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色素体RNAポリメラーゼの多様性と役割分担に関する生理・生化学的研究

本研究は、単離色素体核を用いたin vitro転写系を活用し、特にRNAポリメラーゼの多様性と役割分担に注目しつつ、植物細胞の増殖・分化過程(特に光合成機能獲得過程)において色素体の転写機能がどのような機構により統合的に制御されているか解明することを目的とする。色素体では、少なくとも2種類(大腸菌型とT7ファージ型)のRNAポリメラーゼが働いていることが明らかになっており、大腸菌型は転写阻害剤tagetitoxinに対し感受性、T7ファージ型はtagetitoxin非感受性と推測される。対数増殖期のタバコ培養細胞BY-2、根冠型細胞への分化を誘導したBY-2、タバコ植物体の成熟葉から、それぞれ原色素体核、アミロプラスト核、葉緑体核を単離し、それら単離色素体核を用いたin vitro転写反応を行い、tagetitoxinの阻害効果を比較することにより、これら3タイプの色素体におけるtagetitoxin感受性/非感受性RNAポリメラーゼの相対的な活性の比較を行った。その結果、非光合成型色素体(原色素体およびアミロプラスト)の転写装置はtagetitoxinに対する感受性が低く(阻害率2050%)、光合成型色素体(葉緑体)の転写装置は感受性が高い(阻害率9598%)ことが判明した。本研究の結果は、非光合成型色素体における色素体遺伝子の転写にはT7ファージ型が、光合成型色素体における転写には大腸菌型が主力となっていることを示唆する。本研究は、単離色素体核を用いたin vitro転写系を活用し、特にRNAポリメラーゼの多様性と役割分担に注目しつつ、植物細胞の増殖・分化過程(特に光合成機能獲得過程)において色素体の転写機能がどのような機構により統合的に制御されているか解明することを目的とする.今年度は、未分化な原色素体、澱粉を蓄積するアミロプラストおよび光合成を行う葉緑体における色素体遺伝子の転写活性および転写阻害剤感受性の違いについて重点的に解析を行った.主要成果は以下のとおりである.1.タバコ成熟葉から単離した葉緑体核の転写活性は培養細胞BY-2から単離した原色素体核の約25倍であり、転写パターンも異なっている.また、単離葉緑体核のin vitro転写活性はバクテリア型RNAポリメラーゼの阻害剤であるtagetitoxinにより顕著に阻害されるが、単離原色素体核の転写活性は部分的にしか阻害されない.このことから、葉緑体ではtmgetitoxin感受性のRNAポリメラーゼ(おそらく色素体コードのバクテリア型色素体RNAポリメラーゼ)、原色素体では非感受性のRNAポリメラーゼ(おそらく細胞核コードのファージ型色素体RNAポリメラーゼ)が転写活性の過半を占めるものと推察される.葉緑体における転写活性化はtagetitoxin感受性のRNAポリメラーゼ活性の上昇に因ると考えられるが、個々の遺伝子の相対的な転写パターンの変化は主要RNAポリメラーゼの変化だけでは説明できず、他の要因をも考慮する必要がある.2.培養細胞BY-2におけるアミロプラスト分化誘導過程においては、色素体転写活性が低下するとともに転写パターンも変化する.同時に、転写産物の分解速度も著しく低下するらしい.この変化過程における転写阻害剤感受性の変化(RNAポリメラーゼの変化)についてはまだ検討していない.本研究は、単離色素体核を用いたin vitro転写系を活用し、特にRNAポリメラーゼの多様性と役割分担に注目しつつ、植物細胞の増殖・分化過程(特に光合成機能獲得過程)において色素体の転写機能がどのような機構により統合的に制御されているか解明することを目的とする。
pH応答型自走液滴を利用したレアアースの抽出・分離技術の創成

pH応答型自己駆動液滴を用いてレアアースの自動抽出装置の開発を行った。4種類のレアアースを用いて、方向感知機能の定量評価を行ったところ、Dyが90%以上の高い値でターゲット到達率を実現し、最も高い化学走性誘引物質であることが分かった。原子吸光法を用いて、自己駆動液滴のDyの含有量を測定したところ、165ppbのDyを液滴内部に抽出することが分かった。方向感知機能の発現メカニズムとして、Marangoni係数がレアアースの種類により、変化することが分かった。すなわち、レアアースは液滴表面のレセプターと反応し、信号伝達を阻害するantagonistとして作用することが分かった。本研究では、環境中のpHに応答して、運動のon-offのスイッチング機能を有し、レアアースの抽出・分離を自律的に行う自己駆動型液滴の創成を目的とした。指向性を持って移動する液滴の化学走性機能の発現のメカニズムを解明することにより稼働率の向上を目指し、目的物質であるレアアースの抽出・分離能力を定量的に求めることにより、機能発現の向上を図ることが本研究で解決すべき課題である。指向性が生じるメカニズムを解明するために、ターゲット物質の存在下における、pH応答型自走液滴の運動挙動の変化を実験的に検証し、高機能化を目指して液滴自身に取り込まれたターゲット物質であるレアアースの定量分析を行った。界面活性剤であるDEHPAを含む自己駆動型液滴に対して、4種類のレアアースを用いて検証を行った結果、ジスプロシウムに高い指向性を示すことが分かった。走化性指標が90%以上という非常に高い値を示したジスプロシウムはDEHPAとの反応性が中程度であることがわかった。同様に4種類のアルカリ土類金属を用いて実験を行ったところ、DEHPAとの反応性が中程度であるストロンチウムやバリウムが高い化学誘引物質性を示すことが分かった。平衡および非平衡時における各界面の界面張力の測定を実測することにより、ターゲット物質によるMarangoni応力の低下を誘発することによって、非対称性流れ場が発生することが指向性の主因であることがわかった。レアアースが局在化しているターゲットに到達した自己駆動型液滴の内部を調べると、ジスプロシウムが抽出されていることが分かった。本手法により、自律的に目標地点にたどり着き、ターゲット分子を回収するソフトマターを開発することに成功した。
比較制度論を応用した日本型教育行財政システムの生成・展開・再編に関する研究

