hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
C型肝炎ウイルスの病原性発現に関与するシグナルペプチドペプチダーゼの機能解析

我々はこれまでにC型肝炎ウイルス(HCV)のコア蛋白質の成熟に宿主のシグナルペプチドペプチダーゼ(SPP)が必須であることを報告している。本研究ではSPPと相同性が高いガンマセクレターゼ阻害剤の中からSPPに対して阻害効果のある化合物を検索し、化合物のジベンゾアゼピン構造がSPPの223番目のバリンと相互作用することにより高い阻害活性を示すことを明らかにした。SPP阻害剤は全ての遺伝子型のHCVコア蛋白質の成熟を阻害し、SPP阻害剤の存在下で継代しても耐性ウイルスは出現しなかった。本研究により、SPPは慢性C型肝炎治療薬の新しい創薬標的となり得ることを提案できた。シグナルペプチドペプチダーゼ(SPP)は、小胞体に局在する膜貫通型のペプチダーゼで、C型肝炎ウイルス(HCV)のコアタンパク質の成熟に必須であり、粒子形成に関与することが報告されているが、その詳細な検討はされていない。本研究では、SPPのウイルス増殖や病原性発現における役割を検討するため、SPP欠損肝細胞株とSPP欠損マウスを作製した。SPP欠損肝細胞株では感染性ウイルスの放出が完全に阻害され、SPPはHCV粒子放出に必須の宿主因子であることが示された。また、γセクレターゼ阻害剤の1つであるLY-411575がSPP阻害剤としても機能し、HCV粒子産生を阻害することが明らかとなった。また、コアタンパク質を発現するトランスジェニックマウス(CoreTg)にLY-411575を投与すると、インスリン抵抗性や脂肪肝を改善させた。さらに、CoreTgからSPPを1対欠損させると、インスリン抵抗性や脂肪肝を発症しなかった。以上の成績から、SPPはHCVの粒子産生だけでなく、病原性発現にも関与する事が明らかとなった。HCVのコアタンパク質がSPPにより切断されることはコアタンパク質の安定的な発現に必須であり、HCVの増殖だけでなく、病原性発現にも密接に関与していることが明らかとなった。SPP欠損細胞でHCVの感染性粒子の放出が完全に阻害されたことから、LY-411575のようなSPP阻害剤は、新規抗HCV薬となる可能性が示唆され、研究は順調に進展していると判断できる。これまでに、細胞のシグナルペプチドペプチダーゼ(SPP)を阻害すると、C型肝炎ウイルス(HCV)のコア蛋白質は成熟できず、ユビキチンリガーゼのTRC8によってユビキチン化されてプロテアソームで分解されることを明らかにしている。未成熟なコア蛋白質が細胞内に蓄積すると、強い小胞体ストレスが誘導されることから、SPP/TRC8による蛋白質分解の生物学的意義を検討する。本年度は、CRISPR/Cas9を用いて、野生型マウスとAlb-CreSPPfl/flマウスを背景に受精卵を調整し、TRC8を標的とするgRNAとCas9組換え蛋白質を導入して偽妊娠マウスに移植し、TRC8+/-マウス、Alb-CreSPPfl/flTRC8+/-欠損マウスを得た。これらのマウスを交配させ、欠損マウスの作製を現在進めている。また、SPP阻害剤の検討を進め、これまで使用していたLY-411575よりも強力にSPPを阻害するYO-01027を見出した。YO-01027を投与したコア蛋白質を発現するトランスジェニックマウスは、コア蛋白質の発現が抑制され、LY-411575と同様に脂肪肝の発症を改善することが示された。また、YO-01027はHCV感染細胞の粒子産生を顕著に抑制した。来年度は、YO-01027とSPPとの相互作用部位の同定とSPP/TRC8欠損マウスの表現系を解析する。研究は順調に進んでいる。C型肝炎ウイルス(HCV)は世界に2億人、日本に170万人程度の感染者がいると言われており、感染すると高率に慢性化しやがては肝細胞癌を発症することが知られている。我々はこれまでに、HCVのコア蛋白質の成熟化に宿主のプロテアーゼであるシグナルペプチドペプチダーゼ(SPP)が必須であり、コア蛋白質による肝疾患や感染性粒子形成に必須であることを報告している。そこで、本研究ではSPPのプロテアーゼ活性を阻害できる薬剤を探索し、その相互作用部位の同定とHCV増殖におけるSPP阻害剤の評価を行うことを目的とした。本研究ではSPPと相同性が高いことが報告されているガンマセクレターゼの阻害剤の中からSPPに対して阻害効果のある化合物を同定し、SPP阻害剤処理により、HCVの全ての遺伝子型のコア蛋白質の成熟化を阻害することができ、SPP阻害剤による耐性ウイルスの出現がないことを明らかにした。次にSPP阻害剤とSPPとの相互作用部位を検討するため、SPPの3次元立体構造をin silicoで構築し、SPP阻害剤との相互作用部位の予測を行うことで、SPPの223番目バリンと、258番目のフェニルアラニンがSPP阻害剤との相互作用に関与していることを明らかにした。ガンマセクレターゼ阻害剤は古くから臨床試験が行われており、PhaseIIIに到達した化合物もある。したがって、このような化合物をリード化合物とし、SPPに特異的な阻害剤を開発することは安価で広範囲なHCV感染症に有効であると考えられる。

本研究で明らかにしたSPPとその阻害剤との3次元立体構造の情報を元にSPPに特異的に作用する低分子化合物を作製すれば、慢性C型肝炎に効果のある治療薬の開発が可能であることを提案できた。我々はこれまでにC型肝炎ウイルス(HCV)のコア蛋白質の成熟に宿主のシグナルペプチドペプチダーゼ(SPP)が必須であることを報告している。本研究ではSPPと相同性が高いガンマセクレターゼ阻害剤の中からSPPに対して阻害効果のある化合物を検索し、化合物のジベンゾアゼピン構造がSPPの223番目のバリンと相互作用することにより高い阻害活性を示すことを明らかにした。SPP阻害剤は全ての遺伝子型のHCVコア蛋白質の成熟を阻害し、SPP阻害剤の存在下で継代しても耐性ウイルスは出現しなかった。本研究により、SPPは慢性C型肝炎治療薬の新しい創薬標的となり得ることを提案できた。SPP欠損細胞におけるコアタンパク質分解機構を解明するため、PA28γやE6AP等プロテアソーム分解系以外に、ER-associated degradation (ERAD)経路に関与するE3ライゲースを、RNAiスクリーニングで検索し、ヒットした新規E3ライゲース欠損細胞をSPP欠損細胞で作製し詳細に解析する。前述の様に、HCVコア蛋白質を発現させた細胞に、SPPのプロテアーゼ活性を阻害することが知られている、LY-411575を処理すると顕著にコア蛋白質の発現量が減少した。さらに、CoreTgマウスにLY-411575を経口投与すると、肝細胞のコアタンパク質が減少する。そこで、CoreTgマウスで観察されるインスリン抵抗性や脂肪肝の発症に及ぼす、LY-411575の影響を検討する。来年度はSPP/TRC8欠損マウスを作製し、交配を続けることでその表現系を検討する。欠損マウスの肝機能の変化、脂肪化や線維化の検討を行う。さらに、肝臓でコア蛋白質を発現させた際の肝機能への影響も検討する。また、SPPの構造予測を行い、これまでに同定したSPPの阻害活性を示す化合物とのドッキングシュミレーションを行う。得られた候補の相互作用部位に変異を導入したSPP変異体を作製し、化合物による阻害活性を検討する。また、SPP阻害剤による効果を、様々な遺伝子型のHCVで検討するとともに、SPP阻害剤に対する耐性ウイルスの出現の可能性を検討する。29年度が最終年度であるため、記入しない。ウイルス学29年度が最終年度であるため、記入しない。
インドにおける「国民教育理念」の形成と発展

