hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
前駆体蛋白質のミトコンドリアへの標的化機構の研究

本研究は酵母ミトコンドリアの生合成で先駆的な研究を行っているバーゼル大学のSchatz教授との共同で前駆体蛋白質のミトコンドリア標的化の分子機構を明らかにすることを目的として開始された。そして当該研究期間に以下の事柄を明らかにすることができた。【1】酵母およびラットのミトコンドリアを用いて、前駆体がミトコンドリア外膜に運ばれる過程の解析をおこない、前駆体の輸送経路には細胞質因子MSFに依存した経路とHSP70に依存した経路があることを明らかにした。前駆体はMSFによって外膜上のTOM70-TOM37に運ばれた後TOM20-TOM22を経由して外膜チャネルに運ばれる。HSP70によって運ばれる前駆体はTOM70-TOM37をバイパスし、直接TOM20-TOM22に運ばれる。【2】外膜受容体TOM70、TOM20の組み替え体を用いて前駆体との結合を測定し、Tom70への前駆体結合にはMSFが必要であり、TOM20への結合にはHSP70を必要とすること、2つの受容体は共にミトコンドリアシグナルペプチドを認識することなどを明らかにした。【3】これらの因子に加え、TOM22およびTIM23の膜間スペース部分とGSTあるいはMBPとの融合蛋白を精製し前駆体との結合、各因子間でのトランスファーの解析を行った結果、外膜の内外に配置された輸送因子が形成する「化学的不対称性」によって前駆体の膜透過が駆動されることなどが明らかになった。【4】ラットミトコンドリアの輸送因子、TOM70、TOM40、OM37、Metaxin、TIM17、TIM23およびTIM44のクローニングならびに機能の解析を行った。このうちOM30とmetaxinは哺乳類ミトコンドリアに特有な因子であることが明らかになった。前駆体蛋白質のミトコンドリア標的化と膜輸送について次の事柄を明かにした。【1】酵母ミトコンドリア、Tom70抗体およびTom20抗体を用いた実験によって、ミトコンドリア外膜上のTom70-Tom37複合体が前駆体-MSF複合体に対する受容体であることを証明した。【2】Tom70-Tom37に結合した前駆体-MSF複合体からATPの加水分解によってMSFが解離し前駆体蛋白質はTom20-Tom22に渡された後に外膜と内膜の透過チャネルを経てマトリクスに運ばれることを証明した。この過程には細胞質のATPが要求される。【3】尿素などによって変性した直後の前駆体や細胞質のHsp70によってほどけた構造が維持される前駆体はTom70-Tom37をバイパスして直接Tom20-Tom22に運ばれた後に膜を透過する。この過程は細胞質のATPを必要としない。【4】ミトコンドリアへの蛋白質輸送には細胞質とマトリクスのATPと内膜の膜ポテンシャルが要求される。これらのエネルギーを順次除去して輸送を行うことにより。前駆体蛋白質がマトリクスに到達するまでに6種類の輸送中間体を効率よく捕捉する系を組むことに成功し、それらの中間体の性質の解析をおこなった。これによって、外膜と内膜の輸送装置を生化学的に解析する道がひらかれた。【5】外膜受容体Tom70、Tom20の細胞質領域、Hsp70、MSF、3種類の前駆体蛋白質すべてを精製し、これらを用いて前駆体と受容体の相互作用を水溶液系で解析した。

その結果以下の事柄を明かにした。(1)Tom70への前駆体の結合には、前駆体の種類にかかわらずMSFが必要であり、Tom20への前駆体の結合にはHsp70を必要とする。(2)これら2種類の受容体は共に前駆体のミトコンドリア標的シグナルを特異的に認識することを、合成標的シグナルペプチドによる競合実験により証明した。しかし、その認識機構は両者で明確に異なる。(3)Tom70とTom20との間で可逆的な前駆体の授受がある。(4)酵母の細胞質にもMSFと同様な性質を持つ因子が存在する。【6】哺乳類ミトコンドリアの受容体としてTom30/metaxinを見いだした。ミトコンドリアを構成する蛋白質の殆どは細胞質において前駆体として合成され、前駆体のミトコンドリアターゲティング配列を認識する細胞質因子によってミトコンドリア表面に運ばれた後に膜を輸送されてそれぞれのコンバートメントに局在化する。本年度の研究においては次の事柄を明らかにした。【1】外膜のインポート受容体Tom70とTom20の細胞質領域のリコンビナントを作成し前駆体との相互作用の解析を行った。その結果、Tom70への前駆体の結合には細胞質シャペロンMSFを必要としTom70をバイパスしたTom20への結合はHSP70の存在を必要とすることを明らかにした。【2】前駆体の外膜透過の機構を明らかにするために、Tom70、Tom20、Tom22、Tim23の膜外ドメインを大腸菌で発現、精製し、ミトコンドリア内の局在を異にする各種前駆体との結合を解析した。その結果、前駆体に対する親和力は輸送経路の下流に位置する因子ほど高いことを明らかにした。そしてこれによって前駆体の膜を横切っての駆動がおこることを示した。【3】Tom70、Tom20、Tom22、Tim23はミトコンドリア内局在を異にする先駆体の仕分けに関わっていることを示した。【4】ラット肝臓ミトコンドリアの内膜輸送因子Tim17、Tim23、Tim44を同定しミトコンドリア輸送に於ける機能解析を行った。ミトコンドリアを構成する蛋白質の殆どは細胞質において前駆体として合成され、前駆体のミトコンドリアターゲティング配列を認識する細胞質因子によってミトコンドリア表面に運ばれた後に膜を輸送されてそれぞれのコンパートメントに局在化する。本年度の研究では次の事柄を明らかにした。【1】前駆体の外膜透過の機構を明らかにするために、Tom70.Tom120、Tom22、Tim23の膜外ドメインを大腸菌で発現・精製し、ミトコンドリア前駆体との結合をショ糖密度勾配遠心、免疫沈降法などを用いて解析した。その結果、前駆体に対する親和力は輸送経路の下流に位置する因子ほど高いこと、用いたすべての輸送因子の存在下に前駆体-Tom70複合体を加えると前駆体はTom20とTom22を経由して最終的にTim23に渡されること、逆反応は極めて起りにくいこと、などを示した。これによって、外膜の内外に配置された輸送因子の形成する「化学的な非対象性」が駆動力となって前駆体の外膜透過が起ることを明らかにした。【2】ミトコンドリア内局在を異にする様々な前駆体とTom70.Tom20.Tom22、Tim23との結合を免疫沈降法により解析した結果、Tom70とTom20は全ての前駆体を、Tom22の膜間スペース領域は膜間スペース以降に輸送される前駆体のみを、そしてTim23はマトリクスにまで輸送される前駆体のみを認識することを示した。これによって、輸送因子がミトコンドリア内局在を異にする前駆体の仕分けに関わっていることが明らかになった。
KamLANDにおける近傍超新星の観測感度向上にむけたDAQ改良

