hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
グリーンスマートグリッドの観点によるPVシステムを用いた動的電力系統制御

地球温暖化対策や化石燃料の枯渇に対処するため大型の太陽光発電設備が国内外で多数導入されている。たとえば日本国内では、数年内に数MW数十MW程度のメガソーラー発電システム(メガソーラー)が導入予定である。このような傾向はさらに加速することが予測されており、国内外においても急速にメガソーラーの導入が進展しつつある。このような状況で問題になるのはメガソーラーを電力系統に連系する場合に生じる電力系統の安定性の問題である。大規模な電力系統へメガソーラーを導入する場合の研究はこれまでに多数の研究者が取り組んでいる。すなわち、メガソーラーを電力系統へ大規模に連系すると発電電力の変動によって電力系統周波数ばかりでなく系統電圧も大きく変動することになり、高価な蓄電池を導入することなくメガソーラー側で対処することが望まれる。本年度は、先ず太陽電池から最大電力を常に得るための技術として太陽電池の最適動作点制御法を開発した。本制御手法の導入により、得られる日射量から最大の発電電力を得ることが可能である。メガソーラー発電設備において太陽電池パネルが敷設されている面積は広大であるため、部分影に対する対処法が特に重要となる。本研究では、パネル面に部分影が生じても短時間で最適動作点を検出できるため、曇天時においても最大の発電電力量を得ることが可能である。電力系統へメガソーラー発電設備を大規模に導入すると系統周波数ならびに系統電圧の変動を生じる可能性がある。本研究では、電力系統の動特性を考慮して系統周波数を制御する手法を開発した。系統周波数をオンラインフィードバック制御することにより、これまで火力発電機で制御していた系統周波数をメガソーラー発電設備で制御することが可能となった。このため、火力発電機が高出力の高効率運転が可能になることから、重油使用量の低減が可能となる。当初計画した提案内容が研究成果として発表できた。また、研究成果として発表された学術論文は査読有りでインパクトファクターも比較的高いことから世界的視点から概ね順調に研究が進展しているといえる。太陽光発電設備の基本的な制御方法が研究成果として得られたため、実電力系統への適用を考えるために重電メーカーや電力会社等と産学連携研究を推進したい。
看護系大学院における看護実践能力育成プログラムの開発

本研究は、看護系大学院におけるフィジカルアセスメント能力の強化を図り、看護実践能力の育成にむけたプログラム開発、教育の質向上を図ることを目的とし、平成25年度には、Advancedフィジカルアセスメント能力向上に向けて、大学院生自身がどのような課題を自覚しているかの調査を行った。分析の結果、対象の健康状態に対するアセスメント能力に対して課題があると自覚していることがわかった。また、専門的知識を活用し、現象の表す意味を明らかにする表象能力を高める思考のパターンを学ぶことも課題であると自覚していた。このことから高度看護実践を行う上で、知識を持っているだけでは限界があり、健康問題に対して事実を事実のまま報告するあり方とその状態で生活をすることなど医学・看護学的な知識を重ねて、生活者としてどのような問題を抱え、それに対してどのように支援していけばよいかを考えることについて課題があることが明らかとなった。また、アセスメントは、実際に対象や事例に対してどのような事実に対してどのように判断するかの判断過程をしっかりと示す必要があるとわかった。これを踏まえて、現行の教育プログラムは次年度以降内容の改善、単元の順序を工夫するなどプログラムをより良いものに変えていく予定とした。分析結果について、今後学会誌に投稿予定である。また、フィジカルアセスメント能力の向上に向けてシミュレーション教育等情報収集を行った。これら内容についても、教育内容に反映させていく予定である。
脳低温療法のニューロン保護効果におけるマイクログリアとサイトカインとの関連

マイクログリアは一酸化窒素(NO)やサイトカイン等の産生を介し、細胞傷害と密接に関与する。脳保護作用を目的とした脳低温療法はこれらの増加を軽減させる可能性があるが、その機序には不明な点が多い。報告者は、今までにリポポリサッカライド(LPS)活性化マイクログリアからのNOやサイトカイン産生が低温や高温下で受ける影響について明らかにしてきたが、本物質は非生理的であり議論が多かった。そこで本年度の研究では、脳損傷時のニューロンやグリア細胞から遊離あるいは放出される内因性マイクログリア活性化物質、アデノシン三リン酸(ATP)を用い、マイクログリアの産生するNOやサイトカインが低温および高温培養下でどのような影響を受けるのか調べた。新生仔ラット(Wistar:1-3日齢)の大脳よりマイクログリアを単離し、ATP添加の下、33°C、37°C、39°C下で各々48時間まで培養した。培養上清中の炎症性因子(NO_2^-:NOの代謝産物)および抗炎症性因子(IL-10)産生量をそれぞれGriess法およびELISAで測定した。その結果、マイクログリアのATP(1mM)刺激によるNO_2^-産生は、48時間の培養で33°Cでは37°Cに比べ高値を示し、39°Cでは低値を示した。IL-10産生は、48時間の培養で33°Cでは37°Cに比べ低値を示し、39°Cでは高値を示した。以上より、1)低温(33°C)下ではATP活性化マイクログリアからのNO産生は促進され、IL-10産生は抑制されること、2)高温(39°C)下ではNO産生は抑制され、IL-10産生は増加すること、が判明した。これらの結果は脳低温療法による脳保護作用の一機序に、ATP活性化マイクログリアからのNO増加とIL-10抑制が関与することを示唆する。しかしながら、報告者は今までに低温下ではLPS活性化マイクログリアからのNO産生は抑制されることを見出しており、今後、刺激の違いにより何故NO産生に及ぼす低温の影響が異なるのか、そのメカニズム並びに意義を低温下でIL-10低下(抗炎症性反応低下)を伴う機構の解析を含め、ニューロン-マイクログリア共培養系で明らかにしていく。現在、低温下でのNO増加はニューロン賦活あるいはニューロン死誘導作用を介し、脳保護に働くのではないかと考えている。脳損傷後の2次的脳障害発生に脳脊髄液中サイトカインの関与が知られているが、脳保護作用を目的とした脳低温療法によるサイトカインの修飾作用は不明のままである。脳内の主要な免疫担当細胞であるマイクログリアは、サイトカインや一酸化窒素(NO)等の産生を介し、細胞障害と密接に関与する。よって本年度の研究では、マイクログリアの軽度低温培養により、これらの産生がどのように影響を受けるのか調べた。また、高温培養による変化も併せて調べた。新生仔ラット(Wistar:1-2日齢)よりマイクログリアを単離し、LPS添加後、低温(33°C)、常温(37°C)、高温(39°C)下で各々6、24、48、72時間培養した。培養上清中のサイトカイン(炎症性:IL-1β、IL-6、IL-8、抗炎症性:IL-10)とNO_2^-(NOの代謝産物)産生量は、それぞれELISAと比色法により測定した。その結果、1)IL-1β産生は、33°Cでは37°Cに比べ6時間のみ低値を示した。37°Cと39°Cには差が見られなかった。2)IL-6産生は、33°Cでは37°Cに比べ6時間のみ低値となり、39°Cでは37°Cに比べ6-72時間抑制された。3)IL-8産生は、各温度間で差は見られなかった。4)IL-10産生は、33°Cでは37°Cに比べ24-72時間で低値を示し、39°Cでは37°Cに比べ48-72時間で高値を示した。5)NO_2^-産生は、33°Cでは37°Cに比べ6-72時間で低値となり、37°Cと39°Cには差はなかった。以上より、1)軽度低温(33°C)下では、マイクログリアからのIL-1β、IL-6、IL-10およびNO産生は抑制されること、2)高温(39°C)下では、IL-10産生のみ増加すること、が判明した。これらの結果は、脳低温療法による脳保護作用の一機序には、マイクログリアからの炎症性物質抑制のみでなく、抗炎症性物質の抑制も密接に関与することを示唆する。更に、IL-10の温度依存性変化より、IL-10は脳低温による神経保護作用、脳高温による神経障害作用のそれぞれに重要な役割を果たしていることが示唆された。報告者は、今までにリポポリサッカライド(LPS)活性化

