hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
II型生合成酵素の触媒ドメイン間相互作用解析を指向したケミカルツールの創製と応用

有用天然有機化合物の多くは脂肪酸合成酵素(FAS),ポリケタイド合成酵素(PKS)および非リボソーム性ペプチド合成酵素(NRPS)と呼ばれる酵素群によって合成される.そのため,これら酵素システムを人為的に改変し非天然化合物を創出する試みが多数報告されているが,タンパク質工学的手法が成熟しつつある今日においても容易ではない.一因として,これら酵素システムの触媒ドメイン間の相互作用に関する構造情報が非常に限られているという事実がある.本研究では触媒ドメイン間の相互作用を解析するための低分子ツールを開発し,この相互作用を分子レベルで明らかにした.有用天然有機化合物の多くは脂肪酸合成酵素(FAS),ポリケタイド合成酵素(PKS)および非リボソーム性ペプチド合成酵素(NRPS)と呼ばれる酵素群によって合成される.そのため,これら酵素システムを人為的に改変し非天然化合物を創出する試みが多数報告されているが,タンパク質工学的手法が成熟しつつある今日においても容易ではない.一因として,これら酵素システムの触媒ドメイン間の相互作用に関する構造情報が非常に限られているという事実がある.本研究では触媒ドメイン間の相互作用を解析するための低分子ツールを開発し,この相互作用を分子レベルで明らかにした.微生物や植物が産生する代謝産物は,その生物活性の多様性から生物学において重要な研究ツールとなり創薬シーズとなってきたことは疑う余地のない事実である.そのような天然物の多くは脂肪酸合成酵素(FAS),ポリケタイド合成酵素(PKS)および非リボソーム性ペプチド合成酵素(NRPS)と呼ばれる酵素群によって合成される.そのため,これら酵素システムを人為的に改変し非天然化合物を創出する試みが多数報告されているが,タンパク質工学的手法が成熟しつつある今日においても容易ではない.一因として,これら酵素システムの触媒ドメイン間の相互作用に関する構造情報が非常に限られているという事実がある.本研究では触媒ドメイン間の相互作用を解析するためのケミカルツールを開発し,この相互作用を分子レベルで解明することを目的とした.大腸菌の脂肪酸合成酵素(FAS)およびPanoea agglomerans Eh335のアンドリミド合成酵素(Adm, PKS-NRPS)をモデル酵素群として触媒ドメイン間相互作用を分子レベルで理解するために,担体タンパク質(CP)と脱水酵素(DH)の相互作用に焦点を当てた.まず, DHに対する触媒機構に基づく不可逆的阻害剤(クロスリンク剤)の設計および合成を行った.プロパルギルスルホンをscaffordとする2種類のパンテテインアナログの合成は,入手可能な2-hexyne-1-olから5段階での合成を行った.また大腸菌由来CoA生合成酵素およびBacillus subtilis由来のホスホパンテテイン転移酵素(Sfp)を用いたワンポット化学-酵素合成法により,クロスリンク剤がapo-CPのセリン残基にリン酸エステル結合を介して結合したcrypt-CPの作製を行った.微生物が産生する代謝産物は,その生物活性の多様性から生物学において重要な研究ツールとなり創薬シーズとなってきたことは疑う余地のない事実である.そのような天然物の多くは脂肪酸合成酵素(FAS),ポリケタイド合成酵素(PKS)および非リボソーム性ペプチド合成酵素(NRPS)と呼ばれる酵素群によって合成される.そのため,これら酵素システムを人為的に改変し非天然化合物を創出する試みが多数報告されているが,タンパク質工学的手法が成熟しつつある今日においても容易ではない.一因として,これら酵素システムの触媒ドメイン間の相互作用に関する構造情報が非常に限られているという事実がある.本研究では触媒ドメイン間の相互作用を解析するためのケミカルツールを開発し,この相互作用を分子レベルで解明することを目的とした.基質アナログであるクロスリンク剤をツールにII型FAS CP-DH触媒ドメイン間相互作用の解析を行った.CPと個々の触媒ドメイン間の相互作用は非常に弱いため共結晶構造を解くことができない.しかしながらクロスリンク剤と組み合わせることでCP-DHクロスリンク種のX線結晶構造解析を行うことが可能となり,反応が起る瞬間のCP-DH相互作用の全貌が明らかとなった.これら構造情報をもとに,最適なスワッピングペアの探索あるいは非天然相互作用の最適化をクロスリンク反応を道標に行うことが可能となり,生合成経路の設計に一石を投じることができるかもしれない.同時に,一次代謝酵素である脂肪酸合成酵素のタンパク質-タンパク質相互作用を阻害する化合物の探索も可能となり,新しい作用点をもつ抗生物質の開発につながると期待している.脱水酵素(DH)に対する触媒機構に基づく不可逆的阻害剤(クロスリンク剤)として設計したプロパルギルスルホンをscaffordとする2種類のパンテテインアナログの効率的な合成法を確立することができた.また,大腸菌CoA生合成酵素(CoaA-MBP, CoaE-MBP, CoaE-MBP), Bacillus subtilis由来のホスホパンテテイン転移酵素(Sfp),大腸菌脂肪酸合成酵素由来の担体タンパク質(CP)およびDHの調製を行うことができた.さらに,合成した2種類のパンテテインアナログをワンポット化学-酵素合成法によりcrypt-CPの生成を確認することができた.また本年度へ向けて,アンドリミド合成酵素由来のCPおよびDHの発現ベクターを構築した.現在, DHを添加しCP-DH複合体の生成を確認しているところであり,おおむね順調に推移しているものと考えている.25年度が最終年度であるため、記入しない。クロスリンク剤を基盤とした生合成工学へのアプローチを検討するために,天然相互作用の解明および非天然相互作用の最適化へ応用する.

まず天然相互作用(脂肪酸CP-DH複合体, Adm CP-DH複合体)の反応効率を確認することから始める.さらに非天然相互作用の最適化へ応用する.Adm DHをFASの系で利用するためにはAdm DHとFAS CPが最適な相互作用を形成することが重要である.まずFAS CP-Adm DHの非天然相互作用をFAS CP-DHおよびAdm CP-DHの天然相互作用におけるクロスリンク反応効率と比較することによって,その相互作用を評価する.天然相互作用と同等の反応効率が得られる場合は, Adm DHは大腸菌FASの系でそのまま利用することができるはずである.しかしながら,反応効率が悪い場合はその非天然相互作用を最適化する必要が生じる.その場合は, error-prone PCR法を利用しAdm DHに45残基変異が導入された変異体タンパク質を複数調製する.そしてクロスリンク反応効率を指標に最も効率的にFAS CPと相互作用する変異体Adm DHをスクリーニングする.25年度が最終年度であるため、記入しない。
活性炭中のミクロ孔を特異な反応場として用いる新反応の開発

