hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
電極間伸長固定DNA/光電機能分子単一鎖ネットワークの光電機能

2)に関しては,領域内共同研究を活用し,電極間に伸張固定化させたDNAならびにDNA/Ru(pby)32+錯体ナノワイヤーの電流電圧特性を,高真空下ならびに光照射前後で評価頂いたが,それらに明確な差は認められず,また電流値も経時的に減少していることからキャリアとしてイオンが関与する伝導形態と推測された。Ru(pby)32+錯体がDNAのイオン席に対して連続的に相互作用しているとは限らず,電荷キャリア輸送サイトとなるRu錯体のDNA単一鎖上における不連続性が電子的電荷輸送を阻害していることが考えられる。単一鎖レベルで,(光吸収・電荷分離・電荷輸送)過程や(電荷輸送・電荷再結合・発光)過程などの高次機能を有するDNA/光電機能分子高次組織体を電極間に伸長固定し,単一鎖レベルでの高次構造と光電機能の関連を明らかにすることで,分子レベルでのDNA物性への理解を深めるとともに,革新的な光電機能を示す次世代分子ネットワークの創製を目的とする。平成29年度は,以下の二つの観点から光電機能性DNA鎖ネットワークとしての特製評価を行った。1)電極間隔25μmの対向電極間にDNAを伸長配向した場合,電極間中央部分ではDNA単一鎖伸張固定できるものの,高電界強度印加の影響か電極表面近傍でのDNA伸張構造はかなり乱雑に乱れる。電極表面上でも単一鎖レベルで引き伸ばされたDNA鎖の物性評価を行うため,誘電伸張に用いる電極間の内側に一対のフロート電極を導入した電極系を作成した(研究打切りにより,既に発注済みの電極作製費用は本補助事業から補助されず,別途支払いを行わざるを得なかった)。この電極を用いてDNAの誘電伸張固定を行ったところフロート電極間にDNAが単分子レベルで橋渡しされていることが確認された。フロート電極近傍にDNAの乱れは認められず,単分子レベルにおけるDNA電気物性評価に有効な系と考えられる。2)同様に,光電機能性や配向構造の評価をより明確にまた定量的に行うため,単一鎖のみではなくDNA伸張固定鎖が2次元状に連続したDNA/光電機能分子一軸配向ナノシートの作成を試みた。電極上に展開するDNA溶液中のDNA濃度増加させ誘電伸長させることで,フロート電極間に,一軸配向が期待されるDNAナノシートの作製が可能となった。1)と併せ,電極間伸長固定されたDNA光電機能物性の定量的評価に有効と思える試料の作成が可能となった。今後の研究方針は当初計画から外れてはいないものの,28年度における達成度は十分ではない。その理由としては,3μm電極間でDNAを再現性良く,単一鎖伸長固定できる方法論を確立できなかったことにある。原因として,その後の解析から,3μm電極系電界伸長に利用するDNA溶液の濃度は,通常25μm電極系で用いられる濃度ではかなり高過ぎ,大幅に希薄する必要があることが明らかとなっている。これらの知見を基に,平成29年度は,以下の二つの観点から光電機能性DNA鎖ネットワークとしての特製評価を行い,本領域4年間のまとめとして貢献したい。1)まず,電極間隔3μmでの単一鎖DNA電界伸長固定を再現性良く行うため,DNA溶液濃度を大幅に低下し,伸長条件を確立する。さらにこれが達成できない場合も想定し,以下の電極系も構築する。
激震域での地盤の超非線形応答と変状が建物・基礎に与える影響と性能設計への反映

本研究では、地盤の超非線形応答と変状が建物・基礎被害に与える影響を評価することを目的に、地震時に強震記録が得られている地点、建物被害のあった地点を対象として、現地調査、室内試験、数値解析を行うとともに、直接基礎・杭基礎の室内振動実験を行い、慣性力・地盤変位の影響、根入れ効果、群杭効果などを評価し、成果を組込んだ応答変位法・非線形有効応力解析の有効性を振動実験と実挙動のシミュレーションにより示した。本研究では、平成19年能登半島地震ならびに新潟県中越沖地震で提示された課題を含めて、激震域での地盤の超非線形応答と変状が建物・基礎被害に与える影響を評価するとともに、その成果を、より信頼性の高い防災対策、性能設計へ反映させることを目的とし、以下の項目を計画年度内に明らかにする。(1)実地盤の超非線形性状が地表で観測される地震動に与えた影響の評価(2)実地盤の超非線形応答と変状が木造建物と基礎の被害に与えた影響の評価(3)実地盤の超非線形応答と変状が非木造建物被害に与えた影響の評価(4)遠心模型振動実験による地盤の超非線形性状と変状が直接基礎建物に与える影響の評価(5)模型振動実験による地盤の超非線形応答と変状が杭基礎建物に与える影響の評価(6)簡便な地盤の3次元構成則とそれを組み込んだ非線形有効応力解析の開発(7)地盤の超非線形応答と変状が建物と基礎に与える影響を適切に評価した設計手法の提案(8)研究のまとめと総括本研究では、地盤の超非線形応答と変状が建物・基礎被害に与える影響を評価することを目的に、地震時に強震記録が得られている地点、建物被害のあった地点を対象として、現地調査、室内試験、数値解析を行うとともに、直接基礎・杭基礎の室内振動実験を行い、慣性力・地盤変位の影響、根入れ効果、群杭効果などを評価し、成果を組込んだ応答変位法・非線形有効応力解析の有効性を振動実験と実挙動のシミュレーションにより示した。平成19年新潟県中越沖地震の際、強震記録に見られた非線形性状の原因を究明するため、当該地点で、表層地盤のボーリング、サンプリング、PS検層を行い、得られたサンプリング試料の室内動的変形強度試験を行い、微少ひずみから破壊領域までの、地盤の応力ひずみ関係を求めた。さらに、室内試験結果に基づいて、実地震記録のシミュレーション解析を行ない、地盤の非線形性状が地震動に与えた影響について検討した。また、簡便な土の3次元構成則を組み込んだ非線形有効応力解析を開発し、その有効性を同様の強震記録により検討した。平成19年能登半島地震で木造建物の上屋・基礎被害の大きかった輪島市門前町を対象に、同様の地盤調査をおこない、地盤および建物の応答解析を含めて詳細に検討し、被害分布が、直下の二次元構造と地盤の非線形性状による地盤の固有周期の延びに依存することを示した。さらに、平成19年新潟県中越沖地震の際、被害または無被害であった杭基礎建物および直接基礎建物について、地盤特性と建物被害についての詳細調査を行い、被害、無被害の要因について検討した。直接基礎の根入れの有無や表面粗さが、地震時の直接基礎建物の滑り変位、底面摩擦力、主働・受働面の土圧に及ぼす影響を、遠心載荷実験で検討し、根入れがあると基礎部の滑り変位が小さくなること、基礎部表面の滑らかなケースでは、粗いケースに比べて土圧が小さく、底面摩擦力が大きいことを示した。上部構造と地盤の固有周期の関係、入力地震動の卓越周期、基礎の根入れ、杭剛性、地盤の非線形性の程度などを変化させた既往の大型振動台実験結果、遠心振動実験結果の再吟味から、地盤の超非線形時における基礎入力地震動の低減効果、群杭効果、慣性力と地盤変位の効果について、応答変位法の適用性なども含めて、総合的な検討を行なった。2007年能登半島地震において1m/sレベルの地震動を観測したK-NET穴水,JMA輪島の地表強震記録から表層地盤の等価せん断剛性比-有効せん断ひずみ関係の経時変化を算定した.算定結果を原位置調査で採取した試料を用いた非排水条件の繰り返し三軸試験結果と比較し,地震記録にみられる地盤の非線形性状、その木造家屋被害に与えた影響について考察した。また、2007年新潟県中越沖地震において、K-NET柏崎で観測されたスパイク状加速度の原因を究明するため、柏崎市内で、表層地盤のボーリング、サンプリング、PS検層を行い、得られたサンプリング試料の室内動的変形強度試験を行って、当該地点の地盤の応力ひずみ関係を求めた。さらに、その結果に基づいて、実地震記録のシミュレーション解析を行ない、スパイク状加速度発生に要因、その建物被害への影響について検討した。直接基礎建物に対する遠心載荷実験、大型震動台実験などから、SRモデルで上部構造物の応答を再現できる地盤のS波速度は、SHAKEで得られる自由地盤の等価S波速度より小さいこと、基礎部の根入れの有無、基礎部表面の粗さによって、上部構造物の水平応答・動ロッキングが異なること、また、基礎の回転角が大きくなることで、杭の曲げひずみ分布に影響を及ぼすことを示した。

