hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
乳牛の子宮内膜炎における感染細菌由来エンドトキシンによる卵巣機能障害の解明

【実験2】LPSによる核成熟および細胞質成熟の阻害作用が受精や胚発生に及ぼす影響について明らかにするために,LPS存在下で成熟させた卵母細胞を体外受精に供し,LPSを含まない発生培地に受精卵を移して8日間培養した。その結果,LPSは受精卵の卵割率には影響を及ぼさなかったが,胚盤胞期胚への発生率を低下させた。また,LPS存在下で成熟した卵母細胞より発生した胚盤胞の栄養膜細胞の細胞数は減少した。LPSは卵母細胞の成熟機構を阻害することにより,胚発生能を低下させることが明らかになった。また,胚盤胞を構成する栄養膜細胞の細胞数が減少したことで胚の質が低下し,着床が起こりにくくなる可能性が考えられた。以上のことから,卵胞液中に存在するLPSによる卵母細胞の成熟機構阻害が,子宮内膜炎における卵巣機能障害の一因となっている可能性が考えられた。26年度が最終年度であるため、記入しない。当該年度の研究計画に沿って研究が進められていると考えられる。これまでの研究により,子宮に炎症が見られるウシの卵胞液中にLPSが存在することが明らかとなったが,子宮の炎症により生じたLPSがどのような経路によって卵胞に到達したのかについては不明である。そこでH26年度は,生体へのLPS投与試験により,生体内でのLPSの時間的・空間的移行について詳細に調べていく予定である。生体へのLPS投与に際しては,費用や手技の簡便性,および動物愛護の観点から,ウシではなくマウスを用いる。また,卵子の成熟過程におけるLPSの影響についてさらに詳細に解析するために, LPS存在下で成熟させた卵子を用いて体外受精および体外発生培養を行い,受精能・胚発生能についての検討を行っていく。以上2つの実験を遂行するために,マウスの生体試料解析の効率化およびウシ卵子の体外受精技術の向上に努めていく。
鉄筋コンクリート部材の付着割裂強度

付着破壊を鉄筋とコンクリートの接触問題としてとらえ直し,塑性理論と破壊力学を利用して付着の3次元抵抗機構を明らかにすることを試みた。具体的には,主筋の断面を長方形にモデル化し,(1)鉄筋のふしの前面でコンクリートが局部的に圧壊すること・・・・・・・・・塑性理論,(2)割裂ひび割れ面でひび割れ幅とともに引張応力が減少すること・・・・・・・・・破壊力学,(3)あばら筋が伸びて割裂ひび割れ面に抜け出すこと・・・・・・・・・弾塑性,を考慮し,内部仕事増分と外部仕事増分の釣合から付着すべり特性を導いた。ふし前面のコンクリートは平面応力状態にあり,圧縮主応力のいずれかが一軸圧縮強度に達したとき塑性化するものと仮定した。割裂ひび割れの幅が増大することにより,鉄筋のふしのかみ合い高さが減少することも考慮した。解析によって得られた付着応力-すべり特性は,実験値とよい対応を示した。ふし前面の局部破壊領域が主筋軸となす角度は,あばら筋量が多いほど小さくなることがわかった。ただし,あばら筋の歪については実験結果を過大評価する傾向がみられた。これは,割裂ひび割れ面においてかぶりコンクリートとコアコンクリートがせん断応力によってずれることを考慮していないことが大きな原因となっているものと推察される。これに関しては今後の研究課題としたい。単純梁形式の付着試験を行なった。実際の約1/2模型とし、実験器具は現有設備を使用した。実験は次の2シリーズ(8体)とした。なお申請者は、今回は、試験体1体で4種類の付着強度データを得ることができる実験方法によったので、8体の試験体で32種類の実験データを得ることができた。1.高強度コンクリートの付着割裂強度を知るためのシリーズ(4体)高強度コンクリートの付着に関する実験は、すでにいくつかの機関で行われているが、その多くは主筋4本で中子筋のない試験体であり、主筋本数・中子筋の影響を知ることができない。そこで、主筋本数と中子筋をパラメータとして実験を行った。その結果、建築学会の付着強度式は全体的にみて安全率が高い傾向があることがわかった。特に中子筋の有るものでは顕著にみられた。主筋の節の向きの影響としては、縦に置いた方が、横に置いた方より、1030%強度が高かった。コンクリートの強度は80MPaとした。2.付着抵抗メカニズムを知るためのシリーズ(4体)付着割裂ひび割れとせん断ひび割れによって生じる横補強筋を入れた試験体と、通常の試験体(シリーズ1)とを比較することによって、3次元抵抗機構を知るために基礎データを得た。具体的には,主筋の断面を長方形にモデル化し,(1)鉄筋のふしの前面でコンクリートが局部的に圧壊すること.........塑性理論,(2)割裂ひび割れ面でひび割れ幅とともに引張応力が減少すること.........破壊力学,(3)あばら筋が伸びて割裂ひび割れ面に抜け出すこと.........弾塑性,を考慮し,内部仕事増分と外部仕事増分の釣合から付着すべり特性を導いた。ふし前面のコンクリートは平面応力状態にあり、圧縮主応力のいずれかが一軸圧縮強度に達したとき塑性化するものと仮定した。これは,割裂ひび割れ面においてかぶりコンクリートとコアコンクリートがせん断応力によってずれることを孝慮していないことが大きな原因となっているものと推察される。
主鎖型液晶ポリエステルを強化材とする耐疲労性高分子ナノ複合材料の構築

静的には材料に破壊を起こさないような変形量あるいは応力でも材料に繰り返し加わると材料の構造や性質が変化してついには破壊に至る。この現象は疲労破壊と呼ばれる。疲労はどんな材料でも必ず起こるといっても過言ではない。現在まで材料の疲労を完全に防止する方法あるいは材料設計の基準は明らかにされていない。高分子複合材料の強化材を応力集中源とならない分子レベルの次元まで分散、微細化し、官能基間の相互作用により界面強度を向上させた高分子ナノ複合材料の開発が耐疲労性向上の一つの解決手段として考えられる。本研究では主鎖型液晶ポリエステル(LCP)を強化材とし、それと化学構造の類似したポリブチレンテレフタレート(PBT)をマトリックス高分子として用いて高分子ナノ複合材料を調製した。密度測定、形態学的観察より、LCPはその重量分率が20wt%以下でミクロフィブリル状に分散し、力学的強度が向上していることが明らかにされた。一方、LCPの重量分率が20wt%以下ではPBTの結晶系のβ型への転換と微結晶の寸法の増大をもたらした。複合系の疲労特性を粘弾性追随型疲労試験機を用いて測定し、LCPの重量分率が20wt%以下の複合系では、試料の温度上昇が抑制され、耐疲労性が向上することを明らにした。
湿布面へのUV照射によるOHラジカルの生成とエチレンの改質および滅菌装置