私たちはこれまでに、「活性炭ー酸素系」による酸化反応を報告している。1)この活性炭ー酸素系を用いる酸化反応は、分子状酸素が酸化源として用いられており、目的の酸化生成物の他の共生成物は反応量の水のみである。そのため、グリーンケミストリーの観点からも有用であるといえる。2)この反応で活性炭がどのような働きをしているか、活性炭のどの部分が反応の促進に重要なのかを調べた。さらに、実験室スケールレベルでは、酸素を充填したバルーンを用いることで問題はないが、この反応の工業化を考えるに際に、直接酸素を封入する作業は、爆発性の点で問題が残る。今回、「活性炭ー酸素系」にとって代わる「活性炭ー30%過酸化水素系」を用いた種々の酸化反応を検討した。活性炭の物性と酸化反応における活性の検討:活性炭のどのような活性炭が酸化反応に有効かについては、これまでの検討の結果、大きな比表面積、細孔容積に加え、加熱して一酸化炭素として抜ける官能基の存在が重要であり、そのためにも高温で行う水蒸気賦活ではなく、低温で行う薬品賦活が適していることがわかっている。今回、新たに、窒素系官能基の存在も重要であることがわかった。活性炭ー30%過酸化水素系を用いたアルコールの酸化反応およびカルボニル化反応:キシレン溶媒中、100wt%の活性炭と基質を用いて、30%過酸化水素水を加えて、95 °Cで、酸化反応を行なった。9-フルオレノールの酸化反応にこの系を適応させ、酸化剤の量の検討を行なった。4当量、10当量と30%過酸化水素水を増やしていくと収率の向上が見られた。24年度が最終年度であるため、記入しない。

1)この活性炭ー酸素系を用いる酸化反応は、分子状酸素が酸化源として用いられており、目的の酸化生成物の他の共生成物は反応量の水のみである。そのため、グリーンケミストリーの観点からも有用であるといえる。2)この反応で活性炭がどのような働きをしているか、活性炭のどの部分が反応の促進に重要なのかを調べた。さらに、実験室スケールレベルでは、酸素を充填したバルーンを用いることで問題はないが、この反応の工業化を考えるに際に、直接酸素を封入する作業は、爆発性の点で問題が残る。今回、「活性炭ー酸素系」にとって代わる「活性炭ー30%過酸化水素系」を用いた種々の酸化反応を検討した。活性炭の物性と酸化反応における活性の検討:活性炭のどのような活性炭が酸化反応に有効かについては、これまでの検討の結果、大きな比表面積、細孔容積に加え、加熱して一酸化炭素として抜ける官能基の存在が重要であり、そのためにも高温で行う水蒸気賦活ではなく、低温で行う薬品賦活が適していることわかっている。今回、新たに、窒素系官能基の存在も重要であることがわかった。活性炭ー30%過酸化水素系を用いたアルコールの酸化反応およびカルボニル化反応:キシレン溶媒中、100wt%の活性炭と基質を用いて、30%過酸化水素水を加えて、95 °Cで、酸化反応を行なった。9-フルオレノールの酸化反応にこの系を適応させ、酸化剤の量の検討を行なった。4当量、10当量と30%過酸化水素水を増やしていくと収率の向上が見られた。今後この活性炭を用いる酸化反応を実用的な反応にするために、最適な過酸化水素の量の検討を詳細に行う必要がある。24年度が最終年度であるため、記入しない。「活性炭ー酸素系」による酸化反応を実用的なものとするためには、今後、分子状酸素の代わりに「希釈した空気もしくは30%過酸化水素」を酸化剤として用いる必要がある。その実現のためにも、より高活性な酸化用活性炭の創製が引き続き課題として残る。
電気化学的手法による新たな抗酸化能評価システムの開発

本研究では、従来法に比べ迅速かつ親油性、親水性の新たな抗酸化能評価を行えるシステムの開発を行い「電気化学的手法による新たな抗酸化能評価システムの開発」を行った。本研究では、特異的な反応場として界面活性剤によって生成する両連続相マイクロエマルションに注目し、親油性の高い化合物と親水性の高い化合物の両者を同時に溶解した溶液中で、電気化学的な手法によりそれぞれの酸化還元力を分離して測定することを試みた。その結果、モデル物質であるアスコルビン酸や没食子酸、Trolox、α-トコフェロール(ビタミンE)などの還元力を、電極の選択により同時にあるいは別々に測定できることを見出した。さらに本研究では、機能性成分が明らかな食品等からの抽出液をモデルに電気化学的な手法により抗酸化能の評価を行い、従来法と対応をとるとともに親油性、親水性の新たな抗酸化能評価を行った。特に本研究では、抗酸化能の直接的な測定が困難であるオリーブオイルなどに着目し、溶媒抽出等の特別な前処理なく抗酸化物質の濃度と本測定により抗酸化能を詳細に調査し明らかにした。これらの知見は、親水性の高い導電膜ガラス電極(ITO電極)ならびに親油性の高いナノカーボンフィルム電極(F-ECR電極)を使用することで実現でき、連続フロー系での測定の可能性も示唆された。また、本研究により得られたこれらの抗酸化能については従来法であるFolin-Ciocalteu法、ORAC法との相関もよく、食品分析において新たな抗酸化能測定方法として実現可能であることを見出した。
森林と裸地における物質収支バランスの差異に関する研究

土壌に到達した降水および林内雨が土塊浸透水となってから、植物と土壌の間の相互作用や土壌の風化作用を受けて変化する過程を明らかにし、さらに森林生態系の物質循環において森林植生が果たす役割を明らかにするために、植生の発達段階の異なる3流域において水質水文観測をおこなった。また、土壌中での水質変化を詳細に追跡するために、3流域の中で最も植生が発達した流域内でライシメーターを用いた実験をおこなった。森林植生の違いによる水質特性について把握するために、土壌厚、土壌層の発達の違う森林植生のある2流域と裸地流域において、地下水および渓流水の水質の比較をおこなった。森林植生のある2流域ではpHが地下水で一時的に下がるが最終的には緩衝され、また風化などの地球化学的要因により生成されるナトリウムイオン、ケイ酸濃度が高くなるが、土壌厚が厚く土壌層もより発達した流域では硝化などの生物活動により生成される硝酸イオン濃度が非常に高くなった。裸地流域では、物質の濃度が低くなった。したがって、生物活動および地球化学的要因の2つの水質形成要因により特徴づけられる物質によって、森林植生の遷移段階を把握できることが示唆された。直径20cm、長さ30cmの塩ビパイプを用いたライシメーター実験では土壌水分条件を変えて、そのうち乾燥条件下におくライシメーターは10、20、30cm各深度から常時、吸引ポンプにより土壌水を吸引した。乾燥条件下では深度が増すにつれ、物質濃度が下がる傾向が見られ、特に硝酸イオンとカルシウムイオンで顕著であった。硝酸イオンは乾燥条件下の浅い深度で非常に濃度が高くなり、硝化活性およびライシメーター内で根系が切断された影響と考えられる。森林のある流域では、土壌中での水質形成において硝化などの生物活動の影響が大きく、さらに土壌深度、水分条件により影響の大きさが異なることが示された。今後、ライシメーター実験を継続し、さらに林地の各斜面および各位置において根系切断の影響を受けない土壌水を採取、分析し、土壌中での水質形成過程および窒素無機化特性を明らかにする予定である。
化学センサーによる地震化学観測

