hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生理活性天然物のファーマコフォア再構築による転写機能調節化合物の創製

生物活性化合物の活性発現に必要な構造要素(ファーマコフォア)に着目し、それらを合理的に設計した骨格構造上に配置・再構築することにより、高活性かつ安定な生物活性化合物の創製法の提案を行った。生物活性としては転写制御活性に注目し、種々の化合物の設計および構造展開を行うことにより、様々な核内受容体型転写因子に対する制御化合物の創製に成功した。創製した化合物は癌などの疾患治療薬のリードとして有望であり、また開発した手法は医薬候補化合物の創製において新しいアプローチを提案するものである。多彩な生理活性を有する天然物であるクルクミンについて、そのアンドロゲン受容体(AR)アンタゴニスト活性におけるファーマコフォア(必須構造)の推定、およびそれに基づく活性化合物の構造展開を行った。クルクミンのARアンタゴニスト活性には、その構造中に含まれる2つのベンゼン環が必要であると推定し、その2個のベンゼン環をクルクミンの共役ポリエンに相当する硬固性および柔軟性を併せ持つリンカー構造、具合的には芳香族アミド構造およびウレア構造、スチルベン構造等を用いて連結した化合物郡を設計、およそ100化合物を合成し、その活性評価を行った。化合物の生物活性評価は、一次評価としてアンドロゲン依存性細胞SCー3細胞に対する抗アンドロゲン作用によりスクリーニングした。その結果、4ー(4ーベンゾイルアミノフェノキシ)フェノール構造を有するいくつかの化合物が有意なARアンタゴニスト活性を示すことを見出した。ARアンタゴニスト活性を示した化合物について、さらに周辺誘導体の設計および合成を行った。その結果、合成化合物はSCー3細胞に対して高い活性を示したほか、変異ARを有するヒト前立腺癌由来細胞株(LNCaP細:T877A変異AR、22Rv1細胞:H874Y変異AR)のアンドロゲン依存的な細胞増殖に対しても顕著な抑制活性を示した。また、ヒトARに対する結合親和性試験においても有意なAR結合親和性を示し、合成した化合物はAR結合を解して抗アンドロゲン活性を発現していることが示唆された。以上のとおり、クルクミンの構造要素を基にした新規ARアンタゴニストの創製に成功した。多彩な生物活性を有する天然物であるクルクミンの構造要素を基にして、多様な構造展開を行い、前年度までに高い活性を有する新規アンドロゲン受容体アンタゴニストの創製を行った。今年度はまず、アンドロゲン受容体と同じくステロイドホルモン受容体であるプロゲステロン受容体について、合成した化合物群のリガンド活性を評価した。プロゲステロン受容体は、構造的にはステロイドホルモン核内受容体の中でもアンドロゲン受容体との相同性が最も高い受容体である。生理的にはプロゲステロン受容体は女性生殖機能に深く関与しており、女性生殖器系の疾患の治療ターゲットであるのみでなく、近年は中枢作用でも着目されているタンパクである。化合物の活性評価の結果、いくつかのスルホンアミド誘導体がプロゲステロン受容体アンタゴニスト活性を有することを見いだした。続いて、ヒットしたスルホンアミド誘導体の構造展開を行い、活性向上と構造活性相関の検討を行い、ナノモーラー単位での活性を有する新規非ステロイド型プロゲステロン受容体アンタゴニストの創製に成功した。化合物と受容体の結晶構造とのドッキングシミュレーションを行い、化合物の構造活性相関の結果とあわせて結合様式を考察し、更なる構造展開の余地があることを見いだしている。また、アンドロゲン受容体に対する交差活性を評価し、プロゲステロン受容体に対する選択性を有していることを確認した。創製した化合物は選択的なプロゲステロン受容体アンタゴニストとして、プロゲステロン受容体研究における有用な分子ツールとなり得る。Fragment-Based Drug Desginによる医薬品開発や、コンビナトリアル合成等により多彩な低分子化合物が合成可能な現在においても、天然物化合物は医薬開発における重要な化合物資源である。一方で、天然物化合物やその単純な誘導体の多くは、その化学的な不安定性や生理活性標的の多彩さゆえに医薬品として用いることが困難である。本研究では、多彩な生理活性を有する天然物化合物の構造要素を基盤として、安定で作用が分離した高活性な転写機能調節分子の創製を行った。最終年度においては、天然物化合物であるクルクミンの構造要素を基盤として前年度までに作成した化合物ライブラリーについて、その生物活性の精査を行い、新たに核内グルココルチコイド受容体に対するアンタゴニスト活性化合物を見いだした。その化合物をリード化合物とした構造展開を行い、高いアンタゴニスト活性を有する新規非ステロイド型グルココルチコイド受容体アンタゴニストの創製に成功した。また、生物活性を有する内因性の脂肪酸アミドに着目し、その構造要素を基盤とした化合物展開により、核内ペルオキシソーム増殖剤応答性受容体(PPAR)アゴニストの創製にも成功した。研究機関全体を通して、本研究で、アンドロゲン受容体、プロゲステロン受容体、グルココルチコイド受容体およびPPARの各種核内受容体型転写因子に対する制御化合物の創製に成功した。本研究で得られた化合物および構造活性相関の知見は、新規転写制御化合物の創製において有益な知見となるものである。

生物活性としては転写制御活性に注目し、種々の化合物の設計および構造展開を行うことにより、様々な核内受容体型転写因子に対する制御化合物の創製に成功した。創製した化合物は癌などの疾患治療薬のリードとして有望であり、また開発した手法は医薬候補化合物の創製において新しいアプローチを提案するものである。本研究の目的である、多彩な生物活性を有する天然物であるクルクミンの構造要素に着想を得て、新たな化合物の構造展開を行い、前年度に達成したアンドロゲン受容体アンタゴニストの創製に加え、新たに新規ファーマコフォアを有する非ステロイド型プロゲステロン受容体アンタゴニストの創製にも成功した。本結果は関係学会における発表を行い、また論文投稿を行っているところであり、おおむね順調に進展していると考えられる。創薬化学創製した新規プロゲステロン受容体アンタゴニストの構造活性相関から、さらなる構造展開の余地があることが示唆されている。いっそうの構造展開から高活性化合物の創製と結合様式の解明を行う。また、予備的知見として、プロゲステロン受容体アンタゴニスト候補化合物として合成した一部の誘導体がグルココルチコイド受容体のリガンドとして機能し得ることを見いだしている。そこで、グルココルチコイド受容体リガンドとしての構造展開、構造活性相関を検討することで、新規非ステロイド型グルココルチコイド受容体リガンドの創製を目指す。本研究の目的である、多彩な生理活性を持つ天然物のファーマコフォア再構築という着想により、斬新な構造を有し、高い活性を持つ新規アンドロゲン受容体アンタゴニストの創製に成功し、関係学会および論文等での発表にいたっており、おおむね順調に進展していると考えている。本年度は研究の進捗および発表を数多くしており、初年度からの繰越額を含めると該当年度は当初計画以上の支出をしている。まず、合成した化合物ライブラリを用いて、他の核内受容体に対する制御化合物の創製を検討する予定である。アンドロゲン受容体(AR)はステロイドホルモンを内因性リガンドとする受容体であるため、昨年度に創製したARアンタゴニストの周辺化合物に、プロゲステロン受容体やエストロゲン受容体など他のステロイドホルモン受容体に対するリガンド候補化合物が存在している可能性を考えている。化合物のスクリーニングから、さまざまな活性プロファイルを持つ核内受容体制御化合物の創製を行う。当初計画に加え、新規標的タンパクに対する作用の評価系の確立に次年度使用額を用いることを計画している。化合物展開において、想定よりも早い段階で有望な化合物が創出され、有機合成にかかる費用が当初の想定よりも少なかったこと。および、研究代表者が年度途中で異動したことにより、一時的に研究活動が減少したため。前年度、化合物合成において有望な化合物がすでにいくつか創出されており、それらの生物活性について重点的に検討を行う。特に、当初予定していたいくつかの核内受容体に対する活性に加えて、その他の核内受容体や転写因子などに対する作用を系統的に評価し、構造活性相関を検討する。また、すでに得られた結果について、各種の関連学会等において報告し、その有用性や今後の展開について議論する。
在宅ケア開始期の緊急ニーズ予防と即時対応のためのアセスメントとケア評価ツール開発

