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自治体による介護保険制度の執行過程と執行構造に関する実証的研究

本研究は介護保険行政における自治体の役割と差異を検証し、地域福祉における自治体の主体的役割の明確化に資するものである。研究方法は、自治体及び事業者に対して調査した結果を、自治体特有の要因と介護保険制度構造に由来する要因に分類して分析した。本研究における知見は次の3点に要約される。1)介護保険制度の構造は、中央政府の統制が強く働く構造となっている。2)介護保険行政における自治体間の差異は、都市部では事業者の数、地方では自治体と事業者の歴史的な関係に規定されている可能性がある。3)中央政府の明確な方針が示されない場合は、自治体毎の裁量や主体性、それに伴って事業者指導方針や介護保険料率に見られる差異も増加していた。以上の結果から、自治体の主体性を活かした地域福祉施策を実施するには、集権的制度の限界と歴史的な経緯に規定された地域のサービス供給量を考慮する必要性があることが示唆された。本研究は、マクロデータ及び質的データを用いた介護保険制度の執行過程に関する包括的研究である.本研究課題の具体的実施項目は(1)マクロデータを用いた自治体間介護保険制度執行格差の検討,(2)自治体の政策過程の検討.(3)自治体と事業者・専門職の関係の検討を実施した.(1)については、東京都23区の介護保険料規定要因として介護保険施設の種別との関連を調べた.(2)については、東京都23区における第3期介護保険事業計画策定委員会の体系的な傍聴を実施し、施設サービス供給に関わる自治体裁量の変化を確認した.(3)については,10名の居宅介護支援専門員に対してヒアリングを実施し、居宅介護支援業務を通じた自治体毎の違いを検討した.これらの結果から、ナショナルプログラムである介護保険制度のアウトカムは執行者である自治体(保険者)間で差異を生じていること、そしてその差異が自治体の裁量と自治体の既存資源によって影響を受けている可能性が示唆された.来年度は、本結果を踏まえて、自治体による執行パフォーマンスの事業者・専門職への影響に関する質的研究及び保険料に関する分析を継続し、自治体(保険者)の制度執行過程・構造に着目したパフォーマンス規定要因の検討を行う.本研究は、自治体が制約的制度下において、地域に応じたきめこまやかな政策執行がいかに可能かというきわめて福祉的な課題に資することを目的としている。平成20年の調査研究で、介護給付の自治体間の差異は、介護保険施設の種別との関連が見られたことから、平成21年度には(1)マクロデータを用いて介護保険料やサービス供給整備に関わる自治体の政策過程の検討、(2)自治体による執行パフォーマンスが事業者・専門職へ及ぼす影響に着目し、自治体の制度執行過程・構造に着目したパフォーマンス規定要因を検討した。(1)については,収集したマクロデータの解析を進め、東京都23区の介護保険料規定要因として国-自治体の構造的制約に加えて、自治体裁量の可能性を指摘した。(2)については、自治体と事業者毎に郵送調査を実施する予定であったが、郵送調査では解析に足る有効回答を得られない可能性があるので、昨年度に引き続き20名の居宅介護支援専門員に対してヒアリングを実施し,居宅介護支援業務を通じた自治体間の差異に関する質的データ収集を終了した。本研究は、自治体が制約的制度下において、地域に応じたきめこまやかな政策執行がいかに可能かというきわめて福祉的な課題に資することを目的としている。平成22年度は、平成21年度に実施した、都市及び地方の居宅介護支援専門員及び介護保険事業関係者31名に対して実施した半構造化面接調査で得た談話データを用いて以下の分析を行った。調査時点において同居家族がいる場合の訪問介護サービス利用について、自治体が制限するという事案が発生した。自治体による制限への対応は様々であり、居宅介護支援専門員の事案に対する対処は、自治体の事業者指導に影響される傾向が文書等で確認された。そこで、自治体による事業者指導に焦点をあてて面接調査時の談話を用いて、ナラティブ分析を実施した。その結果、自治体の事業者指導の類型毎に居宅介護支援専門員の発話構造を分類すると、(1)自治体が積極的に利用制限を指導している場合には、自治体の指導方針について述べた後に、利用者への説得をしたという忠誠型、(2)自治体の指導方針に引き続き、クライアントの希望に応じて他のサービスに振り分けるといったコーピング型、(3)自治体が訪問介護の利用抑制を積極的に、もしくは、全く実施していない場合、自治体の対応-制度の基本原理-自治体の対応に対する批判というVoice型の3類型が確認され、制度認識の構造が自治体指導のあり方で変化する傾向が確認された。
開放進化系の複雑性-頑健性関係についての理論研究

本研究では、研究代表者が近年発見し連携研究者と共に進めて来た開放進化系の複雑性-頑健性関係(T. Shimada, Scientific Reports Vol. 4, (2014) 4082.等)についての理論研究を発展させ、この理論的枠組みの現実問題への適用に挑戦する。具体的には、(1)理論の基としてきた簡単な模型について、その枠組みをもとにより複雑な数理モデル群との接続を試み、また(2)土壌微生物生態系を代表とした現実系の解析によって理論的枠組み適用の妥当性を検証する。これにより土壌微生物生態系のみならず生体系、生物生態系、社会・経済系等の現実の開放進化系の普遍な性質についての理解を深める事を目的とする。初年度である本年度はまず(1)から取り組んだ。これまで理論の基としてきた簡単な模型では、適応度が負である要素の除去は小さい順に不可逆的に行われていた。しかしながら、現実の生態系などではそのような生存に不利な状況に陥った種はすぐに死にたえるのではなく、芽胞に代表されるような休眠・耐久状態にうつる例がしばしば見られる。また、新要素の導入ペースが速い状況を対象とする場合にも、不可逆的な除去ルールは適切でない領域があると考えられる。このような状況のモデル化として、適応度が負の要素を即座に除去する代わりに一定時間の「休眠」状態とすることにしたモデルについて、複雑性-頑健性関係を解析した。この結果、各要素が「休眠」状態をとることができる場合に系の頑健性が上がることとその仕組みなどを明らかにし、この結果をまとめてオープンアクセスの国際学術雑誌に投稿・掲載した。この他にも、国内外の研究会での講演や解説記事の寄稿などを通して成果の発信と更なる研究のための情報交換に努めた。本研究のために計画していた計算機環境の増強は予算の都合により縮小せざるをえなかった。しかしながら、本理論研究の核である、共同研究者と集っての集中的共同研究期間については計画通り実現することができ、これにより理論研究は順調かそれ以上に進んだ。このため少々計画を前倒ししての論文投稿と掲載をすることができ、全体として研究は順調に進んでいると言える。(1)の理論研究が順調にすすんでいるので、今後はこの継続とともに、当初計画の通り(2)の課題にも取り組みを本格化する。土壌微生物生態系の専門家である大塚の協力のもと、次世代シーケンサを用いたDNA解析データにより土壌微生物生態系の解析を行う。既存のデータの解析から着手し、同一サンプル内での種構成のゆらぎや、各種擾乱による種構成の変化などの、系の応答の普遍性に着目した研究を進めてゆく。研究が順調に進んだため論文掲載費などを計画より前倒しで必要となった一方、物品費については配分額に鑑み記憶装置の増強に特化することとし計画より支出が少なくなった。
22q11.2欠失疾侯群をはじめとする心血管疾患の分子遺伝学的解析

