hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
発達障害の早期診断・早期介入システムの拡大と効果査定

1幼児期早期(13歳)の認知・行動発達尺度の開発及び妥当性・信頼性の検討は,平成28年度までにひととおりの尺度構成と関連の作業を終えた。2早期版(13歳)の子どもを持つ予防的なペアレント・トレーニングのプログラムと関連の尺度を開発した。なかでも集団施行のプログラムについてはRCTによる検証でその効果を証明することができた。また,3出生直前のリスクとペアトレプログラム実践の成果の検討から,出生直前のダメージそのものはなくすことはできないが,ダメージの結果として現れる機能不全を補うスキル訓練の成果を見いだすことができた。【尺度作成関連】まず,乳幼児期(13歳)の認知・行動発達尺度の開発に着手した。尺度作成は領域別に行い,223例の事例データをもとに,乳幼児版の親評定の愛着行動尺度の標準化を試みた。この結果,12歳児においては安定した尺度が得られなかったが,23歳においては,愛着行動の基本因子である『安全・安定性』と『依存性』の下位因子からなる愛着尺度を作成することができた。外的妥当性のためのデータは不足気味であるが,現有のデータで検討したところ,母親のストレス反応や,後述する養育スキル尺度との間で,妥当な相関係数が示されている。また,子どもの障害の神経学的側面および認知・行動的表出の側面から測定する尺度の原案を作成した。新年度に入って保育所や家庭の活動が安定した時期を待ってデータ収集を開始し,標準化の作業を行う。また,小児科医・産科医が特異な事例として診断した事例についても別途データを収集し,また,個別PTを行っている。これらのデータの一部については,論文化を行い,投稿済みである。【PT介入関連】既存の幼児版(36歳)PT,小学生版(610歳)PTの実践を,集団・個別の両形態で行ってきた。特に幼児版においては,PT介入普及のためのトレーナー養成を進め,集団介入の実行可能性の検討結果をまとめつつある。【PTプログラム開発関連】既存の幼児版(36歳)PT,小学生版(610歳)PTの実践に加え,乳幼児版(13歳)PTの開発を開始した。この中で,乳幼児版PTのもっとも核となるエビデンス査定となる乳幼児版の養育スキル尺度を作成し,267事例のデータをもとに標準化の作業を行った。また,核になる養育スキル尺度のひな形が出来上がったので,25年度は,介入プログラムの制作と試行に取り掛かる予定である。25年度は,24年度から模索していた,「乳幼児版養育スキル尺度」,「乳幼児版養育者の認知尺度」を完成させ,乳幼児版ペアレント・トレーニングプログラムの試行のための準備が整った。予防的に,集団介入で行う乳幼児版ペアレント・トレーニングのプログラム構成を完成させ,復習または欠席時の補習用のビデオDVD教材も作成した。年末に,2会場で試行を行い,プログラム内容の吟味を行い,現在,修正の作業中である。子どもの障害の神経学的あるいは行動的表出の尺度の作成については,引き続いて保育所を中心としてデータを収集している。周産期のリスクエピソードや生後に発見された発達障害の要因毎等のデータの収集を継続しており,小児科医・産科医が特異事例として診断した事例とのマッチングにより,「子どもの障害の神経学的・行動的評価尺度」の妥当性の評価に用いるためのデータを蓄積した。幼児版のペアレント・トレーニング介入普及のためのトレーナー養成を進め,集団介入の実行可能性の検証を行った。この課題については,まだ,継続して実践と検証を続けるが,25年度内に行った学会発表では,全体的に予防介入としての効果を持つこと,そして,比較的虐待リスクの高い母親に対して有意な改善効果を持つことを発表した。小学生版のペアレント・トレーニングプログラムについても継続して個別・集団介入を行ってきた。小学生版のペアレント・トレーニングプログラムへの参加者は,臨床的必要性の度合いが高いことは24年度に発表したが,困惑の度合いが増してくるまで,このような介入を求めないという現状もある。1)『乳幼児期早期(13歳)の認知・行動発達尺度の開発し妥当性・信頼性の検討を試みる』については, 25年度までの作業過程の中で,保護者評定による13歳児の養育スキル尺度,養育の認知に関する尺度を作成した。また,子どもの行動評価については,「愛着の発達尺度」に関して,臨床上意味のある評価尺度を作成できる可能性が残されているため,26年度もデータを収集した。幼児期の子どもについては,認知課題遂行時における課題成績,時間,脳血流の変化を用いて発達障害の特性の検出を試み,発達障害や未熟児性の発達障害の鑑別のためのデータ収集を試みてきた。今年度は,子どもが認知課題の解決処理を行う過程における注意機能の変容を検出するために比較的簡便な眼球運動の測定装置を導入したが,鑑別尺度の信頼性の検討については事例をさらに蓄積していく必要がある。2)『早期版(13歳)PTの開発(2425年度)と効果検証(2528年度)に関しては,25年度までにプログラムの概略を完成し,26年度に一部修正行い,集団施行のプログラムについて本格的な効果検証の作業を行っている。3)PTを核にした介入システムの,様々なリスクエピソード要因毎の効果検証(2728年度)に関しては,乳幼児版ペアレント・トレーニングと,すでに稼働している幼児版と小学生版のプログラムを個別に施行した事例について,周産期のリスクエピソードの収集を継続している。

4)グループ形式の予防介入プログラム(幼児版・小学生版)プログラムのFeasibility(実行可能性)の検証(2528年度)については,すでにある程度のデータが収集されているが,周産期のリスクエピソードの情報も加えてさらにデータ収集を重ねた。また,保護者の養育行動や,保護者のストレス反応の単独の評価に加えて,それらを総合した(虐待)リスクの観点からの検討も行った。平成27年度に割り振った研究計画の1つ目は,集団施行の乳幼児版(13歳)のペアレント・トレーニングプログラムの効果検証であった。平成27年度には,介入開始前から介入開始後の時系列に沿った効果の検討での検証結果を国際学会において発表した。引き続き,介入実践を続けてデータを蓄積し,今後,RCTの形での効果検証を試みる。2つ目の研究計画は,幼児版の個別施行のプログラムの効果検証と,さまざまなリスクエピソード要因との関連性を検討する作業であった。個別介入なので,ゆっくりとしたペースであるが,作業は着実に進行している。なお,幼児版の個別施行のプログラムの効果を示した論文が掲載され,その内容は学会賞(日本認知・行動療法学会,内山記念賞)を得て評価された。3つめの研究計画内容は,集団介入のプログラムの効果と実行可能性の検討であった。幼児版のグループ形式の予防介入プログラムのFeasibility(実行可能性)の検証については,介入開始前から介入開始後にかけての効果および実行可能性を示した論文が掲載された。さらに,慎重な形での効果検証を表現するために,RCTでの効果検証を行うべく,データを積み重ねている。小学校お入学準備版のプログラムについても,介入開始前から介入開始後の時系列に沿った効果の検討を示した論文が,平成27年度中に掲載された。また,トレーナーの養成を行い,実践のデータを収集中である。ただし,この実践については,実行期間が入学前の時期に限られるために,幼児版のプログラムに比べればデータ収集のペースは遅い。また,小学校入学後の個別介入の実践についても,国内学会の発表でその成果を示すことができた。なお,発達障害の早期の診断や気づきのための尺度作成については,後述するように,尺度内容の変更を行い,標準化のためのデータ収集と分析の作業をおこなった。発達障害の早期発見のための尺度作成については,尺度内容の部分的な改稿による再標準化の作業が発生した。そのために,尺度項目の編成のやり直しに立ち返って作業を進めている。科学研究費補助金を使用しての研究成果物としての質を確保するために,堅実に作業を進行させつつ,年度内に成果をまとめるべく努力していく。その他の部分については,おおむね順調に進行しているので,このまま計画的に作業を進めていきたい。平成28年度に残された第1の作業課題は,幼児期早期の認知・行動尺度の作成に伴う妥当性の確認の作業を行うことであった。この作業を通して,作業療法領域で重視される感覚・知覚領域の指標と行動的指標を組み合わせた,感度の高いスクリーニング指標を作成できた。平成28年度の第2の作業課題は,乳幼児版,幼児版,小学生版のPTプログラムの集団施行・個別施行のプログラム実践の中から,周産期のリスクエピソードと介入効果の関係を示すことであった。
新規シスチン蓄積症モデルラットの樹立とＨＰＬＣ法による高感度診断法の開発

