hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新たな天然薬用資源としての高等植物の潜在的二次代謝能の顕在化とその応用

本研究は、植物ホルモンの一種であるメチルジャスモン酸の刺激に呼応して高等植物の二次代謝活性が誘導される機構を解明し、それを有用物質生産に応用することを目的としたものである。細胞内情報伝達関連因子として、高等植物に特異的な単量体GTP結合タンパクであるRac型GTPaseをコードした遺伝子をクローニングし、これがジャスモン酸刺激の伝達に寄与することを示した。次いで、Rac型GTPase遺伝子を導入・過剰発現させることで細胞内情報伝達系を改変した植物体を作成し、この組み換え体の二次代謝能が顕著に活性化されることを見出した。平成24年度の研究実績は、Aquilaria microcarpaの培養細胞を材料に用い、情報伝達関連遺伝子としクローニングしたcalmodulin遺伝子Am-cam2に加えて、2種類のRac/Rop GTPase遺伝子のホモログ(Am-rac1、Am-rac2)のうちセスキテルペン生合成の誘導にかかわると思われるものとしてAm-rac2を選抜した。更に、site-directed mutagenesisの手法によって、Am-rac2の塩基配列に変異を導入し、その翻訳産物であるタンパクにGTPまたはGDPが結合したままとなるconstitutive active (CA)とdormant negative (DN)の2種類のmutated geneを構築した。これらのAm-rac2及びその変異導入遺伝子を、レポーターとしてGFPを含む発現ベクターに組み込み、培養細胞への遺伝子導入を行った。導入遺伝子の発現に関してはそれぞれの遺伝子を特異的に増幅するプライマーを用いたRT-PCRにより検討し、また、タンパクの発現レベルでは培養細胞にGFPの蛍光が観察されることで確認した。このように、A. microcarpaの培養細胞に、それぞれの遺伝子が的確に導入され、対応するタンパクを生成していることを明らかにした。現在cephotaxime、kanamycine添加培地上での培養による組み換え体の選抜を行っており、mutant strainの確立が間もなく完了する予定である。平成25年度の研究として、Aquilaria microcarpa培養細胞の情報伝達系を改変したmutant群を作成し、そのfarnesyl diphosphate synthase (AmFPPS)の転写活性を比較・検討した。A. microcarpaからクローニングした情報伝達関細胞内連遺伝子のうちセスキテルペン生合成の誘導にかかわると思われるものとして、calmodulin遺伝子Am-cam1とRac/Rop GTPase遺伝子Am-rac2、更に、Am-rac2の翻訳産物にGTPまたはGDPが結合したままとなるconstitutive active (CA)とdormant negative (DN)の2種類のmutated geneを作成してGFP-発現ベクターに組み込み、A. microcarpa培養細胞を形質転換後、選抜によってmutant strainを確立した。その後、それぞれの組み換え体のセスキテルペン生合成能を評価するため、RT-PCRによってAmFPPS遺伝子の転写活性を比較した。その結果、Am-cam1によって形質転換した細胞でのAmFPPS遺伝子転写活性が最も高く、ジャスモン酸処理したpositive controlの約1.2倍程度のレベルであった。Am-rac2並びにCA-Am-rac2の組み換え体も高い活性を示したが、Am-cam1のmutantの50%程度であった。また、DN-Am-rac2変異体におけるAmFPPS発現はpositive controlの約40%程度にとどまった。平成23年度の研究実績としては、Aquilaria microcarpaの培養細胞を材料として、まず、セスキテルペン生合成において共通の前駆体を供給するfarnesyldiphosphatesynthaseをコードした遺伝子(Am-FaPS1)の転写活性が、細胞内Ca関連試薬による処理によって顕著に上昇することをRT-PCRによって確認した。次いで、この培養細胞にジャスモン酸、Caイオノフォアあるいはさまざまな情報伝達関連阻害剤を添加し、Am-FaPS1の発現に及ぼす効果を同様に検討した。その結果、Caのほか、Rac/Rop GTPaseやユビキチンープロテアソーム系がジャスモン酸によるAm-FaPS1発現の誘導に関与することを見出している。また、情報伝達関連遺伝子として、4種類のcalmodulin遺伝子のホモログ(Am-cam1、Am-cam2 Am-cam3、Am-cam4)、2種類のRac/Rop GTPase遺伝子のホモログ(Am-rac1、Am-rac2)をクローニングし、さまざまな外部刺激に対するそれぞれの発現特性を解析することで、セスキテルペン生合成の誘導にかかわると思われるものを推定した。更に、レポーターとしてGFPを含む発現ベクターにこれらの情報伝達遺伝子を組み込み、培養細胞への導入のための条件検討を行ったうえで、トランスジェニック植物細胞の作製に着手している。Aquilaria microcarpa培養細胞を材料として、この植物が産生する芳香性セスキテルペンであるdelta-guaieneの生合成酵素(delta-guaiene synthase、以下、delta-GSと略記)をコードする遺伝子の転写活性の誘導条件について検討した。その結果、イーストエキスあるいはmethyl jasmonate (以下、MJと略記)で培養細胞を処理することで、delta-GS遺伝子の発現が顕著に誘導されることを見出した。

この転写活性は処理後30分を経過した時点で既に検出され、その後6時間程度は高いレベルを保つことが示された。次いで、RACE法によってdelta-GS遺伝子の全長を単離し、その翻訳領域(547アミノ酸)を大腸菌に導入してglutathione-S-transferaseとの融合タンパクとして生成するよう過剰発現させた。生成した組み換えタンパクをアフィニティカラムクロマトグラフィーにより精製し、基質であるfarnesyl diphosphateとMg2+存在下インキュベートして触媒特性を検討した。反応生成物を抽出してGC-MSで解析したところdelta-guaiene、alfa-guaiene並びにgermacrene Aの存在が確認された。一方、calmodulin遺伝子の導入により情報伝達系を改変したA. microcarpa培養細胞を作成したところ、イーストエキスやMJ刺激の非存在下でdelta-GS遺伝子の発現が認められた。この観察は、細胞内Ca-カスケード関連遺伝子の導入による情報伝達系の活性化によって、通常の状態では発現していない二次代謝関連遺伝子の転写が誘導されることを意味しており、この手法が高等植物の潜在的な天然物生産能を顕在化させるための新たな方法論となりうることを示すものと考えられる。植物分子生物学当初の計画では、平成23ー24年度はAquilaria属植物のセスキテルペン生合成をモデルとして、まず、細胞内Ca関連試薬による処理によりテルペン生合成関連遺伝子の転写活性が上昇することを確認し、次いで、様々な情報伝達関連阻害剤を用いた実験により、Caに加えてRac/Rop GTPaseやユビキチンープロテアソームによるタンパク分解系が寄与することの確認が目標であった。組換え植物の作製は、本来、平成25年度に取り掛かる予定であったが、Rac/Rop GTPaseに加えてpositiveあるいはnegativeに修飾した変異遺伝子の作成を行った上で発現ベクターの構築を完了した。更に、組み換え体の作成を既に終え、間もなく選抜が完了するところまで進展させることができた。これらの理由から、本研究の達成度は現時点で「当初の計画以上に進展している」と考えている。当初の計画では、組換え植物の作製は、本来、平成25年度に取り掛かる予定であったが、平成24年度のうちに発現ベクターの構築・組み換え体の作成を開始して選抜をほぼ完了し、解析のための変異体株を確保することができた。
グルコース感知受容体の機能解明：グルコース作用の新たな理解にむけて

