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日中・太平洋戦争期における樺太植民地財政に関する実証的研究

日中戦争から太平洋戦争期の樺太植民地財政を支えたのは、森林払下収入と法人資本税、資本利子税、相続税、外貨債特別税、揮発油税などの戦時増税であった。加えて当該期の樺太歳入で忘れてはならないのが、石炭の増産対策費としての増産奨励金、新坑開発助成金、買取価格補償金として樺太財政に繰入れられる一般会計からの補充金である。この補充金はとくに太平洋戦争期には巨額になり、しかも樺太と同様戦時の石炭生産を担う朝鮮や台湾とは比較にならないほどの大きな額であった。歳出では、拓殖事業費と石炭の増産関係費、そして臨軍会計への繰入れが3本柱であった。鉄道は収入こそ一定の金額があるが、収益はそれほどでもない。森林払下収入は、増伐に次ぐ増伐で資源保護の限界といわれた標準年伐量1300万石はるかに超過する2000万石を前提に、歳入総額の70%から90%を占めている。これらの伐採森林は石炭の増産を支える坑木需要と軍用材が主なものであった。歳出で重要な経費は、拓殖事業費は鉄道の建設改良、国有林事業の経営、道路と港湾の改修が主要な事業であり、とくに港湾の修築は石炭と木材、そしてパルプの日本本土への移出が最重要課題となった関係もあって巨額の財政資金が投入された。こうしたインフラ投資にもかかわらず、すでに1942年度以降船腹問題が逼迫して石炭と木材の滞貨が起こっていた。1942年4月に樺太の行政は内地に移管される。しかし、森林行政は農林省に移管されずその行政的統合は不徹底に終わった。当該期の樺太財政においては、租税収入の地位はあいかわらず低位で、基本的には森林収入、すなわち、エゾ松と椴松の払下収入に依存していた。その歳入総額に占める比率は日中戦争期と太平洋戦争期を通じて約30%程度であった。ただし、1943年度から樺太の内地行政編入に伴って郵便電信と鉄道収入がなくなるので、官業収入中に占める森林収入の比率は90%を越えている。森林収入はパルプ資材と普通用材に区分される。樺太のパルプ生産は、製紙パルプは1937年度、人絹パルプは1940年度にピークを迎え、その後低落していく。また生産量は北海道を含む内地の製紙パルプが圧倒的であった。この動きと森林収入の動きと対応させると、森林収入がピークを迎えるのが1941年度であるから、払下は太平洋戦争期の増産をあてこんでのものとみられるが、実質は日中戦争期の初期で頭打ちとなるのである。また、増産を続ける内地のパルプ生産に対しては、樺太材は1937年度が移出のピークで、その後は逓減しているのでそれほどの貢献はしていない。しかしそれでも樺太材の年間伐採=売払量は森林保護の基準である標準年伐量の2倍を越える2千万石を記録し、樺太庁も収奪林政と認めざるをえないような状況であった。そして1941年度には樺太庁の設置以降初めての本格的な産業開発計画として「樺太開発株式会社」が設置させ、同社は造林事業を一つの柱とした。しかし、その計画は資金不足で軌道に乗らず、しかも伐採した木材の内地移出も船舶不足でままならず敗戦を迎えるのである。日中戦争から太平洋戦争期の樺太財政を支えたのは、森林収入と戦時増税であった。後者は、法人資本税、資本利子税、相続税、外資債特別税、揮発油税の導入に始まり、当年度限りの所得や公社債利子、奢侈品について課税をおこなう、「北支事変特別税」が新設された。

加えて当該期の樺太歳入で忘れてはならないのが、石炭の増産対策費としての増産奨励金、新坑開発助成金、買取価格補償金として樺太財政に繰入れられる一般会計からの補充金である。この補充金はとくに太平洋戦争期には巨額になり、しかも樺太と同様戦時の石炭生産を担う朝鮮や台湾とは比較にならないほどの大きな額であった。歳出では、拓殖事業費と石炭の増産関係費、そして臨軍会計への繰入が3本柱であった。鉄道は収入こそ一定の金額があるが、収益はそれほどでもない。拓殖事業費は鉄道の建設改良、国有林事業の経営、道路を港湾の改修が主要な事業であり、とくに港湾の修築は石炭と木材、そしてパルプの日本本土への移出が最重点課題となった関係もあって巨額の財政資金が投入された。鉄道の建設改良費が樺太行政の内地編入がおこなわれた関係で特別会計に計上されなくなると港湾と国有林経営費が歳出の2大科目となった。こうしたインフラ投資にもかかわらず、すでに1942年度以降船腹問題が逼迫して石炭と木材の滞貨が起こっていた。すなわち本斗港は利用価値が少なく、真岡、敷香港もあまり有効ではなかった。
リスクマネジメントプロセスを援用した安全学習教材と授業案の作成及びその効果の検証

