hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
配位不飽和二核ニッケル錯体を鍵とする協奏触媒開発と汎用性触媒系の開拓

32核ニッケル錯体は酸素に対して極めて不安定であるが、2電子供与配位子を加えて安定化することが可能であることを見出した。具体的にはトリフェニルホスフィンやホスファイト、ピリジン、ビピリジン類、ビスホスフィンを用いて単核ニッケル1価錯体の構築を試みた。得られた錯体の構造を決定するとともに、aminationの触媒として適用したところ、予備的ではあるものの一部の錯体において高い活性を認めたこと、ビピリジンを用いたときに安定ながら高い触媒活性を見出したことは重要であると考えている。研究代表者が23年9月まで1年間在外研究のために当該研究の従事(XAFS測定など)に支障があったこと、研究協力者である大学院生が精神的な疾患により療養を余儀なくされたことが若干の遅延の原因である。しかしながら、当初の目的である反応機構解明の糸口は得ているうえ、24年度の反応展開、および触媒系の確立の計画にはある程度沿っているということができる。24年度が最終年度であるため、記入しない。(1)溶液中のXAFS測定を24年度前期に予定している。これにより真の活性種となる化学種の捕捉を試みる。(2)種々の安定化配位子を有するニッケル1価錯体ライブラリの構築、それらの中から効率的な触媒反応を行えるシステムを見出す。(3)新たな触媒的クロスカップリング反応の開拓。今年度はアリールヘテロクムレン類の新規合成プロセスの開拓、ニッケル1価錯体触媒系では初めての例となる、Sonogashira反応、α-アリール化反応の検討、などをめざす。
ゲーム・パズルにおけるオンライン問題と計算複雑さ

オンライン性を持つ落ち物パズルゲームであるぷよぷよを1人ゲームとして扱い、その必勝性について研究を行った。必勝とは、プレーヤが一定の高さ以上にピースを積み上げることなく、永久にプレイできることをいう。実際のゲームと同様の入力の先読みがある場合とない場合について、ピースの色数と盤面の幅、先読みのできる入力の個数をパラメータとして、プレーヤが必勝あるいは必敗となる十分条件等を明らかにした。また、その証明手法が他の類似のパズルゲームに応用できることを示した。また、格子上のマッチ棒パズル、対戦型ゲームであるQUIXOについて、その必勝性判定のアルゴリズム、計算複雑さを示した。オンライン性を持つ1人ゲームとして、落ち物パズルゲームとして有名なぷよぷよの1人プレイを取り上げ、その必勝性について研究を行った。ぷよぷよでは、2個のぷよと呼ばれろピースからなる組が盤面の上部から落下し、それを盤面に配置することによってピースを消すことができる。1人ゲームにおいては、ピースが一定の高さ以上に積み上がらずに永久にプレイを続けることができるとき、プレーヤが必勝であると考える。このゲームの難しさは、盤面の幅や用いられるピースの色数によって変化する。本年度は、用いられるピースの色数が偶数の場合について、プレーヤが必勝となる盤面の幅の下界を与える証明について、その大幅な改良を行った。これにより証明手法が明確にされたと考えられる。この証明は具体的な必勝法を与えている。具体的には、盤面の幅が4で、落下してくる組が4色のピースからなりその組み合わせに制限がある場合について、ある戦略によりプレーヤが必勝となることの証明の改良を行っており、これを用いて盤面の幅の下界が得られる。また、トリックテイキングゲームに分類されるカードゲームについて、獲得したトリック数を競うのではなく、得点を持つカードの獲得を目指すタイプのゲームについて解析を行った。本研究では、カードの数値の大きいカードから何枚かを得点を持つカードである得点札とし、2人のプレーヤがなるべく多くの得点札を獲得することを目指すものとする。このゲームはトリック数を競うゲームであるWhistの一般化とみなせる。本年度は、Whistの解析で用いられた手法を応用し、先手後手の優位性、手札の大小による優位性について研究を行い、一定の条件のもとで、手札の得点札は大きいほど、非得点札は小さいほど有利であることなどを示した。オンライン性を持つゲームの例としてぷよぷよをとりあげ、研究代表者らの従来研究の成果の改良を行った。プレーヤが必勝となる条件について、予定していた証明の大幅な改良を完成するすることができた。これにより、簡潔な構成の証明が得られて証明手法が明確になり、他のゲーム等にも応用が容易になったと考えられる。この改良した証明を含む論文は現在投稿中である。ぷよぷよについては、未解決の盤面の幅と色数の組合せについても検討を始めている。その結果、幅2色数3の場合の解明については困難が予想されるため、実際のゲームと同様に与えられるピースの組の先読みが可能な場合について、先に研究を進めることも考えている。トリックテイキングゲームについては、ある程度基本的結果を得られたが、Whistを一般化することによりかなり複雑な性質を持っており、手札に制限を付けて結果を得ている。この制限をなくして扱うことができるようにするため、さらなる検討が必要である。オンライン性を持つ1人ゲームとして、ぷよぷよをはじめとする落ち物パズルゲームを取り上げ、ピースの色数や盤面の幅を変化させた場合の必勝性に関する研究を行うことにより、ゲームの必勝戦略や複雑さの要因を明らかにする研究を進めた。これらのゲームは盤面の上部からピースの組が落下してきて、これを盤面に配置することによってピースを消すことが出来る。ピースが一定の高さ以上に積み上がらずに永久にプレイできる場合プレーヤが必勝であると考える。本年度は、まずぷよぷよにおいて、先読みがある場合の必勝性について研究を行った。先読みとは、落下中の入力のほかにその後に落下してくる数組の入力がプレーヤに明らかにされているもので、実際のゲームでも先読みを見てプレイすることができる。本研究でこれまで考えていなかった先読みが、必勝性にどのような影響を及ぼすかを明らかにすることを目指した。結果として、先読みの個数を変えた場合にプレーヤが必敗となる色数と盤面の幅の条件を明らかにすることにより、先読みの能力の限界についてひとつの性質を示した。この結果は先読みなしの場合についても従来の結果を改良している。また、幅2で先読みが1個の場合については上記の結果から得られるより少ない5色で必敗となることを示した。また、他の落ち物パズルゲームとして、コラムスなどを取り上げ、先読みのない場合についての、プレーヤが必勝あるいは必敗となる色数と盤面の幅の条件を明らかにした。この証明において、ぷよぷよを対象とした研究により得られた証明手法が他のゲームにも適用できることが明らかになった。このほか、ゲーム・パズルの計算複雑さについて研究を行い、対戦ゲームであるQUIXOの指数時間完全性と、正方形を指定された個数だけ作成するマッチ棒パズルのNP完全性を証明した。オンライン性をもつゲームの例としてとりあげ、従来からその必勝性について研究を行ってきたぷよぷよについて、新しく入力の先読みが可能な場合を考え、先読みが必勝性に及ぼす影響の限界についての性質を明らかにした。

