hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
3次元4光波干渉によるフォトニック結晶の形成

また4光束による3次元の干渉は、光がベクトル波であるために相互の偏光を考慮に入れた強度分布計算が必要であり、これについても理論的に検証した。これに関しては、4光波の一斉露光と2光波のペアによる逐次露光についても考察を行った。同時にわれわれは、実用上問題となる、フォトリフラクティブ材料を用いたフォトニック結晶の読み出し光による消去の問題の解決法についても研究を行った。フォトリフラクティブ材料は、屈折率分布の書き換えが可能であるが、このことは裏を返すと、読み出し光により書き込まれた屈折率分布が消去されてしまうという欠点を持つことになる。われわれは、単一元素の3つの準位を用いる方法と、2種の不純物元素を用いる方法の2通りの方法に関して、2波長書き込みによる記録の不揮発化に関して実験と理論的考察を行った。これにより、フォトリフラクティブ材料を用いたフォトニック結晶の可能性に関して、基礎的な知見が得られた。
オミクス解析による細胞外情報処理空間構築の統合的理解

道管分化のマスター転写因子VND7の下流で展開する二次細胞壁形成、および、プロトプラストからの細胞壁再生について、オミクス解析を行った。トランスクリプトーム/メタボローム解析により、二次細胞壁形成時に一次代謝経路の活性化が起こること、プロテオーム解析により、リグニン合成とペクチン分解に関連する酵素タンパク質の蓄積量が大きく変動すること、細胞壁再生過程のトランスクリプトーム解析からは、KOR2タンパク質の一次細胞壁再生への関与を示した。さらに、ヒメツリガネゴケのVND7遺伝子ホモログ(VNS遺伝子群)が、通水細胞ハイドロイドと支持細胞ステライドの細胞分化を制御することを示した。1.二次細胞壁形成のオミクス解析:道管分化のマスター転写因子であるVND7の下流で展開する二次細胞壁形成について、転写ネットワークの調和システムの解析に取り組んだ。二次細胞壁形成のマスター因子VND7がリン酸化による活性制御を受けていることから、VND7のリン酸化に関わるキナーゼの探索を行い、MAPキナーゼの関与を示唆するデータを得た。また、理化学研究所・平井優美博士らとの共同研究により二次細胞壁形成過程における、メタボローム解析を開始した。さらに、細胞壁成分のメタボローム解析については、理化学研究所・大谷美沙都博士(現、奈良先端大・助教)らと熱分解GC-MS、NMR、TG/DTA解析、糖鎖分析のシステムを構築した。2.一次細胞壁形成のオミクス解析:プロトプラストからの細胞壁再生過程の詳細なトランスクリプトーム解析を進め、興味深い遺伝子発現変動を見出した。プロテオーム解析については、二次細胞壁形成をモデルとしてサンプル調製などの実験系構築を進めた。また、プロトプラストへの一過的な遺伝子導入系について検討した。さらに、セルロース合成酵素などの一次細胞壁関連遺伝子の発現を制御するマスター因子「ERF転写因子」の詳細な機能解析を行った。3.細胞壁形成転写ネットワークの進化:コケ植物のヒメツリガネゴケとオオミズゴケ、裸子植物のテーダマツを対象に研究を進めて、ヒメツリガネゴケの成果をScience誌に発表した。また、シダ植物(イヌカタヒバやリチャードミズワラビ)を対象とした研究について検討を始めた。1.二次細胞壁形成のオミクス解析:VND7のリン酸化が転写活性化の亢進に寄与することを強く支持する結果を得た。また、オミクス解析として、VND7の誘導型活性化によって高頻度で二次細胞壁形成を誘導できる形質転換タバコBY-2培養細胞を用いて、プロテオーム解析とメタボローム解析を行った。プロテオーム解析では、二次細胞壁形成誘導後のタンパク質の変化をiTRAQによって定量的に解析した。一方、メタボローム解析については、重複も含めて700種程度の代謝産物が検出可能なワイドターゲット解析を行った。その結果、定量的データが得られた合計517の代謝産物のうち21の代謝産物の蓄積量が二次細胞壁形成誘導処理によって変動することを明らかにした。また、バイオインフォマティクスによるVND7下流の転写ネットワークの推定が可能であるかどうかの検証を行い、Gaussian Graphical Models (GGM)とDynamic Bayesian Networks (DBN)が有効であることを示した。2.一次細胞壁形成のオミクス解析:これまでにプロトプラストからの細胞壁再生過程のトランスクリプトーム解析の結果から、細胞壁分解酵素群の発現が強く抑制されることを見出した。一方、KOR2遺伝子の発現が誘導されること、KOR2変異体では細胞壁再生が抑制される傾向があることを見出した。3.細胞壁形成転写ネットワークの進化:コケ植物のヒメツリガネゴケとオオミズゴケを対象に研究を進めた。今年度は、ヒメツリガネゴケにおいて、VND7と同じ遺伝子ファミリー(VNSファミリー)に属するPpVNS7によって発現が制御されているポリガラクツロナーゼ遺伝子群が、通水細胞であるハイドロイドにおける細胞壁の分解に関わる可能性を見出した。1.二次細胞壁形成のオミクス解析:VND7の活性化によるタバコBY-2道管分化誘導系を用いたトランスクリプトームとメタボロームの詳細解析を実施した。LC/MSによるワイドターゲットメタボローム解析の結果、道管分化の初期にglyceraldehyde 3-phosphate (GAP)が速やかに減少すること、分化が進むとPheやArgなどのアミノ酸が蓄積することが見出された。また、これらの変化は関連酵素遺伝子の転写レベルでの制御されていることも示された。これらの結果から、道管分化の過程で一次代謝が積極的に調節されていることが明らかとなった。プロテオーム解析としては、メルボルン大学との共同研究として、タバコBY-2道管分化誘導系におけるエンドメンブレン画分のプロテオーム解析手法の確立を進め、タバコのプロテオームデータの統計解析手法を確立した。2.一次細胞壁形成のオミクス解析:一次細胞壁再生過程で高発現するKOR2の逆遺伝学解析として、T-DNA挿入変異体kor2-2では実生の形態形成(葉の形状、トリコームや根毛の形態)には異常はないことなどを明らかにした。また、一次細胞壁再生において形成されるヘクチアンストランドが細胞壁健全性の感知に関わる可能性を見出した。3.細胞壁形成転写ネットワークの進化:ヒメツリガネゴケの通水細胞であるハイドロイドの細胞分化におけるポリガラクツロナーゼ(PG)遺伝子の機能解析を行い、一部のPG遺伝子の機能破壊によって、通水機能が減弱することを見出した。

