hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
剰余指数・剰余位数の分布、指標和の評価に関する解析的研究

自然数aをとり、pを奇素数(ただしpはaを割らないとする)、a (modp)の剰余位数をD_a (p)と書き、剰余指数を1_a (p)と書くことにする。aを固定して素数Pを動かすと、1_a (P)もD_a (P)も奇素数全体の集合Pから自然数全体の集合Nへの写像になっていることが知られているが、特にD_a (P)の性格についてはほとんど何も知られていない。写像D_a (p)はN全体を"非常に薄く"覆うので、手がかりがつかみにくいのである。以上のような事実を踏まえた上で、今回我々は剰余位数の分布問題に関して次のような研究を行った:I値域として、1自然数集合Nの中の剰余類s (mod t)をとった場合II値域として、素数集合Pをとった場合Iについては、漸近式#{p≦x ; D_a (p)≡s(mod t)}Δ_a (s, t)π(x)、の存在を証明することができ(ただし一般リーマン予想を仮定する)、さらに、(1)係数Δ_a (s, t)の値がeffectiveに求まる.(2) tを固定して、これらの係数をsに関する数論的関数と見た場合、非常に挙動が不規則であるといった事実が分かった。またIIについては、漸近式より弱く#{p≦x ; D_2(p)∈P}《x (log x)^(-2)が得られた。これは上からの評価を与える式だが、有名な『2p+1型素数に関する予想(未解決)』を仮定すると、上の評価式に関して下から同じorderで評価することができ、即ち上の評価はbest possibleであることが分かる。aを自然数、pを素数とするとき、我々はaのpを法とする剰余位数の分布を調べるため、Q (x ; s, t)={P≦x ; aの剰余位数≡s (mod t)}という素数集合を導入し、この自然密度を考察してきた。前年度までの研究により、t=4の場合、任意のsに対して自然密度を決定することができ、それは一般には(s=0,1,2,3に応じて)1/3,1/6,1/3,1/6というきれいな分布になっていることが分かった(一般リーマン予想を仮定する。またaが特殊な条件を満たすときはこの分布状態から少しずれることも分かっている)。今年度は一般のtに対してもこうした現象が見られるかどうかを調べた。現時点で結果が得られているのはt=q^r(qは奇素数)の場合である。t=4の場合同様、一般リーマン予想を仮定すると自然密度を求めることができる、確かに剰余位数は剰余類によってかなり大幅に分布状態が異なることが分かる。ただtが大きくなると分布状態は非常に複雑になる。t=5の場合の密度を正確に計算してみると、四つの絶対定数が現われ(内二つは複素数)、この組み合わせによって密度が得られていることが分かった(以上、知念氏との共同研究)。剰余指数については、北岡氏が原始根に関するArtin予想の際に使われたHooleyの方法を用いて、代数体の単数の分布を調べている。今年度は、剰余位数の研究に進展があった。I aを自然数、pを素数とするとき、我々はaのpを法とする剰余位数の分布を調べるため、Q_a(x; s, t)={P≦x;aの剰余位数≡s(mod t)}という素数集合を導入し、この集合の自然密度を考察してきた。

平成14年度までに得られたのは、t=4の場合(平成13年度)およびt=q^r(qは奇素数-つまり奇素数ベキ)の場合(平成14年度)までであった。今年度は新たに、tが一般の合成数の場合にも上記集合の自然密度の存在を示すことができた。ただし、sが特殊な数になっている場合を除いて、その証明には一般リーマン予想の仮定が必要である。t=12といった場合に実際にコンピュータによる実測値をとり(x=10^8程度でやってみた)、これを密度の理論値と比較してみると、非常に良い一致をみた。ただ当初、こうした密度は"乗法性"を持っているのではないかと予想していたのだが、理論値・実測値ともこの予想には当てはまらない数値になった。なぜ"乗法性"を持たないのか、その理由を調べるのは今後の課題である(以上、知念宏司氏との共同研究)。II同じくpを奇素数とし、2(mod p)の類の剰余位数を考え、これが素数になってしまうような素数集合を考える:R(x)={P≦x;2(mod p)の剰余位数が素数になる}今年度も、昨年までに引き続き、剰余位数の分布に関する研究を進めた。aを自然数、pを素数とするとき、我々はaのpを法とする類の剰余位数の分布を調べるため、Q(x;s,t)={p≦x; aの剰余位数≡(mod t)}という素数集合を導入し、この集合の自然密度を考察してきた。平成15年度までに、t=4の場合(平成13年度)、t=q^r(素数ベキ-qは素数)の場合(平成14年度)、そしてt=一般の場合(平成15年度)と、目標にしていたところまで順調に成果があがってきたので、理論的には大きな進展はなかった。しかし、この研究の当初の目的は上記の自然密度Δ_(S,t)の数論的性質を調べることだったので、今年度からそれに取り組んでいる。最初、この密度はmodulus tに関して"乗法性"を持つだろうと予想されていたが、従来までの理論的結果やコンピュータを使った計算実験によれば、逆に乗法性は一般には成り立たないらしいことが分かってきた。ただ乗法性生を持つ場合もしばしば見られ、何故乗法性がこのように非常に複雑になるのか、そのはっきりした理由付けは来年度以降の課題である(以上、知念宏司氏との共同研究)。こうした研究と平行して、ドイツのOberwolfach数学研究所で開かれたシンポジウム『Theory of the Riemann Zeta and Allied Functions』等でこれまでに得られた成果を発表した。今年度の成果は次の二点である。1.昨年度までに得られた結果を論文の形にして、成果に一応の区切りをつけた。aを自然数として固定し、pを素数として動かす。aのpを法とする剰余位数の分布を調べるため、我々はQ_a {p≦x; aのpを法とする剰余位数≡s(mod t)}という素数集合を導入し、この集合の自然密度Δ_a(S,t)の性質を調べた。今回、一連の論文Part III, Part IVにより、「法tが一般の合成数であるとき、密度Δ_a(s,t)の存在、およびそれを実際に計算するアルゴリズム」を与えた。ただし、ここで密度Δ_a(s,t)の存在を言うには一般リーマン予想を仮定しなくてはならない。上記の結論は今回の科学研究補助金を得るにあたって大きな目標とした点であった。2.密度Δ_a(s,t)の細かい性質に関する基礎的な研究。1を踏まえて密度Δ_a(s,t)の計算をしてみると、当初の我々の予想に反して、その分布は非常に複雑であることが分かってきた。これを詳しく調べるには「類Sを固定して法tを動かす」「法tを固定して類sを動かす」と二つの方法が考えられるが、どうやら最初の方法のほうが有望のようなので、今年はこの方向で数値データの収集、tとuがu|tという関係を満たす場合の密度Δ_a(s,t)とΔ_a(s,u)の関係について興味ある結果を得た。ただ、tが大きくなって複雑な合成数になった場合の結果は難しく、今後の課題である。
地域遺産・世界遺産の価値を伝え合い自他の文化理解を深めるESD授業モデルの開発