全ての作物の保存に適応できる保存庫の開発研究を行なった。作物の保存のポイントは作物が放出するエチレンガスの除去である。新たな試みとして,高分子材にUVを照射してOHラジカルを生成した。このOHラジカルを純エチレンガス300ppmに作用させたところ,70分で145ppm減少した。実用保存庫(6.48m3)の1/8の容積の実験用の中型保存庫(湿度,温度,気体の循環がコントロールできる)を製作した。担当:長澤・殺菌効果を調べる顕微鏡(科学研究費補助金でオリンパスBX41N-33-PH)を購入した。担当:長澤・UV殺菌装置(UV管を湿布面で覆い、この面に菌を含んだ空気を通す)を製作した。なお、布への水分補給は水を満たした容器に布の一部を含ませて、布に水が染み込むようにした。担当:長澤・殺菌装置実験用保存庫に設置し、UVを照射して殺菌効果を調べるための測定システムを構築し、21年度の研究計画(エチレンの改質除去および殺菌の実験)の準備を完了した。この装置の殺菌方法は、水分を含んだ布(きめの細かい綿)に菌を含んだ空気を通すことで、菌を綿にトラップし、布の表面上に紫外線を照射することで、布の面上にOHラジカルを生成し、その面上で酸化殺菌する方法である。1.実用保存庫(6.48m^3)の保存庫に殺菌装置を設置し,花が放出するエチレンの改質除去の効果を調べた。この結果,エチレンの除去効果が示された。2.保存庫内に発生するアオカビについて,装置の有効性を調べた。この結果,アオカビの発生が抑制された。以上から全ての食物,果物や花に適用するエチレンの除去・殺菌が可能な装置の開発目的とした研究は「湿布面へのUV照射によるOHラジカルの生成とエチレンの改質および滅菌装置」を保存庫内に搭載することで長期保存が可能となり,実用化できることが明確になった。本研究は,OHラジカルで,全ての作物が対称となる発生エチレンの除去および空気殺菌のできる少エネルギー型装置(過去に開発した電界を用いたエチレン除去装置は酢酸エステルを必要としたために保存対称物に制限があった)の開発を目的とした研究である。21年度までは,OHラジカルを生成する方法として,これまでは湿布面にオゾンを生成しないUV(使用UV:254nm)を照射し,OHラジカルを生成し,気体の改質及び殺菌を行ってきた。22年度は湿布綿の代わりに高分子材を用いて,同じUVを照射して,OHラジカルの生成を行った。変えた理由は,1.湿布綿は乾燥して燃焼する可能性がある.また,水分が必要である等から実用的でない。2.高分子材は化学構造にO,H成分が含まれている.等である。OH生成法は,1.この高分子材にUVを照射し,O,Hをそれぞれ高分子材から解離する。2.解離したO,HはOHを生成する方法である。あるいは,OH成分を直接解離する方法である。このOHラジカルを気体に作用させて改質,および酸化殺菌する。研究成果:1.エチレンガスの減少の割合はUV管と高分子材の距離に依存する。2.容器(54リットル)に300ppmのエチレン純ガスを注入した場合,70分で145ppm減少した。以上から,全ての作物(果物,穀物)に適応できる簡単・軽量で省エネルギー型の気体改質除去および殺菌が可能な装置が開発できた。よって,実用的な大型長期保存庫や移動用保存庫へ搭載することができるので,広範囲で作物の保存用として使用できる。
熱帯降雨衛星観測とライダー雲観測とを用いた雲の放射効果の定量的評価に関する研究

地上での雲の放射効果に関しては、GMS/TBB(気象衛星「ひまわり」相当黒体輻射温度)等の雲データと放射コードを用いた研究や精密な放射観測を用いた研究から、雲の鉛直分布特性の把握が必要であることが明らかであったが、雲底情報も含めた雲システム特性についての理解は十分でない。本研究では、ジャカルタおよび観測船「みらい」に設置した小型ミーライダー観測により雲底高度を算出し、衛星雲データ・降雨データおよび気象データを併用し、熱帯域の陸上・海上の雲降水システム特性を解析した。1.ジャカルタ設置のライダーによる雲の連続観測から雲底高度を算出した。またGMS/TBB、およびTRMM PR(熱帯降雨観測計画衛星降雨レーダー)、NOAA衛星の長波放射、高層観測データを収集・処理した。これらのデータを用いて雲底高度分布の特性と大規模大気循環との関係を解析すると共に、雲底分布・衛星からの雲頂情報・降雨の関係を日変化に着目して解析した。観測は1998年1-2月、6-7月、10-11月、12月-1999年3月、6-8月に行われ、湿循期と乾燥期に分けて解析した。湿潤期には、高度1km以下・約4.5km・約11kmの雲底の3層構造が明らかになった。1km以下の雲底は、12-18LTの陸上の境界層の発達で現れる夕立に伴い、乾燥機にも出現する。一方、4.5km高度の雲底は夕方朝方に観測され深夜00-03LTに卓越するもので湿潤期特有である。TBBデータやTRMM降雨データとの比較から、これは対流システムと組織化したアンビル雲の融解層高度に広がる雲底と解釈できる。2.「みらい」搭載のライダーによる観測から雲底高度を算出し、ジャカルタの結果と比較しながら熱帯海上での雲底高度分布の特性と気象場・雲頂・降雨の関係を日変化に着目して解析した。陸上との第一の相違は、1km以下の雲底を持つ雲が昼夜を問わず常に現れることである。やはり1km以下、約4.5km、約11kmの3層が顕著である。4.5kmのピークは03-09LTと15-18LTにあり、前者が大きい。夕方から夜明け前に上層11km付近のピークがあり、00-03LTに大きい。TRMM PRからは海上では03-09LTの早朝に対流雨と層状雨が組織化した降水の卓越が解析され、4.5kmのピークは組織化した雲システムのアンビルの早朝の発達を示す。これはジャカルタと同様、湿潤期特有の現象であった。インドネシア・ジャカルタに設置された小型ミーライダーにより、対流圏の雲の連続観測を行った。本年度は、1998年10月7日-13日、

