hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
癌の浸潤・転移に関与する亜鉛蛋白質の機能を特異的に阻害する亜鉛キレーターの創製

近年,腫瘍細胞の浸潤・転移には,機能発現に亜鉛が必須である転写因子Snailや,プロテアーゼADAM10およびADAM17が関与していることが見いだされてきた.本研究では,亜鉛特異的な配位子に蛋白認識部位を連結させるという方法論で,これらの蛋白質を特異的に阻害する化合物を合成することを目的とした.我々が開発したピリジンと2つのシステアミンからなる亜鉛特異的な配位子に,蛋白認識部位としてMMP阻害剤として知られているマリマスタットの側鎖部位を連結した化合物を合成することができた.合成した化合物は20μMで細胞毒性を示すことなく細胞のフォーカス形成を80%阻害した.近年,腫瘍細胞の浸潤・転移には,機能発現に亜鉛が必須である転写因子Snailや,プロテアーゼADAM10およびADAM17が関与していることが見いだされてきた.本研究では,亜鉛特異的な配位子に蛋白認識部位を連結させるという方法論で,これらの蛋白質を特異的に阻害する化合物を合成することを目的とした.我々が開発したピリジンと2つのシステアミンからなる亜鉛特異的な配位子に,蛋白認識部位としてMMP阻害剤として知られているマリマスタットの側鎖部位を連結した化合物を合成することができた.合成した化合物は20μMで細胞毒性を示すことなく細胞のフォーカス形成を80%阻害した.癌による死亡の約90%は,腫瘍細胞の局所浸潤(周辺組織への浸潤)と遠隔転移によるものであると考えられている.近年,腫瘍細胞の浸潤・転移に関与する蛋白として,上皮間葉転移に関連する転写因子Snailと,細胞の移動に関連するプロテアーゼADAM10,およびADAM17が見いだされた.これらの蛋白質は,その機能を発現するために亜鉛を必要とする亜鉛蛋白質である.本研究では,我々が開発した亜鉛特異的な配位子に,蛋白質を特異的に認識する側鎖を結合し,これらの蛋白質の機能発現に必須である亜鉛と特異的に相互作用する亜鉛キレーターを設計・合成し,それにより癌の浸潤・転移を阻害する新規阻害剤の創製を目的とした.研究代表者らは,ピリジン環の4位にアミノ基を持ち2,6位にシステアミン側鎖を持つ化合物が亜鉛と特異的に結合することを見いだした.これらの化合物のアミノ基に対して蛋白質認識部位を結合することを検討した.その結果,4位のアミノ基は反応性が弱く,この位置に蛋白質認識部位を導入するのは困難であることがわかった.そこで側鎖のアミノ基に結合させるために二つある側鎖アミノ基に対して保護機の導入を行い,一つのアミノ基を保護した化合物を合成することができた.今後は,この化合物に対して蛋白質認識部位の結合を検討していく.癌による死亡の約90%は,腫瘍細胞の局所浸潤(周辺組織への浸潤)と遠隔転移によるものであると考えられている.近年,腫瘍細胞の浸潤・転移に関与する蛋白として,上皮間葉転移に関連する転写因子Snailと,細胞の移動に関連するプロテアーゼADAM10,およびADAM17が見いだされた.これらの蛋白質は,その機能を発現するために亜鉛を必要とする亜鉛蛋白質である.本研究では,我々が開発した亜鉛特異的な配位子に,蛋白質を特異的に認識する側鎖を結合し,これらの蛋白質の機能発現に必須である亜鉛と特異的に相互作用する亜鉛キレーターを設計・合成し,それにより癌の浸潤・転移を阻害する新規阻害剤の創製を目的とした.今年度は,側鎖アミノ基に対する蛋白認識部位の導入を検討した.その結果,一つの側鎖アミノ基に保護基を導入した化合物に対して,広くMMPを阻害することが知られているマリマスタットの蛋白認識部位を縮合させ,その後,アミノ基の脱保護,チオール基のNps保護などを行い,チオールの保護が異なる2種類の化合物を合成することができた.また,亜鉛キレート部位を構築する方法として,ピリジン環の2位と6位に一つずつホルミル基を導入する方法を新たに開発した.すなわち,2位にホルミル基を導入した後アセタール保護し,次いで6位にホルミル基を導入する.この方法を用いることで2位と6位に異なる側鎖を簡便に導入することが可能となった.今後は,この方法を利用して多様な蛋白認識部位を持つ化合物を合成していく.癌による死亡の約90%は,腫瘍細胞の局所浸潤(周辺組織への浸潤)と遠隔転移によるものであると考えられている.近年,腫瘍細胞の浸潤・転移に関与する蛋白として,上皮間葉転移に関連する転写因子snailと,細胞の移動に関連するプロテアーゼADAM10,およびADAM17が見いだされた.これらの蛋白質は,その機能を発現するために亜鉛を必要とする亜鉛蛋白質である.本研究では,我々が開発した亜鉛特異的な配位子に,蛋白質を特異的に認識する側鎖を結合し,これらの蛋白質の機能発現に必須である亜鉛と特異的に相互作用する亜鉛キレーターを設計・合成し,それにより癌の浸潤・転移を阻害する新規阻害剤の創製を目的とした.今年度は,昨年度合成することに成功した,側鎖アミノ基に広くMMPを阻害することが知られているマリマスタットの蛋白認識部位を縮合させた化合物の活性を検討した.その結果,本化合物は20μMで細胞毒性は示さずに細胞の運動を80%阻害する事がわかった.蛋白認識部位を持たないキレーターだけでは同濃度において強い細胞毒性を発現した.

この事は,導入した蛋白認識部位が酵素選択性の発現に寄与したためと考えられる.現在,マリマスタット側鎖より合成が簡便で,より選択性の強い側鎖を挿入した化合物の合成を検討している.本研究で得られた知見は,癌の浸潤・転移を阻害し,癌患者のQOLを改善することができる新しい治療薬の開発につながる物と期待される.
単子葉植物における葉の形態進化の遺伝的背景

