hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
講造を制御したポリシロキサン機能材料の評価

今年度は、固体NMRをもちいて緩和時間を測定し、側鎖の運動性を評価することにより、側鎖の構造と気体透過性の関係を定量的に明らかにして、ポリマ-、特に側鎖の1次構造の制御の重要性を明確にし、透過膜素材設計の指針を確立することができた。さらに、この指針は、ガラス転移温度の高い、ナイロンなどの素材にも適用できることを、芳香族ポリアミドを用いて明らかにした。一方、トリメチルシリル基のように嵩高い置換基の役割についても検討し、このような置換基が高分子鎖間隙の制御に有効であることを示すことができた。これらの検討において、購入した全反射測定装置などを有効に使用した。液晶性高分子については、側鎖型液晶において、回転障壁の低いシロキサン結合がメソゲンの集合を容易にしていることに着目し、主鎖構造を変えて検討を行い、トリメチレンエ-テル鎖が、メソゲンの集合に対して、シロキサン鎖に匹敵するほど有効な主鎖であることを見いだした。さらに、このような考えの適用範囲を広げる検討を行っている。これらとの比較で主鎖型液晶性高分子についても、分子不斉による、新しい概念に基づく、コレステリック液晶相の発現の可能性について、検討を進めている。シロキサン系ポリマ-の構造制御により、より高度な機能を発現させ、その評価を行なうことを目的とし、気体透過膜素材の分子設計、評価、コンタクトレンズへの応用、液晶ポリマ-のスペ-サ-としての機能の評価などを行なった。分子設計に関しては、シロキサンのオリゴシロキサンとしての利用による気体透過膜素材の設計法を確立することができた。すなわち、オリゴシロキサンを枝分れの立体的に大きい置換基とし、さらに、シロキサン結合をスペ-サ-として用いることにより、透過性、選択性のバランスのとれた素材を開発することができた。また、耐熱性の高いポリマ-へのシロキサン置換基の導入についても検討した。これらに関する基本原理をまとめて報文とした(J.Memb.Sci.)。これらのポリマ-は、コンタクトレンズ材料としても有用であり、さらに評価試験を行なっている。シロキサン結合の液晶への応用を広げるために、主鎖ポリブタジエンにシロキサン結合を介してメソゲンを導入したポリマ-を合成した。このポリマ-は、従来の液晶性ポリマ-と比較して、低い転移点を持つことが明らかになった。これらのポリマ-は、その主鎖の優れた特性により、成形性など、従来の液晶性高分子には見られない長所を備えており、従来のポリマ-の欠点を補うものであり、さらに研究を続けている。ポリマ-にキラリティ-を与えるための研究としては、トリチルメタクリレ-ト誘導体の合成、重合を行なった。アルキル側鎖が有効であることを見いだし、検討を続けている(Polym.J.)。装置としては、分光光度計を購入し、分析手段の向上を図った。
院外供給可能ながん個性の質的診断用F18標識薬剤の開発

ポジトロン断層法(PET)がんを質的に代謝診断でき、そ普及は癌制圧の基本的戦略の一つ柱となるが、サイクロトロンを用い病院内でて診断用薬剤を製造する等の人的経済的要因が、大きな障害となっている。癌診断法に適した院外供給可能な^<18>F標識薬剤を開発することを目的とし、蛋白質合成とアルキル基転移反応に関与する、^<18>F-メチオニン(MET)類似体の親化合物として^<11>C標識のethionine(^<11>C-ETH)およびpropionine(^<11>C-PRO)合成し、癌診断薬としての可能性を検討した。^3H-MET、^<14>C-ETHおよび^<11>C-PROの乳癌移植マウスにおける癌集積性は、^<14>C-ETH≧^3H-MET>^<11>C-PROの順であった。癌/脳と癌/筋比はは3薬剤とも同程度であったが、^<14>C-ETHと^<11>C-PROの肝への集積は著しく低く、癌/肝比はほぼ1であった。^<14>C-ETHと^<11>C-PROの癌集積性は、シクロヘキシミド処理による蛋白質合成阻害の効果やメチオニン負荷に対してMETほぼ同様の反応性を示した。代謝様式としては、^<14>C-ETHは蛋白質合成やアルキル基転移反応への関与していたが、^<11>C-PROではその寄与は認められなかった。これらの結果は、^<11>C-ETHと^<11>C-PROは癌診断薬剤として^<11>C-METと比べ興味ある性質を有していることを示している。また、^<18>F標識ETHとPROが新たな癌診断薬剤となる可能性が示され、^<18>F標識薬剤の合成に入った。^<18>Fアニオンより^<18>F-fluoroethyl tosylateと^<18>F-fluoropropyl tosylateを合成した。しかし、L-homocystein thiolactoneとの反応により^<18>F-ETHと^<18>F-PROの合成では、再現性のある結果を得られず、動物実験には至らなかった。
ｓｔｅｒｉｃ　ｈｉｎｄｒａｎｃｅ　ｅｆｆｅｃｔは癌転移機構の新たな概念となるか？

腫瘍細胞の表面にPセレクチン糖蛋白質リガンド1 (PSGL1)が発現することで腫瘍の転移にどのような影響がでるかを検討した。犬の自然発生固形腫瘍ではその発現が観察されなかったのに対し、リンパ腫については表面に発現を確認できた。PSGL-1をノックダウンしたリンパ腫細胞株を用いた異種移植マウスでは、腫瘍の転移が非常に抑制された。犬の乳腺腫瘍細胞株にPSGL-1を強制的に発現させた場合は、肺の転移率が増加したようにみえた。以上の結果は、PSGL-1分子が腫瘍細胞の転移もしくは播種において重要な役割を持っていることを示唆している。転移能をもつ犬乳腺腫瘍細胞株CHM5bを用いて、NOD/SCIDマウスに異種移植した際の転移の様式について詳細に検討し、必要細胞数、転移までの日数、転移の程度の評価系を確立した。また、CHM5bのマウス移植後のin vivoにおける動態確認をしやすくするため、発光イメージング可能にできるようにluciferaseベクターを導入したCHM5b-lucを作成した。これによりin vivo imagingにより腫瘍の増殖、転移の確認、モニターが可能となった。さらに犬PSGL-1をテトラサイクリン存在により自由に発現調節可能な、犬乳腺腫瘍細胞株CHM5b-luc-TO-mPSGLを作成した。この細胞をマウスに投与することにより、マウスに腫瘍が生着した後、テトラサイクリンを投与することによりPSGL-1の発現誘導し、PSGL-1の腫瘍転移への影響を調べることができる系を確立した。現在その結果を解析中である。1犬の腫瘍組織におけるPSGL-1分子の発現の検討犬の腫瘍の転移にPSGL-1が関与するかを検討するために、本研究室において作成したPSGL-1に対する5種類のモノクローナル抗体(Umeki S et al.Vet Immunol Immunopathol 2011)を用いて、犬の腫瘍組織100例におけるPSGL-1の発現を検討した。その結果、残念ながら明らかな陽性を示したものはなかった。このことは自然発生の犬の固形腫瘍においてPSGL-1が原発巣において発現していない事を示唆しているが、PSGL-1が発現した細胞のみ転移に関与する可能性もあり、その場合転移巣においてのみまたは転移の際にのみ一時的に発現する可能性もあるためPSGL-1の発現と転移トの関連について完全に検討はできていない。3犬PSGL-1が過剰発現し浮遊した細胞が生存し続ける機構の解析PSGL-1が過剰発現し浮遊した細胞が、浮遊状態で生存し続ける機構を明らかにするために、PSGL-1を過剰発現させ浮遊した細胞とPSGL-1が発現せず付着したままの細胞細胞において周期関連蛋白およびアポトーシス関連蛋白についてそれらの発現検討をウエスタンブロッティングにより検討した。その結果発現に差のある蛋白質は認められなかった。次にこれら機構を明らかにするために、同様のサンプルを用いてDNAマイクロアレイを行なった。その結果、ある特定のシグナル伝達径路に関連するmRNAの発現が上昇していることが明らかとなった。現在そのメカニズムを解析中である。当初の予定と順序を変更し、H24年度は,主にin vitroの実験を実施した。H25年度は、in vivoの実験を中心に実施する予定である。H25年度は、イヌ乳腺腫瘍転移性細胞株にPSGL-1の過剰発現およびノックダウンを作成し、それらをマウスに異種移植することで、PSGL-1が転移に関与するかを検討する。また、H24年度に同定したPSGL-1の過剰発現により活性化するシグナル伝達径路とPSGL-1による細胞死回避機構について検討する。主にマウスの購入、PSGL-1の過剰発現およびノックダウン細胞株作成のための分子生物学的試薬、細胞培養試薬、さらにシグナル伝達経路同定のための抗体、蛋白実験に関わる試薬などに用いる。
異常輸送と閉じ込め改善の物理