マイクログリアからのNOやサイトカイン産生が低温や高温下で受ける影響について明らかにしてきたが、本物質は非生理的であり議論が多かった。そこで本年度の研究では、脳損傷時のニューロンやグリア細胞から遊離あるいは放出される内因性マイクログリア活性化物質、アデノシン三リン酸(ATP)を用い、マイクログリアの産生するNOやサイトカインが低温および高温培養下でどのような影響を受けるのか調べた。新生仔ラット(Wistar:1-3日齢)の大脳よりマイクログリアを単離し、ATP添加の下、33°C、37°C、39°C下で各々48時間まで培養した。培養上清中の炎症性因子(NO_2^-:NOの代謝産物)および抗炎症性因子(IL-10)産生量をそれぞれGriess法およびELISAで測定した。その結果、マイクログリアのATP(1mM)刺激によるNO_2^-産生は、48時間の培養で33°Cでは37°Cに比べ高値を示し、39°Cでは低値を示した。IL-10産生は、48時間の培養で33°Cでは37°Cに比べ低値を示し、39°Cでは高値を示した。以上より、1)低温(33°C)下ではATP活性化マイクログリアからのNO産生は促進され、IL-10産生は抑制されること、2)高温(39°C)下ではNO産生は抑制され、IL-10産生は増加すること、が判明した。これらの結果は脳低温療法による脳保護作用の一機序に、ATP活性化マイクログリアからのNO増加とIL-10抑制が関与することを示唆する。しかしながら、報告者は今までに低温下ではLPS活性化マイクログリアからのNO産生は抑制されることを見出しており、今後、刺激の違いにより何故NO産生に及ぼす低温の影響が異なるのか、そのメカニズム並びに意義を低温下でIL-10低下(抗炎症性反応低下)を伴う機構の解析を含め、ニューロン-マイクログリア共培養系で明らかにしていく。現在、低温下でのNO増加はニューロン賦活あるいはニューロン死誘導作用を介し、脳保護に働くのではないかと考えている。
新たな成長障害―GH-IGFシグナル蛋白遺伝子異常症の病態解明

【目的】成長ホルモン(GH)とインスリン様成長因子[insulin-like growthfactor(IGF)]は成長に関わっている最も重要な成長因子である。私達は原因不明の低身長患者を対象に、次世代シークエンサーを用いたGH-IGF系シグナル関連蛋白のエクソーム解析研究を行い、これまで明らかにされていなかった成長障害の病態解明を行う。【対象】GH分泌低下の見られない原因不明の成長障害患者と、IGF1R(IGF1受容体)遺伝子異常が疑われ、診断目的で遺伝子解析を行い異常が認められなかった成長患者【方法】MiSeqにてTruSightOneシーケンスパネルを用いてデータを取得する。この中からGH-IGF系経路関連蛋白遺伝子のデータを取りだし、変異の有無を確認する。見出された変異を機能予測ソフト、データベースを用いて、機能予測で、中等度の機能低下がみられる1%未満の希少変異について検討した。【結果】平成30年度は12人の対象者に解析を行った。2例は、平成28年度に同定したIRS1変異(p.Ser685_Ser686del)の対象者の同一家系内であり、同様のIRS1変異を認めた。兄弟2例に新規のIGF1Rのヘテロ変異(p.Tyr 888 X)を同定し、成長障害の原因遺伝子と考えられた。またIRS1変異を同定した対象者の一人から同意を得て、繊維芽細胞を採取し、有意な増殖能の低下を認めた。また、IRS1変異の認めた対象者に対し、他の成長障害関連因子の遺伝子解析を同様のシークエンスパネルで確認したが、IRS1変異以外は明らかな病的変異は認めなかった。【考察】本研究で同定した、IRS変異は成長障害の原因となることがより明らかになった。また、新規のIGF1R変異も同定し、GH-IGF系経路関連蛋白遺伝子による成長障害は比較的稀とされているが、一定の割合では存在すると思われた。前年度に比較し、対象者が12例と多く解析をすることができた。また変異が同定された対象者の繊維芽細胞を用いて、研究協力者伯野先生により、機能解析を行い、患者の繊維芽細胞にて、増殖能の低下を認め、現在IRS1の蛋白量、シグナル伝達について解析中である。対象者を集め、解析を引き続き行う。また同定したIRS変異については、樹立した対象者からの繊維芽細胞を用いて、IRS1チロシンリン酸化などをみて、シグナル伝達についての解析を行う。IRS1変異を同定した家系について、新たな機能解析結果をまとめ、論文投稿を行う予定である。また、解析を終了し、変異が同定されなかった対象のうち、IGF1高値を認め、GH-IGF1系シグナル関連蛋白の遺伝子異常を認めなかった症例について、IGF1Rのプロモーター領域のメチル化解析を行い、新たな成長障害の病態の解明を行う予定である。<目的>成長ホルモン(Growth hormone: GH)とGHにより分泌が誘導されるインスリン様成長因子[insulin-like growthfactor(IGF)]は人体の成長に関わっている最も重要な成長因子である。しかし、GH-IGFシグナルには多くの蛋白が複雑に関わっており、ヒトの成長障害との関連についてはGH、IGF自身の分泌障害以外は未だ明らかにされていない。私達は2014年度より、原因不明の低身長患者を対象に、次世代シークエンサーを用いたGH-IGF系シグナル関連蛋白のエクソーム解析研究を開始し、世界で初めてのGH-IGFシグナル蛋白遺伝子(IRS1および,IGFALS)異常による成長障害を同定した。本研究では、さらに、対象を増やし、エクソーム解析にて、GH-IGF系シグナル蛋白遺伝子異常による成長障害(GH-IGFシグナル蛋白遺伝子異常症)を検討し、機能解析を進めることで、これまで明らかにされていなかった成長障害の病態解明を行う<研究の成果>平成29年8月から2月の半年間、産休および育休のため、研究が中断したが、平成29年度は計4例の次世代シークエンスの解析を行ったが、今のところGH-IGFシグナル蛋白遺伝子異常は同定されなかった。一方で、すでに同定したIRS1遺伝子異常の機能解析を共同研究者である東京大学伯野とともに行っており、本遺伝子異常により、IGFシグナルの低下が明らかにされたが、さらに実証を深めるため、本遺伝子異常をノックインしたマウスを作成し、本遺伝子異常の成長に及ぼす作用について、詳細に検討している。その結果が判明後、論文を投稿する予定である。主任研究者が妊娠出産、産休のため一時的に実験を継続することができない時期が半年間あったため。また、解析の対象サンプルも思った以上に少ないため。

