hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
身体特性および運動強度を考慮した水中運動時における温熱的快適性の推定手法の開発

水泳プールを想定した水温(2633°C),気温(2131°C)条件を実験室において設定し,胸部水位まで水浸した際の温冷感を水温,気温から推定する予測式を求めた.その結果,この環境設定範囲では水温条件がより温冷感に寄与することが示された.また,水泳現場におけるフィールド調査に基づき,環境条件および身体特性と水着条件を考慮した温冷感予測式を求め,予測式に基づき3要因から構成される水泳授業時の温熱的快適範囲を示した.水泳プールを想定した水温(2633°C),気温(2131°C)条件を実験室において設定し,胸部水位まで水浸した際の温冷感を水温,気温から推定する予測式を求めた.その結果,この環境設定範囲では水温条件がより温冷感に寄与することが示された.また,水泳現場におけるフィールド調査に基づき,環境条件および身体特性と水着条件を考慮した温冷感予測式を求め,予測式に基づき3要因から構成される水泳授業時の温熱的快適範囲を示した.本研究は、水泳プールなどにおける水泳・水中運動などの活動の際に実用可能な温熱環境評価基準として、水中環境における温熱的快適性の推定手法を開発することを目的とした。研究課題1として、九州大学芸術工学研究院に設置された水浸実験室において、成人男性8名を対象に胸部水位水浸安静実験を行い、水温および気温を変化させた時の体温調節系生理応答および温冷感などの主観応答を調査した。その結果、全身温冷感には水温および気温の両方が作用し、温熱的快適感にはさらに体表面積/体重が影響することが示された。現在、生理応答に関する分析を行っている。また、運動強度を考慮した温熱的快適性の評価に向けて水中膝伸展運動負荷装置の作成および予備実験を行った。平成20年度に9th International Congress of Physiological Anthropologyにおいて研究成果の一部を発表する。研究課題2として、筑波大学水泳研究室の野村教授と共同で、水中運動教室においてフィールド調査を行った。中高齢者を中心に約100名(述べ160名)分の温冷感申告および身体特性、運動中の心拍数を測定し、教室中の水泳プール温熱環境(水温、気温、湿度)を測定した。既存のデータを含めて統計解析を行い、水泳中の温冷感を水温、水着条件、身体特性の3要因から推定する温冷感予測式を立て、予測式に基づいて3要因から構成される温熱的快適範囲を示した。この結果については、Ist International Scientific Coreference of Aquatic Space Activitiesにおいて発表した。本研究は,水泳プールなどにおける水泳・水中運動などの活動の際に実用可能な温熱環境評価基準として,水中環境における温熱的快適性の推定手法を開発することを目的とした.昨年度行った胸部水位水浸安静実験の結果に基づき,水泳プールを想定した水温26°Cから33°C,気温21°Cから31°Cの範囲では水温条件がより温冷感や温熱的快適感に寄与することを明らかにし,水温および気温を有意な説明変数とする温冷感予測式を算出した.皮下脂肪厚や体脂肪率等の身体特性と直腸温変化に相関関係が見られたが,身体特性に関する項目は温冷感予測式の有意な変数として含まれなかった.これらの研究結果を9th International Congress of Physiological Anthropologyにて研究発表を行った.また,自作した水中膝伸展運動負荷装置を用いて,成人男性8名を対象に2段階の水温および2段階の運動強度での水中運動時の体温調節系応答および温冷感などの主観応答を測定した.その結果,水温26°Cと29°C条件で低強度の運動を行った際の直腸温に有意差は見られなかったが,26°C条件で有意に高い平均血圧を示した.この結果の一部を第32回人間-生活環境系シンポジウム(Korea-Japan Joint Symposium on Human-Environment System)において報告した.水浸安静時のデータとあわせて水中運動時の温冷感および温熱的快適感を環境条件および運動強度から予測する式を開発しており,平成21年度に13th International Confbrence on Environmental Ergonomicsにおいて研究成果を発表する.
教育課程編成の地域的実態に関する構造的分析

教育課程は、地域や子どもの実態にしたがって、各学校において編成されなければならないと学習指導要領においても明記されてきた。しかし、わが国における地域教育課程経営の実態把握のための調査を行ったところ、次のような状況にあることが解った。教育行政によって教育課程経営が厳しく統制されているといわれている愛知県の場合、「地方カリキュラム」とよばれるものが編成されているところが多く(「知多カリキュラム」「愛日カリキュラム」などと呼ばれている)、学習指導要領以上に各学校の教育課程を拘束しており、極めて画一的な教育内容が規定されている。また、そこまでいかなくとも、日本では多くの場合、各学校において自前の教育課程をつくるといった実態はほぼ見られない。それとの対比において、教育課程経営の地域的な改革が進んでいると言われている北海道宗谷地区の事例について調査を行ったところ、文字通り各学校の実態に応じた教育課程の編成が行われていた。両者の比較検討から解ることは、第一に、「教育課程」概念そのものの捉え方について大きな差があること、第二に、教育課程づくりが明確な課題として設定されているかどうかに規定されていること、である。近年、教育課程経営改革が進んでいると言われるアジア諸国、特に特徴的な動きが見られる中国においても各学校における教育課程づくりが進んでいる。本年度は、わが国における地域教育課程経営の実態を把握するために、教育委員会や学校を訪問し調査研究を行った。全体的として、教育行政による教育課程管理が厳しく画一的であると評価されている愛知県であるが、個別の事例に注目すると県全体の様子は決して画一的ではなく、県内においてもかなり多様性が見られ、特に、教育事務所レベルでかなり相違があることが解った。これまでの歴史的経緯に規定されて、県下でも大きくは尾張と三河とで違いが見られるが、それぞれの地域内で特徴的な「地域カリキュラム」についても、基本的には依然としてこれまで通りの運用をしているところと、こうしたカリキュラムの設定が学校独自の教育課程の設定の支障となることを認識し、その廃止を検討しているところがあるなど、今日の教育課程経営をめぐる状況変化に対応した動きが、部分的にではあるが見られる。この点については、短期間の間に全体にわたる大きな変化も予想され、引き続き今後の追跡調査が必要である。同時に、比較研究の端緒としてイギリスにおける教育課程経営研究の体系と、LMS(Local Management of Schools.敢えて日本語に訳すなら「地域的な学校の経営・管理」)のもとでの教育課程経営の実態についてレビューを開始した。今後、比較的な視点からは、近年になって国レベルで大きな変化が生まれてきている中国などの事例についても検討が必要であることが解った。第一に、初年度に引き続いて、わが国における地域教育課程経営の実態把握のための調査研究を、主として二つの地域を重点として行った。一つは、これまで全体的に教育行政による教育課程管理が厳しく画一的であると評価されている愛知県の事例に注目して、県全体の概要の把握に努めるとともに、同県に特徴的と言われる「地域カリキュラム」の今日段階での動向、特に、そこにおける教育課程経営の構造や実態について検討した。もう一つは、逆に教育課程経営の地域的な改革が進んでいる北海道宗谷地区の事例について、特に小学校での取り組みを中心に検討した。事例校をもとにした具体的な検討によって、地域教育課程経営ともいうべき教育課程づくりの実践が、次第に構造的なものとして組み立てられつつあることが解った。第二に、比較研究の一環として、近年、教育課程経営改革が進んでいると言われるアジアで、特に特徴的と言われる中国(上海と北京)における教育課程経営の実態についても、関係研究者に対する聞き取り調査を実施するとともに、先進的な教育課程経営改革を進めている幾つかの重点学校を訪問して調査をした。国内の教育水準の全体的な向上については疑問の余地があるが、特定の重点校における教育課程編成は、わが国におけるよりも徹底したものになっており、「エリート教育」の基盤が急速に築かれてきていること、また、それとの関わりで市場化の導入が具体的な形をとって進行していることが解った。第一に、初年度・第二年度に引き続いて、わが国における地域教育課程経営の実態把握のための調査研究を、主として二つの地域を重点として行った。

