hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
振動モード選択による単分子反応の制御

振動回転ハミルトニアンを解いた結果、観測した準位エネルギーをよく説明することができた。面内振動のv_3′とv_6′は非調和結合をするが、面外振動のv_4′は独立している。その結果、nv_3′+v_4′よりも、nv_3′+v_6′の準位エネルギーは低くなり、そのエネルギー差の故にコリオリ結合は見掛け上弱くなることが判明した。振動状態3v_3′+v_4′/v_6′は、アセチレン分子の解離限界に近いが、3v_3′+v_6′の各回転準位は分裂する。一方、3v_3′+v_4′各準位では分裂は見られない。蛍光減衰の測定よりこの分裂は3重項状態との結合と結論された。そのエネルギー領域は、gerade振動状態でのS-T結合の起こるレベルとほぼ一致している。また、3v_3′+v_4′振動状態でS-T結合が見られなかったことは、この結合が面内運動に関連して起こると結論できる。振動励起分子の光励起反応ダイナミックスの研究を電子励起アセチレン分子を対象として行った。1.昨年度赤外-紫外2重共鳴分光によって見出した^1A_u3V_3'+V_6'ungerade回転振動状態の分裂について、ゼーマン量子ビート分光を試み、これらの分裂準位が磁気モーメントをもつことを実証した。一方、3V_3'+V_4'振動状態の回転準位は磁気モーメントをもたない。すなわち、面外振動は1重項-3重項相作用を阻害する。したがって、1重項-3重項相互作用は平面構造の励起アセチレンにおいてなされると結論した。2.電子励起状態アセチレンの反応ダイナミックスを探るために、4700050500cm^<-1>の広い領域で、LIFスペクトルとH-atom actionスペクトルを測定した。二つのスペクトル線強度を比較することにより、次の3つの領域において、前期解離の反応確率の特徴があることがわかった。(1)48000cm^<-1>(E_<excess><2000cm^<-1>)以下では、振動帰属が可能で、反応確率は極めて小さい。変角振動状態と他の電子状態との結合は極めて小さい。(2)48000cm^<-1>49500cm^<-1>(E_<excess>3500cm^<-1>)の範囲では、反応確率は準位によらずほぼ一定となっている。変角振動反転障壁を超え、大振幅振動運動の寄与がある。(3)49500cm^<-1>(E_<excess>>3500cm^<-1>)以上では反応確率は、エネルギーとともに指数関数的に増大する。したがって、状態の断熱的解離の寄与がある。なお、状態の断熱的解離には4000-5000cm^<-1>のポテンシャル障壁がある。3.赤外-紫外2重共鳴励起によってungerade振動準位からの前期解離をはじめて観測した。以上の研究を遂行するにあたって、購入備品の磁力計は、ゼーマン効果の測定のために使用された。
覚醒剤・麻薬中毒状態における脳内Exosomeの統合オミクス解析

本研究では覚醒剤・麻薬中毒状態で放出されるExosomeが脳の恒常性に及ぼす影響を統合オミクス(プロテオミクス・リピドミクス・メタボロミクス)解析により明らかにすることを目的とする。本研究で得られた結果は、脳内Exosomeの機能に関する重要な科学的基礎情報となり、将来的にExosomeを活用した新規疾患診断法や治療法の開発に繋がることが期待される。2018年度は乱用薬物を曝露させたヒト神経細胞の基礎物性評価(粒子数測定、Exosomeマーカーの発現解析、粒子径測定、電子顕微鏡解析)を実施した。ヒト神経芽細胞腫であるSH-SY5Yをレチノイン酸とホルボール12-ミリスタート13-アセタート用いて分化誘導した細胞をヒト神経細胞モデルとして使用した。このヒト神経細胞モデルへ覚醒剤であるamphetamine(AP)、methamphetamine(MA)、ならびに麻薬であるMDMA、MDA、4-methoxy amphetamine(4-MeO AP)、4-methoxy methamphetamine(4-MeO MA)、計6種の乱用薬物(500 μM)を曝露させた。各細胞の培養液からExoquick試薬を用いたポリマー沈殿法によりExosomeを抽出して基礎物性評価を実施した。その結果、粒子数とExosomeマーカーの発現量は全ての化合物曝露群で減少した。中でも4-MeO AP曝露群の粒子数とExosomeマーカーの発現量は他の曝露群と比較して最も減少し、非曝露群の半分以下であった。一方、粒子径や電子顕微鏡観察では非曝露群と曝露群の間で変化は認められなかった。さらに2019年度に予定しているリピドミクス解析の先行実験として、LC-ESI-MS/MSのイオン化条件を最適化した。その結果Exosome由来リン脂質、脂肪酸の良好なクロマトグラムを得ることができた。本年度予定していた「乱用薬物を曝露させたExosomeの基礎物性評価」をほぼ完遂し、2019年度に実施予定であったオミクス解析に必要な分析条件の最適化を一部終了したため、本研究課題の進捗状況は概ね順調と考えている。プロテオーム解析:各乱用薬物を曝露した細胞由来Exosomeから得られた蛋白質はLC-ESI-MS/MSを用いたショットガンプロテオーム解析することで変動蛋白質を同定する。リピドーム・メタボローム解析:メタノールとクロロホルムを使用した一般的な液液抽出法でサンプル前処理し、LC-ESI-MS/MSのMultiple ReactionMonitoringモードで変動分析する。消耗品納入が締切日に間に合わなかったため。該当の消耗品は2019年度既に納入済み。
Signal Processing for Non-intrusive Sleep Monitoring

