hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
培養肝細胞におけるリポ蛋白代謝および胆汁酸代謝

I.エストロゲンのラット肝細胞でのコレステロールおよびリポ蛋白代謝におよぼす影響ラットに17のエテニルエストラジオール(以下EE)を投与すると,血清中コレステロール,トリグリセライド,リン脂質は低下した.EE投与により,ラット肝細胞リポ蛋白-レセプターは増加しており,この時培養肝細胞中の総コレステロールおよびコレステロールエステルの増加がみられた.EE投与の培養肝細胞からの総コレステロール,コレステロールエステル,トリグリセライドの分泌には変化がみられなった.肝ミクロゾーム分画のHMGCoAreductase活性を測定すると, EE投与によりHMGCoAreductase活性は低下していた.このことより,血清脂質の低下は肝へのレセプターを介しての取り込みの増大と考えられ,このような条件下では肝でのコレステロール合成が抑制されることが明らかとなった.II.脂肪酸(パルミチン酸,リノール酸)のハムスターにおけるコレステロール代謝におよぼす影響ハムスターに,外因性コレステロールを負荷し,またグルコールを投与し内因性コレステロール合成を高めた状態で,パルミチン酸とリノール酸を添加すると,パルミチン酸投与により血清コレステロールが増加した.肝におけるコレステロール合成は,内因性合成を亢進させた状態では,パルミチン酸はコレステロール合成を一層亢進させた.胆汁脂質では,パルミチン酸で胆汁中コレステロール排泄が亢進し,結果としてコレステロール飽和度が増加した.脂肪酸の違いによりコレステロール,胆汁酸代謝が異なることが明らかとなった.I.エストロゲンのラット肝細胞でのコレステロールおよびリポ蛋白代謝におよぼす影響ラットに17のエテニルエストラジオール(以下EE)を投与すると,血清中コレステロール,トリグリセライド,リン脂質は低下した.EE投与により,ラット肝細胞リポ蛋白-レセプターは増加しており,この時培養肝細胞中の総コレステロールおよびコレステロールエステルの増加がみられた.EE投与の培養肝細胞からの総コレステロール,コレステロールエステル,トリグリセライドの分泌には変化がみられなった.肝ミクロゾーム分画のHMGCoAreductase活性を測定すると, EE投与によりHMGCoAreductase活性は低下していた.このことより,血清脂質の低下は肝へのレセプターを介しての取り込みの増大と考えられ,このような条件下では肝でのコレステロール合成が抑制されることが明らかとなった.II.脂肪酸(パルミチン酸,リノール酸)のハムスターにおけるコレステロール代謝におよぼす影響ハムスターに,外因性コレステロールを負荷し,またグルコールを投与し内因性コレステロール合成を高めた状態で,パルミチン酸とリノール酸を添加すると,パルミチン酸投与により血清コレステロールが増加した.肝におけるコレステロール合成は,内因性合成を亢進させた状態では,パルミチン酸はコレステロール合成を一層亢進させた.胆汁脂質では,パルミチン酸で胆汁中コレステロール排泄が亢進し,結果としてコレステロール飽和度が増加した.脂肪酸の違いによりコレステロール,胆汁酸代謝が異なることが明らかとなった.エストロゲン投与による血清脂質低下はよく知られ、その作用機序の一つとしてLDL-レセプターの増加が報告されている。一方、エストロゲン投与による肝細胞内脂質合成,リポ蛋白分泌についてはあまり検討されていない。そこで、エストロゲンの肝におけるリポ蛋白代謝について、培養肝細胞を用いて検討した。ラットに17αエチニルエストラジオール(以下EE)を投与すると、血清中コレステロール,トリグリセライド,リン脂質は低下した。EE投与により、ラット肝細胞リポ蛋白-レセプターは増加しており、この時培養肝細胞中の総コレステロールおよびコレステロールエステルの増加がみられた。EE投与の培養肝細胞からの総コレステロール,コレステロールエステル,トリグリセライドの分泌には変化がみられなかった。肝ミクロゾーム分画のHMGCoAreductase活性を測定すると、EE投与によりHMGCoAreductase活性は低下していた。このことにより、血清脂質の低下は肝へのレセプターを介しての取り込みの増大と考えられ、このような条件下では肝でのコレステロール合成が抑制されることが明らかとなった。62年度は、超遠心機を用いLDL分画を採取し、【^(14)C】-sucroseをラベルした方法によるレセプターアッセイを確立して、リポ蛋白の肝への取り込みをくわしく検討する予定である。また、培養肝細胞を用いたリポ蛋白代謝の実験系を用い、脂肪酸とくに飽和脂肪酸(パルミチン酸),多価不飽和脂肪酸(リノール酸)の肝におけるリポ蛋白,胆汁酸代謝について検討する予定である。
窒化ケイ素セラミックスと金属の固相接合における反応相形成機構とその制御

CrめっきNi板を挿入材として、窒化ケイ素セラミックスと金属の固相接合における反応相形成機構とその制御に関する研究の結果、以下の知見が得られた。接合加熱時において、接合圧力が低い場合は、反応層の形成に時間的遅れは生じるが、形成する反応層の組織自体には影響はない。1403K以上では同一加熱条件で形成する反応層組織は、セラミックス種により異る。Crめっき厚2.03.5μmの挿入材による窒化ケイ素とSUS304材の接合で、最大440MPaの室温4点曲げ破断強度が得られた。1423K以下の接合加熱においては、加熱の初期段階で、Ni側にNi-Cr固溶体相、Crめっき界面部にCr_2N相、接合界面付近にNi-Cr-Si_3元合金相が形成する。その後の加熱により、Cr_2N相はCrN相へと変化し、接合界面にCrN,(Cr_3Si)とNi-(Si)合金の混合相が形成する。接合界面に形成する混合相の幅は、Crめっき厚によって決まる。Crめっき層として存在していたCrが、反応層の形成に全て消費された後は、混合相中を拡散してくるNiと窒化ケイ素の新たな反応が始まり、低融点のNi-Cr-Si_3元共晶合金を形成して溶融し、窒化ケイ素を大きく浸食するとともに、既に形成していたCrN相を分解し、接合強度は大きく低下する。1473Kの接合では、接合界面にNi-(Si)合金をほとんど含まないち密なCrN相を形成し、その後の溶融相の形成を抑制する反応相を形成させることができる。CrめっきNi板をあらかじめ焼鈍して合金化し、1473Kで接合を行っても、同様のち密なCrN相を形成することができる。本研究結果から、Ni板に代えてMo板等にNiとCrの複層めっきを行いNi及びCrのめっき厚を変化させて、反応層形成に関与するNiとCr量を制限することにより、さらに優れた耐熱性を有する接合の可能性があることを見い出した。本年度は実施計画のうち、Crめっき層厚さと生成反応層形態の関係については、ほぼ予定の実験を実施することができた。その結果、Crめっき層厚さは、最低2.5μm程度必要であり、それ以下のCrめっき厚さでは、反応層形成に寄与するCr量が不足し、接合の主体となるCrN層を十分に形成することができず、Niと窒化ケイ素の反応が主体となってぜい弱な反応層を形成することが明らかとなった。最大4.3μmのCrめっき厚まで検討したが、Crめっき層を厚くするとCrN層が厚く形成される以外は反応層形態に大きな相違は認められなかった。これらの結果から、Crめっき厚さは2.53.5μmで十分であるという結論を得た。真空蒸着法によるCr層の形成に関しては、23μm厚の健全なCr層の形成が困難であったため、Crめっき層との製膜条件の違いに関しては十分に検討するには至らなかった。2.3μmのCrめっきインサート材により、13831473K, 01.8ksの加熱条件で、反応の初期から定常化状態までの反応層形成過程を検討した結果、各温度における反応層の形成過程の相違を明らかにすることができた。

