hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
光マネジメント科学コンソーシアム

研究代表者は金属ナノ粒子アレイのナノ加工技術において先端技術を有し、他方渡航先の海外共同研究者(申請時はオランダ基礎エネルギー研究所、現在はアイントフォーヘン工科大学に異動、装置もすべて移動済みで研究目的に変更なし)は先端光学測定技術を有する。この点において両者は相補的な関係にあり、ナノ加工基板供給と先端光学測定のサイクルに基づく共同研究をおこなう。光マネジメント科学の学理確立に向けて、特にアレイを省エネルギー・高効率なエネルギー変換のプラットフォームとして利用するために、光の状態密度制御と、発光中心の特性の自在なコントロール技術の確立を目標にする。これらが実現すると、アレイ上に置いた光機能性材料の機能の飛躍的上昇により、低閾値レーザーや高効率光検出器などのデバイス開発につながる。H30年度は1月15日から断続的にオランダへ渡航し、以下の項目を研究した。A:ナノ粒子アレイの基礎特性ー実験とシミュレーションを組み合わせ,基礎特性に関する学理確立を目指した.A-1:状態密度解析プラズモニックアレイのどこにどれだけの光エネルギーが存在するかを光の波長以下の分解能で計測することで,省エネルギー・高効率なエネルギー変換のプラットフォーム設計の肝となる光の状態密度情報を得る.そのために渡航前に代表者と海外共同研究者の議論によりプラズモニックアレイの設計を行い、京都大学において作製する。プラズモニックアレイを持って代表者が渡蘭し、派遣先にてフーリエ光学顕微鏡による光学状態の解析を行った。Siナノ粒子アレイにおける特異な光学状態の実験的な観察に初めて成功した。この成果はプラズモニクスを補完するナノ光学の発展に重要である。事前に十分な打ち合わせ、予備検討を重ねていたため、研究は計画通りに進んでいる。シミュレーションで予期された通りの実験データが得られ、H31年度は数本の論文にまとめ投稿する予定である。昨年度の研究を受け、今年度は以下の研究を行う.A.ナノ粒子アレイの基礎特性ーA-1:Siナノ粒子アレイを中心に光の状態密度を調べ、アレイによる状態密度マネジメント技術を確立し、アレイ上に乗せた発光中心の発光強度、寿命、指向性を自在に制御する実験的手法を確立する。特に量子収率の測定手法を確立させることを目指す。Aー2:アレイに高濃度の色素薄膜を塗布することでポラリトンとアレイの光学モードの強結合状態を実現し、ポラリトニックデバイス応用を指向した基礎特性の解析をおこなうB:ナノ粒子アレイの応用ー以下の研究を完成,発表し,帰国後のコンソーシアム拡大の呼び水とする。B-1:高効率レーザー先端強発光材料アレイおよび先端光学解析を掛け合わせ,高効率レーザーを作製するための材料選択、構造設計を検討し、設計の体系化を行う。これらの研究活動に併せて学生の交流を活発にし、彼らの国際性を養う教育を施す。内定年度:2017研究代表者は金属ナノ粒子アレイのナノ加工技術において先端技術を有し、他方渡航先の海外共同研究者(申請時はオランダ基礎エネルギー研究所、現在はアイントフォーヘン工科大学に異動、装置もすべて移動済みで研究目的に変更なし)は先端光学測定技術を有する。
転写超保存領域T-UCRを標的とした去勢抵抗性前立腺癌の新規診断・治療法の開発

去勢抵抗性前立腺がん(CRPC)の生物学的メカニズムには不明な点が多く、喫緊の研究課題である。私たちは、本研究では、CRPC関連T-UCRを標的とした新たな診断・治療法の開発を行うため以下の順で研究する。[1]デジタルカウント遺伝子発現解析を用いたCRPC関連T-UCRの同定、[2]候補となるT-UCRのCRPCにおける発現解析、[3]CRPC関連T-UCRと薬剤耐性メカニズムの解析を行う。
ミトコンドリアタンパク質の輸送における仕分けの仕組みの解析

