hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
水平2方向地動を受ける鋼構造骨組の地震応答性状に関する研究

水平2方向地動を受ける鋼構造骨組の地震応答性状を,水平2方向に梁をもつ魚骨形骨組を用いて検討した.その結果,任意方向から水平2方向地動を受ける骨組の任意方向に生じる層間変位角の最大値は,スペクトル強度が最大となる方向の水平地動(強軸地動)だけを, 2つの構面方向または梁の耐力が最大となる方向に入力したときに,強軸地動入力方向に生じる最大層間変位角の内で最も大きい値で近似できることなどを明らかにした.水平2方向地動を受ける鋼構造骨組の地震応答性状を,水平2方向に梁をもつ魚骨形骨組を用いて検討した.その結果,任意方向から水平2方向地動を受ける骨組の任意方向に生じる層間変位角の最大値は,スペクトル強度が最大となる方向の水平地動(強軸地動)だけを, 2つの構面方向または梁の耐力が最大となる方向に入力したときに,強軸地動入力方向に生じる最大層間変位角の内で最も大きい値で近似できることなどを明らかにした.本研究では、3次元問題として検討すべき最も重要な課題として、次の2つを挙げている。(1)構面から45度傾いた方向の水平力に対しては2方向の梁が同時に抵抗するので相対的に柱が弱い骨組になるという柱梁耐力比の問題、(2)隅柱に生じる付加軸力の評価。まず、動的水平力の特性について検討した。過去の地震記録を用いて、水平2方向地動をうける1質点弾性系の応答について調べた結果、最大応答値が生じる方向は固有周期や減衰定数によって変動するが、スペクトル強度が最大となる方向を強軸(勢力の強い方向)と考えるのが適当であることなどを示した。また、高さ方向の水平力分布についても検討し、速度応答スペクトルを周期にかかわらず一定と考えて、モード重畳法解析から求めた値を用いるのが適当であることを示した。(1)の課題である柱梁耐力比の問題に関しては、水平2方向に梁をもつ魚骨形骨組を用いた広範な地震応答解析結果に基づいて検討した。その結果、任意方向から水平2方向地動を入力したときに生じる層間変位角の最大値は、構面方向と、構面から45度方向に強軸地動だけを入力ときの応答値の大きい方の値で近似できることなどを明らかにした。また、柱梁耐力比を論じる際には、コンクリートスラブによる合成効果の影響が問題となるが、この点については以前から検討を進めており、本研究の一環としてこれまでの合成梁に関する研究を総括している。(2)の問題として挙げた隅柱に生じる付加軸力の評価については、上記の2方向水平力の特性や、高さ方向の水平力分布に基づいて理論的な検討を進めているが、未だ公表に値する明確な成果には至っていない。昨年度は直交する2つの構面の剛性及び耐力が等しい骨組を対象にしたが,その成果を一般化するために,今年度は直交する2つの構面の剛性及び耐力が異なる骨組を対象にした.まず,実在骨組を含む現実的な鋼構造ラーメン骨組の直交2方向の剛性及び耐力について調査し,その結果に基づいて,解析対象とする骨組の直交2方向の剛性及び耐力の比を設定して,広範な地震応答解析を実施した.その結果,任意方向から水平2方向地動を入力したときに任意方向に生じる層問変位角の最大値は,構面方向と梁最大耐力方向(梁耐力が最大となる層せん断力の載荷方向)に,強軸地動だけを入力ときに強軸地動入力方向に生じる最大層間変位角の大きい方の値で近似できることを明らかにした.この結果は,水平2方向地動を受ける立体骨組の最大層間変位角応答が,1方向地動だけを受ける骨組の平面的な挙動で近似できることを示すもので,最も重要な成果である.なお,強軸地動とは最も強いと考えられる水平方向の地動であり,スペクトル強度が最大となる方向として定義できるとする結論を導いている.上記のように,非常に単純明快な結論に到達することができたので,その成果を活用し多次元入力を受けることを前提として,鋼構造骨組の最大層間変位角を許容限度内に収めるために要求される部材耐力に関する研究にも着手した.その結果,層せん断力係数の高さ方向分布の適正値を明らかにすると共に,特殊な履歴特性をもつ柱脚や合成梁などの終局耐力を評価する方法に関しても成果が得られている.
口腔内灼熱症候群に対するヂュロキセチンの疼痛緩和効果に関する包括的研究

本研究は、口腔領域の非器質性慢性疼痛患者に対し、デュロキセチンの疼痛緩和効果、その血中濃度、そして神経炎症関連物質(サイトカイン、ケモカイン、BDNF、NGF)の関連について検討した。デュロキセチンによる疼痛緩和効果は得られたが、血中濃度との関連は認められなかった。デュロキセチン投与前後の神経炎症関連物質の変化については、現在、検討中である。さらに、口腔内灼熱症候群患者のパーソナリティ傾向について検討したところ、健常人と比較して新奇性追求は低く、損害回避と自己指向性が高かった。本研究は、名古屋大学大学院医学系研究科精神医学分野と愛知学院大学歯学部口腔外科との共同研究である。神経科学研究による疼痛の中枢神経基盤の解明が進み、疼痛性障害は「中枢神経因性疼痛」であることが明確化されたが、我が国における疼痛性障害の臨床研究は極めて乏しいのが現状である。本研究は、疼痛性障害に対する新規Serotonin and Norepinephrine Reupt ake Inhibitors(SNRI)SNRIであるデュロキセチンの疼痛改善効果を確認し、疼痛改善効果に影響を与え得る要因として、生物学的因子である薬物血中濃度、血中サイトカイン、神経成長因子、心理社会的因子であるBMS患者の養育体験・人格傾向を選択し、関連性を検討する。そして、疼痛性障害に対する治療指針策定と本疾患のBio-Psycho-Socialな包括的理解を目指す。愛知学院歯学部外来を初診しBMSと診断され本研究に同意の得られた患者に対して、歯科医師による歯科診断および精神科医による精神科診断を行う。精神科医により構造化診断面接(Structured Clinical Interview for DSM(Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders)-IV: SCID)を施行し、他の精神障害およびパーソナリティ障害を除外する。そして疼痛性障害と診断された患者で、かつ「臨床的に正常な口腔粘膜を有するにもかかわらず口腔内に灼熱感や痛みが存在する状態であり、医学的および歯学的に原因が同定されない」という口腔外科領域で広く用いられている基準を満たしBMSと診断された患者を試験の対象とした。現在まで、84名が参加し、46名が完遂している。すべての患者について、ヂュロキセチンの効果に関するデータ集積できているが、現時点で予備解析は行っていない。本研究は、疼痛性障害に対する新規Serotonin and Norepinephrine Reuptake Inhibitors(SNRI)SNRIであるデュロキセチンの疼痛改善効果を確認し、疼痛改善効果に影響を与え得る要因として、生物学的因子である薬物血中濃度、血中サイトカイン、神経成長因子、心理社会的因子であるBMS患者の養育体験・人格傾向を選択し、関連性を検討する。そして疼痛性障害と診断された患者で、かつ「臨床的に正常な口腔粘膜を有するにもかかわらず口腔内に灼熱感や痛みが存在する状態であり、医学的および歯学的に原因が同定されない」という口腔外科領域で広く用いられている基準を満たしBMSと診断された患者を試験の対象とし、ヂュロキセチンの効果に関するデータ集積にあたる。2010年4月から現在までに約70例が本研究に参加している(年間約20例が参加)。本研究は、疼痛性障害に対する新規Serotonin and Norepinephrine Reuptake Inhibitors(SNRI)であるデュロキセチンの疼痛改善効果を確認し、疼痛改善効果に影響を与え得る要因として、生物学的因子である薬物血中濃度、血中サイトカイン、神経成長因子、心理社会的因子であるBMS患者の養育体験・人格傾向を選択し、関連性を検討する。2010年4月から現在までに103例が本研究に参加している(年間約20例が参加)。

