hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
クラウン化スピロベンゾピラン誘導体ミセル溶液による金属イオン分離・定量の光制御

フォトクロミック部位であるスピロベンゾピランにクラウンエーテル部位とオクタデシル基を備えたクラウン化スピロベンゾピラン誘導体を、ドデシル硫酸イオンから成るミセルに溶解させた溶液について、金属イオン添加時の蛍光スペクトル変化を調べた。その結果、塩基性条件下ではモノアザ-12-クラウン-4部位を持つものでリチウムイオン添加時に顕著な蛍光の増感が認められた。モノアザ-15-クラウン-5、-18-クラウン-6を持つものでも、アルカリ金属イオンについて同様の検討を行ったところ、やはりクラウンエーテル部位と最も錯形成能が高いナトリウムとカリウムイオンをそれぞれ加えた場合に最大の蛍光強度を示した。また、クラウン化スピロベンゾピラン誘導体を含み陰イオン界面活性剤より成るミセルの存在状態、形状、臨界ミセル濃度などの基礎的性質を知ることは、今後のミセル形成に利用する界面活性剤の設計ならびに、ミセルの有機溶媒捕捉剤としての応用の可能性を探る上で極めて重要である。このような観点から、ミセルの最も基本的な性質である臨界ミセル濃度(cmc)を調べた。その結果、ミセルのcmcは、12-クラウン-4誘導体を含まない系<12-クラウン-4誘導体を含む可視光照射時<12-クラウン-4誘導体を含む暗時、の順に増加した。また、ミセルの会合数は、cmcの結果と全く逆になることがわかった。ミセルを動的光散乱分光法や凍結乾燥させたものを透過型電子顕微鏡により観察したところ、ミセルは球状であり、12-クラウン-4誘導体の有無と、12-クラウン-4誘導体を含む場合の光照射により粒径が変化することを認めた。さらに、ミセルの有機分子の溶解性が、スピロピラン部位への光照射に伴うミセル内部の極性変化に非常に強く影響を受けることも確かめた。フォトクロミック部位であるスピロベンゾピランにクラウンエーテル部位とオクタデシル基を備えたクラウン化スピロベンゾピラン誘導体を、陰イオン性界面活性剤であるドデシル硫酸イオンから成るミセルに溶解させた溶液について、金属イオン添加時の蛍光スペクトル変化を調べた。これは、塩基性条件下でクラウン環の窒素原子からメロシアニン部位への光誘起電子移動(PET)が、金属イオンとクラウン部位との錯形成により抑制されるためと考えられる。一方で、クラウンエーテル部位の大ぎさに関わらず、いずれのクラウン化スピロベンゾピラン誘導体においても、最も電荷密度の高いリチウムイオンを添加した場合に蛍光の増感が認められた。この結果は、メロシアニン体のフェノラートイオンとリチウムイオンとの強い相互作用に加えて、クラウンエーテル部位の窒素原子とリチウムイオンとの錯形成によるPETの抑制に起因することを示唆している。また、陰イオン性界面活性剤とクラウン化スピロベンゾピラン誘導体より成るミセル溶液では、可視光照射によりその臨界ミセル濃度(cmc)が低下すると共に、アセチルサリチル酸などの芳香族化合物の溶解性も低下することを見出した。これは、クラウン化スピロベンゾピラン誘導体の双性イオンであるメロシアニン体から電気的に中性なスピロピラン体への異性化に伴う、陰イオン性界面活性剤ミセル界面における存在状態の変化によるものと考えられる。

クラウン化スピロベンゾピラン誘導体を含み陰イオン界面活性剤より成るミセルは球状であることが想像されるが、実際にそのミセルの存在状態、形状、臨界ミセル濃度などの基礎的性質を知ることは、今後のミセル形成に利用する界面活性剤の設計ならびに、ミセルの有機溶媒補足剤としての応用の可能性を探る上で極めて重要である。このような観点から、蛍光プローブとして、疎水性部位であるミセルの内部への直接の侵入が可能なピレンと、ミセル界面に存在できると考えられる1-アニリノナフタレン-8-スルホン酸塩などを用いる測定法により、ミセルの最も基本的な性質である臨界ミセル濃度(cmc)を調べた。その結果、ミセルのcmcは、12-クラウン-4誘導体を含まない系<12-クラウン-4誘導体を含む可視光照射時<12-クラウン-4誘導体を含む暗時、の順に増加した。また、ミセルの会合数は、ピレンを蛍光プローブとして、消光剤にドデシルピリジニウム塩を用いて測定し、12-クラウン-4誘導体を含まない系>12-クラウン-4誘導体を含む可視光照射時>12-クラウン-4誘導体を含む暗時、の順にcmcの結果と全く逆になることがわかった。さらに、ミセルの形状や大きさについては、動的光散乱分光法やミセル溶液を凍結乾燥させたものを透過型電子顕微鏡により観察した。ミセルの形状は当初予想した通り球状であり、12-クラウン-4誘導体の有無と、12-クラウン-4誘導体を含む場合の光照射の有無により粒径が変化することを認めた。また、ミセルの中心部分の脂溶性鎖との相互作用により有機分子を溶解する性質が、スピロピラン部位の光照射による伴う極性変化に非常に強く影響を受けることも確かめた。
ネマティック液晶における新しい配向構造の発生メカニズムに関する研究

研究背景ごく最近ネマティック液晶において新しい配向構造が発見された。報告者らによる現在までの研究では,この新しい周期構造に対する電気光学的特徴(印加電界に対する棒状液晶分子の平面内での回転性質,空間周期性に対する交流電界の振幅及び周波数依存性など)が明らかにされただけで,その発生メカニズムは全く未解明であった。配向構造の空間周期(液晶層の5-6倍)から見ても,従来のCarr-Helfrichメカニズムによる電気対流(液晶層程度の周期構造)とは明らかに異なった。研究実績報告者らによってPrewavyと名づけられた新しい配向構造の発生メカニズムを解明するために,まずPrewavyはどのような液晶でも普遍的に存在する現象であるかを調べた。さらに,異なる配向系(主にプレーナー系,ホメオトロッピク系)ではPrewavyがどのように現れるかを調べた。以上の研究から,3種類液晶の各配向系でのPrewavyを観測することができ,さらにその空間周期性に対する電界の振幅及び周波数依存性などを明らかしにするとともにその発生メカニズムのモデルを提案した。この研究はハンガリーのブダペストグループとの共同研究で行い,その成果を国際液晶専門誌(Molecular Crystals and Liquid Crystals Vol.364,pp.111-122,2001.)と国際物理専門誌(Physical Review E, Vol.66,No.3,pp.031705(1-6),2002.)に発表した。また,Prewavyは高周波数で現れる電気対流パターン(特にChevronパターン形成)に密接に関係していることが報告者らによって明らかになった。この研究成果を国際液晶専門誌(Molecular Crystals and Liquid Crystals Vol.366,pp.2685-2692,2001.)に発表した。配向構造の空間周期(液晶層の5-6倍)から見ても,従来のCarr-He1frichメカニズムによる電気対流(液晶層程度の周期構造)とは明らかに異なった。研究実績報告者らによってPrewavyと名づけられた新しい配向構造の発生メカニズを解明するために,まずPrewavyはどのような液晶でも普遍的に存在する現象であるかを調べた。以上の研究から,3種類液晶の各配向系でのPrewavyを観測することができ,さらにその空間周期性に対する電界の振幅及び周波数依存性などを明らかした。この研究はハンガリーのブダペストグループとの共同研究で行い,その成果を国際液晶専門誌(Molecular Crystals and Liquid Crystals Vol.364,pp.111-122,2001)に発表した。この研究成果を国際液晶専門誌(Molecular Crystals and Liquid Crystals Vo1.366,pp.2685-2692,2001)に発表した。
スピネル型単結晶トンネルバリアを有する新規強磁性トンネル接合の開拓