ミトコンドリア外膜にはβバレル構造をもつ膜タンパク質が存在する。βバレル型膜タンパク質はすべて核のDNAによってコードされているため、サイトゾルで合成された後、ミトコンドリア外膜に正しいトポロジーで挿入され、機能すべきタンパク質複合体へとアセンブリーすると考えられる。出芽酵母ミトコンドリアの外膜に存在するTOB複合体と呼ばれるタンパク質複合体はβバレル型膜タンパク質の組み込みに必須である。近年、ミトコンドリア形態を維持するタンパク質がTOB複合体のサブユニットであることが見出されたが、その分子機構は全く不明であった。そこでまず、Mdm10のミトコンドリア局在化シグナルとして重要であると考えられるアミノ酸をアラニンに置換したMdm10変異体シリーズを作成した。その酵母株から単離したシトコンドリアを用いた解析から期待通り、変異Mdm10はミトコンドリアにほとんど存在しないことがわかった。この単離ミトコンドリアを利用しMdm10が減少すると、βバレルタンパク質はTOB複合体との輸送中間体として停留し、外膜に組み込まれなくなることを見出した。また、TOB複合体にはMdm10を含まないコア複合体とMdm10を含むホロ複合体の2つの状態が存在するが、Mdm10を過剰発現させるとコア複合体とホロ複合体の量的平衡が変化し、βバレルタンパク質の組み込みが特異的に阻害されることを見出した。さらにβバレルタンパク質とTOB複合体との輸送中間体にはMdm10は含まれないことがわかった。これらの結果はMdm10がβバレル膜タンパク質のアセンブリ過程をモニターする品質管理機能を備えていることを強く示唆している。Pam16はin vitro膜透過実験により、ミトコンドリアマトリクスへ輸送され、PAM複合体を形成することがわかった。また、Pam16のC末端にDHFRを付加させた融合タンパク質Pam16-DHFRを用いて膜透過中間体を形成させることにより、Pam16はTIM23複合体経路でマトリクスへと輸送されることが示唆された。さらにTim22の発現を抑制しても、Pam16およびPam16-DHFRの取り込み効率に変化が見られないことから、TIM22複合体はPam16の輸送に関与しないことがわかった。また、mtHsp70の変異株であるssc1-3を用いた解析からPam16のマトリクスへの輸送においてmtHsp70の依存性は小さく、in vitro合成したPam16はミトコンドリア外で非常にunfoldした状態で存在することが示唆された。一方、Pam16-DHFRはマトリクスへと完全に輸送されるためにはmtHsp70によるトラッピングが不可欠であり、DHFR部分が安定な高次構造を形成していることがわかった。抗Tim50抗体をマイトプラストに添加してTim50の機能を阻害しても、Pam16およびPam16-DHFRの取り込み効率は、抗体を加えない場合と比較して変化がなかったので、外膜のTOM40複合体を通過したPam16は、Tim50による認識を受けないことがわかった。また、興味深いことに、Pam16のN末端に典型的なプレ配列を付加したpSu9(69)-Pam16はTim50抗体の添加によって取り込み効率が顕著に阻害されたことから、逆にTim50はプレ配列部分と特異的に相互作用することが明らかになった。ミトコンドリア外膜に局在するTom20とTom22は前駆体タンパク質を認識する受容体として機能すると考えられているが、どちらか一方の遺伝子を欠損させると、もう一方の受容体の発現量に影響がでるため、オルガネラレベルでの個々の受容体機能の解析には限界があった。そこで機能ドメインと膜貫通ドメインの間にTEVプロテアーゼの切断サイトを導入し、in vitroでTEVプロテアーゼ消化し、片方の受容体ドメインのみを生化学的に除去する実験系を構築した。この実験系を利用して、様々な前駆体タンパク質のミトコンドリアへの取り込み速度を調べることが可能になった。また、ミトコンドリア外膜には、βバレル構造をもつ膜タンパク質が存在する。本研究では出芽酵母においてβバレル型膜タンパク質がどのようにミトコンドリア外膜へと挿入され、タンパク質複合体へとアセンブリーするのかを詳細に解析した。ミトコンドリア外膜の膜透過装置であるSAM複合体は、このβバレル膜タンパク質の組み込みおよびトポロジー形成に必須である。近年、ミトコンドリアの形態を制御するタンパク質MdmlOがSAM複合体のサブユニットでもあることが見出されたが、Mdm10がβバレル膜タンパク質のアセンブリー過程にどのように機能するかは不明である。SAM複合体には20Q kDa(SAMcore)および250kDa(SAMholo)の二つの状態が存在するが、Mdm10がSAMcore;複合体と相互作用することでSAMholo複合体を形成すること、Mdm10を過剰発現させるとSAMcoreとSAMholo複合体の平衡が変化することを見出した。また、Mdm10を過剰発現させたミトコンドリアでは、βバレル膜タンパク質の外膜への組み込みが特異的に阻害されることがわかった。

近年、ミトコンドリア形態を維持するタンパク質がTOB複合体のサブユニットであることが見出されたが、その分子機構は全く不明であった。そこでまず、Mdm10のミトコンドリア局在化シグナルとして重要であると考えられるアミノ酸をアラニンに置換したMdm10変異体シリーズを作成した。その酵母株から単離したシトコンドリアを用いた解析から期待通り、変異Mdm10はミトコンドリアにほとんど存在しないことがわかった。この単離ミトコンドリアを利用しMdm10が減少すると、βバレルタンパク質はTOB複合体との輸送中間体として停留し、外膜に組み込まれなくなることを見出した。また、TOB複合体にはMdm10を含まないコア複合体とMdm10を含むホロ複合体の2つの状態が存在するが、Mdm10を過剰発現させるとコア複合体とホロ複合体の量的平衡が変化し、βバレルタンパク質の組み込みが特異的に阻害されることを見出した。さらにβバレルタンパク質とTOB複合体との輸送中間体にはMdm10は含まれないことがわかった。これらの結果はMdm10がβバレル膜タンパク質のアセンブリ過程をモニターする品質管理機能を備えていることを強く示唆している。
放射光X線による医薬品共結晶体の物性予測制御法の研究

Caffeine-Oxalic acid及びCaffeine-Malonic acidの共結晶体の精密構造解析により、Malonic acidにより構築されるCaffeine共結晶体は、Oxalic acidにより構築されるCaffeine共結晶体に比べて弱い水素結合により構築されていることが定量的に分かった。本研究による共結晶体の物理量の可視化法は、熱・湿度安定性や溶解性などを制御している分子間相互作用を定量的に解析することができる。これらは、医薬品共結晶体の迅速な安定性予測や効率的な分子設計が可能であり、今後、新規医薬品の物性を制御する標準的な技術として発展することが期待される。共結晶体内分子の電子密度分布解析を基盤とした医薬品の物性制御及び予測法の構築のため、カフェイン共結晶体群を対象として本研究を遂行した。具体的には、カフェイン共結晶体を構築し、精密構造解析により定量化した分子の結合性、極性から物性(溶解度、熱・湿度安定性)を制御している分子間相互作用を解明することを試みた。得られた新規カフェイン共結晶体の物性については、熱分析及び熱・湿度安定性や溶解性などの測定を行った。さらに合成した共結晶体は、大型放射光施設SPring-8を用いたX線回折データから精密構造解析を行った。実験的に直接観察した電子密度分布、静電ポテンシャル分布、電荷密度分布から分子内の結合性、電子分極及び分子の極性、分子間相互作用を定量化し、物性(溶解度、熱・湿度安定性)との相関関係の解明を検討した。本研究では、これまでに、シュウ酸とカフェインにより構築される共結晶体の精密構造解析により、電子密度分布及び静電ポテンシャルを明らかにしてきた。本年度は、ジカルボン酸の炭素鎖がシュウ酸より1つ長いマロン酸とカフェインにより共結晶体を構築し、精密構造解析によって電子密度分布及び静電ポテンシャルの視覚化に成功した。今後、系統的な分子間結合部位を有するカフェイン共結晶体群の定量的な知見に基づき分子間相互作用を数値化し、共結晶体内分子の電子密度分布解析を基盤とした医薬品の物性可視化法を確立する。最終的には、目標である医薬品共結晶体の物性予測制御法の構築のため、精密構造解析の結果に基づいた分子の結合性、電子分極及び分子の極性、分子間相互作用から、分散(ファンデルワールス力)、分極(ダイポールモーメント)、水素結合(ドナー・アクセプター性)を抽出し、新規共結晶医薬品の分子設計・合成への応用、安定性及び溶解性などの物性の予測制御を実証する。さらに合成した共結晶体は、SPring-8を用いたX線回折データから精密構造解析を行った。これまでに本研究では、シュウ酸、マロン酸とカフェインにより構築される共結晶体の精密構造解析により、電子密度分布及び静電ポテンシャルを明らかにしてきた。本年度は、より炭素鎖が長いジカルボン酸HOOC-(CH2)n-COOHとカフェインにより共結晶体の構築を試みた。炭素鎖nが5以上では、共結晶体の単結晶化が困難となったため、粉末試料の放射光X線回折データから結晶構造解析を行った。これまでに、既知のカフェイン共結晶体の精密構造解析だけでなく、新規なカフェイン共結晶体の合成にも成功した。具体的には、本年度は、より炭素鎖が長いジカルボン酸HOOC-(CH2)n-COOHとカフェインにより共結晶体の構築を試みた。炭素鎖nが5以上の共結晶体では、単結晶化が困難となったため、粉末試料の放射光X線回折データから結晶構造解析を行った。Caffeine-Oxalic acid及びCaffeine-Malonic acidの共結晶体の単結晶をそれぞれ合成し、SPring-8の単結晶構造解析ビームラインBL02B1で超高分解X線回折データを観測した。これらのデータは、精密構造解析により電子密度分布を可視化し、さらに、静電ポテンシャルの可視化にも成功した。

