hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
動脈硬化遺伝子情報を基盤とした先制栄養クリニックの開拓

本研究は、遺伝子多型解析を導入し、個人の遺伝的素因に合った栄養食事指導、「テーラーメイド栄養食事指導」を開発しようとするものである。生活習慣病を引き起こす肥満の病態には全身性炎症が関係し、これらにおける腸内細菌叢の役割が注目されている。腸内細菌叢のリポ多糖(LPS)を認識するToll様レセプター4 (TLR4)遺伝子は、炎症性シグナル伝達を活性化し、脂肪酸や過度なエネルギー摂取による肥満と関連することが報告されているが、ヒトにおける臨床的意義は不明である。そこで、環境要因の影響が少なく、生活習慣病などの疾患の影響がない若年女性を対象に、TLR4遺伝子多型と炎症性サイトカインとの関連を検討した。本年度も前年度に引き続き、若年女性を対象として、TLR4遺伝子多型rs11536889と体組成、血液生化学検査値との関連を解析した。身長、体重、血圧の測定を行い、体組成分析はDual-energy X-ray Absorption (DXA)法を用いた。遺伝子多型は、対象者の血液からQIAamp DNA Mini Kitを用いてDNAを抽出し、Real-time PCR装置を用いてTaq Man PCR法により解析を行った。統計解析には、SPSS Statics Version21を用い、検定における統計学的有意水準は5 %未満とした。食事調査は、自記式食事歴法質問票(DHQ)を用いて行った。その結果、対象者全体において、GG群の血清TNF-a濃度はCアリル群に比して有意に高値を示した。若年女性において、TLR4遺伝子多型は血清TNF-α濃度と関連することが示唆された。遺伝子多型解析結果を用いて統計解析を行ったところ、対象者全体において、GG群の血清TNF-a濃度はCアリル群に比して有意に高値を示した。さらに、対象者を非アスリート女性とアスリート女性に分けて検討したところ、非アスリート女性においては、GG群の血清TNF-α濃度はCアリル群に比して有意に高値を示したが、アスリート女性は、GG群とCアリル群の血清TNF-α濃度に有意な差はみられなかった。この結果より、若年女性において、TLR4遺伝子多型は、血清TNF-α濃度と関連することが示唆された。この関連は、運動により影響を受ける可能性が示唆されたが、食事がもたらす影響を検討することができなかった。TLR4遺伝子多型と、BMIや炎症性サイトカインとの関連を検証する。また、食事調査結果から、ジェノタイプによる影響を検討する。若年女性において、TLR4遺伝子多型は、血清TNF-α濃度と関連することが示唆されたが、新たに食行動と遺伝子多型との関連および、運動量と遺伝子多型との関連を検討する必要がある。他にも、肥満や動脈硬化といった生活習慣病に関連する遺伝子について、体組成や血液生化学検査に及ぼす影響を明らかにする。初年度である平成29年度は、Taq Man PCR法により対象者のDNA解析を行うための試薬類および消耗品の購入を予定していた。申請者の所属機関が変更し、実験および条件検討を行うために県をまたがる移動を要し、それに伴い実験量が減少したため、当初の予定を下回っている。平成30年度は、試薬類および消耗品の購入や、学会発表等を予定しているため旅費の使用を検討している。
ゲノミックセレクションを活用した革新的作物育種システムの構築

ゲノムワイドマーカーをもとに個体や系統の遺伝的能力を予測して選抜するゲノミックセレクション(GS)について、(1)モデリング手法の開発、(2)イネ品種・系統における実データの収集・解析、(3)育種シミュレーションを行い、それを活用した作物育種効率化の可能性を検討した。(1)では、複数形質の同時予測、交配後代の分離の予測、遺伝子型×環境交互作用パターンの予測のための手法開発を行った。(2)では、イネ遺伝資源についてゲノムワイドSNPデータを収集するとともに、それを利用して様々なタイプの形質の予測精度を明らかにした。(3)では、他殖性植物と自殖性植物を想定したシミュレーションをそれぞれ行った。研究の結果、ゲノム情報に基づく予測のための種々の手法が開発された。また、作物育種に適したGSの利用形態を明らかにできた。ゲノムワイドマーカーをもとに未知の系統の遺伝的能力を予測して選抜を行うゲノミックセレクション(GS)を応用した高効率な作物育種システムの構築を目指して以下の研究を行った。1.イネ品種コレクションのゲノムデータの拡充と実データに基づくGS精度評価イネ品種コアコレクションのゲノムワイドSNPデータを、日本型品種96系統、世界品種96系統の192系統について768SNPのタイピングを行った。現在、データを整理して、解析に利用できるよう準備を進めている。また、日本型品種112品種で得られているゲノムデータと形質データをもとに、クロスバリデーションによるGSの精度評価を行った。その結果、(1)アソシエーション解析で有意であったマーカーだけでなく、全てのマーカーを予測に利用するほうが選抜精度が高い、(2)カーネルを用いた非線形の機械学習による予測精度は、線形の正則化最小二乗法とほぼ同等の精度、(3)112系統をもとにした予測モデルでは、従来の表現型選抜に比べて、選抜精度が劣る、ことが示された。このうち、(3)の知見は今後のGSの実用を考える上で重要であり、シミュレーション等により、予測モデル構築に必要な系統数を明らかにする必要があると考えられた。2.育種シミュレーション実際のSNPデータの遺伝子型と連鎖地図上での位置をもとに、GSの精度を予測するシミュレーションプログラムを作成した。同プログラムを用いて、交配後代(雑種第2代6代)におけるGSの選抜精度を明らかにした。その結果、400系統程度を予測モデル構築に用いれば、表現型選抜と同等か(遺伝率0.75の場合)、表現型選抜よりも高精度(遺伝率0.25の場合)の選抜が可能であることが分かった。また、雑種第2代における選抜が特に有効であることが示された。ただし、遺伝子間交互作用(エピスタンス)がある場合には選抜精度が低下した。1.作物育種のためのゲノミックセレクションモデルの構築出穂をモデルケースとし、日本イネ108品種の環境応答性(遺伝子型×環境交互作用)を生育モデルによりモデル化した。さらにゲノムワイドマーカーの遺伝子型と環境応答性の関連をモデル化した。同アプローチにより未知の系統の未知の環境における出穂を精度良く予測できることが分かった。2.イネ品種コレクションのゲノムデータの拡充と、実データに基づくGS精度評価イネ品種384品種(日本品種(含む、在来、育成)192点、外国品種インド型147点、日本型45点)について768SNPsのタイピングを行い、ゲノムデータを拡充した。また、コメの品質関連形質(胴割れ米率、形状、アミロース含量、食味など)について、(1)画像解析を用いた計測、(2)品種特性データベースからデータの取得、の2通りの方法でデータを収集し、そのデータとゲノムワイドマーカーデータをもとにGSのための予測モデルを構築した。クロスバリデーションの結果、食味などコメの品質関連形質を精度良く予測できることが分かった。3.GSを活用した高効率作物育種システムの構築集団選抜法による育種シミュレーションを行うシステムを構築し、様々な条件下でGS利用育種の効率評価を行った。結果、GSではMASに比較して多数のQTLの集積に向いていること、PSに比較して改良速度が高いことが明らかになった。シミュレーションをもとに、様々な要因(マーカー数、個体数、マーカーの種類、形質の遺伝率など)がGSの効率に及ぼす影響を明らかにした。

