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一貫教育の教育効果検証に関する開発研究－小中一貫教育、中高一貫教育を対象として－

1最終年度(平成30年度)に実施した研究の成果の概要小中一貫教育校において活用可能な制度とその運用について、前年度に収集した学校案内等の資料を手掛かりに整理を行った。小中一貫教育校については、教育課程の基準の特例の活用が可能であるが、制度の実施から日が浅いこともあり、制度は広く活用されるに至っていない。ただ、一部には外国語教育等を特例を生かして実施している学校も見られる。次に、9年間を複数のステージに区分して教育課程を実施する例が見られる。この点は、9年間という長期間の教育活動や発達特性の変化を考慮すると、小中一貫教育ならではの工夫と考えられる。さらに、指導体制面での取り組みとして、教科担任制や乗り入れ授業が行われている。制度導入の当初は、“中1ギャップ"等の6ー3制の課題を挙げて一貫教育の意義を説明している例が見られたが、実施段階になると、他の多くの学校と同様の教育目的を掲げて取り組んでいる傾向がうかがえた。2研究期間全体を通じての研究成果の概要(1)小中一貫教育と中高一貫教育の共通性と特色:両者の共通点として、教育課程の基準の特例やステージの設定、乗り入れ授業の実施可能性等が挙げられる。ただ、9年間と6年間という教育期間の違いや、初等教育と中等教育としての目的や性格の違いがある。(2)教育効果検証の枠組み:一貫教育の検証枠組みについては、次の点を仮説的に設定することが可能である。ア当該学校の教育目的の達成において、一貫教育の諸制度の活用がどのように寄与しているのか。イ教育課程の編成と実施、カリキュラム・マネジメントに、一貫教育としての特性がどのように生かされ、有効に展開されているか。ウ教育課程の実施に関わる校務分掌や指導体制、指導形態において、一貫教育としての特色がどのように具体化され、教育効果に結びついているか。エ地域における一貫教育校の位置付け。平成28年度は一貫教育のうち、中高一貫教育校を対象に、調査と資料収集、教育実践と教育効果の関係の把握を計画としていた。年度内に実施したことは次のとおりである。(1)質問紙調査の設計と実施(中等教育学校、併設型中高一貫教育校)これまでの先行諸調査で実施されていない教育課程の特例の活用実態を把握するため、次の項目を中心に質問紙調査を作成した。1教育課程の特例の活用の有無、2実施した活用の種類(内容の一部の前期ー後期間の移行、一部の内容の入れ替え、中学校選択教科・高等学校学校設定科目・教科の拡充措置)、3特例に該当する教科・科目と内容。これらの内容を把握すべく、中等教育学校31校、併設型計43校に調査を実施、それぞれ16校、23校から回答を得た。調査の結果は、分析整理中であるが、特例の活用は中等教育学校に多いこと、また、特例の内容は内容の一部移行が多いことが分かった。(2)各学校の取組概要に関する資料の収集(1)の調査と合わせて質問紙調査対象校から学校の取組概要等に関する資料の収集を行った。(3)特色ある取組の把握(1)及び(2)の資料等から、中高一貫教育の制度の広がりが進むにつれて、例えばSSHやSGH、探究的学習、思考力・判断力を重視した教育実践等、特色ある取組を展開する学校が増加していることが把握できた。中高一貫教育の制度と特色ある教育課程を組み合わせることの効果を確認することが可能である。本年度の研究実施計画のうち、中高一貫教育に関連する諸資料の収集、新たな質問紙調査については、概ね計画どおり実施している。また、特色ある取組事例についての資料の収集と整理についてもほぼ達成している状況である。今後の課題は、各学校の設置以降の教育活動の推移の把握、各学校が教育目的と成果をどのように捉えているか、教育成果把握の方法等について、さらに整理することである。平成29年度は本研究が研究対象とする一貫教育のうち、小中一貫教育校、義務教育学校を対象に、資料収集及び調査を進めてきた。(1)小中一貫教育校、義務教育学校に関する資料収集:当初は質問紙調査及び訪問調査を計画していたが、受け入れ校の業務への負担等を考慮して、これらの方法による調査ではなく、各学校のホームページ及び研究発表会等における配付資料、関係の著作物等を対象に、設置のねらい、特色ある教育課程と教育実践その他に関する資料を収集した。(2)一貫教育としての特色に関する分析:得られた資料、情報を基に一貫教育としての特色を明らかにするため、次の観点から分析を進めた。ア設置の背景と一貫教育校としての教育目標、イ9年間のステージの区分とその意味づけ、ウイのステージを機能させる仕組み、エステージを通じて、教育指導を連続的に展開するための取り組み、オ教育課程を運営する仕組みと体制、カ成果と課題の把握方法をどのように設定しているか。(3)平成28年度に行った中高一貫教育校と比較した小中一貫教育の特色:中高一貫教育と小中一貫教育の一貫教育としての違いを、教育課程の編成、学習指導と評価、学級運営、指導体制、進路等の観点から整理する作業を進めた。本年度の研究実施計画のうち、小中一貫教育、義務教育学校に関する資料の収集を質問紙調査の方法ではない形で実施したため、得られた資料がすべての学校を尽くしていないという課題がある。また、収集できた資料についても、そこから得られる内容に偏りがあり、共通的な視点からの分析が十分には行えないという課題を残している。1最終年度(平成30年度)に実施した研究の成果の概要

小中一貫教育校において活用可能な制度とその運用について、前年度に収集した学校案内等の資料を手掛かりに整理を行った。小中一貫教育校については、教育課程の基準の特例の活用が可能であるが、制度の実施から日が浅いこともあり、制度は広く活用されるに至っていない。ただ、一部には外国語教育等を特例を生かして実施している学校も見られる。次に、9年間を複数のステージに区分して教育課程を実施する例が見られる。この点は、9年間という長期間の教育活動や発達特性の変化を考慮すると、小中一貫教育ならではの工夫と考えられる。さらに、指導体制面での取り組みとして、教科担任制や乗り入れ授業が行われている。制度導入の当初は、“中1ギャップ"等の6ー3制の課題を挙げて一貫教育の意義を説明している例が見られたが、実施段階になると、他の多くの学校と同様の教育目的を掲げて取り組んでいる傾向がうかがえた。2研究期間全体を通じての研究成果の概要(1)小中一貫教育と中高一貫教育の共通性と特色:両者の共通点として、教育課程の基準の特例やステージの設定、乗り入れ授業の実施可能性等が挙げられる。ただ、9年間と6年間という教育期間の違いや、初等教育と中等教育としての目的や性格の違いがある。(2)教育効果検証の枠組み:一貫教育の検証枠組みについては、次の点を仮説的に設定することが可能である。ア当該学校の教育目的の達成において、一貫教育の諸制度の活用がどのように寄与しているのか。イ教育課程の編成と実施、カリキュラム・マネジメントに、一貫教育としての特性がどのように生かされ、有効に展開されているか。ウ教育課程の実施に関わる校務分掌や指導体制、指導形態において、一貫教育としての特色がどのように具体化され、教育効果に結びついているか。エ地域における一貫教育校の位置付け。今後は、次の点をさらに進めることとしている。第1に、一貫教育の中で、中高一貫教育の持つ特性や課題を把握し、整理することである。次年度以降の研究課題としている小中一貫教育との違いや特色、共通性等を、教育目的、教育課程、教育実践、教育効果測定等の観点から明確にしていく。特に中高一貫教育の場合、進路達成が主要な課題にされることが多く、この点が中高一貫教育にどのように影響を与えているか、この点も含めた研究を進めていく。第2に、得られた資料・情報等から、各学校の取組を規定している諸要因、諸条件等について抽出可能な範囲で明確にする作業を進める。今後の本研究の推進方策は次のとおりである。(1)小中一貫教育校においては、設置の背景と教育目標の関係を整理するとともに、教育目標の達成と教育活動の関係について分析を進める。その際、教育課程を区分するステージの設定がどの程度機能しているかという点についても把握できるようにする。(2)中高一貫教育校においては、中等教育学校と併設型中高一貫教育校との区別を踏まえながら、教育目標及び教育課程の実施と生徒の進路実現との関係について整理する。(3)先行して実施してきた中高一貫教育校については、各学校が一貫教育としての取り組みの成果と課題をどのように捉えているかといった評価に関する情報収集にも努める。中高一貫教育校への質問
下部マントル条件におけるカルシウム珪酸塩ペロヴスカイトの第一原理シミュレーション