接合圧力に関しても、同一Crめっきインサート材により、7.520MPaの圧力範囲で検討した結果、圧力を高くするにつれ反応層の形成速度が早くなり、接合圧力は加熱時間の増加と同様の効果を示すことが明らかとなった。以上のごとく、本年度の実施計画についてはほぼ達成することができた。なお、本年度の実験結果から、Niの窒化ケイ素側への拡散が高温強度維持のための大きな障害となっていることが明らかとなったことから、来年度はCrめっき層の下地としての高融点金属(W, Mo, Ta等)の蒸着層形成によるNiの拡散阻止効果を主に検討する予定である。昨年度の実験により、反応層の形成過程を明らかにすることができたが、Crめっき層の厚さが薄い場合は、接合の主体をなすCr窒化物層が接合界面の全域に生成せず、その結果、接合加熱の際にすでにNiと窒化ケイ素の直接反応が起り、ぜい弱な反応層を形成してしまうことが明らかとなった。従って、本接合方法による耐熱性向上のためには、接合加熱時及び接合加熱後におけるNiの窒化ケイ素側への拡散の阻止が最も重要である。このNiと窒化ケイ素の直接反応を阻止するためには、徴密でかつNiの窒化ケイ素側への拡散を阻止できる厚さのCr窒化物層を形成させるとともに、接合加熱時においても生成するCr窒化物層中のNi量を極少とし、Cr窒化物層を徴密化する必要がある。そこで、今年度は、まずCrめっき層厚及び加熱温度を変化させ、各Crめっき層厚及び加熱温度条件で形成したCr窒化物層とNiの窒化ケイ素側への拡散挙動の関係を検討した。その結果、Crめっき層厚さ及び接合加熱温度を変化させることにより、ある程度まではNiの拡散を抑えることはできるが、十分にNiの拡散を阻止できないことが明らかとなった。そこで反応層の主体であるCr窒化物層の徴密化の方法として、昨年度の実験で得られた結果をもとに、CrめっきNi板をあらかじめ真空中で焼鈍し、合金化した後、1473Kでの接合を試みた。その結果、Ni濃度の極めて低い徴密なCr窒化物層の形成が可能であることを見い出した。この方法により接合した接合対について、真空中で1073K,200hの加熱により耐熱性を検討した結果、Niの拡散が抑制でき、良好な反応層の高温安定性が確認できた。さらに、Niの窒化ケイ素側への拡散阻止手段として、複合被覆層インサート材の試作による検討を行ったが、接合に必要な厚さの複合被覆層の作成が不可能であったため、複合被覆層によるNiのバリアー効果に関しては検討するに至らなかった。
非線形波動・分散型方程式の幾何学的対称性と解の構造

研究成果は以下の3つである.(1)調和写像熱流, Landau-Lifshitz方程式やシュレディンガー写像に対し,渦解の安定性・不安定性の結果を得た.(2)べき乗型非線形性を持つシュレディンガー方程式に対し,初期値問題の解の無条件一意性を示した.(3)減衰項と外力の付いた非線形シュレディンガー方程式である, Lugiato-Lefever方程式に対し,定数定常解からの分岐問題を解析し,定常解の線形安定性と線形不安定性に関する結果を得た.最近の研究により,非線形発展方程式の幾何学的対称性と解の特異性あるいは解の時刻無限大での漸近挙動の間に,密接な関係があることが様々な方程式で確認されている.この点に着目し,非線形波動・分散型方程式に対し,方程式の幾何学的対称性と解の構造の関係を調べ,背後にある原理を探ることを目的とする.具体的には,以下の3つの研究を主に行うことを目標とする.(1)解の正則性・特異性と方程式の幾何学的対称性との関係を調べる.(2)解の時刻無限大での漸近挙動と方程式の幾何学的対称性との関係を調べる.(3)特に,方程式のスケール不変性の果たす役割の精密な解析を行う.研究成果は以下の3つである.(1)調和写像熱流, Landau-Lifshitz方程式やシュレディンガー写像に対し,渦解の安定性・不安定性の結果を得た.(2)べき乗型非線形性を持つシュレディンガー方程式に対し,初期値問題の解の無条件一意性を示した.(3)減衰項と外力の付いた非線形シュレディンガー方程式である, Lugiato-Lefever方程式に対し,定数定常解からの分岐問題を解析し,定常解の線形安定性と線形不安定性に関する結果を得た.非線形発展方程式の初期値問題に対する解の一意性は,解の存在と同様に最も基本的な問題の一つである.今年度は,非線形シュレディンガー方程式の初期値問題に対し,解の一意性について研究した.解の一意性の概念は,大雑把に言って二つに分けられる.一つは無条件一意性とよばれるもので,方程式が意味を持つための最も広いクラスに属する解の一意性である.もう一つは.条件一意性(conditional uniqueness)とよばれるもので,方程式の意味づけに必要な関数空間に属するだけでなく,多くの場合解の存在定理を証明するためには条件を解に付加することが必要なため,それに対応した一意性のことである.この付加条件は,通常解の存在定理の証明方法に依存する.言い換えると,無条件一意性とは解の存在証明に依存しない一意性定理である.今年度の研究成果例として,空間5次元でゲージ不変な2次の非線形性を持つ非線形シュレディンガー方程式を取り,指数1/2のソボレフ空間に属する解の一意性について述べる.このケースは,いわゆるスケール不変な問題に相当し,多くの場合初期値問題の適切性が成立するか否かの境目になると予想されている.さらに,ゲージ不変な2次の非線形性は2階微分が連続ではないため,スケール不変なケースの中でも,数学的にきわめて興味深い問題であった.今回,負の指数のソボレフ空間における二つの超関数の積に関し新しい評価を証明するとともに,絶対値関数の斉次ベゾフ空間における連続性を示すことにより,無条件一意性を証明することに成功した.今年度は,修正KdV方程式の初期値問題の適切性と減衰項と定数外力場が付いた非線形シュレディンガー方程式であるLugiato-Lefever方程式の定常解について研究した.まず,非線形発展方程式の初期値問題に対する適切性の研究は,非線形偏微分方程式論におけるもっとも基本的な問題の一つである.今年度は,周期境界条件のもとで修正KdV方程式(modified KdV equation)の初期値問題を考え,適切性がどの程度弱い空間(すなわち,広い空間)で成立するのかを調べた.2乗可積分関数のソボレフ空間に基づいた研究は,1993年にBourgainがソボレフ空間の滑らかさを示す指数sに対し,s>1/2なら初期値問題は適切となることを示した.このときの彼の証明方法はフーリエ制限法とよばれ,線形解からのずれを精密に測る関数空間を設定したのが要点であった.2004年に高岡-堤は,このフーリエ制限ノルムに非線形項の相互作用を考慮した項を加えることにより,s>3/8までソボレフ空間の指数(すなわち,関数の滑らかさ)を下げることができることを示した.次に,空洞共振器の数理モデルを記述するLugiato-Lefever方程式の定常解の存在について研究した.この方程式は,定数外力場が付いているため解は無限遠でゼロとはならない上に,減数項が付いているため変分構造を持たない.そのため,物理学者による数値シミュレーションによって,定常解の存在は予想されていたが,数学的に厳密な証明はなかった.この定常解は,空洞ソリトン(cavity soliton)とよばれ,数理物理的に重要な役割を果たすと考えられている.

