hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
多孔質物体まわりの流動および熱伝達特性の研究

(1)多孔質物体のような透過性を有する物体まわりの強制対流について,実験および数値解析を行い,多孔質内部を透過する流れ(多孔質透過流)は多孔質物体後流のカルマン渦発生領域の逆流を抑制し,多孔質透過率とレイノルズ数の条件によっては,多孔質透過流によりカルマン渦は完全に崩壊することを明らかにした.(2)多孔質物体に作用する抗力に及ぼす多孔質透過流の影響について実験および数値解析による検討を行い,多孔質透過流は多孔質物体表面に形成される速度境界層内部の速度勾配を小さくし,さらに物体後流の逆流を阻害することにより多孔質物体まわりの差圧を低減させ,抗力係数の低減をもたらすことを明らかにした.(3)多孔質平板に向かうよどみ流れについて解析的検討を行い,多孔質層内部への透過流は,多孔質平板上に形成されるよどみ点境界層厚さを非透過性固体平板上に形成される境界層厚さよりも薄くすること,また多孔質層一流体層の界面における速度が上昇すること,したがって多孔質平板上の粘性せん断力が透過率等の多孔質パラメータに依存して変化することを明らかにした.(4)多孔質透過流は温度境界層厚さの低減をもたらし,よどみ点熱伝達を増大させることを示した.一方で,多孔質層の熱伝導率の条件によっては,その熱抵抗のため熱伝達特性を低下させ得ることを明らかにした.(1)多孔質物体のような透過性を有する物体まわりの強制対流について,実験および数値解析を行い,多孔質内部を透過する流れ(多孔質透過流)は多孔質物体後流のカルマン渦発生領域の逆流を抑制し,多孔質透過率とレイノルズ数の条件によっては,多孔質透過流によりカルマン渦は完全に崩壊することを明らかにした.(2)多孔質物体に作用する抗力に及ぼす多孔質透過流の影響について実験および数値解析による検討を行い,多孔質透過流は多孔質物体表面に形成される速度境界層内部の速度勾配を小さくし,さらに物体後流の逆流を阻害することにより多孔質物体まわりの差圧を低減させ,抗力係数の低減をもたらすことを明らかにした.(3)多孔質平板に向かうよどみ流れについて解析的検討を行い,多孔質層内部への透過流は,多孔質平板上に形成されるよどみ点境界層厚さを非透過性固体平板上に形成される境界層厚さよりも薄くすること,また多孔質層一流体層の界面における速度が上昇すること,したがって多孔質平板上の粘性せん断力が透過率等の多孔質パラメータに依存して変化することを明らかにした.(4)多孔質透過流は温度境界層厚さの低減をもたらし,よどみ点熱伝達を増大させることを示した.一方で,多孔質層の熱伝導率の条件によっては,その熱抵抗のため熱伝達特性を低下させ得ることを明らかにした.(1)多孔質体のような透過性を有する物体まわりの強制対流について,実験および数値解析による流れ場の可視化を行なった結果、多孔質内を透過する流れの強度は,多孔質体の透過率が大きいほど,あるいは流れのレイノルズ数が増大するほど大きくなること,また多孔質内透過流の強度が増すにしたがい,後流のカルマン渦形成領域は下流側へと移動し,流れの揺動自身も徐々に抑制され,ついにはカルマン渦の崩壊へと至ることが確認された.(2)加熱された多孔質体の透過流の数値計算解析においては,加熱によって得られる浮力は流れの運動量変化を生じ、カルマン渦の消滅を促進することを明らかにした.またその物体まわり熱伝達特性は多孔質内を透過する流れに大きく影響されることを示した.(3)透過流を伴う物体の抗力について実験および数値解析による検討を行い、内部透過流は多孔質体にかかる抗力を低減させ得ることを明らかにした.すなわち,抗力係数は透過率が大きいほど,また流れのレイノルズ数が大きいほど低下することを定量的に確認した.(1)多孔質物体のような透過性を有する物体まわりの強制対流について,実験および数値解析を行い,多孔質内部を透過する流れ(多孔質透過流)は多孔質物体後流のカルマン渦発生領域の逆流を抑制し,多孔質透過率とレイノルズ数の条件によっては,多孔質透過流によりカルマン渦は完全に崩壊することを明らかにした.(2)多孔質物体に作用する抗力に及ぼす多孔質透過流の影響について数値解析による検討を行い,多孔質透過流による付加摩擦によって非透過性固体の場合よりも抗力係数が増大する場合があることを示した.一方で,更なる多孔質透過流の増大は,物体後流の渦形成領域を下流側に拡大し,多孔質物体の前面と背面の圧力差を低減させ,抗力係数の低減をもたらすことを明らかにした.(3)多孔質平板に向かうよどみ流れについて解析的検討を行い,多孔質層内部への透過流は,多孔質平板上に形成されるよどみ点境界層厚さを非透過性固体平板上に形成される境界層厚さよりも薄くすること,また多孔質層-流体層の界面における速度が上昇すること,したがって多孔質平板上の粘性せん断力が透過率等の多孔質パラメータに依存して変化することを明らかにした.(4)多孔質透過流は温度境界層厚さの低減をもたらし,よどみ点熱伝達を増大させることを示した.
