hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
磁気微粒子を用いた遺伝子解析システムの開発

昨年度作成した磁気分離用マイクロチャンネル内で,以下のモデル実験を行った.目的遺伝子の両端の配列を基に設計したビオチンおよびFITCラベル化プライマーを用いてPCR増幅を行い,得られたDNA断片をアビジン結合磁気ビーズで捕獲した.結合しなかった余剰プライマーやFITCプライマーのみで非特異的に増幅したDNAなどを除去した後,捕獲したDNAをビーズ上で制限酵素処理し,FITCでラベルされたDNA断片を遊離させた.さらに,磁気ビーズをホルムアミド変性液中で加熱することによりFITCを含む一本鎖DNAを遊離させた.各段階で,解離したFITCラベルDNAをシークエンサーで分析した.磁気ビーズ,洗浄用バッファー及び制限酵素溶液などの送液はシリンジポンプで行い,磁気分離は背面から磁石を近づけることにより行った.その結果,マイクロチャンネル内でも磁気微粒子に結合したDNAが効率良く制限酵素で切断されることが分かった.しかし,実験条件によっては,切断されない場合もあった.この原因は磁気上のDNAと酵素の混合が不十分であるためであり,再現性の良い結果を得るためには,混合効率を上げるために磁気微粒子をチャンネル内で分散させる方法の開発が必要である.磁気微粒子を用いたプラスミド構築法の開発した.目的の遺伝子断片を適当な制限酵素切断部位を含む2つのプライマー(Primer l with a digestion site of enzyme l and primer2 witha digestion site of enzyme 2)で増幅する.プライマーの一方(Primer 1)はビオチンでラベルしておく.増幅した断片をアビジン結合磁気ビーズで回収し,ビーズに固定化した状態でEnzyme 2により切断し,あらかじめEnzyme 2で切断しておいたベクターと混合して固定化した状態でLigationさせる.次にEnzyme 1で切断し,遊離したDNA断片をセルフライゲーションさせた後,形質転換に用いる.この方法では,DNA断片を精製,抽出する操作がないので,プラスミド構築の自動化が可能である.昨年度作成した磁気分離用マイクロチャンネル内で,以下のモデル実験を行った.目的遺伝子の両端の配列を基に設計したビオチンおよびFITCラベル化プライマーを用いてPCR増幅を行い,得られたDNA断片をアビジン結合磁気ビーズで捕獲した.結合しなかった余剰プライマーやFITCプライマーのみで非特異的に増幅したDNAなどを除去した後,捕獲したDNAをビーズ上で制限酵素処理し,FITCでラベルされたDNA断片を遊離させた.さらに,磁気ビーズをホルムアミド変性液中で加熱することによりFITCを含む一本鎖DNAを遊離させた.各段階で,解離したFITCラベルDNAをシークエンサーで分析した.磁気ビーズ,洗浄用バッファー及び制限酵素溶液などの送液はシリンジポンプで行い,磁気分離は背面から磁石を近づけることにより行った.その結果,マイクロチャンネル内でも磁気微粒子に結合したDNAが効率良く制限酵素で切断されることが分かった.しかし,実験条件によっては,切断されない場合もあった.この原因は磁気上のDNAと酵素の混合が不十分であるためであり,再現性の良い結果を得るためには,混合効率を上げるために磁気微粒子をチャンネル内で分散させる方法の開発が必要である.磁気微粒子を用いたプラスミド構築法の開発した.目的の遺伝子断片を適当な制限酵素切断部位を含む2つのプライマー(Primer l with a digestion site of enzyme l and primer2 witha digestion site of enzyme 2)で増幅する.プライマーの一方(Primer 1)はビオチンでラベルしておく.増幅した断片をアビジン結合磁気ビーズで回収し,ビーズに固定化した状態でEnzyme 2により切断し,あらかじめEnzyme 2で切断しておいたベクターと混合して固定化した状態でLigationさせる.次にEnzyme 1で切断し,遊離したDNA断片をセルフライゲーションさせた後,形質転換に用いる.この方法では,DNA断片を精製,抽出する操作がないので,プラスミド構築の自動化が可能である.
all-D型タンパク質の新規機能性の探索と合成系確立の試み

本研究では、糖鎖を厳密に認識するレクチン分子をモデルとして、そのキラル認識能についてD型タンパク質の合成およびキラル糖鎖との相互作用解析、複合体のX線構造解析により詳細な相互作用様式を明らかにすることを目的とした。そのため先ず魚類マアナゴ体表粘液に存在する2種のガレクチン(コンジェリンIおよびII)のうちコンジェリンIIについて、グリシンを除く全アミノ酸をD型とするタンパク質の化学合成を行い、Ac-Ser1-Gly35(C4 fragment), Glu36-Gly68(C3 fragment), Trp69-Gly104(C2 fragment), Glu105-Glu135(C1 fragment)の4つのセグメントに分割して合成を行った。すべてのフラグメントについての合成を終え、逆相高速液体クロマトグラフィー(HPLC)で精製した。チオエステル法よるフラグメント縮合法によりC1 fragmentとC2 fragmentの宿業をおこなった。フラグメントの不溶化により、効率的なカップリングおよび反応後の精製が困難であった。TofMSにより反応を確認したが、最終的なall-D型レクチン分子を大量に調製し、機能、特性を解析するまでには至らなかった。本実験の副次的な研究成果として、コンジェリンIIをタグとした発現系構築へと発展させたところ、コンジェリンII自体がシャペロンとして働くこと、さらにシャペロンとの共発現系を構築したところ、これまで発現が非常に困難であった蛋白質(7組のジスルフィド結合を含む)およびその各種変異体を可溶化物として、また正しいフォールドで大量に発現させることに成功した。そのため先ず魚類マアナゴ体表粘液に存在する2種のガレクチン(コンジェリンIおよびII)のうちコンジェリンIIについて、グリシンを除く全アミノ酸をD型とするタンパク質の化学合成を行った。コンジェリンIIを、Ac-Serl-Gly35 (C4 fragment),Glu36-Gly68 (C3 fragment),Trp69-Gky104 (C2 fragment),Glu105-Glu135 (C1 fragment)の4つのセグメントに分割して合成を行った。チオエステル基導入のためBoc-Ala-OCH2 Pam樹脂5g(3.7mmol)にTrt-S-CH2CH2COOBtをカップリング後、各フラグメントの固相合成に用いた。C1 fragment合成のためBoc-D-Glu(OBzl)、他の(C2C4)fragment合成のためBoc-Glyを導入した。それぞれの収率は58%および40%(アミノ酸分析より)だった。次に各フラグメントについて、Boc法による固相合成を行った。C4フラグメントのアミノ末端をアセチル化し、その他のフラグメントはFmoc基で保護している。C1およびC2フラグメントについては半手動合成、C3およびC4フラグメントについてはABI-433ペプチド合成機により合成した。今回、すべてのフラグメントについての合成を終えた。それぞれカップリング後の樹脂の一部を、無水フッ化水素処理(スカベンジャーとしてアニソールとエタンジスレイトールを含む)により、脱樹脂、脱保護を行い、エーテルで洗浄後、水-アセトニトリル-トリフルオロ酢酸で抽出した。抽出物について逆相高速液体クロマトグラフィー(HPLC)で純度を確認後、各溶出ピークについて飛行時間型質量分析計(Tof-MS)により確認した。その結果、いずれのフラグメントもメインピークが目的のものと分子量が一致した。このことから、今回の合成がうまくいったことを確認した。しかしながらC1 fragmentは収量が少なかったため再度合成を行ったが、ABI-433ペプチド合成機では、途中で完全にストップしたため、マニュアルによる固相法により再度おこなった。現在C1 fragmentの精製およびBoc化をすすめ、チオエステル法よるフラグメント縮合をおこなっている。チオエステル法よるフラグメント縮合をおこなうため、条件設定をこころみているが、主に不溶化により効率的なカップリングには至っていない。今後は固相によるチオエステルフラグメント縮合を試みたい。一方、in vitroでのall-D体蛋白質の合成のため、市販の小麦胚芽系の翻訳因子を含む蛋白質合成系と転写・翻訳因子再構成in vitro蛋白質合成システム(Puresystem)を用いて、コンジェリンIIとコンジェリンPについての発現を試みた。コンジェリンPの発現は、確認できなかった。コンジェリンIIについては、発現量にまだ問題があるため、最適化を検討している。

