hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
薬物動態制御タンパク質の発現・機能変動おける酸化ストレス応答性ｍｉＲＮＡの役割

microRNA-145 (miR-145)が、小腸のP-糖タンパク質(P-gp)の発現・機能を制御することを明らかにした。この成果は、miRNAによる小腸P-gpの転写後発現調節を示す世界初の報告である。さらに、miRNAは小腸上皮細胞に発現する薬物動態制御タンパク質の発現・機能を制御することから、薬物体内動態及び薬物吸収動態の個体内・個体間変動の要因となる可能性が示唆された。我々は、肝虚血再灌流(I/R)障害時に小腸のP-糖蛋白質(P-gp)発現量が上昇し、MDR1 mRNAの変化を伴わないことを明らかにしてきた。近年、機能性小分子RNAであるmicro RNA(miRNA)は、mRNAの3'-非翻訳領域(3'-UTR)に結合することにより、mRNAからの蛋白質への翻訳を制御し、様々な蛋白質の転写後調節因子として注目されている。本研究では、小腸に発現するmiRNA群に着目し、肝I/R後のP-gp発現変動におけるmiRNAの役割とその調節機構について詳細な検討を行った。肝I/Rによる小腸miRNA(475種類)の発現変動をmicroarray法で解析し、一定以上発現量が変化したmiRNAの中からin silico法によりMDR1 mRNAの3'非翻訳領域(MDR1-3'-UTR)を標的とするmiRNAを抽出した。その結果、miR-145のみがMDR1-3'-UTRに相補的配列を有していた。MDR1-3'-UTR配列を導入したHEK293細胞を用いてluciferase assayを行ったところ、miR-145を過剰発現させた場合にluciferase活性が顕著に低下し、miR-145結合部位の欠損変異体ではluciferase活性の低下が認められなかった。Caco-2細胞にmiR-145阻害剤を作用させたところ、P-gp発現量は約1.6倍、P-gpの基質薬物であるRhodamine 123輸送活性は約2.8倍まで上昇したが、MDR1 mRNA発現量は不変であった。以上より、miR-145はMDR1-3'-UTRに直接作用し、P-gpの翻訳を抑制する結果、P-gp発現量と機能を低下させる新たな調節機構が明らかとなった。本機構は、肝I/R後の小腸上皮細胞に発現するP-gpの発現・機能上昇にも深く関与するものと考えられる。我々は、酸化ストレス起因性肝虚血再灌流(I/R)障害時に小腸のP-糖蛋白質(P-gp)発現量が上昇し、MDR1 mRNAの変化を伴わないことを明らかにしてきた。近年、micro RNA (miRNA)が、薬物動態制御タンパク質の転写後調節因子として注目されている。本研究では、小腸に発現するmiRNA群に着目し、肝I/R後のP-gp発現変動におけるmiRNAの役割に関する検討を行った。その結果、miR-145がP-gpをコードするmRNAの3'非翻訳領域に直接結合することにより、P-gpの翻訳を抑制することを明らかにした。この成果は、miRNAによる小腸P-gpの発現制御を示す世界初の報告であるとともに、小腸P-gpが関与する薬物吸収動態の新たな変動要因である可能性を示唆した。さらに、薬物トランスポータ、薬物代謝酵素及びタイトジャンクションにより規定される小腸バリアー機能におけるmiRNAの役割について調査を行った。miRNAは小腸上皮細胞において、分化・構造・バリア機能の維持に重要な役割は果たしており、直接・間接的に薬物吸収に関わる薬物トランスポータ・薬物代謝酵素・タイトジャンクションの発現を制御することを概説した。また、病態時や年齢・性別により各個人のmiRNA発現量が異なることから、miRNAは薬物体内動態の個体内・個体間変動の一要因である可能性を示唆した。以上から、本研究成果は、個別化薬物療法の実現に向けた有用な基礎的知見であると考えられる。我々は、これまで肝移植時に問題となる肝虚血再灌流(I/R)障害が薬物体内動態に与える影響について検討し、その結果、肝I/R障害時に、小腸上部特異的にCYP3A活性及びP-糖蛋白質(P-gp)の発現量が亢進し、免疫抑制薬シクロスポリンAの経口バイオアベイラビリティーの顕著な低下を惹起することを明らかにした。また、その調節因子を検索したところ、小腸上部のCYP3A mRNAの発現量は胆汁中リトコール酸の上昇に起因するが、Mdr1aおよびMdr1b mRNAの発現量には肝I/R障害の影響は認められず、リトコール酸とは異なる何らかの転写後調節機構の関与が示唆された。近年、新たな転写後調節因子として、機能性小分子RNAであるマイクロRNA(miRNA)が注目されている。miRNAは、標的とするmRNAの3'-非翻訳領域(3'-UTR)に結合することによって、mRNAの分解や翻訳を制御することが知られている。本研究では、肝I/R障害後の小腸におけるmiRNAの発現変動と、小腸上皮細胞におけるP-gpの転写後調節におけるmiRNAの役割について検討を行った。

肝I/R障害による小腸miRNA(475種類)の発現変動をmicroarray法で解析した結果、Sham群に比べ10種類のmiRNA発現量が顕著に減少し、4種類のmiRNAが顕著に増加していた。さらに、この14種類の中からmiRanda標的予想プログラムを用いMDR1 mRNAの3'-UTRを標的とするmiRNA候補を抽出した。その結果、1種類のmiRNAのみがMDR1 3'-UTRに相補的配列を有していた。現在、このmiRNAがP-gpの発現量・機能に及ぼす影響について検討を行っている。本年度までの研究計画では、培養細胞に酸化ストレスを曝露させ、microarray法によりmiRNA発現プロファイルを解析し、CYP3A及びP-gpに標的配列を有する酸化ストレス応答性miRNAの同定までを予定していた。実際には、平成25年度に実施予定の肝虚血再灌流(I/R)障害モデルラットを用い、in vivoにおける酸化ストレス応答性miRNAによるP-gpの発現変動に関する検討を先行させ実施した。その結果、P-gpの発現量を調節するmiRNAを同定し、さらなる機能解析により、miR-145はMDR-1-3'UTRに直接結合し、P-gpの発現・活性を低下させる新たな転写後調節機構を発見した。研究成果を一流国際誌であるMolecular Pharmacologyに公表した。現在は、培養細胞に酸化ストレスを曝露させ、miR-145によるP-gpの発現調節機構に関わる酸化ストレスの役割についてさらに検討を進めている。以上から、本研究は、おおむね順調に進行していると考えられる。本年度の研究計画では、培養細胞に酸化ストレスを曝露させ、microarray法によりmiRNA発現プロファイルを解析し、CYP3A及びP-gpに標的配列を有する酸化ストレス応答性miRNAの同定までを予定していた。実際には、平成25年度に実施予定の肝虚血再灌流(I/R)障害モデルラットを用い、in vivoにおける酸化ストレス応答性miRNAによるCYP3A及びP-gpの発現変動に関する検討を先行させ実施している。現時点で、肝I/R障害時の小腸におけるmiRNA発現変動をmicroarray法によりスクリーニングし、MDR1 mRNAの3'-UTRを標的とするmiRNAを特定し、このmiRNAがP-gpの発現量・機能に及ぼす影響について検討を行っている。併せて、培養細胞に酸化ストレスを曝露させ、特定したmiRNAによるP-gpの発現調節機構についての検討も進めている。Caco-2細胞に酸化ストレス発生物質である過酸化水素(0, 10, 50, 100, 200 μM)を24時間曝露後、各細胞を回収し、Total RNAを調製し、RT-PCR解析によりMDR1 mRNA及びmiR-145発現量を測定する。さらに、Western Blot法によりP-gpの蛋白発現量を測定する。さらに、さらに肝I/R障害モデルラットを用い、臓器中及び血中miRNAをmicroarray法により網羅的に解析し、薬物体内動態と臓器・血液中miRNA発現量の関係性を解析し、バイオマーカーとしての有用性を検討する。
教育倫理学構築のための基礎的研究-実践倫理学としての教育哲学の可能性の検討作業-