チオール修飾魔法数金クラスターの電子・幾何構造とチオール構造の相関の解明

これまでの研究において、18個のチオールで保護された金25量体Au_<25>(SR)_<18>が熱力学的・化学的に極めて安定な化学種であることを見いだし、さらに、フォトルミネッセンス、磁性、キラリティーなど、バルク金にはみられない特異的な性質を有していることを明らかにした。本課題では、この魔法組成Au_<25>(SR)_<18>クラスターの基本的性質を理解して、また高機能化への手段を探索することを目的として研究を行い、以下の二つの成果を得た。1)特異的安定性の起源の解明:まず、クラスターの安定性が電荷状態に対してどのように変化するのかについて調べた。その結果、Au_<25>(SR)_<18>は+1価から-1価の間では荷電状態によらず安定に生成することが分かり、総価電子数がAu_<25>(SR)_<18>の安定性の直接的な決定因子ではないことが明らかになった。一方、Au_<25>(SR)_<18>の幾何構造については、Auコアの周囲を-Au-SR-オリゴマーが隙間無く取り囲んだ構造が理論予測されている。そこで次にAu_<25>(SR)_<18>についてメスバウアー分光やLDI質量分析などの幾何構造に関する実験を行ったところ、こうした理論予測された構造を支持する結果が得られた。以上の結果をもとに、Au_<25>(SR)_<18>は、Auコアが周りを覆う金-チオラート錯体により完全遮蔽された幾何構造をとるため、化学的・熱力学的に極めて安定化していると結論した。2)配位子交換による構造変形の誘起:グルタチオン(GSH)保護Au_<25>(SG)_<18>の配位子を、分子骨格の大きく異なるメルカプトこはく酸((SA)SH)で連続的に置き換え(Au_<25>(SG)_<18-n>(S(SA))_n)、その金コアの電子構造や光学活性を連続的に変化させることに成功した。以上の結果は、Au:SRクラスターにおいてはチオール分子の骨格構造も電子/幾何構造・機能を決定する重要な構造パラメーターとなっていること、またAu_<25>(SR)_<18>の高機能化には配位子交換反応が有効な手段の一つであることを強く示している。
蒸気コーティング法による難燃性マグネシウム合金上への耐食性皮膜形成技術の開発

本研究では,蒸気コーティング法による難燃性Mg合金上への防食皮膜形成技術の開発,皮膜の形成機構の調査,皮膜を有する難燃性Mg合金試験片に対する腐食促進試験による耐食性評価を目的としていた.研究の結果,形成される皮膜は,Mg(OH)2:水酸化マグネシウム,Mg-Al系LDH:層状複水酸化物,AlO(OH):ベーマイトで構成されることがわかった.また,腐食促進試験の結果から,皮膜成分と腐食促進イオンとの反応によって,Mg-Al系LDHが生成され,Mg基材には,ほとんど影響しないことが明らかとなった.よって,蒸気コーティング法は,難燃性Mg合金に対しても,耐食性を向上させる効果があるといえる.Mgは次世代の金属材料として期待されているが,腐食しやすく燃え易いという課題がある.これを克服するために,当研究グループは,これまでに,Mg(マグネシウム)合金表面への防食膜生成技術「蒸気コーティング法」を開発してきた.本研究では,(1)蒸気コーティング法による難燃性Mg合金上への耐食性皮膜の形成技術の開発,(2)難燃性Mg合金上に形成させた皮膜の形成メカニズムの解明,(3)実環境を想定した腐食環境下における蒸気コーティング法の有用性の評価,の3項目に関する研究開発を行い,難燃性Mg合金に優れた耐食性を与えるための皮膜形成技術の確立およびその皮膜の耐食性を評価する.H28年度は,上記の項目のうち,(1), (2)を行い,以下のことを明らかにした.蒸気コーティング法は,難燃性Mg合金に対しても耐食性を向上させる効果をもたらすことがわかった.また,従来からあるAl(アルミニウム)-Zn(亜鉛)系Mg合金上に生成された皮膜は,Mg(OH)2(水酸化マグネシウム)とMg-Al系LDH(層状複水酸化物)で構成されるが,難燃性Mg合金上の皮膜には,これらに加えて,AlO(OH)(ベーマイト)も含まれることがわかった.皮膜の形成メカニズムは,成膜中に対象基板を取り出し,これを分析することによって調査した.その結果,皮膜は,次のように形成されると考えられる.処理の初期段階で,基板表面の酸化皮膜成分MgO(酸化マグネシウム)と水が反応してMg(OH)2が生成され,これを核として皮膜が成長する.Mg-Al系LDHは,皮膜の主成分Mg(OH)2が形成される過程で,合金中に存在するAlが,皮膜の主成分Mg(OH)2の一部のMgと置換することでLDHの基層となり,この層間にアニオンが納まることで形成される.さらに,残ったAlが水と反応してAlO(OH)が形成される.研究目的を達成するために設定した3つの研究項目のうち,2つに関してはすでに着手し,研究成果も得られているため.Mgは次世代の金属材料として期待されているが,腐食しやすく燃え易い.これを克服するために,当研究グループは,これまでに,Mg(マグネシウム)合金表面への防食膜生成技術「蒸気コーティング法」を開発してきた.本研究では,(1)蒸気コーティング法による難燃性Mg合金上への耐食性皮膜の形成技術の開発,(2)難燃性Mg合金上に形成させた皮膜の形成メカニズムの解明,(3)実環境を想定した腐食環境下における蒸気コーティング法の有用性の評価,の3項目に関する研究開発を行った.研究項目(1), (2)の成果として,まず,蒸気コーティング法は,難燃性Mg合金に対しても耐食性を向上させる効果をもたらすことがわかった.また,耐食性皮膜の形成メカニズムを,以下の通りに明らかにした.成膜処理の初期段階で,基板表面の酸化皮膜成分MgO(酸化マグネシウム)と水が反応してMg(OH)2が生成され,これを核として皮膜が成長する.Mg-Al系LDHは,皮膜の主成分Mg(OH)2が形成される過程で,合金中に存在するAlが,皮膜の主成分Mg(OH)2の一部のMgと置換することでLDHの基層となり,さらに,層間にアニオンが納まることで形成される.さらに,残ったAlが水と反応してAlO(OH)が形成される.研究項目(3)では,長期間,腐食性溶液中に,皮膜を有する難燃性Mg合金基板を浸漬させた.その結果,皮膜成分Mg(OH)2と腐食促進イオンとの反応によって,Mg-Al系LDHが追加生成された.つまり,腐食促進イオンは,Mg合金基材とはほとんど反応せず,先に皮膜成分と反応する.また,追加生成された物質も耐食性を有するため,蒸気コーティング法によって難燃性Mg合金上に形成される皮膜が,高い耐食性を有することが明らかとなった.

本研究では,蒸気コーティング法による難燃性Mg合金上への防食皮膜形成技術の開発,皮膜の形成機構の調査,皮膜を有する難燃性Mg合金試験片に対する腐食促進試験による耐食性評価を目的としていた.研究の結果,形成される皮膜は,Mg(OH)2:水酸化マグネシウム,Mg-Al系LDH:層状複水酸化物,AlO(OH):ベーマイトで構成されることがわかった.また,腐食促進試験の結果から,皮膜成分と腐食促進イオンとの反応によって,Mg-Al系LDHが生成され,Mg基材には,ほとんど影響しないことが明らかとなった.よって,蒸気コーティング法は,難燃性Mg合金に対しても,耐食性を向上させる効果があるといえる.研究目的達成のために必要な3項目のうち,3つ目の研究を行う.ここでは,NO3(硝酸)イオン,SO4(硫酸)イオン,CO3(炭酸)イオンといった,腐食に影響を及ぼすと考えられるアニオンの単体,および塩水にアニオンを混入した溶液中における浸漬試験を実施する.浸漬時間を変化させて,腐食促進試験を実施し,一定時間浸漬後に形成される腐食生成物の種類や形態を調査する.まず,実環境模倣の溶液を調整することを目的とする.よって,最初の浸漬試験では,未処理の難燃性Mg合金を用いる.また,未処理の難燃性Mg合金の暴露試験も併せて実施し,その腐食挙動を調べる.これらの結果を突き合わせることにより,実環境で形成される腐食生成物と同様の腐食生成物が形成可能な溶液種を検討する.最終的には,蒸気コーティング処理した難燃性Mg合金を対象として浸漬試験を行い,本処理方法の有用性を評価する.腐食・防食,表界面工学当初は計画に入っていなかったが,研究の途中で,溶液調整を,より精密に行うためにグローブボックス内で作業を行う必要があることがわかった.これを購入するために使用したため.蒸気コーティング処理を,より詳細に処理条件を設定して実験を行うために,新たに温度調節器を購入する予定である.また,H28年度の研究成果をまとめた論文を執筆しているため,その掲載料に充てる.