11月18日-30日、12月4日-16日の3期間において、雲データが取得された。このデータから雲底高度を算出すると共に、雲の鉛直分布の様相を解析した。一方、気象衛星「ひまわり」(GMS)の赤外黒体輻射温度データおよび、ECMWF(欧州中期気象予報センター)客観解析解析データを収集し、ジャカルタで観測された雲と、数百km数千kmの大規模スケールの雲システムとの対応を解析した。10-12月の期間では、10月下旬から11月上旬にかけてMadden-Julian振動(MJO)と呼ばれる30-60日周期の対流活動システムがこの地域を通過し、この頃から雲活動が活発になった。ライダーにより観測された雲の鉛直分布は、10月上旬には上層一層であったのに対し、雨期に入った11月下旬12月の分布は、56kmの中層と915kmの上層との2層構造という特徴があるのが解った。大気の大規模場構造の変化により、雲の生成に相違が生じることが示唆されたが、これが季節進行によるものか、MJOなどの大規模対流システムの特徴を示すものであるかを調べることは、今後の解析課題である。来年度以降は、さらにライダー観測の雲データを蓄積し、雲の鉛直分布と大規模場の雲システムや水蒸気分布等の気象場との関係をより統計的に解析する。また、TRMM(熱帯降雨観測計画)衛星搭載のCERES(雲及び地球放射エネルギー観測装置)データを収集処理し、大気上端放射との関係を解析する予定である。インドネシア・ジャカルタに設置された小型ミーライダーにより対流圏の雲の連続観測を行い、雲低高度を算出した。また、NOAA衛星の長波放射(OLR)データ、インドネシア気象局高層観測データ、ECMWF(欧州中期気象予報センター)客観解析データを収集し、雲低高度分布と大規模大気循環場との関係を解析した。さらに、TRMM PR(熱帯降雨観測計画衛星降雨レーダー)データを収集・処理し、雲底分布と降雨の鉛直分布との関係の解析を開始した。ライダー観測雲低高度データは1998年1月1日-2月25日(PR1)、6月19日-7月16日(PR2)、10月7日-11月30日(PR3)、12月1日-1999年3月7日(PR4)、1999年6月14日-8月30日(PR5)の5期間に得られた。降雨量の多かったPR2, PR4期には、高度約1kmの大気境界層高度のピークの他に、約5km付近に顕著な雲底高度ピークの存在が明らかになった。このピークは小雨のPR1期には見られない。OLRにより熱帯域全球スケールの対流活動分布を調べた結果、1998年5月を堺に赤道付近の東西大気大循環(ウォーカー循環)が、エルニーニョ型からラニーニャ型に急遷し、インドネシア付近は5月中旬以降年末まで降水活動の盛んな大循環の上昇域にあった。TRMM降雨データを対流性/層状性に分けた統計解析の結果、インドネシアが大規模場上昇域に入る時期には、対流システムに伴う層状雲(アンビル雲)からの降雨量が、対流性の降雨量に匹敵することが分かった。PR2, PR4期に観測された5kmの雲低高度ピークはこのようなアンビル雲に対応すると推測される。また、最近の研究で熱帯の融解層(0°C付近)の大気安定層の存在が指摘されているが、機構は未解明である。今後、GMSによる衛星からの雲頂データ、TRMM PRデータの詳細解析を行い、5km雲低高度と融解層付近の大気安定層の生成機構・対流システム構造の相互関係を調べる計画である。地上での雲の放射効果に関しては、GMS/TBB(気象衛星「ひまわり」相当黒体輻射温度)等の雲データと放射コードを用いた研究や精密な放射観測を用いた研究から、雲の鉛直分布特性の把握が必要であることが明らかであったが、雲底情報も含めた雲システム特性についての理解は十分でない。
マウスモデルを用いた中枢性呼吸疾患発症機構の研究

我々は周産期に死亡するモデルマウスについて、中枢性の呼吸障害について検討している。これまで、生後24時間以内に死亡するマウスを用いて、呼吸中枢の神経回路に関わる遺伝子を複数明らかにしてきた。本研究では生後2週間頃に突然死を起こす、乳幼児突然死症候群(SIDS)に似た表現型を示す下垂体アデニル酸シクラーゼ活性化ペプチド(PACAP)の欠損(KO)マウスについて検討を行ったので報告する。(1)我々は呼吸機能の発達がマウス系統により異なり、C57BL/6では呼吸馴化が遅いことを報告している。PACAP KOマウスにおいて、C57BL/6背景は突然死の頻度が高いことが確認した。(2)PACAP KOマウスの出生時は、無呼吸が頻回見られる不規則なパターンを示した。この呼吸異常は呼吸中枢に依存していることが分かった。(3)新生マウスは、高二酸化炭素及び低酸素に対して応答性を持つようになるが、PACAP KOマウスは低酸素に対する応答性が野生型に比べて低下していた。(4)低酸素応答性の低下は、呼吸中枢レベルに起因することを示した(呼吸中枢におけるO_2化学受容体の存在を示唆した)。(5)PACAP KOマウスの生後7日目に低酸素の負荷を与えると容易に呼吸停止を起こしたことから、PACAP KOマウスの突然死の原因が中枢性の呼吸異常(恐らく、低酸素応答の低下)であることが示唆された。(6)免疫組織学的検討から、O_2化学受容体は新生マウスの延髄の腹側呼吸ニューロングループ(VRG)のアドレナリン/カテコールアミン作動性の神経領域に存在する可能性を示した。以上のことから、SIDSの一つのモデルとしてPACAP KOマウスを提唱するとともに、呼吸馴化期における低酸素環境が死亡原因となる可能性を示した。乳幼児突然死症候群(SIDS)など先天性中枢性呼吸疾患は、解析手法が難しいこともあり、原因遺伝子など不明なことが多い。我々は呼吸異常を示す遺伝子欠損マウスを用いて呼吸疾患発症について解析を進めている。Pituitary Adenylate Cyclase Activating Polypeptide(PACAP)は、神経保護作用を持つ神経ペプチドであり、記憶・学習、概日リズム形成など様々な生理機能への関与が報告されている。一方、PACAP欠損(KO)マウスは正常に産まれてくるが、生後3週間までに突然死するものが多いことが分かっている。そこで、本年度はPACAP KOマウスの突然死と呼吸機能の関連性について検討した。ヘテロマウス同士の交配で得られたC57BL/6背景のPACAP KOマウスはメンデル則に従って出生したが、離乳時まで生存するものは1割程度であった。離乳時まで生存したKOマウスは突然死を起こすことはないことを確認した。次に、プレチスモグラフィー用いてin vivo解析行った結果、新生期KOマウスの呼吸リズムは野生型、またはヘテロマウスに比べて不規則であり、特にPOでは換気量も少なかった。また、高二酸化炭素環境(8%CO2/air)、および低酸素環境(5%02/N2)用いてHypercapnia、またはHypoxiaの影響を調べた。その結果、KOマウスはHypercapniaへの応答は野生型マウスと同等に換気量の増加が認められたが、Hypoxiaへの応答性は低かった。さらに、摘出脳幹脊髄標本を用いたex vivoの呼吸中枢リズム解析でも、KOマウスはHypercapniaへの応答は認められたが、Hypoxiaへの応答は遅いことが示された。