在院日数の短縮に伴い、特に在宅ケア開始期は、療養者の身体・精神的問題の出現や医療処置、介護等の療養生活の問題が生じやすい。さらに、療養者と家族を多職種で支えるため連絡調整が重要となる。開始期の緊急ニーズに適切に対応することは、在宅療養を継続し、生活の安定を図るための重要な条件となると考える。特に、今後、増加する高齢者の在宅療養を推進していくためには、開始期における訪問看護師による緊急ニーズへの予防と即時対応のためのアセスメントとケア評価ツールと緊急時対応における医師との連絡・調整体制が必要である。本研究は、在宅療養者と家族を対象に、在宅ケア開始期における緊急ニーズ発生の訪問看護師の「電話対応」と「訪問対応」の実態を明らかにし、緊急ニーズ発生の予防と即時対応のためのアセスメントとケア評価ツール(ケア実施、教育、医療ケア等の連絡・調整を含む)を開発し、その効果を評価、有用性を検証する。さらに、在宅開始期の緊急時対応における医師との連絡・調整の方法を提案することを目的としている。この開始期に必要なケアを十分かつ効果的・効率的に行うことによって、在宅ケア利用者の病状安定、健康維持が図れ、生活基盤整備を早期に実現することで、本人・家族の負担の軽減や療養生活の安定を図ることができる。特に、今後は在宅ケアを受ける対象が増加し、高齢化が進む中で在宅療養を推進していくためには、開始期における緊急ニーズに即時対応できるアセスメントツールを提案することで、看護の質を保証することができ、早期の在宅生活を安定させるための医師との連絡・調整の方法を構築することができる。今年度はこれまでに調査を実施したデータの分析から、アセスメントとケアツールの作成し、介入調査を実施している。初年度は在宅サービスの質の評価、訪問看護のアセスメントの枠組み、緊急ニーズ・緊急時訪問等の先行文献をまとめ、緊急ニーズのアセスメント表と在宅医療体制評価の調査表を作成した。アウトカム内容は緊急電話と緊急訪問の文献レビューから緊急ニーズの視点となる「緊急ニーズのアセスメント」をもとに作成した。人間環境大学研究倫理審査委員会の承認(承認番号:UHE-201618)を得て、調査対象となる訪問看護ステーションと調整、訪問看護師に研究参加を依頼し、調査の同意を得て、調査を実施した。昨年度は、在宅ケア開始期(退院日から15日間)の療養者・家族(以後、利用者とする)の緊急ニーズへの訪問看護師の緊急対応(電話対応・訪問対応)の実態を把握し、利用者の緊急ニーズと訪問看護師のアセスメント内容から看護師のアセスメントの視点を明らかにするため調査を行った。対象機関は、A県訪問看護ステーションのうち調査協力の承諾の得られた16施設、対象者は、2015年10月2016年9月までの訪問看護ステーションの新規契約事例のうち、40歳以上の自宅療養者(以後、新規事例とする)で訪問看護初日(以後、訪問初日とする)から在宅開始の15日間に緊急対応が発生した95名である。調査期間は、2016年11月2017年3月とした。その結果より、在宅ケア開始期の緊急対応の実態が把握できた。2018年は、対象者数が95名と少ないため、さらに追加調査を実施し。その結果をもとに、アセスメントとケアツールの試作を重ねた。遅れている理由は、これまでに調査を実施したデータの分析から緊急ニーズ発生の要因を明らかにし、緊急ニーズ予防と即時対応のためにアセスメント項目(観察点、回数、方法等)を決抽出し、アセスメントとケアツールの作成し、アセスメントツールを訪問看護師に活用した調査を実施予定である。研究倫理委員会の許可を得た後、退院日から15日間の療養者と家族に緊急ニーズへの即時対応の現状を200事例に調査する計画であったが、調査事例が95事例となった。これは、訪問看護ステーションの調査のため、協力いただけた施設も少なく、予定の半数の事例であるが、複数回の緊急訪問・緊急電話対応が行われており、事例は95名で調査は終了した。2017年度に計画しているケア実施、教育、医療ケアの連絡・調整を含むアセスメントとケア評価ツールのプレテスト等を実施し、アセスメントとケアツールの試作を行った。しかし、対象者が95事例と少なく、症状や病態による特徴を見出すことができなかったため、2018年度に再調査を実施し、分析から緊急ニーズ発生の要因を明らかにし、緊急ニーズ予防と即時対応のためにアセスメント項目(観察点、回数、方法等)を決抽出した。2019年度(今年度)は、さらに、アセスメントとケア評価ツールを在宅ケア開始期の実践100事例に適用(介入)して、緊急ニーズの予防と介入の実態調査を行い、有用性を検証し、実用性を高める計画とする。

