hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
条件反射に伴う神経回路可塑性の遺伝生理学的研究

研究代表者が主催していた米国マサチューセッツ大学の研究室の総力を挙げて、細胞レベルでの記憶の研究を行うため、ショウジョウバエの食べる行動をコマンドする神経細胞、フィーディング・ニューロン(Fdg neuron)を発見した(2013, Nature)。本研究では、Fdg neuronを要とする神経回路で起こるシナプスの可塑的な変化が行動になって現れるパブロフの条件反射の行動実験パラダイムを確立し、さらに、Fdg neuronの反応性が実際に条件付けによって変化するということをカルシウムイメージング法により確認した。(Sakurai et al.,発表準備中)。米国における申請者の研究室で発見されたショウジョウバエのFdg neuronを要とする摂食神経回路を実験系として用いると、同定されたニューロンからなる神経回路上で、パブロフの条件反射に伴うシナプス可塑性を解析。パブロフの実験では、イヌの摂食行動(エサが無条件刺激)にベルの音などの条件刺激を連合した。ハエで同様な行動実験をシナプスの観察と同時に行う為には、一匹のハエを定位した状態でパブロフのイヌが示したような行動変化を起こさせる必要がある。米国マサチューセッツ大学およびMITにおいて申請者が主宰する研究室のポスドクであった櫻井晃(現在未来ICT研究員)による本研究の予備実験において、「あらかじめハエに持たせておいた棒を離す」という条件刺激を、吻へのショ糖水溶液の刺激(無条件刺激)による吻伸展に連合するという全く新しい条件反射のパラダイムを作成することに成功した。本年度は、このパラダイムの実験条件をシステマティックに検討した。ショ糖溶液濃度、ならびに、プロトコルを検討し、繰り返すにつれて、学習効果が上昇して来ることを確認した。さらにカルシウムイメージング法による神経回路の可塑的な変化の観察を行った(「達成度」参照)。米国マサチューセッツ大学において申請者が主催していた研究室の総力をあげて発見されたショウジョウバエの食べる行動をコマンドするフィーディング・ニューロン(2013, Nature)を要とした神経回路上で形成される記憶を研究している。この記憶と神経細胞レベルの変化をリアルタイムで対応付けるという新しい研究法によって、記憶のメカニズムを明らかにしようとしている。パブロフの条件反射の実験では犬の摂食行動(餌が無条件刺激)にメトロノームの音などの条件刺激を連合した。ハエの摂食行動を観察しながら脳内を観察する方法はすでに開発しているが(2012, JOVE)、このライブ実験系を用いてパブロフと同様な実験を行うには、一匹のハエを定位した状態でパブロフのイヌが示したような行動変化を起こさせる必要がある。米国の申請者の研究室のポスドクであった櫻井晃(現在、当研究所研究員)による予備実験において「あらかじめハエにもたせておいた棒を離す」という条件刺激を、口吻へのショ糖水溶液の刺激(無条件刺激)による吻伸展に連合するという全く新しい条件反射パラダイムを作成することに成功した。昨年度、カルシウムイメージング法により、繰り返し学習が進むにつれてフィーディング・ニューロンの反応性が高まり、それによって、条件付けが強まっていくことを発見した。本年度は、この実験系で解剖されたハエを長時間維持し、その状態で記憶が維持されるよう、実験条件を整えた。米国での予備実験を発展させたこの二年間の成果によりこの画期的な実験法は確立し、条件反射に伴う脳内変化を単一細胞レベルで観察した世界で最初の例として、論文発表を準備している。次年度に計画していたカルシウムイメージングの実験のために、セットアップを神戸の未来ICT研究所にて行った。これを用いて、イメージングしながらショウジョウバエを条件付けすると、「Fdg neuronが条件刺激のみで発火する」ようになるという、MITでの結果を確認した。さらに学習に伴ってこれが上昇して行くという決定的な結果を得ることに既に成功した。この結果は、条件反射に伴う脳内変化を単一ニューロンのレベルで観察した世界で最初の例である。27年度が最終年度であるため、記入しない。記憶神経生物学条件反射時のFdg neuronの活動変化をつかむことに成功したので、さらに、条件付けのプロトコルを検討し、この記憶の持続時間、または忘却の条件を検討する。また、それにともなうFdg neuronの活動をカルシウムイメージング法によってモニターし、条件反射時の行動としての記憶とニューロンの活動を詳しく対応させていきたい。この結果(条件反射プロトコル確立と条件反射時のFdg neuronの活動変化)を、一つの論文にまとめて発表する。
脳MRIを用いた認知スタイルの個人差と脳形態の関係に関する研究

小児期においても社会的行動による認知スタイルの違いの報告があり、また成人対象の脳MRI研究では、認知スタイルの違いと脳の活動パターンの違いが報告されている。しかしながら、社会的行動の個人差に関する脳の形態的基盤はこれまで解明されていない。本研究は、認知スタイルの個人差を決める脳の形態学的神経基盤を明らかにすることが目的である。本研究では、認知スタイルの指標の一つとして世界的に用いられているものの一つであるEmpathizing-Systemizing理論に基き、他者の感情への適切な処理能力と関係する共感志向(EQ)と、物理的因果関係の処理能力に関係するシステム化志向(SQ)という2つの心的機能に着目した。本年度は、5-16歳までの日本人健常小児を対象とし、EQとSQ及び脳MRIデータの収集、解析の結果に基づき、論文執筆を行った。EQとSQのスコアはEQ-SQテスト(質問紙)により求めた。その結果、EQとSQのスコアはいずれも年齢との相関は見られなかった。また対応する被験者の局所灰白質量はvoxel-based morphometryの手法により算出した。また、Qのスコアと左下前頭(弁蓋部)-上側頭皮質領域の局所灰白質量と正相関が見られた。これらの領域は、情動処理を司る領域であり、近年では他の共感スコアとこれらの領域の活動が相関することが報告されている。一方、SQスコアと左頭頂葉後部の局所灰白質量と負相関が見られた。これらの領域は、視空間記憶や、エピソード記憶における選択的注意に関する処理に関わることが知られている。更に、これらの領域の一部は性差では説明がつかない領域であった。このように、小児では、EQとSQのスコアによる認知スタイルと、心的機能と関連する脳領域の形態学的構造(局所灰白質量)との間に相関がみられることから、社会的行動を決定する認知スタイルの個人差が脳の形態学的相違に基づく可能性が示唆された。これらの結果を、この分野での代表的な欧米雑誌であるNeurolmageに投稿し、受理されたため、広く結果が公開された。小児期から社会的行動による認知スタイルの違いがこれまで報告されている。また成人対象の脳MRI研究では、認知スタイルの違いと脳の活動パターンの違いが報告されている。しかしながら、社会的行動の個人差に関する脳の形態的基盤はこれまで解明されておらず、特に日本人健常小児を対象とした脳の形態的画像解析もこれまで報告されていない。本研究では、認知スタイルの指標の一つとしてEmpathizing-Systemizing理論に基き、他者の感情への適切な処理能力と関係する共感志向(EQ)と、物理的因果関係の処理能力に関係するシステム化志向(SQ)という2つの心的機能に着目した。本年度は、5-16歳までの日本人健常小児を対象とし、EQとSQ及び脳MRIデータの収集、解析を行った。EQとSQのスコアはいずれも年齢との相関は見られなかった。結果は、EQのスコアと左下前頭(弁蓋部)-上側頭皮質領域の局所灰白質量と正相関が見られた。