常染色体劣性遺伝疾患であるシスチン蓄積症(シスチノーシス)は、シスチン輸送体であるシスチノシン遺伝子の変異により全身性にシスチンが蓄積し、最も重篤な乳児型は腎障害が特徴的である。本研究では、ラットにおいてシスチノシン遺伝子変異を同定し、新たなシスチン蓄積症モデルラットを開発した。さらに、高速クロマトグラフィー(HPLC)によるシスチン分析法を開発し、より簡便で迅速な高感度診断法を確立した。本研究では、小児慢性特定疾患であるシスチン蓄積症の新たなモデルラットを開発し、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)を用いた簡便で迅速な高感度診断法を開発することを目的とする。新規シスチン蓄積症モデルラットの樹立:インスリン分泌不全型糖尿病モデルであるLEAラット(J. Diabetes. Res., 2013)の原因遺伝子を解析する過程で、LEAラットではシスチン蓄積症の原因遺伝子であるシスチノシン(CTNS)に欠損があることを見いだした。スピードコンジェニック法によりCTNS変異をF344系統に導入したコンジェニック系統の作製が完了し、兄妹交配によりホモ欠損ラットを樹立した。新規モデルラットにおけるシスチンの定量:昨年度開発したHPLCを用いたシスチン高感度定量法を用いて樹立した新規モデルラットの各組織におけるシスチンを定量した。その結果、24週齢の腎臓および脾臓では、コントロールに比べそれぞれ1.7倍および87.2倍蓄積していた。興味深いことに、脾臓では8週齢においても4.2倍蓄積しており、脾臓におけるシスチン蓄積量が早期診断に有用であることを示した。ダイナミックCT法を用いたシスチン蓄積症診断への応用:シスチン蓄積症は腎障害が最も重篤な症状であり、腎機能評価が新たな治療薬の開発には不可欠なパラメーターとなる。ダイナミックCT法は造影剤を急速に静脈内に投与し、同一部位を連続的に撮影することで血管性病変や腫瘍性病変の診断に用いられている。腎尿細管上皮細胞が変性しているLEAラット腎臓をダイナミックCT法で撮影した結果、ピーク時の最大CT値が約15%優位に低下していた。ダイナミックCT法は非侵襲的、経時的に腎機能を評価できるため、シスチン蓄積症における腎機能評価に有用である可能性が示された。本研究では、希少疾患であるシスチン蓄積症の新たなモデルラットを開発し、簡便で迅速な高感度診断法を開発することを目的とする。最終年度は、昨年度に樹立した新規シスチン蓄積症モデルラット用いて、各組織のシスチン量を定量した。その結果、モデルラットの腎臓、脾臓および精巣において、コントロールと比較して、それぞれ約4倍、約150倍および約300倍のシスチン蓄積が確認された。さらに、シスチン蓄積症の唯一の治療薬であるシステアミンを、モデルラット由来胎児線維芽細胞に添加したところ、顕著にシスチン量が低下した。インスリン分泌不全型糖尿病モデルラットであるLEAラットの原因遺伝子を解析する課程で、LEAラットではヒトシスチン蓄積症の原因遺伝子であるシスチノシン(Ctns)に欠損があることを見いだし、Ctns変異をF344系統に導入したコンジェニック系統を樹立した。さらに、汎用性の高い高速液体クロマトグラフィー(HPLC)を用いたシスチン分析の条件検討を行い、HPLCによる高感度分析法を開発した。このモデルラットでは、各組織に顕著にシスチンが蓄積し、シスチン蓄積症に特徴的な腎尿細管上皮細胞の変性・脱落を伴う腎尿細管症が観察された。また、in vitroでの評価系を確立するため、モデルラットの胎児線維芽細胞にシステアミンを添加した結果、顕著にシスチン量が低下した。以上、本研究により、新たなシスチン蓄積症モデルラットおよびHPLCによる高感度分析法が開発され、in vitroおよびin vivoで新たな治療薬の探索が可能となった。本研究では小児慢性特定疾患であるシスチン蓄積症の新たなモデルラットを開発し、高速液体クロマトグラフィーを用いた、簡便で迅速な高感度診断法を開発することを目的とする。1. CTNS変異導入コンジェニックラットの作製149個のマイクロサテライトマーカーを用いて、LEA/Senラットの第10染色体に存在するCTNS遺伝子変異をF344系統に導入したコンジェニックラットを作製する。平成23年度はN6世代のbest male(D/R比:0.7%)の作製が完了した。引き続き戻し交配を進め平成24年度にはコンジェニックが終了する予定である。2. HPLC分析によるシスチンの高感度分析およびラット組織におけるシスチン蓄積量の定量化NBD-Fによって誘導体化したシスチンをODSカラムを用いて分析したところ、シスチンピークがテーリングし定量性を欠いた。そこで一体型多孔性シリカを基材としてヌクレオナヴィカラム(資生堂)と用いて分析したところ、テーリングも認められず高感度にシスチンが定量可能となった。最適な分離条件はアセトニトリル22.5%、0.05%

