hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
MODY (遺伝性糖尿病) 患者由来iPS細胞を用いた病態解析

膵β細胞の発生過程を模倣した6段階からなる膵β細胞分化誘導系を開発した。さらに膵β細胞の段階でスフェロイドによる3D培養を行うことでグルコース応答性などの機能性を高めることに成功した。このiPS細胞から分化誘導した膵β細胞をSTZ投与により得られた糖尿病モデルマウスに移植することで血糖値を低下させた。またマウス血中からヒトインスリンc-peptideも検出して、生体内においても機能している事を確認した。また遺伝性糖尿病(MODY)患者由来iPS細胞(MODY-iPSC)を樹立し、MODY-iPS細胞の膵β細胞の分化過程において変異mRNAのみがNMDにより選択的に分解されている事を発見した。1) Definitive endoderm(DE)への効率的分化誘導系:一般的にはWntとactivinを用いてDEへ分化誘導を行うが、この方法では分化効率にバラツキや株間の差が大きい事が分かった。そこで、1つの小分子化合物と3つの成長因子を組み合わせ、培地等も検討することで、新たな高効率DE分化誘導法を開発した(テストした全ての株で90%以上の分化効率)。2) posterior foregut (PFG)における位置情報の最適化:膵β細胞分化誘導を行うとPFGにおける細胞の状態が予想以上に最終的な分化率・インスリン分泌・グルコース応答性に大きく影響している事が分かった。そこで位置情報に重要な因子である複数のFGFやRAを検討し新規合成レチノイドと2種類のFGFを組み合わせた分化誘導法を構築した。これらの改良したプロトコルにより膵前駆体マーカーであるPdx1、膵内分泌マーカーであるngn3の陽性率を90%以上にする事に成功した。3)膵内分泌前駆体からbeta cellの効率的分化誘導系の検討:今まではグルコース応答性をもつ機能的膵β細胞を分化誘導することが難しかったが、複数の成長因子と小分子化合物を組み合わせる事で機能的膵β細胞分化に成功した。さらにこの過程で接着培養からスフェロイドの3次元培養にすることで、グルコース応答性を高めることに成功した。遺伝性糖尿病(MODY)-患者由来iPS細胞を樹立をした。膵β細胞分化誘導を行うため、DE・PGT・PFG・PP・EPの各段階のマーカー陽性率が全て90%以上であり、膵β細胞のマーカーであるinsulin C-peptideの陽性率が30%以上となる膵β細胞の発生過程を模倣した6段階からなる膵β細胞分化誘導系を開発した。またマウス血中からヒトインスリンC-peptideも検出して生体内においても機能していることを確認した。MODY-iPS細胞と膵β細胞分化誘導系を用い、MODY-iPS細胞の膵β細胞への分化過程において変異mRNAのみがNMDにより選択的に分解されている事を発見した。またCRISPR/CasシステムによるMODY-iPSの原因遺伝子修復を行う予定であったが、当初予定していたvector系のワンステップ法による遺伝子修復したMODY-iPS細胞のスクリーニングが困難である事が分かったため、PiggyBacとCRISPR/Casシステムによる2ステップ法に切り替える必要が生じた。しかし全体としてはおおむね計画通りに進行している。再生医療1)分化させたβ細胞の機能・遺伝子発現比較解析:平成26年度に検討した分化誘導系を用いMODY-iPSと修復MODY-iPS細胞から分化させた膵β細胞のインスリン分泌能(グルコース応答性)をELISAにより比較する。またマイクロアレイにより遺伝子発現の比較も行う。2)糖尿病モデルマウスの条件検討:Streptozotocine (STZ)の腹腔内注射によりβ細胞を破壊し糖尿病モデルマウスを作成するが、STZの量が少ないと血糖値が増加せず逆に多すぎるとマウスが死んでしまう。血糖値が400mg/dl以上の高血糖状態になり、かつマウスの生存率がよいSTZの量やマウスの週令を検討する。3)糖尿病モデルマウスを用いた生体内におけるMODYの病態再現および機能解析:MODY-iPSと修復MODY-iPS細胞から分化させた膵β細胞を糖尿病モデルマウスの片側の腎被膜下に移植し生体内でMODYの病態を再現させ、血糖値の推移を調べる。さらにマウスに糖を経口投与し血糖値およびインスリン量の変化によりグルコース応答性を調べ、生体内における分化状態・機能を比較解析する。また片側の腎皮膜下への移植を行うことで移植した細胞をそのまま摘出することが可能であるので(腎臓は2つあるので1つ摘出してもマウスは生存可能である)、移植した細胞を摘出して生着率・遺伝子発現を免疫染色やマイクロアレイにより比較解析する。
溶液中での回転異性化反応

n-ブタン純液体,アルゴン中及び水中でのn-ブタン,またエチレングリコールの分子動力学計算機シミュレーションを行なった。特に,エチレングリコールの内部回転のポテンシャルは,分子軌道計算と経験パラメーターの両方から決定した。純ブタンに関しては液体状態と真空中での二面角の分布を求め,その差の原因について検討した。理論的にも予想されるように,真空中と較べてゴーシュの割合が液体状態で4%程度高くなっている。この差は分子間の相互作用にも敏感であり,斤力だけの系ではこの差は10%にも達していることが確められた。反応物としてのブタン1分子に注目して,その回転の時間依存性とそのメカニズムを調べるために,運動エネルギー,ポテンシャルエネルギーをそれぞれ並道・回転・二面角および分子内・分子間の成分に分けて検討した。分子間相互作用が遷移状態のエネルギー障壁を大きく下げるような例が多数得られ,このような機構が溶液中での回転の一例であることが示された。
中世中期ヨーロッパにおける文字文化の展開と法--史料論と構造論の架橋の試み