単子葉植物の葉の形態形成とその進化の機構を明らかにするために,単子葉植物でよくみられる,「単面葉」という葉身が裏側(背軸面)だけで構成される葉に着目し,その発生進化機構に関する研究を行った.その結果,単面葉における葉身の裏側化と,その葉身の平面成長性に関して,それらを制御する基本的な遺伝的枠組みを明らかにするとともに,単面葉の発生進化機構をさらに詳細に遺伝子レベルで解明するための分子遺伝学的研究基盤を構築することに成功した.単子葉植物の葉の形態形成とその進化の機構を明らかにするために,単子葉植物でよくみられる,「単面葉」という葉身が裏側(背軸面)だけで構成される葉に着目し,その発生進化機構に関する研究を行った.その結果,単面葉における葉身の裏側化と,その葉身の平面成長性に関して,それらを制御する基本的な遺伝的枠組みを明らかにするとともに,単面葉の発生進化機構をさらに詳細に遺伝子レベルで解明するための分子遺伝学的研究基盤を構築することに成功した.単子葉植物における葉の形態進化を解明するために,葉の構造が一般的な葉(両面葉)とは大きく異なる「単面葉」の発生進化学的研究を行った.まず,単面葉の葉身は,遺伝子発現レベルでも完全に背軸側化した構造を持つこと,そしてそのような葉は,発生のごく初期に,背軸側運命を持つ領域が異所的に増殖することによって発生することを明らかにした.また,その進化には,small RNAによる遺伝子発現調節機構の改変が関与することを明らかにした.次に,多くの単面葉は,一般的な葉(両面葉)とは異なるしくみで,葉を平面成長させる機構を収斂進化させたこと,そしてそれは,両面葉で葉の中央部の細胞増殖を制御している転写因子がリクルートされることにより進化したことを明らかにした.さらに平らな単面葉では,葉の中央-周縁軸が,両面葉の場合と直交して分化することを利用して,その発生・分化機構を解析した結果,葉の中央-周縁軸は,平らな葉が形成されるとその形に依存して自律的に分化することを示した.また,単面葉解析のモデルとして,研究材料として扱いやすく,葉の形態が多様なイグサ属植物に着目し,両面葉あるいは単面葉を持つ複数の種で,形質転換に向けたカルス化および再分化系を構築するとともに,遺伝学的研究に向けた突然変異体の単離系を開発した.さらに,分子系統解析および葉の構造の組織学的解析によりイグサ属植物における葉の形態進化パターンを解析し,単面葉は不可逆的で少数のイベントにより進化したこと,また単面葉の横断面は丸い形が祖先形質であり,平らな単面葉は,丸い単面葉から何度か繰り返し進化したことを明らかにした.単子葉植物における葉の形態進化を解明するために,葉の構造が一般的な葉(両面葉)とは大きく異なる「単面葉」の発生進化学的研究を行った.主な材料としては,平たい単面葉をもつ,イグサ属植物のコウガイゼキショウを用いた.まず,単面葉における葉身の背軸側化とそのような葉の進化には, small RNAによる遺伝子発現調節機構の改変が関与することを明らかにした.また,コウガイゼキショウにおける遺伝学システムを構築し,葉鞘が向軸側化する変異体等,複数の興味深い変異体を単離することに成功した.次に,単面葉における,葉の向背軸の極性に依存しない葉身の平面成長機構に関して研究を行い,この制御に深く関わると考えられる因子を同定した.さらに,その因子のプロモーター解析を行い,その因子のシス配列の改変と,それにともなう発現量の変化が,単面葉における葉身の平面成長性に深く関わることを明らかにした.また,コウガイゼキショウに近縁であるにもかかわらず,葉身が平面成長しない,ハリコウガイゼキショウという種との種間雑種を作出し,遺伝解析の系を構築する事に成功した.
里山空間の成立と変容に関する歴史学的研究

里山を表示する制度的な用語は存在しなかったが、「後山」は中世初期から広くみられ、「向山」も史料・地名に多く確認できる、中世里山の一般的な表現であった。里山は交通・流通などの条件によっては、鎌倉期から開発が進んで酷使され、植生が貧弱な「野山」「無毛山」化する。里山は資源獲得だけでなく、牛馬放牧の場でもあったが、地形条件によっては屋敷林や平地林の形態をとり、水防・防風・防火などの多様な機能を果たした。中世の村落空間については、議論が錯綜して共通イメージができていないこともあり、里山の成立過程に関する実態的な研究はあまり進んでいない。食料・建材・肥料・燃料などを獲得する、村落住民の生活に不可欠な山野などの空間は、「後山」「近隣山」といった表現で、平安末・鎌倉時代には村落間紛争の対象として史料に現れる。これらの山野は、立地条件によっては平地林・屋敷林として存在しており、資源の獲得だけにはとどまらず、水防・風防などの生存に不可欠な機能を有する山林ととらえることが必要である。中世村落とその構成要素である山野の成立過程や、防災機能との関わりなどを広くとらえ直すために、史料の豊富な滋賀・兵庫などの近畿地方を中心に里山関連の史料・語彙の収集、各事例の具体的検討を進めた。あわせて里山や平地林・屋敷林の研究蓄積が豊富な静岡・群馬・岩手・新潟各県での史料や調査報告書・地図類などの収集、現地調査を実施した。現段階での「里山」の初見は、応永25年(1418)の九条家領播磨国田原荘に関するものとなるため、周辺地域を含めた史料収集・分析とともに、現地調査を実施した。中世惣村の代表的事例である近江国菅浦では、「向山」が里山的実態を示す表現として登場するが、地名調査などを実施し、当該地域において「向山」がいかなる存在であったのか、復原的研究を進めた。また絵画史料における山野表現描写は類型的なものになることが多いが、写実的な描写として注目されている中世後期の桑実寺縁起絵巻では、琵琶湖岸の薬師寺領豊浦荘の集落が樹木に囲まれた特徴的な景観として描かれている。このため、豊浦荘に関する関連史料の収集および景観分析も進めた。里山は多方面からの再評価が進み、現在では里地里山として広く把握されており、コモンズ論から言及されることも多い。歴史学はこのような研究状況に対応できていないため、集落遺跡の成立経過を整理したうえで、中世村落と里山空間の関係を、中世荘園の成立過程のなかに位置づけ直した。古代の公私共利的な山野河海は、オープンアクセス的な性格を有していたが、中世荘園は村落空間をその基礎に組み込み、荘域内の山野は荘園領主・荘官・荘民の重層的な利用が独占的に公認されたローカルコモンズへと転化する。里山空間をさす制度化された表現はなく、「里山」という語自体は中世後期から断片的に史料に登場する。一方、中世初期から多く出現するのが「後山」という表現で、それと対応する意味合いを持つ「向山」も史料で確認でき、地名としても多く現存する。このような里山空間は、交通・流通の条件などから、地域によっては鎌倉期から開発が進んで酷使され、植生が貧弱化してしまう。史料の「野山」「無毛山」という表現は、植生が後退してしまった里山空間を示しており、花粉分析からは一二世紀頃をピークに二次林化が進行し、一五・六世紀に洪水が増加する事例が畿内などで確認できる。また里山空間が欠落・不足する地域では、隣荘との契約などによって山林資源を確保していた。里山空間は食料・肥料・燃料などを獲得するだけのものではない。民衆的な小規模な牛馬の放牧は林間などで行われていたことが、絵巻物などからも明らかである。また地形条件によっては屋敷林や平地林が発達するが、これらは資源獲得だけではなく、水防・防風・防火などの多様な機能を果たしていた。写実的とされる桑実寺縁起絵巻では、琵琶湖岸の薬師寺領豊浦荘の樹木に囲まれた集落景観が描かれている。これらの成果は単著『里山空間の成立』として、出版することが決定した。里山という語は従来は近世以降に出現するとされていたため、中世における里山の実態的な研究はほとんどなかった。しかし食料・建材・肥料などを獲得する村落住民の不可欠な生活空間は、「後山」「近隣山」などの表現で、平安末・鎌倉初期から存在する。