今回,Lyapunov-Schmidtの方法により限られたパラメータの範囲ではあるが,空洞ソリトンの存在を数学的に証明することに成功した.今年度はまず,修正KdV方程式の初期値問題を周期境界条件のもとで考え,その適切性を研究した.非線形発展方程式の初期値問題に対する適切性の研究は,非線形偏微分方程式論におけるもつとも基本的な問題の一つである.今年度は,修正KdV方程式(modified KdV equation)に対し,非線形相互作用の構造が初期値問題の可解性にどのような影響を与えのかを調べるとともに,それを用いて解がどの程度弱い空間はなわち,広い空間)まで存在するのかを調べた.2乗可積分関数のソボレフ空間に基づいた研究は,1993年にBourgainがソボレフ空間の滑らかさを示す指数sに対し,s>1/2なら初期値問題は適切となることを示した.このときの彼の証明方法はフーリエ制限法とよばれ,線形解からのずれを精密に測る関数空間を設定したのが要点であった.2004年に高岡-堤は,このフーリエ制限ノルムに非線形項の相互作用を考慮した項を加えることにより,s>3/8までソボレフ空間の指数(すなわち,関数の滑らかさ)を下げることができることを示した.今回は,適切性を示すことはできなかったが,解の存在はs>1/4で証明することに成功した.この証明では,mKdVの完全可積分性は使っておらず,他の非線形分散型方程式への応用も期待される.次に,減衰項と定数外力場が付いた非線形ジュレディンガー方程式である,Lugiato-Lefever方程式の定常解の存在について,周期境界条件のもとで研究した.この方程式は,減数項が付いているため変分構造を持たない.そのため,Lyapunov-Schmidtの方法により,定数定常解からの分岐は証明されていたが,安定性・不安定性や,分岐曲線が折れることがあるかなどの定性的な性質はあまり分かっていなかった.今回,中心多様体縮約の方法を用い,ある程度これらの問題を解決することに成功した.中西賢次氏は,Stefan Gustfson氏,Tai-Peng Tsai氏とともに,シュレディンガー写像流および調和写像の熱流のもとでの,調和写像の安定性と不安定性を研究した.彼らは,$R^2$から$S^2$への調和写像を考え,その写像度が3以上ならシュレディンガー写像流のもとで漸近安定であることを示すとともに,熱流のもとで写像度が2の場合は不安定であることを暗示する無限に凝縮と拡散を繰り返すような解が存在することを示した.後者のような奇妙な振る舞いをする解が存在するか否かは長年の未解決問題の一つであり,この解決は大きな研究成果であると言える.彼らの証明は,特異性を持つシュレディンガー方程式に対しStirichartz評価式を確立することと,ダイナミックスの主要部を巧妙に抜き出してより単純な方程式系の解析に帰着させるという二つの部分からなる.これらの手法は,それぞれ独立に興味深く,今後他の問題への応用が期待される.堤は,宮路智行氏,大西勇氏とともに,光学的空洞共振器の数理モデル方程式であるLugiato-Lefever方程式の定常解の分岐を調べた.今年度は昨年度に引き続き,中心多様体縮約を用いた研究を進めた.その結果,十分大きな自然数nに対して,nモードと(n+1)モードの固有関数を持つゼロ固有値の存在を示し,さらにそこからモード相互作用(mode interaction)する分岐が起こることを示した.モード相互作用は,いわゆる空洞ソリトン形成の種になる現象と考えられており,今後これをもとに空洞ソリトンの存在を数学的に証明することが目標となる.
新しい時間計測-化学発光反応の創出と小型分析装置の試作

クロロフィル化学発光系において,糖類マルトースの特異的な誘導時間遅延現象を見出し,0.1μMのマルトースの時間計測ー化学発光測定法(iTem-CL法)を確立した。また,自己触媒反応における反応機構の速度論的解析を例として,本法が定感度すなわち“無限感度"法であることを証明した。小型装置の試作については,現有の化学発光測定装置(マイクロテックニチオン製ジーンライトS-200)を用いた場合,装置本体のハード面の改良を行わなくとも本法が,使用可能であった。本法は,臨床分析(点滴剤中のマルトース分析)や環境分析(河川水中のRu(III)分析)に対する簡便な分析法であり,今後広範囲な応用が期待される。本研究課題の目標は、2か年の計画で化学発光系における誘導期間を変化させる特異的な時計反応や自己触媒の探索と解明を行うこと、また、それに適合した時間計測ー化学発光(iTem-CL)専用装置の試作を目指すことである。初年度である平成25年度は、以下の2点を中心に検討を行なった。1クロロフィル/過酸化水素/アセトニトリル化学発光系における誘導期間に著しい影響を与える共存物を検討した。クロロフィル化学発光系は、当研究室で発見された鋭いCLシグナルを持ち、時間計測に多くのメリットを有する化学発光システムであるため選ばれた。その結果、糖類として、単糖、2糖、3糖および多糖の計10種類の一連の化合物の探索研究を行なった。ここで、2糖類(マルトース)の特異性を見出した。この知見からiTem-CL法を利用したマルトースの選択的分析法に関する最適因子の詳細な検討を行った。研究成果の一部は、日本化学会関東支部茨城地区大会で発表した。一方、2時計反応の一種である亜硫酸塩/ホルムアルデヒド系は、水素イオン濃度(pH)が中性からアルカリ性に大きく変化する特殊な反応である。この反応系においてルミノールが優れた化学発光指示薬となることを見出した。共存物の影響を調べ、ホルムアルデヒドの定量を目的とするiTem-CL法を開発した。この研究の過程で、触媒となるコバルト(II)と助触媒となるマグネシウム(II)の組み合わせによるCLシグナル強度を著しく増大させる相乗効果を見出した。それと同時に速度論的解析にも着手し、このiTem-CL反応系を理解する上で有用な基礎的知見を得ることができた。前年度に引き続き、反応機構の速度論的解析を行った。自己触媒反応としてコバルトーアゾ色素(PAPS)錯体のコバルト(II)を触媒とする反応系を選んだ。速度式から得られた数値を発光時間-発光強度曲線に変換すると、iTem-CL法が化学発光シグナル強度に依存しない定感度(無限感度)計測系であることが証明された。次に、設備品として購入した微弱発光測定装置を用いると、通常の化学反応(例として、亜硫酸ナトリウム/過酸化水素系)で起こるような単純な酸化還元反応においても、微弱発光のみで、iTem-CL法が適用できることが分かった。この事実から、分析対象物を広範囲に展開できることを示した。小型iTem-CL専用装置の試作については、現有の化学発光測定装置(マイクロテックニチオン製ジーンライトS-200)を用いた場合、装置本体のハード面の改良を行わなくてもiTem-CL法が使用可能であることを明らかとした。根拠は、温度補正計算ソフト、ストップドフロー型インジェクター外部アタッチメントおよび化学発光増感剤の使用などが、小型ジーンライトS-200に加わることでiTem-CL法の改善に有効であることを示した。分析装置としては、既存の装置本体のハード面の改良を行わない方が、既存のシグナル強度分析装置としても互換性があり、有用であるとの判断に至った。特に新しいiTem-CL法と既存のシグナル強度分析法とでは、同類の化学発光系でも、分析対象物に対する特異性と選択性が大きく異なることが特徴であり、両者の利点を共有した装置の存在は重要と考える。さらに、ジーンライトS-200を用いて増感剤の使用によって改良したiTem-CL法は、臨床分析(点滴剤中のマルトースの成分分析)や環境分析(河川水中のRu(III)分析)に対する簡便な分析法となることが実証され、今後の広範囲な実用的応用への展開が期待される。計測化学初年度は、新規化学発光の反応因子(触媒・阻害剤など)の調査と微量成分のiTem-CL分析法の開発および反応の速度論的解析による基礎研究を行う計画であった。