これらの結果は、呼吸中枢におけるO2の化学受容体の存在を示唆しており、PACAP KOマウスでは、Hypoxiaへの応答性の低下が突然死の一因となっている可能性が考えられる。乳幼児突然死症候群(SIDS)など先天性中枢性呼吸疾患は、解析手法が難しいこともあり、原因遺伝子など不明なことが多い。我々は呼吸異常を示す遺伝子欠損マウスを用いて呼吸疾患発症について解析を進めている。本年度は、ヘテロ同士の交配ではメンデル比で出生するが、生後3週以内にほとんどが死亡するPACAP (Pituitary adenylate cyclase activating peptide)の欠損マウス(C57BL/6背景)について、その死亡原因と呼吸異常の関連を検討した。全身性プレチスモグラフィによりin vivo呼吸解析を行った結果、出生時(PO)のPACAP KOマウスは、野生型マウスに比べて、無呼吸が頻繁に見られる不規則な呼吸パターンを示していた。野生型マウスの呼吸は、出生時より漸次呼吸頻度が増えP7では成体と同程度の呼吸頻度となるが、P7のPACAP KOマウスは呼吸頻度、分時換気量ともに野生型の50%程度と少なく、呼吸馴化が遅いことが分かった。また、高二酸化炭素(8%CO2/air))、および低酸素環境(5%O2/N2)における呼吸パターンを調べた結果、PACAP KOマウスは低酸素に対する応答性が野生型に比べて低下していた。一方、新生マウス(PO)の摘出脳幹脊髄標本を用いて、横隔膜(C4)の活動を調べた結果、PACAP KOマウスの発火は、野生型に比べて極度に少なく、不規則なパターンを示した。また、標本の還流液の二酸化炭素濃度、または酸素濃度を変えて調べた結果、PACAP KOマウスは低酸素に対する応答性が弱かった。以上のように呼吸中枢においてもin vivoの解析と同様な結果が得られたことから、PACAP KOマウスは中枢性の呼吸異常、特に低酸素に対する応答性が低下していることが示唆された。現在、呼吸中枢における組織学的検討を行っている。C57BL/6背景のPACAP KOマウスはメンデル比で出生するが、生後23週でほとんどが突然死を起す。PACAP KOマウスの発育状態は、対象のヘテロ型マウスや野生型マウスと比較し明らかな差は認められず、またその死亡時期がヒトの乳幼児突然死症候群(SIDS)の1歳未満に相当しており興味深い。昨年までのin vivo, in vitroの呼吸解析研究から、PACAP KOマウスは中枢性の呼吸異常(無呼吸を頻発する不規則な呼吸と低換気量)を示し、また低酸素に対する応答性が弱いことが明らかになった。特に出生7日目のマウスに低酸素を曝露させると呼吸停止を誘発しSIDS様となることが分かった。本年度は、この呼吸異常のメカニズム、特に呼吸中枢における低酸素受容体に関する知見を得る目的で分子生物学的、組織化学的な解析を含めて検討した。呼吸中枢において、PACAP特異的受容体PAC1とチロシンヒドロキシラーゼ(TH)の発現を免疫組織学的に検討した結果、A1/C1領域、A2/C2領域ともにPAC1とTHが共局在が認められたが、PACAP KOマウス(P0)では、A1/C1領域のTH陽性細胞、特に活性型の細胞(c-fos陽性)が減少していることが明らかになった。
ヒト化マウスをもちいたウイルス特異的原発性免疫不全症の疾患モデル

EBウイルス(EBV)に対して免疫応答の異常を示す原発性免疫不全症をヒト化マウスで再現することを試みた。1名のXIAP欠損症患者から分離した造血幹細胞を4頭のNOGマウスに移植したところ、3頭のマウスでヒト細胞が生着した(ヒトCD45陽性率、0.3-20.4%)。うち2頭にEBVを感染させたところ、末梢血にEBV DNAが検出され(最高8×10E+3 copies/μg DNA)、末梢血CD8+ T細胞の割合が急激に増加したため、感染が成立したと考えられた。XIAP欠損症患者のEBV感染に特徴的な高サイトカイン血症がこれらのマウスで再現されているかどうか、現在詳細を解析中である。EBウイルス(EBV)感染により血球貪食性リンパ組織球症を発症するXIAP(X-linked inhibitor of apoptosis)欠損症の患者2名よりインフォームドコンセントを取得し、骨髄細胞を採取した。これよりCD34+造血幹細胞をポジティブセレクション法により分離し、それぞれの患者由来の幹細胞をもちいて3頭ずつのNOGマウスに移植した。移植後6-8ヶ月の時点でこれらのヒト化マウスの末梢血中ヒト細胞の割合は0-40%で、個体により大きな違いが認められた。フローサイトメトリーによりCD19+, CD3+, CD4+, CD8+の細胞が認められ、B細胞とT細胞がともに分化していることが確かめられた。それぞれの患者由来の3頭のマウスのうち2頭にEBV(約1,000 50% transforming dose)を接種したところ、そのうち2頭のマウスで感染後10週以降に末梢血中EBV DNA量が1×10E+4レベルまで上昇し、感染が確認された。これらの結果は、XIAP欠損症患者の骨髄由来造血幹細胞をもちいてヒト化マウスを作成することが可能であること、このマウスではT細胞とB細胞の分化が認められること、またEBVが感染しうることを示しており、当該疾患の病態をマウスで再現するという当初の目的を達成することが可能であることが強く示唆された。今後はさらに、EBV感染マウスをウイルス学的、病理学的、免疫学的に解析し、血中ヒトサイトカインレベルや血球貪食像の有無について検討を加える予定である。前年度にXIAP欠損症患者骨髄細胞を用いて作成したヒト化マウス4頭のうちEBウイルス(EBV)を感染させた2頭(AおよびB)について、その免疫応答を解析した。マウスAでは、感染の10週間後に末梢血EBV DNA量が1×10E+4 copies/μg DNAまで上昇し、その後11-14週では検出感度以下まで低下したが、15週で再び2×10E+3 copies/μg DNAまで上昇し、16週で安楽死させた。末梢血CD8+ T細胞の割合は感染8週間後から上昇を始め、10週間で約75%のピークに達し、その後は16週まで大きな変化がなかった。感染16週間後において、CD8+ T細胞の98%がHLA-DR+の活性化細胞であった。またCD4+ T細胞の77%がHLA-DR+であった。マウスBでは、感染6週間後に末梢血EBV DNA量8×10E+3 copies/μg DNAまで上昇し、7-15週では検出感度以下に低下したが、16週で再び3×10E+3 copies/μg DNAまで上昇した。16週で安楽死させた。末梢血CD8+ T細胞の割合は感染5週間後に上昇を始め、6週間後に約75%、10週間後には82%に達し、その後16週までわずかに減少した。感染16週間後において、CD8+ T細胞の99%がHLA-DR+の活性化細胞であった。またCD4+ T細胞の99%がHLA-DR+であった。またマウスBの感染後9週間の末梢血において、IFN-gamma, GM-CSF, IP-10などのサイトカインが検出された。以上の結果より、XIAP欠損症由来のヒト化マウスにおいても、健常者由来ヒト化マウスと同様にEBV感染後にCD8+細胞を主体とするT細胞応答が誘導され、活性化CD8+ T細胞が急激に増加することが示された。今後サイトカイン産生など免疫応答の詳細についてさらに解析し、健常者由来ヒト化マウスと比較する計画である。XIAP欠損症モデルマウスに対するEBV感染の結果は未発表のため当サイトに掲載されていませんが、EBV感染ヒト化マウスモデルに関する説明があります。ウイルス学研究開始後1年以内に稀少疾患であるXIAP