さらに、液状化地盤における剛性低下が杭の水平地盤反力の低減と杭応力に与える影響を考慮するため、液状化後の地盤の損傷度を定義し、地盤のバネ剛性低減係数を評価し、提案モデルを組み込んだ簡便解析により、振動台実験における杭応力を算定し、その有効性を示した。開発中の3次元非線形有効応力解析により、乾燥地盤-杭-構造物系模型を用いた大型振動台実験のシミュレーションを行った。解析結果は、地盤、構造物の鉛直、水平加速度だけでなく、上部構造物の有無による杭の応力分布の違い、入力レベルによる地盤の非線形性をある程度の精度で再現することができた。2007年新潟県中越沖地震において、K-NET柏崎、柏崎市ガス水道局で観測されたスパイク状加速度の原因を究明するため、露頭基盤波を推定する方法を考案するとともに、表層地盤のボーリング、サンプリング、PS検層、得られたサンプリング試料の室内動的変形強度試験に基づいて、実地震記録の逆解析を行ない、合理的な露頭基盤波を推定するとともに、スパイク状加速度発生に要因について検討した。激震による基礎周辺部の沈下と基礎根入れ部に働く土圧を明らかにするため、砂地盤に支持され根入れを持つ直接基礎の遠心振動実験を実施した。その結果、地震時受働土圧は、最大加速度6m/s_2レベルで、物部岡部式と概ね整合するが、それ以下では、かなり小さいこと、振動方向の相互作用による基礎周辺部の沈下は、根入れ深さの0.4-0.5倍程度の範囲で生じること、これにより生じた基礎周辺の地盤傾斜は、1-5-1/2程度で、地盤密度が高い方が大きいこと、地震後の土圧は、終了時の壁面周辺の応力状態により、増加または減少することを示した。また、同様の基礎について根入れの有無を変化させた実験を行い、基礎の浮き上がりと着地に伴い、鉛直加速度が発生し、その値は、着地時の方が大きくなること、着地時の鉛直加速度は基礎の回転角に応じて大きくなることを示した。解析結果は、上部構造物の有無、上部構造物の固有周期、基礎部の根入れの有無によって変化する構造物の応答、杭の応力分布の違いをある程度の精度で再現することができた。本研究では、激震域での地盤の超非線形応答と変状が建物・基礎被害に与える影響を、平成23年東北地方太平洋沖地震を含めて、現地調査、室内試験、数値解析から評価することを目的とし、以下の成果を得た。(1)平成19年新潟県中越沖地震、平成23年東北地方太平洋沖地震の強震記録に見られるサイクリックモビリティー現象、周期変動の原因が液状化に起因することを、室内試験と数値解析から明らかにした。(2)地盤の液状化が木造建物と基礎の被害に与えた影響を現地調査から明らかにし、液状化の程度と建物被害の経験式を示した。また地盤改良などの対策等を施して被害を免れた事例調査から、その有効性について検討した。(3)被害を受けた杭基礎建物について、地盤特性と建物被害についての詳細調査を行い、既に開発した簡易解析ならびに多次元応答解析を含めて検討し、被害要因を考察した。(4)直接基礎の根入れ、アスペクト比、上部構造の固有周期などをパラメータとした遠心振動実験を行い、激震時の直接基礎のスウェイに伴う極限水平支持力特性とロッキングに伴う鉛直支持力特性ならびにその発現メカニズムを把握した。その結果、高重心モデルの最大応答加速度は、低重心モデルよりも小さくなった。これは、地盤の支持力が極限に達し、両者の転倒モーメントの最大値が同じになったためと考えられる。
ファクター多変量実現確率的ボラティリティ変動モデル