(1)複数形質間の遺伝的・生理的制約による相関関係など、複雑な要因を考慮した予測モデルの開発:形質間に遺伝相関が見られる場合には、それらの形質を同時に予測することで精度が上がると考えられる。ベイズモデルにより複数形質を同時に予測する手法を構築し、シミュレーションにより精度評価を行い、その有効性を確認した。また、玄米の形状のように多次元データとして計測されるデータを予測するために主成分分析とベイズモデルを組み合せた解析法を開発した。同手法を複数ソースから得られたイネ遺伝資源データに適用し、高い精度で玄米形を予測できることを確認した。(2)育種シミュレーションシステムの構築と効率的GS育種システムの探索:昨年度までに構築した育種シミュレーションシステムを用いて、様々な条件下でGS利用育種の効率評価を行った。その結果、花粉親を選抜できない他殖の集団選抜では、GSにより花粉親由来ゲノムの選抜が可能となり大幅に効率が向上することが分かった。また、自殖性作物では、GSを用いた循環選抜は、優良個体の相互交配により、従来の系統育種法を大きく上回る効率が期待できることが分かった。(3)GS予測システムと交配シミュレーションシステムを組み合せた優良交配親組合せ決定システム:GS予測システムと(2)で構築された交配シミュレーションシステムを組み合せて、ある品種を組合せて交配した際にどのような後代が得られるかを予測するシステムを構築した。また、このシステムをイネのF2集団の出穂の分離の予測に適用し、システムの有効性を確認した。遺伝子型X環壌交互作用のモデル化、イネ品種コレクションのゲノムデータの拡充、実データに基づくGS精度評価については、当初の計画以上に進展している。育種シミュレーションについては、今年度は、イネを他殖させることをイメージして、他殖集団におけるシミュレーションを行った。したがって、自殖性であるイネへの応用をより強く意識したシミュレーションについては今後の課題である。24年度が最終年度であるため、記入しない。現在までに得られている成果を基盤として、今後はさらに研究を発展させられる見込みがある。平成24年度は、これまでのデータから構築されたGS予測モデルについて実際の分離集団をもとにその精度を検証するなど、より発展した研究を展開する。また、遺伝子型×環境交互作用のモデル化についても、出穂以外の形質についても研究を発展させる。
遺伝子工学を応用した硝化脱窒過程の解析と高効率化

脱窒菌より窒素除去に必要な酵素遺伝子をクロ-ニングし、組換えDNAの手法を用いて生物的窒素除去を効率化することを目的として、まず脱窒菌Paracoccus denitrificans由来の亜硝酸還元遺伝子をイオン交換クロマトグラフィ-、絡ゲル濾過等の精製手段を用いて、電気泳動的に単一なまでに精製した。最終精製サンプルの比活性は約11U/mg-proteinであった。この酵素の分子量はゲル濾過で濾過98kDaで、SDS-ゲル電気泳動では70kDaであった。また、最終精製サンプルのスペクトルから、本菌の亜硝酸還元酵素はチトクロムcdl型酵素であると考えられる。この酵素の最終精製サンプルとこれをトリプシンで限定加水分解したサンプルとをSDS-ゲル電気泳動で分画した後、気相プロティンシ-クエンサ-によりアミノ酸配列を決定した。酵素のN末端はブロックされており決定できなかったが、トリプシン分解したサンプルの45kDaのバンドについてはアミノ酸配列が決定でき、これに基づいて11種類のDNAプロ-ブを合成した。このプロ-ブを用いて大腸菌コロニ-バンクをスクリ-ニングし、亜硝酸還元酵素遺伝子を含むと考えられる9kbのDNA断片をクロ-ン化した。一方、遺伝子組替えを行なった硝化・脱窒菌を用いて効率的に廃水処理を行うためには、連続的な処理が可能な濾過型バイオリアクタ-が適していると考えられる。そこでセラミック製フィルタ-を用いた膜型バイオリアクタ-を作製し、β-ガラクトシダ-ゼ遺伝子をクロ-ン化した枯草菌を、濾過により増殖阻害物質を除去し新鮮倍地を加えながら培養したところ、OD_<570>で300という高菌体濃度まで培養できた。
「認識上の不協和」モデルによるNPOと労働市場の分析

本研究の目的は、従来の分析を超えて、市民社会的価値観の陶冶の場として、NPOの経済社会的意義を明らかにすることであった。具体的には、認識上の不協和モデルを出発点とし、自己の価値観を主体的に変化させていく人間像を、NPOの認識論的ミクロモデルとして展開しようと考えた。しかし研究を進めるうちに、こうしたミクロ的アプローチの限界性が見えてきた。その主要な問題は、近年の認知科学などで明らかにされつつある「間主観性」の問題である。つまり従来の素朴な個人主義的方法論を超えて、また安易な全体主義的方法論に陥ることなく、人と人との関係性の中で生きていく人間の認識論的活動の特性を明らかにする必要にせまられた。なぜならば、人間の価値観の変化は、個人の認識世界の中で孤立的におこなわれるものではなく、人間と人間の認識論的関係性の中で、はじめて強く深く大きな規模で生じるものであると考えられるからである。NPOの意味論的意義の分析も、この点を重視しておこなわれるべきであると主張したい。本研究の具体的成果は添付の書類のように2点であるが、上述の視点からいえば、練り直しながらこの2月に出版した著作「意味世界のマクロ経済学」が、ここでの研究の最終的な成果である。間主観的な存在である人間とそのネットワーク構造の社会の大きなマクロ的ダイナミズムの中で、1つの公共場としてのNPOの意味論的意義が、はじめて大きな分析視点から明らかにできることを示した。この研究の主目的は、非営利組織(NPO)を、認識論的な分析視点から新しく捉え直し、マクロ経済に及ぼすその「意味論的」影響を明らかにするものである。本年度(1999年度)では、従来の経済学的アプローチが有する理論的問題点を明らかにするとともに、その問題点を解消しながら新しい分析的アプローチを、具体的にいかに構成していくかを考察した。その成果は、とりあえず、裏面に示した「意味世界のマクロ経済学」という出版予定の著作の第14章、第15章として、発表したいと考えている。明らかになった研究内容の概略は、整理して述べると、次のようになる。1.まず非営利組織の経済社会活動に参加する人間像を、従来の経済学が考えてきた「合理的経済人」というパラダイムから区別し、新たに公共性をも認識する「市民」というミクロ経済学的基礎を理論的に整備する方法論を展開する。2.次にこの公共性を認識する「市民社会」において、公共財をいかに認識論的に定義するかを分析する。従来の経済学が、公共財の「非競合性」「非排他性」の性質を、財そのものが有する「物質的性質」として理解するのに対して、認識論的アプローチでは、市民の認識的変化によって、この性質が「内生的」に形成されることを明らかにする。3.こうした公共財を供給する認識論的主体として、非営利組織(NPO)を分析する。ここでは単に物質的次元のみで、財サービスを供給することが問われるのではなく、こうした供給活動を通じて、市民社会的「価値観の陶冶」がいかに行われているのか、この点が基本的問題となる。私は、前著(「フラクタル社会の経済学」)で展開した意味論的アプローチを出発点としながら、この非営利組織が市民社会の中でもつ認識論的意義、つまり「価値の守護神」(ソロモン)としての機能を、明らかにしていきたいと考えた。
新生仔ブタ胎便吸引症候群モデルにおける肺サーファクタント代謝の研究

