hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
炭素－フッ素結合活性化を起点とする新規分子変換反応の開発

本年度は,初年度の結果を踏まえて2つの反応系に関する更なる研究を行った.その結果,分子内にフッ素原子を一つだけ有するモノフルオロアリルエステルに関する反応系ににおいては,これまでに達成できていなかった窒素求核剤を二分子導入するパラジウム触媒反応系を確立する事に成功した.具体的には2ーフルオロアリルアセテートのパラジウム触媒反応において,スルホンアミドを求核剤とすることで窒素求核剤が二分子導入されるダブルスルホンアミド化反応を進行させる事に成功した.また,その反応における立体選択性はほぼ完全なものであり,Z体のみを単一の立体異性体として与えることも明らかにした.一方,分子内に3つのフッ素原子を有する2,3,3-トリフルオロアリルカーボネートと求核剤との反応開発においては,引き続き前年度までに見出している,求核剤がアリル基の2位に導入されつつ分子内でトリフルオロメチル基を構築する反応系の開発を行った.その結果,これまでに実現されていなかった酸素求核剤による反応を進行させる事に成功した.なお,ここでの酸素求核剤としてはアルコール類とファノール類とが使用可能であり,それぞれ対応するトリフルオロメチル基を有するエノールエーテル類を高収率で与える事を確認している.さらに,本反応における立体選択性に関しては,既に明らかにしているアミンやインドールを求核剤とした時と同じ傾向を示し,Z体が優先的に得られることも確認できた.分子内にフッ素原子を1つ有する2ーフルオロアリルエステルでの反応に関しては,当初予定していた計画が順調に進んでおり,今年度は窒素求核剤を利用した反応系を確立することができた.この結果は,ジアミン誘導体の新しい合成手法となるだけではなく,今後の目標の一つである新規反応開発,すなわち昨年度実現した酸素求核剤を用いたカップリングおよび連続した分子内環化反応によるベンゾフラン誘導体合成と類似の反応(インドール誘導体合成)の実現に一歩近づく結果であることから,本研究が当初の計画通り進行していると言える.また,分子内にフッ素原子を3つ有する2,3,3-トリフルオロアリルカーボネートと求核剤との反応開発も当初の予定通りに進行している.具体的には,当初の計画に挙げていた,これまでに達成されていなかった酸素求核剤による反応を進行させる事に成功しており,本研究も当初の予定通りに進行していると言える.さらに,本研究においては使用できる酸素求核剤として様々なアルコール類とフェノール類が使用可能である事を見出し,49種類の新規エノールエーテル類を合成する事にも成功していることから,新規反応系確立としては十分な結果と判断している.分子内にフッ素原子を1つ有する2ーフルオロアリルエステルでの反応に関しては,他の求核剤による更なる反応系開発を進めると共に,反応基質側の拡張も目指す.たとえば,これまでのモノ置換化合物に限定せず,例えば二置換の含フッ素アリルエステルでの反応実現を目指す.その際,置換基の置換様式によっては不斉炭素中心が生成することも予想されるため,その場合にはその立体化学の制御も含めて不斉ダブル置換反応の実現を目指す事を計画している.分子内にフッ素原子を3つ有する2,3,3-トリフルオロアリルエステルでの反応に関しては,反応機構の解明も意識した更なる反応開発を進める.そのためには,これまでとは異なるタイプの求核剤での反応を検討し,その反応が進行するのか,あるいは異なる反応が進行するかを比較しつつ新たな反応の開発を目指す.また,本反応においても反応基質側の拡張を目指し,例えばトリフルオロメチル基を有する四置換アルケンの立体選択的合成手法の確立を目指す.更に,反応機構解明のための異なるアプローチとして,反応中間体として想定される含フッ素パラジウム錯体の合成・単離,あるいはNMRなどによる観測を目指した検討も行う.今年度は当初の計画通りに,2つの異なるタイプの含フッ素アリルエステルと求核剤とのPd触媒反応の検討を行った.その結果,モノフルオロアリルエステルでの反応においては,これまで実現不可能だった炭素ーフッ素結合の開裂を伴いつつ窒素求核剤を導入する反応を進行させる事に成功した.具体的には窒素求核剤をイミドとし,フェノールなどの酸素求核剤を共存させることで,炭素ーフッ素結合切断を伴いつつ窒素求核剤と酸素求核剤とをそれぞれ位置選択的に導入する三成分連結反応を進行させることに成功した.また,更にはその研究過程において同じく2-フルオロアリルエステルの2位の炭素ーフッ素結合切断を伴いつつフェノキシドアニオンを導入し,その後に分子内環化を進行させてベンゾフラン誘導体を合成する反応系の確立にも成功した.なお,その反応における反応基質としては,モノフッ素アリルエステル以外にもモノクロロアリルエステルやモノブロモアリルエステルなど様々な2-ハロアリルエステルが使用可能である事が確認できた.一方,トリフルオロアリルエステルによる反応系においては,申請段階で初期的結果を得ていたインドール求核剤を用いた反応系に関する反応基質および求核剤の使用適用範囲の調査を行い,分子内での炭素ーフッ素結合切断および再結合を経てトリフルオロメチル基を有する29種のインドール誘導体を合成する事に成功した.また,特定のPd触媒系においては酸素求核剤を用いた類似の反応が低収率ながらも進行する事も見出した.分子内の2位にフッ素原子を有するモノフッ素アリルエステルを用いた求核剤とのPd触媒反応系の検討においては,当初予定していた計画が順調に進行している.