1.化学センサーの地震化学観測への応用。半導体H_2センサーを用いることによって、地下水ガスのH_2濃度変化をとらえ、ガスクロマトグラフによる定期観測結果とあわせ、地震活動と地下水ガス組成変動さらに地下水湧出量変化などとの対応関係を把握する矯めに、幾つかの室内実験、野外観測を実施した。H_2センサーの較正装置を製作し、感度の較正法と他の還元性ガス、特にCH_4の感応条件について検討した。H_2濃度とセンサー出力電圧の間には、logE=a+blogC(H_2)の直線関係が0.1100ppmの範囲にわたって成立することを確認した。さらにCH_4感応は少なくとも1500ppmまでは無視出来ることも判明した。センサーの酸素分配存在性、水中溶存H_2のinsita測定に関する問題については充分な検討が行えなかったので、今後の課題としたい。地下水ガスのH_2の地震に対応した変動という点では、ガスクロマトグラフによる観測から重要な知見が得られた。これは、観測井付近で発生したM=34程度の小さな地震に対応して地下水に溶存するH_2の濃度が大きく変動するという事実である。この研究成果の内容は研究論文として公表を準備している。2.地震化学観測のデータ処理法の改良。クロマトグラフ用データ処理装置を導入することによって、ガス分析データは従来の半分の所要時間で得られるようになった。また何年にも及ぶガス組成観測では、標準ガスの交換が不可欠となり、この際の新旧標準ガスの相互較正は正確に行わねばならない。この作業にもデータ処理装置は大いに活用しうることがわかった。PC用のデータファイルの作製も、82年からの遊離ガス観測データについては完了した。これらを検索処理し、図形出力させる為のプログラムも作製した。これにより作図作業の大巾な効率化が出来た。3.研究発表。地球化学会と地震学会で4件の研究結果口頭発表をおこなうとともに、英文論文1編を米国地球物理連合誌から出版した。3.研究発表。共鳴イオン化分光法(RIS)のための中性原子ビームを得る方法としてレーザーアブレーション法の開発を行った。レーザーアブレーション法では殆ど全ての試料の蒸気化が可能であり、中性原子を生成させる有力な方法である。本科研費補助金により購入した設備備品(色素レーザー用サーキュレーター、DCMオプティクス)は既有のエキシマレーザー、色素レーザー(本年度校費購入)と組み合わせて使用した。これまで実施した実験方法を纏めると以下の通りである。(1)比例計数管内に試料を置いて、レーザーアブレーションを行い生成した中性原子を共鳴イオン化分光法で検出。(2)試料を真空チェンバー内に置いて、レーザーアブレーションを行う。(3)比例計数管の外部で、レーザーアブレーションで試料の蒸気化を行い、比例計数管に導いて共鳴イオン化分光法で検出。(4)チェンバーの外部で、レーザーアブレーションで試料の蒸気化を行い、真空チェンバー内に導いて共鳴イオン化を行う。まず(1)の方法でレーザーアブレーションと共鳴イオン化分光法を組み合わせることが可能であることをAl,Na,Cu,Srなどの元素について確認した。また、レーザーアブレーションを真空チェンバー内で行う(2)の方法ではレーザーアブレーションの際に生成される微粒子などによる光の散乱や検出器への汚染、それらによるS/N比や検出感度の低下が問題となった。現在は(3)、(4)のように試料の蒸気化と共鳴イオン化による検出部分とを分離する方法を遂行中である。

(3)における検出感度の測定およびプラズマの寿命の観測から原子生成の割合は10^<17>/_Sと考えられる。これは共鳴イオン化の強力なイオン源となりうることを示している。今後(2)の問題点が課題で、それを克服すればRISによる高純度材料中の極微量不純物元素の超高感度検出への道が開けると考えられる。
体力が低い子どもに焦点を当てた身体活動促進啓発についての実践研究

最初の研究では,精度の高い子どもの身体活動量評価法を確立することを目的に,30人の子ども(小学生,中学生,高校生)を対象に加速度計(Lifecorder:LC)を装着し,トレッドミルでの運動負荷テストを行った.同時に呼気ガス分析によるエネルギー消費量を測定し,LCの妥当性を検討した.その結果,トレッドミルによる多段階運動負荷テスト時の加速度値と単位時間当たりの酸素摂取量から計算したMETsとの関係を検討したところ,両者の間には有意な高い正の相関関係が認められた. LCで測定した加速度値は歩,走行のエネルギー消費量と高い相関を示したことから,LCを用いることにより精度良く学齢期の子どもの身体活動量が評価できることが確認された.次に,学齢期の子ども300人を対象に,相対的に体力が低い子どもが身体的、精神的、社会的健康についてどういう特徴があるかについて縦断的検討することを目的として検討を行った.その結果,小学4年生時から中学3年生時にかけて相対的に体力が高くなった体力向上群は,相対的に体力が低くなった体力低下群に比べ,中学2年生時の生活習慣の指標,メンタルヘルスの指標と,主観的学力がともに有意に良好な数値を示した.最後に,スロージョギングを教材に,小学5年生(23人),中学1年生(146人),高校2年生(250人)を対象に授業を行い,持久走に対する態度を調べた.その結果,いずれの実践でも,スロージョギングの授業は子ども持久走に対する態度を良好にすることが示された.これらのことから,体育の授業でゆっくり走るスロージョギングを教材として導入した持久走の授業を行えば,体力が低く持久走が苦手な学齢期の子どもでも,持久走を好意的にとらえて授業に取り組むことができることが示された.1.小学生,中学生,高校生,大学生各10人を対象に,安静時(1座位テレビ,2座位で折り紙,3立位テレビ,4立位→椅子座位(10秒繰返),5立位→床に座位(10秒繰返),日常生活活動(6腕回しステップ(座位),7腕回しステップ(立位),8ボール投げ,9ほうきでの掃除,10階段を降りる,11階段を昇る,トレッドミル運動負荷テスト(12歩行時速1 kmで3分,13歩行時速3 kmで3分,14歩行時速5 kmで3分,15走行時速5kmで3分,16走行時速7 kmで3分17走行時速9 kmで3分)を実施し,腰部に加速度計(ライフコーダ)を装着し経時的な加速度の推移を測定するとともに,ダグラスバッグ法で採取した呼気ガスを乾式ガスメーター(喚起量)と質量分析機(酸素,二酸化炭素濃度)により分析することで,エネルギー消費量を測定し,ライフコーダの測定値から身体活動量(エネルギー消費量)を推定する妥当性を検討した.その結果,ライフコーダの測定値と身体活動量との間には有意な高い正の相関関係が認められたことから,妥当性が検証された.2.小学4年生299名(男子140名,女子159名)を対象に,身体活動量,肥満の指標(肥満度,体脂肪率),体力(新体力テスト),メンタルヘルスの指標,生活習慣調査,運動や学業に対する意識調査(いずれも質問紙法)を実施した.身体活動量の測定には,1の実験結果で妥当性が確認されたライフコーダを使用した.今年度は縦断研究のベースライン調査なので,単年度の横断的なデータから統計的手法を用い,体力が低い子どもの身体的、精神的、社会的特徴を検討した.その結果,体力が低い子どもは,身体活動量が少ないこと,肥満傾向が強く体脂肪率が高いこと,生活習慣では遅寝傾向が強いこと,メンタルヘルスが良くない傾向が強いこと,が示された.1.体力が低い子どもの身体的、精神的、社会的特徴についての縦断的追跡調査のベースライン調査を平成26年度に行っており,本年度はその2年目の調査を実施した.小学5年生302名を対象に,身体活動量,肥満の指標,体力,メンタルヘルスの指標,生活習慣調査,運動や学業に対する意識調査を実施した.身体活動量の測定には,平成26年度に妥当性が確認されたライフコーダを使用した.小学校4年生から5年生にかけての縦断的データから,体力が低い子どもの身体的、精神的、社会的特徴を検討した.その結果,体力が低い,または相対的に低下した子どもは,身体活動量が少ないこと,肥満傾向が強く体脂肪率が高いこと,生活習慣では遅寝傾向が強いこと,メンタルヘルスが良くない傾向が強いこと,が示された.2.小学生を対象とした体育の授業で,意図的にゆっくり走る「スロージョギング」について教育実践学的に検討した.研究1では,小学生140人を対象に,1回の授業(8分12分,走速度時速4km)を実践し,授業前には形態,体力,運動が好きか嫌いかの調査を,授業前後には持久走に対するイメージ調査を行った.研究2では,小学5年生27人を対象に,3時間(1時目は時速6キロのスピードで5分間を2回,2時目は時速6キロのスピードで続けて15分間,3時目は自分に合ったと思うゆったりしたペースで続けて15分間走る)の単元を組んで授業を行い,単元前後で研究1と同様の持久走に対するイメージ調査と20mシャトルランを行った.その結果,単元前に比べ後で,持久走に対するイメージが肯定的に変化したことに加え,運動嫌い,低体力や肥満傾向の児童においてこの傾向が顕著であった.

