hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
企業の境界とイノベーション：自動車技術の電動化における企業間関係のマネジメント

本研究の目的はイノベーションをめぐる企業間関係のあり方と構造について実証的に分析することである。具体的には「自動車技術の電動化」という非連続的イノベーションに対して、自動車メーカーとその周辺産業にあるエレクトロニクスメーカー、二次電池メーカーの開発協業体制を調査し、イノベーションの類型が企業間関係と「企業能力」に与える影響に焦点を当て、「イノベーション」と「分業」、さらに「企業能力」の三者におけるダイナミックな関係を分析した。今年度は、昨年の研究成果を踏まえて、実証研究に必要な継続調査、及び研究成果の公表という二つの側面から研究活動を行ってきた。実証研究に関しては、夏休みを利用して、スタンフォード大学に短期訪問研究員として滞在し、自動車電動化技術に関するる時系列データ、各種コンサルティング・レポートを収集した。またスタンフォード大学で開催された研究セミナーに出席し、現地の研究者と本研究に関する意見交換を行った。このように、国内外の研究リソースを活用しながら、自動車電動化技術の流れが企業のダイナミック・ケパビリティにいかなる影響を与えているのかについて、資料分析を行った。実証研究の進行と同時に、昨年の文献レビューの成果をより拡張し、技術、戦略、さらにダイナミック・ケパビリティに関する文献研究を行った。特に、欧米経営学の中で注目されている、「認識」と「フレーミング」の概念に焦点を当て、フレーミング・プロセスが技術変化、及びケパビリティの形成に関与する分析枠組みの抽出作業を行った。最終年度は、海外学術ジャーナルへの投稿、および欧米圏有力学会での研究成果の公表に注力した。まずスタンフォード大学で開催された「組織学習とイノベーション」に関する国際ワークショップで研究報告を行った後、イノベーション研究の領域においてヨーロッパ圏内で著名なDurid Conferenceに論文が採択され、学会発表を行った。さらに、8月のアメリカ経営学会(AoM)において研究報告を行った。こうした国際学会での研究発表から得られたフィードバックをもとに、海外学術ジャーナルへ投稿するための原稿修正を行った。初年度では、まず「企業の境界」という古くから議論されてきたテーマについて、既存研究の現状と問題点を整理し、本研究に必要な分析枠組を構築するための文献研究を行った。特にイノベーションが企業間関係に与える影響を議論する最近の研究に注目し、イノベーションと企業間関係におけるダイナミックな関係を考える上で適用可能な分析枠組の抽出に焦点を当てた。さらに、文献サーベイと同時に、新規技術の開発における企業間マネジメントの実態を把握するための調査を行い、文献サーベイで抽出されてきた論理的観点と二次資料で得られたデータ等と突合させながら、分析枠組みの精緻化と実証研究の妥当性を図るための作業を行った。特に3月9月末にかけて、スタンフォード大学及びシリコンバレーに滞在し、電気自動車の開発におけるアメリカのベンチャー型企業に焦点を当て調査を行った。また、スタンフォード大学の図書館リソースを活用し、世界の自動車産業における電動化技術の開発体制に関する、米国国内の各種調査報告、コンサルティング・レポートを収集し、資料分析を進めている。日本では主に大企業を中心に研究開発が進められているのに対して、アメリカではベンチャー企業は主要な役割を果たしている。こうした分業体制の違いから、企業のダイナミック・キャパビリティ及びイノベーションの性質との関連性についていかに説明していくのかは今後の課題として残されている。海外の研究者ネットワークとの交流、また海外コンファレンスでの研究発表によって、研究の進捗状況はおおむね順調に進展しているといえる。海外研究者とのネットワークを構築・活用でき、研究対象へのアクセスも順調に進展している。今年度は主に研究成果の国際発信及び、国際ジャーナルへの投稿に注力する予定である。既に、三つの海外のメジャー学会で研究成果を報告することが決定している。4月にスタンフォード大学で開催する「組織学習とイノベーション」に関する国際ワークショップに出席し、研究報告を行う。また、イノベーション研究の領域で著名なDRUID Societyに論文が採択され、6月に発表する予定である。さらに8月のアメリカ経営学会(AoM)での研究報告も予定されている。こうした国際学会での研究報告から得られるフィードバックを元に、「イノベーションのフレーミング・プロセス」、及び「認識枠組とダイナミック・ケイパビリティ」に関する原稿をさらに修正し、国際ジャーナルへの投稿を行う。イノベーションの類型が企業の境界に与える影響について、特に「オーペン・イノベーション」の観点から考察していく。具体的には、自動車技術における電動化の流れがいかに新規参入の可能性を促進し、それが既存企業のビジネスモデルにどのような変化を齎してきたのかについて実証研究を行っていく予定である。今年度は三つの国際学会で研究発表を行う予定である。そのため、海外渡航費としてアメリカ2回(スタンフォード大学、アメリカ経営学会)、スペイン1回(DRUID Conference)の海外出張を予定している。また、海外ジャーナルへ投稿のための原稿校正費も予定している。前年度の研究成果を踏まえて、自動車メーカーとその周辺産業にあるエレクトロニクス・メーカー、電池メーカーとの開発体制を調査し、イノベーションの類型が企業間関係のマネジメントに与える影響を分析する。特に、日米比較の観点から、オーペン・イノベーションが日米の企業競争力及び産業構造に与えるインパクトについて比較分析を行う予定である。
金属錯体骨格を持つ拡張型ポリ(α-アミノ酸)の合成と2次構造構築

