hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
クラス2アミノアシル-tRNA合成酵素の反応機構の解明と基質認識の改変

申請者は、Bacillus stearothermophilusのリジル-tRNA合成酵素(B. s. LysRS)のアミノ酸活性化反応は、L-リジン(L-Lys)が先に結合するsequential ordered機構であることを明らかにした。これまでに、(1)アミノ酸活性化反応の際に観測される蛍光変化はTrp314に起因すること、(2)L-Lys結合部位に存在するTyr271の環境が、L-Lysの結合の際に変化し、(a)280-290nm付近に特徴的なUV吸収差スペクトルを示すこと、(b)蛍光(λex=280nm,λem=310nm)が増加することを明らかにした。酵素活性測定からは、Tyr271は、反応の第1段階のL-Lys結合にのみ寄与することが明らかになった。一方、E. coliの2種のLysRS(UとS)のX-線結晶構造解析の結果は、Tyr271に対応する残基Tyr280は、LysRS(U)ではα-アミノ基、LysRS(S)ではε-アミノ基と相互作用することが報告されでいる。そこで今回、L-LysアナログとW314F/W332Fを用いたUV吸収差スペクトルの測定により、Tyr271がどちらのアミノ基の認識に関与するのか調べた。L-Lysとの結合により284nmと287nmに負の、270nmに正のUV吸収差スペクトルが観察された。270nmのピークは、L-Lys結合によりPhe残基の環境が変化することを示した。L-Lysと同様なUV吸収差スペクトルが、SAEC、L-Orn、D-Lys、Cadでも観測された。一方、6-AHAでは、これらと逆の差スペクトルが観測された。また、Gly、L-Norでは、有意な差スペクトルは観察されなかった。これらの結果は、Tyr271由来のUV吸収差スペクトルには、L-Lysのε-ブミノ基との相互作用が必須であることを示唆していた。これらは、Tyr271が本酵素とL-Lysの結合の際にアミノ酸側鎖の認識において重要な役割を果たしていることを示し、B.s.LysRSの基質認識機構改変の重要な足がかりとなる可能性を示していた。略語:6-AHA,6-aminohexanoic acid ; Cad, cadaverine ; Gly, glycine, L-Nor, L-norleucine ; L-Orn, L-ornithine ; SAEC, S-(2-aminoethyl)-L-Cysアミノアシル-tRNA合成酵素は、反応の第1段階で、対応するアミノ酸を、ATPにより活性化する。申請者は、ATP-PPi交換反応の速度論的解析から、Bacillus stearothermophilusのリジル-tRNA合成酵素(B. s. LysRS)のアミノ酸活性化反応は、リジンが先に結合するsequential ordered機構であることを明らかにした。さらに、B. s. LysRS変異体(W314F、W332F、W314F/W332F)を用いた実験より、基質結合の際に観測される蛍光変化はTrp314に起因することを明らかにした。酵素の反応機構を詳細に解析するためには、酵素自体の変化を追跡することが不可欠である。そこで、申請者は、まずTrp314の蛍光変化の原因を明らかにすることにした。上述の変異体に加え、活性部位に唯一存在するTyr残基をPhe残基に変換した変異体酵素(Y271FおよびW314F/W332F/Y271F)を新たに作成・精製し、基質結合によるUV-吸収差スペクトル、Trp残基の化学修飾、塩酸グアニジンによる変性、消光剤にまる蛍光変化を調べた。本実験から、(1)Trp314は酵素分子内に埋もれて存在するが、Trp332は酵素表面に存在すること、(2)Trp314の周りの疎水的環境は基質結合によりより親水的に変化するが、溶媒には露出しないこと、(3)Trp314は、酵素分子内に存在するが比較的溶媒に近い位置に存在することが明らかになった。さらに、また、W314F/W332FとW314F/W332F/Y271FのUV-吸収差スペクトルおよび蛍光スペクトル測定から、基質結合により活性部位に存在するTyr271の存在状態も変化することが示唆された。

一方、E. coliの2種のLysRS(UとS)のX-線結晶構造解析の結果は、Tyr271に対応する残基Tyr280は、LysRS(U)ではα-アミノ基、LysRS(S)ではε-アミノ基と相互作用することが報告されでいる。そこで今回、L-LysアナログとW314F/W332Fを用いたUV吸収差スペクトルの測定により、Tyr271がどちらのアミノ基の認識に関与するのか調べた。L-Lysとの結合により284nmと287nmに負の、270nmに正のUV吸収差スペクトルが観察された。270nmのピークは、L-Lys結合によりPhe残基の環境が変化することを示した。L-Lysと同様なUV吸収差スペクトルが、SAEC、L-Orn、D-Lys、Cadでも観測された。一方、6-AHAでは、これらと逆の差スペクトルが観測された。また、Gly、L-Norでは、有意な差スペクトルは観察されなかった。これらの結果は、Tyr271由来のUV吸収差スペクトルには、L-Lysのε-ブミノ基との相互作用が必須であることを示唆していた。これらは、Tyr271が本酵素とL-Lysの結合の際にアミノ酸側鎖の認識において重要な役割を果たしていることを示し、B.s.LysRSの基質認識機構改変の重要な足がかりとなる可能性を示していた。略語:6-AHA,6-aminohexanoic acid ; Cad, cadaverine ; Gly, glycine, L-Nor, L-norleucine ; L-Orn, L-ornithine ; SAEC, S-(2-aminoethyl)-L-Cys
小１プロブレム・中1ギャップを改善する接続カリキュラムの開発と実証

