hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ウイルス特異酵素の選択的阻害にもとづく抗ウイルス剤の開発

抗腫瘍抗生物質ストレプトニグリンはトリ骨髄芽球症ウイルス(AMV)やエイズウイルス(HIV)起源の逆転写酵素の働きを抑えることを報告してきた。この抗生物質は他の前核、真核細胞の核酸合成酵素に比べて逆転写酵素に高い特異性を示すが、細胞毒性も強く抗ウイルス剤としては不適当であった。ストレプトニグリンはA、B、C、Dの4つの6員環より構成され、このうちA-B環を構成するキノリンキノン骨格が酵素阻害に必須であることから、100種類以上のキノン誘導体(オルト-、パラ-キノリンキノン、オルト-、パラ-イソキノリンキノン、オルト-、バラ-ナフトキノン)を合成し、AMV逆転写酵素阻害活性とマウスリンパ腫瘍L5178Y細胞に対する細胞毒性を比較検討した。一般にオルトキノリンキノン誘導体はパラキノリンキノン誘導体に比べて高い逆転写酵素阻害活性を示した。さらに、オルトキノリンキノン誘導体はパラキノリンキノン誘導体よりも毒性が低く、逆転写酵素に対する選択性の点で後者より優れていることが判明した。ヘテロポリオキソメタレ-トのin vitroでの抗HIV活性について検討し、K_7[PTi_2W_<10>O_<40>]・6H_2O(PM-19)などの、いわゆるケギン構造をとったヘテロポリオキソタングステ-トに高い活性を認めた。フランスのパスツ-ル研究所などで報告している同様の物質HPA-23はケギン構造をとっておらず、その抗HIV活性ははるかに低いものであった。同研究グル-プによるとHPA-23はin vivoで逆転写酵素阻害によるHIVの増殖阻害を引き起こすとされているが、一連のポリオキソメタレ-トを用いて両活性を比較検討したところ、両者の間には相関性がみられないことが判明した。ポリオキソメタレ-トはウイルスの細胞への吸着を阻害していることを新たにみいだした。
低出生体重で生まれた女子大学生の生活習慣は痩身及び健康状態にどう影響するのか

本年度は、2015年に調査を行った学生150名を対象に再調査を実施した。出生体重が2500g未満はおおよそ10%であった。今年度においても昨年度と同様に、体格指数としては体重(kg)を身長(m2)で除したBMI、と体脂肪率(%)を測定した。体脂肪率はインピーダンス法(TANITA; BF-220)を用いて測定した。フィットネスの指標に関連するとされる筋力については背筋力を測定し、持久力については踏み台昇降運動を実施した。臨床検査項目については、メタボリック症候群の検査項目である血清脂質(中性脂肪、HDLコレステロール、LDLコレステロール)、空腹時血糖、および収縮期血圧について求めた。初年度である今年は生活習慣(食事・運動・休養)及び体重変動(増量・減量)が健康状態(月経を含む)にどのような影響を及ぼすのかを検討するための資料収集、及びデータの入力を行った。生活習慣、体重変動、及び健康状態や月経のパターンなどが1年次と4年次とでどのように変わったのか、それに対する要因の検討ができるように準備した。データ数が蓄積されるまでは次にあげるグループを編成してデータの解析を行う。11年次の月経周期正常(正常)→4年次月経正常(要因の検討)21年次の月経周期異常(異常)→4年次月経異常(要因の検討)31年次の月経正常→4年次月経異常(要因の検討)41年次の月経異常→4年次月経正常(要因の検討)である。要因については生活習慣(運動・食事・休養)との関連を調査するが、体重変動(±3kg)が及ぼす影響についても考慮する。データ数が増えてくる27年度以降にはロジステイック分析を用いて解析を行う。予想される結果は大きく2つあげられる。一つ目は、生活習慣が良好であれば体重の増量・減量に影響されることなく正常月経である。二つ目は、月経異常は望ましくない生活習慣をもっていて、体重が減少をしてBMI18.5<になること、及び体重が増量をしてBMI25≧になることに関連している。以下、次のように検討する予定である。1生活習慣と健康度との関連2生活習慣が良好であれば体重の増量・減量に関係なく正常月経である。3月経異常は望ましくない生活習慣があって、体重が減量して痩身あるいは体重が増量をして肥満になること。4望ましくない生活習慣が月経異常に及ぼすBMI等の閾値の検討。5痩身・肥満で月経異常が認められるものが生活習慣を見直して体重が標準体重に近づくと月経異常が改善する傾向が認められるかどうか。6最終的には、低出生体重では生活習慣の影響が身体に現れやすくて月経異常と関連するかどうかである。本年度は、昨年度に引き続きデータの収集を中心に実施した。それらのデータを用いて、平成16年12月に福岡大学医学部で開催された九州・山口スポーツ医科学会で発表した。主な内容は、次のとおりである。本研究は、BMIに基づく肥満の判定基準に体脂肪率を対応させることの可否を検討するために、青年男女を対象にBody Mass Index (BMI)と体脂肪率とを測定し、その関係性について検討した。女子大学生1,629名(年齢22.4±0.6歳)、男子大学生486名(年齢22.6±0.7歳)を対象に、BMIを説明変数、体脂肪率を目的変数とした回帰分析を行い、回帰係数の推定値、標準誤差、95%信頼限界を求めた。女性及び男性のBMIの平均値は、それぞれ20.6±2.8kg/m2、21.3±3.1kg/m2、体脂肪率は、25.6±5.8%、18.0±5.8%を示し、BMIと体脂肪率との間には、それぞれr2=0.768、r2=0.739の有意な正の相関関係が認められた(<0.0001)。その回帰式は女性では、体脂肪率予測値(%) =ー11.72 +1.82 ×(BMI)、男性では体脂肪率予測値(%)=ー15.54 + 1.58 ×(BMI)であった。すなわち、BMIの1kg/m2に対する体脂肪率の変動は、女性では1.82%(95%信頼区間の最小値1.77%、最大値1.87%)、男性では1.58%(95%信頼区間の最小値1.49%、最大値1.66%)であった。BMIに基づく肥満判定基準値と体脂肪率予測値との関係については、女性は体脂肪率の低い状態であるBMIが18.5kg/m2時の体脂肪率は22%、一方肥満に相当するBMIが25kg/m2時の体脂肪率は34%であった。また男性の場合、体脂肪率の低い状態は14%未満、肥満に相当する体脂肪率は24%以上であった。平成27年度の調査方法は平成26年度に基づいて行われる。調査期間は2015年4月であった。各測定とアンケートは大学入学直後の4月と4年目の4月に実施する。