1960年代の教育改革論議は,経済重視や能力主義といったラベルでのみ理解されるべきではなく,戦後直後の教育制度改革が安定化を見た時期ととらえる必要がある。教育改革論議の展開の仕方をみても,また時系列データによる教育行財政構造の変化を見ても,1960年代の教育行財政制度は好調な経済に従属したというよりも,教育制度独自の創造的適応を果たそうとして,各アクターが行動した時代という評価を与えることができる。戦後日本に形成・導入され1960年代を通じて定着していった種々の教育行財政制度のうち,とりわけ初等中等教育段階を対象とするものに焦点をあてて,いったん定着した社会制度にどのような場合に変化がもたらされるか,もたらされないかを検証するための具体的事例の選定作業をすすめ,そのひとつとして1970年代教育改革論議の画期となった昭和46年6月中央教育審議会答申「今後における学校教育の総合的な拡充整備のための基本的施策について」,いわゆる「四六答申」を取り上げることの妥当性を検証した。よって本年度はその先行研究や公開資料済み行政文書史料の収集・分析を中心に行い,国立公文書館所蔵の同審議会議事録関係マイクロ資料から,とりわけ第9期中央教育審議会第25特別委員会(初等・中等教育改革基本構想)の議事録・配布資料等の行政文書を複写し,義務教育費国庫負担制度および私費負担解消関連制度にかかわる改革提言が審議された経緯の分析を進めた。その過程において,国立公文書館所蔵の当該資料目録では十分な情報が記載されていないことの限界があることが判明したことから,その所蔵資料との相互対照が容易な形式での資料目録の整備にとりかかった。またこれと並行して,おもに政治学分野の外国文献によりながら制度改革が当初の計画どおりに進まない要因あるいは改革が実現しないことを説明するための「制度的補完性」論,「新しい制度」論,「アイディア・アプローチ」,「言説の政治」論,「漸進的な変化」論,「レジームポリティクス」論などの諸アプローチを,日本の教育行財政制度改革に応用する可能性を検証する作業を行った。戦後日本の社会に形成・導入され,1960年代のいわゆる高度成長期を通じて定着していった種々の教育行財政制度の中から,主として初等中等教育段階を対象とした諸制度を中心にとりあげ,いったん定着した社会制度にはどのような場合に変化がもたらされるか,あるいはもたらされないかを検証するための具体的検討をおこなった。その対象および資料は,1970年代教育改革論議の画期となった昭和46年6月中央教育審議会答申「今後における学校教育の総合的な拡充整備のための基本的施策について」,いわゆる「四六答申」であり,平成18年度に収集した国立公文書館所蔵第9期中央教育審議会第25特別委員会(初等・中等教育改革基本構想)の議事録関係マイクロ資料の分析を行いつつ,19年度においては,後期中等教育と高等教育との接続関係についての制度改革構想も本研究課題の目的から不可欠と判断し,同審議会第26特別委員会の議事録・配布資料等のマイクロ資料も追加的に収集し,その分析作業を行った。また,本研究の成果が一般的な利用に供される際の利便性をはかるため,昨年度に引き続いてこれらのマイクロ資料の目録作成を進めた。理論的分析では,おもに政治学・行政学の内外文献研究によりながら制度改革が当初の計画どおりに進まない要因あるいは改革が実現しないことを説明するための理論フレームワークのうち,日本の教育改革においても応用可能なものとして,「制度的補完性」論,「新しい制度」論,「アイディア・アプローチ」,「言説の政治」論,「漸進的な変化」論,「レジームポリティクス」論等のモデルをあてはめて,それぞれのモデルの応用可能性を比較検証する作業を行った。研究代表者と植竹丘(連携研究者・東京大学大学院生)を中心として,前年度において国立公文書館より収集した昭和46年の中央教育審議会答申(いわゆる四六答申)の審議経過資料の目録作成作業を行った。四六答申にいたるまでの経過について会議出席者や会議提出資料の内容などを網羅した目録が整備され,具体的な審議経過の全貌を明らかにすることができた。さらに,関連する統計資料等を研究代表者及び連携協力者が作成し分析を行った。地方教育委員会制度事務局組織構成の分析については本多(研究代表者)が『地方教育行政調査報告』等をもとに統計資料の整理を行った。また保護者等による私費負担解消に関連する諸制度の分析については青木栄一(連携研究者・国立教育政策研究所)が『地方教育費調査報告書』等をもとに経年データを整理して分析を行った。比較制度論的な観点からは徳久恭子(連携研究者・立命館大学)が上記の四六答申資料を用いて,教育改革と日本の生産レジームとの関連から分析を行った。

四六答申のアイディアは,当時の日本の生産レジームを転換しようという意図と親和的であったことを指摘し,そうした生産レジームの転換が行われなかったからこそ日本型の労働市場が存続したことと,それが1990年代以降の政治的,社会的環境条件の変化により様々な見直しがなされるのと連動するかのように,四六答申で提示された種々のアイディアが実現していくことの必然性などを指摘し,従来的な四六答申の評価に対して問題提起を行った。これらの成果を『比較制度論を応用した日本型教育行財政システムの生成・展開・再編に関する研究報告書』として冊子にまとめた(平成21年3月)。
固体高分子形燃料電池の電池面内における劣化要因分布の解明

