hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
コミュニケーション能力の創発における進化と学習の相互作用に関する構成論的研究

本研究では,準最適な状態が動的に生じる複雑な環境における進化の観点から,コミュニケーション能力の進化において学習が果たす役割について,人工生命手法に基づくモデル化と解析で明らかにすると同時に,その応用の可能性を探った.まず,学習能力(表現型可塑性)とその進化が適応的コミュニケーションの創発に与える影響を最小の構成論的モデルで示した.次に,より具体的な状況として,言語の起源と進化に焦点を合わせたモデル,および,野鳥の歌重複回避行動の共進化モデル等に発展させ,有用な知見を得た.本研究では,準最適な状態が動的に生じる複雑な環境における進化の観点から,コミュニケーション能力の進化において学習が果たす役割について,人工生命手法に基づくモデル化と解析で明らかにすると同時に,その応用の可能性を探った.まず,学習能力(表現型可塑性)とその進化が適応的コミュニケーションの創発に与える影響を最小の構成論的モデルで示した.次に,より具体的な状況として,言語の起源と進化に焦点を合わせたモデル,および,野鳥の歌重複回避行動の共進化モデル等に発展させ,有用な知見を得た.コミュニケーションシグナルの送信・受信に関する形質の共進化が議論可能な最小限の状況設定を考え,その進化における学習の影響について検討した.具体的には,シグナル送受信の方法を採用しそれが成功した際に生じる適応度への貢献度をコミュニケーションレベルとして定義した.各個体は自身が送信者・受信者それぞれの場合において用いるレベルを独自に持ち,コミュニケーションの成否は送信側と受信側のレベルが一致するかどうかで決まるとした.以上の送受信に関するレベルとその可塑性が,レベルが高いほど先天的・後天的に生じにくい制約のもとで共進化するモデルを構築し,実験を行った.その結果,生得的なレベルのみでコミュニケーションを行う場合には,一旦レベルが集団内で共有されると進化が停滞してしまうのに対し,学習能力の進化を導入した条件では,ボールドウィン効果と呼ばれる現象が繰り返し生じてレベルが次第に増加していくことが確認された.積極的な研究発表での多様な研究者との議論,進化ダイナミクスのより詳細な解析の結果,本研究で注目する動的な適応度地形(遺伝子空間上に描かれる適応度の山)においては,学習は適応度地形に新たなピークを作り出すことで,適応度地形の谷をうまく越える働きがあることが明らかになった.これは,学習には,従来指摘されてきたような単に適応度地形をなだらかにする以上の働きがあることを明確に示した点で,新規な知見であるといえる.また,生態学的により妥当な拡張に向けて,送信・受信者が受けるメリットの比を変更した場合の基礎的解析や,個体間相互作用の構造が協調進化に与える影響,複雑なニッチ構築行動の進化,種間相互作用とネットワーク構造の関係等についても予備的検討を行った.同時に,本研究における重要な概念である共進化や適応度地形の応用の可能性等についても検討した.本年度は次の研究を進めた.1)コミュニケーション能力とその学習能力の進化に関するより生物学的に具体的な状況設定,また,工学的応用も念頭に置いた状況設定として,鳥の歌行動の時間的可塑性に注目し,歌特性の異なる複数種による歌重複回避行動に関する共進化シミュレーション解析モデルを構築した.現在,実際の生態データとの比較も交えた解析とモデルの改良を継続している.2)表現型の改変に基づく適応である学習と,環境要因の改変による適応度の改変に基づく適応であるニッチ構築との共進化モデルを構築し,解析を行ったところ,両生態的過程の時間的局所性が低い場合には両過程が交互に進化する共進化サイクルが生じることが判明した.3)季節などの外的な環境条件の変化が,学習能力を形作るモジュール構造と可塑性の関係に与える影響に注目し,周期的変化環境におけるニューラルネットの結合重みの可塑性進化モデルを構築・実験した結果,ネットワークにおける可塑性を持った結合重みに偏りが生じ,環境変動に対して即座に対応可能な振る舞いを可能にすることが判明した.4)ヒトの言語能力の進化を対象とし,個体の言語学習能力と先天的言語能力が進化し,言語能力の複雑化と多様化の過程が可視化可能なモデルを構築し,言語を共有する集団の分化や収束の過程の可能なシナリオを提示した.5)個体間相互作用のネットワーク構造とゲーム戦略,および,ゲーム構造の共進化の理解のために,ゲーム戦略とネットワーク構造に加えてゲーム構造も進化可能なモデルを構築し実験したところ,ゲーム戦略とネットワーク構造のサイクリックな共進化過程が生じることが判明した.6)さらに,協調ネットワークにおける選択の強さの影響や,外乱によって自己組織化するセルオートマトン,食物網の進化ダイナミクス等,個体間相互作用の理解に関する基礎的研究や,適応度地形概念の応用の可能性の検討等を行った.本年度は次の研究を進めると同時に,研究全体の総括を行った.1)本研究課題で中心的に論じてきた,正の頻度依存選択下におけるコミュニケーション能力関連形質の進化モデルをさらに洗練させ,最小限のモデルを再構築した.具体的には,連続値によって表現された量的形質とその可塑性(学習可能性)の大きさのみを進化の対象とし,その値の大きさと個体間での一致度を適応度の構成要素とした単純なモデルを構築した.これを用いて学習がコミュニケーション能力の進化を促進するより一般的・普遍的なシナリオを明確に示した.現在,人工生命研究に関連する学会誌に成果を投稿中である.

2)また,コミュニケーション能力とその学習能力の進化に関するより生物学的に具体的な状況設定,工学的応用も念頭に置いた状況設定として,野鳥の歌行動の時間的可塑性に注目し歌特性の異なる複数種による歌重複回避行動に関する共進化シミュレーションモデルの基礎的解析を行った.3)本研究が論ずる状況の典型例として,ヒト言語の起源と進化に注目し,ヒトの言語能力と言語の共進化モデルを構築し,両者の関係のダイナミックな変容の過程に関して基礎的な知見を得た.また,本研究で論じてきた知見を,学習とニッチ構築の共進化の観点から,言語進化の文脈に位置づけた-4)その他,表現型可塑性進化'および,個体間相互作用の進化に関する様々な計算モデルを構築し,解析を行った.また,動的な適応度地形の概念のアートや教育への応用の可能性も検討した.
糖質コルチコイド受容体遺伝子型の相違によるアレルギー反応への影響

