hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
末梢から脳へ痒み信号を伝達する神経経路の研究

末梢皮膚から脳へ痒み信号を伝達する神経経路を明らかにすることを目的に、皮膚乾燥性そう痒症(乾皮症)モデルとアレルギー性そう痒症モデルを用いて、免疫組織化学的に、さらに電気生理学的に検討した。1.脳と脊髄でのc-fos発現1)乾皮症マウスの腰部脊髄後角および脳でのc-fos陽性細胞の分布:後肢に反復の脱脂処置を行い、自発的に痒み関連噛み動作を現すマウスの腰部脊髄後角では、処置足側の表層と深層の両方でc-fos陽性細胞が顕著に増加した。脳において、三叉神経脊髄路核と青斑核では処置側で、視床後外側腹側核と大脳皮質体性感覚野では反対側で、大縫線核と中脳水道周囲灰白質では両側でc-fos陽性細胞が増加した。以上から、中枢内での痒み信号の伝達経路は、痛み信号と類似の経路以外にも痒みに特異的な経路がある可能性を見出した。2)アトピー性皮膚炎モデルマウスの頸部脊髄後角でのc-fos陽性細胞の分布:背部に皮膚炎を発症して自発的に顕著な痒み関連掻き動作を現すマウスの頸部脊髄後角では、皮膚炎を発症しないマウスと比較して、表層と深層の両方でc-fos陽性細胞が顕著に増加した。このマウスに胴輪をつけて背部への掻き動作を阻止しておくと、後角表層でのc-fos陽性細胞の増加が抑制されたので、末梢皮膚からの痒みの信号は、脊髄後角の深層部のニューロンを中継して脳に伝達される可能性を見出した。蚊アレルギー性そう痒症のマウスを麻酔して、脊髄後角深層部の広作動域ニューロンの神経発火を記録した。後肢足部の神経支配領域に蚊唾液腺抽出液を皮下注射すると、神経活動の一過性の増加がみられた。しかし、この増加の時間経過は、痒み関連噛み動作の発生頻度の時間経過とは明らかに異なったので、深層部の広作動域ニューロンは痒み信号の伝達には関与しないと考えられる。末梢から脳へ痒み信号を伝達する神経経路を明らかにすることを目的に,皮膚バリア破壊による掻痒症モデルマウスを作製して下記3項目の実験を行った。なお,本マウスは吻側背部あるいは後肢足部の脱脂処置により皮膚が乾燥し,顕著な落屑が観察された。それぞれの処置マウスでは頻繁に自発的な痒み関連の掻き動作あるいは噛み動作を現すことを,実験直前に確認した。1.痒みを伝える一次求心性神経の同定(継続中):in vitro背部皮膚-神経枝標本を作製して,single fiber recording法により,自発的に活動電位を発生する神経を探索した。その結果,健常なマウスでは見られない高頻度で活動電位を発生する2つの神経が見出された。何れも機械的な刺激には応答しない,いわゆるmechano-insensitive neuronであった。しかし,伝導速度の計測が困難であったため,これら神経の種類は同定できなかった。2.腰部脊髄後角と脳でのc-fos発現(継続中):腰部の脊髄後角表層に限局して,FOSを発現するニューロンが見られた。脱脂処置部位に保湿剤を塗布して作製した痒みの無い(噛み動作が出現しない)マウスでは,脊髄後角表層のFOS発現が顕著に抑制されたことから,この後角表層部位のニューロン群が痒み刺激を中継することを明らかにした。脊髄の他の領域では,顕著にFOSを発現する部位が認められなかった。3.In vivoマウス腰部脊髄後角ニューロンの神経活動の計測(継続中):健常マウスの脊髄後角においても,自発発火を現すニューロンが検出されたため,急遽,痒みのモデルを後肢足部へのハプテン(DNFB)塗布による接触性皮膚炎モデルマウスに変更して実施した。本感作マウスはDNFBの塗布により,一過性の噛み動作を現した。脊髄後角で広作動域ニューロンを検出して,足部の受容野にDNFBを塗布したが,神経活動の増加は観察されなかった。例数の追加とともに,他の種類のニューロンについても応答を調べている。2)アトピー性皮膚炎モデルマウスの頸部脊髄後角でのc-fos陽性細胞の分布:背部に皮膚炎を発症して自発的に顕著な痒み関連掻き動作を現すマウスの頸部脊髄

後角では、皮膚炎を発症しないマウスと比較して、表層と深層の両方でc-fos陽性細胞が顕著に増加した。このマウスに胴輪をつけて背部への掻き動作を阻止しておくと、後角表層でのc-fos陽性細胞の増加が抑制されたので、末梢皮膚からの痒みの信号は、脊髄後角の深層部のニューロンを中継して脳に伝達される可能性を見出した。蚊アレルギー性そう痒症のマウスを麻酔して、脊髄後角深層部の広作動域ニューロンの神経発火を記録した。後肢足部の神経支配領域に蚊唾液腺抽出液を皮下注射すると、神経活動の一過性の増加がみられた。しかし、この増加の時間経過は、痒み関連噛み動作の発生頻度の時間経過とは明らかに異なったので、深層部の広作動域ニューロンは痒み信号の伝達には関与しないと考えられる。
ポストグラフェンを目指した新規二次元Al-C物質AlCeneの実験的・理論的研究

