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植物共生細菌Ａｚｏｓｐｉｒｉｌｌｕｍ　ｓｐ．　Ｂ５１０の感染メカニズムの解析

イネ葉組織内から単離された細菌Azospirillum sp. B510は、イネに感染・定着することでイネの生長促進および病害抵抗性増強効果を付与することが明らかにされており、本菌の利用は環境低負荷型の農業に非常に有益であることが期待されている。しかしながら、現在までに本菌がどのように宿主であるイネに感染・定着するのかは明らかにされていない。そこで本研究では、分子生物学的な手法を用い、Azospirillum sp. B510の感染・定着に関わる遺伝子を同定し、そのメカニズムを明らかにすることを目的とした。本年度は、定着に関わる候補因子の変異株の表現系を確認した。希釈平板法を用いて、植物組織内に定着したAzospirillumsp. B510野生株と候補因子の遺伝子欠損株では野生株に比べて約1/3まで定着する菌数が減少することを明らかにした。候補因子の変異株は野生株と液体培養時の増殖率に違いがないため、候補遺伝子の欠損が宿主植物との相互作用になんらかの変化が生じさせて、植物組織内への定着が弱まっていることが考えられた。また、この候補遺伝子欠損株を蛍光標識した菌を作出し、宿主植物における表現系を蛍光顕微鏡下で観察した。その結果、赤色蛍光タンパク質で標識した野生株にくらべ、緑色蛍光タンパク質で標識した候補因子の欠損変異株では定着数の減少が認められたため、希釈平板法による細胞内共生数の変化が確認された。本年度はこれまでの研究成果をまとめ論文を投稿した。29年度が最終年度であるため、記入しない。そこで本研究では、分子生物学的な手法を用い、Azospirillum sp. B510の感染・定着に関わる遺伝子を同定し、そのメカニズムを明らかにする。Azopsirillum sp. B510株への遺伝子導入方法のひとつにミニトランスポゾン法がある。トランスポゾンはゲノム上にランダムに挿入されるため、遺伝子欠損型の変異ライブラリを作製することが可能である。本年度は、ミニトランスポゾンであるmTn5にGUS標識遺伝子を結合させたプラスミドを形質転換した大腸菌とAzospirillum sp. B510を接合により形質転換しさせて、Azospirillum sp. B510トランスポゾン挿入遺伝子欠損変異ライブラリを作製し、イネへの定着が出来なくなった株を選抜中である。また、蛍光標識遺伝子を導入したAzospirillum sp. B510を作製し、Azospirillum sp. B510が選択的にイネの組織内に侵入しているのかどうかなど、蛍光顕微鏡を用いてその挙動を観察した。本年度は、Azospirillum sp. B510の感染定着に関わる因子を明らかにするために、トランスポゾン挿入変異体を作成し、イネへの感染定着が出来なかった株をスクリーニングした。また、Azospirillum sp. B510の感染定着の様子を観察するために、DsRED標識したAzspirillum sp. B510を作成し、イネに感染させ、その様子を観察した。さらに、本菌の定着を植物サンプルを痛めることなく経時的に観察する実験系を構築した。しかしながら、現在までに、本菌がどのようにイネに感染・定着するのかは明らかにされていなかった。そこで、本研究では、分子生物学的な手法を用いて、Azospirillum sp. B510の感染・定着に関わる遺伝子を同定し、そのメカニズムを明らかにする。本年度は、Azospirillum sp. B510-DsRED蛍光標識株を作成し、蛍光顕微鏡を用いて経時的な感染過程の観察を行い、本菌がイネの根の側根基部の組織の裂け目から植物組織内に侵入することを明らかにした。また、植物組織内での定着が顕著に減少した変異株を見出した。候補となる遺伝子の欠損株を作出し、植物組織への定着を確認した結果、候補遺伝子欠損株で植物組織内への定着の顕著な減少が認められたことから、本候補遺伝子が植物共生細菌の植物内共生に関わる遺伝子であることが示唆された。植物の定着に関わるエキソポリサッカライドやバイオフィルムの生成量を野生株と候補遺伝子の欠損株とで比較したが、これらの生産量に違いは認められなかった。また、本菌は鞭毛による運動能力を有しているが、これに関しても違いが認められなかった。今後、この欠損株の表現系の違いや植物組織内での挙動を詳細に解析することで、本候補遺伝子の植物ー微生物共生に果たす役割を明らかにしていく。現在、植物組織内での定着が顕著に減少した変異株について解析を進めているが、候補となる遺伝子の欠損株でも表現系が確認できており、研究は進展していると考えている。

イネ葉組織内から単離された細菌Azospirillum sp. B510は、イネに感染・定着することでイネの生長促進および病害抵抗性増強効果を付与することが明らかにされており、本菌の利用は環境低負荷型の農業に非常に有益であることが期待されている。しかしながら、現在までに本菌がどのように宿主であるイネに感染・定着するのかは明らかにされていない。そこで本研究では、分子生物学的な手法を用い、Azospirillum sp. B510の感染・定着に関わる遺伝子を同定し、そのメカニズムを明らかにすることを目的とした。本年度は、定着に関わる候補因子の変異株の表現系を確認した。希釈平板法を用いて、植物組織内に定着したAzospirillumsp. B510野生株と候補因子の遺伝子欠損株では野生株に比べて約1/3まで定着する菌数が減少することを明らかにした。候補因子の変異株は野生株と液体培養時の増殖率に違いがないため、候補遺伝子の欠損が宿主植物との相互作用になんらかの変化が生じさせて、植物組織内への定着が弱まっていることが考えられた。また、この候補遺伝子欠損株を蛍光標識した菌を作出し、宿主植物における表現系を蛍光顕微鏡下で観察した。その結果、赤色蛍光タンパク質で標識した野生株にくらべ、緑色蛍光タンパク質で標識した候補因子の欠損変異株では定着数の減少が認められたため、希釈平板法による細胞内共生数の変化が確認された。本年度はこれまでの研究成果をまとめ論文を投稿した。本年度は遺伝子欠損変異株を作成し、候補遺伝子がAzospirillum sp. B510の感染・定着に関与しているかどうかを確認する。さらに、遺伝子欠損変異株を実際にイネに感染させて、生育促進効果および病害抵抗性誘導効果に影響するかどうかを検証する。今年度は遺伝子欠損株のDsRED蛍光標識株を作成し、候補遺伝子が欠損することで菌の挙動に及ぼす影響を蛍光顕微鏡および共焦点顕微鏡を用いて解析する。また、これらの成果をまとめて論文を投稿する。29年度が最終年度であるため、記入しない。
二重光子吸収法による腰椎側面像より得る椎体の骨塩量測定装置の開発

