hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
これまでの検知性能を圧倒的に上回る不発弾除去のためのレーダ技術

本研究では地雷や不発弾探知用地中レーダの性能を向上させる目的で、ボウタイアンテナと呼ばれる広帯域アンテナの周波数特性改善を、銅箔面形状を三角形から変更することで行った。様々な銅箔面形状のアンテナの周波数特性の計算を行った結果、銅箔面形状を五角形とすることで、正三角形ボウタイアンテナに比べ周波数帯域が約81[MHz]広く、H/L値が24%高いH/L=6.7の五角形ボウタイアンテナを開発することが出来た。本アンテナは地中レーダ用アンテナとしては従来型ボウタイアンテナやヴィバルディアンテナ等の他の広帯域アンテナよりも有用であり、探査可能深度や地中イメージング性能の向上などが期待できる。1.カンボジアでの現地調査が、受け入れ先担当者のスケジュールの関係により今年度に実現できなかった。2.ボウタイアンテナの性能の向上の指針を見出すのに予想以上に時間がかかった。工学1.空中でのシミュレーションに引き続き土壌にアンテナを設置した条件で解析を行い、改良ボウタイアンテナの優位性を示す。2.従来型に追加して改良型のボウタイアンテナの試作を行い、改良ボウタイアンテナの優位性を実証する。3.改良型ボウタイアンテナを用いたSFCW GPRシステムを作製し、実際の埋設物に対する探知性能を評価する。4.カンボジアに赴き、不発弾、地雷等の埋設されている状況、環境を調査する。5.得られた成果を外部発表する。予定通り平成25年度中に地中レーダーシステムに必要とされる装備や部材が導入されると共にアンテナモジュールの最適化のためのシミュレーション環境が構築され、不発弾検出のために最適化したシステムの設計のための準備が出来た。カンボジア現地調査視察を予定していたが、受け入れ先担当者とのスケジュールが合わず実施できなかったこと。アンテナの最適設計指針の導出、決定に予想以上に時間がかかったため、それを用いたシステムの設計、製作に着手出来なかったため。平成26年度にはまず構築されたシミュレーション環境を用いて不発弾検出のための地中レーダー用アンテナの最適化の方向性を定めると共に、その方向性に基づいて実際に広帯域アンテナをプリント基板加工機等を用いて試作し、その伝搬性能をネットワークアナライザを用いて評価して検証する。さらに最適と評価されたアンテナを用い、ベクトルネットワークアナライザと制御パソコンを組合わせて地中レーダーシステムを組上げ、新居浜高専内外の幾つかのテストフィールドにて模擬不発弾や金属パイプ等の検出試験を行う。得られた模擬不発弾の地中レーダーデータを用いてレーダー画像の処理の高度化を図り、より明瞭な模擬不発弾検出画像を取得する。またカンボジアにて不発弾や地雷の検知/除去の状況に関する現地予備調査を行い、平成27年度にカンボジアにて現在研究開発中の地中レーダーシステムの検証実験を行うことが可能かどうかの判断を行う。アンテナの最適設計指針の決定が概ね完了したので、地中レーダーシステムの設計、製作に取り掛かることが可能となったことから、システムの製作に必要とされまだ導入できていない部材、部品などを追加購入する予定である。またカンボジアの現地調査や海外への学会発表に行く予定であり、旅費も必要である。
メタボローム解析による乳癌代謝動態に関与する脂質メディエーター分子機構の解明

スフィンゴシンキナーゼ(SphK1およびSphK2)によって産生されるスフィンゴシン-1-リン酸(S1P)は、多面的な生理活性脂質メディエーターである。S1Pの癌細胞特異的代謝調節における役割について研究を行った。SphK1およびSphK2ノックアウト乳癌細胞の代謝物プロファイルは、解糖経路およびTCAサイクル等において有意な変化を認めた。今回の結果は、S1Pとスフィンゴシンキナーゼが癌特異的代謝において重要な役割を果たすことを示唆している。申請者らは、脂質メディエーターであるスフィンゴシン-1-リン酸(S1P)と、S1Pの産生酵素であるスフィンゴシンキナーゼ1型(SphK1)とが癌の浸潤、転移に重要な役割を果たしていることをこれまでに報告してきた。さらに最近、正常肝細胞において、核内のS1Pとスフィンゴシンキナーゼ2型(SphK2)とが脂質・糖代謝を制御していることを発見した。しかし、S1Pおよび2つの異なるスフィンゴシンキナーゼの癌代謝動態における働きはいまだ不明である。本研究の目的は「脂質メディエーターによって制御される癌代謝動態の分子機構を明らかにし、その臨床的意義を明らかにすること」である。平成27年度は、遺伝子編集ツールであるCRISPR/Cas9システムを用いて、SphK1およびSphK2のノックアウト細胞を乳癌および膵癌の細胞株で確立した。これによって、癌細胞の増殖能、遊走能、生存能などにおけるSphK1およびSphK2の細胞機能における働きを細胞実験で検証することが可能となった。さらに、これらの細胞株を用いて抗癌剤を用いた実験を行うことにより、各種抗癌剤に対する耐性能におけるSphK1およびSphK2の働きを検証できる。また、手術検体を用いた臨床研究では乳癌手術症例47例を対象とした研究を行い、ホルマリン固定標本並びに凍結組織標本を用いて、スフィンゴシンキナーゼの発現や活性化、組織中S1P濃度を分析し、患者の臨床病理学的データとの関連について解析を行った。その結果、組織のSphK1の発現とS1P濃度は相関すること、乳癌のサブタイプによってS1P濃度が異なること、S1P濃度が高いとリンパ節転移の頻度が高くなることなどを発見した。本臨床研究の結果を国際学会で発表し、専門科学雑誌に現在投稿中である。平成27年度は主に課題研究AとCについて研究を行い、計画通りに進行している。以下に進捗状況の詳細を記載する。課題研究A癌代謝動態における2つのスフィンゴシンキナーゼの役割:4T1乳癌細胞SphK1KO細胞について、細胞株のメタボローム解析を行い、得られたデータをバイオインフォマティクスにより解析し、SphK1が関与すると考えられる癌代謝経路を見出した。ゲノム編集ツールであるCRISPR/Cas9を用いて、2つの異なるS1P産生責任酵素であるスフィンゴシンキナーゼ1型(SphK1)と2型(SphK2)を各々ノックアウト(KO)したE0771マウス乳癌細胞株、PAN02マウス膵癌細胞株を樹立した。また、ヒト癌細胞に対するCRISPR/Cas9を用いたSphK1とSphK2のKOシステムも確立した。これにより、MDA-MB-231などヒト乳癌細胞においてもSphK1KOおよびSphK2KO細胞の作製が可能となった。また、課題研究Bとして、課題Aで作成した細胞株を用いて、スフィンゴシンキナーゼとS1Pとにより制御される癌代謝動態と抗癌剤耐性との関連について、各種抗癌剤における耐性能を実験検証する。課題研究CスフィンゴシンキナーゼおよびS1Pの臨床的意義:乳癌手術症例47例について、凍結組織標本・ホルマリン固定標本を用いて、スフィンゴシンキナーゼの発現や活性化、組織中S1P濃度を分析し、患者の臨床病理学的データとの関連について検証した。結果、組織のSphK1の発現とS1P濃度は相関すること、乳癌のサブタイプによってS1P濃度が異なること、S1P濃度が高いとリンパ節転移の頻度が高くなることなどを発見した。現在、さらに50症例の追加解析を行い、血液中のS1Pの臨床的意義についても検証中である。申請者らはこれまでに、遺伝子編集ツールであるCRISPR/Cas9システムを用いて、SphK1およびSphK2のノックアウト細胞を乳癌および膵癌の細胞株で確立した。