我々が世界で初めて同定したTBX1遺伝子の変異と22q11.2欠失症候群の主な症状との関係は未だ明らかではない。そこで我々が確認したTBX1遺伝子変異を用いて、その機能を明らかにすることにより、本症候群の主な症状を呈する病態解明を第一の目的とする。また、本症候群に係わる修飾因子の探索やT-box familyと他の心血管疾患との関係も明らかにする。本年度はマウスTbx1の発現パターンをRT-PCR法を用いて行うと共に、Tbx1の上流数Kbの領域のDNAメチル化の状態を解析し、それらを比較検討した。Tbx1の発現パターンとDNAのメチル化との関係は特に示されなかった。22q11.2欠失症候群の修飾遺伝子として、昨年度TBX1のEnhancerregion, FOXC1,FOXC2,VEGFを解析したが、本年度はCRKLやUFD1Lなど22q11.2欠失領域に含まれる候補遺伝子の遺伝子解析を行った。疾患と関係のあるような変異および多型は認められなかった。今年度はさらにModifier of del22q11.2(Model22)を同定し、その遺伝子解析を行ったところ二つの変異を認めることができた。また、Model22が心臓の発達に重要な転写因子Nkx2.5を抑制する事を突き止め、変異Model22はそれを抑制することができなかった。Model22の遺伝子異常によりNkx2.5による下流遺伝子の活性化が起き、del22q11.2症候群の表現型が重篤にしていることが示唆された。正常型TBX1発現ベクターと異常型TBX1発現ベクターを作製しFGF8 promoterを用いてLuciferase Assayを行ったところ、F148Y変異、G310S変異共に転写活性化能の減少が認められた。本研究遂行中に他のグループから同様の解析を行った報告があるが、結果は相反するものであった。この理由は我々がTBX1とDNAのdirectな結合を用いているのに対し、彼らはGal bindingsystemを用いたためと考えられる。また、1223delC変異はframeshiftの結果、核移行シグナルが消失し、核移行できなくなることが報告された。Holt-Oram症候群の患者に対し、TBX5の遺伝子解析を行ったところ、10例の発端者に対し5個の変異を認めた。また、変異の認められなかった患者に対しTBX2,TBX3の解析を行ったが変異は認められなかった。
有機スズ化合物の再分配特性を生かした高効率アリル化剤の開発研究

カルボニル基のアリル化反応は重要な合成手段として広く研究されているが、選択性に欠ける場合や強ルイス酸あるいはPdなどの高価な貴金属触媒を必要とする場合が多く、より効率的な手法の開発が求められている。本申請研究は、従来は過酷な条件を必要としていたBu_3Sn〓とカルボニル基との付加反応を、ほとんど中性に近い錯体であるBu_2SnCl_2ーHMPA(あるいはBu_2SnCl_2ーEt_4NCl)を反応促進剤とすることによって効率よく進行させることに成功した。この方法は、そのままでは反応性が低いBu_3Sn〓を触媒量のBu_2SnCl_2錯体によって活性の高いBu_2SnCl〓に変えてカルボニル基に付加させ、その後、錯体を再生するというものである。この手法を式ー1に示した反応に適用し、アリルオキシランを合成することができた。この反応は、そのまま加熱するとラジカルカップリングが起こるため、Pd触媒などを使用しても容易に進行しないことが知られている。しかし、今回開発した錯体触媒を用いることによって高収率で目的のオキシランを得ることが可能となったものである。本方法の利点は活性は高いが不安定なBu_2SnCl〓を常に触媒見合い量だけ生成するために、副反応を抑制できること、また強ルイス酸などの強い反応促進剤が必要でないことなどである。さらに最も特長的であるのは、これまでに開発されている方法の大半が、アリル化される基質であるカルボニル化合物を活性化するものであるのに対し、今回の方法はアリルスズを活性化しており、根本的に異っており、今後の検討でさらに新しい特性の開発が期待できるものと考えている。
ランダムフラクタルおよびマルチフラクタルの研究

ランダムフラクタル上の消滅過程およびマルチフラクタル分解定理について、以下のような結果を得た。1。「ランダムフラクタル上の消滅過程(パーコレーション)」ランダムフラクタルの構成方法として、Mauldin-Williamsによって定式化された帰納的構成法を採用する。この帰納的構成法の各k段階毎に、独立に確率p_Kでフラクタルが消滅するものとする。p_K→pのとき、空でないランダムフラクタルが残る確率とそのハウスドルフ次元についての結果が得られた。更にこの結果を一般化して、Mauldin-Williamsの定式化を含むより広いクラスのランダムフラクタルについて対応する結果が得られた。Y.Tsujii,An extinction probrem on randam fractals (preprint)参照。2。「マルチフラクタル分解定理」n次元ユークリッド空間上のマルチフラクタル測度の分解定理がCollet etalやCawley and Mauldinによって得られている。この分解定理を次のように精密化する。各i座標毎にsingularity α_iをもつ集合への分解をを考察する。マルチフラクタル測度が積測度のとき上記集合のハウスドルフ次元について結果を示す。Y.Tsujii,An extention of multifractal decomposition(in preparation)参照。1。2。
NMRスペクトルによるポリマ-ゲルの構造と物性・機能性の関連