2つの化学発光系として、鋭い発光シグナルを与えるクロロフィル/過酸化水素化学系と時計反応の一種である亜硫酸塩/ホルムアルデヒド・ルミノール化学発光系に関して詳細な検討を行い、前者では、阻害剤として2糖類のマルトース、後者では、反応物質のホルムアルデヒドの計測の可能性を明らかにできたことは、当初の計画通り進展していると考えられる。特に、マルトースは10μMレベルの計測ができるなど、予想以上の選択性、高感度、簡易性を備えた分析法開発の進展があった。また、反応メカニズムを推定するための速度論的解析に着手することができた。当初の研究計画で問題はないと考えられるが、初年度の研究遂行過程でiTem-CL専用装置の開発としては、反応系によっては、温度制御の課題、pH制御の課題があることが分かり反応系の改善方法を試みることと、装置に関しては装置開発メーカーとの打ち合わせを推進する予定である。設備品購入に充てる予定が計画よりも安価に購入できたため。翌年度消耗品費として追加し、化学発光実験のためのガラス器具類の購入に使用する予定である。
咬合重心の偏位が姿勢制御に及ぼす影響

【目的】不正咬合者において認められることの多い咬合重心の偏位が、直立時の姿勢制御に対してどのような影響を及ぼしているかを解明することを目的とした。【方法】研究協力の同意が得られた神経耳科学的に異常が無く、歯痛および顎関節の疼痛ならびに偏咀嚼のない健康な成人男子35名を対象とした。咬合重心の偏位は、咬頭嵌合位で5秒間最大噛みしめしたデンタルプレスケール50H Type R ((株)富士写真フイルム)をオクルーザーFPD-703((株)富士写真フイルム)を用いて分析して判定した。この結果をもとに対象者をコントロール群17名,偏位群18名に群分けした。直立時における姿勢制御の評価のために重心動揺システムG-5500GRAVIANALYZER Ver. 2.03B ((株)アニマ)を用い、閉眼時の安静時ならびに最大噛みしめ時における重心動揺を計測し総軌跡長を求めた。同時に、下顎骨ならびに全身の姿勢制御に関わっていると考えられる咬筋,側頭筋前腹,腓腹筋の筋電図をポリグラフPEG-1000 (日本光電社製)を用いて同時記録し、総軌跡長と筋電図積分値を2群間で比較した。【結果】安静時における総軌跡長は、統計的有意差は無いもののコントロール群が85.44±27.74 cm (Mean±S.D.)であるのに対して偏位群は104.82±43.60 cmと大きく、最大噛みしめ時においてもコントロール群が94.49±27.86 cmであるのに対して偏位群が104.11±38.51 cmと大きかった。筋電図積分値は、個人間でのばらつきが大きく、3筋ともにコントロール群、偏位群の間に特徴的な傾向は認められなかった。【考察および結論】咬合重心の偏位は、平衡維持機能の受容器に近接している下顎頭を介し、内耳前庭迷路系を通して姿勢制御機構に影響を及ぼしていると思われ、従来から指摘されている咬合位の変化直後のみならず、慢性的に咬合重心が偏位している状態においても直立時の姿勢制御に影響を及ぼしていることが示唆された。本研究では、不正咬合者において認められる咬合重心の偏位が、直立時の姿勢制御に対してどのような影響を及ぼしているかを解明することを目的としている。現在、神経耳科学的に異常が無く、歯痛ならびに顎関節の疼痛を認めない健康な成人男性6名のデータを採得した。問診ならびにガムの自由咀嚼時における咀嚼筋筋電図より以上の6名に偏咀嚼は認めなかった。咬合重心の偏位を判定するために咬合感圧フィルム"デンタルプレスケール50H、Type-R"(富士写真フィルム社製)を咬頭嵌合位にて5秒間咬合してもらい、オクルーザーFPD-703(富士写真フィルム社製)を用いて分析した結果、6名中3名に咬合重心の偏位を認めた。直立時における姿勢制御の評価のために重心動揺システムG-5500GRAVIANAIYZERVer 2.03B(アニマ社製)を用い、閉眼時の安静位ならびに最大噛みしめ時における足圧中心の経時的変化を計測し、分析を行った。また、この際、ポリグラフPEG-1000(日本光電社製)を用い、下顎骨ならびに全身の姿勢制御に関わっていると考えられる両側の咬筋,側頭筋前腹,腓腹筋の筋電図を同時記録し分析を行った。重心動揺の動揺の大きさを示すといわれている総軌跡長は、安静位では咬合重心の偏位を認めなかった正常群で67.607cmであったのに対して偏位を認めた偏位群では103.791cmと大きかった。最大噛みしめ時ではそれぞれ103.791cmに対して108.389cmと差は少なくなっていた。筋電図からは重心動揺測定時の60秒間における筋電図積分値を算出した。正常群,偏位群ともに咬筋ならびに側頭筋の筋電図積分値は、安静位に比べて最大噛みしめ時が大きい傾向が認められたが、腓腹筋では差が少なかった。また、個人間でのデータのばらつきが大きく正常群と偏位群との間における比較では、両群の間に特徴的な傾向は認められなかった。今後は、さらに被験者の数を増やし検討を加えたいと思う。