小学校の児童から大学生にいたる段階での危険認知の実態を様々な課題によって把握すると同時に、教材を用いた授業実践を行った。特にKYTシートを使った大学の授業では、リスク発見を模擬的に行う個別作業とグループワークにより授業後に熟練した指導者に近いリスクの保有傾向が認められた。また、道徳教育の視点から災害時のジレンマ状況をもとに考える授業実践および授業案の作成を行った。日常とは異なるリスク下あるいは災害時に幼児・児童がルールに固執することなく柔軟な行動がとれることが望まれる。基礎的研究としてこの点を研究し、発達段階が低い場合ルールへの固執が起こることが示唆され、防災教育の課題と考えられた。25年度は、以下の研究・検討を行った。1基礎研究として、ネガティブ情動喚起時における児童の切り替え能力の発達を検討した(担当:中道圭人)。非常時にはネガティブな情動(怖れや不安)が喚起され、またこの時、認知機能が制約を受けることが知られている。一方、災害時の柔軟な意思決定には「切り替え能力」が重要である。小学校1,3,5年を対象とする実証研究から、ネガティブ情動の喚起時には、約2学年分切り替え能力が低下することが明らかになった。非常時の行動の訓練やそのルールの提示にあたっての現実的な示唆が得られた。2小学校の児童から大学生を対象に、日常や活動場面での危険認知の能力について検討した(担当:村越真)。まず5,6年生を対象として、日常的な危険を含む環境で、彼らが危険をどのように認知しているかを検討した。その結果、5/6年生では危険の評価が異なり、6年生では環境の特徴全体を考慮したより柔軟な評価をすることが示唆された。また、自然体験場面のKYTシートを利用した教員養成系大学生のリスクの特定、分析・評価、対処の特性と学習による変容についての検討では、2回におよぶKYTシートを使った危険評価の実習とそれを踏まえたグループワークにより、実習後には危険特定数ともっとも危険だと考えられる項目の指摘が増える一方で、リスクに対して保有的な対処をする傾向が強くなること、熟練した自然体験指導者とほぼ同様な傾向を示すことが認められた。3避難訓練に終始しがちな防災教育に対して道徳教育の視点から継続可能かつ考えさせる防災教育を提供するとともに、自ら考える道徳教育を提供する実践を行った(担当:藤井基貴)。具体的には特別支援や幼稚園で実施可能な紙芝居や防災行動につながるダンスの実践、小中学校・地域行事で利用可能な防災道徳の実践と普及方法を検討した。1基礎研究として、「非日常的な場面での社会的規範の違反行為の判断」の発達を検討した。小学校36年生と大学生に対して、地震など非日常的場面で、日常的に設定されているルールを逸脱してもよいかの判断を求めた。その結果発達段階が低い場合は、ルールへの判断が固定的である一方で、発達段階が進むにつれて他律的(先生が許可したからよい)になりえることも示している。安全教育においては「おはしも」などのルールを教える実践が目立つが、必要なときにルールを柔軟に適用できるための教育も必要であることが示唆される(担当:中道圭人)。2大学生を対象に、日常や活動場面での危険認知の能力について検討した(担当:村越真)。初等中等教育場面で利用可能な野外活動、理科、技術、体育場面のKYT図版を完成させた。自然体験場面のKYTシートを利用した一般学生および教員養成系大学生のリスクの特定、分析・評価、対処の特性と学習による変容について25年度の知見を確認する研究を行った。一般体育受講の学生を対象とする研究1では、危険特定に関する効果は見られなかったが、安全行動に関する意識は事前に比べ向上していた。教員養成系大学3年を対象とする研究2では25年度と異なり、2回の安全教育をした実験群に顕著な変化が見られなかったが、意識の向上は見られた。これらのことから、意識面ではKYTのトレーニングは効果的だが、危険認知スキルの学習効果を規定する要因は更なる検討が必要である。3道徳教育の視点から「考える」道徳教育ともなる防災教育の実践を行った(担当:藤井基貴)。小学校を対象にして、災害時のジレンマ(災害時、下校中の年下の子どもに避難を促しにいくか、自分がすぐに避難するか)を題材にした教材により児童に災害時にどう行動すべきかやそのときありえるジレンマ、またそれを回避する方法を考えさせる授業を実施し、現場からは高い評価を得た。児童自らがリスクマネジメントを実施できる基盤となる認知発達についての研究と、その実践的な応用を検討した。リスク・災害場面では日常的なルールを破って安全行動やリスク対応をする必要がある場面がある。コールバーグの道徳性の発達段階によれば、未発達の段階ではルールへの固執や権威性への盲従が起こりやすい。中道は幼稚園生への面接実験により、場所によらず親や先生といった日常的な権威を優先することが明らかになった。一方藤井は、児童生徒を対象とした安全学習教材を開発し、実施検証した。具体的には、地震防災センター「子ども地震防災教室」(2015年8月)附属静岡小学校(2015年10月)、半田市立亀崎小学校(2016年2月)、等で授業を行い、教材の効果測定に係る観点分析等の基礎作業を進めた。教材開発の開発・改善にあたっては、欧米圏の認知的道徳性発達理論等の整理検討を行い、その成果についても学会や著書等で報告した。村越はこうした成果をまとめるとともに、KYTシートを利用したリスクマネジメントについての授業案を作成した。

小学校の児童から大学生にいたる段階での危険認知の実態を様々な課題によって把握すると同時に、教材を用いた授業実践を行った。特にKYTシートを使った大学の授業では、リスク発見を模擬的に行う個別作業とグループワークにより授業後に熟練した指導者に近いリスクの保有傾向が認められた。また、道徳教育の視点から災害時のジレンマ状況をもとに考える授業実践および授業案の作成を行った。日常とは異なるリスク下あるいは災害時に幼児・児童がルールに固執することなく柔軟な行動がとれることが望まれる。基礎的研究としてこの点を研究し、発達段階が低い場合ルールへの固執が起こることが示唆され、防災教育の課題と考えられた。これまでの本研究から、ハザードが避けられない環境の中で安全を確保するためには、リスクの特定や評価に加えて、ジレンマの解決、日常的なルールの逸脱も場合によっては必要になると考えられる。これは、今後の防災・安全教育を考えるうえでの重要な示唆につながると考えられる。前者のリスクの特定や評価に関しては、KYTシートや環境写真などの教材を利用して、小学生から大学生にいたる広範な対象が環境内にある危険についてどのように認知しているかの実態が明らかになった。また、教育効果の検討についても、本年度は大学生を対象に実施した。開発したKYTシート利用の授業案については、相模原市教育委員会に提供され、研修に利用される予定である。後者の規則からの逸脱やジレンマに関しては、非日常的な場面での社会的規範の逸脱についての判断が発達に応じてどう変化するのかを検討することができた。また。初等教育で実践可能な形での災害時のジレンマを通した道徳の授業を完成させることができた。この結果はNHKのBS番組でも取り上げられると同時に、防災甲子園でも優秀賞を受賞した。これらの理由から、「概ね予定通りとした」とした。リスクマネジメント過去2年間の研究を元に、27年度は、作成されたKYTシートを利用して、環境内にあるリスクを特定し、分析評価するスキルの発達差について整理するとともに、適切な意志決定ができることを目的とする安全教育のための総合的プログラムを開発する。この際、ジレンマや日常的な規範からの逸脱といった視点を考慮する。プログラムの開発にあたっては、小学校・中学校および教員養成系大学で実施しながら、課題を洗い出して進める。最終的には、学校教育現場や教員養成の課程で実施可能な授業案・指導案の作成を行い、授業効果の検証を行う。KYTシートや環境写真などの教材を利用した広範な対象の危険認知の実態を明らかにするとともに、発達的な差異や非常時を想定した認知特性についても検討することができた。また、研究の成果に基づいた実践的な示唆も得られた。その一方で、児童生徒のリスク認知の特徴については、多様な場面においての十分に明らかにできたとは言えない。これらの理由から、「やや遅れている」とした。KYTの一部図版が未完成だったため、謝金としての支出が26年度中に行えなかったため。
トルコ共和国内の既存鉄筋コンクリート建物の耐震性に関する研究

