hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
光学活性カルコゲン化合物を用いた不斉Mizoroki-Heck型反応

一方,テルロニウム塩の代わりにセレン原子からなるセレノニウム塩を用いて,Mizoroki-Heck型反応を検討した。合成の容易さから対アニオンにテトラフルオロボレートを有する4-メチルフェニルジメチルセレノニウム塩を用いて検討をおこなっている。現在のところ,テルロニウム塩の場合反応温度50度で反応が進行したのに対して,セレノニウム塩の場合,反応温度150度と高温にすることにより,Mizoroki-Heck型反応が進行することがわかった。しかし,収率は30%と低く,今後さらなる検討をおこなう予定である。パラジウム触媒を用い,テルロニウム塩とオレフィンとのMizoroki-Heck型反応が、反応温度50°Cで、酢酸銀を添加することにより進行することを明らかにした。また、反応機構を明らかにするために,反応後の固体の残渣を粉末X線結晶回折により分析したところ,残渣にはヨウ化銀と0価の銀が含まれていることがわかり,酢酸銀は反応後ヨウ化銀と0価の銀に変化していることがわかった。以上の結果から,酢酸銀は生成する0価パラジウムを2価パラジウムに再生するための酸化剤としての役割とテルロニウム塩の対アニオンを交換する役割をしていると考えられる。テルロニウム塩の代わりにスルホニウム塩を用いて,Mizoroki-Heck型反応を検討したところ、反応温度を150°Cにして反応を行ったが、収率は5%程度で、反応はほとんど進行しなかった。一方、セレノニウム塩を用いて反応を行ったところ、反応温度150°Cと高温にすることにより,収率は40%と低いながらもMizoroki-Heck型反応が進行することがわかった。またセレノニウム塩の場合、2座配位子を有するパラジウム触媒を用いた時に収率の向上がみられた。このように、カルコゲノニウム塩のMizoroki-Heck型反応では、高周期のカルコゲン原子からなるカルコゲノニウム塩を用いた方が穏和な条件下、効率よく反応が進行することを明らかにした。種々の対アニオンを有する光学活性エチルメチルフェニルテルロニウム塩を用いて,ジヒドロフランとの不斉Mizoroki-Heck型反応を検討した。その結果,7%ee,8%eeと不斉収率は低いながらも不斉反応が進行することがわかった。一方、同条件下、オレフィンを用いずに反応を行ったところ、テルロニウム塩を用いた場合、テルル上のアリール基がホモカップリングした生成物が確認できた。条件検討の結果、テルロニウム塩のホモカップリング反応には、酢酸銀が2当量必要なことがわかった。これに対し、スルホニウム塩やセレノニウム塩を用いた場合、ホモカップリング反応は全く進行しなかった。
膵がんに対するアディポネクチン受容体アゴニストの抗腫瘍効果の解析

1AdipoRonとアディポネクチンの作用機構の相違:アディポネクチン(APN)をヒト膵がんMIAPaCa-2細胞に作用させてもアディポネクチン受容体(AdipoR)のアゴニストであるAdipoRonの場合とは異なり、細胞増殖がわずかに抑制されただけで細胞死は誘導されないことが分かった。そこでAdipoRonとAPNの膵がん細胞に対する作用機序の違いについて検討した。MIAPaCa-2細胞をAPNで処理すると、p38MAPKのリン酸化に加え細胞の生存維持に関わるAMPKの活性化(リン酸化)がAdipoR1依存的に誘導される一方、細胞死誘導に関わるERK1/2のリン酸化が抑制されることが分かった。また、APNの場合は細胞死に繋がるミトコンドリアへのカルシウムイオンの蓄積やミトコンドリア由来のスーパーオキシドの増加は認められなかった。2膵がん担がんマウスの腫瘍血管形成に対するAdipoRon投与の影響:これまでの検討でAdipoRonがAdipoRを介して腫瘍細胞の細胞死を誘導することを示したが、腫瘍細胞以外にも腫瘍組織中には血管内皮細胞などがAdipoRを高発現しており、これらに対してもAdipoRonが影響を及ぼす可能性がある。そこで膵がん担がんマウスを用いてAdipoRon投与が腫瘍血管形成に及ぼす影響について検討した。ヒト膵がん細胞株(MIAPaCa-2)を皮下移植して担がん状態にしたBalb/cヌードマウスをAdipoRon投与群と非投与群に分け、移植後50日目までAdipoRon(60 mg/kg)または同量の水を隔日で経口投与した。腫瘍の凍結切片を抗CD31抗体により免疫蛍光染色し、共焦点レーザー顕微鏡下で観察して腫瘍血管密度を評価した結果、AdipoRon投与により膵がん腫瘍組織中の腫瘍血管形成が抑制されることを明らかにした。本研究課題の研究期間中、研究代表者の所属先を移した都合により研究が一時停滞した時期があった。そのため研究の進行が当初の計画通りではない点もあったが、当初予定していた研究計画はほぼ全て完了しており、その研究成果を一報の論文として報告した。現在、二報目の論文を投稿中であり、これに関連して当初の計画には無かった追加実験が発生して本研究の期間を延長する運びとなったため、やや遅れていると判断した。予定していた研究計画はほぼ全て完了しているが、当初の計画に加えてマイクロアレイによる発現解析などにより、AdipoRon処理に伴うMIAPaCa-2細胞での遺伝子発現の変化を調べる予定である。当該年度ではヒト膵がん細胞に対するAdipoRon誘導性の細胞死の分子機序について検討し、以下について明らかにした。1AdipoRon処理をしたヒト膵がん細胞株(MIAPaCa-2およびPanc-1)ではAnnexin V+PI+の細胞集団の増加を認めたが、Caspase-3および-9の活性やアポトーシス関連タンパク質の変動は確認されず、非アポトーシス性の細胞死が誘導されることが示唆された。さらにAdipoRon誘導性の細胞死はネクロトーシス阻害剤(Nec-1)およびオートファジー阻害剤(Chloroquine)により抑制されたことから非典型的な細胞死であると考えられた。2MIAPaCa-2細胞ではAdipoRon処理に伴いAdipoR1下流のAMPKのリン酸化と共にMAPK、ERKシグナルの活性化が認められた。また、AdipoRon誘導性の細胞死はMEK/ERK阻害剤やsiRNAによるAdipoR1の発現抑制により著しく阻害されたが、AdipoR2の発現抑制では大きな影響を受けなかった。したがって、AdipoRonはAdipoR1を介してMAPK、ERKシグナル依存的にMIAPaCa-2細胞の細胞死を誘導すると考えられた。3AdipoRon処理をしたMIAPaCa-2細胞ではミトコンドリア由来のスーパーオキシド(mtROS)の増加に先立ち、細胞内Ca2+濃度が上昇することを新たに見出した。Ca2+蛍光プローブを用いた共焦点レーザー顕微鏡下での観察では、特にミトコンドリアへのカルシウムの蓄積が顕著であった。Ru360によりミトコンドリアへのCa2+の取り込みを阻害するとmtROSレベルの上昇およびAdipoRon誘導性の細胞死が阻害されたことから、AdipoRonはミトコンドリアへのCa2+の蓄積を介してmtROSレベルを上昇させ、細胞死を誘導することが示唆された。研究計画通り、AdipoRon誘導性の細胞死の分子機序について解明を進めた。またその過程で、ミトコンドリアへのCa2+の蓄積がAdipoRonによる細胞死の引き金となることを新たに見出した。今後はこの結果も併せてAdipoRon誘導性の細胞死の分子機序の詳細を明らかにする必要がある。当該年度においては、動物実験によりAdipoRonの経口投与が膵がんの増殖抑制に有効であることを明らかにするとともに、膵がんの臨床検体を用いた検討によりAdipoRonががん細胞に対して殺細胞効果を示すことを明らかにした。1膵がん担がんマウスにおけるAdipoRonの腫瘍増殖抑制効果:ヒト膵がん細胞株(MIAPaCa-2)を皮下移植して担がん状態にしたBalb/cヌードマウスにAdipoRon(60 mg/kg)を経口投与した。移植後50日目までAdipoRonを隔日で投与し、経時的に腫瘍体積を測定した結果、AdipoRon投与群では非投与群と比較して腫瘍増殖が有意に抑制された。