α-アミノ酸と金属錯体を連結させた高分子である拡張型ポリ(α-アミノ酸)を系統的に設計、合成し、溶液または結晶中での立体構造を決定した。拡張型ポリ(α-アミノ酸)の立体構造は、構成するアミノ酸の種類に大きく依存し、アミノ酸の側鎖を僅かに変化させるだけで様々ならせん構造や、ジグザク構造を形成できることが明らかとなった。また、連結部分を変えることで、らせんの向きを制御できることも明らかとなった。酵素や金属蛋白質の特異な機能は、それぞれの蛋白質の特有の構造により実現されていると考えられる。例えば、錯体化学的に極めて不安定と考えられる酵素活性部位でさえ、巧妙に設計された蛋白質の中では安定に存在でき構造変化と連動して反応性が制御されている。即ち、三次元的構造の精緻な設計・構築が機能に繋がるものと期待できる。申請者は、合理的に立体構造を構築するための新たな物質群の設計指針として、光学活性なα-アミノ酸と剛直なスペーサーを組み合わせた「弘張型ポリ(α-アミノ酸)」という概念を独自に提唱し系統的な研究を行っている。本年度は、ビス(ピリジン)銀錯体を骨格に持つ拡張型ポリ(α-アミノ酸)の合成を行い、X線解析を用いて結晶構造を明らかにした。α-アミノ酸として、側鎖が少し嵩高いイソブチル基のL-ロイシンと側鎖の枝分かれが無く立体障害が小さいブチル基を持つL-ノルロイシンを用いた。前者は結晶中、左巻きのらせんを形成していたが、後者はジグザクの構造を取っていた。これまでの知見と併せて考えると、前者が側鎖の嵩高さのためにα-炭素周りの立体構造が制御されているのに対し、後者は比較的自由なコンホメーションを取り得ることに起因していることが明らかとなった。両者は分子量が等しい構造異性体であることから、側鎖の嵩高さのわずかな違いによって拡張型ポリペプチド鎖の2次構造の制御と構築が可能でることを示している。錯体部分とアミノ酸部分の組合せで様々な2次構造の設計が行えると期待できる。酵素や金属タンパク質の特異な機能は、それぞれのタンパク質の特有な構造により実現されていると考えられる。例えば、錯体化学的に極めて不安定と考えられる活性部位ですら、巧妙に設計されたタンパク質の3次元構造の中では安定に存在でき、構造変化により反応性が精密に制御されている。即ち、正確な3次元構造の設計・構築は新しい機能に繋がるものと期待できる。申請者は、新たな物質群の設計指針として、光学活性なα-アミノ酸と剛直なスペーサーを組み合わせた「拡張型ポリ(α-アミノ酸)」という概念を独自に提唱している。本研究では、新たな合成法、2次構造の構築方法を系統的に調べ、金属錯体を3次元的に配列させる合理的手法の確立を行っている。本年度は昨年に引き続き、ビス(ピリジン)銀(1)錯体骨格を持つ拡張型ポリペプチドの合成を行った。α-アミノ酸部分として、従来のL-ロイシン、L-ノルロイシンに加え、L-イソロイシン、L-バリンを用い、銀(I)イオンの有無による構造の違いをX線回折により明らかにした。φ、ψの二面角はα-ヘリックスとβ-シートに対応する値に近く、銀(I)イオンと錯形成ことでジグザグ構造、らせん構造を形成したポリペプチドとなっていた。銀(I)錯体の三次元構造にはアニオンの影響が大きく、アミドのNHとアニオンとの水素結合を形成することで、結晶構造が安定化されていると考えられる。また、同じアミノ酸でも光学活性体を組み合わせることで、らせんとジグザクのように大きく二次構造を変えることが可能であることが明らかとなった。酵素や金属蛋白質の特異な反応性は、活性部位を形成または取り囲む蛋白質の三次元的な構造に実現されていると考えられる。即ち、正確な三次元構造を正確に設計、構築する事が新しい機能へと繋がるものと期待できる。蛋白質はアミノ酸のα炭素をアミド平面が連結した比較的自由度の低い構造であるため、α炭素と窒素、カルボニルの炭素とのそれぞれの結合の二面角(φ、ψ)で、三次元構造の基本である二次構造が決定される。研究代表者は、新たな物質群としてα-アミノ酸と剛直なスペーサーを組み合わせた「拡張型ポリ(α-アミノ酸)」という概念を独自に提唱している。本研究の目的は、金属イオンを用いた拡張型ポリ(α-アミノ酸)の合理的な合成法と二次構造の構築方法の確立である。本年度は、最も有効であったα-アミノ酸をビス(ピリジン)銀錯体で連結させる方法について、銀イオンを含まずピリジン骨格を持つα-アミノ酸の結晶構造解析を行い、銀イオンや対イオンによる構造変化を詳細に調べた。銀イオンを含まない場合は、コラーゲンやβシートに近いφ、ψとなり、L-ロイシンを用いた場合は銀イオンの有無や対イオンに依存せず同様の値となった。二次構造は左巻きの6_1らせん(6_5らせん)であった。

一方、ノルロイシン、イソロイシン、バリンでは、銀イオンが存在するとα-ヘリックに近いφ、ψをとり、ジグザク構造となった。興味深いことに、バリンの場合はL体のみではジグザク構造であったが、ラセミ体では4_1らせんを形成することが明らかになった。
味覚受容体遺伝子解析による客観的味覚診断法の確立

我が国では超高齢化や食生活の変化などを背景に味覚障害者が急増している。味覚障害は単なる感覚障害に留まらず、高齢者では食欲不振から体重減少、さらに体調不良に陥る場合が多い。現在、臨床で行われている味覚検査法は、1障害を受けている味覚神経を同定する検査である「電気味覚検査」:三つの異なる味覚神経支配領域毎に、電気刺激で生じる金属味を利用して、電気味覚が生じる閾値電流量を主観的に測定する。2障害されている味質を同定する「濾紙ディスク法」:五つの基本味(甘味・塩味・酸味・うま味・苦味)に対して、濃度の異なる複数の味溶液を用いて、各味質に対する感受性が生じる閾値濃度を主観的に測定する。この二つの味覚検査法で行われている。しかしながら、これらの方法は患者の主観にもとづいた測定方法であり、高齢者に多くみられる認知症では検査ができない。今後、我が国にさらに進行する超高齢化社会では、医療費圧迫につながる低栄養を予防するために、認知症患者でも測定を可能とする客観的味覚検査法は必要不可欠である。そこで、本研究では、患者の味蕾を非侵襲的に採取し、採取検体中の味覚遺伝子発現量を定量的に測定する客観的味覚検査法の開発をめざす。当該年度は、2017年度に判明した非侵襲的に舌・擦過法で採取できる遺伝子サンプル量はごく僅かであるために、リアルタイムPCR法では、遺伝子発現量の基礎的動態を検出できない問題点を克服するために、新たに『デジタルPCR法』による測定を行うべく、『デジタルPCR法』用のうま味(T1R1/T1R3)、甘味(T1R1/T1R2)および苦味に対する特異的プローブを作製した。理由:前年度(2017年度)に判明した、「非侵襲的に舌・擦過法で採取できる遺伝子サンプル量はごく僅かであるためにリアルタイムPCR法では味覚遺伝子発現量を測定困難」という問題を克服するために、『デジタルPCR法』に測定法を大幅に変更した。そのため、当該年度は『デジタルPCR法』による測定を行うべく、『デジタルPCR法』用のうま味・甘味・苦味に対する特異的プローブを作製した。さらに、作製した特異的プローブを用いて、味覚遺伝子発現量の基礎的動態である日内変動および年齢別差について検討していたところ、本学メディカル・マガバンク設置の『デジタルPCR』が故障したために、研究は現在、中断している。以上の状況を総合的に判断し、進捗状況はやや遅れているとした。前年度(2017年度)に判明した、「非侵襲的に舌・擦過法で採取できる遺伝子サンプル量はごく僅かであるためにリアルタイムPCR法では味覚遺伝子発現量を測定困難」という問題を克服するために、『デジタルPCR法』に変更し、新たな測定法の開発に着手していた。ところが、『デジタルPCR法』用のうま味および甘味遺伝子に対する特異的プローブを作製し、続いて、作製した特異的プローブを用いて、味覚遺伝子発現量の基礎的動態である日内変動および年齢別差について検討していたところ、本学メディカル・メガバンク設置の『デジタルPCR』が故障し、研究は中断していた。一方、2019年1月に本学メディカル・メガバンクとは別に、本学医学系研究科共同機器室に新たに3DデジタルPCRシステムが設置された。従って、今後は本学医学系研究科共同機器室設置の『デジタルPCR』を用いて研究を推進する。

