hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
技術者倫理教育のコンテンツ開発と地域・企業連携システムの設計

1.研究の目的現在の日本の高等教育機関には技術者倫理教育が急速に導入されつつあるが、ここには二つの課題がある。一つは、周本の現状に適合した技術者倫理教育のコンテンツを開発することであり、もう一つは、技術者倫理教育を企業へ、あるいは技術者団体へと拡大することである。本研究の目的は、この二つの課題に即して、技術者倫理教育のコンテンツを開発することと、大学と企業あるいは地域との連携システムに関する調査研究を行うことである。2.研究の成果:(1)第一の課題に関しては、研究代表者と研究分担者が研究会等を通じて密接に連絡を取り合いながらも、それぞれの授業実践を通じて、工業高等専門学校、大学の教養教育および大学院教育という三つのレベルにおける授業資料を作成した。これらは『研究成果報告書』にとりまとめられているが、特に、大学院における技術者倫理教育は未開拓の領域であり、この報告書をきっかけに多くの理系大学院において授業資料を開発することが期待される。またわれわれは、技術者倫理教育の成績評価法にっいて共同研究を行い、科学技術社会論学会においてワークショップを開催し、その成果を公表した。さらに、他の研究者をも交えて授業資料の共同開発も行い、この成果は北海道技術者倫理研究会編『オムニバス技術者倫理』(共立出版)として2007年3月に出版された。(2)第二の課題に関しては、技術者団体として先進的な技術者倫理研究に取り組んでいる中部技術士会、地元札幌の青年技術士会、同じく先進的な技術者倫理教育を実践している企業に対してヒアリングを行い、大学と企業との連携に関する問題点の整理を行った。実際に連携システムを構築することは次のステップの課題となる。研究初年度である17年度は、(1)授業実践に関する資料集の作成とケース(事例)の作成、(2)達成度・成績評価方法の開発、(3)国内外の実践例の調査、(4)地域連携・産学連携システムのための準備作業を行った。具体的には、(1)から(3)までは文献収集と調査を行うとともに、北海道大学の全学教育「科学・技術と人間の倫理」による授業実践を通じて、授業のコンテンツ開発や評価手法の検討を行ってきた。この授業実践に関しては、授業に参加したTAによる報告が日本消費生活アドバイザー・コンサルタント協会「消費者志向NACS会議」において発表され、反響を呼ぶなどの成果を挙げている。これらの調査結果を基礎資料として来年度の研究を進めていくつもりである。(4)については、研究計画に記した通り、北海道内の技術倫理研究・教育従事者のネットワーク形成に努め、下記の研究会を開催・参加した。2005年7月9日(土)第四回北海道技術者倫理研究会2005年11月27日(日)第五回北海道技術者倫理研究会来年度もこの研究会を継続し、地域連携・産学連携システム構築の実践例としていく。このほかに特筆すべき事項として、北海道技術者倫理研究会編集による技術者倫理の教科書を編集中であり、来年度には出版する予定である。また、研究分担者の石原の研究グループにより、全国の電気・電子・情報処理関連学科における技術者倫理授業の開講状況の調査が行われ、工学部における技術者倫理教育の展開状況の把握が試みられた。1.研究の目的:現在の日本の高等教育機関には技術者倫理教育が急速に導入されつつあるが、ここには二つの課題がある。一つは、日本の現状に適合した技術者倫理教育のコンテンツを開発することであり、もう一つは、技術者倫理教育を企業へ、あるいは技術者団体へと拡大することである。2.研究の成果:

(1)第一の課題に関しては、研究代表者と研究分担者が研究会等を通じて密接に連絡を取り合いながらも、それぞれの授業実践を通じて、工業高等専門学校、大学の教養教育および大学院教育という三つのレベルにおける授業資料を作成した。これらは『研究成果報告書』にとりまとめられているが、特に、大学院における技術者倫理教育は未開拓の領域であり、この報告書をきっかけに多くの理系大学院において授業資料を開発することが期待される。またわれわれは、技術者倫理教育の成績評価法について共同研究を行い、科学技術社会論学会においてワークショップを開催し、その成果を公表した。さらに、他の研究者をも交えて授業資料の共同開発も行い、この成果は北海道技術者倫理研究会編『オムニバス技術者倫理』(共立出版)として2007年3月に出版された。(2)第二の課題に関しては、技術者団体として先進的な技術者倫理研究に取り組んでいる中部技術士会、地元札幌の青年技術士会、同じく先進的な技術者倫理教育を実践している企業に対してヒアリングを行い、大学と企業との連携に関する問題点の整理を行った。実際に連携システムを構築することは次のステップの課題となる。
疎水性取り込みを利用する準固相法ペプチド合成

固相法ペプチド合成には,合成操作が容易であるという長所と,合成終了後の分離操作が困難であるという短所がある.この研究においては,可逆的な取り込みを固定化に利用して,固相法の長所を保ちつつ合成過程中途での分離精製を可能とする準固相法ペプチド合成法を開発した.最初にC末端アミノ酸の長鎖アルキルエステルを,固定化された有機相に取り込ませた後,水系溶媒中でN末端保護アミノ酸との界面におけるカップリング反応を行い,次いで同様に脱保護を行うことでペプチド鎖の延長が可能となる.ここではロイシンエンケファリンをモデルペプチドとして選び,オクタデシルシリル化シリカゲルをステンレススチールカラムに充填して固定化有機相として使用し,疎水性相互作用によりペプチドを固体表面に保持する方法を採用した.高圧液体ポンプにより,アセトニトリルー水混合溶液をカラムに送液し, C末端アミノ酸ドデシルエステルを疎水性相互作用によってカラム内の固定化有機相に保持させた後,流れの中に順次試薬を注入してペプチド合成を行った.N末端保護基としてはq-フルオレニルメチルオキシカルボニル基,脱保護試薬としてはピペリジン類,カップリング反応としてはC末端をペンタフルオロフェニルエステルとする活性化エステル法が最適であった.界面におけるカップリング反応はきわめて速く,常温において数分で完了した.合成途中のペプチドはテトラヒドロフランなどの溶媒により溶液として取り出し,純度の確認や,必要であれば随時精製することが可能である.これにより,特殊な試薬を使用することなく,単にカラムに試薬溶液を流すことにより,固定表面に固定化したペプチド鎖を延長し,しかも中間体をいつでも取り出すことが可能であるペプチド合成法を開発することができた.このペプチド合成法は自動化することが可能である.固相法ペプチド合成には,合成操作が容易であるという長所と,合成終了後の分離操作が困難であるという短所がある.この研究においては,可逆的な取り込みを固定化に利用して,固相法の長所を保ちつつ合成過程中途での分離精製を可能とする準固相法ペプチド合成法を開発した.最初にC末端アミノ酸の長鎖アルキルエステルを,固定化された有機相に取り込ませた後,水系溶媒中でN末端保護アミノ酸との界面におけるカップリング反応を行い,次いで同様に脱保護を行うことでペプチド鎖の延長が可能となる.ここではロイシンエンケファリンをモデルペプチドとして選び,オクタデシルシリル化シリカゲルをステンレススチールカラムに充填して固定化有機相として使用し,疎水性相互作用によりペプチドを固体表面に保持する方法を採用した.高圧液体ポンプにより,アセトニトリルー水混合溶液をカラムに送液し, C末端アミノ酸ドデシルエステルを疎水性相互作用によってカラム内の固定化有機相に保持させた後,流れの中に順次試薬を注入してペプチド合成を行った.N末端保護基としてはq-フルオレニルメチルオキシカルボニル基,脱保護試薬としてはピペリジン類,カップリング反応としてはC末端をペンタフルオロフェニルエステルとする活性化エステル法が最適であった.界面におけるカップリング反応はきわめて速く,常温において数分で完了した.合成途中のペプチドはテトラヒドロフランなどの溶媒により溶液として取り出し,純度の確認や,必要であれば随時精製することが可能である.これにより,特殊な試薬を使用することなく,単にカラムに試薬溶液を流すことにより,固定表面に固定化したペプチド鎖を延長し,しかも中間体をいつでも取り出すことが可能であるペプチド合成法を開発することができた.このペプチド合成法は自動化することが可能である.
刺激応答性オイルゲルを用いた革新的タンパク質導入技術の開発

