hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
上皮極性形成システムの包括的理解を目指した網羅的RNAiスクリーニング解析

体を覆い生体内と外環境とを隔てる上皮細胞は、生体内の恒常性を維持するために、外に面するアピカル側と内に面するバソラテラル側でタンパクの分布や機能が異なる極性を持っている。この生命維持に必須の上皮極性形成の分子機構は、いくつかの関連分子が同定されているものの、包括的理解には至っていない。その中で我々は、互いに接着しない上皮細胞であるR2/7において上皮極性が維持されること、タイトジャンクション構成因子の一つであるZO-1が細胞膜直下にリングのように局在し、既知極性因子のノックダウンによって形態が変化することを見出した。そこで我々は、R2/7のZO-1の形態を指標にした独自の上皮極性因子のRNAiスクリーニング法を開発した。siRNAライブラリを用いて18,152遺伝子に対してノックダウンを行い解析したところ、アピカル関連因子が2,157遺伝子、バソラテラル関連因子が989遺伝子抽出された。その中からR2/7細胞と上皮組織において発現している遺伝子のみを抽出したところ、アピカル関連で851遺伝子、バソラテラル関連で298遺伝子となった。これらの候補遺伝子の中には、既知の極性因子が含まれおり、さらにアノテーションデータベースのDAVIDで解析したところ、上皮極性や細胞間接着の遺伝子が有意に濃縮されていた。このことから、本スクリーニングの妥当性が示された。候補遺伝子の中から、遺伝子の機能やタンパク質の構造から37遺伝子を選択し、異なる2種のsiRNAによって当該遺伝子を再度ノックダウンして再現性を確認する2ndスクリーニングを実行した。その結果、3つの遺伝子で再現性が確認され、それらは極性因子として報告のない新規のものであった。よって、本研究は新規上皮極性関連因子の同定が期待できるものであり、上皮極性形成の包括的理解へとつながるものと考えられる。siRNAライブラリとハイコンテントイメージアナライザーを用いて独自の上皮極性因子のRNAiスクリーニングを実行した。感度、正確性ともに妥当性のあるアルゴリズムを構築後、候補遺伝子を抽出した。さらに、R2/7細胞と上皮組織の遺伝子発現情報から候補遺伝子を絞り込みアノテーション解析をしたところ、極性関連因子や細胞間接着関連因子の有意な濃縮が見られ、本スクリーニングの妥当性が示された。候補遺伝子の中から、タンパク質の機能やドメイン構造などの情報から37遺伝子を選択して、異なる2種のsiRNAでノックダウンして再現性を確認したところ、3遺伝子で再現性が確認された。今後、生化学的解析などを含めた詳細な解析を進めていく候補遺伝子を見出しており、研究は概ね順調に進んでいると言える。見出した3つの候補遺伝子に対して、以下のような生化学解析、細胞生物学的解析、分子生物学的解析を進めていく。1) R2/7細胞に当該遺伝子のタグ付きタンパク質を発現させて、免疫染色によってその局在を解析する。2)タグ付きタンパク質の安定発現株を樹立し、免疫沈降後、質量分析によるプロテオーム解析を行い、当該タンパク質と相互作用する分子を解析する。3) CRISPR-Cas9によって当該遺伝子のノックアウト細胞を作製し.発現マイクロアレイによって遺伝子発現の変化を網羅的に解析する。4)バイオインフォマティクス解析によって関連パスウエイなどを予想し、さらなる生化学的解析などを行うことで新規上皮極性関連分子の機能を明らかにする。5)当該遺伝子のノックアウトマウスを作製し、上皮組織における表現型を解析する。

感度、正確性ともに妥当性のあるアルゴリズムを構築後、候補遺伝子を抽出した。さらに、R2/7細胞と上皮組織の遺伝子発現情報から候補遺伝子を絞り込みアノテーション解析をしたところ、極性関連因子や細胞間接着関連因子の有意な濃縮が見られ、本スクリーニングの妥当性が示された。候補遺伝子の中から、タンパク質の機能やドメイン構造などの情報から37遺伝子を選択して、異なる2種のsiRNAでノックダウンして再現性を確認したところ、3遺伝子で再現性が確認された。今後、生化学的解析などを含めた詳細な解析を進めていく候補遺伝子を見出しており、研究は概ね順調に進んでいると言える。見出した3つの候補遺伝子に対して、以下のような生化学解析、細胞生物学的解析、分子生物学的解析を進めていく。1) R2/7細胞に当該遺伝子のタグ付きタンパク質を発現させて、免疫染色によってその局在を解析する。2)タグ付きタンパク質の安定発現株を樹立し、免疫沈降後、質量分析によるプロテオーム解析を行い、当該タンパク質と相互作用する分子を解析する。3) CRISPR-Cas9によって当該遺伝子のノックアウト細胞を作製し.発現マイクロアレイによって遺伝子発現の変化を網羅的に解析する。4)バイオインフォマティクス解析によって関連パスウエイなどを予想し、さらなる生化学的解析などを行うことで新規上皮極性関連分子の機能を明らかにする。5)当該遺伝子のノックアウトマウスを作製し、上皮組織における表現型を解析する。3月に納品になり支払いが完了していないため。
使用済みフッ化黒鉛一次電池を用いた新規電気化学キャパシタの構築