社会的・心理的ストレスはアレルギー性疾患など免疫系へ影響を与えると考えられているが、そのメカニズムは明らかではない。ストレスにより増加する糖質コルチコイドに対する受容体(GR)遺伝子配列はマウス系統により異なり、ストレス感受性に相違を生じる可能性がある。しかも、アレルギー反応の起こりやすさもマウス系統により異なることから、本研究ではGRの遺伝子型に着目し、心理的ストレスが与える免疫反応への影響を明らかにする。平成30年度には拘束ストレスによる免疫細胞でのGR、Rtp801、GILZ、MKP-1、Bnip3、Tp53inp1などのストレス関連遺伝子発現についてを、BALB/cマウスおよびC57BL/6マウス由来のGR遺伝子をそれぞれ置換したGRコンジェニック(Cg)マウスを用いて解析を行った。さらに、平成31年度に予定していたCRHノックアウト(KO)マウスを用いて同様の実験を行った。GR Cgマウスに拘束ストレスを負荷し、脾臓細胞のストレス関連遺伝子の発言を解析したが、Rtp801, GILZ, MKP-1遺伝子の発現はどのGR遺伝子型のマウスでも同程度の発現誘導が見られたが、GR遺伝多型による違いは見られなかった。野生型マウスでは拘束ストレス負荷後にストレス関連遺伝子のRtp801, GILZ, MKP-1遺伝子の有意な発現増加が認められたが、CRH KOマウスではこれらの遺伝子の発現増加は認められなかった。さらに、血中コルチコステロンの濃度を比較したところ、野生型マウスでは拘束ストレス負荷後のコルチコステロンは増加していたが、CRH KOマウスでは増加はみられなかった。このことから、Rtp801, GILZ, MKP-1遺伝子の発現はグルココルチコイド感受性が高い可能性が示唆された。GR下流遺伝子の発現の解析、GR発現の解析については、BALB/c, C57BL/6野生型マウス、GRコンジェニックマウスおよび、CRH KOマウスを用いての解析を行い、近く論文に発表予定であり、概ね順調に進んでいる。しかしながら、平成30年度に予定していた研究計画のGR遺伝型と免疫反応との関連の実験については、解析が進んでおらず、やや遅れていると判断した。今後はGR遺伝子型と免疫反応との関連、とくにアレルギー疾患悪化のメカニズムについての解析を中心に研究を進める。TH2偏向型のBALB/cマウス、TH1偏向型のC57BL/6マウス、GRコンジェニックマウスを用いて、in vitroにおいてデキサメサゾンによるTH1、TH2、Treg細胞の分化誘導に与える影響を明らかにする。そのために、TH1の指標としてIFN-gamma、T-bet、TH2の指標としてIL-4、IL-13、GATA-3、Tregの指標としてIL-10、Bcl-6、Ascl2、Foxp3などのサイトカインおよびマスター転写因子の発現誘導などを指標とし解明する。In vivoによる拘束ストレスによってもT細胞の文化に影響を与えているかを解析する。さらに、GRはIL-4受容体の下流にあるSTAT6, IL-2の下流のSTAT5に結合し、これらのサイトカイン産生に関与し、TH1/TH2の偏向を制御している可能性がある。そこで、STAT5、STAT6とGRの会合の差異を検討する。1.BALB/c、C57BL/6、GRコンジェニックマウスのヘルパーT細胞をデキサメサゾンおよびTCR刺激を行い、タンパク質を精製し、STAT5もしくはSTAT6抗体によりGRが共沈されるか否かをウエスタンブロット法により検出する。2.GRが直接、もしくは他の因子を介してTH2サイトカイン遺伝子領域(IL-4,IL-13遺伝子座)、IFN-gamma遺伝子座に結合し、サイトカイン産生を制御している可能性をChip法、ゲルシフト法により明らかにする。社会的・心理的ストレスはアトピーなどのアレルギー性疾患、感染症の重篤化など免疫系へ影響を与えていると考えられているが、そのメカニズムは明らかではない。マウスにおいて、ストレスにより増加する糖質コルチコイドに対する受容体(GR)遺伝子配列はマウス系統により異なり、ストレスに対する感受性に相違を生じる。しかも、アレルギー反応の起こりやすさもマウス系統により異なることから、本研究ではGRの遺伝子型に着目し、心理的ストレスが与える免疫反応への影響と、その分子機序を明らかにする。心理的ストレス感受性の違いによりもたらされる免疫学的な影響を比較するため、平成29年度には1.糖質コルチコイドによる免疫細胞におけるGR発現量の解析、2.免疫細胞におけるGR下流遺伝子発現の解析について行った。BALB/c、C57BL/6野生型マウスを用いて、in vivoによる糖質コルチコイド(デキサメサゾン)刺激を行い、脾臓細胞のGR mRNAの発現量を比較したところ、刺激前後およびマウス系統間では特に大きな変化は見られなかった。このことから、ストレスによるGRを介した免疫細胞への刺激は両マウス系統で共に同程度行われていることが考えられる。これらのマウスを用いてin vivoによるデキサメサゾン刺激を行い、脾臓細胞中でのGR下流遺伝子発現をRT-qPCRを用いて解析した。その結果、刺激後はRtp801, GILZ, MKP-1, Bnip3遺伝子の優位な発現増加が認められた。水浸ストレスや拘束ストレスによる発現上昇は特にRtp801, GILZ遺伝子において認められたが、系統間の違いは見られなかった。

平成29年度の研究計画の1.糖質コルチコイドによる免疫細胞におけるGR発現量の解析、2.免疫細胞におけるGR下流遺伝子発現の解析について、ストレス刺激の有無による遺伝子の発現は優位な差が見られたものの、現時点ではマウス系統間の違いが見られていない。それぞれの系統の糖質コルチコイド受容体(GR)遺伝子を置換したGRコンジェニックマウスを用いての解析など、より詳細に解析が必要であり、さらに今年度には別の方法による解析をさらに追加して検討していく必要があるため、概ね順調であるとした。社会的・心理的ストレスはアレルギー性疾患など免疫系へ影響を与えると考えられているが、そのメカニズムは明らかではない。ストレスにより増加する糖質コルチコイドに対する受容体(GR)遺伝子配列はマウス系統により異なり、ストレス感受性に相違を生じる可能性がある。しかも、アレルギー反応の起こりやすさもマウス系統により異なることから、本研究ではGRの遺伝子型に着目し、心理的ストレスが与える免疫反応への影響を明らかにする。平成30年度には拘束ストレスによる免疫細胞でのGR、Rtp801、GILZ、MKP-1、Bnip3、Tp53inp1などのストレス関連遺伝子発現についてを、BALB/cマウスおよびC57BL/6マウス由来のGR遺伝子をそれぞれ置換したGRコンジェニック(Cg)マウスを用いて解析を行った。さらに、平成31年度に予定していたCRHノックアウト(KO)マウスを用いて同様の実験を行った。GR Cgマウスに拘束ストレスを負荷し、脾臓細胞のストレス関連遺伝子の発言を解析したが、Rtp801, GILZ, MKP-1遺伝子の発現はどのGR遺伝子型のマウスでも同程度の発現誘導が見られたが、GR遺伝多型による違いは見られなかった。野生型マウスでは拘束ストレス負荷後にストレス関連遺伝子のRtp801, GILZ, MKP-1遺伝子の有意な発現増加が認められたが、CRH KOマウスではこれらの遺伝子の発現増加は認められなかった。さらに、血中コルチコステロンの濃度を比較したところ、野生型マウスでは拘束ストレス負荷後のコルチコステロンは増加していたが、CRH KOマウスでは増加はみられなかった。このことから、Rtp801, GILZ, MKP-1遺伝子の発現はグルココルチコイド感受性が高い可能性が示唆された。GR下流遺伝子の発現の解析、GR発現の解析については、BALB/c, C57BL/6野生型マウス、GRコンジェニックマウスおよび、CRH KOマウスを用いての解析を行い、近く論文に発表予定であり、概ね順調に進んでいる。しかしながら、平成30年度に予定していた研究計画のGR遺伝型と免疫反応との関連の実験については、解析が進んでおらず、やや遅れていると判断した。GR遺伝子型と免疫反応との関連についての研究を進める。1)ストレスによるアレルギー疾患悪化のメカニズムの解明アレルギーではIgEと肥満細胞が中心的な役割を果たすが、このIgE産生に至るためには免疫応答の方向性、特にヘルパーT(TH)細胞分化がTH2側に傾いてIL-4産生に向かう必要がある。
高緯度地域の昆虫は素早く成長するか？：外来種を用いた局所適応の解明

