hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
対流圏オゾンライダーを用いた日本域における対流圏オゾンに関する研究

佐賀、つくばでライダーを用いた対流圏オゾン高頻度鉛直分布観測を実施した。ライダー観測結果をオゾンゾンデ、衛星との比較を行ったところ、これらの観測データとよい相関を示し、ライダーの精度を確認できた。また、全球化学輸送モデルとも定性的によく一致しており、本モデルを用いて日本付近の対流圏オゾン動態の解析を行えることが分かった。モデルを用いた結果によると、主に16月に日本付近で対流圏高濃度オゾン現象が見られたが、成層圏と大陸からの輸送が主な原因と考えられる。また、領域化学輸送モデルに関してもオフライン版が完成し、オンライン版についてもプロトタイプを作成して地上観測データとの比較でよい一致を示した。・ライダーグループ(佐賀大学ライダー)佐賀大学に移設したオゾンライダーの送信部・受信部の詳細な調整を行った後、試験観測を開始した。3波長(276nm,287nm,299nm)同時発振で各出力が7mJ程度のレーザー、口径50cmの受信望遠鏡、光電子増倍管からなる検出部、アナログ・デジタル変換法及び光子計数法が同時にできる信号処理部を備えたオゾンライダーにより取得された観測データの予備解析を行った結果、高度1-6kmのオゾン濃度分布の観測が可能であることが分かった。・ライダーグループ(気象研究所ライダー)つくばの対流圏オゾンライダーを用いた観測について、送信光学系の一部変更や安定化を図って、高頻度観測により適した装置に改良した。送信用レーザーの消耗部品の交換、光学調整を行った後、改良した装置を用いた観測を行い、データを解析して観測結果の精度などを確認した。・モデルグループ(気象研究所)全球化学気候モデル(MRI-CCM2)と気象研究所ライダーによる対流圏オゾン観測結果との比較を行い、成層圏や大陸からのオゾン流入イベントに関してモデルと観測が定性的に一致していることを確認すると共に、モデルの改良等を実施した。エアロゾルを4種のカテゴリに分類し、動力学プロセスを完全に非平衡で記述したオフライン領域化学輸送モデル(RAQM2)のプロトタイプを開発した。同モデルを全球化学輸送モデル(MOZART4)の月平均値を境界値として、国立環境研インベントリ(REAS)を用いて計算し、東アジア酸性雨モニタリングネットワークの大気中ガス・エアロゾル濃度等の観測結果と比較して整合性を検証した。また、温室効果ガス観測技術衛星(GOSAT)の温室効果ガス観測センサの熱赤外(TIR)バンドからの対流圏オゾンカラム量の導出に成功した(大山、川上)。ライダーグループ(佐賀大学ライダー:国立環境研究所、佐賀大学)は、ライダーを用いて観測した対流圏オゾンを気象研究所の化学気候モデル(MRI-CCM2)と比較した。オゾンゾンデとの比較ではそれぞれの観測誤差範囲内で一致していることが分かった。境界層下部におけるオゾンをAD変換によって計測する方法を考案し、実験を行った。その結果、精度が不十分であることが分かった。MRI-CCM2の予測値もライダーとほぼ一致しているが、例えば高度2 km付近の高濃度オゾン層や7月中旬8月のオゾン濃度の大きな変動をうまく再現できない場合がある。この原因は、MRI-CCM2はオゾン前駆物質の排出量を固定していること、水平分解能(Δx110km)が粗いことなどが考えられる。ライダーグループ(気象研究所ライダー:気象研究所)は、ライダー観測に使用している送信系で発生した不具合に対処しつつ、継続して観測を行った。観測は、最長連続6日間(2回)を含む62日間行い、オゾンゾンデや数値モデルの予測結果との簡単な比較を行った。送信系の不具合は、レーザーのビームパターンが変化したことで、ラマンシフターでの変換効率が極端に低下したことが原因であると特定し、ビームパターンを改善して変換効率を回復させた。モデルグループ(気象研究所)は、MRI-CCM2の運用を継続しつつ長期間再現実験(20062010)を行い、統計解析を行うためのデータセットを作成した。領域化学輸送モデル(NHM-Chem)の開発を継続しオンライン版NHM-Chemのプロトタイプを完成させると共に、2013年に日本海側で見られた高濃度オゾンイベントについてMRI-CCM2、NHM-Chemの計算結果と観測データを比較し、成果を気象学会等で発表した。佐賀大学ライダーグループ:ライダー観測に使用している光電子増倍管は近距離からの強い散乱信号を受けるとノイズを発生するため、これまでオゾン測定高度は6 kmまでに制限されていた。新たに、小型の受信システムを導入することにより、高度約0.310 kmまでのオゾン測定が可能となった。この新システムによりオゾン観測を継続中である。気象研ライダーグループ:ライダー観測に使用しているレーザーに発生した不具合に対処しつつ、継続して観測を行った。観測は、連続9日間を含む50日間(うち、オゾンゾンデとの同日観測は13回)行い、オゾンゾンデや数値モデルの予測結果との簡単な比較を行った。

レーザー装置の不具合については、その原因を究明し、安定した観測が継続できるようにレーザーの改修を行った。また、観測データやモデル計算結果を閲覧・データ取得ができるWebサイトを構築し、関係者に公開した。モデルグループ:全球化学気候モデル(MRI-CCM2)を毎日自動実行して関係者に自動的に計算結果を配信するシステムを構築して現在運用中である。気象庁非静力学モデルNHMと結合した大気化学モデルNHM-Chemを開発し,全球モデルからの1wayネスティングシステム(MRI-PM/c)を構築した。東アジア領域における地上オゾン濃度の再現と解析結果をGeosci. Model. Dev.誌等で発表し,オゾンライダー,航空機観測との結果を比較してマルチスケールモデリング(全球300kmー領域20km)解析を実施した。また、温室効果ガス観測技術衛星(GOSAT)の温室効果ガス観測センサの熱赤外(TIR)バンドからの対流圏オゾンカラム量について、月ごとの全球分布を導出し、緯度の違いによる変動や季節変動を観測することができた。オゾンゾンデ観測とMRI-CCM2を比較したところ、両者は良い一致を示した(大山、川上)。観測面ではつくばと佐賀における2地点で対流圏オゾン鉛直分布を観測できる体制を整えることができた。つくばに関しては高頻度観測態勢を整えることができ、佐賀に関しては上記の様々な調整を終えて実際にオゾン濃度分布観測が可能であることを確認できた。全球化学輸送モデルに関しては、ライダー観測と比較し、観測データが捉えた成層圏からのオゾン流入イベントなどをおおむね再現できていることを確認した。また、エアロゾルの動力学プロセスを非平衡で記述したオフライン版領域化学輸送モデルの開発に着手し、プロトタイプ版の開発に成功した。25年度が最終年度であるため、記入しない。観測面ではつくばと佐賀の2地点で対流圏オゾン鉛直分布を開始することができた。つくばに関してはライダーの不具合を改修することにより、観測データを安定的に取得できる目処が立った。佐賀に関しては、数日毎の観測をほぼ1年間行うことができ、季節変化などを捉えることができつつある。また、ライダーを改修することにより、従来(地上から6km)以上に高い高度(地上から10km)の観測が可能となった。全球化学輸送モデルに関しては、観測のタイミングを決定する際の資料として毎日のモデル計算結果を関係者に自動配信する仕組みを構築した。また、オフライン版領域化学輸送モデルに関しては全球化学輸送モデルからのネスティングができる環境を整え、空間代表性が小さなライダー観測と比較できるようにした。研究計画はおおむね順調に進展しているので、当初予定の研究計画を推進する。ライダー観測に関しては、引き続きつくばと佐賀における対流圏オゾン観測を実施する。全球化学輸送モデル、領域化学輸送モデルに関してはモデルによる日々の計算結果をライダー観測グループに提供し、高濃度オゾンイベント等が予測された際に機動的に観測を実施できるようにする。
水素終端シリコン表面上の金属選択析出機構の解明