結晶性MgAl2O4バリアを用いたトンネル磁気抵抗(TMR)素子の開発に成功し,接合界面に欠陥を含まない格子整合界面の実現およびコヒーレントトンネル効果によるTMR比増大効果を実証した。さらに,MgAl2O4のスピネル構造の陽イオン位置を不規則化させたMgAl2O4を用いることでTMR比が飛躍的に増大することを明らかにし,この効果によって室温で300%以上の巨大なTMR比を達成した。これによってMgAl2O4のスピントロニクス材料としての有望性が明らかになった。本研究課題は,潮解性がなく,bcc系強磁性金属やホイスラー合金といった合金と格子不整合が小さいという長所を持つ,強磁性トンネル接合(MTJ)用の新規トンネルバリア材料:スピネルMgAl_2O_4超薄バリアの作製技術開発を通し,巨大なトンネル磁気抵抗(TMR)を得ることを目的としている。本年度は,強磁性電極にbcc構造のFe(001)を用いたFe/MgAl_2O_4/Fe構造の作製を通し,エピタキシャルMgAl_2O_4バリアの作製法の確立と,MgAl_2O_4バリアのもつポテンシャルを明らかにする研究を行った。今までは,Mg/Alの2層膜をプラズマ酸化することでMgAl_2O_4層を得ていたが,今年度はMg-Al合金ターゲットからスパッタ成膜したMgAl合金(マグナリウム)薄膜をプラズマ酸化するという作製法を見いだした。この方法によって,より均一なバリア層の作製が可能になり,そのバリア層は,今までと同じようにエピタキシャル成長することが電子顕微鏡像から示された。また,Fe電極との界面の格子不整合を0.5%と非常に小さくすることが可能であることを示した。さらに,CoFe電極を用いたCoFe/MgAl_2O_4/CoFe構造を採用することで,室温で256%,低温(15K)で365%の巨大なTMR比を得ることに成功した。この値は,これまでの作製法によるFe/MgAl_2O_4/Feの値,室温117%,低温165%から大きく進歩している。特に,この高いTMR比は,MTJ用に広く用いられている材料であるMgOを用いたMTJの値に匹敵しており,MgAl_2O_4はMgOに続くコヒーレント効果によるTMR増大を示す「第2のバリア材料」であるといえる。さらに,酸化前のマグナリウムのMg・Al組成を調整することでMgAl_2O_4バリアの格子定数を調整可能であるため,強磁性電極材料(たとえばホイスラー合金Co_2FeAl,Co_2FeSi)に合わせて最適な組成を選択可能になり,「完全格子整合」MTJ作製に道筋がたてられたといえる。したがって,MgAl_2O_4は電極材料の選択性が高く,高いTMR特性を実現可能なため,MTJへの応用だけではなく,新規スピントロニクスデバイスへの展開も期待できる。本研究課題は,潮解性がなく,bcc系強磁性金属やホイスラー合金といった合金と格子不整合が小さいという長所を持つ,強磁性トンネル接合(MTJ)用の新規トンネルバリア材料:スピネルMgAl2O4超薄バリアの作製技術開発を通し,巨大なトンネル磁気抵抗(TMR)を得ることを目的としている。本年度は,強磁性電極にbcc構造のFe(001)を用いたFe/MgAl204/Fe構造の作製を通し,エピタキシャルMgAl204バリアの作製法の確立と,MgAl204バリアのもつポテンシャルを明らかにする研究を進展させた。Mg-Al合金ターゲットからスパッタ成膜したMgAl合金(マグナリウム)薄膜をプラズマ酸化する方法に加え,酸素ガスの真空装置への導入による自然酸化法を用いた。この方法によって,応用上重要な,非常に低抵抗なトンネルバリアを達成した。また,Mg-Al組成の調整によって,幅広い組成範囲でMg-Al-O薄膜を立方晶で作製可能であることを示した。これによって,バリア層の格子定数の調整が可能になり,電極との界面の格子不整合をほぼゼロである完全格子整合接合を達成できた。さらに,CoFe電極を用いたCoFe/MgAl204/CoFe構造により室温300%を超える巨大なTMR比を得ることに成功した。特に,この高いTMR比は,MTJ用に広く用いられている材料であるMgOを用いたMTJの値に匹敵しており,MgAl204はMgOに続くコヒーレント効果によるTMR増大を示す「第2のバリア材料」であるといえる。さらに,東北大学との共同研究の結果として,理論計算によって高TMRが実現することを示すことにも成功し,実験,理論の両面からMg-Al-Oバリアの高いポテンシャルを確かめることに成功した。したがって,MgAl204は電極材料の選択性が高く,MTJへの応用だけではなく,新規スピントロニクスデバイスへの展開も期待できる。

本年度はさらに高いTMR実現のために,高いスピン分極率を有する強磁性体,Co2FeAlホイスラー合金に関する知見も多く得られ,今後さらに高TMRが実現可能になることが期待できる。本研究課題は強磁性トンネル接合(MTJ)用の新規トンネルバリア材料:スピネルMgAl2O4バリアの作製技術開発を通し,巨大なトンネル磁気抵抗(TMR)を得ることを目的としている。本年度は最終年度として、MgAl2O4バリアによる巨大TMRの実現と、そのメカニズムの解明に主眼を置いた。MgAl2O4(12nm)バリア層作製にはFeなどを下地として、Mg/Alの2層構造を酸化する方法とMgAl合金層を酸化する方法がある。前者の方法では作製最適条件が比較的狭く、最大TMR比も約165%(Fe電極、16K)と小さい。一方後者では作製可能条件が広くTMR比はFe電極では約330%(15K)、よりスピン分極率が高いCoFe電極では約480%(15K)ときわめて大きく、MTJ用の主要バリア材料であるMgOに匹敵する値が達成された。電子顕微鏡によるナノ電子ビーム回折像から、それぞれのバリアの結晶構造に違いがあることがわかった。前者ではMgAl2O4のスピネル構造を有しており、その有効格子定数は0.8nm程度であったが、後者では陽イオンサイトに不規則構造を持つスピネル構造であり有効格子定数が元の半分の約0.4nmであり、異なる結晶系に属することが明らかになった。Fe/MgAl2O4/Fe構造のスピン依存伝導の理論計算によって、有効格子定数がスピネル構造から半減することによってコヒーレント効果によるTMR比の増大効果が大きく増幅すること、陽イオンサイトの不規則化による伝導への影響は小さいことが明らかになり、実験での巨大TMRを説明できた。すなわち「陽イオンサイト不規則化スピネル」はスピン素子用バリア材料として非常に有望であることがわかった。また、高スピン分極率を有するCo2FeAlホイスラー合金層上へMgAl2O4バリアの作製方法も確立しており、今後さらなる高TMR比の達成が期待できる。室温で300%を超える高いTMRを実現することに成功していることに加え,高スピン分極材料であるCo2FeAl薄膜の研究も順調に進んでおり,今後Mg-Al-OバリアとCo2FeAlを用いることでさらに大きなTMRを狙える位置にあるため。24年度が最終年度であるため、記入しない。ホイスラー合金Co2FeAlなどを用いることによってさらに高いTMRを目指すこと,Mg-Al-O系以外の新規バリア材料を実現することを目指す。
中高年の女性における骨盤臓器脱に対する包括的リハビリテーションの開発

