hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
アドレノメデュリン・ファミリーの生理機能と遺伝子発現:培養副腎髄質細胞と摘出血管

2.脳微小血管内皮細胞,グリア細胞のAM生合成・分泌とAM受容体:脳微小血管内皮細胞はAMを血管内腔と周辺組織に分泌し,血管内腔側への分泌量は今まで報告されている他の細胞からの分泌量よりも1桁高度であった。末梢の血管内皮細胞と異なり,AM分泌はトロンビン,リポポリサッカロイド,サイトカインによって増加しなかった。しかし、血管内腔側へのAM分泌は、astrocyte由来の液性因子により増加した。脳微小血管内皮細胞とpericyteは,CRLRとRAMP-2,-3を発現しており,AMによりcyclic AMPレベルが増加した。AMは、脳微小血管内皮細胞のP-糖蛋白質、ピノサイトーシス、タイトジャンクションの機能を調節し、血管内皮細胞の血液脳関門機能を増強していることが示された。3.AMとAM受容体による妊娠維持:CRLRとRAMP-1,-2の発現しているラット妊娠子宮において,AM発現量は胎盤に付着する子宮と胎盤脱落膜で著しく増加したが,胎盤繊毛膜,胎盤非付着部子宮では増加しなかった。胎盤付着部子宮は自発的収縮を示さないが,AM受容体遮断薬AM(22-52)の添加により著しく周期的収縮をおこした。AMとAM受容体の発現は、子宮収縮を抑制することにより妊娠維持に関与していることが示唆された。4.AMによる虹彩括約筋弛緩機序:AMは,autocrine/paracrine的にAM受容体とCGRPI受容体に作用し,NOとcyclic AMPを増加させることにより虹彩括約筋を弛緩させた。Adrenomedullin(AM)およびその関連ペプチドの存在、合成・分泌、生理作用・作用機序について、培養ウシ副腎髄質クロマフィン細胞(発生学的に神経堤に由来)、ラット脳微小血管、種々の平滑筋細胞を用いて、以下の新知見を得た。1.副腎クロマフィン細胞Proadrenomedullin N-terminal 12peptide(PAMP12;PAMP20のアミノ酸配列9-20に相当)は、きわめて高濃度(pmolオーダー/4×10^6cells)、カテコールアミン、AM、PAMP20と共に、クロマフィン顆粒内に貯蔵されている。ニコチン受容体刺激により、これらの顆粒内容物は、Ca依存性の調節性開口分泌により、細胞外へ放出される。反応液中に添加したPAMP12は、PAMP20とほぼ同じ強度で、ニコチン受容体刺激によるカテコールアミン分泌と生合成・生合成律速酵素タイ口シン水酸化酵素活性を、濃度依存的に低下させた。さらに、PAMP12は、PAMP20と同様に、ニコチン受容体刺激による細胞内へのNa流入、Ca流入を濃度依存的に阻害した。PAMPl2、PAMP20は、ニコチン受容体機能を抑制し、刺激一分泌・生合成連関をautocrine的に調節していることが予想される。2.脳微小血管AM mRNAが発現していることをRT-PCRで確認している。AMは、CGRPと比較して2桁より低濃度でcyclic AMP濃度を増加させ、また、その作用はCGRPとは異なりCGRP[8-37]で拮抗されなかった。AMが脳微小血管で合成され、autocrine的に血管機能を制御している可能性がある。(Japanese Journal of Pharmacology 79(Suppl.I),1999,123P)3.子宮、膀胱平滑筋など子宮や膀胱におけるAM関連ペプチドの発現量が大きいこと、また、これらのペプチドが今迄報告されていない部位に存在することを見出した。当該部位におけるAM関連ペプチドの生理作用、ヒト疾患の治療や診断への応用の可能性について検討している。(未発表)1.ウシ培養副腎髄質クロマフィン細胞(1)Adrenomedullin(AM),proadrenomedullin N-terminal 20

peptide(PAMP20),PAMP12はカテコールアミン、クロモグラニンBと共にクロマフィン顆粒内に貯蔵されている。(2)Protein kinase A(PKA)活性化により、これらの顆粒内容物は開口分泌の様式により構成的に緩徐(6-24時間)に細胞外へ放出された。他方、PKA活性化により、AM関連ペプチドのmRNAレベルは低下し、それらのペプチド合成が阻害されることにより、細胞内AM,PAMP20含量は減少した。(3)ニコチン受容体刺激により、AM関連ペプチドはCa依存性の調節性開口分泌により細胞外へ急速に放出され、PAMP12,PAMP20はニコチン受容体機能をautocrine的に阻害し、細胞内へのNa流入を低下させ、カテコールアミン分泌と生合成、生合成律速酵素タイロシン水酸化酵素活性を濃度依存的に抑制した。2.ラット大脳皮質微小血管AMは濃度依存的にcyclic AMPを増加し、その作用強度はcalcitonin gene-related peptide(CGRP)の約100倍であった。AMによるcyclic AMP増加は、CGRPによるcyclic AMP増加とは異なり、AM[22-52]により拮抗されたが、CGRP[8-37]の影響は受けなかった。RT-PCR法により、AM,calcitonin-receptor-like receptor(CRLR)と、とりわけ、receptor-activity modifying protein(RAMP)のタイプ2のmRNAが、大脳皮質と比較して脳微小血管に高濃度存在することを確認した。AMが、autocrine,paracrine的に脳微小循環、血液脳関門の物質輸送を調節していることが示唆される。3.ラット摘出子宮平滑筋AMは、子宮の自発性収縮とブラジキニンによる収縮を濃度依存的に抑制し、これはAM[22-52],CGRP[8-37]のいづれによっても阻止された。他方、オキシトシン、プロスタグランディンF_<2α>による収縮は、AMにより影響されなかった。RT-PCR法により、子宮平滑筋に、AM,CRLR,RAMP-1,-2,-3のmRNAが発現していることを示した。子宮でのAM,AM mRNA発現量は、副腎髄質に匹敵する程大量であり、さらに妊娠の進行に伴い子宮でのAM量、^<125>I-AM結合量が増加する。従って、AMが妊娠維持に重要であるとの観点から、現在、妊娠子宮での検討を行っている。(特許;発明の名称:子宮筋収縮抑制薬、出願番号:特願平11-177548号、出願日:平成11年6月23日、発明者:柳田俊彦、出願人:塩野義製薬)1.副腎髄質細胞のPAMPファミリーウシ副腎髄質クロマフィン細胞からPAMPファミリーのペプチドを分離精製し、PAMP20の他、新たにPAMP12とPAMP16を同定した。これらのPAMPは、細胞からカテコールアミンとともに、ニコチン受容体刺激により開口分泌された。PAMP12は、ニコチン受容体を非競合的に阻害し、カテコールアミン分泌を抑制したが、電位依存性Ca^<2+>チャネルの活性化、またはヒスタミン受容体刺激によるカテコールアミン分泌には影響を及ぼさなかった。また、PAMP12は、カテコールアミン合成の律速酵素であるチロシン水酸化酵素の活性化を抑制し、カテコールアミン合成をも調節することを明らかにした。
細胞の力学的適応を利用した荷重支持構造物の自発的創成

