hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ジアルデヒドセルロースの構造と機能を利用する新規誘導体の開発とその特性化

本研究課題は、セルロースの過ヨウ素酸酸化によってえられる反応性アルデヒド基の特性を利用して、ジアルデヒドセルロースの再酸化及び還元によってえられるポリカルボン酸誘導体とポリ糖アルコール誘導体のNMRによる特性化の研究並びにアミノ化セルロースのアミノ基と酵素蛋白の末端アミノ基とを結合剤グルタルアルデヒドで共有結合させて新規な固定化酵素結合物を調製し酵素固定化担体としての有用性を検討する研究からなる。アミノ化セルロースはジアルデヒドセルロースのヒドロキシルアミン試薬によるジオキシム化、生成物を還元してアミノ化生成物に変換した。その結果、以下のような成果が得られた。ポリ糖アルコール及びそのアセチル化物のNMRスペクトルにおいてアセチル基のメチル基及びカルボニル基のプロトン^1H、^<13>C共鳴シグナルの詳細な解析によって分子内の酸化グルコース残基と元のグルコース残基を識別する方法及びメチル基プロトン強度から酸化度を推測する方法を示した。その他セルロース残基のC-2,C-3位の酸化・開裂によるNMR共鳴シグナルのシフトの挙動を詳細に解析した。次いでジアルデヒドセルロースからアミノ化セルロースを調製し、生成物のアミノ基と酵素蛋白の末端アミノ基を共有結合させて調製した新規な固定化酵素結合物がSEM電顕観察によりごわごわした分子集合の塊状を示し、アルギン酸ナトリウムで被膜処理すると、2倍以上の優れた耐用性、耐熱性のある固定化酵素に変換されることを認めた。しかしジアルデヒドセルロースからジオキシム化生成物の調製は、比較的定量的に収率よくえられるが、その還元によるアミノ化セルロースの調製が、理論導入窒素含量よりかなり低いことから還元による調製条件の検討に課題を残した。この結果、キチンから調製されるグルコース残基のC-2位のOH基がNH_2基で置換されたキトサンを出発物質とするのが有利であると判断された。構造的に多価アルコール様の性質をもつセルロース素材を過ヨウ素酸で酸化すると、反応性アルデヒド基をもつジアルデヒドセルロースを与える。本研究課題ではこの種の構造のセルロース誘導体の特性を利用して、分子内に第1級アミノ基をもつ特異な誘導体に変換し、生成物の分子構造的特性を解析する。さらにこのアミノ基と酵素蛋白のアミノ基とを結合剤で共有結合させて新規な複合体を調製し、酵素固定化担体としての有用性を検討する。本年度についてこれまでに本研究課題に関連して以下のような成果が得られている。まず供試市販のセルロース粉末試料を反応し易い状態に調整するために前もって溶媒置換、膨潤・非晶化処理を施した。活性化前処理したセルロース試料にメタ過ヨウ素酸塩試薬を加えて水系のもとで酸化し、反応性アルデヒド基を分子内にもつジアルデヒドセルロースを調製した。この際に過ヨウ素酸試薬の添加量を制御して、任意の酸化度の生成物を調製した。調製したジアルデヒドセルロースにヒドロキシルアミン試薬をPHを制御して加えて、ジオキシムセルロース誘導体に変換した。この反応に際してPHの制御が重要な反応要素であり、ジオキシム化調製の最適PHが5.5付近にあることを究明した。次いでオキシム型誘導体を注意深く還元して、第1級アミノ基に変換されたアミノ化セルロース誘導体を調製した。この際の還元条件としては高い濃度の還元剤のもとで反応PH9.5、反応温度20°C、24時間反応させるのが最適であることを示した。かくして得られたアミノ化セルロース誘導体の特性と化学構造を解析するために、導入ちっ素含量の分析・定量、アミノ基分析試験、IR及びNMRスペクトルの測定を行い、化学的試験により精査するとともに物理的試験により特性を解析した。

そして高分子内に生成した第1級アミノ基に適用される反応について検討した。本研究課題は、セルロースの過ヨウ素酸酸化によってえられる反応性アルデヒド基の特性を利用して、ジアルデヒドセルロースの酸化及び還元によってえられるポリカルボン酸の誘導体とポリ糖アルコール誘導体のNMRによる特性化の研究並びにアミノ化セルロースのアミノ基と酵素蛋白の末端アミノ基とを結合剤グルタルアルデヒドで共有結合させて新規な固定化酵素結合物を調製し、酵素固定化担体としての有用性を検討する研究からなる。アミノ化セルロースはジアルデヒドセルロースのヒドロキシルアミン試薬によるジオキシム化、生成物を還元してアミノ化生成物に変換した。その結果、以下のような成果が得られた。ポリ糖アルコール及びそのアセチル化物のNMRスペクトルにおいて、アセチル基のメチル基及びカルボニル基のプロトン^1H、^<13>C共鳴シグナルの詳細な解析によって分子内の酸化グルコース残基と元のグルコース残基を識別する方法及びメチル基プロトン強度から酸化度を推測する方法を示した。その他セルロース残基のC-2,C-3位の酸化・開裂によるNMR共鳴シグナルのシフトの挙動を詳細に解析した。次いでジアルデヒドセルロースからアミノ化セルロースを調製し、生成物のアミノ基と酵素蛋白の末端アミノ基を共有結合させて調製した新規な固定化酵素結合物がSEM電顕観察によりごわごわした分子集合の塊状を示し、アルギン酸ナトリウムで被膜処理すると、2倍以上の優れた耐用性、耐熱性のある固定化酵素に変換されることを認めた。しかしジアルデヒドセルロースからジオキシム化生成物の調製は、比較的定量的に収率よくえられるが、その還元によるアミノ化セルロースの調製が、理論導入ちっ素含量よりかなり低いことから還元による調製条件の検討に課題を残した。この結果、キチンから調製されるグルコース残基のC-2位のOH基がNH_2基で置換されたキトサンを出発物質とするのが有利であると判断された。
枯草菌レスポンスレギュレーターDegUと標的遺伝子プロモーターとの相互作用の解析