トリフルオロ酢酸含有水溶液を移動相とし、カラム温度40度、流速100μl/minであった。検討したHPLC条件を基に52週齢のLEA/Senラットの各組織におけるシスチンを定量したところ、脾臓での蓄積が最も多くで次いで心臓、腎臓であった。経時的に採取できる血液や尿におけるシスチン蓄積量を測定したが、顕著な差は見られなかった。病理組織学的な解析の結果、腎尿細管上皮細胞が剥離脱落し、尿細管基底膜の肥厚が広範囲に観察された。CTNS変異導入コンジェニックラットの作製は、昨年度までに予定より1世代早いN6世代(D/R比:0.7%)まで完了していたが、目的遺伝子近辺の組換えがおこらず、N9世代でコンジェニックが完了した(D/R比:0%)。24週齢コンジェニック系統の評価は終わっており、高週齢における各組織の評価も今年度中に終了する予定である。さらに、ダイナミックCT法により腎機能が評価できる可能性が示されたため、治療薬による評価も多面的に行えるようになった。コンジェニック系統の遺伝子組換え率が悪かったため、コンジェニック系統の樹立に2世代程度余分にかかってしまったが、新たなダイナミックCT法がシスチン蓄積症の腎機能評価に有用であることが示されたため、研究計画は順調に進展している。CTNS変異導入コンジェニックラットの作製は、N5世代のbest maleの作出を計画したが、平成23年度にN6世代まで完了しており計画よりも一世代早い。HPLC分析についてはシスチン分析に最適な測定条件検討が終了し、その条件を基にLEA/Senラット組織におけるシスチン蓄積量を測定しており、ほぼ計画通りに進展している。樹立したCTNS変異導入コンジェニックラットのシスチン蓄積症モデルとして有用性を評価する。特にCTNS遺伝子を欠損したマウスモデルでは、腎障害が起こりにくいことが報告されているため、主に腎障害に焦点を当て、シスチン蓄積量および病理学的変化を経時的に観察する。シスチン蓄積症モデルとしての評価を行うとともに、唯一の治療薬であるシステアミンの効果を検証する。今年度に引き続きCTNS変異導入コンジェニックラットの作製を行い、新規シスチン蓄積症モデルラットを樹立する。樹立したモデルラットの各組織における病理学的変化を経時的に観察すると共に、今年度の結果を参考に各組織におけるシスチン蓄積量を定量化し、シスチン蓄積症モデルとしての評価を行う。コンジェニックラットの樹立が遅れたため、その解析に使用する経費を次年度に繰り越した。次年度の研究費は、実験動物およびその飼育経費、HPLCを稼働させるための消耗品費、病理学的解析のための物品費等として使用する。その他は、研究成果発表の経費(論文投稿料および国内外学会参加のための旅費等)として使用する。昨年度からの繰り越しは約20万円である。これはコンジェニックラット作製において、予定より早くbest maleが作出できたことによりラットの飼育数が少なくなり、飼育経費が軽減したことが理由である。動物の飼育数は目的遺伝子近辺の組み替え率に依存する為、繰越金はそのまま実験動物飼育経費に使用する。
非侵襲的リアルタイムイメージングによる腫瘍内細胞死の動態解析と放射線治療への応用

細胞死は,古典的にアポトーシスとネクローシスに大別される。放射線治療により腫瘍内では,放射線の細胞への直接的アタックを介したアポトーシスやネクローシスが誘発されるばかりでなく,放射線の腫瘍血管細胞の傷害による酸素と栄養枯渇を介した二次的なアポトーシスやネクローシスも誘発される。このため,腫瘍内で誘発されるアポトーシスやネクローシスを非侵襲的リアルタイムに可視化するシステムは,その光情報を指標とし,放射線による腫瘍内細胞死の時間的空間的(4次元)動態解析を可能にし,放射線治療条件の評価及び新規抗がん剤の探索等に有用なツールになり得ると考えられる。今年度,我々はこれまでに構築したアポトーシス可視化システムの高発光型への改良及び考案したネクローシス可視化システムの構築を目的とした。その結果,アポトーシス可視化システムについては,ホタル由来ルシフェラーゼ(Luc)と比較し高い発光値と熱安定性に優れたエビ由来Lucから環状型Lucを構築することで,アポトーシス誘導時の発光値を従来のホタル由来システムと比較し約3000倍と高発光型へ改良し,また37°C3時間培養後においても発光値の低下を認めない熱安定性に優れたシステムへの構築に成功した。ネクローシス可視化システムに関しては,ホタルまたはエビ由来Lucを2分割にし,プロテインスプライシング配列を付加した2断片Luc型可視化システムを構築した。ネクローシス誘発時の発光値を比較した結果,エビ由来可視化システムはホタル由来と比較して約5倍高値を示した。また2断片化したLucの難分解化による高発光型システムへの改良を試みた結果,プロテアーゼに対し難分解性を示すIgG-Fc配列をLucのC末端断片に付加した場合,37°C60分培養後の発光値はこれまでと比較し約100倍高値を示し,熱安定性に優れた高発光型ネクローシス可視化システムへの改良に成功した。以下2つの細胞死可視化システムの改良と構築をおこない,in vitroでその発光特性評価をおこなった。1.高発光型アポトーシス可視化システムへの改良:これまでに構築したアポトーシス可視化システムはホタル由来環状型Lucを骨格とする。しかし,その熱安定性は悪く,マウス実験においては発光値が低くなるという問題点があった。このため我々は高い発光値と熱安定性に優れたエビ由来Lucを用いることで,この問題を回避できると考え,新たにエビ由来環状型Lucを構築し高発光型システムへの改良を試みた。その結果,構築したエビ由来環状型Lucのアポトーシス誘導時の発光値は,従来のホタル由来と比較し約3000倍高い値を示した。また,37°C3時間培養後においても発光値の低下を認めない熱安定性に優れたシステムへの改良に成功した。2.ネクローシス可視化システムの構築:プロテインスプライシング(PS)とは,インテイン(DnaE)が取り除かれエクステインが連結する反応である。2断片化したLucのN末端断片(LucN)にDnaEを付加したペプチドを発現する細胞とLucC末端断片(LucC)にDnaEを付加したペプチドを発現する細胞がネクローシスを起こした場合,細胞膨張によりそれぞれの断片が細胞外に溶出され,PSによるLucの再構成後,発光反応によりネクローシスのイメージングを可能にする。ホタルまたはエビ由来Lucを用い2断片型システムを構築し発光値を比較した結果,エビ由来Lucはホタル由来Lucと比較してネクローシス誘発時に約5倍高値を示した。次に2断片Lucの難分解化による高発光型システムへの改良を試みた。プロテアーゼに対し難分解性を示すIgG-Fc配列をLucCに付加した場合,37°C60分後の発光値はLucCと比較し約100倍高値を示し,熱安定性に優れた高発光型ネクローシス可視化システムへの改良に成功した。研究目的達成のため,以下3つの項目を研究期間内に実施予定である。1.腫瘍内アポトーシス及び低酸素細胞アポトーシスの非侵襲的リアルタイムイメージング:構築したアポトーシス可視化細胞株及び低酸素応答アポトーシス可視化細胞株を,マウス皮下に移植し担がんマウスを作成する。腫瘍に放射線照射または抗がん剤であるスタウロスポリン投与後,アポトーシスを誘導し高感度EMCCDカメラを用い発光によるアポトーシスの可視化を試みる。さらに,低酸素領域のみで細胞毒性を示す低酸素活性化プロドラッグTH302を用い,腫瘍における低酸素応答アポトーシス可視化システムの機能を確認する。この腫瘍内低酸素細胞アポトーシスの非侵襲的リアルタイムイメージングは世界初の試みである。2.腫瘍内ネクローシスの非侵襲的リアルタイムイメージング:構築したネクローシス可視化細胞株をマウス皮下に移植し腫瘍形成をおこなう。腫瘍へ放射線照射または界面活性剤を注入しネクローシスを誘発後,アポトーシスの可視化と同様にEMCCDカメラを用い発光によるネクローシスの可視化を試みる。化学発光を用いた腫瘍内ネクローシスの非侵襲的リアルタイムイメージングもまた世界初の試みである。3.同一腫瘍内でのアポトーシスとネクローシスの同時可視化システムの開発:上記2つの可視化システムはエビ由来Lucを基本骨格としているため,発光波長が460 nm(青色)と同一である。このため,アポトーシス可視化細胞株とネクローシス可視化細胞株を混合し移植した腫瘍を用いて両細胞死を誘発した場合,同一発光波長のため,それぞれの細胞死を区別し検出することは出来ない。