ポリマ-ゲル中の低分子は、比較的鋭いNMRシグナルを与えるため、ゲル中の低分子と高分子マトリッスクとの相互関係や低分子の運動性について種々の情報が得られる。架橋度50%で粒径10μmのスチレン-ジビニルベンゼン(St-DVB)共重合体ゲルビ-ズ存在下で、種々の低分子化合物の^<13>C-NMRを測定した。メタノ-ルジメチルスルオキシド(DMSO)、シクロヘキサン、イソオクタンなどの化合物のシグナルは、ゲル含量が1030vol%の場合に2本に分裂して観察された。2本のピ-クの内、高磁場側のブロ-ドなシグナルをゲルからの相互作用を受けたものと帰属した。ピ-クの強度比からゲルによる相互作用はゲル内の溶媒ばかりではなく、ゲル近傍数μmにまで及んでいることがわかった。架橋度の異なるSt-DVBゲルビ-ズ存在下で、DMSO、アセトン、ベンゼン、シクロヘキサン等の化合物のスピン格子緩和時間(T_1)を測定した。いずれの化合物でも、ゲルが存在するとT_1の値は減少した。ビ-ズに対して良溶媒であるベンゼンの場合、架橋度が大きくなるに従いT_1の値は、減少し、架橋度の影響が現れた。ゲル骨格の運動は主として架橋により制限を受けており、骨格の運動が近傍の低分子の運動に影響を与えたものと考えられる。一方、ビ-ズに対して貧溶媒であるDMSO、アセトン、シクロヘキサンでは、架橋度の影響がほとんどなかった。これらの溶媒中のビ-ズの膨潤度は架橋度によってあまり変わらず、ゲル骨格の運動性が溶媒の性質により主として制限されたためと考えられる。最後に架橋度の異なるゲル存在下でベンゼン、シクロヘキサンの自己拡散係数をPGSE法により測定した。その結果、分子相関時間への並進運動の寄与を直接観察することができた。ポリマーゲルのNMRシグナルは非常ブロードで、緩和時間が短くなるため、ポリマーのゲル化の過程をNMRにより観測できる。プロトンシグナルの緩和時間の観察により、ポリ(N-イソプロピルアミド)の高圧下でのゲル化を研究した。常圧では32°Cで緩和時間が急激に減少するが、400kg/cm^2では徐々に減少する。このことより、ゲル化は常圧では急速に起こるが、圧力を上げると速度が低下することが明らかとなた。また、ゲル化により側鎖の化学シフトが変化することから、側鎖の立体配座が変わることが見いだされた。また、ポリマーゲル中の低分子は比較的鋭い^<13>C-NMRシグナルを与えるため、ゲル中の低分子の運動や相互作用を観測できる。架橋度50%で粒径10μmのスチレン-ジビニルベンゼンゲルの存在下で、種々の低分子化合物の^<13>C-NMRシグナルを測定した。メタノールやイソオクタンのようにゲルと極性が大きく異なる化合物は、ゲルが存在すると、0.20.3ppm高磁場に幅広い新しいピークを与え、このピークの強度はゲルの量とともに増大した。低分子化合物の量とピークの強度比から、ゲル中やゲルから約3μm以内にある低分子化合物が新しいピークを示すことがわかった。一方、クロロホルム、トルエン、シクロヘキサンなどのようにスチレンゲルと極性の近い化合物は、ゲルが入るとピークの幅が広がるのみで、新しいピークを与えなかった。低分子化合物の緩和時間(T_1)を測定した。ゲルが存在すると、いずれの化合物でも緩和時間は減少した。クロロホルムの緩和時間はゲルが入ると、ゲルがない場合に比べ0.4倍に減少するが、他の化合物では約0.6倍となった。これはクロロホルムでは、分子内に緩和を起こす核が1つしかなく、他の化合物では3以上存在するためであると考えた。

最後に架橋度の異なるゲル存在下でベンゼン、シクロヘキサンの自己拡散係数をPGSE法により測定した。その結果、分子相関時間への並進運動の寄与を直接観察することができた。
遷移金属触媒と二酸化炭素ガスによるＣ（ｓｐ３）－Ｈ結合カルボキシル化反応の開発

報告者は前年度、研究課題に即する成果として、二酸化炭素を用いたコバルト触媒によるアリル位C(sp3)-H結合カルボキシル化反応を開発した。すなわち、アリルベンゼン誘導体に対し、1気圧の二酸化炭素雰囲気下、コバルト触媒、キサントホス、およりトリメチルアルミニウムを作用させると、アリル位C(sp3)-H結合の切断を契機とするカルボキシル化が進行し、対応する4ーアリールー3ーブテン酸が良好な収率かつ位置選択的に得られた。そこで平成28年度は、本反応の基質適用範囲の拡大を目指し検討を行った。様々な置換基を有するアリルベンゼンを用い、先述のカルボキシル化を試みた。その結果、アミド、エステル、ケトンなどのカルボニル基が共存する場合においても二酸化炭素との反応が選択的に進行した。これらのカルボニル基は一般に二酸化炭素よりも反応性が高いため、これらの官能基を損なうことなくカルボキシル化が収率よく進行したことは特筆すべき点といえる。さらに、アリルベンゼンに加え様々な1,4-ジエン化合物も本反応に利用可能であり、対応する3,5-ヘキサジエン酸が収率よく得られた。また、長鎖末端アルケンである1ーウンデセンンからも低収率ながらカルボン酸が得られた。本研究内容はすでに論文にまとめ、ジャーナル誌に投稿した。現在査読を受けている。報告者は上記研究に加え、求電子剤として二酸化炭素に代わり単純ケトン類が利用可能であることを新たに見出した。すなわち、アセトンやアセトフェノンを二酸化炭素に代わり反応に加えることで、アリル位C(sp3)-H結合切断を伴うカルボニル基のアリル化が進行することがわかった。また、用いるケトンの性質によって反応の位置選択性が変化することを明らかにした。現在本研究内容について論文を作成中である。28年度が最終年度であるため、記入しない。平成26年度は、二酸化炭素に対する反応性を確認するため、8ーメチルキノリンおよび種々の金属錯体(Pd(OAc)2や[Cp*RhCl2]2など)から各種メタラサイクルを調製し、二酸化炭素ガス雰囲気下、種々の塩基を用いて反応を行った。その結果、8ーメチルキノリンのベンジル位にPd(II)が結合したパラダサイクルを基質とした場合、目的のカルボキシル化体は得られなかったが、ベンジル位にRh(III)が結合したローダサイクルを基質とした場合、Cs2OCO3やKOtBuを塩基として用いることで、8ーメチルキノリンのベンジル位がカルボキシル化された目的物が少量ながら得られることが明らかとなった。さらに、カルボキシル化されたローダサイクルが少量ながら同時に得られた。また、8ーメチルキノリンおよび塩基のみでは反応が一切進行しないことも明らかとなっている。反応機構については、C-Rh(III)結合に対して二酸化炭素が挿入する機構が考えられる一方で、ローダサイクルを形成することでベンジル位C-H結合の反応性が向上し、塩基による脱プロトン化が進行した可能性、あるいは、ロジウム(I)カルベノイド中間体を経由して二酸化炭素との反応が進行した可能性が示唆された。すなわち、反応機構の観点からも、C(sp3)-H結合ならではの、新たな形式のC-H結合カルボキシル化反応となり得るものと考えられる。現在、収率向上に向けた反応条件の検討を行っている。平成27年度は、C(sp3)-H結合のひとつであるアリル位C-H結合の触媒的カルボキシル化の検討を行った。すなわち、末端アルケンを持つアリルベンゼン誘導体に対し、種々の金属触媒や配位子、反応剤を検討した結果、N,N-ジメチルアセトアミド溶媒中、コバルト触媒、配位子としてキサントホス、還元剤としてトリメチルアルミニウムを作用させることで、アリル位C(sp3)-H結合の切断を伴うカルボキシル化が進行し、対応する4ーアリールー3ーブテン酸誘導体が得られることが明らかとなった。その後、各種反応条件の網羅的な検討により、フッ化セシウムを添加することで、目的のカルボキシル化体が高収率で得られることがわかった。本カルボキシル化反応は、求核性の高いπーアリルコバルト中間体を経由して進行すると考えられるが、反応機構の観点から、4ーアリールー3ーブテン酸および2ーアリールー3ーブテン酸が同時に得られる可能性が考えられるが、実際に得られた生成物は4ーアリールー3ーブテン酸のみであり、選択性の高い反応であることがわかった。さらに、本反応の生成物はカルボキシル基とアルケン(スチレン)部位を併せ持つことから、それらを利用した数多くの誘導体化が可能である。例えば、ラクトン化、ジアゾ化、アルキル化などが広く知られている。すなわち、本カルボキシル化反応と各種誘導体化反応を組み合わせて利用し、生物活性化合物を合成するなど、本反応の有機合成化学への応用が期待される。実際に、本カルボキシル化によって得られた4ーアリールー3ーブテン酸誘導体に対し、シャープレス不斉ジヒドロキシ化反応を適用することで、光学活性なβーヒドロキシーγーアリールブチロラクトンを単一のエナンチオマーとして得ることができた。現在、本研究内容について論文を作成中である。研究計画に基づき、二酸化炭素を用いたアリル位C(sp3)-H結合の触媒的カルボキシル化を精力的に検討した。すなわち、アリルベンゼン誘導体を基質とし、各種遷移金属触媒、配位子、還元剤など、様々な反応条件を検討した。