本研究は、疼痛性障害に対する新規Serotonin and Norepinephrine Reuptake Inhibitors(SNRI)であるデュロキセチンの疼痛改善効果を確認し、疼痛改善効果に影響を与え得る要因として、生物学的因子である薬物血中濃度、血中サイトカイン、神経成長因子、心理社会的因子であるBMS患者の養育体験・人格傾向を選択し、関連性を検討する。そして、疼痛性障害に対する治療指針策定と本疾患のBio-Psycho-Socialな包括的理解を目指す。愛知学院歯学部外来を初診しBMSと診断され本研究に同意の得られた患者に対して、歯科医師による歯科診断および精神科医による精神科診断を行う。精神科医により構造化診断面接(Structured Clinical Interview for DSM(Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders)-IV: SCID)を施行し、他の精神障害およびパーソナリティ障害を除外する。そして疼痛性障害と診断された患者で、かつ「臨床的に正常な口腔粘膜を有するにもかかわらず口腔内に灼熱感や痛みが存在する状態であり、医学的および歯学的に原因が同定されない」という口腔外科領域で広く用いられている基準を満たしBMSと診断された患者を試験の対象とし、ヂュロキセチンの効果に関するデータ集積にあたる。2010年4月から現在までに113例が本研究に参加している(年間約10例が参加)。本研究は、疼痛性障害に対するデュロキセチンの疼痛改善効果を確認した上で、疼痛改善効果について、生物学的因子としてデュロキセチン血中濃度、血中サイトカイン、神経成長因子との関連性や、心理社会的因子としてBMS患者の養育体験・人格傾向との関連性について明確にすることを目的としている。疼痛性障害に対するデュロキセチンの疼痛改善効果については、41例について検討しその有効性を発表した(Clinical Neuropharma cology 35(6)p273-7、2012)。薬物血中濃度:抗うつ薬Duloxetineを用いて治療した患者のうち治療前後での血液を収集できた44症例において、Duloxetine血中濃度と疼痛軽減効果との関連について解析を行ったが、有意な関連は認めなかった。血中ストレス関連物質については、既に収集済みの48症例の血液を用いて各種血中ストレス物質濃度を測定した。抑うつの有無に着目して解析を行ったところ、抑うつ群では非抑うつ群に比して特定のサイトカイン濃度が有意に高値であった。心理社会的因子としてBMS患者の養育体験・人格傾向については、口腔内灼熱症候群と診断された患者56名と年齢と性別をマッチさせた健常者116名のコントロール群とを比較検討した。その結果、BMS患者に特有の人格傾向として、Novelty Seekingが低い、つまり慎重になりやすく新しいことに着手しにくいという傾向を見出した(J Psychosomatic Res 78(5): 495-498、2015)。これまでのところ、研究はおおむね順調に経過している。疼痛性障害は「中枢神経因性疼痛」であることが明確化され、海外では多くの証左が蓄積されている。
内生細菌を利用した糸状菌形質転換体作出技術の開発

糸状菌Mortierella elongate23-6 I-B1株に内生する細菌のドラフトゲノム情報を解読して、内生細菌のシステイン要求性を突きとめ、システイン含有培地を用いて内生細菌の分離(B1-EBT株)に成功した。分離株の分類学的解析によって、B1-EBT株がBurkholderiaceae科に属する新属の細菌であること示し、B1-EBT株に対して、新属新種、Mycophilus cysteinexigensを提唱した。また、ゲノム解析結果から、B1-EBT株の菌糸侵入は、既知の「II型分泌機構とキチン分解酵素を介した菌糸侵入」とは異なる新規のメカニズムであることが推察された。先に,土壌糸状菌Mortierella elongata分離株の菌糸内に細菌が内生することを見出し,糸状菌から内生細菌を除去する手法と内生細菌を物理的に分画する手法を開発して,内生細菌のゲノム解析をほぼ完了した.本研究課題は,内生細菌保有糸状菌株と除去株の性状比較解析,細菌側の内生に関わる因子の特定,さらに,糸状菌-内生細菌コレクションの拡大と有用内生細菌の探索を行い,内生細菌を利用して糸状菌の形質転換体を作出する基盤技術の確立をめざすものである.平成25年度は,(1)糸状菌-内生細菌相互作用の解析,(2)内生細菌間の比較ゲノム解析,(3)糸状菌-内生細菌コレクションの構築を計画し,実施した.その研究実績は以下の通りである:(1) M. elongata FMR23-6 I-B1株由来の内生細菌のゲノム情報から,内生細菌のシステイン要求性に着目し,同様な性質を有するレジオネラ菌の分離培養培地を用いて,内生細菌の純粋分離培養に成功した.なお,継代培養には接種菌密度を高くすることが必要であり,クオーラムセンシング様のメカニズムが関わっていることが推察された.(3)畑地土壌から分離したN2O生成活性を有する糸状菌111株中の4菌株で内生細菌の存在が示唆された.平成26年度の研究実績は以下の通りである:(1)平成25年度の研究で,レジオネラ菌の分離培養培地を用いて,内生細菌の純粋分離に成功した(B1-EB株)。B1-EB株は好気性のグラム陰性桿菌で非運動性であった。16S rRNA遺伝子(1519 bp)のホモロジー解析で,最も近縁な株はBurkholderia thailandensis E264株で相同性は95%であり,本菌株は新属レベルの新種であることが推察された。以上の結果より,本菌株に対して新属新種Mycophilus cysteinexigensを提唱した。(2)内生細菌画分の解析から推定されるゲノム配列長は2,653,566 bp,G+C含量は46.1 mol%であった。分離したB1-EB株についてもゲノム解析を行い,ほぼ同様の結果を得た。B1-EB株のゲノムでは,119のファージ関連遺伝子と36のtransposase遺伝子の存在が特徴であった。また,真核細胞への感染に関わるとされるタイプIII型分泌系が存在し,内生細菌が糸状菌細胞へ感染する際にも本分泌系の関与が考えられた。さらに,殺虫性毒素遺伝子も検出されたが,その発現が実際に起こるのかどうかや,その発現が内生細菌-糸状菌の生態に影響するかどうかは今後の研究課題として残された。(3)ケカビ目菌類104菌株を供試して,内生細菌を探索した結果,7株を分離することができた。それらはすべてBurkholderia属の細菌であり,そのなかには,ナガカメムシ類の腸内細菌として報告されているBurkholderia属細菌の近縁種が1菌株あった。本菌株については,カメムシ腸内と菌糸はどちらも栄養の分解吸収の場であり,そのような環境に適応したBurkholderia属細菌である可能性も考えられた。環境毒性化学M. elongata FMR23-6 I-B1株由来の内生細菌のゲノム情報に基づいて,内生細菌の分離に成功したことは特筆すべき点である.この分離によって,内生細菌の糸状菌宿主依存性の解明が確実に一歩前進したと言える.純粋分離に成功した内生細菌のゲノム解析を新たに行う必要性が生じ,それを翌年度に行う計画である.その解析にかかる経費の補助として,旅費を縮小して、翌年度に回した.純粋分離に成功した内生細菌のゲノム解析のための物品費として使用する.
DNAオリガミシートを使った分子デリバリーシステムの構築

