としてFe系の酸化物からなり、皮膜内部では緻密なCr_2O_3の濃度が低く逆に格子欠陥濃度の高いFeOの濃度が高くなるような適当な温度および時間で大気中予加熱を施してガス窒化を行うと、従来行われてきた種々の化学的前処理を施さなくても、実用的に十分な硬さを持つ均一な深さの窒化層が得られる。(2)窒化層の成長は、窒化層を形成しているオーステナイト中の窒素の拡散によって律速される。したがって窒化層の深さは、窒化処理の温度と時間で制御できる。(3)窒化層の硬さは、窒化温度によって制御できる。これには窒化物の種類、量、分散状態と素地の格子ひずみが関係している。
マウス体細胞核移植胚の新規発生促進技術の開発とその促進機構の解明

マウス体細胞核移植(SCNT)胚の産仔への発生は、そのエピジェネティックス調節の異常やX染色体の不活化(XCI)異常などの多くの異常によって著しく抑制されている。本研究では、そのような問題を解決する方法として、1) SCNT胚を1 mMバルプロ酸で4細胞期から24時間処理する方法、2) SCNT直後にd-BSAを注入する方法、そして3) SCNT直後からのトリコスタチンA(TSA)とビタミンCの併用処理する方法を開発し、特にTSAとVCの併用処理は、非常に簡便かつ高効率にクローン産仔が得られる前例のない方法である。マウス体細胞核移植胚の細胞質に脱イオン化BSA(d-BSA)を前核形成前に注入すると、その胚盤胞への発生が促進されることを申請者は初めて明らかにしている。今年度は、このようなd-BSAの促進効果について、1)ヒストンH3K9およびH4K12のアセチル化に及ぼすd-BSA注入時期の影響を検討した。2) d-BSA注入核移植胚(d-BSA-NT胚)から発生した胚盤胞の特性を、d-BSAを注入しない対照区核移植胚(Ctr-NT胚)由来胚盤胞と比較検討した。3) d-BSA-NT胚の着床後の発生をCtr-NT胚と比較検討した。得られた成果を以下に挙げる。1) d-BSA-NT胚のH3K9およびH4K12のアセチル化はCtr-NT胚に比べて有為に増強された。しかし、発生促進効果のない前核期NT胚へのd-BSAの注入では、それらのヒストンのアセチル化は促進されなかった。従って、d-BSA注入による核移植胚の発生促進効果は、ヒストンアセチル化の促進によるエピジェネティックな調節を介することによって発揮されることが示唆された。2) d-BSA-NT胚から発生した胚盤胞(d-BSA胚盤胞)の細胞数をCtr-NT胚由来胚盤胞(Ctr胚盤胞)と比較した結果、Oct4陽性細胞数が有意に多いことがわかった。また、X染色体の不活化調節に関与するトリメチル化ヒストンH3K27(H3K27me3)が、Ctr胚盤胞に比べてd-BSA胚盤胞においてより正常なパターンで発現することがわかった。3)着床後の発生に及ぼすd-BSA注入の効果について検討した結果、Ctr-NT胚からは、産仔は得られなかったが、d-BSA-NT胚から産仔が得られ、その割合は、TSA処理胚と同程度であった(2.7%, 2.9%)ことから、前核形成前のd-BSA注入により、体細胞核移植胚の着床後の発生が促進されることが明らかとなった。1.マウス体細胞核移植(SCNT)胚の細胞質中に脱イオン化BSA(d-BSA)を注入すると、その産仔への発生が促進される。1) 6%d-BSA溶液を除核MII期卵母細胞に体細胞核を移植した直後に注入することによって、そのSCNT胚の胚盤胞への発生が著しく促進されるが、前核期SCNT胚に注入してもそのような効果は全く発揮されない。2) d-BSA注入によってSCNT胚のH3K9及びH4K12のアセチル化が促進されたことから、d-BSA注入の発生促進効果は、ヒストンアセチル化の促進によるエピジェネティック調節を介して発揮されることが示唆される。3)無処理SCNT胚からは、産仔は得られなかったが、d-BSA注入SCNT胚から産仔が得られ、その割合は、TSA処理胚と同程度であった(2.7%, 2.9%)。2.マウスSCNT胚の発生に及ぼすヒストンアセチル化酵素阻害剤(HDACi)及び核のリモデリング因子であるビタミンC(VC)の促進効果1)マウスSCNT胚をクラスI及びIIa/b HDAC阻害剤であるTSAで処理すると胚盤胞への発生が促進されるが、クラスI及びIIa HDAC阻害剤であるバルプロ酸(VPA)処理では、そのような発生促進効果は無く、クローン胚盤胞におけるトリメチル化ヒストンH3K27の局在や多能性因子であるOct3/4の発現強度と局在が正常化することが明らかとなった。2)マウスSCNT胚を活性化後8時間目から15時間目の間VC処理すると、胚盤胞期及び産仔への発生が促進され、産仔への発生率(1.7%)はTSAの場合と同程度であった。ところが、TSA処理(活性化後0h8h)とVC処理(活性化後8h15h)を組み合わせると、産仔への発生率(18%)は飛躍的に促進されることが明らかとなった。

マウス体細胞核移植(SCNT)胚の細胞質中に脱イオン化BSA(d-BSA)を注入すると、その胚盤胞期への着床前発生が著しく促進されることを申請者は初めて明らかにしている。今年度は、このようなd-BSAの促進効果について、1,d-BSA特異的でしかもSCNT胚でのみ発揮されるのか、2,d-BSAの至適処理条件を決定、3,SCNT胚の発生を促進することが知られているヒストン脱アセチル化酵素阻害剤(HDACi)であるトリコスタチンA(TSA)やスクリプタイド(Sc)処理とd-BSA注入との組み合わせ処理効果を検討することを目的とした。得られた成果を以下に挙げる。1,6% d-BSA溶液を除核MII期卵母細胞に体細胞核を移植した直後に注入することによって、そのSCNT胚の胚盤胞期への発生が最も促進され、前核期SCNT胚に注入しても促進効果は全く発揮されないことを明らかにした。2,d-BSAを体外受精胚および単為発生胚に同様に注入しても発生促進効果は観察されなかったことから、この効果は、SCNT胚特異的に発揮されることが示唆された。