本研究では、2次元炭化アルミニウムの成長に挑戦した。理論計算の結果、2次元炭化アルミニウム(AlCene、アルセン)は、約2.18eVの間接ギャップを持つ半導体であることがわかった。また実験の結果、パルスレーザー堆積法によってSiC(000-1)基板上に、結晶性の高い極薄の炭化アルミニウム膜をエピタキシャル成長できることがわかった。その界面の高分解能透過型電子顕微鏡観察の結果、SiC最表面の炭素原子と、炭化アルミニウムにおけるAl2C層のアルミニウムが結合していることも明らかとなった。本研究では、新規二次元物質として、炭化アルミニウム六員環構造物質の成長に挑戦し、期待される物性を実験と理論計算により明らかにすることを目標としている。本研究ではこの二次元炭化アルミニウムを、アルセン(AlCene)と名付けている。複数の手法を用いてアルセンの結晶成長を目指した。また、平行して第一原理計算によりそのバンド構造を調べ、作製される二次元膜との対応を調べた。これまでの成果として、パルスレーザー堆積法によって、1200°Cに加熱したSiC基板上に高品質な炭化アルミニウム薄膜を形成できること、第一原理計算によりアルセンが約2.18eVの間接ギャップを持つ半導体であることがわかった。また、炭化アルミニウム薄膜は、SiCに対して特定の方位関係を持ちエピタキシャル成長することがわかった。炭化アルミニウム薄膜とSiCの界面における原子配列について、現在、高分解能透過型電子顕微鏡観察により調べている最中である。平行して、安定な界面構造を第一原理計算により求めた。現段階で得られている高品質な炭化アルミニウムの膜厚は約30nmである。一方で、炭化アルミニウム薄膜は大気中では酸化しやすいこともわかった。そこで今後は、薄膜の膜厚を二次元性が現れる厚さまで薄くしていくと共に、その取り扱いについて十分注意する必要がある。二次元膜の作製と同時に、そのより詳細な結晶構造を調べ、電子状態と物性についても明らかにしていく。炭化アルミニウム薄膜の結晶成長に関しては、真空炉を用いた物理気相堆積法と、パルスレーザー堆積(PLD)法の2種類の手法で取り組んだ。実際、PLD法により、均一性の高い炭化アルミニウム薄膜が得られることがわかった。その際、基板温度500°Cではアモルファスの炭化アルミニウムが得られ、1000°Cでは結晶性炭化アルミニウムが得られるものの、表面にアルミニウムの微粒子が形成され、1200°Cで結晶性の高い炭化アルミニウム薄膜が得られることがわかった。また、炭化アルミニウムとSiC基板の方位関係は、SiC(0001) // Al4C3(0001), SiC[1120] // Al4C3[1120]であることがわかった。これは、膜厚が30nm程度の薄膜であり、今後はこれを薄くしていくことで、二次元膜アルセンが得られることを目指していく。平行して行った第一原理計算の結果としては、はじめにバルク炭化アルミニウム結晶におけるAl-C六員環構造(アルセン)のみを取り出して計算を行った。このAl-C六員環構造単位は、アルミニウムと炭素が完全な同一平面上にはなく、わずかにバックルしている。エネルギーバンド計算の結果、バンドギャップが約2.18eVの間接ギャップ半導体であることがわかった。実際にSiC基板上に形成される構造がこれと全く同一であるとは限らず、同じであったとしてもSiCとの化学結合状態によって電子状態が変わる可能性がある。実際、いくつかの可能性を考えてその界面構造の構造最適化を行い、生じうる構造について検討した。これについては、現在進行中の炭化アルミニウム/SiC界面構造解析の結果と合わせて明らかにしていきたい。以上のことから研究はおおむね順調に進展していると判断した。本研究では、新規2次元物質として2次元炭化アルミニウムの成長に挑戦し、期待される物性を実験及び理論計算によって明らかにすることを目標としている。本年度はまず、炭化アルミニウム薄膜とSiC基板の界面構造について、高分解能透過型電子顕微鏡観察によって明らかにした。その結果、SiC[11-20]//Al4C3[11-20]の方位関係を持つこと、さらにSiC最表面の炭素原子と炭化アルミニウムAl4C3におけるAl2C層のアルミニウム原子が直接結合していることがわかった。また、炭化アルミニウムと炭化珪素の格子定数のミスマッチは7%程度であり、前者におけるアルミニウム原子間距離13個と、後者の炭素原子間距離14個分がほぼ等しい。実際、高分解能電子顕微鏡像中の界面には対応する周期構造が観察された。膜成長に際し、成長時間を短縮することで、膜厚約3nm程度の炭化アルミニウムを形成することが出来た。炭化アルミニウムの格子定数cは約2.5nmであることから、ほぼ格子定数に等しい極薄膜が形成されたことを意味している。この試料からは、反射高速電子回折図形でもシャープなストリークが観察され、原子間力顕微鏡像でも平坦な表面が得られていることがわかった。炭化アルミニウム極薄膜試料を、グローブバッグを用いて一度も大気に触れないように輸送し、角度分解光電子分光測定を行ったところ、明瞭なバンドは観察されなかった。これは、アルゴン置換したグローブバッグ内のわずかな酸素によって表面が酸化してアモルファス構造に覆われたためであると考えられる。以上の結果から、研究期間全体を通じて、2次元炭化アルミニウムの成長に挑戦した。その結果、SiC基板上に非常に酸化しやすい極薄の炭化アルミニウム膜を形成できることが明らかになった。

理論計算の結果、2次元炭化アルミニウム(AlCene、アルセン)は、約2.18eVの間接ギャップを持つ半導体であることがわかった。また実験の結果、パルスレーザー堆積法によってSiC(000-1)基板上に、結晶性の高い極薄の炭化アルミニウム膜をエピタキシャル成長できることがわかった。その界面の高分解能透過型電子顕微鏡観察の結果、SiC最表面の炭素原子と、炭化アルミニウムにおけるAl2C層のアルミニウムが結合していることも明らかとなった。昨年度に引き続き、新規二次元物質アルセンの成長を目指す。まずは、これまでに得られた試料を用いて、炭化アルミニウム/SiC基板界面構造を明らかにし、アルセンの安定な構造について調べる。二次元膜の作製は、原則として前年度と同様の手法で進めていく。ただし、炭化アルミニウム薄膜は大気に触れると酸化しやすいため、測定間の取り扱いに気をつける必要があることがわかった。高品質な炭化アルミニウム薄膜を作製し、PLDにおけるレーザー出力や蒸着時間を制御することで、薄膜を薄くしていき、二次元膜の形成を目指す。その後できるだけ大気に暴露しないようにして、そのHall効果測定を行い、電気伝導特性について明らかにする。また、同様にして試料を輸送し、角度分解光電子分光測定を行ってそのエネルギーバンド構造を実験的に調べる。同時に、第一原理計算によってSiC上炭化アルミニウムの安定な構造を調べ、そのバンド構造について調べていく。固体物理
旧グローバル論の日本的遺産としての教育基本法第1条の射程に関する考証

本研究の目的は,社会科学・人文科学の知見と社会科教育の実践的課題とを融合させるための結節点を検討するための1つの予備的研究として,学校教育法や学習指導要領でのキー表現としても掲げられてきた教育基本法第1条における合成表現「国家及び社会」の含意を解明することであった。教育基本法制定過程における教育刷新委員会審議,帝国議会での論戦などでその合成表現がどう了解されていたかを考証するなかで,「国家社会」という複合名詞への置き換えがしばしばなされていたことに注目した。そして,「教育制度史料」から,戦前の教育関連法規や文部省通達や審議会答申などにおける「国家及び社会」と「国家社会」の用例を探索した。さらに,教育基本法制定に中心的役割を果たした田中耕太郎の著述を検討し,田中およびその同時代の論壇の社会観のうち多元主義に連なる部分が,教育基本法第1条の「国家及び社会」という合成表現に結実したことを分析した。社会科教育に関する各種論議が「国家及び社会」という表現についての分析を放置してきたことが,「国家及び社会の形成者」を国家公民と等置するような短絡的な公民観を横行させてきた原因の1つであり,本研究はそのような短絡的な解釈を否定する論拠を提供する試みである。この課題における本年度の具体的研究内容は,(1)「国家及び社会」という表現またはその類似表現の便用頻度を調べ,(2)その表現がどのような理論的脈絡(国家論や社会論)から派生したものかを確かめることにあった。(1)使用頻度については,教育基本法制定時の論議に関しては日本近代教育史料研究会『教育刷新委員会・教育刷新審議会会議録』や鈴木・平原『資料教育基本法50年史』などを,戦前の教育関連の法律・省令・訓令・詔書・勅語に関しては近代日本教育制度史料編纂会『近代日本教育制度史料』などを点検した。また,戦前の修身教科書や公民教科書およびそれらの教師用指導書での用例も確認した。(2)理論的脈絡としては,「国家」・「国体」・「国運」などの語を乱発する家族主義的国家論に対して,それへの違和感を婉曲的に表明したと思われる「国家社会」がわりと使われてきたという感触を得た。ただ,「国家社会」と「国家及び社会」とのあいだの距離はまだ大きい。「国家及び社会」という表現を使っているか,あるいはほぼ同内容の表現を使っているのを確認できたのは,まだ田中耕太郎,長谷川如是閑,尾高朝雄,高田保馬,作田壮一にかぎられる。多元的国家論がどう影響しているのか,田中の自然法論の特性,作田の世界経済学の特徴などを整理しなければならない。以上の2点をさらに整理しつつ,現在の公民科教育や社会科教育にとっての「国家及び社会の形成者」という表現の意義を明確にすることが,当研究課題の最終年度である次年度の具体的テーマである。具体的内容:学校教育法や学習指導要領でのキー表現としても掲げられてきた教育基本法第1条における合成表現「国家及び社会」は,法規類や行政文書ではほとんど使用例がない(唯一の例外は1900年の小学校令施行規則)ことを確認。教基法制定に関わった文部省側スタッフ,教育刷新委員会委員,GHQ-CIE関係者などの営為と,明治以降の社会思想史とを関連づけて,合成表現「国家及び社会」の固有の含意を析出した。意義:指導要領における社会科系科目の目標規程でも「国家及び社会の形成者」は核をなす表現で,教基法以後の「公民」像の根幹となるはずであり,社会科の役割を再検討するうえでその合成表現の含意を明確にすることは重要である。とくに,諸社会科学・人文科学が社会科教育に貢献するさいの結節点は,多種多様な諸社会それぞれにおいて「社会とその形成者」という付置状況が存在するという認識を共有することにあり,各種専門分野の知見を盛り込んで具体化する前提条件として「国家及び社会」という合成表現の含意を解明することは特段の意義がある。

