hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
音声認識における視覚情報活用機序の解明-心理的測定とPET画像による解析-

音声の認識においては、聴覚や視覚の情報が効果的に利用され、いわゆるマルチモーダルな情報処理が行われている。本研究では本現象を聴覚、視覚心理的解析と、高次機能画像の組み合わせにより、その脳内メカニズムを検討した。昨年度は、(1)音声認識における視覚情報と聴覚情報の相互作用が出現しやすい条件を聴覚、視覚心理的解析による検討、と(2)PET(ポジトロン断層撮影)による高次機能メカニズム解析の際に用いる刺激材料の検討と作成、を行った。本年度は、昨年度作成した刺激材料を用いて、PET検査を実施した。PET標識薬剤としては、脳血流量を定量的に評価でき、脳血流検査のゴールデンスタンダードであるO-15H2Oを用い、異なった刺激条件下で脳の活動領域の重みづけが変化することを検出した。また、得られた、データーはSPMM PET画像解析ソフトを用いて解析した。結果・考察1)マガーク刺激時における脳機能:提示する聴覚情報と視覚情報が異なる場合(聴覚:「be」、視覚:「ge」発声時の顔画像)の脳活動を、聴覚情報と視覚情報が一致している提示条件(聴覚「be」、視覚「be」の顔画像)の脳活動と比較検討した。その結果、情動との関係の深いといわれる、大脳辺縁系に有意の活動が認められた。これは、2つの情報の不一致に対し、違和感を感じる場合があることが知られており、これが脳活動として記録できたものと思われた。2)聴覚情報の提示に、顔画像の視覚情報が加わると視覚野の血流量の増加が顕著に示された。これは、ことばの聞き取り時には、日常的に視覚情報がさかんに活用されることを示唆しているものと思われた。音声の認識においては、聴覚からの情報だけではなく視覚などからの情報も効果的に利用され、いわゆるマルチモーダルな情報処理が行われている。本研究では本現象を聴覚、視覚心理的解析と、高次機能画像の組み合わせにより、その脳内メカニズムを検討する。本年度は、(1)音声認識における視覚情報と聴覚情報の相互作用が出現しやすい条件を聴覚、視覚心理的解析による検討、と(2)PETによる高次機能メカニズム解析の際に用いる刺激材料の検討と作成、を行った。音声認識における視覚情報と聴覚情報が出現しやすい条件としては、当初背景雑音下の音声聴取による読唇とマガーク効果を考えていたが、背景雑音自体がPET画像に影響を与える可能性が示唆された為、前者についてはlow-pass filterにより作成した劣化音声を用いて心理的実験を行った。視覚情報の影響が音声知覚に影響を与えやすい条件は、音声の種類によって異なり、一般に唇音での効果がより出現しやすい傾向を認めた。ただ、心理的な測定で認められる結果の違い(たとえば唇音vs非唇音)が果たして、高次機能的には異なるか否かについては、来年度高次機能画像で検討すべき項目であると考えられた。一方、マガーク効果の方は、後続母音により効果の発現率が異なった。当初、聴覚「ba」、視覚「ga」の組み合わせ提示を使用予定であったが、心理的解析検討の結果、後続母音は「e」の方が安定した効果発現効果を示す傾向を認めたので、次年度のPET用の提示刺激には、聴覚「be」、視覚「ge」の組み合わせを用いることとした。来年度は、本年度の聴覚、視覚心理的検討で観察された現象の違いがどのような脳内メカニズムにより生じているかをPETによる高次機能解析により検討予定である。昨年度は、(1)音声認識における視覚情報と聴覚情報の相互作用が出現しやすい条件を聴覚、視覚心理的解析による検討、と

(2)PET(ポジトロン断層撮影)による高次機能メカニズム解析の際に用いる刺激材料の検討と作成、を行った。本年度は、昨年度作成した刺激材料を用いて、PET検査を実施した。PET標識薬剤としては、脳血流量を定量的に評価でき、脳血流検査のゴールデンスタンダードであるO-15H2Oを用い、異なった刺激条件下で脳の活動領域の重みづけが変化することを検出した。また、得られた、データーはSPMM PET画像解析ソフトを用いて解析した。結果・考察1)マガーク刺激時における脳機能:提示する聴覚情報と視覚情報が異なる場合(聴覚:「be」、視覚:「ge」発声時の顔画像)の脳活動を、聴覚情報と視覚情報が一致している提示条件(聴覚「be」、視覚「be」の顔画像)の脳活動と比較検討した。その結果、情動との関係の深いといわれる、大脳辺縁系に有意の活動が認められた。これは、2つの情報の不一致に対し、違和感を感じる場合があることが知られており、これが脳活動として記録できたものと思われた。2)聴覚情報の提示に、顔画像の視覚情報が加わると視覚野の血流量の増加が顕著に示された。これは、ことばの聞き取り時には、日常的に視覚情報がさかんに活用されることを示唆しているものと思われた。
非排ガス由来自動車粉塵が都市大気へ与えるインパクトの化学的および毒性学的評価