3,脱イオン化処理血清グロブリンには効果は無く、そして溶媒としてトリフルオロ酢酸とアセトニトリルを用いたProtein Aカラムによって微量の混入物質を除去したd-BSAに活性は維持された。この結果から、d-BSAの促進活性はアルブミン分子特異的であることが示唆され、酸およびアセトニトリルに耐性であることも判明した。4,d-BSAの効果は、TSAあるいはScと組み合わせることによってさらに促進された。5,SCNT胚でのヒストン(H3K9、H4K12)のアセチル化がd-BSA注入によって促進されることが免疫蛍光染色法によって明らかとなった。このことから、SCNT胚のエピジェネティックス調節による遺伝子発現がd-BSAによって影響される可能性が示唆された。マウス体細胞核移植胚の発生に及ぼすd-BSA注入の促進効果について、今年度は、1)前核形成前の核移植胚へのd-BSA注入による核移植胚の発生促進効果がヒストンのアセチル化の促進と強く関連すること、2) d-BSA注入核移植胚から発生した胚盤胞は、対照区(d-BSA未注入)胚盤胞と比べてOct4陽性細胞数およびX染色体の不活化調節に関与するヒストンH3K27me3の発現が、受精胚に近似するようになること、さらに、3) d-BSA注入核移植胚の着床後の発生が、対照区核移植胚と比べて顕著に促進されることを明らかにすることができた。従って、平成24年度以降の計画内容の多くの計画を遂行し、成果を得ることができたと判断される。マウス体細胞核移植(SCNT)胚の発生に及ぼすd-BSA注入の促進効果について、今年度は、1,この効果はd-BSA特異的でしかもSCNT胚でのみ発揮されること、2,d-BSA注入の至適条件を決定、3,促進活性はアルブミン分子自体にあり、酸およびアセトニトリル処理によっても保持されること、そして4,d-BSAの効果がHDACiであるTSAあるいはScによって助長されることを明らかにすることができた。さらにd-BSAはSCNT胚のエピジェネティックス調節による遺伝子発現に影響を及ぼすことが示唆された。従って当初の計画(14)以上の成果を得ることができたと判断される。1)前核形成前の核移植胚にd-BSAを注入することによって、産仔への発生が促進されることから、核移植胚の初期化がd-BSA注入によってより効率に誘導されることが明らかとなった。そこで、卵細胞質による体細胞核の初期化にd-BSAがどのように関与しているのかを、特に前核形成前の卵細胞質内に存在するd-BSAの標的分子を同定することによって明らかにする。
回転体乱流境界層中のらせん渦構造の同定と解明

本研究は三次元壁乱流の最も基本的なモデルであり,体積力や付加歪み速度を伴う複雑乱流の一つとして,軸流中の回転円筒上のねじれた速度分布の乱流境界層の組織構造を実験的に調べ,特にその中のらせん渦構造を同定・解明しようとするものである.実験は,まず円筒が静止している場合の乱流境界層の瞬時時系列データからVITA法および四象限分割法を用いて,バースト現象,乱流組織構造を解析した.その結果からは,平板乱流現界層との決定的相違は見出されなかった.らせん渦構造を調べるため,熱線レイクシステムを新規に構築し,動的構造の抽出を平板境界層に対して試み,瞬時多点同時計測データに対して固有直交分解による解析を行った.その結果,組織構造の同定には第1モードの固有関数のみならず,第2モードの寄与も考慮せねばならないことが明らかとなった.そして,これらの第1,第2モードによって境界層外層における乱流・非乱流という構造の一つを同定しうることを示した.次に,円筒回転時におけるねじれた平均速度分布と変動速度分布を熱線流速計により測定し,平均速度分布に対してこれまでに提案された各種の法則の妥当性を検討した。外層の乱流組織構造を調べるための第一段階として,扁平度と間欠係数を調べたが,これらのパラメータによっては回転円筒特有の組織構造を捕らえることは困難であった。そこで変動速度のパワースペクトルを調べた。平板と静止円筒の場合,周波数の増加とともに単調に減少するスペクトルを示すのに対し,円筒回転時にはスペクトルにバンプが発生し,回転速度が大きいほどバンプが生じる周波数が高いことが示された。これは回転円筒乱流境界層の組織構造が,スペクトルにその特徴が現れるほど規則的なものであることを示すものであり,円筒に巻きつく形態のらせん渦構造の存在が裏付けられた。本研究は三次元壁乱流の最も基本的なモデルであり,体積力や付加歪み速度を伴う複雑乱流の一つとして,軸流中の回転円筒上のねじれた速度分布の乱流境界層の動的組織構造を実験的・数値的に調べ,特にその中のらせん渦構造を同定・解明しようとするものである.実験は,まず円筒が静止している場合の乱流境界層について,I,X形の熱線プローブにより瞬時時系列データを取り込み,この瞬時データからVITA法および四象限分割法を用いて,バースト現象,乱流組織構造を解析した.その結果からは,平板乱流境界層との決定的相違は見出されなかった.らせん渦構造を調べるため,熱線レイクシステムを構築した.三次元乱流境界層の動的構造については,平板乱流境界層に比べて従来の知見が乏しいため,まず,この熱線レイクシステムによる動的構造の抽出を平板境界層に対して行った.熱線レイクはI形プローブをスパン方向に3.5mm間隔で16本ならべたもので,自作の16ch熱線流速計を用いて境界層の主として外層域における多点同時計測を行った.この瞬時多点同時計測データに対して固有直交分解による解析を行った.その結果,組織構造を示すとされる第1モードの固有関数は,y/δ=0.2では境界層厚さ程度の波長を持つ変動波形を示し,層外に向かってその波長が境界層厚さの1.5倍程度まで増加することが明らかとなった.第2モードのエネルギ寄与率は第1モードと同程度であり,したがって組織構造としてはこの第2モードの寄与も考慮せねばならないと考えられる.