具体的には炭素ーフッ素結合の開裂を伴いつつフェノールなどの酸素求核剤を導入した後に分子内環化反応を進行させるベンゾフラン誘導体合成反応の実現に成功し,その反応系を確立する事ができた.また,窒素求核剤を用いる反応の検討も進め,現状では酸素求核剤を共存させつつ,窒素求核剤としてはイミド類を用いるという制限があるものの,当初の窒素求核剤を使用可能とする反応実現という第一目標を実現することができ,新しいタイプの三成分連結反応として位置選択的イミドエーテル化反応を実現することができた.また,トリフルオロアリルエステルを反応基質とする反応系においては,申請段階で初期的結果を得ていたインドール求核剤を用いた反応系を確立させ,反応基質および求核剤の使用適用範囲の調査も行い,インドールの3位の炭素によるカップリング反応を進行させ,それぞれ対応するトリフルオロメチル基を有するインドール誘導体を29種類合成する事に成功した.なお,現在予備的な調査中ではあるが,そこで得られた新規インドール誘導体の一部が特定の神経芽種細胞に対する選択的かつ強い殺細胞毒性を有する事も確認している.また,特定のPd触媒系においては酸素求核剤を用いた類似の反応が低収率ながらも進行する事も確認できた.本年度は,初年度の結果を踏まえて2つの反応系に関する更なる研究を行った.その結果,分子内にフッ素原子を一つだけ有するモノフルオロアリルエステルに関する反応系ににおいては,これまでに達成できていなかった窒素求核剤を二分子導入するパラジウム触媒反応系を確立する事に成功した.具体的には2ーフルオロアリルアセテートのパラジウム触媒反応において,スルホンアミドを求核剤とすることで窒素求核剤が二分子導入されるダブルスルホンアミド化反応を進行させる事に成功した.また,その反応における立体選択性はほぼ完全なものであり,Z体のみを単一の立体異性体として与えることも明らかにした.一方,分子内に3つのフッ素原子を有する2,3,3-トリフルオロアリルカーボネートと求核剤との反応開発においては,引き続き前年度までに見出している,求核剤がアリル基の2位に導入されつつ分子内でトリフルオロメチル基を構築する反応系の開発を行った.その結果,これまでに実現されていなかった酸素求核剤による反応を進行させる事に成功した.なお,ここでの酸素求核剤としてはアルコール類とファノール類とが使用可能であり,それぞれ対応するトリフルオロメチル基を有するエノールエーテル類を高収率で与える事を確認している.さらに,本反応における立体選択性に関しては,既に明らかにしているアミンやインドールを求核剤とした時と同じ傾向を示し,Z体が優先的に得られることも確認できた.分子内にフッ素原子を1つ有する2ーフルオロアリルエステルでの反応に関しては,当初予定していた計画が順調に進んでおり,今年度は窒素求核剤を利用した反応系を確立することができた.この結果は,ジアミン誘導体の新しい合成手法となるだけではなく,今後の目標の一つである新規反応開発,すなわち昨年度実現した酸素求核剤を用いたカップリングおよび連続した分子内環化反応によるベンゾフラン誘導体合成と類似の反応(インドール誘導体合成)の実現に一歩近づく結果であることから,本研究が当初の計画通り進行していると言える.また,分子内にフッ素原子を3つ有する2,3,3-トリフルオロアリルカーボネートと求核剤との反応開発も当初の予定通りに進行している.
天然油脂を使用した人体に低害な代替腐蝕版画法(リモネン溶解法)の確立とその可能性

リモネン腐蝕の実用性に重点を置き、以下の事項を研究結果として導きだした。:規定材低発泡ではない通常のポリスチレンプレート:腐蝕濃度原液のDリモネン液:防蝕材料シケラックニス:ラインエッチング防蝕膜塗布方法流し引きハードグランド代用の希釈材料アルコールエタノールハードグランド代用の希釈濃度30%シケラックニス7:3エタノール:アクアチント散布方法化粧用散布器を使用した散布アクアチント代用の希釈材料アルコールエタノールアクアチント代用の希釈濃度30%シケラックニス7:3エタノール:溶解腐蝕されたポリスチレン材料の除去吸湿性がよく表面がマットな紙を使用した転写除去法◎防蝕材料の絞り込み*ハードグランドの代用となる膜吸着力、ラインエッチングの描画困難さ、アクアチント散布力の脆弱性の観点から、シケラックニスが最も適正と判断。◎溶解腐蝕されたポリスチレン材料の除去について通常銅版画腐蝕においては、ポリスチレン素材は分子構造が鎖状に連結されているので、わら半紙のような吸湿性がよく表面がマットな紙を、版の表面に付着させ、融溶付着したポリスチレン材を転写除去する方法が最も適した方法であると結論づけた。◎アクアチント技法時のシケラックニス散布方法化粧用散布器散布法法としては非常に簡便で有効であり、溶解腐蝕時も安定した経過が見られ適格と判断。総評として、今回の方法論は銅版画の代替法としての技法、防蝕や腐食という機能的な観点から、かなり近づくことができ、有用性が証明できた。しかし、表現という部分では、銅版のような金属の微細な加工に適した素材は、回路のような工業製品にもなるような性質を持ち、微細加工と言う点においてはプラスチックの特性は銅版のそれとは違い、今すぐに版画家の代用としてこの技法を使用させるには無理があるが、新たな版画表現技法として見た場合は、表現手法として大いに可能性があり、この研究を引き続き継続して行いたいと考えている。さまざまな防食剤の撰定やリモネンの使用方法、濃度といった版画材料そのものの研究を中心に行う。一番重要なのは、リモネン腐蝕に適した防蝕材料/防蝕膜の選定である。現在の銅版画に使用されるハードグランドや黒ニスなどの防蝕材料と同等の機能を目指さなければならない。まず、第1段階として銅版画に使用する防蝕膜を使用したが、リモネンの成分が油性材料を分解する効能にすぐれているため、ほとんどの銅版画用防蝕膜が使用できないことが研究結果としてわかった。第2段階はアルコール系・水溶性の媒体を使用した防蝕膜の開発である。アルコール系の防蝕膜は、防蝕の機能を果たすことがわかり、後半はこのアルコール系防蝕材料を使用した方法を、様々な角度(シェラックニス/PS感光材など)から試行し、アルコール系防食剤料の特定を目指した。それと平行し、水溶性及び樹脂系材料の試行も始めた。これらの材料は油性の材料よりも耐蝕強度があるものの現段階では実用段階に至っていない。引き続き試行を行う。また、リモネンを原液で使用しているが、希釈方法の確率も防蝕膜に連勤した選定事由である。水と乳化させエマルジョン状態での方法、油性溶剤との希釈法など、防触膜との関係があるので組み合わせを変えながら、その可能性と有用性を試行した。絞り込まれて入るが、未だ確定には至っていない。これも引き続き同様の方法を繰り返す。
新規リンパ球初期分化制御分子SFRP1の生理的機能と作用機序の解明