この際、体重減少などは見られず、顕著な副作用は確認されなかった。腫瘍の凍結切片をKi67抗体で蛍光染色し、共焦点レーザー顕微鏡下で観察したところ、AdipoRon投与群の腫瘍中では腫瘍細胞の細胞死が誘導されていることが分かった。2膵がんの新鮮手術材料におけるAdipoRonの殺細胞効果:島根大学医学部附属病院の消化器外科より提供された膵がんの新鮮手術材料から腫瘍組織を細切し、リベラーゼ処理による分散とフィルターの通過を経て細胞浮遊液を得た。腫瘍細胞に対するAdipoRonの殺細胞効果を評価するため、細胞浮遊液にAdipoRonを添加し48時間後に細胞死のマーカー(PI)および上皮性マーカー(EpCAM抗体)による蛍光染色を行い、共焦点レーザー顕微鏡下で観察した。その結果、4検体全てにおいて、細胞死が誘導されたがん細胞の割合(PI+EpCAM+/ EpCAM+)がAdipoRon処理により有意に増加することが確認された。当初の計画では膵がん細胞の転移に対するAdipoRonの影響を検討する予定であったが、ヒト膵がん細胞株(MIAPaCa-2)を皮下移植したヌードマウスでは転移が成立せず、これを検討することができなかったため、本年度と次年度の計画の順番を入れ替えるなどの多少の変更があった。また、期間の途中で研究代表者が島根大学医学部から帝京大学医学部へと所属先を移した都合により、一時的に研究活動が停滞した期間があった。しかしながら、当初の予定よりも先行している計画もあり、全体的には大幅な遅れ等は生じていない。1AdipoRonとアディポネクチンの作用機構の相違:アディポネクチン(APN)をヒト膵がんMIAPaCa-2細胞に作用させてもアディポネクチン受容体(AdipoR)のアゴニストであるAdipoRonの場合とは異なり、細胞増殖がわずかに抑制されただけで細胞死は誘導されないことが分かった。そこでAdipoRonとAPNの膵がん細胞に対する作用機序の違いについて検討した。MIAPaCa-2細胞をAPNで処理すると、p38MAPKのリン酸化に加え細胞の生存維持に関わるAMPKの活性化(リン酸化)がAdipoR1依存的に誘導される一方、細胞死誘導に関わるERK1/2のリン酸化が抑制されることが分かった。また、APNの場合は細胞死に繋がるミトコンドリアへのカルシウムイオンの蓄積やミトコンドリア由来のスーパーオキシドの増加は認められなかった。2膵がん担がんマウスの腫瘍血管形成に対するAdipoRon投与の影響:これまでの検討でAdipoRonがAdipoRを介して腫瘍細胞の細胞死を誘導することを示したが、腫瘍細胞以外にも腫瘍組織中には血管内皮細胞などがAdipoRを高発現しており、これらに対してもAdipoRonが影響を及ぼす可能性がある。そこで膵がん担がんマウスを用いてAdipoRon投与が腫瘍血管形成に及ぼす影響について検討した。ヒト膵がん細胞株(MIAPaCa-2)を皮下移植して担がん状態にしたBalb/cヌードマウスをAdipoRon投与群と非投与群に分け、移植後50日目までAdipoRon(60 mg/kg)または同量の水を隔日で経口投与した。
神経組織の細胞接着蛋白L1および関連蛋白の機能解析

L1蛋白は神経組織に特異的に発現する高分子の免疫グロブリンスーパーファミリーに属する膜糖蛋白であり、L1遺伝子の変異により脳の形成や知能発育に異常の起こることが示されている。私達はL1および関連蛋白の構造と機能の研究を行ない、以下のような成果を得た。1)L1cDNAを培養L細胞へ導入し、L1を発現する細胞系を確立した。L1発現細胞はホモフィリックな細胞接着能を示し、その結果、カルシウムチャネルが開口し、細胞内カルシウム濃度が上昇することが明らかとなった。L1発現細胞は小脳神経細胞の再凝集塊と共培養した場合、神経細胞の突起伸展、成長円錐の発達および神経細胞の遊離移動を促進した。L1による神経細胞移動能はNCAM,フィブロネクチンと比較して顕著であった。2)分子量20万の完全型L1は神経細胞に選択的に発現することが知られているが、短い2エキソンを欠損したL1アイソフォームが別に存在し、シュワン細胞などの非神経細胞に発現しており、短型L1は完全型と比較して細胞移動促進活性が弱く、リン酸化部位の欠損がその原因である可能性が示された。3)分子量20万のL1蛋白が分解されて、分子量8万分子が産生されると、接着阻害活性を示す可能性が明らかにされ、発育過程に機能変化することが示唆された。4)PO蛋白はホモフィリックな細胞接着能および神経突起伸展の促進作用を示すが、それぞれの活性部位が異なることを明らかにした。ヒトPOcDNAのクローニングを行ない、アミノ酸配列を推定し、その遺伝子が1番染色体上のq22-23に存在することおよび遺伝性ニューロパチーのCharcot-Marie-Tooth病1Bの家系でPO遺伝子に点変異のあることを明らかにした。細胞接着蛋白質群は神経組織の形態形成に重要な役割を果すことを示唆されている。本研究は神経組織に特異的な細胞接着蛋白、L1とその関連分子群の構造と機能の解析を目的とする。我々は最近L1とP0のcDNAのクローニングを行ない、それらのcDNAおよび抗体を用いて以下の結果を得た。1.L1の全長のcDNAを培養L細胞へのトランスフェクション、発現系を確立した。少量の発現では細胞の形態変化はなかったが、大量発現の場合に突起状の伸展などの異常形態を示した。L細胞はL1は勿論カドヘリン、NCAMなどの接着蛋白群も本来発現していないので、発現接着蛋白の機能解析に有用である。2.短時間の培養条件で、L1発現細胞は非発現細胞に比較して、有意の細胞接着性を示し、細胞塊を形成した。接着の様相を調べるため、異なった蛍光色素でL1発現細胞と非発現細胞をラベルし、混合した実験の結果、L1発現細胞のみが選択的に集合し、細胞接着はホモフィリックなものであることが明らかとなった。3.L1発現細胞は初代培養幼若神経細胞と強い接着作用を示し、小脳神経細胞の再凝集塊と共培養した場合、神経細胞の突起伸展を強く促進し、成長円錐の発達を促し、神経細胞の細胞塊よりの遊離移動を促進した。4.胎生期のマウスの脳の膜画分を抗原として、モノクローナル抗体を作成し、免疫組織学的スクリーニングによって特異性の高い抗体の選択を行ない、数種の抗体を得た。現在、得られた抗体の解析が進行中である。5.P0cDNAの培養C6細胞への発現系を確立し、P0発現細胞同士の強いホモフィリックな細胞接着を確認した。種々の合成ペプチドおよび糖ペプチドを用いて抑制実験を行なった結果、糖鎖とその周辺のペプチドが細胞接着に重要であることが示唆された。

