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高圧処理による食品素材の機能性富化とその分子機構の解明

高圧処理による農作物の新規二次代謝反応の誘導は、遺伝子組換えを介さない農作物の高付加価値化手法であり、これは食品素材の内部組織が破壊されて酵素と基質との会合が容易となることによりみかけ上反応が促進することに起因する。スプラウト試料に対して高圧処理を施し、除圧後保存すると、遊離アミノ酸が増加することを確認した。また、高圧処理を施した緑豆スプラウトを4°Cで保存すると青色色素が生成することを見出した。このように、植物の生理的状態に応じて適切な生育段階で高圧処理を施すことによって潜在的な二次代謝反応をactiveになる現象が一般的であることが示された。生物素材内では、高圧処理によって細胞組織の損傷と酵素タンパク質の状態変化が起こる。細胞組織の損傷は、生物組織内部の物質移動を促進するとともに、生体内代謝系の調節を司っていた細胞内小器官の機能破壊を併発する。従って、細胞組織は損傷するが酵素タンパク質はそれほど変性しない圧力処理条件を選べば、圧力に比較的弱い一部の酵素が失活する影響も加わって、通常とは異なる酵素反応経路が働き始め、新しい有益な二次代謝産物が生成することが期待できる。これが、「潜在的二次代謝反応」の発現である。食品への高圧利用に関する知見が蓄積される中で、高圧処理米を炊飯した場合、通常の米飯では組織構造が一種の「箍」のような役割を果たすために短軸方向への膨潤が抑制され、結果的に長軸方向にのみ膨潤して細長くなるのに対し、高圧処理した米では組織構造が破壊されたため、白米と同じ形状を保ったまま等方的に膨潤することが知られていた。このような高圧によって組織破壊が起こる一方で、玄米に高圧処理を施した後適度な温度条件で保持すると酵素反応が進行してγ-アミノ酪酸(GABA)が増えるという予測のもとに、実験を進めGABAが増加する条件を見出した。このような、高圧処理によって生物素材に新しい特性が顕在化する様子は、まさに「形質転換」であり、このような現象を「High-Pressure Induced Transformation(Hi-Pit)」と呼ぶことを提唱するに至った。植物は種子から生長し成体となる。故に、発芽直後のスプラウトにおいては酵素活性が高く、かつ内部組織が脆弱と考えられる。従って、本研究で検討しようとしている高圧効果を応用するに適した試料と思われた。そこで、緑豆もやしを栽培し、酵素活性が高いと考えられる栽培中期のもやしを収穫し、収穫直後の試料に対して高圧処理を施し、遊離アミノ酸の生成挙動等についてその圧力依存性を検討した。高圧処理を施してから除圧後保存すると、遊離アミノ酸が増加する傾向が認められた。並行して、モデル食品として低脂肪豆乳中に乳酸菌を懸濁させたゲル状食品を調製し、高圧処理の効果を検証した。このゲル状食品は、タンパク質を主成分とした連続相に内部に酵素を保持した乳酸菌が分散している系であり、組織内に分散した分散質が破壊されることによってタンパク質の分解が始まる。このようなモデル食品においても分散した乳酸菌が高圧処理によって細胞膜が破壊され内在するタンパク質分解酵素によって連続相にあるタンパク質が分解され遊離アミノ酸が増加する傾向が認められた。以上の結果から、高圧処理によって農作物・食品を高付加価値化させることが可能であることが示された。試料として緑豆もやしを選び、吸水開始時から70時間後の発芽したもやしを収穫し、皮を取り除き重量を測定した。緑豆もやしを酸素非透過性包材に入れ減圧シールした。これに200MPaまたは400MPaの高圧処理を施した。遊離アミノ酸を測定したところ、経時的に増加した。吸水開始時から140時間後のスプラウトにおいては、高圧処理を施しても除圧後において遊離アミノ酸がそれほど増加しなかったことから、酵素反応が関与していることが示唆された。乳酸菌においても内在するタンパク質分解酵素の作用が促進する結果を得た。このように、高圧処理による農産物の高付加価値化に対して酵素反応を活用する方途が確立された。高圧処理による農作物の新規二次代謝反応の誘導は、遺伝子組換えを介さない農作物の高付加価値化手法ということができる。近年、我が国においても様々な植物がスプラウトの状態で食されることが多くなった。スプラウト(発芽野菜)は酵素活性が高く、かつ内部組織が脆弱と考えられるため、内部組織を破壊することによってユニークな二次代謝反応を誘導する対象として緑豆スプラウトを選んだ。昨年度は、酵素活性が高いと考えられる栽培段階にもやし試料に対して高圧処理を施し、除圧後保存すると、遊離アミノ酸が増加することを確認した。本年度は、さらに実験を進め、400MPaの高圧処理を施した緑豆スプラウトを4°Cで保存した場合、4日後スプラウトの種子の部分に青色色素が生成することを見出した。200MPaの高圧処理を施した試料及び未処理の試料では4°C、4日間保存しても青色色素の生成が認められなかった。以上の結果から、青色色素の生成は圧力依存的であり、通常の条件では進行しない酵素反応が高圧処理によって誘導されたことが示された。先行研究においても、カブに200MPa以上の高圧処理を施し4°Cで保存することで青色色素が生成することが報告されている。

このように、植物の生理的状態に応じて適切な生育段階で高圧処理を施すことによって潜在的な二次代謝反応をactiveになる現象が普遍的であることが示された。植物を食品素材として用いる場合のみならず、有効な生理活性成分を増加させる系としても有効と考えられた。高圧処理による農作物の新規二次代謝反応の誘導は、遺伝子組換えを介さない農作物の高付加価値化手法であり、これは食品素材の内部組織が破壊されて酵素と基質との会合が容易となることによりみかけ上反応が促進することに起因する。スプラウト試料に対して高圧処理を施し、除圧後保存すると、遊離アミノ酸が増加することを確認した。また、高圧処理を施した緑豆スプラウトを4°Cで保存すると青色色素が生成することを見出した。このように、植物の生理的状態に応じて適切な生育段階で高圧処理を施すことによって潜在的な二次代謝反応をactiveになる現象が一般的であることが示された。高圧処理により、食材の内部組織が破壊されて酵素と基質との会合が容易になると見かけ上酵素反応が促進する。このように食材のセル構造の変換に起因して起こる形質転換によって、機能性成分の富化が可能となる。細胞の破壊の程度を誘電率測定で把握し、高圧処理前、高圧処理後、除圧して保存した過程のそれぞれの段階において、成分分析を行い、生理活性成分の増加を確認した。農産物に含まれる生体成分は、高圧処理後の保存中に多様に変化すると考えられる。継続的に保存中における二次代謝物の変化の把握を続け、高付加価値化の方法論を確立する。農芸化学高圧処理を施した農産物を破砕した後メタノールあるいは酢酸エチルを用いて抽出した低分子の抽出物について、網羅的解析を試みる。このようにして、反応生成物の生成過程を解析し高圧処理の効果を評価する。高圧処理を施した農産物の持つ各種成分は、高圧処理後の保存中に単調に増加あるいは減少するばかりではなく、極大をもつ可能性もある。このように保存中における生成物の変化を把握する。試薬購入にあたり研究上問題の無い範囲でより安価なものを選ぶように努めている。また、無駄を減らすように努めたことによって、次年度使用額が生じた。研究に必要な試薬のほとんどについては研究室ストックを有していたので、研究開始にあたってはまずストックの試薬を使うこととし、また、無駄を減らすように努めたことによって、新規の試薬購入を抑制することができたため、次年度使用額が生じた。これまで同様無駄を減らす努力を継続するが、必要な試薬は必要に応じて購入する。最終年度となるため、外部発表に努め英文校閲や投稿料等の支出に充当する計画である。研究室ストックがほぼ無くなったため、今後は研究遂行に伴い試薬を新規購入する予定である。これまで同様無駄を減らす努力を継続するとともに、試薬購入に当たっては研究上問題の無い範囲でより安価なものを選ぶように努める。
オーキシン応答性遺伝子の発現を制御する転写因子の単離・構造解析