二次非線形分光によるタンパク質の高次構造解析

新しいタンパク質高次構造解析法によってセグメントの配向を決定出来ることを,モデルタンパク質を用いて実際に証明した.モデルタンパク質の一つの残基をシステインに変異させて,マレイミド基を有する色素分子を導入した.その色素分子の電子遷移に共鳴する二次非線形感受率をヘテロダイン検出和周波発生法によって測定した.二次非線形感受率の符号によって,ガラス表面上のモデルタンパク質の上下の向きを決定できることを示した.新しいタンパク質高次構造解析法によってセグメントの配向を決定出来ることを,モデルタンパク質を用いて実際に証明した.モデルタンパク質の一つの残基をシステインに変異させて,マレイミド基を有する色素分子を導入した.その色素分子の電子遷移に共鳴する二次非線形感受率をヘテロダイン検出和周波発生法によって測定した.二次非線形感受率の符号によって,ガラス表面上のモデルタンパク質の上下の向きを決定できることを示した.研究実施計画に記載した平成22年度の研究計画通りの研究実績を挙げることができた.以下,項目ごとにその内容を記す.(1)タンパク質の1セグメントをHD-ESFG(ヘテロダイン検出電子和周波発生)アクティブにする方法を確立した.具体的には,一端にシステインと選択的に反応する官能基,他端にリシンと選択的に反応する官能基を有するパラニトロアニリン誘導体を合成した.このパラニトロアニリン誘導体が,実際にペプチドに付加することを,マススペクトロメトリーと高速液体クロマトグラフィーによって確認した.このように,2つの残基に非対称に結合するプローブ色素は,我々が世界で初めて開発したものである.その非対称によって,タンパク質のセグメントの上下の向きを知ることができる.(2)タンパク質の配向膜の作製法を確立した.具体的には,ニッケル修飾されたガラス表面の作製方法を確立し,そこにHisタグを有するタンパク質を吸着させた.典型的には,1nm^2あたり1分子程度の表面密度の配向膜を作製した.この表面密度は,目的達成に十分な大きさである.(3)HD-ESFG装置の高感度化に成功した.具体的には,高感度なCCDを用いたことと,サンプル用の自動ステージを導入したことによって,高感度化することができた.典型的な非共鳴バックグラウンド信号の1/10程度の強度の信号まで測定できるようになった.このような小さな信号まで測定できる和周波発生分光装置は,世界でも我々のもののみである.提案した新しいタンパク質高次構造解析法によってセグメントの配向を決定出来ることを,モデルタンパク質を用いて実際に証明した.具体的には,αヘリックスを形成する21残基の合成ポリペプチドをモデルタンパク質として用いた.モデルタンパク質をニッケル修飾ガラス表面上に吸着させて作製した配向膜の品質は,まず円二色性分光で調べた.CDスペクトルの形状から,モデルタンパク質はきちんとαヘリックスを形成していることを確認した.次に,ヘテロダイン検出振動和周波発生分光法(HD-VSFG)によって,アミドI領域の振動共鳴二次非線形感受率を測定し,ガラス表面上のモデルタンパク質の"上下"の向きを調べた.その結果,C末端にHisタグを導入したモデルタンパク質は上向き,N末端のものは下向きと,思った通りの配向を実現できていることを確認した.モデルタンパク質の一つの残基をシステインに変異させて,マレイミド基を有する色素分子を導入した.その色素分子の電子遷移に共鳴する二次非線形感受率を,ヘテロダイン検出電子和周波発生分光法(HD-ESFG)によって測定した.その結果,電子遷移に共鳴する二次非線形感受率の符号によって,ガラス表面上のモデルタンパク質の上下の向きを決定できることを示した.以上の結果は,より大きなタンパク質においても,ある一つのセグメントの残基を変異させて,そこに色素分子を導入してHD-ESFG測定を行なえば,そのセグメントの上下の向きを決定できることを意味している.従って,より大きなタンパク質の高次構造解析という次のステップに進むことができる.提案した新しいタンパク質高次構造解析法によってセグメントの配向を決定出来ることを,モデルタンパク質を用いて実際に証明した.具体的には,αヘリックスを形成する21残基の合成ポリペプチドをモデルタンパク質として用いた.モデルタンパク質をニッケル修飾ガラス表面上に吸着させて作製した配向膜の品質は,まず円二色性分光で調べた.CDスペクトルの形状から,モデルタンパク質はきちんとαヘリックスを形成していることを確認した.次に,ヘテロダイン検出振動和周波発生分光法(HD-VSFG)によって,アミドI領域の振動共鳴二次非線形感受率を測定し,ガラス表面上のモデルタンパク質の“上下"の向きを調べた.その結果,C末端にHisタグを導入したモデルタンパク質は上向き,N末端のものは下向きと,思った通りの配向を実現できていることを確認した.モデルタンパク質の一つの残基をシステインに変異させて,マレイミド基を有する色素分子を導入した.その色素分子の電子遷移に共鳴する二次非線形感受率を,ヘテロダイン検出電子和周波発生分光法(HD-ESFG)によって測定した.その結果,電子遷移に共鳴する二次非線形感受率の符号によって,ガラス表面上のモデルタンパク質の上下の向きを決定できることを示した.以上の結果は,より大きなタンパク質においても,ある一つのセグメントの残基を変異させて,そこに色素分子を導入してHD-ESFG測定を行なえば,そのセグメントの上下の向きを決定できることを意味している.研究実施計画に記載した,平成23年度中に実施予定の事柄を全て行なうことが出来たので,おおむね順調と言える.24年度が最終年度であるため、記入しない。新しいタンパク質高次構造解析法を,より大きなタンパク質に適用する.