一つは、従来より教育行政による教育課程管理が厳しく画一的であるといわれている愛知県の事例に注目し、本年は知多地方に重点を置いて、同県に極めて特徴的と言われる「地域カリキュラム」(「知多カリキュラム」)の今日的状況や、そこにおける教育課程経営の構造や機能について検討した。もう一つは、逆に教育課程経営の地域的な改革が進んでいる北海道宗谷地区の事例について、今年度は、特に中学校での取り組みに重点をおいて調査・検討を行った。第二に、比較研究の一環として、近年、教育課程経営改革が進んでいると言われるアジアで、特に特徴的と言われる中国における教育課程経営の実態について、今年度は上海と蘇州に注目して、関係研究者に対する聞き取り調査を実施した。また、先進的な教育課程経営改革を進めている上海の幾つかの重点学校と、これらと違うかたちで改革を進めている蘇州の学校を訪問して調査をした。蘇州においても重点校で「エリート教育」の基盤が急速に築かれてきているが、それにともない教育課程をめぐる課題が顕在化しつつあることが解った。第一に、ここ三年度に引き続き、わが国における地域教育課程経営の実態把握のための調査研究を、愛知県以外のところにもさらに対象地域を拡げながら実施し、これまでの結果と「教育課程」概念そのものの捉え方についての理論的な総括を行った。従来より、教育行政による教育課程管理が厳しく画一的であるといわれている愛知県の事例に注目し、特に、知多地方に重点を置いて、同県に極めて特徴的と言われる「地域カリキュラム」(一般に「知多カリキュラム」と呼ばれている)の今日的状況や、そこにおける教育課程経営の構造や機能について検討し、それとの対比において、逆に教育課程経営の地域的な改革が進んでいると言われている北海道宗谷地区の事例について行った調査結果を取りあげ、両者の比較検討の作業を進めた。第二に、さらに比較研究の一環として、近年、教育課程経営改革が進んでいると言われるアジア諸国、特に特徴的な動きが見られる中国における教育課程経営の実態について、上海と蘇州・北京などに注目して、これまで行った関係研究者に対する聞き取り調査や学校への訪問調査をもとに、そこで生じている教育課程経営をめぐる課題について考察した。この四年度に実施した、わが国における地域教育課程経営の実態把握のための調査と、比較研究として、教育課程経営改革が進んできている国として実態調査を進めてきた外国の事例についてもまとめを行い、以上を総括する作業を進めた。
血液網膜関門を回避する低侵襲性網膜指向型核酸送達システムの構築

本研究では、中途失明や視力低下を起こす網膜疾患の治療に向け低侵襲的投与を可能とする核酸送達ナノシステムを設計した。血液網膜関門等の高度なバリア機能のため、網膜への薬物送達は容易ではなく硝子体内注射による侵襲的な薬物治療がなされている。本研究では先ず網膜疾患の原因となる新生血管因子(VEGF)等の産生を阻害する核酸(siRNA)を、低侵襲的な点眼によって網膜へ送達するためのリガンドとして網膜色素上皮細胞(RPE)に種交叉性かつ選択的内在化特性を示すモノクローナル抗体(mAb)を作製した。前年度までに、核酸送達に有用な独自の機能性ペプチド(アミノ酸配列:CH2R4H2C2)にmAbを化学的に修飾した網膜指向型の機能性ペプチド修飾抗体キャリア、ならびにsiRNAを搭載したmAb修飾脂質ナノ粒子(イムノリポソーム)を設計し、粒子物性および眼内分布等を評価した。特に、作製したイムノリポソームは、網膜への移行が期待される粒子サイズであり、かつ健常ラットに点眼後、網膜への高い集積性を示すことを確認した。本年度はさらなる送達性向上を期待してmAbとsiRNA搭載高分子ミセルとの複合体ナノ粒子を作製した。RPE単層膜評価系において、頂端膜側からの高い取込み特性を示したことに加え点眼環境を模した基底膜側からの取り込みも有意に向上することを確認した。さらに抗VEGF-siRNAを搭載することでVEGF産生を顕著に抑制可能であることを示した。本研究において、標的とする網膜に指向性を示すモノクローナル抗体を組み込んだ微小キャリアを設計することで通常困難な点眼によっても網膜への核酸送達が可能になることを見出した。本年度は、網膜指向型の内在化モノクローナル抗体の探索及び作製を目的として以下の検討を行った。ラット網膜色素上皮細胞(RPE細胞)をマウスに免疫し、単離した脾臓細胞とミエローマ細胞を融合してハイブリドーマを作製した。これにジフテリア毒素と抗体結合ドメインの融合タンパク質を添加し、数日後に細胞生存するハイブリドーマを回収し培養を継続し、さらに限界希釈を行い、モノクローナル抗体のみを産生するハイブリドーマを選定した。大量培養後の培地を試料として分泌されるモノクローナル抗体のアイソタイプを同定した。また、ラット由来及びヒト由来のRPE細胞を用いてフローサイトメトリーで解析した結果、得られたモノクローナル抗体はラット種のみに特異的に作用することを確認した。作製したモノクローナル抗体にジフテリア毒素と抗体結合ドメインの融合タンパク質を混合し、これを異なる濃度でラットRPEへ添加し、37°C、5%CO2条件下でインキュベーションした後、WST-1 assayにより細胞毒性を測定した。その結果、抗体添加量の増大に伴い細胞生存率は低下し、50%細胞傷害濃度(IC50)が約0.07μg/mLであることを確認した。さらに、ヒトRPE細胞と比べ、ラットRPEでのみジフテリア毒素による細胞毒性が観察されたことから、作製したモノクローナル抗体は、ラットRPEに特異的に結合し内在化することが示された。網膜への薬物・核酸送達の指向性向上への寄与が期待できる網膜標的化モノクローナル抗体が作製されたことから、今後RPE細胞への取り込み特性及び薬物送達キャリアへの修飾への適用について検討を行う予定である。ハイブリドーマからラットRPEに特異的なモノクローナル抗体の選定・大量培養に長期間を有するが、現時点では今後の検討に期待できる抗体の選定ができたと考えている。しかしながら、今後ナノキャリアへの修飾に必要なモノクローナル抗体の大量生成に想定以上に時間を要しており(数か月)、改善策を講じる必要があると考えている。本年度は、前年度に選別ならびに大量生産した網膜色素上皮細胞(RPE)に選択的に内在化するモノクローナル抗体を用い、これをリガンドとした核酸送達ナノキャリアを構築することを目的として以下の検討を行った。これまでに核酸送達に有用であることを明らかとしている独自の機能性ペプチド(アミノ酸配列:CH2R4H2C2)とRPE標的モノクローナル抗体に化学的に修飾し、網膜指向型の抗体-機能性ペプチドキャリアを調製した。これに蛍光標識FAM-siRNAを添加混合して作製したモノクローナル抗体-ペプチド/siRNAナノ複合体は、選択的にRPE細胞に取り込まれることが確認され、siRNAを特異的に網膜に送達するペプチドキャリアとなる得ることを示した。また、これまでに点眼によっても高い網膜移行性を示すことを明らかとしている脂質ナノ粒子の表面にジスルフィド結合によりモノクローナル抗体を修飾した網膜指向型のイムノ脂質ナノ粒子の調製についても試みた。得られたイムノリポソームは、抗体修飾率依存的にRPE細胞に取り込まれ網膜指向性を示すことが判った。また、RPE細胞を用いて形成した生体を模した単層膜に対してもモノクローナル抗体により選択的に内在化することを確認した。さらに、健常ラットに点眼後の眼内分布を評価したところ、眼球から単離した網膜組織に特異的に集積することが確認され、点眼によって核酸を後眼部(特に網膜)へ送達し得るDDSキャリアとなる可能性を示唆した。