イネ科植物根圏に棲息する窒素固定細菌は、窒素固定を行うだけでなく、インドール-3-酢酸(IAA)などの植物ホルモンを生産して植物の生長を促進する。そのような窒素固定細菌の一種であるA.lipoferum FSにおいて、IAA生合成の鍵酵素であるインドール-3-ピルビン酸デカルボキシラーゼの遺伝子(ipdC)のプロモーター領域近傍のinverted repeat sequence(IRS)に結合する2種のタンパク質の存在が示された。それらのうち、一方はオーキシンの添加の有無に関わらず結合能を有し、もう一方はオーキシンの存在下で結合能を失うことが明らかになっており、ipdCの発現がオーキシン依存性と非依存性の2種のDNA結合タンパク質(転写因子)によって制御されていると考えられる。そこで、本研究では、これら2種の転写因子をコードする遺伝子の単離を目的とした。A.lipoferum FSを大量培養し、得られた菌体の抽出液から、IRSとの結合活性を指標にして、陰イオン交換、アフィニティクロマトグラフィー、ゲル濾過クロマトグラフィーによって精製したところ、複数のIRS結合タンパク質の候補が得られた。そこで、UVクロスリンキング法により、さらに候補の絞込みを行った。現在、その有力候補のN末端及び内部アミノ酸配列の決定を試みている。一方、ipdC 5'上流域とレポーターのβ-glucuronidaseの融合遺伝子をA.lipoferum FSに導入した形質転換体を用いたレポータージーンアッセイを行ったところ、オーキシンによってipdC遺伝子の発現が誘導されるというA.brasilense Sp245と同様の結果が得られた。現在、より詳細なシスエレメントの解析を行っている。Azospirllum属細菌は、植物根圏に生息し窒素固定を行うだけでなく、インドール-3-酢酸(IAA)などの植物ホルモンを生産して植物の生長を促進する。A.lipoferum FSにおいては、IAA生合成の鍵酵素であるインドール-3-ピルビン酸デカルボキシラーゼ(IPDC)の遺伝子の5'上流のプロモーター領域近傍のinverted repeat sequence(IRS)に結合する2種のタンパク質の存在が示されたが、それらのうち、一方はオーキシンの添加の有無に関わらず結合能を有し、もう一方はオーキシンの存在下で緒合能を失うことが明らかになっている。以上の事実は、ipdCの発現がオー午シン依存性と非依存性の2種のDNA結合タンパク質(転写因子)によって制御されていることを示している。A. lipoferum大量培養し、得られた菌体の1抽出液から、IRSとの緒合活性を指標にして、陰イオン交換、ゲル濾過クロマトグラフィーによって精製した後、アフィニティークロマトグラフィーを行った。その結果、IRS結合タンパク質候補として、数種のタンパク質が得られたため、現在、それらの部分アミノ酸配列の決定を試みている。一方、A.lipoferum FSときわめて相同性の高いipdC遺伝子を有しているA.brasilenseSp.245の菌体抽出物から同様の精製方法によりIRSに結合するタンパク質の単離に成功した。現在、当該タンパク質のアミノ酸配列の解析を行っている。また、ipdC5'上流域とレポーターのβ-glucuronidaseの融合遺伝子をA. lipoferum FSに導入した組換え体の作製に成功した。この組換え体を用いてiopdC遺伝子の詳細な発現解析も行う予定である。
既設構造物対応の経済的なハイブリット型液状化対策（地中連続壁・排水工法）の開発

本研究では既設小規模構造物にも経済的に適用可能な液状化対策工法として,小規模な地中連続壁と安価な排水工法を組み合わせたハイブリッド型液状化対策を開発する.本研究で対象とする地中連続壁は従来のように液状化を完全に防止するのではなく,あえて液状化の発生を許容することで小規模な改良範囲にとどめ,それにより小型施工機による施工を可能にすることで既設構造物への適用性,経済性を向上させる.一方で,小規模な地中連続壁に安価な排水工法を併用することで液状化地盤の流動性を低減させ,効率的・経済的に液状化被害を低減する.本研究では既設小規模構造物にも経済的に適用可能な液状化対策工法として,小規模な地中連続壁と安価な排水工法を組み合わせたハイブリッド型液状化対策を開発する.本研究で対象とする地中連続壁は従来のように液状化を完全に防止するのではなく,あえて液状化の発生を許容することで小規模な改良範囲にとどめ,それにより小型施工機による施工を可能にすることで既設構造物への適用性,経済性を向上させる.一方で,小規模な地中連続壁に安価な排水工法を併用することで液状化地盤の流動性を低減させ,効率的・経済的に液状化被害を低減する.
経皮的超音波