グルコースはインスリン分泌を調節する最も重要な因子で、その作用機序については未だ不明な点も少なくない。申請者は膵β細胞においてグルコース刺激わずか数秒以内に様々な細胞内セカンドメッセンジャーが活性化されることを明らかにしてきた。この素早い応答は代謝を介した応答とは異なり、代謝阻害剤存在下においても抑制されず、非代謝性のグルコースアナログでも再現できた。したがって一連の素早い応答は「グルコース代謝非依存的な応答」であることが考えられる。また、これらのシグナル応答の一部はT1R3とCalcium Sensing Receptorを介していることも明らかにした。インスリン分泌を調節する最も重要な因子はグルコースで、その作用機構に関してはこれまで多くの研究がなされてきた。その中で申請者は膵β細胞のセカンドメッセンジャーの動態を可視化する測定系を確立し、その鋭敏な測定系を用いてグルコース応答性のシグナル伝達機構を解析してきた。その結果、以下のような特筆すべき結果を得た。膵β細胞の培養細胞株であるMIN6細胞においてグルコース刺激わずか数秒以内に細胞内Ca2+およびcAMPの上昇、ジアシルグリセロール(DAG)の産生亢進またプロテインキナーゼC(PKC)によるリン酸化の増強が惹起された。この素早い応答は従来知られているグルコースの代謝を介した応答とは異なり、代謝阻害剤存在下においても抑制されず、非代謝性のグルコースアナログでも再現できた。また、これらのシグナル応答の一部はGタンパク質共役受容体(GPCR)であるTaste receptor type 1 member 3(T1R3)を介していることが明らかとなった。T1R3 knockout(T1R3ko)マウスより単離したβ細胞での検討結果、グルコース応答性Ca2+上昇が抑制されることが分かった。またマウスの膵灌流実験においてT1R3の阻害剤グルマリンによりグルコース応答性インスリン分泌の第一相目ばかりでなく、第二相目も抑制することが明らかになった。またMIN6細胞の検討からグルコースによりグルコース感知受容体を活性化させるとATP産生が促進されることも分かった(Endocr. J., 61: 2, 2014)。このようにT1R3はグルコースを感知する受容体であることから、以降T1R3をグルコース感知受容体として検討を行う。膵β細胞においてグルコースは、Glut2を介して細胞内に流入する経路の他に、グルコース感知受容体を介して多様なシグナルを発生させ、代謝を促進し、ATP産生量を増強させ、最終的にインスリン分泌を促す。申請者は新規のグルコース応答性インスリン分泌の制御機構の解明を目指し、T1R3koを用いて、グルコース感知受容体より発生するシグナルの全貌を明らかにし、グルコース感知受容体と共役するGタンパク質およびその下流因子の特定を行い、グルコース感知受容体を介して促進するATP産生メカニズムの解明を目的として研究を進めてきた。その結果、T1R3koマウスの単離β細胞において、グルコース応答性のCa2+およびcAMPの上昇が抑制されることを明らかにした。興味あることに野生型マウスの単離β細胞では観察されたグルコース刺激直後の素早いCa2+応答がT1R3koマウスでは完全に消失した。この結果は、グルコースに対する素早い応答にT1R3が関与することを示唆する。グルコース感知受容体を介したATP産生メカニズムを明らかにするために薬理学的な検討を行った。その結果、この産生経路にはCa2+依存経路とCa2+非依存経路が存在することが分かった。現在、更なる詳細な検討を行い、この経路に関わる因子の特定を行っている。本年度は、グルコース感知受容体に関する検討を行い、2報の論文を報告することができた。一つは、グルコース感知受容体の候補遺伝子であるT1R3を介した細胞内ATP産生のメカニズムについてである(Li, L., et al., Endocr. J., 2016)。T1R3はスクラロースによって活性化され、グルコース代謝の賦活化することが分かっているが、どのようなシグナル伝達を介するかは不明であった。今回の検討により、スクラロースによるグルコース代謝賦活にはNa+流入が重要であり、Na+流入による細胞内ATP濃度の増加は引き続くCa2+流入を介すると考えられた。また一部はCa2+流入には依存せず、膜の脱分極そのものを介していると考えられた。もう一つはグルコース感知受容体の新たな候補遺伝子CaSRの同定である(Medina, J., et al., J. Biol. Chem., 2016)。我々は膵β細胞にグルコース感知性受容体が発現し、グルコース作用に関与することを報告してきた。今回新たなスクリーニング法を行うことにより、CaSRがグルコース感知受容体として機能することを明らかにした。HEK293細胞にCaSRを恒常的に発現させたHEK-CaSRを作製した。HEK-CaSRでは、極めて低濃度のグルコース(4mM)でCa2+上昇が認められた。薬理学的な検討結果より、このシグナル伝達経路には、Gqが関与することが分かった。また、CaSRが生理的な状態で機能することが知られている腎尿細管や副甲状腺の培養細胞であるMDCKやPT-rにおいてもグルコース刺激によりCaSRが活性化され細胞内Ca2+濃度上昇が認められた。

