hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
H2O分解反応に作用する光触媒の機能解明とそれに基づく可視光応答光触媒の開発

光触媒によるH2O分解反応は人工光合成の中核をなす反応であるが、太陽エネルギー変換効率は低く、可視光照射下で高活性を示す光触媒の開発が期待されている。本研究は光触媒によるH2O分解反応により太陽エネルギーをより高効率で変換できる可視光応答性光触媒の開発を目的として、H2O分解反応に対し高活性を示す酸化物光触媒について、光触媒機構と高活性化の要因を解明する。得られた知見に基づいて一般的な光触媒への高活性化因子付与法の実証を試みる。さらに、それまでの検討に基づいて可視光照射下で作用できるドープ型酸化物半導体や金属窒化物等の光触媒についてH2O分解反応への光触媒活性の発現と高活性化に挑戦する。
乳児型発汗サーマルマネキンの開発へ向けて　不感蒸散および発汗の同時再現装置の構築

乳児の形態および熱産生・熱放散を模擬した発汗サーマルマネキンの開発を将来的目標とし,本研究では,乳児人体からの不感蒸散と温熱性発汗を模擬する,不感蒸散再現装置と温熱性発汗再現装置を構築した.調査より,乳児人体からの不感蒸散量は約8 g/m2hで,温熱性発汗量は最大でも約25 g/m2hと少量であることがわかった.性能評価実験より,不感蒸散再現装置は,乳児体表からの不感蒸散をよく再現することが確認された.また,温熱性発汗再現装置も,拍出された汗が体表ですぐに蒸発する現象をよく再現することが確認された.これらより,本研究で開発した系は,発汗サーマルマネキン構築に応用可能であることが示された.乳児の熱中症や乳幼児突然死症候群を防ぐために,乳児にとって,安全で快適な温熱環境を維持することは重要である.しかしながら,成人と異なる体温調節機能を持つ乳児を対象とした温熱環境評価規準の整備が欧米,特に,北欧と比較して遅れている.これは,被験者となることが倫理的に困難な乳児の代替となる乳児型の発汗サーマルマネキンが開発されていないことが一理由としてあげられる.そこで,乳児の形状や熱産生や発汗を模擬した発汗サーマルマネキンを将来的に開発することを目標として,まず,本研究では,発汗サーマルマネキン作成時の構造的基盤となる,乳児人体からの不感蒸散と温熱性発汗を再現するモデル装置を構築・開発する.研究初年度においては,第一段階として,角質層と同等の保水力を有し,皮膚表面での濡れ広がりを再現するための,特殊金属板の製作に着手した.材料はステンレスを主たる材料として,板厚の異なる多孔質を有する板4種類(0.5 mm, 1.0 mm, 1.5 mm, 2.0 mm)である.これらの特殊金属板4種類の性能評価実験を行ったところ,保水力の目安となる吸水性が想定外の値を示すとともに濡れ広がりの再現性が低かったため,改良・改善を要することが判明した.そこで,これら金属板の改良・改善を重ねるとともに,その性能評価実験を再度行った.その結果,安定した高い吸水性(0.5 mm:48 %, 1.0 mm:46 %, 1.5 mm:46 %, 2.0 mm:35 %)とムラの少ない濡れ広がりを示したことから,開発しようとする発汗システム内の設置に適した性能を持つことを確認することができた.特殊金属板の作製およびその性能評価実験を重ねた結果,開発しようとする装置内の設置に適切であることを確認することができた.成人とは異なる体温調節機能を持つ乳児にとって安全で快適な温熱環境を維持することは,乳児の熱中症や乳幼児突然死症候群を未然に防ぐ手立てとなりうる.ところが,乳児における温熱環境評価に対する規準化が遅れている.その理由として,乳児を被験者とすることが倫理上非常に難しいためである.そこで,その代替となるべく,乳児の形態および熱産生や体表からの水分蒸散を模擬した発汗サーマルマネキンを開発することを目標として,本研究では,その構造基盤となる乳児人体表面からの不感蒸散と温熱性発汗を再現する装置を構築・開発する.研究二年次において実施した文献的調査より,乳児の体温調節における発汗機能は未発達であるため,暑熱に暴露しても温熱性の汗をほとんどかくことができないこと,他方,乳児人体の全身における不感蒸散量は10 g/m2h程度であることが明らかとなった.そこで,作製した模擬皮膚用の特殊金属板4種類(板厚:0.5 mm,1.0 mm,1.5 mm,2.0 mm)の性能評価実験として,温熱性発汗を再現する装置を組み立て,これらの特殊金属板を装置内に設置し,少量発汗(15 g/m2h)を模擬させた.その結果,模擬皮膚である特殊金属板表面温度は32 - 33 °Cに制御されていることを確認することができた.さらに,その際の特殊金属板からの蒸発量は,少量の発汗量(15 g/m2h)とほぼ一致することも確認されたことから,乳児が温熱性の汗をかきにくい状態をよく再現できていることが示された.当初の計画通りに進められている.乳児にとって,安全で快適な温熱環境を維持することは,乳児の熱中症や乳幼児突然死症候群に対して有効な予防手段となりうる.しかしながら,乳児を対象とする被験者実験は,倫理上,実施が極めて難しいため,乳児のための温熱環境ガイドラインの整備が遅れている.本研究では,乳児被験者の代替となる,その形態や熱産生,体表からの水分蒸散を模擬する装置である乳児型発汗サーマルマネキン作製を目標として,装置の構造基盤となる乳児人体表面からの不感蒸散と温熱性発汗を再現する装置を作製する.最終年度には,乳児体表からの不感蒸散に関する文献調査を実施し,乳児の不感蒸散を再現する装置を構築した.文献調査より,温熱的中性域における乳児人体の全身および身体各部位における不感蒸散量データを集積することができた.

