hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ラメラ層を有するゲルを用いた、異方的イオン伝導体および光バイオ電池の設計と創成

これを参考に、PDGI/PAAmゲルにおいてPDGI二分子膜の配置や構造を精緻にコントロールすることにより、内部における低次元物質拡散制御を実現した。シート状のPDGI/PAAmゲル内部における物質の二次元拡散は既に達成されている。本年度は合成時におけるずりの掛け方を工夫し、PDGIのラメラ構造を多層シート状からチューブ状へとコントロールすることにより多層チューブ状の膜構造を有するPDGI/PAAmゲルを創製した。さらに本ゲル内部におけるチューブの軸方向に沿った物質の一次元拡散の実現に成功した。さらに膜構造の欠陥をコントロールすることにより一次元拡散の「完全性」(膜からの物質の漏れの度合)をも制御することに成功した。本研究は、原著論文として既に出版されている。本研究の目標の1つである低次元物質輸送について、二次元、一次元の物質輸送、さらにその制御を達成している。今後は、二分子膜への機能性素子、硬成分の導入による機能化を試みる。当研究室では、柔軟なポリアクリルアミドゲルに人工二分子膜PDGIのラメラ構造体を組み込むことにより鮮やかな構造色を発するPDGI/PAAmゲルを創製しており、本研究ではその更なる機能化に取り組んでいる。本年度はまず、真珠層を模倣し、PDGI/PAAmゲルからの溶媒の除去による強靭化を試みた。真珠層は、主にタンパク質による有機層と主に硬いミネラルによる無機層の積層体であり、非常に破壊に対する抵抗力が高い複合材料である。本PDGI/PAAmゲルはPDGIとPAAmからなる積層構造を有しており、PAAmゲル層を乾燥させることで真珠層に類似の強靭な積層体を得られるのではないかと期待した。PDGI/PAAmを徐々に脱水していくと、含水率60%を境に、引張試験において降伏挙動が見られるようになった。これは、含水率40%を境に物性が変化するPAAmゲルとは異なる挙動である。この異なる含水率における降伏挙動の開始は、PDGI/PAAm界面において、PAAmがPDGIに強く吸着していることから説明可能である。また、溶媒を完全に取り除いたPDGI/PAAmゲルは柔軟かつ強靭であることが予備的に示唆された。これは、乾燥したPAAmゲルが硬くて脆く、簡単に割れてしまうのとは対照的である。今後、乾燥したゲルについて詳細な力学物性などを測定する計画である。次いで、構造色に角度依存性のないPDGI/PAAmゲルを創製した。PDGI/PAAmゲルは層間で反射する光の干渉により鮮やかな構造色を示すが、シート状のゲルの場合、その(干渉する光が感じる)層間隔は観察角度に依存するため、観察角度によって構造色が異なるという欠点があった。そこで本研究では、ゲル内でPDGI二分子膜を多層チューブ状に制御することによって、どの角度から見ても構造色が一様であるPDGI/PAAmゲルの開発に成功した。これは、PDGI層がチューブ状であることにより、光の反射がPDGI層の法線方向に対して対称に発生するからである。平成28年度は、まず2本の疎水鎖を有する脂質ODGIの合成を完了させ、PODGIの一軸配向ラメラ構造を有するPODGI/PAAmゲルを作製する。美しいラメラ構造が形成されない場合は、脂質としてDGIとODGIの混合物を用いることを検討する。
東南アジア熱帯林における枯死有機物からの炭素フラックスの三次元評価

本研究は、熱帯林の三次元構造が生み出す枯死有機物(リター)の多様な空間分布に着目し、熱帯林の地上部と地下部で生じるリター分解由来のCO2フラックスと生態系純炭素交換量、幹呼吸、土壌呼吸量、根呼吸量などを計測することで、生態系の炭素循環における分解プロセスのインパクトを評価することを目的としている。本年度は同試験地において、以下の作業を行った。1.土壌圏での根系分解の特徴とその制御要因、土壌呼吸に対する寄与を明らかにするため、以下の3種類の実験に着手した。(1)根系リターバッグを作成し、試験地に埋設した。ここでは、分解の樹種間差、土壌動物の寄与、菌根の寄与の3点に着目し、それらの影響を分離できるように実験をデザインした。(2)根系の分解とそれに伴う土壌呼吸の変化を明らかにするための土壌コアを設置、計測した。(3)根系の枯死過程を解明するために、試験地に設置したスキャナボックスで土壌画像を連続的に撮影し、画像解析の手法、根系の生産量、枯死量とその季節性を検討した。その成果を根研究学会の研究集会等で発表した。2.これまでに続けてきた土壌呼吸と生態系純炭素交換量の連続測定を引き続き実施し、生態系の炭素循環の経時的な変化量の取得を行った。また土壌呼吸の空間分布について、土壌動物の寄与を明らかにし、国際誌Applied Soil Ecology誌で発表した。3.同試験地に設置されているクレーンを操作する技術講習会に出席し、クレーン操作によって林冠部の空中リター分解によるCO2フラックスを計測し、林床部の空中リターと比較した。本年度の研究計画はやや遅れ気味であると判断される。各テーマの進捗状況は下記のとおりである。1ー(1)試験地にリターバッグを埋設し、半年置きに掘り取り調査を実施した。根系リターの分解を引き起こす要因を明らかにするため、リターバッグを異なるメッシュで覆うなどの工夫を施したほか、中身のリターを、熱帯林を代表とする数種に絞り、菌根との共存関係の有無で分けるなどの配慮を行った。掘り取り後のリターはCO2放出量の測定、乾重測定を行った。1ー(2)根系リターバッグを封入した土壌コアを作成し、その上部には試験地で培養しながら地表から放出するCO2放出量を測定できるように土壌呼吸用のカラーを装着した。リターバッグに入れる根は、細根と粗根に分けるとともに、土壌動物の侵入をコントロールできるように異なるサイズのメッシュで覆った。1ー(3)スキャナ画像から根系を抽出する一連の画像解析の手法をマニュアル化した。それを元に枯死根を抽出し、その季節性を確認した。その結果、熱帯での根の枯死は時間的変化を持つものの、明瞭な季節性を持たないことが明らかとなった。2.土壌呼吸の日変動を複数回、数日にわたって連続観測することに成功した。とくにこれまでのデータに欠落している夜間の土壌呼吸量とその変動特性を一般化するために、複数個所でのデータ取得を行った。3.クレーンを用いて林冠部と林床部の空中リターの分解に伴うCO2放出量を比較したところ、両者には有意な差が見られないことが明らかとなった。上記のように地下部の分解については複数の実験が展開され、順当な進展がみられるが、地上部のリター分解については、許可証の発行の遅れやクレーンの不調などから調査が遅れがちである。1ー(1)リターバッグの掘り取り調査を引き続き実施し、データの取得を続ける。掘り取ったリターサンプルは化学分析などを実施し、乾重に加えて分解の指標として用いる。また、これまでに取得したデータを整理し、樹種間差、菌根の有無による違い、メッシュサイズによる違いなどを統計的に評価する。1ー(2)得られたデータを整理し、統計解析を行うことで、分解に伴う根系サイズ、土壌動物、土壌環境の変化などを明確にする。またリター分解に伴う炭素放出量を算出し、土壌呼吸による炭素放出量と比較することで、地表からのCO2フラックスに対する根系分解の寄与率を推定する。1ー(3)画像解析マニュアルに基づき、精度の高い根系動態抽出の手法について、個人差や画像サイズがもたらす影響を評価する。同時にこれまでに取りためたスキャナ画像のデータを解析し、枯死の発生量及びパターンを空間的、時間的の両軸で評価し、年間当たり、ヘクタール当たりの枯死量の見積もりのための基礎データとする。枯死根のサイズ、発生場所とその時の気象データなどとを関連させて解析することで、枯死を引き起こす要因についても考察する。2.夜間と日中の土壌呼吸の日変動を比較し、これまで日中の土壌呼吸値のみで推定されてきた地表からのCO2放出量について、より精度の高い推定を試みる。3.林床の空中リターから放出されるCO2放出量のデータを引き続き取得すると共に、これらのリターの分解の程度や制御要因を明らかにするためのデータを取得する。本研究は、熱帯林の三次元構造が生み出す枯死有機物(リター)の多様な空間分布に着目し、1.熱帯林の地上部と地下部で生じるリターの分解特性やリター分解由来のCO2フラックスを見積もる、2.生態系純炭素交換量、幹呼吸、土壌呼吸量、根呼吸量などの長期観測を継続し、分解による炭素動態の熱帯林の物質循環における位置づけを理解する、を目的としている。