本研究では固体高分子形燃料電池の同一電極面内の劣化要因分布を明らかにするため,当研究室で開発した過渡応答を利用した特性診断法を4分割した電池へ適用した.その結果,電流掃引法では各分割電極の内部抵抗差により過渡応答が大きく影響を受けること,電流を掃引する際に実際の電極内の電流密度分布を反映できないことが分かり,診断法を電流遮断法に変更した.その結果,膜の乾燥/湿潤状態やセパレータ-やガス拡散層などの接触抵抗を示すパラメータの同定はでき,同一電極内の劣化要因分布を明らかにできることは示唆できた.本研究では固体高分子形燃料電池の同一電極面内の劣化要因分布を明らかにするため,当研究室で開発した過渡応答を利用した特性診断法を4分割した電池へ適用した.その結果,電流掃引法では各分割電極の内部抵抗差により過渡応答が大きく影響を受けること,電流を掃引する際に実際の電極内の電流密度分布を反映できないことが分かり,診断法を電流遮断法に変更した.その結果,膜の乾燥/湿潤状態やセパレータ-やガス拡散層などの接触抵抗を示すパラメータの同定はでき,同一電極内の劣化要因分布を明らかにできることは示唆できた.1.特性診断装置の作成本研究の心臓部である本診断装置および電池評価装置を各1台ずつ作成した.2.診断パラメータの精度向上実験および交流インピーダンス法による診断パラメータの検証(1)電池温度,カソードへの純酸素供給を変更した実験を行った結果,アノード活性化分極はA2パラメータ,カソード活性化分極はt2パラメータが関連していることがわかった.(2)アノード,カソードへのガス利用率,ガス組成を変更した実験を行った結果,アノードガス拡散分極はA3パラメータ,カソードガス拡散分極はt3パラメータが関連していることがわかった.(3)高分子膜の湿潤状態や集電板抵抗などを変更した実験を行った結果,高分子膜抵抗分極はA1パラメータ,電池内部抵抗分極はt1パラメータが関連していることがわかった.(4)強制的な注水や流路中への障害物を配置した実験を行うことで診断パラメータの評価については,現在,検証中であるとともに,交流インピーダンス法のフィッティングパラメータと各診断パラメータとの関連づけについても現在検討中である.3.9分割セルの設計・作成同一電極面内での各分極分布を調べるための分割電極電池の試作と特性診断装置の高速切り替え装置についての試作を行った.しかし,高速切り替え装置を使用すると各分割部の測定をを行った.電極分割数を増やすほうが好ましいが,その場合実際の電池条件とのずれが大きくなることと,作成費用がかかりすぎる.また,PEFCの電極はガス拡散層を含めて膜電極一体構造(MEAと呼ぶ)となっているために分割することは容易でな単独の特性診断は可能であるが,一枚の電極として相互に関連する現実ベースの特性判断はできないことが判明したため,各分割電極から同時に診断パラメータを取得できる装置に変更を行った.さらに,9分割電極を作成したが,上述した方法を用いるため徳性診断装置が複数個必要となるために,4分割電極用の電池枠を試作しなおしている.平成21年度はこれらの装置を持ってい劣化要因分布を測定していく予定である.1.分割セルを用いた特性診断法の確立一枚の電池内の劣化分布を測定するため,4分割電極と高速切り替え装置を試作し実験を行った結果,高速切り替え装置を用いた場合最初の分割部から最後の分割部までの測定に数秒要することと,各分割電極での測定においてOCVと負荷状態を繰り返すために,各分割電極間の関連性を維持することが難しいことが分かった.そこで,4台の特性診断器を用いて同時に測定できるように改良を行った.その結果.電流掃引法では各分割電極における内部抵抗の差によって過渡応答が大きく影響を受けること.電流を掃引する際に実際の電極内の電流密度分布を反映できないことなどの問題点を抽出することができた.そこで,特性診断アルゴリズムをこれらの影響を受けない電流遮断法に切り替えることに方針転換した.2.電流掃引法と電流遮断法による診断パラメータの適合性の検証電池温度,電流密度,アノード,カソード供給ガス流量,強制プランギング実験を行った結果,A1,t1,A2パラメータに関しては電流掃引法と電流遮断法による違いは見られなかった.しかし,t2,A3,t3パラメータでは振る舞いが少し異なることが分かった.現在,これらのパラメータに関して追実験を行い検証中である.さらに,電流遮断法への変更によって第1回路に相当するA1,t1パラメータへのノイズによる影響が多くなったが,データ取り込み周波数の変更とデータ整理アルゴリズムの変更によりノイズの影響を抑えることができた.これにより他のパラメータの精度も向上したため,上記のt2,A3,t3パラメータの違いが浮き彫りになってきたと考える.これらの検証はH22年度の実証する予定である.また,電流遮断法に変更することで4分割電極における内部抵抗差の影響がないことも確認でき,かつ,実際の電池の電流密度分布も反映された状態で測定できることも確認できた.H22年度では,上記のt2,A3,t3パラメータの各分極との同定を行った後に,計画していた電極面内の劣化分布測定について実施て行く予定である.1.電流遮断法における特性診断法の等価回路の検証過渡応答の採取方法を電流掃引法から電流遮断法へ変更したことにより,特性診断式とフィッティング方法の変更を行い,交流インピーダンス法と比較することで,各パラメータの物理的意味の件用も行った.

その結果,膜の乾燥/湿潤状態やセパレーター,ガス拡散層などの接触抵抗を示すパラメータの同定はできた.しかし,各極の拡散分極や活性化分極が第2,第3回路に関係することは交流インピーダンス法の結果からも確認できたが,第2,第3回路に起因するパラメータと各極の各分極に一対一対応させることはできなかった.この要因として,これまでの診断方法であった3つのRC回路の組み合わせでは誤差が大きくなり,両方の回路のパラメータに同時に影響が出ることが分かった.そこで現在,RC回路を1つもしくは2つの等価回路へ変更して各種分極の影響を判断するパラメータの同定を再検討している.これまでの結果では,アノードに関わる分極の影響はほとんど診断パラメータに出ることは無く,PEFCの反応を律速しているカソード側の拡散分極や活性化分極が等価回路を一つにした時の各パラメータで診断できそうであることを確かめている.今後,その精度について各種分極を模擬した実験条件で検証していく予定である.2.分割セルを用いた同一電極内の劣化要因分布流れ方向に4分割した電池を用いて特性診断を行った結果,水素や酸素が無くなる下流域部分では第2,第3回路に起因するパラメータが大きくなり,逆に膜の湿潤が良好になる第1回路に起因するパラメータは小さくなったことから,上記の精度を増せば十分に劣化要因分布を明らかにできることは示唆でき,今後,上記診断法が確立されたのちに劣化分布について検証する.
シベリア湿原都市域における大気環境汚染の現況と対策に関する研究

