hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
視線情報を取り込んだ色彩調和論の室内空間への適用

既往の実証的色彩調和論より高い精度で抽象的配色の好みを説明し得る手法を模索し、当初想定していた視線情報を手掛かりとする手法ではなく、評価の理由に着目する手法が抽象的3色配色の好みを説明するのに有効であることを示した。さらに、抽象的な配色とインテリアという具体的なカラーデザイン対象との印象の相違を明らかにした上で、評価の理由と対応する配色の特徴を表現したカラーデザインエイドのプロトタイプを作成した。本研究は、これまでの実証的色彩調和論と比較して、色彩調和(配色の好み)をより高い精度で説明する予測式を作成すること、およびその知見をベースに、インテリア配色の好みを同程度に高い精度で説明する予測式を作成することを目的としている。初年度に当たる平成26年度は、抽象的配色の好みの予測式作成を目指した。作成に当たっては、色彩の効果の変化を捉えることが必要だと考え、視線情報からシチュエーションをグルーピングするための予備的な実験を実施した。しかし、注視という現象が複数の意味を持つことが示唆される結果が得られたため、視線情報によるグルーピングを一旦棚上げし、評価の理由によりグルーピングするという方略に切り替えた。その結果、高い精度で予測することに可能性があることが明らかとなり、実験に用いた120サンプルの3色配色の好ましさを構成色3属性を用いて予測た結果、既往文献で提案されている式より高い精度を示した。初年度に当たる平成26年度に評価の理由を用いた配色の好み表現に可能性を見出した。そこで平成27年度は、全体の評価数を600程度に抑えつつも、システマティックに構成したサンプルを用いて配色の好ましさと関連する理由、その理由が挙げられる配色の特徴を探求した。その結果として、トーンの組み合わせの効果と、それだけでは表せない色相の特徴という2段階の表現に可能性が見られることが明らかとなった。この表現方法は、配色サンプルの特徴→その特徴の解釈→配色の好ましさ評価という評価構造を外在化させることができるため、デザイナー等の利用者にも理解しやすいというメリットがある。配色の好みを、これまでの研究よりも高い精度で説明するための手掛かりが得られたため、おおむね順調に発展していると判断した。それは当初予定していた視線情報を取り入れたものとはなっていないが、システマティックなサンプルを用いた表現にまでたどり着いているため、視線情報の活用が課題となっていることをもって遅れているとは考えていない。視線情報の活用については、今年度の課題で解析を実施する。本研究は、これまでの実証的色彩調和論と比較して、色彩調和(配色の好み)をより高い精度で説明する予測式を作成すること、およびその知見をベースに、インテリア配色の好みを同程度に高い精度で説明する予測式を作成し、カラーデザインエイドのプロトタイプを作成することを目的としている。初年度に当たる平成26年度には、3色で構成された抽象的配色120サンプルを用いた評価実験を実施し、評価の理由を用いた配色の好み表現に可能性を見出した。平成27年度には、システマティックに構成した685サンプルの評価結果を用いて、配色の好ましさと関連する理由、およびそれらの理由が挙げられる配色の特徴を探求した。平成28年度は、そのサンプル数を増やし、トーンの組み合わせの効果と、それだけでは表せない色相の特徴という2段階の表現に可能性が見られることを明らかにした。平成28年度は、インテリアの印象を表す用語を検索語としてインターネット上から収集した画像をベースに3種類の評価実験を実施した。呈示したのは、1収集したインテリア画像、2そこから抽出した配色を用いてカラーシミュレーションしたインテリア模型画像、3カラーシミュレーションした抽象的配色画像である。これらの比較を通じ、好みの印象がどのように変化するかを把握し、その要因について考察した。当初、視線情報を配色の好み判断のメカニズムを切り分ける手掛かりとすることを考えていたが、抽象的配色画像、インテリア模型画像共に充分な対応関係を見出すことができなかった。配色の好みを、これまでの研究よりも高い精度で説明するための手掛かりが得られたため、おおむね順調に発展しているとも考えられる。しかし、それは当初予定していた視線情報を取り入れたものとはなっていない。視線情報の活用が課題となっているため、そのタスクが当初予定より増えた分を遅れと捉えることもできるため、「やや遅れている」との自己評価とした。この課題については、今年度継続して解析を実施していく。本年度は、インテリアの配色評価を表現することを目的として、以下の3点のテーマを定め、研究を推進していく予定である。(1)視線情報の解析:予備的な実験の結果から、抽象的配色の場合は、視線情報から配色の構成色の重要度を算出することは難しいと判断した。

しかし、インテリアについては、床の色やそれと家具の色のマッチングが優勢なケースと、壁の色やそれと家具の色のマッチングが優勢なケースの存在を示唆する結果が、以前実施した研究において得られている。このことから、上述の傾向を視線情報データを用いて検証してみたい。(2)評価の理由を媒介変数とした構成色3属性による配色の好みの表現:インテリアという具体的な対象物においても、評価の理由を媒介変数とした配色の好みの表現が有効であるかを確認する。また、用いられる評価理由の差異を見ることで、抽象的配色とインテリアに求められる雰囲気の違いについても検討していきたい。(3)総括:既往研究との比較を通じて、抽象的配色とインテリアという具体物の配色を評価の理由で表現することの意味を明らかにし、本研究の成果を位置づける。また、視線情報の解析を通じて、その意味と研究での活用方法についてもまとめていきたい。色彩計画、環境心理学本年度は、以下の3点のテーマを定め、研究を推進していく予定である。(1)視線情報の解析:前述のように、抽象的配色の場合、視線情報から配色の構成色の重要度を算出することは難しいと予備的な実験の結果から判断した。しかし、配色の理由を訊ねる評価実験においても視線情報を収集しており、その解析を実施することで、視線の滞留、移動、そのスピード等が表現する意味を整理して示す可能性は残されている。本年度は、その解析を実施することを考えている。(2)評価の理由を媒介変数とした構成色3属性による配色の好みの表現:昨年度実施した実験では、サンプルは120サンプルに過ぎなかった。また、実際に利用できる予測式を作成するという立場から、身の回りに存在する配色を代表する配色をサンプルとしたが、それは配色の偏りを意味してもいる。本年度は、サンプル数を増やして予測式を適用できる範囲を拡大すると共に、システマティックな色選択を取り入れることにより、変数の変化が配色の好み評価に及ぼす影響が大きく変化する転換点を明確にしていく。(3)インテリアの色彩調和判断と視線の関連についての予備的な調査:以前実施したインテリア模型の印象評価実験から、家具および床面を注視する傾向があるとの仮説を持っている。そのような視線の集中が見られるかどうかを、模型もしくは画像を用いた実験を実施し、予備的に調査する。主に実験者謝礼と解析者謝礼を抑制できたため。実験者への謝礼を抑制することができたため。平成28年度に発表を予定している国際色彩学会のInterim Meeting(AIC 2016)がチリ(サンティアゴ)で開催される。予算として見込んでいた旅費・参加費では不足するため、そこに充当する。実験協力者への謝礼に使用する。
近現代日本における籐家具のデザインと技術の体系化