大学入学直後の4月(4年目の4月)は2011年(2014年)、2012年(2015年)、2013年(2016年)、2014年(2017年)、2015年(2018年)である。今年度ののデータ収集は予定通りである。研究代表者による対応は次のとおりである。サンプル数は入学直後(大学4年目)170名(170名)。共同研究者による宮崎県立看護大学でのデーター数は100名である。本年度は、2013年度に調査した女子大学生150名を対象にして再調査を実施した。出生体重2500g未満の低出生体重が15名(低出生体重群)、2500g以上の標準体重が135名(コントロール群)である。体格指数として体重(kg)を身長(m2)で除したBMI(kg/m2)を求め、体脂肪率はインピーダンス法を用いて測定した。アンケート調査として、月経周期、月経持続日数、月経の随伴症状の有無について2013年度(1年次)と同じように2016年度(4年次)も実施した。2014年度・2015年度の2年間に続き本年度のデータ収集も順調に行われた。得られている結果として、1年次と4年次における低出生体重群とコントロール群の体重・BMI・体脂肪率については1年次(4年次(再調査))の体重についてみてみると、低出生体重群48.7±7.6kg(48.8±8.1kg)であり、コントロール群52.1±7.7kg(53.1±8.3kg)であった。BMIについて低出生体重群20.3±2.9kg/m2(20.3±3.0kg/m2)であり、コントロール群20.7±2.7kg/m2(20.9±2.9kg/m2)を示した。体脂肪率について低出生体重群25.9±6.0%(25.2±4.9%)であり、コントロール群25.9±6.1%(27.1±6.2%)を示し、両群とも1年次は同じ体脂肪率であったが、低出生体重群は1年次に比べ4年次でやや減少しているのに対して、コントロール群は4年次に大きく増加していた。次に、BMI18.5kg/m2未満で体脂肪率22%未満における低出生体重群とコントロール群の月経状況について、低出生体重群は、1年次、4年次ともに月経周期、月経持続日数の項目で異常は見られなかった。しかしながら、1年次に月経の随伴症状がある人が17%であるのに対して、4年次は75%と大きく増加し、コントロール群よりも上回っていた。現在の青年女性における低出生体重の比率は10%程度であるので、測定数に占める割合が少ない状況である。一方で、青年女性の痩身とはどのようにして定義づけられるのかと、痩身者の健康度を把握できる尺度を作成した。この成果は「肥満研究」Vol22 No.3 219-225 2016に掲載された。即ち、BMIに基づく痩身の判定基準に体脂肪率を付加することの有用性について、BMIと体脂肪率を測定し、その関係性を検討した。女子大学生1,629名(年齢22.4±0.6歳)を対象に、BMIを説明変数、体脂肪率を目的変数とした回帰分析を行い、回帰係数の推定値、標準誤差、95%信頼限界を求めた。なお、体脂肪率はインピーダンス法を用いて測定した。女性のBMI(体脂肪率)の平均値は、20.6±2.8kg/m2、(24.6±5.8%)を示し、BM Iと体脂肪率の間には、それぞれr2=0.768の有意な正の相関関係が認められた(P<0.0001)。その回帰式は体脂肪率予測値(%) =ー11.72 +1.82 ×(BMI)、すなわち、BMIの1kg/m2に対する体脂肪率の変動は、女性では1.82%であった。BMIに基づく肥満判定基準値と、体脂肪率予測値の関係については、女性は体脂肪率の低い状態であるBMIが18.5kg/m2時の体脂肪率は22%、一方肥満に相当するBMIが25kg/m2時の体脂肪率は34%であった。また、BMI及び体脂肪率の合わせで、身体組成を評価することによって、フィットネスの分類が可能となることを示した。
エネルギー代謝・分子情報通信のある非平衡動的な人工細胞システムの創成

本研究では,人工細胞膜小胞の生成,人工細胞小胞内での化学反応の制御,人工細胞小胞同士の相互作用に関して,制御システムのためのマイクロ流体デバイスの構築を行った.人工細胞膜小胞の生成では,遠心キャピラリデバイスという単純な仕組みによって細胞サイズの人工細胞膜小胞(リポソーム)を生成できることを示した.化学反応の制御では,油中水滴の融合と分裂現象をコンピュータで制御することによって,物質の流入出を制御し,代謝のモデルとしての化学リズム反応の制御に成功した.このような人工細胞小胞の融合分裂を用いた,物質交換による相互作用(分子情報通信)の手法の開発も行った.本年度は,エネルギー代謝・分子情報通信のある非平衡動的な人工細胞システムを構築するための基礎技術,特に,マイクロ流体デバイスの開発を中心に研究を行った.エネルギー代謝や分子情報通信は,人工細胞内外や人工細胞間の分子のやり取りによって実現されるため,人工細胞に分子を流入させる技術,人工細胞から分子を取り除く技術が必要になる.本研究では,マイクロ流体デバイスにより,油中水滴型マイクロリアクタを作製して人工細胞とし,それに分子を運び込んだり取り除いたりするキャリアとなるマイクロ油中水滴を周期的に融合分裂させることで分子の流入および流出を実現した.このメカニズムがpulse-density modulation(PDM)によって定式化されることを考案し,それによって非線形化学振動反応の制御に成功した.次に,エネルギー代謝反応の一種である,解糖振動反応に研究を展開した.解糖振動反応は,糖を基質として進む反応で,エネルギー物質であるNADHやATPの濃度の振動が見られることで知られている.本研究では,酵母細胞(Saccharomyces cerevisiae)の細胞抽出液を作製し,その反応液での振動の制御を目指して研究を進めた.その結果,従来知られているようにバルク系での振動反応が観察でき,さらに,油中水滴型マイクロリアクタ内での振動も観察できた.次のステップとして,マイクロ流路による基質・生成物の流入出条件下での振動制御を進めている.また,分子情報通信のできる人工細胞構築のため,まず数理モデルを用い,上記の油中水滴型マイクロリアクタ間での分子情報通信によって論理演算(AND,OR,NOT,NAND,etc.)ができることを示した.またこの演算を実現できるマイクロ流体デバイスの開発も進めている.本年度は,エネルギー代謝・分子情報通信のある非平衡動的な人工細胞システムを発展させるためのマイクロ流体デバイスの構築および人工細胞システム内での化学反応制御を中心に研究を行った.まず,エネルギー代謝(反応基質の供給と反応産物の排出)をモデル化した化学振動反応の制御システムについて検討を行った.本研究では,マイクロ流体デバイスにより,油中水滴型マイクロリアクタを作製して人工細胞とし,それに分子を運び込んだり取り除いたりして物質流入出を担うキャリアとなるマイクロ油中水滴(キャリア水滴)を周期的に融合分裂させることで分子の流入および流出を実現した.これをpulse-densitymodulation(PDM)によって定式化し,コンピュータで制御できるようにするとともに,内包した非線形化学振動反応の制御(外場への同期・引き込み,ノイズへのコヒーレンス共鳴)に成功した.さらに,人工的に設計したDNA反応に関しても検討を行った.つぎに,分子情報通信のできる人工細胞構築のためのマイクロ流体デバイスの開発を行った.このシステムでは,アクリル製の回転板に人工細胞を固定するウェルおよびキャリア水滴を固定するウェルを掘っておき,メカニカルに回転板を回転させて,キャリア水滴を多数の人工細胞に順次に融合分裂させることで,人工細胞間の物質のやり取りを実現した.実際に分子による情報のやり取り(すなわち,分子情報通信)ができることを確認した.また,数理モデルを用いて,人工細胞内の化学反応が同期したり,振動状態がクラスタリングしたりする現象を予測できた.本研究では,人工細胞膜小胞の生成,人工細胞小胞内での化学反応の制御,人工細胞小胞同士の相互作用に関して,制御システムのためのマイクロ流体デバイスの構築を行った.人工細胞膜小胞の生成では,遠心キャピラリデバイスという単純な仕組みによって細胞サイズの人工細胞膜小胞(リポソーム)を生成できることを示した.化学反応の制御では,油中水滴の融合と分裂現象をコンピュータで制御することによって,物質の流入出を制御し,代謝のモデルとしての化学リズム反応の制御に成功した.このような人工細胞小胞の融合分裂を用いた,物質交換による相互作用(分子情報通信)の手法の開発も行った.本年度は,研究実施計画にある通り,水滴の融合分裂を基にした非平衡開放系型の人工細胞の制御により,非線形化学振動反応の制御に成功した.また,当初の計画にある通り,代謝に関係する解糖振動反応の制御にも道筋ができつつある.さらに,来年度の計画に含まれている,分子情報通信による論理演算の提唱やそのためのマイクロ流体デバイスの設計などもできてきている.このように,当初の計画にあるもの以上の進展が見られていると考えられる.