選定したモノクローナル抗体が標的とする網膜細胞に選択的に内在化することを確認できたが、機能性ペプチドや脂質ナノ粒子への効率的な修飾方法や処方について、さらなる検討が必要であると考えている。本研究では、中途失明や視力低下を起こす網膜疾患の治療に向け低侵襲的投与を可能とする核酸送達ナノシステムを設計した。血液網膜関門等の高度なバリア機能のため、網膜への薬物送達は容易ではなく硝子体内注射による侵襲的な薬物治療がなされている。本研究では先ず網膜疾患の原因となる新生血管因子(VEGF)等の産生を阻害する核酸(siRNA)を、低侵襲的な点眼によって網膜へ送達するためのリガンドとして網膜色素上皮細胞(RPE)に種交叉性かつ選択的内在化特性を示すモノクローナル抗体(mAb)を作製した。前年度までに、核酸送達に有用な独自の機能性ペプチド(アミノ酸配列:CH2R4H2C2)にmAbを化学的に修飾した網膜指向型の機能性ペプチド修飾抗体キャリア、ならびにsiRNAを搭載したmAb修飾脂質ナノ粒子(イムノリポソーム)を設計し、粒子物性および眼内分布等を評価した。特に、作製したイムノリポソームは、網膜への移行が期待される粒子サイズであり、かつ健常ラットに点眼後、網膜への高い集積性を示すことを確認した。本年度はさらなる送達性向上を期待してmAbとsiRNA搭載高分子ミセルとの複合体ナノ粒子を作製した。RPE単層膜評価系において、頂端膜側からの高い取込み特性を示したことに加え点眼環境を模した基底膜側からの取り込みも有意に向上することを確認した。さらに抗VEGF-siRNAを搭載することでVEGF産生を顕著に抑制可能であることを示した。本研究において、標的とする網膜に指向性を示すモノクローナル抗体を組み込んだ微小キャリアを設計することで通常困難な点眼によっても網膜への核酸送達が可能になることを見出した。今後は、作製したラット網膜指向型のモノクローナル抗体を修飾したリポソームの調製を試み、ラット及びヒトRPE細胞における内在化能ならびに細胞障害性等を評価し、網膜を標的とするナノキャリアの構築を目指す。具体的には、これまでに核酸送達に有用であることを明らかとしている独自の機能性ペプチドとsiRNAの複合体ナノ粒子を搭載するリポソームを作製し、この表面に本研究で得られたモノクローナル抗体を化学的に修飾する。この調製条件をはじめに検討し、確立する。さらに、調製したモノクローナル抗体修飾リポソームについて、粒子径、ゼータ電位などの物性評価、RPE細胞へトランスフェクションした際の細胞内取り込み効率の評価を行う。期待する網膜特異性が認められた場合には、ラットへの点眼を実施し、眼組織切片の蛍光顕微鏡等により、点眼後のモノクローナル抗体修飾リポソームの眼内挙動を観察し、生体における網膜指向性を確認する。今後は、選定したラット網膜指向型のモノクローナル抗体の核酸ナノキャリアへの修飾方法ならびに処方についてさらなる検討を行うとともに、ラット及びヒトRPE細胞における内在化能ならびに細胞障害性等を評価し、また、脈絡膜新生血管モデルラットを作製し、点眼後の眼内分布を健常ラットと比較検討する。さらに、血管新生因子(VEGF)の産生を阻害するsiRNAを搭載したモノクローナル抗体修飾脂質ナノ粒子を調製し、網膜疾患ラットへ点眼後の血管新生抑制効果等の治療効果の評価を試みる。
マルチスケール操作によるシステム細胞工学