目的1についての本年度の主な実績として、リター分解実験を地上部と地下部で展開するための準備と予備実験を実施したことが挙げられる。目的2については、引き続き観測を続けるとともに、これまでの成果の一部をまとめてEuropean Geophysical Unionの年大会において発表した。発表した内容の概要は以下のとおりである。1.根系の分解とそれに伴う土壌呼吸の変化を明らかにするための土壌コア実験をした初期の成果を発表した。2.根系の枯死過程を解明するために、試験地に設置したスキャナボックスで土壌画像を連続的に撮影し、その解析法をマニュアル化した。3.土壌呼吸とその関連要因の多点計測を実施し、土壌呼吸の時空間変動量が地表リターの堆積状態に依存することを明らかにした。4.熱帯林の根系生産量と枯死量の空間変動と年変動を改良型イングロースコア法によって求めた。さらにこの大会では、Roots and rhizosphere processes in soil carbon dynamics in forested ecosystemsをオーガナイズし、地下部の炭素動態にフォーカスした成果発表と情報交換を関連研究者と行った。従来の観測を続けるとともに、新しくリター分解の実験を開始した。よっておおむね順調に進展していると言える。具体的には下記のような成果が得られている。1.試験地にリターバッグを埋設し、半年置きに掘り取り調査を実施した。リターバッグを異なるメッシュで覆うなどの工夫を施したほか、中身のリターを、熱帯林を代表とする数種に絞り、菌根との共存関係の有無で分けるなど分解制御要因の解明に向けた実験デザインとした。2.根系リターバッグを封入した土壌コアを作成し、その上部において分解に伴って地表から放出するCO2放出量を測定した。リターバッグに入れる根は、細根と粗根に分けるとともに、土壌動物の侵入をコントロールできるように異なるサイズのメッシュで覆った。3.根系の枯死過程を解明するために、試験地に設置したスキャナボックスで土壌画像を連続的に撮影し、枯死量とその季節性を検討した。今年度は取得した画像の解析法を検討した。解析者のヒューマンエラーがもたらす影響を評価したところ、解析初期は個人差が大きいものの、次第に値が収束し、根系のフェノロジーが個人差を超えて取得できるマニュアルであることが示された。5.土壌呼吸の空間分布について、土壌動物の寄与を明らかにするため、アリやシロアリの巣からのCO2放出量とその周辺のCO2放出量の比較とその種間差を明らかにした。6.空中リターにアクセスするためにクレーンを操作する技術を学んだ。本研究は、熱帯林の三次元構造が生み出す枯死有機物(リター)の多様な空間分布に着目し、熱帯林の地上部と地下部で生じるリター分解由来のCO2フラックスと生態系純炭素交換量、幹呼吸、土壌呼吸量、根呼吸量などを計測することで、生態系の炭素循環における分解プロセスのインパクトを評価することを目的としている。本年度は同試験地において、以下の作業を行った。1.土壌圏での根系分解の特徴とその制御要因、土壌呼吸に対する寄与を明らかにするため、以下の3種類の実験に着手した。(1)根系リターバッグを作成し、試験地に埋設した。ここでは、分解の樹種間差、土壌動物の寄与、菌根の寄与の3点に着目し、それらの影響を分離できるように実験をデザインした。
顎骨欠損部の骨再生を促進させる