本反応の達成には長時間を要したが、コバルト触媒、配位子としてキサントホス、還元剤としてトリメチルアルミニウムという組み合わせが、アリル位C-H結合カルボキシル化に有効であることを見出した。また、反応条件の最適化により、高収率で目的物が得られる反応条件を見出すことができた。さらに、本反応の生成物が、さらなる誘導体化および有用な化合物の合成に利用可能であることが知られていることから、応用面、すなわち有機合成化学の面においても本カルボキシル化反応の有用性が期待される。現在、本研究内容を論文として報告する準備を進めている。報告者は前年度、研究課題に即する成果として、二酸化炭素を用いたコバルト触媒によるアリル位C(sp3)-H結合カルボキシル化反応を開発した。すなわち、アリルベンゼン誘導体に対し、1気圧の二酸化炭素雰囲気下、コバルト触媒、キサントホス、およりトリメチルアルミニウムを作用させると、アリル位C(sp3)-H結合の切断を契機とするカルボキシル化が進行し、対応する4ーアリールー3ーブテン酸が良好な収率かつ位置選択的に得られた。そこで平成28年度は、本反応の基質適用範囲の拡大を目指し検討を行った。様々な置換基を有するアリルベンゼンを用い、先述のカルボキシル化を試みた。その結果、アミド、エステル、ケトンなどのカルボニル基が共存する場合においても二酸化炭素との反応が選択的に進行した。これらのカルボニル基は一般に二酸化炭素よりも反応性が高いため、これらの官能基を損なうことなくカルボキシル化が収率よく進行したことは特筆すべき点といえる。さらに、アリルベンゼンに加え様々な1,4-ジエン化合物も本反応に利用可能であり、対応する3,5-ヘキサジエン酸が収率よく得られた。また、長鎖末端アルケンである1ーウンデセンンからも低収率ながらカルボン酸が得られた。本研究内容はすでに論文にまとめ、ジャーナル誌に投稿した。現在査読を受けている。報告者は上記研究に加え、求電子剤として二酸化炭素に代わり単純ケトン類が利用可能であることを新たに見出した。すなわち、アセトンやアセトフェノンを二酸化炭素に代わり反応に加えることで、アリル位C(sp3)-H結合切断を伴うカルボニル基のアリル化が進行することがわかった。また、用いるケトンの性質によって反応の位置選択性が変化することを明らかにした。現在本研究内容について論文を作成中である。研究計画に従い、C(sp3)-H結合の切断を伴って合成することが可能なメタラサイクルを種々合成し、二酸化炭素によるカルボキシル化反応の段階について検討を行った。すなわち、8ーメチルキノリンのベンジル位C(sp3)-H結合の活性化を経て合成可能なパラダサイクルおよびローダサイクルを調製し、塩基存在下、二酸化炭素との反応を検討した。その結果、パラダサイクルを用いた場合は目的の化合物は得られなかったものの、ローダサイクルを基質とした場合に、低収率ながら目的のカルボキシル化体が得られることがわかった。現在、収率向上のため、反応条件の検討および反応促進のための添加剤の検討を行っている。まず、新たに開発したアリル位C(sp3)-H結合カルボキシル化反応によって得られる生成物、すなわち4ーアリールー3ーブテン酸誘導体が持つカルボキシル基およびアルケン部位を足掛かりとした種々の官能基化を検討し、それらを利用した生物活性化合物の全合成研究を行う。
外転遊星歯車を用いる超精密連続割出し装置

従来の精密割出し装置には、ほとんどすべて、その主要構成要素としてウォームギヤが用いられている。しかし、ウォームギヤは平歯車よりも、著しく加工がむつかしいので、超精密割出し装置に利用することは困難である。本研究では、ウォームギヤのすぐれた特徴(セルフロッキング、大きな減速比)を有する割出し装置の主要構成要素として、平歯車のみを用いる外転遊星歯車機構を採用したところに特徴がある。試作した外転遊星歯車式割出し装置は、不思議歯車機構であり、固定太陽歯車の歯数はZ_1=150枚、遊星歯車の歯数はZ_2=Z_3=20枚、出力軸の歯車の歯数Z_4=152枚である。サーボモータ軸に歯数Z_5=20枚の歯車を用いて遊星歯車のキャリアに固定された歯数Z_6=194の歯車を回転させる構造になっている。全減速比は737.2である。ウォームギヤと異なり歯面間の滑り速度が小さいので、高速で回転させても焼付きの生ずることはない。試作した装置の割出し精度は、Nikon社製のセオドライトNT-5(オートコリメーション付)で測定した。先ず、すべての歯車を切削加工のみとした場合には、割出し誤差は、隣接および集積ピッチ誤差で±30秒であった。遊星歯車のみを研削仕上げすれば、これらの誤差は±20秒に減少した。2個の遊星歯車の中の1個をプラスチック歯車にしたところ、バックラッシを完全に除去することができた。試作割出し装置の太陽歯車は寸法に制限されて研削することができなかったが、この歯車も研削すれば、更に割出し精度は向上する。また、遊星歯車の数も8個まで増すことができるので、平歯車のみで構成される外転遊星歯車機構を用いれば、ウォームギヤを用いる割出し装置よりも精度の高い超精密割出し装置が実現できることがわかった。
高耐雷性電気設備の新しいデザイン基礎技術

