hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
複数分子を同時認識するスマートゲルの創成と診断システムへの応用

合成したBPAインプリントゲルは,標的となるBPAを厳密に認識して顕著に収縮したことから,アロステリック効果のエフェクター分子のように,標的分子存在下でネットワーク構造変化を誘起し,1種類目の標的分子の認識を制御できる2成分目の生体分子インプリントゲルとして有用であると考えられる。さらに,アロステリック様機能を有するスマートゲルの応用として,表面プラズモン共鳴センサーチップ上に生体分子インプリントゲル層を形成することにより,生体分子インプリントゲルの分子認識を共鳴角変化シグナルとして情報変換できる新たな診断システムの開発にも成功した。これまで,種々の生体分子応答性ゲルを開発するとともに,その診断システムへの応用を目指した研究も行い,国内外の様々な学会でその成果を報告してきた。例えば,柔軟なゲルネットワーク構造中に標的分子に対する認識サイトを形成させる生体分子インプリント法を用いて,糖鎖結合タンパク質であるレクチンの一種のコンカナバリンA(ConA)を厳密に認識して収縮するConAインプリントゲルの合成に成功している。また,イオン強度を変化させることにより,ConAインプリントゲルのConA認識能の制御にも成功している。さらに,内分泌かく乱化学物質の疑いのあるビスフェノールA(BPA)を標的分子としたBPAインプリントゲルも合成しており,標的分子存在下でのゲルの応答挙動を調べることによって,アロステリック様機能のエフェクターとしての有用性も検討している。また,生体分子インプリントゲルの診断システムへの応用を目指して,表面プラズモン共鳴(SPR)センサーの金チップ上への生体分子インプリントゲル層の形成も試み,SPRシグナルに及ぼす膜厚の影響などを明らかにしている。これらの研究結果の一部は,論文として国際的なジャーナルにも掲載され,国内外の学会などでも多数発表している。また現在も,これまでに合成してきた生体分子インプリントゲルから得られた知見を基に,2種類の標的分子を同時にインプリントしたゲルの合成にも着手しており,当初の研究計画に沿っておおむね順調に進展している。今後も,複数分子認識スマートゲルの創成と診断システムへの応用について,当初の研究計画に沿って研究を進めていく予定である。これまでと同様に,レクチンやBPAなどの標的分子をインプリントしたスマートゲルの合成を試みる。特に,2種類目のBPAインプリントゲルは,アロステリック効果のエフェクター分子のように,標的分子存在下でネットワーク構造変化を誘起する必要があるため,BPA存在下での吸着量やゲルの架橋密度の変化,体積変化率をより詳細に検討する。
分子間ホウ素-窒素配位結合に基づく新規な包接化合物の開発

多数の同一小分子が非共有結合性の比較的弱い相互作用に基づいて特異的ないし選択的に自己集合することにより“超分子"が構築され、その結果、特徴ある物性が生まれる。その一つとして注目される、最近、我々のグループにより見いだされたピリジルボラン誘導体により構築される自己集合体を、本研究では“超分子"と呼ぶにふさわしい分子認識能、機能性を付与した包接化合物に格上げすることを目的とした。研究期間中に得られた実験成果を以下にまとめた。ナノスケールに及ぶ環径を有するピリジルボラン系化合物として、ピリジン環とホウ素原子の間にベンゼン環を挿入した誘導体:ジエチル[4-(3'-ピリジル)フェニル]ボランを3-トリメチルスタニルピリジンと1-ブロモ-4-ヨードベンゼンとのStille反応をkey stepとするルートにより合成した。構造決定には寺島氏らの反応を用いた。得られた化合物の基本物性を各種NMRスペクトル、マススペクトル、蒸気圧浸透圧法に基づき精査したところ、重トルエンの様な非極性溶媒中では環状3量体の配座異性体の平衡混合物として存在するのに対し、重アセトンの様な極性溶媒中では平衡はほぼ一方に片寄り、1種類の環状3量体として存在する事が分かった。溶液中でのこの動的挙動はピリジルボラン系化合物では前例がなく、大変興味深いものである。現在、NMRを用いた包接能の検討および計算による配座解析を進めている。
少雪寒冷地流域の土壌特性が融雪流出に及ぼす影響に関する実証的研究

本研究はシベリアや北アメリカなどの亜寒帯地域と同様に、冬期間に土壌が凍結する少雪寒冷地流域における融雪流出特性について、北海道北見市近郊の富里ダム流出試験地の観測結果をもとにした実証的研究である。本研究で得られた主な知見を以下に列挙する。1.流出試験地での成果(1)流域の土壌凍結による融雪流出への影響が、今回の観測から2つの形態に大別できることを示した。土壌凍結が発達した年度においては、融雪開始から最盛期にかけての大きなうねりを伴う流出ハイドログラフが特徴的であり、他方、土壌凍結が未発達の場合にはこのうねりがなく、融雪の最盛期に入って急激に流出量が増大する形態である。(2)流域の土壌凍結深度は、気温と積雪深を説明変数とする重回帰式によって推定できることを示し、良好な推定結果を得た。また、凍結深度はその最大値が秋期の10,11月の総降水量と高い相関があることを明らかにした。(3)上記の土壌凍結深度予測モデルを組み込んだ融雪流出モデルを開発し、融雪流出の形態の違いが、土壌凍結による表層部分での融雪水の浸透能の低下と、土壌凍結による土壌の保水能の低下に起因することを示した。(4)融雪量の推定において、積雪表層における融雪水の再凍結を考慮したディグリー・アワー法を提案し、融雪開始時刻の遅れ効果を明確にした。2.実流域での解析(1)同じく少雪寒冷地に属する実流域の水文資料による流出解析では、土壌の凍結は流出率を引き上げ、いわゆる、流域の都市化現象に類似した現象を示すことを明らかにした。(2)実流域の融雪流出では,流出試験地で観測された特徴的なハイドログラフのうねりがほとんど観測されず,土壌凍結の影響が流域規模のスケールアップ効果によって埋没する結果となった。今後は、融雪流出おける流域のスケール効果について検討する予定である。本研究は富里ダム流出試験地に代表される少雪寒冷地域の特異な融雪流出特性のみならず,年間を通した流域の水収支,水文サイクルの解明を目的としている。本年度は流域試験地の従来からの水文観測体制に加え,融雪量の解析に必要な風向・風速,湿度,放射収支量等の気象要素の観測体制を充実し,水文・気象データの蓄積を計っている。したがって,1997-1998年融雪期の解析は,データの回収を待って次年度に行う。今回は1996-1997年融雪期の観測から得られた新たな知見と融雪流出特性に影響を及ぼす凍結土層の予測モデルについて,以下に要約する。1.1996-1997年融雪流出特性積雪が最大で1mと少ないにも関わらず流域の土壌凍結は最大で20cmとそれほど大きくない。この程度の土壌凍結の場合,これまでの観測結果から融雪流出の形態は4月下旬からの融雪最盛期に流出量が一気に増加するタイプと予想された。しかし,この年は例年より早く3月下旬から融雪が始まり,積雪も少ないこともあって,規模の小さな4つのピークを持つハイドログラフを示し,融雪流出に対する土壌凍結の影響が明確に表れていない。2.凍結深の予測モデル土壌凍結は地表面における熱収支モデルから推定することができるが,放射収支等の詳細な測定が必要である。実流域では地表面が積雪に覆われ,気温と積雪深から凍結深を予測する方法が実用的である。本研究は,凍結深の増加に影響を与える積算