生物の有する力学的最適性を有する形作りの性質をものづくりに応用できないかと考え,2年間の研究を進めた.初年度は平面培養した細胞について力学刺激と配向性の関係を調べた.2年目の本年度はゲル内に包埋した細胞に対して力学刺激と配向の関係を調べた.1)現有する細胞伸展負荷装置で細胞を混和したゲルに繰返引張・繰返圧縮が加えられるようにチャンバを改造した.すなわち,通常のチャンバ内にゲルを流し込み固めたものに繰返引張を加えると,ゲルがチャンバ内面から剥離する.これを防止するため,チャンバ内側両端面に微細なケバをつけ,このケバをアンカーとすることでゲルの剥離を防止した.また,チャンバに引張を加えた状態でゲルを流し込み固め,チャンバを除荷して弾性回復させることで予め圧縮が加わった状態のゲルを作製した.このチャンバに繰返引張を加えることで,ゲルに繰返圧縮を負荷した.2)体内でも3次元的環境下で力学負荷に曝されている細胞として骨芽細胞様細胞と血管平滑筋細胞を対象とした.細胞をコラーゲンゲル溶液に混和して1)で作製したチャンバ内に流し込み固化させ,繰返圧縮・繰返引張を2472時間程度加え,細胞全体の配向状態ならびに個々の細胞の形態を共焦点レーザ顕微鏡を用い3次元的に詳しく観察した.その結果,骨芽細胞用細胞は,繰返引張により引張方向に配向するのに対し,繰返圧縮では圧縮方向に直交する方向に配向することが判った.また,平面培養では引張と直交する方向に配向する平滑筋細胞も3次元培養下では引張方向に配向することが判った.これらの結果を通じて,細胞を力学刺激に応じて配向させ得ることが明らかとなり,力学環境の変化に応じて適応的に変化する構造物創成の可能性が確認できた.荷重を支持する生体組織は力学的に最適化されている場合の多いことが知られている.例えば骨は最小の材料で最大の強度を示し(Wolffの法則),内部の骨梁は主応力方向を向いて並んでいると言われている.そこで,生物の有するこのような形作りの性質をものづくりに応用できないかと考えた.このため,まず,弾性膜上に細胞を播種し,この膜に二軸の引張を加える装置を開発するとともに,細胞の配向をそろえる方法の検討を行っている.すなわち,現有する細胞伸展負荷装置にリンク機構を組み込み,2軸同時ならびに交互の繰返引張が加えられるように改造した.この装置を用いて培養血管内皮細胞に繰返変形を3時間程度加えることで,細胞の長軸方向が繰返ひずみが最小となる方向に配向し始めることを見出した.しかしこのことは血管平滑筋細胞の細胞長軸方向には繰返引張を加えられないことを意味する.そこで,細胞が溝に沿って配向する性質を有することを利用し,シリコーンゴム膜表面に50μm間隔程度の畦を作製し,この上で細胞を培養したところ,細胞長軸方向に6時間以上10%のひずみを負荷し続けることができることを見出した.次に,種々の細胞の繰返変形負荷に対する応答を観察するために,血管内皮細胞,血管中膜平滑筋細胞,骨芽細胞様細胞,骨髄細胞を弾性シート上に播種し,単軸繰返引張を2472時間程度加え,細胞全体の配向状態ならびに個々の細胞の形態を観察した.その結果,血管内皮細胞と平滑筋細胞は引張と直交する方向に伸張・配向するのに対し,骨芽細胞様細胞は引張方向に配向すること.また,骨芽細胞の配向には顕著な影響が見られないことを見出した。生物の有する力学的最適性を有する形作りの性質をものづくりに応用できないかと考え,2年間の研究を進めた.初年度は平面培養した細胞について力学刺激と配向性の関係を調べた.2年目の本年度はゲル内に包埋した細胞に対して力学刺激と配向の関係を調べた.1)現有する細胞伸展負荷装置で細胞を混和したゲルに繰返引張・繰返圧縮が加えられるようにチャンバを改造した.すなわち,通常のチャンバ内にゲルを流し込み固めたものに繰返引張を加えると,ゲルがチャンバ内面から剥離する.これを防止するため,チャンバ内側両端面に微細なケバをつけ,このケバをアンカーとすることでゲルの剥離を防止した.また,チャンバに引張を加えた状態でゲルを流し込み固め,チャンバを除荷して弾性回復させることで予め圧縮が加わった状態のゲルを作製した.このチャンバに繰返引張を加えることで,ゲルに繰返圧縮を負荷した.2)体内でも3次元的環境下で力学負荷に曝されている細胞として骨芽細胞様細胞と血管平滑筋細胞を対象とした.細胞をコラーゲンゲル溶液に混和して1)で作製したチャンバ内に流し込み固化させ,繰返圧縮・繰返引張を2472時間程度加え,細胞全体の配向状態ならびに個々の細胞の形態を共焦点レーザ顕微鏡を用い3次元的に詳しく観察した.その結果,骨芽細胞用細胞は,繰返引張により引張方向に配向するのに対し,繰返圧縮では圧縮方向に直交する方向に配向することが判った.また,平面培養では引張と直交する方向に配向する平滑筋細胞も3次元培養下では引張方向に配向することが判った.これらの結果を通じて,細胞を力学刺激に応じて配向させ得ることが明らかとなり,力学環境の変化に応じて適応的に変化する構造物創成の可能性が確認できた.
高次脳機能・VR・実車評価の複合による認知機能障害者の多角的運転能力評価の開発