これらの領域は、視空間記憶や、エピソード記憶における選択的注意に関する処理に関わることが知られている。更に、これらの領域の一部は性差では説明がつかない領域であった。このように、小児では、EQとSQのスコアによる認知スタイルと、心的機能と関連する脳領域の形態学的構造(局所灰白質量)との間に相関がみられることから、社会的行動を決定する認知スタイルの個人差が脳の形態学的相違に基づく可能性が示唆された。これらの結果を、この分野での代表的な欧米雑誌であるNeurolmageに投稿し、受理されたため、広く結果が公開された。
クシクラゲにおける神経誘導bHLH転写因子の同定と機能解析

我々にとって脳は重要な器官で、複雑な思考や精密な運動の制御に不可欠なものである。その脳を構成する要素である神経細胞は植物や単細胞の生物にはない動物特有の細胞であり、動物を動物たらしめる特徴的な細胞と言える。神経細胞の進化の歴史はとても古く、最も原始的な動物と言われているクシクラゲも神経を持つことが知られている。しかしながら、そのクシクラゲにおいてはどのような遺伝子が神経を作り出すかがわかっておらず、一番古い神経については未解明の部分が多い。そこで、本研究ではクシクラゲの神経を作り出す遺伝子を探し出すことで6億年とも言われている神経細胞の進化の歴史を紐解くことを目的とする。
物性論における代数的構造の意味及びその応用

[1]量子群とブロッホ電子の問題について。いわゆる量子群という代数的構造が重要であることが最近の研究から明らかとなったが、この量子群の解析することにより、磁場中の電子系という標準的な物性の問題の中にベ-テ仮設型の方程式が潜んでることが明らかとなった。旧くからのこの問題に対して、新しく斬新な手法を用い、あるアイデアに基づき、このベ-テ仮設型の方程式の厳密解を求めることに成功し、いままで数値的にしか理解されていなかった物理量に対して、解析的な表式を与えたのである。本年度はこの問題についての今までの研究成果を詳述した本論文を完成させた。(出版済み)さらにいわゆるqパラメターをq=exp(ip)と書いたときp/2πが無理数になる場合について考察を進め、とくに準周期系との関連について研究を進めた。(出版予定)[2]量子ホール効果における位相幾何学的、代数的構造について。磁場中の物理系に対する幾何学的効果の代表例として、ベリ-位相、アハラノフ-ボ-ム効果、量子ホール効果、分数統計粒子系等がありそれぞれに関して研究を進めてきた。特にブロッホ電子の量子ホール効果に対しては、位相幾何学的理論により系のバルク状態とエッジ状態との関係を記述する研究を進めてきた。系の複素エネルギー面としてのリーマン面が非自明な構造を持ち重要な物理的意味を持つのである。特にその位相幾何学的側面のみならず、代数的側面の重要性もまた明らかとなりつつある。本年度はこの問題についての今までの多くの研究成果をまとめ総合報告として出版の準備を行った。(出版予定)[1]量子群とブロッホ電子の問題について。(出版予定)
力触知覚の特性に基づいた階層的なシミュレーションによる質感と接触状態の提示

人の力触知覚の特性に合わせた階層的なシミュレーション手法の研究を進めると共に、振動提示を統合し、物体形状・動特性と共に、質感と接触状態を提示する力触覚VR環境を構築することを目指した。接触位置に応じた振動生成により、材質パラメータ(ヤング率・減衰定数)に応じた振動の提示を実現した。また、動力学特性を正確に提示する階層的なシミュレーション、6自由度力覚ポインタを用いた階層的なシミュレーションを実現した。振動による質感提示とシミュレーションの統合と接触状態の提示は今後の課題として残った。振動特徴量計測では、振動計測装置を作成し計測出来ることを確かめた。構築の際、空気圧で皮膚を駆動し、レーザー変位計で皮膚位置を計測することで、非接触で加振・計測できることがわかったので、今後非接触での計測装置に改良する。従来から研究を続けてきた階層的な物理シミュレーションと提示力計算については、動力学シミュレーションの一部を提示力計算と共に高速更新で行うことで、更新速度の遅い物理シミュレータを用いる場合でも正確に動力学特性の提示ができるようになった。低速更新の物理シミュレータ側で、力覚ポインタで触れている物体の動力学特性(モビリティ行列)を計算し、この情報と提示力を元に力覚側で形状特徴の位置をシミュレーションすることで、ユーザが加えた力が即座に物体の運動に反映される。3自由度の力覚インタフェースで球形状の力覚ポインタを用いる場合について論文投稿を行った。現在は、6自由度の力覚インタフェースと任意形状の力覚ポインタを用いた力覚インタラクションに拡張するための研究を進めている。また、振動提示の影響を調べているなかで、ある程度固い物体を指先でタッピングした場合の硬さ知覚が、提示物体のバネダンパ係数と振動提示の周波数・強度の両方の影響をうけること。力覚インタフェースの変位が十分小さい場合には、振動による知覚が主になることなどがわかった。今回の実験ではは自由に触れさせたあと変位を計測したが、今後被験者にタッピングの方法を支持するなどして、変位を統制した実験を行いたい。本研究の目的は、知覚特性に基づいた階層的な物理シミュレーションに基づく力と振動の提示により、質感や接触状態を提示可能な力触覚バーチャルリアリティ(VR)環境を構築することである。階層的な物理シミュレーションと提示力計算については、昨年度動力学シミュレーションの一部を提示力計算と共に高速更新で行うことで、更新速度の遅い物理シミュレータを用いる場合でも正確な動力学特性提示を実現した。今年度は、これを6自由度力覚レンダリングに拡張した。6自由度では、提示力計算に必要な情報と力覚計算手法の再検討が必要であった。そこで、力覚ポインタと物体の接触部分の形状を求め、この形状の各頂点とその位置での侵入量を元に線形計画法により力覚計算を行う手法を提案した。提案手法は任意の形状の物体をポインタとして6自由度操作し、動力学シミュレーションされた複数剛体とインタラクションすることを実現するものであり、ある程度複雑な組み立て作業や機器の操作といった実用的な作業が可能な力覚VR環境を実現するために必要な技術であり、様々な応用が期待される。振動特徴量計測と振動提示の研究については、引き続き空気圧による皮膚の駆動・計測実験装置の作成と硬さ知覚に関する研究を進めている。また階層的な力覚提示手法に振動負荷による材質感提示を組み込み、机、積み木、電気スタンドなど材質が異なる物体を提示するデモや、他に研究を行なっているバーチャルなキャラクタとのインタラクションへ、階層的な力覚提示と振動負荷による材質感提示を組み込んだデモを作成することで、ソフトウェアライブラリとしての改良を行い、提案手法を展開する準備をしている。階層的な物理シミュレーションと提示力計算については、昨年度提案した6自由度力覚レンダリングのための中間表現を物理シミュレーションソフトウェアに統合した。力積を用いたマルチレートシステムとの統合を実現した。従来から開発を続けているオープンソース物理エンジンSpringheadに6自由度のマルチレート力覚レンダリングを統合し、ソフトウェアの段階で利用可能な状態で公開するための準備を進めた。力覚インタフェースを既存のソフトウェアで利用する場合、力覚インタフェースが必要とする1kHzの制御ループを実現することが、大きな障壁になる。マルチレートシステムでは、既存ソフトウェアの更新速度を変えずに、力覚レンダリングだけを高速更新することで力覚インタフェースを利用できる。これにより既存のアプリケーションに用意に力覚インタフェースを統合できるようになる。局所動力学シミュレーションとの統合では、大域シミュレーション側の動力学特徴量の抽出作業が非常に煩雑になった。今後アルゴリズムの整理を進め、統合していきたい。振動特徴量計測と振動提示の研究については、計測装置の剛性が不足し、寄生振動の影響が無視できなかった。剛性の高い装置で実験を行うため、装置の作成を進めた。