Caffeine-Oxalic acidの共結晶体は、Caffeine分子内のイミダゾール環の窒素とOxalic acidのカルボン酸の水素が水素結合を形成することにより構築されている(N...H-O = 1.81 Å)。一方、電子密度分布解析では、等電子密度面に色づけされたカルボン酸部位を見ると電子は局在化しており、この水素結合は、比較的強い静電相互作用であることが分かる。また、Caffeine-Malonic acidの共結晶体も同様に、Caffeine分子内のイミダゾール環の窒素とMalonic acidのカルボン酸の水素が水素結合を形成することにより構築されている(N...H-O = 1.83 Å)。これらの水素結合距離には、有意な差がないために原子間の距離だけからは判断しにくい。しかしながら、電子密度分布解析では、それぞれのカルボン酸部位を比較すると、Malonic acidのカルボン酸部位の電子がOxalic acidに比べて局在化していないことがわかる。従って、Malonic acidにより構築されるCaffeine共結晶体は、Oxalic acidにより構築されるCaffeine共結晶体に比べて弱い水素結合により構築されていることが示唆される。このような知見は、医薬品共結晶体の溶解度などの物性に深く寄与していると考えられる。今後、精密X線構造解析を用いた電子密度分布の定量化により医薬品共結晶体の物性予測への応用が期待できる。Caffeine-Oxalic acid及びCaffeine-Malonic acidの共結晶体の精密構造解析により、Malonic acidにより構築されるCaffeine共結晶体は、Oxalic acidにより構築されるCaffeine共結晶体に比べて弱い水素結合により構築されていることが定量的に分かった。本研究による共結晶体の物理量の可視化法は、熱・湿度安定性や溶解性などを制御している分子間相互作用を定量的に解析することができる。これらは、医薬品共結晶体の迅速な安定性予測や効率的な分子設計が可能であり、今後、新規医薬品の物性を制御する標準的な技術として発展することが期待される。これまでに、既知のカフェイン共結晶体の精密構造解析だけでなく、新規なカフェイン共結晶体の合成にも成功した。具体的には、本年度は、ジカルボン酸の炭素鎖がシュウ酸より1つ長いマロン酸とカフェインにより共結晶体を構築し、精密構造解析によって電子密度分布及び静電ポテンシャルの視覚化に成功した。また、ジカルボン酸の炭素鎖の異なる新規なカフェイン共結晶体については、現時点では、構造決定には至っていないが、熱分析を含めた共結晶体の物理的な知見について収集できた。共結晶体中の電子密度分布、静電ポテンシャル分布、電荷密度分布の物性可視化法は、実際の分子の結合性、電子分極及び分子の極性、分子間相互作用を直接観察することを意味する。物性値を支配する構造的特徴を明らかにできる静電場解析を共結晶体に適用することで、結晶内分子の電子分極及び分子の極性、分子間相互作用を定量的に求めることができる。これらの精密な解析結果と物性(溶解度、熱・湿度安定性)との相関関係を明らかにすることにより、創薬における物性制御に必要なパラメーターを抽出する方法論の構築を行う。最終目標である医薬品共結晶体の物性予測制御法の構築のため、精密構造解析の結果に基づいた分子の結合性、電子分極及び分子の極性、分子間相互作用から、分散(ファンデルワールス力)、分極(ダイポールモーメント)、水素結合(ドナー・アクセプター性)を抽出する。
２次元高分解能分光観測による太陽表面ジェットの研究