温度一定アルゴリズムを実装した第一原理分子動力学プログラムの開発と並列クラスターシステムの構築をおこない、マントル温度圧力条件下におけるCaSiO3ペロヴスカイトの安定構造と弾性特性のシミュレーションを実行した。その結果、マントル温度圧力条件全域において立方晶が安定となることが分かった。引き続きT=0Kの静的条件で弾性計算をおこなったところ、過去指摘された大きな剪断弾性特性は現れないことが見出された。CaSiO_3ペロヴスカイトは地球下部マントルの主要鉱物の一つであり、ほぼ理想的な立法晶ペロヴスカイと構造をとることが知られている。しかしながら室温高圧下ではSiO_6八面体の微小回転に伴って立方晶から正方晶へ結晶格子がわずかに歪んでいることが、最近の実験および理論的な研究から明らかとなってきた。この正方晶相は原子熱振動の非調和効果により高温下で立方晶相へ相転移すると考えられるが、マントル深部に相当する高温高圧下での相転移境界は現在のところ定まっていない。そこで本年度の研究では、構築した並列クラスターシステムを用いて非調和熱振動効果を正しく取り込むことのできる第一原理分子動力学シミュレーション法を実行し、地球マントル温度圧力条件下におけるCaSiO_3ペロヴスカイトの安定構造を決定した。100万気圧程度の圧力において、基本単位格子の2×2×2の大きさを持ち80原子を含むスーパーセルを用いて分子動力学計算を行った場合、5000Kもの高温においても正方晶構造が維持された。この結果はごく最近報告された海外のグループの研究と一致するが、低温での格子歪みが極めて小さいことを考えると合理的には思われない。これに対し、4×4×4の大きさを持ち640原子を含むスーパーセルを用いで計算を行った場合、室温においてもすでに正方歪みが大きく減少し1000Kでもほぼ立方晶構造が安定化した。この結果は、80原子の小さなスーパーセルでは電子状態、格子振動ともにバルク特性を再現するには不十分であり、有限温度効果によるCaSiO_3ペロヴスカイトの構造変化を正しく捉えるには、ブリルアン・ゾーンの密なサンプリングが重要であることを示している。本計算によりマントル温度(2000K)におけるCaSiO_3の安定相は、立方晶相であると考えられる。CaSiO_3ペロヴスカイトは地球下部マントルの主要鉱物の一つであり、ほぼ理想的な立方晶構造をとることが知られている。しかしながら室温高圧下ではSiO_6八面体の剛体回転を伴って正方晶へわずかに歪んでいることが明らかとなってきた。非調和効果を正しく取り入れることのできる計算手法に、第一原理分子動力学法がある。そこで本研究では、第一原理分子動力学プログラムへの温度一定アルゴリズムの実装と並列クラスターシステムの構築をおこない、マントル温度圧力条件下におけるCaSiO_3ペロヴスカイトの安定構造と弾性特性のシミュレーションを実行した。基本単位格子の2×2×1の大きさを持つスーパーセルを用いて計算を実施したところ、Γ点のみの電子状態サンプリングによる不十分な収束条件のもとでの計算では、5000Kもの高温においても正方晶構造が維持されたが、2×2×2のk点メッシュ上でサンプリングをおこない電子状態を十分に収束させれば、1000Kでも計算誤差範囲内で立方晶構造が安定化するという結果が得られた。前者は最近報告された海外のグループによる研究と一致しているが、より精密な計算ではマントル温度圧力条件全域において立方晶が安定となることが分かった。引き続き、得られた構造に対し弾性計算をおこなった結果、基本単位格子では許されないSiO_6八面体の回転緩和により、過去指摘されたような大きなせん断弾性が生じなくなることが見出された。これはCaSiO_3ペロヴスカイトがS波高速度異常の原因となるという過去の予測を覆すものである。
バーキットリンパ腫細胞の糖脂質膜ドメインを介するアポトーシス誘導機構の解析