多次元の資産収益率の系列をモデリングする多変量実現確率的ボラティリティ変動モデルにファクター構造と高頻度データの両方を取り入れたモデルを提案した.本モデルでは,多次元の資産収益率の変動を共通のファクターの変動で説明するファクター構造によりパラメータの次元を削減するとともに,日中の取引のデータである高頻度データから資産収益率間の共分散に関する情報を取り出すことでモデルの推定を安定させることができる.本モデルの推定においては,ファクターを用いたモデルにおいて高頻度データの情報を効率的に取り入れる方法を提案した.提案モデルを用いてシミュレーションデータ分析を行った結果,高頻度データの情報を用いることでパラメータ推定やボラティリティの推定を安定させ,真のパラメータの値を上手く復元することができることを示した.さらに,アメリカ株式市場の株式リターンのデータを用いた実データ分析によって,現実の株式市場に対するモデルの当てはまりを示した.これまで,多変量の資産収益率を扱う確率的ボラティリティ変動モデルではパラメータや潜在変数の推定がその次元の大きさから困難であるという問題があったが,推定するパラメータを節約できるファクター構造の有用性や,推定するための情報を増やす高頻度データを利用する手法の有用性を示したことで,そうした問題を解決することができた.これにより,複数の資産収益率を扱うポートフォリオ分析やリスク管理の分野により精度の高い統計モデリングを応用することができる.また,高頻度データを用いた別のモデルとして,高頻度データから計算された相関係数に対する推定値である実現相関係数を用いたモデルの研究を進展させた.既存の高頻度データを用いた手法(HEAVYモデル,HARモデル)との比較をポートフォリオ設計の観点から行い,提案手法が予測力に優位性を持っていることを示した.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。多変量実現確率的ボラティリティ変動モデルにファクター構造を取り入れたモデルを提案し,シミュレーションデータ分析によるモデルの有効性を確認し,アメリカ株式市場のデータを用いた実データ分析によって現実の株式市場に対するモデルの当てはまりを示した.実データ分析の結果,個別の株式銘柄のボラティリティの大部分を共通するファクター部分のボラティリティで説明できることを示し,ファクター構造の有効性を確認した.また,高頻度データの情報をファクターを用いたモデルにおいて効率的に取り入れる方法を提案し,パラメータのサンプリングの効率性の観点等から有効性をシミュレーションデータ分析および実データ分析において確認した.これまで,多変量の資産収益率を扱う確率的ボラティリティ変動モデルではパラメータの推定がその次元の大きさから困難であるという問題があったが,推定するパラメータを節約できるファクター構造の有用性や,推定するための情報を増やす高頻度データを利用する方法の有用性を示したことで,そうした問題を解決することができる.これにより,複数の資産収益率を扱うポートフォリオ分析やリスク管理の分野により精度の高い統計モデリングを応用することができる.以上の結果について,2017年9月の国内学会(統計関連学会連合大会)や.2017年12月の国際学会(International Conference on Computational and Financial Econometrics),研究集会「高次元・高頻度データのベイズ計量経済分析」などの学会で発表を行った.本研究について,モデルの提案およびその有効性の検証をすることができた.シミュレーションデータ分析を通してモデルの推定方法自体の検証を行い,実データ分析を通してモデルと実世界との当てはまりを確かめることができた.これらの成果を通してベースとなるモデルの妥当性を確認できたため,さらなる拡張やモデルの応用性について検証を行うことができる.今後の研究のための基礎となる成果を達成できたため,研究計画を順序通りに遂行できているといえる.多次元の資産収益率の系列をモデリングする多変量実現確率的ボラティリティ変動モデルにファクター構造と高頻度データの両方を取り入れたモデルを提案した.本モデルでは,多次元の資産収益率の変動を共通のファクターの変動で説明するファクター構造によりパラメータの次元を削減するとともに,日中の取引のデータである高頻度データから資産収益率間の共分散に関する情報を取り出すことでモデルの推定を安定させることができる.本モデルの推定においては,ファクターを用いたモデルにおいて高頻度データの情報を効率的に取り入れる方法を提案した.提案モデルを用いてシミュレーションデータ分析を行った結果,高頻度データの情報を用いることでパラメータ推定やボラティリティの推定を安定させ,真のパラメータの値を上手く復元することができることを示した.さらに,アメリカ株式市場の株式リターンのデータを用いた実データ分析によって,現実の株式市場に対するモデルの当てはまりを示した.これまで,多変量の資産収益率を扱う確率的ボラティリティ変動モデルではパラメータや潜在変数の推定がその次元の大きさから困難であるという問題があったが,推定するパラメータを節約できるファクター構造の有用性や,推定するための情報を増やす高頻度データを利用する手法の有用性を示したことで,そうした問題を解決することができた.これにより,複数の資産収益率を扱うポートフォリオ分析やリスク管理の分野により精度の高い統計モデリングを応用することができる.また,高頻度データを用いた別のモデルとして,高頻度データから計算された相関係数に対する推定値である実現相関係数を用いたモデルの研究を進展させた.既存の高頻度データを用いた手法(HEAVYモデル,HARモデル)との比較をポートフォリオ設計の観点から行い,提案手法が予測力に優位性を持っていることを示した.今後はモデルの拡張と実データ分析をより応用に即した形で行う.まずモデルの拡張については,ファクターのレバレッジ効果をモデルに導入して実データ分析を行うことで,ファクターモデルがレバレッジ効果についてもパラメータ節約的な推定を可能にするかを検証する.次に,実データ分析を仮想的なポートフォリオ設計の形で行うことで,モデルが現実のポートフォリオ設計問題に利用できるかを検証する.

具体的には,実データの期間を通して一日後のポートフォリオ設計をモデルを用いた株式収益率の予測を通して行い,そのパフォーマンスを見ることで,モデルがポートフォリオ設計の意味で有用な予測を与えることができるかを検証する.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
水の酸化光触媒機能を有する人工光合成システム

