hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
水溶液電解製膜法による環境型フレキシブル太陽電池の開発

太陽電池は近年の地球環境問題や石油資源問題を解決する再生可能エネルギーを利用したデバイスであり、その広範な普及拡大のために更なる低コスト化と高性能化が求められている。n型半導体酸化亜鉛(ZnO)とp型半導体亜酸化銅(Cu2O)から構成されたZnO/Cu2Oヘテロ接合型太陽電池に代表される酸化物系の無機薄膜太陽電池は、亜鉛や銅など、安価で大量に入手可能な汎用金属を原料とし、低コストかつ環境フレンドリーな湿式プロセスで作製できる「環境型太陽電池」として期待されている。本研究は、真空および高温加熱プロセスを用いない湿式プロセス(主に水溶液電気化学析出)を駆使して、ZnO/Cu2O接合界面の制御や酸化物半導体の電気的特性の向上を図り、酸化物系太陽電池の高効率化を目指すと同時に、低温湿式プロセスを活かして、PET基板などフレキシブルな基板上に酸化物系薄膜太陽電池を構築することを目標としている。平成29年度は市販のフレキシブルITO/PEN基板を用いて検討を実施したが、ZnOの析出形態が従来のFTO/ガラス基板とは大きく異なり、光電変換効率が低下することがわかった。そこで平成30年は透明導電膜としてZnOと同じ結晶系のAZOを採用したフレキシブルAZO/PEN基板を作製し、析出条件等種々検討を行ったところ、FTO/ガラス基板と同等の光電変換効率を示す太陽電池を構築することに成功した。これはZnOがAZO上にエピタキシャル成長し良好な結晶形態が得られたためと考えられる。太陽電池は近年の地球環境問題や石油エネルギー問題を解決する有望なデバイスであり、その広範な普及のために更なる低コスト化と高性能化が求められている。ZnO/Cu2Oヘテロ接合型太陽電池に代表される酸化物系太陽電池は、亜鉛や銅といった安価で大量に入手可能な汎用金属を原料とし、低コストかつ環境フレンドリーな湿式プロセスで製造可能な「環境型太陽電池」として期待されている。本研究は、真空および高温加熱プロセスを用いない湿式プロセスを駆使してヘテロ接合界面の制御や酸化物半導体の電気的特性の向上を図り、酸化物系薄膜太陽電池の高効率化を目指すものである。平成27年度は、ZnO/Cu2Oヘテロ接合界面のエネルギーバンド構造を制御し、欠陥準位を低減させる目的で、高効率化に資する酸化物系中間層の導入を試みた。太陽光をほとんど吸収しないバンドギャップエネルギーの大きな酸化物半導体を中間層の候補とし、欠陥がなくち密で膜厚制御可能な膜が得られる湿式製膜プロセスの検討を実施した。さらに、得られた酸化物膜を中間層として実際に太陽電池に導入して光電変換特性の評価を行い、酸化物系中間層の組成や膜厚など製膜条件との相関を系統的に調べることで、最適化を進めた。その結果、従来の中間層がない酸化物系太陽電池と比較して、短絡電流密度、開放端電圧、曲線因子のいずれも向上し、約1.7倍の高い変換効率を示す中間層を得ることができた。当初の計画どおりに実験を実施し、期待される効果が得られている。太陽電池は近年の地球環境問題や化石資源問題を解決する再生可能エネルギーを利用したデバイスであり、その広範な普及拡大のために更なる低コスト化と高性能化が求められている。ZnO/Cu2Oヘテロ接合型太陽電池に代表される酸化物系太陽電池は、亜鉛や銅といった安価で大量入手可能な汎用金属を原料とし、低コストかつ環境フレンドリーな湿式プロセスで製造可能な「環境型太陽電池」として期待されている。本研究は、真空および高温加熱プロセスを用いない湿式プロセスを駆使してヘテロ接合界面の制御や酸化物半導体の電気的特性の向上を図り、酸化物系太陽電池の高効率化を目指すものである。従来の課題として、p型酸化物Cu2Oの電気抵抗が高い点があり、太陽電池効率を抑制する一因となっていた。平成28年度は、酸化物半導体Cu2Oのキャリア濃度を制御し、電気的特性の向上を図る検討を実施した。具体的にはp型酸化物であるCu2Oのアクセプタードーパントとして作用することが見込まれるドーパント候補をいくつか挙げ、湿式プロセスによる効率的なドーピングプロセスを探索した。得られた酸化物の結晶構造や析出形態、組成を評価するとともに、電気的特性をホール効果測定で評価し、ドーピング条件と膜物性の相関を系統的に調べ、電気的特性が改善する条件を得ることができた。

平成29年度は、フレキシブル基板への展開を見据え、従来のガラス基板からフレキシブル基板に変えた場合の太陽電池の構築に係る課題等の抽出と解決に向けた検討を主に実施した。現在市販で入手可能な導電性膜付きフレキシブル基板は、ITO/PET基板やITO/PEN基板など、ITO系に限られている。一方、これまでの研究で使用してきた導電性膜付きガラス基板は、FTO系であり、シート抵抗や表面粗さ、化学耐性等に差異がある。ITO/PEN基板を用いて、実際に成膜を行い、析出膜の構造評価や太陽電池特性の評価を実施した。基板を従来のガラス基板からフレキシブル基板に変更したところ、ガラス基板で得られていた実験結果の再現性が乏しくなり、計画以上の時間を要しているため。太陽電池は近年の地球環境問題や石油資源問題を解決する再生可能エネルギーを利用したデバイスであり、その広範な普及拡大のために更なる低コスト化と高性能化が求められている。n型半導体酸化亜鉛(ZnO)とp型半導体亜酸化銅(Cu2O)から構成されたZnO/Cu2Oヘテロ接合型太陽電池に代表される酸化物系の無機薄膜太陽電池は、亜鉛や銅など、安価で大量に入手可能な汎用金属を原料とし、低コストかつ環境フレンドリーな湿式プロセスで作製できる「環境型太陽電池」として期待されている。本研究は、真空および高温加熱プロセスを用いない湿式プロセス(主に水溶液電気化学析出)を駆使して、ZnO/Cu2O接合界面の制御や酸化物半導体の電気的特性の向上を図り、酸化物系太陽電池の高効率化を目指すと同時に、低温湿式プロセスを活かして、PET基板などフレキシブルな基板上に酸化物系薄膜太陽電池を構築することを目標としている。平成29年度は市販のフレキシブルITO/PEN基板を用いて検討を実施したが、ZnOの析出形態が従来のFTO/ガラス基板とは大きく異なり、光電変換効率が低下することがわかった。そこで平成30年は透明導電膜としてZnOと同じ結晶系のAZOを採用したフレキシブルAZO/PEN基板を作製し、析出条件等種々検討を行ったところ、FTO/ガラス基板と同等の光電変換効率を示す太陽電池を構築することに成功した。これはZnOがAZO上にエピタキシャル成長し良好な結晶形態が得られたためと考えられる。昨年度から引き続き、酸化物系太陽電池の高効率化を目指し、研究を進めていく。これまでの研究成果を踏まえ、引き続き酸化物系太陽電池の高効率化を目指し、研究を進めていく。これまでの研究成果を踏まえるとともに、フレキシブル基板の選定や析出条件の再調整などを実施し、高効率なフレキシブル太陽電池の開発を目指す。計画に従って効率的に使用した結果、次年度使用額が生じたため。計画に従って効率的に進めた結果、次年度使用額が生じたため。(理由)計画に従って効率的に進めた結果、次年度使用額が生じたため。(使用計画)次年度使用可能な助成金内において、計画的かつ効率的に使用する。次年度使用額および請求助成金を合わせた額内において、計画に従い効率的に使用していく。次年度使用額および請求助成金を合算した額内において、計画的かつ効率的に使用する。
超パルスCO_2レーザー照射による効果と歯髄内温度上昇との関係する研究