比較のために大腸菌をもちいたコンジェリンIIの発現系を用いて発現を行っているが、1Lから50100mgもの大量なリコンビナントコンジェリンIIが得られる。これを利用して、コンジェリンIIをタグとした発現系構築へと発展させたところ、コンジェリンII自体がシャペロンとして働くことを見いだし、これまで発現が困難であった蛋白質(7組のジスルフィド結合を含む)を可溶化物として、また正しいフォールドで発現させることに成功した。本研究では、糖鎖を厳密に認識するレクチン分子をモデルとして、そのキラル認識能についてD型タンパク質の合成およびキラル糖鎖との相互作用解析、複合体のX線構造解析により詳細な相互作用様式を明らかにすることを目的とした。そのため先ず魚類マアナゴ体表粘液に存在する2種のガレクチン(コンジェリンIおよびII)のうちコンジェリンIIについて、グリシンを除く全アミノ酸をD型とするタンパク質の化学合成を行い、Ac-Ser1-Gly35(C4 fragment), Glu36-Gly68(C3 fragment), Trp69-Gly104(C2 fragment), Glu105-Glu135(C1 fragment)の4つのセグメントに分割して合成を行った。すべてのフラグメントについての合成を終え、逆相高速液体クロマトグラフィー(HPLC)で精製した。チオエステル法よるフラグメント縮合法によりC1 fragmentとC2 fragmentの宿業をおこなった。フラグメントの不溶化により、効率的なカップリングおよび反応後の精製が困難であった。TofMSにより反応を確認したが、最終的なall-D型レクチン分子を大量に調製し、機能、特性を解析するまでには至らなかった。本実験の副次的な研究成果として、コンジェリンIIをタグとした発現系構築へと発展させたところ、コンジェリンII自体がシャペロンとして働くこと、さらにシャペロンとの共発現系を構築したところ、これまで発現が非常に困難であった蛋白質(7組のジスルフィド結合を含む)およびその各種変異体を可溶化物として、また正しいフォールドで大量に発現させることに成功した。
形質依存と獲得に基づく遺伝的プログラミングの手法開発とその応用

遺伝的プログラミング(GP)において,親のよい形質を効率的に子へ受け継がせることが可能な交叉を開発した.提案した交叉は多段階の局所探索からなる.GPの多くの問題において,木の部分構造および個々のノードの記号が個体の評価値に大きく寄与することを踏まえ,交叉を適用する両親間に共通して見られる部分木およびノードを子に遺伝させるべき形質とし,それらを破壊しないような近傍およびそれに対応する距離尺度の定義のもと交叉を構成した.連続関数近似,人工蟻シミュレーション,画像の非線形フィルタの設計に適用し,本手法が非常に限られた集団サイズのもと,ブロートを完全に抑制しつつ最適解を高い確率で得ることを確認した.遺伝的プログラミング(GP)において,親のよい形質を効率的に子へ受け継がせることが可能な多段階探索交叉を改良し,人工蟻のシミュレーション,画像の非線形フィルタの設計に応用した.GPで扱う木構造は解のサイズが可変であり,部分木の単純な組み換えの繰り返しは,しばしば,探索の過程で解である木が急激に膨張するブロートとよばれる現象を引き起こす問題がある.対象とする問題は,評価値に影響を与えない部分木が多く生成され,ブロートが起こりやすい問題である.提案している多段階探索交叉は,木構造の距離の定義のもと,一方の親から他方の親へと距離を縮める方向に局所探索を繰り返し探索を進める.木の部分構造および個々のノードの記号が個体の評価値に大きく寄与することを踏まえ,交叉を適用する両親間に共通して見られる部分木およびノードを子に遺伝させるべき形質とし,それらを破壊しないような近傍およびそれに対応する距離尺度の定義のもとで,交叉を構成した.具体的には2つの木について根を起点とした共通部分木を抽出し,それとの排他的論理和で得られる非共通なノード,部分木の集合の要素数により距離を定義した.共通部分木を抽出するにあたり,非終端ノードにおいて子部分木の適用順序を考慮するため,木を有向順序木で表現している.局所探索において,現在の解からの遷移対象となる近傍解については,両親の共通部分木内部でのノードの組換え,およびその他の異なる部分木でのノードの挿入・削除により生成する.これにより,木の爆発的な成長を抑制しつつ,両親の形質の受け継ぎ方が多様な子個体群を生成した.最適解が既知の問題である小規模の人工蟻のシミュレーション,およびスタックフィルタ設計に適用し,本手法が非常に限られた集団サイズ(一般にGPで用いられる1/100程度のサイズ)のもと,ブロートを完全に抑制しつつ最適解を高い確率で得ることを確認した.遺伝的プログラミング(GP)において,親のよい形質を効率的に子へ受け継がせることが可能な交叉を開発した.提案した交叉は多段階の局所探索からなる.GPの多くの問題において,木の部分構造および個々のノードの記号が個体の評価値に大きく寄与することを踏まえ,交叉を適用する両親間に共通して見られる部分木およびノードを子に遺伝させるべき形質とし,それらを破壊しないような近傍およびそれに対応する距離尺度の定義のもと交叉を構成した.連続関数近似,人工蟻シミュレーション,画像の非線形フィルタの設計に適用し,本手法が非常に限られた集団サイズのもと,ブロートを完全に抑制しつつ最適解を高い確率で得ることを確認した.本研究の目的は、式や自律制御のためのプログラム生成など、木構造で表現される変数からなる設計問題において、最適な構造を効率的に探索するための遺伝的プログラミング(GP)の汎用性の高い交叉手法を開発することである。平成24年度は、局所探索機能を強化した交叉である多段階探索交叉をGPに拡張した。多段階探索交叉を木構造に適用するにあたり、2個体間の距離尺度の定義、近傍の定義および遷移における受理則の3点を決定する必要がある。木などグラフ構造において、ノード間の接続といった形状として現れる情報は個々のグラフの特徴や頻出パターンなどを理解する上で重要な情報の一つである。GPが扱う多くの問題においては、木の部分構造および個々のノードの記号が個体の目的関数値に大きく寄与する。ここでは、両親間で共通する部分構造およびノードを子に遺伝させるべき形質ととらえ、子ノードの順を考慮する近傍(OT近傍)およびその順を考慮しない近傍(UT近傍)の2種の近傍(バイアス近傍)を定義した。また、形質を破壊することなく、両親の形質の結合を促進する近傍生成法、およびそれに対応する距離尺度を定義した。交叉における局所探索過程では、温度パラメータに基づく遷移受理則(メトロポリス法)を導入した。連続関数同定問題の例題を用いて探索性能の検証を行ったところ、従来の交叉と比較して、多段階探索交叉は小さなサイズの木で高い同定率を示した。また、多段階探索交叉における局所探索においては、遷移受理を決定する温度パラメータの設定によらず、両親の形質の結合を促進するバイアス近傍が一般に局所探索法で用いられるランダム近傍と比較して、高い探索性能が得られることを示した。さらにバイアス近傍においては、子ノードの順を考慮するOT近傍が、順を考慮しないUT近傍よりも関数同定問題に適していることを示した。平成24年度の目標は、木構造に適した距離尺度の定義、近傍の定義および遷移における受理則の3点を考案し、多段階探索交叉をGPに拡張することである。これらを検討し、GPにおける探索性能の検証に多く用いられる問題である連続関数同定問題のもとで他手法と比較し、非常に有効な探索性能を示した。これらの成果は国際会議で発表している。以上のことから平成24年度の目標はすべて達成したと考える。

