hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
日本における授業研究方法論の系譜と体系化に関する総合的研究

今年度は,昨年度に引き続き,いくつかのアプローチごとに原資料を収集・整理しつつ,系譜と関連性を明らかにするとともに,研究方法論の深化に重点を置いた.具体的にはまず,大正自由教育の旗手である木下竹二の授業論を解明するために,授業研究及び学習指導法の中に含まれた特質を洗い出し,当時の教育環境において整理することを試みた.また,斉藤喜博(島小学校),東井義雄等にみられるベテラン教師の,教師教育論,授業研究方法論についても,原資料の記述内容の構造化,精緻化を通じて,その特質を顕在化することを試みた.さらに,教育技術の法則化運動にみられる現代の若手教師による授業研究・分析の方法・手続きについて,「教授行動の選択系列のアセスメント」の手法などを用いて,その特徴として発問の意味内容をあげ,発問の遷移過程を明らかにした.これらの成果は,直接的に授業研究方法論の体系化に関するテーマ設定ではないものの,それぞれ日本教育方法学会,日本教育学会,日本教育工学会の年会で報告されている.次年度の課題として以下の点があげられる.構築されているデータベースを基に,過去数十年の授業研究の系譜について,最終的な整理・類型化を行うとともにその際の手続きを明らかにする必要がある。また授業研究方法論のパラダイム転換が起こりつつある現状を踏まえて,これからの授業研究の方向性を提示していくことが求められている.本研究の目的は、日本における授業研究について、I.授業記録の方法、II.授業記録の対象、III.授業分析・評価の視点、IV.方法論の4軸からなる分析枠組みを設定し、諸授業研究の特徴・関連構造・系譜を明らかにすることと、将来授業研究に必要とされる、新しい方法論(認知科学・人工知能)などの適用の可能性、授業研究と教師教育との関連を明らかにすることの2点であった。今年度は、昨年度に引き続き、いくつかのアプローチごとに原資料を収集・整理しつつ、授業研究方法論の系譜と関連性を明らかにするとともに、方法論の深化に重点を置いた。具体的にはまず、群馬県島小学校校長斎藤喜博、同校教師であった武田常夫らベテラン教師にみられる教師教育論、授業研究方法論について、原資料の記述内容の構造化、精緻化を通じて、その特質の顕在化を行った。さらに、教育技術の法則化運動にみられる現代の若手教師による授業研究・分析の方法・手続きについて、「教授行動の選択系列のアセスメント」の手法などを用いて、その特徴として発問の意味内容をあげ、発問の遷移過程を明らかにした。これらの成果は、直接的に授業研究方法論の体系化に関するテーマ設定ではないものの、それぞれ日本教育方法学会、日本教育学会、日本教育工学会の年会で報告されている。また、これまでに構築されているデータベースを基に、過去数十年の授業研究の系譜について、最終的な整理・類型化を行うとともにその際の手続きを明らかにした。今後の検討すべき課題としては、授業研究方法論のパラダイム転換が起こりつつある現状を踏まえて、これからの授業研究の方向性を提示していくことであると言えよう。
日独対照構文論のための基礎研究―格,統語構造,結合価を中心に―

3年間の研究は,「視点」概念を軸にして,文構造と動詞の関連という点から日独両言語を対照することだと要約できる.日本語の文では文構造が常に明示されるとは限らないのに対して,ドイツ語の文では通常は文構造が明示され,動詞も場合によっては文構造に適応して柔軟に用いられうる.すなわちドイツ語は日本語と比べると「文構造優位」と言える.文構造優位ということは,文構造の「柱」となる主語や対格目的語が際立たせられるということであり,「視点」に関連付けるならばドイツ語の構文は「注視点」志向だということになる.一方,日本語では「視座」の違いに応じて異なった動詞表現が用いられる.つまり,誰の側に立って出来事を眺めるかによって使用可能な動詞が変わり得るのである.日本語では「視座」-単に物理的に「どこから見るか」という位置ではなく,話し手がそこに心理的に接近して事態を描く主観的な立場-が動詞表現の適格性や自然さに影響を与える場合が多いのに対して,ドィツ語では文の形成にこのような「視座」は関与しないということになる.日本語との対照の基礎となるドイツ語の記述的研究として,「動詞前つづりの分離・非分離」「不変化詞動詞と対応表現」について論文を発表した他に,格と前置詞の基本的な用法を広く概観した.なおこれらの研究を通じて,「一方の言語の眼鏡をかけて,他方の言語を見る」のは対照研究の方法として決して誤りではなく,むしろ重要であるという認識にいたった.3年間の研究は,「視点」概念を軸にして,文構造と動詞の関連という点から日独両言語を対照することだと要約できる.日本語の文では文構造が常に明示されるとは限らないのに対して,ドイツ語の文では通常は文構造が明示され,動詞も場合によっては文構造に適応して柔軟に用いられうる.すなわちドイツ語は日本語と比べると「文構造優位」と言える.文構造優位ということは,文構造の「柱」となる主語や対格目的語が際立たせられるということであり,「視点」に関連付けるならばドイツ語の構文は「注視点」志向だということになる.一方,日本語では「視座」の違いに応じて異なった動詞表現が用いられる.つまり,誰の側に立って出来事を眺めるかによって使用可能な動詞が変わり得るのである.日本語では「視座」-単に物理的に「どこから見るか」という位置ではなく,話し手がそこに心理的に接近して事態を描く主観的な立場-が動詞表現の適格性や自然さに影響を与える場合が多いのに対して,ドィツ語では文の形成にこのような「視座」は関与しないということになる.日本語との対照の基礎となるドイツ語の記述的研究として,「動詞前つづりの分離・非分離」「不変化詞動詞と対応表現」について論文を発表した他に,格と前置詞の基本的な用法を広く概観した.なおこれらの研究を通じて,「一方の言語の眼鏡をかけて,他方の言語を見る」のは対照研究の方法として決して誤りではなく,むしろ重要であるという認識にいたった.関連文献の購読を通じてデータに基づく実証的な研究をまとめる際の理論的な枠組みの重要性を認識させられた.また,対照研究の方法に関しても「一方の言語の眼鏡をかけて,他方の言語を見る」のは方法論的に決して誤りではなく,むしろ重要な観点であると説く論(井上優「日本語研究と対照研究」)に出会い,対照研究の方法論についても再考させられた.2年目は実証的な研究を定式化する枠組みを確立することをまず目指したい.日本語のデータ検索に関しては,技術的な問題もあり当初の予定より遅れているが,ドイツ語に関しては,語義と統語構造(特に4格目的語化)および前綴りの分離・非分離との関連でdurch-,um-,unter-,uber-を持つ約700の動詞のデータを整理し,それに基づく考察の一部を2001年10月の日本独文学会で発表した.データはさらに整理し,語学教育にも使える資料として残しておきたい.本年度の研究のまとめとした論文「結合価と構文ー日独対照の観点から」では,動的な出来事を表す文に対象を限定した上で,結合価と構文の関係という観点からドイツ語の文と日本語の文を比べ,ドイツ語では構文主導で特定の意味構造の文が作られる傾向が強いが,日本語では動詞の結合価に従って文が作られる傾向が強いということを示し,これと関連してドイツ語では「動詞的意味」を動詞以外の言語手段で表すことが多いが,日本語では「動詞的意味」はあくまでも動詞が表すということ,およびドイツ語の動詞は構文に対する柔軟性が高いが,日本語の動詞は構文に対する柔軟性が低いということを述べた.このような傾向の違いは,出来事の参与者の内のあるものを統語的に卓立した形式で表すことにより際立たせようとする傾向が強いか弱いかという類型論的な違いとも関連していると考えられ,今後さらに追求していきたい.ドイツ語では主語や目的語などによる文構造の明示が必須だが,日本語では述語があれば原則として文は成立し,文構造の明示は任意であるということを再確認し,この観点から(a)ドイツ語における代名詞化と,日本語における「代名詞」(「彼」「彼女」など)の義務的な削除,(b)ドイツ語に他・再帰両用の動詞や自・他両用の動詞が多いが,日本語には自・他両用の動詞は少なく,動詞の形を見れば基本的には自か他かがわかるという相違,(C)ドイツ語の他動詞の「絶対的用法」にみられる行為の焦点化の可能性と,対応する日本語表現の違い,などの言語現象を見直した。日本語に「主語」を認めるかどうかという問題もこの枠内で考えることができる。