枯草菌のレスポンスレギュレーターDegUと対になるセンサーキナーゼDegSは、いわゆる2成分制御系を構成している。DegU支配下にある遺伝子sacB, bpr, fla/cheについて、各種の欠失と塩基置換をプロモーターに持つlacZ fusionを作成し、発現を調べた。さらに、リン酸化型DegUを精製し、footprint実験を行ったところ、以下の知見を得た。DegUはcomKプロモーターではGNCATTTAが逆向きに繰り返した配列に結合する。sacBでは、GNCATTTA配列が直列に2回繰り返した配列がリン酸化型DegUによる制御にとって重要だった。bprには、この2回直列繰り返し配列が3組あり、いずれもリン酸化型DegUによる制御に重要だった。さらに本研究で、fla/cheは、非リン酸化型DegUによって正に制御されている事が見いだされた。非リン酸化型DegUはfla/cheの制御領域に存在する2カ所の配列(BR1;binding region 1とBR2)に結合した。両方の配列ともGNCATTTAの逆向き繰り返し配列だった。興味深い事に、BR1へのDgUの結合はリン酸化していないときのみに観察され、DegSによりDegUをリン酸化するとBR1への結合が解除された。BR2にはこの傾向は見られず、リン酸化の有無にかかわらず結合が観察された。DegUはリン酸化されるとsacB, bprを含む多くの遺伝子を活性化し、リン酸化されていないとcomKとfla/cheを活性化する。従って、リン酸化型DegUと非リン酸化型DegUがどのようにして標的を区別しているか?という問題は、DegU認識配列の配置の違いにあると考えられた。すなわち、非リン酸化型DegUはhead-to-head型の逆向き繰り返し配列を認識し、リン酸化型DegUは直列に配置されたGNCATTTA配列を認識して結合する。この考えを検証するため、sacBの直列2回繰り返し配列をcomK型のhead-to-head型逆向き繰り返し配列に改変したプロモーターlacZ fusionを作成した。すると、改変型sacB-lacZfusionはdegSを破壊してもdegS+の場合の80%程度発現した。この事は、改変型fusionの発現はリン酸化型DegUではなく、非リン酸化型DeUに依存するようになった事を意味するので、上記仮説が検証されたと考えられる。DegU支配下にある遺伝子sacB, bpr, ywsCについて、プライマー伸長法で転写開始点を決定した。次に、sacBとbprについて各種の欠失と塩基置換をプロモーターに持つlacZ fusionを作成し、発現を調べた。さらに、HisタグDegUを精製し、3つの遺伝子についてfootprint実験を行ったところ、以下の知見を得た。sacBでは、GNCATTTA配列が直列に2回繰り返した配列がDegUによる制御にとって重要であった。bprには、この2回直列繰り返し配列が3組あり、いずれもDegUによる制御に重要だった。

ywsCでは、この配列がcomKにおけるそれとは異なった向きに配置され、逆向きに繰り返していた(head-to-headではなく、tail-to-tailであった)。DegUはリン酸化されるとsacB, bpr, ywscを含む多くの遺伝子を活性化し、リン酸化されていないとcomKを活性化する。この事実と上記実験結果から、リン酸化型DegUと非リン酸化型DegUがどのようにして標的を区別しているか?という問題は、DegU認識配列の配置の違いにあると考えられた。すなわち、非リン酸化型DegUはhead-to-head型の逆向き繰り返し配列を認識し、リン酸化型DegUはそれ以外のパターンに配置されたGNCATTTA配列を認識して結合する。この考えを検証するため、sacBの直列2回繰り返し配列をcomK型のhead-to-head型逆向き繰り返し配列に改変したプロモーターlacZ fusionを用いて,DegUリン酸化酵素DegSの遺伝子を破壊した場合の遺伝子発現を調べた。すると、改変型lacZ fusionはdegSを破壊してもdegS^+の場合の80%程度発現した。この事は、改変型fusionの発現はリン酸化型DegUではなく、非リン酸化型DegUに依存している事を意味する。枯草菌のレスポンスレギュレーターDegUと対になるセンサーキナーゼDegSは、いわゆる2成分制御系を構成している。非リン酸化型DegUとDegSによってリン酸化されたDegUは多くの遺伝子発現を正および負に調節している事が知られている。リン酸化型DegUは120以上の遺伝子発現を制御している事が既に我々の研究で明らかにされているが、非リン酸化型DegUの標的は、外来DNA取り込みとそれに伴う遺伝子組み換えの中心的制御因子をコードするcomKしか知られていない。本研究で、鞭毛と走化性に関わる遺伝子多数が長大な(26Kb)オペロンに構成されているfla/cheが、非リン酸化型DegUによって正に制御されている事を見いだした。DegUのfla/che転写における効果は、fla/cheの正の制御因子として知られているswrAが野生型であるときに顕著であった。ちなみに、swrAはいわゆる実験室菌株ではフレームシフト変異を起こしている事が知られており、この事が実験室菌株がswarming motilityを有せず、野外型枯草菌がこの活性を持つ原因である。DNase1を用いたfootprint実験で、非リン酸化型DegUはfla/cheの制御領域に存在する2カ所の配列(BR1;binding region 1とBR2)に結合した。両方の配列ともcomKでのDegUの結合配列と同様に、DegU認識配列であると我々が主張している配列GNCATTTAの逆向き繰り返し配列であった。興味深い事に、BR1へのDegUの結合はリン酸化していないときのみに観察され、DegSによりDegUをリン酸化するとBR1への結合が解除された。BR2にはこの傾向は見られず、リン酸化の有無にかかわらず結合が観察された。さらに変異LacZ
一分子系における非平衡熱動力学

分子スケールでの非平衡熱力学を確立するために、微視的な記述であるハミルトン力学にもとづいて熱力学的考察をすすめた。カオス力学系では、軌道不安定に付随して定義される単位時間あたりの平均情報損失率が正の値をとる。つまり、初期に指定された情報は一定の割合で失われていく。一方、熱力学エントロピーは、外部からの操作に伴う不可逆性の指標なので、情報損失と関係することが期待される。両者の関係は、研究目的に掲げた揺らぎと応答の関係を議論する際には、もっとも基礎的なものになりうるし、情報論的側面との関係も直接的である。そこで、カオス力学系としての情報損失率と熱力学系としての熱力学エントロピーの関係を見い出すことに焦点をあてた。ハミルトン力学系におけるエントロピーの値をボルツマン公式によって求めた。ただし、一般に位相体積の計算は困難なので、断熱定理を使って計算可能な系まで準静的変形したのちに位相体積を計算する。扱ったモデルでは、外部操作に伴うエントロピー変化は常に正の値をとった。情報損失率はきまった力学系に対して定義される量なので、そのままでは熱力学エントロピー変化と対応しない。そこで、情報損失に関係した、外部の操作に伴う変化量である「過剰情報損失量」を新たに導入した。この量は、局所不安定多様体の向きを指定する基底が外部の操作に対して変化をする間に余分に損失する情報量として定義される。この時、過剰情報損失量の不可逆部分が熱力学エントロピーの変化分の半分である、という美しい公式の予想を数値実験の結果として提案した。この公式のさらなる正当化、数学的証明、および、現象理解への適用などを来年度からの課題として引き継ぐことになった。以下の4点について、論文としてまとめた。ランジュバン動力学のレベルでの熱力学第2法則を証明した。また、運動論に時間の概念があることに伴って、操作に必要な時間と取り出せない仕事の間に相補関係があることを見い出し、相補性を最小にする新しい2点状態関数があることがわかった。(論文として出版済み。)複数の粒子溜をもつ環境下で化学反応が進展する時の、とりだせる仕事の最大値について、熱力学の範囲で一般的に議論し、化学エネルギーを完全に仕事に変換するには、「万能粒子選別機」という理想的な装置の存在が不可欠であることを明らかにした。(論文として投稿中。)粒子溜をもつ環境下での運動論を展開するために、統計力学と熱力学に整合するように、ランジュバン動力学を粒子数の変動がある場合まで拡張した。さらに、この動力学の枠組を使って、粒子交換によって駆動される分子モーターの数学モデルを提案し、その性質を議論した。(論文として投稿中。)熱力学的性質と情報の関係をあきらかにするため、マクスエルの悪魔として考えられている装置を計算機の中で構築し、熱力学的量と情報論的量の関係が従来の標準的に解釈と異なり、さらに検討していく必要があることを指摘した。(論文として投稿中。)分子スケールでの非平衡熱力学を確立するために、微視的な記述であるハミルトン力学にもとづいて熱力学的考察をすすめた。
口腔顎顔面領域における硬組織疾患の研究