1,電気化学STMを用いた選択析出サイトの特定本研究では、水素終端Si(111)表面上の銅の析出サイトをAFMおよび電気化学STMにより観察し、特定することに成功した。まず、電気化学STM/AFMを改造し、ノイズ対策などを行った。また、電気化学STM用探針作成方法を最適化し、ファラデー電流を20pA以下に抑えた。その結果、水素終端シリコン表面の電気化学in-situ観察が可能となった。観察結果から考えられる仮説は、「1つの水素により終端されているシリコン原子は析出サイトとは成りえず、少なくとも2つの水素により終端されているシリコン原子が析出サイトになる」、ということである。2,電気化学測定による固液界面の電気特性からの評価本研究では、まず、既製品の電気化学測定装置とDACボードを組合せ、コンピュータによる高性能電気化学装置を製作した。本装置では、電気化学の基本的な測定法であるサイクリックボルタモグラムに加え、簡単な高級言語のプログラミングによりステップ波や方形波を用いた電気化学測定が可能である。この測定装置を用いてシリコン表面の電気化学反応に関する研究を行った。その結果、半導体表面における電気化学反応には、光照射が大きく影響し、シリコンの場合可視光が特に影響大だと判明した。これは、可視光がシリコンのバンドギャップ程のエネルギーを持つためである。
キャリアドープされたモット絶縁体に対するスペクトロスコピーの理論

固体中の電子間に働くクーロン相互作用が強い系では、光を用いた各種のスペクトロスコピーがその物性研究に威力を発揮している.本グループが開発・発展させている多体電子系に対する数値計算法を用いて、銅酸化物に対する共鳴非弾性X線散乱スペクトル、光学伝導度スペクトル、角度分解光電子分光スペクトルなどを計算し、電子のもつ電荷及びスピンの自由度がスペクトロスコピーに及ぼす効果や電子状態に果たす役割を解明した.固体中の電子間に働くクーロン相互作用が強い系では、光を用いた各種のスペクトロスコピーがその物性研究に威力を発揮している.本グループが開発・発展させている多体電子系に対する数値計算法を用いて、銅酸化物に対する共鳴非弾性X線散乱スペクトル、光学伝導度スペクトル、角度分解光電子分光スペクトルなどを計算し、電子のもつ電荷及びスピンの自由度がスペクトロスコピーに及ぼす効果や電子状態に果たす役割を解明した.銅酸化物高温超伝導体に代表されるキャリアドープされたモット絶縁体の物性測定に角度分解光電子分光やトンネル分光、また共鳴非弾性X線散乱といったスペクトロスコピーが威力を発揮している。本研究の目的は、本グループが開発・発展させている多体電子系に対する数値計算法を用いて、ドープされたモット絶縁体に対するスペクトロスコピーの理論を構築し、電子のもつ電荷及びスピン自由度がスペクトロスコピーに及ぼす効果や電子状態に果たす役割を解明することにある。平成18年度は以下の3点について研究を実施した。また、そのために大規模で高速な数値計算用コンピュータを導入した。(1)銅酸化物絶縁体のCu 2pL端共鳴非弾性X線散乱スペクトルの理論分担者の筒井が中心となり、当申請グループが精力的に研究を進めてきた遷移金属酸化物に対する共鳴非弾性X線散乱の研究を発展させ、Cu 2p L端のスペクトルの特徴を明らかにした。これは実験への提案を含んだ成果である。(2)三角格子ハバード模型の磁気的性質と光学伝導の計算フラストレートした格子である三角格子ハバード模型の磁気的性質、化学ポテンシャル、光学伝導度などのキャリア濃度依存性を厳密対角化法を用いて計算した。磁気的性質を見ると、スピンと電荷の自由度が弱く結合しているように見えるが、光学伝導度のような電荷励起はスピンと強く結合したインコヒーレントな構造を持つことが明らかとなった。(3)一次元モット絶縁体の一粒子励起スペクトルに対する電子格子相互作用の効果によって強相関電子系における電子格子相互作用の効果を明らかにするため、当グループで開発した動的に拡張した密度行列繰り込み群法を用いて、一次元モット絶縁体の一粒子励起スペクトルを計算した。スピン電荷分離に関係した特長的な構造を得た。キャリアドープされたモット絶縁体の物性測定に角度分解光電子分光やトンネル分光、また共鳴非弾性X線散乱といったスペクトロスコピーが威力を発揮している。平成19年度は以下の3点を中心として研究を実施した。1、銅酸化物絶縁体の角度分解光電子分光スペクトルや光学伝導度の理論:電子ドープ型高温超伝導体の角度分解光電子分光スペクトル及び光学伝導度の温度変化について調べ、電子状態と磁気的相関の関係について解明した。また、角度分解光電子分光スペクトルに見られる高エネルギー領域のキンク構造についてその起源を厳密対角化法による数値計算で明らかにした。2、梯子型銅酸化物に対する共鳴非弾性X線散乱の理論:梯子構造を持つ銅酸化物に対する共鳴非弾性X線散乱のスペクトルの計算を厳密対角化法を用いて行い、実験結果との対応を明らかにした。特に、スピンギャップがスペクトル形状に与える効果が大きいことが分かった。この研究は日本原子力研究開発機構の実験グループとの共同研究として成果が発表された。3、一次元モット絶縁体の光吸収スペクトルに対する電子格子相互作用の効果:強相関電子系における電子格子相互作用の効果を明らかにするため、当グループで開発した動的に拡張した密度行列繰り込み群法を用いて、一次元モット絶縁体の光吸収スペクトルを計算した。電子格子相互作用に起因する特長的な構造を得た。1,不純物を含む強相関電子系の共鳴非弾性X線散乱の理論分担者の筒井とともに精力的に研究を進めてきた遷移金属酸化物に対する共鳴非弾性X線散乱の研究を、不純物が存在する場合に拡張した。特に、銅酸化物中のニッケル不純物についての検討を進め、ドープされたホールがニッケルの周りの酸素サイトに入ることでスピン二重項状態作ることがわかった。また厳密対角化による非共鳴非弾性X線散乱のスペクトル計算を行った。現在、論文執筆中である。2、電子格子相互作用を持つ強相関電子系の光学応答分担者の松枝とともに、格子系と結合した強相関電子系、特に、モット絶縁体の光学応答スペクトルを、当グループが開発した動的に拡張された密度行列繰り込み群法を用いて計算した。レーザー光により励起されたモット絶縁体の励起状態の時間変化を計算し、その緩和プロセスについてのスピン・電荷・格子の自由度に関する知見を得た。3,有限温度での動的密度行列繰り込み群法の開発多項式展開法と基底ベクトルに対するサンプリングの手法を応用して、有限温度での動的密度行列繰り込み群法を開発した。この手法は低温領域で有効である。電子格子相互作用を持つハバード模型に適用して一次元モット絶縁体の光学吸収スペクトルを計算するプログラムを開発した。
アクチンフィラメントの協同性とその機能的意義:急速凍結レプリカ法による構造解析