この結果は、CaSRが生理的条件下でグルコース刺激により細胞内Ca2+濃度上昇を惹起させることを示唆し、CaSRが新たなグルコース感知受容体であることを示唆した。本年度は、グルコース感知受容体の下流で働く因子の同定を行うことを計画し検討を行い1報目の論文を発表することができた。加えて次年度以降に計画として、グルコース感知受容体の新たな候補遺伝子を同定することに成功し、2報目の論文を発表することができた。以上理由から当初の計画以上に進展していると判断した。進捗状況は以下の通りである。今回はグルコース感知受容体を介した細胞内ATP濃度上昇のメカニズムに注目し、このシグナル伝達機構について検討を行った。本研究によりグルコース感知受容体を介した細胞内ATP濃度の増加、つまりグルコース代謝賦活にはNa+流入が重要であり、Na+流入による細胞内ATP濃度の増加は引き続くCa2+流入を介することが示唆された。また一部はCa2+流入には依存せず、膜の脱分極そのものを介していると示唆された。脱分極が代謝を賦活するメカニズムは明らかではないが、何らかの新規メカニズムの関与が考えられた。以上のことより、T1R3は極めてユニークな機構によりグルコース代謝を賦活化すると考えられた。これらの結果は、Endcor. J.に報告した(Li, L., et al., Endocr. J., 2016)。これまでグルコース感知受容体の候補遺伝子としてT1R3について報告した。今回は新たなスクリーニング法によりカルシウム感知受容体(CaSR)がグルコース感知受容体として機能することを報告した(Medina, J., et al., J. Biol. Chem., 2016)。現在、CaSRが膵β細胞においても、グルコース感知受容体として機能するか否か検討を行っている。具体的にはCRISPR-Cas9法により膵β細胞の培養細胞であるMIN6細胞のCaSRを欠損させ、その際にグルコース応答性インスリン分泌を惹起するシグナル伝達機能に変化が見られるか否か検討を行っているグルコース感知受容体は、最近申請者が発見したβ細胞表面に発現する受容体で、グルコースにより活性化される。グルコース誘発性インスリン分泌、特にその初期相において重要な働きをしていることを明らかにしてきた(Hamano, K., et al., J. Diab. Invest., 2015)。しかし、この分子実体については甘味受容体であるTaste receptor type 1 member 3 (T1R3)が一部その機能を担うことを報告したが(Nakagawa, Y., et al., PLOS ONE, 2015)、完全な理解には至っていない。そこで本研究では新たなグルコース感知受容体を探索すべくHEK293細胞を用いてスクリーニングを行った。その結果、Gタンパク質共役受容体であるCalcium Sensing Receptor(CaSR)がグルコースによって活性化されることを見出した(Medina, J., et al., J. Biol. Chem., 2016)。
relがん遺伝子産物の活性制御機構及び生理機能の解析

研究課題を達成するため、提唱した四つの目的各々に対して以下に記す成果を挙げた。1.TNF-α受容体からRel/IκB複合体へ至るシグナルの解析。Rel蛋白質の活性化には制御因子IκB蛋白質のシグナルに依存した急速な分解による不活化が必要である。TNF受容体由来シグナルの最終段階であるIκBの分解を分子レベルで解明するため、IκB蛋白質中に存在する分解に必須な領域を同定した。その結果、IκB分子中央に存在するアンキリンリピート構造を欠失させると外来シグナル存在下でも安定であることが明らかとなった。2.Bcl-3による癌化機構の解析IκBのファミリーであるBcl-3蛋白質がRb(retinoblastoma)遺伝子のプロモーターを活性化することを明らかにし、その標的エレメントがE4TFI結合配列であることを示した。また筋芽細胞の筋管細胞へ分化に必須であるRbの発現上昇にBcl-3が関与していることを示す結果を得た。3.アフリカツメガエルの胚発生におけるrel関連遺伝子の機能。PCRによりアフリカツメガエルのrelB及びlyt10遺伝子cDNAを単離し構造決定を行った。それぞれの産物に対する抗体の作成に成功し現在、胚発生の各段階における発現を検討している。4.B細胞分化におけるRel蛋白質の機能CD40からのシグナルはB細胞受容体からのシグナルによって誘導される細胞死を抑制する。我々は、細胞死を制御するCD40シグナルを解析し、このシグナルによってRelが活性化されること及びbcl-x遺伝子の発現誘導が起こることを見い出した。現在、CD40の変異体を用いてRelの活性化及びbcl-x遺伝子の発現誘導がCD40のどの領域によって担われているか、そしてどのように細胞死の抑制に寄与しているのかを検討している。今後上記の1-4をさらに進めることにより、本転写因子の活性化機構と細胞分化における役割を解明する予定である。
嗅神経再生過程におけるβ2アドレナリン受容体の役割の解析

β2アドレナリン受容体は、嗅覚受容体と相当性の高いGタンパク共役型受容体であり、cAMP産生を誘導し嗅神経の再生に寄与していると考えられている。本研究では、嗅上皮傷害後の再生過程においてβ2アドレナリン受容体刺激がどのような影響を及ぼすかを明らかにすることを目的とする。この目的達成のため、メチマゾールによるマウス嗅上皮傷害モデルの再生期にβ2アドレナリン受容体作動薬の点鼻投与を行い再生過程を観察する。本実験を通じて嗅神経の再生過程におけるβ2アドレナリン受容体の関わる分子メカニズムを解明し、嗅覚障害に対する新たな治療法としてβ2アドレナリン受容体作動薬点鼻の研究開発を目標とする。
付値マトロイドによるシステム解析手法の研究

