hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
発生システムの構造と進化のメカニズム

発生システムの進化を昆虫、脊椎動物、棘皮動物,植物について研究した。野地らはコオロギ発生システムがコーダルなどを介した後部からの前後軸パターン形成であることを発見した。コオロギ発生システムは、ショウジョウバエよりも祖先的なので,コオロギ型発生システムから、前部からのパターン形成であるショウジョウバエ型に進化したと推測された。佐藤らはカタユウレイボヤを用いて、転写因子およびシグナル伝達分子の遺伝子の発現パターンの網羅的記載、cDNAの塩基配列を決定した。これらにより、遺伝子カタログがほぼ完全に整備され、ホヤは脊索動物の中では最も基礎情報の整備された動物となった。倉谷らはスッポンとニワトリの発生システムを比較し、カメ独特の肋骨伸長を促す要因とされてきた甲皮隆起が、他の羊膜類における後期咽頭胚の体壁構造、ウオルフ隆起とは異なることを示した。脊椎動物胚の筋節に発現する制御遺伝子群をスッポンより単離し、Myf5にはニワトリ、マウス、アフリカツメガエルにはない特徴的な4アミノ酸の欠失が存在し、カメの系統特異的に生じた分子進化であることを示した。赤坂らは棘皮動物としてウニ、棘皮動物の中でも最も起源が古いウミユリ類のトリノアシとニホンウミシダを用いた。ウニ胚小割球の運命決定機構の解析、形態形成にかかわるTbx遺伝子のクローニング、胚発生における発現パターンを解析した。長谷部らは花器官形成遺伝子の進化について調べるために花器官を形成しないコケ、緑藻類におけるMADS-box遺伝子を解析してきた。その結果、これらの植物ではMADS-box遺伝子は卵、精子形成時に発現しており、元来生殖細胞分化に関わっていたMADS-box遺伝子が遺伝子重複により数を増やし、増えた遺伝子が一方で元来の機能を維持しつつ、他方で機能分化することにより花器官形成遺伝子が進化したと予想された。種々の動物や植物における発生のシステムの構造を調べ,それを比較検討するための基礎的データを本年度は得ることに集中した.(1)棘皮動物(ウニ)について(赤坂):ウニを対象に、これまでに多くの形態形成に関わるホモログをクローニングした.本年度は特に,T-brainホモログとBrachyuryホモログについて解析し,原腸陥入と原腸形成に関与することが示唆された.(2)昆虫(コオロギ)について(野地):昆虫の多様性を獲得するメカニズムを解明するために,ショウジョウバエとは異なり不完全変態するコオロギの発生システムを遺伝子レベルで研究するため,約3000クローンの塩基配列を決定し,その一部についてIn situ hybridizationを行い,発現パターンを決定した.さらに,コオロギの遺伝子操作法を確立するために,トランスポゾンの卵内での活性を測定した結果,活性があることがわかった.(3)尾索類(ホヤ)について(佐藤):Ciona科のホヤを用い脊索および筋肉細胞の分化の分子機構について明らかにするため,ベータカテニンの下流遺伝子を検索し,Lim-homeobox遺伝子,FGFなどが含まれることがわかった.(4)カワヤツメ,スッポン(倉谷):動物の顎や亀甲の形態形成を解明するために,カワヤツメの顎の形成をhomeobox遺伝子に着目して解析し,顎口類の顎の形成における分子カスケードをヤツメウナギも持っていることが示唆された.亀甲の形成に関与する遺伝子について検索を行なったが,亀甲特異的な遺伝子はまだ見つかっていない.(5)植物(長谷部):花器官の形成は、花器官形成遺伝子と呼ばれるホメオティックセレクター遺伝子によって担われているので,それらの遺伝子を解析した.

その結果,FLO/LFY遺伝子による花器官形成遺伝子の誘導はシダ植物段階から種子植物が進化するときに獲得されたことがわかった.野地らは,昆虫,ホヤ,ウニ,カメ,植物について,その発生システムの構造と進化のメカニズムを調べている。昆虫においては,長胚型の昆虫であるショウジョウバエで得られた情報を基礎に,中胚型の昆虫であるコオロギについてその発生のメカニズムについて調べた。特に、RNAi法によりハッチバック遺伝子機能の解析を行い,顎から胸部の体節が欠損することがわかった。これらの結果,ショウジョウバエと同じ遺伝子が発生に関与しているが,パターン形成のメカニズムはハエの場合と異なることがわかった。佐藤らは,比較的原始的な体制をもつ脊索動物であるホヤを用い、全遺伝子の85%以上を含むcDNA資源を整備した。また、EST/cDNAおよびドラフトゲノム配列をもとにホヤの発生関連遺伝子を網羅的に同定し、原始脊索動物から脊椎動物の進化に至る過程での遺伝子変化について多くの知見を得た。これらの資源・情報は今後の研究の重要な基盤となった。倉谷らは,カメの甲パターニングにおいて中心的機能を持つといわれる甲稜をスッポン胚において除去したが、甲が正常に発生することを確認、一方で、スッポン咽頭胚の甲稜と外側体壁を切り分け、mRNAを抽出、Megasort法を用いて、甲稜特異的に発現する遺伝子の候補を15選び、そのうち2つが甲稜特異的に発現することを確認した。赤坂らは,最も起源が古い新口動物であるウニについて研究した。今年度は、T-brainホモログが(1)胞胚期の小割球由来細胞特異的に発現し、小割球由来細胞の原腸陥入誘導能にかかわる転写因子であること、(2)Wntシグナル伝達系路の下流にあり、Etsに支配されること、(3)小割球由来細胞に隣接する細胞を誘導して、口側・反口側軸誘導のシグナル伝達を間接的に支配することを示した。長谷部らは,ヒメツリガネゴケESTデータベースを構築しMADS-box遺伝子関連遺伝子を探索した。データベース検索などによりコケ植物より従来報告されていたものとは異なった構造を持つ新規MADS-box遺伝子を発見した。他の植物での解析も加えこの群の遺伝子は緑藻、陸上植物において広く卵精子形成時に発現していることがわかった。この班では,昆虫.ホヤ,ウニ,ヤツメウナギ・カメ,植物について,その発生システムの構造と進化のメカニズムについて研究を行なっている。野地は,ショウジョウバエとは異なる昆虫としてコオロギを選び,その初期発生のメカニズム調べるために,遺伝子の機能をRNAi法により調べた。コオロギの胚は,頭・胸の体節が初期に形成され,その後,後部体節が伸長して形成されるが,初期の体節形成には,Otdとhunchbackが関与しており,後部にはcaudalとwinglessが関与していることがわかった。コオロギにおいては,細胞間の相互作用により体節が形成されるが,この遺伝子カスケードが進化し,ショウジョウバエの同時体節形成メカニズムに至ったと考えられる。佐藤は,ホヤゲノムにコードされる転写因子とシグナル関連分子の同定を行なった。394個の転写因子遺伝子を同定し,117個のシグナル分子遺伝子を同定した。それらの遺伝子の発現パターンを網羅的に解析した。
温度応答性を付与した天然インテリジェント高分子を用いた経口徐放性液剤の設計