本課題においては、急速凍結フリーズ・レプリカ電子顕微鏡法を用いてアクトミオシン滑り運動中の一瞬の姿を捉え、クロスブリッジの3次元構造変化を解析する一方、従来は単なるレールとしてしか想定されてないアクチン・フィラメント側に起きる構造変化も視野に入れ、滑り運動の分子機構を総合的に探ることを目標とした。レプリカ試料を対象とする3次元再構成法はほぼ完成したが、分子内部の構造変化を探れるネガティブ染色試料への適用の目処が立った。またアクチンやミオシン頭部のように原子座標が判明している場合には、そのレプリカ像をコンピュータ・シミュレーションにより予測する手法を開発した。それらの手法により、アクトミオシンのフリーズ・レプリカ像を解析した。硬直複合体中でのミオシン頭部の構造はX線結晶回折データからの予測とほぼ同等であったが、滑り運動中には、レバーアーム首振り説により想定される分子の屈曲は見られず、逆方向に曲がる粒子が大多数であった。その構造はADP存在下で2価性試薬により架橋したミオシン頭部に酷似する。両者の表面に見られる凹凸のプロファイルをシミュレーション画像とのパターンマッチングにより定量的に比較した結果、一致度は非常に高く、ミオシン頭部が従来の説から予想される方向とは逆に屈曲することは確実となった。これらの観察結果は従来型のレバーアーム首振り説とは相容れず、それを説明する新たな構造変化を考えざるを得ない。一方、滑り運動中にはアクチン・フィラメントが剪断され易くなる。ミオシン結合部位の前後でアクチンのらせん構造を比較すると、その位相が微妙にずれていた。アクチン・フィラメントは振れの力に弱いことが判明しており、滑り運動中にはその方向の力が生じると考えられる。観察されたすべての構造変化の情報を取り込んで、滑り運動の作動機構に関する新たな作業仮説を構築した.その実験的検証は今後の課題である。われわれは、急速凍結フリーズ・レプリカ電子顕微鏡の特長を利用して、溶液内あるいは細胞内で機能遂行中の1個1個の蛋白質の一瞬の姿を捉え、その立体構造を精密に解析する一連の手法の開発と応用を進めている。具体的方法として、レプリカ像からの3次元再構成、そして原子構造既知の蛋白質やその複合体に想定されるレプリカ像のコンピュータ・シミュレーションを行ってきた。本年度は、in vitro滑り運動中のウサギ・アクトミオシン複合体試料中でしばしば観察され、アクチンフィラメントを抱き込む形で結合するミオシン頭部の構造解析を行った。ミオシン頭部はATP結合により強く屈曲することが知られ、そのX線結晶構造が発表されている。またミオシンATPaseのさまざまな反応中間体アナログを形成する金属イオン/ADP複合体でも類似の構造を取ると考えられている。しかし、これらの構造から予測されるシミュレーション画像は上記のアクチン結合ミオシンの画像とは合致しなかった。そこで、不安定な中間状態において2価性試薬(pPDM)で化学架橋を施したミオシン頭部のレプリカ画像を捉え、その3次元構造を解析したところ、滑り運動中のアクチン結合ミオシンの画像と酷似することが判明した。その構造は上記の結晶構造のレバーアーム部分をほぼ逆方向に回転させることにより得られるものであった。一方、pPDMで架橋したホタテ貝ミオシン頭部のX線結晶構造がごく最近発表され、ADP結合ミオシンに近いと結論されているが、その構造はわれわれが見出したものとは全く異なる。

ウサギ・ミオシンではpPDMによる架橋はSH-1、SH-2と称される2個のチオール基をつなぐが、ホタテ貝ミオシンではSH-2とリジンが架橋されることが分かっている、これらのことから種の異なるミオシンの架橋産物が別の構造を取っているものと考えれば説明可能であろう。軽鎖中のSH基に入れた蛍光標識のスペクトルの特徴も同様のことを示唆している。本課題においては、急速凍結フリーズ・レプリカ電子顕微鏡法を駆使してアクトミオシン滑り運動中の一瞬の姿を捉え、クロスブリッジの3次元構造変化を解析する一方、従来は単なるレールとしての役割しか想定されてないアクチン・フィラメント側に起きる構造変化も視野に入れ、滑り運動の分子機構を総合的に探ることを目標とした。レプリカ試料を対象とする3次元再構成法はほぼ完成したが、今後は、分子内部の構造変化を探ることを目指し、ネガティブ染色試料にも適用できるように改良中である。またアクチンやミオシン頭部のように原子構造が判明している場合には、そのレプリカ像をコンピュータ・シミュレーションにより予測する手法を開発した。現在、それを実際の像と比較して微妙な構造変化を定量的に評価する方法を開発している。それらの手法により、アクトミオシンのフリーズ・レプリカ像を解析した。硬直複合体中でのミオシン頭部の構造はX線結晶回折データから予測されているものとほぼ同等であったが、滑り運動中には、レバーアーム首振り説により想定される分子の屈曲は見られず、逆方向に曲がる粒子が大多数であった。その構造はADP存在下で2価性試薬により架橋したミオシン頭部に酷似する。両者表面の凹凸プロファイルをシミュレーション画像とのパターンマッチングにより定量的に比較した結果、一致度は高く、ミオシン頭部が予想と逆方向に屈曲することは確実である。一方、滑り運動中にはアクチン・フィラメントが剪断され易くなる。ミオシン結合部位の前後でアクチンのらせん構造を比較すると、その位相が微妙にずれていた。アケチン・フィラメントは捩れの力に弱いことが判明しており、滑り運動中にはその方向の力が生じると考えられる。観察されたすべての構造変化の情報を取り込んで、滑り運動の作動機構に関する新たな作業仮説を構築した。現在、それを実験的に検証する手段を検討中である。
乾燥加熱を利用した糖リン酸化によるホエータンパク質の高機能化