この第1,第2モードのみを用いて速度場を再構成し,乱流・非乱流を示す間欠関数のスパン方向時系列分布を明らかにした.そして,これらのモードが境界層外層における乱流・非乱流という一つの組織構造を同定しうるパラメータであることを示した.本研究は三次元壁乱流の最も基本的なモデルであり,体積力や付加歪み速度を伴う複雑乱流の一つとして,軸流中の回転円筒上のねじれた速度分布の乱流境界層の動的組織構造を実験的に調べ,特にその中のらせん渦構造を同定・解明しようとするものである.本年度では,まず円筒回転時におけるねじれた平均速度分布と変動速度分布を熱線流速計により測定した。そして,運動量厚さに基づくレイノルズ数を一致させた上で,平板乱流境界層,円筒静止時,および2種類の回転速度の円筒について,対数速度分布,欠損速度分布,変動速度分布の比較検討を行った。対数速度分布については,本研究者らによって過去に提案された法則により整合性よくまとまることが示された。一方,外層の乱流組織構造の基礎となるべき欠損速度分布は,平板乱流境界層に対する法則を含むこれまでの各種の提案ではやや適合性に欠けることが示された。変動速度分布も平均速度分布と同じ外層の尺度ではまとめ切れず,さらに検討を要することが明らかとなった。外層の乱流組織構造を調べるための第一段階として,扁平度と間欠係数を調べた。扁平度は平板,静止円筒,2種類の回転速度の円筒について,平均境界層厚さ程度まで一致していた。間欠係数もこの4者はほぼ一致し,扁平度と間欠係数によって回転円筒特有の組織構造を捕らえることは困難であることが判明した。そこで次に変動速度のパワースペクトルを調べた。平板と静止円筒の場合,周波数の増加とともに単調に減少するスペクトルを示すのに対し,円筒回転時にはスペクトルにバンプが発生し,回転速度が大きいほどバンプが生じる周波数が高いことが示された。これは回転円筒乱流境界層の組織構造が,スペクトルにその特徴が現れるほど規則的なものであることを示すものであり,円筒に巻きつく形態のらせん渦構造であることを裏付けた。
体性幹細胞を用いた糖尿病治療

難治性の糖尿病に対し膵臓移植・膵島移植が行われているが、拒絶反応や深刻なドナー不足など現行の移植治療には多くの問題点が残されている。そこで期待されている治療法の一つが幹細胞を用いた細胞移植治療である。当研究室では、これまでにマウス、ラット、ブタ、ヒト唾液腺組織から幹細胞を分離している。今回、ラット唾液腺由来前駆細胞をインスリン分泌細胞に分化誘導した後、糖尿病マウスへの細胞移植を行い、移植効果を検討した。その結果、全ての移植ラットで血糖値が改善した。また、分化したインスリン分泌細胞を選別する方法を開発した。この方法は他の体性幹細胞にも応用可能であり、幹細胞移植応用の可能性が示唆された。本研究では本年度、ラット唾液腺由来前駆細胞(ラットSGP)をインスリン分泌細胞に分化誘導した後、糖尿病/免疫不全マウス(AKITA/SCIDマウス)への細胞移植を行い、移植効果を検討した。【方法】ドナー細胞はラット唾液腺由来前駆細胞を用いた。レシピエントにはAKITA/SCIDマウス(68週齢、メス、移植群n=3 ;コントロール群n=3)を用いた。前駆細胞はNewport Green(NG)を用いて染色を行い、フローサイトメトリー法で陽性細胞分画を採取した。採取したNG陽性細胞はGLP-1含有分化誘導培地にて分化誘導した後にインスリン分泌試験を行った。インスリン分泌能の評価はELISA法を用いておこなった。インスリン分泌量が多い細胞群を選択し、体重100g当たり移植細胞数1x10^6の割合で腎皮膜下に移植した。移植後の血糖変化を経時的に測定した。【成績】ラット唾液腺由来前駆細胞を当研究室で合成した特殊無血清培地を用いて培養した。この調整培地によるβ細胞への分化誘導効率は全細胞の30%程度であった。更に、Newport Green DCF(Molecular Probes)を用いてインスリン陽性細胞を蛍光染色した。このインスリンを含有したインスリン陽性細胞をFACSvantage SEを用いて陽性細胞分画だけを分離した。この細胞を培養し増殖させた。培養には分化誘導特殊培地を用いた(内容は明らかにできない)。更にELISA法を用いてインスリン分泌量の多い細胞を判別し、増殖させた。これにより最もインスリン分泌能の高い細胞集団が得られた。この高インスリン分泌ラットSGPを用いてAKITA/SCIDマウスの腎皮膜下へ移植実験を行った。その結果、移植した全ての個体で血糖が改善した(558±68.7vs. 323±111、p<0.001)。本研究では時年度、ラット唾液腺由来前駆細胞(ラットSGP)ーインスリン分泌細胞に分化誘導した後、糖尿病/免疫不全マウス(AKITA/SCIDマウス)への細胞移植を行い、移植効果を検討した。レシピエントにはAKITA/SCIDマウス(68週齢、メス、移植群n=15;コントロール群n=5)を用いた。フローサイトはFACSariaIIを新たに導入することで更に効率を上げた。インスリン分泌量が多い細胞群を選択し、体重100g当たり移植細胞数1×10^6の割合で賢皮膜下に移植した。このインスリンを含有したインスリン陽性細胞をFACSAriaIIを用いて陽性細胞分画だけを分離した。また、分離細胞の高効率保存方法を確立した。

本研究では本年度、ラット及びブタ唾液腺由来前駆細胞(SGP)をインスリン分泌細胞に分化誘導した後、糖尿病/免疫不全マウス(AKITA/SCIDマウス)への細胞移植を行い、移植効果を検討した。【方法】ドナー細胞は唾液腺由来前駆細胞を用いた。レシピエントにはAKITA/SCIDマウス(68週齢、メス、移植群n=15;コントロール群n=5)を用いた。前駆細胞はNewport Green(NG)を用いて染色を行い、フローサイトメトリー法で陽性細胞分画を採取した。フローサイトはFACS ariaIIを新たに導入することで更に効率を上げた。採取したNG陽性細胞はGLP-1含有分化誘導培地にて分化誘導した後にインスリン分泌試験を行った。インスリン分泌能の評価はELISA法を用いておこなった。インスリン分泌量が多い細胞群を選択し、体重100g当たり移植細胞数1x106の割合で腎皮膜下に移植した。移植後の血糖変化を経時的に測定した。【成績】ラット唾液腺由来前駆細胞を当研究室で合成した特殊無血清培地を用いて培養した。この調整培地によるβ細胞への分化誘導効率は全細胞の30%程度であった。更に、Newport GreenDCF(Molecular Probes)を用いてインスリン陽性細胞を蛍光染色した。このインスリンを含有したインスリン陽性細胞をFACSAriaIIを用いて陽性細胞分画だけを分離した。この細胞を培養し増殖させた。培養には分化誘導特殊培地を用いた(GLP-1,ニコチン酸アミド、アクチビン、ベタセルリン)。更にELISA法を用いてインスリン分泌量の多い細胞を判別し、増殖させた。これにより最もインスリン分泌能の高い細胞集団が得られた。この高インスリン分泌ラットSGPを用いてAKITA/SCIDマウスの腎皮膜下へ移植実験を行った。その結果、移植した全ての個体で血糖が改善した(558±68.7vs.323±111、p<0.001)。