序:倫理学道徳教育教育哲学と教育倫理学の関係1,理論編哲学その他の学問における認識論的・倫理学的刷新傾向と理論a,価値論の興隆近代的自我の哲学にみる倫理的特質ポスト・モダンにおける◆理性批判◆主体の喪失◆他者の不在倫理的志向性への復帰と新生◆正義論、公共性論、対他関係論価値とは何か、教育的価値とは何かb,新エピステモロジーの誕生◆単純化の思考から複雑性の思考へ自然科学から人文科学的思考への横断と統合人間的条件への包括的全面的理解◆新認識論の倫理的課題意識2,応用編a,応用倫理学の教育的展開地球・生命b,市民性倫理の刷新共生・コミュニケーション・介護と共同体構成意識(個人主義権利論の限界)c,新教養論:21世紀に生きる教養とは「(知識にと泊まらず)生き方を学ぶ」多元的文化と寛容・相互理解地球社会と通底的価値観付論:新エピスモロジーと学校教育改善の基盤新旧教科書の国際比較(日仏)思考の改革の視点から教科領域の撤廃と新学習方法の展開への提言※本研究の報告書では、研究のごく一部「価値とは何か、教育的価値とは何か」(価値論の興隆の末尾)をおさめるに止め、11月には全内容の刊行をめざす予定である。3年間の本研究計画期間のうち、教育倫理学構築という展望から、実践倫理学としての教育哲学の学的可能性を問い直す第1年度の作業は、主として20世紀主流教育哲学に対する価値論からの批判的検討に充当された。ここでいう20世紀の主流教育哲学とは、ひとつは"新教育学"と称された児童(学ぶ者)の活動重視教育理論であり、他は"プラグマティズム"すなわちアメリカに生まれた経験主義の教育理論(別名、プラグマティズム)である。前者は後者と重複する面もあるが、科学主義という尺度からみれば後者の方が厳正な理論的基礎づけを有している。両者とも、20世紀の哲学思想一般にみる存在論の興隆ならびに主観的価値基準の摂取に呼応して、倫理学的というよりは存在論的教育哲学である。否、倫理学は認めるとしても、そこにみられるのは存在論的倫理学であり、存在論的認識論に欠落するものは「他者性」ならびに「公共性」の視点である。本研究のねらいと方向性は、21世紀を目前にした今日、遺伝子操作に代表される生命倫理問題、環境問題、高齢化社会とその付帯課題としての生・死の意味変貌と対応、これら諸問題に直面するわれわれが、単に現象をあらわにする、あるいは存在それ自体の価値を正当化する、あるいは単に実態・事実の解明に意義をみつけるといった探究方法に終止符を打ち、いかに生きるかという問いかけを復権し、「価値」概念の再考と「倫理」の刷新に取り組まなければならないことの時代的・社会的必要性の自覚にあり、同時にとりわけ多元的価値意識のなかで敢えて共同体ならびに公共性概念再構築の要請にある。その際、新たな価値の問い方においては、絶対的・単一的な価値観を離脱するこはもとより、個別的・主観的価値観の主張からも脱するという相矛盾する方向を維持し続ける必要がある。以上、本年度の研究は、教育価値理論構築の試行前の、現行教育理論に体する批判的吟味であった。第1年度の現代教育哲学(児童中心主義、経験主義、発達心理学系教育理論)にみる存在論への傾斜批判と倫理的考察の欠落への批判を踏まえて、第2年度に行ったのは倫理的問いと実践への要請に関する理論的裏付けである。本年度の研究において前年度の研究成果を修正・再構築する必要があったのは、経験主義等の現代教育学理論の「主観性」「特殊・個別主義」ともいうべき価値観の批判と抹殺されていたに等しい「道徳哲学の復帰」という状況に論理的基盤を据えることに安住していては不十分なのであり、「ポストモダンの条件」における「倫理意識の危機」から将来した世界的・宇宙規模的「激動」を焦点に据えて教育倫理を考察することの再認識である。

この間わが国では、前期中等教育段階にある少年たちが学校環境周辺で犯す殺害等の犯罪、反社会的問題行動が頻発するようになり、中央行政政策立案サイドでも「心の教育」と称し、21世紀の社会を担う青少年にたいする精神面、情緒面の教育を力説するようになっている。それは教育心理学や宗教的次元の超越論的言説を提示することで、心の教化だけを単独に考えて十分であった「道徳教育」の時代の終焉を意味するものである。新しい時代的変化と課題のなかにある青少年および人間のエチィカは、そうした旧来の教育実践原理とは異なり、現代社会の抱えている科学技術の高度発展から招来した社会変化と人間生存の危機という、この時代的現象の全体像の直視から初めて解決の糸口がつかめるであろう多元的・学際的な基礎考察を土台とする教育倫理学の必要を顕示する現象であり、学際的理論基盤を応用駆使してこそ初めて成立をみるであろう21世紀型の「教育エチィカ」への要望である。このことは、教育をめぐって、新しい意味での倫理的要請や価値教育の要請がはじまっているということであり、その理論的構築には多くの専門分野の角度から緊急に取り組まれる必要がある。本年度の研究では、こうした新しい倫理的考察で活況を呈している(ドイツとともに)フランスの文献を厳正に紐解く作業に徹しながら、哲学一般の新生倫理学にみる言説にとどまらず、大人とか、人間ではなく、子ども、親、生徒、教師といった固有の存在を無視できない教育の実践原理における、それら新生倫理の活用とそこから興される教育独自の教育倫理学の構築可能性をさぐってみた。この作業を陳腐な常識論に止まらずに推進することはかなり困難で、残されたもう1年間を十分に使い試論を打ち立てたい。平成10年度は本研究の最終年度であった。本年の研究は3年間の継続研究の総括に当たるもので、教育倫理学の構想の試論構築がその中身であった。そこに1おいてとくに問われたのは、20世紀の倫理的反省と克服の考察から導かれた知(性)あるいは知識と倫理、理性と感性および理性と身体性の関係性の教育応用学的考察であった。これらの考察を哲学研究にとどまらない教育実践理論としてひとつの応用倫理学に仕立て上げるについては、先の見えない困難性が存した。本研究にわずかにせよ独自性があるとするならば、応用倫理学と教育(実践)との複合学的立体化に腐心した点にある。以上の研究のねらいと並んで、本研究は当初より20世紀の哲学と教育哲学の主流となってきた存在論に代弁される「現代思想」の克服という大胆な課題をかかえていた。それゆえ、応用倫理学と教育(実践)との複合的立体化とは、閉鎖的な主観への離反から「主体」そのものを解消してしまった20世紀という時代を教育哲学の視点から回顧し展望しようとする大胆すぎる試みでもあった。その問題提起のねらいは、科学技術の独走への危機意識と「責任性」の観念の蘇生である。科学(的認識)および科学技術は、すでに既定された運動については分析するが、そこにおいて「責任」という非科学的観念は無意味となる。教育倫理学の究極の問題は、教育的関係への問いを前提にしながら、先端科学技術の諸成果を享受しつつも「主体の自己に対する責任」と「他者に対する責任」を新たな展望のなかで再構築することにあった。この意味から、20世紀の哲学と教育哲学における「他者の不在」という特徴を考えるとき、「他者性」の概念は、「共同体的なものへの思索の欠如」ならびに「自然との相互依存関係の配慮の失敗」と表裏一体の関係において、本研究の中枢的テーマになった。研究成果は、1999年夏までに渓水社から刊行の予定である。
乳牛と肉牛の生産システムにおける生産予測ソフトウェアの開発