日本に比べて建物が容易に層崩壊あるいは全壊する例が多いトルコ共和国内の一般的なRC集合住宅について、構造特性、耐震性能の日本との比較検討と、崩壊の原因を検討し、同国の建物の補強方法を提案することを目的としている。第1段階として、地震被災建物の被害調査、被災地およびイスタンブール市内の実在建物の詳細調査、設計図書の収集と実際の建物との比較、建物・地盤の常時微動測定による振動特性の調査などを実施した。ここの建物は方向性の強い柱断面を持ち、耐震壁はほとんどなく、外壁、間仕切り壁や腰壁などは中空煉瓦を多用している。また、柱・壁の方向は、構造的考慮は無くデザイン的な理由に支配されている。1998年設計基準が改正されたが既存建物はそれ以前のものが圧倒的に多く、これらを中心に検討した。日本の耐震診断基準を適用した結果、前述の構造特性から耐震性能指標値は極めて低いものが多かった。値が高いものも同基準が前提としている個別の部材特性が異なり、同じ指標値でも現実の性能は大きく異なることが予想でき、日本の診断基準を用いる場合は部材特性を根本的に置換することが必要と思われる。振動調査の結果は、外壁などのモルタルの損傷の有無により大きく性状が異なること、建物の多くが平坦な敷地に建てられておらずねじれ成分が含まれることが明らかとなった。これらの結果に基づいて、建物の崩壊原因の検討に入った。1995、1998、1999年の地震被害の調査結果より、柱の損傷と崩壊状況から、曲げヒンジの生成後不安定となり崩壊に直結したと推定した。そこで実物と同じ材料および構造特性を持つ柱部材の高軸力圧縮下での繰返し曲加力実験を実施した。その結果、帯筋間隔、変形進行速度と柱の安定領域の限界に関連があり、その後急速に軸方向変形することが推測できた。今後は与条件を変えてその関連を追及し、これを基に適切な補強方法の検討を進める。1.イスタンブール市内の典型的と思われる集合住宅建物を数棟選び、共同研究者のイスタンブール工科大学の研究者とともにその詳細調査、常時微動測定実験および強制振動実験を実施した。また違法建築を含む一般的な建物の立ち入り調査および設計図面の収集をおこなった。これを基に日本の耐震診断法による耐力度の評価・検討を行った。その結果、この方法から得られる建物の耐力度は、国内の1/3程度であると推定された。また固有周期は、日本のそれに比べて一般的に長く、また仕上げに多用される中空レンガモルタル壁は無傷の場合は剛性が高く、地震時にはこれが容易に損傷し、劇的に固有周期が低下するのではないかと推測された。2.1999年コジャエリ地震の被災地域の調査を行い、被災建物の復旧方法の調査と被害原因の検討をおこない、被害結果から建物の崩壊の主因を推定した。その結果、柱部材の破壊形状から、高軸力下の繰り返し荷重により比較的小さい変形角で軸方向の劣化変形が生じ、主因の一つではないかと推定された。国内の既往の研究の調査から、富補強筋の正方形断面の独立柱では、端部の曲げヒンジ形成後の軸方向収縮は微小な層間変形角では極めてわずかであるが、有る限界を超えると著しい軸方向変形を生じた。補強筋が貧弱なトルコの長方形柱では弱軸方向でこれが容易に生ずるのではないかと疑われる。3.被害の状況から、柱の損傷による既存建物の崩壊を防ぐ必要があることが明らかになった。そこで現状の性能を損なうことなく崩壊を防ぐ手段の検討を行い、崩壊を免れた建物の現状調査結果から、壁材料の改良により重量を増加することなく建物の荷重を支えることが適当との結論を得た。近年続けてトルコ共和国国内で起きている地震による鉄筋コンクリート集合住宅の被害は倒壊による大きな人的被害を起こしている。本研究では、トルコ国内の一般的な集合住宅の構造的な静的および動的な特性を検討して建物の持つ耐震性能の把握と共に、日本国内の鉄筋コンクリート建物に比べて容易に倒壊を引き起こす原因を探り、既存建物の補強手法を提案することを目的としている。2000年度は、同国内の建物の振動特性調査を実施し、また日本国内で一般的な耐震診断評価方法の適用を試み、その妥当性とその適性度を検証した。2001年度は、前年度に検証した耐震診断法を本格的に応用して、多くの同国の一般的なRC集合住宅建物の持つ耐震性の検討を実施した。同時に1998年アダナ・ジェイハン地震の被害調査および資料収集結果の分析より、建物の基本性能、耐震性の評価、および倒壊原因の推定を試みた。その結果日本の基準からすれば、基本的な耐震性能が劣ることを定量的に示すことができた。鉛直部材断面について柱以外には鉛直荷重支持能力のあるものは存在せず、また支持床面積に対する柱断面積の比が日本に比べてかなり少ない。さらに強い方向性をもつ断面形状を持つ柱断面より、水平力に抵抗する部材数およびその有効断面積はさらに少ない。前述の地震と1999年コジャエリ地震の建物破壊状況調査より、この異方性断面柱の水平方向変形下での鉛直力支持能力の急激な劣化が推測され、耐震性の評価と同時に、次の段階の急激な破壊の進展についての検討を実施し、これに関する既往の研究の確認作業を行いこの柱の水平変形および軸方向変形性状確認実験の計画を開始した。しかしこれについては同時多発テロの発生によりトルコ側との共同実験計画の実施に支障をきたし、実験は次年度に実施することとなった。

日本に比べて建物が容易に層崩壊あるいは全壊する例が多いトルコ共和国内の一般的なRC集合住宅について、構造特性、耐震性能の日本との比較検討と、崩壊の原因を検討し、同国の建物の補強方法を提案することを目的としている。第1段階として、地震被災建物の被害調査、被災地およびイスタンブール市内の実在建物の詳細調査、設計図書の収集と実際の建物との比較、建物・地盤の常時微動測定による振動特性の調査などを実施した。ここの建物は方向性の強い柱断面を持ち、耐震壁はほとんどなく、外壁、間仕切り壁や腰壁などは中空煉瓦を多用している。また、柱・壁の方向は、構造的考慮は無くデザイン的な理由に支配されている。1998年設計基準が改正されたが既存建物はそれ以前のものが圧倒的に多く、これらを中心に検討した。日本の耐震診断基準を適用した結果、前述の構造特性から耐震性能指標値は極めて低いものが多かった。値が高いものも同基準が前提としている個別の部材特性が異なり、同じ指標値でも現実の性能は大きく異なることが予想でき、日本の診断基準を用いる場合は部材特性を根本的に置換することが必要と思われる。振動調査の結果は、外壁などのモルタルの損傷の有無により大きく性状が異なること、建物の多くが平坦な敷地に建てられておらずねじれ成分が含まれることが明らかとなった。これらの結果に基づいて、建物の崩壊原因の検討に入った。1995、1998、1999年の地震被害の調査結果より、柱の損傷と崩壊状況から、曲げヒンジの生成後不安定となり崩壊に直結したと推定した。そこで実物と同じ材料および構造特性を持つ柱部材の高軸力圧縮下での繰返し曲加力実験を実施した。その結果、帯筋間隔、変形進行速度と柱の安定領域の限界に関連があり、その後急速に軸方向変形することが推測できた。今後は与条件を変えてその関連を追及し、これを基に適切な補強方法の検討を進める。
超音波によるコラーゲン定量に基づくACE阻害の心室リモデリング抑制に関する研究