初年度は、二重光子吸収法による腰椎側面の骨塩定量を可能にするため、解決すべき種々の問題点について検討した。検討項目として、(1)直接線が入射することによって引き起こされる高計数率に起因する問題点、つまり計数の数え落し、pile-up,misplaced event count reteおよび背部体厚補償フィルタの検討を、(2)前後像に比して被写体厚が増加することに伴う影響、つまりbeam hardeningとspill-overの検討を行い、(3)さらに得られたデ-タの画像処理方法について検討を行った。その結果、高計数率の問題は、現在の線源強度(1.85Gg、50mCi)であれば、体厚補償フィルタを使用することによって解決されるが、計測時間の短縮と測定精度の向上のために線源強度を増加させることは不可能であった。被写体厚の増加に伴う諸問題は、体厚25cmを越えると認められた。これは^<153>Gdを線源に使用していることによるものであり、X線を使用すれば解決できる。画像処理方法の検討では、種々の画像改善フィルタを作製して検討したが、画期的な画像改善は得られなかった。本年度は、DEXA装置を使用して腰椎側面の臨床的検討を行うと共に側面専用装置の開発の可能性について検討した。その結果、DEXA装置による腰椎側面骨塩定量はDPA装置よりも測定の再現性に優れ、臨床的には特に男性例に対して有効であることが示された。また専用装置の可能性については、現在の装置では測定体位が側臥位であり、そのため椎体の位置の再現性に問題が存することが認められた。この点は、体位の再現性の優れた仰臥位にて側面の骨塩定量が可能な装置の開発がなされれば問題は解決されるものと思われた。このように、腰椎側面の骨塩定量装置としては、基本的にはDEXA装置を使用し、初年度に検討した諸問題の解決法を考慮し、かつ仰臥位での定量が可能な装置を考案すれば十分実現可能であることが示された。検討項目として、(1)直接線が入射することによって引き起こされる高計数率に起因する問題点つまり計数の数え落し、pile-up,misplaced event count reteおよび背部体厚補償フィルタの検討を、(2)前後像に比して被写体厚が増加することに伴う影響、つまりbeam hardeningとspill-overの検討を行い、(3)さらに得られたデ-タの画像処理方法について検討を行った。その結果、高計数率の問題は、現在の線源強度(1.85Gq,50mCi)であれば、体厚補償フィルタを使用することによって解決されるが、計測時間の短縮と測定精度の向上のために線源強度を増加させることは不可能であった。その結果、DEXA装置による腰椎側面

骨塩定量はDPA装置よりも測定の再現性に優れ、臨床的には特に男性例に対して有効であることが示された。また専用装置の可能性については、現在の装置では測定体位が側臥位であり、そのため椎体の位置の再現性に問題が存することが認められた。この点は、体位の再現性の優れた仰臥位にて側面の骨塩定量が可能な装置の開発がなされれば問題は解決されるものと思われた。このように、腰椎側面の骨塩定量装置としては、基本的にはDEXA装置を使用し、初年度に検討した諸問題の解決法を考慮し、かつ仰臥位での定量が可能な装置を考案すれば十分実現可能であることが示された。
犬における遺伝性拡張型心筋症の発症機構の解明

アメリカン・コッカー・スパニエル(ACS)犬において拡張型心筋症と白内障を発症する家系における拡張型心筋症の病態解析および拡張型心筋症の発症への関与が予想される遺伝子解析と蛋白発現の解析を行った結果、拡張型心筋症の発生がみられるACS家系に拡張型心筋症の発症を明らかにし、その発症への関与が予想されるαB-クリスタリン(CRYAB)発現を骨格筋で調べたところ、その発現量の減少が関連している可能性が示唆できた。CRYAAとCRYAB遺伝子多型の接合型と疾患発症についての関連性も認められた。Alpha-B crystallin(CRYAB)は水晶体中の主要水溶性タンパク質であり、全身に存在する。CRYABは心筋細胞の構造を維持や、水晶体の透明度の維持を行っている。Alpha-A crystallin(CRYAA)はほぼ水晶体にしか存在せず、水晶体における透明度の維持にあたって大きな役割を果たしている。この二つのタンパク質に異常が起こることによって、シャペロン機能の欠損や活性の低下がおこり、様々な部位に影響が及ぶ可能性がある。本研究では、家族性の拡張型心筋症と白内障の合併がみられるアメリカン・コッカー・スパニエル(ACS)の家系犬と対照ビーグル犬における、CRYAB遺伝子のエキソン領域(Ex)1、2、3およびCRYAA遺伝子のEx1、2、3、4の遺伝子解析を行い、疾患との関連性を検討した。末梢血由来ゲノムDNAを抽出し、これを用いてCRYAB遺伝子のエキソン領域(Ex)1、2、3およびCRYAA遺伝子のEx1、2、3、4のシークエンスを行った。その結果、CRYAB遺伝子では117G>T(Ex1)、46T>C(Ex2)、CRYAA遺伝子では273G>C(Ex3)が確認された。これらはいずれもアミノ酸非翻訳領域の一塩基多型であった。これらの多型の接合型と疾患発症についてカイ二乗検定を行ったところ、CRYABの117G>T(Ex1)においてのみ白内障との関連性が示唆された。さらに多型の有無と発症について検定を行ったところ心筋症との関連性も認められた。今回の研究により、犬において初めて、白内障の発症と関連している可能性のある遺伝子多型を明らかにすることができた。このCRYAB遺伝子の多型は、ACSのみならず、他の犬種における心疾患、拡張型心筋症および白内障の発症に関連する可能性が示唆された。犬における拡張型心筋症の発症機構を明らかにすることを目的として、本研究では、(1)アメリカン・コッカー・スパニエル(ACS)において拡張型心筋症と白内障を発症する家系における遺伝様式の解析と臨床学的診断による拡張型心筋症の病態解析、(2)遺伝性拡張型心筋症犬における血漿アミノ酸およびカルニチンの動態解析、(3)拡張型心筋症の発症への関与が予想されるAlpha B-crystallin(CRYAB)遺伝子の解析と蛋白質発現異常の解析を実施した。白内障と心筋症発症を持つACS家系の臨床例と本家系由来の子犬において、血液、レントゲン、心電図および超音波検査を行った結果、本家系の心筋症発症犬では血漿タウリン濃度の顕著な低下がみとめられたが、血漿カルニチン濃度は正常範囲にあることが判明した。次いで、家族性心筋症を疑う家系から得られたACS 7頭、別家系のACS 6頭および対照群であるビーグル3頭を用い、骨格筋由来cDNAは、CRYABのORF領域に特異的なプライマーを用いてPCRを行い、増幅産物のクローニングを行った。さらにプラスミドシークエンスにより塩基配列を確定し、既知のイヌのものと比較した。またウエスタンブロット法により、Ser59リン酸化CRYABの検出ならびに比較解析を行った。その結果、心筋症および白内障発症家系群では別家系群と比較してCRYAB発現量の有意な減少が認められた。さらに、心筋症を疑う個体群および白内障発症群においても、その他の健常ACS群と比較してCRYAB発現比の減少傾向が確認された。Ser59リン酸化CRYABに関しては個体による差が大きく、疾病群と健常ACS群およびビーグル群における有意な差は認められなかった。今回の研究により、心筋症および白内障の発症と骨格筋におけるCRYABの発現量の減少が関連している可能性が示唆された。本年度の研究計画では、犬における拡張型心筋症の発症機構を明らかにすることを目的として、アメリカン・コッカー・スパニエル(ACS)において拡張型心筋症と白内障を発症する家系における臨床学的診断による拡張型心筋症の病態解析、遺伝性拡張型心筋症犬における血漿アミノ酸およびカルニチンの動態解析よび拡張型心筋症の発症への関与が予想される様々な原因遺伝子の解析と蛋白質発現異常の解析を主な実施計画としていた。