村落立地と山林・山野の関係、災害との関わりなどを広くとらえ直すために、史料の豊富な近畿地方を中心に里山関連の史料・語彙の収集、各事例の具体的検討を進めるとともに、平地林・屋敷林の研究蓄積が豊富な静岡・島根・富山・埼玉・群馬各県での史料や調査報告書・地図類などの収集、現地調査を行った。「里山」の語は、九条家領播磨国田原荘の応永25年(1418)九条家雑掌申状案(九条家文書)に登場しており、正応4年(1291)実検目録の「里寺」とあわせて、現在に近い意味で里山の語が中世に使用されていたことが確認できる。また生駒山西麓の寝屋川市讃良郡条里遺跡などでは、12世紀にマツ属二次林進行し、里山的な利用が展開するとともに、15・6世紀以降森林植生が破壊されて、土砂流出が続き、洪水が増加する事実なども明確になった。あわせて近江国河上荘域における里山の実態研究を進め、基本史料である地元日置神社社家布留家の「大江保河上往古中古近代集入雑記」の翻刻および基礎的な現地調査を実施した。中世における「里山」「向山」その他の里山関連語彙を広く収集するとともに、史料に現れた具体的な状況について、九条家領播磨国田原荘・近江国菅浦・同薬師寺領豊浦荘などで、現地調査を含めて分析を進めた。屋敷林・平地林を里山概念に組み込むことによって、狩猟採集の場としてだけではなく、水防・防風などの多様な機能を含めて、里山を民衆が生存するための不可欠な空間として、歴史学的にとらえ直すことに取り組み、各地における文献史料や事例の収集を行った。また社会科学の諸分野で注目されている資源の共的管理に関するコモンズ論との接点についても、検討を進めることができた。中世における「里山」の語の存在を近畿地方や中国地方で確認し、近世に出現するというこれまでの理解を大幅に見直すことができた。また屋敷林・平地林を里山概念に組み込むことによって、狩猟採集の場としてだけではなく、水防・風防などの多様な機能を含めて、里山をより実態的にとらえ直すことが可能となった。そのため、予定していた近江国河上荘域における里山空間の長期的復原的検討にあてる時間が少なくなったが、それに代えて全国的な屋敷林・平地林に関する史料・地図類・調査報告書などを収集し、現地調査を実施することに力点を置いた。前年度までに引き続いて広く里山関連語彙の収集を進め、関係史料とあわせて具体的な地域状況を含めた個別の分析を加えて、里山空間の成立と変容・荒廃の過程を、復原的に明らかにする。それをふまえ、里山空間に関する歴史学的な概念を明確にする。その際、屋敷林・平地林の位置づけも積極的に行う。また近年注目されているコモンズ論との接点を確認し、歴史学的な視点からの里山研究の意義を明らかにする。成果は単著として公表できるように、出版準備を進める。昨年度に引き続いて、広く里山関連語彙の収集を進め、関係史料とあわせて具体的な地域状況を含めた個別の分析を加え、里山に関する歴史学的概念の明確化を図る。また近江国河上荘域あるいは菅浦周辺地域などに関する史料収集と現地調査を行い、当該地域における里山空間の成立と変容・荒廃の過程を、長期的復原的に明らかにする。3月に予定していた島根県における調査が家族の危篤・死亡により延期となったが、研究計画に変更はなく、前年度の研究費も含め、当初予定通りの計画を進めていく。研究費は自治体史・史料集・論文集・発掘調査報告書などの購入費用、史料収集のための旅費、分析対象地域の地形図・空中写真などの購入費用および現地調査旅費、現地調査や史料整理に関わる謝金などにあてる。自治体史・史料集・論文集・発掘調査報告書などの購入費用、史料調査のための旅費、分析対象地域の地形図・空中写真などの購入費用および現地調査旅費、現地調査や史料整理に関わる謝金など。
ヴァーチャル・リアリティ技術を応用した運動スキル学習システムの開発

本研究は、近年発達してきたヴァーチャル・リアリティー(仮想現実)技術を応用して、天候等に左右されず、かつ怪我等の心配がなく、狭い室内でも使用できる全身的動作の練習ツールを開発することを目的として計画されたものである。本研究においては、特に広い場所で急速に変化する状況に臨機応変に対応しなければならないターゲットキャッチング課題をとりあげた。報告書記載のとおり、研究は下記の3つの段階を追って実施された。1.基本スポーツ動作の解析初年度から2年度前半にかけて、まず、ヴァーチャル・リアリティ映像に取り込むべきスポーツ動作の基礎データを取得した。(1)投球動作の動作および筋活動の解析では、野球の投球に関与する筋電図を記録し、(2)投球動作の画像動作解析では、逆動力学によって動作を引き起こす(体肢に加わる)力の特性データを取得した。またターゲットキャッチ型動作として(3)打球動作の画像動作解析ではバドミントンの熟練者と未熟練者の打球動作データを取得した。2.ヴァーチャル・ボールキャッチングシステムの開発2年度から3年度にかけては、練習課題の呈示装置として、ヴァーチャルなボールを実際に腕を動かしてヴァーチャルにキャッチまたはヒットするツールを開発した。3.投球動作の3次元筋骨格CG映像の作成2年度から3年度にかけて、練習者の動作を練習者自身に視覚的にフィードバックするためのツールとして、実際の動作データを入力するとその通りに動く骨格CGに筋活動データを入力すると活動の強度によって色が変化する筋を結合させた筋骨格CGを作成した。この手順を適用すれば、あらゆる動作の筋骨格CG可視化が可能である。今後は、種々のスポーツ動作の筋骨格CG化を図り、実際にこのシステムを練習に用いてその有効性を検証し、あらゆる動作の練習に適用できる廉価で汎用性の高い運動学習システムの完成を目指す。本研究は、身体運動に必要な種々の情報をできるだけ現実に近い形で視覚的・運動感覚的に呈示することによって、運動能力をテストし、同時に運動学習を促進する方法を開発することを目的とする3年計画の研究である。初年度である本年度は、研究計画書に記載のとおり、スポーツの基本動作の計測を行った。右利き被験者に8m先の的を狙って軟式野球ボールを全力で投げさせ、動作を今回の研究費で購入した高速度ビデオ画像解析装置によって分析した。また、右の前腕、上腕、上肢帯、及び体幹の17筋から表面筋電図を記録した結果、以下の知見が明かとなった。(1)肩甲前突筋から肩関節水平屈曲筋へ、肩関節水平屈曲筋から肘関節伸展筋へという近位から遠位へ向かう時系列的筋活動が観察された。しかしながら、肘関節伸展筋から手首の屈曲筋あるいは前腕の回内筋への時系列筋活動は見られなかった。(2)投球腕の対側の外腹斜筋は同側の外腹斜筋に先行して活動を開始した。この時系列は、体幹において産生される力とエネルギーを高めるために有効であると考えられる。(3)同側の外腹斜筋は踏出し足の着地に同期して活動を開始した。(4)腹直筋はボールリリース直前に強く活動した。この活動は、体幹を前屈させることによって手先の回転速度を増大させる働きをすると考えられる。(5) 3次元画像解析から逆動力学によって各関節のトルクを算出した結果、手関節では球速によらずinteractionトルクとmuscleトルクは拮抗する方向に作用していた。この機構は、手関節の速度を一定に保つことによって指によるボール操作(回転・コース)の自由度を増大させる機能的意味を有するものと考えられる。一方、肘関節においては両トルクは常に同方向に作用し、球速の調節に関与することが明かとなった。