生物物理学,マイクロ流体工学,分子ロボティクス最終年度である来年度は,代謝反応の制御を行うとともに,分子的な情報処理の実現,および,分子情報処理可能な人工細胞の相互作用ネットワークによって高次の情報処理など,集団的現象の創発を目指す.とくに,生体分子による分子情報処理回路の制御や,フィードバック型の回路などをターゲットにし,汎用性のあるシステムの構築を目指す.数理モデルを用いた,原理の提唱を行うとともに,実際にマイクロ流体デバイスを用いて,実証していく.また,このシステムが,生きたバクテリアの密度制御へ応用できることを見いだしたので,この密度制御を通して,代謝や遺伝子回路を含む生きたバクテリアの細胞制御も同時に進めて行く.研究が順調に進み,実験回数が当初予定よりも少なく済み,消耗品の試薬の費用が安く済んだため.研究が順調に進んだため,当初計画をさらに発展させた研究を行うことを想定しており,そのための実験消耗品類の購入に充てる.
腐朽劣化を受けた木質構造物の性能評価に関する研究

本研究では在来軸組み構法片筋違い耐力壁と平行弦トラス梁を対象として、接合部に生じた腐朽が構造物全体の耐力-変形関係にどのような影響を及ぼすか調べた。筋違い耐力壁の水平加力試験の結果より、柱脚部の接合方法によって腐朽が耐力壁のせん断力-見かけの変形角関係に及ぼす影響に差が見られた。平行弦トラス梁の曲げ試験より、斜材に生じた腐朽がトラス梁の荷重-たわみ関係へ及ぼす影響は小さかっ本研究では在来軸組み構法片筋違い耐力壁と平行弦トラス梁を対象として、接合部に生じた腐朽が構造物全体の耐力-変形関係にどのような影響を及ぼすか調べた。平行弦トラス梁の曲げ試験より、斜材に生じた腐朽がトラス梁の荷重-たわみ関係へ及ぼす影響は小さかっ本研究は、木材腐朽を有する木質構造物の耐力・変形性能の変化を調べることで腐朽程度と構造性能の関係を明らかにし、構造物の残存性能の評価に資するものである。当該年度は木造住宅に広く用いられている筋違い耐力壁を対象とした。柱脚部と接する土台部分に腐朽が生じている場合を想定し、500×105×105mmのトドマツ製材に褐色腐朽菌オオウズラタケを用いて強制腐朽処理を施した。本研究では、実験室レベルで実施可能な腐朽処理であること、大きな力を受ける箇所を集中的に腐朽させること、実験は実大寸法の木質構造物で行うことを留意した。ホゾ穴端部から材端に向かって木材の応力波伝播速度(FAKOPP)およびドリル穿孔抵抗値(レジストグラフ)を測定した結果、ホゾ穴周辺の木材内部で腐朽劣化がみられ、目視観察では柱と接する土台表面に腐朽がみられた。腐朽処理した木材を柱脚部に固定して正負繰り返し加力試験を行った。試験体は壁長910mmの片筋違い耐力壁とし、柱と横架材の接合は長ホゾで込栓差し、筋違いは筋違いプレートを用いて柱と横架材に釘接合した。小変形時は込栓接合部や釘接合部が耐力壁の抵抗機構に主に寄与したため、腐朽の有無にかかわらず同じような荷重-変形関係を示した。しかし、耐力壁の変形が進むにつれて腐朽部では柱による土台のめりこみが顕著となり、健全状態と比べて最大荷重は低下した。この結果は、構造材に腐朽が生じている時、例え日常使用時には支障がなくとも大きな外力を受けた際にはダメージを受けやすいことを示唆している。本研究は、木材腐朽が生じた木質構造物の耐力・変形性能を調べることで構造物の残存性能の評価に資するものである。実験室レベルで実施可能な腐朽処理であること、大きな力を受ける箇所を集中的に腐朽させること、対象は実大寸法の木質構造物であることに留意して実験を行った。当該年度はスパン3000mm、束材間隔500mm、上下弦材の心々距離330mmの平行弦トラス梁を研究対象とした。斜材および束材を2枚の弦材で挟み込み径10mmのボルトで接合した。斜材のボルト接合部に腐朽が生じている場合を想定し、620×60×30mmのトドマツ製材のボルト先穴部に褐色腐朽菌オオウズラタケを用いて強制腐朽処理を施した。平行弦トラス梁1体につき斜材は6本あり、そのうち1本を腐朽処理材とした。平行弦トラス梁に対して3等分点4点曲げ試験を行った。加力点間の斜材に腐朽処理材を配置した場合、腐朽処理を施したボルト先穴に顕著なめりこみ変形は見られず、初期剛性と最大荷重はコントロール試験体とほぼ等しい値を示した。支点と加力点の間の斜材に腐朽処理材を配置した場合、腐朽処理材のボルト先穴には顕著なめりこみ変形が見られ、初期剛性は917%低下した。支点と加力点の間では梁にせん断力が生じるため、斜材が梁のせん断力を負担できるか否かによって初期剛性に差が生じたものと考えられる。腐朽の有無にかかわらず平行弦トラス梁はボルト接合部から割裂破壊が生じたが最初に破壊する部位は異なり、梁端部側の斜材に腐朽処理材を配置した梁の最大荷重はコントロール試験体よりも18%程高い値を示した。荷重と変形の大きさによって平行弦トラス梁の抵抗メカニズムは異なり、それが腐朽の影響によって曲げ性能に変化が生じることが示唆された。
複雑脳形成における多様な幹細胞の特質の経時的変化の解析