平成25年度においても,近傍の大きさ(変異の大きさ,近傍半径)および近傍を取る木の深さと相関長(エピスタシの強度)の関係の調査をもとに,相関長に基づく近傍半径決定則による近傍解生成手法の改良を行う.また,ヒューリスティックに基づく初期解の生成法を取り入れることでさらなる探索効率の改善を図る.GPの応用として,木構造で記述されるスタックフィルタの設計問題を考えている.インパルス性雑音除去を目的とし,雑音劣化画像から直接,フィルタの形状および適用演算則を決定する目的関数を設計したもとで,本提案手法を用いて雑音除去性能の高いフィルタを設計する.木構造最適化に対するGPの開発環境と数値実験環境をハードウェアの面から改善するために,ワークステーションを1台購入する予定である.高い性能を有するワークステーションのため平成24年度の予算を一部(149,427円)繰り越した.本研究成果を発表するために,2013 IEEE Congress on Evolutionary Computation(採録済)等,国際会議参加の旅費が必要となる.また,学会誌投稿料および研究成果の公開のための印刷費を研究費に計上している.
モデル生物であるメダカを活用したCohen症候群原因遺伝子の機能解析

1:比較ゲノム解析8番染色体長腕部(8q22.2)に位置するCohen症候群の原因遺伝子COH1の機能解明のため、本研究での主な対象であるメダカのCoh1遺伝子の解析および単離を行った。昨年度行った詳細なコンピュータプログラムによるエキソン予測などにより、各生物種におけるCOH1遺伝子のゲノム上でのサイズはヒト830kb、イヌ750kb、ラット620kb、マウス560kb、ニワトリ420kb、メダカ400kb、フグ230kb、ショウジョウバエ12kbであることがわかった。また、エキソン28の2つのバリアントのうち長いエキソン28はマウスおよびラットのみで欠損していること、鳥類からヒトまではCOH1遺伝子は62個のエキソンで構成されているが魚類においてエキソン29、34、42、61が2個に、エキソン56は3個に分断されていることが判明した。2:ノックダウン解析メダカ初期胚からRNAを抽出し、RT-PCRによりメダカCoh1のクローニングを行った。RT-PCRの結果からはメダカ初期胚においてCoh1の発現量は低く発生に伴い発現量が増加することが確認できた。続いて空間的な発現を確認するためクローニングしたCoh1遺伝子の3'側の部分配列を用いてメダカ初期胚のWhole-mount in situhybridizationを行ったが明瞭なシグナルを検出することはできなかった。そこで、Coh1遺伝子の複数ヶ所にモルフォリノアンチセンスオリゴ(MO)を設計し、メダカ胚へのマイクロインジェクションによりノックダウン解析を行った。他の遺伝子のノックダウン解析で文献に記載されている濃度でインジェクションを行った場合は、配列を一部置き換えたコントロールMOでも発生の遅れが見られたため、低濃度条件でインジェクションした。その結果、極少数の胚で発生の遅延や形態不全が見られた。8番染色体長腕部(8q22.2)に位置するCohen症候群の原因遺伝子COH1の機能解明のため、本研究での主な対象であるメダカのCoh1遺伝子の解析および単離を行った。一方でメダカと同じ硬骨魚であるフグを中心に、イヌ、マウス、ニワトリ、ショウジョウバエのゲノム解析をデータベースを用いたホモロジー検索、ヒトゲノム配列との比較、およびコンピュータプログラムによるエキソン予測などを駆使して詳細に行った。これらの解析の結果、各生物種におけるCOH1遺伝子のゲノム上でのサイズはヒト830kb、イヌ750kb、ラット620kb、マウス560kb、ニワトリ420kb、メダカ400kb、フグ230kb、ショウジョウバエ12kbであることがわかった。以前の研究からヒトCOH1遺伝子のエキソン28には142塩基および67塩基のバリアントが存在することが分かっていたが、長いエキソン28は魚類から確認できる一方げっ歯類であるマウスおよびラットのみで欠損していることが判明した。さらに今回のゲノム解析の結果から鳥類からヒトまではCOH1遺伝子は62個のエキソンで構成されているが魚類においてエキソン29、34、42、61が2個に、エキソン56は3個に分断されていることが判明した。メダカCoh1のcDNAは13kb、4038アミノ酸からなり、ヒトCOH1とほぼ同じ大きさであることが確認できた。また、メダカCoh1はメダカ初期胚において発現量が低く、発生に伴い発現量が増加することが確認できた。
フォトニック結晶による光子の時間領域制御