直立時における姿勢制御の評価のために重心動揺システムG-5500GRAVIANALYZER Ver. 2.03B ((株)アニマ)を用い、閉眼時の安静時ならびに最大噛みしめ時における重心動揺を計測し総軌跡長を求めた。同時に、下顎骨ならびに全身の姿勢制御に関わっていると考えられる咬筋,側頭筋前腹,腓腹筋の筋電図をポリグラフPEG-1000 (日本光電社製)を用いて同時記録し、総軌跡長と筋電図積分値を2群間で比較した。【結果】安静時における総軌跡長は、統計的有意差は無いもののコントロール群が85.44±27.74 cm (Mean±S.D.)であるのに対して偏位群は104.82±43.60 cmと大きく、最大噛みしめ時においてもコントロール群が94.49±27.86 cmであるのに対して偏位群が104.11±38.51 cmと大きかった。筋電図積分値は、個人間でのばらつきが大きく、3筋ともにコントロール群、偏位群の間に特徴的な傾向は認められなかった。【考察および結論】咬合重心の偏位は、平衡維持機能の受容器に近接している下顎頭を介し、内耳前庭迷路系を通して姿勢制御機構に影響を及ぼしていると思われ、従来から指摘されている咬合位の変化直後のみならず、慢性的に咬合重心が偏位している状態においても直立時の姿勢制御に影響を及ぼしていることが示唆された。
カンクリナイト単結晶を用いたイオン交換能の研究および環境再生材料としての性能評価

放射性核種(134Csや90Sr等)を含む汚染水を高アルカリ環境で効率的に浄化し、それらの核種を長期間安定に保持する技術・材料の開発を目的として、天然の高アルカリ環境に産出するカンクリナイトに着目し、その環境再生材料としてのポテンシャルを評価した。その結果、カンクリナイトはpH=12以上の高アルカリ環境でも安定に存在し、高濃度のCs+やSr2+をエキストラフレームワークサイトに吸蔵する機能を有することを発見した。また、本研究で初めて合成されたカンクリナイト巨大単結晶試料を用いて、イオン交換反応におけるCs+/Sr2+イオンの席選択性を精密に決定することが出来たのは特筆すべき成果である。今年度はカンクリナイト巨大単結晶の育成条件最適化と大量合成、Cs+・Sr2+イオン交換実験を行った。申請者のこれまでの研究で、合成ソーダライト粉末とシュウ酸ナトリウム溶液を500 °C& 1kbarで14日間加熱すると良質の単結晶が生成することが分かっていたため、出発物質の組成や濃度比を変えて、生成されるカンクリナイト結晶の大きさや質を検討した。出発物質に有機酸塩を入れると大きい結晶が成長することから、シュウ酸ナトリウム溶液に替えて、ギ酸ナトリウム溶液・マロン酸ナトリウム溶液・クエン酸ナトリウム溶液などを用いて実験を行った。その結果、シュウ酸ナトリウム溶液を用いた場合ほどの大きさの単結晶は得られず、シュウ酸イオンが何らかの結晶成長促進作用を持っていることが示唆された。現段階で明確な結論は得られていないが、考えられる理由としては(1)シュウ酸イオンがカンクリナイト構造を組み立てるためのテンプレートとして作用している、もしくは、(2)シュウ酸イオンが他の有機酸イオンよりも熱・圧力に対する安定性が高いため、シュウ酸イオン→炭酸イオンの分解反応速度が遅くなり、炭酸イオンの供給速度が小さくなることで、カンクリナイト結晶の多核発生が抑制されたという2つの可能性が考えられる。また、Cs+・Sr2+イオン交換実験を行った結果、本研究で合成されたカンクリナイト結晶はCs+よりもSr2+イオンをよく交換し、結晶と接する水溶液から効率よく除去することができることが判明した。予備的な結晶構造解析および結合原子価計算の結果、カンクリナイトのエクストラフレームワークサイトの配位環境がCs+よりもSr2+に適していることが明らかになった。Sr2+をより良く交換するのは、結晶化学的な理由によると思われる。今年度は、昨年までの研究で確立された条件下で育成されたカンクリナイト単結晶を用いた精密な結晶構造解析、セシウムやストロンチウムを吸着する際の席選択性の解析、熱分析実験に基づく減容法の検討を行った。カンクリナイト族の鉱物は一般的に大きな結晶を育成するのが難しく、本研究で対象としているようなアルカリ元素に富むカンクリナイトは、これまで粉末X線回折データに基づいて結晶化学的な研究が行われてきた。しかし本研究では、1mm程度のカンクリナイト単結晶をルーチンワークで育成する手法を確立しているため、非常に良質な結晶化学的データが得られる点に新規性がある。電子線マイクロプローブ分析(EPMA)によって得られた化学組成はNa8(SiAlO4)6(CO3)(H2O)2であり、単結晶X線回折データに基いて得られた結晶学的データはa = 12.6362(7) A、c = 5.1400(3) A、V = 710.77(7) A2、Z = 1であった。四面体サイトのT-O距離を検討したところ、AlとSiの分布は強く秩序化しており、そのために対称性が下がっていることが明らかになった。セシウムおよびストロンチウムを吸着させた際の席選択性を比較した結果、セシウムはA1席よりもA2席を交換する可能性が高く、ストロンチウムはA1席とA2席を均等に交換する傾向が認められた。示差熱重量分析の結果に基いてこれらのカンクリナイトを加熱した際の挙動を調べた結果、800°CでフレームワークからCO2分子が離脱するが、エキストラフレームワークサイトを占有するアルカリ金属は固体中に保持されていた。以上の実験結果から、カンクリナイトは高pH環境でセシウムやストロンチウムを効率よく吸着し、しかも加熱処理による減容化が可能な多孔質結晶材料であることが明らかになった。鉱物学採択された申請書に記載した研究計画に従い、今年度はカンクリナイト巨大単結晶の育成条件最適化と大量合成、Cs+・Sr2+イオン交換実験を行った。これらの実験の結果は「研究実績の概要」にまとめてあるので参考にされたい。