さらに、これらの細胞株を用いて抗癌剤を用いた実験を行うことにより、各種抗癌剤に対する耐性能におけるSphK1およびSphK2の働きを検証できる。また、手術検体を用いた臨床研究では乳癌手術症例を対象とした研究を行い、ホルマリン固定標本並びに凍結組織標本を用いて、スフィンゴシンキナーゼの発現や活性化、組織中S1P濃度を分析し、患者の臨床病理学的データとの関連について解析を行った。その結果、組織のSphK1の発現とS1P濃度は相関すること、乳癌のサブタイプによってS1P濃度が異なること、S1P濃度が高いとリンパ節転移の頻度が高くなることなどを発見した。本臨床研究の結果を国際学会で発表し、専門科学雑誌に現在投稿中である。平成28年度は主に課題研究ACについて研究を行い、計画通りに進行している。以下に進捗状況の詳細を記載する。課題研究A癌代謝動態における2つのスフィンゴシンキナーゼの役割:4T1乳癌細胞SphK1KO細胞について、細胞株のメタボローム解析を行い、得られたデータをバイオインフォマティクスにより解析し、SphK1が関与すると考えられる癌代謝経路を見出した。ゲノム編集ツールであるCRISPR/Cas9を用いて、2つの異なるS1P産生責任酵素であるスフィンゴシンキナーゼ1型(SphK1)と2型(SphK2)を各々ノックアウト(KO)したE0771マウス乳癌細胞株、PAN02マウス膵癌細胞株を樹立し、各々メタボローム解析を実施した。課題研究BスフィンゴシンキナーゼとS1Pとにより制御される癌代謝動態と抗癌剤耐性との関連:課題Aで作成した細胞株を用いて、スフィンゴシンキナーゼとS1Pとにより制御される癌代謝動態と抗癌剤耐性との関連について、各種抗癌剤における耐性能について実験検証を行い、スフィンゴシンキナーゼが抗癌剤耐性と関連していることを明らかにした。課題研究CスフィンゴシンキナーゼおよびS1Pの臨床的意義:乳癌手術症例47例について、凍結組織標本・ホルマリン固定標本を用いて、スフィンゴシンキナーゼの発現や活性化、組織中S1P濃度を分析し、患者の臨床病理学的データとの関連について検証した。結果、組織のSphK1の発現とS1P濃度は相関すること、乳癌のサブタイプによってS1P濃度が異なること、S1P濃度が高いとリンパ節転移の頻度が高くなることなどを発見した。以上の研究の結果を国際学会で発表し、専門科学雑誌に現在投稿中である。申請者らは、脂質メディエーターであるスフィンゴシン-1-リン酸(S1P)と、S1Pの産生酵素であるスフィンゴシンキナーゼ1型(SphK1)とが癌の浸潤、転移に重要な役割を果たしていることをこれまでに報告してきた。さらに最近、正常肝細胞において、核内のS1Pとスフィンゴシンキナーゼ2型(SphK2)とが脂質・糖代謝を制御していることを発見した。しかし、S1Pおよび2つの異なるスフィンゴシンキナーゼの癌代謝動態における働きはいまだ不明である。本研究の目的は「脂質メディエーターによって制御される癌代謝動態の分子機構を明らかにし、その臨床的意義を明らかにすること」である。申請者らはこれまでに、遺伝子編集ツールであるCRISPR/Cas9システムを用いて、SphK1およびSphK2のノックアウト細胞を乳癌および膵癌の細胞株で確立した。これによって、癌細胞の増殖能、遊走能、生存能などにおけるSphK1およびSphK2の細胞機能における働きを細胞実験で検証することが可能となった。
PM2.5による喘息様気道炎症におけるPM2.5付着蛋白質の関与

PM2.5による喘息の機序に蛋白質が関与していることを研究目的とした。粒径2.5μmから0.1μmまでのPM2.5には、喘息に関与する蛋白質は存在しないことが分かり、0.1μm以下のPM2.5に存在する蛋白質に、喘息誘発の蛋白質が存在する可能性が示唆された。PM2.5による喘息時に作成された抗体から、ヒト由来蛋白質を同定し、PM蛋白1及びPM蛋白2とした。PM蛋白1は、PM2.5と共に投与すると、PM蛋白2は、単独投与で、喘息を誘発した。チロシンニトロ化PM蛋白1を作成し、健常者及び喘息患者の血清に反応する抗体があるかドットブロット法で検討すると、喘息患者に有意に高い抗体価を認めた。PM2.5による喘息様病変の機序を解明することを目的とし、以下のような研究課題で研究を行っている。(1)PM2.5による喘息様気道炎症におけるPM2.5含有蛋白質の関与(2) PM2.5による喘息気道炎症の原因となる蛋白質のプロテオミクスによる同定(3) PM2.5蛋白質に対する喘息及び慢性閉塞性呼吸器疾患患者血清の抗体感作状況の検討による疾病との関連性その結果、中国からの越境が指摘された平成25年の1-3月PM2.5の可溶性分画と非可用性分画を同時にマウスに投与して喘息用病態を認めた。このときのマウスが作成した血清中に投与PM2.5蛋白質を認識する抗体があることが分かり、この抗体を用いて、免疫沈降によりPM2.5の可溶性分画中に、抗体と反応するPM2.5タンパク質を認め、電気泳動分離し、プロテオーム解析により2つのヒト由来生体蛋白質(PM蛋白1、PM蛋白2)として同定した。さらに、電気泳動状の蛋白質バンドのアミノ酸分析を行ったところ、プロテオーム解析で得たPM蛋白1と一致した。2種類の同定蛋白質の精製標品を用いて、マウスで喘息の発症実験を行ったところ、PM蛋白1は、PM2.5非可用性分画と相乗的に喘息様病態を示し、PM蛋白2は、単独で喘息様病態を示した。PM2.5による喘息様病変の機序を解明することを目的とし、以下のような研究課題で研究を行ってきた。H26年度の研究目的であったPM2.5蛋白の同定に成功し、最終年度として、PM2.5蛋白質に対する喘息及び慢性閉塞性呼吸器疾患患者血清の抗体感作状況の検討による疾病との関連性を検討し、PM2.5蛋白質に対する喘息及び慢性閉塞性呼吸器疾患患者血清の抗体感作状況の検討による疾病との関連性では、ニトロ化PM2.5蛋白質に対し、喘息患者では、健常者に比し有意に高いIgG抗体化を認めた。さらに、動物事件施設の立て替え工事及び研究協力者の退学等により断念したPM2.5の分子イメージングによる細胞内及び組織移行の検討に代わり、同定したPM蛋白1とその受容体による細胞内侵入の分子メカニズムを現在検討中である。PM2.5による喘息気道炎症の原因と思われる蛋白質を既に同定し、そのタンパク質の喘息発症作用も既に検討したので、残る課題は、PM2.5蛋白質に対する喘息及び慢性閉塞性呼吸器疾患患者血清の抗体感作状況の検討だけである。環境医学同定し、さらに動物実験で喘息発症作用を認めた2つのPM蛋白質の、大気中PM2.5における分布と生体影響を検討する。すなわち、季節性、地域性、越境性を今後検討し、生体影響を、当初計画していたように、喘息、慢性閉塞性呼吸器疾患(COPD)等の呼吸器疾患の血清を用いて、2つの蛋白質に対する抗体価をけんとうする。PM蛋白質1に関しては、化学物質による修飾をMS解析で検討する。分担者が大型プロジェクトの責任者をしており、外国出張等が多かったため、分担研究を実行できなかった。年度当初に物品購入の必要性があった。本年度は、すでに大気中物質の分析依頼をおこなっている。
新規nuclear speckle因子USP42によるDNA修復制御機構の解明

