hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
代数絡み目による量子不変量と有限型不変量の特徴付け

その他の量子不変量での挙動を観察するため、今年度は昨年度に引き続き、2橋絡み目のKauffman多項式を明示的に表示する方法の調査を中心に研究を進めた。その結果、Lickorishの行列表示公式に基づいた計算機実験から得られる結果を分析することにより、Kauffman多項式およびその1変数特殊化であるQ多項式を、Chebyshev多項式を用いて表示する方法を明らかにすることができた。これらの結果については、国際学会を含む3つの研究集会で報告済みであり、その概要は久留米工業高等専門学校紀要で公表している。Chebyshev多項式は整数論や組合せ論、さらには応用数学など数学のあらゆる分野と深く関わっており、今後の研究で他分野との新たな関連が見つかる可能性も期待される。また、これらの公式を、プレッツェル絡み目、Montesinous絡み目、そして一般の代数絡み目のクラスヘと拡張し、さらに、その他の量子不変量に対する同種の公式についても調査していく。これらの準備をふまえて、代数絡み目の有限型不変量がなす空間の基底を明らかにしていく予定である。
酢酸菌キノプロテイン・グリセロール脱水素酵素と5-ケトグルコン酸生成

Gluconobacter属酢酸菌のキノプロテイン・グリセロール脱水素酵素(GLDH)は、広範な糖アルコールの酸化に加えて、グルコン酸を5-ケトグルコン酸(5KGA)に酸化する能力を有している。本研究では、GLDHのこの特異な基質認識機構とメタル及びPQQの結合様式を解明するとともに、産業上重要な5KGAの高生産株の遺伝子工学的作成をめざした。PQQ及びメタル結合様式の解析:アポ酵素に対するメタル及びPQQの結合キネティクスを解析した結果、本酵素にはPQQ及びMg^<2+>に対して2つ、Ca^<2+>に対して1つの結合部位が存在すること、さらにショ糖密度勾配遠心分析より本酵素は2量体として機能していることが明らかとなった。GLDH触媒部位の解析:本酵素は、その非常に広い基質特異性に加え、アルカリ・酸性両pH領域で酵素活性を示すことに特徴がある。しかし、この特徴はMg^<2+>ホロ化酵素では見られるのに対し、Ca^<2+>ホロ化酵素はアルカリ域の活性を欠いていることがわかった。また、本酵素の基質、グルコン酸は、他の基質と異なり、アルカリでのキレート能と酸性でのラクトン構造形成能のため、両pHでのin vitroの見かけの活性を大きく低下させることが明らかになった。5KGA高生産株の作成:2株の酢酸菌で2-ケトグルコン酸生成酵素の遺伝子破壊株の作成に成功し、1株5KGA単独生産株が得られた。この5KGA単独生産株を用いて、さらなる高生産能を得るため、その呼吸鎖及びラクトン分解系の改良の検討が現在すすめられている。GLDHのX線構造解析及び触媒部位の改変:本酵素のX線構造解析を種々の界面活性剤を用いて検討を進めたが、現在までに有効な結晶は得られていない。また、触媒部位の改変をするため大腸菌発現系を確立し、エラープローンPCRによる変異体遺伝子の取得を開始している。Gluconobacter属酢酸菌細胞膜から新たに分離されたキノプロテイン・グリセロール脱水素酵素(GLDH)は、広範な糖アルコールだけでなく、いくつかの2級アルコールを酸化するとともに、グルコン酸を酸化して5-ケトグルコン酸を生成する能力も有している。また、このGLDHは、2つの至適pHを有し、且つ最大活性発現に補酵素ピロロキノリンキノン(PQQ)に加えてCa^<2+>とMg^<2+>の2つの金属イオンを必要とする。本年度は、本酵素のこれらの特異な性質を明らかにする目的で研究をすすめ、以下のような成果を得た。1.PQQの結合様式の解析:EDTA透析法によってアポ酵素を調製し、そこへのCa^<2+>もしくはMg^<2+>あるいはPQQの結合のキネティクスを、蛍光分光法によるタンパク質構造変化を追跡することで解析した。その結果、本酵素にはPQQおよびMg^<2+>に対して2つの結合部位が存在するが、Ca^<2+>は1つの結合部位しかなく、高親和性部位のPQQ結合は両イオンの存在で強められることも示された。2.GLDH触媒部位の解析:本酵素は、非常に広い基質特異性を有する特徴をもつだけでなく、酸性とアルカリ両領域で酵素活性を示すことから、それらの触媒機能の解析を行った。Ca^<2+>でホロ化した酵素は酸性域の活性しか示さないのに対し、Mg^<2+>ホロ化酵素は両pH領域で活性を示した。また、基質特異性では両pH領域で種々の基質に対するキネティクスに、グルコン酸を除いて、顕著な違いが見られなかった。

グルコン酸につてはアルカリでの活性が非常に低いことが示されたが、これはグルコン酸の強力なキレート作用によるものであることが明らかとなった。3.GLDHのX線構造解析:精製酵素の界面活性剤をドデシルマルトシドおよびLDAOに置き換えて結晶化をすすめているが、現在のところ有効な結晶は得られていない。Gluconobacter属酢酸菌のキノプロテイン・グリセロール脱水素酵素(GLDH)は、広範な糖アルコールの酸化に加えてグルコン酸を5-ケトグルコン酸(5KGA)に酸化する能力がある。本研究では、GLDHの特異な基質認識部位と金属イオンと関連したPQQ結合部位及びその結合様式を解明するとともに、産業上重要な5KGAの高生産株の遺伝子工学的作成をめざしている。(1)PQQおよびメタル結合様式の解析:本酵素は2量体で機能しており、両者の触媒部位にPQQとCa^<2+>もしくはMg^2が結合していること、Mg^2は触媒部位以外に本酵素の2量体の結合にも関与していることが推定された。(2)GLDH触媒部位の解析:本酵素は、酸性とアルカリ両pH領域で酵素活性を示すが、他の基質と違いグルコン酸に対する活性は両pHで大きな違いが見られる。この原因が、グルコン酸の両pHでの酸-ラクトン構造の違いによることが明らかになった。また、アルカリ側の活性を持たないGLDHをもつ酢酸菌株も見つかり,今後それらの比較検討の必要性が生じている。(3)5KGAの高生産株の作成:2株の酢酸菌で2-ケトグルコン酸(2KGA)生成酵素の遺伝子破壊株の作成に成功した。1株は5KGAの単独生産株となったが、もう1株は別の2KGA生成酵素が存在するため、単独生産株とはならなかった。得られた5KGA単独生産株についてはさらなる高生産能を得るための検討をすすめている。(4)GLDHのX線構造:解析およびGLDH触媒部位の改変:本酵素のX線構造解析については、種々の方法,界面活性剤を用いて検討を進めているが、未だに有効な結晶が得られておらず、引き続き結晶化を試みている。また、触媒部位の改変に関しては、やっと大腸菌発現系が確立され、エラープローンPCRによる変異体遺伝子の取得が始まったところである。
肝ミトコンドリア機能よりみたグルカゴン投与による新たな肝予備力評価法の開発