本研究では、平成5年の夏季から、ロシア連邦サハ共和国ヤク-ツク市、チクシー市およびロシア共和国クラスノヤルスク州ノリリスク市において、大気中の浮遊微粒子(大気エアロゾル)および二酸化硫黄(SO_2)、硝酸(HNO_3)および塩化水素(HC1)ガスの半月ないしは一月ごとの連続サンプリングおよび分析を行っている。大気エアロゾルはテフロンフィルターおよび石英繊維フィルターにより捕集しており、一方ガス成分については、各々のガス成分に対する反応試薬を含浸させたろ紙により捕集をおこなっている。ヤク-ツク永久凍土研究所のマカロフ、レフチェンコおよびノリリスク実験センターのク-シェフが、現地でのサンプルの交換およびサンプラーのメンテナンスを行っており、我々(太田、村尾、山形等)も平成57年の夏季にヤク-ツク、チクシー、ノリリスクを訪れ、サンプラーの整備・点検を行い、サンプリングの問題点等についても検討・討論を行ってきた。また、夏季にハバロフスク市、ヤク-ツク市およびノリリスク市において、分子拡散サンプラーにより大気中のSO_2およびNO_2濃度分布の測定も行った。さらに、平成7年の夏季には、ヤク-ツク、チクシー、ノリリスクの市内および郊外の数地点において、土壌を採取し、実験室(札幌)に持ち帰った。現在それらの土壌中の酸性成分および重金属成分を分析中である。これまでの測定結果では、まず、夏季の各都市域でのSO_2およびNO_2濃度は、ハバロフスク市およびヤク-ツク市では、どちらの濃度も札幌市の郊外程度の比較的低い濃度であった。一方ノリリスク市では、NO_2濃度はやはり札幌市の郊外程度の低い濃度であったが、SO_2濃度については非常に高く、平成5年の夏季には1144ppbvの濃度となり、さらに平成7年の夏季には、大気が安定な状態にあったために恐らく200ppbv程度という非常な高濃度を示した。これは、ノリリスク市がロシアにおける最大のニッケルおよび銅の選鉱・精錬都市であり、硫化ニッケルおよび硫化銅等の鉱石からの精錬の際に発生する多量の二酸化硫黄が、その後まったく除去されずに大気中に放出されているためである。ノリリスク市近辺の森林はこの大量に排出されるSO_2のためにかなり枯死しており、今後の排出源対策が必須である。大気エアロゾルの各成分濃度については、フィルター捕集されたエアロゾルサンプルを札幌まで持ち帰り、化学分析を行った。その結果、ヤク-ツクでは、微小粒子(粒径2μm以下の浮遊微粒子)はほとんど黒色純炭素と有機物のいわゆる炭素微粒子で構成されており、その大気中の濃度はほぼ札幌と同程度の値を示していた。これは、ヤク-ツク市内の一部で石炭炊きボイラーを使用していること、および郊外の別荘地域で薪・柴を暖房厨房に使用しているためと思われる。一方、チクシー市の郊外での微小大気エアロゾルの濃度は、ヤク-ツク市に比べて十分の一程度の低濃度であったが、成分的には、有機物と硫酸イオン成分が多く、またそれらの濃度が冬春季に増加していた。これは、同時期に北極海周辺に発生する煙霧層(アークティックヘイズ)の流入があるためではないかと思われる。ノリリスク市内における微小大気エアロゾル濃度は、札幌市内とほぼ同程度の濃度であるが、その中に占める硫酸イオン成分の濃度が非常に高い。これは、上述したようにニッケルおよび銅の精錬過程において硫酸粒子が大量に排出されているためと考えられる。大気中のガス成分の連続測定結果では、ヤク-ツク、チクシー、ノリリスクともに硝酸および塩化水素ガス濃度は札幌の郊外以下の低濃度であった。一方二酸化硫黄ガス濃度については、冬季に炭酸ナトリウム含浸ろ紙による捕集効率が極端に低下することが分かった。これは、シベリアの冬季においては、大気中の絶対湿度(総水蒸気量)が非常に低下するためであると思われ、現在、多孔質の二重テフロン管を用いた加湿装置を取り付けて、捕集効率の改善を図っている。今後、土壌分析をも含めたこれらの分析結果と流跡線解析および発生源データを基に、ノリリスクを始めとするロシア・シベリアの工業地帯から排出された汚染物質が、長距離輸送された結果、北極圏の環境に及ぼす影響の評価を行っていく予定である。

これまでの測定結果では、まず、夏季の各都市域でのSO_2およびNO_2濃度は、ハバロフスク市およびヤク-ツク市では、どちらの濃度も札幌市の郊外程度の比較的低い濃度であった。一方ノリリスク市では、NO_2濃度はやはり札幌市の郊外程度の低い濃度であったが、SO_2濃度については非常に高く、平成5年の夏季には1144ppbvの濃度となり、さらに平成7年の夏季には、大気が安定な状態にあったために恐らく200ppbv程度という非常な高濃度を示した。これは、ノリリスク市がロシアにおける最大のニッケルおよび銅の選鉱・精錬都市であり、硫化ニッケルおよび硫化銅等の鉱石からの精錬の際に発生する多量の二酸化硫黄が、その後まったく除去されずに大気中に放出されているためである。ノリリスク市近辺の森林はこの大量に排出されるSO_2のためにかなり枯死しており、今後の排出源対策が必須である。大気エアロゾルの各成分濃度については、フィルター捕集されたエアロゾルサンプルを札幌まで持ち帰り、化学分析を行った。その結果、ヤク-ツクでは、微小粒子(粒径2μm以下の浮遊微粒子)はほとんど黒色純炭素と有機物のいわゆる炭素微粒子で構成されており、その大気中の濃度はほぼ札幌と同程度の値を示していた。これは、ヤク-ツク市内の一部で石炭炊きボイラーを使用していること、および郊外の別荘地域で薪・柴を暖房厨房に使用しているためと思われる。一方、チクシー市の郊外での微小大気エアロゾルの濃度は、ヤク-ツク市に比べて十分の一程度の低濃度であったが、成分的には、有機物と硫酸イオン成分が多く、またそれらの濃度が冬春季に増加していた。これは、同時期に北極海周辺に発生する煙霧層(アークティックヘイズ)の流入があるためではないかと思われる。ノリリスク市内における微小大気エアロゾル濃度は、札幌市内とほぼ同程度の濃度であるが、その中に占める硫酸イオン成分の濃度が非常に高い。これは、上述したようにニッケルおよび銅の精錬過程において硫酸粒子が大量に排出されているためと考えられる。大気中のガス成分の連続測定結果では、ヤク-ツク、チクシー、ノリリスクともに硝酸および塩化水素ガス濃度は札幌の郊外以下の低濃度であった。一方二酸化硫黄ガス濃度については、冬季に炭酸ナトリウム含浸ろ紙による捕集効率が極端に低下することが分かった。これは、シベリアの冬季においては、大気中の絶対湿度(総水蒸気量)が非常に低下するためであると思われ、現在、多孔質の二重テフロン管を用いた加湿装置を取り付けて、捕集効率の改善を図っている。今後、土壌分析をも含めたこれらの分析結果と流跡線解析および発生源データを基に、ノリリスクを始めとするロシア・シベリアの工業地帯から排出された汚染物質が、長距離輸送された結果、北極圏の環境に及ぼす影響の評価を行っていく予定である。今年度は、7月17日から8月13日まで,ロシア連邦ヤク-ツク市、チクシー市およびネリュングリ市を訪れ、調査を行った。ヤク-ツク市およびネリュングリ市においては、本研究班が開発した分子拡散サンプラーを用いて市内における大気中のSO_2およびNO_2の濃度分布測定を行った。このサンプラーは、直径3.5cm、高さ3.3cmのプラスティック容器に試薬を含浸させたろ紙と多孔質のフィルターを封入したものであり、大気中に数日間暴露することにより、大気中のガス濃度を測定できるものである。
高純度非水溶媒からの電解析出による希土類金属薄膜作製プロセスの開発