本研究は、接続カリキュラム(アプローチカリキュラム、スタートカリキュラム)の開発と適用により、特別支援対象児(発達障害児、特別ニーズ児等)が保育所・幼稚園から小学校へ、小学校から中学校へとスムーズに移行できることを実証する。さらに、その接続カリキュラムを他地域でも実証し一般化を目指すことである。本研究推進のために、教育・保育・医療・福祉等の各専門家の約20名で構成する「接続カリキュラムプロジェクト委員会」を組織して、「カリキュラム開発チーム」と「カリキュラム実践チーム」を設定した。プロジェクト委員会は、研究モデル校園においてスクリーニングをして発達障害児等の早期発見に努め、特別支援教育が推進するよう指導助言を行った。また、教員等に対しても、発達障害児等への適切な指導支援ができるように「特別支援教育研修講座」を30時間企画して実施した。一方、カリキュラム開発チームは、保育所・幼稚園・小学校・中学校における現行のカリキュラムおよび教育・保育内容の現状と課題を検討する中で、新たな接続カリキュラム(アプローチカリキュラムとスタートカリキュラム)を開発した。そして、その接続カリキュラムを研究モデル校園で活用して、スムーズな移行支援を目指した。また、発達障害児等の特別支援対象児に対して支援計画3点セット(個別の教育支援計画、個別の指導計画、個別の移行支援計画)を考案し、それを作成して障害の改善・克服に取り組んだ。これらの接続カリキュラム(アプローチカリキュラムとスタートカリキュラム)の活用により、小学校1学年と中学校1学年において、学習集中度の向上、不登校数の減少、いじめ認知度の減少、学力偏差値の向上など一定の効果が見られた。本研究は、接続カリキュラム(アプローチカリキュラム、スタートカリキュラム)の開発と適用により、特別支援対象児等が保育所・幼稚園から小学校へ、小学校から中学校へとスムーズに移行できることを実証し、その接続カリキュラムを他地域でも一般化を目指すことである。具体的な取組は、1研究組織の構築と教育・保育現場の調査、2接続カリキュラムの開発と適用、3教員の特別支援教育研修と特別ニーズ児に対する支援計画の作成と実施、4接続カリキュラム」の他地域への導入と一般化、の4点である。1年次では、以下のような研究実績が得られた。1では、本研究推進のために、山形県内11市町村教育委員会(鶴岡市、新庄市、天童市、長井市、庄内町、真室川町、最上町、舟形町、小国町、戸沢村、大蔵村)、山形県外4町教育委員会(青森県三戸町、青森県田子町、徳島県那賀町、徳島県海陽町)に、「接続カリキュラムプロジェクト委員会」を組織し、教育・保育・医療・福祉等の各専門家を中心とする「カリキュラム開発チーム」と「カリキュラム実践チーム」を設定した。このプロジェクト委員会は、研究モデル校園に巡回相談を実施して特別ニーズ児等のスクリーニングを実施したり、保育所・幼稚園・こども園、小学校、中学校における現行のカリキュラムおよび教育・保育内容を調査して現状と課題を把握した。2では、日本や米国カンザス州の先進地域の現状を調査しながら、新たな接続カリキュラムを考案し、研究モデル校園で接続カリキュラムを試行した。3では、特別支援対象児への適切な指導支援のために、教員等に対して「特別支援教育研修講座(30時間)」を企画し実施した。また、特別支援対象児に対しては、個別の支援計画を作成し指導した。4では、接続カリキュラムの効果を検証するために、前述した山形県外4町を選定した。本研究を推進するにあたり、研究代表者が運営している山形大学特別支援教育臨床科学研究所と山形県内11市町村教育委員会、および山形県外4町教育委員会と研究プロジェクトを締結できた。このことは、当該地域の保育所、幼稚園、小学校、中学校への教育支援(巡回相談、教員研修講座、接続カリキュラム作成、個別の支援計画作成など)がスムーズに実施できることとなった。また、アメリカやデンマークの大学や専門機関とも連携の承諾を得ることができた。このことにより、先進的な接続カリキュラムの開発ができる見通しとなった。さらに、3市教育委員会(鶴岡市、天童市、新庄市)からは、接続カリキュラムの取組に関して、「日本特殊教育学会」で中間報告をすることができた。2年次では、以下のような研究実績が得られた。1では、1年次に引き続き研究モデル校園に巡回相談を実施して特別ニーズ児等のスクリーニングを実施したり、保育所・幼稚園・こども園、小学校、中学校における現行のカリキュラムおよび教育・保育内容を調査して現状と課題を把握した。2では、デンマーク国の保育園や小学校等の視察をして「0学年制」の事例を参考にしながら新たな接続カリキュラムに反映させ、『5歳年長児アプローチカリキュラムと小1スタートカリキュラムの20事例』を作成した。そして、それに基づいて、研究モデル校園で実践した。また、学会で中間報告として2つの研究発表と自主シンポジウムを行った。3では、1年次に引き続き教員等に対して「特別支援教育研修講座(30時間)」を企画し実施した。4では、接続カリキュラムの効果を検証するために、徳島県の那賀町・海陽町、岐阜県の各務原市の保育園や幼稚園で『5歳年長児アプローチカリキュラムと小1スタートカリキュラムの20事例』を提案した。

本研究を推進するにあたり、研究代表者が運営している山形大学特別支援教育臨床科学研究所と山形県内11市町村教育委員会、山形県外4町教育委員会、研究モデル校園と連携が継続してできている。このため、当該地域の保育所、幼稚園、小学校、中学校への教育支援(巡回相談、教員研修講座、接続カリキュラム作成、個別の支援計画作成など)がスムーズに実施できることとなった。また、1年次の米国カンザス大学、2年次のデンマーク国の保育所や幼稚園等の視察ができ、この先進事例を参考として、『5歳年長児アプローチカリキュラムと小1スタートカリキュラムの20事例』を作成することができた。そして、このカリキュラムを活用しながら研究モデル園の「天童幼稚園」では、公開保育を開催することができた。さらに、これらの研究実践の取組に関して、日本特別ニーズ教育学会で「5歳アプローチカリキュラムの適用と小1プロブレムの状況」、日本特殊教育学会で「小1プロブレムを防ぐ保育活動の効果と持続」のテーマで研究発表(中間報告)をすることができた。また、日本特殊教育学会で「特別支援教育システム化による学力・不登校等の波及効果」の自主シンポジウムをすることができた。本研究は、接続カリキュラム(アプローチカリキュラム、スタートカリキュラム)の開発と適用により、特別支援対象児(発達障害児、特別ニーズ児等)が保育所・幼稚園から小学校へ、小学校から中学校へとスムーズに移行できることを実証する。さらに、その接続カリキュラムを他地域でも実証し一般化を目指すことである。本研究推進のために、教育・保育・医療・福祉等の各専門家の約20名で構成する「接続カリキュラムプロジェクト委員会」を組織して、「カリキュラム開発チーム」と「カリキュラム実践チーム」を設定した。プロジェクト委員会は、研究モデル校園においてスクリーニングをして発達障害児等の早期発見に努め、特別支援教育が推進するよう指導助言を行った。また、教員等に対しても、発達障害児等への適切な指導支援ができるように「特別支援教育研修講座」を30時間企画して実施した。一方、カリキュラム開発チームは、保育所・幼稚園・小学校・中学校における現行のカリキュラムおよび教育・保育内容の現状と課題を検討する中で、新たな接続カリキュラム(アプローチカリキュラムとスタートカリキュラム)を開発した。そして、その接続カリキュラムを研究モデル校園で活用して、スムーズな移行支援を目指した。また、発達障害児等の特別支援対象児に対して支援計画3点セット(個別の教育支援計画、個別の指導計画、個別の移行支援計画)を考案し、それを作成して障害の改善・克服に取り組んだ。これらの接続カリキュラム(アプローチカリキュラムとスタートカリキュラム)の活用により、小学校1学年と中学校1学年において、学習集中度の向上、不登校数の減少、いじめ認知度の減少、学力偏差値の向上など一定の効果が見られた。
膵臓癌に対する化学療法併用WT1ペプチドワクチン療法の開発と抗腫瘍免疫動態の解析