本研究では神経組織に特異的な細胞接着蛋白であるL1およびその関連蛋白群の構造と機能の解析を行ない、次のような成果を挙げた。1)PO遺伝子の染色体上の位置は遺伝性ニューロパチーのCharcot-Marie-Tooth病1Bタイプの遺伝子位置1_q22-23と一致し、PO遺伝子の点変異による蛋白の変異がこの疾患の原因になることが早坂らとの共同研究によって明らかとなった。そこで、同様な点変異POcDNAを作成し、培養細胞へ蛋白を発現させ、変異蛋白の機能解析を現在行なっている。2)高分子膜糖蛋白L1に完全型と部分欠損型の2種類あることを明らかにし、それぞれの発現の細胞特異性の検討を行なった。部分欠損型は細胞外ドメインのアミノ末端領域に5アミノ酸、細胞内ドメインに4アミノ酸の両方に欠損があり、シュワン細胞などの神経細胞以外の細胞に強い発現が見られた。これに対し、完全型は神経細胞に特異的に発現が見られ、L1の2種のアイソフォームの発現は細胞種によって異なり、異なった機能を示す可能性が示唆された。3)大脳皮質の形態形成に関与する蛋白質を検索する目的で、ラット胎児の層形成期に特異的に発現する蛋白質に対するモノクローナル抗体の作成を試みた。ラット胎児脳の膜分画を抗原として、部分的な脳の層形成異常を示すニュージーランドブラック系マウスにモノクローナル抗体を作成し、解析した。得られた抗体のうち、K1抗体に反応する抗原は大脳の層形成期にプレプレートからサブプレート層の神経細胞に発現が見られ、その後マージマルゾーンの細胞間部位に発現が移行し、生後その発現は著明に減弱した。この抗体は高分子の蛋白質を認識し、抗原性はヒトを含め哺乳類、鳥類、両性類に共通して見出された。この抗原蛋白の構造、機能解析が現在進行中である。L1蛋白は神経組織に特異的に発現する高分子の免疫グロブリンスーパーファミリーに属する膜糖蛋白である。最近L1遺伝子の変異は知能発育障害を伴うMASA症候群などの原因となること、L1抗体の投与により海馬の長期増強が抑制されることが報告された。私達は既に遺伝子工学的方法によって、ラットとヒトL1のアミノ酸配列を推定し、哺乳動物間では極めて保存性の高い蛋白であることを示した。L1cDNAを培養L細胞に導入し、L1蛋白を発現する細胞系を確立し、L1発現細胞は同種性の細胞接着作用を示し、神経細胞との共培養系において、神経突起伸展、神経細胞移動促進作用を示すことを確かめた。L1には分子量20万の完全型と短い2エキソンを欠損した短型アイソフォームが存在し、完全型が神経細胞に発現するのに対し、短型L1はシュワン細胞などに非神経細胞型であり、短型L1は完全型と比較して細胞移動促進活性が弱く、リン酸化部位の欠損がその原因である可能性を示した。PO蛋白は免疫グロブリンスーパーファミリーに属する低分子の膜糖蛋白で、哺乳類では末梢神経系ミエリンに発現し、中枢神経系には存在しないが、コイなどの魚類では中枢神経系にも存在し、神経再生能と関与する可能性を示した。POの機能解析の結果、PO発現細胞は強い同種性の細胞接着作用を示し、脊髄後根神経節および大脳皮質の神経細胞と共培養すると神経突起伸展を促進する作用を示した。POの細胞接着作用は糖鎖を含むペプチド部分に存在するのに対し、神経突起伸展を促進作用は他の細胞外ドメインに存在することが示唆された。
有限要素法を用いた脊髄症の病態解明と臨床への応用