本年度は実車評価の開発としてシステマティックレビューを行い、雑誌投稿のために論文作成を行った。それとともに昨年度行った、有識者へのインタビューを質的にカテゴライズ分類し、システマティックレビューの結果で得られた信頼性と妥当性のある実車評価の項目および日本の教習で利用される項目とまとめて、実車評価の項目を選定した。その後、共同研究者とともに、ノミナムグループを設定し、実車評価の仮版を作成した。作成終了後に有識者を募り、デルファイ法による検討を行った。現在1巡目まで終了し、2巡目に取り掛かっているところである。システマティックレビューにおいては現在関連雑誌に投稿中であるが、残念ながら数回rejectされたため再投稿しているところで掲載には至っていない。Head Mounted DisplayによるVR動画に関しては、協力依頼をしている本田技研工業と関係の深い会社の職員退職に伴い、業務煩雑により進行が遅れている。そのため、VRと酔いの関係が懸念されることから予備研究として健常者におけるドライビングゲームによる酔いの検討を行った。若年層では比較的緩やかであったが、高齢者ではVR特有のシミュレーター酔いの症状が激しく出ることが予想された。先行研究で行われたような、刺激や慣れの影響は明らかではなかった。そのため、VRで使用するものは通常のドライビングゲームに似たシミュレーションではなく、最終的に静止画像を探索するというハザード知覚に対応したものに方針を切り替えた。前年度の遅れが響いているのと、VRソフトの協力を依頼している会社の職員退職に伴い、開発が遅れている。現在、研究代表者自身でハザード知覚を利用したVR評価ソフトを作成する方法を模索している。次年度の夏までには実車評価のデルファイ法およびハザード知覚を利用したVRを作成予定であり、夏以降にプレスタディとして実際の現場での使用を試みる予定である。高次脳機能・VR・実車評価の複合による認知機能障害者の多角的運転能力評価の開発のために、平成29年度は実車評価の開発と仮想現実(Virtual Reality:VR)を利用したドライビングシミュレーターの開発に取り掛かった。前者においては研究を3段階に分類し、1段階のみ倫理委員会を通過している。倫理委員会通過後、全国で積極的に障害者支援をしている自動車教習指導員へのヒアリングおよび実際に先進的に障害者の運転を支援している作業療法士へのヒアリングを行った。各5名ほどにヒアリングが終了し、現在海外の先行研究と合わせて分類中である。VRに関しては機材を整えて、実施可能な状況になっている。具体的なソフト開発であるが、本田技研工業と打ち合わせをし、ハザード知覚を検討していくこととなった。現在、複数のシナリオについて依頼をしており、プロトタイプとしてVRベースのハザード知覚場面を作成中である。運転研究の調査として、台湾で行われたAsia Pasific Occupational Therapy Symposiumに参加し、運転に関する発表およびワークショップセッションに参加した。アジア圏(台湾、シンガポール)やアメリカでの支援の様子や最新の研究などを聴講し、実車評価がなされているが一定の手法がないことを再確認できた。その他として共同研究者と会議にて今後の研究についての打ち合わせおよび、海外の実車評価のシステマティックレビューを行っている。当初、侵襲を伴わない研究のため、夏季までに倫理審査を通る予定であった。開始の研究は3段階に分類したが、本学倫理委員会の審査が混雑により遅れやすいこと、また委員会事務担当の指示を仰ぎ、3段階すべてまとめた倫理審査を作成したため時間が非常にかかったが、最終的に段階2以降は未定のため倫理審査が通過できず、倫理審査通過が予定より大幅に遅れた。VRに関してはプログラム開発者の選定に多少の時間がかかり、予定よりやや遅れている程度である。予定を大幅に遅れていることと、倫理委員会が混雑し非常に時間がかかることから、研究計画は前倒しして倫理委員会に提出する予定である。

次年度は本田技研工業との打ち合わせを多めに行い、VRの開発を前半部分で積極的に進めていく予定である。また、行なったシステマティックレビューを発表する予定である。次年度の夏までには実車評価のデルファイ法およびハザード知覚を利用したVRを作成予定であり、夏以降にプレスタディとして実際の現場での使用を試みる予定である。倫理審査の通過の遅れとともに、Virtual Realityの開発が若干遅れていることにより、実際の物品購入や研究協力施設への訪問、打ち合わせする機会が少なくなったため、次年度使用額が発生した。それらで使用する物品や旅費などが後ろ倒しになっている状況であるため、次年度はVRの開発及び実車評価の実施施設への旅費などに使用する予定である。研究業務使用ノートパソコンおよび動画編集ソフトを購入する予定であったが、年度をまたいだため次年度に購入することにした。また次年度は研究協力者への謝金、実車評価実施に伴う患者協力者への謝金、説明のための交通費なども発生するため、滞りなく研究費を使用できる予定である。
視交叉上核VIPニューロンとバゾプレッシンニューロンによる相反的自律神経制御機構

糖利用阻害剤2DGをグルコースを必須のエネルギー源とする脳内に投与するとラットは血中のグルコース濃度を高めて脳へのエネルギーの供給を計る。この反応には膵臓、肝臓と副腎へ投射する交感神経の活動上昇、アドレナリンとグルカゴンの血中濃度の上昇、インスリン濃度の上昇抑制が介在する。視交叉上核(SCN)破壊動物や盲目動物では2DG脳内投与による高血糖反応が認められないことから網膜から神経連絡のあるSCNニューロンがこの反応に関与する可能性を検討した。その結果、2DGの脳内投与による交感神経活動上昇反応並びに高血糖反応は1) vasoactive intestinal peptide (VIP)及びVIP-アンタゴニストの脳内投与により、促進及び抑制されること、2) SCN破壊により消失するが、消失したこれらの反応は脳内へのVIPの注入より回復すること、などが認められた。更に、2DGによる高血糖反応はVIP mRNAに対するantisense oligodeoxy-nucleotideの注入によるSCNでのVIPの発現阻害によっても消失することが明かとなった。SCN付近にはSCN以外にVIP含有ニューロンが存在しないことを考えると、これらの事実はSCNのVIP含有ニューロンが2DGの脳内投与時の交感神経活動上昇反応と高血糖反応に重要な役割を果たすことを示す。その他にSCNにはarginine vasopressin (AVP)やsomatostatin (SS)を含むニューロンが存在するが、2DG脳内投与による交感神経活動上昇反応と高血糖反応はAVPの脳内投与により抑制され、AVP-アンダゴニストのそれにより促進されることも認めている。SSの脳内投与もAVPのそれと同様の作用を示すので、現在これらの機能がSCNのAVP及びSS含有ニューロンによるものか否かを、AVP及びSSの発現をantisense法にて阻害する実験により明かにすると共に、これらのSCNニューロンによる相反的自律神経制御機構を解明する実験を計画している。ラットを実験動物として使用し以下の事実を明らかにした。1)2DGの脳内投与による脳のエネルギー(糖)欠乏時の高血糖反応が視床下部視交叉上核(SCN)破壊により消失し、SCN破壊により消失したこの高血糖反応がSCNのニューロンが産生するVIPの脳内投与により回復すること、2)2DGの脳内投与時に認められる、副腎と肝臓に投射する交感神経の活動上昇が、同様にSCN破壊により消失し、VIPの脳内投与により回復すること、などを認めており、SCNのVIPニューロンが2DGの脳内投与による交感神経の活動上昇及び高血糖反応に必須の役割を果たしていることが明らかとなった。このことと一致して更に、VIPの脳内投与が2DGの脳内投与による高血糖反応並びに交感神経活動上昇を促進し、VIPのアンタゴニストの脳内投与がそれらを抑制することも対照健常動物で認めている。また、SCNのVIPニューロンにその受容体が存在することが報告されているニューロテンシン(NT)の脳内投与が2DGの脳内投与による高血糖反応並びに交感神経活動上昇反応を促進し、NTアンタゴニストの脳内投与がこれらを抑制し、NTの効果がVIPアンタゴニストにより阻害されることも認めていて、NTがSCNのVIPニューロンへの作用を介して2DGにより生じる両反応に関与していることを示す結果も得ている。一方、バゾプレッシン(VP)の脳内投与は2DGの脳内投与による高血糖反応と交感神経活動上昇反応を抑制し、VPアンタゴニストの脳内投与はそれらを促進することを認めており、現在このVPの作用がSCNのVPニューロンによるものか否かの検討を行っている。