籐家具は、自然素材を活用し、夏涼しく、軽量で持ち運びし易いため、高温多湿で、高齢化が進んだ現代日本住居に適した家具である。本研究では、籐家具メーカー、百貨店・家具小売店等を訪問し、現存する籐家具現物・製品カタログ・販売促進物・記録写真・実際の作業工程等を徹底的に調査するとともに、籐家具のデザインと技術に関する国内外の図書を渉猟して、近現代日本の籐家具のデザインと技術を系統立てて明らかにする。本研究の成果により、日本のデザイン史研究が進展するとともに、籐家具の新たなデザインと技術の開発が活発化するものと期待される。
芸道の継承教育におけるノン・バーバルコミュニケーションに関する実証的研究

本研究の目的は、芸道の継承教育におけるノン・バーバルコミュニケーションについての具体的検証にある。すなわち、カンやコツの獲得を主体とした芸能の伝承内容(教授内容)がノン・バーバルな方法・形態によってどの程度正確に伝えられているのか、正確に伝えられているとすればその核心は何なのかを明らかにすることである。「継承教育」(それを構成する口承の教育あるいは口伝による伝達行為を含めて)の実態を探るに残された道は、家元クラスの教授場面の観察・分析かあるいは実際に口承・口伝による継承教育を行なっている分野でのその場面の観察・分析ということになる。本研究では、前者を研究分担者の畑野裕子が担当(「日本舞踊の継承教育におけるノン・バーバルコミュニケーションの実実証的検証-山村流(上方舞)の現家元六世山村若氏へのインタビューを骨子として-」)し、後者を研究代表者の安部崇慶が担当(「仏法伝授におけるノン・バーバルコミュニケーションの役割-真言宗の四度加行を事例として-」)した。安部論文では、(1)芸道における継承とその意味、(2)芸道と真言密教の関係、(3)灌頂と四度加行の起源と意味、(4)現在の四度加行と口伝の実際、(5)仏法伝授におけるノン・バーバルコミュニケーションの意味と役割、の五点からノン・バーバルコミュニケーションの実証的アプローチを試みている。畑野論文でも(1)インタビュー、(2)上方舞、(3)山村流の稽古、(4)芸道の啓継承、四点から家元クラスの「継承教育」の実態を実証的に検証している。その際、(1)ノン・バーバルコミュニケーションとしての口承の教育の実効性を検証すること、(2)実効性の判断に動作解析等の観点を取り入れたこと、(3)比較対照のため3年間に亘っての観察と記録化を図ったこと、の三点に留意した。《平成10年度》の研究進捗は、ほぼ予定通りで順調である。○芸能の成立及びその背景に関する検討と神事芸能の記録各地を代表する芸能の成立及びその背景に関する歴史的研究の基礎資料の収集を行なった。本年度の資料調査地は、東京、九州、和歌山県、山形県、愛知県、である。神事芸能の記録は、兵庫県社町上鴨川住吉神社の「神事舞」を中心とした。○日本の伝統的舞踊における踊り手と観客相互のノン・バーバルコミュニケーション形成に関する検討○研究成果報告書の作成平成12年度には、3ヶ年の研究成果を「研究成果報告書」として刊行する。《平成11年度》の研究進捗は、ほぼ研究計画の予定通りで順調である。○芸能の成立及びその背景に関する検討と口承の教育についての検討前年度に引き続き、各地を代表する芸能の成立及びその背景に関する歴史的研究の基礎資料の収集を行なった。また、本年度の大きな成果は上記「口承の教育」の実態を仏教の伝法行為における口伝の実際を体験観察したことである。真言宗醍醐派総本山醍醐寺(京都市伏見区)において門外不出の「四度加行」並びに「伝法灌頂」における口伝の在り様を記録することができた。○日本のパフオーマンスにおける振り付けに関する検討○研究成果報告書の作成平成12年度には、3ケ年の研究成果を「研究成果報告書」として刊行する。

すなわち、カンやコツの獲得を主体とした芸能の伝承内容(教授内容)がノン・バーバルな方法・形態によってどの程度正確に伝えられているのか、正確に伝えられているとすればその核心は何なのかを明らかにすることである。「継承教育」(それを構成する口承の教育あるいは口伝による伝達行為を含めて)の実態を探るに残された道は、家元クラスの教授場面の観察・分析かあるいは実際に口承・口伝による継承教育を行なっている分野でのその場面の観察・分析ということになる。本研究では、前者を研究分担者の畑野裕子が担当し、後者を研究代表者の安部崇慶が担当した。畑野は、自身が舞踊家であり、家元クラスからの「継承教育」の体験者でもある。インタビューを基にした論考にもそれが活かされている。安部は、実際に口承・口伝による継承教育を行なっている数少ない事例である真言密教の「四度加行」を本研究期間中に体験した。いずれにせよ、両論文ともに本研究の眼目である、ノン・バーバルな「継承教育」に関する実証的アプローチを試みようとした点において共通の姿勢をとっている。付記すれば、なかなか公開困難な事例(場合によっては拒否される)をこうして論文にまとめることが出来たのも関係各位(諸事情あって一々のご芳名をあげられないが)のご協力の賜物である。○研究成果報告書の作成以上、3ケ年の研究成果を「研究成果報告書」として平成13年3月に刊行した。
顎関節滑液中のマトリックスメタロプロテアーゼ酵素活性及び抗体法による定量評価