インドネシア大学における歯学の教育・研究ならびに歯科臨床の実態調査を行い,今後の国際学術交流を推進する上の参考とした。その結果インドネシアにおいては歯科の研究ならびに臨床で用いられるほとんどの材料・器械を外国からの輸入に依存していることが明らかとなった。このことから,歯学の発展ならびに歯科臨床の向上のためにはインドネシアにおいて自国の気候,風土ならびに食生活に適した独自の歯科材料を自前で製造できるようにすることが不可欠であると考えられた。一方,熱帯気候に長期間保管された歯科材料の性能の劣化を検討する目的で,コンポジットレジンと模型用石膏を開封前の梱包のまま各種温度に保管したときの物性を検討した。その結果,ある種のコンポジットレジンにおいては高温に保管すると性能の劣化が見られること,またアルミニウム箔によって梱包された石膏では,日本の気候においても2年後に性能の劣化が見られることなどが明らかとなった。これらのことから,我が国から東南アジアへ輸出される歯科材料の梱包状態や輸出の方法などについてはさらに改善の余地があると判断された。平成9年3月1日4日までインドネシア大学を訪問し、研究分担者と協議を行い以下の研究プロジェクトの作成を行った。近年歯科応用が進められているチタンに関してその理工学的性質、応用方法の解析を行う。またチタン使用に関する歯学部学生の意識調査を両国間で行い比較検討を行う。顎顔面の発生過程と硬組織疾患の関連を分子生物学的手法を用いて明らかにする。両国の顎顔面疾患の発生率と顎矯正治療の実情を調査し比較を行い、インドネシアにおける顎矯正治療の改善法に関して助言を行う。重症歯周病の発症率に関しての両国の比較を行い、遺伝的要因や原因菌種に関する比較を行う。歯槽骨吸収を抑制する薬物に関する基礎研究を行い、将来歯周組織再生への薬物治療の可能性を探求する。作成した研究プロジェクトに従ってインドネシア側研究者と協力しながら調査研究を行い、具体的研究プロセスの把握を行った。次年度の両国間の研究分担項目を作成、確認を行い、両国間の研究調査スケジュールに関して合意を得た。平成9年11月9日14日までインドネシア大学からの分担研究者、研究協力者が来日し、以下の研究プロジェクトに関して共同研究を行った。近年歯科応用が進められているチタンに関してその理工学的性質、応用方法の解析と、高温多湿の環境におかれた歯科材料が保管中にどのように劣化するか調査を行った。またチタン使用に関する歯学部学生の意識調査を両国間で行い比較検討を行った。顎顔面の発生過程と硬組織疾患の関連を明らかにする目的でin vitroの実験系を開発し、それを用いた研究を行った。両国の顎顔面疾患の発生率と顎矯正治療の実情を調査し比較を行った。顎骨発生に重要な役割を果たしているメッケル軟骨の成長過程でのPTH_<rp>の作用を検索した。重症歯周病の原因菌種による免疫反応と病態との関連について明らかにした。骨へのインプラントの反応性と骨リモデリング活性におよぼす影響を実験的に明らかにした。以上の研究プロジェクトに従いインドネシア側研究者に日本における具体的研究手段と実情を知ってもらい、インドネシアでの研究遂行プランに助言を行った。さらに次年度の両国間の研究分担項目を作成、確認を行い、両国間の研究調査スケジューを調整した。インドネシア大学における歯学の教育・研究ならびに歯科臨床の実態調査を行い,今後の国際学術交流を推進する上の参考とした.その結果インドネシアにおいては歯科の研究ならびに臨床で用いられるほとんどの材料・器械を外国からの輸入に依存していることが明らかとなった.このことから,歯学の発展ならびに歯科臨床の向上のためにはインドネシアにおいて自国の気候,風土ならびに食生活に適した独自の歯科材料を自前で製造できるようにすることが不可欠であると考えられた.一方,熱帯気候に長期間保管された歯科材料の性能の劣化を検討する目的で,コンポジットレジンと模型用石膏を開封前の梱包のまま各種温度に保管したときの物性を検討した.その結果,ある種のコンポジットレジンにおいては高温に保管すると性能の劣化が見られること,またアルミニウム箔によって梱包された石膏では,日本の気候においても2年後に性能の劣化が見られることなどが明らかとなった.これらのことから,我が国から東南アジアへ輸出される歯科材料の梱包状態や輸出の方法などについてはさらに改善の余地があると判断された.
視覚誘導性指向運動遂行時の視覚・運動変換機構