液剤は服用しやすく、高齢者や嚥下障害患者に適している一方で、服用後の血中薬物濃度のコントロールが難しい。そこで、天然高分子のキシログルカンとペクチンを混合した液剤を設計したところ、この液剤は胃内の体温あるいは胃液中のイオンによってゲル化すると、胃内に長時間滞留して薬物放出を制御して血中濃度を一定に保つことから、服用性と薬物徐放性を兼ね備えた経口液剤として有用であることが示された。イオン応答性ゲル化能を有する天然高分子であるアルギン酸ナトリウムに温度応答性を付与すべく、アルギン酸を構成するマンヌロン酸及びガラクツロン酸のカルボキシル基へのN-イソプロピルアミド化を検討した。脱水縮合、エステル交換法等の合成方法、ならびにpHや温度等の反応条件を検討したところ、効率的なアミド化法を確立するには至らなかった。イソプロピルアミンの高い塩基性と嵩高さ、ならびにアルギン酸の立体障害等が要因と考えられ、現在も引き続きアミド化の条件、ならびに高分子修飾のデザイン変更を検討中である。別途、イオン応答性と温度応答性の両方を兼ね備えた液剤として、温度応答性ゲル化能を有するタマリンド種子由来のキシログルカン多糖(GXG-TG)と、イオン応答性ゲル化能を有するペクチン(エステル化度31%)を混合した液剤を設計しした。1.5%GXG-TGに対して、種々の濃度のペクチンを混合し、ゲル形成性を検討した結果、0.75%ペクチンを混合して調製した液剤は、GXG-TG由来の37°Cにおけるゲル形成能を保持しつつ、pH1.2水溶液中に滴下したときにしっかりとしたゲルの形成が認められたことから、温度/イオン両応答性を有する液剤であることが明らかになった。またペクチンを添加することで、液剤の粘度、ならびに形成するゲルの強度はGXG-TG溶液に比べていずれも増大したことから、高分子の混合による相互作用も併せて示唆された。前年度に引続き、アルギン酸に温度応答性を付与すべく、N-イソプロピルアミド基の導入を検討した。縮合反応によるアミド基の導入は確認されたが、導入量の制御が困難であること、ならびに得られた化学修飾アルギン酸はイオン応答性ゲル化能の低下がみられ、さらに期待した温度応答性は発現しなかった。そこで別途、イオン応答性と温度応答性の両方を兼ね備えた経口液剤として、温度応答性ゲル化能を有するキシログルカン多糖(GXG-TG)と、イオン応答性ゲル化能を有するペクチンを混合した液剤を設計し、検討を行なった。結果、1.5%GXG-TG/0.5%ペクチン混合液剤は、37°C、ならびにpH 1.2酸性水溶液下のいずれの条件でも形状の優れたゲルを形成し、温度/イオン両応答性を有することが明らかになった。この混合液剤から形成するゲルは、GXG-TGならびにペクチンの単独液剤よりも高いゲル強度を示し、分子間相互作用の存在が示唆された。アセトアミノフェン(AAP)を含有する液剤についてin vitro薬物放出試験を行なったところ、ゲルを形成することによって薬物放出制御能を示した。ラットにAAPを含有下GXG-TG/ペクチン液剤を経口投与したところ、投与直後の一過性の高い血中濃度を抑制し、少なくとも6時間は一定の血中濃度を維持することが示された。投与6時間後のラット胃内にはゲルが高い割合で残存していたことから、GXG-TG/ペクチン液剤の薬物徐放性は、ゲルマトリックスからの薬物放出制御と高い胃内滞留性によるものであることが示唆された。高齢者や嚥下障害患者などの経口固形製剤の服用が困難な患者に服用しやすく、かつ薬物徐放性を兼ね備えた経口製剤として、温度応答性ゲル化能を有するキシログルカン多糖(GXG-TG)と、イオン応答性ゲル化能を有するアルギン酸ナトリウムを混合した液剤を設計した。GXG-TGとアルギン酸ナトリウムを各種濃度に混合して液剤を調製し、胃内環境(37°C、pH1.2)におけるゲル形成性を検討したところ、最適な混合組成は1.5% GXG-TG/0.75%アルギン酸であることを見いだした。この液剤の粘度を測定したところ、高齢者が嚥下しやすい適度な粘性を有することが示唆された。混合液剤からの薬物(アセトアミノフェン、AAP)の放出をin vitro薬物放出試験より検討したところ、良好な薬物放出制御能を示した。液剤からの薬物放出は、ゲルマトリックス内での拡散が律速段階であったことから、この混合液剤はゲル化することによって薬物放出を制御することが明らかになった。ラットにAAPを含有するGXG-TG/アルギン酸混合液剤を経口投与したところ、投与直後の一過性の高い血中濃度を抑制し、少なくとも6時間に渡って一定の血中濃度を維持することが示された。また、投与6時間後のラット胃内には高い割合でゲルが残存していた。

以上、GXG-TG/アルギン酸混合液剤は、ゲルマトリックスからの薬物放出制御と高い胃内滞留性によって薬物徐放性を示すとともに、適切な粘性を有することで嚥下困難な患者にも服用しやすい経口液剤として有用であるとともに、今後の実用化が期待されることが示唆された
地域の教育力を向上させる実技系環境教育プログラムの開発とその実践的利用