バーキットリンパ腫細胞のCD77を介するアポトーシス誘導機構を明らかにし、その知見に基づき、バーキットリンパ腫治療におけるアポトーシス誘導療法など新規治療法の確立を最終目標とした。CD77を刺激する分子として、Shiga toxin 1(Stx1)および抗CD77モノクローナル抗体を使用し解析を行った。すでに、Stx1によるRamos細胞のアポトーシス誘導に糖脂質膜ドメインを介したsrc型チロシンキナーゼLynの活性化が密接に関与している可能性を報告し、昨年度にはStx1によるRamos細胞のアポトーシス誘導機構におけるcaspaseの役割について解析を行い報告した。バーキットリンパ腫細胞の細胞表面に発現する刺激伝達分子が、CD77を介するアポトーシス誘導刺激に及ぼす影響について解析を行った。Ramos細胞において、抗CD40抗体、あるいはIL-4存在下であらかじめ細胞培養を行なった後にStx1を添加すると、Stx1によるアポトーシス誘導の効率が有意に低下することが明らかになった。一方、Daudi細胞においては、抗CD40抗体による前処理ではStx1添加によるアポトーシス誘導効率の低下を認めたものの、IL-4による前処理では明らかな変化を認めなかった。両細胞株においてフローサイトメトリーで解析したCD77の発現およびStx1の細胞表面への結合は同等であったが、同条件でのStx1添加によるアポトーシス誘導効率はRamos細胞においてより強くみられた。フローサイトメトリーで解析したCD40の発現はDaudi細胞にやや強く、IL-4受容体(CD124)の発現は同等であった。CD40およびIL-4受容体を介した刺激伝達がStx1によるアポトーシス誘導を抑制する機序、および細胞株間での反応の違いについてさらに解析をすすめる予定である。これらのバーキットリンパ腫の細胞死を調節する分子機構の詳細を明らかにすることによって、バーキットリンパ腫に対するアポトーシス誘導療法への応用が期待される。CD77を刺激する分子として、Shiga toxin 1(Stx1)および抗CD77モノクローナル抗体を、バーキットリンパ腫細胞としてStx1によるアポトーシス誘導に高い感受性を示すRamosを使用し解析を行った。すでに、Stx1によるRamos細胞のアポトーシス誘導に糖脂質膜ドメインを介したsrc型チロシンキナーゼLynの活性化が密接に関与している可能性を報告した。今回、CD77の架橋により誘導されるアポトーシスの刺激伝達機構におけるcaspaseの役割について解析した。Ramos細胞において、Stx1処理後、caspase-3,-7,-8の活性化を認めた。また、caspaseの活性阻害実験の結果からcaspase-8はcaspase-3,-7の上流に位置すると考えられた。これらの結果は、Stx1によるCD77/GEMを介するバーキットリンパ腫細胞のアポトーシス誘導刺激伝達と、Fasを介するアポトーシス誘導刺激伝達のcaspase cascadeの類似を示唆した。しかし、抗Fas抗体、TNF-alphaの添加はStx1によるバーキットリンパ腫細胞のアポトーシス誘導に影響をおよぼさなかった。したがって、CD77によるアポトーシス誘導系とFasあるいはTNF-alpha受容体を介するアポトーシス誘導系は互いに独立したものであると考えられる。CD77を介するアポトーシス誘導におけるcaspase-8の活性化の機序は明らかではないが、特異抗体によるCD77の架橋によってもcaspase-8の活性化が認められたことから、糖脂質膜ドメインを介した刺激伝達が関与するものと推定される。今後、その分子機構の詳細を明らかにすることによって、バーキットリンパ腫に対するアポトーシス誘導療法への応用が期待される。

これらのバーキットリンパ腫の細胞死を調節する分子機構の詳細を明らかにすることによって、バーキットリンパ腫に対するアポトーシス誘導療法への応用が期待される。
計算的手法による多元系ナノ微粒子の材料設計とその構造制御による新規触媒の創製

本年度の研究を通して重点的に取り組んだ内容および得られた知見は以下のとおりである。・第一原理計算による評価Au-Pd系について特に分子との相互作用を検討する観点で、活性評価実験の4ペンテン酸における不飽和部位(二重結合)と金属表面の吸着の状態を検討し反応をモデル化するため、Au-Pd金属表面へのエチレンの吸着の第一原理計算を行った。第一原理計算による金属-分子系での計算結果ではAu上に薄く積層したPdについてそのdバンドが互いに混成しづらく、結果超薄膜のような特異な状況が再現され吸着エネルギーに影響していることを明らかにした。このような下地の効果はPd格子膨張に伴う分子の吸着エネルギー変化に加えて活性に影響している可能性が高い。・複合系の検討超音波照射法などの照射還元によるプロセスと化学的な還元を組み合わせてCuといったより卑なる金属微粒子の合成を行った。また、通常の複合微粒子の合成では先に調整した貴金属溶液にエネルギーを加え、イオンを同時的に還元しているが、先に種結晶を混ぜる連続還元によるプロセスを検討し、コアシェル微粒子の合成に成功した。これらの手法を組み合わせることで、照射を用いたプロセスで新規な材料合成可能である。・第一原理計算による評価これまでにも行ってきたAu-Pd系について特に分子との相互作用を検討する観点で、Au-Pd金属表面へのエチレンの吸着の第一原理計算を行った。これは実験的に行っている活性評価実験の4ペンテン酸における不飽和部位(二重結合)と金属表面の吸着の状態を検討し反応をモデル化するためである。特に、高い活性を示すAu-Pd系のコア・シェルナノ微粒子において、表面のPdの格子の膨張が活性に寄与する可能性があることをこれまで提案してきたが、第一原理計算による金属-分子系での計算結果では表面Pdの格子膨張のみならず、特にコアとして存在するAuが吸着状態に密接に係っている可能性が新たに示唆された。元素戦略の観点も踏まえ、Au-Pd系以外での複合微粒子の作製プロセスを検討した。特により卑なる金属元素(Cu,Ni等)は還元しにくく、また、粒径といった制御が困難である。これまでの超音波やγ線による貴金属作製プロセスをそのままに適用するのは難しく、プロセスの開発、改良を検討する必要が生じた。そこで、照射による金属還元プロセスに加えて、これまでは行っていなかった化学還元的な手法を組み合わせることでそれらの問題に取り組んでおり、現在いくつかの系について合成に成功しつつある。特徴的な吸光スペクトルを有するナノ微粒子を合成しており、詳しい構造評価分析を急いでいる。
超高温白金族金属基形状記憶合金の相変態と機械的特性

高温形状記憶合金を開発するために、Tiと白金族金属を組み合わせたB2型金属間化合物XTi(X=Pt,Ir,Rh)に着目した。PtTiは、1000°C近傍でB2相からB19相のマルテンサイト変態することが確認された。PtTiにIrを添加した合金についても、相変態が観察され、低温相がPtTiと同じB19相であることがわかった。Irを添加した(Pt,Ir)Tiのマルテンサイト変態温度が1200°Cまで上昇した。低温の構造が明らかでないIrTi及びRhTiの低温相の結晶構造とマルテンサイト変態により形成される双晶組織を詳細に調べた。その結果、Ir-richの組成では、高温側の結晶構造であるB2構造の110方向を100とするような格子を取る斜方晶であることがわかった。また、Ti-rich側ではB2構造を示し、B2相から斜方晶へのマルテンサイト変態温度はTi濃度が上昇するに従って、下がることが示された。IrTiにもPtTi等の化合物と同様に微細な双晶組織が観察され、双晶面は{-111}であった。RhTiについてはB2からL1_0の相変態が確認された。(Pt,Ir)Tiの低温相は、PtTiと同様基本的にはB19構造を有することが明らかとなったが、透過電子顕微鏡で観察すると、B19構造では説明できない超格子反射が観察された。これらの超格子反射がどのような構造により現れるのかを明らかにするために、HAADF-STEM法を用いて、観察を行った。その結果、PtあるいはIrの原子位置と、Tiの原子位置を明確に区別することができ、場所によって周期の異なる積層構造を持つことが明らかとなった。IrTiについて、熱膨張測定を行うことにより、形状記憶効果を調べたところ、形状回復が観察された。(Pt,Ir)Tiについては、圧縮試験により評価を行った。変態点以上に一度加熱してから試験温度に温度を変化させ、負荷-除荷試験を行ったところ、変態点温度以下で、徐荷時に完全に歪みが回復する擬弾性効果が現れることが明らかとなった。他の形状記憶合金ではあまり観察されない挙動であり、高温における制振材などの応用が期待される。高温形状記憶合金を開発するために、Tiと白金族金属を組み合わせたB2型金属間化合物XTi(x=Pt, Ir, Rh, Ru)に着目した。PtTiは、1000°C近傍でB2相からB19相に変態することが確認され、レーザー顕微鏡内で試料温度を上げ下げすることによる表面観察により、変態時の表面が起伏することから、マルテンサイト変態を起こしていることが明らかとなった。また、Irを添加するとマルテンサイト変態温度が1200°Cまで上昇した。RhTiはB2からL10への相変態を起こしていることがわかり、透過電子顕微鏡による観察により、微細な双晶が多数形成しており、マルテンサイト変態の可能性が高いことが明らかとなった。RuTiについては現在観察中である。