国内外の世界文化遺産と地域文化遺産を共通教材とし、日本各地の小学生が、自他の文化遺産が有する価値の異同や関係性を踏まえた価値認識を基盤として、それぞれの文化の価値尊重、価値への対応について探究し伝え合う授業を開発する。世界遺産教育を行えば行うほど世界遺産に比して地域遺産は格下と認識されたり、世界遺産が有する地域遺産としての価値が隠蔽されたりする危惧がある。世界文化遺産であろうがなかろうが、自他の文化遺産を保護する意味や意義について考え、多様な文化集団の一員としての社会への参画意識を醸成しながら、多文化共生社会に資するESD授業モデルを開発する。
自己組織化ナノパターン構造薄膜による3次元配列制御された生体組織形成

血管内皮細胞、平滑筋細胞などを材質、孔径、孔形状(配向性)、膜厚の異なる孔貫通型および非貫通型多孔質薄膜(ハニカムフィルム)の片面で培養することで、細胞の接着率、接着形態、増殖性、細胞外マトリックス産生、機能を調べた。例えば、血管内皮細胞の増殖性は、孔径5μmで最大となった。ハニカムフィルム上の細胞の接着点(焦点接着タンパク質のビンキュリン)を調べたところ、孔径5μmのハニカムフィルム上でビンキュリンの発現量が増大することを見出した。孔径5μmのハニカムフィルム上では、細胞増殖率やIV型コラーゲン、ラミニン、フィブロネクチン、エラスチンなどの細胞外マトリックスの産生能が高いことから、代表的な細胞接着性のタンパク質であるフィブロネクチン(Fn)の吸着構造がハニカムフィルムの構造によって決定され、それが細胞の増殖あるいは機能に影響を及ぼしていることが示唆された。チロシン(Tyrosin397)がリン酸化されたFAK(pY397FAK)は、平膜上に比べハニカムフィルム上では約3倍FAKが活性化されていることがわかった。ビンキュリンがRGD部位を認識してFnと結合し、形成される接着点でFAKの活性化が起こる。ハニカムフィルム上のFnの吸着構造が接着点の増加をもたらし平膜上に比べハニカムフィルム上のpY397FAK発現量が観測されたと考えられる。ハニカムフィルム(孔径5μm)上のFAKの活性化が、FAK活性化に続く増殖や機能発現に関係する下流のシグナル伝達系に関係し、最終的に細胞の増殖や機能が高まっていることが示唆された。一方、孔貫通型のハニカムフィルムの両面で血管内皮細胞と平滑筋細胞細胞を効率よく共培養できることから、血管組織再生用の足場として有効であることがわかった。高湿度環境下で、生分解性高分子の非水溶性有機溶媒の希薄溶液を直径約10cmのガラスシャーレ上にキャストすることで多孔質薄膜の作製を行った。光学顕微鏡を用いてキャストした高分子溶液表面のその場観察を行った。溶液濃度、キャスト量などを変えることで多孔質薄膜の3次元構造制御を行った。さらに、膜の孔の形に異方性を付与するために、膜の両端を固定して延伸する装置を作製した。溶液キャスト後のパターン形成過程は、溶媒の蒸発と溶媒表面への水の凝縮により、濃度、温度、粘度など様々な物理パラメーターが経時的に変化する複雑な非平衡系である。多孔質薄膜形成過程の観察から、孔の鋳型となる微小水滴は、経時的に成長することが分かったので、孔径制御には、溶媒蒸発時間が効果的なパラメーターであることが示唆された。事実、孔径は溶媒の蒸発時間に比例して大きくなった。孔の貫通、非貫通は、キャスト量とキャスト面積を一定にした場合、溶液の濃度変化で制御できた。また、様々な生分解性速度を有する高分子で同様の膜構造制御ができた。さらに、延伸装置により、ポリブタジエンやポリカプロラクトン膜の孔の長軸を210倍延伸できた。これらの膜の積層化も可能であった。孔径5ミクロンの膜を用いて片面培養を行ったところ、細胞増殖や細胞外マトリックス産生量が向上することが分かった。次いで、血管内皮細胞と血管平滑筋細胞をそれぞれ、膜の表面と裏面で培養を行ったところ、良好な増殖率と細胞外マトリックス産生が両面で見られた。これは、孔径と膜厚の制御により、お互いの細胞は膜で仕切られるものの、孔を介して細胞間相互作用ができ、さらに膜の物質透過性に優れるために良好な結果が得られたと考えられる。自己組織化プロセスにより作製したハニカムフィルムを足場材料として、胎生14日目のマウス胎仔大脳皮質組織から調製した神経幹細胞を培養し、足場表面の規則的微細構造によって神経幹細胞の分化と増殖、及び神経突起のガイディングと神経回路網の形成がどのように制御されるかについて検討した。形態制御に関して、1.神経幹細胞は孔径5μm以上のハニカムフィルム上で神経細胞に分化した。2.ハニカムフィルムの孔径によって神経細胞から出る突起数と突起分枝数が制御された。3.特に孔径10μmでは神経突起はハニカムの幹に沿って伸展することを明らかにした。また、機能に関して、カルシウムウェーブの同期率測定から孔径10μmでの神経回路の同期率が最も高いことを見出した。神経幹細胞のサイズよりも小さな孔径(3μm)のハニカムフィルム上ではスフェロイドが形成されることを見出した。抗体染色法によるスフェロイド構成細胞の分化レベルと増殖性の評価および培養による機能評価を行ったところ、スフェロイドを構成する細胞は神経幹細胞が未分化状態を保ったまま自己増殖したものであることを明らかにした。この現象は、サイトカインフリーの培養条件下、ハニカムフィルム(孔径3μm)の表面形状が神経幹細胞の分化を抑制し、未分化性が維持されている現象であることがわかった。スフェロイドを形成している細胞が正常な分化能をもっているかを調べるためスフェロイドを個々の細胞に分散させて再び培養を行うと、培養2日で突起を伸展させ、神経細胞のマーカーであるMAP2に陽性であったことから、スフェロイドを構成している神経幹細胞は、正常な分化能を維持していることが明らかになった。

血管内皮細胞、平滑筋細胞などを材質、孔径、孔形状(配向性)、膜厚の異なる孔貫通型および非貫通型多孔質薄膜(ハニカムフィルム)の片面で培養することで、細胞の接着率、接着形態、増殖性、細胞外マトリックス産生、機能を調べた。例えば、血管内皮細胞の増殖性は、孔径5μmで最大となった。ハニカムフィルム上の細胞の接着点(焦点接着タンパク質のビンキュリン)を調べたところ、孔径5μmのハニカムフィルム上でビンキュリンの発現量が増大することを見出した。孔径5μmのハニカムフィルム上では、細胞増殖率やIV型コラーゲン、ラミニン、フィブロネクチン、エラスチンなどの細胞外マトリックスの産生能が高いことから、代表的な細胞接着性のタンパク質であるフィブロネクチン(Fn)の吸着構造がハニカムフィルムの構造によって決定され、それが細胞の増殖あるいは機能に影響を及ぼしていることが示唆された。チロシン(Tyrosin397)がリン酸化されたFAK(pY397FAK)は、平膜上に比べハニカムフィルム上では約3倍FAKが活性化されていることがわかった。ビンキュリンがRGD部位を認識してFnと結合し、形成される接着点でFAKの活性化が起こる。ハニカムフィルム上のFnの吸着構造が接着点の増加をもたらし平膜上に比べハニカムフィルム上のpY397FAK発現量が観測されたと考えられる。ハニカムフィルム(孔径5μm)上のFAKの活性化が、FAK活性化に続く増殖や機能発現に関係する下流のシグナル伝達系に関係し、最終的に細胞の増殖や機能が高まっていることが示唆された。一方、孔貫通型のハニカムフィルムの両面で血管内皮細胞と平滑筋細胞細胞を効率よく共培養できることから、血管組織再生用の足場として有効であることがわかった。
個体の生体分子や細胞を評価するバイオMEMS