本研究は,地域の小中学校での環境教育を向上させるための教材と教育方法の開発を目指し,2006年2008年の3カ年,石川県金沢市と近郊を主対象地区として実施された.内容は以下のとおりである.1.環境・科学教育の調査教授法および教材を含む環境・科学教育の現地調査のため,国内の教育拠点大学2校,小学校3校および米国の大学1校で環境・エネルギー・科学教育の調査を行った.国内の大学2校では,環境・エネルギー・科学教育の実践方法について教材およびその手法を調査した.米国大学では,導入教育で利用している教材について調査した.2.金沢市近郊の温湿度・熱環境調査平成1718年度の7・8月に,金沢市近郊44カ所の観測地点において気温・湿度観測を実施した.観測地点における1日の温度変化を地図に表現し,視覚的に温度分布が判るようにした.また,金沢城周辺の熱環境状況を熱赤外線カメラを用いて測定した.3.能登半島における穴水・七尾湾での水の調査穴水・七尾湾の水質の調査を目的に,pH,導電率,濁度,海水比重,水深,酸化還元電位(ORP),溶存酸素,温度,塩分,全溶存固形物量(TDS)について測定した.4.オーストラリアのアデレードでの熱環境調査金沢市の熱環境と比較対照するため,南半球(オーストラリア)における熱環境調査を実施した.5.教材の作成調査によって集められたデータを用いて環境教育のためのデジタル・コンテンツを作成した.6.出前授業の実施と有効性の調査平成17年度までに得たデータの一部を用いて,平成19年2月に石垣島の小学校で出前授業を実施した.また,平成19年7月に気温と緯度との関係について授業実践を行った。さらに,同年7月と12月に同小学校でアンケート調査を実施し,授業実践の有効性を確認した.本研究は,地域の小中学校での環境教育を向上させるための教材と教育方法の開発を目指し,2006年2008年の3カ年,石川県金沢市と近郊を主対象地区として実施された.内容は以下のとおりである.1.環境・科学教育の調査教授法および教材を含む環境・科学教育の現地調査のため,国内の教育拠点大学2校,小学校3校および米国の大学1校で環境・エネルギー・科学教育の調査を行った.国内の大学2校では,環境・エネルギー・科学教育の実践方法について教材およびその手法を調査した.米国大学では,導入教育で利用している教材について調査した.2.金沢市近郊の温湿度・熱環境調査平成1718年度の7・8月に,金沢市近郊44カ所の観測地点において気温・湿度観測を実施した.観測地点における1日の温度変化を地図に表現し,視覚的に温度分布が判るようにした.また,金沢城周辺の熱環境状況を熱赤外線カメラを用いて測定した.3.能登半島における穴水・七尾湾での水の調査穴水・七尾湾の水質の調査を目的に,pH,導電率,濁度,海水比重,水深,酸化還元電位(ORP),溶存酸素,温度,塩分,全溶存固形物量(TDS)について測定した.4.オーストラリアのアデレードでの熱環境調査金沢市の熱環境と比較対照するため,南半球(オーストラリア)における熱環境調査を実施した.5.教材の作成調査によって集められたデータを用いて環境教育のためのデジタル・コンテンツを作成した.6.出前授業の実施と有効性の調査平成17年度までに得たデータの一部を用いて,平成19年2月に石垣島の小学校で出前授業を実施した.また,平成19年7月に気温と緯度との関係について授業実践を行った。さらに,同年7月と12月に同小学校でアンケート調査を実施し,授業実践の有効性を確認した.本年度は,教材の基礎的なデータを収集することを目的として実施した.1)金沢市内大気環境計測スカイラジオメータを用いて,大気エアロゾルの光学的厚さを終日観測した.この観測は平成15年度から実施しており季節毎に変化する大気の情報を測定し続けている.長期間測定することで,春先の黄砂飛来時における大気混濁度の変化を具体的な数値として示すことができる.現在,データ整理中である.2)金沢市内熱環境計測平成15年度から兼六園を中心に半径4km内32か所の観測サイトにおいて実施している気温・湿度観測を本年度も継続して実施した.本年度の測定観測ポイントは,44か所に測定範囲を広げた.測定ポイントにおける1日の温度変化を地図に表現し,視覚的に温度分布を判るようにした.平成17年の真夏の最高気温日には,夜間において市街地から山側郊外にかけて気温が変化していることを数量的に示した.また,金沢城周辺について赤外線カメラを用いて熱環境状況を測定した.その結果,兼六園周辺の緑が温度を下げることを視覚的および数量的に示した.3)穴水湾環境計測穴水湾の生態系調査を目的に環境計測として海域の環境変動を測定した.測定項目は水温,濁度,水深,塩分濃度,クロロフィル濃度,流向,流速を測定した.4)オセアニア地区での環境調査の実施四季に富んだ金沢市の熱環境の重要性を理解するために,南半球(オーストラリア)における熱環境画像を調査した.観測日では西日による影響で午後4時ごろ一時的に気温が上昇しており,日本とは若干異なる傾向を示していた.今後,継続的に測定することでこの傾向が明らかにできると考えられる.本年度は,教材の基礎的なデータを収集することを目的として実施した.1)金沢市内大気環境計測

スカイラジオメータを用いて,大気エアロゾルの光学的厚さを終日観測した.この観測は平成15年度から実施しており季節毎に変化する大気の情報を測定し続けている.長期間測定することで,春先の黄砂飛来時における大気混濁度の変化を具体的な数値として示すことができる.2)金沢市内熱環境計測平成15年度から兼六園を中心に半径4knl内32か所の観測サイトにおいて実施している気温・湿度観測を本年度も継続して実施した.本年度の測定観測ポイントは,44か所に測定範囲を広げた.測定ポイントにおける1日の温度変化を地図に表現し,視覚的に温度分布を判るようにした.観測値から夜間において市街地から山側郊外にかけて気温が変化していることを数最的に示した.また,金沢城周辺について赤外線カメラを用いて熱環境状況を測定した.その結果,兼六園周辺の緑が温度を下げることを視覚的および数最的に示した.3)犀川穴水湾の水質計測穴水湾の生態系調査を目的に環境計測として海域の環境変動を測定した.測定項目は水温,濁度,水深,塩分濃度,クロロフィル濃度,流向,流速を測定した.4)石垣島での環境調査の実験授業平成17年度まで得たデータの一部を用いて,石垣島の小学校で出前授業を実施した.金沢市とは違う気候風土の児童に金沢市の気候について知ってもらえた.あわせて教材の有用性も検討した.(1)環境・エネルギー・科学教育の調査本邦大学2校,小学校2校および米国大学1校で,環境・エネルギー・科学教育の調査を行った.大学2校では,環境・エネルギー・科学教育の実践方法について,教材および具体的な実施方法,実績,実施校における反応について聞き取り調査を実施した.また,小学校1校では児童による省エネルギーに関する発表を見学した.実際に児童と質疑応答を行うことで,児童の興味や発表プロセスを理解できた.他の小学校では,小学校の授業に参加し,児童の教室内での特性を調査した.さらに米国の大学では,衛星観測を利用した環境分析手法について調査した.(2)穴水湾における水環境計測穴水湾の生態系の変動に関する調査を目的に,海洋観測船を用いて,穴水湾および七尾湾の7ポイントの環境を測定した.測定項目は,水温,濁度,水深,塩分濃度,流向,流速である.(3)金沢市内熱環境計測と授業の実践観測サイトにおいて実施している気温・湿度観測を,本年度も一部継続して実施した.これにより,市中心部から郊外にかけて気温が変化し,加えて金沢市の地形(標高)が気温の違いに反映される傾向にあるとの結果が得られた.さらに,熱赤外線カメラを用いて定点における熱赤外線画像も撮影し,得られたデータを整理して教材データとして利用できるようにスライド化した.また,平成19年7月に,気温と緯度との関係ならびに近年の気温の上昇傾向について,小学校1校で授業実践を行い,同年7月と12月に同小学校でアンケート調査を実施して授業の有効性を確認した.
中世西方イスラーム世界におけるキリスト教とイスラームの共存とその崩壊