見出された変異を機能予測ソフト、データベースを用いて、機能予測で、中等度の機能低下がみられる1%未満の希少変異について検討した。【結果】平成30年度は12人の対象者に解析を行った。2例は、平成28年度に同定したIRS1変異(p.Ser685_Ser686del)の対象者の同一家系内であり、同様のIRS1変異を認めた。兄弟2例に新規のIGF1Rのヘテロ変異(p.Tyr 888 X)を同定し、成長障害の原因遺伝子と考えられた。またIRS1変異を同定した対象者の一人から同意を得て、繊維芽細胞を採取し、有意な増殖能の低下を認めた。また、IRS1変異の認めた対象者に対し、他の成長障害関連因子の遺伝子解析を同様のシークエンスパネルで確認したが、IRS1変異以外は明らかな病的変異は認めなかった。【考察】本研究で同定した、IRS変異は成長障害の原因となることがより明らかになった。また、新規のIGF1R変異も同定し、GH-IGF系経路関連蛋白遺伝子による成長障害は比較的稀とされているが、一定の割合では存在すると思われた。前年度に比較し、対象者が12例と多く解析をすることができた。また変異が同定された対象者の繊維芽細胞を用いて、研究協力者伯野先生により、機能解析を行い、患者の繊維芽細胞にて、増殖能の低下を認め、現在IRS1の蛋白量、シグナル伝達について解析中である。平成30年3月より主任研究者の復帰により研究を再開し、次世代シークエンサーでの解析を進める。。またすでに同定された遺伝子異常(IRS1遺伝子)の機能解析の研究を進める他、論文の投稿を行う予定である。対象者を集め、解析を引き続き行う。また同定したIRS変異については、樹立した対象者からの繊維芽細胞を用いて、IRS1チロシンリン酸化などをみて、シグナル伝達についての解析を行う。IRS1変異を同定した家系について、新たな機能解析結果をまとめ、論文投稿を行う予定である。また、解析を終了し、変異が同定されなかった対象のうち、IGF1高値を認め、GH-IGF1系シグナル関連蛋白の遺伝子異常を認めなかった症例について、IGF1Rのプロモーター領域のメチル化解析を行い、新たな成長障害の病態の解明を行う予定である。主任研究者が半年間産休および育休取得のため研究の遂行が難しかったためである。平成30年3月より復帰し、本研究を遂行している。引き続き対象者を取得し次世代シークエンサーによる解析を再開し、また現在解析中のサンプルを含め、解析後に新たな遺伝子異常が同定された場合は、PCRダイレクトシークエンス法で遺伝子異常を確認後、細胞を用いて機能解析を行い、論文を作成する予定である。また、現在遂行中のIRS1遺伝子変異の機能解析研究も引き続き行い、論文を作成する予定である。前年度研究代表者の産休、育休のため、研究が遂行できず、前年度の繰り越し金が生じていた。当該年度は、研究が前年度より遂行できたが、育休復帰後であったため、当初予定していたよりは実験の遂行状況は遅れていたが、次年度は、さらに加速し研究を遂行する予定である。
粒界制御したセラミックスの超塑性加工

セラミックス超塑性の研究は、わずか10年程の歴史しか有していないにも拘わらず、近年著しい進歩を見せている。このような進歩は、研究代表者を中心とする、我が国の研究者によって主導されてきている。超塑性に関する最も重要な国際会議ICSAMにおいてもこの事実は如実に立証されている。研究代表者の実績の最も特徴的な点は、従来の超塑性研究の限界を打破し、新しい展望を開きつつある点にある。従来の超塑性セラミックスの研究は、変形応力とひずみ速度の関係を解析し、活性化エネルギー、応力指数、粒径指数などの変形パラメータの実測値から、変形の律速機構を推定しようとするものであった。これは、金属材料超塑性に関する研究手法をそのまま踏襲するものであり、現象論的解析と呼ばれるものである。この手法は、変形特性の概要を理解するうえで有効なものである。しかし、異なったモデルが同一の変形パラメータを予測するなどもあって、この手法だけで超塑性現象を明らかにすることは困難となっている。本研究では、セラミックスの微細結晶粒超塑性の主要な変形モードが、粒界すべりである点に着目し、粒界構造あるいは粒界における原子間結合に関するミクロな情報から、変形の物理現象を明らかにしつつある。本年度の研究により、この試みは、粒界にガラス相を含むTZPの超塑性現象の解析に極めて有効であることが示された。これらの成果は、超塑性研究にひとつの全く新しい展開をもたらすものである。このような進歩は、研究代表者を中心とする、我国の研究者によって主導されてきている。例えば、1997年に開催されたICSAM-97におけるセラミックスのセッションには、基調講演1,招待講演1が設定されたが、前者は研究代表者が努め、後者も我国の研究者であった。従来の超塑性セラミックスの研究は、変形応力とひずみ速度の関係を解析し、活性化エネルギー、応力指数、粒径指数などの変形パラメータの実測値から、変形の律束機構を推定しようとするものであった。これは、金属材料超塑性に関する研究手法をそのまま踏襲するものであり、現象論的解析とよばれるものである。

この手法は、変形特性の概要を理解するうえで有効なものである。しかし、異なったモデルが同一の変形パラメータを予測するなどもあって、この手法だけで超塑性現象を明らかにすることは困難となっている。本研究では、セラミックスの微細結晶粒超塑性の主要な変形モードが、粒界すべりである点に着目し、粒界構造あるいは粒界における原子間結合に関するミクロな情報から、変形の物理現象を明らかにしつつある。本年度の研究により、この試みは、粒界にガラス相を含むTZPの超塑性現象の解析に極めて有効であることが示された。これらの成果は、超塑性研究にひとつの全く新しい展開をもたらすものである。
睡眠時リハーサルによる手続き学習定着の神経機構：鳴禽類の歌行動をモデルとした研究