また、オオミズゴケの透明細胞の分化メカニズムに迫るために1細胞トランスクリプトーム解析を進めた。これまでに統計的に有意な遺伝子発現変動をとらえることに成功した。また、テーダマツの公開ゲノムデータから予想される5つのVNS遺伝子のうち、4つはシュート頂領域で強く発現することを見出した。二次細胞壁形成のオミクス解析については、統一した研究材料でのトランスクリプトーム解析、プロテオーム解析、メタボローム解析、を遂行することが出来た。一次細胞壁形成に関しては、あらたにヘクチアンストランドが一次細胞壁の健全性の感知に関わる可能性を見出すことが出来た。細胞壁形成転写ネットワークの進化については、ヒメツリガネゴケ、オオミズゴケ、テーダマツで新たに情報得られた。以上のことから、おおむね順調に進展していると判断している。1.二次細胞壁形成のオミクス解析:二次細胞壁形成過程のプロテオーム解析について、totalタンパク質データの詳細解析を行い、道管分化後期にペクチン分解酵素の蓄積量が増加することが明らかになった。また、sub-cellularレベルでのプロテオーム解析として、内膜系タンパク質の解析を行い、totalタンパク質画分では検出が難しかったCesAタンパク質の蓄積を捕らえることに成功した。2.一次細胞壁形成のオミクス解析:一次細胞壁再生において形成されるヘクチアンストランドの役割を明らかにするために、ヘクチアンストランドの壁結合領域に存在するタンパク質複合体の探索を行った。3.細胞壁形成転写ネットワークの進化:オオミズゴケの透明細胞の分化メカニズムの解析として、1細胞トランスクリプトーム解析を継続した。また、テーダマツのVNSホモログ(PtaVNS1PtaVNS5)の機能解析を進め、PtaVNS4を除いてすべてのVNSホモログが木部仮道管の分化過程で発現すること、および、ベンサミアーナタバコを用いた一過的過剰発現で異所的な二次細胞壁形成を誘導できることを示した。また、VND7の直接下流遺伝子であるXCP1遺伝子の詳細なシス配列解析を行い、VND7のホモダイマー2セットがXCP1プロモーター上のX1E1配列に結合するというモデルを提唱した。さらに、進化的考察として、ヒメツリガネゴケのXCP1ホモログのプロモーター上にX1E1に類似したシス配列が保存されていることを明らかにした。1.二次細胞壁形成のオミクス解析:道管分化のマスター転写因子であるVND7の下流で展開する二次細胞壁形成について、転写ネットワークの調和システムの解析に取り組んだ。まず、VND7がタンパク質分解による活性・安定性制御を受けている可能性について解析した。さらに、二次細胞壁形成の制御過程における、プロテオーム解析を開始した。研究材料としては頻度で二次細胞壁形成を誘導できる形質転換タバコBY-2培養細胞を用いた。その結果、二次細胞壁形成の誘導直後から多数のタンパク質量が大きく変動することが示された。2.一次細胞壁形成のオミクス解析:一次細胞壁形成のメカニズム解析に取り組んだ。シロイヌナズナ培養細胞T-87のプロトプラストから一次細胞壁が再生する過程を詳細に観察した。
レキュレータとサーボの統一安定論と物理パラメータ変動のロバスト制御

本研究では以下の研究成果が得られている。1.レギュレータとサーボを統一する安定理論制御理論の今後の発展のために、制御の基本問題であるレギュレータ問題とサーボ問題を統一的に扱える理論が望まれる。そのために、まず両者に対する安定理論を確立する必要がある。本研究では、レギュレータとサーボ問題に共通する安定性を総合安定性と呼び、これを外乱信号発生器等を含んだ一般的なフィードバック系において定義した。そして、先見的な仮定を一切おかず、代数的手法で総合安定性のための必要十分条件を導出することに成功した。また、条件を使いやすくなるように、制御器に依存しない形、依存する形及び極零点消去の形で与えた。さらに、総合安定化制御器の一クラスを安定な伝達関数行列を自由パラメータとして持つ形で与えた。本研究の結果はレギュレータとサーボ問題に対する統一理論の基礎となり、今後の制御理論の展開に大いに寄与するものと考えている。2.ディスクリプタ形式を用いた物理パラメータ変動のロバスト制御制御問題の中で、制御対象の物理パラメータ変動は大きな問題となっている。これをロバスト制御する時、各パラメータを独立に扱い、方程式変形などに伴う保守性をなくすことが望まれる。そこで、本研究ではディスクリプタ形式が物理パラメータを独立した形で表現できる特徴を活かして、物理パラメータ変動をディスクリプタ形式で独立に表現し、その場合のロバスト制御性能問題をμ設計問題に帰着させて解く方法を提案した。提案された方法は、特にメカトロシステムなどのロバスト制御に対して有効である。以上の研究により、当初予定した研究目的をほぼ達成することができた。
サイトカインJEを遺伝子のレドクス制御の分子機構

増殖・免疫応答の調節に関わるJE遺伝子は、各種の増殖因子により発現誘導を受ける。本研究はこのJE遺伝子の転写誘導に活性酸素が関与することを分子レベルで証明するため、JE遺伝子5′上流転写制御領域の中で活性酸素に応答するエレメントを同定し、さらにこのDNAエレメントに結合する転写因子を分離することを目的とする。第一に、Balb 3T3細胞をTNFα、血清、ホルボールエステルTPAなどで処理し、JE遺伝子発現をmRNAレベルで検討したところ、TPAによる誘導が活性酸素消去剤で抑制されることが明らかとなった。蛍光試薬と共焦点レーザー顕微鏡で、細胞内の酸化状態もTPA処理で上昇し、活性酸素消去剤はこの上昇を阻害することが確認された。次に、CATレポーターを用いた解析から、JE遺伝子上流-1600-1100塩基の範囲に活性酸素に応答する領域があることが明らかとなった。そこでこの部位のDNAを約100塩基ずつに分画したDNA断片をサブクローニングし、これらをプローブとしたゲルシフトアッセイにより、活性酸素応答に関与するエレメントを同定した。その結果TPAで活性化され、活性酸素消去剤の影響を受ける核内因子はNFκBであることが推定された。以上の結果、発癌プロモーターTPAは、細胞からの活性酸素産生を高め、この活性酸素がNFκBを活性化することによりJE遺伝子の転写が誘導されることが示された。JE遺伝子はマクロファージ走化因子をコードし、各種の増殖因子で誘導される。Balb/3T3細胞では、ホルボールエステルTPA、TNFα、LPS、血清で強く誘導されるが、先ずこの誘導における活性酸素の関与をスカベンジャーの効果により検討した。JEmRNAレベルについては、TPAによる誘導はPDTCやTMTUなどのSH基を持つスカベンジャーが効果的に抑制したが、アスコルビン酸、BHA,フェリシアネートなどのOHラジカル消去剤は効果がなかった。他の誘導剤にはいずれのスカベンジャーも大きな影響を与えず、TPAによるJE遺伝子誘導に特定の活性酸素が関与すると考えられた。次に、この誘導およびスカベンジャーの作用を感知する遺伝子上のシスエレメントの同定を行った。そのため、ラットJE遺伝子5'上流-2600塩基を含むDNA断片を、レポーターとしてのCAT遺伝子に導入したプラスミドを構築した。この遺伝子をBalb/3T3細胞に導入し、CAT活性により転写制御領域の検索を行った結果、-1500塩基付近に誘導およびスカベンジャー作用を感知するエレメントが存在することが判明した。この部分の塩基配列を解析した結果、NFκB結合配列が二カ所存在し、これがJE遺伝子のTPAによる誘導およびRDTCの阻害効果に関与するエレメントであると考えられた。この可能性をオリゴヌクレオチドを用いさらに明らかにしたい。本研究はこのJE遺伝子の転写誘導に活性酸素が関与することを分子レベルで証明するため、JE遺伝子5'上流転写制御領域の中で活性酸素に応答するエレメントを固定し、さらにこのDNAエレメントに結合する転写因子を分離することを目的とする。蛍光試薬と共焦点レーザー顕微鏡で、細胞内の酸化状態もTPA処理で上昇し、活性酸素消去剤はこの上昇を阻害することが確認できた。そこでこの部位のDNAを約100塩基ずつに分画したDNA断片をサブクローニングし、これらをプローブとしたゲルシフトアッセイにより、活性酸素応答に関与するエレメントを固定した。
柱中間部浮き上がり機構を有するロッキング架構の耐震性能

