hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
試験管内におけるES細胞から始原生殖細胞の効率的な分化誘導方法の開発

我々はマウスにおいてES細胞から機能的な始原生殖細胞様細胞(primordial germ cell-like cell;以下、PGCLC)を誘導することに成功している。本研究計画はPGCLCの分化誘導効率の大幅な上昇を目指す事を目的とし、そのため、PGCLCの形成過程を詳細に解析した。その結果、PGCLCの分化誘導効率はマウスの遺伝的背景に大きく影響され、また、PGCLCの前駆細胞であるEpiLC (epiblast-like cell)にはheterogeneityが存在することが明らかとなった。これらの結果は今後のPGCLCの誘導効率の更なる向上に繋がるものと考えられる。近年研究代表者らはマウスにおいてES細胞から機能的な始原生殖細胞様細胞(primordial germ cell like cell;以下、PGCLC)を誘導することに成功している。PGCLCは精巣もしくは卵巣へ移植することにより正常な産仔能を有する精子および卵子へと分化させることが可能である。このように、PGCLCの分化誘導系は基礎生物学のみならず、発生工学、ヒトの不妊症の解明など、幅広い応用が期待されるが、その詳細な試験管内分化機構はいまだ不明である。特に、この分化誘導系ではPGCLCの分化誘導効率は約10-20%程度であり、その他の細胞はテラトーマ形成能を有する細胞である。本研究計画ではPGCLCの分化誘導系を詳細に検討することにより、ES細胞からPGCLCの分化機構の解明を試みるとともに、その分化誘導効率の大幅な上昇を目指すことを目的とする。平成27年度はPGCLCの前駆細胞であるepiblast like cell(EpiLC)を各種細胞表面マーカーを用いた解析を行っている。その結果、EpiLCには細胞表面マーカーの発現が異なる細胞集団が存在することが示された。現在、それぞれの細胞集団のPGCLCへの分化能を評価中である。また、この実験と並行して、EpiLCに各種サイトカイン、小分子化合物を添加することにより、PGCLCへと分化し得る継続的に維持可能な新規細胞株の樹立を試みている。PGCLCの前駆細胞であるEpiLCにheterogeneityが存在することはこれまで知られておらず、今後、細胞表面マーカー等により、高効率にPGCLCに分化し得るEpiLCを分取できる可能性を示唆できたため。近年、研究代表者らはマウスにおいてES細胞から機能的な始原生殖細胞(primordial germ cell;以下、PGCLC)を誘導することに成功している。PGCLCは精巣もしくは卵巣に移植する事により、正常な産仔能を有する精子および卵子へと分化させることが可能である。特に、この分化誘導系ではPGCLCの分化誘導効率は約10ー20%程度であり、その他の細胞はテラトーマ形成能を有する細胞である。平成28年度は、以下の点について解析を行った。まず、PGCLCの誘導効率はES細胞の遺伝的背景が影響しており、F1由来のES細胞を用いることでより安定的にPGCLCを誘導することが可能になった。また、誘導の際に観察されるPGCLC以外の細胞はPGCLCと比較してその細胞周期が遅いことが明らかとなった。現在、昨年度より引き続き、PGCLCの前駆細胞であるepiblast like cell (EpiLC)のheterogeneityに関する実験を行っている。具体的には、細胞表面マーカーの発現が異なるEpiLCをFACSにより分取し、それぞれの細胞集団のPGCLCへの分化能を評価し、さらに、配偶子への分化能を移植実験により検討中である。EpiLCに存在する異なる細胞集団を分取し、各細胞集団のPGCLCへの分化能を検討する。高効率でPGCLCへ分化可能な細胞集団が認められれば、精巣への移植等により、その機能解析を行う。また、PGCLCに分化可能な細胞株の樹立については、引き続き各種サイトカイン、小分子化合物をEpiLCに添加することにより、増殖可能な培養条件の確立を目指す。生殖生物学購入した物品価格と直接経費に僅かな差があったため、小額の次年度使用額が発生している。次年度の直接経費の使用には最終的に差額が生じない様、適切に使用する予定である。
ストレス応答性転写因子ATF3の肝臓糖代謝調節メカニズムの解明

肝臓でのストレス応答が、肝臓インスリン抵抗性および糖代謝異常に果たす役割については、必ずしも十分に解明されていない。肥満・インスリン抵抗性状態や小胞体ストレス誘導時において、ストレス誘導性転写因子であるATF3発現の増加を確認した。またこの時、IL-6による糖新生系酵素遺伝子発現を抑制する転写因子STAT3のリン酸化は減弱していた。これらの結果は、肥満・インスリン抵抗性時の肝臓糖代謝異常にATF3やSTAT3が何らかの役割を果たす可能性を示している。肝臓におけるインスリン抵抗性の病因として、酸化ストレス・小胞体ストレス・慢性炎症といった種々のストレスの重要性が指摘されている。しかし、肝臓でのストレス応答が、肝臓インスリン抵抗性および糖代謝異常に果たす役割については、必ずしも十分に解明されていない。ATF3(Activating transcription factor 3)は、肝臓においてストレス誘導性転写因子であり、代表者は肥満・糖尿病db/dbマウスや食事摂取において肝臓でのATF3発現が増強し、脂肪食負荷時に肝臓特異的ATF3欠損が耐糖能を改善することを見出している。これらのことは、高脂肪食摂取などによるストレス存在下において発現が増強されるATF3が、耐糖能異常やインスリン抵抗性に関与する可能性を示唆している。平成26年度は、肝臓ストレス応答におけるATF3の役割を検討するために、FLAG-tag付きATF3を発現するトランスジェニック(FLAG-ATF3-Tg)マウスの作出を試みた。Bacterial Artificial Chromosome (BAC)を用い、内因性ATF3プロモーターによりFLAG-ATF3が発現誘導されるように設計し、計10系統のFLAG-ATF3-Tgマウスを確立した。各系統のマウスに小胞体ストレス誘導剤であるツニカマイシンを投与し、5時間後の肝臓におけるATF3 mRNAおよびタンパク質発現を確認した。ツニカマイシン投与により、内因性ATF3と同レベルにFLAG-ATF3が発現誘導される系統を1コピーおよび10コピーのFLAG-tag付きATF3トランスジーンを有するマウスからそれぞれ1系統ずつ得ることに成功した。今後、作出したFLAG-ATF3-Tgマウスを用いて高脂肪食負荷条件における解析を行い、肝臓ATF3の肝糖代謝調節およびストレスに伴う肝障害における役割を解明する。平成27年度は昨年度に引き続き肝臓におけるストレス応答、特に小胞体ストレスが肝臓糖代謝に及ぼす影響について検討を行った。初代培養肝細胞への小胞体ストレス誘導剤であるツニカマイシンの添加は、ストレス誘導性転写因子であるActivating transcription factor 3 (ATF3)タンパク質発現量を増加させることを確認した。また、初代培養肝細胞へのツニカマイシン処理は、IL-6によるsignal transducer and activator of transcription 3 (STAT3)のリン酸化を抑制した。STAT3は、IL-6刺激によりリン酸化されて活性化型となり、肝糖新生系酵素遺伝子G6paseの遺伝子発現を抑制する転写因子として知られる。実際に、IL-6刺激によるSTAT3のリン酸化を介するG6pase遺伝子発現の抑制効果は、ツニカマイシン処理下においては減弱した。IL-6依存性のSTAT3のリン酸化およびG6pase遺伝子発現の抑制作用は、小胞体ストレス誘導下では減弱したが、小胞体ストレスを軽減する化学シャペロンPBAの添加によって回復した。さらに、小胞体ストレスが増加している肥満・糖尿病モデルであるdb/dbマウスにおいてもSTAT3のIL-6に対する応答性が低下していたが、PBAの投与により野生型マウスのSTAT3と同様のレベルまで回復した。これらのことから、小胞体ストレスのSTAT3活性化抑制作用が、肝臓におけるストレス応答が引き起こす糖代謝異常の要因の一つであることが明らかとなった。FLAG-ATF3-Tgマウスにおける肝糖代謝の解析には、トランスジーンであるFLAG-tag付きATF3発現の確認が必須であるが、このトランスジーン発現と内因性のATF3発現の区別に難航したために進捗状況はやや遅れている。しかし、現在までにFLAG-ATF3-Tgマウスにおいて、これらの2つのATF3発現を分離して検出することに成功し、系統の選抜を終えることができた。解析に用いる系統を選抜できたことで今後速やかに本研究の目的である高脂肪食飼育下におけるFLAG-ATF3-Tgマウスの糖代謝解析およびその作用メカニズムの解析に取り組むことができると考えられる。内分泌本研究課題は1)肝臓特異的ATF3欠損マウスおよびFLAG-ATF3-Tgマウスを用いたATF3の肝糖代謝調節における役割の解明とともに、2)肝臓ATF3の二量体形成におけるパートナーと転写制御標的分子の探索による作用メカニズムの解明を目的としている。