VIPニューロンの作用部位に関するin situ hybridization法による検討ではVIP1受容体のmRNAがSCN以外に室周囲核と室傍核に存在することを認めており、SCNを含めたこれらの部位が作用部位である可能性があるので、これらについても更に検討を加えている。実験動物としてラットを使用し以下の事実を認めた。1)2DGの脳内投与による脳のエネルギー(糖)欠乏時の高血糖反応が視床下部視交叉上核(SCN)破壊により消失し、消失した高血糖反応がVIPの脳内投与により回復すること、2)2DGの脳内投与時に認められる、副腎に投射する交感神経の活動上昇が、これと平行してSCN破壊により消失し、VIPの脳内投与により回復すること、3)ariginine vasopressein(AVP)の脳内投与は副腎へ投射する交感神経の活動を低下させて2DGによる高血糖反応を抑制すること、4)SCNのVIPニューロンにその受容体が存在するneurotensin(NT)の脳内投与が2DGの脳内投与による高血糖反応並びに交感神経活動上昇反応を促進し、NTアンタゴニストがこれらを抑制すること、4)NTによるこの効果はSCN破壊により消失し、NTの脳内投与では回復しないこと、5)in situ hybridization法による検討ではVIP1受容体のmRNAがSCN以外に室周囲核と室傍核に存在すること、6)VIP mRNAに対するantisense oligodeoxynucleotide(17mer)の脳内連続注入はSCNでのAVPの発現には影響を与えずにVIPの発現を特異的に阻害し、その結果2DGによる高血糖反応を消失させること、などを認めた。SCN近辺ではSCN以外にVIPニューロンが存在しないことから、以上の事実はSCNのVIPニューロンが2DGの脳内投与による交感神経の活動上昇及び高血糖反応に必須で促進的な役割を果たしていることを示している。また、VIIPの作用部位は上記VIP mRNAの存在部位である可能性があるので、現在、最速遺伝子産物Fosなどを中心にこれらについても検討を加えている。一方、上記のAVPの効果がSCNのAVP含有ニューロンにより引き起こされるか否かを検討する目的で、AVP mRNAに対するantisense oligodeoxynucleotideのSCN近傍への注入効果を検討している。
電気化学的に発生させた有機金属種を用いる選択的カップリング反応の開発

昨年度発見した電気化学的なS-H/C-H結合切断を経る分子内クロスカップリング反応について、その基質一般と反応機構について精査した。本反応の基質適用範囲は極めて広く、S-H結合を有する多様なベンゾフラン誘導体、ベンゾチオフェン誘導体が適用可能であり、対応するベンゾチエノフラン誘導体及びベンゾチエノチオフェン誘導体が高収率で得られた。本反応では臭化テトラブチルアンモニウムの添加が必要不可欠であり、添加しないと全く反応が進行しない。これは臭化テトラブチルアンモニウムが電極上で酸化された活性種が反応進行の鍵となることを意味している。昨年度の段階では、反応の効率的進行には二当量の臭化テトラブチルアンモニウムの添加が必要であったが、反応条件を再度チューニングすることで、臭化テトラブチルアンモニウムの添加量を10 mol%にまで低減することに成功した。これは、臭化テトラブチルアンモニウムから発生した活性種が基質を変換した後に、再度電極上で酸化されて再び活性種となること、すなわち電気化学で言うところのメディエーターとして機能していることを意味している。通常の反応では、このような酸化プロセスは量論量以上の酸化剤の添加を必要とするが、本系では、触媒量の安定なメディエーターが系中で活性化されて酸化剤として働くので、極めて安全かつクリーンな反応系である。本研究の開始時点では電気化学的に発生させた有機金属種を用いることでクロスカップリング反応を進行させることを考えていたが、有機金属種を用いずともハロゲンメディエーターを用いることでクロスカップリング反応が進行することを明らかとした。このような遷移金属フリーの分子変換は元素戦略の観点からも近年注目を集める分野であり、その合成的価値は高いと言える。研究の一年目に当たる本年度は電気化学的なPd触媒の活性化を利用した様々な組み合わせのカップリング反応を模索した。様々な反応系を探索した結果、これまでにほとんどの例のない、末端アルキンとアルキニルメタル種を基質とした電気化学的クロスカップリング反応を見いだすことに成功した。アルキニルメタル種としては様々なアルキニルメタル種を試したが、アルキニルボロン酸エステルが高い選択性でクロスカップリング反応が進行することが分かった。一般的にアルキンのクロスカップリング反応によるブタジイン合成においては、末端にハロゲンを導入したハロゲン化アルキニルと末端アルキンとを反応させる反応形式が一般的だが、ハロゲン化アルキニル種は安定性に問題があり、基質適用範囲の広い反応系とはいえない。今回我々の見いだした反応形式は、安定なアルキニルメタル種を用いるので、基質適用範囲の拡大が期待される。我々の開発した反応系は酸化的なクロスカップリング反応であり、このような反応系は二つの異なるユニットの双方が共にトランスメタル化で導入されるため、しばしば副反応としてホモカップリング反応が起きることが問題となる。我々の系でもやや副反応が起きていることと収率がやや低いという問題がまだあるが、電極として銀電極を用いて、用いる塩基、メディエータ、支持電解質を最適化することで高い反応選択性の発現に成功している。これは、最適条件下では一段階目と二段階目のトランスメタル化の反応基質を選択できていることを意味しており、収率の問題が解決すれば、容易に両端の置換基が異なるブタジインが合成できる有機合成上極めて有用な反応系の実現が期待される。第一年度の目標である「有機金属反応剤の自在なクロスカップリング反応の開発」としてアルキンとアルキニルメタル種、特にアルキニルボロン酸エステルとの有機電気化学的なクロスカップリング反応を見いだすことに成功した。まだ収率がやや低いという問題点があるが、これは反応条件の更なる最適化により改善すべく検討している。これまでに全く報告例のないタイプの反応の発見に成功しており、研究の進捗状況はおおむね順調であると考えている。一年目に発見したアルキニルボロン酸を用いるクロスカップリング反応によるジイン合成の系について、カップリングパートナーとして様々なアルキニル種を用いて種々精査したが、反応の選択性は良いものの、分解反応が併発し物質収支があがらず、収率の改善が困難であった。そこで、もう一度、様々なカップリング反応を精査したところ、電気化学的なS-H/C-H結合切断型の分子内クロスカップリング反応を見いだすことに成功した。本反応には臭化テトラブチルアンモニウムの添加が必須であり、臭化テトラブチルアンモニウムを添加しないと目的とする反応はほとんど進行せず、ジスルフィドを選択的に与える。また、支持電解質の選択も非常に重要で過塩素酸リチウムを用いることが必須である。反応の詳細を調べるために種々の参照実験を行ったところ、(i)電気を流さないと反応は進行しないこと、(ii)化学的な臭素化剤では基質のブロモ化が併発するため目的とする反応の収率が劇的に低下すること、(iii)まずチオールがジスルフィドへと変換され、その後に炭素ー硫黄結合が形成されていることが明らかとなった。また、ジスルフィドから反応を始めても問題無くカップリング反応は進行する。従来の化学的な手法では困難な分子変換反応であり、有機電解反応の特徴を活かした分子変換反応である。現在基質適用範囲について確認中であるが、現在あきらかとなっている範囲では基質適用範囲の一般性は極めて広く、多様な誘導体を高収率でえることに成功している。本反応は合成化学的に極めて有用な反応であると言える。新たに電気化学的なC-H/S-H結合切断を経る新規分子内縮環反応を開発することに成功した。本反応は、電気を用いない化学的な変換反応に比べて極めて効率よく進行し、基質適用範囲も広い。