また、振動のシミュレーションについては、有限要素法とそのための四面体分割を自動的に行うソフトウェアフレームワークの開発を行った。本研究の目的は、知覚特性に基づいた階層的な物理シミュレーションに基づく力と振動の提示により、質感や接触状態を提示可能な力触覚バーチャルリアリティ(VR)環境を構築することである。振動特徴量計測と振動提示の研究については、剛性の高い装置を用いて振動を計測・提示することで材質感が再現できることを確認した。周波数成分を調べたところ、共振が主であり、ピーク周波数は、材質だけでなく形状や打点位置により大きく変化した。信号処理を施した後、ボイスコイルを用いて提示をしたところ、立ち上がりの波形と減衰率の材質感へ影響が大きかった。また、100200Hz程度までの提示で材質感を再現できることが分かった。そこで、提示装置を力覚提示装置に切り替え、立ち上がり=接触直後の撃力と減衰振動の比率を変えて提示する実験を行なっている。物体を叩いた際の固有振動のシミュレーションについては、形状と材質に応じて,有限要素法による振動の励起をシミュレーションし、その計算結果に基づいた力触覚を提示した。振動をシミュレーションするためには、振動の周波数の2.5倍程度以上の更新周期でシミュレーションを行う必要がある。また、多くの材質の剛性は力覚インタフェースが提示可能な剛性より大きい。そこで、力覚レンダリングと振動シミュレーションは別々に行い、計算結果の振動を提示力に付加することで振動提示を行った。高速化のために、予めモード解析を行った。各モードの励起量は提示力に基いてリアルタイムに計算する。形状や打撃位置に応じた振動の提示を目指しているが、振動励起の計算に課題があり、研究を継続している。局所動力学シミュレーションとの統合では、6自由度の力覚レンダリングを行う場合は、大域シミュレーション側が非常に煩雑になった。今後、必要性を見極めながら、剛体運動、振動、力覚提示を統合したフレームワークを作成したい。マルチレートシステムのための6自由度力覚レンダリングの重要性に着目し、この課題に先に取り組んだ。タッピング時の振動計測の方法を確立するために、予想以上に試行錯誤を要している。24年度が最終年度であるため、記入しない。引き続き質感判別に影響を与える振動特徴量の特定のための実験を行う。また、有限要素法に基づく振動生成・伝搬のシミュレーションの研究を進める。さらに、ソフトウェアフレームワークとして、物理エンジン・マルチレート6自由度力覚レンダリング・局所シミュレーションを統合し、利用しやすい形で公開したい。
2次元メルケプストラムを用いる雑音下の単語音声認識

本研究では、雑音下での単語音声の認識率の向上を目標として、計算機シミュレ-ションによる白色雑音と名古屋駅で収集した実環境の雑音を用いて、特定話者及び不特定話者の数字音声認識を行った。認識手法は我々が提案した2次元メルケプストラムを用いる認識法である。2次元メルケプストラムは人間の聴覚特性を十分考慮した音声の特徴パラメ-タであり、分析区画内の音声のスペクトルの平均的な特徴とその時間変化情報である動的特徴を持っている。本研究において、得られた研究成果及び知見は以下の通りである。1.2次元メルケプストラムを用いる音声の分析合成系の構成及び評価:2次元メルケプストラムを用いる音声の分析合成系を構成法を示し、合成音声の品質から音声合成に必要な2次元メルケプストラムの特徴領域を検討した。その結果、10Hz程度までのスペクトルの時間変化情報が必要であることが明らかとなった。(以上論文発表)2.雑音のSN比の変動に強い参照パタ-ンの作成法の検討:本研究で提案した参照パタ-ンは、登録音声の時間波形に認識環境下の雑音波形を時間領域で付加し2次元メルケプストラム分析したものである。この参照パタ-ンを利用することにより、入力音声のSN比の変動に強い参照パタ-ンを得ることができることを明らかにした。(以上論文発表)3.入力音声のSN比の変動に強い認識距離尺度の検討:本研究では、2次元メルケプストラムの平均的特徴より動的特徴を重要視した距離尺度を提案し、従来の1次元的なメルケプストラムに比べ本方法が特にSN比の低い低品質の単語音声に有効であることを示した。更に、適当なリフタリング操作により低品質の音声に対する認識率の向上が可能となることを明らかにした。(以上論文発表)本研究では、雑音下での単語音声の認識率の向上を目標として、計算機シミュレ-ションによる白色雑音と名古屋駅で収集した実環境の雑音を用いて、特定話者及び不特定話者の数字音声認識を行った。(以上論文発表)本研究では計算機シミュレーションによる白色雑音と名古屋駅で収集した実環境の雑音を用いて、日本語十数字音声を対象にして特定話者の単語音声認識を行った。2次元メルケプストラムは人間の聴覚特性を十分考慮した音声の特徴パラメータであり、分析区間内の音声のスペクトルの平均的な特徴とその変化情報である動的特徴を持っている。本研究において、本年度得られた研究成果は以下の通りである。この結果を基にして単音節認識に必要な2次元メルケプストラムの特徴領域を検討した。(以上論文発表)2.雑音のSN比の変動に強い参照パターンの作成法の検討:認識時に用いる参照パターンに時間領域で参照を付加し、2次元メルケプストラムで表現した参照パターンを利用することにより、雑音のSN比の変動に強い参照パターンを得ることができることを明らかにした。また、単語音声の認識に必要な2次元メルケプストラムの領域を検討した。更に、参照雑音の平均的なスペクトルを参照パターンのスペクトルに付加する事により認識率の向上が可能であることを示した。(以上論文発表)3.雑音のSN比の変動に強い認識距離尺度の検討:単語音声の平均的特徴より動的特徴を重要視した距離尺度を提案し、従来の1次元的な分析法に比べ本方法が特にSN比の低い低品質の単語音声に有効であることを示した。