特に、今後、増加する高齢者の在宅療養を推進していくためには、開始期における訪問看護師による緊急ニーズへの予防と即時対応のためのアセスメントとケア評価ツールと緊急時対応における医師との連絡・調整体制が必要である。本研究は、在宅療養者と家族を対象に、在宅ケア開始期における緊急ニーズ発生の訪問看護師の「電話対応」と「訪問対応」の実態を明らかにし、緊急ニーズ発生の予防と即時対応のためのアセスメントとケア評価ツール(ケア実施、教育、医療ケア等の連絡・調整を含む)を開発し、その効果を評価、有用性を検証する。さらに、在宅開始期の緊急時対応における医師との連絡・調整の方法を提案することを目的としている。この開始期に必要なケアを十分かつ効果的・効率的に行うことによって、在宅ケア利用者の病状安定、健康維持が図れ、生活基盤整備を早期に実現することで、本人・家族の負担の軽減や療養生活の安定を図ることができる。特に、今後は在宅ケアを受ける対象が増加し、高齢化が進む中で在宅療養を推進していくためには、開始期における緊急ニーズに即時対応できるアセスメントツールを提案することで、看護の質を保証することができ、早期の在宅生活を安定させるための医師との連絡・調整の方法を構築することができる。初年度は在宅サービスの質の評価、訪問看護のアセスメントの枠組み、緊急ニーズ・緊急時訪問等の先行文献をまとめ、緊急ニーズのアセスメント表と在宅医療体制評価の調査表を作成した。アウトカム内容は、1OASISを参考に開発された日本版在宅ケアアウトカム票の緊急ニーズに関わる項目、2日本版成人・高齢者用アセスメントとケアプラン(財団方式)自立をはかり尊厳を支えるケアマネジメント事例集のアセスメント票の枠組みの緊急ニーズに関わる項目、3訪問看護のアセスメントの項目、4緊急電話と緊急訪問の文献レビューから緊急ニーズの視点となる「緊急ニーズのアセスメント」をもとに作成した。人間環境大学研究倫理審査委員会の承認(承認番号:UHE-201618)を得て、調査対象となる訪問看護ステーションと調整、訪問看護師に研究参加を依頼し、調査の同意を得て、調査を実施した。在宅ケア開始期(退院日から15日間)の療養者・家族(以後、利用者とする)の緊急ニーズへの訪問看護師の緊急対応(電話対応・訪問対応)の実態を把握し、利用者の緊急ニーズと訪問看護師のアセスメント内容から看護師のアセスメントの視点を明らかにすることを目的とした。対象機関は、A県訪問看護ステーションのうち調査協力の承諾の得られた18施設である。対象者は、2015年10月2016年9月までの訪問看護ステーションの新規契約事例のうち、40歳以上の自宅療養者(以後、新規事例とする)で訪問看護初日(以後、訪問初日とする)から在宅開始の15日間に緊急対応が発生した97名である。調査期間は、2016年11月2017年3月とした。現在は、アンケート結果の分析、まとめを進めている。在院日数の短縮に伴い、特に在宅ケア開始期は、療養者の身体・精神的問題の出現や医療処置、介護等の療養生活の問題が生じやすい。さらに、療養者と家族を多職種で支えるため連絡調整が重要となる。開始期の緊急ニーズに適切に対応することは、在宅療養を継続し、生活の安定を図るための重要な条件となると考える。
脱分極誘発色素を用いたレーザーphoto-stimulationシステムの開発

本研究では、組織・細胞を光により脱分極刺激するlaser photo-stimulationシステムを作成するとともに、より優れた脱分極誘発色素の開発・スクリーニングを行い、その実用化を図ることを目的として研究を進めた。まず、生物用顕微鏡をもとに、光源とフィルターユニットを改造して、photo-stimulationシステムを作成した。レーザー光源には、色素の応答波長を考慮して、高出力のHe-Neレーザー(50mW、633nm)を採用し、光ファイバーで顕微鏡の蛍光ユニットと接続した。また、RGA-30の構造式をもとに、新たな色素の合成を林原生物化学研究所・感光色素研究所に依頼し、NK5156、NK2273、NK2275、NK2992を作成した。色素のスクリーニングには、我々が従来膜電位感受性色素のスクリーニングに用いてきた鶏胚迷走神経摘出標本、およびこれまでにphoto-stimulationの報告があるウシガエル交感神経節標本を用い、ガラス吸引電極によって測定される集合活動電位をモニターした。まずはじめにRGA-30を対象とし、無脊椎動物で報告のある染色条件で迷走神経標本を染色したところ、100μM・10-20分の染色によって、nodose ganglionの電気刺激によって生じる神経幹集合活動電位が著明に減弱することがわかった。新しく合成したいくつかの色素については、このような著しい毒性は観察されなかった。毒性がみられない染色条件を探索し、その条件下でphoto-stimulationの効果が得られるかどうかを調べたところ、明らかなphoto-stimulation効果は残念ながら観察されなかった。この原因については、一つは現在の我々のphoto-stimulation systemの性能(具体的にはlaserの出力の強度)に問題がある可能性が考えられる。もう一つは、我々の測定が基本的にextracellular recordingによる集合電位の測定なので、個々の細胞を対象としたintracellular recordingを行わないと、photo-stimulationの効果が見えないのかもしれない。また、単にRGA-30による染色がうまくいっていなかったためとも考えられる。今後、新しく合成したいくつかの色素を含めて、色素のスクリーニングをすすめるとともに、システムの性能に関しても、引き続き検討を行っていく予定である。神経や筋細胞の興奮に伴う生理的機能の解析にあたっては、電極を用いて電気的な刺激を与えるか、神経伝達物質などの生理活性物質を外部からapplyするなどの方法が用いられる。このような刺激法では、空間分解能が低く、特定の細胞/細胞微小膜領域や特定のシナプスなどを選択的に刺激することが困難であるため、複雑な細胞ネットワークのつながりやそのメカニズムを解析する場合に困難な問題点が生じることが多い。我々は、長年、膜電位感受性色素を用いた細胞電位活動の光学的計測の研究を行ってきたが、RGA-30と名付けた色素が、光照射によって細胞膜を非侵襲的・可逆的に脱分極させる性質を持つことを見出した。本研究では、この"脱分極誘発色素"にレーザーマイクロビームを組み合わせ、組織、細胞の任意の極微小膜領域を非侵襲的に刺激する"レーザーmicro-photostimulationシステム"を開発するとともに、より優れた脱分極誘発色素・過分極誘発色素の開発・スクリーニングを行い、その実用化を図ることを目的とする。本年度は、まず林原生物化学研究所・感光色素研究所の安井の担当で、RGA-30と類似構造の色素の合成を行った。また、システムに関しては、(株)三啓の協力のもと、以下の手順で開発に着手した。

