hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
分子制御による融合マテリアル形成の計算科学シミュレーション

本研究では、生物の中で起こる鉱物結晶形成(バイオミネラリゼーション)がタンパク質・ペプチド・高分子などの添加物により巧みに制御されていることに注目し、バイオミネラリゼーションにおいて代表的な炭酸カルシウム結晶に対する幾つかの結晶形成制御のトピックスを取り上げ、添加物による結晶形成制御がどのように起こるかを計算機シミュレーション手法により分子レベルで明らかにした。特に、結晶表面の水が結晶形成制御に重要な役割を果たすことを初めて明らかにした。本研究で得られた知見を融合マテリアル領域内の制御分子デザインや材料合成の実験グループに提供するなどし、融合マテリアルの創成に貢献した。平成22年度は、融合マテリアル形成における制御分子設計デザインのための基盤的知見を確立するための計算科学研究を実施した。具体的に実施した研究は次の通りである。1.無機結晶表面への有機分子吸着構造の分子動力学シミュレーション解析バイオミネラリゼーションにおいて代表的な無機結晶である炭酸カルシウムカルサイト結晶表面へのアスパラギン酸の吸着構造を、分子動力学シミュレーション計算によって調べた。本研究の結果として、カルサイト(104)面上の水は秩序構造化していること、アスパラギン酸は平坦(104)表面には安定吸着しにくいがステップ表面には安定吸着すること、表面近傍におけるアスパラギン酸のカルボキシル基はカルサイト表面カルシウムイオンに接近すること、表面上に水が存在するか否かで吸着構造が全く異なることなどがわかった。また、制御分子による結晶形態制御機構の知見を得ることを目的として、不凍タンパク質による氷結晶形態の抑制機構を調べる分子動力学シミュレーション研究を実施した。本研究の結果として、タンパク質とその周辺に成長する氷結晶との三次元的な相互作用が成長形態の制御に重要な役割を果たすことがわかってきた。以上、融合マテリアル制御分子の設計デザインを行う上で重要な理論的基盤が構築されつつある。また、本領域内における機能性高分子開発の共同研究の準備も開始している。2.無機結晶の分子レベル成長形態解析を実施するための新しい計算科学シミュレーション方法の開発融合マテリアル構築における結晶の形態形成制御機構を分子レベルで解析するための計算科学手法として、結晶の自発的形態形成を解析できる分子動力学シミュレーション方法の開発に成功した。平成23年度は、有機分子による無機結晶の成長制御機構の研究の中で、特に有機分子の結晶表面・界面吸着挙動および結晶核生成前駆体に関する計算科学研究を重点的に実施した。研究成果の概要は、以下の通りである。1.アスパラギン酸によるカルサイト結晶成長制御機構の研究アスパラギン酸によるカルサイト結晶成長制御機構を分子レベルで理解することを目的とした分子動力学計算を、昨年度に引き続いて実施した。アスパラギン酸の結晶表面吸着は、表面で秩序配列した水分子層との静電相互作用および表面との静電相互作用とのバランスに支配され、カルサイト(104)面上では安定吸着構造が複数存在することがわかった。また、各吸着構造の安定性を自由エネルギーにより定量的に評価した。2.昆虫不凍タンパク質の示すハイパーアクティビティの研究極めて高い氷結晶成長抑制効果を示す昆虫不凍タンパク質の機構は、融合マテリアル分子制御法開発のヒントとなる。本研究では、昆虫不凍タンパク質による成長抑制機構の分子動力学計算解析を実施した。タンパク質のスレオニン配列面が氷に接触することにより安定に界面吸着すること、成長抑制は結晶界面先端の局所的な融点降下により説明できることがわかった。また、氷界面上における安定吸着構造は複数存在することが判明した。このことは、ハイパーアクティビティを生じさせる要因となっている可能性がある。3.炭酸カルシウムアモルファス凝集体構造の研究炭酸カルシウム結晶核生成前駆体であるアモルファス凝集体構造の分子動力学解析を実施した。アモルファス中にも局所的には結晶イオン配列構造、特にバテライト結晶型のイオン配列構造が形成されることがわかった。また、マグネシウムイオンの添加により結晶イオン配列の形成頻度が減少することもわかってきた。これらの研究成果は、不純物による核生成制御法を検討する上での基盤的知見となり得る。平成25年度は、主にバイオミネラリゼーションにおいて代表的な炭酸カルシウム結晶に対して結晶核生成の不純物添加による制御機構と有機分子による結晶成長制御機構に関するシミュレーション研究を重点的に実施した。炭酸カルシウム結晶核生成の前駆体として出現するアモルファス凝集体構造のマグネシウム濃度依存性を分子動力学シミュレーション解析により定性的に明らかにし、マグネシウム添加による結晶核生成への影響を考察した。本研究において、アモルファス中の局所的結晶類似構造、特にバテライト類似構造がマグネシウム添加により消失することが判った。アモルファス-結晶構造転移の分子動力学シミュレーションを純粋アモルファスとマグネシウムを含むアモルファスのそれぞれに対して実施し、マグネシウムが特にバテライト構造転移を強く抑制することが確かめられた。本研究により、新学術領域研究内で行われている炭酸カルシウム結晶形成制御の実験結果に理論的解釈が与えられた。炭酸カルシウムの結晶成長を制御する有機分子はカルボキシル基を含むものが多い。

そこで、カルボキシル基を含み且つシンプルな構造を持つアスパラギン酸をモデル制御分子として用い、カルサイト結晶成長制御機構を分子レベルで理解することを目的とした分子動力学シミュレーションを昨年度に引き続いて実施した。本年度は特に、カルサイト(104)面上の成長時に出現するステップおよびキンク周辺におけるアスパラギン酸挙動を重点的に解析した。本研究の結果、平坦なステップエッジの場合、二種類のステップ、鋭角ステップと鈍角ステップ、のうち鋭角ステップのエッジに選択的に吸着することがわかった。また、ステップエッジにキンクが存在する場合、どちらのステップに対してもカルシウムイオン終端キンクには極めて強く吸着することがわかった。平成26年度は、既に実施した炭酸カルシウムアモルファス前駆体構造研究の次のステップとして、さまざまな炭酸カルシウム結晶とその前駆体との界面における結晶成長速度のマグネシウム添加依存性に関する計算機シミュレーション研究を領域内共同研究として実施した。その結果、マグネシウム添加により成長速度が小さくなること、その中でも特にバテライト結晶の成長速度が小さくなることがわかった。この研究により、バイオミネラリゼーションの基本的現象であるマグネシウム存在下での炭酸カルシウム結晶構造形成機構の理解が深まった。また本研究において、成長速度のマグネシウム添加依存性は結晶の面方位により大きく異なることもわかった。その結果より、結晶構造形成を制御するためのテンプレート構造の特徴を考察することができた。同様にして、有機鉱物結晶表面上における氷結晶核生成のシミュレーション結果からも、テンプレート構造と結晶構造形成との関係を考察した。以上の研究により、融合マテリアル形成の制御分子を設計デザインするためのヒントが多く得られた。本年度はさらに、既に実施したアスパラギン酸によるカルサイト結晶成長制御および不凍タンパク質による氷結晶成長制御の研究に引き続き、グリコール酸存在下での二酸化チタンルチル結晶の形態制御機構の計算機シミュレーション研究を領域内共同研究として実施した。その結果、グリコール酸の結晶表面への吸着構造やその安定性が結晶面方位により大きく異なることが明らかとなるなど、形態制御機構を明らかにする上で重要な知見が多く得られた。また本研究において、炭酸カルシウム結晶へのアスパラギン酸吸着の場合と同様に、グリコール酸の結晶表面吸着は表面の水の影響をとても強く受けることがわかった。これら一連の研究結果を総合し、結晶表面の水の影響を考慮した結晶成長の分子制御機構の物理モデルを考察した。
音声による感情表出に関する音声言語モデルの構築