SOIウェハを用いて深堀エッチングを行い、微小サイズのシリコンマイクロカンチレバーを作製した。そのサイズは、長さが400ミクロン、幅が200ミクロン、厚さが11ミクロンである。またカンチレバーはTbFe/FeCo構造を25回繰り返したナノ構造磁歪膜で覆われており、最後にPDMSチップによりパッケージされている。このカンチレバーは液体環境下で高い共振周波数とQ値を示し、カンチレバー上方のみで水の負荷が存在する。カンチレバーは溶液中の細胞濃度を素早く適正に計数する装置として使用する。同様の原理により、更に微小なカンチレバー(50×10×1.5ミクロン)を作製、パッケージした。これは極少インスリン濃度の正確なモニタリングを目的とする。カンチレバーはSiO2層で覆われ、更に機能化されている。機能化化学溶液により、APTESとグルタルアルデヒドの架橋結合を用いて抗インスリン抗体の共有結合を可能にする。レーザドップラー速度測定計により、カンチレバーの共振周波数を測定し、またカンチレバーは光熱効果により動作する。今までバイオセンサ上のインスリンは機能化段階と異なり、再生産が確認されていなかった。直径が5から20ミクロンのTi/Pt電極をガラス基板上にパターニングし、SiO2層で絶縁し、最後にRTVベースにカルシウムイオノフォアと添加物を加えた、イオン感受性のポリマー膜で覆う。作製したデバイスはガラス基板と接合したPDMSチャネルを持つマイクロ流路環境下で試験する。結果、電極付近での局所カルシウム濃度が10-9まで良感度を示した。その測定信号は理論によりコヒーレント性を示し、カルシウム濃度で10-1ごとに30mVを示した。チップ上のベータ細胞の培養を可能とするマイクロ流路環境下で、イオン感受性の電極をパッケージする。ポリマーの生体適合性についても検証を続ける予定である。本研究はナノ・マイクロ技術を用いて、極微小量の膵臓ベータ細胞の活性を測定するバイオシステムのデザイン、製作、測定を目指す。19年度は、大きく二つの課題に分けて進め、一番目は、バイオシステムの予測および可能性の検証をするためのシミュレーションである。血糖の刺激によって、膵臓ベータ細胞から一定なサイクルでインスリンが分泌される。この現象を計測するシステムについて、複合物理のモデリングを用いて、抗原抗体反応速度に最適なチャネルサイズとバイオバッファーの流速を算出した。二番目はバイオセンサーの製作と測定である。インスリン放出を直接もしくは間接的に測る方法を応用して、膵臓のベータ細胞の活性を観察する計画である。高感度の特性を持つ、化学センサーや原子間力顕微鏡の先端部などに応用されているマイクロカンチレバーを用いて、共振周波数の変化によって分泌されたインスリンの重さを計測できる。その上で、液体中で検出する際、高いQ値を維持するために、一般的な曲げモードではない、ねじれ共振モードを使った。もう一つの測定方法として、ベータ細胞がインスリン分泌の時、カルシウムイオンを吸収する性質を利用する。電位差計測方法を持つ高感度イオン選択膜をマイクロ電極上に蒸着して製作した。膵島を構成する一つ細胞から分泌されるインスリンの量を測定するのに十分な10^<-7>モルの変化まで測れた。今後、トランジスタアレイ上にイオン選択膜を形成する。
リン酸化シグナル伝達によるペルオキシソーム形成調節機構