12-13世紀は、ヨーロッパにおける、いわゆる実務的文字文化が急速に展開した時代であった。ドイツでは12世紀に、その基本的に開かれた宮廷の構造を媒介として、イタリア、フランス等、王権が関係を持っていた地域の様々な新しい潮流が流入するようになる。それを受けて、12世紀末以降、当時もっとも進んだ証書実務を誇っていた教皇庁の証書を巡る様々な理論や観念が取り入れられる。これに対して後期シュタウフェン朝の書記局は、徐々にシチリア王国の文書行政の要素の影響が強まって、制度化の程度が高まると同時に、南イタリアの官僚制を前提として、特権状から命令状への重心の移行が見られるようになる。これに対して、都市においては、単に社会生活・経済生活の複雑化というような理由のみならず、その共和制的な政体に特有の条件によって文字文化が発展を遂げる。それが特に早期にかつ顕著に進行したのはイタリア中世都市においてであった。教会裁判権を嚆矢とする裁判手続きの文書化とともに、共和制という政体に規定されて、役職者の選挙、役職者のコントロール、あるいは公共的な目的のための租税の徴収等の目的で、多様な文書が作成されるようになる。同じ傾向は、少し遅れるものの、ドイツやフランドルなど、北ヨーロッパにおいても見られた。この地域では、都市初期(Stadtschreiber)が、徐々に法学を学んだ者たちによって占められるようになり、文書行政を担当するのみならず、参事会の顧問、外交、さらには都市の自己意識の表現である歴史叙述等にも携わった。しかし文書を媒介とした法的な専門知識と、伝統的な共和制的な統治の間には、常に緊張関係が残っていた。今年度は初年度のため、研究状況の把握と第一次史料の所蔵調査及び収集に努めた。欧米の研究状況については、ドイツ・ミュンスター大学の「実務的文書主義」(pragmatische Schriftlichkeit)をめぐる大規模研究プロジェクトの研究成果を網羅的に調査し、そこで明らかになったことと、なお残されている課題について検討した。この問題については、同プロジェクトに属する研究者の主な業績、及びその枠内で開催された4回の国際シンポジウムを紹介する論文を執筆した。またこのドイツの研究状況に加えて、ディプロマティックスから出発しつつ、人類学的な見地やコミュニケーション理論にもとづく関心から進められている英語圏やフランス語圏の活発な研究状況についても検討した。いずれの研究領域においても、文字の利用が、同時に儀式的・象徴主義的なコミュニケーション構造と密接に結びついている状況について、興味深い視角を確認することができた。第一次資料の調査については、まず、ロンバルディーア諸都市の都市法のテキストをできるだけ収集することに努めた。この地域においては、とりわけ13世紀以降実務的な文書の数が爆発的に増えたため、本来文書館における長期の調査が必要であるが、それでも文書の作成・利用・保管について定める都市法の第一次史料は研究の不可欠の土台となる。本研究の中心となるはずのドイツについても、いくつかの都市の史料状況について研究した。とりわけ、(それ自体は良く知られていたことであるが)ニュルンベルクやレーゲンスブルクの先進的な都市の文書の存在様式について、概観ができたことは収穫であった。そのため、ドイツ(ベルリン)で、国立図書館写本部に収集されている中世文書の調査も行なった。今年度は、昨年度に行なった研究状況の確実な把握と史料の収集を基礎として、13世紀におけるイタリア都市及びシチリア王国における実務的文書の発展を具体的に検討した。(1)まず、申請者が従来から行なっていたシチリア王国の王権における文書利用と法のあり方について、実証研究を行なった。とりわけ、国王裁判所における文書利用を再構成する中で、その複雑な文書制度のあり方が具体的に明らかになった。判決においては、結果に影響を与える総ての行為を文書化し、それを判決の中で逐語的に再現することによって、手続の適正さを事後的に検証することを可能とすることに多大の労力が払われたことを具体的な実例によって説明することができた。

(2)他方において、従来極めて発達した文書行政を行なっていたと考えられてきたシチリア王国の行政的な文書(いわゆるマンダートなど)は、確かに王権や国王役人の行為について事細かに記してはいるものの、必ずしも常に総ての行為を把握しているとは思えないような現象が見られること、文書制度がその意味における体系性、網羅性を持っていたわけではないらしいことが推測されるが、この点については史料の伝存状況の評価の問題もあり、未だ確定的な結論を引き出すことはできない。(3)このような王権レベルでの文書使用と同時代のイタリア都市における文書制度の比較によって、王権では必ずしも存在しなかった<役職者による共同体の代表>という原則とそれにもとづくもろもろの必要(役職者の行為のコントロール、代表権の範囲の確定等)が、文書使用の密度と特徴を強く規定していることが明らかになった。来年度は、以上の検討成果を基礎として、中世ドイツ都市のうち、特にその先進的なものとの比較を試みたい。中世中期ドイツ王権、シチリア王国とその宮廷の行政実務並びに中世イタリア都市における文字使用のあり方の研究成果を前提として、今年度は中世ドイツ都市における実務的な文字使用の実態を研究するとともに、それぞれにおける国制・権力構造との関連を明らかにすることに努めた。(1)ケルン、ニュルンベルクという、ドイツ内でも比較的先進的な都市を対象として、中世後期における都市の証書制度、都市行政におけるそれ以外の文字使用のありかたを、残っている文書をもとにして検討した。イタリアと比較すると史料伝存状況が不利であり、必ずしも明確な対比は出てこなかったが、それでも都市の政治生活・法生活における文字文化の着実な進展を確認することができた。(2)都市参事会の活動における文書によるコミュニケーションの意味を、裁判、条例制定という局面において検討することを試みた。特に裁判においては、以前として口頭のコミュニケーション形式が規定的な役割を果たしていることが明らかになった。この面の実務では、特に歴史的な発展が遅れていることがわかる。(3)都市の政治や行政の「受け手」であった市民の基本的な識字教育の状況について、二次文献を用いて調査した。市民層の中にも稀ではあるが大学教育を受けたと見られる者が現われていることに加えて、ケルンでは大司教教会の学校が文字文化がemanateする一つの中心点となっていることが明らかになった。(4)文書作成のみならず、法実務一般においても重要な役割を果たした都市書記(Stadtschreiber)の出自、リクルートメントの仕方、その具体的な活動に関して調査した。この点についてはまだ網羅的な把握は不可能だが、特にニュルンベルクの都市書記が都市政治においても重要な役割を果たしていることは、イタリアと同様に、都市政治システムにおける、文字文化に親しんだ学識層の重要性の増大を示す。
火山噴火とその災害を三次元立体表示と動画でまなぶ学校内LAN教材の作成