研究費申請の目的のもとに下記のごとき歴史的展開の諸相において、インドにおける国立教育研究所(NCERT)、国立教育計画・行政研究所(NIEPA)等、わが国における国立教育研究所、東大東洋文化研究所、アジア経済研究所等の訪問、研究交流並びに国内外で収集した豊富な資料に基づきこれを究明してきた。その成果の一部は裏面の研究発表に掲載の諸論考のなかにすでに吸収しあるいは具体化しているが、近刊予定の『インド近代教育史』(東信堂)に全面的に反映させつつある。この関係において本研究の構造を示すならば、一つは民族教育意識の形成とその教育実践の究明であって、そこではインドにおける近代教育導入の歴史的経緯並びに主要な教育論及び教育活動を通しての民族的批判の特質の解明に焦点づけられる。二つは民族運動の発展と国民教育理念の形成の究明であって、それを宗派的、階級的、地域的教育観から国民的教育観の形成にいたる過程として捉えている。その究明においては国際的関係、なかんずく19世紀末頃から意識化する日本の教育の存在意義を視野に入れている。三つは国民教育の実体化であって、20世紀に入っての国民教育運動の展開並びにマハートマー・ガーンデイーの役割の実相に焦点づけている。四つは独立後における教育発展と国民教育理念の再構成であって、これを政策的展開に即し扱っている。五つは全体的総括であって、90年代に入って焦眉の急を遂げる国民教育における現代化の問題に即し、とくに教育普遍化と卓越性の追及の諸側面を踏まえ考察している。本研究は今世紀に入って興隆した「国民教育」論について、また、インド独立後の国家教育制度の樹立の全過程に一貫して表出しているそれについて、歴史的、イデオロギー的、階級的立場を顧慮しつつ、その理念的究明を行おうとするもので、究極の狙いは発展しつつあるインドの国家教育制度の特質を明らかにしようとするものである。本年は国内の関係研究施設・図書館の所蔵する資料による文献研究を進め、また、インドにおける専門家との意見の交換を行うことによって研究展開上の認識を深めることができた。それについてはとりわけ、ニューデリーの国立教育計画行政研究所(NIEPA),国立教育研究所(NCERT)の各所長、部長、専門家との討議が有益であった。ムンバイー及びカルカッタでは国民教育運動、教育理論、教育実践で著名な諸機関を訪問し、関係諸分野の専門家との様々な討議を通し、本研究についての貴重なサジェッションを得ることができた。裏面の研究発表欄に記載の通り、上記調査活動を踏まえた研究の一端を公刊しているが、これに加え、諸民族運動家・教育家の各教育論の分析を行って、「国民教育」論の内容・性格、時代の推移による論の特徴を明らかにすると共に、宗教改革運動、民族運動との内的関連、教育理論と運動の両面における国際的関連、さらに、独立後における諸審議会報告、政策及びカリキュラム等へのそれらの反映、並びに最近における技術革新や情報化の挑戦で新たに台頭しつつある傾向、等について究明することを図っている。本年度は本研究の全体計画に沿ってインドの「国民教育論」の分岐点をなすと考えられるマハトマ・ガンジーの論の特質,論の出現の背景,歴史的意義等の解明に主眼を置いたが,この「国民教育論」に有形無形に影響してきたと考えられる19世紀半ばから20世紀半ばにかけて頻出する日本教育論に注目し、ガンジーを含むインドの代表的な各界の指導者8人を取り上げその日本教育論の解明にあたった。当時の「国民教育論」の形成における国際的観点を無視できず、その中でもとりわけ日本教育論の存在の大きさを認識させられたのである。このことを視野に入れ「国民教育論」に関する資料の収集と分析に没頭した。この関係において研究計画にもあるように平成13年3月18日から26日にかけ、独立前と独立後のインドにおける「国民教育」概念の変遷をより深く把握するためと本研究に関し研究者との意見の交流を図るためニューデリーに赴いた。

この調査において国立教育研究所(NCERT)および国立教育行政計画研究所(NIEPA)の全面的協力を得ることができた。滞在中は主に人的資源開発省(MHRD),大学補助金審議会(UGC),中央中等教育委員会(CBSE)および卓越性追求政策の一環として注目されるナボダヤ・スクール本部,インド工業大学(IIT)等を訪問し論議を重ね非常な収穫を得た。なお,本年度は上記の研究展開において次ページ所載の諸論考を纏め上げることができた。研究費申請の目的のもとに下記のごとき歴史的展開の諸相において、インドにおける国立教育研究所(NCERT)、国立教育計画・行政研究所(NIEPA)等、わが国における国立教育研究所、東大東洋文化研究所、アジア経済研究所等の訪問、研究交流並びに国内外で収集した豊富な資料に基づきこれを究明してきた。その成果の一部は裏面の研究発表に掲載の諸論考のなかにすでに吸収しあるいは具体化しているが、近刊予定の『インド近代教育史』(東信堂)に全面的に反映させつつある。この関係において本研究の構造を示すならば、一つは民族教育意識の形成とその教育実践の究明であって、そこではインドにおける近代教育導入の歴史的経緯並びに主要な教育論及び教育活動を通しての民族的批判の特質の解明に焦点づけられる。二つは民族運動の発展と国民教育理念の形成の究明であって、それを宗派的、階級的、地域的教育観から国民的教育観の形成にいたる過程として捉えている。その究明においては国際的関係、なかんずく19世紀末頃から意識化する日本の教育の存在意義を視野に入れている。三つは国民教育の実体化であって、20世紀に入っての国民教育運動の展開並びにマハートマー・ガーンディーの役割の実相に焦点づけている。四つは独立後における教育発展と国民教育理念の再構成であって、これを政策的展開に即し扱っている。五つは全体的総括であって、90年代に入って焦眉の急を遂げる国民教育における現代化の問題に即し、とくに教育普遍化と卓越性の追及の諸側面を踏まえ考察している。
環境政策形成における環境NGO/NPOの機能に関する歴史的研究

