hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
少数主要時定数近似を利用したインテリジェント制御デバイスシミュレーション

1.電圧境界条件でのハードブレークダウンシミュレーションのDC解非収束問題調査電圧境界条件下で電極電圧を徐々に上げて行くとハードブレークダウンが発生し、DC解が収束しなくなることを再確認。また、従来、この未収束問題を解決するための手法とされていたContinuation methodを用いても、収束する電圧範囲はやや広がるものの最終的には収束しなくなることを確認。DC解を求めるNewton反復の過程で、本研究独自の指標であるデバイスの主要応答時定数4個の挙動をモニターした所、収束しなくなる時点では主要応答時定数4個の内12個が負の値を取り始めることを発見。負の時定数はデバイスが正帰還状態にあることを示唆しており、この正帰還ループを適切に制御しない限り収束解を得ることは非常に困難であることを認識。また、負の時定数はContinuation methodでもほぼ同様に発生し、Continuation methodには正帰還系を安定系に変換する機構は備わっていないことを確認。2.電圧境界条件でのハードブレークダウンの安定なシミュレーション手法の開発負の時定数は、1)ある地点でキャリアのインパクトイオン化が発生、2)発生したキャリアの下流へのドリフト過程でアバランシェ増倍効果によりキャリア密度が増加、3)増加した他方のキャリアの上流方向へのドリフトによってインパクトイオン化発生地点でのキャリア密度も増加、というフィードバックループの形成時間を示していると考えられる。従って、この負の時定数の絶対値以下の時間刻みを用いて過渡解析を行えば、正帰還の程度を弱めることが出来、安定にDC収束解が求められることが期待される。実際にこの手法をプログラムに実装して検証した結果、1回の電圧スイープでOFF状態から非常に強いブレークダウン状態に至る迄、極めて安定にDC収束解を得ることが出来た。DC解析のNewton反復の過程で4個の主要応答時定数をモニターし、負の時定数が現れた時点で過渡解析にスイッチして、負の時定数の絶対値以下の時間刻み幅を用いてDC解を求める、という手法を開発。スナップバック現象の初期過程であるハードブレークダウン現象を電圧境界条件下で1回の電圧スイープで安定にシミュレーションすることが出来た。スナップバック現象をシミュレーションするために、電極の境界条件を電圧境界条件からContinuation methodで使用されている外部抵抗+電圧源による負荷型境界条件に拡張する。更に、この負荷型境界条件を適用したデバイスに対しても、負の時定数の絶対値以下の時間刻み幅を用いた過渡解析を適用し、安定なスナップバックシミュレーションが行えることを確認する。もし、スナップバック現象固有の問題点の存在が明らかになった場合は、その解決策を探索する。1.デバイス過渡解析の最適時間刻み幅制御手法の開発デバイスの系全体の主要応答時定数を抽出し、その応答時定数を用いて新たな「指数関数型局所打切り誤差指標」を導出した。本指標は、従来のTaylor展開の最低次項のみを使用した「2次微係数型局所打切り誤差指標」とは異なり、1)局所打切り誤差成分を高次項も含めて全て考慮していること。2)主要応答時定数よりもずっと短い応答に対する誤差の重みが自動的に小さくなること。3)主要応答時定数よりも長期の応答に対しては、誤差値が飽和する仕組みになっていること。といった優れた特性を有している。本指標を用いてパワーDMOSFETの過渡解析を行い、従来の「2次微係数型局所打切り誤差指標」を用いた場合に比べ、時間刻み数で約20%、計算時間で約30%にまで削減・短縮出来ることを実証した。本成果は、SISPAD2017, SDM研究会招待講演、ICD研究会で発表した。2.負の主要応答時定数の物理的起源の検証強く順方向バイアスされたダイオードの過渡解析過程で、一時的に負の主要応答時定数が発生することを確認。デバイスAC解析との対比により、この負の主要応答時定数は、キャリア注入に起因した導電率変調によりバルク微分抵抗が負になって発生することを確認。また、SRH再結合が顕著になる時間帯に到達すると、導電率変調が飽和し、主要応答時定数は正に戻ることも確認した。3.ブレークダウンシミュレーションの安定制御指標の探索スナップバック現象の初期過程であるブレークダウン現象を安定にシミュレーションするための制御指標の探索を行い、DC解析においても、過渡解析用Jacobianから導出した主要応答時定数が良い制御指標となり得る可能性があることを確認した。インパクトイオン化が激しくなり、ブレークダウン(正帰還)状態になると主要応答時定数が正から負に変化する。過渡解析の時間刻み幅制御手法の開発はほぼ完了し、計算時間を従来の約30%に短縮するという良好な結果を得た。スナップバック制御に関しては、その初期過程であるブレークダウン現象を安定にシミュレーションするために、主要応答時定数の正負が制御指標として使用可能であるという見通しを得ることが出来た。

負の時定数はデバイスが正帰還状態にあることを示唆しており、この正帰還ループを適切に制御しない限り収束解を得ることは非常に困難であることを認識。また、負の時定数はContinuation methodでもほぼ同様に発生し、Continuation methodには正帰還系を安定系に変換する機構は備わっていないことを確認。2.電圧境界条件でのハードブレークダウンの安定なシミュレーション手法の開発負の時定数は、1)ある地点でキャリアのインパクトイオン化が発生、2)発生したキャリアの下流へのドリフト過程でアバランシェ増倍効果によりキャリア密度が増加、3)増加した他方のキャリアの上流方向へのドリフトによってインパクトイオン化発生地点でのキャリア密度も増加、というフィードバックループの形成時間を示していると考えられる。従って、この負の時定数の絶対値以下の時間刻みを用いて過渡解析を行えば、正帰還の程度を弱めることが出来、安定にDC収束解が求められることが期待される。実際にこの手法をプログラムに実装して検証した結果、1回の電圧スイープでOFF状態から非常に強いブレークダウン状態に至る迄、極めて安定にDC収束解を得ることが出来た。DC解析のNewton反復の過程で4個の主要応答時定数をモニターし、負の時定数が現れた時点で過渡解析にスイッチして、負の時定数の絶対値以下の時間刻み幅を用いてDC解を求める、という手法を開発。スナップバック現象の初期過程であるハードブレークダウン現象を電圧境界条件下で1回の電圧スイープで安定にシミュレーションすることが出来た。1.ブレークダウン状態になった場合、デバイスと外部回路の間に適当な受動素子を挿入して系全体の主要応答時定数を負から正に引き戻手法の開発を行う。2. 1.によってブレークダウン状態のシミュレーションが安定に制御出来ることを確認した後、スナップバック状態のシミュレーションの安定制御指標の探索を行う。スナップバック現象をシミュレーションするために、電極の境界条件を電圧境界条件からContinuation methodで使用されている外部抵抗+電圧源による負荷型境界条件に拡張する。更に、この負荷型境界条件を適用したデバイスに対しても、負の時定数の絶対値以下の時間刻み幅を用いた過渡解析を適用し、安定なスナップバックシミュレーションが行えることを確認する。もし、スナップバック現象固有の問題点の存在が明らかになった場合は、その解決策を探索する。
腎不全血管合併症進展抑制における酸化的蛋白修飾制御の意義に関する研究