本研究では、細胞膜を貫通するDNAナノ構造体の構築と分子デリバリーへの応用を目指した技術開発を目的とした。脂質膜を貫通できる針状の部位を持つ2次元DNAオリガミ構造体を設計・構築し、脂質二重膜と相互作用し格子状の集合体を形成することを高速AFMで動的に観察した。細胞のモデル系であるリポソームを用いることで、針状部位が脂質膜を貫通し、ターゲット分子のリポソーム内への導入と内部の生化学反応を開始することに成功した。この構築した系を用いて、細胞に対して目的分子を細胞表面から導入できる新たな系へと発展させる。本研究では、細胞膜を貫通するDNA集合体の構築と分子デリバリーへの応用を目指した技術開発を目的とする。現在までに申請者が独自に蓄積してきたDNAによるナノテクノロジーの技術を基盤として、DNAによって様々な構造体を設計・機能化し、マイクロメーターサイズにDNA構造体を集合させ、細胞に対して機能制御できる分子システムを開発する。本年度は、DNA集合体の構築を行うため、その設計を行った。設計はDNAオリガミ法を用いて、DNA構造体に針状構造体を中心に導入することで、脂質二重膜を貫通するDNA集合体を作成し、リポソームと相互作用する系を構築した。マイカ上に作成した脂質二重膜上にDNA構造体を吸着しマイクロメーターサイズの格子構造の形成をAFMによって可視化を行った。一方で、DNA構造体に導入した針状構造体によってリポソームの脂質二重膜を貫通し、リポソーム内部に導入した反応系を動作させる系の構築を行った。作成したDNA構造体をリポソーム加えることで、リポソーム表面に構造体が結合することを蛍光顕微鏡観察によって確認した。針状構造の先端にDNA増幅反応を開始するDNA鎖を導入し、DNA増幅系を導入したリポソーム内部で反応を開始する系を構築した。その結果、針状構造の先端に反応を開始するDNA鎖を導入した構造体をリポソームに加え、表面に結合することで、リポソーム内部のDNA増幅反応を開始できることが分かった。光応答性を持たせたDNA構造体を構築しその反応を検討する。針状構造を導入したDNA構造体の構築とリポソームとの相互作用、及びリポソーム内部の導入した反応系の誘導を行える基礎的な系が作成できた。本研究では、DNAオリガミ構造体使った細胞膜を貫通するDNA集合体の構築と分子デリバリーへの応用を目指した技術開発を目的とする。現在までに本研究者が蓄積してきたDNAによる構造体の設計と構築技術を基盤として、構築したDNA構造体を機能化し、マイクロメーターサイズに集合させ、細胞内への分子導入と機能制御が行える分子システムを開発する。本年度は、シグナルに応答して構造変換し機能するDNA構造体の設計と構築を行った。前年度に作成した針状構造体を中心に導入した十字型のDNA構造体の設計方針を踏襲した。DNA構造体はDNAオリガミ法によって設計し、シグナル分子に応答して2つの平面なドメインが解離する動的なものである。構造体の2量化部位に針状構造体を導入してあり脂質二重膜を貫通できる。特異的な配列のDNA鎖を加えることで結合していた2つのドメインが切り離されることがAFM観察とゲル電気泳動によって確認された。これに伴って、針状構造の先端に導入したDNA増幅反応を開始するDNA鎖が切り離されることが確認された。また、単量体で針状構造を持つDNA構造体は、リポソーム表面と相互作用し、脂質二重膜を貫通して、リポソーム内部に導入したDNA増幅系を動作させることに成功した。今回作成したDNA構造体はシグナル分子となる特異的なDNA鎖に応答して、構造体の構造変換を誘導し、リポソーム内部に反応開始分子を生じさせることができる。今後、リポソーム内部の反応の誘導と細胞への応用を検討する。次年度は、光反応などの刺激に応答した系の構築と細胞との相互作用と細胞機能の制御の誘導を行える系の構築を行う。生物有機化学本年度は試験管中でのシステム作りのため、予想より使用金額が少なかった。次年度は細胞実験を予定しているため、残金はすべて使用する。
モレキュラーシービング膜反応器の開発