昨年度の研究実績報告に「ドイツ語では『動詞的意味』を動詞以外の言語手段で表すことが多いが,日本語では。『動詞的意味』はあくまでも動詞が表す」という観察結果を書いたが,これに関連して今年度は,日本語の動詞表現で表される意味内容はどの程度までドイツ語で表現可能かという問題を検討した。具体的には,ドイツ人学習者用和独辞書の例文の調査,および日本語の文学作品とそのドイツ語訳の比較という作業に取り掛かり,たとえば日本語の「テオク,テミル,テアゲル」などが表す意味内容がドイツ語訳で消えてしまうことが多いということ,あるいは受動文の使われ方の違いなどが特に目に付いた。日本語とドイツ語のテキストの比較対照に関してはさらに,いくつかの観察事例から,ドイツ語の構文にとっては「注視点」が,日本語の構文にとっては「視座」がより重要だというような「視点」をキーワードにした違いを想定しているが,そのような相違が具体的なテキストからどの程度浮かび上がってくるかという問題とも絡めて,さらに考察を進める。なお,今年度は機械翻訳のプロジェクトに参加したが,これは研究とはまた別の観点からドイツ語と日本語及び英語の相違を考える機会となった。今年度の研究の要点は,「視点」概念を軸にして,文構造と動詞の関連という点から日独両言語を対照することとまとめられる.「文構造と動詞-日本語と対照しながらドイツ語の特徴を探る」で論じたように,日本語の文では文構造が常に明示されるとは限らないのに対して,ドイツ語の文では通常は文構造が明示され,動詞も場合によっては文構造に適応して柔軟に用いられうる.すなわちドイツ語は日本語と比べると「文構造優位」と言える.文構造優位ということは,文構造の「柱」となる主語や対格目的語が際立たせられるということであり,「視点」に関連付けるならばドイツ語の構文は「注視点」志向だということになる.一方,「あげる」と「くれる」の用法や,「私は彼に電話をかけた」と「彼は私に電話を?かけた/かけてきた/かけてくれた」の比較から読み取れるように,日本語では「視座」の違いに応じて異なった動詞表現が用いられる.つまり,誰の側に立って出来事を眺めるかによって使用可能な動詞が変わり得るのである.ドイツ語ではこの点に対応する区別は表現されないか,表現されるとしても,利害の与格のように動詞以外の手段が用いられる.日本語では「視座」-単に物理的に「どこから見るか」という位置ではなく,話し手がそこに心理的に接近して事態を描く主観的な立場-が動詞表現の適格性や自然さに影響を与える場合が多いのに対して,ドイツ語では文の形成にこのような「視座」は関与しないということになる.また,「不変化詞動詞と対応表現」と「冠詞・前置詞・格」は日独対照研究の基礎作業としてのドイツ語の研究であり,前者はコーパス調査に基づく言語研究の可能生を探ることに重点を置いたもの,後者(第2章「前置詞」と第3章「格」を担当)は格と前置詞の基本的な用法を広く概観し,整理したものである.
触媒作用を利用したシリコンへの微細配線形成技術の開発

触媒反応を利用したウエットプロセスによるシリコンの微細加工技術開拓の基礎として、触媒針を用い、その電位を外部から制御しながらそれをシリコンウエハに接触させ、シリコンへの孔形成過程を詳しく調べた。触媒針として直径100μmの細線を、金属の種類を変えて用いて孔形成を調べると、Ir,Pt,Pdにより良好な細孔が形成された。ある速度での孔形成を実現するための電位は、Pdが最も低く、IrとPtはほぼ同程度であった。このことは、Pdが孔形成の触媒能が強いことを示しているが、孔の形状を制御しにくいという問題があることが分かった。直径100μmPt針電極を用いて、シリコンウエハの特性と孔形成の関係を調べると、同じ電位においては、p型、n型によらず、ほぼ同じ速度で孔形成が起こることが確認された。ただし、p型のウエハに対しては、形成される孔に対して多くの電流が流れ、特に、比抵抗の小さいウエハについては、孔形成の電流効率は0.1%程度にまで低下した。一方、n型のウエハでは、電流効率が高く、1Ωcm以上の比抵抗のシリコンウエハについては、20%以上の電流効率となった。これらの結果に基づいて、触媒針とシリコンの接触箇所の周辺において、シリコンの電位分布が触媒針の電位、針と溶液界面の電気二重層、シリコンと溶液界面の電気二重層などにより決まっており、それらによってシリコンウエハの特性により、触媒針接触部分での溶解と、シリコン内への正孔注入の量的関係が変化するモデルを提唱した。孔の位置制御のために、マニュピュレーター付触媒針による加工装置を作製し、任意の形状の溝形成が行えることを実証した。ドライプロセスによる微細孔形成、SiCへの微細孔形成は、その速度が遅く、良好な微細加工技術への展開の見通しは立っていない。シリコンへの微細細線を実現するために、1)触媒反応を利用した細孔の形成、2)形成された細孔への銅の充填、を研究した。細孔形成においては、貴金属触媒を利用して、ナノからミクロンサイズの孔の形成を試みた。その結果、ナノサイズの孔は、無電解めっき法で堆積させた銀粒子により効率よく形成させることが出来た。一方、ミクロンサイズの孔は、約1μmの金粒子を用い、異なる粒子数の凝集体を用いて、310μmの孔を形成することに成功した。これらの孔への銅の充填は、銅の電解析出、および超臨界CO2からの化学析出を検討した。その結果、ミクロンサイズの孔に対しては、銅の電解析出法により、細孔内に銅を途切れることなく充填することに成功した。ナノサイズの孔は、銅が浸入しにくいため、電解法ではうまく充填できなかったが、超臨界CO2中において、有機銅錯体(Cu(dibm)2)の還元分解によって、孔径約100nm、深さ約1μmの細孔に銅を充填することに成功した。その際、銅イオンの還元のために、径内に封入したH2を還元剤として用いた。いずれの場合も、孔の先端に存在する銀および金粒子が銅の析出の核として働くことにより、孔の先端から銅の堆積が起こり、良好な充填が可能となっており、孔の形成に利用した触媒粒子が、銅の充填においても有効に機能していることが明らかになった。以上の結果は、シリコン基板への、ナノからミクロンの超微細Cu配線の全く新規な配線法の実現可能性を示したものとして、大きな成果であると判断している。
水流を受容する感覚器「感丘」の多様性とその進化