本基盤研究では、対話における利用者及びシステムの感情を取り扱うことを目的として、(1)システムによる感情の音声表現に関すること、(2)対話管理における感情のモデル化に関すること、の2点に対象を絞り込んで、以下のような成果を得た。(1)システムによる感情の音声表現感情の種類として「喜び」「悲しみ」「怒り」「怖れ」の4つを取り上げ、それぞれの感情に関してその程度を3段階で表現した音声の韻律的特徴を収集・分析することにより、感情の種類だけでなく、程度を制御しうる音声合成手法について検討した。程度に対する制御パラメータの変化を線形モデルにより定式化し、合成音声による評価実験を行い、妥当性の確認を行った。その結果、感情の程度を表現するための韻律制御の効果は、感情の種類によって異なり、「喜び」「悲しみ」「怖れ」については高さの特徴によってよく表現できることなどが確認できた。(2)対話管理における感情のモデル化人間一機械問の対話に感情表現の処理を取り入れる際に、相手の感情を推定して自らの状況を定めそれを表現することにより、高度なコミュニケーション機能が実現する。そのために、心の工学的なモデルを提案した。心のモデルにおける知識表現を「自己の内的環境」と「他者における自己の内的環境」「他者における自己の外的環境」の観点から定義し、感情は内的環境の一つのパラメータと位置づけた。また、心のモデルにおける他者認識のための処理手法として、合成による推測手法を考案した。本研究の第1年目にあたり平成17年度は以下の検討を行った。1.感情を表現する音声資料の収集と評価音声合成を目的とした感情表現のモデル化を目的として、演劇経験のある男女8名の協力を得て、短文を複数の強さの感情を込めて読み上げた音声を収録した。取り上げた感情は喜び、悲しみ、怒り、怖れの4種で、同一のテキストに対して、中立な発話に加えて、弱、中、強の3段階で感情の強さを変化させた。また、聞き手がどの程度の強さで感情を受容するかに関して、収集した音声資料のうち約半数について聴取実験により主観評価値を求めた。2.感情の程度と基本周波数パターンとの関係の分析1.で収集した音声資料について、基本周波数パターンの特徴をその生成過程モデルに基づいて求め、感情の程度に対する変化を調べた。喜びと悲しみの感情について、感情の程度に対する各パラメータの値を簡易的に線形補完する方法で感情制御規則を求めて、合成音声による評価を行った。3.感情識別のための特徴量と性能に関する評価感情の自動認識・識別のための感情表現のモデル化を目的として、できる限り自然な対話環境での怒り発話を収録し、怒りの程度を識別するための音響的特徴量について検討を行った。また、発話の言語上の表層情報と音響的特徴量との関係についても調査を行った。4.対話における感情表出と行動の評価対話可能なロボットPDDINの開発を通じて、コミュニケーション能力の向上を目指して、感情表現の実装と評価を行った。具体的には「ごきげん」「あいじょう」の2つのパラメータによって感情を表出する手法を提案・実装した。対話者感情を推測し、システム自身の感情を変化させて、発話と行動と選択させた。1.感情表現の韻律モデルのための分析及び定式化感情の種類として、「喜び」「悲しみ」「怒り」「怖れ」の4つを取り上げ、それぞれの感情に関してその程度を3段階で表現した音声を前年度に収集した。これを用いて、まず基本周波数パターンの特徴の分析を行った。基本周波数パターンはその生成過程モデルに基づいてパラメータ化し、その特徴パラメータの感情の程度に対する変化を定式化した。次に、発話速度の感情に程度に対する変化を分析した。発話速度は文全体の発話速度の比と、文節単位での発話速度の比に着目して、大局的および局所的な変動に関して検討を行った。導出ルールの有効性を確認するため、音声合成による検証実験を行った。感情の程度を表現するための韻律の各特徴の効果は、感情の種類により異なり、「喜び」「悲しみ」「怖れ」については高さの特徴によってよく表現できることを確認した。

また、ルールを適用して高さの特徴を変化させた場合、「悲しみ」「怖れ」では感情の程度をよく表現できていることが確認できた。他の韻律的特徴である長さや強さの制御規則の導出までには至らなかったが、高さの制御によりいくつかの感情に対して有効な程度の表現が可能であることを示した。2.心のモデルとそれに基づく感情・意図の推測人間-機械間の対話に感情表現の処理を取り入れる際に、相手の感情を推定して自らの状況を定めそれを表現することにより、高度なコミュニケーション機能が実現する。そのために、心の工学的なモデルを提案した。心のモデルにおける知識表現を「自己の内的環境」「自己の外的環境」と「他者における自己の内的環境」「他者における自己の外的環境」の観点から定義し、感情は内的状況の一つのパラメータと位置づけた。また、心のモデルにおける他者認識のための処理手法として、合成による推測手法(Inference by Synthesis法)を考案した。
マイクロビーズアレイを用いた半導体レーザ励起蛍光免疫センサに関する研究