「有限要素法を用いた脊髄症の病態解明と臨床への応用」は、有限要素法ソフトを使用して作成したモデルを基に脊髄内応力解析を行っている。また、山口大学工学部機械工学科との関係も構築しており、脊髄の応力解析は円錐部及び馬尾レベルなども含めてモデル解析を行っている。ブタの神経根引張試験結果を英文として発表し、モデル作りを行い始めている。さらに、山口大学倫理委員会を通して実際の術中のヒト組織の採取、食肉用のウシ、ブタの組織の採取を行い、様々な引張試験及び圧縮試験を行っている。術中に出た不要なヒトの骨、靭帯、脊髄周囲組織を術中採取するという内容で、これを山口大学工学部に速やかに搬送し、物質特性を求めている。「有限要素法を用いた脊髄症の病態解明と臨床への応用」を研究内容として、現在有限要素法ソフトABAQUSを使用して作成したモデルを基にsimpleware及びLS-DYNAを使用して全脊髄モデルを作成し、脊髄内応力解析を行っている。頚髄の各髄節の形状の違いを考慮したモデルを作成、実際に頚椎の動きに合わせて動かし、周囲組織を設定して応力上昇範囲などを検討している。また、ブタの神経根引張試験結果を英文として発表し、モデル作りを行い始めている。この結果では、神経根の引張強度は脊髄の灰白質や白質に比べ数十倍の強さを持っていることが分かった。有限要素法解析ソフトの入力するためのデータとして、山口大学倫理委員会を通して実際の術中のヒト組織の採取、食肉用のウシ、ブタの組織の採取を行い、様々な引張試験及び圧縮試験を行っている。前者は山口大学整形外科学講座において脊椎脊髄病疾患を持つ患者の術中に出た不要なヒトの骨、靭帯、脊髄周囲組織を術中採取するという内容で、これを山口大学工学部に速やかに搬送し、物質特性を求める実験を行っている。圧をかけた際の骨破壊の状態把握として、山口大学共同獣医学部のマイクロCTの使用許可も得ており、現在実験計画を作成中である。各年齢の骨、椎間板、筋肉及び靭帯を採取測定した後は、有限要素法解析ソフトに入力し実際に解析を行う予定である。ブタ神経根引張試験は英文雑誌にアクセプトされており、またそのデータを基にした円錐部の2次元応力解析の結果も英文として提出している。他頚椎後縦靭帯骨化症の応力解析の英文もアクセプトされている。ヒト組織のデータも蓄積されつつあり、現状は予定通りに進んでいる。現在多くの手術や日常生活用品や乗り物の耐久性などに関して、有限要素法を用いたコンピューターシミュレーションが使用されている。整形外科疾患は、骨格の不整や神経の圧迫症状の増悪により、日常生活レベルが極端に落とさざるを得ないものとなる。本研究では、ウシやブタの材料定数を解析しながら、工学的手法である有限要素法を用いることで詳細なヒトモデルを作成する。そのモデルに様々な条件を加えることで、整形外科的疾患の病態を非侵襲的に物理学の角度から明らかにし、手術時期などの治療方針を決定する一助とし、患者を救う手立てとすることを目的とする。研究代表者である西田は、半切モデルから発展させた全周性脊髄モデルを作成し、脊髄から見た圧迫物(椎間板ヘルニア、後縦靭帯や黄色靭帯など)を設置、脊髄そのものにも挙動を加えることで、脊髄内の応力を解析し、脊髄を傷害している真の因子を明らかにしてきた(Nishida et al; J Spinal Cord Med 2011, 2012,2014,2015 in press,2016 in accepted)。また円錐部では脊髄と末梢神経である馬尾が混在するため、先の全周性脊髄モデルでは解析は困難であった。これらのことから、馬尾レベルの応力解析が必要となり、具体的には、ヒトと臓器のサイズが近い食用ブタから得た馬尾及び神経根の引張試験を行い(Nishida et al; Neural Regeneration Res 2015 in press)、そのデータを基に円錐部の応力解析を行った(Nishida et al; Exp Ther Med 2016 accepted)。中枢神経と末梢神経の応力解析を同時に行った報告はなく、今後さらなる発展が期待できる。今後は3次元脊髄モデル及びCT画像から抽出したCTから脊椎モデルを作成し、その合体モデル作成、応力解析を目指す。また、ヒト組織に関しては症例数を増やし、ひずみ速度を変えて応力解析を行っていく。ヒト組織で入手困難な組織は、ブタで代替するが、廃棄などには注意が必要で、山口大学生命科学実験室にて感染性廃棄物として処理する。整形外科、脊椎外科
誤った知識の保持状況と修正過程に関する研究

文系大学生約700名を対象に、小学生でその存在がよく知られている誤った知識(6領域;動物、植物、重さ、密度、速さ、面積)に関して調査を行った。この結果、小学生で得られている結果とは明らかに異なる回答傾向が得られたものと、ほぼ小学生と同様の傾向が得られたものとがあった。前者の中には、正答者が多くいわばさすが大学生だと言えるような課題は、おもりの位置による質量変化、密度の保存、速さの保存といった数問にすぎず、植物領域の生殖概念に関してなどはむしろ一貫した誤答さえ少ない状態であった。後者に含まれる知識領域には動物領域、植物領域の発芽条件、重さ領域の運動物体の質量保存(衝突場面)、密度領域の浮き沈み、面積領域があった。後者は小学生の関連単元学習前の調査結果と酷似しているものが多かった。調査対象とした知識領域に限っていえば、小学校以降の学校教育を始めとした学習経験が大学生にはほとんど残っていないか、あるいは全く生かされていないことを物語っているといえよう。また、これらの問題の他、日常生活にありそうな課題に対する回答では、どの課題も正答者はほぼ半数であり、上記の誤概念への反応との関連は見られなかった。場合によっては小学生よりも個別的な課題解決をしている可能性が考えられる。ここで得られた結果からは、大学生がそれまでに学習した知識経験を操作する能力や、課題状況に対して適用させる能力自体を疑わざるをえないともいえる。これまで主として小学生について観察されてきた誤った知識もしくは誤概念に関して、大学生はどのような状況なのかを知るため、6領域を選定し各種の調査課題を試作し予備調査を実施した。以下に選定した6領域の内容および小学生がしばしば示す誤り(括弧内)を示す。1速さの保存(距離または時間のみを変えた問題状況で速さが異なるとする)2運動物体の質量保存(物体の衝突事態では速度が大きいほど質量が重い、衝突事態以外では速度が大きいほど質量が軽くなるとする)3密度の保存(体積または質量のみを変えた問題状況で密度が異なるとする)4面積(周長が大きい図形ほど面積が大きい、または周長が等しい図形は面積が等しいとする)5動物概念(動物の定義に毛の有無や声の有無等の不適切属性が加わり、結果として縮小過剰型誤概念となっている)6種子植物(植物の生殖器官として花を考えておらず、花と実または種子の関係がついていない)数名60名程度の予備調査の結果、殆どの領域で小学生と同様の誤りをする大学生の存在が示された。特に領域4)においては、小学生に対する問題と同一の問題に対し、全く同じ反応をする学生が半数にのぼった。また、それ以外の領域でも、同一の問題では正答しうるものの、問題状況を若干変えることによって同様の誤りを示す学生も見られた。さらに課題に対して相互に議論させてみると、誤りに執着し他の学生を説得しようと試みるケースも観察され、これらの誤りが根深いものである可能性が示唆された。調査課題がほぼ確定したので、15年度は各地域の大学生を対象に本調査を行う予定である。従来、主として小学生を対象として報告されていた誤った知識もしくは誤概念に関する大学生の知識状況を知るため、6領域を選定し各種の調査課題を作成し調査を実施した。1速さの保存(距離または時間のみを変えた問題状況で速さが異なるとする)2運動物体の質量保存(物体の衝突事態では速度が大きいほど質量が重い、衝突事態以外では速度が大きいほど質量が軽くなるとする)3密度の保存(体積または質量のみを変えた問題状況で密度が異なるとする)4面積(周長が大きい図形ほど面積が大きい、または周長が等しい図形は面積が等しいとする)5動物概念(動物の定義に毛の有無や声の有無等の不適切属性が加わり、結果として縮小過剰型誤概念となっている)6種子植物(植物の生殖器官として花を考えておらず、花と実または種子の関係がついていない)調査は6大学の文系学部を中心とし、領域ごとに実施した。

1領域あたり580730名、のべ3939名のデータが得られた。この結果、上記領域番号2,4については、小学生と同様の誤った回答を行う大学生が半数程度見られた。また、領域5,6については誤った回答を行う割合は小学生とほぼ同等であった。一方、領域1,3については小学生と同様の誤りぶりをみせる大学生は殆ど見られなかった。回答した大学生が小学生時点でどのような状況であったかは明らかではないが、先行研究と併せて横断的に見た場合、小学生以降の学習によって修正される知識領域もある一方で、大学生でも小学生と同様の誤りを保持し続けている領域もあることが示唆された。
不完備情報ゲームへの新しいアプローチとその応用