更に、適当なリフタリング操作により認識率の向上が可能となることを明らかにした。(以上論文発表)本年度は、計算機シミュレ-ションによる白色雑音と名古屋駅で収集した実環境の雑音を用いて、特定話者及び不特定話者の数字音声認識を行った。認識手法は我々が提案した参照パタ-ンを用いる方法及び2次元メルケプストラムを用いる認識法である。2次元メルケプストラムは人間の聴覚特性を十分考慮した音声の特徴パラメ-タであり、分析区間内の音声のスペクトルの平均的な特徴とその時間変化情報である動的特徴を同時に表すことが出来る。本研究において、本年度に得られた研究成果は以下の通りである。1.認識に必要な2次元メルケプストラムの領域の詳細な検討:音声の動的特徴を表す2次元メルケプストラムの領域を変化させ、静的な特徴との最適な組合せについて検討を行った。その結果、時間方向のスペクトルの変化情報は10Hz以下の成分を用いればよいこと及び静的特徴より動的特徴がより重要であることが明らかとなった。(論文発表)2.2次元メルケプストラムを用いた不特定話者の雑音下の数字音声認識:登録していない話者に対しての雑音下での数字音声認識(不特定話者認識)を検討し、特定話者の場合と同様にスペクトルの動的特徴が認識に有効であることを明らかにした。(論文発表)3.参照パタ-ンのマルチテンプレ-ト化による雑音下での数字音声認識:1次元メルケプストラムを用いて雑音下での認識に適した参照パタ-ンを作成し、SN比の異なる複数の参照パタ-ンを用いて認識実験を行った。その結果、SN比の異なる2組みの参照パタ-ン(10、3dB)を用いれば、名古屋駅で採集した雑音に対して入力音声のSN比が0dBまで変化しても96%以上の認識率が得られることを明らかにした。(論文発表)今後は、これを2次元メルケプストラムに適用する予定である。
医療専門職の構造的関係性と口腔の医療化についての歴史社会学的研究

20世紀以降、国民への医療・衛生規範の啓蒙や身体管理実践が、医師のみならず複雑に分化したヘルスワーカーによって担われる機会が増大している。本研究の目的は、日本における口腔医療の専門職構造が、いかにヘルスワーカーの専門職化を規定してきたかを検討することにある。具体的には戦後に法制化された歯科衛生士を事例として、歯科衛生士の専門職プロジェクトを、口腔医療をめぐる歯科医師およびヘルスワーカー間の支配管轄権の変容過程から明らかにすることを試みた。本研究の目的は、口腔に関する医療専門職を対象として、20世紀日本の国民の身体の医療化過程および変容に、医療専門職間の構造的関係性がどのような影響を与えてきたかを明らかにすることにある。本年度の研究成果は、(1)戦前・戦間期日本における学校歯科衛生教育の歴史社会学・医療人類学的分析と、(2)戦後における歯科衛生士の専門職化過程の分析に大別される。(1)に関しては、1930年代以降戦間期にかけての学校口腔衛生教育、なかでも小学校における咀嚼教練に着目し、歯科医が中心となったその成立背景および実施過程を考察した。昭和期以降、予防衛生から教育的衛生へと学校衛生の理念が変容するなかで、知識涵養のみならず実践を伴う口腔衛生教育が重要性を帯びていく。そして戦間期の食糧不足の背景において咀嚼が口腔衛生教育のひとつの柱となっていくことを指摘した。さらに医療人類学的知見を援用し、咀嚼という日常の生理的行為が医療的管理のなかに組み込まれていくことの身体的および社会的な意義を明らかにした。この成果は国際学会およびシカゴ大学でのワークショップにて報告を行った。(2)に関しては、歯科衛生士を対象としたインタビュー調査および歯科衛生士会関連資料の収集と分析を行った。終戦後、GHQの主導により「外側」から作られた歯科衛生士が、他の口腔専門職との関係性のなかで自身の業権をどのように拡大・発展させていこうとしたのか。歯科衛生士界をリードしてきた草分け的存在である歯科衛生士たちを対象として聞き取り調査を行うことで、その専門職化戦略を明らかにしようと試みた。今後は他の口腔医療専門職の分析を加えることにより、医療専門職間の支配管轄権の変容過程が、われわれの口腔、ひいては身体の医療化過程にいかなる影響を与えてきたのかを検討していく予定である。最終年度である2011年度は、初年度(2010年)に行った調査および収集した史資料の分析と結果の公表を主たる課題とした。具体的には、ベテラン歯科衛生士(歯科衛生士の指導者層)を対象としたインタビュー調査と、国会会議録や歯科学雑誌などの文献・資料調査から得られた結果を分析し、戦後日本における歯科衛生士の専門職化過程を、歯科医師や歯科技工士、歯科助手等関連する職種との関係性においてとらえた。同時に、初年度に引き続き、国内外のプロフェッション論の理論研究を行った。これらを統合した研究成果を、日本教育社会学会において報告した。さらに日本保健医療社会学会の学会誌に論文を投稿し、査読を経て掲載が決定された。またイギリスのウェルカム財団(the Wellcome Trust)のニューズレターに掲載された近代日本の医学史特集号に、本研究の目的と意義を紹介した。専門職・ヘルスワーカー間の構造的関係性という枠組みを用いて専門職化を論じた研究成果は国内にはほとんどなく、本研究は既存の日本の医療専門職研究に対して新たな視点を提示し得たといえる。当初の研究実施計画に照らすと、ほぼ計画通りに研究を進行させることができたが、幼稚園・小学校を対象とした口腔啓蒙教育の参与観察については実施することができていない。この点については引き続き調査協力先の確保につとめ、調査を継続させていく予定である。他方、調査研究を進めるなかで、近年の高齢者福祉の現場において口腔ケアの重要性が高まっていること、歯科医師や歯科衛生士に限定されない新たな口腔ケアの担い手が生み出されていることが明らかとなった。そのため、高齢者介護の現場で口腔ケアに携わるケアワーカーや医療専門職を対象にしたアンケート調査(WEB調査)を実施し(2012年1月)、高齢者介護現場における口腔ケアの担い手による業務の協働・連携をめぐる実態を把握しようと試みた。本調査結果は現在分析中であり、2012年度内の公表を目指している。
水素交換パルスラベルとNMR測定のためのプログラマブル多段混合装置の製作

