hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
石油の脱硫代謝における新規酵素群のタンパク質工学・分子遺伝学的研究による機能向上

石油中の難除去性含硫化合物ジベンゾチオフェン(DBT)は、石油の燃焼の際に亜硫酸ガスを生成し大気中に放出されて酸性雨の原因物質となることから近年特に注目を集めている.したがってDBTおよびその誘導体の微生物代謝、特に脱硫反応機構の解明の研究は極めて重要な課題である。今までに我々が明らかにしてきたDBTの高脱硫活性のRhodococcus属細菌脱硫系の中で最終段階の酵素DszB(デスルフィナーゼ)は脱硫反応を触媒する新規酵素であり、またDszC、Aとカップルするフラビンレダクターゼは脱硫代謝に重要な役割を演ずる酵素である。そこで本研究では高効率脱硫プロセスの構築を目標としてDszBの立体構造解明とそれに基づく活性、安定性および発現量の向上、およびフラビンレダクターゼの特性解明と効率的な脱硫代謝酵素系の構築を目的として、下記の成果を得た。1.すでに高発現し酵素化学的特性を解明したDszBの分子遺伝学的特性の解明と結晶化を行った。2.好熱性非脱硫細菌のフラビンレダクターゼの精製、クローニングを行い、現在同時に高発現させつつある好熱性の脱硫菌由来DszC、Aとの共発現を行い高温域での脱硫反応の最適化を図った。3.DszB結晶酵素のX線構造解析に基づき、活性部位近傍に存在するアミノ酸残基を置換した種々の変異酵素遺伝子を構築し、変異酵素を発現する大腸菌の無細胞抽出液中での活性を測定したところ、Q65をヒスチジンに置換したDszB(Q65H)の熱安定性、至適温度が野生型DszBを上回ることを見出した。今までに我々が明らかにしてきたDBTの高脱硫活性のRhodecoccus属細菌脱硫系の中で最終段階の酵素DszB(デスルフィナーゼ)は脱硫反応を触媒する新規酵素であり、またDszC、Aとカップルするフラビンレダクターゼは脱硫代謝に重要な役割を演ずる酵素である。そこで本研究では高効率脱硫プロセスの構築を目標してDszBの立体構造解明とそれに基づく活性、安定性および発現量の向上、およびフラビンレダクターゼの特性解明と効率的な脱硫代謝酵素系の構築を目的として、本年度は下記の成果を得た。1)すでに高発現し酵素化学的特性を解明しているDszBの分子遺伝学的特性の解明と、結晶化を行った。(2)(1)で得られたDszBの結晶酵素のX線構造解析を行った。(3)好熱性非脱硫細菌のフラビンレダクターゼの精製、クローニングを行い、現在同時に高発現させつつある好熱性の脱硫菌由来DszC、Aとの共発現を行い高温域での脱硫反応の最適化を図った。

そこで本研究では高効率脱硫プロセスの構築を目標としてDszBの立体構造解明とそれに基づく活性、安定性および発現量の向上、およびフラビンレダクターゼの特性解明と効率的な脱硫代謝酵素系の構築を目的として、本年度は下記の成果を得た。(1)平成15年度に行ったDszB結晶酵素のX線構造解析に基づき、活性部位近傍に存在するアミノ酸残基を置換した種々の変異酵素遺伝子を構築し、変異酵素を発現する大腸菌の無細胞抽出液中での活性を測定したところ、Q65をヒスチジンに置換したDszB(Q65H)の熱安定性、至適温度が野生型DszBを上回ることを見出した。(2)好熱性脱硫細菌Bacillus subtilis WU-S2B由来のDBTスルホンモノオキシゲナーゼ(BdsA)については、田之倉らがX線結晶解析をが進めつつある。基質-酵素複合体の結晶構造解析を行うために、適当な基質アナログを見つけることが重要であることから、BdsAの拮抗阻害剤を検索した結果、9-phenanthrolを酵素反応系に添加したときにBdsA活性が完全に消失することを確認した。さらに9-phenanthrolはフラビンレダクターゼ活性に対する阻害活性を持たないことも確認できた。
光駆動によるナノ物質系の構築

固体表面上のナノ粒子の吸着構造を制御できれば、光学的性質など様々な機能の制御が可能になるであろう。本年度はその出発点として固体基板上のナノ粒子の吸着構造を走査トンネル顕微鏡(STM)で観察した。また、クラスターの電子構造を調べるためSTS(走査トンネル分光法)測定を行った。試料として、サイズ分布をよく制御できるパラジウムクラスター[1]と、サイズが極めて小さく光学的性質が調べられている金12量体サブナノクラスター[2]を選んだ。パラジウムクラスターは基板の種類によって分散したり集合したりする。従って、STMで安定して観察するためには、クラスターを基板表面に固定する必要がある。そこで金(111)表面上に作成した1,4-キシレンジチオールの自己組織化膜(SAM)を用いたところ、パラジウムクラスターを固定化することができた.さらにSTS測定を行ったところ、階段上のCoulomb Blockadeを示すスペクトルが得られた。金12量体サブナノクラスターについてはグラファイト表面上で像を捉えることができた。STS測定ではクラスター離散準位に対応すると思われるスペクトルが得られそのエネルギーギャップは根岸らの吸収スペクトルの測定結果ともよく一致した。このように、個々のクラスターの電子構造、光学的性質を調べることができた。吸着構造の制御のためには、クラスター同士の相互作用が上記性質にどのような変化をもたらすかを知る必要があり、今後の課題である。
「非制度化」と「教師ブログ」から理解する現代社会の学校