自動車粉塵に含有される化合物の生体内への移行過程について前年度の結果に基づいて、自動車由来粉塵(タイヤ、アスファルト粉塵、排ガス粒子、路上粉塵)に含まれる化合物の水-粒子間分配係数(K_p)を算出し、化合物の粒子との親和性を検討した。PAHs、含酸素PAHs、フタル酸エステル、ベンゾチアゾール類、ロジン酸、アルカン、脂肪酸について分配係数を算出でき、その値は10^310^5の範囲であった。全種類の粒子態試料についてK_pを算出できたのはフタル酸エステル類のみで、粒子の種類によるK_p値の差異は認められなかった。これらの粉塵からの化合物の溶出には、粒子の性質は関係なく、化合物の疎水性が重要な要因であることが確認できた。水中へ溶出した化合物の生体内移行モデルとして、ヘプタン含有セルロース膜バッグを水中に含浸させ、バッグ内のヘプタン相への化合物の取り込みついて調べた。BHAなどの酸化防止剤、PAHキノン類、フタル酸エステル類の標準物質を用いた系では、PAHキノン類と低分子のフタル酸エステルのみがヘプタン相に移行し、高分子のフタル酸エステルは水中に残存した。また酸化防止剤は取込みの間に分解された。水中の化合物の生体内以降において、化合物の疎水性だけでなく,分子サイズおよび化学的安定性が必要であることも分かった。路上粉塵を用いた系では、粒子中に高濃度で含まれる化合物であっても,ヘプタン相へ移行するのは排ガス粒子由来のPAHsとタイヤ粒子由来の一部の化合物のみであった。排気ガスだけでなくタイヤ粒子が生体に与える影響は特に大きいのではないかと考えられる。光照射の影響について粒子態試料へ太陽光シミュレーターで光照射を行うと照射前に比べて含有する化合物の種類/量ともに大幅に減少した。タイヤやアスファルト粉塵、排気ガス粒子が環境中へ放出された後、時間経過とともに風化によって化学組成が大幅に変化することから生体影響のポテンシャルも変化するものと予想される。平成13年度の研究成果は以下のとおりであった。タイヤアスファルト粉塵中に含まれる化合物の種類および溶出傾向:大気浮遊粉じんの起源物質(タイヤトゴム、アスファルト)および,環境試料(路上粉塵)の溶出液および溶出残渣からは多環芳香族炭化水素類(PAHs),それらのアルキル置換体,含窒素,含硫黄,含酸素化合物,フタル酸エステル類,ゴムの添加剤由来であるベンゾチアゾール類,酸化防止材として用いられるBHAやBHT,アルキルフェノール類などに加え多種類の脂肪属炭化水素(直鎖および分岐型のアルカン,脂肪酸,脂肪酸メチルエステル)など,同定の不確実なものも含め180種あまりの化合物を検出した。粒子に残留する化合物として排ガス粒子ではPAHs,路上粉塵,タイヤ,排ガス粒子からは、アルカン類や脂肪酸類など既報にある化合物が多く認められた。溶出液,粒子双方から検出された化合物としてフタル酸エステル類,ベンゾチアゾール類があげられ,これらは路上粉塵,タイヤに特徴的であった。タイヤアスファルト粉塵由来化学物質の環境中での挙動:タイヤに特徴的な指標化合物を利用して,都市河川(野川,多摩川,隅田川)底泥環境におけるタイヤトレッド磨耗粉じんの負荷量の見積もりを行った(研究成果-1)。さらに,上記指標化合物とPAHsの水-粒子間分配を室内実験および野外観測を通じて比較した結果に基づいて,都市河川底泥環境におけるタイヤトレッド由来もしくは路面排水由来のPAHs負荷量の評価を行った(研究成果-3)。光化学反応による溶出化学種組成への影響:上で同定された化合物のうち,標準品を入手できた化合物について,標準溶液を用いた光照射実験を行った。酸化防止材等に由来する化合物では,光照射(300700nm)を行うとGCクロマトグラム上でのピークが消失した。一方,PAHsの光化学反応生成物であると考えられる多環芳香族キノン類は光照射に対して安定であった。

路上粉塵を用いた系では、粒子中に高濃度で含まれる化合物であっても,ヘプタン相へ移行するのは排ガス粒子由来のPAHsとタイヤ粒子由来の一部の化合物のみであった。排気ガスだけでなくタイヤ粒子が生体に与える影響は特に大きいのではないかと考えられる。光照射の影響について粒子態試料へ太陽光シミュレーターで光照射を行うと照射前に比べて含有する化合物の種類/量ともに大幅に減少した。タイヤやアスファルト粉塵、排気ガス粒子が環境中へ放出された後、時間経過とともに風化によって化学組成が大幅に変化することから生体影響のポテンシャルも変化するものと予想される。
シリコンへの過飽和ドープによる巨大な赤外光吸収帯の出現と中間バンドの形成

シリコンに深い順位を持つ不純物の過飽和ドープすることができれば中間バンドを形成し太陽電池効率を向上させる可能性がある。本研究ではパルスレーザーを用いて結晶性を保ちながら不純物の偏析を抑制する試料作製法の指針を提示した。不純物として硫黄を用い電気的・光学的測定を行った結果、これまでに議論されていたように金属的振る舞いと中赤外光吸収の原因が共に中間バンドによるものであると考えると矛盾が生じることを明らかにした。そこで実験結果をもとに、それらの原因の新たな可能性を指摘した。当該年度の実施計画は主に物性評価であり、シリコンへの硫黄の過飽和ドープ試料に関しては予定どおり光および電気的物性評価を行った。また希薄磁性半導体の作製を目的として、シリコンに対するマンガンの過飽和ドーピングプロセスの研究を行った。当該年度は断面TEMの観察により、構造解析が進展した。前年までマンガンやチタンの過飽和ドーピングにおいてSIMS測定で表面析出が少ない作成条件を見いだした。しかし、これらの試料に対して断面TEM観察から深さに垂直な方向への偏析(セルラーブレークダウン)の発生が確認され、均一なドーピングが行われていない可能性が判明した。この問題に対して、レーザー重複照射回数を増加またはドーズ量を低下させ、レーザー溶融の条件によってセルラーブレークダウンの領域を表面近傍に縮小させることが可能であることを示した。硫黄はマンガンやチタンに比べると、レーザー照射条件に鈍感で表面析出が少なく、結晶性も良好であることが確認され、中間バンドの形成に対する優位性が示された。照射フルーエンスによる結晶性と不純物分布を測定したところ、1.01.2J/cm^-2程度で最も良好な結果が得られた。この試料に対して光吸収、電気伝導度、光電気伝導度の測定を行った。さらにこの試料を熱アニーリングしレーザー溶融した場合との比較を行った。中赤外領域での光吸収スペクトルは照射フルーエンスや熱アニールによって変化し、0.4eV帯と0.6eV帯の光吸収の存在を見いだした。0.4eV帯とシリコンの裾吸収帯はイオン打ち込み時の欠陥生成が関与していると考えられる。前年度までに硫黄ドープ試料の光電気伝導が光吸収スペクトルと異なる事を報告しているが、これらの結果は、光電気伝導が中赤外吸収帯よりも裾吸収帯での効率が高い可能性があることを示唆する。研究の目的に従って過飽和ドープの非平衡プロセスと準安定構造がもたらす物性の観点から研究を遂行した。不純物の過飽和ドープによるシリコンのバンドギャップ以下の光吸収の出現は本研究の最も基本的な課題である。そこで深い準位を持つカルコゲン原子を過飽和ドープした試料に対して中赤外域の範囲まで光吸収を測定した。中赤外域にわたる報告は初めてで0.5eV付近にピークを持つ極めてブロードな吸収バンドの存在を明らかにした。この吸収バンドはアニーリングによって著しく減少する。それに対してキャリア濃度や移動度はそれほど変化しない。この結果はアニーリングに敏感な準安定状態が中赤外吸収の原因であり、キャリア生成不純物はこのアニーリング温度領域では比較的安定であることを示す。硫黄の過飽和ドープによってドナーが形成されるが硫黄が直接的な原因かどうかは不明である。この試料に対して光電気伝導度を測定したところ、中赤外域での光吸収は直接的には光電流に寄与しないと言う結果を得た。カルコゲンの他にTiやMnも深い準位を持つ不純物となる。これらの不純物はカルコゲンに比べてかなり非平衡偏析係数が高いが、過飽和ドープされた単結晶を作成可能であることを確認した。表面から10nm程度よりも深い位置では単結晶の格子像が見られ、Ti濃度はモット転移濃度を超えていると言う結果を得た。これは高効率太陽電池材料として重要な中間バンドの形成が期待できる試料を作成することができたことを意味する。これらの試料に対しても中赤外域での光吸収は観測されたがカルコゲンを過飽和ドープした試料に比べると非常に少なかった。これらの結果は試料作成条件、準安定状態、物性の関係に関して示唆を与え、太陽電池材料を目指した今後の研究の方針を与えたという観点から重要な意味を持つと考えている。本研究は、シリコン(Si)に深い準位を持つ不純物をパルス励起プロセスを用いて過飽和ドープすること、過飽和ドーププロセスがもたらす構造の変化と光学・電子的特性の相関を明らかにすること、過飽和ドープされたSiの中間バンド型太陽電池材料としての可能性を検討すること、等を目的とした。深い不純物として硫黄(S)、チタン(Ti)、マンガン(Mn)をSiにイオン打ち込みし、パルスレーザー照射によって結晶化を行った。TiやMnでは深さ方向と垂直な方向への不純物の偏析(セルラーブレークダウン)が問題になるが、その領域を表面近傍のみに縮小させる作製条件を提示した。