進行膵臓癌に対しジェムシタビン併用WT1ワクチン化学免疫療法臨床試験を実施し、治療経過中のWT1(癌関連抗原)特異的免疫モニタリングの実施並びに臨床効果との関連を見た。WT1特異的免疫反応は、WT1ペプチドに対する遅延型反応(DTH)と末梢血中のWT1特異的免疫担当細胞(WT1-CTLs)を用いた。DTH陽性症例では、生存期間延長が期待され、そのような症例ではWT1-CTLsの記憶細胞の割合が高く維持されていることが明らかとなった。進行膵臓癌に対する塩酸ゲムシタビン(GEM)併用WT1ペプチドワクチン化学免疫療法臨床試験の遂行とその免疫学的動態解析手術不能進行膵臓癌の症例を対象に、標準的なGEM投与にWT1ペプチドワクチンを併用投与する臨床試験を遂行し、以下の解析に必要なサンプルの採取を行った。(1) GEMとWT1ペプチドワクチン併用による免疫系全体に与える影響の解析末梢血中リンパ球数、CD3、CD4、CD8、CD19それぞれの陽性リンパ球数の治療経過中の変化を解析した。末梢血リンパ球は各治療コースの半ばに一時的な低下傾向(統計学的有意差なし)を認めるが、次コース開始時までには速やかに回復した。CD3,CD4、CD8、CD19各抗原陽性リンパ球頻度並びに数をコース毎に解析した。治療5コースまでの解析で、CD3、CD8各陽性細胞は治療開始前に比較して低下傾向を認めたが、統計学的有意差は認めなかった。CD4、CD19各陽性細胞は治療開始以降も著変認めなかった。以上の結果は、GEM化学療法による免疫系への影響が軽微でありWT1ペプチドワクチン療法との併用は問題なく施行可能であることが示唆された。(2) GEMとWT1ペプチドワクチン併用によるWT1特異的抗腫瘍免疫の免疫学的動態解析GEM併用WT1ペプチドワクチン化学免疫療法臨床試験に参加された症例の末梢血サンプルを用いてWT1特異的細胞障害性T細胞(CTL)経時的な動態解析をテトラマー法を用いてマルチカラーFACSでデーター集積、並びに解析中である。その中で、臨床的に好結果に経過した症例では、WT1特異的CTLはGEM化学療法による治療開始当初一時的な低下を認めたがその後、TAA特異的免疫の維持、増強傾向を認めた。GEM化学療法と免疫療法によるWT1特異的免疫誘導の相乗効果が得られたものと考えられる。引き続き、集まった症例サンプルを更に解析を進め、本併用療法の有効性並びに実施可能性の科学的根拠を得ていく予定である。進行膵臓癌に対する塩酸ゲムシタビン(GEM)併用WT1ペプチドワクチン化学免疫療法臨床試験の遂行とその免疫学的動態解析手術不能進行膵臓癌の症例を対象に、標準的なGEM投与にWT1ペプチドワクチンを併用投与する臨床試験を行い、参加された症例より解析に必要なサンプルを採取し、以下の解析を行った。(1)GEMとWT1ペプチドワクチン併用による免疫系全体に与える影響の解析末梢血中リンパ球数、CD3CD4、CD3CD8、Treg細胞それぞれの治療経過中の変化を解析した。全リンパ球数は、プロトコール治療2コース完了時に一時的な低下傾向を見たが、その後速やかに回復する傾向があった。これと同様にCD3CD8リンパ球数も2コース完了時に一時的な低下傾向を見たが、その後の低下は認められなかった。一方、CD3CD4リンパ球、Treg細胞数はいずれも治療経過中、著変を認めなかった。(2)GEMとWT1ペプチドワクチン併用によるWT1特異的抗腫瘍免疫の免疫学的動態解析GEM併用WT1ペプチドワクチン化学免疫療法臨床試験に参加された症例の末梢血サンプルを用い、テトラマー法マルチカラーFACSでWT1特異的細胞障害性T細胞(WT1-CTL)経時的な動態解析を行った。本治療により何らかの臨床効果(特に長期生存例)を認めた症例では、一時的なWT1-CTLの低下を認めたが、その後回復しかつ長期にわたって維持される傾向を認めた。この結果と臨床効果との関連については、更なる解析が必要であるが、WT1-CTLのが膵臓癌患者の臨床効果並びに生存に寄与していることを示唆する結果であった。進行膵臓癌に対する塩酸ゲムシタビン(GEM)併用WT1ペプチドワクチン化学免疫療法臨床試験の遂行とその免疫学的動態解析手術不能進行膵臓癌に対するGEM併用WT1ペプチドワクチン療法臨床試験に参加された症例より経時的に採取された血液サンプルを用い、以下の解析を行った。尚、症例集積は2010年9月で完了した。(1)GEMとWT1ペプチドワクチン併用による免疫系全体に与える影響の解析末梢

血中のCD3+CD8+T細胞、CD3+CD4+T細胞、Treg細胞それぞれについて、治療経過中の経時的変化を解析した。CD3+CD8+T細胞は、治療中一時的な低下を認めた。一方、CD3+CD4+T細胞、Treg細胞はいずれも治療経過中、有意な低下を認めなかった。以上の結果は、GEM化学療法による免疫系への影響が軽微でありWT1ペプチドワクチン療法との併用は問題なく施行可能であることが示唆された。(2)GEMとWT1ペプチドワクチン併用によるWT1特異的抗腫瘍免疫の免疫学的動態解析GEM併用WT1ペプチドワクチン化学免疫療法臨床試験に参加された症例の末梢血サンプルを用い、テトラマー法マルチカラーFACSでWT1特異的細胞障害性T細胞(WT1tetramer+CD3+CD8+T細胞)ならびにそのphenotypeの経時的な動態解析を行った。CD3+CD8+T細胞中のWT1tetramer+CD3+CD8+T細胞の割合は、WT1ペプチドに対する免疫反応を認めた症例では、免疫反応を認めなかった症例に対して高い傾向があったが、統計的有意差は認めなかった。一方、WT1tetramer+CD3+CD8+T細胞中のmemory phenotypeの割合は、WT1ペプチドに対する免疫反応を認めた症例では、免疫反応を認めなかった症例に対して治療前そして治療経過中も有意に高かった。12ヵ月以上の長期生存例では、このmemory phenotypeの割合は、治療前そして治療後も特に高く維持されていた。WT1tetramer+CD3+CD8+T細胞、特にmemory phenotypeが高く維持されることが、膵臓癌患者の臨床効果と関連し、本治療法有効性のprediction markerとなることが示唆された。
多発性硬化症におけるB細胞免疫に関する研究