また,単元前に比べ後でシャトルラン回数が有意に増え,単元前のシャトルラン回数が少なく有酸素的体力が低い児童ほど単元後に回数が増えていた.今年度予定していた研究内容の1つである,体力が低い子どもの身体的、精神的、社会的特徴についての2年目調査については,小学5年生302名を対象に実施済みである.これらの測定・調査のデータ解析は順調に進んでおり,当初の計画通り研究は進展している.2つめの研究内容である,体力が低い子どもに焦点を当てた身体活動促進啓発を中心とした介入については,小学1年から6年生140人を対象に1回の授業を,小学5年生27人を対象に3時間の単元での授業を実施した.これらについても,測定・調査のデータ解析は順調に進んでおり,当初の計画通り研究は進展している.1.体力が低い子どもの身体的、精神的、社会的特徴についての縦断的追跡調査のベースライン調査を平成26年度に行っており,本年度はその2年目の調査を実施した.小学6年生298名を対象に,身体活動量,肥満の指標,体力,メンタルヘルスの指標,生活習慣調査,運動や学業に対する意識調査を実施した.身体活動量の測定には,平成26年度に妥当性が確認されたライフコーダを使用した.小学校4年生から6年生にかけての縦断的データから,体力が低い子どもの身体的、精神的、社会的特徴を検討した.その結果は平成27年度の報告と同様に,体力が低い,または相対的に低下した子どもは,身体活動量が少ないこと,肥満傾向が強く体脂肪率が高いこと,生活習慣では遅寝傾向が強いこと,メンタルヘルスが良くない傾向が強いこと,が示された.2.中学生を対象とした体育の授業で,意図的にゆっくり走る「スロージョギング」について教育実践学的に検討した.中学生146人を対象に,5時間(1時目は体育の授業として簡易スタミナテストを実施,2時目は保健の授業として呼吸循環器の機能について学習,3時目から5時目には自分に合ったと思うゆったりしたペースで,徐々に時間を増やしながら最終的には30分間続けて走る)の単元を組んで授業を行い,単元前後で持久走に対する態度調査を行った.その結果,単元前に比べ後で,持久走に対する態度が肯定的に変化したことに加え,高体力群と低体力に分類し比較したところ,男女ともに低体力群でこの傾向が顕著であった.以上のことから,自分に合った無理のないペースで走るスロージョギングの授業は,体力が低い生徒でも肯定的な態度で持久走を実施できることが確認された.今年度予定していた研究内容の1つである,体力が低い子どもの身体的、精神的、社会的特徴についての3年目調査については,小学6年生298名を対象に実施済みである.これらの測定・調査のデータ解析は順調に進んでおり,当初の計画通り研究は進展している.2つめの研究内容である,体力が低い子どもに焦点を当てた身体活動促進啓発を中心とした介入については,中学1年生146人を対象に5時の単元でスロージョギングの授業を実施した.これらについても,測定・調査のデータ解析は順調に進んでおり,ほぼ当初の計画通り研究は進展している.1.体力が低い子どもの身体的、精神的、社会的特徴についての縦断的追跡調査のベースライン調査を平成26年度に行っており,本年度はその3年目の調査を実施した.中学1年生186名を対象に,肥満の指標,体力,メンタルヘルスの指標,生活習慣調査,運動や学業に対する意識調査を実施した.小学校4年生から中学1年生にかけての縦断的データから,体力が低い子どもの身体的、精神的、社会的特徴を検討した.その結果は平成28年度の報告と同様に,体力が低い,または相対的に低下した子どもは,肥満傾向が強いこと,生活習慣では遅寝傾向が強いこと,メンタルヘルスが良くない傾向が強いこと,が示された.
親潮流路にある島嶼生物の側所的進化と適応放散-極東域生物相形成史の解明を目指して