具体的には,全身:約10 g/m2hで,代表的な局所の場合,前額:約19 g/m2h,胸:約5 g/m2h,背:約8 g/m2h,上腕:約13 g/m2h,大腿:約7 g/m2hであることがわかった.昨年度の研究成果に基づいて,不感蒸散の再現装置中の模擬皮膚には,特殊金属板を用いることとした.その金属板表面温度は,板直下である裏面に設置したシートヒータによって,32から33°Cを示すように制御した.また,金属板裏面には複数の細針を設置して,そこから32から33°Cの微量水を板へ断続的に供給した.供給された水は金属板に素早く吸収,拡散し,その板表面にて蒸発した.そして,不感蒸散の再現性について,性能評価実験を行った.性能評価実験では,模擬皮膚を複数エリアに分けて,各エリアからの蒸発量を測定した.その結果,各エリアからの蒸発量には差異はなく,加重平均した蒸発量は,乳児の全身からの不感蒸散とほぼ同程度となることが確認された.このことから,本装置は,乳児の不感蒸散を再現していることが示された.乳児の形態および熱産生・熱放散を模擬した発汗サーマルマネキンの開発を将来的目標とし,本研究では,乳児人体からの不感蒸散と温熱性発汗を模擬する,不感蒸散再現装置と温熱性発汗再現装置を構築した.調査より,乳児人体からの不感蒸散量は約8 g/m2hで,温熱性発汗量は最大でも約25 g/m2hと少量であることがわかった.性能評価実験より,不感蒸散再現装置は,乳児体表からの不感蒸散をよく再現することが確認された.また,温熱性発汗再現装置も,拍出された汗が体表ですぐに蒸発する現象をよく再現することが確認された.これらより,本研究で開発した系は,発汗サーマルマネキン構築に応用可能であることが示された.研究初年度において作製した特殊金属板を用いて,液相発汗を再現するシステムを構築する.そして,制御性および発汗量とその蒸発量の再現性について検証を行う.乳児の不感蒸散を再現する装置を作製して,乳児の不感蒸散量の生理データに基づいて,性能評価実験を実施する.そして,不感蒸散と発汗を模擬する装置を組み立てるとともに,乳児の生理データと比較して,再現性について検証する.29年度が最終年度であるため、記入しない。被服環境学,環境人間工学29年度が最終年度であるため、記入しない。
数学的リテラシー育成を視野に入れたフィンランドの数学教育に関する調査研究

本研究の目的は,フィンランドの数学教育に焦点を当て,授業,教材,教員養成等の観点から総合的に調査を行い,数学的リテラシーを育成するという視点から,日本の算数・数学教育への示唆を得ることである。文献調査および4回のフィンランドへの視察調査の結果から,教科書には日常事象と関連付けた問題が多かったこと等の特徴を明らかにした。それらを踏まえ,例えば教員養成においては,教育実習を研究と関連付けるなどして充実させることが重要である等の示唆を得た。そのために,今年度は以下のフィンランド視察を2回実施した。(1)第1回視察2010年9月6日12日(1)国家教育庁・数学科教科調査官との国家カリキュラム作成に関するインタビュー調査(2) 2つの公立小学校での授業観察及び授業後の授業者へのインタビュー調査(3)小学校教員養成大学での大学教員へのインタビュー調査(2)第2回調査2011年3月7日13日(1)大学附属中学校での教育実習生の授業観察および授業者,指導者へのインタビュー調査(2)大学附属高等学校での教育実習生の授業観察および授業者,指導者へのインタビュー調査2回の視察結果から,フィンランドの数学教育に関して以下の特徴を明らかにすることができた。ア.算数・数学の国家カリキュラム作成の理念として,「問題解決能力の育成と,将来の進路に備えるために,具体的な目標や内容を定める」点が挙げられる。イ.観察した算数の授業において,「自分で答え合わせをする」,「グラフの軸や目盛りを自分で設定する」などの活動が特徴的であった。ウ.小学校教員養成に関する特徴として,「教育実習が充実していて,特に算数や国語を重視している」,「実践面と同時に研究面を重視した教員養成カリキュラムである」等の点が挙げられる。エ.中学校,高等学校の教育実習の指導の仕方は日本の場合と類似していて,授業前に授業の進め方を検討し,授業後に,指導者がいくつかの観点に基づいて実習生の授業を評価していた。そのために,今年度は以下のフィンランド視察を実施した。1.日時:2011年11月27日12月3日2.内容(1)ユバスキュラ大学における中学校・高等学校数学科の教員養成プログラムに関する調査(2)ユバスキュラ大学附属中・高等学校での教育実習生の授業観察及びインタビュー調査(3)タンペレ大学における小学校の教員養成プログラムに関する調査(4)タンペレ大学教育学部学生へのインタビュー調査(5)馬タンペレ大学附属小学校での教育実習生の授業観察及びインタビュー調査以上の調査結果から,フィンランドの数学教育に関して以下の特徴を明らかにすることができた。ア.中・高等学校数学科の教員養成に関する特徴として,「多くの学生がまず理学部に入学した後,教育学部で受講する教授法の科目を履修するための試験を受け,それに合格した者が必要な科目を履修できるカリキュラムである」,「教育実習は合計20単位と充実している」等の点が挙げられる。イ.小学校教員養成に関する特徴として,「教育実習が充実していて,特に算数や国語を重視している」,「実践面と同時に研究面を重視した教員養成カリキュラムである」等の点が挙げられる。ウ.将来教員を目指す教育学部の学生に関する特徴として,「高い競争率の入学試験に合格していて,教員になるモチベーションが非常に高い」,「自分の考えや信念をしっかりと持っている」等の点が挙げられる。そのために,今年度は,2012年11月26日12月2日に,総合制学校の数学科の授業観察及び授業者へのインタビュー調査,タンペレ市教育委員会教育長へのインタビュー調査,タンペレ大学における最近の教育動向に関する調査,教科書会社編集長へのインタビュー調査の,計4か所での視察調査を行った。調査結果から,フィンランドの数学教育に関して,次の特徴を明らかにすることができた。1.小学校算数,中学校数学の授業観察を通して,基本的に個人で学習する姿勢を大切にしていること,必要に応じてグループ学習を取り入れていること,生徒は授業に一生懸命取り組んでいること等が分かった。2.市の教育委員会としては,カリキュラムの具体化,教材の学校への支援,教員の研修(再訓練)の3点が主な活動であることが分かった。3.タンペレ大学でのインタビュー調査を通して,新しいカリキュラムの具体的な内容は2014年に発表されること,今後はICTの活用が重視されること,活用を重視してきたために数学の基礎的な概念の理解が不十分であるという課題があること等が分かった。

エ.教科書会社でのインタビュー調査を通して,作成メンバーを面接や論文審査を行って慎重に選んでいること,短期間で集中して作成していること,算数教科書の単元の導入に算数的活動のページを設けるなどの工夫をしていること等が分かった。本年度は,次の4点について計画を立て,いずれも順調に研究を進展することができた。1.平成22年度の研究成果を論文としてまとめ発表する。2.フィンランドの数学教育に関する情報収集3.中高数学科の教員養成カリキュラムに関する現地視察4.2,3のまとめ特に,1は,日本数学教育学会誌(算数教育)に3回(93巻8号,10号,12号)に分けて発表することができた。また,3は,11月下旬12月上旬にかけて視察を実施し,教員養成について多くの知見を得ることができた。24年度が最終年度であるため、記入しない。次年度は,最終年度にあたる。これまでの視察でまだ調査が十分でない点を中心に研究を進める予定である。具体的には,次の3点について計画している。1.文献や各種資料等を通じて,フィンランドの数学教育に関する情報をさらに収集する。2.第4回フィンランド教育視察(11月下旬12月上旬を予定)を実施し,特に,教科書や副教材の作成等について,その特徴を明らかにする。3.3年間の研究の成果をまとめる。なお,3でまとめた研究成果については,出版物として刊行する予定である。
高窒素ベイナイトの不完全変態を利用したナノラメラ二相鋼の創製法の探索