1.基礎実験成績:音響学的組織性状診断法の問題点を把握するために、ウシ摘出心筋を用いて基礎実験を行った。実験は、心筋の超音波組織性状診断に用いられる後方散乱波強度が、超音波探触子と心筋との距離・角度などの物理的相互関係によって及ぼされる影響について検討した。その結果、心筋からの後方散乱強度は探触子と心筋との距離の変動では有意に変化しなかったが、心筋繊維方向と超音波入射角度、ならびに心筋壁厚の変化に対しては段階的に変化した。この結果は、超音波後方散乱強度を用いて心筋組織性状診断を行う場合には、心臓全体の動きについては無視し得るが、超音波探子触と心筋関心領域との角度は計測毎に一定にしておくべきことが重要であると結論づけられた。2.臨床研究:心不全26例(拡張型心筋症13例、陳旧性心筋梗塞13例)、年齢62【plus-minus】11歳、においてACE阻害剤(エナラプリル5mg/日)の心筋組織性状に対する効果を追跡した。ACE阻害薬中断後3ヵ月目には後方散乱強度は心室中隔においては明らかな変化を示さなかったものの、後壁では平均で7%の有意な増大を示した。さらに、ACE阻害薬投与後4ヵ月目には後方散乱強度は中隔で平均45%、後壁では平均23%の有意な減少を示した。かかる結果から、ACE阻害薬の中断により3ヵ月間でコラーゲンの増生がおこり、心室間質線維の増加が後方散乱強度の増加として検出できる程度に達すること、また、ACE阻害薬投与開始後4ヵ月の時点ではコラーゲンが有意に減少することが明らかとなった。すなわち、ACE阻害薬は心筋壁線維化の進行を予防するのみならず、数ヵ月以内にこれを退縮させる効果のあることが示され1.基礎実験成績:音響学的組織性状診断法の問題点を把握するために、ウシ摘出心筋を用いて基礎実験を行った。すなわち、ACE阻害薬は心筋壁線維化の進行を予防するのみならず、数ヵ月以内にこれを退縮させる効果のあることが示され
GDF5を標的とした変形性関節症モデルマウスの開発

Gdf5遺伝子にミスセンス変異(W408R)を持つM451マウスの肘関節では、早発性に変形性関節症(OA)様の病変が生じることが報告されているが、M451マウスのOAモデル動物としての詳細な評価は実施されてこなかった。我々は、W408R変異をC57BL/6またはSTR/ortマウスに導入したコンジェニック系統を作製した。C57BL/6コンジェニックでは、再現よく肘関節にOA様の病変が確認できた。STR/ortコンジェニックにおけるOA様病変は、STR/ortよりも強い傾向にあった。これらのコンジェニック系統は、新規のOAモデル動物の開発のために有用であると考えられる。GDF5はヒトとマウスの両方で変形性関節症(OA)の発症に関連することが報告されている唯一の遺伝子である。我々はENUミュータジェネシス法によって、GDF5遺伝子にW408Rミスセンス変異を持つM856マウスを同定した。W408R変異タンパクは強力な優性阻害効果を示し、この変異のホモ接合体は肘関節に早発生のOA病態を発症する。しかし、ホモ接合体・ヘテロ接合体とも詳細な病態解析は行われておらず、発症時期、加齢による進行度など不明な点が多く、OAモデル動物としての評価は、十分に行われていない。一方、STR/ortマウスは自然発症のOAモデル動物であり、複数のOAの遺伝要因を持つことが示されているが、これらは未同定のままである。また、OAの発症時期・病態の個体差が大きく、OAモデル動物としての欠点も多い。本研究の目的は、1) GDF5遺伝子のW408R変異によるOAの病態機序を解明すること、および、2)STR/ort遺伝的背景にW408R変異を導入したコンジェニックマウスを作成し、ヒトOAと同じ遺伝要因(GDF5変異)を持ち、且つ病態の再現性に優れたOAモデルマウスを開発することである。H27年度は、W408R変異が影響を及ぼすGDF5シグナル伝達経路、下流遺伝子を同定するために、大腸菌を用いたW408R変異リコンビナントタンパク質の発現系の構築を行った。W408R導入STR/ortコンジェニックマウスの作製については、3世代のコンジェニック化が終了した。大腸菌を用いた野生型GDF5及びW408R変異リコンビナントタンパク質の発現系を構築した。小スケールで精製し、野生型GDF5の生物活性をATDC5細胞におけるALP誘導能で評価した結果、活性を有することを確認できた。また、スピードコンジェニックを行うために、M451マウスの遺伝背景であるC57BL/6とSTR/ortの間で異なる多型を示すDNAマーカーを32個同定した。M856マウスはGDF5遺伝子にW408Rミスセンス変異を持ち、W408Rホモ接合体の肘関節には、早発性に変形性関節症(OA)様の病態が観察される。しかし、ホモ接合体・ヘテロ接合体ともOAの発症時期・加齢による進行度などは不明な点が多く、OAモデル動物としての評価は十分に行われていない。一方、STR/ortマウスは自然発症のOAモデルであり、複数のOAの遺伝要因を持つことが示されているが、これらは未同定のままである。本研究の目的は、1) GDF5のW408R変異により誘発されるOAの病態機序を解明すること、および、2)STR/ort遺伝背景にW408R変異を導入したコンジェニックマウス(Str/ort-W408R系統)を作成し、病態の再現性に優れた新規OAモデルマウスを開発することである。H28年度の実績は下記の通りである。1)C57/BL6の遺伝背景にW408R変異を導入したコンジェニック系統(B6-W408R)を作製し、10週齢時の野生型B6、およびB6-W408Rマウスの肘・膝・手指・足指の関節の組織切片を作製し、病態を観察した(n=10)。その結果、B6-W408R系統(ヘテロ接合体)のほとんどの個体の手指および足指の関節軟骨は変性し、OA様の病態を示したが、肘・膝関節は正常であった。2) STR/ort-W408R系統の作製については、7世代までのコンジェニック化が終了し、組織学的解析を開始した。目的1 (W408R変異によるOA発症機序の解明) :これまでW408Rの変異効果は、C57BL/6とDBA/2を混合した遺伝背景で観察していたが、B6-W408R系統の樹立によって、近交系の遺伝背景で観察することが可能となった。そして、B6-W408R系統の関節病態をある程度明らかにすることができた。目的2(W408R導入STR/ortマウスの作製) : STR/ort-W408R系統の作製については、7世代までのコンジェニック化が終了し、病態解析を開始することができた。GDF5遺伝子はヒトとマウスの両方で変形性関節症(OA)の発症に関連することが報告されている唯一の遺伝子である。私たちが樹立したM856マウスはGDF5遺伝子にミスセンス変異(W408R変異)を持ち、W408R