現実の農家における家畜生産システムの模型として大学附属牧場を対象とし、牛乳生産(東京大)、放牧主体の肉牛生産(北海道大)、舎飼主体の肉牛生産(京都大)の各生産方式における生産量を、土壌、気象、人為管理に関するパラメータと、資材、大陽エネルギー量などの人力によりコンピュータで再現、シミュレーションを行ないつつ生産予測までを可能とするようなソフトウェアを開発すること、をこの研究はねらいとしている。そのため、生物学的には土壌植物家畜系を流れる大陽エネルギーの転化過程を測定し(野外実測)、同時に人為的管理の影響を量的に見るために、それぞれの生産段階で投入された補助(化石燃料)エネルギーの流れを測定した。併せて過去も含めた6年10年の資料について、東大、北大、京大の各牧場の生産システムの記録をエネルギー収支と補助エネルギー投入の観点から整理した。これらを用いてシミュレーション実験をするための数学モデルを作成したが,全システムのモデルについては,一部の数式化に問題が残ったので,次段階の研究にゆずった。補助エネルギーの効率を産出エネルギー/投入エネルギーの比で示すと,牛乳生産システムの例では、平均乳量5700kgの牛群で,牛乳生産システム全体の産出/投入比は0.28であり,代表者らが予め調査した現実の酪農家の経営体群の場合の草地型酪農(弟子屈町)の0.35と,都市近郊型酪農(豊田市)の0.26の中間となった。牛乳生産に要した補助エネルギーの90%が肥料を含む飼料生産関連と購入飼料であり,飼料の内訳では肥料が全体の1/2,濃厚飼料が残り1/2を占めた。電力,薬品など管理のための投入は10%以下であった。飼料生産物ではサイレ-ジが乾草よりも効率が良い。しかし北海道大学の乾草生産システムは他のサイレ-ジ生産システムと同水準の高い効率を示した。乳牛と肉牛における生産システムを数学モデルで表現し、シミュレーション実験を行なうためのソフトウェアを開発する。生産システムとして、(イ)粗飼料多給による乳牛の育成、搾乳、(ロ)肉牛の集約的育成・肥育、(ハ)肉牛の放牧を主体とする繁殖・育成・肥育、という三つのタイプの生産方式を大学附属牧場に求めた。そこでの生産過程を、太陽エネルギーの流通系および補助エネルギー、流通系として捉え、エネルギー流の数式群(モデル)で表現するとともに、実測を加えてシミュレーション実験を行ない、最終的には生産予測(牛乳生産と枝肉生産)に役立てることをねらいとしている。本年度は、北海道大学附属牧場でヘレフォード種の放牧育成、肥育、東京大学附属牧場のホルスタイン種の牛乳生産、京都大学附属牧場の和牛(雑種)の繁殖・育成・肥育のそれぞれについて、六年間の蓄積された記録から飼料摂取と生産におけるエネルギー収支を、代謝エネルギーと補助エネルギーの両者について算出し、数学モデルに組み入れるためのパラメータを求めた。また不足部分については、実測も行なった。牛乳生産を例にとると、乳牛群の70例の年間にわたる泌乳曲線と総泌乳量について、飼料摂取量や気温、牛群母系系統との関係を調べたところ、(イ)母系系統間で泌乳量、泌乳曲線の形に差があり、日泌乳量最高期よりはその時期よりあとの泌乳中期、後期の能力が総泌乳量を高くしており、系統によってその能力が異なる、(ロ)中期、後期の能力は気温によっても影響を受けるが、その影響は、少し前(約2カ月)に受けた高温の後遺作用としてあらわれること、(ハ)数学モデルとして既存のモデルには(ロ)の事実が入っていないため改善する必要のあること、などが示唆された。

現実の農家における家畜生産システムの模型として大学附属牧場を対象とし、牛乳生産(東京大)、放牧主体の肉牛生産(北海道大)、舎飼主体の肉牛生産(京都大)の各生産方式における生産量を、土壌・気象・人為管理に関するパラメ-タと資材、太陽エネルギ-量などの入力によりコンピュ-タで再現、シミュレ-ションを行ないつつ生産予測までを可能とするようなソフトウェアを開発すること、をこの研究はねらいとしている。そのため、生物学的には土壌ー植物ー家畜系を流れる太陽エネルギ-の転化過程を測定し(野外実測)、同時に人為的管理の影響を量的に見るために、それぞれの生産段階で投入された補助(化石燃料)エネルギ-をも測定した。過去も含めて6年10年の記録について、東大・北大・京大の各牧場の生産システムの記録をエネルギ-収支と補助エネルギ-投入の観点で整理した。これらを用いてシミュレ-ション実験をするための数式モデルは、尚検討中である。生産量がどのくらいの補助エネルギ-投入で得られたかを、産出/投入比(補助エネルギ-投入効率)で表わすと、牛乳生産システムの例では、平均乳量5700kgの牛群で、牛乳1MJの生産に要した補助エネルギ-の内容は、飼料関連の投入で93%を占め、生産管理の投入(電力)は7%であった。この飼料関連の1/2は濃厚飼料としての投入、他の1/2は粗飼料生産のための肥料としての投入が大部分を占めている。濃厚飼料とともに肥料の利用の適否が、産出/投入比に影響することを示している。牛乳生産全体の産出/投入比は0.27で、以前に調査した草地型酪農0.35(弟子屈)と都市近郊型酪農(豊田市)0.26の中間、やや都市型に近い。粗飼料生産における効率では、搾乳牛の短時間放牧は余り高くなく、低水分サイレ-ジが高く、乾草は低かった。これらの特徴は、次年度の数式モデルに取り込みたい。農家の家畜生産システムの模型として大学附属牧場の牛乳生産システムと肉牛生産システムを対象に設定し,牛乳生産を東京大学,肉牛生産の放牧主体を北海道大学,舎飼方式を京都大学の各牧場において調査した。各生産方式における生産量を,土壌,気象,人為管理に関するパラメ-タを資材・太陽エネルギ-量などの入力によりコンピュ-タで再現シミュレ-ションを行うとともに生産予測までを可能とするソフトウェアを開発しようと試みた。生物学的には,土壌ー植物ー家畜系を流れる太陽エネルギ-の転化過程を測定し(野外実測),同時に人為的管理の影害を量的に見るために,生産過程で投入(消費)された補助エネルギ-(化石燃料)をも測定した。既存の610年にわたる生産記録に加えて,不足の部分の実測も併せて行ない解析した。東大牧場の牛乳生産システムの場合,牛乳1MJの生産には,飼料3.4MJ(補助エネルギ-換算)を要し,0.3MJの管理用電力を消費している。飼料関連93%,電力7%であり,飼料生産の省エネルギ-の重要性が示された。産出/投入比は0.27であった。牛乳生産システムについてのソフトウェアを作成し,今なお検証中である。泌乳部分のモデルでは,Bruceモデルの欠点を改めるとともに,泌乳初期の乳量とエネルギ-摂取の推移を示す数式に工夫を加えている.このモデルを,大久保・広崎モデルを基本としたモデルに組み入れ,施肥・牧草栽培,収穫,貯蔵,給餌,そして牛乳生産までのソフトウェアとして作成中である。
痴呆性老人の環境適応とケア方法