本年度は、これまでの研究成果に基づいて、若鳥においては可塑性が成鳥に比して非常に大きいことを発見したため、これについて論文を著した(Tachibana et al., in press)。また、成鳥における歌の時間制御についての学習速度は元来のバラツキの大きさと関連があることについて投稿準備中である。さらに、学習中に脳領域特異的に神経活動を不活性化することで学習の定着量を推定した結果について学会発表を予定している。これら以外に共同研究として、鳴禽の歌制御の基礎的な知見を得ることを目的として、背景雑音に応じた歌の音響特徴量の変化についての研究について論文を著した(Shiba, Okanoya, Tachibana, 2016)。前年度よりETH ZurichのInstitute of Neuroinformaticsに滞在し、Richard Hahnloser教授との共同研究を行なってきた。前年度までに構築した神経活動の記録とそれに対する信号処理との高速な連携を可能にする仕組みを利用して、多点電極により学習に関連する脳領域からの長期間の神経活動記録を行なった。このデータの情報量解析から学習の定着における睡眠の影響が明らかになることを期待する。一方、電気刺激および光遺伝学的刺激により学習中の神経活動に介入する実験を進めたものの、期待する成果を得るには至らなかった。実験手法の根本的な改善が必要であると考えられる。これと同時に、韓国脳科学院(KBRI)の小島哲主任研究員との共同研究を進めた。この研究は脳活動の薬理学的な操作によって学習定着のタイミングを調べるものである。予備的なデータはむしろ睡眠時に特異的に学習が定着する可能性を否定し、覚醒時・睡眠時の両方を通じて徐々に定着する可能性を示唆しているため、さらなる検討が必要である。28年度が最終年度であるため、記入しない。睡眠時の脳内リハーサルが学習の定着に貢献する神経メカニズムを明らかにするために、ジュウシマツの歌学習を対象として、睡眠時の神経活動の操作がどのような影響を及ぼすかを調べている。人間を含めた様々な動物において、学習中と同じ神経活動パターンが睡眠中にもしばしば観測される。この睡眠時の神経活動を睡眠時リハーサル(あるいはリプレイ)といい、学習の定着に貢献すると考えられている。歌を学習する鳥である鳴禽類でも、歌を制御する神経核において睡眠時リハーサルが観測される。彼らの歌は様々な短い音要素(シラブル)で構成されており、睡眠時リハーサルの各箇所は各シラブルと対応している。本研究では、睡眠時の神経活動にシラブル特異的に介入することで、歌の学習の定着における睡眠時リハーサルの寄与を調べる。本年度は次の3点に注力した。(1)神経活動記録系の構築:電極の試作、神経活動記録機器と信号処理機器のセットアップをおこなった。信号処理アルゴリズムを開発するために、別の実験で得た多点電極による計測データを用いて、歌聴取中の神経活動から特定シラブルを検出するアルゴリズムを考案した。(2)行動実験:外部からの人為的な強化によって、歌の一部を再学習させる実験をおこなった。これは罰刺激(ノイズ音)を避けるようにして歌が徐々に変化するという学習行動を利用したものである。結果、特定シラブルの時間制御に局所的な学習を引き起せること、学習速度や上限がバラツキの大きさに関連があることが分かった。(3)数理モデル:当初の計画にはない新たな展開として、行動実験で得られたデータから、学習の数理モデルの構築を開始した。精密な数理モデルが得られれば学習の神経メカニズムを推定でき、睡眠中の学習の定着についても大きな示唆が得られることが期待される。睡眠時の脳内リハーサルが学習の定着に貢献する神経メカニズムを明らかにするために、鳴禽の歌学習を対象として、睡眠時の神経活動の操作がそのような影響を及ぼすかを調べている。歌を学習する鳥である鳴禽類でも、歌を制御する神経核に置いて睡眠時リハーサルが観測される。彼らの歌は様々な音要素(シラブル)で構成されており、睡眠時リハーサルの各箇所は各シラブルと対応している。そこで本研究では、睡眠時の神経活動にシラブル特異的に介入することで、歌の学習の定着における睡眠時リハーサルの寄与を調べる。前年度の研究成果に基づいて、歌の時間構造の変動パターンについて論文を著した(Tachibana et al., 2015)。また、成鳥における歌の時間制御についての学習速度は元来のバラツキの大きさと関連があること、若鳥においては可塑性が成鳥に比して非常に大きいことを見つけたため、これらについて投稿準備中である。さらに、鳴禽の歌学習とその脳内回路についての解説記事を発表した(橘・岡ノ谷, 2015)。また、10月1日よりスイス連邦工科大学(ETH Zurich)のInstitute of Neuroinformaticsに滞在し、Richard Hahnloser教授との共同研究を開始した。神経活動の記録とそれに対する信号処理との高速な連携を可能にする仕組みを構築することができた。これにより、多点電極からの信号を効率よく信号処理する体制が整った。なお、この滞在はJSPSとETH Zurichの共同による「日本スイス若手研究者交流事業」に採択され、3月末まで滞在費の支援を受けた。前年度に引き続いて学習行動の実験についてデータ解析をすすめた。

結果、若い個体で観測されていた高い学習能力が、成鳥とともに減少することを同じ個体内で示すことができた。これは学習の神経メカニズムを検討する上で重要な知見である。行動実験については期待以上に進展したが、一方で神経活動操作実験については、神経活動を記録しつつ実時間で信号処理をする実験系の構築に想定以上に困難が伴うことが分かった。そこで、10月1日よりスイス連邦工科大学(ETH Zurich)に滞在して、Richard Hahnloser教授との共同研究を開始した。これにより懸案であった神経活動記録と信号処理を上手く橋渡しする仕組みの開発が大幅に進展した。また、過去に滞在先研究室で取得された多点記録のデータを譲り受け、これについて改めて神経活動から特定シラブルを検出するアルゴリズムを検証し、改良を進めた。一方で、多点電極の記録系の検証の為、麻酔下での歌関連神経核の神経活動記録をおこなった。さらに、韓国脳科学院(KBRI)の小島哲主任研究員との共同研究を開始し、神経活動の薬理学的操作に関連する実験の準備を進めた。本年度中に成鳥の歌の時間的特徴の解析について原著論文1報を出版した。また、鳥の発声学習について解説記事を執筆した。本年度は、これまでの研究成果に基づいて、若鳥においては可塑性が成鳥に比して非常に大きいことを発見したため、これについて論文を著した(Tachibana et al., in press)。また、成鳥における歌の時間制御についての学習速度は元来のバラツキの大きさと関連があることについて投稿準備中である。さらに、学習中に脳領域特異的に神経活動を不活性化することで学習の定着量を推定した結果について学会発表を予定している。これら以外に共同研究として、鳴禽の歌制御の基礎的な知見を得ることを目的として、背景雑音に応じた歌の音響特徴量の変化についての研究について論文を著した(Shiba, Okanoya, Tachibana, 2016)。前年度よりETH ZurichのInstitute of Neuroinformaticsに滞在し、Richard Hahnloser教授との共同研究を行なってきた。前年度までに構築した神経活動の記録とそれに対する信号処理との高速な連携を可能にする仕組みを利用して、多点電極により学習に関連する脳領域からの長期間の神経活動記録を行なった。このデータの情報量解析から学習の定着における睡眠の影響が明らかになることを期待する。一方、電気刺激および光遺伝学的刺激により学習中の神経活動に介入する実験を進めたものの、期待する成果を得るには至らなかった。実験手法の根本的な改善が必要であると考えられる。これと同時に、韓国脳科学院(KBRI)の小島哲主任研究員との共同研究を進めた。この研究は脳活動の薬理学的な操作によって学習定着のタイミングを調べるものである。予備的なデータはむしろ睡眠時に特異的に学習が定着する可能性を否定し、覚醒時・睡眠時の両方を通じて徐々に定着する可能性を示唆しているため、さらなる検討が必要である。
子どもの遊び状況の変化に適応する玩具づくりワークショップおよび玩具デザインの展開