本領域では,細胞の素機能及び統合機能の制御方式を理解することを目指したシステム細胞工学に関する研究を行った.「システム細胞工学」とは,細胞の構成要素の機能及び構成要素集団の統合機能を詳細に調べ,物理化学的環境及び細胞間相互作用を含む生物学的環境に応答したこれらの機能の制御機構を理解することを目的とする学問である.特に,ナノ・マイクロからマクロスケールにわたる広域で微細な作業を行うための工学的操作技術(マルチスケール操作)に着目し,これをベースとして工学,生命科学,医学を融合し,学際的な研究を推進した.本領域では,細胞の素機能及び統合機能の制御方式を理解することを目指したシステム細胞工学に関する研究を行った.「システム細胞工学」とは,細胞の構成要素の機能及び構成要素集団の統合機能を詳細に調べ,物理化学的環境及び細胞間相互作用を含む生物学的環境に応答したこれらの機能の制御機構を理解することを目的とする学問である.特に,ナノ・マイクロからマクロスケールにわたる広域で微細な作業を行うための工学的操作技術(マルチスケール操作)に着目し,これをベースとして工学,生命科学,医学を融合し,学際的な研究を推進した.総括班は各研究グループ間の情報交換を活発化し,本領域の推進を円滑に進めるために助言,評価を行うことを目的としている.領域代表を含む各班のリーダーが中心となって,研究項目間の調整し,協力関係を柔軟かつ円滑に保ち,相互情報交換を通じて円滑な運営を行うための管理監督を行った.評価メンバーは研究全般や方向性,進捗,成果に対して評価及び助言を与えた.本年度の計画としては,総括班会議を2回,シンポジウムを1回開催する.また,意見交換の場として,研究会等の企画,組織化を指揮する.本年度は総括班として公開シンポジウムを3回(平成17年11月7-9日(名古屋),平成17年10月20日(東大),平成18年3月3日(東大))開催した.また,総括班会議(H17年7月23日,11月10日,H18年3月4日)も同時に開催し,さらに全体会議を2回(H17年11月10日(名大),H18年3月4日(東大))開催した.また,国際会議MHS2005とのオーガナイズドセッションとして行われた公開シンポジウムの論文別刷を抜粋して冊子にまとめた.さらに公開シンポジウムの案内パンフレットの作成およびポスター製作,インターネット上のホームページ製作(http://www-arailab.sys.es.osaka-u.ac.jp/bio/index-j.html)を行った.またメーリングリストを作成し,各構成員への電子メール配布を容易にした.また,初年度の予算配分の見直しによる円滑な研究の促進をはかることにより,次年度以降へのより有効な総括業務遂行が期待される.細胞の素機能及び統合機能の制御方式を理解することを目指したシステム細胞工学に関する研究を行っており,ナノ・マイクロからマクロスケールにわたる広域で微細な作業を行うための工学的操作技術(マルチスケール操作)に着目し,これをベースにした工学とバイオ分野,医療分野との融合による学際的な研究を推進している.本領域では,目的を達成するために3つの研究項目を設定した.研究項目A01は生命機能の再構成と細胞機能の模倣を目的とする.生命の最小単位である細胞に注目し,マルチスケール操作技術を活用することにより,細胞サイズの小胞を反応場とする人工細胞モデルを構築する.研究項目A02は生命機能の環境応答計測と制御を目的とする.マルチスケール操作技術により単一細胞内外を局所環境計測・制御し,細胞を動態解析・観察することにより,細胞内各種構成要素の分子メカニズム・機能発現のしくみを明らかにする.研究項目A03は生命システムの組織構築と制御を目的とする.マルチスケール操作技術により細胞・細胞外環境・組織・骨格基材の構造力学特性と機能解析・制御に基づいた機能的組織の新しい構築法の創製を行う.総括班では各研究グループ間の情報交換を活発化し,本領域の推進を円滑に進めるために助言,評価を行った.領域代表を含む各班のリーダーが中心となって,研究項目間の調整し,協力関係を柔軟かつ円滑に保ち,相互情報交換を通じて円滑な運営を行うための管理監督を行った.評価メンバーは研究全般や方向性,進捗,成果に対して評価及び助言を与えた.本年度は,総括班会議を2回,シンポジウムを1回開催した.また,意見交換の場として,研究会等の企画,組織化を指揮した.(709字)細胞の素機能及び統合機能の制御方式を理解することを目指したシステム細胞工学に関する研究を行っており,ナノ・マイクロからマクロスケールにわたる広域で微細な作業を行うための工学的操作技術(マルチスケール操作)に着目し,これをベースにした工学とバイオ分野,医療分野との融合による学際的な研究を推進している.本領域では,目的を達成するために3つの研究項目を設定した.研究項目AO1は生命機能の再構成と細胞機能の模倣を目的とする.生命の最小単位である細胞に注目し,マルチスケール操作技術を活用することにより,細胞サイズの小胞を反応場とする人工細胞モデルを構築する.研究項目AO2は生命機能の環境応答計測と制御を目的とする.マルチスケール操作技術により単一細胞内外を局所環境計測・制御し,細胞を動態解析・観察することにより,細胞内各種構成要素の分子メカニズム・機能発現のしくみを明らかにする.研究項目AO3は生命システムの組織構築と制御を目的とする.マルチスケール操作技術により細胞・細胞外環境・組織・骨格基材の構造力学特性と機能解析・制御に基づいた機能的組織の新しい構築法の創製を行う.総括

班では各研究グループ間の情報交換を活発化し,本領域の推進を円滑に進めるために助言,評価を行った.領域代表を含む各班のリーダーが中心となって,研究項目間の調整し,協力関係を柔軟かつ円滑に保ち,相互情報交換を通じて円滑な運営を行うための管理監督を行った.評価メンバーは研究全般や方向性,進捗,成果に対して評価及び助言を与えた.本年度は,総括班会議を4回,シンポジウムを3回,若手シンポジウムを2回,女性シンポジウムを1回開催した.また,意見交換の場として,研究会等の企画,組織化を指揮した.(733字)細胞の素機能及び統合機能の制御方式を理解することを目指したシステム細胞工学に関する研究を行っており,ナノ・マイクロからマクロスケールにわたる広域で微細な作業を行うための工学的操作技術(マルチスケール操作)に着目し,これをベースにした工学とバイオ分野,医療分野との融合による学際的な研究を推進している.本領域では,目的を達成するために3つの研究項目を設定した.研究項目AO1は生命機能の再構成と細胞機能の模倣を目的とする.生命の最小単位である細胞に注目し,マルチスケール操作技術を活用することにより,細胞サイズの小胞を反応場とする人工細胞モデルを構築する.研究項目AO2は生命機能の環境応答計測と制御を目的とする.マルチスケール操作技術により単一細胞内外を局所環境計測・制御し,細胞を動態解析・観察することにより,細胞内各種構成要素の分子メカニズム・機能発現のしくみを明らかにする.研究項目AO3は生命システムの組織構築と制御を目的とする.マルチスケール操作技術により細胞・細胞外環境・組織・骨格基材の構造力学特性と機能解析・制御に基づいた機能的組織の新しい構築法の創製を行う.総括班では各研究グループ間の情報交換を活発化し,本領域の推進を円滑に進めるために助言,評価を行った.領域代表を含む各班のリーダーが中心となって,研究項目間の調整し,協力関係を柔軟かつ円滑に保ち,相互情報交換を通じて円滑な運営を行うための管理監督を行った,評価メンバーは研究全般や方向性,進捗,成果に対して評価及び助言を与えた.本年度は,総括班会議を4回,シンポジウムを4回,若手シンポジウムを1回開催した.また,意見交換の場として,研究会等の企画,組織化を指揮した. (721字)本領域では,細胞の素機能及び統合機能の制御方式を理解することを目指したシステム細胞工学に関する研究を行った.「システム細胞工学」とは、細胞の構成要素の機能及び構成要素集団の統合機能を詳細に調べ,物理化学的環境及び細胞間相互作用を含む生物学的環境に応答したこれらの機能の制御機構を理解することを目的とする学問である.特に,ナノ・マイクロからマクロスケールにわたる広域で微細な作業を行うための工学的操作技術(マルチスケール操作)に着目し,これをベースとして工学,生命科学,医学を融合し,学際的な研究を推進した.このような研究体制において,さまざまな工学的局所制御手法を用いて.細胞内における遺伝子の効率的発現制御,細胞群における遺伝子の発現計測と制御のための局所制御,組織内における細胞形態・分化誘導発のための機能制御に関する研究を行い.システム細胞工学の基盤を形成した.
シーボルト鉱物標本及び関連文書による江戸末期の鉱物認識と本草学の実状の研究