重要性:社会科教育に関する各種論議が「国家及び社会」という表現についての分析を放置してきたことは,従来の社会科教育研究の最大の難点の1つであり,「国家及び社会の形成者」を国家公民と等置するような短絡的な公民観が横行する原因の1つである。本研究はそのような短絡的な解釈を否定する論拠を提供した。
シガテラ魚毒化機構の解明

熱帯や亜熱帯に生息するシガテラ魚によって引き起こされるシガテラ中毒の原因物質であるシガトキシン(CTX)の魚体内組成は、魚の生育環境や魚種によって異なり、シガテラ魚の毒化機構は未だ明らかにされていない。本研究では、シガテラ魚の毒化機構を明らかにするため、in vitro CTX酸化反応系の構築と酸化酵素の活性検出を行い、シガテラ魚及びその近縁種の肝臓抽出液を調製し、CTX酸化活性の比較を行った。その結果、渦鞭毛藻が生産するCTX4A/4B、CTX3Cが魚体中で酸化される過程をヒトCYP3A4、ヒトミクロソーム、及びシガテラ魚肝S9を用いたin vitro実験で検証した。シガテラは主に熱帯、亜熱帯に生息するシガテラ魚によって引き起こされる自然毒食中毒である。シガテラ魚に含まれるシガトキシン(CTX)の組成は、環境や魚種によって異なり、その含有量が非常に微量であるため、単離精製するのは困難であり、分析に必要な標準毒の確保が難しく、未だ毒化機構が明らかにされていない。そこで、本研究では、シガテラ魚の毒化機構を明らかにするため、in vitroにおけるCTX酸化反応系の構築とCTX酸化酵素の活性検出を今年度の目標とした。平成27年度は、基質としてCTX4A/4B、及びCTX3Cを用いてヒトCYP3A4及びヒト肝ミクロゾームによるこれら基質の酸化反応を調べ、反応条件を検討することでn vitroにおけるCTX酸化反応系の構築を試みた。さらに、シガテラ魚の中でもCTX酸化活性が高いと考えられるバラフエダイ(Lutjanus bohar)の肝組織抽出液を調製し、CTX酸化酵素の活性を検出した。また、実験に必要なシガテラ魚の蒐集に必要な漁業関係者とのネットワークの構築も行い、継続的な材料入手のルートを確保した。今後は、バラフエダイ肝臓中のCTX酸化酵素の精製を行うと同時に、酸化反応生成物に関しても詳細な分析を行う予定である。また、バラフエダイ以外のシガテラ魚に関してもCTX酸化酵素の活性の検出を試み、魚種間における特異性についても検討する予定である。平成27年度は、ヒトCYP3A4及びヒト肝ミクロゾームによるCTXのin vitro酸化反応条件(反応温度、反応時間、酵素量等)を検討し、さらに、酸化型のCTX1Bを多く含む代表的なシガテラ魚であるバラフエダイ肝臓からCTX酸化酵素の活性を検出する実施計画を立てた。成果として、CTXのin vitro酸化反応系の構築及びバラフエダイ肝臓S9画分によるCTX酸化酵素の活性の検出を行った事から、進捗状況はおおむね順調に進展していると評価した。シガテラ中毒は熱帯や亜熱帯に生息するシガテラ魚によって引き起こされる自然毒食中毒である。そこで、本研究では、シガテラ魚の毒化機構を明らかにするため、in vitroにおけるCTX酸化反応系の構築とCTX酸化酵素の活性検出を行い、シガテラ魚およびその近縁種の肝臓抽出液を調製し、in vitroにおけるCTX酸化活性の比較を行った。平成27年度において、ヒトCYP3A4及びヒト肝ミクロゾームによるCTXのin vitro酸化反応条件(反応温度、反応時間、酵素量等)を検討し、さらに、代表的なシガテラ魚であるバラフエダイ(Lutjanus bohar)肝臓からCTX酸化酵素の活性を検出し、in vitroCTX酸化反応系を構築することが出来た。平成28年度はこの反応系を利用して、バラフエダイ以外のシガテラ魚に関してもCTX酸化酵素の活性の検出を試み、魚種間における特異性について検討を行った。平成28年度は、バラフエダイ以外のシガテラ魚に関してもCTX酸化酵素の活性の検出を試み、魚種間における特異性について検討を行う実施計画を立て、沖縄県周辺海域に生息するシガテラ魚2種(バラフエダイ: Lutjanus bohar、イッテンフエダイ: L.monostigma)及びその近縁種で無毒魚種と知られる2種(ヒメフエダイ:L.gibbus、L.fulviflamma)を蒐集し、肝組織抽出液(S9画分)を調製し、CTX酸化酵素の活性の検出を行った。結果として、シガテラ魚であるバラフエダイ(L.bohar)及びイッテンフエダイ(L.monostigma)ではCTX4A/4Bの酸化型である52-epi-54-deoxyCTX1Bが検出された。また、バラフエダイでは、54-deoxyCTX1Bが検出された。一方、シガテラ魚の近縁種であるヒメフエダイ(L. gibbus)及びニセクロホシフエダイ(L.fluviflamma)は、epi-deoxyCTX1B、54-deoxyCTX1B、及びCTX1Bの高いピークが検出された。また、シガテラ魚より無毒魚種と知られる近縁種の方が肝臓中のCTX酸化活性が高いことが分かった。このように、魚種間におけるCTX酸化の特異性について示すことが出来た事から、進捗状況はおおむね順調に進展していると評価した。シガテラはサンゴ礁域に生息する魚類(シガテラ魚)に起因する自然毒食中毒であり、年間26万人の被害が推定されている。