本研究最終年度は、玩具づくりワークショップを4回実践した。それらの観察記録および参加幼児・児童らを対象にしたアンケート調査結果の分析をとおして、玩具づくりワークショップの教育効果を引き出す、次の結論を得た。1、自然の秩序性を取り入れた玩具テーマを設定し、玩具の構造部分と、子どもが創造的に工夫を行う部分とを分ける指導方法は教育効果が高い。2、最初に、道具の正しい使用方法を実際に見せて指導することが必要であり、それは子どもの創造的な展開に繋がる。3、紙と鉛筆で完成イメージを絵に表現させた上で活動を開始する方法は、完成目標が明確になり教育効果が高い。4、子どもが、玩具の動く原理を理解して制作することが重要であり、そのための適切なアドバイスが必要である。5、ワークショップ後半の作業に、様々な形状の木材や種々の素材による造形遊び的な内容を設定する指導方法は、子どものイメージを広げる上で効果が高い。新学習指導要領によれば、小学校の図画工作科の時間は現状維持されるが、今まで一部の教育現場で行われてきた、総合的な学習の時間と関連させた造形実践は時間削減が強いられ、学校教育だけでは充分なものづくり活動は不可能になると懸念される。よって、今後、学校外でのものづくりワークショップの意義は更に大きくなると予想される。一方、玩具デザイン展開研究では、自然の秩序性をデザインコンセプトとした玩具作品を7回の展覧会に出品した。これらは、子どもの玩具づくりワークショップのテーマを創案する上でも重要な活動になった。発表作品の一つである、重力と錯視の要素を持つ「坂を上る回転立体」について、原理・デザイン・構造・遊び方について論文にまとめた。その他に、風や空気を感じることをコンセプトとした、大学生らによる「巨大な空気膜構造体の遊具開発」を実践し、それらの教育効果について、こども環境学会・ポスターセッションにて発表した。まず、現代の子どもの遊び周辺の状況を、問題点、肯定的側面、大人の関与の仕方といった三側面から分析した結果、次のような事項を確認した。1、子どもは、本来の創造性や遊びの能力を十分有している。2、子どもにとっての時間の流れは子ども独特である。3、子どもにとってのわくわくする時間と環境を、子ども中心に考え設定することが重要である。4、ものづくりの実体験は初歩からの経験が必要である。これらを玩具づくりワークショップの基本コンセプトに適応させ、子ども自らの思いを、動く動物や昆虫の玩具に表現することを目的として、6種類の基本となる玩具デザインを起こし、40回の動く玩具づくりワークショップを実践した。その結果、昆虫というテーマは、子どもたちの興味・制作意欲を引き出すことができた。これらの活動時間は差があったが、状況に応じた指導を展開できた。また、愛・地球博における連続30回の実践は、改善策を次々と次の実践に反映し、最終的に玩具づくりワークショップの一つの方法論として次のように結論付けた。1、ヒノキ材は、鋸等の道具使用をとおした加工性、安全性、香りを嗅いだりする実体験も得られる点で玩具づくりワークショップには最適な素材である。2、生き物をテーマとし、投げる行為、てこの原理、ゴム素材の特性、摩擦・重心の移動といったアナログ的な要素でデザインした動く玩具づくりは、現代の子ども達にとって興味ある行程、作業を経験させることができる。3、あらかじめ加工しておく材料部分と、子どもが自分の思いを自由に表現する部分を分けて設定する玩具づくりワークショップは、限られた時間内で子どもの満足度を高める教育的方法論である。4、子どものオリジナルな作品を完成させる上で、紙と鉛筆でデザインする方法は、大きさ、構造を理解して考えるものづくりの有効な方法である。

5、後片付けにおいてゴミの分別はエコ的な教育効果が得られる。2年目の主な研究計画とした玩具デザインの展開は、錯視、カオス、転がりをテーマにした一連の作品を7回の展覧会で発表した。継続している玩具づくりワークショップ研究については、初年度に行った6種類38回の玩具づくりワークショップのアンケート調査を分析し、次のような事項を結論とした。1、玩具の構造部分は用意し、創造的活動を分けて設定する方法論はほぼ肯定された。2、参加者の1020%は、鋸等の初歩からの道具指導が必要である。3、工作の苦手な子どもへの教育的配慮が必要である。また初年度に行った現代の子どもの遊びの分析と、インドの玩具づくりワークショップの実態資料を合わせて考察した結果、現時点で教育効果の高いワークショップ方法論として次の3つを抽出した。1、玩具の構造部分と子どもの創造部分を分けて設定し、紙と鉛筆を用いてデザインする手法。2、伝承玩具・遊具をリ・デザインする手法。3、玩具の構造部分と子どもの創造部分を分けて設定し、大量の様々な木片を造形遊び的に組み合わせて玩具をつくる展開。また、本研究計画に取り込んだ、「愛知県幼児の創造力育成推進事業」・「幼児の主体的・創造的な遊びを引き出す集団遊び用遊具の開発」において、大学教員、学生、本学付属幼稚園、園児が連携して、幼稚園の保育現場において必要とされる2種類の遊具を開発した。その1つは保育として展開できる大型のビニール製の空気膜構造体としての「巨大な魚」である。2つ目は幼稚園のオープンスペースに設置し、子ども達のごっこ遊びを誘発する、「木の家」である。それらは、愛知県児童総合センターにおいて現物を展示した。また、本事業において連携した4者共に、それぞれが大きな教育的成果を得た過程を、「遊具開発プロジェクトモデル」としてまとめた。この遊具開発プロジェクトについて、こども環境学会で2007年4月にパネル発表する。ものが豊かな時代における、子どものための玩具づくりワークショップ方法論を研究テーマとした最終年度は、前年度に明確にした視点に基づいた実践を4回実施し、参加幼児・児童らを対象にアンケート調査を実施し、前年度の考察を裏付ける次のような結論を確認した。玩具の構造部分はあらかじめ設定し、子どもの創造的部分は分けて設定する方法論として次のように実践すると大きな教育効果が得られる。1、自然科学的な秩序を内包する玩具テーマを設定し、紙と鉛筆で完成イメージを絵に表現させて活動を開始する。2、子どもが、玩具の動く原理を理解可能なように、道具使用方法も指導しながらゆっくり作業を進める。3、後半に、子どものイメージを広げる、様々な形状の木材や種々の素材による造形遊び的な工作を設定することにより、子ども一人一人が満足する個性的な仕上げを引き出せる。以上の方法により、短時間で完結する玩具づくりワークショップにおいても、最大限の教育効果を引き出せると考えられる。
ユビキチンリガーゼUBR4の組織特異的生理機能と分子機構