ペルオキシソームマトリクスタンパク質の輸送局在化において中心的分子として機能するPex14pが、酸化ストレス刺激によりリン酸化修飾を受けることを見出した。酸化ストレスによるPex14pのリン酸化修飾はマトリクスタンパク質輸送を制御しており、酸化ストレスに対抗する応答機構の一つとして機能することが示唆された。また、一次繊毛形成に関与するNDR2キナーゼが、そのC末端3アミノ酸配列Gly-Lys-Leuを局在化シグナルとしてペルオキシソームに一部局在化することを見出した。ペルオキシソームが一次繊毛形成や繊毛形成不全に由来する繊毛病に関与する可能性を示すものである。ペルオキシソーム膜タンパク質であるPex14pは、ペルオキシソームマトリクスへ運ばれるタンパク質の輸送において中心的分子として機能する。私達は、Pex14pが動物培養細胞においてある種のストレス刺激によりリン酸化修飾され、ペルオキシソームマトリクスタンパク質輸送を制御することを示唆する結果を得ていた。本研究は細胞外刺激に応答したリン酸化修飾による、ペルオキシソームタンパク質輸送およびペルオキシソーム機能の制御機構の解明を目的とし、A)Pex14pリン酸化修飾によるペルオキシソームタンパク質輸送、およびペルオキシソーム機能の制御機構、B)Pex14pリン酸化修飾の上流シグナル伝達経路の解明を目指す。H26年度はPex14pのリン酸化修飾部位の同定を行った。質量分析解析およびリン酸化候補残基に対するアミノ酸置換導入変異体の作製による検討により、ストレス刺激に応答したPex14pの主要なリン酸化残基を同定することができた。この知見を活用して非リン酸化型および恒常的リン酸化型Pex14p変異体を作製し、これらをPEX14欠損性CHO変異細胞に発現させた安定発現株を分離した。野生型Pex14pを入れ戻した安定発現株との比較により、このPex14pのリン酸化修飾がどのような分子機構でマトリクスタンパク質輸送を制御するのかを現在解析している。また、上記Pex14pリン酸化部位を特異的に認識するウサギポリクローナル抗体を作製し、これがストレス刺激に応答した内在性Pex14pを高感度かつ簡便に検出できることを見出し、不可欠な解析ツールとして確立することができた。ペルオキシソーム膜タンパク質であるPex14pは、ペルオキシソームマトリクスタンパク質の輸送局在化において中心的分子として機能する。私達は、動物培養細胞に対するいくつかの酸化ストレス刺激によりPex14pがリン酸化修飾を受け、ペルオキシソームマトリクスタンパク質輸送を制御することを示唆する結果を得ていた。本研究は細胞外刺激に応答したリン酸化修飾による、ペルオキシソームタンパク質輸送およびペルオキシソーム機能の制御機構の解明を目的とし、さらにはPex14pリン酸化修飾の上流シグナル伝達経路の同定を含めたオルガネラ恒常性維持機構の全貌解明を目指すものである。H26年度研究により同定したストレス刺激に応答したPex14pの主要なリン酸化残基情報に基づき、非リン酸化型および恒常的リン酸化型Pex14p変異体をPEX14欠損性CHO変異細胞に発現させた安定発現株を分離していた。H27年度は、これら安定発現株を用いた種々の解析を行い、恒常的リン酸化型Pex14pの発現によりマトリクスタンパク質輸送が中程度に阻害されることを明らかにした。従って、酸化ストレスによるPex14pのリン酸化修飾はペルオキシソームマトリクスタンパク質輸送を負に制御しており、酸化ストレスに対抗する応答機構の一つとして機能する可能性が示唆された。また、H26年度に作製した上記Pex14pリン酸化部位に対する特異的抗体と、キナーゼ阻害剤を併用してPex14pリン酸化修飾の上流シグナル伝達経路の検索、同定を進めている。非リン酸化型および恒常的リン酸化型Pex14p変異体をPEX14欠損性CHO変異細胞に発現させた安定発現株を用いて、Pex14pのリン酸化修飾がペルオキシソームマトリクスタンパク質輸送を負に制御するというin vivoにおける明確な機能を見出した。これまで酵母から哺乳動物を含め細胞外刺激によるペルオキシソームタンパク質輸送制御の分子機構は全く未知であり、これまでに得た成果は新規かつ重要な知見といえる。また、リン酸化Pex14p特異的抗体を用いたPex14pリン酸化修飾の上流シグナル伝達経路解析も計画通りに進んでいる。私達は、動物培養細胞に対するいくつかのストレス刺激によりPex14pがリン酸化修飾を受けることを示唆する結果を得ていた。本研究は、細胞内外の環境変化や刺激に応答したリン酸化修飾による、ペルオキシソームタンパク質輸送およびペルオキシソーム機能の制御機構の解明を目的とし、さらにはPex14pリン酸化修飾の上流シグナル伝達経路の同定を含めたオルガネラ恒常性維持機構の解明を目指すものである。これまでの当申請課題研究により、ストレス刺激に応答したPex14pの主要なリン酸化残基を同定し、恒常的リン酸化型Pex14pの発現によりペルオキシソームマトリクスタンパク質の輸送が中程度に阻害されることを明らかにしていた。H28年度はリン酸化の有無がどのようにPex14pの機能に関与するのかについてさらなる研究を行い、Pex14pのリン酸化修飾がペルオキシソーム膜上のマトリクスタンパク質輸送装置複合体とPex14pとの結合に影響することを示唆する結果を得た。

さらに種々のキナーゼ阻害剤を用いた解析により、Pex14pのリン酸化に関わると考えられるキナーゼ候補を見出し解析を行っている。総括すると、酸化ストレスによるPex14pのリン酸化修飾はペルオキシソームマトリクスタンパク質輸送を負に制御しており、酸化ストレスに対抗する応答機構の一つとして機能する可能性が示唆された。ペルオキシソームマトリクスタンパク質の輸送局在化において中心的分子として機能するPex14pが、酸化ストレス刺激によりリン酸化修飾を受けることを見出した。酸化ストレスによるPex14pのリン酸化修飾はマトリクスタンパク質輸送を制御しており、酸化ストレスに対抗する応答機構の一つとして機能することが示唆された。また、一次繊毛形成に関与するNDR2キナーゼが、そのC末端3アミノ酸配列Gly-Lys-Leuを局在化シグナルとしてペルオキシソームに一部局在化することを見出した。ペルオキシソームが一次繊毛形成や繊毛形成不全に由来する繊毛病に関与する可能性を示すものである。主要な課題の一つであった、ストレス刺激に応答したPex14pの主要なリン酸化残基を同定することができたため。また、この研究成果を元にして非リン酸化型および恒常的リン酸化型Pex14p変異体を作製し、これらをPEX14欠損性CHO変異細胞に発現させた安定発現株も樹立できた。内在性リン酸化Pex14pを検出できる特異的抗体も作製できたことから、研究材料の調製と整備も進んでいるといえる。Pex14pのリン酸化がどのような分子機構でマトリクスタンパク質輸送を抑制するのか、既に確立しているin vitroタンパク質輸送解析系や、免疫抗体染色・免疫沈降法などのin vivoの解析系を用いて解析する。特に、Pex14pを中心とした動的な複合体として存在するペルオキシソーム膜上タンパク質輸送装置の形成や機能制御におけるPex14pリン酸化の役割について詳細に検討する。リン酸化Pex14p特異的抗体と各種キナーゼ変異体や特異的キナーゼ阻害剤を併用したPex14pリン酸化に関与する細胞内シグナル伝達経路の解析は継続して行う。また、Pex14pリン酸化依存的な酸化ストレス応答の生理的意義を解明するため、酸化ストレスに対する抵抗性(生存率)やペキソファジーを介したペルオキシソームの質的、量的制御にも関与するかも解析する。分子細胞生物学非リン酸化型および恒常的リン酸化型Pex14p変異体の安定発現株を用いて、既に確立しているin vitroタンパク質輸送解析系や、免疫抗体染色・免疫沈降法などのin vivoの解析系を駆使して、Pex14pのリン酸化がマトリクスタンパク質輸送をどのように制御するのかを解析する。また、同定済みのPex14p結合性キナーゼを酵素として使用したin vitroキナーゼアッセイを行い、Pex14p結合性キナーゼが直接Pex14pリン酸化する酵素として機能するのか、また同定したリン酸化部位を特異的に修飾するのかどうか等を明らかにする。H26年度に引き続き、各種キナーゼ変異体や特異的キナーゼ阻害剤、RNA干渉法等の手法によりPex14pリン酸化に関与する細胞内シグナル伝達経路を明らかにする。解析には作製した抗リン酸化Pex14p抗体を活用する。
高齢者に多発するビタミンB12欠乏性神経障害発症の分子メカニズムの解明

