hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
クリプトクロム・光回復酵素ファミリーの青色光応答素反応解析

本年度は、(6-4)光回復酵素のDNA基質認識に関与するアミノ酸側鎖の新規機能について明らかにした。光回復酵素において広範に保存されているアルギニン側鎖は、DNA結合において、損傷部位のリン酸骨格との静電相互作用ならびに損傷隣接塩基とのCH-π相互作用に関与していることを実験的ならび計算科学的手法により新規に明らかにした。このアミノ酸側鎖は光回復酵素では保存されているものの、同じタンパク質ファミリーを形成するクリプトクロムではヒスチジン側鎖に置き換わっていた。そこで、光回復酵素のアルギニン側鎖をヒスチジンに置き換えた変異体を調製したところ、大幅なDNA結合能の低下が観測された。このことから、光回復酵素・クリプトクロムタンパク質ファミリーにおける機能分化の一因が、1つのアミノ酸側鎖にあることを示した。また、光回復酵素の光応答反応の一つである「光活性化」において、タンパク質表面近傍に存在するトリプトファン側鎖の周辺環境がタンパク質内部に存在するFAD補酵素の光応答に大きな影響を与えることを明らかにした。光回復酵素とクリプトクロムの光応答能の本質的な違いを調べるため、過去に報告した植物由来(6-4)光回復酵素の結晶構造を精査したところ、光活性化に関与することが知られているトリプトファン側鎖の近傍に結晶水が含まれており、分子動力学計算による予試験の結果、この水分子はタンパク質中に安定に保持されること、および水分子と相互作用するアミノ酸側鎖を欠失させた変異体では水分子が大きく摂動することがわかった。そこで、このアミノ酸側鎖変異体を調製し、FAD光活性化を検討したところ、活性型FADの形成が大幅に阻害された。本研究内容は、現在論文投稿中である。申請者が提唱した野生型(6-4)光回復酵素によるDNA修復の2光子反応機構において、励起状態のFADH-から損傷DNAへの電子移動後に生成するセミキノン型FADHラジカルの寿命について、1光子目の反応と2光子目の反応において差異があると予想し、時間分解過渡吸収測定を行った。その結果、1光子目の反応では数十マイクロ秒の寿命を有するのに対し、2光子目の反応では数百ナノ秒の寿命であることがわかった。このことから、1光子目と2光子目の各々の反応において、異なる化学種が反応に関与している可能性が示唆され、申請者の予想が正しいことが裏付けられた。また、ミツバチ由来のクリプトクロムに関して、大阪大学構内で捕獲したミツバチからmRNAの抽出を行い、クリプトクロムのcDNAの配列解析を行ったところ、マウス由来のクリプトクロムと非常に高い相同性を示すことが明らかとなった。さらに、(6-4)光回復酵素との相同性も高く、(6-4)光回復酵素活性中心のアミノ酸側鎖はほぼ完全に保存されていたため、クローニングしたクリプトクロムによる生体内DNA修復実験を行ったところ、(6-4)光回復酵素との高いアミノ酸相同性を有するにもかかわらず、DNA修復能が欠失していることが確認できた。ヒト由来のクリプトクロムについても、HeLa細胞からmRNAを抽出し、同様にクローニングを行った。まずは、光回復酵素と相同性の高いドメインについてのみクローニングし、大腸菌を用いたタンパク質調製を試みたが、封入体に取り込まれてしまい、うまくいかなかった。そこで、昆虫細胞でのタンパク質調製用プラスミドの調製を行った。(6-4)光回復酵素およびクリプトクロムにおいて、概ね初年度に行う予定の実験を行うことができた。クリプトクロムについては、当初の計画よりも順調に進行しており、クローニングからその性質解析まで実施できた一方で、(6-4)光回復酵素については最も重要な実験結果を得ることはできたものの、野生型酵素を用いた実験にとどまっており、変異体を用いた実験までは行えていない。しかし、得られた結果は予想通りであり、非常に重要な知見の獲得に成功したため、全体として順調に進行していると言える。前年度にクローニングしたミツバチ由来クリプトクロムの大腸菌を用いたタンパク質調製を試みた。種々の条件でタンパク質調製を試みたが組換えタンパク質として得ることはできなかった。現在、昆虫細胞を用いた発現系の構築を行っている。一方、(6-4)光回復酵素による光依存的DNA修復の前段階として、光活性化による修復活性種の生成およびDNA認識が重要である。当該年度は、申請者らが発見した動物型(6-4)光回復酵素の光活性化過程に関与するトリプトファン4連子の機能解析を行った。その結果、4連子の遠位トリプトファンを持たない変異型タンパク質では、(i) in vivoでのDNA修復能が欠失すること、(ii)光活性化反応速度が大幅に低下することが明らかになった。また、共同研究による(6-4)光回復酵素の光活性化素反応解析の結果、励起状態のFADが近傍のトリプトファン側鎖から電子を0.5ピコ秒以内に得た後、トリプトファン上に生じた正孔はトリプトファン4連子中に非局在化し、50ピコ秒後には遠位トリプトファン上に局在化することが明らかとなった。また、DNA認識において重要であると考えられたアミノ酸側鎖を変異させたところ、DNA修復能および結合能の大幅な低下が観測された。種々の合成DNAを用いた結合解析および共同研究による計算科学研究から、このアミノ酸側鎖とDNAとの間で、静電相互作用およびCH-pi相互作用が働いており、これらのいずれかがないとDNAを正しく認識できないことが明らかとなった。