ホモ接合体の肘関節では、早発性にOA様の病態が発現することを報告したが、OAモデル動物としての評価は詳細に行っていなかった。本研究の目的は、1) C57BL/6の遺伝的背景にW408R変異を導入したコンジェニックマウス系統(B6-W408R)を作製し、詳細な組織学的解析によってOAモデル動物として有用性を判断すること、2)マイクロアレイ解析等を駆使して、関節軟骨におけるGDF5の標的因子を同定すること、3) OAを自然発症するSTR/ortマウスにW408R変異をヘテロ接合で持つコンジェニックマウス(STR/ort-W408R系統)を作製し、OA病態の再現性に優れた新規OAモデル動物を樹立することである。H29年度の実績は下記の通りである。1) B6-W408R系統については、10週齢の肘関節におけるOA病態の有無を詳細に調べた。その結果、W408Rホモ接合体では10個体すべてで関節軟骨破壊、滑膜細胞増生が観察され、B6-W408RのOAモデルとしての有用性が示された。3) STR/ort-W408R系統についてはコンジェニック化が完了し、OA病態の解析を開始した。まだ予備的な段階であるが、STR/ort-W408Rに観察されるOA病態はSTR/ortよりも重度であり、STR/ort-W408R系統は新規OAモデル動物として有用であると考えられた。1)3)の研究目的については順調に進行したが、2)については明確な結果を得ることができなかった。今後はB6-W408R、STR/ort-W408R系統ともに10週齢、6か月年齢時におけるOA病態を明らかにし、論文として発表する予定である。OAモデル動物としての有用性が高ければ、新規OAモデル動物としての特許取得を目指す。Gdf5遺伝子にミスセンス変異(W408R)を持つM451マウスの肘関節では、早発性に変形性関節症(OA)様の病変が生じることが報告されているが、M451マウスのOAモデル動物としての詳細な評価は実施されてこなかった。我々は、W408R変異をC57BL/6またはSTR/ortマウスに導入したコンジェニック系統を作製した。C57BL/6コンジェニックでは、再現よく肘関節にOA様の病変が確認できた。STR/ortコンジェニックにおけるOA様病変は、STR/ortよりも強い傾向にあった。これらのコンジェニック系統は、新規のOAモデル動物の開発のために有用であると考えられる。目的1 (W408R変異によるOA発症機序の解明) :作製した野生型GDF5およびW408Rリコンビナントタンパクをマウス軟骨細胞株ATDC5、または初代培養軟骨細胞に添加し、GDF5下流遺伝子の発現への影響を調べる。またDNAマイクロアレイ法によって、GDF5とW408R変異タンパクを添加した細胞間で、発現量が大きく異なる遺伝子群を同定する。目的2(W408R導入STR/ortマウスの作製) :同定したC57BL/6とSTR/ortの間で異なる多型を示すDNAマーカーを利用したスピードコンジェニック法によって、コンジェニック化を継続する。コンジェニック化の完了後、OAモデル動物としての評価(病理学的評価、血清学的評価、遺伝子発現評価)を開始する。目的2(W408R導入STR/ortマウスの作製) :作製したSTR/ort-W408R系統、STR/ort系統、及び、B6-W408R系統を用いて、OA病態の病理学的評価、血清学的評価、遺伝子発現評価を行う。実験動物学
Direct Conversion誘導基質による臍帯由来細胞からの骨再生法の開発

本年度は、昨年度に引き続き臍帯MSCの骨芽細胞への効果的な分化誘導を目指した培養法の開発を行なったところ、骨形成遺伝子の発現をサポートするmicroRNAの導入と、その下流にあるアクチンの脱重合に関与する遺伝子の発現を増幅するゲル培養による刺激の両方により相互作用的に骨芽細胞分化が亢進することを見出した。また、移植実験においては、このmicroRNAをコードするpDNAを搭載した遺伝子活性化基質による新生骨形成の亢進とそのメカニズムについて一定の知見を得ることができた。そのため、この遺伝子活性化基質にゲル培養後の臍帯MSCを播種することで、生体内で臍帯MSCが容易に骨芽細胞に分化し得るかの検討を実施した。現在移植試料を解析しているところであるが、一定の知見を得ることができれば、このmicroRNAとアクチン脱重合に関わる遺伝子の両方を搭載した遺伝子活性化基質を作製し、その臍帯MSCに対する骨芽細胞分化転換の効率について、さらに解析を進めていく予定である。全体的の進捗としては不十分な部分も多いが、臍帯MSCから骨芽細胞分化を生体内で直接誘導する基質の開発については一定の進展があったため、このように評価した。遺伝子活性化基質に搭載するプラスミドベクターに替えて、自己組織化高分子ナノデバイスによる遺伝子送達技術などを応用することで生体局所での遺伝子導入の効率化を図っていく。また、これらの技術開発に一定の目途が立てば、ヒト臍帯MSCにおける非臨床データの取得を実施していく。本年度は、まずマウスを用いて臍帯MSCの分離・培養から開始した。胎生18日のC57BL/6マウスと取り出し、羊膜を切除後に臍帯を採取し、細断した組織から細胞を分離して、23継代した細胞の特性を解析したところ、MSCの表現型であるCD29, Sca-1陽性、CD11b, CD45陰性の細胞群を得ることができたため、これを臍帯MSCとした。次に、この臍帯MSCの骨芽細胞分化能について、in vitroにおいて評価を行った。ヒト臍帯MSCでは、骨分化誘導が骨髄MSCと比較して困難であることが申請者らの予備実験で示唆されていたので、骨分化培地(dexamethasone+ascorbic-acid+β-glycerophosphate)にBMP2,3,4,5,6,7、VitD、PTH、PDGF-BBなどを組み合わせて添加することで、効果的に骨分化を誘導できる条件を検討した。その結果、様々な条件で骨分化誘導を行っても、培養1週間でのALP活性は骨髄MSCと比較して極めて低く、有効な培養条件を見出すことはできなかった。しかしながら、誘導期間を3週間に延長することで、骨分化培地にBMP2やBMP4、PTHを添加した場合にALP活性の有意な上昇が認められた。現在、得られた臍帯MSCの未分化性についてES特異的マーカーを中心に解析しつつ、上記で得られた骨分化誘導条件を使用して、誘導期間中に変動する遺伝子群の検索をmicroRNAの発現も含めて解析しているところである。今後はその解析結果の中から、導入因子の候補を決定していく予定である。マウスの臍帯MSCにおける骨分化誘導条件をほぼ確立することができたと思われるため、今後遺伝子導入実験を実施に向けて、導入因子の選定作業に順次移行することができると考えられる。本年度は、昨年度に引き続き臍帯MSCの骨芽細胞への分化誘導期間の短縮を目指した培養法の開発を目指して実験を行なった。その結果、コラーゲンゲルを応用して培養を行うと、1週間程度で骨分化マーカーの発現は有意に上昇したため、その期間中に変動する遺伝子群を検索したところ、骨形成性遺伝子のシグナルカスケードの下流に存在し、細胞骨格因子であるアクチンの脱重合に関与する遺伝子の発現上昇が顕著であることを見出した。そのため、臍帯MSCや骨髄MSCの骨分化誘導中のアクチンの脱重合の状態を通常の培養皿とゲル培養とで比較検討したところ、ゲル培養中の臍帯MSCではアクチンの断片化が進むことで骨芽細胞分化の誘導が容易になっていることが示唆された。一方で、骨形成性遺伝子シグナルの発現をサポートするmicroRNAの導入により、骨芽細胞分化を亢進させる条件も見出したため、現在このようなmicroRNAと上記のアクチンの脱重合に関与する遺伝子の相互作用による効果的な骨芽細胞分化の誘導条件をin vitroおよびin vivoの両面から検討を加えているところである。in vivoの実験では、機能が示唆される前記のmicroRNAをアテロコラーゲンをベースにした新規人工骨基質に搭載し、ラットの頭蓋骨欠損部に移植したところ、単独でも骨形成に寄与できる可能性を見出しているので、これを応用することで効率的に臍帯MSCの骨芽細胞への分化転換を生体内で図るストラテジーを検討している最中である。分化転換を図る有効な遺伝子の選定が進展しており、予定どおり遺伝子活性化基質の基質開発にも今年度から着手できると考えているため。