研究目的は、ビデオとオーディオの録音と分析によって患者の睡眠の質を非侵襲的に監視することです。日本の高齢者の大部分に影響を与える無呼吸検出に焦点を当てています。記録されたビデオは、Microsoft Kinectカメラで撮影された一連の奥行き画像で、アクティブなテクノロジを使用しているため、画像は周囲の照明条件の影響を受けません。ビデオは、ノイズがあり、ビット深度が低く、グラフ信号復元技術を使用してノイズ除去およびビット深度強化が必要です。教師付き学習のために、ビデオおよびオーディオからの特徴を抽出して、分類器を構築する。設計された分類器は、様々な無呼吸の種類を高い精度で検出することができる。研究実績は以下の二点に要約される。一点目は患者の睡眠奥行き動画と音声からフィーチャーを引き出し、クラシファイアを機械学習し、睡眠時無呼吸症候群を検出するシステムを実装した。二つ目は心拍数を無接触の状況で計るため、奥行き動画を撮影し、分析するシステムを実装した。一点目に関しては、マイクロソフト製のKinectセンサーを用いて、睡眠時無呼吸症候群がある患者を同時に奥行き動画の撮影と音声の録音を行った。撮影された画像をグラフ信号処理により高画質の動画に復元した。処理後の画像と音声から有効なフィーチャーをwaveletとnon-matrix factorizationにより引き出して、クラシファイアを機械学習した。その結果はIEEE論文雑誌に投稿した。二点目に関しては、ノイズが含まれた奥行き動画を撮影し、グラフ信号処理によりノイズを除去し、血の流れにより人間の頭部の小さな動きを検出し、代表的な周波数を検査した。このプロセスにより、正確な心拍数が得られることが実験で証明した。一点目は患者の睡眠奥行き動画と音声から有効なフィーチャーを引き出し、クラシファイアを機械学習し、睡眠時無呼吸症候群の種類を分別するシステムを実装した。二点目は心拍数を無接触の状態で計るため、奥行き動画を撮影し、ノイズを除去し、分析するシステムを実装した。撮影された画像をグラフ信号処理により高画質の動画に復元するアルゴリズムを開発した。その結果はIEEE論文雑誌に採択された。この研究の目的は、捕捉された深度ビデオ(アクティブセンシング技術を使用して暗闇の中でうまく動作する)およびオーディオを使用して非侵襲的に睡眠時無呼吸を検出し、無気化およびビット深度強化を実施し、低コストながらKinectカメラを使用すると、空間分解能が低く、ビット深度が低いため、技術的課題が生じます。我々の最初の研究では、maximum a posteriori(MAP)処方を用いる前に、グラフ信号の滑らかさを介した正確な深度信号回復に焦点を当てている。非負行列分解を用いて抽出された音声特徴と組み合わせることにより、我々はSVMのような単純な分類器を介して睡眠時無呼吸型を分類することに成功した。我々は、2017年4月にIEEEのMultimedia論文を受け入れた睡眠時無呼吸を検出するために、ビデオとオーディオの機能を使用した非侵入型睡眠モニタリングに関する以前の研究を拡張し、低ビット深度ビデオから3Dトラッキングを介して人間の心拍数とリズムを非侵襲的に推定した。重要なアイデアは、画素当たりの量子化された深度画像が非常に多いグラフに対して、目標平滑信号を復元することである。実験結果は、十分な精度で心拍数および不規則な心拍を検出できることを示している。この作業によって、2017年7月にIEEE Transactions on Multimedia論文が作成された。睡眠時無呼吸症候群以外に他の睡眠病も検出するため、奥行き画像が取れるKinectセンサー以外、赤外線画像が取れるカメラを購入し、赤外線画像から体温の変化により、患者の体から無接触の形でストレスなどbio-signalを検出する方法を検討する。研究効果を徹底的に証明するため、オーストラリアにある睡眠の専門病院の協力を得て、実験データーを大量に集めて分析する予定である。信号処理大学院生の協力のもと進めることを予定していた実験の本年度実施予定を、翌年度に実施することに変更したため。睡眠時の奥行き動画と音声を大量に収集するために、オーストラリアにある睡眠の専門病院の協力を得て、撮影することになった。
カトレア切り花のACC合成酵素遺伝子についての研究

カトレア類切り花に対してBA処理および外生エチレン処理を行い,日持ち,エチレン生成量,ACC含量,ACC合成酵素(ACS)およびACC酸化酵素(ACO)活性の変化と遺伝子発現について検討した。Lc.Dinah×South Esk`M-8'およびLc.Irene Finny `York'切り花へのBA処理により,それぞれ日持ちが約1.6日問および約0.5日間延長された。エチレン処理花に対するBA処理の延命効果は認められなかった。`M-8'および`York'切り花のエチレン生成のクライマクテリック上昇が収穫6日後に認められた。`M-8'および`York'切り花への外生エチレン処理により,無処理区の約半分の日持ちとなった。`York'切り花の花弁において,ACS活性は収穫日から3日後にかけて急激に低下した。それに伴い生成されるACCも減少する傾向があった。`York'切り花において,エチレン生成量とACC酸化酵素活性との間に正の相関が認められた。15種類のプライマーを設計しPCR法の条件を検討した。ACO酵素遺伝子をRT-PCR法で増幅したところ,花弁のmRNAからはセンスプライマー(5'GCHTGYSAVAAYTGGGG)とアンチセンスプライマー(GGVGGMACRTCRAYCCA)の組み合わせによりアガロース電気泳動で予想される580bsのPCR産物が得られた。また,ずい柱のmRNAからはセンスプライマー(GCYCAYACVGAYGCHGG)とアンチセンスプライマー(GCYTCAAAYCTBGGCTC)において予想される400bsのPCR産物が得られた。花弁とずい柱に逆のプライマーの組み合わせではバンドが認められなかった。以上のことから,カトレア切り花ではACO活性が老化と関係しており,ずい柱と花弁に特異的なACO遺伝子が発現し,老化が促進されることが示唆された。本研究では,カトレア類切り花に対してBA処理および外生エチレン処理を行い,日持ち,エチレン生成量,ACC含量,ACC合成酵素(ACS)およびACC酸化酵素(ACO)活性を測定し,カトレア切り花の老化,エチレン生成およびエチレン感受性について検討した。また,カトレア花弁の全RNAを抽出し,RT-PCR法を用いてACSおよびACO遺伝子の増幅を試みた。Lc.(Dinah×South Esk)'M-8'およびLc.Irene Finny 'York'切り花へのBA処理は'M-8'では3.8日から5.4日へと約1.6日間,'York'では7.5日から8.0日へと約0.5日間,それぞれ日持ちを延長する傾向があった。'M-8'および'York'切り花のエチレン生成のクライマクテリック上昇が収穫6日後に認められた。'M-8'および'York'切り花への外生エチレン処理により,エチレンのクライマクテリック上昇が収穫3日後に早まり,無処理区の約1/2の日持ちとなった。カトレアはクライマクテリック型の老化を示すことが示された。'York'切り花の花弁において,ACS活性は収穫日から3日後にかけて急激に低下した。しかし,ACC含量およびACS活性とエチレン生成量との相関は認められなかった。'York'切り花において,小花当たりのエチレン生成量の平均値と花弁あたりのACC酸化酵素活性の平均値との間に正の相関があった。以上のことから,エチレン生成を制制し,日持ちを改善するためには,ACSだけでなく,ACOを制御することが必要であると推察された。両酵素遺伝子をRT-PCR法で釣り上げたところ,アガローズ電気泳動で予測されるサイズのスメア(不明瞭)なバンドが認められた。より純度の高い遺伝子を得るために10年度はプライマーの種類を変えるなどPCR法の条件を検討する必要がある。
中性子照射W系核融合炉プラズマ対向材料中の空孔型欠陥濃度と水素同位体蓄積の制御