また、このアミノ酸側鎖はクリプトクロムでは別のアミノ酸へと置換されており、クリプトクロム型の変異体を調製しDNA結合解析を行ったところ、DNAへの特異的な結合能が失われた。このことから、光回復酵素とクリプトクロムの機能転換の一因となっているものと考えられた。上述の研究は現在論文投稿中である。(6-4)光回復酵素による光活性化の素反応およびDNA認識における重要な相互作用の解明には大きな貢献を及ぼした。本申請研究にて提唱した光反応の素反応解析以外の方法でクリプトクロムと光回復酵素の機能分化の一因を明らかにした点は、予定と異なっているが評価に値すると考えている。一方で、上記の研究に注力した結果、DNA修復反応における素反応解析はあまり進んでいない。また、ミツバチ由来のクリプトクロムの遺伝子組換えタンパク質の調製も予定どおりに進行せず、申請研究としてはやや遅れているのが現状である。本年度は、(6-4)光回復酵素のDNA基質認識に関与するアミノ酸側鎖の新規機能について明らかにした。光回復酵素において広範に保存されているアルギニン側鎖は、DNA結合において、損傷部位のリン酸骨格との静電相互作用ならびに損傷隣接塩基とのCH-π相互作用に関与していることを実験的ならび計算科学的手法により新規に明らかにした。このアミノ酸側鎖は光回復酵素では保存されているものの、同じタンパク質ファミリーを形成するクリプトクロムではヒスチジン側鎖に置き換わっていた。そこで、光回復酵素のアルギニン側鎖をヒスチジンに置き換えた変異体を調製したところ、大幅なDNA結合能の低下が観測された。このことから、光回復酵素・クリプトクロムタンパク質ファミリーにおける機能分化の一因が、1つのアミノ酸側鎖にあることを示した。また、光回復酵素の光応答反応の一つである「光活性化」において、タンパク質表面近傍に存在するトリプトファン側鎖の周辺環境がタンパク質内部に存在するFAD補酵素の光応答に大きな影響を与えることを明らかにした。光回復酵素とクリプトクロムの光応答能の本質的な違いを調べるため、過去に報告した植物由来(6-4)光回復酵素の結晶構造を精査したところ、光活性化に関与することが知られているトリプトファン側鎖の近傍に結晶水が含まれており、分子動力学計算による予試験の結果、この水分子はタンパク質中に安定に保持されること、および水分子と相互作用するアミノ酸側鎖を欠失させた変異体では水分子が大きく摂動することがわかった。そこで、このアミノ酸側鎖変異体を調製し、FAD光活性化を検討したところ、活性型FADの形成が大幅に阻害された。本研究内容は、現在論文投稿中である。(6-4)光回復酵素の変異体を用いた実験において、予想よりも濃いタンパク質が必要であったため、まずは変異体タンパク質の大量調製から実施する必要がある。これを用いて、電子移動後に生成するセミキノン型FADHラジカルの寿命を同様に測定する。また、ミツバチ由来クリプトクロムについては、タンパク質調製に移行する。まずは大腸菌を用いたタンパク質調製を行うが、これがうまくいかない場合、昆虫細胞を用いたタンパク質調製に速やかに移行する。ミツバチ由来クリプトクロムを昆虫細胞発現用ベクターへとサブクローニングし、昆虫由来培養細胞を用いたタンパク質調製を試みる。
消化器癌腹膜転移機構解明に向けての腹腔内遊離癌細胞解析技術の開発

難治である消化器癌の消化器癌腹膜播種克服のため腹腔内癌細胞と癌微小環境の解析を行った。胃癌、膵癌患者から得られた腹腔洗浄液において癌特異的GFP発現ウイルスTelomeScanを用いた癌細胞標識と免疫染色により腹腔内微小環境を構成する細胞を解析したところ、腫瘍関連マクロファージ(TAM)の存在が確認された。胃癌、膵癌細胞とTAMとの共培養下では、癌細胞の間葉系形質への変化、浸潤、遊走等の悪性形質の亢進、さらに化学療法剤への抵抗性の獲得が観察された。以上より、消化器癌腹膜播種の難治性と腹腔内微小環境、中でもTAMとの関連性が示唆された。まず、腹腔洗浄液の細胞成分に対してのTelomeScan反応条件の検討をすべく、非癌細胞に対して、一定数の膵癌細胞を混入させ、感染実験を行った。混入した癌細胞数に応じて膵癌細胞に対しても1MOIで膵癌細胞が検出できることが確認された。さらに臨床検体の腹腔洗浄液中の癌細胞では、細胞診陽性の膵癌患者からの検体で、GFP陽性細胞が検出可能であること、そのGFP陽性細胞が癌細胞であることの証明には膵臓細胞マーカーであるPDX-1蛋白に対する蛍光免疫染色を行い、陽性細胞が膵癌細胞であることを確認した。TelomeScan (GFP)陽性細胞と共存細胞の多重免疫染色による解析を行った。腹腔洗浄液の細胞からGFP陽性細胞を蛍光顕微鏡下に検出するとともに、それらと併存する細胞を各種抗体(上皮系マーカー、血球系マーカー、中皮マーカー等)を用いて、免疫染色を行ったところ、癌細胞とともにマクロファージが確認され、そのマクロファージは腫瘍関連マクロファージへの分化が確認された。腫瘍関連マクロファージの癌細胞との相互関係を観察すべく、共培養実験を行ったところ、マクロファージと共培養した癌細胞は間葉系形質の発現が見られ、抗癌剤への抵抗性が惹起されることが明らかとなった。in vivoでの実験モデルを作成すべく、細胞診陽性膵癌患者の腹腔洗浄液から癌細胞を抽出し、のマウス腹腔内への移植による腹膜転移モデルの作成を試みた。今後、癌腹膜播種モデルを確立させ、癌細胞の腹腔内環境と抗癌剤抵抗性との関係について解析を行う予定である。胃癌とともに、膵癌でも腹腔洗浄液内の癌細胞の検出が可能であることが、当初の想定通り確認された。また腹腔内微小環境での重要な要素としてマクロファージが抽出されたが、難治性メカニズムの解析の具体的な解析体対象が見つかり、今後の方向性が明らかとなった。ただし、腹腔内癌細胞の遺伝子解析については、細胞数が少なく、遺伝子解析に十分なDNA量の回収が困難であることも判明したため、今後の対策を講じているところである。膵癌と胃癌での腹腔洗浄液の臨床検体においてTelomeScanによる腹腔内の癌細胞の可視化の検出と併存細胞の解析を行った。膵癌症例で通常の細胞診、TelomeScanによる癌細胞検出と、予後への影響を検討した。細胞診陽性症例中にTelomeScan陽性と陰性があり、一方細胞診陰性症例中にもTelomeScan陽性が認められた。症例は少なく追跡期間が短いが、細胞診では陽性-陰性間で予後に差がない一方で、TelomeScan陽性例は陰性例より予後不良であり、追跡期間を延長し観察を継続中である。膵癌腹腔洗浄液中でのTelomeScanと各種抗体による多重免疫染色による細胞構成解析では膵癌細胞と併存する細胞としてM2タイプのマクロファージが確認された。単球系細胞株をM2分化誘導したマクロファージと膵癌細胞株との共培養実験では抗癌剤への抵抗性が惹起された。膵癌細胞株によるマウス腹膜播種モデルを確立させ、さらに膵癌細胞の腹膜播種へのマクロファージの影響を観察した。マクロファージの同時移植は膵癌細胞の腹膜播種の増大を促進した。さらにマクロファージ同時移植の膵癌腹膜播種マウスではGemcitabineの抗腫瘍効果が減弱し、マクロファージの化学療法抵抗性への関与が示唆された。胃癌の腹腔洗浄液での研究では腹腔洗浄液でのTelomeScanによる癌細胞検出が有意に予後不良となることが確認された。また胃癌の腹腔内でもマクロファージはM2タイプへの分化傾向が確認された。腹腔内癌細胞の遺伝子解析のため腹腔洗浄液での胃癌細胞の捕捉からDNA抽出を試みたが収量が少なく解析が不可能であった。