付値マトロイドの概念を用いて工学システムの組合せ構造を扱う手法を研究することが本研究課題の目的である.以下の結果を得た.(1)混合行列の数学的成果をシステムの構造解析の道具として利用できるように,組合せ論的正準形(CCF)の構成アルゴリズムを実際的観点から改良した.それをソフトウェアの形にしてインターネット上に公開した.(2)付値マトロイドの双対定理は,混合多項式行列に適用した場合,変数と方程式を適当な階数微分することによってある種の標準形(よい性質をもつプロパー行列)に移せることを述べている.本研究では,付値マトロイドの双対定理に関連するアルゴリズムを多項式行列の場合に特殊化したものの詳細を検討した.(3)マトロイドのパリティ問題と電気回路理論におけるRCG回路の可解性問題との関係について,混合歪対称行列の枠組みを呈示し,線形デルタマトロイドに関する双対定理との関係を示した.さらに,その立場からRCG回路の可解性問題の現状を整理して,既存のアルゴリズムより少ない手間で可解性を判定するアルゴリズムを示した.(4)群論的対称性を有する分散制御システムの可制御性を,対称性のみに由来する組合せ構造に着目して論じた.群表現論の枠組みを用いて問題を定式化し,マトロイドの双対定理を利用することによって,システムが可制御性を保持するために必要な入力数の下限値を導出した.付値マトロイドの概念を用いて工学システムの組合せ構造を扱う手法を研究することが本研究課題の目的である.以下の結果を得た.(1)混合行列の数学的成果をシステムの構造解析の道具として利用できるように,組合せ論的正準形(CCF)の構成アルゴリズムを実際的観点から改良した.それをソフトウェアの形にしてインターネット上に公開した.(2)付値マトロイドの双対定理は,混合多項式行列に適用した場合,変数と方程式を適当な階数微分することによってある種の標準形(よい性質をもつプロパー行列)に移せることを述べている.本研究では,付値マトロイドの双対定理に関連するアルゴリズムを多項式行列の場合に特殊化したものの詳細を検討した.(3)マトロイドのパリティ問題と電気回路理論におけるRCG回路の可解性問題との関係について,混合歪対称行列の枠組みを呈示し,線形デルタマトロイドに関する双対定理との関係を示した.さらに,その立場からRCG回路の可解性問題の現状を整理して,既存のアルゴリズムより少ない手間で可解性を判定するアルゴリズムを示した.(4)群論的対称性を有する分散制御システムの可制御性を,対称性のみに由来する組合せ構造に着目して論じた.群表現論の枠組みを用いて問題を定式化し,マトロイドの双対定理を利用することによって,システムが可制御性を保持するために必要な入力数の下限値を導出した.付値マトロイドおよびその交換公理を拡張することによって得られるM凸関数について,そのシステム解析における意義に重点をおいて研究した.具体的には,以下の結果を得た.1.代表者は混合多項式行列の概念を軸とする工学システムの構造解析手法を続けているが,その文脈で付値マトロイドの双対定理の意義を明らかにした.付値マトロイドの双対定理は,混合多項式行列に適用した場合,変数と方程式を適当な階数微分することによって,ある種の標準形(よい性質をもつプロパ-行列)に移せることを述べている.本研究では,この標準形のインデックスが1以下になっていることを証明し,付値マトロイドの双対定理における標準形への変換が,DAE(微分代数方程式系)の文脈で議論されているインデックス低減過程になっているというシステム論的な意義を明かにした.これにより,従来のアドホックなインデックス低減手法に体系的な指針を与えることができた.2.M凸関数は離散凸関数(整数格子点上で定義された整数値をとる関数で,適当な意味で離散性を保持する関数)と呼ぶにふさわしい概念である.従来は,おもに組合せ最適化(数理計画法の一つ)の分野において研究が行われてきたが,本研究においては,M凸関数が合成積(infumum convolution)に関して整数性を保存するという性質に着目し,G.Koshevoy氏の協力の下で,その経済学への応用を見いだした.すなわち,経済学における不可分財(indivisible goods)の効用関数をM凸関数であると仮定すると,そのモデルにおいては均衡が存在するという結果である.この枠組みは従来の経済学の文献で扱われたものを殆どすべて包括するものであり,組合せ論的な深い考察が経済システムの解析においても重要であることを示す好例となった.本研究の目的は,付値マトロイド理論の近年の成果を用いて,マトロイド論的システム解析法をさらに発展させることにあり,以下の成果を得た.(1)混合行列の数学的成果をシステムの構造解析の道具として利用できるように,組合せ的正準形(CCF)の構成アルゴリズムを実際的観点から改良した.次に,それをソフトウェアの形にして現実問題から生じたいくつかのテスト問題に適用し,計算時間などを測定して,有効な工夫を明らかにした.こうして得られた知見を学術論文(M.Scharbrodt氏との共著論文,Optimization Method and Software)の形で公表するとともに,Mathematicaプログラムの形でインターネット上に公開した.(2)付値マトロイドの双対定理は,混合多項式行列に適用した場合,変数と方程式を適当な回数微分することによってある種の標準形(よい性質をもつプロパー行列)に移せることを述べている.

本研究では,付値マトロイドの双対定理に関連するアルゴリズムを多項式行列の場合に特殊化したものの詳細を検討して学術論文(SIAM J.Matrix Anal.Appl.)の形で公表した.(3)マトロイドのパリティ問題と電気回路理論におけるRCG回路の可解性問題との関わりは,一部の専門家の間では80年代の初頭から知られていたことである.しかし,その対応関係やアルゴリズムの複雑度については,必ずしも正確(あるいは適切)でない叙述が専門書にも見られた.本研究では,混合歪対称行列の枠組みを呈示し,この枠組みと,最近Geelen-Iwata-Murotaによって発見された線形デルタマトロイドに関する双対定理との関係を示し,さらに,その立場からRCG回路の可解性問題の現状を整理して,既存のアルゴリズムより少ない手間で可解性を判定するアルゴリズムを示した.マトロイドあるいは付値マトロイドの概念を用いて工学システムの組合せ構造を扱う手法を研究することが本研究課題の目的である.本年度は,以下の結果を得た.(1)[室田]付値マトロイドと工学システムとの間の最も重要なリンクは,線形システムの伝達関数行列の極・零点の構造から自然に付値マトロイドが定義されるという事実である.当初,付値マトロイドはマトロイドの基族上の付値としてDress-Wenzelにより導入されたのであるが,ここでは,付値マトロイドのサーキット族の公理系,双対性,二者択一性による特徴付けなどを考察した.これは,有理関数体上の線形部分空間のもつ組合せ構造を,それに属するベクトルの成分の次数に着目して論じるための基礎となる.(2)[室田]群論的対称性を有する分散システムの可制御性を,対称性のみに由来する組合せ構造に着目して(システムパラメータの数値情報を捨象したgenericityの下で)論じた.群表現論の枠組みを用いて問題を定式化し,テクニカルにはマトロイドの双対定理を利用することによって,システム全体が可制御性を保持するために必要な入力数の下限値を導出した.(3)[岩田]昨年度に引き続き,マトロイドのパリティ問題と電気回路理論におけるRCG回路の可解性問題との関わりを明らかにした.混合歪対称行列の枠組みにより,線形デルタマトロイドに関する双対定理とは若干異なる形の双対定理を見出した.
主体的な知識の関係づけによる重力概念学習システムの開発