これまでの研究から、乾燥加熱を利用した糖リン酸化によってホエータンパク質分離物の熱安定性、乳化安定性、ゲル化特性、およびリン酸カルシウム可溶化能が改善されること、β-ラクトグロブリン(β-Lg)の抗原性が減少されること、およびα-ラクトアルブミン(α-La)の抗炎症作用が強化されることが示唆された。本年度は、糖リン酸化によるα-Laの抗炎症作用の強化メカニズムを調べた。リポポリサッカライドによってマクロファージ様THP-1細胞より産生される炎症促進性サイトカイン、TNF-αとIL-1βのmRNA発現レベルをリアルタイムPCR法により調べた。TNF-αの発現レベルは未処理α-Laで若干減少し、糖化、および糖リン酸化α-Laによってさらに減少したが、IL-1βmRNAの発現レベルへの影響は認められなかった。次に、α-Laサンプルの酵素消化ペプチドで炎症促進性サイトカインのmRNA発現レベルを調べたところ、TNF-α発現レベルへの影響は酵素消化後も同程度だった。しかし、IL-1βm RNA発現レベルは、未処理α-Laのペプチドでは影響は認められなかったが、糖化、および糖リン酸化α-Laのペプチドでは減少した。続いて、糖リン酸化α-Laの酵素消化ペプチドを等電点電気泳動により分画回収した。大腸菌発現系を用いて糖鎖修飾のないオボアルブミン(OVA)を調製し、OVAの糖鎖にどの程度リン酸基が結合しているか調べたところ、1日間乾燥加熱によってOVAのポリペプチド鎖に0.46%、糖鎖に0.25%のリン酸基が導入された。ポリペプチド鎖および糖鎖のリン酸化によってOVAの構造は部分変性した。糖鎖に結合したリン酸基もまたOVAの熱安定性を改善した。乾燥加熱を利用して大豆タンパク質分離物(WSP)をリン酸化したところ、WSPの熱安定性、乳化特性、起泡特性、およびゲル化特性が改善された。これまでの研究において、乾燥加熱を利用した糖リン酸化によってホエータンパク質分離物の熱安定性、ゲル化特性などの機能特性が著しく改善された。また、糖リン酸化によるβ-ラクトグロブリンの構造変化および抗原性とレチノール結合性の変化を調べた。そこで本研究では、ホエータンパク質中の2番目に主要なタンパク質成分であるα-ラクトアルブミン(α-La)を糖リン酸化し、その構造および生理機能特性に及ぼす影響を調べた。糖リン酸化によってα-Laは効果的にリン酸化された。円偏光二色性分散分析の結果から、糖リン酸化によるα-Laの二次構造の変化は小さいことが示唆された。しかし、トリプトファン蛍光スペクトルおよび示差走査熱量の測定結果から、糖リン酸化によってα-Laの三次構造は有意に変化していることが示唆された。糖リン酸化によってα-Laのアポトーシス活性は減少したが、リポポリサッカライド刺激による人単球性細胞からの炎症性サイトカイン産生を指標とした抗炎症作用は強化され、さらに、リン酸カルシウム可溶化能が付与された。また、糖リン酸化によってα-Laの抗原性は有意に減少した。糖リン酸化による卵白タンパク質の機能特性に及ぼす効果を調べたところ、その熱安定が改善され、リン酸カルシウム可溶化能も付与された。さらに、糖リン酸化により抗原性が減少することも明らかになった。次いで、乾燥加熱により導入されたリン酸基の結合様式について調べた。酸性タンパク質の方が塩基性タンパク質よりリン酸化されやすく、さらにポリ-L-リジンが著しくリン酸化されたこと、およびから31P NMRスペクトル分析の結果から、O-P結合の他、N-P結合も示唆された。乾燥加熱によりリン酸化したオボアルブミンおよびリゾチームをトリプシン消化して得られたペプチドをマススペクトル分析して、リン酸化ペプチドを同定した。また、導入されたリン酸基の結合様式は、O-P、O-PP、とO-PPP結合であることが示唆された。

大腸菌発現系を用いて糖鎖修飾のないオボアルブミン(OVA)を調製し、OVAの糖鎖にどの程度リン酸基が結合しているか調べたところ、1日間乾燥加熱によってOVAのポリペプチド鎖に0.46%、糖鎖に0.25%のリン酸基が導入された。ポリペプチド鎖および糖鎖のリン酸化によってOVAの構造は部分変性した。糖鎖に結合したリン酸基もまたOVAの熱安定性を改善した。乾燥加熱を利用して大豆タンパク質分離物(WSP)をリン酸化したところ、WSPの熱安定性、乳化特性、起泡特性、およびゲル化特性が改善された。
精子幹細胞を標的にしたトランスジェニック爬虫類の作製