研究成果を簡略にまとめると、(1)カンクリナイト単結晶を育成するには、シュウ酸イオンの存在が重要であること、(2)カンクリナイトの結晶化学的性質がSr2+イオンに適合するため、高アルカリ環境でSr2+をよく交換することが明らかになった。以上の成果は今年度設定した研究課題の回答となるものであり、現在までの達成度としてはおおむね順調に進展している、と言えよう。上述のとおり、カンクリナイト単結晶の育成方法はほぼ確立できたため、今後は単結晶試料を用いてイオン交換実験を行い、反応の異方性を検討する。イオン交換実験を数多く行うため、できるだけ多くの単結晶試料を確保する必要がある。水熱合成炉の数が限られているため、また、最短でも2週間の合成時間が必要なため、確保できる単結晶には限りがあるが、出来るだけ効率よく試料合成を行う予定である。さらに、合成されたNa含有カンクリナイト単結晶、およびイオン交換実験で得られたCs/Sr含有カンクリナイト単結晶を用いて、単結晶X線回折データに基づく精密な結晶構造解析を行う。本研究で対象とするようなNaに富むカンクリナイトの結晶構造は精密に解析されておらず、粉末X線回折法およびリートベルト法による研究のみである(Hackbarth et al. 1999)。粉末X線回折データによる結晶構造解析では、アルカリイオンサイトの正確な大きさやアルカリイオンに配位する水分子および炭酸イオンの分布を定量的に評価することは出来ない。また、粉末試料の化学分析では、反応しきれていない出発物質や、カンクリナイト以外の副生成物が混入している可能性を排除できず、正確な化学組成を決定することが難しい。本研究課題では、単結晶試料の化学組成をEPMA-WDSで正確に決定し、水分子や炭酸イオンの濃度を熱重量ー質量分析(TG-MS)で決定することで、Al/Siの秩序度やアルカリイオンサイトにおける席占有率なども含めた精密な結晶構造解析を行い、カンクリナイト構造におけるCs+/Sr2+イオンの席選択性を定量的に解析する。今年度は海外での実験や会議に参加していないため、そのための旅費を使う必要がなかった。そのため、旅費の支出が計画よりも低く抑えられた。加えて、実験の消耗品として使う金チューブが予想よりも多く再利用できたため、実験費用も計画より低く抑えられた。以上の理由のため、次年度使用額が生じた。今年度は9月にヨハネスブルグ(南アフリカ)で開催される国際鉱物学連合の総会(International Mienralogical Association: IMA Meeting)に参加するため、昨年度よりも多くの旅費が必要になる。また、合成された試料の分析及び解析のため、つくば市の産業技術総合研究所や物質・材料研究機構に出張する必要があるため、より多くの旅費が必要になる。昨年度からの継続分はこうした出張に使用するとともに、より多くの合成実験を行うことで無駄なく使用する予定である。
帰納的学習法に基づく英語文法力養成のための指導法の開発

外国語学習の分野では生徒の「気づき」を引き出す授業の創造が求められている。そこで、「データ駆動型学習法」を用いた帰納的な英語の語彙・文法指導の方法について研究を行った。データ駆動型学習法では,ターゲットとなる文法項目をKWIC (keywords in context)という提示方法で,学習者は言語データを見ながらルールを自ら発見して学ぶ。例えば、interestedを題材とした場合、「interestedの主語には人が多く,interestingの主語には人以外の物が多い」ということに気づく。このように,interestedとinteresting, excitedとexciting, boredと〓ing等の使い分けは成人学習者にも難しい文法事項であるが,「データ駆動型学習法」を用いて帰納的に学ぶことで,興味を引き出し記憶の定着を図ることができた。従来の指導方法とデータ駆動型学習法の指導効果を比較したところ,3カ月後の保持テストの結果からデータ駆動型学習法による指導は学習事項の定着度が高いことが確認できた。また,質問紙調査の結果からは,学習者が「規則を発見するのは面白い」「先生から規則を教えられるよりも自分で考えるので記憶に残る」と感じていたことが確認でき,データ駆動型の学習方法が学習者の興味とやる気を引き出すことも確認された。さらに,全国公開授業研究会において「自らルールを発見する学習者中心の文法指導」と題して授業実践を行ったところ,「いま最も必要とされている手法である」「やり方についてもっと詳しく知りたい」「自分もやってみたい」などの意見が多数寄せられた。本研究においてデータ駆動型語彙・文法学習教材を増やし指導法と教材の普及に努めることは,文法指導で苦慮している現場に対する大きな貢献であり,時代の要請にあう研究であると考える。
LMSをベースにした教員養成コアカリキュラム授業科目の共同開発・共同利用

本研究は,(1)教員養成コアカリキュラムの授業科目に関する教材の共同開発,および,その共同開発手法の開発,(2)開発された教材を個々の大学の実情に合わせて利用する手法の開発,(3)開発と利用に際し,Learning Management System (LMS)をそのプラットホームとして用いての教材の蓄積・開発・利用と,そのための協議が日常的に行える環境の開発と,参加教官らによる利用手法の開発を行うことを目的とする。そのために以下の研究を実施した。LMS機能開発チームは,e-Learningの3形態の授業のうち,特にWeb型非同期遠隔授業及びVOD型非同期遠隔授業に対応できる教材開発環境の構成検討と実装を,代表的LMSであるBlackboardとMoodleで行った。その開発環境を,国立大学教育実践研究関連センター協議会の加盟機関所属教員等に公開し,開発環境の検証のためのテストコース作成を進めた。教材開発チームは,教育実践研究関連センターが検討を行っている授業科目試案にもとづき,学習環境・学習情報,テクノロジーの活用,コミュケーションに関する領域,子どもの発達に関する領域,専門職としての成長,教授方略に関する領域で科目を決定し,教材を開発する。本年度は特に,テクノロジーの活用,子どもの発達に関する領域のうちカウンセリング,教授方略に関する領域のうち授業実践についての科目について,VOD型非同期遠隔授業のためのビデオクリップコンテンツ(DVDディスク3枚相当)を開発した。さらに,テクノロジーの活用領域の,授業での活用の参考となるような,各種情報メディアの活用アイディア集(Web型非同期遠隔授業)の作成のために,取り扱うべき情報メディアの選定を行うとともに,開発作業を行った。特に教師教育において,教師自ら教育課題を解決していける一つの手法の取得として「メディア」の活用を考える態度を育成する,「伝達型」から「創造型」の教育情報への視点転換,すなわち,アイディアそのものを創造し,アイディア集を共同開発する「学校現場のメディア活用アイディア創造プロジェクト」構想を検討した。本研究は,(1)教員養成コアカリキュラムの授業科目に関する教材の共同開発,および,その共同開発手法の開発,(2)開発された教材を個々の大学の実情に合わせて利用する手法の開発,(3)開発と利用に際し,Learning Management System(LMS)をそのプラットホームとして用いての教材の蓄積・開発・利用と,そのための協議が日常的に行える環境の開発と,参加教官らによる利用手法の開発を行うことを目的とする。そのために本年度は以下の研究を実施した。さらにテクノロジーの活用では,授業での活用の参考となるような,各種情報メディアの活用アイデア集(Web型非同期遠隔授業)の作成のために,取り扱うべき情報メディアの選定と開発作業を行っている。本研究は,(1)教員養成コアカリキュラムの授業科目に関する教材の共同開発,および,その共同開発手法の開発,(2)開発された教材を個々の大学の実情に合わせて利用する手法の開発,