その計画に従い、実験を行い、拡張型心筋症の発生がみられる家系と血統的につながりのあるアACSに拡張型心筋症を発症を明らかにした。さらに、拡張型心筋症のタイプの1つとしてデスミン関連性の心筋症が知られ、本研究では拡張型心筋症の発症への関与が予想されるAlpha B-crystallin(CRYAB)という中間フィラメント蛋白質の遺伝子の発現に注目して、骨格筋におけるαBークリスタリン遺伝子発現を調べたところ、心筋症および白内障の発症と骨格筋におけるCRYABの発現量の減少が関連している可能性が示唆できた。このことは、本研究課題の目的の達成に重要な知見が得られたと判断され、概ね順調に研究計画が進展している。本家系の心筋症と白内障の詳細な因果関係については未だ不明であるため、今後は検体数を増やし、Alpha-B crystallin(CRYAB)遺伝子と疾患との関連その発症過程をさらに検討していく。また、Alpha-A crystallin(CRYAA)遺伝子の遺伝子解析を行い、疾患との関連性を検討する。本年度では、本疾病の原因として、CRYABのORF領域におけるアミノ酸配列の異常に起因したものではなく、翻訳後の重要な変化であるリン酸化に関しても、疾病との関連は確認できなかったため、それら遺伝子変異がタンパク発現やタンパク質機能にどう影響するのかを検討していく計画である。さらに、今後は心筋および水晶体を用いたタンパク解析やさらに組織学的な観察も必要であると考えられ、んまた、その発現量の減少に関する機序の解明と実際にCRYAB発現量の減少が病態にどのような影響を及ぼしているのかについての解析を行っていく。次年度の研究費の使用に際しては、現在の研究計画が順調に進んでいるため、特に大きな物品の支出経費はなく、当初の計画通りに、分子生物学的および生化学的手法を用いて解析を行うための試薬類や安価な器具類を主体とする経費、実験動物の飼育に係わる経費、論文投稿別刷り経費、研究打合せや学会発表のための参加経費およびその他の経費として使用する予定である。
筋芽細胞分化に伴うアポトーシスにおけるDNaseγの役割

興味深いことに筋芽細胞アポトーシスのDNA断片化は分化過程にある細胞では顕著に観察されるが、未分化細胞に於いては全く検出されないことが報告されている。我々はこのアポトーシス系に着目しさまざまなアポトーシスエンドヌクレアーゼの遺伝子発現変化を調べ、DNaseγが筋芽細胞分化に伴い発現誘導されることを見いだした。筋芽細胞に於けるDNA断片化の有無がDNaseγの発現レベルにより決定される可能性について調べるため、未分化C2C12細胞にDNaseγを強制発現させた後アポトーシスの誘導を行った。興味深いことにDNaseγと同じファミリーに属するDNaseXを導入した細胞ではDNA断片化は観察されなかったが、DNaseγを発現した細胞に於いては顕著なDNAラダーの出現が見られた。さらに筋芽細胞の分化誘導アポトーシスに於けるDNaseγの関与を、アンチセンスRNA法により示した。以上の研究成果を踏まえ、我々は分化過程にある細胞ではDNaseγ依存的な通常とは異なるアポトーシス経路が存在するのではないかという着想に至った。神経細胞分化に伴うアポトーシスDNaseの発現変化をマウス神経芽細胞N1E-115を用いて検討した。細胞周期を進行する未分化細胞ではCAD発現が認められるが、静止期にある分化細胞ではCADは消失しDNaseγが発現誘導されることを見いだした。分化状態の異なる神経細胞アポトーシスに於けるCAD, DNaseγの役割について解析を行い、未分化細胞の薬剤誘導アポトーシスに於いてはCADが、分化過程に於ける自発的アポトーシスに於いてはDNaseγがそれぞれDNA断片化を触媒することを示した。さらにPC12細胞を用い同様の実験を行い、神経分化細胞のNGF除去によるアポトーシスに於いてもDNaseγがDNA断片化に必須であることを示した。本研究に於いて、我々が筋芽細胞分化において見いだしたDNaseγを介するアポトーシス経路が神経細胞分化過程においても重要な役割を果たすことが明らかとなった。また、DNaseγ遺伝子の発現は、組織、細胞、分化状態、癌化により大きく変化することが知られている。すなわち本研究において得られた知見は、DNaseγの生理的役割を理解することのみならず、細胞の分化、癌化のメカニズムの解明、さらには新たな視点からの制癌剤の開発につながることが期待される。我々はこの現象に着目し研究を行い、筋芽細胞分化に伴いDNaseγ遺伝子発現が誘導されること、さらにこのDNaseγが分化依存的DNA断片化を触媒することを明らかとした。以上の研究成果を踏まえ、我々は分化過程にある細胞ではDNaseγ依存的通常とは異なるアポトーシス経路が存在するのではないかという着想に至った。本年度の研究に於いてはまず筋芽細胞のアポトーシスに焦点を絞り、筋芽細胞分化過程におけるDNaseγ遺伝子発現制御機構の解明を目標に実験を行なった。筋芽細胞分化に伴う遺伝子発現変化は、MyoDを始めとする筋特異的転写因子群により制御されることが知られている。そこでまずDNaseγ遺伝子発現制御に於ける当該筋特異的転写因子の関与について検討を行った。