本研究では、水溶液からの電析が不可能な希土類金属およびその合金薄膜を得る手段として非水溶媒からの電析に着目した。非水溶媒としてここではとくに非アルミネート系室温溶融塩について、溶融塩の合成を行うとともに、希土類塩の溶解性と酸化還元挙動を調べた。室温溶融塩として1-エチル-3-メチルイミダゾリウムカチオンのトリフルオロスタンスルホン酸塩(EMITfO)およびトリフルオロメタンスルホンイミド(EMITf_2N)、トリメチルヘキシルアンモニウムトリフルオロメタンスルホンイミド(TMHATf_2)を合成した。その結果以下の知見を得た。(3) EMITf_2N中での反応Eu^<3+>+e=Eu^<2+>の酸化還元電位はEMITfO中での酸化還元電位に比べて約1.5V貴であった。このことから希土類金属の電析浴の溶媒としては、EMITf_2Nがより適していると考えられる。(1)および(2)については、室温溶融塩のアニオンであるTfO^-がTf_2N^-に比べてルイス塩基性が高いため希土類イオンとの結びつきが強いことに起因すると考えられる。(4) EMITfOおよびEMITf_2Nは約4.0V、TMHATf_2Nは5.0V以上の電位窓を有する。(5) EMITfO中にNd(TfO)_3を0.08M溶解した溶融塩を1mAで定電流電解後、溶融塩の紫外可視吸収スペクトルを測定したところ、Nd^<3+>の量を表す吸収強度が減少した。このことからNd金属が電析している可能性がある。以上より、室温溶融塩は希土類電析溶媒として適していると考えられ、本研究で得られた知見をもとに、今後も引き続き研究を行って電析条件の最適化等に取り組む予定である。本研究では、磁性材料として用いられている希土類合金の薄膜を得る手段として電析による製膜法を検討すべく、電析浴として室温溶融塩中に希土類塩を溶解し、浴中での希土類の酸化還元挙動を調べた。まず、室温溶融塩1-エチル-3-メチルイミダゾリウムカチオンのトリフルオロメタンスルホン酸塩(EMITfO)およびトリフルオロメタンスルホンイミド(EMITf_2N)を合成し、希土類塩の溶解性を調べ、浴中でのサイクリックボルタンメトリーと定電流電解により室温溶融塩中での希土類の酸化還元挙動について調べ、以下の結果を得た。(2)EMITf_2N中での反応Eu^<3+>+e=Eu^<2+>の酸化還元電位はEMITfO中での酸化還元電位に比べて約1.5V正の方向にシフトしていた。このことから希土類金属の電析浴の溶媒としては、希土類がより貴な電位で酸化還元反応を行うEMITf_2Nがより適していると考えられる。(1)、(2)については、室温溶融塩のアニオンであるTfO^-がTf_2N^-に比べてルイス塩基性が高いため希土類イオンとの結びつきが強いことに起因すると考えられる。(3)EMITfOおよびEMITf_2Nは約4.0Vの電位窓を有することがわかった。(4)EMITfO中にNd(TfO)_3を0.08M溶解した溶融塩を1mAで定電流電解後、溶融塩の紫外可視吸収スペクトルを測定したところ、Nd^<3+>の量を表す吸収強度が減少した。

このことからNd金属が電析している可能性がある。本研究では、水溶液からは電析できない希土類およびその合金の薄膜を得る手段として室温溶融塩からの電析法を検討している。昨年度は1-エチル-3-メチルイミダゾリウムを陽イオンとする溶融塩を合成し、希土類塩の溶解性および酸化還元挙動を調べた。本年度はアンモニウム系室温溶融塩であるトリメチルヘキシルアンモニウム陽イオンのトリフルオロメタンスルホンイミド(TMHATf@@S22@@E2N)を新規に合成した。合成原料には臭化トリメチルヘキシルアンモニウム(TMHABr)およびリチウムトリフルオロメタンスルホンイミド(LiTf@@S22@@E2N)を用い、水中で反応させて得られるTMHATf@@S22@@E2Nをジクロロメタンで抽出・洗浄したあと真空下150°Cで脱気・乾燥を行った。生成した溶融塩TMHATf@@S22@@E2Nは融点27゚Cで、5V以上の電位窓を有していた。Nd(Tf@@S22@@E2N)@@S23@@E2のTMHATf@@S22@@E2Nへの溶解度は0.1M以上であった。酸化還元挙動の検討も行ったが、ネオジムの酸化および還元によると明確な電流は観測されなかった。溶融塩の融点が比較的高く高粘度のため、反応が非常に遅いためと考えられた。そこで、より一般的な電析系に関しTMHATf@@S22@@E2N中での酸化還元挙動を調べ、基礎的知見を得ることにした。ここでは、水溶液中での酸化還元挙動に関してもよく研究されている銅について、溶融塩TMHATf@@S22@@E2N中での酸化還元挙動を調べた。銅塩としてCu(Tf@@S22@@E2N)@@S22@@E2を酸化銅(II)とLiTf@@S22@@E2Nを反応させて合成した。その結果、Cu(Tf@@S22@@E2N)@@S22@@E2を溶融塩に溶解し、カソード・アノードともに白金を用いた場合には銅電析は起こらなかったが、アノードに銅板を用いてアノード反応を銅の酸化溶解とすることで、銅電析を連続的に行うことができることが明らかとなった。以上より、電解温度を若干上げ、アノードに希土類金属を使用して希土類の酸化溶解をアノード反応とすることで、希土類金属の連続的なカソード析出が可能になると考えられる。
幸福・効率・公正から再編成する経済教育プログラムの開発