魚類は,水流を知覚するための感覚器「感丘」をもつ.感丘は体表に発達し,その分布パターン(からだのどこに・どの程度あるか)は種やグループによって様々である.本研究では,多様な感丘の分布パターンを示すグループに注目し,感丘のパターンにどのような多様性があるのかの正確な把握,系統上でどのように多様化したかの解明,および,感丘の発達程度の差は生態的特徴の違いを反映しているかを検証する.魚類は,水流を知覚するための感覚器「感丘」をもつ.感丘は体表に発達し,その分布パターン(からだのどこに・どの程度あるか)は種やグループによって様々である.本研究では,多様な感丘の分布パターンを示すグループに注目し,感丘のパターンにどのような多様性があるのかの正確な把握,系統上でどのように多様化したかの解明,および,感丘の発達程度の差は生態的特徴の違いを反映しているかを検証する.
水中界面反応による多目的天然高分子複合繊維の創成と実用化

ポリイオン複合体(PIC)は、繊維、ミクロカプセル、フィルムなどの高度に分子設計され、複合効果を発揮するための新素材として有用である。我々は、有用バイオマスとして広く研究されているカチオン性多糖であるキトサン、およびアニオン性多糖であるジェランガムが新規な複合繊維を形成すること、さらに、この繊維の紡糸法、機械的強度、耐水性、染色性、生分解性などの諸性質が実用的な新繊維材料として極めて有望であることを見いだした。この研究成果をさらに展開し、(i)天然高分子の種々の組み合わせの中で、どれが強靭な繊維を与えるのか、(ii)その強靭さの起因するところは何か、という問題を解き明かしつつ、より高性能な複合繊維を実用化することを目指して以下の研究を行った。1.工業生産のための紡糸装置の開発とPIC繊維織物の作成複合繊維が、連続的に、且つ、大量に得られる紡糸装置をデザインし、試験的な繊維作成を行った結果、低コストと高い安全性、簡便さを兼ね備えた紡糸装置の開発に成功した。研究成果に関する工業所有権を取得した。この技術をもとに、PIC繊維織物の作成初めて成功した。2.酵素および光架橋構PIC繊維の作成と高強度化酵素架橋、特に、キノン架橋、ジチロシン架橋、イソペプチド架橋など、生体高分子に見られる架橋構造形成をヒントに、酵素架橋部位を含む官能基を用いて化学修飾した天然高分子化合物を合成し、PIC繊維の高強度化を試みた。その結果、酵素架橋により、繊維の力学的強度が上昇し、複合材料系の繊維素材としての有用性を明らかにした。天然高分子の水中化学反応によって光反応性基を導入し、光架橋によって高強度化する繊維を作成した。3.ポリアミノ酸複合繊維表面および内部構造のキャラクタリゼーション4.PIC繊維の微細構造を、蛍光顕微鏡、電子顕微鏡、NMRなどを用いて詳細に解析し、機械延伸前後の繊維内部周期構造の変化を明らかにした。この結果から、繊維の強度・伸縮性を自在に発現するための高分子のデザインに関する基礎知見が得られた。この知見をもとに、ポリアミノ酸を複合化し、絹様新繊維の作成に成功した。再生産可能であり、自然分解性をそなえた天然高分子化合物を存在量とともに再び見直し、積極的に高付加価値材料に利用する研究は世界的に重要性を増すことは確実である。今年度の研究成果について下に列挙する1有用バイオマスとしてのカチオン性多糖であるキトサン、およびアニオン性多糖であるジェランガムが新規なポリイオン複合体(PIC)繊維を形成すること、さらに、この繊維の紡糸法、機械的強度、耐水性、染色性、生分解性などの諸性質が実用的な新繊維材料として極めて有望であることを見いだした。2分子設計した水溶性高分子物質の水中界面反応による水不溶性の多目的天然高分子複合繊維が種々の多糖およびタンパク質間で創製できることが実証された。3天然高分子化合物である、タンパク質、ポリアミノ酸、多糖、核酸(特にバイオマスとしてのDNA、例えば鮭精子DNAなど)の種々の組み合わせから、高いPIC形成能、紡糸効率、および紡糸時における低コストを併せ持つ素材を実験的に検討した。4連式単繊維強度試験機を用いて、繊維強度、伸び率、および結節強度を中心に実用性の最も高いPIC繊維数種類を選定し、PIC繊維形成素材とそれらの官能基修飾による機械的特性変化を体系的に把握する手がかりを得ることができた。

5電子顕微鏡(SEM)により繊維の表面を観察し、分子の配向と繊維物性の関連の知見が得られ、今後の分子設計が可能になった。上記の項目1-5の成果は別紙のように国内外の学術論文に報告した。ポリイオン複合体(PIC)は、繊維、ミクロカプセル、フィルムなどの高度に分子設計され、複合効果を発揮するための新素材として有用である。我々は、有用バイオマスとして広く研究されているカチオン性多糖であるキトサン、およびアニオン性多糖であるジェランガムが新規な複合繊維を形成すること、さらに、この繊維の紡糸法、機械的強度、耐水性、染色性、生分解性などの諸性質が実用的な新繊維材料として極めて有望であることを見いだした。この研究成果をさらに展開し、(i)天然高分子の種々の組み合わせの中で、どれが強靭な繊維を与えるのか、(ii)その強靭さの起因するところは何か、という問題を解き明かしつつ、より高性能な複合繊維を実用化することを目指して以下の研究を行った。1.生体高分子の架橋構造形成に学ぶPIC繊維の高強度化酵素架橋、特に、キノン架橋、ジチロシン架橋、イソペプチド架橋など、生体高分子に見られる架橋構造形成をヒントに、酵素架橋部位を含む官能基を用いて化学修飾した天然高分子化合物を合成し、PIC繊維の高強度化を試みた。その結果、酵素架橋により、繊維の力学的強度が上昇し、複合材料系の繊維素材としての有用性を明らかにした。2.工業生産のための紡糸装置の設計・開発複合繊維が、連続的に、且つ、大量に得られる紡糸装置をデザインし、試験的な繊維作成を行った結果、低コストと高い安全性、簡便さを兼ね備えた紡糸装置の開発に成功した。研究成果に関する工業所有権を取得した。3.複合繊維表面および内部構造のキャラクタリゼーションPIC繊維の微細構造を、蛍光顕微鏡、電子顕微鏡、NMRなどを用いて詳細に解析し、機械延伸前後の繊維内部周期構造の変化を明らかにした。この結果から、繊維の強度・伸縮性を自在に発現するための高分子のデザインに関する基礎知見が得られた。1.工業生産のための紡糸装置の開発とPIC繊維織物の作成複合繊維が、連続的に、且つ、大量に得られる紡糸装置をデザインし、試験的な繊維作成を行った結果、低コストと高い安全性、簡便さを兼ね備えた紡糸装置の開発に成功した。この技術をもとに、PIC繊維織物の作成初めて成功した。2.酵素および光架橋構
垂直磁気トンネル接合における困難軸特性モデルの構築とセンサー応用