【背景】近年のMS有病率上昇の一因に衛生仮説が提唱され、その背景に自然免疫の関与が示唆されている。Toll-like receptor (TLR)は自然免疫での病原体認識分子であるが、自然免疫のみならず獲得免疫をも誘導する。TLR9はB細胞と形質細胞様樹状細胞に発現し、CpGDNAがリガンドに同定されている。一方、近年B細胞産生性IL-10による免疫調節性機能が注目され、MSでの低下が報告されている。MSにおけるTLR9を介した免疫調節性機能の可能性について検討することを目的とした。【方法】MS36例(再発期6例、寛解期30例)、健常者10例を対象とし、寛解期MS群は未治療10例、インターフェロン(IFN)β-1a治療10例、IFNβ-1b治療10例とした。対象者の末梢血を採取し、Flow cytometryでCD19陽性B細胞表面CD27、CD80、CD86とB細胞内TLR9の発現を測定した。またB細胞を分離し、0.25μMのCpGDNA(ODN2006)で24時間刺激したのち、ELISAで上清中のIL-10、IL-12(p40)、TNF-α、Lymphotoxin-αを測定した。【結果】CpGDNA刺激によるB細胞のIL-10産生はMS全体で有意に低く、IL-12(p40)産生は再発期MSで有意に高かった。memory B細胞におけるTLR9のMean Fluorescence IntensityはMSで有意に低く、またB細胞のIL-10産生と有意な正の相関を呈した。【結論】MSではTLR9を介したB細胞のIL-10産生が低下しており、これはmemory B細胞のTLR9発現低下に起因している可能性があることが判明した。今年度は、2つのテーマに関して研究を行った。1つは多発性硬化症(MS)患者におけるB細胞subsetのIFNβ投与群と非投与群、健常者群での比較検討と再発期・寛解期での比較検討、2つ目としてサイトカイン産生能を中心にMSのB細胞におけるToll-like receptor(TLR)9の免疫調節性機能に関して検討を行った。1つ目のB細胞subsetの研究では以下の結果が得られた。IFN投与群においてCD27及びCD80陽性B細胞の割合はIFN非投与群及び健常者群よりも有意に低値であった。一方、CCR5陽性B細胞の割合は、健常者群・IFN投与群に比べ非投与群で有意に高値であった。CD49dのB細胞での発現はIFN投与群において、健常者群より優位に低下していた。再発期と寛解期の検討では、CD80陽性B細胞並びにCCR5陽性B細胞の割合が、寛解期で優位に上昇していた。以上より、B細胞subsetはMSにおいて健常者と比較し違いがあり、それがIFN治療によって影響を受け、また、再発と寛解の時期によっても異なることが示唆された。一方、2つ目のTLR9の研究であるが、これは、TLRが自然免疫における病原体認識分子であり、MSにおける自然免疫の重要性が注目されていることから検討を行った。その結果、TLR9のアゴニストであるCpG DNA刺激によるB細胞からのIL-10産生はMS患者において健常者と比較して有意に低下しており、またB細胞のIL-10産生はメモリーB細胞におけるTLR9発現に相関していた。今回の結果、及びB細胞産生性IL-10がTh1細胞、Th17細胞、樹状細胞の機能を抑制するとの報告から、TLR9を介したB細胞への刺激はT細胞なども含むMSの免疫動態に影響している可能性が考えられた。【結論】
細菌細胞膜上のフェロモン受容体と輸送体の立体構造解析、構造に基づく新規抗菌薬設計

腸球菌の菌体密度依存的病原因子発現(クォーラムセンシング)を司るフェロモン分子(環状ペプチドGBAP)のNMR構造解析を決定し、さらに構造活性相関からGBAPの活性残基を特定した。また数残基をAlaに置換することにより腸球菌の毒素生産を抑制するGBAPアンタゴニストを得ることに成功した。一方、GBAP受容体膜タンパク質FsrCについて、大腸菌での発現、精製、結晶化に成功し、FsrC-GBAP複合体について最高分解能5.5の回折斑点を得た。転写活性化因子(応答制御因子)FsrAは、タグなしおよびN末端Hisタグありでは全く発現が確認されなかったが、GST融合タンパク質とすることで大腸菌での大量発現に成功した。この際大腸菌の培養温度3725度Cでは目的タンパク質は不溶化したが、2015度Cでは目的タンパク質を可溶性で得ることができ、グルタチオンセファロースでの精製を行った。現在、GST融合タンパク質の結晶化条件の探索を行っている。フェロモン受容体膜タンパク質FsrCは、C末端にHisタグを付けることにより、大腸菌での発現とCo^<2+>-固定化カラムによる1段階精製に成功した。細胞膜からの可溶化は、界面活性剤ドデシルマルトシド(DDM)を用いて行った。円2色性(CD)スペクトルから、可溶化したFsrCがαヘリックスに富むことが明らかになった。精製、濃縮後、結晶化条件の探索を行っている。また、同時に、ヒスチジンキナーゼ活性検定系の確立を進めている。フェロモンの生合成および膜輸送を担う膜タンパク質FsrBについては、タグなしおよびN末端Hisタグあり、C末端Hisタグありでの発現を試みたが、これまでのところ、どれも成功していない。今後、Bacillus subtilisの膜タンパク質であるMisticとの融合タンパク質としての発現を試みる予定である。平成16年度中、共同研究者の中山二郎博士ら(九大・院農)により、GBAPを含むポリペプチドがFsrBとは異なるORF(FsrDと命名された)に由来することを明らかにされたため、フェロモン前駆体FsrDの発現系も構築し、N末端Hisタグ付で可溶性タンパク質として高発現に成功した。フェロモン受容体膜タンパク質FsrCを大腸菌Escherichia coliを宿主として発現させることに成功し、培地1リットルあたり0.3mgの精製FsrCを得た。その後、結晶化条件探索の結果、ポリエチレングリコールを沈殿剤として柱状の微結晶(10x10x60μm^3)が得られた。この結晶は、Spring-8 BL41XUで9.3Å分解能まで回折した。その後、結晶化条件の最適化を進めており、現在までに10x20x150μm^3の結晶が得られている。今後も、結晶化条件の最適化を最優先して進め、高分解能の回折データ取得を目指す。研究分担者の中山二郎博士により合成されたGBAPを用いて、FsrCとGBAPの複合体についても結晶化実験を開始した。さて、FsrCの結晶化用試料の調製の際、精製FsrCを濃縮すると一部がSDS処理でも解離しない安定な2量体を形成することが明らかになった。γ-^<33>P-ATPを用いた自己リン酸化実験によりタンパク質に取り込まれた^<33>PはSDS-PAGEでFsrCの2量体に相当する位置に検出されたため、FsrCの自己リン酸化は、安定な2量体中、片方のサブユニットが他方のサブユニット中のヒスチジン側鎖をリン酸化することにより起こると推測している。昨年度、フェロモン受容体膜タンパク質FsrCを大腸菌を宿主として発現させ、培地1Lあたり0.3mgの精製FsrCを得た。その後、結晶化条件探索の結果、ポリエチレングリコールを沈殿剤として柱状の微結晶(10x10x60μm3)を得、この結晶はSPring-8 BL41XUで9.3Å分解能まで回折した。今年度、沈殿剤濃度、pH、添加剤、フェロモンGBAPとの共結晶化などの結晶化条件の最適化を進め、現在までに20x20x200μm3の結晶が得られ、SPring-8 BL41XUで5.5Å分解能まで回折した。受容体膜タンパク質FsrCの結晶化と並行して、フェロモンGBAP(11残基の環状ペプチド)の構造・機能解析を行った。GBAPのアラニンスキャニング変異体の活性測定の結果、N末端領域はGBAPの活性に重要でないが、環状構造領域は極めて重要でどのアミノ酸を置換しても活性が失われた。