水を電子源とする人工光合成系を確立するために、自然に学び、超えるという姿勢で研究を実施した。天然の光合成、光化学系II(PSII)ついては、その構造を極低X線ドーズ量条件で初めてX線無損傷構造を明らかにした。さらに光合成水分解反応の鍵となるS2→S3中間状態遷移の反応を追跡し、水分子の挿入過程を初めて観測することに成功した。水を酸化する人工分子触媒の開発についてはユビキタス元素を用いた新奇分子触媒により一電子酸化で誘起される二電子酸化反応により過酸化水素が生成することを初めて見出した。また、新規二核ルテニウム(II)アコ錯体の合成に成功し、これが高い水の酸化触媒活性を示すことを見出した。A02班では、水を電子源とする人工光合成系を確立するために、「いかにして水を電子源に成し得るか?」に焦点を絞り、1)天然光合成系における水分子の活性化中心、酸素発生中心の精密構造を世界最高の空間分解能で理解し、2)その動的機能を学んだ上で、3)人工錯体系による水分子の二電子酸化活性化、4)四電子酸化活性化反応系を開発する。以下各項目の平成25年度の研究成果を要約する。1)酸素発生KokサイクルのS1状態に対応する3種類の阻害剤複合体について1.92.1オングストロームの高分解能でX線結晶構造解析を完了させ、Native結晶を含めて、PSIIの酸素発生中心:Mn4CaO5クラスターやそれを取り巻く水のネットワーク構造を詳細に比較・検討した。2)光誘起フーリエ変換赤外(FTIR)差スペクトル法を用いて、光化学系II蛋白質における水分解・酸素発生反応の分子機構を調べた。水分解中心の近傍に存在するアミノ酸残基(D1-Lys317)の変異体を解析した結果、このアミノ酸を含む水素結合ネットワークが酸素発生する中間状態遷移においてプロトン放出経路とし働くことが示された。3)ユビキタス金属であるアルミニウムを中心元素とするポルフィリン錯体による可視1光子による水の2電子活性化について、電気化学的酸化の酸化第1波に対応する電位で誘起される水の活性化について詳細に検討した。水の酸化分解触媒として、アルミニウムポルフィリン誘導体が酸化第1波で過酸化水素生成と酸素発生を誘起することを初めて見出した。4)単核ルテニウムアコ錯体の光異性化を利用して、近接したアコ配位子を有する二核ルテニウム錯体の合成に成功した。さらに種々の誘導体を合成し、これらの電気化学特性および電気触媒活性を明らかにした。A02班では、水を電子源とする人工光合成系を確立するために、「いかにして水を電子源に成し得るか?」に焦点を絞って研究を実施した。以下各項目の平成26年度の研究成果を要約する。1)これまでのX線照射量をほぼ1桁小さい0.1 MGyまで低減させ、さらに従来を凌ぐ1.77 Åの分解能で解析した結果、PSIIの酸素発生中心(OEC、Mn4CaO5クラスター)に含まれるCaの配位環境が変化し、Caが2 Å程度移動した新たな構造が見いだされた。これはOECに含まれるCaがKokサイクルの中で異なる配置をとり得ることを初めて示したものである。2)光合成水分解系への電子供与体であるチロシンYZについて、FTIR法と量子化学計算を用いてその水素結合構造を調べた。YZの光酸化によって近傍の水分子を含む水素結合ネットワークの再構築が起こることが示され、水分解反応におけるYZを経由する新規なプロトン移動機構を提唱した。3)前年度までにユビキタス金属であるアルミニウムを中心元素とするポルフィリン錯体による電気化学的酸化の酸化第1波に対応する電位で誘起される水の活性化、過酸化水素生成を見出しているが、本年度はその反応機構を詳細に検討し水分子の活性化の分子機構を明らかにした。4)単核ルテニウム(II)アコ錯体の光異性化反応を利用して、新規二核ルテニウム(II)アコ錯体の合成に成功した。対応する単核錯体の重水中での電気触媒反応では、酸素生成速度に同位体効果が観察されたのに対し、合成した二核錯体では殆ど同位体効果が観察されないことが見出され、二核錯体のアコ配位子から誘導される高酸化状態Ru=Oの分子内カップリングによりO-O結合が形成されることが示された。A02班では、水を電子源とする人工光合成系を確立するために、「いかにして水から電子を引き抜くか?電子源に成し得るか?」に焦点を絞って研究を実施している。以下各項目の平成27年度の研究成果を要約する。1)光化学系II複合体(PSII)の結晶解析についてX線ドーズを従来より1桁以上小さい0.03、0.12 MGyまで低減させ、1.87、1.85 Åの分解能で構造解析することに初めて成功した。PSIIの酸素発生中心(OEC)のX線還元による構造変化には0.1 MGy以下の領域にしきい値があり、そのしきい値以下ではOECの構造変化は極めて小さいこと、PSII結晶に含まれる2つのモノマーのOEC構造は互いに独立であることが明らかとなった。これは、2つのOECがいずれもS1状態で異なる構造をとるか、それぞれのS状態が異なることを示唆しており、PSIIの酸素発生機構を考える上で極めて重要な情報を得た。

2)光化学系II蛋白質について、赤外分光法と量子化学計算を用いて、触媒中心であるMn4CaO5クラスター周辺の水分子ネットワークの役割を調べた。複数の水分子に非局在化したOH伸縮振動が水分解の際の速いプロトン放出に重要であることが示された。3)分子触媒による水の酸化について一電子酸化で誘起される二電子酸化反応により過酸化水素が生成することを初めて実証した。ユビキタス元素による高効率の電気化学酸化も達成した。4)単核ルテニウム(II)アコ錯体の光異性化反応を利用して、新規二核ルテニウム(II)アコ錯体の合成に成功し、これが高い水の酸化触媒活性を示すことを見出した。さらに、二核ルテニウム(II)アコ錯体を電極表面に修飾するために、カルボキシル基またはリン酸基を導入した二核ルテニウム錯体を合成し電気触媒化学的酸化を行った。PSIIの水分解・酸素発生機構の解明に向けて今回得られたS1状態の構造に対する成果は、これまでの想定を越えた領域にあり、Kokサイクルの各S状態が複数の混合原子価状態の混合状態として機能する可能性を提示したものである。また、鍵となるOEC触媒中心周りの水分子のネットワークについて、実験、計算の両面からその役割を示すことができた。分子触媒では極めて高効率な水の2電子酸化が可能であることを初めて実証した。A02班では、水を電子源とする人工光合成系を確立するために、「いかにして水から電子を引き抜くか?電子源に成し得るか?」に焦点を絞って研究を実施した。1)光化学系II複合体(PSII)の結晶解析についてX線照射による構造変化の可能性検証のためX線ドーズ量を徹底的に高ドーズ量から極微小ドーズ量まで変化させて検討した。PSIIの酸素発生中心(OEC)のX線還元による構造変化には0.1 MGy以下の領域にしきい値があり、そのしきい値以下ではOECの構造変化は極めて小さいことを初めて明らかにした。2)量子化学計算を用いたMn4CaO5クラスターのアミノ酸配位子の基準振動解析により、カルボキシル配位子の水分解反応における役割を明らかにした。また、時間分解赤外分光法を用いて水分解反応の鍵となる中間状態遷移の反応を追跡し、その遷移における水分子移動およびプロトン共役電子移動の反応過程を解明した。3)分子触媒による水の酸化分解反応について、アルミニウムやシリコンなどの極めて地球存在比が極めて高い汎用可能な元素を中心金属とするポルフィリン誘導体を用いて1電子酸化で誘起される水分子の高効率2電子酸化反応を見出した。水素と酸素の従来法に比して生成物分離が容易でエネルギー蓄積も1.4倍有利な過酸化水素と水素生成が可能になる画期的な発見である。4)高効率な水の酸化触媒能を有する錯体触媒の開発を目指し、独自に見出した二核ルテニウム(II)アコ錯体の酸化還元特性についてその分子過程を詳細に検討した。中性条件下では、錯体の2電子酸化により、Ru(III)2-(OH)2種が生成するのに対し、塩基性条件下では、配位子が2電子酸化されたRu(II)2-(μ-OOH)ペルオキソ種が化学量論的に生成することを見出した。この結果は、水の酸化のためのO-O結合形成に重要な洞察を与える研究結果である。A02班では、水を電子源とする人工光合成系を確立するために、「いかにして水を電子源に成し得るか?」に焦点を絞り、1)天然光合成系における水分子の活性化中心、酸素発生中心の精密構造を世界最高の空間分解能で理解し、2)その動的機能を学んだ上で、3)人工錯体系による水分子の二電子酸化活性化、4)四電子酸化活性化反応系を開発する。以下各項目の研究成果を要約する。
方形波パルス無声放電を用いた珪酸エチルと酸素によるシリコン酸化膜の化学的気相合成