〔装置ならびに実験方法〕ヒト上顎中切歯10本を用い、その各々の唇側面近遠心中央部の解剖学的歯頚線から切端方向へ3mm、1.5mmの2点および、歯根方向へ1.5mmの位置に相当する歯髄腔内壁を温度測定部位とした。(各々をA,B,C,と略す)各測定点に温度測定用、銅・コンスタンタン熱電対(直径0.3mm、Ninomiyas社製)を設置するために、各々の舌側面にタービンで歯髄腔内へ穿孔する孔を3カ所に形成し、各々に熱電対を通し、舌面で即時重合レンジを用いて固定した。次に各々の歯の歯根1/3を切断、歯髄内容物を除去し、根管内を通してグリセリンを歯髄腔、根管内に封入した後、歯を固定台に植立した。(図1)この試料を環境温度35°CにしたOpenchamber内の35°C恒温水槽内に置き、口腔内を想定して実験を行った。使用したCO_2レーザーはPanals C10(松下産業機器社製、110W可変、波長10.6mum)で照射モードは1.5Wの連続波(CW)、1、5、10Wのスーパーパルス(SP)、1、5Wのリ-トパルス(Rep各0.1、1、5秒)の11条件とした。これらの各条件で、前途の測定点に対応する唇面歯質に各々15秒間づつ照射した。〔結果、考察〕1.5W・CWの歯髄内温度上昇は約10°C前後で、今回の条件の中では最も高い温度上昇をみた。また、Rep1W・0.1秒が最も低い温度上昇を示し、約0.1°C程度であった。2.歯髄内温度はCW、SP、Repともに出力が増すと上昇した。3.測定部位A、B、Cの違いによる歯髄腔温度上昇には明らかな差はなかった。以上の結果より、本CO_2レーザー照射は少なくとも本実験条件下で照射する限りは、歯髄に不可逆的な損傷を与える温度上昇を生じないことが判明した。このことから今後、本レーザーを歯科保存領域で応用できるという示唆が得られた。
金属内包フラーレンの固体・薄膜・ナノ物性

金属内包フラーレンを始めとするフラーレン物質の固体・薄膜・ナノ領域での構造と物性を調べた.また,それらの特性をもとにして,薄膜・ナノスケールの電子デバイスの作製を行った.第一に金属内包フラーレン固体の構造を放射光を用いた粉末X線回折により明らかにした.M@C_<82>(Mは三価の金属原子)は単純立方構造(Pa3)を取り,150K付近に運動の凍結に起因する構造相転移があることを見いだした.また,金属原子をドーピングした高次フラーレン結晶であるRb_9C_<84>は,結晶が単純立方構造(Pa3)を取ること,金属的な特性を示すことを明らかにした.第二に,金属内包フラーレンと高次フラーレンの薄膜を作製し,電気抵抗率ならびに光学吸収を測定して,バンドギャップエネルギーを決定した.また,金属内包フラーレンと高次フラーレンの薄膜電界効果トランジスター(FET)を作製して,nチャネルFET動作特性を確認した.得られた移動度はC_<88>薄膜FETにおいて10^<-2>cm^2V^<-1>s^<-1>であり,この値はC_<60>薄膜FETに匹敵する高いものである.さらに,金属内包フラーレンと高次フラーレン薄膜のFETで見られるノーマリオン特性は高いバルク電流に起因することを明らかにした.第三に走査トンネル顕微鏡(STM)を用いて,金属内包フラーレンのSi(111)-(7x7)清浄表面上への吸着特性を調べ,第一層でSiのアドアトムとの強い共有結合的な相互作用,第二層以降で分子間のファンデアワールス力による相互作用が集積過程を支配する要因であることを見いだした.金属内包フラーレンは第一層では層状に集積し,第二層以降では島を形成しながら集積する.その後,基板を200°Cに加熱すると最密充填構造を形成する.強く運動が凍結された第一層上の分子は内部構造と呼ばれるケージの六員環と五員環に起因したSTMイメージの観測を可能とする.第四に最密充填構造を形成するC_<60>分子に,電子あるいはホールをSTM探針から注入することにより,単一分子のレベルで孔を開け,文字,画像ならびにパターンを書き込むとともに,孔のとなりの分子にホール注入して,分子を移動させることに成功した.これにより,単一分子を一画素とするパターン形成技術を確立した.この技術はナノスケールのリソグラフィーの要素技術になるものと期待される.このように,研究期間内に,金属内包フラーレンの固体・薄膜・ナノスケールにおける構造と物性,ならびに新素材,デバイス応用に関する研究成果を挙げることができた.金属内包フラーレンを始めとするフラーレン物質の固体・薄膜・ナノ領域での構造と物性を調べた.また,それらの特性をもとにして,薄膜・ナノスケールの電子デバイスの作製を行った.第一に金属内包フラーレン固体の構造を放射光を用いた粉末X線回折により明らかにした.M@C_<82>(Mは三価の金属原子)は単純立方構造(Pa3)を取り,150K付近に運動の凍結に起因する構造相転移があることを見いだした.また,金属原子をドーピングした高次フラーレン結晶であるRb_9C_<84>は,結晶が単純立方構造(Pa3)を取ること,金属的な特性を示すことを明らかにした.第二に,金属内包フラーレンと高次フラーレンの薄膜を作製し,電気抵抗率ならびに光学吸収を測定して,バンドギャップエネルギーを決定した.また,金属内包フラーレンと高次フラーレンの薄膜電界効果トランジスター(FET)を作製して,nチャネルFET動作特性を確認した.得られた移動度はC_<88>薄膜FETにおいて10^<-2>cm^2V^<-1>s^<-1>であり,この値はC_<60>薄膜FETに匹敵する高いものである.さらに,金属内包フラーレンと高次フラーレン薄膜のFETで見られるノーマリオン特性は高いバルク電流に起因することを明らかにした.第三に走査トンネル顕微鏡(STM)を用いて,金属内包フラーレンのSi(111)-(7x7)清浄表面上への吸着特性を調べ,第一層でSiのアドアトムとの強い共有結合的な相互作用,第二層以降で分子間のファンデアワールス力による相互作用が集積過程を支配する要因であることを見いだした.金属内包フラーレンは第一層では層状に集積し,第二層以降では島を形成しながら集積する.その後,基板を200°Cに加熱すると最密充填構造を形成する.強く運動が凍結された第一層上の分子は内部構造と呼ばれるケージの六員環と五員環に起因したSTMイメージの観測を可能とする.第四に最密充填構造を形成するC_<60>分子に,電子あるいはホールをSTM探針から注入することにより,単一分子のレベルで孔を開け,文字,画像ならびにパターンを書き込むとともに,孔のとなりの分子にホール注入して,分子を移動させることに成功した.これにより,単一分子を一画素とするパターン形成技術を確立した.この技術はナノスケールのリソグラフィーの要素技術になるものと期待される.このように,研究期間内に,金属内包フラーレンの固体・薄膜・ナノスケールにおける構造と物性,ならびに新素材,デバイス応用に関する研究成果を挙げることができた.