高齢者に多発するビタミンB12欠乏性神経障害の分子メカニズムをヒトのモデル生物として広く用いられている線虫(Caenorhabditis elegans)により解明した.ビタミンB12欠乏線虫では脂質やアミノ酸代謝異常に加え,各種酸化ストレスが著しく蓄積していた.これら代謝異常や酸化ストレスの蓄積は複合的に神経細胞に作用し,神経伝達の非効率化,神経伝達受容体の撹乱ならびに神経細胞死を誘発することが推定された高齢者に多発するビタミンB12欠乏性神経障害の分子メカニズムをヒトのモデル生物として広く用いられている線虫(Caenorhabditis elegans)により解明した.ビタミンB12欠乏線虫では脂質やアミノ酸代謝異常に加え,各種酸化ストレスが著しく蓄積していた.これら代謝異常や酸化ストレスの蓄積は複合的に神経細胞に作用し,神経伝達の非効率化,神経伝達受容体の撹乱ならびに神経細胞死を誘発することが推定されたヒトを含む哺乳動物のビタミンB_12(B_12)の生理機能やB_12欠乏症の発症メカニズムの解明にはラット等の実験小動物が広く用いられてきたが,未だB_12欠乏性代謝異常症や神経障害の詳細な発症メカニズムについて不明な点が多く残されている.そこで,個体発生機構・全ゲノム情報・ヒトの疾患遺伝子と相同性の高い遺伝子群の存在など生命機能の情報が豊富で,ヒトのモデル生物として広く用いられている線虫(Caenorhabditis elegans)に着目した.線虫を用いたB_12欠乏症モデル動物の調製法を確立する目的で,食餌性B_12欠乏が線虫に及ぼす影響を検討した,B_12制限食餌の調製は大腸菌OP50株をM9培地で振とう培養したものをB_12制限食餌として用いた.コントロールの生育条件として線虫(野生種N2)をB_12(100μg/1)を添加した培地を用いてB_12制限食餌で生育させた.B_12欠乏線虫はコントロール線虫をB_12無添加の培地に同一条件下で5世代継代的に生育させて調製した.生育の指標として産卵数と世代交代時間を測定した.またB_12欠乏の指標として体内メチルマロン酸量,ホモシスティン量,メチルマロニルCoAムターゼ活性,メチオニンシンターゼ活性をHPLC法で測定した.B_12欠乏条件下の線虫の産卵数はコントロール線虫より著しく減少し,世代交代時間は増加した.B_12欠乏の指標である細胞内メチルマロン酸レベルはB_12欠乏条件下で約3倍に上昇し,ホモシスティンも顕著に上昇した.B_12依存酵素メチルマロニルCoAムターゼはB_12欠乏条件下で約10倍に活性が上昇し,メチオニンシンターゼはB_12欠乏条件下1世代目から有意に活性が減少した,また,これらB_12欠乏条件下で線虫に生じた現象はB_12添加によりほぼ回復した.また,B_12欠乏条件下で太短い形態を有する線虫が約16%程度の頻度で観察され,現在,本変異体の神経および運動機能障害の有無を検討中である.ヒトを含む哺乳動物のビタミンB_<12>(B_<12>)の生理機能やB_<12>欠乏症の発症メカニズムの解明にはラット等の実験小動物が広く用いられてきたが,未だB_<12>欠乏性代謝異常症の詳細な発症メカニズムについて不明な点が多く残されている.そこで,個体発生機構・全ゲノム情報・ヒトの疾患遺伝子と相同性の高い遺伝子群の存在など生命機能の情報が豊富で,ヒトのモデル生物として広く用いられている線虫(Caenorhabditis elegans)を用いたB_<12>欠乏症モデル動物の調製法を確立し,食餌性B_<12>欠乏が線虫の脂質およびアミノ酸代謝に及ぼす影響を検討した.その結果,B_<12>欠乏線虫の産卵数はコントロール線虫に比べ著しく減少し,生育の遅延が観察された.またB_<12>欠乏の指標である細胞内メチルマロン酸量が顕著に上昇し,B12依存酵素メチルマロニルCoAムターゼ(MCM)とメチオニンシンターゼ(MS)活性が著しく減少した.B_<12>欠乏条件下において形態異常の線虫が約16%の頻度で観察され,著しい運動機能障害を呈していた.このB_<12>欠乏線虫は総脂質ならびにリン脂質や中性脂肪量がコントロール線虫に比べ顕著に増加していたが,奇数鎖脂肪酸の蓄積は認められなかった.一方,B_<12>欠乏線虫でリン脂質のPE/PC比が6倍以上に上昇し,生体内メチル化反応の指標であるSAM/SAH比は顕著に減少していた.B_<12>欠乏線虫では,MS活性の低下から生体内メチオニンが減少し,ホモシステイン・シスタチオニンが顕著に増加していた.またMCM活性の低下からスレオニン・バリン・ロイシン・イソロイシンが有意な増加を示した.さらに神経機能に関与するポリアミンの前駆体であるオルニチンが顕著な増加を示したことから,上述の運動機能障害との関連性が示唆された.ビタミンB_<12>(B_<12>)は生体内でメチオニンの生合成やバリン・イソロイシンなど分岐鎖アミノ酸の異化代謝に関与することから、B_<12>欠乏が線虫のアミノ酸代謝に及ぼす影響について検討した。

特にオルニチンから合成され神経機能を調節するポリアミンの代謝については詳細に検討を加えた。B_<12>欠乏条件下で生育させた線虫ではB_<12>欠乏症のバイオマーカーであるメチルマロン酸・ホモシステインが著しく蓄積し、B_<12>依存性酵素メチルマロニルCoAムターゼ活性・メチオニンシンターゼ活性が顕著に低下したことから、B_<12>制限食餌により線虫がB_<12>欠乏症を呈することを確認した。このB_<12>欠乏線虫では生体内メチル基供与体であるチアデノシルメチオニン(SAM)の著しい減少とその代謝産物でありメチル化反応を阻害するチアデノシルホモシステイン(SAH)の増加が見られ、生体内メチル化反応の指標であるSAM/SAH比は顕著に減少した。一方B_<12>依存性酵素活性の低下に伴いバリン・イソロイシン・トレオニン・シスタチオニン・ホスホエタノールアミンが有意に増加し、メチオニンが減少した。さらにB_<12>欠乏線虫においてオルニチンが顕著な増加を示したため、体内ポリアミン量の変動を検討したところプトレスシンでは有意差が見られなかったが、スペルミジンが著しく減少していた。またポリアミン合成の律速酵素であるオルニチンデカルボキシラーゼ活性はB_<12>欠乏線虫で顕著な上昇を示したが、ポリアミンの合成にはSAMが必須であるため、SAMの減少によるメチル化反応の低下がB_<12>欠乏線虫のポリアミン代謝に大きな影響を及ぼしていると推察される。これらアミノ酸の代謝異常は複合的に神経細胞に作用し、神経伝達の非効率化、イオンチャネル型受容体(NMDA受容体)の撹乱ならびに神経細胞死を誘発することが推定された。
飲酒運転根絶のための刑事政策・法政策に関する法社会学的研究