現在までに、肝臓特異的ATF3欠損マウスおよびFLAG-ATF3-Tgマウスの作出に成功していることから、今後これらの目的について解析を進める。具体的には、肝臓ATF3発現が低い通常飼料飼育条件、および、ストレスが誘導されATF3発現が上昇する高脂肪食飼育条件において、FLAG-ATF3-Tgマウスの糖負荷・インスリン負荷試験を行い、FLAG-ATF3-Tgマウスにおける個体糖代謝を評価する。また、ATF3は様々なタンパク質と二量体を形成して働くことから、高脂肪食飼育条件においてATF3と二量体を形成する分子を抗FLAG抗体を用いた免疫沈降法および質量分析により解析する。
デ-タベ-スにおける知識獲得

研究計画調書に記した研究計画概要に従い,デ-タベ-スにおける知識獲得に関して重要な以下の4テ-マを中心として,理論および応用の両面より本年度の研究を推進した。A.対象メディアの多様化にともなう研究(A1)マルチメディア情報の知識ベ-ス化(A2)知識ベ-スの柔構造化B.対象デ-タの大量化にともなう研究(B1)デ-タベ-スからの知識獲得(B2)知識ベ-スにおける推論機構の効率化各テ-マに関して,8名によって構成している班内の2名のメンバ-が中心に研究を推進した。(A1)と(A2)のテ-マに関しては,特にオブジェクト指向のパラダイムにもとづいた知識表現,デ-タベ-スモデルを採用することにより研究が大幅に進展した。また,(B1)と(B2)のテ-マに関しては,従来からこれらの分野で提案されている手法より高度で,効率的ないくつかの方法を提案することにより研究を飛躍的に発見させることができた。また,本年度の研究班の主要な研究活動として,班全体の研究会を2回大阪で開催した。まず,第1回の研究会では,本班の今後の研究推進に関する方向づけをより明確にするとともに,班全体のテ-マに対する各分担テ-マの位置づけを確認したうえで,各テ-マの今後の研究計画をベ-スとした発表および討論を行なった。第2回目の研究会では,本班の本年度の研究を総括する意味で,各メンバ-の本年度の研究成果を発表し,その結果をもとに来年度にどのように発展させるかについて議論した。以上,本年度に計画していた研究を滞りなく完了した。
４次元超共形場理論に於ける物理的制限に関する研究

今年度の研究成果として、4次元の超共形場理論において一般的に必ず成立する選択規則の解明に成功し、論文として投稿した。これらの成果は国際および国内の学会においてそれぞれポスター及び口頭発表を行った。4次元の超共形場理論自体は非常にバラエティーに富み無数の構成方法が知られているが、我々の結果はそれら全てが満たすべき性質を解析的に明らかにすることができた。選択規則を明らかにすることは数値解析で盛んに行われるブートストラップへの応用も考えられる為、非常に重要でもある。一般に共形場理論では3点相互作用の仕方だけで決まってしまうが、我々の選択規則についての結果はこのような相互作用の導入方法について新たな制約を加えることができたといえる。我々の結果の一つ重要な点は、選択規則を求める上で三点関数の厳密解を構成したことにもある。超共形場理論において3点関数の形を決めることは非自明であったが、先行研究の結果をかなり大きなクラスへと一般化することができた。我々の計算結果はBPSセクターと呼ばれる特別な性質を満たすクラスについてのものであるが、超共形指数や4次元超共形場理論と2次元カイラル代数との対応において中心的な役割を担うものであるので、成果は小さいものとは言えない。特に我々の選択規則については2次元カイラル代数との関係も垣間見る事ができ、実際には計算していない部分についてもある程度の選択規則についての予測も行うことができた。予想通りに計算の結果が得られたため。現在はこれまで求めることができた多点相関を他の例にも拡張することを考えつつ、超共形指数や具体的な4次元共形場理論についても取り組んでいる。
転移癌応答型タンパク質ナノカプセルの構築とMRIによる機能診断への応用