(Pt, Ir)Tiの機械的性質についても調べた。室温で圧縮変形させた試料の熱膨張を調べたところ、変態点付近で形状回復するのが認められた。形状回復は組成に依存し、Pt-25Ir-50T(at%)が最も大きな回復を示した。また、室温から変態点以上の様々な温度で圧縮-除過試験を行ったところ、Irが12.5から25at%入った合金は変態点温度以下、マルテンサイトのバリアント再配列時にしばしば観察される曲率の異なる曲線が観察された。また、Ir添加量の多い合金では除過時に超弾性による歪みの回復が観察された。形状記憶効果があるかどうかについては現在検討中であるが、可能性は高い。Ir添加により、母相B2相もマルテンサイト相も固溶強化されることも確認できた。Ir添加した合金の変態温度は1200°C近く、これらの実験結果は、(Pt, Ir)Tiが1000°Cから1200°Cの温度範囲で動作する高温形状記憶合金としての可能性が高いことを示唆している。高温形状記憶合金を開発するために、Tiと白金族金属を組み合わせたB2型金属間化合物XTi(X=Pt,Ir,Rh,Ru)に着目した。今年度は、低温の構造が明らかでないIrTi及びRhTiの低温相の結晶構造とマルテンサイト変態により形成される双晶組織を詳細に調べた。その結果、Ir-richの組成では、高温側の結晶構造であるB2構造の110方向を100とするような格子を取る斜方晶であることがわかった。また、Ti-rich側ではB2構造を示し、B2相から斜方晶へのマルテンサイト変態温度はTi濃度が上昇するに従って、下がることが示された。IrTiにもPtTi等の化合物と同様に微細な双晶組織が観察され、双晶面は{-111}であった。RhTiについてはB2からLi_0の相変態が確認された。(Pt,Ir)Tiの低温相は前年の研究で、PtTiと同様基本的にはB19構造を有することが明らかとなったが、透過電子顕微鏡で観察すると、B19構造では説明できない超格子反射が観察された。これらの超格子反射がどのような構造により現れるのかを明らかにするために、HAADF-STEM法を用いて、観察を行った。その結果、PtあるいはIrの原子位置と、Tiの原子位置を明確に区別することができ、場所によって周期の異なる積層構造を持つことが明らかとなった。IrTiについて、熱膨張測定を行うことにより、形状記憶効果を調べたところ、形状回復が観察された。(Pt,Ir)Tiについては、圧縮試験により評価を行った。変態点以上に一度加熱してから試験温度に温度を変化させ、負荷-除荷試験を行ったところ、変態点温度以下で、徐荷時に完全に歪みが回復する擬弾性効果が現れることが明らかとなった。他の形状記憶合金ではあまり観察されない挙動であり、高温における制振材などの応用が期待される。
西日本における植生と景観形成に及ぼした野火の影響

堆積物中に残存している花粉や微小な炭(微粒炭)の分析から,特に過去1万年間には,火が植生景観に強く影響してきたことを解明した。特に1万8千年前頃には火事が多発して,森林植生の構成に影響を及ぼした。また,過去3千年間には,農耕活動などに関連して火事が多発し,照葉樹林やスギ林などの自然植生はマツ林と落葉広葉樹林へと大きく変化した。火入れによって,ナラ類を中心とする落葉広葉樹林が成立する機構も解明できた。草原や里山景観の形成には,火入れが強く関連していることが明らかになった。日本列島では,北米やオーストラリアなどと比べると,現在における火事の頻度も規模も大きくない。ところが,最近の古生態学的研究によって,この約1万年間に火事が多発していたことが明らかになってきた(井上ほか,2001,2005)。1万年前から7千年前にかけて琵琶湖集水域において,火事が頻発していた。さらに,京都周辺の山地においても,この時期に火事が頻発していた。さらには,人口の増加する弥生時代以降には,火事が多発し,二次林化が起こっていたことも,明らかになりつつある。本研究では,このような植生に及ぼした野火の影響を解明することを目的としている。(1)野火と植生の関係の歴史を解明するための古生態学的研究について,方法論(微粒炭の形態,花粉のSEMによる形態など)を確立する。(2)西日本において,過去1万年間に,火事が多発していたことを考慮に入れて,西日本各地において,堆積物の花粉分析や微粒炭分析によって,植生の成立過程と火の歴史を解明し,各地域における火が植生に与えた影響を明らかにする。(3)クリ,カシワなどの落葉広葉樹林や草原植生などの成立・維持機構を解明する。(4)これらを総合して,1万年以上にわたる「火と植生の関係史の解明」と「火が植生に及ぼす影響の解明」を連携して研究を進め,現在の里山景観の形成過程をまとめる。1.野火と植生に関する基礎研究(1)過去の植生への火の影響などを知る上で、泥炭や土壌に含まれる微粒炭は重要な手がかりになる微粒炭の基礎研究を進め、微粒炭の長短軸比や燃焼温度条件の違いによる微粒炭の形態変化について明らかにした。(2)アカマツ林が山火により全焼した後、5年経過した場所に更新したブナ科高木種を調べた。それぞれのコードラートで、コナラは出現したブナ科高木種の96.2%、93.5%を占め、それぞれのコナラ個体群のうち、88%、91.8%は萌芽しており、山火前に侵入していた前生稚幼樹であるものと推定された。この山火事を引き金に、アカマツ林はコナラが優占する林分に大きく変化していくことが推定された。2.野火と植生の歴史(1)宮崎県椎葉村に近い御池湿原,奈良県曽爾高原お亀池湿原,滋賀県布施溜,曽根沼,京都市深泥池,八丁平湿原,丹波山地の蛇ヶ池湿原,丹後半島大フケ等から採取した堆積物の,花粉分析,微粒炭分析,植物珪酸体分析,放射性炭素年代測定を行い,これらの地点周辺における火事と植生の歴史の解明を進めた。琵琶湖,京都盆地周辺では完新世の初期に火事が多発し,一部ではクリ林が発達した。また,琵琶湖東岸の低地では約3000年前以降に,火事が多発し,約2500年前には稲作が始まった。また,丹後半島では,約1000年前にはスギの多い植生からマツの二次林へと変化し,この時期から各地でソバの栽培が始まり,焼畑が行われていたと考えられた。また,走査電子顕微鏡によってコナラ亜属(ナラ類)の花粉形態を比較した結果,コナラ節型,クヌギ節型,ウバメガシ型に区別でき,特にカシワとウバメガシは走査電子顕微鏡によって種まで同定できることが明らかになった。カシワは火事に耐性のある樹種であることから,今後,この成果を花粉分析に適用することによって,火事と植生変遷の関係についての解明が期待される。1.野火と植生に関する基礎研究(1)微粒炭の基礎研究を進め、草本、潅木類、広葉樹、針葉樹から生成される微粒炭の形態タイプをもとに、大まかな微粒炭分類について検討した結果,各植物群の微粒炭に特徴があり,植生の推測が可能であることがわかった。(2)アカマツ林が全焼後5年経過した場所に更新したコナラの種子繁殖能力を調べた結果,コナラの萌芽幹は、若く小さなサイズでも高い繁殖する能力があり,これが山火あとの森林の更新・再生過程で有利であることが示された。2.野火と植生の歴史(1)宮崎県御池