妊娠期のリンパ球造血抑制の分子機構の解明を目的に、骨髄間質細胞においてestrogen刺激で誘導される遺伝子を探索し、SFRP1を同定した。SFRP1は培養系において、造血幹細胞からのBリンパ球分化を抑制した。生体内での機能解析を目的にSFRP1とSFRP5の過剰発現マウスを作製し解析を行った。これらのマウスの末梢血では白血球数が有意に低く、特にBリンパ球数が著明に減少していた。生体でのSFRPの恒常的な過剰発現は、リンパ球分化過程を多段階で抑制する事が明らかとなった。リンパ球分化の分子メカニズムは、サイトカインからのシグナル伝達機構や転写因子の解析を通じて、近年理解が深まっている。しかしその初期段階、すなわち造血幹細胞からリンパ球前駆細胞への分化の制御機構については、不明な部分が数多く残されている。私達は、妊娠期のリンパ球造血が著明に低下すること、さらにその変容に性ホルモンestrogenが関与していることに着目し、間質細胞におけるestrogen誘導遺伝子から、リンパ球初期分化に関与する分子の候補として、sFRP1を同定した。さらに培養実験にて、sFRP1存在下では、造血幹細胞分画からのBリンパ球分化が、濃度依存性に抑制されこした。次に、一生体内でのsFRP1の機能を明らかにするため、sFRP1過剰発現マウスのモデルを作製した。胎生期にsFRP1が過剰発現すると、免疫系・造血系の発生に影響を与える可能性が推測されたため、免疫グロブリン軽鎖のプロモーター領域の下流にsFRP1遺伝子を導入した胚細胞と無免疫グロブリン血症のマウスの胚細胞を混和してキメラマウスを作製し、生後sFRP1が高濃度に分泌されるシステムを設計した。得られたキメラマウスを解析した結果、同マウスでは骨髄中でリンパ球前駆細胞の分化異常が起こり、末梢血中のリンパ球が著明に減少していた。このキメラマウスとwild typeのC57B6/Jマウスの交配を行い、germ lineに改変遺伝子の導入に成功した。その後6回以上C57B61/マスとバッククロスを行い、安定したsFRP1 knocked-in transgenic mouseモデルを作製した。次年度はこのマウスに関して詳細な解析を行う予定である。私達は、妊娠期のリンパ球造血が著明に低下すること、さらにその変容に性ホルモンestrogenが関与していることに着目し、間質細胞におけるestrogen誘導遺伝子から、リンパ球初期分化に関与する分子sFRP1を同定した。SFRP1は培養系において、造血幹細胞分画からのBリンパ球分化を、濃度依存性に抑制した。本年度は、生体内でのsFRP1およびそのファミリーの機能を明らかにするため、sFRP1とsFRP5の過剰発現マウスのモデルを作製し、解析を行った。これらのマウスの末梢血解析では、白血球数が有意に低く、特にBリンパ球数が著明に減少していた。その抑制の程度はsFRP5マウスの方がsFRP1マウスよりも顕著であった。脾臓は生後6-7週の時点で既に野生型同胞と比較して明らかに小さく、細胞分画ではBリンパ球が顕著に減少していた。骨髄中ではproB細胞分画以降のBリンパ球前駆細胞が、比率および細胞数ともに著明に減少していた。骨髄中の造血幹細胞からproB細胞に至るリンパ球初期分化過程をさらに詳細に検討した。SLAMfamilyをマーカーとして加えた解析で、sFRP5過剰発現マウスの骨髄ではLin^- ckit^<Hi> Sca1^+ CD150^+ CD48^-の造血幹細胞分画およびLin^- ckit^<Hi> Sca1^+造血幹/前駆細胞が、野生型同胞と比較して減少していた。それに対し、Lin^- ckit^<Lo> Sca1^-/Lo> IL7R^+分画の増加が認められたことから、sFRP過剰状態では造血幹細胞の維持の障害とリンパ球前駆細胞の分化異常という2つの問題が生じていることが示唆された。私達は、妊娠期にリンパ球造血が著明に低下すること、さらにその現象にestrogenが関与していることを明らかにしてきた。その分子メカニズムの解明を目的に、骨髄間質細胞においてestrogen刺激で誘導される遺伝子を探索し、Wntシグナル調節分子でるsFRP1を同定した。SFRP1は培養系において、造血幹細胞分画からのBリンパ球分化を濃度依存性に抑制した。次に、生体内でのsFRP1およびそのファミリーの機能を明らかにするため、sFRP1とsFRP5の過剰発現マウスのモデルを作製し、解析を行った。予想外ではあるが、その抑制の程度はsFRP5マウスの方がsFRP1マウスよりも顕著であった。

脾臓は生後6-7週の時点で既に野生型同胞と比較して明らかに小さく、細胞分画ではBリンパ球が顕著に減少していた。その一方で、胸腺の大きさやTリンパ球数には大きな変化を認めなかった。骨髄を詳細に検討したところ、リンパ球系幹細胞分画とされるLin^- ckit^<Lo> Scal^<-/Lo> IL7R^+分画中の有意な増加の一方で、proB細胞分画以降のBリンパ球前駆細胞が著明に減少していた。さらに、sFRP5過剰発現マウスの骨髄では、Lin^- ckit^<Hi> Scal^+ CD150^+ CD48^-の造血幹細胞分画およびLin^- ckit^<Hi>Scal^+造血幹/前駆細胞が、野生型同胞と比較して減少していた。これらのことから、sFRP過剰状態では造血幹細胞の維持の障害とリンパ球前駆細胞の分化異常という2つの問題が生じていることが示唆された。Top/galレポーターマウスとの交配によって、これらの未分化な造血前駆細胞分画におけるWntシグナル系を解析した結果、活性化している細胞集団の増加が認められた。以上の事から、sFRPの恒常的な過剰発現は、Wntシグナルの活性化を介して、造血細胞の初期分化に影響を与えていると考えられた。
誘目性の高い講義映像コンテンツ自動生成システムの開発

PCまたはスマートフォン等のモバイル端末で自学習することを想定した誘目性の高い講義映像コンテンツ自動生成システムを開発した.開発システムが自動生成するコンテンツでは講師の発話に合わせて講師映像と講義資料の表示画面サイズが拡大縮小し,また,講義資料上の重要語句が強調表示するなどの視聴者の視線を引きつけることが可能である.平成24年度においては、モバイル端末に対応した誘目性の高い講義映像コンテンツ自動生成システムを開発するために、主にモバイル端末に対応したコンテンツ表示形式の調査をおこなった。また、重要語句の検出精度の向上と長時間のコンテンツ視聴に対応したコンテンツ表示手法の検討をおこない、システムの改良を実施した。モバイル端末に適したコンテンツ表示形式を調査するために、コンテンツ視聴時の視線とタッチ操作の行動を分析した結果、視線行動の傾向としては、講師の顔に視線を向けることが最も多く、注視時間も最も長いことが分かった。一方、講義資料に対しては、講師映像に比べると注視時間や注視頻度は少なかったが、ページが切り替わったり、講師が資料上の語句や文章を読み上げたりした場合には、講義資料に視線を向ける確率が高くなることが分かった。次に、タッチ操作の傾向としては、講師映像と講義資料のどちらか一方のウィンドウのみを拡大する者が多くみられた。特に講師映像を拡大表示しながら視聴する者が多くみられたが、講義資料に対しては資料に視線を向ける上記の事由が生じた場合のみ、一時的に拡大する傾向がみられた。また、視聴開始時にはタッチ操作を頻繁に行うことが多かったが、視聴時間が長くなるにつれて頻度が減少することも観察された。講師スライド中の重要語句の検出精度を向上させるために、スライドのページレイアウトに着目し、タイトルや箇条書きの先頭行にある語句に対して重要度を高く設定するなどの機能を追加することにより、前年度よりも重要語句の検出精度が向上した。スライド中の重要語句にラベルを貼付する機能に加え、重要語句を説明する文章全体をラベルで隠す手法および穴埋めの文章に置き換える手法を導入することにより、長時間のコンテンツ視聴であっても学習者に退屈感を与えにくいコンテンツ表示形式が可能となった。平成25年度では前年度の調査結果に基づき,モバイル端末に対応した誘目性の高い講義映像コンテンツ自動生成システムの開発および評価実験を実施した.スマートフォンなどのモバイル端末では,デスクトップPCやノートPCに比べて表示画面が小さく,また操作はキーボードではなくタッチであることを考慮したコンテンツを提供しなければならない.研究代表者は前年度の実験結果で明らかとなったコンテンツ視聴者の視線とタッチ行動パターンからモバイル端末に最適なコンテンツ表示手法を考案し,講師の発話内容に応じて講師画面と講義資料画面の拡大縮小,講義資料上の講師が発話した箇所の強調表示を自動的に実行する映像コンテンツを作成することが可能なシステムを開発した.従来,動的なコンテンツを作成するためには大規模な撮影システムや人的資源が必要であったが,本システムでは,カメラマンや映像編集者など,映像制作に関わる専門的な知識や経験を必要とせず,講師が単独で映像コンテンツを作成することが可能である.開発したシステムの有用性を評価するために,システムが自動生成したモバイル端末用講義映像コンテンツに対する被験者の感想をヒアリングした.評価実験の結果,本システムが作成したコンテンツは従来のものよりもコンテンツに動きが多く含まれていたために長時間の視聴であっても飽きにくいという意見やまた視聴したいというような良好な評価を多く得た.PCまたはスマートフォン等のモバイル端末で自学習することを想定した誘目性の高い講義映像コンテンツ自動生成システムを開発した.開発システムが自動生成するコンテンツでは講師の発話に合わせて講師映像と講義資料の表示画面サイズが拡大縮小し,また,講義資料上の重要語句が強調表示するなどの視聴者の視線を引きつけることが可能である.平成23年度においては、まず、講師の発話語句と講義スライド中の語句とのマッチング精度を向上させるために、講義スライド中に存在する文字列を自動抽出した後にデータベースに登録する機能をプロトタイプシステムに実装した。次に、プロトタイプシステムによって作成された講義映像コンテンツを視聴しているときの学習者の視線について調査するために、視線測定器によって映像視聴中の学習者の視線を測定し、注視対象や注視時間について分析をおこなった。1.講師の発話語句と講義スライド中の語句を同期させるためには、講師の発話情報を講義スライド上の語句に合わせて適切に文字に起こす必要がある。そこで講義スライドから文字列を自動的に抽出し、形態素解析によって意味のある語句のみをデータベースに登録する機能をプロトタイプシステムに実装した。本機能によって講師の発話情報はデータベースに登録された語句と照合しながら適切に文字起こしすることが可能であるため、従来よりも講師の発話語句と講義スライド中の語句のマッチング精度を向上させることが可能となった。2.プロトタイプシステムによって作成された誘目性の高い講義映像コンテンツを視聴しているときの学習者の視線情報を測定した。近年普及が進んでいるマルチタッチ対応のタブレット端末で学習することを想定して、マルチタッチ操作による講師映像ウィンドウと講義スライドウィンドウの拡大縮小・移動が可能なコンテンツを作成し、学習者に視聴させた。視線情報を分析した結果、学習者は講義スライド上で起こるテキストのアニメーション変化に同期して視線を移動させていたが、経過時間が長くなるにつれて視線の動きは減少し、次第に講師映像だけを長く注視する傾向がみられた。一方で、講義の中で重要な語句をラベルで隠す機構は学習者の視線を終始引きつけることができており、長時間の視聴においても効果が高いことが確認された。