膜タンパク質スーパーコンプレックスの構築原理と結晶化条件の解明

過去3か年にわたる研究の結果、膜タンパク質スーパーコンプレックスの構築原理と結晶化条件の一般化に関して以下のことが明かになった。膜タンパク質の立体構造の安定化の要因は膜貫通ヘリックス間の水素結合と静電的相互作用である。それに加えて、親水性部分が安定化に寄与している。したがって、脂質二重膜に埋まった疎外性表面を界面活性剤で覆って水溶液中に`可溶化'することは立体構造を損なわずに膜タンパク質を単離する最もよい方法であろう。しかし、この結合している界面活性剤を介した相互作用は非特異的で、結晶の安定化に寄与するとは考えられない。したがって、親水性部分の大きな膜タンパク質ほど結晶化は容易であると推定できる。ウシ心筋チトクロム酸化酵素やチトクロムbc_1複合体は結晶化されているが分子量がそれらの約1/2である細菌の相同タンパク質はまだ結晶化されていないことは、この推定を支持している。結晶化の必要条件は標品の純度ではなく立体構造が完全であることである。さらに周期的な配列が可能になるためには、必ずしも分子間の相互作用が強ければよいわけではない。界面活性剤の種類によってこのような相互作用を制御することができる。例えば、チトクロム酸化酵素結晶のx線回析の分解能を6.5Aから3.5A以上に、界面活性剤の種類を変えることによって、一挙に向上させることができた。巨大な分子の結晶では、安定化を促進する相互作用が体積当りでは弱くなるため、結晶の完全性に限界があるという説もあるが、逆にいくら大きくてもそれが生理活性をもったタンパク質であるかぎり結晶化は可能であるとも考えられる。何故なら大きなタンパク質ほど立体構造の動的なゆらぎを小さくするような構造があるため、全体として安定であるだけでなく、特異的な相互作用も揺らぎが小さいだけ強くなるであろうからである。結晶化条件の検討:チトクロム酸化酵素の結晶化条件に対する温度の効果を検討したところ20°Cでプラスチック容器でしか析出しない結晶が得られた。このことは容器の材質も結晶化条件の重要な要因であることを示している(吉川)。またウシ心筋から精製したComplexIIIの結晶化にも成功し、6.8Å分解能のX線解析を得た(松原)。F_1ATPaseおよびそのα_3β_3複合体の、それぞれ8Åおよび4Å分解能の反射を示すような結晶が得られるようになった(白木原)。バクテリオロドプシンも分解能は不十分ではあるが、これまでに報告されていない六方晶系の結晶が得られた。またベン毛モ-タMリングの構成タンパク質をコ-ドする遺伝子を発現させ、精製することに成功した。その他、光合成関連膜タンパク質複合体や結晶化条件の検討についても着実な進歩があった。構築原理と結晶成長機構:アミノ酸配列から立体構造の情報を抽出するための計算方法の開発を行っているが、今年度はプロ-ブヘリック入法により膜貫通型ヘリックスの性質をエネルギ-計算により詳細に調べた(美宅)。またチトクロム酸化酵素の結晶化の相図を膜タンパク質としてははじめて決定し、六方晶系の結晶は塩溶域で析出することを示した(安宅)。構造解析:電子線回折による電子密度図を初期値とした分子置換法を行うとき、できるだけ初期値の影響をうけないようにするために計算法を改良し、初期値として重心の位置と楕円近似だけで計算が可能となった(月原)。分子置換法による結果の評価に必要な電子線回折による電子密度の精密化のため、二次元結晶を作成し、20Å分解能程度の回折像は再現性よく得られるようになった(豊島)。

研究会:これらの成果は平成4年1月に行われた研究会で発表され、有意義な討論が行われた。チトクロム酸化酵素の正方晶系結晶の結晶化に最も重要な要因は精製の初期に使われる試薬であるコール酸に含まれる微量の不純物であることが明らかになった。コール酸を非イオン性界面活性剤に完全におき変えた後でもこの不純物の影響を除くことはできない。現在、この末同定の不純物を除去する方法を検討している。この正方晶系結晶は6Å分解能で相関係数0.5以上を示した。また重原子誘導体化に成功し、現在位置の決定を試みている。また種々の2次元結晶を作製し異なった結晶系のものを比較し、これまで信じらてきたモデルは誤っており、ダイマーの形成時に大きな構造変化が起こることが示唆された。X線回折法と電子顕微鏡によりバクテリオロドプシンの結晶構造を解折し、数百分子が集合して経50mmの球殻構造を形成し、この構造が最密充填して結晶を構成することを明らかにした。光合成細菌の集光性アンテナ色素タンパク質B800-850と好熱性細菌の反応中心複合体の結晶化に成功した。後者は3Å分解能の反射を示した。複合体IIIの精製の最終段階で微結晶化が可能になり、純度、均一性を格段に高めることに成功した。その結果六方晶系の大きい6.5ÅまでのX線回析をしめす結晶が得られた。電気ウナギNaチャンネルの簡便な高純度精製法を確立し、2次元結晶の作製を試みた。ベン毛基部体と周辺タンパク質の相互作用を調べ後者はすべて直接あるいは間接的に基部体と接触して回転子を形成していることを明らかにした。膜タンパク質の立体構造の形成因子として極性相互作用が本質的な役割を果たしていることをプローブヘリックス法のエネルギー計算を行って明かにした。これをバクテリオロドブシンに適用して構造予測を行った。チトクロム酸化酵素の結晶成長をコマ撮りビデオ装置を用いて映像的に記録したところ過飽和条件を与えるとリゾチームの場合と大きく異なりきわめて短時間で結晶成長を始めることが明かとなった。膜タンパク質スーパーコンプレックスの構築原理と結晶化条件の一般化に関して以下のことが明らかになった。膜タンパク質の立体構造の安定化の要因は膜貫通ヘリックス間の水素結合と静電的相互作用である。それに加えて、親水性部分が安定化に寄与している。したがって、脂質二重膜に埋まった疎水性表面を界面活性剤で覆って水溶液中に`可溶化`することは立体構造を損なわずに膜タンパク質を単離する最もよい方法であろう。しかし、この結合している界面活性剤を介した相互作用は非特異的で、結晶の安定化に寄与するとは考えられない。したがって、親水性部分の大きな膜タンパク質ほど結晶化は容易であると推定できる。ウシ心筋チトクロム酸化酵素やチトクロムbc_1複合体は結晶化されているが分子量がそれらの約1/2である細菌の相同タンパク質はまだ結晶化されていないことは、この推定を支持している。結晶化の必要条件は標品の純度ではなく立体構造が完全であることである。さらに周期的な配列が可能になるためには、必ずしも分子間の相互作用が強ければよいわけではない。界面活性剤の種類によってこのような相互作用を制御することができる。