撚り線は、インピーダンスを下げ、ディファレンシャルモードのノイズを低減する効果があるため、信号線路に限らず、電力線路でも使用されるが、そのサージ特性については不明な点もある。サージ解析に使用される数値電磁界解析法の中で、モーメント法は三次元配置の導体を容易にモデル化できる。モーメント法を使用して撚り線単相線路のサージ特性を調べた。特に、ディファレンシャルモード、コモンモードの各モードにおけるサージインピーダンス(特性インピーダンス)と伝搬速度が、撚り数とどのような関係があるかを調べた。風力発電用タワー内の電カケーブル、制御ケーブルシステムで発生するサージをモーメント法で解析するために、ケーブルモデルを検討した。その応用として、ケーブルの接地法による過電圧の発生変化を調べ、過電圧を低減する接地法を明らかにした。過電圧の低減に有効な接地電極のサージ特性を、モーメント法、FDTD法で調べ、実験結果とも比較し、各解析法の特徴を明らかにし、電極設計に適用できることを示した。モーメント法やFDTD法を使用して変圧器のサージ特性を解析する場合に使用する鉄心の解析モデルを調べた。積層のコア内の磁束数と、塊状モデル内の磁束数が同じになるとしたモデルを考え、塊状モデル内への表皮深さと積層の表皮深さからコアの透磁率と導電率、積層数の関係を求めた。導電率の関係に積層数を組み入れ、さらに、抵抗損も同じになるようにできた。解析モデルを実証するために、冷間圧延珪素鋼板を使用した実験を行い、実モデルの測定結果と計算モデルの解析結果を比較した。数値電磁界解析法を使用して、電気設備の過電圧発生を正確に予測する技術の確立を目的として研究を進めている。平成16年度では、数値電磁界解析用シミュレータの準備を行い、以下のような解析を行った。風力発電設備は各地で、急速に建設、運転されつつあるが、風力エネルギーの豊富な場所は、高台で、見晴らしのよい地点が多く、発電設備に落雷する率が高くなる。数10メーターの地上高になる発電設備への落雷は、送電線路における鉄塔落雷や、高層ビルの避雷針への落雷に類似した現象ではあるが、機器ハウジング、タワー内の電気電子機器への影響については不明な点も多い。そこで、タワー内のケーブルに発生するサージ電圧をモーメント法で解析し、雷撃に対する有効な接地法について調べることを目的とした。その結果、風力発電タワー内のケーブルでは、非接地無負荷の条件で高い過電圧がタワー落雷時に発生する。負荷時でも数kVの過電圧が発生し、波頭峻度が高い場合にはさらに高い電圧になることを明らかにできた。最近の高速電力線通信(PLC)でも電力線の伝送特性が問題になる。また、配電線路の過電圧解析でも、サージの伝搬特性を明らかにすることが必要である。モーメント法は三次元配置の導体を容易にモデル化でき、送電線路のサージ解析に使用したが、あらたに単相線路の撚り数によってサージがどのように変化するかをモーメント法で調べた。特に、撚り数とサージインピーダンス、伝搬速度の関係を検討した。その結果、数回/メートル程度の撚り数では、サージ特性はストレート線とほとんど変わらないが、撚り数が増大すると、サージインピーダンスが数10%まで減少し、モーメント法を使用した数値電磁界解析法で、被覆電線からなる撚り線のサージ解析が可能であることを示した。

さらに、変圧器の過電圧解析で問題となる表皮効果が正確に模擬できることや、配電線路に使用する電柱のサージ特性を金属の表皮効果やコンクリートの導電率、木柱の導電率を考慮した解析モデルの作成も行い、そのモデルの精度は今後行う。数値電磁界解析法を使用した電気設備の過電圧発生予測技術の確立を目的として研究を進めた。前年度に行った撚り線ケーブルのサージ特性解析法の精度を検証するために、実験を行った。解析結果と、測定結果を比較したところ、よい一致が得られ、解析法の妥当性が検証できた。さらに、線路のデファレンシャルモードに加え、コモンモードの解析も行い、サージ伝搬現象に伝搬速度から高速モードと低速モードの2つのモードが存在することが明らかになった。高速モードは、撚り線の隣り合う空間を直接伝搬する現象であり、低速モードは、撚り線に沿って伝搬するモードである。今後、コモンモードの解析と実験結果の比較、さらにモーメント法の特徴である様々な線路形態への応用性を検証する必要がある。モーメント法で、変圧器の過電圧解析で問題となる表皮効果が正確に模擬できるか検討した。数値電磁界解析法のFDTD法による解析結果と比較したところ、解析法の妥当性が得られたが、今後実験との比較を行う。この比較計算より、FDTD法で低周波、あるいは長時間のシミュレーション時間を要する解析は困難ではあるが、直角波電圧を印加した場合のように、初期の現象が問題になる場合にはFDTD法は精度がよいことも明らかになった。この特徴を生かし、鉄心入りコイルの過渡現象を調べた。その結果、従来、サージ解析でコイルの等価回路に使用する静電容量は、励磁回路の電磁誘導によるインピーダンスの増加現象を表すものであり、電流の減少を近似するように巻線数や大きさから等価回路を決定できることを明らかにした。配電線路に使用する電柱のサージ特性を金属の表皮効果やコンクリートの導電率、木柱の導電率を考慮したモデルのサージ解析を行い、モーメント法で電柱のサージ現象をシミュレーションできることを示すことができた。さらに実際の条件に近い、接地電極も加えたモデルに拡張して、実用的な解析法の確立を図る必要がある。数値電磁界解析法を使用し、電気設備の過電圧発生を正確に予測する技術の確立を目的として研究を進めている。平成18年度では、数値電磁界解析用シミュレータを使用し、以下のような結果を得た。前年度に行った撚り線ケーブルのサージ特性解析法については、論文にまとめ、電気学会に掲載決定となった。さらに、このケーブル解析モデルの応用として風力発電設備のサージ解析を行い、ケーブルの接地条件による過電圧発生現象を明らかにすることができた。これまで、モーメント法で、変圧器の過電圧解析で問題となる表皮効果が正確に模擬できることを、数値電磁界解析法のFDTD法による解析結果の比較から明らかにしてきたが、さらに実験との比較を行った。配電用変圧器の鉄心コアに20回の巻き線を設け、そのサージ特性を直角波応答から検討した。実験は、鉄心、空芯のソレノイド、表皮効果を調べるための銅板コアの巻き線の各モデルについて測定した。同じジオメトリのモデルをモーメント法で作製し、数値シミュレーションを行ったところ、空芯と銅板コアについては、実験と解析は良い一致を示したが、鉄心コアの場合、解析では空芯コアの特性に近い結果を示し、実験とは一致しなかった。そこで、層状コアのモデルの作製を試みたが、現在の解析システムでは、計算資源の制限から数10層が限界であり、実用的な変圧器コアの数100層のモデルは解析できないことが明らかになった。
超新星爆発における膨張殻のレイリ-・テイラ-不安定性の数値シミュレ-ション