経済理論の研究において,ナイト的な不確実性の重要性は,広く認識されつつある.ナイト的な不確実性を分析するための意思決定理論として,Choquet積分期待効用理論や,maxmin期待効用理論などが知られている.しかし,そうした理論を前提とした不完備情報ゲームの一般的なフレームワークについての研究は,あまり行われていない.そこで,各プレイヤーがmaxmin期待効用理論に基づいて意思決定を行うような,新しいクラスの不完備情報ゲーム"incompleteinformation games with multiple priors"を提案した.プレイヤーのstate of natureに対する確率的な推論と,他のプレイヤーの行動に対する確率的な推論を分離し,前者にのみmaxmin期待効用理論を適用している点が特徴である.均衡の存在証明を行った上で,いくつかの例を用いて,ナイト流の不確実性と戦略的相互作用が通常のゲームと違った効果を生むことを示した.また,プレイヤーがmaxmin期待効用理論に基づいて金融資産を取引するモデルを提案し,投機的取引が行われないための必要十分条件を導出した.期待効用理論に基づく場合,プレイヤーpriorが共通であることが必要十分条件であるがmaxmin期待効用理論に基づく場合は,prior setが共通部分をもつことが必要十分条件であることが分かった.こうした結果は,行動ファイナンスなどの分野に応用可能である.経済理論の研究において,ナイト的な不確実性の重要性は,広く認識されつつある.ナイト的な不確実性を分析するための意思決定理論として,Choquet積分期待効用理論や,maxmin期待効用理論などが知られている.しかし,そうした理論を前提とした不完備情報ゲームの一般的なフレームワークについての研究は,あまり行われていない.そこで,各プレイヤーがmaxmin期待効用理論に基づいて意思決定を行うような,新しいクラスの不完備情報ゲーム"incompleteinformation games with multiple priors"を提案した.プレイヤーのstate of natureに対する確率的な推論と,他のプレイヤーの行動に対する確率的な推論を分離し,前者にのみmaxmin期待効用理論を適用している点が特徴である.均衡の存在証明を行った上で,いくつかの例を用いて,ナイト流の不確実性と戦略的相互作用が通常のゲームと違った効果を生むことを示した.また,プレイヤーがmaxmin期待効用理論に基づいて金融資産を取引するモデルを提案し,投機的取引が行われないための必要十分条件を導出した.期待効用理論に基づく場合,プレイヤーpriorが共通であることが必要十分条件であるがmaxmin期待効用理論に基づく場合は,prior setが共通部分をもつことが必要十分条件であることが分かった.こうした結果は,行動ファイナンスなどの分野に応用可能である.均衡が一意で計算可能な不完備情報ゲームのクラスとしてquadratic Bayesian potential gamesを提案し、その均衡の計算アルゴリズムを示した.1960年代にRadnerとMarschakは,組織における効率的な情報構造を研究するために,プレイヤー全員が同じ利得関数を持つような不完備情報ゲームをチームと呼び,その一般理論を構築した.一方,1990年代にModererとShapleyは,プレイヤー全員があたかも同じ利得関数を持って行動しているとみなせるようなゲームのクラスを特定し,そのクラスのゲームをポテンシャルゲームと名づけた.quadratic Bayesian potential gamesとその理論は,チームの理論とポテンシャルゲームの理論を融合させることで得られるものである.このゲームを用いることにより,プレイヤーが異なる利得関数を持つような状況において,効率的な情報構造の問題を研究することが可能となった.また,プレイヤーが異なる利得関数を持つことにより,情報の多さと効率性とが両立しない状況の分析が可能となった.応用例として,(1)情報が多い方が常に均衡がパレート劣位になるための十分条件,(2)Cremerの意味でのshared knowledgeとdiversified knowledgeの効率性の比較,(3)Morris and Shinの意味での公的情報と私的情報の効率性の比較,などの分析を行った.経済理論の研究において,ナイト的な不確実性の重要性は,広く認識されつつある.ナイト的な不確実性を分析するための意思決定理論として,Choquet積分期待効用理論や,maxmin期待効用理論などが知られている.しかし,そうした理論を前提とした不完備情報ゲームの一般的なフレームワークについての研究は,あまり行われていない.そこで,各プレイヤーがmaxmin期待効用理論に基づいて意思決定を行うような,新しいクラスの不完備情報ゲーム"incompleteinformation games with multiple priors"を提案した.プレイヤーのstate of natureに対する確率的な推論と,他のプレイヤーの行動に対する確率的な推論を分離し,前者にのみmaxmin期待効用理論を適用している点が特徴である.均衡の存在証明を行った上で,いくつかの例を用いて,ナイト流の不確実性と戦略的相互作用が通常のゲームと違った効果を生むことを示した.また,プレイヤーがmaxmin期待効用理論に基づいて金融資産を取引するモデルを提案し,投機的取引が行われないための必要十分条件を導出した.期待効用理論に基づく場合,プレイヤーのpriorが共通であることが必要十分条件であるが,maxmin期待効用理論に基づく場合は,prior setが共通部分をもつことが必要十分条件であることが分かった.こうした結果は,行動ファイナンスなどの分野に応用可能である.
並行論理プログラミングにおける静的モード体系の応用的側面に関する研究