従来のリボソームや高分子ミセルのような薬物輸送キャリアでは精密な配列と構造の制御が困難であり、その結果、配列に依存する細胞シグナルや標的に対する特異性の低下を招いている。完全なシークエンス制御が可能なタンパク質ナノカプセルを用いることでより特異的な認識が可能となる。本研究では漉亡加110COCCα5ブ∂ノ1ηa5chff由来のタンパク質ナノカプセルをクローニングし、MRI造影剤への応用を試みた。この結果、Gd-DTPA錯体を内包したナノカブセルは、フリーのGd-DTPA錯体よりも約46倍高いT1緩和度を示し、高感度なMRI撮像が可能であることが示された。今後、MRI造影剤を内包するナノカプセルの標的化を行うことで、MRIによる高感度分子イメージングが実現できる可能性が拓かれた。画像診断法の発展は疾病の早期発見とその治療効果の改善にめざましい進歩をもたらしている。なかでもMRIは非侵襲・無障害であること、そして軟部組織コントラストが高く、空間分解能に優れていることから臨床医学の現場において重要な位置を占めている。MRI造影剤の利用は病変部位の明瞭な描画のために必要不可欠の手段となりつつある。既に、肝臓、脾臓、そして骨髄といった網内系に特異的な造影剤が臨床において広く使われており、組織選択性という観点では大きな成果を上げている。しかし癌など特定の疾患に対する特異性は低く、未だ開発途上と言わざるを得ない。そこで本研究では、疾患シグナルに応答する造影剤の開発を目指す。これを可能にするには、疾患シグナルがスイッチとなり、その物性を大きく変化させる材料が必要である。本研究では古細菌が作るsmall heat shock protein(Mj285)に着目した。本年度はこのナノカプセル表面に、癌細胞で高発現していることが知られているレセプター分子(受容体型チロシンキナーゼc-Met、ケモカイン受容体CXCR4、血管内皮細胞増殖因子受容体VEGF等)に特異的なペプチドをコンジュゲートすることに成功した。合成ペプチドの末端を活性エステル化し、生理的条件下でナノカプセルと反応させたところ、これらの標的化ナノカプセルはそれぞれの分子と特異的に結合することが示された。現在、培養細胞系においてこれらのナノカプセルの機能評価を行っている。そこで本研究では古細菌が作るsmall heat shock protein (Mj285)に着目した。本年度はこのナノカプセル表面にヒトB型肝炎ウイルスに由来するPreS1ペプチドを遺伝子レベルで組み込むことで、ナノカプセルに肝特異性を付与することに成功した。PreS1ナノカプセルは期待通り、in vitroにおいてヒト肝細胞に対する特異性を示した。さらに健常な雄性マウスに尾静脈から投与したところ、野生型ナノカプセルが3時間で体外に排出されたのに対して、PreS1ナノカプセルは24時間後も引き続き肝臓に保持されていることが明らかとなった。摘出した肝臓から組織切片を作製したところ、PreS1ナノカプセルはクッパー細胞ではなく肝実質細胞に取り込まれていることが分かった。今後は、このPreS1ナノカプセルの内孔にMRI造影剤を固定化し、MRIによる肝予備能のボリュームデータの作成について検討する予定である。

そこで本研究では、癌部ターゲティングが可能なキャリアとMRI造影剤の複合化を目的とした。本研究では古細菌が作るsmall heat shock protein (Mj285)に着目した。このタンパク質は自己組織化により24量体となり、直径約12nmの球状構造体を構成する。われわれはこのタンパク質を天然のナノカプセルとして捉え、これを遺伝子工学的に改変することで、二重刺激応答的に崩壊するタンパク質ナノカプセルを構築した。本年度は肝癌への高い親和性が報告されているSP94ペプチド(SFSIIHTPILPL)をナノカプセル表面に呈示することを試みた。カプセルの外殻に遺伝子レベルでSP94を組み込んだものと、合成SP94ペプチドを、PEGリンカーを介して化学修飾した二つを作製したところ、両者とも肝癌細胞株に対して高い特異性を示した。化学修飾の場合、PEGのリンカー長やリンクさせる末端によって特異性に差が生じた。またナノカプセル内部にMRI造影剤Gd-DTPAの内包にも成功しており、肝癌へのMRIイメージングが可能となった。
スクリーンリテラシーの日豪比較研究～多文化主義政策の「学びの構造」分析を通して～

本研究は、映像メディア表現の教育的価値を日本とオーストラリアの比較研究によって明らかにするものである。まず、多文化主義のオーストラリアに生じている問題を克服する上で、映像メディア表現が重要な役割を果たしたことが明確になった。特に、新自由主義がもたらす格差という事態に対し、映像の特質が有効に働いた。それは、映像には「メタ認知」と「エンパワーメント」をもたらす効果があることが主な要因である。そのような「学びの構造」は、認知的側面と社会的側面の双方からもたらされる。本研究成果は、これからのグローバル社会における教育に大きく貢献することが期待される。本研究の目的は「映像メディアによる表現」日豪比較研究であるが,26年度は調査研究としてオーストラリアにおける多文化主義政策の推移とその中での教育実践の調査,実践として「映像メディアで表現する」関連のワークショップ及び上映会を推進することであった。まず4月にオーストラリアのニューサウスウエルズ大学を訪問し先行研究者のジェーン・ミルズ教授から聞き取り調査を行うとともに多文化社会における映像メディアの意義について協議するシンポジウム“Cultural studies and the new uses of literacy"へ参加し日本の現状に関する口頭発表を行った。また,日本映画大学の千葉茂樹特任教授と慶應義塾大学の塩原良和教授からの聞き取り調査及び文献調査も継続しながら,オーストラリアにおける映像メディアの役割とリテラシー観を日本へ援用する可能性を明らかにしてきた。また,実践として,学校現場で制作された映像作品を全国公募して11月に新潟市と福島市の映画館にて上映会「シネリテラシーフェスタ」を開催した。講師にいわき市立豊間小学校長水谷大氏と元筑波大学教授宮脇理氏を招聘し,それぞれ「震災後の映像メディアの力」と「美術教育における映像メディアの力」という視点から協議を展開した。また,福島大学附属中学校や地域連携のアートプロジェクトなどで映像ワークショップを行いながら教育実践の方法論を構築してきた。研究成果の発表としては,7月にメルボルンで開催された国際学会InSEA(国際美術教育学会)と3月に上越教育大学で開催された美術科教育学会にて口頭発表を行った。27年度は、「映像メディアによる表現」の実践に関してオーストラリアと日本の比較研究を大きな目標に据えていた。まず、4月に新潟大学にて国際シンポジウム「多様化する社会における映像メディアによる表現の可能性」を開催し、オーストラリアのジェーン・ミルズをはじめオーストラリア多文化主義研究者である塩原良和、その他に日本での先行実践者を招聘した。このシンポジウムを通して、近年のオーストラリアにおけるコスモポリタン的多文化主義には「包摂と排除」の原理が潜在すること、そしてそれを乗り越える作用が映像メディアの表現過程に多く見られるメタ認知的要素にあることも明確になった。この成果は、今後多文化時代を迎える日本の教育へも大きな示唆を与えるものと考えられる。また、シンポジウムや作品上映会には福島の中学校・高校から震災後の取り組みが多数出品されると共に、「PTSD(心的外傷後ストレス症候群)」のような状況から子どもたちが本来持っている回復力を引き出す上で映像メディアが果たす役割についての提言があった。本研究における実践や先行研究の調査を通して、多文化社会におけるマイノリティ、あるいは精神的弱者の問題は、生態学、国際政治学、医学、社会学等々、あらゆる領域において指摘されている「ヴァルネラビリティ(脆弱性)」の傾向に集約できること、そしてそのような状況下で自らの有り様を映像メディアで表現することが、精神的抑圧からの開放、さらには未来への自信や希望につながることが浮き彫りになった。学会では、このことが特殊な事例ではなく普遍的な問題であることを研究成果とともに提言した。本研究のアプローチを通して、映像メディア表現がこれからのリテラシー構築へ大きく寄与していくことが期待される。オーストラリアの研究者を招聘して、日本の研究者と実際に議論を交わせたことでオーストラリアと日本の比較研究がが進み、映像メディアによる表現の教育的効果が明らかにされてきた。特に、社会学の専門家との連携研究により、映像メディアを介して学校・社会・家庭の社会学的な考察を深めることができた。また、教育現場の実践者によって、震災後の教育活動との関連性に照明が当てられ、本研究における「学びの構造」の所在がより明確になってきた。一連の実践による成果を理論的に分析し、その成果をシンポジウムや学会にて継続的に発表してきたため、所期の目標は概ね達成できたといえる。本研究の目的は、映像メディアによる表現の「学びの構造」をオーストラリアにおけるコスモポリタン的多文化主義政策を踏まえながら解明するとともに、日本の教育的課題の克服に対する有効性を検証し、具体的な方法論につなげることであった。研究成果として、多文化主義政策が新自由主義の影響によって陥っている「包摂と排除」という状況に対し、その克服のために「映像メディアによる表現」が独自の「学びの構造」によって効力を有することが明らかになった。特に最終年度において、その「学びの構造」をマクルーハンのメディア論を援用しながら認知科学的に分析し、以下の4項目に集約した。一つ目に、映像・メディア機器を媒体とすることによって「メタ認知」「判断力」「直観」が強化されること。二つ目に、制作や鑑賞において「所属感」「自己有用感」をもたらすこと。三つ目に人間関係におけるコミュニケーションを回復する媒体であること。四つ目に「社会的自我」や「コスモポリタニズム」の学びが形成されること。そして、3年間の研究期間において、映像メディアによる表現に見る「学びの構造」は、震災後のPTSDに陥った子ども達の回復や異文化間の相互理解など、ヴァルネラビリティ(脆弱性)を帯びた状態からのレジリエンス(回復)や多様性の価値形成に寄与していることが明らかになった。