一方、2次元NMRによる溶液構造解析の結果、GBAPは環状領域も含めて、溶液中で柔軟な立体構造を有することが示され、GBAPが受容体FsrCに結合する際GBAPの環状構造領域がinduced fitすると示唆された。また、放線菌由来のGBAPのアンタゴニストとしてsiamycinを同定した。FsrCとsiamycinの複合体の結晶化も試みる予定である。受容体膜タンパク質FsrCは、N末端側の7回膜貫通領域とC末端側の細胞内ヒスチジンキナーゼ領域とに区分できるが、上述の全長膜タンパク質の結晶化のほか、細胞内ヒスチジンキナーゼ領域(FsrCC)の発現にも成功した。現在、FsrCC単独、FsrA単独、およびFsrCC-FsrA複合体の結晶化実験も行っている。昨年度に引き続き、フェロモン受容体膜タンパク質FsrC単独およびFsrC-GBAP複合体の結晶化条件の最適化を進めた。今年度、培養条件の検討により発現量・菌体収量が改善し、大腸菌1L培養あたりの精製FsrCの収量が0.3mgから1.0mg以上に向上した。結晶化のための界面活性剤の検討を行い、DDMミセル存在下でのFsrCのゲルろ過分析では、活性型と予想される2量体FsrCがDDMミセルに埋め込まれた分子量約150kのピークよりも、FsrCが会合して排除体積に溶出されたピークの方が数倍程度大きかったが、n-octyl-β-D-glucopyranoside(C8G)やn-nonyl-β-D-glucopyranoside(C9G)を添加してゲルろ過分析すると会合体のピークがほぼ消失したため、会合状態にあったFsrCが解離したと判断した。他の8種類の界面活性剤(C9M,C10M,C12E8,C12E9,LDAO,C12-sucrose,CYMAL6,C14M)には、会合体解離促進効果は見られなかった。この結果に基づき、DDM-OG,DDM-NGの混合ミセル中やOG,NGに界面活性剤を置換した後、FsrC-GBAP複合体の結晶化条件を探索し、これまでにPEG3350を沈澱剤とするいくつかの条件で六角形の板状結晶が得られている。今後さらに結晶化条件の検討を進め、高分解能回折データの取得に結びつける予定である。フェロモン受容体膜タンパク質FsrC単独およびFsrC-GBAP複合体の結晶化条件の最適化を進めた。DDMミセル存在下でのFsrCのゲルろ過分析では、活性型と予想される2量体FsrCのピークよりも、排除体積に溶出されたFsrC会合体のピークの方が数倍程度大きかった。界面活性剤の検討を行い、0.05%N, N-dimethyldodecylamine N-oxide(LDAO)を含む緩衝液中で、単量体または2量体のFsrCのピーク強度が最高となり、排除体積に溶出されるFsrC会合体のピークが低く抑えられた。このLDAOミセル中でのFsrC単独およびFsrC-GBAP複合体の結晶化条件を探索し、主にPEGを沈澱剤とする複数の条件で結晶が得られた。一方、ペプチドフェロモンGBAPのFsrC結合部位を特定するため、種々のGBAPアナログを合成し、GBAPの構造機能相関研究を行った。GBAPのAIaスキャンニング変異から、環の全領域がGBAPアゴニスト活性に関与するが、N末端の突出領域の側鎖はアゴニスト活性に関与しないこと、環領域内のPhe7とTrp10が受容体結合と活性化に大きく寄与していることが示された。NMR分光法によるGBAPの立体構造解析から、GBAPの環領域(残基番号3-11)がヘアピン構造をとり、コンパクトに折り畳まれていることが明らかになった。
幼児の数量発達に対する保育者の信念と促進的支援の効果に関する研究

幼児の自発的興味を尊重する日本の保育実践の文脈のなかで,幼児がより高度な数量知識を獲得していく過程について,保育者の信念と支援に注目して解明することを目的とした。保育者への面接,保育活動の観察,幼児への数量能力評価などから,日本の保育者は,幼児に直接的な数量指導を行うことは好まないが,日常の遊びや保育活動の中で幼児の数量発達の状況を注意深く見極めていること,保育活動に数量の要素を埋め込む際には,幼児の発達に対応する形で数量操作の頻度や複雑さを調整するなど,敏感に数量支援の内容を変化させていること,を示唆する知見が得られた。本研究は,幼児の自発的興味を尊重する日本の保育実践の文脈のなかで,幼児がより高度な数量知識を獲得していく過程を解明することを目的とする。平成22年度は,幼児の数量発達に対する保育者の信念と具体的な数量支援のあり方に関する次の3点を行った。第1に,日本の保育者を対象に実施した幼児の数量発達と支援に関する面接・質問紙データの分析を進めた。さらに,日本の保育の文化的特徴をより明確に把握するための比較文化的データとして,米国マサチューセッツ州の保育所において,幼児の数量発達と支援に関する保育者への面接を行った。第2に,日本の幼稚園6園10クラス(年長)の保育活動の記録をもとに,数量に関わる保育活動の頻度と種類,およびそのような活動における保育者の支援の内容について詳しく検討した(榊原,2011)。第3に,4歳児のコマ遊びに注目して,幼稚園での自由遊び場面の観察データの分析を行った(Sakakibara & Takagi,2010)。その結果,子どものコマ遊びに対する保育者のコメントが,子どもの自発的探索をコマ遊びの数的・物理的側面に方向づけ,活動を数的・物理的に意味あるものへと発展させる役割を担っていることが示唆された。また,子どものコマに関わる探索行動がより複雑なものへと発展していく過程では,ブロックなどの玩具が効果的に使用される様子も観察された。周辺的な媒介物の適切な配置が,子ども自身による環境の操作を可能にし,より複雑な数的・物理的探索が促されることが示唆された。平成23年度は,幼児の数量認知の発達と保育者の数量支援について,次の3点を行った。第1に,数量能力評価(Child Math Assessment:CMA)における幼児の成績・方略の分析を進めた。また,CMAの各領域(数,算術,空間幾何,測定1パターン)について,年長児の数量能力に対する保育者の数章支援の効果を検討した。第2に,日本の保育の文化的特徴をより明確た把握するための比較文化的データとして,米国ニューヨーク州の保育所において,幼児の数量発達と支援に関する保育者へのインタビューおよび保育活動の観察を行った。第3に,先行研究において頻繁に数量要素が埋め込まれていた年長クラスの「製作」「出欠の確認」「ゲーム」の活動に注目し,年少・年中クラスを対象とした先行研究(榊原,2006)との対応づけを試みた。その結果,年少・年中クラスにくらべて,年長クラスでは活動により高い割合で数量要素が含まれたり,より複雑な数的操作を幼児に求めたりする傾向がみられた。ここから日本の保育者は,数量の要素を日常の保育活動に埋め込む形で幼児の数量発達に対する支援を行っているが,その際,幼児の発達に対応する形で数量操作の頻度や複雑さを調整するなど,敏感に数量支援の内容を変化させている可能性が見出された。
13C標識化合物を用いた呼気テストによる抗癌剤投与の副作用予測と抗癌効果予測