本研究では,幸福・効率・公正の価値概念を中心とした経済倫理に視点をおいた経済教育カリキュラムを構成し,プログラム開発を行った。構成原理は,功利主義・義務論・徳倫理を基底においた倫理的多元主義である。その理論的基礎をジョナサン・ワイト,アイザイア・バーリンに依拠した。カリキュラム開発の上では,英米豪独の関連カリキュラム教材を検討した。また,経済倫理認識調査を1400名弱の高校生,大学生を対象に実施した。それらをふまえて,10単元の内容開発を行った。その内,「医者と患者の情報の非対称性ゲーム」の実践から,有効性を確認した。26年度達成目標は、(1)国内外調査による資料収集、(2)プログラム分析類型化、および(3)経済倫理意識調査問題作成・調査であった。達成度は、70%である。(1)の国内書籍・文献・関連プログラム・資料収集・分析は、班長・栗原によって、諸外国・国内の社会科と倫理、経済倫理教育のカリキュラム関連図書を収集・分析した。また、各プログラム、教材などの収集・分析類型化した。授業を含め、実地での調査収集で補完している。(3)海外調査は、班長・山根で、英国は山根、豪州・宮原、米国・栗原・山根・高橋、独国・服部が調査を行ったが、仮説的に設定した公益大福型・自由契約型・共同体志向型・義務直観型などを設定したが、その類型への各国の対応は十分には対応しなかった。次年度以降に、各国の類型範型を再構成する予定である。(2)経済倫理調査問題作成は、班長・高橋によって『経済学の倫理的基礎付け教授』の調査問題を基盤に全員で作成した。28問、8問属性で、全国10校の大学に依頼して1000程度のサンプルを得た。統計処理担当者の異動などもあり、分析などは次年度に向けてとなった。なお、調査でのパフォーマンスは必ずしも良好なものとはいえなかった。本年度は、昨年作成した(1)倫理意識調査の分析、統計処理による解析、(2)昨年度の海外調査をふまえたプログラムの類型化モデル、(3)プログラム開発。(4)中間発表を実施した。(1)の経済倫理調査分析・統計処理に関しては、大学生535サンプルを回収分析した。9領域28問の経済・倫理概念とJ.ハイトの道徳性基準との相関をみた。経済倫理概念の理解と道徳性基準との相関、および経済倫理の正答率とリバタリアン型の価値概念(自由と公正)の基盤との相関に焦点を合わせたところ、ハイトの5つの道徳性基準(神聖・純粋を除く)と一部経済倫理概念は相関があり、経済倫理の正答率と道徳性基準との相関では、リベラルやリバタリアン型ではなく、保守型であることが判明し、経済倫理概念としての公正/正義の理解は、道徳性基準の公正に基づいていないことが明らかとなった。(2)前年度の海外調査結果の報告をふまえ、収集された資料分析、プログラム類型化を図り、公益大福(功利主義)志向、自由基盤志向、共同体志向、義務直観志向に分けた。(3)プログラム開発に関しては、「日常から経済原理と価値概念の相克」プログラムから「反省的均衡モデル」で価値探究するプログラムを開発し、次年度に選定依頼した協力校と協力者に実践の協議をした。経済倫理調査に関しては、大学生のサンプルで概ね一定の成果を得たといえるが、開発したプログラムを実施する上で、なお、高校での実態を調べる必要もあるため、補充も検討している。また、プログラムも、当初予定の4種開発したが、実施する上で、補充的に現場教員と開発も必要である。最終年度の達成目標は、第一に、開発プログラム拡充及び実地検証であり、第二に、3年間のまとめと公表(学会誌への投稿、シンポジウムによる成果報告)である。今年の内容を報告する上で、昨年度積み残した経済倫理意識調査(2015年実施)結果の発表が、エントリーなどの関係で、当該年度となったことを予め付言する。また、経済倫理教育論の基底理論として「多元主義経済教育論」を設定し、理論的基礎付けの補充を行ったことも補足する。今年度の報告は次の通りである。はじめに、具体的な内容開発、授業開発、および検証は、次のように展開した。まず、4月から昨年度開発した10単元によるプログラムの開発・拡充を図り、検討を行った。アクティブラーニングベースの開発・検証は、「医者と患者の情報の非対称性ゲーム」であり、6月に授業実験を研究協力高等学校で行った。研究協力者による指導・教授の下に、効果や変容を質問紙、テストなどで検証した。7月から9月に質的検証を行い、授業実験結果を受けての子どもと教師の変容を調査した。9月から11月にかけて、成果発表(統括・猪瀬)をした。まず、経済教育学会で構成原理に関連する発表を行い、10月に全国社会科教育学会で、さらに詳細な構成原理や研究概要および開発プログラムを発表した。また、10月に日本教科教育学会で、経済倫理意識調査結果を発表した。12月に米国における国際道徳教育学会で意識調査の発表をした。1月から2月に3年間の全体をまとめ、3月に、それらを総括するシンポジウムを日本体育大学において公開発表会の形式で行った。分担者全員による担当部分発表があり、それらをまとめることによって、各分担執筆による研究報告書を完成した。

構成原理は,功利主義・義務論・徳倫理を基底においた倫理的多元主義である。その理論的基礎をジョナサン・ワイト,アイザイア・バーリンに依拠した。カリキュラム開発の上では,英米豪独の関連カリキュラム教材を検討した。また,経済倫理認識調査を1400名弱の高校生,大学生を対象に実施した。それらをふまえて,10単元の内容開発を行った。その内,「医者と患者の情報の非対称性ゲーム」の実践から,有効性を確認した。経済倫理調査の統計処理が、担当者異動のため、年度をまたぐことになったが、年度当初に達成される予定である。第一に、開発プログラムの現場実践である。小中高校に拡がるため、その調整とまとめが課題である。第二に、補充的に予定している高校生サンプルの収集である。年度当初に実施し早々に分析結果を集約する。第三に、昨年度中間発表と共に、まとめの発表を秋に、そして、年度末にシンポジウムを経て、報告書にまとめる予定である。28年度が最終年度であるため、記入しない。経済教育,社会科教育(1)経済倫理調査の結果は、平成27年度前半に国内発表することによって、その成果を問い、10月米国経済教育学会と12月アジア太平洋道徳教育ネットワークで報告し、位置づける。(2)海外調査結果のプログラム類型化に関しては、複合型や別の類型も含めて検討する。(3)上記をふまえた内容開発は、次年度早々取り組む予定である。豪州調査班が学内事情で年度内調査が完了しなかったことと調査分析班が勤務先の変更によって従来の機器分析が出来なかったため。2名の分担者の海外調査が完了していないこと。経済倫理調査に関する統計処理が完了しなかった。日程的な問題から今年度調査では、アウトソーシングせず印刷・配付・回収などを内部化したため。豪州調査に関しては、2016年度早々に実施するとの確約を得ている。調査分析班では勤務先変更後の体制が整い、補充調査の集約分析によって、速やかに使用される予定である。・2015年4月に追加の印刷・配付・回収。・2015年5月に統計処理・分析を依頼予定。
イオン濃度調節に基づく細胞機能制御システムの開発

溶液中の荷電物質を導電性高分子中に取り込み/放出することにより近傍濃度を可逆的・一時的に変化させることに基づく本方法は、細胞が本来有するホメオスタティックな制御メカニズムと共通する点があると言うことができる。本研究年度においては、本方法により酵母(Saccharomyces cerevisiae)のリン酸濃度依存性PHO遺伝子調節系を利用した酸性ホスファクターゼ発現制御と、神経興奮伝達物質であるグルタミン酸放出制御の二つの系について研究を行った。酵母酸性ホスファクターゼ発現系では、導電性高分子への印加電位によってコントロールを行うリン酸濃度の化学定量を行い、同時に酸性ホスファクターゼの発現量を酵素タンパク質量、酵素活性、発現mRNA量のそれぞれから評価を行った。その結果、本方法により定量的な遺伝子発現の誘導が行えることが明らかとなった。グルタミン酸の放出制御の系では、神経興奮入力のデバイスとして応用を目的とするため、放出プロセスの実時間による評価が必要となる。そのため、電気化学Quartz Cristal Microbarance(ECQCM)上に導電性高分子の重合を行い、重合過程、ドープ(取込)過程、脱ドープ(放出)過程のそれぞれのプロセスについて定量評価した。その結果、短い応答時間で1540μgの範囲に制御したグルタミン酸の放出が行えることが明らかとなった。以上のことから、本研究で提示する導電性高分子を用いた方法が発酵系内の細胞代謝制御、および神経興奮の入力の方法論として有効なものとなり得ることが明らかとなった。
家畜のボツリヌス中毒を予防する糖成分給餌法の開発