本研究では、使用済みフッ化黒鉛リチウム一次電池を充電することでキャパシタとして再生した「フッ化黒鉛リチウムキャパシタ」について以下の成果が得られた。(1)電極調製条件を最適化することで、正負極での正負極規格化体積容量が20 F cc-1以上、約40Wh-1(セル電圧:4-2V)の正負極規格化体積エネルギー密度、1000サイクル以上の安定した充放電サイクル特性を実現できた。(2)フッ化黒鉛の電気化学的脱フッ素化物(フッ化黒鉛リチウムキャパシタの正極)のキャパシタ電極として充放電は、カチオンであるリチウムイオンの吸脱着により主に進行することが明らかになった。フッ化黒鉛リチウム電池は高エネルギー密度・長期信頼性を有し、ガスメーター・時計・浮きなどの電源として広く使われている。フッ化黒鉛リチウム電池は一次電池であるためこれまでは使い捨てされてきたが、研究代表者は完全放電して残存容量がなくなったフッ化黒鉛リチウム一次電池は電気化学キャパシタとして再生できることを数年前に見出した。本研究では、使用済みフッ化黒鉛リチウム一次電池を充電することでキャパシタとして再生した蓄電デバイス(フッ化黒鉛リチウムキャパシタ)の基礎特性を把握し、充放電機構を明らかにするとともに、欠点であるサイクル特性の改善とエネルギー密度の更なる向上を目指す。本年度は、フッ化黒鉛リチウムキャパシタの充放電機構の解明とサイクル特性の改善について以下の基礎的検討を行った。まず、基礎特性としての体積エネルギー密度・出力密度・自己放電特性を評価したところ、フッ化黒鉛リチウムキャパシタは、従来の電気化学キャパシタである電気二重層キャパシタ(EDLC)と比べて優れた自己放電特性ならびに高い体積エネルギー密度・出力密度を示すことが分かった。さらに、充放電サイクルによるキャパシタ特性の低下を、黒鉛とLi金属からなる二層構造化負極を採用することで大幅に改善することができた。また、充放電前後の正極の分析結果から、フッ化黒鉛リチウムキャパシタの正極の充放電には、リチウムイオンの挿入/脱離も関与することを明らかにした。フッ化黒鉛リチウム電池は一次電池であるためこれまでは使い捨てされてきたが、研究代表者は完全放電して残存容量がなくなったフッ化黒鉛リチウム一次電池は電気化学キャパシタとして再生できることを過去に見出した。本研究では、使用済みフッ化黒鉛リチウム一次電池を充電することでキャパシタとして再生したフッ化黒鉛リチウムキャパシタの基礎特性を把握し、充放電機構を明らかにするとともに、欠点であるサイクル特性の改善とエネルギー密度の更なる向上を目指す。本年度は、サイクル特性の改善と体積比容量(体積エネルギー密度)の向上について検討した。さらに、充放電機構の解明の一環ならびにフッ化黒鉛キャパシタの可能性の拡大のため、リチウム金属以外の負極材料での特性について評価を行った。1サイクル特性の改善:これまでの200サイクルまでの充放電特性しか評価できていなかったが、1000サイクルまで評価した。その結果、昨年度に開発したリチウム金属と黒鉛の二層構造負極の利用によって、少なくとも1000サイクルまで安定に充放電できることを明らかにした。2体積比容量の改善:フッ化黒鉛正極の作製条件を見直し、電極かさ密度を向上したところ、体積比容量を約18Fcc-1まで高めることができた。3フッ化黒鉛ナトリウムキャパシタ:リチウム金属負極に代えてナトリウム金属負極を用いることで、フッ化黒鉛ナトリウムキャパシタの可能性を検証した。その結果、ほぼフッ化黒鉛リチウムキャパシタと同等の特性を有するフッ化黒鉛ナトリウムキャパシタが実現できることが明らかになった。本年度は1サイクル特性の改善、2体積比容量の改善、3フッ化黒鉛ナトリウムキャパシタの可能性、4充放電機構解明のためのその場測定、の四項目について研究した。その結果、1から3の項目では成果を挙げることができた。特に3については当初の計画にはなかった内容であり、期待以上の成果が得られた。しかし、4についてはその場測定用の電極の作製が予想以上に難航しており、鋭意努力中である。そのため、「おおむね順調に進展している」との自己評価とした。フッ化黒鉛リチウム電池は高エネルギー密度・長期信頼性を有し、ガスメーター・時計・ウキなどの電源として広く使われている。本研究では、使用済みフッ化黒鉛リチウム一次電池を充電することでキャパシタとして再生したフッ化黒鉛リチウムキャパシタの基礎特性を把握し、充放電機構を明らかにするとともに欠点であるサイクル特性の改善とエネルギー密度の更なる改善を目指す。本年度は昨年度から引き続き、サイクル特性ならびに体積比容量(体積エネルギー密度)の改善を行い、同時に種々の分析手法を駆使して充放電機構の解明を進めた。1サイクル特性ならびに体積比容量の改善:昨年度においては正負極での規格化体積比容量で約18Fcc-1で1000サイクルまで安定して充放電が可能であったが、電極調製条件を最適化することで、20Fg-1以上の体積比容量で1000サイクル以上の安定した充放電を実現できた。

2エネルギー密度の改善:昨年度までは、サイクル特性が良好となる二層構造負極(リチウム金属と黒鉛薄膜の複合化)を用いた場合においてセル電圧4-2Vの条件での最大体積エネルギー密度は約20WhL-1であったが、電極調製条件の最適化により約30Wh-1にまで達した。3充放電機構の解明:元素分析・電気化学水晶振動子マイクロバランス法・電極厚み変化測定の結果を総合することで、フッ化黒鉛の電気化学的脱フッ素化物電極(フッ化黒鉛リチウムキャパシタの正極)のキャパシタとして充放電は、カチオンであるリチウムイオンの吸脱着により主に進行することが明らかになった。本研究では、使用済みフッ化黒鉛リチウム一次電池を充電することでキャパシタとして再生した「フッ化黒鉛リチウムキャパシタ」について以下の成果が得られた。(1)電極調製条件を最適化することで、正負極での正負極規格化体積容量が20 F cc-1以上、約40Wh-1(セル電圧:4-2V)の正負極規格化体積エネルギー密度、1000サイクル以上の安定した充放電サイクル特性を実現できた。(2)フッ化黒鉛の電気化学的脱フッ素化物(フッ化黒鉛リチウムキャパシタの正極)のキャパシタ電極として充放電は、カチオンであるリチウムイオンの吸脱着により主に進行することが明らかになった。本年度においては以下の基礎的検討を行い、当初の予想を上回る結果を得ることができた。1充放電機構の解明についてフッ化黒鉛リチウムキャパシタでは、フッ化黒鉛リチウム電池の正極放電生成物であるフッ化リチウムと炭素のナノコンポジットに電解質アニオンが可逆な電気化学的挿入・脱離することで正極の充放電が行われると推測されている。本年度は当初の計画通り、X線回折測定(XRD)・ラマン分光測定の二種類の方法で充放電機構の解析を試みた。さらに当初計画にはなかった充放電中における電極の厚み変化の追跡を行った。その結果、フッ化黒鉛リチウムキャパシタの正極では充放電に伴う膨張収縮が顕著でなく、電極の結晶構造には大きな変化がないことが示唆された。また、充放電による電極内部組成変化をX線蛍光分析(XRF)ならびにICP発光分析装置を用いた調べた結果、電解質アニオンだけでなくリチウムイオンも充放電に伴って電極に挿入脱離される化学種であることが判明した。両者の分析結果を総合すると、正極では当初の予想とは異なり、リチウムイオンが積極的に充放電反応に寄与する機構によって機能することが明らかになった。2サイクル特性の改善について本研究では、負極をリチウム金属と黒鉛の二層構造化することで、充放電中にリチウム黒鉛層間化合物(Li-GIC)を生成させ、Li-GICが実質的な負極活物質として機能することによるサイクル特性改善を行う。本年度では、サイクル特性の改善効果の基礎的データを修得した。具体的には、負極を約30μmのリチウム金属と黒鉛薄層との二層構造化した結果、200サイクルでの容量維持率がこれまで10%以下であったものが、既に約70%にまで改善できた。次年度は、進捗が遅れている「充放電機構解明のためのその場測定」に注力するとともに、さらなる体積比容量の改善を目指す。その場測定のための電極作製は、目処がつきつつあるので、次年度中期には成果が挙がると期待される。
WTO法における産品の製造方法・製造工程に基づく貿易関連環境措置の取扱い