教師の個人的経験が書かれた「教師ブログ」という事例分析からなる本研究は2つの点に注目して展開された。一つは、個人的な経験を表現するブログ利用者の教師というアイデンティティと環境である。もう一つは、教師教育研究の文脈で主張されている教師の反省的実践が教師個人にとってどのような重要な意味を持ち、どのような関係の中で展開されるのか、教師の実践から捉えることでその現状を明らかにする分析である。事例のデータから、慢性的な疲労やストレス経験などの私的な経験が、新しいインターネット文化や商業サービスの利用を伴ってブログとして表現される一方で、教師の個人的経験を書いたブログがブログの利用者でなく教師によって展開されていることが明らかにされた。事例での分析の内容は、著書、論文公刊や学会発表を通して発信された。平成21年度は、これまで収集したデータから、教師の職業生活というケースを設定して、個人の主観的な職業生活の経験について質的分析を行った。また、イングランドの教師プログについてもデータを収集する予定であった。しかし、そのデータと分析との往復の中で、研究計画に柔軟性を持たせる必要が出てきた。計画では日本の教師プログとイングランドのそれを分析し、その比較の中でケーススタディの分析を行なう予定であったが、イングランドの教師プログは2点の理由から研究に含めないことにした。第一に、研究のデータとして十分な量のプログを読むにはかなりの時間がかかり、与えられた研究期間内でデータ収集と、その分析を行うことは現状から判断して無理があることである。第二に、インターネットから収集するデータから、「日本」のプログ、「イングランド」のプログという具合に特定の人口・集団を設定することは、文脈の発見を目的とする本研究のケーススタディの方法上大いに問題があるという理由である。後者の理由は、本研究を展開する大事な気付きとなり、教師ブログの質的データ収集と分析を可能にする理論的概念を明確にする必要が出てきた。具体的には、個人の主観的な文章が「主体化」され「ブログ」「ブロガー」が出現する過程と、その過程と学校の変容との関連を分析するする概念・視点を検討した。具体的な研究活動としては、5月には教育社会学の国際会議で、教師ブログという文化現象から、制度理論を用いた教育改革研究を批判的に再検討する内容の報告を行った。9月には、教師ブログの内容の多様性を考察した論文が、図書の一章として公刊された。また、12月には、平成22年度に予定している学会発表のアブストラクトの提出と、今年度に行なった分析の一部を論じた論文の投稿準備を行なった。まず、平成21年度に行なった教師ブログに内容の分析から得た知見に基づいて執筆した論文が今年度に公刊された。平成22年度には、ブログに書かれた教師の個人的経験について継続して分析を行なった。個人的経験の表現に焦点を当てたこの分析は、教育改革の文脈でその重要性が主張されている教師の反省的実践が教師個人にとってどのような重要な意味を持ち、どのような関係の中で展開されるのか、その現状を明らかにし、本研究の中心テーマとなる分析である。研究結果については、平成22年度は国外と国内の各一箇所で学会発表を行なった。先ず、7月に開催された国際社会学会世界会議の教育社会学のリサーチコミッティにて、慢性的な疲労やストレス経験など、個人の主観的経験について書かれた教師ブログが、ブログの利用者でなく教師によって展開されていることについて、その。また、早稲田大学教師教育研究所研究部会にて、「実践力ある教師を育てる」という当研究所の研究テーマにそって、「教師ブログ」の事例を紹介しだ。参加者は研究者だけではなく、現役の学校教員もおり、参加者からは学級通信作成などの自分の執筆活動経験や、教育問題という話題のメディアの影響力などについて、積極的なコメントを出してもらった。
電気化学的物性値に基づく不飽和コンクリート中の物質移動予測モデル

本申請の最終目標は,複数の電気化学的諸量に基づく不飽和コンクリートにおける塩化物イオン浸透予測手法の確立である.そのためには,コンクリート中のイオン移動に関する知見を学術的に体系化する必要がある.従来の不飽和コンクリート中の塩化物イオン浸透予測は高度な数値解析・物性評価技術を要する.本申請は,1コンクリート中の物質移動を二層に分離してモデルを簡略化する,2不飽和コンクリートの塩化物イオン拡散係数は電気化学的試験により直接評価する,3水の浸潤速度・移流層深さの評価方法を電気化学的非破壊試験で評価し,これらを統合する.本申請の最終目標は,複数の電気化学的諸量に基づく不飽和コンクリートにおける塩化物イオン浸透予測手法の確立である.そのためには,コンクリート中のイオン移動に関する知見を学術的に体系化する必要がある.従来の不飽和コンクリート中の塩化物イオン浸透予測は高度な数値解析・物性評価技術を要する.本申請は,1コンクリート中の物質移動を二層に分離してモデルを簡略化する,2不飽和コンクリートの塩化物イオン拡散係数は電気化学的試験により直接評価する,3水の浸潤速度・移流層深さの評価方法を電気化学的非破壊試験で評価し,これらを統合する.
大振幅波浪中での船舶の強非線形挙動に関する数値計算法の研究

平成12年度から平成14年度までの研究成果の概要は以下のとおりである。1)固相、液相、気相が共存する多相流体に対する長時間の数値シミュレーションにおいても,数値拡散が少なく,しかも圧縮性・非圧縮流体の両方に対して同一の方程式で計算可能なCIP-CUP(Constrained InterpolatedProme-Unified Procedure)法に基づく計算プログラムを開発し,船の波浪衝撃問題へ適用した。水の飛散を含むような強非線形現象に対しても計算が破綻することなく,高精度に計算できることを確認した。2)新しく開発した計算法の妥当性を確認するために,孤立波が水上プラットフォームに衝突する波浪衝撃の実験結果およびVOF法による計算結果と,CIP法による計算結果を比較した.さらには甲板上へ越波する青波が上部構造物に反射され,入射波と複雑に相互干渉する現象に対しても実験結果と比較した。それらによって,衝撃圧力,それの積分値である流体力の時刻歴,さらには甲板上での複雑な波の挙動が,新しく開発した計算法によって高精度に推定できていることを明らかにした。3)プランジャー型あるいはフラップ型造波機を備えた,いわゆる数値水槽を構築した。その際,計算領域全体の質量保存を完全に満たすために,密度関数逆算法によって剛体の境界面を精度良く追跡する方法を提案し,造波機によって発生した波,造波機に働く流体力ともに,実験結果と良く一致していることを示した。4)構築した数値水槽を用いて,大振幅波浪中での浮体の動揺について数値シミュレーションを行った。計算例として,凸型浮体へ大振幅波浪が入射する場合を考え,波の打ち込みや越波を伴う場合でも計算が破綻することなく計算でき,しかも波による漂流力や衝撃力も問題なく推定できていることを確認した。5)時間領域3次元グリーン関数法を用いたbody nonlinear計算法を開発した。それを船首部にフレアを有する実用船型に適用し,波浪中抵抗増加の計算値に対するフレアの影響を評価できることを示した。これらの結果は,水槽実験の結果とよく対応していることを確認した。今年度に行った研究をまとめると下記のとおりである。1)時間領域での三次元計算法として、まず線形問題ではあるが、グリーン関数法による計算プログラムを開発し、それの妥当性について調べた。周期的に動揺する三次元浮体に働く流体力や波浪中での運動を計算し、これまでに確立している周波数領域での計算結果と比較し、良好な結果を得た。2)定常航走時の船体周りの非線形流場を計算するために、ランキンソース法を用い、繰返し計算法によって非線形自由表面条件を満たす数値解が得られるようになった。この方法を非定常問題に拡張することが今後の課題である。3)砕波や空気巻き込みを伴う複雑流れに対しては、最近の数値流体力学の分野で発展してきたCIP(Cubic Interpolation Pseudo-Particle)法が有望であので、それに基づく計算プログラムの開発を行った。それによって二次元ダム崩壊の計算を行い、計算スキームのチェック、プログラムの修正を行った。ほぼ妥当な結果が得られているが、壁面によって流体が反射された後の流量保存の満足度があまり良くないようなので、境界条件や界面追跡スキームなどの更なるチェックが必要と思われる。