発光波長613 nm(赤色)を有するLucを骨格にアポトーシス可視化システムを再構築し,アポトーシスとネクローシスの同一腫瘍内同時イメージングによる細胞死の腫瘍内分布や経時変化等の4次元動態解析を試みる。細胞死は,古典的にアポトーシスとネクローシスに大別される。放射線治療により腫瘍内では,放射線の細胞への直接的アタックを介したアポトーシスやネクローシスが誘発されるばかりでなく,放射線の腫瘍血管細胞の傷害による酸素と栄養枯渇を介した二次的なアポトーシスやネクローシスも誘発される。このため,腫瘍内で誘発されるアポトーシスやネクローシスを非侵襲的リアルタイムに可視化するシステムは,その光情報を指標とし,放射線による腫瘍内細胞死の時間的空間的(4次元)動態解析を可能にし,放射線治療条件の評価及び新規抗がん剤の探索等に有用なツールになり得ると考えられる。今年度,我々はこれまでに構築したアポトーシス可視化システムの高発光型への改良及び考案したネクローシス可視化システムの構築を目的とした。その結果,アポトーシス可視化システムについては,ホタル由来ルシフェラーゼ(Luc)と比較し高い発光値と熱安定性に優れたエビ由来Lucから環状型Lucを構築することで,アポトーシス誘導時の発光値を従来のホタル由来システムと比較し約3000倍と高発光型へ改良し,また37°C3時間培養後においても発光値の低下を認めない熱安定性に優れたシステムへの構築に成功した。ネクローシス可視化システムに関しては,ホタルまたはエビ由来Lucを2分割にし,プロテインスプライシング配列を付加した2断片Luc型可視化システムを構築した。ネクローシス誘発時の発光値を比較した結果,エビ由来可視化システムはホタル由来と比較して約5倍高値を示した。また2断片化したLucの難分解化による高発光型システムへの改良を試みた結果,プロテアーゼに対し難分解性を示すIgG-Fc配列をLucのC末端断片に付加した場合,37°C60分培養後の発光値はこれまでと比較し約100倍高値を示し,熱安定性に優れた高発光型ネクローシス可視化システムへの改良に成功した。以下2つの細胞死可視化システムの改良と構築をおこない,in vitroでその発光特性評価をおこなった。1.高発光型アポトーシス可視化システムへの改良:これまでに構築したアポトーシス可視化システムはホタル由来環状型Lucを骨格とする。しかし,その熱安定性は悪く,マウス実験においては発光値が低くなるという問題点があった。このため我々は高い発光値と熱安定性に優れたエビ由来Lucを用いることで,この問題を回避できると考え,新たにエビ由来環状型Lucを構築し高発光型システムへの改良を試みた。その結果,構築したエビ由来環状型Lucのアポトーシス誘導時の発光値は,従来のホタル由来と比較し約3000倍高い値を示した。また,37°C3時間培養後においても発光値の低下を認めない熱安定性に優れたシステムへの改良に成功した。2.ネクローシス可視化システムの構築:プロテインスプライシング(PS)とは,インテイン(DnaE)が取り除かれエクステインが連結する反応である。
微小な超伝導体が示す異常な磁気応答に関する理論的研究

本研究では、奇周波数クーパー対と呼ばれる新奇粒子の磁気応答をしらべる。超伝導現象は、2つの電子がクーパー対を形成し、位相を揃えて凝縮することによって引き起こされる。クーパー対への凝縮の結果、超伝導体は電気抵抗の消失、完全反磁性(マイスナー効果)といった特異な電磁気学的性質を示す。すなわち、超伝導体の物理的性質はクーパー対の性質によって決められる。これまでの多くの研究ではクーパー対を組む2電子は同一時刻の電子同士であるという仮定に基づいている。しかし、2電子の相対時間を考慮すると、クーパー対は「周波数」の自由度を持つため、偶周波数クーパー対か奇周波数クーパー対に分類される。現在までの超伝導に関するほとんどの研究が、偶周波数対称性のクーパー対にのみ注目しているのに対し、本研究では奇周波数クーパー対、特にその異常な電磁気学的性質に着目する。本研究で着目したのはカイラル超伝導体の自発エッジ電流という現象である。カイラル超伝導体とは、有限の角運動量を有するクーパー対によって引き起こされる超伝導体を指す。現在カイラル超伝導体の最有力候補はルテニウム酸化物超伝導体である。また、近年では重い電子系超電導体やグラフェンでのカイラル超伝導体が議論されている。クーパー対の角運動量は、超伝導体試料端に自発的に電流を要請するが、これまでに自発エッジ電流の観測例は報告されていない。これまで、エッジ電流の未観測は試料表面の乱れが主な原因だと考えられていた。そこで我々は試料表面の乱れが自発エッジ電流に与える影響について理論的に調べた。その結果、カイラルp波、d波超電導体のエッジ電流は表面の乱れに強いが、カイラルf波超伝導体のそれは乱れに弱いことを明らかにした。加えて、この違いは超電導体表面に現れる奇周波数クーパー対の対称性の違いで理解できると結論した。28年度が最終年度であるため、記入しない。超伝導現象は、電子がクーパー対を形成することによって引き起こされる。その結果、超伝導体は電気抵抗の消失、完全反磁性(マイスナー効果)といった特異な電磁気学的性質を示す。クーパー対を構成する電子はフェルミ粒子であるため、クーパー対の状態関数は2電子の入れ替えに対して反対称になる。また、それに伴いクーパー対には「対称性」で分類される内部自由度が存在する。これまでの研究では「スピン」と「軌道」の自由度のみに着目し、クーパー対は、スピン1重項偶パリティかスピン3重項奇パリティに大別されてきた。これらの分類はペアを組む2電子は同一時刻の電子同士であるという仮定に基づいている。しかし、実際の電子にはもうひとつ「時間」の自由度がある。2電子の相対時間を考慮すると、クーパー対は「周波数」の自由度を持ち、偶周波数クーパー対か奇周波数クーパー対に分類される。本研究では奇周波数クーパー対、特にその異常な電磁気学的性質に着目する。奇周波数クーパー対は非常に新しい概念であるため、いまだに不明な点が多い。単に奇周波数クーパー対といっても、その種類は様々であり、各々の性質は大きく異なる。そのため本年度はまず、奇周波数クーパー対の性質について網羅的に調べた。実際申請者は、同じ異方的超伝導体でも、母体の超伝導体の対称性がd波の場合と、p波の場合で、その表面に現れる奇周波数クーパー対の対称性が異なる事を明らかにした。奇周波数クーパー対の対称性の違いは、超伝導体試料表面の乱れに対する強さの違いとして現れる。すでに明らかにした、微小超伝導体の常磁性応答と、対称性の異なる超伝導体で表面に現れる奇周波数クーパー対の対称性が異なる性質を利用すれば、母体の超伝導体の対称性を決定する実験が提案できる。本研究初年度における計画では、奇周波数クーパー対の性質について網羅的に調べる予定であった。具体的には、母体の超伝導を引き起こす偶周波数クーパー対の軌道の対称性と、その表面に現れる奇周波数クーパー対の軌道の対称性の関係を明らかにする事が初年度の目標であった。その予定通りに申請者は、異方的超電導体の軌道の対称性の違いが、どのようにして現象に反映されるかを調べた。その結果申請者は今年度、母体の超伝導体の対称性がスピン一重項d波の場合と、スピン三重項p波の場合で、その表面に現れる奇周波数クーパー対の対称性が異なる事を明らかにした。さらに、その奇周波数クーパー対の軌道の対称性の違いは、超伝導体試料表面の乱れに対する強さの違いとして現れる。すなわち、表面が乱れた異方的超伝導体は、その対称性に依存して常磁性応答の強度が変わるという性質を示す。微小超伝導体の常磁性応答と、対称性の異なる超伝導体で表面に現れる奇周波数クーパー対の対称性が異なる性質を利用すれば、母体の超伝導体の対称性を決定する実験が提案できる事を、申請者は明らかにした。この研究内容は、当初の研究計画とほぼ一致しているため、本研究は順調に進捗していると判断できる。