本研究では、環境保護を目的として国家が発動する貿易関連環境措置のうち、とくに産品の「生産工程・生産方法(process and production methods)」(PPM)が環境に有害であることを理由に発動される措置のWTO法適合性をいかに確保するかという問題を検討した。そのため、第1に、WTOの紛争解決機関であるパネルや上級委員会の報告書に示されたWTO法解釈を批判的に分析した。そして第2に、「貿易と環境」をめぐるより広い視点と文脈から貿易関連環境措置をめぐる環境保護論者と自由貿易論者の論争を検討し、南北問題や人権問題との関連性などを考察した。第3に、PPMに基づく貿易関連環境措置について、このような措置の一方性や域外性、さらにはこのような措置が多数国間環境条約に基づく場合の、当該多数国間環境条約とWTO法の抵触と調整という国際法上の問題を検討した。第4に、PPMの概念については、OECDが提示したPPMの分析枠組みを検討し、GATT/WTO法上提起される問題を明らかにした。とりわけ困難な問題を提起するのは、最終製品にPPMが残存しない非産品関連のPPM規制であるが、本研究では、PPMのラベリングを可能な解決策として提示し、そのWTO法上の評価を検討した。しかし、本研究は、WTO法上の評価については、もっぱらGATT規定に基づく評価にとどまっている。今後は温暖化ガスの排出規制や遺伝子組換え技術の規制においてPPMに基づく貿易関連環境措置が多用化されることが予想されるため、WTO法の中では新しい協定である衛生植物検疫措置の適用に関する協定(SPS協定)および貿易の技術的障害に関する協定(TBT協定)との適合性をいかに確保していくかが重大な課題となる。本研究では、SPS協定の規制構造の解明と問題点を明らかにすることはできたが、TBT協定の分析は、WTOにおける紛争処理事例も少ないこともあり、今後の検討課題として残された。1.本研究の出発点となった1998年9月の日独シンポジウムにおける研究報告「環境価値と貿易価値の調整」の原稿に大幅な加筆修正を行った論文、「環境価値と貿易価値の調整-ppmに基づく貿易関連環境措置のGATT/WTO法上の取扱いについて-」松本、西谷、佐藤編『環境保護と法-日独シンポジウム』(信山社、1999年)所収、を発表するとともに、この論文の英語版の原稿も執筆した(ドイツ・フライブルグ大学から2000年中に出版される予定)。2.GATT/WTO法と貿易関連環境措置(TREM)の抵触状況を総合的に分析するため、GATT/WTO法における自由貿易体制の法的枠組および紛争処理手続制度の理解を深めるとともに、同紛争処理手続で扱われた環境関連の紛争事例を収集し、これらの分析評価に努めた。そのために、これらの問題について、WTO法研究会を組織し、専門の研究者からのレヴューも実施した。3.環境破壊的な「生産工程・生産方法(ppm)」を原因として発動される多様なTREMの事例を収集・整理し、そこでの問題点を探求するため、ドイツ・フランクフルト大学環境法研究センターを訪問し、インタビューを行うとともに、意見交換を行った。また、今後の共同研究の実施の可能性についても交渉を行い、成果を得た。4.OECDの貿易と環境合同作業部会におけるこの問題、およびより広く「貿易と環境」の問題に関する研究状況を調査するため、OECD本部を訪問し、研究員にインタビューを行い、関連するOECDの資料の収集を行った。

5.「貿易と環境」問題、とくにTREMとGATT/WTO法の抵触を検討する内外の資料、文献を収集し、関連する問題をより広い視覚から把握し、分析することに努めた。1.本研究の出発点となった1998年9月の日独シンポジウムにおける研究報告「環境価値と貿易価値の調整」の原稿に大幅な加筆修正を行った英語論文を発表した(後掲研究発表参照)。2.生産工程および生産方法(PPM)に基づく貿易関連環境措置のWTO協定整合性の問題を最近のWTO紛争処理機関による判断事例を下に検討した成果を2000年10月オタワで開催された日米加3国国際法会議で報告する機会を得た。この研究報告に加筆したものを次年度に発表する予定でいる。3.GATT/WTO法と貿易関連環境措置(TREM)の抵触状況を総合的に分析するため、前年度と同様にGATT/WTO法における自由貿易体制の法的枠組および紛争処理手続制度の理解を深めるとともに、同紛争処理手続で扱われた環境関連の紛争事例を収集し、これらの分析評価に努めた。そのために、これらの問題について、WTO法研究会を組織し、専門の研究者からのレヴューも実施した。4.2000年7月にロンドンで開催された国際法協会第69会期において国際通商法委員会などいくつかの委員会に出席し、TREMやWTOの紛争処理の動向について意見交換を行うとともにWTO環境と貿易委員会の活動状況などについて情報収集を行った。5.完成品に反映しない、いわゆる非産品関連PPMの規制手段としてラベリングが考えられるが、このようなラベリング規制については、WTOの貿易の技術的障害に関する協定(TBT協定)および衛生植物検疫措置の適用に関する協定(SPS協定)との抵触が問題となる可能性があるため、両協定の解釈・適用に関する事例の分析に努めるとともに、EUやNAFTAなどの地域協定や各国のエコラベル規制の状況と動向を調査した。成果は次年度に発表予定。1.2000年秋にオタワで開催された日米加3国国際法会議での報告に基づき生産工程および生産方法(PPM)に基づく貿易関連環境措置のWTO協定整合性に関する英語論文を執筆した。近く出版される予定である(後掲研究発表参照)。また、貿易と環境の問題についてとくにその調整手法が注目される地域的経済統合を研究するため、NAFTAを中心にWTOと地域貿易協定の関係を研究し、論文として発表した。2.本年度末に外務省主催の「貿易と環境に関するワークショップ」にて「気候変動枠組み条約及び京都議定書とWTO協定との関係」と題する報告を行い、とくに京都議定書の国内実施方法として環境に有害なPPMの規制や排出権取引規制とWTO法の抵触の可能性について、これまでの研究成果を発表した。3.3月に開催された第96アメリカ国際法学会に出席し、「WTOと国際的な法の支配」、「貿易と人権」、「グローバリゼーション、環境法とガバナンス」、「米国の一方主義」、「NAFTAにおける公平且つ衡平な待遇」などのパネル・セッションに参加し、情報収集と意見交換に努めた。4.昨年度に引き続き、PPMが完成品に反映しない、いわゆる非産品関連PPMの規制手段としてラベリング規制について、WTOの貿易の技術的障害に関する協定(TBT協定)や衛生植物検疫措置の適用に関する協定(SPS協定)との抵触が問題となる可能性があるため、両協定の解釈・適用に関するWTO事例の分析を行った。その成果は、下記5の著書の中にまとめる予定である。
スパイク生成時刻の予測に基づく新しい神経細胞のモデルの構築