黄疸肝に於ける肝予備力低下に関する病態については未だ明らかでない。本研究では,グルカゴンが一時的に肝でのエネルギ-消費を増大させる点に注目し、正常肝と黄疸肝に於けるグルカゴン負荷後の動脈血中ケトン体比の変動から、黄疸肝の病態を検討した。白色家兎を正常群と総胆管結紮後48時間の黄疸群とに群別し、グルカゴン20ug/kgをワンショット静注した。正常群では、肝エネルギ-チャ-ジは、グルカゴン投与30分後に低下し、以後漸増。肝ミトコンドリア酸化的リン酸化能は、30分後に上昇し、以後漸減。肝ミトコンドリア酸化還元状態を反映する動脈血中ケトン体比は、30分後に最も低下し60分後には前値のレベルに回復した。血中ケトン体比の変動の振幅は大きく、エネルギ-チャ-ジの変動をより早く反映した。黄疸群ではエネルギ-チャ-ジは、グルカゴン投与30分後に有意に低下したが、90分後の時点でも回復しなかった。酸化的リン酸化能は、グルカゴン投与によっても、変動を示さなかった。血中ケトン体比は、45分後に最も低下したが、その振幅は小さく、回復は遅延し、90分後に前値のレベルに戻った。以上より、正常肝のミトコンドリアは、エネルギ-チャ-ジの低下に対して鋭敏に反応し、酸化還元状態に大きな振幅をもたせるにより肝ミトコンドリアでの代償的なエネルギ-産生を亢進させているのに対し、黄疸肝のミトコンドリアは、エネルギ-チャ-ジの低下に反応する酸化還元状態の振幅が小さいため、代償的なエネルギ-産生亢進が、有効に行われないと考えられる。即ち、肝ミトコンドリア酸化還元状態の固着が黄疸肝に於ける肝予備力低下の一因であることが明らかとなった。
新規脂肪酸結合蛋白を標的分子としたメタボリックシンドローム治療の基礎的基盤の確立

申請者が新たに見出した新規脂肪酸結合タンパク質ALBPによる脂肪細胞肥大化の制御機構を明らかとし、ALBPによる脂肪酸代謝制御機構を治療標的とした小分子化合物などの創薬や医療への応用における基盤確立にある。脂肪組織の肥大化に伴いその発現が著しく亢進すること、及びALBPノックアウトマウスが肥満に抵抗することを考慮すると、ALBPは脂肪蓄積に必須の分子であることが明らかとなった。ALBPによる脂肪細胞肥大化の制御機構が細胞骨格制御によるものであることが明らかになった。本研究の最終的な目標は、申請者が新たに見出した新規脂肪酸結合タンパク質ALBPによる脂肪細胞肥大化の制御機構を明らかとし、ALBPによる脂肪酸代謝制御機構を治療標的とした小分子化合物などの創薬や医療への応用における基盤確立にある。このため本年度は、ALBPノックアウトマウスの解析や脂肪酸との結合様式の解析を通じて、脂肪組織におけるALBPによる脂肪酸代謝制御機構を明らかとし、阻害薬開発の可能性を探索するためのALBPの機能解析を実施した。(1)高脂肪食給餌ALBPノックアウトマウスの解析ALBPノックアウトマウスでは、高脂肪食給餌に伴う脂肪細胞の肥大化が抑制され、肥満発症が予防された。さらに良好な糖代謝と高脂肪食によるインスリン抵抗性の発症抑制が示された。これはエネリギー消費の亢進によるもので、骨格筋におけるPPARαの発現亢進によるものであることを明らかとした。(2)ALBPの脂肪細胞特異的トランスジェニックマウスを作製脂肪細胞特異的にALBPを発現するトランスジェニックマウスを作製するため、脂肪酸結合タンパク質FABP4/aP2のプロモータ5.4kbを用いてALBP発現プラスミドを構築し、目的蛋白を発現できることを確認した。(3)細胞内の脂肪酸代謝におけるALBPの役割の解明スキャチャード解析にてALBPの脂肪酸結合能を検討した結果、脂肪酸に結合できることを見出した。またALBPは脂肪酸存在下で多量体を形成することを明らかとした。上記の脂肪組織の肥大化に伴いその発現が著しく亢進すること、及びALBPノックアウトマウスが肥満に抵抗することを考慮すると、ALBPは脂肪蓄積に必須の分子であることが明らかとなった。このため本年度は、ALBPの脂肪細胞特異的トランスジェニックマウスの作製と代謝関連標的分子の同定、ALBPの脂肪酸結合部位の同定、脂肪酸結合阻害ペプチドの作製と肥満モデルマウスでのALBP阻害効果の確認を通じて、脂肪組織におけるALBPによる脂肪酸代謝制御機構を明らかとし、阻害薬開発の可能性を探索するためのALBPの機能解析を実施した。(1)ALBPの脂肪細胞特異的トランスジェニックマウスの作製と代謝関連標的分子の同定個体でのALBP作用を検討するため、脂肪酸結合タンパク質であるFABP4/aP2のプロモータ5.4kbを用いて、トランスジーンベクターを構築した。さらに現在、脂肪細胞特異的にALBPを発現するトランスジェニックマウスの作製を試みている。(2)ALBPの脂肪酸結合部位の同定ALBPの脂肪酸との結合部位と結合に必要な疎水性残基を明らかとし、34個の必須アミノ酸配列を明らかとした。(3)脂肪酸結合阻害ペプチドの作製と肥満モデルマウスでのALBP阻害効果の確認ALBPの脂肪酸結合部位を同定した。現在結合部位のペプチドを合成し、マウス脂肪組織の導入を試みている。このため本年度は、脂肪酸結合阻害ペプチドの作製と肥満モデルマウスでのALBP阻害効果の確認、及びALBPと結合するタンパク質の同定によってALBPによる脂肪酸代謝制御機構を明らかとし、阻害薬開発の可能性を探索するためのALBPの機能解析を実施した。(1)脂肪酸結合阻害ペプチドの作製と肥満モデルマウスでのALBP阻害効果の確認脂肪酸結合阻害ペプチド(34個のアミノ酸配列)を作製し、培養細胞においてその効果を確認した。現在マウメへの投与を試みている。ALBPが結合するタンパク質としてTubulinを同定し、脂肪細胞内でTubulin重合におけるALBPのバンドリング作用を見出し、糖・脂肪酸輸送におけるALBPの機能とTubulih重合の重要性を明らかとした。以上から、本研究によりALBPによる脂肪細胞肥大化の制御機構が細胞骨格制御によるものであることが明らかになった。今後、Tubulin重合における脂肪酸の役割を解明する必要があり、ALBP-Tubulin複合体の脂肪細胞肥大化機構の解明を必要とする。
剛直高分子の結晶化過程における高次構造の発現