そこで癌細胞が検出できた検体を培養に移し癌細胞を増殖させた上で、DNA抽出を行ったところ、解析可能な胃癌細胞から十分量のDNAの回収が可能となることが確認され、遺伝子解析が可能となる実験系を確立できた。28年度も引き続き臨床検体を用いた癌細胞検出を試み、癌細胞と併存細胞との関係を抗癌剤抵抗性の観点から解析していく。マウスモデルを確立させ、抗癌剤抵抗性克服へ向けて、マクロファージ機能へ作用する各種薬剤の効果を検証していく。消化器外科旅費等が当初予定より少なく抑えられたため。繰り越しの約11万円を加えた次年度予算141万円余りについて、実験計画に則って、試薬、実験動物等の購入費、学会への旅費に主に充て、執行していく予定である。
局所 虚血脳における一酸化窒素(NO)濃度の変動と虚血性神経細胞障害への影

(1).電極を用いた一酸化窒素濃度の直接測定法は、in vivoの局所脳虚血における応用が報告されたが(JCereb Blood Flow Metab 13:355-358,1993)、その後方法論上の問題があることが判明した。(2).第一に生体内で産生される酸素ラジカルなど、一酸化窒素以外の小分子が測定値に大きく影響を与えている可能性が高いことである。一酸化窒素のおおよその濃度の指標が得られさえすれば有益だと考えられるが、一酸化窒素合成酵素アッセイにて一酸化窒素の合成がほとんど完全に阻害されていると考えられる状況においても、パイロット実験では一酸化窒素濃度の有意な上昇を認めた。すなわち、まったく別のものを測定している可能性が高い。(3).また、データが安定しないので基準値の設定に困難を伴う。(4).最初に報告したグループからもその後の続報はみられない。したがって、電極を用いた一酸化窒素濃度測定法は現時点では、in situの一酸化窒素濃度測定の確立した方法だとはいい難い。2.局所脳虚血後の脳梗塞(1).Sprague-Dawleyラットをハロセン麻酔下に動脈圧、血液ガス、体温をモニターしながら近位部中大脳動脈を閉塞し生存させると、100%の24時間生存率を得た。(2).24時間後に脳を取り出し2mmの切片としてTTCにて染色し、それぞれの切片における梗塞面積をコンピューターに接続したイメージスキャナーにて測定し脳梗塞体積を計算することが可能であった。(3).パイロット実験では、生理食塩水投与群に比べてL-arginineの投与後に梗塞体積の縮小、L-nitro-arginineの投与後に梗塞体積の増大する傾向を認めた。すなわち、一酸化窒素の血管系に対する作用が前面に出ているものと推測された。3.現在までの以上の結果から、信頼性のおける直接的な一酸化窒素測定法が可能となれば局所虚血モデルにおける上記梗塞体積の変動が一酸化窒素濃度に由来するものか検討することが可能である。(1).電極を用いた一酸化窒素濃度の直接測定法は、in vivoの局所脳虚血における応用が報告されたが(J Cereb Blood Flow Metab 13:355-358,1993)、その後方法論上の問題があることが判明した。
加齢に伴うテロメアDNAの短小化を利用した、法医学領域での年齢推定

テロメアDNAとは、反復配列で構成されている染色体末端構造のことで、ヒトテロメアDNAでは、TTAGGGの反復配列がテロメア側にその3'末端が向かうように、数Kbから約20Kbにわたって存在する。このテロメアDNAの長さ、つまりテロメア長が加齢に伴い短小化していくことを、法医学領域での年齢推定に応用できるのではないかと検討中である。健康人41人(2060代)の末梢血から、フェノール・クロロホルム抽出とエタノール沈殿により、高分子量・高純度のDNAを抽出した。これらのDNAのうち9サンプルを用いて、ランダムプライマー法により蛍光標識された(TTAGGG)25プローブによるサザンハイブリダイゼーションを行い、アルカリホスファターゼと化学発光試薬CDP-Star^<TM>の組み合わせ(核酸ラベリングキット、ナイロンメンブラン、検出試薬ともに第一化学薬品)により検出しテロメア長を測定した。しかし、上記の方法では、加齢とテロメア長短小化との明らかな関係は得られなかった。今回用いたDNAの年齢層には偏りがあるため、20歳以下と60代以降の年齢層のDNAを集め、さらに、プローブの配列、蛍光物質以外の標識法などを再検討していく予定である。また、法医学領域では陳旧、微量なサンプルが多いため、抽出したDNAが断片化されていることが考えられる。したがって、低分子量のDNAを用いても検出可能で、より簡便なテロメア長測定法を開発していきたいと考えている。ヒトテロメアDNAとは、3′側がテロメア末端に向かう鎖がTTTAGGの6塩基リピート構造のことである。このテロメアDNAの長さ、つまりテロメア長が老化に伴い短小化していくことを、法医学的領域での年齢推定に応用できるかどうかを検討している。現段階での課題は、テロメア長測定に最も適したDNAの抽出・精製である。まず、健康人の末梢血から、フェノール・クロロホルム抽出とエタノール沈殿の5通り、市販のキット(WakoのDNA Extractor WB Kit、TaKaRaのGenとるくん)2種類を用いてDNA抽出を行った。大量の血液を扱う場合は、赤血球の溶解後、白血球層のみを取り出し、フェノール・クロロホルム抽出とエタノール沈殿を行う方法が、高分子量・高純度のDNAを抽出でき、収率が最も高かった。微量の場合は、市販のキット2種類を用いたが、抽出したDNAのサイズ、純度、収率などに、明らかな差はみられなかった。また、その他の試料としては、数年前の歯科治療時に抜去された、年齢・性別既知の歯牙を用いた。粉砕した歯牙を0.5M EDTA溶液で脱灰後、フェノール・クロロホルム抽出とエタノール沈殿によるDNA抽出を行ったが、部位、歯種によってばらつきはあるものの、歯髄の乾燥により歯髄細胞の腐敗及び自己融解が進行していたため、回収されたDNAのほとんどは低分子量であった。今後は、幅広い年齢層の健康人の末梢血からフェノール・クロロホルム抽出とエタノール沈殿によるDNA抽出を進めながら、これらのDNAを用い、(TTTAGG)nプローブには、ジゴキシゲニン、ビオチン、蛍光物質、ペルオキシダーゼなどの標識法を検討しながら、非放射性システムによるサザンハイブリダイゼーションを試みる予定である。
P.gingivalis短線毛の遺伝子クローニングとその機能に関する研究