タンパク質のペプチドアミド(NH)プロトンの水素交換パルスラベル法は、タンパク質の巻き戻りの過渡的中間体を特徴づけるための画期的な方法であり、その原理は、以下の通りである。(1)水素交換反応速度定数は、pHに大きく依存し、水酸イオン触媒域(pH>3)では、pHが1ユニット増大すれば10倍速くなる。従って、パルス的なpHジャンプを反応系に加えることにより、過渡的な反応中間体中の特定のNHプロトンを、水素交換反応を利用して、選択的にラベルすることができる。(2)pH3、低温にジャンプするか、または、酸素などの場合は基質類似物や補因子を加え、NHプロトンを安定化した後、選択的にラベルされたプロトンを分析する。(3)この方法を重水素-水素交換反応を利用して行い、2次元NMRスペクトルを併用することにより、反応中間体の構造解析のための画期的な手段となる。本研究では、水素交換パルスラベルと2次元NMRを用いて、時間分解能と空間分解能の高いタンパク質反応中間体解析法を実現する。そのため、コンピュータ制御の多段混合装置を試作し、その性能を検討し、装置の実用化を目指すことが本研究の目的である。現在まで、以下の結果が得られた。(1)試作のストップトフロー3段混合装置の製作を完了した。以下の点に留意した。簡単なモデル反応を利用して装置のキャリブレーションを行うため、各混合部に光吸収観測セルを取り付けた。タンパク質の巻き戻り反応を追跡するため、混合比は1:10とした。混合用シリンジの駆動はガス圧式とした。(2)装置をマイクロコンピュータで制御するためのインターフェースボードとプログラムを作製し、装置が期待通りに動作することを確認した。(3)現在、ストップトフロー装置キャリブレーションのモデル反応を用いて、装置の性能を検討中である。以下の点に留意した。
ヒト21番染色体移入によるダウン症候群モデルマウスの作製と解析

ダウン症候群は21番染色体トリソミーにより生ずる先天性疾患であり、精神発達遅滞や心奇形など多様な症状を呈する。しかしながら患者間の臨床症状に大きな差がみられ、多数の遺伝子が関与していることから、症状と21番染色体上の遺伝子との関連付けは困難である。そのためダウン症候群に近い表現型をもつ疾患モデル系が求められていた。そこで1)染色体導入技術および染色体改変技術を用いて、ヒト21番染色体を保持する新しいダウン症候群モデルマウスを作製し、2)ヒト21番染色体がマウスゲノムに及ぼす影響をマイクロアレイ、プロテオームにより解析した。具体的には、染色体改変技術を用いてヒト21番染色体上のダウン症候群候補領域(21q22.12-22.2 Down Syndrome Critical Resion ; DCR)約5Mbを含む2つの特定の領域をマウス染色体末端に人為的にCre-loxPシステムを用いて転座させる方法で外来染色体を安定に保有するES細胞を作製した。このES細胞を用いて神経細胞にin vitroで分化誘導を行い、神経分化初期におけるヒト21番染色体の遺伝子発現への影響をマイクロアレイ解析、プロテオーム解析により調べたところSOD1,CCT8などヒト21番染色体上の遺伝子の発現上昇も観察されたが、マウス染色体上の発現上昇(HnrnpF,Krt2-8,Anxa4)や発現低下(AI850305,UchL1)が観察された。(本研究内容は発表済み、研究発表の欄参照)このことからヒト21番染色体が遺伝子量効果だけでなく様々なレベルでヒト21番染色体以外の染色体上の遺伝子発現制御をかく乱することが明らかになった。また、上記のES細胞からキメラマウスを作製することによりヒト21番染色体特定領域を高頻度にマウス組織で維持できることが明かとなった。今後は個体レベルでのダウン症の表現型の解析を行い、ダウン症発症のメカニズムを解明するため特に胎仔期におけるヒト21番染色体上の遺伝子発現と表現型との関係を調べる。ダウン症に認められる症状とその症状を引き起こす遺伝子との対応を明らかにする目的で,これまでにヒト21番染色体を高率に保持するキメラマウスを作製し、心奇形、行動異常などのダウン症類似の表現型を観察した。しかし、ヒト21番染色体は組織間によって保持率が異なり、マウス解析の際には常に染色体保持率を考慮しなければいけない、という問題点があった。そこで今年度は、1)上記の問題点を解決するために様々なヒト21番染色体領域をマウス個体内で安定に維持する動物モデルを作製し、2)ダウン症の心奇形の原因となる遺伝子発現の差を網羅的に解明するため、上記のモデルマウスを使って2次元電気泳動法により心臓におけるタンパク質発現の差を解析した。具体的には、染色体改変技術を用いてヒト21番染色体上のダウン症候群候補領域(21q22.12-22.2 Down Syndrome Critical Resion;DCR)約5Mbを含む2つの特定の領域をマウス染色体末端に人為的にCre-loxPシステムを用いて転座させる方法で外来染色体を安定に保有するTcマウスを作製した。また、この種々のヒト21番染色体領域を保持するモデルマウスの心臓を用いて2次元電気泳動法によりタンパク質の発現を網羅的に解析した結果、完全長21番染色体を保持するモデルマウスにおいては同じ系統のコントロールマウスに比較して内因性マウスmlc2aとPEBPのタンパク質の発現が低下していた。一方、ETS2遺伝子よりテロメア側を切断したヒト21番染色体領域を保持するモデルマウスにおいてはこれらのタンパク質の発現がコントロールマウスと同等に回復していた。以上のことからダウン症モデルマウスにおいてmlc2aとPEBPの発現低下を誘導している遺伝子がヒト21番染色体上のETS2遺伝子からテロメア側に存在することが示唆され、染色体改変技術がダウン症心奇形の発生に関与する遺伝子のマッピングに役立つことが示唆された。(本研究内容は発表済み、研究発表の欄参照)今後は個体レベルでのダウン症の表現型の解析を行い、ダウン症発症のメカニズムを解明するため特に胎仔期におけるヒト21番染色体上の遺伝子発現と表現型との関係を調べる。

このES細胞を用いて神経細胞にin vitroで分化誘導を行い、神経分化初期におけるヒト21番染色体の遺伝子発現への影響をマイクロアレイ解析、プロテオーム解析により調べたところSOD1,CCT8などヒト21番染色体上の遺伝子の発現上昇も観察されたが、マウス染色体上の発現上昇(HnrnpF,Krt2-8,Anxa4)や発現低下(AI850305,UchL1)が観察された。(本研究内容は発表済み、研究発表の欄参照)このことからヒト21番染色体が遺伝子量効果だけでなく様々なレベルでヒト21番染色体以外の染色体上の遺伝子発現制御をかく乱することが明らかになった。また、上記のES細胞からキメラマウスを作製することによりヒト21番染色体特定領域を高頻度にマウス組織で維持できることが明かとなった。今後は個体レベルでのダウン症の表現型の解析を行い、ダウン症発症のメカニズムを解明するため特に胎仔期におけるヒト21番染色体上の遺伝子発現と表現型との関係を調べる。
植物プログラム細胞死の誘導・実行の分子基盤