本年度はマルチスポットアレイ放射グレーティング結合器を集積した赤色半導体レーザを設計・作製して動作確認することに重点を置いて研究を行い、以下の成果を得た。1.多焦点位相シフトグレーティング結合器の設計2次元マイクロビーズアレイを1本のレーザで均一に照射できるよう、2次元マルチスポットアレイ放射グレーティング結合器を提案した。単焦点集光型グレーティング結合器のグレーティングラインに周期的な位相シフトを与えることで多焦点の表面放射光が発生できることを明らかにし、スポット径50μm、中心間隔400μmで光強度の等しい3×3のスポットアレイが得られる多焦点位相シフトグレーティング結合器の設計を行った。2.マルチスポットアレイ放射赤色分布ブラッグ反射型レーザGaInP量子井戸導波路を用い、多焦点位相シフトグレーティング結合器を集積した赤色分布ブラッグ反射型レーザを作製した。量子井戸選択的無秩序化により受動導波路吸収損失を低減するとともに、曲線走査電子ビーム描画と半導体微細加工により周期0.19μmの多焦点位相シフトグレーティング結合器を作製した。作製したレーザをCW駆動で測定し、グレーティング結合器から波長653nm、出力光パワー0.25mWの表面放射光が得られた。この表面放射光をCCDカメラで観察したところ、3×3の同程度の光強度のマルチスポットアレイが得られた。このときスポット径と中心間隔はほぼ設計通りの値となり、1本のレーザで2次元マイクロビーズアレイを励起可能なマルチスポットアレイ放射赤色半導体レーザの実現に成功した。本年度は表面放射赤色半導体レーザアレイを設計・作製して動作確認するとともに、マイクロビーズアレイチップ作製技術を確立することに重点を置いて研究を行い、以下の成果を得た。1.表面放射赤色半導体レーザアレイの設計・作製・評価GaInP量子井戸導波路構造基板を用い、4×4のマイクロビーズアレイを4本のレーザで均一に照射する表面放射赤色分布ブラッグ反射型(DBR)レーザアレイを設計・作製した。量子井戸選択的無秩序化により受動導波路吸収損失を低減するとともに、半導体微細加工技術により周期0.3μmの曲線DBRグレーティングと周期0.2μmの表面放射グレーティング結合器を作製した。パルス駆動により波長654mmでピーク出力光パワー4.5mWの表面放射光が得られた。アレイを構成する4本のレーザで同等の出力特性が得られ、各レーザからマイクロビーズアレイを照射するのに適した広がり角をもつ表面放射光が得られた。2.マイクロビーズアレイチップ作製技術の確立ガラス基板上に厚膜フォトレジストを120μmの厚さで塗布し、幅50μmの微小流路と4×4のビーズをはめ込むくぼみを組み合わせたパターンを露光・現像してマイクロチップの型を作製した。これにPDMS(シリコンゴム)を流し込み固化させた後、型からはずし、マイクロパンチで送液用の貫通穴をあけた。4×4のくぼみに直径90μmのマイクロビーズをはめ込み、カバーガラスと張り合わせてマイクロビーズアレイ封入微小流路チップを完成させた。微小流路に実際に水を流し、液漏れがなくマイクロビーズが各くぼみ内にとどまっていることを確認した。
電極表面上の有機単分子膜を二次元伝搬する反応フロントの実時間追跡

高配向グラファイト(HOPG)ベーサル面電極/水溶液との界面でビオロゲンが起こす二次元の一次ファラデー相転移や銅電極上の有機単分子層の欠陥分布を対象として、反応フロントを実時間追跡することを研究目標とした。電流パルスで核発生させ、微小電極列で反応フロントを追跡するセットアップを構築した。ビオロゲンに蛍光発色団をペンダントして蛍光顕微追跡する方法は困難であったが、この研究過程で、フェナシルビオロゲンの特異なpH依存反応を見出した。2光路のレーザーで追跡する方法は困難であった。ビオロゲンをヒドロゲルに組んだところ、大振幅の収縮と再膨張が、還元と再酸化に伴って起こることを見出した。高配向グラファイト(HOPG)のベーサル面を電極とし、水溶液との界面で起こるビオロゲンの二次元一次ファラデー相転移における反応フロントの追跡を研究の対象とした。相転移フロントの伝搬を実時間で追跡するため、1 ms/sampleのサンプリング時間で追うことができ、かつ双安定領域が広いビオロゲンを実験的に探索した。HOPG表面にビオロゲン水溶液の滴を載せた三極系を構築し、ボルタンメトリ、電位ステップ、ダブル電位ステップ応答を精査した。その結果、両側鎖にカルボキシル基末端のC7アルキル鎖をもつビオロゲンが、相転移フロントを追うため最も適切な分子のひとつであることを確認できた。HOPG/ビオロゲン水溶液界面における1地点に電流パルスを与えて核を生成し、核成長過程におけるフロントの伝搬を、多数の位置での電位変化を検出することで追跡するため、電位計測微小電極列+パルス電極からなるマルチ電極アレーを用いる実験の準備を進めた。蛍光を用いる相転移フロント伝搬の追跡のため、ビオロゲンと色素を連結した分子を用いる方法を立案した。その準備のためのプロトタイプ分子として、芳香族部位を、カルボニル基を途中にもつ連結方式でつないだ分子、すなわちフナシルビオロゲンを合成した。この分子は、中性アルカリ性領域での電子構造の特異性により、酸化型のビオロゲンが強い可視域の光吸収と鮮やかな蛍光を示すことが明らかになった。しかし、狙いとした一次相転移を示さなかったため、本研究の主眼と分岐する課題ではあるが、電子状態と分光電気化学的挙動の関係を明らかにするのに格好の系であることが確かめられた。相転移の広域化と低速化のために、水に不溶でヘッドグループにビオロゲンを持つ界面活性剤分子を合成し、その挙動をAu(111)電極で検討した結果、相転移は一次でない上、共存アニオンにきわめて敏感であることがわかった。電位検出電極を並べて電位変化を追うために用いる電極列として、脳外科測定で用いられる多電極センサーを流用するという発想が具体化し、二年目の当初に実際を試すことができる段階まで進展した。これは、個別のキャピラリで構成した電極列を用いる当初の計画段階では思いもよらなかった斬新な手法である。一方で、レーザー光の二光路照射系については、基本設計の立案までは予定通りにできたものの、実際の構築が遅れている。蛍光性ビオロゲンを用いる試みは、合成を試行したフナシルビオロゲンの分子が意外な性質を示したため、その究明に一時的に重点を置いた(論文投稿準備中)ため、実際の測定が二年目になる。このフナシルビオロゲンの挙動の検討は、予期しなかった新しい展開である。さらには、ビオロゲンを組み込んだ水に不溶な界面活性剤をあらかじめ電極上に配置し、相転移を起こさせることに挑戦した結果、この検討でも意外な新しい挙動が得られた。特に、ハロゲンイオンの濃度に敏感に依存した挙動が明らかになったことである。ただし、一次相転移挙動ではなかったため、さらに分子設計を見直す必要性が明らかになった。以上の状況を総合し、おおむね順調な進捗であるといえる。高配向グラファイト(HOPG)のベーサル面を電極とし、水溶液との界面でビオロゲンが起こす二次元のガス状吸着膜と凝縮単分子膜との間の一次ファラデー相転移を対象として、反応フロントの追跡を目標とした。電流パルスで核を生成させ、微小電極列で反応フロントを追跡するためのセットアップを完成させた。標的とするビオロゲンとして、両端カルボン酸C7ビオロゲンを選択し、相転移を確実に起こす条件をポテンシャルステップ応答を指標とした検討で見出した。用意したセットアップは当初設計通りの性能を示したが、フロント追跡測定においては非常に大きなノイズを除去できず、得られた応答が反応フロントを確かに捉えたものであるか、確証が得られていないが、今後の研究展開の基盤を固めることができた。ビオロゲンに蛍光発色団をペンダントし、蛍光のon-offで相転移フロントを追跡する方法を試みたが、相転移が明確に起こらなくなるか、相転移しても蛍光の変化が不十分であった。この検討中に、フェナシルビオロゲンが特異なpH依存のイリド化を起こすこと、更には側鎖を自ら分離する過程も存在することを、吸収スペクトルの時間変化とNMR測定から突き止めた。2光路のレーザー光反射による反応フロントの解析の課題のため、HOPGでの反射強度の計測精度を確認したところ、エレクトロリフレクタンス測定から見積もった測定能は、必要な検出レベル(1万分の一の反射率変化)に到達することが困難であった。更に、ビオロゲンの相転移が伝搬することを、ヒドロゲル内での三次元化した相転移的挙動や高濃度ビオロゲン溶液内での電子ホッピングなどから捉える検討を行った。

