hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
オートファジー始動複合体の動的構造解析

オートファジーの進行には多数のAtgタンパク質群が必要だが,それらの殆どは飢餓条件下,PAS(pre-autophagosomal structure)に局在し,分解対象を包む膜である隔離膜の形成に働く.飢餓時には,脱リン酸化状態のAtg13がキナーゼであるAtg1と結合し,さらにAtg17-Atg29-Atg31複合体が結合することにより5者複合体(Atg1複合体)が形成される.細胞内ではAtg1複合体の各構成因子が50分子程度ずつ存在することから,Atg1複合体はより高次の多量体を形成することでPASの足場を形成すると考えられているが,その構造基盤は未だ不明である.本研究では,Atg1複合体の動的構造を明らかにすることで,PASの実体および形成メカニズムを明らかにする.本年度は,主に,高速AFMを用いてAtg17-Atg29-Atg31複合体およびAtg1を詳しく解析した.Atg17-Atg29-Atg31複合体については,Atg17のS字構造のみならず,Atg31-Atg29複合体がおおきく移動して新たに膜小胞と相互作用しうる凹面を形成する様子や,Atg29の天然変性領域がAtg17と相互作用する様子など,これまで捉えられていなかった極めて重要な観察結果を得ることに成功した.一方、Atg1については,自己リン酸化を受けたものと受けないものを比較し,リン酸化を受けたもののみ,天然変性領域内に微細な二次構造を形成することが判明した.引き続き円二色性測定やNMR測定などのin vitro解析を行って高速AFMのデータの裏づけをとっている.28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。オートファジーの進行には多数のAtgタンパク質群が必要だが、それらの殆どは飢餓条件下、PAS(pre-autophagosomal structure)に局在し、分解対象を包む膜である隔離膜の形成に働く。飢餓時には、脱リン酸化状態のAtg13がキナーゼであるAtg1と結合し、さらにAtg17-Atg29-Atg31複合体が結合することにより5者複合体(Atg1複合体)が形成される。細胞内ではAtg1複合体は数十コピーからなる高次の多量体を形成することでPASの足場を形成し、オートファジーの始動に働くと考えられているが、その構築基盤は未だ不明である。本研究では、実際にPASの中核として機能する状態のAtg1複合体の動的構造を明らかにすることで、PASの実体および形成メカニズムを明らかにする。Atg1複合体の構成因子は天然変性領域を多く含み、さらに高次多量体を形成することから、従来型の構造生物学の枠を超え、高速AFMの手法を最大限活用する。本年度はAtg13-Atg17複合体のX線結晶構造解析とAtg1複合体を構成するタンパク質の、個々の高速AFM像の取得を予定していた。Atg13-Atg17複合体のX線結晶構造解析に関しては高分解能の回折データを得てモデル構築を完了した。また、高速AFM像の取得に関しては測定条件の検討を繰り返し、X線結晶構造解析では知ることのできない天然変性領域の良好な像を得ることに成功している。また、X線結晶構造解析によって明らかになったAtg17の特徴的なS字構造を、高速AFMでも観察することに成功した。上記の通り、本年度はAtg13-Atg17複合体のX線結晶構造解析とAtg1複合体を構成するタンパク質の、個々の高速AFM像の取得を行った。Atg13-Atg17複合体のX線結晶構造解析に関しては、大型放射光施設で高分解能の回折データを取得するとともに、各種プログラムを用いて構造計算を繰り返すことによってモデル構築を完了し、Atg13-Atg17複合体の立体構造を決定することに成功した。加えて、得られた立体構造情報を元に、in vitroおよびin vivoで機能解析実験を行った。その結果、研究計画を立案した時点で考えていたAtg13-Atg17間の二点結合による高次多量体形成モデルについて実証することに成功した(論文投稿中)。一方、高速AFM像の取得に関しても、測定条件の検討を繰り返すことによって、X線結晶構造解析では知ることのできない天然変性領域の良好な像を得ることに成功した。Atg17の高速AFM像の取得はかなり難航したが、条件検討によってX線結晶構造解析によって明らかになった特徴的なS字構造を観察することに成功した。オートファジーの進行には多数のAtgタンパク質群が必要だが,それらの殆どは飢餓条件下,PAS(pre-autophagosomal structure)に局在し,分解対象を包む膜である隔離膜の形成に働く.飢餓時には,脱リン酸化状態のAtg13がキナーゼであるAtg1と結合し,さらにAtg17-Atg29-Atg31複合体が結合することにより5者複合体(Atg1複合体)が形成される.細胞内ではAtg1複合体の各構成因子が50分子程度ずつ存在することから,Atg1複合体はより高次の多量体を形成することでPASの足場を形成すると考えられているが,その構造基盤は未だ不明である.

本研究では,Atg1複合体の動的構造を明らかにすることで,PASの実体および形成メカニズムを明らかにする.本年度は,主に,高速AFMを用いてAtg17-Atg29-Atg31複合体およびAtg1を詳しく解析した.Atg17-Atg29-Atg31複合体については,Atg17のS字構造のみならず,Atg31-Atg29複合体がおおきく移動して新たに膜小胞と相互作用しうる凹面を形成する様子や,Atg29の天然変性領域がAtg17と相互作用する様子など,これまで捉えられていなかった極めて重要な観察結果を得ることに成功した.一方、Atg1については,自己リン酸化を受けたものと受けないものを比較し,リン酸化を受けたもののみ,天然変性領域内に微細な二次構造を形成することが判明した.引き続き円二色性測定やNMR測定などのin vitro解析を行って高速AFMのデータの裏づけをとっている.Atg1複合体の各構成因子を測定することに成功したので、引き続きAtg13にAtg17-Atg29-Atg31複合体を加えた場合、Atg13にAtg1を加えた場合など、2因子間の相互作用を高速AFMで観察する。Atg13はAtg17結合領域を二ヶ所持つが、一方しか結合できない変異体を用いることでそれぞれの結合領域がAtg17と相互作用する過程をリアルタイムで観察する。Atg13のIDRのうち、Atg1結合領域はAtg1との結合により二本のへリックスが誘起されることが結晶構造解析からわかっている。Atg13のIDRとAtg1との相互作用を高速AFMにより詳細に解析することで、Atg1との結合に際してIDRにヘリックスが誘起される過程の可視化を試みる。続いて二ヶ所の結合領域を含むAtg13とAtg17-Atg29-Atg31複合体との相互作用を高速AFMで観察し、Atg13がAtg17同士を架橋していく過程をリアルタイムで追跡する。さらにAtg1も添加することで5者複合体全体の高次多量体構造の観察も目指す。同時観察する因子が増えると、因子間の区別が難しくなることが予想される。各因子に異なる蛍光タグを付加し、領域内で開発が行われる蛍光顕微鏡の高速AFMへの応用技術を活用することで、因子間の区別を明確にした高速AFM測定も試みる。最終的には、高速AFMで得られた知見に基づき、in vivo、in vitroでの機能解析を行う。一方、当初の研究計画にはなかったが、リン酸化状態のAtg1の高速AFM像の取得時、予想外にN末端構造とC末端構造が結合して閉じたかたちをとっていることが明らかとなった。本年度の研究によりリン酸化Atg1が高次多量体形成能をもたないことが明らかになったところであり、非常に興味深い知見である。そこで、リン酸化状態のAtg1のX線結晶構造解析を含めた構造、機能解析も同時に進めていくことにする。28年度が最終年度であるため、記入しない。
センシングデータ転送用シリアル通信の高速化・低消費電力化