ここでは新たなアイデアを用いることにより、先読みがない場合についても、プレーヤが必敗となる条件の従来の結果を改良している。また、他の類似のゲームについても、ぷよぷよの場合の証明手法を応用できることを示し、実際に必勝あるいは必敗となる条件を示した。トリックテイキングゲームについては、その解析が非常に複雑であることが明らかになって来て、オンライン性をもつ場合の解析が現状では困難であると考えられるため、上記のような研究を優先して進めている。オンライン性を持つ1人ゲームである、ぷよぷよやそれに類したルールを持つ落ち物パズルゲームの必勝性について、本年度は主に、実際のゲームと同様に入力の先読みがある場合について、それが必勝戦略や複雑さに与える影響について研究を行った。先読みとは落下中の入力以外にその後の入力をプレーヤが知ることができるもので、プレーヤは先読みを考慮してより有利にゲームを進めることが出来る。まず、前年度に提案した先読みのあるぷよぷよの場合の証明手法をもとに、その他の落ち物ゲームにおいて、m個の入力を先読みできる場合においてもプレーヤが必敗となるピースの色数と盤面の幅の条件を明らかにし、この証明手法が様々な類似したゲームに適用できることを示した。また、先読みがない場合にプレーヤ必勝か必敗かが現時点で不明な場合においても、十分な数の先読みがあればプレーヤの必勝となる場合があることを、特定のピースの色数と盤面の幅に対する具体的な必勝戦略を示すことにより明らかにした。また、先読みの無い場合については、これまで必勝性が未解明である色数が3、盤面の幅が2の場合について、与えられた高さ以内でプレーヤが必勝になるか否かを計算機による探索で判定する手法を提案し実装を行ったが、探索を実行可能な範囲の高さでは必勝とならないという結果が得られた。この結果は高さの制限がない場合にプレーヤが必敗となることを意味しないため、プレーヤが必敗となることを探索により示す手法が得られないか検討することが必要である。このほか、ゲーム・パズルの計算複雑さや必勝性について、正方形を指定された数だけ作成するマッチ棒パズルの盤面の幅が定数の場合の多項式時間アルゴリズムを提案した。オンライン性を持つ落ち物パズルゲームであるぷよぷよを1人ゲームとして扱い、その必勝性について研究を行った。必勝とは、プレーヤが一定の高さ以上にピースを積み上げることなく、永久にプレイできることをいう。実際のゲームと同様の入力の先読みがある場合とない場合について、ピースの色数と盤面の幅、先読みのできる入力の個数をパラメータとして、プレーヤが必勝あるいは必敗となる十分条件等を明らかにした。また、その証明手法が他の類似のパズルゲームに応用できることを示した。また、格子上のマッチ棒パズル、対戦型ゲームであるQUIXOについて、その必勝性判定のアルゴリズム、計算複雑さを示した。ぷよぷよについては、プレーヤが必勝となる条件と必敗となる条件の間にまだ大きな差が存在するため、そのギャップを少しでも埋めることを目指し、証明手法の開発を行っていく。まず小さな幅や色数の場合を考え、結果が得られればその手法をより大きな盤面に適用可能なように一般化する。盤面の幅が2で色数が3の場合が、現在未解決なうち、幅と色数が最小であり、まずこの場合の解決を目指す。
ヒマ種子胚乳で合成される脂質転移タンパク質の遺伝子発現過程とその誘発要因の研究

発芽ヒマ種子の塩基性タンパク質画分に、細胞内のオルガネラ間で脂質を運搬する脂質転移タンパク質(LTP)が見出された。ウエスタン・ブロット法で調べると、胚乳,子葉,胚軸には異った分子量をもつLTPが見出され、組織に特異的なLTPが存在するようである。子葉のLTPは約9.3Kダルトンと7Kダルトンの2種、胚軸には7Kダルトンの1種が見出された。子葉の2種のLTPは発芽5日目に誘導され、子葉の脂質転移活性も5日目に急激に上昇することがわかった。発芽5日目の子葉からmRNAを調製し、in vitro翻訳系とイムノ・プレシピテーションを用いて調べた結果、分子量の異なる2種の、13Kダルトンと10.5Kダルトンのタンパク質が合成されることがわかった。すなわち、子葉で誘導される2種のLTPはin vitro翻訳系で合成される2種のタンパク質より、それぞれ、3.5Kダルトン小さい。このことは、翻訳後のLTPはシグラルペプチドを持ち、プロセシングを受けて活性タンパク質が生成することを示唆する。LTP遺伝子の転写過程を明らかにするために、発芽ヒマ子葉のmRNAからcDNAを作成することを開始した。3日目の発芽子葉から得たmRNAを精製し、LTPのmRNA含量の高い画分を得、このmRNAを用いてGulerとHoff manの方法によりcDNAを作成した。これにdC付加を行ない、dG付加したpUC18に組み込んだ。これをHanahanの方法でE.ColiJM83に形質転換し、約5000コロニーを得た。現在、このクローンの中から、合成プローブを用いて、LTPのDNAを含むクローンを探索している。
グリア細胞間情報伝達障害からみた脱髄性疾患の病態解明と新規治療法の開発