その結果、ヒドロゲルに組み込んだビオロゲンは相転移的還元は起こさないものの、ゲルは大きな収縮と再膨張を起こすこと、高濃度ビオロゲン溶液中では確かに電子ホッピングの寄与があることなどが解明できた。高配向グラファイト(HOPG)ベーサル面電極/水溶液との界面でビオロゲンが起こす二次元の一次ファラデー相転移や銅電極上の有機単分子層の欠陥分布を対象として、反応フロントを実時間追跡することを研究目標とした。電流パルスで核発生させ、微小電極列で反応フロントを追跡するセットアップを構築した。ビオロゲンに蛍光発色団をペンダントして蛍光顕微追跡する方法は困難であったが、この研究過程で、フェナシルビオロゲンの特異なpH依存反応を見出した。2光路のレーザーで追跡する方法は困難であった。ビオロゲンをヒドロゲルに組んだところ、大振幅の収縮と再膨張が、還元と再酸化に伴って起こることを見出した。レーザー光を二光路に分けてHPOG表面上の二点に照射し、相転移フロント伝搬を待ち構えて反射光の変化を測定するための光学系を組み立てる。また、相転移に伴い蛍光バンドが大きく変化する色素を見出し、ビオロゲンと混合するか、結合させる。以上の新たな準備を早期に実現した上で、以下のように研究を推進する。(1)電流パルス応答を多点電位モニターすることにより、相転移フロントを追跡する。(2)二光路実験を成功させ、フロント伝搬方向を統計的に見出し、伝搬速度を把握する。(3)蛍光が相転移フロントで変化する様子を蛍光顕微ビデオ測定で捕らえる。(4)上記(1)(3)の方法で得た結果を相互比較し、相転移の動きを解析する。さらには、ビオロゲンをヘッドグループに持つ界面活性剤分子から成る単分子吸着層でも、相転移を起こさせることを狙う。随時、研究室HPに掲載する。分光電気化学、分子組織学旅費及び共同機器使用料を本科研費から支出する必要がなくなったため、その予定分を物品購入に投入した。しかし、消耗品の値下がりや、パルスポテンシオスタットの納入が当初納期よりやや遅れたので、それを使うための消耗品購入を2年次目とすることとしたため、若干の残高が生じた。当初の予定通り、パルスポテンシオスタットを適切に用いるための消耗品購入等に充当する計画である。
タンパク質の高精度モデリング計算システムの開発

本研究では、従来のホモロジーモデリングの発想を転換し、最新の理論計算手法を駆使することによって「X線構造並み」に精度の良いタンパク質の全原子モデル構造を導出しうる、「高精度モデリング」の実現を目指した。この方法では、従来のホモロジーモデリングで得られるモデル構造を初期構造とし、大規模エネルギー計算によって精密化を行う。このような高精度モデリングを成功させる上で克服すべき問題点が2つある。その第1は、「力場(エネルギー関数)の問題」であり、既存の力場を用いたエネルギー計算では、必ずしもX線構造がエネルギー最小構造に対応しない、という問題である。第2は、「構造サンプリングの問題」であり、タンパク質の構造空間の中でエネルギー最小点を探索する問題である。本研究において、上記の第1の力場の問題に対しては、既存のAMBER関数系の一部を構造データベースから得られる統計ポテンシャルで置き換える修正を行った。これにより顕著な改良が見られた。第2の構造サンプリング問題に対しては、通常のマルチカノニカル法を発展させたWang-Landau法をMDに拡張した新しいWang-Landau-MDシミュレーション法を考案し、その開発に注力した。この方法はシミュレーションを行いながら重み因子を自動的に計算するため、従来のマルチカノニカル法における難点が克服され、これまでよりも高速な構造空間探索が可能になる。理論的な開発研究を行った後、テスト対象としてサイズの小さいタンパク質(Trp-Cage)を選び、従来法のレプリカ交換法と比較しながら、Wang-Landau-MD法の有効性を実証した。本研究では当初の計画を実現するには至らなかったが、我々の開発したWang-Landau-MD法は計算科学における拡張アンサンブル理論の分野での大きな成果だといえる。タンパク質の高精度モデリングを実現するためには、解決すべき大きな課題が2つある。1つは、エネルギー計算に用いる力場(エネルギー関数)の問題であり、もう1つは、「構造サンプリング」と呼ばれ、タンパク質の超多次元の構造空間を如何に効率よく探索できるか、という問題である。第1の力場に関しては、真空中の既存の力場(AMBER)に水和エネルギー項(OONS近似)を加えて全エネルギーとし、さらに予備研究段階で開発した主鎖二面角統計ポテンシャルをAMBERを一部改変する形で導入した。第2の構造サンプリング問題に対しては、予備研究段階で用いたレプリカ交換MDシミュレーション法に加え、従来のマルチカノニカル法を発展させたWang-Landau法をMD(分子動力学)に拡張した新しいWang-Landau-MDシミュレーション法を考案し、その開発に注力した。この方法はシミュレーションを行いながら重み因子を自動的に計算するため、従来のマルチカノニカル法の難点であった重み因子の決定が容易になり、これまでより高速な構造空間探索が可能になる。現在、理論的検討とプログラミングを終えて、サイズの小さいタンパク質(Trp-Cage)を対象にテストに取りかかったところである。従来法のカノニカルMDと比較することにより、本方法の優れていることを示したい。また、本研究課題はタンパク質の構造予測と密接に関連するため、上記の研究と並行して、二次構造予測、コンタクト数予測などの方法論の開発を行った。その成果を数編の論文にまとめて発表した。昨年度に引き続き、マルチカノニカル法の発展形としてのWamg-Landau法を分子動力学(MD)に拡張した新しいWang-Landau-MDシミュレーション法の開発を行った。昨年までに理論的検討とプログラミングは終えていたので、今年度はサイズの小さいタンパク質(Trp-Cage)を取り上げ、伸びた初期構造からのフォールディング・シミュレーションを行った。その結果、10ナノ秒のシミュレーション時間内に天然構造と近い構造を一過的に再現することができた。