垂直磁気異方性を有するCoFeB/MgO/CoFeB磁気トンネル多層膜をdc/RFマグネトロンスパッタリング法により、室温で形成した。固定層はRuを介して反強磁性結合したCo/Pt多層膜により構成された。ピンド層(磁化方向が外部磁界で変化しない層)はWを介して固定層と強磁性結合したCoFeB層とした。トンネル障壁としてはMgOを用いた。ピンド層/固定層はMgOトンネル障壁の下に配置(ボトムピン構造)し、その磁化方向はMgO界面に対して垂直である。フリー層(磁化方向が外部磁界に依存して変化する層)はCoFeBとし、MgO上に接した真上に形成された。電子線リソグラフィーとアルゴンイオンミリングにより、多層膜を加工し、フリー層の直径は5nm80nmの円形とした。フリー層直径が20nmから80nmの磁気トンネル接合素子においてはフリー層の磁化はMgO界面に対し、垂直磁気異方性を示し、磁気抵抗比は100%以上を示した。素子寸法10nm程度では、面内磁気異方性を示した。これらの変化は定性的には素子寸法の低下に伴う垂直磁気異方性の低下と思われる。直径9nm12nmのフリー層が面内異方性を示す素子を3個選び、それらの素子のダイナミックレンジ(素子の動作磁場範囲)(mT)、リニアリティーエラー(%)、感度(%/mT)を評価した。ダイナミックレンジは1030 mT、リニアリティーエラーは510%、感度は0.20.6%/mTとなった。ダイナミックレンジを小さくすると感度は増加した。リニアリティーエラーは従来の文献値より高く、その直線からのずれの傾向(逆S字的なもの、お椀型のもの)は素子毎に異なっており、その原因を現在調査中である。素子のノイズ測定を行い、1/fノイズが支配的であることを確認した。55Hz及びその3倍高調波のノイズも確認でき、現在その原因を調査中である。研究計画では(1)素子構造および作製法とフリー層垂直磁気異方性の関係の明瞭化、(2)垂直磁気異方性と磁気感度との関係の評価、(3)良好な磁気感度を有する素子でのノイズ特性の評価、(4)新作製法、新構造の提案となっている。昨年度は(1)と(2)の一部と(3)の評価法の確立に向けた検討を行っており、おおむね順調に進展していると思われる。研究計画で述べた(a)フリー層膜厚、酸化状態を変化させ、磁気異方性を制御し、その関係を明らかにする、(b)ノイズ特性から極薄トンネル膜の知見を得る等の部分に関しては、強化していく予定である。当初の研究計画の通り(1)素子構造および作製法とフリー層垂直磁気異方性の関係の明瞭化、(2)垂直磁気異方性と磁気感度との関係の評価、(3)良好な磁気感度を有する素子でのノイズ特性の評価、(4)新作製法、新構造の提案を実施する予定である。特に学術的な深堀に関しては、強化していきたい。

昨年度は(1)と(2)の一部と(3)の評価法の確立に向けた検討を行っており、おおむね順調に進展していると思われる。研究計画で述べた(a)フリー層膜厚、酸化状態を変化させ、磁気異方性を制御し、その関係を明らかにする、(b)ノイズ特性から極薄トンネル膜の知見を得る等の部分に関しては、強化していく予定である。当初の研究計画の通り(1)素子構造および作製法とフリー層垂直磁気異方性の関係の明瞭化、(2)垂直磁気異方性と磁気感度との関係の評価、(3)良好な磁気感度を有する素子でのノイズ特性の評価、(4)新作製法、新構造の提案を実施する予定である。特に学術的な深堀に関しては、強化していきたい。サンプルの作製に時間がかかり、素子の電気測定に重点を置いたため、評価用のプローブの作成、断面TEM評価は未実施となった。今年度は計画通りのノイズ測定用プローブの作成に加えて、評価用プローブの作成、断面TEM評価を実施する予定である。また、実験結果をまとめて国内学会の発表を行う予定である。
IgA腎症惹起性抗原によるメサンギウム細胞の活性化機構の解析

1.糸球体細胞に発現するチロシンキナーゼ分子の同定と発現様式の解析2.メサンギウム細胞における受容体型チロシンキナーゼFlt-1の役割これまで、血管内皮細胞特異的VEGF受容体と考えられていた受容体型チロシンキナーゼFlt-1が培養メサンギウム細胞で発現していることを明らかにした。さらに、非血管細胞でのFlt-1の役割を明らかにする目的で、培養メサンギウム細胞に各種サイトカインを作用させ、Flt-1の遺伝子発現動態を検討した。その結果、PDGF刺激によるメサンギウム増殖過程でVEGF、Flt-1ともに遺伝子発現が特異的に増強することを明らかにした。これらの結果は、VEGF/Flt-1系のシグナルもPDGFとともにメサンギウム増殖性腎病変に関与している可能性を示唆した。3.新生仔マウス胸腺摘出が糸球体におけるIgA沈着に及ぼす影響ddYマウスの糸球体IgA沈着におけるT細胞の役割を明らかにするために、新生仔マウスの胸腺を摘出し、糸球体におけるIgA沈着を検討した。胸腺摘出群のマウスは対照群マウスと同様の腎病変を示したが、糸球体におけるIgA沈着は明らかに減少していた。血中IgAおよび高分子IgAには量的な差を認めなかったが、脾臓におけるT細胞は有意に減少し、PHA、ConAに対する反応が有意に低下していた。これらの結果は、胸腺由来のT細胞が糸球体におけるIgA沈着に関与していることを強く示唆した。本研究はで、IgA免疫複合体を構成する分子が糸球体メサンギウム細胞の活性化を引き起こす可能性を明らかにする。そのため、1.IgA免疫複合体のメサンギウム細胞の増殖、細胞外基質代謝に及ぼす効果、2.メサンギウム細胞の活性化にともなう情報伝達分子の同定を研究目標にしている。平成5年度は以下の研究実績を得た。(1)ヒトメサンギウム細胞の培養系の確立:腎癌症例の手術で摘出された腎臓の健常部分を用い、sieving法にて糸球体を採取して20%胎児牛血清添加培養液にて培養し、継代培養後ヒトメサンギウム細胞のcell lineを確立した。(2)糸球体ならびに血清からのIgA免疫複合体の抽出:糸球体腎炎の疑いで入院した患者から血清を採取し、腎生検にてIgA腎症と診断された症例の血清をプールした。HPLCにて分子量別に分画後、ERISA法にてmacromolecular IgAを含む分画を採取した。さらに、IgA免疫複合体はafinity columnにて抽出した。(3)メサンギウム細胞の活性化にともなう情報伝達分子の同定:メサンギウム細胞の増殖や細胞外基質代謝には、tyrosine kinaseが関与すると思われるので、従来報告されている種々のtyrosine kinaseのcDNAのsequenceから、conserveされているkinase domeinをdegenerate primerとして用い、RT-PCR法にてメサンギウム細胞のm-RNAをamplifyした。その結果10種類のtyrosine kinaseが得られた。そのsequence analysisから、これはnon receptor flk,ufo,flt-1,Tyro-6,IGF-R,c-abl,B-raf.c-yes,JRK2と同定されたが、一つは既知のsequenceと異なり、新たなtyrosine kinaseと考えられた。したがって、メサンギウム細胞でも細胞内の情報伝達に、receptortypeやnon-receptortypeの多数のtyrosine kinaseが関与することが推測され、tyrosine phosphorylationがメサンギウム細胞の活性化に関与していることを強く示唆するものと考えられる。