研究成果のうち代表的なものは、理論研究としては、(1)自己維持乱流理論の展開(亜臨界乱流特性、スペクトル、電磁乱流)、(2)改善閉じ込め理論の展開とヘリカル系にたいする指針の提言、(3)崩壊現象の理論的描像、(4)非局所的輸送モデルの構成、実験的研究としては(5)ヘリカル系の種々の改善閉じ込めの発見、(6)運動量輸送の研究、(7)電場分岐の実験的検証などが主だったものであるが、同時に電子無衝突表皮長程度の微視的揺動の実験的検証も特筆すべき事柄である。トーラスプラズマの電場構造には、電場界面が存在することを理論的に研究した。電場界面とは、強い正の電場が現われる領域と負(または弱い正)の電場が現われる領域が接する面のことである。その近傍では電場勾配が強くなり、乱流輸送が小さくなりうろことを理論的に予言した。そして、この機構によって、ヘリカル系でも内部輸送障壁が生まれることを理論的に予言した。従来の異常輸送の実験的把握では、磁気面を横切る熱流をその位置でのプラズマ・パラメタで表現する努力が進められてきた。その理論の枠内では、W7AS装置などで観測されている「外乱にたいする速い応答」を説明することが困難である。W7AS装置での観測結果を分析し、新しく非局所的輸送モデルを提案した。プラズマ勾配長程度の長波長の揺動が存在し、磁気面を横切る熱流がプラズマの分布全体の影響を受けるという理論である。自己維持乱流では、乱流-乱流遷移が起きることが理論的に予言されており、それによってELMsなど崩壊現象の理論が提案されたが、内部輸送障壁の崩壊についても、その機構に基づくモデルが提案された。こうした描像にあわせ、実験研究にも大きな進歩を得た。CHS装置において静電ポテンシアルが二つの分布の間を交互に遷移する事が実験で観測された。これはトロイダル・プラズマの自発的静電ポテンシアル分岐に関する始めての明確な観測であり、従来理論的仮説だった電場分岐を実証する成果である。さらに二つの分布の間の遷移が継続的に発生することが世界で初めて確認され、ヘリカル系プラズマの「定常」状態の見方を変えるインパクトを持つ成果である。また、そうした自発的分岐がヘリカル系のみならずトカマクでも予言されているが、その機構として運動量輸送にプラズマ圧力勾配に基づく流れがあることが理論的に予測されてきた。それの問題について詳細な実験研究を行い、運動量の勾配と流れの間の関係を求めた。そして、運動量の流れには、その勾配によらぬ成分(圧力勾配またはイオン温度勾配に起因する成分)があることを、明瞭に示した。

この研究の目的は、近年のトロイダル・プラズマに見られる改善閉じ込め研究の進展を踏まえ、電場分岐モデルを始め多数の改善機構を総合的に研究するとともに、異常輸送の物理を深める事を目的としている。本年度の成果のうち代表的なものは、電場分岐の実験的検証、電子無衝突表皮長程度の微視的揺動の実験的検証、そして非局所的輸送モデルの構成があげられる。トロイダル・プラズマに見られる改善閉じ込めのうち最も広く観察されているものはH-modeであるが、その機構として伊藤らは電場分岐モデルを提案し、電場構造による閉じ込め改善は代表的な理論的仮説として広く研究が進められるに至っている。CHS装置において静電ポテンシアルが二つの分布の間を交互に遷移する事が実験で観測された。これはトロイダル・プラズマの自発的静電ポテンシアル分岐に関する始めての明確な観測であり、従来理論的仮説だった電場分岐を実証する成果である。異常輸送に関し代表者らは自己維持乱流理論を従来提唱してきた。それは、電子無衝突表皮長程度の微視的揺動が線形安定性にかかわらず強い乱流として発達するという理論である。この理論は異常輸送の実験結果を比較的よく再現する事が示されていたが、対象とする乱流自体の観測が行われていなかった。TFTR装置に於いて短波長の揺動が観測され、ここで議論されていたような短波長の揺らぎが確認された。従来の異常輸送の実験的把握では、磁気面を横切る熱流をそこのプラズマ・パラメタで表現する努力が進められてきた。W7AS装置での観測結果を分析し、新しく非局所的輸送モデルを提案した。プラズマ勾配長程度の長波長の揺動が存在し、磁気面を横切る熱流がプラズマの分布全体の影響を受けるという理論である。これらの成果は、異常輸送と改善閉じ込めの研究に於ける重要な成果であり、今後の新しい展開を生みだす基盤をなすと考えられる。研究成果のうち代表的なものは、理論研究としては、(1)自己維持乱流理論の展開(亜臨界乱流特性、スペクトル、電磁乱流)、(2)改善閉じ込め理論の展開とヘリカル系にたいする指針の提言、(3)崩壊現象の理論的描像、(4)非局所的輸送モデルの構成、実験的研究としては(5)ヘリカル系の種々の改善閉じ込めの発見、(6)運動量輸送の研究、(7)電場分岐の実験的検証などが主だったものであるが、同時に電子無衝突表皮長程度の微視的揺動の実験的検証も特筆すべき事柄である。トーラスプラズマの電場構造には、電場界面が存在することを理論的に研究した。電場界面とは、強い正の電場が現われる領域と負(または弱い正)の電場が現われる領域が接する面のことである。その近傍では電場勾配が強くなり、乱流輸送が小さくなりうることを理論的に予言した。そして、この機構によって、ヘリカル系でも内部輸送障壁が生まれることを理論的に予言した。従来の異常輸送の実験的把握では、磁気面を横切る熱流をその位置でのプラズマ・パラメタで表現する努力が進められてきた。その理論の枠内では、W7AS装置などで観測されている「外乱にたいする速い応答」を説明することが困難である。
金属・非金属接合における磁気抵抗効果の理論的研究