重力について思考する場合のマイクロワールドとして次の3つを明らかにした。1言葉:質量,比例する,速度,など。言葉で思考する。2数式:万有引力の法則,速度と位置の関係,などについて,式で思考する。3グラフ:質量(具体例)の位置の変化について,2次元平面,3次元空間で思考する。これに基づいて、次の内容を持つウィンドウが設計された。1言葉:文字や文節を素材とし,これらを結合し,格文法を用いることにより,文として構成できる。2数式:変数,演算子を素材とし,これらを結合し,式を構成できる。3グラフ:2あるいは3実数軸を内容とする。任意の点に質量を置き,時間的な位置の変化を表示できる。これらのウィンドウを用いて可能となる学習活動を明らかにした。マイクとワールドに対応するウィンドウとして,言語表現ウィンドウ,数式ウィンドウ,グラフウィンドウ,アニメーションウィンドウ(学習者に動的なイメージを持たせるために加えたウィンドウ)の4つを開発した。学習課題とシステムとを切り離し,システムは純然たるツールとして作成した。これにより,システムは学習者のためのツールであるのみならず,教師が学習者に説明する場合にも使用できるツールとなった。数学への応用を検討した。2次関数について,式,グラフ,および,パラメータ,の3つのウィンドウから操作でき,3ウィンドウが連携して動作するウィンドウシステムを開発した。これにより,相異なる表現(グラフ,言語,など)を別々のウィンドウに表示し,連携動作させる型の学習ソフトウェアが,重力概念(運動方程式)の学習に限らず,知識を生成する学習活動に対して開発可能であることが事例的に示された。上記の研究結果はソフトウェア同梱の報告書として配布されるとともに,インターネットにより公開される。言葉で思考する。重力について思考する場合の3つのマイクロワールドの内容を次のように明らかにした。言葉で思考する。これに基づいて,次の内容を持つウィンドウが設計された。これらのウィンドウを用いると,次の学習活動が可能になることが明らかになった。1開始習得(連携して変化させる場合):(1)定義や性質を自分で文章構成する。(2)その定義や性質に従った式を,コンピユ-タに作らせる。(3)式に値を与え,グラフを作らせる。(4)逆に,式やグラフを作り,その意味を言葉にさせる。2開始習得(独立に変化させる場合):複数のウィンドウで,別々に作業し,結果が一致するかどうかを確かめる。3疑問確認:学習の進展をある程度,把握できると(あるいは,教師が把握し,教材のパラメータを変更し),教材から「この場合は?」などと,考え直しを促すことができる。4利用・発展:投球や打球のデータを得,当てはめて分析したり,ネットワークを利用できれば,遠隔共同学習への展開も考えられる。重力について思考するためのウィンドウとして,次の4つを開発した。1言語表現ウィンドウ2数式ウィンドウ3グラフウィンドウ4アニメーションウィンドウ(学習者に動的なイメージを持たせるために追加したウィンドウ)Windows95上でVisual Basicにより実行システムを作成した。実行システムは,フロッピ-ディスクを用いて簡単にインストール/アンインストールが可能であること,および,十分な速度で動作することが確認された。

高校生にとってソフトの操作は容易であること,一連の学習課題と連携ウィンドウが思考を促し,知識が関連づけられている様子が観察された。ウィンドウの種類と機能に改善すべき点は見られなかった。しかし,学習課題に関しては,学習者個々の理解に対応した,複数の課題が必要であることが示唆された。学習課題とシステムとを切り離して作成したことにより,システムは純然たるツールとして完成した。これにより,学習者のためのツールであるのみならず,教師が学習者に説明する場合にも使用できるツールとなった。数学への応用を検討した。2次関数について,式,グラフ,および,パラメータ,の3つのウィンドウから操作でき,3ウィンドウが連携して動作するウィンドウシステムを開発した。これにより,相異なる表現(グラフ,言語,など)を別々のウィンドウに表示し,連携動作させる型の学習ソフトウェアが,重力概念(運動方程式)の学習に限らず,知識を生成する学習活動(本研究では,物理と数学)に対して開発可能であることが示された。上記の研究結果はソフトウェア同梱の報告書として配布されるとともに,インターネットにより公開される。
バイオソフトマテリアルの動的局所変形を捉える放射光位相差ダイナミックCTの確立

本研究の目的は、空間的に不均質な生体軟組織の局所的な粘弾特性を評価可能な“放射光位相差ダイナミックCT"を確立することである。本年度は、タルボ干渉計を用いた放射光位相差CTシステムを構築し、ブタ膝関節軟骨を試料として以下の計測を行った。1.静的イメージングフリンジスキャン時の露光を十分に取り(200msec)、軟骨中のコラーゲン分布が抽出できることを検証した(空間解像度:4μm)。CT横断面像とCT撮像後にHE染色した切片標本画像をレジストレーションして比較した結果、CT像では密度分布としてイメージングされるコラーゲン分布と染色されたコラーゲンのネットワーク構造が良く一致していることが確認できた。関節軟骨内部の密度分布は二峰性を示し、各峰はコラーゲンおよびコラーゲンに囲まれた細胞領域の密度に相当すると考えられた。2.動的イメージング周期2秒の繰り返し圧縮条件下で軟骨試料の撮像を行った。時間分解能(50 msec)を確保するためにフリンジスキャンの露光を短縮し、これによるSN比の低下を抑えるため、空間分解能は低下(8μm)させ光量を維持した。画像は静的条件下に比べやや不鮮明であったが、コラーゲンのネットワークは確認された。また、静的圧縮時には表層部に変化が見られたのに対し、動的圧縮時には中、深層部の変化が顕著であった。このことより、上層深層では透水性が異なることが窺われた。以上の結果より、放射光位相差ダイナミックCTに基づく粘弾特性評価が可能であることが示された。本研究は2か年計画であり、当初の予定通り、放射光位相差ダイナミックCTと関節軟骨粘弾性試験の融合手法はほぼ完成している。放射光位相差ダイナミックCTの設定条件を調え、時間分解能、空間分解能の向上を目指す。さらに、変形前後画像から局所変位を導出するための非剛体レジストレーション手法を確立し、数値シミュレーションを統合して、生体軟組織・粘弾性挙動解析のフレームワークの作成に取り掛かる。初年度に予定していた放射光利用料が、本予算以外で充当できたことによる。次年度使用額は、放射光追加実験に充てる予定である。
正常とパーキンソン病の高位排尿中枢の神経活動と神経伝達物質-脳深部刺激療法の効果