原因毒のシガトキシン類(CTXs)は、渦鞭毛藻によって産生され、食物連鎖によって移行することから魚種における個体変化と地域差が大きく、さらに、多種類の同族体を持つCTXは、その基本骨格の違いからCTX1BとCTX3Cに大別され、同族体は分子末端の酸化や開環によって生じることが明らかにされている。しかし、食物連鎖による毒化要因の追跡解析やシガテラ魚生体内における毒化機構の詳細は明らかにされていない。そこで、CTX酸化能が高く、試料の入手経路が確保されているバラフエダイ等の沖縄産シガテラ魚でCTX酸化酵素の活性を調べることによって毒化機構の解明が可能である。本研究では、シガテラ魚の毒化機構を明らかにするため、in vitroにおけるCTX酸化反応系の構築とCTX酸化酵素の活性検出を行い、シガテラ魚(バラフエダイ、イッテンフエダイ、イシガキダイ)およびその近縁種で非シガテラ魚(ヒメフエダイ、ニセクロホシフエダイ)の肝臓抽出液(S9)を調製し、in vitroにおけるCTX酸化活性の比較を行った。その結果、渦鞭毛藻が生産するCTX4A/4B、CTX3Cが魚体中で酸化される過程をシガテラ魚肝S9及び肝ミクロソームを用いたin vitro実験で検証し、シガテラ魚毒組成の形成に寄与していると推定した。CTX4A/4Bの酸化物として52-epi-54-deoxyCTX1B、54-deoxyCTX1B、CTX1Bを検出し、酸化が更に進行することやM環の開環も示唆された。さらに、バラフエダイ肝S9に見出されたCTX4A/4B酸化活性の強さは、個体間による違いがみられ、イッテンフエダイとの種間による酸化活性の強さの違いも見られたことから、酸化活性の違いがシガテラ魚毒組成の個体差や種間差を生む原因となると考えられる。熱帯や亜熱帯に生息するシガテラ魚によって引き起こされるシガテラ中毒の原因物質であるシガトキシン(CTX)の魚体内組成は、魚の生育環境や魚種によって異なり、シガテラ魚の毒化機構は未だ明らかにされていない。本研究では、シガテラ魚の毒化機構を明らかにするため、in vitro CTX酸化反応系の構築と酸化酵素の活性検出を行い、シガテラ魚及びその近縁種の肝臓抽出液を調製し、CTX酸化活性の比較を行った。その結果、渦鞭毛藻が生産するCTX4A/4B、CTX3Cが魚体中で酸化される過程をヒトCYP3A4、ヒトミクロソーム、及びシガテラ魚肝S9を用いたin vitro実験で検証した。平成27年度の成果として、CTXのin vitro酸化反応系が構築できたことから、平成28年度以降は、この系を利用してバラフエダイ肝臓中のCTX酸化酵素の精製を行う予定である。バラフエダイ肝臓から調製された肝臓S9画分中に見出されたCTX酸化活性を指標にして酸化酵素の抽出・精製法を検討すると同時に、酸化反応生成物に関しても詳細な分析を行う予定である。また、バラフエダイ以外のシガテラ魚に関してもCTX酸化酵素の活性の検出を試み、魚種間における特異性についても検討する予定である。これらの成果は、論文発表や学会発表等を通して広く社会へ発信する予定である。平成28年度までの成果として、in vitro CTX酸化反応系を構築し、魚種間のCTX酸化活性プロファイルを作成することが出来た事から、平成29年度以降は、この系を利用してシガテラ魚肝臓中のCTX酸化酵素の精製や酸化生成物の解析を行う予定である。バラフエダイ肝臓から調製された肝臓S9画分中に見出されたCTX酸化活性を指標にして酸化酵素の抽出
脂肪細胞におけるEGFファミリーの機能の解析:肥満予防への応用

脂肪細胞における上皮増殖因子(EGF)ファミリーの機能を明らかにするために、マウス白色脂肪細胞株HW細胞および褐色脂肪細胞株HB2細胞を用いて解析を行った。これまでに、HW細胞、HB2細胞ともにEGF受容体(ErbB1)は分化による発現量の変化はみられなかったが、もう一つの受容体ErbB2は分化とともに発現が減少することや、経口糖尿病薬グリクラジドや茶カテキン・エピガロカテキンガレート(EGCG)はEGFによるErbB1のリン酸化を抑制することを明らかにしてきたので、これらの詳細な解析を行った。1.グリクラジドによる脂肪細胞への効果HW細胞およびHB2細胞はEGFにより増殖が促進したが、グリクラジドを添加すると増殖抑制がみられた。このとき、ErbB1のリン酸化の抑制がみられ、さらに情報伝達因子ERK 1/2のリン酸化も抑制されていた。一方、グリクラジドの添加によりペルオキシソーム増殖因子活性化受容体(PPAR)γの発現および細胞内脂肪蓄積の亢進がみとめられたことから脂肪細胞の分化の促進がみられた。しかし、成熟脂肪細胞の脂肪蓄積量に対しては影響を及ぼさなかった。また、成熟脂肪細胞においてグリクラジドはPPARγのDNA結合活性を抑制した。したがって、グリクラジドはEGF受容体のシグナル伝達系の抑制を介して、脂肪前駆細胞の増殖を抑制し分化を促進することが明らかになった。2.茶カテキンによる制御茶カテキンEGCGはHW細胞およびHB2細胞の増殖を抑制し、細胞内脂肪蓄積を抑制したが、エピカテキン(EC)は効果を示さなかった。EGCGはEGFによるEGF受容体のリン酸化を抑制した。これらのことより、HW・HB2細胞の増殖・分化にはEGF-ErbB系シグナル伝達経路が関与しており、これらの経路を制御することより肥満の予防や治療への応用に繋がることが示唆された。脂肪細胞における上皮増殖因子(EGF)ファミリーの機能を明らかにするために、培養細胞を用いて解析を行った。1.EGFファミリー受容体ErbBの発現の解析マウス白色脂肪細胞株HW細胞および褐色脂肪細胞株HB2細胞を用いて、脂肪前駆細胞から成熟脂肪細胞への分化過程におけるErbBファミリーの発現をWestern blotting法にて経時的に解析した。ErbB1(EGF receptor)はHW細胞、HB2細胞とも分化による発現量の変化はみられなかった。また、ErbB2は両脂肪前駆細胞においては発現が認められたが、分化とともに発現量が減少した。2.EGFファミリー刺激時の脂肪細胞の反応の解析EGFファミリーのEGF、betacellulinおよびHB-EGFをHW・HB2細胞に添加するとErbB1のリン酸化が認められ、脂肪細胞の増殖促進がみられた。経口糖尿病薬・グリクラジドは多機能性をもつことが知られている。グリクラジドをHW・HB2細胞に添加すると、ErbB1のリン酸化を抑制し、両脂肪細胞の増殖抑制と分化誘導がみられた。一方、茶カテキンであるエピガロカテキンガレート(EGCG)は、EGFによるErbBのリン酸化を抑制することが報告されている。EGCG添加したHW・HB2細胞においてもEGFによるErbB1のリン酸化が抑制され、両脂肪細胞で増殖と分化の抑制が認められた。これらのことにより、HW・HB2細胞の増殖・分化にはEGF-ErbB系シグナルが関与しており、この経路を介して脂肪細胞の機能を制御していることが示唆された。
フィリピン産薬用植物中の抗炎症活性成分の研究