近傍超新星から生じる膨大なニュートリノに対してKamLAND実験のデータ収集効率向上を研究した.近傍超新星の際,KamLANDでは十秒程度の間に百万以上の事象の発生が予測されるが,現行データ収集系は全体を処理出来ないため,効率的な事前取捨選択が必要である.検出器の特性から事象位置と観測光子の時間分布に相関があることに依拠し,事象の時間分散を利用した空間的事象選択を実データとシミュレーションを用いて研究した.現行のデータ収集系では選択効率の向上が望めないものの,より高速なクロックを用いた同等データ収集系の開発により理想的な選択効率が得られることを明らかにし,高速クロックの回路開発に着手した.近傍超新星が発生する際,膨大な数の超新星ニュートリノ(SN)の到来が予測され,発生数やエネルギーの時間発展情報は,超新星発生時の恒星内部の物理事象の解明の大きなヒントになるため,SNの観測が期待される.KamLAND検出器はSN全般に感度を持ち,特に低エネルギーにおける物理では統計量において他を圧倒する.一方で,KamLAND検出器は液体シンチレータで構成されるため,SNの事象が発生する場合は,事象を検出する光電子増倍管のすべてに光子が到達することが予想される.適切な事象選択なしにはそのようなすべての光子を取得することは電子回路の性能上不可能になることも予測される.したがって,そのような事象選択を事象取得の前に行うトリガロジックの開発研究が重要である.平成27年度の研究においては,まず,空間においては事象の選択が十分にできることを評価した.ここではKamLANDのSN様の比較的エネルギーが高く,かつ空間に一様に分布することがわかっている,12B事象を用い,その事象から得られる光子の到達時間分布に関して研究を行った.ここで,検出器中心での事象は検出器外郭の事象に比して,光子の到達時間のばらつきが小さい.研究の結果,現在のKamLANDの電子回路に用いているCLK, 20ns幅を用いた場合,検出器中心での到達時間のばらつきが20ns幅でぼかされ,到達時間分布において元々あった外郭事象の分布との形状差が小さくなり,選択効率が低下することが分かった.一方,CLKを4ns以下に設定すると,選択効率を比較的高く維持できることが分かった.したがって,さらなる物理事象解析を行いながら,新たに4nsのCLKをデータ収集電子回路の研究開発も行った.前述のように,KamLANDの実際のデータを用いて,事象の空間分布と,事象に由来する光子の到達時間分布について研究を行い,到達時間分布形状による事象の空間選択が可能であることを示した.また,現在使用している信号収集電子回路において,使用するCLK幅が到達時間分布形状をぼかしており,空間選択効率が低下することを発見し,大幅な効率上昇のためには新たな高速CLKを用いた電子回路の研究開発が必要であることを見出した.すでに,既存のKamLANDの電子回路の開発を共同で行った企業や他の知見を持つ企業とともに,高速CLKを用いた電子回路のデザイン仕様を検討し,全体的なデザイン仕様を決定した.特に重要な,高速CLKにおいて,必要な200MHz以上のCLKを得ることが現在の技術において十分確立していることを確認し,信号到達時間分布を判定回路に導く合理的なデザインを得ることに成功している.このような状況において,当初予定していたKamLAND MoGURAトリガ電子回路の購入および,MoGURA2テスト電子回路の購入を翌年度にスライドしたが,これらは研究の結果として必要性に応じたためで,全般として,研究は順調に進展していると判断している.ベテルギウスの超新星の可能性が高まり,地球近傍で発生する超新星から放出される大量のニュートリノによって超新星の時間発展の詳細な描像が得られることが期待されている.大型液体シンチレータ検出器KamLANDにおいては20秒の間に100万事象程度の膨大な事象が観測されると予想され,その頻度を測定するための時間情報の全ての記録が可能である.一方,エネルギー情報を再構成するために必須な波形情報の全ての記録はデータ収集系の性能限界を超えるため困難である.本研究では効率的な事象選択を可能とするトリガを開発することを目指した.KamLANDは球状の検出器であり,一様に発生するニュートリノ事象は,動径方向に見た際に外縁部での発生割合が高くなる.外縁部事象は観測時間分布が広がり,事象間偶発同時計数の割合が増え,事象再構成精度が悪化する.この時間分布の特性を用い,外縁部の事象を無視するトリガを考案した.平成27年度の研究において実データを用いた解析を行い,時間分布の差異が小さく,事象選択精度が大きく向上しない可能性を見出し,これがデータ収集回路のCLKによる制限にあると推定した.平成28年度の研究においては,検出器シミュレーションを構築し,より詳細なCLKの影響とトリガ効率の評価を行うとともに,トリガロジックの開発と高速CLKを用いた新データ収集回路の開発を行った.

現行のデータ収集系の50MHzと比較して,200MHz以上のCLKを採用することにより,動径方向の事象選択精度の向上が得られ,16ns (4CLK)の時間分布に対する閾値により,中心から半径1m以内の事象の83.2%を取得しながら,全体の事象の99.6%を無視し,全波形記録が可能なロジックを開発した.また,200MHzのCLKを採用した新データ収集回路も2chの入力を備えたテスト基板の開発を行い波形取得に成功した.近傍超新星から生じる膨大なニュートリノに対してKamLAND実験のデータ収集効率向上を研究した.近傍超新星の際,KamLANDでは十秒程度の間に百万以上の事象の発生が予測されるが,現行データ収集系は全体を処理出来ないため,効率的な事前取捨選択が必要である.検出器の特性から事象位置と観測光子の時間分布に相関があることに依拠し,事象の時間分散を利用した空間的事象選択を実データとシミュレーションを用いて研究した.現行のデータ収集系では選択効率の向上が望めないものの,より高速なクロックを用いた同等データ収集系の開発により理想的な選択効率が得られることを明らかにし,高速クロックの回路開発に着手した.平成27年度の研究によって,既存信号取得電子回路のCLKが事象空間選択を可能とするものの,生の観測時間データを用いた空間選択ほどは高い効率をもたらさないことが判明した.したがって,この効率を上げるための新電子回路の開発に着手している.平成28年度の研究においては,大きく課題が2個に分けられる.一方は,すぐにでも発生することも予測される近傍超新星の事象を効率よくかつとり逃さず取得するための事象判定を既存トリガ回路において達成することである.ここでは,超新星ニュートリノの数,エネルギーの時間発展モデルに対応した最適な空間選択と時間選択トリガ機構を決定しトリガロジックを開発,実装,テストする.一方はより高速CLKを使用した高効率空間選択機構を実装可能な新電子回路開発である.すでに全般的な仕様に関しては決定しているので,その仕様に上記トリガ機構を最適化し,かつその環境下で実行できるトリガロジックの開発を行う.最終的な実装やテストは基板の製作開発,評価の後になり,通常の基板制作期間からは実装,テストは現実的ではないため計画には組み込まない.素粒子実験平成27年度の研究において当初購入しようとしていた,既存トリガ電子回路と同様のMoGURAトリガ基板では,事象の空間選択効率が当初予測程度まで上げられないことが実データを用いた研究により判明した.当初MoGURAトリガ基板の軽微な修正によりこの問題を解決できるか調査するために,MoGURAトリガ基板の購入を平成28年度に延期した.その後の研究において,高い空間選択効率を得るには高速CLKを利用した電子回路が必要であることが判明し,通常このような基板の開発研究から利用までには12年要するため,本研究の目的である迅速な超新星ニュートリノ観測に適さない.したがって,この基板を購入することはなく,当初予定通りMoGURAトリガ基板を購入することとした.前述のとおり,迅速な近傍超新星ニュートリノの安定的,効率的取得を目標とし,これを可能とするトリガロジックを搭載するプラットフォームとして,平成27年度に購入予定であったMoGURAトリガ基板を,平成28年度に購入する.
脳におけるアミロイド蛋白質の生成および沈着とアルミニウム蓄積機序