寒度と積雪深,また凍結深の減少に関与する積算暖度を説明変数とする重回帰分析を行い,良好な予測式を得ることができた。3.他流域における融雪流出特性の解明少雪寒冷地域に属する鹿ノ子ダム流域(流域面積124km^2)の融雪流出解析では,水文データの精度に問題があり,土壌凍結の有無による融雪流出特性の違いを明確にするまでには至らなかった。次年度は更に他流域の水文データを収集し,融雪流出に対する土壌凍結の影響を定量化する予定である。本年度は昨年度に引き続き流域試験地の水文観測,融雪量の解析に必要な風向・風速,湿度,放射収支量等の気象要素の他,流量,雨量,土壌水分量,地温等の水文・気象データの蓄積を計っている.今年度で特筆されるのは,9月中旬に北海道東部地域を台風が複数襲来し,本試験地の過去最大規模の出水をもたらしたことである.中でも9月4日の出水は,既往最大であった1994年9月20日の約4倍の規模で,流量観測施設の一部が流入土砂で埋没する程であった.1. 1997-1998年融雪流出本期間中のスノーライシメータによる地表面到達融雪量観測において,融雪最盛期に融雪量がなく,融雪末期に大量に流出するという奇妙な現象が観測された.これは,ライシメータ表面の積雪が氷板化してしまったために,融雪水を遮断してしまったものと考えられる.1998-1999年の観測ではこの点の改善を図り,現在観測中である.2. 1998年降雨流出今回,既往最大の降雨流出を観測したので,従来提案した融雪流出解析用3列4段タンクモデルの再検討を行い,タンクのパラメータを総合化し,本試験地におけるパラメータの固有値を決定した.また,本試験地の土壌の保水能が高いために付加した保水タンクが土壌水分量と相関が高いことを観測結果から明らかにし,流出解析の際の保水タンクの初期条件が土壌水分量の観測結果から推定できることを示した.3.次年度(最終年)に向けて本試験地は表面流出が生起せず,大部分が浸透流からなる中間流と地下水流出ならなっている.現在,飽和-不飽和浸透流モデルを降雨流出に適用し,パラメータの同定作業中である.次年度は,地表面の土壌が凍結したことによる透水係数への影響を明らかにし,飽和-不飽和浸透流モデルを融雪流出解析に適用する予定である.本年度は研究最終年度にあたり、これまで継続してきた水文・気象要素の観測は、融雪流出解析等にほぼ必要なデータが蓄積でき、データベース化に向けた資料整理もほぼ終了した。しかしながら、昨年度支障があったスノーライシメータによる融雪量観測が現在継続中(5月中旬まで)であり、更に今年度の積雪深が既往最大規模であるので、この観測結果も本研究成果報告に追加する予定である。1.1998-1999年融雪流出の特徴本期間中は気温が例年より低く、これまでの最大の積算寒度、約1200(°C・日)を記録したが、11月中旬からの降雪によって地面が覆われ、土壌の凍結は最大で30cmと平年並みであった。積雪深は100cmと多くはないものの、積雪層が良好な断熱材であることを再確認させるものであった。本期間の融雪流出は、土壌凍結が小さい場合の1996年タイプに類似した融雪最盛期に集中する流出特性を示した。2.融雪流出に及ぼす土壌凍結の影響流域の土壌凍結は、積算寒度、積雪深と積算暖度の3要素を説明変数とする重回帰式で、その経時変化を良好に再現された。また、融雪流出に及ぼす土壌凍結の影響は、表層土壌の浸透能の低下と間隙水の凍結によって空隙減少による保水能の低下を引き起こす。
数論の学際的研究

数論は、数学のあらゆる分野と密接に関連して発展し、近年では、物理学・工学等への応用も見い出されているが、本研究は、代数学、K理論、偏微分方程式、関数論、確率論の数論への応用という総合的な見地に立って遂行された。また、数論の工学・物理学への応用も考察された。研究代表者および分担者全員によって、(1)関連部門の研究集会等への参加・討論(2)関連部門の研究者との緊密なる研究連絡・研究打ち合わせ(3)資料・文献の調査・収集・整理を行った。特に、代数学の数論への応用という観点においては、ガウスの和・ヤコビの和の研究の重要性がますます認識されてきて、研究代表者が従来より行ってきたガウスの和・ヤコビの和に関するいくつかの研究をさらに発展させていく見通しを得た。すなわち、(1)局所類体論、特に、explicitな相互法則のヤコビの和・ガウスの和へのさらなる応用(2)研究代表者によって得られたガウスの和の合同式のさらなる一般化とその応用(特に、塩田予想への)(3)ヤコビの和・ガウスの和に関する研究代表者が得たいままでの研究のフェルマーの問題への応用など新しい発展の見通しを得た。
ストレス下における胃微小循環障害の時相変化と白血球動態 -生体内観察法による検討-

私共は、熱傷直後に胃静脈血白血球が産生する活性酸素が低下することを化学発光法で、熱傷5時間後に胃細動静脈シャントが開大することを血管鋳型法で報告してきた。平成7年度は胃微小循環を生体内観察し、白血球の血管内皮への接着および細動静脈シャント血流の直接観察を試みた。【方法】Wistar系雄性ラットの背部に3度30%の熱傷負荷を麻酔下に行った。微小循環の生体内観察は漿膜の一部を切除した部位より行った。Carboxyfluorescein diacetate succinimidyl ester投与による白血球の蛍光を蛍光顕微鏡下に観察した。prevenuleとvenuleの合流点で、3分間に通過する白血球のうちrollingまたはstickingを起こす白血球の割合を算出した。Monastral Blue B(MBB)の3%suspensionを1ml/kg頚動脈より投与し、胃微小循環内での細動静脈シャント血流を検索した。【結果】rollingまたはstickingを起こす白血球の割合は熱傷前が5.7±8.8%、熱傷後15分は26.7±16.0%であり、熱傷後では有意に上昇した。熱傷5時間後ではMBBが細動脈から細静脈に流入する細動静脈シャント血流が観察されたが、熱傷負荷を行わない対照群(n=15)においては観察されなかった。【考察】熱傷15分後において胃微小循環内で白血球の血管内皮への接着が増加していた。熱傷直後から微小循環障害に白血球が関与している可能性は、胃静脈血の活性酸素の低下では否定されないと考えられた。逆に活性酸素産生能の高い白血球が微小循環内で接着を起こし、活性酸素産生能の低い白血球が末梢血に流出してくると仮定すれば、胃静脈血中の白血球が産生する活性酸素が熱傷直後に低下することを説明できる。平成7年度の実験において、世界で初めて胃細動静脈シャント血流の生体内直接観察が可能となった。熱傷後にのみ観察されることより、熱傷後の胃粘膜血流低下に細動静脈シャント血流が影響している可能性が示唆された。
保険と金融の融合が促す保険ビジネスの変革に関する国際比較-リスクの証券化を中心に