さらに、作製した特異的プローブを用いて、味覚遺伝子発現量の基礎的動態である日内変動および年齢別差について検討していたところ、本学メディカル・マガバンク設置の『デジタルPCR』が故障したために、研究は現在、中断している。以上の状況を総合的に判断し、進捗状況はやや遅れているとした。我が国では超高齢化や食生活の変化などを背景に味覚障害者が急増している。味覚障害は単なる感覚障害に留まらず、高齢者では食欲不振から体重減少、さらに体調不良に陥る場合が多い。現在、臨床で行われている味覚検査法は、1障害を受けている味覚神経を同定する検査である「電気味覚検査」:三つの異なる味覚神経支配領域毎に、電気刺激で生じる金属味を利用して、電気味覚が生じる閾値電流量を主観的に測定する。2障害されている味質を同定する「濾紙ディスク法」:五つの基本味(甘味・塩味・酸味・うま味・苦味)に対して、濃度の異なる複数の味溶液を用いて、各味質に対する感受性が生じる閾値濃度を主観的に測定する。この二つの味覚検査法で行われている。しかしながら、これらの方法は患者の主観にもとづいた測定方法であり、高齢者に多くみられる認知症では検査ができない。今後、我が国にさらに進行する超高齢化社会では、医療費圧迫につながる低栄養を予防するために、認知症患者でも測定を可能とする客観的味覚検査法は必要不可欠である。そこで、本研究では、患者の味蕾を非侵襲的に採取し、採取検体中の味覚遺伝子発現量を定量的に測定する客観的味覚検査法の開発をめざす。当該年度は、味覚遺伝子発現量について、リアルタイムPCR法をもちいて、うま味(T1R1/T1R3)および甘味(T1R1/T1R2)・苦味に対する特異的プローブを作製し、味覚遺伝子発現量の基礎的動態である日内変動および年齢別差について検討した。理由:当該年度は、リアルタイムPCR法で味覚遺伝子発現量を測定するために必須である、うま味(T1R1/T1R3)および甘味(T1R1/T1R2)・苦味に対する特異的プローブを作製した。さらに、作製した特異的プローブを用いて、味覚遺伝子発現量の基礎的動態である日内変動および年齢別差について検討した。しかしながら非侵襲的に舌・擦過法で採取できる遺伝子サンプル量はごく僅かであるために、リアルタイムPCR法では、基礎的動態である日内変動および年齢別差の検討において、遺伝子発現量の差を検出できないことが判明した。以上の状況を総合的に判断し、進捗状況は遅れているとした。前年度(2017年度)に判明した、「非侵襲的に舌・擦過法で採取できる遺伝子サンプル量はごく僅かであるためにリアルタイムPCR法では味覚遺伝子発現量を測定困難」という問題を克服するために、『デジタルPCR法』に変更し、新たな測定法の開発に着手していた。ところが、『デジタルPCR法』用のうま味および甘味遺伝子に対する特異的プローブを作製し、続いて、作製した特異的プローブを用いて、味覚遺伝子発現量の基礎的動態である日内変動および年齢別差について検討していたところ、本学メディカル・メガバンク設置の『デジタルPCR』が故障し、研究は中断していた。一方、2019年1月に本学メディカル・メガバンクとは別に、本学医学系研究科共同機器室に新たに3DデジタルPCRシステムが設置された。従って、今後は本学医学系研究科共同機器室設置の『デジタルPCR』を用いて研究を推進する。
スラブ沈み込みに伴う日本列島下の温度分布・物質循環と地震学的微細構造の関連性

Hi-netの地殻熱流量データを用い、西南日本の隆起・沈降域でそれぞれ地殻熱流量が大・小となることを示した。2次元箱型熱対流モデルを構築し、プレート境界での摩擦熱と削剥・堆積による温度変化の効果により、上記のような地殻熱流量の分布が説明できることを示した。2つの海洋プレートを同時に沈み込ませることができるモデルを開発し、関東地域の低地殻熱流量がフィリピン海プレートの沈み込みによるものであることを示した。また、基盤観測網で得られた地震波形データを用いて、九州地方の三次元P波減衰構造を推定し、前弧側のマントルウェッジが蛇紋岩化し、背弧側のマントルウェッジに高減衰域が分布することを明らかにした。スラブ沈み込みモデルの構築に関しては、2次元箱型のスラブ沈み込みモデルを用いて、西南日本において、Hi-netの観測井、ボアホール、ヒートプローブ、BSRによって観測された地殻熱流量の分布を説明できるモデルを構築した。モデル化にあたっては、間隙水圧比を用いたプレート上面での摩擦熱を導入し、第4紀の地表の隆起量から計算した侵食速度から地表の削剥の影響を考慮した。その結果、陸域の高い地殻熱流量を説明するた釧こは、間隙水圧比が0.90.95でなければならないという結果を得、これまでよく知られていなかったプレート境界での間隙水圧比の値に制限を与えることができた。また、紀伊半島では、このようなモデルでも観測された高い地殻熱流量を説明することはできず、地殻内の流体移動の可能性があることを示した。また,3次元スラブ沈み込みモデルの開発にも着手し、プレートの沈み込みに伴う温度と流れのテスト計算を行い、温度場や地殻熱流量の計算や描画を可能にした。また、地震波波形解析に関しては、地震波減衰構造を精度よく推定するために手法の改良を行った。従来の方法では、地震のコーナー周波数(た)と波線平均の減衰をあらわす七会を同時に推定していたが、減衰構造の解の空間分解能および信頼性をより向上させるために、スペクトル比法を用いて丘を決定し、次いで、その血を用いてt☆を推定するという逐次的な解析方法を開発した。また、関東地方下の詳細な三次元地震波速度構造を推定し、フィリピン海スラブ内の蛇紋岩化領域の広がりを明らかにした。スラブの沈み込みに伴う水の流れのモデル化をめざし、主に海洋性地殻からの脱水過程をターゲットとして、Ohmori(2009)の含水MORBの相図を数値化し、熱と流れの2次元スラブ沈み込みモデルのコードに取り込み、相転移に伴う脱水量の計算を可能にした。スラブの沈み込みに伴う温度分布を推定するため、西南日本において、2次元モデルでパラメター・サーチを行った。沈み込むプレートの年齢、沈み込み速度、プレート形状を与え、プレートが沈み込んでからの経過時間・熱伝導率の空間分布・ポテンシャル温度などの不確定要素に対してパラメターの範囲を絞り込んだ。特に、Hi-netの高い地殻熱流量を説明するため、プレート間の摩擦熱・地表の削剥を考慮したモデルを新たに構築し、その温度構造と流れ場を明らかにするとともに、初期温度分布や放射性元素の空間分布の影響も評価した。東北地方で発生した稍深発地震の地震波形を用いて、地殻・マントルの三次元地震波減衰構造を推定した。その結果、背弧側のマントルウエッジには、沈み込むスラブにほぼ平行な高減衰域が分布すること、その高減衰域は南北方向にも不均質であり、第四紀火山下のマントルで特に高減衰になっていることなどを明らかにした。また、稍深発地震の波形からプレート境界でのPS変換波を同定し、その走時から海洋性地殻内のP波速度分布を推定した。得られた海洋性地殻の速度は、火山フロントを境に大きく変化し、前弧側で7km/s程度、背弧側で7.5-8km/s程度であった。この速度の違いは海洋性地殻の内の鉱物の相転移と深く関係していると考えられる。2次元スラブ沈み込みモデルを用いて、関東下でフィリピン海プレート、太平洋プレートの沈み込みに伴う流れと温度分布の数値シミュレーションを行った。地殻熱流量のデータと太平洋プレート上面の地震活動を説明する温度分布、脱水過程のモデル化に成功し、フィリピン海プレート上面の温度分布、太平洋プレート上面の温度分布とMORBの脱水の分布を求め、テクトニクスと絡めて議論した。また、任意のスラブ形状が扱える3次元箱型熱対流スラブ沈み込みモデルを開発した。