太陽表面では激しい爆発現象が至る所で発生している。近年、我が国の太陽観測衛星「ひので」をはじめとする観測手段が発達して、爆発現象を微細な点まで観測できるようになってきている。太陽表面爆発現象の特徴は、高温プラズマの突発的な出現と高速ジェットの発生である。この研究では、人工衛星、地上望遠鏡を用いた共同観測から、これらの爆発現象が発生する仕組みを明らかにすることを目的とした。その結果、太陽外層での磁気リコネクションという物理的な過程が、重要な役割を果たしていることが明らかになった。本研究課題は、2次元高分解能分光観測による太陽表面ジェットの観測的研究である。平成24年度は太陽観測ひので衛星狭帯域画像を用いて、フレア爆発を起こした太陽活動領域の3次元磁場の変化を解析して、そのHelicity変化を調査した。磁場解析に新たな手法を開発導入して、Helicity変化を引き起こしている真の原因が、表面流体のねじり運動であるのか、あるいは、太陽対流層の深い層でのねじりによって作られた磁束の浮上によるものかを区別することに成功した。今回の研究結果は、対象として領域ではHelicityは深層で作られたねじれた磁束管の浮上によってHelicity変化が起こされていることが分かった。この結果は学術誌Astrophysical Journalに出版した。また、本研究の一環として、激しい活動現象を引き起こす太陽のデルタ型黒点の形態学的変化、磁場分布変化、3次元速度場変化についての統計調査を行った。この研究の中から、デルタ型活動領域が形成されるひとつの典型例を見出した。それは、活動領域が減衰するときに、それまで太陽表面に分布していた磁束が下層に沈下してゆくときにデルタ型の黒点になる振舞いを示す例であった。このようなデルタ型黒点の形成は、従来知られていなかったものであり、新しい知見を得ることができた。太陽表面上に現れる活動現象は、宇宙における電磁流体力学的現象の発露であり、微細な構造とその時間発展を詳細に観測解析できる唯一の物理現象である。本研究では、太陽表面活動現象を高空間分解能で撮像・分光手法で観測することに成功した。使用した装置は、太陽観測衛星ひので光学望遠鏡、スェーデン真空望遠鏡、飛騨天文台ドームレス太陽望遠鏡、太陽磁場活動研究望遠鏡である。具体的には、1)エラーマンボムという黒点周辺で見られる微小爆発現象は、150km程度の大きさを持つ更に微細なエネルギー解放現象の集合体であることを発見した。これらの微細構造は、磁気リコネクションが間歇的に起こっているという描像を得ることに成功した。この現象の起源は、彩層ジェット、コロナジェットと物理的には同じものであり、その発生の太陽大気中の深さの違いであるという知見を得た。2)太陽黒点内部には、明るい暗部輝点という微細な構造がある。この構造は、黒点深部から熱い対流ガスが強い磁場域に侵入して光球に現れたものであるという描像を明らかにした。また、この暗部輝点の空間分布から、厚い大気の底にあって通常は見えない黒点下部の構造を推測できる見通しを得た。この視点は、黒点の進化を予想する手段を与える可能性があり、ひいては宇宙天気の予報にもつながる可能性を見出した。最後に、最終年度には、3)黒点の半暗部の形成過程を研究・解析し、半暗部の形成は従来考えられていた磁束の集積による黒点縁辺部の磁場の傾きという過程以外に、急速に磁束が浮上し続けて黒点となる場合、更には捩じれた磁束浮上あるいは回転しつつ浮上する過程でも形成されることを明らかにした。これらの過程は、すべて磁場の傾きが大きいことを意味しており、理論予想を、観測的に実証したという成果となる。この成果は、「ひので7シンポジウム」で発表し、日本天文学会欧文報告に投稿、受理された。本研究課題は2次元高分解能分光観測による太陽表面ジェットの研究である。平成23年度の成果で特筆すべきものは、国際会議「Hinode-5」の招待講演として、太陽活動領域内のエラーマンボムについて総合的レビューを行い、このエラーマンボムが太陽彩層深部での磁気リコネクションによって駆動されていること、その発生に伴って双方向ジェットが放出されていることを明らかにしたことである。この成果は、飛騨天文台ドームレス太陽望遠鏡での分光観測、太陽観測衛星「ひので」の高空間分解観測、スエーデン太陽真空望遠鏡による2次元多波長観測を用いた研究に基づいたものであり、高分解能分光観測研究の威力を示すものとして高い評価を得た。この成果は今年度学術雑誌に国際会議集録特集号として発行される予定である。また、2次元単色画像のマルチフレーム・ブラインドデコンボリュション手法による高分解能画像復元については、口径が世界最大の太陽望遠鏡である米国のNST望遠鏡で撮影された黒点暗部の微細構造の多波長単色観測をもとにしてその有効性を確認した。

この成果は、黒点内部の微細構造を3次元的に明らかにしたものであり、Astrophysical Journalに投稿し受理された。さらに、高分解能画像復元法を、飛騨天文台ドームレス太陽望遠鏡に新規導入するために、(1)2チャンネル(On-focusとOff-focus)画像の取得システムを開発し、(2)テスト観測実施、(3)画像処理の予備的シミュレーションを行った。この結果、広いダイナミックレンジにわたる太陽微細構造の観測には、従来のCCDカメラではなく、CMOSタイプの高速カメラにの導入の必要性が明らかになった。また、大量の画像データを処理するためには、PCメモリーが16GB程度必要であることも判明し、次年度の開発計画の展望を得ることができた。太陽表面上に発生する規模の小さなものから大きなものまで様々な種類のジェット現象の観測的研究から、表面磁場での磁気再結合プロセスが共通の駆動機構であることが明らかとなってきた。また、その磁気再結合を引き起こす磁場配位、磁場ねじれ創出機構についての解明の手掛かりを得た。画像処理手法を実データに適用して、その有効性を確認することができ、また、テスト観測により次年度の開発の方針展望を得ることができた。京都大学理学研究科附属飛騨天文台のドームレス太陽望遠鏡では、新規補償光学装置の導入が平成25年度完了する。これを用いて、従来地上望遠鏡では大気乱れのため不可能であった観測を実施することができる。微細なジェット現象の多波長分光学観測を予定しており、これによってジェット現象の詳細な振舞いを捉えて、より精度高く電磁流体学的物理量を導出する方針である。今年度の成果により、飛騨天文台ドームレス太陽望遠鏡に高分解能2次元分光観測システムのプロトタイプを発展させて完成し、本観測を可能とする。次年度は、本研究の最終年度であり、太陽分光観測のために飛騨天文台に出張する旅費使用を予定している。また、研究成果発表のための海外出張経費、および論文出版費に使用する計画である。高性能PCの購入、データ保存RAIDシステムの導入、CMOSカメラの導入して、観測システムを完成し、観測を実施する。観測および研究打ち合わせ、内外での研究成果発表のための旅費使用も計画している。
ルテニウム錯体とポルフィリンを基盤とする高効率・高選択的光酸化触媒系の構築