既存の正弦波無声放電により非平衡プラズマ状態を実現できるシリコン酸化膜合成用TEOS(珪酸エチル)/酸素系常圧化学的気相合成(CVD)装置に,方形波パルス電圧発生装置を取り付けた。これは,パルス周波数が可変可能な構造となっており,種々のパルス周波数にて正弦波より非平衡性の高い反応場を形成することが可能となっている。さらにデジタルオシロスコープを取り付け,波形の観測を容易にした。本装置は従来のTEOS/オゾン系CVD法を応用したものであるため,まず酸素からオゾンへの変換特性を調べ,オゾン生成が行われていることを確認した。その後,酸素と同時にTEOSを反応容器に導入してTEOSをも非平衡状態下に置き,シリコン酸化膜の合成を行った。ここでは,事前に懸念された過度な反応の進行による粒子状酸化シリコンの多量生成もほとんどなく,良好な膜形成が確認できた。また,種々の条件による膜形成の傾向としては,放電回数が多くなる分パルス周波数が高いほど高い膜形成速度が得られ,さらに,膜形成に必要な基板表面での熱エネルギーの供給と高温度場におけるオゾン分解反応とのバランスから,高い膜形成速度のための基板温度は適正値が存在することが確認された。この実験場において,TEOSの一種の酸化現象を支配している活性酸素種として,オゾンとともに基底状態の酸素原子の存在が挙げられ,これはオゾン生成にも重要な影響を与えている。そこで,酸素分子に空間電子が衝突することによる酸素原子への解離反応,または酸素分子の高い励起状態への移行について,量子論的解析を行った。またこれに先立ち,生成した酸素原子に電子が衝突した際の電離の有無についての解析も行った。この結果,基底状態の酸素原子を作りだす電子のエネルギーには適正値が存在することが推測され,プラズマ場の適切な制御により本合成手法が有効となることが示唆された。
炭鉱・鉱山から照射する東アジア型資本主義研究と日韓台ネットワーク拠点形成

日韓台の鉱山は「圧縮された近代化」を反映した共通点が多く、欧州で先行する重工業国際比較研究の俎上に載せるに最適の素材である。この研究対象に3視点から接近する。1「東アジア型資本主義」という過去十分に定義されていない対象に対し「炭鉱・鉱山」から定義を与える。2形成されつつある東アジア炭鉱・鉱山遺産ネットワークに経営・労働・社会史の各側面から学術的裏付けを与える。換言すれば、文化資源としての炭鉱・鉱山の価値を明らかにするような社会科学的鉱山学Mining Studiesを展開する。3炭鉱・鉱山遺産ネットワークを東アジアの越境的紐帯へと育てるべく、申請代表者を中心とした研究拠点機能を強める。日本を含む東アジアの近代化に大きな役割を果たした炭鉱を対象に、日本・韓国・台湾の資料を包括的に収集・分析することを通じて、3つの国・地域に共通する東アジア型資本主義の発展過程と構造を実証的に解明するとともに、資料アーカイブを構築して国際的な研究交流と相互理解の基礎を構築しようとする研究である。炭鉱が東アジア社会の産業化・近代化に果たした役割を、政治・経済・社会の各側面から描きだそうとするテーマ設定は独創的であり、学術的な意義が大きい。また近現代史における日本・韓国・台湾の支配従属関係を考えれば、歴史を直視することを通じて、研究上のものにとどまらない幅広い意味での相互理解に資することも期待される。
多方向ひび割れを有する繊維補強コンクリートの疲労構成モデルの構築

本研究は,繊維補強コンクリートの多方向ひび割れ発生時の力学挙動を解明するものである.まず実験により,多方向ひび割れ時における強度および剛性の低下を確認した.またその低下率を,初期ひび割れ角度と損傷レベルにより整理した.さらに実験結果をもとに空間平均構成モデルを構築し,FEMプログラムに組み込み,構成モデルの検証を行った.その上で,部材レベルでの解析を実施し,構築した構成モデルの適用性を示した.本研究は,繊維補強コンクリートの多方向ひび割れ発生時の力学挙動を解明するものである.まず実験により,多方向ひび割れ時における強度および剛性の低下を確認した.またその低下率を,初期ひび割れ角度と損傷レベルにより整理した.さらに実験結果をもとに空間平均構成モデルを構築し,FEMプログラムに組み込み,構成モデルの検証を行った.その上で,部材レベルでの解析を実施し,構築した構成モデルの適用性を示した.本研究では,繊維補強コンクリートの多方向ひび割れ発生時の峰的及び疲労せん断伝達特性を実験に基づき明らかにし,鉄筋コンクリート構造物ライフスパンシミュレーションが可能な有限要素プログラムCOM3に構成モデルとして組み込むことで,繊維補強コンクリートを用いた構造物の静的耐力及び疲労寿命の予測を可能とすることを目的としている.本年度は,まず複数ひび割れ型繊維補強コンクリートの多方向ひび割れ発生下における静的及び疲労挙動を,薄板の曲げ試験により把握する実験を実施した.使用する繊維補強コンクリートは市販されている数種(ECC, Ductal等)と,独自で配合決定し作成したものを用いる.独自配合では,低強度から高強度までのマトリックス特性,鋼や有機系などの繊維種類,骨材の有無の影響を追究可能で且つ高流動な繊維補強コンクリートを用いる.粗骨材を含みせん断伝達力を意図的に向上させた試験体は,ひび割れ面形状の影響を明確にすることを目的とした.実験より,多方向ひび割れの発生時の供試体の剛性と強度の低下を確認した.その低下率は初期ひび割れの導入角度と材料種類により異なり,初期ひび割れと載荷方向の角度が大きいほど剛性の低下は小さいが強度の低下が大きい傾向が確認された.ひび割れは載荷方向によらず直角に近い角度で発生し,ひび割れ挙動の詳細な把握が必要であることが示された.また,疲労の実験も実施し,繊維配向の影響と共に検討が加えられた.実験結果をもとに空間平均化構成モデルの構築を試みた.これを有限要素法解析プログラムCOM3に組み込み実験の再現を試み,その有用性と改善の必要性を示した.引き続き,ひび割れ発生後の精緻な構成モデルめ開発が続けられている.20年度に実施した実験結果をもとに有限要素数値解析に導入可能な空間平均構成モデルを纏めた。せん断モデルの構築に際しては、実験と検証解析を基に普通コンクリートに比べ低いひび割れ面におけるせん断伝達性能と、その軟化挙動を導入した。構築したモデルを有限要素解析プログラムに組み込み、実験の検証を行った。実験で行った複雑な損傷導入プロセスを忠実に再現すると共に、その過程で導入された二方向ひび割れと、強度及び初期剛性の低下、さらにひび割れの開口およびせん断ずれの空間平均挙動を実験と同様にシミュレーションした。次に構造部材のせん断試験の検証を行った。単調、繰り返し載荷時におけるせん断耐力とひび割れパターンの違いを、普通コンクリートのせん断試験の結果と比較とともに示した。以上により、本研究で構築したHPFRCCの空間平均モデルの適用性を示した。本研究の実験及び解析により示された、HPFRCCの低いせん断特性を改善するための試みとして、従来のHPFRCCでは引張性能を低下させる要因となるため用いられない骨材を混入させた実験を行った。骨材混入量を変化させることによる引張性能の低下およびせん断性能の向上のバランスについて論じ、適切な混入量を選択すれば、せん断性能が向上すると共に、第二ひび割れが主応力軸直角方向に沿うものに変化し、十分な引張性能を有すことを示した。さらに、HPFRCCとともにFRCに分類される材料として実用化が進む超高強度繊維補強コンクリート(UHPFRC)の多方向ひび割れ発生時の力学特性について、HPFRCCと比較しつつその性能を疲労試験を含め検証した。本研究で用いたUHPFRCは補強材として鋼繊維を用いており、高いせん断強度が得られること、高い充填性がゆえに施工中に生じる繊維の配向の影響が大きいことが示された。
幼児の生活実態に応じた健康教育カリキュラム作成の試み