Wは融点および熱伝導率が高いなどの特長から、核融合炉プラズマ対向材料として有望視されている。しかし、W中の格子欠陥(空孔など)が水素同位体を強く捕捉することがわかっており、核融合反応によって生じる高エネルギー中性子の照射を受けると、核融合炉の燃料であり水素の放射性同位体であるトリチウムの蓄積量が著しく増大することが懸念される。我々はWにReを5%まで添加したW-Re合金に高エネルギーFeイオンを照射し、500°C以上の温度では空孔型欠陥の形成が抑制され水素同位体蓄積量が桁違いに減少することを見出した(Hatanoら, Nucl. Mater. Energy 2017)。しかし、その機構を明らかにするには至っていなかった。本研究ではまず、W中の欠陥との相互作用という観点からReとの比較対象としてTa、Mo、Crに着目した。ReはW中の自己格子間原子(SIA)と引力的に相互作用し、Crも同様に引力的相互作用をするが、Moは相互作用が弱く、Taは斥力的に相互作用すると予測されている(Suzudoら, J. Nucl. Mater. 2018)。これらを比較することにより、SIAとの相互作用が空孔型欠陥形成および水素同位体蓄積の抑制に重要か否かが明らかになると期待される。W-Mo、W-Ta合金についてはゾーンメルト法で良質な試料が得られたため、Feイオンを照射し重水素の蓄積を調べたところ、純Wと比べて大きな差は見られなかった。すなわち、今のところSIAとの引力的相互作用をするReのみで添加効果が見られている。Crについては粉末冶金法で製造された試料を調達し、現在微細組織の分析を進めており、来年度水素同位体蓄積を調査する予定である。また、中性子照射材の測定に向けて、放射線管理区域内に水素同位体分布測定のためのグロー放電発光分析装置を設置し、定量評価のための検量線を作成した。当初予定通り、W中の格子欠陥(自己格子間原子)との相互作用が大きく異なるRe、Ta、Mo、Crについて二元系合金試料を調製し、一部の試料については高エネルギーFeイオン照射と、その後の重水素蓄積量の評価を実施できた。また、中性子照射試料中に形成された欠陥と水素同位体原子の結合エネルギー(捕捉エネルギー)を評価する上で水素同位体の深さ方向分析が必要になるが、そのためのグロー放電発光分析装置を東北大学金属材料研究所附属量子エネルギー材料科学国際研究センターの放射線管理区域内に設置した。また、スパッタ成膜法で調製したWと重水素の混合堆積層を用いて、定量評価に必要な検量線を作成した。以上のことから、概ね順調に進捗していると結論した。W-Cr合金試料に高エネルギーFeイオンを2501000°Cで照射し、照射欠陥の形成と重水素蓄積挙動を調べる。Reと同様に抑制効果が見られれば、自己格子間原子SIAと強い引力的相互作用をする元素が空孔型欠陥の形成を抑制するというSuzudoら(J. Nucl. Mater. 2018)のモデルが裏付けられることとなる。また、これまでにFeイオン照射を行ったW-Ta、W-Mo合金と共に、微細組織の分析を行う。さらに、日米科学技術協力事業核融合分野PHENIX計画で高温中性子照射を行ったW-Re合金について重水素の蓄積量を測定し、高エネルギーFeイオン照射時と同様に空孔型欠陥の形成と水素同位体の蓄積が抑制されるかを確認する。また、この試料についても微細組織の分析を進める。さらに、純Wを含めて、照射欠陥による水素同位体捕捉における同位体効果を調べる。主な捕捉サイトとして考えられる空孔型欠陥には、単空孔から、大きく成長したクラスタ(ボイド)までのバリエーションがある。空孔型欠陥のサイズが大きくなるほど水素同位体との結合エネルギーが増大する(より強く捕捉される)と報告されているが、同位体効果については知見がほとんどない。そこで、サイズが制御された空孔型欠陥を含む試料を電子線照射や重イオン照射、照射後焼鈍等を組み合わせて調製したうえで、軽水素、重水素、トリチウムを導入し、捕捉エネルギーの同位体依存性と、そのサイズ依存性を調べる。

W-Mo、W-Ta合金についてはゾーンメルト法で良質な試料が得られたため、Feイオンを照射し重水素の蓄積を調べたところ、純Wと比べて大きな差は見られなかった。すなわち、今のところSIAとの引力的相互作用をするReのみで添加効果が見られている。Crについては粉末冶金法で製造された試料を調達し、現在微細組織の分析を進めており、来年度水素同位体蓄積を調査する予定である。また、中性子照射材の測定に向けて、放射線管理区域内に水素同位体分布測定のためのグロー放電発光分析装置を設置し、定量評価のための検量線を作成した。当初予定通り、W中の格子欠陥(自己格子間原子)との相互作用が大きく異なるRe、Ta、Mo、Crについて二元系合金試料を調製し、一部の試料については高エネルギーFeイオン照射と、その後の重水素蓄積量の評価を実施できた。また、中性子照射試料中に形成された欠陥と水素同位体原子の結合エネルギー(捕捉エネルギー)を評価する上で水素同位体の深さ方向分析が必要になるが、そのためのグロー放電発光分析装置を東北大学金属材料研究所附属量子エネルギー材料科学国際研究センターの放射線管理区域内に設置した。また、スパッタ成膜法で調製したWと重水素の混合堆積層を用いて、定量評価に必要な検量線を作成した。以上のことから、概ね順調に進捗していると結論した。W-Cr合金試料に高エネルギーFeイオンを2501000°Cで照射し、照射欠陥の形成と重水素蓄積挙動を調べる。Reと同様に抑制効果が見られれば、自己格子間原子SIAと強い引力的相互作用をする元素が空孔型欠陥の形成を抑制するというSuzudoら(J. Nucl. Mater. 2018)のモデルが裏付けられることとなる。また、これまでにFeイオン照射を行ったW-Ta、W-Mo合金と共に、微細組織の分析を行う。さらに、日米科学技術協力事業核融合分野PHENIX計画で高温中性子照射を行ったW-Re合金について重水素の蓄積量を測定し、高エネルギーFeイオン照射時と同様に空孔型欠陥の形成と水素同位体の蓄積が抑制されるかを確認する。また、この試料についても微細組織の分析を進める。さらに、純Wを含めて、照射欠陥による水素同位体捕捉における同位体効果を調べる。主な捕捉サイトとして考えられる空孔型欠陥には、単空孔から、大きく成長したクラスタ(ボイド)までのバリエーションがある。空孔型欠陥のサイズが大きくなるほど水素同位体との結合エネルギーが増大する(より強く捕捉される)と報告されているが、同位体効果については知見がほとんどない。そこで、サイズが制御された空孔型欠陥を含む試料を電子線照射や重イオン照射、照射後焼鈍等を組み合わせて調製したうえで、軽水素、重水素、トリチウムを導入し、捕捉エネルギーの同位体依存性と、そのサイズ依存性を調べる。
層状・3次元遷移金属化合物のスピン軌道相互作用由来の異常電子相制御と新規物性探索