本研究で期待した電気化学的な手法による効率的な分子変換反応であり、今後更なる展開が期待される。よって、研究の進捗状況としては、おおむね順調であると考えている。昨年度発見した電気化学的なS-H/C-H結合切断を経る分子内クロスカップリング反応について、その基質一般と反応機構について精査した。本反応の基質適用範囲は極めて広く、S-H結合を有する多様なベンゾフラン誘導体、ベンゾチオフェン誘導体が適用可能であり、対応するベンゾチエノフラン誘導体及びベンゾチエノチオフェン誘導体が高収率で得られた。本反応では臭化テトラブチルアンモニウムの添加が必要不可欠であり、添加しないと全く反応が進行しない。これは臭化テトラブチルアンモニウムが電極上で酸化された活性種が反応進行の鍵となることを意味している。昨年度の段階では、反応の効率的進行には二当量の臭化テトラブチルアンモニウムの添加が必要であったが、反応条件を再度チューニングすることで、臭化テトラブチルアンモニウムの添加量を10 mol%にまで低減することに成功した。これは、臭化テトラブチルアンモニウムから発生した活性種が基質を変換した後に、再度電極上で酸化されて再び活性種となること、すなわち電気化学で言うところのメディエーターとして機能していることを意味している。通常の反応では、このような酸化プロセスは量論量以上の酸化剤の添加を必要とするが、本系では、触媒量の安定なメディエーターが系中で活性化されて酸化剤として働くので、極めて安全かつクリーンな反応系である。本研究の開始時点では電気化学的に発生させた有機金属種を用いることでクロスカップリング反応を進行させることを考えていたが、有機金属種を用いずともハロゲンメディエーターを用いることでクロスカップリング反応が進行することを明らかとした。このような遷移金属フリーの分子変換は元素戦略の観点からも近年注目を集める分野であり、その合成的価値は高いと言える。アルキンのクロスカップリング反応において、(i)R-CC-M種のRの部分の電子的特性を大きく異なる二種類の有機金属種を用いて選択性を発現させる方法、すなわちR1とR2の電子的な性質により選択性を発現させる方法(Method A)と、(ii)異なる有機金属種を反応剤に用いる、すなわちR-CC-M種のMの部分を変えることでトランスメタル化の順序を制御する方法(Method B)の二種を検討したが、特に後者が有効であった。今後は用いるメタル種を最適化することで、収率向上をめざす。その最適化後に、電解のオン・オフにより反応点を制御する連続的カップリング反応へと展開する。炭素ー水素結合、硫黄ー水素結合の切断を経る新たな形式の反応に成功したので、本反応の適用範囲について精査する。炭素ー硫黄結合形成の基質適用範囲を明らかにすると共に、炭素と硫黄以外のヘテロ原子とが同様に結合を形成できないかを明らかとしたい。また、本反応の進行においては電気化学的に発生させたハロニウム種が鍵となっている。電解発生させたハロニウム種を活用した分子変換反応はまだまだあると考えられる。本系を発展させ、より高度な分子変換反応へと展開していきたい。
カーボンナノチューブストリングの作製・制御に関する研究

我々は電気泳動法により、制御が容易で再現性がよく、しかも様々な金属チップと付着しやすいCNTストリングの作製プロセスの開発に成功したが、プロセスの詳しい制御パラメーター及び成長機構はまだ明らかにされていない。本研究では、反応機構を解明し、プロセスを完全に制御することを目指す。これらの結果により、電子放出源としての応用、STM及びAFMプローブの作製・応用を試みた。実績として、1)従来開発を進めてきた電気泳動法によるカーボンナノチューブチップを用いて高輝度冷電子エミッターを製作することに成功した。金属針の先端にカーボンナノチューブを付着させる新しい方法として、室温・大気中での製作が可能な電気泳動法によるナノチューブプローブ・ナノチューブチップの開発をすすめるとともに、得られたナノチューブプローブ・ナノチューブチップの性能を検証してきた。ナノチューブチップは加熱を必要としない電子放出源としての応用が期待されているが、今回、分析機器用点電子源への応用のために、電界放出特性およびその安定性を調べた。その結果、実用上要求される値を上回る電流を極めて安定して流せるとともに、良好な放出特性を得ることができた。今回の成功により、実際の分析機器、例えば電子顕微鏡等への応用が十分可能であることが示された。2)電気泳動法によるカーボンナノチューブチップを用いて高分解能を持つ原子間力走査型顕微鏡(AFM)用探針を製作することに成功した。簡単な電気泳動法を用いて室温でほぼ100%の確率で長さ・角度が制御できるカーボンナノチューブプローブが作製できた。新しいナノ構造の作製・解析を行うための手法を提供することができ、実用化として、ナノ分析デバイス実現に向けての研究開発を進めるとともに生物医療分野での応用展開を目指す。この研究の成果は、Nano Letter vol. 15,で発表された。また、米国特許の出願番号を受け取った。プレス発表も行われ、新聞4紙に記事として取り上げられた。今年度の実績として、1)従来開発を進めてきた電気泳動法によるカーボンナノチューブチップを用いて高輝度冷電子エミッターを製作することに成功した。

新しいナノ構造の作製・解析を行うための手法を提供することができ、実用化として、ナノ分析デバイス実現に向けての研究開発を進めるとともに生物医療分野での応用展開を目指す。この研究の成果は、Nano Letter vol.15,で発表された。また、米国特許の出願番号を受け取った。プレス発表も行われ、新聞4紙に記事として取り上げられた。我々は電気泳動法により、制御が容易で再現性がよく、しかも様々な金属チップと付着しやすいCNTストリングの作製プロセスの開発に成功したが、プロセスの詳しい制御パラメーター及び成長機構はまだ明らかにされていない。本研究では、反応機構を解明し、プロセスを完全に制御することを目指す。これらの結果により、電子放出源としての応用、STM及びAFMプローブの作製・応用を試みた。今年度の実績として、1)電気泳動法によるカーボンナノチューブチップを用いて高分解能を持つ原子間力走査型顕微鏡(AFM)用探針を製作することに成功した。簡単な電気泳動法を用いて室温でほぼ100%の確率で長さ・角度が制御できるカーボンナノチューブプローブが作製できた。今回成功したナノチューブの制御は、(1)特殊な環境が不要、(2)再現性が極めて高い、(3)配向性が高い、(4)形状制御が容易、(5)同時に多数のプローブ作製が可能という多くの特徴を持っている。これらの特徴により、必要に応じて様々な金属・ナノチューブプローブを作ることが可能であることから、大量生産に向く技術として有望である。2)また、最近、われわれは世界で初めて、化学気相堆積(CVD)法を用いた希土類ホウ化物(LaB_6,CeB_6,GdB_6,YB_<12>)単結晶ナノワイヤの作製に成功した。これらのホウ化物ナノワイヤは、先端の直径が数十nmで長さは数μmで、電界放射型陰極として非常に有望である。また、電界放射型陰極という興味以外にも、CeB_6、GdB_6は磁性物質であり、YB_<12>は超伝導物質であることから、これらのナノワイヤ材料は一次元物質の物性や超伝導性に関しても深い興味がもたれる。これらの研究成果はAdvanced Materials、Journal of American Chemical Societyなど雑誌に掲載された。今年度の実績として、1)電気泳動法による長繊維化
フグ毒結合タンパク質の構造と機能に関する研究－フグ毒に対する生体防御機構ー