幼児期は、心身の発育発達が盛んで、自分の体に関心を持ち、基本的な生活習慣を確立する重要な時期である。そのため、この時期に、幼児自身が健康な生活を送る必要性を理解し、健康行動を実践する力を育てる健康教育は重要である。しかし、(1)幼児の生活実態調査が十分行われておらず、(2)担任や養護教諭が実施している健康教育内容や保護者の求める健康教育内容について調査が行われていない。そこで、本研究では、保護者から幼児の生活実態および指導を望む健康教育内容を把握し、また担任や養護教諭が実践している健康教育内容を把握することを目的としてアンケート調査を行った。調査方法は、平成24年7月、全国の国立大学附属幼稚園49園のうち、了解の得られた園にアンケート用紙を郵送し、5歳児学年の幼児をもつ保護者およびその担任、養護教諭に配布し、回収・返送してもらった。その結果、計43園から返送があり、有効回答は、保護者1757件、担任77件、養護教諭43件であった。調査の結果、次のようなことがわかった。幼児の生活実態として、(1)食物の好き嫌がある62.4%、(2)通園時間30分未満が83.7%、さらに戸外遊びの時間は30分1時間が34.8%であり、園外で体を動かす時間が少ない傾向が見られた。(3)習い事に通っている90.5%、習い事の時間は週に2時間以上が50.9%であった。実際に担任が実施している健康教育内容は、(1)手洗いうがい96.2%(2)道路の歩き方94。9%(3)体を動かして遊ぶ91%(4)友達との仲直り84.6%・プールあそびの注意84.6%であり、園生活での健康安全に関わる内容が多かった。養護教諭では(1)手洗いうがい84,1%(2)歯のブラッシング63.6%(3)早寝早起き61.4%・鼻かみ咳エチケット61.4%(5)睡眠・栄養56.8%の順に実施が多く、病気の予防の視点での内容が中心だった。また、保護者が望んでいる内容は、(1)手洗いうがい75」%(2)体を動かして遊ぶ72.9%(3)知らない人についていかない66.1%(4)困った時、つらい時の対処法645%(5)病気や障害のある人への理解62.1%の順に多く、日常の生活習慣だけでなく、心理的な考え方や行動についての理解も求めている傾向が認められた。
急性心筋梗塞の治癒機転に関わる骨髄由来幹細胞の誘導・分化機序の統合的検討

急性心筋梗塞発症後の治癒機転として,骨髄中の幹細胞が梗塞部位に誘導されて起こる血管再生の関与が確認されているが,梗塞あるいは虚血に陥った心筋組織に起因するどのようなシグナルが骨髄に作用して,血管組織などへの多分化能を有する骨髄細胞を梗塞部への誘導するか関しては不明であった.私たちは,急性心筋梗塞症例を対象として,疾患の急性期に冠静脈洞で採取した血液を用いて骨髄細胞に作南する可能性のある液性因子をスクリーニングしたところ,胎盤成長因子(PIGF)を含む数種類のサイトカインの濃度の上昇を確認した.次いで,マウスに心筋梗塞モデルを作成して行なった検討から,梗塞発症24時間以内に梗塞部心筋においてPIGFの遺伝子発現が対照の約26.6倍に亢進することを確認した.また,免疫組織染色法によってPIGFの蛋白発現様式を検討したところ,PIGF蛋白は梗塞境界域の血管組織,特に血管内皮細胞に強く惹起されることを明らかにした.一方,急性心筋梗塞患者を対象とした臨床的研究において,閉塞した冠動脈を再灌流させることにより,冠静脈洞内でのPIGF濃度が再溝流前の約8.2倍に上昇すること,末梢血中でのPIGF濃度は梗塞発症後7日間にわたって健常者に比して約2.6倍の高値を持続することを見出した.また,急性期の左室収縮性の低下した症例で血中PIGF濃度の上昇の程度が大きいこと,さらに,急性期の経過中での血中PIGF濃度の最高値が骨髄幹細胞を含む末梢血中の単核球分画と有意な正相関を示すことを明らかにした.また,急性期のPIGF値と慢性期での左室収縮能の改善の程度が正相関することにより,PIGFが一部,骨髄からの単核球の動員を介して心筋組織の創傷治癒に関与する可能性が示された.したがって,われわれは本研究において,急性心筋梗塞後に幹細胞が骨髄から梗塞部心筋に誘導されてその部で血管に分化する機序には梗塞後の局所心筋組織で高発現するPIGFが非常に重要な役割を担っていることを明らかにしたと考えている.急性心筋梗塞発症後の治癒機転として,骨髄中の幹細胞が梗塞部位に誘導されて起こる血管再生の関与が確認されているが,梗塞あるいは虚血に陥った心筋組織に起因するどのようなシグナルが骨髄に作用して,血管組織などへの多分化能を有する骨髄細胞を梗塞部への誘導するか関しては不明であった.私たちは,急性心筋梗塞症例を対象として,疾患の急性期に冠静脈洞で採取した血液を用いて骨髄細胞に作南する可能性のある液性因子をスクリーニングしたところ,胎盤成長因子(PIGF)を含む数種類のサイトカインの濃度の上昇を確認した.次いで,マウスに心筋梗塞モデルを作成して行なった検討から,梗塞発症24時間以内に梗塞部心筋においてPIGFの遺伝子発現が対照の約26.6倍に亢進することを確認した.また,免疫組織染色法によってPIGFの蛋白発現様式を検討したところ,PIGF蛋白は梗塞境界域の血管組織,特に血管内皮細胞に強く惹起されることを明らかにした.一方,急性心筋梗塞患者を対象とした臨床的研究において,閉塞した冠動脈を再灌流させることにより,冠静脈洞内でのPIGF濃度が再溝流前の約8.2倍に上昇すること,末梢血中でのPIGF濃度は梗塞発症後7日間にわたって健常者に比して約2.6倍の高値を持続することを見出した.また,急性期の左室収縮性の低下した症例で血中PIGF濃度の上昇の程度が大きいこと,さらに,急性期の経過中での血中PIGF濃度の最高値が骨髄幹細胞を含む末梢血中の単核球分画と有意な正相関を示すことを明らかにした.また,急性期のPIGF値と慢性期での左室収縮能の改善の程度が正相関することにより,PIGFが一部,骨髄からの単核球の動員を介して心筋組織の創傷治癒に関与する可能性が示された.したがって,われわれは本研究において,急性心筋梗塞後に幹細胞が骨髄から梗塞部心筋に誘導されてその部で血管に分化する機序には梗塞後の局所心筋組織で高発現するPIGFが非常に重要な役割を担っていることを明らかにしたと考えている.臨床的検討本年度においては,急性心筋梗塞(AMI)患者55症例を対象として冠静脈洞血を含めた経時的な採血を実施し,血漿中に含まれるPlGF, VEGF, SCF, GM-CSF, MDC, IL-6などの骨髄細胞の動態に影響を及ぼす可能性のあるサイトカインの推移を検討した.さらに,AMI発症後に骨髄から遊出してくる末梢血単核球およびCD34陽性細胞の推移と測定したサイトカインとの関連性を検討した.その結果,AMI発症後,梗塞心筋からPlGFが産生され末梢血での濃度が健常者の約3.5倍に上昇すること,さらに,血漿PlGF上昇の程度が末梢血単核球分画の増多と有意の正相関を示すことが明らかになった.すなわち,急性心筋梗塞発症後の骨髄細胞の末梢血への遊出にPlGFが重要な役割を担っていることが明らかになった.補助金は,末梢血単核球/CD34測定のためのフローサイトメトリー,サイトカイン測定のための消耗品の購入に使用した.現在,次年度に向けて,上昇したPlGFと臨床像との関連性と検討している.基礎的検討本年度においては,C57BL/6を用いて急性心筋梗塞モデルを作成し,梗塞部心筋でのPlGF発現を検討した.梗塞部心筋組織において,PlGFのmRNA/蛋白発現が,sham手術動物に比して,有意な上昇を示すことを確認した.