本研究では「電子相関」を本質的に内包しているd電子系を対象に、スピン軌道相互作用によりtype-II Dirac電子状態が生じている層状MTe2と、層状-3次元構造相転移近傍で超伝導の出現が期待されるPdSe2の元素置換系を研究した。層状MTe2に関しては、まず候補物質の一つであるNiTe2の純良単結晶試料の育成法の確立と、制御可能な元素置換、元素インターカレーションを模索した。まず、NiTe2単結晶の純良化に関しては、これまでの研究では過剰Niを含む結晶しか得られていなかったが、Teフラックス法を使用することで、組成比通りのNiTe2の純良結晶を得ることに成功した。この結晶は、従来の過剰Niを含む結晶に比べ、残留抵抗率が5分の1程度小さく、磁気抵抗率は5倍程度大きくなり、また磁気抵抗率の磁場に線形な振る舞いが顕著となった。更に、Teフラックスにおける仕込み組成(Ni/Teの比)を変えることで、層間にインターカレーションされるNi量の制御も可能となった。また、NiサイトへのPdの元素置換単結晶の育成にも成功した。層状PdSe2の元素置換系では、元素置換による結晶構造-電子構造相転移を誘起し、その近傍での超伝導などの異常物性の探索を行った。PdSe2と三次元パイライト構造を取るNiSe2、RhSe2の固溶系を集中的に研究した。これらの固溶系は、常圧下での合成では二つの結晶構造が混ざり合った2相共存状態が安定化してしまうが、5GPa程度の高圧下での合成では、パイライト構造がより安定化することを見出した。この高圧合成方により、Pd1-xMxSe2(M=Ni,Rh)の合成を行い、x=0.3付近でPdSe2構造からパイライト構造への構造変化とともに、半導体金属転移が生じることを見出した。Rh系に関しては、x=0.8付近で新たな超伝導(Tc4K)を発見した。Dirac電子系候補物質のNiTe2の、Teフラックス法による純良単結晶育成法、同じ方法を用いてのPd置換系の結晶育成法、導入量を制御可能なNiインターカレーション結晶育成法を確立できた。研究当初は、気相成長法による結晶の純良化や、元素置換・インターカレーション量の制御を考案していたが、より簡便な方法での結晶育成法の確立ができた点において、本研究の当初の目標を十分に達成できたと考えている。これらの純良結晶、置換・インターカレーション元素量を制御した結晶が得られたことで、今後の角度分解光電子分光測定や磁気輸送現象の研究を、計画通り推進できると考えている。一方、層状PdSe2を母物質としての、元素置換系における結晶構造・電子構造制御にも成功している。当初の予想通り、PdSe2とパイライト構造を取るMSe2系の固溶系においては、高圧合成法を用いることでパイライト構造を広い組成域で安定化することができた。また、この結晶構造相転移に伴い、半導体-金属転移が生じることも、当初の予想通りの結果が得られたと考えている。その一方で、Rh置換系においては、金属相(x<0.3)のx=0.8という過剰にRhを置換した領域で、特異な物性、超伝導の発現を観測した。これは、半導体-金属転移近傍における異常物性と捉えるには、相転移の組成からかなり離れており、予想外の結果となった。今後、この超伝導の起源に関しては、結晶構造・電子構造相転移に伴う臨界異常の可能性以外の起源も考慮していく必要があると考えている。Dirac電子系、層状MTe2の研究に関しては、本年度、NiTe2の純良単結晶の育成に成功し、更に電子状態制御を可能とするPd元素置換、Niインターカレーションの元素量制御の目途が立っている。これらの、NiTe2と元素置換系の単結晶試料を用いて、今後は角度分解光電子分光法により、制御されたDirac電子状態の直接観測を試みる。角度分解光電子分光による電子構造の研究により、Pd元素置換、Niインターカレーションにより電子状態制御が実際に成功していることを検証することで、Dirac電子状態の制御方法の実例を示すことが可能だと考えている。更に、この制御されたDirac電子状態を有する単結晶試料を用いて、Dirac電子の磁気輸送特性に関する研究も推進する。type-II Dirac電子系は候補物質が少なく、その電子制御の研究例は当該分野における先駆的なものとなりうると期待している。一方、層状PdSe2の元素置換により結晶構造-電子構造制御を行った物質系に関しては、結晶・電子構造制御の方針が確立できている。今後は、電子構造変化に伴う電子物性の詳細の解明を、輸送現象や分光測定を通して行う。また、Rh置換系において発見された新たな超伝導の起源の解明も行う。この超伝導の起源の研究に関しては、多結晶体による研究では限界があり、単結晶による物性研究が不可欠である。そこで、単結晶育成を行い、結晶構造解析、磁気輸送現象、諸分光測定を通して、この超伝導の発現メカニズムの解明を行う。

まず、NiTe2単結晶の純良化に関しては、これまでの研究では過剰Niを含む結晶しか得られていなかったが、Teフラックス法を使用することで、組成比通りのNiTe2の純良結晶を得ることに成功した。この結晶は、従来の過剰Niを含む結晶に比べ、残留抵抗率が5分の1程度小さく、磁気抵抗率は5倍程度大きくなり、また磁気抵抗率の磁場に線形な振る舞いが顕著となった。更に、Teフラックスにおける仕込み組成(Ni/Teの比)を変えることで、層間にインターカレーションされるNi量の制御も可能となった。また、NiサイトへのPdの元素置換単結晶の育成にも成功した。層状PdSe2の元素置換系では、元素置換による結晶構造-電子構造相転移を誘起し、その近傍での超伝導などの異常物性の探索を行った。PdSe2と三次元パイライト構造を取るNiSe2、RhSe2の固溶系を集中的に研究した。これらの固溶系は、常圧下での合成では二つの結晶構造が混ざり合った2相共存状態が安定化してしまうが、5GPa程度の高圧下での合成では、パイライト構造がより安定化することを見出した。この高圧合成方により、Pd1-xMxSe2(M=Ni,Rh)の合成を行い、x=0.3付近でPdSe2構造からパイライト構造への構造変化とともに、半導体金属転移が生じることを見出した。Rh系に関しては、x=0.8付近で新たな超伝導(Tc4K)を発見した。Dirac電子系候補物質のNiTe2の、Teフラックス法による純良単結晶育成法、同じ方法を用いてのPd置換系の結晶育成法、導入量を制御可能なNiインターカレーション結晶育成法を確立できた。研究当初は、気相成長法による結晶の純良化や、元素置換・インターカレーション量の制御を考案していたが、より簡便な方法での結晶育成法の確立ができた点において、本研究の当初の目標を十分に達成できたと考えている。これらの純良結晶、置換・インターカレーション元素量を制御した結晶が得られたことで、今後の角度分解光電子分光測定や磁気輸送現象の研究を、計画通り推進できると考えている。一方、層状PdSe2を母物質としての、元素置換系における結晶構造・電子構造制御にも成功している。当初の予想通り、PdSe2とパイライト構造を取るMSe2系の固溶系においては、高圧合成法を用いることでパイライト構造を広い組成域で安定化することができた。また、この結晶構造相転移に伴い、半導体-金属転移が生じることも、当初の予想通りの結果が得られたと考えている。その一方で、Rh置換系においては、金属相(x<0.3)のx=0.8という過剰にRhを置換した領域で、特異な物性、超伝導の発現を観測した。これは、半導体-金属転移近傍における異常物性と捉えるには、相転移の組成からかなり離れており、予想外の結果となった。今後、この超伝導の起源に関しては、結晶構造・電子構造相転移に伴う臨界異常の可能性以外の起源も考慮していく必要があると考えている。Dirac電子系、層状MTe2の研究に関しては、本年度、NiTe2の純良単結晶の育成に成功し、更に電子状態制御を可能とするPd元素置換、Niインターカレーションの元素量制御の目途が立っている。これらの、NiTe2と元素置換系の単結晶試料を用いて、今後は角度分解光電子分光法により、制御されたDirac電子状態の直接観測を試みる。
リンパ系前駆細胞の生成過程におけるIL-7レセプターの機能