フィリピン産薬用植物のうち,汎用されるもの25種を選び,抗炎症,抗アレルギー作用の指標となる「マストセルよりのヒスタミン遊離抑制活性試験」を行ったところ,特にその中の4種類の植物に強い活性が見出されたため,その内の2種の植物について活性本体の化学構造を追求した.「チャアン・グーバ」はムラサキ科Ehretia microphyllaの乾燥葉であり,腹痛,鎮咳,その他抗炎症に関連した目的で使用され,フィリピン政府が重点的に研究,開発を目指している薬用植物の一つである.本生薬のメタノールエキスを各種溶媒に転溶し,各分画の活性を測定したところ,中程度の極性を持った画分に活性が存在し,これを,シリカゲル,ダイヤイオンカラムクロマトグラフィーを繰り返し,最も活性の強い画分から結晶性物質を得た.本物質は不安定なフェノールカルボン酸でアセチル化により精製し,各種スペクトル分析の結果ローズマリー酸と同定した.本化合物はシソ科に多く含まれ,ムラサキ科からも単離の報告はあるが,本植物からは初めての例である.なお,本化合物には強いヒスタミン遊離抑制活性のみならず,抗炎症活性が存在し,本生薬の活性本体と思われる.次に,「ラグンディ」の活性成分を追求した.本生薬はクマツヅラ科のVitex negundoの乾燥葉であり,民間的に,鎮咳,解熱等に用いられ,やはり,フィリピン政府の最重点生薬の一つである.本生薬を各種溶媒で抽出し,活性の強かった酢酸エチル分画よりシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより, 4種のフラボノイド化合物を単離し,カスチシン,クリソプレノールーD,ルテオリン,イソオリエンチンと同定した.このうち,クリソプレノールーDとルテオリンには中程度(IC50 50100μM),イソオリエンチンには強い活性(IC50 5μM),が認められ,この生薬の効果を薬理学的に証明するとともに,活性の本体の化学構造を明らかにすることが出来た.フィリピン産薬用植物のうち,汎用されるもの25種を選び,抗炎症,抗アレルギー作用の指標となる「マストセルよりのヒスタミン遊離抑制活性試験」を行ったところ,特にその中の4種類の植物に強い活性が見出されたため,その内の2種の植物について活性本体の化学構造を追求した.「チャアン・グーバ」はムラサキ科Ehretia microphyllaの乾燥葉であり,腹痛,鎮咳,その他抗炎症に関連した目的で使用され,フィリピン政府が重点的に研究,開発を目指している薬用植物の一つである.本生薬のメタノールエキスを各種溶媒に転溶し,各分画の活性を測定したところ,中程度の極性を持った画分に活性が存在し,これを,シリカゲル,ダイヤイオンカラムクロマトグラフィーを繰り返し,最も活性の強い画分から結晶性物質を得た.本物質は不安定なフェノールカルボン酸でアセチル化により精製し,各種スペクトル分析の結果ローズマリー酸と同定した.本化合物はシソ科に多く含まれ,ムラサキ科からも単離の報告はあるが,本植物からは初めての例である.なお,本化合物には強いヒスタミン遊離抑制活性のみならず,抗炎症活性が存在し,本生薬の活性本体と思われる.次に,「ラグンディ」の活性成分を追求した.本生薬はクマツヅラ科のVitex negundoの乾燥葉であり,民間的に,鎮咳,解熱等に用いられ,やはり,フィリピン政府の最重点生薬の一つである.本生薬を各種溶媒で抽出し,活性の強かった酢酸エチル分画よりシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより, 4種のフラボノイド化合物を単離し,カスチシン,クリソプレノールーD,ルテオリン,イソオリエンチンと同定した.このうち,クリソプレノールーDとルテオリンには中程度(IC50 50100μM),イソオリエンチンには強い活性(IC50 5μM),が認められ,この生薬の効果を薬理学的に証明するとともに,活性の本体の化学構造を明らかにすることが出来た.フィリピンにおいて汎用される薬用植物の25種について次に述べる生理活性試験を行った。活性試験はラットの腹腔内より得られるマストセルに化学的刺激を与えた際に遊離するヒスタミン量に対する試料(植物エキス)の影響を測定し、その抑制率が抗炎症活性、抗アレルギー活性と良い相関を示すことからこれらの作用の指標と考えた。25種の内、特に4種類の植物に強い活性が見出された。活性を有する植物のうち、「チャングバ」とよばれるEhretia microphylla(ムラサキ科)を研究材料に選んだ。この植物はフィリピンにおいては腹痛,咳止め,その他抗炎症に関連する目的で多用され、その栽培,生薬製剤の製作にかんして政府が奨励している重要生薬である。この乾燥葉のメタノールエキスを濃縮し、溶解性により、水,ヘキサン,メタノール分画にわけ、活性の強いメタノール分画を各分画の活性を測定しながらダイヤイオンクロマトグラフィー,シリカゲルカラムクロマトグラフィーにて分画すると、分画途上に不活性分画より、2種のフラボノイドが得られ、各種スペクトロスコピーにより、その構造をアストラガリン,ニコトフロリンと決定した。また、脂溶性分画より3種のトリテルペンを得、その構造をバウエレノール,α-アミリン,β-アミリンと決定した。活性の強い分画からは不安定なフェノール性カルボン酸(I)を単離した。Iは質量分析により360の分子量を持つことが分かり、【^1H】-NMR,【^(13)C】-NMR分析の結果

Iは(+)-ローズマリー酸と推定され、標品との比較により同定した。ローズマリー酸は、ローズマリーをはじめ、シソ科の植物に含まれることが知られているが、この植物から得られたのは新事実である。ローズマリー酸は我々のヒスタミン遊離阻害試験に活性を有するのみならず、既に、抗炎症活性,タンニン活性が知られており、この植物の効果が生理学的に裏付けられ、しかも、活性本体が明らかとなった。
植物の単一細胞における遺伝子発現操作による環境応答解析法の開発