飲酒運転の抑止に関して、日本では主として刑事罰や行政罰の強化など「厳罰化」政策が採られ、事故件数・死傷件数が顕著な減少を示すなど一定の成果を挙げたが、未だその根絶には至っていない。本研究は、地域における飲酒運転根絶施策として都道府県レベルでの条例(飲酒運転根絶条例)を活用した取り組みに着目、その刑事政策・法政策的な意義と可能性を検証した研究である。本研究の成果は、第一に、地域における飲酒運転根絶条例に基づく施策の実効性・有効性を一定の範囲で確認できたことである。第二に、施策の中でもアルコール関連問題への取り組みには課題が残されていることを確認できたことである。本年度は、研究課題の初年度として、主に以下の研究に取り組み、一定の成果を上げることができた。【前期:2014年8月末まで】在外研究中のオーストラリア・NSW州における飲酒運転事故の実態と施策の実効性に関する調査研究。各種文献資料の収集・分析と併せて、メルボルン大学、マコーリー大学等で研究成果を踏まえ、飲酒運転根絶施策の日豪比較に関する序論的研究報告を行った。また、NSW州シドニー市内での飲酒運転等交通違反者に対する再犯防止プログラムを視察し、同種プログラムの日本における実施について有益な示唆を得た。【後期:2014年9月以降】福岡保護観察所にて毎月一回開催される「飲酒運転根絶プロジェクト会議」に出席、飲酒運転根絶に取り組む福岡県内の関係者(保護観察所職員、保護司、弁護士、アルコール専門治療に携わる医療関係者、アルコール飲料販売企業関係者、代行運転企業関係者、飲酒運転死亡事件被害者遺族、等)とともに、福岡県下における飲酒運転根絶施策の検討に取り組んだ。これらの研究実践を踏まえた研究成果の具体的な社会還元として、1)福岡県議会・第2回「飲酒運転撲滅運動の推進に関する条例」見直し検討会議(2014年10月17日)での福岡県条例の内容見直しに関する意見提言、2)スローライフ交通教育の会主催シンポジウム(2015年1月24日)での報告、3)福岡保護観察所主催「第64回社会を明るくする運動・第4回飲酒運転根絶県民フォーラム」(2015年1月30日)でのトークセッション発言、4)日本法社会学会・関西研究支部研究会(2015年3月1日)での研究報告、等を行った。本年度は、研究課題の2年目として主に以下の研究に取り組み、一定の成果を挙げることができた。【前期:2015年9月末まで】飲酒運転による重大死亡事件の発生を受けて飲酒運転根絶条例の制定を検討中であった北海道での取り組みに関わり、根絶条例の制定を求める市民有志の依頼を受けて開催された「飲酒運転のない北海道を目指すシンポジウム」にて研究成果に基づく基調報告を行う機会を得た(6月7日)。同報告の準備作業も兼ねる形で、飲酒運転の多発を許している北海道の地域的特性について公表されている各種データを基に分析、従来の根絶施策の効果と課題等について検証を行った。また、飲酒運転を含む危険な暴走運転による死亡事件をとり挙げたNHK「クローズアップ現代」(6月25日放送)に出演する機会を得て、飲酒運転を中心に危険な運転行為の抑止を目的に地域単位で条例等を活用した施策・取り組みを行うことの意義と効果に言及、研究成果について一定の社会還元を行った。【後期:2015年10月以降】「アルコール健康障害対策基本法」の下で今後進められていく飲酒運転根絶に関する都道府県単位での基本計画に基づく取組みと、根絶条例に基づく施策との関連を中心に検討を行った。とりわけ、同法に先行して根絶条例を制定し地域独自の飲酒運転根絶施策に取り組む福岡県、三重県におけるアルコール専門治療従事者の現場レベルでの取り組みの実情と課題について、10月に神戸で開催された日本アルコール関連問題学会での報告並びに関係文献等の検討を手掛かりに研究を進めた。また、11月に北海道札幌市で開催された「世界道路交通犠牲者の日北海道フォーラム2015」にて「飲酒運転根絶と交通死傷ゼロへの課題」と題して基調講演を行う機会を得て、地域独自の条例に基づく飲酒運転根絶施策の意義と有用性を再検討するとともに、研究成果について一定の社会還元を行った。研究実績の概要に示した通り、本研究課題は、2年目の取組みとして一定の成果を収めることができた。とりわけ、テレビ出演やシンポジウム等の機会を得て、研究の内容を着実に進めるとともに、研究成果について一定の社会還元を果たすことができた。しかし他方では、所属研究機関(本務校)での学部改組に絡んだ学内業務が予想以上に極めて大きな負担となったこと、また、本研究課題以外の研究業務並びに社会貢献業務等においても同時並行で進めざるを得ない状況に置かれた結果として多忙を極めたこともあり、主として調査を伴う出張等の面で当初の研究計画を適宜修正しながらの研究遂行を余儀なくされた。この点は、引き続き最終年度となる3年目の年度において、意識して研究計画を進めることにしたい。以上を踏まえて、トータルな視点から評価すれば、本研究課題はおおむね順調に進展しているものと評価することができる。本年度は、研究課題の3年目として主に以下の研究に取り組み、一定の成果を挙げることができた。【前期:2016年9月末まで】主として、北海道地域、福岡地域での飲酒運転事故の発生状況等に関するデータ分析と、それぞれの地域での飲酒運転根絶施策の効果と課題等について検討を行った。これらの成果を踏まえて、7月に北海道主催「北海道飲酒運転

根絶の日決起大会」にて、条例に基づく地域での飲酒運転防止策の意義・重要性等をテーマに基調講演を行う機会を得た。また、NHK福岡放送局制作の報道番組に出演する機会を得て、飲酒運転に関する傾向を分析、根絶に向けてアルコール問題を抱える当事者への支援策や高齢者を対象とした施策が必要であることなどを指摘した。さらに、9月には、沖縄県下の飲酒運転根絶施策の現状と効果等について、県庁、県警、保護観察所でそれぞれ聴き取り調査を行い、とりわけアルコール問題を中心とした根絶施策の重要性について有益な示唆を得た。【後期:2016年10月以降】10月に札幌地裁にて飲酒運転を背景とした危険運転致死傷事案の裁判傍聴を行った他、小樽市にて地域における飲酒運転根絶施策について講演を行った。11月には、アルコール依存を含む依存症者の治療・回復支援に取り組む団体関係者に聴き取り調査を行い、12月には同団体主催のセミナーに参加して、アルコール問題の当事者・家族に対する支援の必要性と課題等について有益な知見・示唆を得た。また、1月には、飲酒運転死亡事件の被害者遺族への聴き取り調査を行った他、福岡で開催された飲酒運転根絶県民フォーラムでのシンポジウムにコーディネーターとして登壇し、アルコール健康障害対策基本法及び同法の下での基本計画に基づく飲酒運転根絶施策について関係者と意見交換・検討を行い、かつ、研究成果の一定の社会還元を行った。研究実績の概要に示した通り、本研究課題は、3年目の取組みとして一定の成果を収めることができた。とりわけ、2年目の昨年度に引き続き、テレビ出演やシンポジウム等の機会を得て、研究の内容を着実に進めるとともに、研究成果について一定の社会還元を果たすことができた。しかし、他方では、昨年度に引き続き、所属研究機関(本務校)での学部改組に絡んだ学内業務により多忙を極め、予想以上に極めて大きな負担となったことから、主として調査を伴う出張等の面で当初の研究計画を適宜修正しながらの研究遂行を余儀なくされた。結果として、研究期間について1年間の延長を申請することとなり、承認を得ることができた。最終年度となる4年目の本年度においては、研究成果のまとめと総括を意識して、補充調査等の着実な遂行に努めることにしたい。以上を踏まえて、トータルな視点から評価すれば、本研究課題はおおむね順調に進展しているものと評価することができる。最終年度は、研究全体のまとめに向けた作業と必要な追加調査を行った。まず、年度当初の4月に愛媛県内で開催されたAA(アルコホーリクス・アノニマス)グループのミーティングに参加、アルコール依存からの回復を目指す当事者たちの状況に対する理解を深める機会を得た。地域の条例に基づく飲酒運転根絶に向けた施策において重要となるアルコール問題の当事者及びその家族に対する支援のあり方を考える上で貴重な示唆を得ることができた。6月から7月にかけて、飲酒運転根絶条例を制定した北海道での今後の施策促進を検討するシンポジウムが企画され、コーディネーターを務めた。アルコール治療の専門家や飲酒運転根絶に関する啓発にかかわってきた関係者らとの間で行った準備会合を含め、多分野横断的な専門家・関係者の連携に基づく飲酒運転根絶施策の地道な継続と不断の見直しが必要かつ有効であることを改めて確認する機会を得た。
炎症局所へのT細胞動員におけるE-セレクチンリガンドの同定とその生理的意義の解明