GHC(Guarded Horn Clauses)をはじめとする並行論理プログラミング言語は、簡潔な通信・同期機構と柔軟な記述力とを特徴とするが、その実用化を図るには、プログラミング支援と処理効率の両面から、プログラムの静的解析技法がきわめて重要となる。研究代表者はこれまでに、GHCプログラムの情報の流れ(モード)を論じるためのモード体系と、静的モード解析技法を提案し、その理論的側面を整備してきた。本研究では、この静的モード体系に対し、新たに応用的側面から検討を加え、その有用性をさまざまな角度から実証した。1.モード解析システムの実装-並行論理型言語KL1のためのモード解析システムklintを、KL1言語自身で実装した。現実のプログラムに適用することによってシステムの評価・拡充を繰返し、複雑なKL1プログラムに対応できる実用的なシステムとした。2.モード体系の下での記述能力の検証-klintシステム自身をはじめとする実用規模の並行論理プログラムの解析を通じ、静的モード体系を備えた並行論理型言語の記述力が十分であることを明らかにした。3.デバッグへの応用-モード体系はプログラムの誤りの静的検出にも非常に有効である。そこで、モードづけできないプログラムの誤りを効率よく解析するアルゴリズムを提案し、実装を行なった。本技法は制約に基づく静的体系一般に適用可能なものとなった。さらにプログラム誤りの自動修正の方法を提案し、その修正能力を確認した。4.静的モード体系を利用した処理系の改善-モード解析情報に、データ型やデータ参照数についての解析情報を併用することにより、タグ判別をはじめとする動的な判断の多くが省略でき、手続き型言語で直接記述した場合と大きく変わらない性能が得られることを明らかにした。平成7年度は、次の3点について研究を進め、成果を得た。1.静的モード解析システムの整備-本研究の核となる静的モード解析システムの整備を行なった。モード制約集合を素性グラフとして表現し、制約充足問題を素性グラフのユニフィケーションとして解く方法によって、良好な効率を実現した。解析システムはModed Flat GHC自身で記述し、素性グラフはModed Flat GHCのプロセスとストリームを用いて実現した。本解析システムを、自分自身を含むかなり大規模なプログラムに対して適用することによって、いくつかのバグを取ることもできた。さらに、今後の拡張のために、配列やモード多相の扱い、およびモードづけできないプログラムの誤り解析の方法の基礎検討を行ない、それぞれ実現の見通しを得た。2.並列処理系の整備-並列処理系における最適化の研究のプラットフォームとなる並列計算機の整備を進めた。VMEバスに、バス変換アダプタを介してパーソナルコンピュータを接続することによって、既製ハードウェアを用いても、比較的容易に並列計算機が構成でき、しかもかなり良好な通信レイテンシをシステムレベルで達成できることがわかった。また、その通信性能を活かすプロセッサ間通信ライブラリの設計製作を進めた。しかし、良好な通信性能をユーザレベルで提供するためには、通信ライブラリの設計と評価をさらに進め、また最適化技法を検討してゆく必要がある。この作業を、KLIC処理系の移植に先立って行なう必要がある。3.Moded Flat GHCによる記述実験-記述能力検証の第一段階として、Moded Flat GHCによる記述実験を、動的データ構造の扱いを中心に進めた。従来、宣言型言語での動的データ構造の扱いの研究はほとんどなかったが、モード解析システム自身をModed Flat GHCで記述したことにより、並行論理型言語のプロセス構造を用いて、複雑な動的データ構造とその操作がModed Flat GHCの枠組の中で記述できることが明らかになった。平成8年度は、次の点について研究をすすめ、成果を得た。1.静的モード体系のプログラミング環境への応用-静的モード体系は、処理系の最適化ばかりでなく、プログラムの誤りの静的検出にも非常に有効である。そこで、モードづけできないプログラムの誤り解析のアルゴルズムを開発し、その実装を行なった。

アルゴリズムは、プログラムから得られるモード制約集合から、充足不可能な極小部分集合を探索するという方法を基本としている。複数の誤りを一度の解析で検出することも可能である。プログラムの大きさと誤りの数とにほぼ比例する時間で、モード誤りの原因となっているプログラム中の記号ないしは記号出現を同定することができ、今後の強力な静的デバッグツールとなると期待される。2.静的モード体系を利用した処理系の改善技法-並行論理型言語処理系において、配列処理や物理プロセッサ間通信などの諸処理が、モード情報を用いることによってどの程度最適化できるかを検討した。その結果、型やデータ参照数についての解析情報を併用することにより、ジェネリックオブジェクトと呼ばれる汎用のデータ構造の大幅な最適化ができることが判明した。その後、分散処理系におけるプロセッサ間通信プロトコルの最適化の検討に着手して現在に至っている。3.並列処理系の整備-並列処理系の最適化の研究のプラットフォームと一つとして構築中の、パソコンクラスタ型の並列計算機について、その通信ライブラリの整備改良を行なった。VMEバスを通して分散共有されたメモリを通じた通信によって、良好なレイテンシ性能を達成することができたが、システムの動作安定性の点で課題を残しており、並行論理プログラミング言語処理系(KLIC)を移植する前に、その解決を図る必要がある。GHC(Guarded Horn Clauses)をはじめとする並行論理プログラミング言語は、簡潔な通信・同期機構と柔軟な記述力とを特徴とするが、その実用化を図るには、プログラミング支援と処理効率の両面から、プログラムの静的解析技法がきわめて重要となる。研究代表者はこれまでに、GHCプログラムの情報の流れ(モード)を論じるためのモード体系と、静的モード解析技法を提案し、その理論的側面を整備してきた。本研究では、この静的モード体系に対し、新たに応用的側面から検討を加え、その有用性をさまざまな角度から実証した。1.モード解析システムの実装-並行論理型言語KL1のためのモード解析システムklintを、KL1言語自身で実装した。現実のプログラムに適用することによってシステムの評価・拡充を繰返し、複雑なKL1プログラムに対応できる実用的なシステムとした。2.モード体系の下での記述能力の検証-klintシステム自身をはじめとする実用規模の並行論理プログラムの解析を通じ、静的モード体系を備えた並行論理型言語の記述力が十分であることを明らかにした。3.デバッグへの応用-モード体系はプログラムの誤りの静的検出にも非常に有効である。そこで、モードづけできないプログラムの誤りを効率よく解析するアルゴリズムを提案し、実装を行なった。本技法は制約に基づく静的体系一般に適用可能なものとなった。
口腔外科手術侵襲における血中サイトカインの連動機構の解析 -術後発熱との関係について-

サイトカインは免疫学的メディエーターであるが、その中でもインターロイキン6などは内因性発熱物質であることが知られている。前年度の研究で口腔外科手術侵襲によって血中インターロイキン6(IL-6)レベルが上昇することを報告したが、手術侵襲で産生されこのサイトカインが術後の発熱に関与している可能性は高いと考えられる。そこで今回の研究では、術後の発熱と血中サイトカインレベルとの関係を解明することを目的とした。今年度は、サイトカインの中のIL-6、TNF-αについて、口腔外科手術を受けた患者11名に対して、術後の経時的深部体温・深部体温上昇度・熱産生(ふるえ)・熱放散抑制(末梢血管収縮度)との関係について解析を行った。(結果)1.血中IL-6レベル(術直後、術後2、4時間)と術後発熱との関係について(1)術後30分4時間の深部体温と高い相関関係にあった。(2)術直後のレベルは術後1時間の深部体温上昇度と高い相関関係にあった。(3)術直後のレベルは術後1時間までの「ふるえ」の程度と相関関係にあった。(4)術直後のレベルは術後1時間までの末梢血管収縮度と相関関係にあった。2.血中TNF-αレベル(術直後、術後2、4時間)と術後発熱との関係について(1)深部体温・ふるえ・末梢血管収縮度のいずれも相関関係はみられなかった。(今後の展開)今年度の研究でIL-6と術後発熱との密接な関係が示唆されたが、今後、発熱物質と考えられている他のサイトカイン(IL-1β、MIP-1α)についても検討を行う。さらに、術後発熱以外の生理学的・免疫学的反応と血中サイトカインレベルとの関連についても解析を進めていく計画である。なお、今回の研究成果の一部は第22回日本歯科麻酔学会総会(札幌、1994年10月)において発表した。
インターフェロンにより誘導される2-5A合成酵素の遺伝子発現調節