本研究課題は,金属内包フラーレンを中心とするフラーレン類の固体・薄膜およびナノメータスケールでの新規な物性の発現を目的として立案された.研究計画では平成15年度は,(1)金属内包フラーレンの結晶性固体を得て,様々な温度・圧力領域で得られる結晶相の構造と物性を調べる。(2)金属内包フラーレンの薄膜での電気抵抗率から,電子輪送特性を調べるとともに,金属内包フラーレン,ならびにその関連物質の薄膜電界効果トランジスター(FET)を作製する,さらに(3)半導体基板上に様々なナノスケール構造体を作製して,その構造体自身が発現する物性を調べることなどを行うことにした.その結果,CG@C_<82>の二つの異性体に関して,10-500Kの広い温度領域ならびに,1bar-5GPaの広い圧力領域での結晶構造を,放射光X線を利用した粉末X線回折によって明らかにすることができた.とくにCs対称の異性体(異性体IIと呼ばれる)の構造に関する知見は,これまで報告例の全くないものである.なお,異性体Iでは,170Kに構造相転移を見いだした.また,M@C_<82>(M:ランタノイド金属原子)の薄膜を効率的に作製する蒸着セルを開発し,様々な金属原子を内包したC_<82>と,金属原子を内包しないC_<82>の薄膜の電気抵抗率を測定した.その結果,M@C_<82>が微少ギャップ半導体であること,従来のパンド描像で脱明できず,強相関的な物質である可能性などを提起した.さらに,Dy@C_<82>を用いて,世界で初めて金属内包フラーレンFETを作製した.これに関連して,金属原子を内包しないC_<82>やC_<84>FETの作製にも成功した.これらは,高次フラーレンを用いて世界で初めて動作したFETデバイスである.Dy@C_<82>,Ce@C_<82>,Pr@C_<82>およびDy@C_<60>の異性体分離された試料の高分解STMの観察に成功し,ケージの構造,金属原子の位置などに関する情報を得た.得られた結果は,従来のフラーレンのSTM像に比べて格段に高い分解能を有しており,金属内包フラーレンのナノスケールでの構造研究を行う上で,重要な知見を与えるものであった.金属内包フラーレンを始めとするフラーレン物質の固体・薄膜・ナノ領域での構造と物性を調べた.また,それらの特性を基にして,薄膜・ナノスケールの電子デバイスの作製を行った.第一に金属内包フラーレン固体の構造を放射光を用いた粉末X線回折により明らかにした.M@C_<82>(Mは三価の金属原子)は単純立方構造(Pa3)を取り,150K付近に運動の凍結に起因する構造相転移があることを見いだした.また,金属原子をドーピングした高次フラーレン結晶であるRb_9C_<84>は,結晶が単純立方構造(Pa3)を取ること,金属的な特性を示すことを明らかにした.第二に,金属内包フラーレンと高次フラーレンの薄膜を作製し,電気抵抗率ならびに光学吸収を測定して,バンドギャップエネルギーを決定した.また,金属内包フラーレンと高次フラーレンの薄膜電界効果トランジスター(FET)を作製して,nチャネルFET動作特性を確認した,得られた移動度はC_<88>薄膜FETにおいて10^<-2>cm^2V^<-1>s^<-1>であり,この値はC_<60>薄膜FETに匹敵する高いものである.さらに,金属内包フラーレンと高次フラーレン薄膜のFETで見られるノーマリオン特性は高いバルク電流に起因することを明らかにした.
口腔癌手術前後の摂食・嚥下障害治療に関する研究

【臨床研究】口腔癌手術症例の多くは術後の摂食・嚥下障害が出現する。そこで口腔癌手術前後の嚥下障害を改善する目的で皮弁および癒痕修正術を行った。嚥下機能評価はVF検査で比較検討した。対象は口腔癌患者7例である。その結果,術前は嚥下前咽頭流入がみられたが術後は全例改善傾向を示した。以上のことから皮弁および癩痕修正術は摂食・嚥下障害の改善に有用であると考えられた。以上の臨床研究を行ってきたが嚥下,顎運動に対する基礎研究が必要であると考え以下の基礎研究を行った。【基礎研究】リズミカルな顎運動はドパミン受容体アゴニストをラットに投与した際に誘発される。ドパミン受容体のD1-様受容体にはアデニル酸シクラーゼ(AC)を活性化する以外に,ホスファチジルイノシトール系を介するタイプが存在する可能性が示唆されている。SKF83959という薬物は,ホスファチジルイノシトール系を活性化するが,ドパミンによるACの活性化抑制作用をも持つという点でAC共役型D1一様受容体のアンタゴニストとして定義に合致する。そこで,SKF83959をドパミンD4およびD5受容体ノックアウトマウスに投与し,顎顔面領域の運動に及ぼす効果についてマウスの雌雄差を考慮した検討を行った。その結果,SKF83959の投与によって水平的顎運動(Jh)への影響は少なく,垂直的顎運動(Jv),チャタリング(Ct),舌の突出運動(Tg),頭部の運動(Hd)および感覚毛の運動(Vb)は増加し,静止状態(st)は減少した。sKF83959の雌雄差は,D4受容体ノックアウトマウスとワイルドタイプマウスのVbにおいて雄性が雌性よりも高いことが認められた。受容体をノックアウトした影響は雌性のみに認められ,D5受容体ノックアウトマウスのTgとD4受容体ノックアウトマウスのJhが,ワイルドタイプに比べてSKF83959に低い反応性を示した。本研究では、口腔癌患者において嚥下動態を知る目的でvideofluorography (VF検査)を行い術後の摂食・嚥下障害の客観的な評価を行う。また比較検討するため健常者、摂食・嚥下障害を有する脳血管障害患者、脳性麻痺患者、痴呆性老人のVF検査を行う研究を企図した。その結果得られた様々な情報をもとに、口腔癌原発巣切除を行い軟組織再建した症例では皮弁による残存組織の機能障害が判明したため舌圧センサをモニタとした摂食・嚥下障害を改善する皮弁修正術を考案した。皮弁修正術前後のVF検査に加え、術中に舌根部の動態および鼻咽喉閉鎖状態を確認するため内視鏡を用い本術式の妥当性の検討を行うことも目的とした。口腔癌患者に対し皮弁修正術を施行する。皮弁修正術を行う患者に対し上顎にスプリントを装着し嚥下運動を行うことにより舌が口蓋へ押しつける圧力をモニタに表示する。皮弁修正術により舌の可動域が増し、口蓋への舌圧の増加をこの装置の術中のモニタリングによって確認する。同時に本研究費で申請した鼻咽喉ビデオスコープを挿入し嚥下時の喉頭蓋、軟口蓋、舌根部、顎運動の動態を記録する。