自由視点3Dパノラマ映像生成に基づくVRコンテンツ生成

平成29年度では,主に問題解決のための技術調査と予備実験を行った.課題は360度パノラマ画像からの自由視点映像の生成であるが,そのためには画像からシーンの3次元情報を復元することが不可欠である.コンピュータビジョンにおける3次元復元手法は画像間対応点ベースの手法が主であるが,一般的に計算コストが問題となるため,提案するリアルタイムの画像合成には適さない.そこで,我々は計算コストが一般的に低い機械学習に基づく3次元復元手法を検討した.しかし,3次元復元分野においては,深層学習を利用したアプローチの適用が困難である.それは3次元復元においては一般的に入力する画像の枚数が不定であるため,静的なネットワークを定義する事ができないためである.そこで我々はまず最初の問題設定として任意枚数の画像に対して深層畳み込みネットワークを適用して3次元復元を行う方法に関しての検討を行った.これにはフォトメトリックステレオ法と呼ばれる問題を対象にした.これは異なる光源下で撮影された複数枚の画像から被写体の密な3次元法線を復元する手法である.入力される画像の枚数は毎回異なるため,既存の静的なネットワークでは扱うことができなかった問題である.我々が提案した手法は,複数枚の画像を固定長の中間表象に一旦変換しそれをネットワークへの入力とする.我々の実験は,提案された深層学習に基づくアプローチが既存のどのフォトメトリックステレオ法のアルゴリズムよりも精度や速度の点で優れていることを示した.この結果から,複数枚のパノラマ画像に対しても一旦固定長の表象に変換することができれば,同様に深層学習に基づいてシーンの奥行きを推定できるのではないかと考えた.この知見に基づき,平成30年度は実際にパノラマ画像から3次元情報を復元しそれを利用した自由視点映像合成手法を検討する.当初の予定では,1台のRGBーDパノラマカメラで撮影された画像群から屋内・静止シーンにおける任意視点3Dパノラマ画像生成が目標であったが,現在はパノラマ画像からの高速な3次元復元を行うために,予備研究として深層学習を利用した3次元復元の研究を終えて,それをパノラマ画像へと発展させるための検討に取り組んでいる段階であり,当初の予定からはやや遅れていると評価している.平成30年度は,実際にパノラマ画像を利用して3次元復元を行いその結果を利用して屋内環境の自由視点映像を実際に生成することを目標とする.先にRGBーD画像を利用した復元を行う予定であったが,予定から少し遅れている事もあり,最初からRGBパノラマ画像から深層学習を利用してシーンの3次元構造を復元することを試みる.その際に,屋内環境特有のセマンティックな情報を利用して単眼の画像からでも得られる奥行き情報を上手く活用することを試みる.それが成功したら,複数枚の画像を利用した深層学習を用いて3次元復元および自由視点映像合成を目指す.平成29年度では,主に問題解決のための技術調査と予備実験を行った.課題は360度パノラマ画像からの自由視点映像の生成であるが,そのためには画像からシーンの3次元情報を復元することが不可欠である.コンピュータビジョンにおける3次元復元手法は画像間対応点ベースの手法が主であるが,一般的に計算コストが問題となるため,提案するリアルタイムの画像合成には適さない.そこで,我々は計算コストが一般的に低い機械学習に基づく3次元復元手法を検討した.しかし,3次元復元分野においては,深層学習を利用したアプローチの適用が困難である.それは3次元復元においては一般的に入力する画像の枚数が不定であるため,静的なネットワークを定義する事ができないためである.そこで我々はまず最初の問題設定として任意枚数の画像に対して深層畳み込みネットワークを適用して3次元復元を行う方法に関しての検討を行った.これにはフォトメトリックステレオ法と呼ばれる問題を対象にした.これは異なる光源下で撮影された複数枚の画像から被写体の密な3次元法線を復元する手法である.入力される画像の枚数は毎回異なるため,既存の静的なネットワークでは扱うことができなかった問題である.我々が提案した手法は,複数枚の画像を固定長の中間表象に一旦変換しそれをネットワークへの入力とする.我々の実験は,提案された深層学習に基づくアプローチが既存のどのフォトメトリックステレオ法のアルゴリズムよりも精度や速度の点で優れていることを示した.この結果から,複数枚のパノラマ画像に対しても一旦固定長の表象に変換することができれば,同様に深層学習に基づいてシーンの奥行きを推定できるのではないかと考えた.この知見に基づき,平成30年度は実際にパノラマ画像から3次元情報を復元しそれを利用した自由視点映像合成手法を検討する.当初の予定では,1台のRGBーDパノラマカメラで撮影された画像群から屋内・静止シーンにおける任意視点3Dパノラマ画像生成が目標であったが,現在はパノラマ画像からの高速な3次元復元を行うために,予備研究として深層学習を利用した3次元復元の研究を終えて,それをパノラマ画像へと発展させるための検討に取り組んでいる段階であり,当初の予定からはやや遅れていると評価している.平成30年度は,実際にパノラマ画像を利用して3次元復元を行いその結果を利用して屋内環境の自由視点映像を実際に生成することを目標とする.先にRGBーD画像を利用した復元を行う予定であったが,予定から少し遅れている事もあり,最初からRGBパノラマ画像から深層学習を利用してシーンの3次元構造を復元することを試みる.その際に,屋内環境特有のセマンティックな情報を利用して単眼の画像からでも得られる奥行き情報を上手く活用することを試みる.それが成功したら,複数枚の画像を利用した深層学習を用いて3次元復元および自由視点映像合成を目指す.
