hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マーケットデザインの実践的理論の構築

H30年度は,大きく分けて,(a)割当制約の一般化,(b)三角取引の均衡解析,(c)離散構造上の社会選択,の3テーマに関して研究を遂行した.本年度の成果は,招待講演5件,論文出版7件,国際会議報告13件,図書4件,および国際共同研究6件に上る.(a)に関しては,公平かつ耐戦略的なマッチングメカニズムの存在性を保証する制約に関する多くの知見を得た.特に,割当人数の比率からなる制約や,M凸集合の和集合として表現できる制約について研究を推進し,それぞれ国際会議AAMAS-18とIJCAI-18にて報告した.現在はそれぞれ,国際論文誌JAAMAS投稿中,ならびに国際論文誌AIJへの投稿準備中である.(b)に関しては,3者間の私的観測付き繰り返しゲームの文脈で,シグナルの観測が一方向に限定されるモデルである三角取引について,信念不問均衡が達成する利得の解析を行った.本研究成果は,オークションや企業間取引における談合の成立要件に関する一定の知見を与えるものである.国際会議PRIMA-18や国内研究会にて報告を行い,専門家から得たフィードバックをもとに,国際論文誌への投稿を準備中である.(c)離散構造上の社会選択に関して,一般の離散構造上でパレート効率的かつ誘因両立的な社会選択メカニズムが存在するための十分条件を明らかにした.また,グリッドやサイクルといった特徴的な構造については,必要十分条件の解明に成功した.本研究成果は,2019年度開催の国際会議AAMAS-19にて報告予定であるほか,人工知能分野の国際会議に論文投稿中である.各研究課題について,計画した内容を順調に達成できた.課題(c)では副次的な成果として,一般の社会選択に応用可能な,制約充足ソルバを用いた定理自動証明機構の開発のアイデアを得た.すでにシステムのプロトタイプが完成しており,既存の定理の再現にも成功するなど,計画以上の成果を挙げている.これは本来の計画では予想できなかった進展であり,本課題のこれまでの順調な遂行によって初めて着想を得たものである.さらに課題(a)を含むマッチングの設計・解析では,昨年度以来計画を大幅に前倒しで進行しており,最終年度に予定していた論文誌への論文投稿の準備がすでに完了しているなど,当初の計画以上に順調に進展している.計画最終年度である平成31年度は,主に以下の3つの応用研究を行う.設計したメカニズムは,アルゴリズムとして定式化し,ソースコードを公開する.得られた研究成果は,学術論文として,計算機科学・経済学分野の論文誌や,人工知能分野の国際会議録より出版し,関連コミュニティに発信する.メカニズムの設計が計画どおりに進まない場合には,既存メカニズムの評価を重点的に行う.特に,検証班を中心とする被験者実験によって,現行の制度と既存メカニズムにおける人間の振舞いの違いを洗い出し,実問題・各事例におけるゲーム理論の均衡概念の信頼性を議論する.また,既存メカニズムの実行時間を計算複雑性に基づいて解明し,大規模な問題へ適用可能な近似アルゴリズムを提案する.(a)拡張マッチングモデルの解析(担当:マッチング理論班・検証班)学生・研究室・プロジェクトなど,3者間のマッチングに関する基盤的理論を構築する.具体的には,3者間マッチングのメカニズムを設計し,そのゲーム理論的性質を解析する.また,選好に不確実性のあるモデルにおいて,インタビューによる選好獲得の効果を解析する.(b)ネットワーク上のオークション設計(担当:設計班・オークション理論班)買い手がSNSなどのネットワーク上に分散している環境のための,オークションメカニズムの設計と解析を行う.特に,各買い手が自分のフォロワに情報を伝達する誘因を解析する.また,繰返しゲームの立場から,談合の成立要件の解析と検証を行う.(c)社会選択メカニズムの自動設計(担当:設計班・検証班)社会選択メカニズムの存在性に関する知見を,自動で再現するソフトウェアを開発する.具体的には,制約充足ソルバ(SATソルバ)を用いた自動化フレームワークを実装する.さらに,近似メカニズム設計とその理論的保証の自動化機構を開発する.平成29年度は主に,(a) TTCメカニズムの一般化,(b)一般化受入保留メカニズムの代替メカニズムの提案,(c)繰返しオークションにおける協調行動の解析,および(d)均衡解析プログラムの拡張の4つの課題に関して研究を推進した.本年度の成果は,招待講演3件,論文出版10件,国際会議発表19件,および国際共同研究2件に上る.課題(a)では,TTCの拡張に成功し,初期保有がある環境において下限制約を満足するマッチングメカニズムを提案した.提案メカニズムは耐戦略性とパレート効率性を厳密な意味で満足する一方で,既存のメカニズムの単純な拡張と比較すると,期待値的により公平なマッチングを保証する.本研究成果は,人工知能分野で最も権威ある論文誌であるArtificial Intelligenceより出版されている.また,国際共同研究として複数の初期保有があるケースへのTTCの拡張を行い,その成果が国際論文誌Journal of Artificial Intelligence Researchに採択されている.課題(b)では,割当数の比率に関する制約を新たに考案し,一般化受入保留メカニズムを拡張することによって,この制約の下で公平なマッチングを保証するメカニズムを設計した.本研究成果は,エージェント分野で最も権威ある国際会議であるAAMAS-2018にて報告予定である.さらに,割当制約の一般化についても,計画を前倒して検討を開始しており,既にいくつかの成果を得ている.課題