鼻咽喉ビデオスコープ、舌圧センサを用いて定性的、定量的評価を術前、術中、術後に行い得られたデータを分析する。今回,購入予定であったFTS耳鼻咽喉電子スコープシステム一式は製造会社,代理店の都合により納品が平成18年1月31日となり,その他の付属品,消耗品も2月の納品となったため現在2名の内視鏡検査を行ったのみとなっている。今後,症例数を増やし早急に内視鏡検査を実施する予定である。【臨床研究】口腔癌手術症例の多くは術後の摂食・嚥下障害が出現する。そこで口腔癌手術前後の嚥下障害を改善する目的で皮弁および瘢痕修正術を行った。嚥下機能評価はVF検査で比較検討した。対象は口腔癌患者7例である。その結果,術前は嚥下前咽頭流入がみられたが術後は全例改善傾向を示した。以上のことから皮弁および瘢痕修正術は摂食・嚥下障害の改善に有用であると考えられた。以上の臨床研究を行ってきたが嚥下,顎運動に対する基礎研究が必要であると考え以下の基礎研究を行った。【基礎研究】リズミカルな顎運動はドパミン受容体アゴニストをラットに投与した際に誘発される。ドパミン受容体のD_1-様受容体にはアデニル酸シクラーゼ(AC)を活性化する以外に,ホスファチジルイノシトール系を介するタイプが存在する可能性が示唆されている。SKF83959という薬物は,ホスファチジルイノシトール系を活性化するが,ドパミンによるACの活性化抑制作用をも持つという点でAC共役型D_1-様受容体のアンタゴニストとして定義に合致する。そこで,SKF83959をドパミンD_4およびD_5受容体ノックアウトマウスに投与し,顎顔面領域の運動に及ぼす効果についてマウスの雌雄差を考慮した検討を行った。その結果,SKF83959の投与によって水平的顎運動(Jh)への影響は少なく,垂直的顎運動(Jv),チャタリング(Ct),舌の突出運動(Tg),頭部の運動(Hd)および感覚毛の運動(Vb)は増加し,静止状態(St)は減少した。SKF83959の雌雄差は,D_4受容体ノックアウトマウスとワイルドタイプマウスのVbにおいて雄性が雌性よりも高いことが認められた。受容体をノックアウトした影響は雌性のみに認められ,D_5受容体ノックアウトマウスのTgとD_4受容体ノックアウトマウスのJhが,ワイルドタイプに比べてSKF83959に低い反応性を示した。
光波利用センシング

標記課題の特定研究が効率よく行われるようにするため、まず計画研究の各課題代表者と公募研究代表者の計43名が集って、6月27日に全体会議を開催した。全公募研究を、第1班高分解能光センシングの基礎、第2班機能性光ファイバによる干渉計測,第3班半導体レーザのスペクトルおよびコヒーレンス制御,第4班光コンポーネント,光回路の一体・集積化,第5班新領域光センシングシステム(おもに生体計測)の五つの計画研究班のいづれかに分属させるとともに、全課題代表者の自己紹介と本年度研究計画の概要説明を受けて、本研究が正式に開始された。本年度4回(6月27日,10月22日,11月18日,2月13日)開催した総括班会議では、研究の円滑な運営と会合,出版,経理の実務について相談した。各分担者の研究成果は、各班ごとに開連研究をまとめて開催した4回の研究会(第1回は第2班担当で9月26日,第2回は第3,4班担当で11月18日,第3回は5班担当で11月29日,第4回は第1班担当で12月3日)および全分担者が出席したシンポジウム(1月29,30日)で発表され、活発な討論が行われた。出版物としては、研究会資料集(第1回45頁,第2回76頁,第3回52頁,第4回56頁)、シンポジウム資料集(265頁)、成果報告書(86頁)、関連研究論文集(309頁)の他、研究会,シンポジウムの講演依頼,開催通知,その他を内容とするブレティンを12回発行した。また研究進行状況のチェックアンドリビューを期待して総括班に国公立研究所などに所属する。4名の研究者を加えるとともに、研究会,シンポジウムの開催通知は本研究分担者以外の国公立大学,研究所,企業の約50名にも発送し、講演会での討論への参加を得た。次年度も本年度とほぼ同一体制で研究を進める予定である。
タンガニイカ湖産シクリッドにおける精しょうタンパク質の分子進化

タンガニイカ湖に生息するカワスズメ科魚類(以下シクリッド)は多様な生殖行動を示す。この多様な生殖行動に付随して、受精様式も変化した。この受精様式に適応するように精液に含まれる精しょうタンパク質SPP120は進化した。本課題において、受精行動を3つのタイプ(基質受精、口内受精、貯蓄受精)にクラス分けし、それぞれの受精様式におけるSPP120のコドンサイトでの正の選択の違い、SPP120の糖鎖の付加、SPP120の機能解析を行った結果、SPP120は精子の運動抑制および凝集化に寄与し糖鎖付加が起きていることが判明した。これは口内受精行動の出現に相関しているため、この様式に適した形質であると言える。タンガニイカ湖に生息するカワスズメ科魚類(以下シクリッド)は、多様な子育てをすることが知られている。中でも口内で子供を育てる口内保育はその特徴の1つでもある。一方で口内保育をする際に、卵の受精の仕方が異なると推察されていて、その受精の仕方と精液の形質に大きな相関があるのではないかと予想し研究を進めてきた。シクリッドがもつ精しょう糖タンパク質SPP120は、精液の粘度をあげ精子の運動を抑制することが予想されていた。一方で、申請者の野外観察から、口内保育魚の中には口内で受精させない種もおり、これらの行動を示す種では精液の素早い拡散と精子の速やかな運動の開始が望ましいと推察されていた。従って、SPP120は口内保育魚の受精の仕方が変化するに伴い、その機能の変化が支持されると推察された。以上の予想から20種以上の種からSPP120のcDNA配列を単離し、分子進化解析を行った所、受精行動の変化した種において特定のコドンの非同義置換が正の選択を受けていることが判明した。その機能変化を調べるために、タンパク質の発現系を確立し、このコドンに点変異を入れたコンストラクトを作成した。また、SPP120は多くのドメインから構成されているタンパク質であるが、そのドメインの機能を調べるために各ドメインのみを発現するようなコンストラクトの作成および発現系の確立も行った。今後、発現タンパク質を用いた機能解析を、精子の運動および精子の凝集化、そしてSPP120のポリマー形成の検証を、顕微鏡による精子に運動の観察・記録そして化学架橋法などを用いて行う予定である。本研究課題では、タンガニイカ湖産シクリッドを対象に受精様式の変化と精しょうタンパク質SPP120の進化の関係性を以下の点に着目して研究を行った。a)行動観察による受精様式の変化、b)受精様式の変化と精しょうタンパク質の分子進化、b)糖鎖の付加と精液の粘度の関係である。その結果、a)行動観察に関しては、3つの受精様式(岩および貝などでの基質における受精、産卵床での受精、口内での受精)に分けられることが判明し、付加的に精子の運動時間も進化したことが判明した。また精しょうの性質を調べた結果、口内受精の種でのみ精しょうタンパク質SPP120に糖鎖が付加されており、これらの種では成績の粘度が高いことも判明した。この粘度の高い精液は、口内受精時にオスからメスへの精子の受け渡す際に役立っており、結果的に受精成功を高めていると予想された。さらに、SPP120を脱糖化した精しょうは粘度が減少することから、SPP120への糖鎖の付加が精液の粘度の上昇に関与しうることも判明した。さらに、精しょうタンパク質の機能を発現タンパク質で検討した所、N末端は精子の運動抑制に働き、それ以外の箇所は精しょうタンパク質のポリマー化に関与することも判明した。産卵床での貯蓄型の受精様式をしめす種では、特定のコドンサイト(ポリーマー化に関与する箇所)が変異することが判明し、この機能解析を点変異を入れた精しょうタンパク質で検討した結果、ポリマー化が抑制することも判明した。これは、貯蓄型の受精様式では、行動観察より精液の拡散が必要であると考えられるため、それに関連した進化を経たのではないかと予想された。今後、精液に含まれる他のタンパク質の機能解析を含めた複合的な研究が必要であると考えられる。生殖生物学発現系の確立ができ、機能解析を行うためのコンストラクトも作成出来ている。さらに機能解析の予備実験も終了している。従って、今年度は確認実験を行い、論文の投稿を目指せる状態にあるため。正の選択を受けている箇所が機能的に重要であるのか、立体構造を明らかにして行く必要がある。また、糖鎖の機能解析を行う必要もある。