神経細胞の入力(電流)と出力(スパイク)の関係を理解することは生物の情報処理機構を理解するうえで重要であるだけでなく、人工知能やBrain Machine Interfaceの実装など工学的な応用上も重要である。近年、神経細胞はおどろくほど「正確に」入力信号をスパイクに変換する素子であること、すなわち神経細胞は決定論的に入力からスパイクを生成することが示された。神経細胞はどのような機構でスパイクを生成するのだろうか?この疑問に答えるために、我々は、神経細胞の生成するスパイク時刻を入力電流のみから正確に予測できる数理モデルを構築した。まず、生理学分野の標準的モデルであるホジキンハクスレーモデルと理論神経科学で広く用いられている積分発火モデルを用いてスパイク時刻の予測を行った。しかし、これらのモデルでは神経細胞のスパイクの50-60%程度しか予測できなかった。我々は、積分発火モデルの定数閾値を時間変動閾値に拡張したモデルを構築し、神経細胞のスパイク時刻の予測を行った。我々のモデルは多様な神経細胞の生成するスパイクの90%程度を正確に予測することに成功した。さらに、閾値変動のダイナミクスの違いによって神経細胞のスパイク生成機構の多様性を説明できることが示された。我々の結果は神経細胞の多様なスパイク生成機構を解明した点で重要であるだけでなく、神経回路の計算機シミュレーションを行う上で重要なツールとなる。計算機シミュレーションは記憶、学習、脳の病気等のメカニズムを解明する重要な方法の1つである。先行研究には1)シミュレーションに莫大な計算量が必要となり、2)神経回路を構成する神経細胞の多様性を考慮に入れていないという問題点があった。我々の構築したモデルにより多様な神経細胞から構成される神経回路の高速かつ忠実なシミュレーションが可能になる。
科学的知識の活用能力を高めるオーセンティックタスク開発の循環型システムの構築

本研究では、理科の各単元でのオーセンティックタスクの作成・試行を繰り返し、小学校・中学校・高等学校で使用できるタスクを開発した.また、Webデータベース上でオーセンティックタスクを公開し、それらに対するフィードバックをもとにタスクの精緻化作業を行った.本研究では、理科の各単元でのオーセンティックタスクの作成・試行を繰り返し、小学校・中学校・高等学校で使用できるタスクを開発した.また、Webデータベース上でオーセンティックタスクを公開し、それらに対するフィードバックをもとにタスクの精緻化作業を行った.本研究は、理科授業において、学習結果だけでなくその過程をもみとるオーセンティックタスクを通した新たな評価法を、Webデータベースの作製を通して体系化することを目的としている。従来行われてきた評価の問題点は、1)子どもの内面を把握することが困難である、2)結果主義の絶対評価である、3)教授と評価が一体化されていない、4)教師の価値観が評価に大きな影響を及ぼしている、ことなどにある。近年、これらの問題点を解決するために、多様な視点や価値に基づく評価が求められている。特に、認知、情意、社会文化などの複合的な視点から子どもの「真の姿」を評価するオーセンティックアセスメントの重要性が叫ばれているが、評価に使用する課題(オーセンティックタスク)の作製の難しさが、その実践的活用を妨げている。そこで、本年度は試作的なオーセンティックタスクである「体の働き」に関するタスクや「こおろぎの飼育」に関するタスクに改良を重ね、中学校と小学校で実践を試みた。これらのタスクは現実世界の文脈に沿った課題であり、児童・生徒は従来型の評価問題や設問と回答の仕方が大きく異なるため、初めは戸惑っていた。繰り返し行うことによって、彼らは適切な回答ができるようになったが、オーセンティックタスクを用いる際には、繰り返しの試行が必要であることが確認できた。一方、Webシステムに関しては、プロタイプ6種類を作製した。現在、研究分担者や研究協力者の実践家とインターネット上で議論しながら、実践家が扱いやすいWebデータベースの改良作業を行っている。本研究では、インターネット上での議論を通して、研究者と多くの実践家がWebデータベースのシステムのあり方について意見を出し合い、情報を共有しながら協同的に作業が進行している。本研究では,理科における子どもの学びをより多様な視点から評価するために,学びの結果ばかりではなく,学びの過程もみとることができる「オーセンティックタスク」を,小中学校理科の各単元において開発し,開発したタスクをWebデータベースとして体系化することを目的としている。従来,一般に行われてきた評価は,結果主義を反映して,最終的な答えを重視していたが,近年,評価観は結果重視の評価から過程重視の評価へと移行している。しかし,従来のようなテストでは,子どもの学びの過程を十分にみとることができない。そこで,本研究では,子どもの思考過程や問題解決のプロセスに力点をおいたオーセンティックタスクを開発し,実践者へ還元していく。本年度は,オーセンティックタスクのWebデータベースを試作し,運用した。具体的には,研究分担者の中で公開し,そこでのフィードバックからオーセンティックタスクの精緻化を図ることができた。特に,小学校理科の気象の単元におけるオーセンティックタスクを,協力校とのWeb上での討論をもとに開発し,小学校5年を対象に実施した。この成果は日本理科教育学会関東支部大会で発表した。今回のオーセンティックタスクの開発では,自然科学の専門家を交えて,より専門的で高度かっ実践的な課題の構築までは至らなかったので,次年度はこの点を意識した課題開発を目指す。また,オーセンティックタスクの評価基準の体系化に関しては,Webデータシステムの中で実践者へと還元する。本研究は、理科における子どもの学びをより多様な視点から評価するために、学びの結果ばかりではなく、過程もみることができるオーセンティックタスクを、小中学校理科の各単元において開発し、開発したタスクをWebデータベースとして体系化し、多くの実践家に活用してもらうことを目的としている。研究の最終年度である本年度ば、昨年度に引き続き理科の各単元でのオーセンティックタスクの開発を行い、試行を繰り返した。特に、昨年3月に告示された新学習指導要領理科に対応した小中学校の単元におけるオーセンティックタスクを、協力校での授業実践をもとに開発した。特に、物理・化学分野のタスク開発に際しては、自然科学の専門家の意見を踏まえながら、学習した内容の応用力が探れる課題の具体化を試みた。また、本年度は、特に、オーセンティックタスクの「現実世界の文脈」に沿った課題を用い、学習内容の理解に影響を与える社会的・文化的要因を探り、それをもとに子どもの多様な思考を分析した。さらに、Webデータベース上でオーセンティックタスクを公開し、それらに対するフィードバックをもとにタスクの精緻化作業を行った。また、電子データの中から代表的な試行結果のデータを取り出し、より詳細に分析し、最終報告書(平成18年度平成20年度科学研究費補助金(基盤研究(C)(2))研究成果報告書、研究代表片平克弘「科学的知識の活用能力を高めるオーセンティックタスク開発の循環型システムの構築」)にまとめた。
密着欠陥によるガイド波非線形散乱挙動の解明と新しい非破壊評価原理への展開