2009,2010年度は正常ラットに対し視床下核脳深部刺激(STN-DBS)を行い、排尿反射が抑制されること、視床下核神経活動は20Hz付近でのパワーが上昇することを示した。線条体カテコラミンは刺激前後で有意な変化を認めなかった。2010,2011年度はパーキンソン病モデルラットを作成し、同様の実験を行った。STN-DBSにより排尿反射が抑制され、視床下核神経活動は全周波数帯でパワーが減少した。線条体カテコラミンは刺激後にDOPACが有意に低下した。STN-DBSの効果は正常とパーキンソン病モデルラットで異なることを示した。パーキンソン病を始めとした大脳基底核に変性を有する疾患では運動症状のみならず排尿症状もきたすことが知られており、ADLに大きな支障をきたすことが多い。以前我々は黒質-線条体-ドパミン系が排尿機能に関与していることをヒトでの臨床研究、ネコを用いた基礎件研究で示した。更に最近は進行期パーキンソン病患者に対して視床下核脳深部刺激療法(deep brain stimulation : DBS)が施行されるようになり、運動症状に有効なことは明らかになっているが、排尿症状に対する影響はわかっていないため、今回我々はまず正常ラットを用いて検討を行った。DBSは膀胱収縮間隔を延長させる傾向にあった。DBSの前後で視床下核の単一神経活動電位測定、local field potential(LFP)の記録を行い、さらにLFPに関してDBS前後でスペクトラム解析を行った。DBS刺激後では20Hz付近のパワーが上昇することがわかった。また同時にDBS刺激前、刺激中、刺激後のそれぞれで線条体中のドパミン、ドパミン代謝物の測定を行った。DBS刺激によりドパミン、ドパミン代謝産物のDOPAC,HVAが上昇した。特にDOPACの上昇率が高かった。このことは、正常ラットではDBSは線条体ドパミンを上昇させ、代謝率も上げることを意味する。最近の電気生理学的研究によりヒトのパーキンソン病患者やパーキンソン病モデル動物において、視床下核LFPのスペクトラム解析で15-35Hz周波数帯(β-band)のパワーが上昇しているが、抗パーキンソン病薬の投与や視床下核DBSでβ-bandのパワーが減少することが報告されており、黒質ー線条体ドパミン系の障害が視床下核LFPのβ-bandパワーの上昇に関係していると考えられている。しかし、今回の正常ラットを用いた検討では、視床下核DBSにより線条体ドパミン濃度が上昇していたにも関わらず視床下核LFPのβ-bandパワー(20Hz付近)も上昇しており、これまでのパーキンソン病モデル動物で得られた結果とは異なっている。今後はパーキンソン病モデルラットでも同様の検討を行い、視床下核LFPと線条体ドパミンの関係、更に膀胱内圧との関係についても検討し、視床下核DBSが視床下核や線条体ドパミン系、更に排尿反射に及ぼす影響について検討していく必要がある。パーキンソン病では運動症状のみならず排尿症状もきたすことが知られている。以前我々は黒質-線条体-ドパミン系が排尿機能に関与していることを示した。最近は進行期パーキンソン病患者に対して視床下核脳深部刺激療法(deep brain stimulation : DBS)が施行されるようになり、運動症状に有効なことは明らかになっているが、そのメカニズムは不明である。また排尿症状をはじめとした非運動症状に対する影響もわかっていない。今回我々はまず正常SDラットを用いて視床下核DBSの膀胱収縮への影響、視床下核神経活動、線条体カテコラミン濃度への影響を検討した。視床下核DBSは膀胱収縮間隔を延長させる傾向にあった。また、DBSの前後で視床下核の単一神経活動電位測定、local field potential (LFP)の記録を行い、さらにLFPに関してDBS前後でスペクトラム解析を行った。また視床下核DBSにより対側の線条体でドパミン、ドパミン代謝産物のDOPAC, HVAが上昇したが、同側の線条体ではHVAが軽度上昇しただけであった。更に、6-OHDA (6-hydroxydopamine)を黒質に注入し、片側パーキンソン病モデルラット(PDラット)を作成して同様の実験を施行した。視床下核DBSにより一部のPDラットでは膀胱収縮間隔を延長させたが、他のPDラットでは変化を認めなかった。視床下核LFPは視床下核DBSによりほぼ全周波数帯でパワーが減少していた。また、線条体カテコラミン濃度は刺激同側の線条体ドパミン濃度の上昇を認めたが、ドパミン代謝物変化なかった。

刺激対側の線条体ではドパミン濃度の減少を認めたが、ドパミン代謝物は変化なかった。本研究により、視床下核DBSの視床下核LFP、線条体カテコラミン濃度、膀胱収縮間隔への効果は正常ラットとPDラットで異なっており、更に線条体カテコラミン濃度は刺激同側と対側でも異なっている可能性があることが示唆された。このことはヒトのパーキンソン病においても、視床下核DBSの効果は多岐にわたることを示唆していると考えられる。パーキンソン病では運動症状のみならず排尿症状もきたすことが知られている。以前我々は黒質-線条体-ドパミン系が排尿機能に関与していることを示した。最近は進行期パーキンソン病患者に対して視床下核脳深部刺激療法(STN-DBS)が施行されるようになり、運動症状に有効なことは明らかになっているが、そのメカニズムは不明である。また排尿症状をはじめとした非運動症状に対する影響もわかっていない。今回我々はまず正常SDラットを用いて視床下核DBSの膀胱収縮への影響、視床下核神経活動、線条体カテコラミン濃度への影響を検討した。視床下核DBSは膀胱収縮間隔を延長させる傾向にあった。また、DBSの前後で視床下核の単一神経活動電位測定、local field potential(LFP)の記録を行い、さらにLFPに関してDBS前後でスペクトラム解析を行った。STN-DBSにより排尿反射が抑制されること、視床下核神経活動はスペクトラム解析により20Hz付近でのパワーが上昇することを示した。線条体カテコラミンは刺激後にドパミン代謝物のDOPAC,HVAが上昇したが統計学的な有意差は認めなかった。更に、6-OHDA(6-hydroxydopamine)を黒質に注入し、片側パーキンソン病モデルラット(PDラット)を作成して同様の実験を施行した。STN-DBSにより一部のPDラットで排尿反射が抑制された。視床下核神経活動は正常ラットと異なり、ほぼ全周波数帯でパワーが減少した。線条体カテコラミンは刺激後にDOPACが有意に低下した。本研究により、視床下核DBSの視床下核LFP、線条体カテコラミン濃度、膀胱収縮間隔への効果は正常ラットとPDラットで異なっている可能性があることが示唆された。このことはヒトのパーキンソン病においても、視床下核DBSの効果は多岐にわたることを示唆していると考えられ、今後の治療メカニズムを考えるうえで重要であると考えられる。
妊娠期のトランス脂肪酸摂取が児の発育・発達に及ぼす影響