最近、磁性金属/絶縁体/磁性金属のトンネル接合や、高抵抗金属微粒子膜において大きな磁気抵抗効果が見い出されている。本研究の目的は、新たに見いだされた大きなトンネル型磁気抵抗が何に起因するのか、どのような物質の組み合わせで大きな磁気抵抗が出現するのか、という点を明らかにすること、および、磁性金属と半導体との三層膜を含め、磁性金属・非金属接合における界面状態の伝導現象に対する効果を明らかにすることである。本研究では、磁性金属/絶縁体/磁性金属トンネル接合における磁気抵抗効果に対する界面の乱れの効果と、金属/半導体/金属接合における電気伝導に対する半導体内部の不純物の効果を取り上げた。まず、久保公式を用い、界面の乱れに対してCPAを適用して、トンネルコンダクタンスの表式を導いた。タイト・バインディング模型を用いてトンネルコンダクタンスと磁気抵抗比の計算を行った結果以下のことが明らかになった。自由電子模型と異なり、タイト・バインディング模型では、バンドが閉じている効果が顕著に現れ、このため磁気抵抗比が大きくなる。しかし、乱れの効果はそれを押さえるように働く。これらの点は、数値シミュレーションによるコンダクタンスの直接計算によっても確認された。金属/半導体/金属接合おける不純物効果はこの数値シミュレーション法により計算した。半導体のミニバンド構造と不純物準位との干渉効果がコンダクタンスに大きな影響を与えることが明らかにされた。
気管支喘息の発症機序と白血球のレセプターに関する研究

成人喘息の特徴を備えた中高年発症型難治性喘息の発症機序を解明する為に、IgE抗体に基づくI型アレルギー反応以外の要因として好塩基球・肥満細胞系並びに好中球におけるIgG抗体の関与を免疫走査・透過型電顕法やヒスタミン,ロイコトリエン(LT)測定により検討した。また減感作療法の効果発現機序とIgGの関連についても検討した。(1)免疫電顕法によるreceptar assayで末梢血好塩基球上にIgE,IgG抗体に対するレセプターが検出され、かかるIgGレセプターはIgEに比し低密度で、しかもそのsubclassとして今回証明し得たのはIg【G_4】レセプターであった。またIgGレセプターのCap.patchformationは観察されず、細胞の形態変化やヒスタミン遊離との関連は明らかでなかった。なお重症難治性喘息の病態と密接に関係するIg【G_1】レセプターについては今回は証明し得なかった。(2)好塩基球の活性化はIgGよりIgEレセプターを介する反応系で高率にみられたが、重症難治例でIgG系特にIg【G_4】で反応を示す場合があった。(3)難治性喘息の肺局所には好塩基球,肥満細胞以外に好中球が高率に出現し、かかる症例では非難治例に比べ末梢血好中球からのCaionophore抗IgG刺激によるLT産生能が亢進していた。一方抗IgEでは産生は認められなかった。また抗原刺激ではHouse dustに比しCandidaでより高い産生能がみられ、重症難治例の末血中に検出されるCandidaの特異的IgG抗体と好中球からのLT産生が難治性の病態を形成する一因と考えられた。(4)減感作療法におけるIgG抗体の役割を検討した結果、本療法有効例では治療前に比し好塩基球からのヒスタミン遊離能の低下、IgE/IgGレセプター比の低値が判明した。さらにIg【G_4】骨髄腫蛋白で受身感作された好塩基球は抗IgEによる反応性低下と抗IgEとIgEレセプターの結合が低下することから、好塩基球上でIg【G_4】がIgE系の反応を阻害することが想定された。
ジヒドロジオール脱水素酵素のヒト肝臓および赤血球における酵素多型の個人差の検討

DDの基質であるナフタレンジヒドロジオールが脱水素されて生じる1,2-ナフトキノンに着目し、1,2-ナフトキノンをエチレンジアミンで蛍光誘導体化するDD活性の高感度測定法を確立した。酵素反応を96穴プレート中で行い、プレートリーダーを用いることにより5pmolのナフトキノンでも定量可能であり、本法は従来の分光学的方法に代わり得るDD活性の高感度かつ迅速な測定法であることを認めた。3.ヒト肝には少なくとも4種のDD(DD1-DD4)の多型がある。Q-Sepharoseカラムを用いたFPLCによりヒト肝のDD多型を分離し、高感度測定法を用いて本酵素多型の個体差を検討した。本研究で検討した7例の正常な肝ではDD3(アルデヒド還元酵素)はすべての例において認められたが、DD1、DD2、DD4の発現量には大きな個体差が認められた。同様に副腎について検討した結果、副腎の主要なDDはアルドース還元酵素と考えられた。赤血球中および白血球中のDD活性は、分光学的方法では検出することはできなかった。さらに、陰イオン交換クロマトグラフィーやアフィニティークロマトグラフィーでヘモグロビンを除去後に、高感度測定法でDD活性を測定したが、赤血球中のDD活性を検出することはできなかった。
新規遺伝子獲得の可視化によるA群レンサ球菌の病原性発現機構の解析