DNA修復機構がゲノムの恒常性に重要な役割を果たすことは論を待たないが、これまでの研究ではDNA損傷部位でどのような反応が起こっているのか、あるいはクロマチンレベルでどのようなDNA修復の制御機構が存在するかに着目して研究が行われてきた。その一方で、ゲノムDNAは核内で様々な核内構造体と混在しているが、これらがDNA修復に及ぼす影響については解明すべき点が多く残されていた。そこで本研究計画においては、細胞核内における高次構造体によるDNA修復機構への影響を理解することを目標とし、数あるDNA損傷の中でも特に細胞毒性の高いDNA二重鎖切断(DNA double-strand breaks: DSBs)修復に対する効果を明らかにすることを目的とした。核内構造体のなかでは、転写との密接な関連が知られているnuclear speckleを研究対象に選び、そのDSB修復における機能を新規nuclear speckle因子であるUSP42(ubiquitin specific protease 42)の機能解析を行うことにより明らかにすることを試みた。これまでに、USP42が1)DSB修復のうち特定の経路において促進的に機能することを特異的なアッセイを用いて明らかにし、2)様々な欠失変異USP42を用いてnuclear speckleへの局在に必要なドメインを同定した。さらに、siRNAを用いたUSP42ノックダウンによる実験に加えて、USP42をノックアウトしたヒト細胞株を用いて種々の実験を行い、siRNAを用いて得られた結果と一致することを確認した。これらの結果により本研究を発展させるにあたり重要な基盤を築くことができたものと考えている。従って、本研究は概ね想定された通りに進行していると言える。27年度が最終年度であるため、記入しない。
高周期14族元素を骨格に含む新規π電子系化合物の創製

昨年度合成に成功した剛直な六員環構造をもつシスージシラスチルベンの反応性を検討した。光反応ではシススチルベンに見られるような電子環状反応は進行せずに同定不明な複雑な混合物を与えた。これはケイ素-ケイ素二重結合上の2つのフェニル基間の距離が離れているために、2つのフェニル基上の軌道の重なりが小さく電子環状反応が進行しなかったものと考えられる。また、ジシラスチルベンとジ(シクロヘキシルホスフィン)パラジウムとの反応では、新規14電子ジシレン錯体の合成に成功した。X線単結晶構造解析の結果、この新規ジシレン錯体はこれまでで最もπ錯体性の強いジシレン錯体であることを見出した。これはケイ素-ケイ素二重結合上に嵩高く剛直な環状アルキル基を用いることで、立体的要請によりホスフィン配位子がジシレンに対して対称に配位し、その結果、ホスフィンのリン原子上のn軌道とπ逆供与に用いられるパラジウム上のd軌道との重なりが小さくなり、Pd上の電子密度が減少し、π逆供与が顕著に弱くなったためと推定した。また上記の剛直な六員環構造を持つジシレンをユニットとしてまったく合成例の無いヘキサシラベンゼン(ベンゼンの不飽和炭素をすべてケイ素に置換した化合物)の合成を検討した。上記ジシラスチルベンと同様な合成法を用いてヘキサシラベンゼンの有用な前駆体と期待される1,1,2,2-テトラハロ-1,2-ジシラシクロヘキサンの合成に成功した。
情報の科学的な理解に基づく統合型システム思考形成の題材開発