本研究の目的は骨盤底筋トレーニングに姿勢改善トレーニングを加えた骨盤臓器脱に対する包括的なリハビリテーションを開発し、治療効果を検証することである。2018年度は、日本人女性を対象に骨盤臓器脱患者と健常女性における脊柱アライメントおよび骨盤底機能を比較・検討することを目的とした。また、骨盤臓器脱患者と同様に、多くの高齢女性が有する尿失禁と脊柱アライメントとの関連についてもあわせて検討を行った。その結果、尿失禁を有する高齢女性においては胸椎後弯角が有意に大きく、腰椎前弯角が有意に小さいことを明らかにし、尿失禁の重症度と胸椎後弯角、腰椎前弯角との間に有意な相関関係があることを明らかにした。本研究における研究成果は学会において発表を行い、論文投稿へ向け準備を進めている段階である。骨盤臓器脱患者については、引き続きデータ収集・解析を継続して行い、中高年女性における骨盤臓器脱と脊柱アライメントおよび骨盤底機能との関連について検証していく予定である。本研究は申請者の所属施設および複数の研究協力機関にて測定を実施しているが、対照群となる健常女性のリクルートに難渋したため、データ収集が当初の予定よりも遅れている。今後は、2018年度に完了予定であった横断研究のデータ収集を継続し、中高年女性における骨盤臓器脱と脊柱アライメントおよび骨盤底機能との関連についてデータ解析を行う。また、尿失禁と脊柱アライメントとの関連に関しては、本研究において得られた新たな知見を国際学会で発表するとともに、2019年度内に論文投稿を行う予定である。平成29年度はその前段階として、アジア人女性を対象に骨盤臓器脱患者と健常女性における脊柱アライメントおよび骨盤底機能を比較・検討することを目的とした。まず、今回新たに使用する脊柱弯曲角度計測機器の調達とともに、測定環境の調整等を行なった。脊柱弯曲角度の計測については、健常女性を対象に日内および日間の再現性を検証し、ともに高い再現性が得られることを確認した。引き続きデータ収集・解析を行い、中高年女性における骨盤臓器脱と脊柱アライメントおよび骨盤底機能との関連について検証していく予定である。アジア人女性を対象として骨盤臓器脱と姿勢、骨盤底機能との関連について検証した研究は未だなく、本研究により介入研究の基盤となる新たな知見を提供できるものと考える。さらに、平成30年度は前述の横断研究の結果を基礎資料として、骨盤底筋トレーニングに姿勢トレーニングを併用した骨盤臓器脱に対する包括的なリハビリテーションを開発し、治療効果を検証していく予定である。近年、骨盤臓器脱に対する骨盤底筋トレーニングの有効性については明らかにされつつあるが、骨盤底筋トレーニングと姿勢トレーニングの併用効果については報告がなく、本研究により骨盤臓器脱患者への新たな介入プログラム作成のための基礎的資料を提供できるものと考える。本研究は申請者の所属施設および複数の研究協力機関にて測定を実施しており、測定環境の調整に時間を要したため、データ収集が当初の予定よりも遅れている。今後は、平成29年度に完了予定であった横断研究のデータ収集を継続し、中高年女性における骨盤臓器脱と脊柱アライメントおよび骨盤底機能との関連についてデータ解析を行う。その結果を基礎資料として、骨盤臓器脱患者に対して骨盤底筋トレーニングに姿勢トレーニングを併用した治療介入を行い、その治療効果を検証していく予定である。平成29年度に実施予定であったデータ測定を平成30年度に引き続き行う予定であるため、測定に関わる消耗品等で使用する予定である。2019年度にもデータ測定を引き続き行うため、消耗品の購入などに使用する予定であるほか、研究成果を国際学会で発表するための旅費・学会参加費、論文投稿のための英文校正費等に使用する予定である。
熱化学と電気化学反応を結合した新しいCO2からのアルコール合成法の開発