複雑脳を形成するフェレットをモデルとして、神経幹細胞の時空間的な変化を追跡してきた。これまでの解析から、幹細胞帯が脳室帯と外脳室帯に別れた後も、基本的には、ニューロンを作り出す幹細胞identityの時間変化はほぼ同時に進行していることが判明した。しかし、神経層にまでニューロンが到達するのに要する時間が大きく違うため、同じ誕生日のニューロンでも、誕生した場所が脳室帯か外脳室帯(outer subventricular zone)かによって、異なる神経層に到達しているようである。この結果は、神経のidentityが誕生日だけで全て決まっているのではないという最近のいくつかの研究を支持する。一方で、フェレットは誕生後も神経発生が生後10日ぐらいまで引き続くが、脳室帯と外脳室帯ではこの時点から大きくことなる事態が進行することも判明した。外脳室帯はそのまま神経産生を続け、グリア前駆体も生じてくるのに対して、脳室帯ではsox2+細胞(神経幹細胞)の核の往復運動や神経発生はほとんど停止する。そして、細胞の整列が進行し、数層のキューブ状(とりわけ細胞核)の細胞の列が形成される。これらの細胞は脳室面に太いendfootを伸ばしている。これらの多くの細胞がFoxj1陽性であり、その後、核が脳室面に移動し、主に脳室面を敷き詰めるependimalcell(Foxj1陽性)になることが判明した。また、ヒト脳の発生過程では、神経発生の後半、脳室帯にはradial gila (神経幹細胞)の長いファイバーが途中で切れたような形態をとるCryab遺伝子発現が陽性のtruncated radial gliaという細胞が出現することが知られている。Cryab陽性の細胞もこのレンガ壁状の構造に見出されるが、その数は少ないことが判明した。外脳室帯はそのまま神経産生を続け、グリア前駆体も生じてくるのに対して、脳室帯ではsox2+細胞(radial glia)の核の往復運動や神経発生はほとんど停止する。脳室面に太いendfootを伸ばしているこれらの細胞の多くがFoxj1陽性であり、その後、核が脳室面に移動し、主にependimal cell(Foxj1陽性)になることが判明した。また、Cryab陽性のtruncated radial glia様の細胞も存在するが数は少ないことがまでが判明したことから、新たな知見が得られた。本研究では、神経分化が脳室帯ではほぼ終了したところで、次に訪れるependymalcell (脳室の表面を形作る上皮細胞)とグリア細胞の前駆細胞の形成が共通の時空間的な履歴を経ることが判明したが、その前駆細胞群が層状の構築を取るという不思議なプロセスを経るといういう知見は、マウスでは見られないものであり、脳回を持つ哺乳類の脳に特徴的な現象である可能性が考えられる。この細胞ブロックの構築過程とその生理的意義を今後追求してゆく方針である。

一方で、フェレットは誕生後も神経発生が生後10日ぐらいまで引き続くが、脳室帯と外脳室帯ではこの時点から大きくことなる事態が進行することも判明した。外脳室帯はそのまま神経産生を続け、グリア前駆体も生じてくるのに対して、脳室帯ではsox2+細胞(radial glia)の核の往復運動や神経発生はほとんど停止する。そして、細胞の整列が進行し、数層のキューブ状(とりわけ細胞核)の細胞の列が形成される。脳室面に太いendfootを伸ばしているこれらの細胞の多くがFoxj1陽性であり、その後、核が脳室面に移動し、主にependimal cell(Foxj1陽性)になることが判明した。また、Cryab陽性のtruncated radial glia様の細胞も存在するが数は少ないことがまでが判明したことから、新たな知見が得られた。本研究では、神経分化が脳室帯ではほぼ終了したところで、次に訪れるependymalcell (脳室の表面を形作る上皮細胞)とグリア細胞の前駆細胞の形成が共通の時空間的な履歴を経ることが判明したが、その前駆細胞群が層状の構築を取るという不思議なプロセスを経るといういう知見は、マウスでは見られないものであり、脳回を持つ哺乳類の脳に特徴的な現象である可能性が考えられる。この細胞ブロックの構築過程とその生理的意義を今後追求してゆく方針である。
ダウン症児のための学校適応支援マニュアルの開発

ダウン症のある児童生徒を対象として,学校適応スキルと特別な支援ニーズ双方を評価し,両者の特徴について調査した.その結果,学校適応スキルの到達度とMAに相関がみられ,MAとこだわり領域,ひとりの世界・興味関心の偏り領域間において有意な負の相関が見られた.学校適応スキルと特別な支援ニーズとの関連性を検討したところ,個人差が大きいことが示唆された.こうした知見をもとに,『ダウン症児のための学校適応支援マニュアル』を作成・開発した.そして,教師・保護者を交えた効果的で機能性を重視した活用方法について意見交換をおこない検討,モデル事例のデータベースを作成し,マニュアルを冊子にする準備を行った.ダウン症のある児童生徒を対象として,1本人・保護者・教師に対する聞き取り調査・アンケート調査,各種諸検査を実施し学校適応に関する実態把握を行い,それに基づき2『ダウン症児のための学校適応支援マニュアル』を作成・開発し,個別の指導計画や合理的配慮の立案への有効性について検証することが目的である。研究成果として,モデル事例のデータベースを作成し,冊子にして配布する。同時にホームページで公開する。<A>ダウン症児の学校適応に関する支援ニーズの把握A-1ダウン症のある本人への学校適応に関する聞き取り調査(H27.7-8月):対象は20歳以上/IQ85以上/のダウン症者。調査内容は小中学校時代の学校生活を振り返ってもらい,教師や学校環境などで必要なサポートや配慮についてである。また,ASIST-B尺度を自身で評価してもらった。A-2保護者への学校適応に関するアンケート調査(H27.9月):対象はダウン症児の保護者6000名。調査内容はダウン症児の学校適応状況,教師や学校環境などで必要なサポートや配慮である。また,ASIST-B尺度項目を保護者に評価してもらった。A-3教師へのASIST/学力テスト/体力テスト/学校適応に関するアンケート調査(H27.8月):対象者はダウン症児の担任教師2475名。調査内容は担任するダウン症児1名のASIST-B尺度,学力テストまたは学力到達度に関する質問項目,身長・体重・体力測定の結果,合併症とその配慮,行動特性とその対応などである。A-4IASSIDD米国環太平洋地区会議でのダウン症研究や支援方策の収集:IASSIDD国際知的・発達障害学会の米国環太平洋地区会議で,アジアと米国におけるダウン症者の支援研究について討論/情報交換した(H27.5月)。対象者は米国と東アジア地区のダウン症を研究する者。調査内容は各国のダウン症児教育の現況と学校現場における合理的配慮についてであった。現在,収集したインタビューおよび調査によるデータを整理・分析中である。当初の予定通り,インタビュー調査,アンケート調査によるデータを収集し,分析を進めている。計画していたスケジュールに沿って研究を継続する見通しである。本研究の目的は、ダウン症のある児童生徒(小中学校の通常学級、特別支援学級、特別支援学校小中学部に在籍)を対象とし、本人・保護者・教師に調査や諸検査を実施し、それに基づき『ダウン症児のための学校適応支援マニュアル』を作成・開発し、個別の指導計画や合理的配慮の立案への有効性について検証することである。平成28年度は、平成27年度に収集したデータの整理・分析を行った。知的特別支援学校小学部の教員(ダウン症児を担任・もしくは担任経験のある教師)456名を対象とした調査(回収数:256件、回収率:56.1%)では、ダウン症児特有の支援ニーズとして「話し言葉の困難」「こだわりの強さ」「運動面の問題」「不適切な距離感」が多くあげられた。また、クラスタ分析を行った結果、1言語面ニーズ群66名、2多様ニーズ群86名、3言語・運動面ニーズ群66名、4興味・関心偏り群37名の4クラスタが導き出された。他の障害との違いについて、「体力・身体的ハンディキャップに配慮(21%)」「対人関係が良い(13%)」が指摘された。有効な工夫として「視覚支援(14%)」「褒める(12%)」などがあがった。場面の切り替えの悪さへの対応は、「活動の手順を視覚的に示す(23%)」「時間的見通しを示す(19%)」で、いずれも、4つのクラスタでほぼ同じ傾向が示された。一方で、特別支援学校の教師らは、支援ニーズの違いからタイプや個人差があることは認識していても、支援や工夫は画一的であることが示唆され、支援ニーズのタイプに応じた支援・指導の工夫の必要性が明らかになった。またこれらの研究をもとに、『ダウン症児のための学校適応支援マニュアル』を作成した。現在、研究協力校において、在籍するダウン症児と担任教師を対象に、支援マニュアルを個別の指導計画の作成と実際の指導・対応に用いてもらい、その有用性について検証している。当初の予定通り、収集した調査データの整理・分析を行い、マニュアルを作成し、その有用性について検討を行っている。ダウン症のある児童生徒(小中学校の通常学級,特別支援学級,特別支援学校小中学部に在籍)を対象として,1本人・保護者・教師に聴き取り調査・アンケート調査,各種諸検査(適応尺度/学力テスト/体力測定)を実施し学校適応に関する実態把握を行い,それに基づき2『ダウン症児のための学校適応支援マニュアル』を作成・開発し,個別の指導計画や合理的配慮の立案への有効性について検証する.研究成果として,モデル事例のデータベースを作成し,保護者・教師が閲覧/活用しやすい様式にてマニュアルを開発することである.