ユビキチンリガーゼUBR4はタンパク質のユビキチン化を担う翻訳後修飾酵素で、腎臓足細胞のポドシンやミトコンドリアPINK1の安定性、ヒトパピローマウイルスによる発がん、オートファジー経路等、多種多様な生理現象に関わっていることが示唆されている。本研究では、成体における生理学的役割とその分子機構を明らかにするために、コンディショナルノックアウト(CKO)マウスを用いて組織特異的にUBR4遺伝子を不活化させ、個体及び遺伝子発現の変化を解析する。それと並行して腎臓や脳等、特定の臓器からUBR4結合因子を精製し、既存および未知の標的基質の同定を試みる。平成30年度では、CKOマウスの作成とUBR4結合因子精製のための研究を行った。腎臓足細胞、腸管上皮細胞、肝細胞特異的UBR4遺伝子KOマウスを作成し、このうち腸管上皮細胞特異的UBR4遺伝子KOマウス(以下、Vill-Cre:UBR4CKOマウス)において興味深い結果を得た。Vill-Cre:UBR4CKOマウスでは、UBR4を欠損させてもマウスは正常であったが、AOM/DSS投与により大腸炎を誘発させると、血便、元気消失、体重減少がみられ潰瘍性大腸炎を伴い死亡した。一方、コントロール固体は生存した。投与後1-4日のJak-Statなど潰瘍性大腸炎遺伝子の発現は差がないため、従来とは異なるメカニズムで大腸炎を引き起こしている可能性がある。UBR4結合因子の精製については、その精製に必要なペプチドビーズやHPV-E7タンパク質を作製した。プロテオミクス解析を行う準備中である。UBR4結合因子精製法の確立のため、UBR4精製用ペプチドビーズおよびUBR4に結合するHPV-E7タンパク質を準備した。UBR4精製用ペプチドビーズはPheをN末端アミノ酸残基とする12アミノ酸残基のペプチドをアフィニティークロマトグラフィー用ビーズに結合させて作製した。HPV-E7組換えタンパク質は大腸菌発現システムを用い抗FLAG抗体ビーズを用いて精製した。今後は、ペプチドビーズとHPV-E7を用いてUBR4特異的結合因子の精製を行う。腎臓足細胞特異的Podocin-Cre、腸管上皮細胞特異的Villin-Cre、肝細胞特異的Albumin-Cre発現マウスとUBR4CKOマウスを交配することで、腎臓足細胞、腸管上皮細胞、肝細胞特異的UBR4遺伝子KOマウスを作成した。このうち、腸管上皮細胞特異的UBR4遺伝子ノックアウトマウス(以下、Vill-Cre:Ubr4CKO)と肝細胞特異的UBR4遺伝子ノックアウトマウス(Alb-Cre:UBR4CKO)の成体を得ることができた。腎臓足細胞特異的遺伝子ノックアウトマウスについては、生まれた個体を確認できておらず胎生致死である可能性がある。Vill-Cre:UBR4CKOおよびAlb-Cre:UBR4CKOともに、目立った異常は見られなかったた。そこで、Vill-Cre:UBR4CKOを使用して腸炎関連大腸がんモデルマウスを作成した。アゾキシメタンおよびデキストラン硫酸ナトリウム投与後、Vill-Cre:UBR4CKOでは血便、元気消失、体重減少がみられ潰瘍性大腸炎を伴い死亡した。以上のことから、現在までの進捗状況はおおむね順調に進展していると言える。これまでの研究成果は、腸管上皮細胞特異的UBR4遺伝子ノックアウトマウスはAOM/DSS投与による大腸炎を劇症化すること、すなわちUBR4は大腸炎劇症化のメカニズムに重要な役割を果たしている可能性を示唆している。しかし、リアルタイムPCRを用いた炎症関連遺伝子の解析では差が見られなかった。そこで網羅的な遺伝子発現解析をRNA-seq法を用いて行い、腸管上皮細胞におけるUBR4の機能解析を行うための手がかりを検索する。肝細胞特異的UBR4遺伝子KOマウスにおいては、NASHモデルなどの病態モデルを用いることにより、UBR4遺伝子の関与について検討する計画である。UBR4結合因子の精製は、特定のマウス組織をターゲットにするが、ヒト腸管上皮細胞由来の細胞株等の培養細胞も用いる計画である。また、遺伝子解析やプロテオミクス解析による候補タンパク質の検証のため、マウス胎児由来線維芽細胞株(MEF)や293細胞のUBR4欠損株を作成し、タンパク質相互作用、タンパク質分解解析に使用する予定である。

腎臓足細胞、腸管上皮細胞、肝細胞特異的UBR4遺伝子KOマウスを作成し、このうち腸管上皮細胞特異的UBR4遺伝子KOマウス(以下、Vill-Cre:UBR4CKOマウス)において興味深い結果を得た。Vill-Cre:UBR4CKOマウスでは、UBR4を欠損させてもマウスは正常であったが、AOM/DSS投与により大腸炎を誘発させると、血便、元気消失、体重減少がみられ潰瘍性大腸炎を伴い死亡した。一方、コントロール固体は生存した。投与後1-4日のJak-Statなど潰瘍性大腸炎遺伝子の発現は差がないため、従来とは異なるメカニズムで大腸炎を引き起こしている可能性がある。UBR4結合因子の精製については、その精製に必要なペプチドビーズやHPV-E7タンパク質を作製した。プロテオミクス解析を行う準備中である。UBR4結合因子精製法の確立のため、UBR4精製用ペプチドビーズおよびUBR4に結合するHPV-E7タンパク質を準備した。UBR4精製用ペプチドビーズはPheをN末端アミノ酸残基とする12アミノ酸残基のペプチドをアフィニティークロマトグラフィー用ビーズに結合させて作製した。HPV-E7組換えタンパク質は大腸菌発現システムを用い抗FLAG抗体ビーズを用いて精製した。今後は、ペプチドビーズとHPV-E7を用いてUBR4特異的結合因子の精製を行う。腎臓足細胞特異的Podocin-Cre、腸管上皮細胞特異的Villin-Cre、肝細胞特異的Albumin-Cre発現マウスとUBR4CKOマウスを交配することで、腎臓足細胞、腸管上皮細胞、肝細胞特異的UBR4遺伝子KOマウスを作成した。このうち、腸管上皮細胞特異的UBR4遺伝子ノックアウトマウス(以下、Vill-Cre:Ubr4CKO)と肝細胞特異的UBR4遺伝子ノックアウトマウス(Alb-Cre:UBR4CKO)の成体を得ることができた。腎臓足細胞特異的遺伝子ノックアウトマウスについては、生まれた個体を確認できておらず胎生致死である可能性がある。Vill-Cre:UBR4CKOおよびAlb-Cre:UBR4CKOともに、目立った異常は見られなかったた。そこで、Vill-Cre:UBR4CKOを使用して腸炎関連大腸がんモデルマウスを作成した。アゾキシメタンおよびデキストラン硫酸ナトリウム投与後、Vill-Cre:UBR4CKOでは血便、元気消失、体重減少がみられ潰瘍性大腸炎を伴い死亡した。以上のことから、現在までの進捗状況はおおむね順調に進展していると言える。これまでの研究成果は、腸管上皮細胞特異的UBR4遺伝子ノックアウトマウスはAOM/DSS投与による大腸炎を劇症化すること、すなわちUBR4は大腸炎劇症化のメカニズムに重要な役割を果たしている可能性を示唆している。しかし、リアルタイムPCRを用いた炎症関連遺伝子の解析では差が見られなかった。そこで網羅的な遺伝子発現解析をRNA-seq法を用いて行い、腸管上皮細胞におけるUBR4の機能解析を行うための手がかりを検索する。
高速な磁化反転を示す磁性線を受電コイルのコアに用いたワイヤレス給電の実現