多発性硬化症、視神経脊髄炎、Baló病を含む脱髄性疾患において、connexin (Cx)蛋白を軸としてアストロサイト障害と脱髄の神経病理学的検討を行った。急性期からaquaporin-4 (AQP4)とCx43脱落を特徴とするアストロサイトパチーや、myelin-associated glycoprotein (MAG)脱落を特徴とする脱髄が共通に生じており、Cxを介するアストロサイト-オリゴデンドロサイト間情報伝達の広汎な障害が病態に関与している可能性が示唆された。今後は、脱髄性疾患におけるCxを標的とした新規治療法の開発が期待される。私たちは脱髄性疾患の最重症亜型であるBalo病の急性期病巣のleadingedgeでは脱髄に先行してまずアストロサイトのコネキシンCx43が広汎に脱落し、次いでオリゴデンドロサイトのCx32やCx47が脱落し、最後にその他の髄鞘蛋白が脱落することを見出した(Masaki et al, Acta Neuropathol, 2012)。同様なCx群の広範囲での脱落は、多発性硬化症や、抗aquaporin-4 (AQP4)抗体の出現と血管周囲性の免疫グロブリン・補体沈着を特徴とする視神経脊髄炎(neuromyelitis optica, NMO)の急性期病巣でも認めることを世界で初めて報告した(Masaki et al, PLoSOne, 2013; 2012ECTRIMS欧州MS国際学会で口演発表)。Cxは細胞間で接合してgap junction (GJ) channelを形成する。GJ channelを介した種々の物質の出入によりグリアはシンシチウムを形成している。それ故、私たちは病巣形成早期からのグリア細胞間の機能的連絡障害(グリアシンシチウムの破綻)がヒト脱髄性疾患の病態進展に極めて重要であることを指摘した。さらに、グリアシンシチウムの破綻は神経変性の進行過程にも関与する可能性を考え、筋萎縮性側索硬化症(ALS)モデルマウスであるSOD1変異マウスにおけるCxの発現変化を検討した。その結果、オリゴデンドロサイトのCx47やCx32が脊髄灰白質で広汎に内在化や脱落が生じていることを見出し報告した(Cui and Masaki et al, J Neuroinflammation, 2014)。多発性硬化症をはじめとした中枢性脱髄性疾患におけるコネキシン蛋白群の発現を病理学的に詳細な解析を施行した。Balo病の急性期脱髄病巣では、全例でCx43は広汎な脱落をみとめたが、GFAP陽性反応性アストロサイトは多数残存していた。さらに、ミエリン外層や層内に発現するCx32やCx47も広汎に発現低下していることを見出した。辺縁の早期病巣ではMAG脱落が先行する脱髄(patternIII脱髄、distal oligodendrogliopathy)をみとめたが、同部位ではAQP4やCx43もすでに脱落していた。また、Marburg型をふくむMS3例の急性期病巣でもAQP4やCx43の発現は低下する一方、反応性アストロサイトは残存していた。AQP4は病巣内で斑状に脱落しており、一部の反応性アストロサイトでは発現が亢進していたが、Cx43はよりびまん性に発現低下がみとめられた。Marburg型MSの病巣内にはCreutzfeldt astrocyteを多数みとめ、AQP4の発現は細胞膜上で亢進しており、Cx43の発現はみとめないことをみいだした。NMO6例では、血管周囲性にAQP4やCx43が脱落するアストロサイトパチーをみとめ、アストロサイトは高度に変性していた。うちNMO4例ではアストロサイトパチーをみとめる血管周囲性に免疫グロブリンや補体沈着がみとめられた。一方、実質内に形成された急性期病巣では、MAG脱落が先行するpatternIII脱髄がみとめられ、MOGやCx47、Cx32は比較的保持されていた。このpattern III脱髄は,抗AQP4抗体陽性のNMO剖検例の大脳病巣でもみとめられた。また、血清中の抗Cx43抗体や抗Cx32抗体の有無をcell-based assayを用いて測定し、Balo病やMS、NMO患者血清中には抗体は認められなかった。MS、NMO、Balo病の剖検標本を用いて、コネキシンを中心としたアストロサイト、オリゴデンドロサイト関連タンパクの発現変化を神経病理学的に詳細な検討を行い、コネキシン43やアクアポリン4の発現低下が脱髄性疾患の急性期病巣において共通に認められること、NMOでもMAG脱落を特徴とする広汎な脱髄をみとめること、アストロサイトの血管周囲足突起に特異的に発現するMLC1が脱落することなどを見出した。また、これらの変化は、血管周囲性の抗体や活性化補体の沈着を認めず、抗体非依存性にも生じうることを発見した。

Balo病の病理学的研究成果と、Balo病患者における抗AQP4抗体、抗コネキシン43、コネキシン32抗体の測定結果について、論文発表した(Masaki K, et al. Acta Neuropathol 2012)。また、これらの研究成果により、2012年欧州MS国際学会(ECTRIMS)においてアジアから唯一口演発表に選出された。環アジアMS国際学会ではBalo病の病理について招待講演を行った。米国神経学会(ANA)ではポスター発表を行った。MS、NMOの病理結果についても論文投稿中である。病理学的研究は、他施設との共同研究を含め、tumefactive MSや、Marburg型MSなど、MSの中でも広汎な病巣を形成する特殊型の生検や剖検標本を使用したコネキシン蛋白の解析をすでに進めている。さらに、コネキシン43の脱落を病理学的にみとめた症例では、MSでもNMOでも死亡までの期間が有意に短いことを見出した。コネキシンの脱落は病気の進行や重症度に関連する可能性が示唆されたため、今後は臨床的データとの関連性について詳細な解析を予定している。また、コネキシン蛋白の経時的変化や病態への関与をより機能的に解析するために、MSの動物モデルである実験的自己免疫性脳脊髄炎(EAE)を用いた研究を開始している。MOG35ー55ぺプチドをC57/BL6マウスに注射して誘導するEAE、PLP139-151ペプチドでSJLマウスに誘導するEAEなど複数の異なるEAEを使用し、各種コネキシン蛋白やMLC1、AQP4などの組織免疫染色を進めている。ウェスタンブロットやreal-time PCR法などと併せて詳細な解析を行う方針である。さらに、コネキシンが形成するギャップ結合やヘミチャンネルを標的とした治療を開発するためギャップ結合阻害薬や活性化薬剤を用いて、EAEがどのように修飾されるのかを評価する予定である。ヒト検体を用いたこれまでの研究に加え、モデル動物を使用した機能的解析を開始しており、酵素抗体法および蛍光抗体法に使用する各種一次抗体や二次抗体、MOG35ー55ペプチド、PLP139-151ペプチドなどの抗原蛋白、CFAや百日咳毒素などのアジュバンド、マウス購入費、飼育費、コネキシンを標的とする化合物の購入、ウェスタンブロットやPCR法で使用する各種試薬、抗体測定に用いている培養細胞系に必要な消耗品の購入、などに使用させていただく予定である。
イミノキノリンキノンを含む生物活性海洋天然物の合成研究