最終年度にあたり,全体のまとめを行うとともに,以下の結果が得られた。1.PBZT,PBZOおよびそれらの共重合体から繊維および単結晶を作製し高分解能電子顕微鏡による結晶格子像から結晶欠陥を直接とらえるとともに,熱処理による微結晶配向ゆらぎの発生およびその原因を格子欠陥と剛直性の関係から明らかにした。又共重合体を等温結晶化させて組成と形態の変化を明らかにした。2.剛直成分からなる三次元架橋体を合成し,その熱的,力学的特性を測定した。この架橋体は500°Cまで熱的に安定であり,力学的には通常のゴムにみられるエントロピー的弾性的挙動は示さなかった。又,架橋体内で屈曲性高分子を重合し,剛直-屈曲高分子複合体を作製し,その中でのポリアミド分子の凝集状態の検討を行った。剛直架橋体にグラフト共重合したポリアミド分子鎖は結晶化が非常に困難で分子分散状態にあることを示した。剛直性高分子の構造形成過程を検討するために,ポリパラフェニレンベンゾビスチアゾ-ル(PBZT),ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾ-ル(PBZO)およびそれらの共重合体をとりあげ,以下に記すような成果が得られた.(1)剛直高分子濃硫酸,メタンスルホン酸の希薄溶液の系に関する白濁温度,溶解温度と濃度の関係を明らかにした.(2)希薄溶液からの結晶化に関しては,沈積する剛直高分子単結晶の形態と溶媒濃度,結晶化温度の関係を明らかにした.また剛直性高分子の結晶化機構が明らかにされた.(3)高分解能電子顕微鏡による,結晶格子像の分子鎖のアクシャルシフト(axial shift)の観察,また微結晶内での結晶点欠陥の直接観察にもとずき,熱処理に起因した1つの微結晶内での分子鎖のミスオリエンテ-ションの発生など剛直高分子特有の現象が見いだされた。(4)電子顕微鏡観察で期待される高分子像のシミュレ-ションは岡山大学の大型コンピュ-タ-を用いて行われており,2,3の分子凝集状態から期待されるシミュレ-ション像の計算が行われた。(5)剛直高分子メタンスルホン酸系の液晶からの紡糸装置を試作し,いくつかの適当な紡糸条件が明らかにされた.(6)剛直な骨格構造からなる共重合体の結晶化,結晶構造を検討するために,組成比の異なる種々の共重合体を合成し,重合度などのキャラクタリゼ-ションの一部を行った.本年度は以下の3種類の繰り返し単位からなる剛直高分子の結晶形態,高次構造を明らかにするとともにこれらの共重合体,3次元架橋体を合成し,結晶性,結晶欠陥,力学物性などを検討した。(1)濃硫酸を結晶化溶媒として希薄溶液からいわゆる高分子単結晶を作製した。電顕観察により各々の単結晶形態の結晶化温度,溶媒濃度依存性さらに結晶成長機構を明らかにした。分子量(分子の長さ)により単結晶の形態に変化が見られるが,2030量体で得られる単結晶は分子鎖が板状晶面に垂直に配向しており,電子線回析,結晶格子像の観察より結晶a軸とb軸に角度rが直接決定された。これは剛直高分子ではaxial shiftのため今まで不確実のまま残されていた情報である。(2)P(BPBZT)を等温結晶化すると,結晶晶辟があらわれた結晶形態を示す。しかし,X線回析,電子線回析によれば非晶に近い性質を示した。このことは剛直高分子結晶学における「結晶性晶辟」の関係を再検討する必要を示唆している。(3)通常の屈曲性高分子の共重合体では,一方の共重合成分が10%を越えると結晶性を失う。ところが剛直性共重合体,例えばP(PBZT-co-PBZO)では全組成比にたいして結晶性を示す。特に分子鎖間距離の規則性はホモポリマーの場合と大差なかった。分子鎖構成部分のまたコポリマーの結晶化においては,最初に起った結晶核生成がその後成長する結晶形態を大きく支配する。(4)P(PBZT),P(PBZO)の合成において,テレフタル酸の代りにトリメチン酸を少量加え,剛直高分子の3次元架橋体を合成し,その力学分散,応力歪曲線の測定を行った。

1.PBZT,PBZOおよびそれらの共重合体から繊維および単結晶を作製し高分解能電子顕微鏡による結晶格子像から結晶欠陥を直接とらえるとともに,熱処理による微結晶配向ゆらぎの発生およびその原因を格子欠陥と剛直性の関係から明らかにした。又共重合体を等温結晶化させて組成と形態の変化を明らかにした。2.剛直成分からなる三次元架橋体を合成し,その熱的,力学的特性を測定した。この架橋体は500°Cまで熱的に安定であり,力学的には通常のゴムにみられるエントロピー的弾性的挙動は示さなかった。又,架橋体内で屈曲性高分子を重合し,剛直-屈曲高分子複合体を作製し,その中でのポリアミド分子の凝集状態の検討を行った。剛直架橋体にグラフト共重合したポリアミド分子鎖は結晶化が非常に困難で分子分散状態にあることを示した。
Wntシグナルに関与するNLK結合因子NARFによる疾患発症機構の解明

Wntシグナル伝達経路は腫瘍形成をはじめ多くの疾患発症に関与する事から、新たな治療法開発という視点からも詳細なシグナル調節機構について多角的な解析が進められている分野である。我々は、MAPK様キナーゼであるNLKがWntシグナルを抑制的に制御することを既に明らかにしている。申請者は、これまでの研究によりNLK結合分子として単離されたNARFがRING Finger型ユビキチンリガーゼ活性を持ちWntシグナル伝達経路に関与することを明らかにしてきた。本研究ではNLKの作用およびWntシグナル制御機構におけるNARFの役割とその詳細な分子メカニズムを解明することを目的とし、NARF標的分子の同定や活性制御機構の解析などを行っている。本年度の研究は、まずNARFが既知のWntシグナル関連分子をユビキチン化する可能性について検討する為に、In vitro転写・翻訳反応を行なって^<35>SラベルしたWntシグナル関連分子を基質としてin vitro ubiquitination assayを行なった。その結果、NARFが転写因子であるTCF/LEFをユビキチン化することが分かった。NARF依存的なTCF/LEFのユビキチン化は、哺乳類培養細胞でNARF、TCF/LEF、ubiquitinを強制発現させた系においても確認された。また、TCF/LEFのユビキチン化がプロテアソーム系によるタンパク分解を誘導するかpulse chase法により検討したところ、NARFがTCF/LEFタンパク質の分解を促進することが分かりた。以上の結果から、NARFがTCF/LEFをユビキチン化し、分解を誘導して細胞内TCF/LEFのタンパク質量を制御している可能性が示唆された。
先端技術の融合で解き明かす地下生態系のブラックボックス