脳におけるアミロイド蛋白質の生成と微量元素の蓄積およびその蓄積が学習能力に及ぼす影響を以下の3つのことを分析することにより検討することを試みた。アミロイドの生成あるいは沈着には、リソゾーム中に存在する種々の酵素活性が重要な働きを担っているとの仮説をたてた。それを検証するためには、まず純度高く調製された脳リソゾームを必要とするので、最初に脳リソゾームの新しい調製法を検討し、Posthuclear溶液をカルシウム溶液中でincubation後Percollに重層し遠心分離することによって、純度高いリソゾームを得ることができた。次いで微量元素の動態とリソゾームの機能の関連を検討するためにラット肝臓を用いて、銅代謝におけるリソゾームの役割を分析した。その結果、銅を投与することによって肝ソソゾーム中の酵素活性の低下が見られたが、肝タンパク質あたりのリソゾーム量の増加が認められた。このことは、肝リソゾーム中への銅蓄積によるリソゾームの機能低下をリソゾーム量を増加させることで代償的に働いていることを示しており、微量元素の動態とリソゾームの機能の関連が確かめられた。最後に、ラット脳タンパク質の変化と学習能力との関連を、香辛料摂取ラットを用いて検討した。全脳可溶性タンパク質の二次元電気泳動による泳動パターンを比べてみると、対照ラットで認められた分子量約7万のタンパク質スポットが消失していた。香辛料を摂取した結果タンパク質の質的な差が出たことを示している。この両群の水迷路による学習能力を比べてみると、5%濃度の香辛料を45日間摂取したラツトで学習能力の低下が認められた。このことは、脳内に存在する何らかのタンパク質の質的な変化がその学習能力に大きな影響を及ぼすことを示している。老化が発症機序の一因となっているアルツハイマー型痴呆症では、脳内に老人斑(アミロイド)の出現や微量元素(アルミニウム)の蓄積が認められている。このことは、脳内の微量元素蓄積にアミロイド蛋白質の沈着が重要な役割担っていることが示唆される。これを立証するために、脳内アミロイド蛋白質沈着モデル動物の作成を試みた。モデル動物作成にあたって、脳におけるアミロイド蛋白質の生成には、脳細胞リソゾーム中酵素活性の変動が関与しているという仮説をたて、脳リソゾームの調製法を開発した。リソゾーム固有の酵素(Arylsulphatase etc.)活性を指標にして、ラット脳のホモジネートと新たに開発した方法により得られたリソゾームの比活性w比べてみると、その比率は約300倍で、従来報告されている方法(Caimi et al.,J Nerochem Vol 52,1722-1728,1989)に比べて数倍純度高くリソゾームが得られた。次いで、リソゾーム蛋白質分解酵素阻害剤として知られているロイペプチンを種々の投与方法(腹腔投与、脳内投与など)によりラットに投与し、リソゾーム中酵素活性の変動とアミロイド蛋白質生成との関連を分析した。その結果、ロイペプチンを幼若ラットの腹腔内に毎日注射することにより、脳および肝臓中のリソゾームで蛋白質分解酵素活性の低下と、それにより出現したと推測される老人斑によく似た色素の沈着が観察された。現在、阻害剤の投与量、投与期間、投与法等最適条件の設定を検討している。初年度に検討した脳リソゾームの純度高い調製法により調製されたリソゾームを用いて、微量元素の動態とリソゾームの機能の関連を検討し、さらにラット脳タンパク質の質的変化と学習能力との関連を検討した。

まず、微量元素の動態とリソゾームの機能の関連を検討するために、ラット肝臓を用いて銅代謝におけるリソゾームの役割を分析した。その結果、銅を投与することによって肝リソゾーム中の酵素活性の低下が見られたが、肝タンパク質あたりのリソゾーム量の増加が認められた。このことは、肝リソゾーム中への銅蓄積によるリソゾームの機能低下をリソゾーム量を増加させることで代償的に働いていること、すなわち、肝臓における銅の蓄積にはリソゾームが重要な役割を担っているを示しており、微量元素の動態とリソゾームの機能の関連が確かめられた。次いで、ラット脳タンパク質の質的変化と学習能力との関連を、香辛料摂取ラットを用いて検討した。香辛料摂取および対照ラットにおける全脳可溶性タンパク質の二次元電気泳動による泳動パターンを比べてみると、対照ラットで認められた等電点の酸性領域の分子量約7万のタンパク質スポットが消失していた。香辛料を摂取した結果、タンパク質の質的な差がでたことを示している。この両群のラットを用いて水迷路による学習能力を比べてみると、5%濃度の香辛料を45日間摂取したラットでは対照ラットに比べて、学習能力の低下が認められた。このことは、脳内に存在する何らかのタンパク質の質的な変化がその学習能力に大きな影響を及ぼすことを示している。
発展可能ソフトウェアの開発法に関する基礎と支援環境の構築