相次ぐ異常自然災害の発生とキャットボンド市場への影響2005年の異常災害債券(キャットボンド)市場は、発行件数12件、発行額20億ドルで、過去最大であった。2005年末現在、流通市場は49億ドルに成長した。発行・流通市場に最も大きな影響を与えたのは、カトリーナ、リタなど米国を襲った相次ぐハリケーン災害であった。保険サービス・オフィス(ISO)によると、2005年の異常自然災害による保険損失は昨年の2倍以上の568億ドルで、ハリケーン関連の保険損失が全体の93%を占めた。2001年からカトリーナ以前の異常災害債券市場は、「売り手市場」が続き、格付けが同等クラス(BB)の社債の利回りを下回っていたが、カトリーナ以降は一転して「買い手市場」となった。巨額の保険損失の結果、再保険市場のリスク引受能力(キャパシティ)が低下し、料率が上昇するとの懸念から、代替市場にリスクを移転しようとする(再)保険会社は機関投資家の要求する利回りの上昇に応えたからと考えられる。とりわけ、KAMP Re 2005が発行した1億9000万ドルの債券がカトリーナによる損失でデフォルトし、償還不能となったことが公表され、投資家は初めての経験に衝撃を受けた。この債券は、元本・利子の支払いが保険会社の損失額に直接依存するタイプ(損失補償型)だった。他方、パラメトリックまたはモデル・タイプの債券は、一事故のあたりのアタッチメント・ポイントが高く設定されており、カトリーナ級のハリケーンでも、デフォルトしなかった。国際的な市場ネットワークによるリスク分散機能を高めるためには、キャットボンドの仕組み、とりわけベーシス・リスクについて、今後検証していく必要がある。このほか、2005年は賠償責任リスクの証券化が行われた。また、長生きリスクの証券化の研究が進むなど、今後保険リスクの証券化市場の発展が期待される。保険リスクの証券化の事例研究と市場動向2003年の異常災害債券(キャットボンド)市場は、発行数7件、発行額18億ドルであった。このうち、7月に、全国共済農業組合連合会(JA共済連)が日本国内における2回目の地震・台風災害のリスクを証券化して、世界最大規模の550億円の再保険カバーを入手した。証券化のスキームは、スイス再保険会社がJA共済連から再保険を引き受け、それをケイマン諸島の3つの特別目的会社に移転し、その特別目的会社が欧米の機関投資家向けに米ドル建て証券(5年満期・額面4億7000万ドル)を発行する。債券の格付けはBa1/BBB-Baa3/BBB+(ムーディズ/S&P)、利回りは、LIBOR+2.45%3.50%である。また、9月には、2006年開催予定のFIFAワールドカップ・ドイツ大会に関して、自然災害の他に、初めて戦争・テロリズムや参加予定国のボイコットなどのリスクが証券化された。12月には、世界で初めて戦争やテロ、伝染病を含む異常災害による死亡リスクが証券化された。1999年以降、債券の平均発行件数は8件、平均発行額は10億ドルで、市場は停滞していたが、2003年は対前年比で50%の成長を遂げた。証券化の対象となる保険リスクの多様化が進むとともに、エンロン、ワールドコムといった事件から、より透明性の高い固定金利への投資を望む機関投資家の関心を集めたことが原因のようである。もっとも、これらの保険リスクと信用リスクをどのように比較すればよいか、その評価はまだ十分でなく、キャットボンドの利回りが比較的高いにもかかわらず、投資家の態度は慎重である。証券発行のアレンジメントに関して、わが国の金融機関はまだ十分に関与しておらず、ビジネスモデル構築のうえでも課題を残している。この点、天候デリバティブ取引の日米比較から、保険と金融の融合を示す興味深い事実が観察された。保険リスクの証券化の市場動向と将来展望2003年の異常災害債券(キャットボンド)市場は、発行数7件、発行額13億ドルであった。近年の傾向および特徴として、日本の地震リスク債券に投資家が積極的に投資していることがあげられる。オリエンタルランド社が1999年に発行した地震債券が満期を迎えた今年、Swiss Re Capital Markets社が1億2500万ドルのキャットボンドを発行した。これは日本興亜損保がSwiss Reへ出再したリスクが証券化されたといわれる。すでに、同様の地震債券は、東京海上、ニッセイ同和、JA共済連がすでに発行しているにもかかわらず、投資家に取得されていることから、分散投資の対象として定着していることがうかがえる。証券化のスキームは、USAAが発行した損害填補型のキャットボンドを除くと、インデックス型のキャットボンドが主流を占め、これらの債券多くは、格付けがBa1/BBB-Baa3/BBB+(ムーディズ/S&P)、利回りがLIBOR+2.45%4.75%で安定している。昨年は世界中で多くの自然災害が発生した。日本では台風関連の保険全支払額が5000億円、米国ではハリケーン関連の保険全支払額が150300億ドルに達するといわれ、キャットボンドへの投資が抑制されるのではないかとの懸念がもたれたが、2004年9月にSwiss Reが5330万ドルの債券の発行に成功した。キャットボンドの利回りが相対的に高い点に注目し、積極的にリスクをとる投資家が増えつつあることを示唆する。このように、保険リスクの証券化市場は発展の基礎を固めつつある。

日本の保険会社や企業は自然災害リスクの分散対象として、証券化市場をとらえていたが、今後は資産運用市場として活用することも視野に入れる必要があるように思われる。相次ぐ異常自然災害の発生とキャットボンド市場への影響2005年の異常災害債券(キャットボンド)市場は、発行件数12件、発行額20億ドルで、過去最大であった。2005年末現在、流通市場は49億ドルに成長した。発行・流通市場に最も大きな影響を与えたのは、カトリーナ、リタなど米国を襲った相次ぐハリケーン災害であった。保険サービス・オフィス(ISO)によると、2005年の異常自然災害による保険損失は昨年の2倍以上の568億ドルで、ハリケーン関連の保険損失が全体の93%を占めた。2001年からカトリーナ以前の異常災害債券市場は、「売り手市場」が続き、格付けが同等クラス(BB)の社債の利回りを下回っていたが、カトリーナ以降は一転して「買い手市場」となった。巨額の保険損失の結果、再保険市場のリスク引受能力(キャパシティ)が低下し、料率が上昇するとの懸念から、代替市場にリスクを移転しようとする(再)保険会社は機関投資家の要求する利回りの上昇に応えたからと考えられる。とりわけ、KAMP Re 2005が発行した1億9000万ドルの債券がカトリーナによる損失でデフォルトし、償還不能となったことが公表され、投資家は初めての経験に衝撃を受けた。この債券は、元本・利子の支払いが保険会社の損失額に直接依存するタイプ(損失補償型)だった。他方、パラメトリックまたはモデル・タイプの債券は、一事故のあたりのアタッチメント・ポイントが高く設定されており、カトリーナ級のハリケーンでも、デフォルトしなかった。国際的な市場ネットワークによるリスク分散機能を高めるためには、キャットボンドの仕組み、とりわけベーシス・リスクについて、今後検証していく必要がある。このほか、2005年は賠償責任リスクの証券化が行われた。また、長生きリスクの証券化の研究が進むなど、今後保険リスクの証券化市場の発展が期待される。
「減災」に関わる市民活動の可能性と課題に関する社会学的研究