鉛直荷重は建築構造物の耐震性能を損なうものと一般に考えられている。柱中間部浮き上がり(CMU)機構を有するロッキング架構は,鉛直荷重を活用して地震応答低減を図る構造システムである。先行研究では,浮き上がりに伴って容易に降伏するベースプレートを柱脚部に設置したロッキング架構の地震応答低減効果や地震時挙動を明らかにした。本研究では,今までの研究成果に基づき,CMU機構を有するロッキング架構(CMU架構)の耐震性能を明らかにすることを目的として,簡易解析モデルによるCMU架構の基本力学特性,CMU機構(荷重伝達+エネルギー吸収)の静加力実験に基づく性能評価,CMU架構の地震応答特性を解明する。本研究の目的は,これまでの研究成果に基づき,柱中間部浮き上がり(CMU: Column Mid-height Uplift)機構を有する新たなロッキング架構(CMU架構)を提案し,その耐震性能を明らかにすることである。即ち,簡易解析モデルによるCMU架構の基本力学特性,CMU機構(荷重伝達機能+エネルギー吸収機能)の静加力実験に基づく力学特性,CMU架構の地震応答特性を評価し,CMU架構の耐震性能を解明する。今年度の研究実績は以下の通り。1.多層架構を等価1質点系に置換した簡易解析モデルによりCMU架構が静的水平力を受ける際の履歴特性を評価した。この成果は,CMU架構の基本的な履歴特性を把握し,次年度以降に行う地震応答解析による履歴特性を検討する際の基礎資料となる。2.CMU機構を有する柱部材(縮小模型)の静加力実験を行い,その荷重伝達性能・履歴ダンパーの履歴特性並びに塑性変形性能を評価した。CMU機構は,柱の軸方向圧縮力とせん断力を伝達すると同時に柱軸方向の引張力作用時には自由に変位出来る機能とダンパー機能を併設したものである。主な実験変数は,CMU機構に組込む履歴ダンパーの鋼材種(普通鋼と低降伏点鋼の2種類),加力パターン,変位振幅,履歴ダンパーの柱への取り付け位置とした。3.有限要素解析による2次元CMU架構の時刻歴地震応答解析を行い,その地震応答特性を把握した。多層架構を対象とし,柱脚部浮き上がりロッキング(CBU: Column-baseUplift)架構と比較することにより,その応答特性を明らかにした。既往の研究では,鉛直動入力成分の浮き上がり応答への影響はあまり大きくないことが指摘されているが,CMU架構についてもその影響が少ないことを確認した。主な解析変数は,層数(4-10層),CMU機構に組込まれたダンパーの耐力・剛性,鉛直動入力成分の有無,地震動強さとした。本研究の目的は,先行研究成果に基づき,柱中間部浮き上がり(CMU: Column Mid-heightUplift)機構を有する新たなロッキン架構(CMU架構)を提案し,その耐震性能を明らかにすることである。1.柱脚部浮き上がり(CBU: Column-base Uplift)多層架構を等価1質点系に置換した簡易解析モデルにより,動的弾塑性応答特性と損傷低減効果を検討し,架構が塑性化する場合でも浮き上がり状態で弾性除荷による高次振動が顕著に現れること,浮き上がり開始の入力強さに対して12割程度割り増した耐力を架構に付与すれば,柱脚部固定に比べて塑性率(損傷)が大きく低減することを明らかにした。この成果は,今後CMU架構の地震応答特性を検討する際の基礎資料となる。2.CMU機構(縮小模型)に用いる鋼材ハニカムダンパーの繰り返し静加力実験を行い,その履歴特性,塑性変形能力と低サイクル疲労特性を明らかにした。主な実験変数は,鋼材ダンパーの鋼材種(普通鋼と低降伏点鋼の2種類),一定変位振幅(3種類)とした。また,ハニカムダンパー以外の鋼材ダンパーとして座屈拘束ブレースを取り上げ,その繰り返し軸方向載荷時の力学特性を把握した。3.有限要素解析による3次元多層CMU架構の時刻歴地震応答解析を行い,柱脚部浮き上がり(CBU)架構及び柱脚部固定(FIX)架構と比較することにより,その応答特性を明らかにした。CBU架構の先行研究では,鉛直動入力成分の浮き上がり応答への影響はあまり大きくないことを明らかにしたが,CMU架構についてもその影響が少ないことを検証した。また,2次元10層CMU架構の地震エネルギー応答特性を明らかにした。主な解析変数は,層数(410層),CMU架構に組み込まれるダンパーの耐力・剛性,鉛直動入力成分の有無,地震動強さとした。本研究の目的は,先行の研究成果に基づき,最下層柱中間部浮き上がり(CMU: Column Mid-height Uplift)機構を有する新たなロッキン架構(CMU架構)を提案し,その耐震性能を明らかにすることである。1.昨年度までに行ったCMU機構(縮小模型)の静加力実験結果に基づいて,鋼材ダンパーの塑性変形性能,累積塑性変形性能,低サイクル疲労性能などの損傷度に関する保有性能を評価し整理した。2.10層