当初は、CDなどのメディアで配布して学校内LANで使う火山教材を作成しようとしたが、回線やマシンスペックの性能向上が予想したより早く、インターネット上にコンテンツを置いて学校や家庭からユーザーにアクセスしてもらっても私たちの目的を十分達成することができるようになった。そのため予定を変更して、ユーザーにとって使いやすく、私たちにとって配布と更新が容易なポータルサイト「火山の教室」を作成した。http://vulcania.jp/school/ポータルサイトには、「子どものページ」への入り口と「先生のページ」への入り口がある。「子どものページ」は、「ニュース」「火山の学習」「火山がいっぱい」「電子掲示板」「リンク」からなる。「先生のページ」は、「ニュース」「授業素材」「研究レポート」「電子掲示板」「リンク」からなる。児童生徒と教諭はそれぞれのページを利用する。ただし他方のページを開くことを禁じてはいない。教諭は、授業で使う教材をここから選び出す。インターネットに接続して使っても良いし、手元に保存しておいてオフラインで使っても良い。児童生徒は、調べ学習などに利用する。作成したコンテンツのおもなものは、次のとおりである。・ウェブ紙芝居(おはなし編):「マグマのしんちゃん(鳥海山)」、「赤い岩のかけら(浅間山)」・ウェブ紙芝居(立体地形編):浅間山、阿蘇カルデラ、富士山・弁当パックで立体模型:各地の火山と震源分布・地震波シミュレーション:地震波形、縦波と横波、地震観測シミュレーション・生きている火山:噴火動画とライブカメラ・フィールド火山学:火山と噴火の体系的写真解説・見学案内:浅間山、草津白根山、富士山、伊豆大島平成15年度に作成した教材は次の通りである:1)かざんきっず浅間山と草津白根山の見学案内3編。それぞれ8ページからなる。児童が現地に持参して自習できる。小学3年生6年生。2)カシバード火山アルバム数値地図処理ソフトウエアであるカシミール3Dを用いて、浅間山と阿蘇を上空からみたイメージを作成し、そこに見える地形を説明する文章を付加した。3)マグマのしんちゃん秋田県と山形県の境界にある鳥海山で過去に起こった噴火の様子を民俗にからめつつ、小さな子どもたちにわかりやすく語る紙芝居を地元自治体が最近つくった。この自治体の許可を得て、紙芝居をウェブで楽しめるように調整した。幼稚園児小学3年生。4)伊豆大島のひみつ伊豆大島が火山噴火でできたこと、伊豆大島のあちこちに見られる地形が火山噴火(とその後の浸食作用)によって作られたこと、伊豆大島の人々が災害だけでなくいかに大きな火山の恵みを受けているかを説明した。小学4年生高校生。5)活火山富士のひみつ富士山が火山噴火でできたこと、富士山のあちこちに見られる地形が火山噴火(とその後の浸食作用)によって作られたこと、富士山麓に住む人々が大きな火山の恵みを受けていることを説明した。小学4年生高校生。6)浅間山2002年噴火アニメ気象庁の固定カメラで得られた浅間山の2002年噴火画像を、アニメーション技術によりウェブ上で動くようにした。7)火山3Dビュワー数値地図をもちいて火山をさまざまな角度から立体表示できるソフトウエアを開発した。画面上でマウスをドラッグすることにより、自由に回転、ズーム、ドリー、ティルト、そしてパンできる。・ウェブ紙芝居(おはなし編):「マグマのしんちゃん(鳥海山)」、「赤い岩のかけら(浅間山)」・ウェブ紙芝居(立体地形編):浅間山、阿蘇カルデラ、富士山・弁当パックで立体模型:各地の火山と震源分布・地震波シミュレーション:地震波形、縦波と横波、地震観測シミュレーション・生きている火山:噴火動画とライブカメラ・フィールド火山学:火山と噴火の体系的写真解説・見学案内:浅間山、草津白根山、富士山、伊豆大島
寄生植物ストライガのトランスクリプトーム解析

本研究課題は平成26年度が最終年度のため、記入しない。ゲノムシークエンスが終了しているStriga asiaticaに焦点をあて、そのトランスクリプトーム解析の基盤を確立した。まずStriga asiaticaの感染系を立ち上げ、レーザーマイクロダイセクションのシステムの確立を試みた。宿主を幾つか検討し、生育温度や栽培条件を最適化した。固定化法はパラフィンや他の方法を吟味しRNAの抽出が最適化できるものを選択した。RNA量はRT-PCRなどで定量を行った。これと平行して、Striga asiaticaの形質転換法の確立にむけて諸条件を検討、特に、生育温度、倍地、光条件、などを検討することが出来た。現在サンプルの固定化技術およびレーザーマイクロダイセクションの技術を習得しているところである。また、Striga asiaticaゲノムの詳細インフォマティクス解析を開始した。具体的には、代謝系の酵素をコードする遺伝子群をリスト化し、他の植物のゲノムと比較し、ある特異的な酵素遺伝子がなくなっているかなどを、解析した。これまでの結果としては、そのような遺伝子はまだ特定できていないが、インフォマティクスの技術を取得できたことは、これからのさらなる解析を進める上で大きな意味を持つ。さらにStrigaの病原体としてのプロファイル(アフリカでの感染疫学事例、感染の生理学、これまでの分子生物学的情報)について詳細に文献検索し、MOL PLANT PATHOLOGY誌に投稿するレビューのための原稿をまとめた。Striga_asiaticaの感染系を立ち上げ、レーザーマイクロダイセクションにおけるRNAの抽出法の最適化が可能になったことは、研究がおおむね順調に進展しているといえる。また、インフォマティクスの技術を取得できたこと、MOL_PLANT_PATHOLOGY誌に投稿するレビューのための原稿をまとめることができたことは、論文発表の観点からも順調な進展といえる。Striga.asiaticaのRNAを次世代シークエンサーで解析する。CLCプログラムをもちいてStriga_asiaticaのゲノムにRNA塩基情報をマップして、ゲノムのアノテーションを行う。またトランスクリプトームをアセンブルして、各遺伝子の構造を確定する。感染時に時系列にサンプルを取り、レーザーマイクロダイセクションをおこなって、感染時に細胞特異的に発現する遺伝子を特定する。定量およびORF確認はqRT-PCRを用いる。クラスター解析を行ってどの遺伝子群が時空間特異的に発現するかを解析する。遺伝子によってはクローン化を行い、以後の生化学的、遺伝学的解析に用いる。形質転換法が確立できた場合はプロモーターをクローンしてGFPなどのマーカー遺伝子をタグして発現パターンを見る。イギリスのシェフィールドで行われる世界寄生植物学会に参加して、結果を発表するとともに、国際的なネットワークを構築する。
内在性リガンド：プロサイモシンαによる自然免疫機構制御技術開発