Fischerラットの骨髄細胞を採取し、それらを骨芽細胞様細胞への分化を誘導するために、基本培地にβ-グリセロリン酸、デキサメタゾン、アスコルビン酸を添加した培地で培養したものと、添加しない培地で培養したものとに分けた。多孔性β-TCPブロック(オスフェリオン【○!R】)にそれぞれの群の細胞を播種し、前者を分化誘導群、後者を非誘導群とし、骨髄細胞を播種しないβ-TCPブロックを対照群とした。それぞれをラットの皮下に移植し、移植後6週目、12週目に摘出して組織学的に観察した。分化誘導群ではβ-TCPブロック孔表面に骨形成が広範囲に認められ、新生骨の表面には骨芽細胞が単層に配列している像が認められた。破骨細胞はβ-TCPの表面に広範囲に分布しており、骨の表面にはみられなかった。植後12週目の新生骨は6週目よりも厚くなり、12週目においてはセメントラインも認められた。ブロック孔には結合組織と多数の毛細血管も認められた。一方非誘導群では、ブロック孔表面に骨髄細胞由来と思われる細胞塊が認められるものの骨芽細胞ではなく、骨形成はわずかにみられるのみであった。対照群ではブロック孔表面には細胞成分はほとんどなく、骨の形成は認められなかった。非誘導群、対照群においても破骨細胞がβ-TCPの表面に認められたが、分化誘導群に比べて少数であった。これらの結果から、骨芽細胞様細胞へ分化誘導した骨髄細胞と多孔性β-TCPブロックとの複合体は異所性に活発な骨形成能をもつ一方、未分化な骨髄細胞とβ-TCPの複合体はほとんど骨形成能を持たないことが明らかとなった。in vitroで骨芽細胞様細胞に分化した骨髄細胞が骨形成および破骨細胞の誘導に重要な役割を果たしていると考えられ、β-TCPとの複合体は将来的に広範囲な顎骨欠損の再建材料として使用できうる性質を兼ね備えていると推測された。1)培養骨の作製(1)骨芽細胞様細胞ラットの大腿骨を摘出して骨髄細胞を採取し、培養して、骨芽細胞様細胞への分化誘導をかけた。骨芽細胞様細胞への分化は分光光度計によるアルカリホスファターゼ活性の測定やアリザリンレッド染色などで確認し、誘導をかけたことで骨芽細胞様細胞に分化していることを確認した。(2)細胞の足場となる生体材料β-TCPやハイドロキシアパタイトなど質の異なるものを使用し、その形態も顆粒や多孔性ブロックなど異なるもの、多孔性ブロックは気孔率の異なるものをいくつか用いて、骨髄細胞をそこに播種し、培養骨を何種類か作製した。それらを固定して標本を作製し、組織学的に観察して、最も細胞の状態がよくて操作性もよい生体材料を選んだ。また、細胞がうまく生体材料内に入り込むように播種の仕方を工夫した。2)ラットの背部皮下への移植実験群1:骨髄細胞を生体材料に播種し、骨芽細胞様細胞への分化誘導をかけて作製した培養骨を移植実験群2:骨髄細胞を生体材料に播種し、骨芽細胞様細胞への分化誘導をかけずに作製した培養骨を移植コントロール群:生体材料のみを移植→これを経時的に屠殺して移植部をカメラで撮影後に採取し、固定して、標本を作製して組織学的に観察し、骨形成の程度を比較したところ、実験群1では骨が形成されているのが観察された。実験群2、コントロール群では骨は形成されていなかった。また、実験群1では経時的に骨の形成量が増加していくのが観察された。方法:Fischer系5週齢雄性ラットの大腿骨から骨髄細胞を採取して多孔性β-TCPブロック(オスフェリオン)に播種した。多孔性β-TCPブロックは、昨年度の研究で何種類かの生体材料を用いて培養骨を作製した際に、操作性がよく、骨の形成状態も良好であったため選択した。細胞を播種する際に、多孔性β-TCPブロックの中央部にまで細胞がうまく入り込むように播種の方法を工夫した。その後、β-グリセロリン酸、デキサメタゾン、アスコルビン酸を添加して骨芽細胞様細胞への分化を誘導しながら3週間培養した。この骨髄細胞・β-TCPブロック複合体を同系7週齢雄性ラットの背部皮下に移植して実験群1とした。添加剤を加えずに培養した複合体を移植した群を、実験群2とした。対照群として培養液に浸漬したβ-TCPブロックのみを移植した。移植後6週目、12週目に複合体あるいはブロックを摘出し、ホルマリン固定して脱灰後にパラフィン切片を作製し、HE染色および免疫組織化学染色をおこない、光学顕微鏡で組織学的に観察した。結果:実験群1ではブロック孔表面に骨組織が比較的均質に広範囲に形成されており、骨の表面には骨芽細胞が多数認められた。また、破骨細胞も認められ、周囲の結合組織中には毛細血管も侵入していた。実験群2ではブロック孔表面に骨髄細胞由来と思われる細胞の増殖が認められ、一部でわずかに骨組織が認められたが、対照群ではブロック孔表面には細胞成分はほとんどなく骨の形成は認められなかった。結論:骨芽細胞様細胞へ分化誘導した骨髄細胞・多孔性β-TCPブロック複合体では活発な骨形成が認められ、顎骨移植材料として有用と思われた。

Fischerラットの骨髄細胞を採取し、それらを骨芽細胞様細胞への分化を誘導するために、基本培地にβ-グリセロリン酸、デキサメタゾン、アスコルビン酸を添加した培地で培養したものと、添加しない培地で培養したものとに分けた。多孔性β-TCPブロック(オスフェリオン【○!R】)にそれぞれの群の細胞を播種し、前者を分化誘導群、後者を非誘導群とし、骨髄細胞を播種しないβ-TCPブロックを対照群とした。それぞれをラットの皮下に移植し、移植後6週目、12週目に摘出して組織学的に観察した。分化誘導群ではβ-TCPブロック孔表面に骨形成が広範囲に認められ、新生骨の表面には骨芽細胞が単層に配列している像が認められた。破骨細胞はβ-TCPの表面に広範囲に分布しており、骨の表面にはみられなかった。植後12週目の新生骨は6週目よりも厚くなり、12週目においてはセメントラインも認められた。ブロック孔には結合組織と多数の毛細血管も認められた。一方非誘導群では、ブロック孔表面に骨髄細胞由来と思われる細胞塊が認められるものの骨芽細胞ではなく、骨形成はわずかにみられるのみであった。対照群ではブロック孔表面には細胞成分はほとんどなく、骨の形成は認められなかった。非誘導群、対照群においても破骨細胞がβ-TCPの表面に認められたが、分化誘導群に比べて少数であった。これらの結果から、骨芽細胞様細胞へ分化誘導した骨髄細胞と多孔性β-TCPブロックとの複合体は異所性に活発な骨形成能をもつ一方、未分化な骨髄細胞とβ-TCPの複合体はほとんど骨形成能を持たないことが明らかとなった。in vitroで骨芽細胞様細胞に分化した骨髄細胞が骨形成および破骨細胞の誘導に重要な役割を果たしていると考えられ、β-TCPとの複合体は将来的に広範囲な顎骨欠損の再建材料として使用できうる性質を兼ね備えていると推測された。
準パススルー型仮想マシンモニタに関する研究