(1)上丘内の局所神経回路の構造を明らかにするために生後3週のラットの上丘の厚さ250μmのスライスを作成し,上丘中間層および視神経層の様々な細胞からwhole-cell patch clamp法による記録を行った。その結果、中間層および、視神経層の細胞は定常電流に対する活動電位の生成パターンにより,7群に分類され,それぞれに特徴的な形態を示すことが明らかになった.特にその一群で,Regularな発火特性を示し,過分極側で内向き整流性のH電流を生じる細胞は視神経層(SO)に存在し,表層(SGS)に広範に樹状突起を派生し,さらにより深い層に軸索側枝を投射,終末することから,浅層に入力する視覚情報をより深い層に伝えるのに重要な役割を果たすと考えた.また,上丘中間層の細胞にニコチンを投与する著明な内向き流を生じた。このニコチンによる脱分極作用により,視神経と浅層刺激に対する中間層細胞の応答は促通を受けた.このように上丘中間層におけるニコチン受容体の刺激は上丘内での信号伝達を修飾する作用があることが明らかになった.この修飾作用は空間的注意が眼球運動の遂行に影響を与えるメカニズムに関与すると考えている.(2)視覚対象への3次元空間内での無拘束の上肢到達運動の制御に関わる中枢神経機構を明らかにするためにニホンザルの到達運動の軌跡を記録,解析している.その結果,運動の速度曲線は速やかな立上りと運動の後半に次第に減速するベル型を示し,運動の距離と速度の関係は右向き,左向きの運動を問わずほぼ同じprofileを示している.このように関節の使い方が全く異なる運動においても距離-速度関数がほぼ一致することは,視覚-運動変換過程において関節,骨格筋の動きといったdynamicsだけでなく,運動の速度,軌跡というkinematicsを符号する情報が使われていることを示唆する.(1)上丘内の局所神経回路の構造を明らかにするために生後3週のラットの上丘の厚さ250μmのスライスを作成し,上丘中間層および視神経層の様々な細胞からwhole-cell patch clamp法による記録を行った。このニコチンによる脱分極作用により,視神経と浅層刺激に対する中間層細胞の応答は促通を受けた.このように上丘中間層におけるニコチン受容体の刺激は上丘内での信号伝達を修飾する作用があることが明らかになった.この修飾作用は空間的注意が眼球運動の遂行に影響を与えるメカニズムに関与すると考えている.(2)視覚対象への3次元空間内での無拘束の上肢到達運動の制御に関わる中枢神経機構を明らかにするためにニホンザルの到達運動の軌跡を記録,解析している.その結果,運動の速度曲線は速やかな立上りと運動の後半に次第に減速するベル型を示し,運動の距離と速度の関係は右向き,左向きの運動を問わずほぼ同じprofileを示している.このように関節の使い方が全く異なる運動においても距離-速度関数がほぼ一致することは,視覚-運動変換過程において関節,骨格筋の動きといったdynamicsだけでなく,運動の速度,軌跡というkinematicsを符号する情報が使われていることを示唆する.
キチナーゼ様タンパク質の機能を鍵としたアロサミジン類の抗喘息作用の分子機構解析

キチナーゼ阻害物質アロサミジンの示す抗喘息作用の機能解析を行うため、アロサミジンのターゲット分子と推定されるキチナーゼ(AMCase)およびキチナーゼ様タンパク質(BRP39、Ym1、Ym2)の組換えタンパク質および新規アロサミジンプローブを調製し、4種全てのタンパク質がアロサミジンと10-100 nM程度のKd値で結合することを示した。BRP39がマウスプライマリー細胞に対して細胞死保護作用を有することを見出し、その作用に対してアロサミジンは阻害活性を示さないことを明らかにした。キチナーゼ阻害物質アロサミジン(allo)は喘息モデルマウスに対して抗喘息作用を示す。研究代表者はこれまでに、デメチルアロサミジン(dmallo)はalloよりすぐれた抗喘息作用を示すが、両者の活性の違いは哺乳類酸性キチナーゼAMCaseに対する作用に起因するものではないこと、また喘息モデルマウスの肺胞洗浄液中でallo類と特異的に結合する主タンパク質はキチナーゼ様タンパク質Ym1であることを明らかにした。AMCase、Ym1および他のキチナーゼ様タンパク質BRP39が喘息の発症と関与するとの報告はあるが、それらの機能は不明である。本研究では、dmalloとalloの作用と両者の活性の違いを手がかりに、キチナーゼおよびキチナーゼ様タンパク質の機能の分子機構、allo類の抗喘息作用機構を明らかにすることを目的とする。本年度はまず、Ym1、AMCase、BRP39の組換え体タンパク質の調製を行いallo類との相互作用解析を試みることにした。大腸菌を用いた発現系により、N末端にGSTタグを付加した融合タンパク質GST-rYm1,GST-rAMCaseおよびGST-rBRP39を調製した。得られた融合タンパク質からGST切断を試みたが回収率が悪く、融合タンパク質を用いて結合実験を行うことにした。GST-rAMCaseはキチナーゼ活性を有し、その活性はalloにより阻害された。アロサミジンフォトアフィニティプローブを用いて融合タンパク質とallo類との結合を調べたところ、GSTそのものがプローブと結合してしまい、GST融合タンパク質では実験が行えないことが判明した。そこで、MBP融合タンパク質の調製を行いMBP-rYm1を調製した。今後、生体分子間相互作用解析装置BIAcoreおよびOctet、等温滴定カロリメトリー(ITC)を用いてallo類との相互作用を調べる。デメチルアロサミジン(dmallo)はalloよりすぐれた抗喘息作用を示すが、両者の活性の違いが何に起因するものか不明である。本研究では、喘息モデルマウスの肺胞洗浄液中で発現が上昇する、キチナーゼ/キチナーゼ様タンパク質とアロサミジン類の結合活性をもとに、アロサミジン類の抗喘息作用の作用機構を解明することを目的とする。本年度はまず、前年度までに調製した、AMCase、BRP39、Ym1、およびYm2のMBPタグ付きの組換えタンパク質と生体分子間相互作用解析装置Octetを用いてアロサミジン類との結合活性を調べた。Octetのセンサーチップにビオチン化アロサミジンプローブを固定し、組換えタンパク質をアナライトとして分析した。その際、プローブのアロサミジン骨格とビオチン残基間のスペーサー長が重要であることが判明し、3種のプローブを合成することで、解析に最適なプローブを得ることができた。アロサミジンプローブについて解析を行ったところ、4種の組換えタンパク質全てにおいて、数十数百nMの低いKd値でのアロサミジンとの特異的な結合がみられた。一方、BRP39の生物活性に対するアロサミジン類の作用を調べることにし、マウス脾臓由来細胞を用いた系で、BRP39が細胞死を保護する活性を有することを見出した。BRP39の細胞死保護活性に対するアロサミジン類の作用を調べたところ、活性に変化が見られず、細胞死保護作用と喘息との関係は今後の課題であると考えられた。現在、デメチルアロサミジンプローブを調製し、組換えタンパク質との相互作用解析を行っている。