本研究では,遺伝子導入に代わって,毒性なくタンパク質を機能発現に適したタイミングで細胞内に導入できるオイルゲルの開発を目指した。しかし,オイルゲル表面での細胞培養を検討したところ,培養は可能であるが,ゲルの変成やそれに伴う細胞の観察,回収の難しさが問題となった。そこで,オイル表面での細胞増殖の挙動が確認しやすい油水界面での培養に変更した。油相として不活性液体であり水より比重の思いパーフルオロカーボンに注目し,この液体中にタンパク質を界面活性剤でコーティングした脂溶性集合体を分散させ利用した。この方法により,油水界面で細胞培養及びタンパク質導入が可能であることを発見した。本研究では,細胞膜との親和性の高い脂溶性ナノ集合体が分散したオイル表面を利用し、この表面に細胞を接着・伸展させることで効果的なタンパク質導入を目指した。これまでの検討で,脂溶性集合体を含むPFC(パーフルオロカーボン)液体を細胞の成長足場として利用し,PFC液体/水界面における細胞培養とタンパク質直接導入法の検討を行った。結果としてPFC表面での細胞培養は,細胞の増殖・伸展を阻害した。しかし,その成長挙動は,表面改質物質として高い親油性を持つショ糖エステル型界面活性剤を添加することによって改善された。これは,表面改質物質と培地中のタンパク質の相互作用によって細胞のPFC表面への付着性が向上したためであると考えられる。また,タンパク質導入量の評価したところ,S/Oサスペンション(脂溶性集合体分散PFC)と細胞の接触で細胞内導入が促進されることが確認された。この時,集合体を培地に分散した場合のタンパク質導入効率が25%ほどだったのに対して,PFC相に分散させたS/Oサスペンションによる導入効率は57%であった。このことより,集合体を油相に分散させることが有効的であることも判明した。再生医療・細胞療法において、細胞内への活性型タンパク質導入技術は不可欠である。一般的には遺伝子導入・タンパク質発現のプロセスで行われているが、これは癌化の危険性等が課題である。本研究では、遺伝子導入に代わって、毒性なくタンパク質を機能発現に最適なタイミングで細胞内に導入できる、オイルゲルの開発を目指した。本研究期間で,細胞膜との親和性の高い脂溶性ナノ集合体が分散したオイル表面を利用し、この表面に細胞を接着・伸展させることで効果的なタンパク質導入が可能であるかを検討した。まず,オイルゲル表面での細胞培養を検討したところ,細胞培養は可能であるが回収が困難であることや,細胞の直接観察が困難であることが判明した。そこで,オイル表面での細胞増殖の挙動が確認しやすい油水界面を検討し,不活性液体であり水より比重の大きいパーフルオロカーボン(PFC)に注目し,この液体に脂溶性集合体を分散させ,その表面での細胞培養を行った。結果として,脂溶性界面活性剤の添加を行うことで,良好に細胞が増殖し,また,タンパク質の導入も可能であることが判明した。また,さらに導入効率を向上させるために,脂溶性集合体の拡散性の高い油相を多孔性高分子膜に含浸させた培養足場の利用を検討したところ,PFCに比べ格段にタンパク質の導入効率が向上した。本期間内に細胞の機能化まで評価できなかったが,目標としていた細胞培養とタンパク質導入が可能なオイル表面の構築に成功した。研究目標としている油水界面での細胞培養とタンパク質導入を同時に行うことに成功した。医用化学工学今後の課題として,油相中への脂溶性集合体の分散性を向上させ,油相から細胞中へのタンパク質の輸送を向上させる。また,動物細胞へ任意のタイミングで効率的にタンパク質を導入できる生体適合性表面を構築する。そのために,細胞の接着・伸展が可能なS/Oゲル表面の構築とタンパク質の放出制御が可能な光応答性ゲルの調製を行う。これにより,任意のタイミングでタンパク質導入する細胞付着性ゲルの作製を目指す。
環境浄化と微生物代謝学の再考：シンプルな代謝設計でCO2からの有価物生産に挑む