鉄合金におけるベイナイトの不完全変態を利用したナノラメラ二相組織の創製を目的とし、浸窒処理による高窒素鋼の創製および窒化物生成の抑制によるオーステナイトの高窒素化と安定化に適した置換型合金の機能解明を行い、窒素を利用した高強度ー高延性ー高靭性な鉄合金の探索を行った。純鉄および1mass%のSi、Cr、MnおよびMoを添加した試料に対し浸窒処理条件の探索を行い、ガス分圧および温度を制御することで全体が均一な窒素濃度となる試料の作製に成功した。その後の恒温変態処理では、CrおよびMoを添加することにより鉄窒化物の生成が抑制され、多量のオーステナイトを残留させることが可能であることが明らかとなった。高窒素オーステナイト+フェライトから成るナノラメラ二相組織の創製に先立ち、純鉄およびFe-1mass%M (M : Si, Cr, Mn, Mo)二元系合金に対して、浸窒処理における温度、時間、導入ガスの組成(H2:NH3比)を変化させることで、試料内にて均一な窒素濃度分布を有し、且つ、各合金にて同程度の窒素濃度となる処理条件の探索を行った。浸窒処理では、窒素は試料表面から内部に向かって拡散し、その拡散距離は温度と時間、最終的な試料中の窒素濃度は試料表面での窒素分圧で決定される。また、CrやSiは処理中にCrNやSi3N4の窒化物を形成することが考えられるため、Thermo-Calc.を用いて各合金試料において合金窒化物が生成しない温度域を計算し、処理温度を1000°C、処理時間を同温度にて窒素が試料内部(サイズ:8×15×0.5 mm)まで十分に拡散する60分として浸窒処理を行った。得られた試料に対し、浸窒処理前後の重量測定から窒素含有量、電子線マイクロアナライザによる窒素濃度の線分析およびビッカース硬さ試験より窒素の分布状態、光学顕微鏡観察にてボイド生成の有無をそれぞれ調査した。いずれの合金系でも導入ガス組成を制御することにより、すべての合金系にて0.3 mass%の窒素を含有し、試料表面にボイドが無く、試料全体に渡り硬さおよび窒素濃度が均一な浸窒材およびその作製条件を明らかにすることができた。また、得られた試料に対し200°Cにて10分間の恒温変態をさせた結果、純鉄ではマルテンサイトとベイナイトの2相組織、Fe-1CrおよびFe-1Mn材では恒温処理により窒化物の析出が観察されており、合金元素の影響が確認されている。現在、析出物の同定および詳細な組織観察をその他の合金に対しても進めている。今後は恒温変態温度および時間をさらに変化させ、微細組織、各元素の分布、相分率に及ぼす合金元素の影響を系統的に調査していく。平成27年度は、2.浸窒材のベイナイト変態挙動の解明の2点を研究目的として遂行してきた。1に関しては、浸窒処理条件を変化させ、窒素ガスポテンシャルを制御することにより、すべての合金系でほぼ同じ窒素量および均一な窒素分布を有する試料の作製が実現されており、本研究における肝要な合成条件が明らかとなった。2の浸窒材のベイナイト変態挙動に対しては、現在恒温変態温度・時間を変化させながら微細組織・硬さ・生成相と母相の方位関係等の変化および合金元素の影響に関する実験データの取得・解析および整理を進めており、現時点までの本研究の達成度としては順調に進展している本研究では、鉄合金におけるせん断型変態であるベイナイトの不完全変態を利用した新しいナノラメラ二相組織の創製を目的として、浸窒焼入れ処理を用いた高窒素含有鋼の創製およびベイナイト変態時の窒化物生成の抑制によるオーステナイトの高窒素化と安定化に適した置換型合金元素の機能解明を行うことで、窒素を利用した今までになり高強度ー高延性ー鋼靭性な鉄合金の可能性の探索を行った。Fe-0.3Nでは、変態初期の5 sでは粒界からベイニティックフェライトやFe-C系合金における疑似パーライトに類似した組織が観察された。保持時間の増加に伴いベイニティックフェライトが成長し、保持時間3600sでは変態が完了しており試料全面がベイナイト組織となった。X線回折測定結果から、bccの回折ピークの他にFe4Nおよびオーステナイトに帰属可能な回折ピークが得られ、保持時間の増加に伴いFe4Nは増加し、残留オーステナイトは減少した。一方、MoおよびCr添加材ではFe-0.3N材とは変態挙動が異なり、いずれの保持時間においてもFe-0.3N材との比較で未変態領域が多く、ベイナイト変態の遅延が生じていることが確認された。また、X線回折測定結果から、全ての保持時間においてもFe4Nに帰属可能な回折ピークは確認されず、Mo, Crの添加により窒化物の生成が抑制されることが明らかとなった。

昨年度に引き続き、同程度の窒素濃度および均一な窒素分布を有する浸窒材に対して種々の温度および時間で恒温変態処理を施し、相同定、微細組織変化、生成相と母相の方位関係、相分率を系統的に調査することで、ベイナイト変態における合金元素の影響を明らかにしていく。また、本年度は計画通り二相ナノラメラ組織を有する高窒素低合金鋼の作製を試み、得られた試料に対し強度ー延性バランスの評価を行うことでオーステナイトの形態および窒素濃度と力学的安定性の関係を明らかにする。昨年度および今年度に得られる実験データをまとめ、学会発表および論文投稿へとつなげていく。金属相変態論
人工ナノ構造による局在電磁場を用いた多重極遷移の制御