4)実用的観点からは、波浪中船体運動の非線形計算法として、入射波による強制力(フルード・クリロフカ)と船体没水部形状の変化による非線形復原力のみを正しく計算し、残りの動的流体力は線形として加え合わせる近似非線形計算法が有望と考えられる。そこで、その考え方による計算プログラムの開発を行い、線形理論による結果や実験値との比較によって、結果がほぼ良好であることを確認した。今年度に行った研究をまとめると下記のとおりである。1)昨年度開発した,CIP(Cubic Interpolated Pseudo-Particle Propagation)法の妥当性を確認するために,ピストン型造波機による造波シミュレーションを行った。波岨度(波高/波長比)が大きくなって波崩れを起こすような場合でも計算が可能であることを確認した。次に,波浪衝撃研究への準備として,波浪中での固定物体に大振幅波浪があたる場合の計算を行った。越波して物体上面に波が達した後,水の挙動が不自然であり,物体の角の計算の取扱い方に問題のあることがわかった。2)波浪中船体運動の非線形計算法として,入射波による強制力(フルード・クリロフ力)と船体没水部形状の変化による非線形復原力のみを正しく計算し,残りの動的流体力は線形として加え合わせる近似非線形計算法を,昨年に引き続き検討した。細長船理論をべースとした流体力に関するメモリー影響関数の計算に問題のあることがわかったが,これは因果律が正しく満たされていないことに原因があるので,その修正方法について検討し,満足できる結果が得られるようになった。3)時間領域3次元グリーン関数法を用いたBodyNonlinearの仮定による計算法の開発を昨年に引き続き行った。数値的安定性,計算時間の短縮など,実用化までにはまだ解決すべき問題点が多く残されているが,その解決に向け研究を遂行している。1)昨年度までに開発したCIP(Constrained Interpolated Profile)法の妥当性を確認するために,孤立波が水上プラットフォームに衝突する波浪衝撃の実験結果およびVOF法による計算結果と,CIP法による計算結果を比較した。それによって,衝撃圧力,それの積分値である流体力の時刻歴が,新しく開発した計算法によって高精度に推定できていることを明らかにした。2)次にプランジャー型あるいはフラップ型造波機を備えた,いわゆる数値水槽を構築した。その際,計算領域全体の質量保存を完全に満たすために,密度関数逆算法によって剛体の境界面を精度良く追跡する方法を提案し,造波機によって発生した波,造波機に働く流体力ともに,実験結果と良く一致していることを示した。3)構築した数値水槽を用いて,大振幅波浪中での浮体の動揺について数値シミュレーションを行った。計算例として,凸型浮体へ大振幅波浪が入射する場合を考え,波の打ち込みや越波を伴う場合でも計算が破綻することなく計算でき,しかも波による漂流力や衝撃力も問題なく推定できていることを確認した。4)時間領域
神経細胞樹状突起へのAMPA受容体トランスポートソームの特異的輸送機構

神経細胞は、樹状突起と軸索という、機能的・構造的に大きく異なった領域をもった極性細胞である。神経細胞における速い興奮性情報伝達は、樹状突起上の細胞膜に存在するAMPA型グルタミン酸受容体によって担われている。しかしどのようにしてAMPA受容体が樹状突起へ選択的に輸送されるのかについては十分分かっていない。私たちはこれまでに、アダプタータンパク質AP-4が樹状突起への極性輸送を制御することを発見した。AMPA型グルタミン酸受容体はその関連タンパク質TARPに結合し、TARPをAP-4が認識することにより軸索方向への輸送を阻害する。一方、軸索に誤輸送されたAMPA受容体は細胞表面に輸送されず、軸索内部においてオートファジーにより分解されることが判明した。そこで今年度は、軸索内部においてどのようにオートファジー経路が制御されているのかを検討した。グルタミン酸受容体が過剰に活性化されると、細胞内に流入したNaイオンなどを排出するためにポンプ活性が亢進し、その結果ATP濃度の低下とAMPK-mTOR経路を介したオートファジーの活性化が起きることを見いだした(J Neurosci,2009)。したがって、神経変性モデルマウスであるラーチャーにおける軸索内部でのオートファジーは、神経細胞死の原因ではなく、結果でありむしろ細胞死を防ぐ方向に働いていると考えられた。一方、軸索で形成されたオートファゴゾームはダイニンによって細胞体に逆行性輸送されることを見いだした(Autophagy,2009)。哺乳類の神経細胞における情報伝達は、軸索末端から放出されるグルタミン酸が、樹状突起上の細胞膜に存在するグルタミン酸受容体に結合することにより成立する。したがって、神経細胞の極性とその維持は、神経細胞の情報伝達に必須である。しかし神経細胞において極性にしたがって膜タンパク質が樹状突起や軸索へ選択的に輸送される分子機構については、ほとんど分かっていなかった。私たちは、アダプタータンパク質AP-4が樹状突起への極性輸送を制御することを世界に先駆けて明らかにした。したがってAP-4ノックアウトマウスにおいてはTARPとAMPA型グルタミン酸受容体は軸索方向に誤輸送された。同様に、リポタンパク質受容体LDLRはAP-4ノックアウトマウスにおいて軸索に誤輸送された。一方、NMDA型グルタミン酸受容体、代謝型グルタミン酸受容体、トランスフェリン受容体TfRは、AP-4ノックアウトマウスにおいても樹状突起に選択的に輸送されたことから、AP-4に依存しない極性輸送系が存在することが明らかとなった。軸索に誤輸送されたAMPA受容体はは細胞表面に輸送されず、軸索内部においてオートファジーにより分解されることが判明した。これはTARPのAP-4によって認識される部位がAP-3によって代わりに認識されてオートファゴゾームからライソゾーム系に輸送されてしまうためであることが判明した(論文準備中)。
間質性肺炎に伴う肺癌発生の分子生物学的研究