モバイル端末に対応したコンテンツ表示形式の調査分析については計画通りに進められたが、重要語句の検出精度向上手法の考案と長時間のコンテンツ視聴に対応したコンテンツ表示手法の考案では、当初の提案内容では十分な効果がみられず、課題が多く残ったために計画を変更し、平成25年度にシステムの評価実験および研究会発表を実施することにした。(1)講師の発話語句と講義スライド上の語句とのマッチング精度を向上させる仕組みの開発と、(2)長時間の講義映像コンテンツに対応した映像表現方法の定義に関する調査を実施した。(1)については、計画通りにマッチング精度を向上させる機能をプロトタイプシステムに実装することができたが、(2)については、長時間の映像コンテンツを視聴しているときの学習者の視線情報を分析した結果、考案した映像表現方法では画面構成変化とアニメーションのパターンが少ないために視聴時間が長くなるにつれて学習者の視線を引きつける効果が予想以上に低下したことから、長時間のコンテンツ視聴であっても学習者に飽きや不快感を与えにくいコンテンツ表示方法についてさらに検討する必要性が生じた。平成24年度に改良を加えたモバイル端末に対応した誘目性の高い講義映像コンテンツ自動生成システムを用いて複数のコンテンツを作成し、評価実験をおこなう計画である。また研究会やシンポジウムにて研究成果を発表する計画である。1)講義映像コンテンツを視聴しているときの視線の動きについて引き続き調査し、長時間のコンテンツ視聴であっても学習者に飽きや不快感を与えにくい表示方法を定義する。2)システムの実装ならびにシステムの評価実験を実施する。3)平成24年度までの研究成果を整理し、国内外の研究会・ワークショップなどで発表し、そこでの議論をふまえて研究成果をまとめ、学術論文として投稿する。研究成果を発表するための学会参加費と旅費として研究費を使用する計画である。開発した誘目性の高い講義映像コンテンツ自動生成システムに対して評価するために、24年度に繰り越された研究費を含めて評価実験用機材として計算機ならびにタブレット端末の購入,実験参加者への謝金に充てる。また、研究成果を発表するための学会参加費と旅費、学会発表での議論をふまえて研究成果をまとめ、学術論文として投稿した際に必要となる印刷代のために研究費を使用する計画である。
膜耕の選択透過性を利用した殺菌剤の除去による有菌下での器内培養液の自動補充と更新

組織培養では、無菌状態で、培養液の更新や植え替えをしなければならない。その結果,人件費の増大する。もし、培養液の更新だけでも有菌下で行うことができれば、人件費が下がり、実用化する部分が大きいであろう。そこで、膜の分離機能を利用することにより、静菌剤と微生物を除去し、有菌下で,無菌の培養器内に培養液を補給、更新する方法を開発し、無菌の培養器内に砂糖を含む培養液を有菌下で供給し,植物を正常に育成することに成功した。この補給する培養液を以後、外液と呼ぶ。この時、リン酸と超難溶性の塩を作り、微生物を繁殖を押さえる毒性の少ない難溶性の水酸化アルミニウムと静菌剤として使用するとよいことが10年度に判明した。11年度膜の外側に水酸化アルミニウムを封入した無菌部分を作ると、2カ月程度以上、外液を腐敗させないことができることが確認された。この無菌水酸化アルミニウム封入層を10mm程度以上にすればほとんどが胃液が腐敗しないことが示された。また、10mm程度以上の無菌水酸化アルミニウムの処理により、分離機能のある高価な膜を使用せずとも、セロファンで十分な期間外液を腐敗させずに保てることがわかった。この装置でペチュニアを無菌播種したところ、外液から、水、糖、塩類を持続的に供給し育成できることが判明した。しかし、通常の培地で無菌播種したものと比較すると、生育が劣るため、さらなる改良が必要であると思われた。また、塩素殺菌を利用し、組織培養での、有菌状態で、培地の更新や植え替を試みた。その結果、オートクレーブ滅菌をした培地に移植・定植し、その後20mg/l程度の有効塩素を含む水溶液を灌注すれば、茎頂培養程度以上の大きさの外植体であれば、汚染率10%程度以下に押さえられ、生育も、クリーンペンチ等で行ったものと変わらないことを見いだした。この科研ではできなかったが、この塩素殺菌と上記の有菌下での培養液更新を組み合わせれば、組織培養操作をすべて有菌下で行うことができるようになり、産業的に有意義であると思われる。組織培養では、無菌状態で、培養液の更新や植え替をしなければならない。そこで、膜の分離機能を利用することにより、静菌剤と微生物を除去し、有菌下で,無菌の培養器内に培養液を補給、更新する方法を開発し、無菌の培養器内に砂糖を含む培養液を有菌下で供給し.植物を正常に育成することに成功した。この時、リン酸と超難溶性の塩を作り、微生物を繁殖を押さえる毒性の少ない難溶性金属水酸化物(水酸化アルミニウムと水酸化鉄)を静菌剤として使用した。水酸化鉄を使用すると膜の「目」を詰めてしまい通過抵抗を増大させ、容器内に充分に養水分を供給できなかった。水酸化アルミニウムでは容器内に充分養水分を供給でき植物が育った。