1983年、海綿より新規な骨格を有するamphimedine(1)が単離されて以来、種々の海洋生物より含窒素縮合多環芳香族アルカロイドが得られている。本研究では、これらの天然物がいずれも分子内にイミノキノリンキノン構造を有することに注目し、共通の合成経路の開発を目的とした。既に1をDiels-Alder反応を用いて合成したが、収率の向上を図るため、4-(2-nitrophenyl)-5,8-quinolinedioneを経由する方法を検討した。更に、(6-methoxy-)1,4-naphthoquinoneと2のDiels-Alder反応と、それに続く脱水素反応で得られた3に(C_2H_5O)_2CH-N(CH_3)_2を反応させて4とし、最後に酢酸中、NH_4Clで処理して、植物アルカロイドeupomatidine1(5a)、2(5b)、3(5c)を合成した。次に6と2-aminoacetophenoneの反応で得られた7を(C_2H_5O)_2CH-N(CH_3)_2、次いで酢酸中でNH_4Clで処理してkuanoniamine A(8)を合成した。同様に、Truk Lagoonに生息するホヤ類から単離された11-hydroxyascididemin(9a)を10aと2-aminoacetophenoneから11a、12aを経て合成した。また、ナポリ湾に生息するイソギンチャクより単離されたcalliactineの誘導体であるneocalliactine acetate(9b)を10bと2-amino-5-methoxyacetophenoneから11b、12bを経由して合成し、スペクトル解析だけでは構造を確定できなかったcalliactineの構造を13と決定することができた。更に、4-アミノ-3-メトキシ安息香酸メチルから合成した14にフェニルホウ酸をpd[P(C_6H_5)_3]_4存在下で反応させて15とした後、亜リン酸トリエチルで処理して紅海に生息するEudistoma sp.から単離された、イミノキノリンキノン等価体構造を有するnorsegoline(16)を合成した。現在、16からcystodytin Aへの変換を行っている。更に、1の合成中間体17から18を経て、16と共に得られたeilatin(19)を合成した。また、本研究ではキノリンキノンを合成中間体としているが、種々のキノリンキノンを合成し、その生物活性を検定した。本研究で得られた多くの知見はこれら天然物の化学的研究に多くの貢献をするものと考えている。ここ数年,海洋生物から含窒素芳香族天然物が単離され培養腫瘍細胞に強い細胞毒性を示すことが明かとなった。

本研究ではこれら天然物がいずれも分子内にイミノキノリンキノン部分構造を有することに着目し,一見なんら共通性のない新規縮環複素環天然物の共通合成経路を開発することを目的とした。まず、アザジエン1とキノリンキノン2からアンヒメジンを合成した。この際にジエンの安定性とDielsーAlder反応の位置選択性が問題となった。そこでBracherらが報告した安定ジエン2を用いたDielsーAlder反応に注目し、4とナフトキノン5から最近オ-ストラリアで単離されたユ-ポマジン類(植物アルカロイド)の全合成を行った。本法を基盤としてメリジンやクアノイアミンAの全合成を現在検討している。また、キノリンキノン2の合成経路をドイツで単離されたアルカロイド3の合成に応用した。次に高度に官能基化されたアニリン6からキノリノン7へ変換することができた。現在5からノルセゴン(シストダイチン類の合成前駆体である)への変換を検討している。なお、最近小林は新たにシストダイチンDーGを報告した。そこで我々が開発したキノンのαーメチレン炭素への二酸化セレンによる酸素官能基の導入法を用いてシストダイチンの変換を検討する予定である。さらに本研究の過程で得られた各種キノリンキノンの生物活性をAvian Myeloblastosis Virus(AMV)阻害活性を指標として検定した。本研究で得られた多くの知見はこれら天然物の化学的な研究の遂行に多大な貢献をなすものと考えている。1983年、海綿より新規な骨格を有するamphimedine(1)が単離されて以来、種々の海洋生物より含窒素縮合多環芳香族アルカロイドが得られている。本研究では、これらの天然物がいずれも分子内にイミノキノリンキノン構造を有することに注目し、共通の合成経路の開発を目的とした。既に1をDiels-Alder反応を用いて合成したが、今年はまず、(6-methoxy-)1,4-naphthoquinoneと2のDiels-Alder反応と、それに続く脱水素反応で得られた3に(C_2H_5O)_2CH-N(CH_3)_2を反応させて4とし、最後に酢酸中、NH_4C1で閉環して、最近オーストラリアで単離された植物アルカロイドeupomatidine 1(5a)、2(5b)、3(5c)を合成した。次に、6と2-aminoacetophenoneの反応で得られた7を(C_2H_5O)_2CH-N(CH_3)_2、次いで酢酸中でNH_4C1で処理してKuanoniamine A(8)を合成した。同様に、Truk Lagoonに生息するホヤ類の一種、Leptoclinides sp.から単離された11-hydroxyascididemin(9a)を10aと2-aminoacetophenoneから11a、12aを経て合成した。また、ナポリ湾に生息するイソギンチャクより単離されたcalliactineの誘導体であるneocalliactine acetate(9b)を10bと2-amino-5-methoxyacetophenoneから11b、12bを経由して合成し、スペクトル解析だけでは構造を特定できなかったcalliactineの構造を13と決定することができた。更に、4-アミノ-3-メトキシ安息香酸メチルから4工程で合成した14に、phenylboronic acidをPd[P(C_6H_5)_3]_
デザイン型RNA-ペプチド複合体を基盤とした原始RNPネットワークの人工再構築