江戸時代末期に長崎出島にオランダ人医師として滞在したシーボルトは、オランダ政府の意向よって、日本について日本の自然史から文化史にわたるあらゆる情報を得ようとした。そのために多くの日本の蘭方医や本草学者を教育し標本や情報の収集に協力させ、結果的に日本に近代的な自然科学の基盤が確立された。自然史の一部門である鉱物学についてもシーボルトはビュルガーの協力を得て標本収集に努め、約830の鉱物標本をオランダに持ち帰り、現在その標本はライデンにある国立自然史博物館に収蔵されている。しかしながらシーボルトの鉱物標本は植物標本や動物標本、民族学標本とは異なって殆ど研究されていなかった。本研究ではシーボルト収集の鉱物標本を整理し記載し、出来るだけ産地を特定してデータベースを作成した。またシーボルト鉱物標本の収集や同定に協力した日本人本草家についても植物標本のラベルに残された筆跡から桂川甫賢、伊藤圭介、二宮敬介らの貢献を特定することができた。シーボルトは植物標本に基づいて「日本植物誌」、動物標本に基づいて「日本植物誌」、民族標本に基づいて「日本」の三冊の重要な著書を著したが、「日本鉱物誌」は刊行されることなく終わっていた。しかしながら、「日本鉱物誌」の基になると考えられる手稿が残されていた。この手稿はビュルガーによって書かれたものであるが、所々にシーボルトの筆跡で注釈が加えられていることを発見し、この手稿がシーボルトの計画した「日本鉱物誌」の原稿となるものであることが確実となった。本研究でその手稿を解読して将来において「日本鉱物誌」を実現するための基盤をつくった。シーボルトが日本から持ち帰った標本というと植物標本や動物標本が著名であり、それらに関しては多くの研究がなされている。また、シーボルトの持ち帰ったその他の多くの標本の中に鉱物・岩石・鉱石標本や化石標本もあるが、その全容は明らかにされていない。シーボルトの著した「日本」の中の「1826年江戸参府紀行」に、いくつかの鉱物標本の収集に関する僅かな記述がある。また、昭和9年にベルリンの日本学会が、所蔵するシーボルト関連の文献約300点を日独文化協会に1年間貸し出した中に、シーボルト「日本鉱物誌」と呼ばれる文献が含まれていた。本研究の目的は、この「シーボルト鉱物誌」の記載をもとにしてオランダのライデン自然史博物館に収蔵されている未整理のシーボルトが収集した鉱物標本を調査し、画像を含むデータベースを作成し、江戸末期における鉱物学を中心として、本草学の実情の一端を明らかにすることである。本年度の研究で、この文献は日本の鉱物に関するまとまった記述ではあるがシーボルトの著作ではなく、シーボルトの助手であったビュルガーノ著作であることを明らかにした。またライデン自然史博物館において、収蔵されている約800点の鉱物標本の写真撮影と標本の記載を行って、画像のデジタル化と、画像を含むデータベースの作成を行った。標本に附属するラベルの中でシーボルト自身が書いたものと、ビュルガーが書いたものを同定した。さらに、シーボルトの協力者たちの書いたラベルの抽出を行った。鉱物標本と同時に、化石標本の調査を行い、データベース化の準備のための記載を始めた。シーボルトが日本から持ち帰った標本というと民俗学標本の他に自然史標本として植物標本や動物標本が著名であり、それらに関しては多くの研究がなされている。しかしながら、シーボルトの持ち帰った自然史標本の中に鉱物・岩石・鉱石標本や化石標本が相当量あるが、その全容は明らかにされていない。昭和9年にベルリンの日本学会が、所蔵するシーボルト関連の文献約300点を日独文化協会に1年間貸し出した中に、シーボルト「日本鉱物誌」と呼ばれる文献が含まれている。

この「シーボルト鉱物誌」の記載をもとにしてオランダのライデン自然史博物館に収蔵されている未整理のシーボルトが収集した鉱物標本を調査し、画像を含むデータベースを作成し、江戸末期における鉱物学を中心として、本草学の実情の一端を明らかにすることが本研究の課題である。本年度の研究で、この文献中に新たにシーボルト鉱物標本のリストを発見した。ドイツ語で書かれた手書きの標本の記載を解読した。そこには一連の番号が振られており、ライデン自然史博物館の標本に貼付されている紙片に記載された標本番号と対比することが出来た。さらに、シーボルトの協力者たちの書いたラベルの抽出を行った。鉱物標本と同時に、化石標本の調査を行い、データベース化の準備のための写真撮影と記載を開始した。さらに、ライデン大学植物博物館に収蔵されているシーボルト収集の膨大な植物標本のラベルの中から鉱物収集にも係わったと考えられる日本人協力者のラべルを調査して、鉱物収集に携わった日本人を特定する目的で、今後予定している協力者の筆跡のデータベース作成の準備を行った。シーボルトが日本から持ち帰った標本というと植物標本や動物標本が著名であり、それらに関しては多くの研究がなされている。また、著作としても「日本」の他に「日本植物誌」、「日本動物誌」が著名である。それに比べて鉱物標本の存在はあまり知られていないし、「日本鉱物誌」についても研究がなされていなかった。オランダ・ライデンの国立自然史博物館・オランダ国立植物博物館ライデン大学分館などの協力を得て、本年度までの研究で、ライデン国立自然史博物館にシーボルト収集の鉱物(岩石・化石を含む)標本が約830点存在することを明らかにして記載を行い、その画像データベースを作成し、東京大学総合研究博物館のデータベース上に公開した。また、昭和9年にベルリンの日本学会が、所蔵するシーボルト関連の文献約300点を日独文化協会に1年間貸し出した中に、シーボルト「日本鉱物誌」と呼ばれる文献が含まれていた。この「シーボルト日本鉱物誌」と俗称されていた文書がシーボルトの著作でなくシーボルトが江戸参府に際して助手として伴ったビュルガーの手稿であることを明らかにして、その解読を行ってきた。またシーボルト関連の文献の中に鉱物標本のリストを発見し、その解読も進めてきた。更に、標本に附属するラベルの筆跡を研究し、シーボルト自身が書いたものと、ビュルガーが書いたもの、テミンク(当時のライデン自然史博物館長)によるものなどを同定した。また、伊藤圭介や桂川甫賢などの日本人の協力者達の貢献も明らかにする事が出来た。以上の研究成果から、シーボルト鉱物標本の収集から記載・保全にわたるコレクション形成と当時の日本の鉱物学・本草学の水準を考察した。江戸時代末期に長崎出島にオランダ人医師として滞在したシーボルトは,オランダ政府の意向よって,日本について日本の自然史から文化史にわたるあらゆる情報を得ようとした。そのために多くの日本の蘭方医や本草学者を教育し標本や情報の収集に協力させ,結果的に日本に近代的な自然科学の基盤が確立された。自然史の一部門である鉱物学についてもシーボルトはビュルガーの協力を得て標本収集に努め,約830の鉱物標本をオランダに持ち帰り,現在その標本はライデンにある国立自然史博物館に収蔵されている。しかしながらシーボルトの鉱物標本は植物標本や動物標本,民族学標本とは異なって殆ど研究されていなかった。
車載型Sバンド境界層レーダーの開発