本研究では,簡単化のため第2階様相述語論理に基づいた発展可能ソフトウェアの新しい要求記述法と,その状態遷移システムによる形式仕様の自動生成に関する基礎理論を発展しつつあり,現在そのための支援システムを開発中である.具体的には,システム要求記述を機能の局所的な性質を記述した理論式として定式化する.また,システム要求の意味は健全でかつ完全な遷移システム(標準モデル)であるという意味論を提案し,その妥当性を理論的かつ実際的側面から議論した.この標準モデルがシステムの形式仕様であり,システム要求の実現である.この意味論は,論理ペトリネットを用いても特性化できることを示した.これは,研究項目(2)と密接に関連する.さらに,複雑な大規模システムの要求記述と仕様化に対処するため,制約によるモジュール化技法,論理ベースの抽象化と階層的詳細化などを研究し,状態爆発と複雑さの問題を部分的に解決した.以上の基礎研究を踏まえ,システム要求記述言語を設計し,システム要求の意味でありかつそれ自身がシステムの形式仕様である「状態遷移システム」を効率よく生成するための理論と実際の導出法を与えた.命題理論に基づいた記述法については既に研究成果を得ていたが,実用性と適用制の範囲を考慮すると,命題論理は余りにも記述能力が低い,しかし,単純に第2階の様相理論に拡張したのでは,計算可能性や高率の点で問題が生じる.そこで,本研究では,一挙に第2階様相述語論理までレベルアップしたことによる問題の他,発展可能なソフトウェアの要求記述,仕様化に柔軟に対処するため,以下の点を考慮した要求記述法並びに記述言語の設計とその意味論に基づいた状態遷移システムベースの形式仕様に変換する手法を与え,ワークステーション上にSICtus Prologを用いて仕様合成システムを開発している.本研究では,簡単化のため第2階様相述語論理に基づいた発展可能ソフトウェアの新しい要求記述法と,その状態遷移システムによる形式仕様の自動生成に関する基礎理論を発展しつつあり,現在そのための支援システムを開発中である.具体的には,システム要求記述を機能の局所的な性質を記述した理論式として定式化する.また,システム要求の意味は健全でかつ完全な遷移システム(標準モデル)であるという意味論を提案し,その妥当性を理論的かつ実際的側面から議論した.この標準モデルがシステムの形式仕様であり,システム要求の実現である.この意味論は,論理ペトリネットを用いても特性化できることを示した.これは,研究項目(2)と密接に関連する.さらに,複雑な大規模システムの要求記述と仕様化に対処するため,制約によるモジュール化技法,論理ベースの抽象化と階層的詳細化などを研究し,状態爆発と複雑さの問題を部分的に解決した.以上の基礎研究を踏まえ,システム要求記述言語を設計し,システム要求の意味でありかつそれ自身がシステムの形式仕様である「状態遷移システム」を効率よく生成するための理論と実際の導出法を与えた.命題理論に基づいた記述法については既に研究成果を得ていたが,実用性と適用制の範囲を考慮すると,命題論理は余りにも記述能力が低い,しかし,単純に第2階の様相理論に拡張したのでは,計算可能性や高率の点で問題が生じる.そこで,本研究では,一挙に第2階様相述語論理までレベルアップしたことによる問題の他,発展可能なソフトウェアの要求記述,仕様化に柔軟に対処するため,以下の点を考慮した要求記述法並びに記述言語の設計とその意味論に基づいた状態遷移システムベースの形式仕様に変換する手法を与え,ワークステーション上にSICtus Prologを用いて仕様合成システムを開発している.
マルチエージェント環境のための様相論理に対する推論システムの研究

マルチエージェント環境のための様相論理に対する推論システムの研究について,今年度は以下の3つのテーマについて研究を行った.1.マルチエージェントシステムに対する知識と時間の様相論理体系の確立(1)各エージェントが「命題pがある時点tで成り立つことを知っている」というような知識と時間に関する表現が可能な様相論理体系MAKTを提案した.(2)論理体系MAKTの意味論は可能世界モデル意味論によって定義される.また,MAKTの式に対する推論は,MAKTの式をそれと等価な(不等号につき)一階述語論理の式に変換されて,その一階述語論理式の充足可能性を調べることによって行われる.(3)以上の結果より,論理体系MAKTに対する効率的な推論方法は,高速な一階述語用の定理証明器を開発することに帰着されるという知見を得た.2.一階述語定理証明器SATCHMOREの効率化一階述語用の定理証明器の一つにSATCHMOREがあるが,本研究においては,それに更に改良を行い効率化を図った.すなわち,SATCHMOREで用いられている関連性に加えて,“利用可能性"という新しい条件を付け加えて,定理証明における探索空間の減少を図った.3.融合型知識ベースに対する推論方式の検討複数の知識ベース(エージェント)が与えられたとき,それらの知識を融合して推論を行う融合型知識ベース(amalgamated knowledge databases)に対する推論方法について検討を行った.マルチエージェント環境のための様相論理に対する推論システムの研究について,今年度は以下の3つのテーマについて研究を行った.1.マルチエージェントシステムに対する知識と時間の様相論理体系の確立(1)各エージェントが「命題pがある時点tで成り立つことを知っている」というような知識と時間に関する表現が可能な様相論理体系MAKTを提案した.(2)論理体系MAKTの意味論は可能世界モデル意味論によって定義される.また,MAKTの式に対する推論は,MAKTの式をそれと等価な(不等号につき)一階述語論理の式に変換されて,その一階述語論理式の充足可能性を調べることによって行われる.(3)以上の結果より,論理体系MAKTに対する効率的な推論方法は,高速な一階述語用の定理証明器を開発することに帰着されるという知見を得た.2.一階述語定理証明器SATCHMOREの効率化一階述語用の定理証明器の一つにSATCHMOREがあるが,本研究においては,それに更に改良を行い効率化を図った.すなわち,SATCHMOREで用いられている関連性に加えて,“利用可能性"という新しい条件を付け加えて,定理証明における探索空間の減少を図った.3.融合型知識ベースに対する推論方式の検討複数の知識ベース(エージェント)が与えられたとき,それらの知識を融合して推論を行う融合型知識ベース(amalgamated knowledge databases)に対する推論方法について検討を行った.
軌道相転移の制御による新物質創製

本研究は、「軌道相転移の制御による新物質創製」を目的に掲げ、p電子、f電子に関する研究を遂行し、新しい物性をもたらす物質を開発し、p電子、f電子の織り成す多彩な物性を明らかにすることを試みた。その中でも、MgB_2における超伝導の発見とその基礎的物性の解明は重要な成果である。この物質において、硼素の形成する特徴的な2次元平面が、超伝導発現に大きく寄与していること明らかにした。また、シグマ軌道、パイ軌道という性質の異なる電子軌道間で、超伝導状態において電荷の移動が存在し、常伝導状態の電荷分布とは異なることを明らかにした。さらに、硼素化合物において、硼素の形成する様々なネットワークに着目した新物質創製を試みた結果、Re-Bの二元素系においてRe_3B、Re_7B_3が、さらに、硼素が結晶中に存在することによって特殊な結晶構造が安定化されるW_7Re_<13>Bが、超伝導体であることを見出し、これら新物質の基礎物性を明らかにした。MgB_2については、大型単結晶の作成や単結晶試料による物性解明という点において解決できなかった問題があるが、新物質創製の先駆的な役割を果たすことができた。また、sp混成軌道によって共有結合した硼素が、物性を支配する要因となっているという極めて特殊な物質であると言え、この観点から本物質を眺めると、新しい物質創製の展開の可能性を示している。一方、磁性元素を含まない化合物CaB_2C_2における強磁性を発見したが、この物質における試料依存性やFeの不純物の存在を完全に排除できていない状況にあった。しかし、更なる検証が必要ではあるが、詳細な結晶構造解析によって局所的な結晶の歪みと磁性とが関わっていることを示唆する結果を得た。f電子系に関しては、CeB_6とその関連物質の得意な軌道秩序と物性を明らかにし、特にCeB_6のスピン磁気モーメントが、Ceサイト以外にも存在することを示唆する結果を得た。本研究のテーマは「軌道相転移の制御による新物質創製」であるが、現在のところ、まだまとまった結果は得られていない。以下、従来の継続として行なわれていた「軌道整列の直接観測」について我々のグループで得られた結果を箇条書きでまとめる。1.放射光X線による軌道整列の観跳1)昨年度から行っていたNd_<1/2>Sr_<1/2>MnO_3の電荷・軌道秩序の観測結果をまとめて公表した。更に逐次磁気相転移を示すYVO_3の軌道秩序を放射光X線で観察し、2つの反強磁性相に対応して軌道秩序が入れ替わること、軌導秩序が常磁性相からすでに発達していることカ判明した。2)4f電子に関しても、DyB_2C_2の単積晶を育成し、共鳴X線散乱を用いて、反強四極子秩序変数および空間対称性を直接観測することに成功した。2.偏極中性子散乱法による軌道整列の観測我々は偏極中性子散乱法により、軌道整列を直接観測する方法を提案し、具体的にはYTiO_3及び2重層状ペロブスカイト型マンガン酸化物の軌道整列について、磁気ブラッグ散乱強度を偏極中性子散乱法によって正確に求め、軌道整列を観察する試みを開始した。3.実験的に量子相転移と思われる現象の観測されている2次元ペロフスカイト系Ca_<2-x>