2007年は3月に能登半島地震、7月に中越沖地震が発生、多様な救援・復興支援活動が展開されたが、これらの災害では、震災10年目以降に検討が始まった災害ボランティアセンター(以下VC)の活動基盤強化に向けた新たな資源動員の仕組み(市民団体と企業の社会貢献の連携)が試行された。そこで今年度前半は、両被災地で実態調査を行った。調査から、新たな仕組みの導入により、民間資源の効果的・効率的な運用が可能になったこと、しかし人的支援に関しては多くの課題が残されていたことが示唆された。特に中越沖地震では、従来の災害VCの限界を超える取組みが展開され(専門技能の導入、復興を見据えた活動体制の構築等)、将来に役立つ具体的な知見を抽出できた(⇒雑誌論文)。また、昨年度の「地縁組織・市民団体の活動実態調査」の中で、復興期に生まれたコミュニティビジネス(手芸品販売、農産物等の通販、サービス提供型施設の運営等)に、被災地域の生活文化と、被災地外からの支援団体が持ち込む新しい活動の仕組み・価値観とを接合する"減災文化"の可能性を見出してきたが、年度後半は、阪神大震災と中越地震後の事例比較を行った。この調査では、当該団体から各種資料・活動実績データ(受発注の実績、活動時間、給与等)も入手して(資料調査)分析した。その結果、災害復興期に特有の活動環境が、事業展開に優位に働く側面を明らかにできた。また事業に参加する被災者に対しても、壊れた生活リズムの一時的な補完、(小額ながら)活動に対する金銭的評価、ビジネス的手法による信頼感等、を提供しており、被災者の主体性回復に寄与する具体的な手法を示すこともできた(⇒学会発表)。以上、市民組織による"減災"の貢献を具体的に提案できたが、今後は、救援から復興までをトータルに捉え、個々の具体的手法を連続した災害過程に位置づけて説明できる理論的枠組みも検討していきたい。今年度は、政府が主催する災害に関わる民間団体(NPO等)の検討会の中で、民間団体側が積極的に独自の課題を設定し(広域連携や安全衛生等)独自の勉強会を設置・運営していった動きに着目し、当初予定していた2つの研究課題のうち、(1)「市民活動団体・地縁組織による諸活動の把握」に重点を置いて研究を進めた。まず、実態調査としては、上記検討会の一委員として、巨大災害時の広域連携体制の構築に関する勉強会に参加し、そこでの課題や課題をめぐる議論について情報を収集した。こうした広域連携の具体的な取組みが始まった背景には「個人ボランティアの殺到」から「組織間連携」のあり方が課題として浮上してきたことを示唆しており、今後は海外の先進事例も視野に入れた検討を進めていきたい。また「近年の被災地における地縁組織及び市民活動団体の活動実態の事例調査」として、中越地震、新潟豪雨水害、雲仙普賢岳噴火災害後の対応について現地調査を実施した。今迄の研究からも、災害後の対応において、地元の地縁組織が重要な役割を果たすことを指摘してきたが、今年度は、将来の「減災」への寄与という観点から、地元組織と外部支援者との連携のあり方に焦点を当てて調査を実施してきた。その中で、中越地震後に始まった村おこし的なコミュニティビジネスの取組みにおいて、被災地域の生活・文化と、被災地外の市民団体が持ち込む新しい活動の仕組み・価値観とが接合し、"減災文化"につながる新たな実態が生成されつつある実態を確認できたことは大きな成果であった。次年度以降、文献調査も加えながら実態調査を継続していきたい。また、文献調査としては、上記政府主催の検討会の関係者から、論文以外の文献情報の提供を受け、これまで十分に把握できていなかった阪神・淡路大震災以降12年間の災害NPOをめぐる動向・活動実態に関するレビューを完成させた(→研究成果)。

また事業に参加する被災者に対しても、壊れた生活リズムの一時的な補完、(小額ながら)活動に対する金銭的評価、ビジネス的手法による信頼感等、を提供しており、被災者の主体性回復に寄与する具体的な手法を示すこともできた(⇒学会発表)。以上、市民組織による"減災"の貢献を具体的に提案できたが、今後は、救援から復興までをトータルに捉え、個々の具体的手法を連続した災害過程に位置づけて説明できる理論的枠組みも検討していきたい。
糖鎖遺伝子による細胞増殖制御機構のリモデリングとその応用

細胞膜表面の糖鎖については、その重要性が指摘されているものの、細胞増殖との関連での解析はほとんどされていない。そこで、ラットのβ-1,4-N-acetylglucosamyltransferase IIIの遺伝子GnT IIIをラット褐色細胞腫細胞のPC12にgnt3発現ベクターを導入し、細胞の糖鎖のリモデリングを行い、糖鎖改変宿主細胞における神経成長因子NGFによる分化誘導への応答性を検討した。その結果、gnt3発現ベクターを導入したPC12細胞では、GnT III遺伝子産物であるGnt III酵素の作用による特徴的な枝分かれ構造が確認された。本細胞にNGFを作用させると、成長速度の変化ならびに神経突起の伸長は認められなかった。NGF受容体であるTrkのチロシンリン酸化について検討したところ、本細胞ではコントロール細胞では見られるリン酸化が起こっていなかった。さらに、NGF受容体から核へのシグナルの伝達に必須な本受容体の二量体形成も起こらなかった。次に、転移の研究によく用いられるB16メラノーマ細胞の他に、NIH3T3細胞やCHOK1細胞にEGFレセプターとgnt3cDNAをエレクトロポーレーション法によってトランスフェクションし、ネオマイシン耐性による選別を行った。その結果、gnt3を高発現する幾つかのクローンを得ることができた。これらのトランスフェクタントでは、EGFレセプターの糖鎖がBisecting GlcNAcで修飾されており、EGF刺激による増殖に異常が認められた。現在、EGFレセプターの下流のMAPキナーゼ力スケードのシグナル伝達がどのようになっているか解析中である。糖鎖リモデリングによる増殖因子シグナル制御機構の解析を行った。ラットのβ-1,4-N-acetylglucosamyltransferase IIIの遺伝子gnt3をラット褐色細胞腫細胞のPC12に導入し、細胞の糖鎖のリモデリングを行い、糖鎖改変宿主細胞における神経成長因子NGFによる分化誘導への応答性を検討した。その結果、gnt3発現ベクターを導入したPC12細胞では、gnt3遺伝子産物であるGntIII酵素の作用による特徴的な枝分かれ構造が確認された。本細胞へのNFGの結合はコントロールと比べて変化がないことは結合実験によって確認している。以上の結果は、gnt3の発現によってTrkの糖鎖がリモデリングを受け、その結果NGFが結合した際に必要なTrkの構造変化が起こらず、核へとシグナルが伝達されるのを阻害していることを示唆している。現在、糖鎖がいかにしてTrkの機能に影響を与えるのか検討中である。また、cAMPによって肝癌細胞にgnt3遺伝子を誘導すると、細胞膜に局在すべき蛋白の糖鎖が変化するが、その結果正しい膜への選別が起こらなくなることも確認している。この結果は、細胞膜蛋白の糖鎖は細胞膜への局在化にも関わっていることを示唆している。Nアセチルグルコサミン転移酵素111(GnT111)遺伝子を細胞に導入することによってN結合型糖鎖へのtri-anntenaryの付加を抑えることができるので、この系を用いるとN結合型糖鎖におこる癌性変化や転移における役割を明らかにすることができる。そこで、EGFレセプターをモデル系として細胞にGnT111を導入することによっておこるN結合型糖鎖のリモデリングの細胞内情報伝達機構への影響を解明するために、まずEGFレセプターならびにGnT111遺伝子を高発現する細胞の樹立を行った。