マウスC2C12細胞を用いて、筋特異的転写因子、MyoD, Myf-5, myogenin, MRF-4強制発現による内在DNaseγ遺伝子発現誘導の可能性について調べた。RT-PCR法による解析より、これらの転写因子のうち特にmyogeninが内在DNaseγ遺伝子発現を強く誘導することを見いだした。ルシフェラーゼレポーターベクターによるDNaseγ遺伝子プロモーター活性の評価により、myogeninはDNaseγ遺伝子5'上流領域に存在するE-box配列を介しDNaseγ遺伝子発現を正に制御することを明らかとした。さらにEMSA法を用いた解析により、myogeninの当該E-box配列に対する結合能を示した。本研究に於いて筋芽細胞分化過程に於けるDNaseγ遺伝子発現制御機構が明らかとなった。またDNaseγ遺伝子の発現は、組織、細胞、分化状態、癌化により大きく変化することが知られている。すなわち本研究において得られた知見は、DNaseγ遺伝子の発現制御機構を理解することのみならず、細胞の分化、癌化のメカニズムの解明、さらには新たな視点からの制癌剤の開発につながることが期待される。興味深いことに筋芽細胞アポトーシスのDNA断片化は分化過程にある細胞では顕著に観察されるが、未分化細胞に於いては全く検出されないことが報告されている。我々はこの現象に着目し研究を行い、筋芽細胞分化に伴いDNaseγ遺伝子発現が誘導されること、さらにこのDNaseγが分化依存的DNA断片化を触媒することを明らかとした。以上の研究成果を踏まえ、我々は分化過程にある細胞ではDNaseγ依存的な通常とは異なるアポトーシス経路が存在するのではないかという着想に至った。本年度の研究に於いては、筋芽細胞分化系において明らかとなったDNaseγを介するアポトーシス経路の普遍性について明らかとするため、特に神経細胞分化に伴うのアポトーシスに焦点を絞り実験を行った。神経細胞分化に伴うアポトーシスDNaseの発現変化をマウス神経芽細胞N1E-115を用いて検討した。細胞周期を進行する未分化細胞ではCAD発現が認められるが、静止期にある分化細胞ではCADは消失しDNaseγが発現誘導されることを見いだした。分化状態の異なる神経細胞アポトーシスに於けるCAD,DNaseγの役割を明らかとするため、それぞれの活性化をCaspase-3切断部位に変異を導入したICAD変異体、及びDNaseγアンチセンスRNA発現ベクターを用いて抑制し、アポトーシスに伴うDNA断片化に及ぼす影響を解析したところ、未分化細胞の薬剤誘導アポトーシスに於いてはCADが、分化過程に於ける自発的アポトーシスに於いてはDNaseγがそれぞれDNA断片化を触媒することが明らかとなった。さらにPC12細胞を用い同様の実験を行い、神経分化細胞のNGF除去によるアポトーシスに於いてもDNaseγがDNA断片化に必須あることを示した。本研究に於いて、我々が筋芽細胞分化において見いだしたDNaseγを介するアポトーシス経路が神経細胞分化過程においても重要な役割を果たすことがが明らかとなった。
細胞周期に着目した神経変性疾患と脳腫瘍発症機構の統合的理解

大脳皮質の神経前駆細胞でRbファミリー(Rb, p107, p130)を欠損させると神経分化を進めながら増殖し、神経分化を開始した幼若神経細胞でRbファミリーを欠損させると細胞死を起こすことを明らかにした。また、Rbファミリーを欠損した細胞が、神経分化を進めながら増殖するためには、DNA修復経路の活性化が必須であることを明らかにした。神経変性疾患の原因となる神経細胞は、強制的に細胞周期を進めると細胞死を起こし、癌の起源細胞となる細胞は過増殖する。アルツハイマー病で脱落する大脳皮質神経細胞は、強制的な細胞周期進行シグナルにより細胞死を起こすが、脳室上衣腫を形成する大脳前駆細胞は過増殖する。本研究では、大脳皮質神経細胞の分化過程で、「増殖する性質」から「細胞死を起こす性質」へと時空間的に変化するメカニズムを解明する。特に本年度は、性質変化に伴う遺伝子発現プロファイルの変化を明らかにすることを目的とした。具体的には、癌抑制遺伝子Rbとそのファミリー遺伝子(p107とp130)を大脳皮質前駆細胞で急性不活化させると、幼若神経細胞が増殖したが、興味深いことに、大脳皮質前駆細胞は細胞周期から離脱せずに、細胞分化を開始した。すなわち、Rbファミリーを欠損した大脳皮質神経細胞は、細胞増殖と細胞分化を同時に進めることが示唆された。一方、Rbファミリーを幼若神経細胞で急性的に不活化させると、細胞周期をS期へと進めるものの、G2/M期へと進行しないことが判明した。さらに、Rbファミリーを前駆細胞で不活化させたときと、幼若神経細胞で不活化させたときの遺伝子発現プロファイルをマイクロアレイ解析により検討したところ、多くのRbファミリー応答遺伝子群が、幼若神経細胞で不活化させたときには発現量が変動せず、遺伝子発現プロファイルがコントロールと類似していた。すなわち、大脳皮質神経細胞の分化過程でRbファミリー応答遺伝子群は不活化されることが示唆された。今後は、細胞分化過程において、これらの遺伝子群のプロモーター領域のエピジェネティックプロファイルを明らかにし、大脳皮質神経細胞の分化過程で、「増殖する性質」から「細胞死を起こす性質」へと時空間的に変化するメカニズムの解明に挑む。アルツハイマー病で脱落する大脳皮質神経細胞は、強制的な細胞周期進行シグナルにより細胞死を起こすが、脳室上衣腫を形成する大脳前駆細胞は強制的な細胞周期進行シグナルにより過増殖する。この細胞周期シグナルへの応答性の違いを理解することが、神経変性疾患と脳腫瘍の発症機構の統合的理解に重要である。本研究では、大脳皮質神経細胞の分化過程で、「増殖する性質」から「細胞死を起こす性質」へと時空間的に変化する機構の解明を目的とした。昨年度までの研究で、癌抑制遺伝子Rbとそのファミリー遺伝子(p107とp130)を大脳皮質前駆細胞で急性不活化させると、細胞増殖と神経細胞分化を同時に進めることが示唆された。一方、Rbファミリーを幼若神経細胞で急性的に不活化させると、細胞周期をS期へと進めるものの、分裂しないことが明らかとなった。また、増殖と分化の同時進行には、DNA修復経路の活性化が必須であり、分化開始後にRbファミリーを欠損した幼若神経細胞ではその経路が活性化しないことが示唆された。本年度は、神経細胞の分化開始後に、DNA修復経路の活性化および増殖に耐性となる機構の一部を解明した。具体的には、分化開始後にヒストンやDNAのメチル化が起こることが判明し、そのメチル化を阻害すると、分化開始後にRbファミリーを欠損した幼若神経細胞においても、DNA修復経路が活性化し、細胞分裂することが示唆された。すなわち、神経細胞は分化開始直後にエピジェネティックな修飾を受け、増殖耐性となる可能性が示唆された。昨年度までの研究で、癌抑制遺伝子Rbとそのファミリー遺伝子(p107とp130)を大脳皮質前駆細胞で急性不活化させると、幼若神経細胞が増殖したが、大脳皮質前駆細胞は細胞周期から離脱せずに、細胞分化を開始することが明らかになった。一方、Rbファミリーを幼若神経細胞で急性的に不活化させると、細胞周期をS期へと進めるものの、G2/M期へと進行しないことが明らかとなった。本年度の研究では、神経細胞の増殖と分化を同時に進行させるメカニズム解明をめざして、Rbファミリーを前駆細胞で不活化させたときと、幼若神経細胞で不活化させたときの遺伝子発現プロファイルをマイクロアレイ解析により検討した。