シリアル通信によるセンサネットワークシステムのためのデータの時間的・空間的圧縮を可能とする割込み通信方式を開発した。各センサ素子のバスの監視によるデータ衝突回避、データの送信間隔・サンプリング時間・サンプリング間隔・送信の閾値などの調整により、システム全体のデータ伝送のスループットを最大化することを可能とした。TSMC0.18umCMOSプロセスを用いたLSIを試作し、2.4mm角の小面積化を達成し、10MHzクロック動作・1024サイクルサンプリング時において0.11msの高速応答、2.23mWの低消費電力化を同時に達成できることを確認した。九州大学のシステムLSI研究センターを訪問し、福岡市で展開中および予定のセンサネットワークについて議論し、センサネットワークに求められる要件などの知見を得た。九州大学と福岡県を中心として行っている知的クラスタで展開している、発展途上国であるバングラディシュなどのBOP(Bottom of the Pyramid)へのネットワーク通信網の構築などに関して議論を行ったことで、発展途上国などへの応用展開などへの取りかかりができた。また、研究代表者が所属する研究室では、MEMSなどの研究を行っているが、MEMSデバイスによるセンサをもとにしたシステムによって、これまでにないセンシングデータの特徴が出るであろうことが分かった。実際にセンシングするときの実データを得ることが重要であるため、センシングデータを様々な状況下で測定できるチップの設計を行った。具体的にはサンプリングの間隔、力などをセンスしホスト側へデータを送付するかどうかを決める閾値などである。このチップを用いることで、様々な仮定を設定した上での実データの取得を容易に行うことができる。なお、試作したプロセスはTSMCのCMOS0.18umプロセスである。このチップは専用回路であるが、設計した資産の一部はFPGAへ適用することができ、資産化(IP化)できる。システムの測定のための環境整備を行った。擬似入力を可能とし、出力のチェックを可能とするLSIテスタ&マニュアルプローブシステムを構築し、サンプル回路にてその動作環境の確認を行った。この環境を用いることで、提案手法の効果の確認を容易に行うことができる。データの時間的・空間的圧縮を可能とするセンサネットワークシステムに関して前年度の結果を基に実システムへの適用を検討した。具体的なアプリケーションとして、今後の少子高齢化社会に必要となる介護ロボットのための触角センサネットワークシステムを仮定した。介護ロボットでは、人間に対して高度なサービスを提供し、安全性を確保するために、ロボットの体表面全体に高密度な触覚センサ素子を配置する必要がある。このシステムは高速応答の実現および低消費電力化が重要となる。この触覚センサ素子は、MEMSのカセンサとその信号処理および伝送処理を実現するLSIを集積化したデバイスである。ここで、配線を削減するために、各触覚センサ素子はシリアルバスにて接続する。このセンサネットワークは割込み通信方式を採用しており、各触覚センサ素子が同時発火しバス上に大量のデータを同時に伝送する可能性がある。ホスト側でのデータ量の負担およびバス上の複数データの衝突を避け、高速かつ低消費電力でデータを伝送できるようにするために、各触覚センサ素子は自動的にバス上の状態を把握し、データの伝送間隔などを調整する。そのほか指示によりサンプリング間隔などを調整することが可能である。前年度にTSMCのCMOSO.18umプロセスにて試作を行ったチップで実測を行った。2.4mm角の小面積化を達成し、10MHzクロック動作・1024サイクルサンプリング時において0.11msの高速応答、2.23mWの低消費電力化を同時に達成できることを確認した。既存の触角センサではこれらは同時には達成できない。また、ほかのセンサ素子がデータ送信中であれば各々が上手く送信できるように再送間隔を調整できる。連続送信時も衝突を避けるために送信間隔を調整できる。実応用として役に立つ高速・低消費電力なセンサネットワークシステムを実現できることが示された。
光機能性分子の電子・スピンダイナミクスを記述する非経験的実時間シミュレーション法