転移の研究によく用いられるB16メラノーマ細胞の他に、NlH3T3細胞やCHOK1細胞にEGFレセプターとGnT111 cDNAをエレクトロポーレーション法によってトランスフェクションし、ネオマイシン耐性による選別を行った。その結果、GnT111を高発現する幾つかのクローンを得ることができた。これらのトランスフェクタントでは、EGFレセプターの糖鎖がBisecting GlcNAcで修飾されており、EGF刺激による増殖に異常が認められた。現在、EGFレセプターの下流のMAPキナーゼカスケードのシグナル伝達がどのようになっているか解析中である。
新規腫瘍マーカー:クラスリン重鎖の、各種がん組織診断および血清診断への応用

各種がん組織についてクラスリン重鎖(CHC)の免疫組織化学染色を行ってCHCの蛋白量を確認した結果、多くのがん種においてCHC蛋白量が増加していることが確認された。そして診断が難しい食道上皮内腫瘍組織において、非がん部に比べてがん部でCHCが明瞭に濃染された。したがってCHCの免疫組織化学染色は食道上皮内腫瘍の病理組織診断に有用であることが示唆された。さらに、原発性肝細胞がん患者血清において抗CHC抗体が多く存在することが確認され、新たな腫瘍マーカーとしての可能性が示唆された。原発性肝細胞癌の病理組織診断に有用であるClathrinheavy chain(以下CHC)の,各種癌組織診断における有用性について検討した。千葉大学医学部附属病院で切除された,肺,食道,舌,胃,大腸,直腸,膀胱,前立腺,乳房,卵巣,甲状腺などの進行癌各530症例のパラフィン包埋標本を試料とし,CHCの免疫組織化学染色を行った結果,いずれの癌においてもCHCが強く発現していた。特に,いくつかの癌では,癌部と非癌部の染色性の差が際立っていたことから,上皮内腫瘍等の,病理組織診断が比較的困難とされる症例についても,更に検討した。その結果,CHCは正常あるいは良性病変に比較し,進行癌だけでなく,上皮内癌の細胞質においても,有意に強く発現していることが確認された。したがって,CHCの免疫組織化学染色は,いくつかの癌の病理診断マーカーとして有用と考えられた。今後,針生検材料等の微小な組織についてもCHC染色の有用性を検討し,通常行われるヘマトキシリン・エオジン染色での病理組織診断が困難な症例における,正確な病理診断に貢献させたい。また,抗体を用いた体液中CHC検出法の確立を試みた。まず,HPLC法によって各種癌患者血清中のアルブミンやグロブリン等のメジャー蛋白質を除き,化学発光を用いたウエスタンブロット法により,バンドが得られるかどうかを確認したが,CHCの存在は確認されなかった。次に,CHCの抗原認識部位の異なる抗体を入手し,血清中CHC検出のための酵素免疫分析法(ELISA)を開発した。本検出法の検出特性の評価はすでに終了し,現在各種癌患者血清におけるCHCの存在量の検討を行っている。また、血液中に存在するCHCの自己抗体の検出法の開発も試みている。原発性肝細胞癌の病理組織診断における腫瘍マーカーとして有用であることが判明した蛋白質、Clathrin heavy chain(以下CHC)は、これまでの研究で、多くの種類の癌の組織中で強く発現していることが判明している。本研究では、特に病理診断の困難な食上道癌における組織診断への有用性について検討した。食道上皮内腫瘍には、異型はあるが進行癌には進展し難い低異型度上皮内腫瘍(LIN)と、進行癌に進展する可能性の高い高異型度上皮内腫瘍(HIN,上皮内がんに相当)があり、両者を鑑別することは大変重要である。我々は千葉大学医学部附属病院で外科的切除された進行食道癌手術標本10症例、食道上皮内腫瘍44症例について、CHCの免疫組織化学染色を行い、染色性を比較した。その結果、CHC蛋白の染色性は、炎症などの良性病変およびLINに比べ、HINおよび進行食道癌で強く発現していることが確認され、その感度および特異度は73%および96%と高い正診率を示した。さらに、病理診断が困難と考えられる微小な針生検組織21症例においても検討した結果、71%の症例で強い発現が認められた。以上の成績より、CHCの免疫組織化学染色は、食道上皮内腫瘍の良・悪性の鑑別に有用である可能性が示唆された。今後、多くの症例について検討し、CHCの免疫組織化学染色の有用性をさらに検証していく必要がある。また、癌患者ではCHCが血中に出現する可能性があることから、血清中のCHCの検出を行った。血清中CHC検出のための酵素免疫分析法(ELISA)を開発した上で、各種癌患者血清と健常者血清中CHC蛋白量を検出したが、癌患者血清と健常者血清中のCHC蛋白量に有意な差は認められなかった。次に、血液中に存在するCHCの自己抗体の検出法を確立した。本検出法の開発はすでに終了し,現在では検出特性の評価、および各種癌患者血清におけるCHC自己抗体の存在量の検討を行っている。本研究では、特に病理診断の困難な食道癌における組織診断への有用性について検討した。食道