本研究課題ではまず、「菌根チャンネル」と「腐食チャンネル」のそれぞれについて、種レベルの解像度で相互作用網の構造を解明する。その上で、この2つの主要な炭素循環チャンネルが食物/腐食連鎖のどの段階で合流し、やがて地上の食物網へとつながるのか、解明に向けた基礎となる情報やサンプルを収集する。東樹が得意とするDNAメタバーコーディングでは、複雑な種間相互作用網の全体像を種レベルで推定することができる。その上で、木庭が検出感度を高めた安定同位体分析を適用すれば、メタバーコーディングで関係性が推定された生物種間で、捕食・寄生・相利共生を介した物質のやりとりが実際にあるのか、検証できると期待される。技術的土台の構築と並行して、サンプルの収集やDNAバーコーディング技術の土台づくりを進める。まず、各地の森林において、土壌節足動物、地表徘徊性節足動物の採集を行う。その上で、トビムシ類やクモ類など、土壌節足動物のDNAバーコーディング・データベースを構築しつつ、食物網構造の推定を行う。トビムシ類については中森が、クモ類については馬場がサンプリングと種同定を行い、東樹がDNAシーケンシングによるリファレンスデータベース構築を担当する。東樹と馬場の先行研究(Toju & Basa 2018 Zoological Letters)では、ブロッキングプライマーによる捕食者DNAの増幅抑制がうまく機能していなかった。そこで、DNAよりも結合能が高いペプチド核酸(PNA)でブロッキングプライマーを作成し、被食者DNAの効率的検出が行えるのかどうか検証する。当該年度、クモ類のDNA増幅を抑えつつ、餌種のデータを効率的に取得できるPCRプライマーの開発に成功した。先行研究(Toju & Basa 2018 Zoological Letters)で使用していたようなブロッキングプライマーが不要となり、より簡便な分析が可能になる。この新しいプライマーを用いた場合、捕食者であるクモ自体のDNA増幅がかなり抑えられるため、分析コストを低下させることもできる。上記の手法的な進展に加え、時系列の捕食者群集サンプリングを実施した。毎月中旬に、地表徘徊性および造網性のクモ類を300個体ほどサンプリングし、個別のチューブに保管した。その捕食者1個体1個体からのDNA抽出を進めており、時系列に沿った大量の捕食-被食関係データを取得できる目処が立った。4-5月のサンプルに関して次世代シーケンシングを実施したところ、多様な六脚類が餌種として検出された。安定同位体分析の精緻化も進んできており、DNAメタバーコーディングと安定同位体分析の融合による重厚な食物網研究の土台ができつつある。また、クモ類やトビムシ類などについて、リファレンスデータベースの作成にむけたサンプル収集・同定・DNA分析も随時進めており、情報インフラの構築も軌道に乗ってきている。DNAメタバーコーディング分析および安定同位体分析について、精緻化・効率化をさらに進め、大規模かつ高精細な食物網分析のプラットフォームを構築することを目指す。DNAメタバーコーディングに関しては、現時点で非特異的増幅産物がPCRで生じてしまう問題があるため、サイズセレクションをプロトコルに盛り込む予定である。これにより、効率的にターゲットとなる餌種のデータが取得できるようになることが見込まれる。DNA実験のプロトコルが確立した段階で、昨年採集された月別のサンプルを随時PCR・シーケンシングし、餌種のレパートリーを各クモ種で明らかにする。特に餌内容物の季節変化に着目し、地下部と地上部の餌を季節によってどう使い分けているのか、解明することを目指す。安定同位体分析については、トビムシ1個体でも同位体比を分析できる技術に向けた高精度化を進める。DNAメタバーコーディング情報で得られた捕食-被食関係の情報を安定同位体分析で裏付けることにより、説得力のある食物網構造の推定に結びつける。個々のトビムシが、菌根菌と腐朽菌のどちらを偏って食べているのか、DNAメタバーコーディングおよび安定同位体の双方で推定が得られれば、地下生態系と地上生態系の間での物質循環に新たな視点を導入できると期待される。クモ類やトビムシ類などのリファレンスデータベースの構築も、並行してすすめていく。前者については馬場が、後者については中森が引き続き担当しつつ、種同定が済んだサンプルを東樹がDNAシーケンスし、データベースの構築を進める。

東樹と馬場の先行研究(Toju & Basa 2018 Zoological Letters)では、ブロッキングプライマーによる捕食者DNAの増幅抑制がうまく機能していなかった。そこで、DNAよりも結合能が高いペプチド核酸(PNA)でブロッキングプライマーを作成し、被食者DNAの効率的検出が行えるのかどうか検証する。当該年度、クモ類のDNA増幅を抑えつつ、餌種のデータを効率的に取得できるPCRプライマーの開発に成功した。先行研究(Toju & Basa 2018 Zoological Letters)で使用していたようなブロッキングプライマーが不要となり、より簡便な分析が可能になる。この新しいプライマーを用いた場合、捕食者であるクモ自体のDNA増幅がかなり抑えられるため、分析コストを低下させることもできる。上記の手法的な進展に加え、時系列の捕食者群集サンプリングを実施した。毎月中旬に、地表徘徊性および造網性のクモ類を300個体ほどサンプリングし、個別のチューブに保管した。その捕食者1個体1個体からのDNA抽出を進めており、時系列に沿った大量の捕食-被食関係データを取得できる目処が立った。4-5月のサンプルに関して次世代シーケンシングを実施したところ、多様な六脚類が餌種として検出された。安定同位体分析の精緻化も進んできており、DNAメタバーコーディングと安定同位体分析の融合による重厚な食物網研究の土台ができつつある。また、クモ類やトビムシ類などについて、リファレンスデータベースの作成にむけたサンプル収集・同定・DNA分析も随時進めており、情報インフラの構築も軌道に乗ってきている。DNAメタバーコーディング分析および安定同位体分析について、精緻化・効率化をさらに進め、大規模かつ高精細な食物網分析のプラットフォームを構築することを目指す。DNAメタバーコーディングに関しては、現時点で非特異的増幅産物がPCRで生じてしまう問題があるため、サイズセレクションをプロトコルに盛り込む予定である。これにより、効率的にターゲットとなる餌種のデータが取得できるようになることが見込まれる。DNA実験のプロトコルが確立した段階で、昨年採集された月別のサンプルを随時PCR・シーケンシングし、餌種のレパートリーを各クモ種で明らかにする。特に餌内容物の季節変化に着目し、地下部と地上部の餌を季節によってどう使い分けているのか、解明することを目指す。安定同位体分析については、トビムシ1個体でも同位体比を分析できる技術に向けた高精度化を進める。DNAメタバーコーディング情報で得られた捕食-被食関係の情報を安定同位体分析で裏付けることにより、説得力のある食物網構造の推定に結びつける。個々のトビムシが、菌根菌と腐朽菌のどちらを偏って食べているのか、DNAメタバーコーディングおよび安定同位体の双方で推定が得られれば、地下生態系と地上生態系の間での物質循環に新たな視点を導入できると期待される。クモ類やトビムシ類などのリファレンスデータベースの構築も、並行してすすめていく。
スキルス胃癌での粘液糖蛋白発現と腹膜播種-MUC1ムチンと糖転移酵素に着目して