この成果を教育現場へ発信して具体的カリキュラム構築へ繋げていくとともに、異文化間における映像作品の交流を通して、グローバル社会におけるコンピテンシーの在り方を実践的に構築していきたい。本研究は、映像メディア表現の教育的価値を日本とオーストラリアの比較研究によって明らかにするものである。まず、多文化主義のオーストラリアに生じている問題を克服する上で、映像メディア表現が重要な役割を果たしたことが明確になった。特に、新自由主義がもたらす格差という事態に対し、映像の特質が有効に働いた。それは、映像には「メタ認知」と「エンパワーメント」をもたらす効果があることが主な要因である。そのような「学びの構造」は、認知的側面と社会的側面の双方からもたらされる。本研究成果は、これからのグローバル社会における教育に大きく貢献することが期待される。26年度の目標であるオーストラリアの多文化主義政策の研究と教育実践に関しては予定通り進展し,研究者同士の交流及び国内の諸機関・研究者との連携も広まってきており,研究内容の深化が図られたことと,「映像メディアによる表現」研究の活性化に大きく影響を与えつつある手応えを予想以上に感じていることは大きな成果といえる。しかしながら,当初の計画のうち作品を国際間交流を図る実践については,予定していたオーストラリアの協力者の都合により実現に至らなかったことから,「おおむね順調」という評価に留めておきたい。今後の目標は、本研究の最終段階として、これまでの取り組みで明確になった「学びの構造」を具体的な方法論につなげることである。まず、三年間の成果を整理して、映像メディアによる表現の教育的効果について理論的に検証するとともに、それを教育実践へ援用する手立てをモデル化して美術教育の新しいリテラシー構築へ寄与する。同時に日本とオーストラリアの実践交流を継続的なものにするための環境整備をめざし、本研究の研究成果とともに社会的に発信していく。美術教育今後は,26年度に築いてきた研究のネットワークを活かしながら研究と実践を深化させ,また拡張していきたい。内容としては「多文化主義政策」の現代的課題として「コスモポリタン的多文化主義」の可能性について,とりわけ日豪共に影響を受けている新自由主義的との関連,また,教育学的な動向も含めて考察していく予定である。実践としては,作品上映会,映像表現ワークショップを地域連携とオーストラリアとの連携によって推進していきたい。とりわけ,オーストラリアとの作品交流は,日豪の文化交流として,研究を越えた次元での波及効果を狙うものであり,しっかりと軌道に乗せたい。残額分60,623円は3月18日の大阪成蹊大学への旅費にて使用済みである。本項目へは未だ反映されていない模様である。次年度開始
固相放射線重合のための結晶場の設計

結晶性のアセチレン化合物として種々のジエチニルベンゼン誘導体を合成し、分子構造と結晶構造および固相重合反応性を比較した。分子構造の異なるジエチニルベンゼン誘導体の固相重合反応性の差異は結晶構造により説明された。置換基の種類や位置により固相放射線重合を制御するための基礎的知見が得られた。例えば、最も重合反応性の高かった単量体結晶では、一方の三重結合は重合に適した配置を取り、他方は立体的に保護されていることが明らかになった。このような単量体では、一方の三重結合から共役ポリエン主鎖が形成され、他方の三重結合は未反応のままペンダントとして重合体中に残存することになる。得られた可溶性の重合体は、さらに光または放射線を照射すると残存する三重結合の架橋反応による不溶性となる。すなわち、結晶場を利用することにより三重結合をペンダントに有する可溶性の共役ポリエン重合体を効率よく合成することが可能となり、この重合体は膜状でネガ型レジストとして利用できる。ジエチニルベンゼン誘導体の他にも三重結合を有する単量体を合成し、固相放射線重合を試みた。三重結合を二つ有する単量体では、ジエチニルベンゼン誘導体と比較し、架橋ゲル化が起こり易く、可溶性の重合体の収率は低かった。照射試料のESRスペクトルの測定により、重合反応の進行に伴うラジカルの挙動を追跡する事ができた。照射によって生成する初期ラジカルと生長ラジカルの帰属を行った。ESRシグナルの変化と単量体結晶の重合反応性との相関が明らかとなった。生成する重合体は淡黄色から暗赤色に着色しており、その可視吸収スペクトルは置換基に顕著に依存している。一方、可視吸収スペクトルと分子量との対応は明確でない。置換基による共役系に体する立体障害も示唆された。以上のように、結晶場を利用した固相放射線重合による機能性高分子の合成とその物性に関する知見が得られた。
下顎骨狭窄のメカニズムとインプラントのオッセオインテグレーション喪失に関する研究

