研究成果報告書 目次■ 難治性がんの効果的治療を目指した革新的薬物送達技術の構築
岡山大学 大学院 医歯薬学総合研究科 准教授 大河原 賢一･･･････

1■ メカニカルストレスを利用した心筋細胞のストレス応答機能獲得のしくみ
岡山大学 大学院 医歯薬学総合研究科 助教 片野坂 友紀･･･････

6■ 舌癌に対する Treg 抑制療法の検討
岡山大学 大学病院・耳鼻咽喉科･･･････

9

講師

折田

頼尚

■ モリブデンの特徴を活かした炭素－水素結合直接変換反応の開発
岡山大学 大学院 自然科学研究科 助教 浅子 壮美･･･････ 11■ CD44 を標的するリポソームの開発
岡山大学 大学院 自然科学研究科･･･････ 14

講師

笠井 智成

■ 旭川祇園地区における礫河原再生事業が河川の物理環境に与える経年的な影響の検討
岡山大学 大学院 環境生命科学研究科 助教 赤穂 良輔･･･････ 17■ 旭川感潮域のケレップ水制域における塩水流動の現地観測および数値解析
岡山大学 大学院 環境生命科学研究科 助教 赤穂 良輔･･･････ 23■ 児島湖人工干潟における植生遷移並びに生物多様性を展開するメカニズムの解析
岡山大学 大学院 環境生命科学研究科 助教 中嶋 佳貴･･･････ 40■ ウシ卵管の律動的自発収縮を制御するペースメーカー細胞の探索
岡山大学 大学院 環境生命科学研究科 助教 山本 ゆき･･･････ 46■ 非モデル珪藻種の比較解析に基づくバイオシリカナノパターン形成機構の解明
岡山大学 大学院 環境生命科学研究科 助教 根本 理子･･･････ 51■ アブシジン酸誘導気孔閉口に関与するカルシウム依存性タンパク質リン酸化酵素 CPK の機能解析
岡山大学 大学院 環境生命科学研究科 助教 宗正 晋太郎･･･････ 55■ 二次曲面とそのクリストッフェル変換の研究
岡山大学 大学院 自然科学研究科 准教授 藤森 祥一･･･････ 57■ ゲノム編集技術および透明化技術を用いた１細胞レベルでのエピジェネティク修飾の解析
岡山大学 資源植物科学研究所 准教授 長岐 清孝･･･････ 60■ 非アルコール性脂肪性肝炎におけるアラキドン酸代謝酵素の役割解明
岡山県立大学 保健福祉学部 准教授 川上 祐生･･･････ 66■ Acyl-CoA Synthetase Short-chain family member３の機能解析
岡山県立大学 保健福祉学部 助教 吉村 征浩･･･････ 70■ 他の組織で取集された情報を用いたソフトウェア不具合発見手法の性能評価法の確立と性能改善手法の開発
岡山県立大学 情報工学部 助教 天嵜 聡介･･･････ 75■ ステートマシン図を用いた Web アプリケーションの自動テスト環境の開発
岡山県立大学 情報工学部 准教授 横川 智教･･･････ 81■ SiC ナノウィスカの内部生成による C/C 複合材料の機械的特性向上
岡山県立大学 情報工学部 助教 小武内 清貴･･･････ 87

■ 地域在住高齢者の自主的な介護予防、健康づくり活動を促進する支援プログラムの開発
岡山県立大学 情報工学部 教授 高戸 仁郎･･･････ 91■ 高強度・高リサイクル性マグネシウム合金の開発
岡山県立大学 情報工学部 准教授 福田 忠生･･･････ 97■ わが国との比較的視点で捉える台湾における武徳殿建設の経緯についての分析研究
岡山県立大学 デザイン学部 准教授 西川 博美･･･････100■ 協同研究「現代日本陶芸のデザインと技法」
岡山県立大学 デザイン学部 教授 久保田 厚子･･･････106■ 総社商店街通りの空き家と空き地の利活用のための住民参加を促す手法に関する研究
岡山県立大学 デザイン学部 教授 福濱 嘉宏･･･････112■ 電子分極で駆動する有機強誘電体研究のための反射型旋光分光顕微鏡開発
岡山理科大学 理学部 准教授 山本 薫･･･････116■ RNA による DNA トポイソメラーゼⅡα制御機構の解析
岡山理科大学 理学部 講師 河野 真二･･･････120■ 微量の水を用いた高分子/疎水性イオン液体の相挙動の制御と機構解明
岡山理科大学 理学部 講師 大坂 昇･･･････122■ 細胞内エネルギー代謝シフトを利用した iPS 由来肝細胞成熟化の検討
岡山理科大学 工学部 准教授 神吉 けい太･･･････124■ ＭＭＳで取得した大規模全球画像群による高精度な空間検索
岡山理科大学 工学部 講師 太田 寛志･･･････126■ 人のバイタル・モニタリングによる寒冷ストレス評価－冷たい局地風「肱川あらし」の事例－
岡山理科大学 生物地球学部 准教授 大橋 唯太･･･････130■ 体力が低い中学生・高校生の生活習慣と生活の質（Quality of Life）を解明する基礎的研究
岡山理科大学 教育学部 講師 笹山 健作･･･････136■ 複数の振動フィンを組み合わせた二次元推力偏向機構に関する実験的研究
津山工業高等専門学校 総合理工学科 准教授 細谷 和範･･･････141■ ＩＣＴを活用した有害野生獣の捕獲システムの開発
津山工業高等専門学校 総合理工学科 特任教授 鳥家･･･････147