マウス網膜虚血モデルにおいて神経保護蛋白質プロサイモシンα(ProTa)の抗神経炎症機能を明らかにした。ProTaの前投与による網膜虚血障害の抑制機構を組織化学、電気生理学的、遺伝子解析により明らかにした。その仕組みには、ミクログリア上のTLR4の活性化とその下流にあるTRIF- IRF3経路誘導が関連し、MyD88-NFκB経路が関連しないことを明らかにした。同等の活性を有する非ペプチド性の低分子化合物を探索するため、IRF3応答遺伝子に制御される分泌型アルカリホスファターゼ;遺伝子発現を利用したHEK293細胞レポーターアッセイ系を確立した。本研究は、ストレス誘発性に細胞外に遊離する脳保護性の新規DAMPsであるプロサイモシンα(ProTα)をToll-like Receptors(TLRs)を代表とする病原体センサー受容体に認識される秩序制御分子と位置づけ、自然免疫受容体シグナルをProTαアミノ酸配列を基にしたペプチド性アゴニスト、アンタゴニスト、アジュバント、または、低分子化合物で制御し、感染症創薬に貢献する挑戦的研究である。1.ProTα作用自然免疫受容体の同定:in silico解析により構造が既知の自然免疫受容体群から、ProTα作用の可能性の高い受容体を選別すると共に、その結合には受容体アダプター分子が必須であること、ProTαの受容体結合部位が推定された。事実、in vitroの動力学的解析から、本自然免疫受容体/アダプター分子との結合が確認され、in silico推定ProTαの受容体結合部位の部分ペプチドが、これらの相互作用を阻害することを見出した。また、in silico解析によりProTαの作用を模倣する可能性のある候補化合物を化合物ライブラリーより見出しており、ハイスループットスクリーニングを行う段階にある。2.ProTα作用模倣分子探索のためのハイスループットスクリーニング系の構築:受容体シグナルを分泌型アルカリホスファターゼ活性として評価するSEAPorter Assayと化学発光検出系を構築した。また、受容体シグナルにより変動する遺伝子群の発現定量系も構築し、化合物作用確認に応用する。3.個体レベルにおける評価系の構築:ヒットしたペプチド、化合物については、マウス網膜虚血モデルにおける組織化学的改善と網膜電位図解析による機能的改善効果にて評価する。本系はProTα由来活性ペプチドの効果のスコアリングにも成功している。ProTαの標的となる自然免疫受容体を同定し、ProTα作用を模倣するペプチド・化合物探索のためのスクリーニング系を概ね構築した。平成26年度は、HTSを開始する。本研究におけるプロサイモシンα(ProTa)とはラット初代培養脳の上清から見出した神経保護蛋白質であり、虚血等のストレスにより神経細胞から遊離され、オートクライン的に自己保護を示すことを明らかにしている。その受容体を長らく探索していたが、近年TLR4が一つの受容体候補であるとの研究報告がなされたが、そのin vivoでの検証はなされていない。本研究では網膜虚血モデルにおいて虚血後投与による保護作用を見出しているが、その仕組みにTLR4が関与しないことをTLR4 KOマウスにおいてみいだした。しかし、既報では細胞レベルでのTLR4シグナルがMyD88-NFkB系よりもTRIF-IRF3系のことが述べられていることから、後者の保護的作用をより明確に検知できるProTaの虚血前2日のプライミング処置を行ったところ、TLR4 KOマウスで完全に遮断される網膜保護作用を見出すことができた。そこで、この仕組みに関与する遺伝子発現やMyd88あるいはTRIFのKOマウスの活用により、ProTaプライミングによる保護効果の検証を実施しているところである。並行して、TRIF-IRF3系を駆動させるTLR4システムを構築するために様々な遺伝子導入を試みたが、安定して発現確認ができなかったためにepisomal発現システムの導入を行い、SEAPORTERを用いたスクリーニング系の構築に力を注いでいる。現在組み替えには成功しているので、発現確認とその後の化合物ライブラリーからのスクリーニング研究は今後の課題である。プロサイモシンαは脳損傷や飢餓ストレス時に神経細胞から放出され、ネクローシス性の神経細胞死を抑制し、脳内においては神経栄養因子等の産生を介してアポトーシスも抑制する。特に後者の機構にはミクログリアと神経細胞とのコミュニティー間の機能制御が関与する事が明らかになっているが、その一つに脳内の免疫機構としてのミクログリア機能を介する保護機構が推定できた。関連する重要な知見は網膜虚血におけるプロサイモシンαのプレコンディショニングが次に来る虚血障害を抑制するという事実で有り、その機構に自然免疫受容体TLR4とその下流のTRIF機構が関与する事を、遺伝子欠損マウスを用いて証明できた(J Neurochem 135, 1161-1177, 2015)。実際、プロサイモシンα処置の網膜を用いて遺伝子解析を行ったところ、TLR4の下流にあるTIR-domain-containing adapter-inducing interferon-β(TRIF)- interferon regulatoryfactor 3 (IRF3)経路により制御されるTRIF-IRF3依存性の保護性の遺伝子発現上昇が有意に観察されたが、myeloid differentiation primary response gene 88 (MyD88)-Nuclear factor (NF)κB依存性の傷害性遺伝子の発現変化は顕著では無かった。こうした事実から,プロサイモシンαと同様なTRIF-IRF3依存性の保護性の遺伝子発現上昇を誘発させる低分子化合物を探索するためのアッセイ系の確立を行った。

具体的にはHEK293細胞に分泌型アルカリホスファターゼ遺伝子をつないだIRF3応答遺伝子レポーターアッセイ系を確立、大規模スクリーニング系の確立にも成功した。マウス網膜虚血モデルにおいて神経保護蛋白質プロサイモシンα(ProTa)の抗神経炎症機能を明らかにした。ProTaの前投与による網膜虚血障害の抑制機構を組織化学、電気生理学的、遺伝子解析により明らかにした。その仕組みには、ミクログリア上のTLR4の活性化とその下流にあるTRIF- IRF3経路誘導が関連し、MyD88-NFκB経路が関連しないことを明らかにした。同等の活性を有する非ペプチド性の低分子化合物を探索するため、IRF3応答遺伝子に制御される分泌型アルカリホスファターゼ;遺伝子発現を利用したHEK293細胞レポーターアッセイ系を確立した。ProTaによるTLR4を介する網膜保護効果の発見には成功し、遺伝子発現解析により一定の有用な情報を得ているが、同様な作用を示す低分子化合物探索というチャレンジングな研究に求められる細胞アッセイ系確立に予定以上の時間を要している。DAMPsと神経免疫薬理学遺伝子発現解析結果やそれぞれのKOマウスにおける機能解析、網膜細胞種ごとの保護効果とTLR4感受性について研究成果を完了させ論文発表につなげることと、細胞レベルでのスクリーニングシステム構築に全力を注ぐ予定である。1.ProTαが作用する自然免疫受容体を見出し、その親和性を明らかとしている。また、in silico解析、in vitro解析から、ProTαの受容体結合ドメインを明らかとしている。2.ProTαの部分欠損変異体、ProTα由来ペプチドの解析から、高活性の自然免疫受容体シグナル賦活化ペプチドを見出している。3.受容体とリガンドの結合実験系、並びに細胞・個体レベルにおける活性評価系を構築し、個体レベルにおける活性ペプチドの評価に成功している。4.ProTαと自然免疫受容体のin silico解析から、ProTαの作用を模倣する可能性のある候補化合物を化合物ライブラリーより見出しており、ハイスループットスクリーニングを行う段階にある。平成26年度中に予定していた自然免疫系評価アッセイシステムもでき、当初の萌芽研究課題は達成できた。しかし論文作成に必要なくり返し実験や投稿の結果予想される追加実験などのために研究経費を残しておく必要があるため、未使用額が生じた。脳保護性DAMPs: ProTαの自然免疫受容体スクリーニング系を分子ー個体レベルで概ね構築できたことから、ProTα活性模倣ペプチドと化合物ライブラリーのハイスループットスクリーニング(HTS)を行う。その目的は、ProTα活性模倣ペプチドを基とした改変ペプチド、in silico解析より抽出したProTα作用模倣候補化合物群をHTSすることによる自然免疫受容体に対するアゴニスト、アンタゴニストの創製である。
Application of the concept of Intercultural Communicative Competence to the development of a multimodal portfolio for Spanish as a foreign language

