hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
尿毒症物質による薬物動態制御タンパク質機能調節を考慮した薬物の新規個別化投与設計

肝薬物代謝酵素発現に及ぼす各種尿毒症物質の影響について検討を行った.その結果,インドキシル硫酸(IS) ,p-クレジル硫酸(PCS)及びCMPF添加群では,添加濃度依存的なCYP2E1及びSUL T1A1発現量の上昇が観察された.一方, intact PTHはSUL T1A1の発現量を上昇させることを見出した.さらに,PCSによる尿細管障害の分子機構について検討したところ,PCSは有機アニオントランスポータ(OA T)を介して尿細管上皮細胞に取り込まれた後, NADPH oxidaseの活性化を介して活性酸素種(ROS)の産生を亢進させた.この時, TGF-bの発現が亢進することで尿細管障害/腎線維化が惹起されることを見出した.本研究では、PTHにより誘発される肝臓及び小腸の薬物動態制御タンパク質の発現変動特性について解析すると共に、血漿中PTH低下作用を有し臨床的にも汎用されているシナカルセトの効果についても検討を加えた。以下に得られた知見を要約する。1.5/6腎臓摘出ラットに高リン食を給餌することでSHPTラットを作成し、1)コントロール群、2)SHPT群及び3)SHPT/シナカルセト投与群の3群に群分けした。これらラットの肝臓並びに小腸上皮からライセートと膜画分を調製してCYP3A2、P-gp、MRP2、BCRP及びOATP4のタンパク質発現量をWestern blottingにより比較検討した。その結果、SHPT群において肝CYP3A2及び小腸CYP3A2タンパク質発現の有意な減少が観察された。一方、SHPT/シナカルセト投与群では、これらタンパク質の発現減少が抑制された。2.ラット由来初代培養肝細胞にPTHを添加後48時間培養した後、CYP3A2、P-gp、MRP2、BCRP及びOATP4のタンパク質発現量について、Western blottingにより比較検討した。その結果、PTH添加群の場合は、コントロール群に比べてCYP3A2タンパク質発現の有意な減少が観察された。3.Caco-2細胞にPTHを添加後48時間培養した後、CYP3A4、P-gp、MRP2、BCRP及びOATPのタンパク質発現量についてWestern blottingにより比較検討した。その結果、PTH添加群の場合は、コントロール群に比べて、CYP3A4のタンパク質発現が有意に減少することが観察された。以上、PTHによる薬物動態制御タンパク質の発現調節機構の解明に加え、今後、SHPT患者における医薬品適正使用の提案に貢献できるものと考えられる。肝薬物代謝酵素発現に及ぼす各種尿毒症物質の影響について検討を行った.その結果,インドキシル硫酸(IS) ,p-クレジル硫酸(PCS)及びCMPF添加群では,添加濃度依存的なCYP2E1及びSUL T1A1発現量の上昇が観察された.一方, intact PTHはSUL T1A1の発現量を上昇させることを見出した.さらに,PCSによる尿細管障害の分子機構について検討したところ,PCSは有機アニオントランスポータ(OA T)を介して尿細管上皮細胞に取り込まれた後, NADPH oxidaseの活性化を介して活性酸素種(ROS)の産生を亢進させた.この時, TGF-bの発現が亢進することで尿細管障害/腎線維化が惹起されることを見出した.本研究では、5/6腎臓摘出ラット及びラット由来初代培養肝細胞を用いて、インドキシル硫酸(IS)生合成に及ぼすCKDの影響について検討するとともに、各種尿毒症物質(UT)が肝CYP2E1とSULT1A1の発現に及ぼす効果について検討を加えた。1.CKDラットとして5/6腎臓摘出ラットの肝臓S9画分を用いて、ISの生合成能を評価したところ、CKDラットでは、正常ラットに比べてISの生合成が亢進していた。このことから、CKD時には、ISの生合成が亢進している可能性を見出した。2.CKDラット肝臓では、正常ラット肝臓に比べてCYP2E1及びSULT1A1発現量がmRNA及びタンパク質レベルで有意に上昇していた。このことからCKDラットにおけるIS合成の亢進はCYP2E1及びSULT1A1の発現亢進に起因するものと推察された。3.ラット由来初代培養肝細胞に、4種のUT (IS、p-クレジル硫酸(PCS)、3-carboxy-4-methyl-5-propyl-2-furan propionate (CMPF)、intact PTH)を添加し、CYP2E1及びSULT1A1の発現量を定量的RT-PCR法により解析した。その結果、IS、PCS及びCMPF添加群では、添加濃度依存的なCYP2E1及びSULT1A1発現量の上昇が観察された。他方、intact PTHはSULT1A1の発現量を上昇させた。このことからISだけでなく、他のUTもISの産生亢進に関与する新たなUT間相互作用の可能性が示唆された。上述の通り、ラット由来初代培養肝細胞に加え、CKDラット肝臓を用いた系において、各種UTが薬物動態制御タンパク質の機能調節に関与することを明らかにしたため。今後は、データの再現性を確保する。また、小腸における検討が出来なかったので、次年度引き続き検討する。H23年度に確立した初代培養細胞を用いた系での検討をスピードアップする。【1.前年度研究の続行】【2.CKD患者における臨床薬物動態試験】

平成23年度の結果を踏まえ、CKD患者(ステージ35)を対象とした臨床薬物動態試験を行う。具体的には、CKDにおける肝及び小腸の薬物動態制御タンパク質の機能変動が、肝代謝型薬剤であるアトルバスタチン(CYP3A4, OATPsの基質)、ミタゾラム(CYP3A4の基質)、ワルファリンやジクロフェナク(CYP2C9の基質)、テルミサルタン(OATP1B3の基質)、プラバスタチン(OATP1B1の基質)及びエリスロマイシン(OAT, P-gp及びCYP3A4の基質)の体内動態に及ぼす影響について、血清中UT濃度を加味した連関解析を行う。血清中薬物濃度はHPLCを用いて測定する。また、血清中各種UT濃度については、LC/MSを用いて網羅的に測定する。得られた結果について、各種UT濃度プロファイルと薬物動態パラメータの連関について比較評価する。物品費:900000円旅費:300000円その他(論文校閲・論文投稿費):200000円
並列化有限要素法による大規模電磁界解析システムの開発