超新星1987Aの超新星爆発において、さまざまな観測的証拠から、超新星の内部と外部の物質が大きく混合したことが示唆されている。この物質混合の機構として、レイリ-・テイラ-不安定性とか対流不安定性といった流体力学的不安定性が考えられる。われわれはすでに野本、茂山と協力して彼らのモデルにもとずいた2次元軸対称計算を行った。その結果、初期モデルに適当な擾乱を導入すると不安定性が発達し、観測をうまく説明することを見出した。ただここで問題になるのは、われわれおよびArnettたちの仮定したような、5ー10%もの振幅をもつ速度ゆらぎがはたして存在するかどうかである。レイリ-・テイラ-不安定性の成長率は、粘性が無視できる場合、波長が短いほど速い。もし初期に波長の短いゆらぎが存在するとそれがまず成長して、つぎにゆらぎのスペクトルの逆カスケ-ドとよばれる現象により、長い波長のゆらぎが発生する可能性がある。我々は今年度はこのような、レイリ-・テイラ-不安定性の流体力学的性質を明らかにした。計算方法は空間3次精度の後処理OsherーChakravarthy法を採用した。空間格子は128×128と256×256の場合を調べ、レイリ-・テイラ-不安定性の発達と、初期ゆらぎの波長,振幅,密度比,空間格子数,計算精度など、物理的,計算的パラメタ-との関連を調べた。分かったことは、長波長の周期的ゆらぎの場合、ゆらぎの発達した形状は格子数に大きく依存し、フラクタル構造を示すことがある。これを我々はフラクタルフィンガリングと呼ぶ。つまり数値計算上は病的な問題である。しかし、ゆらぎの振幅に関しては、数値計算は正しい結果を与えることも分かった。結論として、逆カスケ-ド現象では、超新星で発生するレイリ-・テイラ-不安定性の起源を説明できない。やはり5%程度の初期ゆらぎを必要とする。
腎臓におけるV1a受容体を介した抗利尿ホルモン作用制御の機序の解明と治療法の研究

まずPCRクローニングしたV1a受容体のcDNAを発現ベクターにサブクローニングし、このベクターを培養細胞(LLCPK1)にトランスフェクションした。ベクターの細胞へ導入にはFlip-Inシステムを用い、V1a受容体の恒常的な強制発現を検討した。細胞ではRT-PCR及びウェスタンブロット法にてV1a受容体が強発現していることが確認された。次にラットV2受容体のプロモーターをクローニングし、V1a受容体を強制発現させた培養細胞にトランスフェクションし、プロモーター活性を測定した。この検討でV1a受容体の発現がV2受容体のプロモーター活性を抑制することが判明した。培養細胞に実際にバゾプレッシンを作用させることでV2受容体の発現が制御されることも確認した。この作用はV1a受容体に特異的な拮抗薬にて抑制され、V2受容体の拮抗薬では抑制されず、V2受容体発現が抗利尿ホルモンのV1a受容体を介して直接制御されることが明らかとなった。またプロモーターベクターで30種類以上に及ぶdeletion seriesやmutationを作成し、V2受容体プロモーター活性制御において、V1a受容体による転写活性抑制の責任領域(consensus sequence)の解明を検討した。これにより転写領域の-600bp-50bpまでの塩基配列が責任領域であることが明らかとなった。さらに、V1a受容体の情報伝達の下流にはPKCの活性化があり、この情報伝達経路がV2受容体発現を制御している可能性が考えられるため、PKC活性化薬(PMA)及び阻害薬(スタウロスポリン)のV2受容体のプロモーター活性への影響を検討した。V2受容体プロモーターをトランスフェクションした細胞にPMAを作用させるとV2受容体プロモーター活性は約50%に抑制され、さらにスタウロスポリンを追加投与すると、PMAによるプロモーター活性抑制が解除されることが認められた。これら薬剤によるプロモーター活性への作用は用量依存性であった。これらの結果よりV1a受容体及びPKC情報伝達系を介してV2受容体の発現が抑制されることが示唆された。またプロモーター活性の測定に用いる細胞としては、集合尿細管由来の培養細胞を用いるのが理想的であること、また培養細胞としてよりvivoに近い状態を得るため、マウスの腎臓からmicrodissection法を用いてネフロンセグメントを分離し、プライマリーカルチャーを行い、細胞系列の確立にも成功した。現在、培養細胞を用いて基礎的な研究を行なっている。まずV1a受容体のcDNAをクローニングし、発現ベクターにサブクローニングした。ついで培養細胞(LLCPK1、MDCK、COS-7、HEK293)にトランスフェクションすることにより強制発現に成功。これはまずラットのcDNAからはじめ,現在マウス,ヒトのcDNAからもクローニングを施行中である。さらにラット,マウスにおいてV2受容体のプロモーターをクローニングし、V1a受容体を強制発現させた培養細胞にトランスフェクションし、V2受容体のプロモーター活性が制御を受けることを検討中である。現在まで、すでにV1a受容体を細胞に発現させることで,強力にV2受容体のプロモーター活性が抑制されることを明らかとした。これは生体においてV1a受容体を介してV2受容体の発現が制御されていることを示唆するものである。現在V1a受容体を恒常発現する細胞系列の作成中で、今後は培養細胞にバゾプレッシンを作用させ、さらにV1a受容体に特異的な拮抗薬を用いることにより、抗利尿ホルモンのV1a受容体を介した直接作用についてさらに詳細な検討を行っていく予定である。V1a受容体とV2受容体のプロモーター活性の抑制関係が証明されれば、プロモーターベクターdeletion seriesやmutationを作成することにより、プロモーター領域において転写活性に直接影響する塩基配列の検討、すなわちプロモーター活性の制御にかかわるcensensus sequenceの解明を進めていく予定である。転写活性領域が判明後は、South-Western法を用いることにより、転写制御領域に結合する特異的な蛋白質(転写因子)のクローニングを行う予定である。さらに細胞内情報伝達機構の解明も並行して検討中である。さらに、V1a受容体の情報伝達の下流にはPKCの活性化があり、この情報伝達経路がV2受容体発現を制御している可能性が考えられるため、

PKC活性化薬(PMA)及び阻害薬(スタウロスポリン)のV2受容体のプロモーター活性への影響を検討した。V2受容体プロモーターをトランスフェクションした細胞にPMAを作用させるとV2受容体プロモーター活性は約50%に抑制され、さらにスタウロスポリンを追加投与すると、PMAによるプロモーター活性抑制が解除されることが認められた。これら薬剤によるプロモーター活性への作用は用量依存性であった。これらの結果よりV1a受容体及びPKC情報伝達系を介してV2受容体の発現が抑制されることが示唆された。またプロモーター活性の測定に用いる細胞としては、集合尿細管由来の培養細胞を用いるのが理想的であること、また培養細胞としてよりvivoに近い状態を得るため、マウスの腎臓からmicrodissection法を用いてネフロンセグメントを分離し、プライマリーカルチャーを行い、細胞系列の確立にも成功した。
表現運動・ダンスにおける学習内容の選定と妥当性の検証