本研究では、薄肉構造を伝わる超音波(ガイド波)の密着欠陥(閉口した欠陥)における非線形散乱挙動を理論的、実験的に明らかにすることによって、欠陥の有無や性状(寸法、密着度)を非破壊的かつ高感度に評価できる新しい原理の確立につなげることを目的として、効率的解析法の定式化によるガイド波非線形散乱挙動の数値解析や、模擬的な密着欠陥を含む平板試験片を用いたガイド波非線形特性の実験的検討を行う。
グローバル・シビルソサエティの中でのNPO・NGO・・・言政学的影響

本研究は、研究代表者のオリジナル理論である、「言政学」を理論・実証両面から発展させたものである。ここで言政学とは複数の「言語」が使用可能な状況の中で、1つ又は複数の「言語」を取引言語として選択する前後に生じる、政治的な影響を考察する学際的科学、と定義する。科研期間中に実証研究を踏まえて、「言政学」の定義を明確化し、第三者言語、優性言語、劣性言語など19にも及ぶ基礎概念を生み出したことは大きな成果だった。とりわけ、化学の原子価に近い概念である"NGO Language Value"(NLV)(NGOにおける言語価)という「NGOが通訳なしであらゆる状況でコミュニケーション可能な言語の数」によるモデル化により、二カ国間のNGOの言政学パターン、三ヶ国間の言政学パターン、4力国間以上の言政学パターンについての理論研究に成功した。その結果、4か国以上の場合には、Dominant Third Party Language(優性第三者言語),Co-existent languages with third party languages(CDTs)(優性第三者言語による併存)に事実上収斂せざるをえないことを明らかにした。また、実証研究によって、日本における国際NGO、国際協力NGOの第三者言語は圧倒的に英語が多いことを明らかにした上で、二番目に多い第三者言語が、エスペラントである事実を明らかにした。インターネット時代における言語選択の問題を取り上げた本研究は、国外で大きな反響を呼び、とりわけ、多言語国家である、インドにおける国際学会での発表が、予想を超える反応だったことは、研究代表者にも望外のことであった。その結果、この研究が認められ、インドの伝統あるマイソール大学のVivekananda Institute for Leadership Development(VILDA)の国際学術諮問委員に任命された。また、平成17年1月1日からは、2年間の任期で、89カ国に会員を持つ国際NPO・NGO学会(本部:米国ジョンズ・ホプキンス大学内)の会長に就任した。日本の研究者がこれほど国際的な学術組織の頂点に立つことは極めて稀なことである。したがって、世界の研究者に日本人によるオリジナル理論が高く評価されたものであると言える。(1)国際NGO3,435団体に、郵送調査を実施し、<第三者ハブ言語>の存在を確認した。英語、中国語、スペイン語、フランス語の順で、第3者ハブ言語となっていることが明らかになった。また、訪問時では、英語が第三者ハブ言語となる場合が、93%にも達している(2)調査において、第三者ハブ言語以外に、決済言語(取引言語)、併存決済言語などの存在を明らかにすることができた。(3)同時に、企業の社会貢献活動、国際NGO活動におけるヒアリングを実施。上記の調査の補充を行った。(4)学会発表は以下の通り3.日本NPO学会2005年3月20日21日出口正之「グローバルシビルソサエティと言政学」昨年度実施した実証研究を元に、理論研究を一層促進し、以下のような概念を新たに創出した。Dominantlanguage and recessive language(優性言語、劣性言語)これは、二ヶ国語の母語者が存在する場合に、一ヶ国語が「取引言語」(昨年度の報告書参照)として使用された場合に、使用された言語を優性言語、使用されない言語を劣性言語とする。本研究は、11月の国際NPO・NGO学会アジア地区大会(インド:バンガロール大学)で発表。インドの全国紙(英語)のヒンデー、地元テレビ、地元新聞等で紹介された。

多言語が併存するインドにおいて本研究が高く評価された他、多くの招待講演を受けた。また本研究が認められ、インドのバンガロール大学から、国際学術顧問就任の依頼があった。招待講演学会発表
複合被膜処理歯車の負荷性能に関する研究

約463Kで浸硫処理した鋼球及び歯車に関する四球試験及び歯車試験を行い、浸硫被膜の摩擦特性、焼付き強さ及びスコーリング強さを明らかにし、四球試験と歯車試験による試験結果の相関性について検討を行った。これらの試験結果より下記のことが明らかになった。浸硫処理を施した鋼球の場合の焼付き強さ及び歯車対の場合のスコーリング強さは未処理の鋼球及び歯車対の場合と比して1.52.0倍大きく現れる。この傾向は四球試験の場合の焼付き強さとほぼ同様であり、四球試験による焼付き強さと歯車試験によるスコーリング強さのそれとの相関がかなり認められる。浸硫処理を施した場合、浸硫処理にともなう歯先修整効果により動荷重が減少し、歯車騒音は著しく減少する。特に、浸硫処理歯車を駆動側あるいは被動側のいずれか一方に使用した場合が歯車騒音の低減に極めて効果的である。また、潤滑油の粘土の上昇に伴ってスコーリング強さは上昇する。一方、すずめっき後、約680Kで熱拡散処理したステンレス鋼球に関する油浴潤滑及び乾燥摩擦の場合における四球試験結果より、下記のことが明らかになった。油浴潤滑の場合では、摩擦係数はすずめっき熱拡散処理層(以下、拡散層と称する。)の厚みが増加するにつれて低下し、焼付き強さは拡散層の厚みの増加にともなって上昇する。拡散層の厚みが8μmの鋼球の場合の焼付き強さは未処理球のそれに比して約2.6倍上昇する。また、乾燥摩擦に場合では、拡散層の厚みが4μmを超えた処理球の焼付き発生までの運転時間は拡散層の厚みに無関係でほぼ5min一定であり、拡散層がない場合のそれと比して著しく上昇する。SCM415H材を歯切りし(大、小歯車の歯数がそれぞれ40,18、モジュ-ルは4mm、圧力角は20°の標準歯形)、ガス浸炭焼入れした後、歯面はライスハウア研削を行った。その後、約170°Cのアルカリ金属塩浴中に5分間浸入し、電流密度を3.2A/dm^2として10分間浸硫処理を行い、浸炭層上に硫化鉄の拡散層を重層に形成させた。試験歯車の組み合わせに関しては、駆動側および被動側のいずれか一方に浸硫処理歯車を使用した場合、また、駆動側、被動側に浸硫処理歯車を使用した場合等の各種の組合せについて、動力循環式歯車試験機を使用して歯面荷重を350N/mm一定のもとで、速度段階方式でスコ-リング試験を行った。なお、潤滑油は無添加鉱油#140タ-ビン油を強制潤滑で歯のかみ込み側に約0.6L/minずつ吹き付けた。スコ-リング試験結果より下記のことが明らかになった。1.駆動側に浸硫処理歯車、被動側に浸硫未処理歯車を使用した場合のスコ-リング強さは、駆動側および被動側に浸硫未処理歯車を使用した場合の約2.5倍となり、浸硫処理によって生成される硫化物被膜は良好な摩擦特性を示し、歯面のなじみ性は著しく向上する。2.歯面上に重層の被膜を施した歯車の場合のスコ-リング発生前の本体温度は約350Kであり、スコ-リング強さは接触歯面上に発生した瞬間温度上昇値より、歯車の本体温度で精度良く評価できる。3.浸硫処理を施した場合、浸硫処理にともなう歯先修整効果により動荷重が減少し、歯車騒音は著しく減少する。マシン油、タ-