光学・電子的特性はセルラーブレークダウンのない、Sを過飽和ドープした試料を中心に測定をおこなった。これまでに他研究機関を中心として0.6eV付近に強い光吸収を持つことと、金属的な電気伝導の振る舞いから、中間バンドの形成が示唆されていた。しかし試料を750°Cで熱アニールを施すと金属的な振る舞いは、より強調されるが赤外吸収はほぼ消失し、中間バンドの形成では両者を満足する説明がつかないと言う新たな結果が得られた。電気伝導度の温度依存性から高温領域では数十meVの活性化エネルギーをもち、金属的な振る舞いはこの準位が関与した縮退半導体の形成が原因である可能性を示す。また、0.6eV付近の光吸収に対応する光電気伝導が微弱であることから、この光吸収は、高濃度ドープによって伝導帯内での遷移が生じたためである可能性があることを指摘した。このように本研究では非平衡なパルスレーザープロセスを用いた偏析の抑制方法を提示したことと、深い不純物が過飽和ドープされたSiの物性に関して新解釈を与えたことが大きな成果としてあげられる。これまで解釈が混乱していた当該新材料に対して今後の研究の方向性を明確にしたという点で意義は大きいと考えられる。半導体レーザープロセッシング当該年度の予定は1)不純物濃度を変化させた試料とPLM後に熱アニールを施した試料に対する、中赤外光吸収スペクトルの測定、2)電気伝導特性の温度依存性の測定、3)電気伝導に対する光照射の影響の測定等であった。中赤外光吸収帯と電気的特性の相関は、現時点で必ずしも明らかになってはいないが、実験データの蓄積は順調に行われ、それに対する議論も行われている。ただし不純物及びその周辺のシリコンの局所構造に関する議論は予定どおりには進んでいない。その代わりに断面TEMを用いた結晶構造解析で進展が得られた。以上より全体としてはおおむね順調と評価した。当該年度は試料の作成条件と冷却過程の関係、冷却過程と準安定状態の関係を明らかにすることを主目的とした。作成条件と冷却過程の関係を調べるために、これまでに報告の多いエキシマレーザーと比較してパルス幅の短いYAGレーザーを用いた試料作成を行った。さらにYAGレーザーは空間分布を一様にするのが困難なためレーザーをスキャンさせ結晶性の空間分布の一様化も同時に試みた。これらの結果は結晶性と偏析に関する多くの情報を与えた。定量的な解析はまだ十分とは言えないが定性的に非平衡再結晶化プロセスに関する議論を行うことが出来た。冷却過程と準安定状態の関係の解明に関しても多くの課題を残している。一方、準安定状態と光吸収、電気伝導特性の相関が議論できたのは新しい展開である。硫黄を過飽和ドープした試料に関してはホール測定の結果磁場の印加による電気伝導特性の異常を発見するなどこの試料に関する様々な特異性を発見しつつある。以上のように作成条件と冷却過程の関係と言う点では予定よりも遅れているが物性評価という点では新たな現象が発見され、むしろ進んでいる。このように必ずしも予定どおりには進んでいないものの、総合して考えればほぼ順調な進行状況だと考えている。基本的には前年までの研究を継続すると共に総合的なまとめを行う。遅れ気味である不純物及びその周辺のシリコンの局所構造に関する議論にも力を入れる。
神経接着分子Caspr4を介した神経精神疾患における新規治療戦略

Contactin associated protein (Caspr)4(以下、Caspr4)は、成体における特異的な神経細胞亜集団に発現していること、Caspr4遺伝子が自閉症の原因遺伝子であること、マウス神経幹細胞において発現し、神経分化に関与していることが報告されている。マウス胚性腫瘍(EC)細胞であるP19細胞は,レチノイン酸(RA)により分化誘導され,神経細胞およびアストロサイトに分化することが知られている。本研究では、Caspr4のシグナル伝達を網羅的に調べる目的に、Caspr4を強制発現させたP19細胞からmRNAを抽出し、マイクロアレイ解析を実施し、幹細胞増殖に関わる遺伝子群の低下がみられることを確認した。さらに、幹細胞維持に関わる遺伝子数種類ならびに神経分化に関わる遺伝子をRT-PCRまたはRealtime-PCRを用いたmRNAの変動を、Western blot法を用いたタンパク質量の定量を行い、その変動を合わせて確認した。結果、レチノイン酸処理したP19細胞株にCaspr4を強制発現させた細胞では、幹細胞維持に関わる遺伝子の発現の減少がmRNA及びタンパク質レベルで見られた。実際に、P19細胞株の細胞増殖能を検討したところ、Caspr4を強制発現させた細胞では有意な減少をみとめた。同時に、神経分化に関係する遺伝子を調べたところ、mRNA及びタンパク質レベルで、逆に優位な増加を認めた。幹細胞増殖に関わる遺伝子の変動によることが神経分化を促進している可能性が示唆された。今回得られた結果を踏まえて,さらにP19細胞増殖過程に関わる詳細なシグナル伝達の検討が必要である。本年度の計画に基づき、Caspr4強制発現により得られた変動遺伝子について、神経分化に関わるCaspr4応答遺伝子Gene Xを同定し、神経分化におけるCaspr4シグナルを解析する予定であったが、今後は、幹細胞維持に関わる遺伝子変動に焦点をあて、Caspr4応答遺伝子Gene Xを同定することを目指す。具体的には、幹細胞増殖に関わる遺伝子群のプロモーター活性の変動を検討する。Caspr4が受容体として作用する報告は未だなく、細胞内において結合する分子の同定やCaspr4の下流シグナル伝達分子について詳細な報告はない。だが、相互作用するタンパク質を明らかにし、そのシグナル機構を明らかにすることは、新規医薬品の開発において有用な知見となるため、本研究の3年目は、神経幹細胞維持ならびに神経分化に関わるCaspr4応答遺伝子として同定されたGene Xの発現調節に関わるCaspr4シグナルを解析する。マウス胚性腫瘍(EC)細胞であるP19細胞は,レチノイン酸(RA)により分化誘導し,神経細胞およびアストロサイトに分化することが知られている。Caspr4は、P19細胞をRA分化誘導時に、神経分化を調節していることが定量的RT-PCRならびにウェスタンブロット解析により示唆された。そこで、P19細胞にCaspr4-pCDNA4を一過性に導入(Caspr4強制発現系)し,RA存在下において、Caspr4導入細胞およびコントロールベクター導入細胞をsphere様の細胞塊を形成させる過程において、Caspr4がRA誘導による分化過程において変動する遺伝子群にどのような影響を及ぼすかをマイクロアレイ解析により探索した。データベースDAVIDにより幹細胞の増殖に関わるpathwayに関与する遺伝子変動をみたところ、RA処理した細胞株は、NanogやOct4などの幹細胞維持に関与する遺伝子群の低下が見られた。このことから、実験系はうまくいっており、Caspr4強制発現細胞とコントロール細胞の遺伝子変動比較を詳細に解析した。P19細胞をRAで分化誘導し、Caspr4遺伝子を発現させることによる変動遺伝子候補を検索することができたためおおむね順調に進展している。