癌細胞が発現する粘液糖蛋白の糖鎖構造の変化はその転移,浸潤能に影響を与えることが知られ、モノクローナル抗体MY.1E12で認識されるシアリル化MUC1ムチン(MY.1E12)の発現が癌の悪性挙動を反映するという報告がある。本年度はまず、スキルス胃癌におけるMY.1E12.の発現状態を検討したが、スキルス胃癌では他の進行癌に比べてむしろ、MY.1E12の発現が少ないことがわかった。その理由を解明することは重要であると思われるが、スキルス胃癌に限定せず、進行胃癌症例におけるMY.1E12の発現を免疫組織学的に解析し臨床病理学的因子と比較検討した。【方法】治癒切除術を施行した進行胃癌91例(Stage II 43,IIIa 26,IIIb 22)を対象とし、MY.1E12による免疫染色を施工してその細胞内局在を刷子縁型,細胞質型,間質型に分類した。連続切片でin situ hybridization (ISH)法を行いMUC1mRNAの分布を観察した。また、E-cadherin,β-cateninの発現を免疫染色で評価した。【結果】MY.1E.12陽性率は分化型胃癌が未分化型胃癌より高値であり、癌浸潤部では間質型の割合が増加した。刷子縁型を示す細胞ではMUC1mRNAは主に刷子縁近傍にシグナルな発現が多く、E-cadherinの発現は肝転移症例でも比較的保たれていた。5年生存率は刷子が観察されたが、細胞質型,間質型では細胞質全体に見られた。湿潤部におけるβ-cateninはMY.1E12同様,aberrant縁型(89%),陰性(77%),細胞質型(65%),間質型(41%)であった。分化型胃癌ではaberrantな発現である細胞質型+間質型が有意に予後不良であり(p=.004)、肝移転再発を多く認めた(p=.008)。未分化型には差がなかった。MY.1E12のaberrantな発現は分化型進行胃癌においてその生物学的悪性度を反映する指標として有用であった。【考察】分化型胃癌はその増殖過程において、糖転移酵素の転写レベルが管腔側の表面から細胞質へ移行し、MUC1の局在もその極性を失い、細胞質や間質へ偏位する。このことにより、癌細胞間の接着性が低下し、細胞障害性Tリンパ球から逃れ、さらに血管内細胞への接着性を獲得して、転移を形成すると推測される。MUC1の局在性を維持することが癌細胞の悪性挙動を制御すると考えられ、これを実証することが次の課題である。以上の要旨は第89回日本消化器病学会総会ワークショップ、第103回日本外科学会定期学術集会サージカルフォーラム、第5回国際胃癌学会議において発表する。

このことにより、癌細胞間の接着性が低下し、細胞障害性Tリンパ球から逃れ、さらに血管内細胞への接着性を獲得して、転移を形成すると推測される。MUC1の局在性を維持することが癌細胞の悪性挙動を制御すると考えられ、これを実証することが次の課題である。以上の要旨は第89回日本消化器病学会総会ワークショップ、第103回日本外科学会定期学術集会サージカルフォーラム、第5回国際胃癌学会議において発表する。
メッシュ状細胞膜骨格の金属錯体による機能化

本研究では、動的な基盤分子である赤血球のメッシュ状細胞膜骨格への部位特異的な金属錯体集積化法の確立を目指した。メッシュ状細胞膜骨格のリシン残基と選択的に反応するNHS基を導入した配位子の大量合成方法の確立、ゴースト赤血球(gRBC)と配位子NHS基との反応条件の最適化、配位子修飾gRBCと金属イオンとの反応によるメッシュ状細胞膜骨格での錯体形成を達成し、gRBCのメッシュ状細胞膜骨格が金属錯体形成の土台として機能することを明らかとした。今後は、金属錯体修飾後のメッシュ状細胞膜骨の詳細な構造解析と、膜変形に伴う金属錯体の物性変化の評価を進めていく。メッシュ状細胞膜骨格は、細胞膜直下に張り巡らされた二次元網目構造であり、網目の一辺を形成するバネ蛋白質は膜変形に伴い可逆的に伸縮し、かつ金属配位能や化学修飾可能なアミノ酸残基が規則正しく配置した特異な構造体である。本研究では、動的な基盤分子であるメッシュ状細胞膜骨格への部位特異的な金属錯体集積化の基盤技術を確立し、外部刺激によるバネ蛋白質の伸縮と連動した金属錯体の機能制御を目指している。本年度は、バネ蛋白質のリシン残基への金属錯体の固定化に向けて、(1)修飾する金属錯体の配位子合成と固定化法の検討、(2)赤血球のメッシュ状細胞膜骨格への修飾条件のスクリーニングを行った。具体的には、トリアゾール錯体、またはカテコール錯体をバネ蛋白質へ修飾するため、リシン残基のアミノ基と選択的に反応するNHS基を導入したトリアゾールーNHS基とカテコールーNHS基の合成経路の確立、クリック反応による金属錯体の固定化、および赤血球からヘモグロビンなどの水溶性内容物を取り除いたメッシュ状赤血球膜骨格への蛍光分子の修飾に成功した。本年度は、バネ蛋白質への金属錯体の固定化に向けて、(1)配位子の合成経路の確立と固定化法の検討、(2)市販の蛍光分子-NHS基を用いたメッシュ状赤血球膜骨格の修飾条件の検討を進めた。8月に研究室が移転したため、装置や実験室の解体と立ち上げにより3ヶ月近く実験停止を余儀なくされ、各種装置の移設・立ち上げなどでサンプル保存に問題が生じるために、赤血球を用いる(2)の実験は実験室の立ち上げ後に先送りして、(1)の配位子合成を優先し、さらに赤血球の代わりにリポソームを用いてクリック反応による金属錯体の固定化の検討を前倒しで進めた。以上の理由で、(2)に関しては進捗に若干の遅れが出たものの、研究課題全体としては、おおむね順調に進展している。実験項目(1)のトリアゾールーNHS基の合成に関しては、当初計画していた合成経路では十分な収率が得られなかったことから、合成経路の再検討による収率改善と、新たな配位子(カテコールーNHS基)の設計と合成も行った。さらに、クリック反応を利用したリポソームへの金属錯体の固定化では、アジド基を導入したRu(bpy)3錯体の合成とアルキニル基を導入したリン脂質の合成を行った。合成した化合物を用いることでリポソーム膜表面へのRu錯体の固定化に成功し、赤血球の修飾においてリシン基の修飾に加えてクリック反応も利用できると考えらえる。実験項目(2)に関しては、予定より配位子合成に時間を要したため、メッシュ状赤血球膜骨格の修飾条件のスクリーニングは、合成した配位子ではなく、市販の蛍光分子-NHS基を用いて実施した。メッシュ状赤血球膜骨格の調整条件の最適化、および化学修飾の際の温度、濃度、反応時間などの条件を絞り込み、共焦点レーザー顕微鏡観察により膜骨格への蛍光分子の修飾を確認した。本研究では、動的な基盤分子である赤血球のメッシュ状細胞膜骨格への部位特異的な金属錯体集積化の基盤技術を確立し、細胞膜骨格の伸縮と連動した金属錯体の機能制御を目指した。メッシュ状細胞膜骨格は、赤血球の細胞膜直下に張り巡らされた二次元網目構造であり、網目の一辺を形成するバネ蛋白質は膜変形に伴い可逆的に伸縮し、かつ金属配位能や化学修飾可能なアミノ酸残基が規則正しく配置した特異な構造体である。そこで、バネ蛋白質に10 20オングストローム程度の間隔で配置しているリシン残基へ配位子を修飾し、錯形成させることで、金属錯体が配列した分子ワイヤーの構築に取り組んだ。まずは、カテコール錯体、またはトリアゾール錯体をバネ蛋白質へ修飾するため、リシン残基のアミノ基と選択的に反応するNHS基を導入したトリアゾールーNHS基とカテコールーNHS基の合成を行った。配位子のフレキシビリティは錯形成に影響すると考えられるため、配位子とNHS基の間のリンカー長さが異なるNHS基を複数合成した。バネ蛋白質への配位子修飾においては、赤血球からヘモグロビンなどの水溶性内容物を取り除いたゴースト赤血球を用いて、配位子ーNHS基の添加量、pH、温度や反応時間のスクリーニングを行い、最適な修飾条件を決定した。さらに、バネ蛋白質にカテコール配位子を修飾したゴースト赤血球へFe(III)イオンを添加すると薄紫色に変化し、UV-visスペクトル測定から、カテコール鉄錯体の形成を示唆するピークが確認された。以上の結果より、細胞膜骨格が金属錯体を固定化するための基盤分子として利用可能であることを明らかとした。