欠損症の患者2名から造血幹細胞を採取し、これをもちいてヒト化マウスを作成し、実際にEBVが感染しうることを確認できたことは大きな進展であると考えられる。今後、EBV感染後のマウスの免疫応答について詳細に調べることが可能となったため、当初の目的であるXIAP欠損症における抗EBV免疫応答の異常の再現に着実に近づいていると考えられる。連携研究者からは今後も患者の検査に合わせて、骨髄細胞の提供を受けることが可能であるため、このペースでの研究の継続が可能であると予想される。XIAP欠損症患者由来の造血幹細胞をもちいてヒト化マウスの作製が可能であること、このマウスにEBVが感染しうることが示されたため、今後はこの先の事象、即ちEBVに対する免疫応答の詳細な解析を行う計画である。まず、サイトカインアレイを用いて感染後のマウスの血中ヒトサイトカインレベルを解析し、血球貪食性リンパ組織球症に関わるIFN-gammaやTNF-alphaが高値となるかどうかを検討する。また、骨髄などを病理学的に解析し血球貪食像の有無を調べる。さらに、高サイトカイン血症の存在が示された場合は、抗サイトカイン抗体の投与によりマウスの病態に変化が生じるかどうか(治療効果があるかどうか)を検討する。
自閉症スペクトラムにおける前頭葉機能の本態解明と実態に即した支援の効果の研究

自閉症スペクトラム障害児者における前頭葉高次機能が、より効率的に発現するための刺激入力の工夫を実験的・実践的両側面から検証した。実験的には、刺激入力のない状態で大脳皮質に起こるdefault mode networking(DMN)に着目した脳機能実験によって、ASD児者が健常群と異なる前頭葉血流変化を示すことを予備実験で確認した。また、実践的には特別支援学級に在籍する児への継続的前頭葉刺激活動が学習等に及ぼす効果を示した。本研究では、自閉症スペクトラム(ASD)児者の高次脳機能について、低下と捉えるのではなく、神経ネットワークの異所性変化、もしくはdefault mode networking(DMN)システムの差異がその本態であると考えた。昨年度は、ASD児者における外部入力刺激に応じたDMNの抑制機構が、申請者の作成した既存の実験系においてはどのように関わっているかについて検証できるタスクを新規に作成して近赤外線酸素モニター(NIRS)により解析し検証する実験系を作成し、ASD者とボランティア被験者で比較した。その結果、酸素化ヘモグロビン(oxy-Hb)濃度の平均値において、ボランティア被験者ではDMNからベースラインに切り替わる際のoxy-Hb濃度の速やかな上昇が見られ、逆にベースラインからDMNに切り替わる際のoxy-Hb濃度の反応性の減少が見られたが、ASD者においてはこの傾向が観察されず、不規則なoxy-Hb濃度変化がタスク遂行中に認められた。今年度は、この結果をもとにした独自の前頭葉機能賦活を目的とした、リズム遊びと旗揚げ遊びを取り入れたプログラムを、小学校特別支援学級の児童18名に6か月間にわたり定期的に行い、前頭葉の機能を推測する各種のテストと、一部の児童に行ったNIRS解析の結果を分析した。リズム遊びのみを行った回に比較して、リズム遊びと旗揚げを両方行った回では、認知機能テストの正答率が有意に上昇した。また、6か月間のプログラム終了時に旗揚げ遊びを行っている際のNIRSを、同意・参加が得られた6名の児童で測定したところ、右側有意の賦活が遊びと一致して認められ、タスクに呼応した前頭葉の活性変化が獲得できたと考えられた。ASD児者における外部入力刺激に応じたDMNの抑制機構が、申請者の作成した既存の実験系においてはどのように関わっているかについて検証できるタスクを新規に作成してNIRSにより解析し検証する実験系を本年度は作成した。まず、タスクを作成した。DMNを惹起するための教示「目を閉じて自由に考え事をしてください」とベースライン惹起のための教示「あいうえおを繰り返し口に出して言ってください」を間隔を置かずに続けて行うことにより、それぞれのタスクの遂行時の前頭葉脳血流内酸素化ヘモグロビン濃度をNIRSで測定した。健康なボランティア被験者11名(2126歳、男性3名、女性8名:平均年齢21.6歳)とASD者5名(13歳25歳、すべて男性)を対象とし、タスク遂行中持続的に16チャンネルNIRS(Spectratech OEG-16)を装着してoxy-,deoxy-,total- Hb濃度を測定した。その結果、oxy-Hb濃度の平均値において、ボランティア被験者ではDMNからベースラインに切り替わる際のoxy-Hb濃度の速やかな上昇が見られ、逆にベースラインからDMNに切り替わる際のoxy-Hb濃度の反応性の減少が見られたが、ASD者においてはこの傾向が観察されず、不規則なoxy-Hb濃度変化がタスク遂行中に認められた。今後はこの結果をさらに詳細に解析していく予定である。本研究ではまず実験的アプローチとして、ASD児者における外部入力刺激に応じたDMNの抑制機構がどのように関わっているかについて検証できるタスクを新規に作成してNIRSにより解析し検証した。現在、この差異を数値的に評価できる計算式を開発し、これを用いた比較検討を行っている。

さらに、これまで申請者が得た種々の知見をもとにして、小学校特別支援学級において、ASD児者における効率的な前頭葉機能の賦活を目的とする実践的介入を一定期間行い、それをNIRSを用いて評価した。被験者児童6名における旗揚げ施行時の10秒間の平均値を比較したところ、旗揚げを施行した際に、前頭葉血流量が右側優位に増加した児童が、6名中4名に観察された。さらに、6人の平均値では右側優位の前頭葉賦活が観察された。このことより、障害のある児においても一般的に空間認知を賦活すると考えられている課題を施行する際には右側前頭葉優位の賦活が起こる傾向があることが示唆された。今後、この左右差についてさらに検討を進める予定である。発達脳科学・小児科本研究では、これまで申請者が段階的に蓄積をした基礎的・臨床的研究成果を基にして、自閉症スペクトラム障害(Autism Spectrum Disorder,以下ASDと略す)児者における前頭葉高次機能が、より効率的に発現するための刺激入力の工夫を実験的・実践的両側面から検証することを目的とする。刺激入力のない状態で大脳皮質に起こるdefault mode networking(DMN)に着目した脳機能実験によって、ASD児者が健常群と異なる前頭葉血流変化を持つことが確認できた。さらに、実践的にはこれまで得られた結果を基に、実際に教育現場での一定期間実践を行い、前後に種々のパラメーターで検証を行った。その結果、児童の前頭葉機能の改善をうかがわせる所見、および脳機能のタスクに一致した賦活が認められ、これまでの実験結果から得られた推論が、実践的に証明された。これまでの研究成果は、今年度も学術論文や著書、講演会や雑誌等メディアでも広く発信しているが、今後はさらに広く社会への提言を行っていきたいと考えている以上より、研究の目的とした内容については、概ね順調に遂行していると考えられる。本研究では、これまで申請者が段階的に蓄積をした基礎的・臨床的研究成果を基にして、自閉症スペクトラム障害(Autism Spectrum Disorder,以下ASDと略す)児者における前頭葉高次機能が、より効率的に発現するための刺激入力の工夫を実験的・実践的両側面から検証することを目的とする。実験的には、刺激入力のない状態で大脳皮質に起こるdefault mode networking(DMN)に着目した脳機能実験によって、ASD児者が健常群と異なる前頭葉血流変化の原因を明らかにする。また、実践的にはこれまで得られた結果を基に音や光、情動などの刺激、睡眠覚醒を含めた生活リズムなどASD児者の脳機能に影響する要因を減少できる環境整備を教育現場などで実際に一定期間実践し、前後に種々のパラメーターで検証し、最終的には成果を広く社会に提言、還元することを目的としている。今年度はDMNから基底状態への脳機能の切り替えにおいて、ASD者が健常者と比較して脳血流内酸素化ヘモグロビン濃度の速やかな切り替えが遅延することを観察した。今後、この解析やこれまでのデータを基に、実践的にASD児者への刺激入力を行うべく、準備を進めている。また、これまでの研究成果は、今年度も学術論文や著書、講演会や雑誌等メディアでも広く発信しており、研究の目的とした内容については、概ね順調に遂行していると考えられる。
活性イオウ分子による生体内システイン－ポリスルフィド形成と活性酸素シグナル