本年度の計画に基づき、Caspr4強制発現により得られた変動遺伝子について、RT-PCRやウェスタンンブロットを用いて変化量を定量し、野生型と比較したときの発現量増加または発現量減少に至った候補遺伝子の絞り込みを行う。Caspr4との結合する分子やCaspr4の下流シグナル伝達分子についてを明らかにすることは、新規医薬品の開発において有用な知見となるため、本研究の2年目は、神経分化に関わるCaspr4応答遺伝子として同定されたGene Xの発現調節に関わるCaspr4シグナルを詳細に解析する。Caspr4が受容体として作用する報告は未だなく、細胞内において結合する分子の同定やCaspr4の下流シグナル伝達分子について詳細な報告はない。だが、相互作用するタンパク質を明らかにし、そのシグナル機構を明らかにすることは、新規医薬品の開発において有用な知見となるため、本研究の3年目は、神経幹細胞維持ならびに神経分化に関わるCaspr4応答遺伝子として同定されたGene Xの発現調節に関わるCaspr4シグナルを解析する。
タンパク質膜挿入に必須の糖脂質ＭＰＩａｓｅとその標的タンパク質との相互作用解析

膜タンパク質の膜挿入や分泌タンパク質の膜透過を司る分子機構は、根本的な部分ではすべての生物において保存されている。タンパク質膜透過チャンネルSecYEGはタンパク質膜挿入、膜透過のどちらにおいても中心的役割を果たす。タンパク質膜透過・膜挿入機構の詳細を明らかにするため、再構成系を構築して検証したところ、分子量約7kDaの糖脂質が反応に必須であることを見出し、MPIaseと命名し、その構造-機能相関関係を研究した。その結果、MPIaseは基質膜タンパク質と直接相互作用し、膜挿入反応を触媒すること、膜透過チャンネルSecYEGと相互作用し、SecYEGの2量体構造を変化させることを発見した。すなわち、基質膜タンパク質とSecYEGはMPIaseのリガンドであることを示した。タンパク質膜挿入はそのその生合成に共役して進行するが、脂質部分を欠く可溶性のMPIase誘導体は膜タンパク質合成時に共存させておくと、膜タンパク質と可溶性の複合体を形成した。この複合体は膜挿入活性を保持していることから、MPIaseは膜タンパク質用のシャペロン活性をもっていると言える。MPIaseを酢酸処理し、リン酸を除去すると膜タンパク質と相互作用しなくなったことから、MPIaseのリン酸基はこの相互作用に必須であることが判明した。SecYEGのSecGサブユニットは膜を2回貫通するタンパク質であり、膜透過反応に共役して配向性の反転ー回復サイクルを繰り返すことを見出しているが、このSecGサイクルにはMPIaseが必須であった。MPIaseによりSecYEGの2量体構造が変化し、その結果SecGの反転が可能となるため膜透過活性が著しく促進されることを明らかにした。25年度が最終年度であるため、記入しない。膜タンパク質は、通常、シグナル認識粒子およびその受容体(SRP、SR)、タンパク質膜透過チャンネル(SecYEG)を介して、タンパク質生合成に共役して膜挿入する。我々は、膜挿入反応に関与する未知の因子を発見し、因子の同定・構造機能解析を続けてきた。因子は予想に反して糖脂質であることが判明したが、膜タンパク質と直接相互作用すること、膜挿入反応を触媒することなどを示し、この糖脂質が酵素様機能をもっていることを報告した。すなわち、この因子をMPIase(membrane protein integrase)と命名し、MPIaseが糖脂質酵素(Glycolipozyme)であると提唱した。MPIaseは膜挿入反応に必須の因子である上、タンパク質膜挿入反応を促進する。一方、以前我々が同定した、SecGも同様に膜透過反応を促進する。SecGによる膜透過促進機構は、膜を2回貫通するSecGは膜透過反応に共役して反転-回復を繰り返し、SecAの構造変化を円滑にするためであることを見い出した。しかし、SecYEG単独ではSecGの反転は検出されなかった。このことは、SecGの反転には別の因子が必要であることを示唆している。MPIaseがこの因子である可能性を調べたところ、MPIase存在下でのみSecGの反転が認められた。さらに、MPIase非存在下ではSecEが接触面となるが、MPIaseが存在すればSecG近傍に接触面があることが判明した。また、SecYEGを過剰生産した膜と野生株から調製した膜を用意し、可溶化後SecYEGのプルダウンアッセイを行ったところ、野生株から調製した膜のみでMPIaseの共沈降が認められ、SecYEGとMPIaseがin vivoでも直接相互作用していることを支持する結果を得た。平成24年度には、MPIaseが糖脂質酵素(Glycolipozyme)であることを提唱する論文を出版できた。また、MPIaseがSecGの反転に必須であることを示し、その理由がSecYEG2量体の構造に影響を及ぼすためであることを見い出し、論文投稿した。

この論文に関しては、審査員の一部から追加実験を要求され、現在修正稿を用意している段階であるが、エディターからは好意的な意見が寄せられているため「おおむね順調に進展している。」とした。平成24年度の研究で、MPIaseがSecYEGと直接相互作用することを支持する結果が得られたので、この系を活用してMPIaseとSecYEGとの相互作用について詳細に調べる予定である。また、化学架橋実験やゲルろ過カラムクロマトグラフィー実験なども駆使してMPIaseとSecYEGの相互作用地図を完成させる。また、MPIaseがリボソームと相互作用する可能性についても検証を進める。相互作用が認められた場合は、MPIaseと相互作用するリボソーム因子の確定を行い、この相互作用についても詳細に調べる。25年度が最終年度であるため、記入しない。
衛星マルチセンサ画像の融合による被害早期把握の高度化