本研究では、動的な基盤分子である赤血球のメッシュ状細胞膜骨格への部位特異的な金属錯体集積化法の確立を目指した。メッシュ状細胞膜骨格のリシン残基と選択的に反応するNHS基を導入した配位子の大量合成方法の確立、ゴースト赤血球(gRBC)と配位子NHS基との反応条件の最適化、配位子修飾gRBCと金属イオンとの反応によるメッシュ状細胞膜骨格での錯体形成を達成し、gRBCのメッシュ状細胞膜骨格が金属錯体形成の土台として機能することを明らかとした。今後は、金属錯体修飾後のメッシュ状細胞膜骨の詳細な構造解析と、膜変形に伴う金属錯体の物性変化の評価を進めていく。本年度の結果をもとに、(1)配位子の大量合成、(2)メッシュ状赤血球膜骨格への配位子修飾と錯形成、および、(3)錯体を固定化した赤血球膜骨格の同定と機能評価を実施する。膜骨格上での金属錯体の形成は、吸収スペクトル、共焦点レーザー顕微鏡観察、およびTEM、SEMにより確認する。加えて、SDS-ポリアクリルアミドゲル電気泳動装置を用いて、修飾された膜骨格蛋白質を抽出し、消化酵素処理したペプチドの質量分析により修飾部位の決定も試みる。機能評価では、浸透圧の差や、ミクロフローセルホルダを利用した溶液への加圧などで膜骨格の構造変化を誘起し、まずは変化前後の吸収スペクトル測定により、膜骨格の伸縮と金属錯体の構造変化の関係を明らかとする。無機化学研究室移転のために、赤血球を用いた実験を先送りしたため、金属錯体を修飾した赤血球の同定と機能評価で利用する備品等の購入費を次年度に繰り越した。研究の進捗に関しては、別の実験を前倒しして進めたために大きな遅延はなく、次年度の速やかに研究展開できる状況にある。次年度の研究では、配位子の合成に加え、赤血球への金属錯体の修飾と同定、機能評価に重点を置く。そのため研究経費は、配位子や錯体の合成に必要な試薬類と消耗品、赤血球の購入、修飾後の赤血球の同定に使用する設備備品、TEMやSEM等の共通機器の利用料に充てる。特に、金属錯体を修飾した赤血球の機能評価においては、加圧下での吸収スペクトル測定が必要不可欠なため、翌年度分として請求した助成金は、30 MPaまで加圧可能なミクロフローセルホルダーの購入に充てる予定である。
超平面配置や二次曲線配置の実構造を使った研究（国際共同研究強化）