応力分布スケーリング新手法確立による破壊靱性値温度依存性予測法構築への展開

本研究の目的は,温度毎に異なる破壊力学パラメータJ積分値,応力拡大係数Kに対応するき裂先端開口応力成分σ22分布の関係を統一(スケーリング)する手法を確立し,「すべり起因へき開破壊の場合には破壊時の応力が温度によらない」との知見を活用し,延性ー脆性遷移温度域材の破壊靱性値Jcの温度依存性を予測する手法を構築し,その妥当性を検証することである.H29年度にはまずT-scaling法,すなわち「小規模降伏条件の下で,J積分値に対応するHRR応力分布とK応力分布の交点に着目し,温度毎に異なるき裂先端開口応力成分σ22分布の関係を統一(スケーリング)する手法」を構築した.そして,基準温度Tr下の破壊靱性値Jcr,およびTr,予測対象温度Ti下の応力-ひずみ関係を取得し,T-scaling法と三次元弾塑性有限要素解析(EP-FEA)を用いてTi下の破壊靱性値Jciを予測する手法を構築し,これをSDS法と名付け,SDS法がS55C鋼(-8520°C)に適用できることを示した.H30年度は(i)SDS法の妥当性を,延性-脆性遷移温度域材のSCM440鋼(-55 100°C)の引張試験,破壊靭性試験を行うことにより検証した.(iii)SCM440鋼は,競合するASTM E1921のマスターカーブ(MC)法によりJcの温度依存性が予測できないことがわかり,CDS法の優位性を確認するとともに,MC法の課題について考察し,学術誌に発表した.予定通り,構築したCDS法により,他の材料(原子力圧力容器鋼),しかも広い温度範囲に対しその破壊靱性値温度依存性を予測できることを検証していく.本研究の目的は,温度毎に異なる破壊力学パラメータJとき裂先端開口応力成分σ22分布の関係を統一(スケーリング)する手法を確立し,「すべり起因へき開破壊の場合には破壊時の応力が温度によらない」との知見を活用し,延性-脆性遷移温度域材の破壊靱性値Jcの温度依存性を基準温度下の破壊靭性試験結果と予測対象温度下の三次元弾塑性有限要素解析から予測する手法を構築し,その妥当性を検証することである.本年度は,(1)小規模降伏条件の下で,温度毎に異なる破壊力学パラメータJとき裂先端開口応力成分σ22分布の関係を統一(スケーリング)する手法を確立し,これをT-scaling法と名付けた.また,T-scaling法を簡略化した結果,二温度の破壊荷重比が各温度の1/(降伏応力)の比にほぼ等しいとの知見も得た.(2) T-scaling法を二温度下の破壊時のき裂先端開口応力成分σ22分布へ適用し,基準温度Tr下の破壊靱性値平均値Jcrave,およびTr,予測対象温度Ti下の応力-ひずみ関係を取得し,T-scaling法と三次元弾塑性有限要素解析を用いてTi下の破壊靱性値Jcの平均値Jciを予測する手法を構築し,これをSDS法と名付けた.(4)波及成果として,T-scaling法が圧縮残留応力の付与による破壊靱性値の増加予測に適用できることを示した.この成果はMetals誌,日本機械学会論文集にて出版された.予定通りにT-scaling法を確立し,破壊靱性値の温度依存性予測するSDS法を構築し,S55C鋼に対し検証できたこと.また,T-scaling法が圧縮残留応力付与による破壊靱性値の増加予測に適用できることを示したこと.本研究の目的は,温度毎に異なる破壊力学パラメータJ積分値,応力拡大係数Kに対応するき裂先端開口応力成分σ22分布の関係を統一(スケーリング)する手法を確立し,「すべり起因へき開破壊の場合には破壊時の応力が温度によらない」との知見を活用し,延性ー脆性遷移温度域材の破壊靱性値Jcの温度依存性を予測する手法を構築し,その妥当性を検証することである.H29年度にはまずT-scaling法,すなわち「小規模降伏条件の下で,J積分値に対応するHRR応力分布とK応力分布の交点に着目し,温度毎に異なるき裂先端開口応力成分σ22分布の関係を統一(スケーリング)する手法」を構築した.そして,基準温度Tr下の破壊靱性値Jcr,およびTr,予測対象温度Ti下の応力-ひずみ関係を取得し,T-scaling法と三次元弾塑性有限要素解析(EP-FEA)を用いてTi下の破壊靱性値Jciを予測する手法を構築し,これをSDS法と名付け,SDS法がS55C鋼(-8520°C)に適用できることを示した.H30年度は(i)SDS法の妥当性を,延性-脆性遷移温度域材のSCM440鋼(-55 100°C)の引張試験,破壊靭性試験を行うことにより検証した.(iii)SCM440鋼は,競合するASTM E1921のマスターカーブ(MC)法によりJcの温度依存性が予測できないことがわかり,CDS法の優位性を確認するとともに,MC法の課題について考察し,学術誌に発表した.予定通り,H29年度に構築したSDS法により,他の材料(SCM440),しかも広い温度範囲に対しその破壊靱性値温度依存性を予測できることを検証していく.予定通り,構築したCDS法により,他の材料(原子力圧力容器鋼),しかも広い温度範囲に対しその破壊靱性値温度依存性を予測できることを検証していく.
大型素粒子実験装置の遠隔操作システムを用いた体験型学習プログラムの開発

高エネルギー加速器研究機構(茨城県つくば市)のBelle実験グループは、社会に向けた情報発信活動の一環として、高校生を対象としたサイエンスキャンプに取り組んでいる。キャンプではBelleの資源を公開・活用して、「研究者と同一の環境」を主軸とした体験型学習プログラムを実施している。本研究では、ネットワークを通じて教育現場や科学館などっくば市遠方の地域において、これらの学習プログラムを実施し、より多くの中学生・高校生が科学コミュニケーションに参加できる基盤を築き上げることを目的としている。学習者にとって興味の持てる研究環境を具体的に把握する基礎研究として、高エネルギー加速器研究機構において平成21年9月20日23日の日程でサイエンスキャンプを開催し、参加高校生23名に対してアンケート調査を実施した。さらに、これまでに得られた成果を基に、中学生を対象とした学習プログラムを開発し、高エネルギー加速器研究機構(KEK)、奈良女子大学附属中等教育学校、熊本県南小国町立南小国中学校の3地点をインターネット回線で結んだ遠隔授業、及び実習授業を平成22年1月2月にかけて全3回にわたり実施した。遠隔授業は大阪大学と共同で遂行し、大阪大学が開発した「超鏡(ハイパーミラー)」システムを利用した。また、宇宙航空研究開発機構(JAXA)の協力を得て、超高速インターネット衛星「きずな」の衛星回線を利用した。高エネルギー加速器研究機構で稼働中のBelle実験で実際に使用されている実験設備や実験データを活用し、「研究者と同一の研究環境における研究体験」を軸とした実習を通じて自然科学研究への理解を深めてもらうことを目的としたプログラムを開発すること、また、情報通信の帯域を活用することにより教育現場や科学館に研究所の研究環境を再現することで、Belle測定器から離れた地点においても研究体験が可能な学習環境を構築することが本研究の目的である。今年度は、学習者にとって興味の持てる研究環境を具体的に把握する基礎研究として、平成20年8月10日13日の4日間、高エネルギー加速器研究機構において高校生を対象とした素粒子サイエンスキャンプを開催しか。全国から24名の高校生(男子16名、女子8名)が参加した。キャンプ開催後に実施した学習者に対するアンケート調査や、教育現場の研究協力者からの評価を報告書にまとめ、日本物理学会や科学教育学会で報告した。また、所属研究室で取り組んでいる「超鏡システム(バイパーミラー)」を使用した遠隔教育の実践として、平成21年1月21日23日に行われた超高速インターネット衛星「きずな」による大分-大阪間の小学校を結んだ遠隔教育実験に参加した。ハイビジョンでの超鏡システムを用いた学習環境は、臨場感を伴うコミュニケーションが可能であることを確認できたことから、遠隔サイエンスキャンプや事前学習教材のコンテンツ開発に応用していく。