1.ブラシノステロイドによる遺伝子発現誘導のマイクロアレイ解析:ヒャクニチソウ管状要素分化系におけるブラシノステロイド誘導遺伝子発現を、マイクロアレイ解析法を用いて網羅的に解析した。その結果、細胞死特異的遺伝子は一斉かつ速やかにブラシノステロイドにより発現誘導がかかることが明らかとなった。2.細胞死特異的遺伝子の遺伝子発現制御機構の解析:システインプロテアーゼ遺伝子ZCP4を細胞死の分子マーカーとして用い、管状要素分化特異的発現を誘導するシス配列、Tracheary Element Regulatingcis Element, TEREを同定した。この領域は細胞死特異的遺伝子のみならず二次細胞壁形成に関与する管状要素特異的遺伝子にも保存されており、細胞死と二次壁形成の協調の分子基盤の一つになっていると考えられた。さらにTEREに結合する転写制御因子の単離を目指した解析を行い、これに成功した。単離した因子はいずれもbZIPタイプの転写因子であった。3.ヌクレアーゼの解析:シロイヌナズナのS1ヌクレアーゼ遺伝子全5種(BFN1-BFN5)のプロモーター解析を行った。その結果、BFN1は未成熟な管状要素特異的に発現したが、他の4種は維管束特異的発現を示さなかった。また、プログラム細胞死が予想される組織で様々なS1ヌクレアーゼ遺伝子が発現しており、各の細胞死過程で特徴的なS1ヌクレアーゼが働いている可能性が示唆された。細胞死に先立って一過的に活性が上昇するカルシウム依存性ヌクレアーゼに関連して、2種の候補遺伝子の同定に成功した。4.核局在リパーゼの機能解析:管状要素分化特異的核局在リパーゼの発現解析と機能解析を、シロイヌナズナを用いて行った。この遺伝子は管状要素特異的な発現を示し、この遺伝子の過剰発現は維管束の異常を引き起こすことから、管状要素の細胞死過程で機能している可能性が強く示唆された。ヒャクニチソウ木部分化誘導系を用いて、ブラシノステロイドによる遺伝子発現誘導の解析を行った。その結果、ブラシノステロイドはホメオボックスHD-ZipクラスIIIの4種の遺伝子の発現を促進するとともに、複数の転写因子の発現を比較的短時間に促進することが明らかになった。また、細胞死特異的システインプロテアーゼ遺伝子ZCP4のプロモーター解析から、管状要素特異的発現を支配するcis領域が同定された。この領域は複数の細胞死特異的遺伝子のみならず二次細胞壁形成に関与する管状要素特異的遺伝子にも保存されており、細胞死と二次壁形成の協調の分子基盤の一つになっていると考えられた。2.植物細胞死機構の多様性と一般性の解析シロイヌナズナのS1ヌクレアーゼ全5種の遺伝子のプロモーター解析を行った。その結果、ヒャクニチソウZEN1のホモログのBFN1は、ZEN1同様未成熟な管状要素特異的に発現したが、他の4種は維管束特異的発現を示さなかった。この結果は、S1ヌクレアーゼの中でZEN1/BNF1が管状要素細胞死の中心的役割を果たしていることを強く示唆した。また、発生過程では、プログラム細胞死が予想される組織で様々なS1ヌクレアーゼ遺伝子が発現しており、各の細胞死過程で特徴的なS1ヌクレアーゼが働いている可能性が示唆された。一方、管状要素プログラム細胞死過程で発現する核局在リパーゼのプロモーター解析から、この遺伝子もまた複数のプログラム

細胞死過程で発現することが示された。(1)ブラシノステロイドによる遺伝子発現誘導のマイクロアレイ解析:ブラシノステロイドによる細胞死誘導の分子機構を知る目的で、ヒャクニチソウ管状要素分化系におけるブラシノステロイド誘導遺伝子発現を、マイクロアレイ解析法を用いて網羅的に解析した。その結果、細胞死特異的遺伝子は一斉かつ速やかにブラシノステロイドにより発現誘導がかかることが明らかとなった。(2)細胞死特異的遺伝子の遺伝子発現制御機構の解析:(3)カルシウム依存性ヌクレアーゼの解析:細胞死に先立って一過的に活性が上昇するカルシウム依存性ヌクレアーゼの候補について検討し、シロイヌナズナゲノム中から2種の候補遺伝子の同定に成功した。。(4)核局在リパーゼの機能解析:管状要素分化特異的核局在リパーゼの発現解析と機能解析を、シロイヌナズナを用いて行った。この遺伝子は管状要素特異的な発現を示すとともに、根冠など、他のプログラム細胞死を起こす細胞で発現した。また、この遺伝子の過剰発現は維管束の異常を引き起こすことから、このリパーゼが管状要素の細胞死過程で機能している可能性が強く示唆された。
粒子構造に基づいた粒状体の3次元“一般応力表示"降伏曲面の決定