私はこれまでに初期の分子進化を見据えた実験的モデルの構築を目指した。具体的にはRNAを鋳型としたペプチド連結反応が起きる系の構築を行った。これはRNAと2つのペプチド断片が3分子複合体を形成する過程を経て行われる。RNA-タンパク質(ペプチド)複合体の人工モデルの構築は、このような初期進化の実験的考察の他にも、転写制御の分野などにも展開されている。今年度はRNA-タンパク質複合体(ペプチド)を用いて、これまでにほとんど検討が行われていないRNA切断酵素の分野への展開を目指した。具体的には、ペプチドの先端にRNA切断化合物を付与し、ペプチドがRNAと結合した時に、RNAを切断するような系の構築を目指した。RNAを切断する化合物として、これまでの系では検討されていないN-混乱ポルフィリン(NCP)を用いた。NCPはZn(OAC)_2存在下で二量体を形成し、酵素モデルに近い構造を取ることが知られており、リン酸基を切断する可能性がある。設計はRNAに2つのペプチド結合モチーフを導入し、RNAと2つのペプチドが複合体を形成した時に2つのNCPが近接するようにモデリングソフトを用いて設計した。亜鉛イオン添加でNCPが二量体を形成し、近傍のRNA鎖を切断することを期待した。実際に反応を行うと、その切断効率はNCP非存在下に比べ、多少の向上あるいはほとんど変わらない状態だった。RNA切断部位の配列の検討、もしくはペプチドの長さを調整して検討することで、反応収率が向上する可能性があると考えられる。私はこれまでにRNA因子を鋳型としてペプチド因子連結反応をおこす系の構築を行った。今回、この反応系のさらなる理解、発展をめざした。最初にペプチドの長さを変えたときのペプチド連結反応の効率について調べた。具体的には26残基の2種のペプチドから2残基ずつ削ったペプチド(24残基、24残基)、2残基ずつ増やしたペプチド(28残基、28残基)、さらに片方のペプチドを2残基増やしたもの(30残基、28残基)で検討を行った。その結果、2残基ずつ削ったペプチドはオリジナルのものに比べて効率が下がり、残基数を増やしたペプチドはオリジナルのものに比べて多少の効率の上昇が見られた。しかし、1時間後の反応を調べたとき、もっとも効率があったもの(30残基、28残基)となかったもの(24残基、24残基)の差はおよそ1.5倍で、10残基の差では大きな差が見られないことが明らかになった。これはRNAの構造が揺らいでおり、10残基程度の差では反応点を近接させることが可能であることを示している。さらに、RNAの種類を変えて連結反応を行った。グループIイントロン(テトラヒメナリボザイムのP4-P6の部分のみにした)、グループIIイントロン(大腸菌Sドメイン)、人工RNA(DSL骨格(Ikawa,Y.et al.Structure,2002,10,527.))の3種類のRNAに特異的な2つのペプチド結合部位を導入した。その結果、これまでの系と同様に効率的にペプチド連結反応が起こることが明らかになった。これより、テトラヒメナ・グループIイントロンのみではなく、より一般的に様々な種類のRNAでも連結反応できることを示した。以上の研究成果はChembiochem誌への投稿を目指して現在論文を作成中である。
量子ドットセルオートマトン論理デバイスの理論的動作解析および設計

従来のコンピュータに使用されている中央演算処理装置(CPU)に代わる次世代デバイスとして、4核Ru混合原子価錯体を用いた分子型量子ドットセルオートマトン(MQCA)論理回路に注目し、その実用可能性を探った。4核錯体の周辺に3組の入力を配置したモデルで論理回路としての動作をシミュレートしたところ、全16パターンの論理回路のうち10パターンで理想的に動作することが分かった。本モデルの論理演算時間は1 fs以内(THzオーダーのクロック周波数に対応)であることから、MQCAデバイスが従来型のCPUを上回る演算性能を有する可能性があることを明らかにした。過去の我々の研究で、2核Ru錯体(Creutz-Taube錯体)の近傍に1個の入力(1個の点電荷)を配置した系について、電子移動現象(分子内信号伝達速度、信号強度)の計算方法と解析方法をすでに提案している。平成25年度においては、これらの方法を、実験的に合成されている4核Ru金属錯体(Creuts-Taube Square)と3個の入力(6個の点電荷)の系に適用した。QCAデバイスとして多数決回路・AND回路・OR回路の3つの論理回路を想定し、回路の動作を確認するとともに、錯体中の電子移動現象を解析した。4核Ru錯体の構造最適化を行い、3つの論理回路に対応させて全16パターンに入力電荷を配置し、電荷を変化させたときのQCAデバイスの動作を確認した。その結果、10パターンでは論理回路として理想的に動作した。一方、残る6パターンでは、デバイスとして理想的に動作しなかった。これは、分子内の分極が小さいことが原因であることが分かった。電子移動現象の解析の結果、信号伝達はフロンティア軌道近辺の多くの軌道を経由して起こっていることが分かった。特定の軌道に限定できないのは、正方形に近い形状をしている4核Ru錯体のフロンティア軌道が擬縮退しているためである。この結果は、錯体の配位子や架橋配位子を変化させて、フロンティア軌道の分布や縮退を変化させることで、電子移動現象を容易にチューニングできる可能性を示唆している。次世代デバイスとしての可能性を秘めた分子型量子ドットセルオートマトン(MQCA)論理回路に注目し、その動作シミュレーションを行った。我々は、電子移動現象(信号伝達速度、信号強度)の計算方法と解析方法をすでに提案している。平成25, 26年度においては、この方法を、混合原子価を取り得るルテニウムと鉄を含む錯体に適用した。架橋配位子の異なる2種類の四角型4核ルテニウム錯体の周辺に、3つの論理回路(多数決・AND・OR)に対応させた全16パターンの入力電荷を配置し、電荷を変化させたときのMQCAデバイスの動作を確認した。その結果、両方の錯体において、10パターンでは論理回路として理想的に動作した。電子移動現象の解析の結果、信号伝達はフロンティア軌道近辺の多くの軌道を経由して起こるが、菱型に近い錯体では信号伝達が起こりにくいことが分かった。このことは、錯体の対称性が、信号強度の増大に非常に重要であることを示唆している。また、交差型の4核フェロセン錯体について同様の計算を行ったところ、やはり10パターンで論理回路として理想的に動作した。このことから、四角型と交差型では顕著な差が現れないことが明らかになった。これらと並行して、ビフェロセニウムモノマーおよびダイマーにおける信号伝達挙動を解析し、そのMQCAとしての利用可能性を検討している。今後は、ビフェロセニウムを用いたMQCA回路を構築し、その実現可能性を模索していく。以上の研究結果について、5件の国内外学会発表と2報の論文発表を行った。理論化学に基づく新たな分子デバイス設計当初は、平成25年度は、他の金属・配位子・架橋配位子を有する4核錯体について計算を行い、様々な分子についての計算データから分子設計に関する知見を収集する予定であった。しかしながら、予定を変更して、配位子としてcyclen、架橋配位子としてpyrazineを有する4核Ru錯体(Creutz-Taube Square)のみを取りあげて計算を行った。この観点からは、研究は予定からやや遅れていると言える。しかしながら、この4核Ru錯体に対して、平成26年度に行う予定であった、多数決回路・AND回路・OR回路の3つのQCAデバイスを想定した16パターンの電荷を配置した計算を前倒して行うことができた。これらの論理回路としての動作を確認し、その信号伝達挙動についての詳細な解析も行った。結果として、Creutz-Taube Squareを用いた場合には、回路としては理想的に動作しない電荷配置パターンが6つあることが分かったが、分子内の分極を増大させることが必要であるという解決方法も平成25年度の研究で明らかになった。