湿原,阿蘇外輸山、奈良県お亀池湿原,丹後半島離れ湖,ハス池,丹波山地,琵琶湖周辺等から採取した堆積物も,花粉分析,微粒炭分析,放射性炭素年代測定を行い,各地点周辺における火事と植生の歴史の解明を進めた。九州では、御池湿原周辺で,完新世初期に火事が多発し,7000年前以降にブナ林が成立した。阿蘇外輸山北部の露頭の分析の結果,完新世初頭にはササ属が優勢で,そこにイネ科植物が混生する草原植生が成立し,7000前以降にメダケ属の増加と共に,微粒炭が多量に検出された。丹後半島では,約1000年前にはスギの多い植生からマツ林へと変化し,同時に各地でソバの栽培が始まり,焼畑が行われたいた。また,1950年代前半以降の里山景観の変遷を明らかにした。丹波町水田(スギ埋没林)の試料の分析の結果,約2500年前から約1200年前の間,スギが優占し,ヒノキ科,コナラ亜属をまじえる植生であった。1200年前以降の層準からは微粒炭も産出した。また,琵琶湖沿岸地域の曽根沼では,走査電子顕微鏡によって花粉分析を行い火事の頻発した完新世初期に耐火性のカシワを認めることができた。また,湖西地方で,棚田景観において、種の多様性が高いことを明らかにした。1.野火と植生に関する基礎研究(1)草本、潅木類、広葉樹、針葉樹から生成される微粒炭の形態を検討した結果,各植物群の微粒炭に特徴があり,植生の推測が可能であることがわかった。火事と関係の深いナラ類の花粉形態を走査電子顕微鏡によって詳細な分類を可能にした。(2)アカマツ林が全焼後5年経過した場所に更新したコナラの種子繁殖能力を調べた結果,コナラの萌芽幹は若く小さなサイズでも高い繁殖する能力があり,これが山火跡の森林の更新・再生過程で有利であった。(3)中国山地において,毎年火入れを受ける場所では樹木が成長できず草原となっている場所が多い。火入れ後に樹木も萌芽によってシュートを伸ばしてくるが、毎年地上部は焼かれるため,地下部だけ肥大する。火入れ跡地では,初めはクリやカシワが多いが,遷移が進むにつれて成長の速いコナラが優占してくる。2.野火と植生の歴史(平成22年度繰越分含む)(1)宮崎県御池湿原,阿蘇外輪山,奈良県お亀池湿原,三重県池の平湿原,丹後半島,丹波山地,琵琶湖周辺等から採取した堆積物の,花粉分析,微粒炭分析,放射性炭素年代測定を行い,各地点周辺における火事と植生の歴史の解明を進めた。九州では,御池湿原周辺で,完新世初期に火事が多発し,7000年前以降にブナ林が成立した。阿蘇外輪山露頭堆積物の分析の結果,完新世初頭にはササ属が優勢で,そこにイネ科草本植物が混生する草原植生が成立し,7000前以降にメダケ属の増加と共に,微粒炭が多量に検出された。丹後半島では,約1000年前にはスギの多い植生からマツ林へと変化し,同時に各地でソバの栽培が始まり焼畑が行われた。紀伊半島の三重県,奈良県境域の山地では,約1,000年前には,以降に火事が多発し,モミ林が消失し,イネ科を中心とした草原に移行した。また,湖西地方で,棚田景観において、種の多様性が高いことを解明した。1.野火と植生の歴史九州,中国山地,近畿地方から採取した堆積物の花粉分析,微粒炭分析,年代測定の結果をまとめ,各地における火事と植生の歴史の解明を進めた。九州の御池湿原周辺では後氷期初期に火事が多発し,7000年前以降にブナ林が成立した。近畿地方では1万年前前後に琵琶湖集水域において火事が頻発していた。この時期は落葉広葉樹の拡大期であるが,耐火性のあるカシワの増加が認められた。後氷期後期になると,琵琶湖東岸の低地帯では,約3000年前から火事が増加し,約2500年前からは稲作が始まった。
近代イギリスにおける行政国家現象と内閣の機能

17世紀から18世紀にかけての近代立憲主義の成立は、国民の代表から構成された議会(Parliament)を主権的(イギリスのいわゆる議会主権)機関とし、執行府を監督するあり方、すなわち大臣責任制の原理を生み出したのだった。執行府はやがて内閣という機構に歴史的に収斂していったが、本研究では、近代憲法にとって欠くことのできない機関がどのように成立し、そして内閣をコントロ-ルする機能をはたすべく大臣責任制の原理がどういう仮定で形つくられてきたのか、について内閣制度発生の母国である近代イギリスを対象として検討しした。この研究は、内閣制度の成立過程のメカニズムを歴史的に実証・検討することによって、市民革命期の政府の機能の萌芽的な形態を明らかにすることができた。本研究では、現代の内閣の機能の全面的な展開のいわば原点を明かにしようとした。そして、そこで生まれた行政機構が近代のイギリスのいわゆる行政国家現象をになっていくことになるであろう。その分析については、なお課題がのこされている。さらに、イギリスの内閣制度を継受した我が国の制度の比較法上の特殊性と共通性を析出するモデル像を探索してみたい。研究作業として、今年度は1649年から1660年までの共和制期(Commonwealth)に重点を置いて、実証研究を行った。まず、この時期には現在の内閣のいわば原型である議会委員会が執行府として活動をはじめているので、その活動について、昨年の科学研究費補助交付金によって購入した資料、とくに『空位期の法律と命令』や当時の議会の議事録・政府刊行物などの第1次史料を読み・分析し、「イギリス共和制期の政府・議会についての関係年表」の作成・これまでの研究の成果のまとめにとりくんだ。研究課題「近代イギリスにおける行政国家現象と内閣の機能」について,本年度は3つの作業を同時的にすすめた。まず第一に、内閣が歴史的にはじめて形成された17世紀の市民革命期とくに1649年から1660年までの共和制期について、この科学研究費で購入した史料を読んで、その時期の法令、制度を分析することにより、どのような形で内閣-その時点では議会の一委員会-が形成されていったかを編年体の形でまとめる作業をおこなった。資料が膨大な量におよんでいることもあって、なお作業が中途にとどまっているが、この年表は、「イングランド共和制期の議会と政府」と題する論文の付録として作成し、いずれ公表の予定である。第二に、現在のイギリスの政治の中で「大臣責任制」がどのように運用され、それが憲法学・政治学・行政学などでどのように考察されているのかを知るために、現代イギリス政治をあつかった書物を検討することであった。そうした作業の結果、イギリスでは「変容する憲法」あるいは「新しい憲法」という言葉があらわしているように、これまで憲法学の通説とされてきたダイシ-学説が見直されていることがわかった。そうした紹介として、J.Jowell & DOliver,The Changing Corstitution・1985、の1章であるC.Turpin執筆の“Ministerial Responsibility:Myths or Reality"を翻訳した。その(上)がすでに公表され、(下)が今年度9月に公表の予定である。第三に、日本の近代イギリス政治・憲法研究にかんする書物を収集し、検討することにつとめた。この作業は、研究史の整理の意味をもつ。来年度はこれらの作業をまとめるとともに、考察対象を徐々に18世紀に移して生きたいと考えている。(1)近代イギリスの出発点である17世紀の近代市民革命の議会と政府の関係について、これまで考察してきたが、今年度は1649年から1660年までの共和制期(Commanwealth)に重点を置いて、実証研究を行った。