並列化有限要素法の開発に必要となる線形解法の効率的な前処理を検討し,以下の成果が得られた.(1)フィルイン付きブロック不完全コレスキー分解(IC)前処理を導入した.静磁界,時間領域渦電流解析において,フィルインを無視したIC前処理よりも収束特性が概ね30 %改善できることを明らかにした.(2)積層電磁鋼板を含むモデル,IH調理器の解析にフィルイン付きIC前処理を導入した.IH調理器の周波数領域渦電流解析において,導入した前処理はフィルインを無視する方法よりも,約4倍の高速化が達成できた.並列化有限要素法の開発のために必要となる線形解法の効率的な前処理,及び並列アルゴリズムを検討した.以下に得られた知見を要約する.(1)線形方程式の前処理では,前進・後退代入を簡素化できるブロック化前処理を使用することが多い.しかし,並列度数の増加に伴い,前処理で無視される非零要素の数が増えるので,収束特性は悪化する傾向にある.そこで,フィルインを許容した不完全コレスキー分解(IC)前処理を導入した.静磁界,時間領域渦電流解析から得られる方程式に適用したところ,フィルインを無視したIC前処理よりも収束特性が概ね30 %改善することに成功した.フィルインの探索範囲は対角ブロック内に限定されているので,フィルイン発生位置の決定は容易に並列化でき,非常に良好な並列性能を示すことを明らかにした.(2)積層電磁鋼板を含むモデルや高周波で駆動するIH調理器では,外側の空気領域を扁平な要素で離散化する.この場合,線形解法の収束が遅くなる傾向にあり,収束特性の改善が望まれていた.そこで,上記で検討したフィルイン付きIC前処理を導入し,計算速度向上を試みた.特に,IH調理器モデルの周波数領域渦電流解析において,フィルイン付きIC前処理はフィルインを無視する場合よりも80 %収束特性が改善された.その恩恵があり,約4倍の高速化が達成できた.一方,開発した前処理はフィルイン探索というオーバーヘッドが発生するため,それを抑えられる適切なオーダリングの開発が今後の課題である.並列化有限要素法の開発に必要となる線形解法の効率的な前処理を検討し,以下の成果が得られた.(1)フィルイン付きブロック不完全コレスキー分解(IC)前処理を導入した.静磁界,時間領域渦電流解析において,フィルインを無視したIC前処理よりも収束特性が概ね30 %改善できることを明らかにした.(2)積層電磁鋼板を含むモデル,IH調理器の解析にフィルイン付きIC前処理を導入した.IH調理器の周波数領域渦電流解析において,導入した前処理はフィルインを無視する方法よりも,約4倍の高速化が達成できた.28年度が最終年度であるため、記入しない。計算電磁気学28年度が最終年度であるため、記入しない。
夏鳥ホトトギスの托卵に対する留鳥ウグイスの時間的エスケープに関する研究

カッコウ類の托卵を受ける宿主では、托卵された卵を排除するなどの対托卵行動が見られる。しかし、ホトトギスの托卵を受けるウグイスでは、そのような直接的な対抗手段は見られない。留鳥であるウグイスは繁殖を早く開始することによって夏鳥であるホトトギスの托卵圧を軽減している可能性がある。この時間的エスケープを含むウグイスの間接的な対托卵戦略に関する調査を東京都三宅島で行った。ウグイスは2月中旬にさえずり始め、3月中旬に多くの雄がなわばりを確立した。これらの行動は他の留鳥よりも早い傾向があった。ウグイスは4月上旬から繁殖を開始したが、6月上旬にホトトギスが定着すると大半の巣が托卵を受けた。育雛に必要な餌生物である昆虫の発生量を調査したところ、昆虫の増加する時期はウグイスの育雛期とほぼ一致していた。ウグイスの繁殖時期は托卵よりも育雛のための餌による制約を強く受けているのかも知れない。しかし、ホトトギス渡来前にウグイスが産卵できる12回分の繁殖では托卵の影響を受けずに雛を生産することができ、托卵のコストが軽減されていることが明らかとなった。剥製提示実験では、ウグイスはホトトギスの剥製に警戒・攻撃行動を示した。托卵を受けなかった個体は受けた個体よりも防衛行動が強かった。このことは、ウグイスが托卵鳥に対して巣の防衛を行い、それが托卵回避に機能していることを示している。巣場所の特性(高さ・見えにくさ・植生密度等)をホトトギスの渡来前後で比べると、渡来後に作られた巣の方が見えにくい場所にあった。しかし、托卵と巣場所の特性の間には関係が見られず、ウグイスが巣場所を選択することによって托卵を回避しているかどうかは明らかにできなかった。本研究により、宿主と托卵鳥の渡り性の違いが托卵のコスト軽減にはたらくこと、巣の防衛行動が対托卵戦術として有効であることが示された。カッコウ類の托卵を受ける宿主では、卵排除などの対托卵行動が見られるのが一般的である。しかし、ホトトギスの托卵を受けるウグイスにはそのような行動が見られない。この時間的エスケープを含むウグイスの対托卵戦略に関する調査を行った。様々な標高や緯度の調査地でホトトギスとウグイスの生息状況を調査したところ、いずれの調査地でもウグイスが生息する場所にはホトトギスが渡来しており、托卵を受けていない、あるいは托卵圧が極めて低いウグイス個体群はなかった。ウグイスの繁殖開始時期は標高が高い場所では一般的な夏鳥とほぼ同様で遅かった。これは積雪によるものと考えられ、このような場所ではウグイスが時間的エスケープ戦略をとることが不可能であると考えられた。