平成26年度の研究のスタート地点として、分子内の分極を増大させるための配位子と架橋配位子の変更という方針を立てることができた。以上のことから、全体として、研究課題の進捗状況はおおむね順調であると言える。得られた研究成果について、年度末に1件の学会発表を行い、活発な議論を行うことができた。平成25年度において、1個の4核Ru錯体における電子移動現象と、それを支配する因子が明らかになった。平成26年度においては、(1)平成25年度に取り上げた系で回路として理想的に動作しなかった電荷配置パターンの改善を図るとともに、(2)4核錯体を複数組み合わせたより実用に近い論理回路を構築し、その演算性能を明らかにする。(1)平成25年度と同様の4核Ru錯体を演算セルとして用いるが、配位子や架橋配位子を変化させて、分子内の分極が大きくなるよう改善を図る。(2)出力セルとして演算セルの右に1分子の4核Ru錯体を加えて、計2分子を並べる。演算セルの近傍に6個の点電荷を配置した系において、デバイスの動作を確認するとともに、信号伝達挙動動作を考察する。最終的に、3つの入力をすべて錯体で置き換え、5分子を十字型にならべた論理回路を作成する。コンピュータ内の論理演算の基礎となる多数決回路・AND回路・OR回路を構築し、その論理演算シミュレーションを行う。QCAデバイスの演算速度と出力される信号強度を検証し、電界効果トランジスタなどの既存のデバイスとの性能の比較を行う。複数個の錯体に関する計算は、九州大学の大型計算機を利用して行う。また、自作プログラムを用いた計算について、錯体2分子までは小型の計算機で行うが、5分子の論理回路については大型計算機を利用して行う。得られた結果に関して、年度途中・年度末の学会において発表するとともに、論文投稿も行う。
スプライシング反応に関与するSmu1の染色体安定性維持機構における機能の解明

これまでの研究から、スプライシング反応に関与する分子Smu1の温度感受性変異が、スプライシング反応ばかりでなく、ゲノム安定性維持機構を破綻させて、姉妹染色分体交換の誘発などの染色体不安定性をもたらすことを明らかにしてきた。しかし、スプライシング反応がゲノム安定性維持機構に影響を与える機構は不明であったので、Smu1と相互作用する分子を同定することで、そのメカニズムを解明することを計画した。Smu1はタンパク質間の相互作用に関与すると報告のあるWDリピートのモチーフ配列を持ち、この配列内に温度感受性変異が存在していた。そこでタンパク質問の相互作用を解析するために、大腸菌の発現系を利用してGST-Smu1タンパク質を調製した。このGST-Smu1タンパク質を用いて、アフィニティークロマトグラフィーにより相互作用する分子の探索を試みたが、現在までに有意な相互作用分子を同定できていない。Smu1と標的分子の細胞内の存在量が微少であることや、その複合体の安定性が低いことが原因と考えられる。また、このリコンビナントSmu1タンパク質を抗原として、ポリクローナル抗体を作成することができた。合成ペプチドを抗原としたSmu1のポリクローナル抗体と比較して、本抗体は未変性の抗原の認識性に優れており、間接蛍光抗体染色によりSmu1とスプライシング反応に関連するSRタンパク質の分布を解析したところ、Smu1の機能欠損や過剰発現により、SF2/ASFの局在が変化することが明らかとなった。この結果は、両者の生理的な相互作用を示唆している。一方、Smu1を含むスプライシング装置を特定するために、in vitroのスプライシング反応系を検討した。Smu1が関連するスプライシング反応の標的遺伝子を探索した結果、新たにC1k/StyとSC35の両遺伝子に長さの異なる複数の転写産物が存在することが明らかとなった。これまでの研究から、スプライシング反応に関与する分子Smu1の温度感受性変異が、スプライシング反応ばかりではなく、複製反応にも影響を与え、ゲノム安定性維持機構を破綻させて、姉妹染色分体交換の誘発などの染色体不安定性の表現型を生ずることを明らかにしてきた。しかし、現時点でスプライシング反応と複製反応との連関に関する知見はなく、またその破綻が染色体安定性維持機構に影響を与える機構は未知である。そこで、スプライシング反応に関与すると考えられるSmu1の変異が、複製反応に影響を与え、染色体安定性維持機構に影響を与える機構を解明するために、Smu1を含むスプライシング装置とその関連分子を特定することを試みた。Smu1はタンパク質間の相互作用に寄与すると報告のあるWDリピートのモチーフ配列を持ち、このWDリピート配列内に染色体不安定性の原因となる温度感受性変異が存在していた。したがってSmu1分子と未知の分子との相互作用の異常が染色体不安定性の原因であることが予想された。そこで平成19年度は、タンパク質間の相互作用を解析するために、Smu1特異的抗体の作成を行った。最初にSmu1のアミノ酸配列を解析し、ユニークかつ抗体価が高いと予想される領域を選定した。次に合成ペプチド断片を抗原として、ウサギよりポリクローナル抗体を調製した。得られたポリクローナル抗体についてウェスタンブロッティングと間接蛍光免疫染色にて評価を行った結果、変性抗原に関しては有効な交差性を確認できたが、未変性の抗原に関しては満足な結果を得ることができなかった。
英語評言節の本質と用法の広がりをとらえる：認知語用論的アプローチ