本年度はフォトニック結晶点欠陥共振器の設計を最適化し、光子寿命を大幅に増大させることに成功した。また光子寿命の長い微小な点欠陥共振器では、光子の局在によって比較的弱い光によっても光非線形効果が生じ得ることを実証した。(1)厚さ0.25μmのSiスラブに三角格子状の空気穴をあけた二次元フォトニック結晶スラブの空気穴を三列直列に埋めることで形成したドナー型欠陥に対して、その長手方向両端近傍の空気穴の位置を動かすことでさらに共振器の光閉じこめを増大させ、より長い光子寿命をもつ共振器を実現することを試みた。まず最近接の空気穴のみを動かすことで、共振器の光閉じこめの強さを表すQ値を従来の3000の数倍程度まで増加させることができた。(2)準備した試料に対して昨年度構築した測定系を用いて光子寿命の時間領域測定を行い、光波長程度の微小なな共振器にもかかわらず10ピコ秒程度の光子寿命をもつことを確認した。(昨年度は最大で3ピコ秒程度)さらに最近接だけでなく第三近接まで空気穴位置を調整することでQ値100,000程度(光子寿命100ピコ秒程度)の非常に強い光閉じ込めをもつ共振器を実現することに成功した。(3)(1)の共振器に導入する光パルスのエネルギーを1パルスあたり1ピコJから30ピコJ程度まで変化させ、共振器から出力されるパルス光のスペクトルと時間波形を測定した。パルスエネルギーが10pJを超えるあたりから出力光が短波側にnmのオーダでシフトし、かつ時間幅が短くなることが観測された。理論解析の結果、光子の局在効果により(共振器材料がSiであることを考慮すると)比較的低いパルスエネルギーにもかかわらず2光子吸収が生じ、それによって生成されたキャリアによるプラズマ効果が上記のような出力光の変化を引き起こしていることがわかった。本年度はフォトニック結晶点欠陥共振器の光子寿命を時間領域において直接的に測定することに成功した。(1)まず現有のパルスレーザ(パルス幅1ps程度)を光源として、本補助金によって購入した光学部品を用い、点欠陥から放出された光を集めて相互相関計を用いて検出する実験系を構築した。また、得られた相互相関波形と入射レーザパルスの波形とを用いて逆畳み込みを行うことで光強度の時間変化をピコ秒以下の時間分解能で求める手法を確立した。(2)試料としては厚さ0.25μmのSiスラブに三角格子状の空気穴をあけた二次元フォトニック結晶スラブを用いた。点欠陥としては結晶中に空気穴を三列直列に埋めることで形成したドナー型点欠陥および空気穴直径を2倍程度に大きくしたアクセプタ型欠陥の2種類を準備した。各欠陥の近傍には空気穴を一列埋めることで形成した線欠陥を設け、線欠陥からエバネッセント結合によって点欠陥に光を導入できる構造とした。これら2つの試料における点欠陥のQ値はそれぞれ3000程度および600程度であった。(3)準備した2つの試料の線欠陥の端面から光パルスを導入して、点欠陥から自由空間に放出される光の時間変化を測定した。その結果、アクセプタ型欠陥においては入射パルスと点欠陥からの放出光の時間波形にはほとんど変化が無く、これに対してドナー型欠陥においては放出光の時間波形が入射波形に対して顕著に広がっていた。これらの波形を解析した結果、アクセプタ型点欠陥の光子寿命は1ピコ秒を大きく下回り、ドナー型点欠陥の光子寿命は3ピコ秒程度であることが分かった。これらの成果を元に次年度においては欠陥形状の最適化によって光子寿命を長くするとともに、光非線形効果等を用いて能動的に光子寿命を制御すること試みる予定である。

理論解析の結果、光子の局在効果により(共振器材料がSiであることを考慮すると)比較的低いパルスエネルギーにもかかわらず2光子吸収が生じ、それによって生成されたキャリアによるプラズマ効果が上記のような出力光の変化を引き起こしていることがわかった。
Na^+/H^+駆動型アミノ酸トランスポーターの構造・機能協関

中等度好熱菌PS3細胞質膜に存在する二次性能動輸送系の一つ、アラニン能動輸送タンパク質(ACP)はNa^+あるいはH^+とアラニン、グリシンなど小型中性アミノ酸の共輸送を仲介する膜タンパク質である。本研究はこのタンパク質の構造と機能の協関を物理化学的手法によって解明することを目標とし、そのためにこのタンパク質の大量発現系を確立することを目的とした。これまでに、ACPをコードする遺伝子(acp遺伝子)がクローニングされ、大腸菌機能変異株を用いた機能発現系が確立されているので、本年度はまずACP発現に適した発現ベクターを選択し、大腸菌内で組み換えタンパク質を大量発現する系について検討を行った。その結果、ACPとマルトース結合タンパク質(MBP)との融合タンパク質(MBP-ACP)を発現するようなプラスミドがACPの大量発現系構築に最も都合の良い発現ベクターであることが分かったのでこれを用いて解析を進めた。MBP-ACP融合遺伝子を大腸菌アラニン、グリシン輸送能欠損株(RM1株)に導入しその^<14>C-グリシン輸送能を測定したところ、興味深いことにMBP-ACPの融合タンパク質の状態で輸送活性を持つことが分かった。この融合タンパク質は基準特異性やKt値についてはACPと変わらなかったが、本来は高温(4550°C)にあるべき輸送活性の温度依存性は失われていた。この融合タンパク質の発現は細胞毒性を与えるので、これを克服し大量に発現タンパク質を得る条件を探索し全膜タンパク質の約25%を越える量の発現条件を確立することができた。大量に発現したタンパク質を精製し、輸送活性を指標としたプロテオリポソームへの再構成実験で調べたが、現時点ではnative ACPに見られる活性の1%以下の活性しか見られず、種々のデータからかなり強固な封入体として存在していることが予想された。
サルコペニアの病態解明と予防法・治療法確立のための研究