本研究では,「情報システムと人間との共生,協働する社会」において必要となるコンピテンシーと考えている「システム思考」(ITとものづくりを統合させた見方・考え方に基づき,論理的思考力や創造性を発揮するための思考概念)と,「ESSシステム思考」(ICTを活用していく上で安心・安全の確保を図るための中核となる思考概念)について,小・中学校を対象とした題材開発をそれぞれ実施し,実践・実証的評価を行うことを通して,学習者の「統合型システム思考」を形成しうる学習指導の構築を目的とするものであった。小学校においては,本研究課題で定義する「システム思考」に深く関わるプログラミング教育に着目し,走行型ロボット教材を用いた17時間の題材を開発・実践した。本題材の実践では,プログラミングへの興味・関心と意義理解,情報システムと人間との共生の意識向上に,一定の教育的効果を得ることができた。中学校においては,本研究課題で定義する「ESSシステム思考」に深く関わる「情報の科学的な理解」に基づく情報モラルに対する意識に着目し,SNS操作体験型教材を開発・活用し,中学生向けの題材を構成して実践した。また,技術・家庭科技術分野・内容D「情報に関する技術」において,思考の流れを可視化できるツールであるブロックタイプのプログラミング環境を活用し,計測・制御のプログラミングにおける問題解決力の一つである「試行錯誤を通して,情報システムに対する問題の解決策を具現化する力」を高めることに着目した題材開発及び実践を行い,その教育的効果を検証した。これらを踏まえ,最終年度には,小・中・高等学校を経た大学生の「統合型システム思考」の様相を,既存教科である「技術」に着目して把握し,そのイメージと既習内容の有用感との因果関係を検証し,学習者の「統合型システム思考」を形成しうる学習指導の構築の在り方や今後の課題を考察した。本研究では,「情報システムと人間と共生,協働する社会」において必要となるコンピテンシー(能力)と考えている「システム思考」(ITとものづくりを統合させた見方・考え方に基づき,論理的思考力や創造性を発揮するための思考概念)と,「ESSシステム思考」(ICTを活用していく上で安心・安全の確保[Ensuring Security and Safety]を図るための中核となる思考概念)について,「情報の科学的な理解」に基づく両者をクロスした「統合型システム思考」の概念と構造とを明らかにした上で,小・中・高等学校を対象とした題材開発をそれぞれ実施し,実践・実証的評価を行うことを通して,学習者の「統合型システム思考」を形成しうる学習指導の構築を目的としている。H28年度は,まず,技術を対象とした「統合型システム思考」の概念と構造を明らかにするため,本思考概念の一側面として位置付く「技術に対するイメージ」に着目し,大学生を対象に実態を把握した。また,並行して研究協力校(中学校)においては関連する授業実践を行い,学習者に形成する「統合型システム思考」概念を把握するための基礎的データを収集した。この実践は,基礎的データの収集と合わせて,中学校における「統合型システム思考」を形成しうる題材開発の一環として位置付けられる。これらの成果については,当初の予定通り,平成28年11月には日本産業技術教育学会第34回東北支部大会,平成29年3月には米国・テキサス州・ダラスで開催されたITEEA(国際学会)にて発表した。また,同国際学会の場では,各国の研究者と関連する教育実践の情報交換も行うことができ,今後の研究への新たな知見が得られた。研究課題に対するH28年度の計画は,1先行研究の検討,2学習者に形成する「統合型システム思考」概念の検討,3測定尺度の開発と改善,4児童生徒の実態把握と「統合型システム思考」概念の分析,5H28年度のまとめと中間発表,フィールド調査であった。現在,「統合型システム思考」概念については,収集したデータに基づき検討している途上であり,測定尺度の開発には至っていない。一方,H29年度から実施予定としていた題材開発については,中学校を中心に推進できていることから「おおむね順調に進んでいる」と判断した。H29年度は,中学校において,「システム思考」を形成する「プログラムによる計測・制御システム」の授業実践,「ESSシステム思考」を形成する「情報モラル・セキュリティ」の授業実践に関して,いずれも「情報の科学的な理解」に基づく取り組みを行い,その成果の取りまとめを行った。前者の取り組みにおいては,論文として掲載され,後者の取り組みは,論文として掲載予定になっている。また,小学校においては,新しい学習指導要領において必修化される,いわゆるプログラミング教育が,本研究題目でもある「統合型システム思考」の中心に位置付くと考えられることから,小学校5年生を対象に「社会の交通輸送システム」に着目した教材化と具体的な実践を行った。なお,これらの研究を通して,指導する教員の養成・研修が大きな課題として浮き彫りになった。

これについても,どのようにしていけばよいのか,特に小学校教員をめざす学生の「統合型システム思考」の形成を図るカリキュラムのあり方等を検討する際,必要となる基礎的知見を得るため,まずは大学生の情報社会に対する知識・認識についての実態把握を行った。研究課題に対するH29年度の計画は,1小学校における「統合型システム思考」育成の題材開発,2中学校における「統合型システム思考」育成の題材開発,3高等学校における「統合型システム思考」育成の題材開発であった。この内,1と2については,計画通り進んでいる。また,3については,高等学校の新しい学習指導要領の公示を踏まえて実施した方が現実的であるため,平成30年度に検討することにした。一方,最終年度に計画していた小・中・高一貫教育のための新たな課題の明確化については,特に教員の養成・研修のあり方という点が明確になってきており,一部その対応を前倒しで進めていることから,「おおむね順調に進んでいる」と判断した。本研究では,「情報システムと人間との共生,協働する社会」において必要となるコンピテンシーと考えている「システム思考」(ITとものづくりを統合させた見方・考え方に基づき,論理的思考力や創造性を発揮するための思考概念)と,「ESSシステム思考」(ICTを活用していく上で安心・安全の確保を図るための中核となる思考概念)について,小・中学校を対象とした題材開発をそれぞれ実施し,実践・実証的評価を行うことを通して,学習者の「統合型システム思考」を形成しうる学習指導の構築を目的とするものであった。小学校においては,本研究課題で定義する「システム思考」に深く関わるプログラミング教育に着目し,走行型ロボット教材を用いた17時間の題材を開発・実践した。本題材の実践では,プログラミングへの興味・関心と意義理解,情報システムと人間との共生の意識向上に,一定の教育的効果を得ることができた。中学校においては,本研究課題で定義する「ESSシステム思考」に深く関わる「情報の科学的な理解」に基づく情報モラルに対する意識に着目し,SNS操作体験型教材を開発・活用し,中学生向けの題材を構成して実践した。また,技術・家庭科技術分野・内容D「情報に関する技術」において,思考の流れを可視化できるツールであるブロックタイプのプログラミング環境を活用し,計測・制御のプログラミングにおける問題解決力の一つである「試行錯誤を通して,情報システムに対する問題の解決策を具現化する力」を高めることに着目した題材開発及び実践を行い,その教育的効果を検証した。これらを踏まえ,最終年度には,小・中・高等学校を経た大学生の「統合型システム思考」の様相を,既存教科である「技術」に着目して把握し,そのイメージと既習内容の有用感との因果関係を検証し,学習者の「統合型システム思考」を形成しうる学習指導の構築の在り方や今後の課題を考察した。
積雪時の屋外空間特有の強い冷ふく射を伴う温熱環境の実態調査と数値予測モデルの開発

1)まず前年度に引き続いて、積雪時の屋外温熱環境の数値シミュレーションモデルのプロトタイプの整備を行った。ここでは、基本的な条件の都市環境を対象とした実測結果との照合により、シミュレーションコードの有効性を吟味した。2)冬季には、新潟工科大学グラウンドにおいて積雪の有無が、周辺の温熱環境や人体の温熱感にどのような影響を及ぼすかについての実測調査を実施した。グラウンド上に積雪面と無雪面の2種類の地表面を用意し、各種の物理量を測定した。測定項目は、日射量、風速・風向、空気温度、積雪表面温度、グローブ温度、顕熱フラックス等である。これらの物理量について測定し、積雪時の屋外温熱空気環境の基礎資料として整備した。3)次に既に開発した数値シミュレーションモデルを、実測を行った条件に適用し、予測結果を検証を行いその有効性を検証した。この結果から、今回開発した数値解析手法が積雪時の温熱環境を形成する諸要因の因果関係を明らかにするための有効なツールと成りうることを示した。1)積雪時の屋外温熱環境の数値シミュレーションモデルのプロトタイプを構築した。すでに開発済みの複雑空間の対流・放射連成シミュレーションシステムをベースにし、これに積雪面の熱収支モデルを組み込んだ。本年度は、夏季を対象とした数値計算を行い、気象分野等で報告されている実測結果と照合し、シミュレーションコードの有効性を吟味し、樹木の影響などを検討した。また対流シミュレーションへの飛雪の組み込みに関して、既往の研究成果を調査し、予備的な解析を行った。2)秋季には、屋外温熱環境の実測調査を行い、日射量、風速・風向、空気温度、地表面温度、建物表面温度、グローブ温度等の予備測定を行った。来年度は、これらの物理量について、冬期間に測定し、積雪時の屋外温熱空気環境の基礎資料として整備する。
中世英国韻文ロマンスの表現特性