今年度は、主に以下の研究をおこなった。・仮想マシンモニタの堅牢性検証:仮想マシンモニタの持つデバイスドライバのハードウェア障害に対する堅牢性を検証する仕組みを研究した。ネステッド仮想化と準パススルー方式を組み合わせることで、実環境と同等の環境における振る舞いを再現しつつフォルトインジェクションをおこなって仮想的にハードウェア障害が発生したように見せかけることを可能にした。実際にVMWare ESXiのハイパーバイザのデバイスドライバに複数のバグを発見した。・モバイルコードによるネットワーク管理:OSが乗っ取られた場合でもネットワークへの不正パケット送信を防止できる仕組みを研究した。準パススルー型ハイパーバイザとBPFを組み合わせることで、管理者がモバイルコードとしてBPFを端末に送り込んでDDoS攻撃をおこなうような不正なパケットを防止する枠組みを実現した。実際に、BPFのコードを実行してパケット送信を抑制できることを確認した。・仮想マシンモニタによるストレージ管理:準パススルー型仮想マシンモニタでストレージデータの書き込みを捕捉し、ディープラーニングによりマルウェアを検知する仕組みに関する研究をおこなった。ファイル単位ではなくセクタ単位でしかストレージデータを取得できないという制約下においても、一定の精度でマルウェアを検知できることを確認した。・デバイス仮装によるハードウェア抽象化:デバイスの一部の挙動を変更することにより、実際の物理ハードウェアを抽象的かつ一般的な仮想デバイスであるかのように見せかける手法を研究した。これによりOSのデバイスドライバの数を減らして簡略化することに貢献できるようになった。・ベアメタルクラウドにおけるライブマイグレーション:ベアメタルクラウド上で仮想化技術を使わずに動作するOSをライブマイグレーションする技術を実現した。本研究の方法は、主に5つのサブテーマに分けてBitVisorの応用研究を実施して、その過程を通じて準パススルー型アーキテクチャを改良していくと共に、他の手法と比べた利害得失の明確化などをおこなうというものである。具体的なサブテーマは、(1)ベアメタルマシンのライブマイグレーション、(2)ベアメタルマシンのサンドボックス化、(3) I/Oレベルのフォルトインジェクションによるデバイスドライバの信頼性向上、(4)不揮発性メモリのためのストレージ管理基盤、(5)モバイルコードによるネットワーク管理、の5つである。初年度では、最初の3つのテーマについて設計を完了させ、次年度以降は、残りのテーマの設計を完了させるとともに、全てのテーマについて実装を進めていく計画であった。まずサブテーマ(1)に関しては、IEEE Transactions on Cloud Computingに論文が採択されオンラインで公開されている。サブテーマ(2)に関しては、国際会議IEEECloudCom 2017において論文を発表済みである。サブテーマ(3)に関しては、国際会議ACM SAC 2016において論文を発表済みであるほか、それを更に拡張した内容が国際会議IEEE CloudCom 2018で発表済みであり、ベストペーパーを受賞している。サブテーマ(4)についてはまだ論文発表をおこなってはいないが、実装を検討中の段階である。サブテーマ(5)については、国際会議IEEE DASC2018において論文を発表した。全体として、概ね予定よりも早く研究が進捗しており、当初計画したサブテーマは全て実現できる見込みが立っている他、更なる発展研究もおこなっている。サブテーマ(4)について更に研究を進めていくほか、サブテーマ(3)のさらなる発展方式の研究、サブテーマ(1)から派生した応用研究など、準パススルー型アーキテクチャの有用性を探求・検証する研究を引き続き行っていく予定である。今年度は3つのサブテーマについて研究をおこなった。(1)ベアメタルマシンのライブマイグレーションについては、仮想マシンではなく物理マシン上で動作しているOSのライブマイグレーションを実現する仕組みについて研究している。今年度は主にマルチコアCPUへの対応と性能評価を中心におこなった。APIC(Advanced Programmable Interrupt Controller)の状態や複数のCPUのVMCS(Virtual Machine Control Structure)の内容を適切に取得・設定することでマルチコアマシン間のマイグレーションが可能になった。性能評価によりベアメタルマシン上と同等の性能を実現できることを確認した。(2)I/Oレベルのフォルトインジェクションによるデバイスドライバの信頼性向上については、数多くのデバイスのテストを容易に実施できるようにするためのテストの自動化の仕組みを構築して、OSやデバイスドライバが不具合を起こしたことを検知して再起動してテストを続行できるようにした。具体的には、OSのハングアップを検出して再起動するハードウェアを制作したり、Pythonスクリプトでハイパーバイザに指令を送る仕組みなどを実装した。実際にWindowsとLinuxで5種類のデバイス(NIC、オーディオ、USB、NVMeなど)、10種類のデバイスドライバの信頼性をテストして、複数のデバイスドライバにおけるバグを発見した。(3)不揮発性メモリのためのストレージ管理基盤では、Key-Value StoreをNICからダイレクトに不揮発性メモリの保存できるようにすることで、10Gbpsイーサネットなどの高速デバイスでも性能を発揮できるようにする研究をおこなった。Intel Flow Directorなどハードウェア機能を最大限活用することでオーバーヘッドを抑えた。(1)ベアメタルマシンのライブマイグレーションについては、実装が順調に進み詳細な評価もおこなって、Transaction論文にまとめる段階まで来ている。(2)I/Oレベルのフォルトインジェクションによるデバイスドライバの信頼性向上についても、多数のデバイスへの対応が順調に進み、もう少し評価を追加することでTransaction論文が執筆できるところまで来ている。(3)については、若干テーマの修正をおこなったが、詳細設計は順調に進んでおり、現在は実装を進めている段階にある。本研究では、準パススルー型仮想マシンモニタ「BitVisor」に関する研究開発を行っている。平成29年度は主に以下のテーマを実施した。

(1)ベアメタルマシンのライブマイグレーション:本サブテーマでは、物理マシン上で動作するゲストOSのライブマイグレーションを実現する技術の研究開発をおこなった。研究成果はIEEE Transactions on Cloud Computingに投稿中である。(2)ハイパーバイザの若化:本サブテーマでは、ハイパーバイザを稼働中に仮想マシンを止めることなく再起動して若化をはかる手法の研究開発をおこなった。設計と実装が完了し、性能評価を行っている段階である。(3) I/Oレベルでのフォルトインジェクションによるデバイスドライバの信頼性向上:本サブテーマでは、デバイスドライバの信頼性向上のために、I/Oレベルでフォルトインジェクションを行って、デバイスドライバが正しく動作するかどうか検証する技術の研究開発をおこなった。性能評価をおこなって、論文にまとめている段階である。(4)ベアメタルマシンのサンドボックス化:本サブテーマでは、ゲストOSのユーザに対して管理者権限を与えつつも、保護すべきハードウェアへのアクセスだけはハイパーバイザで確実に防止するシステムの研究開発を行った。設計を完了し、実装を進めている段階である。(5)モバイルコードに寄るネットワーク管理:本サブテーマでは、OSが乗っ取られた場合でもネットワークに不正なパケットが送信されることを防止するために、ハイパーバイザでパケットの中身に基づくフィルタリングをおこなう仕組みの研究開発をおこなった。設計・実装・評価が完了し、論文にまとめている段階である。当初予定よりもやや早く進行したテーマや、やや遅れているテーマもあるが、全体としてはおおむね順調に進展している。今年度は、主に以下の研究をおこなった。・仮想マシンモニタの堅牢性検証:仮想マシンモニタの持つデバイスドライバのハードウェア障害に対する堅牢性を検証する仕組みを研究した。ネステッド仮想化と準パススルー方式を組み合わせることで、実環境と同等の環境における振る舞いを再現しつつフォルトインジェクションをおこなって仮想的にハードウェア障害が発生したように見せかけることを可能にした。実際にVMWare ESXiのハイパーバイザのデバイスドライバに複数のバグを発見した。
山岳と対流性積雲の相互作用の数値実験