(c)および(d)では,均衡検証プログラムを,他者の行動の(不完全な)観測の構造がサイクルを構成するケースに対して拡張し,新たな均衡戦略の発見に成功した.本研究成果は国際ワークショップAGT-2017にて報告し,フィードバックを経て現在英文論文誌への投稿を準備中である.各研究課題について,計画した内容を順調に達成できた.また,課題(a)では副次的な成果として,TTCの異なる拡張に成功し,その成果が人工知能分野の一流論文誌であるJAIRに採択されるなど,計画以上に進展している.さらに課題(b)では,予想以上に順調に研究が進んだことから,計画を前倒しし,平成30年度に予定していた研究を既に開始している.特に,割当制約の一般化について,既にいくつかの結果を得ており,こちらも計画以上に進展している.H30年度は,大きく分けて,(a)割当制約の一般化,(b)三角取引の均衡解析,(c)離散構造上の社会選択,の3テーマに関して研究を遂行した.本年度の成果は,招待講演5件,論文出版7件,国際会議報告13件,図書4件,および国際共同研究6件に上る.(a)に関しては,公平かつ耐戦略的なマッチングメカニズムの存在性を保証する制約に関する多くの知見を得た.特に,割当人数の比率からなる制約や,M凸集合の和集合として表現できる制約について研究を推進し,それぞれ国際会議AAMAS-18とIJCAI-18にて報告した.現在はそれぞれ,国際論文誌JAAMAS投稿中,ならびに国際論文誌AIJへの投稿準備中である.(b)に関しては,3者間の私的観測付き繰り返しゲームの文脈で,シグナルの観測が一方向に限定されるモデルである三角取引について,信念不問均衡が達成する利得の解析を行った.本研究成果は,オークションや企業間取引における談合の成立要件に関する一定の知見を与えるものである.国際会議PRIMA-18や国内研究会にて報告を行い,専門家から得たフィードバックをもとに,国際論文誌への投稿を準備中である.(c)離散構造上の社会選択に関して,一般の離散構造上でパレート効率的かつ誘因両立的な社会選択メカニズムが存在するための十分条件を明らかにした.また,グリッドやサイクルといった特徴的な構造については,必要十分条件の解明に成功した.本研究成果は,2019年度開催の国際会議AAMAS-19にて報告予定であるほか,人工知能分野の国際会議に論文投稿中である.各研究課題について,計画した内容を順調に達成できた.課題(c)では副次的な成果として,一般の社会選択に応用可能な,制約充足ソルバを用いた定理自動証明機構の開発のアイデアを得た.すでにシステムのプロトタイプが完成しており,既存の定理の再現にも成功するなど,計画以上の成果を挙げている.これは本来の計画では予想できなかった進展であり,本課題のこれまでの順調な遂行によって初めて着想を得たものである.さらに課題(a)を含むマッチングの設計・解析では,昨年度以来計画を大幅に前倒しで進行しており,最終年度に予定していた論文誌への論文投稿の準備がすでに完了しているなど,当初の計画以上に順調に進展している.
北海道南西沖地震に伴う家族生活と地域生活の破壊と再組織化に関する研究

申請テーマである「北海道南西沖地震に伴う家族生活と地域生活の破壊と再組織化」に関して、次の諸点が明らかになった。1)家族生活の破壊について。奥尻町における死者(不明者を含む)175名中107名(61%)が青苗地区に集中した。とくに70戸余の旧5区は、津波により地域社会が全減したため、犠牲者が多くみられた。青苗地区の被災者(家族)を中心に聞き取り調査を行った結果、家族の解体、家族成員の島外への転出、家族成員の病死・精神的後遺症・内体的疾患などが被災後みられた。2)地域生活の破壊。10年前の日本海中都沖地震による津波の経験(2名の犠牲者があり、防潮堤の一部整備が行われた)は、地域住民個々においては適切な避難行動につながる事例がみられたが、地域社会としては残念ながら生かされなかったように思われる。この原因は、何よりも、経験をはるかに超えた大規模な複合災害であったことよる。しかし、それに加えて、海岸に近接した漁業集落特有の形態が、災害のあり方とそのための防災システムのあり方を課題として鮮明にした。3)家族生活の再建。義援金の規模が被災家族における新築の恒久住宅建設を可能にした。多くの被災家族にとって、住宅再建が家族生活の再建にとって最大の課題であった。この住宅再建を通じて、職業と年齢によって家族生活の再組織化のあり方は異なることが鮮明になった。とくに、高齢者世帯家族、自営業家族、漁業経営者家族に顕著な特徴がみられた。4)地域社会の再建。災害前の住宅地図を手掛かりに、職業別の社会地図を作成し、地域社会の復元作業を試みた。その結果、被災後の住宅地図は、旧地区の住民が混住化しつつ地区成員の再組織化が行われたり、職業別分布の大幅な組み替えが見られた。とくに、商業者や自営業者は海側地区、民宿・旅館が高台地区、漁家と高齢者は両地区に混在することが明らかになった。2)地域生活の破壊。3)家族生活の再建。4)地域社会の再建。本年度は申請時の計画に依拠して次の諸点を実施した。(1)北海道南西沖地震による奥尻町の被災と復興の状況を奥尻町役場、奥尻町漁協、奥尻町商工会、奥尻町教育委員会、青苗小学校、稲穂小学校、青苗中学校、奥尻老人ホームといった島内の主要な社会集団および社会制度から資料の収集と聞き取りを行った。(2)災害のもっとも大きかった3地区-すなわち青苗地区、初松前地区、稲穂地区-の住民から、地区レベルにおける被災と復興の状況に関する聞き取りを行った。(3)死傷者がもっとも多くみられた青苗地区住民-都合、20人-から被災時点、被災直後、そして現在についてそれぞれの家族ないし世帯の被災経験、仮設住宅の生活状況に関する聞き取りを行った。(4)青苗地区は下位の地域区分として5つの区がある。このうち5区、3区における本家分家関係、親族関係のネットワークを明らかにし、漁業集落の社会構造の一端を解明した。以上は、現地において実施したものであるが、この作業と並行して(5)北海道新聞より北海道南西沖地震に関する記事をすべて収集し、記事の内容をジャンル別にファイル化した。また日赤北海道支部の看護日誌の記録を整理し、震災の被災者の声と共に、災害時の緊急医療業務の状況を把握した。

(6)新聞記事、日赤看護日誌、青苗小学校・中学校の災害にかんする文集、そして朝日新聞社発行の災害記録よりそれぞれにおいて実名で掲載されたインフォーマント約120名の名前、年齢、職業、地区名を一覧表にし、次年度以降の調査対象者のリスト作成の準備をした。平成8年度は継続研究の2年次目にあたる。本年次において明らかになった点は以下のとおりである。1、a地域生活の破綻と再組織化、b家族生活の破綻と再組織化、に大別して述べることもできるが、両者に共通する重要な論点としていえば、(1)被災後における家族ないし世帯の職業、(2)世帯主の年齢層ないし家族の発達段階、そして(3)家族ないし世帯の形態、の3点であることがまず明らかになった。これらの諸点がからみあいながら、2、新しい住居地区はどこに決定するかについて、壊滅的打撃を受けた3地区のうち、青苗地区の場合、自営業者層は海岸に近い地区を、他のものは高台地区をそれぞれ選択することが多いことが明らかになった。つまり職業による新しい居住地が規定される。したがって近隣生活もこの居住地区を基盤として展開する。他の2地区-松江地区及び稲穂地区-は、比較的小集落のため、職業のいかんにかかわらず道路沿いに並び立地している。3、住宅が全壊したものでは、十分とはいえないまでも義損金が比較的多く支給されたことから、新築の持ち家になるものが多い。しかし、震災前の漁家から被災後に漁業をやめ転職したもの、65歳以上の高齢者のみの世帯、そして家族成員のうちから震災の犠牲者を出し単独世帯になってしまったような家族の場合、公営住宅への入居を選択する傾向がみられた。4、復旧から復興の過程において、皮肉なことではあるが災害特需に伴い、建設・土木・商店・食料品店・民宿・旅館の営業成績は上昇したものの、復興のメドがつき公共事業の支援打ち切り時の平成9年4月以降は、これが落ち込みに向かうであろうということ、漁業経営者は義損金以外に借財をかかえて営業活動を行うものがあること、さらに新築世帯では新築にともなう電気・ガス・上下水道に関する生活費の全般的上昇がみられる、といったことが明らかになった。これらのことから地域生活及び家族生活の再組織化-復興-の過程は、これからまさに真価が問われることになるであろう。平成9年度は継続研究の3年目にあたる。1)地域生活の破壊と再組織化について。被災後における地域生活は義援金による補助事業が本年度で終了することから、住宅・道路・歩道・上下水道・街灯といったインフラの整備がほぼ完了した。外見的には被災地であることが疑われるほど立派な地域社会が再生された。しかし、地域生活における課題として、住民相互の新しい近隣家計の取り結びがまだ成立していないように思われる。島社会であることからお互いの面識はあっても、従来とは異なる近隣同士が居住することによって、朝夕の挨拶においても多少の違和感があるという意見があり、まだ落ち着いた地域社会には至っていない。また居住地が新しくなったことから、被災前に置ける買い物圏とは異なる新しい生活圏が出現してきた。2)家族生活の破壊と再組織化について。被災後の家族生活は、新しい住宅への入居がほぼ終了したこと、被災後4年が経過してきたということから、被災家族に深刻な表情やダメジは、表面的には少ないように思われる。一例として、配偶者や子供をなくした人のうち何人かは、再婚により、出産・子供の誕生という新しい生命を得て、文字通り新しい家族生活が始まっている。被災家族の生活費を被災前と現在について比較したところ、新築に伴う住宅維持費-
オンサイト放射性核種分析のための高感度・高分解能ガンマ線スペクトロメーターの開発