本研究は、学校体育における「表現運動・ダンス」の学習内容について、その理論的な枠組みを検討するとともに、児童を対象とした題材調査と教員を対象とした実施調査を通して発達段階に対応した学習内容の選定と配列の試案を作成し、小学校及び中学・高校の授業実践を通してその妥当性を検証した。本研究は新学習指導要領の改訂とその実施に向けた時期と重なる中で、それに対応した先駆的な実践研究として高い関心を得るとともにその啓発に大きな成果をもたらした。本研究は、学校体育における「表現運動・ダンス」領域の学習内容に関する理論的枠組みを構築するとともに、小学校及び中学校・高等学校における表現・創作ダンスを中心に、学習内容選定の手がかりとなる表現の題材・テーマに関する調査を通して、発達に対応した学習内容の選定・配列モデルを作成し、授業実践を通してその妥当性を検証することを目的としている。研究初年度である当該年度では、第一に、【表現運動・ダンスの学習内容に関する理論的枠組みの検討】として、わが国の戦後の学習指導要領における「表現運動・ダンス」領域の学習内容を分析・考察し、その学習内容の構造と独自性を明らかにした。この理論的枠組みを基に、小学校における「表現運動」、中学校・高校における「ダンス」領域の学習内容を仮定的に作成した。この成果は、論文にまとめ発表したが、進行する学習指導要領の改訂と関連させながら研究成果を改訂につなげた意義は大きいと考える。第二に、【小学校の表現運動における「表現」の題材選定に関する研究】として、先の理論的な検討を踏まえて題材・テーマ等の調査項目を設定し、小学校児童を対象とした題材調査を実施した。特に、村田らの先行研究と同じ題材30を設定し、児童の好みの選択とその理由について17年前の調査結果と比較検討し、得られた結果を基に小学校の発達段階に対応した学習内容モデルの試案を作成した。この研究の成果は論文にまとめ舞踊学会において発表したが、時代を超えて核となる学習内容が示唆されたことは意義深い。本研究は、学校体育における「表現運動・ダンス」領域の学習内容に関する理論的枠組みを構築するとともに、小学校及び中学校・高等学校における表現・創作ダンスの内容を中心に、学習内容選定の手がかりとなる表現の.題材・テーマ、リズムに関する調査を通して、発達に対応した学習内容の選定・配列モデルを作成し、授業実践を通してその妥当性を検証することを目的としている。研究2年目となる当該年度では、第一に、昨年度からの継続課題である【表現運動・ダンスの学習内容に関する理論的枠組みの検討】について、20年3月に告示の学習指導要領及び8月に公表された同解説に示された小学校・中学校の表現運動・ダンスの学習内容、特に「技能」の内容を吟味・分析し、それを基に授業につなぐ考え方と進め方の枠組みをまとめ、雑誌論文及び2つの学会におけるシンポジウムにおいて発表した。特に、新学習指導要領で示されたダンスの必修化に対する注目度は高く、これに対応するダンスの内容をまとめた発表は、ダンス授業を担当する教員はじめ、各県の学校体育担当の教育委員会関係者などの大きな関心を集めた。第二に、【新しい考え方と学習内容に基づく授業の実践と検証】として、研究協力の北九州市及び埼玉・千葉の授業実践者とともに授業計画の作成と実践、授業観察による検証をを行ない、その成果を第42回全国女子体育研究大会で発表するとともに、小学館から発刊された著書にまとめた。その結果、本研究で導き出した理論的枠組みと学習内容及び授業の展開は、新学習指導要領の考え方を受けた先駆的な実践であるという評価を受け、3年目の研究につなぐ手ごたえを得ることができた。なお、新学習指導要領が当該年度に公表されたことにより、よりタイムリーで需要の高い課題をに対応することを優先し、2年目の当初の研究計画にあった調査研究を3年目に移し、3年目に行う予定であった授業実践による学習内容の妥当性の検証に1年早く着手した。本研究は、学校体育における「表現運動・ダンス」領域のカリキュラムの確立に向けた理論的枠組みを構築するとともに、小学校及び中学校・高等学校の発達に対応した学習内容を選定・配列し、それを基にした授業実践を通して、学習内容モデルの妥当性を検証することを目的とした。研究3年目となる当該年度では、次の視点からの険証を行った。第一の【教師を対象としたダンスの実施状況と学習内容に関する調査研究】については、表現運動・ダンスの授業を担当する教師を対象に、各段階(校種や学年)の授業で取り上げる学習内容とダンスの必修化に対する意識を中心に実施状況の実態を調査した。今年度は中学校・高等学校の教員(文科省・中央講習会参加の全国規模の教員)を対象に調査を実施し、その成果を日本体育学会において発表した。新学習指導要領が告示され実施に向かっている現在、全国規模の実施状況調査の結果は大変貴重であり、高い関心を呼んだ。なお小学校と各都道府県の教育委員会を対象した全国調査については調査内容の検討が済み2010年春に実施の予定である。

次の【授業実践による学習内容の妥当性の検証】については、20年度に作成した学習内容と授業構想の理論的な枠組みを基に、小学校・中学校・高等学校の発達段階に対応した典型的な題材・テーマを選び出し、それらが授業実践の中でどのように展開されるのか、実際の授業づくりから関わり、授業実践を通しての妥当性を検証した。一つは、埼玉県女子体育連盟との共同で小学校・中学・高校の授業検証、もう一つは、習志野市立屋敷小学校で1年から6年及び特別支援学級を加えた7つの単元の授業づくり、授業観察を行った。これらの授業実践を通して、発達に対応した学習内容の選定と有効な授業展開が示唆された。最後に、【研究成果のまとめ及び発表】として、理論研究の成果を『女子体育』ダンス指導ハンドブックに理論編・単元の展開編としてまとめるとともに、シンポジウムにおける提言、実技講習の指導の展開など、啓発的な活動を展開し、3年にわたる研究は大きな成果を得た。なお、3年間の研究の成果は学会での発表と学会誌に発表する予定である。
天然変性タンパク質の新規構造解析法の開発