2018年中の研究は、スペインでのスペイン語による集中訓練プログラムを通して異文化間トピックのマルチモーダルなポートフォリオを作成することに焦点を置いたものである。異文化間コミュニケーション能力の概念と、学生に自身の活動ポートフォリオを作成してもらい、文化的多様性や多文化な背景といったその他の関連する概念に焦点を置いた。本プログラムに参加した15名の学生は、2週間のプログラムの学習状況が反映され、学生達が期間中に達成した内容を紹介する研究作品集を制作した。ポートフォリオには、授業、文化的訪問、実地調査、および学生同士の交流に関する説明と考察を記した報告書、ビデオ、日記が含まれる。ASELE第29回スペイン語教育法学会国際大会で発表した「活発な学習の枠組みの中での異文化間能力活動」(2018年9月5日8日スペイン、サンティアゴ・デ・コンポステーラ大学)および教育、教育、学習に関する学際的学会会議において発表した。「異文化間次元の多様性と包含」は、異文化間能力による2つのモデルについて記載したものである。最初のモデルでは、通常の講義と言語集中訓練プログラムという2つの背景における異文化間の相互作用に着目し、2つ目のモデル、評価、では、学生の態度と言語スキルに焦点を当てた。実際の異文化間経験に近似する言語講義の受講を可能にする要素を特定すべく両背景の研究結果を研究し、第44回全国語学教育学会国際大会のワークショップ(2018年11月23日26日筑波大学)で発表した。高校教育学生支援機構3月31日第5号に掲載した論文「オーラル・コミュニケーションのポートフォリオ:外国語学習の足場」に、東北大学のスペイン語学科の1年生との3年間にわたるオーラル・コミュニケーション・プロジェクトが総括されている。実際、以下の理由により、現在の研究はかなり順調に進行している。1.第1段階(2017年度)では、文化的問題と言語の関連性について理論的枠組みの構築に成功し、適切なモデルを達成した。さらに、2018年度中には、構造的活動と伝達的活動の組み合わせに関連する方法論についてさらに研究を行うことができた。また、文化学習ポートフォリオの開発における我々の異文化間モデルを実行することに一層着目することができた。2.異文化間トピックに関する理論と講義におけるその実施に関し、第44回全国語学教育学会国際大会(2018年11月、静岡)において、言語間、文化間、知能間の関連性について国際文化研究所所長から助言をいただき、また、このトピックに関する書誌に関する情報も提供していただいた。3.ASELE第29回スペイン語教育法学会国際大会(2018年9月5日8日、サンティアゴ・デ・コンポステーラ大学)とJALT第44回全国語学教育学会国際大会(2018年11月、静岡)において、台湾と秋田の大学から来訪されていた教授と面談の機会をいただき、上記機関の語学教員へのインタビューと調査の実現可能性について確認した。4.ポートフォリオ作成のための異文化間モデルの実行において、2月にマドリッドのコンプルテンス(Complutense)大学での集中訓練プログラムを受講する参加者となる学生グループを引率することになっているため、ポートフォリオの内容を頻繁に評価し、修正することが可能なる。次の研究段階では、初級者レベルのスペイン語と中国語の講義、さらに英語での異文化間トピックの包含について複数の視点を得るべく、講義の観察と教員へのインタビューに焦点を当てる。講義における異文化間問題の関連性の程度、言語学習において果たす役割、そしてその教育方法(言語と資料)を決定することを期待している。その結果に基づき、異文化間モデルの主な特徴と構成要素を総合し、スペイン語、英語、中国語の語学教員のためのアンケートを作成する。2019年中に、2つの作業を平行して行う予定である。東北大学における第二外国語としてのスペイン語講義のためのコンテンツ編成およびスペインのコンプルテンス大学における集中訓練プログラム中のポートフォリオ開発における異文化間理論モデルの適用の総括。本段階の結果の一部は、ASELE第30回スペイン語教育法学会国際大会(2019年9月4日7日、ポルト工業大学)にて発表予定。スペイン語、英語、中国語の講義を見学し、当該講義における文化的問題および異文化間問題の導入について教員にインタビューを実施。本段階の概要は、第45回全国言語教育学会全国大会(11月24日、名古屋)にて発表予定。部分的な結果の総括は、2020年3月31日刊行の東北大学高度教養教育・学生支援機構紀要第6号の出版用に提出をする予定。上記のように、2019年に確定した予算(2018年の一部を含む)は、主に現地調査のために使用する予定である(講義見学、東北大学やその他の大学の教員へのインタビュー(謝金、交通費、助手費))。また、会議への参加や論文の校正にも費用を要する。2017年に実施した研究ではスペイン語クラスにおける異文化コンピテンスに関する理論的枠組みに焦点を当て、特に異文化コミュニケーションコンピテンスと、文化的多様性や多文化コンテキストといったその他関連概念に着目した。そこで、主に3つのモデル(Kolb 1984, Byram 1991, Moran, 2001)および語学力と文化交流の関係を基礎とした枠組みの構築を試みた。具体的には、このモデルを授業活動に応用し、シラバス内の特定ユニットの各種トピック実践、および2週間の留学プログラムの開発を試みた。また、異文化指向的活動に関しては、学生が自らの文化的コンテキストの諸相を振り返り説明するとともにスペイン語圏に関わる様々な文化的問題について問いかけができるよう、多面的なアプローチを採用した。