Sr_xRuO_3をとりあげ、軌道相転移の立場から考察を行った。我々は出発点としてRPAを用いて弱相関領域でのモデル計算を行った。その結果、この系の軌道揺らぎは2次元的なd_<xy>バンドではなく、むしろ1次元的なd_<xz2>d_<yz>バンドで顕著であることが示された,しかし、RPAの範囲内では軌道整列はおこらなかった。したがってこの系を強相関系として考え、多体効果についてのより正確な取り扱いを今後行う予定である。主に軌道整列の直接観測について、総合的に研究した。それを要約すると以下のようになる。1)軌道がフラストレートしていると考えられているLu_2V_2O_7について、中性子回折を用いてその軌道秩序を観測した。この結果、軌道が四面体の111方向に向かっている新しい軌道整列であることが判明した。2)Lu_2V_2O_7における軌道整列を理論的に研究した。この物質の強磁性の起源として軌道整列によるKugel-Khomskii相互作用が考えられている。本研究では、パイロクロア格子上のVの3d電子を3重縮重系ととらえ、同一サイト内でのクーロン相互作用を最小化する軌道配列を考察した。その結果、フラストレーションを解消する軌道カイラル状態が安定であることが示唆された。3)磁化反転現象を示すYVO3の軌道逐次相転移を共鳴X線散乱実験によって確認した。軌道秩序が反強磁性より高い温度から始まることが示唆される。4)金属絶縁体転移と奇妙な磁性を示す二重ペロブスカイト型コバルト酸化物について中性子散乱を行った。金属絶縁体転移は中間スピン状態にある三価のコバルトイオンのモット転移とみなせる。また、その転移温度直下の強磁性や反強磁性はスピンキャンティングが〉原因であると考えられることがわかった。5)四重極秩序があると考えられているCeB_6についてその軌道を観測することを試みた。得られた結果は大変予想外であり、最近接のBとBの間、および三角形のBの中にスピンがほぼ一様に分布しているという結果が得られた。6)HoB_2C_2の反強四極子秩序転移が反強磁性転移と同じ温度T_Qで起こることを、共鳴X線散乱実験によって確認した。この結果はT_Q以上に反強磁性秩序相が存在するとした従来の粉末中性子回折実験の結果と矛盾するため、単結晶を用いた中性子回折実験を行った。T_Q以上では格子非整合な位置にブロードな磁気散乱(サテライトピーク)が出現し、さらに、サテライトに囲まれた領域に散漫散乱が存在することを見いだした。このことは低温相とは異なる周期構造をもつ短距離磁気相関があることを示している。以下の4つのテーマについて、お互いに連絡をとりつつ研究を行った。1)パイロクロア構造を持つLu_2V_2O_7について、その軌道整列を偏極中性子回折を用いて決定した。得られた結果は、各四面体構造の頂点にあるVの波動関数のローブの伸びる方向が<111>に向いているという結果を得た。さらにCeB_6という四重極秩序を持つ物質の軌道秩序を決定した。その中で特に強磁性的な磁気モーメントがB-Bの中間の位置に存在するという、大変予想外の結果を得た。2)キャリアドープされたマンガン酸化物系を解析する上で、系の乱れ(不純物効果)は避けて通れない問題である。本研究ではランダムポテンシャルを導入した二重交換模型を理論的に取り扱い、臨界現象やスピン励起スペクトルなどを調べた。
清朝文書システムの研究

本研究は平成15年度より17年度まで、基本的に二つの研究方法をもちいて、清朝の文書システムについて検討を加えた。第一は、財団法人東洋文庫が所藏する〓紅旗滿洲都統衙門档案に対する調査・研究である。とくにいままでほとんど研究の手がいれられることのなかった官署の内部文書について考察を加えた。結果として、18世紀後半の光緒朝時代の文書の整理が完了した。そして、研究補助者の力を借りて、その文書の完全目録を完成した。今回の研究の代表的成果として、本目録を提出し公表する。第二は、清朝文書システムにおける中央と地方の問題を理解するために、台湾および欧米で清朝関係資料調査を実施した。具体的には、ヴァチカン図書館、同イエズス会文書館、ロシア・ハバロフスク市文書館、ブラゴヴェシチェンスク郷土博物館、ブラゴヴェシチェンスク教育大学博物館、ハーバード大学図書館、台湾・中央研究院歴史語言研究所明清档案室等に所蔵される資料である。とくにヴァチカンにおいては、18世紀初頭のイエズス会士の記録のなかに清朝官人の満洲語文書類を発見し、台湾・中央研究院では、いままで不明であった17世紀前半の清朝初期満洲語文書を多く見出した。3年間の研究をとおして、清代文書システム、とくに官署内部の文書作成システムが具体的になり、併せて海外に保管される文書資料等からは、いままでまったく知ることのできなかったあらたな文書の存在があきらかになったことも、本研究の大きな成果のひとつである。平成15年度は、東洋文庫所蔵の中国清朝文書である「〓紅旗満洲衙門档案」の光緒朝時代の部分を、研究補助者の力を借りて整理・分類した。清朝の基幹組織であった八旗のひとつじょう紅旗満洲の役所(衙門)の文書(档案)は、同治以前の部分がすでに役所によって不要部分は処分されており、中央機関との往復公文書しか残されていない。今回調査をしている光緒以降の分については、中央または同列官署に公文書を出すために役所内でやりとりされた稟議書などが残されており、清朝時代の八旗官署がいかなる意志決定過程をもって中央や他官署とやりとりをしていたのかを知る無二の資料である。整理の結果、官署での意志決定に際して重要なやりとりをした際のメモや文書の下書きも発見された。文書作成のメカニズムを解明するためにはもうすこし時間が必要であるが、次年度は今年度に引き続いて、光緒朝の残余部分および宣統朝以降の部分を整理・研究したい。なお、資料の詳細な部分の判読および研究公表に必要な機器としてディジタル・プロジェクタを購入した。この研究と並行して、清朝官人が満洲語文書を作成する際に利用した、語学パンフレットの類の調査を実施した。これら数葉の小冊子はさほど貴重とは思われなかったようで、中国、台湾にはほとんど残されておらず、現在これらの資料は、イエズス会宣教師によってヨーロッパにもたらされたものがほとんど唯一現存する。今年度は、ヴァチカン市国等において調査を実施した。その結果、おそらく宣教師が満洲語を学んだ際に用いたと思われる辞書類、また絵入りのグローサリ等を発見した。これらはいずれも清朝時代に満洲人を含めて満洲語を学習する人向けに作成された簡易工具書で、中国等の現地ではあまりみられないものであり、当時の官人また官人候補者の満洲語学習の過程ひいては文書作成能力の問題を考える上で極めて貴重な資料と考えられる。次年度も継続してこの問題を検討していきたい。今年度は、昨年度に引き続き東洋文庫所蔵の満洲語文献とくに「〓紅旗档」(〓紅旗満洲都統衙門档案)を中心とした中国・清代の満洲語文書資料を分類・整理した。