そのため、この遺伝子活性化基質にゲル培養後の臍帯MSCを播種することで、生体内で臍帯MSCが容易に骨芽細胞に分化し得るかの検討を実施した。現在移植試料を解析しているところであるが、一定の知見を得ることができれば、このmicroRNAとアクチン脱重合に関わる遺伝子の両方を搭載した遺伝子活性化基質を作製し、その臍帯MSCに対する骨芽細胞分化転換の効率について、さらに解析を進めていく予定である。全体的の進捗としては不十分な部分も多いが、臍帯MSCから骨芽細胞分化を生体内で直接誘導する基質の開発については一定の進展があったため、このように評価した。臍帯MSCの骨芽細胞分化誘導中の遺伝子解析により、直接転換を導く有望な因子の選定を進めていく。又、遺伝子活性化気質について、有効な基質材料の選定作業も並行して行っていく。遺伝子の選定作業が進んでいるため、今後はin vivoでの遺伝子デリバリーを効果的に図ることのできる基質やベクターの検討を詳細に実施していく。それにより生体内において臍帯MSCの骨芽細胞への直接分化転換を図れるような遺伝子活性化基質を開発できると考えている。遺伝子活性化基質に搭載するプラスミドベクターに替えて、自己組織化高分子ナノデバイスによる遺伝子送達技術などを応用することで生体局所での遺伝子導入の効率化を図っていく。また、これらの技術開発に一定の目途が立てば、ヒト臍帯MSCにおける非臨床データの取得を実施していく。
半導体表面上の希土類元素誘起一次元ナノ構造体の電子状態と相転移現象の研究

Si(111)表面上に1原子層(ML)以下のユーロピウム(Eu)を吸着することによって形成する(擬)一次元ナノ構造体の表面原子構造と表面電子構造、ならびに吸着Euの価数を低速電子線回折と光電子分光を用いて調べた結果、I.Euの吸着量に依存して異なる(擬)一次元構造体が形成されること、II.もっとも小さい吸着量で形成される(3×2)構造体ともっとも大きい吸着量の(2×1)構造体が半導体的な電子状態を有することをもとめ、III.それらの表面原子構造を議論し、IV.中間相である擬一次元(5×4)構造体の表面原子構造モデルを初めて提案し、V.Euの価数に関してはどの構造体でも+2であることをもとめた。不活性電子対の特性を有することから、Si表面上のタリウム(T1)原子は希土類元素と同様の価数転移をすると予測されていた。しかし、光電子分光によりT1の吸着量に依存した内殻準位を測定した結果、Si(111)表面上のTlの6s^2電子が不活性電子対を形成することでどの吸着量においても価数が1+であり、過去の文献に予測されていたような価数転移がないことを報告した。また、1/3MLのT1で形成される(√<3>×√<3>)表面の電子構造を測定し、他のIII族元素と同じ表面周期性を有するにもかかわらず、T1の価数が1価であることに由来して電子構造が異なることを求めた。Si(111)表面上に3価の価数を示す希土類金属のうち、ディスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、ガドリニウム(Gd)やサマリウム(Sm)を吸着させて形成する希土類シリサイド薄膜の、希土類金属の吸着量に依存した表面構造と電子構造・状態調べた結果、希土類のイオン半径に依存した構造・電子状態を有することをもとめた。本年度の研究成果は以下の通りである。本年度はまず、Si(111)表面上に1原子層(ML)以下のユーロピウム(Eu)を吸着することによって形成する(擬)一次元ナノ構造体の表面原子構造と表面電子構造、ならびに吸着Euの価数を低速電子線回折と光電子分光を用いて調べた。その結果、Euの吸着量に依存して異なる(擬)一次元構造体が形成されることを明らかにした。Euの吸着量が1/6MLで擬一次元(3×2)構造体、0.3MLで(5×4)構造体が形成され、Euの吸着量を増やすと一次元(7×1)、(9×1)、(11×1)構造体を形成し、0.5MLで(2×1)構造体を形成した。これらの構造体のうち、もっとも小さい吸着量で形成される(3×2)構造体ともっとも大きい吸着量で形成される(2×1)構造体の電子状態を角度分解光電子分光により測定した。その結果、どちらの表面も半導体的な電子状態を有することと、(3×2)構造体の表面電子構造がSi(111)表面上に1/3MLのアルカリ金属を吸着させることによって形成される一次元(3×1)構造体と酷似していることをもとめた。また、(2×1)構造体の電子状態がSeiwatz構造をとるSi(111)-(2×1)清浄表面の電子状態と似ていることをもとめた。これらの結果とSi 2p内殻光電子分光の結果をもとに、Euによって誘起された(3×2)と(2×1)構造体の表面原子構造を議論するのみでなく、中間相である擬