近年、、顎関節症などの関節内での炎症を伴う関節疾患において、関節滑液中に存在する蛋白分解酵素であるマトリックスメタロプロテアーゼ(MMPs)が軟骨破壊に関与する可能性が提唱されている。われわれは顎関節症患者より採取した、滑液について蛍光気質ペプチドを用いたMMPs活性測定を行い、エンザイモグラフィー法によるMMPs活性測定ならびにウエスタンブロット法による解析結果を比較検討することにより、本測定法の有用性を検討した。その結果、顎関節症患者滑液中には、潜在型MMP-1、活性型MMP-2、潜在型および活性型MMP-3が検出され、特に活性型MMP-3を有する検体においては、蛍光基質ペプチド分解活性が高い値を示すことから、活性化したMMP-3の増加に伴う蛍光基質ペプチド分解活性の亢進が起こっていると考えられた。顎関節症患者の中でも、顎関節部疼痛、顎関節滑液の貯留および顎関節腔の鏡視所見において滑膜炎が認められた症例において、活性型MMP-3増加に伴う蛍光基質ペプチドの分解活性が亢進が認められた。また、Wilkesらの顎関節内障の病期分類別では、顎関節内障初期の顎関節部疼痛および骨構成体の変形を認めない症例、ならびに後期の明らかな骨構成体の変形を認めた症例に比べ、顎関節内障中期の顎関節部疼痛を有し、かつ顎関節の骨構成体の明らかな変形を伴わない、復位のない関節円板前方転位例において、本活性の亢進が有意に高い傾向があった。このことから、本活性が顎関節における炎症と密接に関連し、活性型MMP-3は関節炎のマーカーとなりうることが示唆された。そして、本活性を定量的に測定する手段として、蛍光基質ペプチドを基質としたMMp活性測定法は有用であることが示唆された。近年、炎症を起こした関節の滑液中には、蛋白分解酵素である活性化されたマトリックスメタロプロテアーゼ(MMP)が検出されることから、顎関節症の発症にMMPが関与する可能性が提唱されつつある。われわれは、顎関節症患者より採取した滑液について蛍光基質ペプチドを用いたMMP活性の測定を行い、エンザイモグラフィー法およびウエスタンプロット法による解析結果と比較検討することで、本測定法の有用性を検討した。顎関節症患者より採取した滑液において蛍光基質ペプチド分解活性の亢進が認められた。この活性亢進は、顎関節部疼痛や顎関節滑液の貯留を認めた症例において有意に高いことから、本活性が顎関節炎と密接に関連することが示唆された。ウエスタンブロット法により顎関節滑液中に潜在型MMP-1、活性型MMP-2、潜在型および活性型MMP-3の存在が示された。特に活性型MMP-3を有する検体では、蛍光基質ペプチド分解活性も非検出群に比べて高い傾向を示すことから、顎関節症患者の滑液中には少なくとも活性化したMMP-3の増加に伴う蛍光基質ペプチド分解活性の亢進が起こっていると考えられた。さらに、活性型MMP-3は顎関節に炎症所見を認める検体に多く検出されたことより、活性型MMP-3は顎関節における炎症マーカーとなりうることが示唆された。蛍光基質ペプチドを基質としたMMP活性測定法は、顎関節症における関節炎マーカーとしてのMMP活性を測定する手段として有用であることが示唆された。近年、顎関節症など関節内での炎症を伴う関節疾患において、関節滑液中に存在する蛋白分解酵素であるマトリックスメタロプロテアーゼ(MMPs)が軟骨破壊に関与する可能性が提唱されている。

平成10年度に引き続き、われわれは顎関節症患者より採取した、滑液について蛍光基質ペプチドを用いたMMPs活性測定を行い、本測定法の有用性について検討した。ウエスタンブロット法により、顎関節症患者滑液中には、潜在型MMP-1、活性型MMP-2、潜在型および活性型MMP-3が検出され、特に活性型MMP-3を有する検体においては、蛍光基質ペプチド分解活性が高い値を示すことから、活性化したMMP-3の増加に伴う蛍光基質ペプチド分解活性の亢進が起こっていると考えられた。顎関節症患者の中でも、顎関節部疼痛、顎関節滑液の貯留および顎関節腔の鏡視所見において滑膜炎が認められた症例において、活性型MMP-3増加に伴う蛍光基質ペプチドの分解活性が亢進が認められた。また、Wilkesらの顎関節内障の病期分類別では、顎関節内障初期の顎関節部疼痛および骨構成体の変形を認めない症例、ならびに後期の明らかな骨構成体の変形を認めた症例に比べ、顎関節内障中期の顎関節部疼痛を有し、かつ顎関節の骨構成体の明らかな変形を伴わない、復位のない関節円板前方転位例において、本活性の亢進が有意に高い傾向があった。このことから、本活性が顎関節における炎症と密接に関連し、活性型MMP-3は関節炎のマーカーとなりうることが示唆された。そして、本活性を定量的に測定する手段として、蛍光基質ペプチドを基質としたMMP活性測定法は有用であることが示唆された。
イオン液体耐性細菌のゲノム解読と耐性機構の解明、有用酵素の開発

イオン液体は常温で液体の有機塩であり、既存の水系・有機系溶媒に換わって生体触媒の新たな反応溶媒として注目される。しかしイオン液体による細菌宿主の生育阻害や酵素の失活が問題であり、解決策が模索されている。本研究では、親水性イオン液体[BMIM][Cl]耐性Bacillus amyloliquefaciens CMW1を発見した。10% (631 mM) [BMIM][Cl]で多くの細菌は生育できないが、本菌株は良好に生育した。ゲノムDNAを解読して、細菌のイオン液体耐性に関与する遺伝子を推定した。本菌株のプロテアーゼは各種イオン液体に耐性を示し、塩耐性、アルカリ耐性、有機溶媒耐性をも示した。親水性イオン液体を溶媒に用いた有用物質の生産技術が注目されているが、親水性イオン液体は酵素を失活させて細菌の生育を阻害する。そのため親水性イオン液体を溶媒に用いた微生物変換系の開発には困難がある。そうした中、イオン液体耐性酵素を生産する親水性イオン液体[BMIM][Cl]耐性・耐塩性Bacillus amyloliquefaciensCMW1を発見した。本研究では本菌株を用いて、細菌と酵素の[BMIM][Cl]耐性機構の解明、耐性酵素の開発を目的とした。現在まで、グラム陽性細菌のイオン液体耐性機構は不明である。そこで本研究で見いだしたBacillus amyloliquefaciens CMW1のゲノムDNAを解読した。ゲノムDNAライブラリーを構築して、DNA断片の塩基配列を決定した。得られたリードはアセンブルとギャップクローズを行い、ゲノムDNA 3.9 Mbpの塩基配列を決定した。その後、アノテーションを行い、タンパク質をコードする遺伝子候補9175個を見いだした。高塩濃度環境は、通常の微生物には殺菌的な環境である。耐塩性細菌はこのような特殊な環境で生育する。本研究では、耐塩性細菌を活用して、新たな物質変換技術の開発を目的とする。イオン液体は常温で液体の有機塩であり、親水性イオン液体と疎水性イオン液体に分類できる。現在、イオン液体を溶媒として化学製品群、医薬品などの生産技術が開発されつつある。我々は、親水性イオン液体[BMIM][Cl]耐性・耐塩性Bacillus amyloliquefaciensCMW1を独自に発見している。そこで、本菌株と酵素の[BMIM][Cl]耐性機構の解明、さらに耐性酵素の開発を目的とした。現在まで、Bacillus属細菌のイオン液体耐性機構は不明である。そこで、H26年度には本菌株のゲノムDNAを解読し、タンパク質をコードする遺伝子9175個を見いだした。さらにイオン液体耐性Enterobacter lignolyticus SCF1との遺伝子の比較、さらに補償溶質添加培養実験によって、B. amyloliquefaciens CMW1の[BMIM][Cl]耐性には、浸透圧に対する応答が関与していることを示した。H27年度には、B. amyloliquefaciens CMW1がコードするイオン液体耐性プロテアーゼ(BapIL)遺伝子を単離した。さらに本酵素の大量生産条件と本酵素の精製条件を検討した。その結果、新規な親水性イオン液体[BMIM][Cl]耐性プロテアーゼを精製酵素画分として得ることができた。これに加えて、D-アラニン-D-アラニンリガーゼ(DDL)遺伝子、抗菌ペプチド遺伝子(BacIId)を見いだして、異種発現系を構築できた。以上の研究実績は、各種学会にて報告した。本研究では、すでに親水性イオン液体[BMIM][Cl]耐性・耐塩性Bacillus amyloliquefaciensCMW1を独自に見いだしている。さらに本菌株は、[BMIM][Cl]存在下で、良好なタンパク質分解活性を示した。昨年度にゲノム解読を行っているため、本年度は本菌株から有用遺伝子の探索を試みた。具体的には、タンパク質の代謝経路に注目して、イオン液体耐性プロテアーゼ遺伝子(BapIL)、D-アラニン-D-アラニンリガーゼ(DDL)遺伝子、抗菌ペプチド遺伝子(BacIId)を見いだした。BapILは精製を行い、諸性質を解明した。DDLとBacIIdは、異種発現系を構築できた。研究成果は、各種学会にて報告できたことから、判断した。そこで、H26-H27年度には本菌株のゲノムDNAを解読し、タンパク質をコードする遺伝子9175個を見いだした。B. amyloliquefaciensCMW1の[BMIM][Cl]耐性には、浸透圧に対する応答が関与していることを示した。B. amyloliquefaciensCMW1がコードするイオン液体耐性プロテアーゼ(BapIL)遺伝子を単離した。新規な親水性イオン液体[BMIM]