目的:S-1の抗腫瘍効果が遺伝子多型と、2-13Curaci1呼気テスト(UrBT)の呼気中13CO2変化で予測可能であるかを検討した。対象と方法;胃癌16例、大腸癌13例、膵臓癌4例の計34例の転移・再発症例を対象とした。遺伝子はCYP2A6遺伝子多型を対象とし、UrBTは初回S-1内服前と初回内服3時間後の2回施行し、60分間の13CO2排出量(Σ60)を検討した。結果:抗癌効果を認めたグループと病状の進行を認めたグループの間に有意差を認めたのは、初回S-1内服後のΣ60値であった。結論:UrBTの結果から、S-1内服後の抗癌効果が予測できる可能性が認められた。背景と目的:S-1の成分であるテガフールから5-FUへの変換にCYP2A6遺伝子多型が関与し、5-FUの代謝にはDihydropyrimidine Dehydrogenase(DPD)活性を抑制するギメラシルが重要である。13Curacil呼気テスト(UrBT)がDPD活性の指標であることが報告されており、CYP2A6遺伝子多型解析結果とUrBTの結果からS1の効果が予測可能であるかを検討した。対象と方法:胃癌12例、大腸癌11例、膵臓癌2例(計25例)の進行再発症例を対象とし、S1を40mg/m^2を朝・夕投与した。CR+PR13例(CR:2例、PR:11例)とPD:11例のCYP2A6遺伝子多型(1アレルの変異VS両アレルの変異)、UrBTの結果、S1内服後の血清FT,5FU濃度について検討した。UrBTは2-^<13>C-Uraci1を2mg/kgを内服し、S1初回内服前と初回内服3時間後の2回施行し、60分までの13CO_2増加率(Σ60)で評価した。結果:1)CR+PRとPDの間に単変量解析で有意差を認めたのは、*1/*Xのアレルの有無、内服後のΣ60、内服3時間後の血清5FU濃度であり、多変量解析で有意差を認めたのは内服後Σ60であった(P=0.042)。2)内服3時間後の血清5FU濃度と内服後Σ60の相関は-0.40(p=0.045)3)内服後Σ60の抗癌効果の有りに対する受動者動作特性曲線(ROC curve)の曲線下面積は、0.782(p=0.023)であった。4)内服後Σ60のcut off値を48%とした時の抗癌効果の有りに対する感度は76.9%、特異度83.3%、尤度比4.61、陽性的中率83.3%であった。結論:S1内服後のUrBTの結果は血清5FU濃度との関連が高く、UrBTの結果でS1の抗癌効果が予測できる可能性が示唆された。背景と目的:S1の抗癌効果には、CYP2A6遺伝子多型が関与や、Dihydropyrimidine Dehydrogenase(DPD)活性を抑制するギメラシルが重要である。2-13Curacil呼気テスト(UrBT)の呼気中13CO2変化が生体内のDPD活性の標識であることが報告されている。CYP2A6遺伝子多型解析結果とUrBTの結果からS1の抗癌効果が予測可能であるかを検討し、これら結果と血清FT、5FU濃度との関連性を検討した。対象と方法:胃癌16例、大腸癌13例、膵臓癌4例の計34例の進行再発症例を対象とした。全例にS1を40mg/m^2を朝・夕投与した。CYP2A6遺伝子多型は1アレルの変異(*1/*X:*1/*4、*1/*7、*1/*9)、両アレルの変異((*X/*X:*4/*4、*4/*7、*4/*9*、4*/*10、*7/*9、*9/*9、*9/*10)の2群に分けて検討した。UrBTは2-^<13>C-Uraci1を2mg/kgを内服し、初回S1内服前と初回内服3時間後の2回施行した。

^<13>CO_2測定はExalenz社,BreathIDで<13>^CO_2を連続測定し(△‰)、060分までの曲線下面積(Σ60)を測定した。Σ60と抗癌効果の関係を検討し、さらに、S1内服後3時間目の血清FTおよび、5FU濃度を測定し、UrBTとの関係を検討した。結果:1)CR+PR18例(CR2例、PR16例)、PD16例であった。2)CR+PR症例とPD症例のS1内服前のΣ60に有意差は無く、内服後のΣ60はPD症例に比べCR+PR症例で有意に低値であった。3)CR+PRとPDの間に単変量解析で有意差を認めたのは、*1/*Xのアレルの有無、内服後のΣ60、内服3時間後の血清5FU濃度であり、多変量解析で有意差を認めたのは内服後Σ60であった(P=0.009)。4)内服後Σ60の抗癌効果の有りに対する受動者動作特性曲線(ROC curve)の曲線下面積は、0.904(p=0.00017)であった。5)内服後Σ60のcut off値を43.2(‰)とした時の抗癌効果の有りに対する感度は83.3%、特異度93.7%、尤度比13.3であった。6)S1内服3時間後の血清5FU濃度と内服後Σ60の相関は-0.505(p=0.0002)であった。結論:UrBTの結果から、S1内服後の抗癌効果が予測できる可能性が示唆された。S1内服前後のUrBTの結果は血清5FU濃度との関連が高いことが示唆された。
水ビジネスを題材にした日本式生活インフラの可能性-中学校社会科の場合-

日本人にとっては蛇口をひねれば当たり前に出てくる水、そんな水道技術が水ビジネスとして海外に輸出されている事実に驚いた子どもは、日本の水道技術や水ビジネスの現状について調べ始めた。そして、高水準の水処理技術がありながらも、日本の水事業に関しては官公庁と民間企業の役割が長年分断されてきたために官民一体化が大幅に遅れていることを見つけた。また、海外の企業と比べ、技術の売り上げで大きく差を広げられているという水ビジネスを取り巻く問題を捉えた。そして、子どもは官公庁や企業、水道局の水ビジネスへの取り組みを知りたいと考え、取材に動き出した。今、水ビジネスに官民一体化の流れがあり、官民企業やファンドが誕生しているなど官と民の関係性が変化していることを明らかにした子どもは、それらを意見交流の中で関わらせることで、水ビジネスを多面的・多角的に捉えた。そして、新たなビジネスのあり方を見いだしたいと考え、水ビジネスを通して見える将来の日本のビジネスのあり方や現代社会の仕組みを一人一人が思い描き始めた。そして、途上国に関する日本の関わりとして、お金儲けのみを追求するのではなく、現地の人々の声にも耳を傾け、ビジネスと支援を切り離さず結びつけて考えるべきという新たなビジネスのあり方や現代社会の仕組みを実感した。その中で、グローバルウォータ・ジャパン代表の吉村和就氏をお招きし、意見交流をすることで、自分たちの追究の成果を発信するとともに、水ビジネスの未来について語り合った。本研究により、子どもは、これから自分たちが担うことになる日本や世界の姿を見通し、自分にできることや自分と社会とのつながりを考え始めることができた(社会参画)。
アレルギー反応における内在性カンナビノイド受容体リガンドの役割の解明