A群レンサ球菌(Group A Streptococcus : GAS)は初発感染として咽頭炎や扁桃炎,さらに続発性疾患として猩紅熱やリウマチ熱,糸球体腎炎を引き起こす病原菌である.これまで世界中で13菌株のゲノム配列が決定されているが,現在までのところ,疾患に特異的な遺伝子群あるいは変異遺伝子の存在は明らかとなっていない.この理由は、ゲノム情報だけでは疾患特異的な遺伝子の時空間的な発現様式が明らかとできないことが考えられる.そこで、本研究では、A群レンサ球菌と系統的に近縁種であるStrptococcus mutansの全ゲノム配列を決定し、A群レンサ球菌を含むレンサ球菌属内で比較することにより、新規遺伝子獲得機構について解析を行った.その結果、S.mutansはA群レンサ球菌と同様に染色体が大幅に入れ替わる大規模なゲノムの再構成が認められ、このようなゲノム構造の入れ替わりは、個別の遺伝子で起きるのではなく遺伝子クラスターでの移動が認められること、レンサ球菌の進化の過程で頻繁におきていることが明らかとなった.また、S.mutansでは、A群レンサ球菌とは異なりファージ、あるいはプロファージがゲノム内に全く認められなかった.A群レンサ球菌は、既知の病原性遺伝子は、コアの染色体内に保存されているが、菌株ごとの変化は、ファージにコードされている病原性遺伝子に依存していることが明らかとなった.このファージを規定する要因として、S.mutansではCRISPR領域が非常に発達しており、このCRISPRを用いてS.mutansは外来性遺伝子の侵入を非常にタイトに制御していることが明らかとなった.A群レンサ球菌(Group A Streptococcus:GAS)は初発感染として咽頭炎や扁桃炎,さらに続発性疾患として猩紅熱やリウマチ熱,糸球体腎炎を引き起こす病原菌である.これまで世界中で13菌株のゲノム配列が決定されているが,現在までのところ,疾患に特異的な遺伝子群あるいは変異遺伝子の存在は明らかとなっていない.この理由は、ゲノム情報だけでは疾患特異的な遺伝子の時空間的な発現様式が明らかとできないことが考えられる.そこで、本研究では、マイクロアレイを用いて疾患特異的な発現を菌の感染状態で明らかにすること、疾患特異的な遺伝子発現をモニタリングする方法を開発することを目標としている.平成20年度では、マイクロアレイを用いて、疾患特異的な遺伝子のプロファイリングを行ったA群レンサ球菌の全ゲノムレベルでの発現解析を定量的に行った,HeLa細胞に感染したA群レンサ球菌において,感染後1時間目から4時間目までの各時間で高い発現を示していた上位200個の遺伝子のうち,全ての時間で共通して高い発現を示した遺伝子数は128個,咽頭上皮由来のKyse510細胞に感染させた場合では72個であった.両方の細胞で共通しており,且つ感染前の菌で発現が低かったのは19個の遺伝子で,転写制御因子やRNA結合タンパク質がみられたが,両方の試料で60%程度が未知の遺伝子であった.既知の病原因子に関しては,両方の試料で共通して高発現をしているものはなかった.また,感染後4時間目において,オートファジー欠損細胞内でのA群レンサ球菌の遺伝子発現パターンと比較し,野生型の細胞に感染した場合のみリボソームタンパク質S13が高い発現を示しており,A群レンサ球菌のオートファジー存在下での生存に関わっている可能性が考えられた.A群レンサ球菌(Group A Streptococcus : GAS)は初発感染として咽頭炎や扁桃炎,さらに続発性疾患として猩紅熱やリウマチ熱,糸球体腎炎を引き起こす病原菌である.これまで世界中で13菌株のゲノム配列が決定されているが,現在までのところ,疾患に特異的な遺伝子群あるいは変異遺伝子の存在は明らかとなっていない.この理由は、ゲノム情報だけでは疾患特異的な遺伝子の時空間的な発現様式が明らかとできないことが考えられる.そこで、本研究では、A群レンサ球菌と系統的に近縁種であるStrptococcus mutansの全ゲノム配列を決定し、A群レンサ球菌を含むレンサ球菌属内で比較することにより、新規遺伝子獲得機構について解析を行った.その結果、S.mutansはA群レンサ球菌と同様に染色体が大幅に入れ替わる大規模なゲノムの再構成が認められ、このようなゲノム構造の入れ替わりは、個別の遺伝子で起きるのではなく遺伝子クラスターでの移動が認められること、レンサ球菌の進化の過程で頻繁におきていることが明らかとなった.また、S.mutansでは、A群レンサ球菌とは異なりファージ、あるいはプロファージがゲノム内に全く認められなかった.A群レンサ球菌は、既知の病原性遺伝子は、コアの染色体内に保存されているが、菌株ごとの変化は、ファージにコードされている病原性遺伝子に依存していることが明らかとなった.このファージを規定する要因として、S.mutansではCRISPR領域が非常に発達しており、このCRISPRを用いてS.mutansは外来性遺伝子の侵入を非常にタイトに制御していることが明らかとなった.
南米・北パタゴニア氷原の氷河変動と環境変動の対応解析

本研究期間の2010年度から2014年度までの4年間で氷河後退により面積が8.43km2減少した。最大の後退はサン・キンティン氷河の3.35km2であった。その他顕著な後退をした氷河は、コロニア、シュテフェン、HPN3、フィエロ、ベニートである。一方、サン・ラファエル氷河、グアラス氷河、レイチェル氷河(以上氷原西側)、ピスシス氷河、パレッド・スール氷河、レオン氷河(以上氷原東側)、エクスプロラドーレス氷河(北側)、はほとんど変化しなかった。細かく変動を見ると、2013ー15年の1氷河当たりの後退速度は2011-12の1/5、2012-13の約1/3となっており、後退速度が鈍化した。パタゴニアの夏である2011年2月に北パタゴニア氷原に分布する28の溢流氷河の空撮を行った。このうち21の氷河の変動を1945年から2009年まで明らかにしている。氷河の垂直写真撮影に際し、今回はプロペラ機では高々度の4200mの飛行高度に加え、一部に従来の焦点距離70mmに加え50mmで撮影することができた。この結果、南北3コースでエクスプロラドーレス氷河全域を立体視可能な写真で撮影することができた。2004年から試みているが、全域をカバーできたのは初めてである。また、ソレール氷河では1コースの撮影で全域の約90%が撮影できた。天気が悪く気流の悪いパタゴニアの垂直写真の撮影はコースの数が少なければ少ないほど、全域をカバーするチャンスがある。高々度から普通角で解像度の高い写真撮影をするために、画素数24Mのソニーα900とツアイスの高解像度のレンズを使用したが、その成果があった。斜め写真による氷河末端撮影は2年振りであったので、かなりの氷河で顕著な後退が見られた。特にフィエロ、ネフ、コロニア、シュテフェン、HPN3,HPN2,サン・キンティン氷河で後退が顕著であった。いずれもカービング氷河である。長年停滞していたレオン氷河が若干後退していた。デブリに完全に覆われたグロッセ氷河は着実に融けていてゆっくりと後退している。同じくデブリに覆われたパレッド・スール氷河でも表面低下が進み後退が認められるようになった。エクスプロラドーレス氷河は表面低下が著しく末端では融けているが、まだ後退となって現れていない。一方、あまり後退していない氷河もいくつかあった。ソレール、カシェットN&S、パレッド・ノルテ、サン・ラファエル、グアラス、レイチェル氷河などである。2011年度は当初の予定通り氷河の空撮を南半球の冬である7月と夏である2月(2012年)の2回行った。冬の空撮は天候に恵まれ、2006年以来の冬の氷河の写真を撮ることができた。空撮基地であるコジャイケでは前日に降雪があったので、北パタゴニア氷原も雪に覆われて氷河が不明瞭となっていることが懸念された。結果は氷原の東側に分布する氷河の一部は雪に覆われていたが、西側に分布する氷河は裸氷であった。このことは計らずも氷原の西側と東側の気象条件の違いを物語っている。2012年2月は昨年と比べて異常に天気が悪く、2週間滞在して空撮がかろうじてできる天候は1日だけであった。第1回目は途中で引き返さざるを得なかった。2回目も天気が悪く、エクスプロラドーレス氷河の垂直写真は断念せざるを得なかったが、パイロットの技術によりかろうじて氷原周回の空撮はできた。幾つかの特徴を挙げる。ソレール氷河の末端は前進しており、前面のモレインにくっついていた。コロニア氷河、シュテフェン氷河はかなり後退していた。サン・キンティン氷河の末端分解は続いていた。一方、サン・ラファエル氷河、レイチェル氷河、グアラス氷河は昨年と比べて変化がなかった。エクスプロラドーレス氷河の氷河表面水路は半年前と比べて大きな変化をしており、蛇行水路はカットされていた。現場観察が楽しみであったが、滞在中、社会要求運動による道路封鎖によってガソリンが町に入らなくなり、エクスプロラドーレス氷河へ行くことができなかった。しかし、基本的な氷河末端位置のデータは順調に取ることができた。2011年2月に空撮したデータを使って2009-2011年の変動を抽出し、2012年2月にニューヨークで開かれたアメリカ地理学会年大会での口頭発表の資料の一部として使用した。平成25年度の現地調査は2013年12月に行った。