本年度は,研究協力校での適用(H28.10-H29.7月)について,個別の指導計画の作成・評価・見直しをおこない検証するために年度をまたいで継続して実施した.また,公開ワークショップの開催をおこなった(H29.8-12月).そこでは,研究協力校の教師/保護者の参加により,さいたま市,東京都豊島区,前橋市にて,意見交換をおこない,作成したマニュアルの有用性について検証した.実際に適用したモデル事例のデータベースを作成し,保護者・教師が閲覧/活用しやすい様式にてマニュアルを冊子にして配布する準備をおこなった(公開にあたってはプライバシーに留意し匿名性の高い表現に記録などを書き換えする作業をおこなった).ダウン症のある児童生徒を対象として,学校適応スキルと特別な支援ニーズ双方を評価し,両者の特徴について調査した.その結果,学校適応スキルの到達度とMAに相関がみられ,MAとこだわり領域,ひとりの世界・興味関心の偏り領域間において有意な負の相関が見られた.学校適応スキルと特別な支援ニーズとの関連性を検討したところ,個人差が大きいことが示唆された.こうした知見をもとに,『ダウン症児のための学校適応支援マニュアル』を作成・開発した.そして,教師・保護者を交えた効果的で機能性を重視した活用方法について意見交換をおこない検討,モデル事例のデータベースを作成し,マニュアルを冊子にする準備を行った.<A>『ダウン症児のための学校的お薄苑マニュアル』の作成・開発(H28.4-8月)H27年度のプロジェクトにより収集したデータを整理・分析し,ダウン症児の通常学級/特別支援学級・学校の学校フィールドに応じて,3領域:「合併症・身体特性」「知的・心理特性」「行動特性」における合理的配慮を検討し,支援マニュアルを作成・開発する。研究協力者と検討会を行う。※日本特殊教育学会H28大会(新潟大学)の自主シンポジウムにて広く意見交換を行う。<B>『ダウン症児のための学校適応支援マニュアルの有用性の検証』B-1研究協力校での適用(H28.10-H29.7月)研究協力校(特別支援学校,小学校特別支援学級,中学校特別支援学級,小学校通常学級)に在籍するダウン症事例と担任教師を対象に,支援マニュアルを用いた個別の指導計画の作成と実際の指導・対応に適用し有用性を検証する。・【継続】研究協力校での『ダウン症児のための学校適応支援マニュアル』の適用・公開ワークショップの開催(研究協力校の教師/保護者の参加)ダウン症児の担任教師や保護者を対象に公開ワークショップを実施し、意見交換を行い、マニュアルの有用性について検証する。・マニュアルを冊子化・配布&ホームページでのモデル事例データベースの公開実際に適用したモデル事例のデータベースを作成し、保護者・教師が閲覧/活用しやすい様式にてマニュアルを冊子にして配布する(公開にあたってはプライバシーに留意し、匿名性の高い表現に記録などを書き換える)。特別支援教育
末梢体内時計の人為的操作と慨日リズム機構の回復の試み