マリファナの受容体として知られるカンナビノイド受容体としてはこれまでに、主に神経系に発現しているCB1受容体と、免疫系に多く発現しているCB2受容体が報告されている。本研究では、CB2受容体とその内在性リガンドである2-アラキドノイルグリセロール(2-AG)が、アレルギー反応において促進的に働いていることを明らかにした。カンナビノイドCB2受容体は、炎症・免疫系に多量に発現しているG蛋白質共役型の受容体で、その内在性リガンドは2-アラキドノイルグリセロール(2-AG)である。これまでの研究で、ハプテン抗原を塗布したマウス耳介の遅延型アレルギーモデルにおいて、2-AG量の著しい増大が観察されること、CB受容体のアンタゴニストで炎症が抑制されること、特に好酸球の浸潤が抑えられること、好酸球にはCB2受容体が多量に発現していることなどを報告してきた。今回は、好酸球における2-AGとCB2受容体の役割の詳細を解明する目的で実験を行った。その結果、2-AGが、CB2受容体を介して、フィブロネクチン等の細胞外マトリックスやICAM-1、VCAM-1等の接着分子に対・する好酸球の接着を亢進させることが明らかとなった。2-AGによる好酸球の接着元進には、PI3キナーゼ-Akt経路、MEK-ERK経路が関与していること、p38 MAPキナーゼやc-Jun N-terminalキナーゼは関与していないことが分かった。実際、好酸球に2-AGを添加することにより、CB2受容体を介したAkt及びERKのリン酸化が起きていた。更に、2-AGは血管内皮細胞に対する好酸球の接着も増強させること、また、TNF-αで刺激することによる好酸球の血管内皮細胞への接着にも、2-AGとCB2受容体が関与していることも明らかとなった。これらの結果は、CB2受容体とその内在性リガンドである2-AGが、生体内のアレルギー反応において、重要な促進的役割を担っていることを強く示唆するものである。カンナビノイドCB2受容体は、Bリンパ球やナチュラルキラー細胞、マクロファージ、好酸球などの炎症・免疫系の細胞に多量に発現している受容体で、その内在性リガンドは、モノアシルグリセロールの一種である2-アラキドノイルグリセロール(2-AG)である。研究代表者はこれまでの研究で、ハプテン抗原で誘発した接触性皮膚炎において、2-AGとCB2受容体が、誘発期だけでなく、感作期においても促進的に関与していること、接触性皮膚炎の感作期において重要な役割を担っている表皮ランゲルハンス細胞にCB2受容体が多量に発現していること、一方、表皮細胞の大部分を占めるケラチノサイトには殆ど発現していないことを明らかにしてきた。今回の研究では、マウス骨髄由来樹状細胞を用いて、樹状細胞の機能に及ぼす2-AGとCB2受容体の役割を調べた。初めに、CB2受容体の発現をPCR法により調べたところ、マウス骨髄由来の樹状細胞にはCB2受容体が高発現していることが分かった。次に、樹状細胞の機能に及ぼす2-AGの影響を調べた。まず、フィブロネクチンへの接着に及ぼす影響を調べたところ、2-AGは、濃度依存的に細胞接着を亢進させることが分かった。2-AGの作用はCB2受容体アンタゴニストで完全に抑制されたことから、CB2受容体を介していることが分かった。また、2-AGは、CB2受容体を介した樹状細胞のケモタキシスを引き起こすことも明らかとなった。次に、シグナル伝達物質の活性化に及ぼす影響を調べた。その結果、2-AGを細胞に添加することによってp42/44MAPキナーゼの活性化が起こることが分かった。2-AGはCB2受容体を介して樹状細胞を活性化することにより、種々の免疫応答を促進している可能性がある。
固体中の光学過程による量子計算の可能性

電子や光子,あるいはスピン等の量子もつれを利用する量子計算は,従来の古典的フォン・ノイマン型計算機を凌駕する演算速度が予想され,未来技術として大きな期待が寄せられている。量子計算の実現には種々の方式が提案されていて,現時点でそれらの優劣を判定することは難しい。しかし,モードロックレーザーによる超短光パルスの発生や,複数の波長のレーザー光を用いたラマン過程による複合的な電子系の制御,あるいは,フォトンカウンティング等の高効率検出法の存在を考慮すると,光学的手法が有力候補であることは疑い得ない。本研究では,(1)招待講演者ならびに公募講演者によるシンポジウムの開催,および,(2)主要な国際会議の聴講による研究動向調査を行って,固体中の光学過程を用いた量子計算実現の可能性について総合的な調査研究を行った。平成15年8月18日,19日の両日につくば市の物質・材料研究機構で開催したシンポジウム「固体中の光学過程による量子計算の可能性」では,14名の講演者が(1)量子暗号通信,(2)量子もつれ合い光子対の生成,(3)量子通信中継機,(4)量子ドット中電子準位の光学的操作,(5)単一ドットの励起子ラビ振動,(6)共振器QED,(7)輻射場設計と量子計算,等々のテーマについて講演し,議論を深めた。国際会議については,(1)第48回SPIE国際会議Quantum Communications and Quantum Imaging(ロサンゼルス),(2)第16回国際レーザー分光会議(ヶアンズ),(3)CLEOヨーロッパ(ミュンヘン),(4)Photonics West(サンノゼ)にそれぞれ1名を派遣して,量子計算と関連分野の最新の研究動向を調査した。以上の調査研究の成果に基づいて,光学的量子計算の実現を目指す「エキゾチックフォトンの研究」を平成16年度新規特定領域研究課題として提案した。
チャネル型正浸透膜の創製と究極的ゼロエネルギー水処理プロセスの構築