気候の温暖な三宅島では、ウグイスは2月中旬にはさえずり始め、3月中旬には多くの雄がなわばりを確立した。これらの行動は、三宅島の他の留鳥(ミソサザイ・ホオジロ・シジュウカラなど)よりも早い傾向があった。三宅島は巣の捕食率が低く、巣の探索が比較的容易であることがわかったので、平成18年度は多くの巣について繁殖進行状況を調査し、基礎的な情報であるウグイスの生産雛数・托卵率の季節変化を把握した上で、托卵からの時間的エスケープの可能性を検討する。また、平成17年度に開催したワークショップ「托卵鳥と宿主の共進化」の成果を活かし、理論的考察を深める。留烏であるウグイスは繁殖を早く開始することによって夏鳥であるホトトギスの托卵圧を軽減している可能性がある。この時間的エスケープを含むウグイスの対托卵戦略に関する調査を、東京都三宅島で行った。ウグイスは4月上旬から繁殖を開始したが、6月上旬にホトトギスが定着すると大半の巣が托卵を受けた。育雛に必要な餌生物である昆虫類の発生量をトラップを用いて調査したところ、昆虫類の増加する時期はウグイスの育雛期とほぼ一致していた。また、他の留鳥性鳥類とウグイスの繁殖開始時期を比較したところ、今年度のデータからは大きな違いは見出されなかった。これらのことは、ウグイスにとってホトトギス渡来以降は托卵による繁殖失敗を被りやすいが、渡来前に産卵できる12回分の繁殖では托卵の影響を受けずに雛を生産することができることを示している。ウグイスの繁殖時期が托卵への対抗手段として進化したとする仮説は今年度のデータからは支持されなかったが、留鳥であるため繁殖開始が早いことはウグイスにとって托卵のコストを相対的に小さなものにしていると考えられた。剥製提示実験では、ウグイスはホトトギスの剥製に警戒・攻撃行動を示した。ウグイスは托卵に訪巣するホトトギスを直接排除することで托卵を免れようとしている可能性が考えられた。平成19年度は、広くウグイスの対托卵行動全体に研究を発展させるため、繁殖開始時期の調査の他、ウグイスが卵排除を行わない理由の解明(卵擬態を明らかにするため卵の吸光度を測定)、平成18年度にはデータ不足で解析できなかった巣場所の特性と托卵の関係、ホトトギス剥製への攻撃強度と托卵の関係について調査を行う。また、多くの巣について繁殖経過を観察して巣立ち雛数・捕食頻度・托卵頻度の季節変化を明らかにし、ウグイスにとっての托卵のコストを推定する。留鳥であるウグイスにとって夏鳥ホトトギスの托卵は繁殖の成否に大きく影響する.今年度は,托卵を回避するためにウグイスが持っていると予想される対托卵戦略を広く検討した.ウグイスは直接的なホトトギス卵の排除を行わないため,托卵されやすい場所を避けて営巣する行動とホトトギスを巣の近くから追い払う行動が見られるかを調べた.また,ホトトギスの渡来前(4月)と渡来後(6月)で巣場所選択や巣の防衛強度が変化するかどうかを調べた.調査・野外実験は,東京都三宅島で行った.巣場所の特性(高さ・見えにくさ・植生密度等)をホトトギスの渡来前後で比べると,渡来後に作られた巣の方が見えにくい場所にあった.しかし,托卵の有無と巣場所の特性の間には関係が見られず,ウグイスが巣場所を選択することによって托卵を回避しているかどうかは明らかにできなかった.巣の防衛行動を調べるため,ホトトギスとキジバトの剥製を巣の前に置いてウグイスの反応の強度を測定した.反応はキジバトよりもホトトギスに対して明らかに強く,ホトトギス渡来前後で比較すると渡来後で反応が強くなっていた.渡来後についてみると,托卵を受けた個体は受けなかった個体よりも防衛行動が弱かった.これらのことから,ウグイスが巣の防衛という対托卵戦略をもち,それは托卵回避に機能していることが明らかとなった.ウグイスはホトトギス渡来後に,見えにくい場所に営巣したり巣の防衛を強化したりしており,托卵鳥との渡り性の違いによって,対托卵行動を調節していることが示唆された.留鳥であるウグイスと夏鳥であるホトトギスの繁殖開始時期の差は,ウグイスの対托卵戦略に大きな影響を及ぼしていると考えられる.
がん細胞の糖代謝と相同組換え修復に注目した合成致死誘導の分子基盤

本研究では、糖代謝機構を制御し、相同組換え(homologous recombination: HR)修復不全を利用して合成致死に導くという、新しい治療戦略概念の確立を目指す。そのため、「柱1.糖代謝阻害によるHR修復不全誘導を基盤とした治療法のPOC取得」と「柱2.HR修復不全誘導を制御する分子機序の解析」の二つの柱をたて、相互に連携を図りつつ、研究を推進する。初年度にあたる当該年度においては、培養細胞を用いた研究を中心に実施した。具体的には、柱1の研究においては、解糖系阻害剤2-デオキシグルコース(2DG)とシスプラチンとの併用により強力な合成致死効果が認められる肺がん細胞株等を用いて、グルコース飢餓やグルタミン飢餓時のシスプラチン感受性について検討し、いずれの飢餓条件でもシスプラチン高感受性化が誘導されることを見出した。そこで、動物レベルでのPOC取得実験への展開を見据え、マウスへの投与が可能な、10種類以上の糖代謝阻害剤ならびにグルタミン代謝阻害剤を用いて、シスプラチンとの併用による合成致死効果について検討した。その結果、シスプラチンに対して、IC50値の比で2倍以上の高感受性化を誘導する化合物を複数見出すことに成功した。また、これら阻害剤の標的分子のノックダウンによって、シスプラチン高感受性化が誘導できるかについて、検討を開始した。一方、柱2の研究においては、ヒトがん細胞パネル全39株について、2DGとシスプラチンとの合成致死効果が得られるかについての検討を完了し、約半数の細胞株で2DGによるシスプラチン高感受性化が誘導されることが分かった。また、シスプラチン高感受性化が認められる細胞株では、2DGとシスプラチンとの併用によって、DNA2本鎖切断の蓄積や細胞周期のS及びG2/M期への高度の停滞など、HR修復不全と合致する現象が観察された。本研究では、糖代謝を標的とする新たな合成致死誘導法の開発を目指し、がん細胞の解糖系阻害によって起こるHR修復不全に焦点をあて、その分子機序を明らかにし治療標的としてのPOCを取得することを目指している。当該年度では、動物レベルでのPOC取得実験への展開が可能な糖代謝関連阻害剤の中から、シスプラチン高感受性化を誘導できるものを見出すことができ、研究を進める上での基盤を整えることができたものと考えている。また、種々のヒトがん細胞株を用いた検討から、解糖系阻害によってシスプラチン高感受性化が認められる細胞株と、認められない細胞株を明らかにすることができた。次年度は、これら細胞株の遺伝子発現情報をも活用し、HR修復不全誘導のメカニズム解析を進めていく予定である。本研究は3年間の計画で第1年次終了時点であり、研究はおおむね順調に進み、研究計画の変更あるいは研究を遂行する上での問題はないものと考えている。第2年次においては、当初の予定通り、2018年度の成果に基づき、「柱1.糖代謝阻害によるHR修復不全誘導を基盤とした治療法のPOC取得」、ならびに「柱2.HR修復不全誘導を制御する分子機序の解析」を継続する。引き続き、培養細胞を用いた研究を中心に行うが、動物レベルでのPOC取得・薬効評価の研究への展開を見据えて進める。

また、種々のヒトがん細胞株を用いた検討から、解糖系阻害によってシスプラチン高感受性化が認められる細胞株と、認められない細胞株を明らかにすることができた。次年度は、これら細胞株の遺伝子発現情報をも活用し、HR修復不全誘導のメカニズム解析を進めていく予定である。本研究は3年間の計画で第1年次終了時点であり、研究はおおむね順調に進み、研究計画の変更あるいは研究を遂行する上での問題はないものと考えている。第2年次においては、当初の予定通り、2018年度の成果に基づき、「柱1.糖代謝阻害によるHR修復不全誘導を基盤とした治療法のPOC取得」、ならびに「柱2.HR修復不全誘導を制御する分子機序の解析」を継続する。引き続き、培養細胞を用いた研究を中心に行うが、動物レベルでのPOC取得・薬効評価の研究への展開を見据えて進める。
イネ病害抵抗性誘導時に重要な新規ジャスモン酸シグナル伝達機構の解明