この時期には現在の内閣のいわば原型である議会委員会が執行府として活動しはじめているので、その活動について、昨年度の料学研究費補助交付金によって購入した史料、とくに『空位期の法律と命令』や当時の議会の議事録・政府刊行物などの第一次史料を読み・分析した。その研究実績の一つとして『イギリス共和制期の政府と議会についての関係年表』の作成にまずとりくみ、諸法律・命令などを「デ-タベ-ス」化して、一覧・検索などが可能なように工夫した。(2)イギリスの研究文献を読み、整理・検討した。今年度のこの作業の成果の一部分として現代憲法学の関連文献を訳出したが、その当面の成果が、Jowell & Oliver,Changing Constitution,1985に所収されたColin Turpin,ministerial Responsibility;Myths or Reality,の訳稿である。その訳稿は『鹿児島大学社会科学雑誌』12号〔1989年9月〕に(上)が、13号〔1990年9月〕に(下)が発表された。そこではダイシ-以来の憲法伝統とされてきたイギリスの大臣責任制にも大きな変化がおきていることが指摘されている。(3)市民革命期の検討をふまえて、18世紀の「各誉革命体制確立期」へと歩をすすめ、内閣の制度的確立と展開を追った。とくにイギリス内閣史の古典的な著作であるM、T、Blauvelt,The Development of Cabinet government in England,1902,Londonを翻訳し、当時の議会と内閣の対抗と均衡を検討した。17世紀から18世紀にかけての近代立憲主義の成立は、国民の代表から構成された議会(Parliament)を主権的(イギリスのいわゆる議会主権)機関とし、執行府を監督するあり方、すなわち大臣責任制の原理を生み出したのだった。執行府はやがて内閣という機構に歴史的に収斂していったが、本研究では、近代憲法にとって欠くことのできない機関がどのように成立し、そして内閣をコントロ-ルする機能をはたすべく大臣責任制の原理がどういう仮定で形つくられてきたのか、について内閣制度発生の母国である近代イギリスを対象として検討しした。この研究は、内閣制度の成立過程のメカニズムを歴史的に実証・検討することによって、市民革命期の政府の機能の萌芽的な形態を明らかにすることができた。本研究では、現代の内閣の機能の全面的な展開のいわば原点を明かにしようとした。そして、そこで生まれた行政機構が近代のイギリスのいわゆる行政国家現象をになっていくことになるであろう。その分析については、なお課題がのこされている。さらに、イギリスの内閣制度を継受した我が国の制度の比較法上の特殊性と共通性を析出するモデル像を探索してみたい。研究作業として、今年度は1649年から1660年までの共和制期(Commonwealth)に重点を置いて、実証研究を行った。まず、この時期には現在の内閣のいわば原型である議会委員会が執行府として活動をはじめているので、その活動について、昨年の科学研究費補助交付金によって購入した資料、とくに『空位期の法律と命令』や当時の議会の議事録・政府刊行物などの第1次史料を読み・分析し、「イギリス共和制期の政府・議会についての関係年表」の作成
hTERT導入不死化角膜および結膜上皮細胞による角膜無血管維持機構の解明

眼表面を構成する角結膜上皮は細胞分化や血管新生など組織構築が大きく異なる。組織構築の破壊や細胞疲弊が生じる眼表面疾患では、細胞移植を主体とした眼表面再建が必須となる。新しい眼表面再建治療の開発には恒常状態での上皮特性、細胞分化、血管新生抑制などのメカニズムを解明していく必要がある。我々はiAFLP法を用いて36の血管新生関連因子の角膜上皮、輪部上皮、結膜上皮の発現差異について遺伝子発現を検討し、血管新生抑制因子トロンボスポンジン1(TSP1)mRNAは角膜、輪部両上皮基底細胞に認められ、その発現量は結膜上皮に比して有意に亢進していることを明らかにした。TSP1蛋白は角膜上皮基底部に発現を認め、輪部上皮においても上皮下組織にわずかな発現を認めたが、結膜上皮は発現しない。免疫電顕法では角膜、輪部両上皮基底細胞内基底側、角膜上皮下ボーマン膜、輪部上皮下組織中にその発現を認め、基底細胞から分泌されたTSP1がボーマン膜に蓄積することで、角膜無血管組織を構築していることが推測された。また再生医療を応用した眼表面再建術として培養粘膜上皮移植の作成法と移植術を確立し、有効性を報告した。特に眼組織以を用いた自家代用上皮として口腔粘膜上皮が有用であるが、本来の角膜上皮と比較し血管新生を誘導する傾向がみられる。両シート間での血管新生因子の比較では培養角膜上皮シートではTSP1を主体にPEDF, endostatinの有意な発現が認められ、眼表面再建後の無血管角膜の維持に関与していることを明らかにした。本研究成果は臨床応用されている培養粘膜上皮シート移植による眼表面再建術のさらなる発展と代用角膜上皮シート移植の開発に寄与することが期待できる。本研究は、角膜の無血管維持機構の解明を目的とし、そのアプローチとして(1)分化機能を維持したhTERT導入不死化角結膜上皮細胞を作成し、重層化した培養上皮モデルを確立すること(平成16年度)、さらに(2)角膜無血管維持機構の関連を関連遺伝子を選択的に阻害した形質転換細胞株を樹立し解析すること、(3)遺伝子発現阻害不死化細胞株を眼表面の異なる環境下に移植し、角膜での血管新生抑制効果の有無を検証を行なう。1.hTERT不死化角膜および結膜上皮の樹立と培養系の確立hTERTと細胞周期関連因子であるCDK4の変異体であるp16insenstive CDK4およびp53の3つの因子を同時に制御するhTERT導入細胞株の培養系を確立した。この不死化細胞をサブコンフルエント後に低カルシウム濃度培養系におくことで、分化誘導させ重層化させることが可能であった。またコラーゲンゲルと3T3線維芽細胞との共培養系においては極めて生体角膜上皮に近い分化組織構造を再生できた。2.hTERT不死化細胞を用いた分化細胞モデルでの遺伝子解析この高度に分化したin vitro培養モデルと角膜上皮のprimary cultureとの遺伝子比較を行なった。両者から抽出したmRNAを約200遺伝子に関してiALFP法による解析比較を実施した。両者間の遺伝子クラスター解析では類似した遺伝子発現パターンをとることが判明し、hTERT不死化細胞においても細胞特徴が保存されていることが示唆された。3.培養結膜上皮の作成と遺伝子解析比較hTERT導入不死化角結膜上皮細胞の遺伝子特性を解析する比較モデルとして羊膜上培養結膜上皮シートを作成した。