[Cl]耐性プロテアーゼを精製酵素画分として得た。これに加えて、D-アラニン-D-アラニンリガーゼ(DDL)遺伝子、抗菌ペプチド遺伝子(BacIId)を見いだして、異種発現系を構築できた。H28年度には、各酵素や抗菌ペプチドの諸性質を検討した。特に親水性イオン液体[BMIM][Cl]耐性プロテアーゼの諸性質を検討して、イオン液体耐性には塩耐性、アルカリ耐性が関与することを示した。また抗菌ペプチドを用いて、抗菌スペクトルや抗菌活性に関与するアミノ酸を推定した。以上の研究実績を取りまとめて論文で報告した。イオン液体は常温で液体の有機塩であり、既存の水系・有機系溶媒に換わって生体触媒の新たな反応溶媒として注目される。しかしイオン液体による細菌宿主の生育阻害や酵素の失活が問題であり、解決策が模索されている。本研究では、親水性イオン液体[BMIM][Cl]耐性Bacillus amyloliquefaciens CMW1を発見した。10% (631 mM) [BMIM][Cl]で多くの細菌は生育できないが、本菌株は良好に生育した。ゲノムDNAを解読して、細菌のイオン液体耐性に関与する遺伝子を推定した。本菌株のプロテアーゼは各種イオン液体に耐性を示し、塩耐性、アルカリ耐性、有機溶媒耐性をも示した。今回、親水性イオン液体耐性グラム陽性細菌についてゲノム解読を行った。親水性イオン液体へのグラム陰性細菌の耐性機構と比較することで、グラム陽性細菌の親水性イオン液体耐性について明らかにすることができた。実施内容の一部を学術誌(査読あり)に発表することができた。以上から、おおむね順調に進展していると判断した。親水性イオン液体[BMIM][Cl]は、難水溶性バイオマスを溶解できるため有用性が高い。しかし、低濃度で大腸菌や枯草菌の生育を阻害し、酵素を変性および失活させる。そのため、既存の菌株からの[BMIM][Cl]耐性酵素の探索は困難であり、高濃度[BMIM][Cl]耐性酵素は未開発である。これまで本研究では、親水性イオン液体耐性B. amyloliquefaciens CMW1のイオン液体耐性について検討した。さらに、ゲノムDNAを解読し、多数の酵素遺伝子を見いだした。そこで今後は、イオン液体耐性を示すプロテアーゼ、D-アラニン-D-アラニンリガーゼなどを用いて、酵素のイオン液体耐性を解明する。以上から、当初の目的である、本菌株と酵素の[BMIM][Cl]耐性機構を解明し、さらに耐性酵素の開発を行う。これに加えて、親水性イオン液体耐性B. amyloliquefaciens CMW1のゲノム情報の有効活用を目的として、遺伝子配列から推定した新規な抗菌ペプチドの活性検出を試みる。応用微生物学親水性イオン液体[BMIM]
半導体スピンプローブにおけるスピン制御と応用

計画書に書いた実施予定測定対象を選ばない汎用のスピン偏極走査型トンネル顕微鏡には、試料との磁気双極子相互作用の小さな探針が必要とされる。本研究では、スピン偏極電子が励起されたGaAsに注目し、その基礎物性と応用に関する研究を行った。1.円偏光エバネッセント光の発生とGaAs探針先端部の局所スピン偏極電子励起GaAs半導体プローブ先端部での偏極電子状態について研究を行う必要がある。先端部での局所励起を実現するためにエバネッセント光を利用する。円偏光したエバネッセント光を発生するために、2つの直交する直線偏光を2つの直交する方向にプリズムに入射し、プリズム上に周期的な回転エバネッセント場を発生させる光学系の構築を行った。またインチワームを用いた粗動機構、分光器により先端部のルミネセンス測定装置、プリズム表面と探針先端の距離を制御するための制御回路を作成した。探針先端部での発光は確認できたが、室温での実験では発光効率が悪く円偏光解析まで至っていないが、若干の改良により円偏光解析が可能となる。2.σドープGaAsヘテロ構造内でのスピン緩和の測定半導体内での小数キャリアのスピン緩和時間を制御することはSP-STMのスピンプローブ応用に関してだけはなく、スピンエレクトロニクスへの応用に関しても重要である。σドープGaAs/AlGaAs構造を作成し、井戸構造とスピン緩和時間の関係について実験を行い、最も緩和時間が長くなる構造を実験的に明らかにした。これは高効率のスピンプローブの開発を行う上での基礎データとなるものである。3.Fe(001)/MgO(001)薄膜を用いたスピンプローブの性能評価平坦でよく定義された磁性体表面を得るために、MgO基板上にエピタキシャル成長するFe薄膜の作成条件について詳細に調査した。その結果、適切な基板温度と膜厚にすることで、平坦なテラスを持つアイランドが得られることを発見した。表面は2×2の原子配列であり、これらが酵素などの吸着物である可能性が小さいことも確認した。この表面を用い、薄膜化したGaAsスピンプローブでスピン偏極トンネル電流の検出を行ったところ、スピン依存の電流と思われる電流変化を検出した。
特発性門脈圧亢進症の病態解析

human connective tissuegrowthfactor(CTGF)のcDNAをコスミドベクターのE1領域に導入することによりCTGF組み換えアデノウイルス(adeno-CTGF)を作成した。7週齢Wister系雄性ラットにadeno-CTGFおよび大腸菌のβ-galctosidase遺伝子を導入したコントロール用アデノウイルスベクタ-を静注し、経時的に肝組織を採取した。CTGFは投与3日目に肝に発現していたが7日目には認められず、肝での発現は一過性であった。肝組織を用いたGeneChipによる網羅的遺伝子発現の解析では線維化に関する遺伝子発現は3日目、7日目共に亢進していた。
阪神・淡路大震災と東日本大震災避難所資料の所在調査と比較に関する研究