施設に入所した痴呆症を有する高齢者の環境への適応の仕方とケア方法との関係を見いだす目的で,2つの介護老人保健施設と1つの特別養護老人ホームで参加観察を行い,以下の知見を得た.(1)施設入所当初,対象者には新しい環境への戸惑いがみられ,入所者やスタッフへ助けてもらいたいというサインを出し,適応を図っていた.(2)看護・介護スタッフや観察者が対象者から出されたサインを察知し,問題が解消できた場合は,環境への適応が進み,表情の変化や社会性の拡大など心身によい影響がみられた.(3)対象者を含め入所者全体が穏やかに過ごしてる場面は,施設のスケジュールで空き時間ができ,スタッフが全く関わらない場面と,対象者に困った状況がおこらないようスタッフが関わっていた場面であった.(4)スタッフが対象者の問題が解消できない状況が長く続いていた場合,スタッフは対象者の訴えに応答しない,その場を凌ぐ(嘘を話す等)という対応になっていた.その場合,環境への適応は悪化をたどっていた.この場合,身体の状態も悪化することが予測された.(5)いったん入所後の環境適応が図られた後,対象者にはその人本来の欲求やその人らしい行動が現れることがわかった.この行動について,看護・介護スタッフが痴呆症状の悪化,不適応と理解し,特に本人や他の入所者の身体的な危険を招く場合,薬物での対応や抑制,他施設への転所,退所により適応が図られていた.痴呆症を有する高齢者の場合,環境側から何らかの規制が働くとそれに十分応じることができずにいらだち,不安定になる.また,環境側にも問題が生じる.したがって,環境適応を促進するケア方法は,関わり方も含めて,規制が少ない(規制を感じない)環境を作ることと考えられた.本研究は,「痴呆性老人は環境に適応していく能力をもち,自ら行動する」という仮説をたて,病院または施設に入院,入所した痴呆性老人が,その環境に適応していく過程を明らかにすることを目的とした研究である.本年度は,二つの老人保健施設において,入所している痴呆性老人法を参加観察した.1つの施設では,2つの入所棟を観察した上で,環境適応上問題があると考えられた4名の入所者を中心に参加観察を行った.もう一つの施設では,1つの痴呆専用フロアの全体を観察し,入所間もない入所者,及び環境適応上問題があると考えられた4名の入所者を中心に観察した.観察において,痴呆性老人の環境適応の仕方を把握する方法として,相互作用の場面において観察者(研究者)の抱く感覚に着目する方法を試みた.痴呆が軽度であり,入所による一時的な不適応の場合,老人が環境を良く知り,安心できることと,施設職員側も老人を安心させる方法を理解,実行できることで,痴呆性老人は環境適応できていた.それは,問題行動の消失によって示され,ごく自然な経過としてみられた.研究者や施設職員には,「落ちついた」ととらえられる行動の変化である.一方,痴呆の程度にかかわらず,不適応状態のままかわらない痴呆性老人もいた.一名は,家族関係上施設職員が簡単には解決できない問題を抱えている入所者であった.また,問題が解決されないまま長期化し,施設職員が問題状況に慣れてしまっていると考えられた場面もあった.今後,不適応状態が長期的に続く問題についての分析を進めていく予定である.施設に入所した痴呆症を有する高齢者の環境への適応の仕方とケア方法との関係を見いだす目的で,2つの介護老人保健施設と1つの特別養護老人ホームで参加観察を行い,以下の知見を得た.(1)施設入所当初,対象者には新しい環境への戸惑いがみられ,入所者やスタッフへ助けてもらいたいというサインを出し,適応を図っていた.(2)看護・介護スタッフや観察者が対象者から出されたサインを察知し,問題が解消できた場合は,環境への適応が進み,表情の変化や社会性の拡大など心身によい影響がみられた.(3)対象者を含め入所者全体が穏やかに過ごしてる場面は,施設のスケジュールで空き時間ができ,スタッフが全く関わらない場面と,対象者に困った状況がおこらないようスタッフが関わっていた場面であった.(4)スタッフが対象者の問題が解消できない状況が長く続いていた場合,スタッフは対象者の訴えに応答しない,その場を凌ぐ(嘘を話す等)という対応になっていた.その場合,環境への適応は悪化をたどっていた.この場合,身体の状態も悪化することが予測された.(5)いったん入所後の環境適応が図られた後,対象者にはその人本来の欲求やその人らしい行動が現れることがわかった.この行動について,看護・介護スタッフが痴呆症状の悪化,不適応と理解し,特に本人や他の入所者の身体的な危険を招く場合,薬物での対応や抑制,他施設への転所,退所により適応が図られていた.痴呆症を有する高齢者の場合,環境側から何らかの規制が働くとそれに十分応じることができずにいらだち,不安定になる.また,環境側にも問題が生じる.したがって,環境適応を促進するケア方法は,関わり方も含めて,規制が少ない(規制を感じない)環境を作ることと考えられた.
効果的音声コミュニケーションのためのL2音声自動評価および学習支援システムの開発

英語コミュニケーションを情報伝達の正確さの観点から、非母語話者を含む言語ユーザーが、情報伝達のために最低限達成しなければならない外国語音声習得の規準を明らかにし、そのための音声教育法を提唱することを目的とする。これまでの外国語教育では、いかに母語話者の発音に近づけるか、対母語話者を意識した教育が中心であったが、非母語話者間の情報伝達、意思の疎通を想定した、音声コミュニケーションの疎外となる、第二言語音声習得の問題点を、日本語、英語、仏語を軸に検証し、一般の外国語ユーザーが理解できる発音と理解できない発音の境界を解明する。結果を基に、最低限通じる発音教育のための学習支援システムの構築を目指す。
異文化の子どもを巡る社会的環境と異文化性の認識発達