本研究は、身体運動に必要な種々の情報をできるだけ現実に近い形で視覚的・運動感覚的に呈示することによって、運動能力をテストし、運動学習を促進する方法を開発することを目的とする3年計画の研究である。2年次である本年度は、スポーツの基本動作データの充実およびそれを元にしたCG映像作製作業を行った。主な成果は次の通りである。(1)スポーツ動作について、ボール投球動作における上肢筋活動によって引き起こされる関節のキネマティック及びキネティックな特性をCG映像の動きに取り入れるための基礎データを取得した。被験者に軟式野球ボールを肘と手首の2関節、及び肩、肘、手首の3関節のみを使って的を狙って投げさせ、各関節のトルク及び筋活動を記録した結果、手関節では球速によらずinteractionトルクとmuscleトルクが拮抗する方向に作用することがより明確に証明された。この機構は、手関節の速度を一定に保つことによって指によるボール操作(回転・コース)の自由度を増大させる機能的意味を有すると考えられる。肘関節においては両トルクは常に同方向に作用し、球速の調節に関与することが明かとなった。(2)筋活動と動作をCG映像化する作業の第一歩として、人体の主要な筋を骨格に付着させて自由に動かすための機能解剖学的基本CG映像を作製し、CRT画面上を飛来するボールをCyberTouchGloveを用いて仮想的にキャッチするシステムのプロトタイプを作製した。(3)プロ野球投手のTV映像(2次元映像)を取込んで、3次元動作を復元する方法を開発し、投球動作CGの試作に成功した。次年度は、これらをさらに改良し、飛来するボールを捕球・打球するVirtual Reality System及び、筋電図及び動作特性を組み込んだ学習者へのフイードバック用筋活動CGを完成させる計画である。最終年次である本年度は、これまでの2年間に収得したスポーツ動作のキネマティックスおよび筋活動データを元にしたCG映像の完成および、海外共同研究者の協力を得て、投球動作のCG映像を用いたヴァーチャルバッティングシステムの作成作業を行った。(1)昨年度にひきつづいて、ボール投球動作における上肢筋活動によって引き起こされる関節運動のキネマティック及びキネティックな特性を記録し、CG映像の動きに取り入れた。今年度は、被験者に軟式野球ボールを全身で投げさせ、本科研費で購入した6台の高速度カメラ(200fps)を用いて体肢および体幹の動作を記録解析し、体幹および体肢の9個の筋から筋電図を導出した。(2)この動作データを前年度に作成した機能解剖学的基本CG映像にはめこみ、自然な投球動作に非常に近い骨格CGを作成した。(3)さらに、筋活動データから、筋活動の振幅を色の明るさに変換し、5段階に分けて表示できるようにした。その結果、動作中の筋活動を3次元的に可視化することができるようになった。
地方都市中心部へのマンション立地による人口回帰の現状と課題

申請時の研究計画を踏まえて以下のA及びBの分析を行うとともに,本研究課題に密接に関係するCの項目についても実施した.これらの成果を踏まえ研究発表を国際会議で行った.A.帯広市,小樽市,青森市,弘前市,八戸市,盛岡市,石巻市,秋田市,山形市,鶴岡市,酒田市,福島市,長岡市,上越市,高岡市,福井市,長野市,上田市,飯田市,沼津市,藤枝市,掛川市,鳥取市,米子市,松江市,山口市,下関市,西条市,久留米市,唐津市,諫早市,別府市,八代市,沖縄市及び甲府市の35都市について,人口状況とマンション立地状況の分析を前年度に行ったが,さらにマンションの空室の発生状況について分析を加えた.その結果,35都市全体で3.2%の空室率となっている.住宅・土地統計調査によると日本全国での平均空き家率は13.5%(2013年)であり,その値に比べると空室率は低い.しかし,空室率が50%に及ぶマンションも存在し,空室が1/3を超えるマンションがかなり存在する.最も空室率が高かったのは福岡県久留米市で8.8%であった.久留米市やその他の都市も含めた分析から,築20年前後が経過し,狭く老朽化したマンションの流通が停滞している.B.景観法等による仕組みの活用の実態について,景観計画及び景観条例の実態について35都市を対象に分析を行うとともに,アンケート調査を市役所に対して行った.景観計画では,特に中心市街地を区分して考慮しており,計画策定から現在に至るまで,景観が改善したと考える都市が約6割存在した.C.人口回帰に密接な関係を持つとともに中心市街地の活性化の重要な要素でもある就業の場としての中心市街地の動向について,35都市を対象に産業分類別の従業者数の分析を行うとともに,商業機能の維持という点で対照的な浜松市と静岡市について比較研究を行った.当初予定していた景観法による仕組みの活用の実態に加え,昨年今後の課題として挙げたマンションの空室の実態,さらに,就業者の動向についても分析するとともに,これらの成果を踏まえ研究発表を国際会議で行った.研究計画に沿って景観法による仕組みの活用及び立地適正化計画の状況について検討する.また,現地のヒアリング調査を行う.さらに,これまでの成果について発表していく予定である.申請時の研究計画に沿って以下のA及びBについて分析を行うとともに先行的にC及びD項目についても実施した。これらの成果を踏まえ研究発表を国際会議で行った。A.2015年国勢調査結果の小地域統計を用いて、帯広市、小樽市、青森市、弘前市、八戸市、盛岡市、石巻市、秋田市、山形市、鶴岡市、酒田市、福島市、長岡市、上越市、高岡市、福井市、長野市、上田市、飯田市、沼津市、藤枝市、掛川市、鳥取市、米子市、松江市、山口市、下関市、西条市、久留米市、唐津市、諫早市、別府市、八代市、沖縄市及び甲府市の35都市について、2010年から2015年にかけて中心市街地、DID等の人口動向を確認した。その際、年齢階層別の人口変化に着目して分析した。B.中心市街地の人口回帰の継続性及び都市機能誘導区域や居住誘導区域への集約によるコンパクトなまちづくりという観点からマンション立地が重要な要素となる点を踏まえ、2011年からの分譲マンション立地状況をプロットし、その立地特性、分譲戸数、平均分譲価格について分析した。C.マンション立地状況の分析も踏まえて、マンション立地の現状と今後の見通し等について、地元不動産業者、銀行、市役所等へのアンケート調査を行った。D.現在の中心市街地設定の根拠について、観光関連施設の立地、用途地域指定、町丁字区画、幹線道路等との関係を分析するとともに、人口密度、事業所立地等の実態といった観点から比較整理した。当初予定していたA.2010年から2015年にかけての人口の中心市街地等への回帰の実態分析及びB.マンション立地動向の分析に加え、C.アンケート調査によるマンション立地動向の分析、D.中心市街地活性化基本計画の中心市街地の設定の実態と地域設定基準に関する分析を行うとともに、これらの成果を踏まえ研究発表を国際会議で行った。申請時の研究計画を踏まえて以下のA及びBの分析を行うとともに,本研究課題に密接に関係するCの項目についても実施した.これらの成果を踏まえ研究発表を国際会議で行った.A.帯広市,小樽市,青森市,弘前市,八戸市,盛岡市,石巻市,秋田市,山形市,鶴岡市,酒田市,福島市,長岡市,上越市,高岡市,福井市,長野市,上田市,飯田市,沼津市,藤枝市,掛川市,鳥取市,米子市,松江市,山口市,下関市,西条市,久留米市,唐津市,諫早市,別府市,八代市,沖縄市及び甲府市の35都市について,人口状況とマンション立地状況の分析を前年度に行ったが,さらにマンションの空室の発生状況について分析を加えた.その結果,35都市全体で3.2%の空室率となっている.住宅・土地統計調査によると日本全国での平均空き家率は13.5%(2013年)であり,その値に比べると空室率は低い.しかし,空室率が50%に及ぶマンションも存在し,空室が1/3を超えるマンションがかなり存在する.最も空室率が高かったのは福岡県久留米市で8.8%であった.久留米市やその他の都市も含めた分析から,築20年前後が経過し,狭く老朽化したマンションの流通が停滞している.