青森県から台湾までの約15地点においてカブトムシを採集、採卵した。幼虫を25°Cの共通環境で飼育し、体重を5日おきに測定し、得られたデータから各個体の成長曲線を推定した。そして緯度と成長曲線のパラメータとの関係を調べた。その結果、緯度と成長速度の間に強い正の関係が見られた。高緯度地域での素早い成長は、冬が訪れる前にできるだけ大きく成長するための適応だと考えられる。さらに、北海道の外来個体群についても、幼虫の成長速度を調べたところ、東北地方よりもずっと小さく、本州の南部と同程度であることが分かった。つまり、北海道に侵入してから50年の間に、少なくとも明らかな適応は幼虫の成長パターンには生じていないと考えられる。同様に、リュウキュウツヤハナムグリにおいても、15年ほど前に東京都大田区と八丈島へ移入された個体群、その起源である奄美大島の在来個体群の3個体群間で、同様に共通環境で飼育した幼虫の成長速度を比較した。その結果、緯度と成長速度に有意な関係は見られなかった。以上の結果から、コガネムシ科の幼虫の成長速度は緯度と相関するものの、それほど素早く進化する形質ではないことが示唆された。今後はカブトムシを用い、緯度による成長速度の変異が、成長効率か摂食量どちらの変異によってもたらされるのかを解明する。また、消化管の大きさや消化管内の酵素活性、有機酸量についても、成長速度の異なる個体群間で比較を行う予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。カブトムシにおいて、高緯度地域の個体群ほど、幼虫の成長速度が速いかを検証した。新潟、東京、山口、長崎、沖縄、台湾などにおいて成虫を捕まえ、採卵を行った。そして25°Cの共通環境で幼虫を飼育し、5日ごとに体重を計測した。少なくとも幼虫の初期では、沖縄台湾の個体群の成長速度は、本州九州の個体群に比べてずっと遅いことが分かった。また、幼虫期間も、沖縄台湾の個体群は平均して1か月以上本州九州の個体群と比較して長かった。これは、高緯度地域の幼虫が速く成長するという予測と一致している。カブトムシにおいて、冬眠前の体サイズが成虫の適応度に強く影響することが知られており、冬が長い地域では、冬を迎える前に大きい体へ成長するように淘汰が働いた結果であると考えられる。しかし、本州九州の個体群間の比較では、緯度と幼虫の成長速度の相関はあまり明瞭でないという予備的な結果が得られた。近年の分子系統解析の結果から、本州九州の個体群と沖縄台湾の個体群は古くに分化したことがわかっている。これらのことを合わせると、カブトムシにおいて、幼虫の成長速度はそれほど素早く進化する性質ではない可能性が高い。さらに、北海道旭川の外来個体群も、本州の多くの地域の在来個体群と比べ、成長速度に明瞭な差はみられなかった。旭川へは本州から約50年前に侵入したことが知られており、50世代では少なくとも明瞭な幼虫の成長速度の進化は起こらないと考えられる。今後は、さらに多くの地域の個体群を加え、より詳細な成長軌跡の解析を行う必要がある。悪天候などにより、カブトムシやリュウキュウツヤハナムグリの採集ができていない地域がある。飼育実験については大きな滞りはない。カブトムシの、東北、九州南部および北海道の個体群を追加して、引き続き飼育実験を行う。また、個体群間での幼虫の摂食速度、同化速度の違いを調べ、幼虫の成長速度の違いをもたらす至近要因を明らかにする。リュウキュウツヤハナムグリの奄美大島など個体群を採集し、在来個体群と外来個体群での、幼虫の成長速度の違いを調べる。
CD271陽性骨髄幹細胞を用いた変形性関節症に対する軟骨再生治療の試み