すなわち、超伝導体の物理的性質はクーパー対の性質によって決められる。これまでの多くの研究ではクーパー対を組む2電子は同一時刻の電子同士であるという仮定に基づいている。しかし、2電子の相対時間を考慮すると、クーパー対は「周波数」の自由度を持つため、偶周波数クーパー対か奇周波数クーパー対に分類される。現在までの超伝導に関するほとんどの研究が、偶周波数対称性のクーパー対にのみ注目しているのに対し、本研究では奇周波数クーパー対、特にその異常な電磁気学的性質に着目する。本研究で着目したのはカイラル超伝導体の自発エッジ電流という現象である。カイラル超伝導体とは、有限の角運動量を有するクーパー対によって引き起こされる超伝導体を指す。現在カイラル超伝導体の最有力候補はルテニウム酸化物超伝導体である。また、近年では重い電子系超電導体やグラフェンでのカイラル超伝導体が議論されている。クーパー対の角運動量は、超伝導体試料端に自発的に電流を要請するが、これまでに自発エッジ電流の観測例は報告されていない。これまで、エッジ電流の未観測は試料表面の乱れが主な原因だと考えられていた。そこで我々は試料表面の乱れが自発エッジ電流に与える影響について理論的に調べた。その結果、カイラルp波、d波超電導体のエッジ電流は表面の乱れに強いが、カイラルf波超伝導体のそれは乱れに弱いことを明らかにした。加えて、この違いは超電導体表面に現れる奇周波数クーパー対の対称性の違いで理解できると結論した。常磁性マイスナー効果が観測されるのは微小な異方的超伝導体のみではない。1991年Visaniらは従来型の超伝導体の細線を常伝導体である金の薄膜で覆った超伝導接合系の磁気応答を調べた。その結果、超伝導細線は異常な常磁性応答を示すことを明らかにした。微小な異方的超伝導体での常磁性マイスナー効果は解明できた一方で、Visaniらが行った接合系の実験での常磁性マイスナー効果の発現機構は明らかにされていない。そこで今年度は、従来型超伝導体の細線を常伝導体で覆った接合系での常磁性マイスナー効果の発現機構を明らかにする。申請者はこれまで、異方的超伝導体の磁気応答を準古典アイレンベルガー方程式を用いて解析してきた。それに対して、金属との接合部を含む超伝導は、通常、準古典ウサデル方程式を用いて記述される。ところが、この手法は有限系に適用させるのは容易ではなく、前例もない。しかし申請者は、リカッチ分解法という手法を用いることで準古典ウサデル方程式が有限系に適用できると考えている。事実、これまでの研究で申請者は、金属接合を含まない異方的超伝導を記述する準古典アイレンベルガー方程式を同様の手法を用いて数値的に解いている。さらに、ウサデル方程式がアイレンベルガー方程式から導出されることを考えると、有限系への適用は、十分実現可能であると考えられる。超伝導接合系がウサデル方程式で記述できると、金属部に現れるクーパー対の対称性を解析することが出来る。28年度が最終年度であるため、記入しない。
電子不足CpE錯体触媒によるカルボン酸C―H結合官能基化反応の開発