E-セレクチンは炎症時に血管内皮細胞に発現が誘導され、活性化T細胞の炎症局所への浸潤を媒介する。最近、私たちは活性化T細胞上のPSGL-1やCD43が炎症皮膚へのE-セレクチン依存的なT細胞浸潤を媒介することを明らかにした。しかし、これまでにCD43は細胞外領域が長く、また多数のシアル酸を有するシアロムチンであるために、T細胞の細胞間接着を阻害する分子として報告されている。PSGL-1もまたT細胞上に発現するシアロムチンであることから、T細胞上のPSGL-1が細胞間接着を阻害する分子として機能することが考えられる。そこで、PSGL-1,CD43の一方あるいは両者を欠損するマウスからT細胞を単離してhombtypicな細胞間接着を検討したところ、PSGL-1およびCD43を欠損するT細胞は細胞間接着が亢進した。また、レトロウイルスを用いて、PSGL-1およびCD43の細胞外ドメインのみ、あるいは細胞内ドメインのみを両分子を欠損するT細胞に発現させて、細胞間接着に関わるドメインを検討した。その結果、PSGL-1およびCD43の細胞外ドメインは細胞間接着を抑制することが明らかとなった。以上の結果から、PSGL-1やCD43はT細胞の細胞間接着を負に制御するが、T細胞が抗原刺激を受けて活性化されてE-セレクチンリガンドとしての機能を獲得すると細胞間接着を正に制御すると考えられた。このようにPSGL-1やCD43のようなE-セレクチンリガンドは見かけ上相反する機能を有しており、T細胞の免疫反応の制御に重要な役割を果たしているものと考えられる。E-セレクチンは炎症時に血管内皮細胞に発現が誘導され、白血球の炎症局所への浸潤を媒介する。これまでに私たちはマウス活性化T細胞上のPSGL-1やCD43が生理的なE-セレクチンリガンドとして機能していることを明らかにした。また最近、私たちはマウス活性化T細胞上ではPSGL-1やCD43以外にもE-selectin ligand-1(ESL-1)がE-セレクチン結合能を有していることを明らかにした。そこで、ESL-1がE-セレクチン依存的なローリングを媒介するかを検討し、ESL-1とIgGのキメラタンパク質上をE-セレクチン発現細胞がフロー条件下においてローリングすることを明らかにした。また、これまでにマウス好中球上のPSGL-1が生理的なE-セレクチンリガンドとして機能することが報告されているが、CD43が好中球上の生理的なE-セレクチンリガンドとして機能しているかについては未だ明らかではない。そこでマウス好中球上のCD43がE-セレクチン結合活性を有するかを検討したところ、PSGL-1欠損好中球に比較して、PSGL-1とCD43をともに欠損する(DKO)好中球ではE-セレクチン結合活性が低下した。また、野生型好中球からE-セレクチン-IgGキメラタンパク質を用いたアフィニティー精製を行ったところ、活性化T細胞と同様にPSGL-1、CD43およびESL-1がE-セレクチン結合能を有することが明らかとなった。さらに、好中球上のCD43がPSGL-1とともに生理的なE-セレクチンリガンドとして機能するかを明らかにするために、炎症反応を誘発させたマウスの挙睾筋における好中球のE-セレクチン依存的ローリングを生体顕微鏡により観察した。その結果、PSGL-1欠損マウスに比較してDKOマウスでは白血球のローリング速度が有意に上昇した。実際、E-セレクチンはローリング速度を遅くする役割を有することから、生体内において好中球上のCD43は生理的なE-セレクチンリガンドとして機能していることが強く示唆された。このように生理的に重要なE-セレクチンリガンドの同定は白血球の炎症局所への遊走機構の解明、さらには炎症性皮膚疾の発症・進展の制御につながり、その意義は大きいものと思われる。

このようにPSGL-1やCD43のようなE-セレクチンリガンドは見かけ上相反する機能を有しており、T細胞の免疫反応の制御に重要な役割を果たしているものと考えられる。
理工系教員養成学部生に焦点化したAO的高大連携と「スーパー教授学ハイスクール」

今日の初等中等教育における「理科離れ」や「理工系離れ」は,教員の指導によって引き起こされている面もあると推測され,教員養成の段階からも積極的にこの対策を講じていく必要がある。そこで本研究においては,中学校,高校,大学,県教委等に対して,理工系教員養成に関する調査,そして学生を教育指導現場へ派遣することによって得られる学生自身の変容に関する調査を通して,理工系教員養成の在り方の検討,特に学部カリキュラム,学生指導法,職業として魅力的な理工系教員の在り方等を検討した。具体的には,以下に示す調査を実施し,収集した資料に基づき,理工系教員養成の学生指導のあり方等,カリキュラムを体系的に作成・提案した。1理工系教員養成に関する調査(1)望ましい理工系教員養成学部生像の調査(2)理工系教員養成大学生の現状と理想像の調査(3)教育現場において求められる理工系教員養成学部生像の調査2学生を教育指導現場へ派遣し,学生自身の変容についての調査(1)理工系教員養成学部生を子ども科学館等に派遣し,子どもに科学技術の楽しさを伝えさせるとともに,派遣学生が受けた刺激等を多面的に調査(2)理工系教員養成学部生を高等学校に派遣し,高い技能と専門性を持たせると同時に,高校生との日々の交流の中で,教職に興味を抱く高校生にアドバイスを重ねるなど,派遣学生および高校生が受けた刺激等を多面的に調査作成したカリキュラムに基づく実践をした結果,大学生,高等学校の生徒等に相乗的な一定の効果があることがわかった。本研究の初年度にあたる平成15年度は,理工系教員養成におけるカリキュラムや学生指導のあり方を究明するために不可欠な基礎資料について収集することを中心にすすめてきた。具体的には,1理工系教員養成に関する調査(1)茨城県内の高等学校の進路指導担当教諭を対象に,訪問による調査を行い,望ましい理工系教員養成学部生像を明らかにするための予備調査を行った。(2)理工系教員を育成している教員養成系大学教官を対象に質問紙調査を行い,理工系教員養成大学生の現状と理想像を明らかにするための予備調査を行った。(3)県教育委員会や現職教員を対象に面談による調査を行い,教育現場において求められる理工系教員養成学部生像を明らかにするための予備調査を行った。(4)全国理工系教員養成学部の授業シラバス等を収集し,カリキュラムの分析を行った。2学生を教育指導現場へ派遣し,学生自身の変容についての調査(1)理工系教員養成学部生を子ども科学館等に派遣し,子どもに科学技術の楽しさを伝えさせるとともに,派遣学生が受けた刺激等を多面的に調査した。(2)理工系教員養成学部生を高等学校に派遣し,高い技能と専門性を持たせると同時に,高校生との日々の交流の中で,教職に興味を抱く高校生にアドバイスを重ねるなど,派遣学生および高校生が受けた刺激等を多面的に調査した。本研究の最終年に当たる次年度は,本年度収集した資料に基づき.理工系教員養成の学生指導等のあり方について本調査を行い,カリキュラムを体系的に作成・提案する。そこで本研究においては,中学校教員,高校教員,大学教員,県教委等に対して,理工系教員養成に関する調査,そして学生を教育指導現場へ派遣することによって得られる学生自身の変容に関する調査を通して,理工系教員養成の在り方の検討,特に学部カリキュラム,学生指導法,職業として魅力的な理工系教員の在り方等を検討した。1理工系教員養成に関する調査(1)望ましい理工系教員養成学部生像の調査(2)理工系教員養成大学生の現状と理想像の調査(3)教育現場において求められる理工系教員養成学部生像の調査2学生を教育指導現場へ派遣し,学生自身の変容についての調査