CMU架構を等価1質点系に置換した簡易解析モデルを対象とした弾塑性時刻歴地震応答解析結果に基づいて評価したCMU架構の履歴特性を用い,エネルギーの釣り合いに基づいてCMU架構の最大応答値を評価する方法を導出するとともに,鋼材ダンパーの地震応答下の損傷度に関する必要性能を求め,それを上記1で求めた保有性能と比較することによりCMU架構の耐震性能を評価した。3.多層CMU架構(4層,6層,10層)を対象として有限要素解析による2次元架構の弾塑性時刻歴地震応答解析を行い,柱中間部ピンモデル(CMPモデル)と柱中間部連続モデル(MFモデル)との比較を通して,その地震エネルギー応答特性を明らかにした。さらに,CMU架構を置換した簡易モデルによる地震応答予測法を検討し,(1)簡易モデルでCMU架構の頂部水平変位応答を予測することができること,(2)上部構造歪エネルギーについて,簡易1質点モデルでは10層架構の場合に過小評価となるが,簡易2質点モデルでは層数に関わらず概ね架構モデルと良い対応を示すこと,(3)浮き上がり時はモードベクトルの剛体回転成分の大きいモードが卓越することを明らかにした。鉛直荷重は建築構造物の耐震性能を損なうものと一般に考えられている。柱中間部浮き上がり(CMU)機構を有するロッキング架構は,鉛直荷重を活用して地震応答低減を図る構造システムである。先行研究では,浮き上がりに伴って容易に降伏するベースプレートを柱脚部に設置したロッキング架構の地震応答低減効果や地震時挙動を明らかにした。本研究では,今までの研究成果に基づき,CMU機構を有するロッキング架構(CMU架構)の耐震性能を明らかにすることを目的として,簡易解析モデルによるCMU架構の基本力学特性,CMU機構(荷重伝達+エネルギー吸収)の静加力実験に基づく性能評価,CMU架構の地震応答特性を解明する。研究計画の達成に向けて努力した結果,おおむね計画通りの成果を得ることができた。27年度が最終年度であるため、記入しない。建築耐震構造、鋼構造、建築振動今後の研究計画の大筋での変更はない。一部の追加項目として,柱中間部浮き上がり(CMU: Column Mid-heightUplift)機構に併設する鋼材ハニカムダンパー以外の鋼材ダンパーとして座屈拘束ブレースを取り上げて繰り返し軸方向載荷時の力学特性を検討する。研究計画の達成に努力した結果,概ね計画通りの成果を得ることができた。参加を予定していた国際会議に急用で参加できなくなったため,予定していた旅費を使用しなかったため。今後の研究計画の変更はない。研究を計画通り遂行する。国際会議に参加して研究成果を発表する予定のため,その旅費等に使用する。例年旅費を要する日本建築学会大会学術講演会が札幌市で開催されたため,旅費が少なくて済んだため。日本建築学会大会学術講演会が神戸市で開催予定のため,その旅費等に使用する。
好塩、好アルカリ・ハロモナス菌による有機酸生産に向けた極限菌との代謝解析

持続可能型社会実現には、エネルギーや化成品を非食糧バイオマス資源から生産することが課題である。ハロモナス菌Halomonas sp. KM-1は高塩、高pH環境で生育し、他の菌のコンタミを認めない。各種炭素源を利用し、菌体内にバイオプラスチックPHBを蓄積し、条件によりモノマーの3-ヒドロキシ酪酸を分泌する。さらに、今回の検討により、窒素源、培養温度、塩濃度を調整すれば、ピルビン酸やオキサロ酢酸を分泌生産すること、これらの分泌が、ハロモナス菌の一部にに共通することを見出した。生産濃度、生産速度も従来の生産菌と比肩することから今後の有機酸生産手法として有望である。独自に見いだしたハロモナス菌Halomonas sp. KM-1は高塩、高pH環境で生育し、他の菌のコンタミを認めない。C6糖、C5糖、廃グリセロール等の各種炭素源を利用し、好気条件では菌体内にバイオプラスチックPHBを蓄積し、微好気条件に移行すると、蓄積したPHBを分解し、モノマーの3-ヒドロキシ酪酸を著量分泌する。さらに、炭素、窒素、微量金属などをコントロールすることで、各種有機酸を分泌生産すること、この分泌が、一部のハロモナス菌に共通することを見出した。そこで、ハロモナス菌や好塩菌等の代謝物の違いを分析し、工業原料として利用が期待される有機酸・代謝中間体の生産に役立てることを研究の目的とする。本年度は、まず、バイオプラスチックPHBの蓄積における窒素源の影響について検討した。結果、実際のスギ木材糖化液を用いた場合には、窒素源として硝酸Naを用いた場合より、尿素を用いた場合のほうが顕著にPHBの蓄積が多いことを見出した。更に、PHBを蓄積する場合に、培養温度、窒素添加量、培地塩濃度をそれぞれ検討するなかで、68g/L以上のピルビン酸の分泌生産が行われることを見出した。今後、これらの現象が、他のハロモナス等の好塩菌に共通か、更にどのような代謝系が関与しているのかについて、検討してくく予定である。ハロモナス菌によるPHBの蓄積に、窒素源の種類が関与していることを見出し、これらを論文にて報告した。更に、各種培養条件を変化させる中で、著量のピルビン酸が分泌生産されることを見出し、これを論文投稿するべく準備中である。持続可能型社会実現には、エネルギーや化成品を非食用バイオマス資源から生産することが課題である。我々が独自に見いだしたハロモナス菌Halomonas sp. KM-1は高塩、高pH環境で生育し、培地中に他の菌のコンタミを認めない。C6糖、C5糖、アルコール、ケン化油脂、廃グリセロール等の各種炭素源を利用し、バイオプラスチックPHBを生産する。さらに最近、好気培養から微好気培養に移行するだけで、蓄積したPHBを分解し、モノマーの3-ヒドロキシ酪酸を著量分泌生産することを発見した。そこで、将来の工業利用に向けて、本菌と、他のハロモナス菌や好塩菌等との各種培養条件における代謝物の違いを分析することで、3-ヒドロキシ酪酸などの工業原料として有望な代謝中間体の生産に役立てることを研究の目的とする。昨年度は、ハロモナス菌Halomonas sp. KM-1の培地に窒素源を過剰に添加したところピルビン酸の産生を確認したが、今年度は、耐塩性向上の観点から、培地の塩濃度(NaCl)を向上させた場合の代謝の変化を検討したところ、PHBの合成、ピルビン酸の産生が抑制され、予想外にクエン酸を100g/L以上の著量分泌生産することを確認した。この結果を学会発表、特許などを提出した。その後、その詳細について検討したところ、0.8MのNaClを添加した場合に最大180g/L以上のクエン酸の分泌が確認され、現在論文化するための再現性の検討を実施している。ハロモナス菌の代謝条件を検討する中で、PHBをの合成に窒素源の種類が、更に各種の培養条件(温度)を変化させることで著量のピルビン酸を、更に本年度は塩濃度を変化させることにより、著量のクエン酸を分泌生産することに成功し、今後論文などとして発表予定である。そこで、工業原料として利用が期待される有機酸・代謝中間体の生産に役立てることを研究の目的とした。本研究期間内に、微量金属のPHB合成への関与、過剰な炭素源存在下において窒素源である硝酸ナトリウムを過剰に投与するとピルビン酸が、また塩NaClの濃度を過剰にするとオキサロ酢酸が分泌することを見出し、複数のハロモナス菌に共通する性質であることを見出した。現在、それぞれのメカニズムについて詳細を分析している。