ビン油及びギヤ-油の場合について、浸硫処理(約170°Cのアルカリ金属塩浴中に5分間浸漬し、電流密度を3.2A/dm^2として10分間処理を行い、浸炭層上に硫化鉄の拡散層を重層に形成する)した鋼球及び歯車に関する四球試験及び歯車試験を行い、浸硫被膜の摩擦特性、焼付き強さ及びスコ-リング強さを明らかにした。また、四球試験と歯車試験による試験結果の相関性について検討を行ったこれらの試験結果より下記のことが明らかになった。1.未処理の歯車対の場合と比して、浸硫処理を施した歯車対の場合の摩耗の増加量は大きい。この傾向は四球試験の場合の摩耗こん直径の変化とよく一致する。また、潤滑油に関しては、他の潤滑油に比して粘度の低いマシン油を使用した場合の歯車の摩耗が顕著である。2.浸硫処理の有無及び潤滑油の種類の違いによる歯車騒音や歯車箱の振動加速度の相違は認められない。3.浸硫処理を施した歯車対の場合のスコ-リング強さは未処理の歯車対の場合と比して1.52.0倍大きく現れる。この傾向は四球試験の場合の焼付き強さとほぼ同様であり、四球試験による焼付き強さと歯車試験によるスコ-リング強さのそれとの相関がかなり認められる。一方、潤滑油の種類の違いによるスコ-リング強さが最も低く、ついでタ-ビン油、ギヤ-油の順に潤滑油の粘度の上昇に伴ってスコ-リング強さは上昇する。約463Kで浸硫処理した鋼球及び歯車に関する四級試験及び歯車試験を行い、浸硫被膜の摩擦特性、焼付き強さ及びスコーリング強さを明らかにし、四級試験と歯車試験による試験結果の相関性について検討を行った。これらの試験結果より下記のことが明らかになった。浸硫処理を施した鋼球の場合の焼付き強さ及び歯車対の場合のスコーリング強さは未処理の鋼球及び歯車対の場合と比して1、52、0倍大きく現われる。この傾向は四級試験の場合の焼付き強さとほぼ同様であり、四級試験による焼付き強さと歯車試験によるスコーリング強さのそれとの相関がかなり認められる。浸硫処理を施した場合、浸硫処理にともなう歯先修整効果により動荷重が減少し、歯車騒音は著しく減少する。特に、浸硫処理歯車を駆動側あるいは被動側のいずれか一方に使用した場合が歯車騒音の低減に極めて効果的である。また、潤滑油の粘度の上昇に伴ってスコーリング強さは上昇する。一方、すずめっき後、約680Kで熱拡散処理したステンレス鋼球に関する油浴潤滑及び乾燥摩擦の場合における四級試験結果より、下記のことが明らかになった。油浴潤滑の場合では、摩擦係数はすずめっき熱拡散処理層(以下、拡散層と称する。)の厚みが増加するにつれて低下し、焼付き強さは拡散層の厚みの増加にともなって上昇する。拡散層の厚みが8μmの鋼球の場合の焼付き強さは未処理球のそれに比して約2、6倍上昇する。また、乾燥摩擦の場合では、拡散層の厚みが4μmを越えた処理球の焼付き発生までの運転時間は拡散層の厚みに無関係でほぼ5min一定であり、拡散層がない場合のそれと比して著しく上昇する。
低リスク地域在住高齢者におけるウォーキングの転倒予防効果の検討

1.縦断研究:ウォーキングが転倒発生に与える影響転倒リスク別の検討茨城県、千葉県、福島県の自治体が主催する高齢者の体力測定会におけるデータ収集を2008年から毎年継続してきたが、最終年度に、転倒リスクによる層別化分析に必要な535名分の縦断データを収集することができた。2.介入研究:低リスク地域在住高齢者におけるウォーキングの転倒予防効果筑波大学近隣に在住する地域在住高齢者を対象に3年目の運動教室を開催した。参加者は6579歳の地域在住高齢者で、転倒リスク因子が01つまでの者としました。対象者はウォーキング群とバランス群に分かれて、3ヵ月間、週1回、1回90分の運動教室に参加した。ウォーキング群には自宅でのウォーキングを1回30分、週5日実践することを推奨し、バランス群には自宅でのバランス運動を週5回実践することを推奨した。教室前後の測定により、筋力、バランス能力、歩行能力、認知機能、活動量、転倒発生状況およびつまずき頻度を調査した。この結果は国内の学会で発表後、平成26年9月に投稿論文として国際誌に受理された。平成26年7月に最後の追跡調査を終えて、仮分析結果により執筆した結果を、7月にカナダの国際学会で発表した。発表終了後すぐに投稿論文を完成させて、平成26年10月に国際誌に受理された。当該研究は、我が国において最も普及割合が高いウォーキングが転倒に与える効果と弊害および注意点を明らかにした点で、社会的意義が高いものと考えらる。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は,転倒リスクの低い地域在住高齢者におけるウォーキングの転倒予防効果を明らかにする.それにより,実践率の高いウォーキングによる転倒予防のポピュレーションアプローチへの活用が期待できる.転倒予防運動では下肢筋力とバランスの訓練が主流であり,活動量(≒転倒機会)を増加させるウォーキングに着目した研究は少ない.しかし申請者らは,低リスク高齢者にはある程度の転倒機会を経験させることが,転倒回避動作の上達やリスク悪化の抑制につながると考えられる.研究課題1の,ウォーキングと転倒の関連について転倒リスク別に検討する横断研究は,すでに学術誌に掲載されていたが,2012年に日本体力医学会学会賞を受賞した。研究課題2では,ウォーキングが転倒発生に与える影響を,転倒リスク別に検討する縦断研究を遂行している,自治体が主催する高齢者の体力測定会におけるデータ収集を2008年から毎年継続し,2012年までに約450人・年の縦断データを収集することができた.第13回日本健康支援学会では,研究課題2についての途中経過を発表した.研究課題3では,低リスク地域在住高齢者におけるウォーキングの転倒予防効果を検証する介入研究を遂行している.参加者は6579歳の地域在住高齢者で,転倒リスク因子が02つまでの者とした,対象者はウォーキング群とバランス群に分かれて,3ヵ月間,週1回,1回120分の運動教室に参加した.ウォーキング群には自宅でのウォーキングを1回30分,週5日実践することを推奨し,バランス群には自宅でのバランス運動を週5回実践することを推奨した.教室前後の測定により,筋力,バランス能力,歩行能力,活動量,転倒発生状況およびつまずき頻度を調査し,全体的な改善の傾向を確認した.さらに運動教室修了から1年間,毎月のフォローアップ調査をおこない,運動継続の励ましを与えながら転倒発生状況の把握をおこなっている.本研究の目的は,転倒リスクの低い地域在住高齢者におけるウォーキングの転倒予効果を明らかにし,実践率の高いウォーキングによる転倒予防のポピュレーションアプローチの可能性を探ることである.研究課題1の,ウォーキングと転倒の関連について転倒リスク別に検討する横断研究は,すでに学術誌に掲載されている(2012年に日本体力医学会学会賞を受賞).研究課題2では,ウォーキングが転倒発生に与える影響を,転倒リスク別に検討する縦断研究を遂行した自治体が主催する高齢者の体力測定会におけるデータ収集を2008年から2013年までに535名の縦断データ(総追跡916人・年)を収集することができた.本結果は原著論文として投稿し,国際誌における査読を受けている.研究課題3では,低リスク地域在住高齢者におけるウォーキングの転倒予防効果を検証する介入研究を遂行した参加者は6579歳の地域在住高齢者で,転倒リスク因子が02つまでの者とした.対象者はウォーキング群とバランス群に分かれて, 3ヵ月間,週1回, 1回120分の運動教室に参加した.ウオーキング群には自宅でのウォーキングを1回30分,週5日実践することを推奨し,バランス群には自宅でのバランス運動を週5回実践することを推奨した教室前後の測定により,筋力,バランス能力,歩行能力,活動量,転倒発生状況およびつまずき頻度を調査し,全体的な改善の傾向を確認し,第68回日本体力医学会大会で発表した.この結果は原著論文として投稿し,国際誌における査読を受けている。さらに運動教室修了から1年間,毎月のフォローアップ調査をおこない,転倒の追跡調査を現在おこなっている(2014年7月終了予定).1.縦断研究:ウォーキングが転倒発生に与える影響転倒リスク別の検討茨城県、千葉県、福島県の自治体が主催する高齢者の体力測定会におけるデータ収集を2008年から毎年継続してきたが、最終年度に、転倒リスクによる層別化分析に必要な535名分の縦断データを収集することができた。