老化促進マウス(SAMP1)を50週齢まで飼育し、運動をさせた高齢SAMP1群と運動を行わない高齢SAMP1群に分け8週後(58週齢)に屠殺し筋病理検索を実施した。運動群でLC3、p62などのオートファジー関連因子発現が増加していた。筋重量は有意差を認めなかった。サルコペニアの予防のためにはより早期からの運動が必要と思われる。患者生検筋の検索では転倒により大腿骨近位部骨折を呈した高齢女性の中殿筋の筋病理で、type 2筋線維萎縮が著明に認められた2症例においてLC3の著明な亢進、縁取り空胞、リソソーム活性亢進が認められた。サルコペニアとオートファジー異常の関連性が示唆された。実験動物の作製老化促進マウス(SAMP1)を購入し、動物実験施設にて現在飼育中であり、今後50週齢まで飼育し、運動させた高齢SAMP1群と運動を行わない高齢SAMP1群に分け8週後(58週齢)に屠殺する予定である。高齢マウスの標本作成には1年以上必要なため、現在SAMP1マウスの定期的な行動解析(open-filed testや物体認識テスト、1時間の活動量計測など)と体重測定を続行中である。今後ヒラメ筋、腓腹筋、長趾伸筋、前脛骨筋を採取し、通常の組織化学的染色とともに各種抗体を用いた検索を予定している。患者生検筋の検索各種筋疾患生検筋の凍結標本を用いて、type 2筋線維萎縮が主要病理所見である症例について、COX染色, SDH染色,電子伝達系complex I-Vの免疫染色、また増殖因子(VEGF,FGF-1, FGF-2, TGF-β、GDF11)や細胞外マトリックス(collagen VI, heparan sulfate proteoglycan, tenascinほか)の免疫染色およびオートファジー関連因子(LC3, p62ほか)、アポトーシス関連因子の免疫染色を続行中である。今後一次性サルコペニアと二次性サルコペニアの筋病理学的な特徴を明らかにする予定である。また高齢者に多い封入体筋炎において比較的若年発症例と高齢発症例を比較することにより加齢による発症促進要因を明らかにする。実験動物の作成には時間を要するが、予定通り進行中である。患者生検筋の検索も染色を続行しており、筋病理解析を開始している。実験動物の作製老化促進マウス(SAMP1)を購入し、動物実験施設にて50週齢まで飼育し、定期的な行動解析(open-filed testや物体認識テスト、1時間の活動量計測など)と体重測定を続行した。運動させた高齢SAMP1群と運動を行わない高齢SAMP1群に分け8週後(58週齢)に屠殺し、ヒラメ筋、腓腹筋、長趾伸筋、前脛骨筋を採取し、通常の組織化学的染色とともに各種抗体を用いた検索を続行中である。また新しいシリーズとして、若年期からの運動が及ぼす影響について検討するため新たにSAMP1を購入し、飼育している。患者生検筋の検索筋疾患生検筋の凍結標本を用いて、type 2筋線維萎縮を呈する症例について、COX染色, SDH染色,電子伝達系complex I-Vの免疫染色、また増殖因子(GDF11ほか)や細胞外マトリックス(collagen VI, heparan sulfate proteoglycan, tenascinほか)の免疫染色およびオートファジー関連因子(LC3, p62, Beclin 1, ATG4Aほか)の免疫染色を続行中である。また高齢者に多い封入体筋炎において比較的若年発症例と高齢発症例を比較することにより加齢による発症促進要因を明らかにする研究も進行中である。また、サルコペニアの比率が多いと報告されている大腿骨近位部骨折患者の手術中に得た中殿筋の病理学的検査を行い、著明なtype 2筋線維萎縮やオートファジーの異常を示唆する酸フォスファターゼの高活性を伴う空胞変性を認めたため、症例を増やして検討中である。実験動物の作成に成功し、途中で脱落したマウスは最小限であり、現在病理学的検索が進行中である。患者生検筋の検索も染色を続行しており、筋病理解析を続行している。老化促進マウス(SAMP1)を購入し、動物実験施設にて50週齢まで飼育し、運動をさせた高齢SAMP1群と運動を行わない高齢SAMP1群に分け8週後(58週齢)に屠殺した。ヒラメ筋、腓腹筋、長趾伸筋、前脛骨筋を採取し、通常の組織化学的染色とともに各種抗体を用いた免疫組織化学的検索を実施した。その結果、運動を行った群でbeclin1、LC3、p62などのオートファジー関連因子発現が増加していた。筋重量は運動群と非運動群で有意差は認めなかった。SAMP1マウスの定期的な行動解析(open-field testや物体認識テスト、1時間の活動量計測など)も実施した。その結果高齢SAMP1の物体認識テストでは物体認識回数に有意な低下がみられ、海馬を含む広範囲の領域で脳機能低下が示唆された。運動の脳機能に及ぼす効果については今後の検討が必要である。患者生検筋の検索では転倒により大腿骨近位部骨折を呈した高齢女性の中殿筋の筋病理で、8症例すべてにおいてtype 2筋線維萎縮が認められ、サルコペニアが存在する可能性が高いと考えられた。特にtype 2筋線維

萎縮が著明に認められた2症例においてはLC3の著明な亢進と縁取り空胞が認められ、酸フォスファターゼ染色においては著明なリソソーム活性の亢進が認められた。これらのことより、サルコペニアとオートファジー異常の関連性が示唆された。加齢の影響を受けた骨格筋において、オートファジーの異常がみられ、SAMP1における運動は基底のオートファジー活性を高め、細胞内のクリアランスを保つ可能性が示唆された。運動による明らかな筋量の増加が見られなかったので、サルコペニアの予防のためにはより早期からの運動が必要と思われる。老化促進マウス(SAMP1)を50週齢まで飼育し、運動をさせた高齢SAMP1群と運動を行わない高齢SAMP1群に分け8週後(58週齢)に屠殺し筋病理検索を実施した。運動群でLC3、p62などのオートファジー関連因子発現が増加していた。筋重量は有意差を認めなかった。サルコペニアの予防のためにはより早期からの運動が必要と思われる。患者生検筋の検索では転倒により大腿骨近位部骨折を呈した高齢女性の中殿筋の筋病理で、type 2筋線維萎縮が著明に認められた2症例においてLC3の著明な亢進、縁取り空胞、リソソーム活性亢進が認められた。サルコペニアとオートファジー異常の関連性が示唆された。老化促進マウス(SAMP1)の老化にともなう筋、末梢神経、脊髄の観察高齢マウスの標本作成には1年以上必要なため、平成28年度以降に標本として使用する。飼育中に経時的に体重測定や行動学的分析(open-filedtestや物体認識テスト、1時間の活動量計測など)を行う。骨格筋はヒラメ筋、腓腹筋、長趾伸筋、前脛骨筋を採取し、通常の組織化学的染色とともに各種抗体(collagen VI, GDF11, PGC1-α, irisin, Beclin 1, FNDC5, mTOR,IGF-1, PI3K, atrogin-1, LC3, p62など)を用いた免疫組織化学的染色およWesternブロッティングなどを行う。末梢神経、脊髄は通常の組織学的検索を行う。患者生検筋の検索高齢者に多い封入体筋炎の中に比較的若年で発症する症例があり、通常の高齢発症例と比較することにより加齢による発症促進要因を明らかにする。特にミトコンドリア異常、筋内微小血管の異常に注目して検索する。組織化学的染色、免疫組織科学的染色およびWesternブロッティングによりスクリーニングを行い、主病因の絞り込みができればRT-PCRを用いたmRNA発現異常を検索し、TNFαやp21などの炎症および老化マーカーの遺伝子発現変化の検索も行い、サルコペニアの予防や治療に応用できる因子を解明する。老化促進マウス(SAMP1)の老化にともなう筋、末梢神経、脊髄の観察運動させた高齢SAMP1群と運動を行わない高齢SAMP1群に分けヒラメ筋、腓腹筋、長趾伸筋、前脛骨筋を採取し、通常の組織化学的染色とともに各種抗体を用いた検索を行い運動の効果を明らかにする。また新しいシリーズとして、若年期からの運動が及ぼす影響について検討するため新たにSAMP1を購入し、飼育しており、同様に効果を検討する。通常の組織化学的染色とともに各種抗体(collagen VI, GDF11, PGC1-α, Beclin 1, FNDC5, mTOR,IGF-1, PI3K, atrogin-1, LC3, p62, ATG4A,電子伝達系complex I-Vなど)を用いた免疫組織化学的染色を行う。
九州沿岸地域の島嶼間における原始・古代の文化交流に関する研究