本研究は常時に撮影された衛星マルチセンサ画像と地理空間情報を用いて,自然災害後に緊急撮影された衛星画像と組み合わせた被害把握手法を開発することが目的である。本年度はマルチセンサ画像から都市情報を抽出する手法の開発を行っていた。高解像度のL-bandをもつ航空機Pi-SAR-L2合成開口レーダ(SAR)画像を用いて,水平・垂直偏波情報による土地被覆分類を行った。撮影日に合わせた現地調査の結果と比較することで,市街地,田畑,芝や空港の滑走路などの異なる土地被覆におけるマイクロ波の反射特性を把握できた。それらの反射特性を用いて,オブジェクトベースでの教師付き土地被覆分類を行った。また,2014年5月に打ち上げられたALOS-PALSAR2画像を用いて,Pi-SAR-L2で行った処理を適用し,画像の解像度による精度の影響を検討した。SAR画像における建物の倒れ込み量が入射角と建物高さに比例する特徴を用いて,建物輪郭データと併用して建物高さの推定を行った。1時期のSAR強度画像から反射の強い倒れ込み範囲を抽出し,建物輪郭から作成されたテンプレートで検索することで低層建物の高さを自動的に抽出する手法を開発した。高層建物では側面の素材や立地角によって反射強度が弱いため,強度情報のみで倒れ込み範囲の抽出が困難であった。そのため,2時期のSAR画像を干渉して得られた位相情報から高さの推定を試みた。これらの手法をアメリカ・サンフランシスコと東京中心部を撮影したTerraSAR-X画像に適用し,デジタル地表モデルを用いて精度の検証を行った。26年度が最終年度であるため、記入しない。
がん患者の意思決定を支える看護者の役割と倫理教育

がんの診断や治療に関する説明を受けて選択に悩む患者への看護師の支援について検討した。がん看護を実践する看護師を対象として、倫理的問題の認識、がん患者への意思決定支援、必要な教育に関する質問紙調査を行った。認識された倫理的問題では5つの因子が抽出された。意思決定については支援の必要性の認識に比べて実施が少なく実施が困難な状況が伺えた。がん看護の経験が豊富な看護師を対象に意思決定支援の困難に関する面接調査を行い質的に分析した結果、9つのカテゴリー、37のサブカテゴリーが見出された。求められる教育としては、がんの疼痛管理やコミュニケーション技術、医療・介護サービスの情報などの回答が得られた。本研究では、研究期間において1.日本のがん医療の「悪いお知らせと患者の意思決定の過程」で看護師が直面する、悩む倫理的問題の認識、看護者としての判断や対処の特徴と背景因子2.医療チーム内で、看護職として直面したり悩んだりした問題に対して、倫理的判断や対処を行う際に倫理教育(基礎教育、卒後教育)で役立った知識・技術・態度、および今後の看護倫理教育に必要な内容、方法を明らかにしたいと考えている。平成25年度はがん医療・看護の倫理的問題、特に患者の意思決定に関して看護者が直面する、悩む問題の認識や対処に関する国内外の先行研究の文献検討を行なった。文献は、大学図書館の利用、可能なものはwebを用いるなど工夫して収集し、研究者間で検討を行なった。また、がん看護に従事する看護者に、1.患者の意思決定にする倫理的問題の認識、判断、対処、2.医療チームで倫理的判断や対処を行う際に看護師に必要な能力および今後の看護倫理教育に求められる内容について意見を聞いて仮説を検討した。現在、これらの検討を通して、調査のための質問項目を作成している。今後、質問紙調査を用いて量的調査を行う予定である。これにより、日本のがん医療の場で、悪い知らせを受けた患者の意思決定に関する影響因子、看護師の役割と望ましい支援の概要と関連性を明らかにすることができる。この結果から、看護師が直面する、悩む患者の意思決定の支援に関する倫理的問題について調査する範囲を検討して質的調査を行うことを計画している。さらにはこれらの結果をもとに倫理教育を検討するため、本研究において基礎部分となる重要な調査と考えている。本研究では研究期間において、1.日本の医療機関における患者へのがんに関する悪い知らせ(bad news)とその後の意思決定の過程で看護者が直面する・悩む問題の認識、2.患者の意思決定支援に関する看護者の対処の状況、3.がん患者の意思決定の支援に関して役立つ倫理教育について明らかにする。平成26年度の研究計画の主な内容は、がん医療に従事する看護者を対象に質問紙による量的調査(一次調査)を行うことであった。25年度に抽出した質問項目をもとに作成した質問紙を用いて、認定看護師、看護学の大学院生を対象に予備調査を行い、修正を加えた質問紙を用いて、がん医療に従事する看護者を対象に調査を行った。主な調査内容は、1がん患者の治療選択や療養の場等の意思決定に関連する看護師の倫理的問題の認識、2がん患者が意思決定を行う際の支援の必要性と実施状況、3がん患者の意思決定支援に現在の教育で不足している内容と今後の教育に求められる内容である。なお本研究は所属大学の研究倫理審査委員会で承認を得ている。分析にはSPSSを用いた。調査は4つの総合病院に勤務する看護師700名を対象とした。573名から回答を得て、545名を対象に分析を行った。その結果、1意思決定に関する問題の認識として、医師の説明の方法・内容、時間的余裕、家族の関り等の項目の得点が高く、内容として5つの因子が見出せた。2意思決定時の看護者の支援の必要性と実施の状況については、支援の必要性に関する認識は高いが、実施が困難な状況がうかがえた。3看護教育に関しては、コミュニケーション技術や疼痛管理など多くの内容が記述されていた。今後、さらにデータの分析・検討を深め、考察を行い、看護・医療倫理、看護教育等の関連学会で報告する。また、平成27年度は、一時調査で得られた結果をより詳細に検討するために、インタビュー調査(二次調査)を行う予定である。本研究では研究期間において、1.日本の医療機関における患者へのがんに関する悪い知らせ(bad news)とその後の意思決定の過程で看護者が直面する・悩む問題の認識、2.患者の意思決定支援に関する看護者の対処の状況、3.がん患者の意思決定に関して役立つ倫理教育について明らかにする。平成27年度の研究計画の主な内容は、1.がん医療に従事する看護者を対象に行った量的調査(一次調査)の結果を分析・検討して段階的に公表すること、2.一次調査で得られた結果をより詳細に検討するために、インタビュー調査(二次調査)を行うことであった。一次調査の結果、看護者が困難を感じた問題は、因子分析によって5因子が見出された。意思決定支援は、必要性の認識は高いが実施が困難な状況であったが、個人情報保護、誠実な対応等が実施されていた。結果の一部は既に学会で報告し、引き続き分析を進めている。また、国際学会に登録し、論文化も進めている。二次調査は半構成的面接を行い、主な内容は、1.がん患者の意思決定支援で困っていること、2.意思決定支援における自分の役割、3.支援を充実させるために必要な教育の内容とした。なお、本研究は所属大学の研究倫理審査委員会で承認を得ている。