リンパ系前駆細胞の生成過程におけるIL-7Rの機能を明らかにするために、IL-7Rの発現制御機構を解析した。まず、マウスIL-7Rα鎖遺伝子のプロモーター領域を解析した。まず、翻訳開始点の上流46bpから130bpの問の複数の箇所から、転写が開始することを確認した。マウスとヒトの配列を比較すると、転写開始点の上流200bpの領域が高度に保存されており、造血細胞やリンパ系前駆細胞の発生に重要な働きをしているIkaros、PU.1、Runxの結合モチーフが存在した。さらに、プロモーターの上流約3.6kbに高度に保存された270bpの領域が存在し、この中にグルココルチコイド受容体(GR)の結合モチーフがあった。次に、レポーター法により転写活性化能を解析した。プロモーター領域をレポーター遺伝子に連結し未熟T細胞株KKFに導入すると、特異的な転写が検出された。この時、PU.1モチーフを破壊すると90%、Runxモチーフを破壊すると30%の活性が失われた。さらに、GRモチーフを含む上流領域を加えると、グルココルチコイドによる転写の増幅が見られ、GRモチーフを破壊したものでは増幅が消失した。また、グルココルチコイド刺激によりGRがモチーフに結合することを、ゲルシフト法とクロマチン免疫沈降法により確認した。以上の結果から、IL-7Rα鎖遺伝子のプロモーター活性において、PU.1とRunxのモチーフが重要な働きをしていることが明らかとなった。さらに、GRが、上流に存在するグルココルチコイド応答性領域に結合し、プロモーターからの転写を増幅することが示された。造血幹細胞は、共通リンパ系前駆細胞をへてT細胞・B細胞・NK細胞系列に分岐すると考えられている。しかしながら、共通リンパ系前駆細胞がインターロイキン7レセプター(IL-7R)を発現することと、その生成に転写因子Ikarosが必須であること以外に詳しいことが明らかでなく、造血幹細胞からの免疫系細胞の分化を解析する上で大きな障害になっている。リンパ系前駆細胞の生成過程におけるIL-7Rの機能を明らかにするために、IL-7R遺伝子の発現制御機構を解析した。まず、胸腺におけるIL-7Rの発現を解析すると、DN分画とSP分画で発現していたが、DP分画ではまったく発現が見られなかった。次に、各分画の,IL-7Rα鎖mRNAを解析したところ、DP分画で顕著に低下していた。以上の結果から、IL-7Rの発現が転写レベルで制御されることが明らかとなった。次に、マウスIL-7Rα鎖遺伝子のプロモーター領域を解析した。まず、転写が翻訳開始点の上流51bpと126bpの2カ所から開始することを確認した。マウスとヒトを比較すると、転写開始点の上流200bpの領域が高度に保存されており、Ikaros、PU.1、Runxの結合モチーフが存在した。また、マウスにはグルココルチコイド受容体(GR)の結合モチーフも存在した。次に、これらの領域をプロB細胞株38B9に導入し、レポーター法により解析すると、特異的な転写活性化能が検出された。この時、PU.1モチーフを破壊すると10%、GRモチーフを破壊すると44%減少し、両者を変異すると活性が完全に失われた。さらに、ゲルシフト法にて、38B9細胞の核抽出物の中にGRモチーフに結合する活性が検出され、この活性は抗GR抗体により消失した。一方、プロT細胞株KKFでは、グルココルチコイド処理によりIL-7Rの発現が増強した。
マクロファージによるアポトーシス細胞の貪食に併う抗炎症機構の解析