HAの軟骨修復効果について、HA+BMSCs群では他の3群と比較して、mankin scoreは有意に改善していた。蛍光標識された細胞は、PBS+hBMSCsではほとんど取り込まれなかったが、HA+BMSCs群ではOA軟骨表層を中心に取り込まれていた。WB法を用いた半定量解析でも、HA+BMSCs群では基質中の2型コラーゲン量が増加していた。HAは病的な関節軟骨に速やかに浸透し長期間残存するため、変性軟骨の修復と除痛に働いていると考えられた。またBMScを変性軟骨部に効果的に定着させており、流動性に富むscaffordとしての役割を認めた。【はじめに】以前より脂肪由来の間葉系幹細胞(MSCs)が他組織より分離した幹細胞と比較して高い分化能、増殖能を持っていることは知られている。今回OA自然発症動物モデルを用い、脂肪由来のMSCsをヒアルロン酸(HA)を足場として変性関節内へ直接投与し、軟骨再生についてどのような影響を及ぼすか組織学的に検討を行った。【方法】28週齢のハートレー系モルモット(n=12)を用いた。ヒト脂肪細胞より分離した細胞をシャーレ上で培養し、接着細胞を分離培養した。分離後の細胞をPKH67 Tracerにて細胞標識し、HA(分子量270万Da、0.5ml/kg)に7×106 cellの平均細胞密度で混入し、関節内に注入した(PA-MSCs/HA群)。またHAのみ(HA群)、PBSのみを(PBS群)注入した群を作成した(各群, n=4)。術後4週で関節を取り出し、HE, toluidine blue染色、safranin O染色にて各群間の組織学的検討を行い、蛍光顕微鏡にて標識された細胞の局在を観察した。【結果】PBS群では関節軟骨表層が乱れ、fibrillationが生じ、軟骨細胞数の減少、クラスター形成が認められた。toluidine blue染色による基質染色性の低下も見られた。HA群もほぼ同様の所見であったが、PA-MSCs/HA群においては表層の乱れは残存するものの基質染色性の改善があった。また同群において変性軟骨部での蛍光標識された移植細胞の変性軟骨内への取り込みを多数認めた。【考察】今回の結果から、MSCsをHAと混合して関節内へ注入することにより多数の細胞が変性軟骨内へ取り込まれることが分かった。HAは病的な関節軟骨に速やかに浸透し長期間残存するため、MSCs取り込みにも有利に働く可能性が示唆された。今後のOA治療において細胞移植における簡便なscaffoldとしての可能性がある。また脂肪由来のMSCsが今後組織再生において有望な細胞種の一つとなる可能性がある。【目的】ヒアルロン酸(HA)による疼痛抑制や治療効果に関しては不明な点も多い。今回OA自然発症動物モデルを用い、HAの関節内注入による除痛効果について検討を行い、またHAの新たな治療の可能性として、BMSCsの関節内直接注入における軟骨修復効果にHAが及ぼす影響について検討した。【方法】実験にはOA自然発症動物モデルとしてハートレー系モルモットを用いた。HA(分子量270万Da)を28週齢の時点で片側の膝関節内に注入し(0.5ml/kg)、もう一方にはPBSを注入した。注入2週後にL4後根神経節(DRG)において疼痛関連物質であるSP、CGRP、ATF3の陽性細胞出現割合を比較検討した。【結果】DRGにおけるSPの陽性細胞割合はPBS投与側において14.9%であるのに対し、HA群では8.2%に減少しており、CGRPにおいても同様の結果が得られた。次にHAの軟骨修復効果について、HA+BMSCs群では他の3群と比較して、mankin scoreは有意に改善していた。【考察および結論】HAは病的な関節軟骨に速やかに浸透し長期間残存するため、変性軟骨の修復と除痛に働いていると考えられた。一次性および二次性の動物モデルの作成は順調に行われており、現在MSCsを関節内直接投与させた結果と、ヒアルロン酸を関節内投与した結果を解析中である。preliminaryにはBMSc投与によって、早期から抗炎症作用の発現が見られ、これまで考えられてきた細胞外基質の産生による軟骨再生ではなく、抗炎症作用が強く作用している可能性が示唆された。ヒアルロン酸のデータとも比較検討を行い、本年度には結果を出せる予定である。ヒアルロン酸(HA)は関節潤滑性の改善、抗炎症・鎮痛作用、関節痛の抑制といった症状を軽減させる作用とともに一部報告では軟骨変性の抑制や、軟骨の修復を促進させるといったdisease-modifying効果もあるとされている。これまでの報告でも効果があるとする論文とOA自然経過には影響を及ぼさない、もしくは促進するとの報告もある。今回HAの治療効果についてOA動物モデルを用いて検証を行った。次に一次性および二次性変形性関節症動物モデルを用い、ヒアルロン酸の関節内注入による除痛効果について検討を行い、BMScの関節内直接注入における軟骨修復効果にHAが及ぼす影響についても検討を行った。

結果として、後根神経節(DRG)におけるSubstance Pの陽性細胞割合はPBS投与側において14.9%であるのに対し、HA群では8.2%に減少しており、CGRPにおいても同様の結果が得られた。HA群においてDRGでの疼痛関連因子の発現は減少しており、HAによって変形性関節症に対する徐痛効果が得られ結果であった。次にBMScの軟骨修復効果について、HA+BMSc注入群では他群と比較して、mankin scoreは有意に改善していた。蛍光標識されたBMScは、PBS+BMScの関節内注入群ではほとんど取り込まれなかったが、HA+BMSc群では変性軟骨の表層を中心に取り込まれていた。WB法を用いた半定量解析でも、HA+BMSc群では基質中の2型コラーゲン量が増加していた。HAと共にBMScを投与した群では投与したBMScはより深くより長期間変性軟骨部に留まることがわかった。また変性軟骨内に移動したBMScはその場でtypeIIcollagenを産生していることもわかった。HAの軟骨修復効果について、HA+BMSCs群では他の3群と比較して、mankin scoreは有意に改善していた。蛍光標識された細胞は、PBS+hBMSCsではほとんど取り込まれなかったが、HA+BMSCs群ではOA軟骨表層を中心に取り込まれていた。WB法を用いた半定量解析でも、HA+BMSCs群では基質中の2型コラーゲン量が増加していた。HAは病的な関節軟骨に速やかに浸透し長期間残存するため、変性軟骨の修復と除痛に働いていると考えられた。またBMScを変性軟骨部に効果的に定着させており、流動性に富むscaffordとしての役割を認めた。初年度の実験は上記内容で実施しており、当初の実施計画と照らしても、おおむね順調に進展していると考えられる。BMScの関節内直接投与においては比較的進行した変形性関節症に対しても抗炎症作用があることが現在のデータでは示せている。今後は標識させたBMScを関節内投与することで、移植細胞が変形性関節症の軟骨組織内に直接浸潤しているのかを確認し、さらに通常のBMScの3-5%に存在しているといわれる、CD271陽性のBMScを選択的に培養しそれにより軟骨再生が増強されるのかを解明していきたい。整形外科学領域今後はCD271陽性細胞の分離と増殖を行い、より軟骨再生の進む環境、状況を整え軟骨再生のみならず、関節由来の痛み、炎症性サイトカインの産生についても客観的に評価していく予定である。補助事業の誠実な執行に努めた結果、当初計画より経費の使用が節約できたことにより未使用額が生じた。当該未使用額を次年度に持ち越して追加の試薬・抗体・消耗品等購入する。当該未使用額を次年度に持ち越して追加の試薬・消耗品が必要な際に使用したい。
粘土層間化合物を触媒とするデュレンの形状選択的合成