脱分極誘起用のトリガー光は、光量調節部をとおり、照射径切り換え部で照射範囲が制御された後、ダイクロイックミラーを経由して顕微鏡のカメラポートから顕微鏡内部に入るように設計した。トリガー光は対物レンズで集光され、標本に照射される。トリガー光の照射タイミングは、シャッターにより制御され、標本上のX-Y方向における照射位置は、ミラーを移動させることにより調節されるよう工夫した。神経や筋細胞の興奮に伴う生理的機能の解析にあたっては、電極を用いて電気的な刺激を与えるか、神経伝達物質などの生理活性物質を外部からapplyするなどの方法が用いられる。このような刺激法では、空間分解能が低く、特定の細胞/細胞微小膜領域や特定のシナプスなどを選択的に刺激することが困難であるため、複雑な細胞ネットワークのつながりやそのメカニズムを解析する場合に困難な問題点が生じることが多い。我々は、長年、膜電位感受性色素を用いた細胞電位活動の光学的計測の研究を行ってきたが、RGA-30と名付けた色素が、光照射によって細胞膜を非侵襲的・可逆的に脱分極させる性質を持つことを見出した。本研究では、この"脱分極誘発色素"にレーザーマイクロビームを組み合わせ、組織、細胞の任意の極微小膜領域を非侵襲的に刺激する"レーザーmicro-photostimulationシステム"を開発するとともに、より優れた脱分極誘発色素・過分極誘発色素の開発・スクリーニングを行い、その実用化を図ることを目的とする。本年度は、(株)三啓の協力のもと引き続きシステムの開発を行った。本年度は、特にレーザー光源と、顕微鏡のfluor escentユニットにはいるまでのケーブルシステムについて開発を行った。レーザー光源には高出力のHe-Neレーザー(50 mV,633 nm,NEO 50MS)を採用し、レーザー光は、シャッター(SD-DS2)、NDフィルター、ファイバー入射装置(FIN-M60)、光ファイバー(FC50GI5、5m長)、コリメーター(FBC-203S)を介して、顕微鏡のfluorescentユニットにはいるよう設計した。レーザー本体からファイバー入射装置までは、レーザー架台(2m長)上にセットした。
牧野に生息する糞虫類を利用したサシバエ防除と糞処理に関する基礎的研究

本研究では、これまで糞虫類の野外調査があまり行われていない東北地方の放牧地で季節的な糞の消失の実態を明らかし、糞虫類の種毎の固体数調査により糞の埋め込み分解能力の優れた種を特定するための野外調査を行った。また、これらの糞虫類を供試昆虫に各種糞虫類の糞の埋め込み能力の種間差と糞の埋め込み量におよぼす出現時期の違いの種内差を明らかにする要因実験を行った。その結果、採集された糞虫類成虫の総個体数は、1科3属10種7、364であった。各月の優占種としては6月はオオマグソコガネ、7月はツノコガネ、8月はカドマルエンマコガネ、9月と10月はフトカドエンマコガネと、季節により優占種が異なることが明らかとなった。放牧地に設置した糞の消失率は6、7、10月に高く、8、9月には低かった。特に、糞の埋め込み量の多い種としては、オオマグソコガネとオオフタホシマグソコガネがあり、これ以外の種の埋め込み量は少なかった。また、同一種でも出現時期により糞の消失への影響は異なり、繁殖期以外でも糞の消失には関与していた。特に越冬前の成虫では糞の埋め込みは行わないが、これらの成虫により糞はかなり消失されていた。このような糞の消失におよぼす要因としては、糞に飛来した成虫個体数、糞内での滞在期間、繁殖期の糞の埋め込み量が重要であり、これらの要因の相互作用により放牧地での糞の消失量が決定されていることが明らかとなった。今回の実験では明らかにできなかったが、初夏の糞消失には小型種のフチケマグソコガネの幼虫が関与している可能性が示唆された。東北地方の放牧地では糞の消失に季節性があり初夏と秋には消失率が高いが盛夏には糞が放牧地に残り、これらの結果は糞虫類の活動にかなり依存し、これらの糞消失には糞埋め込みの種間差と出現時期の差による種内差が影響していることが明らかになった。調査地の放牧地で糞虫類が糞の消失におよぼす影響を糞設置2,5,10日後に地上部に残っている糞塊量と糞虫が地下に埋めた糞球量および糞をケージで覆い糞虫の移入を防げたコントロール区での糞塊量を測定し、それを比較することにより明らかにした。その結果、大型の糞虫類成虫は糞設置後5日以内に糞球を作成し糞から移出することが明らかとなった。大型の糞虫類では6月に成虫が出現するオオマグソが最も糞の埋め込み能力が高かった。一方、小型の糞虫類幼虫は大型の糞虫類が移出し地上に残った糞塊内で糞を摂取し発育しており、今回の調査より、これらの幼虫が糞の消失に重要な役割を果たしていることが示唆された。これまで糞の消失には大型の糞虫類の役割のみ重視されていたが、大型の糞虫は糞塊当たり個体数が多くなると密度効果により作成する糞球の数は少なくなることも示された。それゆえ、糞虫類を利用して放牧地から糞の消失を検討する場合、これまであまり評価されていない小型の糞虫類の幼虫が糞の消失に果す役割も定量化する必要があると思われた。

庄内地方の放牧地で糞処理に最も効率的な種を特定するため調査地の放牧地で放牧開始から放牧終了時期まで糞虫類成虫の季節消長を調査した。その結果、6月はオオマグソ、7月はカドマル、8月はツノ、9月はフトカド、10月はオオフタホシと各月により糞処理に効率的な種が異なることが予測された。そこで、これらの種が糞処理におよぼす影響を調査するため、山形大学付属農場に実験的に1Kgの糞塊を設置し、そこに糞虫類成虫を付け加えケージで覆った実験装置を作成し、糞設置後5日目の地上部に残っている糞量と地下部に埋めこまれた糞量を測定した。その結果、最も効率的に糞処理をする種はオオフタホシとオオマグソでそれ以外の種は糞処理能力が比較的低いことが明らかとなった。繁殖期に糞処理能力が最も高いと予測されたが、それは種により異なりマグソコガネ属では繁殖期に糞処理能力が高いが、エンマコガネ属のように1シ-ズンに越冬成虫と新成虫が出現する生活史を持つ糞虫では繁殖期と越冬前とであまり差はなく越冬前でも糞処理をしていた。前年度の結果では、放牧地で夏に糞が多く残ることが示されたが、今年度の要因実験の結果から、これは夏に繁殖するカドマルの埋め込み量が少ないことが原因であるように思われた。
柔軟宇宙構造物の形状および振動のアクティブ制御