1.最近約6年間で当科に入院した肺線維症44例中、28例に肺癌合併を認め、肺癌の発生頻度が高率であることを認めた。2.実際に研究に供せられる新鮮(手術)材料は極めて限られた量であり、効率よく組織中のFNの所在やその多寡を知るには組織切片の観察が適していると考えられる。肺線維症組織では肥厚した肺胞壁、基底膜にFNの沈着が著明であった。一方、肺癌組織では組織型によりFNの染色態度はまちまちであり、一般的に未分化なものほどFNが濃染していた。肺線維症に合併した肺癌は分化した扁平上皮癌と腺癌が大部分であり、FNで見る限り単純な線維症からの移行とは考え難かった。3.肺癌症例と肺線維症症例の組織間での各種細胞接着タンパク(特にフィブロネクチン、ラミニン)に注目し、量的、質的差異を検討した。その結果、フィブロネクチンでは、低分子化した画分の増加が線維化肺で認められ、ヘパリン親和性の低い画分の増加が肺癌例で認められた。これに対し、ラミニンでは組織での発現量に遺伝子レベル、タンパクレベル何れにおいても差異を認めなかった。肺胞洗浄によって得られた肺胞マクロファ-ジにおけるラミニンの発現率は、健常人の場合に比し肺線維症群で上昇していたが他の瀰慢性肺疾患例との有意差は認められなかった。4.以上の結果から、肺線維症と肺癌の因果関係は細胞接着タンパク側からのみならず、それらに対するレセプタ-側からも検討を要すると考えられた。そこでまず、ラミニンレセプタ-のうち特異性、親和性の高い67kDaラミニンレセプタ-(以下LNR)に注目してその抗体を作成し、さらにcDNAをクロ-ニングした。抗体は既に発表されていたアミノ酸配列の一部をペプチド合成し家兎に免疫して得た。担癌患者より得られた肺胞細胞を抗LNR抗体を用いて免疫染色した結果、肺胞マクロフア-ジに比し肺癌細胞が濃染する事が分かった。肺癌細胞より得られたcDNAは最大長1.2kbで、LNRを構成する37kDaポリペプチド(37LRP)をコ-ドしていた。LNRのタンパク、mRNAレベルの発現を様々な細胞で検討したところ、肺癌細胞(特に、付着型細胞、低分化未分化癌)での高度の発現の他、肺線維症由来肺胞マクロファ-ジでの発現の昂進も認められた。5.今後さらに症例を重ね、肺線維症と肺癌発生の関係を細胞接着タンパク及びそのレセプタ-の角度から検討する必要があると思われる。1。剖検肺由来フィブロネクチン(FN)の抽出肺繊維症、肺癌、肺癌合併肺繊維症の剖検例よりFNを抽出しその性状を比較した。繊維化

肺では癌合併の有無にかかわらずFNの増加および低分子化がみとめられた。また、肺癌由来FNには正常肺や肺繊維由来のFNと異なりヘパリン親和性の低い画分の増加がみられた。しかし、剖検材料の場合は保存中の変性の可能性も否定しきれず、可能な限り新鮮(手術)材料を用いることが望ましいと思われた。2。新鮮(手術)材料を用いた免疫組織化学法およびin situ Hybridization法実際に研究に供せられる新鮮(手術)材料は極めて限られた量であり、効率よく組織中のFNの所在やその多寡を知るには組織切片の観察が適していると考えられる。肺繊維症組織では肥厚した肺胞壁、基底膜にFNの沈着が著明であった。一方、肺癌組識では組織型によりFNの染色態度はまちまちであり、一般的に未分化なものほどFNが濃染していた。肺繊維症に合併した肺癌は分化した扁平上皮癌と腺癌が大部分であり、FNで見る限り単純な繊維症からの移行とは考え難かった。さらに、手術例より可急的迅速に組織切片を作成しFN Riboprobeを用いたin situ Hybridization法にてmRNAの所在の観察と定量をこころみたがmRNAの変性は避け難く、臨床材料での分子生物学的な検討は難しかった。3。肺胞マクロファ-ジにおける結合織たんぱくの発現肺胞マクロファ-ジ(Mφ)は肺繊維症発症の鍵であると考えられ、簡便に得ることができるうえ採取後直ちに各種の実験に供することができる。そこで、まずMφにおけるFN、ラミニン(LN)、ラミニンレセプタ-(LNR)の発現を免疫染色法で検討したところ、肺繊維症患者由来MφにおけるFNとLNRの発現率は上昇していた。一方、LNも正常群由来のMφに比して発現に増加がみられたが、他のび慢性肺疾患との間に有意の差は認められなかった。1.前年度迄の研究では、肺癌症例と肺線維症症例の組織間での各種細胞接着タンパク(特にフイブロネクチン、ラミニン)に注目し、量的、質的差異を検討した。その結果、フイブロネクチンでは、低分子化した画分の増加が線維化肺で認められ、ヘパリン親和性の低い画分の増加が肺癌例で認められた。これに対し、ラミニンでは組織での発現量に遺伝子レベル、タンパクレベル何れにおいても差異を認めなかった。肺胞洗浄によって得られた肺胞マクロファ-ジにおけるラミニンの発現率は、健常人の場合に比し肺線維症群で上昇していたが他の瀰慢性肺疾患例との有意差は認められなかった。2.以上の結果から、肺線維症と肺癌の因果関係は細胞接着タンパク側からのみならず、それらに対するレセプタ-側からも検討を要すると考えられた。そこでまず、ラミニンレセプタ-のうち特異性、親和性の高い67kDaラミニンレセプタ-(以下LNR)に注目してその抗体を作成し、さらにcDNAをクロ-ニングした。抗体は既に発表されていたアミノ酸配列の一部をペプチド合成し家兎に免疫して得た。担癌患者より得られた肺胞洗浄細胞を抗LNR抗体を用いて免疫染色した結果、肺胞マクロファ-ジに比し肺癌細胞が濃染する事が分かった。肺癌細胞より得られたcDNAは最大長1.2kbで、LNRを構成する37kDaポリペプチド(37LRP)をコ-ドしていた。LNRのタンパク、mRNAレベルの発現を様々な細胞で検討したところ、肺癌細胞(時に、付着型細胞、低分化未分化癌)での高度の発現の他、肺線維症由来肺胞マクロファ-ジでの発現の昂進も認められた。3.今後さらに症例を重ね、肺線維症と肺癌発生の関係を細胞接着タンパク及びそのレセプタ-の角度から検討する必要があると思われる。
Porphyromonas gingivalis赤血球溶血素の分子生物学的解析

Porphyromonas gingivalisは成人性歯周炎の主要な病原菌の一つとされる偏性嫌気性、グラム陰性の桿菌である。本種は人工培地上でヘミン要求性であり、血液寒天培地上では溶血性を示す。溶血の結果得られたヘミンは菌体内に取り込まれ、過剰に蓄積される結果、きわめて特徴的な黒色の集落を形成する。この性質は歯周炎病巣から検出される近縁のグラム陰性桿菌に共通したものであり、歯周炎の病態発生と何らかの関連があるものと考えられる。本研究では、P.gingivalisが示す溶血性と、病原性との関連を明らかにするために、本種の赤血球溶血素遺伝子の分子生物学的解析を行った。すなわち、P.gingivalisより抽出した染色体DNAを制限酵素Hind IIIおよびBam HIにより断片化し、これをプラスミドベクターpMW 119に組み込み、遺伝子ライブラリーを作成した。これを用いて赤血球溶血陰性の大腸菌株HB101を形質転換し、血液寒天培地上で培養することにより、前述の2種の制限酵素で作成したライブラリーからそれぞれ約5000コロニーをスクリーニングした。コロニー周辺の溶血斑により赤血球溶血陽性と判定し、赤血球溶血性形質転換株22株を分離した。また、それぞれの形質転換株よりプラスミドを抽出し、その性質を調べた結果、配列の異なる15種類の遺伝子断片を得ることができた。現在、これら形質転換株が示す赤血球溶血活性の定量法の確立を試みており、また得られた遺伝子断片の塩基配列決定を進めている。
唾液分泌の脳室周囲器官による中枢性制御