粘土層間化合物を触媒として1, 2, 4-トリメチルベンゼン(TrMB)の不均化反応を行ない, 1, 2, 4, 5-テトラメチルベンゼン(TeMB)生成の選択性と層構造の関係について検討した.ラポナイトおよびサポナイト層間化合物では層の面と辺あるいは辺と辺が凝集したカードハウス構造のためマクロポアが存在しており,このため1,2, 4, 5-TeMB選択性(異性体中に占める割合)は低い.これに対して,モンモリロナイト層間化合物は層の面と面が積み重なりゼオライトと同様なミクロポア構造を有しているため,高い1, 2, 4, 5-TeMB選択性を示した.モンモリロナイト層間化合物では1, 2, 4-TrMBの転化率の上昇とともに1, 2, 4, 5-TeMBの異性化反応が進行し選択性は減少した.しかし,高温焼成(Bronsted酸点を減少させると1, 2, 4, 5-TeMBの異性化反応が抑制され高転化率でも高い1, 2, 4, 5-TeMB選択性が得られた.また, 1, 2, 4, 5-TeMB選択性は層間距離と柱の密度により変化し,層間距離が0.6nmのクロミア架橋モンモリロナイトが約90%と最も高い1, 2, 4, 5-TeMB選択性を示した.カードハウス構造のラポナイトやサポナイト層間化合物では活性の経時変化はみられなかったが,ミクロポア構造のモンモリロナイト層間化合物の活性は経時的に著しく減少した.しかし,極く少量のPdを担持し水素還元後キャリアガスに水素を用いて反応を行なうと,活性劣化は完全に抑制された.モンモリロナイト層間化合物にPd/Al_2O_3を物理混合しても同様に活性劣化が抑制されたことからスピルオーバー水素が活性劣化を抑制していると考察した.スピルオーバー水素は触媒の種類に関係なく酸性質がLewis酸性の場合に活性劣化を抑制した.以上のことより,ヒドリドとして存在するスピルオーバー水素とLewis酸点の反応が活性劣化の抑制に重要な役割を果たしていると結論した.粘土層間化合物を触媒として1, 2, 4-トリメチルベンゼン(TrMB)の不均化反応を行ない, 1, 2, 4, 5-テトラメチルベンゼン(TeMB)生成の選択性と層構造の関係について検討した.ラポナイトおよびサポナイト層間化合物では層の面と辺あるいは辺と辺が凝集したカードハウス構造のためマクロポアが存在しており,このため1,2, 4, 5-TeMB選択性(異性体中に占める割合)は低い.これに対して,モンモリロナイト層間化合物は層の面と面が積み重なりゼオライトと同様なミクロポア構造を有しているため,高い1, 2, 4, 5-TeMB選択性を示した.モンモリロナイト層間化合物では1, 2, 4-TrMBの転化率の上昇とともに1, 2, 4, 5-TeMBの異性化反応が進行し選択性は減少した.しかし,高温焼成(Bronsted酸点を減少させると1, 2, 4, 5-TeMBの異性化反応が抑制され高転化率でも高い1, 2, 4, 5-TeMB選択性が得られた.また, 1, 2, 4, 5-TeMB選択性は層間距離と柱の密度により変化し,層間距離が0.6nmのクロミア架橋モンモリロナイトが約90%と最も高い1, 2, 4, 5-TeMB選択性を示した.カードハウス構造のラポナイトやサポナイト層間化合物では活性の経時変化はみられなかったが,ミクロポア構造のモンモリロナイト層間化合物の活性は経時的に著しく減少した.しかし,極く少量のPdを担持し水素還元後キャリアガスに水素を用いて反応を行なうと,活性劣化は完全に抑制された.モンモリロナイト層間化合物にPd/Al_2O_3を物理混合しても同様に活性劣化が抑制されたことからスピルオーバー水素が活性劣化を抑制していると考察した.スピルオーバー水素は触媒の種類に関係なく酸性質がLewis酸性の場合に活性劣化を抑制した.以上のことより,ヒドリドとして存在するスピルオーバー水素とLewis酸点の反応が活性劣化の抑制に重要な役割を果たしていると結論した.粘土層間化合物の活性は、層間内に柱として存在している金属酸化物の種類及び処理温度に依存した。処理温度の増加とともに活性は著しく減少したが、1,2,4-トリメチルベンゼンの異性化反応が抑制され、不均化反応の選択性が著しく向上した。本研究で用いたすべての粘土層間化合物で、テトラメチルベンゼン中で最小の有効分子径を有するデュレンが熱力学的平衡組成以上生成した。しかし、低温で処理した粘土層間化合物では1,2,4-トリメチルベンゼンの転化率の上昇とともにデュレンの異性化反応が進行し選択性が減少した。これに対して、【Al_2】【O_3】架橋モンモリロナイトを550°C以上の温度で処理した場合には、1,2,4トリメチルベンゼンの不均化生成物であるテトラメチルベンゼンの異性化反応が抑制され、高転化率でも高いデュレンの選択性が得られた。同様にZr【O_2】架橋モンモリロナイトの場合には500°C,【Cr_2】【O_3】

架橋モンモリロナイトの場合には400°Cで処理することによりテトラメチルベンゼンの異性化反応が抑制され、高いデュレンの選択性が得られた。吸着ピリジンのIR測定より、これら異性化反応の抑制はブレンステッド酸点の減少によると結論した。異性化反応を抑制した場合のテトラメチルベンゼン中に占めるデュレンの割合は、【Cr_2】【O_3】架橋モンモリロナイトで88%と最も高く、ついでZr【O_2】架橋モンモリロナイトで85%、【Al_2】【O_3】架橋モンモリロナイトで82%となった。室温でのベンゼンの吸着量より、層間内の空間は、【Al_2】【O_3】>Zr【O_2】>【Cr_2】【O_3】架橋モンモリロナイトの順に狭くなっていることが明らかとなった。これら粘土層間化合物の層間距離はほぼ同一であることから、この層空間の大きさおよびデュレンの選択性の相異は柱の密度の差によるものと結論した。
食行動変容による抗ストレス作用発現の神経生理学的機構の解明

慢性ストレスが増加している現代社会においては、生体防御機構が破綻し、循環器疾患などの生活習慣病や、抑うつなどのメンタルヘルスに関する問題が増加している。短期的絶食は、自律神経性の調節機構を介して、生体のストレス状態を軽減する可能性が示唆されていたが、これまで、ヒトではその生理的機構について十分に明らかにされていなかった。平成23年度は、平成22年度に取り組んだ自律神経系の解析法の検討結果を受け、autoregressive modelを用いて自律神経系活動を分析することとし、食事摂取及び絶食による生体への影響、及びそのメカニズムの解明について取り組んだ。対象は健康な若年成人男性であり、食事摂取または絶食による自律神経機能、自律神経性の調節を受ける循環機能及び代謝機能への影響を、無作為クロスオーバーデザインによって評価した。実験開始に先立ち、対象者に対して、食習慣などの生活習慣、食物摂取状況、摂食障害傾向などについて質問紙調査を行った結果、いずれも異常は認められなかった。今回得られた主な結果については以下の通りである。食事摂取後において心拍数、1回拍出量、心拍出量の増加などの循環機能の亢進、及び酸素消費量、二酸化炭素排出量、消費エネルギー量の増加などの代謝機能の亢進が見られた。絶食では食事摂取と対比して心臓副交感神経系活動の減少はみられず、循環機能の亢進の程度は緩徐であり、代謝機能では減少がみられた。気分や疲労度などの心理指標においては、絶食群と食事摂取群間で有意な差は見られなかった。食事摂取群では、摂取後から空腹感が低下し、満腹感が上昇したが、絶食群では、食後に一致する時間帯において、空腹感は低下せず、満腹感は上昇しなかった。これらの結果から、循環・代謝機能の面からも、本研究で得られた自律神経系活動を支持する結果となった。今後は、高次脳機能との関連についてさらに検討を加える予定である。慢性ストレスが増加している現代社会においては、生体防御機構が破綻し、種々の健康問題が増加している。短期的絶食は、自律神経性の調節機構を介して生体のストレス状態を軽減する可能性が示唆されていたが、これまでヒトではその生理学的機構について十分に明らかにされていなかった。又、優れたストレス指標である自律神経機能の解析にはfast Fourier transform (FFT)又はautoregressive model (AR)からの心拍変動性のパワースペクトル解析が用いられてきた。運動条件等でFFTとAR間で異なる解析結果が報告されてきたことから、食行動の場合もFFTとAR間の解析結果の相違を確認した上でFFT又はARを適用すべきであるが検討されてこなかった。そこで本年度は、異なる食行動の前後におけるFFTとARにより得た心拍変動性の解析結果の一致性について検討した上で、各々の食行動における自律神経活動の特徴を明らかにすることを目的とした。対象は健康な成人男性で、絶食、標準食、高エネルギー食が心拍変動性に及ぼす影響をFFTとARを用いて解析し、一致性に関する統計解析により比較した。一致性の評価には二元配置分散分析、級内相関係数、Bland-Altman法を用いた。二元配置分散分析の結果、スペクトル解析条件の主効果、スペクトル解析条件と時間による交互作用は有意ではなかった。級内相関係数では、摂取前及び絶食群における食後に一致する時間帯で級内相関係数の95%信頼区間下限値が0.75を上回る場合が多かった。一方、Bland-Altman法では、FFTとAR間のLimits of agreementは食事条件及び摂食前後にかかわらず、いずれの心拍変動性指標についてもほとんどの場合で大きな値を示した。これらの結果から、FFTとARは、食事条件や摂食前後にかかわらず、類似しているものの異なる解析結果を算出することが示唆された。更に、ARによって解析を行った結果、食後の時間帯おいて、標準食群及び高エネルギー食群では交感神経活動優位の自律神経活動、絶食群では副交感神経活動優位の自律神経活動が確認された。