アポトーシスは、生体にとって不必要な細胞を除去する生理的な細胞死である。我々の研究室では、アポトーシス時に活性化されるDNase CADを単離した。増殖中の細胞内では、CAD]は、ICADと複合体を形成している。アポトーシス時には、カスパーゼ3によりICADが切断、不活化され、フリーのCADが染色体DNAの分解を行う。CADの役割を検討するために、CADモノクローナル抗体を作成し解析を行なった。その結果、CAD蛋白質の発現量は、アポトーシス時の染色体DNA断片化の強さと一致した。また、CAD蛋白質とICAD蛋白質はお互いの蛋白質発現、その安定性に必要である事が示された。生体内でアポトーシス細胞は、速やかにマクロファージなどの食細胞に貪食される。マクロファージが細菌等を貪食した場合には、炎症反応を誘導し免疫応答を活性化する。一方、アポトーシス細胞を貪食した時には、炎症反応は起こらず、抗炎症的に反応する。本研究では、この分子機構の解析を目的とした。まず、アポトーシス細胞を貪食時に活性化されるマクロファージ遺伝子の検索をマイクロアレイ法を用いて行なった。結果、アポトーシス細胞貪食後に発現の誘導が起こる分子の候補がいくつか見つかったが、ノーザンブロット法により確認したが、顕著な発現の上昇は見られなかった。その原因として、アポトーシス細胞からの持込成分が影響している事が分かった。また、マクロファージにアポトーシス細胞を貪食させた後にLPSにより刺激すると、抗炎症性サイトカインのIL-10の顕著な発現誘導が見られた。アポトーシスは生体にとって不必要な細胞を除去する生理的な細胞死である。増殖中の細胞ではCADはICADと複合体を形成している。アポトーシス時にはカスパーゼ3によりICADが切断不活化され、フリーのCADが染色体DNAの分解を行う。CADの役割を検討するためにCADモノクローナル抗体を作成して解析を行った。その結果、CAD蛋白質の発現量はアポトーシス時の染色体DNA断片化の強さと一致した。またCAD蛋白質とICAD蛋白質は互いの蛋白質発現、その安定性に必要であることが示唆された。生体内でアポトーシス細胞は、速やかにマクロファージにより貧食、除去される。マクロファージが細菌等を貧食した場合には、炎症反応を誘導し免疫応答を活性化する。一方アポトーシス細胞を貧食した際には、炎症反応は起こらず抗炎症的に応答する。この分子機構を解析するため、アポトーシス細胞を貧食時に活性化されるマクロファージ遺伝子の検索を行った。つまり、アポトーシス細胞をマクロファージに貧食させ、貧食前後での遺伝子発現の変化をマイクロ・アレイ法を用いて解析した。結果、アポトーシス細胞貧食後に発現の誘導が起こる分子の候補がいくつか見つかった。次にマイクロ・アレイの結果をノーザンブロット法により確認した。しかし、アポトーシス細胞貧食前後での特異的な遺伝子発現の変化は見られなかった。その原因を検討した結果・アポトーシス細胞を貧食したマクロファージより調整したサンプルでは、アポトーシス細胞からの持込のDNA、RNAが影響を与えていた。現在アポトーシス細胞からの持込成分をできるだけ減らす系、例えばPSリポソームを用いる系を検討している。増殖中の細胞では、CADはICADと複合体を形成している。アポトーシス時には、カスパーゼ3によりICADが切断不活化され、フリーのCADが染色体DNAの分解を行う。CADの役割を検討するため、CADモノクローナル抗体を作成し、解析を行った。その結果、CAD蛋白質の発現量はアポトーシス時の染色体DNA断片化の強さに比例した。またCAD蛋白質とICAD蛋白質は互いの蛋白質発現、その安定性に必要である事が示された。生体内でアポトーシス細胞は速やかにマクロファージにより貪食、除去される。マクロファージが細菌を貪食した場合には、炎症反応を誘導し免疫応答を活性化する。一方、アポトーシス細胞を貪食した場合には、炎症反応は起こらず坑炎症的に応答する。本研究ではこの分子機構の解析を目的とした。まず、アポトーシス細胞を貪食時に活性化されるマクロファージ遺伝子の検索をマイクロアレイ法を用いて行った。結果アポトーシス細胞貪食後に発現の誘導が起こる分子の候補がいくつか見つかったが、ノーザンブロット法により確認したが、顕著な発現の上昇は見られなかった。その原因として、アポトーシス細胞からの持ち込み成分が影響している事が分かった。また、マクロファージにアポトーシス細胞を貪食させた後、LPSにより、刺激すると、坑炎症性サイトカインのIL-10の顕著な発現誘導が見られた。現在、このようなIL-10遺伝子の発現誘導がどのようなメカニズムで行われているか検討を行っている。

CADの役割を検討するために、CADモノクローナル抗体を作成し解析を行なった。その結果、CAD蛋白質の発現量は、アポトーシス時の染色体DNA断片化の強さと一致した。また、CAD蛋白質とICAD蛋白質はお互いの蛋白質発現、その安定性に必要である事が示された。生体内でアポトーシス細胞は、速やかにマクロファージなどの食細胞に貪食される。マクロファージが細菌等を貪食した場合には、炎症反応を誘導し免疫応答を活性化する。一方、アポトーシス細胞を貪食した時には、炎症反応は起こらず、抗炎症的に反応する。本研究では、この分子機構の解析を目的とした。まず、アポトーシス細胞を貪食時に活性化されるマクロファージ遺伝子の検索をマイクロアレイ法を用いて行なった。結果、アポトーシス細胞貪食後に発現の誘導が起こる分子の候補がいくつか見つかったが、ノーザンブロット法により確認したが、顕著な発現の上昇は見られなかった。その原因として、アポトーシス細胞からの持込成分が影響している事が分かった。また、マクロファージにアポトーシス細胞を貪食させた後にLPSにより刺激すると、抗炎症性サイトカインのIL-10の顕著な発現誘導が見られた。
「こどものまち」を用いた消費者教育プログラムの開発とその効果の検証

本研究の目的は、「こどものまち」を用いた消費者教育プログラムを開発し、その効果を検証することである。消費者被害を防ぐためには、主体的な意思決定や選択を促す教育が重要である。「こどものまち」は、2002年以降日本各地で広がりをみせるこどもたちによるまちづくりの遊びである。本研究は、「こどものまち」の取組が消費者教育に有効であるという仮説のもとに、消費者市民としての資質を身につけるための体験型学習プログラムを開発することを念頭においた調査研究を行う。本年度は研究計画の基づき、1.ドイツ国内の「こどものまち」のフィールドワーク、2.消費者教育プログラムを評価するアンケートの設計、についてそれぞれ調査及び研究を行った。1)ドイツ国内で開催された「こどものまち」の視察及び関係者へのヒアリング調査を行い、実施状況や課題を把握した。視察結果をもとに学校での展開がしやすい、消費者教育プログラム試案を修正した。2)「こどものまち」を用いた消費者教育プログラムを評価するためのアンケート調査の設計を行った。消費者庁から公表されている「消費者教育の体系イメージマップ」を評価指標とし、小学生期の10個の到達目標について調査内容を検討した。なお、本調査は、上記1)のドイツでの主催者へのヒアリングにも用いた。3)これまでの調査結果を踏まえ、簡易的な消費者教育イベントを小学校での実践を行った。4)視察調査等で得られた成果を、学会で発表予定である。予定通りドイツでのフィールド調査を進めていること、及び小学校で展開する「こどものまち」を用いた消費者教育のモデル構築が進んでいることから、上記の評価とした。特に、フィールド調査のうちケルン、ベルリン、ミュンヘンとドイツの大都市で実施したヒアリング調査では、多数の参考資料を収集するとともに、関係者と情報交換し、現状や課題の把握ができた点は、本研究の最終的な成果につながる重要な作業であった。予定していた教員への座談会は、日程調整ができず、学校での消費者教育の実態をヒアリングおよび授業見学するにとどまったが、どの程度の時間数を消費者教育に関する授業に充てることができるか等は把握することができた。短い時間数の中で実施可能な展開を、今後検討したい。1.学校で展開できる消費者教育プログラムを開発し、教育効果を得られつつ、実施可能な実践モデルを構築する。2.調査結果を論文としてまとめ学会誌に投稿する。本年度は研究計画の基づき、1.国内の「こどものまち」のフィールドワーク、2.消費者教育プログラムを評価するアンケートの設計、についてそれぞれ調査及び研究を行った。1)2017年に日本で開催された「こどものまち」の視察及び関係者へのヒアリング調査を行い、実施状況や課題を把握した。全国の「こどものまち」関係者が集う「こどものまちサミット」では、資料及び各地の情報を得た。また、市内16区で「こどものまち」事業をすすめる名古屋市の事例として「なごや☆こどもcity」や「なごやHappyタウンこどものまち」では、関係者へのヒアリングを行い、課題を把握した。視察結果をもとに消費者教育に必要な要素の抽出を行い、消費者教育プログラム試案を作成した。3)視察調査で得られた成果を、学会で発表した。理由:予定通り国内のフィールド調査を進めていること、及び2018年に「こどものまち」を用いた消費者教育の効果を検証するためのアンケート調査の設計が進んでいることから、上記の評価とした。特に、フィールド調査のうち「こどものまちサミット」には、全国各地のこどものまち関係者が集まるため、多数の参考資料を収集するとともに、関係者と情報交換し、現状や課題の把握ができた点は、本研究の最終的な成果につながる重要な作業であった。