酸性水溶液中でのRu(IV)-オキソ錯体の性質と反応性を明らかにすると共に、有機基質の酸化反応について、基質とのアダクト形成を経由する特異な反応機構を明らかにした。また、光誘起電子移動に基づいた、ルテニウムーピリジルアミン錯体を触媒とする有機基質の高効率・高選択的な光触媒的酸化反応を開発した。さらに、Ru(II)錯体上の拡張π共役複素環配位子を活性点とする光水素発生系の開発を行った。一方、Pd(II)-ポルフィリンーフラビン連結系を合成し、0.11秒という長寿命の3重項電荷分離状態の形成に成功した。また、金属錯体から水溶性サドル型ポルフィリンのジプロトン化体への光誘起電子移動を観測した。本研究では、光合成系を規範として、ルテニウム錯体を触媒とする有機化合物の高効率・高選択的光酸化触媒系の構築を目指す。平成25年度における研究の主な進捗について述べる。1.C-C結合又はアミド結合を介して連結されたH4DPP2+ーRu(II)錯体二元系を合成し、それらの分光学的、電気化学的キャラクタリゼーション、フォトダイナミクスの検討を行った。その結果、それら2つの二元系は、H4DPP2+部位の光励起の後、Ru(II)錯体部位から、一重項励起状態にあるH4DPP2+部位への光誘起電子移動が進行し、ナノ秒オーダーの比較的長寿命な電子移動状態を形成することを明らかにした。また、これらの二元系分子は、従来のRu二核錯体による光増感剤ー触媒二元系で見られたような、光増感部位から触媒部位への分子内エネルギー移動が、エネルギー的に不利な過程であるために、進行しないということを明らかにした。2.本研究では、2つのポルフィリン部位を有する新規トリス(2ーピリジルメチル)アミン(TPA)誘導体、(H2Por)2-TPAを合成した。また、これを配位子に用いて、新規ルテニウム-TPA錯体(1, [RuCl{TPA-(H2Por)2}]+)、および2 ([RuCl{TPA-(ZnPor)2}]+)を合成した。紫外可視吸収スペクトル測定、および電気化学測定の結果から、亜鉛ポルフィリン部位を持つ錯体2では、ポルフィリン同士がπダイマーを形成していないことが分かった。一方、ポルフィリン部位がフリーベースである錯体1では、H会合型のダイマーを形成していると考えられる。さらに電気化学測定においては、三段階の逐次的な酸化過程が観測され、滴定実験においても逐次的酸化の進行を支持する結果が得られた。また、ESR測定でも、πダイマーラジカルカチオンの生成が裏付けられた。異なるピリジルアミン配位子を有する3種類のRu(IV)-オキソ錯体による、酸性緩衝溶液中(pH 1.8)での有機分子(主にアルコール)の酸化反応について、その反応機構を反応速度論に基づいて詳細に解析した。その結果、3つの錯体すべてについて、酸化反応の初期過程として、オキソ錯体ー基質分子アダクトが形成されることがわかった。また、水素引き抜き過程の速度論的同位体効果が小さく、速度定数のC-H結合の結合解離エネルギーに対する依存性もほとんどないことがわかった。また、水素引き抜き過程の活性化エントロピーが負に大きな値を示した。これらの結果は、アダクト形成により、基質が酸化剤と強く相互作用し、遷移状態でのC-H結合とオキソ配位子との相互作用を容易にすることで、水素引き抜き反応の水素移動距離を短くしていることを示唆する。Pd(II)-ポルフィリン錯体(PdPor)のメソ位にフラビン部位(Fl)を共有結合を経由して導入した2元系(Dyad; PdPor-Fl)を合成し、そのキャラクタリゼーションを分光学的測定、電気化学測定、X線結晶構造解析により行った。さらに、そのDyad 1におけるPdPorからFlへの分子内光誘起電子移動について、過渡吸収スペクトル測定に基づいてその光ダイナミクスを明らかにした。Dyadは、390 nmでの光励起により、励起1重項から電荷分離状態(Pd(Por・+)-Fl・-)が生成し、その寿命はPhCN中で20 psであった。それに対し、Sc3+存在下では、Fl部位にSc3+が結合することで電荷分離状態のエネルギー準位が低下し、三重項の電荷分離状態が生成することがわかった。また、その電荷分離寿命は0.11 sであった。この長寿命化は、電子移動における再配列エネルギーが増大し、逆電子移動速度が大きく減少したためと考えられる。1.ドデカフェニルポルフィリンのモノプロトン化体(H3DPP+)の生成要件を確立し、各種カルボン酸との1:1超分子の選択的形成を可能とした。すなわち、アセトン中3-5%のメタノール存在下で、カルボン酸とH2DPPを反応させると、明確に2段階で反応し、[H3DPP(CH3OH)](RCOO)が生成することを明らかにした。また、H3DPP+に1分子のメタノールとカルボキシレートが水素結合した超分子の結晶構造と酸化還元電位を含むその性質を明らかにした。

さらに、フェロセン類から[H3DPP(CH3OH)](RCOO)への光誘起電子移動について、フェムト秒過渡吸収スペクトルを測定し、その光ダイナミクスを明らかにした。さらに、カルボキシル基を導入したルテニウム(II)ーピリジルアミン錯体とH2DPPの超分子形成を行い、その光電子移動特性を明らかにした。2.4つのメソフェニル基のパラ位に4-N-メチルピリジニウミル基を導入した水溶性H2DPP誘導体を合成した。そのジプロトン化体の結晶構造を決定し、そのサドル型歪みの度合いがH4DPP2+と殆ど変わらないことを明らかした。さらにジプロトン化体の酸解離定数を決定し、ポルフィリンに関する初めてのPourbaixダイアグラムの作成等を行い、その酸化還元過程を明らかにした。また、モノプロトン化体の生成とその結晶構造の決定にも成功した。3.ルテニウム(III)-ヒドロキソ錯体によるフェノール類の酸化反応を速度論的に解析し、前平衡過程としての水素結合によるアダクト形成を経由して進行することを明らかにした。さらに、基質からヒドロキソ錯体への電子移動のドライビングーフォース(-ΔG(ET))が大きくなると、-ΔG(ET)0.51 eVを境に、その酸化反応の律速段階が水素移動から電子移動へと切り替わることを見いだした。1.ドデカフェニルポルフィリンのモノプロトン化体(H3DPP+)のカルボキシラトとの超分子が、アセトン/3%メタノール中で、各種フェロセン誘導体を電子供与体とする分子間光誘起電子移動における電子受容体として機能することを明らかにした。ナノ秒過渡吸収スペクトルの測定と電子移動のマーカス理論に基づく解析の結果、その電子移動の再配列エネルギーを1.89 eVと決定した。これは、ポルフィリンモノプロトン化体の電子移動特性を明らかにした初めての例である。また、H3DPP+の生成要件について、メタノールなどのプロトン性極性溶媒とH3DPP+との水素結合だけでなく、プロトン酸の共役塩基の強さ、共役塩基上の正電荷が生成選択性を制御していることがわかった。2.前年度に合成し、分光学的手法、電気化学的手法、及び結晶構造解析によるキャラクタリゼーションを行った、4つのメソフェニル基のパラ位に4-N-メチルピリジニウミル基を導入した水溶性H2DPP誘導体について、可視光照射後のESRスペクトルやナノ秒過渡吸収スペクトルの測定により、酸性水溶液中における各種電子供与体(ABTS、Fe(II)-ジイミン錯体)から、励起三重項状態にある水溶性H4DPP2+誘導体への光誘起電子移動を観測した。3.Ru(II)-テトラピリドフェナジン(tpphz)錯体を、電子供与体(トリエチルアミン等)存在下、メタノール/水(1/1 v/v)中で可視光照射すると、tpphzのピラジン部位の2つの窒素がそれぞれ水素化された化合物が、量子収率30%で生成することを明らかにした。その水素化中間体の光励起状態は、プロトンと反応して水素を発生することから、光触媒的水素発生系の構築に至った。さらに、その水素化中間体はベンズアルデヒドを水素化してベンジルアルコールを与えることを明らかにし、光触媒的水素化触媒系の構築にも成功した。酸性水溶液中でのRu(IV)-オキソ錯体の性質と反応性を明らかにすると共に、有機基質の酸化反応について、基質とのアダクト形成を経由する特異な反応機構を明らかにした。また、光誘起電子移動に基づいた、ルテニウムーピリジルアミン錯体を触媒とする有機基質の高効率・高選択的な光触媒的酸化反応を開発した。さらに、Ru(II)錯体上の拡張π共役複素環配位子を活性点とする光水素発生系の開発を行った。一方、Pd(II)-ポルフィリンーフラビン連結系を合成し、0.11秒という長寿命の3重項電荷分離状態の形成に成功した。
消化管粘膜再生におけるTrefoil Factors(TFF)の分子生物学的解析