1.3保育園の3クラスの縦断行動観察:平成4、5年の第1研究を継続し、異文化児の在籍する3クラスの観察を行った。今年度は卒園年にあたるため、この3月までの3年間に渡る記録の分析を平行して行っている。ビデオ資料の1部について行動の分類、分析を行い、以下の結果を得た。(1)異文化児と日本児の相互作用行動は、異文化児の入園後の時期によって質量ともに異なり、異文化児の積極的働きかけ行動の増加が見られた。この増加は日本児の応答の質の変化と相互に関係があると見なされた。(2)異文化児によって個人差のある行動特性と、共通の変化を示す行動特性のあることがわかった。2.異文化児を巡る社会的ネットワーク:(1)異文化児やその両親が、園との関係でもたらす問題を分析した結果、両親のおかれた社会的文脈やサポートシステムの影響が反映される可能性があり、異文化児独自の問題は少ないとみなされた。(2)異文化児の保育施設、就学施設選択の意志決定にかかわる要因は、異文化児本人の社会的ネットワークよりも、両親の自己文化の維持にかかわる要因が濃厚であった。まず、自己文化の育児観に合う施設を選び、合わない場合にはどういう点で役立てるかを位置づけるなど。しかし、合わない施設で問題が生じたときには理由は文化的信念の対立に至る。就学施設の選択に際しては、日本以外の選択枝も考慮し、その理由は日本の就学施設における諸種の問題の予期であることが多い。(3)日本語教室の異文化児にとっての機能は、自己文化ののアイデンティティの確立とも関係し、日本語の勉強以外の機能が濃厚である。ほかにクラスでの問題友達関係などへも解決の糸口を与える。両親の期待する機能はむしろ日本語の習得が中心であり、子どもの得ている経験とは異なる。今後一層多くの日本語教室での状況把握が必要である。
知覚パフォーマンスを指標とした初期視覚過程の計算量とその内部表現の研究

近年,初期視覚の計算論的研究は高度に進展しており,人の視知覚特性の一部を,その計算論的な意味とともに説明することを可能にしている.しかし,計算理論の水準だけでは,人の視知覚のパフォーマンス(能力)を定量的に説明することはできない.本研究は,視覚心理実験により人の知覚パフォーマンスを測定し,対応するモデルと比較することで,初期視覚過程の計算量とその内部表現を検証することを目的としている.本年度は,大きく分けて以下の三点の研究を実施した.1.グローバル運動における知覚パフォーマンスの心理物理学的測定運動透明視のように複数運動を分離知覚する刺激に加え,統合して一つの運動を知覚する刺激(global-flow,coherence-type,およびLPD刺激)の知覚パフォーマンスも測定し,運動情報の表現様式やその統合メカニズムを検討するためのデータを系統的に取得した.知覚パフォーマンスとしては運動方向の知覚精度を用いた.2.ポピュレーション符号化モデルによる運動統合アルゴリズム及びその内部表現の検討ポピュレーション符号化モデルの符号化能力と1の結果を比較し,運動情報の表現様式やその統合メカニズムを検討した.この結果,脳内には複数の運動統合メカニズムが存在し階層的な統合が行われていること,および各メカニズムが知覚パフォーマンスへ与える影響は加法的に作用することが示唆された.3.視覚特徴間の相互作用による精度への影響の検証複数の祖覚特徴を組み合わせたときの知覚パフォーマンス(精度)の変化を心理物理学的に測定し,その相互作用のメカニズムを検討した.この結果,特徴間のコンフリクトが非常に大きい場合でも,統計的に最適な(精度を最も高くする)特徴統合が行われていることが明らかになった.近年,初期視覚の計算論的研究は高度に進展しており,人の視知覚特性の一部を,その計算論的な意味とともに説明することを可能にしている.しかし,計算理論の水準だけでは,人の視知覚のパフォーマンス(能力)を定量的に説明することはできない.本研究は,視覚心理実験により人の知覚パフォーマンスを測定し,対応するモデルと比較することで,初期視覚過程の計算量とその内部表現を検証することを目的としている.本年度は,大きく分けて以下の三点の研究を実施した.1.運動透明視における知覚パフォーマンスの心理物理学的測定運動透明視における知覚パフォーマンスの低下は,脳の運動情報の表現様式の限界を反映していると考えられる.本研究では,知覚パフォーマンスとして閾値および精度に注目し,重畳運動の方向差を様々に変化したときのデータを系統的に測定した.この結果,閾値と精度では,方向差が与える影響が大きく異なることが明らかになった.2.妥当なニューロンモデルとその相互作用の検討ポピュレーション符号化モデルを用いて,1の結果を説明できる運動情報の符号化様式を検討した,この結果,運動検出ニューロンのポピュレーション応答の形状と,そのニューロン間の相互抑制の影響で,実験データを説明できることを見いだした.この結果から,運動情報の脳内表現を絞り込むことが可能になる.Perceptual pairingの手法を用いて,三種類の視覚特徴(色運動,視差)の任意の二つの視覚特徴の組み合わせで知覚潜時差を測定した.この結果,刺激の複雑さが潜時へ与える影響はほとんど見られなかった.しかし,各組み合わせで得られた知覚潜時差の間には,互いに整合性が無いことが明らかになった.このことは,視覚特徴の各モジュールは独立ではなく,知覚潜時という動的な知覚パフォーマンスの指標においても,モジュール間の相互作用の影響があることを示唆する.近年,初期視覚の計算論的研究は高度に進展しており,人の視知覚特性の一部を,その計算論的な意味とともに説明することを可能にしている.しかし,計算理論の水準だけでは,人の視知覚のパフォーマンス(能力)を定量的に説明することはできない.本研究は,視覚心理実験により人の知覚パフォーマンスを測定し,対応するモデルと比較することで,初期視覚過程の計算量とその内部表現を検証することを目的としている.本年度は,大きく分けて以下の三点の研究を実施した.1.グローバル運動における知覚パフォーマンスの心理物理学的測定運動透明視のように複数運動を分離知覚する刺激に加え,統合して一つの運動を知覚する刺激(global-flow,coherence-type,およびLPD刺激)の知覚パフォーマンスも測定し,運動情報の表現様式やその統合メカニズムを検討するためのデータを系統的に取得した.知覚パフォーマンスとしては運動方向の知覚精度を用いた.2.ポピュレーション符号化モデルによる運動統合アルゴリズム及びその内部表現の検討ポピュレーション符号化モデルの符号化能力と1の結果を比較し,運動情報の表現様式やその統合メカニズムを検討した.この結果,脳内には複数の運動統合メカニズムが存在し階層的な統合が行われていること,および各メカニズムが知覚パフォーマンスへ与える影響は加法的に作用することが示唆された.3.視覚特徴間の相互作用による精度への影響の検証複数の祖覚特徴を組み合わせたときの知覚パフォーマンス(精度)の変化を心理物理学的に測定し,その相互作用のメカニズムを検討した.この結果,特徴間のコンフリクトが非常に大きい場合でも,統計的に最適な(精度を最も高くする)特徴統合が行われていることが明らかになった.
細胞系譜解析を用いたSOX2の大腸癌幹細胞としての役割解明