アルミナ支持体上に塗布したゲルを結晶化させる気相輸送法により、クラックのない緻密なゼオライト膜が得られることは既に報告したが,今年度は緻密なゼオライト膜の生成機構について詳細な検討を行い,以下のような知見を得た。1.フェリエライト膜合成過程をFESEM観察することによりアルミナ支持体の細孔内にフェリエライト結晶の超微粒子がぎっしりつまっているのがわかった。すなわちアルミナ支持体の細孔はフェリエライト多結晶により埋めつくされているものと思われる。2.フェリエライト膜合成過程の膜断面におけるSi原子およびAl原子の分布の経時変化をEDX分析により観察した結果,Siがアルミナ支持体上のゲルからアルミナ支持体内へ移動し,Al原子はアルミナ支持体から支持体の上方へ移動していることがわかった。3.支持体上のゲルの結晶化過程のSEM観察から,ゲルはダイナミックに移動しながら結晶化していることがわかった。4.支持体上にフェリエライト結晶を置いて同様し操作を行うと,結晶は支持体内へ,その配向性を維持しながら沈み込んでいくように見えた。5.ゲルを泌みこませた支持体上のゲルを取り去ってから同様の結晶化操作を行うと支持体上へゼオライト結晶が生えてくるのが観察された。以上のことから,緻密なゼオライト膜は固相のダイナミックな結晶化,融解,再結晶化過程によりアルミナゼオライト複合相が形成される結果として出来ると結論した。
脳記憶ループと遠隔転写の生理学的実証

同期的2次元神経回路網と非同期的2次元メッシュ状神経回路網のシミュレーションにおいて,ともに多重通信が可能であることを示した.とくに後者においては,時空間刺激パターンは,スパイク波と名付ける波動として伝播し,別の部位にある受信神経では特定の時空間パターンに変換される(遠隔伝送).受信した神経は,その受信時空間パターンがどの刺激によるものか,識別できる(多重通信).これは素子としての神経細胞が記憶素子として働くとともに,遠隔部位への多重伝送の中継素子としても働くことが示された.これにより,神経回路網上で連想機能が実現できる.これらは脳の知能機能の基本原理であるということができる.同期的2次元神経回路網と非同期的2次元メッシュ状神経回路網のシミュレーションにおいて,ともに多重通信が可能であることを示した.とくに後者においては,時空間刺激パターンは,スパイク波と名付ける波動として伝播し,別の部位にある受信神経では特定の時空間パターンに変換される(遠隔伝送).受信した神経は,その受信時空間パターンがどの刺激によるものか,識別できる(多重通信).これは素子としての神経細胞が記憶素子として働くとともに,遠隔部位への多重伝送の中継素子としても働くことが示された.これにより,神経回路網上で連想機能が実現できる.これらは脳の知能機能の基本原理であるということができる.平成22年12月、脳内情報の記憶・伝達が擬似ランダム系列の代表であるM系列に基づくという非常に重要な知見を得た。そこで,平成23年度には,ラット脳海馬の神経細胞を培養し,電気刺激を与えたときの反応(神経スパイク系列およびその平均応答(PSTH))を解析した.その結果,PSTHではM3(長さ7),M4(長さ15),およびM5(長さ31)の反転M系列が観測された.一方,神経スパイク系列そのものの観察・解析では,まず,スパイク系列よりM系列およびその反転系列の検出を自動で行うソフトの開発を行った.そこで,観測スパイク系列をシャッフルした系列との有意差検定を行った.その結果,M3(長さ7)の存在が有意であることを確認できた.さらに,反転M系列と通常の非反転M系列の検出比を調べると,反転M系列が非反転M系列の1.29倍であった.さらにM系列理論では,LFSR(線形フィードバックループ回路)が仮定されている.その際素子としてはExclusive OR回路が用いられる.しかしながら,実際の神経回路網では閾値素子でモデル化する方が妥当である.そこで,これらの理由を探求すべく,閾値素子による回路網のシミュレーションを行った.計算時間と精度を考慮し,素子数は12とした.その結果,反転M系列と通常の非反転M系列の検出比につき,実験で得た値に非常に近い値である1.28を得た.この結果は,このモデル化が妥当であり,培養神経細胞のような未熟な回路網では単純にランダムな非構造的神経回路網が構成されているであろうことが推察された.さらに,M4につき,それらしい系列は検出されたが,データ数の関係でさらなる検証が必要であることが分かった.我々は、脳内通信機構の解明を神経回路ベースで進めており、当初はループ回路が生成するM系列などの疑似ランダム系列が、記憶(ループ回路)と、通信のための符号(疑似ランダム系列)の役割を同時に担うとの仮説をたてた。上述の仮説に基づき、ratの培養胎児脳から生成した培養神経細胞が発するスパイク列の時系列解析をしたところ、いくつかの局面で予測通り、M系列を中心とする疑似ランダム系列が偶発的より有意に発生することが発見され、脳内記憶ループ回路と通信符号構成の可能性が示唆された。ここで、脳内記憶ループ回路について、当初は1ニューロンが1論理素子に相当すると考えていた。しかしニューロンの発火の原理を考慮すると、単一ニューロンが論理素子として機能するとは考えられず、同期発火している複数のニューロングループが論理素子の構成に関わっているとの新たな見解が生じた。この見解に基づく回路モデルに関し、理論的、実験的検証(文献調査、シミュレーションなどを含む)のため、研究機関の遅延が生じ、平成23年度中に当該仮説の実証が困難となったため、平成24年度への費用の繰り越し申請を行った。その後、マルチニューロンによる論理素子回路モデルを提案し、その実証を進めてきた。その結果、複数のニューロンの発火により、シーケンスパターンが構成され、これが通信制御に使われている可能性を発見した。我々は、脳内通信機構の解明を神経回路ベースで進めており、当初はループ回路が生成するM系列などの疑似ランダム系列が、記憶(ループ回路)と、通信のための符号(疑似ランダム系列)の役割を同時に担うとの仮説を立てた。その仮説に基づき、ratの培養胎児脳から生成した培養神経細胞が発するスパイク列の時系列解析をしたところ、昨年度までにいくつかの局面で予測通り、M系列を中心とする疑似ランダム系列が偶発的より有意に発生することが発見・証明され、さらに特定符号が神経回路網内を動き回る様を動画化した符号分布図を完成させた。本年度上半期はこの符号分布図を統計学的により詳細に解析し、符号のビット間隔(スパイクインターバル)や異なる細胞間での符号の時系列同期を解析した。その結果、符号は複数の神経細胞(神経細胞グループ)により生成され、それが別の神経細胞グループに伝播されていることが確認された。しかしながら,この現象が何を意味するか以前不明であった。本年下半期ブレークスルーがあり、それが神経回路網内で発生するスパイク波の結果であることが解明できた。