さらに、非血管細胞でのFlt-1の役割を明らかにする目的で、培養メサンギウム細胞に各種サイトカインを作用させ、Flt-1の遺伝子発現動態を検討した。その結果、PDGF刺激によるメサンギウム増殖過程でVEGF、Flt-1ともに遺伝子発現が特異的に増強することを明らかにした。これらの結果は、VEGF/Flt-1系のシグナルもPDGFとともにメサンギウム増殖性腎病変に関与している可能性を示唆した。3.新生仔マウス胸腺摘出が糸球体におけるIgA沈着に及ぼす影響ddYマウスの糸球体IgA沈着におけるT細胞の役割を明らかにするために、新生仔マウスの胸腺を摘出し、糸球体におけるIgA沈着を検討した。胸腺摘出群のマウスは対照群マウスと同様の腎病変を示したが、糸球体におけるIgA沈着は明らかに減少していた。血中IgAおよび高分子IgAには量的な差を認めなかったが、脾臓におけるT細胞は有意に減少し、PHA、Con Aに対する反応が有意に低下していた。これらの結果は、胸腺由来のT細胞が糸球体におけるIgA沈着に関与していることを強く示唆した。
脳機能・生体情報統合による４ＫＴＶのユーザ体感品質測定とスマートＴＶへの応用

脳血流や表情筋筋電を用いた4KTVのユーザ体感品質測定について様々な観点から検討した。まず、JPEG符号化したHDTV静止画像を観察した場合の表情筋筋電情報により符号化劣化の客観的評価ができることを検証した。次に、表示デバイスの画素解像度が異なる4K・PC・iPhoneに静止画像を提示した場合、「臨場感」に対して左右の側頭葉(ch2とch16)に有意差が見られ脳血流との相関変化あった。4K2K静止画像で嗜好の違いによって脳血流の変化量と主観評価値の相関性が一番高かったのは前頭葉の右側頭野(ch6)であることを明らかとした。・表情筋筋電図の利用について:JPEG符号化したHDTV静止画像を刺激素材とし、表情筋筋電情報により符号化劣化の客観評価の可能性があることを世界で初めて示した。さらに,主観評価値は,有意な表情筋筋電情報に加え,評価画像のエントロピー値と原画像のエントロピーの差分値を用いた回帰モデルにより精度よく推定できたことを示した.・HDTV静止画像とHDTV動画像におけるNIRS利用について:生体情報はNIRS(Near-infrared spectroscopy)によって得られる脳血行動態について着目し,静止画像と動画像を観察した被験者の脳血行動態が,その呈示された動画像の画質と関連性が見受けられるか検証を行った.また,静止画像を観視する時の脳活動を分離するために,画像内容注目と画質注目の脳血行動態を測定した.その結果,好きな静動画像を観視する時,嫌い静動画像と比較して,前頭葉の右側頭野での脳血行動態においてoxy-Hbの上昇傾向が見られた.また,前頭葉の両側側,劣化静止画像を観視する時のoxy-HbのZ-scoreは減る傾向が見られたが,劣化動画像を観視する時にoxy-HbのZ-scoreは増加する傾向が見られた.・4K2K静止画像におけるNIRS利用について:4K2K解像度において,好みによってΔOxy-Hbと主観評価値の相関性に変化が見られるかを検討した.好きの画像群ではch16,嫌いの画像群ではch14で有意傾向が見られた.また,どちらでもない画像群に対してはch15で有意差があった.各画像群で有意水準p<0.10となったchに対してΔOxy-Hbの平均値と主観評価値で相関の近似曲線をとったところ,好き,嫌いの画像群では二次曲線となり,どちらでもない画像群では一次直線となった.よって,4K2K解像度においては,画像に対する好みの違いによってΔOxy-Hbと主観評価値の相関性に変化が認められた.・画像表示デバイスの種類や解像度の違いが,ユーザの満足度に影響を与えるかを検討した.4K2K-TV (3840 ×2160), PC (1366 ×768), iPhone-6plus (1920×1080)の3種類の画素解像度が異なるコンテンツを対象とし,被験者の額にNIRS脳機能計測装置を装着し,画像を鑑賞している際のΔOxy-Hbを測定した.測定実験後には主観評価実験を行い,各画像に対して5段階で画質評価を行った.このNIRSによる脳機能計測実験と主観評価の実験から異なる端末で画像を閲覧するときのΔOxy-Hbと「臨場感」と「迫力感」との関連性を調査した.各評価画像の全16chのデータを4K,PC,iPhoneの群に分類し,情報端末を因子として一元配置分散分析を行った結果,ch2とch16が有意水準を満たした.よって,画像を様々な情報端末で閲覧することによって情報端末のサイズや解像度によってΔOxy-Hbに相関変化が生じる事を明らかとした.・画像コンテンツに対する嗜好の影響を検証するため,NIRSを用いた脳血流の計測実験と好き嫌いのアンケートを採る主観評価実験を行った.評価画像を15秒間呈示して,計20枚の画像を鑑賞した.測定実験後に主観評価実験を行い,各画像に対して好き嫌いを5段階で評価してもらった.被験者は学生15名,画像解像度は3840 ×2160 pixelである.画像毎で各チャンネルにおいて被験者の15秒間の脳血流の変化量の加算平均を求め,それぞれch毎にその結果と全ての被験者の主観評価値の平均の相関係数を求めた.脳血流の反応が上昇傾向にあった画像群では,画像に対する反応が大きく,嗜好の違いによって脳血流の変化量と主観評価値の相関性が一番高かったのはch6であることを明らかとした.・画素解像度の異なる3種類の画像コンテンツに対して脳機能測定と主観評価測定の両面から,脳血流量と「臨場感」や「迫力感」との関連性が調査できており,前頭葉の2と16チャンネルが関係していることを明確にしている.・高精細な4K画像コンテンツに対する嗜好を検証するために,脳機能測定と主観評価測定の両面から,脳血流量と「好き嫌い」との関連性が調査できており,前頭葉の6チャンネルが関係していることを明確にしている.画像表示デバイスの解像度とサイズの違いが,ユーザーの満足度にどのような影響を与えるかを検討した. 4K2K-TV(3840×2160),PC(1980×1080),iPhone 6s Plus(1980×1080)の3種類のデバイスを用意し,「臨場感」の感じ方の影響を調査した.NIRSを用いた脳血流の計測実験と「臨場感」について主観評価実験を行った.