細胞増殖調節に関与する酵素タンパク質の合成の誘導因子依存性に関する調節機構を明らかにする目的で、インターフェロン(IFN)によって特異的に誘導生産される(2^1-5^1)オリゴアデニル酸合成酵素(2-5A合成酵素)の誘導調節機構を検討した。本年度は、おもに2-5A合成酵素遺伝子のIFNによる特異的発現に関与するcis-elementの解析を行った。ヒト2-5A合成酵素遺伝子の転写開始部位は少なくとも4ヵ所ある。最もよく転写される部位を1とし、それより上流域をクロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ(CAT)遺伝子に接続し、FL細胞にトランスフェクトしてIFNにより応答性をテストしたところ、-67-23の領域がIFNによる誘導に関与することが判明した。-67付近には、Octamer様配列があり、-23付近にはIFN被誘導遺伝子普通配列がある。そこで、それらを含むように-70-46(配列1)と-39-15(配列2)の各25bp(リンカーを含めて30bp)を合成し、それらを以下のように配列してSV40promoter CATの上流に接続して、遺伝子発現とそれにおよぼすIFNの効果を検討した。接続した配列は以下のとおりである。1、2、11、22、12、21、1111、2222、2222(逆向き)、1122、2211、1212、2121。その結果、配列2にCAT遺伝子を発現する活性があり、INFの作用によってさらに促進された。配列2による発現活性はdose依存性があり、配列が多くなるに従ってCAT遺伝子発現が増大した。配列1には全く活性がなかった。今後、配列2に結合するタンパク因子の検索を行ない、その同定と分離を試ける予定である。
ニューロンの相互認識機構としての末梢神経線維網工形成に関する形態学的研究

今回行った研究は、WGA-HRPによる順行性-逆行性標識法を用いて頭頸部末梢神経系のニューロン同士の相互連絡を観察し、末梢神経系におけるニューロン間相互認識機構の存在を確かめてみた。ラット上頸神経節に3%WGA-HRP溶液を注入、2日後灌流固定。知覚神経節(三叉、脊髄C2-T1神経節)、交感神経節(上頸、中頸、星状神経節)、副交感神経節(毛様体、翼口蓋、耳神経節)を両側から摘出、クリオスタット連続切片をベンチジン反応で処理し、各神経節中の陽性ニューロンを探索した。逆行性標識ニューロンが多数認められたのは、同側の中頸、星状神経節、対側の上頸、中頸、星状神経節であった。また、同側の、毛様体、翼口蓋、耳神経節、三叉や一部の脊髄神経節に陽性ニューロンが少数認められた。ニューロンの逆行性標識像は強弱様々であった。一方、対側の副交感性、知覚性神経節にはまれにしか存在しなかったから、順行性-逆行性標識ニューロンの出現には線維種差とともに左右差のあることが分かった。ところで、同側の中頸、星状神経節における陽性ニューロンはWGA-HRP注入上頸神経節への投射軸索や通過軸索が単純に逆行性に標識されたと考えなければならないから本研究の所見としては除外する必要がある。以上、頭頸部末梢神経系におけるニューロン同士の物質の相互交換はWGA-HRP投与がなされた交感神経系では対側同士濃厚であるが、副交感性や知覚性の他種の神経線維への交換は同側といえど少なく、さらに対側への渡しはさらに弱かった。以上、頭頸部末梢神経系における神経線維同士の相互認識機構には種差、左右差のあることが結論付けられた。なお、今後は左右のニューロンを独立して順行性標識し、投射領域での両側、他種神経線維同士の接近混合と離反走行の像を観察して行く必要があることが分かった。
'HーNMR法と波動粘弾性測定法による軟骨基質機能評価法の開発

'H-NMR法と波動粘弾性測定法を軟骨組織に適用し、軟骨基質内水分子の運動性と基質の動的粘弾性の関係を明らかにすることを目的として、以下の測定システムの試作を行なった。日本電子製FSEー60E型NMR装置をシステムの基盤として、本装置に粘弾性測定装置を組み込み、両者をオンライン化した。粘弾性測定は岩本製作所製VESーFIII型粘弾性スペクトロメーターを改造し、プローブ部分はNMR磁石内に設置するため力学的伝達装置を縦型配置として、設計し試作した。弾弾性測定用加重器とNMR用RFパルス発振器を制御するためにコンピューターを増設し、制御用プログラムを開発した。牛膝関節軟骨、牛尾椎間板髄核を試料として軟骨組織内の水分子のNMR緩和時間と動的粘弾性率の関係を求めた。関節軟骨においては水分含有量に依存してNMR緩和時間と動的粘弾性率が変化し、動的疲労により基質内の水分が基質外へ浸出するに伴ない動的粘弾性率が増大した。椎間板髄核においても関節軟骨と同様に水分含有率に依存してNMR緩和時間と動的粘弾性率は変化した。これらの軟骨基質においてNMR緩和時間と動的粘弾性率は直線的相関関係を示したが、グリコサミノグリカンが減少した髄核では直線的関係は失なわれ、NMR緩和時間の減少に伴ない動的粘弾性率は急激に増大した。グリコサミノグリカンの減少による相対的なコラーゲン量の増加のため、コラーゲンの物理特性が動的粘弾性率に反映されたと考えられた。軟骨基質の水分子の運動性は主としてグリコサミノグリカンにより制限され、基質の粘弾性を決定するのにグリコサミノグリカンは重要な役割を果していることが示された。基質の粘弾性特性の劣下はMRIによる画像変化としてとらえることが可能であると考えられた。昭和62年度に完成した測定システムを用いて牛膝関節軟骨と牛尾椎々間板を試料として、軟骨組織内の水分子の'H-NMR緩和時間と軟骨基質の動的粘弾性率の測定を行なった。牛膝関節の全層軟骨においては、水分含有量に依存して'H-NMR緩和時間と動的粘弾性率は変化した。軟骨試料に一定荷重下での動的疲労試験を行なった結果、軟骨試料中では水分移動が生じて動的粘弾性率が増大し、一定時間後にプラトーに達することが認められた。この場合に移動した水分は基質外へ浸出し自由水分画に属する'H-NMR緩和時間をとる。このため基質内の水分子の'H-NMR緩和時間は減少するが、全体として自由水が増加するため観測される'H-NMR緩和時間は増大したと考えられた。牛尾椎々間板の髄核を摘出し、髄核内のグリコサミノグリカン(GAG)含有量を変化させて、髄核内の水分子の'H-NMR緩和時間、複素弾性率、水分含有率の関係を求めた。正常な髄核においては'H-NMR緩和時間と複素弾性率は直線的相関を示し、'H-NMR緩和時間の増大とともに複素弾性率が低下することが認められた。しかし、GAGの低減した髄核組織では'H-NMR緩和時間と複素弾性率の関係は非直線的であった。これは相対的に増加したコラーゲンの物理特性が複素弾性率に大きく影響したためと考えられた。髄核基質においてGAGは水分子を基質内に保持し、水分子の運動性を制限することによって基質の粘弾性に関与していると考えられた。変性に伴ないGAGが減少した軟骨基質では水分子の運動性の制限が困難となり、基質の粘弾性が低下していくことが示唆された。
多層なネットワークの相互作用とその経済への影響－単一ネットワーク分析を越えて－