周波数7.5MHzの探触子を用いて経腹的超音波断層法による膀胱壁厚測定をもとに、膀胱重量測定という簡便かつ無侵襲の新しい膀胱機能検査法を開発した。まず実験的検討として、剖検で得られた成人男子10例(2590歳、平均67歳)の膀胱を用いて膀胱壁厚の超音波計測を施行した。膀胱が球体に近似されるものと仮定し、超音波による膀胱壁厚測定をもとに算出した膀胱重量と、実際に計測した膀胱の重量との間で比較を行ったところ両者の間に有意な相関が認められた。実験的検討の結果をもとに、膀胱内容量により変化しないパラ-メータである膀胱重量の臨床的検査法を確立した。次に実際に50歳以上の男子104例(5089歳,平均69歳)に膀胱重量測定を施行した。その結果、下部尿路閉塞が認められる症例の膀胱重量は下部尿路が認められない症例や正常コントロールのそれと比較し有意に大きい値を示した。さらに前立腺肥大症5例の術後の経過において膀胱重量の低下が認められた。以上により、膀胱重量は下部尿路閉塞に伴う排尿筋の代償性変化を定量的にあらわし、下部尿路閉塞の存在診断およびその程度の診断、前立腺肥大症の治療効果のモニタリングに有用と考えられた。まず、膀胱壁厚測定方法を、以下のように確立した。患者の膀胱が充満した状態で、超音波診断装置に接続した7.5MHzのリニアプローブ(設備備品費で購入)を用いて、恥骨上から膀胱前壁の超音波断層像を描出し、膀胱壁の厚さを測定する。その後、排尿もしくは導尿により、膀胱内の尿量を測定する。膀胱壁の厚さは膀胱内尿量により変化するため、膀胱を球体にシュミレーションし、膀胱壁厚と膀胱内尿量から膀胱壁体積を算出することにより検査結果を標準化する。膀胱壁の比重がほぼ1であるので、求められた近似的膀胱重量を、臨床的パラメータとして用いることが適切であることが明らかになった。さらに部検で得られたヒト膀胱10例を用いた基礎的検討から、膀胱壁の厚みはどの部位でもほぼ同じであることが確認された。次に、正常例および前立腺肥大症症例に対し実際の測定を施行し、臨床的意義についての検討を開始した。対象は当施設において経直腸的超音波断層法で前立腺肥大症と診断された56例と、正常(排尿障害がなく、神経因性膀胱や下部尿路疾患のない病院コントロール)42例とした。正常群の膀胱重量は、25.5±5.6g(平均±標準偏差)、前立腺肥大症の膀胱重量は47.2±16.2gと、両群間に有意差が認められた。また膀胱重量が35.0g未満の場合には、50例中42例が正常例であるのに対し、35.0g以上の場合には、48例全例が前立腺肥大症であった。以上のことから、膀胱重量測定は、前立腺肥大症などの下部尿路閉塞の有無を予想する上で極めて有用であることが明らかになった。今後さらに他の臨床的パラメータとの整合性について検討を要する。周波数7.5MHzの深触子を用いた経腹的超音波断層法による膀胱壁厚測定をもとに、膀胱重量測定という簡便かつ無侵襲の新しい膀胱機能検査法を開発した。まず実験的検討として、剖検で得られた成人男子10例(2590歳、平均67歳)の膀胱を用いて膀胱壁厚の超音波波計測を施行した。

以上により、膀胱重量は下部尿路閉塞に伴う排尿筋の代償性変化を定量的にあらわし、下部尿路閉塞の存在診断およびその程度の診断、前立腺肥大症の治療効果のモニタリングに有用と考えられた。
合成開口レーダシステムによる地下構造の可視化精度の画期的向上

従来,レーダの反射を利用して,地層の境界面の位置や形状を把握するのが地中レーダ探査の主な目的である。さらに地下探査精度を向上させるためには,このような幾何情報のみでなく,地下物質の物性に関した媒質定数(誘電率,導電率,透磁率など)を推定し,物質を同定できることが望まれる。しかしながら,地下の物性分布や地層境界の形状に関する不均質は特に大きく,従来の一つの偏波を用いた反射型の地中レーダでは地下の物性までは把握できない。そこで本研究では,地下構造の可視化精度の向上を目的とし,前年度に引き続いて,レーダの反射と透過の両方を計測でき,さらに合成開口レーダシステムのように偏波も考慮できるという機器の開発を行った。これを管渠側面に形成される地下水面の下の空洞を捕捉するという問題に適用した。本機器では送信アンテナと受信アンテナを分離し,地表から送信したレーダを地下で受信できる。これから透過型地中レーダによれば,反射型に比べてレーダの伝播距離が約半分になることに利点がある。これによりレーダの受信強度が増加し,探査可能な距離範囲が約2倍になり,地下構造の解明に貢献できる。開発機器の有用性を検証するために,大型水槽モデルを作製し,これに砂を満たすとともに塩ビ管とヒューム管の2種類の管渠を埋設し,その上部に空洞設けた。その後,注水することで,これらの管渠が地下水面以下,すなわち帯水層内に存在するという状態を模擬した。基礎実験の結果,減衰が大きい帯水層内でも送信信号を検出でき,空洞の存在が把握できることがわかった。また,測定を妨げる要因として考えられる鉄筋を含むヒューム管においても,その上部の空洞が検出できた。さらに,TE波とTM波の反射率の相違を利用すれば各層の誘電率が妥当に求められることも明らかになった。ゆえに,本開発機器は汎用的であり,透過型地中レーダの有用性が実証できた。従来の地中レーダ探査では,レーダの送受信の関係において偏波を考慮しておらず,地層の境界面の深度分布は把握できるが,地下の代表的な物性である誘電率に関する情報は得られない。地層の境界面の形状とともに誘電率分布を探査できれば,地表下浅部の堆積構造,活断層の形態,地層の種類(砂礫質,粘土質など)という構造と物性が同時に明らかになり,地下構造の可視化精度を大きく向上させられる。そこで,本研究では地中レーダ探査に偏波を応用するための基本システムを試作し,システムの特性把握と有用性検証のための基礎実験を行った。また,フレネルの反射理論に基づいて,多層構造における反射率と誘電率の関係式を導き,偏波特性を用いれば各地層の誘電率が算出できることを明らかにした。本研究で得られた主な成果を纏めると以下の3点である。1.深度方向に誘電率が増加する地層モデル,逆に減少する地層モデルなど,種々の誘電率のパターンに対してTEモードとTMモードでの反射率を計算でき,両モードでの反射率の相違を明らかにできた。また,この相違を利用して各層の誘電率を求める式が導出できた。2.送受信アンテナの配置関係によりTE波とTM波が発生し,同二境界面からの反射波の振幅が異なることが確認できた。また,本作成装置におけるレーダの遅延時間は7.0×10^<-9>sであり,これをデータ解析で考慮する必要があることがわかった。3.地層構造が可視化できる建設現場に本装置を適用し,地層の境界面の深度を推定したところ実際の深度に近い結果が得られた。また,TE波とTM波の反射率の相違を利用して計算できた各層の誘電率は妥当な値であることがわかり,本システムの有効性が検証できた。

さらに,TE波とTM波の反射率の相違を利用すれば各層の誘電率が妥当に求められることも明らかになった。ゆえに,本開発機器は汎用的であり,透過型地中レーダの有用性が実証できた。
経時的な変化に着目した一般廃棄焼却灰の液状化特性に関する研究