B.景観法等による仕組みの活用の実態について,景観計画及び景観条例の実態について35都市を対象に分析を行うとともに,アンケート調査を市役所に対して行った.景観計画では,特に中心市街地を区分して考慮しており,計画策定から現在に至るまで,景観が改善したと考える都市が約6割存在した.C.人口回帰に密接な関係を持つとともに中心市街地の活性化の重要な要素でもある就業の場としての中心市街地の動向について,35都市を対象に産業分類別の従業者数の分析を行うとともに,商業機能の維持という点で対照的な浜松市と静岡市について比較研究を行った.当初予定していた景観法による仕組みの活用の実態に加え,昨年今後の課題として挙げたマンションの空室の実態,さらに,就業者の動向についても分析するとともに,これらの成果を踏まえ研究発表を国際会議で行った.研究計画に沿って、景観法等による仕組みの活用の実態について調査を進めるとともに研究実施の結果マンションに空室がかなり存在し空き家も散見されることから、この点についても、その実態について分析していく。また、これまでの研究成果について発表していく予定である。研究計画に沿って景観法による仕組みの活用及び立地適正化計画の状況について検討する.また,現地のヒアリング調査を行う.さらに,これまでの成果について発表していく予定である.旅費や物品の購入については、交付決定額での使用を図ったが消耗品等予定よりも安価で購入出来たため細かな差額が生ずることとなった。この差額については、物品購入及び旅費等に充当していく予定である。旅費や物品の購入については,交付決定額での使用を図ったが,予定よりも安価で購入できたため細かな差額が生じることとなった.この差額については,物品購入及び旅費等に充当していく予定である.
がん原発巣と転移巣の両方の根治を目指した抗がんウイルス療法の新戦略

生きたウイルスを利用したがんウイルス療法は、感染した細胞・組織内で増殖伝播しながらそれらを死滅させるウイルス本来の性質をがん治療に利用する方法である。がんウイルス療法では局所療法が全身に治療効果を発揮するという、既存のがん治療法にはない新しい概念が実証されつつある。一方、ウイルスを投与したがん原発巣における治療効果は十分であるが、ウイルスを直接投与しない転移巣での治療効果は限定的であるという問題点も明らかになってきた。そこで本研究では、この問題点を克服すべく、より高い抗がん効果を発揮させるためのウイルスの改良、及びより高い効果を期待できるがんを見分けるためのバイオマーカーの同定を目指す。
神経突起伸展におけるカルシウム/Rhoシグナルのクロストーク