マグリブ(現在のリビア砂漠以西から、チュニジア、アルジェリア、モロッコ、モーリタニアに相当する地域)とアンダルス(イベリア半島において、かつてイスラーム王朝が支配していた地域)の在来キリスト教は、10世紀頃から徐々に衰退し16世紀頃にはほぼ消滅したと言われる。これは、在来キリスト教が今日まで存続するイスラーム圏の他の地域と比べて特異な現象である。本研究課題は、彼らの消滅の要因をアラブの北アフリカイベリア半島征服の時代からその後の歴史プロセスを辿ることで探るものである。具体的には、前年度から読み進めていたアラブのマグリブ・アンダルス征服について描かれた年代記、歴史書の解読に取り組んだ。キリスト教徒に関する記述が最も多いためである。しかし初期アラブ歴史書の文学性について研究したNothも指摘するように、年代記、歴史書に描かれた文章は決して事実を反映していない。そこでリエージュ大学のボダン教授を招聘し行われたセミナー「マクリーズィーの作業を肩越しに覗くー中世エジプトの歴史家はどう仕事をしていたのか」で学んだ研究手法を参考に、史料の虚構性がどのようなものであるのかという観点からテキストを再読した。結果、年代記、歴史書のマグリブ・アンダルス征服の描かれ方には、その史料を執筆した作家の個性や出身地に関係なく、作家が活躍した時代ごとに情報の描き方や取捨選択方法に法則があることが分かった。また年代記、歴史書中にキリスト教徒が登場する土地と、アラビア語地理書や、チュニジア調査で視察した教会遺跡やキリスト教徒碑文の分布等、別ジャンルの史料を照らし合わせた。結果、教会遺跡については年代記、歴史書中キリスト教徒が登場する土地と部分的に一致していたが、碑文の分布についてはほぼ一致が見られなかった。原因解明が今後の課題である。なお、上述の研究成果は日本中東学会第31回年次大会にて報告した。27年度が最終年度であるため、記入しない。申請者は中世「西方イスラーム世界」(現在のリビア砂漠以西、チュニジア、アルジェリア、モロッコ、モーリタニアを含む地域である「マグリブ」とイベリア半島のうち7111492年の間ムスリムが支配した地域を示す「アンダルス」からなる)において、何故、そしてどのような歴史的プロセスによって在来キリスト教が消滅するに至ったのか、ということについて関心を抱いている。というのも一般的に、歴史上ムスリムが統治した多くの地域において、在来のキリスト教徒やユダヤ教徒はズィンミー(庇護民)として扱われ、貢納の代わりに信仰の自由を保障されることでムスリムと共存関係を築いてきたと考えられており、その点において「西方イスラーム世界」の在来キリスト教徒は「イスラーム世界」において特殊な存在と考えられるからである。本年度は先行研究の把握、また年代記史料のうちアラブ征服期のキリスト教徒にかかわる記述の読解に多くの時間を費やした。史料読解の結果、アラブ征服期には在来のキリスト教徒にかかわる記述が多くみられることが分かった。一方で先行研究の読解を通じて、効果的な分析枠組みが十分に構築されていないため、そのキリスト教徒にかかわる豊富な記述が、十分に研究成果に活かされてこなかったことが判明した。まずは年代記の記述を十分に活かす、分析枠組みを構築することが当面の課題である。なお、上述の研究成果は2回の学会報告において公表した。先行研究が複数言語、西洋史・イスラーム史・考古学など複数分野にわたって蓄積されているため、蒐集、読解に多くの時間を必要としたため。また年代記テキストが膨大なため、読解に多くの時間が必要だったため。また研究成果をまとめる上で効果的な分析枠組みが構築できていなかったため、研究活動に無駄な過程が多かったため。

しかし、これは歴史研究を進める上で通常避けては通れない事柄である。また、学内の学術団体に対するボランティアの事務活動に多くの時間を使ったため。27年度が最終年度であるため、記入しない。読解した年代記のテキストを、研究成果に反映するために効果的な研究枠組みを提示する。その上で成果を研究発表・論文へまとめる。
魚類の摂餌リズムとその応用に関する研究

魚類の行動や生理機能は,生物時計から発信される時刻情報によって1日周期のリズムを示すと考えられている.本研究は,魚類の自発摂餌リズムと,時刻告知ホルモンであるメラトニンの分泌リズムの特性を調べ,生物時計との関わりを明らかにした.1.行動学的研究:自発摂餌がマダイ,キンギョ,サクラマスの飼育に有効であるか検討し,同時に摂餌と行動を同時記録して日周リズムや生物時計との関わりについて調べた.その結果,(1)上記3魚種は個体の場合でも群の場合でも容易に自発摂餌を学習することができ,学習後は自発摂餌のみで長期に飼育することが可能であった.(2)自発摂餌と制限給餌の比較実験ではいずれも自発摂餌で好成長が得られたが,なかでもキンギョの成長率は極めて高かった.(3)恒常条件下では摂餌活動も遊泳行動もサーカディアンリズムを示したことから,両リズムとも生物時計の支配を受けていることが明らかとなった.2.内分泌学的研究:魚類では複数の生物時計がサーカディアンシステムを形成していると考えられている.しかし,生物時計の局在や生理機能との関わりはまだよく分かっていない.本研究では,キンギョとヨーロッパスズキのメラトニンの分泌リズムを計測し,生物時計の局在について検討した.その結果,(1)キンギョの眼球には生物時計の存在することが判明した.(2)サクラマスの松果体,ヨーロッパ産スズキの松果体と眼球ではメラトニン分泌を制御する生物時計の確証が得られなかった.(3)ヨーロッパ産スズキの眼球内メラトニン含量は通常とは逆転した日周リズムを示し,暗期の急性光照射でも特異な反応を示した.(4)キンギョの脳内メラトニン受容体はG蛋白質とcouplingしていること,また受容体の日周リズムが松果体由来のメラトニンによるdown regulationにより形成されていることが明らかとなった.以上の成果の詳細は,学会誌等の論文で述べている.魚類の行動や生理機能は,生物時計から発信される時刻情報によって1日周期のリズムを示すと考えられている.本研究は,魚類の自発摂餌リズムと,時刻告知ホルモンであるメラトニンの分泌リズムの特性を調べ,生物時計との関わりを明らかにした.1.行動学的研究:自発摂餌がマダイ,キンギョ,サクラマスの飼育に有効であるか検討し,同時に摂餌と行動を同時記録して日周リズムや生物時計との関わりについて調べた.その結果,(1)上記3魚種は個体の場合でも群の場合でも容易に自発摂餌を学習することができ,学習後は自発摂餌のみで長期に飼育することが可能であった.(2)自発摂餌と制限給餌の比較実験ではいずれも自発摂餌で好成長が得られたが,なかでもキンギョの成長率は極めて高かった.(3)恒常条件下では摂餌活動も遊泳行動もサーカディアンリズムを示したことから,両リズムとも生物時計の支配を受けていることが明らかとなった.2.内分泌学的研究:魚類では複数の生物時計がサーカディアンシステムを形成していると考えられている.しかし,生物時計の局在や生理機能との関わりはまだよく分かっていない.本研究では,キンギョとヨーロッパスズキのメラトニンの分泌リズムを計測し,生物時計の局在について検討した.その結果,(1)キンギョの眼球には生物時計の存在することが判明した.(2)サクラマスの松果体,ヨーロッパ産スズキの松果体と眼球ではメラトニン分泌を制御する生物時計の確証が得られなかった.(3)ヨーロッパ産スズキの眼球内メラトニン含量は通常とは逆転した日周リズムを示し,暗期の急性光照射でも特異な反応を示した.(4)キンギョの脳内メラトニン受容体はG蛋白質とcouplingしていること,また受容体の日周リズムが松果体由来のメラトニンによるdown regulationにより形成されていることが明らかとなった.以上の成果の詳細は,学会誌等の論文で述べている.平成7年度には,淡水魚としてキンギョとサクラマス,海産魚としてはマダイを実験魚として用いた.いずれの魚種も自発摂餌の学習と摂餌リズムの発現に関して未知であるため,これらの点に主眼をおいた基礎研究を行ったところ,次のような結果が得られた.1,自発摂餌装置を導入後,3魚種とも多数の個体が短期間で自発摂餌を学習した.学習時間の早い個体では装置の導入直後から活発な行動を示した.2,いずれの魚種も,個体でも群でも自発摂餌が可能であった.3,遊泳行動と自発摂餌行動の同時記録を行ったところ,明期活動型の個体は自発摂餌も明期に活発になる傾向がみられた.遊泳行動も摂餌行動も明瞭な日周リズムが観察された.4,自発摂餌と制限給餌(時刻あるいは量)を用いて成長比較実験を行ったところ,いずれの魚種も自発摂餌で高成長が得られた.一日当たりの餌量を等量にした場合でも,自発摂餌方式を用いた方が成長率は高かった.5,明期と暗期に制限給餌を行ったが成長に差は出なかった.この結果から,何時に摂餌するかという時刻要因よりも,個体毎の摂食・消化・吸収・代謝リズムに合わせて自発摂餌が可能であることの方が成長に大きく影響することが示唆された.1.自発摂餌は,オペラント条件付けによって魚自身が餌を獲得することを学習する摂餌方式である.