本研究は、災害やグローバル化などの経済ショックによって、経済主体の多層ネットワークがどのように相互に作用し合って変化し、その変化が主体の意思決定やパフォーマンスにどのように影響するかを実証的に分析するものである。そのため、シドニー大学、オクスフォード大学、世界銀行、アルシ大学(エチオピア)との共同研究を実施しているが、本年度はシドニー大学のマトウシュ上級講師を早稲田大学に招聘して、(1)企業ネットワークの形成要因の国際比較に関する研究、(2)多層な企業ネットワークを通じた経済ショックの伝播に関する研究、(3)インドネシアにおける社会ネットワークとインフラネットワークが社会変容に及ぼす影響に関する研究をすすめた。(1)については査読付き国際学術誌に論文を発表し、(2)についてはディスカッションペーパーを発表した。(3)については、世界銀行リードエコノミストとも連携を取りつつ、インドネシア農村で実施する世帯調査の質問票を作成した。ただし、インドネシアでの調査は現地NGOに委託して今年度に実施する予定であったが、調査対象を300世帯程度から4000世帯に拡大して来年度に実施することになった。なお、(2)(3)については博士課程大学院生との共同研究である。エチオピアのアルシ大学との共同研究では、農村の社会ネットワークを外生的に変化させるような社会実験を実施した。この研究は、若手研究者である分担者との共同研究である。上記の通り、計画した研究のほとんどが順調に進展しており、海外の研究者との共同作業も円滑に進んでいる。インドネシアでの農村調査は来年度に延期したが、これは調査の規模を当初の予定よりも相当程度(10倍以上)拡大したためであり、来年度6月に実施が確定していることや、規模拡大によってより一般化可能な成果が期待できることから、必ずしも進捗が遅れているとは考えていない。多層な企業ネットワークの分析をシドニー大学、オクスフォード大学との共同研究として進めていくとともに、シドニー大学、世界銀行との共同研究としてインドネシアでの農村調査を実施し、そのデータを整理して分析する。また、エチオピア・アルシ大学との共同研究では、エチオピア農村での調査を実施し、そのデータを整地して分析する。2018年度のマトウシュ上級講師の招聘に当たっては、早稲田大学の学内資金を利用しており、本研究の経費は利用していない。インドネシアでの農村調査を実施する予定であったが、次年度使用を活用して、規模を拡大したうえで来年度に実施することにした。
DNA配列特異的な8-ヒドロキシグアニンの認識;生きたDNA酸化損傷情報の視覚化

2重鎖DNA中の8-ヒドロキシグアニン(8-OH-G)を3本のHoogsteen型水素結合により認識する人工核酸(TFO)として、ジアミノピリジンヌクレオシド類縁体を設計した。また、そのヌクレオシド類縁体を、安価なグルコースを出発原料として合成したアルドース誘導体と、別途調製したトリアニオン化ジアミノピリジン誘導体の縮合反応を鍵反応として合成した。さらに、合成したジアミノピリジンヌクレオシド類縁体をオリゴヌクレオチド(ON)中に導入するため、アミダイト体へと変換した。合成したアミダイト体を用いて8-OH-G認識プローブの合成を検討中、一部の官能基がアセチル基で置換されたONを合成できることを予期せず見いだした。合成したONの8-OH-G認識能を、さまざまな塩基対を有する2重鎖DNAに対する3重鎖核酸としての融解温度(T_m)を測定することで評価したところ、8-OH-G/C塩基対を含む二重鎖DNAを認識する性質がアセチル基の有無により変化することを明らかにした。このことは、導入されたアセチル基近傍の空間が3重鎖核酸形成に大きく影響することを示唆しており、次世代化合物の設計に有用な知見である。また、8-OH-G/C塩基対を含む二重鎖DNAに対するT_m値は、それを含まない二重鎖DNAに対するT_m値に比べ約5°C高く、8-OH-G/C塩基対選択性を持ち合わせていること、即ち、天然の塩基対とは安定な三重鎖を形成しないことを明らかにした。また、8-OH-G認識プローブをアンチジーン法などへ展開するため、既に当研究室で開発した架橋型人工核酸(BNA)修飾することでDNAとの結合性を強化した。さらに核酸を蛍光ラベル化しゲル電気泳動による分離を行うことで、合成したONが8-OH-G/C塩基対を含む二重鎖DNAと強固に結合し、8-OH-G除去酵素による8-OH-G除去を阻害可能であることを視覚的に判断することに成功した。二重鎖DNA中の8-ヒドロキシグアニン(8-OH-G)を三本のHoogsteen型水素結合により認識する人工核酸として、核酸塩基部の環構造が異なる3種の架橋型人工核酸を設計した。架橋型人工核酸の有機合成はまず、設計した人工核酸のすべての共通中間体として4-アルキルリボース誘導体を設定・合成した。さらに、多様な人工核酸合成に展開可能な経路を確立することを目指し、N-グリコシド型人工核酸の共通中間体として2,4-位間に架橋構造を持つリボース誘導体を、C-グリコシド型人工核酸の共通中間体として1-アセチル-4-アルキルリボシドを設定し、それぞれを20グラム程度合成した。1つ目の人工核酸として、プリン誘導体を塩基部に持つ架橋型人口核酸保護体を、N-グリコシド型人工核酸の共通中間体より8工程(22%)を経て合成することに成功した。また、C-グリコシド型人工核酸としてジ置換ピリジンを塩基部にもつ架橋型人口核酸を、中間体より3工程(6%)で合成することに成功した。合成した化合物のグリコシド結合は天然の核酸構造と同じβ-結合を有していることを明らかにした。これまでのところ、C-グリコシド型人工核酸合成の鍵反応であるトリアニオン化(リチオ化)核酸塩基とアルドース誘導体との縮合反応は20%程度の収率にとどまっており、生物学的実験を系統的に行うために十分な量のオリゴヌクレオチドを得るためには本反応の収率改善が必要であると考えられる。しかし、予備的実験からトランスメタル化を経ることで収率向上を期待できる結果が得られており、本問題点は解決できるものと考えている。また、8-OH-Gの認識における水素結合の重要性を議論するため、水素供与官能基を持たないピリジン型人工核酸を新たに設計し、その合成は目的骨格の構築まで達成した。現在はそのアミダイト体への変換と立体化学の詳細を検討している。8-OH-Gを持つオリゴヌクレオチドは市販のアミダイトブロックを用いて合成した。現在、それに相補的なオリゴヌクレオチドへの人工核酸の導入を検討している。

また、8-OH-G/C塩基対を含む二重鎖DNAに対するT_m値は、それを含まない二重鎖DNAに対するT_m値に比べ約5°C高く、8-OH-G/C塩基対選択性を持ち合わせていること、即ち、天然の塩基対とは安定な三重鎖を形成しないことを明らかにした。また、8-OH-G認識プローブをアンチジーン法などへ展開するため、既に当研究室で開発した架橋型人工核酸(BNA)修飾することでDNAとの結合性を強化した。さらに核酸を蛍光ラベル化しゲル電気泳動による分離を行うことで、合成したONが8-OH-G/C塩基対を含む二重鎖DNAと強固に結合し、8-OH-G除去酵素による8-OH-G除去を阻害可能であることを視覚的に判断することに成功した。