家兎を用いたゼノ移植モデルにおいて結膜上皮シートを生着させることに成功した。さらに組織解析では上皮分化指標となるムチン遺伝子MUC4,MUC5ACはin vitroの状態ではともに発現されないものの、眼表面に移植した後にはMUC4遺伝子やkeratin 3等の分化マーカーが発現される細胞特性を確認した。眼表面を構成する角結膜上皮は細胞分化や血管新生など組織構築が大きく異なる。組織構築の破壊や細胞疲弊が生じる眼表面疾患では、細胞移植を主体とした眼表面再建が必須となる。新しい眼表面再建治療の開発には恒常状態での上皮特性、細胞分化、血管新生抑制などのメカニズムを解明していく必要がある。我々はiAFLP法を用いて36の血管新生関連因子の角膜上皮、輪部上皮、結膜上皮の発現差異について遺伝子発現を検討し、血管新生抑制因子トロンボスポンジン1(TSP1)mRNAは角膜、輪部両上皮基底細胞に認められ、その発現量は結膜上皮に比して有意に亢進していることを明らかにした。TSP1蛋白は角膜上皮基底部に発現を認め、輪部上皮においても上皮下組織にわずかな発現を認めたが、結膜上皮は発現しない。免疫電顕法では角膜、輪部両上皮基底細胞内基底側、角膜上皮下ボーマン膜、輪部上皮下組織中にその発現を認め、基底細胞から分泌されたTSP1がボーマン膜に蓄積することで、角膜無血管組織を構築していることが推測された。また再生医療を応用した眼表面再建術として角膜上皮および口腔粘膜上皮を羊膜に培養・増幅する培養粘膜上皮移植の作成法と移植術を確立し、有効性を報告した。特に難治性の両眼性疾患に対しては眼組織以を用いた唯一の自家代用上皮として口腔粘膜上皮が有用であるが、本来の角膜上皮と比較し血管新生を誘導する傾向がみられる。両シート間での血管新生因子の比較では培養角膜上皮シートではTSP1を主体にPEDF, endostatinの有意な発現が認められ、眼表面再建後の無血管角膜の維持に関与していることを明らかにした。本研究成果は臨床応用されている培養粘膜上皮シート移植による眼表面再建術のさらなる発展と代用角膜上皮シート移植の開発に寄与することが期待できる。
ITSの情報提示における総合的ヒューマンインタフェースの開発

ITS(高度道路交通システム)の目的のひとつに、運転者に様々な情報を提供することにより安全性を高めることが挙げられている。そのため、数多くの情報提供サービスが計画されているが、それらすべてを個々の情報をはっきりと認識させるような提示を行なうと、ドライバーは認知過負荷を起こしてしまい、安全のための情報がかえってドライバーを危険な状態に追い込んでしまう。そこで本研究では、車内をひとつの情報空間として捉え、ドライバーの認知過負荷を起こさせない車載情報機器の統合的ヒューマンインタフェースを開発した。本研究ではまず、ドライバーが必要な情報を自分の意志で獲得することにより認知負荷の軽減が図れるとの仮定をおきシステムを開発した。このシステムでは、情報の獲得のためのキューを道路環境につけ、ドライバーはそれを見るだけで、その位置に必要な情報が提示される。このシステムは、車外の実世界環境と情報をオーバーレイすることにより、その意味の把握が容易になるという特徴をもつ。しかし、このシステムはドライバーが気づいていない危険情報に対応することは出来ない。そこで、次に危険情報に対応することの出来るシステムの開発を行なった。このシステムでは、危険情報は一旦HUDに表示される。その後、その情報は消え、車内のピラーに設置されたランプが点滅することにより、危険状態が続いていることが把握できる。その情報の意味を確認したい場合には、そのランプを見ることにより情報は再びHUD上に表示される。最後にこれら2つのシステムの統合を行なった。統合において、これら二つのシステムを情報のタイプ・時間的要因・ドライバーの状態などを考慮し、ISO/TC22/SC3/WG8の優先度を改良し、これらのシステムの切り替えを行なう。統合されたシステムでは、計画されているすべての情報をドライバーの認知過負荷を引き起こすことなく、認識できることが実験により確認された。この成果は、ITSに限らず、ユビキタス社会における多くの情報のAmbientな提示方法にも、応用できると考えているITS(高度道路交通システム)の目的のひとつに、運転者に様々な情報を提供することにより安全性を高めることが挙げられている。この成果は、ITSに限らず、ユビキタス社会における多くの情報のAmbientな提示方法にも、応用できると考えているITS(高度道路交通網システム)において、ドライバーへの情報提供のためのヒューマンインタフェースの研究は数多くなされている。しかし、それらの大半は特定の情報を単体で取り出し、その情報をいかにドライバーにはっきりと認識させるかということの焦点が置かれている。ITSにおいては多種の情報提供が計画されており、それらのすべてがドライバーの強い注意を引くと、お互いに干渉しドライバーの認知負荷が高くなることにより、かえって危険な状態を招くことが予想される。本研究では、車内空間をひとつの情報空間として捉え、ドライバーの認知負荷を高めることなく、情報を提供できる総合的ヒューマンインタフェースの開発を行うことを目的とする。特に本年度は警告情報に絞り、危険な状態をドライバーに知らせるためのヒューマンインタフェースシステムを提案する。本システムにおいて、ドライバーに提供される危険情報はヘッドアップディスプレイを用い、ドライバーが見ている車外実空間にオーバーレイされて提示される。提示された情報は一旦消え、その危険状態が続いている間、サイドピラーに設置されたランプが点滅する。ドライバーは何度も同じ情報を受けることなく、サイドピラー部のランプの点滅でその危険状態が続いていることを知ることができる。また、ドライバーがそのランプが何の情報であるかを忘れた場合、そのランプを見ることで、そのすぐ横のフロントガラスにその情報が再度提示されるため、情報の確認が可能となっている。本システムをドライビングシミュレータに実装し、実験を行ったところ、単に情報を提示した場合には、ドライバーが情報を見ているにも関わらずその情報を認識することができないのに対し、本システムでは、ドライバーの認知負荷はあまり高くなく、安全運転に支障をきたさず、さらに受け取った情報を有効に活用し、危険を回避できることがわかった。ITS(高度道路交通システム)の目的のひとつに、ドライバーに危険情報を提供することにより安全性を向上させることが挙げられている。