水和酸化物表面の酸塩基反応と酸化還元反応の両者を考慮に入れた効率的・選択的なCO2のプロトン化反応を実現する方法を検討した.実験ならびに理論的なアプローチ法により,前者では表面プロトン活性を利用したCO2の優先吸着とプロトン化による電気化学的還元体生成に関する単セル実験により電気化学的反応特性を,後者では水和表面のプロトン活性の起源が二つの酸塩基点の酸定数の差によることやプロトン移動の機構を明らかにした.単セル実験からは,反応サイトの次元性の重要性やCO2の優先的還元反応を可能とする触媒電極の開発を行ったが,いずれも過電圧が低い水素ガス発生が優勢となることが明らかになった.本研究では,酸化物表面の酸・塩基性を積極的に利用した効率的・選択的なCO2の電気化学的プロトン化反応を実現する方法を検討する.表面塩基性を調整し,金属/合金を表面に担持した高プロトン活性のナノ粒子薄膜を化学的方法ならびに物理的方法により形成し,その電気化学的反応活性を評価して新規電気化学リアクタの原理を実験的ならびに理論的に検証する.具体的には,表面塩基性のナノ結晶酸化物薄膜にカソード触媒を分散担持または表面化学ドープした薄膜試料セルを作製する.(1)化学的方法としては,本研究者らが開発した金属アルコキシドを加水分解して合成したナノ粒子積層膜及びその超高圧常温プレスバルク体電解質,(2)物理的方法としては,金属ターゲットならびに酸化物ターゲットをAr-O2混合ガス中でRF反応スパッタして合成した薄膜電解質を作製する.室温400°Cの温度範囲において積層薄膜型電気化学セルを用い,直流分極ならびに交流インピーダンス法を組み合わせた電気化学測定により,表面熱還元反応で生成した表面ギ酸基を電気化学的にメタノールに還元するための必要条件を探索するためのプロトタイプセル作製を行った.化学的方法による薄膜セル作製に用いるnano-ZnOにおいて,当初予測できなかったことであるが,触媒金属の担持条件が表面反応特性に著しく影響することが明らかとなった.ナノ粒子ZnO上にCuO-ZnO固溶体をコアシェル状に担持させることにより,熱化学反応によるCO2からのメタノール合成の触媒能が飛躍的に向上することを明らかにするとともに,それがCuの酸化状態に起因することを電子分光測定から明らかにした.また,計算機クラスタを新たに導入して第一原理計算に基づくab-initio MDシミュレーションを実施してその詳細を調べた.電気化学的方法によるメタノール合成反応の,酸化物表面における還元反応の律速段階を明らかにするために,薄膜積層型電解セルを構成するためのプロトタイプセルの作製を行った.定常的に還元反応を進めるために,Pd-Hアノードに連続的に水素を供給する必要があり,マイクロメータサイズの気孔を有する多孔性アルミナ基板に緻密Pdアノードを作製する必要がある.この多孔性基板上にナノポーラスγ-アルミナ相を,アルコキシドを用いたゾルゲル法により作製した.その上にPd膜/厚さ300500nmのGDC電解質/触媒電極の順にRFスパッタ法で形成して積層型薄膜セルとした.このセルをH2-CO2混合ガス中に設置して一室型セルとし,サイクリックボルタンメトリ(CV)測定,交流インピーダンス測定などによりカソード反応を評価した.アノード過電圧は非常に小さいことが確認されたが,カソード電極側では,CuO-ZnO触媒電極が緻密膜を形成したためにこの緻密膜中の拡散が律速となり,多孔質化の工夫が必要であることが判った.また,TiO2ナノ粒子において,表面塩基性を利用した表面プロトン伝導とバルク電子伝導による混合伝導性が現れることが明らかになり,この電子緩衝性を利用する新しい触媒の可能性について新たな着想を得た.一方,ナノ粒子ZnO上にCuO-ZnO固溶体をコアシェル状に担持させることにより,熱化学反応によるCO2からのメタノール合成触媒能が飛躍的に向上することをガスクロマトグラフィー測定から明らかにしたが,それがCuの酸化状態に起因することをPF@KEKにおける電子分光・X線吸収分光測定から明らかにした.ab-initio MDシミュレーションの結果はめざましく,YSZ表面上におけるプロトンのホッピング移動に関するメカニズムを新たに提案した.電気化学的方法によるメタノール合成反応において重要な酸化物カソード表面におけるCO2還元反応の律速段階を明らかにするために,昨年度にプロトタイプが完成した薄膜積層型電解セルを用いた電気化学実験を行った.マイクロポーラスアルミナ基板上にナノポーラスγ-アルミナ層を形成し,さらにPd膜/厚さ300500nmのYSZおよびGDC電解質/触媒電極の順にRFスパッタ法で形成して積層型薄膜セルとした.H2-CO2混合ガス中で一室型二端子セルを構成し,サイクリックボルタンメトリ(CV)測定,交流インピーダンス測定などによりカソード反応を評価した.触媒電極としては,これまで検討してきた熱化学反応におけるメタノール合成に関する触媒活性を基にして,純銅,銅-亜鉛合金,ZnOナノ粒子表面上にコア/シェル状に銅ナノ粒子を担持した触媒電極,酸化亜鉛ナノ粒子のみ,TiO2ナノ粒子電極などについてカソード活性を測定した.また比較のために高いプロトン伝導性有するCsH2PO4(CDP)焼結体ディスクを用いたバルクセルを用いた測定も行った.200°Cにおける薄膜積層セルならびにCDPバルク電解質セルを用いた電気化学測定からは,いずれの触媒電極においても主なカソード反応は水素発生であり,CO2を選択的に水素化できなかった.

ガスクロマトグラフによる排ガス分析でもアルコール類合成が確認できなかったため,プロトンの還元反応が主たるカソード反応であると結論した.また,触媒金属であるCuの電子状態の解明を,X線吸収・光電子分光により行い,最適な酸化状態について解析を行った.これは触媒の熱化学的反応活性・化学/電子状態の評価において,触媒金属であるCuの電子状態(酸化状態)が担持および熱処理条件により極めて複雑に変化することが明らかとなったためである.今年度の研究では,バルク電解質セルによってプロトン伝導が詳細に知られているCDPバルク電解質セルを用いた検討も加えた.その結果Pd-Hアノード過電圧は非常に小さいこと,カソード電極側では様々な方法で作製した触媒電極全てが,水素の発生反応が優勢であることを明らかにした.新たに反応の空間次元性について考察を加え,酸化物担持Cu触媒などではCO2水素還元反応の活性点が電解質/担持酸化物/金属(Cu)電極/ガス相の4相共存点となってしまうために,反応効率が非常に低くなることが判った.またCDPのブレンステッド酸性が高いために,プロトンとCO2の有線反応が起こらなかったものと推定した.同時にカソード電極としては,電子ープロトン混合イオン伝導性により反応活性点の空間次元性を下げて2次元反応場へと反応場を拡大することが重要との反応場の空間次元性に関する原則が確認された.ab-initio MDシミュレーションについては着実に計算が進み,YSZ表面上におけるCO2吸着反応とそれに伴う表面の酸塩基性の変化,及びこれに伴うプロトンのホッピング伝導の低下のメカニズムについて検討した.弱い還元性雰囲気からTiO2ナノ粒子バルク体が高いプロトン及び電子伝導性を示すこと,TiO2のバンドギャップを越える紫外光照射によって新たに高いプロトン伝導性が現れることが明らかになり,この光電子活性を利用する新しい触媒電極の可能性に関する新しい着想を得た.表面の酸塩基性の重要性が明らかになったことに加え,反応機構としてYSZ/GDCの中温域で現れる酸化物イオン伝導体粒界の水を介したプロトントランスファーを有効に利用してCO2の水素化反応に関する新たな発想やヒドリドイオン伝導体の活用などの進展もあり,これらの検証を進めることが重要であるとの判断により,研究手法の変更を行うこととした.メタノール合成に高活性を示すZnO/CuおよびTiO2/Au系の担持触媒複合カソード/LDH及び表面プロトン(H+)伝導性ナノ粒子YSZ電解質/Pd(-H)アノードからなる薄膜電気化学セルを用い,一室型及び二室型セルを構成した.一室型ではH2(g)+CO2(g)混合ガスを両極に供給し,二室型ではカソードにCO2(g)+H2O(g)混合ガス,PdアノードにH2(g)を供給して分極特性を200300°Cで測定したが,メタノール生成反応と競合する水素発生反応が生じた.これは,反応の次元性と水素発生の低過電圧に起因すると考えられる.メタノール合成反応はプロトン(H+)供給体(電解質)/電子(e-)供給体(集電体)/触媒表面/気相の4相界面(4相の接点)でのみ反応が生じることが原因である.H+/
サービス組織における倫理的行動の促進モデルに関する研究