イネの病害抵抗性研究は、世界の約30億人の主食の収量増加に直結する重要な研究であるが、その病害抵抗性誘導機構に関しては、未解明な部分がいまだに数多く存在する。本研究により、イネ病害抵抗性機構に重要な植物ホルモンであるジャスモン酸のシグナルを制御する重要なタンパク質を2つ(JMTF1,OsSRO1a)を見出し、JMTF1は正の制御因子、OsSRO1aは負の制御因子として機能することを明らかとした。また、JMTF1に関しては、他の植物ホルモンであるオーキシンのシグナルも負に制御していることが明らかとなった。これらの研究により、イネの複雑なジャスモン酸シグナル伝達機構の一端を解明することができた。今年度は、2つの研究小課題に設定した、初期の研究計画を全て遂行することができ、成果を得ることができた。具体的には以下の通りである。(1)新規JAシグナル制御因子JMTF1の植物病理学的役割JMTF1過剰発現体のジャスモン(JA)酸感受性を、クロロフィル分解実験を行い検証したところ、JMTF1がJAシグナルにおける正の制御因子であることが明らかとなった。また、先に同定してあるJA応答性遺伝子の発現挙動も検証したところ、無処理時で変動がみられたことから、JMTF1がJAシグナル制御に関与することが明確になった。また、過剰発現体の矮性形質の要因を検証したところ、葉の展開異常や、重力屈性の異常、多くのオーキシン応答性遺伝子の発現抑制やオーキシンシグナルの負の制御遺伝子の発現上昇が見られたこととから、JMTF1過剰発現体がオーキシン合成ではなく、シグナル伝達に異常があることが明らかとなった。(2)新規OsNINJA1結合タンパク質の同定酵母ツーハイブリッドで明らかとなった37種類のOsNINJA1結合タンパク質のうち、最終的に26種類まで絞り込んだ。そのうちの17種類のタンパク質の局在解析を行ったところ、8種類のタンパク質が、OsNINJA1と同じ核に局在していることが明らかとなった。そのうちの一つについて、BiFCでの結合を確認した。このタンパク質は、イネにおいては詳細が明らかとなっていないが、シロイヌナズナで既に報告されているNINJA結合タンパク質のTPLであったため、新規性はなかったが、実験系の正しさは証明できた。また、本実験が全部陰性だった時のための研究課題である、OsNINJA1そのもののJAシグナルにおける役割も同時に解析できる体制が整ったため、OsNIJNJA1過剰発現体の種子を確保し、次年度以降の実験ができるようにした。初期に計画した実験計画はすべて遂行され、すべての実験において成果を得ている。JMTF1に関する研究においては、次年度に検証予定であった、JMTF1がオーキシン合成系とシグナル系のどちらを制御しているかの検討課題を今年度でクリアーにすることができた。また、JMTF1のオーキシン制御が、遺伝子発現レベルだけでなく、イネの葉の形態形成にも関与していることが明らかとなり、初期の想定以上の成果を得ることができた。これまでイネにおいて、JAシグナル制御因子が、オーキシンシグナル依存的な形態形成に拮抗的に関与している知見はほとんどなく、初期の目標を超える新たな知見と言える。また、OsNIJNJA1に関する研究においては、今回着目した結合タンパク質が結果的に既知のNINJA結合タンパク質のTPLであったため、新規性はなかったが、この研究の方向性が正しいことは確認できた。今後は他のタンパク質を解析することによって、新規OsNINJA1結合タンパク質の発見の期待が持てる。さらに、予備の研究課題であるOsNINJA1そのもののJAシグナルにおける役割解析も、次年度以降に予備ではなく同時に実施できる体制を整えることができた。以上の理由から、当初の計画以上に進展していると判断した。今年度は、2つの研究課題で設定した、初期の研究計画を全て遂行することができ、成果を得ることができた。(1)新規JAシグナル制御因子JMTF1の植物病理学的役割JMTF1過剰発現体を用いてイネ白葉枯病検定を行ったところ、抵抗性が強化されていたことから、JMTF1がイネ病害抵抗性において重要な正の制御因子であることが明らかとなった。また、ジャスモン酸(JA)応答性の防御関連遺伝子の一つである、peroxidase(Prx)がJMTF1過剰発現体で常時高発現していることが明らかとなった。このPrx過剰発現体はイネ白葉枯病に対する抵抗性が強化されていた。さらに、JMTF1過剰発現体で常時高発現している、オーキシンの負の制御因子であるOsIAA13の、機能獲得型変異体を用いたイネ白葉枯病検定を行ったところ、野生型より抵抗性が強化されていたことから、JMTF1がJAシグナルを正に制御すると同時に、オーキシンシグナルを負に制御することで、イネ白葉枯病抵抗性を正に制御していることが明らかとなった。(2)新規OsNINJA1結合タンパク質の同定昨年度に絞り込んだ26種類のOsNINJA1相互作用タンパク質について、極端に小さい2種類を除いた24種類のタンパク質の細胞内局在解析を行ったところ、14種類のタンパク質において、OsNINJA1と同じ核の局在が認められた。その中から、新規性の高いOsSRO1aを選抜し、集中して解析した。

その結果、OsNINJA1とOsSRO1aは植物細胞内でも結合することがBiFc実験によって証明された。また、既に当研究室で明らかとなっているJAの正の制御因子であるOsMYC2とも相互作用することが明らかとなった。さらにOsSRO1a過剰発現体の種子も確保した。OsNINJA1自体の性状解析も終了した。小課題(1)では、予定した実験を全て遂行でき、JMTF1がイネ病害抵抗性機構に重要な転写因子であることが証明できた。小課題(2)では、OsNINJA1相互作用タンパク質として、シロイヌナズナにおいても報告例がないOsSRO1aを見出すことに成功した。また、予備として設定していたOsNINJA1自体の解析も順調に進み、論文に投稿できるレベルまでにまとめることができた。このように、初期に計画した2つの研究小課題に対する実験計画はすべて遂行でき、そのすべての実験において成果を得ることができた。以上の理由から、おおむね順調に進展していると判断した。今年度は、2つの研究課題で設定した、初期の研究計画をほとんど遂行することができ、成果を得ることができた。具体的には以下のとおりである。(1)新規JAシグナル制御因子JMTF1の植物病理学的役割JMTF1過剰発現体の解析から、peroxidaseをコードするJA応答性OsPrx26遺伝子の発現が有意に誘導されていることが明らかとなった。そこで、OsPrx26の病理学的役割を解明するため、OsPrx26過剰発現体を作出し、その諸性質を解析した。その結果、OsPrx26過剰発現体では、葉のリグニン含量が有意に増加しており、OsPrx26が物理的防御に必須なリグニン合成にかかわる遺伝子であることが明らかとなった。実際にこの過剰発現体はイネ白葉枯病抵抗性が強化されていた。また、JMTF1過剰発現体では、オーキシンシグナルの負の制御因子であるOsIAA13遺伝子の有意な発現誘導も確認された。そこで、JMTF1-GFP過剰発現体を作出し、GFP抗体を用いたクロマチン免疫沈降法(ChIP)による、OsPrx26とOsIAA13遺伝子のJMTF1の直接制御の有無を検証した。その結果、JMTF1はOsPrx26を直接制御していることが明らかとなり、JMTF1によって直接制御を受ける防御関連遺伝子を特定することができた。昨年度作出したOsSRO1a過剰発現体を用いて、JA生理作用である、根の伸長阻害、クロロフィル分解作用、及び、暗条件での葉の老化作用を検証したところ、すべての実験において、JA低感受性を示す結果が得られた。このことから、OsSRO1aはJAシグナルにおける負の制御因子であることが明らかとなり、イネJAシグナル伝達機構に重要な新規制御因子を見出すことに成功した。イネの病害抵抗性研究は、世界の約30億人の主食の収量増加に直結する重要な研究であるが、その病害抵抗性誘導機構に関しては、未解明な部分がいまだに数多く存在する。本研究により、イネ病害抵抗性機構に重要な植物ホルモンであるジャスモン酸のシグナルを制御する重要なタンパク質を2つ(JMTF1,OsSRO1a)を見出し、JMTF
地磁気逆計算法を用いたオーロラ電流系の解明