CD44やCD133などの細胞表面マーカーでは癌幹細胞の明確な特定は困難である。近年、未分化マーカーのSox2が皮膚癌の癌幹細胞マーカーであると報告された。本研究ではSox2-GFPマウスを化学発癌させ、大腸癌形成過程を細胞系譜解析によって追跡し、Sox2が大腸癌でも癌幹細胞となりうるかどうかについて検討する。更にGFP陽性の癌細胞のシングルセル解析によって、新たな癌幹細胞マーカーを抽出し、その中で治療標的分子を同定する。
新しい血液中循環がん細胞分離デバイスを用いた乳がん患者からのCTC検出とその意義

選択性の3Dフィルター型CTC分デバイスをさらに改良して、マニピュレーターを用いて自動単離できるように装置の改良を試みたが、細胞の接着などのためキャピラリィーによる迅速な吸引、吐出が困難なことが判明した。そこでマニピュレーターによるCTCの単一細胞採取は中止し、フィルターからスライドグラスにCTCを直接転写する方式に切り替えた。これにより単一細胞採取はできなくなったが迅速、簡便なCTC回収が可能となった。少数の白血球のコンタミは免疫染色や遺伝子解析にほとんど影響しなかった。この方法を用いて乳がん患者の末梢血から簡便、迅速にCTCを検出し、さらに免疫染色や遺伝子解析が可能なシステムを構築した。1.CTC分離デバイスの改良:これまでに作成済みのフィルター型CTC分離デバイス試作機が、CTCを簡便かつ高感度に計測可能であることは既に確認している。26年度はフィルターからCTC細胞をマニピュレーターで手動或は自動単離し、迅速にPCR plateに分配できるように装置の改良とソフトの改良を行った。2 CTC分離デバイスにより単離した一細胞の遺伝子解析法の確立:単離した1個のCTCからRNAを抽出し、上皮マーカーだけでなく、HER2やホルモン受容体(ER/PgR)などの発現をRT-PCR法により定量できる手法を確立にむけて実験中である。また単離した1個のがん細胞から抽出し、プレアンプしたDNAを用いてダイレクトシーケンスにより変異の解析が安定してできる手法に関しても実験中である。3乳がん患者血液を用いた臨床試験:改良型デバイスを用いて乳がん患者検体50-100例を測定し、CTC数とステージや転移との関連など各種臨床病理パラメーターとの相関性を検討中である。また単離したCTCのHER2やホルモン受容体(ER/PgR)などの遺伝子発現や遺伝子変異データと原発巣や転移巣との生物学的特徴(ER、PR、HER2など)に関しても測定中であり、CTCがコンパニイオン診断に使えるか否かを検証する。フィルター型CTC分離デバイスにより循環腫瘍細胞(CTC)を簡便、かつ高感度に計測可能であることを乳癌患者の血液検体を用いて実証した。しかし、既存のCTC測定システム(Cell Serach System)との比較などは今後の研究課題となる。また、自動マニピュレーターでCTCを迅速にPCR plateに分配し、それぞれのCTCからRNAを抽出することができた。上皮マーカーだけでなく、HER2やホルモン受容体(ER/PgR)などの発現をRT-PCR法により安定して定量することができた。今後、これらの遺伝子発現と薬剤の有効性、および予後などについて検討を続けていく予定である。1.CTC分離デバイスの改良これまでに作成済みのフィルター型CTC分離デバイス試作機からCTC細胞をマニピュレーターで手動或は自動単離し、迅速にPCR plateに分配できるように装置の改良とソフトの改良を行っているが、現在のところその精度などについてはまだ高いとは言えず、さらなる改良が必要であるため。2 CTC分離デバイスにより単離した一細胞の遺伝子解析法の確立フィルター型CTC分離デバイスからの、癌細胞の単離にばらつきがあるため、マウスモデルにおいても一定した結果が出ていないため。3乳がん患者血液を用いた臨床試験改良型デバイスを用いて乳がん患者検体のCTCの測定は進んでいるが、上述したように一癌細胞の単離に関しては、まだできていないため。1.CTC分離デバイスの改良;前年度の研究項目を引き続き進め完成させる。2.CTC分離デバイスにより単離した一細胞の遺伝子解析法の確立、および前年度の研究項目を引き続き進め完成させる。3.乳がん患者血液を用いた臨床試験、および前年度の研究項目を引き続き進め完成させる。
環境変動に伴う森林土壌からの温室効果ガス放出の解明と定量化

森林土壌からの温室効果ガスの動態は本研究で行った高濃度CO_2環境、窒素沈着及び山火事による森林内の環境変化に影響されることが明らかになった。特に、温室効果ガスの動態変化は各環境変化によって異なった。まず、高濃度CO_2環境における土壌へのCH_4吸収量は減少したが、それは樹木の気孔閉鎖や林床からの蒸発量の減少による土壌水分の上昇と負の関係があることが観察された。次に窒素沈着が森林土壌における温室効果ガスに与える影響を評価するために遂行した窒素付加は、土壌中の無機態窒素の濃度の増加と共に、CH_4吸収量の低下やN_2O発生量の増加を引き起こした。最後に局地的環境変化として注目した山火事は、林分内の下層植生と有機物層を燃焼したが、それによって土壌からのCO_2発生量は減少した。なお、土壌からのN_2O発生量は山火事後に生産された炭の有無によって異なった。これらの結果、CO_2放出量は土壌の温度と水分量の影響を受けること、高CO_2環境及び大気からの窒素沈着が進行すると、森林土壌はCH_4の吸収源として期待が出来なくなること、N_2Oは窒素沈着が進行すると、その発生量がより増加することが明らかになった。なお、山火事後の炭の存在は、N_2Oをはじめ各種GHGの動態に影響を及ぼすことが明らかになった。採用第2年目の間(2011年4月-2012年2月)、5件(筆頭:2件、共著:3件)の研究論文や総説を発表した。報告者は2011年8月に韓国の大田で開催された第52回韓国森林学会および2011年12月にアメリカのサン・フランシスコで開催されたAGU(米国地球物理連合)総会で窒素付加実験(北海道大学北方生物圏フィールド科学センター札幌研究林の実験苗畑)の結果を発表した。また、第53回韓国森林学会(2012年2月、韓国済州)で山火事実験の結果を発表した。今までの研究結果は全て関連ジャーナル(日本大気環境学会誌・European Journal of Forest Research・Atmospheric Environment)に掲載された。高濃度CO_2環境が森林土壌へのメタン(CH_4)の吸収に与える影響を調べるために、北海道大学札幌研究林実験苗畑の開放系大気CO_2増加(FACE : Free Air CO_2 Enrichment)システムを利用して調査を行った。測定期間中、土壌へのCH_4吸収量は対照区に比べて高CO_2区で約半分に減少したが、土壌タイプの間には有意的な差は見られなかった。対照区ではCH_4は全測定地点で土壌に吸収されていたが、高CO_2区ではCH_4が発生している地点が観察された。土壌水分はFACE区で有意に高く、土壌水分とCH_4吸収量の間に負の関係が見られた。また、山火事が森林土壌からの温室効果ガス(CO_2、CH_4及びN_2O)フラックスに与える影響を調べるために、北海道大学北方生物圏フィールド科学センターの天塩研究林でモニター調査を遂行した。地表火は下層植生および林床有機物の燃焼によって土壌からのCO_2発生量の減少を引き起こしたが、CH_4の吸収量の増加とN_2Oの発生量の一時的増加の傾向が認められた。現在、本研究は計画どおりフィールド調査、試料サンプリング及び各種実験などが順調に進んでいる。この1年間、4件(筆頭:2件、共著:2件)の研究論文や総説を発表した。報告者は2010年4月中旬に北海道美深で開催された第4回TreeSap国際シンポジウムで山火事実験(北海道大学北方生物圏フィールド科学センター天塩研究林)の結果を発表した。また、第23回IUFRO世界総会(2010年8月、韓国ソウル)と第52回韓国林学会(2011年2月、韓国慶州)でのポスター発表を1件ずつ行った。第23回IUFRO世界総会で発表した窒素付加実験の内容は関連ジャーナルに投稿する計画である。