本研究課題では、成体オスの精巣に存在する精子幹・前駆細胞に外来遺伝子を導入することでトランスジェニック爬虫類の作製を試みた。直鎖状にしたRFP発現ベクターおよびトランスポゾン配列を持つGFP発現ベクターをソメワケササクレヤモリ精巣に注入し、電気穿孔法による遺伝子導入を行った。遺伝子導入10日目に精巣を単離したところ、精細管内にRFPおよびGFP発現細胞が確認された。またF1個体の組織を単離しジェノタイピングを行ったところ、1個体においてRFP遺伝子の増幅が確認された。今後、遺伝子導入効率をさらに上昇させることで、簡便なトランスジェニック爬虫類の作製が可能であると推測される。トランスジェニック爬虫類の作製技術確立のため、本年度は成体オスヤモリの精巣への遺伝子導入とF1個体への導入遺伝子の伝播の有無について検討した。導入遺伝子として、HindIIIにて直鎖化した発現ベクターpCAGGS-mRFP 0.2ug/uLおよび酵素未処理のTol2トランスポゼース(pT2TPおよびpT2AL-EGFP:1.0 ug/uL)をリン酸緩衝液に溶解し、すべて等量に混合した。その後、オスのマダガスカル産ソメワケササクレヤモリ(130822, 2013年8月22日孵化)を吸入麻酔(イソフルラン、麻酔誘導4%, 400mL/h)にて全身麻酔し、腹部を切開して精巣を露出させた。顕微鏡下で発現ベクター溶液を充填したガラスニードルを精巣内に突き刺し、マイクロインジェクターによってDNAを注入後、円盤状電極で精巣を挟み電気穿孔を行った。電気穿孔条件は28V, 50ms pulse on, 950ms pulse off, decay 0%,で、6回の電気パルスで遺伝子を導入した。両精巣に電気穿孔を行った後、抗生物質入りの緩衝液を腹腔内に満たし腹部を縫合、0.1mLのキシロカインを注入しホットプレート上にて蘇生させた。当初最も危惧していた手術中および術後の死亡は回避することができた。一ヶ月後、3匹のメスヤモリ(140202-1,-2, -3)と交配させ、現在までに6個の胚を回収した。胚は蛍光顕微鏡下にてGFPおよびRFPの発現の有無を検討したが、現在までに蛍光遺伝子の発現が確認された胚は無い。また、胚よりゲノムDNAを採取し、PCRによるジェノタイピングを行ったが、現在までに発現ベクター由来の遺伝子の増幅は確認されていない。本研究では医学・生物学研究の新しいモデル動物としてのトランスジェニック爬虫類作製技術の確立を目標とし、平成27年度は前年度に引き続きソメワケササクレヤモリ成体雄精巣へのプラスミドDNAの電気穿孔法による導入とメス個体との交配、産卵された卵からの胚の採取とジェノタイピングを行った。使用したプラスミドは前年と同様に直鎖状にしたmRFPベクターおよびTol2トランスポゾンGFPベクターを使用した。ジェノタイピングに使用していたGFPおよびRFPプライマーがヤモリジェノミックDNA配列を認識してしまうことが判明したため、様々なプライマーを設計しPCR条件を検討した結果、外来遺伝子を特異的なサイズで増幅・認識できるプライマーセットを選別することができた。現在までに8個体のF1胚のジェノタイピングを行った結果、1個体にてmRFPプライマーで特異的に増幅されるバンドが検出された。また、別の2個体で、GFPプライマーによるPCR産物の増幅が確認された。これらの個体について頭部および体幹部の凍結切片を作製し、mRFPおよびGFPに対する抗体を用いて免疫組織科学的手法により外来遺伝子の発現を検討したが、いずれの個体も蛍光タンパク質の発現は確認できなかった。従って、外来遺伝子が雄精子幹・前駆細胞のゲノムに挿入されたが、ゲノムの位置効果あるいはエピジェネティックな修飾により発現が抑制された可能性が示唆され、現在確認中である。また、別個体の雄を用いて精巣への電気穿孔を行い1週間後に精巣を摘出し、蛍光顕微鏡にて観察した結果、精細管内部にmRFPおよびGFPの発現を確認することができた。以上の結果を総合すると、爬虫類の成体雄精巣への遺伝子導入によるトランスジーンの次世代への伝播は不可能では無いが、今後はより遺伝子導入効率の高いウイルスベクターの使用や産卵能力の高いメス個体の準備が必要であると思われる。当初計画していたよりもメスの産卵数が少なく、また交配したメス3匹のうち2匹が産卵中に死亡した(死亡原因は不明)。またジェノタイピングの条件検討が非常に困難で、導入遺伝子のPCR擬陽性が多く判定に時間を費やした。最大の問題はヤモリのゲノム情報が公開されていないため、設計したプライマーに類似した内在性ゲノム配列の有無を検討できない点にあった。

神経発生生物学今後、さらに数匹の未成熟オス個体に遺伝子導入を行った後、精巣を単離してどの程度外来遺伝子が導入されているかを検討する。またF1個体への外来遺伝子の伝播を引き続き検証するとともに、初期胚に対してレンチウイルスを感染させることによる遺伝子導入が可能かどうかを検討する。ジェノタイピングPCR条件に関しては、新たなプライマーを数種設計して現在条件検討を行っている。プライマー配列の妥当性に関しては理研CDBのヤモリゲノムプロジェクトと共同研究を行うことも検討している。
複製エラー誘導能に基づくヌクレオシド、ヌクレオチド抗ウイルス剤の開発

1.ヌクレオシドアナログ、リボヌクレオチド(rNTP)アナログの合成。N^4-ヒドロキシシチジントリリン酸、N^4-メトキシシチジントリリン酸、並びにN^4-メチルシチジントリリン酸の合成法を確立し、信頼できる標品を得た。これを用いて、T3ファージポリメラーゼを用いた取り込みを調べた。その結果、ヒドロキシシチジンとメトキシシチジンはウリジンの代わりにRNA合成系に加えた時にRNA合成が起こることがわかった。一方、メチルシチジンはグアノシンの相手としてのみRNA鎖の伸長を促進する。生成したRNAを酵素分解してHPLCで分析し、確かにこれらアナログが取り込まれていることを証明した。2.ヒトRNAポリメラーゼとHIV逆転写酵素と用いたモデル系の研究。N^4-ヒドロキシシチジントリリン酸、N^4-メトキシシチジントリリン酸、並びにN^4-メチルシチジントリリン酸が取り込まれたRNAを調製し、HIV逆転写酵素のモデルとして、AMV逆転写酵素を用いて逆転写されたDNAを調製し、PCR後DNAシークエンサーにより解析した。その結果、N^4-ヒドロキシシチジンが逆転写の際高い頻度でエラーを起こすことを見いだした。3.種々のアナログの抗エイズウイルス効果。有望な新規アナログを見いだしたが、現在さらに検討中である。4.RNAウイルス、およびそのRNAポリメラーゼに対する作用。ポリオウイルスとB型肝炎ウイルス由来ポリメラーゼによるトリリン酸体の取り込みを解析した。5.NTP-キトサン複合体の調製法の研究。トリリン酸体を固定化した場合の安定性を高めるための更なる方策が必要であることが分かった。イソグアノシントリリン酸の合成を進めている。2.ヒトRNAポリメラーゼとHIV逆転写酵素を用いたモデル系(In vitro HIV replication model(II))の構築とこれを用いて種々の変異原性ヌクレオチドアナログの変異誘導能をスクリーニング。高いヒトRNAポリメラーゼ活性を得るべく検討中である。3.supF遺伝子の塩基配列決定によるモデル系での複製エラー蓄積の観察。変異原性アナログの添加により変異頻度の上昇が見られ、この方法の有効性が証明された。4.種々のアナログの抗エイズウイルスに対する作用。変異原性アナログによる抗HIV活性測定の方法確立を目指して実験を行っている。5.RNAウイルス、およびそのRNAポリメラーゼに対する作用。ポリオウイルスおよびC型肝炎ウイルス(HCV)のRNAポリメラーゼをこれらの遺伝子を持つ大腸菌を用いて精製し、アナログの取込みを調べた。ポリオポリメラーゼを用いた実験では、KTPが、ATPとGTPの代わりに効率的に取り込まれた。また、N^4-hydroxyCTPや4-semicarbazideCTPなどがCTPとUTPの代わりに取り込まれ、両義的な取込みが確認された。これらアナログは、ウイルスの複製時に正常な塩基と競合的に取り込まれ、突然変異を誘発することによりウイルスの感染能力を低下させることが期待される。また、HCVポリメラーゼでもKTPが効率よく取込まれることが示された。6.NTP-キトサン複合体の調製法の研究。NTPの安定な複合体化が予想より困難であることが分ったので方法の改良を試みている。