この研究は、中英語韻文ロマンス作品をとり上げ、表現の特徴を、語彙、統語論、ディスコースなどの観点から調査しようとしたものである。まず文要素の転置(Displacement)という現象に着目した。これは、中世英国韻文ロマンス作品に多く見られるとされ、本来従属節の中に置かれるべき副詞句や名詞句などが、節の外側、特に行頭に飛び出す一種の破格構文である。このような統語法が、具体的な文脈の中でどのような文体的効果をもつかを調査した。このような統語法は、韻律の要請によると考えられることが多い。殆どすべての先行研究が、「主として韻律的な要因」によるとしている。本研究では、いくつかのロマンス作品からの用例を実際の文脈の中で検討することにより、転置が韻律の要請を満たしていることは紛れもない事実であるとしても、"in romance as werede"のような、決まり文句に現れる転置でさえ、かなり多くの場合、物語の展開から見て重要な出来事と関連する部分に現れていることを観察した。一般的に、転置の現象により行頭に重要な要素が移動することは、それが物語の筋を牽引する役目を果たしていることが考えられる。これは、古い時代の口承による物語における語り手側の、聴衆の興味をつなぎとめる必要性とも一致するものであるという可能性を示唆すると考えることが出来よう。今回の調査は狭い範囲に限られているため、この結論はさらに多くの資料によって検証する必要がある。本研究では、文体的特徴を探るコーパス言語学的処理方法についても実験を行った。この研究は、中英語韻文ロマンス作品をとり上げ、それらに特徴的な表現を、語彙、統語論、ディスコース、作品群の起源的素材の4のレベルについて調査し、可能な場合にはコーパス言語学的方法を援用しながら、中世英国韻文ロマンスの表現の特質を調査しようとするものである。今年度は主として、(1)“transposition"と呼ばれる構文の使用状況の記述を行うとともに、(2)来年度に予定している代名詞アナフォラの研究に向けてコーパス言語学的準備作業を行った。本年度は、中世英国韻文ロマンスの代表的な作品について、このジャンルの作品に頻繁に見られる“transposition"と呼ばれる構文(本来従属節の中に置かれるべき副詞句などが、節の外側、特に詩行の行頭に飛び出して、独特な表現効果をもつもの)の使用状況を記述する目的で、Havelok the Dane他の作品について該当の個所をファイル上でマークアップする作業を行い、現在分析作業中である。本年度はまた、上記の作品について、来年度予定している談話レベルの研究の手始めとして、代名詞Heをとり上げ、次のようなコーパス言語学的準備作業を行った。すなわち、代名詞Heは、ロマンスに頻出する二人の騎士の戦いの場面で、そのどちらを指すかが研究者の間で解釈が異なる場合がある。(このような解釈の困難さは、二人の騎士の「目まぐるしい」戦闘場面によく起こる点が特に興味深い。)このような問題の組織的な調査を行う準備作業として、ファイル上で、関連する全ての代名詞をマークアップし、タグ付きファイルを手作業で行った。コンピュータ・コーパスの自動アノテーション・プログラムの利用を種々試みたが中英語韻文で、実用に耐える結果を得ることは、現段階ではきわめて困難と思われる。この研究は、中英語韻文ロマンス作品をとり上げ、それらに特徴的な表現を、語彙、統語論、ディスコース、作品群の起源的素材の4つのレベルについて調査し、可能な場合にはコーパス言語学的方法を援用しながら、中世英国韻文ロマンスの表現の特質を調査しようとするものである。

本年度は、昨年度に引き続き、中世英国韻文ロマンスの代表的な作品について、このジャンルの作品に見られる“transposition“と呼ばれる構文(本来従属節の中に置かれるべき副詞句などが、節の外側、特に詩行の行頭に飛び出して、独特な表現効果をもつもの)の使用状況を調査するために、Havelok the Dane他の作品について該当の個所をファイル上でマークアップする作業と試験的な分析作業を継続した。本年度はまた、上記の作品について、代名詞(he)についてコーパス言語学的分析を試みた。このような問題の組織的な調査のためには、ファイル上でマークアップする必要があり、コーパスの自動アノテーション・プログラムの利用を種々試みたが、中英語韻文で実用に耐えるものは得られず、タグ付けは手作業に依らざるを得なかった。更に、本年度はフィンランド国立トゥルク大学リスト・ヒルトゥネン教授他を訪問し、これまでの成果を含めた本研究計画全体のレビューを受けた。このような協力が発展し、平成10年11月に同大学と阪大言語文化部との間に学術交流協定を締結するに至った。また、トゥルク大学訪問の際、北欧五国英語英文学会に参加し、関係分野の多数の専門家と情報交換を行うことが出来た。この研究は、中英語韻文ロマンス作品をとり上げ、それらに特徴的な表現を、語彙、統語論、ディスコース、作品群の起源的素材の4つのレベルについて調査し、可能な場合にはコーパス言語学的方法を援用しながら、中世英国韻文ロマンスの表現の特質を調査しようとするものである。本年度行った主な作業は次のとおりである。(1)中世英国韻文ロマンスSir Eglamour of Altoisについて、"transposition"(本来従属節の中に置かれるべき副詞句などが、節の外側、特に詩行の行頭に飛び出して、独特な表現効果をもつもの)や反復表現、類型的表現などの使用状況を調査した。(2)本年度はまた、コーパス言語学的方法を用いて談話レベルの(具体的には、人称代名詞のアナフォラに関する)分析を試みた。タグ付きコーパスをいかに効率よく作成するか、またそのようなコーパスがどのように利用できるかを探ることも本研究の目的であるので、すでに作成済みのME韻文ロマンスのコーパスを使用して、各種の自動アノテーション・プログラムを中英語韻文について試す実験を継続した。このような問題の組織的な調査のためには、ファイル上でマークアップする必要があり、コーパスの自動アノテーション・プログラムの利用を種々試みたが、中英語韻文で実用に耐えるものは今年度も得られず、タグ付け作業のほとんどを結局手作業に依らざるを得なかった。(3)本年度はまた、連合王国グラスゴー大学においてProf.Graham Caie他を訪問し、これまでの成果を含めた本研究計画全体について行った主要な問題点の討論から有益な示唆を得た。この研究は、中英語韻文ロマンス作品をとり上げ、表現の特徴を、語彙、統語論、ディスコースなどの観点から調査しようとしたものである。まず文要素の転置(Transposition[研究者によっては、Displacementと呼ぶ])という現象に着目した。これは、中世英国韻文ロマンス作品に多く見られるとされるもので、本来従属節の中に置かれるべき副詞句や名詞句などが、節の外側、特に詩行の行頭に飛び出す一種の破格構文である。このような統語法が、具体的な文脈の中でどのような文体的効果をもっているかを調査した。このような統語法は、韻律の要請によると考えられることが多い。殆どすべての先行研究が、「主として韻律的な要因」によるとしている。
線虫の休眠・寿命を制御するインスリン様ペプチドの統合的機能解析