持続可能型社会実現には、エネルギーや化成品を非食糧バイオマス資源から生産することが課題である。ハロモナス菌Halomonas sp. KM-1は高塩、高pH環境で生育し、他の菌のコンタミを認めない。各種炭素源を利用し、菌体内にバイオプラスチックPHBを蓄積し、条件によりモノマーの3-ヒドロキシ酪酸を分泌する。さらに、今回の検討により、窒素源、培養温度、塩濃度を調整すれば、ピルビン酸やオキサロ酢酸を分泌生産すること、これらの分泌が、ハロモナス菌の一部にに共通することを見出した。生産濃度、生産速度も従来の生産菌と比肩することから今後の有機酸生産手法として有望である。ハロモナス菌KM-1株を中心に、各種炭素窒素バランス下の好気、微好気条件による菌体内、外の代謝物の分析将来のリファイナリーの主なターゲットしては、炭素数2から6のヒドロキシ化合物、カルボキシ化合物、カルボニル化合物、アミノ酸などを想定し、これらの化合物に注視し、Halomonas sp.KM-1の各種炭素窒素バランス下の好気、微好気条件において経時的な代謝系の解析を行い養条件の検討も併せ実施することで、実際のリファイナリー生産に向けた基礎技術開発を実施する。具体的には、既に解析済みの本菌のゲノム情報、メタボローム情報から、数種の有望な代謝系、代謝中間体を検討し、その増減をGC-MS等で分析する。現在までに、PHB合成における窒素源の種類の関与、ピルビン酸の分泌の条件を見出しているので。これらの条件における代謝物の変化について、本菌が合成培地で培養可能である利点を活かして、PHB合成関連物質、有機酸、その前駆体などのへんかを分析する。2.他のハロモナス菌、好塩菌等によるPHB、有機酸の分泌を目指したKM-1株との比較解析上記の分析対象について、PHB、3-ヒドロキシ酪酸、ピルビン酸、α-ケトグルタル酸の際と同じく、ハロモナス菌からはじめて、好塩菌等に対象を広げ、同様の検討をおこない、これらの菌とHalomonas sp.KM-1との相違、特徴を明らかにしていく。ハロモナス菌KM-1株を中心に、各種炭素窒素バランス下での好気、微好気条件による菌体内外の代謝物の変化を分析し、将来のリファイナリーの主なターゲットしては、炭素数が2から6のヒドロキシ化合物、カルボキシ化合物、カルボニル化合物、アミノ酸などを想定し、これらの化合物を注視し、ハロモナス菌培養時の経時的な代謝物の変化を分析することにより、実際のリファイナリー生産に向けた基礎的な技術を開発する。具体的には、すでに解析済みの本菌のゲノム情報、メタボローム情報から、幾つかの有望な代謝系、代謝中間体を選抜し、その増減を、GCやLCなどで分析する。本プロジェクト開始から現在までに、PHBの合成の向上、ピルビン酸、クエン酸の分泌向上を確認しているので、今後これらをより純度高く生産できる条件を検討する。同時に、他のハロモナス菌、好塩菌などによるPHBや他の有機酸の生合成を目指し、種々の菌株との比較検討を実施する。微生物学新たに実施すべく準備していた培養実験が行えなかったため、相当額の出費が行えなかった。今後、新たな研究補助員の雇用などを行い、適切な予算執行に務める。現在までは、基礎的な代謝条件の検討を実施していたため、予想していた予算の消費が行われなかったが、今後、すでに解析済みの本菌のゲノム情報、メタボローム情報から、幾つかの有望な代謝系、代謝中間体を選抜し、その増減を、GCやLC、状況により外注での網羅的な代謝解析などを実施する予定である。
生体内組織形成術と培養移行上皮細胞を組み合わせた猫の尿管再建

尿管閉塞は猫で発生の多い泌尿器疾患で、近年の猫の飼育頭数上昇から、診察頻度が上昇している。現在、尿管ステントを用いた尿路再建術が行われているが、合併症も多く、十分な治療成績は得られていない。本研究では、自己の体内で形成された組織を足場材料として利用する、生体内組織形成術を利用して作製したバイオチューブ(BT)と、尿管再建に重要と考えられる移行上皮を組み合わせた、移行上皮付きバイオチューブ(tBT)を作製し、実験的に移植効果を検討したのち、臨床試験で有効性と安全性を評価し、今後、増加が危惧される猫の尿管閉塞に対する根治的治療法の開発・確立を目指す。
単層無血清培養系での鎖骨頭蓋異形成症歯髄由来iPS細胞の樹立および細胞特性解析

1.CCD患者からフィーダー細胞を用いない単層無血清培養系でCCD-iPS細胞株を樹立鎖骨頭蓋異形成症(CCD)患者歯髄細胞(DPC)に初期化4遺伝子を導入後、19日後よりiPS細胞様コロニーの出現を認めた。無血清培地hESF9培地を用いて継代維持を行った。ALP陽性コロニーをカウントしたところ、60mm dishでは1.74%、100mm dishでは0.25%と高い誘導効率を示した。RT-PCR解析および蛍光免疫染色法にて未分化能を維持していた。骨分化誘導後のAlizarin Red染色およびAlkaline Phosphatase染色では、control(DPC-iPSおよびTic)と比較してCCD-iPSでは染色強度が著しく低下していた。ddPCR解析により、CCD-iPSはDPC-iPSと比較し、Runx2などの骨分化マーカー遺伝子の発現が低下していた。軟骨分化誘導後Alcian Blue & PAS染色を行ったところ、controlと比較してAlcian Blue陽性細胞数が低下していた。ddPCR解析により、CCD-iPSはcontrolと比較し、Runx2などの軟骨分化マーカー遺伝子の発現が低下していた。本研究の結果、遺伝性疾患であるCCD由来DPCよりフィーダー細胞を用いない単層無血清培養系を用いてCCD-iPS細胞の誘導・樹立に成功した。CCD-iPS細胞は、未分化性と多分化能を有しており、骨・軟骨分化誘導時に疾患個体で認められる各種分化マーカー遺伝子や蛋白の発現低下を示したことから、CCDの病態を反映する疾患特異的細胞モデルとして有用であると考えられた。本培養系を用いて、CCDを含めた種々の遺伝性疾患特異的iPS細胞を樹立することで、病態解明や治療法の開発に寄与すると考えられた。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
脳内微小環境破綻を担うミクログリア活性化制御機構とその細胞生物学的意義の解明

うつ病など精神疾患の発症には遺伝的素因に加えて環境要因が関わる。これまでにストレスの反復は情動変容に伴う内側前頭前皮質の神経細胞樹状突起の萎縮を誘導すること、この変化にはミクログリアの活性化が関わることを示した。これらの知見は、ミクログリアの活性化が脳内微小環境の破綻を担う可能性を推測させるが、その実態は不明である。本研究では、エピゲノム・単一細胞遺伝子発現解析に分子生物学的操作法を組み合わせて、ミクログリアの活性化を担う転写・エピゲノム制御機構を明らかにし、脳内微小環境破綻における細胞間相互作用に迫る。本研究による成果を通じ、ストレス性疾患の病態機序解明や新たな創薬標的の提言を目指す。
外国にルーツを持つ子ども達への就学前支援モデルの構築‐各機関の連携に向けて‐