本研究では、微生物を利用したCO2からの有価物生産に挑んだ。微生物による物質生産の共通課題は、物質生産をさせることで微生物の生育が阻害されることである。そこで、遺伝子の発現量を調節できる「プロモーター領域」を物質生産遺伝子と融合させ、特定のタイミングで生産を開始できる系の構築を目指した。結果として3種類の物質生産遺伝子を目的微生物に導入することに成功し、様々な条件で物質生産を試みたが、これまでのところごく微量な生産しか確認できていない。一方で、本研究を通して効率的な遺伝子組み換え法を確立することができ、当該微生物の持つユニークな防御遺伝子についても解析を進めることが出来た。本研究課題では二酸化炭素固定能を有する水素細菌を用い、温室効果ガスとして注視される二酸化炭素の有価物への変換に取り組む。微生物を用いた物質生産系における共通の課題は、微生物に物質生産をさせることで微生物の生育を阻害してしまう点にある。そこで本研究では、微生物の増殖が収束しつつある「定常期」に物質生産が開始されるような設計を目指す。そのため初年度は、トランスクリプトーム解析を行い、対象細菌の全遺伝子発現パターンを把握し、有用な発現調節領域(プロモーター領域)を見出すことを目標としていた。トランスクリプトーム解析としては、次世代シークエンサーを用いたRNA-seq解析の構築に取り組んだが、Linuxシステムを使った配列情報解析手法の確立に予想以上の時間を費やしてしまった。初年度はモデル微生物を使ったRNA-seq解析を行ったが、対象細菌の解析は完了できていない。そこで、本来RNA-seq解析の後に予定していた、有用遺伝子導入系および遺伝子発現調節系の構築を進めた。これまでのところ、独立栄養条件で発現することが知られている遺伝子のプロモーター領域と、有用遺伝子を融合し、対象微生物に導入することに成功している。しかし、独立栄養条件においてもタンパク質として発現されていないことが確認された。複数種の有用遺伝子においても同様の結果が得られたため、目的遺伝子の再検討、プロモーター領域の再検討が必要であると判断した。本研究課題では、独立栄養性の水素細菌を用い、温室効果ガスとして注視される二酸化炭素の有価物への変換に挑戦している。微生物を用いた物質生産における共通課題は、物質生産をさせることで微生物の生育が阻害され、結果的に生産物の収量が抑えられてしまうという点にある。そこで本研究では、遺伝子の発現量をコントロールする「プロモーター領域」を選定し、目的の物質生産遺伝子に融合させることで、任意のタイミングで生産を開始させる物質生産系の構築を目指している。当初の目的では初年度に遺伝子発現解析を行い、その結果に基づいてプロモーター領域を選定する予定であった。しかしLinuxシステムを用いた遺伝子発現解析手法の習得に想定以上の時間を費やしてしまい、初年度には発現解析を終えることはできなかった。そこで当該年度では、独立栄養条件で発現することが知られている遺伝子のプロモーター領域を選定し、このプロモーターに特化して物質生産系の構築に取り組んだ。当該年度は、本研究で着目している4種の物質生産遺伝子とプロモーター領域の融合を行った。さらに、前年度に構築した遺伝子導入法を用い、4種の遺伝子の内3種類については対象微生物ゲノムへの組み込みに成功した。しかしながら、この物質生産遺伝子は大量に目的産物を生産するために微生物へのダメージが大きく、培養過程で欠落してしまうことが確認された。そのため、次年度以降は後述の通り代替の戦略で物質戦略を目指すこととする。初年度に遺伝子発現解析系の構築に費やした時間の分だけ達成度が低くなっている。本研究課題では「不要物からの有価物の創出」をコンセプトに、微生物を利用したCO2からの物質生産を目指した。微生物による物質生産における共通の課題は、物質生産をさせることで微生物の生育が阻害され、結果として目的産物の収量が低くなることにある。そこで本研究では、遺伝子の発現量を調節できる「プロモーター領域」を選定し、目的の物質生産遺伝子に融合させることで、任意のタイミングで物質生産を開始する系の構築を目指した。初めにゲノム情報と遺伝子発現情報を精査することで、有力なプロモーターの選定を進めた。本課題では独立栄養条件で下流の遺伝子を高発現させるプロモーターを選定し、培養条件を変えることで物質生産のスイッチを入れる戦略をとった。次に、対象微生物への遺伝子導入法の確立を試み、相同組換えによってゲノム中に目的遺伝子を導入する方法を構築した。物質生産遺伝子としては4種のターゲットを選定し、それぞれをプロモーター領域と融合させ、目的微生物ゲノムへの導入を試みた。その結果、3種についてはゲノム導入に成功したが、残り1種は成功には至らなかった。成功した3種については培養試験を行い、CO2からの物質生産を試みた。しかしこれまでのところ、温度や培地組成などの改良を加えても有意な生産量向上までは確認できていない。これは大量に物質生産が始まることで菌体へのダメージが大きくなってしまうことが原因と推察される。このことから、目的遺伝子の発現量を促進する領域に加えて、発現量を抑制する遺伝子領域を二重に組み入れることが重要であることが示唆された。一方、本課題を進める中で様々な条件での遺伝子導入を試みており、これらを精査することで、目的に応じた効率的な遺伝子導入法を整理することができた。また、対象微生物が有する特異な防御酵素が見つかったため、これについても解析を進めることができた。

そこで、遺伝子の発現量を調節できる「プロモーター領域」を物質生産遺伝子と融合させ、特定のタイミングで生産を開始できる系の構築を目指した。結果として3種類の物質生産遺伝子を目的微生物に導入することに成功し、様々な条件で物質生産を試みたが、これまでのところごく微量な生産しか確認できていない。一方で、本研究を通して効率的な遺伝子組み換え法を確立することができ、当該微生物の持つユニークな防御遺伝子についても解析を進めることが出来た。本研究ではトランスクリプトーム解析手法として、RNA-seq解析を選択し、その解析系の構築に取り組んだ。RNA-seq解析では情報解析技術の習得が必須であり、他研究者の指導の下で習得に取り組んだが、想定以上に時間がかかってしまった。しかし、遺伝子導入については再現よく成功しており、RNA-seq解析の遅れをある程度補うことができた。当該年度の研究結果から、目的遺伝子の導入により対象微生物が大きくダメージを受けることが確認された。これを踏まえると、当該年度までは「あるタイミングで高発現させるプロモーター領域」を選定していたが、それよりも「あるタイミング以外は遺伝子発現を強く抑制するプロモーター領域」が適していることが示唆された。次年度からは戦略を切り替え、引き続き発現系の再構築を行うこととする。環境微生物学2年目である本年度は、初年度に達成できなかったトランスクリプトーム解析を進める予定である。複数の生育条件での全遺伝子発現パターンを把握し、物質生産に有用なプロモーター領域を選定する。RNA-seq解析においては高度な情報解析が必要であり、それが大きな課題になっているため、場合によっては別の手法で代替する。また、初年度の結果から示唆されたように、これまで導入を試行した有用遺伝子群ではタンパク質としての発現が難しいことが考えられる。今後は、これまで想定していなかった他の候補を含めて模索する必要がある。基本的には研究計画書に記載した通り、トランスクリプトーム解析と有用遺伝子の導入を進める。初年度に遺伝子発現解析を終えることができなかったため、解析に要する消耗品やキットに充てる物品費の大部分が未使用として繰り越された。当該年度の未使用額は初年度からの繰り越し分に相当する。初年度にトランスクリプトーム解析を行う予定であり、等解析には高額なキットが必要となるため上記の予算を申請した。しかし、予想外に解析系の確立が遅れてしまい、初年度に高額な消耗品を購入する必要がなくなったため未使用額が生じ、次年度使用額が発生した。当該年度まででLinuxシステムを用いた遺伝子発現解析(RNA-seq解析)系の構築、さらに発現量解析で有用なプログラミング言語の習得を終えることができた。次年度は遺伝子発現解析用のキット、発現量計算に必要なコンピューター、分子生物学実験に要する試薬の購入を計画している。また研究を加速させるため、契約職員の雇用を計画している。
ニューロンの細胞内エネルギーレベル感受性イオンチャネルの役割