腎不全で亢進した酸化ストレス下に、糖酸化反応、脂質過酸化および(微小)炎症など様々な経路を介して発生する反応性カルボニル化合物、種々の活性酸素種および活性窒素種などによる蛋白修飾反応が惹起され、組織傷害をもたらすと考えられる。これらの反応産物の多くは酸加水分解等にも安定であるため、いかなる因子や経路が組織傷害を与えたかの特異的な足跡として解析上有用性が高く、これらの反応産物を指標として腎不全血管合併症抑制に対する酸化的蛋白修飾制御の意義を明らかにすることを目的とした。臨床的検討が先行し、各種療法の蛋白修飾反応への効果ならびに透析患者生命予後との関連の解析に関し、健常者ボランティアにおける検討で植物性ω3系多価不飽和脂肪酸摂取による食事指導のfeasibilityを確認した(投稿準備中)。また維持血液透析例において栄養学的(植物性ω3系脂肪酸摂取)ならびに薬物(特に各種ARB、ACEI、HMGCoA還元酵素阻害薬など)による介入の、血中酸化的蛋白修飾物レベル、各種臨床指標、および血管合併症発症への影響を検討し、植物性ω3系脂肪酸高含有食用油の摂取が酸化的蛋白修飾の指標である血中ペントシジンレベルならびに微小炎症に関連する可能性が示唆された(未発表)。これに関連した基礎的検討としてIgA腎症モデルであるHIGAマウスを用いた検討で植物性ω3系脂肪酸高含有食用油の混餌群により対照群に比し尿蛋白減少ならびにメサンギウム基質増加の抑制を認めることを示し(投稿準備中)、酸化的蛋白修飾の制御との関連の検討に着手した。また薬物の蛋白修飾抑制作用スクリーニング系として無細胞系における還元糖自動酸化系,ONOO^-産生系などの簡便な蛋白修飾反応系の構築が進行した。これらの反応産物の多くは酸加水分解等にも安定であるため、いかなる因子や経路が組織傷害を与えたかの特異的な足跡として解析上有用性が高い。腎不全血管合併症抑制に対する酸化的蛋白修飾制御の意義を明らかにすることを目的として以下の検討に着手した。臨床的検討が先行し,各種療法の蛋白修飾反応への効果ならびに透析患者生命予後との関連の解析に関し,健常者ボランティアにおける検討で植物性ω3系多価不飽和脂肪酸摂取による食事指導のfeasibilityを確認した(投稿準備中).現在維持血液透析例において栄養学的(ω3系脂肪酸摂取)ならびに薬物(特に各種ARB、ACEI、HMGCoA還元酵素阻害薬など)による介入の,血中酸化的蛋白修飾物レベル、各種臨床指標、および心血管合併症発症への影響の検討が進行中である.基礎的検討では,薬物の蛋白修飾抑制作用スクリーニング系の構築について,無細胞系における還元糖自動酸化系,ONOO^-産生系やHC10産生系などの簡便な蛋白修飾反応系の構築ならびに蛋白修飾抑制候補薬物(各種ARB、ACEI、HMGCoA還元酵素阻害薬など)・化合物の蛋白修飾抑制効果のスクリーニングが進行中である.腎不全で亢進した酸化ストレス下に、糖酸化反応、脂質過酸化および(微小)炎症など様々な経路を介して発生する反応性カルボニル化合物、種々の活性酸素種および活性窒素種などによる蛋白修飾反応が惹起され、組織傷害をもたらすと考えられる。
抗リン脂質抗体症候群における抗プロトロンビン抗体の多様性の病的意義の解明

平成12年度の研究では,抗リン脂質抗体症候群(APS)の主要な抗体の1つであるループスアンチコアグラント(LA)のうち,抗プロトロンビン抗体(anti-PT)には結合プロトロンビンの種特異性,抗体とプロトロンビンの結合様式の相違より4種類のanti-PTが存在し,個々のanti-PTが血管内皮・単球・血小板の抗血栓性・易血栓性に及ぼす影響につき検討した.LAにはanti-PTの他,もう一つの主要抗体として抗β2-glycoproteinI抗体(aβ_2GPl)が存在する.そこで平成13年度ではこのaβ_2GPlの血管内皮。単球・血小板に及ぼす影響につき検討し臨床症状との関連を比較した.(1)本人の了承を得て採血したLA陽性血漿よりProtein Gカラムおよびヒトβ2-GPl affintyカラムを用いてaβ_2GPlを精製した.(4)これまでの検討で,LAのうちaβ_2GPlを有する症例では動・静脈血栓症発症危険度が有意に高値であったもののヒトプロトロンビン結合型anti-PT(type-1)と比較すると危険率は低地であった.平成13年度の研究より,aβ2GPlの血栓形成機序は血管内皮のProtein C活性化抑制効果および血小板活性化促進作用によるものと考えられたがその効果はanti-PT(type1)より軽度であった.今後,LAをsubtypeに分類することにより個々の症例の血栓症発症の予知が可能となる可能性が示された.抗リン脂質抗体症候群(APS)の臨床症状の多様性とループスアンチコアグラント(LA)対応抗原の多様性の関連を検討するため,本年度は以下の研究を実施した.(1)本人の了解を得て採取したLA陽性患者血漿よりProtein Gカラムおよびヒトまたはウシプロトロンビンaffinityカラムを用いて結合蛋白・様式の異なる4種類の抗プロトロンビン抗体(anti-PT)を精製した.(2)各anti-PTをHUVEC・単球・洗浄血小板とインキュベーションして血管内皮細胞の抗血栓性に対する影響・単球由来の組織因子(TF)活性に対する影響・血小板活性化効果につき検討した.(3)その結果,陰性リン脂質(PL)およびカルシウムイオン(Ca^<2+>)依存性にヒトプロトロンビンとのみ結合しうるanti-PT(#1)はHUVECのProtein C活性化作用を抑制するとともにTF活性を亢進し,またPlasminogen activator inhibitor-1(PAI-1)抗原量を増加させた.本anti-PT#1は単球由来TF活性を高めるとともに血小板活性化作用も有した.一方,PL非存在下でヒトプロトロンビンとのみ結合するanti-PT(#2)はHUVECのProtein C活性化抑制作用は有したものの,単球・血小板活性化作用はみられなかった.ヒトのみならずウシプロトロンビンとも結合しうるanti-PTは血管内皮細胞・単球・血小板のいずれに対しても何ら影響は与えなかった.(4)以上の結果より,PL依存性にヒトプロトロンビンとのみ結合するanti-PTを有する症例では,血管内皮の有する抗血栓性を障害するとともに,単球・血小板を活性化することにより動静脈血栓症を発症するものと考えられ,抗プロトロンビン抗体の多様性がAPSにおける臨床症状の多様性の主因であることが示唆された.平成12年度の研究では,抗リン脂質抗体症候群(APS)の主要な抗体の1つであるループスアンチコアグラント(LA)のうち,抗プロトロンビン抗体(anti-PT)には結合プロトロンビンの種特異性,抗体とプロトロンビンの結合様式の相違より4種類のanti-PTが存在し,個々のanti-PTが血管内皮・単球・血小板の抗血栓性・易血栓性に及ぼす影響につき検討した.LAにはanti-PTの他,もう一つの主要抗体として抗β2-glycoproteinI抗体(aβ_2GPl)が存在する.そこで平成13年度ではこのaβ_2GPlの血管内皮。単球・血小板に及ぼす影響につき検討し臨床症状との関連を比較した.(1)本人の了承を得て採血したLA陽性血漿よりProtein Gカラムおよびヒトβ2-GPl affintyカラムを用いてaβ_2GPlを精製した.(4)これまでの検討で,LAのうちaβ_2GPlを有する症例では動・静脈血栓症発症危険度が有意に高値であったもののヒトプロトロンビン結合型anti-PT(type-1)と比較すると危険率は低地であった.平成13年度の研究より,aβ2GPlの血栓形成機序は血管内皮のProtein C活性化抑制効果および血小板活性化促進作用によるものと考えられたがその効果はanti-PT(type1)より軽度であった.今後,LAをsubtypeに分類することにより個々の症例の血栓症発症の予知が可能となる可能性が示された.
散逸ソリトンの3次元精密計測による界面支配型反応拡散移流モデルの構築