2.介入研究:低リスク地域在住高齢者におけるウォーキングの転倒予防効果筑波大学近隣に在住する地域在住高齢者を対象に3年目の運動教室を開催した。参加者は6579歳の地域在住高齢者で、転倒リスク因子が01つまでの者としました。対象者はウォーキング群とバランス群に分かれて、3ヵ月間、週1回、1回90分の運動教室に参加した。ウォーキング群には自宅でのウォーキングを1回30分、週5日実践することを推奨し、バランス群には自宅でのバランス運動を週5回実践することを推奨した。教室前後の測定により、筋力、バランス能力、歩行能力、認知機能、活動量、転倒発生状況およびつまずき頻度を調査した。この結果は国内の学会で発表後、平成26年9月に投稿論文として国際誌に受理された。平成26年7月に最後の追跡調査を終えて、仮分析結果により執筆した結果を、7月にカナダの国際学会で発表した。発表終了後すぐに投稿論文を完成させて、平成26年10月に国際誌に受理された。当該研究は、我が国において最も普及割合が高いウォーキングが転倒に与える効果と弊害および注意点を明らかにした点で、社会的意義が高いものと考えらる。26年度が最終年度であるため、記入しない。約400名の体力測定会と50名の3ヶ月間の運動介入に伴う対象者の募集,測定,運動指導,追跡調査,スタッフとの連絡などの業務は非常に煩雑であった.しかしながら,昨年度は研究データの蓄積を予定しており,質の高いデータを収集することに成功している.課題2の縦断研究においては, 535名の縦断データ(総追跡916人・年)を収集し,原著論文を投稿することができた.課題3-1の介入研究においては, 90名の無作為化比較試験を終えて3ヵ月間の介入前後の比較について,原著論文を投稿することができた.課題3-2の追跡調査については, 2014年7月に国際学会で発表することが決まった.新年度は蓄積してきたデータを完成させ,研究成果の発信を活発にしてい予定である.10月の体力測定会で610人・年の縦断データ収集が完了した後に,研究課題2である縦断研究をまとめて国際誌に投稿する.研究課題3の介入研究は2013年47月におこない,その後1年間の追跡調査をおこなう.介入前後のデータが揃った段階で,ウォーキング実践が転倒リスクに与える効果についての研究をまとめて学会発表および国際誌への投稿をおこなう.課題2、課題3-1、課題3-2の成果を原著論文として国際誌へ掲載させ、全研究課題を総括した総説論文を国内誌に投稿する予定である。さらに、地域住民を対象とした講演会などでも積極的に情報発信をおこないたい。
「訪問看護師としての倫理的行動自己評価尺度」の開発

本研究の目的は、訪問看護師が日々の訪問看護実践においてとっている倫理的行動を質的帰納的に解明し、その成果に基づき訪問看護師が自己の倫理的行動の評価に活用可能な自己評価尺度を開発することである。2018年度は、第1段階の訪問看護師の倫理的行動の解明に取り組んだ。訪問看護師の倫理的行動に関する文献検討を行い、国内では訪問看護師の倫理的行動の全容を解明した研究は行われていないことを確認した。引き続き海外文献の検討を行う予定である。文献検討の結果に基づき、全国調査に向けた研究計画書を作成し、準備を進めている。全国調査に向けては、訪問看護師の倫理的行動を解明する質問紙の検討を行い、研究者が直接訪問し質問紙を配付する場合に用いる質問紙と管理者に配付を依頼する場合の質問紙の2種類を作成した。また、対象者の背景を調査するための特性調査紙を検討した。訪問看護師により記述された倫理的行動を理解するための背景として、どのような特性を調査する必要があるのかを、文献に基づき作成し、研究分担者間で検討を重ねた。その結果、所属する訪問看護ステーションの開設主体や提供するサービスの種類など、訪問看護師の経験年数や訪問数などを含む合計18項目から成る質問紙を作成した。作成した研究計画書、質問紙等を所属施設の倫理審査委員会に申請し、承認を得た。現在、予備調査を実施中である。予備調査の結果に基づき2種類の質問紙を検討し、本調査を実施する。2018年度は訪問看護師の倫理的行動の解明を目的とし、データ収集とデータ化を目的とした。しかし、文献検討と特性調査紙の検討に時間を要し、本調査の実施が遅れている。研究計画について研究分担者間で検討を重ねることで、訪問看護師が直面している現状の理解が進み、訪問看護師の倫理的行動を解明するための質問紙と必要な質問項目を網羅した特性調査紙を作成することができた。作成した2種類の質問紙を用いた予備調査の協力施設への依頼にも時間を要したため本調査に至らなかった。訪問看護ステーションは1施設に所属する訪問看護師の人数が少ないため、多くの施設に依頼する必要がありデータ収集に時間を要することが予測される。研究分担者と協力し、必要なデータ数を収集できるよう先行研究の調査結果を参考にしながら計画的に進めていく。また、回収できたデータから順次データ化し、必要なデータが収集できたらすぐに基礎分析に取り組めるよう準備しておく。2018年度に本調査に入る計画であったが、質問紙の検討等に時間を要し未実施のため、質問紙の印刷費や送付に必要な通信費を使用していないためである。また、購入予定のパソコンが未購入のため支出していないことによる。現在、予備調査を実施中であり、その後遅れていた本調査を行う予定のため、調査の実施にかかる費用を使用する。また、データ分析に合わせパソコンも購入する予定である。
ATP合成酵素を構成する2つのナノモーターの回転共役機構