平成24年度は、大体積位置検出型TlBr検出器の製作と評価を行った。育成したTlBr結晶を3×3×7 mmの大きさに加工し、電極構造をCapacitive Frisch Grid型にした単極性電荷有感型のTlBr検出器を製作した。製作した検出器を-20 °Cに冷却し、陰極に-1200 Vを印加し、陽極、Capacitive Frisch Grid電極を接地した。検出器にCs-137からのガンマ線の照射を行い、スペクトル応答特性の測定を行った。その結果、検出器からは662 keVのガンマ線ピークが明確に得られ、そのピークのエネルギー分解能は4.2%であった。また、さらにエネルギー分解能の向上を図るため、検出器出力波形をその波形形状に応じて分類を行うクラスタリング法の適応を行った。その結果、662 keVの光電ピークのエネルギー分解能が1.7%へと向上した。また、分類に用いるクラスタ数をさらに増加させる事でエネルギー分解能のさらなる向上が可能であることを明らかにした。これにより3×3×7 mmという大体積TlBr検出器において、クラスタリング法を適応することでエネルギーの近いCs-137とCs-134の核種分離が十分可能であることを見出した。平成25年度は、前年度までの開発によって得られた大体積位置検出型TlBr検出器をアレイ化し、さらなる高感度化の実現に向けて検出器アレイからの出力信号の読み出しに必要な多チャンネルデジタイザの構築を行った。リアルタイムでの高速な演算処理を実現するため、FPGAによって検出器からの出力波形の整形、波高値取得を行うプログラムの開発を行った。本プログラムを用いてTlBr検出器出力波形の波形整形・波高値取得のテストを行い、リアルタイムでのガンマ線計測が可能であることを確認した。大体積位置検出型TlBr検出器の製作と評価を行った。出力波形をデジタルオシロスコープによってデジタル変換し、PCで保存を行った。その波形データを波形形状に応じて計算機上でK平均クラスタリング法により100個のクラスタに分類し、各クラスタのエネルギースペクトルを得た。それらのエネルギースペクトルのピーク位置のずれを補正し、エネルギー分解能の向上を図った。その結果、662 keVの光電ピークのカウントが増加し、エネルギー分解能が1.7%へと向上した。大体積位置検出型TlBr検出器の製作とその特性評価を行う事ができた。

またデジタル信号処理技術を用いてクラスタリング法を検出器出力信号に適用する事により、検出器のエネルギー分解能の向上に成功し、エネルギーの近いCs-137とCs-134の核種分離が可能であることを見出した。しかし、検出器製作に用いる半導体材料の純化や結晶の育成に予定よりも多くの時間がかかり多くの検出器を製作する事ができなかった。そのため、複数の検出器を用いた実験を十分に行う事ができていないためやや遅れている。前年度までの開発によって得られた大体積位置検出型TlBr検出器をアレイ化し、さらなる高感度化を実現する。作製した検出器を3×3に配列した検出器アレイの製作を行う。まず、検出器アレイからの出力信号の読み出しに必要な多チャンネルデジタイザの構築を行う。リアルタイムでの高速な演算処理を可能にするため、FPGAによって検出器からの出力波形の整形、波高値取得を行うプログラムを作成する。本プログラムを用い、製作した検出器モジュールの個々の特性を調べて検出器アレイの均一性を評価する。さらに個々の検出器からの出力波形を多チャンネルのデジタイザを通してPCに取り込み、検出器アレイを同時計数モードで動作させ、大きな一つの検出器とした時のエネルギー分解能・検出効率を評価する。また各種標準線源を用いた核種分析のテストを行い、ガンマ線スペクトロメーターとしての性能を明らかにする。さらに各検出器モジュール中でのガンマ線相互作用位置情報とその計数率より検出器へのガンマ線の入射方向を調べ、放射性核種の位置同定を行い、その位置精度を明らかにする。また、検出器アレイを反同時計数モードで動作させ、検出器中でコンプトン散乱したガンマ線成分の除去を行い、エネルギースペクトルの分解能改善を試みる。該当なし
チロシンキナーゼ阻害剤が軟骨細胞の分化・増殖に及ぼす影響の検討