本研究では、マウスを用いて実験を行い、食事と運動のタイミングを人為的に調節することで、遺伝子変異により損なわれた、活動および遺伝子発現における日内リズムを補強することができた。この結果は、適切な時間帯に食事や運動負荷を与えることで、疾病や老化によって減弱した体内時計を回復できる可能性を示す。また、時計遺伝子CLOCK変異マウスの中枢体内時計では、遺伝子発現リズムのパターンが変化していることを発見し、細胞レベルでのリズム減衰がその原因であることが示唆された。CLOCK変異マウスは夜間の光暴露などの刺激によって体内時計が大きくずれることが知られており、今回の発見が、その一因である可能性を示した。本研究の目的は、末梢組織の体内時計を人為的に操作することで、時計遺伝子の変異や疾病などで損なわれた日内リズム機能を回復することである。本年度は主に、日内リズムの減弱と活動相の後退を特徴とするICR系統のClock変異マウスを用いて研究を行った。このマウスの摂食行動を活動期に限定すると、末梢組織の遺伝子発現日内リズムを増強することができた。また、暗期前半に時刻特異的な輪回し運動を行わせると、活動相の前進が見られた。これらの結果は、動物自身の体内時計の異常を外部からの刺激によって補いうることを示している。一方、中枢時計である視交叉上核を調査したところ、これまでClock変異マウスの培養視交叉上核では安定した日内リズムが確認されていなかったが、長期にわたって明確で安定したリズムが観察された。このリズムは細胞間情報伝達を阻害すると著しく減弱したことから、弱いリズムを持つ細胞同士が互いを励起することで、視交叉上核全体で強いリズムを維持していることが明らかとなった。また、野生型マウスの視交叉上核のリズムは一様ではなく、領域によって位相にずれがあるが、Clock変異マウスではそのずれが減少していた。視交叉上核内の領域による位相差は体内時計の安定化に必要だと考えられている。Clock変異マウスは環境因子によって容易に体内時計の位相が動くことが知られており、その原因として体内時計の減弱が挙げられているが、位相差の喪失も影響している可能性が示唆された。これらの知見は、体内時計の特徴の一部を明らかにしたものであり、人為的操作を試みるにあたって必須の基礎的情報である。本年度は、末梢体内時計の人為的操作に関する研究として、計画書に記載した通り、ICR系統Clock変異マウスに対して時刻特異的制限給餌と時刻特異的運動負荷を用いた日内リズムの強化を順調に行った。一方で、この変異マウスの中枢時計である視交叉上核に興味深い特徴を発見し、その知見が体内時計機構の基本的性質にかかわるものと考えられたため、中枢時計に対する研究も並行して行った。その結果、有用な情報が多く得られたが、本研究計画の主題である末梢時計の操作に関しては、当初の計画では本年度中により詳細な分子生物学的調査を行う予定であったため、やや遅れている状態である。しかし、研究に必要な機材の作成と動物の準備に関しては順調に遂行できたため、次年度中にキャッチアップできるものと考えている。また、体内時計中枢である視交叉上核の性質や時刻出力情報を操作することで、減弱した生理機能の日内リズムの強化を試みる。本年度は、昨年度に引き続き、主にICR系統のClock変異マウスを用いて研究を行った。これまでの実験で、我々は運動刺激がClock変異マウスの活動リズムに影響を及ぼすことを見出している。ICR系統のClock変異マウスの中に、恒暗条件下で概日活動リズムを失うグループがいたため、これらに輪回し運動をさせたところ、概日活動リズムが回復する個体が現れた。また、逆に、輪回し運動の負荷によって概日活動リズムを失うグループも確認された。これらは、運動負荷と概日リズムの制御機構との間に大きな関係があることを示している。現在、これらのマウスで運動負荷が視交叉上核に与える影響と、その機構を調べている。培養系を用いた、視交叉上核の性質の調査も並行して進めた。ICR系統のClock変異マウスの視交叉上核は、培養下においても概日リズム生成能を維持するが、組織内の領域的位相差が失われていることを、我々は昨年度に見出した。Clock変異マウスは野生型よりも長周期の概日リズムを示す。そこで、周期が視交叉上核の領域的位相差に及ぼす影響を調査した。周期を延長させるSP600125および重水の存在下では、領域的位相差は失われず、周期を短縮させるピクロトキシン存在下でも同様であった。この結果から、周期に関係なく領域的位相差が形成されうることが示唆された。本年度は、末梢体内時計の人為的操作に関する研究として、計画書に記載したとおり、昨年度に引き続きICR系統のClock変異マウスを主に用いた実験を行った。その結果、運動負荷が、失われた概日リズムを回復するケースや、逆に消失させるケースを発見し、これらの現象の性質とその機構の解明を進めている。運動負荷は非侵襲であるため、概日リズムに変化を及ぼす機構が解明されれば、実験動物だけでなく、人への応用が期待される。

また、体内時計中枢である視交叉上核の培養組織を用いた実験では、領域的位相差の形成に関する新たな知見が得られた。本年度は主に、概日リズム異常を示すVPAC2ノックアウトマウスを用いて、時刻特異的運動負荷による生理機能の日内リズムの回復を試みた。日内リズムの減弱化と活動相の前進を示すVPAC2ノックアウトマウスに対して、時刻特異的にランニングホイールを使用させ、日内リズムへの影響を測定した。その結果、暗期にのみランニングホイールへのアクセスを可能にした場合に、明期の後半に見られていた活動が抑制され、暗期の活動が増加する効果が確認された。また、昨年度に引き続き、重水が体内時計に及ぼす周期延長効果の解析を行った。組織培養系では、培養液中の重水濃度が70%を超える場合でも、視交叉上核、肺、腎臓の概日リズムが維持された。この時、リズムの周期は重水の濃度依存的に延長し、濃度70%では30時間を超えて長周期化した。期間全体を通して得られた成果は、以下のとおりである。本研究は、末梢組織の体内時計を人為的に操作し、遺伝子変異や疾病などで損なわれた日内リズム機能の回復を目指した。概日リズムが減弱している遺伝子変異マウス(CLOCK, VPAC2)は、休息期にも摂食や輪回し運動を頻繁に行う。本研究では、摂食と運動のタイミングを人為的に調節することで、自発的活動および末梢組織の遺伝子発現における日内リズムの振幅を増強することができた。この結果は、適切な時間帯に食事や運動負荷を与えることで、減弱した末梢体内時計と生理機能の日内リズムを回復できる可能性を示す。また、CLOCK変異マウスの視交叉上核では、野生型に見られる領域的位相差が失われていることを発見した。数理モデルによる解析から、細胞レベルでのリズム減衰がその原因であることが示唆された。CLOCK変異マウスは夜間の光暴露などの刺激によって体内時計の位相が大きく動くことが知られており、視交叉上核の領域的位相差の喪失が、その一因である可能性を示した。本研究では、マウスを用いて実験を行い、食事と運動のタイミングを人為的に調節することで、遺伝子変異により損なわれた、活動および遺伝子発現における日内リズムを補強することができた。この結果は、適切な時間帯に食事や運動負荷を与えることで、疾病や老化によって減弱した体内時計を回復できる可能性を示す。また、時計遺伝子CLOCK変異マウスの中枢体内時計では、遺伝子発現リズムのパターンが変化していることを発見し、細胞レベルでのリズム減衰がその原因であることが示唆された。CLOCK変異マウスは夜間の光暴露などの刺激によって体内時計が大きくずれることが知られており、今回の発見が、その一因である可能性を示した。本年度において、Clock変異マウスの末梢体内時計を回復させうる環境因子を複数発見することができたが、ストレスや気温(体温)変化などの負荷による影響も調査する。また、今後の研究では日内リズム回復の際の分子生物学的基盤を詳細に解明する。具体的には、末梢組織における遺伝子発現の変化と、体内時計の回復に関係する経路の調査、およびその性質の解明である。加えて、Clock変異マウス以外の日内リズムに異常を示すマウス(VIP受容体欠損マウス、PK2受容体欠損マウス)を用いて日内リズムの回復を試みる。
HSP90阻害剤とヘパラナーゼ核内移行検出システムを応用した新規分子標的治療法