また,PlGFに対する抗体を用いた免疫組織学的検討では,梗塞部にある血管において強いPlGFの発現が認められた.補助金は,マウス飼料費,実験のための消耗品の購入に使用した.現在,心筋梗塞マウスモデルにリコンビナントPlGF蛋白を投与することにより,骨髄像,末梢血分画,梗塞部心筋に起こる変化を検討している.急性心筋梗塞発症後の治癒機転として,骨髄中の幹細胞が梗塞部位に誘導されて起こる血管再生の関与が確認されているが,梗塞あるいは虚血に陥った心筋組織に起因するどのようなシグナルが骨髄に作用して,血管組織などへの多分化能を有する骨髄細胞を梗塞部への誘導するか関しては不明であった.私たちは,急性心筋梗塞症例を対象として,疾患の急性期に冠静脈洞で採取した血液を用いて骨髄細胞に作用する可能性のある液性因子をスクリーニングしたところ,胎盤成長因子(PIGF)を含む数種類のサイトカインの濃度の上昇を確認した.次いで,マウスに心筋梗塞モデルを作成して行なった検討から,梗塞発症24時間以内に梗塞部心筋においてPIGFの遺伝子発現が対照の約26.6倍に亢進することを確認した.また,免疫組織染色法によってPIGFの蛋白発現様式を検討したところ,PIGF蛋白は梗塞境界域の血管組織,特に血管内皮細胞に強く惹起されることを明らかにした.一方,急性心筋梗塞患者を対象とした臨床的研究において,閉塞した冠動脈を再灌流させることにより,冠静脈洞内でのPIGF濃度が再灌流前の約8.2倍に上昇すること,末梢血中でのPIGF濃度は梗塞発症後7日間にわたって健常者に比して約2.6倍の高値を持続することを見出した、また,急性期の左室収縮性の低下した症例で血中PIGF濃度の上昇の程度が大きいこと,さらに,急性期の経過中での血中PIGF濃度の最高値が骨髄幹細胞を含む末梢血中の単核球分画と有意な正相関を示すことを明らかにした.また,急性期のPIGF値と慢性期での左室収縮能の改善の程度が正相関することにより,PIGFが一部,骨髄からの単核球の動員を介して心筋組織の創傷治癒に関与する可能性が示された.したがって,われわれは本研究において,急性心筋梗塞後に幹細胞が骨髄から梗塞部心筋に誘導されてその部で血管に分化する機序には梗塞後の局所心筋組織で高発現するPIGFが非常に重要な役割を担っていることを明らかにしたと考えている.
新規糖鎖機能解析ツールを利用した記憶形成過程における迅速な糖鎖シグナル制御の解明