神経細胞の突起伸展は機能的な神経結合を生むために必須な過程であり、その機構を解明することは、神経回路の構築原理の理解にとって非常に重要である。発生期神経細胞において神経突起内部でのカルシウムの上昇が細胞骨格の編成に関わっていることが示唆されており、当研究室は過去に発生期神経細胞の突起伸展のフェーズにおいて、カルシウム上昇の下流で活性化されるCaMKIと呼ばれるキナーゼ群がサブタイプ特異的に軸索、および樹状突起の伸長制御をしていることを見出している。本研究ではこれを基盤に発生期神経細胞におけるカルシウム上昇の意義を解明しようと試み、昨年度までに発生期神経細胞のカルシウム上昇に関する新たな知見を得ていた。平成25年度は前年度までの知見をもとに、以下の目標を定めて研究を遂行した。1発生期神経細胞でのカルシウム上昇パターンの計測および解析、2カルシウム上昇の起源の同定、3細胞間カルシウム濃度比較、の計三点である。以下、各項目について概述する。1発生期神経細胞でのカルシウム上昇パターンの計測および解析新規カルシウムプローブにより、発生期神経細胞の突起内部でのカルシウム上昇パターンの定量的計測に成功した。詳細な解析によりカルシウムの上昇振幅の最大値、積算値の両方において、軸索の方が樹状突起よりも大きいことが明らかになった。また、時空間的パターンを考慮した解析により、自発的カルシウム上昇に時間的な履歴による制御が存在する可能性を見出した。2カルシウム上昇の起源の同定カルシウム上昇の起源を同定するために薬理実験を行い、ターゲット分子の候補を得た。その分子の阻害剤を働かせるとほとんどのカルシウム上昇が消失すること、また阻害剤非感受性の変異体を外来性に発現させると、阻害剤存在下においてもカルシウム上昇が回復することを見出した。3細胞間カルシウム濃度比較細胞間のカルシウム濃度の比較に応用可能なコンストラクトを作成し、発生期神経細胞において、細胞間で細胞内カルシウム濃度が異なることを見出した。また、このカルシウム濃度が2で見出した分子により制御されることを示した。(抄録なし)神経細胞は外界の刺激に応じて形態を変え、細胞骨格を変化させることで機能的なネットワークを形成する。このプロセスは脳の発生や活動依存的な回路再編成など、発生中、発生後を通して重要であると考えられているものの、その分子基盤は未解明の点が多い。先行研究から、外界の刺激のセンサー役としてカルシウムシグナルが、形態変化の実行役としてRho-family GTPase(細胞骨格を制御する)が想定されていたが、両者が細胞内部で実際にどのように協調して機能するかは全く不明であった。両者の連関が明らかになれば、神経回路形成の基本ロジックの理解に資するものと考える。当研究は上記の疑問にカルシウムとRho-family GTPaseの同時イメージングを用いて迫る。初年度には、カルシウムとRho-family GTPaseの同時イメージングを実施する際の種々の技術的難点の解決を試み、予備的検討において、Rac1/RhoA/Cdc42/cAMP vsカルシウムの同時イメージングが可能となった。さらに、新たな膜型カルシウムセンサーを開発した。これを用いて、神経細胞内における小領域でも固有のカルシウムシグナルパターンを計測可能か、条件検討を重ねている。次年度以降、これらのセンサー技術を用い、当研究室が既に報告している、CaMKのサブタイプが軸索と樹状突起を別々に制御するという結果をイメージングの面から検証していく予定である。神経細胞の突起伸展は神経細胞同士の機能的な結合を生むための不可欠なプロセスであり、そのメカニズムの解明は神経回路の構築原理の理解にとって非常に重要である。突起伸展の制御にはカルシウムおよび細胞骨格をコントロールするRho-familyGTPaseが関わっていることが示唆されており、当研究室による以前の知見として、カルシウムの下流ではCa甑と呼ばれるキナーゼ群が軸索、あるいは樹状突起といった部位特異的に、カルシウム上昇の情報を突起の制御に変換していることが示されていた。昨年度に得た知見を発展させ、平成24年度はこれらの二者をつなぐ発生期神経細胞でのカルシウム上昇に重点を置き、以下の目標を定めて研究を遂行した。(1)新規高親和性カルシウムプローブによる発生期神経細胞での新規カルシウム上昇パターンの計測、(2)カルシウム上昇の起源の同定、(3)新規解析法の樹立、の計三点につき報告する。(1)新規プローブによる発生期神経細胞での新規カルシウム上昇パターンの計測当研究室で開発された新規プローブを用いることで、発生期神経細胞において、今まで観察されていなかった全く新しいパターンのカルシウム上昇を発見した。スライスでも一部再現され、生理的な機能の存在が示唆された。(2)カルシウム上昇の起源の同定カルシウム上昇の起源を同定するために薬理実験を行い、ターゲット分子の候補を得た。また、カルシウム上昇パターンが外部の栄養因子により制御を受ける可能性を見出した。(3)新規解析法の樹立カルシウム上昇パターンを解析するためのプログラムおよび自発活動を解析するための統計手法を考案した。

本研究ではこれを基盤に発生期神経細胞におけるカルシウム上昇の意義を解明しようと試み、昨年度までに発生期神経細胞のカルシウム上昇に関する新たな知見を得ていた。平成25年度は前年度までの知見をもとに、以下の目標を定めて研究を遂行した。1発生期神経細胞でのカルシウム上昇パターンの計測および解析、2カルシウム上昇の起源の同定、3細胞間カルシウム濃度比較、の計三点である。以下、各項目について概述する。1発生期神経細胞でのカルシウム上昇パターンの計測および解析新規カルシウムプローブにより、発生期神経細胞の突起内部でのカルシウム上昇パターンの定量的計測に成功した。詳細な解析によりカルシウムの上昇振幅の最大値、積算値の両方において、軸索の方が樹状突起よりも大きいことが明らかになった。また、時空間的パターンを考慮した解析により、自発的カルシウム上昇に時間的な履歴による制御が存在する可能性を見出した。2カルシウム上昇の起源の同定カルシウム上昇の起源を同定するために薬理実験を行い、ターゲット分子の候補を得た。その分子の阻害剤を働かせるとほとんどのカルシウム上昇が消失すること、また阻害剤非感受性の変異体を外来性に発現させると、阻害剤存在下においてもカルシウム上昇が回復することを見出した。3細胞間カルシウム濃度比較細胞間のカルシウム濃度の比較に応用可能なコンストラクトを作成し、発生期神経細胞において、細胞間で細胞内カルシウム濃度が異なることを見出した。また、このカルシウム濃度が2で見出した分子により制御されることを示した。実験系の設立に時間がかかったが、申請時より格段に優れたシグナルノイズ比で撮像できるようになったこと。また、発生期神経細胞内でのカルシウムドメインの発見は予想していなかった成果であり、CaMKとの関連も含めてこちらも進めてゆきたい。発生期神経細胞に新規のカルシウムプローブを用いて計測することで、今まで知られていなかったパターンのカルシウム上昇が存在することを見出した。また、より生理的な条件下でも存在すること、およびその上流のターゲット候補分子の同定までできた。解析のための道具の開発も比較的順調に進んだ。Rho-family GTPaseとカルシウムの同時観察については、カルシウム、Rho-family GTPase活性、形態の三者がどのように関連しているかを解析する。薬理学実験、および遺伝子導入実験を組み合わせてカルシウム上昇起源の同定を行う。また、このカルシウム上昇パターンが生理的にどのような意義を持つか、あるいは持たないかをin vivoのデータを追加して解析する。また、今回見出したカルシウム上昇がどのように下流のCaMKおよびRho-family GTPaseとカップルするかについても引き続き解析を行う。難点としてはin vivoでの観察系の構築に少し時間がかかることが挙げられるが、積極的に共同研究を打診し、データの取得を行う計画である。(抄録なし)
惑星が持つ衛星－リング系の多様性：その起源と進化の理論的研究