線虫のインスリン様シグナルは幼虫休眠ならびに成虫寿命を制御することが知られている。現在、40種類のインスリン様ペプチドの存在が示唆されているが、機能が明確になったものは少ない。そこで、報告者らは機能未知のインスリン様ペプチドの機能を明らかにすると共に、インスリンネットワークがどのように協調して休眠・寿命制御を行っているのかを統合的に明らかにすることを目的として、1計算化学的手法を用いた「分子レベル」での機能解析、2初代培養細胞を用いた「細胞レベル」での評価系の構築、3分子生物学的手法を用いた「個体レベル」での機能解析を行った。さらに、インスリン様分子の発現調節機構に関するモデルを提唱した。個々のインスリン様分子の機能(アゴニストかアンタゴニストか)を明確にするために、初代培養細胞を用いた。インスリン様シグナルの下流に位置する転写因子DAF-16にGFPを連結したタンパクを恒常的に発現する線虫を入手し、初代培養細胞を調製した。この細胞ではインスリン様シグナルがオフとなっているため、DAF-16::GFPは核内に存在した。ここに遺伝子工学的手法により調製した線虫のインスリン様分子(アゴニスト)を加え、インスリン様シグナルを亢進することにより、DAF-16::GFPを細胞質に移行させることに成功した。これによりインスリン様分子のうちアゴニストを評価することが可能になった。先年度の研究で発見した線虫の休眠・寿命を制御する新たなインスリン様遺伝子INS-35の詳細な発現パターン解析を行った。レポーター遺伝子ins-35p::ins-35::gfpならびにins35p::rfpを導入した遺伝仕組みかあえ線虫を作出し、各生育ステージならびに休眠前後の発現パターン解析を行った。ins-35p::ins-35::gfpは産生・分泌を含めてペプチドの挙動を示し、ins35p::rfpはペプチドの産生を示す。INS-35は主に腸で産生され、休眠前後での産生量には変動がなかった。ところが、産生されたINS-35は休眠時には腸管に蓄積していた。さらに、休眠期には経時的に分解されていた。このことから、1.休眠を抑制し通常の生育を維持させるINS-35は定常的に腸で産生され、腸から体腔へ分泌される。2.一方、休眠前には産生されたINS-35腸管に分泌され、通常の生育を維持できない。3.さらに、腸管に蓄積したINS-35は分解されアミノ酸となり再利用される、と推論した。すなわち、ペプチドホルモンの新たなシグナル制御機構を提唱することとなった。本年度は、まず、線虫のインスリン様がどのような機構で休眠制御のみに関与、あるいは、休眠ならびに寿命制御に関与するかを検証した。RNAiスクリーニングを行った結果、休眠を制御するINS-23を見出した。遺伝子破壊・レスキュー・過剰発現により、本ペプチドは休眠を促進することを明らかにした。一方、同様にして寿命制御への関与を検証したところ、本ペプチドは寿命制御には関与しないことが判明した。報告者が既に解析は進めているINS-18は休眠制御のみならず寿命制御にも関与する。そこで、両者の機能の相違が何に由来するのかを明らかにした。休眠制御に関しては、両者は相補的であり、かつ、相加的に機能することが判明した。一方、寿命制御に関しては、両者に相補性ならびに相加性は認められなかった。そこで、ペプチドの構造あるいは時空間的発現パターンの違いが機能の相違に起因する可能性を検証した。両遺伝子の発現パターンをレポータータンパクを用いて比較したところ、明確な違いが認められた。そこで、遺伝子調節領域のみを入れ換えたスワップ遺伝子を作成し、機能解析を行った。その結果、ペプチドの構造ではなく、時空間的発現パターンにより休眠制御・寿命制御が決定されることが明らかとなった。また、先年度にINS-35が通常生育の場合に腸から体腔に分泌され、休眠時には腸管側に分泌方向を変え、最終的に腸管で分解されることを示したが、同様の挙動を示すインスリン様ペプチドを探索した。その結果、INS-7が同様の産生・分泌パターンを示すことが明らかとなり、INS-35と協調して休眠を制御していることを明らかにした。本年度は個体レベルでの解析に注力した。すなわち、ins-17, ins-18, ins-35遺伝子を発現するプラスミド、ならびに、それぞれのレポーター遺伝子を作出した。次いで、個々の遺伝子破壊線虫ならびに野生株に顕微注入し、遺伝子組換え線虫を作出後、表現型の解析(遺伝子機能解析)ならびに時空間的発現パターンの解析を行った。

ins-17, ins-18を発現するプラスミドは個々の遺伝子破壊線虫の表現型(休眠率低下)を回復させ、また、過剰発現体は遺伝子破壊線虫とは逆の表現型(休眠率上昇)を示した。このことはINS-17ならびにINS-18が受容体DAF-2のアンタゴニストとして機能し、DAF-2シグナルを遮断することにより幼虫休眠を促進することを強く示唆する。また、ins-18過剰発現株では成虫寿命が著しく延長したことから、INS-18は寿命制御においてもDAF-2アンタゴニストとして機能することが示唆された。また、ins-35を発現するプラスミドは対応する遺伝子破壊線虫の表現型(休眠率の著しい上昇)をキャンセルし、また、過剰発現体は遺伝子破壊線虫とは逆の表現型(休眠率低下)を示した。このことから、INS-35が受容体DAF-2のアゴニストとして機能し、DAF-2シグナルを亢進することにより幼虫休眠を抑制することが強く示唆された。ins-17, ins-18は同じく幼虫休眠を促進するが、INS-17::GFP, INS-18RFPの発現パターンの解析から、両ペプチドは異なる神経細胞で産生され、休眠時にその発現量が著しく上昇することが判明した。この発現パターンは両者が強調して幼虫休眠を促進することとよく一致する。さらに、発現制御機構の解析から、両遺伝子はインスリン様シグナルの下流に位置する転写因子DAF-16により転写が促進されることなどを明らかにした。平成24年度ではインスリン様分子の機能を細胞レベルで検証する系の構築に成功した。これにより個体レベルでは機能解析が困難な(個体には多種多様のインスリン様分子が混在する)インスリン様分子の機能解析が可能となった。また、平成23年度に発見したインスリン様ペプチドINS-35の詳細な解析を行い、新たなペプチドホルモン制御機構を提唱するに至った。以上の理由により、「おおむね惇緒うに進展している」と自己評価した。ほぼ当初の計画取りに、ins-17, ins-18, ins-35遺伝子の生理機能を明確にすることができた。また、時空間的発現パターンの解析により、その生理機能解析の結果を正当化することができた。また、初代培養細胞の調製に成功していることから、平成24年度の研究計画を滞りなく遂行できる準備が整っている。以上の理由により、「おおむね順調に進展している」と自己評価した。平成25年度では初代培養細胞を用いて、アンタゴニストとして機能するインスリン様分子の評価系を構築する。これにより、アゴニスト・アンタゴニスト双方を評価することが可能となる。また、線虫の休眠・寿命を制御する新たなインスリン様分を探索し、詳細な機能解析・発現パターン解析等を行う。他のインスリン様分子との比較を行うことにより、インスリン様分子による休眠・寿命制御機構の全容解明に繋がるものと考えている。平成23年度では個々のインスリン様遺伝子の生理機能を明確化することができた。これはあくまで個体レベルでの検証であり、分子・細胞レベルでの検証が必要である。そこで、平成24年度では、線虫の初代培養細胞系を用いた個々のインスリン様分子の機能(アゴニストかアンタゴニストか)を明確にする。そのために、生化学的手法を用いることにする。
生理活性を有するプロテオグリカン糖鎖の再構築に関する糖鎖工学的研究