本研究では、光誘起機能性分子の電子・スピンダイナミクスのメカニズム解明のための非経験的理論計算手法を開発することを目的としている。特に、ダイナミクス計算のコストの問題を解決することは重要である。この目的のため今年度は、昨年度に引き続き、3項間漸化式に基づく効率的な時間発展法の開発を進めた。実装した3項間漸化式法のプログラムの整備や、吸収ポテンシャルを含む計算への拡張を進めるとともに、3項間漸化式法の時間の変換について研究した。3項間漸化式法は、核波束ダイナミクスの効率的時間発展法である実核波束発展法を参考に開発したが、演算子変換に逆余弦関数ではなく逆正弦関数を用いるという点で異なる。この演算子変換により演算子の固有値であるエネルギーも変換されるが、逆変換により元のエネルギーが得られる。また、エネルギーの変換に対応して時間も変換されると考えられる。先行研究の実核波束発展法では近似的な時間変換の式が導出されているが、時間の変換がエネルギーに依存するため、系が様々なエネルギーをとる場合、直接的な時間発展の記述には適さなかった。そこで、本研究では3項間漸化式法における時間の変換を、演算子変換に伴うエネルギー変換の観点から考察した。3項間漸化式法におけるエネルギーは、演算子と同様に逆正弦関数を用いて変換されており、エネルギーが大きくない場合にはほぼ線形の変換となる。この場合、a倍のエネルギーを持つ状態の振動周期は1/a倍になるという関係から、時間の変換もほぼ線形であると考えられる。これに基づいてエネルギーに依存しない近似的な時間変換の式を提案し、3項間漸化式で得られた時間発展を逆変換して元の時間軸上での時間発展を得た。この結果は、従来の時間発展法による結果をよく再現した。このように、3項間漸化式は時間発展の記述にも適していることを明らかにし、効率的な時間発展法であることを示した。26年度が最終年度であるため、記入しない。分子系における光誘起電子・スピンダイナミクスは高効率デバイス開発に応用できる可能性があるが、その詳細なメカニズムは未解明である。本研究では、スピンを含めた電子-核ダイナミクスの非経験的理論計算手法を開発し、光誘起機能性分子において電子・スピンダイナミクスが生じるメカニズムの解明に取り組むことを目的としている。この目的のため、今年度は、以下の2つの研究に取り組んだ。1.実時間発展形式の時間依存Hartree-Fock(RT-TDHF)法及び時間依存密度汎関数理論(RT-TDDFT)は電子ダイナミクスを記述できる手法である。本研究では、電子だけでなくスピンダイナミクスの記述も可能にするために、RT-TDHF法を、スピンの向きも記述できる一般化非制限Hartree-Fock(GUHF)法に拡張したRT-TDGUHF法を開発する。今年度は、まずRT-TDGUHF法の表式の導出を行い、RT-TDHF法と同様の形式で記述可能なことがわかった。量子化学計算パッケージGAMESSを基にGUHF法の計算プログラムを作成し、正常に動作することを確認した。さらに、スピントロニクスで重要となるスピン軌道カップリングを考慮するプログラムの作成にも着手した。2.RT-TDHF/TDDFT計算では系の大きさが大きくなると計算コストが急激に増加するため、計算コスト削減の取り組みを行う必要がある。これまで核波束の高速な時間発展法として南部研究室で開発されてきた実空間発展法は、時間発展における1ステップの計算時間を短縮でき、ステップ数も減らせる手法である。この実空間発展法をRT-TDHF/TDDFTに適用し、表式の導出を行った。今後プログラムを実装し、精度と計算コストの検証を行う予定である。この目的のため今年度は、昨年度に引き続き、スピンダイナミクスを記述する手法や電子-核ダイナミクス手法の開発とともに、漸化式に基づく効率的な時間発展法を開発する研究に取り組んだ。特に、漸化式に基づく効率的な時間発展法の開発では、大きな成果が得られた。まず、昨年度に導出した時間依存Hartree-Fock (TDHF)/時間依存Kokm-Sham (TDKS)方程式に対する3項間漸化式の表式に基づいて、量子化学計算パッケージGAMESSをベースに、プログラムを実装した。TDHF/TDKS方程式における演算子はエルミート演算子であるが、密度行列の運動方程式の場合には反エルミート演算子になる。そこで、今年度は反エルミート演算子を含む時間依存方程式について、新たに3項間漸化式を導出した。これを実時間発展時間依存Hartree-Fock法/時間依存密度汎関数理論に適用し、上記と同様にプログラムに実装した。実装したプログラムを用いて計算を行い、従来の時間発展法である4次のRunge-Kutta法と比較して、パフォーマンスを検証した。時間刻みやステップ数等の条件を同じにした場合、4次のRunge-Kutta法に比べて計算コストを約四分の一まで削減できることがわかった。また、本手法では電子数の誤差が非常に小さいことも明らかにした。

時間刻みを大きくした場合でも4次のRunge-Kutta法より高精度な計算が可能であり、さらなる高速化が見込まれる。このように、大幅な高速化が可能な効率的時間発展法の開発に成功した。本研究では、光誘起機能性分子の電子・スピンダイナミクスのメカニズム解明のための非経験的理論計算手法を開発することを目的としている。特に、ダイナミクス計算のコストの問題を解決することは重要である。この目的のため今年度は、昨年度に引き続き、3項間漸化式に基づく効率的な時間発展法の開発を進めた。実装した3項間漸化式法のプログラムの整備や、吸収ポテンシャルを含む計算への拡張を進めるとともに、3項間漸化式法の時間の変換について研究した。3項間漸化式法は、核波束ダイナミクスの効率的時間発展法である実核波束発展法を参考に開発したが、演算子変換に逆余弦関数ではなく逆正弦関数を用いるという点で異なる。この演算子変換により演算子の固有値であるエネルギーも変換されるが、逆変換により元のエネルギーが得られる。また、エネルギーの変換に対応して時間も変換されると考えられる。先行研究の実核波束発展法では近似的な時間変換の式が導出されているが、時間の変換がエネルギーに依存するため、系が様々なエネルギーをとる場合、直接的な時間発展の記述には適さなかった。そこで、本研究では3項間漸化式法における時間の変換を、演算子変換に伴うエネルギー変換の観点から考察した。3項間漸化式法におけるエネルギーは、演算子と同様に逆正弦関数を用いて変換されており、エネルギーが大きくない場合にはほぼ線形の変換となる。この場合、a倍のエネルギーを持つ状態の振動周期は1/a倍になるという関係から、時間の変換もほぼ線形であると考えられる。これに基づいてエネルギーに依存しない近似的な時間変換の式を提案し、3項間漸化式で得られた時間発展を逆変換して元の時間軸上での時間発展を得た。この結果は、従来の時間発展法による結果をよく再現した。このように、3項間漸化式は時間発展の記述にも適していることを明らかにし、効率的な時間発展法であることを示した。26年度が最終年度であるため、記入しない。初年度の計画では主に、RT-TDGUHF法の開発と、RTTDHF/TDDFTと半古典分子動力学を組み合わせた電子-核ダイナミクス手法の開発を予定していた。前者については順調に進展しており、後者については現在取り組んでいるところで次年度も引き続き行う予定である。また、新たに、実空間発展法の適用による計算コスト削減のための研究を行った。以上の理由からおおむね順調に進展していると考えられる。光誘起電子・スピンダイナミクスのメカニズム解明のために、計算コスト削減は必要不可欠である。今年度は漸化式に基づく効率的時間発展法を開発し、電子ダイナミクスを記述する実時間発展時間依存Hartree-Fock (RT-TDHF)計算の大幅な高速化に成功した。この手法は、RT-TDHFだけでなく一般的な時間依存方程式に適用可能で、様々な手法に応用できる有用な方法である。
リン酸塩ガラス電解質燃料電池の高性能化開発