秀昭■ 青枯病菌エフェクターを利用したトウガラシ育種技術の開発
岡山県農林水産総合センター 生物科学研究所 流動研究員

中野真人･･･････151■ 細胞内グルタチオン上昇活性に着目した酒粕加水分解物の肝障害抑制作用とそのメカニズムの解明
就実大学 薬学部 助教 川上 賀代子･･･････154■ ヒトシトクロム P540 分子種の基質特異性の予測
就実大学 薬学部 教授 丹羽 俊朗･･･････158■ 含ケイ素小員環化合物の合成とその反応性の解明
倉敷芸術科学大学 生命科学部 教授 仲 章伸･･･････163■ がん細胞の K+チャネル過剰発現を利用したクモ毒ペプチド発現ウイルスベクターの選択的抗がん作用
倉敷芸術科学大学 生命科学部 教授 岡田 誠剛･･･････167■ ヒト姿勢制御におけるフィードフォワード制御の役割に関する研究
倉敷芸術科学大学 生命科学部 准教授 枝松 千尋･･･････170■ DKK3 遺伝子をターゲットとした頭頸部扁平上皮癌制御
川崎医科大学 分子生物学 助教 片瀬 直樹･･･････175

■ 加齢と腸内細菌叢の関係性から運動の老化予防効果を再検討する
川崎医療福祉大学 医療技術学部 教授 矢野 博己･･･････181■ 複数のカメラを用いた超高信頼防犯システムの開発
川崎医療福祉大学 医療技術学部 講師 近藤 真史･･･････186■ 障害児の生涯健康記録の開発にむけた課題の検討～母子健康手帳の活用状況に焦点をあてた調査研究～
川崎医療福祉大学 医療福祉マネジメント学部 助教 三田 岳彦･･･････192■ 母胎の免疫機能活性化が胎児の脳形成に与える影響の解析
川崎医療短期大学 医療技術学部 講師 上野 浩司･･･････194■ 保育士の早期離職予防のための「保護者-保育士間コミュニケーション自己分析尺度」の開発
山陽学園大学 総合人間学部 准教授 上地 玲子･･･････200

海外渡航報告書 目次■ 岡山大学大学院 自然科学研究科

准教授

後藤 佑介

･･･････206■ 岡山大学

大学院 環境生命科学研究科

准教授

高橋 一男

･･･････208■ 岡山大学

理学部

教授

鈴木 孝義

･･･････210■ 岡山理科大学

理学部

講師

橋川 直也

･･･････212■ 岡山理科大学

理学部

教授

森

嘉久

･･･････214

専門研究員

畑中 唯史

･･･････215

准教授

矢納 陽

･･･････216■ 岡山県農林水産総合センター

生物科学研究所■ 川崎医療短期大学 放射線技術科

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

難治性がんの効果的治療を目指した革新的薬物送達技術の構築
岡山大学大学院医歯薬学総合研究科（薬学系）
大河原 賢一
光増感剤含有ナノ粒子投与後に，固形がん選択的な光照射により血管内で局所的に発生する一重項酸素などの活性酸素種により，難治性がん組織内血管の低い透過性を一時的に亢進させ，その後に別途投与する抗がん剤等含有ナノ粒子製剤の腫瘍組織集積性を改善し，高い抗腫瘍効果を達成する「光誘発型の腫瘍組織選択的な血管透過性亢進技術」の構築を目指し，種々検討を加えた結果，腫瘍組織内の血管透過性が低い固形がんに対して，上記光誘発型の処置を施すと，ペリサイトに覆われた構造的に安定な血管が減少し，腫瘍内の血管透過性が亢進することで，その後に投与する抗がん剤内封リポソーム製剤の腫瘍組織移行量が増大した結果，その抗腫瘍効果が増強されたことを示唆する極めて興味深い結果を得た．

ている 2)．さらに正常組織，特に皮膚に移行した光

はじめにナノ粒子製剤の利用に代表される，がんを標的と増感剤は，光線過敏症という同治療法最大の副作用した薬物送達は，少ない投与量で安全且つ効率的なを引き起こすことが知られており，患者の QOL 低