平面、円錐、円柱、反円錐、反円柱のスラブ形状モデルを構築し、海溝軸に直交する方向と斜め方向にスラブが沈み込む場合で、温度場・流れ場・地殻熱流量を計算し、スラブ形状との関係を調べた。その結果、斜め沈み込みの場合、スラブ形状が対称でも温度場・地殻熱流量は対称とならず、スラブの下傾斜側で温度場・地殻熱流量が低くなることを示した。太平洋プレート内の二重深発地震面上面で発生する地震に含まれるPS変換の到着時刻を用いてインバージョンを行い、海洋性地殻の詳細な速度分布を推定した。得られた結果は、前弧側の海洋性地殻の速度は、含水鉱物を含む海洋玄武岩モデルから期待される速度よりも10%以上遅いことを示しており、前弧側の地殻には脱水反応で生成された水がトラップされていることを示唆している。さらに、速度が遅い領域で地殻内地震が主として発生していることも明らかになった。2011年東北地方太平洋沖地震の役8ヶ月後に、関東下のフィリピン海プレート内で発生した地震活動を詳細に検討した結果、震源が6ヶ月間に約6km移動したこと、同一断層面の隣り合うパッチを破壊した地震が含まれることなどが明らかになった。地震活動域の直下に沈み込む太平洋プレートから供給された高間隙水圧が断層の強度を低下させ、地震を発生させたと考えると、これらの観測事実をうまく説明することができる。2次元箱型熱対流モデルを構築し、日本列島下の温度構造モデリングを行った。その際、これまでこのようなモデリングで使用されたことのなかったHi-netの地殻熱流量データを用いた。これにより、得られた温度構造の空間分解能が著しく向上した。その結果、西南日本では、南北方向に短波長の変動が見出され、紀伊山地や四国山地などの隆起地域では地殻熱流量が大きく、瀬戸内海などの沈降地域ではその値が小さいことを示した。このようなデータを説明するため、プレート境界での摩擦熱と隆起・沈降に伴う削剥・堆積による温度上昇・低下の効果を扱えるプログラムを開発し、従来のモデルに取り込んだ。その結果、上記の短波長の変動は後者の効果によってうまく説明できることを示した。また、上記の地殻熱流量データから関東地方では、低地殻熱流量地域が広がっていることを見出した。この地域には、太平洋プレートとフィリピン海プレートが沈み込んでおり、このような状況をモデル化するため、従来の1つの海洋プレートが沈み込むモデルを発展させ、2つの海洋プレートを同時に沈み込ませることができるプログラムを開発した。そのモデルを関東地域に適用し、同地域の低地殻熱流量は主として低温のフィリピン海プレートの沈み込みによるものと結論づけた。また、地震波形の解析では、基盤観測網で得られたデータを用いて、九州地方の三次元P波減衰構造を推定した。その結果、前弧側のマントルウエッジは蛇紋岩化していること、背弧側のマントルウエッジには部分溶融域と解釈できる高減衰域が分布することが明らかになった。ただし、地表に火山の分布しない九州中部(阿蘇から霧島にかけて)下では、深さ4060kmの減衰は小さいという特徴があり、非火山地域ではモホ面直下までメルトが連続的に上昇してきていないことを示唆している。26年度が最終年度であるため、記入しない。固体地球惑星物理学26年度が最終年度であるため、記入しない。計画した通り、着実に研究を進めているため。これまでは予定通り研究が進行しているので、今後もこれまで通りのペースで研究を進めていく予定である。
改良型放射線防護服等の機能性とイメージに関する研究