この方式がマダイ,キンギョ,サクラマスの飼育に有効であるか検討すると同時に、摂餌と行動の活動を同時記録して日周リズムや生物時計との関わりについても調べた。その結果,(1)上記3魚種は個体の場合でも群の場合でも容易に自発摂餌を学習することができ,学習後は自発摂餌のみで長期に飼育することが可能であった.(2)自発摂餌と制限給餌の比較実験ではいずれも自発摂餌で好成長が得られたが,なかでもキンギョの成長率は極めて高かった.(3)恒常条件下では摂餌活動も遊泳行動もサーカディアンリズムを示したことから,両リズムとも生物時計の支配を受けていることが明らかとなった.2.魚類では複数の生物時計が関係して行動・摂餌・生理機能などのサーカディアンシステムを形成していると考えられているが,それぞれの機能と生物時計との関わりはまだよく分かっていない。本研究では,キンギョとヨーロッパスズキを用いて生物時計指標ホルモンであるメラトニンの分泌リズムを計測することによって生物時計の局在について検討した.その結果,(1)キンギョの眼球には生物時計の存在することが判明した.(2)サクラマスの松果体,ヨーロッパ産スズキの松果体と眼球ではメラトニン分泌を制御する生物時計の確証が得られなかった.(3)ヨーロッパ産スズキの眼球内メラトニン含量は通常とは逆転した日周リズムを示し,暗期の急性光照射でも特異な反応を示した.(4)キンギョの脳内メラトニン受容体はG蛋白質とcouplingしていること,また受容体の日周リズムが松果体由来のメラトニンによるdown regulationにより形成されていた.
AFLP法を用いたニワトリ筋ジストロフィー遺伝子の連鎖分析

本研究は、AFLP法を用いニワトリ筋ジストロフィー遺伝子を染色体上に位置付け、この原因遺伝子の推定を行うものである。この遺伝病に対するニワトリ戻し交雑のリソースファミリー55個体に対し、分析を行いその個体ごとの筋ジストロフィーの遺伝子型を同定した。次いで、連鎖分析を行うためのAFLPマーカーの検討を行い、バンドがスメアにならず、かつ最も良く多型が検出できる制限酵素をいくつか検討した。その結果、EcoRI MseIの組み合わせが最も効率がよいと判断した。EcoRIとMseIのプライマーにはすべて3塩基の選択的プライマーを用い、最終的に100以上の組み合わせを使用した。これを用いた分析より、このファミリーに対するAFLP多型マーカー数は600を超えた。さらにこれらAFLPマーカーを染色体上に位置付けるために、マイクロサテライトマーカーの分析も同時に行った。180のマイクロサテライトマーカーの多型性をこのファミリーに対して検討したところ、90個のマイクロサテライトマーカーが多型性を示し、連鎖解析に使用した。このAFLPマーカー、マイクロサテライトマーカーおよび筋ジストロフィーの遺伝子型に対して連鎖分析を行ったところ、45の連鎖グループが検出された。ニワトリ筋ジストロフィーの遺伝子はこの連鎖グループの一つに属しており、マイクロサテライトの分析からニワトリ第2染色体q腕上に位置していることが明らかとなった。さらにヒトの遺伝子地図との比較染色体地図分析を行ったところ、ニワトリ第2染色体q腕の一部とヒトの第8染色体q腕との間にかなり大きなシンテニーが存在することが明らかとなった。今後、ヒトの遺伝子地図上からニワトリ筋ジストロフィーの原因遺伝子となりえる候補遺伝子を推定し、これら候補遺伝子のクローニングや多型解析により原因遺伝子の推定と同定が重要になると考えられる。本研究は、AFLP法を用いたニワトリ筋ジストロフィー遺伝子を染色体上に位置付け、この原因遺伝子の推定を行うものである。次いで、連鎖分析のマーカーであるAFLPは、バンドがスメアにならず、かつ最も良く多型が検出できる制限酵素をいくつか検討したところ、これまでいくつかの種でよい結果が得られているEcoRIとMseIの組み合わせが最も効率がよいと判断した。EcoRIとMseIのプライマーにはすべて3塩基の選択的プライマーを用い、現在のところその組み合わせ数は32である。これを用いた分析より、このファミリーに対するAFLP多型マーカー数は260となった。120のマイクロサテライトマーカーの多型性をこのファミリーに対して検討したところ、約60%のマーカーが多型を示した。現在、37個のマイクロサテライトマーカーが55個体のファミリーに対して多型解析を終了している。このAFLPマーカー、マイクロサテライトマーカーおよび筋ジストロフィーの遺伝子型に対して連鎖分析を行ったところ、77の連鎖グループが検出された。5つ以上のマーカーが連鎖したグループ数は18であり、10以上のマーカーが連鎖したのは5グループであった。筋ジストロフィーの遺伝子型はこの5グループのうちの一つに属し、またマイクロサテライトの分析からニワトリ第2染色体上に位置していることが推定された。今後、さらにAFLPマーカー、マイクロサテライトマーカーの数を増やしていくとともに、この第2染色体上の詳細な連鎖分析を行っていく予定である。
ファイブロブラスト運動制御の画像解析とシミュレーション