さらに,神経発火で構成される時空間パターンが神経回路網中をスパイク波として伝搬し、受信神経群で復号可能であることがシミュレーションにより解かった。すなわち、脳内情報処理の基本原理が解明できた。我々は、脳内通信機構の解明を神経回路ベースで進めており、当初はループ回路が生成するM系列などの疑似ランダム系列が、記憶(ループ回路)と、通信のための符号(疑似ランダム系列)の役割を同時に担うとの仮説をたてた。上述の仮説に基づき、ratの培養胎児脳から生成した培養神経細胞が発するスパイク列の時系列解析をしたところ、いくつかの局面で予測通り、M系列を中心とする疑似ランダム系列が偶発的より有意に発生することが発見・証明され、本年度上半期、その成果を論文誌上で発表したY.Nishitani et al.,Comput Intell Neurosci., 2012)。これは疑似ランダム系列により、脳内情報通信が行われている可能性を示唆したものと考えられる。そこで、この通信メカニズムの解明を目的に、どのような擬似ランダム系列パターンがどのようなタイミングで出現するか、またこれらのパターンの出現に、異なるニューロン間での相関はあるかを解析するため、以下の取り組みを行った。(1)符号分布図の考案符号分布図とは、培養神経回路網において、特定の擬似ランダム系列パターンの出現タイミング並びに出現部位を動画的に示したものである。これは神経回路の分布状態と通信動態を反映しており、電気的・論理的に神経回路の構成と機能の解明を行うことができる。これにより、複数の擬似ランダム系列パターンが神経回路網内を伝播していく様子が、視覚的に確認できた。(2)擬似ランダム系列の同期の検出異なるニューロン間において、特定のタイムラグを持って同期している擬似ランダム系列パターンを検出した。その結果、偶発的より有意の多くのパターンが検出されたとくに本年度においては、上述の取り組みにより、通信のメカニズム解明の手掛かりを得られたことが、非常に大きな成果であった。曖昧性をもった神経細胞から構成される神経回路網が,信頼性高く的確に情報処理をおこなえることは不思議なことである.従来は神経単体の特性はよく研究されてきたが,網としての特性はよく分からなかった.本研究においては,まずマルチ電極を用いて培養神経細胞よりスパイク列を取り出した.これを解析し,M系列類が有意に多いことを示した.またそれに対応する回路構成や,遠隔転送のfeasibilityを主としてシミュレーションを用いて調べた.しかしながら,これらは神経回路網原理の本質を十分ついているものではなかった.そこで,本申請者は,同期的2次元神経回路網と非同期的2次元メッシュ状神経回路網のシミュレーションにおいて,ともに多重通信が可能であることを示した.とくに後者においては,時空間刺激パターンは,スパイク波と名付ける波動として伝播し,別の部位にある受信神経では特定の時空間パターンに変換される(遠隔伝送).受信した神経は,その受信時空間パターンがどの刺激によるものか,識別できる(多重通信).これは素子としての神経細胞が記憶素子として働くとともに,遠隔部位への多重伝送の中継素子としても働くことが示された.
超弦理論における重力理論とゲージ理論の間の双対性の研究とその応用

NS5ブレイン背景場中で落ちてゆくDブレインの時間発展をDブレインの境界状態を用いて調べ、研究内容を雑誌Journal of High Energy Physics (JHEP)で発表した。Kutasovによる低エネルギー有効理論の解析では、これは不安定なDブレインの崩壊過程の幾何的な記述であることが示唆されるため、弦理論レベルでその妥当性を調べることが動機である。この落ちてゆくブレインはヘアピン状のDブレインのウィック回転で記述されるため、まず物理的なウィック回転を発見し、それが物理的な古典極限を持つことを示してその妥当性をみた。次に我々が提唱した境界状態を用いて落ちてゆくDブレインからの閉弦の放出レートを計算した。そしてそれを不安定Dブレインからのそれと比較すると、両者がまったく同じ振る舞いをすることが分かった。これは不安定Dブレインの崩壊の幾何的記述が弦理論レベルでも妥当であることを示唆している。引き続き、上記の論文の落ちてゆくDブレインが電場を持つ場合を議論し、研究内容をJHEPで発表した。不安定Dブレインの崩壊の幾何的記述の妥当性をより一般の場合で確かめることが動機である。まずローレンツ対称性を駆使することで物理的に妥当な境界状態を最もシンプルかつ直感的に構成し、次にそこからの閉弦の放出レートを調べ、その結果と電場を含む不安定Dブレインからのそれを比較した。その結果、定性的には両者の振る舞いは同じだが、前者の放出レートが電場を加えたことによってNS5ブレインの枚数に依存するようになるため、定量的には異なる振る舞いとなることがわかった。そのため、厳密な意味での幾何的な記述は保たれないことがわかった。
ヒト女性における放射線被ばくの遺伝的影響評価モデル