私は、このモデルの詳細およびクラスでの応用結果の一部を2つの学会で発表した。実際のところ、本研究は以下の理由により比較的スムーズに進んでいる。1.異文化・多文化コミュニケーションコンピテンスについては多くの文献が存在するため、文化的問題と言語のつながりについて理論的枠組みを構築し適切なモデルを得ることが可能であった。ただし、その他の要素を付加し、これまでに構築した枠組みに多様性を与えるうえでその他のモデルの調査が必要である。また、構造的活動とコミュニケーション活動の組み合わせに関する方法論に関する研究、および、クラスに定常的に我々の異文化モデルを導入し教材を開発するための方法に関する研究は完了しておらず、2018年にはこれらについてさらに重点的に取り組む。2.異文化問題に関する理論とクラスでの実践に関しては、第6回異文化コンピテンスの育成・評価に関する国際カンファレンス(アリゾナ大学、2018年1月2528日)において私の研究に関するいくつかのコメント、助言、および当該トピックに関する文献情報を得た。3.我々の異文化モデルを定常的にクラスに導入するために、東北大学のスペイン語クラスを受講する学生のうち頻繁な評価と授業活動・教材の修正が可能な者の参加を得る。2018年中の研究は、スペインでのスペイン語による集中訓練プログラムを通して異文化間トピックのマルチモーダルなポートフォリオを作成することに焦点を置いたものである。異文化間コミュニケーション能力の概念と、学生に自身の活動ポートフォリオを作成してもらい、文化的多様性や多文化な背景といったその他の関連する概念に焦点を置いた。本プログラムに参加した15名の学生は、2週間のプログラムの学習状況が反映され、学生達が期間中に達成した内容を紹介する研究作品集を制作した。ポートフォリオには、授業、文化的訪問、実地調査、および学生同士の交流に関する説明と考察を記した報告書、ビデオ、日記が含まれる。ASELE第29回スペイン語教育法学会国際大会で発表した「活発な学習の枠組みの中での異文化間能力活動」(2018年9月5日8日スペイン、サンティアゴ・デ・コンポステーラ大学)および教育、教育、学習に関する学際的学会会議において発表した。「異文化間次元の多様性と包含」は、異文化間能力による2つのモデルについて記載したものである。最初のモデルでは、通常の講義と言語集中訓練プログラムという2つの背景における異文化間の相互作用に着目し、2つ目のモデル、評価、では、学生の態度と言語スキルに焦点を当てた。実際の異文化間経験に近似する言語講義の受講を可能にする要素を特定すべく両背景の研究結果を研究し、第44回全国語学教育学会国際大会のワークショップ(2018年11月23日26日筑波大学)で発表した。高校教育学生支援機構3月31日第5号に掲載した論文「オーラル・コミュニケーションのポートフォリオ:外国語学習の足場」に、東北大学のスペイン語学科の1年生との3年間にわたるオーラル・コミュニケーション・プロジェクトが総括されている。
ゼブラフィッシュ分子遺伝学を用いた神経回路網形成及び脳高次機能の解析

シナプス形成に伴って、軸索終末は神経伝達物質放出装置を備えた前シナプスへと分化する。軸索終末の成熟、分化の調節機構を明らかにするために、ゼブラフィッシュ嗅神経細胞軸索終末の成熟過程におけるカルシニューリンとAキナーゼシグナルの役割について解析した。これらの分子の遺伝子導入を行わない嗅神経軸索の軸索終末は軸索が伸長している受精後36時間と嗅球内の標的近傍で伸長をとめた直後の60時間には多くの突起を出した複雑な形態を示した。ところが嗅球上に糸球体構造が明確に形成される受精後84時間になると軸索終末の形態は突起が少ない簡単な構造へと変化した。また、嗅神経軸索終末におけるシナプス小胞の集積は受精後36、60、84時間と徐々に増加した。恒常活性型カルシニューリンを嗅神経細胞に発現させると軸索終末の形態は受精後60時間ですでに突起の少ない簡単な構造へと変化することが分かった。またカルシニューリン阻害薬であるシクロスポリンAが受精後60時間から84時間にかけて起こる軸索終末の構造変化を妨げることが分かった。一方、恒常活性化型Aキナーゼを発現させた軸索終末は受精後36時間と60時間においてより複雑な構造をとるが、84時間には単純な構造へと変化した。恒常活性型Aキナーゼは受精後36時間において嗅神経軸索終末のシナプス小胞の軸索終末への集積を促進した。さらに恒常不活性型Aキナーゼは60時間、84時間において小胞の軸索終末への集積を抑制した。一方、カルシニューリンはシナプス小胞の集積には影響しなかった。これらのことからカルシニューリンシグナルは軸索終末の形態の成熟を制御し、Aキナーゼシグナルは終末におけるシナプス小胞の成熟を制御することが示された。
スペルミン合成酵素遺伝子の機能解析と植物分子育種への応用に関する研究

ポリアミンの生合成系に関わる2種類のスペルミン合成酵素遺伝子(ACL及びSPMS)の生理的役割分担の解明のために、酵母のTwo-hybridシステムにより、ACL5タンパク質と相互作用を有する遺伝子を明らかにすることを目的とした。そのため、DNA結合ドメインを有するプラスミドベクターにACL5を連結し、転写活性ドメインを有するプラスミドにはACL5遺伝子が高発現している組織由来のcDNAライブラリーを挿入して、酵母two-hybridを行った結果、S-adenosylmethionine synthaseとtranslation elongation factor 1Aを同定した。一方、これらタンパク質はSPMSとは相互作用を示さず、このことからもACL5とSPMSの生理的役割の違いが推察された。これら酵素とACL5が相互作用を示す理由について知見を得るためにノーザンプロット解析を行い、論文として取り纏めて投稿中である。また、これら2種類のスペルミン合成酵素遺伝子の生理的役割分担のもう一つの解明手法として、両遺伝子を過剰発現させた組換え体トマトの作成を試みた。そのために、ACL5とSPMSについて、アグロバクテリウム法用のコンストを構築してトマトへの感染を筑波大学と共同して実施した。SPMSについては数個体の組換えトマトが得られた。ACL5については引き続き導入を行っている。さらに、研究室ではポリアミン生合成県連酵素遺伝子の一つであるスペルミジン合成酵素遺伝子(SPDS)を導入して過剰発現させたセイヨウナシ組換え体を保有している。そして、組換え体#32については環境ストレスに耐性を示すことが明らかとなっている。そこで、組換えセイヨウナシ#32を用いて、そのストレス耐性機構について情報を得るため、SODなどの抗酸化酵素の活性について測定しているところである。ポリアミン生合成系酵素遺伝子の一つである2種類のスペルミン合成酵素遺伝子(ACL及びSPMS)の生理的役割分担の解明のために、酵母のTwo-hybridシステムにより、ACL5とSPMSのそれぞれのタンパク質と相互作用を有する遺伝子を明らかにすることを目的とした。そのため、DNA結合ドメインを有するプラスミドベクターにACL5またはSPMSを連結し、転写活性ドメインを有するプラスミドには両遺伝子の発現レベルの高い組織由来のcDNAライブラリーを挿入して、酵母two-hybridを行っている。現在、positiveなクローンの選抜とそれらの塩基配列の解析を実施している。選抜したクローンが本当に相互作用を示すかをさらに確認した後、2種類のスペルミン合成酵素遺伝子の生理的な役割分担について考察する予定である。さらに、これら2種類のスペルミン合成酵素遺伝子の生理的役割分担のもう一つの解明手法として、両遺伝子を過剰発現させた組換え体トマトの作成を試みた。そのために、ACL5とSPMSについて、アグロバクテリウム法用のコンストを構築してトマトへの感染を実施したが、現在のところ組換え体は獲得されていない。引き続き、トマトの品種を変えるなどして両遺伝子の導入を行う。
ヒト細胞周期の網羅的パスウェイ・マップの作成と構造解析