ガリウム砒素系の半導体薄膜を用いて、量子ドットが埋め込まれた光導波路の上に卍型の格子構造を有する「半導体人工キラルナノ周期構造」を作製した。通常、真空中では等方的な自然放出をする発光体が、この構造のカイラリティーの効果によって円偏光を放射することを実証した。外部磁場を用いずに室温で簡便に円偏光放射を得るための新しい手法であり、円偏光を用いたスピントロニクスや量子情報技術への応用が期待される。本研究は、金属人工ナノ構造によって形成される急峻な電場勾配を利用した物質中における多重極遷移確率の増大を実験的に検証することを目的とする。本年度は、局所的電場増強の報告されているボウタイアンテナのようなナノギャップを有する金属構造について、外部からの入射光に対して構造周辺に励起される電場のシミュレーション計算を行い、効率的に電場増強を実現できる構造の探索を進めた。それと同時に、実際に基板上に電子ビームリソグラフィーを行い、100nm以下のナノギャップを作製可能な描画条件を明らかにした。また、収束イオンビーム装置や、電子ビーム蒸着装置と言った、ナノ構造資料作成に必要な要素技術の習得を進め、ナノ構造を作製するための一連のプロセスを習得し、実際にリフトオフ法を用いて、ナノ周期構造を作製することに成功した。光学応答の制御には作製した金属膜のラフネスの抑制が重要であるため、アニールなどを用いて改善する方法を明らかにする必要がある。来年度以降は、本年度確立したシミュレーション手法と試料作製方法を駆使して、多重極遷移増大のために最適化された試料構造の作製を進めていくと共に、実際の四重極遷移確率の増大の検出を目指す。また、電気双極子以外の多重極効果という点において共通する、オノ構造の光学活性を用いた光波制御という点において、人工キラル構造を用いた円偏光発光や、光励起キャリアを用いたアクティブ光学活性制御に成功した。本研究は、金属人工ナノ構造によって形成される急峻な電場勾配を利用した物質中における多重極遷移確率の増大を実験的に検証することを当初の目的とした。昨年度は、人工ナノ構造の基本的な作製環境を整えるとともに、電気双極子以外の多重極効果という点において共通するナノ構造の光学活性を用いた光波制御という点において、人工キラル構造を用いた自然放出制御の実験を検討した。その結果、ナノ構造作製手法を駆使し、半導体で人工キラルナノ周期構造を作製すれば、通常の双極子遷移とは異なる、角運動量を付与された自然放出、すなわち円偏光発光が可能になる可能性を見出した。円偏光状態の光は、スピントロニクス,量子情報やバイオ分野での応用等が期待されており、それを生み出すデバイスを半導体作製技術のみで実現することができれば、応用としてのインパクトも大きいため、本年度はその実現に注力した。具体的には、ガリウム砒素系の半導体を用いて、発光体としてインジウム砒素量子ドットが配置された光導波路の上に卍型の格子が配置された構造、すなわち半導体人工キラル周期構造を作製した。この試料の光励起発光スペクトルの右回り及び左回り円偏光成分を測定したところ、その強度は大きく異なり、観測された円偏光度は最大26%に達した。同時に、数値計算を用いて構造内部の真空場モード分布を算出したところ、予想される円偏光度の大きさは、実験値と良く一致した。これは、本来キラリティーを有しない物質に対して構造のキラリティーを導入することによって、構造内部の円偏光真空場モード密度分布が左右で大きく非対称になった結果、量子ドットからの自然放出が円偏光化していることを示すものであり、新たな人工的な輻射制御手法として重要な成果である。
破骨細胞に特異的な膜表面抗原遺伝子のクローニングとその機能と解析

破骨細胞の表面にはカルシウム代謝調節ホルモンの一つであるカルシトニンのリセプターが存在し、その骨吸収能を抑制することが知られている。本研究においては、このカルシトニンの破骨細胞に対する親和性を上げる活性を持つモノクローナル抗体Kat 1の膜表面抗原遺伝子のクローニングとその機能解析を行うことを目的とした。まず、ラット骨髄細胞をラット骨芽細胞の培養上清を添加し、活性型ビタミンD3と共に5日間培養しKat 1抗原を発現する破骨細胞様細胞を大量に調整した。さらに、この細胞集団に、Kat 1モノクローナル抗体を作用させ免疫磁気ビーズ細胞分離システム(MACS)を用いてKat 1抗原を発現する細胞を濃縮した。この細胞からmRNAさらにpolyARNAを調製した。このmRNAを鋳型としてXhoIサイトを含むリンカープライマーを用いて、逆転写酵素及びDNApolymeraseIにより1st strand合成及び2nd strand合成を行いcDNAを合成した。得られたcDNAの末端を平滑化しEcoRIアダプターを付加した。さらに、このアダプターをリン酸化したのち制限酵素XhoIで切断した。この反応物をSephacryl S-400カラムに添加しリンカーの小断片を除いた後、Uni ZAP arm (ストラタジーン社)に挿入し、in vitro pakagingを行いphage libraryを作製した。このファージライブラリーをPlatingし溶菌させた後、蛋白質をニトロセルロースフィルターに吸着させBlocking後Kat 1モノクローナル抗体を作用させた後、Vecterstatin社のABC-AP法に従って現在のところファージクローンを解析中である。
報酬の価値割引に影響を及ぼす心理学的要因の解明

被験者の性格要因・年齢・性別等の個人差が報酬の価値割引率に及ぼす効果に関する実験を行った。被験者は、医学部学生のグループ(医学専攻学生、看護学専攻学生)、及び、社会人学生のグループ(放送大学学生)であった。加えて、選択行動を行っているときの脳内の血流量の変化を光トポグラフィーにより測定するための予備実験も行った。性格特性の実験では、報酬の時間割引テスト、および、認知的熟慮性尺度、時間的展望尺度、及び、Locus of Control尺度という3つの性格検査が配布され、それぞれに対して被験者が回答した。実験の結果、以下の傾向が見いだされた。a.女性よりも、男性の方が、より割り引くb.報酬金額が小さいほど、割り引くc.放送大学の学生よりも、旭川医科大学の学生の方が、より割り引くd.男性よりも、女性の方が、時間的展望傾向が大きいe.看護学科の学生では、時間的展望と割引率の間に弱い相関が見られた。f.放送大学の学生よりも、旭川医科大学の学生の方が、LOCが高いg.医学科や放送大学の学生よりも、看護学科の学生の方が、熟慮性が低いh.時間割引に関与すると考えられる注意集中過程には頭頂葉が関与しているi.時間割引に関係する衝動的反応の抑制には、前頭葉が関与しているj.NIRSはこれらの研究に使用可能である。以上のことから、時間割引等の衝動性には、いくつかの個人差要因が関与していることが解明された。今後はこれらのデータに基づいて、臨床場面への応用研究を予定している。本年度は、選択と意思決定に関する過去研究についての文献資料収集、及び、被験者の経済状態と性格要因が報酬の価値割引率に及ぼす効果に関する予備的実験の2つが主に行われた。前者の文献資料収集の目的は、報酬の価値割引に影響を及ぼす心理学的要因としてどのようなものが考えられるか、および、それらの心理的要因の指標となり得る心理測定尺度としてはどのようなものが開発されているかを調査することであった。一連の文献資料収集の結果、楽観尺度等のいくつかの心理尺度が価値割引の個人差を説明する上で適切であることが示された。一方、報酬の価値割引についての実験用及びデータ処理用のコンピュータが導入され、実験及びデータ処理用プログラムが開発された。これらのプログラムは主にVisual Basicを用いて開発され、これらを用いて経済状態が報酬の価値割引に大きな影響を及ぼすかどうかを探索する簡単な実験が行われた。その結果、経済状態とは必ずしも関連が見られないことが示された。本年度は、被験者の性格要因が報酬の価値割引率に及ぼす効果に関する4つのグループを対象とした実験を行った。これらの実験の主な目的は、性格特性、報酬金額、被験者の母集団が報酬の価値割引に大きな影響を及ぼすかどうかという問題を解明することであった。被験者は、一般の学部学生の2グループ(医学専攻学生、看護学専攻学生)、及び、社会人学生の2グループであった。実験では、報酬の時間割引を測定するための反応用紙の冊子、および、認知的熟慮性尺度、時間的展望尺度、及び、Locus of Control尺度という3つの性格検査が配布され、それぞれに対して被験者が回答した。(1)被験者の母集団(医学または看護学を専攻する学生と社会人学生)により割引率は異なり、社会人学生の方が割引率が小さかった。(2)性格検査の結果による割引率の差異は見られなかった。(3)報酬金額の効果は一貫して見いだされた。(4)社会人学生の効果には再現性が確認された。これらの結果から、以下の仮説が提案された。(1)被験者の母集団(医学または看護学を専攻する学生と社会人学生)による割引率の差異は金銭管理経験の差異によるかもしれない。