目的:遺伝子工学的に産生されるリコンビナントのタンパク質は、糖鎖が不完全な場合があるので、これを補うため糖鎖も人為的にコントロールする必要がある。このため、細胞外マトリックスのプロテオグリカンをモデルに、その糖鎖・グリコサミノグリカンの生理活性ドメインを他の糖類から、酵素的に再構築する糖鎖工学の確立を目標としてきた。実験と結果:遺伝子工学における制限酵素やリガーゼのようなグリコサミノグリカン糖鎖に作用する酵素は見い出されていない。そこで、グリコシダーゼが主反応としての加水分解反応の他に、その逆反応としての糖転移反応も行い得ることに着目した。そして、グリコサミノグリカンとしてのコンドロイチン硫酸とヒアルロン酸を対象に、これに働くエンド型グリコシダーゼであるヒアルロニダーゼの、加水分解反応より糖転移反応を優先させる条件を検討した。その結果、効率よく糖転移反応を行わせる条件を見い出した。次に、糖残基供与体の条件を検討し、還元末端を2-アミノピリジンで蛍光標識した八糖以上のオリゴ糖が、一方、糖残基の受容体として、培養細胞の産生する4-メチルウンベリフェリル-β-キシロシドをプライマーとして伸長した六糖以上のオリゴ糖が、それぞれ優れていることを見い出した。これらの糖残基供与体、及び、糖残基受容体を、ヒアルロニダーゼの糖転移反応の至適条件でインキュベートすると、最高二十二糖まで糖鎖を伸長させること、また、いままで天然には見い出されていない非天然型の糖鎖もデザイン通りに組み換えて再構築させることができた。考察:本研究でグリコサミノグリカンを任意にデザイン通りに組み換えることができたことは、この糖鎖工学が技術的完成度に一歩近づいたことを意味している。本研究は、生理活性を有する糖鎖を高分子糖鎖より選択的に切り出すこと、その糖鎖を化学的酵素的に再構築すること等の、プロテオグリカンに関する糖鎖工学的研究である。この目的に沿って研究が行われ本年度以下の研究実績が得られた。1.糖鎖を切り出すエンド型グリコシダーゼの発掘糖鎖工学的研究には、糖鎖の内部を切断する酵素として、エンド型グリコシダーゼが必要であるが、現在利用できる酵素の数は少ない。当研究グループは、プロテオグリカンの糖鎖とタンパク質との結合部位に働くエンド-β-ガラクトシダーゼの蛍光標識基質を自ら合成し、これを基に、初めて本酵素の分離精製に成功した。(J.Biol.Chem.,267,18558,(1992))2.エンド型グリコシダーゼによって生理活性を有する糖鎖の切り出しと再構築老化に伴い細胞外マトリックスに石灰化、すなわち、リン酸カルシウムが沈着するのは、プロテオグリカンの糖鎖が、老化に伴って変化することによることを明らかにし、このリン酸カルシウムと結合能を持つ糖鎖を、当研究グループの発見したエンド型グリコシダーゼを用いて切り出すことに成功し、更に、その化学構造を質量分析計で決定する方法を確立した。(Connect.Tissue,24,109(1992),Glycoconjugate J.,9.174(1992),他投稿中)更に切り出された糖鎖を再構築する方法として、グリコシダーゼの逆反応を利用し、糖鎖の伸長を試みたところ、6糖から12糖の新しい糖鎖の合成に成功した(第65回日本生化学大会報告投稿準備中)。細胞外マトリックスを形成しているプロテオグリカンは、その糖鎖・グリコサミノグリカン中に様々な生理活性のドメインを含む。この生理活性ドメイン糖鎖を、現在の遺伝子工学のように、任意に切り出し、任意に再構築できるような技術の確立をめざして実験を行い、下記のごとくの成果をあげた。

1)糖鎖を切り出す酵素・エンド型グシコシダーゼの発掘糖鎖の切り出しに用いる酵素・エンド型グリコシダーゼの発掘のために、ヒアルロン酸を超音波により低分子化する方法を開発し(Glycoconjugate J.10,435(1993))これを蛍光標識して、一つの酵素の基質の調製法を確立した。これをエンド型グリコシダーゼの一つであるヒアルロニダーゼの活性測定法に応用した(Connect.Tissue,in press)。2)エンド型グリコシダーゼによる糖鎖の切り出し当研究グループの発見によるエンド型グリコシダーゼを用いて、糖鎖中の生理活性を持つドメインを切り出すことを試みた。その結果、カルシウムと特異的に結合する糖鎖を切り出すことに成功した(投稿中)。3)切り出された糖鎖を基とする新しい糖鎖の再構築法の検討糖鎖をつなぐ合成酵素はまだ発見されていない。そこで糖鎖の加水分解反応を逆反応の利用して、糖鎖を再構築する方法を検討し、22糖まで糖鎖を伸長させる方法を確立した(Biochemistry,in press)。今後は、切り出された生理活性糖鎖を他のタンパク質に結合させたり、幾つかの糖鎖を組み合わせて新しい生理活性をもった糖鎖の再構築等をめざしている。目的:遺伝子工学的に産生されるリコンビナントのタンパク質は、糖鎖が不完全な場合があるので、これを補うため糖鎖も人為的にコントロールする必要がある。このため、細胞外マトリックスのプロテオグリカンをモデルに、その糖鎖・グリコサミノグリカンの生理活性ドメインを他の糖鎖から、酵素的に再構築する糖鎖工学の確立を目標としてきた。実験と結果:遺伝子工学における制限酵素やリガーゼのようなグリコサミノグリカン糖鎖に作用する酵素は見い出されていない。そこで、グリコシダーゼが主反応としての加水分解反応の他に、その逆反応としての糖転移反応も行い得ることに着目した。そして、グリコサミノグリカンとしてのコンドロイチン硫酸とヒアルロン酸を対象に、これに働くエンド型グリコシダーゼであるヒアルロニダーゼの、加水分解反応より糖転移反応を優先させる条件を検討した。その結果、効率よく糖転移反応を行わせる条件を見い出した。次に、糖残基供与体の条件を検討し、還元末端を2-アミノピリジンで蛍光標識した八糖以上のオリゴ糖が、一方、糖残基の受容体として、培養細胞の産生する4-メチルウンベリフェリル-β-キシロシドをプライマーとして伸長した六糖以上のオリゴ糖が、それぞれ優れていることを見い出した。これらの糖残基供与体、及び、糖残基受容体を、ヒアルロニダーゼの糖転移反応の至適条件でインキュベートすると、最高二十二糖まで糖鎖を伸長させること、また、いままで天然には見い出されていない非天然型の糖鎖もデザイン通りに組み換えて再構築させることができた。本研究でグリコサミノグリカンを任意にデザイン通りに組み換えることができたことは、この糖鎖工学が技術的完成度に一歩近づいたことを意味し、今後バイオテクノロジーの発展を側面から一層支援していけるものと思われる。
高等植物における鉄硫黄クラスター形成機構の解析