オーロラ爆発上空では、磁力線に沿った電流(沿磁力線電流)が観測される。この沿磁力線電流が、東西電流ペアであるのか、南北ペアであるのか、あるいは両者の競合であるのかを明らにすることが、オーロラ電流系の駆動源を理解するために重要である。本研究では、地磁気データとオーロラデータを用いた地磁気逆計算法により、沿磁力線電流を面でスナップショット推定し、その成分を分解した。その結果、西向きジェット電流の南北で、推定した沿磁力線電流の、ホール成分とペダーセン成分が反相関していた。この結果は、東西ループ電流に関係した電場が、南北方向の分極電場を生成したことを示唆している。地球の電離圏では数時間に-度、オーロラが爆発的に発達する。このオーロラ爆発に関連した、電離圏・磁気圏における一連のエネルギー解放現象は、包括的にサブストームと呼ばれる。本研究ではサブストームを理解するために、地上・衛星観測データを用いた総合解析を行う。特に、地磁気逆計算法により電離圏の状態を再現し、サブストーム開始時のオーロラ電流系は東西ループであるか、南北ループであるかを明らかにする。地球の電離圏では数時間に一度、オーロラが爆発的に発達する。本研究ではサブストームを理解するために、主としてテミス計画取得の地上・衛星観測データを用いた総合解析を行う。本年度は、テミス衛星群と地上オーロラビデオとによる2008年3月1日のサブストーム同時観測について、解析を行った。テミス衛星群が真夜中前に滞在していた2008年3月1日に、カナダのFort Smith (67 MLAT, 22.5 MLT at 0650 UT)において、オーロラの白黒ビデオ観測(sampling rate: 30 Hz)を行った。特に0647 UTに生じたpseudo-breakupを調べた。まず、赤道側に移動していたオーロラアークが、0640 UTに消失した。その場所で6分後、弱いオーロラの増光が0646:28 UTに観測され、続いてpseudo-breakupが0647:27 UTに開始した。このpseudo-breakupが0648 UT頃に消失すると同時に、西側から明るいオーロラのパッチが東側に移動してきて、ローカルなオーロラ爆発に発達することが観測された。一方、0647:27 UTのpseudo-breakupの2分前(0645 UT)に、磁気圏尾部に滞在していたテミス衛星B(GSM-X, Y, Z= -20, 4, -2 Re)では、磁場が南向きに変わり、spikyなtailward flow (100km/s)を観測した。その後0646 UTには、テミス衛星E(GSM-X, Y, Z= -11, 4, -2 Re)とテミス衛星D(GSM-X, Y, Z= -11, 3, -2 Re)がearthward flow (200 km/s, 50 km/s)を観測し、テミス衛星A(GSM-X, Y, Z= -7, 5, -2 Re)は磁場の双極化を観測した。これらの地上オーロラ観測と衛星プラズマ・磁場観測の時間差から、0647:27UTのpseudo-breakupに対応する磁気圏尾部の磁気リコネクションは、pseudo-breakupの約2分前に生じたと考えられる。本年度は、地磁気逆計算法の検証を行った。極域電離圏(高度100km)におけるオーロラは、より高々度の磁気圏と、磁力線に沿った電流を通じて結合している。この電流(沿磁力線電流)は、二つの異なる手法を用いて別々に研究されてきた。一つは極軌道の衛星による直接観測であり、電流分布が単純な場合は、ほぼ正しい電流値が定まる。ただし、観測は軌道線上に限られるため、面での電流分布については、統計値しか得られない。もう一つは地上の磁場データを用いた地磁気逆計算法であり、間接的ではあるが、面でのスナップショットの推定が可能である。

本研究では、地磁気逆計算法によって推定した沿磁力線電流と、直接観測を比較した。その結果、沿磁力線電流が比較的単純な二層構造であった二例では、地磁気逆計算法はこの構造を定性的に再現し、定量的には30-60%過小評価した。一方、沿磁力線電流が複雑な四層的構造であった一例では、地磁気逆計算法は、内部の二層を定性的にも再現できなかった。地球の電離圏では数時間に一度、オーロラが爆発的に発達する。このオーロラ爆発に関連した、電離圏・磁気圏における一連のエネルギー解放現象は、包括的にサブストームと呼ばれる。本研究ではサブストームを理解するために、地上・衛星観測データを用いた総合解析を行う。特に、地磁気逆計算法により電離圏の状態を再現し、サブストーム開始時のオーロラ電流系は東西ループであるか、南北ループであるかを明らかにする。本年度は、実際に地磁気逆計算法を用いた解析を行った。オーロラ爆発上空では、磁力線に沿った電流(沿磁力線電流)が観測される。この沿磁力線電流が、東西電流ペアであるのか、南北ペアであるのか、あるいは両者の競合であるのかを明らにすることが、電流系の駆動源を理解するために重要である。本研究では、地磁気データとオーロラデータを用いた地磁気逆計算法により、沿磁力線電流を面でスナップショット推定し、その成分を分解した。地磁気データは、全世界の150点の観測所による1分値を用いた。オーロラデータは、ポーラー衛星による二波長紫外線観測を用いた。解析の結果、西向きジェット電流の南北で、推定した沿磁力線電流の、ホール成分とペダーセン成分が反相関していた。この結果は、東西ループ電流に関係した電場が、南北方向の分極電場を生成したこと、すなわち「ホール効果」により、南北電流ループは生成が阻止されて東西電流ループが強められていることを示唆している。
神経系におけるキシロース含有Ｎ型糖鎖の高次機能およびその分子基盤の解明