本研究では、システインに過剰にイオウ原子が付加したシステインポリスルフィドをはじめとする活性イオウ分子の生理的役割の解析を行った。生体内には様々な活性イオウ分子種が高いレベル(100 microM以上)で存在し、活性酸素シグナルの制御やタンパク質機能制御に関わることが示された。また、翻訳に共役した新規細胞内システインポリスルフィド産生系を発見し、タンパク質ポリスルフィド化やミトコンドリア機能制御に重要な役割を果たしていることを明らかにした。本研究では、最近我々が細胞内生成を明らかにしたシステインパースルフィドをはじめとした活性ポリスルフィドの生理機能を明らかにするために、活性酸素シグナルのユニークなレドックスシグナル記号(コード)として機能する「システインーポリスルフィド・コード」の司る活性酸素シグナル伝達機構を解明することを目的としている。本年度は、活性酸素シグナルの制御に関わるポリスルフィド化合物の生体内生成動態の解析とシステインーポリサルファ・メタボロミクスの構築を行った。まず、高感度タンデム質量分析計(高感度LC-MS/MS)を用いたポリスルフィド化合物の検出・同定システムの構築を行った。システインパースルフィド、グルタチオンパースルフィドをはじめとした各種ポリスルフィド(還元型および酸化型)の安定同位体標識体の合成に成功し、生体試料中の各種ポリスルフィド化合物の高感度で精緻な定量解析が可能となった。この解析システムを用いて、培養細胞や各種組織、血液(ヒトおよびマウス)中に各種ポリスルフィドが様々なレベルで存在し、中でもグルタチオンパースルフィドが最も高濃度で存在することが分かった。また、培養細胞ライセート等を用いた実験により、生体内ポリスルフィド生成はCBSおよびCSEに依存することが示された。また、ポリサルファの活性酸素シグナルの制御機構として、システインパースルフィドなどの活性ポリスルフィドが過酸化水素の強力な消去活性を有すること、および8-ニトロ-cGMPなどの親電子シグナル分子と速やかに反応し、代謝分解することを明らかにした。本年度は、細胞内活性イオウ分子種の蛍光イメージング解析とポリスルフィド化タンパク質を検出するポリサルファプロテオミクス法の構築を行った。活性イオウ分子種の蛍光イメージング解析では、ポリスルフィドを特異的に検出する蛍光プローブとしてSSP2およびSSP4を用いた方法を構築した。この解析システムにより、ヒト肺がんA549細胞をはじめとする各種培養細胞での解析を行い、システインパースルフィド産生酵素であるCSEに依存した蛍光強度の増加が観察された。また、蛍光イメージングの結果は、質量分析により定量したポリサルファレベルと相関することも確認された。ポリサルファプロテオミクスの構築では、ポリサルファ化タンパク質を特異的に検出するシアノ(CN)化ビオチンを用いたTag-Switch-Tag法を開発した。2次元電気泳動と本検出法によるA549細胞ライセートの解析では、40種類以上のポリサルファ化タンパク質を同定した。システイン-ポリスルフィド・コード解明のために、ポリサルファ化システイン残基の同定や酸化ストレスによる変動などさらに詳細な解析をすすめる予定である。昨年度までの研究において、細胞内ポリスルフィドの各種検出・定量法の開発を行い、活性酸素シグナルに関連した細胞内ポリスルフィドの動態の解析を行ってきた。本年度の研究では、活性イオウ分子種とセカンドメッセンジャーのセンサータンパク質連関およびタンパク質ポリスルフィド化により制御されるシグナル伝達機能の解明に向けて、ポリスルフィド化タンパク質解析法の開発およびポリスルフィド化分子機構の解析を行った。タンパク質ポリスルフィド化を特異的かつ高感度に検出する方法としてPEG-maleimide labelinggel shift assay(PMSA)法を開発し、大腸菌発現系による組換えタンパク質や細胞内タンパク質の解析を行った結果、様々なタンパク質が各種レベルでポリスルフィド化されていることが分かった。また、タンパク質ポリスルフィド化に関連したシステインパースルフィド産生系として、これまで知られていたシスタチオニンβ-シンターゼやシスタチオニンγ-リアーゼとは異なる、翻訳に共役した新規システインパースルフィド産生系を発見した。このシステインパースルフィド産生系により多くのタンパク質が翻訳とともにポリスルフィド化を受けることが示され、タンパク質ポリスルフィド化が活性酸素シグナル制御に重要な役割を果たしていることが示唆された。

質量分析装置の故障と修理のために、本年度事業の完了が計画よりやや遅くなったが、計画していたポリサルファの生体内動態の解析およびメタボロミクスによる生体試料の解析など予定通りの成果を得ることができたため。予定していた活性イオウ分子種のイメージング解析とポリサルファプロテオミクスの構築をおこない、様々な試料を用いた解析を通して、計画していた以上の成果を得ることができたと考えられる。27年度が最終年度であるため、記入しない。生化学、病態医化学これまでのところほぼ当初の研究計画に沿った成果が得られており、特に問題はない。今後も当初の計画どおりに研究を推進していく。これまでのところ、ほぼ当初の研究計画に沿った成果が得られており、計画変更を要するような研究上の問題はない。本年度までの成果を踏まえながら、今後も当初の計画どおりに研究を推進していく。
北太平洋における海洋炭素、ケイ素、窒素循環と植物プランクトンの生理動態の解明