食事摂取群では、摂取後から空腹感が低下し、満腹感が上昇したが、絶食群では、食後に一致する時間帯において、空腹感は低下せず、満腹感は上昇しなかった。これらの結果から、循環・代謝機能の面からも、本研究で得られた自律神経系活動を支持する結果となった。今後は、高次脳機能との関連についてさらに検討を加える予定である。
新しい宇宙論観測量を用いたスピン宇宙の探求

本研究は、磁場(スピン1)、重力波(スピン2)など、宇宙の進化において重要な役割を果たしているスピン依存性の起源に、理論的、観測的アプローチ双方から迫ろうとするものである。高スピン場は、宇宙初期の重力場の統計量中にパリティ対称性の破れを生み出す。今年度は、宇宙マイクロ波背景放射(CMB)の揺らぎの多点相関関数を用いたパリティの破れの探求を行なった。2点相関関数の研究では、Planck衛星による最新のCMBデータから温度とBモード偏光の相互相関関数を測定し、パリティの破れ具合に観測的な制限を与えた。さらに、高次統計量の解析も行い、Bモード偏光の3点相関関数やミンコフスキー汎関数、温度の4点相関関数を用いることによって、より高精度の検証が可能になることを示した。Bモード偏光の研究における成果は、第2年度の目標にかなったものであり、今後はさまざまな宇宙モデルに対する応答を調べ、実際の測定に備えたい。高スピン場はまた、重力場の統計量中に特別な方向依存性を作り出す。従来まで主に用いられてきた観測量はCMB揺らぎであったが、今年度の我々の研究で新たに、中性水素21cm線、CMBスペクトルの黒体分布からの歪み、銀河パワースペクトルを観測量として取り扱った。これらはCMB揺らぎの観測では届かない小スケールの情報を反映しており、その観測によって高スピン場に対する新たな知見が得られると期待される。上記の成果は、既に出版済みの論文中にまとめてあり、国内外の研究会、セミナーを通して発信している。これらを今後以降の研究で発展させ、宇宙のスピン依存性に関するさらなる理解を目指す。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。初期宇宙に存在するスピン場は重力場の(高次)統計量にその痕跡を残す。重力場の特に4点相関関数に関する新たな観測量について今回研究を行い、その構築に成功した。それは宇宙マイクロ波背景放射(CMB)の黒体スペクトルからの歪みに関する情報を利用するもので、将来的にはかつてない精度での4点相関関数の測定を可能とする。これは第1年度の研究目標にかなった成果であり、今後さまざまな宇宙モデルに対する応答を調べあげ、実際の測定に備えたい。スピン場はまた、重力場の統計量中にパリティ対称性や回転対称性の破れを生み出す。例えば、アクシオンとゲージ場(スピン1)の相互作用がその原因となりうる。今回、既存のCMB観測データを用いた詳細な現象論解析を行い、そのような相互作用の強さやゲージ場の真空期待値に対する新たな知見を得た。また、将来的な観測プロジェクトを想定した解析も行い、CMBのBモード偏光、スペクトル歪みや銀河分布に関する新たな観測量を用いることによって、より詳細な対称性の破れの測定ができることを発見した。これらを今後の研究で発展させ、宇宙のスピン依存性に関するさらなる理解を目指す。第1年度は、重力場の4点相関関数におけるスピン依存性の理解を目標として、具体的な宇宙モデルの現象論解析を通して新たなCMB観測量を構築し、観測データとの比較によってモデルパラメータを推定する計画であった。前者に関しては、CMBスペクトル歪みに関する新たな観測量の構築によって成し遂げられたと考える。一方で後者は、観測データや解析ツールがあるという理想的な状況における計画であり、それはかなわなかった。その代わりに、アクシオンを含む初期宇宙モデルの包括的な現象論解析、銀河分布やCMBのBモード偏光、スペクトル歪みを用いたパリティ対称性、回転対称性の破れの探求など、新たなテーマに挑戦し、それらを完成させている。また、当初の計画通り、ESA Planckプロジェクトにおける研究も順調に進めている。なお、上記の成果は9本の投稿論文にまとめられている。以上の状況から、当初の計画以上に研究が進展していると判断した。

上記の成果は、既に出版済みの論文中にまとめてあり、国内外の研究会、セミナーを通して発信している。これらを今後以降の研究で発展させ、宇宙のスピン依存性に関するさらなる理解を目指す。今後の研究計画では、CMBのミンコフスキー汎関数や銀河分布の相関関数を観測量としたスピン依存性の解析を行うことにしている。前者の解析の一部は終わっており、また後者に関わる論文を既に出版している。このように、当初の研究計画以上のペースで順調に進んでいるため、スピン依存性の新たな観測量に関する研究などにも挑戦していく。また、ESA Planckプロジェクトにおける研究も継続する。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
パクス・ブリタニカにおける情報ネットワークの形成 -ロイター社を中心に-