環境NGO/NPOは、日本の環境政策にどのような影響を及ぼしてきたのか。また、高度成長期以降の生活環境の保護・改善を訴える住民運動はどのように変化してきたのか。本研究では、今日の環境NGO/NPOの源流としての住民運動に注目し、それが60年代の開発期から現在にいたるまでの環境政策形成にもたらしたインパクトを計量的に分析した。それにより、環境政策形成における住民運動と行政及び企業の望ましい合意形成のあり方を構想するのが、本研究の目的であった。その結果得られた研究成果としては、大きく次の2点にわけられる。(1)近年、環境問題や自然保護に関する政策形成において、環境NGO/NPOの役割が注目されている。こうした議論は、地球環境問題やNPO法案といったテーマが浮上した80年代後半以降の分脈で、環境保護運動の必要性を訴えるものが多い。しかし、日本の住民運動が今日の環境NGO/NPOの「機能的等価物」であり、これまでも環境政策形成において極めて重要な役割を果たしてきたことは等閑視されている。そこで本研究では、高度経済成長期以降の住民運動が環境政策形成に及ぼした影響を分析し、歴史的な連続性のなかで環境NGO/NPOの可能性を理解することが必要不可欠であることが明らかになった。(2)本研究は、環境政策と環境保護運動の相互関係を正面から取り上げている。これまで環境政策と環境運動の結びつきは、公害多発時代においても地球環境時代においても多くの論者によって強調されてきた。しかし実際には、環境政策と環境保護運動の研究はそれぞれ別個になされてきた。こうした断絶を乗り越えて、両者の関係を科学的に検証するのは、本研究が初めてのものといえる。すでに述べたように、公害多発時代の環境保護運動は現在の環境NGO/NPOの先駆けと考えられる。その積極面を改めて評価し、将来に向けての教訓・知見を引き出すことが、今後の環境NGO/NPOのあり方を考える近道である環境NGO/NPOは、日本の環境政策にどのような影響を及ぼしてきたのか。本研究では、今日の環境NGO/NPOの源流としての住民運動に注目し、それが60年代の開発期から現在にいたるまでの環境政策形成にもたらしたインパクトを計量的に分析する。具体的には、環境NGO/NPOと環境政策に関する時系列的なデータを収集し、それをコード化して相互の関係を計量的に分析する。そのために、資料収集、データのコード化、データ入力=データべース化、データ解析の順に作業を進めていく。計画の遂行にあたって平成12年度は、以下のスケジュールにしたがって研究を行った。1.資料収集、コーディング・マニュアルの作成(2000年4月10月)194595年の期間について、以下の資料を用いてデータを収集した。環境保護運動の動態(朝日新聞縮刷版、各都道府県公害・環境運動団体名簿、主要な環境保護団体のミニコミ)、環境政策の供給(環境庁監修の地方環境年表、公調委記録、官報など)。それとともに、データをコード化して入力するためのマニュアルを作成した。2.分析モデルの確定、資料のコーディング(2000年11月2001年3月)環境政策に対する需要が環境政策の供給をもたらすとする需要供給モデルに基づき、分析モデルを確定する。つまり、運動の規模・争点・戦略・地域的広がりが、環境政策の供給に対してどのような影響を及ぼしたのかを明らかにする。この需要供給モデルに沿った形で、環境保護運動のデータ(団体数、イベントの件数、日時、場所など)、環境政策のアウトプット(条例・協定など)をコード化する。コーディングには一定の熟練を要するため、申請者及び大学院生・学部学生の研究補助者が全員で合議のうえで行った。
核内チロシンリン酸化シグナリングを介する細胞増殖制御機構の解析

チロシンリン酸化シグナルの異常は、がん・自己免疫疾患・糖尿病・動脈硬化などの疾病の原因となっている。本研究では、SrcやAblチロシンキナーゼの新規基質の同定とそれらのリン酸化部位を特定した結果、核内転写制御因子等のチロシンリン酸化を介したクロマチンリモデリングの制御が行われることが分かった。核内におけるチロシンリン酸化シグナルは分岐経路も無いシグナル末端部に位置するので、副作用が少なく効果的な創薬標的を見い出す第一歩となろう。蛋白質チロシンリン酸化は、増殖・分化・形態変化・運動・代謝機能などに関わり、その異常はがん・動脈硬化・自己免疫疾患・糖尿病などの疾患の原因となっている。私達はこれまでにSrc型チロシンキナーゼが細胞膜のみならず核内にも存在することを見つけてきた。そこで、核内チロシンリン酸化シグナルの役割を明らかにするために、histone deacetylase 1 (HDAC1)、A-kinase anchor protein 8 (AKAP8)とJunBに着目して研究を行った。本研究で、核と細胞質をシャトリングするc-Ablチロシンキナーゼが、キナーゼ活性依存的に、ヒストン脱アセチル化を司る核内酵素HDAC1のプロテアソームによる分解を抑制し、HDAC1の安定化に関わっていることを見出した。また、クロマチン/核マトリック結合蛋白質AKAP8は核内Src型チロシンキナーゼやc-Ablにより直接リン酸化されると、AKAP8はクロマチン/核マトリックから解離して、クロマチンの構造変換を引き起こした。AKAP8のチロシンリン酸化がクロマチンの構造変換に重要な働きを持つことが分かった。さらに、c-Ablは、AP-1転写因子ファミリーメンバーであるJunBの173番、182番、188番チロシン残基をリン酸化することを見出した。アドリアマイシンによるDNA傷害時に、c-Ablがp21サイクリン依存性キナーゼ阻害因子の発現を促進することが知られているが、DNA傷害時に、JunBはp21のプロモーターに結合してp21発現を抑制した。そして、c-AblによるJunBのチロシンリン酸化はJunBのp21のプロモーターへの結合を阻害し、p21の発現を促進した。以上、核内チロシンリン酸化がクロマチン構造変換や転写制御にも重要な役割を果たしていることが明らかとなった。JunB転写因子のチロシンリン酸化による機能制御の研究は著しい進捗を期待していなかったので来年度の研究実施計画に記載していたが、予想に反して、研究が極めて快調に進み論文発表まで到達してしまった。しかし、Ku70のチロシンリン酸化制御の研究に関しては、細胞株樹立にやや手間取り平成27年度中には終了しなかったが、平成28年度には終了が見込めるところまで進んでいる。さらに、平成29年度に計画していた細胞分裂期の紡錘糸に対するチロシンキナーゼFynの研究を早めに着手したところ、研究の進捗が早く論文発表を行うことができた。これらの進捗状況を合わせて勘案すると、概ね順調に進展していると考えて良いであろう。私達はこれ迄に、Src型チロシンキナーゼを含む主要な非受容体型チロシンリン酸化酵素は細胞質のみならず、核内にも存在することを見出してきた。本研究では、Src型チロシンキナーゼとc-Ablチロシンキナーゼの基質候補分子を質量分析の手法を用いて探索しチロシンリン酸化の機能を解析してきた。本年度は申請者らの独自の基質探索研究によって幾つかの候補分子の研究を進めている中で、DNA修復蛋白質Ku70はKu80とヘテロ2量体を形成して非相同末端結合によるDNA 2本鎖切断を修復することが知られている。しかし、本研究でKu70がチロシンリン酸化されることを初めて見出したが、チロシンリン酸化はDNA2本鎖切断修復機能には関与しないことが明らかになった。驚くべきことに、Ku70のアポトーシス抑制作用に対して、SrcがKu70の530番目のチロシン残基をリン酸化すると、Ku70のアセチル化が抑制されてアポトーシス抑制が亢進することを見出した。従って、SrcによるKu70のチロシンリン酸化は、DNA傷害に対するアポトーシス感受性を低下させ、DNA修復の時間を確保する大切な機能を担っていることが示された。また、本年度、転写因子FoxA1がc-AblによりC末端のチロシン429番目と464番目がリン酸化されることを初めて見出し、チロシンリン酸化FoxA1がヒストンH3への結合を促進しエストローゲンによる細胞増殖を誘導することが明らかとなり、パイオニア転写因子としての機能にチロシンリン酸化の重要性が示された。以上、核内蛋白質にチロシンリン酸化が起こること、そして、チロシンリン酸化がアポトーシスや細胞増殖に重要な機能を示すことが明らかとなった。Srcの新規基質として見出したKu70の抗アポトーシス機能に対してチロシンリン酸化が促進作用を持つという興味深い成果が得られ、細胞がDNA損傷に対して抵抗性を持つためにはSrcのチロシンリン酸化活性が必要であるという重要な知見が得られた。そして、転写因子FoxA1がチロシンリン酸化によって機能制御を受けることも判明した。しかしながら、当初に計画していたErbB4の細胞質領域