前年度、低次海洋生態系モデルにSPONGE、及び他の生理動態プロセス(Cell quota等)を組み込み、データ同化の手法を用いた各プロセスモデルの評価を行うことによって海洋観測データと比較が可能なボックスモデルを作成した。本年度は同モデルを使い、(1)植物プランクトンの栄養塩取込速度と、栄養塩濃度・水温における依存度について観測データを使って検証したところ、水温に対する依存度が、一般的に使われている値(Q_<10>=2.0)より約2倍大きいことが分かった。また、これまでの観測結果では、水温や栄養塩濃度に対する栄養塩取込速度や最大成長速度(Vmax)のピーク値が中央にあった理由が良く分かっていなかったが、本研究により説明が可能となった。この結果は、Smith(2010,GRL)にて誌上発表を行った。(3)前年度開発したプロセスモデルを全球海洋大循環モデル(OGCM)に結合し、新たに低次海洋生態系モデルMEM(Marine Ecosystem Model)を開発した。これまでの観測事実や誌上発表されている論文などで、鉄が植物プランクトンの一次生産の制限要因として重要であることが分かっている。そこで本モデルに鉄循環のプロセスの組込を行った。今後、本モデルのシミュレーション結果から、大気から海洋に供給されるダストフラックスの影響を差、これに伴う海洋生態系と海洋物質循環への影響評価を行い、論文にまとめる予定である。データ同化の手法の1つとして研究代表者が執筆した論文(Smith & Yamanaka, 2007など)内で用いたMonte Carlo Markov Chain (MCMC)を使い、植物プランクトンの組成比の決定に重要な役割をしていると考えられる栄養塩取込速度に重点を置いたモデルを作成し、以下に示す研究成果を得ることが出来た。(1)これまでのモデルは、植物プランクトンの成長速度を制限している栄養塩取込速度を一定の値で計算を行っている。しかし本研究では、特に植物プランントンの生理動態について着目し、栄養塩取込速度が水中環境で最適化するよう動的に決定される過;SPONGE (Smith & Yamanaka, 2007)を用いた方が、多くの海洋生態系モデルで使われている式;Michaelis-Menten式と比べ、より観測結果に一致することを明らかにした。(2) SPONGEを組み込んだ海洋生態系モデルにより、植物プランクトンの(元素)組成比は、捕食者である動物プランクトンの栄養状態と成長にも影響があることが分かった。(3)北太平洋亜寒帯域で実施された鉄添加実験で得られた観測結果と同モデルを使い、微量元素である鉄と窒素、珪酸塩などの栄養塩間における取込速度と物質循環の関係を明らかにした。(Smith, Ybshie & Yamanaka, Deep Sea Res. I, 57, 2010)。(4)栄養塩取込時において、植物プランクトン内におけるグループ間(珪藻と、それ以の種)に競争があり、これに伴うブルーミングの変化についてモデルを使った検証を行った。これらの研究成果から、生息環境下における栄養塩取込と体組成、グループ間競争、また体サイズによる沈降速度の違いなども、有機炭素、窒素、珪酸塩などの有機物が表層から中深層へ輸送される過程において重要であり、海洋物質循環を議論する上で考慮する必要があるといえる。
毛の発生と維持にレチノイン酸はどう関わるか?

レチノイン酸(retinoic acid ; RA)の不活化酵素であるCyp26b1遺伝子欠損(Cyp26b1-KO)マウスは全身に様々な異常を呈するが皮膚では毛包形成不全が認められる。RAは発生段階における毛包誘導に必須であると判明したが、Cyp26b1-KOマウスが生直後致死のため生後の役割は不明であった。毛包はバルジに存在する幹細胞が皮膚再生に重要であり、また毛の再生自体も広く治療の需要がある。本研究ではCyp26b1-KO皮膚のヌードマウスへの移植およびCyp26b1-conditional KO(CKO)を使用した皮膚特異的KOマウスを用いて、RAが毛の発生誘導と維持にいかに関わるかを解析した。胎生175日の皮膚をヌードマウス背部に移植すると、毛包の欠如していたCyp26b1-KO皮膚に発毛が誘導され表皮形態も正常に近づいた。毛質の変化に関しては、通常のマウスではzigzag、awl、guardの各タイプがありzigzagが80%を占めている,移植後のCyp26b1-KOではzigzagが有意に減少しており、毛乳頭での毛質を決定する遺伝子群(Sox18, IGFBP3, Krox20, IGF1など)に変化を来たしたものと示唆された。また、Cyp26b1-CKO皮膚を作成するためのCreマウスに関しては、間葉特異的Cre(En1、Hoxb6、Prx1)を順次交配させた。En1Cre-CKO皮膚は、表皮形態に異常はないか発毛誘導が遅れ毛質や毛流にも乱れが認められた。本マウスは長期生存可能なので毛周期の観察、また移植実験と同様の毛包幹細胞に注目した実験や毛質関連遺伝子の発現変化を見るためのモデル動物として有用であると思われた。
核内レセプターを制御するユビキチン・プロテアソームシステムの解析

核内レセプターは、脂溶性低分子をリガンドとするリガンド誘導性転写因子である。ヒトでは48種類の受容体が存在し、代表的なものとしては、脂溶性ビタミンなどを受容するVDR, RARや性ステロイドホルモンをリガンドとするER、AR,コレステロール代謝物・脂質をによって活性化されるLXR, PPARなどがあげられる。われわれは、核内レセプターの一つであるエストロゲンレセプターの分解制御機構の解析を行ってきた。エストロゲンレセプター(ER)は主要女性ホルモンであるエストロゲンを受容し、標的遺伝子群の転写を制御する。ERはエストロゲンの結合によってユビキチン化され、分解が誘導されるが、その分子メカニズムについては不明であった。われわれは、CHIPと呼ばれるユビキチンリガーゼがERに結合し、ユビキチン化を促進することによってその分解を誘導していることを明らかにした。さらに、CHIPが分解を介してERの品質管理とエストロゲン濃度低下時の転写終結に関与することを示した。これらの実験を進めていく過程で、われわれは、ERがTGFβの細胞内メディエーターであるSmadをリガンド依存的に分解することを見出した。ERは自分自身だけでなく、他の特異的蛋白質と複合体を形成し、ユビキチンリガーゼを呼び込むことによって標的とする蛋白質の分解を促進するという新規機能を持つことを始めて明らかにした。本研究成果は、いままで転写因子として捉えられていた核内レセプターの分解促進因子という全く新しい機能側面を見出したという点で新規性があると考えている。本年度は核内受容体の一つであるエストロゲン受容体β(ERβ)の分解制御機構を解析した。ERβはユビキチン・リガーゼであるCHIPによってユビキチン化を受け分解されることを明らかにした。さらにERβのC末端に存在するF domainがプロテアソームとERβとの結合を抑制し、分解を制御していることも明らかになった。CHIPによる分解制御は、リガンドが消失したときの転写活性抑制機構に関与していることが示唆されている(投稿中)。また、ERβが中枢において神経伝達物質であるセロトニンの量を制御していることをERβ遺伝子欠損マウスを用いて明らかにした。セロトニンはうつ病などと深く関与することから、閉経後のエストロゲン低下によるうつ症状は、ERβの機能低下によって説明することが出来る。現在、協業を進め、地衣類500種類からERβを活性化する成分を探索中である。また、CHIPの低下が乳癌の悪性化と深く関与していることを明らかにした。CHIPの発現をRNAiを用いて抑制すると、細胞の足場依存性の低下が認められた。足場依存性の低下はアノイキスの低下と相関している。アノイキスとは、細胞が足場を失ったときに起きるアポトーシスであり、Aktによって制御されている。CHIPのノックダウン細胞では、Aktの活性化が抑制しているため、アノイキス耐性となっていることが明らかとなった。ERβはリガンド誘導性の転写因子であるが、転写制御には遺伝子のメチル化などその他のファクターも深く関与する。我々は、T細胞においてインターロイキン2遺伝子の転写活性がプロモーター上のDNAメチル化によって制御されていることを見出した。一度抗原刺激を受けたT細胞のIL-2プロモーターは脱メチル化を受け、2回目からの刺激に対し即時応答が可能となる。この結果から、免疫記憶を分子レベルで理解することが可能となるかもしれない。核内レセプターの1つであるエストロゲンレセプター(ER)の分解メカニズムを解析し、CHIPと呼ばれるユビキチンリガーゼがERの分解を制御していることを突き止めた。CHIPはシャペロン蛋白質と共にERに結合し、構造的に変異のあるレセプターを選択的に分解し、その品質制御に関与していることを明らかにした(Tateishi et al., EMBO J.)。