その結果、増殖と分化を同時進行する場合のみ、DNA修復関連遺伝子群の発現が上昇し、実際、DNA二重鎖切断のマーカーgH2-AX陽性細胞が顕著に認められた。さらに、DNA二重鎖切断修復経路の活性化に必須のATM/ATRに対する阻害剤の添加により、幼若神経細胞の増殖が抑制されたことから、神経細胞の増殖と分化の同時進行には、DNA二重鎖切断修復経路の活性化が必須であると示唆された。今後は、DNA二重鎖切断修復経路の活性化メカニズムを明らかにし、神経細胞が増殖能を失うメカニズムを明らかにする。「増殖する性質」から「細胞死を起こす性質」へと時空間的に変化するメカニズムの解明に必須の、実験系の確立に成功したため。25年度が最終年度であるため、記入しない。学術雑誌への掲載が受理され、順調に進展しているといえる。本年度は、予定通り、エピジェネティックな遺伝子発現制御に着目して、大脳皮質神経細胞の分化過程で、「増殖する性質」から「細胞死を起こす性質」へと時空間的に変化するメカニズムの解明に挑む。計画通り進める。
聾学校中学部および中学校難聴学級における手話による英語指導に関する研究

1.手話の映像撮影平成14年度から使用されている中学校用の英語の教科書から1種類を選び、三年間に扱われるすべての単語にASLをあてた。ASLに堪能なモデルに実演してもらい、デジタル・ビデオ・カメラで撮影した。2.WEBページの作成撮影した画像をコンピュータに取り込み、アルファベットで検索できる辞書形式のもの、ランダムカード形式のもの、神経衰弱形式のものをWEB上に掲載し、意見交換を行って改良を加えた。辞書とランダムカードに和訳も加え、手話の習得を目的としない学習者にとっても有益な英語学習教材となることをねらった。ランダムカードと神経衰弱ゲームに教科書の学年とユニットに対応した出題範囲を設定することができるようにして、学習教材としての質を高めた。試作したCD-ROMは、聾学校や難聴学級の英語担当者、聴覚に障害をもつ中学生の親、この研究に関心を持つ一般の英語教師、学内のASL学習者等に配布し、使用してもらって完成品に意見を反映した。4.解説書の作成撮影した動画から静止画像を1単語につき2コマづつ取り込み、手話表現の解説文を加えて印刷体の解説書を作成した。CD-ROMについての動作環境や使用法を文書にして解説書の一部に加え、使用者の一層の便宜を図った。5.成果発表前年度までの成果について、アジア太平洋聾問題会議(台湾)ならびに全日本聾教育研究会で発表した。文部省検定済教科書中学校外国語科用開隆堂発行SunshineEnglish Course 1,2,3のWords and Phrasesに挙げられた単語と熟語を手話に直し、非常勤講師でアメリカ留学経験のあるモデルを使ってデジタルビデオカメラを用いて撮影を行った。一年生用の教科書から始めて、3年用の教科書の三分の一まで進んだ。語彙集の中のいくつかの候補の中から最もふさわしいものを、モデルと研究者が協議して選定した。熟語については、1年生の段階までは原則としてSEEを基本にして単語対応で表した。学年が進むと、より慣用的な表現が増え、ASLに近い表現を採用するようになった。教科書本文は基本的にSigned English(英語に対応した手話)を用いるが、語尾変化などをどこまで正確に手話化するかが課題となっている。外国の文献を収集して検討を加える必要がある。1.手話の映像撮影平成13年度まで使用される中学校用の文部省検定済み教科書SUNSHINE1年用から3年用までの単語を手話で表し、その撮影を終了した。1年用の教科書については、文章表現も撮影した。平成14年度から使用される予定の中学校用教科書NEW HORIZONを発行前に入手し、3年用の教科書にある単語リストに掲載された単語を手話で表し、その撮影を終了した。2.CDならびにWEBページの作成教科書の映像と単語を照らし合わせ、学内で閲覧できるWEBページに掲載した。辞書、ないしは単語集として使用できることは勿論であるが、映像を見て単語を当てるゲーム式ドリル、36枚のカードを用いた神経衰弱的なゲームも作って、学習効果を高める工夫をした。WEBにアクセスできない試用者のために学年ごとに1枚のCDを制作した。3.CDの試用とフィードバック現在SUNSHINEを使用している筑波大学附属聾学校の中学部ならびに高等部においてCDのデモンストレーションを行い、教官の好評を得た。大阪府立堺聾学校に出向いて、CDのデモンストレーションならびに3時間の授業時間で実際に生徒に試用してもらい、好評であった。文字の配置の仕方などに、いくつかの改善案も出された。学内の他の教官や学外の研究者にも見てもらい、手話者の服装や髪形、照明の具合、映像内の体の部位などに問題があることがわかった。来年度は新しい教科書をもとに撮影をやり直す必要が出た。4.静止画像の取り込み印刷体の教材作成のために、撮影した動画から2コマ選んでプリントした。1.手話の映像撮影前年度に撮影した新しい教科書に対応した手話の画像を点検し、修正の必要なものを撮り直したり、新たな手話を追加したりした。