赤外レーザ誘起遺伝子発現操作システム(Infrared Laser-Evoked Gene Operator ; IR-LEGO)は熱ショックプロモーター下流に発現させたい遺伝子のコード領域を持つトランスジェニック生物を作製し、標的とする細胞に赤外線をあてて温め、目的遺伝子を発現させるシステムであり、連携研究者の亀井らが開発したものである。細胞系譜や、遺伝子機能の解析を生体内で行うためのツールとして開発され、植物では、シロイヌナズナにおいて、根をはじめ様々な組織で単一細胞レベルでの遺伝子の発現誘導を可能としてきた。本年度においては、赤外レーザ誘起遺伝子発現操作システムを用いてゼニゴケでの遺伝子発現誘導に成功した。ゼニゴケの熱ショックプロモーターはシロイヌナズナと相同性が高いにも関わらず、シロイヌナズナのHSP18.2プロモーターを用いた場合は下流遺伝子の発現はみられなかった。そこで、ゼニゴケのHSP17.4プロモーターを見出し、用いたところ下流遺伝子の誘導が観察された。この結果、及び本実験系ではノイズの少ない遺伝子発現誘導を望むことから、複数の植物の熱により誘導される遺伝子のプロモーター群を解析し、共通する配列の解析を行った。絶対温度計測のための蛍光タンパク質プローブ開発に関しては、蛍光分光光度計を用いて、温度変化に対する感度が高く、定量的に評価できるプローブが共同研究者により見出され、これらプローブを導入した形質転換シロイヌナズナの作製中である。細胞間コミュニケーション解析においても、このシステムが有効であることを示すため、シロイヌナズナ茎頂で発現する遺伝子を本システムにより、異所的に発現させたところ、下流遺伝子の発現が認められ、細胞間コミュニケーション解析手段としても有効であることを示すことができた。27年度が最終年度であるため、記入しない。赤外レーザ誘起遺伝子発現操作システム(Infrared Laser-Evoked Gene Operator ; IR-LEGO)は熱ショックプロモーター下流に発現させたい遺伝子のコード領域を持つトランスジェニック生物を作製し、標的とする細胞に赤外線をあてて温め目的遺伝子を発現させるシステムである。本年度においては、遺伝子発現誘導以外の利用法の開発を開始した。本領域においては、温度に関する環境感覚の解析が行われている。この解析にあたり、顕微鏡下の1つの視野の中で、温度差のある領域をつくる手段としてのIR-LEGOの利用である。このために、IR-LEGOの照射による温度上昇域及び、上昇させる温度の調整を行った。温度に関する環境感覚の変異株を用いた実験において、IR-LEGOを用いた加温により野生株との違いが観察された。前年度よりのテーマである細胞間コミニケーション解析が遅れている。温度に関する環境感覚解析にIR-LEGOを用いるためには、絶対温度の測定が不可欠である。現在、共同研究による絶対温度が測定できる温度プローブを開発中である。温度プローブが完成次第、シロイヌナズナに導入し、IR-LEGOの加温による温度変化を測定する予定である。
セントロメア機能制御系の構築を軸にしたゲノム伝達操作技術の開発

特にCENP-AホモログCnp1のローディング機構の制御ネットワークの網羅的解明にむけ、変異株およびサプレッサー遺伝子群の分離と分裂酵母ヒストン遺伝子の遺伝学構築を計画した。cnp1およびmis6変異株と同様の表現型を示す温度感受性変異株の系統的スクリーニングを行い、新たに5種の遺伝子座を同定した。ヒストン遺伝子については多重破壊に着手、これまでにヒストンH3とH4がゲノム上1コピーしか存在しない変異株の作成に成功した。また、cnp1温度感受性変異株の多コピーサプレッサー遺伝子として4種のAms遺伝子を分離した。Ams1、Ams3、Ams4がゲノム上遺伝子が3コピー重複するヒストンH4であること、Ams2が新規GATA転写因子型zincfingerタンパク質であることを明らかにした。Ams2はcnp1変異だけではなくMis12セントロメアタンパク質の遺伝子変異およびそれに関連する遺伝子変異をも多コピーで相補することができた。ams2破壊株ではCnp1のセントロメア局在が顕著に低下、M期における常染色体の高頻度脱落により、極めて深刻な生育遅延が起こることがわかった。ヒストンH4もしくはCnp1の増量でこの生育遅延が大部分相補されることから、Ams2はセントロメアクロマチン形成にヌクレオソームレベルで関与する制御因子である可能性が示唆される。面白いことに、野生株細胞中においてもAms2をectopicに増量するだけで、局在能を失ったcnp1-1変異タンパク質をセントロメアへ再ローディングすることができた。Ams2は染色体が倍加するG1/SからG2初期にかけて増量しクロマチン領域に局在する。以上の結果は、Ams2が細胞周期を通じて維持されるCENP-Aのローディング活性を保障する重要な制御因子である可能性を示唆している。
長鎖DNAの折り畳み構造の多様性と遺伝子発現のダイナミックス

生体の遺伝情報を伝えるDNAは、細胞内ではコンパクトに折り畳まれた凝縮状態で存在しており、細胞中で、その折り畳み構造をどの様に変化さるのかを解明することは、遺伝子の機能を明らかにする上で重要な課題であると思われる。そこで、蛍光顕微鏡や電子顕微鏡等種々の分光法を活用することにより、折り畳み構造を決定付けている種々の因子を系統的に調べ、DNAの高次構造が生物学的機能とどの様に国連するのかを追究した。1.DNAの折り畳み構造と制限酵素感受性との間に高い相関がみられることを明らかにした。このことは、遺伝子発現のスイッチングの機構にDNAの折り畳み構造が関与していることを示唆するものとして興味深い。2.哺乳動物から数十kbp以上の長鎖DNAを抽出し、ポリアミンによる折り畳み転移を調べた。その結果、各々のDNA分子は以前に観察したファージDNAと同様、顕著に不連続なon/off転移を示すことが明らかになった。このことから、DNAの高次構造は、DNAの種類よりもむしろ凝縮剤の種類や環境条件の違いが重要な決定因子となっていることが示唆された。3.長鎖DNAにヒストンH1を作用させて折り畳み転移を調べた。結果として、長鎮DNAは、塩濃度に依存してヒストンH1の作用により、数珠状の部分凝縮構造をとることを見い出した。生体中のクロマチンにおいても、「脱凝縮」している部分ではヒストンH1が少なく、「凝縮」している部分ではヒストンH1が多く分布し、それが遺伝子活性と関連しているとの報告もあり、今後数珠状構造の生物的な意味を探ることは大きな意味があるものと考えられる。4.3の研究の発展として、レーザートラップ法の応用も試みた。レーザーで直接DNA/H1複合体を捕捉し、高塩濃度-低塩濃度溶液間を搬送することにより、長鎖DNAのfolding/unfoldingの高次構造を制御できることを明らかにした。生体中でDNAは、コンパクトに折り畳まれた構造(凝縮状態)で存在する。一方、水溶液中でDNA分子は、ポリアミンやヒストンタンパク質をはじめとする種々の凝縮剤の作用により、ランダムコイル状態から凝縮状態へと転移する。この様なin vitroでのDNAの分子内転移機構の分子レベルでの解明は、in vivoにおけるDNAの折り畳み構造と複製や転写機構との関係を理解する上でも非常に重要であると考えられる。具体的な成果として、(1)水溶液中での単一DNA分子の高次構造変化を、T4ファージDNAを用いて観察し、同じ凝縮剤でも凝縮剤の濃度や溶液中のイオン強度の変化等環境条件に応じて、多様な凝縮構造を引き起こすことを明かにした。また、糖結合カチオン性ポリエチレングリコール誘導体によって引き起こされたDNA凝縮体は、光照射によって大きな高次構造変化を引き起こすことも見い出した。(2)哺乳動物細胞由来のDNAでもT4ファージDNA同様、凝縮剤を含めた種々の環境条件に応じて多様な高次構造変化を引き起こすことを明かにした。また、実験手法としては、これまでの蛍光顕微鏡によるDNA分子鎖の動画像の定量的解析や、電子顕微鏡によるミクロな構造の観察、凝縮過程の熱力学的解析に加えて、抗体染色法やレーザートラップ法も試み、興味深い知見を得ることができた。今後、より細胞内環境に近いナノ環境条件を試験管内で再現することにより、高次構造と生物学的機能との関係を追究していきたいと考えている。真核細胞中で、DNAは、ヒストンタンパク質の作用により高次に凝縮してクロマチンを形成しており、この折り畳み構造がどのように制御されているかが、遺伝子発現のメカニズムを考える上でも重要である。