本研究の目的は、認知語用論の枠組みを用いて、I think、I know、I hope、you knowなどの英語評言節の意味に関して、その本質を見極め(スキーマを抽出し)、用法の広がりをネットワークとして(プロトタイプと拡張の関係として)示すことである。上記の目的を達成するため、米国で自然談話を採取し、先行研究の分析と比較し、話者の使用動機の観点から評言節のスキーマ(共通の意味)を抽出する。
低消費エネルギー化プロセッサアーキテクチャの創出

処理の内容が多岐にわたり、かつ低消費電力性が強く求められる組込み用途をターゲットとして、動的再構成を必要最小限にとどめることで柔軟性と低消費電力性の両立を目指した新たなプロセッサアクセラレータのアーキテクチャを提案した。このアーキテクチャをControl-Flow Driven Data-Flow Switching (CDDS)アーキテクチャと名付け、その詳細設計とテストチップ設計を進め、実チップ測定によりその電力低減効果を実証した。評価結果をまとめた論文が半導体分野では大きな国際会議であるA-SSCCに採択され、論文発表並びにデモ公開を行った。今年度は、処理の内容が多岐にわたり、かつ低消費電力性が強く求められる組込み用途をターゲットとし、連鎖型データパスプロセッサの一つのアーキテクチャ形態である「Control-Flow Driven Data-Flow Switching(CDDS)可変データパスアーキテクチャ」と呼ぶ新しいアーキテクチャを提案した。このアーキテクチャは、(1)動的再構成を必要最小限な範囲に限定することで、柔軟性と低消費電力性の両立を目指す、(2)既存命令列をそのままデータパスにマッピングすることで、既存アーキテクチャからスムーズに移行可能なリコンフィギュラブルプロセッサを目指す、の2点をその特徴とする。今年度は、予備的な評価として、小規模なプログラムを手動マッピングし、その基本的特性を調査した。一般的にプログラムをコントロール/データフローグラフで表したときに、コントロールフローの分岐点で、次に実行するデータフローが選択される。このとき、実際に変更されるデータフローは実行中のデータフローから、選択したデータフローへの接続部分のみである。よって、プログラムのデータフローをマッピングしたとき、コントロールフローの分岐点では接続部分を構成している部分のみ再構成すればよい。我々はこの観点に基づき、データパスを可変部と固定部に分割し、実行時に可変部のみ再構成することを考えた。これにより、全体を再構成するのに比べ、可変部のみに動的再構成部分を減らすことができる。また、固定部は切り替えないために組み合わせ的に実行することができる。そこで、既存の命令列を固定部に配置し、組み合わせ的に実行する。このように動的再構成を必要最小限な範囲に限定することで低消費電力化を狙う。アイデア実証を目指して、CDDSプロセッサの具体的を開始した。本体プロセッサとしては命令拡張が可能なLattice社のLattice Mico32(LM32)を利用し、定性的な効果の見積もりを行った。LM32の開発環境LatticeDiamondを使い、プログラムをコンパイルし、一度バイナリコードを生成した。次に、そのバイナリコードを逆アセンブリし、アセンブリコードから構成情報を手動で生成した。高性能・高エネルギー効率のプロセッサを実現するアプローチとして、対象プログラムのホットパスを可変構造のデータパスにマッピングしアクセラレートするリコンフィギュラブルプロセッサが注目されている。本年度は、処理の内容が多岐にわたり、かつ低消費電力性が強く求められる組み込み用途をターゲットとして、Control-Flow Driven Data-Flow Switching (CDDS)可変データパスアーキテクチャを提案した。このアーキテクチャは、(1)動的再構成を必要最小限な範囲に限定することで柔軟性と低消費電力性の両立を目指す、(2)既存命令列をそのままデータパスにマッピングすることで、既存アーキテクチャからスムーズに移行可能なリコンフィギュラブルプロセッサを目指す、の2点をその特徴とするものである。CDDSアーキテクチャでは、データパスを固定部と可変部に分割し、実行時には可変部に限定して動的再構成することで、柔軟性と低消費電力性の両立を目指している。固定部は、ハードウェア資源量として大部分を占める、演算器アレイとそのローカルな相互接続網が対応する。一方、可変部は、分岐によって影響を受ける、より大局的なレジスタデータ転送パスのみが相当し、そのハードウェア資源量は圧倒的に少ない。テスト設計したCDDSアクセラレータの予備評価では、1ー2の分岐を含む小規模なプログラムではあるが、CDDSアクセラレータは、ベースプロセッサに比べ、約3ー6倍の性能電力費の向上を達成することができた。本評価に当たっては、実際に詳細なRTL設計を行い、最先端LSI設計評価フロー上の電力評価環境を用いて、精度の高い電力評価を行った。昨年度までに基本方式を提案したControl-Flow Driven Data-Flow Switching (CDDS)可変データパスアーキテクチャについて、その詳細設計とテストチップ作成を進め、実チップ測定によりその電力低減効果を実証した。ここで、CDDSは、処理の内容が多岐にわたり、かつ低消費電力性が強く求められる組込み用途をターゲットとし、(1)動的再構成を必要最小限な範囲に限定することで、柔軟性と低消費電力性の両立を目指す、(2)既存命令列をそのままデータパスにマッピングすることで、既存アーキテクチャからスムーズに移行可能なリコンフィギュラブルプロセッサを目指す、の2点をその特徴としている。詳細設計に当たっては、データパスを可変部(DYNamic Part)と固定部(STAtic Part)に分割し実行時に可変部のみ再構成するこのアーキテクチャの特徴を反映し、新たにDYNaSTAアーキテクチャと名付け、UMCの0.18umプロセスで試作を行った。チップサイズは1.5mm角で、20個のALUを搭載している。