中国経済の急成長に伴う東アジア経済発展の新展開に関する研究

本研究では、中国をはじめとする東アジア諸国の経済発展に関して所得分配、環境問題および開発援助を含む国際資本フローなどの側面から実証分析をおこなった。実証分析では、世界銀行や国連機関などによるデータを用いてクロス・カントリー分析や時系列分析を試みた。まず、所得分配については2007年に公表された国際連合大学・開発経済学研究世界研究所のデータベースをもとに以前の実証分析で得られた知見を再検証したが、回帰結果はデータ依存的でクズネッツ曲線を支持する頑健な分析は得られなかった。なお、環境問題に関しては、大気汚染について特に二酸化炭素(CO_2)排出量(ここでは1ドル(GDP)あたりの排出量)と所得レベルに関して、先行研究と同様に逆U字曲線をほぼ支持する回帰結果が示されたものの、今後も東アジアでは総量的にCO_2排出量は日本や中国をはじめとする多くの国で増大することが示唆される結果になった。また、国際資本フローについては、経済成長が著しい中国を含む東アジア諸国への海外直接投資(FDI)などの流入額が増大しているのに対して、この地域への政府開発援助(ODA)は引き続き減少傾向を示している。一方で、所得レベルやその他の社会開発指標が芳しくないLDCs(低開発国)、またはLDCsの多くの国を含むサブサハラ・アフリカ諸国へのODAは増大しているが、今後もこれらのアジアやアフリカのLDCsへの資金援助や技術協力について更なる増加が検討されるべきであろう。最後に、今後の東アジア諸国および中国の経済発展に関して、経済グローバル化の進展に伴う経済発展と不平等の拡大、環境問題、また国際資本の流入などの重要な課題については、これからも引き続き研究に取り組んでいきたい。本年度は、東アジア諸国と中国の経済成長に関して国際的な資本フローの動向を中心に研究を行った。特に、長期国際資本フローを長期債務、海外直接投資(FDI)、ポートフォーリオ投資、贈与などに分類して概観した結果、東アジア諸国の通時的な経済成長や経済発展に伴ってFDIやポートフォーリオ投資の増大は顕著であり、一方で贈与は減少傾向が見られた。また、1997年に発生したアジア通貨危機に際しては、多くの東アジア諸国で一時的な経済低迷に伴って長期債務を含む国際資本フローが全体的に縮小したものの、韓国やタイのようにFDIの流入が増大した国もあった。なお、アジア通貨危機の影響をほとんど受けなかった中国への国際資本フローの増大は著しく、FDIやポートフォーリオ投資の増大は堅調な中国経済を印象づけるものでもあった。結果的に、アジア通貨危機はインドネシアなどを除く多くの東アジア諸国にとって一時的な経済低迷をもたらすにとどまり、その後多くの東アジア諸国は急速に経済回復を果たすことになった。ところで、東アジア諸国の経済成長に伴い、この地域において減少傾向を示した国際資本フローの公的部門、すなわち政府開発援助(ODA)についてその特徴を探ってみると、国際的に近年その援助額は全体として増大傾向にある。その大きな理由としては2000年9月に国連総会で採択されたミレニアム宣言をもとに提唱されたミレニアム開発目標(MDGs)などの影響を取上げることができる。東アジア諸国全体としては経済成長を続ける国が多いものの、サブサハラ・アフリカ諸国と同様に、所得レベルやその他の社会開発指標が芳しくないLDCs(低開発国)に分類される国も東アジア地域では見受けられ、これらのアジアLDCsにはより一層の公的部門における国際資本フローの増大と技術協力の増加が検討されるべきである。本年度も昨年度に引き続き国際資本フローの中でも特に公的部門、すなわち政府開発援助(ODA)について最近の国際的な潮流について探ってみた。まず、日本を除く主要援助国では全体としてその援助額は近年増大傾向にある。90年代に明らかであったODA(政府開発援助)の減少傾向に歯止めがかかり、2002年から増大傾向に転じた直接的な契機として、2000年9月に国連総会で採択されたミレニアム宣言をもとに提唱されたミレニアム開発目標や、2001年9月にアメリカで発生した同時多発テロ事件におけるテロと貧困の関連性の指摘などを取上げることができる。

最近の開発援助の動向からは、経済成長が顕著な中国を含む東アジアへの援助は引き続き減少傾向を示しているものの、所得レベルやその他の社会開発指標が芳しくないLDCs(低開発国)、またはLDCsの多くの国を含むサブサハラ・アフリカ諸国への開発援助が増大していることが上げられる。さらに、開発援助の拠出をセクター別にみた場合には教育や政府・市民社会へのインフラを含む社会関連インフラなどへの援助が特に拡大していることがわかる。なお、国連ミレニアム・プロジェクトでも示されているように、途上国では様々な部門において専門家が不足している。ミレニアム開発目標をはじめ途上国のいかなる開発問題に関しても、その進展に向けて先進国からの資金援助と技術協力が不可欠であることはここで強調するまでもない。今後はアジアやアフリカのLDCsへの資金援助や技術協力について更なる増加が検討されるべきであろう。本年度は、中国をはじめとするアジア諸国の経済発展に関して産業構造変化に伴う所得分配と、環境問題の2つの側面から実証分析をおこなった。研究では、世界銀行や国連機関などの最新データを用いてクロス・カントリー分析や時系列分析を試み、特に計量的にクズネッツ曲線が支持されるかどうかについて以前の分析をべースに再推定をおこなった。まず、所得分配については2007年に更新された国際連合大学・開発経済学研究世界研究所のデータベースをもとに以前の実証分析で得られた知見を再検証したが、クズネッツ曲線を支持する頑健な回帰結果は得られなかった。なお、環境問題に関しては、特に大気汚染について二酸化炭素(CO_2)排出量(本研究では、1ドル(GDP)あたりの排出量)と所得レベルに関しては多くの先行研究と同様に逆U字曲線をほぼ支持する回帰結果が示されたものの、今後もアジア地域では総量的にCO_2排出量は中国をはじめとする新興工業国を中心に増大することが懸念され、この地域の持続的経済発展のためには地域経済協力も含めて環境問題に取り組む必要性が示唆されることになった。なお、中国をはじめとするアジア諸国の経済成長のエンジンとも目される貿易に関しては、その開放度の増大と所得分配の不平等拡大との関連性が回帰分析では示されたが、一方ではCO_2排出量の改善にも寄与しうることが示されることになった。いわゆる経済グローバル化の進展に伴う中国やアジア諸国の経済発展と不平等の拡大、または環境汚染(本研究ではCO2)の削減などが今後も大きな課題として地域的に取り組む必要性があることが本年度の研究であらためて提示されることになった。