本研究では、従来よりも小型・軽量・可搬性に優れ、移動観測や遠隔地における無人観測を可能とする車載型の境界層レーダーシステムを開発した。本レーダーは、アンテナ装置、送受信装置、データ収集装置、データ処理装置から構成される。・アンテナ装置はフェーズド・アレイ方式の平面アンテナから成り、直径1m、放射利得は約26dBiで、可搬性に優れたものである。・送受信装置は送信周波数3.05GHz、送信出力500W、帯域10MHz、デューティ比20%以下の性能を持つ。・データ収集装置は主にA/D変換器とDSPから構成され、受信信号をディジタルデータに変換し、パルス圧縮の復号処理やコヒーレント積分処理などを行う。非常に大量の計算が必要な復号処理をリアルタイムに実現するため、DSPチップを8個用いて、それらを並列分散処理させている。・データ処理装置はワークステーションから成り、レーダー制御や実時間データ処理を行う。本ワークステーションにより自動観測が可能であり、さらに観測中に観測データをグラフィック表示することも可能である。また、観測の開始・停止等の操作はユーザーインターフェースに優れたものとなっている。1998年1月に信楽MU観測所において試験観測を実施した。MUレーダーとの同時観測結果から、Sバンド境界層レーダーが正しく風速を測定できていることを確認した。また、パルス圧縮によりS/N比が向上することを観測データから検証した。さらに、今回国内のレーダーとしては初めて採用した特殊なパルス符号系列を用いたパルス圧縮により、従来のパルス符号系列を用いては不可能であった低高度からのデータ取得が可能であることを実際の観測データから検証した。本研究は、従来よりも小型・軽量・可搬性に優れ、移動観測や遠隔地における無人観測を可能とする車載型の境界層レーダーシステムを開発することを目的としている。本年度はその第一段階として、レーダーシステムの断念設計およびアンテナ系の開発を行った。1.レーダーシステムは、アンテナ装置、送受信装置、データ収集装置、データ処理装置から構成され、既存のLバンド境界層レーダーによる観測データを用いて惑星境界層全域を観測可能なレーダーシステムを検討し、送受信周波数3.05GHz、送信出力500W、送受信機帯域10MHz、デューティ比約4%とするとを決めた。2.フェーズド・アレイ方式のSバンド小型・軽量平面アンテナを設計・製作した。アンテナは直径1mの円形、放射利得は約26dBiで、可搬性に優れたものである。3.本平面アンテナ用に構造(スペースフレーム)を工夫した耐風雨専用レドームをアンテナと並行して開発した。本レーダーはアクティブ・フェーズド・アレイ方式であることから、アンテナ放射特性を送信/受信両モードで計測しなければならない。今後、京都大学信楽MU観測所内に仮設の構造物を作り、そこにアンテナを吊り下げ、放射電波が地表面に並行になる方式で計測する予定である。また、送受信装置、データ収集装置などの設計・製作も順次進めつつある。本年度は主に以下の研究を行った。・送受信周波数3.05GHz、送信出力500W、帯域10MHz、デューティ比20%以下の性能を持つSバンド小型送受信機を設計・製作した。・本研究で開発するレーダーは従来よりも高い周波数を用い、アクティブ・フェーズド・アレイ・アンテナを持つ車載型のシステムである。従来よりも小開口のアンテナと低出力の送信機を用いて微弱な晴天大気エコーを観測するため、距離分解能を犠牲にすることなく信号対雑音比を向上させることのできるパルス圧縮技術について検討し、本レーダーシステムに適用可能な方法を開発した。・データ収集装置を設計・製作した。データ収集装置は主にA/D変換器とDSPから構成され、受信信号をディジタルデータに変換し、パルス圧縮の復合処理やコヒーレント積分処理などを行う。

・ワークステーションを用いて、レーダー制御や実時間データ処理を行うためのソフトウェアを開発した。データ処理と並行して、観測結果をグラフィック表示することも可能である。来年度初めに、上記装置と昨年度設計・製作したフェーズド・アレイ方式のSバンド小型平面アンテナとを組合せ、信楽MU観測所において試験観測を実施する計画である。本研究は、従来よりも小型・軽量・可搬性に優れ、移動観測や遠隔地における無人観測を可能とする車載型の境界層レーダーシステムを開発することを目的としている。本年度は主に以下の研究を行った。・データ収集装置を設計・製作し、ソフトウェアを開発した。データ収集装置は主にA/D変換器とDSPから構成され、受信信号をディジタルデータに変換し、パルス圧縮の復号処理やコヒーレント積分処理などを行う。非常に大量の計算が必要な復号処理をリアルタイムに実現するため、DSPチップを8個用いて、それらを並列分散処理させている。本ワークステーションにより自動観測が可能であり、さらに観測中に観測データをグラフィック表示することも可能である。また、観測の開始・停止等の操作はユーザーインターフェースに優れたものとなっている。・データ収集装置・ワークステーションを前年度までに開発済のアンテナ・送受信機と組合せ、信楽MU観測所において試験観測を実施した。MUレーダーとの同時観測結果から、Sバンド境界層レーダーが正しく風速を測定できていることを確認した。・パルス圧縮によりS/N比が向上することを観測データから検証した。また、今回国内のレーダーとしては初めて採用した特殊なパルス符号系列を用いたパルス圧縮により、従来のパルス符号系列を用いては不可能であった低高度からのデータ取得が可能であることを実際の観測データから検証した。
多チャンネル表面筋電図を用いた神経-筋系活動信号での入力インターフェースの開発