本研究では、dmalloとalloの作用と両者の活性の違いを手がかりに、キチナーゼおよびキチナーゼ様タンパク質の機能の分子機構、allo類の抗喘息作用機構を明らかにすることを目的とし、昨年度に引き続きYm1、AMCase、BRP39およびYm2の組換え体タンパク質の調製を行いallo類との相互作用解析を試みることにした。昨年度のGSTタグからMBPタグに変更し、大腸菌を用いた発現系により、N末端にMBPタグを付加した融合タンパク質MBP-rYm1, MBP-rYm2, MBP-rAMCaseおよびMBP-rBRP39を調製を試みた。組換えタンパク質の可溶性画分での発現には成功したが、MBPのアフィニティーカラムで精製後に分解産物と考えられるバンドが存在していた。そこで、発現誘導時間、発現誘導温度、プロテアーゼインヒビターの有無、カラムでの精製時の温度条件を検討し、また、逆相HPLC、陰イオン交換HPLC、ゲルろ過HPLCによる精製を検討した。その結果、分子間相互作用解析装置での分析が可能な純度の4種のタンパク質の組換え体を調製することができた。アロサミジン類との相互作用解析の鍵となる組換え体タンパク質の調製が順調に進んでおり、今後の相互作用解析への準備ができている。25年度が最終年度であるため、記入しない。本年度中にアロサミジン類と喘息に関与するキチナーゼおよびキチナーゼ様タンパク質との相互作用解析を行う予定であったが、組換えタンパク質のタグの選択と分解産物の除去の問題が発生し、当初の予定より半年程度の遅れで組換えタンパク質の調製が完了した。キチナーゼおよびキチナーゼ様タンパク質の組換え体タンパク質を用いて、アロサミジン、デメチルアロサミジンとの相互作用を詳細に解析する。また、アロサミジン応答性の培養細胞株を用いてアロサミジンの作用分子の特定と作用機構解析を進める。本年度調製した組換えタンパク質とアロサミジン類およびそれらの各種プローブを用いて、生体分子間相互作用解析装置により、キチナーゼ、キチナーゼ様タンパク質とアロサミジン類の結合の強さを調べ、アロサミジン類の抗喘息作用に関与するタンパク質を特定する。また、キチナーゼ様タンパク質の生物活性を検定する系を構築し、アロサミジン類の効果を調べる。
モデル理論におけるジェネリック構造の研究

グラフや超グラフを対象の構造とするとき,点の数-α×辺の数を次元と呼ぶ。次元から閉部分構造という概念が定義される。融合性のもとで,与えられた有限構造を貼りあわせてできるジェネリック構造というものがある。それは与えられた構造間の閉部分構造という関係をすべて内部で実現している構造である。境界関数fから決まるKfというクラスがある。αが有理数の場合にKfのジェネリック構造はfのある仮定のもとでモデル完全になる。αが無理数の場合にもいくつかの補題が成り立つ。全融合性と呼ばれる性質をもつ融合クラスのジェネリック構造は任意存在形で公理化できる。有限射影平面を部分構造にもたない無限射影平面が構成できる。Hrushovskiの融合法で構成されるある種のジェネリック構造について、それが満たす公理系がモデル完全になることを証明した。モデル完全性は応用上も重要なモデル理論における基本概念である。Hrushovskiの融合法で構成されるジェネリック構造の満たす公理系はモデル完全に近い性質をもつことが知られている。しかしながら、モデル完全にならない場合が多いことも知られている。Hrushovskiが構成した非可算範疇的(初等同値な同じ大きさの非可算モデルは同型)になるものについてはモデル完全になることが知られていたが、それ以外の場合はまだ研究されていないようである。それに対し、可算範疇的(初等同値な可算モデルは同型)になる場合についても、モデル完全性をある程度の一般性をもって示すことができた。今回考えたものは、グラフ理論でいう3超グラフである。このような有限構造Aに対し、|A|を頂点の個数、e(A)をAの3超辺の個数とし、δ(A) = |A| - e(A)という次元関数を考える。K_H ={A | (|A|, δ(A))∈H}というクラスを少し修正したものから作られるジェネリック構造を対象として考察した。Hがy ≧log_3(x+1)のように定義される領域の場合について、そのジェネリック構造がモデル完全になることを示した。logのように上に凸で非有界な関数h(x)に対し、Hがy ≧h(x)で定義される領域で、x, yが整数のとき、(x, y)∈Hならば(2x+1, y+1)∈Hをみたす場合に上のことを示すことができた。似た手法でさらに多くの場合にもモデル完全性が示せることが期待される。これに関連する結果は2013年9月の13th Asian Logic Conferenceおよび2014年3月の日本数学会年会において発表し、現在投稿中である。対数関数タイプの関数fのグラフy = f(x)とy=xで挟まれた領域に(大きさ、次元)の組が遺伝的にはいるような構造のクラスK_fを考える。グラフ構造Aに対し、Aの頂点数からAの辺の数に重みαをかけたものを引いた値をAの次元とする場合について次のような結果を得た。重みαが1未満の正の有理数の場合、fについてある条件を仮定すると、K_fは融合クラスになり、K_fに対するジェネリック構造はモデル完全になる。fに関する仮定は次のようなものである。αが既約分数m/dの場合、f(x)+1/dはf(cx)以上である。ここで、cは2以上のある定数にとれる。αが1/2以下の場合は、c=2でよい。Hrushovskiがジェネリック構成法(融合法)を編み出してLachlan予想の反例を構成したときに使用したのがK_fの形の融合クラスであった。ただし、このときのαは無理数である。無理数の場合への拡張は今後の課題である。K_fの形の融合クラスから作られるジェネリック構造は可算範疇的になる。可算範疇的なジェネリック構造は必ずしもモデル完全にならないこともわかった。有限構造のクラスに対して、なるべく一般的な形で貼り合わせて構成されるものがジェネリック構造である。Hrushovskiがある構造を構成するのに利用したK_fと呼ばれるクラスがある。fは対数関数に似た関数で、上に凸、上に有界でない関数である。グラフあるいは超グラフAに対し、「δ(A)=Aの頂点数-α×Aの辺の数」と定義する。Aの任意の部分構造Bに対し、δ(B)≧f(|B|)が成り立つようなAの全体をK_fと書く。α=1で3超グラフのクラスK_fに対し、f(x)+1 ≧f(2x)が成り立つ場合に、ジェネリック構造の満たす公理系がモデル完全という性質をもつこと示した。超グラフの代わりに2項グラフのクラスK_fに対しては、αが有理数の場合に、fに関する同様の仮定のもとで、ジェネリック構造の満たす公理系がモデル完全になることも示した。αが有理数の場合はある種の極小0拡大と呼ばれる拡大が豊富に存在することが重要であった。拡大の最後にはδ階数がもとの構造と同じになるが、中間にある構造では真に大きくなる拡大が極小0拡大である。αが無理数のときは0拡大はない。しかし、極小強拡大と極小固有拡大がたくさん存在することがわかった。BがAの極小強拡大とは、AとBの中間にあるグラフXに対し(ただしXはAでないとき)δ(A)<δ(X)であるが、δ(B)はその中で値が最小になっていることである。