1.防護服の規格等に関する調査防護服改良のための新たな示唆を得るために、規格に関する資料と国内企業8社のカタログ等から防護服の基準、色、サイズ等の資料調査を行った。防護服の規格は国際規格としてISOやEN等がある。国内ではJISがあり、主要な防護服の規格として化学防護服や放射性物質による汚染に対する防護服について規定されていた。サイズはSXXL(または4L)まで各社35種類程度であった。色に関してはJISによる規定はなかった。放射線サーベイ等で使用されている防護服は化学防護服が主であり、色はホワイトの他にイエロー、レッド、オレンジ、グリーン等の原色に近い色が多かった。2.改良型放射線防護服に関する調査改良型防護服のイメージを明らかにするため、A大学被ばく医療研修スタッフ31名を対象に質問紙調査法により1放射線サーベイ時に検査者が着用する防護服として適切な色、2被ばく医療チームの医師、放射線サーベイ担当(診療放射線技師)、ホットエリア看護師、セミホットエリア看護師が着用する防護服として適切な色、3被ばく医療チームを編成する際、防護服の色を役割別にすることのメリットとデメリットについて回答を求めた。防護服の色としてホワイト、アイボリー、サーモンピンク、ライトグリーンの4色とした。一般住民ならびに自分が検査を受ける場合の色としてアイボリーが最も多く、前者は45.2%、後者は51.7%であった。被ばく医療チームリーダーを担う医師にはホワイト58.1%、放射線サーベイを行う診療放射線技師にはライトグリーン54.9%であった。ホットエリア看護師はサーモンピンク51.7%、セミホットエリア看護師はサーモンピンク45.2%で最も多かった。防護服の色を役割別にするメリットとして医療者の役割が一目で分かる、デメリットとして全国統一されていないため混乱が生じる、経費がかかるなどがあげられた。本研究の目的は1被検査者に不安感を与えないGMサーベイメータによる放射線サーベイ方法の実験的検討、2被検査者に否定的感情を与えず機能性の高い放射線防護服の評価である。平成27年度はGMサーベイメータ検出器部分へカバーを装着した場合に、放射線サーベイに影響がないかを実験的に検討した。カバーとして使用する紙の厚さ、紙質、色等について実際の放射線サーベイと同様の環境下で実施した。その結果、良質紙(一般的な印刷用紙)では影響がないことが明らかとなった。被検査者に不安感を与えないために、検出器部分に絵を描くことを想定し、コピー機印刷したカバーでは遮蔽効果が認められたことから、サーベイの際には遮蔽率を考慮する必要性が示唆された。また、放射線防護服に関する研究の実態を把握するために医学中央雑誌web版により文献検索を行った。キーワードは防護服、放射線、被ばく、放射線影響、デザイン、色とした。防護服に関する文献は2,293件であったが、放射線に関する文献は全体の6.2%となり、研究論文が少ないことが明らかとなった。また、被ばくや放射線影響に関連する研究では、ほとんどが放射線防護の立場からの医療者や介助者の被ばく量低減を目的とした研究であった。防護服と色、デザイン、イメージという心理学的な視点からの研究は少なく、被検査者に緊張感や不安感を与えない防護服の改良のための色、デザインに関する研究の必要性が示唆された。被検査者がどのような色や模様に対して否定的感情を示さないかを調査するために試作版を作成中である。被検査者に不安感を与えないようにGMサーベイメータ検出器部分にカバー(試作版)を装着するにあたり、放射線サーベイに影響がないかどうかを実験的に検証する必要性が生じ、その解明に時間を要したため。平成28年度は下記の点について実施した。1.改良型GMサーベイメータに関する成果発表:放射線サーベイをする際に緊張感を軽減するために測定部(検出器部分)にキャラクターを用いた画像を貼付することを考案し、その成果を発表した。緊張緩和のために検出器部分にイラスト等を装着する際には、使用するイラストによる遮蔽の影響を事前に検討し、遮蔽率を考慮した測定が必要である。2.改良型サーベイメータについてのイメージ調査:上記1の改良型GMサーベイメータについて被検査者が大人と子どもの場合の2通りについてSD法を用いて調査した。平成29年3月31日までに総計243名から回答が得られた。平成28年度成果の一部として看護学生46名について分析した。その結果、改良型サーベイメータは通常型に比較し、明るい、暖かい、弱い、陽気な、安定した、緩んだ、やわらかい、やさしい、静かな、好きなイメージが強く、特に被検査者が子どもの場合は顕著であった。今後は性別や年代別比較を行うなど詳細な分析が必要である。3.改良型防護服に対するイメージ調査:白、アイボリー、サーモンピンク、ライトグリーンの4色を選定しイメージ調査を行った。平成29年3月31日までに総計241名から回答が得られた。平成28年度成果として看護学生45名について解析した。その結果、これまで一般的に用いられている白の防護服に対しては肯定的感情の「充実」、否定的感情の「抑鬱・動揺」、「圧迫・緊張」が他の3色より有意に高かった。

したがって、放射線サーベイを行う際の防護服はアイボリー、サーモンピンク、ライトグリーンが望ましい。今後は性別や年代別比較を行うなど詳細な分析が必要である。改良型GMサーベイメータや放射線防護服を提案するための基礎データが揃ったが、イメージ調査では性別や年代別比較が済んでいないため。1.放射線防護服の改良に関する研究東北地方のA大学看護学生、事務職員、B市の市民公開講座に参加した一般市民、C市のイベント事業に参加した子育て中の母親262名を対象に、無記名自記式質問紙により防護服の色に対するイメージを調査した。ホワイト、サーモンピンク、アイボリー、ライトグリーンの4色の防護服を提示し、「服装によって生起する多面的感情状態」を測定した。有効回答数は258名であった。年代別比較では一部の感情状態において差異が認められたものの、性や年代を超えた共通なイメージがある可能性が示唆された。ホワイトの放射線防護服に対しては充実得点が他の3色よりも高く、放射線サーベイという特殊な作業に対する安全性を求める役割期待の表出が推測された。しかし、快活・爽快、安らぎ得点が低く、抑鬱・動揺得点、圧迫・緊張得点が高かったことは、放射線サーベイという緊迫感がある場面においては好ましい色とは言い難いことが明らかとなった。2.GMサーベイメータの改良に関する研究上記1の研究対象と同一で、無記名自記式質問紙を用いて調査した。有効回答数は256名であった。工夫なしのGMサーベイメータ(従来型)及び検出部の窓にイラストを印刷した紙を装着したGMサーベイメータ(工夫型)のそれぞれについて写真を提示し、1あなた自身が検査を受ける場合、2子どもが検査を受ける場合のイメージについて調査した。イメージの測定には、10の形容詞対(明るい-暗い、暖かい-冷たい、弱い-強い、陽気な-陰気な、安定した-不安定な、緩んだ-緊張した、など)について5段階で回答を求めた。自分が検査を受ける場合に比べ、子どもが受ける場合のGMサーベイメータのイメージは否定的であったが、検出部にイラストを印刷した紙を装着する工夫によりGMサーベイメータのイメージは肯定的になることが明らかになった。本来であれば、放射線防護服の色ならびに改良型GMサーベイメータのイメージに関する研究結果から、より不安や緊張感を与えない放射線防護服とGMサーベイメータを提案する予定であったが、改良型の試作版作成に時間を要したため。1.防護服の規格等に関する調査防護服改良のための新たな示唆を得るために、規格に関する資料と国内企業8社のカタログ等から防護服の基準、色、サイズ等の資料調査を行った。防護服の規格は国際規格としてISOやEN等がある。国内ではJISがあり、主要な防護服の規格として化学防護服や放射性物質による汚染に対する防護服について規定されていた。サイズはSXXL(または4L)まで各社35種類程度であった。色に関してはJISによる規定はなかった。放射線サーベイ等で使用されている防護服は化学防護服が主であり、色はホワイトの他にイエロー、レッド、オレンジ、グリーン等の原色に近い色が多かった。2.改良型放射線防護服に関する調査
算数の授業における数学的知識の構成過程と子どもの抱く納得の心情とのかかわり