昨年度までの研究により、AGO61がα-dystroglycan(αDG)上のラミニン結合性を示す糖鎖の形成に関与し、脳の層形成において重要な役割を担っていることを明らかにしてきた。本年度は、αDG上の特定の位置に結合したマンノース残基へのN-アセチルグルコサミン(GlcNAc)修飾をAGO61が担っていることを見出した。興味深いことに、そのGlcNAc修飾箇所は、これまでラミニン結合性糖鎖が発現していると報告されているスレオニン残基と一致していた。つまり、AGO61はαDG上のラミニン結合性を示す糖鎖が形成されるスタートとなる糖鎖構造を作る重要な酵素であることが明らかとなった。更には、質量分析により、ラミニン結合性糖鎖が結合し得るスレオニン残基上に、本糖鎖の還元末端構造であるリン酸化3糖構造(Man-(phospate)-GlcNAc-GalNAc)を見出すことができた。25年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、キシロース含有N型糖鎖の生合成にかかわる候補遺伝子(AGO61)の遺伝子欠損マウスの解析を行った。これまでの我々の研究によりAGO61は主に神経系に発現しているということから、本遺伝子欠損マウスおよび野生型胎児マウスの脳における遺伝子発現量の比較を遺伝子マイクロアレイにより行い、Wnt-catenin経路で活性化する一連の遺伝子が顕著に抑制されていることを明らかにした。また、この遺伝子マウスの脳を免疫組織化学的に解析した結果、脳の層形成の不全が起きていることを見出した。特に、大脳皮質において放射状グリア線維の形態異常が認められ、基底膜を形成するラミニンの発現異常が生じていることを明らかにした。一方、AGO61の遺伝子欠損マウスは、ラミニン結合性を示す糖鎖が発現していないことが判明した。こうした結果から、AGO61は本糖鎖の生合成を担っており、脳の層形成を制御している可能性を示すことができた。AGO61のノックアウトマウスの表現型解析により、組織レベル、分子レベルでのAGO61の欠損の影響をとらえることができた。さらに申請当初の予想を超え、AGO61がα-DG上のラミニン結合性糖鎖の生合成に関与していることを見出すことができた。これまでの研究により、AGO61の遺伝子欠損マウスがα-dystroglycan(α-DG)上のラミニン結合性を示す糖鎖が発現していないことを見出すことができた。本年度は、AGO61がいかにしてα-DG上のラミニン結合性の糖鎖の生合成を担っているかを明らかにすることを通じて、AGO61の脳形成過程への関与を調べる。野生型マウスおよびAGO61欠損マウスから胎児繊維芽細胞を樹立し、各細胞からα-DGをリコンビナントタンパク質として発現させ、それらが発現している糖鎖の詳細な構造解析を行う。これにより、AGO61の基質およびドナー糖が明らかになることが予想される。α-DG上のラミニン結合性糖鎖の生合成過程には、AGO61以外にも様々な糖転移酵素(LARGE、POMT-1、POMT-2など)が関与していることが報告されているものの、未だ本糖鎖の全体構造は明らかになっていない。その理由としては、生体ではラミニン結合性糖鎖が微量にしか存在しないことに加え、これまで知られている糖転移酵素以外にも本糖鎖の合成に関わる酵素が存在する可能性が考えられる。本研究では、これらラミニン結合性の糖鎖の生合成に関与する酵素は、細胞内で複合体を形成し、協調して本糖鎖の合成を担っていることを想定し、AGO61と相互作用する分子の同定を計画している。さらに同定した各酵素のキャラクタライズを進めることで、ラミニン結合性糖鎖の構造およびその合成に関与する一連の酵素群が明かになることが期待される。
新たな食料品アクセスマップによる超高齢社会での食生活改善に向けた実験的介入研究

食料品アクセス問題は流通や経済上の障害にとどまらず、高齢者を中心に食生活や健康に悪影響を及ぼす、超高齢社会となる我が国において早急に解決すべき重要な課題である。本研究の目的は、食料品アクセス問題において生活の質に直結する食生活への影響とその改善効果を介入実験により検証することである。本研究によって、今後ますます深刻化する食料品アクセス問題の影響度がエビデンスとして示されるとともに、具体的な食生活改善の効果検証はアクセス対策のみならず、将来的な生活習慣病の予防といった医療費削減や健康格差解消にも大きく寄与できる。本年度は、2015年国勢調査を基にした新たな食料品アクセスマップを推計公開するとともに、同手法による2005年および2010年の遡及推計を行った。その結果、3大都市圏など都市部においてアクセス困難人口が急増しているのに対し、地方部での増加は緩やかであった。また年齢階層別には、75歳以上後期高齢者の増加が顕著なのに対し、65-74歳の前期高齢者では減少する傾向が確認された。アクセス困難人口増加の要因分解では、高齢者人口の増加を示す人口要因の寄与度が最も高く、次いで店舗の減少をしめす店舗等要因、自動車利用の増加を示す自動車要因がマイナスという結果が示された。これら研究成果について内外の学会にて報告するとともに論文として投稿・公表したが、今後は自治体のアクセス対策や社会経済要因等を考慮した全国市区町村の類型化を行う。本研究は、多様な条件から食料品アクセス問題と食生活の関連をエビデンスとして検証しながら、それらを具体的な食生活改善の提案として現場にフィードバックすることで、より効果的なアクセス対策を導くことを主たる目的としている。分析の基礎となる食料品アクセスマップの推計結果及び地域や年代別動向については、日本フードシステム学会をはじめ日本公衆衛生学会総会においてシンポジクムを企画・報告し、食料品アクセス問題の各種影響とともにそれらを緩和・軽減する実効的な対策が可能になることから、生活の質に直結する食生活を豊かにする貴重な情報が得られた。食料品アクセス問題が、日常的な購買行動だけではなく個人の食生活や健康に影響を及ぼしていることは、国内外の研究からあきらかにされつつある。一方で、食料品アクセス問題と食生活の明確なエビデンスが検証されているのは、農山村や高齢者といった一部の地域や年代での事例のみであり、貧困世帯など特定の集団を含め幅広い年代や地域など多様な条件の下では未解明で、実際には食料品アクセス問題の影響は多方面に及んでいることが考えられる。今後はアクセスマップによる全国市区町村の類型化により、悪化、改善等の代表的な地域を選択するとともに、自治体関係者等との調整後、食事摂取頻度調査を組み込んだ住民調査を実施し、栄養素摂取量とともに健康指標や主観的健康感やソーシャル・キャピタルとの関連を検証する。
DNAミスマッチ塩基対修復欠損と環境変異源高感受性