山岳があると、台風や低気圧の接近にともなって特定の場所に降水が停滞して持続する事がある。集中豪雨をもたらすような激しい降水現荒は、山岳と対流性積雲との相互作用による事が多い。このような地形性降水を研究するために、数値モデルによるアプロ-チを試みた。まず昨年度は、従来ある(地形に沿う座標系でかかれた)支配方程式系および地形性降水に関与する物理過程を整理した。この時に検討した結果を別冊「地形性降水の数値モデルの解説」にまとめた。これに基づき、2次元の対流数値モデルを作り、1987年6月6日早朝に沖縄本島で観測された山岳によって発生したような降水システムのシミュレ-ションを行った。シミュレ-トした降水システムは、停滞期と移動期の2つのステ-ジを持ち、山岳による影響が再現された。このような変化は観測でも見られた。特に停滞期が生じたのは、システムとしては風上側に移動としようとするのを、システムが山岳の風下側に発生したため、山岳でブロックされて移動できなくなったためである。次に山岳の高さに対する感度実験を行い、逆に山岳の高さが低い場合はシステムは移動するだけであり、山岳の高さが高すぎるとシステムは停滞するだけであるという事がわかった。このように、地形性降水のいくつかの特徴がこの実験で明らかになった。今年度は、このモデルを2次元から3次元へ、また氷を含まない暖かい雨モデルを氷を含む雲物理モデルへと拡張する努力をした。これによって、より一般性・汎用性のあるモデルとなり、よりリァリスティックな現象に応用できるようになった。ただしこの作業は現在も進行中で、まだ研究成果は多くない状態である。今年度は、主にモデルの開発およびその応用を行った。(1)2次元数値モデルの開発:このモデルに含まれる物理過程は、力学過程、氷を含まない雲物理過程、サブグリッドスケールの乱流による混合過程である。力学過程として、山岳のような地表面の凸凹による効果を考える事ができる。スケールが百mから数kmのグリッドで扱える非静水圧の一通りの問題に応用できるように、モデルを作った。このモデルの応用として、雲物理過程を除いて、海陸風・山谷風の数値実験を行った。グリッドサイズが300mと細かく、従来の静水圧近似のモデルで再現しにくかった海風前線の微細構造や陸上の対流混合層など非線水圧的現象がかなりよくシミュレートできた。これから、山岳がある場合の力学過程を混合過程がこのモデルではよく表現されている事がわかった。また、トレーサーの動きも追跡したが、対流セルによる運動とより大きなスケールの運動によって移流されるため、かなり複雑な奇跡を描き、これらは従来の静水圧モデルにない結果で、局地風を研究しているグループに1つの刺激を与えた。(2)3次元数値モデルへの拡張:私たちに関心のある積雲活動は一般に3次元であるので、2次元モデルを3次元に拡張するようにした。物理過程は2次元と同じである。したがって、このモデルの拡張作業自体はたいした事はなかったが、スーパーコンピューターの特性を生かすためにプログラムをベクトル化するのに時間がかかった。水平2方向を1次元にして、計算の効率化に努力した。今年度は、このモデルのチェックで終わったが、次年度はこのモデルを使って、地形性降水の具体的なケースに応用する予定である。現在のところ、台湾で行なわれたTAMEXの観測、ハワイ島に見られるレインバンドなど地形が降水現象に効いていそうな事例について数値実験を考えている。

集中豪雨をもたらすような激しい降水現象は、山岳と対流性積雲との相互作用による事が多い。このような地形性降水を研究するために、数値モデルによるアプロ-チを試みた。昨年度は、従来ある(地形に沿う座標系でかかれた)支配方程式系および地形性降水に関与する物理過程を整理し2次元の対流数値モデルを作ったので、今年度は、このモデルを2次元から3次元へ、また氷を含まない暖かい雨モデルを氷を含む雲物理モデルへと拡張する努力をした。これによって、より一般性・汎用性のあるモデルとなり、よりリァリスティックな現象に応用できるようになった。ただしこの作業は現在も進行中で、まだ研究成果は多くない状態である。3次元対流数値モデルを用いた研究として、アフリカ大陸の西海岸付近でよく発生するスコ-ルラインのシミュレ-ションを試みた(大学院生張泉湧氏との共同研究)。この場合は、山岳をいれなかったので地形性降水の現象ではないが、3次元対流数値モデルをチェックするために行った。ここでは、COPT81特別観測でフランスのグル-プが観測した熱帯スコ-ルラインについて、トップラ-レ-ダ-で観測されたその詳細な内部構造(メソ対流系の流れや動きおよびその中でのセルの発生・発達)をモデルで再現しようとした。シミュレ-ションでは新しいセルが古いセルの間で前面に発達して面白い結果を得たが、しかしながら、詳しい観測デ-タだ手元にないので細かい比較まではできなかった。
政治的論拠としての聖書：１７世紀の国家・教会関係論における「ヘブライ人の国制」

本年度は、1.昨年度に引き続き、フーゴー・グロティウスおよびジョン・セルデンの聖書解釈と国家・教会関係の連関を明らかにすること、ならびに2.初期近代におけるヘブライ語やアラビア語、シリア語といった東洋諸言語研究につき、特にセルデンが参照する東洋諸語訳の聖書並びに教会史に関わる東洋諸語による文献の分析を進めた。1.報告者は、前年度にトマス・エラストゥスとテオドール・ド・ベーズの論争のうち、特に「ヘブライ人の共和国」における世俗為政者と聖職者の関係に係る論点を扱った。本年度は、この聖書解釈に係る争点が17世紀前半のオランダにおけるレモンストラント論争ならびに17世紀半ばのブリテンにおいて反復されつつ、異なる争点が生じた、という見通しを出発点とした。その上で、グロティウスの『聖的事項に関する最高主権者のインペリウムについて』および『旧約聖書註解』とグロティウスの聖書解釈に多くを負うセルデンの『サンヘドリン及び古代ヘブライ人の司法官職』おける聖書解釈の分析を進めた。その結果、17世紀初頭のオランダと17世紀半ばのブリテンの論者たちにとり、「ヘブライ人の共和国」の為政者が為政者として宗教事項に関する権限を行使したのか、預言者として宗教事項に関する権限を行使したのか、という争点が重要であった、ということが明らかとなった。2.セルデンが聖書解釈において参照する聖書翻訳や注解書は多岐にわたる。とりわけ国家・教会関係に関する文脈おいて、ヘブライ語やギリシア語聖書テクストと、英語等の各国語訳やアラビア語、シリア語といった東洋諸語訳聖書の異同から、セルデンがいかなる議論を提出したのか、が主要な課題となった。この点につき報告者は、セルデンが『サンヘドリン』においてアラビア語聖書の諸翻訳をいかに援用しているか、に注目し、アラビア語訳聖書が有する意義について一定の見通しを得ることができた。上述の通り本年度は、1.グロティウスら17世紀前半のオランダの論者たちの聖書解釈ならびにセルデンら17世紀半ばのブリテンの論者たちの聖書解釈と国家・教会関係の連関と2.セルデンの聖書解釈の方法に注目し、研究を遂行した。1.グロティウスやセルデンの議論を把握するべく、報告者は彼らの著作を具体的な文脈に位置付けて分析することを目指した。より具体的には、グロティウスの『聖的事項に関する最高主権者のインペリウムについて』における「ヘブライ人の共和国」に関する聖書解釈を、レモンストラント論争の当事者であるヨハネス・アウテンボーハールトやアントニウス・ワラエウス、「ヘブライ人の共和国」における世俗為政者と聖職者の関係に関連する章句につき緻密な文献学的議論を提出したペトルス・クナエウスらの聖書解釈と相互比較に比較した。この点に関する分析は、第68回日本西洋史学会大会における口頭発表としてまとめられた。2.グロティウスの聖書解釈に強い関心を示したセルデンもまた、聖書解釈に基づいて「ヘブライ人の共和国」の聖俗関係を検討した。とりわけセルデンは、『サンへドリン』においてモーセが有したインペリウムと裁治権に係る聖書章句に特段の注意を払っている。さらにセルデンが示すモーセの裁治権の解釈は、その根拠をグロティウスの聖書解釈のみならず、アラビア語やシリア語といった聖書翻訳にも基づいて、自身の主張を補強している。以上のセルデンにおけるアラビア語訳聖書に関する議論は、「聖書解釈とアラビア語文献学」と題した論考に結実した。以上のように、1点目についてはグロティウスの聖書解釈を論争的文脈に位置付けて分析を進め、口頭発表としてまとめることができ、2点目についてはセルデンの聖書解釈の方法と、その聖書解釈から導かれる結論を論考の形で発表することができた。それゆえに、研究はおおむね順調に進展していると言える。最終年度にあたる本年度は、1・2年目の成果を統合し、博士論文全体を執筆することを目指す。その際に、エラストゥス以降の国会・教会関係論と聖書解釈の連関を、後の時代のグロティウスやセルデン、さらに彼らが関与した論争の当事者たちの聖書解釈に注意を払い、聖書解釈史という分野のみならず、教会史の分野にも貢献することを目指す。1.本年度までの成果として、エラストゥスとド・ベーズの間で生じた争点を明確にし、グロティウスや彼の対抗者もまた、程度の差こそあれ、16世紀末の改革派教会内部の論争に関心を寄せていたことが明らかになった。本年度は、17世紀のオランダとブリテンの論者たちの聖書解釈を、16世紀末の改革派教会内部の論争をも考慮して分析することで、16世紀末から17世紀半ばまでの「ヘブライ人の共和国」に関する聖書解釈をまとめることを目指す。2.上述のセルデンの聖書解釈に関する論文の結論部において報告者は、セルデンの聖書解釈を、彼と鋭く対立したスコットランド出身の長老派神学者ジョージ・ギレスピーのそれと比較し得る可能性を示唆した。モーセが政治的・世俗的為政者としてではなく、預言者として教会を秩序付ける法と規則を与えた、という『花開くアロンの杖』におけるギレスピーの見解は、モーセが王として宗教的事項を管轄した、と主張するセルデンと相容れない。とは言え、アラビア語やシリア語訳聖書をも章句解釈の可能性のひとつと看做したセルデンの議論を、当時のブリテンの政治的・党派的論争の文脈にのみ還元することがどの程度まで適切であるのか、にも注意を払う必要がある。学究の徒としてのセルデンが、聖書解釈において東洋諸語訳聖書をいかに用いたのかを、聖書の文献学的研究を志向するcritica sacraという同時代の潮流において厳密に検討する必要がある。