(3)開発と利用に際し,Learning Management System(LMS)をそのプラットホームとして用いての教材の蓄積・開発・利用と,そのための協議が日常的に行える環境の開発と,参加教官らによる利用手法の開発を行うことを目的とする。そのために本年度は以下の研究を実施した。LMS機能開発チームは,e-Learningの3形態の授業のうち,特にWeb型非同期遠隔授業及びVOD型非同期遠隔授業に対応できる教材開発環境の構成を行なったMoodleを,国立大学教育実践研究関連センター協議会の加盟機関所属教員等に公開し,開発環境の検証のためのテストコース作成を進めた(14大学18コース)。教材開発チームは,テクノロジーの活用領域の,授業での活用の参考となるような,各種情報メディアの活用アイディア集(Web型非同期遠隔授業)の作成のために,取り扱うべき情報メディアの選定を行うとともに,開発作業を行った。特にそれを用いる授業として,メディアの種別や機能,教育課題は時代とともに変化する,教師教育として,教育課題を解決する手法の一つとして「メディア」の活用を考える態度を育成する,「伝達型」から「創造型」の教育情報への視点から,学校現場のメディア活用アイディア集(アイディア創造プロジェクト)としてメディアの活用アイディア集の再構築を行なった。本研究は,(1)教員養成コアカリキュラムの授業科目に関する教材の共同開発,および,その共同開発手法の開発,(2)開発された教材を個々の大学の実情に合わせて利用する手法の開発,(3)開発と利用に際し,Learning Management System(LMS)をそのプラットホームとして用いての教材の蓄積・開発・利用と,そのための協議が日常的に行える環境の開発と,参力教官らによる利用手法の開発を行うことを目的とする。そのために本年度は,昨年度に引き続き以下の研究を実施した。LMS機能開発チームは,e-Learningの3形態の授業のうち,特にWeb型非同期遠隔授業及びVOD型非同期遠隔授業に対応できる教材開発環境の構成を行なったMoodleによる開発環境を,国立大学教育実践研究関連センター協議会の加盟機関所属教員等に公開し,開発環境の検証のためのテストコース作成を進めた。教材開発チームは,テクノロジーの活用領域の,授業での括用の参考となるような,各種情報メディアの活用アイディア集(Web型非同期遠隔授業)の作成のために,取り扱うべき情報メディアの選定を行うとともに,開発作業を行った。特に教師教育において,教師自ら教育課題を解決していける一つの手法の取得として「メディア」の活用を考える態度を育成する,「伝達型」から「創造型」の教育情報への視点転換,すなわち,アイディアそのものを創造し,アイディア集を共同開発する「学校現場のメディア活用アイディア創造プロジェクト」構想を検討した。
新たな高圧合成経路によるホウ素同位体濃縮窒化ホウ素単結晶の合成と特性評価

炭素の同位体効果が多角的に研究されているのに対して、窒化ホウ素(BN)結晶中のホウ素及び窒素同位体濃縮効果の研究は未踏である。同位体濃縮効果は熱伝導率に影響を及ぼすため、その基礎物性は興味深い。また10Bは中性子散乱断面積が大きいため、多様な10B濃縮物質により中性子線遮へい材、中性子線検出器等としての応用、検討が進められているが、BN結晶では良質単結晶でのホウ素同位体濃縮自体が課題である。本研究では、六方晶窒化ホウ素(hBN)とアルカリ土類金属ホウ窒化物触媒等の既存の経路に寄らず、ホウ素及び窒素同位体を濃縮した試薬(ホウ化物、窒化物)から直接立方晶窒化ホウ素(cBN)、或いはhBN結晶を合成し、ホウ素及び窒素同位体組成を任意に制御したhBNとcBN高品位単結晶を得ることを目的とした。入手可能なホウ素或いは窒素同位体を濃縮したホウ化物と窒素化合物によりcBN結晶の合成を目指す上で、高圧下の複分解反応プロセスに着目した。複分解反応とはAB+CD→AD+BCで表せる発熱反応であり、通常はアニオン種として窒素、ハロゲン種により新規窒化物の探索等が行われている。モリブデン製試料容器を用い、5万気圧、1500°C、30分間の複分解反応により数100μmオーダーの10B,11Bを濃縮したcBN結晶が得られた。圧力・温度条件をhBN仕様に変更し、10B,11Bを濃縮したhBN結晶を、更に10Bと11Bを等量混合したhBN結晶を合成した。得られた結晶のラマンシフトは同位体濃縮に応じて天然ホウ素同位体試料と比較して変化しており、格子振動の非調和性への同位体効果が確かめられた。高圧下複分解反応によりホウ素同位体濃縮したhBNとcBN結晶が得られ、それぞれのラマンスペクトルの半値幅は従来の触媒法による単結晶(天然同位体)とほぼ同様で、今回得られた試料の結晶性は従来のものと遜色はない。複分解反応において、原料のホウ素同位体濃縮試薬の混合比を調整することで、hBN中のホウ素同位体濃度が自在に制御出来ることを明らかにした。同位体濃縮したhBN及びcBN結晶の同位体組成(SIMS分析による)とラマンシフトの関係では明瞭な同位体効果が得られるなど、研究は順調に進捗している。ホウ素同位体濃縮に加え、同様の複分解反応法により窒素同位体(15N)を濃縮した窒化ホウ素単結晶の合成を進める。更に同位体濃縮したhBN及びcBN結晶のラマンシフト量と同位体組成の線形関係等の理論的解析と同位体濃縮によるBN単結晶の熱伝導度評価を行う(米、テキサス大、MITとの共同研究)。

更に同位体濃縮したhBN及びcBN結晶のラマンシフト量と同位体組成の線形関係等の理論的解析と同位体濃縮によるBN単結晶の熱伝導度評価を行う(米、テキサス大、MITとの共同研究)。ホウ素同位体濃縮した試薬の納期に4ヶ月必要とし、年度はじめに購入した試薬による結果が明らかになったのが、11月頃であった。方針が定まったため、新規分の購入を希望したが、年度内の納品が困難であるため、翌年に繰り越した。
三軸制御回転磁場下の磁化測定の実現と対称性の破れへの応用