さらに、行動が種内で多型性も持っている種もおり、その行動観察と種内で、行動の違うグループ間でSPP120の配列の違いを検証すること、糖鎖付加の程度の違いを検証して行きたい。研究の遂行が予想よりもスムーズに進み解析費用が少なくて済んだため、次年度に繰り越し解析費用にまわすことにした。タンパク質の精製や、遺伝子のクローニング等に手間と時間がかかるため、人件費にまわしその手間および精度を上げることにした。
液胞ATPase遺伝子発現調節機構に関する分子遺伝学的研究

(i)pHY300PLK(大腸菌と枯草菌とのシャトルベクター)の薬剤耐性マーカーをテトラサイクリン耐性遺伝子からエリスロマイシン耐性遺伝子に置換したプラスミド(pHEex)にntpプロモーター領域約600bpを導入し、さらにその下流にレポーターとしてChloramphenicol acetyltransferase(CAT)遺伝子を挿入した(pHE-CATl)。CAT活性を指標に、NaCl及びLiCl濃度の影響を調べた結果、オペロンプロモーター活性はNa^+に対して選択的に促進を受け、Li^+には応答しないことがわかった。さらにプロモーター領域のパリンドローム構造付近がNa^+応答に重要であることも明らかにした。本酵素Na^+-ATPaseは共役イオンとしてのNa^+,Li^+に対する特異性には相違がないが、イオンセンサーの特異性はそれとは明確にと異なっていた。オペロン発現のNa^+選択性は、本ポンプが毒性イオンの排出解毒作用として機能するのではなく、エネルギー共役イオンとしてのNa^+濃度勾配の形成にあることを示唆している。(ii) Na^+排出活性の完全欠損株を用いて培地pHおよび細胞内pHのプロモーター活性への効果を調べた結果、Na^+だけではなく培地あるいは細胞内pHがアルカリ化する条件で顕著なプロモーター活性の上昇を観察した。本オペロンはNa^+だけではなくpHに対するセンサー感知系にも制御されていると推定される。(iii)通常本菌は約50mMLiClの添加により生育阻害がひき起こされるが、Na^+-ATPaseが誘導されている場合は同条件で生育可能であった。この結果に基づき生育阻害をひき起こすLiCl存在下生育可能なLi^+耐性株を多数単離した。この中に発現調節変異株が含まれている可能が極めて高い。(i)Na+-ATPase(ntp)オペロン遺伝子は11個のシストロンから構成される約11kbの長さがある。個々のntp遺伝子への薬剤耐性遺伝子のカセット(エリスロマイシン耐性など)の導入による破壊株の作製はすでに8種類まで済んでいる。しかしながら全遺伝子のdeletion mutantの作製には成功していない。(ii)pHY300PLK(大腸菌とenterococciとのシャトルベクター)をベクターとして、プロモーター領域とレポーターとしてCAT(Chloramphenicol acetyltransferase)遺伝子を連結したハイブリッドを作製し、野生株及びH+-ATPase欠損変異株への導入に成功した。(iii)オペロンプロモーター活性に及ぼす倍地イオン条件を細かく検討するためには、イオン条件をコントロールできる倍地作製が必要である。腸内連鎖球菌は数多くの生合成経路が欠損しているために、最小倍地で生育することができない。各種倍地の条件検討の結果、K+及びNa+欠乏の完全合成倍地の作製に成功した。CAT活性を指標に、NaCl及びLiCl濃度の影響を調べた結果、オペロンプロモーター活性はNa+対して比較的高い特異性があることが明らかになった。本酵素Na+-ATPaseは共役イオンとしてのNa+,Li+に対する特異性にはほとんど相違がないことをすでに明らかにしているが、明らかにイオンセンサーの特異性と異なっていることがわかった。野生株を用いた生細胞によるNa+pump活性、反転膜小胞によるNa+-ATPase活性、さらにそれぞれのNtpサブユニットタンパク質に対して作製した抗体により免疫化学的により、同様の結果を確認してた。(i)pHEex(大腸菌と枯草菌とのシャトルベクター)にntpプロモーター領域約600bpを導入し、さらにその下流にレポーターとしてChloramphenicol acetyltransferase(CAT)遺伝子を挿入した(pHE-CAT1)。CAT活性を指標に、NaCl及びLiCl濃度の作用を調べた結果、プロモーター活性はNa^+に対して選択的に促進を受け、Li^+には応答しないことがわかった。

さらにプロモーター領域のパリンドローム構造付近がNa^+応答に重要であることもわかった。本酵素Na^+-ATPaseは共役イオンとしてのNa^+,Li^+に対する特異性には相違がないが、イオンセンサーの特異性はそれとは明確にと異なっていた。オペロン発現のNa^+選択性は、本ポンプが毒性イオンの排出解毒作用として機能するのではなく、エネルギー共役イオンとしてのNa^+濃度勾配の形成にあることを示唆している。(ii)Na^+排出活性の完全欠損株を用いて培地pHおよび細胞内pHのプロモーター活性への効果を調べた。培地あるいは細胞内pHがアルカリ化する条件で顕著なプロモーター活性の上昇を観察した。本オペロンはNa^+だけではなくpHに対するセンサー感知系にも制御されていると考えられる。(iii)通常本菌は約50mMLiClの添加により生育阻害がひき起こされるが、Na^+-ATPaseが誘導されている場合は同条件で生育可能であった。この結果に基づき生育阻害をひき起こすLiCl存在下生育可能なLi^+耐性株を多数単離した。この中に発現調節変異株が含まれている可能が極めて高い。調節遺伝子のクローニングへ向けて、変異株の性質の解析を行っている。
ヒドロキソ架橋型制がん活性白金複核錯体の新奇反応に関する研究