1.柔軟構造物の形状推定および形状制御に関する研究:未知外乱の作用によって変形する柔軟宇宙構造物の形状を、構造上に配置したアクチュエータを用いて、所定の状態に復元する方法についての研究を行った。推定および制御のアルゴリズムは、分布定数系モデルに基づいている。また、柔軟はりのテンドン実験装置を対象にした数値シミュレーションを行い、最適なアクチュエータ配置についての検討を行った。2.柔軟構造物の形状・振動の光計測法の研究:レーザスキャナとコーナキューブ(再帰反射プリズム)を用いた、構造物の変位の遠隔計測法について研究した。異なる傾斜角を持つ2面のレーザスリット光を同一軸回りに回転する。デュアルファンビーム方式のレーザスキャナを試作した。本計測システムにより、構造物上に配置したコーナキューブに対応する複数ターゲットの2次元変位を高速に精密測定することができる。直交型ロボットを利用した位置決め装置を用いて位置計測実験を行い、測定精度についての検討を行った。3.柔軟構造物の制御系設計法に関する研究:パメータの変動を伴う柔軟構造物の制御系設計法としてロバスト極配置法を取り上げ、閉ループ系の条件数を小さくするフィードバック制御系の設計法について研究した。また、適応宇宙構造物の例に見られるように、多くの制御用アクチュエータを備えた構造物では、アクチュエータの配置位置を適切に選択することが重要である。ロバスト極配置に有効なアクチュエータ配置を、効率的に選択する方法についての研究を行った。1.柔軟構造物の制御系設計法の研究宇宙空間,軌道上で建設される柔軟構造物は,そのダイナミクスを支配するパラメータの不確定性が高い.このようなパラメータの変動を伴う柔軟構造物の制御系設計に有効な方法として,ロバスト極配置法を取り上げ,理論的および数値シミュレーションによる研究を行った.2.柔軟構造物の形状制御法の研究未知外乱が作用によって変形する柔軟構造物の形状を復元・保持するための制御法について研究した.(1)多点における変位計測データを用いた構造物の形状と未知外力の最適推定アルゴリズムについて研究した.(2)有限個のアクチュエータを用いて形状を最適に制御するのためのアルゴリズムについて研究した.また,はりのテンドン制御系について数値シミュレーションを行い,その有効性を確認した.3.柔軟構造物の形状・振動の光計測法の研究レーザ光スキャナとコーナキューブプリズムを用いた構造物の形状・振動の遠隔計測法について研究し,デュアルファンビーム方式のレーザスキャナを試作した.レーザスリットスキャナと構造物上に配置した再帰反射プリズムを用いて複数点の変位を瞬時に遠隔計測することが出来る.柔軟はりのテンドン制御系を用いた形状の遠隔計測・制御実験を準備中である。これらの研究の成果は,日本機械学会論文集,ダイナミックス&デザインコンファレンス,第2回「振動と運動の制御」国際会議,第5回適応構造物国際会議等において発表した.1.柔軟構造物の形状制御法の研究太陽輻射圧などの外乱によって変形する柔軟宇宙構造物の形状を、構造上に配置したアクチュエータを用いて、所定の状態に復元する方法についての研究を行った。(1)多点変位の計測データを用いた、構造物の形状と未知外力の最適推定について研究した。(2)離散的に配置したアクチュエータを用いて、形状を最適に制御する方法について研究した。2.レーザスキャナを用いた変位の遠隔計測法の研究レーザスキャナとコーナキューブ(再帰反射プリズム)を用いた、構造物の変位の遠隔計測法について研究した。異なる傾斜角を持つ2面のレーザスリット光を同一軸回りに回転する、デュアルファンビーム方式のレーザスキャナを試作した。

直交型ロボットを利用した位置決め装置を用いて位置計測実験を行い、測定精度の検討を行った。3.柔軟構造物の制御系設計法に関する研究軌道上で建設される柔軟構造物は、そのダイナミクスを支配するパラメータの不確定性が高い。パラメータの変動を伴う柔軟構造物の制御系設計法としてロバスト極配置法を取り上げ、閉ループ系の条件数を小さくするフィードバック制御系の設計法について研究した。また、適応宇宙構造物の概念に見られるように、多くの制御用アクチュエータを備えた構造物では、アクチュエータの配置位置を適切に選択することが重要である。ロバスト極配置に有効なアクチュエータ配置を、効率的に選択する方法についての研究を行った。
乳幼児の心理状態認識を目的とした音声情報解析システムの構築に関する研究

本研究では、言葉を話せない乳幼児の音声が持つ意味情報を計算機処理により解析し、乳幼児が泣いた場合のその啼泣の原因を推定する音声情報処理システムの開発を行った。平成13-14年度には、月齢5ヶ月12ヶ月の乳幼児の泣き声を周波数解析し、空腹時の泣き声と眠気時の泣き声を自動的に分類する方法を提案したが、今回は月齢3-4ヶ月の乳児の泣き声について「空腹」と「眠気」を自動分類する方法を提案した。乳幼児の泣き声の周波数分布は月齢により異なり、月齢4ヵ月以下の低月齢児では、月齢5ヶ月以上の高月齢児に対する判別ルールをそのまま適用することができなかった。今回、月齢3-4ヶ月の16名の乳児男女の泣き声を対象に周波数解析を行い、その結果、(1)6kHzくらいまで振幅スペクトルがほぼ一定の高い値を保ち、そこから急激に減衰するか、(2)8-9kHzくらいまで高い状態を保ち徐々に減衰するか、あるいは(3)全体的に上に凸となれば「空腹」の場合が多く、そうでなければ「眠気」の場合が多いことが判明した。このような周波数分布の違いに基づいたルールを構築し、約8割の正答率で「空腹」と「眠気」の泣き声を分類することができた。正答率が完全に100%にならないのは、乳児によって判別が難しい子供がいることと、「空腹」と「眠気」の中間状態の場合があったためである。また、泣き声解析の際、これに混入する雑音を除去する必要があるが、本研究者らは、音声信号のような非定常信号に対する雑音除去のための非線形ディジタルフィルタを先に提案した。この非線形ディジタルフィルタの画像雑音除去やディジタルシネマへの電子透かし検出への応用についても研究を行いその有効性を示した。著者らは先に、乳幼児の啼泣原因として最も一般的な、「空腹」、「眠い」、「痛い」を取り上げ、生後5ヶ月12ヶ月の乳幼児の空腹時と眠いとき、また痛いときの泣き声を自動的に識別するための特徴量抽出や推定ルールの構築を行い、およそ8割の精度でこれらの泣き声の自動識別を行うことができることを示した。今回は、より低月齢児を対象とし、生後4ヶ月未満の乳幼児の空腹及び眠いときの泣き声を解析し、若干のパラメータの違いはあるが、月齢5ヶ月以上の乳幼児の泣き声と同様の傾向が見られることを明らかにした。すなわち、低月齢児の泣き声においても、周波数スペクトルを求めると、空腹時は眠いときに対してより高い周波数領域まで周期的な周波数スペクトルが存在し、また、この空腹時と眠いときを識別する周波数は、高月齢児より高い傾向があることが明らかになった。さらに、甘えているときと、不快なときの泣き声の解析を行い、甘えているときは、比較的空腹に近いパターンであること、不快なときは、周波数スペクトルが比較的平坦な形状をなすことがわかった。また、泣き声解析の際、これに混入する雑音を除去する必要がある。本研究者らは、非定常的な音声信号に対する雑音除去のための非線形ディジタルフィルタを以前に提案したが、今回、これを用いた画像処理システムの開発も行った。