胃粘膜,小腸粘膜及び結腸の単層培養細胞およびその欠損治癒過程追跡モデルを用いて、TFFの治癒過程への効果を検討し、EGF,TGFα,β,HGF,COX-2などの増殖因子またPPARなどのTFF発現に対する影響を検討した。さらに、細胞の悪性化の課程にTFFがどのように関与しているかを検討した。TFFのmRNA発現に関しては、pS2 geneのcDNAをRT-PCRを用いて作成した。それをプローブとしてNorthern blottingにより検討し、TFFのmRNA発現をPRISM7700を用いて定量し、各種サイトカインのTFF産生に対する効果を検討した。胃粘膜の分化機能を有した胃癌細胞株MKN28、45,JR-Stなどを用いて、NSAIDのCOX-2発現、PG産生、PPARγの動態を検討し、それに与えるTFFの効果、さらにTFF産生との関連をmRNAレベルで解析した。その結果、NSAIDの胃粘膜に及ぼす効果に関して、COX-2を経由する以外に、TFFを経由するルートを見出した。これによって、NSAIDの胃粘膜細胞に対するいわゆる適応細胞保護作用のメカニズムが明らかになった。TFFのTFF1,TFF2,TFF3などのsubtypeの存在に関して、各消化管には未知のTFFが存在している可能性が高く、これらをhomology検索によって同定、DNA配列を決定し、各疾患との関連性を検討した。消化管各種疾患のTFF発現をDNAアレイにより検討し、その臨床的意義を明確にした。NFκBにGFP蛋白遺伝子を導入しTFFの転写過程を解析しでいる。さらに、免疫染色、ISHなどの方法を用いて、形態的遺伝子発現の研究を遂行した。それをプローブとしてNorthern blottingにより検討し、TFFのmRNA発現をPRlSM7700を用いて定量し、各種サイトカインのTFF産生に対する効果を検討した。胃粘膜の分化機能を有した胃癌細胞株MKN28、45,JR-Stなどを用いて、NSAIDのCOX-2発現、PG産生、PPARrの動態を検討し、それに与えるTFFの効果、さらにTFF産生との関連をmRNAレベルで解析した。NFkBにGFP蛋白遺伝子を導入しTFFの転写過程を解析している。

それをプローブとしてNorthern blottingにより検討し、TFFのmRNA発現をPRISM7700を用いて定量し、各種サイトカインのTFF産生に対する効果を検討した。胃粘膜の分化機能を有した胃癌細胞株MKN28、45,JR-Stなどを用いて、NSAIDのCOX-2発現、PG産生、PPARγの動態を検討し、それに与えるTFFの効果、さらにTFF産生との関連をmRNAレベルで解析した。その結果、NSAIDの胃粘膜に及ぼす効果に関して、COX-2を経由する以外に、TFFを経由するルートを見出した。これによって、NSAIDの胃粘膜細胞に対するいわゆる適応細胞保護作用のメカニズムが明らかになった。TFFのTFF1,TFF2,TFF3などのsubtypeの存在に関して、各消化管には未知のTFFが存在している可能性が高く、これらをhomology検索によって同定、DNA配列を決定し、各疾患との関連柱を検討した。消化管各種疾患のTFF発現をDNAアレイにより検討し、その臨床的意義を明確にした。NFκBにGFP蛋白遺伝子を導入しTFFの転写過程を解析している。さらに、免疫染色、ISHなどの方法を用いて、形態的遺伝子発現の研究を遂行した。
細胞と組織の関係を明らかにする新規数理モデルの開発