HSP90は細胞内分子シャペロンで、正常細胞にも存在するが、悪性腫瘍細胞に多く発現し、癌化にかかわるタンパク質と相互作用することから、悪性腫瘍に対する新規治療のターゲットとして注目されている。我々はこれまでヘパラナーゼとHSP90の相互作用と核内移行についての研究を進めてきたが、新規HSP90特異的阻害剤AUY922を導入し、癌の悪性度と細胞の分化を直接制御する新規治療法を開拓することを目指す。各種消化器培養癌細胞にAUY922を導入して細胞増殖抑制効果と分子生物学的機構の解明を行った。本研究は、癌細胞の転移・浸潤および分化を直接制御しているヘパラナーゼの核内移行システムに新規HSP90阻害剤AUY922を導入することにより、癌の悪性度と細胞の分化を直接制御し得る新しい分子標的治療法の開発を目指すものである。1.培養癌細胞に対するAUY922の増殖抑制効果ヒト食道扁平上皮癌TE-1,TE-4,TE-8,TE-10、胃癌細胞NUGC3にAUY922を加え、その細胞増殖に対する効果を検討した。各培養細胞にAUY922を5×10-4μMから5μHまでの濃度で加え、24-48時間培養し、細胞増殖曲線を得た。全ての培養細胞において、5×10-2μMのAUY922で60-80%の増殖抑制効果がみられた。2. AUY922による細胞増殖抑制効果の分子生物学的機構0.1μMのAUY922で0.5から24時間刺激したTE-1とTE-8を回収し、Western Blotting法により各種タンパク質の発現を検索。抗HSP90抗体にてHSP90の発現を確認したところ、いずれの刺激時間においても、その発現に変化を認めず。Aktおよびリン酸化Akt抗体を用いて増殖シグナルに対する影響を調べたところ、TE-1では6時間以降、TE-8では12時間以降でリン酸化Aktの抑制を認めた。3. HSP90のヘパラナーゼ核内移行に対する影響の確認ヘパラナーゼの核内移行とHSP90の関係を確かめるため、用いた癌細胞から抗HSP90抗体を用いて免疫沈降法を行ったところ、HSP90とヘパラナーゼが複合体を形成していることがわかった。HSP90がヘパラナーゼの核内移行に強く関与していることが示された。以上の研究成果をもとに、今後はヘパラナーゼ核内移行検出システムを用いて、AUY922によるヘパラナーゼおよびHSP90の細胞内動態に対する影響を検索する。本研究は、癌細胞の転移・浸潤および分化を直接制御しているヘパラナーゼの核内移行検出するシステムにHSP90阻害剤AUY922を導入し、癌細胞の悪性度と細胞の分化を制御し得る新しい分子標的治療法の開発を目指す。1.培養癌細胞に対するHSP90阻害剤AUY922の増殖抑制効果2. AUY922による増殖抑制効果の分子生物学的機構の解明AUY922で24時間刺激したTE-1,TE-4,TE-8を回収し、Western Blotting法により各種タンパク質の発現を検索した。抗HSP90抗体にてHSP90の発現を確認したが、いずれの刺激時間においても、その発現の変化を認めず。Aktおよびリン酸化Akt抗体を用いて増殖シグナルに対する影響を調べた。TE-1では6時間以降、TE-8では12時間以降でリン酸化Aktの抑制を認めた。3. HSP90のヘパラナーゼ核内移行に対する影響の確認用いた各種癌細胞から抗HSP90抗体を用いて免疫沈降法を行ったところ、HSP90とヘパラナーゼが複合体を形成していた。HSP90とヘパラナーゼの核内移行の強い関係が示された。4. AUY922による細胞増殖抑制効果とPTENの関連癌細胞の増殖に強い関わりを持つPTENの発現を抗PTEN抗体で調べたところ、TE-4において明らかな低下が認められた。上記実験1で明らかになったAUY922に対する感受性の差がPTENの発現によって制御されている可能性が判明した。以上の研究成果をもとに、今後もAUY922による細胞増殖抑制効果の分子生物学的機構の解明をさらに深くすすめる。同時にヘパラナーゼ核内移行検出システムを用いて、AUY922によるヘパラナーゼおよびHSP90の細胞内動態に対する影響を検索する。本研究は、HSP90特異的阻害剤AUY922の消化器悪性腫瘍に対する効果とその機序を解明し、消化器悪性腫瘍の新規治療剤として臨床応用への道を拓くことを目的としている。I.培養癌細胞に対するHSP90阻害剤AUY922の増殖抑制効果:ヒト食道癌培養細胞TE-1,TE-4,TE-8およびTE-10にAUY922を各種濃度で加えて、トリパンブルー染色にて細胞増殖曲線を得た。

IC50は細胞株によって異なり、感受性に差があることが判明した。II.AUY922による増殖抑制効果の分子生物学的機構の解明:AUY922で刺激したTE-1,TE-4,TE-8における各種タンパク質の発現を検索した。抗HSP90抗体にてHSP90の発現を確認したが、いずれの刺激時間においても発現量に変化を認めず。Akt及びリン酸化Akt抗体を用いて増殖シグナルに対する影響を調べたところ、TE-1およびTE-8でリン酸化Aktの抑制を認めた。また、TE-4においてPTENの明らかな発現低下が認められた。AUY922に対する感受性の差がPTENの発現によって制御されている可能性が判明した。III.HSP90とヘパラナーゼ核内移行システム:上記培養細胞において抗HSP90抗体を用いて免疫沈降法を行ったところ、HSP90とヘパラナーゼが複合体を形成しており、HSP90とヘパラナーゼの核内移行の強い関係が示された。IV.癌転移動物モデルにおけるHSP90阻害剤の抗腫瘍効果の検討:ヌードマウスを用いた癌腹膜播腫転移モデルに対し、AUY922の抗腫瘍効果を検討する準備を行っている。抗腫瘍効果の検討を通じて得られたHSP90阻害剤の適正用量・投与時間の設定を行う。V.以上の研究成果をもとに、AUY922による細胞増殖抑制効果の分子生物学的機構について学会発表・誌上発表に向けて論文執筆を行っている。
電子と水素結合の連動ダイナミクスを可視化するアト秒化学研究をめざした実験的試み