(2)性格検査の結果による割引率の差異が見られなかったのは、使用された性格検査が被験者のリスク選好特性を反映していないためであるかもしれない。(3)報酬金額の効果は一貫して見いだされ、かつ、社会人学生の効果に再現性が確認されたことから、今回の結果は信頼性が高いと考えられる。従って、来年度は、これらの仮説を検証するための実験を行う予定である。本年度は、昨年度に得られた結果を新たな被験者において更に確認するために、新たな被験者において、被験者の性格要因が報酬の価値割引率に及ぼす効果に関する実験を行った。これらの実験の主な目的は、性格特性、報酬金額、被験者の母集団が報酬の価値割引に大きな影響を及ぼすかどうかという問題を解明することであった。被験者は、一般の学部学生のグループ(医学専攻学生、看護学専攻学生)、及び、社会人学生のグループであった。加えて、選択行動を行っているときの脳内の血流量の変化を光トポグラフィーにより測定するための予備実験も行った。性格特性の実験では、昨年度までの実験と同様に、報酬の時間割引を測定するための反応用紙の冊子、および、認知的熟慮性尺度、時間的展望尺度、及び、Locus of Control尺度という3つの性格検査が配布され、それぞれに対して被験者が回答した。実験の結果、以下の傾向が見いだされた。(1)被験者の母集団(学生と社会人学生)により割引率は異なり、社会人学生の方が割引率が有意に小さかった。(2)性格検査の結果による割引率の差異は見られなかったがLOC尺度(自分に関する事柄を自分で決定できると考える傾向)とは有意差の傾向が見られた。(3)報酬金額の効果は一貫して見いだされた。(4)社会人学生の効果には再現性が確認された。脳内の血流量についての実験では、一貫した傾向は見られなかった。これらの結果から、以下の仮説が提案された。(1)昨年度に得られた被験者の母集団(学生と社会人学生)による割引率の差異が本年度に行われた新たな実験においても、確認されたので、母集団の効果は一般性があると考えられる。(2)LOC尺度が高い(自分に関する事柄を自分で決定できると考える傾向が大きい)人は、目先の小さな報酬を選んで自分で投資する傾向があるために、時間割引がおおきくなるのかもしれない。(3)LOCに関連する他の性格特性と時間割引の間に相関関係がある可能性がある。本年度は、まず、動機づけと時間割引の関係を分析するために、刺激欲求尺度、達成動機測定尺度、集団TAT検査という3つの動機づけ検査の結果と時間割引の関係を分析する実験が行われた。被験者は、本学の学生(医学科、看護学科)、および、放送大学の学生であった。実験の結果、(1)被験者の母集団(医療系大学の学生と放送大学の学生)により割引率は異なり、放送大学の学生の方が割引率が有意に小さい、(2)刺激欲求傾向による割引率の差異は見られないが達成動機尺度(社会で高く評価される目標を立ててそれを高いレベルで達成したいという動機)とは僅かながら相関傾向が見られる、(3)報酬金額の効果は一貫して見られる、という知見が得られた。さらに、衝動性傾向と大脳皮質の血流量の関係を分析するために、報酬が連続的に与えられる低フラストレーション場面と、報酬が間欠的に与えられる高フラストレーション場面で、前頭葉の大脳皮質における血流量の変化を分析した。その結果、(4)後者の間欠強化場面の方が血流量が増える傾向が見られた。
踵骨超音波指標を用いて骨折リスクの評価ができるか:7年間追跡調査による検討

<対象と方法>日本国内にある3市町(福島県西会津町、香川県さぬき市、沖縄県宮古島市)において、平成11年に実施された調査を受診した成人女性1588人のうち平成14年度フォローアップ調査を受診している1173人を対象に、腰椎及び大腿骨頸部の骨密度測定、超音波による踵骨骨量測定、身長・体重測定、問診による骨代謝に影響する既往歴や薬剤の服用歴、運動歴、乳製品の摂取等の食習慣や運動習慣などを一定の様式により保健師が聴取。食品摂取頻度調査票によるカルシウム摂取量調査を行った。骨折の判定はMcCloskey-Kanisの椎体変形判定法による診断基準により行った。調査データに欠損のない対象者のうち、骨代謝に影響する既往歴や薬剤の服用歴がなく、ベースライン時45歳以上の閉経者200人を対象に腰椎BMD、踵骨超音波指標(SOS,BUA)による骨折の予測を行った。腰椎BMDはWHOの骨粗鬆症判定基準である若年成人者平均-2.5SD未満を、踵骨SOS、BUAの判定基準は我々が以前に論文化しており、SOSは若年成人者平均-1.58SD未満を、BUAは若年成人者平均-1.51SD未満を骨粗鬆症とし、ベースライン時に骨粗鬆症と判定されるものがフォローアップ時の骨折をどの程度予測するかを検定した。<結果>腰椎BMDによる骨折予測では感度0.391、特異度0.638。踵骨SOSでは感度0.652、特異度0.627。踵骨BUAでは感度0.696、特異度0.554でSOS、BUAとも腰椎BMDよりも骨折予測成績が優秀であった。またベースライン時に腰椎BMDで骨粗鬆症と診断された者がフォローアップ時に骨折するオッズ比は1.12。それに対しSOSでは同様に2.76、BUAでは2.53と踵骨超音波指標は将来の骨折予測に有用であることが判明した。日本国内にある3市町(福島県西会津町、香川県さぬき市、沖縄県宮古島市)において、平成11年に申請者が属する研究グループにおいて実施された調査を受診した成人女性1588人のうち平成14年度フォローアップ調査を受診している1173人を対象に、平成18年5月から平成18年8月に調査を予定通り実施した。腰椎及び大腿骨頸部の骨密度測定(Hologic社製QDR4500A)。超音波による踵骨骨量測定(Hologic社製SAHARA)。身長、体重測定、握力測定、問診による骨代謝に影響する既往歴や薬剤の服用歴の聴取、運動歴、乳製品の摂取等の食習慣や運動習慣などを一定の様式により保健師が聴取、食品摂取頻度調査票によるカルシウム摂取量調査を行った。今回の調査を受診した者は1040人で、前回調査からのフォローアップ率は88.7%であった。過去の調査同様、骨密度は宮古島市がもっとも高く、西会津町が中位、さぬき市がもっとも低かったが、その差は縮小していた。日本骨代謝学会の診断基準を用いて、骨粗しょう症と判定された人は全体で18.8%、宮古島市13.7%、さぬき市22.4%、西会津町15.5%で、第3回調査と比べると、いずれも低下していた。70歳代では骨粗しょう症は42.7%で、宮古島市が40.5%さぬき市が45.7%、西会津町では41.7%であった。これは第3回調査と比べるといずれも低下していた。継続して本調査を受診している者については良い方向に向かっていた。受診した個人ごとに骨量測定結果と、生活習慣、カルシウム摂取量を評価した報告書を作成し、12月末までに受診した対象者に発送した。現在、腰椎、大腿骨近位部、踵骨の骨密度の変化の様相、体格、ライフスタイルと骨密度の関連などを解析中。19年度は骨折リスクの評価を含めたより詳しい分析を行う予定である。