チリのコジャイケで空撮の天気待ちを行い、最初のチャンスは12月5日に訪れたかに見えたが、飛んでみると北パタゴニア氷原は雲に覆われており空撮は実施できなかった。翌6日は曇りで、観光船でサン・ラファエル氷河へ日帰りで行き、氷河末端の写真を船から撮った。12月7日、再度空撮を試みた。しかしエクスプロラドーレス氷河は雲に覆われていて垂直写真を撮ることができなかった。ソレール氷河では高度約2千メートルから垂直写真撮影ができたが、強風のため予定通りのコースを飛ぶことが困難で、消耗域全体をカバーする写真は撮れなかった。さらに南へ下ると天候が悪化し、南端のシュテフェン氷河付近では雲の高度が千メートル以下となり、引き返さざるを得なかった。このため氷原の西側に位置する氷河の空撮はできなかった。12月8日9日はエクスプロラドーレス氷河に行き、インターバルカメラのデータ回収を行い、氷河上を歩き定点からの写真撮影を行った。12月13日、町の天気は快晴であった。これに賭けて3回目の空撮を試みた。高度約1500mでエクスプロラドーレス氷河に東側からアプローチしたが、氷原の天気は悪かった。無理して雲の下、高度約1300mで可能な限り垂直写真の撮影を試みた。しかし強風の中、飛行姿勢は安定しなかったので、一部を除き立体視可能な写真は撮れなかった。グロッセ氷河の空撮後、氷原の西側に回り込もうとしたが、雲が低いため引き返した。今回は特に天候が悪く、このように3回空撮を試みたが、エクスプロラドーレス氷河では垂直写真が撮れず(2年連続)、また氷原の西側に分布する氷河(HPN3,HPN2,HPN1,ベニート氷河、サン・キンティン氷河、サン・ラファエル氷河、グアラス氷河、レイチェル氷河)の空撮はできなかった。H24年度も2月に空撮と現地調査を行った。垂直写真を撮る予定のエクスプロラドーレス氷河とソレール氷河のうち、前者には低い雲がたれ込み、垂直写真撮影はできなかった。ソレール氷河では予定通り高度4000mから垂直写真撮影を実施した。その後、飛行高度3500800mで氷原を周回飛行して氷河末端を空撮した後、エクスプロラドーレス氷河に戻ってきたが、午前中と同様にべったりとした雲に覆われていた。この為、高度を800mぐらいまで下げて雲の下に入り空撮をせざるを得なかった。一部垂直写真撮影を試みたが、高度が低すぎて残念ながら実用にはならない。空撮の後、エクスプロラドーレス氷河で現地調査を行った。氷河表面の変化を記録するべく、正面のモレインに定点カメラを設置し、1日に1回撮影するよう設定した。さらに氷河を歩き氷河表面の変化を観察し、定点写真撮影を行った。昨年、現地に来られなかったので2年振りの観察である。その結果、氷河表流水路がある部分は驚くほど変化していた。昨年、一昨年の空撮写真との簡単な比較では以下のような変動が認められた。ソレール氷河の末端はここ3年ぐらい前進していて、数年前に前面のモレインから離れていた末端が現在、モレインに接している。この前進は、一時的なものと解釈している。サン・ラファエル氷河、グアラス氷河、レイチェル氷河はほとんど変化していない。一方、サン・キンティン氷河はカービングによる後退を継続しているが、以前より活動は減少している。このことはシュテフェン氷河も同様である。コロニア氷河の後退が特に顕著で、末端から数キロ上流左岸にある湖カチェット・ドスの影響によるものと考えられる。
ホイスラー合金を用いた室温ハーフメタルの実現とスピン注入磁化反転

ホイスラー合金/MgO理想界面構造の開発による室温ハーフメタルの実現とスピン注入磁化反転電流密度の大幅な低減を目的としてトンネル磁気抵抗素子(MTJ)を用いた研究を行った。ホイスラー合金/MgO界面は室温におけるハーフメタル性の報告は未だない。この原因として、ホイスラー合金/MgO界面の熱による磁気的な揺らぎ等が理論計算から示唆されている。これに対し、異種材料をホイスラー/MgO界面に挿入することで、界面磁化の安定化を図ることが出来ると考えられる。そこで本研究では上記理想界面を目指し実験を行った。磁気特性は深さ分解X線光電子分光法(XMCD)から、トンネル特性はコンダクタンスの印加電圧依存性から、それぞれ評価した。トンネル磁気抵抗(TMR)比は低温で最大1200%、室温で最大350%を実現し、温度依存性の改善を実現した。また、深さ分解XMCDから、ホイスラー/MgO界面を修飾することで、界面磁化の増加が観測された。トンネルコンダクタンスの実験から、界面修飾による界面磁化の安定が示唆された。理論計算との比較から、室温ハーフメタルへの実現に界面修飾が有効であると示唆され、室温ハーフメタルの実現へ向け重要な指針を得た。また一方で、新材料探索として理論計算からハーフメタルギャップが大きいと考えられてきたFe_3O_4を電極としたMTJの作製を行った。Fe_3O_4薄膜を用いたMTJでは酸化状態の不安定性から高い分極率が実現されていない。薄膜作製に対向スパッタ法を用い、酸化状態の最適化を行うことで、高い分極率有するFe_3O_4薄膜の作製を試みた。作製されたFe_3O_4薄膜はバルク値に近い飽和磁化、伝導特性を持ち、平坦な表面を実現することに成功した。以上のように非常に高品位な薄膜を電極として用いたMTJを作製し、室温で-25%、低温で-64%のTMR比を観測することに成功した。この値は現在までに報告されたFe_3O_4を用いたMTJの中で最も大きな値であり、高い分極率の実現のためにFe_3O_4の酸化状態の最適化が有効であるという重要な指針を得た。ホイスラー合金/MgO理想界面構造の開発による室温ハーフメタルの実現とスピン注入磁化反転電流密度の大幅な低減を目的として研究を行う。ホイスラー合金/MgO界面はこれまで低温における高スピン分極率の実現はなされているものの、室温においてはその報告は未だない。この原因として、ホイスラー合金/MgO界面の熱による磁気的な揺らぎや、電子状態の異常が理論計算から示唆されている。これに対し、ホイスラー合金/MgO界面の界面状態は異種材料の挿入により改善でき、室温において高スピン分極率を実現出来ることが理論計算から示唆されている。そこで本研究では上記理想界面を目指し、スパッタ法を用いて、材料、膜厚の観点から様々な試料を作製し系統的な評価を行った。評価方法として、磁気特性は放射光を用いた深さ分解X線光電子分光法(XMCD)から、トンネル特性はコンダクタンスの印加電圧依存性から、それぞれ評価した。トンネル磁気抵抗効果は低温で最大1200%,室温で最大350%を実現し、温度依存性の改善を実現した。理論計算との比較から、室温ハーフメタルへの実現に界面修飾が有効であると示唆され、室温ハーフメタルの実現へ向け、重要な指針を得た。