本研究は、外国にルーツを持つ子ども達のへの就学前からの継続した支援の支援モデルの構築を目指し、大学、保育園、公立小中学校、ブラジル人学校との連携を進めた。ブラジル人学校と愛知教育大学の学生の交流をした結果、ブラジル人学校の児童生徒と愛知教育大学の学生の両方に意識の変化が見られ、お互いの理解につながった。また、保育園での活動から、ボランティアに参加した学生が園児の語彙の低さを目の当たりにしたことにより、就学前支援の重要性の理解につながった。この活動から、活動集と教材の作成に至った。最終年度に行ったシンポジウムでは、連携の報告を行い、今後の連携の在り方に向けて議論することができた。本研究は、1.外国にルーツを持つ子ども達への就学前からの継続した支援モデルを構築する、2.幼少期から学童期にかけて大学、保育園、幼稚園、小学校、中学校、ブラジル人学校との連携を進める、という二つの目的達成のため26年度は下記3つの取り組みを実施した。1ブラジル人学校C校の教員及び学生と愛知教育大学の学生及び研究補佐員との交流:ブラジル人学校に行き、子ども達の様子を実際に知ることで、ブラジル人学校やその子ども達が抱える問題に自ら関心を持つことにつながった。2保育士による講演会の実施:外国人園児が多く在園する保育園での園長経験がある保育士が、保育士だけではなく、近隣の小中学校教員、大学生の前で多文化保育について話しをするる事で、他機関同士の理解への第一歩となった。3ブラジルでの現地調査:ブラジル帰国児童生徒への縦断調査(語彙テスト及びインタビュービュー調査の実施)、公立保育園の見学を行った。両言語での語彙テストとインタビュー調査を行った結果、帰国後もポルトガル語の語彙力だけでなく、日本語の語彙力も伸びている子どももおり、興味深い結果が得られた。26年度は研究初年度ということで、就学前段階からの継続した支援モデルを構築に向け、保育園、小学校、中学校、ブラジル人学校、大学と共有することに力を入れた。また、将来教員となる大学生が、外国にルーツを持つ子ども達と実際に接することは、現時点での支援だけにとどまらず、未来につながる支援につながることが学生の様子などから明らかとなった。本研究は、1.外国にルーツを持つ子ども達への就学前からの継続した支援モデルを構築する、2.幼少期から学童期にかけて大学、保育園、幼稚園、小学校、ブラジル人学校との連携を進める、という二つの目的達成のため27年度は下記3つの取り組みを実施した。1ブラジル人学校C校との交流:1回目の交流では、愛知教育大学の学生が日本の学校とは様々な面で異なるブラジル人学校を見学し、実際に生徒や教員と交流することで、日本に滞在するブラジル人が抱える問題について関心を持つことにつながった。また、2回目の交流では、実際に愛知教育大学の学生がブラジル人学校の生徒に日本語の授業を行うことで、より深くお互いを理解することができる交流となった。また、ブラジル人学校の教員を招き大学で授業を行ったことで、学生達がブラジル人の抱える様々な問題を知り、大きな意識変化が見られた。2学生への勉強会の実施:幼児教育専修に在籍する学生を対象とし、外国にルーツを持つ子ども達の言語能力について実際のデータから紹介した。また外国にルーツを持つ子ども達が多く在園する保育園での園長経験がある保育士による講話では、実際の保育の現場での話を聞くことができた。将来保育士となる学生の意識が勉強会の前と後で大きく変化していることが、事前と事後のアンケート調査から分かった。3保育園での活動:愛知教育大学の学生が外国にルーツを持つ子ども達が大半を占める保育園で、年少から年長の園児を対象にひらがなの活動を行った。実際に子ども達に接し、子ども達の言語能力の低さを知ることにより、参加学生が自ら支援方法を考える場面が観察できた。27年度は、各機関(ブラジル人学校、大学、保育園)が、お互いの実情を知ることでより深く理解し合った上で、連携活動を実施した。これらの活動から、連携の難しさも明らかになり、今後のお互いがより意味のある連携を考える第一歩となった。27年度予定していた、「帰国児童生徒への縦断調査(ブラジル調査)」においては、ブラジルでのジカ熱の流行により、訪問を予定していた学校と保育園の年間予定が大きく変更し、予定していた滞在期間中に、円滑な調査が難しいと考え、調査を28年度に延期した。以上のような理由から、研究の進捗状況がやや遅れていると判断した。本研究は、1.外国にルーツを持つ子ども達への就学前支援からの継続したモデルを構築する、2.幼少期から学童期にかけて、大学、保育園、幼稚園、小学校、中学校、ブラジル人学校との連携を進める、という二つの目的達成のために、28年度は主に下記4つの取り組みを実施した。1ブラジル人学校C校との交流:26年度と27年度は、愛知教育大学の学生がC校を訪問し、授業見学、教員や児童生徒との交流、日本語の授業の実施などを行ったが、28年度は、C校の児童生徒を愛知教育大学の大学祭に招待する形で行った。大学祭では、ステージ参加(ダンスの披露)や大学祭を愛知教育大学の学生とともに回った。これにより、愛知教育大学の学生とC校児童生徒の両者にいくつかの学びが観察された。2学生への勉強会(2種類)の実施:主に幼児教育選修に在籍する学生を対象とした勉強会では、外国にルーツを持つ子ども達の語彙能力の低さを示すデータを紹介した後、実際に保育の場でどのような言葉かけができるかをワークショップで行った。

様々な言葉かけを各自が考えることができると想定しての活動であったが、実際に多くのグループで戸惑う様子が観察され、「ことば」という意識を高めるためにもっと基本的で明確な指示を行わなければならないことが分かった。3保育園での活動:外国にルーツを持つ子どもが多く在園する保育園で、愛知教育大学の学生がひらがなの活動を行った。実際に学生たちは子どもたちの語彙の低さを目の当たりにし、就学前支援の重要性を感じている様子が観察された。4ブラジル調査:27年度から延期されていたブラジル調査では、日本滞在経験のある子ども達に日本語とポルトガル語の語彙調査とインタビュー調査を行った。日本での生活を振り返り、その時の自分を客観的に捉えている様子などが観察できた。27年度に予定していた「帰国児童生徒への縦断調査(ブラジル調査)」が、ブラジルでのジカ熱の流行で、訪問予定だった学校や保育園の年間予定が大きく変更したため、調査を28年の3月に延期した。これにより、当初28年度で終了予定だった研究を1年延期し、29年度までにした。29年度は、主に下記4つの取り組みを実施した。(1)ブラジル人学校C校との連携:第2回目となる愛知教育大学の大学祭への招待を昨年度の反省を踏まえて実施した。学生ボランティアを募集し、事前に簡単なガイダンス等を行ったこと、ブラジル人児童生徒が楽しめる展示や模擬店をボランティア学生自ら調べたこと、実際にブラジル人児童生徒と交流したことにより、ボランティア学生の実施前の意識の高まりと実施後の外国人児童生徒に関わる問題への意識の変化が観察できた。ブラジル人児童生徒達も日本人学生と接することにより、日本や日本人へのイメージの変化が見られた。ブラジル人学校見学では、学祭時のボランティア学生や教員採用試験を合格している学生が参加した。日本とは違う雰囲気の学校を実際に見たり、日本の公立学校在籍経験のあるブラジル人生徒から、日本の学校をどう感じていたかなど直接聞いたことにより、教員としてどうあるべきかを自ら考える様子が観察された。(2)学生への勉強会:28年度行った幼児教育選修在籍の学生対象の勉強会の反省を踏まえ、29年度も勉強会を実施した。「ことば」というものを保育者が意識するために、ワークショップを身近なことから考える内容にしたところ、昨年度に比べて学生の満足度も上がった。(3)教材集の発行:これまで行ってきた保育園での言葉や文字に親しむ活動をまとめた活動集と教材を作成し近隣の保育園や幼稚園に配布(貸出)した。(4)シンポジウムの開催:本研究のまとめとして、ざまざまな連携をとりあげたシンポジウム『「子どもを支えたい」その思いをつなげる愛教大と多様な機関との連携から』を実施した。様々な連携先の機関の方と連携に関わった学生が活動を紹介をした。ワークショップでは、5つのテーマに分かれて意見交換を行った。これにより、これまでの連携の成果や、今後の連携の可能性、課題等が明らかになった。本研究は、外国にルーツを持つ子ども達のへの就学前からの継続した支援の支援モデルの構築を目指し、大学、保育園、公立小中学校、ブラジル人学校との連携を進めた。ブラジル人学校と愛知教育大学の学生の交流をした結果、ブラジル人学校の児童生徒と愛知教育大学の学生の両方に意識の変化が見られ、お互いの理解につながった。
鍼刺激による骨格筋幹細胞の増殖誘導を利用した治療法の開発