1995年の阪神・淡路大震災時に設営された避難所に関連する震災資料の所在調査及び内容分析を実施し、避難所の運営・管理・学校教育現場との関係などを主眼に研究を進めた。同時に、2011年の東日本大震災時の避難所関連震災資料に関する調査を進め、大都市で発生した直下型地震災害時の避難所と、津波災害を伴う地震災害時の避難所に関する震災資料の所在調査及び特徴を比較検討することを試みた。未だ現代文書であり、歴史学や史料学上の「史料」としての範疇に入らない震災資料について、震災資料の史料学的価値及び研究視座を提示した。中間年(平成25年度)は、神戸市教育委員会及び神戸市立小学校校長会・神戸市立中学校校長会の支援と協力のもと、本格的に神戸市内の公立小学校及び中学校に保管されていると予測される阪神・淡路大震災時の震災資料に関する本格的な所在調査及び資料調査を実施した。2000・2001年度に、兵庫県が兵庫県下の震災資料を悉皆調査し、その多くが阪神・淡路大震災記念人と防災未来センターの所蔵になっている。しかし、数多くの神戸市内の学校園には、未だ未調査の震災資料が多く保管されている現状を把握することができた。なお、人と防災未来センター資料室からは、公開・非公開の震災資料の悉皆調査の許可を得て、ほとんど未調査の状況にある震災資料の調査を進めることができた。作業工程は、現地での簡単な資料調査を経て発見した資料を大学の研究室に一時借り出しをする形態で、整理・分類作業を行い、返却している。当時、広大な面積が焼失した神戸市長田区内の神戸市立地域人材支援センター内で、「神戸ながた震災学習研究会」を立ち上げ、当時の避難所の状況について、市民とともに学ぶ体制を整えた。上記の作業と平行して、新潟県中越地震被災地・長岡市の震災資料についても、比較検討するため、公開・非公開を含めた震災資料調査の許可を得ることができた。東日本大震災域の震災資料の状況について、東北大学をはじめ、名取市、山元町などに調査を実施したが、震災資料保存に関しては、未だ緒についたばかりの状況であることが判明している。今後、名取市震災記録室との連携を図るとともに、東北3県の小・中学校の記録誌をベースに調査ができる環境を整えた。兵庫県立人と防災未来センター震災資料室所蔵震災資料(約17万点)のうちから、避難所関係分について、悉皆調査を開始した(人と防災未来センター許可済み)。初年度は、神戸市長田区及び兵庫区・須磨区関係震災資料の調査を完了した。神戸市教育委員会の支援を受けて、神戸市内学校園に保管されている震災資料の悉皆調査を開始した。神戸市小学校校長会の了解を得て、小学校に関してはすべての小学校を調査対象とする。また、中学校については、20校を調査対象に調査を実施する計画を神戸市中学校校長会で了解を受けた。調査済み震災資料のうち、本研究のために複写版作成が許可された震災資料については、副本を作成し調査不備などの再調査に備えることとし、順調に調査を継続している。特に、神戸市立駒ヶ林中学校に保管されていた震災資料(ダンボール箱5個分)をはじめ、神戸市立真陽小学校が保管している震災資料の調査及び避難所リーダー保管資料・当時ボランティア保管資料・当時小学校PTA会長保管資料などの調査を経て、学校園の様相を総合的に把握できるようになった。東日本大震災被災地へのアプローチとして、宮城県名取市が収集・保管している避難所資料の把握を行うことができた。また、仙台市・宮城県山元町などに対するアプローチを通じて、被災地自治体における震災資料保存の動きが非常に鈍いことが判明した。そのため、東北大学災害科学国際研究所や国立国会図書館が作成中(一部、公開)の東日本大震災アーカイブズの調査を行った。しかし、個人情報保護などの関係から、歴史学でいう一次史料の調査はできなかった。本年度は、最終年度として、2年間実施した震災資料(特に、避難所関係資料)の整理及び目録作成作業を実施した。阪神・淡路大震災から20年を経過してこともあり、自治体による20周年事業なども実施され、一定の関心を惹起するなかでの研究環境であった。そのため、神戸市域の小学校及び中学校に所在するであろう震災資料の調査を、各校長会の協力のもと円滑に実施することができた。その成果は、神戸学院大学人文学部紀要に公表した(3編)。研究目標の1つである、東日本大震災被災地における避難所の様態については、被災地の自治体(仙台市、名取市、亘理郡山元町、石巻市など)を調査した。しかし、震災から3年という復旧・復興過程のなかでの調査であり、震災資料の残存が極端に少ないことを調査知見として得ることができた。また、宮城県図書館における震災資料の集積及び調査概要を調査し、ここでも避難所関係資料の収集が極端に少ないことを指摘することができた。

以上の成果及び調査過程をもとに、2014年10月に開催されたが人文学会(神戸学院大学)において研究成果を、史料学的観点から口頭発表した。神戸学院大学の管理サイトのなかに開設。日本史学・史料学1人と防災未来センターや神戸市などの全面的な協力関係を構築できたため、未調査資料の発見や震災資料の悉皆調査を集中的に実施できる環境を形成できたため。2震災資料を、市民とともに検討・分析する場として、「神戸ながた震災学習研究会」を構築できた。そのため、より具体的に、避難所などの様態について深く分析できる環境を整えることができたため。3新潟県中越地震被災地・長岡市との連携を開始することができたため。4東日本大震災被災地における震災資料の保存状況や問題意識について、ある程度の傾向を把握することができるよゔちなったため。阪神・淡路大震災後17年を経過し、関係資料などの散逸や保管場所が不明になるなど、当時の避難所関係資料の捜索と調査は困難を極めると認識していた。しかし、2年前の東日本大震災の経験を踏まえ、近い将来に発生が予測されている南海トラフに起因する大規模地震災害に向けた当時の震災資料の活用が急務であることが、神戸市など阪神・淡路大震災被災地では共通認識になってきている。そのため、兵庫県立人と防災未来センター震災資料室所蔵震災資料の悉皆調査についても、制限を受けず悉皆調査を許可された。また、神戸市教育委員会も本研究の緊急性及び有効性を認識されて、積極的な支援を受けることができた。そのため、神戸市内の学校園が保管していると予測される17年前の震災資料についても、積極的な調査強力を受けることができている。東日本大震災避難所資料に対するアプローチについては、自治体へのアプローチをより積極的に深める必要を認識しているが、国立国会図書館や東北大学などの強力や助言を受けて、着実に成果をあげつつある。最終年度の研究の方向性2015年1月17日は、兵庫県南部地震発生から20周年目にあたる。そのため、震災後20年を経過するなかで、若い世代が如何に震災の「記録」・「記憶」を継承していくかが、課題として認識されつつある。本研究は、このような状況下で、最も進んだ研究進捗状況にあると判断している。本年度4月より、「震災資料研究会」を若い世代とともに結成し、19年前の震災資料から、当時の貴重な「神戸の教訓」や避難所運営にあたっての「現場のノウハウ」を抽出する作業を開始する計画である。また、長岡市から、膨大な救援物資関係の震災資料データの提供を受ける計画であり、都市型大規模地震災害時の避難所運営、山間部を中心とした中越地震時の避難所運営について、データ比較を実施する計画である。同時に、宮城県・岩手県・福島県の3県の小学校・中学校へ、震災資料(特に、避難所関係)の保存状況をアンケート調査を開始する計画である。本研究を発進するツールとして、平成26年度内に、研究活動状況と成果を発進できるホームページを構築することを考えている。1神戸市域の学校園保管震災資料調査については、初年度の基礎的な環境設定が終了しており、中間年である本年度は、当初予定した学校園の悉皆調査を完了する計画である。2兵庫県立人と防災未来センター震災資料室所蔵震災資料の調査を本年度も継続し、副本作成作業を行うとともに、同センターが所蔵している震災資料の形態分析を開始する予定にしている。
多角的データマイニングによる固体型電池の機械特性評価に関する研究