胎便には肺表面活性物質に対する強い阻害作用があり、胎便吸引症候群(MAS)では機能的に肺サーファクタントが欠乏した状態にあると考えられる。前年度は肺サーファクタントサブタイプの転換促進をin vivoにおいて証明した。今年度は肺サーファクタントの表面活性阻害のメカニズムにつき引き続き検討した。【方法】日齢0の新生仔ブタに20%ヒト胎便5ml/kgを経気道的に投与してMASモデルを作製した。対照群には同量の生理食塩水を投与した。その後人工換気を6時間行ったのちに、気管支肺胞洗浄液(BALF)を回収した。両群の個体数はMAS群6、対照群9とした。低速遠心にて細胞成分を除去した上清においてその表面活性(pulsating bubble surfactometerによる測定)、またBALFと肺組織中の、総蛋白質量とリン脂質量、BALFのリン脂質構成とフォスフォリパーゼA_2(PLA_2)活性について検討した。脂質抽出はBligh-Dyer法、リン含量定量はRouser法を用いた。PLA_2活性測定にはsPLA_2 assay kit (cayman社)、陽性コントロールにはBee venom PLA_2を使用した。【結果】【結語】今回のMASモデルにおいては、BALF中のリン脂質量とその構成・蛋白質量が変化、PLA_2活性が増加していることが確認され、肺サーファクタントの表面活性障害に関与していることが推測された。そのメカニズムの一つとして、胎便によるサーファクタント・サブタイプの転換促進作用(表面活性を有するlarge surfactant aggregates(LA)を表面活性に乏しいsmall surfactant aggregates(SA)へ転換)がある。今回、新生仔ブタ胎便吸引症候群(MAS)モデルにおける気管支肺胞洗浄液中のサーファクタント・サブタイプの検討を行った。その後人工換気を6時間行った後に、気管支肺胞洗浄液(BALF)を回収した。BALFをVeldhuizenらの方法に準じた遠心操作にて上清(SAに相当)と沈渣(LAに相当)に分離した。それぞれのリン脂質量からサーファクタントサブタイプの構成を検討した(SA/LA比)。さらに上記LA(リン脂質として1.2mg)にin vitrosurface area cyclingを行い、サブタイプ転換率(%conversion)を算出した。【結論】:MASモデルにおける解析は、細胞外サーファクタント代謝の変化を示した。またLAそのものの質的変化も合わせて示された。このことから、胎便はin vivoにおいても、細胞外サーファクタント代謝に影響することが考えられた。
広域な抗ウイルス作用をもつ硫酸化アルキルオリゴ糖の活性評価とその作用機序の解明

硫酸化アルキルオリゴ糖や植物抽出液にみられる多糖体の抗HIV作用機序の解明を試みるために下記に示す実験系を作成した。HIVの感染は、ウイルスエンベロープ糖タンパク質のgp120と標的細胞膜上のCD4分子とが結合することでコンフォメーションの変化が起こり、gp120-CD4複合体がCXCR-4やCCR-5などのケモカインレセプターと結合し、gp41の疎水性部分が露出して細胞膜と融合する。すなわちケモカインレセプターがHIV感染におけるコレセプターとして作用し、ウイルスエンベロープと細胞膜との融合、ウイルスの侵入へと進んでいくことが最近明確にされた。我々はHIV感染におけるコレセプターであるCCR-5、CXCR-4に対する薬剤の影響を検討するために、MAGI(multinuclear activation of galactosidase indicator)-CCR-5細胞を用いたアッセイ系を確立した。すなわち、HIV-1のLTRの下流にβ-galactosidaseを結合したプラスミドを導入したCD4+HeLa細胞に、さらにヒトCCR-5遺伝子を導入した細胞を作成した。この細胞は、もともとCXCR-4をもっているため、T細胞指向性HIVにもマクロファージ指向性HIVにも両方とも感染可能となっている。この細胞にHIVを感染させると、プロウイスルDNAから転写、発現したTatタンパク質が、導入されているLTR/β-galに作用して、galactosidaseの発現を促す。感染後の細胞のgalactosidase発現の有無を検討することで、HIV感染の可否を知ることが出来る。この感染系に試験物質を加え、使用するウイルス株をマクロファージ指向性のものか、T細胞指向性のものか区別することでCCR-5またはCXCR-4とウイルスとの結合におよぼす影響を知ることが出来る。さらにCCR-5またはCXCR-4遺伝子を導入してこれを過剰発現させた細胞を作成し、ウイルス粒子の吸着を直接知る実験系でも、試験物質のウイルス吸着に対する直接的な阻止効果を検討する。今まで試験してきた結果、硫酸化アルキルオリゴ糖のDL-110は、ヒト末梢血マクロフェージを感染標的細胞とした実験系ではT細胞指向性HIVに対するのと同様に、マクロファージ指向性HIVにも抗ウイルス活性がみられた。今後は、MAGI-CCR-5細胞を用いた感染系やCXCR-4、CCR-5を過剰発現した細胞を用いて、アルキルオリゴ糖の作用機序をさらに詳細に解明していく。また、HIVを可溶性CD4で前処理しておいてMAGI-CCR-5に感染させた場合のアルキルアリゴ糖の抗ウイルス活性を検討することで、HIVgp120-CD4複合体とCCR-5との結合に及ぼすアルキルアリゴ糖やその他のウイルス吸着・侵入に影響を及ぼす薬剤の作用機序を検討していく予定である。
散発性大腸癌におけるhMLH1非発現機構の解明:転写因子の同定と検索法の確立