(1)理工系教員養成学部生を子ども科学館等に派遣し,子どもに科学技術の楽しさを伝えさせるとともに,派遣学生が受けた刺激等を多面的に調査(2)理工系教員養成学部生を高等学校に派遣し,高い技能と専門性を持たせると同時に,高校生との日々の交流の中で,教職に興味を抱く高校生にアドバイスを重ねるなど,派遣学生および高校生が受けた刺激等を多面的に調査作成したカリキュラムに基づく実践をした結果,大学生,高等学校の生徒等に相乗的な一定の効果があることがわかった。
機能性複素環N-オキシドの化層特性に基づく活性酸素種・発生と応用

Pyrimido[5,4-g]pteridine N-Oxide類(1)は極めて高度な光酸化能を有する。即ち、脂溶性を有する(1)の誘導体は光励起下に、有機溶媒中で酸化代謝酵素の活性酸素種(鉄オキセノイド)に酷似した機能を示し、また、水溶性を有する(1)の誘導体は光励起下に、水溶液中で水酸ラジカルを高効率に発生する。これらの知見を基に本研究では、効率良いDNA鎖切断剤を構築する目的で、(1)の反応性検討を行った結果、(1)へのインターカレータの装着は著しいDNA鎖切断能向上を招くことが判明した。また、(1)によるヌクレオシド類の光分解ではシチジン類塩基部が優先的に遊離することを見いだし、本反応系が効率良いシチジン選択的RNA鎖切断剤としても機能することを明らかにした。高純度な水酸ラジカルの効率良い発生法は、核酸をはじめとする生体物質の損傷研究に重要なばかりでなく、癌療法のための新規デザインを可能にする。それ故、(1)を用いる水酸ラジカル発生法はそれらの新機軸を開くものである。なお、(1)の誘導体は、通常の(光照射下ではない)条件下では、顕著な抗癌活性を示さない。Furazano[3,4-d]pyrimidine N-オキシド類(2)には、構造の特徴から、(1)と類似した化学反応性が期待された。そこで本研究は、その簡便合成法を開発し、化学反応性を調べた結果、(2)は光照射下では非常に安定であるが、N-アシルシステアミン含有生理的条件下で一酸化窒素(NO)を効率よく放出することが判明した。それ故、(2)の気管支血管拡張作用は生体内で発生するNO由来と解釈できた。NOは、生体内で重要な役割を果たしている。しかし、それ自身は非常に不安定な気体であるため、その供与体の開発が注目されている。(2)は、誘導体合成が簡単であり、特定条件下でNOを発生することから、非常に便利なNO供与体となり得るので、その応用が期待できる。Pyrimido[5, 4-g]pteridine N-Oxide類(1)は極めて高度な光酸化能を有する。即ち、(1)は光励起下に、有機溶媒中では酸化代謝酵素の活性酸素種(鉄オキセノイド)に酷似した挙動を示し、また、水系では水酸ラジカルを高効率に発生する。これらの知見を元に、効率良いDNA鎖切断剤を構築する目的で、(1)の誘導体合成と反応性検討を行った結果、(1)へのインターカレータの装着は著しいDNA鎖切断向上を招くことが判明した。また、(1)によるヌクレオシド類の光分解では、シチジン類塩基部が優先的に遊離することが判明した。Furazano[3, 4-d]pyrimidine N-オキシド類(1)には、構造の特徴から、(1)と類似した化学反応性が期待された。

そこで、その簡便合成を開発し、化学反応性を調べた結果、(2)は光照射下では非常に安定であるが、チオール含有生理的条件下で一酸化窒素(NO)を効率よく放出することが判明した。それ故、(2)の気管支血管拡張作用は生体内で発生するNO由来と解釈できた。NOは、生体内で重要な役割を果たしている。しかし、それ自身は非常に不安定な気体であるため、その供与体の開発が注目されている。(2)は、誘導体合成が簡単であり、特定条件下でNOを発生することから、非常に便利なNO供与体となり得るので、その応用が期待できる。特異な構造を持つピリミド[5,4-g]プテリジンN-オキシド類(1)は、極めて高度な光酸化能を有する。即ち、(1)は光励起下に、有機溶媒中では一電子移動過程を経て電子豊富な基質へ酸素原子を効率良く添加する一方、水溶液中では、効率良い水酸ラジカル発生剤として機能する。この光反応特性に基づき、(1)は極めて効率良いDNA鎖切断を惹起した。なお、(1)によるヌクレオシド類の光分解では、シチジン類が他のヌクレオシド類に比べて優先的に消費された。また、本反応系では、リボース体の方が2'-デオキシリボース体よりも効率良く消費され、対応する塩基部シトシンの遊離が観察された。これらの知見は、本反応系がRNA鎖中シチジン部での選択的な切断剤として利用できることを暗示しており、この方面への応用が期待される。なお、このようなシチジン類の特異な挙動は、核酸塩基部の化学反応性の違いに起因するものと推察される。一方、グアノシン類は本反応系で非常に低い反応性を示したが、水酸ラジカルによる8-ヒドロキシグアノシン類の生成という観点から、本研究における応用展開として検討を試みた。しかし本年度行った(1)とグアノシン類との光反応条件下では、対応する8-ヒドロキシグアノシン類の生成を確認するに至らなかった。本反応については、さらなる詳細な検討が必要である。