4ICDによるヒストンH3の9番目のリジンのトリメチル化を介するヘテロクロマチン化の研究はあまり進捗が見られないのがやや残念である。ただ、様々な基質候補分子のチロシンリン酸化による機能制御の研究は現在順調に進行しているところである。以上を合わせて勘案すると、概ね順調に進展していると考えて良いであろう。チロシンリン酸化の異常はがん・自己免疫疾患・糖尿病・動脈硬化などの疾患の原因となるので、チロシンリン酸化シグナルを解析することは、効果的な創薬標的分子を見い出す上で重要である。これ迄に、Srcを含む多くのチロシンキナーゼは細胞質のみならず、核内にも存在することを見出し、基質分子を探索し核内チロシンリン酸化の機能を解析してきた。本最終年度は、チロシンキナーゼALKとc-Ablの核内機能の解析を行った。ALKは受容体型チロシンキナーゼだが、ある種のがんでは選択的スプライシングにより細胞質内キナーゼ領域のみが産生されて細胞質のみならず核内にも存在することが知られている。そこで、核内基質を調べたところ、クロマチン/核マトリクス結合蛋白質A-kinase anchor protein 8 (AKAP8)がチロシンリン酸化されることが判明した。核局在ALKによってAKAP8がチロシンリン酸化されると、AKAP8はクロマチン/核マトリクスから遊離し、ヘテロクロマチン化を促進することが分かった。その結果、がん抑制遺伝子Ras association domain-containing protein 1Aの発現を抑制してがん化に関わることが明らかになった。更に、核内c-Ablの基質として転写コレギュレーター分子SKI-interacting protein (SKIP)を見出した。SKIPは個体発生や組織再構築、創傷治癒、炎症・免疫、癌の浸潤・転移などに重要な役割を担うTransforminggrowthfactor-beta (TGF-beta)のシグナル伝達に関わることが知られている。すなわち、SKIPはSmad3と直接結合し、転写因子Smad3の転写活性を上昇させてTGF-betaシグナルを活性化させる。核内c-AblによってSKIPの292番目のチロシンがリン酸化されると、SKIPとSmad3との結合が強化され、TGF-betaによる遺伝子発現の増強が起こることが明らかになった。以上、本研究により、核内タンパク質のチロシンリン酸化は様々な転写制御制御を介して細胞増殖に関わることが見い出された。チロシンリン酸化シグナルの異常は、がん・自己免疫疾患・糖尿病・動脈硬化などの疾病の原因となっている。本研究では、SrcやAblチロシンキナーゼの新規基質の同定とそれらのリン酸化部位を特定した結果、核内転写制御因子等のチロシンリン酸化を介したクロマチンリモデリングの制御が行われることが分かった。核内におけるチロシンリン酸化シグナルは分岐経路も無いシグナル末端部に位置するので、副作用が少なく効果的な創薬標的を見い出す第一歩となろう。申請者らが見出してきた核内チロシンリン酸化シグナルに関しては、基質が分からぬまま状況証拠しか示せない状態が長い間続いていた。
固体高分解能NMRによる原子間距離の精密測定に基づく高次構造解析

情報伝達物質としての生理活性ペプチドおよび受容体モデルとしてのバクテリオロドプシンの3次元構造の解明の両面からの研究をすすめた。生理活性ペプチド受容体分子に結合した状態における分子の3次元構造の構築がどの程度距離情報の測定のみで可能かの検討を、3種類の異なる位置に^<13>C,^<15>N標識を行ったN-Ac-Pro-Gly-Pheをモデル系として実験条件の詳細な検討を行った。同位体標識を行った標識原子核との相互作用を3スピン系として解析するか、あるいは希釈にともなう分子間相互作用の除去、高周波磁場の不均一性など、詳細な条件検討を行った。この場合、分子動力学計算の意義についても検討を行った。また、結晶化条件の違いによる多種の多形構造をとるエンケファリンについて、それぞれについて4種類の2重標識ペプチドを合成し、その間の原子間距離測定を行い、これらの3次元構造構築にむけての検討を行った。受容体モデル[3-^<13>C]Ala標識バクテリオロドプシン(bR)の^<13>C固体高分解能NMR測定をマイナス110°までの低温で行い、Naイオンを含む場合は低温で著しい線幅の増大が見られたが、イオン強度ゼロの場合は全くの温度変化が見られなかった。これは、膜表面の電荷をカチオンが遮蔽することによる、膜のパッキングの違いとその結果起こる蛋白側のコンホメーション変化として説明できることがわかった。さらに、レチナ-ルを除去したバクテリオオプシンへの変換に基づくスペクトル変化、ならびにレチナ-ルあるいはそのアナログの付加にともなうアポ蛋白質のコンホメーション変化に関する知見も得ることができた。
精巣腫瘍における新しいバイオマーカーの確立