本研究の目的は,インプラント補綴患者の顎運動測定を行うと同時に,オトガイ孔後方部に埋入された臼歯部インプラント間の幅径変化および狭窄力を測定し,下顎骨狭窄のメカニズムとフィクスチャーの動態を解析することによって,オッセオインテグレーション喪失との関連性を解明することである.本研究では、下顎左右側第一大臼歯部にブローネマルクインプラントを各1本(下顎左側第一大臼歯にはブローネマルクインプラントMark III 18mm,下顎右側第一大臼歯にはブローネマルクインプラントMark III 15mm)埋入し,同部を除いて天然歯を有する患者を被験者として選択した.まず,被験者のインプラント作業用模型歯列上に弾線を屈曲させて,レプリカ上に装着したゴールドシリンダーと弾線の両端を連結し,弾線の中央部にストレンゲージを接着させて歪み計を製作した.製作した歪み計を左右側インプラントのアバットメントに連結して,歪み測定と同時に,下顎切歯点における機能運動をナソヘキサグラフ(小野測器社製:現有)にて測定し,統計学的解析を行った.被験運動は,最大開閉口運動,前方滑走運動,左右側側方滑走運動,中程度の開閉口運動であった.その結果,左右側インプラント間における幅径変化量の最大値と平均値は,最大開閉口運動では22.5μm,16.7±2.3μm,前方滑走運動では58.9μm,47.2±10.3μm,左側方滑走運動では13.8μm,12.4±1.4μm,右側方滑走運動では11.4μm,9.9±0.7μm,中程度の開閉口運動では21.6μm,5.5±5.8μmであった.また,幅径変化量は前方滑走運動,最大開口運動(16.7±2.3μm),左側方滑走運動(12.4±3.3μm),右側方滑走運動(9.9±0.7μm),中程度の開閉口運動(5.5±5.8μm)の順で大きかった(Mann-Whitney U test).下顎オトガイ孔後方部までフィクスチャーを埋入し,固定式フルブリッジタイプの上部構造で補綴した場合,上部構造体装着後,オトガイ孔後方部のフィクスチャーがオッセオインテグレーションの喪失をきたすケースを経験することがある.この場合,当該フィクスチャーを撤去後,上部構造体を第一大臼歯後方付近で切断し使用しているのが現状である.上部構造体装着後に生じるオトガイ孔後方部に埋入したフィクスチャーのオッセオインテグレーション喪失に関しては,下顎骨の解剖学的形態に基づく幅径変化および狭窄力が,フィクスチャー周囲へ及ぼす直接的あるいは上部構造体を介した間接的な負荷に起因するとの報告もあり,オトガイ孔後方に埋入されたフィクスチャーのオッセオインテグレーション喪失の原因を解明するためには,顎運動時,とくに偏心運動時および機能運動時の下顎骨幅径変化および狭窄力について解析する必要がある.そこで本研究では,インプラント補綴患者の顎運動測定を行うと同時に,オトガイ孔後方部に埋入された臼歯部インプラント間の幅径変化および狭窄力を測定し,下顎骨狭窄のメカニズムとフィクスチャーの動態を解析することによって,オッセオインテグレーション喪失との関連性を解明することを目的とする.本年度は,下顎左右側第一大臼歯部にブローネマルクインプラントを各1本(下顎左側第一大臼歯にはブローネマルクインプラントMark III 18 mm,下顎右側第一大臼歯にはブローネマルクインプラントMark III 15 mm)埋入し,同部を除いて天然歯を有する患者を被験者として選択し,機能運動時の下顎骨の幅径変化を測定した.その結果,前方滑走運動時,最大で58.9μmの下顎骨の幅径変化が生じた.次年度は,被験者数を増やすとともに,無歯顎患者の下顎オトガイ孔後方部に埋入された左右臼歯部インプラント間に生じる幅径変化を測定する予定である.本研究の目的は,インプラント補綴患者の顎運動測定を行うと同時に,オトガイ孔後方部に埋入された臼歯部インプラント間の幅径変化および狭窄力を測定し,下顎骨狭窄のメカニズムとフィクスチャーの動態を解析することによって,オッセオインテグレーション喪失との関連性を解明することである.本研究では、下顎左右側第一大臼歯部にブローネマルクインプラントを各1本(下顎左側第一大臼歯にはブローネマルクインプラントMark III 18mm,下顎右側第一大臼歯にはブローネマルクインプラントMark III 15mm)埋入し,同部を除いて天然歯を有する患者を被験者として選択した.まず,被験者のインプラント作業用模型歯列上に弾線を屈曲させて,レプリカ上に装着したゴールドシリンダーと弾線の両端を連結し,弾線の中央部にストレンゲージを接着させて歪み計を製作した.製作した歪み計を左右側インプラントのアバットメントに連結して,歪み測定と同時に,下顎切歯点における機能運動をナソヘキサグラフ(小野測器社製:現有)にて測定し,統計学的解析を行った.被験運動は,最大開閉口運動,前方滑走運動,左右側側方滑走運動,中程度の開閉口運動であった.

その結果,左右側インプラント間における幅径変化量の最大値と平均値は,最大開閉口運動では22.5μm,16.7±2.3μm,前方滑走運動では58.9μm,47.2±10.3μm,左側方滑走運動では13.8μm,12.4±1.4μm,右側方滑走運動では11.4μm,9.9±0.7μm,中程度の開閉口運動では21.6μm,5.5±5.8μmであった.また,幅径変化量は前方滑走運動,最大開口運動(16.7±2.3μm),左側方滑走運動(12.4±3.3μm),右側方滑走運動(9.9±0.7μm),中程度の開閉口運動(5.5±5.8μm)の順で大きかった(Mann-Whitney U test).
日本語ツリーバンク文法情報の精緻化

研究代表者が開発中のNINJAL Parsed Corpus of Modern Japanese (NPCMJ)は、文の意味を反映する統語構造(句構造)を付加したコーパスである。これにより、日本語の様々な構文の使用の実態を解明することができる。他方、NPCMJには、より正確で詳しい文法情報のアノテーションが求められている。本研究では、従属節主語の主節主題・主語からの継承、従属節の時制の解釈、および否定文のスコープと焦点、の3つの課題を取り上げ、NPCMJの検索を利用して真相に迫る。調査結果にもとづいてこれらの課題に関するアノテーション法を考案し、実際にアノテーションを行う。
絨毛細胞の分化を制御する転写因子の解析