焼却灰を有形のまま地盤材料として有効利用する場合、(1)路盤材(2)管路の埋め戻し材及び(3)裏込め材が主として考えられる。また、化学・鉱物学的に十分に安定化させた焼却灰については、盛土材への適用が想定される。一方、海面埋立用材としての有効利用の場合は、特に焼却灰が緩く堆積し、地下水位が高い地盤を形成する。本研究では、焼却灰が利用される地盤環境を想定した養生方法によって一定期間の養生を行って供試体の作成を行った。焼却灰の力学特性は、土質力学試験に準拠して行い、地盤材料としての焼却灰が置かれる環境と養生期間に着目して考察を行った。研究2年目となる本年度は、特に焼却灰中に経時的に発生する固結力のメカニズムに着目し、溶質試験、X線回折、SEMなどのデータからも検討を行った。その結果、次のようなことが明らかになった。(1)焼却灰は、締固め・CBR特性によって地盤材料として有効利用できることが分かった。(2)一軸圧縮搬は、乾燥、気中養生において、養生日数とともに強度増加を示した。これは供試体に生じる(1)無機塩類の析出、(2)水和反応(3)ポゾラン反応等による固結力の発生が原因と考えられる。特に含水比の低下に伴う無機塩類の析出は焼却灰の骨格構造の形成に大きな影響を及ぼすことが示された。したがって、養生方法の違い、すなわち含水比の変化によって、経時的に発生する固結力が異なることが明らかになった。これに伴い、焼却灰地盤の浅膚部、すなわち低拘束圧域において液状化強度に影響を及ぼすことが示された。(3)排水三軸せん断試験により、低拘束圧時において焼却灰の強度・変形特性に養生方法の違いによる影響が現れた。しかし、拘束圧の増加とともに養生方法に関係なく、供試体は強度低下が生じ、収縮挙動を示すことが分った。また、拘束圧の増加に伴って、供試体内に生じている固結力が消失することも明らかになった。また、この傾向は圧密降伏応力以降に見られることも示された。(4)焼却灰の有効利用を考える場合、焼却灰が置かれる地盤環境を十分に考慮に入れた設計の必要があることが示された。また、その挙動は地盤内の含水比の変化からある程度推測することが可能である。焼却灰を有形のまま地盤材料として有効利用する場合、(1)路盤材、(2)管路の埋め戻し材及び(3)裏込め材が主として考えられる。

焼却灰の力学特性は、土質力学試験に準拠して行い、地盤材料としての焼却灰が置かれる環境と養生期間に着目して考察を行った。その結果、次のようなことが明らかになった。(1)焼却灰は、締固め・CBR特性によって地盤材料として有効利用できることが分かった。(2)一軸圧縮強度は、暴露、気中養生において、養生日数とともに強度増加を示した。これは、供試体に生じる固結力によると考えられる。また、養生方法の違いによって、経時的に発生する固結力が異なることが明らかになった。(3)排水三軸せん断試験により、低拘束圧時において焼却灰の強度・変形特性に養生方法の違いによる影響が現れた。しかし、拘束圧の増加とともに養生方法に関係なく、供試体は強度低下が生じ、収縮挙動を示すことが分った。また、拘束圧の増加に伴って、供試体内に生じている固結力が消失することも明らかになった。(4)一般廃棄物焼却灰の液状化強度は、焼却灰が放置される地盤環境に影響を受けることが分かった。また、この強度の違いは、焼却灰中に経時的に生じる固結力の違いが影響を及ぼすことが明らかになった。(5)焼却灰の有効利用を考える場合、焼却灰が置かれる地盤環境を十分に考慮に入れた設計の必要があることが示された。焼却灰を有形のまま地盤材料として有効利用する場合、(1)路盤材、(2)管路の埋め戻し材及び(3)裏込め材が主として考えられる。また、化学・鉱物学的に十分に安定化させた焼却灰については、盛土材への適用が想定される。一方、海面埋立用材としての有効利用の場合は、特に焼却灰が緩く堆積し、地下水位が高い地盤を形成する。本研究では、焼却灰が利用される地盤環境を想定した養生方法によって一定期間の養生を行って供試体の作成を行った。研究2年目となる本年度は、特に焼却灰中に経時的に発生する固結力のメカニズムに着目し、溶質試験、X線回折、SEMなどのデータからも検討を行った。(2)一軸圧縮強度は、乾燥、気中養生において、養生日数とともに強度増加を示した。これは、供試体に生じる(1)無機塩類の析出、(2)水和反応、(3)ポゾラン反応等による固結力の発生が原因と考えられる。特に含水比の低下に伴う無機塩類の析出は、焼却灰の骨格構造の形成に大きな影響を及ぼすことが示された。したがって、養生方法の違い、すなわち含水比の変化によって、経時的に発生する固結力が異なることが明らかになった。これに伴い、焼却灰地盤の浅層部、すなわち低拘束圧域において液状化強度に影響を及ぼすことが示された。また、この傾向は、圧密降伏応力以降に見られることも示された。(4)焼却灰の有効利用を考える場合、焼却灰が置かれる地盤環境を十分に考慮に入れた設計の必要があることが示された。また、その挙動は地盤内の含水比の変化からある程度推測することが可能である。
CT像および胸部単純X線像を融合した微小原発性肺癌の低被曝診断支援システムの開発

MDCTで撮影した高精細で等方性を有する3次元ボリュームデータとこれまで培われてきた精密さと利便性を有する胸部単純X像を融合し、さらに投影変換法やCDSR法などの画像処理技術を組み合わせて最大限活用することで、微小な結節状陰影の微細な経時変化を定量的に表示・検出するシステムを構築した。このシステムは微小原発性肺癌の早期診断支援に貢献し、医療被曝低減とコストダウンなど患者の負担を大きく低減できる。本研究では、微小原発性肺癌の早期画像診断の標準化と指針を示すことを目的として、(1)CT像・胸部単純X線像を融合する。(2)効率・費用・被ばくなどの効果を基に観察間隔,観察期間の最適化を行う。(3)経過観察をおこなうシステムを構築する。(4)多くの症例を集め陰影の評価基準の確立を目指している。CT像と胸部単純X像のように違うモダリティーで撮られた画像を画像処理・表示技術を駆使して融合することで微小肺癌における早期診断支援システムを構築するために本年度は、(1)データ転送方法確立、(2)プログラムの開発・検証に着手した。(1)データ転送方法確立現在研究段階であるため、あえて手作業によって患者情報を取り除き撮影装置からDICOM画像サーバー経由して画像データを開発中の画像処理装置に転送するネットワークを整備し、早期診断支援システムに転送する方法を確立した。(2)プログラムの作成・検証早期診断支援システムを構築するため4つのプログラムを開発・検証した。(1)取り出したC画像dataは撮影した装置によりヘッダー情報が違うため、どの装置にも対応できるようにするプログラム(2)3次元ボリュームデータから2次元の投影像(投影変換像)を作製するプログラム(3)胸部単純X線像上の陰影を強調し可視化するプログラム(4)経時差分法またはCDSR法を用いて強調された胸部単純X線像とCT像から作製した投影変換像との経時的変化が可視化しやすい参照画像を作製するプログラム(1),(2)は完成し、(3),(4)はほぼ完成し、臨床データによる最終チェックを行っている。一方、CTによる肺癌検診が行われている施設への調査については現在準備中である。本年度は、昨年度構築した微小肺癌における早期診断支援システムに改良を行い、臨床応用にむけ、(1)データ転送方法の改良、(2)プログラムの改良および各種パラメータの最適化、(3)臨床に必要な画像出力・表示環境を検討した。(1)データ転送方法の改良昨年度整備した手作業によるDICOM画像サーバー経由して画像データを転送するネットワークを、自動転送するシステムに改良するために、当施設内に実際に臨床現場で使用している装置と同じものを用いて検証用システムを構築した。そのシステムを用いて問題点を洗い出し、対策を詳細に検討し改良を加えている。(2)プログラムの改良および各種パラメータの最適化臨床画像(大容量)をリアルタイムで用いて扱えるように、システム全体のアルゴリズムおよびプログラムの改良を行った。(3)臨床に必要な画像出力・表示環境の検討経時的に得られる画像データを出力・表示環境を比較・検討し、臨床に必要な解像度や表示方法について検討した。また、構築したシステムを複数の評価者により評価した。さらに、実際に臨床データ入力し、システム全体をチェックするとともにアルゴリズム・プログラム・処理方法・各種パラメータに改良を加え、臨床応用に向け本システムをさらに進化させている。一方、現在CTによる肺癌検診が行われている施設における(1)検査方法、(2)対象者、(3)費用、(4)調査経過観察方法などの調査を行っており、調査終了後に結果を詳細に検討する予定である。本研究の目的は、CT像と胸部単純X像のように違うモダリティーで撮られたX線画像を画像処理・表示技術を駆使して融合することによって、微小肺癌における早期診断支援システムに応用することである。臨床データを用いてこれまでに開発してきたシステムを解析・評価することで問題点を洗い出し、リアルタイムで処理できるシステムに進化させてきた。本年度は、(1)線量と画質の関係の評価、(2)腫瘤陰影の評価基準の検討、(3)症例データベースの構築、(4)調査経過観察方法の標準化と指針について検討した。(1)線量と画質の関係の評価本システムにおけるCT像および胸部単純X線像の最適な撮影条件(線量と画質の関係)について画質評価用ファントムを用いて検討した。(2)腫瘤陰影の評価基準の検討CT画像データについて、(1)ボリュームヒストグラム解析などの特徴量解析、(2)野口などの肺癌分類法による評価、(3)前述の(1)と(2)の組み合わせなについて解析し、腫瘤陰影の評価基準を検討した。