また、硫酸アルミニウムの添加により、外液のpHを低くすると、漏出リン酸の吸着が早く害液の腐敗が遅らせることができた。容器の外側の液が腐敗してから約1週間後に、膜と容器継ぎ目から菌が進入し始めた。また、膜の外側に水酸化アルミニウムを封入した無菌部分を作ると、2か月程度以上、外液を腐敗させないことができることが確認された。この無菌水酸化アルミニウム封入層を厚くして、どの程度腐敗を遅らせるか実験中である。また、外の培養液が腐ったときのために、容器と膜の接着面から菌が侵入する傾向が認められたため、接着面の改良の必要が強く示唆された。組織培養では、無菌状態で、培養液の更新や植え替をしなければならない。その結果、人件費が増大する。もし、培養液の更新だけでも有菌下で行うことができれば、人件費が下がり、実用化する部分が大きいであろう。そこで、膜の分離機能を利用することにより、静菌剤と微生物を除去し、有菌下で、無菌の培養器内に培養液を補給、更新する方法を開発し、無菌の培養器内に砂糖を含む培養液を有菌下で供給し、植物を正常に育成することに成功した。この補給する培養液を以後、外液と呼ぶ。この時、リン酸と超難容性の塩を作り、微生物を繁殖を押さえる毒性の少ない難容性の水酸化アルミニウムと静菌剤として使用するとよいことが10年度に判明した。11年度膜の外側に水酸化アルミニウムを封入した無菌部分を作ると、2か月程度以上、外益を腐敗させないことができることが確認された。この無菌水酸化アルミニウム封入層を10mm程度以上にすればほとんどが胃液が腐敗しないことが示された。また、10mm程度以上の無菌水酸化アルミニウムの処理により、分離機能のある高価な膜を使用せずとも、セロファンで十分な期間外液を腐敗させずに保てることがわかった。この装置でペチュニアを無菌播種したところ、外液から、水、糖、塩類を持続的に供給し育成できることが判明した。しかし、通常の培地で無菌播種したものと比較すると、生育が劣るため、さらなる改良が必要であると思われた。また、塩素殺菌を利用し、組織培養での、有菌状態で、培地の更新や植え替を試みた。その結果、オートクレーブ減菌をした培地に移植・定植し、その後20mg/l程度の有効塩素を含む水溶液を讙注すれば、茎頂培養程度以上の大きさの外植体であれば、汚染率10%程度以下に押さえられ、生育も、クリーンペンチ等で行ったものと変わらないことを見いだした。この科研ではできなかったが、この塩素殺菌と上記の有菌下での培養液更新を組み合わせれば、組織培養操作をすべて有菌下で行うことができるようになり、産業的に有意義であると思われる。
旧産炭地住民の高齢化と貧困化の実態と生活問題

1.本研究の目的は(1)炭鉱閉山後20年余を経過した筑豊地域の旧産炭地住民の生活問題の把握の一端として,高齢化と貧困化の実態を捉える。(2)高齢化にともない,旧炭鉱労働者は年金生活者となっていくが,閉山後、有利な転職も不可能で、地域に滞留し、高齢化した層に焦点をあてて、その生活問題を捉える。調査地は、福岡県鞍手郡小竹町。2.小竹町の高齢化の実態は,全国平均をはるかに上回っており,65才以上人口は約17%を占め、1人暮らし老人は実にその四分の一である。寝たきりで家庭介助を必要とする老人、各種老人ホ-ム入所者,長期の入院患者など,多様な生活実態である。3.高齢者の収入と暮らしの実態は,年金受給を柱としながらも,生活保護受給者数も相当の数にのぼる。旧炭鉱労働者で,年金受給資格に充分達する勤務年数を勤めあげ、炭住を建て替えた改良住宅に居住している場合は比較的恵まれたケ-スといってよい。年金額が様々な条件で少額の場合,高齢ではあっても収入をもとめて就労の必要が生じ,就労希望者は少くないが,この地域では,高齢者の就労機会は少なく今後の課額である。生きがい対策ともからめた施策が望まれよう。4.旧炭住から改良炭宅への転換は,旧炭鉱労働組合の運動により、周囲の高層化を避け、二階建てまたは平屋として、庭付き住宅が基本になっている。これは高齢者の住環境としては有利な条件となっている。また、かっての炭住時代ほどではないが、隣・近所との生活ネットワ-クが残存する部分もみられる。しかし,それが新しい生活様式と結合できるかどうかは今後の課題として残されている。
ＡＢＣトリブロック共重合体による準結晶の構築

研究課題である「ABCトリブロック共重合体による準結晶の構築」について、両端成分にのみ鎖長差を持つ2種のABCトリブロック共重合体をブレンドする手法を用いて、その発現を目指した。中央鎖Bの長さは固定し、鎖長差の大きさと体積分率をパラメータとし、それらのパラメータと相分離構造の相関を調べた。この研究から、鎖長差を大きくするに従い、ドメイン内で分子が均一分散していた状態から、ドメイン内での不均一分散、さらにはドメインを分けて分子の分散を起こすことが発見された。分子の分散性を変化させることは、ドメイン配列の規則性に大きな影響を与え、準周期構造へと向かっている可能性を示した。また準結晶の構築を目指していく過程で、Ordered Tricontinuous Double Diamond(OTDD)構造の発現を確認した。高分子系におけるOTDD構造は、自由エネルギー上不利な構造であり、その発現機構はよくわかっていない。この構造を証明する手法として、透過型電子顕微鏡(TEM,TEMtomography)、小角X線散乱(SAXS)を用いており、どの手法からもOTDD構造の発現を証明した。このように実空間・逆空間の両アプローチから、OTDD構造の発現を証明した例はまだない。さらにミクロ相分離構造をポーラス化する新手法を開発しており、これにより従来よりも簡便かつ迅速にポーラス化を行えるようになった。この方法は、ポーラス化された構造の穴を再度閉じることを可能にしており、リサイクル可能な高分子ポーラス材料の創成を可能にした。この手法を用いることで、当研究室で発見してきた様々な新規構造の材料応用を可能にしている。28年度が最終年度であるため、記入しない。研究課題である「ABCトリブロック共重合体による準結晶の構築」について、両端成分に鎖長差を持つ2種のABCトリブロック共重合体をブレンドする手法を用いて、その発現を目指した。ブレンドするポリマーの鎖長差と体積分率のパラメータとし、ドメインの配列との相関を調べた。この研究から、6倍以上の鎖長差をもち、両端鎖AとCの体積分率が非対称のとき、用いているトリブロック共重合体の総分子量から予期される構造周期よりも大きな周期をもつことがわかった。またAとCの体積分率を非対称にすることで、ドメイン配列が規則性は持ちながらも周期性が低くなる現象が見られ、準周期構造へと向かっている可能性がある。またOTDD構造は広いフォトニックバンドギャップを持つことが知られており、光の波長ほどの周期をもつ高分子の相分離構造でそれが達成されたため、材料としても注目を集めるだろう。準結晶を発現させるための分子設計のめどがおおよそついた。また準結晶を目指す過程で発現したOTDD構造のように、本設計から準結晶以外の興味深い構造の発現が期待される。準結晶が得られると期待できる分子設計を元に、ABCトリブロック共重合体を調製する。鎖長差をもつABCトリブロック共重合体ブレンドからOTDD構造が発現したことを踏まえ、共連続構造領域についても検討し、新規構造の発現を目指す。シミュレーションにより、ドメイン内で分子がどのようなコンフォメーションを取っているかについても検討する。
泳動電着法を用いたカーボンナノチューブマトリックス複合めっき膜の合成