腰椎BMDはWHOの骨粗鬆症判定基準である若年成人者平均-2.5SD未満を、踵骨SOS、BUAの判定基準は我々が以前に論文化しており、SOSは若年成人者平均-1.58SD未満を、BUAは若年成人者平均-1.51SD未満を骨粗鬆症とし、ベースライン時に骨粗鬆症と判定されるものがフォローアップ時の骨折をどの程度予測するかを検定した。<結果>腰椎BMDによる骨折予測では感度0.391、特異度0.638。踵骨SOSでは感度0.652、特異度0.627。踵骨BUAでは感度0.696、特異度0.554でSOS、BUAとも腰椎BMDよりも骨折予測成績が優秀であった。またベースライン時に腰椎BMDで骨粗鬆症と診断された者がフォローアップ時に骨折するオッズ比は1.12。それに対しSOSでは同様に2.76、BUAでは2.53と踵骨超音波指標は将来の骨折予測に有用であることが判明した。
唐宋士大夫思想における三教交渉

平成10年度は『雲笈七義』所収の「元気論」について検討し、それが唐末の士大夫の手に成るものであり、またその人物が儒仏道三教に対する巾広い知識を基礎に神仙養生理論を構想し。かつきわめて具体的な実践理論として文章化していることを明らかにした。平成11年度は、道蔵所収の陸希聲検『道徳真経傅』について検討し、それが唐末の陸希聲が儒道折衷の立場からあるべき為政者像、政治論を示そうとしたものであり、表面上老子思想が孔子思想と相応ずるものであり為政の根本を説き明かしたものであることを強調するものであるが、実質的には、儒家思想による道家思想の読み換えを図ったものであり、また、その論理展開において佛教教理学上きわめて重要な語彙を鍵言葉として頻用しており、当時の三教交渉の具体相を窺うに恰好の資料であること。また儒家思想を提示するに際して易伝や礼記の中庸、大学、楽記や論語、孟子を用いるなど、後の宋学の骨格が、ほぼこの書において完成の域に達していることを明らかにした。平成12年度は、唐代後半期の人性論の究明を試み、唐代後半において、人性の本来的同一を強調して絶対無為による本性の体悟を主張する禅宗思想や各個人性の絶対的平等と無作為自然の在り方を主張する老荘思想が上下に広く流布している状況の下で、人間の向上への努力を要請する主張がどのようにして再起し漸次の発展を遂げていくことになるのかを考察した。以上の考察をふまえて、本報告書では、序において問題の把握を簡単に示し、第一章唐後半期の人性観では人間の本来平等を説く禅思想や人性の絶対平等を説く老荘思想に強い共感を抱きながら尚且つ人間の向上への努力の必要性を強調する見解を抱く人々が唐代後半期に少なからず活躍し、そうした思潮を背景に、李翰の『復性書』や韓愈の「原性」などの文章があらわれて来るのであり、決して彼等のみがそうした見解を表明したのではないことを論じ、第二章陸希聲の『道徳真経伝』の思想では、老荘の無為思想と孔孟の有為思想とが相即の関係にあり。有為を通して無為を実現すべきだとする主張とそれを理論として展開する際に駆使される体用、理事、権実などの論理は本来仏教教理学から生み出されなものであり、復性の主張は儒仏道三教の相互交流の産物であることを論じ、第三章元気論の思想と背景では、老荘と儒教との性命論と仏教の心意識論とを採用しつつ道教の養生思想を理論化しようとしたものだと論じて、以上要するに唐代後半期の思想は、儒仏道三思想の複雑な絡り合いの中で形成されており、こうした思想状況を抜きにして、韓愈や李翰などの主張だけをとり上げ強調することは、唐代思想の展開の本筋を見失なわせることを明らかにした。

有為を通して無為を実現すべきだとする主張とそれを理論として展開する際に駆使される体用、理事、権実などの論理は本来仏教教理学から生み出されなものであり、復性の主張は儒仏道三教の相互交流の産物であることを論じ、第三章元気論の思想と背景では、老荘と儒教との性命論と仏教の心意識論とを採用しつつ道教の養生思想を理論化しようとしたものだと論じて、以上要するに唐代後半期の思想は、儒仏道三思想の複雑な絡り合いの中で形成されており、こうした思想状況を抜きにして、韓愈や李翰などの主張だけをとり上げ強調することは、唐代思想の展開の本筋を見失なわせることを明らかにした。隋唐時代は、儒仏道三教が表面的には対峙排斥の姿勢を維持しつつ、実質的には他者の主張やそれを支える論理に深甚なる関心を払い、自己の理論の整備や論理の精密化を図る不可欠の資糧としていたと認められる。唐初には極めて鮮明な対立的構図が認められるのに対して、唐中期から後期になると、対立排斥よりも、むしろ調和、融合や相互変容の構図が顕在化して来る。儒道両思想における仏教的運命観の受容がそうした傾向を一端を示すであろうし、儒家的倫理観が道仏両思想に受容されるのもその一端であり、また仏教的心性論が儒道に深く影響し、道家的修養論が儒仏両家のそれに与えた作用も小さくないと認められる。唐代後半期はこうした三教調和融合の状況のもと、儒仏道それぞれが各自の主体性を維持し主張すべくその理論的整備を自覚的に推進しようとした時代だと認められる。李皐羽の『復性書』は、仏道両家の心性論とは別の儒家伝統の心性論を主張しようとするものであが、その表面上の主張はともかくとしても、背後でそれを支えるものは道仏両家の心性論であり、撰者未詳の『元気論』は不老不死の神仙を我が身に実現する方法を提示しようとするものであるが、道、仏、儒三家の思想を基盤としたものであり、陸希声の『道徳真経伝』は道家の『老子』を儒家の経伝の思想で解説しようとするものであるが、論の展開に重要な役割を荷う諸概念はおおむね仏教教理学で常用されるものである。以上のように、唐後期の思想界は三教の調和融合の下で三教それぞれが理論化を推進していた。研究課題の順調な進展を図るため、初年度と本年度は、唐末五代の注目すべき文献である『元気論』『道徳真経傅』『道徳真経廣聖義』の検討を試みた。『元気論』は北宋初の『雲笈七籤』に収録されている文献で撰者不明であるが、序文の検討などを通じて、これが九世紀中葉の作品であることを推定し、また、その内容が精神と肉体と社会的実践との三方面の修養を通して不老長生を実現しようとする神仙思想を中核としながらも、儒佛道三思想を折衷しつつ随所に『老子』を引用して主張を確認しようとするもので、一種の内丹思想にもとづくものであることを明かにした。次に唐最末期の陸希肇という人物の手になる『道徳真経傅』の解説を通して、儒学思想による老子思想の組み換え仏教思想や神仏思想による老子理解とは全く異なる方向での老子理解が提示されて来ていることを確認し、同時に、それらの背後に既に暗黙の前提として仏教的思惟が存在しており、ここにも儒教、仏教、道教の三教が複雑に関係し合っている思想界の状況が窺われる。更に杜光庭の『道徳真経廣聖義』の研討を通じて、唐末五代の時代、王朝における宗教政策の実権をにぎった地位に在った人物が、『道徳経』の注釈、すなわち唐の玄宗の御注と御疏に対する詳細な解説を付加することを通じて、道教における教理学をどのように組織化しようとしたのかを考察し、そこにも儒佛道三教が、複雑に絡み合った状況が存在していることを確認した。これら三種の著作を通して、唐末五代の三教交渉の状況をおおよそ見通した上で、次年度北宋初期の状況の究明を目指したい。従来まで理解されてきた唐宋交代期とは、かなり様相を異にした状況が見出されるように思われる。古代奴隷制社会から中世封建制社会への転換か、あるいは中世貴族制社会から近世絶対主義王制社会への転換か、論者によって見解は必ずしも一致を見ていないとはいえ、唐代後半から北宋初期にかけての時代を、一つの社会体制が別の一つの社会体制へと転換する転換期とみる考え方は大方の認めるところである。支配層の出身母体の変質、収税体制の転換などの歴史的側面、古文運動の勃興と浸透などの文学的側面、宋代儒学抬頭を予告する儒学復興運動などの思想的側面、いずれもそれを証するとされている。
免疫便潜血検査偽陽性の要因分析