(3)症例データベースの構築2000年2005年に手術で肺癌が確認された46症例について、胸部単純X線写真およびCT画像の症例データベースを構築した。(4)調査経過観察方法の標準化と指針の検討現在CTによる肺癌検診が行われている施設における(1)検査方法、(2)対象者、(3)費用、(4)経過観察方法の調査を継続しておこなってきたが、期限までに十分な調査を終了することはできなかった。本研究では、微小原発性肺癌の早期画像診断の標準化と指針を示すことを目的として、CT像および胸部単純X線像の融合するシステムを構築した。また症例のデータベース化し、解析法や分類法を用いて腫瘤陰影の評価基準について検討をおこなった。
温度依存性のない超安定光波回路の研究

現状の光回路は光路長が温度に依存して光の位相を温度1°C当りで数波長分も変動させるので,光の位相まで制御した光波回路の実現を困難にしている.この問題を解決するには,光導波路の光路長温度係数を零にしたアサーマル光導波路を用いて,光回路を構成する必要がある.そこで本研究では,報告者らが考案して可視波長帯で実現したアサーマル光導波路を光通信用の赤外波長帯で実現し,さらにこれを用いた温度無依存狭帯域波長フィルタの実現を目的とした.昨年度は波長1.3μmでのアサーマル光導波路を実現したが,コアにC7059ガラスを用いたために高屈折率差導波路により,単一モード条件によってコア厚が薄く制限され,ファイバとの結合損失が大きくなるという問題があった.またリッジ装荷型構造を用いたために光の横閉じ込めが弱く,曲げ損失等が増大する問題もあった.そこで本年度の研究では,石英系光導波路を用いた矩形埋め込み型アサーマル光導波路を波長1.55μm帯において開発し,それを用いた温度無依存波長フィルタの実証を目指した.まず,波長1.55μmにおける各導波路材料の屈折率,およびその温度係数の測定を行い,それらのデータをもとにスカラー有限要素法により石英系アサーマル光導波路の設計を行い,その結果を用いて開放型リング共振器の設計,製作を行った.なお,ポリマー材料については,その屈折率を制御して矩形埋め込み型導波路に適用可能にするために,高屈折率であるMMAと低屈折率であるTFMAを共重合させたポリマーを用いた.そして製作した開放型リング共振器の波長特性を測定したところ理論値通りの特性が得られ,その中心波長の温度依存性を測定した結果,4×10^<-4>nm/K以下にまで低減できた.この結果,フィルタ中心波長の温度依存性を,従来型石英系波長フィルタの約3%,半導体系波長フィルタの約0.3%にまで低減することに成功した.現状の光回路は光路長が温度に依存して光の位相を温度1°C当りで数波長分も変動させるので,光の位相まで制御した光波回路の実現を困難にしている.この問題を解決するには,光導波路の光路長温度係数を零にしたアサーマル光導波路を用いて,光回路を構成する必要がある.そこで本研究では,報告者らが考案して可視波長帯で実現したアサーマル光導波路を光通信用の赤外波長帯で実現し,さらにこれを用いた温度無依存狭帯域波長フィルタの実現を目的とした.昨年度は波長1.3μmでのアサーマル光導波路を実現したが,コアにC7059ガラスを用いたために高屈折率差導波路により,単一モード条件によってコア厚が薄く制限され,ファイバとの結合損失が大きくなるという問題があった.またリッジ装荷型構造を用いたために光の横閉じ込めが弱く,曲げ損失等が増大する問題もあった.そこで本年度の研究では,石英系光導波路を用いた矩形埋め込み型アサーマル光導波路を波長1.55μm帯において開発し,それを用いた温度無依存波長フィルタの実証を目指した.まず,波長1.55μmにおける各導波路材料の屈折率,およびその温度係数の測定を行い,それらのデータをもとにスカラー有限要素法により石英系アサーマル光導波路の設計を行い,その結果を用いて開放型リング共振器の設計,製作を行った.なお,ポリマー材料については,その屈折率を制御して矩形埋め込み型導波路に適用可能にするために,高屈折率であるMMAと低屈折率であるTFMAを共重合させたポリマーを用いた.そして製作した開放型リング共振器の波長特性を測定したところ理論値通りの特性が得られ,その中心波長の温度依存性を測定した結果,4×10^<-4>nm/K以下にまで低減できた.この結果,フィルタ中心波長の温度依存性を,従来型石英系波長フィルタの約3%,半導体系波長フィルタの約0.3%にまで低減することに成功した.光を超高周波の電磁波として利用するには,現状の光回路は光路長が温度に依存して光の位相を温度1°C当りで数波長分も変動させるので,光の位相まで制御した光波回路の実現を困難にしている.この問題を解決するには,光導波路の光路長の温度依存性を零にしたアサーマル光導波路を用いて光回路を構成する必要がある.そこで本研究では,報告者らが考案して可視波長帯で実現したアサーマル光導波路を光通信用の赤外波長帯で実現し,さらにこれを用いた赤外波長帯用温度無依存狭帯域波長フィルタの実現を目指した.まず波長1.3μmでの導波路材料の屈折率温度係数を薄膜状態で測定して,これを設計の基礎データとして,SiO_2を下部クラッド,NA45ガラスをコア,PMMA(ポリメタクリル酸メチル)をリッジ装荷層とする3次元アサーマル光導波路を設計,試作した.その光路長温度係数を測定したところ,-9.65×10^<-9>と従来の0.1%まで低減して,波長1.3μm用3次元アサーマル光導波路の実現に成功した.次に,この3次元アサーマル光導波路を用いて,狭帯域波長フィルタの1種であるリング共振器(リング半径を5mm,スペクトル間隔0.037nm))を設計・試作して,そのフィルタ中心波長の温度依存性を測定した.