本研究では、固体酸化物燃料電池(SOFC)を対象に、物理的劣化機構の解明と監視のための損傷事象のデータ分析基盤技術を開発した。各種データマイニング技術を応用し,(1)損傷事象の自動分類と損傷過程の可視化、(2)損傷過程の変化点検出、(3)構成部材間の力学関係の推定を行った。本研究は,燃料電池の大規模な損傷計測データから,損傷メカニズムの解明や監視のためのデータマイニング技術の応用研究である.本年度は,自己組織化マップ(SOM)を基に可視化を中心とした損傷過程の探索的データ解析基盤技術の開発を行った.まず,損傷計測信号であるAcoustic Emission(AE)データに対して,その周波数スペクトルの分布形状を考慮するためにKullback-Leibler(KL)情報量をSOMに導入した.提案手法の分類性能を定量的に評価するため,数種類の木片のき裂音を集音したベンチマークデータを用意した.評価の結果,本手法は通常SOMや一般的に用いられているカーネル関数に比べて,損傷によって得られる弾性波信号を高精度に分類できることを示した.その成果に基づき,燃料電池の損傷過程の探索的データ解析基盤を構築した.実際の燃料電池の損傷試験から得られたAEデータから,KL情報量を導入したSOMにより損傷過程が大局的に把握可能であることを示した.特に電解質の支持材であるガラスシールの損傷によるAE信号の特定に初めて成功した.これにより,燃料電池の専門家が大規模かつ複数種が混在するAE信号に対する探索的な分析を支援することが可能になる.来年度は,本年度の成果を基に重大な損傷へ遷移する予兆の発見や,連動して起こる損傷パターンを抽出する方法について研究を行う.本研究は,燃料電池の大規模な損傷計測データから,損傷メカニズムの解明や監視のためのデータマイニング技術の応用研究である.本年度は,燃料電池の損傷事象の共起分析から,構成部材間の力学的影響関係の推定を行った.共起分析には,系の潜在的な影響関係をグラフ形式で表面化する方法であるKeyGraphを応用した.ここで,元々のKeyGraphは記号データを対象としているため,前年度の成果で得られたSOMによる実数値の特徴空間の量子化を利用して損傷事象データに適用した.固体酸化物燃料電池の損傷試験60時間から得られた損傷データに適用した結果,電解質と初期欠陥によるき裂の進展に相互作用がみられることや,構造上つながっている電解質と電極材に力学的な影響関係がみられなかったことなど,燃料電池の専門家にとっても新しい知見が得られ,破壊メカニズムに向けて前進したと言える.本研究は,物理モデルの構築が困難な複雑な対象に対して,観測データから部材間の影響関係を推定した初めての試みである.今後,再現性の確認や異なる実験条件下での比較分析により,信頼性の向上や破壊メカニズムの解明が進むと考えられる.来年度は,頻出パターンに寄与するクラスタを適応的に決定しつつ損傷パターン抽出する方法を開発する.これにより,部材間の力学的相関関係の推定の高精度化を図る.本研究は,燃料電池の大規模な損傷計測データから,損傷メカニズムの解明や監視のためのデータマイニング技術の応用研究である.本年度は,燃料電池の損傷事象の共起分析法を新たに考案し,構成部材間の力学的影響関係の推定を行った.実数値で計測されるAE事象の系列から,共起するクラスタの対を抽出する.本手法は,クラスタ内の類似性と共に,クラスタ間の共起性も考慮して適切なクラスタ範囲を抽出することができる.まず,人工データを用いて提案法の特性や精度の検証を行った結果,従来法に比べて精度良く共起に関係するクラスタ領域を抽出できていることを確認できた.そして,固体酸化物燃料電池の損傷試験60時間から得られた損傷データに本手法を適用した結果,電解質と初期欠陥によるき裂の進展に相互作用がみられることや,構造上つながっている電解質と電極材に力学的な影響関係がみられなかったことなど,燃料電池の専門家にとっても新しい知見が得られ,破壊メカニズムに向けて前進したと言える.本研究は,物理モデルの構築が困難な複雑な対象に対して,観測データから部材間の影響関係を推定した初めての試みである.今後,再現性の確認や異なる実験条件下での比較分析により,信頼性の向上や破壊メカニズムの解明が進むと考えられる.
弦理論の非摂動的定式化と量子重力

弦理論を構成的に定式化し,いろいろな物理量が少くとも原理的には可能な数値計算によって求まるようにした。具体的には,弦理論をIIB行列模型とよばれる理論によって表わし,それから時空の次元や標準模型に現れる場がどのようにして生成されるかを調べた。我々が提唱したIIB行列模型が本当に究極の理論たりうるかを調べるには,大規模な数値計算が必要となると思われるが,その結果,重力をも含めたすべての相互作用が統一的に理解され,フォーク・レプトンの質量をはじめ種々の物理量が説明できるようになると期待される。IIB型のスパーストリングを構成的に定長する方法を提案した。提案された模型は10次元のスーパーヤン・ミルズ場を形式的にO次元にdimensional rednctionしたものになっており,いろいろな分析が比較的簡単に行なえる。さらに,この模型から導かれるシュヴィンガー・ダイソン方程式を調べることによって,従来の摂動論的な弦理論との関係をくわしく見ることができた。また,種々のコンパクト化によって,この模型がどのよに変化するかも議論し,スパーストリングの構成的定義,すなわちすべての相互作用・物質場の基本的な方程式を1つの基礎原理から導くという試みに向かって,着実に進んでいる.弦理論を構成的に定式化し,いろいろな物理量が少くとも原理的には可能な数値計算によって求まるようにした。我々が提唱したIIB行列模型が本当に究極の理論たりうるかを調べるには,大規模な数値計算が必要となると思われるが,その結果,重力をも含めたすべての相互作用が統一的に理解され,クォーク・レプトンの質量をはじめ種々の物理量が説明できるようになると期待される。
ミトコンドリア酵素異常による神経筋疾患の診断と病因解明に関する研究