この点を論究することで、聖書解釈史研究としての貢献を目指す。本研究の大きな目的は、16・17世紀の政治思想において聖書解釈がいかなる意義を有するのかを論じることである。従来の思想史研究は、初期近世を世俗化の時代として捉えてきた。しかし初期近世に国家と教会の関係や教会内部のヒエラルキーを巡る鋭い諸論争が生じ、論者たちが聖書を論証の導きとしたことに鑑みると、改めて初期近世における聖書解釈の意義を問う必要があるように思われる。以上の問題意識の下、本研究は、16・17世紀の論者たちが聖書中の「ヘブライ人の共和国」における聖俗の関係や裁判制度をいかに解釈したのかを、聖書章句の解釈及び引用の異同に着目しながら明らかにすることを目指す。その際本研究は、フーゴー・グロティウス(1583-1645)ら17世紀初頭のオランダの論者たちとジョン・セルデン(1584-1654)ら17世紀半ばのイングランドの論者たちの「ヘブライ人の共和国」解釈を議論の機軸としつつ、彼らに影響を与えたと思われるトマス・エラストゥス(1524-1583)ら16世紀後半のスイス改革派教会の論者の「ヘブライ人の共和国」解釈を検討する。平成29年度は、エラストゥスら16世紀後半の改革派教会の論者、並びに17世紀初頭のオランダの論者による「ヘブライ人の共和国」解釈とその国家・教会関係論への援用を論究した。その結果として、1.スイス改革派教会の内部において「ヘブライ人の共和国」の聖俗関係が別様に解釈されていること2.オランダの論者たちが「ヘブライ人の共和国」の指導者がまさに為政者として宗教的事項を管轄したのか、預言者として宗教的事項を管轄したのか、という指導者の資格の問題を巡って相異なる聖書解釈を示していることが明らかになった。さらに、3.以上の「ヘブライ人の共和国」解釈を巡る争点が17世紀半ばのイングランドにおいても浮上した、という見通しを得ることができた。平成29年度は、(1)16世紀後半の改革派教会の論者たちと(2)17世紀初頭のオランダの論者たちの「ヘブライ人の共和国」解釈を検討し、それぞれドイツ語の論文と日本語の論文を発表した。(1)につき申請者は、エラストゥスとテオドール・ド・ベーズの間で交わされた破門を端緒とする論争に注目し、改革派教会の内部において「ヘブライ人の共和国」の聖俗関係が別様に解釈されていることを明らかにした。一方のエラストゥスは「ヘブライ人の共和国」において対宗教権限がモーセやヨシュアら為政者に帰されていた、という解釈を示す。他方でド・ベーズは、霊的事項が世俗的事項から常に区別されており、霊的事項の管轄権はアロン以来、祭司に排他的に委ねられてきたと主張する。加えて彼は、モーセとヨシュアの支配時代に始まり、士師時代、王国時代に至るまで、「ヘブライ人の共和国」が為政者と祭司の二頭(biceps)の統治下にあった、という解釈を示す。(2)につき申請者は、国家と教会の関係を巡るレモンストラント論争に関与した論者の著作を分析の対象とした。グロティウスと親しい立場にあったペトルス・クナエウス(1588-1638)の『ヘブライ人の共和国』(1617)をレモンストラント論争の文脈に即して分析する中で、以下の仮説を得ることができた。
音声対話形式による日本語教育支援(CAI)システムの研究

平成5年度は全体的な研究計画の中において基礎的な作業を進める段階にあり、以下の様な研究を推進した。先ず第一に、準備段階での基礎的作業として、内蔵する音声データベースに関する検討を進め、理論を実証する為に必要な分析対象の音声データの収集、編集を進めた。また、一部の音声データに関しては、音響分析を施し、学習者の発音面での指導に関して研究を進めた。従来の調音面での研究を発展させるために、エレクトロ・パラトグラフィーやX線ビデオ等による実験音声学の最新の研究成果を導入して研究の進展を計った。母音に関しては舌の最高点の前後位置や高低位置、開口度の大きさ(狭い広い)、唇の円唇性の度合い度合いなどについて検討を進めた。日本語の特性として、後舌母音でも円唇性が弱い点などに留意して、日本語としての発音の自然性の習得に向けて指導法の検討を進めた。さらに、上記の研究のコンピュータ処理を可能にするために、学習者が発話した音声の音響分析を試み、音響特性としてフォルマントの抽出を行い、フォルマント構造の情報を利用して、フォルマント・チャートから母音の発音の調音チャートへの転換をコンピュータを利用して行った。発話と調音事象との対応関係について、従来の調音点重視の捉え方から最近では動的調音体重視の傾向へと推移してきているが、本研究では、さらに、調音パラメータの概念として発展させるとともに、その分析法と記述の枠組みについての検討を行った。音声対話CAIの実現を目指して、音声入力と音声出力を合わせて、音声理解、音声合成、対話管理を統合するシステムとして音声インターフェースの構築を目指しているが、本年度は音声入力の管理とその音響分析部分の構築を行った。
血小板活性化時の膜融合機序に関与するC・キナ-ゼの解明