最初にId-1遺伝子プロモーター(-1472bp)ルシフェレース遺伝子をRcho-1細胞に遺伝子導入し、正酸素下、低酸素下での未分化、分化による活性変化をルシフェレースアッセイを用いて検討した。正酸素下ではこの領域で分化に伴う転写活性の抑制が認められ、低酸素下では抑制が認められなかった。次に様々な長さのdeletion mutantを作成し、未分化状態における活性化の責任領域を検討した。-272bp-146bpに活性化部位が存在することが明らかとなった。この領域には、様々な転写因子の結合領域が存在する3領域(box1,2,3)が存在し、これらをもとにさらに短いdeletion mutantを作成したところ3つの領域すべてが、転写活性に関与することが明らかとなった。そこで3つの領域を1つずつ欠損したmutant(δ1,2,3)を作成し、どの領域が特に重要であるかを検討したところbox2領域(-203bp-179bp)が転写活性に特に重要であることが明らかとなった。box2には転写因子であるSP-1とNF-1の結合領域が存在しており、これらの因子が分化に伴うId-1遺伝子の転写制御に中心的役割をはたす可能性が考えられた。さらに分化した細胞にSP-1を過剰発現されると、Id-1遺伝子プロモーターは活性化され、SP-1がこのプロモーターの活性化に関与しうることが明らかとなった。現在、DAPAおよびEMSAを用いて、box2領域に結合する転写因子の解析・同定を試みている(以上の研究成果は、第76回日本内分泌学会総会、第11回日本胎盤学会総会、第55回日本産婦人科学会総会で発表)。なお、本年度購入予定であった3成分(N2-O2-CO2)インキュベーターは、医学部共同研究施設に代用可能な機種が導入されたため購入せず、その費用は薬品等の消耗物品購入に充当した。
強レーザー誘起多電子ダイナミクスにおける時間依存の一電子有効ポテンシャルの構築

強レーザー場中における原子・分子の多電子ダイナミクスとして、トンネルイオン化とそれに引き続いて起こる高次高調波発生の関係とその制御に関する理論的研究を行った。高次高調波発生は、トンネルイオン化により飛び出した電子がレーザー電場の反転に伴って約半周期後に親イオンと再結合することにより軟X線など入射波の高次の光を発生する現象である。これまでは、実験的なレーザー電場の半周期の情報の抽出や多電子系の理論計算の難しさのために、異核二原子分子の多電子ダイナミクスに関して明確な描像が得られていないのが現状であった。そこで、LiHとCO分子を対象に多配置時間依存Hartee-Fock法を用いて多電子ダイナミクスを数値的に求めた。解析には1次の縮約電子密度行列を対角化する分子軌道、つまり、自然軌道を用いた。自然軌道を用いると一体の物理量を各自然軌道からの寄与の和として表現することができ、多電子ダイナミクスの一体的な理解が可能となる。本研究では、自然軌道の一電子有効ポテンシャルの開発を行いトンネルイオン化や高次高調波発生の機構を詳細に調べた。本研究で開発した自然軌道の一電子有効ポテンシャルを求めることは、時間依存密度汎関数法における汎関数を第一原理的に求めることへもつながる重要な試みである。有効ポテンシャルを用いた解析から、LiHのHOMOでは、H原子核側のポテンシャル井戸が高くなったときにH付近に局在した電子がLi側へイオン化しやすいという描像が得られた。一方、COのHOMOでは、C側の井戸が低くなったときにC付近に局在した電子がC側へイオン化しやすいことが示された。以上より、分子によって異なるイオン化の異方性の機構が明らかとなった。この結果は、入射波の包絡線に対する搬送波位相を変化させることにより、トンネルイオン化や高次高調波発生への軌道ごとの寄与を制御できることも示唆している。28年度が最終年度であるため、記入しない。複雑な電子相関を含む強レーザー場中における多電子ダイナミクスを理解するために、適切に電子相関を取り込める多配置時間依存Hartree-Fock(MCTDHF)法を用いてシミュレーションを行い、自然軌道という一電子描像に基づいて解析している。1.MCTDHF法のプログラムに並列化を実装し、これまで対象としてきたH_2分子やLiH分子よりも多電子系であるCO分子の電子ダイナミクスを計算した。得られた結果から高次高調波スペクトルを求め、それを自然軌道ごとに分解して、各軌道の全スペクトルへの寄与を定量化した。CO分子の場合、HOMO(5σ)だけでなく、HOMO-1(1π)やHOMO-2(4σ)も寄与することがわかった。さらに、入射波の搬送波位相を変化させて計算を行い、イオン化の異方性を利用して各軌道の寄与を搬送波位相制御できることを見出した。2.多電子ダイナミクスを、電子相関をとりこみつつ視覚的に理解するために、自然軌道の運動方程式を駆動する一電子局所有効ポテンシャルを導出した。CO分子についてMCTDHF法で得られた自然軌道を使って有効ポテンシャルを計算したところ、レーザー電場の時間変化に伴ってポテンシャルが変形し、電子の動きと相関していることがわかった。ただし軌道によって発散する点があり、まだ全空間で滑らかなポテンシャルは得られていない。3.内殻電子のダイナミクスを調べるために、XUV領域(約20 nm)の自由電子レーザーを仮定したシミュレーションをLiH分子について行った。全電子エネルギーが電場とともに変化し、電場が切れたあとに保存することが確認できた。4.多電子ダイナミクスの自然軌道解析を化学反応に応用するために、NaH分子を対象に、擬交差を伴う光解離反応の半古典シミュレーションを行った。擬交差領域を通過する際に、非断熱遷移に関与する自然軌道同士がエネルギー交換を行っていることを明らかにした。プログラムに並列化を実装して、これまで行ってきたH_2やLiH分子よりも多電子系の実時間シミュレーションが可能になった。CO分子について電子ダイナミクスのシミュレーションを行い、高次高調波スペクトルを計算した。双極子モーメントを各自然軌道に関する和として表して、各軌道からの高次高調波スペクトルを求めた。また、搬送波位相を変化させて計算したスペクトルを比較したところ、軌道のイオン化の異方性を利用してスペクトル強度を制御できることを見出した。自然軌道の運動方程式を駆動する一電子有効ポテンシャルを、MCTDHF法によるシミュレーションから得られた自然軌道を用いて計算するプログラムを実装した。CO分子について有効ポテンシャルの計算を行ったところ、レーザー電場の時間変化とともにポテンシャルが変化して、電子ダイナミクスとの相関があることがわかった。しかし、全空間で滑らかなポテンシャルが得られておらず、今後発散する点の処理を行う予定である。XUVパルスを仮定した内殻電子ダイナミクスのシミュレーションをLiH分子について行った。全電子エネルギーがレーザー電場が切れたあとに一定となり、安定して時間発展できることを確認した。NaH分子の擬交差を伴う光解離反応の半古典シミュレーションを行い、これまで電子ダイナミクスの解析に用いていた自然軌道の時間依存化学ポテンシャルによる解析を行った。その結果、擬交差を通過する領域で、非断熱遷移に関与する軌道間でエネルギー交換を行っていることを明らかにした。これにより、電子と原子核のダイナミクスが相関する非断熱遷移の解析にも、自然軌道による解析が有用であることを示した。