本研究では、30 mol%MO-70 mol%P2O5(M = Ba, Zn)ガラスにおいて、添加元素や合成温度がリン酸構造やプロトン伝導性に及ぼす影響について調べた。合成温度を1000°Cから800°Cに下げたところ、含水率の増加に伴って可動プロトン濃度が上昇した。また、BaをZnで置換するとリン酸分岐構造から直鎖構造に変化し、プロトン移動度が向上した。800°Cで合成した30ZnO-70P2O5ガラスの導電率は、250°Cで1×10-3 S/cmに達した。この電解質をPt/C電極上に直接成膜する新しい手法で燃料電池を作製し、200°Cで従来の6倍の出力密度である1.2 mW/cm2が得られた。リン酸塩ガラスの構造はリン酸濃度や添加物組成によって変化するが、合成温度等の作製条件によってもガラス内のプロトン濃度や含水量が変化し、プロトン導電率に大きな影響を及ぼす。しかし、原料のオルトリン酸等に含まれる水分の一部が合成中に揮発するため、原料組成から残留水分量を規定することはできない。今年度は、カールフィッシャー水分計やFT-IR,固体NMR等を用いて、合成後のガラス試料内のプロトン濃度や含水量を定量する手法について検討した。カールフィッシャー水分計にて評価した800°C,1000°Cで合成した仕込み組成30mol%ZnO-70mol%P2O5ガラスの含水率は、それぞれ24.4mol%,5.6mol%であった。低温合成したリン酸塩ガラス内には大量の水が含まれているため赤外線を吸収しやすく、通常の板状ガラス試料でIR測定を行うのが難しい。本研究では、厚さ50ミクロンの薄膜リン酸塩ガラスの作製に成功し、透過法によるFT-IR測定を可能にした。800°C,1000°Cで合成した上記組成ガラスでは、3400cm-1付近と2800cm-1付近に吸収ピークが現れ、後者はほぼ同じ吸収率であったのに対して、前者は800°Cで合成したガラスにおいて吸収率が大きくなった。これは、合成温度が低くなるほど、可動プロトン濃度が高くなることを示唆している。また、低温合成したガラスの1H MAS-NMR測定では、9ppm付近に可動プロトンに起因すると見られる急峻なピークが観測された。800°Cで合成した30mol%ZnO-70mol%P2O5ガラスは、250°Cにおいて1mS/cmの導電率を示し、水素ー酸素燃料電池の電解質として用いたところ、250°Cにおいて0.4mW/cmの出力を得た。平成25年度はZnO-P2O5ガラスの合成温度がプロトン濃度や導電率に及ぼす影響について調べたが、平成26年度は添加元素の影響を調べた。800°Cで合成した30mol%BaO-70mol%P2O5ガラスの含水率をカールフィッシャー水分計にて評価したところ11.3mol%であり、30mol%ZnO-70mol%P2O5ガラスの24.4mol%よりも小さかった。FT-IR測定では、2800cm-1付近の吸光度に差は見られなかったが、3200cm-1付近の吸光度はZnO-P2O5ガラスよりBaO-P2O5ガラスの方が小さくなった。31P MAS-NMR測定では、ガラスの基本骨格を形成する架橋酸素数2のメタリン酸構造(Q2)の他、オルトリン酸構造(Q0)、ピロリン酸構造(Q1)に起因するピークも観測されたが、BaO-P2O5ガラスではポリリン酸構造(Q3)の割合も大きかった。250°CでのBaO-P2O5ガラスのプロトン導電率は2×10-5S/cmであり、ZnO-P2O5ガラスより2桁小さかった。これは、BaO-P2O5ガラス内の可動プロトン濃度が小さいためであると考えられる。また、BaO-P2O5ガラスの導電率の活性化エネルギーは91kJ/molであり、ZnO-P2O5ガラスの48kJ/molより大きかった。Q3構造がプロトン伝導の阻害要因になっていることが考えられる。また平成26年度は新たな電解質膜・電極接合体(MEA)作製手法についても検討を行った。具体的には、電極上にZnO-P2O5ガラス電解質膜を形成する技術を確立し、200°Cでの出力密度が従来の0.2W/cm2から1.2mW/cm2に向上した。今後は、更なる性能向上に向けたガラス合成条件の最適化や、MEA作製手法の改良等を行う予定である。リン酸塩ガラスの構造はリン酸濃度だけでなく、添加物組成や合成温度等によってもガラス内のプロトン濃度や含水量が変化し、プロトン導電率に大きな影響を及ぼす。しかし、原料のオルトリン酸等に含まれる水分の一部が合成中に揮発するため、原料仕込み組成から残留水分量を規定することができない。本研究では、カールフィッシャー水分計やFT-IR、固体NMR等を用いて、リン酸塩ガラスの構造を明らかにするとともに、プロトン導電率との相関について検証した。平成25年度は合成温度の影響について調べた。カールフィッシャー水分計にて評価した800°C,1000°Cで合成した仕込み組成30mol%ZnO-

70mol%P2O5ガラスの含水率は、それぞれ24.4mol%,5.6mol%であった。また、FT-IRでは3400cm-1と2800cm-1付近に吸収ピークが現れたが、いずれも800°Cで合成したガラスの吸収率が大きく、1000°Cで合成したガラスのプロトン導電率より1桁以上高くなった。平成26年度は添加元素の影響について調べた。800°Cで合成した30mol%BaO-70mol%P2O5ガラスの含水率は11.3mol%で、ZnO-P2O5ガラスより小さかった。FT-IRでは3400cm-1付近の吸収ピークが小さくなり、固体NMRではポリリン酸構造(Q3)の割合が大きいことを確認した。BaO-P2O5ガラスの導電率の活性化エネルギーは91kJ/molで、ZnO-P2O5ガラスの48kJ/molより大きかった。平成27年度は新たな電解質膜・電極接合体(MEA)の作製手法について検討を行い、電極上にZnO-P2O5ガラス膜を形成する技術を確立することによって200°Cで1.2mW/cm2の出力密度が得られた。本研究では、30 mol%MO-70 mol%P2O5(M = Ba, Zn)ガラスにおいて、添加元素や合成温度がリン酸構造やプロトン伝導性に及ぼす影響について調べた。合成温度を1000°Cから800°Cに下げたところ、含水率の増加に伴って可動プロトン濃度が上昇した。また、BaをZnで置換するとリン酸分岐構造から直鎖構造に変化し、プロトン移動度が向上した。800°Cで合成した30ZnO-70P2O5ガラスの導電率は、250°Cで1×10-3 S/cmに達した。この電解質をPt/C電極上に直接成膜する新しい手法で燃料電池を作製し、200°Cで従来の6倍の出力密度である1.2 mW/cm2が得られた。平成26年度は異なる添加元素を含むリン酸塩ガラスを作製し、これまでのFT-IRや固体NMR等によるガラス構造解析やプロトン導電率測定等の知見を活かすことによって、リン酸塩ガラスにおけるプロトン導電率向上に向けた材料設計指針について理解を深めることができた。また、従来とは異なる電解質膜・電極接合体(MEA)作製手法について検討し、従来の約6倍の発電性能を得ることに成功した。おおむね順調に進展していると考えている。電気化学ZnO-P2O5ガラスは高いプロトン導電率を示すが、化学的安定性に乏しいことが明らかになった。従って、導電率と化学的安定性が両立するガラス合成条件を見いだすことが求められる。また、リン酸塩ガラス電解質燃料電池の出力密度は1mW/cm2程度まで向上したが、現状の電解質膜・電極接合体(MEA)作製手法では電解質厚さが約1mmになってしまうため、更なる性能向上のためには電解質の薄膜化技術の確立が必要である。これらの課題を解決するため、平成27年度はガラス組成の再検討や、MEA作製手法の改良等に取り組む。平成2324年度に実施した「リン酸塩ガラス電解質を用いた中温作動燃料電池の開発」(研究課題番号:23850021)では、31P MAS-NMRやRaman分光等によってリン酸塩ガラスの構造とプロトン導電率の相関に関する知見を得たが、ガラス内のプロトン濃度や含水率等、プロトン伝導に直接起因する物性の定量評価までは至らなかった。今年度は、カールフィッシャー水分計やFT-IR,固体NMR等によってガラス内のプロトン濃度や含水量の定量化に成功し、リン酸塩ガラス電解質燃料電池の高性能化に向けた知見を得ることができたことから、おおむね順調に進展していると言える。
アルコール依存による認知症の責任病変の同定－画像解析とALDH2遺伝子多型の関与