個体発生中に起こる組織の変形の背後にある力学過程について、その理解は進んでいません。大きな要因として、組織中の力の直接測定が難しい事があげられます。我々自身が開発してきた細胞形態からの力推定法について、レーザー切断実験との比較による実験検証、手法間の比較を行い、推定手法が妥当である事を確かめました。その手法をショウジョウバエの幾つかの上皮系に適用し、それぞれの組織に特有の発生様式(速さなど)とその背後にある細胞の機械的特性の違いを明らかにしています。個体発生中に起こる組織の変形の背後にある力学過程を、これまで我々が開発してきたベイズを用いた力推定法を用いて、主にショウジョウバエの翅等の上皮系に用いて調べてきた。まず、推定手法についてその確度の検証や実験との比較、手法間の比較などについて行い、また、翅細胞の六角格子への配置メカニズムを、数値シミュレーションや、ミオシン分布との比較を行った上で同定し、論文として発表した。石原と杉村で、翅、背板、成虫原基、初期胚体軸伸張期のデータを取得し、それぞれのシステムに特徴的な変形のタイムスケールや異方性について、力の推定を行い、力学特性の違いを明らかにしている。対応するシミュレーションを行い、論文にまとめる予定である。一方で、細胞形態内部自由度を取り込んだ連続体の定式化を試みたが、仏パリ第7大学とCurie研グループの同テーマの論文発表があり、研究方針の変更を余儀なくされた。現在、そのグループと密な連携をとりながら、我々の力推定手法と組み合わせ、ショウジョウバエの翅と背板について広視野大規模データを取得し、個々の細胞レベルのダイナミクスとそこから現れるマクロスケールの変形の関係のシステマティックな解析を進めている。翅は石原と杉村(研究分担者)が、背板はCurie研のBellaiche博士らが行っている。また、同グループと連携し、推定手法の拡張として、細胞膜の曲率を考慮する事で推定精度を改良する事や、培養細胞のモノレイヤー中での細胞の力の推定手法も検討している。前者については、ショウジョウバエ個眼ommatidiaを対象に、実データの解析を進めている。本研究の前段階で行っていた「組織内の力場推定」に関連し、キュリー研究所(フランス)で異なる手法を用いてハエの背板組織の力場を見積もる論文が出版された(Bonnet et al. J. Roy. Soc. Int. 2012)。フランスグループとの共同研究をたちあげ、石原が7月から9月にパリに滞在した。彼らの手法(大域的レーザー切断法)と我々の手法を比較し、お互いの手法についてクロスバリデーションを行い、両者の推定結果が整合的であることを確かめた。同時に、我々の力推定手法の妥当性を体系的に調べ、論文にまとめた(Ishihara et al., Euro. Phys. J. E (2013),同誌の表紙に選ばれた)。共同研究を進めているキュリー研のメンバーの中には、当研究で発展させようとしている細胞形態を連続体値で表すtexture tensorを提唱したF. Graner博士が含まれ、議論をすすめている。共同研究者である杉村がもつ実験データに加え(Ishihara and Sugimura, J. Theor. Biol. 2012)、キュリー研究所のもつデータ(Bosveld et al. Science, 2012)を用い、細胞レベルと組織レベルの力のマップをとっている。一方で、議論の中で、細胞接着面の曲率に注目すればこれまでの推定手法をさらに発展させることができるということがわかり、こちらの方も研究をすすめている。力の釣り合い方程式と統計的手法の定式化自体は終えたが、実際に行ってみると曲率自体をデジタルデータから見積もることが難しいことが解り、曲率も推定値として力学モデルと整合的に推定する手法を構築している段階である。当初の目的に書いた「細胞形状を考慮に入れた連続体モデル」の構築はできていない状態ではあるが、キュリー研究所(フランス)のグループとの共同研究を立ち上げたことにより、データとしても理論的方向性としても、細胞レベルと組織レベルを結びつけて理解をするための枠組みにむけた取り組みがより深くできつつある。実際、我々の持つ技術や知識(力推定、統計学的技術)と彼らのもつ技術(形態特徴付け、泡の物理などのソフトマターに関する知識)、また、それぞれが発展させた独自技術(画像解析や実験手法)相補的に提供し合える状態であり、発生組織内の力学に関して定量的な議論ができる体制にある。また、議論の中で新しい力推定法や、Cell Vetex Modelの拡張のアイデアなどが出てきており、それぞれ十分新しく、分野に寄与しうるアイデアだと考えている。これらのアイデアについても詰めていくことで、もともとの等研究の目的であった「連続体モデルの構築」に関しては遅れが出るかもしれないが、より高精度の連続体モデル構築につながり得ること、「細胞から組織へ」を理解するという最終的な目的のためには重要だと考えている。

細胞集団の力学を研究するための新たなアイデアとして、1曲率を考慮に入れた力推定手法と2細胞のずり応力を表すCell Vertex Modelの拡張について進めている。これらを行うことで、より高精度のデータ解析および連続体モデルの構成につながる。1曲率を考慮に入れた力推定手法:これまで直線で近似してきた細胞接着面を、単曲率で近似する。これは直線よりよい近似であり、強い曲率を示す細胞集団へ手法の適用を拡張する。それのみならず、圧力差と張力、曲率の間に成立するラプラス則を考慮することで、この曲率が定性的に新しい情報を持つことを示すことができた。したがって、曲率を考慮することで、今までpriorに頼った不決定性の問題が解決する。ただ、一通りの定式化をおこない、実際にデータに真の値の解っている画像データに適用した所、デジタルイメージからの曲率の推定が難しいことがわかった。現在、この曲率を高精度でもとめるため、力との同時推定化を行っている。2細胞のずり応力を表すCell Vertex Model(CVM)の拡張:細胞集団をあらわすモデルであるCell Vertex Modelでは、細胞は圧力のみに依存するポテンシャルがわりあてられることが多い。これはCVMがreference stateがないモデルなので、ずり応力の解析的表現が自明でないことに起因する。現在、ポリゴン形状の二次モーメントの表式をもちいて、ずりを入れこむモデルを構築中である。これができれば「長細い細胞」等、異方的な細胞形状をもつ系の数理モデル化が可能になり、CVMの適用範囲を広げることができる。2に関して、ずり力がマクロにどう影響を及ぼすかを考えることで連続体化されたモデルへの寄与を考察、定式化していく。前年度、時間調整ができずに回数が減ってしまった共同研究者との打ち合わせのための旅費に用いる(京都x2回)。
乗合バス事業における規制緩和の影響と経営制度に関する研究