カムチャッツカ半島、ウナラスカ、バンクーバー島でスクーバ潜水による標本採集調査を行った。また北大練習船による北極海での採集調査も行った。標本を同定するともに、分子系統解析および不凍タンパク質の発現状況を調べた。その結果、約50種400個体のカジカ類、ダンゴウオ類、アイナメ類を採集し、大学に保管していた標本と合わせカジカ上科6科47属92種の分子系統解析を行った。沖合から沿岸への独立した進化、東西北太平洋に分断分布する種の別種相当の遺伝的距離、垂直分布制約の回避による大規模系統回遊などの仮説提案ができた。この仮説と不凍タンパク質の解析からカジカ類の寒冷地への侵入過程の一端を解明できた。本年度は、2つの調査を実施した。ひとつは68月にかけての北海道大学水産学部練習船おしょろ丸での北極海調査と不凍タンパク質の発現実験である。もうひとつは、3月に行ったアリューシャン列島ウナラスカ島での潜水による標本採集調査である。1.北極海調査北海道大学練習船おしょろ丸は、国立極地研究所が推進する北極気候変動研究事業(Green Network of Excellence)の一環として、68月北極海で海洋観測と底引き網による底性生物採集調査を行った。本船には、研究分担者の阿部拓三が乗船しており、またGREENのメンバーとして本研究の研究協力者として大学院博士課程1年の山崎彩が参加し、チャクチ海と北極海で標本採集した。また、採集したツマグロシベリアカジカについては、船上で低温飼育下においての不凍タンパク質の発現を調べるための鰭、肝臓などのサンプルを持ち帰った。現在、それらのサンプルを分析中している。2.ウナラスカ島での潜水調査アリューシャン列島は、地理的に環北太平洋要素種群の沿岸性魚類がアラスカから極東に、あるいはその反対方向に分布拡大する過程の中間にあるばかりでなく、東側は氷期においても氷結しないなどリフュージとして機能するなど、極めて重要な役割を果たしたと考えられる。そこで東側にあるウナラスカ島にて3月10日間の潜水調査を行った。カジカ類を中心に約20種150個体の魚類標本を採集した。現在、種査定が終わったところで、遺伝子解析は2年目以降に行う予定である。本年度の標本採集は、カムチャツカ半島で行った。7月に函館から調査員4名がペトロパブロフスクカムチャッツキー市に行き、カムチャツカ工科大学の海外研究協力者とともにチャーターしたボートでアカバ湾周辺を約1週間潜水による標本採集をした。この年は、冷夏の上に、調査期間中も低気圧に襲われることが多く、厳しい調査行であった。そのため、15種130個体(他、未同定標本約50個体)と、期待した7割程度にとどまった。本年度採集した標本に加え、前年度までの採集標本は、カジカ類全体の分子系統解析と不凍タンパク質遺伝子の解析に用いた。分子系統解析は、カジカ上科魚類約150種で実施し、現在までミトコンドリアDNA3遺伝子座の解析が終了し、核ゲノムの解析に着手した段階にある。ミトコンドリアDNA解析は、当初、次世代シーケンサーを使って全周解析する予定であったが、保存時間が長くなった標本は細分化が進み、ロングPCRが出来なかったため従来法で行った。この結果を踏まえて、保存方法について検討したところ、ボイルしてアルコールに漬けることで、極めて良好な状態で保存できることがわかった。そのため、この研究課題で採集した標本は、すべて同様の手順で保存した。不凍タンパク遺伝子解析は、先ず、発現を調べるため、カジカ科17属29種について活性解析を行った。この解析は、冷凍又はホルマリンで保存した標本の組織を特殊処理することで、結晶構造を顕微鏡で観察可能になる方法で行った。その結果、カジカ類の不凍タンパク発現能力は、系統と関係なく、低温環境で生息種で見られることがわかった。現在、cDNAの解析も進めており、いくつもアイソタイプがみられるなど、カジカ類の低温適応に関する新知見が得られつつある。本年度は、7月約2週間、カナダバンクーバー島とアラスカウナラスカ島に渡航し、スキューバ潜水によるカジカ類の標本採集と不凍タンパク質発現実験を実施した。ウナラスカ島は、前年度3月にも渡航し、冬季の採集と実験を行っている。その際にホルマリン固定が不十分だったため持ち帰らなかったので、それらの標本の回収も兼ねた渡航である。バンクーバー島は、北大から研究代表者の宗原と大学院生の大友洋平、岐阜大学の古屋康則教授(生殖生理学)、新潟大学の安房田智司助教(行動生態学)、潜水調査安全管理者の佐藤長明(プロ水中カメラマン)の5名で、ウナラスカ島は、実習のため帰国する古屋氏、安房田氏に代わり、不凍タンパク研究の北大院生山崎彩が加わった。帰国後、前年までに採集した標本を含め、直ちに分析を開始し、得られた成果は、以下のような、分子系統に関したものと不凍タンパク質遺伝子の構造と機能に関したものに分けられる。分子系統:カジカ上科6科47属92種について、ミトコンドリア遺伝子3座および核遺伝子1座を用いた解析から、カジカ上科魚類では少なくとも2回,浅海域から沖合へ進出したグループが存在すること,極東域に固有なニジカジカグループと北太平洋東岸に固有なOligocottinaeは、それぞれが独立して進化した可能性が支持されたこと、浮き袋消失により水圧変化による垂直分布制約の回避により、大規模な適応放散が可能となったことなどが明らかになった。

不凍タンパク質遺伝子:北極カジカ類の分子系統およびギスカジカより単離した不凍タンパク質(AFP)タイプ1遺伝子の解析から、北極カジカ類各種の進出時期,ギスカジカ属の不凍活性とAFP遺伝子構造,アイソフォームの多様性とその多様性の意義などを明らかにすることができ、これらの結果をもとに、カジカ科魚類の寒冷地適応について考察した。カムチャッツカ半島、ウナラスカ、バンクーバー島でスクーバ潜水による標本採集調査を行った。また北大練習船による北極海での採集調査も行った。標本を同定するともに、分子系統解析および不凍タンパク質の発現状況を調べた。その結果、約50種400個体のカジカ類、ダンゴウオ類、アイナメ類を採集し、大学に保管していた標本と合わせカジカ上科6科47属92種の分子系統解析を行った。沖合から沿岸への独立した進化、東西北太平洋に分断分布する種の別種相当の遺伝的距離、垂直分布制約の回避による大規模系統回遊などの仮説提案ができた。この仮説と不凍タンパク質の解析からカジカ類の寒冷地への侵入過程の一端を解明できた。本年度の進行状況が、海外調査においては天候不順で期待していた成果が得られなかった。それでも概ね順調と自己評価している理由は、それまでに得られた標本を使った研究活動が順調に進んでいるためである。カジカ類全体の分子系統解析は、カジカ上科魚類の35%、海産種限ると50%近い150種あまりを採集し、現在までミトコンドリアDNA3遺伝子座の解析が終了している。ほとんどのカジカが、漁業や調査船を使った作業では採集されない小型かつ稀種であることを考慮すると、これほど多くの遺伝子分析が出来るカジカ標本を収集したことは大きな成果だと思う。核ゲノムの解析も今年度中には達成できる見通しにある。不凍タンパク遺伝子解析は、発現を調べるための活性解析とトランスクリプトーム解析を行った。前者は、当初計画では予定していなかったが、本学に専門家が居られたことから研究実施者の博士課程在籍者(学振DC特別研究員)が中心となって共同研究を始めた。カジカ類の不凍タンパク発現能力は、系統と関係なく低温環境で生息する種でふつうに見られることなど適応進化した形質であることがわかってきた。cDNAの解析は、サザンハイブリダイゼーションによる常法で行った。この実験では、想像以上に多くのアイソタイプがみられたことから、次年度は「今後の研究の推進方策」にも記すが、次世代シーケンサーを使い網羅的探索によって関連する遺伝子群を解明することになる。以上のように、カジカ類の低温適応に関する多くの新知見と、この分野の課題が明らかになって来た。27年度が最終年度であるため、記入しない。魚類生態学本年度は、7月にカナダ・バンクーバー島での潜水調査を予定している。この場所では、2007年3月に標本採集を行っており、比較的多くの種が採集できた。今回は時期を変えることで、この時期に繁殖期を迎える種や着底稚魚の採集を目指す。アラスカ半島からバンクーバー島にかけては、カジカ類が最も多くの種が生息している海域であるため、最初の適応放散地であることを多くの分類学者が指摘している。
カルシウムシグナルの可視化と制御によるグリアアセンブリ動態の解明