DNMT3Aに対する抗体(マウス、ラビット)について、フローサイトメトリ-を行った。正常精巣由来のHs1細胞では反応が見られなかったが、精巣腫瘍由来のNCCIT細胞では両抗体にて反応を認めた。また、Triton処理により反応が増大した。一方、臨床像との関連を調べるため、手術時に摘出されたセミノーマ組織に対して、DNMT3Aに対する抗体を用いて免疫染色を行った。数検体において免疫染色での発現を確認した。精巣腫瘍は、化学療法の奏功率が非常に高く、有転移例であっても集学的治療により治癒が見込める数少ない悪性腫瘍の一つである。非セミノーマでは、αフェトプロテイン、ヒト絨毛性ゴナドトロピン(hCG)が腫瘍マーカーとして臨床使用されており、予後予測や治療効果、再発時の判定材料として重要な役割を担っているが、セミノーマには、特異的な腫瘍マーカーが存在していないのが現状で、本研究はセミノーマに特異的なバイオマーカー確立に向けての数少ない研究である。申請者らは、セミノーマ発癌関連遺伝子探索を目的としたマイクロアレイによる網羅的解析の結果、106個の遺伝子が正常精巣組織よりもセミノーマで強く発現していること、さらに6遺伝子については、蛋白レベルでもセミノーマ細胞で高発現していることを確認している。また、共同研究者である石井は、DNMT3A(DNA-methyltransferase 3A)遺伝子について、イントロン25部位における低メチル化の程度が精巣腫瘍における同遺伝子の高発現と関連していることを報告している。1.今回、セミノーマ培養細胞でのDNMT3Aの発現をmRNAレベル、蛋白レベルで解析した。その結果、セミノーマ培養細胞では、mRNAレベル、蛋白レベルで高発現していた。非セミノーマ培養細胞については、一定の傾向は見られなかった。今後、DNMT3Aを発現している細胞にはsiRNAを導入し、DNMT3Aノックダウン細胞を作成する。また、DNMT3Aを発現していない細胞には、強制DNMT3A発現細胞を作成する予定である。2.一方、臨床像との関連を調べるため、手術時に摘出されたセミノーマ組織に対して、DNMT3Aに対する抗体を用いて免疫染色を行った。現在、数検体において免疫染色での発現が確認されたので、今後当科で集積している多数の検体にて染色を行い、発現様式と臨床像や病理組織学的パラメーターを比較検討し、セミノーマにおけるDNMT3A発現の臨床的意義を解明する予定である。(1)今回、DNMT3Aに対する抗体(マウス、ラビット)について、フローサイトメトリーを行った。(2)一方、臨床像との関連を調べるため、手術時に摘出されたセミノーマ組織に対して、DNMT3Aに対する抗体を用いて免疫染色を行った。現在、数検体において免疫染色での発現が確認されたが、多数検体での発現様式と臨床像や病理組織学的パラメーターを比較検討するまでには至らなかった。
METイベントのリアルタイム評価系を用いたシンギュラリティ環境の特異性の理解

腎臓発生の過程で、腎臓前駆細胞である腎間葉系前駆細胞は、間葉上皮転換(MET)をすることでネフロンという腎臓の機能を担う上皮構造へと発達する。研究代表者はこれまでの研究で、ヒトiPS細胞から腎間葉系前駆細胞を誘導し、in vitroでMETを発生させる系を開発した。更に、この腎間葉系前駆細胞のMETは、一見均一な細胞から構成される集団内部で、とても低い確率でしか発生しないシンギュラーなイベントであることを突き止めた。本研究計画では、このユニークな上皮化のシンギュラリティイベントの人工発生系を用いて、シンギュラリティイベントの発生を司る環境特異性の実体を解明することを目指す。
軸索再生を基軸としたGPR3の機能解析と中枢神経障害に対する新規再生療法への応用

GPR3は中枢神経系に豊富に発現し、リガンド非依存的にGs活性化能を有するオーファン受容体である。研究代表者はこれまでGPR3が神経細胞の分化、生存、成熟に関連することや、小脳顆粒神経細胞の分化・成熟過程で内因性GPR3発現が増加し、神経突起先端局所のPKA活性化に寄与することを解明している。本研究では、GPR3が海馬神経細胞の極性形成について与える影響を検討し、GPR3がラット海馬神経細胞において神経極性形成促進作用を有することを明らかにした。さらに、GPR3を介した神経極性形成促進効果にはPI3キナーゼを介した経路が関与する事を明らかにしたG蛋白質共役型受容体(GPCR)は様々な細胞内伝達物質の制御に関わるが、研究代表者はこれまで中枢神経系神経細胞に豊富に発現し、恒常的に細胞内cAMPレベルを維持する蛋白共役型受容体GPR3の機能解析主に行い、神経細胞における機能を報告してきた。本研究の目的は、脳梗塞などの中枢神経障害に対する新規軸索再生療法開発を目指して、まず神経成熟過程におけるGPR3の軸索形成・伸長機能を詳細に解析し、これらの分子基盤を脳虚血・外傷性脊髄中枢神経障害に応用することで、GPR3による軸索再生を基軸とした新規再生療法の可能性を模索することにある。研究実施初年度である平成27年度では、海馬神経細胞におけるGPR3発現が軸索形成・伸長に与える影響について主に検討した。まず、培養初代海馬神経細胞におけるGPR3mRNA発現についてreal-time PCR法で検討したところ、Div3までGPR3mRNA発現が増加し、以後発現が7日まで維持されていた。次に、GPR3遺伝子導入によりsiRNAによる内因性GPR3発現抑制による、GPR3の量的変化が神経極性形成に与える影響を、軸索突起特異的抗体(Tau-1抗体)、樹状突起特異的抗体(MAP2抗体)を用いて免疫組織染色法により解析した。GPR3遺伝子導入により導入後72-96時間後にTau1陽性軸索形成促進傾向を認めた。一方で、内因性発現GPR3をsiRNAで抑制すると、siRNA導入後72-96時間後にTau1陽性軸索減少傾向を認めた。以上の結果から、海馬神経細胞におけるGPR3発現が幼弱な神経細胞の極性化形成に関与する可能性が明らかとなった。平成27年度の研究計画では、神経分化過程におけるGPR3の発現が、神経極性形成、軸索伸張、シナプス形成へ与える影響とメカニズムついて検討する予定であった。当初の計画通り、GPR3の神経極性に影響を与える機能解析を行ったが、GPR3の軸索伸張、シナプス形成へ与える影響とメカニズムに関しては解析途中であり、次年度に持ち越して検討を行うことになったG蛋白質共役型受容体(GPCR)は様々な細胞内伝達物質の制御に関わるが、研究代表者はこれまで中枢神経系神経細胞に豊富に発現し、恒常的に細胞内cAMPレベルを維持する蛋白共役型受容体GPR3の機能解析を行い報告してきた。平成27年度では、培養初代海馬神経細胞においてGPR3遺伝子発現を確認した。さらに、ラット海馬神経細胞における内因性GPR3発現が、神経極性形成に促進的に作用する傾向を認めた。平成28年度では、再現性の検討を行い、ラット海馬神経細胞におけるGPR3発現変化が、神経極性形成を有意に促進することを統計学的に証明した。また研究代表者らはこれまでに、小脳顆粒神経細胞に発現するGPR3が、下流のPKA・PI3キナーゼ経路を介して神経細胞生存に寄与することを明らかにしているが、本年度はさらにGPR3による神経極性形成促進効果がPI3キナーゼ経路を介して効果を発揮することを明らかにした。さらに、PI3キナーゼ下流のPI3K-Akt-GSK3β経路が関与することで、最終的にGPR3がCRMP-2リン酸化を抑制し、神経極性形成を促進する可能性を示唆する結果も得られた。平成27-28年度では、当初の計画通りGPR3の神経極性に影響を与える機能解析を行ない、そのメカニズムに関しても一端を明らかにすることができた。一方で、海馬神経細胞におけるGPR3発現がシナプス形成へ与える影響とメカニズムに関しては、海馬神経細胞のシナプス形成解析が当初の想定に反してうまく進まず、次年度に持ち越して検討を行うことになった。G蛋白質共役型受容体(GPCR)は様々な細胞内伝達物質の制御に関わるが、研究代表者はこれまで中枢神経系神経細胞に豊富に発現し、恒常的に細胞内cAMPレベルを維持する蛋白共役型受容体GPR3の機能解析を行い報告してきた。平成27年度では、培養初代海馬神経細胞においてGPR3遺伝子発現を確認し、内因性GPR3発現が神経極性形成の促進傾向を見出した。