外径11 mmのカプセル内視鏡にはボタン電池が装着されており、それにより体内を照らすLEDやCCDカメラ、集積回路などを駆動している。血管内で駆動させることが可能な1 mm径サイズのマイクロ・ロボットが実用化すれば、診断や治療に有用であるが、電池を入れることが困難である。この課題をワイヤレス給電で解決することを目指す。具体的には電磁誘導方式を採用し、体内には電圧を誘導する1 mm径の受電コイルを用いる。そのコイルのコア(鉄心)にパルス電圧を誘起する特殊な磁性線を使用することが本研究の特徴である。
計測融合連成解析による生体内血流場の経時的挙動の解明

本研究課題は、生体内の血管内部の条件が未知の場合でも、医療用超音波診断装置の計測結果をコンピュータシミュレーションにフィードバックすることにより、生体内の血管や血流の状態を正確に再現する手法を構築して、生体内の経時変化を解明し、循環器系疾患の発生メカニズムや治療法の解明に貢献することを目標として実施した。本研究により、動脈硬化や血管狭窄などを予測できる新たな診断指標が明らかとなり、循環器系疾患の経時変化を正確に評価できる可能性が示された。平成19年度は、血管壁の粘弾性パラメータが未知の場合を考えた。正確な数学モデルが既知の場合は、計測融合シミュレーションのフィードバック信号は、計算結果の収束に伴ってOに漸近するが、数学モデルに誤差がある場合は、フィードバック信号は有限の値に留まるため、過渡状態経過後のフィードバック信号の大きさを数学モデルの誤差の指標として、フィーバック信号の定常値を減少させるよう血管壁の粘弾性パラメータを変化させて数学モデルを修正し、最終的に正しい数学モデルを得るモデル適応機構を構築した。本年度は、本手法の妥当性を検証するため、直円管を用いた数値実験を行なった。座標系は軸対称の円筒座標を用いた。構造モデルとしては、単純なばね・ダンパ系(フォークトモデル)とし、壁面の各計算セルに接続した。血管の物性値は独立に設定可能であるが、最初は全て同一であるとした。最初に基準解として、動脈硬化によりばね定数が通常の値より増加したとして、計算を行なった。流入条件としては単純な正弦波状の流量変化を与えた。血管内部の圧力変動に伴う血管変形が再現できた。次に、血管パラメータが未知として通常の値を仮定し、血管変形の基準解との誤差に比例したフィードバック力を与えて計算を行ったところ、フィードバックゲインの増加と共に、血管変形の誤差が減少した。ただし、過度なフィードバックゲインに対しては系が不安定となり解が発散した。最後に、流入速度境界条件も未知であるとし、超音波ビーム方向の速度フィードバックを行った場合にも、良好な収束性が得られ、流体構造連成計測融合シミュレーションの妥当性を数値実験で検証することが出来た。本研究課題においては、血管壁と血管内の血流について、血管壁の粘弾性特性や、圧力、速度境界条件が未知の条件下で、医療用超音波診断装置の計測結果を構造・流体連成数値解析にフィードバックすることにより、生体内の血管物性値と血流動態を正確に再現する計測融合連成解析手法を構築して血管物性値と血流構造の経時変化を解明し、循環器系疾患の機序や治療法の解明に資することを目標とする。平成20年度における血管モデルを用いた計測融合連成解析の検証実験では、最初に、等方かつ一様な物性値をもつ血管モデルで実験を行うためのモデル材料について検討を行つた。超音波計測を生体と同一の条件化で行なうためには、音速、減衰率、散乱等の特性を生体の条件と一致させる必要がある。本研究では、これまでの検討結果を基に、PVA-ハイドロゲルを用いて血管モデル材料の検討を行った。PVA濃度、散乱ビーズ濃度、等を調整することにより、所要の特性を得ることが出来た。また、血管の持つ非等方性、粘弾性特性を再現するための検討を行った。繊維素材を内部に混入した複合PVA材料を製作し、粘弾性特性を計測した。その結果、生体の血管が持つ特性を本手法により実現できる可能性が示唆された。また血管の物性値が局所的に病変により変化した状況を模擬するため、場所により材料特性が変化したモデル血管材料の製作方法について検討した。その結果、材料硬化の処理を局所的に異なった条件で行うことで解決できるとの見通しを得た。平成21年度は、超音波診断装置の超音波プローブの3次元位置計測に基づく実際の血管の3次元形状の再構築を可能とし、その計測結果に基づく超音波計測融合流体構造連成解析を実現した。従来、フィードバックゲインの増加に伴い、計測融合シミュレーションのが不安定化して、十分なフィードバックゲインを用いることができないという問題があったが、数値解析手法の安定性に関する理論解析により、不安定化のメカニズムを明らかにするとともに、不安定現象の発生しないアルゴリズムを構築することができた。さらに、また、頸動脈血流の臨床データに基づく超音波計測連成シミュレーションを行い、超音波計測や通常の血流シミュレーション単独では正確な解析が困難な壁せん断応力が正確に予測できるようになった。その結果、OSIと呼ばれる壁せん断応力の時間変化パラメータおよび壁せん断応力の最大値を用いて、動脈硬化や血管狭窄などの病変との相関を示す診断パラメータが明らかとなった。
ヘテロ環の新規開環反応による簡便多置換化合物合成ならびに創薬への応用