既に看護者10名以上に面接を行い、漸次、逐語録に起こして分析を進めている。今後、更に分析・検討が必要であるが、患者・環境・疾患・治療の特性等による多様な困り事、調整、傾聴、情報提供等の役割、専門知識、コミュニケーション能力等の教育の必要性の存在が明らかになりつつある。今後、さらにデータ分析を続けて、成果を国内外に公表する予定である。本研究は、平成28年度が最終年度である。最終報告書をまとめるためにも、これまでのデータを整理し、がん患者の意思決定に関して役立つ倫理教育について検討し、研究のまとめと報告を行う予定である。研究計画書の予定通り、平成25年度の研究成果に基づいて、平成26年度に一次調査を実施し、平成27年度には、国内外の学会等で一次調査の結果の一部の報告を行い、引き続き成果の公表を計画している。また、平成27年度の計画であった、二次調査(インタビュー調査)もがん医療・看護を従事する看護者を対象に予定通り行い、分析を始めることができている。本研究は研究期間において、1.日本の医療機関における患者のがんに関する悪い知らせ(bad news)とその後の意思決定の過程で看護者が直面する・悩む問題の認識、2.患者の意思決定に関する看護者の対処の状況、3.がん患者の意思決定に関して役立つ倫理教育について明らかにする。平成28年度の研究計画の主な内容は、1.がん医療に従事する看護者を対象に行った質的研究(二次調査)の結果を分析・検討して段階的に公表すること、2.一次調査・二次調査を通して得られた研究成果をまとめ、がん患者の意思決定の支援に役立つ看護倫理の教育について検討することであった。二次調査については、平成27年度にがん看護に従事する看護者12名を対象に半構成的面接調査を行っており、平成28年度は質的記述的にデータ分析を行い研究者間で検討を繰り返した。データ分析の結果、がん患者の意思決定を支援する上での困難として、【患者の辛い体験を真に共有すること】【がんを人生の一部として受入れてもらうこと】【業務が多忙でゆとりがない中で本質に係わること】【患者の思いだけで決められない状況】【家族の支援が受けられない患者の支援】【医療チームの情報共有や協働】【患者の生活環境や社会的問題への支援】【正解がないこと】【積極的に介入して責任を背負うことへの躊躇】の9つのカテゴリーと37のサブカテゴリーが抽出された。この結果の一部は国際学会(発表確定)、国内学会誌へ投稿中で、今後も分析・検討を続け、成果の公表を進めていく予定である。一次調査と二次調査の研究成果をまとめ、がん患者の意思決定に関して役立つ倫理教育を検討することについては、第一段階のまとめを行い、支援に役立つ倫理教育についての検討を行った。以上の研究成果については、今後も検討を進め、国内外の学会・学会誌等に段階を公表していく予定である。がんの診断や治療に関する説明を受けて選択に悩む患者への看護師の支援について検討した。がん看護を実践する看護師を対象として、倫理的問題の認識、がん患者への意思決定支援、必要な教育に関する質問紙調査を行った。認識された倫理的問題では5つの因子が抽出された。意思決定については支援の必要性の認識に比べて実施が少なく実施が困難な状況が伺えた。
生体内電気穿孔法を用いた電気遺伝子療法の臨床応用へ向けた安全性に関する研究

我々は、プラスミドDNAを安全かつ有効的に細胞内に投与し発現させることによる遺伝子治療の方法として、生体内電気穿孔法を開発してきた。まず、投与するプラスミドDNAの濃度、電気穿孔器の電圧、パルスなど最適な条件を検討した。その後、腫瘍に対する治療実験を行った。マウス実験腫瘍を用い、いくつかのプラスミドDNAの有効性を比較検討し、有効なプラスミドDNAを選択した。抗腫瘍効果を期待できるいくつかの遺伝子を用いてそれぞれの遺伝子の有効性や問題点を検討した。今回の研究の目的は、抗腫瘍効果が確認できた条件で、正常組織での安全性を確認することであった。方法としては、腫瘍局所で免疫系を惹起させる遺伝子(IL-2,MCP-1)や、遺伝子が発現すること自体は細胞毒性を示さず、後に薬剤を投与したときに細胞毒性を示すいわゆる自殺遺伝子(ヘルペスウイルスサイミジンカイネース、ジフテリアトキシン)などの導入を試み、それぞれの遺伝子における腫瘍縮小効果と安全性を検討した。マウス実験腫瘍で、最も抗腫瘍効果が見られた条件で、病理学的には、HE染色や神経細胞のマーカーを用い、また行動学的にはモニタリングを行うという方法で安全性の検討を行った。この結果、抗腫瘍効果の見られた条件でも、正常神経細胞には特に異常は認められなかった。また、行動異常を示すマウスの出現はなかった。以上より動物実験では、我々が開発した電気穿孔法の安全性が確認された。今回の研究の成果に基づき、今後われわらが対象としているグリオーマの合理的な治療法として、電気穿孔法を使った脳腫瘍の遺伝子治療を確立していきたい。
覚醒下小動物PETを用いた統合的脳機能研究システムの開発