アストロサイトが細胞内カルシウム濃度を変化させて細胞機能を制御していることに着目し、生きた動物の脳内でアストロサイト細胞内のカルシウム濃度変化を可視化できる実験系を確立した。これを用い、これまで知られていなかったアストロサイトの微細突起における一過性で局所的なカルシウムシグナルを発見した。さらに、アストロサイトの脳血流制御などにおける意義を追求するため、感覚入力に伴うアストロサイトのカルシウム応答と神経細胞および血管平滑筋細胞の応答を対比する事に成功した。以下の4戦略により研究を進めた。【戦略1】Ca2+シグナル動態解析タンパク質型Ca2+プローブ(YCnano)をアストロサイト選択的に発現する遺伝子改変マウスを用い、大脳皮質アストロサイトの微小突起に限局する自発的Ca2+シグナル「Ca2+ twinkle」を発見した。感覚刺激に誘発されるアストロサイトCa2+シグナルが微細突起から細胞体へと伝播することを明らかにした。また、長時間連続測定(12時間)と長期間測定(>6カ月)に成功した。【戦略2】細胞内Ca2+放出機構解析小胞体内腔Ca2+プローブ(CEPIA)をグリア細胞選択的に発現する遺伝子改変マウスの作製に着手した。ウイルスを用いたCEPIA発現により、神経細胞の樹上突起や単一スパインにおける小胞体内腔Ca2+動態の可視化に成功した。【戦略3】グリオトランスミッター可視化グルタミン酸プローブ(EOS)を用い、スライス標本において、アストロサイト由来EOS成分の評価を進めた。ATPプローブにより大脳皮質細胞外ATPの可視化に成功した。【戦略4】Ca2+シグナル阻害による摂動実験IP3分解酵素(5ppase)をグリア細胞選択的に発現する遺伝子改変マウスの作製に着手した。このうち、アストロサイト特異的にYCnanoと5ppaseを発現するマウス作製は完了し、Ca2+シグナルが顕著に抑制されることを確認した。ウイルスによるアストロサイト特異的5ppase導入系も完成した。感覚刺激に誘発されるアストロサイトCa2+シグナルが微細突起から細胞体へと伝播することを明らかにし、これらの成果を論文として発表した。【戦略2】細胞内Ca2+放出機構解析小胞体内腔Ca2+プローブ(CEPIA)をグリア細胞選択的に発現する遺伝子改変マウスの作製を進めた。これによりCEPIAノックインマウスの作製は完了した。【戦略3】グリオトランスミッター可視化新規ATPプローブにより大脳皮質細胞外ATPの可視化に初めて成功し、強い局所電気刺激によりATP濃度上昇が刺激部位からウエーブ状に大脳皮質を伝播する様子を明らかにして学会発表を行った。【戦略4】Ca2+シグナル阻害による摂動実験IP3分解酵素(5ppase)をグリア細胞選択的に発現する遺伝子改変マウスの作製を進めた。【戦略1】Ca2+シグナル動態解析タンパク質型Ca2+プローブ(YC-Nano50)をアストロサイト選択的に発現する遺伝子改変マウスを用い、覚醒状態でアストロサイトCa2+シグナルの生体内計測を可能とした。神経細胞、血管平滑筋細胞にYC-Nano50を発現する遺伝子改変マウスを作製して、神経細胞、アストロサイト、血管平滑筋細胞でのCa2+動態を比較することにより、脳血流制御機構の解析を従来の方法とは全く異なる視点から進めた。【戦略2】細胞内Ca2+放出機構解析小胞体内腔Ca2+プローブ(G-CEPIA1er)ノックインマウスとドライバーマウスの交配により、アストロサイト特異的にCEPIAを発現するマウスを作製した。小脳バーグマングリアに強い発現が見られ、小脳スライス標本でバーグマングリアにおけるCa2+放出を可視化できることを確認した。【戦略3】グリオトランスミッター可視化新規ATPプローブに2色の蛍光小分子を結合させることにより、2色の蛍光強度比によりATPを測定できるように改良した。また、脳梗塞モデルにおいて、ATP濃度が上昇することを明らかにした。【戦略4】Ca2+シグナル阻害による摂動実験昨年度までに、IP3分解酵素(5ppase)をグリア細胞選択的に発現する遺伝子改変マウスを作製した。これを戦略1の研究に用い、アストロサイトの血流制御における意義について解析を進めている。上記の研究実績概要に示した通り、第3年度の計画については、ほぼ予定通りの実績が得られた。計画の一部(戦略1)については、予定した以上に進んでいると考えている。【戦略1】Ca2+シグナル動態解析タンパク質型Ca2+プローブ(YC-Nano50)を細胞種特異的に発現する遺伝子改変マウスを用い、覚醒状態で脳内Ca2+シグナルの生体内計測を可能とした。神経細胞、アストロサイト、および血管平滑筋細胞にYC-Nano50を発現する遺伝子改変マウスを作製して、神経細胞、アストロサイト、血管平滑筋細胞でのCa2+動態を比較することに成功した。その結果、アストロサイトのCa2+応答は血管弛緩に遅れることを明らかにした。

また、感覚入力に伴うアストロサイトのCa2+応答は青斑核由来のノルアドレナリン投射神経活動に制御されていることを明らかにした。【戦略2】細胞内Ca2+放出機構解析小胞体内腔Ca2+プローブ(G-CEPIA1er)ノックインマウスとドライバーマウスの交配により、アストロサイト特異的にG-CEPIA1erを発現するマウスを作製した。また、アストロサイトにG-CEPIA1erを発現させるためのウイルスベクターを作製した。これらにより、アストロサイトにおけるCa2+放出を高感度に可視化できることを確認した。【戦略3】グリオトランスミッター可視化2色の蛍光小分子を結合させた新規ATPプローブを用い、大脳皮質拡延性抑制モデルおよび、脳梗塞モデルにおける細胞外ATP濃度上昇の解析を進めた。【戦略4】Ca2+シグナル阻害による摂動実験IP3分解酵素(5ppase)を細胞選択的に発現させることによりアストロサイトのCa2+シグナルを阻害した遺伝子改変マウスを作製した。これを戦略1の研究に用い、アストロサイトCa2+シグナルの血流制御における意義について解析を進めた。上記の研究実績概要に示した通り、神経細胞、アストロサイト、および血管平滑筋細胞にYC-Nano50を発現する遺伝子改変マウスを作製して、神経細胞、アストロサイト、血管平滑筋細胞でのCa2+動態を比較することに成功している。また、IP3分解酵素(5ppase)をアストロサイト特異的に発現させてCa2+シグナルを阻害した遺伝子改変マウスを作製した。これら遺伝子改変マウスを用い、アストロサイトアセンブリの機能解析を進めることができた。また、小胞体内腔Ca2+プローブ(G-CEPIA1er)および新規ATPプローブを用いた機能解析も並行して進めている。このように第4年度の計画については、ほぼ予定通りの実績が得られており、順次論文発表を行う準備を進めている。以下の4戦略により研究を進めた。【戦略1】Ca2+シグナル動態解析アストロサイトCa2+動態の生体内可視化法と、神経細胞および血管平滑筋細胞の生体内Ca2+可視化法を組み合わせて、感覚入力または睡眠覚醒に伴う脳血流変化について解析を進めた。アストロサイトのCa2+シグナルは、青斑核からの投射によって制御され、グリアアセンブリとして脳の広範囲な血流制御に関与することを示す結果を得て、論文発表の準備を進めている。【戦略2】細胞内Ca2+放出機構解析小胞体内腔Ca2+プローブ(G-CEPIA1er)をウイルスベクターによりグリア細胞選択的に発現させ、アストロサイトのCa2+シグナル動態における細胞内Ca2+放出の寄与を明らかにする解析を進めた。この結果、従来アストロサイトにおいて主要なCa2+放出チャネルとされていたIP3受容体2型以外にもCa2+放出経路があること、また、それが小胞体近傍のCa2+濃度を高めることを明らかにして論文発表準備中である。
音声分析による乳児期コミュニケーション行動の研究