平成28年度は、平成27年度研究に関して再現性の検討を行い、ラット海馬神経細胞におけるGPR3発現変化が、神経極性形成を有意に促進することを統計学的に証明した。また、研究代表者らはこれまでに、小脳顆粒神経細胞に発現するGPR3が、下流のPKA・PI3キナーゼ経路を介して神経細胞生存に寄与することを明らかにしているが、GPR3による神経極性形成促進効果がPI3キナーゼ経路を介して効果を発揮することも解明した。平成29年度は、Akt/ GSK-3β/CRMP2経路が海馬神経極性形成に関与する事が報告されていることから、GPR3発現変化がpCRMP2発現に与える影響を検討した。GPR3発現抑制により、遺伝子導入60時間後でのpCRMP2陰性細胞の有意な減少を観察したGPR3は中枢神経系に豊富に発現し、リガンド非依存的にGs活性化能を有するオーファン受容体である。研究代表者はこれまでGPR3が神経細胞の分化、生存、成熟に関連することや、小脳顆粒神経細胞の分化・成熟過程で内因性GPR3発現が増加し、神経突起先端局所のPKA活性化に寄与することを解明している。本研究では、GPR3が海馬神経細胞の極性形成について与える影響を検討し、GPR3がラット海馬神経細胞において神経極性形成促進作用を有することを明らかにした。さらに、GPR3を介した神経極性形成促進効果にはPI3キナーゼを介した経路が関与する事を明らかにした平成28年度は、GPR3の神経極性形成に与えるメカニズムに関して探索すると共に、神経細胞におけるGPR3の軸索伸張、シナプス形成との関与に関して検討を開始する予定である。平成29年度は、GPR3の神経極性形成に与えるメカニズムに関して下流のシグナル因子の一つとして想定されるCRMP-2リン酸化を中心に、さらに詳細に検討する。また、神経細胞におけるGPR3のシナプス形成への関与、GPR3の新規軸索再生療法への応用についても検討を進める予定である。神経科学
BPPVにおける眼振の回転軸に関する検討

眼振すなわち眼球の回転運動は、その回転軸と軸廻りの角速度で定義される。さらに、ある半規管を刺激するとその半規管に対し垂直な軸を中心とする眼振が誘発されることから、眼振の回転軸を求めることにより病巣推定が可能である。対象は、Dix-Hallpike法によってBPPVに特徴的な眼振が誘発された一側性BPPV症例13例である。眼振回転軸は、赤外線CCDカメラを用いて記録した眼振映像をもとに、独自に開発した3次元眼球運動解析アルゴリズムを用いて算出した。また全例に理学療法(Semont法)を施行し、その治療効果の検討も行った。回転軸解析の結果、患側の後半規管に対しほぼ垂直な軸を回転軸にもつ7症例(グループA)と、前後軸付近に回転軸をもつ6症例(グループB)の2つのグループに分けられた。グループAの患者では病変が後半規管に限局しているのに対し、グループBの患者では病変がより複雑であることが推測された。この推測はSemont法に対する反応性が両グループで異なるという結果からも支持された。グループAの全例が、Semont法により10日以内に治癒したのに対し(平均2.4日)、グループBの患者は治癒までに長い期間を要した(平均25.7日)(p<0.05)。Semont法は、後半規管内の結石を卵形嚢に排出させることを意図して考案された理学療法である。グループBでは、病変が後半規管に限局していないため治癒までに時間を要したと考えられた。頭部における半規管の解剖学的位置を考慮すると、グループBの病変は三半規管すべてあり、おそらく三半規管内すべてに結石が存在する病態(前庭結石症)であることが推測された。典型的な後半規管型BPPVと診断された13症例の眼振における回転軸解析を行った。解析の結果、回転軸が患測の後半規管に一致する群(7例:A群)と、回転軸が前後の軸と一致する群(6例:B群)の2群に大別された。この結果から、A群の患者においては病巣が後半規管に限局しており、B群では後半規管に限局していないことが推測された。とくにB群の病巣は、三半規管すべてではないかと推測した。その理由は、すべての三半規管が興奮したときに誘発される眼振における回転軸が、前後の軸とほぼ一致するためである。以上の検討に加え、全13例の患者に対して後半規管型BPPVに対する理学療法であるSemont法を施行(1日1回)し、治癒までの日数に関して検討を行った。その結果、A群では治癒までの期間が極めて短かった(平均2.4日)のに対し、B群では治癒までに有意に長い時間を要した(平均25.7日)(p<0.05)。これらは、B群の患者においては病巣が後半規管に限局しておらず、三半規管全体であるという我々の推測を支持する結果と考えられた。回転軸解析は、病巣推定に極めて有用である。現在、前庭神経炎の病巣推定、水平半規管型BPPVの病巣推定とその患側決定法などを目的とした回転軸解析の臨床応用を行っている。
幼年期からサイエンス・ネイティヴを育む科学言語・思考・体験のネットワーク化