ウシ腸管からのボツリヌス毒素の吸収を抑制する方法を開発するため、ボツリヌス毒素複合体(L-TC)の小腸上皮細胞に対する透過を調べた。L-TCは培養小腸上皮細胞を透過し、このL-TCの透過はシアル酸の添加によって抑制された。この結果から、腸管からの毒素吸収に細胞膜のシアル酸が寄与しており、シアル酸と毒素を共存させると毒素吸収が抑制されることが明らかとなった。本研究により、家畜飼料にシアル酸を配合することでボツリヌス中毒を予防しうることが示唆された。本研究は、ボツリヌス毒素の動物腸管からの吸収機序を明らかにし、その機序を利用してボツリヌス毒素の予防法を開発することを目的とする。ボツリヌス菌C型Stockho 1m株(C-St)およびD型4947株(D4947)を嫌気培養し、カラムクロマトグラフィーにより神経毒素(BoNT)、および毒素複合体(L-TC)を精製した。これら毒素のラット培養小腸上皮細胞IEC-6に対する結合および透過を調べた。C型、D型いずれのBoNT、L-TCもIEC-6に結合し、透過した。いずれもL-TCのほうが結合量、透過量ともに多かった。これら毒素が細胞膜上のどの糖鎖に結合して透過するかを調べるために、各種単糖を同時に添加して毒素の結合と透過に及ぼす影響を調べた。その結果、シアル酸であるNアセチルノイラミン酸を同時に添加することでC型、D型いずれのBoNT、L-TCも結合と透過が抑制された。また、D型毒素L-TCの細胞への結合と透過は、L-TCの構成成分であるHA-33に対する抗体の添加によって抑制された。以上の結果から、家畜にボツリヌス中毒を引き起こすC型、D型ボツリヌス毒素いずれにおいてもBoNTよりもL-TCのほうが効率よく腸管から吸収されること、また腸管からの吸収には細胞膜上のシアル酸が寄与していることが強く示唆された。さらに、D型L-TCの腸管上皮細胞への結合と透過は、主にHA-33を介していることが示唆された。以上のことから、家畜の飼料にシアル酸または類似物質を配合することで、腸管からのボツリヌス毒素の吸収を抑制できる可能性が強く示唆された。本研究は、腸管からのボツリヌス毒素の吸収を抑制する方法を開発し家畜ボツリヌス中毒の予防法の確立に寄与することを目的とする。平成21年度までの研究で、家畜ボツリヌス中毒をひきおこすC、D型ボツリヌス毒素複合体が、ラット小腸上皮細胞上のシアル酸に結合してから吸収される可能性を示した。当初は本年度動物事件を行う予定であったが、いまだ効率的に動物を実験に供する条件を確立できていないことから、引き続き培養細胞を用いた実験を行った。ボツリヌス毒素はいくつかの無毒タンパク質が集合した毒素複合体を形成しており、腸管から吸収される際は無毒タンパク質の数が異なる数種類の毒素複合体の形で吸収されると考えられる。平成22年度は、神経毒素単独、あるいは毒素複合体のなかでどの形がもっとも多く吸収されるかを明らかにすることを試みた。ボツリヌス菌D型4947株(D4947)が産生する神経毒素および様々な分子量の毒素複合体のラット小腸上皮細胞に対する結合量と透過量を調べた結果、HA-33分子を最も多く含む750kDa毒素複合体の結合量と透過量が最も多く、またその結合と透過はシアル酸を添加することで抑制された。このことから、家畜ボツリヌス中毒を引き起こすD型ボツリヌス毒素の腸管からの吸収を抑制するためには、HA-33分子をターゲットとし、HA-33の小腸上皮細胞への結合を阻害することで最も効率的に抑制できることが示唆された。ウシのボツリヌス中毒は神経麻痺を主徴とする致死的な感染症で、世界中で発症が報告されており畜産経営上の大きな問題となっている。しかしボツリヌス毒素が腸管からどのように吸収されるかは不明である。本研究はボツリヌス毒素が腸管から吸収される際の分子機序を明らかにし、毒素の吸収を抑制する物質を飼料に添加することで中毒の発症を抑制する方法を開発することを目的としている。平成22年度までに、ウシに中毒を引き起こすC、D型毒素が小腸上皮細胞のシアル酸に結合して細胞を透過することを明らかにし、毒素とシアル酸を同時添加すると競合拮抗により毒素の吸収が抑制されることを明らかにした。本年度、予定をしていた実験動物を用いた系では安定した結果が得られなかった。

一方A、B型ボツリヌス毒素が細胞内を透過するだけでなく、細胞間隙を拡張して細胞間隙を透過するという結果が報告されたので、このことがD型ボツリヌス毒素でもおきるのか、それは毒素がシアル酸に結合することによっておきるのか、そうならば毒素とシアル酸を同時た添加するごとで拡張を抑制しうるのか検討した。トランスウェルに培養したラット小腸上皮株化細胞IEC-6にD型ボツリヌス毒素(750kDa)200nMを添加した。細胞間隙のトレーサーであるFITCデキストランの細胞層に対する透過量を測定すると、毒素添加で細胞間隙が拡張することが明らかとなり、またこの細胞間隙から毒素が運過することがわかった。この毒素による細胞間隙の拡張は、毒素と同時にシアル酸を添加することで抑制された。以上の結果から、腸管からのボツリヌス毒素の吸収は細胞内経路と細胞外経路があることが示唆され、いずれも毒素のシアル酸への結合によって起こることが明らかとなった。本研究により、家畜の飼料にシアル酸を添加することで、ボツリヌス中毒の発症を抑制できる可能性が強く示唆された。
独立性に基づく音源分離の数理モデル一般化と深層学習の融合

本研究では,音響信号を対象とした音源分離の数理的深化と高性能化を目的として,申請者が過去に提案した手法である「独立低ランク行列分析」を数理的に一般化した新しい音源分離フレームワークを確立する.これは「音源間の統計的独立性と各音源の構造に関する制約条件」という新たな考え方であり,いかに適切な音源構造制約を与えるかについて,数理的・データ的観点から発展させる.具体的には「一般化ガウス分布生成モデル」と「音源モデルplug-and-playな最適化法」の理論解析と確立,「深層学習に基づく音源教師あり手法」への発展,「ユーザの介入を組み合わせたインタラクティブ音源分離手法」の開発の3点を目標とする.本研究では,音響信号を対象とした音源分離の数理的深化と高性能化を目的として,申請者が過去に提案した手法である「独立低ランク行列分析」を数理的に一般化した新しい音源分離フレームワークを確立する.これは「音源間の統計的独立性と各音源の構造に関する制約条件」という新たな考え方であり,いかに適切な音源構造制約を与えるかについて,数理的・データ的観点から発展させる.具体的には「一般化ガウス分布生成モデル」と「音源モデルplug-and-playな最適化法」の理論解析と確立,「深層学習に基づく音源教師あり手法」への発展,「ユーザの介入を組み合わせたインタラクティブ音源分離手法」の開発の3点を目標とする.
MT1-MMP欠損マウスでの細胞外基質分解異常と骨格筋疾患発症との因果関係の解明