○研究の概要算数科の授業において、子どもは「わかった」と納得することで、数学的な知識を構成し、活用していくのではないかと考えた。そこで、次の三点について授業を工夫し、一年間継続した。(1)デジタル教科書などを用いる。(2)自分の考えをカードに書きため蓄積する。(3)計算ドリルなどを用いて計算力を高める。この3つを継続しながら、子どもの姿を観察することで分かってきたことを報告する。【デジタル教科書などを用いる】デジタル教科書、自作のプレゼンテーションを用いて1年間、授業を行った。デジタル教科書を用いることで、授業への集中力が高まった。理由は次の3点であると考える。(1)机の上の教科書がなくなることである。特に特別な支援が必要な子どもにとって、ものが一つでも減ることは集中力を高めることに有効であった。(2)画面を見ていない子どもを即座に把握しき、指導できたからである。(3)画面へ書き込みながら説明ができるため、子どもは視線の移動が少なくてすむ。子どもは、IT機器を用いることでは「わかった」という心情を見せなかった。しかし、授業への集中力が高まることで、学習の内容をよく理解するようになった。【自分の考えをカードに書きため蓄積する】学習の区切りがよい場面で、子どもが授業を通して分かったこと書き留めておく「算数アイディアカード」を作成した。5cm×9cmのほどの大きさで、表には日付と授業を通して分かった算数のアイディアの名前を書き、裏にはその説明を書く。書きためていくことで、子どもは自分が分からない問題に出会ったとき、このカードを活用するようになった。そしていくつかのアイディアをつなげて新しいアイディアをつくる場面が見られた。さらに書きためたものを、数と計算や図形などに分類することで、自分のアイディアのつながりを考えていた。見付けたアイディアをつないだり、仲間のアイディアと共通点を見付けたりする場面では、「わかった」という声が多く聞かれた。また、見付けた新しいアイディアを他の場面に活用する様子も見られた。【計算ドリルなどを用いて計算力を高める】上記2つの取組だけでは、「わかった」という心情が生まれない子どもがいた。計算を苦手とする子どもである。いくらアイディアをつないで「わかった」という発言をしても、他の場面に活用することができない。そこで、計算練習に取り組んだ。計算力がつくにつれて、見付けたアイディアを活用しようとする意欲は生まれたが、成果として報告できるまでの取組にはならなかった。さらに継続することが大切であると考える。【研究の成果】「わかった」という心情とともに数学的知識を構成することで、子どもは、その知識を他の場面に活用することができた。また、知識を活用できる子どもの数も、いわゆる教え込みの授業をしているときに比べて格段に多かった。自ら使える知識を把握しながら、その知識を組み合わせて新しい知識をつくる。こうした過程が「わかった」という心情を強くさせ、また数学的知識を活用していく姿へと結ばれていくことが分かった。

計算力がつくにつれて、見付けたアイディアを活用しようとする意欲は生まれたが、成果として報告できるまでの取組にはならなかった。さらに継続することが大切であると考える。【研究の成果】「わかった」という心情とともに数学的知識を構成することで、子どもは、その知識を他の場面に活用することができた。また、知識を活用できる子どもの数も、いわゆる教え込みの授業をしているときに比べて格段に多かった。自ら使える知識を把握しながら、その知識を組み合わせて新しい知識をつくる。こうした過程が「わかった」という心情を強くさせ、また数学的知識を活用していく姿へと結ばれていくことが分かった。
グリア細胞の異常リン酸化タウの研究-臨床病理および基礎的研究-

グリア細胞に出現する嗜銀性異常構造物には、タウ陽性のglialfibrillary tangle(GFT)とargyrophilic thread(AT)があり、アストロサイト、オリゴデンドログリアのいずれにも形態の異なる数種のタイプが認められた。グリア細胞種、形態により分類を行った。この分類に従って、各タイプのGFTとATについて、組織化学および免疫組織化学的性質、ガリアス電顕と免疫電顕所見をNFTと比較した。GFTはNFTと異なりユビキチン等のタウ附属蛋白を伴わず、タウ蛋白のアイソフォルムのうちで短いタイプのみで構成されていた。電顕検索ではGFT,ATともにNFTとは異なり線維形成に乏しかった。各タイプのGFTには異なる疾患親和性が認められた。とくに進行性核上性麻痺と皮質基底核変性症はニューロン・グリア変性疾患であることが明かとなった。ラット初代培養アストロサイトを用いた実験ではカルシウムイオノホアによりカルシウムイオンの細胞内流入とフォスファターゼ阻害剤のオカダ酸の使用でともに対照に比し、タウ蛋白の異常リン酸化が認められたが、免疫電顕検索ではリン酸化タウ蛋白に線維化は認められなかった。さらにヒトグリオーマ由来培養細胞についても同様の実験を行ったが同じ結果であった。これらの結果は異常リン酸化タウ蛋白の線維化は動物種の違いによるものでないこと、異常リン酸化と線維化は異なるプロセスであることを示している。いくつかの神経変性疾患ではグリア細胞にもニューロンの神経原線維変化(Neurofibrillary tangles ; NFTs)に相当する構造物が形成されることが知られており、Glial fibrillary tangles (GFT s)と名付けられている。GFTsの形態、出現の有無を多数の疾患の脳標本で検索し、GFTsをそれぞれの形態と母細胞の種類からtuft-shaped astrocytes,thornshaped astrocytes, coiled bodies, argyrophilic threadsの4型に分類した。さらに各タイプのGFTsの疾患親和性を明らかにした。GFTsを免疫組織化学的に検討し、ニューロンのNFTsと比較した。その結果、GFTsとNFTsは検索したすべての抗タウ抗体で陽性を示し、同じ性質の異常リン酸化タウタンパクで構成されているが、NFTsがubiquitin, heparan sulphate, α1-antichymtripsin, apolipoprotein Eなどのタウ付随タンパクを伴うのに対して、GFTsはこれらのタウ付随タンパクを伴っていなかった。さらにタウタンパクを構成するisoformについて知るために、タウのN端側の挿入部分であるexon2および3に対する抗体を作成し、検索したところ、GFTsではNFTsと異なりexon2,3を含まない短いタイプのisoformであることが明らかになった。GFTsを免疫電顕法で検索した結果、GFTsはしばしば線維形成に乏しく、無構造なタウ陽性物質で構成されていた。線維形成に乏しく、タウ附属タンパクを伴わないというGFTsの特徴は、NFTsの前段階として注目されているpre-tanglesによく似ていることが分かった。これらの結果は異常リン酸化タウが線維化する過程の解明に役立つ情報である。

ラット初代培養アストロサイトを用いた実験ではカルシウムイオノホアによりカルシウムイオンの細胞内流入とフォスファターゼ阻害剤のオカダ酸の使用でともに対照に比し、タウ蛋白の異常リン酸化が認められたが、免疫電顕検索ではリン酸化タウ蛋白に線維化は認められなかった。さらにヒトグリオーマ由来培養細胞についても同様の実験を行ったが同じ結果であった。これらの結果は異常リン酸化タウ蛋白の線維化は動物種の違いによるものでなないこと、異常リン酸化と線維化は異なるプロセスであることを示している。
原初銀河における星・球状星団の形成と宇宙初期