アルキル化剤等の変異源物質に高感受性の細胞はDNAミスマッチ修復能を欠損していることが知られているが、ヒト細胞への環境変異源物質の影響を知るためにこのようなDNAミスマッチ修復欠損細胞の生じるメカニズムを明らかにすることが重要である。一方、我々のこれまでの研究で食道がんでは飲食や喫煙等によって誘発されたと考えられる突然変異ががん抑制遺伝子等に多数蓄積していることが明らかになった。これらの食道がんでの遺伝子変異の誘発にDNAミスマッチ修復はどのように関与しているか明らかにすることも重要である。DNAミスマッチ修復能が欠損しているアルキル化剤耐性細胞株でのヒトミスマッチ修復関連遺伝子であるhMLH1、hMSH2、hMSH6、hPMS2遺伝子のタンパク発現をこれらのタンパクに対する特異的抗体を用いたウエスタンブロットで解析したが全ての細胞株でどの遺伝子についても親株のHeLa細胞と同様の発現が見られた。ゲルシフト法によりG:Tミスマッチへの特異的結合能を解析したところ1つの細胞株で他より弱い結合能しか示さなかった。ミスマッチへの結合に重要とされるhMSH6またはhMSH2遺伝子のcDNAの塩基配列を解析した結果、hMSH6遺伝子内の2ヵ所にミスセンス変異を見出した。一方、食道がん細胞においてはミスマッチを持つM13ファージを基質としてミスマッチ修復能の解析を行ったが、22株中4株で顕著な修復能の低下が観察された。これらの細胞のミスマッチ結合能をゲルシフト法で解析したところ3株で有意な結合能の低下が見られた。アルキル化剤抵抗性細胞や外因による遺伝子変異が集積していると考えられる食道がんでミスマッチ修復欠損が見られることは環境変異源による遺伝的変異の誘発や発がんにミスマッチ修復欠損は重要な意味を持つことを示唆している。
regular variationとその応用

(1) Mercer型定理とは、Abel-Tauber型定理のある意味で逆を主張するもので、regular variationの分野では基本的な重要性を持つ。以前に私がN.H.Bingham氏との共同研究で得ていたフーリエ変換及びハンケル変換に対するMercer型定理は、高次のHankel変換には適用できなかった。これは、ここで考えている積分核のMellin変換像が、問題となる実軸上の区間で単調にならないからである。このような場合には、より扱いやすい絶対収束する積分変換に対しても、これまで有効な手段がなく、Mercer型定理を証明する上での障害になっていた。今年度の研究で得られた最大の成果は、この困難を乗り越える方法を発見し、Mercer型定理の高次のHenkel変換への拡張に成功したことである。鍵となったのはあるトリックで、それは考えている関数をある2種類の変換で正規化するというものである。いまの場合にはこのトリックは問題を局所化するという効果を持つ。このトリック自体は気づけば簡単なことであるが、それにもかかわらず、これは他の問題に対しても大変有効であることが分かってきている。まずこれをDrasin、SheaそしてJordanなどの人々の研究対象であった絶対収束する一般の積分変換に適用すると、結果が実質的に拡張されると同時に、証明も大幅に簡易化されることが分かる。更にこのトリックにより、Mercer型定理から関数の位数に対する仮定を取り除く手法を、Hankel変換のような絶対収束しない場合にも適用できるようなった。このトリックは、これからのこの分野の研究において基本的な道具になるものと考えている。(2)フーリエ級数及び積分に対するTauber型定理において、Fourier-Stieltjes版を考えることにより、非単調な関数や係数を扱えるようになることが分かった。特に、以前に得ていた境界の場合のフーリエ級数に対するTauber型定理の類似物を、Fourier-Stieltjes版で証明した。このような類似物の証明は、他にもいろいろできると思われる。このようにFourier-Stieltjes版を考えることは、結果を拡張することの他に、確率論などへの応用により適しているという実際的な長所がある。
チャ-ジリン--その三次構造の解明とエネルギ-変換機作の研究

本研究は、主として以下の成果を得ることに成功した。1.チャ-ジリンIIの3つの断片ペプチドを固相法により合成し、免疫活性を上げるためヘモシアニンに共有結合後、ウサギに免疫し作製した抗体を用いてH^+-ATP合成酵素におけるチャ-ジリンIIのオリエンテ-ションを調べた。その結果、チャ-ジリンIIのN端領域がF_oのC-sideに露出しているが、チャ-ジのクラスタ-部位とC端領域はF_o中に埋もれていることが、はじめて明らかになった。2.筆者らが、以前発見した異方性阻害剤を用いた解析から、H^+輸送性-電子伝達複合体とATP合成酵素は、各々の複合体のC-側が負、M-側が正の表面電位を発生した“酵素複合体内電場"(いわば、微小平行板コンデンサ-の充電状態)が形成されたエネルギ-化状態が存在することを初めて立証した。3.抗チャ-ジリンIIC末端抗体と[^<125>I]-protein Aを用いたドット法によるラジオイムノアッセイにより、チャ-ジリンIIは、ミトコンドリアにおいてATP合成酵素のみに、そのF_oのサブユニットの一つとして、本酵素と等モル数存在していることがはじめて明らかとなった。4.H^+-ATP合成酵素のサブユニットを逆相カラムを用いたHPLCにより高純度に精製後、プロテインシ-クエンサ-(ABI,470A型)を用い、部分的なアミノ酸配列を決定した。ついで、これらのアミノ酸配列に対応するプロ-ブDNAを作製し、遺伝子操作の手法によりサブユニットのcDNAのクロ-ニングを行った。その結果、F_oのサブユニットの一つであるsubunit bのcDNAは、1,124の塩基対からなり、214個のアミノ酸配列からなる蛋白質をコ-ドしている領域が確認された。また、その上流には、42個のImport Precursor(ミトコンドリアへの輸送シグナルペプチド)のペプチドをコ-ドしていることが推測された。これは、subunit bのImport Precursorの配列が確認された最初の報告である。本年度は、以下の重要な知見を得ることに成功した。1)HPLCによるラット肝ミトコンドリアからのATP合成酵素の精製:ラットミトコンドリアから亜ミトコンドリア粒子を調整し、n-Heptyl-β-thioglucoside(HTG)で可溶化後、DEAE-5PWカラムを用いたHPLCにかけ、ついで、20%glycerol存在下で超遠心を行いATP合成酵素を精製した。最終精製標品の比活性は、14.5ユニットであった。この値は、Pedersenらが報告している11.3ユニットより高い。またインタクトネスの指標であるオリゴマイシン感受性も100%と高く、高い比活性とインタクトネスを保持したATP合成酵素標品が今回開発した精製法により得られたことが解る。精製標品のSDS/urea-PAGEから、F_1のαβγδεの5つのバンド以外に、8本の明瞭なバンドが確認され、F_0の7番目のバンドがチャージリンIIであることが確証された。