チロシンキナーヤ阻害剤として開発されたイマナニフメシル酸塩は,慢性骨髄性白血病の治療薬として日本および世界で認可され治療応用が始まっており,小児における慢性骨髄性白血病の治療薬としても最近使用されている.その副作用として,小児では成長障害を伴うことがわかってきているものの,その詳細な機序については不明である.小児の骨には成長軟骨が存在することが特徴的であり,小児期の骨成長には骨芽細胞・破骨細胞による骨形成・骨吸収だけではなく,軟骨細胞の増殖・分化が大きく関与しているが,イマチニブメシル酸塩による軟骨細胞への影響については,現在まで報告されていない.平成22年度は本研究の初年度であり,当初の実施計画とは順序が逆になったが,まず,軟骨細胞様細胞株としてATDC5細胞株を用いることにより,イマナニブメシル酸塩が培養細胞系の分化・増殖へ影響することの検討を開始したところである.この検討結果は,今後予定している動物モデルを用いた研究遂行の基礎データとなる重要なものとなるため,慎重に進めているところである.さらに並行して,平成23年度以降の若週齢マウスを用いたin vivoおよびプライマリーな軟骨細胞を採取して行うin vitroでの研究を開始できるような準備を整えた.これらを通して,イマチニブメシル酸塩が骨代謝・成長におよぼす作用機序を明確にし,その対応策も含めて,今後の検討課題として進めてゆく.チロシンキナーヤ阻害剤として開発されたイマナニフメシル酸塩は,慢性骨髄性白血病の治療薬として日本および世界で認可され治療応用が始まっており,小児における慢性骨髄性白血病の治療薬としても最近使用されている.その副作用として,小児では成長障害を伴うことがわかってきているものの,その詳細な機序については不明である.小児の骨には成長軟骨が存在することが特徴的であり,小児期の骨成長には骨芽細胞・破骨細胞による骨形成・骨吸収だけではなく,軟骨細胞の増殖・分化が大きく関与しているが,イマチニブメシル酸塩による軟骨細胞への影響については,現在まで報告されていない.平成22年度は本研究の初年度であり,当初の実施計画とは順序が逆になったが,まず,軟骨細胞様細胞株としてATDC5細胞株を用いることにより,イマナニブメシル酸塩が培養細胞系の分化・増殖へ影響することの検討を開始したところである.この検討結果は,今後予定している動物モデルを用いた研究遂行の基礎データとなる重要なものとなるため,慎重に進めているところである.さらに並行して,平成23年度以降の若週齢マウスを用いたin vivoおよびプライマリーな軟骨細胞を採取して行うin vitroでの研究を開始できるような準備を整えた.これらを通して,イマチニブメシル酸塩が骨代謝・成長におよぼす作用機序を明確にし,その対応策も含めて,今後の検討課題として進めてゆく.
ホモタグラインを用いたストレス環境下での光合成変異体の単離と機能解析

本研究は葉緑体タンパク質を破壊した約1, 300ラインのホモ挿入植物体を用いて、環境ストレスを与えた時の感受性が異常になる変異体とクロロフィル蛍光を測定した時の光合成機能が異常になる変異体との単離を目指したものである。ホモ挿入体を様々なストレススクリーニングを行った結果、6つの感受性が異常な変異体を単離した。その内既知の遺伝子を除く2つの遺伝子に関して詳細な機能解析を行った。変異体アレルによる表現型の再現性確認と変異体への遺伝子導入による相補性試験とを行い原因遺伝子を確定した。さらに形質転換体の作製により発現組織と細胞内局在を明らかにした。本研究により環境ストレスに関わる重要な葉緑体タンパク質を同定し、その機能を分子レベルで明らかにした。本研究は葉緑体タンパク質を破壊した約1,300ラインのホモ挿入体を用いて、環境ストレスを与えた時のクロロフィル蛍光を測定し、光合成機能が異常になる植物体の単離を目指すものである。クロロフィル蛍光測定による光合成パラメーターは、個体差が大きいためスクリーニングにより変異体を単離することは極めて困難であるが、ライン化された均一なホモラインリソースの使用によりこれを解決できる。そして得られた変異体がコードする遺伝子の詳細な機能解析を行い、環境ストレスと葉緑体との相互関係を分子レベルで理解することを目的とする。平成22年度においては植物生育プレート中に、(1)活性酸素発生試薬であるメチルビオロゲン(MV)とAlloxan、(2) NO発生試薬であるニトロプルシッドナトリウム(SNP)、(3)乾燥応答に関わる植物ホルモンのアブシジン酸(ABA)、(4)塩(NaCl)、(5)強光、によるストレス付加条件下でのスクリーニングを行った。葉緑体タンパク質のホモ挿入体の種子1,290ラインをライン番号順に8個体ずつGMプレート培地中に播種した。植物インキュベータで育てた播種後10日目の芽生えの植物体にCCDカメラによる2次元クロロフィル蛍光測定装置により光合成パラメーターを測定し、パラメーター値(Fo, Fv/Fm, ΦPSII, qP, NPQ, Rfd)が異常な変異体を単離した。一次スクリーニング後、二次スクリーニングを行い、再現性の確認と変異体の絞り込みを行った。さらに遺伝子内の異なる位置にタグが挿入した複数のアレルを用いて表現型の再現性を調べた。その結果最終的に6つの候補変異体が得られた。その内3つの遺伝子は既知の遺伝子であり、残りの3つの遺伝子は機能未知の遺伝子であった。葉緑体タンパク質を破壊した約1,300ラインのホモ挿入体を育成プレート培地中に播種し、1.活性酸素発生試薬であるメチルビオロゲン(MV)とアロキサン、2.NO発生試薬であるニトロプルシッドナトリウム(SNP)、3.乾燥応答に関わる植物ホルモンのアブシジン酸(ABA)、4.塩(NaCl)、5.強光、による各種のストレス付加条件下で感受性が異なる変異体を単離するためのスクリーニングを行った。その結果6つの候補変異体が得られ、その内既知の遺伝子を除く2つの遺伝子に関して詳細な機能解析を行った。また通常条件下で2次元クロロフィル蛍光測定装置により光合成パラメーターを測定し、パラメーター値(Fo,Fv/Fm,ΦII,qP,NPQ)が異常な変異体の有無を調べた。得られた変異体は、それらの遺伝子内の異なる位置にタグが挿入した変異体アレルを単離し表現型の再現性を確認した。また変異体に遺伝子を導入して相補性試験を行った。系統的に近縁な遺伝子の変異体を得てストレスへの感受性を調べた。さらに近縁な遺伝子との多重変異体を作出した。タバコの葉で遺伝子を一過的に発現したGFP融合タンパク質の細胞内局在の結果から、葉緑体局在のタンパク質をコードしていることを確認した。遺伝子の発現を向上させた高発現体、遺伝子プロモーター領域とGUSとの融合コンストラクトを導入した植物体、HAとGFPタグとの融合タンパク質を発現させた植物体などの形質転換体を作成した。GUS染色の結果、若い葉とシュート頂分裂組織(shoot apical meristem)で発現が観察され葉緑体の発達の切期に働くことが分かった。葉緑体内局在およびタンパク質発現を調べるために合成ペプチドをウサギに免疫し特異抗体を作製した。
非サンベルト地域における高効率集光型太陽光発電を目指した日射特性把握と集光系設計