現在、遺伝子や細胞内の部位にさまざまな物質で蛍光標識を行い、膨大な量の画像データが生産されている。画像解析システムの開発は、細胞内現象を生きた状態でとらえる強力な技術の革新をもたらしている。画像解析技術を用いて、ファイブロブラス細胞においてWAVE2とIRSp53が結合する様子を観察し、シグナル伝達経路の解明を行った。一方、細胞内の分子の運動に関わる画像情報を基にして、細胞の時空間における生命分子ネットワークの動的挙動をシミュレーションする技術が重要である。細胞の時空間における拡散を考慮したダイナミックモデルの構築し、さらに確率的過程を導入するためのモデリング技術を開発した。ショウジョウバエ胚発生中のmRNAやbicoid, hunchbackなどのタンパク質の動的挙動、確率的挙動をシミュレーションすることに成功した。確率的挙動が、実験結果を正確に説明することがわかった。本研究で開発した手法は、より現実的な細胞シミュレーションを実現するだけでなく、ロバストネス、さらにはノイズが細胞内でどのような役割を果たしているのか、といった問題の解明につながる。今回提案した手法では、時空間を考慮するために偏微分方程式を採用しているが、ここでは一方向の拡散しか考慮していない。これを解決する手段としては、多数の異なる方向から細胞をスライスし、タンパク質を多方向に拡散させていくことが挙げられる。しかしながら、異なる多方向からのスライスは区画を指数関数的に増大させ、計算量も膨大となる。より少ないスライスでより現実的なシミュレーションを行うにはどうすればよいのか。今後検討の必要がある。現在、タンパク質に蛍光標織を行い、細胞内における分子の局在性や運動を視覚的に理解する研究が進んでいる。画像解析システムの発展は、細胞内現象を生きた状態でとらえる強力な技術の革新をもたらし、細胞内現象、特にシグナル伝達への理解がより一層深まるとともに、タンパク質同士の結合や、局在のメカニズム解明に大きな手がかりを与えることが期待される。環境からの刺激に応答して、方向性を持って運動することは重要な生命現象であり、細胞運動を制御するシグナル伝達系の解明は発生、器官形成、カンの治療など重要な影響を与える。我々はソフトウェァmatlab使って、ファイブロブラスト細胞運動を制御するシグナル伝達系の解明ために画像解析を行った。細胞運動は進む方向に糸状仮足という束化されたアクチン線維からなる細長い突起を出して方向を探る。葉状仮足という枝分かれ状の構造を構築することで運動を行う。葉状仮足形成を引き起こすにはWAVE2がRacによって活性化されることが重要である。WAVE2は直接Racに結合できないため、WAVE2とRacに同時に結合できるIRSp53を介して、活性化したRacにWAVE2を結合させる事が分かった。しかし、WAVE2とIRSp53は糸状仮足形成には対してどのような作用あるのかは、不明点な点が多い。私たちは、WAVE2とIRSp53がそれぞれの蛍光標識された連続写真からコンピュータによる画像解析を行った。Matlabを使って、画像がバイナリイメージ化しました、画像は数字による行列陣をなる。必要の情報だけを取り出し、WAVE2とIRSp53の位置を確定し、WAVE2とIRSp53の追跡を行った。WAVE2とIRSp53は細胞の葉状仮足に形成を引き起こすだけではない、糸状仮足形成に、WAVE2とIRSp53が明らかに関与することがわかった。現在、タンパク質に蛍光標識を行い、細胞内における分子の局在性や運動を視覚的に理解する研究が進んでいる。我々はソフトウェアmatlab使って、ファイブロブラスト細胞運動を制御するシグナル伝達系の解明のために画像解析を行った。

細胞運動は進む方向に糸状仮足という束化されたアクチン線維からなる細長い突起を出して方向を探る。葉状仮足という枝分かれ状の構造を構築することで運動を行う。葉状仮足形成を引き起こすにはWAVE2がRacによって活性化されることが重要である。WAVE2は直接Racに結合できないため、WAVE2とRacに同時に結合できるIRSp53を介して、活性化したRacにWAVE2を結合させる事が分かった。しかし、WAVE2とIRSp53は糸状仮足形成に対してどのような作用があるのかは、不明点な点が多い。私たちは、WAVE2とIRSp53がそれぞれの蛍光標識された連続写真からコンピュータによる画像解析を行った。WAVE2とIRSp53の位置を確定し、WAVE2とIRSp53の追跡を行った。WAVE2とIRSp53は細胞の葉状仮足に形成を引き起こすだけではない、糸状仮足形成に、WAVE2とIRSp53が明らかに関与することがわかった。タンパク質に蛍光標識を行い、細胞内における分子の局在性や運動を視覚的に理解する研究が進んでいる。画像解析システムの発展により細胞内現象を生きた状態でとらえる強力な技術の革新をもたらし、細胞内のシグナル伝達経路の理解が一層深まるとともに、タンパク質同士の結合や、局在のメカニズム解明に大きな手がかりを与えるであろう。環境からの刺激に応答して、方向性を持って運動することは重要な生命現象であり、細胞運動を制御するシグナル伝達系の解明は発生、器官形成だけでなく,癌治療などの医療においても有用である。我々はソフトウェァmatlabの画像解析システム使って、ファイブロブラスト細胞運動を制御するシグナル伝達系の解明のためにタンパク質分子の細胞内運動現象を解析した。葉状仮足形成を引き起こすにはWAVE2がRacによって活性化される。しかし、WAVE2とIRSp53は糸状仮足形成には対してどのような作用あるのかは、不明な点が多かった。WAVE2とIRSp53は細胞の葉状仮足に形成を引き起こすだけではなかった。糸状仮足形成に、WAVE2とIRSp53が明らかに関与することを観察した。
頭頸部癌への細胞免疫治療を用いたアジュバント療法のアプローチ