本研究では、ラットに脳内自己刺激(ICSS)課題を遂行させながらPET撮像を行い、脳内報酬系に関わる神経活動を可視化するシステムを構築することを目的とした。Wistarラットの内側前脳束に双極性電極を一側性に刺入しICSSの条件づけを十分に行った後、18F-FDGによるPETスキャンを実施し、ICSS遂行させた場合とさせない場合の脳内FDG集積をSPMにより比較した。解析の結果、賦活部位として右側視床後外側核、背側水道周囲灰白質、右外側水道周囲灰白質、左側前庭神経外側核、巨細胞性網様核が認められており、一方で抑制部位として前障、左側側坐核、島皮質、左側海馬台などが描出された。近年小動物においても高感度・高分解能によるPET撮像を行うことが可能となり、ラット・マウスなどを用いた神経伝達機能や脳機能を対象としたイメージング研究が多くなされるようになった。そこで我々は脳機能としての「脳内報酬系」に着目し、その典型的な実験パラダイムである脳内自己刺激(intracranial self-stimulation; ICSS)をラットに遂行させ、同時にPET撮像することによって脳内報酬系の神経回路または神経伝達機能の変容を明らかにする試みを始めた。平成27年度においては、まずは「通常のオペラントボックスにおける脳内自己刺激行動(ICSS)の習得」に向けて、ICSSの課題遂行が常時可能となるよう条件整備に重点を置いた。研究を開始した当初は、刺激電極装着手術の失敗、装着後まもない時期での電極脱落、電極刺入位置のズレによる刺激に対する動物の無応答などが発生し、ICSS習得に至らないケースが多く見られたが、手術および条件付け等の手技向上により刺激電極を刺入したラットのほぼすべてにおいて堅調なICSS習得が可能となり、端緒となる課題は達成できたと考える。これに引き続き、「オペラントーPETに向けた実験環境の整備」の課題を進めている。あらかじめ18F-FDGをラットに投与した直後にオペラントボックス内でICSSを実行させ、その後にそのラットを麻酔してPET撮像を行う。この麻酔下FDG-PETによる機能画像取得法は動物を用いた様々な脳機能研究に応用されており、本研究においても今後ICSS習得により賦活される脳内賦活部位(糖代謝昂進部位)の同定に取り組む。当初の計画では平成27年度においてはICSS遂行時のPET撮像まで予定していたが、実績の概要で述べたようにICSS習得の条件整備に比較的多くの時間を要した。また本研究ではPET装置の近傍にオペラントボックスを別途設置する必要があり、その整備に若干の遅れが生じている。近年PET装置の高感度化・高分解能化により、ラット・マウスなどの小動物を用いて神経伝達機能や脳機能を対象としたイメージング研究が多くなされるようになった。そこで我々は脳機能としての「脳内報酬系」に着目し、その典型的な実験パラダイムである脳内自己刺激(intracranial self-stimulation; ICSS)をラットに遂行させ、FDG-PETによりその課題に関わる神経回路のマッピングに取り組んでいる。開始年度である27年度から28年度初頭にかけて「オペラントーPETに向けた実験環境の整備」を完了し、以後ICSS習得動物を用いたFDG-PET撮像を開始した。現在進行しているプロトコルの概略は、条件付けを習得したラットに18F-FDGを尾静注後30分間ICSSを遂行させた場合と、単にオペラント装置内に30分間置いた場合の脳内FDG集積を比較するものである。課題遂行後にPET撮像を行い、それによって得られた各々の画像データをSPM解析し、ICSSにより賦活または抑制される脳領域を検索している。現在のところ解析に足る10数匹のデータが得られており、暫定的な結果(Paired t test, uncorrected P = 0.005)では、賦活部位として右側視床後外側核、背側水道周囲灰白質、右外側水道周囲灰白質、左側前庭神経外側核、巨細胞性網様核が認められており、一方で抑制部位として前障、左側側坐核、島皮質、左側海馬台などが描出された。平成27年度において予定していたICSS-PET実施開始が28年度にずれこんだが、PET撮像が順調に進んだことによる。本研究では、覚醒下でオペラント課題を遂行させながらPET撮像を行う「小動物オペラントーPET撮像システム」を確立し、「脳内自己刺激行動」に関わる神経活動を可視化することを目的とした。脳内自己刺激(intracranial self-stimulation; ICSS)はオペラント条件づけの一つであり、動物はレバー押しにより脳内報酬系と言われる中脳辺縁系ドーパミン投射系への電気刺激を報酬として得ることを学習する。このICSSの神経基盤について、脳全体の神経ネットワークとしてのICSSによる脳内神経活動の変化については不明点が多く、我々はICSSをラットに遂行させ、[18F]FDG-PETによりその課題に関わる神経回路のマッピングに取り組んできた。まず本助成の開始年度である27年度から28年度初頭にかけて「オペラントーPETに向けた実験環境の整備」を完了し、以後ICSS習得動物を用いたPETプロトコルを開始した。プロトコルの概略としては、あらかじめ9週齢のWistarラットの内側前脳束に双極性電極を一側性に刺入し、2週間の回復期間をおいてICSSの条件づけを行い学習させた。十分にICSSを習得したラットに18F-FDGを尾静注しその後30分間ICSSを遂行させた場合と、単にオペラント装置内に30分間置いた場合の脳内FDG集積を比較した。

ICSS遂行後にPET撮像を行い、それによって得られた各々のPET画像データをSPM解析し、ICSS遂行により賦活または逆に抑制される脳領域を検索した。SPM解析の結果(Paired t test, uncorrected P = 0.005)では、賦活部位として右側視床後外側核、背側水道周囲灰白質、右外側水道周囲灰白質、左側前庭神経外側核、巨細胞性網様核が認められており、一方で抑制部位として前障、左側側坐核、島皮質、左側海馬台などが描出された。本研究では、ラットに脳内自己刺激(ICSS)課題を遂行させながらPET撮像を行い、脳内報酬系に関わる神経活動を可視化するシステムを構築することを目的とした。Wistarラットの内側前脳束に双極性電極を一側性に刺入しICSSの条件づけを十分に行った後、18F-FDGによるPETスキャンを実施し、ICSS遂行させた場合とさせない場合の脳内FDG集積をSPMにより比較した。解析の結果、賦活部位として右側視床後外側核、背側水道周囲灰白質、右外側水道周囲灰白質、左側前庭神経外側核、巨細胞性網様核が認められており、一方で抑制部位として前障、左側側坐核、島皮質、左側海馬台などが描出された。「オペラントーPETに向けた実験環境の整備」を着実に進めていく。オペラントボックスが特殊な装置であるため一部部品の調達に時間がかかっているが状況が改善されしだいICSS習得動物を用いたFDG-PET実施に向けた環境整備を完了しPET撮像を開始する。具体的には、ICSSを習得し至適刺激強度の定まった群に18F-FDG尾静注後一定時間ICSSを遂行させた場合と、術後十分に回復しているが条件づけ未経験の群を同じ時間オペラントボックス内で自由行動させた場合の脳内FDG集積を比較する。各々の画像データはラット用脳テンプレートに標準化した後SPMにより統計解析し、脳内報酬系に関わる神経ネットワークを明らかにする。このプロトコルが達成され十分なデータが蓄積されれば、さらにICSS習得プロセスに関わるドパミン系神経伝達の神経回路同定への試みにつなげていく。現行のプロトコルによる例数を十分に揃え、そこから得られた結果からICSSに関与する脳領域の機能的役割を考察し論文化に向けた準備を開始する。ただし、電気刺激周辺部位の賦活が認められないことから、条件づけ未経験フェーズでの撮像やや強制刺激条件での撮像データを追加し検討することとする。また並行してICSS-PET同時実施にむけたプロトコルに着手する。29年度は本研究の最終年度となるが、PETプローブによるICSS遂行時の神経伝達機能測定のさらなる推進の足がかりとする。核医学27年度においては既設設備を使用した条件検討にほとんどの時間を費やしたため、オペラントーPETに向けた実験環境整備に着手しなかった。このため環境整備に予定していた助成金を使用することがなく次年度への繰り越しとなった。28年度においては研究の進行に従ってほぼ予定通りに助成金を使用したが、進捗のスピードに依存しているため若干の繰り越しが発生した。次年度助成金を使用してオペラントーPETに向けた実験環境整備を行う。これにより行動課題を遂行させながらPET撮像を実施することが可能となる。
多量体化と配向化を基盤としたバイオミネラリゼーションによる無機ナノ材料の構造制御