アルコールの代謝産物で毒性の強いアセトアルデヒドの脳萎縮への関与を明らかにずべく、血中アセトアルデヒド濃度に影響を与えるアルデヒド脱水素酵素2(ALDH2)多型と脳形態画像との関連を検討した。男性アルコール依存症患者、ヘテロ欠損者に対し、相応する年齢と認知機能を有する正常型保有者を連続的に各30名ずつ組み入れた。また、MRIは、voxel-based morphometriy法を用い、ADLH多型に関与する脳萎縮を統計学的に検出した。結果、ALDH2*2/*1の保因者では海馬領域の萎縮が検出され、アセトアルデヒドの毒性が認知機能低下に関与する可能性がある。今回の予備実験で、アルコール依存症では広範に皮質領域・白質領域の萎縮が認められ、年齢とその体積は逆相関した。アルコールそのものが関与する領域として、前頭葉・大脳縦裂・シルビウス裂・小脳の萎縮が顕著であった。一方、認知機能低下に関与する領域としては、海馬・海馬傍回の萎縮が特徴的で、視床・第3脳室の萎縮が認知機能非低下群に比し増強していた。ウェルニッケコルサコフ症候群のMRI画像は認知機能低下群のMRI画像と同様のであり、明らかなウェルニッケ脳症がなくともアルコール依存症者の認知機能低下は潜行性に進む可能性が示唆された。アセトアルデヒド脱水素酵素2(ALDH2)多型の脳萎縮への影響を検索すべく、男性アルコール依存症患者のmatched pair研究を行った。40歳から70歳未満の認知機能低下を認めない男性アルコール依存症患者を対象とし、ヘテロ欠損者(ALDH2*2/*1)に対し、相応する年齢と認知機能を有する正常型(ALDH2*1/*1)保有者を連続的に各々35名ずつ組み入れた。また、99名の同年代の健常者を健常群とした。MRIは、T1強調3次元volumetric magnetizationprepared rapid gradient (MPRAGE)撮像を行い、voxel-based morphometry (VBM)とstatistical parametric mapping software (SPM2)による、画像の半自動的処理による皮質領域の抽出と解析者のバイアスの極力入らない解析を用いた。アルコール依存症者のALDH2*2/*1保有者とALDH2*1/*1保有者、の平均年齢は各々、49.6±9.5才、49.6±8.4才、MMSE得点も27.6±2.5点、28.6±1.7点と同等であった。ウェックスラーメモリースケールの各インデックスも両者で同等であったが、アルコール依存症者のうち、ALDH2*2/*1群では、海馬および海馬傍回の萎縮がALDH2*1/*1群にくらべ顕著であった。今回の検討から、ALDH2多型の欠損型を有するアルコール依存症者では海馬・海馬傍回の萎縮が強く、将来の認知機能低下に関与する可能性が示された。昨年度に引き続き、MRI解析は、MATLAB 6.5.1以降のバージョンを用い、SPM2, 5および8をそれぞれ試み、ワークステーションの最適化を模索した。現在のところ個別の脳皮質の体積(AALアトラスを使用)は、MATLAB 6.5.1+SPM2 & 5で、グループ間の萎縮部位の同定は、MATLAB 6.5.1+SPM2とMATLAB 13b + SPM 8で行っている。今回脳画像の標準化、平滑化などパラメータ設定を行い、VBMとして妥当性のある結果が得られたと思われる。また、RFLPによりアセトアルデヒド脱水素酵素2の多型解析も終了した。その結果、アルコールそのものが関与する領域として、前頭葉・大脳縦裂・シルビウス裂・小脳の萎縮が顕著であった。2年目には、アセトアルデヒド脱水素酵素2(ALDH2)多型の脳萎縮への影響を検索すべく、男性アルコール依存症患者のmatched pair研究を行った。ヘテロ欠損者(ALDH2*2/*1)に対し、相応する年齢と認知機能を有する正常型(ALDH2*1/*1)保有者を連続的に各々35名ずつ組み入れた。3年目は、MRIに加えて脳血流検査による機能解析結果のデータを加えることで、形態上のアルコールによる脳容積変化とともに機能上の変化を検討した。その結果、アルコール依存症者の脳血流低下は一部、脳萎縮を反映してしまうこと、また認知機能低下(MMSEによる)や抑うつ(GDS)に関与する部位として、認知機能低下は帯状回が、抑うつに関しては、頭頂葉領域の血流低下に反映されることが示唆された。本来のMRIによる形態画像の検討に加え、脳血流検査によるアルコール依存症者の機能画像に着目した。平成29年に、脳血流検査を行い、機能上の変化を検討討した。