一方、メチルシチジンはグアノシンの相手としてのみRNA鎖の伸長を促進する。生成したRNAを酵素分解してHPLCで分析し、確かにこれらアナログが取り込まれていることを証明した。2.ヒトRNAポリメラーゼとHIV逆転写酵素と用いたモデル系の研究に関しては、ヒトRNAポリメラーゼの利用について検討中である。現在のところは、ファージRNAポリメラーゼとAMVウイルス逆転写酵素使ったモデル系で上記のトリリン酸体の変異誘導能を確認中である。3.種々のアナログの抗エイズウイルス効果。有望な新規アナログを見いだし、抗エイズウイルス作用を調べる予定である。4.RNAウイルス、およびそのRNAポリメラーゼに対する作用。ポリオウイルスとB型肝炎ウイルス由来ポリメラーゼによるトリリン酸体の取り込みを解析している。5.NTP-キトサン複合体の調製法の研究。トリリン酸体を固定化した場合の安定性に問題があり、まだ解決していない。トリリン酸体の安定な固定法の確立を目指し、引き続き検討中である。
新たな手法によるパラミクソウイルス媒介膜融合の分子機構の解析

パラインフルエンザ5型ウイルスとシミアンウイルス41のF蛋白のキメラ解析により, F蛋白頭部表面の5つのドメインに属する21個のアミノ酸がHN蛋白のストーク領域との機能的相互作用を媒介することにより,細胞融合が誘導されることを明らかにした。さらに,この機能的相互作用はHN蛋白のストーク領域の立体構造に依存することが示唆された。一方,二分子蛍光相補性法による解析により,細胞融合融合にともなうHN蛋白とF蛋白の物理的相互作用はF蛋白の解裂だけではなく構造変化にも依存していることが明らかになったが,生理的条件下ではその親和性が弱いか,あるいは極めて短時間しか生じないことが示唆された。(1) PIV5およびSV41のF蛋白のキメラ解析と変異解析を行った結果, PIV5のF蛋白の頭部領域の21個のアミノ酸をSV41のF蛋白の対応アミノ酸で置換した変異F蛋白はSV41のHN蛋白と機能的相互作用して細胞融合を誘導する能力を獲得するかわりに, PIV5のHN蛋白と機能的に相互作用する能力を失っていることを見出した。一方, PIV5のF蛋白はムンプスウイルス(MuV)のHN蛋白とも機能的相互作用できることを既に報告しているが,興味深いことに,上記の変異F蛋白はこの能力を保持していることが判明した。(2)二分子蛍光相補性法を用いて, HN蛋白とF蛋白の物理的相互作用を解析した。そのために, PIV5あるいはSV41のF蛋白の細胞内領域に蛍光蛋白(Venus)のC末側半分を付加したもの,一方, PIV5あるいはSV41のHN蛋白の細胞内領域にVenusのN末側半分を付加したものを作製した。これら4種類の蛋白を用いて, BHK細胞における共発現系で解析したところ,すべてのHN-Fの組み合わせで蛍光が認められたが,いずれのF蛋白も系統的に遠縁であるHPIV1のHN蛋白,あるいは細胞の膜蛋白であるCD98との共発現でも蛍光を発することが判明した。そこで, VenusのN末側半分の150位,一方, C末側半分の201位にアミノ酸変異を導入したものを作製して,同様の解析を行った結果,上記のようなVenusの非特異的会合が見られなくなり,細胞融合の起こる組み合わせ(例えば, SV41のHN蛋白とF蛋白)でのみ蛍光が認められた。ただし,この蛍光は37°Cでは観察されず, 25°Cまで温度を下げないと認められないことから, HN蛋白とF蛋白の物理的相互作用は,生理的条件下では極めて親和性が弱いこと,あるいは極めて短時間しか生じないことが示唆された。昨年度の本研究により, PIV5のF蛋白の頭部領域にある21個のアミノ酸をSV41のF蛋白の対応アミノ酸で置換したキメラF蛋白(No.36)は, PIV5のHN蛋白とではなく, SV41HNのHN蛋白と機能的に相互作用して細胞融合を誘導することを明らかにした。一方, HN蛋白に関しては,頭部ではなくストーク領域がF蛋白との機能的相互作用に関与していると考えられている。そこで, SV41のHN蛋白の頭部を欠損させた短縮型HN蛋白にFLAGタグを付加したもの(SV41HN HL-FLAG)を作製し,その細胞融合促進能を解析したところ, PIV5のF蛋白とではなくSV41HNのF蛋白と機能的相互作用して細胞融合を誘導したが,予想に反してNo.36との機能的相互作用は認められなかった。また, SV41のHN蛋白の頭部を欠損させた短縮型HN蛋白にFLAGタグを付加したもの(PIV5HN HL-FLAG )を発現させた場合には, SV41HNのF蛋白とではなく, PIV5のF蛋白と機能的相互作用して細胞融合を誘導し,予想どおりNo.36との機能的相互作用は認められなかった。しかし興味深いことに, PIV5HN HL-FLAGからFLAGタグを除いたもの(PIV5HN ST)は, No.36と機能的相互作用して細胞融合を誘導した。SV41のHN蛋白のストーク領域とヒトパラインフルエンザウイルス2型(hPIV2)の頭部領域をもつキメラHN蛋白は, hPIV2のF蛋白とではなくSV41HNのF蛋白と機能的相互作用して細胞融合を誘導したが, No.36との機能的相互作用は認められなかった。以上の結果から, HN蛋白のストーク領域のみでなく頭部領域もF蛋白と機能的相互作用に関わっていること,また,この頭部領域がストーク領域の立体構造あるいは可塑性に影響を与えることにより, F蛋白と機能的相互作用を制御していることが示唆された。(1) HeLa細胞における蛋白発現系において, PIV5のF蛋白の5つのドメイン(B, M1, M2, M3, M4)をSV41のF蛋白の相同ドメインで置換したキメラF蛋白は, SV41のHN蛋白と共発現させると膜融合を誘導できるが, PIV5のHN蛋白との共発現では膜融合を誘導できないことを明らかにした。