波長特性の測定には発振スペクトル幅が狭いDFB型半導体レーザ(波長1.3μm)を用い,レーザの温度を変化させることによって発振波長を変化させた.その結果,製作したリング共振器の波長特性の温度依存性は0.0007nm/Kと求められた.この値は従来型光導波路を用いた場合の7%にまで低減されており,温度無依存狭帯域波長フィルタの実現にほぼ成功した.フィルタ中心波長の温度係数が完全に0にならなかったのは,ストリップ装荷型導波路の装荷層幅が設計値からずれたためと考えられる.現状の光回路は光路長が温度に依存して光の位相を温度1°C当りで数波長分も変動させるので,光の位相まで制御した光波回路の実現を困難にしている.この問題を解決するには,光導波路の光路長温度係数を零にしたアサーマル光導波路を用いて,光回路を構成する必要がある.そこで本研究では,報告者らが考案して可視波長帯で実現したアサーマル光導波路を光通信用の赤外波長帯で実現し,さらにこれを用いた温度無依存狭帯域波長フィルタの実現を目的とした.昨年度は波長1.3μmでのアサーマル光導波路を実現したが,コアにC7059ガラスを用いたために高屈折率差導波路になり,単一モード条件によってコア厚が薄く制限され,ファイバとの結合損失が大きくなるという問題があった.またリッジ装荷型構造を用いたために光の横閉じ込めが弱く,曲げ損失等が増大する問題もあった.そこで本年度の研究では,石英系光導波路を用いた矩形埋め込み型アサーマル光導波路を波長1.55μm帯において開発し,それを用いた温度無依存波長フィルタの実証を目指した.まず,波長1.55μmにおける各導波路材料の屈折率,およびその温度係数の測定を行い,それらのデータをもとにスカラー有限要素法により石英系アサーマル光導波路の設計を行い,その結果を用いて開放型リング共振器の設計,製作を行った.なお,ポリマー材料については,その屈折率を制御して矩形埋め込み型導波路に適用可能にするために,高屈折率であるMMAと低屈折率であるTFMAを共重合させたポリマーを用いた.そして製作した開放型リング共振器の波長特性を測定したところ理論値通りの特性が得られ,その中心波長の温度依存性を測定した結果,4×10^<-4>nm/K以下にまで低減できた.この結果,フィルタ中心波長の温度依存性を,従来型石英系波長フィルタの約3%,半導体系波長フィルタの約0.3%にまで低減することに成功した.
大正期教育政策における学校長の教育行政機能に関する実証的研究

最終年度である15年度は、教育団体からの政治家輩出の論理と実態を分析し、教員による教育政策が最終的に如何に取締められていったのかについて研究した。そのための事例として、明治末年に発足し、大正期まで続いた教育教授研究会をとりあげ、新資料の発掘と収集を行った。研究内容については、教育史学会において、「教育教授研究会における教育研究」と題して発表し、論文を投稿した。この研究会は、文部省と関係をもつ教育家が参加して、主導している団体であるが、従来の研究では全く明らかになっていなかった。団体のメンバーの出身、修身教育に関する意見、教育制度に関する意見から、同研究会における研究と取り上げられた課題が、文部省や帝国教育会の教育政策と深く結びついていると同時に、科学的な教育学研究を推進していく場であったことが明らかになった。もう一つの研究成果は、宣教師の日本語教育の活動から、宣教師団体について考察したものである。資料としては、同志社大学に所蔵されている宣教師のマイクロフィルムから宣教師書簡を用い、アメリカのボストンにある資料も調査した。その結果、団体のもつ特殊性や、教育政策の実態が明らかになった。最終年度では、教員による教育政策が如何に取締められたかについては、資料が見つからず分析できなかった。今後の課題としたいと思う。今年度は、大正期の教育政策の立案・決定過程を学校長らの教育要求、団体行動、政治活動から分析する研究の二年目として、前年度に引き続き学校長に関する資料を全国的に悉皆調査した。資料収集は、今年度はとくに明治期の学校長会話資料や各学校文書、個人の経歴に関する資料などを大学図書館や都道府県の図書館で調査した。その結果については、日本教育方法学会で発表し、論文は日本英学史学会に投稿し採択された。二年目の研究成果の一つとしては、日本英学史学会編『英学史研究』第35号の「松田一橘の言語教育」をあげることができる。松田一橘は、従来全く知られていない学校長であり、彼の実績、教育活動については検討されていなかった。本研究では、日本語学校長であった松田の略歴、彼の教育活動を明らかにした。その結果、彼の教育活動が、当時の来日宣教師の動向と関係していたことが判明した。松田の学校経営は、すなわち来日宣教師の日本語教育の要求に応じたものだったのである。大正に入ると、松田の学校を母体として日語学校が設立されるが、この日語学校も宣教師からの要求を受けたものであった。各種学校における学校長の教育は、生徒(宣教師)の要求を直接的に受けて展開していくことがわかった。もう一つの研究成果は、佐藤尚子・大林正昭編『日中比較教育史』(春風社)の第3章第1節「日本における初等教育」である。本研究では、明治大正期の学校長の教育行政に直接関わる初等教育の制度の歴史について総括した。
優れた酸化触媒活性を示す再構成ミオグロビンの構築

本研究では、ヘムプロピオン酸側鎖に化学修飾を施すことで、ミオグロビン表面に基質認識部位を人工的に構築し、得られた再構成ミオグロビンの酸化反応触媒としての機能を発現させることをめざし、具体的には次の3点の研究を行った。(I)ミオグロビン表面への分子認識部位導入のデザイン:ヘムプロピオン酸末端に合計8個のカルボン酸を修飾し、アニオンドメインを表面に有するミオグロビンの再構築を行い、ミオグロビンとカチオンドメインを有するチトクロムcの安定なタンパク質複合体を得た。(II)チトクロムcとの人工的複合体によるチトクロムc(II)の触媒的酸化反応の追跡---チトクロムcペルオキシダーゼモデルの構築:過酸化水素によって調製した高酸化状態再構成ミオグロビンからチトクロムc3価への電子移動反応をストップドフローで追跡し、ミオグロビン表面の認識部位を介して反応が加速されていることを確認した。(III)小分子基質の選択的一電子酸化反応---ペルオキシダーゼモデルの構築:ヘムポケット入り口に疎水性場を合成化学的に構築することにより、フェノール誘導体が選択的に捕捉され、高酸化ヘムから円滑な一電子酸化反応が触媒されることを、反応速度測定実験から明らかにし、ミオグロビンのペルオキシダーゼ活性を向上させることに成功した。以上、本研究において、化学的立場からタンパク質表面へ多様な認識部位をデザインし、ミオグロビンの機能変換(ペルオキシダーゼ活性の獲得)を行った。
南宋出版文化における中間層文人の編集と注釈に関する研究