日本列島の近海に沿って流れる黒潮は、一つは九州の西を過ぎて日本海に入り本州および北海道の西岸を洗い、他の一つは太平洋岸側の伊豆諸島に達している。本研究では、黒潮の流れに乗って原始・古代の南島および大陸からどのような文物が往来したのか、また九州沿岸地域にどのように影響を及ぼしたのかなどについて調査研究を試みた。調査研究の対象を1.南島産の貝製品(ゴホウラ・イモガイ・オオツタノハなど)、2.大陸の関係の深い支石墓の2点にしぼり、壱岐・対馬、五島列島などの島嶼および西北九州を中心とした九州西岸の沿岸地域を調査した。1のテ-マの南海産貝製品のうち、ゴホウラ製貝輪は有川町浜郷遺跡(五島列島)、平戸市根獅子遺跡(平戸島)、イモガイ製貝輪は佐世保市宮の本遺跡(九十九島中の高島)、五島列島の福江島大浜貝塚・中通島浜郷遺跡・宇久島宇久松原遺跡、オオツタノハ製貝輪は宇久松原遺跡・福江島大浜貝塚などで出士している。また、埋葬人骨にともなうアワビの副葬列が中通島浜郷遺跡、福江島大浜貝塚で確認されたが、同様な列は沖縄本島読谷村木綿原遺跡にもあり、弥生時代の五島列島と沖縄に共通した理葬習俗が見られることは注目される。南海産貝輪は九州西海岸をかすめて北九州へ運ばれるル-トの中で五島列島へもたらされたと考えられる。2のテ-マの支石墓については、甕棺・土壙・箱式石棺などの下部構造について調査した。九十九島の宮の本遺跡、五島列島の宇久松原遺跡・神ノ崎遺跡(小値賀島)・浜郷遺跡などの箱式石棺墓の中に南九州特有の古墳時代の墓制である地下式板石積石室墓を想起させるものがある。地下式板石積石室墓の祖源は縄文時代晩期の支石墓に遡る可能性を示唆しており、五島列島方面から南九州西海岸に到達したものと考えられる。この見解については平成3年11月9日、隼人文化研究会で「地下式板石積み石室墓の源流」と題して口頭発表をおこなった。
π-アリル金属種の生成とその反応性を利用した有機合成に関する研究

(1)研究計画とその意義所属研究室では以前に,ロジウム触媒を用いたアリールボロン酸のアルキン類に対するヒドロアリール化反応を報告している.その中で,ロジウム-二座リン配位子錯体がこの反応の触媒として有効であることを明らかにしている.実際に,触媒量の[Rh(OH)((R)-binap)]2存在下,アルキニルエステルとフェニルボロキシンとを反応させることで,対応するヒドロアリール化体が良い収率で得られた.一方,本反応において,触媒としてロジウム-ジエン錯体を用いることで,これまでに報告例のないアリール化-オリゴマー化が進行することを見出した.本年度は本アリール化-オリゴマー化反応についての研究を遂行した.本反応はアルケニル金属種が中間体となる反応形式や生成物として複雑なサリチル酸エステル誘導体が得られる点など,特徴的な反応となる可能性を秘めており,本研究の学術的な価値は高いと考えた.(2)研究内容触媒量の[Rh(OH)(cod)]2存在下でアルキニルエステルとアリールボロキシンとを反応させたところ,生成物としてアリール基一つとアルキニルエステル三つが反応したサリチル酸エステル誘導体が高収率で得られることが分かった.本反応の基質適用範囲は広く,アルキニルエステルではメチル,エチル,そしてイソプロピルエステルを用いることができた,アリールボロキシンについては,電子供与性や電子求引性の置換基を有するものでも効率よく反応は進行した.この反応はアリールロジウム種のアルキニルエステルへの付加を起点として,さらに二つのアルキニルエステルと反応,そしてエステルカルボニル基への分子内カルボロデーションで終結する機構で進行していることを想定した.実際に,予想されるアルケニルロジウム中間体を形成するようなアルケニルスズ化合物を合成し,同様の条件下で反応を行ったところ,期待通りにサリチル酸エステル誘導体が得られ,上述の反応メカニズムが正しさを示すことに成功した.1.研究目的炭素-炭素結合形成に関連するπ-アリル金属錯体の研究は主にパラジウム錯体について盛んに行われているが,一方でπ-アリルロジウム錯体やイリジウム錯体については,その選択的発生から炭素-炭素結合形成反応へと応用する例は少なく,新たな反応形式の開発に結びつく可能性を秘めている.そこで,私はπ-アリルロジウムまたはイリジウム中間体を鍵とする新規触媒的炭素-炭素結合形成反応の開発を主眼に本年度の研究を行った.2.研究成果、(1)研究計画とその意義私は最近,イリジウム触媒を用いるアリールボロン酸のa,β,γ,δ-不飽和カルボニル化合物に対する選択的1,6付加反応を報告した.この反応はπ-アリルイリジウム中間体を経て反応が進行していることが示唆されている.ここで,π-アリルイリジウム種の求核性に着目し,中間体の適当な位置にホルミル基などの求電子部位を導入することで,アリール基の付加の後,分子内環化が進行させることを計画した.この手法が確立できれば,生成物として合成的に価値のある複数のステレオ中心を持つ多置換インダノールを得ることができる.(2)研究内容分子内求電子部位を導入するにあたり,2-ホルミルフェニルボロン酸を用いることで種々の1,3-ジエン類との付加環化反応が達成され,多置換インダノールを高収率かつ高ジアステレオ選択的に得ることに成功した.さらに,この反応生成物の構造から,本反応は今までに無い1,2付加形式で付加環化が進行していることが明らかとなった.また一方で,中間体であるアリールイリジウム種の単離・X線結晶構造解析にも成功し,反応機構についての重要な知見を得ることができた.現在,本反応の不斉化を新規光学活性ジエン配位子を用いて行っており,良好な結果を得ている.1.研究目的炭素-炭素結合形成に関連するπ-アリル金属錯体の研究は主にパラジウム錯体について盛んに行われているが,一方でπ-アリルロジウム錯体やイリジウム錯体については,その選択的発生から炭素-炭素結合形成反応へと応用する例は少なく,新たな反応形式の開発に結びつく可能性を秘めている.そこで,私はπ-アリルロジウムまたはイリジウム中間体を鍵とする高選択的な触媒的炭素-炭素結合形成反応の開発を主眼に研究を行っている.2.研究成果(1)研究計画とその意義私は最近,イリジウム触媒を用いた共役ジエン類の2-ホルミルフェニルボロン酸との[3+2]付加環化反応を報告した.この反応はオルト位にホルミル基を持つフェニルボロン酸を用いた場合,イリジウム触媒とトリエチルアミン存在下,α,β,γ,δ-不飽和ケトンに対して1,2付加形式で付加環化し,高収率かつ高ジアステレオ選択的に多置換インダノールが得られるものである.本年度は本反応の不斉化に取り組むことを計画した.これが成功すれば,多くの天然物の基本骨格である光学活性インダノールを一段階で合成が可能になり,意義深い研究になる.(2)研究内容不斉反応でよく用いられる光学活性リン配位子は本反応に有効ではなく,また既存の光学活性ジエン配位子である(R,R)-Ph-bod*,(R,R)-Bn-bod*を用いたが,満足のいく結果は得られなかった.