また、7月には、ロシア連邦極東地区における清代文書資料に関する保存状態を知るため、ハバロフスク市文書館、同市郷土誌博物館、ブラゴヴェシチェンスク市郷土誌博物館、ブラゴヴェシチェンスク教育大学博物館等で調査を実施した。周知のとおり、ブラゴヴェシチェンスク近郊は、19世紀後半まで清朝の領土であり、教育大学博物館で、旧愛琿城(当時はアムール川左岸にあった)内にあったと思われる「石敢當」、郷土誌博物館で、おなじく同城内にあったと考えられる関帝廟の鉄製梵鐘を発見した。いずれも漢文記銘があり、鉄製梵鐘には、同城駐在の黒龍江副都統吉力頏阿が父母のために作られたという銘文があり、当時の清朝のアムール左岸支配を伺うことのできるきわめて貴重な史料と判断できる。これらの調査・研究と並行して、研究補助者の助力を得て、17世紀前半の満洲語資料である「内国史院档」(清初の国史編纂機関「内国史院」の公文書。現中国第一歴史档案館所蔵)の翻訳・整理を行った。今回実施した「内国史院档」の研究は、清の太宗ホンタイジの天聡五年部分(いわゆる「天聡五年档」)を中心とし、そのほとんどの逐語訳、意訳を行った。平成17年度は最終年度であり、過去2年間の研究成果を総括するとともに、平成17年5月に米国ハーヴァード大学に赴き、清朝文書研究の世界的権威のひとりであるマーク・C・エリオット教授と、官衙内文書の整理の方法、今後の研究推進のための意見交換を行った。また、併せて同年8月に、北京・中国第一歴史档案館において、同館所蔵の清代文書を確認するとともに、同館档案研究者と官衙内文書の整理・分類に関する意見交換を行った。そして12月には、清朝の文書システムを考える際に欠くことが出来ない、台湾・中央研究院歴史語言研究所明清档案室所蔵清朝文書の調査を実施した。同室においても、研究者と具体的な官衙内文書に関する検討を行った。これらの調査および意見交換等によって、清朝の文書システム、とくに官衙内文書の整理・分析方法をある程度確定することが可能となった。一方、研究補助者の力を借りて、1644年の中国本土進出以前の記録で、歴史書の作成に重要な役割を果たしたと考えられる『金例』を翻訳するとともに、前年度よりの継続である東洋文庫所蔵「〓紅旗満洲衙門档案」の光緒朝部分の分類・分析作業を実施した。その結果、同文書の光緒朝部分について、官衙内文書を含めた詳細な文書目録、『東洋文庫所蔵〓紅旗満洲衙問档案光緒朝目録』を作成した。これは、光緒朝という限定付ではあるが、清代の一衙門の文書を網羅した、おそらく世界で初めての目録である。本研究の総括として、本目録を具体的な研究成果として提出する予定である。
周産期の脳組織バンキングによる脳障害発生機序の解明

1.周産期脳組織バンキングシステムの確立。周産期脳バンキングシステムは2小児病院、5公立病院および1私立病院の協力により,症例は順調に集積されるようになつた。これらを共同利用し、次の共同研究を行った。2.周産期脳の生化学的、分子生物学的ならびに免疫組織化学的研究。胎児から小児までヒト脳の発達を生化学的、分子生物学的ならびに免疫組織化学的に観察し、そして異常な発達の発生機序を検討した。フェリチンの発達を大脳、橋および小脳で検討し、年齢とともにオリゴデンドログリアが部位特異的に増加し、髄鞘形成と関連して増加していた。早期産児の脳室内出血に伴う小脳クモ膜下出血では、分子層にフェリチン陽性ミクログリアが早期に増加し、プルキンエ細胞が脱落し、経シナプシス的に下オリーブ核の神経細胞脱落をきたしていた。さらに、脳室内出血では、血液成分がフェリチン陽性のミクログリアを誘発し、脳室壁にアストログリオーシスを促し、出血後水頭症の原因となっていた。大脳白質でも正常発達ではオリゴデンドログリアが髄鞘形成直前に増加し、白質軟化形成の素因となり、また、広範な脳室周囲白質軟化では、フェリチン陽性オリゴデンドログリアが広く減少しており、髄鞘形成不全の原因となると考えられた。先天性水頭症の原因となる中脳水道挟窄やArnold-Chiari奇形の脳幹における小形成異常について、免疫組織化学的に検討し、前者の中脳水道周囲にはアストログリオーシスおよびサブスタンスPの増加、チロシン水酸化酵素およびミエリン塩基性蛋白の減少が種々の程度にみられた。しかし、Arnold-Chiari奇形にはいずれも低下の傾向があり、両者の異常発達の差を反映してた。睡眠時無呼吸や突然死の機序を脳幹小脳異常ならびに新生児突然死症候群例で追求した。睡眠時無呼吸や突然死を来した脳幹あるいは小脳梗塞例についてチロシン水酸化酵素やサブスタンスPを免疫組織化学的に染色し、延髄・橋被蓋部に異常な分布が認められた。また、新生児突然死症候群では大脳に白質軟化が多く、GFAP陽性アストロサイトの増加があり、出生前に虚血の負荷があったと推測された。その他、ペルオキシゾームの関連酵素である2頭酵素の発現の発達と神経細胞成熟や髄鞘形成との関連、後根神経節と中枢神経の神経特異エノラーゼとHNK-1発現と末梢臓器の発達との関係、脳軟膜内神経グリアヘテロトピア(LGH)の発生時期と発達を検討した。周産期脳組織バンキングシステムを確立するために、6施設の胎児・新生児の剖検150例の脳を検索し結果報告するとともに、固定保存し、一部凍結保存した。従来から保存した症例を含めて、生化学的および免疫組織化学的研究に利用した。神経細胞発達と関係するNアスパラギン酸を年齢別に定量すると、胎生後期から徐々に増加し、生後に早く増加することが分かった。