強レーザー場中における原子・分子の多電子ダイナミクスとして、トンネルイオン化とそれに引き続いて起こる高次高調波発生の関係とその制御に関する理論的研究を行った。高次高調波発生は、トンネルイオン化により飛び出した電子がレーザー電場の反転に伴って約半周期後に親イオンと再結合することにより軟X線など入射波の高次の光を発生する現象である。これまでは、実験的なレーザー電場の半周期の情報の抽出や多電子系の理論計算の難しさのために、異核二原子分子の多電子ダイナミクスに関して明確な描像が得られていないのが現状であった。そこで、LiHとCO分子を対象に多配置時間依存Hartee-Fock法を用いて多電子ダイナミクスを数値的に求めた。解析には1次の縮約電子密度行列を対角化する分子軌道、つまり、自然軌道を用いた。自然軌道を用いると一体の物理量を各自然軌道からの寄与の和として表現することができ、多電子ダイナミクスの一体的な理解が可能となる。本研究では、自然軌道の一電子有効ポテンシャルの開発を行いトンネルイオン化や高次高調波発生の機構を詳細に調べた。本研究で開発した自然軌道の一電子有効ポテンシャルを求めることは、時間依存密度汎関数法における汎関数を第一原理的に求めることへもつながる重要な試みである。有効ポテンシャルを用いた解析から、LiHのHOMOでは、H原子核側のポテンシャル井戸が高くなったときにH付近に局在した電子がLi側へイオン化しやすいという描像が得られた。一方、COのHOMOでは、C側の井戸が低くなったときにC付近に局在した電子がC側へイオン化しやすいことが示された。以上より、分子によって異なるイオン化の異方性の機構が明らかとなった。この結果は、入射波の包絡線に対する搬送波位相を変化させることにより、トンネルイオン化や高次高調波発生への軌道ごとの寄与を制御できることも示唆している。2016年度は全空間において滑らかな一電子局所有効ポテンシャルを得るために、発散する点をロピタルの定理などを利用して処理する。得られたポテンシャルが、これまで行ってきた近赤外強レーザー場における電子ダイナミクスの解析に有用であることを示す。XUVパルス照射下におけるシミュレーションをLiHについて引き続き行い、内殻励起などの内殻電子ダイナミクスを求める。基底状態のポピュレーションや誘起双極子モーメントの時間変化と、内殻電子(1σ)の有効ポテンシャルの時間変化を比較する。レーザーパルスの波長や強度を系統的に変化させて、内殻電子がどのような力を受けて動いているかを明らかにする。近赤外光との相互作用とXUV光との相互作用における有効ポテンシャルの時間変化から、価電子と内殻電子の統一的な電子ダイナミクスの原理解明を目指す。28年度が最終年度であるため、記入しない。
網羅的SAGE解析とGICHIP開発による消化管癌の分子病態解明と診断応用

SAGE法を用いた消化管癌における網羅的遺伝子発現解析の内、5種類の胃癌についてSAGE解析を行い、38,903個のユニークtagを含む137,706発現tagを同定、世界最大のSAGEライブラリーを完成した(GEO accession number : GSE545)。胃癌と正常胃粘膜のライブラリーの比較及び定量的RT-PCR法により、APOC1,CEACAM6,YF13H12が高頻度に高発現し、早期癌と進行癌、原発巣と転移巣の比較から、FUS,CDH17,COL1A1,COL1A2,APOEが悪性度と相関することが確認された。さらに、胃癌特異的発現遺伝子候補をリストアップし、定量的RT-PCR法による実際の発現解析により、少なくとも8遺伝子が特異的に発現することを見い出した。SAGE法で抽出された遺伝子に、既知の癌関連遺伝子及び薬剤感受性のマーカー遺伝子を合わせた475遺伝子について、オリゴDNAアレイ(Ex-STOMACHIP)を作成、20例の胃癌組織について遺伝子発現を解析し、深達度、転移、組織型等を判別する有意な遺伝子群を抽出した。これらについて、定量的RT-PCR法にて多数症例について発現を検討し、発現レベルと臨床病理学的事項との関連を検証した。遺伝子多型解析については、約500例の血液DNA及び正常組織DNAを収集し、HER2やMMP-1などの既知遺伝子の多型と発癌や進展のリスクとの関連を明らかにした。さらに、SAGE法で新規に同定した胃癌で発現が抑制されている遺伝子CLDN18の5'UTRにG/AのSNPが存在することを見い出した。胃癌症例と健常対照症例におけるジェノタイプ解析を行ったところ、A/G及びG/G型が胃癌症例で有意に高頻度であり、ORは5.17(95%CI:2.01-13.3)であった。SAGE法を用いた消化管癌における網羅的遺歩子発現解析の内、まず、5種類の胃癌についてSAGE解析を行い、38,903個のユニークtagを含む137,706発現tagを同定しNCBIのdatabaseに登録・公開した(GEO accession number : GSE545)。胃癌と正常胃粘膜との比較において特に発現の異なる128tagについてクラスター解析を行い、すべての胃癌で共通して発現が亢進している遺伝子として、APOC1,CEACAM6,YF13H12が抽出された。また、SAGEdatabase中の15種類の正常組織libraryとの比較及びRT-PCR法により、少なくとも4個の新規胃癌特異的発現遣伝子が見い出された.さらに、早期癌と進行癌、原発巣と転移巣から得られたSAGE libraryの比較から、FUS, CDH17,COL1A1,COL1A2,APOEが悪性度と相関することが確認された。SAGE法で抽出された遺伝子に、胃癌の発生・進展に関連する既知の遺伝子及び薬剤感受性のマーカー遣伝子を合わせた475遺伝子について、SAGE databaseを基にクラスター解析を行ったところ、胃癌と他の癌との判別ができ、さらに、胃癌の種類や悪性度に対応する遺伝子群が同定できた。これをもとに胃癌の病態解析、遺伝子診断用のカスタムアレイEx-STOMACHIPを作成した。現在、SAGE法により食道癌の遺伝子発現プロファイルを解析中であり、大腸癌は準備中である。今後、多数症例を対象に発現解析を行い、発癌、浸潤、転移、予後情報との関連を検討する予定である。尚、遺伝子多型解析用SNP-