大規模救急車シミュレータの開発とそれを用いた救急車の最適配置実験

研究計画4年目の研究実施計画は,大都市における救急車のシミュレーション実験結果の分析とまとめである.また,まとめられた研究成果を国際学会で発表し,論文としてまとめる.さらに,それらの知見を用いて応用研究に広げることである.これらに関する具体的な取り組みと活動を以下にまとめる.1.前年度までにおこなったシミュレーション実験結果をまとめた.また,前年度,口頭発表した際のコメントを反映して,シミュレーションコードの一部改修をおこなった.2.研究計画3年目に引き続き,秋田県の救急車システムへの適用を検討し,基礎データの作成を継続した.作成したデータを活用して,いくつかの関連研究をおこない,東北ORセミナー2018;若手研究交流会(2018年12月1日2日,福島県福島市湯野市民センター)にて発表をおこなった.これらの関連研究では,今後検討すべき課題点もいくつか見つけられた.3.災害時を想定した避難計画の作成支援システムについての研究をおこなった.災害時における救急車の運用についての研究から,避難計画の作成という方向に研究が派生し,日本都市計画学会東北支部北東北ブロック研究発表会(2019年3月2日,青森県八戸市八戸ポータルミュージアムはっち;発表要旨集pp.51-52)にて口頭発表をおこなった.さらに,その一部を学生に指導し,第9回データビジネス創造コンテスト(2019年3月16日,東京都港区慶應義塾大学三田キャンパス)でも口頭発表をおこなった.本研究では,大規模な救急車シミュレータを開発する.これを用いて,人口200万人超を想定した大都市における救急車のシミュレーション実験や,消防の広域化による県1ブロック化などを想定した広範囲の救急車システムのシミュレーション実験をおこない,適切な配備方法の提案や救急システムの効率的な運用について分析する.研究計画4年目は,大都市における救急車のシミュレーション実験結果を分析し,それらの資料をまとめた.しかしながら,前年度から引き続く開発環境のバージョンアップによる不具合のため,計画が遅れている.口頭発表した際のコメントの対応とあわせて,シミュレーションコードの変更をおこなったが,一部不具合が解消されていない.また,前年度におこなった口頭発表にて成果発表の流れは完成しているものの,論文の作成までは至らなかった.秋田県の救急車システムについて検討するため,秋田県の消防関連の基礎データを集めて,地理情報システム(GIS)の構築を継続した.秋田県の地理情報システムの作成を応用し,関連研究として,将来人口の推計と高齢者施設の分布についての研究発表をおこなった.また,災害時における救急車の運用についての研究から,関連研究として,避難計画の作成支援システムについての研究をおこなった.関連研究が増え,研究に広がりができ,今後の課題についても知見を得ることができた.本年,私的な理由であるが,配偶者の妊娠・出産のため,予定していた海外発表を次年度に繰り越すことにした.本研究課題は本年度が研究計画最終年度であったが,この繰り越しにより,研究期間の延長を申請した.研究計画自体は,1年間遅れることになったが,内容的に適切な研究を遂行する.研究計画最終年度の方策としては,まず,シミュレータの不具合についての改修を早めに終わらせる.開発環境のバージョンアップによる不具合により,一部のコンピュータでしか実行できなくなってしまったため,研究計画に遅れが生じていると共に,シミュレータの汎用性についても問題があると考えられる.自動変換ではうまく変換されなかったことと,このような仕様変更は今後も続くと思われるので,根本的に開発環境に依存しないように配慮してコード修正をおこなう.さらに,研究最終年度であるので,本研究の応用として,関連研究についても検討する.この研究を通して得られた知見を用いて,救急車のシステムのみならず,災害関連の研究などの応用研究もおこなう.災害関連研究のひとつは,災害時,避難者に適切な避難所をマッチングする避難計画の作成支援システムについてである.これには,救急車システムのために作成した地理情報システム(GIS)や,数理計画法の技術が応用されている.救急車システムのシミュレーションと共に,救援活動などについての関連研究もおこなう予定である.本研究では,大規模な救急車シミュレータを開発する.これを用いて,人口200万人超を想定した大都市における救急車のシミュレーション実験や,消防の広域化による県1ブロック化などを想定した広範囲の救急車システムのシミュレーション実験をおこない,適切な配備方法の提案や救急システムの効率的な運用について分析する.研究計画初年度の研究実施計画は,協力消防本部から提供していただいた救急データの整理と分析,大規模シミュレータの開発とその基礎実験である.これらに関する具体的な取り組みと活動を以下にまとめる.1.初めに,協力消防本部から提供していただいた救急データのデータ分析をおこなった.この分析結果は,論文「救急車の出場データに関する統計分析」としてまとめて報告した.また,救急車システムのシミュレータのプロトタイプを開発し,人口200万人を越える都市でのシミュレーション実験をおこなった.この結果の一部は,6月の第29回日本神経救急学会の特別企画と,10月には平成27年度日本オペレーションズ・リサーチ学会九州支部事業・若手OR交流会の特別講演で発表した.2.また,本研究では,大規模シミュレータを活用して,大都市におけるシミュレーション実験の他に,広範囲地区のシミュレーション実験をおこなう.広範囲地区としては,人口がおよそ100万人である秋田県全体を想定している.そこで本年は,秋田県におけるすべての消防署の位置情報と,そこに配備されている救急車の台数を調べてGIS(地理情報システム)を作成した.このGISを利用して,メッシュ人口と救急車の配備場所までの移動距離帯別人口分布を作成し,3月に2015年度日本都市計画学会東北支部研究発表会にて発表した.研究計画初年度に,大規模な救急車システムを想定したシミュレータのプロトタイプの開発をおこない,人口200万人を越える都市の救急データのデータ分析をおこなった.