本研究では、従来の集光型太陽電池では活用できない散乱日射をも発電に活用できる新たな集光型太陽電池の集光技術を確立した。まず、非サンベルト地域における散乱日射特性をスカイスキャナーを用いて観測した。次に、この日射特性に基づいて、集光光学系を設計し、試作モジュールを製作し、屋外で実験検証を行った。結果として、日本の気象条件において従来の集光型太陽電池の約1.5倍以上のモジュール変換効率を達成した。さらに、モジュールおよびシステムの低コスト化に向けた方策として、メカニカルスタック多接合太陽電池に本概念を適用し、低倍集光モジュールにするアイデアを検証し、実現可能性が得られた。本研究では、散乱日射をも活用できる集光型太陽電池の集光技術を確立し、これまで集光型には不利とされてきた非サンベルト地域において変換効率を最大化する太陽光発電の実現を目指す。H26年度の研究実績を申請時の計画に沿って述べる。【1日射特性の長期測定と把握】集光系を設計する際、集光対象である日射の入射特性、つまり、『いつ、どの角度から、どの波長域で、どれくらいの日射が集光器の受光面に入射するか』を詳細に把握するため、スカイスキャナーを用いて天空放射輝度分布の長期測定を開始した。【2光学設計解析手法の構築】上記の日射特性、太陽電池セル特性、理想的な集光性能を入力データとして、要求性能に最も近い集光系(集光器の幾何学形状、太陽電池セルとの位置関係など)を探索する手法を構築した。【3ミニモジュールによる実験】日射測定と平行して既存の実験系で屋外実験を実施し、基礎特性を明らかにした。平成26年の秋冬期には、設計解析で絞られた集光系に基づいてCPVミニモジュール(受光面積:20×20cm2程度)を試作する。ミニモジュールは単一の集光器で構成する。冬期間は豪雪のため、室内実験による性能評価を実施する。本研究では、従来の集光型太陽電池では活用できない散乱日射をも発電に活用できる新たな集光型太陽電池の集光技術を確立し、これまで集光型には不利とされてきた非サンベルト地域において変換効率を最大化する太陽光発電の実現を目指すものである。H27年度は、前年度から継続実施中のスカイスキャナーによる天空放射輝度の長期測定結果に基づいて、集光光学系およびモジュール構造を再設計し、再びミニモジュールを試作した。この試作モジュールを用いた屋外実験による性能評価から、所望の発電性能が得られることを確認した。これにより本設計手法およびコンセプトの有意性を明らかにすることができた。当初の計画通りに、日射特性の長期観測、集光系の最適設計、および試作モジュールによる実験検証を実施し、本手法の有効性を定量的に明らかにすることができ、当該分野のトップジャーナルである「Progress in Photovoltaics」に掲載できたため。本研究では、従来の集光型太陽電池では活用できない散乱日射をも発電に活用できる新たな集光型太陽電池の集光技術を確立し、これまで集光型に不利とされてきた非サンベルト地域において変換効率を最大化する太陽光発電の実現を目指すものである。集光型太陽電池とは、樹脂などの安価な材料で作ったレンズを用いて、太陽光を小面積の高効率且つ高価な太陽電池に集光することにより発電する技術であり、モジュール変換効率として36%を超える報告がなされている。しかし、この変換効率は、レンズで集めることができる直達日射量を基準としており、日本のように全天日射量の約4割を散乱日射量が占める非サンベルト地域では優位性が低くなるという課題があった。そこで本研究では、高倍率集光系において散乱日射を低コスト太陽電池で捕集するという新たな形態・コンセプトを提案し、実験等によりその有効性を実証することを目的とした。まず、非サンベルト地域における日射特性をスカイスキャナーを用いて観測・把握することにより、どの方向からどれくらいの日射が入射されるのかを明らかにした。次に、この日射特性に基づいて、集光光学系を設計し、試作モジュールを製作し、実験検証を行った。最終年度であるH28年度は、これまでの結果に基づいて、モジュール構造を見直し、最適化することにより光学的損失のさらなる低減(=高効率化)を図った。結果として、屋外実験において従来の集光型太陽電池の約1.52倍(非サンベルト地域の日射条件下)を達成し、当初に掲げた目標値をクリアすることができた。さらに、発電モジュールの低コスト化に向けた方策として、メカニカルスタック多接合太陽電池の試作設計を行い、集光条件下での発電特性を明らかにした。当初の研究計画に上げたマイルストーンのうち、H26年度に実施する予定としていた1日射特性の長期観測と把握、

2光学設計解析手法の構築、3ミニモジュールによる実験の3つについて予定通りに実施できたため。最終年度は、これまでの研究成果をまとめ上げ、設計手法の方法論を確立し、従来の集光型太陽電池の約1.5倍以上の発電効率を達成する。28年度が最終年度であるため、記入しない。熱工学H27度も当初の計画に従って、以下の4つの項目について研究を実施する。3日射特性の長期観測と把握(1の継続)4スパコンによる設計の強化(スパコンを駆使し、広大な探索空間で最適集光系を探索する)、5モジュールによる実験(CPVモジュールを試作し、屋内外で実験を行う)6設計手法の方法論を確立(低コストで従来CPVの約1.5倍を達成し,方法論を纏め上げる)。前年度使用額に端数が生じたため28年度が最終年度であるため、記入しない。端数の調整ができなかったため実験の消耗品費に充当する28年度が最終年度であるため、記入しない。231円と少額であり、問題はない28年度が最終年度であるため、記入しない。
神経難病におけるmicroRNAの役割の解明