本研究は免疫便潜血検査における偽陽性の要因を分析すること、特に胃がんに対する免疫便潜血検査の診断精度を明らかにすることを主目的とし、あわせて他に消化管出血をきたす可能性のある食道がん、胃十二指腸潰瘍、大腸憩室、大腸血管異形成、痔疾などに対する免疫便潜血検査の診断精度についても検討を行う予定であった.しかし、研究代表者の一身上の都合により本研究の遂行が不可能となったため平成13年度に予定された研究に関する実績はほとんど得られなかった.本研究は免疫便潜血検査における偽陽性の要因を分析すること、特に胃がんに対する免疫便潜血検査の診断精度を明らかにすることを主目的とし、あわせて他に消化管出血をきたす可能性のある食道がん、胃十二指腸潰瘍、大腸憩室、大腸血管異形成、痔疾などに対する免疫便潜血検査の診断精度についても検討を行う予定であった.しかし、研究代表者の一身上の都合により本研究の遂行が不可能となったため平成13年度に予定された研究に関する実績はほとんど得られなかった.
ATP分解酵素CD39を標的とした新規血管内皮細胞保護薬の開発に向けた基礎的研究

血管内皮細胞のATP分解酵素ecto-nucleoside diphosphohydrolase1(CD39)の発現は、炎症性サイトカインのIL-1βやTNF-α、IFN-γで低下し、この反応はステロイド性抗炎症薬では予防できず、かえって悪化した。一方、HMG-CoA還元酵素阻害薬は低分子量G蛋白質Rhoの機能を阻害してCD39の発現を上昇させた。CD39を上昇させ内皮機能を保護するためにはRhoの過剰な応答を制御することが有効であると考えられた。血管内皮細胞のATP分解酵素活性およびATP分解酵素遺伝子の発現に及ぼす炎症性サイトカインの作用を検討した。ヒト大動脈内皮細胞(HAEC)において、インターロイキン(IL)1β、腫瘍壊死因子(TNF)αおよびインターフェロン(IFN)γは、細胞外ATPの分解活性を抑制した。HAECに発現している主要なATP分解酵素はecto-nucleoside diphosphohydrorase1(CD39)で、IL1β、TNFα、IFNγにより、その遺伝子発現は減少した。この炎症性サイトカインによるCD39遺伝子発現の低下は、転写阻害によるものでmRNAの安定性には変化なかった。CD39を強制発現させた細胞を用いた実験から、CD39の発現低下により細胞のATPに対する応答性は変化しないものの、反復刺激に対する脱感作が顕著になり反応性が低下した。この炎症性サイトカインによるCD39の発現低下は、ステロイド性抗炎症薬やNFkB阻害薬では予防できず、その情報伝達経路の解明は今後の課題である。一方、HMG-CoA還元酵素阻害薬のフルバスタチンやシンバスタチンは、臨床用量の範囲でHUACのATP分解酵素活性およびCD39遺伝子の発現を亢進した。このスタチンによるCD39活性の上昇は、メバロン酸により解除されたことから、HMG-CoA還元酵素阻害作用に起因すると考えられた。血管内皮細胞のCD39機能発現における炎症性サイトカインの抑制作用およびHMG-CoA還元酵素阻害薬の促進作用の分子機構を明らかにすることは、血管内皮細胞保護薬開発の基盤として重要であると思われる。血管内皮細胞のATP分解酵素活性およびATP分解酵素遺伝子の発現に及ぼす薬物の作用を検討した。ヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)において、HMG-CoA還元酵素阻害薬のフルバスタチンは臨床用量でATP分解酵素であるecto-nucleoside diphosphohydrorasel (CD39)の遺伝子発現とATP分解酵素活性の上昇を引き起こした。この反応はシンバスタチンやプラバスタチンなど他のHMG-CoA還元酵素阻害薬でも観察できた。また、動脈由来内皮細胞、微小血管由来内皮細胞でも認められたことから、血管内皮細胞の共通した応答であると考えられた。CD39は内皮細胞のほかでマクロファージにも発現しているが、その発現はフルバスタチンで影響されず、CD39発現上昇は内皮細胞に特異的であることが判明した。フルバスタチンによるCD39の発現上昇は、RNA合成阻害薬のDRBにより抑制されたことから、遺伝子発現のレベルで調節されていると考えられた。また、FITCで標識した抗CD39抗体を用いてFACSで解析した結果、フルバスタチンは細胞表面のCD39発現量を著明に増大させることが認められた。このフルバスタチンによるCD39活性の上昇は、ゲラニルゲラニルピロリン酸により解除されたことから、HMG-CoA還元酵素阻害作用に起因すると考えられた。そのメカニズムの一つにAMPキナーゼの活性化が関与する可能性が認められ、現在その詳細を検討中である。我々はこれまでの研究で血管内皮細胞の主要なATP分解酵素であるecto-nucleoside diphosphohydrolasel(CD39)の遺伝子発現ならびに酵素の活性に影響する生体内液性因子および薬物を検索し、炎症性サイトカインのTNF-α、IL-1βおよびIFN-γがCD39の発現低下をもたらすのに対して、HMG-CoA還元酵素阻害薬のフルバスタチンが臨床用量でCD39の遺伝子発現とATPの分解活性の上昇を引き起こすことを見出した。炎症性サイトカインによるCD39のdown-regulationとフルバスタチンによるup-regulationは、ラットを用いたin vivoの実験系でも大動脈や腸間膜動脈などの動脈標本において認められた。このような炎症性サイトカインによるCD39の機能低下はステロイド性抗炎症薬のデキサメサゾンでは抑制されなかったが、フルバスタチンにより拮抗された。フルバスタチンによるCD39の発現上昇のメカニズムについて検討した結果、HMG-CoA還元酵素阻害薬で活性化されることが報告されているAMPキナーゼの関与は認められなかったが、PI3キナーゼ-Aktシグナル経路およびhypoxia-inducible factor-1α転写因子の関与が示唆された。以上の結果から、炎症部位の血管における病態生理の一つとして血管内皮細胞のCD39の機能低下が存在し、HMG-CoA還元酵素阻害薬の抗炎症を含むpleiotropic作用には血管内皮細胞のCD39の発現上昇が重要な役割をはたすと考えられた。
分子認識化学を活用したリン酸アニオン誘導体の新規細胞内輸送・放出システムの構築