前年度は、月齢4ヶ月以下の乳児の泣き声についても、月齢5ヶ月以上の乳幼児の場合と同様、「空腹」と「眠気」で周波数スペクトルの形状に違いがあることを確認したが、今年度は、両者を分類するためのルールの構築を行い、実際に両者の判別を行った。月齢により、乳幼児の泣き声の周波数特性が異なるので、特に、月齢3-4ヶ月の16名の乳児男女の泣き声を対象に、ルールを作成した。その結果、(1)6kHzくらいまで振幅スペクトルがほぼ一定の高い値を保ち、そこから急激に減衰するか、(2)8-9kHzくらいまで高い状態を保ち徐々に減衰するか、あるいは(3)全体的に上に凸となれば「空腹」、そうでなければ、すなわち、低周波数帯から徐々に減衰したり、下に凸なる周波数スペクトルとなれば「眠気」と判定することにより、約8割の正答率で「空腹」と「眠気」の泣き声を分類することができた。正答率が完全に100%にならないのは、乳児によって判別が難しい子供がいることと、「空腹」と「眠気」の中間状態の場合があったためである。また、泣き声解析の際、これに混入する雑音を除去する必要があるが、本研究者らは、音声信号のような非定常信号に対する雑音除去のための非線形ディジタルフィルタを以前に提案した。今年度は、これを新たに圧縮動画像の圧縮歪除去へ適用してその有効を示すと共に、この非線形ディジタルフィルタを用いた新しいディジタルシネマ電子透かし方式の提案を行い、その有効性を示した。
顔刺激fMRIによる愛着障害へのオキシトシン治療効果判定システム開発

虐待やネグレクトなど不適切な養育を受けた愛着障害の子どもたちを対象に、眼差しの部分だけの写真から相手の感情を推測する眼差し認知課題(Reading the Mind in the Eyes Test, Baron-Cohen 1997, 1999)を用いてfMRI研究を行った。9歳から17歳までの愛着障害群38名と、性別と年齢をマッチさせた定型発達群26名を対象にfMRIを実施した。その結果、Positive表情の読み取り課題において左半球の被殻の賦活度低下を認めた(cluster P = 0.034, FWE-corrected)。現在、論文投稿の準備を進めている。愛着障害(RAD)は、子どもへの不適切な養育(虐待・ネグレクト)による親子間の愛着形成の歪みから引き起こされる。行動面では、注意が持続しない、落ち着きがないといった注意欠陥多動性障害(ADHD)と似た症状を呈し、学習や対人関係、社会活動に支障をきたす。本研究では、fMRIを用いて愛着障害の神経基盤を明らかにする。さらに、「小児期愛着形成障害の発症メカニズム」を理解することにより、愛着障害に対する神経科学的基盤に立脚した予防法・治療法の開発を目指している。その結果、1RAD群では定型発達群と比べて、金銭報酬の高低にかかわらず、金銭報酬獲得時の右側線条体(被殻・尾状核)の賦活度が低下していた(p < 0.05)。すなわちRAD患者の報酬への感受性低下が示唆され、線条体経路のドパミン機能不全の関連が示唆された。また、脳活動とSDQ全体スコアに負の相関がみられ、情緒・行動の困難さが強いほど脳賦活値が低かった(r = -0.53, p = 0.03)。2ADHD患者では低い金銭報酬fMRI時の賦活度低下があり、その感受性の低さは投薬によって回復する可能性が示唆されているが、RAD群ではADHDのように低い金銭報酬で特異的に線条体の賦活が低下することは認められなかったことから、ADHDと鑑別するマーカーとなる可能性が検討された。今後さらに被験者数を増やし研究を進めることで、RADの報酬系機能低下のメカニズムや薬物療法などの治療効果を評価したい。愛着障害(Reactive Attachment Disorder: RAD)は、子どもへの不適切な養育(児童虐待・ネグレクト)を受け、安定的な親子間の愛着が形成されないために発症する。患児の行動面や情緒面の不安定さから、学習や対人関係・社会性に支障をきたすことが問題となっている。本研究は、愛着障害の早期診断と治療法の足がかりを得ることを目的とした。最終年度である本年度は、以下の2つの研究を遂行した。2RAD児へのオキシトシン点鼻薬または偽薬の単回投与前後のfMRI解析を行った。その結果、RAD群ではTD群に比べ、右側尾状核(x = 14, y = 18, z = -6)の賦活度低下を認めた。また、オキシトシン点鼻薬の単回投与後、その賦活度低下が改善し、偽薬では有意な変化を認めなかった。本研究は、虐待やネグレクトを含む不適切な養育を受けた愛着障害の子どもを対象に、発達精神病理学の視点から、内包される子どもの症状や併存疾患の鑑別に役立つ生体指標の開発を目的としている。この背景には、児童虐待を含む不適切な養育環境下での成長が将来の精神疾患のハイリスク群である事(1995-97 ACE Study, CDC, USA)、更にはその治療においても治療反応及び予後の悪さから、幼少期の逆境体験や不適切な養育経験を診断時にグループ化するという新たな提案(Ecophenotype, Teicher & Samson 2013)が前提となっている。眼差し認知課題における先行研究でも、Positive表情の読み取りに関して被虐待群と定型発達群間に有意な差が認められている。更に環境による群比較(不安定群、安定群及び定型発達群)では、居住環境と課題に対する脳活動に差が生じているという結果も得られており、現在論文投稿の準備を進めている。疾患の特異性のため、当初計画していた被験者が集まらず、リクルート期間を延長せざるを得なかった。しかし、引き続き被験者をリクルートし、今年度中にMRIデータで最終解析を行う予定である。小児精神神経学、小児発達学一連の脳機能に関する非侵襲的脳イメージング成果を活用し、RADにおける報酬系の関与を解明する。また、さらに被験者を募集して、オキシトシンまたは偽薬の単回投与前後にfMRI検査を行い、脳活動変化を評価する。最終的に定型発達群とRAD群の二重盲検ランダム化クロスオーバー比較試験をする。

愛着障害(RAD)群では定型発達群と比べて、金銭報酬の高低にかかわらず、金銭報酬獲得時の右側線条体(被殻・尾状核)の賦活度が低下していることを、当該年度の成果で確認できたため。疾患の特異性のため、当初計画していた被験者が集まらず、リクルート期間を延長せざるを得なかった。しかし、引き続き被験者をリクルートし、今年度中にMRIデータで最終解析を行う予定である。オキシトシン点鼻薬または偽薬の単回投与前後に、fMRI検査(報酬系課題・顔表情認知課題)を行い、脳活動変化および過覚醒の改善を評価する。健常者群と愛着障害患者群の二重盲検ランダム化クロスオーバー比較試験をする。最終的にその成果を国際学会で共同発表する。引き続き被験者をリクルートし、今年度中にMRIデータで最終解析を行う予定である。最終年度において、今後の推進方策を遂行する必要があるため。1.愛着障害患児へのOT点鼻薬または偽薬の単回投与前後の脳画像解析OTまたは偽薬の単回投与前後に、fMRI検査および皮膚電気反応検査を行い、脳活動変化および過覚醒の改善を評価する。2.脳MRI(形態画像)解析による愛着障害の神経基盤の解明愛着障害患児の脳形態学的異常の有無をVoxel Based Morphometryを用いて明らかにする。3.顔表情認知課題fMRIによる愛着障害の神経基盤の解明顔表情認知課題神経賦活の側面からfMRIを用いて比較検討する。fMRI用認知課題の開発およびfMRIデータ画像統計解析を行う。4.最終的に得られた成果を、国際日本児童虐待防止会議(名古屋)および日本児童青年精神医学会(浜松)にて発表し、他の研究者との情報交換によりこれまでに得られた成果を検証する。
ヒト生活歯におけるグラスアイオノマーセメントのフッ素の浸透性