一次元(5×4)構造体の表面原子構造モデルを初めて提案した。Euの価数に関しては(3×2)、(5×4)と(2×1)構造体で+2であることをもとめた。また、来年度以降に予定している(擬)一次元ナノ構造体の表面原子構造を決定する手法としての光電子回折の有用性を調べるために、Ca吸着によって誘起された(擬)一次元ナノ構造体の原子構造を光電子回折で決定した。本年度の研究成果は以下の通りである。Si(111)表面上に1/6原子層(ML)のイッテルビウム(Yb)を吸着することによって形成するSi(111)-(3×2)疑一次元構造体の価電子帯電子構造、および吸着Ybの価数を光電子分光により調べた。その結果、この表面が半導体的な電子状態を有することのみでなく、価数が2価であり、吸着量が1/6MLであることを報告した。またユーロピウム(Eu)吸着si(111)-(3×2)と同様に、表面電子構造がSi(111)表面上に1/3MLのアルカリ金属を吸着させることによって形成される一次元(3×1)構造体と酷似していることも報告した。EuによってSi(111)表面に誘起される疑一次元構造体シリーズのうち、角度分解光電子分光を用いて中間相である擬一次元(5×4)構造体の価電子帯電子構造を初めて測定した。その結果、Si(111)-(5×4)疑一次元構造体が半導体的な電子状態を有することと、この構造体の表面電子構造がsi(111)表面上に1/6MLのEuを吸着させることによって形成される擬一次元(3×2)構造体と、1/2MLのEu吸着によって形成される一次元(2×1)構造体の電子構造を合わせたものであることを報告した。不活性電子対の特性を有することから、Si表面上のタリウム(Tl)原子は希土類元素と同様の価数転移をすると予測されていた。しかし、光電子分光によりTlの吸着量に依存した内殻準位を測定した結果、Si(111)表面上のTlの6s^2電子が不活性電子対を形成することでどの吸着量においても価数が1+であり、過去の文献に予測されていたような価数転移がないことを報告した。Si(111)表面上に3価の価数を示す希土類金属のうち,ディスプロシウム(Dy),ホルミウム(Ho),ガドリニウム(Gd)やサマリウム(Sm)を吸着させて形成する希土類シリサイド薄膜の,希土類金属の吸着量に依存した表面構造と電子構造、状態に関する知見を得ることを目的に光電子分光を中心とした測定を行った。その結果希土類金属の吸着量が1原子層(ML)の時に作製されるシリサイドの表面構造が希土類のイオン半径によって異なし,大きなイオン半径を有するDyやSmでは格子不整合に起因する複雑な再構成表面を示し,小さなイオン半径を有するDyやHoでは(2√3×2√3)構造を示すことを明らかにした。電子構造に関しては,すべての表面で半金属的な非常に似ているものを有することを観測した。また電子構造の周期性が(1×1)であることから,シリコンと希土類金属の相互作用がイオン的であると結論した。膜厚が5ML以上の希土類シリサイドは(√3×√3)構造をとり,電子構造が半金属的あることももとめた。不活性電子対の特性を有することから,希土類元素と同様の価数転移が予想されていたタリウム(Tl)吸着Si(111)表面のうち,吸着量が1/3MLで形成される(√3×√3)表面の電子構造をもとめた。その結果,他のIII族元素と同じ表面周期性を有するにもかかわらず,Tlの価数が1価であることに由来し,電子構造が異なることを求めた。重元素であるビスマス(Bi)吸着Si(111)表面を基板として用いることにより有機分子単結晶薄膜を作製し,有機分子単結晶の最高占有分子軌道の電子構造を初めて観測するとともに,電荷移動メカニズムに関する知見を得た。
楕円曲線とArithmetic Geometryの研究・応用

以前の研究で,素数レベルの主合同分群Γ(P)に付随する保型関数体ではKlein formから構成される保型関数X_2(τ),X_3(τ)で生成されることを示し,P=7,11のときにX_3(τ)は環Z[X_2(τ)]上整なることを得た。この事実はすべてのPに対して成立することを予想していた。本研究のmodular曲線のヤコビアンの研究分野では,この予想を証明した。これからΓ(P)に付随するmodular曲線X(P)の整係数特異モデルの方程式が得られる。X(P)の有理点はある種の楕円曲線のmoduli spaceとみなせるので,得られた方程式の性質を調べることにより,楕円曲線のArithmeticは性質が分かる。この結果は現在投稿中である。引き続き,この方程式の特異点,ある位置に現われる特別な性質をもった係数の意味,素数を法としたreductionの様子等を調べるために,これらを計算するalgorithm,programを作製,改良を行い,X(P)の研究を行っている。又素数コンダクターをもつ有理数体上の楕円曲線,Hecke群Γ_0(P)のJacobianから出てくる低次元アーベル多様体についてのデータを得るために,Mestreのグラフメソードに基づくアルゴリズムを数式処理システム“pans"上でプログラム化し,できるだけ大なる素数の範囲まで調べている。これに関連し,L-関数と保型関数の研究では,標数2の局所体上のGL_2のsuper-cuspidal表現の指標を完全決定する成果を挙げた。特にレベルが2巾なるcusp formsへのヘッケ作用素の作用が完全にわかる。elliptic cohomologyについての研究では,elliptic cohomologyのcohomology作用素の双対概念であるhomology作用素を表現するgroupoidについての一結果,及びHopf空間の一種であるHarper torsion moleculeの,elliptic comohologyを支配するコボルリズムに関するHurwitzの準同型を完全に決定する等の結果を得た。
植物「立ち聞き」(揮発性化合物感応)分子機構の解析-新規植物化学調節物質へ-

シロイヌナズナ葉を(E)-2-ヘキセナール処理すると、NADPHオキシダーゼ特異的に過酸化水素の蓄積がおこり、これが引き金となって細胞膜カルシウムチャネルが開口し、カルシウムイオンの流入が引き起こされることを明らかとした。その後、還元型グルタチオン量が一過的に減少し、こうした一連の応答が防御遺伝子誘導につながることが示唆された。またメチルビニルケトンなどのα,β-不飽和カルボニル化合物が同様の機構で植物をプライミングすることが示され、新規植物化学調節物質としての可能性を提唱することができたシロイヌナズナ葉を(E)-2-ヘキセナール処理すると、NADPHオキシダーゼ特異的に過酸化水素の蓄積がおこり、これが引き金となって細胞膜カルシウムチャネルが開口し、カルシウムイオンの流入が引き起こされることを明らかとした。またメチルビニルケトンなどのα,β-不飽和カルボニル化合物が同様の機構で植物をプライミングすることが示され、新規植物化学調節物質としての可能性を提唱することができた植物は揮発性化合物の組成と量を媒体として生態系に語りかけている。植物はその周りの植物から放たれた揮発性化合物を知覚し、その中から情報を抽出し、予め防御体制を整えておくことが可能である(立ち聞き)。本研究では植物「立ち聞き」の分子機構全容の解明を目指し、申請者が「立ち聞き」への関与を証明したC6-化合物をターゲットとしてまず、受容体、あるいは受容機構の解明、活性化される信号伝達経路の解明を目的とする。また、「立ち聞き」の分子機構を基盤とした新発想に基づく植物化学調節物質のデザイン、あるいは生態系調節手法の開発を目指す。(1)受容体、あるいは受容機構の解明(a)レポーターアッセイ系の確立と応答の構造活性相関の確立(松井)C6-化合物で誘導されるカルコン合成酵素(CHS)等の遺伝子プロモーターにβ-グルクロニダーゼ(GUS)遺伝子を融合したキメラ遺伝子を植物培養細胞に導入した。このレポーターアッセイ系を用いて揮発性化合物による応答を検討したところ表皮組織でその応答が著しいことが明らかとなった。(2)活性化される信号伝達経路の解明(a)揮発性化合物曝露後のレドックス状態の解析(小川、松井)植物がC6-化合物に曝されるとグルタチオン量などが変化し、遺伝子誘導を導くと考えられる。そこでHPLCにより総グルタチオン量、酸化型/還元型比を解析したが、その量、比に大きな変動は見られなかった。そこで揮発性化合物とグルタチオンのアダクトの定量を進めている。(b)細胞レドックス状態を制御する活性酸素種生成様式の解析(松井)C6-化合物が活性化する信号伝達経路はH_2O_2生成を伴うと考えられる。化学発光法(ルミノメーターを現有)によるH_2O_2定量では植物の状態によってH_2_2生成量が異なることが明らかとなった。現在H_2O_2生成と防御遺伝子誘導の相関付けを急いでいる。植物は揮発性化合物の組成と量を媒体として生態系に語りかけている。19年度は植物が揮発性シグナルを受容した際に植物細胞内で遺伝子誘導へ至る信号伝達系の二次メッセンジャーの関与について検討した。揮発成分処理したシロイヌナズナ葉で過酸化水素が生成蓄積することをジアミノベンジジン染色により明らかにした。この過酸化水素生成にはNADPHオキシダーゼが部分的に関与していた。また、アポエクオリン発現シロイヌナズナを用いた検討により(E)-2-ヘキセナール処理した葉では細胞外カルシウムの流入が促進されることが示された。ただし、いずれの場合もこうした二次メッセンジャーの蓄積には比較的高濃度の揮発性化合物処理が必要であり、野外生態系での立ち聞き現象にこうした二次メッセンジャーが関与している可能性についてはより詳細な検討が必要である。一方、揮発性化合物処理したシロイヌナズナ葉で還元型グルタチオンが一過的に減少することが明らかとなった。ただ、この現象により応答反応が誘導される可能性については更に検討する必要がある。(E)-2-ヘキセナールなどの不飽和カルボニル化合物は生体内でグルタチオンと容易に反応してアダクトを作る。こうしたアダクト生成の寄与について検討するためHPLCを用いた簡便なグルタチオンアダクト検出システムを確立した。植物はストレスを受けると揮発性化合物を生成・放散する。こうした揮発性化合物を受容した近隣の健全植物は同じストレスが身近に迫っていると認識し、防御応答を誘導する。本研究ではこの揮発性化合物受容の分子機構を明らかにすることを目的とした。