また、BがAの極小固有拡大とは、AとBの間にあるAでもBでもないグラフXに対しδ(A)<δ(X)であるが、δ(A)>δ(B)となることである。この事実を駆使すれば、αが無理数の場合もK_fのジェネリック構造の満たす公理系がモデル完全になることを示せる可能が高いと思われる。全融合性(full amalgamation property)をもつ融合クラスに対するジェネリック構造の満たす公理系は任意存在形で表現できることが示せた。これは過去に得た結果を改善したものになっている。グラフや超グラフを対象の構造とするとき,点の数-α×辺の数を次元と呼ぶ。次元から閉部分構造という概念が定義される。融合性のもとで,与えられた有限構造を貼りあわせてできるジェネリック構造というものがある。それは与えられた構造間の閉部分構造という関係をすべて内部で実現している構造である。境界関数fから決まるKfというクラスがある。αが有理数の場合にKfのジェネリック構造はfのある仮定のもとでモデル完全になる。αが無理数の場合にもいくつかの補題が成り立つ。全融合性と呼ばれる性質をもつ融合クラスのジェネリック構造は任意存在形で公理化できる。有限射影平面を部分構造にもたない無限射影平面が構成できる。ジェネリック構造はモデル完全に近いということが知られているが、必ずしもモデル完全とは限らない。モデル完全になることがわかっている例はそれほど知られていなかった。初年度には3ハイパーグラフの場合で次元における重みを1にした場合、K_fのジェネリック構造がモデル完全になることを示した。グラフ構造の場合は、重みが1/2の場合が3ハイパーグラフにおいて重み1の次元を考えた場合に対応しているように思われる。一般の有理数を重みにした場合についても同様の結果を証明できたことは大きな前進と考えられる。数理論理学次元関数の重みが1未満の正の任意の有理数の場合についてK_fに関する結果を得ているので、無理数についても有理数で近似して考えることで結果を得られそうな見通しがある。fに関する条件は重みが有理数であることに依存して決めているので、そこをどう自然な条件に直すかが課題である。組合せ論の研究者の協力も得ることにより、ハイパーグラフに関する研究への応用も視野に入れていく。また、今年の12月には米国のノートル・ダム大学のA. Pillay教授と韓国の延世大学のB. Kim教授らも招待して、京大数理解析研究所の共同研究集会で議論を行う予定である。本研究の大きな目的は、ジェネリック構造と呼ばれる構造のモデル理論的な性質を調べることである。基本的な知見の整理を行ったところ、ジェネリック構造の満たす公理系はモデル完全性に近い性質をもつにもかかわらず、多くの場合にモデル完全にならないという結果があることを認識した。非可算範疇的な場合の例においては、モデル完全になる証明が発表されている。これはリンドストレームの定理を使って証明がなされている。可算範疇的な場合は、リンドストレームの定理を使おうとしても、自然に直接証明が得られそうに思い、実際、それに成功した。最初は具体的な場合においてであるが、ある程度の一般性をもった証明を与えられた。モデル完全になる場合でも、公理系が単純の場合も非単純の場合もありうることもわかった。このことは当初から予想していたことではないが、基本的な問題であるけれどもよい結果と考えられる。
生体１分子オングストローム計測法の開発

本年度は、アキシコンレンズを利用して開発した輪帯照明型の全反射暗視野顕微鏡を用いて、粒径40 nmの金ナノ粒子を、1.3Åの位置決定精度、1ミリ秒の時間分解能で観察することに成功した。また、33マイクロ秒の時間分解能においても5.4Åの位置決定精度を達成した。まず、位置決定精度の下限値を決める要素を特定するため、入射光強度や粒径を変えて計測を行った。その結果、位置決定精度は、フォトン数の平方根に比例して向上することを確認した。この結果は、位置決定精度を定める理論式とよく一致した。さらに、従来の全反射暗視野顕微鏡の位置決定精度の下限値が約3Åであり、検出器の信号の飽和が下限値を決めることを見いだした。検証結果に基づき、位置決定精度の向上を図るため、輪帯照明型の全反射暗視野顕微鏡を開発した。輪帯照明とすることで、これまで対物レンズの1点に集光していたレーザー光を円状に分散できる。これにより対物レンズの光損傷を抑え、入射可能な光強度を高めることを可能にした。さらに、検出器のピクセルサイズを小さくすることで、信号の飽和を抑制した。これらの改良により、位置決定精度の下限値を1.3Åまで向上させることに成功した。また、位置決定精度と時間分解能の関係についても検証した。時間分解能と位置決定精度はトレードオフの関係にある。時間分解能が高いほど、画像1フレームで得られるフォトン数が低下し、位置決定精度が低下する。今回開発した装置は入射光強度を高めることができるため、高速かつ高精度な計測を実現でき、33マイクロ秒の時間分解能で5.4Åの位置決定精度を達成した。さらに、より小さな粒径30nmの金ナノ粒子を1.9Åの位置決定精度と1ミリ秒の時間分解能、および1.7nmの位置決定精度と33マイクロ秒の時間分解能で1粒子イメージングすることにも成功した。当初の計画どおり、アキシコンレンズを利用した輪帯照明型の全反射暗視野顕微鏡を開発することで、粒径40 nmの金ナノ粒子を1ミリ秒の時間分解能と1Åの位置決定精度で1粒子イメージングすることに成功した。また、33マイクロ秒の時間分解能では、5.4Åの位置決定精度を達成した。さらに、位置決定精度を決める主要な因子はフォトン数であり、フォトン数の平方根に比例して向上することを確認した。また、検出器の飽和によって位置決定精度が飽和することを明らかとし、ピクセルサイズを小さくすることで、この飽和を改善することにも成功した。これらの改善により、より小さな粒径30nmの金ナノ粒子を1.9Åの位置決定精度と1ミリ秒の時間分解能、および1.7nmの位置決定精度と33マイクロ秒の時間分解能で1粒子イメージングすることにも成功した。今後は、より小さな金属ナノ粒子を高い位置決定精度と時間分解能で観察可能にする。また、金・銀ナノ粒子はプラズモン共鳴波長の違いに起因し散乱効率の高い波長が異なる。それぞれの共鳴波長に合わせたレーザーを用い、金・銀ナノ粒子を識別して同時計測する。様々なサイズの粒子で金・銀ナノ粒子の識別能を検証する。さらに時間分解能と位置決定精度の相関を検証し、1分子オングストローム計測に利用可能なサイズの下限値を定量的に明らかにする。さらに、開発した1分子オングストローム計測法を分子モーターに適用しその作動機構を徹底的に理解する。作動様式が大きく異なる複数のリニア分子モーター、回転分子モーターを対象とし、作動機構の多様性と普遍性を理解する。具体的には、単量体リニア分子モーターセルラーゼ、二量体リニア分子モーター細胞質ダイニン等をターゲットとする。