hMSH2およびhMLH1遺伝子は1993年から1994年にかけて遺伝性非腺腫性大腸癌(HNPCC)の原因遺伝子として同定され、その後、消化器癌や卵巣癌など多くの癌の発生や進展に関与していることが分かった。本研究ではhMLH1遺伝子の転写制御機構の解明を主たる目的として、転写発現重要領域の特定と特定化された重要領域に関与する転写因子の同定を計画した。本研究期間内に明らかとなった研究成果を以下にまとめる。I.発現調節領域の特定化hMLH1遺伝子発現に必須な領域を知るために、転写開始点から上流-853+101を選び、長さの異なる領域を含むreporter gene plasmidを構築し、ヒト大腸癌由来細胞株SW620で活性を測定したところ、hMLH1遺伝子発現に必須な領域が-301から-76の間に存在することが明らかになった。II.調節領域結合蛋白の解析invivo footprinting解析およびコンセンサス配列解析結果より、-301から-76の間の領域に7箇所の蛋白結合領域が見出された。そこで、これらの蛋白結合領域が転写活性に関わっているかを知るために、変異reporter plasmidを構築し、reporter geneの活性を測定した。その結果、いずれの変異plasmidも活性を下げたが、FP2,FP3およびCCAAT-boxが変異した場合が、比較的活性の低下が顕著であった。以上の結果から、hMLH1転写制御に関わる領域は少なくとも複数箇所存在することが明らかとなった。III.散発性大腸癌における転写調節領域の異常の検索hMLH1遺伝子発現抑制例を中心にMSI腫瘍の本調節領域の変異を検索したところ、-72および-86にA->GおよびC->Gの1塩基変異を見出した。-72A/G変異はMSI大腸癌のみならず、他の大腸癌患者や健常人でもほぼ同じ比率で認められた。また、reporter gene assayを用いた解析から、本塩基変異は転写活性を約20%増強した。一方、86C/G変異は患者群で90人中2例に認められ、健常人62人中には見出せなかった。また、転写活性を約30%減弱させた。更に、-86C/G変異はCpG配列を崩すこと並びにbasic promoter領域中にあることから、hMLH1遺伝子の発現量減弱を介した発癌や癌の進展に関与していることが疑われた。今後、複数の転写因子の同定を含めたhMLH1遺伝子発現調節機構の更なる解析および大腸癌症例における転写因子の異常の検索を中心に研究を更に発展させる必要がある。近年、多くのがん遺伝子やがん抑制遺伝子が同定され、これら遺伝子異常の累積が消化器癌、特に大腸癌の多段階発癌に重要な役割を演じていると考えられている。

我々は遺伝子異常の蓄積を誘発する機構の1つとしてmismatch repair(MMR)systemの異常に注目し、MMR遺伝子の1つであるhMLH1遺伝子の転写調節機構に異常があることおよびその頻度がかなり高いことが予想される研究結果を得た。そこで本年度はhMLH1タンパク発現抑制機構を明らかにする目的で以下の実験を行った。(1) hMLH1遺伝子上流域のmethylationと発現抑制の検討a) hMLH1タンパク非発現ヒト大腸癌由来細胞株を脱メチル化剤azacytidineで処理し、hMLH1タンパク発現を調べたところ、脱メチル化された細胞では僅かではあるがタンパク発現が認められた。b)臨床検体のゲノムDNAを用いてhMLH1遺伝子上流域のCpG islandのmethylationをbisulfide法で調べたところ、hMLH1タンパク非発現例6例のうち1例でまた発現例5例のうち1例でhypermethylationが認められた。これらの結果から多くの臨床例ではCpG islandのhypermethylationがhMLH1タンパクの発現抑制に関わっている可能性が低いことが示唆された。(2) hMLH1遺伝子発現調節領域の特定hMLH1遺伝子発現に必要な領域を特定化するために、上流域約1200から100bpの範囲を含むDNA断片をPCRにて増幅した。今後、これらのDNA断片をレポータープラスミド組み込み、レポーターアッセイを行う予定である。近年、多くのがん遺伝子やがん抑制遺伝子が同定され、これら遺伝子異常の累積が消化器癌、特に大腸癌の多段階発癌に重要な役割を演じていると考えられている。そこで本年度は昨年度に引き続きhMLH1タンパク発現抑制機構を明らかにする目的で以下の実験を行った。(1)hMLH1遺伝子発現調節領域の特定hMLH1遺伝子発現に必要な領域を特定化するために、上流域約-700から+100bpの範囲を含むDNA断片をPCRにて増幅した。これらのDNA断片をreporter plasmidに組み込み、大腸癌由来細胞株に導入し、reporter gene assayを行った。その結果、転写調節領域は-161から-80までに存在し、特に、-161から-151の間に重要領域が存在することが明らかとなった。また、細胞株により転写活性が大きく異なることも分かった。まず、-161から-81までの領域をPCRにて増幅し、32pで標識したprobeを作製し、大腸癌由来細胞株より調製した核抽出物を用いてgel mobility shift assayを行った。mobility shiftした3つの主要バンドが見出され、reporter gene assayで高活性細胞株由来のバンドと低活性細胞株由来のバンドではそのパターンに違いが見られた。予想されたことではあるが、分子量の異なる複数の因子の存在が示唆された。
大環状芳香族分子のナノ細孔性固体のリチウムイオン電池負極材料への応用

本研究では,分子性孔あきグラフェンを集積して細孔性材料を構築し,高性能リチウムイオン電池負極材料を開発する.大環状芳香族炭化水素分子の合成法をもとに合目的分子設計を施した分子合成を行い,集積様式の制御によって,分子細孔が整然と並んで構築された1次元ナノチャンネル構造を持つ結晶性固体を得る.分子性材料ならではの精密な構造に関わる知見を得る一方で,負極材料としての電池性能評価を行う.「構造」と「性能」,さらに「電極の作用機序」に関する相関を明瞭に理解することで,分子設計指針にフィードバックし,高速かつ安定に充放電し,高容量を示す負極材料の開発を達成する.本研究では,分子性孔あきグラフェンを集積して細孔性材料を構築し,高性能リチウムイオン電池負極材料を開発する.大環状芳香族炭化水素分子の合成法をもとに合目的分子設計を施した分子合成を行い,集積様式の制御によって,分子細孔が整然と並んで構築された1次元ナノチャンネル構造を持つ結晶性固体を得る.分子性材料ならではの精密な構造に関わる知見を得る一方で,負極材料としての電池性能評価を行う.「構造」と「性能」,さらに「電極の作用機序」に関する相関を明瞭に理解することで,分子設計指針にフィードバックし,高速かつ安定に充放電し,高容量を示す負極材料の開発を達成する.
in vivo プロトン NMR 分光計の試作とその応用