作製されたFe_3O_4薄膜はバルク値に近い飽和磁化、伝導特性を持ち、平坦な表面を実現することに成功した。以上のように非常に高品位な薄膜を電極として用いたMTJを作製し、室温で-25%、低温で-64%のTMR比を観測することに成功した。この値は現在までに報告されたFe_3O_4を用いたMTJの中で最も大きな値であり、高い分極率の実現のためにFe_3O_4の酸化状態の最適化が有効であるという重要な指針を得た。
ナノサイズπ電子系及びそのネットワーク系における新奇現象の発現

本年度は以下の3点について実験を行った。1.金属内包フラーレン内包ピーポッドのトンネル顕微鏡観察金属内包フラーレンM@C_<82>(M=Ce,Gd)内包ピーポッドを超音波処理によりN,Nジメチルホルムアミド中に懸濁させ、スピンコーティングを用いて金(111)及びHOPG基板上に塗布した。大気中STM、タッピングモードAFM、SEMを用いて観察を試みた。これらの結果から、殆どのピーポッドはバンドル状となり、観察に適した一本の孤立したピーポッドを見出すことは困難であった。また、STM実験では、多くの場合、プローブ走査によりピーポッドが動き、測定は困難であった。現在、試料の濃度、基板の条件を調べ、最適な試料の条件を明らかにする努力をしている。試料が移動してしまうことに関しては、極低温でのSTM実験により、改善を試みている。2.アルカンチオール自己集積化膜によりコートされた白金ナノ粒子のトンネル顕微鏡観察アルカンチオールCnH_<2n+1>SH(n=6,10,18)でコ-トされた白金ナノ粒子の大気中でのトンネル顕微鏡観察を行った。この結果、n=6につては、約1-2.6nmのナノ粒子が観測された。この結果はx線解析、透過電子顕微鏡観察の結果とも対応するものである。また、サイズの小さいナノ粒子についてはバイアス電圧の変化により、見かけの粒子サイズが変化することが見出された。このことには、小さなナノ粒子の場合、表面をコートしているアルカンチオール層と中心白金ナノ粒子との間の電荷移動が効いているものである可能性がある。白金ナノ粒子についても、極低温でのSTM観察、及び電子状態解明のため、トンネルスペクトル解析を準備している。3.アゾベンゼン分子の光異性化過程のトンネル顕微鏡による観察アゾベンゼンは、光照射によりシスートランスの構造異性化が起こる。超高真空中で金(111)基板上ヘアゾベンゼン単分子層を作成し、シスートランス構造異性化をSTMにより解明することを試みた。今年度は試料作成を試み、試行錯誤を進めている。
科学技術教育を左右する要因を自分史分析によって明らかにする実証的研究

自分史がブームになって久しい。「自分史」という言葉は,歴史家の色川大吉氏の造語である。色川は戦争直後の歴史研究にあって,それまでの青史ではなく,歴史に名前を残さない民の歴史,「民衆史」を開拓した。橋本義雄の「ふだん記運動」にも関係して,「自分史」と表現した。このフレームに理科・科学教育を照らし合わせれば,カリキュラムや学習指導要領,教科書を分析するのではなく,学習者に「残ったもの」に焦点を当てた理科・科学教育研究が姿を現す。これが本研究でいう,自分史を方法論とする科学教育研究である。(日本科学教育学会第27回年会において発表)。前年度から収集してきた,本学の自然科学系全女性教官を対象にした自分史を,本年はキャリア選択という観点ら分析した。すなわち,キャリア選択への影響の度合い,あるいは,種類という観点である。その結果,自然系女性研究者のキャリア選択に関わる要因は,素因,遠因,誘因に分けられた。素因には,個人では選択や変更のしようのない生育環境や女性という性別,時代や社会の認識といったもの,あるいは,個人による得意科目などの志向性が分類された。遠因には,現在の専門分野に導いた書籍や出来事などのきっかけが分類できる。誘因には,指導教官が公募情報を寄せてくれたといった,就職に関係する直接的な出来事などが含まれた。その他,被験者の職業選択には,プラスにせよマイナスにせよ,母親の影響が大きいという共通項を見出すことができた。プライバシーにも関わるため具体的なことは記述できないが,全体を通して,真剣に自己に向き合う被験者の姿が浮かび上がってきた(日本科学教育学会平成15年度第1回研究会において発表)。少年・少女時代に受けた教育について語らせることによってその教育のあり方を探る,あるいは,その人物の成長を丹念にたどり描きあげるといった研究は,今後さらに発展させる必要がある。平成14年度,我が国はノーベル賞を複数受賞した。しかも民間技術者からの受賞もあり,彼らが受けてきた理科教育がにわかに注目されてきている。これは本研究で目指してきた手法の一つであり,これらを体系化する研究が求められているとすれば,本研究はこれを先取りしていたと言えよう。本研究は,様々な人々を対象に語ってもらった自分史を分析し,科学技術教育を左右する要因を抽出する,定性的かつ実証的な研究である。初年度の平成14年度は研究手法を確立し,データを収集することを第一の目的とした。被験者は,理系研究者,非理系研究者,非研究者に大別されるが,本年度は,本学の全女性教官を対象に自分史を収集した。その結果,彼らを研究に導いた様々な観点が浮かび上がってきた。両親,兄弟,先輩,恩師といった人的票因,病気を煩ったといった個人的経験などが挙げられる。しかし,同じ要因でも研究者に向かう方向性に惹かれて進むケースと,研究とは反対をむくベクトルに反発して,結果的に研究に向くケースとがある。人の職業を決める要因とその決断を分析しても,一般化は困難であろう。次年度は,幼少時に受けた理科教育(科学技術教育)という観点と,Auto biographyという方法論に焦点をしぼる。具体的作業の方法としては,ICレコーダーを用いて音声をデジタル化し,さらに音声認識ソフトを用いてそれらを文字化してデータを収集した。IT技術の発展が,本研究のような作業量を要する質的研究を比較的容易にしつつある。
セルラーゼを配向固定化するための反応場の設計

本研究の目的は、天然ならびに人工の多糖合成に酵素触媒として用いることが出来るセルラーゼの配向固定化を行うためのマトリックスを創製することにある。気水界面に於いて酵素の配向を行うマトリックスを得るために、糖残基を親水部に有する両親媒性化合物を新たに合成した。この化合物へのセルラーゼの効果的な結合を目的として、糖親水部と疎水性アルキル鎖の間に親水性スペーサーを導入した。両親媒性化合物の合成は標準的な手法に従い、スペーサー導入を含め8段階で行った。親水基としては酵素に対する親和性の高いβ-チオグルコースを選んだ。新たに合成した化合物は水-空気界面において単分子膜を形成しうる。表面圧-面積曲線は、圧縮に伴って結晶化することができる膨張膜の形成を示している。オクタデシルロ-ダミンBを蛍光プローブとして含む単分子膜の蛍光顕微鏡像を観察したところ、固体-液体共存相においてドメインが形成されることが判った。この単分子膜は親水性固体基板に移しとることが出来、ドメイン構造は保持された。このようなドメイン形成は単分子膜と水相に溶存するセルラーゼとの相互作用を調べる上で都合の良いものである。
グリシン開裂酵素系H-蛋白質の欠損によるヒト高グリシン血症・脳症モデル動物の開発