本研究では,神経難病におけるmicroRNAの役割の解明を目的とする.特にmicroRNAによって調節されると推測される疾患関連遺伝子の3' UTRの領域に候補をしぼり,可能な範囲で患者での全配列の決定を進めた.多発性硬化症に関しては, IL7R, IL2RAなど合計14種類.筋萎縮性側索硬化症に関しては, FUS, Alsinなど合計16種類の遺伝子を選択した.個々の遺伝子での患者での有意な変異は見つからなかったが,その結果と他プロジェクトとのデータとを総合して発表の予定とした.本研究では,神経難病におけるmicroRNAの役割の解明を目的とする.特にmicroRNAによって調節されると推測される疾患関連遺伝子の3' UTRの領域に候補をしぼり,可能な範囲で患者での全配列の決定を進めた.多発性硬化症に関しては, IL7R, IL2RAなど合計14種類.筋萎縮性側索硬化症に関しては, FUS, Alsinなど合計16種類の遺伝子を選択した.個々の遺伝子での患者での有意な変異は見つからなかったが,その結果と他プロジェクトとのデータとを総合して発表の予定とした.本研究では,神経難病におけるmicroRNAの役割の解明を目的とする.神経難病のうちでも,神経変性疾患では病気の進行を遅らせることは現状では全く不可能である.また炎症性神経疾患も,殆どが慢性で難治性の経過をたどる.本研究で重点的な対象とする疾患は神経難病の中でも特に社会的,身体的問題の大きな筋萎縮性側索硬化症(ALS),多発性硬化症(MS)としている.具体的には,神経難病において,microRNAコード領域およびその周辺の調節領域のSNP,各種変異,それにcopy number variation (CNV),microRNAによって調節される疾患感受性遺伝子の領域を患者と対照群で比較検討する.その後,疾患関連microRNAを基に,in vitro,in vivoでの解析につなげる.本年度はまず対象となるmicroRNAを抽出した.免疫担当細胞あるいは神経系の発生と制御に関連すると報告されたmicroRNA,さらにMS,ALSの疾患感受性遺伝子,家族性ALSの原因遺伝子,神経系もしくは免疫系に関連した蛋白質をコードする遺伝子をを制御している可能性のあるmicroRNAを,データベースからと,in silicoの方法で抽出した.現在はmicroRNA,およびmicroRNAによって調節されると推測される疾患関連遺伝子の3'UTRの領域に候補をしぼり,可能な範囲で患者での全配列を決定できるように準備が進んでいる.いくつかの領域については増幅と配列決定のためのプライマー設計が終了し,随時配列決定が進んでいる段階である.本研究では,神経難病におけるmicroRNAの役割の解明を目的とする.神経変性疾患では病気の進行を遅らせることは現状では全く不可能である.また炎症性神経疾患も,殆どが慢性で難治性の経過をたどる.本研究での対象疾患は筋萎縮性側索硬化症(ALS)と多発性硬化症(MS)としている.それらの神経難病において,microRNAのコード領域およびその周辺の調節領域のSNP,各種変異,copy number variation(CNV),それに,microRNAによって調節される疾患感受性遺伝子の領域を患者と対照群で比較検討する.本年度はmicroRNA,およびmicroRNAによって調節されると推測される疾患関連遺伝子の3'UTRの領域に候補をしぼり,可能な範囲で患者での全配列の決定を進めた.具体的には,これまでに報告された大規模スタディーに基づいた疾患感受性遺伝子,家族性ALSの原因遺伝子,それに病態に関与すると推測された遺伝子を重点的に,MSに関しては,IL7R,IL2RA,CD58など,合計14種類の遺伝子.ALSに関しては,FUS,Alsin,UNC13Aなど,合計16種類の遺伝子を,データベースおよびin silicoの方法で選択した,それら遺伝子の3'UTRの領域の,特に既知のmicroRNAの標的となり得る領域を重点的に,可能なかぎり3'UTRの全配列の決定を進めている.これまでのところ,一部の増幅困難領域を除くほぼすべての領域について増幅と配列決定のためのプライマー設計が終了している.配列決定は最初はALS患者から開始しており,順次配列決定が進んでいる段階である.本研究では,神経難病におけるmicroRNAの役割の解明を目的とする.神経変性疾患では病気の進行を遅らせることは現状では全く不可能である.また炎症性神経疾患も,殆どが慢性で難治性の経過をたどる.本研究での対象疾患は筋萎縮性側索硬化症(ALS)と多発性硬化症(MS)としている.それらの神経難病において,microRNAのコード領域およびその周辺の調節領域のSNP,各種変異,それに,microRNAによって調節される疾患感受性遺伝子の領域を患者と対照群で比較検討した.特にmicroRNA,およびmicroRNAによって調節されると推測される疾患関連遺伝子の3'UTRの領域に候補をしぼり,可能な範囲で患者での全配列の決定を進めた.具体的には,これまでに報告された大規模スタディーに基づいた疾患感受性遺伝子,家族性ALSの原因遺伝子,それに病態に関与すると推測された遺伝子を重点的に,MSに関しては,IL7R,IL2R,CD58など,合計14種類の遺伝子.ALSに関しては,FUS,Alsin,UNC13Aなど,合計16種類の遺伝子を,データベースおよびin silicoの方法で選択した,それら遺伝子の3'UTRの領域の,特に既知のmicroRNAの標的となり得る領域を重点的に,可能なかぎり3'UTRの全配列の決定を進めた.個々の遺伝子での患者での有意な変異は見つかってないが,それぞれの遺伝子変異の組み合わせと他プロジェクトとのデータとを総合して発表の予定としている.
子宮内膜症の発症・進展におけるアレルギー性炎症の意義

子宮内膜症はTh2型免疫応答が亢進した慢性炎症性疾患である。また、疫学的にアレルギーと関連すること、臨床的にエストロゲン依存性であることが報告されている。本研究では、以下の2点を示した。第一に、Th2型アレルギー性炎症の新しい基幹分子であるTSLPの発現が子宮内膜症の病態に関与していることを示した。第二に、Th2型免疫応答と炎症が、子宮内膜症病巣局所においてHSD3B2を相乗的に誘導することで、病巣局所でのエストロゲン産生を誘導することが示された。本研究の成果は、アレルギー性炎症やHSD3B2の調節が、子宮内膜症の新たな治療法となりうる可能性を示すものである。【目的】子宮内膜症の病態におけるIL-1βの意義を、トリプトファン代謝の側面より検討した。【方法】患者の文書同意の下、以下の実験を行った。子宮内膜症組織よりESCを分離培養した。ESCに各種濃度のIL-1βを添加した後に、TDOとIDOのmRNA発現をRT-PCRで測定し、TDOとIDOの酵素活性を評価するために上清中のkynurenine濃度を測定した。ESCにTDO siRNAをトランスフェクションさせた後、同様の実験を行った。【結果】IL-1βは著明にTDO mRNAを増加させた。一方、IDOmRNAの増加はわずかであった。48時間までのkynurenine濃度を経時的に測定したところ、IL-1β(1 ng/ml)は経時的にkynurenine濃度を増加させ48時間後には約2.5倍まで増加させた。TDO siRNAトランスフェクションはIL-1βによるTDO mRNA発現とkynurenine濃度増加を有意に抑制した。【考察】IL-1βは炎症反応を増悪させるだけではなく、ESCでのTDOの産生を促進してトリプトファン代謝を亢進することが示唆された。その結果、局所でのT細胞増殖が低下し、子宮内膜症の免疫応答からの回避などが起こっているのかも知れない。子宮内膜症は生殖年齢の女性に好発し、妊孕性低下、疼痛、卵巣嚢胞などの症状により女性のQOLを著しく低下させる疾患である。月経血の逆流が発症の必要条件とされているが、何が十分条件として作用しているかは不明である。我々のこれまでの研究科から、子宮内膜症では炎症性のサイトカインが上昇するなど、慢性の炎症性増殖性疾患として作用していることがわかってきた。また、免疫学的な観点からみると、本疾患はTh2優位の疾患としてとらえることができるとされている。事実、我々の検討でもTh2免疫が子宮内膜症の進展に関わることが示唆されている。そこで、本研究では子宮内膜症の慢性炎症の機序をアレルギー炎症の側面から検討した。昨年度、IL-1bが子宮内膜症間質細胞でTDOを増加させることを見出したが、これをさらに発展させて研究を継続した。この結果、IL-1bはTDOを介してkynurenine産生を増加させる一方、わずかではあるがtryptophanの濃度を低下させた。このことは、子宮内膜症ではTh2優位の環境となっていることを支持するデータである。本研究により子宮内膜症においてIL-1bが増加していることは、一部はTh2を介した進展を促進することにつながると考えられた。また、IL-1bによるIL-6,IL-8の増加がTDOsiRNAにより抑制される結果も得られた。TDOがIL-6,IL-8を介して子宮内膜症の進展に寄与しているメカニズムも推測された。【目的】子宮内膜症(EM)はTh2型の免疫応答が重要であり、疫学的にアレルギーと関連することが報告されている。近年、thymic stromal lymphopoietin(TSLP)がTh2型免疫応答を介したアレルギー炎症の基幹分子として同定された。本研究ではEMの病態におけるTSLPの意義について検討した。【方法】文書同意の下、以下の実験を実施した。EM婦人ならびに非EM婦人の血清、正所性子宮内膜、EM組織を採取した。EM組織からは間質細胞(ESC)を分離培養した。TSLPの血清中・上清中濃度はELISAで測定し、組織中・細胞中mRNAはRT-PCRで測定した。また、組織でのTSLP発現を免疫染色で検討した。ESCの培養実験では、IL-1β、IFNγ、IL-4、をそれぞれ、炎症、Th1応答、Th2応答、を担う代表的サイトカインとして添加した。さらに、細胞内シグナル伝達経路を調べる目的でp38 MAPK、p42/44 MAPK、SAPK/JNKの各々に対する阻害剤を同時添加した。【成績】