1.新規水チャネル型FO膜の創製1-1.環状ペプチド分子集合体チャネル膜の創製(松山、吉岡、佐伯)では、分子動力学計算を用いて環状ペプチドチャネル分子を設計、合成し、これをリン脂質二分子膜に導入することで新規生体模倣型FOチャネル膜の開発を行った。1-2.高分子液晶垂直配向チャネル膜の創製(彌田、佐伯、稲田)では、高分子液晶の垂直配向シリンダー構造を水チャネルとして利用したFO膜の創製を行った。各種支持膜との複合化製膜プロセスを構築した。1-3.革新的ロバスト無機ゼオライトFO膜の創製(松方)では、ZSM-5等のゼオライトが持つ親水性ミクロ細孔特性を利用して、安定性が高く高温にも耐える全く新しい無機FO膜の開発を行った。1-4.計算機科学による高機能FO膜開発支援(吉岡)では、分子動力学計算により水チャネルの正浸透透水モデルを構築し、高透水性発現に必要な構造や物性をシミュレーションにより解明するとともに、結果のフィードバックにより、高透水性FO膜開発支援を行った。2.新規刺激応答性駆動溶液(DS)の創製(小野、高橋)熱応答性イオン液体DSの創製を目指し100種類以上のイオン液体分子について量子化学計算を活用して系統的なスクリーニングを行い、化学構造と温度相転移特性との関係性を明らかにするとともに、熱応答性イオン液体の温度依存的浸透圧発現機構を解析し、高浸透圧と相分離特性を両立する高性能なイオン液体DSの創出を行った。3.FO膜透過とDS再生を含む連続システムによるFS評価とFO膜システムの実証(松山、神尾、中川)FO膜とDSを用いた連続FOシステムの構築を行い、構築したシステムにより、熱応答性イオン液体DSの性能確認を行うとともに、海水淡水化を想定したFO膜プロセスで連続的にモデル海水から純水を得ることに成功した。1.新規水チャネル型FO膜の創製1-1.環状ペプチド分子集合体チャネル膜の創製では、分子動力学計算を用いて環状ペプチドチャネル分子を設計し、透水性、塩阻止性を発現しうる候補物質を得ることができた。また、リポソームへの導入方法を検討し、ストップトフロー法により水チャネルとして機能することを確認した。1-2.高分子液晶垂直配向チャネル膜の創製では、液晶ブロック共重合体薄膜の垂直配向PEOシリンダーを透水チャネルとして利用するため、各種支持膜との複合化プロセスを検討し、ITO基板に成膜後、熱アニールで垂直配向PEOシリンダー構造を形成させ、塩酸でITOを溶解させた結果、AFM観察でPEOシリンダー構造の表裏面開口を示す六方格子構造が確認され、本プロセスの有効性が確認できた。1-3.革新的ロバスト無機ゼオライトFO膜の創製では、親水性ZSM-5膜が耐熱性・耐酸性を有するFO膜として機能することを明らかにした。1-4.計算機科学による高機能FO膜開発支援では、分子動力学計算により水チャネルのFO透水モデルを構築し、透水シミュレーションに成功した。また、ナノチャネルにおける空隙構造やチャネル構成原子と透過分子との相互作用が透水性に及ぼす影響について明らかとした。2.新規刺激応答性駆動溶液(DS)の創製イオン液体のカチオンとアニオンを様々な組み合わせでスクリーニングし、有望イオン液体DSを絞り込むことができた。また、最適化に向け親疎水性バランスと表面自由エネルギーの解析も行った。3.FO膜透過とDS再生を含む連続システムによるFS評価とFO膜システムの実証FO膜とDSを用いた連続FOシステムの構築を行った。構築したシステムにより、熱応答性イオン液体DSの性能確認を行うとともに、海水淡水化を想定したFO膜プロセスで連続的にモデル海水から純水を得ることに成功した。1.新規水チャネル型FO膜の創製1-1.環状ペプチド分子集合体チャネル膜の創製では、合成した新規チャネル物質を導入した平面脂質二分子膜の作製方法について検討を行い、FO膜としての特性評価を進める。また、チャネル物質の分子構造についても引き続き分子動力学計算を用いた検討を進める。1-2.高分子液晶垂直配向チャネル膜の創製では、引き続き、目的に応じた各種支持膜との複合化プロセスの開発を行う。また、得られた複合膜の透水チャネルと界面ナノ構造の観察評価を多面的に行い、FO特性評価とのフィードバックに備える。1-3.革新的ロバスト無機ゼオライトFO膜の創製では、親水性ZSM-5膜のFO特性評価を進めるとともに、新規な無機ゼオライトFO膜の開発も並行して進める。1-4.計算機科学による高機能FO膜開発支援では、分子動力学シミュレーションにより水チャネルにおける水分子や塩の拡散性に及ぼすチャネル構造の影響に関する知見の集積を進め、それらを新規チャネル膜設計にフィードバックし、高透水性FO膜開発支援を行う。2.新規刺激応答性駆動溶液(DS)の創製熱応答性イオン液体DSについて、化学構造と温度相転移特性との関係の詳細な検討により最適化を進める。また、イオン液体DSを効果的に評価する手法に適用するためにも、イオン液体の高分子化やゲル化の検討も行っていく。3.FO膜透過とDS再生を含む連続システムによるFS評価とFO膜システムの実証実プロセスを想定した小型連続FOシステムの最適化の検討を行うとともに、上記で開発したFO膜とイオン液体DSの性能評価を進める。

1-2.高分子液晶垂直配向チャネル膜の創製(彌田、佐伯、稲田)では、高分子液晶の垂直配向シリンダー構造を水チャネルとして利用したFO膜の創製を行った。各種支持膜との複合化製膜プロセスを構築した。1-3.革新的ロバスト無機ゼオライトFO膜の創製(松方)では、ZSM-5等のゼオライトが持つ親水性ミクロ細孔特性を利用して、安定性が高く高温にも耐える全く新しい無機FO膜の開発を行った。1-4.計算機科学による高機能FO膜開発支援(吉岡)では、分子動力学計算により水チャネルの正浸透透水モデルを構築し、高透水性発現に必要な構造や物性をシミュレーションにより解明するとともに、結果のフィードバックにより、高透水性FO膜開発支援を行った。2.新規刺激応答性駆動溶液(DS)の創製(小野、高橋)熱応答性イオン液体DSの創製を目指し100種類以上のイオン液体分子について量子化学計算を活用して系統的なスクリーニングを行い、化学構造と温度相転移特性との関係性を明らかにするとともに、熱応答性イオン液体の温度依存的浸透圧発現機構を解析し、高浸透圧と相分離特性を両立する高性能なイオン液体DSの創出を行った。3.FO膜透過とDS再生を含む連続システムによるFS評価とFO膜システムの実証(松山、神尾、中川)FO膜とDSを用いた連続FOシステムの構築を行い、構築したシステムにより、熱応答性イオン液体DSの性能確認を行うとともに、海水淡水化を想定したFO膜プロセスで連続的にモデル海水から純水を得ることに成功した。1.新規水チャネル型FO膜の創製1-1.環状ペプチド分子集合体チャネル膜の創製では、分子動力学計算を用いて環状ペプチドチャネル分子を設計し、透水性、塩阻止性を発現しうる候補物質を得ることができた。また、リポソームへの導入方法を検討し、ストップトフロー法により水チャネルとして機能することを確認した。1-2.高分子液晶垂直配向チャネル膜の創製では、液晶ブロック共重合体薄膜の垂直配向PEOシリンダーを透水チャネルとして利用するため、各種支持膜との複合化プロセスを検討し、ITO基板に成膜後、熱アニールで垂直配向PEOシリンダー構造を形成させ、塩酸でITOを溶解させた結果、AFM観察でPEOシリンダー構造の表裏面開口を示す六方格子構造が確認され、本プロセスの有効性が確認できた。1-3.革新的ロバスト無機ゼオライトFO膜の創製では、親水性ZSM-5膜が耐熱性・耐酸性を有するFO膜として機能することを明らかにした。1-4.計算機科学による高機能FO膜開発支援では、分子動力学計算により水チャネルのFO透水モデルを構築し、透水シミュレーションに成功した。また、ナノチャネルにおける空隙構造やチャネル構成原子と透過分子との相互作用が透水性に及ぼす影響について明らかとした。2.新規刺激応答性駆動溶液(DS)の創製イオン液体のカチオンとアニオンを様々な組み合わせでスクリーニングし、有望イオン液体DSを絞り込むことができた。また、最適化に向け親疎水性バランスと表面自由エネルギーの解析も行った。3.FO膜透過とDS再生を含む連続システムによるFS評価とFO膜システムの実証FO膜とDSを用いた連続FOシステムの構築を行った。