本研究の目的は、水溶液系を対象とするプロトンNMRの高感度測定が可能な分光計を開発することである。一見容易に見える水溶液中のプロトンNMRの測定は、巨大な水のシグナルの存在の下で、微小なシグナルを検出することが要求されるため、実際には極めて困難であり、高度に進歩したNMRのテクノロジ-が現在もなお未解決のまま残している深刻かつ重要な課題である。本研究においては、NMRのソフト、ハ-ド両面にわたる開発に多年にわたる経験をもつ申請者のグル-プが日本ブルカ-社の協力を得て、in vivo用プロトンNMR分光計の設計と製作を行った。本研究において得られた成果は以下の通りである。1.分光計の運転を開始し、ラット好塩基球細胞株2H3,酵母細胞などにおける代謝過程を解析した。水の線形、S/N比とも計画通りの良好な結果を得ている。2.光CIDNPの実験を開始した。1.6Wアルゴンレ-ザ-とNMR分光計の接続を行い、種々のタンパク質の表面に存在するTyr,Trp,His残基のミクロ環境について、きわめて直接的な知見を得ることが可能となった。3.本分光計を用いて、免疫グロブリンなど巨大タンパク質の構造解析を行った。この結果、水溶液中においても、1D,2D,多核種NMRの測定においてきわめて良好な結果が得られた。1.分光計の運転を開始した。(1)ラット好塩基球細胞株2H3、酵母細胞などにおける代謝過程を解析した。(2)各種タンパク質の構造解析を行っている。とくに安定同位体ラベルモノクローナル抗体を用いる研究が進み、抗体分子の全体像についての成果が上っている。1.6WアルゴンレーザーとNMR分光計の接続を行い、種々のタンパク質の表面に存在するTyr、Trp、His残基のミクロ環境について、きわめて直接的な知見を得ることが可能となった。レーザー照射時間、タンパク質濃度、色素濃度、パルス条件など最適の実験条件を確立した。3.本研究は昭和64年度をもって完結する。したがって、本年度は試作したNMR分光計をさらに広い対象に対して応用し、その性能を確認する予定である。^1HNMRによるin vivo測定の対象としてHLー60細胞を選び、分化の過程を解析する。当初の目的であった水の線形、S/N比などの最終結果を点検し、まとめる予定である。本研究においては、NMRのソフト、ハ-ド両面にわたる開発に多年にわたる経験をもつ申請者のグル-プが、日本ブルカ-社の協力を得て、in vivo用プロトンNMR分光計の設計と製作を行った。本年度は試作したNMR分光計をさらに広い対象に対して応用し、その性能を確認した。1.^1HNMRによるin vivo測定の対象としては、HL-60細胞を選び、分化の過程を解析した。さらに、当初の目的であった水の線形、S/N比などの最終結果を点検し、本NMR分光計が水素の測定に適したものであることを確認した。2.本分光計を用いて、免疫グロブリンなど巨大タンパク質の構造解析を行った。この結果、水溶液中においても、1D、2D、多核種NMRの測定においてきわめて良好な結果が得られた。
RNA編集を介した内因性ゲノム不安定化の分子機構

トポイソメラーゼ1(Top1) mRNAコード領域に相補的なオリゴプローブとRNA ligaseによりTop1 mRNAに結合するmiRNAの単離を試みたが、候補となるmiRNAは得られなかった。この失敗を受けて、これまで得られたTop1 3'UTRへのAgo2結合やTop1 3`UTRノックアウトの結果を再確認し、Top1 3'UTRの重要性を再度検証する方針を立てた。Top1 3'UTRノックアウト細胞を再度、前回と異なるAID発現プラスミドを用いて再解析した。Top1 3'UTRノックアウト細胞は3つのクローンのいずれにおいてもAID依存的DNA切断効率が低下しており、AIDによるTop1の制御がクラススイッチに貢献していることが示された。Top1をsiRNAを用いた強制的なTop1低下のクラススイッチ上昇効果は、野生型よりもTop1 3'UTRノックアウト細胞のほうが効率が良く、Top1 3'UTRノックアウト細胞がAID依存的なTop1低下に問題があることが示された。現在3'UTRに結合するmiRNAを単離している。一方、Top1によるDNA切断機構を解析するために抗体遺伝子のnoncoding RNA転写産物の機能を解析した。このnoncoding RNAを分解することによりAIDがなくともDNAが切断されることから、AID活性化に続くDNA切断が転写産物の排除を介している可能性が新たに示された。AIDがこのnoncoding RNAに結合する結果は他の研究者らからも報告され、noncoding RNAのRNA編集の可能性も示唆された。抗体遺伝子の複雑なDNA配列に加え、転写とそのRNA排除というダイナミクスがDNA切断につながるメカニズムを解析している。Top1 mRNAへのAIDによるmiRNA制御を解析するにあたり、トポイソメラーゼ1(Top1) mRNAにAgo2が結合することはmiRNAによるTop1の制御を新たに証明するものであり、mRNAの部分を用いたルシフェラーゼ解析, in vitroでのRNAプローブへのAgo2の結合解析などの結果を総合しTop1 mRNAの3'UTRにAgo2が結合すると当初、推測した。これを根拠にCH12細胞でCRISPR/Cas9法によりTop1 3'UTRをノックインーノックアウトした細胞株を作成し、Top1の変化をRNAとたんぱく質の両方の観点から解析した。予想に反してTop1のmRNAは蓄積するもののタンパク質量は大きく変化せず、その制御がmRNA制御でなく翻訳調節の段階であることが発見された。また、3'UTRノックアウト細胞においてもTop1 mRNAとAgo2結合の強さに変化はなく、Top1 mRNA上のmiRNAの結合部位は、そのcoding領域であることを明らかにした(未発表)。Top1タンパク質量低下はゲノム不安定化に直結し、細胞のがん化メカニズムの一端を説明する。Top1 mRNAへのmiRNAの結合を抑制しTop1タンパク質量低下を防ぐことが可能になれば新規のがん発症予防法の開発が可能となる。現在、Top1 3'UTRのノックアウト細胞と野生型細胞、AIDノックアウト細胞の三種類にFLAGタグ、Histidineタグを融合したAgo2の導入に成功し、クラススイッチに支障がないことを確認している。さらにAgo2の免疫沈降とRNA ligaseを用いる方法でTop1 mRNAに結合するmiRNAの同定を進めており、Top1上のmiRNA結合部位が明らかになれば、その相互作用を制御することは可能である。CH12細胞でCRISPR/Cas9法によりTop1 3'UTRをノックインーノックアウトした細胞株を作成し、これにさらに2つのタグ付きのAgo2を発現させ、同細胞がクラススイッチに関して問題がないことを検証した。タグを用いたAgo2免疫沈降の予備的な実験を行なっており、平成29年度中に候補RNA分子を同定できる可能性が高い。これまでに免疫沈降を用いたRNA回収法について改善を重ねており、ライブラリー作成に必要なRNA量の確保など、今回の実験遂行に十分な準備がある。