血清中TSLPは非EM婦人に対してIII/IV期のEM婦人で上昇していた。正所性子宮内膜でのTSLPmRNA発現は非EM婦人に対し、EM婦人で増加していた。EM組織でのTSLP発現は免疫染色で確認された。IL-1βはESCでのTSLPmRNA発現、分泌をともに増加させた。IL-1βによるESCからのTSLP分泌増加はIFNγ同時投与により抑制されたが、IL-4同時投与により促進された。阻害剤は3種ともIL-1βによるTSLP分泌を抑制した。【結論】EMにおけるアレルギーの側面として、TSLP発現がEMの病態に関与していることが示された。EM組織での炎症が複数のMAPKを介してESCからのTSLP産生を促進し、この反応をTh1応答は抑制的に、Th2応答は促進的に制御することが示唆された。一定の研究成果が得られている。子宮内膜症におけるTSLPについて、ほぼ予定通りデータが得られた。これまでの経過を踏まえ、さらなる発展を目指す。子宮内膜症におけるアレルギー炎症に関わる他の因子について検討をすすめる。子宮内膜症におけるTSLPのデータをまとめ論文として公表する。研究計画に沿って、動物実験、培養実験などに使用する。
全身麻酔導入時における自律神経機能と循環動態の解析

麻酔導入時に使用される薬剤による自律神経活動や循環動態の変化についても詳細な研究はない。そこで我々は麻酔導入・気管内挿管における心拍数変動(HR variability)による自律神経機能評価、心エコードップラー法によるリアルタイム心拍出量測定等を用いた循環動態評価を行い、プロポフォール、ミダゾラム、あるいはプロポフォール単独による麻酔導入時の自律神経機能・循環動態の変化を比較した。麻酔導入および気管内挿管時に、プロポフォール(P群)とプロポフォールおよびミダゾラム併用(M+P群)による循環動態の変化について麻酔導入前(T1)、麻酔導入後(T2)、挿管直後(T3)、3分後(T4)、5分後(T5)の各時点で調べた。その結果、血圧は両群とも導入後に低下し、挿管時とその挿管直後ではP群の方がM+P群より上昇した。脈拍数は導入後P群は変化せず、M+P群は上昇し、挿管時P群の方がM+P群より上昇した。心拍出量は導入時両群とも低下したが、一回拍出量はP群よりM+P群の方がより低下した。挿管中とその直後、一回拍出量は同様に増加した。交感神経系の指標であるLFについては導入後両群とも低下し、挿管時はP群でより上昇した。HFについては両群ともに変化はなかった。ミダゾラムプロポフォール群は、T2,T4,T5においてLF/HFの有意な上昇が認められた(P=0.011,0.038and0.034).。LF/HFは心臓交感神経・副交感神経のバランスを良く示していた。これらの結果より、ミダゾラムプロポフォールのコンビネーションは圧受容体反射も良く保たれることわかり、心臓循環系に対して代償的な作用を有することが示唆された。麻酔導入および気管内挿管時に、プロポフォール(P群)とプロポフォールおよびミダゾラム併用(M+P群)による循環動態の変化について麻酔導入前、麻酔導入後、挿管時・挿管直後、3分後、5分後の各時点で調べた。ミダゾラムとプロポフォールを併用した麻酔導入法は挿管時の血圧・脈拍と交感神経活動を抑制することが示された。導入後は血圧の低下を伴い一回拍出量が低下したことにより心拍数の増加を生じていると考えられた。これよりミダゾラムは圧受容体反射をよく保つことが示された。両群とも挿管中は同様の一回拍出量の上昇を示し、P群の血圧上昇の程度が大きいことは、ミダゾラムとプロポフォール併用は、体血管抵抗の低下をもたらすことが示された。
複雑な認識機構を有する生体分子間相互作用の解析手法の確立