ΔOxy-Hbと「臨場感」との関連性を調査するため,各画像の全16chのデータを4K,PC,iPhoneの群に分類し,t検定を行った結果,4Kの画像視聴時,ch13に有意傾向が見られた.異なる画像コンテンツに対する嗜好,快・不快の影響を検証するため, NIRSを用いた脳血流の計測実験と好き・嫌い,快・不快のアンケートを行った.画像の解像度は,3840×2160ピクセル,1980×1080ピクセルである.画像毎で各chにおいて被験者のΔOxy-Hbの加算平均を求め,それぞれのch毎にその結果と全ての被験者の主観評価値との比較を行うためt検定,スピアマンの相関係数を算出した.結果,ch5,7が嗜好に関連しており,主にch6が不快と感じた際に関連していた.嗜好,快・不快による脳血流の影響が見られ,QoE評価への可能性が示唆された.画質と志向度が異なる画像を評価対象として,異なる教示法(教示なし,コンテンツ内容に注目,画質劣化に注目)の時のOxy-Hb変化量を測定し脳活動の影響を検討した.結果,教示なしのコンテンツに着目した時,「画質」間には有意差はなかったが,ch2,ch6には「嗜好」に関する有意差が見られた.画質劣化に注目した時,「画質」間にはch5,ch14に有意な差が見られた上,「嗜好」についてch2,ch6,ch14に有意差が見られた.画質劣化より嗜好のほうがより脳活動に影響しやすいことがわかった.脳血流や表情筋筋電を用いた4KTVのユーザ体感品質測定について様々な観点から検討した。まず、JPEG符号化したHDTV静止画像を観察した場合の表情筋筋電情報により符号化劣化の客観的評価ができることを検証した。次に、表示デバイスの画素解像度が異なる4K・PC・iPhoneに静止画像を提示した場合、「臨場感」に対して左右の側頭葉(ch2とch16)に有意差が見られ脳血流との相関変化あった。4K2K静止画像で嗜好の違いによって脳血流の変化量と主観評価値の相関性が一番高かったのは前頭葉の右側頭野(ch6)であることを明らかとした。NIRSと表情筋筋電情報をそれぞれ用いて、HDTV静止画像、HDTV動画像、4K2K静止画像の生体情報計測が行え、それぞれの条件下でさまざまな知見が順調に得られていること。これまでの研究成果を利用して、スマートTV対応のアプリ開発に利活用できる知見の整理を以下の観点から行う。・さまざまな4K高精細映像コンテンツを多くの評定者に視聴してもらい、本研究課題で開発したユーザ体感品質推定システムを用いて、ユーザ体感品質を定量的に時系列に抽出する。併せて、視聴者からアンケート方式により視聴コンテンツの好みを調査し、視聴者の平均的な好み度も抽出することで、これらの関連性を検証する。・4K高精細映像をその他の3スクリーン(PC、タブレット、スマートフォン)に対応した映像コンテンツにダウンコンバートし、それぞれの情報端末において同様の実験を行うことで、提示素材の画素解像度や情報端末の違いなどが与える影響について調査する。この一連の研究遂行を通して、4K高精細TVと他の3スクリーンとの連携アプリの画面設計や、メディア視聴者の好みを反映したターゲット広告アプリの選定方法など、次世代のスマートTV対応の様々なアプリ開発に利活用できる知見を整理する。マルチメディア情報処理・4K静止画像から画像処理による表情認識情報抽出の調査:表情筋筋電は人に接触して計測する必要があるので、実応用を考えた場合は人に非接触での情報計測が望まれる。そこで、画像処理による表情認識法の調査を別途行い、4K高精細TVカメラ映像やサーモグラフィ映像などを用いて、その抽出精度の検証を行いその課題の整理を行う。
チンパンジーの高次視覚情報処理における大脳半球機能差と階層性

チンパンジーの高次情報処理の特性を非侵襲的な手法によってヒトと直接に比較し、ヒトに固有の情報処理様式とその系統発生的起源を、比較神経科学・比較認知科学の視点から明らかにすることを目的とした。本研究では、視覚性シンボルの習得訓練を受けてきたアイ・アキラの2個体と、未経験の若いチンパンジー4個体の計6個体のチンパンジーを主たる対象として、チンパンジーのもつ認知機能の神経科学的側面を、大脳半球機能の側性化(Lateralization)という視点から検討した。とくに視覚のシンボルのもつフィジカル・コーディング(物理的特性の知覚)とセマンティック・コーディング(意味的な理解)という「シンボル操作」の階層構造という視点から捉えた。昨年度開始したシステムを運用し、人工言語習得の研究を継続してきた合計6個体のチンパンジーを主たる対象として、ヒトとの比較研究により、以下に述べる大脳半球機能の左右差と情報処理の階層性について実験的に分析した。ラテラリティー(高次情報処理における大脳半球の機能的非対称性)については、これまでヒトの健常者や分断脳(split-brain)患者を被験者として、あるいは分断脳手術をしたマカクザルを被験者として研究されてきた。本研究ではチンパンジーを被験者として、タキストスコープによる視覚シンボル(図形文字、漢字、数字などの)認知にみられる左右の半視野差を検討するための予備実験として、チンパンジーの顔認識を調べた。コンピューター用タッチパネルを導入し、既存のシステムの画像処理能力を高めた新システムを新たに作製した。シンボル操作と概括する上述の高次認知機能をひきだす場面は、具体的には、見本合わせ場面である。アイは、11の色名漢字(赤・橙・黄・緑・青・紫・桃・茶・白・灰・黒)を識別した。そこで漢字それ自体の物理的特性にもとづく識別課題(フィジカル・コーディング)と、漢字の意味的情報処理課題(セマンティック・コーディング)について、ストループ干渉課題で検討した。
プルシアンブルー系ナノ結晶の規則配列と低温界面接合による擬似的単結晶化