歯周炎の原因菌とされているPorphyromonas gingivalisの菌体表層には、線状構造物である線毛(fimbriae)が存在している。申請者は、線毛遺伝子を不活化することにより主要構成タンパク質(fimbrillin,FimA)である41kDaタンパク質を発現しない変異株(fimA mutant)を作製し、電子顕微鏡観察を行ったところ、親株に存在する長い線毛構造物の消失が確認されるとともに41kDa線毛と比較すると細く、短い線毛構造物の存在が認められた。分離した短線毛のSDS-PAGEによる推定分子量は67kDaで、Western blotting法において41kDa線毛タンパク質とは抗原性が異なっていた。また、Immunogold法により本67kDa線毛は、fimA mutantだけでなく親株にも存在することが明らかになった。尚、N-末端アミノ酸配列から、この線毛は従来、膜タンパク質として報告されているものと同一であることが判明した。さらに、T7プロモーターを用いた大腸菌の系でタンパク質発現を行った結果、クローニングされたDNA断片上に67kDa線毛タンパク質をコードする遺伝子の存在が確認された。以上の結果からPorphyromonas gingivalisの菌体表層には、2種類の線毛が発現していることが明らかになった。今後、本遺伝子を不活化することにより、67kDa線毛を発現しない変異株を作製し、歯周炎における67kDa線毛の役割および41kDa線毛との係わりを明らかにする予定である。fimA mutantからの線毛の精製は、BHI液体培地にヘミン、ビタミンK1及びイーストエキストラクトを添加した培地で一昼夜嫌気培養し、菌体を5分間超音波処理後、遠心し、その上清を硫安塩析にて粗線毛タンパク質を分画した。次いで、DEAE-Sepharose CL-6B陰イオン交換カラムクロマトグラフィーにより精製短線毛を得た。精製された短線毛のSDS-PAGEによる推定分子量は67kDaであり、従来報告されている線毛の分子量とは明らかに異なっていた。また、本線毛タンパク質とFimAタンパク質を比較したところ抗原性も異なることが明らかになった。さらに、Immunogold法により、本短線毛はfimA mutantだけでなく親株にも存在することが判明した。以上の結果からPorphyromonas gingivalisにおいて2種類の異なった線毛が同時に発現していることが確認された。
オピオイドの長期投与と血管新生

C57BL/6マウスにおいて低容量(0. 1-3mg/kg/day)のモルヒネ持続投与はLewis LungCarcinoma細胞の増大を抑制したが,高容量(10mg/kg/day)ではコントロール群と同等であった.以上よりモルヒネが悪性腫瘍の進展に及ぼす影響は2層性である可能性が示唆された.C57BL/6マウスにおいて低容量(0. 1-3mg/kg/day)のモルヒネ持続投与はLewis LungCarcinoma細胞の増大を抑制したが,高容量(10mg/kg/day)ではコントロール群と同等であった.以上よりモルヒネが悪性腫瘍の進展に及ぼす影響は2層性である可能性が示唆された.1.オピオイドを長期使用すると,悪性腫瘍の増大をきたすことが報告されているがその詳細は不明である。他方,オピオイドを長期投与すると短期投与時とは逆に,一次知覚神経からのカルシトニン遺伝子関連ペプチド(CGRP)の脊髄や末梢へのCGRPやSP放出量が増加する。CGRPはCGRP受容体を介してケラチノサイトのcAMPの増加,PKAの活性化,extracellular signal-regulated kinase (ERK)をリン酸化させ,血管内皮増殖因子(Vascular Endothelial Growth Factor : VEGF)を増加させ、血管新生に重要な分子であり、血管新生により悪性腫瘍の増大をきたす機序が想定される。3.今後は腫瘍増大を画像として確認し、VEGFとの関連性についての検討を加えたい。モルヒネの全身投与今回我々が用いた低容量のモルヒネ全身投与では悪性腫瘍の増大を抑制したが、高容量(10 mg/kg/day)のモルヒネ全身投与では悪性腫瘍の増大を抑制しなかった。この結果からモルヒネが悪性腫瘍の進展に及ぼす効果は2層性であることが示唆され、癌の周術期や終末期など比較的大量のモルヒネを使用する際には悪性腫瘍の進展を促進する可能性が示唆された。57週齢雄性カルシトニン遺伝子関連ペプチドノックアウトマウス(CGRP/KO)に同様にLLC接種とMRIによる腫瘍体積測定を行ない、C57BL/6ワイルドタイプ(WT)群と腫瘍体積を比較した。7日後の測定では2群間の腫瘍体積に有意差は認められなかった。14日後の測定ではC57BL/6WT群に比べCGRP/KO群において有意に腫瘍体積が小さかった。以上の現象について血管新生を始めとする悪性腫瘍の進展機序を更に明らかにすることにより、癌治療におけるオピオイドの適正使用について重要な知見が得られるものと考えられる。
酵素反応の選択性と多様性の情報解析