本研究の目的は、サービス組織において構成員の倫理的行動を促進するためのマネジメント・モデルを明らかにすることである。具体的には、構成員の非倫理的な職務行動が経営上の大きなリスクに発展しやすい介護・福祉の業界やホテル業におけるヒューマン・サービス組織を対象にして、望ましい人的資源管理のあり方を探求する。既存の経営学においては高い倫理性を有する人材の明確化やその育成・開発のあり方を実証的に検討した研究は十分に蓄積されていない。本研究は、この研究上の間隙を埋めるべく、ヒューマン・サービス組織のコンテキストでマネジメント・モデルを検証することで一般性のある知見を提供し、経営学研究を前進させる。
消費者脆弱性の制御をめぐる比較法政策学的研究―脆弱な消費者を包摂する契約制度

本研究は、昨今、EU法などにおいて国際的な認知度を高めている「消費者脆弱性」の概念に着目し、判断能力の低下した消費者をアクティヴな法主体として市場社会に(再)包摂することを目指し、契約法を中心とした法・社会制度の再検討を行うものである。全ての消費者には多様性があることを前提とした上で、市場で起こりうる消費者脆弱性の諸要因(「リスク・ファクター」)に目を向け、それらの発生を法によって予め制御するという発想への転換を基軸に据えている。本研究を通して、脆弱性の有無にかかわらず、全ての成年者が契約締結可能となる契約制度の設計を目指す。以て、国内・外における市場・取引のあり方に変革をもたらす。
がん細胞を標的とした抗EGFR抗体薬-SNP認識型人工核酸の創成と機能評価

KRAS遺伝子exson2, codon12に高頻度で現れる1塩基変異を標的として,細胞膜透過ペプチド(R9)を導入したinchworm型ペプチド核酸(PNA)-ポリエチレングリコール(PEG) conjugate (i-PPC(R9))を合成し,ヒト膵臓腺癌由来がん細胞BxPC-3細胞(KRAS遺伝子野生型)とPANC-1細胞(KRAS遺伝子変異型)への細胞死誘導効果について評価した結果,BxPC-3細胞に対しては遺伝子配列特異的に細胞死を誘導していることが示されたものの,PANC-1細胞に対しては細胞死を誘導しないことが示された。この原因はR9導入によるi-PPCの1塩基認識能の低下と推察し,細胞内輸送後にi-PPCとR9の間にシステインプロテアーゼ(Cathepsin B)により切断されるペプチド(GFLG)を導入したR9-GFLG-i-PPCによるBxPC-3細胞の細胞死誘導について,非切断型i-PPC(R9)と比較した。i-PPC添加4日目における細胞死効率を測定した結果,R9-GFLG-i-PPCではフルマッチ型(FM)で42.6% (ミスマッチ型(MM): 13.2%,比較対象配列型(AT): 20.1%),i-PPC(R9)のFMでは44.7% (MM: 6.3%, AT: 12.3%)となり,GFLG配列を導入しても細胞死の誘導効率を向上させるには至らなかった。これは,切断後のi-PPCがエンドソームあるいはリソソームからリリースされにくいことが当研究グループの先行研究から示唆されており,R9のサイトゾルへのリリース効率の向上が今後の課題として提示された。一方で,i-PPCはスフェロイド化BxPC-3,PANC-1細胞に対しても遺伝子配列特異的に細胞死を誘導することが示された。ヒト大腸がん細胞の多くにみられるカーステンラット肉腫ウイルス癌遺伝子ホモログ(KRAS)遺伝子1塩基変異を検出する人工遺伝子の開発を目的として、細胞内取り込み後のサイトゾルへのリリースを可能とするシグナルペプチドを配したペプチド核酸(PNA) -ポリエチレングリコール(PEG)からなるinchworm型PNA-PEGコンジュゲート(i-PPC)を設計・合成した。synDNAとの相補鎖形成挙動を検討した結果、シグナルペプチドを持たないi-PPCと比較すると1塩基認識能がわずかに低下していることが熱化学パラメーターより算出された。これは、導入したシグナルペプチドとリン酸基の静電的な相互作用が原因と推察された。サイトゾルリリースシグナルペプチドを配したi-PPCのHeLa細胞への取り込み挙動について、WST-8を用いた細胞毒性評価の結果より細胞毒性は低く,さらに48 h後にサイトゾルへリリースされることが蛍光顕微鏡観察の結果から示された。合成したi-PPCの有用性が示されたことから、次の段階として、大腸がん細胞内での遺伝子発現制御について検討することを目的に、ルシフェラーゼ発現大腸がん細胞(ヒト結腸腺癌細胞;HT-29細胞)を樹立した。このHT-29細胞にi-PPCをトランスフェクトさせたところ、サイトゾルに取り込まれることが確認できた。さらに、細胞あたりのルシフェラーゼ発現量を定量した結果、トランスフェクト後1日目では顕著な発現抑制が観察されなかったが、2日目で優位な発現抑制が観察され、3日目では24割程度発現を抑制した。ミスマッチ配列ではこのような発現抑制は見られなかったことから、大腸がん細胞内で1塩基を認識する遺伝子発現制御が可能なi-PPCを合成することができた。困難であったサイトゾルリリースシグナルペプチドを配したinchworm型PNA-PEGコンジュゲート(i-PPC)の合成方法を確立でき、これまでマクロピノサイトーシス経路で細胞内に輸送されたもののマクロピノソームからリリースができていなかったi-PPCのサイトゾルへのリリースを可能とした。シグナルペプチドの導入により、1塩基変異認識能がわずかに低下したものの、この問題は利用するシグナルペプチドを変更することで対応できると考慮している。次に、ルシフェラーゼ発現大腸がん細胞(ヒト結腸腺癌細胞;HT-29細胞)を樹立し、サイトゾルリリースシグナルペプチドを配したi-PPCを添加したところ、サイトゾルへのリリースが確認できたこと、またルシフェラーゼ発現量の定量により、細胞内で1塩基認識を可能とする遺伝子発現が可能であった。合成したi-PPCが大腸がん細胞内で1塩基を認識した遺伝子発現制御が可能であることが示されたことから、現在はKRAS遺伝子をターゲットとしたi-PPCの合成と相補鎖形成挙動を検討している。以上、サイトゾルにリリースされるi-PPCが合成できたこと(当初の計画通り)、i-PPCの相補鎖形成挙動を評価できたこと(当初の計画通り)、ルシフェラーゼ発現大腸がん細胞が確立できたこと(当初の計画通り)、i-PPCによる細胞内遺伝子発現が可能であること(当初の計画よりも進展)から、おおむね順調に進展していると判断した。昨年度の研究成果(サイトゾルリリースシグナルを配したペプチド核酸(PNA) -ポリエチレングリコール(PEG)コンジュゲート(i-PPC)による細胞内遺伝子発現制御)をもとに,この基本構造を持ちかつカーステンラット肉腫ウイルス癌遺伝子ホモログ(KRAS)遺伝子1塩基変異を認識するPNA塩基配列を決定した。さらに,得られたi-PPCによるKRAS遺伝子変異性がん細胞の誘導死を検討した結果,遺伝子変異に対応した細胞死が誘導された。