PBナノ結晶を自己組織化膜に吸着させ単粒子膜を作製した。その単粒子膜を120°C加熱し粒子間を化学接合した。ボードプロット解析から、未加熱膜では、結晶界面支配の低周波数・低プロトン伝導が、加熱膜では、その低周波数成分が消失し、高周波数・高プロトン伝導が発現した。加熱膜の超プロトン伝導(10-1 Scm-1)は、湿度依存性(保水力)においてもナフィオン膜よりも高性能だった。未加熱膜のvehicleから、低温加熱によってGrotthuss機構に変化することが分かった。この「Grain-boundary free」伝導は、ナノ結晶集合膜でありながら、疑似的単結晶膜として機能する初めての報告である。プルシアンブルー(PB)・ナノ結晶の独自の水分散液合成法により、「ナノ結晶同士の低温界面接合技術」を確立する。交流インピーダンス電極をガラス基板に作製し、そのガラス基板上にSAM膜を作製、PBナノ結晶水分散液に浸漬することで、SAM基板上に、PBナノ結晶の緻密な単粒子膜の作製に成功し、これを120°Cで加熱することで、ナノ結晶同士の界面接合を行った。加熱前後での膜強度の比較から、原子間力顕微鏡(AFM)のコンタクトモードによる膜強度の微視的可視化法(ナノスクラッチ評価法)の開発に成功した。加熱後の膜では吸収スペクトルにおいて電荷移動吸収極大が短波長側にシフトすることを見出し、加熱後の結晶界面の電子状態の変化から、化学結合が生じていることを証明し、分光化学的手法による「低温界面接合の可視化法」にも成功した。交流インピーダンス測定から、単粒子膜では湿度依存性が顕著な伝導度が得られ、活性化エネルギーからイオン伝導はvehicle機構であることを明らかにした。一方で、加熱膜では、湿度依存を殆ど示さない10-1 Sm-1に迫る極めて高い伝導度が発現した。この伝導度は、これまで報告されてきたMOFやPCP結晶での最高値に属する値である。活性化エネルギーから伝導はGrotthuss機構(Grain-boundary-free)であることを明らかにした。重水環境下での交流インピーダンス測定を実施し、伝導が水に比べて減少したことから、プロトンが伝播する機構であることが確かめられた。温度・湿度プログラムが可能なTG-DTA装置で、加熱・非加熱によるPBナノ結晶の水分子の出入情報から、そのプロトン伝導と湿度依存性の因果関係、伝導機構や結晶界面の構造変化について評価を行っており、湿度変化とPBナノ結晶の水和数の変化が連動し、プロトン伝導機構や伝導度湿度依存性を支配していることを見出し、更なる解析を進めている。概ね計画通りに研究が進んでいる。研究実績で示したPBナノ結晶の単粒子膜は加熱後、プロトン伝導機構がvehicleからGrotthuss機構へと変化した。また、極めて高い10-1 Sm-1に迫る極めて高い伝導度を示す膜が得られた。これは、これまでの結晶ではペレットによる評価が一般的であったが、ナノ結晶分散液を用いた簡便な溶液プロセス膜で初めて見出された画期的な成果であり、その実践的なデバイス応用への道を拓くものである。X線回折法では、その加熱膜は、ナノ結晶が接合した多結晶膜としての情報を得ており、結晶界面の接合は、Grain-boundary-free伝導を示す「機能的=擬似的」単結晶膜であることを示しており、研究計画の若干の修正を行う。独自で開発したプルシアンブルー(PB)・ナノ結晶の水分散液合成により、「配高分子ナノ結晶同士の低温界面接合技術」を確立することを目的とした。具体的には、溶液プロセス(スピンコート法や自己組織化膜(SAM)法)により作製したPBナノ結晶薄膜のイオン伝導挙動を調べるため、Nafionに代表される高分子膜に適用される相互貫入(くし形)電極をガラス基板に作製した。その電極間(ガラス基板上)にSAM膜を作製、PBナノ結晶水分散液に浸漬することで、SAM基板上に、PBナノ結晶の緻密な単粒子膜の作製に成功した。これを120°Cで加熱することで、ナノ結晶同士の界面接合を行った。粒子膜の緻密性(ピンホールフリーであること)や膜厚(単粒子膜であること)をAFM観察により明らかにし、更に、シリコン基板上に同様な方法でPB単粒子膜を作製し、その表面をSEM観察し、広範囲で、緻密性が確認できた。同じくし形電極を用いて、Nafion膜と粒子膜の比較を世界で初めて実施することに成功した:(1)交流インピーダンス測定から、加熱PB単粒子膜は、10-1 Sm-1に迫る極めて高い伝導度が発現し、それは、Nafion膜よりも高い伝導性を示した;(2) PB単粒子膜の伝導度は、湿度依存性(> 60% RH)を殆ど示さないが、Nafion膜では、これまでの報告通り、湿度依存性を示した;(3)直流電流測定から、PB単粒子膜とNafion膜は、同様な電流ー時間依存性を示し、イオン伝導であることが示された;(4)Bode plotから、PB単粒子膜とNafion膜は、同様に単一周波数成分(単一並列RC回路)で解析できた=プロトン伝導がGrotthuss機構(Grain-boundary-free)であることが証明された;(5)そのプロトン伝導の活性化エネルギーはPB単粒子膜の方がNafion膜より小さいことが分かった。

研究実績で示したように、PBナノ結晶の単粒子膜は、低温加熱後、プロトン伝導度・湿度依存性の両方おいて、Nafion膜を凌駕する性能を有していることを明らかにできた。このNafion膜と固体結晶膜を直接実験で比較した例は世界で初めてである。結晶評価においてはペレットに依存しているのが一般的である中で、本研究における「ナノ結晶分散液を用いた溶液プロセス膜」で見出された成果は画期的であり、これを纏め、高いIFの論文に投稿した。結果、Angew. Chem. Int. Ed.でin pressになっている。独自に開発したプルシアンブルー(PB)ナノ結晶の水分散液とこれを用いた低温・溶液プロセスによる「ナノ結晶同士の低温界面接合技術」の確立により、ナノ結晶からなる疑似的単結晶膜の創製とその機能開拓を研究目的とした。規則的ナノ空孔を有する配位高分子ナノ結晶の疑似的単結晶膜に期待される機能として、(1)電子/ホール伝導の連続性、(2)空間の連続性から生まれる物性を挙げることができる。本研究では、(2)を明らかにするため、SAM上に作製した単粒子・疑似的単結晶膜のプロトン伝導機構を明らかにし、昨年度までの研究として、Nafion膜よりも高いプロトン伝導度やそのプロトン伝導がGrotthuss機構(Grain-boundary-free)であることを見出し、Angew.Chem.Int.Ed.にその成果が掲載された。掲載後、MOFプロトン伝導の研究を先導するG.K.H. Shimizuは、従来のペレット法を用いたプロトン伝導評価の問題点を指摘、我々の結晶界面に着目した研究の重要性が示された。本研究では、更に、プロトン伝導度・湿度依存性におけるPB単粒子膜の加熱温度の依存性を調べ、その低温加熱による界面接合状態とプロトン伝導機構の関係を追及した。結果、低温加熱では、Grain-boundaryの影響が残り、120°C以上の加熱で、Grain-boundary-free機構に移行することが分かった。また、多層膜(スピンコート膜)でのプロトン伝導度・湿度依存性についても評価も進めており、界面と結晶内でのプロトン伝導機構の解明において、単分子膜の結果と比較しながら詳細なボードプロット周波数解析が今後必要であることが分かった。併せて、界面接合による電子/ホール伝導の連続性とその機能を発展させるため、半導体膜とのヘテロ接合膜の作製と電子機能について、その電子的接合が可能であることを見出した。PBナノ結晶を自己組織化膜に吸着させ単粒子膜を作製した。その単粒子膜を120°C加熱し粒子間を化学接合した。ボードプロット解析から、未加熱膜では、結晶界面支配の低周波数・低プロトン伝導が、加熱膜では、その低周波数成分が消失し、高周波数・高プロトン伝導が発現した。加熱膜の超プロトン伝導(10-1 Scm-1)は、湿度依存性(保水力)においてもナフィオン膜よりも高性能だった。未加熱膜のvehicleから、低温加熱によってGrotthuss機構に変化することが分かった。この「Grain-boundary free」伝導は、ナノ結晶集合膜でありながら、疑似的単結晶膜として機能する初めての報告である。結晶界面の接合によって、得られた膜はGrain-boundary-free伝導を示す「機能的=擬似的」単結晶膜、つまり、多結晶膜であることが分かった。
DNA塩基配列の解析と修飾による新しい酵素タンパク質の設計とその利用