報告者は2011年8月に韓国の大田で開催された第52回韓国森林学会および2011年12月にアメリカのサン・フランシスコで開催されたAGU(米国地球物理連合)総会で窒素付加実験(北海道大学北方生物圏フィールド科学センター札幌研究林の実験苗畑)の結果を発表した。また、第53回韓国森林学会(2012年2月、韓国済州)で山火事実験の結果を発表した。今までの研究結果は全て関連ジャーナル(日本大気環境学会誌・European Journal of Forest Research・Atmospheric Environment)に掲載された。
二重殻ウイルスの構造形成と感染性に関する研究

二重殻構造をしているレオウイルス科を構成する12の属の内、3属に属する植物ウイルスを対象にし、主にイネ萎縮ウイルスを用い、ウイルスの細胞への侵入の様態、ウイルスが自己の12本に分節した2本鎖RNAを自己収納する機構、自分の各種タンパク質を素材にして自己組織化して粒子を構築する機構、その細胞内構築過程におけるウイルスの全12種タンパク質の機能と役割、宿主因子との応答の様態、及び増殖後のウイルスが細胞内を移動し、細胞外へ排出されるに至る全プロセスを構造学的視点から解明した。二重殻ウイルスの一種であるイネ萎縮ウイルス(RDV)の内殻タンパク質P3は遺伝子発現系において、単独で内殻様粒子を形成した。また、P3タンパク質、外殻タンパク質P8及びRNA結合タンパク質P7を、同一細胞内で発現させたところ、ウイルス様粒子を形成した。.RNA結合タンパク質は本ウイルス様粒子の内部に配置されており、感染性を有するウイルス粒子と伺様な粒子内配置をしていた。RDVの内殻粒子は60個の非対称2量体(P3AとP3B)により構成されていおり、P3BのN末端のP3Aへの挿入が内殻粒子の基本単位である2量体の形成に重要な役割を果たしていることが示唆されている。そこでP3タンパク質のN末端領域のウイルス粒子構築における役割を明らかにするため、N末端を欠失させた数種のP3タンパク質を発現させ、内殻様粒子の形成について調べた。その結果、N末端の2-10及び2-29のアミノ酸を欠朱させたP3タンパク質は内殻様粒子を形成したが、2-52の領域を欠失させたものでは形成しなかった。以上の結果からN末端の52アミノ酸から構成されるポリペプチドはRDVの内殻粒子の自己組織化に必須であることが明らかになった。MgCl_2処理において、純化RDV粒子と完全長のP3タンパク質から成る内殻粒子は2.6Mで破壊されたのに対し、2-10アミノ酸を欠失させたものは2.4Mで、2-29欠失させたものは更に層安定性が低く、2.3Mで破壊された。そこでこれらの結合エネルギーを計算したところ、RDVの内殻粒子の非対称2量体では207.3kcal/molであったのに対し、N末端の2-52アミノ酸を欠失させたものでは92.2kcal/molまで減少していた。以上の結果から、薄いタンパク質層である非対称2量体の形成は、ポリメラーゼやゲノムRNAを収納するための大きな空間を粒子内に作り上げるために必要であり、このような構造単位の形成はレオウイルスの粒子構築において重要な役割を果たすものと考えられた。イネ萎縮ウイルス(RDV)の粒子構造の顕著な特徴のひとつは内殻層がT=1で、外殻層がT=13と異なった対称性をもつ2層のタンパク質層から構築されていることである。これは各層のタンパク質に対応性がないことを意味し、生化学的な観点からは理解が困難な構造であるが、RDVと同属のイネ・ゴール・ドワーフ・ウイルス(RGDV)の外殻タンパク質との三次元ホモロジー解析、およびRDVの内殻タンパク質P3とRGDVの外殻タンパク質P8を遺伝子発現系で共発現させて得た粒子の解析から、主にタンパク質間の相補的静電ポテンシャルによることが、生化学的に証明された。細胞に感染したRDVはウイルスのPns6,Pns11およびPns12から構成されるバイロプラスマの内部でウイルスの内殻を構成するP1、P3、P5およびP7が集積、ウイルス内殻粒子を形成、その後にウイルス粒子の外殻タンパク質P2,P3,P7がバイロプラズマの周縁に集積、アセンブリーすることによって粒子が構築されることが判明した。酵母Two-hybrid法でRDVを構成するタンパク質間の結合を解析したところ、バイロプラズマを構成するPns12は自身のタンパク質と強く結合し、バイロプラズマ様構造体を単独で構築することが明らかになった。RDVの外殻タンパク質P8の外部に異種ウイルスの主要抗原決定基となるポリペプチドを配置させて遺伝子発現させ、RDVの内殻粒子と結合させたキメラ粒子は本来の粒子よりもやや安定性に欠けたが、本ポリペプチドと単体のときよりも約100倍の希釈まで本ポリペプチドの抗体を検定することができた。イネ萎縮ウイルスの12種タンパク質のうち、非構造タンパク質であるPns6、Pns11およびPns12は感染細胞内においてウイルスの合成工場であるバイロブラズマを形成した。その内部ではウイルスのゲノムRNAが合成され、さらにウイルス粒子内部を構成するP1、P3、P5およびP7が集積し、内殻粒子を構築した。その後、内殻粒子にバイロブラズマの周縁に集積していたP2、P8およびP9が結合し、外殻を形成して完全粒子となり、放出されるという、ウイルス粒子の構造構築プロセスが明らかになった。また、非構造タンパク質であるPns