その結果、アルコール依存症者の認知機能低下(MMSEによる)や抑うつ(GDS)に関与する部位として、認知機能低下は後部帯状回が、抑うつに関しては、頭頂葉領域の血流低下に反映されることが示唆された一方で、血流低下は一部萎縮を反映していた。脳血流検査の血流低下にはeZISが汎用されているが、1.SPM2ベースであること、2.撮像するγカメラには機器の個体差があり施設間での補正が必要であること、3.eZIS内の正常高齢者参照画像は他施設のγカメラで撮像されておりこちらも各施設にあわせた補正が必要であること、などの問題点があり、自施設用のSPECT検査参照用データベースを作成し、SPM8を用いて年齢補正を行った上で画像解析を行い、eZISによる画像解析との比較検討を行った。対象は杏林大学付属病院もの忘れセンター初診外来を2005年4月から2014年3月にかけ受診した患者データベースを使用し、CGA項目から年齢相応の認知機能と考えられる患者群231名を選定した。頭部MRI、ECD-SPECT読影から、最終的に34名からなるSPECT参照用データベースを作成。この他にprodromal AD群26名とprodromal VD群サブグループを作成した。この参照用データベースを用い、SPM8ベースの画像解析を行ったところ、臨床上軽度認知機能低下と診断した患者の後部帯状回の血流低下をよく検出。またMRI上前頭葉の萎縮があってもSPM2ベースの解析と比較し、前頭葉の萎縮による見かけ上の血流低下を補正していた。このデータベースは今後のアルコール依存症者の血流低下部位の解析に役立つものと期待される。アルコールの代謝産物で毒性の強いアセトアルデヒドの脳萎縮への関与を明らかにずべく、血中アセトアルデヒド濃度に影響を与えるアルデヒド脱水素酵素2(ALDH2)多型と脳形態画像との関連を検討した。男性アルコール依存症患者、ヘテロ欠損者に対し、相応する年齢と認知機能を有する正常型保有者を連続的に各30名ずつ組み入れた。また、MRIは、voxel-based morphometriy法を用い、ADLH多型に関与する脳萎縮を統計学的に検出した。結果、ALDH2*2/*1の保因者では海馬領域の萎縮が検出され、アセトアルデヒドの毒性が認知機能低下に関与する可能性がある。MRIによる形態画像解析について、アルコール依存症者の特徴が明らかになってきているが、平成28年度は、機能画像(脳血流シンチ)を用いて、アルコールの関与する脳領域の機能低下部位を明らかにしていく。今後は脳機能画像に着目し、依存症の程度や、再飲酒に関わる脳部位の同定を進めていく。医歯薬学、アルコール依存本研究のもうひとつの目的は、遺伝子のアルコール依存症者の脳画像に与える影響である。候補遺伝子として、アセトアルデヒド脱水素酵素2(ALDH2)およびアルコール脱水素酵素1B(ADH1B)に注目し遺伝子多型の同定を行っている。特に、アルコール代謝産物のうち毒性の強いアセトアルデヒドの分解を担うのがALDH2であり、このALDH2多型はALDH2活性に影響する。日本人を含むアジア人にはこのALDH2多型の欠損型の保有者が多く(日本人の40%程度)、酒を飲むといわゆる“赤ら顔"になるアルコールに弱い体質を有する。対象者の各遺伝子の同定はほぼ完了している。平成27年度以降は、この両遺伝子多型と特定の脳領域の萎縮との関連を調査する予定である。統計ソフトのバージョンの更新時期でしたが、他端末の統計ソフトとの整合性を保つため、本年度はバージョンアップを保留しました。
黄体退行の誘発および退行過程における黄体内細胞の相互作用

【目的】本研究では、PGF2αを投与し黄体退行を誘導したウシにおいて、血中プロジェステロン(P4)濃度、一酸化窒素(NO)濃度および酸素分圧(pO2)を経時的に調べた。【方法】Day9(排卵日:Day0)の雌ウシの卵巣静脈(OV)、頚静脈(JV)および腹大動脈(AA)にカテーテルを装着した。Day10に、PGF2α(n=6)または生理食塩水(n=4)を投与し、経時的に血液を採取した(投与2時間前、1時間前、投与直後(0)、投与後0.25,0.5,1,2,4,6,8,10,12時間)。採取した血液中のP4濃度をEIA、NO2/NO3(NO代謝物)濃度をGriess法により測定するとともに、血中酸素分圧(pO2)を測定した。【結果】PGF2α投与によりOVにおける血中P4濃度は2時間以内に減少した。このP4濃度の減少は、OV、JVおよびAAにおけるNO濃度の上昇に先行していた。OVにおけるpO2は、JVのpO2よりも高かった。また、OVにおけるpO2はPGF2αの投与により、投与後0.25-4時間において有意に上昇した。卵巣静脈において、pO2が頸静脈より高いこと。PGF2αの投与によってpO2とNOが急激に上昇する、黄体の機能的な退行においてP4分泌の減少に酸素の関与することを示唆した。【目的】我々はこれまでに,免疫細胞より産生されるサイトカイン(腫瘍壊死因子; TNF, interferon gamma ; IFN)がウシ黄体の機能調節に深く関与することを示してきた。一方,近年,血管内皮細胞から産生されるエンドセリン-1(ET-1),一酸化窒素(NO)およびprostaglandin(PG)F2α;などの血管作動性物質が黄体退行に関与することが示唆されているが,ウシ黄体より単離した血管内皮細胞(LEC)を用いた詳細な検討は未だ為されていない。本研究では,LECにおけるサイトカインの生理的役割を明らかにすることを目的とし,LECのPGF2α, ET-1およびNO合成におよぼすTNFおよびIFNの影響について検討した。【方法】ウシ中期黄体よりmagnetic beadsを用いて単離したLEC(passage 6-10)を,コンフルエントに達するまで培養した。培養液を交換し,TNF(50ng/ml)およびIFN(50ng/ml)を単独または組み合わせて添加し,さらに24時間培養を継続した。培養終了後,培養上清中のPGF2αおよびET-1濃度をEIAにより,NO合成量をGriess試薬により測定した。細胞数の指標としてDNA量を測定した。【結果】LECにおいて,TNFはPGF2α,ET-1およびNO合成を有意に増加させた(P<0.05)。一方,IFNはLECのPGF2αおよびNO合成を有意に増加させたが(P<0.05),ET-1合成におよぼすIFNの影響は認められなかった。以上のことから,ウシ黄体において,TNFおよびIFNがLECのPGF2α,ET-1およびNO合成の主要な調節因子であることが明らかとなり,これらのサイトカインがPGF2α,ET-1,NOといった血管作動性因子を介して黄体の分泌機能および血管機能調節に関与する可能性が示唆された。[目的]本研究では、PGF2αを投与し黄体退行を誘導したウシにおいて、血中プロジェステロン(P4)濃度、一酸化窒素(NO)濃度および酸素分圧(PO2)を経時的に調べた。[方法]Day 9(排卵日:Day 0)の雌ウシの卵巣静脈(OV)、頚静脈(JV)および腹大動脈(AA)にカテーテルを装着した。

Day 10に、PGF2α(n=6)または生理食塩水(n=4)を投与し、経時的に血液を採取した(投与2時間前、1時間前、投与直後(0)、投与後0.25,0.5,1,2,4,6,8,10,12時間)。採取した血液中のP4濃度'をEIA、NO2/NO3(NO代謝物)濃度をGriess法により測定するとともに、血中酸素分圧(PO2)を測定した。[結果]PGF2α投与によりOVにおける血中P4濃度は2時間以内に減少した。このP4濃度の減少は、OV、JVおよびAAにおけるNO濃度の上昇に先行していた。OVにおけるPO2は、JVのpO2よりも高かった。また、OVにおけるPO2はPGF2αの投与により、投与後0.25-4時間において有意に上昇した。卵巣静脈において、pO2が頸静脈より高いこと。PGF2αの投与によってPO2とNOが急激に上昇する、黄体の機能的な退行においてP4分泌の減少に酸素の関与することを示唆した。
ペアリハーサルとピアレビューを用いた英語対話能力育成プログラムの開発と効果検証