シアリダーゼは、糖タンパク質や糖脂質の糖鎖からシアル酸を遊離する加水分解酵素である。当研究室ではこれまでに、記憶領域である海馬において記憶形成時にシアリダーゼの酵素活性が増加すること、また、海馬依存性の記憶がシアリダーゼ阻害剤によって著しく減弱することを見出している。このことから、シアリダーゼは海馬依存性記憶において重要な役割を担うと考えられるが詳細な機構については不明な点が多い。本研究では記憶の基礎過程であるシナプス伝達効率の長期増強現象(LTP)におけるシアリダーゼの役割について検討した。ラット海馬の急性切片を作製し、細胞外電位記録法によってSchaffer側枝-CA1錐体細胞間シナプスから興奮性シナプス後場電位(fEPSP)を記録した。同シナプスにおけるLTP強度は、シアリダーゼ阻害剤(DANA)を作用させることによって減弱した。シアリダーゼアイソザイムNeu3をノックアウトしたマウスでは、野生型と比較してLTP強度が有意に減弱していた。これらの結果から、内在性シアリダーゼがLTP強度に関与していることが示唆された。次に、シアリダーゼ活性イメージングプローブBTP3-Neu5Acを用いてLTP誘導時におけるシアリダーゼ活性の変化を検討したところ、神経の高頻度刺激に応じてCA1領域のシアリダーゼ活性が上昇した。次に、シアリダーゼがfEPSPに与える影響を検討した。灌流液にシアリダーゼを添加するとfEPSPが濃度に依存して増加し、LTPが誘導された。LTPはポリシアル酸特異的なシアリダーゼによっても誘導された。このシアリダーゼ誘導性LTPは、NMDA受容体の活性化や細胞内カルシウムの濃度上昇を介さないものであった。以上より、神経活動と連動したシアリダーゼ活性の上昇は、LTPの誘導に関わることが示唆された。糖鎖からシアル酸を遊離するシアリダーゼは記憶に重要な役割を担う。シアリダーゼ阻害剤をラット海馬に投与すると記憶能が著しく低下する。しかし、記憶におけるシアリダーゼの詳細な役割については不明な点が多い。研究代表者はこれまでに、シアリダーゼの酵素活性を組織学的にイメージングする蛍光色素BTP3-Neu5Acを開発した。BTP3-Neu5Acによる海馬の染色によって、苔状線維の神経終末が分布する領域に比較的強いシアリダーゼ活性があること、また、苔状線維終末におけるシアリダーゼ活性は神経の脱分極刺激により増加することを見出した。記憶形成時の神経興奮と連動してシアリダーゼ活性が変化している可能性がある。本研究では初めに、恐怖条件付け文脈学習時のシアリダーゼ活性変化についてインビボマイクロダイアリシス法を利用して検討した。ラット海馬の細胞外液中に含まれるシアル酸量は、学習時に有意に増加した。シアリダーゼには、細胞内局在や特性の異なるNeu1、Neu2、Neu3、Neu4の4種のアイソザイムがある。そこで次に、BTP3-Neu5Acによって検出されるシアリダーゼアイソザイムを検討した。ラットの各種シアリダーゼアイソザイムを利用してBTP3-Neu5Acの加水分解を行った。その結果、BTP3-Neu5Acは中性条件下、Neu2とNeu4によって効率良く加水分解された。脳ではNeu2の発現が乏しいことから、BTP3-Neu5Acで検出される神経活動と連動したシアリダーゼ活性の変化は主にNeu4に起因すると考えられた。そこで、ラット海馬にNeu4に対するsiRNAを持続的に投与したところ、モリスの水迷路によって評価した海馬依存性記憶能が低下した。以上より、記憶形成時にシアル酸が脱離すること、また、記憶に関わるシアリダーゼアイソザイムの一端が明らかになった。シナプス可塑性におけるシアリダーゼの機能解明には至らなかったものの、記憶におけるシアリダーゼの重要性を明らかにした。研究成果は学術論文や学会で公表した。以上を鑑みて総合的に「おおむね順調に進展している」と判断した。糖鎖からシアル酸を脱離させる酵素シアリダーゼは、記憶において重要な役割を果たす。初年度において、in vivoマイクロダイアリシス法を利用した実験から、恐怖関連付け文脈学習時に海馬領域のシアリダーゼ活性が増加することを見出した(J. Biol. Chem., 2017)。本年度では、脳梗塞時の虚血性神経興奮に伴ったシアリダーゼ活性の変化、及びシアリダーゼがグルタミン酸の放出に及ぼす影響を検討した。初めに、in vivoマイクロダイアリシス法により内在性のシアリダーゼ活性が検出されていることを正確に把握するために、シアリダーゼ阻害剤でラット海馬領域を灌流し、灌流液中に含まれるシアル酸量を分析した。従来型のシアリダーゼ阻害剤DANAは、HPLC分析時のプレカラム標識化の際にシアル酸の場合と同一化合物となるため、DANA存在下でのシアル酸分析は困難である。そこで新規シアリダーゼ阻害剤DPNAを合成した。ラット海馬をDPNAで灌流したところ、灌流液中に含まれるシアル酸量が減少した。逆に、バクテリア由来シアリダーゼを添加するとシアル酸量が増加した。このように、シアリダーゼ活性の変化はシアル酸遊離量の変化として捉えられることを確認した。そこで同方法を利用して、脳梗塞時のシアリダーゼ活性の変化を検証した。

ACSFによる灌流下でローズベンガルによって脳梗塞を惹起させたところ、ラット海馬のシアリダーゼ活性が脳梗塞時に迅速に増加することを見出した。さらに、シアリダーゼ阻害剤を作用させると灌流液中のグルタミン酸量が著しく増加することを見出した。シアリダーゼはグルタミン酸放出を抑制すると示唆される。以上、脳梗塞時のシアリダーゼ活性増加は、グルタミン酸放出に対する負のフィードバック機構の一端を担うと考えられる(J. Biochem., 2018)。記憶におけるシアリダーゼの重要性を明らかにした。研究成果は学術論文や学会で公表した。シナプス可塑性におけるシアリダーゼの機能解明については、現在順調に検討を進めている。以上を鑑みて総合的に「おおむね順調に進展している」と判断した。シアリダーゼは、糖タンパク質や糖脂質の糖鎖からシアル酸を遊離する加水分解酵素である。当研究室ではこれまでに、記憶領域である海馬において記憶形成時にシアリダーゼの酵素活性が増加すること、また、海馬依存性の記憶がシアリダーゼ阻害剤によって著しく減弱することを見出している。このことから、シアリダーゼは海馬依存性記憶において重要な役割を担うと考えられるが詳細な機構については不明な点が多い。本研究では記憶の基礎過程であるシナプス伝達効率の長期増強現象(LTP)におけるシアリダーゼの役割について検討した。ラット海馬の急性切片を作製し、細胞外電位記録法によってSchaffer側枝-CA1錐体細胞間シナプスから興奮性シナプス後場電位(fEPSP)を記録した。同シナプスにおけるLTP強度は、シアリダーゼ阻害剤(DANA)を作用させることによって減弱した。シアリダーゼアイソザイムNeu3をノックアウトしたマウスでは、野生型と比較してLTP強度が有意に減弱していた。これらの結果から、内在性シアリダーゼがLTP強度に関与していることが示唆された。次に、シアリダーゼ活性イメージングプローブBTP3-Neu5Acを用いてLTP誘導時におけるシアリダーゼ活性の変化を検討したところ、神経の高頻度刺激に応じてCA1領域のシアリダーゼ活性が上昇した。次に、シアリダーゼがfEPSPに与える影響を検討した。灌流液にシアリダーゼを添加するとfEPSPが濃度に依存して増加し、LTPが誘導された。LTPはポリシアル酸特異的なシアリダーゼによっても誘導された。このシアリダーゼ誘導性LTPは、NMDA受容体の活性化や細胞内カルシウムの濃度上昇を介さないものであった。以上より、神経活動と連動したシアリダーゼ活性の上昇は、LTPの誘導に関わることが示唆された。1年目で記憶形成時にシアリダーゼ活性が増加することをインビボ条件下で見出した。次年度では、記憶の基礎原理であるシナプス可塑性におけるシアリダーゼの役割を明らかにする。具体的には、(1)シナプス伝達効率の長期増強(LTP)を誘導する際のシアリダーゼ活性の変化、(2)シアリダーゼ阻害剤や外因性シアリダーゼがLTPに及ぼす影響、(3)LTPに関わるシアリダーゼアイソザイム、について明らかにする。自然界に存在するシアル酸の主な分子種として、N-アセチルノイラミン酸(Neu5Ac)とN-グリコリルノイラミン酸(Neu5Gc)がある。Neu5Acは哺乳動物の脳に豊富に存在し、記憶などの神経機能に関わる。