2.WEBページの作成前年度に試作したものと同様に、辞書形式のもの、ランダムカード形式のもの、神経衰弱形式のものをWEB上に掲載し、意見交換を行って改良を加えた。主な改良点は、辞書とランダムカードに和訳も加え、手話の習得を目的としない学習者にとっても有益な英語学習教材となることをねらったこと。ランダムカードと神経衰弱ゲームに、教科書の学年とユニットに対応した出題範囲を設定することができるようにして、学習教材としての質を高めたことなどである。試作したCD-ROMは、聾学校や難聴学級の英語担当者、ならびに聴覚に障害をもつ中学生、この研究に関心を持つ一般の英語教師等に配布し、使用してもらって完成品に意見を反映した。4.解説書の作成撮影した動画から静止画像を1単語につき2コマづつ取り込み、手話表現の解説文を加えて印刷体の解説書を作成した。CD-ROMについての動作環境や使用法を文書にして解説書の一部に加え、使用者の一層の便宜を図った。5.成果発表前年度までの成果について、アジア太平洋聾問題会議(台湾)ならびに全日本聾教育研究会で発表した。
人工らせん高分子からなる剛直主鎖型コレステリック液晶の創製とその不斉場の応用

側鎖にL-アラニンデシルエステル残基を有する光学活性なポリフェニルイソシアニド誘導体(poly-1)は濃厚クロロホルム溶液中で主鎖の剛直性に由来するコレステリック液晶相を形成する。Poly-1の構造に関して詳細な知見を得るために、光散乱検出器を用いたサイズ排除クロマトグラフィー測定とミミズ鎖モデルを用いた解析を組み合わせ、このポリマーの主鎖の剛直性の評価を行った。その結果、poly-1の持続長が220nmにもわたる持続長を有する高分子であることが明らかになった。この値は、これまで報告されている合成高分子の中では最長の値であり、多重天然らせん高分子であるザンサン(120nm)やコラーゲン(180nm)にも匹敵する剛直な主鎖構造である。同様の手法で、側鎖にL-乳酸デシルエステル残基を有する光学活性なポリフェニルイソシアニド誘導体(poly-2)の持続長を算出したところ、31nmと見積もられ、poly-1の側鎖間の水素結合が主鎖の剛直性に重要な役割を果たしている可能性が高いことが明らかになった。さらに、poly-1およびpoly-2の剛直性の違いはマイカ基盤上で孤立一分子鎖のAFM観察を行った際のモルフォロジーの違いからも示唆された。一方、側鎖にL-フェニルアラニン残基(poly-3)ならびにL-アラニノール残基(poly-4)を有する光学活性なポリフェニルイソシアニド誘導体を合成し、同様の手法でそれらポリマーの剛直性の評価を行ったところ、それぞれ103nm,82nmと見積もられた。これらの結果より、側鎖のカルボニル基の有無および側鎖置換基のかさ高さも主鎖の剛直性に大きな影響を与えることが明らかになった。側鎖にカルボキシル基を有するポリフェニルイソシアニド誘導体は、光学活性なアミン存在下、水中で一方向巻きに片寄ったらせん構造を形成し、ポリマー主鎖のイミノメチレン領域に強い誘起円二色性(CD)を示す。さらに、水中で誘起されたらせん構造は、光学活性アミンを完全に除去後も記憶として保持される。本研究では、このらせん構造について詳細な知見を得るために、ライオトロピック液晶性を示す高分子量のポリフェニルイソシアニド誘導体を合成し、液晶状態から配向フィルムを調整し、そのX線回折測定を行った。その結果、分子間距離とらせん周期に由来する明確な回折像を得ることに成功した。また、らせん構造を誘起前のポリマーからも同様の配向フィルムを調製し、X線回折測定を行ったところ、らせん周期に由来する層線周期に有意な差が見られた。X線回折測定の結果および密度測定の結果から、らせん構造を記憶したポリマーの構造は10モノマーユニットで3回転する10/3らせん構造である可能性が高いことが明らかになった。また、側鎖にL-アラニン残基を有する光学活性なフェニルイソシアニド誘導体を白金-パラジウム錯体を用いて重合することにより、狭い分子量分布(M_w/M_n<1.2)を有するポリフェニルイソシアニド誘導体を合成した。得られたポリマーの濃厚クロロホルム溶液中での偏光顕微鏡観察より、スメクチック液晶に特徴的なファンテクスチャーが観察された。さらに、このポリマーの末端金属を除去した後、配向フィルムを調製し、小角X線散乱測定を行った。その結果、スメクチック液晶の層構造に由来する回折ピークが、分子間距離に由来する回折ピークと直交方向に観察された。すなわち、このポリマーは濃厚クロロホルム溶液中、スメクチックA相を形成している可能性が高いことが示唆された。側鎖にカルボキシル基を有する光学不活性なポリフェニルイソシアニド誘導体(pdly-1)は、光学活性アミン存在下、DMSOなどの有機溶媒中や水中で一方向巻きに片寄ったらせん構造を形成し、ポリマー主鎖のイミノメチレン領域に誘起円二色性(CD)を示す。水中で誘起されたらせん構造は、光学活性アミンを完全に除去後も記憶として保持されるのに対し(h-poly-lb)、DMso中で誘起されたらせん構造は光学活性アミンを除去後、らせん構造に由来する光学活性をほぼ完全に消失する(poly-1a)。本研究では、らせん誘起・記憶の機構およびそのらせん構造について、様々な分光学的手法およびX線回折や理論計算により詳細な検討を行った。分光分析の結果、DMSO中と水中でらせん構造が誘起される過程で、それぞれ異なる主鎖の構造変化が起きている可能性が高いことが示唆された。また、各ポリマーの配向フィルムのX線回折測定および浮沈法により求めた密度より、poly-laは18/5らせん構造、h-poly-1bは10/3らせん構造である可能性が高いことが明らかになった。この結果とモデルポリマーの理論計算より、らせん誘起・記憶の機構に関する詳細な検討を行った。また、ポリトリフェニルメタクリルアミド誘導体が濃厚クロロホルム溶液中で剛直主鎖型液晶を形成することを利用して、液晶状態から配向フィルムを調製し、X線回折測定を行った結果、らせん周期に由来する明確な回折像を得ることに成功した。この結果と浮沈法から求めた密度より、このポリマーの主鎖構造は5/1らせん構造である可能性が高いことが明らかになった。さらにSEC-光散乱測定より、このポリマーが約50nmの持続長を有する剛直な構造であることを実証した。側鎖にL-