本研究は平成13年4月から同年8月の研究代表者の海外転出に伴う研究廃止までの期間行われた。本研究の目的は、非平衡散逸系のひとつである化学振動反応において、気液界面の張力が支配的となる媒質のフロー効果を反応拡散機構に取り入れ、化学流体系の界面ダイナミクスの記述法を確立することであった。研究方法は実験を通したモデル構築と数値実験で、表面張力不安定によって駆動される化学波(bigwaveと呼ばれる)を具体的対象とした。この系では液面に生じるソリトンの性質がダイナミクスの核心であることが筆者らによって明らかになっているので、まずこれを実験的に精密に調べ、ついでその挙動を記述するモデルを構築することとした。上に記したbigwaveにおける不安定の原因は、強い表面活性をもつ反応中間物質の濃度勾配であるが、その不安定性の定量的な比較はまだ行われていない。そこでまずbigwaveとtrigger wave(流れがない通常の化学波)における表面張力の時空間分布をウィルヘルミー法により測定した。その結果、bigwaveにおける表面張力勾配はtrigger waveに比べて10倍程度も大きく、また表面活性物質の表面吸着の緩和時間は化学波の緩和時間に比べて長かった。これらから、モデルを構築するにあたっては表面活性物質の動的吸着過程を考慮する必要があることが分かった。次に、液面に生じるソリトンの時空間挙動を精密に測定する準備として、位相シフト干渉計およびデジタルホログラフィ干渉計を構築し、液面測定に際する特性と諸問題を整理した。すなわち干渉計の片腕の参照光位相を機械的にシフトし、125frames/sの高速カメラを用いて液面の位相分布を精密に測定することで、高粘度流体の波動を求めることができた。位相検出の標準偏差は波長の1/67であった。ただし低粘度液体では内的・外的要因による液面揺動のため難しく、位相シフト過程を高速化する必要がある。さらに、化学波を記述する反応拡散方程式に動的吸着と運動量保存の式を加えたモデルを提案した。干渉計の性能向上によるソリトンの精密計測とモデルの数値実験による検証が未解決の点として残された。
土壌微生物の均等度評価手法の開発

寒冷地の凍結融解時の一酸化二窒素の畑圃場からの生成に着目をし、生成過程での土壌微生物多様性をDNAレベルとmRNA発現レベルから解析を行うためにメタゲノム手法とメタトランスクリプトーム手法を土壌試料に応用し、その結果に基づき種数の多様性の変化ではなく、均等度の変化(一部の種の個体数の顕著な増加)がバイオジェオケミカルプロセスの主導的な役割を担っていることを明らかにした。さらにFunctional Single Cell分離法を用いて低温環境下で優勢的に機能を担っていると想定される種に属する微生物株の取得に成功し、実際に低温下での一酸化二窒素発生能を確認した。複数の土壌を対象に微生物の系統解析をDNAレベルとRNAレベルで行うために、土壌からのDNAおよびRNAの抽出方法を検討し、北海道道央地区のトウモロコシ畑からDNAもRNAも高純度で精製することが可能になった。得られた遺伝子を用いてメタゲノム解析を行ったところ、土壌微生物の中で特徴的な機能を持つ事が知られている微生物の量的な変動が観察されることが明らかになった。凍結・融解過程の一酸化二窒素(N_2O)の発生を室内で再現するため、培養した土壌中のガスを定期的にモニタリングするための実験系を確立した。硝酸態窒素を含む溶液で試料を飽和し、一定期間培養することで、N_2Oが発生する条件を作ることができることを確認した。融解時にN_2Oの発生が確認された圃場から土壌を採取し、凍結・融解の前処理をした試料と前処理をおこなわなかった試料について、-2°C、0°C、+8°Cで培養した結果、凍結融解処理をおこなったサンプルの方がN_2Oの発生量が多くなることや、凍結融解処理をおこなうと-2°Cや0°Cの低温条件でもN_2Oが多量に発生することなど、いくつかの興味深い知見を得ることができた。病害発生土壌における微生物均等度の変動要因解析に供する土壌として、病害発生リスクの異なる土壌を収集するため、Fusarium oxysporumが引き起こすホウレンソウ萎凋病を対象病害として、病害発生リスクを評価する手法を検討した。セルトレーに土壌をつめ、ホウレンソウ種子を播種し、F.oxysporumの芽胞状菌体(5×10^6個/株)を接種したところ、病害の発生が認められたが、無接種においても、萎凋病を含めた、PythiumやRhizoctonia属による立ち枯れ症状が認められ、病徴のみでは不正確な評価となる可能性が示された。土壌微生物はその大半が難培養性であることが知られているが、その一方でこれらの微生物(群集)が様々なバイオジェオケミカルプロセスに大きな役割を持っていることが知られている。このような微生物機能を微生物の多様性から解析しようとする試みはこれまでも多く行われてきた。しかしながら、従来の多様性解析は様々なバイアスを受ける中での解析手法に依存していたため、種数が多いことを単純に多様であるということで表現することにとどまっていたために十分に微生物の機能性を表現するにはいたっていない。同じ種数であってもそれぞれの種数の個体数にはバラツキが存在するのであり、このバラツキを評価するために均等度という概念が導入されている。本課題では特に寒冷地の凍結融解時の一酸化二窒素の畑圃場からの生成に着目をし、生成過程での微生物多様性をDNAレベルとmRNA発現レベルから解析を行うためにメタゲノム手法とメタトランスクリプトーム手法を土壌試料に応用し、その結果に基づき種数の多様性の変化ではなく、均等度の変化(一部の種の個体数の顕著な増加)がバイオジェオケミカルプロセスの主導的な役割を担っていることが明らかになった。これらの事から土壌微生物の多様性は環境変動に対して生態系としての頑強性を示してはいるものの、環境変動が一定以上の大きさになると(凍結融解)、土壌全体の微生物機能として評価する場合には特定のグループの比率が高まるという均等度の変化が重要であるとみなされた。土壌微生物の多様性と土壌の機能性の対応付けのために二つの土壌を対象とした試験を行った。1つ目は連作障害に基づく病害土壌であり、土壌消毒を施す事により土壌微生物の生息数が一時的に大きく低下するが、その後の回復過程においては一部の菌が優先的に増加することが明らかにされた。この回復過程での微生物性がその後の病害の発生を左右している事が予想された。2つ目は凍結融解土壌における一酸化二窒素発生に焦点をしぼった解析を行った。北海道の土壌凍結地帯の圃場では、春先の融雪期に大量の一酸化二窒素が発生する事がこれまでも知られていたが、その実態は明らかにされていなかった。