平成22年度については、出産・育児に伴う採用期間中断前からの研究を継続した上で、ロイター社が情報社会において果たした役割やその社会的意義を分析し、情報社会の社会思想史的理解を追究することが課題であった。最終的に、19世紀のイギリス帝国の情報社会におけるロイター社を中心とした情報ネットワークの形成について、1・2年目の研究で得られた成果を基に、1)電信ネットワーク構築の歴史的経緯、2)電信ネットワーク構築に影響を与えた政府等の思想、3)ロイター社の情報ネットワークの形成過程の解明、4)ロイター社の情報社会における位置づけとその社会的意義、等について取りまとめ、2年目の在外研究で収集出来なかった史料(各地の商工会議所が電信敷設要請を行った際の史料等)については、現地に赴き出来る限り入手できるよう努め、またその成果を学位論文として執筆する予定であった。2011年3月に開催された進化経済学会で「19世紀イギリスにおける電信国有化-新技術の普及と公共性の観念-」と題して、19世紀イギリスにおける国内電信事業が国有化された経緯から、今日の情報社会へと繋がる新しいテクノロジーの普及が、市場を通じた普及ではなく、国有化という国家の政策によって広く国民に普及した一つの事例として紹介し、国有化を推し進めた論理となった社会の公益に対する観念の変化にツイテの考察を報告した。しかし、研究員の個人的事情(子及び本人の体調不良による研究スピードの低下)により、任期期限内に研究成果としての博士論文を取りまとめることができなかったため、さらに1年をかけて研究成果を取りまとめる予定である。本研究の目的は、パクス・ブリタニカにおけるイギリス帝国を歴史上最初の情報社会と位置づけ、帝国における情報ネットワーク形成について社会史思想史的観点からの解明である。このため平成19年度の研究計画としては、まず同時代における電信ネットワークの形成過程を明らかにするため、その構築に影響を与えた帝国政府及び金融界や市民の意志について、イギリス議会資料及び新聞投書等から明らかにすることであった。この点に関しては、2007年7月にイギリスへ赴き、電信の国有化をめぐる言説史料(パンフレット及び著書)の調査を行った。特に19世紀イギリス国内電信国有化について重要な研究を行ったJeffrey L.Kieve及びCharles Richard Perryが参照していない史料が入手できたので、これについては現在作成中の論文にて言及する予定である。次に、パクス・ブリタニカにおける情報ネットワーク形成過程において、イギリス本国内の市民に電信システムを開放し、今日の情報社会の原型である電気的情報ネットワックを構築した契機として、イギリス国内電信国有化法がどのような経緯で可決成立したのかを、修士論文を土台として検討し直した。当該法案はイギリス初の民間企業の強制買収による国有化法案であるが、その思想的背景として支配者層の自由主義とミドルクラスの社会改良主義が密接に絡んで成立した法案であることが、関連議会史料等から推察された。この点についても、現在作成中の論文にて言及する予定である。今年度の研究目的は、昨年度に引き続きイギリス帝国の電信ネットワークの形成過程について、帝国の電信ネットフークがどのように発展・拡大したのかを実証的に明らかにすることと、2年間に渡る研究からその社会的意義について検討することであった。このために(1)BritishLibrary等へ赴き、昨年度入手できなかった19世紀に発行された電信に関するパンフレット等の中から必要な文献・史料等に関して調査・入手する必要があった。さらにイギリス国内電信国有化法成立の思想について、(2)イギリス国内電信国有化法について、この法案成立の思想的な背景を明確にするために、イギリス議会史料、当時のパンフレット等を踏まえて論文の作成を目指した。(1)に関しては、2008年9月にイギリスへ赴き、電信の国有化をめぐる言説史料(パンフレット及び著書)の調査を行った。主な先行研究者が参照していない史料で、電信国有化法の提唱者と言われているThomas Allanのパンフレット等が入手できた。(2)に関しての検討は以下の通りである。Thomas Allanによる国営の電信通信システムがパンフレット等で認識されると、1861年から1868年に渡り自由党内閣から保守党内閣へと変遷する中でも電信の国有化は引き続き検討され、1868年の保守党政権下で第1次法案が成立、その後自由党内閣なるが1870年に実際に電信会社は国有化される。このような法案成立背景から、より大きな社会的な潮流として党派・主義といった思想を超えた社会改良に対する合意形成があったとも考えられる点が今後の検討課題である。

2011年3月に開催された進化経済学会で「19世紀イギリスにおける電信国有化-新技術の普及と公共性の観念-」と題して、19世紀イギリスにおける国内電信事業が国有化された経緯から、今日の情報社会へと繋がる新しいテクノロジーの普及が、市場を通じた普及ではなく、国有化という国家の政策によって広く国民に普及した一つの事例として紹介し、国有化を推し進めた論理となった社会の公益に対する観念の変化にツイテの考察を報告した。しかし、研究員の個人的事情(子及び本人の体調不良による研究スピードの低下)により、任期期限内に研究成果としての博士論文を取りまとめることができなかったため、さらに1年をかけて研究成果を取りまとめる予定である。
周産期看護・助産教育におけるCAIシステムの開発(マイクロコンピュータを使用して

目的:看護:助産に必要な知識・情報を系統的に整理・統合し、社会の進歩に伴う高度な看護ケアを実施するに必要な情報収集能力・観察能力・判断能力・問題解決能力ならびに看護技術展開能力を学習者の興味を引き起しながら包括的に修得させることを目標としたCAIシステム教育を導入し、プログラム開発を行った。方法:冨士通マイクロコンピュータFM16βをホストコンピュータとし、同じくFM11を端末機とし、CAIシステムはネットワーク型を採用した。ホストにおいては【◯!1】コースウェア、【◯!2】学習過程記録、【◯!3】キーボード、【◯!4】CRT、【◯!5】漢字プリンタ、端末機においては【◯!1】キーボード、【◯!2】CRTが接続されており、学習者は端末機でCAI学習を受ける。学習は、全てホストコンピュータにおいて制御されている。結果:本研究におけるCAIシステム学習の形態は個別指導型を採用し、【◯!1】学習課題の標示→【◯!2】学習者のID入力→【◯!3】問題提示→【◯!4】解答→【◯!5】正誤判定→【◯!6】評価→【◯!7】学習過程の記録→【◯!8】総合成績の提示という流れであり、誤答した場合は学習不十分処理サブルーチンが作動する。プログラム開発においては周産期看護における視点を定め、表1のようなプログラムを開発した。開発したプログラムを助産婦学生に使用した結果、学生の学習意欲を引き起しながら学習効果を高めることが出来た。試用実験の結果、いくつかの問題点が抽出され、それらに対応するプログラム修正を実施した。今後さらにプログラムの質を高め、量を増やし有機的に結合させれば高度な周産期看護の学習が可能となる。
生物的機能導入に基づく新規設計人工タンパク質の化学進化工学