カーボンナノチューブ(CNT)は様々な機能を有するナノ炭素材料であるため,物質の表面をCNT薄膜でコーティングすることで物質表面の高機能化が期待される.本研究では泳動電着法を用いてCNT薄膜の作製を試みた.その結果,適切な泳動電着条件を選定することで超撥水性(水に対する接触角が150°以上)のCNT薄膜を作製できることが明らかとなった.カーボンナノチューブ(CNT)は様々な機能を有するナノ炭素材料であるため,物質の表面をCNT薄膜でコーティングすることで物質表面の高機能化が期待される.本研究では泳動電着法を用いてCNT薄膜の作製を試みた.その結果,適切な泳動電着条件を選定することで超撥水性(水に対する接触角が150°以上)のCNT薄膜を作製できることが明らかとなった.多様な機能を有するカーボンナノチューブは次世代を担うナノ材料として注目を集めている。カーボンナノチューブの形態は粉末状であるが、その機能を十分に発揮させるためにはこれらを基板上に膜化することが望ましい。そこで本研究では、電気泳動法によりカーボンナノチューブの成膜を試みた。泳動時間・電圧・泳動浴の溶媒・電荷付与剤など種々の条件を最適化することで、良好なカーボンナノチューブ薄膜を得ることに成功した。さらに作製した薄膜を詳細に解析したところ、膜は多孔質であり、膜中に多くの空気(=空隙)を有していた。表面科学分野では、このように空気を大量に含む薄膜は高い撥水性を示すことがすでによく知られている。そこで得られたカーボンナノチューブ薄膜の水に対する濡れ性を接触角計により測定した。その結果、カーボンナノチューブ薄膜は接触角がおよそ160度であった。接触角が150度以上の薄膜はきわめて水をはじく性質を示し、「超撥水」薄膜と呼ばれる。すなわち、泳動電着法で作製したカーボンナノチューブ薄膜は、カーボンナノチューブ自身の機能に加えて、超撥水性を有しており、本研究では新規な機能を有する薄膜の作製に成功した。またカーボンナノチューブ以外の粒子(種々の炭素物質、色素粒子など)を泳動電着法により成膜したところ、いずれも超撥水性を示した。以上の結果より、超撥水薄膜の作製法として、泳動電着がきわめて汎用性の高い手法であることを表している。多層カーボンナノチューブ(MWCNT)を泳動電着法により成膜し,その薄膜の諸性質を調べた。その結果,電気泳動に用いる溶媒・電化付与剤の種類,印加電圧,泳動時間,泳動回数などの泳動条件により撥水性能が大きく異なるMWCNTが生成することがわかった。条件によってはMWCNT膜が親水的な挙動を示す場合もあり,また適切な条件を選ぶことで超撥水MWCNT膜も作製できることが明らかとなった。水に対する接触角が150°以上の表面は「超撥水表面」と呼ばれ,きわめてよく水を弾く性質を示すため,さまざまな応用が期待されている。次に,泳動電着法以外の手法によっても超撥水MWCNT薄膜を作製可能であるかを検討した。MWCNTを基板上に設置し,これを物理的にプレスすることで基板上へMWCNT薄膜を作製した(圧延法)。しかし,圧延法で作製した薄膜の接触角は150°以下であり,超撥水薄膜は得られなかった。走査型電子顕微鏡測定により,泳動電着法と圧延法で作製したMWCNT薄膜の形態を詳細に観察したところ,泳動電着法で作製した薄膜のほうが多孔質であることがわかった。薄膜が超撥水性を発現するためには,空気を多く含む表面構造が必須であることが知られている。泳動電着法では,薄膜作製直後は溶媒であるエタノールをMWCNT薄膜中に大量に含んでおり,乾燥過程においてエタノールが空気と置換することで多孔質な薄膜が得られ,結果的に超撥水性を示したと考えられる。すなわちMWCNT超撥水薄膜作製において,泳動電着法がきわめて有効な手法であることが示された。
シミュレーションによる古代家族の復原的研究