KRAS遺伝子1塩基変異の中でも特に変異率の高いコドン12の変異(ggt→gat)をターゲットとしたPNA塩基配列を決定した。ルシフェラーゼを対象としたときの変異認識よりは劣るが,融解温度の差は生体温度をまたぐ範囲に設定できた.次に,膵臓がん細胞を培養してサイトゾルリリースシグナルペプチドを配したi-PPCを添加したところ,i-PPC(tag)_KRAS_FMでは対象とするBxPC-3細胞に対してのみ細胞死を誘導できることが示された。一方で,i-PPC(tag)_KRAS_MMでは対象とするPANC-1細胞だけでなく、BxPC-3細胞に対しても細胞死を誘導した。この原因については現在未解決であるが、他遺伝子へのオフターゲット効果が疑われた。この他、細胞誘導死の評価におけるがん細胞の3次元組織化の必要性が示唆された。今後はこれらの問題を検討すると共に、当初の予定でもあった,がん細胞へのターゲッティングでもある抗体とのコンジュゲートについて作製する予定である。以上、KRAS遺伝子をターゲットとしたi-PPCの合成と相補鎖形成挙動を検討できたこと(当初の計画通り),サイトゾルにリリース可能なi-PPCによる変異性がん細胞の誘導死が確認できたこと(当初の計画通り)から、おおむね順調に進展していると判断した。KRAS遺伝子exson2, codon12に高頻度で現れる1塩基変異を標的として,細胞膜透過ペプチド(R9)を導入したinchworm型ペプチド核酸(PNA)-ポリエチレングリコール(PEG) conjugate (i-PPC(R9))を合成し,ヒト膵臓腺癌由来がん細胞BxPC-3細胞(KRAS遺伝子野生型)とPANC-1細胞(KRAS遺伝子変異型)への細胞死誘導効果について評価した結果,BxPC-3細胞に対しては遺伝子配列特異的に細胞死を誘導していることが示されたものの,PANC-1細胞に対しては細胞死を誘導しないことが示された。この原因はR9導入によるi-PPCの1塩基認識能の低下と推察し,細胞内輸送後にi-PPCとR9の間にシステインプロテアーゼ(Cathepsin B)により切断されるペプチド(GFLG)を導入したR9-GFLG-i-PPCによるBxPC-3細胞の細胞死誘導について,非切断型i-PPC(R9)と比較した。i-PPC添加4日目における細胞死効率を測定した結果,R9-GFLG-i-PPCではフルマッチ型(FM)で42.6% (ミスマッチ型(MM): 13.2%,比較対象配列型(AT): 20.1%),i-PPC(R9)のFMでは44.7% (MM: 6.3%, AT: 12.3%)となり,GFLG配列を導入しても細胞死の誘導効率を向上させるには至らなかった。これは,切断後のi-PPCがエンドソームあるいはリソソームからリリースされにくいことが当研究グループの先行研究から示唆されており,R9のサイトゾルへのリリース効率の向上が今後の課題として提示された。一方で,i-PPCはスフェロイド化BxPC-3,PANC-1細胞に対しても遺伝子配列特異的に細胞死を誘導することが示された。当初の予定通り、がん細胞へのターゲティングトランスフェクションを目的としたi-PPCー抗EGFR抗体薬の複合化とそのターゲティングトランスフェクション効果について検証する。a) i-
進行膵癌の幹細胞ならびにEMT化癌細胞を特異的に老化誘導させる治療法の開発

EMT化癌細胞の老化を特異的に誘導する治療法を開発することを最終目的として、期間中に以下のことを行った:(1)膵癌のEMTに関連する分子を同定する;(2) EMT関連分子発現値測定による膵癌診断への有用性を検討する;(3) EMTが誘導された膵癌細胞が癌幹細胞形質を獲得するか否か検討する。その結果、(1)マイクロダイゼクションで分離した浸潤性膵癌細胞で非浸潤IPMN細胞に比べmiR126の発現低下を認めた。膵癌細胞株にmiR126を強制発現させるとEMTが抑制されることから、miR126はEMT制御分子であることが判明した;(2)膵癌のEMT誘導分子であるMSX2は、臨床検体でその発現量を解析することによって膵癌診断へ有用であることが示唆されるとともに;(3)膵癌細胞に強制発現させると癌幹細胞形質の一つである抗がん剤耐性を示した。これらの結果はEMT関連分子の測定が診断に有用であり、EMT化癌細胞が癌幹細胞と同義の効果的な治療標的となる可能性を示唆するものであった。癌幹細胞としての性質はEMTによってもたらされる可能性があること、つまり、EMTが誘導されている細胞は癌幹細胞と同義と考えられること、膵癌ではras遺伝子の活性化によって誘導される細胞老化誘導シグナルが抑制されている可能性があるという事実に着目し、以下のことを計画した。1)膵癌のEMTを特異的に誘導する分子やそれを制御するmicroRNA(miRNA)を同定する、2)膵癌化において抑制されている細胞老化誘導シグナル機構を解明する、3)最終的に膵癌幹細胞特異的に細胞老化を誘導する治療法を開発する。本年度は、EMTを制御するmiRNAを同定するために、膵管内乳頭粘液腫瘍と膵癌組織の組織標本より腫瘍部のみをマイクロダイゼクションにて削りだし、miRNA arrayを行った。その結果膵癌で特異的に発現低下の認められるmiRNAとしてmiR145を同定した。膵癌組織を用いたReal-time PCRにても、miR145は癌部において非癌部に比べ発現が低下していた。また、我々がEMT関連遺伝子として同定したMSX2を膵癌細胞株BXPC3に強制発現させ、それにより生じるmiRNA発現プロファイルの変化をmiRNA arrayにて検討した。その結果、本実験系において、miR363が、EMT誘導に伴って低下することが確認された。その結果膵癌で特異的に発現低下の認められるmiRNAとしてmiR126を同定した。膵癌細胞株Panc-1およびASPC-1にhsa-miR-126を再発現させたところ、E-cadherinの発現上昇とN-cadherinの発現低下がみられ、細胞遊走能と浸潤能が低下した。以上の結果は膵癌細胞においてMesenchymal-epithelial transitionを引き起こしたものと考えられた。データベース検索によりhsa-miR-126の潜在的な標的としてADAM9が同定された。hsa-miR-126の再発現はADAM9発現を抑制し、またADAM9ノックダウン自体も膵癌細胞の遊走能と浸潤能を低下させた。以上のことから、膵癌の浸潤に際し、hsa-miR-126の発現低下が重要な役割を果たすことが明らかとなった。細胞接着に関わる分子であるADAM9は新たなhsa-miR-126の標的であることが判明した。癌幹細胞としての性質がEMTによってもたらされる可能性がある。