そこで、まずこの現象を再現するためのカラムを利用したミクロコスム試験を実験室内で行い、圃場状態と同様に実験室内で凍結融解を行った場合に一酸化二窒素を発生させる条件を見いだした。一酸化二窒素発生が最大になる時点の土壌に対して次世代シーケンサーを活用して,土壌中の微生物の各種配列(16S,および窒素関連遺伝子)DNAのアンプリコンシーケンシングを行った。その結果、一酸化二窒素の発生時に特定の微生物属の構成割合が高まることが見いだされ、また脱窒関連遺伝子においてもその構成割合に変動が認められた。このことは低温下で特異的に機能することが可能な微生物およびそれが持つ脱窒関連遺伝子が機能していることが推定された。現在、低温下で脱窒能を発揮できる微生物の取得を目指しており、次世代シーケンシングから得られた結果と適合するかの検討を進めている。また、このような著しいガス発生を引き起こしている土壌であっても、微生物の群集構造はいわゆる多様性指数からは説明がつかないことが明らかになった。土壌微生物の機能性遺伝子の分析手法の確立に引き続き解析手法の確立に成功した。一酸化二窒素を発生させるための培養試験手法を確立した。一方、病害発生土壌の候補地が確定できていないため、全体としてはやや遅れていると判断した。25年度が最終年度であるため、記入しない。一酸化二窒素の発生をターゲットにした解析を進め、当初は圃場から採取した土壌での解析を中心に進めた。しかしながら圃場ではデータのバラツキが大きく、反復数を10以上に増やす必要があり、サンプル採取、分析、データ解析に遅延が生じている。その一報で、カラム試験を通じたミクロコスム試験では比較的安定的に凍結融解土壌で観察される一酸化二窒素の放出を再現する事が可能になり、この土壌を利用した各種分析が進展した。次世代シーケンサーによって得られた知見からは低温下でにおいても実際に一酸化二窒素発生に関与している微生物属が複数の候補種として推定され、この情報と実際に同条件の土壌で活発に生育可能な微生物が一致することが示されるかに興味が持たれる。そこで、Functional Single Cell法を導入し、微生物の単離を開始しており、比較的早い段階で良好な結果を得る事が可能であると判断されるためである。また、病害土壌においては実際の複数の農家圃場においても多様性の低下と復帰過程での微生物群集構造の歪みが病害菌の優勢を引き起こすことを示唆する結果であり、農業現場での微生物管理手法についての知見を集積している。リンの利用能に関して特徴的な複数の土壌を用いて、植物を栽培し、その根圏土壌の微生物機能性を解析する。リンに加えて特に微量養分の吸収に関連する機能性の変動を対象とする。確立した培養試験の方法を用いて、いくつかの温度帯で土壌を培養し、ガスサンプリングを定期的におこなうと共に、培養後の土壌をサンプリングし、メタゲノム解析の試料に供する。病原菌として、nit変異株(硝酸態窒素利用能欠損株)を接種し、一定期間経過後、土壌中のnit変異株の増減を評価し、正確な評価手法の確立を目指す。殺菌土壌との比較により、その差が大きい(殺菌土で大きく増加、生土は少し増加)土壌を病原菌に対して発病リスクの低い(生物的に静菌力を有する)土壌として扱う。
学校コミュニティでスクールカウンセラー等の心理職を活用するためのシステムの開発