本年度は回転磁場下の磁化測定を行い、以下の成果が得られた。1)Gdを含む金属錯体[Gd(ZnL)2]CF3SO3では、Gdサイトが3回軸上にあり、一軸性の結晶場を受けることが期待される。3回軸を含む面内で磁場を回転させて磁化測定を行った結果、磁化に明確な2回の角度振動が観測された。Gd三価イオンは軌道角運動量を持たないために結晶場による磁気異方性が出にくいイオンであるが、磁気異方性が観測されたことは非常に興味深く、その起源の解明が待たれる。2)立方晶カイラル磁性体EuPtSiではスカーミオン相(A相)が出現することで興味が持たれている。このA相は、先行研究から[100]方向と[111]方向の磁場下で現れるが、[110]方向では現れないことが知られていた。今回、磁場を[001]方向から[110]方向へ回転させながら角度分解の磁化測定を行った結果、[001]方向と[111]方向の近傍のみでA相が出現するが、途中の[112]方向近傍および[110]方向近傍にはA相は存在しないことがわかった。Eu二価イオンも軌道角運動量を持たないイオンであり磁気異方性が小さいことが期待されるが、磁気相図は極めて異方的であることがわかった。3)回転磁場磁化測定用に特化した磁化検出器(キャパシター)を新たに設計製作した。磁場回転時のトルクによる影響を大幅に抑えるように工夫したものである。4)回転磁場磁化測定装置へ二軸のピエゾゴニオメータを導入するための作業を完了した。今年度、磁場回転の磁化測定で用いる磁化検出器(キャパシター)を新たに設計・製作した結果、以前に比べて測定の精度が改善された。その結果、上記のように角度分解磁化測定の実験で良好な結果が得られた。また、磁場回転の磁化測定装置へ二軸のピエゾ駆動ゴニオメータを導入するための作業が完了し、結晶の回転軸を結晶の対称軸に精度よく合わせた状態で磁場回転を行うための準備が整っている。研究を遂行する上で特段の問題点はない。上記の二軸ゴニオメータと組み合わせた磁場回転磁化測定装置のテストを兼ねて、一軸異方性の磁性体(例えばCeRu2Si2)を用いて軸立ておよび磁場回転の磁化測定を行う。特に問題が無ければ、単結晶Biにおける3回対称性の破れの検証の実験にとりかかる。
立体構造を基盤とした動物レクチン-糖鎖間相互作用の解明

生体内で細胞間・分子間認識に重要な役割を果たしている糖結合タンパク質(レクチン)と糖鎖との相互作用を,レクチンの立体構造情報をもとに解析を行った。その結果,同一の基本構造をもつレクチンの活性部位中のアミノ酸残基の配置を変化させることによってさまざまな糖結合性を発現されることが可能であることが明らかとなり,人工的な分子認識タンパク質の設計に有用な情報を得ることができた。さらに,糖との結合によってレクチン全体の立体構造が変化し,細胞に対する生理活性が発現するメカニズムなども明らかになった。本研究では,生体内で細胞間及び分子間認識に重要な役割を果たしている動物レクチン(糖結合タンパク質)の立体構造解析結果から得られた情報をもとに,動物レクチンの生体内での細胞・分子認識機構の原理を明らかにすることを目的とした。当初の研究対象として,動物界に普遍的に存在するC型レクチンとよばれるCa^<2+>依存性レクチンファミリーに属する棘皮動物グミ由来のCEL-I, CEL-III, CEL-IVを用いて,それらの立体構造解析と部位特異的変異体作製を行った。その結果,特にCEL-Iについて種々の部位特異的変異体を得ることができ,このレクチンが示すN-アセチルガラクトサミンに対する非常に高い特異性の原因となっている糖結合部位アミノ酸残基を同定することに成功した。さらに,C型レクチンのガラクトース/マンノース特異性に重要な寄与をしていると一般に考えられている糖結合部位のQPD(Gln-Pro-Asp)及びEPN(Glu-Pro-Asn)配列モチーフを変換したCEL-I変異体を作製し,その糖特異性を検討した結果,QPDをEPN配列に変換しても,わずかにマンノース特異性が高まるのみで,ガラクトースに対する親和性はあまり低下しないことが明らかになった。このことから,QPD/EPNモチーフは糖特異性決定において部分的な役割を果たしているのみであり,その他の糖結合部位アミノ酸残基の配置との組み合わせによって糖特異性が決定されていることを明らかにした。X線結晶構造解析の結果からは,糖結合部位に位置する芳香族アミノ酸残基が特異性変換に特に重要であることが示唆され,今後の特異性変換変異体作製に関する重要な知見が得られた。本研究では,生体内で細胞間及び分子間認識に重要な役割を果たしている動物レクチン(糖結合タンパク質)の立体構造解析結果から得られた情報をもとに,動物レクチンの生体内での細胞・分子認識機構の原理を明らかにすることを目的としている。ゲノム情報をもとにした新規動物レクチンの発現とその構造機能解析の一環として,ヒトの免疫系細胞である樹状細胞表面レセプターBDCA-2の大腸菌による発現を行った結果,得られたタンパク質は非常に会合性が強く,そのままでは可溶性で得ることが困難だったが,C末端の疎水性領域を削除した変異体は可溶性がある程度上昇することがわかった。またショウジョウバエ(Drosophila melanogaster)の新規C型レクチン(Dmel_CG9976)についても,同様にC末端に疎水性領域が存在することからそれを削除して発現したところ,可溶性として得ることができ,さらにマンノースに対する結合特異性を示すことが明らかになった。一方,グミ(Cucumaria echinata)のC型レクチンであるCEL-Iの糖結合部位に存在するQPD(Gln-Pro-Asp)配列をEPN(Glu-Pro-Asn)配列モチーフを変換した変異体を大腸菌で発現したところ,このタンパク質はガラクトース特異性が著しく低下し,そのかわりにマンノースに対する特異性が大きく上昇していることが明らかになった。このことから,CEL-IにおいてQPD配列はガラクトース特異性を規定する重要な配列であり,このような一部の配列を変更するだけで,糖特異性を大きく変換した人工レクチンを作製することが可能であることが明らかになった。海産無脊椎動物グミ(Cucumaria echinata)のC型レクチンの一つであるCEL-IVは4つの糖認識ドメインから成り、その糖結合部位には通常マンノース認識に用いられるEPN (Glu-Pro-Asn)配列モチーフを有するが、実際にはガラクトースを認識することから、その糖認識メカニズムについて検討を行った。CEL-IVの結晶を作製し、高エネルギー加速器研究機構のPhoton FactoryにおいてX線回折測定を行ったところ,CEL-IV及びその糖(メリビオース,ラフィノーズ)複合体の回折データが得られた。すでに構造が決定されているCEL-Iの座標データを用いて分子置換法によりこれらの構造を解析したところ,最高で1.8Aの分解能で構造を決定することに成功した。CEL-IVの4つのサブユニットは複数のジスルフィド結合で結ばれているが,その接触面は,通常のC型レクチンにないペプチド部分によって相互作用することによって四次構造が保たれていた。また,糖結合部位においては,他のC型レクチンと180。

異なる配向で糖が結合しており,これによってEPN配列によってガラクトースを認識していることが明らかになった。一方,このEPN配列を,通常はガラクトース認識レクチンに多いQPD(Gln-Pro-Asp)配列に変換した部位特異的変異体遺伝子を作製し,大腸菌によって発現した。このQPD-CEL-IVの糖結合特異性を等温滴定カロリメーターを用いて検討したところ,この変異体はガラクトースに対する親和性が低下しており,それに代わって弱いながらマンノースに対する親和性を示すことが明らかになった。これらの結果から,CEL-IVにおいては,通常のC型レクチンと180。異なる配向で糖を認識しているために,EPNとQPD配列の影響が逆転していることが示唆された。