研究課題(惑星が持つ衛星ーリング系の多様性:その起源と進化の理論的研究)で計画したように、本年度は、太陽系天体が持つ衛星やリングの起源解明に取り組んだ。まず、SPH計算(流体計算)とN体計算(軌道計算)を組み合わせることで、土星、天王星、海王星が持つリング(輪)が、約38億年前に起こったと考えられる後期重爆撃期(木星や土星の軌道変化に伴って太陽系外縁天体群が、かき混ぜられ、太陽系全体に小天体(微惑星)が無数に飛び交った時期)に、巨大惑星と近接遭遇した微惑星が、巨大惑星の重力によって潮汐破壊され、リングの形成へ繋がることを示した。また、近年発見されたケンタウルス族小天体のリングは、木星や土星などに近接遭遇したケンタウルス族天体の表面が潮汐力によって引き剥がされ、破片がその周囲を回るようになることで形成されうることを世界で初めて示した。さらに、火星の衛星PhobosとDeimosの起源は長らく明らかになっていなかった。しかし、申請者を含む研究チームは、巨大衝突によって形成された破片円盤内で集積することで火星衛星が形成されうることを世界で初めて示した。上述の、土星などの巨大惑星周りのリングの起源、および、ケンタウルス族天体のリングの起源についての研究結果は、筆頭著者として二本の査読ありの国際学術誌に投稿し掲載されている。また火星衛星の起源について取り組んだ研究は、Nature Geoscienceに共同研究者として投稿し出版されている。28年度が最終年度であるため、記入しない。太陽系には多様な衛星系が存在する。例えば、地球と月のような唯一つの巨大衛星を持つ系や、土星や天王星のように数十個の非常に小さい衛星を持つ系などが存在する。また、月は地球の自転軸の傾きを一定に保ち、地球の気候を安定に保つ役割を果たしている。一方、土星などの複数個の衛星の一部は内部に水を保有している可能性が高い。このように衛星は生命起源・進化においても非常に重要である。本研究は数値シミュレーションを用いて衛星系が持ちうる多様性に理論的制約を与えることを目的とする。特に近年の研究において、土星のメインリングはより外側に拡散することで、観測される複数の衛星を生み出してきた可能性が明らかになった。平成27年度において、申請者は交付申請書に記載したように、上述の拡散によって形成された衛星同士の衝突破壊過程をN体シミュレーションを用いて詳細に調べた。本研究によって、土星のメインリング外側でコアを持つ衛星同士が衝突をした場合、衛星は完全に破壊されることなく、表面付近のみが破壊され、破片は衝突を生き延びた残りの衛星間に細く挟まれるように分布されることが分かった。さらに、このようにして形成された衛星-リング系は、探査機カッシーニによって土星周りに観測される細いFリングとその両側にFリングを挟み込むようなかたちで存在する二つの羊飼い衛星の系に類似していることが分かった。本研究の結果は、世界で初めてFリングと羊飼い衛星の起源を説明するものとなった。以上の研究結果は、査読あり国際学術誌Nature Geoscienceに掲載された。上述の「研究実績の概要」で説明したFリングと羊飼い衛星起源解明の結果は、査読ありの国際学術誌Nature Geoscienceに掲載され、神戸新聞や産経新聞を含む国内外のメディアで掲載された。さらに本研究の結果は、土星のみならず、他の巨大惑星周りでも適応できる結果である。当初は冥王星の小衛星の形成起源解明のみを目標としていたが、「研究目的」で述べたように本研究の最大の目的は、惑星がもつ衛星系の多様性の解明である。それゆに、冥王星だけでなく、未解決である火星の衛星系の形成起源も視野に入れたより包括的な研究を行う。研究手法は、引き続き世界最高規模の大規模な数値計算を行う。
海洋性硫黄酸化細菌の硫黄酸化関連酵素及びその遺伝子の解析

鉄や硫黄を酸化してエネルギーを得る細菌を使用して,硫化鉱石から銅やウランなどの金属を溶出させる技術にバクテリアリーチングがある。これまでの細菌は, NaCl存在下では増殖ができないため,海洋環境などのようにNaClを含む環境下でのバクテリアリーチングは不可能だった。本研究では,そのような環境でバクテリアリーチングを可能にするために分離した細菌の,硫黄酸化に関与する酵素や遺伝子の構造を明らかにした鉄や硫黄を酸化してエネルギーを得る細菌を使用して,硫化鉱石から銅やウランなどの金属を溶出させる技術にバクテリアリーチングがある。本研究では,そのような環境でバクテリアリーチングを可能にするために分離した細菌の,硫黄酸化に関与する酵素や遺伝子の構造を明らかにした硫黄酸化関連酵素である硫化水素:ユビキノン酸化還元酵素(SQR)およびユビキノール酸化酵素について,その酵素の精製と性質の検討を行った。Acidithiobacillus ferrooxidans NASF-1株の膜画分よりSQRを128.4倍に精製した。精製されたSQRは,47kDaの単一ポリペプチドから成るモノマーであった。硫化物とubiquinone(Q_2)に対するK_m値はそれぞれ42と14μMであり,30-50μmol Q_2/min/mgのV_<max>を示した。最適pHは7.0付近であった。精製されたSQRのN末端アミノ酸配列は,A.ferrooxidans ATCC23270株のゲノム配列上に見出された推定のsqr遺伝子産物と一致した。この配列に基づいてNASF-1株のsqr遺伝子をクローニングと大腸菌中での発現を検討している。なお,Acidithiobacillus thiooxidansの細胞膜に検出されたSQRの精製は現在検討中である。一方,A.thiooxidansからユビキノール酸化酵素をほぼ均一に精製した。スペクトル解析によって,aタイプのヘムが含まれていることを明らかにした。精製酵素標品には57,34,および23kDaのタンパクバンドが検出された。酵素はpH 6.0および30°Cで最大の活性を示した。酵素活性は,bc1複合体の阻害剤であるアンチマイシンやミキソチアゾールではあまり阻害されなかったが,キノンのアナログであるHOQNOで強く阻害された。これまでA.thiooxidansの硫黄酸化における末端酸化酵素は不明であったが,本酵素の精製によってユビキノール酸化酵素が主要な末端酸化酵素である可能性が強くなった。なお,亜硫酸酸化活性はHOQNOで強く阻害されることから,ユビキノル酸化酵素の亜硫酸酸化への関与が示唆された。本年度の研究は、チオ硫酸の代謝に関連する酵素であるチオ硫酸:フェリシアナイド酸化還元酵素の精製であったが、硫黄生育細胞ではチオ硫酸酸化活性が低くかったため、テトラチオン酸で増殖した細胞を用いることとした。それに伴って、テトラチオン酸代謝に関連する酵素の精製およびその遺伝子のクローニングを行った。テトラチオン酸は硫黄の酸化過程で最も重要な中間体の一つで、海洋性硫黄酸化細菌は唯一のエネルギー源として増殖できる。硫黄酸化細菌がテトラチオン酸で生育する際には、テトラチオン酸を加水分解する酵素が最初の分解を触媒する。テトラチオン酸で増殖したAcidithiobacillus ferrooxidans細胞から精製された酵素は、分子量50kDaの同一サブユニットからなる2量体として外膜に存在し、最適pHが3.0、酸性条件下で極めて安定で、活性発現に200mMの硫酸イオンを必要とした。精製したテトラチオン酸加水分解酵素のN-末端アミノ酸配列を用いて,A.ferrooxidansのデータベースから、この酵素をコードする遺伝子を初めて同定した。大腸菌内でこの遺伝子を発現させたところ、封入体を形成し、活性のあるタンパク質は得られなかった。発現タンパク質を用いて作製した抗体は、精製した酵素と反応したことから、検出した遺伝子がテトラチオン酸加水分解酵素をコードしていると結論付けた。酵素はテトラチオン酸によって誘導的に合成されることが明らかとなった。硫化水素:キノン酸化還元酵素遺伝子のクローニングを引き続き行っており,新たにテトラチオン酸加水分解酵素遺伝子のクローニングを開始した。本研究は、微生物を使って低品位の鉱石から金属を溶出させる技術であるバクテリアリーチングを,NaClを含む鉱石にも適用できるようにするために分離した,NaCl要求性の細菌(SH株)の硫黄酸化経路に焦点をあてて、硫黄化合物の酸化機構を酵素レベル及び遺伝子レベルで解明することを目的とする。我々は,硫酸イオンを活性発現に必要とするテトラチオン酸ハイドロラーゼ(TTHと省略力する)を鉄と硫黄を酸化できる細菌から分離している。SH株の酵素は硫酸イオンで活性化されなかったが,増殖に必要なNaClによって酵素活性が,約2倍増加した。このような性質を示すTTHはこれまで報告されておらず,極めて興味ある酵素である。最適な反応のpHは4付近であり,生育環境のpHとほぼ同様であった。酵素は,膜に結合した状態,おそらく細胞外膜に結合して存在していると考えられた。膜にテトラチオン酸を加えて放置すると,溶液が白濁することから,不溶性の硫黄が反応生成物としてできることが明らかとなった。酵素は,テトラチオン酸から硫黄,チオ硫酸と硫酸を生成する反応を触媒するものと推測された。