本研究は、文献データ-ベースから網羅的に根拠となるテキスト・データを収集することにより、ヒト細胞周期における詳細なパスウェイ・マップを作成し、そのパスウェイ構造を解き明かすことにより、細胞周期システムの背後にあるロジックを探索し、遺伝子異常の連鎖とパスウェイ構造との関連性を検討することを目的とした。残念ながら本研究期間内においては細胞周期システムの制御ロジックの解明には至っていないが、更なる研究を続け癌という病態システムの解明に貢献したいと考えている。本研究は、文献データベースから網羅的に根拠となるアキスト・データを収集することにより、ヒト細胞周期における詳細なパスウェイ・マップを作成し、そのパスウェイ構造を解き明かことにより、細胞周期システムの背後にあるロジックを探索し、遺伝子異常の連鎖とパスウェイ構造との関連性を検討することを目的としている。平成21年度は主に細胞周期マップの作成にあたった。マップの作成は、PubMedなどの医学文献データベースからテキストマイニング技術も利用して網羅的に関連文献を収集し、それらを丹念にすべて読み、CellDesignerというシミュレータ兼パスウェイ描画ソフトを用いて、一つ一つを反応にリンクさせていくという地道な手作業を続けた。生物学的に意味のある、信頼できるパスウェイ・マップの作成は、本研究の根幹を成す作業であることから、実に膨大な作業ではあるが丁寧に一つ一つの生化学的反応を吟味しつつ生体内物質間の相互作用の織りなすマップを作成しえた。このマップは、初年度の研究成果として現在論文投稿準備中である。また、PathText(東京大学・辻井研究室)を用いた、パスウェイと文献の根拠テキスト・データとのリンクも手作業で行なった。パスウェイ上の反応矢印をクリックするだけで根拠となった文献の箇所が表示されるしくみになっており、一つ一つの反応の根拠となったテキストが瞬時にして分かるという新しい形のパスウェイ・データベースの姿を提供できるようになったと考えている。この成果は現在辻井研究室にて論文投稿準備中である。このように初年度は、来年度以降のための土台作りに終始した感があるが、この土台がしっかりしていないと来年度以降の取り組みに支障をきたすため、しっかりと行えたことは大きな成果であったと考えている。本研究は、文献テータベースから網羅的に根拠となるテキスト・テータを収集することにをり、ヒト細胞周期における詳細なパスウエイ・マップを作成し、そのパスウエイ構造を解き明かすことにより、細胞周期システムの背後にあるロジックを探索し、遺伝子異常の連鎖とパスウェイ構造との関連性を検討することを目的としでいる。平成22年度は主に細胞周期マップのブラッシュアップとモデル化の方法論の試行錯誤に時間を費やした。マップについては、PubMedなどの医学文献テータベースはもとより、TRANSPATHなどの定評あるパスウェイ・データベースも参考にして、テキストマイニング技術も利用して網羅的に関連文献やパスウェイを収集し、それらを丹念にCellDesignerというシミュレータ兼パスウェイ描画ソフトを用いて、一つ一つの反応経路をリンクし作り上げるという地道な手作業を続けた。生物学的に意味のある、信頼できるパスウェイ・マップの作成は、本研究の根幹を成す作業であることから、実に膨大な作業ではあるが丁寧に一つ一つの生化学的反応を吟味しつつ生体内物質間の相互作用の織りなすマップを作成した。モデルの方法論については、既存のパスェイ研究やモデル化の研究を参考にしつつも、本研究に見合うモデル化の方法を独自に工夫し開発のための試行錯誤を繰り返した。類似の研究はこれまでにないため、このような大がかりの相互反応のモデル化自体が大きな研究課題であることを肝に銘じつつ、本年度はぜひとも細胞周期システムの制御ロジックの解明につながるようなモデル化を行い、その制御構造の解明をなしとげたいと考えている。本研究は、文献データ-ベースから網羅的に根拠とするテキスト・データを収集することにより、ヒト細胞周期における詳細なパスウェイ・マップを作成し、そのパスウェイ構造を解き明かすことにより、細胞周期システムの背後にあるロジックを探索し、遺伝子異常の連鎖とパスウェイ構造との関連性を検討することを目的としている。平成23年度は完成した細胞周期マップの更なるブラッシュアップとモデル化の方法論の試行錯誤に時間を費やした。細胞周期マップは、医学文献データ-ベースに報告されている分子生物学的アプローチにより判明した化学反応を一つ一つ積み重ねていき、更にTRANSPATHなどの定評あるパスウェイ・データ-ベースも参考にして、網羅的に細胞周期に関連するパスウェイを構築し、それらを丹念にCellDesignerというシミュレータ兼パスウェイ描画ソフトを用いて作り上げた。細胞周期はガン発生及び進展に非常に関連の深い領域であり、研究も盛んで日々新たなる発見が相次いでいる。それゆえ細胞周期関連パスウェイ・マップも複雑を極めており、今回生物学的に意義のある、信頼できるパスウェイ・マップの作成し得たことは、世界中の本分野の研究者にとっても利用価値の高い成果であると思われる。モデル化の方法論については、既存のパスウェイ研究やモデル化の研究を参考にしつつも、本研究のような巨大パスウェイのモデル化に見合う方法を独自に開発しようと試行錯誤を繰り返した。

類似の研究はこれまでにないため、生物学的に意義のあるモデル化という点でたいへんな苦労を伴い、細胞周期システムの制御ロジックの解明には未だ至っていないが、今後とも研究を続け、ぜひともガンという病態システムを解明しガンの克服に貢献したいと考えている。
骨誘導再生法におけるリン酸カルシウム系セラミックス使用による骨質改善に関する検索

本研究の目的である、(1)BCP(二相系リン酸カルシウム系セラミックス)を製作し、それをGBR(骨誘導再生法)に併用した場合の骨の新生時、改造時の状態の検索、(2)BCPの生体内における挙動の観察を行い、以下に示す若干の知見を得た。1.埋入材料のBCPの製作。BCP顆粒を構成しているHAPとβ-TCPの重量比は、過去の我々の研究の結果から、「6:4」とした。2.ウサギ頭頂骨上で用いる、GBR膜の製作。当初ゴアッテクス膜を用いる予定であったが、機械的強度が不十分であり不規則な変形が生じ、所期のGBRが観察されず、それにより新生骨、埋入材料の組織計量が困難であることが判明した。そこで、PTFEのシートを採用し、これをチタン製の金型により加熱成形することにより、任意の形態で十分な強度を示す半球状のフレームを得ることが出来た。3.BCPをアテロカラーゲンと複合し、PTFEフレームに満たし、実験材料とした。4.日本白ウサギの頭頂骨上の左右の一方に上記実験材料を埋入し、もう一方にはPTFEフレームのみを埋入し対照群とした。5.この手法により、BCPをGBRに併用することによる骨造成時の骨質の改善について、比較、検討できることが示唆された。1.スペース確保のためのフレームの製作本研究は、ウサギの頭頂骨土にPTFE製のドーム状のフレームをおき、その中にBCPを埋入し、骨誘導再生(GBR)の状態を検索するものである。そのためまず、ウサギの頭頂部の形態・広さと、GBRの効果を検討し、フレームの形態・大きさを決定した。フレームは生体内に埋入されるため、汚染がないように製作しなければならない。そのため、PTFEを成形するための金型をチタンにて製作した。このチタン製の金型を400°Cに加熱し、PTFE膜を圧接してフレームを完成した。2. BCP顆粒の作成顆粒の大きさは、新生骨が形成されるための細胞の侵入のし易さ、顆粒自体の吸収性に影響を与える。本実験では、当教室にて以前から行われているリン酸カルシウム系セラミックスの埋入実験を参考に、顆粒の大きさを約300600μmとした。また、セラミックスの構成成分である、ハイドロキシアパタイトとβ-TCPの構成比は、BCPの吸収速度が骨新生の速度に同調するように、当教室の過去の実験結果を参考し、約3:7とした。3.埋入体の作成BCP顆粒と2%アテロコラーゲンを複合し、PTFE製のフレーム内に充填し凍結乾燥し、埋入体を完成した。今後、実際にウサギで予備的な実験を行った後、経時的に観察を行う本実験に移行する予定である。
銀ナノクラスターの触媒作用機構解明とディーゼル脱硝への展開