ここまでは計画通り順調に研究を進められている.しかしながら,プロトタイプによるシミュレーション実験結果を,実際の消防本部に提出したところ,救急車の呼び出し件数が当該消防署特有の区で管理されていたため,この区に対応することが必要なことがわかった.そこで,研究計画2年目には,この区に対応するGISを作成し,現場へのフィードバックとシミュレータの修正をおこなうことが必要なことがわかった.この点については,想定外の研究計画の修正が必要になることとなった.また,本研究では,大都市のシミュレーション実験とは別に,同様のシミュレーションアルゴリズムを利用した広範囲地区のシミュレーション実験もおこなう.広範囲地区としては,人口がおよそ100万人である秋田県全体を想定している.この分析については研究計画2年目以降におこなう予定であったが,GISを扱う機会があったため,計画を前倒しして初年度に作成した.このGISを利用して距離の計測をおこない,メッシュ人口と救急車の配備場所までの移動距離帯別人口分布を作成した.研究計画2年目には,この部分についての論文を作成する予定である.この部分については,当初の研究計画以上に進展している.全体としては,想定外の点もあり,次年度以降にするべき内容が増えてしまったが,計画以上に進展している点もあることから,おおむね順調に進展していると言える.研究計画2年目の研究実施計画は,初年度におこなったシミュレータ開発の基礎実験を利用して,人口200万人超を想定した大都市における救急車のシミュレーション実験をおこなうこととその結果の分析,また,全県を1つのシステムとみなす県1ブロック化のシミュレーションに向けた基礎データ作りである.これらに関する具体的な取り組みと活動を以下にまとめる.1.はじめに,大都市における救急車のシミュレーション実験は,初年度におこなった人口200万人超の都市におけるデータ分析結果と,数回のシミュレーション実験のとりまとめをおこない,2016 INFORMS INTERNATIONALCONFERENCE(2016年6月12日,Hilton Waikoloa Cillage, U.S.A.)にて国際発表をおこなった.2.また,本研究では,大規模シミュレータを活用して,大都市におけるシミュレーション実験の他に,広範囲地区のシミュレーション実験をおこなう予定である.広範囲地区としては,人口がおよそ100万人である秋田県全体を想定している.これについて本年は,県内のひとつの市の消防施設の詳細について分析し,GIS(地理情報システム)を作成した.このGISを利用して,消防施設の増減について,単純な距離分析の結果を東北ORセミナー;若手研究交流会(2016年11月19日,東北大学,宮城県)で発表した.3.救急車のシミュレータ開発におけるGIS手法と最適
マラリア原虫のプリンヌクレオチド生合成を介した新たなエネルギー代謝システムの解明

マラリア原虫が有する8種のTCA回路関連酵素のうち、マラリア原虫に特異的に保存されているリンゴ酸:キノン酸化還元酵素(MQO)はプリンヌクレオチド生合成系とTCA回路との代謝ネットワークの鍵分子であると考えられている。しかし、TCA回路が機能していないと考えられている赤内期のマラリア原虫において、この代謝ネットワークが機能しているかどうかは明らかにされていない。本研究により、世界に先駆けてMQOを欠損させたマウスマラリア原虫の作出に成功し、MQOがマウスマラリア原虫の病原性に関わることを見出した。これらの知見から、MQOは抗マラリア薬の新たな創薬標的になると期待される。プリンヌクレオチド生合成の副産物としてフマル酸が産生される。TCA回路が機能していないと考えられているマラリア原虫において、フマル酸はどのように代謝されるのか?この謎は未だに解明されていない。本研究では、まず、プリンヌクレオチドの生合成系とTCA回路の代謝ネットワークに関わる分子であると推測されるフマラーゼとリンゴ酸:キノン酸化還元酵素に注目し、フマラーゼおよびリンゴ酸:キノン酸化還元酵素をそれぞれ欠損させたマウスマラリア原虫を作出した。フマラーゼまたはリンゴ酸:キノン酸化還元酵素欠損によるマラリア原虫への影響を解析するために、それぞれの欠損原虫をマウスに感染させた。その結果、フマラーゼ欠損原虫を感染させたマウスは、野生型原虫を感染させたマウスと同様、感染後8日目に脳症を引き起こして死亡した。一方、リンゴ酸:キノン酸化還元酵素欠損原虫を感染させたマウスでは脳症の発症は認められず、マウスの生存期間は野生型原虫を感染させたマウスと比較して著しく延長した。また、フマラーゼ欠損原虫とリンゴ酸:キノン酸化還元酵素欠損原虫のATP量を測定したところ、フマラーゼ欠損原虫のATP量は野生型原虫と同レベルであったが、リンゴ酸:キノン酸化還元酵素欠損原虫のATP量は野生型原虫と比較して著しく低下した。これらの結果から、リンゴ酸:キノン酸化還元酵素の欠損によってマラリア原虫内のATP量が低下し、マラリア原虫は弱毒化することが示された。本研究成果によって、以下の知見を得ることが出来た。よって、本年度の目的は達成された。1.フマラーゼを欠損させたマウスマラリア原虫とリンゴ酸:キノン酸化還元酵素を欠損させたマウスマラリア原虫をそれぞれ作出することに成功した。2.リンゴ酸:キノン酸化還元酵素を欠損させることによってマラリア原虫内のATP量が低下し、マラリア原虫は弱毒化することが示された。これらの結果から、赤血球ステージのマラリア原虫においてリンゴ酸:キノン酸化還元酵素はエネルギー代謝に寄与していることが明らかになった。また、マラリア原虫におけるプリンヌクレオチド生合成系由来のフマル酸がエネルギー代謝に寄与している可能性が示された。3.マラリア原虫において、フマラーゼはプリンヌクレオチドの生合成系とTCA回路の代謝ネットワークのfirst stepを担う重要な分子であると考えられる。しかし、赤血球ステージのマウスマラリア原虫のATP量は、フマラーゼを欠損させても野生型原虫と同レベルであった。この結果から、マウスマラリア原虫にはフマラーゼの欠損を補填する経路が存在する可能性が示された。妊娠中にマラリアに罹患すると、非妊娠時より症状が増悪することが知られている。また、妊娠中のマラリアは母体だけでなく胎児にも重大な影響を与えることが知られている。妊娠中のマラリアに対する治療法は未だに確立されていないため、マラリア流行地において、妊娠中のマラリアは重大な社会問題となっている。これまでの研究成果により、マラリア原虫が有する8種のTCA回路関連酵素のうち、マラリア原虫に特異的に保存されているリンゴ酸:キノン酸化還元酵素(MQO)はプリンヌクレオチド生合成系とTCA回路との代謝ネットワークの鍵分子であり、赤内期マラリア原虫の代謝活性に重要な役割を果たしていることが示された。これらの研究成果から、MQOは妊娠時特異的なマラリアの病態重症化を抑制するための新規創薬標的になると期待される。そこで本研究では、まず、妊娠時特異的なマラリアの病態重症化とMQOとの関係を明らかにすることを目的とした。野生型原虫またはMQO欠損型原虫を妊娠マウスに感染させ、MQO欠損による原虫血症への影響を解析した。その結果、MQO欠損型原虫を感染させた妊娠マウスでは、野生型原虫を感染させた妊娠マウスと比較して原虫血症の増悪が抑制された。また、胎仔への影響を解析した結果、MQO欠損型マラリア原虫を感染させた妊娠マウスの出生仔の生存率は、野生型マラリア原虫感染マウスと比較して著しく増加した。これらの結果から、妊娠時特異的なマラリアの病態重症化にはMQOが関わることが示唆された。1.妊娠時特異的なマラリアの病態重症化にはMQOが関わることが示唆された。