無機ナノマテリアルはバルクサイズの物質とは異なる特異な性質を示すことが知られており、これらの機能は物質の形状・サイズに強く依存する。そのため、精密な構造制御法の開発が強く求められている。本研究では、無機物に親和性を示し、その鉱質形成を促進するペプチドであるバイオミネラリゼーションペプチド(以下BMPep)を用いた汎用性の高い無機ナノマテリアル構造制御法の開発を目的としている。本年度は、銀に対するBMPepの多量体形成が無機物に対する親和性に与える影響について解析を行った。そのために、銀に対する特異的結合能を有するBMPepを、p53四量体形成ドメインおよびその単量体型変異体に融合し、各ペプチドの球状銀ナノ粒子およびディスク状銀ナノ粒子への結合能を解析した。その結果、単量体型p53を用いた場合においては球状銀ナノ粒子およびディスク状銀ナノ粒子に対するBMPepの親和性に差は見られなかった。一方、四量体型p53によってBMPepの多量体化および配向化を行った場合では、球状銀ナノ粒子に比べてディスク状銀ナノ粒子に対して強い親和性を示した。この結果から、BMPepの標的に対する結合特異性は、多量体形成によって増強されることが明らかとなった。さらに、四量体型BMpepを銀ナノ結晶成長過程に加えることによって、ディスク状銀ナノ粒子の形成率が有意に増加することから、多量体化および配向化したBMPepが銀結晶の特定構造をキャッピングすることによってディスク状銀ナノ粒子が形成されたことが示唆された。以上、本研究により、BMPepの多量体化を介した配向制御によって、BMPepの標的に対する結合特異性が増強され、ナノ構造制御能が向上することが明らかとなった。本研究で得られた知見は高い一般性を有しており、生体分子を用いたナノ構造制御の発展に大きく貢献することが期待される。26年度が最終年度であるため、記入しない。無機ナノマテリアルはバルクサイズの物質とは異なる特異な性質を示す。これらの機能は物質の形状・サイズに強く依存する。バイオミネラリゼーションの応用は、最も期待される無機ナノ材料作成法の1つである。本研究では、無機物に親和性を示し、その鉱質形成を促進するペプチドであるバイオミネラリゼーションペプチドを用いた汎用性の高い無機ナノマテリアル構造制御法の開発を目的としている。本年度は、銀に対するバイオミネラリゼーションペプチドであるTBPの多量体化・配向化が銀ナノ粒子の構造・特性に及ぼす影響を解明するために、多量体数・配向の異なる多量体形成ペプチドを用いた解析を行った。そこで、高い安定性と特異性を示すヘテロダイマー形成ペプチドE3とK3にTBPを融合したTBP-E3,TBP-K3をデザインし、化学合成を行った。合成したTBP-E3,TBP-K3の多量体形成能をCDスペクトルを用いて解析を行った結果、TBP-E3,TBP-K3それぞれは単独では特有の構造は形成せず、ランダムコイル状体であることが示された。一方、TBP-E3とTBP-K3を混合することによって強いαヘリックス・形成が観察された。これらの結果より、TBP-E3とTBP-K3を混合することで特異的にヘテロダイマーを形成しており、目的とした多量体化・配向制御が行われていることが示唆された。さらに、TBP-p53Tetによって生じた銀粒子の詳細な特性評価を行った。TBP-p53Tetによって生じた銀ナノ粒子の紫外可視光吸収測定を行った結果、436nmに表面プラズモン共鳴由来だと考えら得られる強い吸光が観察された。この結果から、TBPの多量体化・配向化によって生じた銀ナノ粒子は特異的な光学特性を示す可能性が示され、本手法の機能性ナノマテリアル作成への応用性が示された。バイオミネラリゼーションの応用は、最も期待される無機ナノ材料作製法の1つである。昨年度までにバイオミネラリゼーションペプチドを多量体形成ペプチドと融合し、多量体化を介した配向制御を行うことによって生じる無機ナノ構造を制御できることを見出している。本年度は、多量体化バイオミネラリゼーションペプチドの多量体数およびその配向が粒子形成に及ぼす影響の解析を行った。二量体から四量体を形成するCoiled-coilペプチド、およびp53四量体形成ドメインペプチドとその単量体・二量体変異体を用いてバイオミネラリゼーションペプチドの配向制御を行い、形成される銀粒子の構造とペプチド構造との相関を解析した。Coiled-coilペプチドを用いた場合、三量体Coiled-coilペプチドによってバイオミネラリゼーションペプチドの配向を制御した際に最も構造の制御された銀ナノ粒子が観察された。一方、p53四量体形成ドメインペプチドを用いた場合は、その多量体数の増加に伴って、銀ナノ粒子の制御は厳密になった。

これらの結果から、多量体化バイオミネラリゼーションペプチドによる無機ナノ構造制御は、バイオミネラリゼーションペプチドの多量体数のみならずその配向に強く影響を受けることが明らかとなった。以上より、TBPの多量体化および配向化の調節によって精密なナノ構造制御が可能となることが示唆された。無機ナノマテリアルはバルクサイズの物質とは異なる特異な性質を示すことが知られており、これらの機能は物質の形状・サイズに強く依存する。そのため、精密な構造制御法の開発が強く求められている。本研究では、無機物に親和性を示し、その鉱質形成を促進するペプチドであるバイオミネラリゼーションペプチド(以下BMPep)を用いた汎用性の高い無機ナノマテリアル構造制御法の開発を目的としている。本年度は、銀に対するBMPepの多量体形成が無機物に対する親和性に与える影響について解析を行った。そのために、銀に対する特異的結合能を有するBMPepを、p53四量体形成ドメインおよびその単量体型変異体に融合し、各ペプチドの球状銀ナノ粒子およびディスク状銀ナノ粒子への結合能を解析した。その結果、単量体型p53を用いた場合においては球状銀ナノ粒子およびディスク状銀ナノ粒子に対するBMPepの親和性に差は見られなかった。一方、四量体型p53によってBMPepの多量体化および配向化を行った場合では、球状銀ナノ粒子に比べてディスク状銀ナノ粒子に対して強い親和性を示した。この結果から、BMPepの標的に対する結合特異性は、多量体形成によって増強されることが明らかとなった。さらに、四量体型BMpepを銀ナノ結晶成長過程に加えることによって、ディスク状銀ナノ粒子の形成率が有意に増加することから、多量体化および配向化したBMPepが銀結晶の特定構造をキャッピングすることによってディスク状銀ナノ粒子が形成されたことが示唆された。以上、本研究により、BMPepの多量体化を介した配向制御によって、BMPepの標的に対する結合特異性が増強され、ナノ構造制御能が向上することが明らかとなった。本研究で得られた知見は高い一般性を有しており、生体分子を用いたナノ構造制御の発展に大きく貢献することが期待される。26年度が最終年度であるため、記入しない。以前の研究によって、TBP-p53Tetによる多量体化・配向化によって粒子構造が大きく変化することが明らかとなっている。今後、これらの知見を元に異なる多量体数・配向を持つバイオミネラリゼーションペプチドに対する解析を行うことによって、バイオミネラリゼーションペプチドによるナノ構造制御に対する体系的な理解が得られると考えられ、本手法が広範囲に応用可能になると期待できるため。これまでの研究によって、バイオミネラリゼーションペプチドの配向制御によって生じるナノ粒子構造の制御が可能であることが示唆されており、ペプチド構造と生じるナノ構造との相関についての理解も進んできている。今後、バイオミネラリゼーションペプチドの配向による影響に加え、無機物に対するアフィニティの影響を解析することによって、ペプチドによるナノ構造制御の分子レベルでのメカニズムを解明できると期待できるため。バイオミネラリゼーションによるナノ粒子形成に対する多量体化