近年、口腔乾燥症を訴える人が多くなってきた。その原因としては、高齢者の増加あるいは、食生活の変化、ストレスの増加などが考えられるが、そのメカニズムについては不明な点が多い。唾液は、血液から作られ、体液浸透圧・体液量および自律神経活動等の影響を受けやすい。本研究は、体液量制御あるいは循環系調節の高次中枢であると考えられる脳弓下器官がどのように唾液分泌に関連しているかを検索するために計画された。研究には、ラットを用い、インビボおよびインビトロ実験を行った。インビボ実験では、脳室内に高張食塩水あるいはショ糖溶液を注入し、それによって誘発される飲水行動や耳下腺唾液分泌の低下を観察した。飲水行動誘発や唾液分泌低下の大きさは、高張食塩水刺激のほうがこれと等張のショ糖溶液より大きいということを報告した。脳内に浸透圧受容器が存在することは周知の事実であったが、われわれの結果は唾液分泌まで、中枢にある浸透圧受容器の影響を受けることを明らかにした。さらに、高張食塩水刺激のほうが効果が大きいことから、飲水行動ばかりでなく唾液分泌抑制にもナトリウム受容の影響があることを明らかにした。インビボ実験により、脳室周囲器官のひとつである脳弓下器官に選択的に細胞外ナトリウム濃度に反応するナトリウム受容器が存在し、あるナトリウム濃度以上でニューロンが活性化することを明らかにした。また、本事業により、脳弓下器官には、ムスカリン様およびニコチン様アセチルコリン受容体が存在し、体液調節に寄与していることを示唆するデータを得た。これらの受容体刺激による脳弓下器官の活性化が唾液分泌とどのように結びついているかについては、現在検討中である。唾液分泌は体液浸透庄・体液量の変化および自律神経活動等の影響を受けやすい。飲水行動発現のメカニズムについて不明な点が多いが、唾液分泌の減少により渇きを覚え飲水行動を起こすのも原因のひとつであると考えられていた。脳室周囲系および視床下部のニューロンは飲水行動誘発因子である高張浸透圧あるいはアンギオテンシン等に作用し飲水行動を誘発する。しかし、この過程で作用から行動誘発までのメカニズムは未解決であった。申請者らは、飲水行動発現のメカニズムの一つとして、飲水行動誘発因子が脳室周囲系および視床下部ニューロン活動の変化を介して唾液分泌を抑制し、口腔内に渇きを覚え飲水行動が誘発される系があるのではないかと考えた。本研究の目的はこの仮説を実証するために、脳室周囲系および視床下部と唾液分泌との連関を調べることであった.実験には、耳下腺導管にカニューレを装着したラットの側脳室に、等張の高張ショ糖液および高張食塩水を注入し、反射唾液量の変化を調べた。両液の注入により、反射唾液量の減少が観察された。減少量は、高張食塩水のほうが大きかったことから、中枢の浸透圧刺激およびナトリウム刺激により、反射唾液が減少することが考えられた。等張の高張ショ糖液および食塩水で誘発される飲水行動も同じような変化を示すことから、唾液分泌抑制と飲水行動誘発には、密接な関係があることが示唆された。

インビボ実験では、脳室内に高張食塩水あるいはショ糖溶液を注入し、それによって誘発される飲水行動や耳下腺唾液分泌の低下を観察した。飲水行動誘発や唾液分泌低下の大きさは、高張食塩水刺激のほうがこれと等張のショ糖溶液より大きいということを報告した。脳内に浸透圧受容器が存在することは周知の事実であったが、われわれの結果は唾液分泌まで、中枢にある浸透圧受容器の影響を受けることを明らかにした。さらに、高張食塩水刺激のほうが効果が大きいことから、飲水行動ばかりでなく唾液分泌抑制にもナトリウム受容の影響があることを明らかにした。インビボ実験により、脳室周囲器官のひとつである脳弓下器官に選択的に細胞外ナトリウム濃度に反応するナトリウム受容器が存在し、あるナトリウム濃度以上でニューロンが活性化することを明らかにした。また、本事業により、脳弓下器官には、ムスカリン様およびニコチン様アセチルコリン受容体が存在し、体液調節に寄与していることを示唆するデータを得た。これらの受容体刺激による脳弓下器官の活性化が唾液分泌とどのように結びついているかについては、現在検討中である。
RAB5-Ropカスケードを介した細胞内シグナリング機構の解明