感覚器としての眼の起源と分子進化

感覚器の起源と進化を明らかにすることを目的に眼を例にとり比較進化学的な解析を進めた。神経系が未発達にもかかわらずレンズ眼を有する枝足クラゲや単細胞にも関わらずレンズを有する眼点を持つ渦鞭毛虫を対象として、次世代型シークエンサーによるRNA-seqを行い、発現遺伝子を比較した。結果、渦鞭毛虫では、視物質として、原核生物タイプの遺伝子を用いている可能性が示唆される結果を得た。また、クラゲのレンズ形成に関わる遺伝子は、我々の遺伝子との進化的な関係が示唆された。これらの結果は、眼は神経系の複雑化の前に光受容器官として高度化を始めていた可能性を示唆するものである。現在データの詳細な解析を更に進めている。感覚器の起源と進化を明らかにすることを目的に眼を例にとり比較進化学的な解析をおこなう。レンズ眼の起源と進化を理解することは、生物における表現系や形態・機能の多様化を考える上で重要であるばかりでなく、生命における他者の認識にまで至る、高次機能の理解にも関わるものである。神経系が未発達にもかかわらずレンズ眼を有する枝足クラゲや単細胞にも関わらずレンズを有する眼点を持つ渦鞭毛虫を対象として、哺乳類に代表される高度な神経系と連携している眼を比べることにより、遺伝子レベルで、このような複雑な感覚器がどのように出現したかという感覚器の進化と、感覚器からの情報を処理する神経系の進化上の関わりを遺伝子レベルから明らかにすることを目指す。上記目的を果たす為に、渦鞭毛虫、エダアシクラゲを原始的なレンズ眼を持つ生き物の代表とし、ミズクラゲをその対象に、眼の形成に関わる遺伝子の探索を目指して研究を進めた。本年度は、上記の三種に関してサンプルの収集を進め、特に眼をもたないミズクラゲに関しては、オプシン遺伝子を中心に眼に関わる遺伝子を探索し、どの部位で発現しているかをin situで調べた。また同時に、配列解析により、どのような光受容特性を持つかの解析を行っている。一方エダアシクラゲに関しては、大規模な遺伝子発現解析の為に、培養環境の拡大をおこなった。これにより、十分なサンプルの確保が可能となった。本年度は、試験的にRNAseqをおこなった。また、様々なデータベースを利用して、眼の形態形成に関する遺伝子発現ネットワークモデルを作成した。これは、従来の知見のみならずいくつかの遺伝子の寄与が示唆されるものとなった。今後、これらの遺伝子を含めて、進化過程の中で眼の複雑化がどのように行われてきたかをより精密に調べる。感覚器の起源と進化を明らかにすることを目的に眼を例にとり比較進化学的な解析を行った。神経系が未発達にもかかわらずレンズ眼を有する枝足クラゲや単細胞にも関わらずレンズを有する眼点を持つ渦鞭毛虫を対象として、哺乳類に代表される高度な神経系と連携した感覚器としての眼を比べることにより、遺伝子レベルで、このような複雑な感覚器がどのように出現したかという感覚器の進化と、感覚器からの情報を処理する神経系の進化上の関わりを遺伝子レベルから解明するために研究を進めた。渦鞭毛虫、クラゲの眼点に着目して、神経系と感覚器(レンズ眼)の進化的関わりの解明を目的に、次世代シークエンサーによる遺伝子発現解析を行うことにより、両者から眼に関わる遺伝子もしくはその相同遺伝子の単離および発現解析を行い、それらについて高次神経系を伴う生物種(ヒトやタコなど)のデータと比較解析し、感覚器の起源と高度化、および進化における神経系との相互関係を明らかにする進化的解析を進めた。そのために、比較進化学、比較ゲノムの立場から、情報科学的手法を用いた進化モデルの構築と関連遺伝子候補の探索を進めるとともに、候補遺伝子の機能解析を行い、感覚器の成立過程にどのように神経系の発達が関与しえたのか、分子進化学的な解析によるモデルを構築した。感覚器の起源と進化を明らかにすることを目的に、眼を例にとり比較進化学的な解析を進めた。

神経系が未発達にもかかわらずレンズ眼を有する枝足クラゲや単細胞にも関わらずレンズを有する眼点を持つ渦鞭毛虫を対象として、哺乳類に代表される高度な神経系と連携している眼を比べることにより、遺伝子レベルで、このような複雑な感覚器がどのように出現したかという感覚器の進化と、感覚器からの情報を処理する神経系の進化上の関わりを遺伝子レベルから明らかにすることを目指し、枝足クラゲの眼に発現している遺伝子の探索を目的に、次世代型シークエンサーを用いてRNA-seqを進めた。得られたデータは、次世代型データ解析システムを用いて、アノテーションおよび他生物種との比較解析のために用いられており、現在、データの解析が進行中である。既に得られている、渦鞭毛虫の遺伝子との比較解析を行うとともに、クラゲから得られたオプシン遺伝子の全長決定を行い、いくつかは、従来の報告と異なりフレームシフト変異が生じ、全長が長くなっている事をゲノムレベルで検証した。また、得られたオプシン遺伝子は、共同研究者のもとで、その光需受容特性の検証が進められており、光受容物質としてのクラゲオプシンと視覚器官としてのクラゲ眼の機能的な解析を進めている。遺伝子発現モデルの作成や、いくつかの遺伝子に関する機能解析に関しては予定通り進捗している。RNAseqについては、サンプルの増殖が本年度はよくなく、材料集めに手間取った。しかし、暖かくなれば、より大規模での培養と野外収集を行うことにより、材料不足をカバーできる。25年度が最終年度であるため、記入しない。以下の理由により、予定通りであり良好な達成度であると判断している。材料のクラゲの飼育が安定せずサンプルの収集が予定より遅れていたが、24年度後半には十分量が集められた。利用できる近縁種情報が少ないために、得られたゲノム配列、RNAseqデータの解析に時間をとられているが、別プロジェクトにより開発されたNGSデータ解析システムを用いる事によりこの問題も解決されつつある。渦鞭毛サンプルに関しては、採集の困難はあるものの、過年度より集めていたサンプルが利用できる見込みであり、最終年度に向けて問題なく進められると判断している。これらの困難は当初より想定済みであり、研究を進める上では問題なく、進捗は大筋で計画通りに進んでいると判断している。