新規代謝経路を構築していく上で、未知・既知を問わず代謝経路中に必要とされる酵素遺伝子候補の選択は重要な課題の一つである。本研究では、このような酵素遺伝子をより効率的に選択していくために、各データベースに拡散した情報を当該目的に適した形式で統合した新たな酵素反応データベースを再構築した。これをもとに、酵素遺伝子の選択性と多様性を考慮しつつ、代表的な遺伝子配列の選択をサポートできる生物・化学情報解析並びに機械学習方法を開発した。酵素反応データとしてKEGG・BRENDA等を利用し、化合物データとして主としてPubChemデータベースを利用して、独自の酵素反応データベースを構築した。酵素反応情報としては、EC番号、生物種、遺伝子情報、基質・生成物、補酵素情報、活性情報(kcat・Km)、熱力学情報といった各基本情報のうち酵素遺伝子選択を行うために必要な情報を集積し、SQLにてデータベースを構築していくと同時に、データの質を確保していくための独自キュレーションを行った。一般に、酵素反応データベースは、EC番号をエントリとして関連する反応・遺伝子情報を記述したフラットファイルにより構成されているが、本研究では化合物ならびに化合物ペアに対して各情報を関連づけたデータ形式をもとにウェブベースのユーザインターフェースを構築した。酵素反応データとして標準データベースであるKEGG・BRENDA等を利用し、化学構造データとしては網羅的な化合物データベースであるPubChemデータベースを利用して、基質・生成物の2項関係をもとに、独自の酵素反応データベースを構築した。データベース間の化合物と化学構造の関連付けにおいては、化合物名による検索と同時にIUPAC名を化学構造に変換するシステムを構築することで、計3万程度のエントリを作成した。また、本データベースのウェブサーバを構築し、酵素反応の妥当性について、反応の方向性・遺伝子配列の有無などを指標にマニュアルでキュレーションを実施し、各酵素反応についてスコア付けを行った。さらに、酵素反応の基質・生成物の選択性に関する知識を各種のデータから総合的に判断していくために、配列解析による生物種・遺伝子解析、酵素活性依存度の解析、補酵素要求性などの酵素そのものに関する生物情報解析に加えて、化学構造・反応の類似度比較といった化学情報解析をもとに、各特徴について数値化を行った。これをもとに、任意の基質・生成物ならびに化合物ペアに対して酵素遺伝子を選択していく上で、スコア関数を定義した。また、生物・化学情報解析により、既知データ以外にも推定データを含めた酵素反応データの拡張を行い、ユニークな酵素に対しても新たな情報を付加した。こうした情報基盤を利用して、新たな酵素反応の推定を行った。独自酵素反応データベースの構築については、ユーザインターフェースの開発も含めて達成しており、生物・化学情報解析についても概ね順調に進展している。酵素反応データ解析のための基盤となるデータベースを構築した。酵素反応情報としては、EC番号、生物種、遺伝子情報、基質・生成物、配列情報、活性情報といった各基本情報を集積し、基質・生成物の2項関係を中心にSQLにてデータベースを構築していくと同時に、ウェブサーバを構築した。また、酵素反応データの妥当性評価のための反応方向性、生物種情報、配列情報などを指標に独自基準を設定することで、マニュアルキュレーションを実施し、計3万余エントリのデータベースを構築した。これと並行して、酵素反応の選択性と多様性の観点から生物・化学情報解析を進め、任意の基質・生成物ならびに化合物ペアに対して酵素遺伝子候補を選択していく上での基準を明らかにするための情報解析を行った。一つは、代謝設計により推定される酵素反応に対して酵素遺伝子配列候補を提示するために、主として配列アラインメント、クラスタリングといった生物情報(配列)解析により、遺伝子配列の多様性を担保しつつ、遺伝子配列候補を選択する方法を開発した。さらに、化学構造・反応の類似度比較といった化学情報解析と酵素遺伝子配列の生物情報解析を組み合わせることで、任意の基質・生成物ならびに化合物ペアに対して酵素遺伝子配列候補を選択していくための学習・判別器のプロトタイプを生成した。これを利用して、既知データ以外にも推定データを含めた酵素反応データベースの拡張を行い、こうした情報を付加した代謝パスウェイを視覚化できるシステムを開発した。独自酵素反応データベースの構築については、ユーザインターフェースの開発も含めて概ね達成しており、今後の生物・化学情報解析に向けた基盤として活用していく。これまでに開発した要素技術をもとに、酵素反応の選択性と多様性の観点から生物・化学情報解析を進め、任意の基質・生成物ならびに化合物ペアに対して酵素遺伝子を選択していく上での基準を明らかにしていく。合成生物学酵素反応の基質・生成物の選択性に関する知識を各種のデータから総合的に判断していくために、オーソログ解析による生物種・遺伝子解析、酵素活性依存度の解析、補酵素要求性などの酵素そのものに関する生物情報解析に加えて、化学構造・反応の類似度比較といった化学情報解析をもとに、各特徴について数値化を行う。これをもとに、任意の基質・生成物ならびに化合物ペアに対して酵素遺伝子を選択していく上で、属人的な知識と直観を再現しうる重み付けならびにスコア関数を定義していく。

また、生物・化学情報解析により、既知データ以外にも推定データを含めた酵素反応データベースの拡張を行い、ユニークな酵素に対しても新たな情報を付加していく。物品購入の際に、若干の差額が生じたため。最終年度のため、差額が生じないように使用する。
動脈産業と静脈産業のパートナーシップに関する研究：自動車の環境配慮設計を題材に

本研究は4年計画で行い,環境配慮設計(DfE)(易解体設計含む)を通じての動脈産業と静脈産業のパートナーシップの現状と課題を明らかにするために,サブテーマ19を設定している.主な流れは以下である.DfEの比較検討(サブテーマ1・2)⇒中間報告書を作成⇒実証試験実施要領作成(サブテーマ3・4)⇒解体実証試験(サブテーマ5・6)⇒補修性評価とDfEを調査(サブテーマ7)⇒自動車リサイクル法等の現状と課題を整理(サブテーマ8)⇒自動車メーカーおよび解体業者等へのヒアリング調査(サブテーマ9)⇒最終報告書を作成.今年度において,研究代表者の木村は,解体業者への現地調査を実施し,DfEが,車両からの樹脂とガラス回収に活かされているかどうかを調査した(サブテーマ9).また,自動車メーカーと,DfEの調査結果,およびメーカーの今後の方向性について意見交換を実施した(サブテーマ9).そして,ヒアリング調査結果を研究成果として公表している.また,外川は,「家電リサイクルの場合は製品そのものが家電メーカーの指定するリサイクル工場に収集されるため,環境配慮設計が自動車の場合よりも,より易解体設計が反映される可能性が高い」という仮説を設定し,家電メーカーの環境配慮設計に関する取り組みについて,家電メーカーのA社(家電リサイクルのBグループに所属),および再資源化業者のB社(家電リサイクルのAグループに所属)へのヒアリング調査を実施し,さらに資料の収集・分析を行った.本研究における初年度における解体実証試験の結果を踏まえ,自動車メーカーと解体業者へのヒアリング調査を行うことが出来た.よって,「おおむね順調に進展している」の区分とした.次年度においては,ホンダ車を対象として,解体実証試験を,初年度解体試験実施企業で実施する.また,通常業務で手解体を行っており,メーカー各社とのつながりもある解体業者においても,解体実証試験を実施する計画である.そして,再度,自動車メーカーと解体業者各社へのヒアリング調査を実施し,研究成果を公表する.また,外川は,継続して自動車と家電との比較を行い「家電リサイクルの場合は製品そのものが家電メーカーの指定するリサイクル工場に収集されるため,環境配慮設計が自動車の場合よりも,より易解体設計が反映される可能性が高い」という仮説を検証する計画である.本研究は4年計画で行い、環境配慮設計(DfE)を通じての動脈産業と静脈産業のパートナーシップの現状と課題を明らかにするために、サブテーマ19を設定している。計画では、今年度は、まず、環境報告書およびホームページから、自動車メーカによるDfEを経年で整理し、各社のDfEを比較検討する(サブテーマ1)。そして、各社にヒアリング調査を行い、DfEの開発状況、目的を整理し、各社の取組を明確化する(サブテーマ2)。さらに、DfEに関する研究成果を中間報告書としてまとめることとしていた。今年度の研究実績は、自動車メーカ3社について、各社のホームページおよび環境報告書等から、環境配慮設計について整理を行ったことである。以下の5項目が、自動車の環境配慮設計であるが、メーカA社では5項目全てを、メーカB社ではフロントバンパとリヤバンパを、環境・リサイクルに対する取り組みとして掲げており、メーカC社では5項目すべてについて、不明であった。1)インパネワイヤーハーネス:低荷重破断アース端子の設定。引き剥がし紐の設定。2)ドアトリム:引き剥がしポイントを設定・指かけ部位を設定。3)フロントバンパ:引き剥がしポイントを設定。一体化、締結点数を削減。4)リヤバンパ:締結点数を削減。車体へのネジ締結点数を削減。5)燃料タンク:燃料タンク底面に抜き位置を表示。なお、研究成果については2016年9月に学会報告を行った。そして、次年度のサブテーマとしていた解体実証試験を実施した。メーカによる環境配慮設計が施されていると想定される新型車と、施されていないと想定される旧型車について、解体実証試験を実施した。現在、解体実証試験のデータを整理しており、その成果については2017年9月に学会報告を行う予定である。今年度では、自動車メーカによる環境配慮設計の情報開示について整理を行い、DfEを比較検討(サブテーマ1)した。また、次年度に計画をしていた解体実証試験の方法の検討、解体実証試験実施要領作成、および新型車と旧型車の解体実証試験(サブテーマ3・4・5)を前倒しして行った。しかし、計画をしていたメーカ各社へのヒアリング調査を行い、DfEの開発状況、目的を整理し、各社の取組を明確化すること(サブテーマ2)が未実施である。結果、今年度は、第2年度計画を前倒しで実施できたことを勘案して、おおむね順調に進展していると言える。本研究は4年計画で行い、DfEを通じての動脈産業と静脈産業のパートナーシップの現状と課題を明らかにするために、サブテーマ19を設定している。主な流れは以下である。DfEの比較検討(サブテーマ1・2)⇒中間報告書を作成⇒実証試験実施要領作成(サブテーマ3・4)⇒解体実証試験(サブテーマ5・6)⇒補修性評価とDfEを調査(サブテーマ7)⇒自動車リサイクル法等の現状と課題を整理(サブテーマ8)⇒自動車メーカーおよび解体業者等へのヒアリング調査(サブテーマ9)⇒最終報告書を作成。今年度において、研究代表者の木村は、解体業者への現地調査を中心に行い、DfEが樹脂部品(バンパーとドアトリム)の回収時、および樹脂部品からの異物除去時に活かされているかどうかを調査した(サブテーマ9)。