この5つのドメイン内にはSV41のF蛋白由来のアミノ酸が41個含まれていたので, (HeLa細胞よりも細胞融合を起こしやすいことが判明した)BHK細胞を用いて変異解析を行った結果, SV41のHN蛋白に対する特異性を失わせることなく,これを26個にまで減らすことに成功した。すなわちこれらのアミノ酸群(全蛋白の5%に相当)がHN蛋白との特異的な機能的相互作用に関わっていることを明らかにした。(2)上記の知見に基づいて光架橋法(RSPC)によるHN-F相互作用解析を行うために,まずPIV5のF蛋白やM(1+2)を単独で発現させたBHK細胞に光反応基を持つアミノ酸を添加し, de novoに合成されるF蛋白にこれらのアミノ酸を代謝的に取り込ませた。発現操作開始後12時間に紫外線を照射してSDS-PAGEおよびウェスタンブロットで解析したところ,いずれの蛋白でも3量体が検出された。すなわち,本来3量体であるF蛋白のモノマー間の架橋をRSPC法によって実現することができた。そこでM(1+2)とSV41のHN蛋白を共発現させたところ,予想に反して両蛋白の架橋は検出されなかった。HN蛋白(4量体)とF蛋白(3量体)の一対一複合体はかなりの高分子であるが,昨年解明されたHN蛋白の結晶構造から, HN蛋白一分子あたり,二分子のF蛋白が結合しうることが明らかとなっており,架橋によって解析限界を越えた超高分子が生成した可能性がある。光架橋(RSPC)法を用いたHN蛋白とF蛋白の物理的相互作用の検出が難航しているため。ただし平成24年度の研究実績の概要に記したように,二分子蛍光相補性法の解析結果から,光架橋法においても従来の条件(生理的条件)では検出できない可能性があることから,検出条件の改善の余地はあるものと考えている。(1)平成24年度の研究実績の概要に記したように, SV41のHN蛋白と機能的に相互作用して細胞融合を誘導する能力を獲得しているが, PIV5のHN蛋白との機能的相互作用能を失った変異PIV5F蛋白はMuVのHN蛋白と機能的相互作用する能力を保持している。そこで,これら3種類のウイルスのF蛋白のアミノ酸配列を比較解析してMuVのHN蛋白との交差反応性に関わるアミノ酸群を特定し,点変異導入法によってその検証を行う。(2)二分子蛍光相補性法を用いてSV41のHN蛋白と各種の変異PIV5 F蛋白との物理的相互作用を解析し, SV41のHN蛋白と機能的に相互作用する能力を獲得した変異PIV5 F蛋白が,物理的にもSV41のHN蛋白と相互作用する能力を獲得しているか否かを検証する。(3)光架橋法を用いてSV41あるいはPIV5のHN蛋白とF蛋白の物理的相互作用を解析する。平成24年度の研究実績の概要に記したように,生理的条件ではこの相互作用を検出できない可能性が高いことから,低温での検出を試みる。また,従来の化学架橋法を用いて同様の解析を行う。検出系が確立できた暁には,変異PIV5 F蛋白とSV41のHN蛋白との機能的相互作用と(架橋法で検出した)物理的相互作用とが相関するか否かを検証する。光架橋法(RSPC)における紫外線照射時間や電気泳動の条件を改善するとともに,ゲル濾過や密度勾配遠心法などの電気泳動法以外の検出系を用いることにより, HN-F複合体の検出を試みる。
協調学習における形成的評価ガイドラインの開発

本研究の目的は,協調学習における学習者の形成的評価項目を作成することである.まず形成的評価の観点と学習支援方略の一般性を検証し,次に形成的評価の観点と学習支援方略の信頼性・妥当性の検討を行った.さらに学習活動における社会的側面と認知的側面の関係性を明らかにした.その結果,認知的活動の円滑さを評価するための社会的側面の指標として,表現力,解読力,関係調整,自己主張,他者受容の5項目が同定できた.本研究の目的は,協調学習における学習者の形成的評価項目を作成することである.まず形成的評価の観点と学習支援方略の一般性を検証し,次に形成的評価の観点と学習支援方略の信頼性・妥当性の検討を行った.さらに学習活動における社会的側面と認知的側面の関係性を明らかにした.その結果,認知的活動の円滑さを評価するための社会的側面の指標として,表現力,解読力,関係調整,自己主張,他者受容の5項目が同定できた.本研究の最終目的は,協調学習における学習者の形成的評価項目を作成することである.初年度である平成18年度は,先行研究(大島ら,2006)で明らかになっている形成的評価の観点と学習支援方略の一般性を検証し,汎用性の高い評価指針と支援方略の開発のための基礎作りを行った.まず,先行研究をもとに評価項目を作成し,異なる学習コンテンツや学習者集団を対象とした大学講義において,作成した評価項目を用いて形成的評価と学習支援を行った.そしてそのような実践データの収集と分析を行い,先行研究との比較検討を行った.具体的には,大学講義1つについて,データの収集を行った(2007年3月).対象講義の選定にあたっては,a)協調学習を学習形態の中核に置いていること,b)協調学習の実施にある程度の実績を持つ教員の講義であることを基準とし対象講義の選定を行った.その結果,先行研究とは異なる大学の集中講義においてデータ収集を実施した.また,講義中に用いられるマルチメディア教材や協調学習支援環境(CSCL)に関連した学習支援方略について詳細に検討するために,いくつかの実践授業を対象として,収集されたデータをもとに分析・検討を行った.以上の研究成果は雑誌論文,学会発表などの形で報告された(研究発表欄参照).本研究の最終目的は,協調学習における学習者の形成的評価項目を作成することである。初年度である平成18年度は,先行研究(大島ら,2006)で明らかになっている形成的評価の観点と学習支援方略の一般性を検証し,汎用性の高い評価指針と支援方略の開発のための基礎作りを行った。本年度である平成19年度では,前年度からの継続という形で形成的評価の観点と学習支援方略の信頼性、妥当性の検討を行った。さらにこの検討を元に学習支援方略の指針作りを開始した。具体的には,協調学習揚面において用いられる学習支援システム上に形成的評価のための支援ツールを搭載し,さらに形成的評価専用のワークスペースをシステム上に設け,授業実施中の評価活動を円滑に行うための環境を整えた。これにより教員やメンターなどの学習支援者が,机間巡視や支援活動において直接的に得られた学習者や学習活動に関するデータ(所見)と,学習支援システム上に記録された学習の成果物を連携させながら形成的評価を行うことを可能にした。さらに,この支援ツールとワークスペースの効果を検証するため,講義内容や学習支援者の数,クラスサイズなどが異なる3つの講義において試験的な利用を行った。本研究の目的は,協調学習における学習者の形成的評価項目を作成することである.初年度である平成18年度は,先行研究(大島ら,2006)で明らかになっている形成的評価の観点と学習支援方略の一般性を検証し,汎用性の高い評価指針と支援方略の開発のための基礎作りを行った.第2年度である平成19年度では,前年度からの継続という形で形成的評価の観点と学習支援方略の信頼性・妥当性の検討を行った.これらを受け平成20年度では,引き続き実践授業においてデータ収集と分析を行うことで評価項目の信頼性・妥当性の検討を行った.学習活動における社会的側面を分析する指標としてENDCOREsモデル(藤本ら,2007)を,認知的側面を分析する指標として大島ら(2006)の「人-道具-課題」の関係を用い,認知的側面と社会的側面の関係性を明らかにすることを試みた.その結果,認知的活動を円滑に進めていく上で,表現力,解読力,関係調整,自己主張,他者受容5つの評価項目が同定できた.特に認知的活動のうち,より基本的な議論進行に関してこれらの指標が有効であることが示唆された.
唾液検査を用いた歯科保健指導と禁煙指導を組み合わせた妊婦健康指導の開発