更に、オプシン遺伝子のフレームシフトや機能解析等、当初予定していなかった範囲まで研究が広がりを見せており、十分な達成度であると考えている。後は成果の公表に向けたとりまとめが最終年度必要と考える。24年度以降は、大規模シークエンシングを、新たに研究所に導入されたシークエンサーを用いて独自に行う事により効率化する。また、材料であるクラゲに関しては、現在、増え始めており問題なく昨年度の分をカバーできると考えている。これに基づき、計画通り、クラゲを中心にレンズ眼の起源と成立過程を大規模配列データ比較に基づき明らかにしていく。また、必要に応じて、比較対象の種を増やし、より詳細な眼の多様化と起源に関する比較研究を進める計画である。昨年度に引続き、比較ゲノムによるモデル構築および候補遺伝子の探索:1.引続き渦べん毛虫、エダアシクラゲの発現遺伝子解析を継続して進める。次世代シークエンサーによるRNAseqの手法を用いることにより、原始的なレンズ眼を有する渦鞭毛虫、エダアシクラゲの遺伝子の網羅的発現解析を行う。2.1における遺伝子発現解析の結果を用いて、眼の発生に関わる遺伝子の配列比較および、発現量の比較を行う為のシステムの構築とデータの整備を進める。
講義理解における要約力に関する研究

本研究の主な目的は、学部留学生による日本語の講義理解における要約力の解明にある。「要約力」とは受講内容の要点を日本語で簡潔に表現するコミュニケーション能力である。平成30年度は、2種の人文学系講義G・Hにおける3種の理解データ(1受講ノート、受講後の2要約文、3インタビュー)の分析を継続した。3種の調査対象(日本語が母語の「大学生」と中国語・韓国語が母語の上級日本語学習者の「留学生」)による理解データにおける講義G・Hの「情報伝達単位(CU)」の残存傾向から、日本語の講義理解の要約力を、1.理解類型と表現類型、2.1受講ノートの「過程的理解」と受講後の2要約文、3インタビューの「結果的理解」を比較し、留学生の講義理解における困難点と要因の解明を継続してきた。3種の理解データの集団別の量的分析と受講者別の質的分析を通して、2種の講義の原話の表現特性を分析し、留学生の講義理解における要約力の課題と解決策を検討してきた。また、平成28年度に大学生と留学生対象の2種の講義の「話段調査」を実施し、29年度は講義G、30年度は講義Hの結果を、講義の談話構造(話段と中心文)の観点から分析した。日本語学習者の話題区分の指摘は、原話の話段をある程度反映するが、日本語母語話者よりずれが大きく、原話の高次元の話段の中心文を意識できる人は原話の話段の把握も適切なことを明らかにした。そこで、日本語教育の講義の理解支援には、話段に基づいて話題を適切に理解し、各話段の中心文を的確に把握する方法を指導する必要があることを提案した。さらに、講義の原話と理解データの要約文の表現特性の分析も継続して、講義の要点を把握する際の指標となる、1.講義内容を話段にまとめる表現、2.要約文に有意に多く残存する重要情報の表現について、「日本語機能文型(FSP)」「情報伝達単位(CU)」「メタ言語表現」を学習事項とする講義理解の教材開発の可能性を検討した。2種の人文学系講義G・Hの3種の理解データ(1受講ノート、受講後の2要約文、3インタビュー)の分析に用いる、講義の談話の構成要素である「情報伝達単位(CU)」の原話残存認定作業が遅れている。3種の理解データにおける要約文の理解類型と表現類型の解明、大学生と留学生の「情報伝達単位(CU)」の原話残存傾向の比較、3種の理解データ相互の比較検討を行い、日本語の講義理解の要約力を実証的に解明するには、理解データの原話残存認定作業の完了が急務である。また、大学学部留学生の講義理解を支援する日本語の要約力の教育には、日本語の理解力と表現力に加え、「論理的思考力」に関するメタ認知能力の解明が不可欠なことから、本研究の分析結果を再検討するための期間延長を要している。講義理解における要約力を解明する際の基礎データとなる3種の理解データの原話残存認定作業が完了していないため、各種の理解データを用いた分析が暫定的なものとなっている。その背景として、原話残存認定作業はかなりの専門的知識と技術を必要とするため、アルバイト要員等を増やすことが難しいということがある。その解決方法として、以下の2点が考えられる。まず、1作業コストを再検討して、優先順位を設ける。原話残存認定作業が完了した大学生のデータから分析することにより、受講者の講義理解の傾向を把握して、それと比較しながら、留学生の講義理解の困難点を解明する。また、2新しい作業者に対する熟練者による指導助言を行う。作業グループに熟練者と新しい作業者を配置することにより、作業人員の不足を解消して、原話残存認定作業の結果の精度を保持する。さらに、原話残存認定作業の結果を効率的に分析するために、以下の2点を実行する。3講義理解における留学生の「要約力」の課題を明らかにするという観点から、各ワーキング・グループで、原話残存認定作業が完了したデータを用いて結果の分析と考察を進める。4定例研究会における各グループの作業の進捗状況と研究成果の報告によって、グループ内だけでなく、グループ相互のコミュニケーションを密にする。今後も、基礎データの完了と結果の分析を相互にフィードバックしながら同時進行していく。「話段調査」による大学生と留学生の講義の内容区分の結果について、2種の講義の談話の「話段」と「中心文」の分析、および、3種の調査対象と理解データにおける「情報伝達単位(CU)」「日本語機能文型(FSP)」「メタ言語表現」の残存傾向の分析結果を総合して考察し、特に留学生の講義理解の要約力の問題に対する、講義理解の支援方法を提案する。本研究の初年度に、2種の人文学系講義G・Hについて、大学学部の受講者がどのような内容のまとまりとして講義の談話構造を理解するのかを解明するために、「話段調査」を実施した。受講者が講義録画を視聴して、オンラインで話題を区分した箇所を記録するシステムを開発し、日本語母語の学部学生(以下、大学生と記す)と中国語・韓国語母語の上級日本語学習者の留学生(以下、留学生と記す)各20名の計40名対象の調査結果を整理し、分析に着手した。講義理解の要約力を解明するために、大学生(49名)と中国(51名)・韓国(50名)の留学生を対象として、講義G・Hの録画を視聴で収集した3種の理解データ(1受講ノート、2受講後の要約文、3受講後のインタビュー)について、講義の原話の「情報伝達単位(CU)」の残存認定を行い、分析した。1大学生の受講ノートGNは、講義Gの話段とノートの文段の対応関係が明らかになった。