今年度は、データの収集に努めるとともに、音声分析装置を用いて、乳児期前半の音声模倣の確認およびその特徴をとりだすための方法を探った。そのため、データの一部について以下のデータの分析を試験的に行った。1音声模倣の有無に関する評定判断:乳児による音声模倣と実験者が判断した音を、第三者によりその模倣度を評定判断させた。また、模倣状況と非模倣状況で以下の点について比較した。2音のレパートリー:聞き取りによる主観的判断3音のduration:ビデオ画面と音声の聞き取りにより、開始点と終始点を判断4他者の存在の有無および話しかけの有無と発話数:ひとりでいるときの発話数と、他者が存在して、話しかけがあるときとないときとで、発話数に違いがあるかどうかを、収録したビデオよりいくつかの場面を取り出しそこでの発話数を数えた以上のデータを出してみたが、何れも主観的判断に基づくものであり、客観性に不安があるため、再度以下の方法でデータを再分析することにし、現在その作業を進めている。(1)模倣音・非模倣音を問わず、1 pitch変化の分析2 F1-F2プロット3フォルマント分析を行い、これにより、(2)出現している音のグル-ピング1音をいくつかのグループに分類する2各グループの音がどのように知覚されるか判断させる3模倣しているとみなされる発声が、どのような音の成分で構成されているかをみる(3)より客観的な物理的特徴により、各音のdurationを測定する現在、上述の作業を進めており、成功すれば乳児期前半の不完全不明瞭な音声の分析方法の開発につながると考える。
ヒト型精液モデルマウスから解明する新規・自然免疫システム

私達の体は生体防御によって感染症の脅威から守られている。着目するのは、自然免疫の中核で、病原体を直接攻撃する『補体』である。女性の生殖器内ではたらく免疫の研究から、新しい補体活性化システムが存在する可能性がでてきた。本研究では、補体による『殺精子作用』を中和する精液タンパク質の『抗補体作用』に着目し、生殖免疫から自然免疫全般につながる新しい補体活性化システムの発見をめざす。精液タンパク質は生殖免疫から精子を保護するという仮説のもと、体内受精のしくみを免疫学的観点から解明し、新規な自然免疫機構の解明ならびに発生工学から生殖医療への応用につなげたい。
担持金属ナノ粒子触媒における双晶構造効果の開拓

これまでに双晶Auナノ粒子の触媒作用の開拓を進め,双晶構造の効果ついて理論計算を用いて調べてきた.また,Au以外の金属での粒子構造制御を検討し,分子吸着によるナノ粒子の形態制御の可能性とその機構についての研究を進めてきた.H30年度では,金属としてPtナノ粒子の形態制御とAgナノ粒子への双晶構造の導入を進めた.また,粒子構造の新しい解析手法の開発に取り組んだ.具体的には,本研究で開発したガス吸着を利用した担持金属ナノ粒子触媒の調製手法を用い,調製条件(ガス種,ガス濃度,温度)を種々検討することで,Cube,Cuboctahedron,Octahedron,Sphereの4種の形態のPtナノ粒子を作り分けることに成功した.Ptナノ粒子の形態による触媒作用の効果を,シンナムアルデヒドの水素化反応において調査した.その結果,粒子形態によって触媒活性と選択性が大きく変化することが明らかになった.また,Auと同様に双晶界面エネルギーの低い界面Agについて,分子吸着を利用した双晶構造の導入を検討した結果,Agナノ粒子においても双晶構造を導入できることが明らかになり,また,双晶構造によって一酸化炭素の酸化反応活性が向上した.以上の結果から,Auのみならず他の金属種についてもガス吸着を利用したナノ粒子の結晶構造や形態制御が可能であり,さらに,触媒調製条件によって粒子形態を変えることができることが示唆された.粒子構造の新しい解析手法の開発においては,双晶Auナノ粒子について,電子顕微鏡での双晶構造解析のために人工知能技術を用いた画像認識を導入した.実像データ内で双晶構造を高い精度で判別する機械を作成することに成功している.H30年度の研究では,特にPtとAgについてナノ粒子の結晶構造や形態制御を進めてきた.その結果, Ptナノ粒子については,従来の含侵法をベースとした触媒調製において前処理ガスを変化させるだけで,4種の異なる粒子形態を調製することができ,Agについては双晶構造を導入できた.つまり,非常に簡便な手法で担持金属ナノ粒子の形状および結晶構造の制御が可能であることを示した.さらに,これらの粒子形態制御に伴って発現する表面によって,触媒活性や選択性の向上を達成した.粒子形態制御メカニズムについては,各種分析手法を用いて調べることで,面による分子吸着エネルギーの違いと分子吸着による表面再構成によって,粒子の形態が変化することが明らかになってきた.ナノ粒子形態制御研究の基礎技術である構造解析においても,ナノ粒子の形態を解析するための電子顕微鏡像解析手法の開発も進めることができた.H30年度の目的をおおむね達成しているため順調に進展していると判断する.ナノ粒子表面への分子吸着による粒子形態制御について,金属種や触媒調製条件を変化させることで,触媒材料と触媒作用を展開することを計画する。平成30年度までに,双晶Auナノ粒子の反応性の開拓,理論計算を用いた双晶構造の反応性についての研究,Au以外の金属での粒子構造制御の可能性の探索,分子吸着によるナノ粒子の形態制御機構の解明,粒子構造の新しい解析手法の開発を進めてきた.最終年度となるH31年度では,これまでに進めてきたナノ粒子表面への分子吸着による粒子形態制御について,金属種や触媒調製条件を変化させることによって触媒作用と触媒材料を展開するととともに,これまでの研究成果発表を進めていく。金属種については,双晶界面エネルギーが低いAu,Ag,Cu,また,触媒としてよく用いられる白金族金属を研究対象とし,単一金属および合金ナノ粒子の形態を,分子吸着を用いることで制御し,粒子形態が触媒作用に与える効果を明らかにしていく。触媒反応では,環境浄化反応および化成品合成のための酸化および水素化反応を進める.触媒調製条件の検討では,一酸化炭素以外の分子を用いることで,COを用いた場合と異なる粒子形態の発現を進める.H30年度までの研究でCO以外の分子を用いた形態制御について着手しており,本研究で開発した調製手法でさまざまな粒子形態を調製できることが明らかになってきている.本手法での簡便な粒子形態制御と調製した触媒の活性評価を進めることで,粒子形態制御手法の汎用性と重要性を示していく.本研究の計画として次の4つを掲げている:(1)双晶Auナノ粒子の展開:触媒作用と結晶構造制御手法、(2)さまざまな金属種への双晶構造の導入とその効果、(3)双晶ナノ粒子合成のエッセンス解明、(4)双晶ナノ粒子の特異な触媒特性の起源解明。平成28年度では(1)、(2)、(4)に関する研究を行った。(1)についてTiO2担持双晶Auナノ粒子を用いた不飽和アルデヒドの水素化反応を行い、双晶構造によって水素化反応活性が向上することを明らかにした。また、CO還元処理による双晶Auナノ粒子の調製法の適応性を調べるために、さまざまな金属酸化物担体を用いて室温CO還元処理によって双晶Auナノ粒子の調製を試みた結果、TiO2と同様に易還元性担体であるNb2O5、Fe2O3、CeO2上で双晶構造が発現することが分かった。一方、Al2O3やZrO2などの難還元性担体を用いた場合にはAuの前駆体が還元されず双晶Auナノ粒子は得られなかった。(2)について、Au以外にPtを検討した。COガス雰囲気下でPtナノ粒子を調製した結果、双晶構造は発現しなかったが、(100)面を露出したキュービックPtナノ粒子が生成し、ガスによって形状制御できることが判明した。さらに、形状制御によって水素化反応の選択性が変化することを確かめた。