本研究課題では、植物RAB5の新奇エフェクターとして単離同定されたSWAP70がその下流でRho of Plant (Rop)の機能制御を担うと考え、SWAP70が相互作用するROPの同定とその機能制御機構の解明を試みた。相互作用解析の結果、シロイヌナズナSWAP70はROP7と相互作用することがわかった。ROP7は定常状態では細胞膜、核、核小体様構造に局在したが、SWAP70や植物RAB5との共発現によりエンドソームに局在化した。ROP7は組織特異的な発現様式を示す。以上から、RAB5はSWAP70を介してROP7とカスケードを構築することにより組織特異的な機能制御を実行すると考えられる。低分子量GTPaseであるRAB5は真核生物に広く保存されている。陸上植物は保存型RAB5に加え、ユニークな一次構造を持つ植物固有型RAB5を有する。申請者じゃこれらRAB5のエフェクターとして、「AtSWAP70」の単離に成功した。SWAP70はシグナル伝達や細胞骨格制御に関わるRac GTPaseの活性化因子であることから、「植物ではRAB5がRac/Rop(Rho of Plantの略。シロイヌナズナにおけるRhoファミリーのカウンターパート)の活性化因子と相互作用することによりRAB5-Rac/Ropカスケードを構築し、細胞内シグナリングを制御する」という仮説を立てた。本研究課題では、この仮説の検証と分子機構の解明を目指ざす。平成27年度においては、AtSWAP70が基質とするROPの同定を試みた。シロイヌナズナに存在するROP11種類を全てクローニングし、PCRにより恒常活性型・優性阻害型突然変異を導入した変異型CDSを作成した。この変異型CDSを用いて酵母2ハイブリッド法による相互作用解析を行ったところ、予想に反し、AtSWAP70は活性型ROP7と相互作用することが明らかとなった。この結果はAtSWAP70がROP7のエフェクターとして働く可能性を示唆する。この相互作用を生化学的な手法により確認するため、タンパク質発現ベクター作成の準備を行った。低分子量GTPaseであるRAB5は活性型と不活性型をサイクルし、活性型時に「エフェクター」と呼ばれる分子群と相互作用することにより分子スイッチとして機能する。RAB5は真核生物に広く保存されているが、陸上植物は保存型RAB5に加え、ユニークな一次構造を持つ植物固有型RAB5を有する。申請者はこれらのRAB5のエフェクターとして、Rac活性化因子のシロイヌナズナホモログであるAtSWAP70の単離に成功した。SWAP70はシグナル伝達や細胞骨格制御に関わるRac GTPaseの活性化因子として報告されていることから、植物細胞ではRAB5とRacがカスケードを構築し、細胞内シグナリングを制御するという仮説を立てた。本研究は、この仮説の検証と分子機構の解明を目指した。研究を行った結果、当初の想定と異なり、AtSWAP70は、シロイヌナズナにおいては活性型のRho of plant 7 (ROP7)と相互作用することが明らかとなった。つまりAtSWAP70がRac活性化因子ではなく、ROP7のエフェクターである可能性が示された。そこで、AtSWAP70とROP7の相互作用を免疫沈降-質量分析法で調べるとともに、AtSWAP70がROP7の下流現象を制御する可能性を調べた。まず、恒常活性型ROP7の過剰発現がAtSWAP70の細胞内局在に与える影響を評価した。また、rop7 T-DNA挿入変異体を購入し、rab5変異体に対して、atswap70と同等の遺伝学的相互作用を示すか調べた。またAtSWAP70とROP7の相互作用をin vitroフルダウン法で検出するための準備を進めた。本研究は膜交通制御因子であるRABが、Rop(Rhoの植物におけるカウンターパート)の活性化因子として知られるSWAP70と相互作用し、Rop-RABシグナルカスケードを構築して細胞内現象を制御する可能性の検証を目的たした。研究の結果、AtSWAP70がRopの活性化因子ではなく、Rop7のエフェクターである可能性が示された。研究計画の見直しを行い、生化学的手法、顕微鏡を用いた解析手法、遺伝学的手法でAtSWAP70がRopの下流で働く可能性を調べた。陸上植物は保存型RAB5に加え、ユニークな一次構造をもつ植物固有型RAB5を有する。申請者はこれらRAB5のエフェクターとして、Rac活性化因子のシロイヌナズナホモログである「AtSWAP70」の単離に成功した。この結果から植物ではRAB5とRacがカスケードを構築し細胞内シグナリングを制御するというモデルが考えられる。本研究課題では(1)SWAP70が基質とするRac/Ropの同定、(2)RAB5がRac/Ropの機能に与える影響の検証、(3)植物の形態形成・免疫応答におけるこのシステムの意義の評価を行い、このモデルの検証を行う。

ROP7は定常状態では細胞膜、核、核小体様構造に局在したが、SWAP70や植物RAB5との共発現によりエンドソームに局在化した。ROP7は組織特異的な発現様式を示す。以上から、RAB5はSWAP70を介してROP7とカスケードを構築することにより組織特異的な機能制御を実行すると考えられる。当初の仮説ではAtSWAP70がROPの活性化因子として働くと考えていたが、今回の結果からAtSWAP70がROPのエフェクターとして働く可能性が示唆された。今年度はこの相互作用をプルダウン法や免疫沈降法などの生化学的手法により確認する。また、ライブイメージング技術により優勢阻害型ROP7の過剰発現がAtSWAP70の細胞内局在に与える影響を調査する。これによりAtSWAP70がROP7のエフェクターであることを確認する。昨年度得られた結果は、RAB5とROP7がエフェクターであるAtSWAP70を介して協調的に機能発する可能性を示唆する。この可能性を多重変異体作出とその表現型解析といった遺伝学的な手法により検証する。当初の期待とは異なる研究結果が得られたため研究計画を見直し、AtSWAP70がRop7のエフェクターとして、Rop7を介したシグナル伝達経路の下流を担う可能性の検証を進めた。現在、AtSWAP70とROP7の相互作用を免疫沈降ー質量分析法で調べるための条件検討を行っている。また、AtSWAP70とROP7のリコンビナントタンパク質を回収するためのコンストラクトを作成し、今後、AtSWAP70とROP7タンパク質を用いて、GTP、もしくはGDP存在下での相互作用を、in vitroプルダウン法によって調べる予定である。それぞれのリコンビナントタンパク質の回収と精製にあたり、現在の所属機関が所有していない、超音波破砕機の導入を検討している。植物細胞生物学事業期間中に異動となり、一部の研究計画の遂行が困難となったため。生化学的な相互作用解析を行うため、超音波破砕機を購入する。
抗癌剤多剤耐性克服活性を有する新規生体内物質の探索・同定と癌化学療法への応用

薬物排出ポンプであるP-糖蛋白質(P-gp)は、癌細胞の抗癌剤多剤耐性(MDR)を担う本体の1つであり、MDR克服に向けてP-gp阻害物質の開発が進められている。またP-gpは正常組織にも存在し、薬物の体内動態支配因子としても重要である。本研究では疾患時におけるP-gpのin vivo機能を精査し、その変動に内因性P-gp阻害物質が関与することを明らかにするとともに、MDR克服物質の発見に向けて阻害物質の実体解明を試みた。腎ならびに肝疾患時におけるin vivoでのP-gp機能について、P-gp基質Rho123の動態を指標に解析し、障害臓器のみならず全身性のP-gp機能低下を認めた。各種臓器でP-gpの発現低下は認められないこと、疾患動物の血漿でP-gp阻害効果が観察されたこと等から内因性阻害物質の関与が示された。候補物質の1つコルチコステロンの血漿中濃度を測定したところ、両疾患時に上昇することが判明した。また健常な状態では尿中に阻害物質が排泄されると考え、ヒト尿抽出物について調べたところP-gp阻害活性を持つ物質が複数存在することが明らかとなった。1例としてP-gp阻害活性を持つエストロゲン(エキリン)の存在を認めた。また尿抽出物の分離、同定の過程で、内分泌かく乱物質ジ-2-エチルヘキシルフタレートが検出された。この物質によるP-gpへの直接的な阻害効果は観察されなかったが、体内に摂取された種々の内分泌かく乱物質が、P-gpや異物代謝酵素等の生体防御系に如何なる影響を与えるのか解明が望まれる。また、体液中には複数のP-gp阻害物質が存在することから、量的な制約はあるものの、今後さらに分離・同定を進めることで新たなP-gp阻害(MDR克服)物質の発見に結び付くものと期待される。癌化学療法においては、癌細胞の抗がん剤多剤耐性現象が問題となる。P-糖蛋白質は、この現象を担う本体の一つであり、構造的に多様な薬物をATP依存的に細胞外へと排出するポンプ機能を有している。一方、P-糖蛋白質は腎臓、脳毛細血管等の正常組織にも存在し、我々はその機能解析を進めていく過程で体液中にP-糖蛋白質阻害物質の存在を示唆する知見を得た。本年度は、この点についてさらに明確にするとともに、新規多剤耐性克服物質の発見に向けて、内因性P-糖蛋白質阻害物質の探索・同定を試みた。腎疾患モデルラットを作成し、ローダミン123(Rho123)の動態を指標にin vivoでのP-糖蛋白質機能を解析したところ、腎障害の程度に応じて腎のみならず肝のP-糖蛋白質機能低下が観察された。これは正常時には尿中に排泄されていた内因性P-糖蛋白質阻害物質が腎障害では排泄されず体液中に蓄積し、これが肝のP-糖蛋白質を阻害したためと考えられた。そこでヒト尿を用い、P-糖蛋白質阻害物質の有無についてRho123輸送阻害活性を指標に解析したところ、ヒト尿中にはP-gp阻害物質が存在することが明らかとなった。尿抽出物の阻害活性には、個体間変動、個体内変動が観察されたが、特に出産前後のヒト尿抽出物が強いP-gp阻害活性を示すことを認めた。出産前後にはエストロゲン等の尿中排泄が著しく増大する。そこで各種エストロゲンの影響について解析したところ、17β-エストラジオール、エストリオール、エストロン、エキリンは何れも同等のP-糖蛋白質阻害活性を有することを認めた。