本研究では、フグとカニがもつフグ毒結合タンパク質の構造と機能を解明して、生体防御物質としての役割を明らかにすることを目的とする。すなわち、フグ血漿のpufferfish saxitoxin and tetrodotoxin binding protein (PSTBP)と卵巣のビテロゲニン断片タンパク質ならびにイソガニ体液のフグ毒結合タンパク質を対象として、それらの組換えタンパク質を合成し、タンパク質立体構造を解析して、フグ毒テトロドトキシン(TTX)との結合サイトと結合様式を予測し、フグ毒結合タンパク質のTTX毒性軽減の効果を明らかにする。
肝細胞癌に対する術前肝動脈塞栓術の評価:特に残肝の再発様式について

肝細胞癌に対する術前肝動脈塞栓術を集学的療法のひとつとして採用しているが、この長期結果にもとずいた臨床的評価は確立されていない。そこで、肝動脈塞栓術に肝切除を行った症例の追跡調査を行い、これらの症例の予後と切除肝の病理学的所見の関連性および、塞栓物質・塞栓効果と再発様式の関係を検討した。対象は、1980年末から抗癌剤を動注後ゼルフォーム細片を用いた肝動脈塞栓術後肝切除を行った21例である。検討に関しては、切除肝の病理組織家から2群に分けて患者予後の追跡調査を行った。第一群は癌細胞が被膜を含めて主腫瘍に限局している症例第二群は肝内転移あるいは門脈内腫瘍栓を伴っている症例肝内転移の有無から見た5年生存率は第1群で53.8%、第2群で12.5%と有意差が認められた。次に、門脈内腫瘍栓を認めた症例では、2年で累積生存率は0となり、門脈内腫瘍栓の有無から見た1年生存率は第1群で88.2%、第2群で25,0%となり、両者の間に有意差を認めた。術前肝動脈塞栓術の目的は主腫瘍の縮小と肝内転移あるいは門脈内腫瘍栓を制御し、第2群の予後を第1群に近付けることであったが切除肝の病理組織学的検討からも予想されていたように第2群の予後は第一群に比較し不良であった。これは、本法の術前療法としての限界を示し、塞栓方法の改良の必要性を示唆するものであった。そこで、1983年より末梢塞栓物質として制癌剤を混和したりリピオドールを使用し塞栓術を行っている。しかし従来のゼルフォームのみの塞栓術の結果と比較して、予後に関する統計的な差異は見られなかった。これは、いまだ観察期間が短く、症例数も少ないことに起因する可能性もあるので今後の検討が必要である。
渓流沿い植物の進化形態学・分子分類学的研究

1.熱帯の渓流沿い植物とそれに近縁な陸上植物計45種について葉の解剖学的研究を行った。その結果、渓流沿い植物は近縁な陸上植物に比べて、表皮細胞および葉肉細胞とそれに関連する細胞間隙が小さく、クチクラとワックスもよく発達して、この解剖上の違いが、それぞれ狭葉、広葉の葉形と強く相関することがわかった。2.この相関した特徴の形成を明らかにするために、渓流沿い植物ヤシャゼンマイと陸上近縁種ゼンマイについて葉の形態形成を調べた。細胞増殖期では大きな違いはなかったが、細胞伸長期において顕著な差異が見られ、ヤシャゼンマイでは伸長期が短く、そのため葉の細胞と細胞間隙が小さくなることがわかった。このような変化は異時性特に幼形進化とみることができる。3.生活史の一部をなす葉状の配偶体世代の渓流帯への適応戦略を明らかにするため、ヤシャゼンマイとゼンマイの配偶体の発生を追跡した。その結果、ヤシャゼンマイの方が生長が早く、胞子体形成率も高かった。したがって、配偶体は世代時間を短くするという戦略をとっていると考えられる。4.渓流帯の流水圧という淘汰圧が生活史のどの時期に強く作用するかを明らかにするために、幼植物の発生観察と野外調査を行ったところ、第5、6葉をつける段階でヤシャゼンマイとゼンマイの葉に形態上顕著な差が現われた。野外調査でも、発芽後1年末満の時期にゼンマイは渓流帯から淘汰されることがわかった。5.野外調査と分子系統学的研究および形態学的観察を渓流沿い植物Tectaria lobbiiとその変異体について行ったところ、この変異体は遺伝的差異がきわめて小さく、渓流沿い植物に近縁な陸上植物にきわめて似た外部形態と内部構造を持つことが確かめられた。シダ植物では胞子体と配偶体が独立に生活するために、両世代は独自の形態と適応を示す。降雨後増水した流水中に水没する渓流沿いシダ植物の両世代はその特殊環境に独特の適応戦略をとっていると考えられる。本研究では、配偶体と胞子体をつなぐ幼胞子体の形態と適応を調べた。日本各地で野外調査を行ったところ、渓流沿い種ヤシャゼンマイの成熟個体は渓流帯のみに、近緑の陸上種ゼンマイは渓流帯から離れた地上にのみに生育するが、ヤシャゼンマイの幼植物は渓流帯だけでなく地上にも、ゼンマイでは地上だけでなく渓流帯にも生育していることがわかった。したがって、ヤシャゼンマイは地上から、ゼンマイは渓流帯から胞子体世代の初期段階で淘汰されて消失すると考えられる。さらに両種の幼植物の形態を比較検討した。その結果、両植物は胞子体の初期段階で形態が明らかに異なり、各々の環境に適応していることがわかった。ヤシャゼンマイはゼンマイに比べて、比較的短い葉柄をもち、その表皮細胞壁は薄く、そのため葉柄は柔較になり水流低抗を小さくすることができると思われる。また単葉から複葉への切れ込みが早く起り、葉や羽片の基部は楔形で、葉身は葉柄に対して斜めに(狭い角度で)つき、第4葉以降では葉肉細胞は小型で葉肉組織の強度は大きいと推定され、葉表皮のクチワラ上ワックスの密度が高い。このような形態的なちがいによってヤシャゼンマイは渓流帯に、ゼンマイは地上部に適応し、胞子体の初期段階で住み分けが確立するようになると考えられる。1.野外調査と分子系統学的研究および形態学的観察を渓流沿い植物Tectaria lobbiiとその変異体について行ったところ、この変異体は遺伝的差異がきわめて小さく、渓流沿い植物に近縁な陸上植物にきわめて似た外部形態と内部構造を持つことが確かめられた。