脳虚血による神経活動変化はどのようにして起こるのか、また、その過程にATP感受性Kチャネルが関与するのかどうかを、新生仔ラットの培養海馬ニューロンを用いて検討し、以下の結論を得た。1.虚血によるシナプス伝達は抑制されるが、興奮性シナプス伝達に比べ、抑制性シナプス伝達の方がより虚血に弱いことが判った。2.ATP感受性Kチャネルは、虚血後の回復過程には一部関与するが、虚血によるシナプス伝達の低下そのものには関与していないことが示唆された。3.虚血時に細胞内Caの増加が起こるが、虚血時のシナプス伝達の抑制にシナプス前終末のCa依存性Kチャネルは関与していないと思われた(Neurosci. Lett. 207 : 195-198)。4.グルタミン酸はシナプス前終末の代謝型グルタミン酸受容体に働き、興奮性シナプス伝達や抑制性シナプス伝達を調節する作用のあることが判明した(Brain Res. 705 : 337-340)。したがって、虚血時に見られる細部外グルタミン酸濃度の上昇が、その後のシナプス伝達の変化をもたらす可能性は高いと思われた。5.シナプス後ニューロンの強い脱分極は、逆行性伝達物質を介して、そのニューロンへの抑制性入力を抑制することが示された(論文投稿中)。したがって、虚血時に見られるニューロンの脱分極が、その後の抑制性シナプス伝達の抑制に関与する可能性は高いと思われた。今後は、脳虚血により引き起こされるさまざまな神経活動の変化に、どの機構がどの程度関与するのかを明らかにして行きたい。1.ニューロンに存在する細胞内エネルギーレベルにきわめて敏感なKチャネル(ATP感受性Kチャネル)の役割を解明するために、脳虚血によるシナプス伝達の低下におけるこのチャネルの関与を調べた。2.新生仔ラットの培養海馬ニューロンを用いて以下の結果を得た。(1)虚血によるシナプス伝達の抑制は、興奮性シナプスに比べ、抑制性シナプスにおいてより顕著であった。したがって、脳切片で観察される興奮性シナプス伝達の早期抑制は、すでに指摘されているように、回りの細胞から放出されたアデノシンなどの物質によるシナプス前抑制の機構によると考えられる。(2)ATP感受性Kチャネル阻害剤は、虚血によるシナプス伝達の低下を防ぐことができなかった。したがって、シナプス伝達の低下が、ATP感受性Kチャネルの活性化によるものではないと考えられる。(3)虚血からの回復時に、シナプス伝達がATP感受性Kチャネル阻害剤の添加により抑制されることが、数例のニューロン・ペアにおいて観察された。この結果は、ATP感受性Kチャネルの活性化が、シナプス伝達の回復に一部役立っている可能性を示唆する。3.以上のように、本年度は、虚血によるシナプス伝達の低下が、興奮性シナプスと抑制性シナプスとで異なること、また、その過程にATP感受性Kチャネルは主たる関与はしていないが、虚血後の回復過程に一部関与している可能性のあることが明らかとなった。また、研究遂行中に、虚血によるシナプス伝達の抑制にアデノシンのみならずグルタミン酸によるシナプス前抑制の機構が関与している可能性も考えられたため、当初の予定にはなかったが、興奮性および抑制性シナプス伝達が終末部の代謝型グルタミン酸受容体を介してどのように調節されているのかを調べた(Brain Res.705(1995)337-340)。また、虚血による終末部のKコンダクタンスの変化を推測するために、終末部に存在するKチャネルの種類を調べる基礎実験も行った(Neurosci. Lett.印刷中)。1.昨年度は、脳虚血によるシナプス伝達の修飾に、細胞内エネルギーレベルに極めて敏感なKチャネル(ATP感受性Kチャネル)がどの程度係わっているかを調べ、その結果、このチャネルは、虚血後の回復過程には一部関与するが、虚血によるシナプス伝達の低下そのものには関与していないことが明らかとなった。

そこで、本年度は、虚血によるシナプス伝達の低下のメカニズムを明らかにする目的で、終末部のイオンチャネルや受容体の種類、およびシナプス前抑制の機構を詳しく調べた。2.新生仔ラットの培養海馬ニューロンを用いて以下の結果を得た。(1)イオンチャネルとしては、興奮性シナプスでは、N型およびP/Q型Caチャネル、数種類の電位依存性Kチャネル、抑制性シナプスでは、さらにATP感受性Kチャネルがシナプス前終末部に存在することが明らかとなった。一方、Ca依存性Kチャネルの存在は確認できなかった(Neurosci.Lett.207(1996)195-198)。(2)シナプス前抑制に関与する受容体としては、興奮性シナプスでは、GABAb受容体、アデノシン受容体、代謝型グルタミン酸受容体、抑制性シナプスでは、GABAb受容体と代謝型グルタミン酸受容体の存在が確認された。シナプス後ニューロンの強い脱分極は、逆行性伝達物質を介して、そのニューロンへの抑制性入力を抑制することが示された(投稿準備中)。3.以上より、シナプス前終末部にどのようなイオンチャネルや受容体が存在し、それらの働きによりシナプス伝達がどのように修飾されるのかが、明らかとなった。今後は、脳虚血によるシナプス伝達の低下の際にはどの機構が働くのか、特に、その過程における逆行性伝達物質の役割について検討する予定である。
酵素のDNA配列特異性を変換する分子シャペロンの役割

出芽酵母ミトコンドリアの配列特異的エンドヌクレアーゼEndo. SceIは50Kと75Kサブユニットのヘテロ量体として精製され、のちに前者が触媒サブユニット、後者はミトコンドリア局在型の70-kDa熱ショツク蛋白質(mtHSP70)であることが判明した。50Kは単独で配列特異性の厳密な26塩基認識のDNA切断活性を示すが、mtHSP70との複合体形成で特異性が緩み様々なDNAを切断できるように変化する。50Kの様に分子シャペロンHSP70が安定に結合したまま酵素活性を変換する例は他に報告がなく、この活性変換機構を調べ以下の結果を得た。(1)50Kと同じアミノ酸配列モチーフを持つホーミングエンドヌクレアーゼ単量体は、100種類以上全てで単一DNA配列に特異的な活性を持つ。50Kのみに独特なN末端200アミノ酸を人為的に欠損させると、単一配列特異的ヌクレアーゼ活性は残ったが、mtHSP70との相互作用、及び配列特異性の変換ができなかった。これは、元来、単量体酵素だった50KがN末端に付加的領域を得て、mtHSP70の結合と配列特異性の緩みを獲得した可能性を示している。(2)別の酵母株由来のEndo. SuvIはEndo. SceIの相同酵素で、50Kのアミノ酸配列上2箇所で置換が存在する。相同50K単量体間の活性に差はなく、2アミノ酸の違いはサイレントな置換であった。mtHSP70との複合体形成は両50Kの配列特異性を緩めたが、一部のDNA配列はEndo. SceIにのみ特異的で、Endo. SuvIでは切断できなかった。この結果は本来、違いをもたらさないアミノ酸点変異をmtHSP70が表現型の差として表面化させる事を示している。分子シャペロンmtHSP70は50Kの基質特異性を変換する能力に加え、点変異の表現型変化を生み、酵素の進化を促進する働きがあることを示唆している。酵母ミトコンドリアのエンドヌクレアーゼEndo.SceIは触媒サブユニットの50Kとミトコンドリアの70kDa熱ショック蛋白質(mtHSP70)からなるヘテロ二量体である.精製50Kは単独で配列特異性の厳密な26塩基認識のDNA切断活性を持つが,mtHSP70との複合体形成で厳密な特異性がゆるみ,単量体では切断しないDNA配列も切断できるように変化する.mtHSP70は分子シャペロンとして,他の蛋白質に一時的に結合して折りたたみ等を助ける事が知られている.Endo.SceIヘテロ二量体のようにHSP70が安定に結合したままパートナー蛋白質の活性を変換させる例は他に報告がなく,50Kが他の蛋白質とは異なる特徴を持つ事が予想された.今年度は50K独特の特徴を見つけるために,50Kの機能上の領域決定を以下の様に行った.(1)アミノ酸配列特異的なプロテアーゼの限定分解で,50Kを構造上3つの領域に分割した.(2)大腸菌で組換え体を発現させ,断片化50Kの精製標品を得た.(3)50K(476アミノ酸残基)のC末端側273アミノ酸残基のみでも,50K単量体と同様な配列特異性の厳密なDNA切断活性を保持した.(4)50K-C末端ではmtHSP70との結合とDNA配列特異性の変換は起こらなかった.(5)50K-C末端はホーミングエンドヌクレアーゼと呼ばれる蛋白質群と大きさやアミノ酸配列に相同性がみられた.ホーミングエンドヌクレアーゼは100種類以上,全てが配列特異性の厳密な単量体酵素として報告されている.(6)50K-N末端側203アミノ酸残基は既知の蛋白質とは相同性が見られなかった.以上の知見から元来ホーミングエンドヌクレアーゼであった50K-Cに融合したN末端側203残基がmtHSP70との結合と配列特異性の変換に重要な働きを持つと予想している.出芽酵母ミトコンドリアの配列特異的エンドヌクレアーゼEndo. SceIは50Kと75Kサブユニットのヘテロ量体として精製され、のちに前者が触媒サブユニット、後者はミトコンドリア局在型の70-kDa熱ショツク蛋白質(mtHSP70)であることが判明した。