4は、径約10nmのミニチューブルを形成、Pns10タンパク質は径約85nmのらせん状のチューブを形成し、ウイルスが近隣昆虫細胞へ移行するのに利用されることが判明した。イネ萎縮ウイルスの外殻蛋白質P8のN末端側にはflexibleなループ領域が存在する。このループ領域は独立な13種類のP8分子間で異なる構造を持ち、特に7種類のP8分子ではループ領域の一部がdisorderしていた。しかし、ループ領域が作るP3コア粒子との水素結合はP8-P3コア粒子間で作られる全水素結合の約半数を占めていた。二重殻ウイルス構造を形成するReovirus科Phytoreovirus属のイネ萎縮ウイルスとイネ・ゴール・ドワーフ・ウイルスのP8外殻蛋白質の三次元シミュレーションを行ったところ、タンパク質のサイズ及び静電ポテンシャルの両性質から両ウイルスの外殻タンパク質からなるキメラ粒子の構築が可能であると想定された。そこでイネ萎縮ウイルスの内殻に各ウイルスの外殻蛋白質を様々な割合で反応させたところ、その比率に応じてキメラ粒子を構築した。イネ萎縮ウイルスと同属のイネ・ゴール・ドワーフ・ウイルスとの間において、ウイルス粒子を構成する構造タンパク質は、ウイルス合成工場の基本分子であるバイロプラズマの構成タンパク質のようなウイルス構築をサポートする非構造タンパク質に較べて、ウイルス間でその一次構造が高く保存されており、ウイルスのように多数の同種および異種分子によって高次構造を構築するためには厳格な三次元構造を持つ構造構築単位(building block)の形成が必要であるものと想定された。イネ萎縮ウイルスのP2タンパク質はウイルス粒子の二層目に配置されているが、本タンパク質は媒介昆虫細胞を融合させる機能を有することが判明した。イネ萎縮ウイルスのP8タンパク質の3量体は径約590Åのチューブを形成するが、本チューブのクライオ電子顕微鏡像とX線結晶構造解析像とを組み合わせた疑似原子分解能構造解析によって、P8タンパク質3量体の横どうしの静電相互作用による復元力によって内殻粒子を穏やかに締め付ける力が、ウイルス粒子を超分子の状態に維持する根元的原理の一つであることを明らかにした。イネ萎縮ウイルスのPns10タンパク質は径約85nmのチューブを構築し、その中をウイルス粒子が安全に近隣細胞に移行するための手段として使用されているが、本チューブは螺旋構造をしており、その内部にウイルスを固定し、チューブの伸長に伴ってウイルスも移行することが明らかになった。二重殻構造をしているレオウイルス科のウイルスは12の属から成り、人、家畜、魚、昆虫、植物など広範な生物を宿主としている。本年度は各種植物レオウイルスが各種タンパク質を素材にして自己組織化する機構及び、増殖後のウイルスが細胞内を移動し、細胞外へ排出されるに至るプロセスの一端を解析した。イネ萎縮ウイルスのP8主要外殻タンパク質分子の柔軟性は本タンパク質問の静電相互作用によって、半径方向内側に向かってゆるやかに締め付ける力によって生み出されるもので、それによって内殻の歪な表面を包み込み、完全なウイルス粒子の二重殻を形成していることが判明した。このようなP8タンパク質の横どうしの結合による復元力が、ウイルス粒子を超分子の状態に維持する根元的原理の一つであるものと考えられた。イネラギッドスタントウイルスをクライオ電子顕微鏡単粒子構造解析法で解析したところ、レオウイルスに共通に見られる薄い内殻層が認められた。さらに本内殻層の上表面にクランプ及び長いタレット構造が存在し、イネ萎縮ウイルスとは異なる特異的な構造が見られた。
ナノ結晶を介したエネルギー移動現象の解明と新奇光機能性発現に関する研究

我々は、ナノ結晶を介したさまざまなエネルギー移動現象を見出し、ナノ結晶のエネルギー供給体、エネルギー伝達体としての機能を実証してきた。本研究は、エネルギー移動現象の基礎的特性を明らかにするとともに、ナノ結晶の持つ新奇光機能性として定着させ、ナノサイエンスからナノテクノロジーへの展開を計ることを目的とする。以下に研究の成果を列挙する。(1)Siナノ結晶とErをドープしたSio2薄膜において、Siナノ結晶からErへのエネルギー移動メカニズムについて研究を行った。エネルギー移動には2つの過程があり、それぞれの比率がSiナノ結晶のサイズ、密度、Er濃度に依存して変化することを明らかにした。(2)Siナノ結晶中にドナーまたはアクセプター原子が存在する場合に、それらの不純物原子とErイオンの相互作用について研究を行った。半導体ナノ結晶中にドープされた不純物と希土類イオンの間でエネルギーの授受があることがはじめて明らかにし、Erの高効率発光のメカニズムに関して重要な知見をえた。(3)Siナノ結晶とErをドープしたSiO_2薄膜の近傍に金属薄膜を配置することによるエネルギー移動レートの変化について研究を行い、エネルギー移動レートが試料と金属膜の距離に依存して振動することを見出した。これは、金属薄膜によりエネルギー移動効率を増強できる可能性を示したものであり、応用上非常に重要である。(4)Erをドープしたガラス薄膜中に金ナノ粒子をドープするとErイオンの発光効率が大きく増大することを見出した。また、その増大に金ナノ粒子の局在表面プラズモンが大きく関与していることを明らかにした。(5)Siナノ結晶をドープしたSiO_2膜上に金薄膜を堆積させ、さらにその上にグレーティング状に加工したレジスト層を堆積させることにより、表面プラズモンを介したシリコンナノ結晶の発光を実現した。我々はこれまでに、ナノ結晶を介したさまざまなエネルギー移動現象を見出し、ナノ結晶のエネルギー供給体、エネルギー伝達体としての機能を実証してきた。本研究は、既に見出しているエネルギー移動現象をさらに広く深く追求し、エネルギー移動現象の基礎的特性を明らかにするとともに、ナノ結晶の持つ新奇光機能性として定着させ、ナノサイエンスからナノテクノロジーへの展開を計ることを目的とする。ナノ結晶系として半導体ナノ結晶のみならず、表面プラズモン励起を伴う金属ナノ結晶も研究対象とし、エネルギー受容体としては希土類イオンをはじめとする各種イオン、無機分子、有機分子をも研究対象とする。本年度はまず、様々な系(組合せ)におけるエネルギー移動現象の基本的理解を目的に研究を行った。第一に、Siナノ結晶をエネルギードナー、酸素分子をエネルギーアクセプターとする系のエネルギー授受メカニズムの解明を目的として研究を行った。その結果、エネルギー移動がSiナノ結晶の励起子と酸素分子のelectron exchangeにより行われていることを明らかにした。また、エネルギー移動が室温の溶液中でも可能であり、Siナノ結晶が室温において酸素分子の励起(一重項酸素生成)の光増感剤として機能することを示した。次に、Siナノ結晶とErをドープしたSiO_2薄膜において、Siナノ結晶からErへのエネルギー移動メカニズムについて研究を行った。その結果、エネルギー移動には2つの過程があり、それぞれの比率がSiナノ結晶のサイズ、密度、Er濃度に依存して変化することが明らかになった。さらに、種々の有機分子の組み合わせ(ドナー分子・アクセプター分子ペア)に関して、金属の表面プラズモンによるエネルギー移動レートの増強に関する研究を行い、表面プラズモン励起に伴う増強された近接場により、エネルギー移動レートが増強されることを明らかにした。