[1.Agクラスターの反応性と機構解明]水素還元によってAgをクラスター化すると酸素との接触によりスーパーオキサイドを形成することをESRにより見いだした。Agクラスターの役割の本質が酸素の活性化にあることを示した。またAgクラスターのみならず表面にスピルオーバーした水素が活性促進に関与していることを見いだした。[2.量子化学計算による検証]本研究費で購入したワークステーションを用いてゼオライト担体の場合をモデルとした量子化学計算によりAgクラスター形成の機構を検証した。Agの4核クラスター(Ag_4^<2+>)がゼオライト細孔内で最も安定であり、これは実験結果と一致した。水素化したAgクラスター(HH-Ag_4^<2+>)に酸素を接触させると過酸化水素状の吸着種の形成が確かめられた。この化学種は炭化水素部分酸化及びNOのNO_2への酸化に有効であり、実験事実が合理的であることを証明した。[3.Agクラスター触媒の耐SOx性の検討]還元剤の種類、濃度、温度、水素添加の条件を最適化することで、Agクラスター触媒はSOx共存下でも触媒劣化を抑えることができることを明らかにした。さらに水素や炭化水素還元剤がAg表面の吸着SOxを気相、あるいは担体上に移動させることが高い耐SOx性の要因であることを明らかにした。環境保全の観点から、ディーゼルエンジンからの窒素酸化物(NOx)排出抑制技術の開発が急務となっている。申請者らはこのNOx選択還元反応に担持銀触媒上のサブナノナノサイズのAgクラスターが有効であることを見いだしている。本研究ではin-situ分光法と量子化学計算により、その形成のダイナミクスと、高活性発現の機構について明らかにすることを目的としている。平成17年度の検討では以下の成果が得られた。[1.Agクラスター触媒の耐SOx性の検討]還元剤の種類、濃度、温度、水素添加の条件を最適化することで、Agクラスター触媒はSOx共存下でも触媒劣化を抑えることができることを明らかにした。[2.Agクラスターの反応性と触媒作用機構解明]Agクラスターは還元剤である炭化水素の活性化によりNO還元活性を促進するが、その活性化機構は不明であった。本研究ではAgクラスターに酸素を接触させるとスーパーオキサイド(O_2^-)を形成することを見いだし、Agクラスターの役割の本質が酸素の活性化にあることを示した。[3.量子化学計算によるクラスター形成機構の検証]Agクラスターが実際の反応場で安定に存在するかどうかは国際的に議論の対象となっている。本年度購入のワークステーションを用いてゼオライト担体の場合をモデルとした量子化学計算によりAgクラスター形成の機構を検証した。さらにクラスター形成にはAgH(銀ヒドリド)が関わっていることが新たにわかった。申請者らはこのNOx選択還元反応に担持銀触媒上のサブナノナノサイズのAgクラスターが炭化水素によるNOxの選択還元に有効であることを見いだしている。本研究ではin-situ分光法と量子化学計算により高活性発現の機構について明らかにすることを目的としている。平成18年度の検討では以下の成果が得られた。[1.Agクラスターの反応性と触媒作用機構解明]水素還元によってAgをクラスター化するとO2との接触によりスーパーオキサイド(O_2^-)のを形成することをESRにより見いだした。ただしCOで還元した場合はではO_2^-が形成しない。IRスペクトルにより水素処理後は表面OHが増加していることが確かめられ、Agクラスターのみならず表面にスピルオーバーした水素がスーパーオキサイド(O_2^-)形成に関与していることを見いだした。[2.量子化学計算によるクラスター形成機構と活性化機構の検証]

昨年度はゼオライト担体の場合をモデルとした量子化学計算によりAgの4核クラスター(Ag_4^<2+>)がゼオライト細孔内で最も安定であり、実験結果が合理的に説明出来ることを見いだした。本年度はAgの4核クラスター(Ag_4^<2+>)に水素、酸素を接触させた際に生じる吸着種について計算を行った。Agクラスターに酸素だけを接触させても酸素の還元による活性化は起きないが、水素化したAgクラスター(HHAg_4^<2+>)に酸素を接触させると過酸化水素H_2O_2の形成とその分解によるOHラジカルの生成が起こることが確かめられた。OHラジカルは炭化水素部分酸化及びNOのNO_2への酸化に有効であり、上記1の項目で述べた実験事実が合理的であることを証明した。環境保全の観点から、ディーゼルエンジンからの窒素酸化物(NOx)排出抑制技術の開発が急務となっている。申請者らは担持銀触媒上のサブナノナノサイズのAgクラスターが炭化水素によるNOxの選択還元(HC-SCR)に有効であることを見いだしている。本研究ではin-situ分光法と量子化学計算により高活性発現の機構について明らかにすることを目的としている。平成19年度の検討では以下の成果が得られた。[1.Agゼオライト上でのH_2-assisted HC-SCRの反応機構解明]Agゼオライト上でもAgアルミナと同様にHC-SCR反応における水素添加効果が観察され、その反応がAgクラスターによる炭化水素の活性化と含窒素中間体を経由して進行することを明らかにした。[2.助触媒による担体アルミナの制御]Ag,Znを担体アルミナに添加するとH_2-assisted HC-SCRにおける活性の向上が見られた。この理由が、担体スピネル欠陥によりAgクラスターが安定化される為であることをin-situ UV-Visにより明らかにした。[4.量子化学計算による活性酸素生成機構の検証]Agの4核クラスター(Ag_4^<2+>)が安定構造であり、酸素と水素の共存下では過酸化水素種が表面に生成するとの実験結果が、理論的にも無理なく説明できることを密度汎関数計算により明らかにした。