大腸菌のグルタチオン合成酵素(GSH-II)は, ATP存在下でγ-グルタミルシスティンとグリシンよりグルタチオン(GSH)を合成する酵素である.本酵素の構造と触媒機能の関連を明らかにするため,(イ)他の酵素のアミノ酸配列との相同性を利用した三次構造の予測,および, (ロ)位置特異的変異による変異酵素の機能解析,を行なった.その結果, GSH-IIのアミノ酸配列は,ジヒドロ葉酸還元酵素のそれと高い相同性を示し,この相同領域は両酵素の機能と密接な関係にあることを明らかにした.また,この相同領域の両酵素間での機能的互換性についても検討した.GSH-IIは, 4コの同一サブユニットより成る分子量16万の酵素であり,サブユニット当り4コのシスティンを含む.そこで, 4コのシスティン残基のコドンをアラニンのコドンに変換した変異遺伝子を作製し, GSH-IIの活性とシスティン残基との関係を検討した.その結果, 4コのシスティン残基はGSH-IIの活性発現に必須ではないが,酵素活性の向上に何らかの寄与をしていることを明らかにした.GSH-IIの構造と機能の関係を更に解明するため, GSH-IIの単結晶について解析を進めている.GSHの合成に関与するもう一つの酵素γ-グルタミルシスティン合成酵素(GSH-I)は, ATP存在下でグルタミン酸とシスティンを縮合させγ-グルタミルシスティンを合成する. GSH-I遺伝子の翻訳開始コドンはTTGであり,一般的なATGではない.そこで,位置特異的変異によりTTGをATGに変換した.その結果, GSH-Iの翻訳効率は約50%増大し,医薬・試薬として重要なGSHの生産性を上げることができた.現在, GSH-Iについても,その構造と機能の関係を追究している.大腸菌のグルタチオン合成酵素(GSH-II)は, ATP存在下でγ-グルタミルシスティンとグリシンよりグルタチオン(GSH)を合成する酵素である.本酵素の構造と触媒機能の関連を明らかにするため,(イ)他の酵素のアミノ酸配列との相同性を利用した三次構造の予測,および, (ロ)位置特異的変異による変異酵素の機能解析,を行なった.その結果, GSH-IIのアミノ酸配列は,ジヒドロ葉酸還元酵素のそれと高い相同性を示し,この相同領域は両酵素の機能と密接な関係にあることを明らかにした.また,この相同領域の両酵素間での機能的互換性についても検討した.GSH-IIは, 4コの同一サブユニットより成る分子量16万の酵素であり,サブユニット当り4コのシスティンを含む.そこで, 4コのシスティン残基のコドンをアラニンのコドンに変換した変異遺伝子を作製し, GSH-IIの活性とシスティン残基との関係を検討した.その結果, 4コのシスティン残基はGSH-IIの活性発現に必須ではないが,酵素活性の向上に何らかの寄与をしていることを明らかにした.GSH-IIの構造と機能の関係を更に解明するため, GSH-IIの単結晶について解析を進めている.GSHの合成に関与するもう一つの酵素γ-グルタミルシスティン合成酵素(GSH-I)は, ATP存在下でグルタミン酸とシスティンを縮合させγ-グルタミルシスティンを合成する. GSH-I遺伝子の翻訳開始コドンはTTGであり,一般的なATGではない.そこで,位置特異的変異によりTTGをATGに変換した.その結果, GSH-Iの翻訳効率は約50%増大し,医薬・試薬として重要なGSHの生産性を上げることができた.現在, GSH-Iについても,その構造と機能の関係を追究している.大腸菌のグルタチオン合成酵素(GSH-【II】)は、ATP存在下でΥ-グルタミルシスティンとグリシンよりグルタチオン(GSH)を合成する酵素である。この酵素の活性発現に関与しているアミノ酸残基については、未だよく知られていない。そこで、本酵素の構造と触媒機能の関係を明らかにするため、(1)他の酵素のアミノ酸配列との相同性を利用した三次構造の予測、及び(2)位置特異的点突然変異による変異型酵素遺伝子の作製と、その遺伝子産物の触媒特性の解析により、GSH-【II】の活性発現に関与するアミノ酸配列及びアミノ酸残基の効果を検討した。まず、GSH-【II】の三次元構造と機能の関係を解明するため他の種々の酵素のアミノ酸配列との相同性を調べた結果、GSH-【II】のアミノ酸配列は、ジヒドロ葉酸還元酵素(DFR)のそれと高い相同性を示した。DFRの基質ジヒドロ葉酸及び特異的阻害剤であるメトトレキセートは、極めて低濃度でGSH-【II】活性を阻害し、これらの化合物が特異的にGSH-【II】に結合することが判明した。この結果より、アミノ酸配列の相同性が基質や阻害剤の結合部位や高次構造を解明する有力な手段となると考えられた。GSH-【II】は、4ケのサブユニットより成る分子量16万の酵素で、サブユニット当り4ケのシスティン(Cys)残基(Cys-122,195,222,289)を有する。そこで、4ケのCys残基のコドンをアラニン(Ala)のコドンに変換した変異酵素遺伝子及びCys289コドンをターミナルコドンに変換した変異酵素遺伝子を作製し、GSH-【II】の活性とCys残基の関係を検討した。Cys122とCys222のAlaへの変換は、GSH-【II】

活性を夫々50%及び20%低下させた。このことより、Cys122とCys222はGSH【II】の活性発現に必須ではないが、酵素活性の向上に寄与していると推定たれた。その他、γ-グルタミルシスティン合成酵素(GSH-I)遺伝子の翻訳開始コドンTTGを、使用頻度の高いATGに変換することにより、GSH-I遺伝子の翻訳効率を50%高めることが出来た。