最終年度に当たる本年度は、本研究課題が想定した「中間層文人」という設定そのものを再考する必要があると考えたため、当初の研究対象である南宋期の蘇軾詩・杜甫詩の集注本が、編集に際してそのほとんどを依存した趙次公の注釈を対象として研究を進めた。そして、趙次公の注に、対象となる作品を読み解くための注釈から逸脱した内容が見られることに着目し、その特徴を整理・分析し、宋代の文化的・社会的背景と結びつけて考察していった。例えば、杜甫詩への趙次公の注(以下、趙注と略称)には、客観的な読みを引き出そうというよりは、趙次公自身がどう読んだかに集中した、自己主張を有する注釈が見られる。こうした傾向は、「詩をどう読むか」が問題にされた北宋後期から南宋にかけての文化的・社会的風潮を背景とする。詩注にやや先んじる、詩をめぐる言説として詩話が挙げられるが、当時の詩話の発生と流行と比較して整理すれば、初期の詩話では“親しい友人との間で・面と向かって"行われていたものが、集詩話(先行する詩話を編集したもの)や詩注では“不特定多数の読者を対象として・テキストを媒介として"行われるようになった、と概括した。また、上に述べた“不特定多数を対象とした"議論について、趙注に見える、自分と直接つながりのない誰かが注釈を読み、誤りを訂正してくれることを期待する発言を挙げて、詩にまつわる議論が、不特定多数に開かれていたことを示した。重要なのは、従来閉じられた交際圏(友人間の議論、師弟間の教授)にあった詩をめぐる言説が、“不特定多数の読者を対象として・テキストを媒介として"展開されたことである。その背景には当然、出版業の発展と版本の普及が想定される。つまり、詩の本文と同様に、詩話や注釈のような詩に関わる言説もまた、出版文化を背景にテキストを媒介として、不特定多数に向けて発信され、そして受容されたのである。29年度が最終年度であるため、記入しない。1年目である平成27年度は、小川環樹・倉田淳之助編『蘇詩佚注』(同朋舎、1965年)に集佚された蘇軾詩に付される趙次公注(以下、趙注と略称する)について調査し、適宜『王状元集百家注分類東坡先生詩』(以下、王注本と略称する)に引用される趙注と併せてその全体像を検討した。具体的には、趙注を、書物を引用する注釈・しない注釈の二つに大別して検討を進めた。まず、書物を引用しない注釈についてであるが、集佚された注釈には極めて詳細なものが散見される。これより、趙注は蘇軾詩の解釈という範囲を逸脱し、詩の外部にもしばしば言及する饒舌な注釈だと言えよう。この口吻は、趙注が子弟教育において用いられたことに由来する可能性を想定している。ただここには一つの問題が存在する。すなわち、『蘇詩佚注』が集佚した“趙注"が、果たして五山禅僧の注釈が混入しない完全な趙注であるかどうかという問題である。これについては、杜甫の詩に対する趙注(林継中輯校『杜詩趙次公先後解輯校』、上海古籍出版社、1994年)と併せた分析が有効であると考えている。2年目以降の課題としたい。次に、書物を引用する注釈について、沈括『夢渓筆談』などのように、かなり近い時代に編まれたであろう書物の引用は、すなわち趙次公が利用し得た書物のリストとなるので、調査を継続し全体的にまとめる必要がある。上述の通り、趙次公は杜甫詩にも注釈しているので、杜甫詩の引用に着目してさらなる調査・分析を進めたい。以上、1年目は趙次公注の分析・調査に集中したため、研究成果発表は、基本的には並行して進めた研究課題(科研費若手研究(B)、課題名:『名公妙選陸放翁詩集』の編集と流伝についての基礎的研究)の最終年次における発表が中心となった。詳細は未定であるが、2年目に当たる平成28年度から成果報告を行っていきたい。1年目は趙次公注についての調査・分析を企図していたので、おおむね順調に進展していると判断する。作業に着手した初年度であるため、成果報告はできていないが、特任准教授として大阪大学を訪問した中国の研究者からアドバイスをいただいており、大きな遅れは取っていないとの自己評価を下したい。2年目である平成28年度は、引き続き、小川環樹・倉田淳之助編『蘇詩佚注』(同朋舎、1965年)に集佚された蘇軾詩に付される趙次公注(以下、趙注と略称する)について調査を行い、『王状元集百家注分類東坡先生詩』(以下、王注本と略称する)に引用される趙注と併せてその全体像を検討した。現段階で調査し得た趙注から王注本への改変は、ほぼ集注というスタイルに合わせての省略である。

そのため「何が採られなかったか」という視点からの立論は多分に主観を交える可能性があるため、先行研究である倉田淳之介「東坡詩次公注について」(『お茶の水女子大学人文科学紀要』第19巻、1966年)を参照しながら、同じ南宋期に編まれた「詩話総集」である胡仔『チョウ[草冠に召]渓漁隠叢話』との比較を進めているところである。これは翌平成29年度に論文にまとめて発表する予定である。また、以上の調査と平行して、前提となるべき中間層文人という概念の再検討を行い、中国で開催された国際シンポジウムにて報告を行った(「試論南宋“中間層文人"」、社会転型与文学変遷国際中青年学者宋代文学専題研討会、口頭、2016年9月、中国浙江省杭州市)。中間層文人とは、官僚文人から非官僚文人への創作主体の移行という、従来二元論的に論じられてきた移行に過渡期を設定し、その担い手として想定された存在であるが、今回の報告を通じ、創作主体移行の起点としての南宋期に対する終点、到達点をより明確にする必要性を感じた。テキストの比較・校勘作業の進捗については概ね研究計画通りであるが、成果報告が口頭の学会発表にとどまり、学術論文としてまとめることができなかったため。最終年度に当たる本年度は、本研究課題が想定した「中間層文人」という設定そのものを再考する必要があると考えたため、当初の研究対象である南宋期の蘇軾詩・杜甫詩の集注本が、編集に際してそのほとんどを依存した趙次公の注釈を対象として研究を進めた。そして、趙次公の注に、対象となる作品を読み解くための注釈から逸脱した内容が見られることに着目し、その特徴を整理・分析し、宋代の文化的・社会的背景と結びつけて考察していった。例えば、杜甫詩への趙次公の注(以下、趙注と略称)には、客観的な読みを引き出そうというよりは、趙次公自身がどう読んだかに集中した、自己主張を有する注釈が見られる。こうした傾向は、「詩をどう読むか」が問題にされた北宋後期から南宋にかけての文化的・社会的風潮を背景とする。詩注にやや先んじる、詩をめぐる言説として詩話が挙げられるが、当時の詩話の発生と流行と比較して整理すれば、初期の詩話では“親しい友人との間で・面と向かって"行われていたものが、集詩話(先行する詩話を編集したもの)や詩注では“不特定多数の読者を対象として・テキストを媒介として"行われるようになった、と概括した。また、上に述べた“不特定多数を対象とした"議論について、趙注に見える、自分と直接つながりのない誰かが注釈を読み、誤りを訂正してくれることを期待する発言を挙げて、詩にまつわる議論が、不特定多数に開かれていたことを示した。重要なのは、従来閉じられた交際圏(友人間の議論、師弟間の教授)にあった詩をめぐる言説が、“不特定多数の読者を対象として・テキストを媒介として"展開されたことである。その背景には当然、出版業の発展と版本の普及が想定される。つまり、詩の本文と同様に、詩話や注釈のような詩に関わる言説もまた、出版文化を背景にテキストを媒介として、不特定多数に向けて発信され、そして受容されたのである。2年目である平成28年度は、引き続き趙次公注と集注本との比較・校勘作業を中心としつつ、引用する書物の確認や他テキストとの校勘作業を加えて進めていきたい。25巻あるテキストの注釈すべてを網羅することは困難であることが予想されるため、概要にも述べたとおり、杜甫詩の趙次公注との比較・蘇軾詩の趙次公注に引用される杜甫詩に着目して分析を進める。成果報告については、日本中国学会大会(国内)・及び中国でのシンポジウム(海外)で口頭発表を行って専門家の意見をいただき、論文としてまとめて『日本宋代文学学会報』に投稿する予定である。3年目である平成29年度は、前半を、集注本において新たに加えられた注釈についての調査にあてたい。この作業においては、注釈者の分類や注釈の内容との関連性についても注意しながら進める計画である。これまでの期間でも大いに活用してきたが、大阪大学中国文学研究室への訪問研究員から積極的に助言を仰いでいく。
蛋白質のβーturnによる核酸高次構造の認識幾構の解明