本研究では、超平面配置の「多面体的構造」および「コアメーバ」に注目することで、組み合わせ論的、位相的な様々な問題にアプローチすることを目指している。昨年に引き続き、研究内容は、(1)ルート系のLinial配置の特性多項式に関するPostnikov-Stanleyの予想周辺、(2)コアメーバと超平面配置補集合の位相構造に関する研究、(3)直線配置のミルナーファイバーへのモノドロミー作用の研究、を引き続き進めた。(1)については、コンピュータを使った計算を援用することで、膨大な数の場合分けを実行することで「予想」が正しいことが検証できた。この研究では、特性準多項式という概念が非常に重要になるのだが、特性準多項式や様々なTutte多項式の一般化を統合するG-Tutte多項式という概念を(Ye Liu, Tan Nhat Tranと共同で)導入し、その基本性質について調べた。特に、特性準多項式の「成分」と呼ばれる多項式が、トーラス配置の交差半順序集合の部分ポセットの特性多項式になることを証明した。(2)については、植田一石氏との議論により、超平面配置補集合のミラー対称性を調べる際に、コアメーバが重要な役割を果たすことが示唆されたが、実際の記述は予想以上に複雑になり得ることがいくつかの例で検証された。(3)については、ミルナーファイバーのコホモロジーのモノドロミー作用の表示は、有限体上の青本複体という組み合わせ論的対象により記述できるだろうと予想(Papadima, Suciu)されていたが、その予想が成立しない例(3次元空間内の16枚の平面配置)が見つかった。さらにこの例は、ミルナーファイバーの1次のホモロジー群がねじれを持つことも分かった。これは20年近く探し求められていた性質を持つ初の例である。上の諸結果を、論文としてまとめ専門誌へ投稿し、内外で口頭発表した。内定年度:2015本研究では、超平面配置に関連した様々な離散構造の研究を通して、数え上げ組合せ論やトポロジーに関連する問題を扱うことを目的としている。2016年度は、前年度から継続して行っている、Ehrhart理論(格子点の数え上げ理論)を使った、ルート系のm次のLinial配置の特性多項式の零点分布に関するPostnikov-Stanleyの予想に関する進展があった。この問題は2000年頃提起され、直後に古典型ルート系に対しては分類を使うことで解決されたが例外型は手つかずであった。昨年度までに、分類によらない特性準多項式の一般的な表示が得られており、それを発展させた結果、例外型でもパラメータmが十分大きい時には予想が成立することを証明することができた。8月末からドイツのブレーメンに長期滞在しているが、10月までに論文原稿が一通り完成し、現在専門誌へ投稿中である。以上の結果について、1月にハノーファー大学のセミナーで講演した際に、Michael Cuntz教授から計算機を援用することで、残りのケースを証明するアイデアの提示を受け、その方向での研究を共同で開始した。もう一つ、コアメーバを使った超平面配置の研究をテーマとしている。本テーマでは、問題の整理・検討の結果、『超平面配置のコアメーバを有向マトロイドの構造を使って記述せよ』という問題に集約されることが分かった。ここ数年、マトロイドや有向マトロイドを「超体上のマトロイド」という形で統一するというアイデアが注目を浴びているが、上記問題は超体を使った定式化とも相性が良いことが分かった。P. Bailet氏とも、超平面配置のミルナーファイバーのモノドロミーの研究を継続している。昨年度までに得られていた、Ehrhart理論とEuler多項式を使ったルート系のLinial配置の特性準多項式の表示を発展させることで、十数年来の未解決問題を進展をもたらすことができた。Postnikov-Stanleyの予想の残された部分は有限個のケースのチェックとなったので(いくつチェックすればよいか、という点はまだ評価できていないが)何らかの方法で完全に解決させることも十分期待できる状況まで進展したと言える。現時点までの結果は既に論文として投稿中である。もう一つのコアメーバに関する研究では、国際的な研究の流れの中で、本問題意識の意義を確認できたことが収穫であった。本質的な問題と目指す方向性が明らかになった。以上より、研究の活動としては順調に進展していると考えている。前年度の後半から引き続き、2017年度の前半までBremen大学(ドイツ)に滞在し、研究を継続した。研究内容は、(1)ルート系のLinial配置の特性多項式に関するPostnikov-Stanleyの予想周辺、(2)コアメーバと超平面配置補集合の位相構造に関する研究、(3)直線配置のミルナーファイバーへのモノドロミー作用の研究、を引き続き進めた。その中では、(3)はAlexandru Dimca氏(Nice大学)にも研究に加わってもらい、Cohen-Dimca-Orlikによる、ねじれホモロジーの消滅定理を一般化する成果を得て、論文としてまとめ発表した(2017年12月にアクセプト済み)。(1)については、昨年度末の段階で、二つの方策を考えていたが、そのうち一つをM. Cuntz氏(Hannover大学)と議論をして研究を進めた結果、E8型以外では、Postnikov-Stanleyの予想が解決できる見通しが立った。(2)については、Feichtner氏と議論をして研究を進めたが、いくつかの簡単な例以外では、コアメーバの構造が想像以上に複雑であることがわかってきた。コアメーバに限らずに、空間の滑層構造をより広い立場から扱う必要が出てきた。

上記の(2)に関係して、マトロイドの一般化やTutte多項式の一般化が最近研究されているが、それらを統一的に扱う「G-Tutte多項式」を導入し、その基本性質と応用を研究した(Ye Liu, Tan Nhat Tran (ともに北海道大学)との共同研究)。本計画で中心的な課題と位置付けていた、コアメーバの分析とその応用については、いくつかの例の記述を行った以外には残念ながら定性的な結果は得られていない。当初の予定では(a)コアメーバと超平面補集合のホモトピー同値性を示す、(b)コアメーバの構造を記述し、(c)それを超平面配置のトポロジーに応用する、という順序で進める予定であり、(a)については、すぐにできると想定していた。基本的なアイデアは現時点でも問題なさそうではあるが、コアメーバが局所コンパクトではないことが、多くの既存の理論の適用の障害となり、(a)の証明は現時点でも完成していない。また実験的に行っている(b)に関しても、想像以上に複雑になる例が見られ、応用を視野に入れてコアメーバの記述を行う上での困難が多く見えてきた。他方、コアメーバ以外の研究は想定していた以上に進んだと考えている。直線配置のねじれコホモロジーの消滅定理に関しては、Dimca氏と2013年ごろから目指していた方向での研究が一段落したといえる。G-Tutte多項式の導入により、特性準多項式と呼ばれる数え上げ関数とトーリック配置のポアンカレ多項式という位相不変量の新たな関係が明らかになった、さらに超平面配置とトーリック配置を補完する対象が見えつつある。本研究では、超平面配置の「多面体的構造」および「コアメーバ」に注目することで、組み合わせ論的、位相的な様々な問題にアプローチすることを目指している。昨年に引き続き、研究内容は、(1)ルート系のLinial配置の特性多項式に関するPostnikov-Stanleyの予想周辺、(2)コアメーバと超平面配置補集合の位相構造に関する研究、(3)直線配置のミルナーファイバーへのモノドロミー作用の研究、を引き続き進めた。(1)については、コンピュータを使った計算を援用することで、膨大な数の場合分けを実行することで「予想」が正しいことが検証できた。この研究では、特性準多項式という概念が非常に重要になるのだが、特性準多項式や様々なTutte多項式の一般化を統合するG-Tutte多項式という概念を(Ye Liu, Tan Nhat Tranと共同で)導入し、その基本性質について調べた。特に、特性準多項式の「成分」と呼ばれる多項式が、トーラス配置の交差半順序集合の部分ポセットの特性多項式になることを証明した。(2)については、植田一石氏との議論により、超平面配置補集合のミラー対称性を調べる際に、コアメーバが重要な役割を果たすことが示唆されたが、実際の記述は予想以上に複雑になり得ることがいくつかの例で検証された。(3)については、ミルナーファイバーのコホモロジーのモノドロミー作用の表示は、有限体上の青本複体という組み合わせ論的対象により記述できるだろうと予想(Papadima, Suciu)されていたが、その予想が成立しない例(3次元空間内の16枚の平面配置)が見つかった。
プラスミドRts1とファージP1の複製開始蛋白質の相補作用