本研究では,葉緑体局在型CufU蛋白質や,その他の鉄硫黄クラスター生合成に関わる蛋白因子の立体構造を,X線結晶構造解析を中心にして明らかにし,これを通して,高等植物における鉄硫黄クラスター形成機構を分子レベルで明らかにすることを目的とする.またシロイヌナズナをモデル生物として用い,T-DNAがゲノムに挿入された権威株を用いた分子遺伝学的解析,植物体から単離した葉緑体や組み替え蛋白質を用いて生化学的解析,これらの解析を通して,高等植物における鉄硫黄クラスター形成機構を細胞レベル・個体レベルで理解することを目的とする.本年度は,葉緑体局在型CufUの生化学的・物理学的解析,葉緑体局在型CnfU精製蛋白質の結晶化と立体構造解析,AtCnfU-Vとフェレドキシンの反応中間体の作製と結晶化,Hef101精製蛋白質の結晶化と生化学的・物理学的解析を進めた.CufU蛋白質のホロ型蛋白質の結晶化に成功し,大型放射光施設(Spring-8)のビームインBL44XUにて測定とデータ収集を行い,6,2Å分解能のデータが得られた.Hcf101蛋白質の生科学的解析から,2量体であること,弱いATPase活性を持つこと,[4Fe-4S]型の鉄硫黄クラスターが付加されていること,[4Fe-4S]型蛋白質のモデル基質として用いたフェレドキシンへの鉄硫黄クラスターの転移能があること,EPR測定より2種類の異なった補欠分子を保持していること,が明らかとなった。本研究では、葉緑体局在型CnfU蛋白質や,その他の鉄硫黄クラスター生合成に関わる蛋白因子の立体構造を,X線結晶構造解析を中心にして明らかにし,これを通して,高等植物におけ鉄硫黄クラスター形成機構を分子レベルで明らかにすることを目的とする.またシロイヌナズナをモデル生物として用い,T-DNAがゲノムに挿入された変異株を用いた分子遺伝学的解析,植物体から単離した葉緑体や組み替え蛋白質を用いた生化学的解析,これらの解析を通して,高等植物における鉄硫黄クラスター形成機構を細胞レベル・個体レベルで理解することを目的とする.本研究では,葉緑体局在型CufU蛋白質や,その他の鉄硫黄クラスター生合成に関わる蛋白因子の立体構造を,X線結晶構造解析を中心にして明らかにし,これを通して,高等植物における鉄硫黄クラスター形成機構を分子レベルで明らかにすることを目的とする.またシロイヌナズナをモデル生物として用い,T-DNAがゲノムに挿入された権威株を用いた分子遺伝学的解析,植物体から単離した葉緑体や組み替え蛋白質を用いて生化学的解析,これらの解析を通して,高等植物における鉄硫黄クラスター形成機構を細胞レベル・個体レベルで理解することを目的とする.本年度は,葉緑体局在型CufUの生化学的・物理学的解析,葉緑体局在型CnfU精製蛋白質の結晶化と立体構造解析,AtCnfU-Vとフェレドキシンの反応中間体の作製と結晶化,Hef101精製蛋白質の結晶化と生化学的・物理学的解析を進めた.CufU蛋白質のホロ型蛋白質の結晶化に成功し,大型放射光施設(Spring-8)のビームインBL44XUにて測定とデータ収集を行い,6,2Å分解能のデータが得られた.Hcf101蛋白質の生科学的解析から,2量体であること,弱いATPase活性を持つこと,[4Fe-4S]型の鉄硫黄クラスターが付加されていること,[4Fe-4S]型蛋白質のモデル基質として用いたフェレドキシンへの鉄硫黄クラスターの転移能があること,EPR測定より2種類の異なった補欠分子を保持していること,が明らかとなった。
電気化学トンネル分光法による固体/溶液界面の電子状態の決定

本研究は真空中での走査型トンネル分光法(STS)に対応した電気化学トンネル分光法を開発し、金属及び半導体単結晶電極/溶液界面の電子物性を電気化学条件下で決定することを目的に行なっている。平成6年度に交付された奨励研究費により、サンプリングホールド回路をNano Scope Iに組み込みなどの改造により、バイアス一条件下で探針と試料間の距離を変化させたり、探針-試料距離一定条件下でバイアスを走査したりすることが可能となった。さらに試料と探針の電位はバイポテンショスタットで独立に制御し、真空中での測定とは異なり、試料及び探針のフェルミ準位を各々規定しての測定が可能である。電気化学トンネル分光システムの構築を完成した。このようなシステムを用いて、半導体および金属単結晶電極についての電気化学トンネル分光測定を行った。a.半導体単結晶電極:n型およびp型GaAs(100)で観測されたトンネル電流の挙動は電極電位や探針電位やド-ピング密度などに強く依存することが確認された。n-GaAsの場合、フラットバンド電位より負電位側では、n-GaAsから探針の空準位へのトンネル電流が流れるが、電位がフラットバンド電位より正になると、トンネル電流が流れなくなった。これは空間電荷層が形成されたのである。電位をさらに正にしていくと、+2V付近からの逆向きの電流がわずかに流れ始めた。これは探針のフェルミ準位付近でのGaAsの空間電荷層の厚みが薄くなった結果、探針からGaAsの伝導帯への電子のトンネリングが可能になった結果であろう。この際表面準位が重要な役割をはたしている事を種々の表面処理の効果により確かめた。b.金属単結晶電極:Pt(111)とAu(111)の電気化学挙動を確認しながら、トンネル電流の距離依存性を測定し、平均バリヤ高さを見積もった。測定条件の改良を重ねた結果、電気化学条件下で決定したPt(111)及びAu(111)の平均バリヤ高さは0.500.60eVとなり、前年度で報告した結果より高い値となるが、いずれも白金や金の仕事関数より小さい値となった。このほかI-V曲線や表面修飾効果の測定も行った。現在、面内におけるトンネルバリヤ高さの二次元的な分布を測定するために、ハードとソフトの開発を進めている。