本研究では、大宝二年御野国加毛郡半布里戸籍を定点として、古代の出生時平均余命や死亡率・出生率などを具体的に数値として示し、こうした基礎的条件の下で、婚姻・死別・再婚がどのように発生するのか、血縁関係の連鎖がどのように変化するのかシミュレーションを行った。古代の「家族構成」の流動性をトレースすることで、戸主との繋がりの不明確な戸口が発生するプロセスを具体的に示すとともに、婚姻構造の男女対称性の揺らぎが、婚姻を通じた血縁関係の連鎖にどのように作用するのかを明らかにした。古代の家族については、核の部分の父系による婚姻連鎖と周辺部分の双系制的連鎖の二重構造モデルが有効であることを示した。本年度は、人口の時系列変化を観察するプログラムを作成してシミュレーションを実施した。まず、前年度来の半布里戸籍でえられた人口構成を定点とし、その人口構成を維持する場合の出生率、死亡率を措定し、本年度は、シミュレーションの中間に生成される死亡データ・婚姻データ・出生データを採取して、それを集計することで、設定した個人のライフサイクルを復元した。婚姻を通じた連鎖の具体的な在り方を探るのが目的で、この点で一定の見通しをえることができた。古代戸籍にみえる寄口については、女系親族であるかなどが争われてきたが、寄口が出現するプロセスを具体的に復原したことに成功していると考えられる。寄口はこうした婚姻の連鎖により、戸主との繋がりが不明確になったものと推測される。次年度は。シミュレーションに際して与える閾値を変更し、より実態に近いシミュレーションに仕上げることが課題である。本年度は、研究成果を「日本古代的家族与村落」(『“日本古代史研究的現在与未来"国際学術検討会論文集』北京大学・精華大学・京都大学2012.10)、「古代家族の復原シミュレーションに関する覚書」(人間文化研究機構連携研究『正倉院文書の高度情報化研究シンポジウム予稿集』国立歴史民俗博物館、2013.1)などで発表し、「古代家族史論争」(歴史科学協議会編『戦後歴史学辞典』東京堂出版、2012.7)、『日本古代の税制と社会』塙書房、2012.7(単著)に成果が反映されている。大宝二年御野国加毛郡半布里戸籍をもとにシミュレーションを行った。半布里の実データを補正して、年を経るごとに人口が減少する人口曲線を最小二乗法による近似式の当てはめにより作成した。乳幼児死亡率が相当に高いであろうことを考えると、対数による近似式の方が曲線の形状としては近くなるはずだが、対数による近似曲線の場合、曲線の信頼度を示すR二乗値が低くなり、計算上の信頼度が低下するため、三次の多項近似式を採用した。次に、母子の年齢差から母の出産年齢を算出し近似式を作成する。近似曲線は出産時の母の年齢が一五歳から四五歳になる範囲のデータから作成した。こうして求められる母の出産例は述べ数であるが、この曲線を維持して一年間の出生数(人口曲線のY切片)に直すと、出生曲線を作ることが可能となり、その出生曲線と女性の人口曲線を組み合わせれば、年齢別の出生率を算出することが可能となる。ライフサイクルシミュレーションでは、エージェントに一意の識別番号を与え、性別・年齢・配偶者・父・母を属性データとして持たせたデータベースを作成する。大宝二年を出発点として、エージェントごとに毎年、死亡・生存、婚姻、出生のイベントにつき乱数を発生させて評価した。年齢別の人口曲線から年齢ごとの死亡確率と女性の場合の出産確率を導き、乱数で生成して評価した。婚姻については、一定年齢の女性が再婚の対象から除外されること、男性と女性の年齢差を勘案し、その範囲内の女性との婚姻が成立するかを乱数で評価した。成婚率は、それを推測する根拠がないので便宜的に3分の1に設定した。一度の計算では生成した乱数の偶然性に左右されるので、50回など複数回繰り返すことでおおよその傾向を把握した。成果は本報告書に記載したものの他に、歴博の報告、岩波書店『日本歴史4』に掲載する予定。本研究では、これまでの研究でえられた古代の出生時平均余命のデータや推定出産率などのデータをもとに、シミュレーションの手法を利用して人口動態を再現し、当時の婚姻や出産の在り方、さらには古代「家族」の姿を復原する。これにより、古代史研究の基本問題でありながら、暗礁に乗り上げたままの古代籍帳研究・家族史研究の新展開をはかることを目的とする。本年度は、大宝二年御野国戸籍のデータベースの整備を行った。各人に一意のIDを付与し、記載情報を確認した。また西海道戸籍についても同様の作業を行った。

シミュレーションプログラムは、プロトタイプを改変し、計算速度の向上をはかった。もっともまとまりのあるデータである半布里戸籍のデータを基礎に男女総計の人工曲線を最小二乗法で作成し、人工曲線にもとづき、年齢別死亡確率を算出した。同じく半布里戸籍のデータを基礎に、女性の年齢別出産確率を算出した。その際、女性の一次データは歪みが大きいので、男性のデータ水準同様に、補正したものも試みたが、それがどれだけの有効性を持つのかはさらなる検証が必要であり、この点は次年度以降に検討する。計算過程で排出する死亡者データ、婚姻データ、出産データを一括で処理できるようにプログラムの修正を行った。こうして、婚姻の具体像をシミュレーションすることにより、婚姻構造の男女対称性の揺らぎが、婚姻を通じた血縁関係の連鎖にどのように作用するのかが明らかになるはずであり、この点を今後明らかにする予定である。本研究の核心はシミュレーションプログラムの開発であり、一応の完成度を満たしたものとなっており、シミュレーションにより復原研究が可能となっている。また、研究成果の発表も順調に行われており、以上のように判断される。本研究の核心はシミュレーションプログラムの開発であり、その基本はできあがっているため。前年度に引き続き、人口の時系列変化を観察するプログラムを仕上げ、閾値を変化させることで、より実態に即したものとしたい。前年に引き続き、人口の時系列変化を観察するプログラムを作成し、シミュレーションの中間に生成される死亡データ・婚姻データ・出生データを採取して、それを集計する。個人のライフサイクルを復元し、婚姻を通じた連鎖の具体的な在り方を探る。人口変動と集落動態の相関を調べるため、集落遺跡の確認などを行いたい。また朝鮮半島や中国大陸での古代家族の在り方と比較検討するために、関連資料の収集と検討を行うつもりである。当初は欧州での社会史学会での報告を考えていたが、アジア諸国でもこうした研究方法に関心が寄せられており、前年度に引き続き、中国での報告を模索する予定である。人口変動と集落動態の相関を調べるため、集落遺跡の確認調査などを行う。朝鮮半島や中国大陸での古代家族の在り方と比較検討するために、関連資料の収集と検討を行う。可能であれば、European Social Science History Conference 2012などに参加し、社会史研究としての比較の視座を得たいと考えている。
鞭毛・繊毛運動の発現と制御の分子機構