スクールカウンセラー等の心理職を有効に活用するシステムの提示が本研究の目的である。そこで,まず心理職活用に深くかかわる学校の管理職や主任層及び市町村教育委員会の指導主事等を対象として研究を行った。その結果,心理職活用の「心理職の評価」がチーム援助行動を促進することが示唆された。また,心理職活用はチーム援助体制及び学校マネジメントより大きな影響を受けていた。つまり,学校マネジメント,チーム援助体制を整えることが心理職活用につながりチーム援助行動を促進することが示唆された。心理職活用尺度(学校用)及び(相談機関用)は,心理職が有効に活用できているかどうかのチェックリストとしての活用が可能である。援助サービスのシステム開発の調査研究を実施した。システム開発の調査研究においては、全国の小学校、中学校、高等学校、各50カ所を対象に質問紙調査を実施した。なお、対象校となる学校や教育委員会の抽出に当たっては、研究代表者、研究分担者、研究協力者が心理職の配置されている学校や教育委員会を中心に決定した。1平成23年度の予備調査を基に、「心理職活用システムに関する項目」を収集した。2「心理職活用システムに関する項目」を使って事前調査をした(小・中・高等学校の各5カ所)。3本調査をした(小・中・高等学校の各50カ所)。「心理職活用システムに関する尺度」を作成した。以上から、心理職活用の重要なポイントとして、「心理職への評価」、「心理職の有用性」、「心理職の活用体制」の3点が明らかになった。心理職活用尺度を所属校別にみると、「心理職の評価」は、小学校に比べて中学校や高等学校において有意に高く、「心理職の活用体制」は小学校や高等学校に比べて中学校において有意に高かった。この結果より、中学校における心理職の活用体制が整備されつつあること、心理職が有意義に活用されることで教職員から評価されていることを考察した。中学校への心理職配置が始まって10年以上経過し、これまでに心理職と教職員とが様々な工夫を行って積み上げてきた結果であるといえる。さらに、心理職活用尺度は、役職ごとにも差がみられ、往々にして各ミドルリーダー群と比べて校長群における「心理職の評価」と「心理職の有用性」の得点が高かった。学校運営における最高責任者たる校長が心理職の活用に関して高い意識を持っていることが示され、今後の心理職活用に関しては、校長を中心とした体制づくりを目指すことが有効であると考察した。そこで,まず心理職活用に深くかかわる学校の管理職や主任層及び市町村教育委員会の指導主事・相談員・職員を対象として研究を行った。第一に,心理職活用に関する現状,問題を明らかにするために質的研究法で現状や問題点を検討した。第二に,質的研究法のデータを基に心理職活用尺度(学校用)及び(相談機関用)を作成した。第三に,心理職活用を促進したり阻害したりする要因を明らかにするため,学校マネジメント,チーム援助体制,チーム援助行動及び心理職活用の関係を検討した。本研究の目的は、学校コミュニティにおける心理職活用システムを明らかにすることであった。調査は、3つの機関における計7名が対象とされた。調査時期は、2011年7月8月であった。研究代表者によって、調査対象者(グループ面接)に半構造化面接が実施された。分析方法として、質的研究法の1つである修正版グラウンデット・セオリー・アプローチが用いられた。その結果、28の概念が抽出され、9つの下位カテゴリーに統合された。そしてそれらは、さらに5つの上位カテゴリー≪学校の運営≫≪行政のマネジメント≫≪心理職の雇用と資質≫≪連携の推進≫≪研究の蓄積≫に統合された。これらの上位カテゴリーは、≪学校の運営≫が、≪行政のマネジメント≫≪心理職の雇用と資質≫<連携の推進≫と相互に影響し合っていることが示唆された。本研究のインタビュー調査対象者は、教員経験のある人物もいたが、現在は行政に関わっている人物のみを対象としている。行政からみた学校や心理職のあり方のシステムを把握することはできたが、あくまで行政側からの意見であり、一面的なとらえ方になってしまうという限界がある。

つまり、本研究で得られたカテゴリーは、分析に用いたデータに関する限りという限定つきのものであり、限定された実践現場からの知見であるという限界があった。そこで今後の課題として、本研究で得られた知見をベースとして、教育現場である学校の管理職からの意見を取り入れ、新たな知見を得ることが必要である。それを跡見学園女子大学文学部紀要第47号に掲載をした。平成24年度においては、学校コミュニティにおける心理職を活用するシステム構築に関する検討を目的とし、心理職活用尺度を作成した。並行して、児童生徒問題行動対応困難度に関する尺度も作成して、心理職活用尺度との関連を検討した。その結果、学校コミュニティにおいて心理職を効果的に活用するためのシステム構築に際して、「心理職への評価」、「心理職の有用性」、「心理職の活用体制」の3点が要点であることが示された。そして、児童生徒の問題行動に対して対応困難な場合、心理職の活用体制がうまく図られていない可能性が示唆された。こうした結果を踏まえると、学校コミュニティにおいて児童生徒の問題に対応するには心理職の活用体制が整っていることが重要であるが、心理職を有効に活用するシステムは未整備であるのが現状であることが言える。学校コミュニティにおける心理職活用システムについて、三つの機関、計7名の対象者に、研究代表者が半構造化面接によるインタビュー調査を行った。その調査で得た知見から、「心理職活用システムに関する項目」を検討・抽出した。抽出した項目は、小・中・高等学校などの学校に対する質問項目(67項目)と、市町村の教育委員会や市町村の教育相談機関などの行政に対する質問項目(58項目)に分けられ、質問紙は学校用と行政用の2種を作成した。回答は、4件法とした。小・中・高等学校および市町村の教育相談機関に「心理職活用システムに関する項目」(学校用・行政用)をそれぞれ配付し、事前調査を行った。まず、「心理職活用システムに関する項目」(学校用)の各項目の識別力を調べるため、統計的処理として、天井効果とフロア効果を算出した。その結果、天井効果とフロア効果が認められた6項目は除外することとした。また、研究調査者が、さらに項目の精査をして、不適切な項目を除外した。それにより、「心理職活用システムに関する項目」(学校用)は、最終的に50項目となった。1.平成24年度は、学校管理職及びミドルリーダーを対象とした調査であったが、平成25年度は、活用される側の心理職ならびに教育委員会などの行政に関する調査を合わせて行い、互いの結果をすり合わせることで、学校コミュニティの中で心理職と教職員が更に円滑に連携して援助活動を行うための観点が明らかになると考えられる。2.小・中学校に入って、援助サービスのマネジメント委員会に参加し、そこでコンサルテーションを行って心理職活用に関する態度・認知度がどのように変容するか、実践的研究を進める。「心理職活用システムに関する項目」(行政用)の、各項目の識別力を調べるため、統計的処理として、質問項目を作成する。次に、「心理職活用システムに関する項目(50項目)」(学校用)を小・中・高等学校、特別支援学校の管理職(校長・教頭等)および学年主任等に配付し、回答を得る。
ウェーブレット変換に基づく心電図波形の高精度識別システムの実用化に向けた検証