これまで、蛍光顕微鏡と電子顕微鏡を活用することにより、個々のDNAの折り畳み構造がどのように制御されているかをin vitroの実験から系統的に調べてきた。今回、具体的な成果として、DNAに損傷を与えない波長(1064nm)のレーザーを用いて、ビーズ等をつけることなく無修飾の状態で直接DNA-ヒストンH1複合体を捕捉し、塩濃度の違う溶液間をレーザーで搬送して折り畳み構造を制御することに成功した。具体的には、顕微鏡のステージ上で塩濃度の違う溶液を接触させ、低塩濃度溶液中に加えた凝縮DNA-ヒストンH1複合体をレーザーて捕捉し、高塩濃度の溶液中まで搬送した。高塩濃度下でDNAはヒストンH1が外れてコイル状にほどかれるが、もう一度低塩濃度の溶液まで搬送すると再びヒストンH1の作用で凝縮した。本方法は、レーザーで環境条件の違う溶液間を搬送してDNAの構造制御を行うことが可能であることを初めて明らかにしたものであり、生命科学の研究において広く応用が期待できるものである。今後も、さらに今回の結果を踏まえて、DNAの折り畳み構造と生物学的機能の関係を追究していきたいと考えている。真核細胞中で、DNAは、ヒストンタンパク質の作用により高次に凝縮してクロマチンを形成しており、この折り畳み構造がどのように制御されているかが、遺伝子発現のメカニズムを考える上でも重要である。今回、DNA-ヒストンH1複合体の溶液中での高次構造変化を直接蛍光顕微鏡で観察し、抗体染色法も用いて、塩濃度に依存したDNA鎖上でのヒストンH1の分布を調べた。結果として、DNA鎖に沿って,数kbpのサイズの折り畳まれた部分(ミニグロビュール)が繰り返し現れ,その間をコイル状の構造がつなぐといった,いわゆる"真珠の首飾り"様の凝縮構造をとっていることが明らかとなった。このDNA・ヒストンH1複合体は,塩濃度に依存してその構造を著しく変化させることも明らかとなった。これまでに、実際に取り出したクロマチンを用いた実験で、"脱凝縮"している部分ではヒストンH1が少なく,"凝縮"している部分ではヒストンH1が多く分布しているとの報告もあり、今後ヒストンH1が誘起する部分凝縮構造について,その生物的な意味を探ることは大きな意味があるものと思われる.今回の結果を踏まえて、さらにDNAの折り畳み構造と生物学的機能の関係を追究していきたいと考えている。
安静臥床前の運動負荷が廃用性筋萎縮の進行に及ぼす効果

廃用性筋萎縮の進行を効果的に予防するための理学療法手段を確立することを目的とした実験を行った。廃用性筋萎縮の実験モデルである後肢懸垂を実施する前にトレッドミル走行をラットに負荷し,その後の廃用性筋萎縮の進行に及ぼす効果について検討を行った。8週齢のWistar系雄ラット(24匹)使用し,1)対照群(以下,CONT),2)2週間の後肢懸垂群(以下,HS),3)トレッドミル走行後に2週間の後肢懸垂を行った群(以下,Ex-HS)の3群に分けた。実験終了後,ヒラメ筋を摘出し,凍結固定した。凍結横断切片を作成後,ミオシンATPase染色,アルカリフォスタファーゼ染色を施し,線維タイプごとの筋線維直径,線維タイプ構成比率,毛細血管/筋線維(C/F)比を計測した。また,プロテインアッセイ法により単位タンパク質量を吸光度計にて測定した。その結果,1)線維直径:CONTと比較し,HSとEX-HSはType I,II線維ともに有意に減少したが,Type I線維はEx-HSがHSよりも有意に大きかった。2)線維タイプ構成比率:CONTと比較し,HSだけTyper IIの比率が有意に増加していた。3)C/F比:CONTと比較し,HSだけが有意な減少を示した。4)タンパク質量:HSはCONTの53.5%になり,有意な減少を示した。しかしEx-HSはCONTの81.3%となり,HSと比較して有意に高値を示した。また,後肢懸垂の期間を1週間と設定し,同様の実験を行ったところ,その場合もEx-HSとHSには有意な差が認められた。これらの結果から,安静臥床前に運動負荷を行うことでType I線維の萎縮進行と速筋化が抑制されており,さらにはC/F比,単位筋原線維タンパク質含有量の減少も抑制されていた。従って,安静臥床に陥る前に運動負荷を行うことで,その後の廃用性筋萎縮の進行を予防出来る可能性があることが示唆された。廃用性筋萎縮の進行を予防するための運動療法手段を確立することを目的として,後肢懸垂前に実施したトレッドミル走行がラットヒラメ筋の廃用性筋萎縮の進行に及ぼす効果について検討した。8週齢のWistar系雄ラット(18匹)を使用し,1)対照群(以下,CONT),2)後肢懸垂群(以下,HS),3)トレッドミル走行後に後肢懸垂群(以下,Ex-HS)の3群に分けた。実験終了後,ヒラメ筋を摘出し凍結固定した。横断切片を作成後,ミオシンATPase染色,アルカリフォスタファーゼ染色を施し,線維タイプごとの線維直径,線維タイプ構成比率,毛細血管/筋線維(C/F)比を計測した。その結果,1)線維直径:CONTと比較し,HSとEx-HSはType I,II線維ともに有意に減少したが,Type I線維はEx-HSがHSよりも有意に大きかった。2)線維タイプ構成比率:CONTと比較し,HSだけType IIの比率が有意に増加していた。4)タンパク質量:HSはCONTの53.5%になり,有意に減少を示した。しかし,Ex-HSはCONTの81.3%となり,HSと比較して有意に高値に示した。本研究の結果から,安静臥床前に運動負荷を行うことでType I線維の萎縮進行と速筋化が抑制されており,さらにはC/F比,単位筋原線維タンパク含有量の減少も抑制されていた。従って,運動負荷が廃用性筋萎縮の進行を予防した可能性があることが示唆された。今後の課題としては,さらに多角的分野から萎縮予防メカニズムを解明していくことで,効果的な廃用性筋萎縮の予防手段を検討していくことが必要であると考える。

また,後肢懸垂の期間を1週間と設定し,同様の実験を行ったところ,その場合もEx-HSとHSには有意な差が認められた。これらの結果から,安静臥床前に運動負荷を行うことでType I線維の萎縮進行と速筋化が抑制されており,さらにはC/F比,単位筋原線維タンパク質含有量の減少も抑制されていた。従って,安静臥床に陥る前に運動負荷を行うことで,その後の廃用性筋萎縮の進行を予防出来る可能性があることが示唆された。
異積多層膜中における励起エネルギー緩和機構に関する研究