また、従来法のレプリカ交換MDシミュレーションを並行して行い、1つのエネルギー極小点から他の極小点に移る頻度を比較したところ、Wang-Landau-MD法のほうが格段に高い頻度で起ること、すなわち、サンプリングの効率が良いことを示した。以上の結果は論文にまとめ投稿中である。また、本研究課題はタンパク質の構造予測と密接に関連するため、上記の研究と並行して、二次構造予測、コンタクト数予測などの方法論の開発を行った。その成果を数編の論文にまとめて発表した。昨年度に引き続き、マルチカノニカル法の発展形としてのWang-Landau法を分子動力学(MD)に拡張した新しいWang-Landau MDシミュレーション法の開発を行った。この方法の利点は、従来のマルチカノニカル法における重み因子決定に関する困難を克服し、シミュレーションを行いながら重み因子を自動的に計算出来ることである。そして、この方法による最大の成果は、これまでよりも高速で効率的な構造空間探索が可能になったことである。本年は、改良型Wang-Landau MD法(WLMD)を20残基からなる小さいタンパク質(Trp-Cage)に適用し、従来法のレプリカ交換MD(REMD)シミュレーションと比較して、良好な結果を得た。とくに、(昨年問題になった)熱力学量等の計算において重要な役割を担う状態密度関数の収束性と精度について再検討を行った結果、ゆらぎを抑制しつつ精度を高める改良に成功し、収束性の良い結果が得られるようになった。また、状態密度関数の精度の十分性を具体的に示すため、両シミュレーション法(WLMDとREMD)の長時間計算をサイズの小さいMet-enkephalin(5残基)に対し行った。これらの結果を論文にまとめて投稿中である。さらに、本研究課題はタンパク質の構造予測と密接に関連するため、上記の研究と並行して、二次構造予測、コンタクト数予測などの方法論の開発を行った。その成果を論文にして発表した。
天然条件で中間的構造をとる蛋白質のターゲット分子認識機構の物理化学的解析

腸管出血性大腸菌の産するEspBは天然条件下において、通常の蛋白質の折れたたみ中間状態に似た構造状態を形成するNatively partiallyfolded蛋白質の一つである。本蛋白質は、宿主細胞内のαカテニンと結合する機能を有していることが分かっていた。本研究では、EspBのαカテニン結合機構に関する構造生物学/熱力学的解析を行い、Natively partially folded蛋白質が、どのようにして、そのターゲット分子を認識するのかについて明らかにすることを目標としている。平成18年度においては、EspBに対する変異導入と異核種NMRによるαカテニンC末端ドメイン、及び、EspBの立体構造解析を中心に行う予定であった。まず、基本的情報として、EspBのNMRによる帰属を試みた。なお、通常の溶媒条件では、中間的構造を形成しているためEspBのNMRシグナルは、非常にブロードで、全ての残基に対応するピークを観察することができなかった。そこで、いくつかの変性剤を添加して蛋白質を高度に変性させることにより、^<15>N-^1H HSQCスペクトル内の全ての残基に対応するピークを検出することを試みた。通常、このような測定には尿素を用いるが、EspBに対しては、良好なスペクトルを得ることができなかった。そこで、ポリペプチドのαヘリックス構造を安定化する溶媒であるヘキサフルオロイソプロパノールを重水素化を施したEspBに添加したところ、比較的良好なピークを検出することができた。しかしながら、得られたスペクトルには、未だにオーバーラップがあったため、インテインによる発現系を用いてセグメントラベルを行うことができる系を開発した。これらのデータ及び、αカテニンのアサインメントの結果については、現在、解析中であり、近日中に発表する予定である。本研究では、天然条件下で中間的状態をとる大腸菌EspBの分子認識機構とそれに伴う立体構造変化について、解明する。平成17年度は、特にEspBのターゲットになるαカテニンについて、その変異体を作成し、蛍光偏光解消法を用いて、EspBとの相互作用における結合定数の変化から、分子間相互作用部位の同定を主なる目的として行った。いくつかの変異体を作成し、解析を行ったが、顕著に結合定数が変化する変異体を得ることは難しかった。一方、αカテニンの本来の結合相手であるヴィンキュリンに対して、同変異体は結合定数の低下を示した。これは、リジッドな構造を形成しているヴィンキュリンとは異なり、EspBの持つ構造フレキシビリティーが、変異に対する寛容性を保持していることを示唆している。また、面白いことに、EspBのターゲット分子として、新たにヴィンキュリン、ZO-1などが本研究で、明らかになった。これより、EspBの構造フレキシビリティーが、多様なターゲット分子認識にとって、有利に働くことが示唆された。現在、上記の反応系に対する、詳細な解析を行うため、EspBの異核種NMRによる解析を進行しつつある。特に本蛋白質に対する重水素化ラベルが、解析に有効であることを示唆する予備実験データを得ている。また、異核種NMRによるαカテニンのC末端ドメインの主鎖の同定についても、同様な手法により進行中である。さらに今回上記で得られた情報からヴィンキュリン、ZO-1のEspB結合ドメインについて、同様な情報を得ることが現在の課題である。
ジーンターゲッティング法を用いた免疫異常症解析のためのモデル動物の作製