研究代表者はこれまでの研究においてMT1-MMP欠損マウスにおける骨格筋組織の形態的異常を認めており、本研究においてその発生機序を解明する事を目的としている。本年度の研究においては、骨格筋組織の幹細胞である筋芽細胞の分化機構に注目し、MT1-MMPの機能不全が筋芽細胞の正常な分化を妨げ、その結果として同分子欠損マウス骨格筋の組織構築異常が起こった可能性を評価した。In vitroでの筋芽細胞分化誘導モデルとしては、同研究分野にて汎用されるマウス由来筋芽細胞株C2C12を用いた。分化誘導刺激に応答し同細胞株は細胞融合を起こし、多核細胞である筋管細胞へと分化した。研究代表者は前年度までの研究において、同分化誘導過程においてMT1-MMPを含むMMP酵素群の分子機能を阻害した際に筋管細胞の形成が抑制され、同現象はFibronectinの分解阻害と量的相関性があることを認めている。本年度の特別研究員研究においては、研究代表者はさらに筋分化過程におけるFibronectinの存在様式の変化とそれに対するMMP酵素群の影響について免疫細胞染色による評価を行った。分化誘導初期においてFibronectinは筋芽細胞の周囲に豊富に存在していたが、筋細胞の伸長に伴ってその染色性は著しく消失し、残存した分子は細胞長軸に沿った繊維状の構造体に集積されることが明らかとなった。一方、MMP酵素群の分子機能を阻害した際には前述の繊維状構造体の形成は全く認められなかった。従って、MMP酵素群は筋細胞の分化において細胞伸長の足場となるであろうFibronectinの空間的再編成を促す作用があるものと考えられた。本知見は骨格筋疾患治療において重要と考えられる筋芽細胞分化を、添加あるいは機能的中和の比較的容易な細胞外因子が制御していることを示しており、将来的な人為的分化制御機構の開発において有用な情報となると考えられる。同分化誘導過程においてMT1-MMPを含む酵素群の分子機能を阻害する複数の阻害物質を添加したところ、筋管細胞の形成が抑制されたことから、MT1-MMPが筋分化機構を促進的に調整する可能性が示唆された。研究代表者はさらに本阻害実験系を用いることで、筋分化機構を促進的に制御する複数の転写因子群がMT1-MMPを含む一連の酵素群の標的分子として機能している可能性を評価した。筋分化機構を調整する転写因子群としてはMRF分子群、MEF2分子群、およびSRFが知られている。そこで各転写因子の結合DNA配列をTATA box上流に挿入したレポータープラスミドを作製し、阻害剤添加による筋細胞内でのレポーター遺伝子の発現変動を評価した。筋分化に伴って各レポーターコンストラクトは文献的に推測された様式での活性上昇を示したが、同発現上昇は阻害剤添加によって変化を受けなかった。従ってMT1-MMPを含む酵素群による筋分化機構の調整はこれらの代表的転写因子群とは別途の機構によるものである事が示された。本知見は骨格筋疾患治療において重要と考えられる筋芽細胞分化の新規制御側面を示しており、将来的な人為的分化制御機構の開発において重要な情報をもたらすものと考えられる。本年度の研究においては、骨格筋組織の幹細胞である筋芽細胞の分化機構に引き続き注目し、MT1-MMPの機能不全が筋芽細胞の正常な分化を妨げ、その結果として同分子欠損マウス骨格筋の組織構築異常が起こった可能性を評価した。in vitroでの筋芽細胞分化誘導モデルとしては、同研究分野にて汎用されるマウス由来筋芽細胞株C2C12を用いた。同分化誘導過程においてMT1-MMPをRNAiにより特異的に発現抑制したことろ筋管細胞の形成が抑制されたことから、MT1-MMPが筋分化機構を促進的に調整することが明らかとなった。また、野生型およびMT1-MMP欠損マウス骨格筋よりそれぞれ回収した組織特異的幹細胞を用いた初代培養系においても、同様の筋分化におけるMT1-MMPの必要性が認められ、その普遍性が確認された。研究代表者はさらに、筋細胞分化系におけるMT1-MMPの切断基質を細胞外筋分化制御因子として位置付け、その検索を行った。MT1-MMPが生化学的に切断し得る細胞外基質分子を対象とし、各個分子の筋細胞分化系における細胞性切断の有無を評価した。研究代表者はMT1-MMPの機能阻害によりFibronectinの切断が阻害されることを確認し、同分子の添加が筋分化を阻害するとの報告が過去にあったこととあわせ、FibronectinがMT1-MMPによる制御を受ける細胞外筋分化制御因子の実体であると考えている。

その分子機構の詳細は特別研究員研究最終年次における研究課題とする予定である。研究代表者はこれまでの研究においてMT1-MMP欠損マウスにおける骨格筋組織の形態的異常を認めており、本研究においてその発生機序を解明する事を目的としている。本年度の研究においては、骨格筋組織の幹細胞である筋芽細胞の分化機構に注目し、MT1-MMPの機能不全が筋芽細胞の正常な分化を妨げ、その結果として同分子欠損マウス骨格筋の組織構築異常が起こった可能性を評価した。In vitroでの筋芽細胞分化誘導モデルとしては、同研究分野にて汎用されるマウス由来筋芽細胞株C2C12を用いた。分化誘導刺激に応答し同細胞株は細胞融合を起こし、多核細胞である筋管細胞へと分化した。研究代表者は前年度までの研究において、同分化誘導過程においてMT1-MMPを含むMMP酵素群の分子機能を阻害した際に筋管細胞の形成が抑制され、同現象はFibronectinの分解阻害と量的相関性があることを認めている。本年度の特別研究員研究においては、研究代表者はさらに筋分化過程におけるFibronectinの存在様式の変化とそれに対するMMP酵素群の影響について免疫細胞染色による評価を行った。分化誘導初期においてFibronectinは筋芽細胞の周囲に豊富に存在していたが、筋細胞の伸長に伴ってその染色性は著しく消失し、残存した分子は細胞長軸に沿った繊維状の構造体に集積されることが明らかとなった。一方、MMP酵素群の分子機能を阻害した際には前述の繊維状構造体の形成は全く認められなかった。従って、MMP酵素群は筋細胞の分化において細胞伸長の足場となるであろうFibronectinの空間的再編成を促す作用があるものと考えられた。本知見は骨格筋疾患治療において重要と考えられる筋芽細胞分化を、添加あるいは機能的中和の比較的容易な細胞外因子が制御していることを示しており、将来的な人為的分化制御機構の開発において有用な情報となると考えられる。