そして、分担者の外川は、自動車メーカーや、リサイクル業者へのヒアリングを通じて、メーカーの易解体設計に関する取り組みの歴史的変遷と、解体業者へのメーカーの取り組みへの反映について考察を行った(サブテーマ8・9)。なお、OECDガイダンスマニュアルの改訂に伴い、易解体設計と関連が深い環境配慮設計全般の国際的動向と、わが国の政策的・経営戦略的な変貌の有無を調査し始めたところである。前年度の報告書では、サブテーマにさらに追加して、新素材(CFRP)に関しても情報の整理とメーカーへのヒアリング調査を実施していくことしていた。この点に関しても、メーカーおよび研究者との情報交換を実施し、次年度において関連業界へのヒアリング調査を計画している。初年度(平成28年度)に前倒しで実施をした解体実証試験(サブテーマ3・4・5・6)に関して、データの整理を終えているが、成果として報告するに至っていない。また、補修性評価とDfEを調査(サブテーマ7)に関しては未実施である。よって、進捗がやや遅れている状況であるが、前年度に前倒しで解体実証試験を実施していることから、全体としては概ね順調と言える。本研究は4年計画で行い,環境配慮設計(DfE)(易解体設計含む)を通じての動脈産業と静脈産業のパートナーシップの現状と課題を明らかにするために,サブテーマ19を設定している.主な流れは以下である.DfEの比較検討(サブテーマ1・2)⇒中間報告書を作成⇒実証試験実施要領作成(サブテーマ3・4)⇒解体実証試験(サブテーマ5・6)⇒補修性評価とDfEを調査(サブテーマ7)⇒自動車リサイクル法等の現状と課題を整理(サブテーマ8)⇒自動車メーカーおよび解体業者等へのヒアリング調査(サブテーマ9)⇒最終報告書を作成.今年度において,研究代表者の木村は,解体業者への現地調査を実施し,DfEが,車両からの樹脂とガラス回収に活かされているかどうかを調査した(サブテーマ9).また,自動車メーカーと,DfEの調査結果,およびメーカーの今後の方向性について意見交換を実施した(サブテーマ9).そして,ヒアリング調査結果を研究成果として公表している.また,外川は,「家電リサイクルの場合は製品そのものが家電メーカーの指定するリサイクル工場に収集されるため,環境配慮設計が自動車の場合よりも,より易解体設計が反映される可能性が高い」という仮説を設定し,家電メーカーの環境配慮設計に関する取り組みについて,家電メーカーのA社(家電リサイクルのBグループに所属),および再資源化業者のB社(家電リサイクルのAグループに所属)へのヒアリング調査を実施し,さらに資料の収集・分析を行った.本研究における初年度における解体実証試験の結果を踏まえ,自動車メーカーと解体業者へのヒアリング調査を行うことが出来た.よって,「おおむね順調に進展している」の区分とした.次年度においては、メーカ各社へヒアリング調査を行い、DfEの開発状況、目的を整理し、各社の取組を明確化する(サブテーマ2)。また、今年度に実施した解体実証試験について、MFCAに関するデータ、および解体作業者による評価データを分析する(サブテーマ6)。
司法的救済からみた自治体の防御型事前手続保障の再検討