(4)について、双晶Auナノ粒子へのCO吸着エネルギーをDFT計算を用いて評価し、双晶構造の中でも特に2ナノメートル以下の小さな双晶Auナノ粒子が単結晶ナノ粒子よりも高いCO吸着エネルギーを示すことが示唆された。この結果とこれまでの知見を基に、TiO2担持双晶Auナノ粒子がCO酸化反応に高い活性を示した原因は、小さな双晶Auナノ粒子の生成によって分子吸着エネルギーが大きくなったためであると示唆された。当初の平成29年度の研究計画では、(1)双晶Auナノ粒子の触媒作用と結晶構造制御手法の展開についてのみ取り組み、Au触媒についてさまざまなガス種による構造制御と反応展開を行う予定であった。水素化反応については検討できたが、他の計画していた反応については装置の作成等に時間を要したため計画を変更し、(2), (4)のさまざまな金属種への双晶構造の導入とその効果、双晶ナノ粒子の特異な触媒特性の起源解明に取り組み、ガス雰囲気によるPtナノ粒子の形態制御と反応性の変化、また、双晶構造由来の分子吸着エネルギーの変化が明らかになった。以上のことから、おおむね順調に進展していると判断する。平成29年度では、(1)双晶Auナノ粒子の触媒作用と構造制御手法の展開を目的に、TiO2担持双晶Auナノ粒子を用いたプロピレン酸化反応を行った。その結果、双晶構造によってプロピレンオキサイド収量が向上することが示唆された。(2)さまざまな金属ナノ粒子への双晶構造の導入および形態制御、および、(3)粒子形態制御メカニズム解明について、H28年度に見出したCOガス吸着によるPtナノ粒子の形態制御について引き続き研究を進めた。形態制御したPtナノ粒子を用いてシンナムアルデヒドの水素化を行ったところ、Pt露出面の効果が非常に大きいことが判明した。具体的に、(100)面で囲まれたキューブ、(111)と(100)で囲まれた立方八面体、球状の3形態のPtナノ粒子の触媒性能の比較から、平面と球面、さらに、平面の中でもPt(111)とPt(100)で水素化活性および選択性が変化することが明らかになった。形態制御メカニズムの点では、COがPt(100)面に強く吸着しかつ表面構造を再構成することが見えてきた。また、AuPd合金ナノ粒子についてもCO処理を検討しAuコアPdシェルの構造が生成することが判明した。(4)双晶構造効果の起源解明について、H29年度は、Auナノ粒子へ双晶構造を導入することでシンナムアルデヒドの水素化活性が向上した原因を調査することを目的に、双晶構造の有無によるHの吸着エネルギーをDFT計算によって求めた。その結果、双晶構造を有するAuナノ粒子は単結晶と異なる様式でHが吸着しそのエネルギーが高くなることが分かり、双晶構造によるH吸着エネルギーの増加が水素化活性の向上の原因であると示唆された。(1)双晶Auナノ粒子の触媒作用と結晶構造制御手法の展開についてのみ取り組Au触媒について、計画通りプロピレン酸化反応へ展開した。(2)様々な金属種への双晶構造の導入・形態制御について、Au-Pd、Pd、Agについて計画通り取り組み、Au-Pd、Pdにおいてはガスによって構造制御可能であることが見えてきたが、Agナノ粒子については、Au、Pd、Ptと同手法では構造制御ができなかった。
エイズの総合的基礎研究 柱4.エイズの病態に関する研究

高月班員はHIV感染入院患者8例うち死亡剖検5例を経験したが,6例が血友病患者,2例が海外での異性交渉による感染者と推定された。免疫不全のみならず中枢神経系が高度に侵されることが示された。高久班員はエイズならびにマウス免疫不全MAIDSにおいて種々のサイトカイン,GーCSF,GMーCSF,EPO,IL16などの影響を見て帰床応用の可能性を検討した。納班員はHIVとHTLVーIの重感染例の筋炎で筋細胞内にHTLVーItaxのmRNAおよび蛋白が証明されたという報告に触発されて、HTLVーI単独感染の筋炎を調べたが、in situ hybridizationおよび免疫組織化学ではHTLVーItaxの抗原とmRNAは証明されなかった。藤巻班員,三間屋班員,白幡班員は以前より血友病患者の診療を通じて免疫学的パラメ-タ-の変化を追跡している木村班員は患者末稍血リンパ球のHIVプロウィルスの定量を可能にした。病態との関連,アジドチミジンやインタ-フェロン・アルファの投与による変化などの観察に役立て、CD4リンパ球数,p24抗原量などのパラメ-タ-との比較をしている。三間屋班員は血清中のRNAを逆転写酸素でDNAに変換させた後DCRを行うことで血清中RNAの定量が可能であることを示した。日本人の血友病患者ではHIVとHTLVーIの重感染が一部で見られ、現在までの観察ではHTLVーI感染状態はエイズの発症を促進させるのではないかという成績が得られている。