上皮内腫瘍には、異型はあるが進行癌には進展し難い低異型度上皮内腫瘍(LIN)と、進行癌に進展する可能性の高い高異型度上皮内腫瘍(HIN,上皮内がんに相当)があり、両者を鑑別することは大変重要である。我々は千葉大学医学部附属病院で外科的切除された進行食道癌および食道上皮内腫瘍についてCHCの免疫組織化学染色を行い、染色性を比較した。その結果、CHC蛋白の染色性は、炎症などの良性病変およびLINに比べ、HINおよび進行食道癌で強く発現していることが確認され、その感度および特異度は73%および96%と高い正診率を示した。さらに、病理診断が困難と考えられる微小な針生検組織においても検討した結果、71%の症例で強い発現が認められた。以上の成績より、CHCの免疫組織化学染色は、食道上皮内腫瘍の良・悪性の鑑別に有用である可能性が示唆された。また、癌患者ではCHCが血中に出現する可能性があることから、血清中のCHCの検出を行った。血清中CHC検出のための酵素免疫分析法(ELISA)を開発した上で、各種癌患者血清と健常者血清中CHC蛋白量を検出したが、癌患者血清と健常者血清中のCHC蛋白量に有意な差は認められなかった。次に、血液中に存在するCHCの自己抗体の検出を試みた。その結果、血清中抗CHC抗体量は、健常人および肝硬変患者に比べ、原発性肝細胞癌患者で明らかな高値傾向を示した。したがって血清中抗CHC抗体の測定は、新たな原発性肝細胞癌のマーカーと成りえる可能性が示唆された。Clathrinheavy chainの染色は、診断が難しいとされる食道上皮内腫瘍の病理診断に有用と考えられた。一方がん患者血清中では有意な上昇は認められず、血中の腫瘍マーカーとしては有用性に乏しい結果となった。24年度が最終年度であるため、記入しない。Clathrinheavy chainの免疫組織化学染色の、染色食道上皮内腫瘍の病理診断について、さらに症例数を増やして検討する。また、癌患者の血液中に存在する可能性のあるCHCの自己抗体量の検討を行う。
トップダウンプロテオミクスによる分子夾雑環境におけるタンパク質分子の構造解析

本研究では、申請者が独自に開発したゲルベースのトップダウン質量分析法と絶対定量プロテオミクスの手法を組み合わせ、タンパク質の高次構造情報・修飾情報・定量情報を包括的に取得するための新たなトップダウンプロテオミクスの手法を開発し、従来困難であった分子夾雑環境における微量標的タンパク質成分の革新的構造解析手法を創出する。本年度前半は、トップダウンプロテオミクス解析のための試料前処理法として、ポリアクリルアミドゲル電気泳動(PAGE)で分離したタンパク質成分をインタクトの状態で高効率かつ迅速に回収する新規受動抽出法を新たに開発した。またPAGEと逆相HPLCによる分離を組み合わせたタンパク質試料の多次元分離システムを構築し、高感度なトップダウンプロテオミクス解析法を確立することに成功している。小麦胚芽から抽出したタンパク質成分を解析対象として、確立した手法を用いた高深度プロテオーム解析を行った結果、6.7-36.5 kDaの分子量域から177種類のタンパク質成分に関する詳細なプロテオフォームを検出することに成功している。本年度後半は、非変性ポリアクリルアミドゲル電気泳動(ネイティブPAGE)とネイティブ質量分析を組み合わせたタンパク質複合体の新規構造解析法の開発に取り組んだ。ヘモグロビンなどの標準タンパク質複合体試料を用いて、(1)泳動後のタンパク質回収条件の検討、(2)回収したタンパク質複合体のネイティブ質量分析条件の検討、さらに(3)複合体のフラグメント条件を検討し、ネイティブPAGE/ネイティブ質量分析による微量タンパク質複合体構造解析法を確立した。当初の予定通り、PAGEとLCを組み合わせた多次元トップダウンプロテオーム解析基盤の確立に成功しており、現在はモデル生物試料を用いて解析基盤の性能評価を行っている。またネイティブPAGEで分離したタンパク質複合体の構造を解析するための新たな前処理手法として、ネイティブPAGEゲル内のタンパク質複合体の迅速回収ワークフローを新たに開発した。領域の海外派遣助成により、回収したタンパク質試料を米国UCLAの高分解能FT-ICR質量分析装置を用いて自ら測定することにより、質量分析を用いたタンパク質構造解析における開発手法の有効性を検証した。現在は生体試料中の標的タンパク質の構造解析に向けて、キャピラリー電気泳動による追加分離条件の検討を進めている。トップダウンプロテオミクス:無細胞タンパク質合成技術を活用し、定量トップダウンプロテオミクスのための高品質な内部標準の合成法を開発する。さらに濃度既知の内部標準タンパク質と平成30年度に構築したトップダウンプロテオミクス解析システムを組み合わせ、標的タンパク質の絶対定量解析法を開発する。タンパク質複合体のネイティブ質量分析:ネイティブIEFとネイティブPAGEを組み合わせた高分解能二次元分離法を活用し、生体試料中の微量タンパク質複合体のネイティブ質量分析による構造解析に挑戦する。
冷却原子気体における新奇超流動現象の研究