CD40分子はB細胞の増殖分化に必要な副刺激シグナルを伝達すると考えられている。一方CD23はリンパ球上に発現する低親和性IgEレセプターである。これらの分子は体液性及び細胞性免疫、感染免疫、自己免疫、アレルギー反応などに深く関与している可能性がある。基礎免疫学及び免疫病研究の新たな実験モデルを開発することを目的に、ES細胞を用いた遺伝子タ-グティングでCD40やCD23を欠損した変異マウスを作成した。CD40欠損マウスは、B細胞の抗原非依存成分化は正常であったが、Ig class switchと胚中心形成という体液性免疫の成立に必要な二つの現象が共に欠失していた。また、T細胞のヘルパーT細胞への分化も阻害されていた。更に、CD40欠損マウスに於いては細胞内寄生細菌Leishmania majorに対して、Th1反応を介した感染のコントロールが認められず、このマウスを感染免疫の実験モデルマウスとして用いることが可能となった。CD40欠損マウスを、I型糖尿病モデルNODマウスに戻し交配し、CD40欠損NODマウスを作成した。このマウスに於いては、自己免疫膵島炎も糖尿病も発症せず自己反応性T細胞の出現にはCD40-CD40L相互作用が必要なことが明らかとなった。CD40の細胞内シグナル伝達を、in vivoで解析する実験システムとして細胞質内領域に欠失やアミノ酸置換を持つ変異CD40を発現するトランスジェニックスを作成した。CD23欠損マウスに於いては、IgE抗体依存性の抗原フォーカシングを介した特異抗体産生の増強が認められないことが明らかになった。また、CD23がIgE産生のnegative feedbackに関っていることも判った。さらに、CD23欠損マウスに於いては、アレルギー性の気道過敏性が著明に減弱しており、喘息のモデルマウスとして用いることも可能となった。B細胞抗原であるCD40及びCD23は、ともにB細胞の分化・増殖において重要な役割を果すと考えられている。特にCD40は、物理的接触を介したT・B細胞間相互作用において、T細胞からのシグナルをB細胞に伝達することが知られている。又、CD23は、IgE産生調節に関与する可能性が報告されている。これまでCD23、CD40の機能解析、免疫機能解析用の動物モデルとして、gene targeting法を用いてCD40欠損マウスとCD23欠損マウスを作製した。本年度は、これらのマウスにおける液性及び細胞性免疫能を解析し、CD40欠損マウスにおいてはT細胞依存性の免疫グロブリン(Ig)クラススイッチと、二次リンパ組織における胚中心形成に欠失していること、またLeishmania major感染実験などからCD40が細胞性免疫にも関与していることを明らかにした。また、CD23欠損マウスの解析から、CD23がIgE依存性の抗原フォーカシングを介した特異的免疫反応の増強に関わっていることを明らかにした。さらに、これらマウスをより有用な実験モデルとするために、遺伝的背景の異なった種々のマウスへの戻し交配を開始した。基礎免疫学及び免疫病研究の新たな実験モデルを開発することを目的に、ES細胞を用いた遺伝子ターゲティングでCD40やCD23を欠損した変異マウスを作成した。

CD40欠損マウスは、B細胞の抗原非依存成分化は正常であったが、Ig class switchと胚中心形成という体液性免疫の成立に必要な二つの現象が共に欠失していた。また、T細胞のヘルパーT細胞への分化も阻害されていた。更に、CD40欠損マウスに於いては細胞内寄生細菌Leishmania majorに体して、Th1反応を介した感染のコントロールが認められず、このマウスを感染免疫の実験モデルマウスとして用いることが可能となった。CD40欠損マウスを、I型糖尿病モデルNODマウスに戻し交配し、CD40欠損NODマウスを作成した。このマウスに於ては、自己免疫膵島炎も糖尿病も発症せず自己反応性T細胞の出現にはCD40-CD40L相互作用が必要なことが明らかとなった。CD40の細胞内シグナル伝達を、in vivoで解析する実験システムとして細胞質内領域に欠質やアミノ酸置換を持つ変異CD40を発見するトランスジェニックマウスを作成した。CD23欠損マウスに於いては、IgE抗体依存性の抗原フォーカシングを介した特異抗体産生の増強が認められないことが明らかになった。また、CD23がIgE産生のnegative feedbackに関っていることも判った。さらに、CD23欠損マウスに於いては、アレルギー性の気道過敏性が著明に減弱しており、喘息のモデルマウスとして用いることも可能となった。
歯周炎患者歯肉におけるコラゲナーゼ及びコラゲナーゼインヒビターmRNAの検索

平成3年度においては、まずRT-PCR(Reverse Transcription-Polymerase Chain Reaction)法に必要なプライマーをコラゲナーゼ(線維芽細胞型)コラゲナーゼインヒビター(TIMP-1,TIMP-2),β-アクチン(内部コントロール)のDNA塩基配列をもとに設計合成し、PCR予備実験によりこれらが良好に働くことを確かめた。平成4年度においては、微量しか採取できない歯肉組織中のコラゲナーゼ及びコラゲナーゼ・インヒビター(TIMP-1,TIMP-2)mRNA発現を検索するためにRT-PCR法の方法論を確立させ、実際にヒト歯肉サンプルを用いて実験を行った。具体的には、全RNA抽出キットを用いて抽出した歯肉RNA(0.5μg)を、まず逆転写酵素反応によってDNAの変換し、さらに、コラゲナーゼ(線維芽細胞型)及びコラゲナーゼインヒビター(TIMP-1,TIMP-2),β-アクチン(内部コントロール)の各種プライマー及びTaq-DNAポリメラーゼを加え、PCR反応(94°C1分,60°C2分,72°C3分)を行った。その際、放射能標識[α- ^<82>P]dCTPを加えておき、2サイクル毎のPCR産物中の放射能をレーザーイメージ・アナライザーにて測定することで増幅効率を求めた後、Chellyら(Nature,1988)の公式に準じて、コラゲナーゼ及びコラゲナーゼ・インヒビター(TIMP-1,TIMP-2)mRNA発現レベルを求めた。この方法によって、歯周炎患者10名、健常者5名より得た歯肉における各mRNA発現レベルを調べた結果、患者群では健常者群に比べコラゲナーゼ(線維芽細胞型)及びTIMP-1mRNA発現レベルが有意に高いのに対し、TIMP-2mRNA発現レベルは両者で有意差が無いことがわかった(J.Periodont.Res.に掲載受諾済)。今後、もう一つの間質コラゲナーゼ(好中球型)のmRNA発現レベルについても併せて検索し、歯周炎に伴う組織破壊メカニズム解明に役立つさらなる知見を得たいと考えている。本研究の目的は、逆転写PCR(Polymerase Chain Reaction)法を含む分子生物学的手法を応用し、ヒト歯肉局所におけるコラゲナ-ゼ及びコラゲナ-ゼインヒビタ-(TIMP,TIMPー2)遺伝子の発現レベルを検索することである。平成3年度は、逆転写PCR法方法論の確立に重点をおき実験を進めてきた。申請者らは、まずβーactin(内部コントロ-ル),TIMP,TIMPー2,コラゲナ-ゼのcDNA塩基配列を基にして、プライマ-の設計と依託合成を行い、これらのプライマ-を用いた逆転写PCR法によって、それぞれ、300,386,496,611bpの鎖長のPCR増幅産物を得た。これらのPC幅産物は、その鎖長及び制限酵素地図により目的とする各mRNA由来であることを確認した。各mRNA発現レベルは、各PCR増幅産物に取り込まれる放射能の、サイクル数に対する増加量をレ-ザ-イメ-ジ解析装置を用いて調べ、得られる増幅曲線から推定した。以上のような方法により、少数例の健常者及び歯周炎患者の歯肉RNAを検索し、次の結果が得られた。1)健常者歯肉では、TIMP,TIMPー2のmRNA発現レベルはほぼ同等であったのに対し、コラゲナ-ゼmRNAの実現レベルはかなり低かった。