複数箇所でリガンドを認識するような複雑な認識機能を有する生体分子機能を標的に創薬開発ができる手法の開発と応用を目的に,ヒト免疫不全ウィルス(HIV-1)表面の糖タンパク質に糖鎖を介して結合し,標的細胞への侵入を防ぐ一連の中和抗体を対象に計算化学の手法に基づいて研究を行った.中和抗体PGTの結合において重要な役割を担う糖鎖を特定し,糖鎖ー糖鎖相互作用も抗体の結合に協同的に関与することや,PGT抗体間の糖鎖親和性の違いの要因を明らかにした.また,本研究で開発した生体内水分子を考慮したモデルによって,糖が関与する生体分子間相互作用を適切に再現できることを示した.本研究は,生体分子の一つの活性部位を対象にしていた従来の生体分子のシミュレーション方法を,複数部位でリガンド認識する,或いはリガンドの結合によって生体分子自体の構造変化が起こるような,より複雑な認識機構を有する生体分子機能を標的にできる手法を開発することを目的とする.本研究の対象は,HIV-1表面糖タンパク質gp120の糖鎖部分に結合するPGT抗体である.今年度は,PGT抗体の糖鎖認識に関する基礎的な知見を得た.PGT128抗体がgp120の二つの糖鎖リガンドを介して結合する結晶構造(PDBID:3TYG)を出発構造として古典分子動力学(MD)シミュレーションを行い,この複合体の立体構造の変化を解析した.その結果,一方の糖鎖リガンドがgp120とPGT128抗体を橋渡しするように結合し,複合体全体の構造安定性に寄与していることが明らかになった(第34回日本糖質学会年会で報告).さらに,MDシミュレーションの単位時間刻みのスナップショット構造に対し,電子相関を考慮した大規模量子化学計算を行い,詳細な抗原-抗体間の相互作用を定量的に見積もった.それぞれの糖鎖における相互作用エネルギーを比較考察し,抗体ータンパク質結合において重要な役割を持つ糖鎖リガンドの部位を明らかにした(第9回分子科学討論会で報告).最近,PGT128抗体,HIV-1表面タンパク質全体(gp120及びgp41)と別の抗体が結合する巨大な結晶構造(PDBID:5C7K)が発表された.この構造におけるPGT128抗体とgp120間の相互作用エネルギーを前述と同様に計算し,3TYGの結果と比較解析した(第96日本化学会春季年会で報告).また,本研究の生体内水分子に注目したシミュレーション手法に関して環太平洋国際科学会議で発表した.現在,この手法に関する学術論文を投稿中である.平成27年度は,PGT128抗体を対象に抗体の糖鎖認識に関する基礎的な知見を得ることを積極的に進め,結果を一つの国際学会及び三つの国内の学会で発表し,現在学術論文を投稿中である.このため,概ね順調に進行していると考える.糖は親水性のヒドロキシ基を多くもつため,生体内の水分子の影響を強く受ける.本研究では,糖鎖を認識する抗体において生体分子結晶内の水分子まで含めたモデルを構築した.今年度はその水分子の効果を適切に考慮するシミュレーション方法とその適用例に関する結果を国際学会(Theory and Applications of Computational Chemistry (TACC-2016))で発表した.また,この結果を投稿論文として学術雑誌に発表し,掲載号の表紙に選ばれた(J. Comp. Chem., 37(26) 2431, 2016).さらに本研究の手法を,ヒト免疫不全ウィルス(HIV-1)の表面に存在するgp120及びgp41から成る糖タンパク質(gp140)に,その中和抗体(PGT128)が複数の糖鎖を介して結合する巨大な生体分子に適用した.この複合体の結晶構造(PDBID: 5C7K)に対して,今年度予算で購入した並列計算機を使用し,電子相関を考慮した大規模量子化学計算を行い解析した.PGT128抗体のgp120への結合に,複数の糖鎖リガンドやgp41がどのように影響を与えるかを半定量的に見積もり,解析結果を日本化学会第97春季年会で報告した.また,HIV-1の中和抗体であるPGT抗体は数種類あり,それぞれ糖鎖リガンドへの結合の強さが異なることが実験的に報告されている.PGT128の他にPGT127,PGT124, PGT121の四種類の抗体と糖鎖が結合する複合体の結晶構造における糖鎖ー抗体間の相互作用エネルギーを大規模量子化学計算により求め,実験結果と比較解析した.この結果を日本化学会第97春季年会で報告した.平成28年度は,本研究の方法論に関する学術論文を発表すると共に,研究対象を糖タンパク質と抗体の複合体分子全体にまで拡張し,抗体ー糖タンパク質の相互作用に関する結果を,国際学会を含む学術会議で発表することができた.このため,概ね順調に進展していると考える.今年度は,ヒト免疫不全ウィルス(HIV-1)の表面に存在する糖タンパク質に複数の糖鎖を介して結合する三つの中和抗体(PGT121, 128, 151)に対して,本研究の手法を適用した.この糖タンパク質とPGT128抗体の複合体で,タンパク質部分の構造が少しだけ異なる二つの結晶構造(PDB ID: 5C7K,5JSA)をもとに分子動力学計算を行った後,時間変化におけるスナップショット構造について大規模量子力学計算を行った.

抗体ー糖鎖間の相互作用を解析したところ,二つの糖鎖(Asn301, Asn332糖鎖)が主に抗体との結合を担うこと,Asn295糖鎖とAsn301糖鎖の糖鎖間相互作用が,時間変化の中でその強さにばらつきがあるものの,Asn301糖鎖を介して抗体への結合に寄与していたこと,部分構造の違いが抗体ー糖鎖間相互作用に与える影響は小さかったことが明らかになった.これらの結果について,国際会議(WATOC2017)及び第36回日本糖質学会年会で発表した.さらに,生体内の水分子の影響を確認するため,水分子を露わに考慮したスナップショット構造を用いて大規模量子化学計算を行い,解析したところ,糖鎖ー糖鎖間相互作用がより顕著になること等が明らかになり,この結果を日本化学会第98春季年会にて発表した.また,PGT151抗体はPGT121, PGT128抗体とは違い,ガラクトースで修飾された複合型糖鎖に強く結合するという糖鎖結合実験結果が報告された.そこで,PGT151抗体と複合型糖鎖の複合体の結晶構造をもとに,この糖鎖とPGT121, PGT128抗体の各複合体構造を作成し,これらに対して大規模量子化学計算により比較解析したところ,糖鎖認識において重要な役割をしている抗体のアミノ酸残基を特定することができた.この結果を第11回分子科学討論会にて発表した.複数箇所でリガンドを認識するような複雑な認識機能を有する生体分子機能を標的に創薬開発ができる手法の開発と応用を目的に,ヒト免疫不全ウィルス(HIV-1)表面の糖タンパク質に糖鎖を介して結合し,標的細胞への侵入を防ぐ一連の中和抗体を対象に計算化学の手法に基づいて研究を行った.中和抗体PGTの結合において重要な役割を担う糖鎖を特定し,糖鎖ー糖鎖相互作用も抗体の結合に協同的に関与することや,PGT抗体間の糖鎖親和性の違いの要因を明らかにした.また,本研究で開発した生体内水分子を考慮したモデルによって,糖が関与する生体分子間相互作用を適切に再現できることを示した.今年度は昨年度の研究対象を拡張する.前述の通り,PGT128抗体,HIV-1表面タンパク質全体(gp120及びgp41)と別の抗体が結合する巨大な結晶構造(PDBID: 5C7K)が昨年発表された.これまで対象にしていたPGT128抗体ーgp120間の結合や複合体の立体構造に他の因子(gp41)がどのように影響を及ぼすのかを明らかにしていく.本研究で対象にしているPGT抗体関連の結晶構造は,水分子の情報が不十分なものや,全く含まれていない構造である.PGT抗体ー糖タンパク質複合体構造の分子内の水分子を配置し,水分子が抗体ー抗原相互作用に与える影響も併せて考察する.このように,前年度に比べ,さらに大きな抗体ー抗原複合体を対象に,且つ水分子を考慮することにより,系の原子数が激増する.計算能力の増強が必要になることが予測されるため,新規ワークステーションを購入する.「生体分子機能の微妙な違いを生み出している」と考えられている糖鎖による認識が,抗原-抗体反応においてどのように,且つどの程度機能しているか,溶媒である水分子の効果を考慮して解明する.ここまでで得られた結果を,国内外の学会(日本糖質学会年会,日本化学会年会,Theory and Applications of Computational Chemistry (TACC 2016))で発表すると共に学術雑誌に投稿する.今年度は前年度に引き続き,HIV-1表面糖タンパク質に結合する抗体複合体全体への展開を続行する.