1)粒子構造に基づいた粒状体の降伏面の決定に関してa)降伏曲面を、実測値に基づいて現象論的に決定するものではなく、粒子構造の変化より考えるために、粒状体の内部構造を評価する1つの指標である粒子接点角分布に着目し、粒状体の内部構造の変化を考えることにより降伏曲面を求めた。b)2次元粒状体の粒子構造の変化の考察により、(σ_x+σ_y,)/2(σ_x-σ_y)/2τ_<xy>で表される3次元応力空間での降伏曲面を新たに見いだした。この降伏曲面によれば、主応力方向の回転による降伏や、等方圧密履歴、異方圧密履歴のみならず、せん断応力(τ_<xy>)のからんだ履歴を受けた場合の降伏をも統一的に評価できる。また、その降伏曲面形を2次元任意応力実験により検証した。c) 3次元での粒子構造の変化の考察により、主応力方向の回転による降伏や、せん断応力(τ_<xy>、τ_<yz>、τ_<zx>)のからんだ履歴を受けた場合の降伏をも統一的に評価できる、3次元応力条件下の降伏曲面を導いた。そして、この降伏曲面を一定条件下で描いて、考察した。2)粒状体の弾塑性モデルの3次元化に関してa) π面上のSMP規準の曲線(オムスビ形)を円形に変換する一種の変換応力を提案した。変換された新しい応力空間でCam-clayモデルと全く同じ形の弾塑性モデルを提示している。このモデルは三軸圧縮だけでなく,三軸伸張,平面ひずみ条件および相異なる3主応力条件下の粘土の変形特性をよく説明している.b)関口・太田モデルにSMP規準を変換応力の方法を用いて取り入れ,初期異方性を考慮した粘土の弾塑性構成式を提案した.提案モデルによる予測値と軸対称条件下と平面ひずみ条件下での粘土の実測値を比較することにより,異方圧密粘土のダイレイタンシー特性を含む変形・強度特性を統一的に表現できることがわかった.c) Cam-clayモデルの硬化パラメーターε^p_v(塑性体積ひずみ)の代わりに正負のダイレイタンシー特性を説明できる硬化パラメーターHを導入することによって,粘土と砂の正負のダイレイタンシー特性を含む変形・強度特性を統一的に表現できる弾塑性モデルを提案した.d)提案した変換応力を用いれば,他のp,qによる土の構成式をも簡単かつ合理的に3次元化できると考えられる.1)粒子構造に基づいた粒状体の降伏面の決定に関してa)降伏曲面を、実測値に基づいて現象論的に決定するものではなく、粒子構造の変化より考えるために、粒状体の内部構造を評価する1つの指標である粒子接点角分布に着目し、粒状体の内部構造の変化を考えることにより降伏曲面を求めた。このモデルは三軸圧縮だけでなく,三軸伸張,平面ひずみ条件および相異なる3主応力条件下の粘土の変形特性をよく説明している.b)関口・太田モデルにSMP規準を変換応力の方法を用いて取り入れ,初期異方性を考慮した粘土の弾塑性構成式を提案した.提案モデルによる予測値と軸対称条件下と平面ひずみ条件下での粘土の実測値を比較することにより,異方圧密粘土のダイレイタンシー特性を含む変形・強度特性を統一的に表現できることがわかった.c) Cam-clayモデルの硬化パラメーターε^p_v(塑性体積ひずみ)の代わりに正負のダイレイタンシー特性を説明できる硬化パラメーターHを導入することによって,粘土と砂の正負のダイレイタンシー特性を含む変形・強度特性を統一的に表現できる弾塑性モデルを提案した.d)提案した変換応力を用いれば,他のp,qによる土の構成式をも簡単かつ合理的に3次元化できると考えられる.本研究において得られた成果をいかに示す。1)降伏曲面を、従来の、実測値に基づいた現象論的に決定されたものではなく、粒子構造の変化から降伏現象を考えるために、粒状体の内部構造を評価する1つの指標として考えられる粒子接点角分布に着目し、粒状体集合の内部構造の変化を考えることにより降伏曲面を求めた。2)2次元粒状体の粒子構造の変化の考察により、(σ_x+σ_y)/2(σ_x-σ_y)/2τ_<xy>で表される

3次元応力空間での降伏曲面を新たに見いだした。この降伏曲面によれば、主応力方向の回転による降伏や、等方圧密履歴、異方圧密履歴のみならず、せん断応力(τ_<xy>)のからんだ履歴を受けた場合の降伏をも統一的に評価できる。また、その降伏曲面形を2次元任意応力実験により検証した。3)3次元での粒子構造の変化の考察により、主応力方向の回転による降伏や、せん断応力(τ_<xy>、τ_<yz>、τ_<zx>)のからんだ履歴を受けた場合の降伏をも統一的に評価できる、3次元応力条件下の降伏曲面を導いた。そして、この降伏曲面を一定条件の下に描いて、考察した。平成10年度には平成9年度の研究成果をふまえて、主に粒状材料の弾塑性モデルを合理的に3次元化する研究が行われたCam-clayモデルはExtended Mises型の規準を土のせん断降伏とせん断破壊に採用している。周知のように上の実測データを説明する破壊規準は、Extended Mises規準ではなくMohr-Coulomb規準、SMP規準、その他の破壊規準と考えられる。土のせん断降伏とせん断破壊の一貫性より、土の弾塑性モデルにMohr-Coulomb規準やSMP規準のような規準をせん断降伏規準として取り入れるのはごく自然なことと思われる。そこで、本研究では,(1) π面上のSMP規準の曲線(オムスビ形)を円形に変換する一種の変換応力を提案した。変換された新しい応力空間でCam-clayモデルと全く同じ形の弾塑性モデルを提示している。このモデルは三軸圧縮だけでなく、三輪伸張、平面ひずみ条件および相異なる3主応力条件下の粘土の変形特性をよく説明している。(2)関口・太田モデルにSMP規準を変換応力の方法を用いて取り入れ,初期異方性を考慮した粘土の弾塑性構成式を提案する.提案モデルによる予測値と軸対称条件下と平面ひずみ条件下での粘土の実測値を比較することにより,異方圧密粘土のダイレイタンシー特性を含む変形・強度特性を統一的に表現できることがわかった.(3) Cam-clayモデルの硬化パラメーターε^p_v(塑性体積ひずみ)のかわりに正負のダイレイタンシー特性を説明できる硬化パラメーターHを導入することによって粘土と砂の正負のダイレイタンシー特性を含む変形・強度特性を統一的に表現できる弾塑性モデルを提案した.(4)提案した変換応力を用いれば、他のp、qによる土の構成式をも簡単かつ合理的に3次元化できると考えられる。
蛍光性顔料色素を用いた局所染色可能な分子プローブの開発と応用に関する研究