このような情報は数十種類が計画されており、これからもさらに増えていくことが予想される。これらの情報がすべて提供された場合、安全のための情報がかえって危険になることが想像され、そのようなことを回避するためには、車内をひとつの情報空間として捉え、そのための総合的ヒューマンインタフェースの開発が重要である。本研究では、まず、このような情報を普通に提供した場合、ドライバーが認知的過負荷を起こし、情報を認識できなくなるだけでなく、運転作業にも大きな影響を与えることを実験的に証明した。次に本研究では、街の様々なところに情報を取り出すためのマークを取付け、そのマークを見るだけで、その位置に情報がオーバーレイされるシステムを実装し、その有効性を検証した。次にこのシステムでは緊急情報に対応できないことから、危険情報に関してはまず情報を危険個所にオーバーレイして提示し、その後その情報が続いている間、サイドピラー部に取り付けられたランプが点滅することで、ドライバーにさりげなく危険を通知するシステムを実装した。このシステムでは、点滅しているランプを見ることでその情報の内容も確認できる。さらにこれら2つのシステムを統合するために、危険までの時間、情報の優先度、ドライバーの行動などを考慮した情報提供のプライオリティを設定し、それにしたがってシステムの切り替えを行なった。その結果、ドライバーの認知的負荷は大幅に軽滅し、また、情報自体の認識率も向上した。このように、本研究では、車内をひとつの情報空間として捉え、車載情報機器の総合的ヒューマンインタフェースを構築することで、ドライバーの認知的過負荷を防ぐことに成功した。
時分割実験のための多様な反応誘起システムの開発

X線自由電子レーザー(XFEL)を用いたタンパク質構造解析法は、タンパク質が起こす素早い反応・構造変化を原子レベルまで捉えられる新たな手法として、国内外で非常に期待されている。本研究計画では、XFELによって多種多様なタンパク質の構造変化や反応過程を捉えるための技術開発を行う。本技術により、生体分子の機能やその機構に対する理解が飛躍的に深まると共に、構造情報に基づく生体分子制御の応用に貢献することが期待される。
ヤドクガエルアルカロイドプミリオトキシン類の収束型一般合成法の確立

プミリオトキシン類は、中南米の熱帯林中に生息するヤドクガエルの皮膚分泌物から抽出された、強力な強心及び筋緊張作用を引き起こす一群のアルカロイドである。これらのアルカロイドは共通して(Z)-6-アルキリデンインドリジジン骨格を含んでおり、個々のアルカロイドは6位の側鎖構造が異なるだけである。プミリオトキシン類のこのような構造上の特徴に着目すれば、インドリジジンフラグメントと側鎖フラグメントをクロスカップリング反応により連結する収束的合成法によりすべてのプミリオトキシンの合成が可能になるものと考えられる。このような合成戦略に基づき、初めに(S)-アセチルピロリジンに対し、ルイス酸存在下、アレニルシランを作用させ完全な立体選択性でアルキニル体を得、次いでヒドロスズ化、ヨード脱スズ化を経てヨウ化ビニル体とした。これをパラジウム触媒カルボニル化反応によりラクトン体に変換後、(Z)-アルキリデンインドリジジン環を構築し(+)-プミリオトキシン225Fの最初の全合成を行った。一方、(R)-グリシドールより立体選択的に合成した(E)-ヨウ化ビニル体を、上述の(Z)-アルキリデンインドリジジンより誘導したホモアリル亜鉛化合物とパラジウム触媒の存在下クロスカップリング反応によって結合し、脱保護の工程を経て(+)-プミリオトキシンAの不斉全合成を達成した。同様に、D-酒石酸エステルより合成した(E)-ヨウ化ビニルと(Z)-アルキリデンインドリジジンより製したホモアリル亜鉛化合物とのクロスカップリング反応を経て(+)-プミリオトキシンBの不斉全合成が達成された。以上の結果から、上述の(Z)-アルキリデンインドリジジンを共通鍵中間体として、これを側鎖フラグメントとホモアリル-ビニルクロスカップリング反応によって連結するプミリオトキシンA類の収束的合成法を確立することができた。プミリオトキシンは、中南米の熱帯林中に生息するヤドクガエルの皮膚分泌物から抽出された、強力な強心及び筋緊張作用を引き起こす一群の微量アルカロイドである。本研究はこれらのアルカロイドのうちプミリオトキシンA類に属するアルカロイドの収束型一般合成の確立を目的とする。平成12年度においては、プミリオトキシンA類の中で生物活性が最強で、かつ最も構造の複雑なプミリオトキシンBを対象とし、インドリジジンセグメントと側鎖セグメントのクロスカップリング反応を鍵段階とする合成経路によりその不斉全合成に成功した。合成の概要は以下の通りである。光学活性プロパルギルアルコールより調製したバリウム化合物と(S)-アセチルピロリジンに作用させて得たアミノアルコールを、分子内環化反応によりインドリジジンセグメントへ導いた。一方、D-トレイトール誘導体より光学活性(E)-ヨードペンテンセグメントを合成し、これを先のインドリジジンセグメントより誘導した亜鉛化合物とのクロスカップリング反応により連結し、プミリオトキシンBの不斉全合成に成功した。プミリオトキシンA類は、中南米の熱帯林中に生息するヤドクガエルの皮膚分泌物から抽出された、強力な強心及び筋緊張作用を引き起こす一群のアルカロイドである。

プミリオトキシンA類のこのような構造上の特徴に着目すれば、インドリチジンフラグメントと側鎖フラグメントをクロスカップリング反応により連結する収束的合成法によりすべてのプミリオトキシンの合成が可能になるものと考えられる。申請者は、このような合成戦略に基づき平成12年度に(+)-インドリジジンBの全合成に成功した。平成13年度には、この成果をさらに発展させ、上記収束的合成法をプミリオトキシンA類の一般的合成法として確立するために(+)-インドリチジンAを標的とする合成研究を行った。初めにクロスカップリング反応に用いる側鎖フラグメントとして(R)-グリシドールよりヨードアルケン誘導体を合成し、これをインドリジジンフラグメントの亜鉛化合物と反応させクロスカップリングを行った。次いで脱保護の工程を経て(+)-インドリチジンAの不斉全合成を達成した。