(2)別の酵母株由来のEndo. SuvIはEndo. SceIの相同酵素で、50Kのアミノ酸配列上2箇所で置換が存在する。相同50K単量体間の活性に差はなく、2アミノ酸の違いはサイレントな置換であった。mtHSP70との複合体形成は両50Kの配列特異性を緩めたが、一部のDNA配列はEndo. SceIにのみ特異的で、Endo. SuvIでは切断できなかった。この結果は本来、違いをもたらさないアミノ酸点変異をmtHSP70が表現型の差として表面化させる事を示している。分子シャペロンmtHSP70は50Kの基質特異性を変換する能力に加え、点変異の表現型変化を生み、酵素の進化を促進する働きがあることを示唆している。
癌分子標的治療薬適応基準判定のための診断的ミニアレイの開発

本研究では癌標的分子であるHB-EGFの特異的抑制薬であるCRM197の臨床応用に向けて、CRM197の抗腫瘍効果を期待することのできるHB-EGF以外の遺伝子情報を明らかにし、CRM197適応基準判定のための診断的ミニアレイの開発を目的とし、平成22年度はHB-EGF発現亢進に関わる遺伝子群を同定した。そこで、本年度はCRM197と併用する抗癌剤であるパクリタキセルを用いてCRM197とパクリタキセルの併用療法の感受性に関わる遺伝子群の探索を行った。まず、shRNAライブラリー導入細胞をヌードマウス皮下に播種し、腫瘍形成後にCRM197及びパクリタキセルを投与した。両薬剤投与後にも増大してきた腫瘍からRNAを抽出し、薬剤を投与していないヌードマウスの皮下腫瘍から抽出したRNAをコントロールとしてcDNA発現アレイによる解析を行った。今回抽出した遺伝子群と平成22年度に同定したHB-EGF発現亢進に関わる遺伝子群を比較し、CRM197とパクリタキセルの併用療法の感受性に関わる遺伝子群としてEGFRやHER2、AKT、PPARγや他の転写因子(特許のため遺伝子名は伏せさせていただく)が抽出された。最終的にHB-EGF高発現卵巣癌細胞株に対して、上記で抽出された遺伝子の発現を抑制し、CRM197及びパクリタキセルに対して抵抗性を示すことができた遺伝子をCRM197とパクリタキセルの併用療法の感受性に関わる遺伝子として同定した。本年度までの成果とヒト卵巣癌組織及びCRM197の第II相臨床試験症例の腫瘍細胞の遺伝子情報を実際の治療効果と併せて解析することにより、CRM197適応基準判定のための診断的ミニアレイを作成が可能となる。本研究では癌標的分子であるHB-EGFの特異的抑制薬であるCRM197の臨床応用に向けて、CRM197の抗腫瘍効果を期待することのできるHB-EGF以外の遺伝子情報を明らかにし、CRM197適応基準判定のための診断的ミニアレイの開発を目的とする。そこで、本年度はHB-EGF高発現卵巣癌細胞株を用いてshRNA発現ライブラリーによるHB-EGF発現亢進に関わる遺伝子群(CRM197薬剤耐性機構に関わる遺伝子群)の探索を行った。まず、shRNAライブラリー導入細胞をヌードマウス皮下に播種し、腫瘍形成後にCRM197を投与した。CRM197投与後にも増大してきた腫瘍からRNAを抽出し、shRNAライブラリーを導入していない細胞をコントロールとしてcDNA発現アレイによる解析を行った。最終的にHB-EGF発現亢進に関わる遺伝子群としてEGFRやHER2、AKT、PPARγや他の転写因子(特許のため遺伝子名は伏せさせていただく)が抽出された。最終的にHB-EGF高発現卵巣癌細胞株に対して、上記で抽出された遺伝子の発現を抑制し、CRM197に対して抵抗性を示すことができた遺伝子をCRM197薬剤耐性機構に関わる遺伝子として同定した。来年度はパクリタキセルを用いて同様の実験を行うと同時に、ヒト卵巣癌組織より抽出したRNAを用いてHB-EGF発現亢進と上記のそれぞれのアレイによる遺伝子発現解析を行い、パクリタキセルとCRM197の治療の有効性を診断する遺伝子を絞り込み、CRM197適応基準判定のための診断的ミニアレイを作成する。
タイプ理論と線形理論のプログラム言語理論への応用