開発したシアリダーゼ基質は、従来型ヒト型インフルエンザウイルスは勿論、トリ型インフルエンザや新型インフルエンザ、薬剤耐性ウイルスの検出が可能であることを明らかとした。また、抗インフルエンザ薬に耐性を持つウイルスの簡便な識別法を開発し、未知の変異による薬剤耐性ウイルスの検出も可能であることを実証した。この化合物は、和光純薬の協力で市販することができた。研究計画に沿って、固体蛍光性である2-ベンゾチアゾリルフェノール(BTPs)を組み込んだβーグルコース誘導体およびシアル酸誘導体を合成した。グルコース誘導体は、BTPsのフェノール環に導入した置換基の位置と、ベンゾチアゾール環上の置換基の有無によって、酵素選択性を有するという知見を得た。予備的な検討を行ったところ、由来の異なるグルコシダーゼに対する選択性(基質としての適合性)は、数100倍程度であった。また同じ酵素であっても、合成したβーグルコース誘導体に対する加水分解活性は大きく異なり、組み合わせによっては1000倍程度の差が観測された。シアル酸誘導体は、我々が開発した既存のシアリダーゼ基質がプラークアッセイや組織サンプルの蛍光染色には十分であるが、細胞内のシアリダーゼ活性分布を観察するには不十分であったため、蛍光解像度の向上を目的として研究を行った。臭素原子を持つBTPをアグリコンとする基質前駆体に対して、遷移金属触媒を用いて錨となる官能基を組み込んだ誘導体を効率よく合成した。導入した官能基と解像度の関係を定性的に調べたところ、従来型の基質では不可能であった細胞内部における局所的なシアリダーゼ活性を検出することが可能であると示唆された。インフルエンザウイルス感染細胞において、特にシアリダーゼ活性が強く観測されたのは、細胞膜、ゴルジ(と推測される細胞内小器官)であった。脳内グルコシダーゼ活性イメージングを目的として、グルコースのアグリコンに2ーベンゾチアゾリルフェニル(-C6H3(2-benzothiaolyl)-4-Br, BTP3)基を導入した誘導体を合成した。この誘導体は、アスペルギルスやアーモンド由来の酵素に対して、異なる反応性を示すことが明らかとなったが、哺乳類由来のβーグルコシダーゼの基質にはならないことも合わせて明らかとなった。そのため、酵素活性中心付近の立体反発を緩和するため、グルコースと発色団の間に4ーヒドロキシベンジル基を挿入した誘導体(Glc(1b)-C6H4-CH2-O-BTP3)を合成した。基質の合成は以下の様に行った。即ち、水酸基をアセチル基で保護したグルコースの1位アセトキシ基を臭素に置換後、酸化銀存在下4ーヒドロキシベンズアルデヒドとカップリングしてβ誘導体を合成した。ホルミル基を水素化ホウ素ナトリウムで還元後、水酸基をメシル化し、臭化リチウムで臭素化してベンジルブロミド誘導体へ変換した。さらに、水素化ナトリウム存在下、HOーBTP3とカップリング後、アセチル基を除去して目的とする基質を合成した。新規基質は、哺乳類由来のβーグルコシダーゼ(GBA1)量依存的に蛍光強度が増大したことから、良好なGBA1の基質であると判断した。また、発色団としてのHOーBTP3は、酸性領域(pH5.18)においてもラット脳の薄膜組織を用いた脳内βーグルコシダーゼ活性のイメージングに適用可能であることを明らかとした。以上より、酵素を識別する能力を有する初期の誘導体に一部修正を加えることで、比較的適用範囲の広い蛍光組織染色可能なβーグルコシダーゼ基質を合成した。初期型のグルコースに2ーベンゾチアゾリルフェニル(-C6H3(2-benzothiaolyl)-4-Br, BTP3)基を直接導入した誘導体群は、予想より個性的な反応性を示した。(例えば、ベンゾチアゾール環上の塩素原子の有無で、アスペルギルスとアーモンド由来のβーグルコシダーゼに対する反応性が逆転した。)特に、哺乳類由来のβーグルコシダーゼに対して全く反応しない点は、予想される範囲内であったとはいえ、最悪の事態であった。しかし、古典的な手法であるとはいえグルコースとアグリコンとの間にスペーサーを組み込むことで反応性を改善し、哺乳類由来βーグルコシダーゼ(GBA1)の基質に改善することができた。2-benzothiazol-2-yl-4-bromo-phenol (BTP3)のsialic acid付加体を用いたライブ蛍光イメージングに於いて、sialidaseによって遊離した蛍光色素が加水分解地点から移動(拡散)することによって、イメージング画像の解像度が粗くなることが問題となっていた。このため、昨年度来BTP3を別のBTP誘導体に置き換えて拡散性を抑えて解像度の向上を目指していた。遷移金属を用いるカップリング反応によってBTP3の臭素原子を長さの異なる炭化水素鎖に置き換えた誘導体は、合成の簡便さ、定着性の向上という点では目的を十分に達成できた。しかし、alkenyl-基、alkynyl-基を導入した誘導体は光ブリーチングに対する耐性が低いことが予想され、より向上した光耐性の獲得と同時に高い輝度を両立した誘導体の開発を行った。種々検討した結果、定着性の向上に長鎖alkyl-基を、また、輝度の改善に臭素原子を導入した誘導体は、高い定着性、明るい輝度、構造的に高い光耐性を併せ持ちながら、従来型のBTP3の誘導体と類似した励起波長・蛍光波長を持つことが明らかとなった。

この色素をaglyconeとするsialic acid誘導体を用いて、インフルエンザA型ウイルスを感染させたMDCK細胞を用いてインフルエンザウイルスのライブイメージングを行ったところ、alkyl-基の炭素数に応じて定着性が向上すること、また、炭素数12個程度では感度が低くなることが明らかとなった。開発したシアリダーゼ基質は、従来型ヒト型インフルエンザウイルスは勿論、トリ型インフルエンザや新型インフルエンザ、薬剤耐性ウイルスの検出が可能であることを明らかとした。また、抗インフルエンザ薬に耐性を持つウイルスの簡便な識別法を開発し、未知の変異による薬剤耐性ウイルスの検出も可能であることを実証した。この化合物は、和光純薬の協力で市販することができた。初年度計画であった2ーベンゾチアゾリルフェノール(BTPs)を組み込んだβーグルコース誘導体およびシアル酸誘導体を合成した。グルコース誘導体は、酵素反応性に関する相対的な指標として用いうることを明らかとした。シアル酸誘導体は、既存のシアリダーゼ基質がプラークアッセイや組織サンプルの蛍光染色には十分であるが、細胞内のシアリダーゼ活性分布を観察するには不十分であったた点を改善し、細胞内シアリダーゼ活性が細胞膜、ゴルジ(と推測される細胞内小器官)に特に強く観測されることを明らかとした。この新しく開発した蛍光シアリダーゼ基質を基として、特許出願を行った。新規に合成した基質は、芳香環ユニット組み込みに伴い、全体的に脂溶性が向上すると同時に長くなったため、水溶性低下が著しい。そのため初期の基質と同じ条件(溶媒に含まれるDMSO濃度)では、酵素と全く反応せず、当初は基質として不適切と判断していた。現在、DMSOの濃度は生化学的なアッセイにおける限界に近いため、水溶性の改善は緊急の課題である。従って、HOーBTP3の臭素原子を除去、他のハロゲン(フッ素、塩素)に置き換える、水溶性を改善できる置換基(例えば、モルホリン)に置換した誘導体を合成し、酵素基質としての可否、および実用的な溶解度と蛍光組織染色能の達成を目指す。ケミカルバイオロジーβーグルコシダーゼの一般的な蛍光基質となりうる新規基質の設計・合成を行う。昨年度期間中に合成したβーグルコシダーゼ基質は、酵素選択性があり、酵素特性を指標化することによってある種の指紋を取得することが可能であった。しかし選択性は、別の見方をすれば基質として一般性が低くβーグルコシダーゼ活性測定の基準になりえない。これを踏まえて、合成済み選択的基質の構造を改変し、蛍光色素を酵素の活性中心、即ちアノマー位から遠ざけた誘導体を合成する。さらに、合成した誘導体がβーグルコシダーゼによって加水分解され、その蛍光強度が酵素量依存的に上昇するか検討を行う。コンピューターのOSアップデートに伴い、周辺アプリケーション(NMR解析ソフト、構造式描画ソフト、書類作成ソフト)などが使用できなくなりつつあり、こうしたハード・ソフトウェアのアップデートが不可欠になってきている。さらに、著作権問題の回避・知的財産保護等の観点からも、こうしたインフラ整備は不可避である。(未だWindowsXP機が稼動している現状は、セキュリティの側面からも改善されるべきものである。)パソコン本体と比較して、ソフトウェアは数倍高価であるものが多く、こうした予算を確保するために次年度への繰越を行った。