本研究では鞭毛・繊毛運動の発現と制御の機構に関して多角的な研究が行われた.鞭毛・繊毛運動は,微小管上の蛋白質複合体ダイニンが隣接する微小管に対して滑り力を発生することに基づく.本研究ではまずダイニン内腕・外腕の構造に関して,多種生物間で外腕中の重鎖の数を比較し,原生動物では3本,その他の生物では必ず2本存在することを明らかにした.また,3種の中間鎖の一次構造を決定し,中間鎖のある種のものにはヌクレチオド代謝にかかわる複数の酵素活性があることを見いだしたほか,突然変異株の解析から内腕の中間鎖としてアクチンが結合していることの決定的証拠を得た.また,ダイニンの滑り力発生が重鎖内の複数部位におけるATP結合よって制御されていることを示す知見を得た.さらに,鞭毛軸糸が特殊な条件下において行うナノメートルスケールの微小振動現象を解析し,鞭毛・繊毛運動の発生にはダイニン自身が持つ振動運動を行う性質が重要であることを示した.次に運動の制御機構に関して,軸糸の運動が蛋白質燐酸化とカルシウムイオンによって制御される機構を研究した.まず,哺乳類の精子鞭毛では蛋白質燐酸化による制御部位が鞭毛基部に局在するという興味深い結果を得た.またゾウリムシ繊毛では,サイクリックAMP依存性の燐酸化反応によって繊毛打のカルシウムイオン感受性が変化することを明らかにした.カルシウムイオンは軸糸内の滑り力発生を調節するが,無負荷時の滑り速度そのものには影響を与えないことが明らかになった.これにより,カルシウムイオンは力発生を行うダイニンの数を制御している可能性が示唆される.カルシウムと蛋白質燐酸化がダイニンの活性を調節する分子機構の解明が今後の重要な課題である.本研究では鞭毛・繊毛運動の発現と制御の機構に関して多角的な研究が行われた.鞭毛・繊毛運動は,微小管上の蛋白質複合体ダイニンが隣接する微小管に対して滑り力を発生することに基づく.本研究ではまずダイニン内腕・外腕の構造に関して,多種生物間で外腕中の重鎖の数を比較し,原生動物では3本,その他の生物では必ず2本存在することを明らかにした.また,3種の中間鎖の一次構造を決定し,中間鎖のある種のものにはヌクレチオド代謝にかかわる複数の酵素活性があることを見いだしたほか,突然変異株の解析から内腕の中間鎖としてアクチンが結合していることの決定的証拠を得た.また,ダイニンの滑り力発生が重鎖内の複数部位におけるATP結合よって制御されていることを示す知見を得た.さらに,鞭毛軸糸が特殊な条件下において行うナノメートルスケールの微小振動現象を解析し,鞭毛・繊毛運動の発生にはダイニン自身が持つ振動運動を行う性質が重要であることを示した.次に運動の制御機構に関して,軸糸の運動が蛋白質燐酸化とカルシウムイオンによって制御される機構を研究した.まず,哺乳類の精子鞭毛では蛋白質燐酸化による制御部位が鞭毛基部に局在するという興味深い結果を得た.またゾウリムシ繊毛では,サイクリックAMP依存性の燐酸化反応によって繊毛打のカルシウムイオン感受性が変化することを明らかにした.カルシウムイオンは軸糸内の滑り力発生を調節するが,無負荷時の滑り速度そのものには影響を与えないことが明らかになった.これにより,カルシウムイオンは力発生を行うダイニンの数を制御している可能性が示唆される.カルシウムと蛋白質燐酸化がダイニンの活性を調節する分子機構の解明が今後の重要な課題である.本年度は,鞭毛・繊毛運動機構で最も重要である蛋白質複合体ダイニンの構造と機能に関して,多方面の知見を得た.まず,多種のダイニン外腕を電子顕微鏡で解析し,例外なく原生動物では3頭,後生生物では2頭構造を持つことを見いだした(毛利).ダイニンを欠失したクラミドモナス変異株4種の運動を様々な粘度下で解析し,内腕,外腕の機能に差があることを示した(神谷).さらに,外腕に含まれる2つの中間鎖の遺伝子の全塩基配列を決定し,中間鎖は生物種を超えて保存されていることを明らかにした(小川).またダイニンと微小管の相互作用をナノメートル以下の空間分解能と10マイクロ秒の時間分解能で追跡する装置を新たに作製した(上村).さらに,遺伝子工学の手法により単頭のキネシンを作製し,それが運動能を有することを見いだした(豊島).鞭毛・繊毛運動の調節現象に関しても多くの知見を得た.ある種の魚類精子の運動が,細胞内K+イオンの濃度によって制御されていることを発見した(森沢).また,ウニ幼生の繊毛の運動パターンが神経伝達物質によって制御されている現象を解析した(馬場).さらに、鞭毛・繊毛運動の調節機構の基礎として、Ca^<2+>により微小管滑り速度が変化することを示した(高橋,真行寺,能村).そのようなCa^<2+>による調節機構において,2種類の蛋白質の燐酸化反応が重要であることがわかった(野口).同様に,哺乳類精子の鞭毛運動が雌生殖器内で活性化される際に,蛋白質燐酸化反応が関与することを見いだした(奥野).また、鞭毛打の調節に関わっていると考えられるATPと相互作用する110kDの蛋白質を発見した(中村).以上の結果は,いずれも鞭毛運動の発生と制御機構の理解に重要であると考えられる.鞭毛・繊毛運動の原動力を発生しているダイニン内腕・外腕の構造とその微小管との相互作用に関して以下の成果を得た.

まず,多種の生物のダイニン外腕の電子顕微鏡解析を進め,原生動物と後生生物のダイニンの構造の違いを確かめた(毛利).ダイニン内腕の一部を欠失している変異株中にアクチンに変異を持つものを見いだし,アクチンとダイニンの機能に関連があることを示した(神谷).さらに,外腕に含まれる2つの中間鎖の配列を決定し,それらが蛋白質間相互作用を担う特徴的配列を持つことを見いした(小川).ダイニン-微小管の相互作用がチューブリンの部分配列相当のペプチドで阻害されることを見いだした(上村).また,ダイニンと相互作用を行うチューブリンは特定のアイソタイプのものであることが判明した(中村).さらに,微小管の滑り運動がダイニンへのADPの結合によって活性化されることを見いだした(能村).また,遺伝子工学の手法により単頭のキネシンを作製し,それが双頭のキネシンと同程度の力を発生できることを見いだした(豊島).鞭毛・繊毛運動の調節現象に関しても多くの知見を得た.ある種の魚類精子の運動が,細胞内カリウムイオンの濃度によって制御されていることを発見した(森沢).また,ウニ幼生の繊毛の運動の揺らぎが軸糸内蛋白質の燐酸化で変化する現象を解析した(馬場).さらに、鞭毛・繊毛運動の調節機構の基礎として、カルシウムイオンにより微小管滑り速度が変化することを見いだした(高橋,真行寺).そのようなカルシウムによる調節機構において,2種類の蛋白質の燐酸化反応が重要であることがわかった(野口).同様に,哺乳類精子の鞭毛運動が雌生殖器内で活性化される際に,特定の微小管の滑り運動が活性化されることがわかった(奥野).以上の結果は,いずれも鞭毛運動の発生と制御機構の理解に重要である.今年度も鞭毛・繊毛の機能と運動調節に関して多角的な研究が行われ,重要な知見が得られた.まず,運動機能に関して,原動力を発生する蛋白質ダイニンのサブユニットの一つIC1の遺伝子クローニングと一次構造決定を行い,異種の2つの酵素活性を持つという意外な結果を得た(小川).また多種の生物間でダイニンの構造を比較し,進化的に興味深い知見を得た(毛利).ダイニンの機能に関しては,ダイニンの内腕と外腕が粘性負荷に対して著しく異なる力発生特性を持つことを明らかにした(神谷).さらに,軸糸内のダイニンの力発生が軸糸の曲率によって制御されていることを示した(上村).また,構造の柔軟性が力発生蛋白質の重要な一般的性質であることを示した(豊島).ダイニン以外の構造では,運動制御に関わる中心対微小管の構造を詳しく検討した(能村).また,中心対微小管が制御するのはダイニン内腕であって,外腕ではないことを示した(神谷).その他の重要な蛋白質として,ATP代謝にかかわる酵素のアデニレートキナーゼの軸糸内存在状態を解析した(中村).また,繊毛運動の揺らぎを詳細に解析し,軸糸の振動的運動が生じる機構を考察した(馬場).軸糸の運動調節に関しては,蛋白質燐酸化による運動調節機構をホヤ精子(森沢),ハムスター精子(奥野),ゾウリムシ繊毛(野口)を用いて,それぞれの特徴的な性質を生かした研究が行われた.また,精子微小管の滑り速度の解析から,カルシウムイオンによってダイニンの力発生が調節されている事を示す結果を得た(真行寺,高橋).これらにより,蛋白質燐酸化とカルシウムイオンによる運動調節は,それらがダイニンの活性を直接調節することによることが示唆された.