DNA 2次元電気泳動法を用いて2.5Gyのガンマ線を照射したメス親と非照射メス親の未熟卵母細胞に由来するF1ラットゲノムの突然変異頻度を調べた。各群750匹について検査したが、照射群で欠失突然変異は増加しておらず、メス親の放射線被ばくによる遺伝的影響は認められなかった。ラット未熟卵母細胞での放射線誘発突然変異率はオスマウスの精原細胞に比べかなり低いことが示唆される。2.5Gyのガンマ線を照射したメス親ラットから生まれたF1ラットについて、DNA2次元電気泳動法及びマイクロアレイCGH法により突然変異誘発頻度を測定する。照射群・対照群各々375頭のF1ラットのDNAを用いて実験を行い、1頭あたり約1,500遺伝子座(各群1,125,000遺伝子座)について検索する。個々の突然変異について分子遺伝学的解析を行い、未成熟卵母細胞における突然変異スペクトラムを明らかにする。未成熟卵母細胞における自然突然変異率と放射線誘発突然変異率を明らかにし、ヒト女性被ばくのリスク評価モデルとする。ヒトの放射線被ばくによる遺伝リスクはその殆どを、特定遺伝子座を用いたマウス研究に依存している。しかしメスマウスの未成熟卵母細胞は極端に放射線に弱く死滅してしまうため、照射実験が成り立だない。本研究では、放射線照射したメス親から生まれたF1ラットを用いて、ヒト女性の放射線被ばくによる遺伝リスクの解明を目指し、本年度、下記の検討を行った。DNA2次元電気泳動と画像解析:2.5Gy照射されたメス親から生まれた375頭のF1および同数の対照群、合計750頭の脾臓よりDNAを抽出し、2次元電気泳動を行った。得られた電気泳動像についてコンピュータ解析を行い、突然変異の検索に適していると判定されたメス親SDラット由来1,651個について、量的(遺伝子コピー数の変化)あるいは位置的変化を示す突然変異候補スポットを検索した。現在までに約1,500枚の画像について解析し、9例の突然変異を検出した。これらの突然変異について解析を進めているが、放射線で引き起こされる主たる遺伝子欠失は1例しかなく、メスの被ばくの遺伝的影響はオスに比べ小さいことが推定される。マイクロアレイCGH法:アレイ法は一度の実験で200万以上の遺伝子断片について遺伝子コピー数の変化を検索できる、極めて効率的な遺伝子突然変異検索法である。このアレイ法を用いて、頻度10^<-5>/遺伝子座と著しく低い突然変異を正確に検出するため、先にDNA2次元電気泳動と画像解析により突然変異を有することが確認されたDNAについて、遺伝子突然変異を検出するための感度と精度を検討した。この結果を用いてアレイ実験法と解析法を確立し、次年度は2次元電気泳動法に加え、アレイ法による突然変異スクリーニングを行う計画である。これにより、放射線がヒト未成熟卵母細胞に及ぼす世界で初めての遺伝的影響評価を得ることができる。放射線被ばくによるヒトの遺伝リスクはその大半を、特定遺伝子座を用いたマウス研究に依存している。しかしメスマウスの未成熟卵母細胞は極端に放射線に弱く死滅してしまうため、照射実験が成り立たない。本研究では、放射線照射したメス親から生まれたF_1ラットを用いてヒト女性の放射線被ばくによる遺伝リスクの解明を目指した。DNA2次元電気泳動と画像解析:2.5 Gy照射された未成熟卵母細胞に由来する375頭のF_1および同数の対照群F_1ラットの脾臓DNAについて2次元電気泳動を行った。1次元目のNotI-EcoRV断片の大きさが1-5kbと5-12kbの2種類のゲルを作製し、個々の電気泳動画像についてコンピュータ画像解析を行った。昨年度に準備した画像と合わせて合計3,000枚(照射群1,500枚、対照群1,500枚)について解析を行った。突然変異の検索に適していると判定されたメス親SDラット由来1,651個について検索し、照射群に11個、対照群に13個、合計24個の突然変異を検出した。各群2例ずつの欠失突然変異を見つけたが、照射群のものはオス親由来であり、メス被ばくによる放射線の影響は認められていない。メスの被ばくの遺伝的影響はオスに比べ小さいことが推定される。マイクロアレイCGH法:高密度マイクロアレイを用いたComparative Genomic Hybridization(CGH)法では210万個ものオリゴプローブが貼り付けられており、ゲノム全般にわたり約1kb間隔で遺伝子コピー数を調べることができる。既知の遺伝子欠失モデルを用いてCGH実験法の改良と"R"を用いた機能的解析法を確立した。この結果、CGH法による、ラットゲノム全般にわたる詳細な遺伝子欠失の検索が可能となった。本研究により得られる結果は、放射線が未成熟卵母細胞に及ぼす世界で初めての遺伝的影響評価となる。

しかしメスマウスの未成熟卵母細胞は極端に放射線に弱く死滅してしまうため、照射実験が成り立たない。本研究では、放射線照射したメス親から生まれたF_1ラットを用いてヒト女性の放射線被ばくによる遺伝リスクの解明を目指した。2次元電気泳動:2.5Gy照射された未成熟卵母細胞に由来する750頭のF_1および同数の対照群F_1ラットの脾臓DNAについて2次元電気泳動(2DE)を行った。1次元目のNotI-EcoRV断片の大きさが1-5kbと5-12kbの2種類のゲルを作製し、合計3,000枚(照射群1,500枚、対照群1,500枚)の画像についてコンピュータ画像解析を行った。照射群に18個、対照群に35個の突然変異を検出した。これらの殆どはマイクロサテライトの反復数の変異したもので、放射線で引き起こされる主たる遺伝子欠失は照射群で3個、対照群で2個検出された。マイクロアレイで推定した遺伝子欠失の大きさは10kbから140kbであった。照射群の3個のうち、2個の欠失突然変異はオス親由来であり、メス被曝による放射線の影響は認められていない。マイクロアレイCGH法:高密度マイクロアレイを用いたComparative Genomic Hybridization (CGH)法では、ゲノム全般にわたり遺伝子コピー数を調べられる。照射群と対照群1匹ずつを1組としてCGH解析を行い、平成22年度は30組について実験を行った。メス親に用いたSDラットは純系ではなく固体間に多くの多型が存在することが分かった。検出されたコピー数変異のDatabaseを作成し、突然変異の解析を進めている。平成23年度には200組についてCGH解析を終了予定である。本研究により得られる結果は、放射線が未成熟卵母細胞に及ぼす世界で初めての遺伝的影響評価となる。放射線被ばくによるヒトの遺伝リスクはその大半を、特定遺伝子座を用いたマウス研究に依存している。しかし、メスマウスの未成熟卵母細胞は極端に放射線に弱く死滅してしまうため、照射実験が成り立たない。本研究では、放射線照射したメス親未成熟卵母細胞に由来するF1ラットを用いてヒト女性の放射線被ばくによる遺伝リスクの解明を目指した。DNA2次元電気泳動法とマイクロアレイCGH法の2つの技法を用いた。DNA2次元電気泳動法:照射群、対照群各々750匹のF1ラットを用い、1匹のF1について2種類のゲルを作製した。合計3,000枚のゲル画像解析を行い、照射群で17個、対照群で35個、合計52個の突然変異を検出した。分子解析の結果、これらの突然変異の多くは(照射群14個、対照群33個)マイクロサテライト反復配列数の増減による小さな変異で、放射線とは無関係のものであり、放射線被ばくによる影響は認められなかった。ラット未成熟卵母細胞では自然突然変異率および放射線誘発突然変異率ともにオスマウスの精原細胞に比べかなり低いことが示唆される。(投稿準備中)マイクロアレイCGH法:高密度マイクロアレイCGH法ではゲノム全般にわたり12kb間隔で遺伝子コピー数を調べることができる。既知の遺伝子欠失モデルを用いてCGH実験法の改良と"R"を用いた機能的解析法を確立した。
エピゲノム形成における卵子特異的リンカーヒストンＨ１ｆｏｏの分子作用機序の解明