2受講後の要約文GYは、講義Gを直接受講した大学生23名のデータとの相関係数の検定により、残存傾向が概ね類似することが明らかになった。また、留学生の講義Gの原話残存認定を行った結果を整理している。3大学生の受講後のインタビューGIは、講義Gの大学生23名のデータとの相関係数の検定により、残存傾向が概ね類似することがわかった。3種の講義A・G・Hの原話における「日本語機能文型(FSP)」の出現傾向については、大話段の開始文と終了文に典型的な文型の組み合わせが認められた。2種の講義G・Hの受講者による「話段調査」は、当初予定していたデータ量を40名に限定することにより、順調に収集できたが、調査結果の分析は、なお継続中である。3種の講義理解データ(1受講ノート、2受講後の要約文、3受講後のインタビュー)の原話残存認定が全般に遅れている。講義の談話と3種の理解データの「情報伝達単位(CU)」という単位は全16類30種あり、認定方法が複雑で、分量も多いことから、残存傾向を調査する際に多くの時間を要するが、調査の質を維持するために、原話や理解データの構造や構成等を熟知する認定作業者が限られているため、作業がなかなか進捗しない。特に、講義Hの3種の理解データの原話残存認定が当初の予定より遅れている。「日本語機能文型(FSP)」は、講義の原話A・G・Hにおける出現傾向が明らかになっているが、講義の各理解データにおける文型の出現傾向の調査は、次年度の課題である。本研究の目的は、日本語の講義理解における要約力の解明にある。平成29年度は、前年度に調査した2種の人文学系講義G・Hの受講者計40名(日本語母語の学部学生(大学生)20名、中国語・韓国語母語の上級日本語学習者の学部留学生(留学生)各10名)の「話段調査」の分析結果を、国際シンポジウムのポスターと学会誌の論文各1件に発表した。講義録画を視聴した受講者がオンラインで指摘した両講義の「話段」の区分箇所と各話段の主要な内容を表す「中心文」の数を母語別に集計し、講義の談話分析による話段区分箇所と中心文の一致率から大学生と留学生の出現傾向を比較検討した。その結果、両講義とも、留学生の方が講義の話段区分と中心文との相違や個人差が大きく、講義理解に問題があることが明らかになった。特に、講義Gは、大学生・留学生ともにスライドの切り替えが話段区分の指摘に反映されていたが、留学生の個人差が大きく、講義の談話構造の把握に差異が認められた。講義理解における受講者の要約力を解明するために、両講義の3種の理解データ(1受講ノート、受講後の2要約文、3インタビュー)の分析を継続した。分析方法として、1.3種の理解データにおける講義の「情報伝達単位(CU)」による残存傾向、2.講義の理解類型、3.理解データの表現類型、4.大学生と留学生の講義理解の要約力の比較、5.留学生の構造把握の課題から講義理解の支援方法を設けているが、概ね3の段階にある。ただし、講義Gの一部のデータは、4の両者の要約力の相違を検討して、講義理解の指導方法の分析にも着手している。「日本語機能文型(FSP)」は、収集・整備した14種の講義の使用文型の基礎データ(レベル別・機能別の使用頻度、話段の開始・終了文の頻用文型)の分析結果を、学会誌の論文に1件発表し、講義の談話の「複合文型」の解明に向けて、高頻度で共起する複数の文型・接続表現・フィラー等を分析した。
TAK1抑制によるiPS細胞作成効率の改善と新規未分化維持培養系の開発

間葉系幹細胞(MSC)は現在の再生医療における中心的な細胞材料の一つである。良好な臨床効果が複数報告されている一方で、細胞そのものの性質、幹細胞としての機能がどのように維持されているのかについてはほとんど分かっていない。これまでTgfb-activated kinase(TAK1)を欠くMSCが殆ど増殖できない事を昨年度までに報告した。本年度ではTAK1とHippo pathwayとの連関を中心にMSCの増殖制御機構に迫るとともに、TAK1阻害がもたらす静止期同期を応用した新しい移植用細胞調整法の可能性を検討した。マウスBMMSCをモデルに、TAK1阻害剤:5z-7-oxozeaenol (5zox)、siRNA、CRISPR/Cas9システムを用いて前年度までに実施したTAK1の増殖・分化に及ぼす影響をより詳細に検討した。昨年度までの結果からTAK1の活性化阻害は増殖抑制を引き起こす事が明らかとなっており、Fucci-BMMSCの解析よびトランスクリプトーム解析を実施し、TAK1の抑制はBMMSCに静止期を誘導することを確認した。また、マイクロアレイ解析においても静止期に特徴的な遺伝子発現パターンを示すことを確認した。さらに、Co-IP解析により、TAK1はHippo経路のYap1/Tazとの相互作用、活性化を介して細胞周期を制御する事が明らかとなった。TAK1阻害剤が静止期同調をもたらすことを利用して、BMMSCの骨髄髄腔内移植を実施し、1、3、7、28日後に移植したMSCの定着率をFACS解析により評価した。TAK1阻害を行った細胞は未処理の細胞に比べて3倍近い定着率となり、TAK1阻害が移植直後の細胞死の軽減と定着率の向上に有効であることが示された。ES・iPS細胞などの多能性幹細胞は、多分化能性と自己複製能を有している。特にiPS細胞は患者個人から作成することで、細胞移植医療における理想的な細胞と考えられている。また、個々人のiPS細胞を作成、形質を観察することが出来き、新薬開発においても有益である。しかしながら、様々な外的要因により分化・変質することから、安定した治療成績を担保するためには、高い品質を維持するための培養法やiPS細胞の作成効率の向上が必須である。幹細胞を始めとした細胞は、ストレスに対し様々な応答を行い、炎症性サイトカインや酸化ストレスが細胞を変性させる。このようなストレスは、ストレス受容分子により細胞内に伝達され、様々な分子カスケードの活性化を経て遺伝子の転写制御に関わる。今回着目したTGFβ-activated kinase1 (TAK1)はストレス受容伝達カスケードにおいて代表的な分子であり、様々な細胞内シグナル伝達経路の中でも最も上流に位置するMAP3Kの1つであること、種を越えて保存されていることから、発生・恒常性維持において極めて重要な役割を有していると考えられる。事実、TAK1のノックアウトマウスは胎生致死となることが知られ、Stat3(Tyr705)の異所(Ser727)リン酸化の促進、Wnt/βカテニン経路にあるTCF/LEFの抑制、Smadの核移行を抑制することなどが報告されている。さらに、MAP3Kでありながら核内でも機能するなど興味深い性質も明らかになってきている。幹細胞制御については、Nemo-like kinase(NLK)などの分子を介した幹細胞の未分化制御機構が示唆されているが、詳しいメカニズムは殆ど解明されていない。本研究では、多能性幹細胞のストレス応答におけるTAK1の役割を解明し、これを制御することで新規の多能性幹細胞維持培養法、樹立法の開発を目指す。TGFβの添加によりTAK1を活性化し、未分化マーカーの変化を検討した。TGFβの濃度依存的にTAK1がリン酸化され、未分化マーカー(Pou5f1、Sox2、Klf4、Nanog)の遺伝子発現が抑制されていた。一方で、TやTbx-6といった分化マーカーは亢進しており、未分化性は低下し細胞が分化へと進行していることが示唆された。さらに、TAK1のリン酸化阻害剤(TAK1i)を添加すると、特にNanogの発現が回復した。