妊婦及び子育て期間中の女性の健康維持・増進を目的に禁煙支援、歯周病の早期発見を推奨していく目的で健康指導法の開発を目指し、研究活動を行った。子育て期間中の女性を対象に半構成面接にて日常の情報収集手段や活用状況について調査を行った。結果から子育て期間中の女性はホームページや携帯電話サイトからの禁煙支援に関する情報提供を要望していることが明らかになった。健康指導の実践の1つとしてホームページ「妊婦禁煙支援サポート室」を開設し妊婦及び子育て期間中の女性への健康指導に利用した。1.研究の意義、重要性本研究は妊婦の健康の保持・増進を目的として、歯科保健と禁煙支援の視点からの健康教育法の開発左目指している。歯科保健、禁煙支援は共に少子高齢化が促進する日本の将来を守るために重要な事項である。妊娠中の歯科保健、禁煙支援を促進する研究は妊娠中のみならず母子の将来の健康を守ることに繋がる研究である。2.主な活動結果全国禁煙アドバイザー講習会に参加し妊婦の喫煙状祝の情報収集と禁煙活動している研究者と情報交換をした。次に歯科保健分野の研究者と交流をもち妊婦の歯科保健と禁煙支援についてディスカッションする機会をもった。また妊婦の喫煙について研究経験のある研究者と健康教育法について討論を行った。そして健康教育法を開発するための資料収集と材料準備を行った。2.得られた結果健康日本21の達成目標に「喫煙が及ぼす健康影響についての十分な知識の普及」と「禁煙プログラムの普及」が挙げられ禁煙活動が勧あられつつあることとかち、妊娠判明後に禁煙を実行し用産時には禁煙しでいる女性がいる。しかし妊娠中に禁煙した女性が産後には再喫煙者になってしまう実熊券把握した。また妊娠中に喫煙の身体への影響について知識を得ていても禁煙できない妊婦が存在する。ところが妊婦対象にニコチンパッチなどのニコチン依存症治療薬を使用することは現時点で日本では禁忌である。つまり妊娠中に禁煙した女性には再喫煙を予防するための教育、妊娠中に禁煙できなかった女性には産後の卒乳後に本格的なニコチン依存症治療を開始するプログラムが必要であることが明ちかになった。妊娠中に実施した健康教育め効果が産後も継続するように何らかの工夫が必要であると考えられた。今後はこれらの結果をさらに発展させて妊婦の健康保持・増進を目的とした健康教育法を開発していけるよう努力していきたいと考えている。1.研究の意義、重要性母親の喫煙は受動喫煙も含めて早期産、低出生体重児出産のリスク上昇を招き、また出産後も子供の気管支喘息発症率、乳児突然死症候群の発症リスク上昇などを代表として多くの有害な影響があることが明らかになっている。そのため女性の喫煙は放置できない問題であり女性への禁煙促進は女性自身とその家族(胎児・子供、配偶者など)の健康の守ることにつながる活動である。また歯周病は歯の喪失2大原因の1つであり、歯周病早期発見を推進していくことは母子の健康を守るために重要なことである。本研究では子育て世代の女性に禁煙支援・歯周病早期発見を推奨する目的で健康教育法を開発するための活動を行った。2.研究成果(1)研究計画時には歯周病検診率の上昇を目的に唾液検査を用いた歯科保健活動を計画していたため、予備調査として歯科保健指導のニーズを把握するための実態調査を行った。その結果、妊娠中の歯科・歯周病検診は市町村行政の活動により年々、普及しつつあることが明らかになった。研究計画時に立案していた歯周病検診率の上昇を目標とした唾液検査使用の有効性は低い可能性があると考えられたため唾液検査の使用の有無については計画変更した。(2)次に子育て世代の女性にとって効果的な健康教育法の開発をするために、子育て期間中の女性(喫煙女性)に半構成面接にて禁煙支援関係の情報獲得手段と活用状況について調査した。結果から子育て世代の女性の多くは情報収集手段としてホームページ、携帯サイトの利用と答え、禁煙に関する情報についてもホームページ、携帯サイトでの情報提供を望んでいる実態が明らかになった。(3)最終的に子育て世代の女性の意見を反映してホームページ「妊婦禁煙支援サポート室」を作成し、ホームページを活用して健康教育の活動を行った。(4)今後の研究の展開として健康教育にホームページを活用した後の禁煙持続に関する効果の検証が必要であると考えている。
DNAデバイスの作成とリアルタイムAFMによるその動的挙動の解析

DNAの2本鎖形成能を分子デバイスへと利用する試みが近年盛んに行われている。光反応によるDNA損傷を効率よく引き起こすことは、光照射によりDNAの2本鎖の解離を誘導することが可能となりDNAを利用した分子デバイスの作成に有用であると考えた。DNAのチミンの誘導体であるブロモウラシルやヨードウラシルは配列によっては非常に強い光反応性を示す。光反応をDNAデバイスへと利用するために、ヨードウラシルの光反応性について調べた。ブロモウラシルの反応においてグアニンがブロモウラシルに対し電子供与体となることを明らかにしている。ヨードウラシルの反応においてもグアニンとヨードウラシルの距離を変えて反応させたところブロモウラシルと反応性において非常に類似性があることが分かった。例えば、GAAIUという配列で最も反応性が強いことが分かり、これよりも距離が遠くなると反応性は距離に依存して減少することを明らかにした。これは電子移動が電子供与体と受容体との距離に依存するためであり、ヨードウラシルの反応性も電子移動により反応が進行することを意味している。GAAIUよりも距離が短い場合、ヨードウラシル反応性が低くなったがこれは電荷分離後の逆電子移動反応によるためであることが分かった。さらに、ブロモウラシルとは異なる点としてヨードウラシルの光反応には電子移動の他にもホモリシスにより反応が進行することも明らかにした。グアニンがヨードウラシルに電子を与えるほど近い位置に存在している場合は、ヨードウラシルが電子を受け取りヘテロリシスにより、ヨードー炭素間の結合が脱離するが、グアニンが近傍の配列に存在しない場合、ホモリシスが主な反応経路になることを明らかにした。Sso7dは好熱性古細菌内においてDNAの構造を収納する働きのある蛋白である。Sso7dはDNAと複合体を形成することで、DNAを折り曲げる性質があることが知られている。我々は、この蛋白によるDNAを折り曲げはDNAを利用したナノ構造の制御のために利用できるのではないかと考え、その性質について詳細に検討を行った。光照射により化合物のコンフォメーションの転移は、光スイッチという制御方法へと利用することが可能であるため、我々は光照射時にSso7dがDNAに対してどのような影響を与えるのかを調べた。核酸の誘導体であるブロモウラシルを電子の受容体として光反応を行ったところ、Sso7dの結合によって反応性が増加した事から、Sso7dからDNAに対して電子を与えることが明らかとなった。さらに、この電子移動はDNAの損傷体であるチミンダイマーをも光回復できる事を明らかにした。Sso7dとプラスミドDNAの複合体形成をAFMを用いて観測を試みた。当初の予想として、Sso7dによりDNAの構造の折れ曲がりが見られるものと予測した。しかし、プラスミドDNAの構造が自由に曲がりやすく、蛋白の結合した場合でもその折れ曲がりを解消してしまうため、DNAのSso7dによる折れ曲がりが判断できなかった。よって、DNAデバイスに用いるには工夫が必要であり、これを今後の課題とする。また、ナノデバイスの構造転移のための動力部としてDNA aptamerの利用も検討しており、これらの構造をAFMを利用することで確認した。この構造の転移をリアルタイムAFMを利用することで確認することを次の目標にしている。