核酸一蛋白質の相互作用様式にはすでにいくつかのモチ-フが知られているが,今回,新規なモチ-フと考えられる系の認識機構を原子レベルでの構造を明らかにする。(1)ヒストン分子には球状に折れたたまれずに,鎖状に突出している領域があり,これがDNA2重らせん構造に結合し,核酸の高次構造変化をもたらすとが考えられる。この領域ではセリン-プロリンーリジンーリジンのアミノ酸配列がタンデムに存在している。配列からβーturn構造をとり核酸のりん酸部位と結合するモチ-フが考えられる。この新規モチ-フは,塩基配列認識の特異性が小さく,核酸高次構造の変化(折れ曲がり)を起こすことに生物学的意義がある。P.angulosus H1のN末端部位のアミノ酸配列をもつ4種のオリゴペプタイドを化学合成した(神戸学院大学薬学部岡田芳雄教授との共同研究)。これと2重らせん鎖で分子中央部分にアデニン(-チミン)クラスタ-をもついくつかのDNAオリゴヌクレオチドとの複合体結晶の作成を行った。現在のところ球状結晶がえられるのみで,X線構造解析を行える良好な結晶を得るには至っていない。(2)核酸に塩基配列特異性結合をする抗生物質クロモマイシンとオリゴヌクレオチドとの相互作用:NMR測定によって得られた構造情報と構造化学情報に基ずいて,複合体モデルを作成した。得られた構造モデルは薬物の核酸塩基配列特異性を良く説明でき,また核酸分子のマイナ-溝で広範囲な疎水結合を形成する新規なものであった(これは大阪大学蛋白質研究所京極好正教授との共同研究である)。(3)核酸分子の蛋白質などとの相互作用様式を構造化学的に表現する構造パラメ-タの検討,また計算,表示するプログラムパッケイジを作成した。このプログラムは分子動力学計算での構造変化をシミュレ-トする有用な機能をもつ。新しいモチ-フによる蛋白質の核酸分子認識様式を見いだすために、核酸分子とオリゴペプタイド、薬物との複合体との相互様式を原子レベルで明らかにする研究を行っている。この代表例はネトロプシン、ジスタマイシンで、これらのAT塩基対のクラスタ-を認識する機構が明らかにされており、報告者もその研究を行ってきた。今年度から取り上げたものにこの研究手法を適用する。1つはブレオマイシンで、上杉ら(阪大薬)のNMR測定研究より、GGGGAGCTCCCの塩基配列を持つDNA2重らせん分子と強い複合体形式することが分かり、このDNAの複合体の結晶化を行っている。またこの塩基配列をもつDNAは通常のB型構造とは違っているので、NMR測定のNOE情報を取り入れた分子動力計算による構造検討を行い、マイナ-グル-プ(小溝)での特徴ある構造が明かになった。このモデルを使って、ブレオマイシンとの相互作用様式をコンピュ-タグラフィクスによって検討する予定である。2つ目はDNAポリメラ-ゼ阻害剤であるクロモマイシンで、これは京極ら(阪大蛋白研)によって、塩基配列GGGGCCCCと強い会合をすることが示されており、このDNAとの複合体の結晶化を行っている。この塩基配列を持つDNA分子も小溝が通常のB型構造とは違っているので、NMR測定のNOE情報を取り入れた分子動力学計算を行い、その構造モデルを作成し、さらにクロモマイシンとの複合体モデルをコンピュ-タグラフィックスによって作成した。このモデルはNMR情報をほぼ満足している。

3つ目はβタ-ン構造をとるオリゴペプタイドで、現在いくつかのペプタイドの合成を行っており、今後溶液実験によって、これらと強い会合をするDNA塩基配列を検討する計画である。核酸ー蛋白質の相互作用様式にはすでにいくつかのモチ-フが知られているが,今回,新規なモチ-フと考えられる系の認識機構を原子レベルでの構造を明らかにする。(1)ヒストン分子には球状に折れたたまれずに,鎖状に突出している領域があり,これがDNA2重らせん構造に結合し,核酸の高次構造変化をもたらすとが考えられる。この領域ではセリン-プロリンーリジンーリジンのアミノ酸配列がタンデムに存在している。配列からβーturn構造をとり核酸のりん酸部位と結合するモチ-フが考えられる.この新規モチ-フは,塩基配列認識の特異性が小さく,核酸高次構造の変化(折れ曲がり)を起こすことに生物学的意義がある。P.angulosus H1のN末端部位のアミノ酸配列をもつ4種のオリゴペプたいドを化学合成した(神戸学院大学薬学部岡田芳雄教授との共同研究)。これと2重らせん鎖で分子中央部分にアデニン(ーチミン)クラスタ-をもついくつかのDNAオリゴヌクレオチドとの複合体結晶の作成を行った。現在のところ球状結晶がえられるのみで,X線構造解析を行える良好な結晶を得るには至っていない。(2)核酸に塩基配列特異性結合をする抗生物質クロモマイシンとオリゴヌクレオチドとの相互作用;NMR測定によってよって得られた構造情報と構造化学情報に基ずいて,複合体モデルを作成した。得られた構造モデルは薬物の核酸塩基配列特異性を良く説明でき,また核酸分子のマイナ-溝で広範囲な疎水結合を形成する新規なものであった(これは大阪大学蛋白質研究所京極好正教授との共同研究である)。(3)核酸分子の蛋白質などとの相互作用様式を構造化学的に表現する構造パラメ-タ-の検討,また計算,表示するプログラムパッケイジを作成した。このプログラムは分子動力学計算での構造変化をシミュレ-トする有用な機能をもつ。