1.フラクタル格子上の量子ウォークを用いた量子探索において,最適な探索時間サイズ依存性(スケーリング則)を理論的に調べた.フラクタル格子では系を特徴付ける次元が複数存在するため,どのようなスケーリング則が成立するかは自明でない.先行研究においてはスケーリング則が系のスペクトル次元に関係するとの理論的予言が与えられていたが,本研究ではSierpinski carpet上の量子探索のシミュレーションを具体的に行い,スケーリング則が成り立っていることを確認した.また,波動関数の最大振幅と最適探索時間に関する新しいスケーリング仮説を提案した.2. 2次元Bose超流動気体におけるダークソリトンのダイナミクスをProjected Gross-Pitaevskii方程式を用いた数値シミュレーションによって調べた.2次元系では強い熱揺らぎに起因するソリトンの減衰が起こる.特に,系のエネルギーに対してソリトンの寿命がべき的依存性を持つことを見出した.4. BCS-BECクロスオーバー領域におけるFermi原子超流動気体のHiggs mode(秩序変数の振幅が振動する集団モード)を,Bogoloiubov-de Gennes方程式を用いた数値シミュレーションにより調べた.特に一様系におけるシミュレーションによって,集団励起を効率的に観測するための実験的パラメータを導いた。1.近年、トラップされたBose凝縮体において外部パラメータひとつのみを時間的に変化させることで複数の集団励起を同時に誘起し、モードの間の非線形結合現象を観測した実験結果が報告された。この現象を理解するために、本研究では凝縮体の運動を記述するGross- Pitaevskii(GP)方程式を用いた理論解析を行った。まずGP方程式の数値シミュレーションを行い複数モードの同時励起がトラップポテンシャルの弱い異方性に起因することを確認した。また、モード間の非線形結合が生じることも確認した。この非線形効果のメカニズムを理解するために、摂動論を用いた理論解析を行った。この手法では平衡状態からの揺らぎについて線形化された方程式の解を無摂動解として、非線形項(揺らぎの2次以上の項)を摂動的に扱うことにより集団励起間のモード結合の効果を取り入れることができる。この解析によって、特定のモード間に非線形結合が起こることを明らかにし、実験および数値シミュレーションにおいて観測された非線形効果を理解することに成功した。2. BCS-BECクロスオーバー領域におけるFermi原子超流動気体の集団モードの研究において、超流動秩序変数の振幅が振動するモード(Higgsモード)が注目を集めている。実験的にHiggsモードを観測する方法として、S波散乱長をFeshbach共鳴で時間変化させる方法が提案されている。この手法の有効性を検証するために,時間依存Bogoliubov-de Genne方程式を用いてFermi超流動気体の動的シミュレーションを行い、Higgsモードの固有振動数や減衰の振舞を調べた。特に、一様系において理論的に予言されていたべき的減衰がトラップ系でも起こることを確認し、BCS的な超流動状態からBEC的な超流動状態への移行に伴いべきの指数が連続的に変化することを見出した。上述のようにBose凝縮気体およびFermi超流動気体についてそれぞれ研究成果を得ている。いずれの研究成果についても日本物理学会および国際会議で発表し,論文として欧文誌に出版した。以上より研究はおおむね順調に進展したいると自己評価した。1. BCS-BECクロスオーバー領域におけるFermi原子超流動気体のHiggs mode(秩序変数の振幅が振動する集団モード)を理論的に調べた。トラップ系、一様系の両方において、BCS-BECクロスオーバー全領域におけるHiggsモード振動数と減衰の振る舞いをBogoliubov-de Gennes方程式の数値シミュレーションより明らかにした.一様系においては、線形応答理論による解析計算の結果と数値シミュレーション結果の比較を行い、結果の妥当性を確認した。2.正常相(非超流動状態)におけるFermi混合気体Boltzmann方程式を用いて解析し、二成分間の粒子数インバランスや質量インバランスが集団励起に及ぼす影響を明らかにした。さらに、この計算手法をBose-Fermi混合気体の場合に拡張し、系の統計性の違いが集団励起に及ぼす影響を明らかにした。3. Bose凝縮気体において、熱的に励起された非凝縮気体の動的効果を取り入れた理論研究を行った。まず、Zaremba-Nikuni-Griffin方程式を用いて蒸発冷却をシミュレートする手法を開発した。次に、この手法を、非凝縮体が回転している場合に適用し、蒸発冷却に伴って量子渦格子が自発的に形成されることを確認した。4.近年,機械学習を用いた量子多体系へのアプローチが注目されている。本研究では冷却原子系の理論研究への機械学習の応用を目指し、Boltzmann機械学習の高速アルゴリズムの開発を行い、その有効性を検証した。上記で述べたように、4つの研究課題についてそれぞれ研究成果を得ている。いずれの研究成果についても日本物理学会や国際会議等で発表し、研究課題1、2の結果の一部は論文として欧文誌(査読あり)研究4の結果の一部は日本語論文誌(査読なし)に出版した。残りの研究成果についても全て、現在欧文誌(査読あり)への投稿論文執筆中でる。以上より研究はおおむね順調に進展していると自己評価した。

1.フラクタル格子上の量子ウォークを用いた量子探索において,最適な探索時間サイズ依存性(スケーリング則)を理論的に調べた.フラクタル格子では系を特徴付ける次元が複数存在するため,どのようなスケーリング則が成立するかは自明でない.先行研究においてはスケーリング則が系のスペクトル次元に関係するとの理論的予言が与えられていたが,本研究ではSierpinski carpet上の量子探索のシミュレーションを具体的に行い,スケーリング則が成り立っていることを確認した.また,波動関数の最大振幅と最適探索時間に関する新しいスケーリング仮説を提案した.2. 2次元Bose超流動気体におけるダークソリトンのダイナミクスをProjected Gross-Pitaevskii方程式を用いた数値シミュレーションによって調べた.2次元系では強い熱揺らぎに起因するソリトンの減衰が起こる.特に,系のエネルギーに対してソリトンの寿命がべき的依存性を持つことを見出した.4. BCS-BECクロスオーバー領域におけるFermi原子超流動気体のHiggs mode(秩序変数の振幅が振動する集団モード)を,Bogoloiubov-de Gennes方程式を用いた数値シミュレーションにより調べた.特に一様系におけるシミュレーションによって,集団励起を効率的に観測するための実験的パラメータを導いた。Bose凝縮気体においては、これまでは純粋な凝縮体のダイナミクスを扱ってきた。今後は、熱的に励起された非凝縮気体の動的効果を取り入れた研究を行う。例えば、有限の超流動流が存在する場合における超流動状態の動的安定性や、量子渦格子形成における非凝縮体の動的な役割を調べる。Fermi超流動気体においては、これまで数値シュミレーションを主に行ってきたが、今後の研究では解析的な手法によりHiggsモードの振動数および減衰の振舞の詳細な理解を目指す。また、平均場近似を超えた解析を行い、BCS-BECクロスオーバー領域においてFermi粒子対の揺らぎ(凝縮していない粒子対)が動的性質、例えば動的構造因子ににどのような効果を及ぼすか、という点に着目し研究を行う。1. BCS-BECクロスオーバー領域におけるFermi原子超流動気体のHiggs mode(秩序変数の振幅が振動する集団モード)を理論解析をさらに発展させて、実験的にHiggsモードを観測するために最適なパラメータを導く。3 . Zaremba-Nikuni-Griffin方程式を用いた有限温度Bose凝縮気体のシミュレーションにより、有限の超流動流が存在する場合における超流動状態の動的安定性の解析を行う。4.光格子中の冷却原子気体の量子相の研究を行う。原子間に長距離相互作用が働く場合には基底状態として超流動秩序変数が空間変調する、いわゆる超固体状態が出現することが理論的に提唱されている。本研究では超固体状態における有限温度効果を調べ、有限温度における相図を計算する。また、昨年度開発した機械学習の手法の光学格子系への応用を行う。さらに、量子情報への応用を目指して、光格子系を用いた量子ウォークを用いた空間探索や、量子アニーリングの実現にむけた理論を提案する。
多彩な環境応答を示す溶媒誘起力の解明：理論・実験融合研究