2)歯周炎患者歯肉のうち、かなり高レベルのコラゲナ-ゼmRNA発現が認められ、同時にTIMPmRNAのレベルが発現上昇していた症例があった。この症例ではTIMPー2のβーactinに対する発現レベルは健常者とあまり変わらなかった。また、各遺伝子の発現のパタ-ンが健常者に類似した症例もあった。この方法は感度に優れ、ある1箇所の歯周ポケットをタ-ゲットにし、その周囲の微量な罹患歯肉サンプルを検索する上で非常に有用であると思われた。コラ-ゲン代謝の調節には多くの要因が複雑に関与し、患者歯肉採取時の病態によりTIMP,TIMPー2,コラゲナ-ゼの遺伝子発現パタ-ンも多くのバリエ-ションがあることが十分予想される。今後さらに多くの症例を検索しコラ-ゲン代謝機構を解明する一助としたい。平成4年度においては、微量しか採取できない歯肉組織中のコラゲナーゼ及びコラゲナーゼ・インヒビター(TIMP-1,TIMP-2)mRNA発現を検索するためにRT-PCR(Reverse TranscriptionーPolymerase Chain Reaction)法の方法論を確立させた。具体的には、全RNA抽出キットを用いて抽出した歯肉RNA(0.5μg)を、まず逆転写酵素反応によってDNAに変換し、さらに、コラゲナーゼ(線維芽細胞型)及びコラゲナーゼ・インヒビター(TIMP-1,TIMP-2),βーアクチン(内部コントロール)のDNA塩基配列をもとに設計した合成プライマー及びIaq-DNAポリメラーゼを加え、PCR反応(94°C1分,60°C2分,72°C3分)を行った。その際、放射能標識〔α-^<32>P〕dCTPを加えておき、2サイクル毎のPCR産物中の放射能をレーザーイメージ・アナライザーにて測定することを増幅効率を求めた後、Chellyら(Nature,1988)の公式に準じて、コラゲナーゼ及びコラゲナーゼ・インヒビター(TIMP-1,TIMP-2)mRNA発現レベルを求めた。この方法によって、歯周炎患者10名、健常者5名より得た歯肉における各mRNA発現レベルを求めた。この方法によって、歯周炎患者10名、健常者5名より得た歯肉における各mRNA発現レベルを調べた結果、患者群では健常者群に比べコラゲナーゼ(線維芽細胞型)及びTIMP-1mRNA発現レベルが有意に高いのに対し、TIMP-2mRNA発現レベルは両者で有意差が無いことがわかった(J.Periodont.Res.に掲載受諾済)。今後、もう一つの間質コラゲナーゼ(好中球型)のmRNA発現レベルについても併せて検索し、歯周炎に伴う組織破壊メカニズム解明に役立つさらなる知見を得たいと考えている。
第二次世界大戦後の国際秩序再編における内モンゴル問題に関する研究

補助事業期間中、戦後内モンゴル問題のあり方を明らかにするため、オーストラリア国立大学を訪れ、共同研究を実施した。また、中国内モンゴルにおいて、インタビュー調査を行った。研究成果として、一冊の本を編著するとともに、モンゴルで国際会議を組織した。本助成金は、主に上記の研究を遂行するための出版費、文献の購入費、成果出版費などにあてられた。具体的に言えば以下のとおりである。1.計画通りに『20世紀前半とモンゴル人』という本を編著した。この本は、日本、オーストラリア、中国、モンゴル国からの多くの学者の論文によって構成されており、内容としては、当時の国際情勢のなかのうちモンゴル問題に対し、様々な角度からアプローチを行っている。著者の「20世紀前半のモンゴル民族解放運動と徳王」、「徳王ドゴルスレンについて」「内モンゴル自治運動にかかわるいくつか重要な問題」という三つの論文が入っている。2.モンゴル国で「20世紀前半のモンゴルの歴史と文化」という国際会議を組織し、多くの学者が参加している。著者は「徳王のドゴルスレンについて」というテーマで発表を実施した。最終年度には、モンゴル国立大学においても国際会議を開催し、「日本のマスメディアから見たモンゴルの独立運動」をテーマに発表を行った。3.それ以外、オーストラリア国立大学のモンゴル研究所において、「日本外交における蒙古問題について」というテーマで発表を実施した。今年度は、戦後の中ソ蒙の関係において、内モンゴル問題がいかに話し合われていたかという問題を明らかにするために、日本およびモンゴル国の関係する諸文書館へ足を運び、調査研究を実施し、その成果として、3回学会発表を行い、一つの論文を執筆した。今年度の補助金は、主に上記の研究を遂行するための、文献の購入費、出張費、成果発表費などに当てられた。具体的にいえば以下のとおりである。1.「20世紀前半のモンゴル民族解放運動と徳王」という発表には、20世紀前半のモンゴル民族解放運動における徳王と彼が指導した内モンゴル自治運動の歴史的な位置づけについて考察を行い、新しい主張を提示した。「内モンゴル自治運動におけるノモンハン事件の地政学的な意味」という発表には、地政学的な視点からノモンハン事件の内モンゴル自治運動に与えた影響を検討し、その敗因の一因としてノモンハン事件があげられることができると主張した。「徳王の試み」という発表には、徳王の国家観と民族観について分析を行った。なお、最初の発表を論文としてまとめて、国際モンゴル学会雑誌に提出している。2.そのほか、本研究計画においては、一つの重要な課題である、ドゴルスレンの問題について、現在、論文を執筆中で、9月に、ほかの専門家の研究成果と一緒に本として出版することを目指している。本研究において最も重要な資料がモンゴル国内務省文書館に保存されている、徳王と彼の息子であるドゴルスレンに関する尋問資料であり、その資料を入手できるかどうかということは、本研究が成功するか否かと直接かかわるものであった。幸い、去年、この研究課題の中心人物の親族の協力を得て、これらの資料とはじめてアクセスすることができ、外国人としてはじめて、この貴重な資料を手に入れたということは大きな収穫だと思う。現在、その収集した資料を整理し、論文を執筆中で、9月にモンゴル国において、この課題と関係する国際シンポジウムを開くとともに、本を編著し、出版することを計画している。この本には、申請者の三つの論文が入ることが見込まれており、いずれも、本研究課題に関係するものである。今年度は、戦後内モンゴル問題のあり方を明らかにするために、オーストラリア国立大学を訪れ、共同研究を実施した。そして今年度の補助金は、主に上記の研究を遂行するための、出張費、文献の購入費、成果出版費、などに当てられた。この本は、日本、オーストラリア、中国、モンゴル国からの多くの学者の論文によって構成されており、内容としては、当時の国際情勢のなかの内モンゴル問題に対し、様々な角度からアプローチを行っている。筆者の「20世紀前半のモンゴル民族解放運動と徳王」、「徳王ドゴルスレンについて」「内モンゴル自治運動にかかわるいくつか重要な問題」という三つの論文が入っている。筆者は「徳王のドゴルセレンについて」というテーマで発表を実施した。3.それ以外、オーストラリア国立大学のモンゴル研究所において、「日本外交における蒙古問題について」というテーマで発表を実施した当初は最終年度に研究成果として、国際会議を組織するとともに本を出版する予定だったが、予定を大分前倒しし、二年度に中間成果として『20世紀前半とモンゴル人』という論文集を出版し、同時に、「20世紀前半のモンゴルの歴史と文化」という国際会議を組織することができた。その理由としては、まず、初年度において、本研究にとっては最も重要な資料ともいえる、モンゴル国内務省文書館に保存されている、ドゴルスレンに関する尋問資料の一部を入手し、また、関係する人々に対するインタビュー調査も行うことができた。次は、半年間、学校業務を離れ、海外に行き、共同研究を実施したことがあげられる。第三、海外の多くの研究者の協力を得ることができた。