鍼通電刺激による骨格筋幹細胞の増殖誘導を利用した治療法の研究に取り組んだ。骨格筋幹細胞増殖に有効な刺激条件は、30 Hz迄の低周波鍼通電刺激や中周波(混合波)やフェムト秒レーザー照射だった。フェムト秒レーザーや鍼通電では殆ど細胞損傷を生じなかった。次に、廃用性筋萎縮マウスモデルでの解析で、鍼通電による筋萎縮抑制が可能な事、遺伝子発現の変化とミオスタチンのタンパク質量の低下を見出し、AKT/mTOR/FOXOシグナル伝達系の関与も示唆された。また、鍼通電は筋量の維持に加え、収縮力も維持可能なことも明らかにした。本研究の目的は、鍼刺激による骨格筋幹細胞の増殖効果を医療へ利用する治療法の開発である。今年度は、骨格筋の幹細胞を効果的に増殖させる鍼通電刺激条件を明らかにし、その条件での廃用性筋萎縮マウスモデルへの鍼通電刺激による前臨床段階の研究を実施し、治療効果を解明可能な解析系を確立する。骨格筋幹細胞を最も効果的に増殖させる条件をリアルタイムPCR解析法によるミオスタチン遺伝子発現の変化を指標に、正常マウス腓腹筋・ヒラメ筋で解析し、低周波では10Hzから30Hzの間が効果的であることを見出した。更に、中周波の混合波でも有効性を確認した。また、フェムト秒レーザー照射も、同様に有効であった。また血清中のクレアチンキナーゼ測定の結果から、単刺では骨格筋の微細な損傷を生じるが、フェムト秒レーザー照射では損傷を生じず、鍼通電の場合も殆ど損傷を生じないことが示唆された。また、骨格筋から顕微鏡下で筋線維を分離しその両端を固定し、張力と収縮力を測定する解析系も確立した。次に、筋萎縮を生じさせた廃用性筋萎縮マウスモデルに対して、反復鍼通電刺激群と無刺激群の2群間比較で、筋萎縮抑制効果を遺伝子発現解析、筋線維径と相対筋量を指標として解析した。現在、鍼通電刺激開始前、2週後、4週後に、ヒラメ筋のミオスタチン等のタンパク合成系遺伝子やタンパク分解系のユビキチンリガーゼ遺伝子の発現量、筋線維径、相対筋量を解析中である。筋線維径と相対筋量の解析から、鍼通電刺激で筋萎縮抑制が可能な事を見出した。今年度は、昨年度決定した骨格筋幹細胞を最も効果的に増殖させる鍼通電刺激条件(周波数)での鍼通電刺激による骨格筋萎縮抑制効果と筋の収縮力の関係を、モデルマウスを用いた動物実験により解析した。そして、リアルタイムPCRによる評価系に加えて、ウエスタンブロッティングによる評価系を確立した。まず、骨格筋萎縮マウスモデル作出条件である後肢懸垂したマウスを用いて、(1)前年度に既報の隔日反復の刺激条件で4週間刺激を実施した"後肢懸垂/鍼通電刺激"群、(2)後肢懸垂のみで鍼通電刺激しなかった"後肢懸垂/無刺激"群、(3)後肢懸垂と鍼通電刺激の両方を行わなかった"野生型/無刺激"群の3群で実験し、鍼通電刺激が廃用性骨格筋萎縮を抑制した際の骨格筋の収縮力について解析した。その結果、廃用性骨格筋萎縮条件下で鍼通電刺激は筋量の維持に有効なことが改めて示された。そして下腿三頭筋の収縮力を解析した結果、"後肢懸垂/鍼通電刺激"群と"野生型/無刺激"の収縮力は同等であった。このことは鍼通電刺激された骨格筋は筋量が維持されただけでなく、骨格筋の機能である収縮力も維持されたことを示唆している。次に、ミオスタチンタンパク質の発現量を決定可能な、ウエスタンブロッティングによる評価系(内在性コントロール:alpha-Tubulin>を確立した。現在、フェムト秒レーザー鍼の効果の評価と骨格筋幹細胞の増殖に最も有効な条件検討の実験に取り組んでいる。なお、日本温泉気候物理医学会雑誌74巻2号に掲載された原著論文(昨年度研究成果として報告済)が、第17回日本温泉気候物理医学会優秀論文賞に内定しており、2012年6月に受賞講演を行う予定である。今年度は、p70S6Kシグナル伝達系のリアルタイムPCR解析を行うと共に、確立したウエスタンブロッティングによるミオスタチン(Mstn)評価系で解析した。加えてウエスタンブロッティングによるシグナル伝達系解析を可能にすべく、評価系確立に取り組んだ。また、フェムト秒レーザー鍼の効果についても解析を継続した。まず、13日間後肢懸垂した骨格

筋萎縮マウスモデルの骨格筋を用いて、MstnについてリアルタイムPCRとウエスタンブロッティング解析を行った。その結果、鍼通電刺激でMstnのmRNA量とタンパク質量が同様に減少していた。次に、筋萎縮を制御しているユビキチンリガーゼのMuRF-1、MAFbx、Cbl-bを対象に行ったリアルタイムPCR解析結果から、p70S6Kシグナル伝達系の関与が考えられた。そこで、p70S6Kシグナル伝達系のp70S6KとmTORのリン酸化抗体と非リン酸化抗体を用い、ウエスタンブロッティング解析系の確立に取り組み、p70S6Kは解析系を確立しmTORは実験条件を検討中である。最後に、フェムト秒レーザー鍼の効果の評価をMstnのウエスタンブロッティング解析で行った。その結果、フェムト秒レーザー刺激においても鍼通電刺激の場合と同様にMstnのタンパク質量が低下しており、その有効性を確認した。なお、このフェムト秒レーザー鍼については2012年12月27日に米国特許が成立した(No. US8,317,847 B2)。また日本温泉気候物理医学会雑誌74巻2号に掲載された本研究成果の一つでる原著論文は、2012年6月8日に第17回日本温泉気候物理医学会優秀論文賞を受賞した。研究目的の達成については、骨格筋幹細胞の増殖に最も有効な刺激周波数の探索以外は、全て達成した。刺激周波数の探索が少し遅れている理由は、昨年の東日本大震災により筑波大学に構築した動物実験系が崩壊したこと、mRNAに加えてタンパク量の解析も必要でありウェスタンブロッティングによる評価系を確立したこと、である。24年度が最終年度であるため、記入しない。現在実施中の、骨格筋幹細胞の増殖に最も有効な刺激周波数の探索の解析を早期に終え、鍼治療の有効性についての臨床研究に取り組む予定である。現在、実験解析と並行して本学の医学倫理委員会への審査申請書類を準備中である。具体的には臨床研究申請書作成に加えて、本学では医学倫理委員会へ申請する臨床研究の実施に先立ちICRweb(http://icrweb.jp/icr/)によるE-learning(臨床研究入門初級編・15コマ)受講が必須であり、修了証を初回申請時等に提出する必要があるので、現在その受講中である。
弾性線維の微細形態と微細配列に関する走査電子顕微鏡的研究