ミトコンドリアミオパチーの診断は生検筋の組織化学的・生化学的検索により確定される.我々は過去2年間で本症の診断に必要な体制を整え,数多くのミトコンドリア酵素異常症を見出し,病理学的,生化学的特徴を体系づけた(埜中ら:脳と発達1987,神経進歩1987).それらの生検筋につき,さらに電顕組織化学,培養細胞による検討を行ない,以下の結果を得た.(2)複合体IV欠損乳児致死型では筋細胞は破壊されても再生に乏しいこと,さらに筋線維は培養系でも活性がないことを明らかにした.しかし線維芽細胞では正常活性を示した(Nonaka et al:Brain Develop投稿中)(4)電子伝達系酵素活性に変動性のあることを2回以上筋生検した患者から証明した.単一の複合体欠損でも進行するにつれ,複数の複合体活性の低下をみることが分った. (Koga,Nonaka,etal:Acta Neuropathol in press)(5)複合体IV欠損の組織特異性. 16例の本症の病理像を検討し,症例ごとにより酵素欠損の組織分布が異なることを見出した.その中でも血管壁に酵素活性がないものは進行も早く,より重症であった(Nonaka et al Neurology,投稿中).ミトコンドリアミオパチーの診断は生検筋の組織化学的・生化学的検索により確定される.我々は過去2年間で本症の診断に必要な体制を整え,数多くのミトコンドリア酵素異常症を見出し,病理学的,生化学的特徴を体系づけた(埜中ら:脳と発達1987,神経進歩1987).それらの生検筋につき,さらに電顕組織化学,培養細胞による検討を行ない,以下の結果を得た.(2)複合体IV欠損乳児致死型では筋細胞は破壊されても再生に乏しいこと,さらに筋線維は培養系でも活性がないことを明らかにした.しかし線維芽細胞では正常活性を示した(Nonaka et al:Brain Develop投稿中)(4)電子伝達系酵素活性に変動性のあることを2回以上筋生検した患者から証明した.単一の複合体欠損でも進行するにつれ,複数の複合体活性の低下をみることが分った. (Koga,Nonaka,etal:Acta Neuropathol in press)(5)複合体IV欠損の組織特異性. 16例の本症の病理像を検討し,症例ごとにより酵素欠損の組織分布が異なることを見出した.その中でも血管壁に酵素活性がないものは進行も早く,より重症であった(Nonaka et al Neurology,投稿中).ミトコンドリアミオパチーの研究を進める上での第一歩は診断法の確立である。今年度はミトコンドリアの異常が疑われる患者につき以下の方法で検索し、若干の知見を得た。〈対象・方法〉原因不明の神経筋疾患で血清や髄液中の乳酸、ピルビン酸が高値を示す約80名を対象とした、上腕二頭筋、あるいは大腿直筋より、50010000mgの筋を採取しBookelmanの方法でミトコンドリアを分離した。分離したミトコンドリアを使用し、ピルビン酸+リンゴ酸、こはく酸を基質として酸素消費量を測定した。またミトコンドリアのNADH-cytochrome c reductase(複合体【I】),succinate-cytochrome c reductase(複合体【II】),cytochrome c oxidase(複合体【IV】),NADH-dehydrogenase,ピルビン酸脱水素酵素複合体を測定した。全ての患者の生検筋を組織化学的にも検索した。〈結果〉(1)ミトコンドリア異常の患者45名を診断した。それは;複合体【I】欠損-12名,複合体【IV】欠損(乳児致死型2名、乳児良性型1名、脳筋型12名、部分欠損16名),ピルビン酸脱水素酵素複合体欠損-2名であった。(2)ミトコンドリアの電子伝達系酵素活性値は一定でなく、変動する(病状が進行すると活性値も低下する)ことを見出した。(3)ピルビン酸脱水素酵素複合体欠損ではミトコンドリアの形態異常を必ずしも伴わないことを組織化学的、電子顕微鏡的に統計処理し確認した。(4)電子伝達系の異常(複合体【I】、【IV】欠損)の病理組織化学的研究を行ない、複合体【I】欠損ではミトコンドリアの形態異常(ragged-red fiber)を高頻度にみるが、複合体【IV】では50%程度にしかみないことを確認した。(5)Cytochrome coxidaseのモノクロナル抗体を使用して酵素欠損の筋を染色したが抗原性は全ての症例にあった。抗原性の低いものは重症である傾向があった。
染色体欠失地図作成による第1番染色体上の乳癌関連遺伝子の同定

136例の散発性乳癌を対象に、第1番染色体の広範な領域をカバーする28個のマイクロサテライトマーカーを用いて、multiplex PCR法にて第1番染色体長腕(1q)および短腕(1p)の増幅あるいは欠失の有無を調べた。また、長腕・短腕の増幅あるいは欠失と臨床病理因子との関連性も検討した。散発性乳癌において1pの欠失は143例中73例(51%)にみとめた。さらに各症例の詳細な欠失地図の作製を行ない、共通欠失領域を3ヵ所に限局した。1p36および1p34-p35領域の欠失例は、各々悪性度の低い非浸潤癌や乳頭腺管癌に比べ、悪性度の高い充実腺管癌や硬癌で高頻度にみとめられた。また、1p21-p22領域の欠失群では、非欠失群に比べて高頻度にリンパ節転移をみとめた。よってヒト第1番染色体短腕上には、少なくとも3つの癌抑制遺伝子が存在すると考えられ、これらの遺伝子の不活化は、乳癌の組織学的悪性度およびリンパ節転移に関与していることが示唆された。1qの増幅は136例中46例(34%)にみとめ、増幅地図の作製により長腕のほぼ全領域が増幅していた。1q増幅例は、組織学的悪性度の高い充実腺管癌や硬癌に比べ、悪性度の低い非浸潤癌や乳頭腺管癌で高頻度にみとめられた。第1番染色体長腕上に存在が推定される癌遺伝子は複数存在し、共に増幅しており、この増幅は乳癌発生の比較的初期から起こる可能性が示唆された。
相同ＤＮＡ組換え開始自在制御による新規ゲノム多様化機構の検証と標的組換えの実現