EMTが誘導されている細胞は癌幹細胞と同義とみなされ、また、膵癌ではras遺伝子によって活性化する細胞老化誘導シグナルが抑制されている可能性があるという事実に着目し、以下のことを計画した。1)膵癌のEMTを特異的に誘導する分子やそれを制御するmicroRNA(miRNA)を同定する、2)膵癌化において抑制されている細胞老化誘導シグナル機構を解明する、3)最終的に膵癌幹細胞特異的に細胞老化を誘導する治療法を開発する。昨年度は、EMTを制御するmiRNAを同定するために、膵管内乳頭粘液腫瘍と膵癌組織の組織標本より腫瘍部のみをマイクロダイゼクションにて削りだし、miRNA arrayを行った。その結果膵癌で特異的に発現低下の認められるmiRNAとしてmiR126を同定し、膵癌の浸潤に際し、hsa-miR-126の発現低下が重要な役割を果たすことを明らかにした。本年度は、上記miRNA arrayの結果上昇しているmicroRNAを2つ同定した。一つのmiRは膵癌患者血清中でも非膵癌患者に比べ有意に高い発現を認めた。症例数が少ないためか現在までの解析では、その発現程度と膵癌進展との関連はみられなかった。もう一つのmiRは膵癌細胞株Panc1、ASPC1に強制発現させると上皮系のマーカーの発現低下と間葉系マーカーの発現上昇がみられるようになりEMTが誘導されることが判明した。この結果を支持するように、in vitroでの解析では、このmiR過剰発現が膵癌の浸潤能を亢進させていた。
培養細胞を用いた世界初のプリオン病モデル構築と異常型プリオン産生メカニズムの解明

プリオン病は、正常型プリオン蛋白質(以下、正常型プリオン)が感染性を有するプロテアーゼK(以下、PK)抵抗性の異常型プリオン蛋白質(以下、異常型プリオン)へと構造変換し発症するが、その分子機構は不明である。研究代表者は、神経細胞にA型インフルエンザウイルス(以下、IAV)を感染させると、正常型プリオンが異常型プリオンと同じPK抵抗性の構造へと変換することを発見した。そこで本研究では、IAV等のウイルス感染がプリオン病発症のトリガー因子となりえるのかを明らかにする。本年度は以下の通りに研究をすすめた。(1)IAV感染により産生したPK抵抗性のプリオン蛋白質が、プリオン感染性を有するのか明らかにするために、このプリオン蛋白質をマウスに接種した。その結果、接種したマウス脳内において、PK抵抗性のプリオン蛋白質が産生され、プリオン病の発症が確認できた。この結果から、IAV感染が正常型プリオンを感染性の異常型プリオンに構造変換することを証明できたことになる。(2)マウスでもIAV感染により異常型プリオンの産生が誘導され、プリオン病が発症するのかを明らかにするために、マウス脳にIAVを感染させた。マウス脳内においてもPK抵抗性のプリオン蛋白質が得られることを期待したが、IAVの致死性が高く、IAV感染から回復するマウスを得ることはできなかった。IAV感染により産生したPK抵抗性のプリオン蛋白質が、プリオン感染性を有することはマウスを用いて証明できた。しかしながら、マウスをIAVに感染させることで異常型プリオンを産生することには成功していない。これは、マウスに対するIAVの致死性が高いことが原因だと考えられることから、現在、半数致死になる感染条件の探索を行っている。まずは、マウス脳にIAVを感染させ、半数致死になる感染条件を探る。次にその条件を用いて、マウス脳内においてもPK抵抗性のプリオン蛋白質が得られたら、このプリオン蛋白質を再度マウスに接種する。この結果、接種実験を行ったこのマウス脳内でもPK抵抗性のプリオン蛋白質が確認でき、プリオン病を発症すれば、マウスでもIAV感染により異常型プリオンを産生できたことになり、IAV感染がプリオン病のトリガー因子となりえることを証明できたことになる。また、プリオン病の発症を、IAV以外のウイルス感染でも引き起こせるのかを明らかにするために、様々なウイルスを神経細胞に感染させ、PK抵抗性のプリオン蛋白質が産生するのかを確認する。RNA(Nature, 2003)、脂質(Biochemistry, 2007)、銅イオン(J. Biol. Chem., 2000)が、プリオン蛋白質の構造変換を促進することが報告されている。PK抵抗性のプリオン蛋白質の産生に、IAV感染の何が作用しているのかを明らかにするために、IAV感染により神経細胞に供給される分子等(RNA、脂質、銅イオン)の中からPK抵抗性のプリオン蛋白質への変換に関係する分子等を同定する。

また、プリオン病の発症を、IAV以外のウイルス感染でも引き起こせるのかを明らかにするために、様々なウイルスを神経細胞に感染させ、PK抵抗性のプリオン蛋白質が産生するのかを確認する。RNA(Nature, 2003)、脂質(Biochemistry, 2007)、銅イオン(J. Biol. Chem., 2000)が、プリオン蛋白質の構造変換を促進することが報告されている。PK抵抗性のプリオン蛋白質の産生に、IAV感染の何が作用しているのかを明らかにするために、IAV感染により神経細胞に供給される分子等(RNA、脂質、銅イオン)の中からPK抵抗性のプリオン蛋白質への変換に関係する分子等を同定する。マウスが半数致死になるインフルエンザウイルス量の探索が終了しなかったために、その後の実験に用いる予定の試薬等を購入できなかった。そのために発生した繰越金は、早急にインフルエンザウイルス感染条件の最適化を行い、購入予定の試薬等の代金にあてる予定である。
15-デオキシオキザリシンBの合成研究

本合成研究の標的分子である15-デオキシオキザリシンBを含むオキザリシン類、およびデカチュリン類は、昆虫成長制御活性物質であり、ニコチン酸を含むポリケチド部とジテルペン部がスピロ不斉炭素を介して連結した複雑かつ特異な構造を有している。本研究の第一目的は標的分子の化学合成であり、合理的かつ効率的合成法の開発が当面の課題である。本研究の主な成果を以下に示す。1.研究代表者が独自に開発したスピロ環構築法を駆使し、デカチュリンDの全合成を達成、その絶対構造を決定した。2.デカチュリンD合成の際に見出したスピロ環化反応の改良条件を、アレロパシー活性物質ブレビオンBの光学活性体合成に応用した。3.デカチュリンAおよびCのジテルペン部分に相当するモデル化合物の合成に成功した。4.15-デオキシオキザリシンAのジテルペン部分に相当するモデル化合物の合成に成功した。以上のように、一連のオキザリシン類、デカチュリン類のジテルペン部分に関する系統的合成法を確立した。標的分子の中で、最も複雑な構造を有する15-デオキシオキザリシンBのジテルペン部モデル化合物の合成もほぼ完成に近づいている。これらの成果を、デカチュリンD以外の天然物の全合成へと繋げていく予定である。また、合成品の活性・機能を詳細に評価し、新規医農薬リード化合物としての可能性を検討する予定である。
タンパク質糖鎖修飾位置周辺の立体空間を対象とした糖種判別法の開発