本研究は,グローバル社会で活躍できる大学生の育成を目標に,その基盤のひとつとなる英語コミュニケーション基礎力を確実に身につけさせる指導法とその効果を測定する評価法を確立することを目指す。その実現のために,3つのプロジェクトの実施を目的としている。(1)授業(ダイアローグ(対話)の発表)と授業外学習(個人&ペアでのリハーサル)を有機的に結び付けた英語コミュニケーション能力を育成する学習指導方法の実践と改善,(2)英語コミュニケーション能力を評価するための独自のスピーキング・ルーブリックの作成と改善:より妥当性・信頼性の高い評価法の確立,(3)英語習熟度の高いクラスでの発展的取り組みの実践:ディスカッション能力の育成本研究では,ペアで行うインタラクティブ・リハーサルの英語コミュニケーション能力への効果を調査するが,その実行可能性を検証するため,予備研究として,平成29年度に国立大学1年生の必修英語科目5クラス(150名)にて,本プロジェクトの一部を実施した。学生は,授業でのダイアローグの発表に向けて,自宅で携帯電話を使って,ペアの学生とリハーサルに取り組んだ。アンケートでは80%の学生が,携帯電話でのインタラクティブ・リハーサルは楽しいと答え,87%の学生が,このリハーサルは自分の英語コミュニケーション力を高めると思うと回答しており,ペアでのインタラクティブ・リハーサルを取り入れた学習は通常クラスで十分に実施可能であると考えられる。会話タスクを用いた事前・事後テストも実施し,(仮)ルーブリックを基に本研究者ら3名で評価を行い,ルーブリック及び評価法の改善も行った。この結果については、平成30年度に国際学会(第54回RELC,シンガポール)にて発表した。平成30年度に実施した研究については,「現在までの進捗状況」にて詳しく報告する。本研究1年目(平成30年度)は,国立大学1年生の必修英語科目2クラスに,個人およびペアで行うリハーサル法を取り入れ,英語コミュニケーション力の向上にどのような効果をもたらすかを検証した。リハーサル強制グループとリハーサル自由グループに割りあて,口頭リハーサルは,(1)第二言語(英語)へのどのような気づきを促すか,(2)英語コミュニケーション能力を高めるか,を検証した。両クラスの学習者は,自宅では授業でのダイアローグ発表に向け,原稿を書かずに,会話する内容について(1)5回以上,個人で英語による口頭リハーサルを行い,さらに(2)2回以上,ペアでインタラクティブ・リハーサルを行う。ペアでのリハーサルは対面で行っても良いし,SNSの無料通信機能などを利用し携帯電話で会話をしても良いこととした。共通のログ(記録用紙)を配布し,個人,ペアでのリハーサル直後に,気づいた点について自由に記入してもらった。本研究用に,6観点,5尺度からなるルーブリックを作成し,それに基づきペアで行う会話の事前・事後テストの評価を行った。分析の結果,個人・ペアリハーサル共に,リハーサル回数が増えるほど,テストの点数が伸びることが分かった。具体的には,個人リハーサルは,ルーブリック観点の「考えや意見を述べる能力」(Expressing thoughts and opinions)と「語彙力」(Vocabulary)の向上に効果があること,また,ペア・リハーサルは「会話を挨拶で始め閉じる能力」(Greetings & Closings)と「会話への態度」(Attitudes)の向上に効果があることが明らかになった。本研究の成果発表は,本年度(令和元年)8月に,第58回JACET国際大会にて口頭発表をし,その後論文としても発表する予定である。本年度(平成31年/令和元年)は,まず第一に,昨年度の研究結果を詳細に分析し,ルーブリックなどの評価方法の改善に取り組む。第二に,個人およびペアでのリハーサル法を2年次以降の英語習熟度の高い学生を対象にしたディスカッション・クラスで発展的に実践し,社会的諸問題について議論できる,グローバル社会で求められるコミュニケーション能力の育成を目指す。ディスカッション能力を測定するためのルーブリックの開発も行う。来年度(令和2年)は研究最終年となるが,予備研究も含めた3年間の実証研究成果をまとめ,普遍性の高い指導法へと発展させる。結果については,学会や論文で発表するだけでなく,ワークショップ(一般公開)を積極的に行うなど,広く成果を発表したい。

会話タスクを用いた事前・事後テストも実施し,(仮)ルーブリックを基に本研究者ら3名で評価を行い,ルーブリック及び評価法の改善も行った。この結果については、平成30年度に国際学会(第54回RELC,シンガポール)にて発表した。平成30年度に実施した研究については,「現在までの進捗状況」にて詳しく報告する。本研究1年目(平成30年度)は,国立大学1年生の必修英語科目2クラスに,個人およびペアで行うリハーサル法を取り入れ,英語コミュニケーション力の向上にどのような効果をもたらすかを検証した。リハーサル強制グループとリハーサル自由グループに割りあて,口頭リハーサルは,(1)第二言語(英語)へのどのような気づきを促すか,(2)英語コミュニケーション能力を高めるか,を検証した。両クラスの学習者は,自宅では授業でのダイアローグ発表に向け,原稿を書かずに,会話する内容について(1)5回以上,個人で英語による口頭リハーサルを行い,さらに(2)2回以上,ペアでインタラクティブ・リハーサルを行う。ペアでのリハーサルは対面で行っても良いし,SNSの無料通信機能などを利用し携帯電話で会話をしても良いこととした。共通のログ(記録用紙)を配布し,個人,ペアでのリハーサル直後に,気づいた点について自由に記入してもらった。本研究用に,6観点,5尺度からなるルーブリックを作成し,それに基づきペアで行う会話の事前・事後テストの評価を行った。分析の結果,個人・ペアリハーサル共に,リハーサル回数が増えるほど,テストの点数が伸びることが分かった。具体的には,個人リハーサルは,ルーブリック観点の「考えや意見を述べる能力」(Expressing thoughts and opinions)と「語彙力」(Vocabulary)の向上に効果があること,また,ペア・リハーサルは「会話を挨拶で始め閉じる能力」(Greetings & Closings)と「会話への態度」(Attitudes)の向上に効果があることが明らかになった。本研究の成果発表は,本年度(令和元年)8月に,第58回JACET国際大会にて口頭発表をし,その後論文としても発表する予定である。本年度(平成31年/令和元年)は,まず第一に,昨年度の研究結果を詳細に分析し,ルーブリックなどの評価方法の改善に取り組む。第二に,個人およびペアでのリハーサル法を2年次以降の英語習熟度の高い学生を対象にしたディスカッション・クラスで発展的に実践し,社会的諸問題について議論できる,グローバル社会で求められるコミュニケーション能力の育成を目指す。ディスカッション能力を測定するためのルーブリックの開発も行う。来年度(令和2年)は研究最終年となるが,予備研究も含めた3年間の実証研究成果をまとめ,普遍性の高い指導法へと発展させる。結果については,学会や論文で発表するだけでなく,ワークショップ(一般公開)を積極的に行うなど,広く成果を発表したい。
フキ葉身の栄養学的解析と育種的利用に関する研究