目的血小板は血栓形成時に重要な役割をはたしており,この血小板の活性化には膜融合とC・キナ-ゼ活性化とが関与していると考えられる。しかし,その機序は不明である。これらを解明するために,今年度は,特異性の高いC・キナ-ゼ活性化剤として合成されたSC-10の効果を検討した。方法と結果^<14>C-セロトニンを用いた研究で,SC-10は用量依存的にセロトニン放出反応を惹起し,100μMの濃度で効果を認め,500μMで最大の効果を示した。この濃度では,セロトニン放出反応が5分以内に認められ,15分で最大となった。電顕的な検討でも,SC-10により膜融合が起きていることを確認した。昨年度,C・キナ-ゼ活性化剤によるCa^<21>動員をエコ-リン法を用いることにより認めた(微量高速冷却遠心器を購入し,使用した)。これにより,Ca^<21>依存性蛋白分解酵素(CANP)が,C・キナ-ゼ活性化剤による血小板活性化と膜融合に関与している可能性が推定された。したがって,SC-10によるセロトニン放出反応と膜融合に対するCANP阻害剤(E-64)の効果を検討した。E-64は,用量依存的にSC-10によるセロトニン放出反応を抑制し,電顕上もSC-10による膜融合所見を抑制した。以上から,(1)特異性の高い合成されたC・キナ-ゼ活性化剤(SC-10)により,セロトニン放出反応と電顕上膜融合とが起きていることが証明された。(2)CANP阻害剤を用いた実験から,C・キナ-ゼ活性化剤(SC-10)による血小板活性化時の膜融合には,CNPが関与していることを示唆する知見を得た。以上の知見の一部は,1989年の国際血栓止血学会で発表した。目的:血栓形成時の血小板活性化には,膜融合とC-キナーゼの活性化が関与していると考えられる。その機序を解明するために,(1)C-キナーゼがCa^<2+>依存性蛋白分解酸素(CANP)を直接に活性化しているのか,(2)膜融合はC-キナーゼ依存性か,CANPによるものか,の2点を中心として検討した。方法と結果:(1)C-キナーゼ活性化剤として,Taleocidin,OAG,TPAを用いて血小板内Ca^<2+>を測定した。その結果,Ca^<2+>の上昇は,Furd-2法では検出できなかったが,エコーリン法を用いることにより検出できた。したがって,C-キナーゼ活性化剤によるCa^<2+>動員が検出されたために,CANPが活性化される可能性が示された。さらに電顕的に,C-キナーゼ活性化剤の血小板に対する作用を検討すると膜融合の所見を認めた。(2)セロトニン放出反応は,膜融合を伴った血小板活性化である。C-キナーゼ活性化剤は先に示したように,電顕的に膜融合を示すが,このC-キナーゼ活性化剤によるセロトニン放出反応にCANP阻害剤であるE・64,leupeptinを作用させると,放出反応は抑制された。これはC-キナーゼ活性化剤によるCANPの活性化が,CANP阻害剤により抑制され,このため放出反応が抑制されたと推定される。以上から(1)C-キナーゼを用いた実験で,血小板活性化時に膜融合が起きていることが電顕的に証明された。(2)C-キナーゼ活性化剤による膜のCa^<2+>動員は,エコーリン法で検出できるが,Furd-2法では測定できない。(3)CANP阻害剤を用いた実験から,C-キナーゼ活性化剤による血小板活性化時の膜融合にはCANPが関与していることを示唆する知見を得た。

E-64は,用量依存的にSC-10によるセロトニン放出反応を抑制し,電顕上もSC-10による膜融合所見を抑制した。以上から,(1)特異性の高い合成されたC・キナ-ゼ活性化剤(SC-10)により,セロトニン放出反応と電顕上膜融合とが起きていることが証明された。(2)CANP阻害剤を用いた実験から,C・キナ-ゼ活性化剤(SC-10)による血小板活性化時の膜融合には,CNPが関与していることを示唆する知見を得た。以上の知見の一部は,1989年の国際血栓止血学会で発表した。
小学校「生活科」の授業研究法の開発研究

本研究は,小学校低学年の「生活科」の授業研究を行うために,授業の観察および分析の手法を開発することを目的とした。そのために,六つの小学校に依頼して,授業の参観および記録の作成を行った。研究対象とした小学校は,(1)茨城県内の公立小学校2校,(2)茨城県外の公立小学校2校,(3)国立大学附属小学校2校であり,合計20時間あまりの授業について,それぞれ,学習指導案,教材を収集した上で,授業を観察し,担当教師へのインタビューや質問紙による調査を行った。これらの授業の記録は,大半をVTR資料として整理するとともに,分析対象とした2時間分については,音声を文字化して記録とした。この2時間分については,担当教師へのインタビュー(授業A)ないしは質問紙による調査(授業B)を行ったものであり,授業案や教材と併せて,教師の授業設計段階から実施,その後の評価に至る過程を明らかにできた。ここで分析対象とした授業A,Bは,いずれも茨城県公立小学校の事例であり,ティーム・ティーチングによる生活科の授業であるが,授業Aはベテラン教師,授業Bは教職経験2年目の教師によるものである。インタビューおよび質問紙による調査から,(1)それぞれの授業場面を意識しながら,教師はできるだけ子どもの活動に即した即時的な対応を心がけていること,(2)授業Aでは,個別対応の成果を全藍に対する働きかけにも生かしているのに対して,授業Bでは,個別活動を重視していること,が明らかにされた。
空き家の発生メカニズムを考慮した縮退段階都市のシミュレーションモデル

人口減少・少子高齢化に伴う世帯属性の変化が空き家数に及ぼす影響の予測モデルを構築し、名古屋市とその周辺への適用を試みた。構成したモデルの概略を示す。本モデルは、(1)世帯数推計モデルと(2)住宅市場モデルの2つのサブモデルによって構成されている。(1)では世帯属性を考慮した各ゾーンの将来世帯数を算出する。一期を5年とするコーホート要因法を用いて行う。ただし、通常一定と仮定されるゾーン間の人口移動(純移動)についても、本研究では純移動率変動の大きな要因である住宅・宅地開発の有無を回帰分析により考慮することで、将来の純移動率の設定をより妥当なものにすることを試みている。(2)では各属性別世帯数に基づいた住宅需要量と、新規建設や除却によって変動する住宅供給量を算出し、住宅の需要と供給との差を求め、空き家発生量を推計する。通常の住宅市場は、この両者は価格によって調整され均衡するようにモデル化されるが、実際には供給過剰によって空き家発生をもたらしていることから、本研究は需要と供給の関係を一旦切り離し、住宅価格関数を別途推計し、需給の乖離を空き家の発生として表現している。いくつかのシナリオに基づいて学区単位で2030年の状況を予測した結果、都心回帰現象の有無によらず特に郊外部での空き家が今後急増することが示唆された。また、現在の平均年齢の高い地区ほど空き家率が高くなるなど、少子・高齢化の進行による空き家増加の空間分布の特徴を表現することができた。
多機能タンパク質:カルモデュリンの標的分子認識機構の解明