本研究は,神経-筋系活動を反映する表面筋電図を入力信号とするインターフェース機器の開発を目的とする.本申請研究において筋線維走行方向と並行に2.5mmで等間隔に双極誘導7チャンネル,それらの組が8つ,合計56チャンネル表面筋電図を記録可能な電極と増幅する筋電図アンプを製作した.また,測定した多チャンネル表面筋電図はPCに取り付けられたA/Dボードによりディジタル信号に変換され,リアルタイムでメモリ上に記録され,PC画面上に筋電図の波形情報を視覚的に確認する生体信号インターフェースを開発した.本研究は,神経-筋系活動を反映する表面筋電図を入力信号とするインターフェース機器の開発を目的とする.本申請研究において筋線維走行方向と並行に2.5mmで等間隔に双極誘導7チャンネル,それらの組が8つ,合計56チャンネル表面筋電図を記録可能な電極と増幅する筋電図アンプを製作した.また,測定した多チャンネル表面筋電図はPCに取り付けられたA/Dボードによりディジタル信号に変換され,リアルタイムでメモリ上に記録され,PC画面上に筋電図の波形情報を視覚的に確認する生体信号インターフェースを開発した.本研究は,神経-筋系活動を反映する多チャンネル表面筋電図を入力信号とするインターフェース機器の開発を目的とする.すでに生体工学分野において,生体情報,体性感覚を利用した義肢装具に関する研究が現在も進められており,バイオミメティック筋電義手や感覚フィードバックなどによるヒトの感覚に近い義肢装具の開発のようなリハビリテーションの現場で用いられる機器にもより高度なインターフェース機器の導入が進められている.つまり,筋電図を用いたインターフェースはよりヒトの感覚に近く,直感的に操作するための技術としての可能性を持っている.平成19年度は多チャンネル表面筋電図を計測するための電極の開発,及びそれにより検出された筋電信号を増幅するための筋電アンプの作成を行った.製作した電極は56チャンネルの双極誘導筋電図の計測が可能となった.製作した筋電アンプにより増幅された56チャンネルの筋電図信号をA/DボードによりPCへ記録するためのソフトウェアシステムを開発した.また,そのソフトウェアは記録と同時に,PCのモニタ上に筋電信号を3次元表示により視覚的に確認できるようにOpenGLライブラリを使うことができるようにもした.つまり,筋電信号を記録しつつ,表示するという作業をスレッド・プログラミングにより実現したことによって,筋電信号からの神経-筋系活動の生理学的な情報を取得することのみならず,神経活動情報というよりヒトの知覚に近いところで計測することができるようになったことで,コンピュータ・インターフェースとしての新たな展開の可能性をも期待することができる.本研究は,神経-筋系活動を反映する表面筋電図を入力信号とするインターフェース機器の開発を目的とする.生体工学分野において,生体情報,体性感覚を利用した義肢装具に関する研究が現在も進められており,バイオミメティック筋電義手や感覚フィードハックなどによるヒトの感覚に近い義肢装具の開発のようなリハビリテーションの現場で用いられる機器にもより高度なインターフェース機器の導入が進められている.筋から随意で発生できる筋電図に着目し,申請者が従事する研究に用いている多チャネル化した筋電図計測法を利用して,ヒトの意思・感覚により近い入力インターフェースの開発は重要であるといえる本申請研究において筋線維走行方向と並行に2.5mmで等間隔に双極誘導7チャンネルそれらの組が8つ,合計56チャンネル表面筋電図を記録可能な電極と増幅する筋電図アンプを製作したまた,測定した多チャンネル表面筋電図はPCに取り付けられたA/Dボートによりティジタル信号に変換きれ,リアルタイムでメモリ上に記録され, PC画面上に筋電図の波形情報を視覚的に確認するソフトウェアシステムを開発した.本申請研究によって筋電図波形情報に基づいたPCインターフェースとして開発したシステムが利用できることが可能であることが示された.また,単にPCインターフェースとしての利用だけでなく,開発したシステムにより,多チャンネル表面筋電図をリアルタイムに記録しながら視覚的にさまざまに処理・解析した波形情報を得ることができることを示した.本研究の成果に神経-筋系活動計測を行う上て非常に意義があったと考える.今後も本研究内容を継続し,最終的にPCインターフェースの一選択肢としてさらに機能するシステムとして精度を高めていくことに取り組んでいく所存である
学びから生まれるシビックエンゲージメントによる持続可能なまちの構築

まちに広がる学びにより市民がシビックエンゲージメント(civic engagement)の担い手として育ち、実践することでまちが持続していく仕組みが構築されるメカニズムについて研究する。ここでいうシビックエンゲージメントとは、「自分の暮らすコミュニティでの生活に変化をもたらすために働きかけること、そのために知識、技術、価値および動機を発達させること」を意味する(Ehnrich 2000:vi)。学習内容やプログラムに関する事例を取り上げるに留まらず、都市戦略研究の観点から生涯学習実践の仕組みを解明し、まちを持続させるための学習装置のあり方とそれの効果的な運用方法を提示する点で特徴的である。
細胞間接着による細胞増殖の制御機構

細胞増殖のシグナル系と細胞の接着・運動のシグナル系との間には密接なクロストークが存在し、細胞の接着阻害の破綻が、がん細胞の増殖、浸潤、転移へとつながる。私共は、新しい細胞間接着機構ネクチン-アファディン系を見出し、アドヘレンスジャンクション(AJに局在することを明らかにしている。ネクチン-アファディン系は、カドヘリン-カテニン系と協調してAJの形成を制御している。本年度は、ネクチン-アファディン系を介した細胞の接着と運動のシグナル系を詳細に解析し、以下の成果を得た。(1)ネクチン-3が、運動している細胞の先端部に局在するネクチン様分子Necl-5とヘテロな接着を形成し、この接着がAJ形成の初期で機能することを見出した。(2)アファディンに直接結合する因子として、ADIP, LMO7を見出した。ADIP, LMO7はα-アクチニンを介してカテニンと結合し、AJ形成におけるネクチン-アファディン系とカドヘリン-カテニン系を連結する因子として機能することが示唆された。(3)ネクチン-1およびネクチン-3のノックアウトマウスを作製した。ネクチン-1およびネクチン-3ノックアウトマウスは生存可能であったが、どちらも眼球が小さいという表現型を示した。野生型マウスにおいて、ネクチン-1とネクチン-3は毛様体の色素上皮と無色素上皮の間の接着部位に局在しており、ネクチン-1およびネクチン-3ノックアウトマウスでは毛様体のこの部分が剥がれていた。以上の結果から、ネクチン-1とネクチン-3の接着が毛様体の形成に必須の役割を果たしていることが明らかとなった。このように本年度は、細胞間接着機構ネクチン-アファディン系による細胞増殖・運動の制御機構について、当初の計画以上の成果をあげることができた。細胞増殖のシグナル系と細胞の接着・運動のシグナル系との間には密接なクロストークが存在し細胞の接着阻害の破綻が、がん細胞の増殖、浸潤、転移へとつながる。私共は、新しい細胞間接着機構Nectin-Afadin系を見出し、アドヘレンスジャンクション(AJ)に局在することを明らかにしている。Nectin-Afadin系は、Cadherin-Catenin系と協調してAJの形成を制御している。本年度は、Nectin-Afadin系を介した細胞の接着と運動のシグナル系を詳細に解析し、以下の成果を得た。(1)Nectinのトランス結合を阻害するNectinインヒビターおよびNectinの細胞外領域を結合したビーズを用いて、Nectin-Afadin系がAJ形成だけでなく、タイトジャンクション形成においても重要な役割を果たしていることを明らかにした。(2)上皮細胞に肝細胞増殖因子やホルボールエステルを作用すると細胞間接着が破壊され、運動能が亢進して遊走するが、このときNectinの細胞外領域がある種のメタロプロテアーゼによって切断されることを見出した。Nectinの発現および切断は、ある種のがん細胞で亢進していることを明らかにした。以上の結果より、Nectin-Afadin系による細胞間接着の制御機構が明らかとなり、がん細胞における細胞間接着能の低下との関連が示唆された。(3)Nectinの分子種の一つであるNectin-1のノックアウトマウスを作製した。Nectin-1ノックアウトマウスは生存および繁殖可能であったが、眼球が小さく、体毛がカールしているという表現型を示した。最近、Nectinのトランス結合は、Cdc42,Racなどの低分子量Gタンパク質を活性化することが示された。今後は、Nectin-1ノックアウトマウスを用いて、Nectin-1による低分子量Gタンパク質活性化の生理的機能および分子機構を明らかにする予定である。このように、本年度の研究は予想以上に進展し、当初の目的を達成することができた。
光合成光化学系II電子伝達における非ヘム鉄の役割