プラスミドRts1のDNA複製開始蛋白質RepA(構成アミノ酸数288)の機能的ドメインを解明することを目的として、ファージP1の複製開始蛋白質(構成アミノ酸数286)との間でキメラ蛋白質を作成した。得られたRepAXはN末端側がRts1由来、C末端側はP1由来で、RepAX12(257:30),RepAX13(206:81),RepAX14(176:111),RepAX15(145:142),RepAX16(129:158),RepAX17(114:173)の6種類で、それらについて機能解析を行い次のことが明かになった。1)Rts1 oriから複製を開始させるためには、RepAのN末端側206アミノ酸の領域が必要であったのに対し、Rts1 ori DNAに対するin vitro結合にはN末端側129アミノ酸部分があれば十分であった。またオートリプレッサー活性には、in vivo,in vitro両実験系でともにN末端側257アミノ酸領域が必要であった。2)6種類のRepAXはどれもP1 oriには結合せず、また活性化能は示さなかったが、RepAX15はRts1のみならずP1の複製を強く阻害した点で極めて注目される。このことは、Rts1 RepA,P1 RepAともにC末端側は二量体形成あるいは宿主因子(DnaJ,DnaK蛋白など)との反応部位である可能性を強く示唆する。プラスミドRts1のDNA複製開始蛋白質RepA(構成アミノ酸数288)の機能的ドメインを解明することを目的として、ファージP1の複製開始蛋白質(構成アミノ酸数286)との間でキメラ蛋白質RepAXを作成し、機能解析を行った。今回得たRepAXはN末端側がRts1由来、C末端側はP1由来で、RepAX_<12>(257:30),RepAX_<13>(206:81),RepAX_<14>(176:111),RepAX_<15>(145:142),RepAX_<16>(129:158),RepAX_<17>(114:173)の6種類であった。B)親プラスミドに対する複製阻害能:RepA_<WT>,RepAX_<12>のほか、ori(Rts1)活性化能のないRepAX_<15>,RepAX_<16>,RepAX_<17>もミニRts1プラスミドの複製を阻害した。またミニP1プラスミドに対しては、RepAX_<15>のみが複製を阻害した。このことは、RepA蛋白質の負の複製調節機能を解明する上で重要な示唆を与えるものである。プラスミドRts1の複製開始蛋白質RepA(288アミノ酸残基)の機能的ドメインを解明することを目的として、ファージP1のRepA(286アミノ酸残基)との間でキメラ蛋白質を作成した。得られたRepAXはN末端側Rts1由来,C末端側P1由来で、X12(257:30),X13(206;81),X14(176:111),X15(145:142),X16(129:158),X17(114:173)の6種類について機能解析を行い、次のような結果を得た。1)in vivo複製系を使ったとき、RepAX12,RepAX13がori(Rts1)を活性化することができた。このことは、Rts1 RepAN末端側206アミノ酸領域に十分な複製開始能が局在することを意味する。一方、in vitro DNA結合実験では、RepAX16もori(Rts1)-DNAに結合できた。このことは、Rts1 RepAN末端側129アミノ酸領域に十分なori結合能があることを意味する。

2)RepAのオートリプレッサー機能については、βガラクトシダーゼの発現をモニターするin vivo実験,およびrepAプロモーター領域へのin vitro DNA結合実験の両者において、RepAX12のみが野性型RepAと同等のリプレッサー能を示した。このことは、オートリプレッサー機能には、Rts1 RepAのN末端側257アミノ酸領域を必要とすることを示唆する。
ギガビットネットワーク時代のマルチメディア利用教育と教材作成に関する研究

本研究では、以下の部分について研究を行った。1.音響工学マルチメディア教材に関する研究「音響工学」に関するマルチメディア教材のコンテンツとして、総枚数120枚程度のプレゼンテーションの整備を行った。さらに、学習者の理解に貢献するためのシミュレーションプログラム30本の整備を行った。具体的には音声可視化や3次元表示技法を取り入れたシミュレーションプログラムを作成した。それらを実際に授業で使用した結果について検討を加え報告している。2.ネットワークによる教材配布に関する研究日本音響学会2001年春季研究発表会で開催された「音響教育デモンストレーション」に、教材の一部を出展し、音響教育に携わる方々に対してCD-Romに収録した教材の配布を行った。大学や各種学校の教員の意見をいただいた結果、最新版を容易に入手することが望まれたため、2001年秋よりネットワークによる配布を開始した。それに伴い、当初はダウンロードして実行する方法をとっていたが、Webブラウザから直接実行する方法を検討し、開発言語を変更した。その結果、教材とのシームレスな統合とマルチプラットフォームへの対応を実現可能となった。本研究で使用した開発環境及び開発した教材は、近年の通信インフラの整備によって、実用化が大きく期待される分野である。3.遠隔教育に関する研究遠隔教育に欠かせないテレビ会議システムについて、ギガビットネットワークによる多人数一斉使用を考慮した結果、個々の帯域が制限されることから、低帯域ネットワークに適した画像圧縮手法の検討と試作を行った。平成12年度の研究は、以下の部分を行った。1.音響工学マルチメディア教材に関する研究平成11年度までに試作した「音響工学」に関するマルチメディア教材の断片的なコンテンツを、教科の体系に従って再構築し、不足しているコンテンツの付加を行った。サウンドスペクトログラムを可視化するプログラムの開発を主体とし、主に音を可視化する教材の補充を行った。同時に、高品位映像コンテンツの充足も行った。また、日本音響学会2001年春季研究発表会で開催された「音響教育デモンストレーション」に、教材の一部を出展し、音響教育に携わる方々の意見をいただいた。その会場にて、大学や各種学校の教員に対してCD-ROMに収録した教材の配布を行った。実際に授業で使用していただき、次年度以降に学生からの理解度や印象を含めた、教材としての総合的な評価を行う予定である。2.高校・各種学校の教員へのマルチメディア実態把握のための研究コンピュータグラフィクスによる映像を授業に取り入れることについて、高等学校教諭らから調査を行った。3.ネットワークを用いた上記教材支援に関する研究1.に述べた教材を配信するため、学内LANにおいて実験を行った。また、遠隔教育に欠かせない、テレビ会議システムについての検討を進めている。平成13年度の研究は、以下の部分を行った。1.音響工学マルチメディア教材に関する研究平成12年度までに蓄積した「音響工学」に関するマルチメディア教材のユンテンツに加え、計算機の進歩によって新たに実現可能となった分野について付加作成した。具体的には研究開始当初の計算機では力不足であった3次元表示技法をシミュレーションプログラムに取り入れることで、音場や振動の様子の把握を容易にするコンテンツを作成した。さらに、不足している動画像コンテンツの付加を行った。2.ネットワークによる教材配布に関する研究日本音響学会2001年春季研究発表会で開催された「音響教育デモンストレーション」に、教材の一部を出展し、音響教育に携わる方々に対してCD-ROMに収録した教材の配布を行った。3.遠隔教育に関する研究遠隔教育に欠かせないテレビ会議システムについて、ギガビットネットワークによる多人数一斉使用を考慮した結果、個々の帯域が制限されることから、低帯域ネットワークに適した画像圧縮の開発を行った。