生体内において電子伝達や酸化反応は物質・情報変換を行う上で重要な役割を担っている。これらの機能を人工系で発現する試みとして、4α-ヘリックスポリペプチドの内部疎水場にフラビン誘導体を導入した酸化還元酵素モデルを設計合成した。このポリペプチドは、N-アルキルジヒドロニコチンアミドを酸化した。しかし、その活性はペプチドを持たないアセチルフラビンと同程度であった。界面活性剤存在下では、N-アルキルジヒドロニコチンアミドを効率よく酸化した。次にヘムタンパク質モデルとして、2α-ヘリックスポリペプチド-テトラフェニルポルフィリン鉄錯体を設計合成した。このポリペプチドは、水溶液中ではほとんどペルオキシダーゼ様活性を示さなかった。またこの反応も界面活性剤の添加が活性の向上をもたらした。以上の結果から、新規設計人工タンパク質中に機能性原子団を容易に導入する方法が提案できた。またこのような擬タンパク質の機能発現において分子の「ゆらぎ」が、基質認識や反応速度の向上に寄与していることを明らかにした。4α-ヘリックスバンドル構造は新規設計人工タンパク質の基本構造として利用可能であることがわかった。次にポルフィリン鉄錯体を坦持したβαβα構造体を設計合成した。このβαβα構造体のペルオキシダーゼ様活性は過酸化物の疎水性に依存し、過酸化脂質と構造体内部疎水場との親和性が活性に関与することが示された。また活性はpH依存性を示し、イミダゾールのプロトン化が反応を促進していると考えられる。さらにチトクロムP-450様酸素化反応を試みると、チオアニソールをスルホキシドへと変換した。この酸素化反応も酸性中性pH領域で高活性を示した。4α-ヘリックスバンドル構造体やβαβα構造体といった「新規設計人工タンパク質」は、目的とする機能性原子団をアミノ酸側鎖官能基として坦持させることにより機能発現が可能である事を示した。フラビンおよびポルフィリン鉄錯体を担持したβαβα構造体のシトクロムP-450類似活性発現を試みている。アミノ酸49残基からなる1本鎖βαβαポリペプチド構造体にフラビンおよび鉄ポルフィリン錯体を共有結合的に導入し、シトクロムP-450の還元等量獲得から酸化反応までをβαβαポリペプチド1分子で模倣したペプチドを設計、合成した。吸収スペクトル測定により、このペプチドはpH7.0の緩衝液中で鉄ポルフィリンが低スピン状態にあることがわかった。これはα-ヘリックスセグメント中のビスヒスチジンによる鉄への第5,6軸配位を示唆する。またCDスペクトルの測定により、鉄ポルフィリンのB吸収帯における分裂型CDを観測した。これらスペクトル中の低スピンを示唆するシグナルはメタノールの含量が増すと減少し、鉄ポルフィリンは低スピンから高スピン状態へと変化したと考えられる。今後、このペプチドにジヒドロニコチンアミドを添加してアニリン水酸化活性を調べる予定である。ピレンを含むコラーゲン様トリプルへリックスの生成を行い、立体構造評価を行った。コラーゲン様トリプルヘリックスの配列中央部にピレンを導入したモデルペプチドを設計、合成した。このモデルペプチドのCDスペクトルをリン酸緩衝液中で測定したところ、4°Cにおいてこのペプチドは三重鎖構造を形成することが分かった。またこのペプチドはピレンの吸収波長領域において負の誘起CDスペクトルを示した。熱変性実験を行いこのペプチドの構造安定性を調べたところ、アミド領域のCDスペクトルから得られた変性のエネルギーはピレン領域の吸収波長領域から得られた変性のエネルギーと同様であった。

これはこのピレン部分がコラーゲン主鎖構造の変化を反映していることを示している。ヘムタンパク質のひとつであるペルオキシダーゼは、活性中心であるポルフィリン鉄錯体の近傍にアルギニン残基(Arg)が存在し、活性発現に寄与していると言われている。活性発現におけるこのArgの効果を調べるため、ポルフィリン鉄錯体を導入した49残基からなる両親媒性の新規設計人工タンパク質、βαβα(R)を設計合成した。βαβα構造体を形成したときにポルフィリン近傍にArgが配置できるような配列にした。βαβα(R)の対照化合物としてArgの位置にロイシンを配置したβαβα(L)も設計合成した。この2種のポリペプチドは水溶液中でポルフィリン鉄錯体に2つのヒスチジンイミダゾール基が軸配位した吸収スペクトルを示した。βαβα(R)の水溶液中でのα-へリックス含率は、βαβα(L)のそれよりも低かった。メタノール中では両者が同様のα-へリックス含率を示したことから、疎水場に配置した親水性のArgがα-へリックス形成を阻害していると考えられる。この2種のβαβα構造体のペルオキシダーゼ様活性を調べたところ、βαβα(R)のk_<cat>/K_m値はβαβα(L)と比べて2倍以上の値を示した。また、ペルオキシダーゼ様活性のpH依存性を調べるとβαβα(R)は中性pH付近で、βαβα(L)は酸性pH領域で活性極大を示した。ポルフィリン鉄錯体近傍のArg残基は構造体形成および酸化活性に大きく寄与していることがわかった。
ファセット型成長する超伝導酸化物の包晶凝固機構の解析

Y-Ba-Cu-O系超伝導酸化物において、融液+211相の状態からファセット型123相が一方向包晶凝固する機構について、これまで主として1次元凝固モデルで解析してきた。本研究では、著者らの解析モデルとD.Shangguan及びJ.D.Huntのファセット型セル成長に関する数値解析モデルを組み合わせた方法により、ファセット型包晶凝固の2次元数値解析モデルによるシミュレーションを行った。ファセット面の垂直成長速度(Rk)はラセン転位機構に基づく次式で与えられた:Rk=ag・ΔTk^2、ここに、ΔTkはファセット面の最大過冷度であり、agはカイネテックな成長係数である。融液中の過熱211粒子の溶解速度についても、agの代わりに溶解係数amにより上記と同様の式が成り立つと仮定した。計算においては、ファセット面での平均成長速度Rk(;Rav)、及び界面拡散係数Dgとは異なるバルク拡散係数Dを評価した。過包晶及び亜包晶組成のYBCO(fs_<2110>=0.43,0.32)について、初期融液中の211粒子分布を実測で得られた対数正規分布で与え、ファセット型123相の包晶凝固をシミュレーションした。その結果、(a)Rk(max),D=5Dg,ag/am=0.1、及び、(b)Rav,D=2.5Dg,ag/am=0.1、の場合の計算結果は、123相中の211粒子分布及び123相中の残留融液孔の分布についての実験と良く一致した。以上より、DgがDとは異なる、或いは、融液中の211粒子の分布に不均一があることから局部的に溶質過飽和度が異なることがファセット成長に影響し得ることが示唆された。更に、以上の成長過程を支配するパラメーター(D,Dg,Rk(max),Rav,rg/rmなど)の詳細を明らかにするには、理論的には数値解析モデルの最適化および上記パラメーターと計算結果の最適化、実験的には上記パラメーターおよび融液中の溶質分布などの精密測定等が必要であることを指摘した。超伝導YBCO酸化物を融液+211相の状態から一方向包晶凝固させ、凝固中で急冷して123相のセル状ファセット界面を固定した。123相の包晶凝固機構について、123相のファセット界面の成長の駆動力である過飽和度を考慮した凝固モデルにより理論解析し、柱状晶成長条件及び211粒子残留過程とその分布を説明した。次いで、このモデルをさらに発展させるための研究を行った。まず、123相のセル界面を含む複数断面での界面形状から展開図を作製して立体構造を調査し、X線回折法によりセルを構成する各ファセット面の結晶方位を決定した。セルは主として結晶格子面(001),(100)或いは(010)の3面からなる三角ピラミッド状、或いは2面からなるプリズム状であった。セル先端では溶質拡散層が扇状に広がるため融液中の211粒子溶解量がより少なく、セル先端の凝固軌跡にそって中心部で211粒子が多い帯状領域が形成された。このため、この帯がプリズム状セルでは1帯、ピラミッド状セルでは3帯同時に生成した。