一方,新たに設計・合成したテトラフルオロベンゾバレレン骨格を持つ光学活性ジエン配位子(tfb配位子)を用いたところ,種々の1,3-ジエン類に対して高エナンチオ選択的に付加環化反応が進行した.さらにtfb配位子の有効性を確かめるためにいくつかのNMR実験を行い,実際tfb配位子は既存の光学活性ジエン配位子よりもイリジウムに対する配位能が高いことを明らかにした.(1)研究計画とその意義所属研究室では以前に,ロジウム触媒を用いたアリールボロン酸のアルキン類に対するヒドロアリール化反応を報告している.その中で,ロジウム-二座リン配位子錯体がこの反応の触媒として有効であることを明らかにしている.実際に,触媒量の[Rh(OH)((R)-binap)]2存在下,アルキニルエステルとフェニルボロキシンとを反応させることで,対応するヒドロアリール化体が良い収率で得られた.一方,本反応において,触媒としてロジウム-ジエン錯体を用いることで,これまでに報告例のないアリール化-オリゴマー化が進行することを見出した.本年度は本アリール化-オリゴマー化反応についての研究を遂行した.本反応はアルケニル金属種が中間体となる反応形式や生成物として複雑なサリチル酸エステル誘導体が得られる点など,特徴的な反応となる可能性を秘めており,本研究の学術的な価値は高いと考えた.(2)研究内容触媒量の[Rh(OH)(cod)]2存在下でアルキニルエステルとアリールボロキシンとを反応させたところ,生成物としてアリール基一つとアルキニルエステル三つが反応したサリチル酸エステル誘導体が高収率で得られることが分かった.本反応の基質適用範囲は広く,アルキニルエステルではメチル,エチル,そしてイソプロピルエステルを用いることができた,アリールボロキシンについては,電子供与性や電子求引性の置換基を有するものでも効率よく反応は進行した.この反応はアリールロジウム種のアルキニルエステルへの付加を起点として,さらに二つのアルキニルエステルと反応,そしてエステルカルボニル基への分子内カルボロデーションで終結する機構で進行していることを想定した.実際に,予想されるアルケニルロジウム中間体を形成するようなアルケニルスズ化合物を合成し,同様の条件下で反応を行ったところ,期待通りにサリチル酸エステル誘導体が得られ,上述の反応メカニズムが正しさを示すことに成功した.
科学的に認識できる風水害用の防災教育プログラムの開発