科学教育は、新世紀の前後において子ども中心的な学習観に基づく研究が拡大した一方で、急速な革新を遂げる自然科学の進展及び科学像の変化から大きく乖離し始めている。本研究の目的は、主に1科学学習を第二言語学習として捉え直し、2自然の事物現象や日常生活について意図的に科学言語を有意味に使用することができる人々を育む、幼年期からの科学教育の可能性を探ることであった。研究成果として、第二言語学習からのいくつかの有用な科学教授アプローチが提案されると共に、科学学習とことばの学習、造形の学習などを組み合わせた新しい体験的な幼年期の科学学習モデルを開発し、実践例が公表された。科学教育は,新世紀の前後において子ども中心的な学習観に基づく研究が拡大した一方で,急速な革新を遂げる自然科学の進展及び科学像の変化から大きく乖離し始めている。本研究の目的は,これまで科学教育の調査対象として取り上げられたことが極めて希な,自然科学者の学会発表や学術論文を主な調査対象とし,1科学学習を第二言語学習として捉え直し,2現代的で実践的な科学者による科学言語の使用や思考をモデル化し,3自然の事物現象や日常生活について,意図的に科学言語を有意味に使用することができる(サイエンス・ネイティヴな)人々を育む,幼年期からの科学教育の可能性を探ることを目的としている。本年度は,関連文献の収集と分析を行うと共に,試行的に小学校理科教科書を言語論的に分析すると共に,科学者による学会発表をプロトコルデータとして収集して予備的な分析を行った。また,幼年児を対象としたSTEM(Science, Technology, Engineering, and Mathematics)実践を行い,幼年児の思考特性を分析した。さらに米国の幼児教育について,新科学教育スタンダードを分析すると共に,日本の通常の保育所で行われる科学実践を事例分析した。科学言語の抽出,試行実践,評価,ネットワーク分析と評価がスタートできた。また,国内外の発表も積極的に行われている。科学教育は、新世紀の前後において子供中心的な学習観に基づく研究が拡大した一方で、急速な革新を遂げる自然科学の進展および科学像の変化から大きく乖離し始めている。本研究の目的は、これまで科学教育の調査対象として取り上げられたことが極めて希な、自然科学への言語論的アプローチとして、1科学学習を第二言語学習としてとらえ直し、2現代的で実践的な科学者による科学言語の使用や思考をモデル化し、3自然の事物現象や日常生活について、意図的に科学言語を有意味に使用することができる(サイエンス・ネイティヴ)人々を育む、幼年期からの科学教育の可能性を探ることを目的としている。本年度は、幼児向けの科学絵本、幼児の疑問に関わる書籍や科学雑誌を対象に分析を行うとともに、保育所、幼稚園を主なフィールドとし、幼い子どもの科学的思考に関わる開発的・実践的な研究を行った。加えて、幼稚園教諭、小学校教員を対象に、幼い子供の優れた思考に関わる調査を実施し、分析を行った。その結果、「水」「光」「生命」のような自然科学と日常生活を結ぶコアな概念について、幼い子供の科学的な思考の萌芽とそれを育む環境について重要な知見が得られている。以上の研究成果は国内では、日本理科教育学会、日本乳幼児教育学会で発表されるとともに、海外ではPacific Early Childhood Education Research Association (PECERA)2017大会に申し込み、2件の口頭発表がアクセプトされている。さらに、教員を対象としたワークショップを開催し、研究成果の普及を行った。自然の事物現象に関わる幼い子どもの言語特性や思考の発達、保育環境等について、重要な基礎的知見が得られつつある。保育所、幼稚園をフィールドとした開発的・実践的な研究の展開も開始している。国内外の成果発表も積極的に行われている。本研究の目的は、これまで科学教育の調査対象として取り上げられたことが極めて希な、自然科学への言語論的アプローチとして、1科学学習を第二言語学習としてとらえ直し、2現代的で実践的な科学者による科学言語の使用や思考をモデル化し、3自然の事物現象や日常生活について、意図的に科学言語を有意味に使用することができる(サイエンス・ネイティヴ)人々を育む、幼年期からの科学教育の可能性を探ることを目的とした。平成29年度は,自然の事物現象や日常生活について,意図的に科学言語を有意義に使用することができる(サイエンス・ネイティヴな)人々を育む,幼年期からの科学教育の可能性を探ると共に,科学言語・表現・体験の教育可能性に関わる調査・分析からモデル化を行った。最新の第二言語習得に関する文献を多面的に再調査、分析し、認知的、社会的、言語学的、進化学的、教育学的に、第二言語習得の俗説を批判的に再検討し、第一言語獲得(母語獲得)も含めて、その学習可能性について整理し、幼年期からの科学教育の可能性を探った。それらの成果は日本理科教育学会全国大会、Annual Conference of the Pacific Early Childhood Education Research Association、Annual Conference of the European Early Childhood Education Research Association、日本化学会化学教育研究協議会東北大会で発表した。また、国内の幼稚園における先導的な事例調査を行い、科学言語・表現・体験の教育可能性に関して考察を行い、論文発表した。

本研究の目的は、主に1科学学習を第二言語学習として捉え直し、2自然の事物現象や日常生活について意図的に科学言語を有意味に使用することができる人々を育む、幼年期からの科学教育の可能性を探ることであった。研究成果として、第二言語学習からのいくつかの有用な科学教授アプローチが提案されると共に、科学学習とことばの学習、造形の学習などを組み合わせた新しい体験的な幼年期の科学学習モデルを開発し、実践例が公表された。平成28年度は,平成27年度の科学者の口頭発表をデータの調査・分析を補完すると共に,代表的な論文などもデータとして調査・分析し,科学研究に関わる科学言語・思考・体験の特徴・役割,それらの相互関係を解明し,予備的モデル化を行う。そして,幼年児を対象とした,科学言語・思考・体験の深化プログラムを試行的に開発する。平成29年度は、これまでの各研究分担者による研究成果を整理、俯瞰し、科学言語・思考・体験の特徴と役割、それらの相互関係を解明し、モデル化を行うとともに、幼年児を対象とした、科学言語・思考・体験の深化プログラムを試行し、評価を行う。科学教育中間報告書を印刷予定であること,海外文献の取り寄せに時間がかかったため。試行的に行ってきた具体的な実践例をまとめて印刷物とするため。中間報告書を印刷し,広く配布する。海外文献を購入する。具体的な実践例をまとめて印刷し、広く配布する。
RhoファミリーGタンパク質による細胞分裂制御ならびに初期発生制御

1)分裂酵母Rho4と上流因子の解析分裂酵母rho3、rho4、rho5遺伝子をクローニングし、Rho4の解析を行った。rho4遺伝子破壊によりF-アクチンバッチの局在性が失われ、細胞質微小管の配向性も乱れた。電子顕微鏡観察により二次隔壁と細胞壁が異常に厚くなっていた。活性化型変異Rho4の発現で細胞形状が異常になった。アクチンバッチが局在を失い、微小管の配向も異常だった。Rho4とチューブリンに遺伝学的相互作用が見られた。間期ではRho4は細胞の成長端に、分裂期では分裂位置に局在した。以上からRho4はアクチンバッチの局在と微小管の構築を制御し、隔壁と細胞壁形成を制御していることが分かった。Rho4はそのRhoGDIであるRdi1により局在が制御され、RhoGAPのうちRga9により活性が制御されていることが分かった。2)ウニ卵IQGAPの機能解析ウニCdc42遺伝子をクローニングした。ウニCdc42はヒトCdc42とアミノ酸レベルで87%の同一性を示した。ウニCdc42をセファロースビーズに結合させ、卵抽出液に加えた。ところ、分子量180Kのタンパク質が結合した。部分アミノ酸配列から、この成分はIQGAPと同定した。またビーズを拙出液に加えることによりその表面でアクチン重合が起こった。卵抽出液からIQGAPを除くとアクチン重合は起こらなくなった。また分裂中にはIQGAPは分裂溝に局在した。3)IQGAPの初期発生における働きアフリカツメガエルXIQGAP1,XIQGAP2のアンチセンスオリゴを胚に注入し、胚を発生させた結果XIQGAP1,XIQGAP2ともに胚の細胞接着に関与していることが分かった。
色の感覚意識体験に関連する神経表現の共通性と多様性