本総合研究(B)では、研究会およびワ-クショップを主催して、宇宙の創成と星・星の集団・銀河の形成を解きあかすことを目標とした重点領域申請の準備を行った。その成果は平成5年度発足重点領域申請書、領域名「宇宙の進化と銀河の形成」(代表者:藤本光昭)という形でまとめられた。重点領域「宇宙の進化と銀河の形成」では、(A)宇宙構造の形成、(B)銀河の進化、(C)新しい手段による宇宙論的観測の3つを主要研究項目としている。主要項目Aでは、理論的研究の支援のもとに光学赤外・X線による宇宙論的観測を進める。光学赤外観測においてはCCDアレイ素子を天文学に応用し銀河探査を行う。X線ではASTROーD衛星によって鉄輝線を用いた遠方銀河の高温ガスを観測する。主要項目Bでは。我が国で特色をもって発展してきた銀河の理論的研究を基盤として、球状星団という原始銀河の化石天体を通して銀河形成期に迫ることを目標とする。同時に近傍銀河の全面分子スペクトル観測を行い、球状星団形成領域の研究を行う。主要研究Cではγ線・X線・サブミリ波・中間赤外線の各波長域において、観測機器の開発を行いながら、宇宙論的研究の態勢づくりを目指す。以上のようにこの重点領域は電波からX線・γ線にわたる全波長域での宇宙論的観測とそれを支援する理論研究を結び付けた計画で、宇宙論的研究を計画的かつ組織的に行えるよう練られたものである。このような形で重点領域申請を企画することができたのは本総合研究(B)の主要な成果である。主要項目Bでは。
視覚刺激が「快」感情を生じる神経機構の解明

neutralな視覚刺激に対して、物理的な報酬とは無関係に生じるpositiveな感情の生成には脳のどの部位が関係しているのか、ヒトによって刺激の好みが異なるが、個体による選好性の違いはどのようなメカニズムで生じるのか、の疑問に対する解答を得るのが本研究の目的である。サルの前頭葉眼窩部や前頭連合野腹外側部より記録される単一ニューロン活動の解析により、これらの領域が報酬の予期や報酬出現の検出に関わっていることが明らかになっている。本研究では、選好性の強さが行動学的な検討で明らかになった70種類のフラクタル図形(選好性の高い20種類、選好性の低い20種類、中間の30種類)を使用し、これらの刺激に対する前頭葉眼窩部ニューロンの応答を解析した。約300個のニューロンの活動を記録し、解析した。個々のニューロンの刺激による選択性には著しいばらつきが見出されたが、選好性の異なる3つの刺激グループ間で応答の大きさを比較したところ、選好性の強さの違いにより応答の大きさの異なるニューロンが約30%存在した。多くのニューロンは選好性の強さに比例して応答も大きくなる傾向が見出されたが、少数のニューロンでは反比例し、選好性の低い刺激に対して大きな応答を示す傾向が見出された。選好性の強さの違いによる応答の違いは、いずれかの刺激グループの少数の刺激に対する強い応答によるものではなかった。このように、前頭葉眼窩部のニューロンの視覚刺激に対する応答の強さの変化は、行動学的に得られた刺激に対する選好性の違いと対応づけられることが明らかになった。したがって、neutralな視覚刺激に対する選好性の違いは、刺激に対する前頭葉眼窩部ニューロンの応答の違いにより説明されるのではないかと考えられる。神経生理学的実験に向けた予備実験として、サルにとって新規な視覚刺激であるフラクタル図形に対するサルの嗜好性を検討した。2頭のマカカザルを用いて実験を行った。どのサルにとっても未経験で新奇な視覚刺激であり、生物学的に無意味な刺激を用いて実験を行うため、1000枚のカラー・フラクタル図形を使用した。その中から類似性のない30枚の図形を取り出して刺激群とし、このような刺激群を10群作成した。各刺激群に含まれる図形からランダムに選択した2枚を同時にモニター上に呈示し、どちらか一方の図形を眼球運動によりサルに選択させると同時に、選択した図形をモニター中央に呈示し、サルがそれを12秒間見続けると報酬を与えた。各刺激群に含まれる図形を10-15セッションにわたって呈示し、刺激群に含まれる図形ごとの報酬獲得率をもとに図形をランク付けしたところ、高頻度で選択される図形とほとんど選択されない図形が見出された。特定の図形の選択確率は、図形の呈示頻度とは無関係であり、また、報酬との連合によるものでもなかった。また、選択確率のセッションによる変動は少なく、高頻度で選択され、報酬を獲得する確率の高い図形はセッションを通してほぼ一定していた。また、選択確率の高い図形と低い図形を各刺激群から集めて作成した刺激群で同様の検討をしたところ、選択率の高い図形と低い図形の間で、選択率の有意な相違が観察された。この結果は、サルにとって無意味で新規な刺激に対して嗜好性が生じることを示しており、フラクタル図形に対するサルのこのような行動を利用することにより、図形に対する嗜好性と「快」感情との関係を明らかにできると考えられる。昨年度実施した行動実験で動物が示したフラクタル図形に対する選好性の強さをもとに、選好性の高い図形を20種類、選好性の低い図形を20種類、中間の図形を30種類選択し、合計70種類のフラクタル図形からなる刺激セットを各サルで作成し、実験で使用した。サルには単純な注視課題を行わせ、モニター中央を注視している間に、70種類のフラクタル図形を疑似ランダムな順序で、0.5秒間呈示し、前頭連合野のニューロンの応答を調べた。ニューロン活動は前頭連合野の眼窩部より記録した。現在までに60個のニューロン活動を記録し、解析をおこなった。その結果、図形に対する選好性の強さによって、視覚刺激に対する応答、視覚刺激呈示後の遅延期間の応答、あるいは、報酬呈示期の応答の強さが変化するニューロンが見出された。選好性の高い図形の呈示時に高い応答を示すものばかりでなく、選好性の低い図形呈示時に高い応答するものも見出された。これらのニューロンの各図形に対する応答を調べたところ、特定の刺激呈示により応答する傾向は見出されなかった。したがって、ニューロンの応答の強さは、図形に対する選好性の強さの違いを表象していると結論できる。このことから、図形に対する選好性の強さの違いによって応答の強さを変化させるニューロンにより、動物のフラクタル図形に対する選好性行動が規定されることが示唆される。今後は、図形に対する選好性の強さにより応答を変化させるニューロン活動が、快情動と関係するかどうかを検討したい。