ヘテロ環の開裂を伴う官能基化は、多様な複雑骨格を簡便に合成するための有用な手法である。今回我々は、緩和な条件下、安定な環状エーテルであるテトラならびにジヒドロフラン誘導体の環開裂型官能基化に成功した。更に、不安定中間体を生成する縮合環への官能基化にも成功し、多様な鎖状ならびに環状化合物の効率的合成法として開発した。得られた化合物は勿論のこと確立した方法論は、様々な生物活性化合物や機能性材料の合成に応用可能である。ヘテロ環は天然に存在する主要な骨格の一つであり、その官能基化は多様な化合物を合成する上で重要である。申請計画に沿って、まず、ベンジル位を有するヘテロ環状化合物のベンジル位活性化による官能基化を検討した結果、フタランやイソクロマンの様な2環性化合物では、金触媒存在下ベンジル位にアジド基を効率良く導入出来ることを見出した。一方、モノ環状化合物である2-アリールテトラヒドロフラン体では、炭素-酸素結合の開裂に伴いベンジル位のアジド化が進行した。両反応共、過去に例の無い有用な新規反応であり、日本薬学会第131回(静岡)にて発表した。また、フランと種々ベンザインとの反応により、容易に合成可能な1,4-エポキシ-1.4-ジヒドロナフタレン環の酸素-炭素結合部の開裂に伴った官能基導入を検討したところ、安価無毒な鉄触媒存在下、アリル基・シアノ基・アジド基の導入に成功し、多種ナフタレン誘導体の簡便合成法を開発した。この種の反応は、酸性条件下での反応は困難であり過去に報告例も無いが、基質制御により初めて成功した、また、同時に、従来の遷移金属を用いた手法で問題となる非対称基質への位置選択的官能基化を実現した。この結果についても、指導学生により日本薬学会第131回(静岡)にて発表した。両反応によって得られる新規骨格を有する化合物群は、有用生物活性を有する天然物の主要骨格であり、今後の創薬への応用が期待出来る。また、様々な反応に応用可能な手法であり、今後、多様な新規骨格簡便合成法として発展出来る。1,4-エポキシ-1,4-ジヒドロナフタレンは縮合型ヘテロ環であり、フランと種々ベンザインとの反応により容易に合成でき、ナフタレン前駆体として有用である。しかし、酸性条件下では酸素-炭素結合部の開裂により生じるカチオン中間体が不安定であり、求核種でトラップすることは出来ないことが通説であった。そこで、橋頭位に当たる1ならびに4位に置換基を導入することで中間体の安定化に成功し、安価無毒な鉄触媒により促進されるアリル基(Synlett 2010,14;2151.:前年度報告書に記載)・シアノ基・アジド基導入法として確立した(詳報を現在作成中)。この手法は、従来の遷移金属を用いた手法で問題となる非対称基質への位置選択的官能基化を可能とし、多種ナフタレン誘導体の簡便合成法として生物活性物質ならびに機能性材料合成への応用が期待される。また、単環ヘテロ環であるテトラヒドロフラン環の炭素-酸素部の開裂を伴った初めての触媒的アジド化ならびにアリル化法を開発した。テトラヒドロフランは安定構造を有しており、従来法では過酷な条件を必要とした。今回、鉄触媒存在下、室温で収率良く反応が進行することを見出し、フタランならびにラクトン誘導体へ適応することで、高官能基化された鎖状化合物の系統的合成法へと展開した(論文作成中)。更に、金試薬の新たな機能性を見出し、様々な基質のベンジル位への直接的アジド導入反応の効率化にも成功した。これら反応は、従来法では合成困難な、または工程数を必要する重要化合物を簡便に合成できる。そのため、有機合成の発展に貢献できることが期待される。
シグナル伝達可視化によるアドレナリンβ3受容体特異的アゴニスト探索系の開発

アドレナリンβ3受容体は脂肪細胞に発現するアドレナリン受容体の1つであり、アドレナリン刺激を介した細胞内貯蔵中性脂質の代謝分解を担っている。このような観点から、アドレナリンβ3受容体を介したシグナルを可視的に検出するための系の構築をこころみた。アドレナリンβ3受容体、βarrestin2、perilipin等の蛋白質を蛍光蛋白質との融合蛋白質として哺乳動物細胞に発現させ、蛍光の細胞内分布を観察することで受容体を介したシグナルの検出が可能となることが期待されたため、これらの遺伝子を培養細胞に導入した。脂肪組織では、脂肪細胞に存在するアドレナリンβ3受容体を介してアドレナリン刺激に反応し、脂肪細胞に貯蔵された中性脂質分子の分解が促進されることが知られている。脂肪細胞における中性脂質貯蔵オルガネラは脂肪滴と呼ばれ、その表面にはperilipinと称する蛋白質が存在する。脂肪細胞がアドレナリン刺激を受けるとpermpin蛋白質はリン酸化され、脂肪滴表面から離脱する。本研究では蛍光標識perilipin蛋白質の細胞内動態観察によって、生細胞におけるアドレナリン刺激受容を可視的に検出する系の開発を試みる。さらに、この系を活用することでアドレナリンβ3受容体特異的アゴニストの探索を目指す。β3受容体特異的アゴニストは肥満等の生活習慣病の解消に役立つことが期待される。今年度は、アドレナリンβ3受容体を安定的に発現する哺乳類培養細胞の作成に取り組んだ。まず、アドレナリンβ3受容体発現用ベクターを構築することにした。その結果、予定どおり目的とする発現ベクターを構築することができたものの、安定発現細胞株の樹立には至らなかった。そのため、今後引き続き発現細胞株の樹立に努める必要がある。目的とする細胞株が樹立できた場合、細胞に各種アドレナリン受容体作働薬(アゴニスト、アンタゴニスト等)を投与してぐ薬剤依存に受容体蛋白質の細胞内分布に変化が見られるかを解析し、発現された受容体が生理的な応答をし得ることを確認する。また、樹立された細胞株をもとにperihpin-GFP融合蛋白質を発現する細胞の作成を進める。脂肪細胞がアドレナリン刺激を受けるとperilipin蛋白質はリン酸化され、脂肪滴表面から離脱する。さらに、この系を活用することでアドレナリンβ3受容体作働薬の探索を目指す。β3受容体作働薬は肥満等の生活習慣病の解消に役立つことが期待される。昨年度は、アドレナリンβ3受容体を安定的に発現する哺乳類培養細胞の作成に取り組んだ。その結果、発現用ベクターの構築と哺乳類細胞での一過的な発現には成功したものの、安定発現細胞株の樹立には至らなかった。遺伝子導入後の細胞毒性等が原因と考えられた。今年度は、アドレナリンβ3受容体に融合させるべき蛍光蛋白質の種類を変更し、新たに発現用ベクターを構築し直して、再度哺乳類細胞への遺伝子導入を行った。その結果、アドレナリンβ3受容体-蛍光蛋白質の融合体を安定的に発現する細胞株の樹立に成功し、細胞表面に蛍光蛋白質由来の蛍光が観察された。今後は、この細胞にperilipin遺伝子を導入することで、両遺伝子を安定的に共発現する細胞株の樹立をめざす。目的とする細胞株が樹立できた場合、アドレナリン受容体の各種リガンド(アゴニスト、アンタゴニスト等)を投与した場合に、β3受容体蛋白質およびperilipin蛋白質が生理的な応答をし得るかを確認する。これらに加え、βArrestin発現用plasmidの構築と哺乳類細胞での一過的な発現も行った。脂肪組織では、脂肪細胞に存在するアドレナリンβ3受容体を介してアドレナリン刺激に反応し、脂肪細胞内に貯蔵された中性脂質分子の分解が促進されることが知られている。また、βarrestinはG protein-coupled receptor刺激時に細胞質から小胞表面へ移行することが知られている。本研究ではこれらの蛋白質の細胞内動態観察によって、生細胞におけるアドレナリン刺激受容を可視的に検出する系の開発をめざした。このような検出系は、アドレナリンβ3受容体作働物質の探索に利用することが可能であり、肥満等の生活習慣病の治療薬の開発への応用が期待される。