現在,空港や駅,教育機関にAEDが設置されている。AEDは,心停止患者の心電図波形を解析し,除細動(電気ショック)を適用すべき心電図波形(心室細動などの重症不正脈)か否かを判定する機能を持っているが,判定が困難な心電図波形も存在するなど,その精度は十分ではない。そこで申請者らは,「ウェーブレット解析に基づく心電図波形の高精度識別システムの開発」(基盤研究(C))において,このような重症不正脈を更に高精度で識別できるシステムを開発を進めてきた。本研究課題の主な目的は,これまでに開発した高精度識別システムの実用化に向けた検証を行うことであり,研究期間内に予定していた作業を完了し,目的を達成した。本研究課題では,心室細動のみでなく,心室頻拍などについても高精度で識別できるシステムの構築を目的とし,1.高精度識別システムの検証,及び実用化,2.心電図波形の状態遷移と患者の状態(自己心拍再開例)との関連性と評価方法,3.日本人,及び外国人の心電図波形データの特徴の検討といった3点に絞って研究を進めている.本年度の研究の主体は,3ヵ年計画の第1段階である高精度識別システムの検証,及び実用化作業にあり,心電図波形データを効率的に記録・集積する新規レコーダの設計・導入作業を含め,予定していた作業を完了した.具体的な内容は,以下のとおり.(1)新規レコーダの設計・導入システムの検証に用いる心電図波形データを効率的に記録・集積するために,心電図波形データ記録用のレコーダを杏林大学医学部付属病院高度救命救急センターに設計・導入し,記録されたデータ(自己心拍再開例,非再開例)を集積し,整理・分類した.(2)高精度識別システムの検証杏林大学医学部付属病院高度救命救急センターにおいて記録された心電図波形データのみでなく,AHAデータベースやMIT-BIHデータベースに記録された心電図波形データを用いて,これまでに開発してきたシステムの識別精度(感度,特異度)の検証作業を実施した.本年度に新規に導入したレコーダにより,心電図波形データをより効率よく記録・分類できるようになったため,患者の状態変化に対応した心電図波形の変化,あるいは電気的除細動適用後に自己心拍を再開した例などについて,今後詳細に検討する予定である.また,提案するシステムの識別精度向上や高速化のためのカスタマイズについても継続して実施する予定である.本研究課題は,3カ年計画のものであり,平成26年度の研究の主体は,これまでに得られた研究成果をもとに1,「高精度識別システムの検証,及び実用化」心室細動,心室頻拍などの重症不整脈,すなわち除細動適応波形のみでなく,無脈静電気活動(PEA)も解析し,それらを高精度で識別し識別アルゴリズムの構築と精度検証2,「心電図波形の状態遷移と患者の回復との関連性の検討」平成25年度に新しく導入したレコーダに記録されるデータを解析し,自己心拍再開例と非再開例(心静止等)における心電図波形データの特徴を抽出する.次いで,特徴抽出結果に基づき,心電図波形の状態の遷移と患者(生体)の状態との関連性検討を中心に実施した.また,3,「日本人と外国人における心電図波形の特徴の差異に関する検討」についても並行して実施した.平成25年度に導入した新規レコーダにより,従来に比べてはるかに効率的にデータの収集・分類を行うことが出来るようになった.しかしながら,2,心電図波形の状態遷移と患者の回復との関連性においては,電気的除細動適応後の自己心拍再開例について十分な症例数が得られておらず,平成27年度も継続して検討する必要がある.また,提案するアルゴリズムの識別性能向上,および検証,ならびに処理の高速化についても継続して検討する予定である.我が国では,突然の心停止による死者数が年間に約3万人に上るといわれており,火災による死者数1,006人(平成26年度結果,消防庁調べ)や交通事故による死者数4,113人(平成26年度結果,警察庁調べ)に比べて非常に多い状況にある。突然の心停止は,心室細動などの重症不整脈が主な原因である。このような重症不整脈には,早期の電気的除細動(以下,「除細動」と記す)が有効であることが知られており,自動除細動器(AED(Automated External Defibrillator))が空港,駅,教育機関などに設置されるようになった。AEDは,心停止患者の心電図波形を識別し,除細動を適用すべきか否かを判定する機能を有する装置であるが,2[Hz]以下の心室頻拍や心電図波形がある状態から別の状態に遷移した場合などには識別が困難であることなど,改善の余地も残されている。申請者らは,平成22年度から3年間にわたり,「ウェーブレット解析に基づく心電図波形の高精度識別システムの構築」(基盤研究(C))に取り組み,これまで識別が困難で心電図波形に対しても柔軟に対応できるシステムを構築した。本研究の目的は,これまでに開発を進めてきた心電図波形の高精度識別システムの実用化に向けた検証を行うことより,心肺停止患者の蘇生率向上に寄与することを主たる目的としている。また,心電図波形の状態遷移と患者(生体)の状態,特に自己心拍再開例についても解析し,その関連性と評価方法を検討した。

その結果,実際の医療現場で高精度識別システムを検証し,より実用的なシステムとすることが出来たという意味で主たる研究目的を達成することができた。また,除細動適用後の自己心拍再開(除細動成功),あるいは心静止(除細動失敗)についても検討し,継続して検討する必要はあるものの今後の研究の方向性を定める重要な研究成果を得ることができた。現在,空港や駅,教育機関にAEDが設置されている。AEDは,心停止患者の心電図波形を解析し,除細動(電気ショック)を適用すべき心電図波形(心室細動などの重症不正脈)か否かを判定する機能を持っているが,判定が困難な心電図波形も存在するなど,その精度は十分ではない。そこで申請者らは,「ウェーブレット解析に基づく心電図波形の高精度識別システムの開発」(基盤研究(C))において,このような重症不正脈を更に高精度で識別できるシステムを開発を進めてきた。本研究課題の主な目的は,これまでに開発した高精度識別システムの実用化に向けた検証を行うことであり,研究期間内に予定していた作業を完了し,目的を達成した。3カ年計画の本研究課題はにおいて平成26年度の研究の主体は,1)「高精度識別システムの検証,及び実用化」,ならびに2)「心電図波形の状態遷移と患者の状態(自己心拍再開例)との関連性の検討」にある.1)については,各種データベース,および新規レコーダで記録された心電図波形データを解析,ならびに提案する心電図波形識別アルゴリズムを適用し,精度の検証や処理時間に関する検討を実施し,昨年度に比べて精度,処理時間ともに向上している.また,2)についても新規レコーダで得られたデータの解析を行っているが,重要な対象である"電気的除細動適応後の自己心拍再開例"について,十分な症例数が得るに至っておらず,継続して検討する必要がある.これについては,患者数,ならびに患者の状況にも左右されるものであるため,致し方ないが,現場の方々との協力体制をより強化し,取り組んでいく必要がある.制御工学平成27年度は,本研究課題の3カ年計画の最終年度にあたり,その研究の主体は,次の2点である.2)「心電図波形の状態遷移と患者の回復との関連性の検討」昨年度と同様に新規レコーダによって自己心拍再開例と非再開例(心静止等)における心電図波形データの収集・分類・特徴解析を行う.次いで,得られた特徴解析結果に基づき,心電図波形の状態の遷移と患者(生体)の状態との関連性について検討3)「日本人と外国人における心電図波形の特徴の差異に関する検討」外国人,及び日本人の心電図波形データの特徴を性別や年齢等のデータに基づいて整理し,その差異を明確にする.また,心電図波形識別アルゴリズムの精度との関連性について検討なお,1)「高精度識別システムの検証,及び実用化」(精度向上,処理速度向上のためのカスタマイズと検証)についても並行して行う.本研究課題は,3カ年計画となっており,研究初年度にあたる本年度の主体は,「高精度識別システムの検証,及び実用化」にある.従来,杏林大学医学部付属病院高度救命救急センターに設置されていたレコーダは,心電図波形データ,音声データ,および画像データを同時に記録できるものであるが,解析のためにデータをメディアへの保存が容易ではない状況にあった.そこで,心電図波形データを効率的に記録・集積するために,新規にレコーダの設計・導入し,従来同様に心電図波形データ,音声データ,および画像データを同時記録を可能としながらも短時間でメディアに保存できるようになった.また,本研究課題で開発する高精度識別システムの検証(識別精度(感度,特異度))については,杏林大学医学部付属病院
複合による熱電材料の高性能化とその機構解明