またGC-MSで解析したところ、ヒト尿中にエキリンの存在を確認することができた。従って、これらホルモンは尿中のP-糖蛋白質阻害物質の一種と考えられた。薬物排出ポンプとして機能するP-糖蛋白質(P-gp)は、癌細胞の抗癌剤多剤耐性を担う本体の1つであり、耐性克服に向けてP-gp阻害物質の探索・開発が進められている。またP-gpは正常組織にも存在し、薬物の体内動態支配因子としても重要である。本研究では疾患時におけるP-gpのin vivo機能を精査し、その変動に内因性P-gp阻害物質が関与することを明らかにするとともに、多剤耐性克服に向けて阻害物質の実体解明を試みた。腎疾患に加え肝疾患時におけるP-gp機能について基質であるRho123の動態を指標に解析した。その結果両疾患において、障害臓器のみならず脳をはじめ全身性のP-gp機能低下を認めた。各種臓器でP-gpの発現低下は認められないこと、疾患動物の血漿でP-gp阻害効果が観察されたこと等から内因性阻害物質の関与が示された。候補化合物の1つとしてコルチコステロンを選び、血漿中濃度を測定したところ、両疾患時に上昇することが判明した。また健常な状態では尿中に阻害物質が排泄されると考え、ヒト尿抽出物について調べたところP-gp阻害活性を持つ物質が複数存在することが明らかとなった。1例としてP-gp阻害活性を持つエストロゲン(エキリン)の存在を認めた。また尿抽出物の分離、同定の過程で、内分泌かく乱物質とされる可塑剤ジ-2-エチルヘキシルフタレートが検出された。この物質によるP-gpへの直接的な阻害効果は観察されなかったが、体内に摂取された種々の内分泌かく乱物質が、P-gpや異物代謝酵素等の生体防御系に如何なる影響を与えるのか解明が望まれる。また、体液(血漿、尿など)中には複数のP-gp阻害物質が存在することから、量的な制約はあるものの、今後さらに分離・同定を進めることで新たなP-gp阻害(多剤耐性克服)物質の発見に結び付くものと期待される。
がん看護専門看護師コースを履修する学生の実践能力を育成する教育方法の検討

本研究の目的は、大学院修士課程がん看護専門看護師(以下、OCNS)コースを履修する学生の実践能力を育成する教育方法を検討することである。そのために1.OCNSコース修了生が考えるがん看護専門看護師が役割遂行に必要と考える能力、2.OCNSコース修了生が受けた教育(方法と内容)をどのように受け止めているか、3.OCNSコース修了生の学習環境に対する評価を明らかにすることを目標とした。対象は、認定を受けたOCNSコース修了生本研究への参加の承諾が得られた者とした。倫理的配慮として、研究者の所属機関の倫理審査を受け、対象者に研究依頼書を送付し返信用ハガキにて研究参加の同意の得られた対象者に対して参加可能な面接会場の希望を確認した。面接時には、口頭と文書で研究概要と研究参加の自由意思、プライバシーの保護等について説明し、承諾書での了解を得た。研究方法として、半構成的質問紙を持いた48名のグループ面接を行い、許可を得て面接内容を録音した。質問内容は、OCNSが役割遂行に必要と考える能力、自らが受けた教育においてOCNSに必要な能力を習得するための教育方法であったかどうか、学習環境に対する評価である。得られたデータは、OCNSが役割遂行に必要と考える能力、受けた教育の評価、学習環境の評価と考えられる部分を抽出し、コード化、分類した。結果、対象者は、27名で全員女性、平均年齢は39.1歳で、ONSコース入学前の平均臨床経験年数は10年、終了後の平均臨床経験は3.5年、認定後の平均経験年数は1.9年であった。役割遂行のために必要と考える能力として、情報収集する能力、アセスメント能力、コミュニケーション能力、協調する能力等があり、教育の評価として、実践事例からの学び、研究への取り組み過程からの学び、OCNSと接する実習での学び等があった、学習環境として良かった事として、教員の手厚い指導、OCNSからのアドバイス、病棟スタッフの協力等あり、悪かった事して、経済的な負担、研究に時間がかけられない等があった。これらの結果から、OCNSコースにおける教育は最善をつくされているが、経済性を考慮し何を学ぶかというカリキュラム構成を再考する必要性が示唆された。研究目的は、大学院修士課程・がん看護専門看護師コース(以下、コース)担当の教員等からコースにおける教育方法について明らかにすることである。そのために、1.教員が考えるがん看護専門看護師(以下、OCNS)が実践を行う際に必要な能力、2.実践能力を習得させるための教育方法、3.コース運営上の工夫点、問題点を明らかにすることを目標とした。方法は、1)7校から授業概要資料を収集し概要把握、2)本研究への参加の承諾が得られた8名のコース担当教員に半構成的質問紙を用いた面接調査を行った。面接調査内容は、OCNSが実践を行う際に必要な能力を習得させるために実施している講義、演習、実習における教育方法、運営上の工夫点や問題点等である。得られたデータは、教員が考えるOCNSが実践を行う際に必要な能力、具体的教育方法および運営上の工夫点や問題点と考えられる部分を抽出、コード化し分類した。結果、対象の平均年齢は49.6歳で、教員としての平均経験年数は、15.8年であり、コースの平均担当年数は、5.5年であった。コース担当教員が、OCNSが実践を行う際に必要と考える能力には、知識を獲得する能力、アセスメントする能力、臨床判断能力、全人的に患者をみる能力などがあった。また、実践能力を習得させるための教育方法としては、OCNSの役割を実践する実習、OCNSと共に実践する実習、知識を習得させる講義、物事を分析する手段の指導などがあった。そして、運営上の工夫点としては、OCNSと連携をとり実習指導をする、専門家や修了生に講義をお願いするなどがあり、運営上の問題点としては、大学院予算内では適切な講師が雇えない、実習施設の理解が得られず効果的な実習ができないなどがあった。これらの結果と次年度の結果とを合わせてOCNSの教育方法について検討する予定である。