消費者庁から公表されている「消費者教育の体系イメージマップ」を評価指標とし、小学生期の10個の到達目標について調査内容を検討した。なお、本調査は、上記1)のドイツでの主催者へのヒアリングにも用いた。3)これまでの調査結果を踏まえ、簡易的な消費者教育イベントを小学校での実践を行った。4)視察調査等で得られた成果を、学会で発表予定である。予定通りドイツでのフィールド調査を進めていること、及び小学校で展開する「こどものまち」を用いた消費者教育のモデル構築が進んでいることから、上記の評価とした。特に、フィールド調査のうちケルン、ベルリン、ミュンヘンとドイツの大都市で実施したヒアリング調査では、多数の参考資料を収集するとともに、関係者と情報交換し、現状や課題の把握ができた点は、本研究の最終的な成果につながる重要な作業であった。予定していた教員への座談会は、日程調整ができず、学校での消費者教育の実態をヒアリングおよび授業見学するにとどまったが、どの程度の時間数を消費者教育に関する授業に充てることができるか等は把握することができた。短い時間数の中で実施可能な展開を、今後検討したい。1.日本各地のこどものまちへの視察およびヒアリング調査を継続して進めるとともに、ドイツのミニ・ミュンヘンの視察を実施する。2.学校で展開できる消費者教育プログラムを開発するため、教員を対象とした座談会を行い、消費者教育の授業の現状を把握し、効果的な実施方法を探る。3.調査結果を論文としてまとめ学会誌に投稿する。1.学校で展開できる消費者教育プログラムを開発し、教育効果を得られつつ、実施可能な実践モデルを構築する。2.調査結果を論文としてまとめ学会誌に投稿する。国内の視察調査先を、まずは先進事例として名古屋に絞り調査をしたことから、研究分担者の旅費を抑えることができた。その分で、次年度教員との座談会を実施する計画とした。また、ドイツの視察日程を増やし、視察調査を充実させる。本研究において、人件費や謝金の予算が当初の見通しよりも低価格であったことから、使用額に若干余裕ができた。次年度は最終年度のため、研究結果の発信等に余裕分を充てる予定である。体験型消費者教育イベントの開催の様子をまとめています。
甲状腺ガンにおけるCD44の発現と老化に関する研究

ウェルナー症候群は、常染色体劣性の遺伝子疾患であり、日本人では1020万人に1人の割合で起こる早老症の1つである。ウェルナー患者では、甲状腺癌や悪性黒色腫が比較的多いこと、また、尿中ヒアルロン酸濃度が高いことなどが知られている。ヒアルロン酸は、古くから加齢マーカーとして知られ、コラーゲンとともに皮膚構造の維持に重要な役割を果たしている。本研究では、甲状腺癌の既往歴を持つウェルナー症候群患者由来の細胞株を用い、CD44の発現解析を中心に、ヒアルロン酸合成酵素、ヒアルロン酸分解酵素の発現解析を行った。1.ウェルナー症候群患者のリンパ球由来細胞株樹立申請者が所属する研究室では、約30年間にわたって収集したウェルナー患者の詳細な臨床データを保管している。平成19年度(2007年4月から2008年3月まで)においては、ウェルナー症候群の症状を呈する患者とその家族(計4人)から血液を採取後、リンパ球を分離し、EBウイルスを感染させ、リンパ球由来細胞株を樹立した。ヒアルロン酸合成酵素(Hyaluronan Synthetase)には、HAS1、HAS2、HAS3の3種類が存在する。本研究では、健常人リンパ球由来の培養細胞株とウェルナー患者リンパ球由来の培養細胞株を用い、HAS1, HAS2, HAS3遺伝子の発現について比較・検討を行った。ウェルナー患者由来の細胞株と健常人由来の細胞株では、HAS1、HAS2、HAS3遺伝子の発現に特に差は見られなかった。また、ヒアルロン酸分解酵素(hyaluronoglucosaminidase)であるHYAL1, HYAL2,HYAL3遺伝子についても同様の発現解析を行ったが、いずれも差は認められなかった。3.RT-PCR法を用いたCD44遺伝子の発現解析ウェルナー患者と正常人のリンパ球由来細胞株を、コラーゲンコート済みのディッシュを用いて培養し、RNAを精製した。CD44遺伝子について24種類のプライマーを設計し、RT-PCR法による発現解析を行った結果、バリアントエクソン4から通常エクソン6を含む領域において、ウェルナー患者由来細胞株で特異的に発現量が高いアイソフォームを検出することができた。現在、このアイソフォームに含まれるエクソンを確認している。本研究の結果は、ウェルナー患者由来細胞株におけるCD44遺伝子の発現異常が、皮膚の萎縮、老化などを促進させる可能性を示唆するものである。ウェルナー症候群は、常染色体劣性の遺伝子疾患であり、日本人では10-20万人に1人の割合で起こる早老症の1つである。日本人の約100人に1人が保因者であり、患者の80%は日本人である。本研究では、ウェルナー症候群におけるCD44の発現解析を中心に、CD44のリガンド(ピアルロン酸、オステオポンチンなど)、ピアルロン酸合成酵素、ピアルロン酸分解酵素の発現解析を網羅的に行う。本研究でウェルナー患者の臨床症状とピアルロン酸に関係する遺伝子群の発現を比較・検討することにより、DNAヘリカーゼと老化・癌化の関連性を解明する手がかりが得られるものと期待される。平成18年度(2006年4月から2007年3月まで)においては、ウェルナー症候群の症状を呈する患者とその家族(計17人)から血液を採取後、リンパ球を分離し、EBウイルスを感染させ、リンパ球由来細胞株を樹立した。また、遺伝子診断として、血液からゲノムDNAを精製後、ダイレクトシーケンスを行い、WRN遺伝子の変異部位を確認するほか、ウェスタンブロット法によってWRNタンパク質の発現を確認した。平成19年度以降も細胞株の樹立を継続して行い、既存のデータに追加・保管する。2.WRN遺伝子の変異解析ダイレクトシーケンスに変わる遺伝子変異検索法として、今年度よりTaqMan probeを用いたタイピングを導入し、MRN遺伝子の変異解析の簡便化することに成功した。遺伝子変異部位としてすでに報告されている11箇所(Mutationl・2・4・5・6・7・8・9・10・12・14)についてTaqMan probeをデザイン・購入し、ゲノムDNAを鋳型としてABI7300リアルタイムPCRシステムを用いて解析を行った。TaqMan法の導入によりヘテロ変異の検出が非常に簡素化された。3.RT-PCR法を用いたCD44遺伝子の発現解析ウェルナー患者リンパ球由来細胞株からmRNAを精製し、逆転写酵素を使ってcDNAを合成した。ヒトCD44遺伝子のバリアントエキソン部分にPCRプライマーを設計後、PCRで増幅し、DNA電気泳動とシーケンスによって変異型CD44の発現パターンを確認した。コントロール群としては、ウェルナー患者と同様に、正常人リンパ球にEBウイルスを感染させた細胞株を樹立後、RT-PCRを行い、ウェルナー患者と正常人において発現している変異型CD44を比較・検討した。