トランス脂肪酸(TFA)は、不飽和脂肪酸のうち二重結合の立体配置がトランス型になっているものの総称である。工業由来TFAは、子宮内胎児発育遅延や発達障害のリスクとなることが欧州の研究で示唆されている。そこで、本研究では日本人妊婦を対象に、胎児の発育に及ぼすTFAの影響について検討した。胎盤組織から脂質抽出を行い、GC-MSにて脂肪酸分析を行い、児の発育指標との関連を検討した。結果、早産児の場合、胎盤中のTFAの存在比率と出生体重SDスコアが負に相関した。この結果から、TFAが児の発育を抑制する可能性が示唆された。トランス脂肪酸(TFA)の過剰摂取は冠動脈疾患の誘因となることが明らかとなっているが、近年、欧米では妊娠期のTFA摂取により胎児の健康リスクを高めることが報告され注目されている。しかし、量的評価は十分でなく、また日本人のケースについては未だ解明されていない。そこで、本研究ではこれを解明し、妊娠期におけるTFA摂取のリスクを適正評価することを目的に解析を行った。大阪府立母子保健総合医療センターに入院した正常妊娠経過の母子16組を対象に、母体血、臍帯血、胎盤組織を採取し、それぞれに内部標準物質として^<13>C_7-オレイン酸を添加後脂質抽出を行いGC/MSに供した。得られたピーク面積からTFA(C18 : 1trans)とオレイン酸(C18 : 1cis)を定量した。得られた脂肪酸量を用いて胎児の発育指標との関連性を検討した。結果、臍帯血中にもTFAが検出され、母体血中から胎盤を介してTFAが胎児側へ移行することが明らかとなった。胎盤中TFA量と、児の発育指標との間には有意な負の相関が認められたが、シス型であるオレイン酸にはこのような相関性は見いだせなかった。このことからTFA摂取量が他国に比べて少ないとされる日本人妊婦においても胎児発育への影響が示唆された。しかし、脂肪酸は単独で摂取することはなく複合的に摂取するため他の脂肪酸の影響についても明らかにする必要がある。今後は総脂肪酸分析を行うと同時に、正常児だけでなく発育に異常のあった早産児にも対象を広げて検討を行いたい。昨年度は、母体血中のトランス脂肪酸(以下TFA)は胎盤を通過して胎児側へ移行すること、胎盤組織中のTFA量は児の発育指標と負に相関することを報告した。一方、TFAを多く摂取する母親は脂質の摂取量自体が多い傾向があり、他の脂肪酸の影響についても明らかにする必要があると考えられた。そこで、本年度はTFA以外の脂肪酸が児の発育に及ぼす影響について検討した。更に、対象を正期産児から早産児に広げ、発育との関連について検討した。大阪府立母子保健総合医療センターに入院し、文書により同意を得た、正常妊娠経過で正期産の母子16組、および早産の母子27組から母体血、臍帯血、胎盤組織(絨毛膜側)を採取した。脂質抽出、誘導体化処理後、GC/MSに供しC18:1-9c(オレイン酸)、C18:1-t(TFA)を定量し、さらにオレイン酸量に対するTFA量の比(以下t/c比)を算出し、一部の検体については、16種の脂肪酸定量分析を行った。児の発育指標と母児に関するその他の情報はカルテより入手した。胎盤中の脂肪酸量およびt/c比と児の発育指標との関連性を、児の性別、非妊娠時BMI、在胎週数、喫煙の有無で補正し検討したところ、正期産児ではTFA量、およびt/c比と発育指標に有意な負の相関が認められた(p<.05)。早産児においては、t/c比と出生体重SDスコアとの間に有意な負の相関関係を認めた(p<.05)。しかし、オレイン酸およびその他16種の脂肪酸については、正期産児、早産児ともに発育指標との間に有意な相関は見出せなかった。このことから、正期産児、早産児ともにt/c比と児の発育指標は有意な負の相関があり、胎盤組織中のTFA存在比率が高い児は発育が抑制される可能性があることが示唆された。これまでに、胎盤組織中のトランス脂肪酸(以下TFA; Trans fatty acid)量のシス型脂肪酸に対する存在比t/c比が児の出生体重SDスコアと有意に負に相関することを報告した。最終年度は発達への影響を検討する予定であったが、データ数が十分に揃わなかったため以下の食事由来TFAに関する検証を行った。TFAは体内で合成されないことから、胎盤組織中に存在するTFAはすべて母体が摂食した食品に由来する。そこで、母体のTFA摂取状況およびその他栄養素摂取量が胎児発育の良否に影響するのか検証した。