シスプラチン耐性がん細胞に対して高い増殖抑制を示すヒドロキソおよびアゾール架橋複核白金錯体が示す次の3つの新奇反応、すなわち、(1)正方平面白金錯体のプロトネーション協奏型配位子置換反応(2)配位結合に基づかない核酸塩基との相互作用(3)架橋配位子としてトリアゾールを用いた場合に認められる白金配位の分子内転位反応の詳細を明らかにし、シスプラチン耐性がん細胞に対する活性との関連を考察することを目的として、平成18年度は以下の成果を得た。1.本複核錯体とDNAとの非共有結合性相互作用を詳細に検討するために、特定の配列を有する自己相補的合成オリゴマー(5'-CAATCCGGATTG-3')・(3'-GTTAGGCCTAAC-5')を用いて、NMR(NOESY)法を適用し、複核錯体がマイナーグルーブのAT配列に接近し、非共有結合性相互作用を示すことを認めた。2.マウス白血病細胞L1210を用いて、白金錯体曝露時のアポトーシス誘導関連タンパク質の関与を検索した。その結果、シスプラチン曝露ではカスパーゼ3、8および9が活性化された。一方、複核錯体ではカスパーゼ8の関与がみとめられなかった。すなわち、複核錯体ではミトコンドリアからのシトクロムcの放出を介さずにカスパーゼ9を活性化させ、ポトーシスを誘導している可能性があると判断した。3.架橋配位子として1,2,3-トリアゾールを含む複核錯体において、核酸塩基との反応進行過程で、N2-Pt結合がN3-Pt結合へ転位することを1H-NMR法により明らかにした。なお、本研究は本基盤研究(C)の開始初期2年の間研究分担者として参加していた米田誠治博士が海外において遂行した。本年度は、以下のような成果を得た。(1)ピラゾールの4位にメチル、エチル、プロピル、臭素、置換基を有する誘導体を合成した。これらを含むピラゾールおよびヒドロキソ架橋型白金二核錯体を合成し、それらのがん細胞増殖抑制活性をシスプラチン耐性のマウス白血病細胞L1210を用いて検索した。その結果、白金錯体の細胞増殖抑制活性の強さの序列は、4-プロピル>4-エチル>4-メチル>4-臭素>4-H(ピラゾール)>シスプラチンとなった。(2)4-エチルピラゾール架橋を含むヒドロキソ架橋白金錯体についてはX線結晶構造解析を行った。(3)本複核白金錯体の配位子置換反応は、全体としては正方平面白金(II)錯体の置換反応機構に従うが、反応初期でのプロトネーションによるヒドロキソ架橋の解離を実証するために、塩化物イオンとの置換反応を例として、pHを変化させて反応の時間経過を1H-NMR法、HPLC法などにより追跡し、反応速度論的に詳細に解析した。その結果、塩化物イオンとヒドロキソ基(配位水)との置換反応は酸性領域において生じること認めた。すなわち、本置換反応は、ヒドロキソ架橋がプロトンの攻撃を受けてはじめて開始されるものと考えられる。また、クロロ架橋型錯体を含む溶液内の複雑な平衡関係を解析した。正方平面白金(II)錯体の置換反応において、このようなプロトネーションが協奏する例は極めて珍しい。酸性領域において置換活性であるが、生理的pH領域では置換反応が極めて遅いことが、制がん活性の発現に関係している可能性がある。

本年度は、ピラゾール(あるいは4-メチルピラゾール)およびヒドロキソ架橋をともに有する白金二核錯体と仔牛胸腺核酸(DNA)との間に認められる非共有結合性相互作用について、円二色スペクトル(CD)法、DNAの融解温度測定および粘度測定、核酸のインターカレーターであるエチジウムと白金錯体との競合反応の解析などにより精査して、以下のような成果を得た。なお、本白金錯体は、5'-グアノシン-1-リン酸(5'-GMP)のような核酸塩基と生理的pHで反応するとき、反応は著しく遅く温度60度で24時間の反応時間を必要とする。この遅い反応は、生理的pHで相対的に置換不活性なヒドロキソ架橋配位子が水分子と置換した後に、白金錯体が核酸塩基と共有結合(配位結合)するものである。一方、本研究課題により検討する非共有結合性相互作用は、共有結合生成反応に比べると著しく速く、反応開始直後から認められる。1新規複核白金錯体とDNAとの間に認められる非共有結合性相互作用には、2種類ある。2 2種の非共有結合性相互作用のうち一方は、塩化ナトリウムのような電解質を加えることにより消失したので、DNAのリン酸基とカチオン性白金錯体との間のイオン性相互作用であると推定した。3非共有結合性相互作用のうち他方は、イオン性相互作用より強い結合であり、エチジウムとの競合反応の解析から、groove binding、とくにminor groove bindingであると推定した。4 DNAの粘度測定から、非共有結合性相互作用にインターカレーションは含まれないと推定した。5本新規複核白金錯体群のもつシスプラチン耐性がん細胞増殖抑制能と本非共有結合性相互作用の関連について今後検討したい。架橋配位子としてヒドロキソおよびピラゾール(またはトリアゾール)を含む新規白金複核錯体は、シスプラチン耐性癌細胞の増殖抑制能を有し、かつ、従来の白金錯体にはない、新しい3つの反応特性を備えていることが本研究により明らかにされた。本年度は、3つの新奇反応のうち、核酸との非共有結合性相互作用及び核酸塩基との置換反応における白金配位の転位について詳細に検討を行った。(1)塩基配列を特定した合成オリゴマーDNAとの反応をNMR(NOESY)法等により解析したところ、白金錯体は核酸のminor grooveに位置し、アンミン配位子と核酸塩基との間の水素結合を介して核酸の鎖間を架橋していることが明らかになった。この反応に際しては、配位結合が生じないように低温下で行った。(2)1,2,3-トリアゾールを含む二核錯体においては、2つの白金原子はそれぞれトリアゾールのN1およびN2に結合する。しかし、本錯体が2分子の核酸塩基と置換反応を行うとき、OH架橋が切れて、二核錯体はPt-トリアゾール-Pt型の錯体になり、同時にN2-Pt結合がN3-Pt結合に転位することを見出した。すなわち、1,2,3-トリアゾールを含む錯体は核酸塩基との反応過程で極めてユニークな転位反応を行うことを明らかにした。なお本研究は、大阪薬科大学客員研究員米田誠治博士との共同研究により行われた。さらに、シスプラチン耐性癌細胞増殖抑制能と新奇反応との相関を考察するための基礎的データを得る目的で、本複核錯体のアポトーシス誘導機構に関する研究を行った。その結果、本複核錯体はシスプラチンと同様にアポトーシスを誘導するものの、シスプラチンとは異なる機構により癌細胞に作用しアポトーシスを誘導することを認めた。
日本語学習者のための自動作文添削システムの開発