ヒトの色覚には多様性があり、同じ光波長に対する知覚は受容器の特性により異なる。しかし、遺伝的に色覚が異なる人々の間でも、ある色刺激を同じ色としてカテゴライズする場合があることから、色に関する神経表現の多様性と共通性が予測される。本研究では、異なる色覚を持つ人々が同じ色を見ているときの神経活動パターンから、見ていた色のデコーディングに重要な神経表現の特徴量を抽出する。特徴量の共通性と相違から、他者が直接体験できず、神経科学のハードプロブレムとされている主観的な感覚意識体験が、神経表現のどのような共通性と多様性に立脚しているかを究明する。
エレクトロスピニングを利用したチタニアカーボン複合ナノファイバーの開発

カーボン/チタニアコアシェルナノファイバーの新規作製法を開発した。具体的にはエレクトロスピニング法とゾルゲル法を組み合わせた手法によりポリビニルアルコール(PVA)/チタニア複合ナノファイバーを作製し、ヨウ素蒸気による耐炎化処理と炭化処理によりコアのPVAをカーボンに転化した。この結果、カーボンとの複合化により導電性が著しく向上したナノファイバーが得られた。本研究では、研究代表者が考案した無機中空ファイバー作製法を応用し、コアーシェル型カーボンーチタニア複合ファイバーの作製、および色素増感太陽電池電極としての利用について検討している。平成21年度は炭素源として主にスクロースを用い、カーボンーチタニア複合ファイバーの作製について検討を行った。具体的には、高分子ポリビニルアルコールとスクロースを含む水溶液をエレクトロスピニングし、糸状液滴をチタンアルコキシド溶液へと噴入することにより、界面でのアルコキシドの加水分解を誘起し炭素源内包チタニアファイバーを作製した。このファイバーを窒素中で熱処理し、内部のスクロースの炭化とチタニア殻の結晶化を同時に進行させることにより、コアーシェル型カーボンーチタニア複合ファイバーの作製に成功した。複合ファイバーのカーボン含有率を制御するために、紡糸液中のスクロース濃度の影響について検討した。その結果、スクロース濃度の増加により、最終的に得られるファイバーのカーボン含有率を増大させられることを見出したが、一方で、紡糸液の粘度が高くなるために、ファイバーが太くなる、チタニア殻が薄くなる、安定な紡糸が困難になる等の問題が生じた。以上の結果は化学工学会第41回秋季大会(広島大学)にて報告しており、さらに2010年4月にThe World Congress on Particle Technology (WCPT6、ドイッ)にて発表予定である。本研究では、研究代表者が考案した無機中空ファイバー作製法を応用し、コア-シェル型カーボン-チタニア複合ファイバーの作製、および色素増感太陽電池電極としての利用について検討している。前年度は紡糸液に炭素源としてスクロースを添加し、複合ファイバーを作製したが、この方法では紡糸液の粘度が高くなるために、ファイバーが太くなる、チタニア殻が薄くなる、安定な紡糸が困難になる等の問題が生じた。そこで平成22年度は、この問題の解決策として、紡糸に用いる高分子をカーボン源とする新たな手法の開発に取り組んだ。本手法で用いる高分子の要件として、水溶性であること、および炭素化が可能であることが挙げられ、これらを満たす高分子として今回はポリビニルアルコール(PVA)を選択した。PVAは熱分解が起こり易くカーボン化は困難であるが、ヨウ素蒸気を触媒とした脱水反応によりカーボン化が容易なポリエンに転換できることが報告されている。具体的な手順として、PVA水溶液をエレクトロスピニングし、糸状液滴をチタンテトライソプロポキシド(TTIP)溶液へと噴入することにより、界面でのTTIPの加水分解を誘起しPVA-チタニア複合ファイバーを作製した。このファイバーをヨウ素蒸気に暴露しPVAの脱水処理を行った後、窒素中での熱処理により高分子コアのカーボン化とチタニア殻の結晶化を同時に進行させ、カーボン-チタニア複合ファイバーを作製した。SEM、TEM観察により、試料が直径100-300nmのコア-シェル型ファイバーであることを確認した。また、IR、ラマン分光、XRDにより、コアが部分的にグラファイト化したカーボン、シェルがアナターゼ型チタニアであることを確認した。このファイバーの導電性を測定したところ、同じ直径のチタニア中空ファイバーに比較して10^4倍以上の値を示し、カーボンとの複合化によりチタニアに高い電荷輸送特性を付与できることを明らかにした。本研究では、研究代表者が考案した無機中空ファイバー作製法を応用し、コア-シェル型カーボン-チタニア複合ファイバーの作製について検討している。前年度はポリビニルアルコール(PVA)-チタニア複合ファイバーにヨウ素蒸気を触媒としてPVAの脱水処理を施した後、窒素雰囲気下で熱処理を施すことにより、コア-シェル型カーボン-チタニア複合ファイバーが作製できることを見出した。これを踏まえ、平成23年度は、カーボンコアの炭化度、チタニアシェルの結晶構造両方に影響を与える重要なファクターである炭化温度の影響について検討した。具体的な試料作製手順を以下に示す。エレクトロスピニングによりPVAナノファイバのー不織布を作製し、この不織布をチタンテトライソプロポキシド/エタノール溶液に浸漬することによりPVAファイバー表面をチタニアでコーティングした。この不織布をヨウ素蒸気に暴露しPVAの脱水処理を行った後、窒素中での熱処理により高分子コアのカーボン化とチタニア殻の結晶化を同時に進行させ、カーボンチタニア複合ファイバーを作製した。500800°Cの各炭化温度における試料をXRDにより解析した結果、チタニアシェルの結晶構造は500700°Cではアナターゼであるのに対し、800°Cではアナターゼに少量のルチルを含む混合相であることがわかった。また、700°C以上でアモルファスカーボンに対応するピークが観察され、コアのカーボン化には700°C以上の熱処理温度が必要であることが示された。

ファイバー膜の表面抵抗測定によりファイバーの導電性を評価した結果、熱処理温度の増加に伴い導電性は単調に増大し、500°Cから800°Cに温度を増加させることで導電性が6桁向上することを確認した。太陽電池や光触媒としての用途を考えた場合、チタニアシェルの結晶構造はアナターゼが望ましい。そのため、熱処理温度は700800°Cが適切であると結論づけられる。