本研究では,電気伝導率の向上,熱伝導率の軽減または保持および熱起電力の増大による熱電材料の高性能化を実現するため,ミクロ構造制御のアプローチから有限要素法を用いた解析と複合熱電材料の実験研究を行った。その結果より複合熱電材料の有限要素モデルを確立するとともに電気抵抗率,ゼーベック係数,および熱伝導率を併せて解析できた。有限要素モデルの解析および実験結果のいずれにおいても,電気抵抗率は複合金属の体積率が大きくなるに従って軽減でき,半導体的性質が保持できる金属の体積率は温度の上昇とともに低下した。これらの要因の綜合作用によって複合熱電材料の高性能化を実現するとともにそのメカニズムを明らかにした。これまで複合熱電材料のための電気と熱的特性を総合的に解析する目的で,Ti/TiO2-x,Cu/TiO2-xの複合熱電材料について一定温度における複合熱電材料の有限要素法(Finite Element Method,FEM)を用いた解析モデルを構築して解析してきた.本年度では,構築した複合熱電材料の解析モデルを用いて熱電特性の温度依存性の解析を行い,熱電性能に及ぼす複合効果と温度依存性の影響,さらに高性能化について検討した.特にCu/TiO2-x複合熱電材料についてFEM解析を行い,Cu体積率および温度依存性が熱電性能に及ぼす影響について実験および有効媒質理論(GEM)を用いて比較・検討した.その結果以下のことを明らかにした.(1)Cu/TiO2-x複合熱電材料において,Cu体積率が大きくなるに従って電気抵抗率は低下し,また温度に対する傾向は半導体的性質から金属的性質へ遷移があった.(2)熱伝導率はCu体積率と温度の上昇に従って増大した. Cuの複合による熱伝導率の増大および電気抵抗率の低減に対して,フォノン熱伝導率の上昇は抑制されている.(3)ゼーベック係数は温度の上昇に対して増大した.また,Cuの複合によって,ゼーベック係数の値は減少した.出力因子は温度の上昇に対して大きくなった.これらの結果は複合による熱電材料の高性能化に寄与できる.本研究では,電気伝導率の向上,熱伝導率の軽減または保持および熱起電力の増大による熱電材料の高性能化を実現するため,ミクロ構造制御のアプローチから有限要素法を用いた解析と複合熱電材料の実験研究を行った。平成24年度では,まずステンレス鋼,Cu/TiO2-xの複合熱電材料についてテンレス鋼,またはCu粉末の添加量,分散などを複合要因として熱電性能への影響を調べるとともにより高い熱電性能(大きな熱起電力,大きい電気伝導率,および小さい熱伝導率)を発現する複合要因を実験的に解析した.実験では放電プラズマ焼結(SPS法)によるCu/TiO2-x,ステンレス鋼/TiO2-xの複合熱電材料を作製して熱電性能を調べた.ステンレス鋼,またはCu添加粉末の添加量などをそれぞれ調整して熱起電力,電気伝導率,および熱伝導率への複合要因の影響を検討した.続いて有限要素法(Finite Element Method,以下FEMと略記)を用いた熱起電力の解析モデルを構築し解析を行った.FEM解析モデルの提案と構築を行い,一定温度における複合熱電材料のゼーベック係数,電気抵抗率および熱伝導率を総合的に解析し,性能評価をした.その結果,SUS304/TiO2はSUS304の体積率が大きくなるに従って電気抵抗率は低減し,またゼーベック係数は小さくなった.性能の指標となる出力因子(P = S 2/ρ,Sはゼーベック係数,ρは電気抵抗率)は,SUS304の体積率が10%までは上昇し,15%以上では低下に転じた.また,SUS304の体積率が10%のとき,SUS304/TiO2の出力因子は最大の値を示し,973 Kにおいて約15 mW/K2mに達した.また,複合熱電材料の熱と電気を総合的に解析するFEM解析モデルを構築した.構築したFEM解析モデルを用いて,電気抵抗率,ゼーベック係数,および熱伝導率を併せて解析することができた.Cuの複合により無次元性能指数は調整可能で,有効電気抵抗率と有効熱伝導率の臨界体積率近傍において,複合による熱電材料の高性能化の可能性が解析的に示唆された.これまで材料実験および有限要素法解析で確定したパーコレーション体積率(粉末同士連結になる臨界体積率)について複合材料の電気的特性,または熱的特性の解析に用いられている有効媒質理論を導入して理論的検討を行った.熱電材料の観点から熱的特性と電気的特性への複合要因を総合してモデルを提案した.そして材料実験によって確立した複合熱電材料の設計指針および熱起電力の理論式を検証した.また本研究の総括として複合熱電材料の結果をもとに提案した複合モデルを総合的に検討して複合要因に関する考え方をまとめた.これらによって高性能熱電材料の開発および複合効果による熱電材料に関する理論体系の構築に寄与できるものである.具体的に構築した有限要素解析モデルによってNi/BiとNi/TiO2-xの熱電特性を解析し,実験結果および複合則と有効媒質理論との比較・検討をした.構築した有限要素解析モデルは熱電特性の解析に有効である.また,Cu/TiO2-x複合熱電材料について,有限要素解析モデルおよび実験によって熱電特性の温度依存性を解析した.