これにより、mES細胞の未分化維持機構において、TAK1の活性化は負の制御機構であることが示唆された。また、CRISPR/Cas9を用いたゲノム編集によってTAK1のノックアウトES(TAK1KO-mES)細胞を作出した。マウスへの移植にてテラトーマを作成したところ、TAK1KO-mES細胞由来のテラトーマは全く形成されなかった。また、TAK1KO-mES細胞のテラトーマ作出に限って移植のエンドポイントを延長したが結果は変わらなかった。TAK1はmES細胞の未分化維持、分化過程での増殖に不可欠な存在であると考え解析を進める予定である。前述よりTGFβ添加は、中胚葉マーカーの発現を亢進していた。これより、中胚葉系譜の幹細胞である間葉系幹細胞(MSC)においても幹細胞特有のメカニズム(Stemness)におけるTAK1の役割を検討した。MSCは筋・骨・軟骨・脂肪を始めとした中胚葉系の細胞へと分化可能な体性幹細胞の一つであるが、継代毎にMSCのStemnessが損なわれるなどそのメカニズムは未だ多くが未解明であり、培養系自体が確立されていない。そこで、MSCにおいてもTAK1の制御を検討した。MSCにおけるTAK1は常にリン酸化されており、細胞質及び核内の両方で発現が認められた。

TAK1iを添加すると、核内での発現が著しく減少し、濃度依存的に細胞増殖は抑制された。間葉系幹細胞(MSC)は、自己複製能及び多分化能といった幹細胞に特徴的な能力(Stemness)を有し、生体からの収集が比較的容易であることから移植ソースとして中心的な存在となっている。しかし、発生学的な起源や制御機構については未知の点が多い。MSC制御に関わる分子の同定は、より良い移植ソースを目指す上で重要である。そこで我々は、TGFβシグナルエフェクターのTGFβ-activated kinase1 (TAK1)に着目した。幹細胞を始めとした細胞は、細胞外ストレスに対し様々な応答を行い、炎症性サイトカインや酸化ストレスが細胞を変性させる。このような細胞外ストレスは、ストレス受容分子により細胞内に伝達され、様々な分子カスケードの活性化を経て遺伝子の転写制御に関わる。TAK1はストレス受容伝達カスケードにおいて代表的な分子であり、様々な細胞内シグナル伝達経路の中でも最も上流に位置するMAP3Kの1つであることや、種を越えて幅広く保存されていることから、発生・恒常性維持において極めて重要な役割を有していると考えられる。事実、TAK1のノックアウトマウスは胎生致死となることが知られ、Stat3(Tyr705)の異所(Ser727)リン酸化を促進すること、Wnt/βカテニン経路にあるTCF/LEFの抑制すること、Smadの核移行を抑制することなど重要な知見が報告されている。さらに、核内でも機能するキナーゼとしても報告されており興味深い性質も明らかになってきている。幹細胞制御については、Nemo-like kinase(NLK)などの分子を介した幹細胞の未分化制御機構が示唆されているが、詳しいメカニズムは殆ど解明されていない。本研究では、多能性幹細胞のストレス応答におけるTAK1の役割を解明し、これを制御することで新規の多能性制御機構の解明や多能性幹細胞維持培養法の開発を目指す。ES細胞を用いたTGFβ添加実験より、中胚葉マーカーの発現が亢進していた。これより、筋・骨・軟骨・脂肪を始めとした中胚葉系の細胞へと分化可能な組織幹細胞で、継代毎に分化能・増殖能が損なわれるなどメカニズムの多くが未解明であるMSCのStemnessに対するTAK1の役割を検討した。マウス骨髄中に存在するPDGFRα(+) / Sca-1(+)は幹細胞性に優れたMSC(PαS MSC)であることが知られている。PαS MSCのTAK1は常にリン酸化されており、細胞質及び核内の両方で発現していることがイムノブロット法によって確認された。TAK1阻害剤の添加により、核内での発現が著しく減少し、細胞増殖は抑制された。また、生細胞の細胞周期を解析出来る蛍光プローブ:Fucciが導入されたTgマウスよりMSCを樹立し、TAK1阻害によって細胞周期がどのように変化するのかFACSにより解析を行った。TAK1のリン酸化が阻害されるとG1G0期に画分が増加した。また、昨年度までにCo-IP / LC-MSMSによって抽出してきたTAK1のパートナータンパク質の発現抑制においても順次、細胞周期との関連性を検証する予定である。
核蛋白質輸送効率制御機構の解析

これまでに競合阻害がおこらない程度の核蛋白質(核移行シグナル)を細胞質に導入すると、全体の核蛋白質輸送効率が上昇するという現象を見いだし、それが核移行シグナル(NLS)依存的なリン酸化反応に依存することを明らかにしている。本現象の分子メカニズムを解明するため、核移行シグナル依存的にリン酸化されるタンパク質の同定を行った。これまでに知られている核蛋白質輸送に関与する因子の中から核移行シグナル依存的にリン酸化されるものを検索した結果、RanGAP1ならびにRanBP3が細胞質抽出液中において核移行シグナル依存的にリン酸化されることがわかった。RanGAP1、RanBP3ともに低分子量G蛋白質Ranの制御因子である。低分子量G蛋白質Ranは核蛋白質輸送過程において中心的な役割を果たす因子であり、その制御蛋白質が核移行シグナル依存的にリン酸化されることは核蛋白質輸送効率制御機構を考える上で非常に興味深い。そこで、RanGAP1、RanBP3の細胞内での機能をさらに解析するため、各因子に対するモノクローナル抗体の作製を試みた。これまで核蛋白質輸送因子に対するモノクローナル抗体の作製は主にマウスを用いられてきたが、その抗原性の低さなどからあまり成功していない。そこで、本研究ではラットリンパ節由来のリンパ球を用いて抗体の作製を行ったところ、各因子に対する特異的な抗体を合成するハイブリドーマ細胞を樹立することに成功した。各抗体の性質を検討したところ、これらの抗体は核蛋白質輸送効率制御機構を明らかにするためのツールとして非常に有用であることがわかった。そこで本年度は核移行シグナル依存的にリン酸化されるタンパク質の同定を行った。具体的にはまず、importinやRanGTPase cycle関連因子など、これまでに知られている核蛋白質輸送に関与する因子の中から核移行シグナル依存的にリン酸化されるものを検索した。その結果、RanGAP1ならびにRanBP3が細胞質抽出液中において核移行シグナル依存的にリン酸化されることがわかった。RanGAP1はRanのGTP加水分解を促進する酵素である。よって、核移行シグナル依存的にRanGAP1がリン酸化され、RanGAP1のRanGTP加水分解活性が変化することで細胞内の局所的なGTP結合型とGDP結合型Ranの割合が変化し、そのことが核蛋白質輸送効率を変化させる可能性があることが示唆された。またRanBP3は酵母からヒトまで高度に保存されたタンパク質であるにも関わらず、これまでその機能がほとんどわかっていない因子である。本研究より、核蛋白質輸送におけるRanBP3の役割が明らかになるものと思われる。