また、中国内モンゴルにおいて、インタビュー調査を行った。研究成果として、一冊の本を編著するとともに、モンゴルで国際会議を組織した。本助成金は、主に上記の研究を遂行するための出版費、文献の購入費、成果出版費などにあてられた。具体的に言えば以下のとおりである。1.計画通りに『20世紀前半とモンゴル人』という本を編著した。この本は、日本、オーストラリア、中国、モンゴル国からの多くの学者の論文によって構成されており、内容としては、当時の国際情勢のなかのうちモンゴル問題に対し、様々な角度からアプローチを行っている。著者の「20世紀前半のモンゴル民族解放運動と徳王」、「徳王ドゴルスレンについて」「内モンゴル自治運動にかかわるいくつか重要な問題」という三つの論文が入っている。2.モンゴル国で「20世紀前半のモンゴルの歴史と文化」という国際会議を組織し、多くの学者が参加している。著者は「徳王のドゴルスレンについて」というテーマで発表を実施した。最終年度には、モンゴル国立大学においても国際会議を開催し、「日本のマスメディアから見たモンゴルの独立運動」をテーマに発表を行った。3.それ以外、オーストラリア国立大学のモンゴル研究所において、「日本外交における蒙古問題について」というテーマで発表を実施した。大きな変化はないが、モンゴル国内務省文書館を中心に、戦後外モンゴルに渡った内モンゴル人に関する資料を収集する。28年度の調査を経て、申請者は、ドゴルスレンが当時モンゴル国にほかの18人の内モンゴル人とともに、「日本の特務」として逮捕されたことが分かったので、この18人を中心として、資料収集を行う予定である。従来の計画通り、オーラル・ヒストリーの観点から、収集した情報のもとで、当事者やその家族に対しインタビュー調査を行い、より説得力のある研究を目指す。ここで、とくに注目したいのは、中国の送還された人々の文化大革命のときの運命のことであり、それについて綿密な調査を実施する。そのほか、国内外の関係する文書館において資料収集を行う。収集した資料のもとで、学会発表を行うとともに論文を執筆する。できれば、来年にも一冊の本を成果として編著し、それに通じて、終戦後モンゴル国に渡った内モンゴル人のその後の運命の全体像と、それに伴って現れた中ソのモンゴル政策の一面を究明する。1.引き続き、関係する文書館において、資料収集を実施する。とくに戦後の国民政府の内モンゴル政策を明らかにするために、台湾の諸文書館において、初期的な調査を行う。2.1930年代に起きた粛清事件の時の内モンゴル人の運命を明らかにするために、モンゴルのタルハンアイマグを訪れ、モンゴル独立に対し、多大な貢献をした、マンライバートル・デムデンスレンの孫娘に対し、インタビュー調査を実施する。3.これまで収集した資料のもとで論文執筆を実施する。4.研究成果として『徳王と当時の世界情勢』(仮)という単著本を出版する。
細胞の極性形成、維持に関与する蛋白の欠失マウスの作成とその器官形成の解析

細胞の極性は細胞の機能に重要な役割を持つ。例えば上皮細胞は頂端側(apical)、側底側(basolateral)という極性を持つことが分泌等の機能に必須であり、神経細胞も軸索、樹状突起という極性を持つことが刺激の伝達にとって必須である。合成された分泌蛋白や膜蛋白はTGN(トランスゴルジネットワーク)等においてapicalやbasolateralに行く輸送小胞に分配、濃縮された後、目的地に運ばれてその役割を果たす。この一連の方向性を持った輸送を選別輸送と呼ぶ。選別輸送は細胞の極性の形成、維持にも重要と考えられている。近年、選別輸送に重要と考えられている分子として、低分子量GTP結合蛋白質であるrab蛋白や、SNARE蛋白等が同定されている。しかし、これらの蛋白の研究は主に培養細胞を使って行われており、組織や個体における役割が明らかでないこと等から、蛋白の機能はこれらの蛋白を細胞から欠失させて再検討する必要がある。そこで本研究では、gene targeting法を用いて、これらの分子(具体的にはrab蛋白であるrab8やSNARE蛋白であるsyntaxin3, VAMP7等)の欠失マウスを作製し、その細胞の極性の形成、維持が正常に行われるか、器官形成にどのような影響を及ぼすかを解明しようとしている。これらの遺伝子を欠失したマウスは発生に異常を来し、胎生致死になる可能性があるため、Cre-loxPシステムを用いた組織、時期特異的gene targetingを行い、目的とする器官(神経、上皮組織など)における異常を解析する予定である。現在ノックアウトマウス作製用のベクターを作成中であり、近日中にES細胞に導入する予定である。
機能集積型金属ナノ粒子触媒によるカルボン酸からアルケンへの直接変換反応の開発

本研究では油脂などのバイオマスから入手容易なカルボン酸の脱炭酸脱水素反応によるアルケン合成反応の開発を目的とする。従来の石油依存型アルケン合成法はエチレンのオリゴマー化により偶数個の炭素数を有するアルケンを与えるのに対し、本ターゲット反応は奇数個の炭素数を有するアルケン合成に特に有用であり、既存手法と相補的なアルケン合成法である。本研究ではターゲット反応の実現に向けて酸素を酸化剤とする酸化的脱炭酸脱水素ルートを新たに設計し、「金属ナノ粒子と機能性高分子保護剤との協奏触媒作用」という独自の視点から、機能集積型高分子固定化金属ナノ粒子触媒の開発を行う。