進行頭頸部癌に対する治療成績の向上を目的に、NKT細胞免疫系を利用した細胞免疫治療が標準治療後のアジュバント療法として有効性について検討を進行咽頭癌症例、頭頸部悪性黒色腫症例で標準治療後、あるいは重粒子線治療後にCRと判定された症例に行った。投与はNKT細胞のリガンドをパルスした抗原提示細胞の鼻粘膜投与法によりおこなった。経過観察期間が短いが生存率への寄与が期待され、さらに症例の蓄積を続けている。進行頭頸部癌に対しては、手術、放射線、抗ガン剤を用いた3者併用療法が行われるが、患者への侵襲は大きく、治療後のQOLを傷害する一方で、依然として疾患の予後は不良である。根治治療後の再発は遠隔転移によるものが多いが、これまで再発を予防するための有効なアジュバント療法は示されていない。これまでの検討でNKT細胞は強い抗腫瘍活性を有すること、NKT細胞は頭頸部癌に対する標準的治療の一つである放射線治療に対して抵抗性を有すること、NKT細胞活性化リガンドであるα-galactosylceramideをパルスした抗原提示細胞の鼻粘膜下投与は、少ない細胞量で有効に抗腫瘍免疫活性を誘導することを明らかにした。本研究では、頭頸部癌の中でも特に予後が不良である4期進行下咽頭癌と頭頸部悪性黒色腫症例に対して、α-galactosylceramideパルス抗原提示細胞の鼻粘膜下投与が有効なアジュバント療法になるかどうかについての検討を開始した。本年度は、まず倫理委員会、先端医療審議委員会への申請を行い、実施の認可を得た後に、進行下咽頭癌についてはα-galactosylceramideパルスしていない抗原提示細胞の鼻粘膜下投与を行う群とのランダム化試験により、悪性黒色腫症例についてはhistorical control studyとして臨床研究を進めた。進行下咽頭癌については6症例、悪性黒色腫については17症例について細胞免疫治療がすでに終了した。投与後の抗腫瘍活性の血中での増加、経過観察期間は短いが無病再発生存期間の延長が確認されている。症例数を増やして検討が進めている。進行頭頸部癌に対しては、従来から手術、放射線、抗癌剤を様々に組み合わせた治療が行われてきたが、治療後の患者のQOLの障害は強く、一方で予後も依然として不良である。治療成績の改善、患者負担の軽減のために新しい治療戦略が求められている。細胞免疫治療は患者自身の細胞を用いることから副作用が少ないことが期待されるが、患者のT細胞の機能低下、癌細胞による免疫抑制作用、患者のT細胞機能低下から有効性は依然として限られたものになっている。NKT細胞免疫系は患者のMHCに規定されずに高い抗腫瘍効果が期待され、さらに鼻粘膜への抗原提示細胞の投与は有効に抗腫瘍免疫応答を引き起こすことが示されている。そこで、頭頸部癌でも予後不良な4期中・下咽頭癌を対象にNKT細胞のリガンドであるα-galactosylceramideをパルスした抗原提示細胞の鼻粘膜投与が、標準治療後のアジュバント療法として有効かどうかをパルスしていない抗原提示細胞(通常の養子免疫療法に相当)の投与を対照としたランダム化比較試験を平成21年度から開始した。これまで15症例の投与が終了し症例の更なる蓄積を行っている。また、頭頸部領域の発生が多く予後不良な粘膜悪性黒色腫に対して近年重粒子線治療の有効性が注目されているが、治療後の遠隔転移の制御が課題とされる。そこで、抗がん剤治療に代わる重粒子線治療後のアジュバント治療として、重粒子治療後にCRと判断される症例にα-galactosylceramideをパルスした抗原提示細胞の鼻粘膜投与の有効性をhistorical control studyとして継続した。現在18症例の投与が終了し、その解析、経過について検討を継続している。治療成績の改善、患者負担の軽減のために新しい治療戦略が求められて近年その存在が明らかとされ、自然免疫に大きな役割を果たすNKT細胞免疫系は患者のMHCに規定されずに高い抗腫瘍効果が期待され、さらにこれまでの検討で鼻粘膜への抗原提示細胞の投与は有効に抗腫瘍免疫応答を引き起こすことを示してきた。そこで、頭頸部癌でも予後不良な4期中・下咽頭癌を対象にNKT細胞のリガンドであるα-galactosylceramideをパルスした抗原提示細胞の鼻粘膜投与が、標準治療後のアジュバント療法として有効かどうかをパルスしていない抗原提示細胞(通常の養子免疫療法に相当)の投与を対照としたランダム化比較試験を行った。20症例の投与が終了し、その経過と症例の更なる蓄積を続けている。

そこで、抗がん剤治療に代わる重粒子線治療後のアジュバント治療として、重粒子治療後にCRと判断される症例にα-galactosylceramideをパルスした抗原提示細胞の鼻粘膜投与の有効性をhistorical control studyとして行った。その結果、18症例の投与が終了し、平均24カ月経過したが、これまでの解析では免疫療法を追加した群では生存率の向上への寄与が認められた。
コンビナトリアル細胞活性解析を用いた細胞超活性プラズマの創成

プラズマ生体応用の新世代研究対象である生体細胞を対象として、プラズマ照射による細胞増殖加速のメカニズムを解明して、複数回のプラズマ照射による細胞増殖加速を実現する「細胞超活性プラズマプロセス」を創成することを目的とし以下の成果を得た。(1)コンビナトリアル細胞活性解析法を開発しプラズマバイオ応用研究で適用可能であることをしめした。(2)プラズマ-細胞相互作用による細胞増殖活性メカニズムについて、プラズマ照射による酸化ストレス応答が重要なプロセスであることを示した。(3)細胞超活性プラズマの創成につながる、多世代に亘るプラズマ照射において照射効果の蓄積・リセットが起こることを明かにした。本研究では、プラズマ生体応用の新世代研究対象である生体細胞を対象として、申請者が最近見出した、プラズマ照射による細胞増殖加速のメカニズムを解明して、複数回のプラズマ照射による指数関数的な細胞増殖加速を実現する「細胞超活性プラズマプロセス」を創成することを目的とする。本研究で申請者が新しく創成する『細胞超活性プラズマ』とは、複数回のプラズマ照射により、細胞活性化を重畳して細胞増殖を加速度的に早めることである。これを実現するために、(1)コンビナトリアル細胞活性解析法の開発、(2)プラズマ-細胞相互作用による細胞増殖活性メカニズムの解明、(3)細胞超活性プラズマの創成について研究遂行する。平成25年度は、(1)コンビナトリアル細胞活性解析法の開発について、植物の種子と酵母を対象に、大気圧放電下でのコンビナトリアル解析法の開発を行い、大気圧下でのコンビナトリアル解析法を実現した。成果の詳細は以下の通り。セラミツクとステンレスを用いてスケーラブルな大気圧放電用電極を製作し、電極下にサンプルを並べて空気雰囲気でプラズマを照射した。照射後の酵母の増殖曲線、照射後の植物の全長と、放電で生成されたオゾンとNOxの濃度の空間分布を計測し、カイワレの成長速度、オゾン濃度、NOx濃度が電極からの距離で変化し、カイワレの成長速度は最大で20%程度促進した。またプラズマ照射により酵母の誘導期における増殖速度が高くなることを明らかにし、プラズマ照射が細胞の休眠期を短くすることを明らかにした。平成25年度は、平成24年度に開発したコンビナトリアル細胞活性解析法を用いて、植物の種子を対象に、空気中放電下でのコンビナトリアル解析を行った。カイワレの成長促進効果の時間推移を評価したところ、種子への1回の空気プラズマの照射により、成長促進効果が1週間程度維持することを明らかにした。また、放電で生成されたオゾンとNOxの濃度の空間分布を計測し、カイワレの成長促進効果とオゾン濃度・NOx濃度との間に相関がみられないことを明らかにした。次に、カイワレの種子へのプラズマ照射時に、水を加えた場合の成長促進効果を評価した。水量を一定にして、水面から種子までの深さを変えてプラズマを照射したところ、種子が水面に近いほど、種子に直接プラズマを照射した場合に近い成長促進効果がえられた。これらの結果は、プラズマで発生した短寿命の活性種による直接的な成長促進効果は見られないこと、また、プラズマ照射により、植物内ホルモンの分泌が変化して成長促進につながったことを示唆している。本研究で『細胞超活性プラズマ』の実現のために、(1)コンビナトリアル細胞活性解析法の開発、(2)プラズマ-細胞相互作用による細胞増殖活性メカニズムの解明、(3)細胞超活性プラズマの創成について研究遂行する。平成26年度は、平成25年度に引き続き、コンビナトリアル細胞活性解析を用いて、植物種子に対するプラズマ照射の成長促進効果について以下の項目について調べた。(1)細胞増殖活性メカニズムの解明:平成25年度に得られた種子への1回のプラズマ照射による1週間程度の成長促進効果について、オゾンなどの比較的長寿命活性種濃度の空間分布を計測し、成長促進効果と長寿命活性種との直接的な相関が弱いことを明らかにした。また、ガス置換により、単一のガスを用いたプラズマ照射により、窒素雰囲気でも成長促進するが、酸素雰囲気や空気雰囲気が最も成長促進すること、アルゴンでは成長促進効果が見られない事を明らかにした。この結果は酸素系活性種が成長促進に重要な働きをしている事を示唆する結果である。(2)超活性プラズマの創成:多世代に亘るシロイヌナズナへのプラズマ照射実験を行い、世代間でのプラズマ照射効果の蓄積(加速)やリセットが起こる事を明らかにした。この結果は超活性プラズマの創成に係わる重要な成果である。(3)予想以上の成果:プラズマ照射により、葉内グルコース量の増加を確認した。この結果は、プラズマ照射による作物の糖分増加の可能性を示唆しており、食料問題やバイオ燃料などのエネルギー問題に貢献出来る可能性を示している。