in vivoのヒト生活歯にグラスアイオノマーセメントを充填し、3ヶ月後に抜去した歯の象牙質内へのフッ素浸透をabrasive micro-samping法を用いて定量的に測定し、次のような結論を得た。1.グラスアイオノマーセメントから象牙質内に浸透したフッ素濃度は、窩底部において最も高く、その後徐々に減少する分布を示した。2.リン酸亜鉛セメントにおいてもほぼ同様な分布であったが、フッ素濃度レベルはグラスアイオノマーセメントのほうが明らかに高かった。3.グラスアイオノマーセメントの窩底部直下象牙質内へはフッ素は平均743.3±270.7mumまで達していた。4.グラスアイオノマーセメントおよびリン酸亜鉛セメントの充填物直下のTotal Fluoride濃度、Maximum Fluoride濃度、Average Fluoride濃度はグラスアイオノマーセメントのほうが有意に高かった。5.グラスアイオノマーセメントによる象牙質内へのフッ素浸透は象牙細巻の走向に一致していた。以上のことよりグラスアイオノマーセメントからフッ素が歯質へ浸透することが明確となり、齲触および楔状欠損などの原因により生活歯に窩洞形成をした場合、グラスアイオノマーセメントを充填することによりフッ素が歯質内に浸透し、フッ素の利点である歯質強化および2次齲触の予防効果を期待することができ臨床上有意義であることが示唆された。
カドミウムトランスポーター遺伝子の同定

カドミウム超集積植物Arabidopsishalleriにおける金属分布について解析した。葉からプロトプラストと液胞を単離して、それぞれのオルガネラー含まれる金属を定量し、比較した。その結果、ほとんどの亜鉛とカドミウムは液胞に局在していることを明らかにした。また亜鉛の蛍光プローブZnAF-2DAを用いて、組織別亜鉛の局在を調べたところ、亜鉛は表皮にはなく、葉肉細胞に局在していた。さらに、カドミウムの存在形態を113Cd-NMRで同定したところ、リンゴ酸との錯体で存在していることが分かった。ニコチンアナミンはほとんど検出されなかった。リンゴ酸と亜鉛やカドミウムとの結合安定度常数が小さいため、これらの結果はカドミウムや亜鉛を液胞に隔離することによって無毒化されていることを示唆している。カドミウム超集積植物Thlaspi caerulescens (ecotype,Ganges)から単離したHMA3についてその細胞内局在性についてタマネギの表皮細胞に一過的に発現させて調べた。その結果、HMA3は液胞に局在していることを明らかにした。この結果はHMA3がカドミウムを液胞に隔離するために機能していることを示唆している。イネからカドミウムの集積に関与する輸送体を単離するために、カドミウムを高集積及び低集積する品種を選抜した。これらの品種を用いて、生理学的な解析を行ったところ、根によるカドミウムの吸収はほとんど同じで、根から地上部へのカドミウムの輸送が高集積品種のほうで優れていることを突き止めた。現在関連遺伝子の単離を進めている。1.導管へのローディングに関与しているHMA4の発現パターンHMA4は導管への重金属のローディングに関与しているとされている。本研究では、カドミウム集積量が大きく異なるThlaspi caerulescensの二つのエコタイプGangesとPrayonにおけるHMA4の発現量を比較した。定量的RT-PCRを行った結果、両エコタイプの間にHMA4の発現に差が見られなかった。このことはHMA4がカドミウムの超集積に重要でないことを示唆している。2.カドミウムトランスポーターの単離マイクロアレイのデータに基づいて、カドミウムの集積量の多いThlaspi caerulescens(エコタイプGanges)からHMA3の全長を3'-と5'-Race法で単離した。HMA3はエコタイプGangesでは高い発現を示し、カドミウム集積量の少ないエコタイプPrayonでは発現が少なかった。またこの遺伝子の発現はカドミウムの影響を受けない。この遺伝子を酵母で発現させると、酵母のカドミウム耐性が弱くなった。これらのことはHMA3がカドミウムの輸送に関与していることを示唆している。亜鉛とカドミウムの超集積植物Arabidopsishalleriにおけるカドミウムの導管へのローディングに対する鉄欠乏の影響を調べた。一週間の鉄欠乏処理により、カドミウムの濃度は導管液中では4倍、根の粗抽出液中では9倍がそれぞれ増加した。また、鉄十分条件下では導管液中のカドミウム濃度が根の粗抽出液中の23倍であったのに対して、鉄欠乏条件下では根の粗抽出液中の濃度が導管液中の濃度と同等、もしくはそれ以上になった。これらの結果はカドミウムの吸収が鉄輸送体を介して行われており、鉄欠乏時にその輸送体が高発現することによりカドミウムの吸収量が増加し、それに伴い導管への排出量が増加する可能性を示唆している。
模擬原始海洋中で生成するペプチド分子の種類と構造の解析

炭素質隕石や月の石の分析や多くの原始地球と宇宙環境の模擬実験より、タンパク質を構成するアミノ酸は宇宙空間に普遍的に存在することが示唆されている。そこで、生命の誕生に至る次の段階としてペプチドの生成反応の解明が重要になってきている。これまでにも、原始環境下でペプチドが生成したことを示した報告はなされているが、生成したペプチド分子の構造や生成機構の詳細は明らかにされていない。そこで本研究では、原始海洋を模した環境下での2つのペプチド生成反応であるアスパラギン水溶液加熱系と溶融尿素系で生成するペプチド分子の構造の特徴などを明らかにすることを目的とした。アスパラギン水溶液加熱系で、ESI-MSでの分析結果、グリシン、アラニン、β-アラニン、などが種々のアミノ酸と共重合することが確かめられた。さらに、アラニンとの共重合過程の詳細を調べたところ、アスパラギンとアラニンが競争的に反応し、アスパラギンが縮合したときは次の伸長反応が進行し、アラニンが縮合すると伸長反応が停止することが明らかとなった。また、光学活性なアスパラギンとラセミ体のアスパラギンを出発原料にし、生成物のマススペクトルには変化がなく、加水分解後に得られたアスパラギン酸は共にラセミ体であった。このことは、反応中にラセミ化が進行したため、ペプチド生成時には光学異性体の選択が生じなかったことを示している。一方、アルキルアミノ酸の混合物を溶融尿素系で反応させたところ、種々のペプチドが生成した。ESI-MS測定から、ペプチド中に取り込まれたアミノ酸の制約は少ないことが明らかとなった。また、溶融尿素系でもラセミ化の進行が速やかに進行し、ペプチド生成時での光学異性体の選択は確認されなかった。さらに、N-末端にカルバモイル化することにより反応が進行することが示された。従来の研究では、生成したペプチドの加水分解により生成するアミノ酸の組成分析から解析するなどなどアミノ酸組成・重合度の異なるペプチドを分離せず混合物のまま解析していた。そこで、本研究では、模擬原始海洋中で生成するペプチド分子を分離し解析することにより、アミノ酸組成や重合度ごとの特徴を明らかにすることを目的としている。平成14年度は、アスパラギン水溶液の加熱系と熔融尿素中で生成するペプチドのHPLC-ESI-MSを利用した解析を行った。アスパラギン水溶液の加熱系では、重合度2から8のオリゴアスパラギン酸とそのれらモノアミド体の経時変化を求めることが可能となり、加熱約72hまでは逐次的に反応が進行することを明らかにした。また、検出された分子種の構造の特徴からとこれまでに提案してきた反応経路を支持した。高極性溶媒として熔融尿素中の反応を解析したところ、アラニンをはじめとしてグリシン・バリン・ロイシンなどアミノ酸の種類に関係なくペプチドを形成することが明らかになった。ここで、生成したペプチドは、N-末端にヒダントィン環を有するものとカルバモイル基を有するペプチドが主要な成分であった。マススペクトルの解析から、ペプチド生成におけるアミノ酸構造の選択性には違いが観察されなかった。