本研究では卵子特異的なリンカーヒストンH1fooが領域特異的にゲノムDNAの利用を可能にする機能があることを明らかにした。細胞によって機能が異なるのは、設計図であるゲノムDNAによる違いではなくゲノムの利用の仕方が違うからである。これは、今の生物学では当たり前のこととなってきた。しかし、領域特異的にゲノム利用を変える仕組みについては不明な点が多い。本研究ではH1fooが多能性に関わる遺伝子や卵子の機能に必要な遺伝子が位置するゲノムDNA上に局在し、利用可能な状態に促すことを明らかにした。また、そのH1fooの役割はEsrrbタンパク質との共役によって達成されることも見出した。(成果1)H1foo強制発現ES細胞におけるChIP-SeqによるH1foo結合部位の探索およびHELP-taggingによるDNAメチル化状態の解析次世代シークエンサーを用いたゲノムワイド解析には先行研究で作製したH1foo融合EGFPを恒常的に発現させたES細胞(以下、H1foo強制発現ES細胞)を使用し、抗GFP抗体によるChIP-Seqを行うことでH1fooのゲノム上の標的領域を同定した。H1fooの標的領域はゲノム上に約3万ヵ所存在し、その多くは遺伝子プロモーター領域(24.7%)と遺伝子内領域(59.3%)に位置していた。また、体細胞型H1に対する抗体を用いてChIP-seq解析を行ない、H1fooの標的領域と比較したところ、H1foo標的と重複した領域の割合はH1foo全標的領域の内20.8%だった。つまり、H1fooは体細胞型とは異なった標的領域を有することが示された。さらに、H1foo強制発現ES細胞と野生型ES細胞のDNAメチル化状態を次世代シークエンサーを用いたHELP-tagging法により決定し比較することでH1fooによりメチル化・脱メチル化される領域を同定した。H1fooの強制発現によってゲノム全体としてはメチル化されるのみならず脱メチル化されるCpGサイトも存在していた。また転写因子をコードする遺伝子のプロモーター領域がH1fooによって脱メチル化される傾向が強かったことから、H1fooは転写ネットワークをポジティブに調節するエピジェネティック因子であることが示唆された。(成果2)マウスH1foo特異抗体の作製マウス卵子でChIP解析を行うために、抗H1foo特異抗体を作製した。ウエスタンブロッティング法、免疫染色法、クロマチン免疫沈降法に問題なく使用できることを確認できた。前年度までに卵子特異的リンカーヒストンH1fooを強制発現させたES細胞におけるH1fooのゲノム上の結合領域をChIP-seq法によって明らかにした。このデータを利用し25年度にはH1fooが結合する領域の特徴をデータベースを利用し探索した。その結果、H1fooは体細胞型H1に比べ、活性型のエピジェネティック状態を示すゲノム領域に位置しており、特にH3K4モノおよびトリメチル化、H3K9アセチル化修飾とよく一致していた。本来のH1foo発現細胞である卵核胞期卵においても、H1foo強制発現ES細胞で同定されたゲノム領域にH1fooは結合していた。このことから、H1fooは選択的に活性型のエピジェネティック状態を示す領域に結合していることが示唆された。次に、ゲノムワイドDNAメチル化解析法HELP-taggingとChIP-seqのデータを組み合わせ、H1foo強制発現によってDNAが脱メチル化されるH1foo標的配列に対してモチーフ解析を行った。その結果、ES細胞マーカータンパク質であるEsrrbの標的配列を有意に含んでいた。さらに、Re-ChIP解析、共免疫沈降法およびGSTプルダウン解析によって、H1fooとEsrrbが直接結合していることが明らかとなった。H1fooとEsrrbの結合は卵核抱期卵においても確認された。また、H1fooとEsrrbが共局在しているゲノム領域はH1fooの強制発現によってクロマチンの弛緩が起こっている。そこで、次にこのH1foo依存的なクロマチンの弛緩へのEsrrbの関与を明らかにするため、H1foo強制発現ES細胞においてEsrrbの発現抑制(ノックダウン)を行った。その結果、H1fooが発現していてもEsrrbの発現が抑制されている場合、H1fooによるクロマチンの弛緩は起こらなかった。以上、H1fooの標的ゲノム領域の特徴を明らかにし結合タンパク質であるEsrrbを同定することができた。加えて、H1fooは選択的にクロマチンが弛緩した領域に結合し、H1fooによるクロマチン弛緩はEsrrbとの共役によって成されていることが示唆された。

平成24年度は、(1) H1foo強制発現ES細胞におけるChIP-SeqによるH1foo結合部位の探索およびHELP-taggingによるDNAメチル化状態の解析、(2)マウスH1foo特異抗体の作製を目標に解析を遂行した。(1)においては、次世代シークエンサーによるデータを取得しH1fooのゲノム上の標的領域を同定することができ、体細胞型H1とは異なった標的領域を有していたことから、エピゲノム形成に対するH1foo特異的な機能を示唆する結果を得た。加えて、H1foo発現下でDNAメチル化状態が変化する領域も次世代シークエンサーを用いた解析によって同定することができた。これらの結果は、当初掲げた24年度の目標を達成しているといえる。(2)においても達成できており、タンパク質を用いる解析手法とウエスタンブロッティング法、免疫染色法およびクロマチン免疫沈降法すべてに利用可能で、他のH1バリアントは認識しない非常に特異性の高い抗体を作製することができた。加えて、この抗体を用いたクロマチン免疫沈降をマウス卵子で行うため、解析に十分量の卵子は回収済みである。以上より、おおむね順調に進んでいる、と自己評価した。25年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度の研究成果により、H1foo強制発現細胞を用いて、次世代シークエンサーを用いたChIP-Seq法とHELP-tagging法を駆使することで、H1fooのゲノム上の標的領域とH1fooの強制発現によってDNAメチル化状態が変化する領域を同定することができた。25年度は、H1foo標的領域とDNAメチル化情報を組み合わせて、H1fooによってDNAがメチル化・脱メチル化される領域の特徴を明らかにし、それぞれのメチル化変化に必要なH1fooのパートナー因子を突き止めることを目標とする。内容として、(計画1)公共データベース(NCBIやDDBJ等)に登録されている転写因子、DNA結合タンパク質、エピジェネティック因子およびヒストン修飾のChIP-Seqデータの利用、加えてゲノム配列解析(モチーフ配列探索)を行うことでH1foo標的ゲノム領域の特徴付けを行う。(計画2)H1foo特異抗体を作製し、実際にマウス卵子においてH1fooが上記の実験で明らかとしたゲノム領域に局在しているかをChIP法で、計画1の解析でH1fooと共局在する因子が示唆された場合にはH1fooと直接結合し標的領域に位置しているかをRe-ChIP法で調べる。(計画3)H1foo共局在因子がH1fooによるエピジェネティック制御に必須の因子かを発現抑制実験で明らかにする。以上により期間内で、ゲノムワイドにH1fooの標的領域が明らかになるとともに、H1fooを中心としたエピジェネティック制御の分子作用機序に迫る成果を得られる。
光受容イエロー蛋白質の発色機構および光反応に関する計算化学的研究