アラニンデシルエステル残基を有する光学活性なポリフェニルイソシアニド誘導体(poly-1)は濃厚クロロホルム溶液中で主鎖の剛直性に由来するコレステリック液晶相を形成する。Poly-1の構造に関して詳細な知見を得るために、光散乱検出器を用いたサイズ排除クロマトグラフィー測定とミミズ鎖モデルを用いた解析を組み合わせ、このポリマーの主鎖の剛直性の評価を行った。その結果、poly-1の持続長が220nmにもわたる持続長を有する高分子であることが明らかになった。この値は、これまで報告されている合成高分子の中では最長の値であり、多重天然らせん高分子であるザンサン(120nm)やコラーゲン(180nm)にも匹敵する剛直な主鎖構造である。同様の手法で、側鎖にL-乳酸デシルエステル残基を有する光学活性なポリフェニルイソシアニド誘導体(poly-2)の持続長を算出したところ、31nmと見積もられ、poly-1の側鎖間の水素結合が主鎖の剛直性に重要な役割を果たしている可能性が高いことが明らかになった。さらに、poly-1およびpoly-2の剛直性の違いはマイカ基盤上で孤立一分子鎖のAFM観察を行った際のモルフォロジーの違いからも示唆された。一方、側鎖にL-フェニルアラニン残基(poly-3)ならびにL-アラニノール残基(poly-4)を有する光学活性なポリフェニルイソシアニド誘導体を合成し、同様の手法でそれらポリマーの剛直性の評価を行ったところ、それぞれ103nm,82nmと見積もられた。これらの結果より、側鎖のカルボニル基の有無および側鎖置換基のかさ高さも主鎖の剛直性に大きな影響を与えることが明らかになった。
液晶・高分子複合体中の充空間電界による液晶分子再配列型ホログラム形成の研究

液晶に適当な光導電性増感剤を添加することによって、光空間電界の発生と液晶分子の周期的な再配列によって「分子再配列型フォトリフラクティブ効果」と呼ばれるメカニズムによってホログラム形成が可能なことが知られていた。従来用いられていた低分子液晶では解像度が低く、高密度用途には不向きであったが、昨年度の我々の検討によって、高分子と組み合わせて複合化することにより、解像度が飛躍的に向上し、Bragg型のホログラム形成が可能なことが明らかになっている。我々は、本研究の研究目的に添い、さらに昨年度の結果も踏まえた上で、主に実験的手法によって検討した結果、以下に示す結果を得た。(1)ホログラム形成速度は、材料の粘性に強く依存し、高分子の分子量を下げ、低粘性化することで高速化が達成できた。応答速度に液晶分子の再配列速度が大きく関与していることが示唆された。(2)高分子に、光導電性に必要な機能を化学的に付与した高分子材料での効果が実証された。(3)上記の高機能化高分子を用いることで、記録感度が飛躍的に向上し、高性能なホログラム記録特性が観察された。(4)基礎的な物性として、光空間電界強度を測定し、その値が無機系に比べて非常に小さいことが判明した。材料の液晶性が特性向上に大きな寄与をしていることが示唆された。これらの結果は、近年注目されている有機フォトリフラクティブ材料の中でも卓越したものであり注目に値する。また、応答特性の決定因子、光空間電界強度などに関する基本的な知見が得られたことは、今後の特性改善、応用実証の研究にとって有益であると考えられる。従来用いられていた低分子液晶では解像度が低く、高密度用途には不向きであった。我々は、本研究の研究目的に添って主に実験的手法によって検討した結果、以下に示す結果を得た。(1)低分子液晶に高分子を添加し複合化することによって、ホログラムの解像度が飛躍的に向上する。(2)低分子液晶と高分子液晶を複合化して用いると、光散乱による損失を押さえることが可能であり、従来にない高性能・高効率な有機フォトリフラクティブ材料を得ることができる。(3)低分子液晶・高分子液晶複合体のフォトリフラクティブ効果は、液晶性を持たない従来の高分子複合体のフォトリフラクティブ効果と比べて、効果発現に必要な印加電界を1-2桁小さくすることができる。(4)特性は、低分子液晶と高分子液晶の組成比によって大きく変化し、用途に応じて特性の制御が可能である。組成や記録条件によって数十ms程度の応答速度を得ることが可能であり、実時間ホログラム応用の潜在的な性能を有することが確認された。これらの結果は、近年注目されている有機フォトリフラクティブ材料の中でも卓越したものであり、注目に値する。今後は液晶・高分子複合体の中でも特に低分子液晶・高分子液晶複合体に注目し、複合体の物性と記録特性との関係、高分子液晶に光導電性の基を付与するなどの高機能化を図る、などを行う予定である。
水和構造を介した界面張力制御による炭酸カルシウム結晶の多形選別機構の解明