形態素解析などの自然言語処理技術を応用して、日本語学習者の作文練習を支援するシステムを開発した。具体的には、日本語学習者の作文から典型的な日本語の誤用例を収集して分類し、各分類の誤用を含む作文の形態素解析結果をもとに、自動的に誤用の箇所とその修正例を表示する作文添削システムを開発した。「表記」の誤用(特に片仮名語の表記)と「語彙」の誤用(特に母語の語彙を使った誤り)について、誤用箇所を特定し修正例を表示することが可能となり、また形態素解析エンジンが参照する辞書への誤用例の登録を進め、より多くの誤用を特定できるようになった。学習者ごとにどのような類型の誤用が多いかといった統計情報の分析に、行列の特異値分解等を応用した。一方、平仮名語の誤用を含む文を形態素解析すると、全体として不自然な解析結果が出力され、これをもとに誤用箇所の特定と修正例の表示を行うことは難しいことが明らかになった。今後、形態素解析エンジン自体に変更を加えるなどして、辞書に登録された語彙と濁点・半濁点・長音記号だけが異なる語彙などを自動的に判別できるようにすることにより、この問題を解決することができる。自動添削システムには、人間が行うようなレベルの添削は期待できないが、限られた数の教員では不可能な量の添削が可能になる上、逆に人間であれば見逃す可能性のある単純なミスを見逃さないといったメリットがあることが明らかになった。
アルツハイマー病の進展プロセスにおける血清アミロイドP成分の役割の解明

申請当初の研究実施計画では、50歳以上のうつ病入院患者を対象として、抗うつ療法(修正型電気けいれん療法(mECT)、経頭蓋磁気刺激療法(TMS)、薬物療法)の前後に血液検査(血清SAP、血漿Aβ濃度)、うつ病評価尺度、認知機能テスト、脳画像検査(脳MRI、脳血流SPECT)ならびにApoE遺伝子型検査を施行し、加えてすでに蓄積した53症例についても、血清中のSAP濃度を定量し、解析に加える予定であった。一方、近年加齢脳におけるストレス反応と連動した神経保護因子としてrepressor element 1-silencing transcription factor (REST)が注目されつつある。神経細胞のRESTレベルはアルツハイマー病脳病理存在下での認知機能維持と関連し、血中RESTの低下は認知症リスクと関連することが報告されている。さらに興味深い点として、うつ病患者末梢血細胞でRESTの発現が低下していること、心理療法によるストレス低減の介入が血中RESTを増加させることなどが報告されている。うつ病から認知症へ進展するメカニズムを解明するという本研究の目的に照らしRESTは極めて関連が高いと考えられ、さらに以前から蓄積している血液サンプルを活用して測定が可能であることから、これを測定に含めることとした。本年度は血中のSAPとRESTの測定について本学倫理委員会に申請を行ったが、年度末の時点で審査中の状態であった。血液サンプルの測定を開始するにあたり、倫理委員会の承認を得る必要があったが、承認を得るまでに時間を要したため、測定の開始が遅れた。倫理委員会の承認が令和元年5月15日付で得られたため、目的の血液サンプルの測定に着手する。また、得られた結果を統計学的に解析し、SAPやRESTがうつ病からアルツハイマー病への進行過程において果たす役割について考察を行う。当初の研究実施計画では、50歳以上のうつ病入院患者を対象として、抗うつ療法(修正型電気けいれん療法(mECT)、経頭蓋磁気刺激療法(TMS)、薬物療法)の前後に血液検査(血清SAP、血漿Aβ濃度)、うつ病評価尺度、認知機能テスト、脳画像検査(脳MRI、脳血流SPECT)ならびにApoE遺伝子型検査を施行し、加えてすでに蓄積した53症例についても、血清中のSAP濃度を定量し、解析に加える予定であった。うつ病から認知症へ進展するメカニズムを解明するという本研究の目的に照らしRESTは極めて関連が高いと考えられ、さらに以前から蓄積している血液サンプルを活用して測定が可能であることから、これを測定に含める意義は大きいと考えられる。現在、学内の倫理委員会の承認を得て測定する方向で準備を進めている。RESTに関する近年の研究成果を踏まえて研究の方向性の修正を行っており、従来予定していたサンプルの測定はやや遅れている。RESTを測定するにあたって、倫理委員会の承認を得てからSAPと合わせて測定に着手する。現時点で新たな測定項目(REST)について検討ならびに倫理委員会に提出する準備段階のため、測定キットなどの購入を見合わせていることから未使用金が発生した。未使用金は平成30年度研究費と合わせ、測定キットなどの購入に充てる予定である。血液サンプルの測定を開始するにあたって、倫理委員会の承認を得る必要があったため、実験の開始が遅れた。
クエン酸麹の耐酸性アミラーゼと可食性マイクロカプセル製造

クエン酸発酵はサツマイモ澱粉粕を原料とする鹿児島県独自のリサイクル産業技術である。その産業基盤を高めるため、クエン酸麹に含まれる耐酸性アミラーゼUAAを副産物として回収し、その特性を明らかにして有効利用する方法を検討した。各種クロマトグラフィーにより、比活性23U/mgの電気泳動的に均質な精製UAAを得た。本酵素は中性酵素とは分子量並びにN端アミノ酸配列が異なった。放射性グルコースで標識したオリゴ糖を基質として用いて切断様式を調べたところ、中性タイプのタカアミラーゼAなどとは異なる挙動を示し、UAAは5つのサブサイトと、3番目と4番目のサブサイトの間にある触媒部位を明らかにした。そして、化学修飾法を用いて活性中心に位置するアミノ酸残基を探った。また、混在するGAなどの酵素の影響を受けないように、非還元末端をガラクトース残基でブロックした基質Gal-G3-CNPを新たに合成し、耐酸性と中性α-アミラーゼとを区別した。一方、グルコアミラーゼによる生澱粉消化に対して、耐酸性酵素は中性酵素より相乗効果が大きいことを見出した。そこで凍結麹抽出液を用いて市販トウモロコシ澱粉から可食性マイクロカプセルとしての消化澱粉を調製し、その化学構造並びに糊化特性などの変化や色素取込み特性を探った。鎖長分布などは未消化のものと変わらなかったが、最高粘度やα-アミラーゼによる被消化性等の物性については酵素の消化率に比例した差異が認められた。色素吸着実験から酵素消化により生じた澱粉粒の空隙は負の電荷を持ち、陽電荷をもつ物質が吸着取込みに適していることが分かった。クエン酸発酵は、サツマイモ澱粉粕を原料とする鹿児島県独自のリサイクル産業技術であり、その発酵後の麹抽出液には、グルコアミラーゼ(GA)に加えて耐酸性に富むα-アミラーゼ(AA)と中性α-アミラーゼ(NA)が含まれている。培養50時間のクエン酸麹からブチルトヨパールなどの各種クロマトグラフィーにより、比活性23U/mgの電気泳動的に均質な精製AAを得た。同様にNAも培養40時間のクエン酸麹から精製した。両α-アミラーゼは分子量並びにN端アミノ酸配列が異なった。還元末端を放射性グルコースで標識したオリゴ糖を基質として用い、AAの切断様式を調べたところ、中性タイプのタカアミラーゼAなどとは異なる挙動を示し、AAは5つのサブサイトを持ち、触媒部位は3番目と4番目のサブサイトの間にあると推定できた。臨床検査用の市販合成基質G3-CNPを用いたとき、AAはチオシアン酸カリウム添加でそのGNP遊離速度が抑制されるが、NAでは逆に著しく活性化されることを見出した。そこで混在するGAなどのエキソ型の酵素の影響を受けないように、セラミック担体に固定化したガラクトシダーゼを用いて、非還元末端をガラクトース残基でブロックした基質GA1-G3-CNPを新たに合成した。新合成基質は予想通りGAでは分解されず、AAとNAにより分解され、上記チオシアン酸カリウム添加効果もG3-CNPと同様であった。サツマイモ澱粉粕を原料とする鹿児島県独自のリサイクル産業技術であるクエン酸発酵の産業基盤を高めるため、そのクエン酸麹抽出残液に含まれる耐酸性アミラーゼを副産物として回収し、その特性を明らかにして有効利用する方法を検討した。まず、耐酸性α-アミラーゼと中性α-アミラーゼとの差異ついて化学修飾法を用いて活性中心に位置するアミノ酸残基を探った。リジン残基の修飾を行ったところ、中性酵素のタカアミラーゼAでは残存活性がほぼゼロになる修飾条件でも耐酸性酵素は失活しなかった。