本研究では、光受容イエロー蛋白質の光反応過程の諸性質を計算化学的手法を用いて原子・電子レベルで明らかにした。(1)発色団を取り囲む蛋白部位の電子分極効果を明示的に考慮可能な吸収波長計算の量子化学理論を定式化し、イエロー蛋白質およびレチナール蛋白質に適用した。その結果、発色団の波長を可視光域へシフトさせる主要因の一つは、蛋白質の電子分極応答であり、活性中心での量子的過程は、蛋白質部位の電子分極によりチューニングされていることが判明した。(2)水溶液中における基底状態、L中間体及びM中間体(シグナル伝達状態)に対する分子動力学計算に基づいて蛋白質の大域的な運動モードを解析した。その結果、シグナル伝達on状態であるM中間体では、蛋白質全体を二分する蝶つがい運動が生じていることが判明した。このモードはシグナル伝達off状態の光吸収前(基底状態)やL中間体では見いだされなかった。この蝶つがい運動は発色団の結合部位を起点に起こっており、シグナル伝達のトランスデューシンとの相互作用に都合のよい運動であると推定された。つまり、光吸収により誘起された発色団の局所的構造変化(刺激)が蛋白質全体の運動モードを変化させた(応答)ことが判明した。(3)古典近似を導入せずに完全に量子化学的に、蛋白質の三次構造から発色団や解離性アミノ酸残基のpKaを評価する計算手法を開発した。これを用いて、バクテリオロドプシンにおける光駆動プロトン移動初期過程の分子機構を解明した。イエロー蛋白質は、暗状態で446nmの光を吸収し、引き続く光反応サイクルを通して、負の光走性に関わるシグナル伝達を行う。従って、この蛋白質の機能を解明するためには、まず可視光を吸収するメカニズムを解く必要がある。本年度は、まず、われわれが開発した連続体近似溶媒効果理論に基づく量子化学計算と発色団(クマル酸チオールエステル)のモデル化合物に対する分光学的実験より、発色機構の解析を行った。具体的には、吸収波長制御のメカニズムを、1)カウンターイオンの効果、2)近傍残基との水素結合の効果、3)非結合相互作用(誘電応答)の効果の3つに分割し、それぞれを定量的に評価することに成功した。その結果、1)と3)は、それぞれ5300cm^<-1>および700cm^<-1>の長波長シフト、2)は1600cm^<-1>の短波長シフトを誘起することが判明した。次いで、蛋白質の3次構造の効果と電子分極の効果をあらわに考慮に入れた解析を行うため、量子化学理論と静電気学理論を融合した新規な吸収波長計算法(QM/MM-CI法)を開発した。この方法では、アミノ酸残基の各共有結合をシリンダー形状の誘電体として近似し、それぞれに固有の分極率を与えることによって、外部電場(実際は発色団からの電場)の変化による結合の電子分極を記述するようになっている。また、他のQM/MM法と異なる点は、基底状態に関しては、古典近似(MM近似)すること無しに、全原子量子化学計算により電子構造を求めている点にある。本年度は、この計算法を、イエロー蛋白質と同じく、可視光を吸収する蛋白の代表であるバタテリオロドプシンに適用し、新規な波長制御メカニズムを提案することに成功した。来年度は、この手法をイエロー蛋白質に適用する予定である。イエロー蛋白質は、暗状態で446nmの光を吸収し、光反応サイクルに入る。光反応サイクル中には2つ以上の反応中間体が存在するが、発色団の異性化の直後ナノ秒程度で生成するL中間体、引き続き発色団のフェノール性OH基のプロトン化により生成するM中間体がこの蛋白質の機能発現に重要である。特に後者はシグナル伝達状態と言われている。したがって、これらの中間体の水溶液中での構造を決定することは極めて重要であるが、実験的にはX線解析の結果とIRやNMRなどからの分光学的結果に矛盾があり議論の的となっている。

本研究では、分子動力学シミュレーションと量子化学計算を駆使することにより、これら実験間の矛盾を解決し正しい描像を得ることを目標にした。成果を具体的に述べると次の通りである。1)まず、L中間体であるが、その前駆体であるBL中間体のX線構造を初期構造として水溶液系に対するシミュレーションを10ナノ秒間実行した。得られたトラジェクトリーから発色団構造を解析し、同時に量子化学計算により吸収波長を評価した。その結果、シミュレーションはIRなどの分光学実験の構造を支待した。2)M中間体に関しても、まず10ナノ秒のシミュレーションを実行したが、その動的特性を解明するため、その結果を暗状態(基底状態)および上述したL中間体のシミュレーション結果と比較した。特に、蛋白質骨格の揺らぎ、主鎖の相関運動および固有振動モードの解析より、M中間体は蛋白質全体を2分する固有の運動モードを有することが判明した。これは、トランスジューシンとの相互作用、すなわちシグナル伝達に関与する運動と推定された。イエロー蛋白質は、446nmの光を吸収し、光反応サイクルに入る。光反応サイクル中には2つ以上の反応中間体が存在するが、発色団の異性化の直後ナノ秒程度で生成するL中間体、引き続き発色団のフェノール性OH基のプロトン化により生成するM中間体がこの蛋白質の機能発現に重要である。特に後者はシグナル伝達状態と言われている。したがって、これらの中間体の水溶液中での構造を決定することは極めて重要であるが、実験的にはX線解析の結果とIRやNMRなどからの分光学的結果に矛盾があり議論の的となっている。本年度は、L中間体に対するマルチカノニカル分子動力学シミュレーションとM中間体の結晶状態に対するシミュレーションを実行することにより、これら実験間の矛盾を解決し正しい描像を得ることを目標にした。1)L中間体のマルチカノニカルシミュレーションは、その前駆体であるBL中間体のX線構造を初期構造として開始し、900Kから350Kの範囲におけるカノニカル分布を再現可能な5000個のコンホメーションをサンプリングした。この構造母集団から最低エネルギー状態を探索したり、350Kにおける構造からsimulated annealingを実行することにより、室温付近での安定構造を探索した。その結果50ループ付近のα-ヘリックスが崩れた構造が安定構造として見出された。2)M中間体の結晶状態のシミュレーション結果と前年度行った水溶液中の結果とを比較することにより、後者では大きく揺らいだ50ループと100ループが前者ではほとんど揺らがないことが判明した。これが前述した実験間の相違を説明すると考えられる。