本研究は、炭酸カルシウム結晶の多形変化の鍵物質であるマグネシウムや有機添加物が、水和構造変化を介して構造相転移を引き起こす機構を実証することを目的とした。固液界面の水を3次元的に可視化できる周波数変調原子間力顕微鏡(FM-AFM)を用いて、添加物による炭酸カルシウム結晶-水溶液界面の構造変化を評価した。マグネシウムおよび合成ポリペプチドを添加したときの水和構造を観察した結果、以下の効果が明らかとなった。1合成ポリペプチドとマグネシウムを添加した炭酸カルシウム溶液中では、炭酸カルシウム結晶(カルサイト)上の水が、結晶表面からバルク水に近い領域まで構造化されていた。これは無機的環境下では見られない現象である。2塩化マグネシウム、塩化カルシウム、塩化ストロンチウム溶液中で水和構造を比較したところ、最も水和エネルギーの低いマグネシウムイオンの存在下で、界面水の構造がマグネシウムイオンの第一水和殻の構造と一致した。FM-AFMで観察される水和像は水の時間平均分布であることから、水和層内を拡散しているマグネシウムが界面水を撹乱する様子を捉えたと考えられる。界面水を撹乱する効果は、親水的な添加物に共通である可能性が高い。合成ポリペプチドもマグネシウムと同様に親水的であり、1の結果はより大きい合成ポリペプチドによってバルク水側の水和層まで撹乱されたためであると推測される。水和は結晶表面への物質輸送における物理障壁であるため、その撹乱による界面自由エネルギー変化を介して相転移が誘起されている可能性が見出された。界面水は結晶成長や相転移に限らず、液中での吸着、拡散にも影響する他、ぬれ性や摩擦などマクロな現象にも影響を及ぼす。これらの物性を変化させるために添加される触媒にも親水的な物質が多用されることから、本研究で得られた知見は水中で起こる触媒作用の解明に貢献することが期待される。本研究は,固液界面に形成される水和構造が炭酸カルシウム結晶の多形形成に与える影響を明らかにすることを目的とする.今年度は,周波数変調型原子間力顕微鏡(FM-AFM)による水和構造観察を中心に行った.具体的には,マグネシウム(Mg2+)の有無によるカルサイト表面近傍の水和構造の3次元的変化を明らかにすることを目的とした.観察は,塩化カルシウム(CaCl2)および塩化マグネシウム(MgCl2)溶液中で行い,両者を1水和層数,2各水和層の面内構造,3各層の水の3次元的な積層構造の観点で比較した.両溶液中でカルサイト表面近傍における明瞭な水和イメージを得ることに成功した.1水和層数:CaCl2溶液中で計4層,MgCl2溶液中で計5層の水和層が観察され,水和層数の増大が確認された.2面内構造:カルサイト表面に最近接の第一水和層に顕著な違いが見られた.CaCl2溶液中では水がカルサイト表面の酸素原子の配列に倣ってジグザグに配置しているのに対し,MgCl2溶液中ではCa原子の配列に倣った長方形の格子状パターンを形成していた.3各層の3次元的な積層構造:第一,第二水和層の重なり合いを解析したところ,MgCl2溶液中の方がより密な水和構造を形成していることがわかった.従来説では,カルサイトの表面に一部置換したMg2+によって局所的に水和構造が変化すると推測されていた.しかし,本研究では,3次元的な水和構造観察が成功したことでMg2+の存在下でダイナミックに水和構造が変化することが初めて明らかとなった.今回の結果は,カルサイト表面に置換したMg2+ではなく,界面近傍に存在する溶液中のMg2+が水和構造の変化に寄与することを強く示唆している.現状ではFM-AFMは水和の3次元構造を可視化できる唯一の手法であるため,この手法により水和構造変化を実証できたことは意義深い.計画当初の予定とは実施内容が前後したが,炭酸カルシウム結晶の多形選別のキーマテリアルであるMg2+の効果にフォーカスして検証実験を行い,固液界面における水の3次元的分布の変化を明らかにすることに成功した.今回得られた3次元の水和構造変化は,計画当初には予想していなかった情報であり,この点から本研究は当初の予想よりも順調に進んでいると言える.今年度の実施結果から,その他の添加物(有機分子)が入った系でも水和構造の3次元計測が可能であるという確証を得たため,次年度以降も水和構造に関して新たな情報が得られると期待している.29年度は、固液界面に形成されるミクロな水和構造の変化がマクロな物性である界面エネルギーに及ぼす影響を検証すべく、FM-AFMによって水和構造の3次元的観察を、コロイドプローブAFMによって表面間力の計測を実施した。カルサイト結晶をアラゴナイト構造へ相転移させる効果を持つ添加物(マグネシウムと合成ポリペプチド)の有無による結果を比較した。マグネシウムイオンを単独で添加したときには水和層の数は増大するものの、カルサイト表面から遠ざかる第3、4層中の水は層の面内で規則的なパターンを持たなかった。これは、他の結晶を電解質溶液中で観察した際と同様の傾向である。一方、マグネシウムと合成ポリペプチドを両方添加した系では、第4層目まで面内に規則的な構造が観察され、水の構造化がより強固であることが明らかとなった。さらに、マグネシウムイオン単独の水和構造に対する効果を検証するため、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、塩化ストロンチウム溶液中の水和構造を比較した。

その結果、塩化マグネシウム溶液中でのみ界面の水分子がカルサイト結晶表面と顕著に異なる構造を形成していることが明らかとなった。3次元的な水の積層構造を解析すると、この変化は水和構造内を拡散するマグネシウムイオンにもって引き起こされていることが示唆された。合成ポリペプチドとマグネシウムイオンが共存するとき、どのようなメカニズムで水和構造が強固になるか検証すべく、次年度も明瞭な水和イメージの取得を目指す。一方、コロイドプローブによる表面力計測で、添加物の有無によるポリスチレン球(負に帯電)とカルサイト結晶との表面間力を比較したところ、顕著な差は現れなかった。この結果から、水和構造の変化は表面間力にはほとんど影響を及ぼさないことが示唆される。統計的に解析するため、今後も試行回数を重ねて結果を精査する。炭酸カルシウム結晶の多形選別における水和の重要性を検証するために、FM-AFMによる水和構造計測を中心に行った。各種添加物の存在下で水和構造を3次元計測することに成功し、マグネシウムと合成ポリペプチドによって水の構造化が促進される実験的証拠を得た。並行してコロイドプローブAFMによる表面力測定、DLSによる核形成率の評価を開始しており、水和構造の変化によって、表面間力や界面エネルギーがどのような影響を受けるか検証する。多形変化-水和構造-界面エネルギーの相関の解明を目的とする本研究は、予定通りに進んでいる。本研究は、炭酸カルシウム結晶の多形変化の鍵物質であるマグネシウムや有機添加物が、水和構造変化を介して構造相転移を引き起こす機構を実証することを目的とした。固液界面の水を3次元的に可視化できる周波数変調原子間力顕微鏡(FM-AFM)を用いて、添加物による炭酸カルシウム結晶-水溶液界面の構造変化を評価した。マグネシウムおよび合成ポリペプチドを添加したときの水和構造を観察した結果、以下の効果が明らかとなった。1合成ポリペプチドとマグネシウムを添加した炭酸カルシウム溶液中では、炭酸カルシウム結晶(カルサイト)上の水が、結晶表面からバルク水に近い領域まで構造化されていた。これは無機的環境下では見られない現象である。2塩化マグネシウム、塩化カルシウム、塩化ストロンチウム溶液中で水和構造を比較したところ、最も水和エネルギーの低いマグネシウムイオンの存在下で、界面水の構造がマグネシウムイオンの第一水和殻の構造と一致した。FM-AFMで観察される水和像は水の時間平均分布であることから、水和層内を拡散しているマグネシウムが界面水を撹乱する様子を捉えたと考えられる。界面水を撹乱する効果は、親水的な添加物に共通である可能性が高い。合成ポリペプチドもマグネシウムと同様に親水的であり、1の結果はより大きい合成ポリペプチドによってバルク水側の水和層まで撹乱されたためであると推測される。水和は結晶表面への物質輸送における物理障壁であるため、その撹乱による界面自由エネルギー変化を介して相転移が誘起されている可能性が見出された。界面水は結晶成長や相転移に限らず、液中での吸着、拡散にも影響する他、ぬれ性や摩擦などマクロな現象にも影響を及ぼす。これらの物性を変化させるために添加される触媒にも親水的な物質が多用されることから、本研究で得られた知見は水中で起こる触媒作用の解明に貢献することが期待される。次年度に実施する内容は以下の通りである.1有機分子によるカルサイト表面近傍の水和構造変化の3次元的評価3