揮発性化合物受容機構の検討では無傷植物が(Z)-3-ヘキセナールを受容すると一部は気孔から、一部は葉組織全体から浸潤して体内に取り込まれ、直ちに(Z)-3-ヘキセノールヘと変換された。また、取り込まれた(Z)-3-ヘキセナールの一部は酸化されて4-ヒドロキシー(E)-2-ヘキセナール(HHE)へと変換されることを見いだした。HHEは酸化ストレスを受けたほ乳動物細胞で生成され、Keap1系を通じて防御遺伝子誘導を促進することが知られており、植物でもHHEが防御遺伝子誘導物質である可能性が示唆された。(E)-2-ヘキセナールと同様にα,β-不飽和カルボニル構造を持つメチルビニルケトンも同様の防御遺伝子誘導活性を示し、灰色かび病菌への耐性を付与することを認めた。このとき、グルタチオンS-トランスフェラーゼをレポーター遺伝子とすると、その誘導がプライミングされていることが示された。また、モデル植物としてリママメ、トマトを用い、葉ダニ食害を受けたリママメから放散される揮発性化合物に曝露された無傷リママメがキチナーゼタンパク質を誘導し、葉ダニへの抵抗性を獲得して葉ダニの産卵数を減少させること、ハスモンヨトウ幼虫食害特異的なトマト揮発性化合物が健全トマトのプロテアーゼ活性を高め、ハスモンヨトウ幼虫への抵抗性を高めていることを明らかにした。トマトの系ではプロテアーゼ活性の上昇は実際の食害後にのみ見られるため、プライミングを受けていると考えられた。一方で、揮発性化合物受容後の信号伝達経路にグルタチオンが関与していることが認められたが、揮発性化合物処理では細胞内グルタチオン酸化還元レベルはほとんど変化していなかった。
新世代不斉求核触媒の開発

我々は4-ピロリジノピリジン(PPY)を基本骨格とする不斉求核触媒を既に開発し、本触媒がラセミ体アミノアルコールのアシル化による速度論的分割で高いエナンチオ選択性を示すことを既に見出している。本年度はL-グルタミン酸を出発物質としてピロリジン環2位と5位に2つの官能基側鎖を持つC_2-対称PPY型不斉求核触媒の合成ルートを確立した。L-グルタミン酸-ジ-t-ブチルと4-ブロモピリジンを縮合させ、エステルの加水分解、酸クロリド法による環化、アミドカルボニル基の選択的還元、シアニドの付加、加水分解を経て、ピロリジン環の2位と5位にカルボキシル基をトランス配置で持つ光学活性ピロリジノピリジンを合成にはじめて成功した。ピロリジン環2位と5位のカルボキシル基には任意の官能基導入が可能である。合計12種類のアミノ酸エステル、アミン類を常法により簡便に縮合し、2つの官能基側鎖を持つC_2-対称PPY型不斉求核触媒のライブラリーを構築した。この触媒群を用い、メソ-1、2及び1、3-ジオールの不斉非対称化を行なった。シクロヘキサン-1、2-ジオールでは最高99% eeで、ブタン-1、2-ジオールでは93% eeで不斉非対称化が進行した。これらの不斉アシル化には官能基側鎖の芳香環が必須ではないことがわかった。触媒構造と反応の選択性の相関を精査した結果、基質の水酸基と触媒の2位及び5位のアミドカルボニル基との水素結合が選択性発現に重要な役割を担うことがわかった。本年度は4-ヒドロキシ-L-プロリンを出発物質としてピロリジン環2位と4位に2つの官能基側鎖を持つPPY型不斉求核触媒の合成ルートを確立した。この触媒ライブラリーを用い、メソ-1、2及び1、3-ジオールの不斉非対称化を行なった。その結果、4位の官能基側鎖がジオールのアシル化の化学種選択性とエナンチオ選択性の両方に影響を及ぼすことがわかった。不斉アシル化反応の反応機構を検討した結果、2位にL-トリプトファン由来の側鎖を持つ不斉求核触媒から生成するアシルピリジニウム中間体では、アシルピリジニウムのピリジン環とトリプトファンのインドール環がface-to-face型のπ-π相互作用をした構造をとり、これが不斉アシル化に重要な役割を果たすことがわかった。ピロリジン環4位の官能基側鎖が触媒の基質特異性制御に有効に作用することがわかった。一方、分子モデリングからはピロリジン環2位と5位に2つの官能基側鎖を持つPPY型不斉求核触媒ではより有効な基質特異性の制御が可能と推定された。本化合物はこれまで合成が困難であったが、本年度はこの合成ルートを検討した。L-ピログルタミン酸と4-ブロモピリジンを縮合させ、アミドカルボニル基の還元、シアニドの付加、加水分解を経て、ピロリジン環の2位と5位にカルボキシル基をトランス配置で持つ光学活性ピロリジノピリジンの合成に成功した。