NaClを活性化に必要とするので,酵素が精製された暁には,触媒反応に関して極めて重要な知見が得られることが期待され,引き続き研究を行っている。一方,チオ硫酸デヒドロゲナーゼは,2分子のチオ硫酸からテトラチオン酸を合成する反応を触媒する酵素である。本酵素もその最適pHが3であるため,細胞外の酵素であると考えられた。TTHと同様に膜結合型であったが,TTHと異なり,硫酸イオンがないと活性が観察できなかった。このような性質を示すチオ硫酸デヒドロゲナーゼはこれまで報告されていない。酵素は,2つの異なったサブユニットから成っていることが,部分精製標品を分析した結果から推測された。両酵素とも,その性質と遺伝子構造を明らかにするために,引き続き精製を進めている。
機能をマテリアル化できる分子インクの開発

本研究では任意の素材からなる固体材料の表面を簡便に機能化できる手法を開発した。具体的には、合成高分子のひとつであるポリビニルアルコール(PVA)系コーティング剤を用いて任意の素材からなる固体材料の表面をコーティングし、ボロン酸基をアンカー部位に持つ機能性分子を用いてコーティング膜表面に化学修飾を施した。親水性高分子であるPVAは水や有機溶媒に可溶であるため、各種溶剤に安定な膜を形成できる架橋剤の探索をおこなった。添加剤を用いることなくPVAを室温で架橋できるとともに、水に溶解しない複合体を与えるジボロン酸を架橋剤として採用した。コーティング剤となる溶液状態で架橋反応を抑制できる条件を種々検討した。その結果、PVAと架橋剤とを含むエタノール溶液に水を添加することで、溶液中での架橋反応が速度論的に抑制されることを見出した。また、PVAの濃度、ジボロン酸の濃度およびエタノールと水との割合比などを種々検討するすることで、溶液状態では架橋反応が進行せずコーティング剤として長期の保存が可能でありながら、溶媒が蒸発すると安定なPVA架橋膜が形成される条件を見出した。得られた溶液をコーティング剤として用いることで、ポリスチレンやポリエチレンといった各種樹脂やガラス、銅、ステンレスの基板をPVA架橋膜で安定に被膜でき、さらに、ろ紙やガラスファイバーといった複雑な形状を持つ材料もディップ法により簡便にコーティングできた。樹脂基板やガラス基板、ろ紙などを、当該PVAコーティング剤で処理した後、色素分子にボロン酸基を導入した化学修飾剤のエタノール溶液に浸漬したところ、当該化学修飾剤の有意な結合が認められた。これらの結果から、固体材料表面にPVAをコーティングし、ボロン酸基を持つ分子でその表面を化学修飾することで、様々な素材や形状の固体材料を簡便に機能化できることがわかった。固体の表面は物質変換や分離,吸着,情報変換など多くの現象の中心的な役割を担うため、材料表面を機能化する手法の開発は重要である。なかでも化学修飾剤を用いた固体表面の機能化は、有機合成化学的手法にもとづいた化学修飾剤の機能制御が可能であるため、所望の機能をもつ材料を導くうえで極めて有用な手法となる。化学修飾剤の合成は、固体表面と共有結合できるアンカー部位を目的の機能分子に導入することでおこなわれるが、この場合、対象となる材料の素材に応じてアンカー部位を別途準備することになる。よって、さまざまな固体材料の表面を機能化するためには、その都度、目的にあったアンカー部位を機能性分子に導入する必要がある。このような背景において、本研究では、ボロン酸基をアンカー部位にもつ化合物を化学修飾剤して用いることで、任意の素材からなる材料表面を簡便に化学修飾できる手法の開発に成功した。また、本研究で開発されたポリビニルアルコール(PVA)溶液は、固体材料を親水化するためのコーティング剤として高い実用性を持つことがわかった。PVAは水溶性の合成高分子で、高い透明性や化学的安定性、生体適合性を持つため、PVA系コーティング剤は、親水性だけではなく、防曇性や防汚性、生体適合性など様々な機能特性を固体表面に付与できる。しかしながらPVAは水溶性であるため、コーティング剤として用いるためには架橋による不溶化処理が必要となるが、架橋反応は溶液状態でも進行するためコーティング剤としての使用が難しく、その実用性は低い。本研究では、ボロン酸を架橋剤として用いることで、水が架橋反応の速度論的な阻害剤としてはたくことを利用して、その水が蒸発することで架橋反応が進行するPVAコーティング剤を新たに開発した。当該コーティング剤を用いることで、様々な素材の固体材料表面を簡便に親水化できた。本研究で開発された固体材料表面機能化法にもとづく機能性材料の開発と当該研究課題の遂行過程で開発された親水化コーティング剤から作製されるコーティング膜の物性調査およびその応用可能性の検討をおこなう。固体材料表面機能化法にもとづく機能性材料の開発では、水中に存在する重金属イオンを比色検出できる試験片の作製をおこなう。試験紙に代表される試験片の多くは、溶液の性質を調べるための試薬を紙などの母材に染みこませることで作製されるため、溶液中への試薬の漏出が懸念される。ボロン酸をアンカー部位に持つ化学修飾剤はポリビニルアルコール(PVA)と共有結合できるため、ボロン酸基をもつ比色試薬を合成し、PVAで被膜した材料表面に固定化することで安定な試験片の作製が可能となる。本研究では、種々の重金属イオンと結合して比色応答を示すアゾ化合物にボロン酸基を導入した分子を化学修飾剤として合成する。ガラス基板や樹脂基板、ろ紙など様々な素材および形状の材料にPVAコーティングを施した母材に、当該化合物を化学修飾することで試験片を作製し、種々の金属イオンに対する比色応答性を紫外可視分光法により検出することで試験片としての性能評価をおこなう。また、当該研究課題の遂行過程で開発されたPVA系コーティング剤から作製される膜の物性調査をおこなう。当該コーティング剤の主成分であるPVAは分子量やけん化度に依存して固体および溶液物性が大きく変化するため、コーティング剤として用いるPVAの分子量やけん化度に依存して異なる物性を持つ膜が得られるものと予想される。