大脳白質でも同様であり、軸索を含む神経細胞全体に局在し発達すると考えられる。この正常発達をもとに、異常例の測定を行う。胎児・新生児の新鮮脳の凍結資料を用いて、切片を6型コラーゲン抗体で免疫組織化学的に染色し、脳血管の系統的発達を検索した脳室周囲の静脈はもっとも早く発達し、脳軟膜血管から分岐する動静脈は遅れて発達した。このために脳室周囲では、動脈と静脈の発達に相違が生じており、循環障害による脳室周囲白質軟化の発生素因になると考えられる。この白質軟化は病変分布により4型(限局性、広範性、彌慢性、多嚢胞性)に分けられ、それぞれ発生機序を検討すると、低血圧は脳室周囲白質軟化と、低炭酸ガス血症は多嚢胞性脳軟化とより関連していた。発達期のグリアや軸索の易障害性と低抗性の検討が必要である。大脳白質の髄鞘形成をミエリン塩基性蛋白(MBP)抗体で染色するとMBPは深部から皮質下に向かって発達する髄鞘形成の初期に発現し、髄鞘が完成すると減少することが分かった。これも異常例で発達遅延を検討したい。次ぎに、脳幹と呼吸調節の関連を知るために、中枢性呼吸異常例の脳幹を検索し、呼吸中枢の異常を認めた。さらに、呼吸中枢を系統的に、グリア反応や神経伝達物質について検索すると、乳児突然死症候群などの呼吸調節異常では異常な所見が多いことが分かった。これらの発達期の異常所見は生後の呼吸調節の適応に異常をきたす原因となると考えられる。1.周産期脳組織バンキングシステムの拡大。周産期脳バンキングシステムは6施設の協力により,順調に発展し,2年間の集積症例は300を越えた.周産期脳の生化学的、分子生物学的ならびに免疫組織化学的研究.新生児に特異的な橋鉤状回壊死は虚血性であり、出生後のみならず出生前にも起こることがあり(Neuropediatrics)、フェリチン陽性ミクログリアは、選択性神経細胞壊死では出現しないが、海綿状変化を伴う壊死では反応性に出現し、鉄の関与が考えられた。乳幼児突然死症候群の脳幹では、GFAP陽性の反応性グリアが延髄・橋に増加し、サブスタンスPも橋に増加していた。このことは慢性低酸素症があり、心呼吸調節の異常が生じるとも考えられる(Neuropediatrics)。また、ペルオキシソームにある酵素を発達的に検索し、これは神経細胞の成熟と髄鞘形成に関係深いことを認めた(Molecular Chemical Neuropathology)。さらに、ペルオキシソーム酵素の免疫組織化学的染色をペルオキシソーム病に応用し、診断が可能となった(J Pediatr)。前頭葉のD-aspartateは成熟と共に減少し、D-serineは加齢で増加し、興奮性アミノ酸ならびにNMDA受容体と関連し、脳発達・機能に重要な役割をしていると考えられた(J Neurochem )。神経提と神経管の発達を検索し、神経提細胞は早く成熟し、諸臓器の発達に重要な働きをしており、神経皮膚症候群の一つであるNF-1のアストロサイトの形成異常に関与していると考えられた(Congenital Anomaly)。1.周産期能組織バンキングシステムの拡大。周産期脳バンキングシステムは8施設の協力により,症例は順調に集積された。これらを共同利用する施設も増加した。2.周産期脳の生化学的、分子生物学的ならびに免疫組織化学的研究。フェリチンの発達を大脳、橋および小脳で検討し、年齢とともにオリゴデンドログリアが部位特異的に増加し、髄鞘形成と関連して増加していた。
人工細胞膜の自己組織化能を利用する高次集積π空間の構築とナノデバイス機能

本研究では、脂質分子の自己集積によって形成される人工細胞膜に、高次π空間を構成する種々の機能性分子素子を三次元的に組織化して、ナノデバイスとしての機能創出を目指した。その結果、リン脂質、ペプチド脂質、セラソーム形成脂質等から形成される二分子膜ベシクル型人工細胞膜を用いることで、物質輸送を行うメンブレントラフィックデバイスや分子情報処理に関わる情報変換デバイス等の機能が発現できることを明らかにした。本研究は、脂質分子の自己集積によって形成される人工細胞膜に、高次π空間を形成する種々の機能素子を三次元的に集積して、ナノデバイスとしての機能発現を目指すものである。具体的には、申請者が独自に開発した高機能人工細胞膜「セラソーム」等の脂質二分子膜構造体をプラットホームに用いて、以下の点に焦点を絞って、段階的に研究を推進する。(1)フラーレンの高次集積化。(2)カーボンナノチューブの高次集積化。(3)ポルフィリンやフタロシアニン等の高次集積化。(4)π電子系機能素子の人工細胞膜への複合的集積化。(5)高次π空間をもつ人工細胞膜のナノデバイス機能の評価。本研究では、脂質分子の自己集積によって形成される人工細胞膜に、高次π空間を形成する種々の機能素子を三次元的に集積して、ナノデバイスとしての機能発現を目指した。本年度の成果を以下にまとめる。1.フラーレンの高次集積化が可能な人工細胞膜の開発C60やC70等のフラーレンが、人工細胞膜としての脂質二分子膜ベシクルに集積化できることを明らかにした。フラーレン集積化の効率については、リン脂質、合成ペプチド脂質、セラソーム形成脂質等、種々の脂質を用いて形成されるベシクルで比較検討し、評価した。フラーレンの膜内での存在部位を制御するための脂質を新たに設計し、その合成を行った。2.カーボンナノチューブの高次集積化が可能な人工細胞膜の開発カーボンナノチューブを人工細胞膜の表面に集積化することを目指して、オリゴヌクレオチド鎖を膜表面に提示できる人工細胞膜を開発した。カーボンナノチューブは、一本鎖あるいは二本鎖DNAによって水溶化できることが既に報告されており、これによりカーボンナノチューブを人工細胞膜に集積化できる準備が整えられた。3.シアニン色素会合体の高次集積化が可能な人工細胞膜の開発人工細胞膜としてのセラソーム中に、シアニン色素の会合体が集積化できることを明らかにし、二種類のシアニン色素会合体が提供するπ空間では、有効なエネルギー移動が達成できることを明らかにした。本研究では、脂質分子の自己集積によって形成される人工細胞膜に、高次π空間を提供する種々の機能素子を三次元的に集積して、ナノデバイスとしての機能発現を目指した。1.人工細胞膜へのフラーレンの高次集積化と機能発現金属内包フラーレンであるLa@C82が、C60やC70等のフラーレンと同様に、人工細胞膜としての脂質二分子膜ベシクルに集積化できることを明らかにし、電子移動に関する反応場特性を評価した。2.人工細胞膜へのカーボンナノチューブの高次集積化と機能発現カーボンナノチューブを抗菌活性をもつ水溶性ポリマーで被覆して人工細胞膜に集積化できることを明らかにした。その結果、細菌の細胞膜を特異的に認識して破壊する抗菌剤としての機能が発現した。また、カーボンナノチューブをテンプレートにして、セラソームなどの脂質二分子膜ベシクルを集積化した人工多細胞組織体の構築についても検討した。3.人工細胞膜へのπ集積ドメインの形成と機能発現脂質二分子膜ベシクルにπ共役系をもつ化学シグナルを集積すると膜ドメインが形成され、膜の出芽とひきつづく膜分裂が認められた。このような膜の動的挙動は、膜を構成する脂質の構造と組成ならびに化学シグナルの分子構造に大きく依存するが、膜構成脂質による化学シグナルの認識が誘起する湾曲したπ集積ドメインの形成に起因しており、外部刺激により人工細胞膜の出芽と分裂を制御できる極めて特異な機能が発現した。1.フラーレンやカーボンナノチューブの高次集積化フラーレンやカーボンナノチューブを集積化した脂質二分子膜の機能を詳細に検討した。すなわち、フラーレンを集積した脂質二分子膜系の膜物性などが酸化還元挙動に与える影響を明らかにし、また、カーボンナノチューブに種々のπ系分子素子を複合化することで脂質二分子膜との複合化が有効に行えることがわかった。2.π系分子素子の集積化と機能性ドメイン形成π系分子素子が脂質二分子膜と相互作用することによって引き起こされる膜ドメイン形成と、引き続く膜形態変化に関して詳細な検討を行った。蛍光スペクトル法からこの相互作用に関する定量的評価を行い、π系分子素子と脂質膜との組み合わせを変化させて、機能性膜ドメイン形成のための支配因子を明らかにした。