佐渡島に自生するフキの葉身に含まれる主要なフェノール成分は、クロロゲン酸、フキノール酸、3, 5-ジカフェオイルキナ酸、3, 4, 5-トリカフェオイルキナ酸であった。65地点から採集したサンプルの含有量の差は、クロロゲン酸4. 41倍、フキノール酸1. 95倍、3, 5-ジカフェオイルキナ酸4. 65倍、3, 4, 5-トリカフェオイルキナ酸4. 72倍であった。標高と雄株率、雄株率と3, 5-ジカフェオイルキナ酸含有量との間に強い相関が認められた。独自の生態系が保持された原生林を有し、海抜0mから最高峰金北山の標高1172m付近まで、フキが自生する佐渡島の65地点(大佐渡山地を横断する石名和木林道、県道81号線、新潟大学農学部附属フィールド科学教育研究センター佐渡ステーション演習林、大佐渡山地を縦走する大佐渡スカイライン、金北山登山道、さらに佐渡島沿岸部と小佐渡丘陵の内陸部)から地下茎を採集し、新潟大学農学部附属フィールド科学教育研究センター新通ステーションの圃場に定植して栽培した。その結果、葉身の大きさや形、厚さ、硬さに差が認められ、その中から葉身が柔らかくてみずみずしい系統を見いだした。また、北海道足寄町から草丈約3mになる'螺湾ブキ'と大阪府泉南市から草丈1.51.8m程度に成長する'大阪農技育成1号(のびすぎでんねん)'を収集し、新潟大学農学部附属フィールド科学教育研究センター新通ステーションの圃場に定植して栽培した。さらに、佐渡島から採集したフキ、'螺湾ブキ'、ならびに'大阪農技育成1号'の花芽分化初期のふきのとうの中から、直径0.20.3mmの大きさの頭花組織を摘出して培養した。その結果、NAAとBAをそれぞれ、0.1mg/lと1.0mg/1添加したMS寒天培地で、頭花組織基部から茎葉の分化が認められた。葉身に含まれる成分を明らかにするため、予備的に4種類のフェノール成分(クロロゲン酸、フキノール酸、3,5-ジカフェオイルキナ酸、3,4,5-トリカフェオイルキナ酸)と2種類のビタミン(β-カロテン、α-トコフェロール)の抽出とHPLC分析を行ったところ、6種類の成分全てで、定量可能な量の葉身への蓄積が認められ、系統により含量の差が生じていた。独自の生態系が保持された原生林を有し、海抜0mから最高峰金北山の標高1172m付近まで、フキが自生する佐渡島の65地点から、フキの雄株と雌株の地下茎を採取した。加えて、北海道足寄町から草丈約3mになる'螺湾ブキ'と大阪府泉南市から草丈1.51.8m程度に成長する'大阪農技育成1号(のびすぎでんねん)'を収集し、新潟大学農学部附属フィールド科学教育研究センター新通ステーションの圃場に定植して栽培した。冬季に形成された花芽分化初期のふきのとうの中から、直径0.20.3mmの大きさの頭花組織を摘出し、NAAとBAをそれぞれ、0.1mg/lと1.0mg/l添加したMS寒天培地で培養して分化したシュートを発根、馴化、鉢上げした後、圃場で栽培した。その結果、葉身の緑色の濃淡や厚さ、硬さに差が認められ、葉身の緑色が鮮やかで濃く、葉身が柔らかくてみずみずしい系統を見いだした。葉身に含まれる成分を明らかにするため、4種類のフェノール成分(クロロゲン酸、フキノール酸、3,5-ジカフェオイルキナ酸、3,4,5-トリカフェオイルキナ酸)と3種類のビタミン(β-カロテン、α-トコフェロール、アスコルビン酸)の抽出とHPLC分析を行ったところ、7種類の成分全てで定量可能な量の葉身への蓄積が認められた。また、系統により大きな含量の差が生じており、葉身の緑色が濃く、柔らかくてみずみずしい系統は、7種類の成分の蓄積が多い傾向であった。独自の生態系が保持された原生林を有し、海抜0mから最高峰金北山の標高1,172m付近まで、フキが目生する佐渡島の65地点において、雌雄比調査を実施した。その結果、標高が高い地点では雄株の比率が高くなり、標高の低い地点では、雌株の比率が高くなる傾向が認められ、標高の高い地点では、雄株の群落が至る所に認められた。これらの株の地下茎を収集し、新潟大学農学部附属フィールド科学教育研究センター新通ステーションの圃場に定植して栽培した。

同一条件で2年間栽培したにも係わらず、葉身の凍結乾燥粉末に含まれるクロロゲン酸の含有量は、3.2714.41mg/g、フキノール酸は24.2747.22mg/g、3,5-ジカフェオイルキナ酸は30.16140.28mg/g、3,4,5-トリカフェオイルキナ酸は5.6326.57mg/gと系統間で1.954.72倍の差が認められた。そこで、フェノール4成分の含有量と採集した標高との関連を調べたところ、クロロゲン酸、フキノール酸、3,4,5-トリカフェオイルキナ酸については、傾向は認められなかったが、標高70m以下の地点で採集した系統の3,5ジ-カフェオイルキナ酸の含有量30.16mg/gに対し、標高280mを超える地点で採集した系統の含有量は2.59倍を超えていた。さらに、雌雄比と3,5-ジカフェオイルキナ酸の含有量との相関を調べたところ、雄株率と3,5-ジカフェオイルキナ酸の含有量の間にr=0.9584の高い相関があり、標高の高い地点に自生し、雄株率が高い系統ほど3,5-ジカフェオイルキナ酸の含有量が高く、その中でも、標高1,156mの金北山山頂付近という厳しい環境で自生する系統は、140.28mg/gとずば抜けて高い含有量であることが明らかとなった。以上の結果から、佐渡島に自生するフキに含まれるフェノール4成分の含有量には大きな系統間差があり、その内、3,5-ジカフェオイルキナ酸含有量の高い系統を選抜・維持できる可能性が示唆された。
α-シヌクレインをモデルとした病原性アミロイドのストレイン多様性・細胞毒性の解明

プリオン、Aβペプチドやα-シヌクレイン(αSyn)等の病原性アミロイドには立体構造ごとに異なる疾患を生じる「ストレイン多様性」と言う現象があるが、1種類の蛋白が多様な立体構造を呈しかつ多様な疾患を生じる機序は未解明の謎である。本研究では、立体構造が既に同定された病原性アミロイドであるαSynをモデル蛋白として用いて、シミュレーションや組換蛋白の試験管内または細胞内凝集実験を通じてアミロイドの構造多様性や細胞毒性のメカニズム解明を目指す。モデル蛋白からの知見を他のアミロイドにも応用しアミロイド性神経変性疾患一般の病態解明に繋げる。