(1)水溶液中の疎水性溶質の溶媒和自由エネルギーに対するイオン添加効果について予備的な分子動力学シミュレーション計算を進め,今後の研究方針を固めた.第一に,電荷をもったイオンの場合,既存の分子間相互作用ポテンシャルがイオン水溶液の基礎物性をうまく再現することができないという点を確認し,ポテンシャルを改良することを試みた.その結果,イオンの電荷qをそのまま用いるのではなく,分子分極を考慮するために,一定の割合でqを減少させることにより,総合的に基礎物性がうまく再現できることを確認した.今後,このイオンポテンシャルを用いて,疎水性分子の溶媒和エネルギーに対するイオンの添加効果をイオン種毎に明らかにし,その機構を解明する.(2)溶質溶解度に対するイオン添加効果を定量化するために用いられるセチェノフ係数を溶液構造を反映する相関関数積分によって与える式を導出した.この式を用いて,イオン種および溶質分子種に依存するセチェノフ係数の大小を溶液の微視的構造から理解することができる.(3)シニョリンとよばれる人工タンパク質の水溶液中における安定性の機構を液体の密度汎関数理論とシミュレーションを組み合わせた方法により,解明した.その結果,従来の定説とは反対に,溶媒誘起力はタンパク質の折り畳み構造を不安定化させる方向に寄与しており,タンパク質分子内直接相互作用が折り畳みにおける駆動力であることが定量的に示された.この結果は,疎水効果が折りたたみ構造を安定化させるという既存仮説を否定するが,一般的なタンパク質に関する熱測定や部位突然変異体導入に基づく結論と一致する.本研究課題の開始から6ヶ月経過後の現時点において,研究計画のとおり,着実に研究が実施されている.2019年4月にはロシア・サンクトペテルブルク大学からShchekin教授ら2名の共同研究者を招へいし,共同研究について実質的な議論を行うことが決定している.また,同年,米国コーネル大学を研究代表者・甲賀が訪問し,Widom教授と研究打ち合わせを行う計画を立てている.(1)水溶液中イオンの新しいポテンシャルモデルを用いて,疎水性分子の溶媒和エネルギーに対するイオンの添加効果を各種イオンについて計算し,その機構を解明する.特にイオンサイズに焦点を当てる.一般にイオンサイズ減少に伴い,溶質溶解度を低下させる効果(塩析効果)が強まるが,リチウムイオンまでサイズが小さくなると,逆にその効果が弱まる.この非単調なイオンサイズ効果を解明することを目指し,分子シミュレーションを進める.(2)セチェノフ係数を溶液構造を反映する相関関数積分によって与える式を用いて,イオン種および溶質分子種に依存するセチェノフ係数の大小と溶液の微視的構造との関係を明らかにする.特に,カチオンにおける非単調なイオンサイズ効果を解明するために,相関関数積分を通じて理解することを試みる.(3)多成分系におけるある分子種の密度ρと活動度zの比ρ/zを新たな変数λとし,分子種jの密度ρjによるλの展開式,またはλの活動度zjに関する導関数に関する熱力学関係式を導出する.このような熱力学的考察により,溶質溶解度に対する他の分子種の影響を系統的に調べるための理論的基盤の確立に寄与することを目指す.(4)(3)に関連し,溶質分子がイオンの場合に,統計力学的考察から,密度展開について考察する.(5)溶液内の溶質分子間有効相互作用ポテンシャルwは,溶質分子間φ,溶質溶媒分子間u,および溶媒分子間vの直接相互作用ポテンシャルの関係によって定まり,さらには,その関係によって,wの温度応答を始めとする環境応答に違いが現れる.このことについて,まずは単純な溶質分子間のwを,φ, u, vの関数として評価し,その依存性を評価し,wが質的に変化する物理条件を明らかにする.(6)(5)を発展させ,ポリマーまたはタンパク質の単純なモデルを考案し,コイル-グロビュール転移に対するφ, u, vの依存性を明らかにする.(1)水溶液中の疎水性溶質の溶媒和自由エネルギーに対するイオン添加効果について予備的な分子動力学シミュレーション計算を進め,今後の研究方針を固めた.第一に,電荷をもったイオンの場合,既存の分子間相互作用ポテンシャルがイオン水溶液の基礎物性をうまく再現することができないという点を確認し,ポテンシャルを改良することを試みた.その結果,イオンの電荷qをそのまま用いるのではなく,分子分極を考慮するために,一定の割合でqを減少させることにより,総合的に基礎物性がうまく再現できることを確認した.今後,このイオンポテンシャルを用いて,疎水性分子の溶媒和エネルギーに対するイオンの添加効果をイオン種毎に明らかにし,その機構を解明する.(2)溶質溶解度に対するイオン添加効果を定量化するために用いられるセチェノフ係数を溶液構造を反映する相関関数積分によって与える式を導出した.この式を用いて,イオン種および溶質分子種に依存するセチェノフ係数の大小を溶液の微視的構造から理解することができる.(3)シニョリンとよばれる人工タンパク質の水溶液中における安定性の機構を液体の密度汎関数理論とシミュレーションを組み合わせた方法により,解明した.その結果,従来の定説とは反対に,溶媒誘起力はタンパク質の折り畳み構造を不安定化させる方向に寄与しており,タンパク質分子内直接相互作用が折り畳みにおける駆動力であることが定量的に示された.この結果は,疎水効果が折りたたみ構造を安定化させるという既存仮説を否定するが,一般的なタンパク質に関する熱測定や部位突然変異体導入に基づく結論と一致する.本研究課題の開始から6ヶ月経過後の現時点において,研究計画のとおり,着実に研究が実施されている.

2019年4月にはロシア・サンクトペテルブルク大学からShchekin教授ら2名の共同研究者を招へいし,共同研究について実質的な議論を行うことが決定している.また,同年,米国コーネル大学を研究代表者・甲賀が訪問し,Widom教授と研究打ち合わせを行う計画を立てている.(1)水溶液中イオンの新しいポテンシャルモデルを用いて,疎水性分子の溶媒和エネルギーに対するイオンの添加効果を各種イオンについて計算し,その機構を解明する.特にイオンサイズに焦点を当てる.一般にイオンサイズ減少に伴い,溶質溶解度を低下させる効果(塩析効果)が強まるが,リチウムイオンまでサイズが小さくなると,逆にその効果が弱まる.この非単調なイオンサイズ効果を解明することを目指し,分子シミュレーションを進める.(2)セチェノフ係数を溶液構造を反映する相関関数積分によって与える式を用いて,イオン種および溶質分子種に依存するセチェノフ係数の大小と溶液の微視的構造との関係を明らかにする.特に,カチオンにおける非単調なイオンサイズ効果を解明するために,相関関数積分を通じて理解することを試みる.(3)多成分系におけるある分子種の密度ρと活動度zの比ρ/zを新たな変数λとし,分子種jの密度ρjによるλの展開式,またはλの活動度zjに関する導関数に関する熱力学関係式を導出する.このような熱力学的考察により,溶質溶解度に対する他の分子種の影響を系統的に調べるための理論的基盤の確立に寄与することを目指す.(4)(3)に関連し,溶質分子がイオンの場合に,統計力学的考察から,密度展開について考察する.(5)溶液内の溶質分子間有効相互作用ポテンシャルwは,溶質分子間φ,溶質溶媒分子間u,および溶媒分子間vの直接相互作用ポテンシャルの関係によって定まり,さらには,その関係によって,wの温度応答を始めとする環境応答に違いが現れる.このことについて,まずは単純な溶質分子間のwを,φ, u, vの関数として評価し,その依存性を評価し,wが質的に変化する物理条件を明らかにする.(6)(5)を発展させ,ポリマーまたはタンパク質の単純なモデルを考案し,コイル-グロビュール転移に対するφ, u, vの依存性を明らかにする.海外共同研究者の所属研究機関への出張が2019年度になり,その分の旅費を繰り越すことなったため,および計算機導入を次年度に行う方が研究進展に効果が高いと判断し,そのようにしたため,次年度使用額が生じた.