電気抵抗率はCu体積率が大きくなるにしたがって低減でき,また半導体的性質が保持できるCu体積率においては温度の上昇とともに低減した.出力因子は実験,または解析モデルにおいてそれぞれCu臨界体積率で最大値になった.なおTi1-xCrxOzの作製およびその組織と熱電特性の解析を行った.Crを添加した焼結体は生成した酸化チタンマグネリ相TinO2n-1,TiCrO3およびCrの複合相で構成される.電気抵抗率は10-4 10-2Ωmオーダーまで大幅に低減ができ,出力因子は0.57 mW/K2mに達し,熱電材料の高性能化を実現した.当研究室のホームページと千葉大学工学研究科教員総覧に研究内容と研究成果を随時更新して掲示している.材料科学本年度では,構築した複合熱電材料の解析モデルを用いて熱電特性の温度依存性の解析を行い,熱電性能に及ぼす複合効果と温度依存性の影響,さらに高性能化について検討した.具体的にCu/TiO2-x複合熱電材料についてFEM解析を行い,Cu体積率および温度依存性が熱電性能に及ぼす影響について実験および有効媒質理論(GEM)を用いて比較・検討した.その結果,金属複合熱電材料において,添加した体積率が大きくなるに従って電気抵抗率は低下し,また温度に対する傾向は半導体的性質から金属的性質へ遷移したことを明らかにした.ゼーベック係数は温度の上昇に対して増大した.また,金属複合によって,ゼーベック係数の値は減少した.それらによって出力因子は温度の上昇に対して増大した.また,金属体積率に対しては電気抵抗率の臨界体積率近傍まで上昇し,その体積率以上では低下に転じた.一方,実験結果においては,電気抵抗率と熱伝導率の臨界体積率に差があり,金属複合による電気抵抗率の大幅な低減に対してフォノン熱伝導率の上昇が抑制されていること,また比較的大きなゼーベック係数が維持されていることに起因して,無次元性能指数より高くなった.これらの結果により本年度では査読付論文5篇,国際会議を含めた研究発表8件をまとめ,関連する特許1件を出願した.研究計画の通り順調に進展している.初年度では放電プラズマ焼結(SPS法)によるTi/TiO2-x,Cu/TiO2-xの複合熱電材料を作製するとともに, Ti,またはCu添加粉末の添加量,粒径,分布,界面構造などをそれぞれ調整して熱起電力,電気伝導率,および熱伝導率への複合要因の影響を調べる予定であった. Ti/TiO2-については,同じ目的を達成するため,Ti粉末の代わりに安価で入手しやすいステンレス鋼粉末を採用した.なお,次年度に行う予定のFEM解析モデルの提案,構築および一部の解析は前倒しで行い,一定温度における複合熱電材料のゼーベック係数,電気抵抗率および熱伝導率を総合的に解析し,性能評価をした.その結果,SUS304/TiO2はSUS304の体積率が大きくなるに従って電気抵抗率は低減し,ゼーベック係数は小さくなった.
好熱菌の菌体外プロテア-ゼの分泌と折りたたみの機構に関する研究

アクアライシンIは、プロテア-ゼ部分のN末端側にシグナル配列とプロ配列を、C末端側にもプロ配列を持つ前駆体として合成される。大腸菌でこの遺伝子を発現させると、酵素は菌体外に分泌せず、前駆体が外膜画分に結合して蓄積する。この前駆体は自分のプロテア-ゼ活性により、65°Cで成熟酵素にプロセシングされる。アクアライシンIの酵素蛋白質の折りたたみと菌体外分泌において果たす、両プロ配列の役割を以下のように明らかにした。1.アクアライシンI前駆体のN末端プロ配列(113アミノ酸残基)は、前駆体の安定な構造と形成と活性ある酵素の生成に必須である。2.C末端プロ配列(105残基)は、活性あるアクアライシンIの生成に必須ではない。3.非共有結合的に合成されたN末端プロ領域は分子チャペロンとして機能し、プロテア-ゼ領域の正しい折りたたみを助ける。この際、プロテア-ゼ領域に結合して存在するC末端プロ配列は、活性ある酵素の生成にむしろ阻害的である。4.成熟酵素部分とC末端プロ配列から成る38K前駆体が細胞膜画分(外膜)に結合するのに、C末端プロ配列は必須である。5.高度好熱菌Thermus thermophilusの宿主ーベクタ-系を用いたアクアライシンI遺伝子の発現系を確立し、アクアライシンIの菌体外分泌に成功した。6.上記の発現系で、C末端プロ配列にC末端側から10アミノ酸残基以上の欠失がある場合には、酵素の菌体外への分泌は認められない。したがって、C末端プロ領域は酵素の分泌に必須であると考えられる。アクアライシンIの前駆体は、成熟酵素部分のN末端側にシグナル配列とプロ配列を、さらにC末端側にもプロ配列をもつ、4つのドメイン構造から成る。アクアライシンIの分泌と酵素蛋白質の折りたたみに果たしているN末端ならびにC末端両プロ配列の役割を明らかにすることを目的として実験を行った。1.アクアライシンI前駆体のN末端プロ配列には、数種類のサチライシンのN末端プロ配列で保存されている6アミノ酸残基の配列と類似の配列がある。欠失変異の実験から、アクアライシンIのN末端プロ配列の6アミノ酸残基の配列は前駆体の安定化と活性ある酵素の生成に必須であることが分かった。部位指定変異により、この配列の中にアミノ酸置換変異を導入すると、活性ある成熟酵素を生成するものと生成しないものが見いだされた。したがって、この6アミノ酸残基の配列部分には活性ある酵素の生成に必須な残基があると考えられる。2.精製した38K前駆体は大腸菌、好熱菌<Thermus>___ー<thermophilus>___ーから調製した細胞膜画分と結合するが、C末端プロ配列をもたない28K成熟酵素は結合できなかった。したがって、アクアライシンI前駆体のC末端プロ配列は前駆体の外膜との結合に必須であると考えられる。3.C末端プロ配列のC末端から5アミノ酸残基以上が欠失した変異株では、前駆体は可溶性画分に見いだされた。C末端部分に前駆体の外膜との結合のシグナルがあるのか、それとも細胞質膜を通過できないために外膜と結合できないのかなど、いくつかの可能性が考えられる。アクアライシンIは、成熟酵素部分のN末端側にシグナル配列とプロ配列を、C末端側にもプロ配列を持つ前駆体として合成される。大腸菌でこの遺伝子を発現させると、酵素は菌体外に分泌せず、前駆体が膜画分(外膜)に結合して蓄積する。この前駆体は自分のプロテ-ゼ活性により、65°Cで成熟酵素にプロセシングされる。アクアライシンIの酵素蛋白質の折りたたみと菌体外分泌において果たす、両プロ配列の役割を明らかにした。

1.C末端プロ配列(105アミノ酸残基)を全て欠失した前駆体を発現させた場合、プロテア-ゼ活性は野生型同様、熱処理後に検出された。この結果から、活性あるアクアライシンIの生産には、C末端プロ配列は必須でないことが分かった。2.アクアライシンIのN末端プロ配列は、前駆体の安定な構造の形成と活性ある酵素の生成に必須であることを前年度において明かにした。そこで、非共有結合的に合成されたN末端プロ領域が機能するかどうか検討した。その結果、C末端プロ配列を持つ酵素前駆体が一緒に合成された場合には、プロテア-ゼ活性は殆ど検出されなかったが、酵素領域のみの場合には活性が検出された。この発現系で、N末端プロ領域は、分子チャペロンとして機能し、C末端プロ配列は活性ある酵素の生成にむしろ阻害的であることが分かった。3.高度好熱菌Thermus thermophilusの宿主ーベクタ-系を用いたアクアライシンI遺伝子の発現系を確立し、アクアライシンIの菌体外分泌に成功した。この発現系で、C末端プロ配列にC末端側から10アミノ酸残基以上の欠失がある場合には、酵素の菌体外への分泌は認められなかった。この結果は、C末端プロ領域が酵素の分泌に必須な役割を果たしていることを示している。