Top1 mRNAへのAIDによるmiRNA制御を解析するにあたり、トポイソメラーゼ1(Top1)mRNAにAgo2が結合することはmiRNAによるTop1の制御を新たに証明するものであり、mRNAの部分を用いたルシフェラーゼ解析、in vitroでのRNAプローブへのAgo2の結合解析などの結果を総合しTop1mRNAの3'UTRにAgo2が結合すると当初、推測した。これを根拠にCH12細胞でCRISPR/Cas9法によりTop1 3'UTRをノックインーノックアウトした細胞株を作成し、Top1の変化をRNAとタンパク質の両方の観点から解析した。予想に反してTop1 mRNAは蓄積するもののタンパク質量は大きく変化せず、その制御がmRNA制御でなく翻訳調節の段階であることが発見された。また、3'UTRノックアウト細胞においてもTop1 mRNAとAgo2結合の強さに変化はなく、Top1 mRNA上のmiRNA結合部位は、そのcoding領域であることを明らかにした(未発表)。Top1タンパク質量低下はゲノム不安定化に直結し、細胞のがん化メカニズムの一端を説明する。Top1 mRNA 3'UTRノックアウト細胞と野生型細胞、AIDノックアウト細胞の3種類にFLAGタグ、Hisタグを融合したAgo2の導入に成功し、クラススイッチに支障がないことを確認している。さらにAgo2の免疫沈降とRNA ligaseを用いる方法でTop1 mRNAに結合するmiRNAの同定を進めており、Top1上のmiRNA結合部位が明らかになれば、その相互作用を制御することは可能である。Top1がDNAを切断した時に特異的に形成される酵素活性中心チロシンリン酸化体の抗体(Top1-cc抗体)を用いて、Top1複合体が免疫グロブリン(Ig)遺伝子上にAID依存的に特異的に形成されることを証明したが、これはTop1依存的なDNA切断を遺伝子座特異的に検出する手法であり、多用な解析に応用可能な技術である。Ig遺伝子上のnoncoding RNA転写産物あるいは転写そのもののIg遺伝子組換えに関する重要性を確認するためにイントロンやnoncoding RNAに特異的なエクソン部分に対してアンチセンスオリゴヌクレオチド(ASO)を作成しノックダウンを試みたところ、予想に反しクラススイッチ組換えとDNA切断活性頻度が上昇し、体細胞突然変異も生存細胞を総合すると上昇していた。DNA切断部位はより5'にシフトしていた。DNA構造の変化をバイサルファイトで評価したがASOの有無で差は認められず、大きな構造の変化は捉えられなかった。従来の仮説では転写によりR-loopが形成されることがDNA不安定化を促すと考えられているが、これらのASOはR-loopを抑制しており、それにも関わらずDNA不安定化が起きる分子メカニズムは不明だった。
ユビキタス環境におけるソーシャルウェア発展機構に関する基礎的研究

ユビキタス・インフラストラクチャに基づく情報環境(ユビキタス環境)における人々の暮しや仕事を支える新しいソフトウェア基盤の設計コンセプトとして、ソーシャルウェア、パーセプチャルウェア、ネットワークウェアという3つのウェア(サイバーウェアと呼ぶ)を提唱し、エージェント/マルチエージェント技術に基づくサイバーウェアの実現手法に関する研究を推進している。特に、多数の人々によって形成される組織や社会、そこで展開される種々の社会的活動に関する情報・知識(社会知)に基づいて人々の活動/協働を支援するソーシャルウェアには、時間や状況に応じて変化・変動する情報・知識が埋め込まれ、様々な変化に対してソーシャルウェア自身が適切に対応・追従してゆくことが求められる。そこで、本研究では、ソーシャルウェアに着目し、その利用要求や稼働環境の変化・変動に応じて、ソーシャルウェア自身が漸進的に強化・拡張するための仕組み(ソーシャルウェア発展機構)について基礎的な検討を行い、以下の成果を得た。(1)マルチエージェント組織として構成されるソーシャルウェアのアーキテクチャとして、発展機構を機能要素として含む発展型エージェントシステムの枠組みを新たに導入し、その動作制御モデルを定式化した。(2)単独の問題解決用エージェント組織に対する発展型エージェントシステムにおいて、メタエージェントとリポジトリ機構による発展機構の実装モデルを与えた。(3)リポジトリ型エージェントフレームワークを基盤として、発展型エージェントシステムのための柔軟なエージェント組織化機能、異種エージェントプラットフォーム/非エージェントシステムとの相互運用機能、及び、ユビキタス環境向きエージェントプラットフォーム管理機能を開発した。また、上記項目に関する検討と並行して、ソーシャルウェア・コンポーネント、ソーシャルウェア・アプリケーション等についても検討を行い、ソーシャルウェアとその発展機構の構築に関する新たな知見を得た。初年度は、ソーシャルウェア発展機構の基盤を確立するために、以下の項目について検討した。(1)ソーシャルウェアのエージェント指向アーキテクチャSOHO/テレワークなどの作業形態を含めた地域協働型ソフトウェア開発をひとつの具体例として、そこで必要とされる社会知(協働とその支援に係る知識)の調査・分析を行い、既存のエージェントフレームワークを基に、これらを動作知識の一部として埋め込んだエージェントのアーキテクチャの第1版を設計した。(2)ソーシャルウェアの構成/再構成プロセス前項で検討したソーシャルウェア向きエージェントを複数個組み合わせて(組織化して)構成されるマルチエージェント型ソーシャルウェアのアーキテクチャを策定した。また、同アーキテクチャに基づくソーシャルウェアを、利用者要求に応じて動的に構成するための組織構成プロセス、及び、必要に応じて組織の構造を変更する組織再構成プロセスを設計した。(3)ソーシャルウェアにおけるサービス品質の基本検討協働支援のためのサービス例として、マルチメディア・コミュニケーション・サービスを取り上げ、そのサービス品質(QoS)の観測・制御手法について検討し、同サービスをマルチエージェント型ミドルウェアとして構成した場合のQoS観測・制御モデルを策定した。(4)ソーシャルウェア発展機構の適用形態項目(1)と連動して、SOHO/テレワークなどの作業形態を含めた地域協働型ソフトウェア開発を具体例とした協働作業形態の調査・分析を行った。また、ソーシャルウェアの設計開発を支援するために、既存のエージェントフレームワークに基づく設計支援環境の拡充を行った。2年目の研究では、ソーシャルウェア発展機構の構築に関する以下の項目について検討した。(1)ソーシャルウェアのエージェント指向アーキテクチャの設計ソフトウェア開発や地域の各種イベント実施などにおける活動形態を参考として、協働支援に関するドメイン知識の調査・分析を行った。そして、協働グループ形成における階層型マッチメイキング、或いは、地域情報基盤として与えられるソーシャルウェア型地図情報など、漸進的に形成・発展する協働向き支援機能のエージェント指向アーキテクチャを設計した。(2)協調組織形成プロセスと協調支援機構の設計と試作前項で検討した協働向きソーシャルウェアに要請される各種機能を、それぞれ個別のエージェントとして設計・実装し、これらをソーシャルウェアに対するサービス要求に基づいて組み合わせてエージェント組織を動的に形成する。そこで、エージェントリポジトリ機構を基盤とした協調組織の発展的構成プロセスを設計すると共に、異なるプラットフォーム上で稼動する各種エージェント間での円滑で開放的な協調動作を支援する異種エージェント対応の相互運用機構の設計と試作を行った。(3)プロトタイプシステムの設計と部分試作項目