また、CHIPがリガンド濃度低下時のER依存的転写の活性抑制に関与していることも同時に明らかにした(Tateishi et al., Mol. Cell. Biol.)。さらに、新規ユビキチンリガーゼNRDFを見出し、ノックアウトマウスを作成した。NRDFノックアウトマウスは胚性致死を示すため、現在そのメカニズムを解析中である。NRDFとの相互作用因子を精製し、同定したところ、NuRD複合体の構成因子が同定されている。したがって、NRDFはNuRD複合体をユビキチン化する可能性が考えられるが、確たるデータは得られていない。今後検討を進めることを予定している。
遷移金属錯体の組織化による表面反応場の構築とその応用

本課題では有機変換反応に対する高い反応性、選択性を有する触媒の開発を目的として、固体表面上での自己組織化単分子層形成を利用する触媒反応場の構築法に関する研究を行っている。表面上に高密度かつ高い配向性を有する金属錯体の単分子層を形成することで表面上の分子どうしの協奏作用が期待できる新規な触媒反応場を構築できると考えている。これまでに独自開発した自己組織化に適した構造のかご型ホスフィン骨格を末端に有するアルカンチオールを金表面上で自己組織化することで高密度ホスフィン単分子層を形成している。ホスフィン上をロジウムまたはイリジウム錯体化した高密度金属錯体単分子層触媒はアルコール脱水素シリル化やアルケンのヒドロホウ素化など種々の有機変換反応において従来の触媒よりも遥かに高い反応性、寿命、基質選択性を示すことを見出している。当該年度では、単分子層触媒の反応性制御を目的として、多成分単分子層形成による表面反応場の構築を行った。イリジウム錯体と水酸基を末端に有する分子を1:3で混合した単分子層を形成し、アルケンのヒドロホウ素化反応の触媒として用いたところ、イリジウム錯体のみの単分子層と比較して1.5倍の高い活性を示した。また、ロジウム錯体単分子層を用いたアルキンのヒドロシリル化反応において、長さの異なる分子との混合分子層を構築することで反応部位から離れた立体障害を認識して基質選択性が変化する現象も見出している。このように種々の分子と遷移金属錯体の混合分子層を形成することによって幅広いタイプの触媒反応場を簡便に構築することが可能となった。本研究課題では表面の特殊な環境と表面上に組織化する分子の形状を積極的に利用した触媒反応場設計を行い、従来の触媒では達成できない特異な反応性を有する触媒反応系の開発を目的としている。当該年度では、これまでに開発を行ってきたRh、Ir錯体を金表面上で高密度組織化した単分子層触媒の応用範囲を拡大し、幅広い反応へと応用可能であることを示した。具体的にはRh錯体を用いたアルコール脱水素シリル化、およびアルケン、アルキンのヒドロシリル化反応およびIr錯体を用いたアルケンのヒドロホウ素化において単分子層触媒が従来よりも遥かに高寿命な触媒として利用できることを見出した。特にRh単分子層触媒はアルコール脱水素シリル化において既存の触媒にはない非常に優れた機能を示した。すなわち、本Rh触媒は1級2級アルコール共存条件下で1級アルコールのみを99.5%以上のほぼ完全な選択性で反応させることができ、その後簡便な操作で活性、選択性を低下させることなく触媒を再利用することができた。その際のRhあたりの触媒回転数は230000以上であり本触媒が非常に高寿命であることを示している。単分子層上でのRh錯体の密度と反応性の相関関係を精査したところ、高密度にRh錯体を固定化した触媒でのみ高い1級アルコールの選択性が発現することを見出した。今回示した高い1級アルコール選択性は金属中心を表面上で高密度組織化する触媒設計手法が鍵となっている。さらにX線微細吸収構造(XAFS)や走査型トンネル顕微鏡(STM)を用いた触媒の構造解析を行った。本触媒が示した特異な活性、選択性の由来について考察を行う予定である。
教師の生活と意識の実証的研究-東京都・大阪市・山口県・福岡県の場合-

上記、研究課題について、東京都・大阪市を田中、山口県・福岡県を矢野が担当し、調査を実施した。教員養成専門学部出身者と非教員養成専門学部出身者に区別し、分析した。大都市(東京・大阪)の場合は、余り格差がみられなかったが、地方(山口・福岡)の場合は、格差がいちぢるしい。とくに職業意識の面では、教員養成学部出身者は、専門職志向が強く、また生活の面でも、教師という自覚が私生活の面でも目立った。地方(山口・福岡)では、以前(12年前)と比較し、余り、格差がないが大都市(東京・大阪)は変化が目立つ。とくに社会情勢の変化に伴い、教師の意識が大都市ほど変革し、また都市の職業倫理も変化していることは注目される。現在社会における「良い教師とは何か」、一概に言えないが、教師の職業の本質を十分に自覚すべであるが、これを実現するためには、どのような要因と方法がよいかを今後検討を加える。教師の経験年数によって生活意識が変化しているが、なぜ変化したのか、それが教育現場にどのように影響をもたらすかを、分析している地域格差と出身校別の関係、性別と勤務校地域の特性が数的に現れているが、これは何を意味するのか。地域社会における教師の在り方を最終的にまとめたい。教師の生活意識と職業意識の関係を再検討する。