第1年度は線形論理とタイプ理論を組み合わせた線形タイプ言語の計算モデルの理論を確立した。また第2年度は第1年度に確立した計算モデルの理論に基づいて、線形タイプ理論によるプログラミング言語の設計のための理論を構築した。これらの研究を通じて、線形タイプ理論言語による並行計算プログラミング設計のための理論とこの言語とを用いた並行計算プログラミング方法論を考察した。また、実現可能計算量(多項式時間計算量及び多項式空間計算量)のための意味論的手法の確立、および我々の線形タイプ・プログラミング言語の設計への応用を行った。線形論理とタイプ理論を組み合わせた線形タイプ言語に基づく線形タイプ・プログラム言語の線形理論証明システムとプログラム自動検証・自動抽出部分の設計の理論も構築した。特に今年度は米国側共同研究者たちとソフトウェアの形式仕様、形式検証のための方法論の開発を行った。また、フランスを中心とした欧州の共同研究者グループとは線形理論的手法のプログラミング方法論への応用に関する手法を共同で開発してきた。これらの成果はわれわれの言語設計に生かされている。本研究課題で構築した新しいプログラミング言語をもとにして、フランス国立情報科学研究所(INRIA)などと協力して我々の言語の実装を計画している。現在理論情報科学界および論理学界におて注目を集めているタイプ理論及び線形論理理論を組み合わせて、新しい知的プログラミング言語の設計のための理論を確立することを目的とする。本年度は特にこの目的のための線形理論とタイプ理論の基礎研究を行った。タイプ理論はこれまでは伝統的な直観主義論理に基づいて構成され、これによってプログラムの形式仕様、プログラムの自動検証、形式仕様からのプログラムの自動抽出等の手法が確立されてきたが、基礎とする論理体系をこれまでの伝統的な直観主義論理のかわりに線形論理とすることにより、上記の種々の手法を通常のプログラム開発のみでなく、並行計算プログラムや実時間システム制御プログラム等のよりダイナミックなシステムのプログラム開発のために応用できることが明らかにされた。又、このような線形論理を用いたタイプ理論の新しい応用のために必要とされる線形論理の意味論(セマンティクス)の研究も進められ、大きな成果を得ることができた。昨年度は線形論理とタイプ理論とを組み合わせた線形タイプ言語の計算モデルの理論を確立したが、本年度は前年度に確立した計算モデルの理論に基づいて、線形タイプ理論によるプログラミング言語の設計のための理論を構築した。線形タイプ理論言語による並行計算プログラミング設計のための理論とこの言語を用いた並行計算プログラミング方法論を考察した。また、実現可能計算量(多項式時間計算量および多項式空間計算量)のための意味論的手法の確立、および我々の線形タイプ・プログラミング言語の設計への応用を行った。線形理論とタイプ理論を組み合わせた線形タイプ言語に基づく線形タイプ・プログラム言語の線形論理証明システムとプログラム自動検証・自動抽出部分の設計の理論も構築した。また、フランス、イタリアを中心とした欧州の共同研究者グループとは、線形論理的手法のプログラミング方法論への応用に関する手法を共同で開発してきた。本研究課題で構築した新しいプログラミング言語理論を基にして、フランス国立情報科学研究所(INRIA)などと協力して言語の実装を計画している。
神経型電位依存性カルシウムチャネルの新たな制御機構の解析と病態生理学的意義

平成19年度は研究対象としている神経型電位依存性Ca^<2+>チャネルの中枢神経変性疾患モデル(in vitroおよびin vivo)における解析に重点を置き、その病態形成における役割について検討した結果、以下の新結果を得た。1.昨年度の研究において、ヒスタミンやブラジキニンといったGPCRアゴニストが低pH条件下において神経細胞死を誘発すること、またその過程でTRPV1およびL型電位依存性Ca^<2+>チャネルの活性化が重要な役割を果たすことを新規に見出したことから、in vivo一過性脳虚血モデルを構築し、実験を行った。その結果、TRPV1阻害薬であるcapsazepineの適用により、神経学的症状および虚血負荷により惹起される梗塞巣が顕著に抑制された。さらにTRPV1+/-マウスおよびTRPV1-/-マウスにおいても梗塞巣の形成が有意に抑制された。以上の結果より、TRPV1およびその下流に派生するCa^<2+>シグナリングは脳虚血傷害の発生において重要な役割を果たしていることが示された。2.細胞内Ca^<2+>の恒常性の破綻に起因する中枢神経変性疾患として、てんかん症候群およびそれに付随する運動失調症が挙げられることから、本年はP/Q型電位依存性Ca^<2+>チャネルをコードする遺伝子であるcacnalaにm251Kミスセンス変異を有し、てんかんおよび運動失調を示す初の変異ラットであるgroggyラットから調製した小脳プルキンエ細胞を用いて、P/Q型電位依存性Ca^<2+>チャネル電流を測定した。最大応答を示した膜電位における電流密度を比較したところ、groggyラットにおいて電流密度の有意な増加が認められた。また、groggyラットの活性化曲線は正常ラットのそれと比較して、脱分極方向ヘシフトしており、groggyラットの不活性化曲線は脱分極方向ヘシフトしていた。低閾値活性化型電位依存性Ca^<2+>チャネル電流の各種パラメータにおいては有意な変化は観察されなかった。本研究で得られた知見は、これら小脳プルキンエ細胞の機能変化に起因する難治性神経疾患に対する新たな洞察を提供するものであると考えられる。平成18年度は研究対象としている神経型電位依存性Ca2^<2+>チャネルの新たな制御機構の解析および中枢神経変性疾患のモデル系(仙心ば・)の確立およびその傷害発生メカニズムの解析に取り組み、以下の新結果を得た。1.ヒトCa_v2.3サブュニットを含むR型Ca^<2+>チャネルを発現させたHEK細胞において、保持電位である-100mvから0mvへの200msの脱分極パルスを与えたところ内向きのBa^<2+>電流が観察され、その電流はカルモジュリン阻害薬であるW-7の細胞外適用により、緩徐かつ非可逆的な抑制を受けた。同じ神経型チャネルとして分類されるヒトCa_v2.2サブユニットを含むN型Ca^<2+>チャネルに対し同様にW-7を適用したが、その電流応答に有意な変化は観察されなかった。一方、W-7の構造類似体でありカルモジュリン阻害活性が低い化合物であるW-5を同様にR型チャネル電流に適用したが何ら影響を与えなかった。以上の結果は脳虚血時に神経保護的に作用する薬物であるカルモジュリン阻害薬がR型Ca^<2+>チャネル電流を特異的に抑制することを示す結果である。2.中枢神経系においても高発現することが確認されているL型Ca^<2+>チャネルの新たな活性化機構および病態生理学的意義の探索を行った結果、capsaicinを含むvanilloid化合物の適用により惹起されるTRPV1の活性化に伴ってL型Ca^<2+>チャネルが開口し、その後過剰に流入したCa^<2+>により神経細胞死が誘発されることが新たに見出された。さらにTRPV1の活性化はhistamineやbradykininといったGPCRアゴニストを緩和な低pH条件下において低濃度(1μM)で投与しても観察されるという結果を得た。これらの結果より、新たなin vitro脳虚血モデル系を確立することができ、そのメカニズムの一部が明らかになったと想定される。2.細胞内Ca^<2+>の恒常性の破綻に起因する中枢神経変性疾患として、てんかん症候群およびそれに付随する運動失調症が挙げられることから、本年はP/Q型電位依存性Ca^<2+>

チャネルをコードする遺伝子であるcacnalaにm251Kミスセンス変異を有し、てんかんおよび運動失調を示す初の変異ラットであるgroggyラットから調製した小脳プルキンエ細胞を用いて、P/Q型電位依存性Ca^<2+>チャネル電流を測定した。最大応答を示した膜電位における電流密度を比較したところ、groggyラットにおいて電流密度の有意な増加が認められた。また、groggyラットの活性化曲線は正常ラットのそれと比較して、脱分極方向ヘシフトしており、groggyラットの不活性化曲線は脱分極方向ヘシフトしていた。低閾値活性化型電位依存性Ca^<2+>チャネル電流の各種パラメータにおいては有意な変化は観察されなかった。本研究で得られた知見は、これら小脳プルキンエ細胞の機能変化に起因する難治性神経疾患に対する新たな洞察を提供するものであると考えられる。
細菌における新規翻訳制御機構の探索