(1)における検討結果を踏まえて、協働支援向きソーシャルウェアのプロトタイピングの対象として、階層型マッチメイキング機構とソーシャルウェア型地図情報を選定し、これらをソーシャルウェアとして実現するための各種エージェントの機能設計を行った。また、一部のエージェント群については、既存のエージェントフレームワークを用いて試作を行い、その機能を検証した。多数の人々によって形成される組織や社会、そこで展開される種々の社会的活動に関する情報・知識(社会知)に基づいて人々の活動/協働を支援するソーシャルウェアには、時間や状況に応じて変化・変動する情報・知識が埋め込まれ、様々な変化に対してソーシャルウェア自身が適切に対応・追従してゆくことが求められる。本研究では、ソーシャルウェアに対する利用要求や稼働環境の変化・変動に応じて、ソーシャルウェア自身が漸進的に強化・拡張する仕組み(ソーシャルウェア発展機構)について検討した。その結果、(1)マルチエージェント組織として構成されるソーシャルウェアのアーキテクチャとして、発展型エージェントシステムの枠組みを新たに導入し、その動作制御モデルを定式化した。(2)単独の問題解決用エージェント組織に対する発展型エージェントシステムにおいて、メタエージェントとリポジトリ機構による発展機構の実装モデルを与えた。(3)発展型エージェントシステムのための柔軟なエージェント組織化機能、異種エージェントプラットフォーム/非エージェントシステムとの相互運用機能、及び、ユビキタス環境向きエージェントプラットフォーム管理機能を開発した。また、上記項目と並行して、ソーシャルウェア・コンポーネント、ソーシャルウェア・アプリケーション等についても検討を行い、ソーシャルウェアとその発展機構の構築に関する新たな知見を得た。
ナノメートルサイズ磁性体の電磁気的特性

超微細構造の物性について、パリ南大学のピエール・ボービラン教授グループとの共同研究と討論を行った。主な主題は非磁性の貴金属の磁性についての実験方法についての討論であり、双方で実験を行いあった。特にボービラン教授とはX線や光学的な知見を基とした、貴金属ナノ粒子のエネルギー準位について具体的に討論し、実際にXPSの実験を現在も進めている。こちらからは主に低温磁性の点から、ナノ領域では貴金属さえも磁化するという独特のメカニズムがあり、それとエネルギー構造の関係について踏み込んだ討論をした。その結果表面磁性の可能性が話題となった。それはナノ粒子ではほぼ50%の原子が表面を形成して表面の役割が非常に大きいためである。そのためこの筋の研究を行っているポーランド科学アカデミーのヴィラモフスキー博士やオーストリアのケプラー大学のジャンスチ教授らのグループらと広い立場から討論する必要が生じ、本研究2年目は我々を含め3グループが一緒に参加し、ワークショップを開き、ナノ領域独特の磁性発現機構のオリジンを求める議論の場を設け、その見通しを得た。この結果ナノ領域では表面電子系の問題ではなく微粒子全体が関わりスピンを偏極する本質的なメカニズムの存在することを結論できた。なおパリ南大学では製膜から測定まで同一真空チャンバー内で行える装置を独自に作り上げ、それを利用して、酸化膜をさけたいろいろな界面接触効果を調べている。その結果我々のGaAs基板上のNi膜の複合膜効果の実験に対する大きな知見を提供してもらえた。この知見によりGaAsの伝導電子バンドを通じた磁性の変化の現象が見いだされ、このことは将来のエレクトロニクスへの応用への大きい可能性を引き出したといってよい。なお、このワークショップのテーマはで参加国は日本、フランス(パリ、シュトラスブール、ツールーズの各都市)ポーランド、オーストリア、ドイツ、スペインの六ケ国であり、日本から理研の磁性研究グループも参加した。本年度はまずGaAs上で現れる短冊型の磁性体(例えば厚み50nm幅500nm、長さ30ミクロン)の示す特異な磁性に注目した。つまりこの磁性体は長手方向ではなく軸方向に垂直方向に多数の磁区が反強磁性的に配列するという変わった性質である。これをたてよこ平行に並べ合計32000本ならべ通常の磁気測定とESR測定を予備実験として行った。その結果通常の強磁性Niでは観測されない共鳴ブランチが見いだされた。一方PdとAuのナノ微粒子試料を準備しその基礎実験を行った。この結果の重要な結果は典型的な非磁性体のAuでも強磁性を帯びていることを見いだしたことである。この結果はPhys.Letter誌に発表された。これ等の結果を前提にパリ南大学との共同実験をおこなった。パリ南大では磁気光学効果実験の観測技術開発を行っており、それを利用した我々の試料についての実験をパリ南大で実際行った。この実験の打ち合わせのため、夏に日本側から出向きセミナーを行い、秋にパリ南大側がこちらに出向き本学の試料作りの実際と装置群の視察とパリ南大側の装置群と研究の現状の紹介のセミナーを本学(JAIST)で行った。本番の共同実験は今年一月はじめに行われ、磁化測定では予想できなかった偏光の磁場依存性が見いだされた。このことの物理的な解析を現在行っているが、いまのとろそのモデルが立っていない。次年度での集中討論で一応の見通しを立てる予定である。なおこの共同実験を基礎に、我々の行ったセミナーを通じてフランス側が我々の試料に興味を持ち、研究の場がパリからストラスブール大の研究者まで及んだ。現在彼らとも共同研究を行っている。