F_1-ATPaseの調節サブユニットεにATPが直接結合することを示した.また,このεサブユニットはATP合成酵素中で膜内外の水素イオンの電気化学ポテンシャル差に応じてその形態を変化させることも分かった.F_1-ATPaseの反応機構としては触媒部位を持つβサブユニットにトリプトファン残基を変異導入することにより,従来から謎であった見かけの協同性の原因がαサブユニットの非触媒ATP結合部位に起因することを示し,また,ATPase活性が最大になるのは三つのβサブユニットの触媒部位にAT(D)Pが結合するATPの濃度域であることが分かった.そして,回転のうちの80°のサブステップはATPの加水分解が起こらなくても,結合だけで駆動されること,次に続く40°のサブステップが起こるためにはATPの加水分解が必要なことが分かった.また,蛍光星ATPアナログであるCy3-ATPを用いることにより,三つのβサブユニットのどれにATPが結合したかを見分けることができるようになり,Cy3-ATPは一度結合すると240°回転するまで結合したままでいることがわかった.この結果は上のトリプトファン変異体を用いた実験結果と符合するものである.さらに,一分子のCy3-ATPによる反応が,少なくとも二つの120°ステップに対して影響を与えていること,等が分かった.さらにF_1-ATPaseに磁気ビーズを結合し,外部磁場を操作して強制的に回転させることによりATPをADPとPiから持続的に合成できることを示した.F_1-ATPaseの調節サブユニットεにATPが直接結合することを示した.また,このεサブユニットはATP合成酵素中で膜内外の水素イオンの電気化学ポテンシャル差に応じてその形態を変化させることも分かった.F_1-ATPaseの反応機構としては触媒部位を持つβサブユニットにトリプトファン残基を変異導入することにより,従来から謎であった見かけの協同性の原因がαサブユニットの非触媒ATP結合部位に起因することを示し,また,ATPase活性が最大になるのは三つのβサブユニットの触媒部位にAT(D)Pが結合するATPの濃度域であることが分かった.そして,回転のうちの80°のサブステップはATPの加水分解が起こらなくても,結合だけで駆動されること,次に続く40°のサブステップが起こるためにはATPの加水分解が必要なことが分かった.また,蛍光星ATPアナログであるCy3-ATPを用いることにより,三つのβサブユニットのどれにATPが結合したかを見分けることができるようになり,Cy3-ATPは一度結合すると240°回転するまで結合したままでいることがわかった.この結果は上のトリプトファン変異体を用いた実験結果と符合するものである.さらに,一分子のCy3-ATPによる反応が,少なくとも二つの120°ステップに対して影響を与えていること,等が分かった.さらにF_1-ATPaseに磁気ビーズを結合し,外部磁場を操作して強制的に回転させることによりATPをADPとPiから持続的に合成できることを示した.F_0部分の回転に関しては,界面活性剤存在下での一分子観察は,複合体の解離などによるアーチファクトを見る可能性が強いことを指摘し,最終的にF_1のγ-εサブユニットとF_0のcサブユニットを架橋しても機能が保たれることからF_06のcサブユニットからなるリングが回転することを実証した.そしてF_0F_1-ATP合成酵素の発現系作成に成功し,bサブユニットが,F_0とF_1を結合するsecond stalkとして機能することを明らかにした.γサブユニットの回転は,βサブユニットの構造変化によって引き起こされると考えられるが,このβサブユニットの構造変化を導入したCySのクロスリンク形成,構造変化部位への変異導入などによって調べた.そして,本酵素に特徴的なADPMgによる特異的阻害と,非触媒ヌクレオチド結合部位との関係をATPの加水分解,合成の両面から追求し,一分子観察によってこの特異的阻害の実体を明らかにして,さらにこの阻害をきわめて受けにくい変異体の作成に成功した.一方,εサブユニットが大きな構造変化をしてβサブユニットのDELSEED領域と相互作用することにより本酵素のATPase活性を阻害して調節していることを明らかにした.そしてこの阻害はATP合成条件ではおこらないラチェット的なものであることが明らかになった.プロトンの電気化学的ポテンシャルがあり、また、溶液中にATPが多くないときに、F_0F_1-ATP合成酵素のεサブユニットが大きな構造変化をしてαβサブユニットのリングの奥深くまで侵入して本酵素のATPase活性を阻害することを明らかにした。しかし、ATP合成活性は阻害されない。そしてこの構造変化を蛍光エネルギ移動によってリアルタイムでとらえることができた。また、単離したεサブユニットは、それ自体でATPを結合することを発見した。この性質とεサブユニットの構造変化、および、活性調節との関係は興味があるところであるが、25年度の課題である。F_0F_1-ATP合成酵素のF_0部分については、cサブユニットのポリマーを作り、その10量体だけが活性を持つことを明らかにした。また、界面活性剤などを工夫することによって、阻害剤ジシクロカルボジイミドによって阻害される性質を持つF_0F_1-ATP合成酵素のATP駆動の回転を観察できるようになった。1分子観察によるプロトン駆動の回転観察系の立ち上げに努力した。F_1-ATPaseの調節サブユニットεにATPが直接結合することを示した.また,このεサブユニットはATP合成酵素中で膜内外の水素イオンの電気化学ポテンシャル差に応じてその形態を変化させることも分かった.F_1-ATPaseの反応

機構としては触媒部位を持つβサブユニットにトリプトファン残基を変異導入することにより,従来から謎であった見かけの協同性の原因がαサブユニットの非触媒ATP結合部位に起因することを示し,また,ATPase活性が最大になるのは三つのβサブユニットの触媒部位にAT(D)Pが結合するATPの濃度域であることが分かった.そして,回転のうちの80°のサブステップはATPの加水分解が起こらなくても,結合だけで駆動されること,次に続く40°のサブステップが起こるためにはATPの加水分解が必要なことが分かった.また,蛍光星ATPアナログであるCy3-ATPを用いることにより,三つのβサブユニットのどれにATPが結合したかを見分けることができるようになり,Cy3-ATPは一度結合すると240°回転するまで結合したままでいることがわかった.この結果は上のトリプトファン変異体を用いた実験結果と符合するものである.さらに,一分子のCy3-ATPによる反応が,少なくとも二つの120°ステップに対して影響を与えていること,等が分かった.さらにF_1-ATPaseに磁気ビーズを結合し,外部磁場を操作して強制的に回転させることによりATPをADPとPiから持続的に合成できることを示した.