本研究では、独自に開発した電子不足シクロペンタジエニルロジウム(III)[CpERh(III)]錯体触媒により、(1)芳香族カルボン酸およびアクリル酸とアルキンとの酸化的[4+2]環化反応によるイソクマリン誘導体およびピロン誘導体の合成、(2)酸素雰囲気下・室温条件でのC-H結合の切断と脱炭酸を経由する安息香酸と二分子のアルキンとの酸化的[2+2+2]環化反応による多置換ナフタレンの合成を始めとする種々の触媒反応を開発した。また、さらなる高活性触媒の開発についての検討の結果、ペンダントアミド部位を有するCpARh(III)錯体を開発し、高い触媒活性を有することが明らかとなった。本研究では、独自に開発した高活性「電子不足CpERh触媒」を用いて安息香酸誘導体とアルキンとの温和な条件下でのCーH結合切断を経由する酸化的カップリング反応の開発を目的とした。安息香酸とジフェニルアセチレンをモデル基質とし、反応条件(添加剤、溶媒、温度、時間)の最適化を行った。その結果、触媒量のCpERh錯体/AgNTf2/酢酸銅(II)存在下、ジクロロメタン中/室温/空気雰囲気下で酸化的カップリング反応が進行し、イソクマリン誘導体3が最も高い収率(98%)で得られた。一方、電子豊富なアルキンを用いたときに、収率の低下が観測された。これは、反応初期の平衡においてアルキンの強い配位により安息香酸の配位が阻害されたものと推察された。そこで、種々の添加剤や反応温度について検討を行ったところ、ジアルキルアセチレンに対しては酢酸ナトリウムを添加、電子豊富なアリールアセチレンに対しては反応温度を40°Cとすることで、著しく収率が向上することを見出した。また、種々のヘテロ芳香族カルボン酸やアクリル酸誘導体についてもアルキンとの酸化的環化反応を検討した。その結果、安息香酸と同様に触媒量のカチオン性銀塩および銅(II)酸化剤存在下、空気雰囲気下・室温で炭素&#8211;水素結合切断を経由する酸化的環化反応が進行し、良好な収率でピロン誘導体が得られることを見出した。また、同様の触媒系を用いてDMF中反応温度を100°Cとすることで、安息香酸と2分子のジフェニルアセチレンとの脱炭酸を伴う酸化的カップリング反応が進行し、多置換ナフタレン誘導体4が良好な収率で得られた。さらに、酢酸銀を添加することにより、若干の収率の低下が認められるものの、室温で反応が進行することを見出した。さらに、新規環化反応によるフルベン類合成法の開発により、アミド部位を有する多様なCpロジウム錯体を合成可能であることを見出した。当初予定していた電子不足Cp錯体触媒を用いたカルボン酸とアルキンとのカップリング反応が温和な条件下進行することを見出しただけでなく、新規Cp錯体合成法の開発について著しい進展があり、新規フルベン合成法の開発により多種多様な触媒前駆体を合成できることを見出した。実際に、数種類の置換基およびアミド部位を有する新規Cpロジウム触媒の合成に成功した。さらにこの触媒はアニリドのC-H結合官能基化反応に対し、既存のCp*錯体よりも高い活性を示すことを見出した。本研究では、独自に開発した電子不足シクロペンタジエニルロジウム(III)[CpERh(III)]錯体触媒により、新規アリル位C-H活性化・C-H/C-Hカップリングによる芳香族アリル化・タンデム型[2+2+2]環化/ラクタム化を報告した。また、芳香族カルボン酸およびアクリル酸と内部アルキン1分子の酸化的環化反応が室温で進行し、良好な収率でイソクマリン誘導体およびピロン誘導体が得られることを報告した。さらに、温和な条件下での酸化的[2+2+2]環化反応を達成すべく、反応条件の検討を行った。その結果、触媒量の銀塩存在下、酸素雰囲気下・室温という極めて温和な条件でC-H結合の切断と脱炭酸を経由する酸化的[2+2+2]環化反応が進行し、多置換ナフタレンが高収率で得られることを見出した。さらに、これまで達成されていなかったジアルキルアセチレンに対しても触媒活性を示し、対応するナフタレン誘導体を得ることに成功した。また、さらなる高活性触媒の開発を目的とし検討を行った。その結果、ロジウム触媒を用いたジインとシクロプロピリデンアセトアミドとの[2+2+1]付加環化反応によりアミド置換フルベンを合成し、続く塩化ロジウムとの還元的錯体形成によりペンダントアミド部位を有するCpARh(III)錯体が得られることを見出した。さらに、合成したCpARh(III)錯体はsp2およびsp3 C-H結合官能基化反応に対して高い触媒活性を示し、シクロペンタジエニル上の置換基およびペンダントアミド部位が、その触媒活性に大きく影響することがわかった。また、既知の反応に対して高活性を示すのみならず、新規環化反応に対しても触媒活性を有することが明らかとなった。本研究では、独自に開発した電子不足シクロペンタジエニルロジウム(III)[CpERh(III)]錯体触媒により、(1)芳香族カルボン酸およびアクリル酸とアルキンとの酸化的[4+2]環化反応によるイソクマリン誘導体およびピロン誘導体の合成、

(2)酸素雰囲気下・室温条件でのC-H結合の切断と脱炭酸を経由する安息香酸と二分子のアルキンとの酸化的[2+2+2]環化反応による多置換ナフタレンの合成を始めとする種々の触媒反応を開発した。また、さらなる高活性触媒の開発についての検討の結果、ペンダントアミド部位を有するCpARh(III)錯体を開発し、高い触媒活性を有することが明らかとなった。電子不足Cp錯体のみならず、新規に開発した触媒を用いて芳香族カルボン酸誘導体のCーH結合官能基化反応を検討し、脱炭酸を伴うカップリング反応における配位子の影響について詳細に検討を行う。具体的には、安息香酸とアルキン2分子との脱炭酸を伴う酸化的[2+2+2]付加環化反応のさらなる条件検討を行うとともに、基質適用範囲について詳細に検討を行う。また、本反応による脱炭酸の知見をもとに、ビフェニルカルボン酸とアルキンとの脱炭酸を伴う酸化的付加環化反応によるフェナントレン誘導体の合成へと展開する。このような高度に置換されたビフェニルカルボン酸誘導体は、カチオン性ロジウム触媒による[2+2+2]付加環化反応により、ジインとフェニルプロピオール酸エステルから簡便に合成可能である。さらにアセチレンジカルボン酸ジエステルの[2+2+2]付加環化反応により、高度に官能基化された種々のフタル酸誘導体が簡便に合成可能である。これらの基質を本研究課題で開発したアルキンとの酸化的カップリング反応に付すことにより、高度に官能基化された様々なπ共役分子の簡便な合成法を開発する。28年度が最終年度であるため、記入しない。有機金属化学・有機合成化学28年度が最終年度であるため、記入しない。
角閃石の酸化脱水過程

角閃石族鉱物の酸化脱水素過程についてメスバウアー法、赤外分光分析法、X線粉末法で調べた。いずれの方法も、空気雰囲気中で加熱処理した試料を測定に供した。調べた角閃石類は、(1)Fe-Mg-Mn角閃石類:ホルムキスト閃石、チョクセン石、カミントン閃石-グリューネ閃石系、チロディ閃石ーダンネモラ閃石系、(2)Ca角閃石類:トレモラ閃石-フェロアクチノ閃石系、ホルンブレンド-フェロパ-ガサイト系、(3)Na-Ca角閃石類:含Mnリヒタ-閃石、(4)アルカリ角閃石類:マグネシオアルベゾン閃石、ラン閃石-リ-ベック閃石系である。角閃石族鉱物は主要造岩鉱物の中でも、最も化学組成変化が多岐にわたっているが、それらの酸化脱水素過程は類似しており、以下のようにまとめられる。(1)350°C650°C間で(OH)の配位する(M1-M1-M3)席のFe^<2+>が酸化され、Fe^<3+>+電子となる。(OH)基から生ずるプロトンがこの電子と結合して水素原子となる。(2)Fe^<2+>に乏しい角閃石では、M2席やM4席に存在するFe^<2+>の一部がM1・M3席に移動して(1)と同様に酸化される。M2席・M4席に残っているFe^<2+>は、(Mg・Mg・Mg/Fe^<3+>)-OHが(Mg・Mg・Mg/Fe^<3+>)-0となって放出されるプロトンと一緒になる電子を放出して、Fe^<3+>に酸化される。さらに高温になって角閃石構造の分解に伴って酸化されるものもある。(3)過剰のFe^<2+>があるものでは-3この(M1・M1・M3)席には2この(OH)であるので、(M1・M1・M3)席の2/3までは(OH)のプロトン放出で酸化できるが一角閃石構造が分解して、赤鉄鉱や磁鉄鉱などの酸化鉱物と石英になって酸化が進むことが判明した。角閃石族鉱物のうち、Fe-Mg-Mn角閃石類をシリコニット炉で450970°C、125日間加熱し、酸化脱水過程を調べた。X線粉末法では、鉄の酸化につれて回折線が高角側にシフトし、格子容積が減少してくることがわかった。縮少率は鉄含有量に比例して大きくなっている。赤外OH伸縮振動の吸収バンドは、鉄の酸化につれて強度が減少してくるが、Mnを含む角閃石類では、すべての鉄が酸化したものでも(Mg,Mg,Mn^<2+>)-OHの吸収が認められ、Mn^<2+>イオンはM