本研究は、個別法令上で定められている(個別)自治体の参加規定(防御型事前手続)が司法的救済、とりわけ、原告適格との関係でどのような意義を有するかについて、ドイツの判例理論を手掛かりに検証したものである。その結果、主に以下のことが明らかになった。すなわち、ドイツでは、原則的に、自治体の事前手続は原告適格を根拠付けるものとして機能しないが、例外的に、原告適格を根拠づける場合もあるということである。そこでは、国の広域計画達成のための自治体による「協働」と自治体による自己の地位の「防御」が事前手続と事後手続との結合の中で適切に組み合わされていることが明らかになった。27年度においては、主に1ドイツにおける機能的自治論(及び公法学における「機能」的思考)と2立法過程分析方法論の研究に取り組んだ。1の機能的自治論は、自己責任に基づく自治体の自治権行使を一定領域において上位の行政過程への参加に機能転換するという理論である。この理論は、本研究の対象たる防御型事前手続保障の理論的基礎及び背景となるという点において意義を有する。さらに、その理論の基礎となる「機能」的思考は、ある時期において(あるいは現在においても)ドイツ公法学に大きな影響を与えたものであり、様々な「機能」的思考を整理し、それが機能的自治論に与えた影響を考察した。1については、当初の予定・目論見(研究計画では平成27年度の4月から9月までの予定)以上に研究の蓄積と意義があると思われたため、その研究には予定を大幅に超える期間を費やした。もっとも、本研究の対象の背景及び理論的基礎を把握するのみならず、広く、ドイツ公法学における法的思考の一類型を分析することができた(この成果の一部は、平成28年2月に熊本大学で行われた熊本地区の公法研究会において報告されている)。2の立法過程分析方法論は、日独の立法例分析の基礎となるものであり、立法過程における規範形成の意義をどこに求め、立法過程をどのような観点・方法により分析するかを検討した。この研究も当初は十分に予定されたものではなかったが、この研究を経ることで、立法過程の分析、ひいては立法例の分析の意義、分析視座及び方法論を明確に意識することが可能となった。研究対象そのものではなく、その基礎理論的研究・方法論的研究に当初の予定よりも時間を割いたため、予定していたドイツの立法例・判例分析が若干遅れている。平成27年度における機能的地方自治論の研究から、1防御型参加手続(=国政参加)のみならず、2協働型参加手続(=国政参加)の重要性が明らかになった。そこで、28年度では、1については司法的救済の、特に原告適格論を念頭において、2については制度設計論を念頭において、学説・判例を検討した。1については、我が国における議論が乏しいため、ドイツにおける判例・学説を検討した。特に、航空交通法においてゲマインデ(=市町村)に認められていた「絶対的手続権」について、その理論的根拠を中心に学説・判例を分析した。それに加え、ゲマインデの参加が議論されている、原子力法、建築法、そして環境・権利救済法といった分野の検討にも着手した(なお、これらの成果の一部は、平成29年2月におこなわれた熊本公法研究会において、報告されている)。2については、まず第一に、それが現代の行政法理論においては「公共部門の多層化(複線化)」、「機関適性」及び「協働」論など多様な観点からも正当化されることを明らかにした。次に、我が国における原発問題を素材として、その(i)災害対策と(ii)安全規制という観点から、自治体の協働型参加の可能性を探求した。(i)については、地域原子力防災協議会について、その組織・機能から、国と自治体の「協働」の場としての可能性を探った。(ii)については、ドイツにおける個々の参加手続類型(聴聞・態度決定・提案権・討議・協調・諒解(一致))の意義・機能をそれぞれ明らかにし、安全規制における制度設計において、国と自治体との協働が形式的なものにとどまることなく、実効的なものとなるような方向性を探った(なお、この成果の一部は、平成29年3月に、基盤研究(B)「継続的更新機能・公益性適合機能・民主的正統化機能を内在した行政法システムの構築」の研究会において報告されている)。平成28年度は、1防御型参加手続と2協働型参加手続という視点を研究の基礎に据えたことによって、研究の見通しが立ち、学説・判例の整理・検討が大幅に進んだ。そのため、前年度の遅れを取り戻すことができた。平成28年度の研究を踏まえて、平成29年度では、自治体の1防御型参加手続と2協働型参加手続の具体的な検討・研究とその成果公表が進められた。1はドイツの航空交通法を素材として、2は我が国の原発法制を素材として、研究が進められた。1について、具体的には、「一般法型」参加と対置されるところの「個別法型」参加手続=国政参加の可能性を、裁判所による事後的救済制度との「連結」に見出し、その手掛かりとして、ドイツにおける自治体の絶対的手続権(個別法律上の参加的地位(規定)自体が主観的権利ないし原告適格を創出する)の議論を、ドイツ航空交通法の飛行場設置許可を素材として、ドイツ連邦行政裁判所判例を中心に検討した。

その結果、ドイツにおける自治体の絶対的手続権の承認は、飛行場設置という広域計画目的達成への自治体による「協働」と自己の地位の「防御」が、事前手続と事後手続との「結合」の中で適切に組み合わされたものであった、ということが明らかになった(以上の成果は、下記の『法学』81巻6号151-178頁にて公表された)。2について、具体的には、原発規制行政法理と福島第一原発事故後の制度改正から、1非条件プログラム性(目的プログラム性)と2リスクと便益の強度の偏在傾向という原子力リスク行政の特徴を描き、そこから、既存の学説を踏まえて、自治体の協働型参加の正統化根拠を探った(以上の成果は、「原発問題から検証する公法理論(地方自治論)」と題して、第5回「原発再稼働と法」研究会(2017年8月24日北海道大学)にて、また、「原発法制と自治体ー原子炉等規制法への自治体の関与の正統性と法的根拠の検証ー」と題して、第7回「熊本地震と法・政策」研究会(2018年3月20日)熊本大学)にて報告され、8月の『法律時報』において公表される予定である)。本研究は、個別法令上で定められている(個別)自治体の参加規定(防御型事前手続)が司法的救済、とりわけ、原告適格との関係でどのような意義を有するかについて、ドイツの判例理論を手掛かりに検証したものである。その結果、主に以下のことが明らかになった。すなわち、ドイツでは、原則的に、自治体の事前手続は原告適格を根拠付けるものとして機能しないが、例外的に、原告適格を根拠づける場合もあるということである。そこでは、国の広域計画達成のための自治体による「協働」と自治体による自己の地位の「防御」が事前手続と事後手続との結合の中で適切に組み合わされていることが明らかになった。27年度において残されたドイツの立法例・判例分析を28年度で行い、夏期休業期間を目処にしてドイツにおいて資料収集を実施することで、28年度内にドイツの分析成果の公表を目指す。そして、当初の計画にできるだけ近づけるために、我が国の立法例分析に必要な資料収集も並行して行い、29年度には我が国の分析成果を公表できることを目標とする。1の防御型参加手続については、ドイツにおける立法例及び判例の検討分野を航空交通法から原子力法、建築法、環境権利救済法といった分野にまで広げてゆくことで、この参加類型の理論に厚みを加えてゆきたい。2の協働型参加については、我が国においてもドイツにおいても理論的蓄積が乏しいため、行政法理論のみならず、行政学等の他分野の知見も含めた研究をおこなってゆきたい。行政法学平成27年度に予定していたドイツでの文献収集が、研究状況の遅れにより行えなかったため、未使用額が発生した。予定したドイツでの文献収集ができていないため、次年度使用額が生じた。平成28年度においてドイツでの文献収集を行なうことで、27年度の未使用分を執行する予定である。29年度において夏期休業期間を目処にドイツでの文献収集をおこなうことで、28年度の未使用額を執行する予定である。
ハーフメタリック希薄反強磁性半導体の開発