2.熱帯の渓流沿い植物とそれに近縁な陸上植物計45種について葉の解剖学的研究を行った。その結果、渓流沿い植物は近縁な陸上植物に比べて、表皮細胞および葉肉細胞とそれに関連する細胞間隙が小さく、クチクラとワックスもよく発達して、この解剖上の違いが、それぞれ狭葉、広葉の葉形と強く相関することがわかった。3.この相関した特徴の形成を明らかにするために、渓流沿い植物ヤシャゼンマイと陸上近縁種ゼンマイについて葉の形態形成を調べた。細胞増殖期では大きな違いはなかったが、細胞伸長期において顕著な差異が見られ、ヤシャゼンマイでは伸長期が短く、そのため葉の細胞と細胞間隙が小さくなることがわかった。このような変化は異時性特に幼形進化とみることができる。4.生活史の一部をなす葉状の配偶体世代の渓流帯への適応戦略を明らかにするため、ヤシャゼンマイとゼンマイの配偶体が発生を追跡した。その結果、ヤシヤゼンマイの方が生長が早く、胞子体形成率も高かった。したがって、配偶体は世代時間を短くするという戦略をとっていると考えられる。5.渓流帯の流水圧という淘汰圧が生活史のどの時期に強く作用するかを明らかにするために、幼植物の発生観察と野外調査を行ったところ、第5、6葉をつける段階でヤシャゼンマイとゼンマイの葉に形態上顕著な差が現われた。野外調査でも、発芽後1年未満の時期にゼンマイは渓流帯から淘汰されることがわかった。
カナダ・インクルーシブ社会における差別―典型としての知的障害に関する基盤的研究―

本研究は今日、多様性の受容を国是とするカナダが、独立後間もない20世紀前半までの時期において、独自の知的障害者処遇を模索した過程を解明することを目的とする。本年度は以下の研究作業を行い、成果を得た。1知的障害者施策に先駆的州であったオンタリオ州に焦点を当て、1930年代の州立知的障害者施設、及び公立学校特殊学級における知的障害者処遇の展開過程を解明した。当時同州では、精神衛生協会や優生学協会が、断種こそが精神欠陥者の発生防止と社会問題解決の手段であると強調する一方で、公衆衛生協会等では知的障害者の脅威論に批判的な発言も見られるなど、知的障害者をめぐり様々な主張が混在していた。州立施設長のB.T.マギーは、知的障害者の脅威論と断種には不支持の立場を示すとともに、知的障害者の施設収容の限界と社会的包括の必要性、更に入所者の施設外生活について訓練の有効性と経済的効率性を指摘し、(1)入所者の地域生活を意図した施設内教育、(2)仮退所制度の導入、(3)コロニーの設置を行った。他方、補助学級調査官のH.E.エイモスは、特殊学級と在籍児のスティグマの解消のため、学級名改称等の対策を講ずる。また、教員養成をはじめとする知的障害教育の体系化を目指していた。このように1930年代オンタリオ州では、関係専門家内でも知的障害者をめぐるパラダイムが未確立の時代にあって、彼らの処遇は従事者の舵取りのもと展開されていたことが明らかとなった。2平成22年1112月にブリティッシュ・コロンビア大学、マギル大学、カナダ国立図書・公文書館等を訪問し、20世紀前半の知的障害者関係団体・人物の出版物・著書について、所蔵調査と資料収集を行った。先行研究では未検討であった、当時の団体・人物の思想を示す系統的資料や文献を発見・収集した。3関連研究分野の学会等研究集会において随時、研究成果を報告するとともに、関係研究者との討議を通して、本研究の分析方法や考察の妥当性について検討を重ねた。本研究は、20世紀前半のカナダにおける、知的障害問題の実態とその教育的・福祉的対応の展開過程を解明することを目的とする。初年度である本年度は、以下の2つを行った。1、一次資料に基づいた先行研究の検討を行い、本研究の検討課題を設定するとともに、入手すべき資料の抽出・検索を行った。20世紀前半オンタリオ州において知的障害問題に関与した団体、人物、および教育と社会事業の行政機関等の系統的資料について、平成21年78月にオタワ市の国立図書公文書館およびオンタリオ教育研究所書庫、平成22年12月にトロント大学図書館およびオンタリオ州公文書館において所蔵調査ならびに史資料の収集を行った。また、本研究に関連する研究分野の学会大会等研究集会に参加し、障害児教育史、社会事業史、カナダ教育の主たる研究者との討議を通して、課題の設定や方法の妥当性について検討した。2、20世紀初頭にカナダで先駆的立場にあったオンタリオ州において、精神薄弱者政策を主導したH.マクマーチーに焦点を当て、彼女が実現した精神薄弱学級構想の経緯と背景を究明した。彼女はとりわけ公立学校について、精神薄弱の早期発見手段としての公立学校医学検査の実施、および精神薄弱児への鑑別的機能と教育的対応を担う精神薄弱学級の設置を主張した。その背景には、公立学校における学業不振児問題と教育の非効率、および公立施設における精神薄弱入所者の処遇問題と経費の膨張といった当時の時代的課題に加えて、19001910年代における社会防衛論や精神薄弱者の婚姻・出産制限の提唱に見られるような、彼女の思想的基盤としての優生学の存在があった。こうした背景から、彼女の精神薄弱学級構想とその実現には、精神薄弱教育の基盤形成にとどまらず、精神薄弱者の早期発見・訓練と分離処遇による、社会問題の根本的解決という政治的意図が内包されていたと考えられた。

2平成22年1112月にブリティッシュ・コロンビア大学、マギル大学、カナダ国立図書・公文書館等を訪問し、20世紀前半の知的障害者関係団体・人物の出版物・著書について、所蔵調査と資料収集を行った。先行研究では未検討であった、当時の団体・人物の思想を示す系統的資料や文献を発見・収集した。3関連研究分野の学会等研究集会において随時、研究成果を報告するとともに、関係研究者との討議を通して、本研究の分析方法や考察の妥当性について検討を重ねた。
直射日光利用型窓システムの最適設計に関する研究