本研究は以下の2点にまとめられる。1.ストリークカメラを用いた高速蛍光分光法の開発次項で問題となるような高速現象を捕らえるためには、既存の方法では不十分であり、新たにピコ秒からサブプコ秒の時間分解能をもった波長-時間の二次元測光法が必要となる。そこで、偏向電極に進行波偏向板を持つストリークカメラを用いた高速蛍光分光法の開発を行った。最終的に、装置応答関数で約8ピコ秒、計測チャンネルあたり0.2ピコ秒の時間分解能を持つシステムが得られた。2.ラングミュア・ブロジェット膜における励起移動・励起緩和フェルスター理論に基づく励起エネルギー移動では、移動効率はエネルギードナー・アクセプター分子間の距離とそれらの向きの関数として捕らえることができる。ラングミュア・ブロジェット(LB)法は、発色団分子を膜中にある程度の配向・距離をもって配列させることができ、エネルギー移動過程の研究に適している。励起移動に関しては、発色団として、アントラセンとペリレンを用いた。LB膜中において、アントラセン、ペリレンの電子基底・第一励起状態間の遷移ダイポールモーメントは、それぞれ石英基板に対して60度、0度となることが知られている。また、膜1層あたりの厚さは27.5Åであり、これがアントラセン-ペリレン間距離の最短距離となる。蛍光寿命、時間分解蛍光スペクトルの測定から、平均的には40Å離れた分子間(アントラセンからペリレンヘ)で励起移動が行われていること、最短距離に配置された分子間で70ピコ秒以内でおこる励起移動が存在することが示唆された。今後、前項のシステムを用いて、高速過程の観測を行う予定である。また、ナフタレンを含む単分子膜を生成し、その励起緩和過程を観測した。ナフタレンは、他の芳香族LB膜と比較して会合体を形成しにくいことがわかった。
SEMステレオ画像解析法による木材および紙の破面形態に関する研究

本研究では、木材や紙の基本的構成単位である木材細胞壁の材質劣化度を定量的破面解析法を用いて評価することを試みた。まず、解析方法の確立を目指した研究を行い(昭和62年度)、次にその方法を用いて壁破面の定量的解析を試みた(昭和63年度)。とくに本研究では壁中の微細欠陥部(スリッププレーン)が材質に及ぼす影響について調べた結果、以下の結論を得た。(1)本研究で確立したSEMステレオ画像解析法は壁破面の微細形態を非接触的に三次元計測できるだけでなく、計測値を基にして破面形状を復元できるなど、三次元図形処理の点で威力を発揮した。とくに単一SEM写真ではとうてい判読できないような捩れた破面の正確な形状とか計測困難だった破面の傾斜角度など、従来の破面解析法では入手できなかった知見を多く得ることができた。しかも本解析法の計測誤差は実測で2%以下であった。(2)スリッププレーンが材質に及ぼす影響については、まず人為的に木材中にスリッププレーンを段階的に導入した試験片(予備圧縮試験片)の力学的性質について調べ、次に予備圧縮試験片の壁破面の定量的解析を行った。壁中にスリッププレーンが存在することによって、木材の破壊強度および破壊までの仕事量(靱性)は著しく低下した。とくにスリッププレーンが多くなる程その傾向は顕著であった。さらに予備圧縮した木材の壁破面は、健全材のそれと異なり、典型的なCII型破面を呈し、破面の傾斜角度は60°65°であった。しかも破面の傾斜方向には、面内せん断型(CIIi型)と面外せん断型(CIIo型)の2つがあったが、いずれの場合も破面傾斜角はスリッププレーンの傾斜角とよく一致した。以上のことから、スリッププレーンの存在する細胞壁材料は、その力学的挙動および破壊時においてスリッププレーンのところでの局所的な物性に強く支配されていることが判明した。木材や紙の主要構成要素である木材繊維細胞壁の破断面(壁破面)の三次元解析は,これらの材質劣化度や強度的耐久性を評価するうえで重要である.本年度は,研究の第一段階として,壁破面を走査電子顕微鏡(SEM)でステレオ撮影した画像を用いて,破断部を三次元的に計測すると同時に図形表示できるようなSEMステレオ画像解析方法の確立を目的とした.具体的には,まず現有のSEMに取り付け可能な小型試料傾斜装置を試作し,これを用いて正確なステレオ写真を撮ること,次に,本解析法の精度と誤差をチェックすること,最後に,実際の壁破面の解析に応用し,本解析法の有用性を検討することの3点について調べた.以下,結果の概要を記す. 1.±20°以内で任意の方向に試料を傾斜できる小型試料傾斜装置と既存のゴニオステージを併用することによって,繊維軸に垂直な解析基準面の設定が容易となり,任意の方向に傾けた壁破面の正確なステレオ写真の撮影が可能となった.2.解析精度を支配する試料の傾け角は±0.1°以内の制御が可能であり,これによる解析誤差は3%以下であった.入力画像の歪や画像処理時の人為的誤差は1%以下であった.解像度は,画像倍率5千倍で0.65μm, 1万倍で0.32μmであった.解析値と実測値との差は3%程度であった.

さらに,撮影倍率5千倍1万倍,試料傾け角±30°までの範囲では, SEM像は平行投影条件を満足していたため, SEMステレオ像は三次元解析に適していることが分った3.C-II型タイプの壁破面,数例について,その傾斜角を三次元解析図から求めたところ,これらはいずれも壁中のslip plane傾斜角と一致していた.このことから, C-II型破壊は, slip planeのところで発生することが分った.以上の結果,本解析法は壁破面の三次元解析に有効な解析法であり,次年度は解析例を多くし,壁の破壊気候との関連性について検討する.今年度は、昭和62年度に確立したSEMステレオ画像解析法を材木や紙の基本的構成単位である木材細胞壁の破断形態の定量化に応用した。特に壁中に微細な欠陥部(スリッププレーン)が存在する場合の材質的特徴ならびに壁破壊機構について定量的に検討した。(1)スリッププレーンによる木材の材質劣化:コナラの成熟材部および未成熟材部からブロック試験片をつくり、これらを縦圧縮破壊荷重の50%、85%、100%の3段階の荷重レベルで夫々予備圧縮することによって、試験片中のスリッププレーン発生量を人為的に変えた。次にこれらの予備圧縮試験片から縦引張試験片を作製し、これらの縦引張強度、ヤング率、破壊までの仕事量(靭性)を求めた。強度的性質は、どれも予備圧縮荷重レベルの増加とともに低下した。とくに靭性と強度の低下が顕著であり、ヤング率の低下は少なかったことから、スリッププレーンは木材を著しく弱くしかも脆く(脆弱化)することが分かった。これはミクロフィブリルの折損による骨格物質の機能低下とともにミクロフィブリル界面での結合点の破壊による複合材料特性の低減によるものと考えた。(2)予備圧縮材の壁破面の特徴:100%荷重レベルで予備圧縮したユナラ木繊維壁の破面は健全材のそれと著しく異なり、典型的なCII型破面だけで構成されていた。しかも破面の傾斜方向(S_2のせん断辷り面)には、壁面内で辷った面内せん断型(CIIi型)と壁面外に辷った面外せん断型(CIIo型)の2つの型が認められ、しかもいずれの場合においてもせん断破壊面の繊維軸に対する傾斜角は約60°であり、スリッププレーンの傾斜角と一致した。したがって、スリッププレーンの存在する木材はその力学的性質ならびに最終破断はスリッププレーンによって支配されているといえる。このようにスリッププレーンは微細な欠陥部であるが木材細胞壁材質にとっては致命的な欠陥部ともなりうることが分かった。