本研究の目的は中枢神経系を含む全身で非ケトーシス型高グリシン血症・脳症の原因蛋白質であるH蛋白質を欠損するマウスを作製し、高グリシン血症・脳症の成因や病態を明らかにすることにある。平成16年度の研究は以下の通りに順調に進行した。1.マウスのグリシン開裂酵素系H蛋白質遺伝子のエキソン1周囲に2か所のloxP部位を導入したキメラマウスを5匹得た。うち2匹が変異遺伝子のgerm-line transmissionを示した。2.上記マウスとCre Recombinase遺伝子導入マウスを交配して、loxP間のエキソン1を含むゲノムDNA領域を欠損したH蛋白質遺伝子ヘテロ欠損マウスを得た。3.抗H蛋白質ポリクローナル抗体を用いたウエスタンブロット解析では、ヘテロ欠損体でH蛋白質が50%に減少していることが確認された。4.次にホモ欠損マウスを得るためにH蛋白質遺伝子ヘテロ欠損マウス同士を交配し、その子孫のgenotypeをPCR法およびサザンプロット法で解析した。ホモ欠損マウスは全く得られなかった。ヘテロ欠損体では出生直後に体内出血・体幹異常を示す異常個体が散見された。5.さらに胎生14日目までさかのぼって胎児を遺伝子解析すると、野生型26:ヘテロ欠損33:ホモ欠損0であった。ヘテロ欠損体はメンデル則で予想される数より少ない傾向が見られた。本研究の結果、H蛋白質遺伝子ホモ欠損マウスは全く発生できないか、極めて早期に胎生致死となっていることが示唆され、本蛋白質がマウスの正常発生に必須であることが、はじめて明らかになった。今後H蛋白質が50%に減少しているヘテロ欠損マウスを用いて、H蛋白質がさまざまな臓器ストレスに対する耐性獲得に果たす役割の検討が可能になった。さらに薬剤誘導可能な、あるいは臓器特異的なCre Recombinase遺伝子発現マウスとの組み合わせにより、条件特異的なH蛋白質欠損マウスを作製し肝臓や脳、心臓などの主要臓器におけるH蛋白質の生体内機能を深く探求することができる。非ケトーシス型高グリシン血症・脳症はグリシン開裂酵素系のP-、T-、H-蛋白質と呼ばれる固有の構成蛋白質のいずれかの一次的障害に基づき、けいれん・知能障害などの中枢神経症状を示し最終的には予後不良の遺伝性疾患である。「グリシン脳症」における神経変性の基礎的メカニズムの解明は、現代医学における重要な課題となっている。本研究では中枢神経系を含む全身でH-蛋白質を欠損するノックアウトマウスを作製・解析することによって、神経変性非ケトーシス型高グリシン血症の成因や病態を明らかにする。平成14年度の研究は以下の通りに順調に進行し、期待されたような研究成果を得た。・マウス肝臓由来RNAを鋳型として用いたRT-PCR法により、マウスのグリシン開裂酵素系H-蛋白質遺伝子をコードするcDNA断片(300bp)を得た。・ES細胞由来高分子ゲノムDNAを用いてSau3A1消化ライブラリーを作製し、上記cDNA断片をプローブとしてスクリーニングを行った。スクリーニングの結果、15個の陽性クローンを得た。・LoxP間のゲノム遺伝子の切出しを行うためには、Creレコンビナーゼを細胞レベルで発現するマウスが必要である。

そのため、受精卵を含む全ての細胞で働くPGKプロモーターの下流にCre遺伝子カセットを接続した遺伝子を持つトランスジェニックマウス(B)を、受精卵前核へのマイクロインジェクション法により作製した。・今後上記で得たH-蛋白質ゲノム遺伝子DNA断片をもとにして作製したノックインマウス(A)とPGK-Creトランスジェニックマウス(B)を交配して、グリシン開裂酵素系H-蛋白質遺伝子ノックアウトマウスを得る。非ケトーシス型高グリシン血症・脳症はグリシン開裂酵素系のP-、T-、H-蛋白質と呼ばれる固有の構成蛋白質のいずれかの一次的障害に基づき、けいれん・知能障害などの中枢神経症状を示し最終的には予後不良の遺伝性疾患である。「グリシン脳症」における神経変性の基礎的メカニズムの解明は、現代医学における重要な課題となっている。本研究では中枢神経系を含む全進でH-蛋白質を欠損するノックアウトマウスを作製・解析することによって、神経変性非ケトーシス型高グリシン血症の成因や病態を明らかにする。平成15年度の研究は以下の通りに順調に進行し、当初期待されたような研究成果をこれまでに得た。・前年度クローン化したマウスのグリシン開裂酵素系H-蛋白質遺伝子をコードするゲノムDNA断片(17kbp)を用いて相同組換え用ベクター(Hpro. cond. KO vector)を作製した。エキソン1周囲に2か所のloxP部位を導入し、Cre蛋白質の共存下でエキソン1切り出し→H-蛋白質欠損が起こるようにベクターを設計した。・ES細胞培養系を用いて電気穿孔法によりES細胞にHpro. Cond. KOvectorを導入しネオマイシン耐性を指標としてスクリーニングを行った。1回目のスクリーニングの結果、2個の陽性クローンを、2回目のスクリーニングの結果、15個の陽性クローンを得た。・得られた相同組換え体ES細胞株をC57Blackマウス由来胚盤胞にマイクロインジェクションして仮親に移植した。これまでにES細胞由来毛色80%以上のキメラマウス8匹を得た。キメラマウスの性別はオスが7匹、メスが1匹でありオスの割合が高かった。・今後上記で得られたキメラマウスとCre蛋白質発現トランスジェニックマウスを交配して、グリシン開裂酵素系H-蛋白質遺伝子ヘテロ欠損マウスを得る。ヘテロ欠損マウス同士の交配により、ホモ欠損マゥウスを得たのち、さまざまな解析を行う。本研究の目的は中枢神経系を含む全身で非ケトーシス型高グリシン血症・脳症の原因蛋白質であるH蛋白質を欠損するマウスを作製し、高グリシン血症・脳症の成因や病態を明らかにすることにある。平成16年度の研究は以下の通りに順調に進行した。1.マウスのグリシン開裂酵素系H蛋白質遺伝子のエキソン1周囲に2か所のloxP部位を導入したキメラマウスを5匹得た。うち2匹が変異遺伝子のgerm-line transmissionを示した。2.上記マウスとCre Recombinase遺伝子導入マウスを交配して、loxP間のエキソン1を含むゲノムDNA領域を欠損したH蛋白質遺伝子ヘテロ欠損マウスを得た。3.抗H蛋白質ポリクローナル抗体を用いたウエスタンブロット解析では、ヘテロ欠損体でH蛋白質が50%に減少していることが確認された。
食品調理・加工条件での食材ポリフェノールの高健康機能化とその機構の解明