平成28年度は、「タンパク質細胞内局在化経路に基づいた糖鎖修飾分布の解析」を行い、有用な要素を明らかにしたうえで、「タンパク質O型糖鎖修飾の糖種判別法の開発」を行った。[A]「タンパク質細胞内局在経路に基づいた糖鎖修飾分布の解析」O型糖鎖修飾を受けている糖タンパク質について、細胞内局在・糖鎖修飾情報をもとに、細胞内での局在化経路および糖種に応じて分類した。シグナルペプチドもしくは膜貫通領域を有する分泌型・シグナルアンカー型、あるいはその両方を有する膜貫通型の糖タンパク質は、主としてFuc・Xyl・GalNAcの修飾が見られた。一方、細胞内在型タンパク質においては、修飾されている糖種がすべてGlcNAcであることが明らかとなった。本項目では、GlcNAc修飾タンパク質の細胞内局在化経路の特異性が明らかになり、糖種判別のための強力なパラメータになることが示された。[B]「タンパク質O型糖鎖修飾の糖種判別法の開発」上記[A]から、細胞内局在経路(シグナルペプチド・膜貫通領域の有無)をパラメータに加えることにより、GlcNAc修飾位置はGalNAc修飾位置から完全に分離することが可能である。したがって、まず細胞内局在経路(シグナルペプチド・膜貫通領域の有無)によってGlcNAcとFuc・Xyl・GalNAcの2グループに分類し、Fuc・Xyl・GalNAc内においてPSSMからスコアを算出することにより、高精度にO型糖鎖修飾糖種を判別することが可能となった。本項目では、細胞内局在化経路を加えた新規O型糖種判別法を提案した。>上記[A]を国際学会(2016年9月ECCB)にてポスター発表した。また、上記[A]と[B]を併せて国際学会(2016年10月ICFD)にて、プロシーディングスを投稿し口頭発表を行った。また、論文投稿中である。28年度が最終年度であるため、記入しない。平成27年度は、「糖鎖修飾の立体構造における物理科学的環境の調査」として、修飾を受けたタンパク質の空間的アミノ酸出現傾向解析・空間的モチーフの発見を行った。本研究では、各糖種を有するタンパク質結晶構造の数を考慮し、フコース(Fuc)修飾とアセチルグルコサミン(GlcNAc)修飾を対象とし、(1)糖鎖分子周辺、(2)糖鎖修飾位置周辺を調査した。糖鎖修飾されているタンパク質結晶構造を対象に、糖鎖分子および糖鎖修飾位置から一定距離に存在するアミノ酸の出現傾向を調べた。Fuc修飾の周辺には、芳香族アミノ酸残基の中でもPhe残基が高い出現傾向を示していた。また、Cys残基も同様に高い出現傾向を示しており、6.0&#197;以内では必ず周囲に存在していることが確認された。一方で、GlcNAc修飾ではPhe残基以外の芳香族アミノ酸残基が多くみられ、とりわけTyr残基が高頻度で出現していた。また、Ala残基やVal残基などの疎水性アミノ酸残基も高頻度で周辺に出現していた。糖鎖認識タンパク質は糖鎖認識部位の周辺に芳香族アミノ酸残基が存在し、適切な糖鎖の選択性に寄与していることが明らかにされている。それゆえ、FucやGlcNAc分子周辺で見られた芳香族編アミノ酸残基の存在はそれぞれの糖鎖修飾の選択性に寄与している可能性が示された。これらの特徴は糖鎖分子、糖鎖修飾位置周辺ともに共通しており、糖鎖修飾の有無がわからないタンパク質結晶構造を対象とした場合でも、糖種判別が可能であることを示した。上記の(1)について、国際学会(2015年7月FEBS congress)のポスター発表のために要旨を投稿したところ、審査によって口頭発表に採択された。国際学会(2016年1月PSB)にて、(1)と(2)を併せてポスター発表を行った。「タンパク質糖鎖修飾位置周辺の立体空間を対象とした糖種判別法の開発」に向けて、平成27年度は当初の実施計画通りに、空間的アミノ酸出現傾向の解析・空間的モチーフの発見のためのバイオインフォマティクス研究を行った。修飾された糖鎖分子周辺の空間的アミノ酸出現傾向から糖種ごとに異なる芳香族アミノ酸残基を明らかにした。さらに、上記の研究を通して着想を得た、タンパク質の細胞内局在に基づいた糖種の特徴について予備的な調査を行った。その結果、タンパク質の局在化経路に応じて、修飾される糖種のパターンが異なり、これらの特徴が糖種判別法に応用できる可能性が示された。上記の特徴をパラメータとして用いることにより、判別精度の向上や糖種から局在化経路の予測といった応用が期待される。

本項目では、GlcNAc修飾タンパク質の細胞内局在化経路の特異性が明らかになり、糖種判別のための強力なパラメータになることが示された。[B]「タンパク質O型糖鎖修飾の糖種判別法の開発」上記[A]から、細胞内局在経路(シグナルペプチド・膜貫通領域の有無)をパラメータに加えることにより、GlcNAc修飾位置はGalNAc修飾位置から完全に分離することが可能である。したがって、まず細胞内局在経路(シグナルペプチド・膜貫通領域の有無)によってGlcNAcとFuc・Xyl・GalNAcの2グループに分類し、Fuc・Xyl・GalNAc内においてPSSMからスコアを算出することにより、高精度にO型糖鎖修飾糖種を判別することが可能となった。本項目では、細胞内局在化経路を加えた新規O型糖種判別法を提案した。>上記[A]を国際学会(2016年9月ECCB)にてポスター発表した。また、上記[A]と[B]を併せて国際学会(2016年10月ICFD)にて、プロシーディングスを投稿し口頭発表を行った。また、論文投稿中である。当初の計画に則って空間的なアミノ酸出現傾向をパラメータとし、糖種判別法の開発を行う。加えて、以下の方策を含めた幅広い研究の発展を図る。(1)本年度に発見したタンパク質の局在化経路に基づいた糖種の特徴を加味することで、糖種判別に加えて糖種パターンからタンパク質の局在化経路を予測する。(2)本研究計画を通して明らかにした糖種ごとの特徴について、実験的なアプローチも視野に入れる。28年度が最終年度であるため、記入しない。
セリン・スレオニンキナーゼ型レセプターの情報伝達経路の解明

(1)ショウジョウバエSmad遺伝子のI型レセプターThick veins(Tkv)に結合する蛋白としてDrosophila apoptosis inhibitor-1(DIAP1)を同定した。TGF-βスーパーファミリーの因子はアポトーシスに関与しており、今回の結果はその機構を解明するうえで重要である。(2)TGF-βスーパーファミリーのシグナル伝達因子であるSmadファミリーの新しいメンバーとしてSmad6を同定した。生化学的解析からSmad6はTGF-βレセプターと安定に結合し、TGF-βのシグナルを伝えるSmad2のリン酸化を抑制することを明らかにした。Smad6はさらに、Smad2のSmad4との複合体形成、TGF-βによる転写活性化を抑制した。一方、Smad6はTGF-βスーパーファミリーに属するBMPのシグナル伝達も抑制するとともに、BMPによりその発現が誘導されることが見い出された。したがって、Smad6はBMPのシグナル伝達においてnegative feedbackループを形成していることが明らかとなった。これまで、Smad2とSmad3はそれぞれがSmad4と複合体を形成し、独立にシグナルを伝えると考えられていたが、われわれはSmad2とSmad3がTGF-βに依存して結合することを示し、これらが共同してTGF-βのシグナルを伝える可能性があることを明らかにした。また、Smad2をbaitにしたtwo-hybridスクリーニングから複数のクローンを同定しており、現在その機能の解析を進めている。