相同DNA組換えは二本鎖切断とその修復経路選択で制御される。SPO11組換え開始蛋白質と、RecA/Rad51組換え酵素に注目し、(1)新バイオアッセイ系でイネとシロイヌナズナのSpo11自身がもつ二本鎖切断活性を同定した。(2) Rad51に結合するSrs2 DNA融解酵素の経路選択機能を明らかにした。(3) Rad51の非相同末端結合関与という意外な成果を得た。(4) RecA自身の機能制御機構を明らかにした。標的組換えと標的変異を自在に操る可能へ一歩近づいた。生体は環境に応じて組換えホットスポット配列に二重鎖切断を入れる酵素を以て遺伝情報を編集・多様化する相同組換えを制御することで環境変動への適応力を得る。二重鎖切断制御に働く生化学機構を解明し、その知識により相同組換え制御の解明し、それを基に組換え開始自在制御実現と活用を目指す。本年度はショウジョウバエ個体を用いたバイオアッセイ系を用いた研究で、シロイヌナズナで減数分裂に必要なAtSPO11-1とAtSPO11-2が、同種生物由来の補助蛋白質の共存なしにDNA二重鎖切断活性を持つことを明らかにした。従来の酵母での遺伝学的研究では、SPO11がDNA二重鎖切断を行うには多数の補助蛋白質の共発現の必要性が示され、また、未だSPO11のDNA二重鎖切断活性は生化学的手法で示されていない。SPO11自身が二重鎖切断活性をもつこと示したのは、全てのSPO11を通してこれが初めてである。さらに、イネの3種のSPO11候補の内、AtSPO11-1に対応するOsSPO11AにはDNA二重鎖切断活性を認めたが、意外なことにAtSPO11-2に対応するOsSPO11BにはDNA二重鎖切断活性が認められなかった。ところが、我々が独自に見付けた、シロイヌナズナに対応する蛋白質がないOsSPO11Dが、調べた植物由来の5種のSPO11候補の中では最も強いDNA二重鎖切断活性を持つことを明らかにした。系統樹解析の結果と合わせて、イネは他の植物は異なった独自の減数分裂期相同DNA組換え開始制御機構を持つことが明らかになった。細胞核での体細胞相同組換え開始制御の存在を検証するために、酵母ミトコンドリアで体細胞相同DNA組換え開始制御に働く二重鎖切断活性を示した蛋白質の、シロイヌナズナの核で働くオルソログ候補の遺伝子群をゲノムデータベースから抽出し、それらの発現系の構築を進めた。生体は二本鎖切断を入れる酵素とヘテロ二重鎖組換え中間体形成を行うRecA/Rad51族組換え酵素を以て相同組換え開始を制御する。Spo11による二本鎖切断で始まる減数分裂期相同組換えを植物個体で解析するには交配実験が必要で、時間がかかる上に精度が悪い。組換えに働くイネの蛋白質の機能解析のために、遺伝子の一部を、別のDNAの相同配列のコピーで置き換える型(gene conversion)の減数分裂期相同組換えをイネで迅速に精度高く解析する手段を開発した。受け手となる藍色蛍光蛋白質(CFP)を発現している遺伝子と、鋳型となるプロモーターを持たない黄色蛍光蛋白質(YFP)遺伝子をゲノムの異なる部位に組み込んだイネ個体を作り、出穂させて多数の花粉を集め蛍光を解析した。組換えでCFP遺伝子の一部がYFP遺伝子の部分で置き換わると蛍光が紫から黄色に変わる。この方法で減数分裂期では、体細胞で見られる組換えに比べて桁違いに高い頻度で組換えが起こることを示した(Shingu Plant Biotech 2014)。一方、相同DNA組換えにはgene conversionと、染色体部分を交換する交叉がある。減数分裂には必要な交叉だが、体細胞ではヘテロ接合性喪失を伴い有害である。Srs2が、Rad51、PCNAと共同作用することで交叉を抑制する一方、gene conversionだけを起こす組換え機構(SDSA経路)には欠かせないことが分かった。さらに、Srs2のDNAヘリカーゼ活性は、SDSA経路による組換えには必要だが、交叉抑制には不要で、Srs2がRad51に結合するだけで交叉抑制に十分なことが分かった。この結果は、従来のモデルでは説明困難で、DNA修復合成なしの第2端補足という新規の機構を示唆した(Miura PNAS 2013)。さらに、相同組換えとは独立に働き、エラーが多いといわれていたNHEJ(非同性DNA切断端結合)の主要経路ついても研究が進んだ。生体は環境に応じてゲノムDNA上の組換えホットスポット配列に二本鎖切断を入れる酵素とヘテロ二重鎖組換え中間体形成を行うRecA/Rad51型組換え酵素を以て相同組換え開始を制御する。

我々は組換え開始酵素による二本鎖切断とRecA型組換え酵素によるヘテロ二重鎖組換え中間体形成の生化学機構と、その生体での相同組換え制御の解明、得られた知識を基に組換え開始自在制御実現と活用を目指す。減数分裂期相同組換え開始に働くイネのOsSPO11D、モデル植物であるシロイヌナズナのAtSPO11-1について、活性を持つ状態で、これらを大量発現する大腸菌細胞からの単離法の検討を行い、非特異的DNase活性を持たない標品を得ることができるようになった。一方、ショウジョウバエのバイオアッセイ系を用いた研究で、植物のSPO11は、植物の補助蛋白質無しでもDNA二本鎖切断活性を示すことを昨年度までの研究で明らかにした。そこで、DNA二本鎖切断欠損変異spo11がコードする蛋白質spo11を調製し、野生型とその変異型についてSPO11蛋白質が単独でもDNA二本鎖切断活性を示すことができる条件を広い範囲で検討している。一方、酵母ミトコンドリアでは、酸化損傷修復に働くDNA-N-glycosylase-DNA lyaseであるNtg1が組換えホットスポットでDNA二本鎖切断を入れることで体細胞期相同的組換えを誘導することを明らかにしている。植物体ではストレスに応じて相同的組換えが誘導されることが知られている。また一般にストレスは酸化ストレスを誘導する。そこで、モデル植物であるシロイヌナズナのNtg1のホモログNth1, Nth2やそれらのパラログについて検討を進めることとして、それらの大量発現系を構築し、精製法を確立した。今年度はRecA/Rad51の研究に集中した。組換え酵素であるRecA/Rad51はATP結合型として、先ず単鎖DNAの周囲に繊維状に結合し、できた複合体が二重鎖DNAを捉えて分子間二重鎖を形成する。我々はRecA/Rad51分子内の2つのループの内L1の中央にある酸性残基Asp (RecAでは、D161)が最初のDNA結合で単鎖選択に働くことを明らかにした。一方、RecA/Rad51が単鎖DNAと遭遇する前に二重鎖DNAと結合すると、自身の組換え酵素活性が強く阻害される。我々は、RecAの単鎖DNAへの選択的結合を解除するD161の中性残基Asn, Alaへの置換変異(D161N, D161A)が、この二重鎖DNAとの結合による組換え酵素活性の阻害をも解除することを見つけ、D161が、RecAの組換え酵素機能と、未知の機能との切り替え制御に働く可能性が示唆された。二本鎖切断修復には相同組換えと非相同末端結合(NHEJ)の何れかが働き、これらは互いに独立していると考えられている。Rad51がNHEJの正確さの維持にも働くことを示唆する結果(Miura et al PNAS 2013)を手がかりに、RecA/Rad51を二重鎖DNAと反応させるとATPにより活性化される形で、NHEJの中心反応であるDNA ligaseによる切断端同志の共有結合形成を、極めて速く、また末端構造と無関係に促進することを見いだした。変異体RecAを用いた解析で、RecAがもつ2種類のDNA結合部位の両方が働くことが分かり、また、RecA/Rad51による末端結合促進の特異な分子機構が示唆された。草野は、更にRad51が、二重鎖切断修復において非相同性DNA切断端結合そのものにも働く可能性を追求している。これらの研究は、生体の相同組換えの人為的促進制御による標的組換え実現への手掛かりとなる。相同組換えは組換えホットスポット配列に二重鎖切断を入れる酵素を以て遺伝情報を多様化する。