上気道や皮膚に感染する化膿レンサ球菌などの細菌は,体内コア温度と比較して低温の環境で定着し,感染成立を果たす.一方,病原細菌が感染部位から深部組織に伝播する際,周囲の環境変化に対応して,生存に必要あるいは不必要な因子群を選択する機構が存在すると考えられる.本研究では,温度を感知し,タンパク質への翻訳過程に影響を与える核酸構造を明らかにするとともに,細菌の病原性への関与を検討する.上気道や皮膚に感染する化膿レンサ球菌などの細菌は,体内コア温度と比較して低温の環境で定着し,感染成立を果たす.一方,病原細菌が感染部位から深部組織に伝播する際,周囲の環境変化に対応して,生存に必要あるいは不必要な因子群を選択する機構が存在すると考えられる.本研究では,温度を感知し,タンパク質への翻訳過程に影響を与える核酸構造を明らかにするとともに,細菌の病原性への関与を検討する.
シベリアにおける異民族間コミュニケーションに関する予備的研究-言語接触の観点から-

本研究は1995年度のみを期間としたシベリアの諸民族のコミュニケーションに関する言語接触の観点からの予備的研究である。シベリアの諸民族の少なくともいくつかの民族は現在の居住地に至るまでに移動を経験している。また、トナカイ飼育をはじめとする放牧形態の生業をもつ民族は常に移動して生活していた。その過程でシベリアの諸民族は当然ながら異民族との接触を経験している。シベリアの諸民族間の接触としては「シベリアの諸民族とロシア人との接触」と「シベリアの諸民族間の接触」の2種がある。これらの接触においてコミュニケーションの手段として使われたのはそのコミュニケーションの場でより有力な方の言語であることは容易に推測されるが、シベリアにおけるこのような異なる言語間の接触によって生ずる現象は一様ではない。本年度の予備的調査では実際にシベリアにおいてロシア人を含む異民族が出会った際にどの言語が選択され、どのように各々の言語にその異民族間コミュニケーションが反映されているかという点について特に語彙の面からヤク-ト語を検討した。ヤク-ト語はロシア人の到着以前にシベリアに到着し、有力な民族であったサハ(ヤク-ト)族の言語で、当時シベリア全域において有力な言語であり、リンガフランカとして用いられることもあった。その後、ロシア人の到着以降は翻って小言語となった。このような歴史をもつヤク-ト語においてはその語彙に、それまでに接触した例えば、モンゴル系言語、ツングース系言語、またロシア語や昨今では英語等からの借用語も見られた。これらは今後の課題としている形態、統辞レベルも含んだ言語接触の研究の意義を示唆するものである。
加齢に伴う脈絡叢の性質変化による神経幹細胞の挙動変化と神経疾患発症機構の関連解析

加齢による新生ニューロンの減少は、老人性痴呆やアルツハイマー病など、神経疾患の発症とも関連する。脈絡叢は脳脊髄液を産生するとともに、様々な液性因子を放出することで、神経幹細胞の重要な微小環境を提供する。そこで、15週齢(若齢)と85週齢(加齢)のマウス各3匹の右脳側脳室より脈絡叢を単離、それぞれのマウス個体において発現遺伝子を次世代シーケンサーにより網羅的に解析した。その結果、加齢に伴い脈絡叢で2倍以上発現上昇する遺伝子41個、2倍以上発現減少する遺伝子13個(RPKM>10, P<0.05)を特定、脈絡叢の機能変性に重要な候補遺伝子を同定した。しかし同時に、近交系の実験動物においても、遺伝子発現は加齢に伴い個体差が非常に大きくなることも明らかとなった。そこで現在は、マウスを学習記憶試験に供することで、認知機能を評価したマウスを用いて、脈絡叢発現遺伝子の網羅的解析を繰り返すことで、先に同定した候補遺伝子の再現性確認を行うと同時に、遺伝子発現変化と行動解析を対応付けることで、精度高く認知機能に影響を与え得る脈絡叢発現遺伝子の同定を行っている。現在までに、3ヶ月、6ヶ月、18ヶ月齢マウスの恐怖条件付け試験により、18ヶ月齢マウスで優位に認知機能が低下していること、またこれらマウスの脈絡叢を単離し、次世代シーケンサー解析を行うため、ライブラリー作製まで完了させている。将来的には、候補遺伝子の機能解析を行うことで、加齢性変化に抵抗性の脈絡叢を有するマウスを遺伝子操作により作出することで、脈絡叢が加齢に伴う神経幹細胞の増殖能や脳機能低下に及ぼす影響を示す。28年度が最終年度であるため、記入しない。成体においても、脳室下帯と海馬の歯状回には神経幹細胞が存在し、生涯を通じて新しいニューロンが生み出される。これらは、匂いの識別や記憶・学習に関わるが、加齢により、新生ニューロンの数は減少し、老人性痴呆やアルツハイマー病など、神経疾患の発症とも関連する。神経幹細胞の増殖や分裂休止、ニューロン分化を制御する因子としては、これまでに骨形性因子やインスリン様成長因子、レチノイン酸等が報告されているが、我々はこれら生理活性物質(合成酵素)の多くが脳実質と比較して、脈絡叢において高く発現することを見出している。脈絡叢は、脳脊髄液を産生するとともに、これら様々な液性因子を放出することで、神経幹細胞の重要な微小環境を構成することが考えられる。そこで、神経幹細胞の微小環境として脳脊髄液に着目、加齢に伴う脈絡叢の性質変化が神経幹細胞の老化を制御する可能性を解析することで、神経幹細胞の老化現象の新規分子メカニズムの解明を目指す。これまでの先行研究において、脈絡叢の加齢性変化に注目して研究を行っている報告は非常に少ない。そこでまず、脈絡叢の加齢性変化を捉えるため、若齢(3ヶ月齢)および加齢(11ヶ月齢)マウスの側脳室より脈絡叢を単離、定量PCRにより神経幹細胞の分化制御に関わる因子の発現を解析した。その結果、インスリン様成長因子、血管内皮細胞増殖因子、骨形性因子等の発現は加齢マウスにおいても変化が認められなかった。しかしながら、TNFαやIL1bなど炎症性サイトカインの発現が有意に上昇しており、加齢に伴い脈絡叢では慢性炎症の兆候が認められることが明らかとなった。脈絡叢は、脳脊髄液と血液とを隔てる関門としての機能も重要である。これまでの結果により、加齢マウスの脈絡叢ではタイトジャンクション構成因子の発現低下も認められた。今後は、これについても追及していく。

加齢に伴い発現変動する遺伝子を網羅的に解析するため、若齢(3ヶ月齢)および老齢(18ヶ月齢)マウスの側脳室より脈絡叢を単離、ライブラリーを作製しRNA-seqを行う予定である。これにより、脈絡叢の加齢性変化の全容を捉え、神経幹細胞の増殖、ニューロン新生に影響を与える因子を特定する予定である。また、11ヶ月齢マウスの脈絡叢で認められた炎症性サイトカインの発現上昇が、更に加齢が進んだマウス(18ヶ月齢)においても認められるか、確認をする。加えて、加齢に伴う血液・脳脊髄液関門の機能破綻を解析するため、Evans blueの腹腔内注射とその脳内の漏出を解析することで、血管透過性についても解析を行う予定である。28年度が最終年度であるため、記入しない。
酸性降水に対する陸水生態系の緩衝能力と生元素循環