GICHIPによる症例対象研究に備えて約500例の血液DNA及び正常組織DNAを収集し、HER2やMMP-1などの既知遺伝子については、多型と発癌や進展のリスクとの関連を明らかにした。SAGE法により、世界最大のSAGEライブラリーを完成し(GEO accession no.GSE545)、胃癌の発生・進展に関与する多くの遺伝子を同定してきた。胃癌SAGEライブラリーとデータベース中の主要な12種類の正常臓器のライブラリーとの比較から、癌特異的発現遺伝子候補をリストアップし、定量的RT-PCR法による実際の胃癌と正常臓器における発現解析により、少なくとも8遺伝子が特異的に発現することを見い出した。これらについて、抗体作成、ELISA系の構築を行った。一方、SAGEライブラリーの比較から、胃癌において発現が低下あるいは消失している遺伝子をリストアップし、定量的RT-PCRによってClaudin-18(CLDN18)遺伝子が65%の胃癌で発現抑制されていることを見い出した。CLDN18遺伝子の5'UTRにG/AのSNPが存在することを新規に見い出した。胃癌症例(154例)と健常対照症例(304例)におけるジェノタイプ解析を行ったところ、A/GおよびG/G型が胃癌症例で有意に高頻度であり、ORは5.17(95%CI:2.01-13.3)であった。独自に作成したオリゴDNAアレイ(Ex-STOMACHIP)を用いて診断への導入について検討を行った。まず、SAGEで抽出した164の特異遺伝子とともに、既知の癌関連遺伝子、悪性度や薬剤感受性のマーカー遺伝子を含む合計で395遺伝子を搭載したアレイを作成した。20例の胃癌組織について遺伝子発現を解析し、T grade、N grade、Histologyなどを判別する有意な遺伝子群を抽出した。これらについて、定量的RT-PCR法にて多数症例について発現を検討し、発現レベルと臨床病理学的事項との関連を検証した。今後、そのいくつかについては、発現ベクターを作成し、生物学的機能について検討する予定である。
分子シミュレーションによる、DNA組換えをおこすモーター蛋白質の分子機構解明

本研究では、蛋白質RuvBが関与するホリデイ構造の分岐点移動の仕組みを明らかにすることを目的とする。ホリデイ構造モデルとしてRuvA8量体-2RuvB6量体-ホリデイ分岐DNA複合体のモデルを作成し、その分子シミュレーションを実行した。分子動力学は5ナノ秒以上実行した。ホリデイ構造モデルの全体運動を主成分解析したところ、RuvB6量体とDNAがカップリングして、DNAが移動するモードを観測することができた。更にDNAの組換えを誘導しながら、そのエネルギー面を解析するアンブレラサンプリングシミュレーションを実行した。X線立体構造では、ホリデイ分岐点付近に4つの不対塩基が観測されている。まず、DNA組換えの初期段階では、ホリデイ分岐DNAの伸縮ステムのホリデイ分岐点に近い塩基対の水素結合が壊れて新たに4つの不対塩基が生成されることで、合計8つの不対塩基が現れた。次に8つの内の4つの不対塩基がRuvAの酸性ピンと呼ばれる高度に保存されたグルタミン酸、アスパラギン酸と強く相互作用した構造をとった。この酸性ピンはホリデイDNAの分岐点を広げ分岐点移動を促進する役割を果たす重要な残基と考えられており、今回の解析でも酸性ピンの重要性が示唆された。さらにシミュレーションを続けると、4つの不対塩基は酸性アミノ酸から離れ、伸長ステムにおいて水素結合を形成した。この過程における自由エネルギー障壁は10-15kcal/mol程度であった。以上から、RuvBは自らの構造を変化させ、DNAを分岐点移動自由エネルギーの障壁を超えさせることで、分岐点移動をおこすと考えられる。DNAの組換えは生物にとって、ゲノムの複製や安定性を保つための普遍的なメカニズムである。そのなかで、モーター蛋白質RuvBは、DNA組換えを引き起こす蛋白質のひとつである。現在、モーター蛋白質の立体構造がX線結晶解析によって数多く解かれつつある。しかしながらモーター蛋白質が機能する際には、静的な立体構造における相互作用のみならずモーター蛋白質の動的なメカニズムが重要な役割を果たしている。本研究では、DNA組換えを引き起こすモーター蛋白質RuvBの動的メカニズムを分子動力学シミュレーションを用いて原子レベルで解明することを目指す。本年度は、初めにRuvA8量体-2RuvB6量体-ホリデイ分岐DNA複合体のモデル構造を作成した。複合体構造はX線結晶解析では解かれていないため、部分的に解かれている部分構造(RuvA、RuvB、ホリデイ分岐DNA)を組み合わせて複合体の初期モデル構造を作成した。モデル化された系の原子数は水分子を含めると約50万個となった。この大規模系の分子動力学シミュレーションを数5ナノ秒間実行した。RuvB6量体ではATPを加水分解しながら分岐点を移動させると考えられている。そこで、RuvBのATP結合型、ADP結合型、フリー型ついてRuvBとDNAとの相互作用を解析したところ、それぞれのRuvBについてはDNAの相互作用部位が異なることが示唆された。この相互作用の違いが、DNAを動かすために必要であると推定される。
肉牛生産における環境保全型畜産のための吸引通気式堆肥化システムの活用

【目的】堆肥過程で大量に発生する環境負荷物質の一つであるアンモニアを堆肥化過程で回収・資源化する吸引通気式堆肥化システムが開発された。このシステムは堆肥から発生するアンモニアを硫酸溶液中で薬液脱臭させ、硫酸アンモニウム(回収硫安)を生成するというものである。これにより環境汚染の抑制,処理コストの低減化や循環型農業につながるとされ,その普及に期待が寄せられている。これまでの研究では苦情件数が多い家畜種堆肥での試験が行われ、多くの成果が得られている。しかし、黒毛和種繁殖雌牛(以下、繁殖牛)を対象とする試験は行われていない。繁殖牛は他の家畜種と異なり稲ワラ、飼料米を中心とした稲体すべてを活用した地域循環型の家畜生産に結びつけることが可能である。そこで、本研究では繁殖牛から排出される生糞尿を用いて、堆肥過程での回収効率ならびに堆肥化特性を明らかにするとともに回収された回収硫安を実際に水稲肥料としての活用を想定し、栽培試験を行い,繁殖牛を主軸としたアンモニア資源循環に関する評価を行うことを目的とした。【試験I】繁殖牛堆肥を堆積型発酵堆肥槽に慣行区(30t)およびシステム区(30t)を投入し実模試験を行った。その結果,繁殖牛堆肥では慣行区に比較し,システム区が発酵温度において短時間で高温域に達し,堆肥化期間を短縮することが可能であると示唆された。さらに水分低下がシステム区で大きく,戻し堆肥等の家畜敷料への再利用や低水分化による取扱性向上に貢献するものと考えられた。【試験II】システムより得られた回収硫安を用いて栽培試験を行った。供試品種は,飼料用品種「ふくひびき」と食用品種「つや姫」を用いた。施肥は回収硫安と市販硫安を追肥肥料として散布し,その差を明らかにした。その結果,ふくひびきではモミ重において回収硫安が慣行区に比較し有意に多くなった。それ以外については処理間に差はなく,肥料としての有効性が明らかになった。以上から,繁殖牛堆肥は吸引通気式堆肥化システムを活用することにより,良質堆肥を短期間で作成することが可能であり,得られた回収硫安も市販硫安と同等程度の肥効があることが明らかになった。