乗合バス事業の費用と規模の関係について、規制緩和の影響も踏まえながらデータで分析を行った結果からは、規制緩和が効率性には大きな影響を与えなかったという結果を得たほか、平均的な費用水準からみて小規模事業者の効率性の悪さが証明された。実際、交通事業者の経営行動でも規模の縮小から拡大の方向に向かっており、地方交通の維持に関して適正な規模が必要との研究成果を得ている。乗合バス事業者の実態調査からは、規制緩和による競争促進の効果が必ずしも望ましい方向に表れていないほか、本業とは別の事情での経営破たんが数多くみられ、再建に当たってはグループ化やM&Aなどの新たな経営形態が見られることが整理された。研究の目的「乗合バスの規制緩和による全国的に起きている事象の整理の体系化」と「その経済学・経営学的解釈」に沿い、従前の研究で未調査であった事例の調査と、経済学・経営学的な体系化へ向けての研究の整理を行った。具体的には、まず規制緩和後の運営形態の変化について、北海道・九州・関東地区の特徴的な事例についてその後の変化を調査した。その上で、規制緩和後複雑化する運営形態についての体系的な整理がないことにかんがみ、大井・酒井(2010)「乗合バス事業における規制緩和後の運営形態の変化」において、規制緩和後の運営形態とそれぞれの経営制度について1次的な整理をおこなった。さらには、これまでの乗合バス規制緩和政策の経緯と現状について、2009年度までに調査した内容と本年度の調査を整理し大井(2010)「公共交通における規制緩和政策と公共セクターの役割の再評価に関する研究」に取りまとめるとともに、その経済学的解釈の第一段階として、影響の大きかった地方での事象を中心に、大井(2011)「地方部における乗合バス規制緩和の影響に関する整理」として経済学的解釈を加えた分析を行った。本年度の研究では、事象の丹念な考察と、実証分析・理論分析に向けての課題を整理することができた上、交通事業者等との意見交換・研究成果提供により社会的にも意義を認められる機会が多く、研究面でも社会貢献の面でも重要性の高い研究ができたものと考える。1研究の具体的内容本年度は、以下の研究内容を遂行した。(1)乗合バス事業の経営形態への提言を行うための実証的な研究日本交通学会にて、乗合バス事業の経営規模の分析に関する研究の第一段階の分析結果(経営規模の記述統計的分析、経営における規模の経済性の存在の検証、資本規模が最適か否か)を発表した。これには、昨年度も実施したマクロ的な分析(計量分析)の手法およびデータを援用している。(2)経営形態の検証のための事例選定、データ収集民間のバス事業者のデータが入手しにくい環境のため、それを得るためのヒアリングを行い、データを入手した。具体的には、乗合バス事業の個別事業者のデータが開示されている資料の複写・データベース化、乗合バス原価算定のための費用・需要等のブロック別データを入手し、計量分析できるようにデータベース化している。また、九州運輸局より地方のコミュニティバスに関する調査結果の生データを入手している。2研究の意義経営形態を議論する上で、その最適規模の検証は欠かせないものであり、経済学的に検証しようと思えば、そのデータ入手と経済学・統計的分析は必須であると考える。しかし、日本の研究では、データの入手制約からそれがなかなか進んでいるとは言えなかった。この点について、決して完全なものではなかったにせよ、研究成果を発表したことは大きな意義があると考える。また、民営乗合バス事業者のデータを、分析に使用できるデータベース化することができたことは、今後の研究の進展でも有益であるとともに、次の研究等での発展が期待できる。平成25年度は、平成22年度から続く一連の本研究の集大成として、研究成果を海外の学会で発表して、海外の研究者との意見交換や、今後の研究の発展方向性を議論することに最大限注力して研究を行った。7月にブラジル・リオデジャネイロで開催された世界交通学会においては、交通経済のセッションで、日本の規制緩和後の乗合バス事業の経営効率性についての研究成果を発表した。日本のバス事業の現状や分析について、定量的な分析をして国際学会で発表している例が非常にまれなため、発表後の質問も少なくなく、その後の研究者との意見交換もかなり活発になった。この成果(発表論文)はProceedingsとして公開された。9月に台湾で開催されたアジア交通学会では、日本の乗合バス事業の現状と規制緩和後の現状について、事業者ヒアリングや現地調査の結果を整理したうえで経済・経営学的な考察を行ったものを発表した。各国の交通事情について討議するセッションであったことから質疑も活発であり、研究者ネットワークも構築できるという成果を得た。この成果も同様にProceedingsとして公開された。

平成24年度からの継続・繰り越し事業としては、乗合バス事業者への規制緩和の影響に関するアンケート調査があり、国際学会終了後の秋から本格的に調査票の設計と配布に関する準備を行った。調査票は完成して配布できる段階にはあるが(すでに実際の配布を行う日本バス協会には渡している)。ただし、消費税増税の影響でバス事業者の対応が遅れており、回収期間を延長して対応しているが、本研究資金の終了後も引き続き回収及び再配布の対応を行い、調査結果を出したいと考えている。この部分の研究成果が予定通り研究期間内に出せなかったことは大きな課題として残されており、引き続き研究を継続していく予定である。平成24年度経費においては、乗合バス事業の経営効率性に関する実証分析の実施、経営実態を把握するための事業者ヒアリングを継続して実施したほか、平成25年度事業で予定しているアンケート調査の準備と国際学会発表の準備を行った。乗合バス事業の経営効率性の分析については、バス事業の経営規模と経営効率性の比較を計量経済学の手法で分析し、日本交通学会での学会発表を経て同学会の査読付き論文が『交通学研究』に掲載された。また、査読なしであるが、乗合バス事業の経営実態に関する小論を土木計画学研究発表会で発表したほか、交通計画系の研究者との共同研究会にて発表を行った。共同研究会や学会出張時に合わせて、経営実態把握のための事業者ヒアリングを継続しており、同年度は沖縄、九州内、北海道の事業者を中心に訪問している。平成25年度事業で予定している国際学会発表の準備としては、発表の申し込みに際してこれまでの研究成果を再度精査し、交通経済学視点からのデータ分析の論文を英語で書き改めたものを世界交通学会での発表にエントリーしたほか、交通事業の実態について定性的に整理したものを英語で書き改めてアジア交通学会での発表にエントリーする作業を行った。これらはどちらも発表が受理され、学会発表に至っている。最後に、乗合バス事業の規制緩和に対する交通事業者の意識を把握するためのアンケート調査についてであるが、これは平成24年度中に実施する予定で調査項目を日本バス協会や国土交通省と調整を行ってきた。しかし、国土交通省および日本バス協会との調整に時間を要し、同年度中に実施することが困難になったため、平成25年度に継続して実施することになった。アンケート調査の実施ができなかったという課題は残されたが、乗合バス事業の規模と経営効率性の関係に関するデータ分析とその研究成果は一定程度の評価を得ており、研究の意義は十分にあったと考える。当初は、24年度においてアンケート調査を実施するため、その事例選定も含めて「個別事象における規制緩和の効果の検証」を行う予定であったが、この部分の調査が遅れているため、(3)と評価した。具体的には以下の理由による。(1)学内業務の著しい増加と、分担執筆の著書の刊行が複数入り、調査のための出張時間がとれなかったこと(2)本年度実施した計量分析のためのデータ集計に想外に時間を要したこと(3)国の制度変更に係る行政の業務に携わる機会が増加し、研究の方向性の修正が必要になったこと25年度が最終年度であるため、記入しない。