【◯!1】pH3.1-8.5のいろいろな酸性度の湖が存在する裏磐梯五色沼湖沼群の水質、底泥、植物プランクトン、脱窒菌、酵母菌活性などの調査を、1984年8月、10月および1985年8月の計3回行なった。裏磐梯湖沼群の溶存元素の濃度変動は大きく2つのグループに分けられよう。1つは、硫酸イオンおよびそれと良い相関を示すカルシウム、マグネシウム、ケイ素、マンガンなどである。裏磐梯の酸性湖沼ではマンガン酸化細菌の活性が低いものと思われる。この辺の地質は、輝石安山岩を主体とし、これは長石(NaAlSi308,KAlSi308.CaAl2Si208.BaAl2Si208 mixture)に輝石(Mg.Ca.Fe(ll)、Mn(ll))Si03が散在する比較的塩基性の強い鉱物であり、大きい酸中和容量と高い反応性を有する。鉄とアルミニウムもこのグループに入ると思われるが、中和の過程で加水分解して沈殿するので湖水中の濃度変動は全く異なっている。2つめは、塩化物イオンおよびそれと良く似た挙動を示すナトリウム、カリウムなどである。脱窒菌は、pH3.1の銅沼を含む殆ど全ての湖で検出されたが、赤沼では検出されなかった。窒素固定菌、アンモニア硝化細菌など、窒素循環に係わる脱窒菌以外のバクテリアおよび酵母は、全ての湖での検出されなかった。酸性湖沼においても脱窒は活発に起こっており、硝酸負荷による酸性化に対する生物的な回復機構が確認された。【◯!2】霞ヶ浦(西浦)の全域を対象とした定期的水質調査の結果を参考にして、湖水の緩衝能力の指標であるアルカリ度を決定している機構について検討した。希釈・混合および底泥の緩衝作用の外に、集水域や底泥表層でアンモニアの酸化によって生成する硝酸が有為の寄与をしていることが明かとなった。比較のために摩周湖、猪苗代湖、霞ヶ浦、琵琶湖などの調査も行なった。
カルボン酸ロジウム錯体の積層による機能性細孔の構築

本研究では触媒作用をはじめ特異な物性と機能の発現が期待できるロジウムイオンに注目し、そのイオンを骨格の要とする機能性細孔を配位高分子錯体の積層により創成する。本研究での戦略は、酢酸銅(II)一水和物型の二核構造のカルボン酸ロジウムを基本ブロックとし、一次元鎖ブロック、二次元平面ブロックをつくり、それを共有結合、配位結合、分子間結合で積層させて細孔を構築するものである。この方法は他に例をみない独創的なものである。本年度は安息香酸ロジウム(II)、トルイル酸ロジウム(II)などの二核構造錯体をピラジンで架橋してできた一次元鎖状錯体を積層させることにより大量に気体を吸蔵する機能性細孔を作ることに成功した。また、酢酸銅(II)一水和物型二核構造のカルボン酸ロジウム(II)基本ブロックそのもの(零次元ブロック)の積層によっても細孔を有する化合物をつくり出すことに成功した。それらの細孔は約300°Cまで安定であり、実用にも耐えられる性能を持っている。均一な細孔を有し、工業的に最も有用な機能性細孔物質としてはゼオライトが有名であるが、それを超える細孔物質創成の方法論は未だ確立されていない。本研究は細孔を用いた新しい物性の発現などの基礎化学的研究への利用はもとより、ゼオライト、活性炭に変わる機能性細孔材料として広く産業に利用できる。
松果体で行われる色弁別の生理的役割の解明

下等脊椎動物は、眼以外にも松果体という脳の一部で、環境光に含まれるUV光と可視光の比率、すなわち“色"情報を得ていることが古くから知られている。本研究で私たちは、さまざまな下等脊椎動物に対して、松果体色弁別のUV光受容タンパク質であるパラピノプシンを起点とした解析を行い、松果体色弁別の分子基盤の多様性と普遍性を明らかにした。さらに、パラピノプシンに着目した遺伝子導入ゼブラフィッシュを用いた解析から、松果体色弁別の生理的役割を示唆する知見を得た。また、他の眼外光受容タンパク質の機能解析にも成功し、光受容タンパク質が眼外組織で機能するために重要な性質を見出した。下等脊椎動物は、松果体を使ってUV光と可視光の比率という"色"情報を得ていることが知られている。本研究では、申請者が見出した松果体色弁別の光受容分子パラピノプシンを起点として、松果体色弁別機構の解明および長年の謎であった生理的役割の解明、さらには下等脊椎動物の多様な松果体関連器官の機能的・進化的関係の解明を目指す。具体的には、パラピノプシンを発現する細胞をターゲッティングしたトランスジェニック(Tg)ゼブラフィッシュを作製し、色弁別のための神経ネットワークの解明、色情報の脳内投射先の解明、パラピノプシン発現細胞を失活させたTgゼブラフィッシュの電気生理学的・行動学的解析を行う。平成22年度は以下の成果を得た。・UV感受性パラピノプシンを発現する細胞をGFP、可視光感受性パラピノプシンを発現する細胞をRFPで標識したTgゼブラフィッシュ系統の樹立に成功した。・上記のTgゼブラフィッシュを用いて、パラピノプシン発現細胞の神経節細胞への投射様式を組織学的に解析し、UV感受性パラピノプシン発現細胞が神経節細胞に直接投射していることを示唆する結果を得た。・ゼブラフィッシュの電気生理学的解析のために、細胞外電位計測システムの基礎を立ち上げた。・魚類に加え、爬虫類や両生類からパラピノプシンの単離に成功した。平成23年度は以下の成果を得た。・電気応答測定系を構築し、魚類松果体の光応答の取得に成功した。・パラピノプシン発現細胞に選択的に毒素を発現させ、パラピノプシンを介した光入力を阻害したTgゼブラフィッシュ系統を樹立した。・パラピノプシンターゲットしたTgゼブラフィッシュを用いて、松果体色弁別情報の脳内投射の可視化に成功した。・複数種類の神経伝達物質トランスポーターをターゲットしたTgゼブラフィッシュを作製した。・in situ hybridizationおよび免疫組織化学的解析によって、松果体に存在するパラピノプシン以外の光受容タンパク質の局在を明らかにした。・松果体で機能する光受容タンパク質の役割分担を明らかにするために、各光受容タンパク質の発現時期を明らかにした。下等脊椎動物は、松果体を使ってUV光と可視光の比率という“色"情報を得ていることが知られている。平成25年度は以下の成果を得た。・パラピノプシン発現細胞をGFP標識したトランスジェニックゼブラフィッシュを用いた電気生理実験によって、パラピノプシン発現細胞の細胞内記録に成功した。・松果体の神経節細胞を標識した標識したトランスジェニックフィッシュを作製した。