幾つかのアプリケーションを試作チップ上で評価した結果、通常のプロセッサに比べて、4.5倍から13倍電力効率が高いという目標通りの結果を得ることができた。本評価結果をまとめた論文が、半導体分野では大きな国際会議であるA-SSCCに採択され、発表を行った。また、優れた成果であるとして、デモセッションに招待された。26年度が最終年度であるため、記入しない。リコンフィギュラブルハードウェア26年度が最終年度であるため、記入しない。交付申請時の「連鎖型データパスプロセッサ」のアイデアを深堀し、新しくCDDS可変データパスアーキテクチャの着想を得ることが出来た。また、具体的な構成にまで検討を進め、初期的な評価を行うところまで進めることが出来た。一方、アーキテクチャ評価に力を入れたためチップ試作には至らなかった。交付申請時の「連鎖型データパスプロセッサ」のアイデアをCDDSアクセラレータの形で具体化し、RTL設計と詳細な電力評価まで進めることができた。また、複数のアプリケーションをマッピングして、構想通りに電力性能比が大きく向上することを確認することができた。今後は詳細な消費電力、性能評価を行うためのプロセッサのシミュレータ環境を整えるとともに、チップ試作による実証を目指す。今後は、チップ試作を進めるとともに、実チップの評価を通じて、より確実に低電力化効果を実証する。また、アプリケーションをCDDSアクセラレータにマッピングするためのソフトウェア環境についても構築を進める。今年度はチップ試作を行わなかったため、チップ試作を想定していた分の未使用額が発生した。未使用額はチップ試作、及び試作したチップを用いた電力評価環境の構築・実施に使用する。設計に想定よりも時間がかかりチップ試作がずれこんだため、その分の費用が発生しなかったため。前年度末よりチップ試作を行っており、その分の費用発生を見込んでいる。また、評価測定用にFPGA等の電子部品等の追加購入を見込んでいる。
市民性諸教科における教科書及び指導・評価の一体化に関する国際比較研究

本研究は,我が国の社会科,地歴科,公民科,イングランドの地理科,歴史科,シティズンシップ科,アメリカ合衆国の社会科などの市民性育成を目標とする教科における教科書,および指導と評価の一体化に関する国際比較研究である。米英両国の初等・中等教育学校での授業観察,評価観に関する聞き取り調査,および評価問題収集を行い,我が国の評価問題作成や指導と評価の一体化に示唆するものとして,多様な評価の組合せ,探究や意思決定に関するレポート等の評価規準作成,教師自身の目標認識,子どもの思考・判断プロセスの表現,継続的な知識の深化・成長をみとる評価という視点を得た。本研究の目的は,初等・中等教育段階における市民性育成に関わる教科目の教科書叙述内容(構成原理,内容知と方法知)と校内で実施される教科書等掲載評価問題及び教師作成の評価問題内容との関連性について,ペーパーテストを中心とした実際の評価問題等を直接収集・分析することを通し,我が国の教育課程に影響を与えている英国やアメリカ合衆国との比較研究を行って解明した上で,わが国の教科書・評価問題の改善を行うことである。本研究の目的を踏まえながら,今年度は研究の初年度であったため,研究全体のフレームワークを整備することに重点を置いた。また,以下の調査を行い,資料収集等を行った。(1)わが国の市民性育成関連教科(社会科,地歴科,公民科)について国内で作成された評価問題の収集を行った。あわせて,県レベルで実施された統一テストの問題やその分析資料を収集し,分析者が良問と判断した問題を抽出する作業を行った。(2)アメリカ合衆国(メリーランド州およびウィスコンシン州)の小学校,中等学校を訪問調査し,授業を参観した。また参観した授業と関連した評価問題を収集した。さらに,わが国で収集した評価問題のうち良問と判断されたものについて英訳して,訪問先の教員等にその評価についての聞き取りを行った。(3)英国(ロンドン,ケンブリッジ)の中等学校を訪問し,授業を参観した。また参観した授業と関連した評価問題等の作成についての聞き取り調査を行った。本研究の目的を踏まえながら,今年度は指導と評価の一体的把握を試みるため,授業・評価・評価結果のフィードバックをトータルに把握できる事例の収集に重点を置いた。具体的には,以下の調査を行い,資料収集等を行った。あわせて,県レベルで実施された統一テストの問題やその分析資料を収集し,分析者が良問と判断した問題を抽出する作業を昨年度に引き続き行った。(2)アメリカ合衆国(ニューヨーク市),およびイギリス(ロンドン,ケンブリッジ)の小学校,中等学校を訪問調査し,授業を参観した。また参観した授業と関連した評価問題,レポートを評価する際のルーブリック,通知表を収集した。(3)アメリカおよびイギリスの高等学校教員へ,その授業観,評価観に関する聞き取りを行った。これらの調査研究内容を,4ヶ月に1度のペースで開催した国内での会議において,各自が発表し,研究内容の共有化を図った。平成24年度は,研究の最終年度であった。最終年度の課題は以下の3点である。第1は,これまでの研究を継続し,引き続き多くの事例を収集分析することである。この点に関しては,アメリカ合衆国の事例を収集することができた。第2は,それらの収集事例から研究成果を総括し,我が国の評価問題の内容的改善および評価問題改善研究の方法に対する一定の方向性を提示することである。この点に関しては,市民性諸教科における指導観と評価観の国際比較および我が国の指導と評価の改善に示唆するもの,さらに市民性諸教科における指導法・評価法の開発と改善および指導と評価の一体化にむけた方策を提案した。第3は,それらの研究成果を学会発表やシンポジウム開催などの方法によって公開する点である。この点に関しては,2012年12月26,27日に広島大学および大阪大学中之島センターにて成果報告会を開催し,さらに英国,米国から実践者・研究者を招聘して,国際比較シンポジウムを開催した。シンポジウムでは,山口史里(オーガスタ州立大学)「アメリカにおける社会科教育の背景と実践ー戦争と市民性教育を素材としてー」,伊東彩子(Central Foundation Girls School)

「歴史的教養(Historical literacy)の追求ー戦争をテーマとしたイギリスでの歴史教育実践を一例にー」,石川照子(神戸大学附属中等教育学校)「「国民」意識形成を視点とした日本近現代史の学習ー日清・日露戦争の取り扱いを中心にー」の3名が,それぞれの国の特性を踏まえ,市民性育成に関する立ち位置の違いを意識しながらの報告がなされた。研究計画に沿って,研究が遂行され,またその成果も定期的に学会発表や論文発表によって公開しているため。24年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度は,本研究の最終年度となるため,これまでの研究の成果を整理して発表する予定である。特に,日本,アメリカ,イギリスの3か国の高校教師の授業観や評価観について,その共通性と相違点について明らかにするシンポジウムを開催し,研究成果の公開につとめる予定である。また,今年度も4ヶ月に1回の割合で,調査研究内容の共有化を図る会議を開催する。