平成30年度は西日本を主として台風や集中豪雨などによる土砂災害や河川の氾濫が全国で多数発生した。その意味において、地域での防災教育として、学校における土砂災害や河川の氾濫に対して学ぶ意義がますます重要になっている。平成29年度の研究においては、令和2年度より実施さ予定の小学校指導要領、令和3年度より実施予定の中学校新指導要領において理科の新指導要領について調査を行った。その結果、学校教育においては河川の氾濫や土砂災害に対しての記述が増加していることを明らかにした。今回の平成30年度の研究においては、学校教育の理科で使用できる土砂災害や河川の洪水などを理解できるような教材の開発を実施した。特に急峻な地形のある紀伊半島では、川幅が狭く蛇行がしている河川が多く、河川での侵食場所、堆積場所を知ることはとても重要で、川が洪水や氾濫すると危険な箇所がわかります。砂を使って河川の流路実験装置を作成し川の蛇行と侵食を理解できる教材を開発した。また1mメッシュのレーザー測量データを利用して最新の地形表現方法である陰陽図を使い、和歌山県南部地域の地図を作成した。これにより尾根や谷がよりわかりやすくなり、カラー図ながら白黒印刷しても尾根と谷の区別がつきやすくなった、自分の住んでいる地域の集水域について検討できる教材を作成することができた。デジタル教材として地形と地質を3D表現で空間的に認知できるプログラムを開発した。これは外部入力装置を使い和歌山県南部の地形を3D表現で自由に動き回り、川の様子、地質の違いなどを空間的に認知できる教材で、児童・生徒にはゲーム感覚で身の回りの地形や川の認識をしてもらうことができる。また具体的に土砂災害の発生しやすい場所や川幅の狭くなる地形の手前で、内水氾濫の発生しやすい場所についても認識しやすい教材となっている。最近の和歌山県周辺では風水害が多発しており、特に平成30年度においては大阪府北部地震、7月の豪雨災害、9月の台風21号による停電や風による建物被害が発生している。そこでの被害調査をはじめ、その時でしか調査できないヒアリング等があるため、本研究の進みが遅くなってしまう。本研究では当初でエフォート20%と申請していたが、突発的な災害調査が入ったため1015%程度しかとることができなかった。風水害の増加という背景のもと学校現場では、土砂災害や河川の洪水や氾濫についての関心は高い。しかし現行の指導要領では十分に教えることができないようだ。そこで、学校現場は次期の新指導要領に合わせて、新しい川や土砂災害の教材を希望していることが学校現場の教員とのヒアリングによりわかってきた。ただ現段階よりは移行期の令和元年になってくると現場の教師たちも教材開発に行うため、一緒に実行可能できる可能性が高いと判断できた。それを踏まえた県内の学校での風水害等のアンケート調査を行うことにしていくことになり、令和元年から本格的な開発教材の学校との連携をとる予定にしている。このようなことで全体の進捗が遅れているが、より現場で使用してもらえる風水害対応の教材になると考えられる。令和元年では理科において新指導要領にもとづいた土砂災害、河川の氾濫などを踏まえて学校におけるアンケート調査を夏休み前までに実施する。前年度同様に土砂災害や風水害等の写真やデータの収集や児童・生徒のハザードマップについての理解元年どこまでもできているのか調査し、理科として教材化する。第2フェーズとして、平成30年度で開発した地図を使ったデジタル教材を学校として利用できる教材にするための工夫を学校現場の教師と連携することでプログラム化することを目指す。平成30年度同様に、紀伊半島大水害での被災者の方に避難や土砂災害についてヒアリングを行い、学校できちんと教えるべき内容について提言できるように行う。第3フェーズとして学校現場の意見を聞きながら教材を改良し、学校現場でも必要な教材として提言する予定である。和歌山県内の学校では、地震からの備えについては南海トラフ地震の対応のために沿岸部の学校を主に防災教育などに取り組んできている。しかし風水害からの備えについては教材も少ないことから進んでいない。しかし最近はゲリラ豪雨などが増加して、和歌山県のように山間地域の多い場所では土砂災害も発生する危険性は高まっている。このような背景のもとで、土砂災害用の啓発用の防災教育プログラムを開発する意義は高い。そこで初年度の平成29年度では、現状把握するための研究調査を主として実施した。小中学校の理科教科書を使用して、洪水や土砂災害についての記述について調べた。その結果、土砂災害について詳細は小学校5年生の理科において「流水の働き」において掲載され、中学校1年などで行われている。さらに平成29年に告示された小中学校の新指導要領理科についても調べた。その結果、小学校4年生に「雨水の行方と地面の様子」が新しく項目として入った。その後、5年生では従来通りの「流れる流水の働きと土地の変化」になっている。全般的に最近の風水害の多さを反映してか、風水害について理解できるように工夫され追加されているように推定できる。とくに4年生に新項目に「地面の傾きと水の流れ」が入ることによって洪水だけでなく内水氾濫についても考えることができる。またその中での新項目「水のしみ込み方」においても土砂の中での水がどのようにしみ込むことができるか、土砂災害のための教材を開発するのに大事な項目になる。児童・生徒たちが風水害についてあまりイメージがないので、学校や自治体などで配布している土砂災害用の啓発パンフを収集した。地震に比べ種類が少なくことがわかる。

また本格的な学校へのアンケート調査はまだできていないが、一部の学校関係にヒアリングすると風水害向けの防災訓練を実施している学校はなく、アンケート調査のための項目を作成している。和歌山県では土砂災害や洪水が毎年発生している。土砂災害に関心を持っている学校は多いようだ。しかし学校現場において土砂災害について教えることは少ない。学校現場の教員と話しても和歌山県においては地震の防災教育をメインとして進めていることもあり、土砂災害などの風水害に関心をもつ学校が少ない。そのため協力してもらえる学校がまだ見つかっていない。和歌山県教育委員会の協力をいただきながら教材を使っていただけるような学校について検討している。昨年度はエフォート的に申請時に20%としていたところ、学内の管理部門の仕事が急遽増加したり、同僚の教員が病休になり、その負担を補うために代わりの学生指導など教育関係のエフォートが増加して、1015%程度しかとることができなかった。そのため進捗状況がやや遅れているとなった。平成30年度は西日本を主として台風や集中豪雨などによる土砂災害や河川の氾濫が全国で多数発生した。その意味において、地域での防災教育として、学校における土砂災害や河川の氾濫に対して学ぶ意義がますます重要になっている。平成29年度の研究においては、令和2年度より実施さ予定の小学校指導要領、令和3年度より実施予定の中学校新指導要領において理科の新指導要領について調査を行った。その結果、学校教育においては河川の氾濫や土砂災害に対しての記述が増加していることを明らかにした。今回の平成30年度の研究においては、学校教育の理科で使用できる土砂災害や河川の洪水などを理解できるような教材の開発を実施した。特に急峻な地形のある紀伊半島では、川幅が狭く蛇行がしている河川が多く、河川での侵食場所、堆積場所を知ることはとても重要で、川が洪水や氾濫すると危険な箇所がわかります。砂を使って河川の流路実験装置を作成し川の蛇行と侵食を理解できる教材を開発した。また1mメッシュのレーザー測量データを利用して最新の地形表現方法である陰陽図を使い、和歌山県南部地域の地図を作成した。これにより尾根や谷がよりわかりやすくなり、カラー図ながら白黒印刷しても尾根と谷の区別がつきやすくなった、自分の住んでいる地域の集水域について検討できる教材を作成することができた。デジタル教材として地形と地質を3D表現で空間的に認知できるプログラムを開発した。これは外部入力装置を使い和歌山県南部の地形を3D表現で自由に動き回り、川の様子、地質の違いなどを空間的に認知できる教材で、児童・生徒にはゲーム感覚で身の回りの地形や川の認識をしてもらうことができる。また具体的に土砂災害の発生しやすい場所や川幅の狭くなる地形の手前で、内水氾濫の発生しやすい場所についても認識しやすい教材となっている。最近の和歌山県周辺では風水害が多発しており、特に平成30年度においては大阪府北部地震、7月の豪雨災害、9月の台風21号による停電や風による建物被害が発生している。
抗肥満対策として有効な標的遺伝子の探索とその分子機構の解明

肥満は、分子レベルで制御できるのか?本研究では、太り難い体質に特徴的な遺伝子を探索し、肥満制御分子を見つけるための実験を行う。[1]複数系統の肥満になり難いマウスを用い、遺伝子発現量について、対照マウスと差異を示す遺伝子を抽出する。[2]抽出遺伝子について、遺伝子改変マウスを作成し、肥満になり難い表現型を示すかどうかを確認するための検証実験を行う。[3]抗肥満作用が確認された遺伝子については、作用分子機構を解明するために、その遺伝子を制御する分子・化合物を同定する。また、体内動態や毒性を評価し、抗肥満対策分子としての有効性を明らかにする。