また、ヒスチジン残基の修飾を行った場合に、中性酵素の方は残存活性が約10%に減少する条件でも、耐酸性酵素は失活しなかった。したがって、タカアミラーゼAのLys209が耐酸性酵素ではLeuに、His210がGluに置き換わっているので、これらの残基が化学修飾の反応性の差異となっていることが示唆された。グルコアミラーゼによる生澱粉消化に対して、耐酸性酵素は中性酵素より相乗効果が大きいことを見出した。凍結麹抽出液を用いて市販トウモロコシ澱粉から可食性マイクロカプセルとしての消化澱粉を調製し、その性質や取込み特性を探った。まず、化学構造についてイソアミラーゼ処理して消化澱粉の鎖長分布をHPAEC-PAD法で調べたが、未消化の澱粉との差異は認められなかった。一方、物性についてラピッドビスコアナライザーによる糊化特性を調べたところ、最高粘度は消化澱粉の分解率が大きくなるにつれて低くなるが、セットバックについては未消化とあまり変わらず、60%分解になってようやく減少した。また、色素と酵素蛋白を用いた吸着実験から酵素消化により生じた澱粉粒の空隙は負の電荷を持ち、陽電荷をもつ物質が吸着取込みに適していることが分かった。
レチノイン酸支配下の成長因子ミッドカインの受容体構造と活性阻害

新しい成長分化因子ミッドカインの構造と機能の関連について研究した。化学合成によって調製したミッドカインの1/2分子を用いてC末端側の1/2分子が強いヘパリン結合能、神経突起伸長能、そして血管内皮細胞のプラスミノーゲン活性化酵素の活性促進能を持つことを見出した。さらに、バキュロウイルスでミッドカインを大量調製することに成功し、この系を利用してミッドカイン変異体を作成した。C末端1/2分子のヘパリン結合モチーフの中核となる83番目と84番目のリジン残基をグルタミン残基に変えるとミッドカインの神経突起伸長能は完全に失活した。このことからヘパリン結合ドメインがミッドカインの機能と密接に関連することが明白であり、ヘパリンのどの構造モチーフが重要かを検討した。選択的脱硫酸の結果、2-0,6-0,2-Nの全ての硫酸基が神経突起伸長の阻害に重要なことが判明した。また、ヘパリンオリゴ糖のサイズとしては20糖が必要であった。いっぽう、ミッドカインと結合する膜タンパク質の解析から、分子量53,000のタンパク質がミッドカインのタンパク質性受容体である可能性が浮かび上がってきた。ミッドカイン受容体を組織レベルで検出する手法を案出することも出来た。ミッドカインと発がん、心筋梗塞、脳梗塞、リューマチ性関節炎の関連を示すデータも多く得られ、さらに、臨床的解析に利用出来るミッドカインの高感度検出法も確立した。cDNAトランスフェクション実験により、ミッドカインがNIH3T3細胞をがん化させることも見出した。N末端領域、C末端領域を欠失させたミッドカイン(MK)を遺伝子操作によって作成し、化学合成したMKのN末端1/2分子、C末端1/2分子と共にMKの活性を示すかどうかを検討した。その結果、神経突起の伸長には、MKのC末端1/2のみで十分な活性があり、さらに血管内皮細胞のプラズミノーゲン活性化酵素の活性増大には、C末端1/2分子中のシステインに囲まれた43アミノ酸残基ペプチドで活性があることが判明した。MKのヘパリン結合能はC末端1/2分子が主として担っていた。MKの抗原性はC末端ペプチドが担っていた。バキュロウイルス発現系を利用して、MKの大量調整を行った。このMKをシャーレにコートし、その上にグリッドを置いてから紫外線照射し、MKの“道"を作り、神経突起伸長能をより明確にアッセイ出来るようにした。このアッセイ系ではヘパリンが0.6μg/mlの濃度で神経突起伸長を阻害し、ヘパラン硫酸には強い阻害活性はなかった。また、MKとヘパラン硫酸プロテオグリカンであるシンデカン-1、そしてリュードカン(シンデカン-4)が強い結合をする事も明かになった。以上の結果をまとめ、MKとヘパラン硫酸プロテオグリカン中のヘパリン様部分との結合がMK活性の発現に極めて重要であると結論した。これ以外のMK受容体タンパク質が存在する可能性を考え、PYS-2細胞からMK結合タンパク質群を単離した。その主成分はヌクオリンであったが、副成分について、抗体作成による発現ライブラリースクリーニングによって同定を進めている。MKが歯芽の発生に於て重要な役割を果たす事、実験的脳梗塞に於て早期に発現する事も明かに出来た。さらに、バキュロウィルスでミッドカインを大量調製することに成功し、この系を利用してミッドカイン変異体を作成した。C末端1/2分子へのヘパリン結合モチーフの中核となる83番目と84番目のリジン残基をグルタミン残基に変えるとミッドカインの神経突起伸長能は完全に失活した。

このことからヘパリン結合ドメインがミッドカインの機能と密接に関連することが明白であり、ヘパリンのどの構造モチーフが重要かを検討した。選択的脱硫酸の結果、2-0,6-0,2-Nの全ての硫酸基が神経突起伸長の阻害に重要なことが判明した。また、ヘパリンオリゴ糖のサイズとしては20糖が必要であった。いっぽう、ミッドカインと結合する膜タンパク質の解析から、分子量53,000のタンパク質がミッドカインのタンパク質性受容体である可能性が浮かび上がってきた。ミッドカイン受容体を送気レベルで検出する手法を案出することも出来た。ミッドカインと発がん、心筋梗塞、脳梗塞、リューマチ性関節炎の関連を示すデータも多く得られ、さらに、臨床的解析に利用出来るミッドカインの高感度検出法も確立した。cDNAトランスフェクション実験により、ミッドカインがNIH3T3細胞をがん化させることも見出した。