(4)席だけでなくM(1,3)席にも入っていることがわかった。また、加熱温度の上昇につれて700cm^<-1>付近の2本の吸収バンドが弱くなって、OH変角振動によるものであることが判明した。鉄含有量の多いFe-Mg-Mn角閃石では、650°C付近から赤鉄鉱の晶出がメスバウアースペクトルで認められる。しかし、X線粉末法で900°C付近まで角閃石の反射があるので、角閃石構造のSi-O複鎖は高温まで保持されている。とくに、鉄に乏しいチョク閃石のメスバウアースペクトルにおいて、M(4)席のFe^<3+>による吸収が著しく減少し、M(1,2,3)席のFe^<3+>が増加することがわかった。このことから、鉄の酸化にともなって、M(4)席の多量のFe^<2+>が、M(1,2,3)席のMgと置換して、O(3)H^-に近づき、加熱でH_2を放出したO(3)^<2->と、酸化したFe^<3+>でチャージバランスを保っているものと推定される。この置換は約550°C以上で起っているが、Fe^<3+>吸収バンドの解析が充分でなく今後検討していく必要がある。(1)Ca角閃石の加熱・脱水反応をメスバウアー法で調べた。加熱温度の上昇にともない、M1・M3席のFe^<2+>による吸収が弱くなって、四極子分裂の小さいFe^<3+>による吸収が現れてくる。Fe^<2+>を多量に含むCa角閃石では800°C以上まで、M2席のFe^<2+>の一部が酸化されずに残ることが分かった。一方、一試料のみでまだ検討不十分であるが、A席にアルカリイオン(Na+K)に富むCa角閃石では、このM2席のFe^<2+>も低温ですみやかに酸化されるらしいことが分かった。この点については、さらにA席占有率の異なる試料で検討する予定である。(2)赤外吸収スペクトルにおいて、四配位Siを置換するAl(IV)に富むCa角閃石では、800cm^<-1>付近に弱いAl(IV)-O伸縮振動による吸収バンドが出現する。このことを確認するために、ゲーレン石-オケルマナイト(Ca_2Al(AlSi)O_7-Ca_2MgSi_2O_7)系、eseneite-diopside(CaFe^<3+>AlSiO_6-CaMgSi_2O_6)系の固溶体を高温合成し、赤外吸収スペクトルを測定した。eseneite端成分付近の組成では、磁鉄鉱の析出があり、やや組成がことなるものの800750cm^<-1>付近に明瞭なAl(IV)-O伸縮振動バンドが出現することを確認した。(3)角閃石のFe^<3+>メスバウアー・パラメーターの組成依存性を調べるため、四配位Siを置換するAl(IV)に乏しい角閃石(19試料)のメスバウアー・スペクトルを測定した。その結果、Fe^<3+>-メスバウアー・パラメーターは、これらの角閃石では、A席アルカリイオン(Na+K)占有率の増加につれて増加することが分かった。(1)角閃石族鉱物には、多少ともMnイオンを含有するものが多いが、従来、系統的な研究は少ないので、今回インドと日本のマンガン鉱床から算する含Mn角閃石の陽イオン分布についてEPMAによる化学組成分析、メスバウアー・赤外吸収スペクトル法で研究した。その結果、これらの角閃石では、A席アルカリイオン(Na+K)の増加に伴い、(1)M(4)席はMn含有量が減少し、Naイオンに富んでくる。(2)M(1・2・3)席Mn量は、A席アルカリイオン占有率が80%をこえるもので著しく増加している。(3)赤外吸収バンドの波数は、A席アルカリイオン量に依存して減少するバンドが多い事、などが判明した。(2)上記含Mn角閃石のうち2試料について、加熱・断水反応をメスバウアー法で調べた。加熱温度の上昇にともない、M(1)・(3)席のFe^<2+>による吸収が弱くなって、四極子分裂の小さいFe^<3->による吸収が現れてくる。
部分多様体の微分幾何学

交付申請書の研究目的の欄に記載した4つの事項の中の一つである「複素射影空間内の等質実超曲面の特徴付け」に関して特に成果が得られそれらの結果をそれぞれ3つの論文にまとめることができた。以下、その内容を概略説明する:(1)複素射影空間内の等質実超曲面は6種類(A_1型、A_2型、B型、C型、D型、E型)存在することが知られているが、その中でも特にA_1型等質実超曲面は良い例である。ところが、A_1とA_2型を同時に特徴付ける定理は数多くあるが、A_1型だけを特徴付ける定理は、あまり知られていない。そこで、リッチテンソルの微分に関する条件式を用いて、このA_1型の特徴付けに成功した。(2)前述の成果に触発され複素射影空間内の実超曲面の第二基本形式やリッチテンソルの微分に関する様々な条件式を考案し、A_1型を中心とする等質実超曲面の特徴付けを行った。(3)これまでの研究実績(1)、(2)は実超曲面の共変微分を道具にして得られた。ここでの道具は、実超曲面のリー微分である。これを利用して、A_1型、A_2型、B型等質実超曲面を同時に特徴付ける定理を得た。そして、別の分類定理では副産物として新しい非等質実超曲面の例を手にすることができた。これ以外の研究実績として研究目的の一つであった「複素射影空間内の円測地的部分多様体の分類問題の完全解決」に関する内容がある。その概略説明をすると(4)複素射影空間内の平均曲率一定(又は、スカラー曲率一定)左円測地的slant部分多様体は平行部分多様体になることがわかった。この定理の系として、複素射影空間内の平均曲率一定な曲面の第二基本形式は平行であることが従う。
ヌクレオソームの多様な構造を解析する技術の開発