そこで本研究では、原始海洋を模した環境下での2つのペプチド生成反応であるアスパラギン水溶液加熱系と溶融尿素系で生成するペプチド分子の構造の特徴などを明らかにすることを目的とした。アスパラギン水溶液加熱系で、ESI-MSでの分析結果、グリシン、アラニン、β-アラニン、などが種々のアミノ酸と共重合することが確かめられた。さらに、アラニンとの共重合過程の詳細を調べたところ、アスパラギンとアラニンが競争的に反応し、アスパラギンが縮合したときは次の伸長反応が進行し、アラニンが縮合すると伸長反応が停止することが明らかとなった。また、光学活性なアスパラギンとラセミ体のアスパラギンを出発原料にし、生成物のマススペクトルには変化がなく、加水分解後に得られたアスパラギン酸は共にラセミ体であった。このことは、反応中にラセミ化が進行したため、ペプチド生成時には光学異性体の選択が生じなかったことを示している。一方、アルキルアミノ酸の混合物を溶融尿素系で反応させたところ、種々のペプチドが生成した。ESI-MS測定から、ペプチド中に取り込まれたアミノ酸の制約は少ないことが明らかとなった。また、溶融尿素系でもラセミ化の進行が速やかに進行し、ペプチド生成時での光学異性体の選択は確認されなかった。
糖鎖認識ユビキチンリガーゼによる分泌系タンパク質の品質管理機構の解明

本研究は、糖鎖を認識するユビキチンリガーゼ「SCF(Fbs1)とそのファミリー分子群」の構造と機能をさまざまな角度から明らかにすると共に、その生理的意義について分子レベルから個体レベルで解明し、「タンパク質の一生」の領域における品質管理の新たな一面を明らかにすることを目的として進めた。昨年度は(1)Fbs1の標的分子の同定とクローニング、(2)Fbs1相同遺伝子の解析、(3)Fbs1の構造解析について既に終了している。今年度は、以下の項目について研究を遂行した。(1)Fbs1標的分子の挙動解析Fbx2との結合性及び糖鎖構造を解析する。この成果はEMBO.Reportsに報告し受理されている。また、標的分子の細胞内における存在部位などをGFP融合蛋白質として発現させることで可視化し、Fbx2の細胞内における機能の全体像を明らかにすることについては現在進行中である。(2)Fbs1の糖鎖結合部位の特定構造解析より得られた情報を元にFbs1に変異を導入し、結合部位を特定すると共に結合様式の推定を行う。この成果についてはNature Struct.Mol.Biol.に報告した。(3)SCF(Fbs1)ユビキチンリガーゼと複合体を形成する分子の解析結合特異性、互いの結合に責任のある領域の同定については終了したが、その生物学的意義について現在解析を進めているところである。(4)Fbs1及び相同遺伝子のノックアウトマウスの作製作製は終了し現在解析中である。本研究は、糖鎖を認識するユビキチンリガーゼ「SCF(Fbs1)とそのファミリー分子群」の構造と機能をさまざまな角度から明らかにすると共に、その生理的意義について分子レベルから個体レベルで解明し、「タンパク質の一生」の領域における品質管理の新たな一面を明らかにすることを目的とし、今年度は、以下の4項目について研究を遂行した。(1)Fbs1の標的分子の同定とクローニング現在までに、インテグリンβ1以外の標的として4種類の分子を精製し、アミノ酸解析により同定し、cDNAのクローニング、蛋白質発現系を作成した。(2)Fbs1相同遺伝子の解析FbS1の相同遺伝子の糖鎖結合特異性、ユビキチンリガーゼ活性、発現パターンの解析を行った。この成果はJ.Biol.Chem.に報告した。(3)Fbs1の構造解析(4)Fbs1及び相同遺伝子のノックアウトマウスの作製現在、作成中である。
金融危機の発生メカニズム解明と防止のための政策提案

アメリカの金融市場を端緒とする2007年の世界金融危機のメカニズムを解明し、同様の金融危機を未然に防ぐための政策的な含意を提案する。同金融危機は、短期金融市場の急速な拡大に端を発することが近年の研究により解明されてきている。本研究は、短期信用取引を明示的に経済モデルの中に組み込み、短期金融市場における貸付が好況時と不況時のそれぞれにおいてどのような性質を持ちうるのかを明らかにする。
一様圧縮性乱流のモデリングと高精度大規模数値計算による研究

第一に、圧縮性乱流における素過程として重要である渦と衝撃波の相互作用について高精度直接数値計算コードの開発と数値解析を行なった。渦と衝撃波の強さに応じて衝撃波の正常反射及びマッハ反射に相当する現象が見られることを確認し、相互作用により発生する音波の生成メカニズムを解明し、これより音波の極性を説明することに成功した。圧縮性乱流中では渦の非線形相互作用による乱流騒音が発生する。乱流騒音の数値的研究へのステップとして、渦輪の衝突に伴って発生する空力音の高精度直接数値計算コードの開発と数値解析を行なった。渦輪の正面衝突の場合について、大気圧に比べて微小な音圧を精度良く捉えることができ、実験結果とも良く一致することを確認した。特に、音波が単極音成分と四重極音成分に分解されることが非常に高い精度で示された。また、実験では困難である空力音理論との定量的比較を行ない、空力音理論の精度を検証した。その結果、本来低マッハ数における近似理論である漸近接続展開による理論が、ある程度高いマッハ数においても正しいことがわかった。さらに、空力音の発生機構を、渦に備わっている音源の非定常運動の立場から説明できることを示した。渦輪の斜め衝突の場合についても計算を行ない、渦輪の切りつなぎに関連して単極音成分、四重極音成分に加えて八重極音成分が大きく現れることを確認した。乱流燃焼については、予混合火炎の乱流燃焼速度の圧力依存性について、最新の興味深い実験結果との比較解析を行なうため、スペクトル法による大規模直接数値計算コードを開発した。コードの検証を終え、現在数値計算と解析を行なっている。