II-VI族、III-V族化合物半導体、酸化チタン、カルコパイライト型化合物半導体等をCr-Fe、V-Coなどの2種類以上の組み合わせからなる磁性イオンでドープした系がハーフメタリック反強磁性体になることを第一原理計算によって示した。さらに、グリーン関数法を用いて決めた磁気相互作用定数と拡張クラスター近似を用いて磁気的転移温度を計算した。これらの計算の結果ハーフメタリック希薄反強磁性半導体のいくつかは室温を超える磁気的転移温度を示すことが明らかになった。また、ハーフメタリック希薄反強磁性半導体のDC電気伝導を久保グリーンウッド公式に基づいて線形応答の範囲で計算するためのコードを開発してきた。特に1)II-VI族ハーフメタリック反強磁性半導体を用いたヘテロ構造のデザインを行った。このような系で特徴的に起こる可能性のあるドメイン壁散乱による電気抵抗を線形応答理論に基づいて第一原理計算によって調べた。その結果、高い磁気転移温度をもつハーフメタリック反強磁性半導体の存在可能性が明らかになり、まだドメイン壁散乱が大きな効果を示し、したがって、スピントロニクスデバイス材料として使えることが指摘された。2)ハーフメタリック反強磁性を実験的に検証する方法として、X線磁気円二色性を用いる方法、および、NMRによる方法を提案した。X線磁気円二色性に関してはK吸収端における円二色性スペクトルの計算および超微細磁場の計算を行い、ハーフメタリック反強磁性の実験的検証の方法を提案した。ハーフメタリック物質は一方向のスピン電子については金属であるが、反対方向のスピン電子に対しては絶縁体である物質である。このような物質はホイスラー合金をはじめ、最近では希薄磁性半導体でも見つかっており、スピントロニクス材料として注目を集めているが、これらはすべて強磁性である。これに対して磁化が全体として消えるような場合をハーフメタリック反強磁性と呼んでいる。従来から理論上の可能性が指摘されており、プロフスカイト型金属間化合物の2、3の例がこれにあたるとされているが、いずれも実験による実証はされておらず、実在は疑問視されてきた。本研究では半導体をベースにすればこのような特別のタイプのスピントロニクス材料が開発できると考えて、III-V族およびII-VI族化合物半導体、TiO_2やカルコパイライト型I-III-VI_2、II-IV-V_2化合物半導体をベースに、磁性遷移金属イオンペアー(d^8,d^7)および(d^4,d^6)をはじめさまざまな可能性について探った。これらの内のいくつかは、明らかなハーフメタリック反強磁性を示すことが明らかになった。また、平均場近似のもとに磁気転移温度を見積もったところ、室温を十分に越えるものも多く、実用スピントロニクス材料としての可能性も見えてきた。ハーフメタリック反強磁性実現の可能性は従来から探索されてきたホイスラーやペロフスカイト型をベースにした物質よりもはるかに高く、また良く知られている半導体をベースにしたものであるために合成も容易であると考えられる。これらの物質の輸送特性についても、DC伝導の計算を進めた。スピントロニクス材料としてハーフメタルが注目をあびているが、反強磁性半導体でハーフメタルが可能であることを指摘し、そのような物質としてII-V族化合物半導体、III-V族化合物半導体、TiO_2、カルコパイライト型I-III-VI_2、II-IV-V_2化合物半導体等をCr-Fe、V-Coなどの2種類の組み合わせからなる磁性イオンでドープした系について、これらが実際にハーフメタリック反強磁性体になっていることを第一原理計算によって示した。さらに、リヒテンシュタインの方法を用いて決めた磁気相互作用定数と真野によるクラスター近似の拡張を用いて磁気的転移温度を計算した。クラスター近似は濃度ゆらぎが大きい希薄極限でも高精度に磁気転移温度を計算することのできる手法であり、同一の系に対するモンテカルロ法による転移温度の計算結果とも良い一致を示す。計算の結果ハーフメタリック希薄反強磁性半導体のいくつかは室温を超える磁気的転移温度を示すことが明らかになった。

特に、これまであまり計算対象とされてこなかったCdS、CdSe、CdTeをV-CoやCr-Feの組み合わせの2種類の磁性イオンでドープした系は比較的高い転移温度を示し、デバイス材料として有望であることが結論された。Cdを含むことから規制対象になる可能性があるが、実用化の方向を探ることが必要である。ハーフメタリック希薄反強磁性半導体のDC電気伝導を久保グリーンウッド公式に基づいて線形応答の範囲で計算した。ハーフメタルであることを反映して、半導体スピンバンドのDC伝導はゼロ、金属スピンバンドの伝導は不純物散乱によって決まる、有限の金属伝導を示す。さらに興味深いのは金属スピンバンドが上向きスピンの領域とそれが下向きスピンになっている2種類のドメインの接合を持つ系の電気伝導である。計算によると、ドメイン境界を含む超構造と含まない超構造で大きく電気伝導が異なることがわかった。前年度までにII-VI族化合物半導体、III-V族化合物半導体、酸化チタン、カルコパイライト型化合物半導体等をCr-Fe、V-Coなどの2種類以上の組み合わせからなる磁性イオンでドープした系がハーフメタリック反強磁性体になることを第一原理計算によって示した。さらに、グリーン関数法を用いて決めた磁気相互作用定数と拡張クラスター近似を用いて磁気的転移温度を計算した。これらの計算の結果ハーフメタリック希薄反強磁性半導体のいくつかは室温を超える磁気的転移温度を示すことが明らかになった。また、ハーフメタリック希薄反強磁性半導体のDC電気伝導を久保グリーンウッド公式に基づいて線形応答の範囲で計算するためのコードを開発してきた。本年度は上記の通り開発された手法を用いて、ハーフメタリック希薄磁性半導体のデザイン、実証実験のための提案、デバイス応用へ向けての準備的研究を行った。その内容は、1)II-VI族ハーフメタリック反強磁性半導体を用いたヘテロ構造のデザイン。特に、このような系で特徴的に起こる可能性のあるドメイン壁散乱による電気抵抗を線形応答理論に基づいて第一原理計算によって調べた。その結果、高い磁気転移温度をもつハーフメタリック反強磁性半導体の存在可能性が明らかになり、まだドメイン壁散乱が大きな効果を示し、したがって、スピントロニクスデバイス材料として使えることが指摘された。2)ハーフメタリック反強磁性を実験的に検証する方法として、X線磁気円二色性を用いる方法、および、NMRによる方法を提案した。X線磁気円二色性に関してはK吸収端における円二色性スペクトルの計算および超微細磁場の計算を行い、ハーフメタリック反強磁性の実験的検証の方法を提案した。