超微細構造の物性について、パリ南大学のピエール・ボービラン教授グループとの共同研究と討論を行った。主な主題は非磁性の貴金属の磁性についての実験方法についての討論であり、双方で実験を行いあった。特にボービラン教授とはX線や光学的な知見を基とした、貴金属ナノ粒子のエネルギー準位について具体的に討論し、実際にXPSの実験を現在も進めている。こちらからは主に低温磁性の点から、ナノ領域では貴金属さえも磁化するという独特のメカニズムがあり、それとエネルギー構造の関係について踏み込んだ討論をした。その結果表面磁性の可能性が話題となった。それはナノ粒子ではほぼ50%の原子が表面を形成して表面の役割が非常に大きいためである。そのためこの筋の研究を行っているポーランド科学アカデミーのヴィラモフスキー博士やオーストリアのケプラー大学のジャンスチ教授らのグループらと広い立場から討論する必要が生じ、本研究2年目は我々を含め3グループが一緒に参加し、ワークショップを開き、ナノ領域独特の磁性発現機構のオリジンを求める議論の場を設け、その見通しを得た。この結果ナノ領域では表面電子系の問題ではなく微粒子全体が関わりスピンを偏極する本質的なメカニズムの存在することを結論できた。なおパリ南大学では製膜から測定まで同一真空チャンバー内で行える装置を独自に作り上げ、それを利用して、酸化膜をさけたいろいろな界面接触効果を調べている。その結果我々のGaAs基板上のNi膜の複合膜効果の実験に対する大きな知見を提供してもらえた。この知見によりGaAsの伝導電子バンドを通じた磁性の変化の現象が見いだされ、このことは将来のエレクトロニクスへの応用への大きい可能性を引き出したといってよい。なお、このワークショップのテーマはで参加国は日本、フランス(パリ、シュトラスブール、ツールーズの各都市)ポーランド、オーストリア、ドイツ、スペインの六ケ国であり、日本から理研の磁性研究グループも参加した。
エネルギー吸収型空間構造物の設計法に関する研究

本研究の目的は,耐震設計上の要求性能を満足させながら経済性の高い空間構造物の耐震設計法を提案することである。過大地震入力に対して下部構造や支承部で積極的にエネルギー吸収することにより上部構造への地震入力を低減させるような空間構造物を「エネルギー吸収型空間構造物」と呼び,その実現可能性を示すとともにその設計法を提案する。本年度はエネルギー吸収型空間構造物の簡易的な応答推定手法の提案とともに,耐震性能評価手法の提案を行った。対象構造物としては,昨年度に引き続き,中間層免震ドームや下部構造に制振ブレースを有する単層ラチスドームである。具体的な応答推定手法としては,(1)等価線形化手法と応答スペクトルを用いたモード解析からドームの最大応答値や地震荷重を推定する手法と(2)プッシュオーバー解析に基づく応答推定手法である。これらの手法は精度よく下部構造エネルギー吸収型空間構造物の応答推定を行うことが可能であることを示した。さらに,この手法をもとに,設計に必要な地震荷重の設定法の提案を行い,妥当性の検討をおこなった。また,本年度は,ドーム形状に加え,小中学校の体育館で多く使用される矩形の体育館(主に骨組膜構造)に制振・免震装置を導入した場合の応答低減効果やプッシュオーバー解析に基づく応答推定法を提案している。また,空間構造物以外の構造形式(通信鉄塔の耐震補強,鋼製クーリングタワーの耐震設計)について,本研究で提案しているエネルギー吸収型構造型の耐震設計(耐震補強)が可能かどうかを検討するとともに,制振部材の導入位置や導入した場合の地震応答性状の分析も行っている。これらの成果は国際シェル空間構造学会(IASS)の国際会議で発表するとともに,国内の学術雑誌に投稿した。過大地震入力に対して下部構造や支承部で積極的にエネルギー吸収することにより上部構造への地震入力を低減させるような空間構造物を「エネルギー吸収型空間構造物」と呼び、その実現可能性を示すとともにその設計法を提案する。本年度はエネルギー吸収型空間構造物の耐震性能を調査するとともに,制振ディバイスの必要性能(累積塑性変形倍率,最大変形,降伏耐力)を検討する。空間構造物の一例として,下部構造,免震層および上部鉄骨ドームからなる構造物を対象とし,下部構造に制振ダンパーを導入したドーム構造や支承部に免震層を導入した「中間層免震ドーム構造」が大地震に対して上部ドームへの地震入力を大きく低減させることを示した。下部構造や免震層の降伏せん断力係数および入力位相差等がドームの地震応答に与える影響を検討し,等価線形化手法と応答スペクトルを用いたモード解析からドームの最大応答値や地震荷重を推定する手法を提案した。また、同様に山形トラス、アーチの応答性状の分析も行ったこれらの成果は国際シェル空間構造学会(IASS)の国際会議で発表するとともに,国内の学術雑誌に投稿した。応答解析と並行して,実際に建設される件数が多い小中規模の空間構造物の振動計測を行い,数値解析モデルの妥当性を検討した。本年度は,中規模の体育館として岡山ドーム(岡山市に建設中)を対象とし,施工時(9月)と完成時(3月)の2回、常時微動計測を行った。振動計測より,ドームの固有周期,減衰定数および固有モードを同定した。計測から得られた固有振動数は,数値解析結果と概ね一致しており,解析モデルおよび解析手法の妥当性を検討した。これらの成果は平成15年度に国際会議や国内外の論文に投稿する予定である。下部構造や免震層の降伏せん断力係数および入力位相差等がドームの地震応答に与える影響の検討をおこなった。また、等価線形化手法と応答スペクトルを用いたモード解析からドームの最大応答値や地震荷重を推定する手法を提案した。さらに、設計に必要な地震荷重の設定法の提案を行い、妥当性の検討をおこなった。また、本年度は、ドーム形状に加え、小中学校の体育館で多く使用される山形トラス、アーチ構造、さらに、通信鉄塔について、本研究で提案しているエネルギー吸収型構造型の耐震設計(耐震補強)が可能かどうかを検討するとともに、制振部材の導入位置や導入した場合の地震応答性状の分析も行っている。さらに、より詳細な検討や設計方法の提案は今後の課題である。

過大地震入力に対して下部構造や支承部で積極的にエネルギー吸収することにより上部構造への地震入力を低減させるような空間構造物を「エネルギー吸収型空間構造物」と呼び,その実現可能性を示すとともにその設計法を提案する。本年度はエネルギー吸収型空間構造物の簡易的な応答推定手法の提案とともに,耐震性能評価手法の提案を行った。対象構造物としては,昨年度に引き続き,中間層免震ドームや下部構造に制振ブレースを有する単層ラチスドームである。具体的な応答推定手法としては,(1)等価線形化手法と応答スペクトルを用いたモード解析からドームの最大応答値や地震荷重を推定する手法と(2)プッシュオーバー解析に基づく応答推定手法である。これらの手法は精度よく下部構造エネルギー吸収型空間構造物の応答推定を行うことが可能であることを示した。さらに,この手法をもとに,設計に必要な地震荷重の設定法の提案を行い,妥当性の検討をおこなった。また,本年度は,ドーム形状に加え,小中学校の体育館で多く使用される矩形の体育館(主に骨組膜構造)に制振・免震装置を導入した場合の応答低減効果やプッシュオーバー解析に基づく応答推定法を提案している。また,空間構造物以外の構造形式(通信鉄塔の耐震補強,鋼製クーリングタワーの耐震設計)について,本研究で提案しているエネルギー吸収型構造型の耐震設計(耐震補強)が可能かどうかを検討するとともに,制振部材の導入位置や導入した場合の地震応答性状の分析も行っている。これらの成果は国際シェル空間構造学会(IASS)の国際会議で発表するとともに,国内の学術雑誌に投稿した。