本研究では、「細胞超活性プラズマプロセス」を創成することを目的とする。本研究で『細胞超活性プラズマ』の実現のために、平成27年度は、平成26年度に引き続き、コンビナトリアル細胞活性解析を用いて、植物種子に対するプラズマ照射の成長促進効果について以下の項目について調べた。(1)細胞増殖活性メカニズムの解明:マイクロアレイ解析による分子生物学的検討を行った。プラズマ照射したシロイヌナズナの種を栽培し、発芽した状態のサンプルを解析した。プラズマ照射なしのコントロールに対する遺伝子発現変動を調べた所、酸化ストレス応答や、細胞分裂に関連する遺伝子発現変動が顕著に見られた。この結果はプラズマによる短時間の酸化ストレスに対する応答により細胞増殖を活性化している事を示す重要な結果である。またヨウ素デンプン反応を利用してプラズマの酸化作用を定量化することに成功した。この結果を活用して、更なるメカニズムの解明を進めることができる。(2)超活性プラズマの創成:多世代に亘るシロイヌナズナへのプラズマ照射実験を行い、発芽サンプルに対するマイクロアレイ解析を行った。世代を経るとともに遺伝子発現変動量が単調に増加している事を明らかにした。詳細については現在検討中であるが、プラズマ照射による遺伝子発現変動の蓄積について、分子生物学的に初めて明らかにした結果である。(3)予想以上の成果:シロイヌナズナの種子へプラズマ照射したのち、植物インキュベータで栽培後に種を収穫したところ、収穫時期で10%短縮、収穫量で50%増加することを明らかにした。この結果は、プラズマ照射による促成栽培と収穫量増加の可能とする細胞超活性プラズマとして食料問題やバイオ燃料などのエネルギー問題に貢献出来る可能性を示している。この成果については、米国電気学会、米国真空学会、ドイツ物理学会、応用物理学会のニュースとして取り上げられている。プラズマ生体応用の新世代研究対象である生体細胞を対象として、プラズマ照射による細胞増殖加速のメカニズムを解明して、複数回のプラズマ照射による細胞増殖加速を実現する「細胞超活性プラズマプロセス」を創成することを目的とし以下の成果を得た。(1)コンビナトリアル細胞活性解析法を開発しプラズマバイオ応用研究で適用可能であることをしめした。(2)プラズマ-細胞相互作用による細胞増殖活性メカニズムについて、プラズマ照射による酸化ストレス応答が重要なプロセスであることを示した。(3)細胞超活性プラズマの創成につながる、多世代に亘るプラズマ照射において照射効果の蓄積・リセットが起こることを明かにした。『細胞超活性プラズマ』の創成を目指す本研究で、平成26年度に以下の成果を得た。(1)細胞増殖活性メカニズムの解明について、平成25年度に引き続き研究を行い、成長促進効果と長寿命活性種との直接的な相関が弱いこと、酸素系活性種が成長促進に重要な働きをしていることを明らかにして、メカニズム解明研究を推進出来たこと。
フルフラール及びその類縁化合物の高選択的変換と有効利用

植物系炭素資源は供給が無限であるという利点を有する一方、種々の有機物の混合体として与えられるという問題点を持っている。フルフラールとその類縁化合物はその中でも効果的な供給プロセスが確立されており、これらを汎用性の高い合成中間体に変換する反応の開発がこの問題の解決法の1つになるであろうと考えた。そこでフルフラールから容易に誘導される各種テトラヒドロフラン(THF)、テトラヒドロピラン(THP)類の位置選択的環開裂反応を開発し、これらの環状エーテルを有用な直鎖状合成中間体へ変換するプロセスの確立をはかった。(1)酸塩化物/ヨウ化ナトリウム系を用いる環状エーテルの位置選択的開裂反応-TH【F_1】THPも含めたエーテルのC-O結合開裂試薬として酸塩化物/ヨウ化ナトリウム系が收率のみならず非対称型エーテルの位置選択的開裂(従来の酸塩化物/ルイス酸系による開裂の位置選択性とは逆に、置換基のない炭素上での開裂が優先して起こる)にも極めて優れていることを見出した。この試薬はアルコールの保護基として優れるメチルエーテルの脱保護反応として効果的に利用できることも数例をもって証明した。(2)C-C結合生成反応をともなう非対称置換環状エーテル類の位置選択的開裂反応-TH【F_1】THPを【C_4】,【C_5】炭素源として利用するためには、これらへの炭素鎖導入をともなう位置選択的な環開裂反応を見出す必要がある。我々はアリル型有機ケイ素化合物共存下におけるTi【Cl_4】による環状エーテルの開裂反応が、アリル型炭素鎖導入を伴って位置選択的に高收率で進行することを見出した。また環状エーテルのα位にアルケニル基を予め導入しておくと、【C_6】あるいは【C_7】炭素鎖としての利用に有効であることを明らかにした。さらにアリル型ケイ素以外の炭素系求核試薬についても利用の可能性を明らかにした。