さらに、より小さな粒径30nmの金ナノ粒子を1.9Åの位置決定精度と1ミリ秒の時間分解能、および1.7nmの位置決定精度と33マイクロ秒の時間分解能で1粒子イメージングすることにも成功した。当初の計画どおり、アキシコンレンズを利用した輪帯照明型の全反射暗視野顕微鏡を開発することで、粒径40 nmの金ナノ粒子を1ミリ秒の時間分解能と1Åの位置決定精度で1粒子イメージングすることに成功した。また、33マイクロ秒の時間分解能では、5.4Åの位置決定精度を達成した。さらに、位置決定精度を決める主要な因子はフォトン数であり、フォトン数の平方根に比例して向上することを確認した。また、検出器の飽和によって位置決定精度が飽和することを明らかとし、ピクセルサイズを小さくすることで、この飽和を改善することにも成功した。これらの改善により、より小さな粒径30nmの金ナノ粒子を1.9Åの位置決定精度と1ミリ秒の時間分解能、および1.7nmの位置決定精度と33マイクロ秒の時間分解能で1粒子イメージングすることにも成功した。今後は、より小さな金属ナノ粒子を高い位置決定精度と時間分解能で観察可能にする。また、金・銀ナノ粒子はプラズモン共鳴波長の違いに起因し散乱効率の高い波長が異なる。それぞれの共鳴波長に合わせたレーザーを用い、金・銀ナノ粒子を識別して同時計測する。様々なサイズの粒子で金・銀ナノ粒子の識別能を検証する。さらに時間分解能と位置決定精度の相関を検証し、1分子オングストローム計測に利用可能なサイズの下限値を定量的に明らかにする。さらに、開発した1分子オングストローム計測法を分子モーターに適用しその作動機構を徹底的に理解する。作動様式が大きく異なる複数のリニア分子モーター、回転分子モーターを対象とし、作動機構の多様性と普遍性を理解する。具体的には、単量体リニア分子モーターセルラーゼ、二量体リニア分子モーター細胞質ダイニン等をターゲットとする。
リベラルな国家の対外的正統性の規範的基礎

本年度は、本研究計画の初年度にあたり、その目的である〈リベラルな国家の対外的正統性の規範的基礎〉の解明を進めるための基礎的な作業を行った。まず、国家ないし政府の対内的正統性の根拠として一般に論じられる契約、公正、自然的義務、関係的責務のそれぞれについて改めて検討を加えた。契約や関係的責務はそれに基づく関係性の樹立を規範的に根拠づける高次の普遍主義的原理を必要とし、また公正や自然的義務はそれ自体普遍主義的な原理であり、いずれも対外的な正統性の根拠としては不完全であることが確認された。この点を補うものとしては、Robert Goodinの割当責任論がある。道徳的義務のより効果的な履行のためには、一人の個人が地球上のすべての個人に対して責任を負う制度ではなく、ある限定した範囲の個人に対して優先的に責任を負う制度の方が望ましい。これは、一定の補充的義務を果たすことを条件に、任意の境界線内部で相互に優先的な関係性を構築することを正当化する議論である。また、民主主義原理に基づく構成員資格の範囲確定に関する議論を検討した。民主的決定が自律の観念に立脚していることから決定の影響範囲によって参加資格を確定しようとする考え方が有力である。これらのことは、リベラルな国家の構成員資格に重層性が求められることを示唆している。他方、社会内部に生じうる「外部」について検討するため、アパルトヘイト体制下の南アフリカの状況を取り上げるDavid DyzenhausのHard Cases in Wicked Legal Systemsを参照しつつ、リベラルな法の根本にある原理としての法の一般性や平等が社会構成員の「外部」化を承認しえないことを確認した。これは、構成員資格の重層化を否定する論拠となりうる。本年度は、本研究計画の初年度にあたり、その目的である〈リベラルな国家の対外的正統性の規範的基礎〉の解明を進めるための基礎的な作業を行うことを予定していたが、当初の予定通り現在までの議論状況を概観的に確認することができたため、おおむね順調に進展していると評価した。リベラルな国家が対外的な正統性を承認されるためには、その条件の一つとして一定の範囲の個人に構成員資格を付与すべきことが明らかとなりつつあるが、その際、民主主義的原理に基づけばそれは決定内容に応じて重層化される必要があり、法の支配の理念からは重層化が否定されるという二律背反をいかにして解決するかが今後の課題である。引き続き先行業績の分析検討を行い、口頭発表や関連分野の研究者との意見交換を通じて考察を深める。研究打ち合わせのための出張を予定していたが、翌年度に延期したため次年度使用額が生じた。次年度の旅費として用いることを予定している。
遺伝子多様性データを解明する統合的分析について

単純に大量なデータを解析するだけではなく、遺伝解析にはこの分野での独特のアプローチの仕方が各種ある。探索する領域を絞り込み、また遺伝情報と表現型情報を結び付ける関連解析を精密に行うことができる。探索する領域を絞り込むために、連鎖不平衡を利用したLDブロックの同定を行い、その手法を空間統計学の手法であるEchelon解析を適用する手法を提案し、先行研究らと比較した。絞り込んだ領域について、ターゲットハプロタイプを想定した関連解析を行いたいが、初めて遺伝発現モデルに忠実に従った多変量量的変量への適用を行える手法を提案し、先行研究と比較を行った。その結果、全てのシミュレーションデータにおいて、我々が提案した手法が良い結果(正確な有意確率や検出力など)を得ることが示せた。多因子性疾患関連遺伝子の探索について、従来から用いられている連鎖解析に加え、連鎖不平衡を利用した関連解析、ハプロタイプ解析が有力な手段として注目されている。具体的な分析方法としてDNAデータの中の代表的なSNPマーカーについて、連鎖不平衡係数などの指標によるブロックとして同定する方法、ブロック同定によりその中の代表的なマーカーを最適に選択するhtSNPsを選択する方法を開発し、シミュレーションデータやHapmap国際計画などの公開データを用いて検証し、比較した。ブロック同定については、Haploviewに含まれるGabriel法、Kamatani et al.(2004)が提案したAvi-Itzhaket al.(2003)のloss-less modeを改良した方法、我々の提案する手法の3つで比較した。Gabriel法は連鎖不平衡係数D'の信頼区間を単純に用いるため、ほかの2手法に比べると小さなブロックを同定する傾向が見られた。また、我々の手法は、Kamatani et al.(2004)の精密にハプロタイプを推定することで得られるブロック同定とほぼ同じ領域を、D'の値のみで空間集積性を解析することで得ることができた。これは計算時間を大きく短縮する利点もある。これについて、まとめたものをProceedings in Computational Statisticsに投稿し、フルペーパー査読され、採択された。我々が提案してきた連鎖不平衡を利用した関連解析、ハプロタイプ解析の一連の流れを統合的分析方法として整備し、新しい理論構築も積極的に組み入れる。具体的な分析方法としてDNAデータの中の代表的なSNPマーカーについて、連鎖不平衡係数などの指標によるブロックとして同定する方法、ブロック同定によりその中の代表的なマーカーを最適に選択するhtSNPsを選択する方法などを構築してきた。より大量なデータへの拡張に対応するためには、今までは遺伝解析者がよく用いるLinux環境の特殊なフォーマットが多かったが、この2.3年では統計解析者にも馴染みの深いR環境で実行できる遺伝統計解析パッケージが多く提供され、一般の統計関係者に取り組みやすくなってきている。本研究課題の、より円滑な推進を整備するために、大量SNPsデータにおける独立性の検定の超高速計算や-log(p値)での染色体ごとのプロット、連鎖不平衡マップなどのR環境での実行や活用をまとめ、これらに対してもブロック同定やhtSNPsを行った解析結果を掲載したものが、計算機統計学22(2)に採択され、掲載された。また、ブロック同定に対して、Echelon解析を用いていたが、この空間統計手法の応用として、疫学系の大規模データに対応させた手法にとりくんだ。この結果、遺伝統計解析で我々が標室した方法が、より一般的な疫学・公衆衛生系のデータで有効なことがはっきりと示せた。このデータ解析をまとめたものも計算機統計学23(1)に採択され、掲載された。遺伝子多様性の研究には、多因子疾患関連遺伝子の探索を目的とした場合、従来から用いられている連鎖解析に加え、連鎖不平衡を利用した相関解析、ハプロタイプ解析が有力な手法として、世界的にも注目されている。具体的な分析方法としてDNAデータの中の代表的なSNPマーカーをブロックとして抜き出すLDブロック同定方法、LDブロック同定より代表的なマーカーを選択するhtSNP選択方法、その後のハプロタイプ・ディプロタイプ形推定、遺伝子型・ディプロタイプ形と表現型データとの関連解析について扱うことを考える。前半の同定されたLDブロックより代表的なマーカーを選択するhtSNP選択方法について空間統計手法の一つであるEchelon解析を利用し、有効なタグSNPを選択することを可能とした。また、この提案手法が既存の手法であるTaggerやloss less mode(改良版を含む)と比較しても、概ね一致した結果が得られることも確認し、これをまとめた論文が専門誌に掲載された。後者のハプロタイプ・ディプロタイプ形推定、遺伝子型・ディプロタイプ形と表現型データとの関連解析についても、QTLhaploの理論を純粋に多変量量的変量への適用を可能とし、3つの遺伝発現モデルについて、既存の手法QTLmarcと比較を行った。