光合成光化学系II(PSII)中で電荷分離により生じた電荷を再結合させるPSII内環状電子移動は反応性の高いラジカルを消去しPSII光阻害反応に防御的に働いていると予想される。本研究では分光学的測定を容易にするため、PSIIの集光性蛋白質を大部分除去し、さらに、Tris処理を行い、水分解系を失活させ光阻害環境を形成させた試料(TrisRC)とTrisRCよりFe^<2+>を除去した試料(-Fe^<2+>-TrisRC)とZn^<2+>置換した試料(Zn^<2+>-TrisRC)を開発した。(1)レーザーフラシュフォトリシス法による測定で人工電子供与体Mn^<2+>を加え、通常の直線状電子移動のみ起こる条件にすると消滅する半減期100-200μsの成分をP680^+再還元過程とQ_A^-再酸化過程で共に観測した。これらの成分は共に酸化還元電位依存性(Em=420-470mV)を示し、高電位側で増加した。これはCyt-b559の高電位型の酸化還元電位とほぼ対応した。また、それぞれの100-200μs成分の量はTrisRCが-Fe^<2+>-TrisRCとZn^<2+>-TrisRCの約2倍であり、pH6.4を変化の中点として、高いpHでは増加した。このときTrisRCは-Fe^<2+>-TrisRCとZn^<2+>-TrisRCの約2倍のpH変化を示した。これらの事実からPSII内環状電子移動に高電位型Cytb-559及び非ヘム鉄が関与していることが初めて明らかとなつた。(2)上記試料を用いての光阻害実験では、還元側阻害のモデル系として、人工電子供与体Mn^<2+>を加えた条件、酸化側阻害のモデル系として人工電子受容体フェリシアナイドを加えた条件で行った。その結果、β-カロテンはMn^<2+>がある場合、反応中心当たり8個中6個が半減期1分以下で損傷し、残り2個が緩やかに損傷した。このときPQ_Aは6個のβ-カロテンがほぼ破壊された後、脱離を開始した。また、β-カロテンは、環状電子移動量とも密接な関係があり、光阻害時に電荷の緩衝的機能を持つことが明らかとなつた。〈目的〉紅色光合成細菌(Rps.viridis)や光合成光化学系II(PSII)の非ヘム鉄(Fe^<2+>)の役割については現在不明のままである。本研究では、PSIIの非ヘム鉄(Fe^<2+>)を除去した試料及びFe^<2+>をZn^<2+>で置換した試料を調製し、第一安定電子受容体(Q_A)-(Fe^<2+>)-第二安定電子受容体(Q_B)間の電子伝達と非ヘム鉄の配位状態及び酸化状態を調べ、この非ヘム鉄の役割を見い出すことを目的とした。

特に非ヘム鉄を酸化した状態(Fe^<3+>)での、Q_A^-の生成消滅過程を10μs2msの時間領域のレーザーフラッシュフォトリシス分光法により観測し、また非ヘム鉄の酸化状態を低温(5K)EPR法により調べた。〈成果〉Q_A^-の生成消滅過程を325nmの波長を指標として調べたところ、半減期140μs程度と、2ms程度の緩和過程が見られた。この140μs程度の成分はQ_A^-→P680^+への電子伝達過程であることが解明された。さらにFe^<3+>の増加の割合と、この140μs成分の増加の割合は一次の比例関係にあった。他方、強光照射環境下ではPSIIは、反応中心蛋白質複合体が光損傷(Photoinhibition)を受け解体し(光阻害)、それが再構築される現象が知られている。その光阻害の引き金は、Q_Aの二電子還元、すなわち、Q_A^<2->の生成であるらしいことが報告されている。非ヘム鉄を酸化した場合、第一安定電子受容体(Q_A)から反応中心(P680)への電子逆供与(Back Reaction)が促進される事実は、PSIIでの光化学反応中心蛋白質の光阻害防御機構(Q_A^<2->生成阻止機構)との関連性を示唆するものであり、今後の発展が期待できる。(1)Q_A^<・^^->の生成消滅過程を325nmの波長を指標として調べたところ、半減期140μs程度と、2ms程度の緩和過程が見られた。この140μs程度の成分はQ_A^<・^^->→P680^+への電子伝達過程であることが解明された。さらにFe^<3+>(非ヘム鉄)の増加の割合と、この140μs成分の増加の割合は一次の比例関係にあった。一方、強光照射環境下では光化学系II(PSII)は、反応中心蛋白質複合体が光阻害(Photoinhibition)を受け解体し、それが再構築される現象が知られている。その光阻害の引き金は、Q_Aの二電子還元、即ち、Q_A^<2->の生成であるらしいことが報告されている。非ヘム鉄を酸化した場合、第一安定電子受容体(Q_A)から反応中心(P680)への電子逆供与(Back Reaction)が促進される事実は、PSIIでの光化学反応中心蛋白質の光阻害防御機構(Q_A^<2->生成阻止機構)との関連性を示唆する物である。--(平成5年度)(2)PSII反応中心では、強光照射の結果として酸化側と還元側で生じる2種類の阻害が知られている。還元側の阻害は酸素存在下で起こり、酸化側の阻害は無酸素条件下でも起こると言われている。我々は、これらの阻害過程について、Q_A光還元活性の減少と機能分子の損傷との関係に着目した。また、PSIIの非ヘム鉄(Fe^<2+>)を除去した試料を調製し、非ヘム鉄のこれらの機構に及ぼす影響について研究を始めた。酸素存在下、Mn^<2+>非存在下で、PQ_A離脱を伴わないQ_A活性の低下の存在を観測し、そのときβ-カロチンの著しい減少を伴うことを見いだした。また酸素の有無に関わらず、正常な酸素側のモデル系ではβ-カロチンの減少が強く抑えられることなどの事実を見出している。--(平成6年度)さらに研究を進め、これらの事実に基づきPSII光阻害機構と非ヘム鉄との関連性を解明したい。