真核生物のゲノムDNAは,クロマチンと呼ばれる高度に凝縮した構造体を形成して細胞核の中に収まっている。クロマチンの構造変化は,生命活動の維持に極めて重要であり,DNA複製,転写,修復,組換えなどのDNA代謝に応じてクロマチン構造がほどけたり,凝縮したりする。クロマチンの構造変化を理解するためには,クロマチンの基本単位であるヌクレオソームにおける構造変化の詳細を明らかにすることが重要だが,クロマチンダイナミクスの理解に必要な構造基盤はよく分かっていない。本研究では,多様なヌクレオソーム構造やヌクレオソームとその結合因子との複合体の構造を,X線結晶構造解析法を用いて明らかにするために必要な技術の開発を行った。我々は,まず多様なヌクレオソーム構造を決定する際に問題となることが予想される位相決定の方法に着目した。位相決定はX線結晶構造解析において必要不可欠なステップであるが,ヌクレオソーム内でヒストンやDNAの配置が既知のヌクレオソームのそれと異なる場合,従来用いられてきた分子置換法による位相決定は困難であることが予想される。本研究ではヒトのヒストンH3,H2AおよびH2Bに合計12個のセレノメチオニンを導入し,セレン原子から得られる位相情報をもとにカノニカルヌクレオソームのX線結晶構造解析に成功した。さらに,様々な塩基配列を含むヌクレオソームを比較的簡便に大量調製する方法を検討した。そのボトルネックとなっているDNAの調製方法として,オリゴDNAを用いたOne-Pot反応を確立した。この方法を用い,繰り返し配列を持つDNAを含むヌクレオソームの再構成を行った。また,ヌクレオソームとその結合因子との複合体として,相同組換えで働くクロマチンリモデリング因子Rad54とヌクレオソームとの複合体の大量調製を行った。今後これらのヌクレオソームについてX線結晶構造解析を行う予定である。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は多様なヌクレオソーム構造をX線結晶構造解析法により明らかにするための技術開発を目的としている。近年動的なクロマチン構造を研究する上で、ヌクレオソームの立体構造に、ヒストンテールが受ける化学修飾に加え、ヒストンバリアント、特殊なDNA配列、ヌクレオソーム結合因子などがどのような影響を及ぼすのかが重要な研究課題となっている。これまでに100個以上のヌクレオソーム構造が報告されているが、いずれも初めて明らかにされたヌクレオソーム構造と高度に類似している。その理由として考えられるのが、これまでヒストン8量体に安定に結合するDNA配列がヌクレオソームの再構成に用いられてきたことである。そこで28年度では、様々なDNA配列を用いてヌクレオソームを再構成し、その立体構造をX線結晶構造解析より決定し、立体構造からこれまで明らかにされていないヒストンとDNAとの相互作用を明らかにすることを研究目的とした。再構成に用いるDNA配列として、in vivo(酵母細胞)でのヌクレオソームポジショニング効率が解析されている11種類の単純繰り返し(トリヌクレオチドリピート)配列に着目した(明星大学理工学部清水光弘教授らの研究成果)。これらの繰り返し配列を含む合成オリゴDNAとヒトヒストンのリコンビナントタンパク質を用い、塩透析法によるヌクレオソームの再構成を行った。その結果、11種類すべてのDNAについて、ヌクレオソームを効率よく再構成することに成功した。塩耐性試験を用い、再構成ヌクレオソームの構造安定性を調べたところ、繰り返し配列の種類によってはヌクレオソームの安定性が低下することがわかった。また、いくつかの再構成ヌクレオソームについてはnative PAGEにおける移動度がカノニカルヌクレオソームのそれと異なったことから、その構造は既知の構造と異なる可能性が考えられた。様々なDNA配列について、ヌクレオソームを効率的に再構成する実験系を確立した。また、再構成したヌクレオソームの安定性や構造を、立体構造が明らかにされているヌクレオソームのそれと比較する実験系も確立し、構造解析のターゲットを選択することが可能になった。これらは当初の目標に準じた成果であり、研究は計画通りにおおむね順調に進んでいると思われる。

さらに,様々な塩基配列を含むヌクレオソームを比較的簡便に大量調製する方法を検討した。そのボトルネックとなっているDNAの調製方法として,オリゴDNAを用いたOne-Pot反応を確立した。この方法を用い,繰り返し配列を持つDNAを含むヌクレオソームの再構成を行った。また,ヌクレオソームとその結合因子との複合体として,相同組換えで働くクロマチンリモデリング因子Rad54とヌクレオソームとの複合体の大量調製を行った。今後これらのヌクレオソームについてX線結晶構造解析を行う予定である。29年度では、様々なDNA配列を含むヌクレオソームを28年度で確立した方法で再構成し、その立体構造をX線結晶構造解析法により明らかにする。明らかにした立体構造を既知のヌクレオソーム構造と比較し、これまで明らかにされていないヒストンとDNAとの相互作用様式を明らかにする。上述の研究と並行して、相同組換えで働くクロマチンリモデリング因子Rad54とヌクレオソームとの複合体のX線結晶構造解析を行い、Rad54の結合によってヌクレオソーム中のDNAにどのような構造変化が起こるのかを明らかにする。両方のプロジェクトにおいて、既知のヌクレオソーム座標をモデルにした分子置換法を用いた構造解析が困難な場合は、2628年度に確立したセレノメチオニン置換体ヒストンを用いた重原子法により構造解析を行う。29年度が最終年度であるため、記入しない。
グラフ電卓を利用した,物理実験を動機付けとした数学授業の設計

1.研究目的本学院の工学系学科では種々のハードウェア制御システムの開発者育成を行っており,データ解析やフィードバック制御など,数学の必要性が著しく高い。しかしながら数学に対して苦手意識を持つ学生は近年増加傾向にある。このような学生に対しては「なぜマスターしなければならないのか」という動機付けが重要である。本研究では,身近なテーマを取り上げて動機付けを行うと同時に,実際のデータ収集,解析,分析を通して数学を体得できるような授業設計方法の研究が目的である。2.研究方法本学院自動車制御学科1年生向けの「工業数学」の授業の中に,グラフ電卓を用いた実習を導入する。講義(1コマ)+実習(1コマ)をセットとし,実習を通して講義の内容の理解を深めるような構成とした。本研究では次の実習を行った。・歩行者との距離の測定(1次関数の理解)・氷水の温度を測定(摂氏と華氏の変換,1次関数の理解)・蛍光灯の周波数を求める(周期関数の理解)・斜面を転がるボールを計測(2次関数の理解)・振り子の測定(三角関数の理解)3.研究成果・身近な題材を用いることにより,数学がより近いもの,使えるものとの意識を持ってもらえた。特に蛍光灯の周波数や摂氏と華氏の変換では,グラフ電卓を使った簡単な実験でも正しい値が得られたので,反応がよかった。・電卓というとマイナスイメージがあり,また,PCを使ったほうがよりよい実験ができるとの意見もあったが,見慣れない電卓自体が興味の対象となり,3Dのグラフを表示させてみるなど,自ら面白さを見つけるきっかけが生まれたこともあった。・今回は興味を持ってもらうところが精一杯で,理解を深めるところまで十分できたとはいえなかった。授業の構成を,実験をしたあとに理論の裏づけを学ぶ流れも導入したり,PCも使った測定をしたり,解析・分析レポートを書かせたり,まだ工夫する余地がある。