劣性モデル、加算モデルではもちろん、優性モデルについても設定した数個の平均ベクトルでのシミュレーションでは全て、検出力は既存の手法よりも上回った。これをまとめた論文も、計算機統計学の分野のトップジャーナルComputational Statistics and Data Analysisに掲載された。
力学的尺度で痙縮を評価する試みと、その計測装置開発のための研究

痙縮は、脳卒中後片麻痺などでみられる過剰な筋緊張亢進状態である。足では、歩行時に爪立ちや内がえしの恰好で足が固まり、足の裏の地面接地が難しくなる。こうした足部の痙縮を抑制する治療は、安全かつ安定した歩行能力の確保のため推奨される。その効果的な治療を遂行するにあたり、治療前後での適切な効果判定は欠かせない。しかし、痙縮は安静時よりも動作時に強く現れる特色があり、その動作時の程度を計測する実用的な方法は未確立である。本研究は、臨床的汎用性の高い、動作時の痙縮計測法の確立を目標とし、足部の痙縮(尖足、内反)を対象に計測試作装置の開発を目指す。
極限熱放射線環境における高強度・高純度K中間子ビームラインの研究

1.K中間子生成標的の開発MWクラスのビームに対して、効果的に除熱できる回転円盤型直接水冷標的装置が開発された。標的材料には、適当な密度があり、熱的機械的特性および耐食性のよいニッケルまたはニッケル合金が選定された。2.遮蔽・コリメータの開発標的の直下流への熱負荷の相当数を引き受ける、ビーム方向の厚さが0.4m、ビームに垂直な断面1.5mx1.5mの銅コリメータが設計された。コリメータは真空槽内で運転され、周囲を水で冷却される。3.耐熱耐放射線電磁石の開発真空槽内で運転される間接水冷型完全無機絶縁コイルの耐放射線電磁石を開発した。真空中での試運転の結果良好であった。4.静電分離装置の開発高電圧部から絶縁油とFRP樹脂を廃し、詳細な電場計算に基づいて、新型の耐放射線静電分離装置を開発した。5.真空関連機器の開発標的直下流への熱負荷のため、「通常の」磁石間隙に入るビームダクトは除熱不可能なので、逆に発想を逆転して、磁石を真空中で動かすという新しいコンセプトを見出した。6.ビームモニターの開発大強度一次陽子ビームの"ビーム非破壊型"の残留ガスプロファイルモニター(RGIPM)を開発した。7.ビームラインの光学設計生成標的から2次ビームを抽出整形し、2段の静電セパレータを通してK中間子の純度を上げ、ビームの運動量を高分解能で分析できるビームラインを設計した。このビームラインはJ-PARCにおいてK1.8およびK1.8BRとして建設される。平成15年度の研究実績について、以下のとおり7つの項目について実施したのでそれぞれ概要を記す。1:耐熱耐放射線標的直接水冷型回転円盤標的の基本設計を進めた。冷媒(水)の流動試験から得られたデータをもとに有限要素法による解析を行い、円盤の除熱効率に対して円盤の半径や回転数などが最適化された。また、保守点検シナリオについての設計がなされた。2:遮蔽体、コリメータ、スリットモンテカルロ計算コードを用いて標的回りのビームライン機器や遮蔽体への熱付与、放射線強度および残留放射能の評価を行い、標的周辺の機器配置が決定された。3:耐熱耐放射線電磁石2次ビームライン先頭の電磁石については真空槽中での運転が必要と判断し、真空仕様の電磁石を試作し大型真空槽での運転試験を実施した。また、実機のための電磁気的設計が進められた。4:耐放射線静電分離装置設計が進められた。従来静電分離装置と比較して、耐放射線性の観点から選定部品が見直され、保守性や放射線遮蔽上の観点から高電圧導入ポートや真空ポートの配置および真空槽の内径の最適化が図られた。5:耐熱真空パイプ、真空シール標的下流の真空バイプへのビームロスを見積り必要な径や推奨される材質が設計された。着脱の容易なあたらしい真空フランジと真空シールの開発を進めた。6:耐熱放射線ピームモニタービームロスを検出する同軸空気電離チューブを開発した。ビームパイプ中の残留ガスを用いたビームモニターを試作し、ビームによる試験を実施した。7:ビームライン光学1つの標的に接続される2本の荷電K中間子ビームラインの光学的設計を行った。それぞれの最大運動量は2GeV/cと1.1GeV/cであり、ストレンジネス核物理実験やK中間子稀崩壊物理実験に供される。1)K中間子生成標的の開発メンテナンスシナリオの検討を推進し実証機の設計を行った。これにより、実証機の製作を行った。2)遮蔽・コリメータの開発熱解析を用いた応力計算とコリメータ本体材料の分割数の最適化を行った。