結果、対象者は、27名で全員女性、平均年齢は39.1歳で、ONSコース入学前の平均臨床経験年数は10年、終了後の平均臨床経験は3.5年、認定後の平均経験年数は1.9年であった。役割遂行のために必要と考える能力として、情報収集する能力、アセスメント能力、コミュニケーション能力、協調する能力等があり、教育の評価として、実践事例からの学び、研究への取り組み過程からの学び、OCNSと接する実習での学び等があった、学習環境として良かった事として、教員の手厚い指導、OCNSからのアドバイス、病棟スタッフの協力等あり、悪かった事して、経済的な負担、研究に時間がかけられない等があった。これらの結果から、OCNSコースにおける教育は最善をつくされているが、経済性を考慮し何を学ぶかというカリキュラム構成を再考する必要性が示唆された。
ヒト胎盤の網羅的DNAメチル化解析による胎児発育不全の責任遺伝子の同定

本研究では、ヒト胎児発育不全(FGR)発症要因となる胎盤のDNAメチル化異常を、胎盤由来DNAの遺伝子プロモーター領域の網羅的なメチル化解析により明らかにする。具体的には、FGR児の胎盤DNAメチル化率を次世代シークエンサーを用いて網羅的に解析し、対照群とDNAメチル化状態が有意に異なる遺伝子を同定する。ついで、mRNA/蛋白発現、酸化ストレス動態、周産期臨床像を含めて検討することで、FGR発症の責任遺伝子および発症機序を明らかにする。本研究によりヒトFGR発症の責任遺伝子を同定することで、新たなエピジェネティック治療の開発につながり、周産期死亡の減少・成人期生活習慣病の減少に貢献できる。
多核錯体への柔軟なプロトン移動能の導入と水の酸化反応への影響

多電子移動反応を効率的に促進する触媒を開発する上で、生体内酵素が有する2つの要素(多核構造・電子やプロトンの柔軟な移動能)が重要だと考えた。そこで本研究では、解離性プロトンを有する5核錯体について研究を行い、次の2つの重要な成果を得た。(1)鉄5核錯体に解離性プロトンを導入したことによって水の酸化反応に必要な過電圧を低下させることに成功した。また、(2)多核金属錯体に内包されたプロトンに関して速度論的な反応性を明らかにした。本研究では多核金属錯体に解離性プロトンを有する配位子を導入し、水の酸化反応に対する触媒機能を評価する。本年度は多核金属錯体の合成および精製、得られた錯体の基礎物性や触媒機能を調査した。合成した錯体はESI-MS、単結晶X線構造解析、元素分析によって同定を行った。本錯体を有機溶媒に溶かし塩基の添加に伴う吸収スペクトル変化を測定したところ、錯体から多段階のプロトン解離が確認された。電気化学測定では複数の可逆な酸化還元波が観測され、多核錯体の柔軟な電子移動能が保持されていることが分かった。同様の測定を水の存在下で行ったところ触媒電流が観測されたことから、水の酸化反応に対する触媒能があることが示唆された。そこでH型の電解セルを用いて水溶液中で定電位電解を行った結果、酸素ガスの発生が確認され、本錯体が触媒活性を有していることが明らかとなった。また、導入した解離性プロトンの酸化還元挙動への影響を評価するため、水溶液中でpHを変化させながらサイクリックボルタンメトリーを測定した。酸化還元電位はpHが上昇するにつれて低電位シフトしておりプロトン共役電子移動過程であることが分かった。また、触媒電流の開始電位においても低電位シフトが観測され、これまでの同種の多核錯体よりも低い過電圧で反応が進行することが判明した。以上から解離性プロトンを導入することによって、柔軟な電子移動ができるだけでなく柔軟なプロトン移動が可能となり、その結果として水の酸化反応に必要な過電圧を低下させることに成功した。配位子の合成および多核金属錯体の合成は首尾よく進めることができた。しかし、当初の想定に反し、得られた錯体にわずかな不純物が混入していることが分かった。研究遂行上、不純物は完全に取り除く必要があるが、これまで用いていた方法では精製が困難であることが判明した。そこで、精製方法の見直しを行い適切な再結晶条件を見つけたことにより錯体の精製が完了した。その後の基礎物性測定はおおむね順調に進展し錯体が当初の目的通りの性質を示すことが分かった。電気化学測定では目的の錯体の溶解度が低いという課題があったが、電極表面に錯体を担持して測定する方法を確立したことにより、水溶液中での測定が可能となり導入した解離性プロトンの効果を評価することができた。本年度は前年度に合成した多核金属錯体について詳細な電気化学特性、pH依存性、触媒機能を調査した。新規鉄5核錯体の電気化学的性質を評価する上で配位子上の解離性プロトンの効果を調べるため、錯体を電極表面に修飾しpH緩衝溶液中で測定を行った。有機溶媒中と同様に4つの酸化波、および水の酸化反応に帰属される触媒電流が観測されることが確認された。さらに、各酸化波と触媒電流はpHの変化に伴って低電位シフトすることから、プロトン共役電子移動過程(PCET)であることが分かった。このPCET過程は従来の鉄5核錯体にはない性質であるため、本研究課題で解離性プロトンを導入したことに由来すると考えられる。さらに同様の測定条件において矩形波ボルタンメトリー(SWV)の測定を行った。それぞれのpHにおけるSWVのボルタモグラムに対してデコンボルーションを行うことにより解析し酸化還元電位を決定することできた。得られた各酸化還元電位をpHに対してプロットしたプルーベダイアグラムを作成し、1電子1プロトン過程のPCETが4段階あることが判明した。また電解-吸収スペクトル測定を行ったところ酸化に伴って長波長側に吸収帯が観測されたことから配位子が酸化過程に大きく寄与していることが示唆された。これらの結果から、過電圧の低下は解離性プロトンの導入によって4つのPCETが発現し低電位での酸化が可能になったことに起因すると考えられる。目的の多核金属錯体の合成と精製に成功し基礎的な物性調査を行うことができたため、平成29年度に計画していた触媒機能の評価に首尾よくつなげることができた。

また電気化学測定においても、錯体を電極表面に固定し水溶液中で測定する手法を確立できたことにより、多核錯体のpH依存性を詳細に調べることが可能となり、解離性プロトンの導入による水の酸化反応への影響を適正に評価することができた。29年度が最終年度であるため、記入しない。錯体化学29年度が最終年度であるため、記入しない。