当研究室ではこれまでに、2,2'-dipicolylamine(Dpa)をリガンドとする二核亜鉛錯体(Dpa-Zn(II))が生理条件下リン酸基と選択的に結合することを見出している。私は、そのような構造を用いてリン酸種を細胞内へ輸送可能なキャリヤ分子の開発に着手してきた。今年度はそれだけでなく、同様の構造でATPなどのポリリン酸種を選択的にセンシング可能な蛍光プローブ分子の開発を行った。今回開発した蛍光プローブ分子はDpa-Zn(II)部位と蛍光色素であるキサンテンを有している。キサンテン色素には、フルオレセインやピロニン、ローダミンなどがある。フルオレセイン型プローブ分子はATPなどのポリリン酸種との結合に伴い30倍以上の蛍光強度増大を示すスイッチON型蛍光プローブ分子であった。また、ピロニン型蛍光プローブ分子もポリリン酸種に対し選択的に蛍光応答を示した。ピロニン型プローブ分子は4.5倍程度の蛍光強度の増加であったが、フルオレセイン型プローブ分子より長波長での発光が実現できた。これまで当研究室で開発したプローブ分子はリン酸種間での識別が困難であったが、これらのプローブ分子はリン酸モノエステルには応答せずポリリン酸種に対してのみ蛍光応答する。このような蛍光変化は、蛍光部位であるキサンテン骨格の構造変化に起因している。リガンド分子に亜鉛が錯化すると、2つの亜鉛イオン間に架橋配位した水分子の酸素原子がキサンテン9位を求核攻撃し共役構造が消失することでプローブの蛍光が消光する。この亜鉛錯体型プローブ分子がポリリン酸種を認識すると、リガンド交換に伴って亜鉛イオンに架橋配位した酸素原子が解離することで共役構造が回復し蛍光が回復することが明らかとした。これらの特性を活かし、ホスホジエステラーゼによるジアデノシン四リン酸の加水分解反応やβ-1,4ガラクトシルトランスフェラーゼによる糖転移反応のリアルタイム蛍光追跡に成功した。また、Jurkat細胞内に存在するATP分泌顆粒の局在の蛍光イメージングにも成功した。以上のように、今回開発した蛍光プローブ分子は、生体内リン酸種の機能解析を行うための分子ツールとして生物化学の発展に寄与するものと期待される。アニオン性小分子を細胞内へ移行する場合、細胞表層に豊富に存在するアニオン性官能基との静電反発が大きな障害となる。本研究では、そのようなアニオン性小分子の中でもリン酸アニオン種に着目し、それらを効率的に細胞内に輸送するようなキャリア分子の開発を行った。細胞内において、タンパク質のリン酸化・脱リン酸化反応は重要な役割を果たしており、それらの阻害剤としてリン酸種を有する化合物が開発されている。今年度は、キャリア分子の設計と合成を行い、それらのキャリア能を評価した。分子設計については、これまでに当研究室で開発してきたリン酸基への選択的結合部位を利用した。リン酸基への結合部位と脂溶性部位を組み合わせることでキャリア分子の設計、合成を行った。具体的に、リン酸種に結合する部位として二核亜鉛錯体構造を、細胞膜透過性を付与するための脂溶性部位としてピレン構造を選択した。合成したキャリヤ分子について、さまざまなリン酸種との結合定数を等温滴定型熱量計(ITC)により評価した。また、キャリヤ分子によって輸送されるリン酸種として、蛍光色素で修飾したリン酸化ペプチドを固相合成した。共焦点顕微鏡やフローサイトメトリーを用いて細胞内に輸送されたペプチドの蛍光強度からキャリヤ分子の輸送能を評価した。その結果、単独では細胞内に取り込まれなかったリン酸化ペプチドが、キャリヤ存在下、細胞内に輸送されることが示された。また、細胞内に取り込まれたリン酸種は、高濃度で存在するATPのような細胞内リン酸種との交換により、キャリヤから速やかに解離することが期待される。本手法は、細胞内に移行されにくいリン酸種を、キャリヤと混合するだけで細胞内に移行可能な手法である。細胞内ではタンパク質のリン酸今後、キナーゼやホスファターゼに対する阻害能を有するリン酸種を輸送することで、本手法の有用性を確立したい。生物化学の更なる発展に貢献する手法となることが期待される。

このような蛍光変化は、蛍光部位であるキサンテン骨格の構造変化に起因している。リガンド分子に亜鉛が錯化すると、2つの亜鉛イオン間に架橋配位した水分子の酸素原子がキサンテン9位を求核攻撃し共役構造が消失することでプローブの蛍光が消光する。この亜鉛錯体型プローブ分子がポリリン酸種を認識すると、リガンド交換に伴って亜鉛イオンに架橋配位した酸素原子が解離することで共役構造が回復し蛍光が回復することが明らかとした。これらの特性を活かし、ホスホジエステラーゼによるジアデノシン四リン酸の加水分解反応やβ-1,4ガラクトシルトランスフェラーゼによる糖転移反応のリアルタイム蛍光追跡に成功した。また、Jurkat細胞内に存在するATP分泌顆粒の局在の蛍光イメージングにも成功した。以上のように、今回開発した蛍光プローブ分子は、生体内リン酸種の機能解析を行うための分子ツールとして生物化学の発展に寄与するものと期待される。