走査電子顕微鏡の種々の標本製作法を用いて弾性線維を観察することにより,生体内における弾性線維の微細構造と配列様式を立体的に把握しその役割を検討することができた.1.消化処理をしない普通の標本作製法でみた弾性線維は,エラスチン成分に微細線維(microfibrils)が絡まりついたような構造をしていた.2.つぎに各種消化法で標本を処理すると,エラスチン成分のみが残り,その立体配列が明瞭に観察できた.(1)大動脈中膜のエラスチンは板状だが,その表面は線維状をしていた.出生前後のマウスの大動脈では,どの弾性板も細線維状のエラスチンが織り合わされた網状の薄膜になっており,この薄膜にエラスチンの細線維がどんどん積み重なって,板状の弾性板が作られていくことが明らかになった.(2)肺では,細気管支壁や血管壁のほかに実質内に広く弾性線維が分布し,それぞれの肺胞の口にあたる部分を輪状に取り巻いていた.一方,肺胞中隔に当たる部分にはエラスチンは乏しかった.(3)胸腔や胸腔臓器を包む漿膜上皮直下にはきわめて繊細なエラスチン線維網を観察することができた.(4)このように消化法でエラスチン成分を観察すると,その存在部位によってさまざまな線維形態をとっていることが直接観察できた.しかし,このエラスチン成分を拡大観察すると,どれも0.1-0.2mumほどの細線維が集まってできていることがわかった.この細線維の束ねられ方が,それぞれの組織におけるエラスチン成分の形態を決めているようにみえる.この点について今後さらに詳しい検討を行いたい.走査電子顕微鏡の種々の標本製作法を用いて弾性線維を観察することにより,生体内における弾性線維の微細構造と配列様式を立体的に把握しその役割を検討することができた.1.消化処理をしない普通の標本作製法でみた弾性線維は,エラスチン成分に微細線維(microfibrils)が絡まりついたような構造をしていた.2.つぎに各種消化法で標本を処理すると,エラスチン成分のみが残り,その立体配列が明瞭に観察できた.(1)大動脈中膜のエラスチンは板状だが,その表面は線維状をしていた.出生前後のマウスの大動脈では,どの弾性板も細線維状のエラスチンが織り合わされた網状の薄膜になっており,この薄膜にエラスチンの細線維がどんどん積み重なって,板状の弾性板が作られていくことが明らかになった.(2)肺では,細気管支壁や血管壁のほかに実質内に広く弾性線維が分布し,それぞれの肺胞の口にあたる部分を輪状に取り巻いていた.一方,肺胞中隔に当たる部分にはエラスチンは乏しかった.(3)胸腔や胸腔臓器を包む漿膜上皮直下にはきわめて繊細なエラスチン線維網を観察することができた.(4)このように消化法でエラスチン成分を観察すると,その存在部位によってさまざまな線維形態をとっていることが直接観察できた.しかし,このエラスチン成分を拡大観察すると,どれも0.1-0.2mumほどの細線維が集まってできていることがわかった.この細線維の束ねられ方が,それぞれの組織におけるエラスチン成分の形態を決めているようにみえる.この点について今後さらに詳しい検討を行いたい.
チタン-カルベン錯体を活用する高効率的炭素骨格構築法の開発

本研究ではチオアセタールから調製されるチタン-カルベン錯体を利用する以下に述べる有機合成反応を開発した。ハロゲン化アルキルと二価チタノセンとの反応により得られる有機チタン活性種の反応性を解明した。チタン-カルベン錯体とニトリルの反応はアザチタナシクロブタンを経由して進行しアシル化生成物を収率良く与えた。またビニルカルベン錯体の第三級ハロゲン化アルキルの反応はγ位置選択的にアルキル化されたビニルチタン化合物を与え、これらに末端アルキンを作用させると位置・立体選択的に付加物を生成した。またトリアルキルシリルメチル基を持つ1,3-ビス(フェニルチオ)プロペンを利用することにより各種アリルシランを合成することができた。一方、分子内に二重結合を持つチオアセタールを二価チタノセンで処理する閉環メタセシス型反応が進行し、環状不飽和化合物を与えた。さらに、この反応が環状アミン、エーテル、スルフィドなど様々な複素環の合成に利用できることを見出した。またシリルエーテル構造を持つ不飽和チオアセタールを出発物質として用いると、閉環メタセシスの後ケイ素・炭素結合の酸化開裂によりZ体の不飽和ジオールが立体選択的に得られた。次に分子内にカルボニル基を持つチオアセタールと二価チタノセンから生成するカルベン錯体の分子内カルボニル・オレフィン化反応について検討し、環状ケトンのエノールエーテルの位置選択的合成、ジヒドロチオフェン誘導体の合成、カルボン酸のω-ヒドロキシケトンへの変換に役立つことを明らかにした。分子内に末端オレフィンを持つgem-二塩化物と二価チタノセンの反応では分子内シクロプロパン化反応が進行した。この結果に基づき、1,3-ジハロゲン化物と二価チタノセンの反応によるシクロプロパン誘導体の合成を試みたところ、二級のハロゲン化物からは立体選択的にトランス体のシクロプロパンが生成することが判った。本研究ではチオアセタールと二価チタンセンの反応により生成するチタン-カルベン錯体と各種の有機分子の反応、及び関連するハロゲン化物と二価チタノセンの反応について研究した。1.分子内カルボニル・オレフィン化を利用するω-ヒドロキシケトンの合成末端にチオアセタール構造をもつアルコールから合成されたカルボン酸エステルを二価チタノセンで処理した後、加水分解すると末端にヒドロコシル基を持つケトンが収率良く得られた。2.ビニルチタンとアルキンの反応による共役ジエンの合成チタン-ビニルカルベンと第三級ハロゲン化アルキルとの反応により生成するビニルチタン化合物に末端オレフィンを作用させると共役ジエンが、立体選択的に生成することを見い出した。3.二重結合を持つカルベン錯体の閉環メタセシスによる複素環化合物の合成ジフェニルチオアセタール構造を持つアルコールと不飽和アミン、不飽和アルコールなどから合成したチオアセタールから誘導されるカルベン錯体の環化反応により複素環化合物が好収率で得られた。4.不飽和シリルエーテルの環化による三置換オレフィンの合成ケイ素一酸素結合を持つ不飽和チオアセタルを環化して環状エーテルに変換したのち、ケイ素-炭素結合を酸化的に切断するとZ体の1,5-ジオールが立体選択的に得られた。5.末端オレフィン構造を持つgem-ジハロゲン化物の環化反応分子内に末端ビニル構造を持つgem-ジハロゲン化物と二価チタノセンの反応ではシクロブロパンが主として生成することが判った。さらに二重結合を持つハロゲン化アルキルとの反応でも環化生成物が得られた。