本研究では、選好性の強さが行動学的な検討で明らかになった70種類のフラクタル図形(選好性の高い20種類、選好性の低い20種類、中間の30種類)を使用し、これらの刺激に対する前頭葉眼窩部ニューロンの応答を解析した。約300個のニューロンの活動を記録し、解析した。個々のニューロンの刺激による選択性には著しいばらつきが見出されたが、選好性の異なる3つの刺激グループ間で応答の大きさを比較したところ、選好性の強さの違いにより応答の大きさの異なるニューロンが約30%存在した。多くのニューロンは選好性の強さに比例して応答も大きくなる傾向が見出されたが、少数のニューロンでは反比例し、選好性の低い刺激に対して大きな応答を示す傾向が見出された。選好性の強さの違いによる応答の違いは、いずれかの刺激グループの少数の刺激に対する強い応答によるものではなかった。このように、前頭葉眼窩部のニューロンの視覚刺激に対する応答の強さの変化は、行動学的に得られた刺激に対する選好性の違いと対応づけられることが明らかになった。したがって、neutralな視覚刺激に対する選好性の違いは、刺激に対する前頭葉眼窩部ニューロンの応答の違いにより説明されるのではないかと考えられる。
三重鎖核酸を利用して制御可能な化学修飾遺伝子の開発

本研究では三重鎖形成核酸との三重鎖形成により機能を制御することのできる人工DNAを開発した。まず、DNAの遺伝子としての性質を制御することを考え、メジャーグルーブ側に水素結合供与部位をもった修飾ピリミジン塩基をDNAに導入し、T7-RNAポリメラーゼによる転写と三重鎖形成反応による転写制御を行った。その結果、上記DNAは予想通り、修飾ピリミジンと水素結合を形成する三重鎖形成核酸を用いることで転写が阻害された。また、水素結合に替わる分子間相互作用として、芳香環のスタッキング相互作用が期待される5位置換蛍光塩基をDNAに導入したところ、予想どおり三重鎖形成により蛍光特性を制御することができた。遺伝子発現をON/OFFする仕掛を組込んだ人工遺伝子は合成生物学や人工タンパク質合成系などに有用である。本研究では起案者が独自に開発した修飾核酸をT7プロモータやその下流に導入した人工遺伝子と、その転写を三重鎖形成核酸の結合により制御する新技術を開発する。平成26年度はDNA二重鎖中のデオキシシチジンをシュードイソシチジンに置換するためのヌクレオシドとホスホロアミダイトとオリゴヌクレオチドへの導入を行った。また、実際に合成したDNAを用いてT7-RNAポリメラーゼ反応を行ったところ、予想通り転写反応が進行することが分かった。その一方で、合成したDNAの構造を詳細に検討したところ、シュードイソシチジンが一部分解している可能性が示唆されたため、シュードイソシチジンの保護基をより穏和な条件で除去可能なものに代え、改めてホスホロアミダイトの合成とDNAの合成を行った。また、人工遺伝子に導入する新規人工核酸塩基としてシュードイソシチジンの他にも3-アミノピリダジン骨格も検討しその合成と塩基識別能を明らかにした。遺伝子発現をON/OFFする仕組みを組み込んだ人工遺伝子は合成生物学や人工タンパク質合成系などに有用である。本研究では起案者が独自に開発した修飾核酸をT7プロモーターやその下流に導入した人工遺伝子とその転写を三重鎖形成核酸の結合により制御する新技術を開発する。平成27年度は昨年度合成した人工遺伝子に結合する三重鎖形成核酸を合成し、それらによる転写反応の阻害について検討した。その結果、合成した三重鎖形成核酸が予想どおり人工遺伝子の転写反応を阻害することが明らかになった。また、昨年度合成検討したピリダジン骨格を塩基部に含むデオキシヌクレオシド三リン酸を合成し、それらの性質を調べた。その結果、合成したヌクレオシド三リン酸はKlenowフラグメントによりDNA鎖に取り込まれることが分かった。現在までに計画した人工遺伝子の合成が完了し、さらにそれらの転写反応と三重鎖形成核酸による阻害効果により確認済みである。この状態でさらに研究が進展すれば目標とする三重鎖形成核酸によりタンパク質合成を制御可能な人工遺伝子の開発が期待される。遺伝子発現をOn-Offする仕組みを組み込んだ人工遺伝子は生物工学や合成生物学の研究に重要である。本研究ではDNAに非天然型の人工ヌクレオシドを導入し三重鎖形成反応や光照射など、天然型DNAでは実現できない特異的な相互作用により制御することのできる人工遺伝子の開発を目指し研究を行った。まず、三重鎖形成反応により遺伝子発現を制御できる人工遺伝子を合成し、実際に三重鎖形成核酸との相互作用によりT7-RNAポリメラーゼによる転写反応を制御することに成功した。さらにこの三重鎖形成技術を応用し、三重鎖形成に伴い蛍光を発する蛍光核酸の開発と、光照射により転写を活性化することの可能な光制御遺伝子の開発にも成功した。また、核酸塩基部を化学修飾した人工遺伝子を細胞内で酵素的に合成する技術への応用を見据え、核酸塩基部、特にピリミジン環2位のカルボニル基を有しないヌクレオシド三リン酸やピリミジン環5位に光保護基を導入したヌクレオシド三リン酸を合成し、それらのDNAポリメラーゼ反応による取り込み能を定量的に評価することで、これらの化学修飾がDNAポリメラーゼ反応に与える影響を明らかにした。また、実際にこれらの修飾塩基を含むDNAを酵素反応により合成することにも成功した。今後は今回開発した人工遺伝子群を細胞内で合成することにより、外部から三重鎖形成核酸の投与や光照射により機能を制御することのできる人工遺伝子を有する合成細胞などの合成生物学分野への応用が期待される。本年度は予定通り人工遺伝子を合成し、転写反応の解析を行うことができた。一方で、合成した人工遺伝子が一部分解している可能性も示唆されたが、この点についてもすでに別条件での合成法を確立済みであり、今後の研究遂行には支障が無いと考えられる。本年度は昨年度の成果をさらにタンパク質合成系に展開するために、修飾塩基を含む人工遺伝子の合成と性質評価を行う。28年度が最終年度であるため、記入しない。核酸有機化学平成27年度は計画通り、三重鎖形成核酸による転写阻害実験を行う。

次に人工遺伝子にGFPなどのタンパク質遺伝子を挿入し、人工遺伝子の転写ー翻訳のプロセスと、その三重鎖形成核酸を用いた制御について検討する。平成26年度までの成果を活用し問題なく推進できると考えている。DNA合成に必要なホスホロアミダイト化合物について、新規のベンダーから予定よりも安価で購入することができたため。28年度が最終年度であるため、記入しない。当初は3ー4種類程度のシトシン誘導体を合成し、もっとも優れた性質を有する人工DNAを探索する予定であったが、最初に合成したシュードイソシトシンが予想よりも優れた性質を示したため探索合成のための経費が予想よりも低くなったため。次年度使用額については、合成する遺伝子の種類を増やし本技術の汎用性をより確かなものにするための検討に用いる。平成27年度に持ち越した経費については、今年度合成する人工遺伝子の配列のバリエーションを増やし、より網羅的に人工遺伝子の性質を調べることに用いることで、研究のレベルをさらに高めることに用いる。