本研究では、天然変性蛋白質(IDP)の動的構造解析を行うために、X線小角散乱法(SAXS)と分子動力学(MD)計算を組み合わせた新しい手法(MD-SAXS法)及び高速AFMの開発を行ってきた。MD-SAXS法では作成した動的構造モデルに補完的な実験データを加味したモデルから散乱強度を計算し、それが実験データと一致するように構造モデルを精密化する手法を開発し、古細菌由来の天然変性タンパク質Hefに適用した。また、高速AFMでは、新しい手法を導入してノイズの低減化を図り、様々なIDPの観察に適した基板や溶液条件を検討して、領域内の研究グループが対象とする様々なIDPの動態と機能の相関解析を行った。MD-SAXS法による天然変性タンパク質の動的構造解析では、本年度新規に購入した2次元複合型ピクセルアレー検出器を既存のSAXS装置に組み込んで測定システムの最良化・効率化を図るとともに、X線結晶構造解析やNMRによって得られた原子モデルから水和構造を正しく考慮して理論的にSAXS強度を計算する方法を開発した。この方法については世界的に幾つかの方法が提案されているが、実験的に得られたSAXS強度との一致度はよくないので、本研究では、タンパク質溶液と緩衝溶液それぞれに対して、MDシミュレーションによってSAXS強度を計算して両者を差し引く方法を開発した。この方法は、これまでに提案されている方法とはまったく異なる発想に基づいてタンパク質分子表面の水和水からの散乱を取り扱っており、モデルタンパク質を用いての動的構造解析で良好な結果が得られた。一方、高速原子間力顕微鏡(高速AFM)による天然変性領域の動態解析の研究では、新しい振幅計測法を導入して装置のノイズ低減化を図るとともに、IDPを含む種々のタンパク質の観察に適した基板や溶液条件を検討した。IDタンパク質FACTについては、ID領域のリン酸化に伴うフォールディングを見出し、ID領域とDNAの結合がこのフォールディングを通して調節されていることが示唆された。IDを多く含むと予測されるPQBP-1の高速AFM撮影を試み、WWドメインと推定される球状ドメインにID領域と思われる長い紐状の構造が続き、その先に小さい球状のドメインがあるように観察された。IDの存在が確認されていない種々のタンパク質のダイナミクスについても高速AFM撮影を行った。X線小角散乱法(SAXS法)による動的構造解析では、H21年度に購入した2次元複合型ピクセルアレー検出器(PILATUS 100K)を組み込んだX線小角散乱装置をセットアップし、データ収集および解析システムの構築をほぼ完了した。さらに、MD-SAXS法を天然変性タンパク質および天然変性領域を有するマルチドマインタンパク質の動的構造解析に拡張したExtended MD-SAXS法を開発し、その有効性を評価するために、計画研究代表者の石野良純博士が機能研究されている古細菌由来Hefタンパク質(ヘリカーゼドメインとヌクレアーゼドメインの2つのドメインから構成され、その間に約100残基の天然変性領域が存在するタンパク質)のSAXSデータを収集した。収集されたデータを使って初期的な解析を行ったところ、古細菌由来Hefタンパク質は溶液中で単量体として単分散していることが明らかとなり、Extended MD-SAXS法による動的構造解析に適したタンパク質であることが示された。一方、高速原子間力顕微鏡(高速AFM)による天然変性領域の動態解析の研究では、H22年度においてはできるだけ多数の天然変性タンパク質及びそれらの部分断片試料のイメージングを行い、理論予測との比較、及び、天然変性領域に共通する性質や個々のタンパク質の天然変性領域に特有な性質を調べた。理論予測と一致する場合が一般的であるが、天然変性と予測されている領域が秩序構造をもつ場合や、それと逆の場合もあった。理論的に導かれる中間的な秩序-非秩序指数に対応する構造は実際には存在せず、完全秩序-完全非秩序状態の間をダイナミックに転移している可能性が示唆された。実際、メチル化DNA結合タンパク質MeCP2において転移現象が見出された。天然変性領域がほとんどを占めるタンパク質については、高速AFM観察を容易にするためにGFPなどを末端に導入した試料の調製を進めた。X線小角散乱法(SAXS法)による動的構造解析では、古細菌由来Hefタンパク質(ヘリカーゼドメインとヌクレアーゼドメインの2つのドメインから構成され、その間に約100残基の天然変性領域IDRが存在するタンパク質)のSAXSデータを収集し、2面角データベースから600,000のHefIDR構造を抽出してHef全長構造を構築し、収集したSAXSデータを用いてExtended MD-SAXS法による動的構造解析を行った。さらに、PCNAと相互作用するHef-IDRに着目し、中性子小角散乱法を用いてHef-IDRがPCNAとの結合に伴う構造変化(誘起)を解析した。

その結果、Hef-IDRはその中央部分にあるPCNA結合モチーフであるPIP boxの領域は高次構造が誘起されているが、それ以外の大部分はPCNAと結合しても天然変性状態のままであることが明らかとなり、この構造の柔軟性がHefの機能あるいは、他のDNA修復因子との相互作用において重要な役割を果たすことが示唆された。一方、高速原子間力顕微鏡(高速AFM)による天然変性領域の動態解析の研究では、ID領域と非ID領域の同定をNMR解析が進んでいるPQBP-1を標準試料として調べ、高速AFM解析の信頼性をまず確認した。何種類かのIDPの高速AFM観察を進めたが、特に、べん毛のHookの長さに関係すると言われているFliKとRett症候群に関与するMethyl CpG Binding Protein 2(MeCP2)について多くの観察を行った。FliKではN端とC端にある球状ドメインがID領域で連結されている構造が観察されるが、N端側半分のコンストラクトでは驚いたことにかなりID構造となっており、この結果はNMRのデータと一致する。MeCP2については、1次構造とID領域、非ID領域との関係を決定した。X線小角散乱法(SAXS法)による動的構造解析では、分子動力学シミュレーションにより得られるモデル構造が非常に多く、それを制限する実測のSAXSデータが不十分であることからOver-fittingが大きな問題となっていた。そこで、本年度は昨年度に引き続きSAXSと補完的な構造情報が得られるNMRに着目し構造データの収集を行った。古細菌由来Hefタンパク質を対象に、十分な残余化学シフト異方性(RDC)データを得た。これまでに取得したSAXSデータ、NMRによる化学シフト値、及び今回のRDC値のデータをもとに現在分子動力学計算と組み合わせた解析を進行中であり、Hef天然変性領域の原子レベルでの動的構造解析が見込まれる。一方、高速原子間力顕微鏡(高速AFM)による天然変性領域の動態解析の研究では、NTAIL, PNT and Sic1の3種についてID領域を解析し、Compact-Extended状態を遷移する領域を見出し、アミノ酸1残基当たりのcompactness(大きさ)とcompact状態を取る割合に相関があり、また、疏水性アミノ酸含有率とも相関があることを見出した。この成果は現在論文執筆中。細菌べん毛フックの長さを決めると言われているFliKのID領域解析結果に基づき、フックの長さ決定機構のモデルを構築した。この成果は現在論文投稿中。Rett症候群に関係するメチル化DNA結合タンパク質MeCP2のID領域解析を完了し、次にMeCP2によるDNA凝縮過程の高速AFM撮影を行った。その結果、柔らかいID構造を利用したDNA凝縮機構を見出した。更に、その凝集機構の詳細解析、及び、Rett変異体とDNA凝集能との相関解析を現在進めている。また、転写制御に幅広く関わる巨大なCBPとp300の解析も進めている。これらの解析を完了次第論文にまとめる計画である。