今年度は、極短パルス光源を用いた広帯域時間領域ラマン分光により二次元振動数相関の観測に成功し、これは光受容タンパク質における水素結合網の動きと発色団の振動との結合を可視化する画期的な成果につながった。具体的には、2台の非同軸光パラメトリック増幅器を用いて励起光(450 nm、35 fs)と極短ラマン励起/プローブ光(500 - 680 nm、6.5 fs)を発生させた。バクテリアの青色光センサーの役割をはたす光受容タンパク質として知られるイエロープロテイン(photoactive yellow protein; PYP)を試料として選び、これに励起光を照射した。この励起光はPYPの励起状態を生成し光サイクルを開始するとともに、その励起状態にコヒーレントな振動を引き起こす。この振動コヒーレンスが継続している間にラマン励起光とプローブ光を使ってインパルシブラマン分光を行い、励起状態のラマンスペクトルを観測した。この条件下で観測される信号は全体として5次の非線形分光過程によるものと考えることができ、実際、観測された励起状態のラマンバンドの振幅は時間とともに振動した。そこで、この振動挙動に対するフーリエ解析を行うことにより、振動数どうしの二次元相関マップを得ることに成功した。この結果、PYP発色団と隣接アミノ酸残基との分子間振動モード(160 cm-1)と発色団自身のC-O伸縮振動(751 cm-1)との間に明確な交差ピークが観測された。この観測結果は、2つの振動モードが非調和結合していることを端的に示し、発色団分子の水素結合サイトであるフェノール部位の伸縮運動が周辺アミノ酸残基との水素結合の動きに関与していることを意味する。これにより、光受容の初期過程において重要な役割を果たす光誘起水素結合変化とその分子メカニズムの一端を可視化することができた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。今年度は、数サイクル極短パルス光を用いた二次元コヒーレント電子吸収分光(2DES)装置を開発し、それを電子励起状態分子などの過渡種に適用するための準備を進めた。具体的には、再生増幅光源(1030 nm, 150 fs, 1 mJ, 6 kHz)を用い、フェムト秒2DES分光に必要な励起光(Ex光)、一対のリポンプ光(Rp1光& Rp2光)およびプローブ光(Pr光)を発生させた。まず、増幅光源の出力で2台の非同軸光パラメトリック増幅器(NOPA)を励起し、波長域600800 nmの広帯域光を発生させた。これを可変形鏡を用いた群遅延分散補償光学系により6 fsの極短パルスにまで圧縮した。一方のNOPA出力をEx光として用い、他方のNOPA出力を一対のRp光およびPr光として使用した。2DES分光にとって最も重要である位相制御された一対のRp光を発生させるため、軸方位の異なる複屈折性結晶(αBBO結晶)からなるウェッジ板を4枚組み合わせ、ウェッジ板の挿入量を電動ステージで変えることのできる光学系を構築した。これにより、1つのパルス光を元にして同軸上に進む一対のパルス対を発生させ、かつ、それらパルス間の時間差を干渉計レベルの安定性で高精度に制御することができた。光位相の変動幅は10時間で8 mrad程度以下に抑えられていることを確認した。上記のパルス光を試料セルに集光し、試料を透過したPr光を分光器で波長分散した後、フォトダイオードアレイセンサーで検出した。計測用のプログラムもすでに作成し、時間分解吸収信号の取得などにより正常に動作していることを確認した。研究計画に従い、高繰り返し光源をベースにした数サイクル極短パルス光の発生およびそれを用いた二次元コヒーレント電子吸収分光装置の開発を順調に達成することができた。これまで広く用いられてきた光源とは波長の異なる高繰り返し光源を用いたが、これまでの知見をもとに、非同軸光パラメトリック増幅器による広帯域光の発生および数サイクル領域までのパルス幅の圧縮に成功した。これにより、従来の光源で極限的に高い時間分解能での測定が困難であった波長領域での測定が可能になった点は、今後の研究対象を大きく拡げることにつながると思われる。二次元コヒーレント電子吸収分光装置の開発では注意深く光学系の設計を行った結果、特に測定精度を左右するリポンプ光の間の位相の変動幅を長時間にわたって十分に小さなレベルに抑えることができた。これにより、電子コヒーレンスの関わる分光信号を高い信号対雑音比で検出できることが期待される。計画していた高繰り返し光源に同期できるラインセンサーによる検出の実現は間に合わなかったが、現有の検出法でも十分に高いレートでのデータ取得が可能であること、また、現実的な時間内でデータの積算が可能であることを確認できた。昨年度に開発した二次元コヒーレント電子吸収分光(2DES)装置を駆使して溶液中の分子の電子遷移の不均一性に関する研究を推し進めるとともに、この手法をはじめて電子励起状態分子に適用するための準備を進めた。具体的には、再生増幅光源(1030 nm, 150 fs, 1 mJ, 6 kHz)の出力で2台の非同軸光パラメトリック増幅器を励起し、一対のポンプ光(Rp1光& Rp2光)およびプローブ光(Pr光)を発生させた。

2つのポンプ光どうしを試料位置で干渉させ、そのインターフェログラムを解析することにより、両者の遅延の時刻ゼロを正確に決定するとともに、ポンプ光が一対として正常に位相制御されていることを確認した。この装置を用いてまず基底状態分子の2DES信号が取得できることを確認するために、レーザー波長600800 nm領域に電子吸収および蛍光を示すローダミン800などの典型的な色素分子を試料として選び、実験を行った。試料セルを透過したPr光のスペクトル強度を分光器とフォトダイオードアレイセンサーで測定し、一対のポンプ光で誘起される吸光度変化を検出した。プローブ遅延時刻を固定しポンプ光の間のタイミングを掃引すると、過渡吸収信号が大きく周期的に変動することを確認し、2次元吸光度変化データを得ることができた。これを、ポンプ光間の遅延時間に対してフーリエ解析することにより、最終的な2DES信号を得ることに成功した。プローブ遅延の早い時刻での二次元プロットは対角線方向に伸びた形状を示したが、プローブ遅延を遅くするにつれて等方的な形状に変化した。これは、この分子の電子遷移に不均一性があることを端的に示している。また、プローブ光のタイミングの掃引とともに2次元信号強度が振動することを確認し、電子遷移に伴って励起されるコヒーレントな分子振動も同時に検出することができた。フェムト秒高繰り返し光源をベースにした数サイクル極短パルス光の発生およびそれを用いた二次元コヒーレント電子吸収分光装置を駆使することにより、溶液中の分子の電子遷移の不均一性に関する分光研究を推し進めることができた。特に、実験上の最も重要な点である一対のポンプ光の間の厳密な時刻ゼロの決定および干渉計レベルの高い位相安定度を達成したことにより、位相差に応じて激しく変動する分光信号を極めて高感度かつ高精度に検出することに成功した。これにより、コヒーレント電子吸収信号を二次元プロットの形で得ることができた。これは、過渡吸収信号の励起波長依存性の情報を含む分光データといえるが、時間とエネルギーの分解能を両立できるという点で強力な手法であり、電子遷移の不均一性や高速なスペクトル拡散過程の解明に役立つと考えられる。さらに、プローブ光のタイミングを掃引することにより、電子遷移に伴って励起されるコヒーレントな分子振動が明瞭に観測されたことは予想以上の成果である。励起波長とプローブ波長の組み合わせに依存して異なってみえるコヒーレント振動の振舞いは興味深く、その意味付けは今後の課題である。これらの基底状態分子に対する二次元コヒーレント電子吸収分光の成果と知見は、励起分子へのこの方法論の適用の十分な基礎になると考えている。今年度は、極短パルス光源を用いた広帯域時間領域ラマン分光により二次元振動数相関の観測に成功し、これは光受容タンパク質における水素結合網の動きと発色団の振動との結合を可視化する画期的な成果につながった。具体的には、2台の非同軸光パラメトリック増幅器を用いて励起光(450 nm、35 fs)と極短ラマン励起/プローブ光(500 - 680 nm、6.5 fs)を発生させた。バクテリアの青色光センサーの役割をはたす光受容タンパク質として知られるイエロープロテイン(photoactive yellow protein; PYP)を試料として選び、これに励起光を照射した。この励起光はPYPの励起状態を生成し光サイクルを開始するとともに、その励起状態にコヒーレントな振動を引き起こす。