直射日光は、量・方向ともに変動が大きく空調負荷を増加させるため、遮蔽するのが通常である。しかし、昼光導入により人工照明が消灯できれば、省エネルギーは達成される。高エネルギー・高効率である直射日光の利用は不可欠である。その際、直射日光の問題点である量・方向の変動、不快グレアを解消するためには、窓システムが必要不可欠となる。昨年度に引き続き、光ダクトシステムにより昼光照明を行う住宅内にて、夏季の環境測定および昼光照度の変動に対する許容性に関して被験者実験を行った。被験者は作業の難易度が異なる2条件で、光ダクトシステムにより昼光照明を行う実大の住宅居間に滞在し、作業面の明るさが変化したと感じた際に随時申告、変動が不快であったか否か、作業に支障があったか否かを判断した.結果、作業の難易度によって、被験者が明るさの変動を知覚する照度変動比に有意差はなかった。また作業に支障のあった明るさ変動でも、必ずしも不快に感じる訳ではないことがわかった。また最も一般的な昼光導入方法の一つである窓面からの昼光導入では、窓面が大きいグレア源となり、在室者に不快グレアをもたらすことがある。この場合、窓面内には天空部分と地表部分とで一様でない輝度分布が生じるが、現在提案されている不快グレア評価式は、いずれも均一な輝度分布を想定している。窓面の不快グレア評価を目的として、輝度分布のある光源からの不快グレアについて被験者実験を行った。地表面高さ2条件、背景輝度2条件、窓面の平均輝度2条件、天空部分と地表部分の輝度対比5条件の組み合わせについて実験を行った。結果、窓面の平均輝度が等しくても、輝度対比が大きいほど、不快グレアは高くなった。被験者の申告結果に基づき、従来の大きい光源による不快グレア評価式PGSVを光源内の輝度対比によって補正した。今年度は、直射日光利用型の窓システムを用いた事例として、光庭と光ダクトを用いた建物を取り上げ、各建物における昼光の省エネルギー効果および視環境の実態を調査した。窓からの熱流入を最小限に抑えるためファサード面の窓面積を小さくし、建物中心部分の光庭から昼光導入を行うオフィスビルにおいて、夏期(8月)と冬期(12月)の二回に渡り、光環境の実測調査を行った。測定の結果、光庭の底部に近いほど、光庭表面での相互反射が大きくなるため、直接昼光が入らなくても、光庭により室内が明るくなることがわかった。またアンケート調査から、執務者はブラインドが閉められた窓面からよりも、光庭から昼光の影響を感じていることが明らかとなった。高反射率のアルミミラーを用いた光ダクトから昼光導入を行う住宅内の居間・台所・洗面所において、各室での明るさ感、作業性、色の見え方に関して被験者実験を行った。結果、台所では光ダクトからの入射光の照度が低い場合、作業面を暗く感じるという意見もあったが、人工照明を点灯するほどの不足感はなく、作業上支障のない明るさは確保されていることがわかった。また色の見えについては、台所、洗面所とも光ダクトからの光の方が、人工照明からの光よりもものの色が自然に見えるとの評価であった。
高エネルギー構造の解明による蛋白質構造揺らぎの可視化

蛋白質構造において、天然状態を逸脱した高エネルギー状態の存在が溶液NMR法で確認されているが、構造やダイナミクス、安定性の解析、機能的意義の解明は天然状態ほど進んでいない。蛋白質の高エネルギー状態を圧力下で安定化させ、NMRによる立体構造を行い、最安定状態から変性状態までの一連の構造変化を可視化する事ができる。これまでに高圧力NMR法によりユビキチンには、最安定状態N1の他に準安定状態N2や局所変性状態I、完全変性状態Dが存在することを明らかにしてきた。また3000気圧下でN2構造を78%まで分布させ、立体構造解析に成功している。N2構造の精密構造解析や、機能的意義の研究のために1気圧下でN2構造が安定化された変異体を合理的に設計することを試みた。1気圧下でのN1構造と3000気圧下でのN2構造の立体構造比較から、I36-Q41間の水素結合長とK11-E34間の塩橋が大きく変化していることが明らかになった。そこで、水素結合と塩橋の相互作用を減弱させるためにQ41A, Q41N, K11A, E34A変異体を作成し、高圧力NMR測定を含む各種NMR測定に基づいて、立体構造、ダイナミクス、熱力学的安定性の解析を行った。圧力(3000-30 bar)による化学シフト変化と変異による化学シフト変化に相関がみられたことから、加圧時と同様に変異によってもN2構造の安定化が示唆された。最も化学シフト変化量が大きいQ41Nについて、高圧力NMR法によりN2構造の分布率が70%程度と分かった。距離情報(NOE)と角度情報(RDC, TALOS+)からQ41Nの精密な立体構造に成功した。Q41Nは、8-44-70からなる疎水性パッチの構造は保持しつつも、高圧下で決定されたWTのN2構造と同様に、α-helix, loop, β3-strand, β5-strandの配向が変化していた。24年度が最終年度であるため、記入しない。高圧力NMR法を用いてユビキチンの準安定構造(N2)を模倣した変異体の作成を行った。これまでに複数の変異体を作成し種々のNMR測定を行った。特にWTからの化学シフト変化量に基づいてQ41N変異体では、N2構造が52%以上分布していることが分かった。15Nスピン緩和測定及びモデルフリー解析に基づいて主鎖のダイナミクス解析を行った。ピコ秒-ナノ秒スケールのダイナミクスはN1,N2構造で概ね一致していたが構造変化が示唆されるヘリックス中央部でオーダーパラメーターが減少しており、揺らぎ幅の20°程度の増加が見積もられた。一方、スピン-スピン緩和速度定数R2から、マイクロ秒-ミリ秒スケールのダイナミクスを解析した。周波数依存性(600MHz-950MHz)及び温度依存性(278K-298K)を調べ、既報の圧力依存性と類似の結果、すなわちヘリックスを含む蛋白質の一部の領域でR2値の増加を得た。これらの結果から、期待通りQ41N変異体はN1-N2状態の化学平衡を模倣していることが分かった。またCleanexPM解析により、水と水素結合しているアミドグループの検出を行ったところ、Nl→N2で構造変化する部分で2次構造が不安定化し水と相互作用しやすい状態にあることが分かった。これらの結果はQ41NがN2構造を約50%持っていることと一致する結果である。次に、残余双極子カップリング解析、13C/15N/1H化学シフト解析、原子間距離解析、主鎖二面角解析に基づいてQ41Nの原子座標解析が進行中である。また2または3アミノ酸変異により更に分布率が増加していることも確認し、信号帰属が進行中である。

最も化学シフト変化量が大きいQ41Nについて、高圧力NMR法によりN2構造の分布率が70%程度と分かった。距離情報(NOE)と角度情報(RDC, TALOS+)からQ41Nの精密な立体構造に成功した。Q41Nは、8-44-70からなる疎水性パッチの構造は保持しつつも、高圧下で決定されたWTのN2構造と同様に、α-helix, loop, β3-strand, β5-strandの配向が変化していた。24年度が最終年度であるため、記入しない。残余双極子カップリングRDCを用いた立体構造解析など、技術習得に時間がかかり構造精密化が遅れている状況がある。NMR構造解析においても多数の計算用プログラムがあり、それらを使いこなすことは容易ではない。ユーザーが構造解析プログラムを簡便に利用できるシステムがあると研究の効率化が図れる。ヨーロッパのコミュニティーでは一連のソフトがパッケージ化されたweNMRなどがある。ユビキチンに含まれる他の高エネルギー構造(局所変性構造I)の設計を行い、立体構造解析を行う。N1-N2-I-Uの一連の構造を解明し構造揺らぎの全体像の解明を目指す。