また、形態変化として認められた膜分裂挙動に関して、その要因について分子モデル計算から評価した。3.高次π空間をもつ人工細胞膜のナノデバイス機能の評価π系分子素子を集積化したセラソームなどの脂質二分子膜の動的機能を評価した。特に、オリゴヌクレオチドからなるπ系素子を集積した人工細胞膜系では、DNAシグナルを用いることで生体系に見られるメンブレントラフィック機能やシグナル伝達機能が発現することを見出した。本研究では、脂質分子の自己集積によって形成される人工細胞膜に、高次π空間を形成する種々の機能素子を三次元的に集積して、ナノデバイスとしての機能の創出を目指している。平成23年度に得られた成果は以下のとおりである。1.平面π電子系の機能素子の人工細胞膜への集積化とデバイス機能の創出ポルフィリンやフタロシアニン等の平面性をもつπ電子系機能素子を、静電効果や疎水性相互作用を用いて、セラソームなどの曲率をもった人工細胞膜に集積化できることがわかった。例えば、疎水性フタロシアニンを集積化したセラソームでは、高いレドックス応答性を示すナノデバイス作製が可能になった。さらに、π電子系機能素子の集積化によって、膜ドメイン形成や膜融合などの動的挙動を誘起できること明らかにした。2.非平面π電子系の機能素子の人工細胞膜への集積化とデバイス機能の創出非平面性をもつπ電子系機能素子として、カーボンナノチューブと金属内包フラーレンに焦点をあてて検討を行った。すなわち、前年度までに開発したカーボンナノチューブを集積した人工細胞膜の抗菌デバイスとしての機能を向上させるために、刺激応答性抗菌デバイスの創出を目指して検討を行い、抗菌活性に光シグナル応答性を付与できることがわかった。また、金属内包フラーレンを人工細胞膜へ集積化したナノデバイス創出のための最適条件を探索し、膜の配向性や相挙動が金属内包フラーレンの集積化に与える効果を評価した。本研究では、脂質分子の自己集積によって形成される人工細胞膜に、高次π空間を形成する種々の機能素子を三次元的に集積して、ナノデバイスとしての機能の創出を目指した。最終年度である平成24年度に得られた成果は以下のとおりである。1.平面π電子系機能素子の人工細胞膜への集積化とデバイス機能の創出ポルフィリン類似の大環状骨格をもつコリンのコバルト錯体であるビタミンB12の疎水化誘導体は、光駆動型の触媒機能を発現してDDTなどの環境汚染物質を無害化できることを見出し、これを人工細胞膜に組織化することで物質変換デバイスを創出できる可能性を示した。また、光応答性のジェミニペプチド脂質を集積化した人工細胞膜を用いると、分子カプセル型の物質輸送デバイスが作製できることが分かった。さらに、金属イオンを認識できる人工受容体と天然酵素を集積化した人工細胞膜系では、外界からの信号を膜上の受容体が認識し、その応答を酵素に伝えて分子情報を増幅できる分子情報変換デバイスが構築できることを明らかにした。この分子情報変換デバイスは、受容体の機能を自在に設計することで、信号応答性に多様性を与えられることもわかった。
C型肝炎ウイルスの複製酵素と複製を標的とした阻害剤のデザイン開発

HCVの持続感染の遮断が肝がん発症のリスクを低下させると期待される。HCVは宿主とは異なるRNA複製過程があり、RNA依存RNA合成酵素(RdRP)であるNS5BはHCV複製遮断の有力な標的である。HCV複製の阻止を目標に、HCVNA5Bの構造と機能の検討を行った。我々は、1)集約型と点置換アラニン変異を系統的に導入し、NS5BのRdRP活性に必須である5アミノ酸残基を新たに特定した。RdRP活性には鋳型結合能は要求せず、鋳型/primer結合能を要求した(Hepatol., 2001)。2)NS5Bがhomomericにオリゴマー化することを見い出し、オリゴマーに必須な2残基を特定した。各種置換変異による解析から、この2残基の交換が可能である結果を得た(J.Biol Chem., 2002)。3)NS5BとNS5Aの特異的結合を見い出し、集約型アラニン置換変異NS5Bによる解析から4配列がNS5A結合に必要な領域と限定し、NS5AがNS5BのRdRP活性を修飾することを見い出した(J.Biol.Chem., 2002)。4)ヌクレオリンと全長型NS5Bの膜構造での共局在を見い出した。相互作用はヌクレオリンのC端側の領域と、NS5Bでは2つの領域に限定された。ヌクレオリン結合欠損のNS5Bの変異で、全長NS5Bとヌクレオリンの共局在は観察されなかった(J.Biol.Chem., in press, 2003)。HCV複製の阻害剤開発の新たなデザインとして、NS5Bのオリゴマー化、NS5Aとの相互作用、及びヌクレオリン結合領域が標的となる可能性を示唆した。今後HCVレプリコン系を用いたHCV複製の効果の比較が必要である。HCV関連肝細胞がんの予防の重要な標的は、HCVの持続感染の遮断である。宿主とは異なるRNA複製の中心酵素はHCV NS5BのRNA合成酵素(RdRP)である。NS5Bの構造と機能の系統的な解析とHCV複製の研究から、RNA複製阻害剤のデザインの提出が必要である。本年度の主要な成果は、1.7アミノ酸を連続的にアラニンに置換した27種の変異NS5Bを作成し、精製NS5Bを用いたin vivoのRdRP活性等の検討を行った結果、すでに報告されているaa317のグルタミン酸残基以外に新たに5アミノ酸残基(E18、Y191、C274、Y276及びH502)がRdRP活性に必須な残基として特定された。2.鋳型RNA能を欠損し、RdRP活性を示したすべての変異NS5Bは、鋳型/プライマーRNA結合能で正常であり、Y276のみがRdRP活性とRNA結合能を全て欠損していた(Hepatology in press)。3.NS5B結晶モデルから、活性中心から離れて位置するE18及びH502が、NS5BのOligomer化に関わる可能性を検討した。その結果、全ての変異の中でこの2残基のみがNS5BのOligomer化能を欠損していた。NS5BのOligomer化がRdRPに必須であることが、2残基の相互置換等の実験により示された(投稿準備中)。