1)Ca^<2+>存在下で、標準的標的酵素であるミオシン軽鎖キナーゼ、カルシニューリンおよびプロテインキナーゼI、II、IVのカルモデュリン結合部位ペプチドとカルモデュリンとの複合体の溶液構造解析を行い、結合様式を分子レベルで明らかにした。2)非標準的標的酵素であるCAP-23/NAP-22のCaM結合部位ペプチドとカルモデュリンとの複合体の溶液構造解析を行い、結合様式を分子レベルで明らかにした。コントラストマッチングの条件でNAP-22との複合体中のカルモデュリンの形態を明らかにした。3)Ca^<2+>存在下で、W-7およびTFPとカルモデュリンとの複合体の溶液構造解析を行い、結合様式を分子レベルで明らかにした。4)Ca^<2+>非存在下の結合様式として、TFP/カルモデュリンおよびカルモデュリンプロテインキナーゼIV/カルモデュリン複合体の溶液構造解析を行い、新たな結合様式を分子レベルで明らかにした。5)トリプシン限定分解フラグメントを用いて、標的酵素活性化におけるカルモデュリンの中心ヘリックス部の役割を明らかにした。6)Ca^<2+>飽和CaM/標準的標的ペプチド複合体の解離過程をストップトフロー放射光小角散乱より明らかにした。マルチペプチド合成機を購入し、ミオシン軽鎖キナーゼ、カルモデュリン依存性プロテインキナーゼ-I、-II、-IVおよびカルシニューリンのカルモデュリン結合部位ペプチド(標的ペプチド)を多数改変して合成し、カルモデュリンとの複合体の構造解析を放射光小角散乱とプロテインデータバンクの原子座標に基づき行った。カルモデュリンの標的分子認識モチーフとして、ミオシン軽鎖キナーゼ系ペプチドは1例を除いて1-5-8-14モチーフに従うことが示された。このモチーフに従うカルモデュリン/標的ペプチド複合体のCa^<2+>滴定の結果は構造変化が4Ca^<2+>で終了することが示された。これに対し、1例であるが、5-8-14モチーフでもカルモデュリンとコンパクトな球状複合体を形成するものが見いだされた。この標的ペプチドの特徴は、N末端側の3の位置にリジンが配置しており、この残基がアンカー的役割を演じることが示唆された。また、この場合のCa^<2+>滴定の結果は構造変化が3Ca^<2+>で終了することが示された。これらの結果からCa^<2+>滴定により分子認識のモチーフが識別できることが示唆された。プロテインキナーゼ-Iと-II系の標的ペプチドはいずれも1-5-10モチーフで分子認識されるが、プロテインキナーゼ-IV系の標的ペプチドはシーケンスに依存して1-5-10または1-5-8-14モチーフで記述されることが示された。また、Ca^<2+>滴定の結果から前者のモチーフは3Ca^<2+>で、後者は4Ca^<2+>で構造変化が終了することが示された。カルシニューリン系標的ペプチドは、おおむね1-5-8-14モチーフに従うが例外の最も多い系であった。これら例外の間に共通性が見られなかった。さらにカルモデュリンをトリプシン分解したフラグメントについて中心へリックス部の役割が明らかにされた。カルモデュリンの多機能性発現機構を放射光小角散乱によりカルモデュリンと標的分子複合体の溶液構造に基づいて検討した。カルモデュリンの標的分子として、機能の全く異なる酵素群から4種類の標的酵素:プロテインホスファターゼ活性を持つ酵素(カルシニューリン)、タンパク質リン酸化酵素(プロテインキナーゼI、II、IV)を選択し、これら標的酵素のカルモデュリン結合部位(標的ペプチド)を系統的に改変したペプチドを複数合成した。カルモデュリン/カルシニューリン系ペプチド複合体の構造解析の結果、アンカー残基の位置だけではモチーフは決まらないことを見いだした。さらに4つのアンカー残基のうち、1残基でも欠けると複合体はコンパクトな球状にならないことを見いだした。

これらの結果を基に、カルモデュリンがカルシニューリンを認識する際、実際には推測されている部位からカルボキシ末端側に4残基ずれたモチーフの可能性を指摘した。カルモデュリン/プロテインキナーゼ系ペプチド複合体の結果から、キナーゼIはキナーゼIIと同じく1-5-10モチーフであるが、キナーゼIVは1-5-8-14モチーフであることを明らかにした。さらにコンパクトな球状複合体の他に緩んだ球状複合体の存在を示し、コンパクトな球状構造変化への中間構造であることを示した。さらにコンパクトな球状構造も複数存在することを示した。複数の球状複合体を形成することがカルモデュリンの分子認識機構の多様性に繋がることを示した。1)Ca^<2+>飽和カルモデュリン(CaM)/標準的標的ペプチド複合体の溶液構造解析:標的ペプチドとしてミオシン軽鎖キナーゼ、CaM依存性プロテインキナーゼI,II,IVおよびカルシニューリンのCaM結合部位ペプチドを用いた。上記標的ペプチド複合体の構造解析よりCaMの標的分子認識モチーフを決定した。さらに限定分解フラグメントを用いてカルモデュリンの中心へリックス部の役割を明らかにした。2)Ca^<2+>飽和CaM/標準的標的ペプチド複合体の解離過程:反応開始後、複合体の回転半径は急激に増加し、その後、緩やかに減少した。これらの過程はCa^<2+>/CaMのNドメインから2Ca^<2+>が解離し、2Ca^<2+>/CaM/ペプチド複合体の形成(反応時間50-100ms)、ついでCドメインから2Ca^<2+>が解離する過程に対応する。後者の過程には0Ca^<2+>/CaM/ペプチド複合体の活性化状態が含まれる。3)アポCaM/標準的標的ペプチド複合体の溶液構造解析:IQモチーフ以外でもアポカルモデュリンが標的ペプチドを結合することを示した。標的酵素活性化の初期におけるその重要性を明らかにした。4)Ca^<2+>飽和カルモデュリン/非標準的標的タンパク質複合体の溶液構造解析:非標準的配列をもつ標的タンパク質のCaM結合部位はHIVやRasタンパク質に共通に見られるものである。複合体の回転半径は標的タンパク質のモル数の増加に伴い、球状構造を示した。しかしこの構造は標準的標的タンパク質とのコンパクトな複合体とは明らかに異なることを明らかにした。さらにコントラストマッチングの条件で複合体中のカルモデュリンの形態を明らかにした。