研究に同意の得られた妊産褥婦84名に対し、簡易型自記式食事歴法質問票(以下BDHQ; Brief Dietary history Questionnaire)を用いた調査を行い、在胎週数に対し体重が少ない群(以下SGA; Small for gestational age)と、適正な群(以下AGA; Appropriate for gestational age)に分け、母体の栄養摂取状況を比較した。TFA量はBDHQの解析では得られないため、食品安全委員会の作成した「新開発食品評価書食品に含まれるトランス脂肪酸」に掲載されている食品群別TFA含有量に基づき、積み上げ法により「推定TFA量」を算出し、2群間で比較した。BDHQを配布した84名のうち、回答が得られたのは36名(回収率43%)であった。正期産は2名しかいなかったため、早産児34名を解析の対象とした。在胎期間別出生時体重標準値からSGA群22名、AGA群12名となった。SGA群はAGA群よりも豆類とα-リノレン酸の摂取量が有意に少なかったが、推定TFA量は2群間に摂取量の差はなかった。母体の摂食したTFA摂取量と児発育に関連性は見出せなかったものの、豆類の摂取量およびα-リノレン酸の摂取量は関連する可能性が示唆された。昨年度までのデータより、正期産児、早産児ともに胎盤組織中のトランス脂肪酸(以下、TFA ; Trans FattyAcid)の存在比が高くなると児の体格が有意に小さくなることことから、胎盤組織中のTFA存在比率が高い児は発育が抑制される可能性があることが明らかとなった。ヒトにおいて、TFAは体内で合成できないことから、胎盤組織中に存在するTFAは母体が食品により摂取したものと考えられる。そこで、近い将来母親となる若年女性のTFA摂取状況を調査し、現状を把握する必要があると考え、簡易型自記式食事歴法調査法(BDHQ)を用いた調査を行うことを計画した。BDHQは専用の栄養価計算プログラムによっておよそ30種類の栄養素とおよそ50種類の食品の摂取量を算出できるもので栄養疫学研究に広く利用されているものである。TFAの摂取量はBDHQを用いても直接算出はできないため、次の方法で間接的に数値を得た。BDHQの栄養価計算結果より15種類の食品群別摂取量を抽出し、この摂取量に平成23年に食品安全委員会により発表された食品群ごとのTFA含有量を乗じ、これらの合計値を推定TFA摂取量として算出した。調査対象は20.2±0.7歳の健常な女性112名である。上記の方法を用いて算出した推定TFA摂取量は0.846±0.326gとなり、摂取エネルギー比に換算すると0.45±0.02%であった。WHOの勧告基準は摂取エネルギー比にして1%未満であることから、今回調査した対象者は平均値でみると基準値の約半分となり、安全な圏内と考えられるが、全体の2%の者はこの基準値を超えて摂取していた。TFAの摂取由来食品は菓子類が最も多かった。このことから、一部の偏った食生活を営む者はTFA摂取に注意する必要があるといえる。本研究の目的は、日本人妊婦におけるトランス脂肪酸摂取(以下、TFA;Trans FattyAcid)が児の発育・発達に及ぼす影響を明らかにし、摂取影響のエビデンスを確立することである。本年度は児の発育に及ぼす影響について検討し、正期産児、早産児ともに胎盤組織中のTFA存在比率が高い児は発育が抑制される可能性があることを見出した。発達に及ぼす影響については現在カルテより発達指標に関連する情報を収集中で、解析が進行中であり、計画通りに進展している。
21世紀ごみゼロ社会における都市ごみ管理のごみ流れ・エネルギー・コスト・リスク評価

(1)家庭系ごみの処理システム評価プログラム作成プログラムの特徴は、(1)ごみの発生から中間処理残渣の最終処分までの、ごみ処理のすべてをカバーしている。(2)特に、ごみの発生・分別・資源化は、以降のごみ処理を大きく左右するが、筆者らがこれまでに行った研究が大いに生かされている。(3)ごみ処理は多くの処理プロセスからなるが、システム評価のためそれらの膨大なデータを集積し、「可燃ごみは焼却、堆肥化、ごみ燃料化が処理選択肢としてある」といった専門家の知識を取り入れたエキスパートシステムである。(4)システムの諸数値はデフォルトとして与え、ユーザーは「ごみをどのように分別するか、その各々をどう処理するか」といった意志決定を行うだけで、すぐにその評価を知ることができる。(5)容器包装ごみ回収、大型家電製品の回収の効果など、今後考えうる施策の評価もできる。(6)物質収支、コスト、エネルギー、環境リスクにより、ごみ処理を多元的に評価することができる。今年度は物質収支を評価する段階までのプログラムをVisual Basicで作成した。データの収集は現在も行っているが、次年度はコスト、エネルギー、リスクに関するデータを文献調査、アンケート調査によって収集し、プログラムを完成する。(2)事業系のごみの流れの把握事業系ごみの量は家庭系のごみ以上に多いが、発生源の多用さのため流れの把握が難しい。そこで、(1)札幌市が処理している事業系ごみの事業所分類ごとの発生量と組成を、東京都の調査を基に推定した。(2)ごみの持つポテンシャルとして、家庭系ごみと合わせた一般廃棄物の焼却によるエネルギー発生量、焼却灰を溶融した場合のスラグ発生量、厨芥の堆肥化による堆肥化量を推定した。(3)厨芥、プラスチックなどの資源化シナリオを設定し、焼却、埋立に対する影響を評価した。
半導体-金属-半導体ナノカップリング系からなる高効率太陽電池の開発

H21年度の研究成果は以下の通りである。1.CdSシェル層の形成による金ナノ粒子の表面プラズモン吸収帯の赤外光領域への著しいブロードニングは,金ナノ粒子と硫黄の特異的な相互作用に起因することが明らかとなった。2.Au(コアー)-CdS(シェル)/TiO_2を光電極として用いた太陽電池においてS^<2->/S系の酸化還元対を用いた結果,光電変換効率が大幅に向上した。また,50時間以上経過しても,光電極の劣化は認められなかった。3.Au(コアー)-CdS(シェル)/TiO_2を光電極として用いた太陽電池は,CdS量子ドット増感型太陽電池の約2倍の光電変換効率を示した。4.金ナノ粒子担持SnO_2対極を用いて太陽電池性能の評価を行った。その結果,金粒子サイズの減少にともない光電変換効率が向上することが明らかとなり,金粒子サイズが約6nmの時,金薄膜対極時の約2倍の光電変換効率が得られた。以上述べた通り、当初の目標を概ね達成することができた。H20年度の研究成果は以下の通りである。1.Au(コアー)-CdS(シェル)型複合ナノ粒子を光増感剤として用いた太陽電池のさらなる変換効率の向上と長寿命化について検討を行った結果,以下の事柄が明らかとなった。(1)大表面積をもつ多孔質TiO_2を用いて変換効率の向上を試みた結果,変換効率が飛躍的に向上した。(2)CdS(シェル)層の膜厚の増加により,赤外域の吸収強度が増加すること,ならびに吸収領域がさらに長波長側にまで広がることが明らかとなった。(3)Au(コアー)-CdS(シェル)型複合ナノ粒子を光増感剤として用いた太陽電池においてS^<2->/S系の酸化還元対を用いた結果,変換効率と寿命が大幅に向上した。2.一般的によく用いられている白金の代わりに金を対極として用いて,太陽電池性能の評価を行った結果,白金対極と同等の性能があることが明らかとなった。また,金ナノ粒子を担持した対極のほうがバルクの金を対極とした場合よりも変換効率が高くなり,さらに金ナノ粒子のサイズが小さいほど変換効率が高くなるということが明らかとなった。この原因は,金ナノ粒子の表面構造に起因するものと推定された。現在,CdS/TiO_2系との比較を行い,金と硫化カドミウムのカップリング効果について検討中である。