2)チャージリンII(A6L)のF_0におけるオリエンテーション:チャージリンIIの機能を明らかにする第一歩として、F_0におけるこのタンパク質のオリエンテーションを明らかにするため、チャージリンIIの3つの合成断片ペプチド、すなわちそのN端領域、チャージのクラスター領域、及びC端領域の3つの断片ペプチドを固相法により合成し、ヘモシアニンに共有結合後、ウサギに免疫し作製した抗体を用いて調べた。その結果、筆者らの仮説と一致して、チャージリンIIのN端領域がF_0のC-sideに露出しているが、チャージのクラスター部位とC端領域はF_0中にも埋もれていることが明らかになった。現在、チャージリンIIのNMRによる三次構造解析、ATP合成酵素の結晶化そして各サブユニットのクローニングを行っており、エネルギー変換効率の高い高等動物のATP合成酵素の分子構造とエネルギー変換機作が明らかになるものと期待される。本年度は、主として以下の成果を得ることに成功した。1.筆者らが、以前発見した異方性阻害剤を用いた解析から、H^+輸送性ー電子伝達複合体とATP合成酵素は、各々の複合体のCー側が負、Mー側が正の表面電位を発生した“酵素複合体内電場"(いわば、微小平行板コンデンサ-の充電状態)が形成されたエネルギ-化状態が存在することを初めて立証した。2.抗チャ-ジリンIIC末端抗体と[^<125>I]-proteinAを用いたドット法によるラジオイムノアッセイを行い、チャ-ジリンII精製標品による検量線を作製し、ATP合成酵素および亜ミトコンドリア粒子中のチャ-ジリンII含量を定量した。その結果、チャ-ジリンIIは、ミトコンドリアにおいてATP合成酵素のみに、そのF_0のサブユニットの一つとして、本酵素と等モル数存在していることがはじめて明らかとなった。この発見は、ミトコンドリアのH^+-ATP合成酵素のサブユニットのストイキオメトリ-が決定された最初の報告である。3. H^+-ATPの合成酵素のサブユニットを逆相カラムを用いたHPLCにより高純度に精製後、プロテインシ-クエンサ-(ABI、470A型)を用い、部分的なアミノ酸配列を決定した。ついで、これらのアミノ酸配列に対応するプロ-ブDNAを作製し、遺伝子操作の手法によりサブユニットのcDNAのクロ-ニングを行った。その結果、F_0サブユニットの一つであるsubunit bのcDNAは、1,124の矢基対すらなり、214個のアミノ酸配列からなる蛋白質をコ-ドしている領域が確認された。また、その上流には、42個のImport Precursor(ミトコンドリアへの輸送シグナルペプチド)のペプチドをコ-ドしていることが推測された。これは、subunit bのImport Precursorの配列が確認された最初の報告である。
「自然を見る眼」を養う野外教育プログラムの開発

この研究の目的は、野外調査での「発見」のおもしろさを、児童に味わわせることができる指導者の養成プログラムの開発を目的としている。本研究では、当理科研究室で永年にわたって研究成果の蓄積がある那珂川を野外調査の対象とした。那珂川の蛇行州で堆積作用が生ずるときは増水時に限られているが、濁流下で行われている砂礫の運搬・堆積の状況を実際に観察することは不可能である。しかし、増水時の状況は、増水前後の河床培形の変化や堆積物の性質を調査することによって知ることができる。野外観察会は小学5・6年生を対象に2班に分けて行った。第1班は、現在(平常時)の流れが砂礫を運搬していないことを観察し、砂礫が運搬される場合は増水時であることを認識させた後、河床で増水の証拠を集めさせた。第2班には増水の事実を伏せ、河床の堆積物などを観察して集めた証拠から、増水のあったことをまとめさせた。第1班で子ども準ちが発見したものは、洗濯機の部品や草(ツルヨシ)が倒れていることであったが、十分な意識がないために、増水の証拠を発見することが難しい上に、観察事実を説明することも難しいことがわかった。第2班では、1)丸い石が多いこと、しかし、同時に角ばった礫もあることが不思議だ、2)穴の断面に縞模様が見えることなどが報告された。ここでも十分な知識がないために、堆積物や細かな地形の特徴を発見することが難しいようである。指導者は、調査の動機付けとある程度の知識が必要で、現場では観察の内容を具体的にしぼることが大切と指摘している。子どもたちは小学校5年生の時に、川の運搬・浸食・堆積作用について学習している。しかし、基本的な知識をもっていても、それを直ちに実際の自然現象に結び付けることはできない。自然現象と知識の間にモデルを用いた支援が必要である。このような背景から、本研究では水槽実験装置や空撮ビデオ教材を準備した。
実験廃棄物の新規分解技術の開発と、それに対応した廃棄物処理システムの提案

本研究は、大学から排出される実験廃棄物の処理法について「超臨界水酸化反応」と「微生物処理」をモデルに取り上げ、焼却法に代替する無害化処理技術としての適用性について実験的に検討することを目的としている。得られた成果は以下の通りである。1.東京大学柏キャンパスに現有する超臨界水酸化実験廃液処理施設を用い、大学内で発生する実験廃液を用いて分解実験を行った。無機物が共存しない廃液では、塩素化された有機物であってもダイオキシンの非意図的生成や装置腐食を起こすことなく完全分解が可能であり、焼却代替技術としての有効性を明らかにした。2.各実験室単位で発生する廃液を原点処理することを目的とした超臨界水酸化小型装置の開発について、東京大学内の廃液排出状況調査を通じて有効性の検証を行う一方、排出量が多い化学物質の大部分が同小型装置で処理可能であることを実験的に示した。4.鉄酸化細菌Acidithiobacillus. ferrooxidans MON-1株は,高度水銀耐性で水銀気化活性が著しく強いことを確認した。さらに本株を少量の培地で高濃度の菌体を得るために電気培養装置を作成した。得られた培養菌を用いて水銀汚染土壌、廃液から選択的に水銀を気化・回収することによって環境浄化等に利用可能なことを確かめた。本年度の成果は以下の通りである。1.東京大学柏キャンパスに現有する超臨界水酸化実験廃液処理施設を用い、モデル廃液及び実廃液の分解実験を行った。可燃性有機廃液や無機物が共存しない有機系水溶液などの実廃液処理では、有機物が短時間に完全酸化分解され、廃液処理技術としての同手法の有効性が実機レベルで証明された。無機塩や重金属を含む廃液についても、廃液中の有機物は概ね完全分解されるが、塩濃度対策や処理効率向上に関しては引き続き検討が必要であることが明らかとなった。2.チトクロームP450(以下P450)誘導剤を単一炭素源として添加した培地を用いて、環境中からP450産生細菌を分離することを試み、数種のP450産生細菌の分離に成功した。これらの細菌のうち、土壌中から分離したRhodococcus sp. strain EP1を用いて有害有機化合物の分解について検討した。EP1株は2-ethoxyphenolを単一炭素源として生育したときにP450を産生した。EP1株の無細胞抽出液を用いて、排水基準が定められている物質を中心に13種類の有害有機化合物の分解を検討した結果、benzene、xylene、toluene、1,3-dichloropropene、carbon tetrachloride、1,1,1-trichloroethaneが分解できることが明らかとなった。EP1株が産生するP450は多種類の有機化合物を含有する実験排水の処理に応用できる可能性がある。一方、ジクロロメタン分解菌PD11株、及び1,3-ジクロロ-2-プロパノール分解菌PY1株の分離に成功した。無機物が共存しない廃液では、置換基に塩素などのハロゲンが含まれる有機物であっても腐食や塩析出を起こすことなく完全分解が可能であり、焼却代替技術としての有効性を明らかにした。一方、廃棄物の原点処理をさらに徹底することを目的に、実験室単位での廃液処理を可能とする超臨界水酸化小型装置を製作し、完全処理に必要な基礎データを収集した。