本研究は,潜在的有用機能を有する食材由来ポリフェノールの調理・加工条件を用いた高機能化とその利用による新食品の開発を通して,食による人のQOL向上を目指します。本年度は,ポリフェノールを豊富に含み,主要なポリフェノール摂取源の一つと考えられてい嗜好飲料のコーヒーにおいて,高温加熱(焙煎)における食材ポリフェノールの高機能化を検討しました。これまでの研究で,焙煎によって生豆の主要ポリフェノールであるクロロゲン酸が脱水して生成したクロロゲン酸ラクトン類がキサンチンオキシダーゼ(XO)阻害活性を有することを発見し,さらに,焙煎豆の熱水抽出酢酸エチル可溶部から,痛風治療にXO阻害剤として使用されているアロプリノールと同等の非常に強力な活性を持つピロガロールを発見しました。なお,コーヒーに含まれるとされるピロガロールと構造が似た類縁体の活性も検討しましたが,強力な活性を持つのはピロガロールのみであることが判明しました。したがって,ピロガロールの強力な活性は,ピロガロール特有のものであると考えられ,その活性発現機構について検討を行いました。検討の結果,生体内を想定した弱アルカリ性において,ピロガロールの酸化的二量体であるプルプロガリンが生成していることがわかり,生成したプルプロガリンによって活性が増強されていることが判明しました。本研究で発見したコーヒーに含まれるXO阻害活性物質は,いずれも焙煎の高温加熱加工によって生豆に含まれるポリフェノールが変化したものであり,本研究結果は,これらポリフェノールの反応性の高さが高機能を発現する可能性を示唆するものであります。これらの研究成果は,Free Radic. Biol. Med.誌に報告し,また,日本農芸化学会においても研究の成果を発表しました。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。本研究は,潜在的有用機能を有する食材由来のポリフェノールの調理・加工条件を用いた高機能化とその利用による新食品の開発を通して,食による人のQOL向上を目指します。本年度は,ポリフェノールを豊富に含み,主要なポリフェノール摂取源のひとつとして考えられている嗜好飲料のコーヒーにおいて,高温加熱(焙煎)における食材ポリフェノールの高機能化を検討しました。これまでの研究で,焙煎によって生豆の主要ポリフェノールであるクロロゲン酸が脱水して生成したクロロゲン酸ラクトン類がXO阻害活性を有することを発見しました。これらラクトン類は焙煎に伴って変動することが明らかになっていましたので,焙煎度合いの異なる焙煎豆を用いて検討したところ,熱水抽出液の酢酸エチル可溶部においてラクトン類以外に微量で強力な活性をもつ物質が存在する可能性が示唆されました。そこで,さらに検討を進めた結果,ラクトン類よりも水溶性の高い画分においてピロガロールを同定しました。ピロガロールの活性は他の関連ポリフェノール化合物より遥かに強力であり,活性強度と定量結果から,焙煎豆の活性にはラクトン類よりもピロガロールの方が主に寄与していることが明らかになりました。これらの検討の結果,コーヒー生豆に焙煎という加工を施すことによって,生豆の主要ポリフェノールであるクロロゲン酸がラクトン類へと高機能化されますが,同じく焙煎により生成するピロガロールはラクトン類よりもさらに強力なXO阻害活性を有することが判明しました。これらポリフェノールの機能は,ポリフェノールが変化し易いという不安定性によってもたらされているものであり,このような反応性の高さが高機能を発現するきっかけになると考えられます。これらの研究結果は,アメリカ化学会誌に報告し,また,日本農芸化学会および日本栄養・食糧学会においても研究の成果を発表しました。平成28年度の研究計画は,対象機能性ポリフェノールの選抜,生活習慣病軽減活性測定法の習得と実施体制の構築,加熱酸化条件によるポリフェノールの変換反応と機能検証,食品モデル系での加熱酸化条件におけるポリフェノールの成分間反応と機能検証でありました。それに対し,本年度は焙煎という加熱酸化条件に特化し,コーヒーという食品モデル系でのポリフェノールの加熱条件における成分間反応と機能評価まで検討することができ,初年度にして当初の研究計画を十分に達成することができました。具体的な内容としては,コーヒー焙煎豆の熱水抽出物の酢酸エチル可溶画分が強力なキサンチンオキシダーゼ阻害活性を示すことが判明しました。さらに,酢酸エチル可溶部に存在するポリフェノールであるピロガロールが,強力なキサンチンオキシダーゼ阻害活性を有することが判明しました。さらに,これら研究の成果を国内学会発表を含めアメリカ化学会誌にも報告することができ,当初の計画以上に進展していると考えます。

したがって,ピロガロールの強力な活性は,ピロガロール特有のものであると考えられ,その活性発現機構について検討を行いました。検討の結果,生体内を想定した弱アルカリ性において,ピロガロールの酸化的二量体であるプルプロガリンが生成していることがわかり,生成したプルプロガリンによって活性が増強されていることが判明しました。本研究で発見したコーヒーに含まれるXO阻害活性物質は,いずれも焙煎の高温加熱加工によって生豆に含まれるポリフェノールが変化したものであり,本研究結果は,これらポリフェノールの反応性の高さが高機能を発現する可能性を示唆するものであります。これらの研究成果は,Free Radic. Biol. Med.誌に報告し,また,日本農芸化学会においても研究の成果を発表しました。ポリフェノールの機能は,ポリフェノールが変化し易いという不安定性によってもたらされているものであります。今回,焙煎コーヒー豆の強力なキサンチンオキシダーゼ阻害活性物質として発見したピロガロールは,1,2,3-トリヒドロキシベンゼンであり,このようなシンプルな化合物が強力な活性を示したことから,その活性発現メカニズムに興味が持たれました。一般に,ポリフェノールは酸化条件下で不安定であり,変化する可能性が高いことが知られています。ピロガロールについても同様であり,活性測定系の弱アルカリ条件下で変化している可能性も考えられます。したがって今後は,ピロガロールの活性発現機構を解明することを目標とします。ピロガロールは単純なポリフェノール骨格を保有する化合物であり,その活性発現機構を解明することは,他ポリフェノールの機能発現機構を解明する上でも非常に重要であるといえます。さらに,ポリフェノールは食材に含まれている物質であり,私たちが食品として体内に取り込むことを考慮すると,生体内想定条件,pH7.4の弱アルカリ条件下での挙動を検討することは非常に重要であります。また,コーヒー生豆におけるピロガロールの供給源については,化学構造から糖質であることが推測されていますが,生豆主要ポリフェノールのクロロゲン酸であることも予想されています。しかし,その詳細については明らかになっていません。焙煎コーヒー豆の強力なキサンチンオキシダーゼ阻害活性物質であるピロガロールが焙煎によってどのように生成されているのかを解明することは重要であり,今後はピロガロールの生成メカニズムを解明することも目的とします。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。