本研究では、甲状腺癌の既往歴を持つウェルナー症候群患者由来の細胞株を用い、CD44の発現解析を中心に、ヒアルロン酸合成酵素、ヒアルロン酸分解酵素の発現解析を行った。1.ウェルナー症候群患者のリンパ球由来細胞株樹立申請者が所属する研究室では、約30年間にわたって収集したウェルナー患者の詳細な臨床データを保管している。平成19年度(2007年4月から2008年3月まで)においては、ウェルナー症候群の症状を呈する患者とその家族(計4人)から血液を採取後、リンパ球を分離し、EBウイルスを感染させ、リンパ球由来細胞株を樹立した。ヒアルロン酸合成酵素(Hyaluronan Synthetase)には、HAS1、HAS2、HAS3の3種類が存在する。本研究では、健常人リンパ球由来の培養細胞株とウェルナー患者リンパ球由来の培養細胞株を用い、HAS1, HAS2, HAS3遺伝子の発現について比較・検討を行った。ウェルナー患者由来の細胞株と健常人由来の細胞株では、HAS1、HAS2、HAS3遺伝子の発現に特に差は見られなかった。また、ヒアルロン酸分解酵素(hyaluronoglucosaminidase)であるHYAL1, HYAL2,HYAL3遺伝子についても同様の発現解析を行ったが、いずれも差は認められなかった。3.RT-PCR法を用いたCD44遺伝子の発現解析ウェルナー患者と正常人のリンパ球由来細胞株を、コラーゲンコート済みのディッシュを用いて培養し、RNAを精製した。CD44遺伝子について24種類のプライマーを設計し、RT-PCR法による発現解析を行った結果、バリアントエクソン4から通常エクソン6を含む領域において、ウェルナー患者由来細胞株で特異的に発現量が高いアイソフォームを検出することができた。現在、このアイソフォームに含まれるエクソンを確認している。本研究の結果は、ウェルナー患者由来細胞株におけるCD44遺伝子の発現異常が、皮膚の萎縮、老化などを促進させる可能性を示唆するものである。
中性子散乱を用いた再構成細胞系での生体高分子の構造解析法の開発

生体高分子は、高濃度の多分散系=混雑系という環境下で機能している。そこで、中性子散乱法とタンパク質重水素化を組み合わせることで結晶や希薄溶液ではなくこの混雑環境下での生体高分子の静的・動的構造測定・解析手法の開発を行った。混雑系として水晶体中に注目し、構成タンパク質であるαBクリスタリンの75%重水素化法の確立を行い、中性子溶液散乱ではこの重水素化率のタンパク質は散乱的に不可視化されることを確認した。そこで、高濃度の75%重水素化αBクリスタリン溶液に希薄濃度の軽水素化αBクリスタリンを混合した系を調製し、高濃度中での軽水素化αBクリスタリンの選択的測定、静的・動的構造の解析を行った。タンパク質は生命現象を司る基本因子であり、その機能を理解するために静的・動的構造の研究が精力的に行われている。しかしながら、分子科学的な研究は結晶または希薄溶液中で行われており、実際にタンパク質が機能発現する細胞中=多元高濃度系とは異なっている。そこで本研究は生体中に近い環境下でのタンパク質の構造を捉える手法を開発することを目的としている。つまり、「多種類」かつ「高濃度」の「タンパク質水溶液中」での「1つのタンパク質の構造」を測定手法の開発である。まず「水溶液中」での構造測定手法として本研究では「小角散乱法」を用いる。小角散乱法のプローブとしてはX線と中性子線があるが、本研究では両者の特徴を利用して相補的に使用する。X線小角散乱(SAXS)法は、高強度のシンクロトロン光を線源とすることで少量試料での短時間測定を可能とし、計算機を用いた解析手法の進歩とも相まって希薄溶液中でのタンパク質の外形を捉える手法として確立している。加えて近年は高精度光学系や高感度検出器の出現により実験室設置のSAXS装置でもタンパク質の溶液散乱が十分に可能となってきた。そこで、今年度は最新の光学系と2次元半導体検出器を備えたSAXS装置の導入を行った。今後この装置を用いて高濃度系の測定を行う前にタンパク質の溶液中での基本構造の測定に用いる予定である。タンパク質多元高濃度系での観測のキーポイントは「注目しているタンパク質のみを可視化し、それ以外のタンパク質を不可視にする手法開発」である。本研究では特に水素において大きい中性子散乱における同位体効果を利用し、タンパク質の精密部分重水素化と溶媒コントラスト変調中性子小角散乱(CV-SANS)を組み合わせて上記手法の確立を目指している。本年度は、水晶体内タンパク質クリスタリンの部分重水素化とそれを用いたCV-SANS測定に成功した。本研究における重要なポイントは重水素化率を制御したタンパク質の調製手法の確立である。平成27年度は、重水素化タンパク質調製系の立ち上げおよびそれを用いて75%重水素化タンパク質の調製を行った(註:これまでは100%重水素化タンパク質のみの調製を行っていた)。更に調製した75%重水素化αBクリスタリンを用いたSANS測定をオーストラリアの中性子散乱研究施設(ANSTO)に設置されたSANS分光器(QUAKKA)およびフランスのラウエランジュバンお研究所のSANS分光器(D22)を用いて反転コントラストマッチング中性子小角散乱(iCM-SANS)測定を行った。その結果、75%重水素化αBクリスタリンと軽水素化(通常)αBクリスタリンの2元系では、前者からの散乱を消して後者からの散乱のみを観測することに成功し、この2元系におけるKineticsの解析を行った。また、調製したタンパク質の基本構造測定のための集光光学系、低寄生散乱スリット、高感度大面積2次元半導体検出器を備えたX線小角散乱(SAXS)装置の導入を進めた。この実験室設置の装置を用いて調整したタンパク質の構造および凝集の有無等の評価が可能であることを確認した。そこで、今年度は昨年素導入した最新の光学系と2次元半導体検出器を備えたSAXS装置の光学系の調整による測定領域の拡張を行った。