がん化学療法を可能にする有望なアプローチとして下の一因となっている．このように，これまでのよ

期待されている．一方，光線力学的治療

うな光増感剤の溶液投与による PDT は，安全性の（photodynamic therapy, PDT）は，光増感剤の静面で問題であるだけでなく，光増感剤の腫瘍への送脈内投与と，外部からの光照射によって局所的に発達が乏しく，効果も不充分なものとなるため実用的生させた一重項酸素等の活性酸素種により，がん細ではない．したがって，光増感剤の腫瘍組織への送胞を壊死させる低侵襲性のがん治療法であり，薬物

達効率を含めたその体内動態の改善は，作用の組織送達技術と組み合わせることで，治療効果の増大と選択性の改善のみならず，正常組織における副作用

副作用の抑制が期待されている．しかし，これまでの低減にもつながるため，同治療法の有用性を格段に確立された，腫瘍への薬物送達技術の多くは，腫に向上可能であると考えられる．大河原らはこれま瘍組織に存在する未成熟な血管（新生血管）の構造・でに，光増感剤の血中での高い保持能，および腫瘍機能を利用するものであり 1)，血管分布性・透過性への効率的な送達を実現可能にする PDT 用 光増感の高い腫瘍に対しては効率的な薬物送達が可能にな

剤内封ナノ粒子製剤の開発に成功している 3)．しかるものの，膵臓がんなどの血管分布性・透過性に乏しながら，本ナノ粒子製剤も上述した他のナノ粒子

しい，所謂，「難治性がん」に対する適用は困難であ製剤と同様に，血管分布性・透過性の高い腫瘍におるという問題を抱えている．

いては非常に優れた抗腫瘍効果を発揮する一方で，PDT は，光増感剤の静脈内投与と，外部からの腫難治性がんに対する適用は困難であるという問題を抱えていた．

瘍組織選択的な光照射によって局所的に発生させた一重項酸素等の活性酸素種により，その近傍に存在

従来，PDT による抗腫瘍効果は，がん細胞に対すする細胞を壊死させる低侵襲性のがん治療法である．

る直接的な作用によるものと認識されており，これ

しかし，PDT による通常のがん治療においては，光までの光増感剤の研究開発も，がん細胞に対する殺増感剤を溶液として投与することが一般的であるた

傷能力を指標に進められてきた．しかし一方で，腫め，光増感剤は血液中から非常に速やかに消失し，

瘍組織局所で発生した活性酸素種は，がん細胞のみ

その腫瘍組織への移行が極めて乏しいことが知られならず腫瘍組織内の血管内皮細胞に対しても殺細胞- 1 -【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

効果を発揮しており，腫瘍の増殖に不可欠なプロセ

ポルフィリン誘導体の活性化に用いる光照射装置

スである血管新生が阻害され，それにより腫瘍増殖として，ハロゲン光源 (MHAB-150W, MORITEX)が抑制されていることが示唆されている．そこでに 600 nm 以下の波長をカットするフィルターを適

我々は，PDT における標的細胞として腫瘍組織内血用して用いた．

管内皮細胞に着目した．すなわち，光照射により腫瘍組織局所で発生する活性酸素種の局所濃度を適切

3. PVT 処理を施した固形がんモデルマウスにおけに制御することにより，腫瘍組織における血管透過

るリポソーム製剤の腫瘍組織移行量の評価性を局所的且つ一時的に亢進させ，その後に別途投トレーサーとして[3H]-Cholesterol 誘導体を組み与する抗がん剤の腫瘍送達を向上させることが可能

込んだリポソームを用いて評価を行った．作製したではないかと考えた．

固形がんモデルマウス腫瘍の体積が約 400 mm3 に

そこで本研究では，光増感剤含有ナノ粒子投与後達した時点で PVT 処置を施し，直後に放射標識しに，固形がん選択的な光照射により血管内で局所的たリポソームを投与した．一定時間の後に摘出したに発生する一重項酸素などの活性酸素種により，難腫瘍は生理食塩水中で洗浄し，全重量を測定後，全治性がん組織内血管の低い透過性を一時的に亢進さ

量をサンプルとし，Solvable®を 1 mL 加えて 50 C

せ，その後に別途投与する抗がん剤等含有ナノ粒子

で 2 時間インキュベートすることにより臓器を溶解製剤の腫瘍組織集積性を改善し，高い抗腫瘍効果をさせた．その後，2 N HCl を加えて中和した後，達成する「光誘発型の腫瘍組織選択的な血管透過性

Clear-sol II (Nacalai Tesque 社) を 10 mL 加え，液(photo-triggered tumor vascular体シンチレーションカウンタによりtreatment, PVT)」の構築ならびにその治療へ応用[3H]-Cholesterol 誘導体由来の放射活性からリポソを目指した．

ームの腫瘍組織移行量を評価した．

材料と方法

4. 固形がんモデルマウスにおける in vivo 抗腫瘍効

1. PppIX-DME 内 封 ポ リ マ ー ナ ノ 粒 子 製 剤

果の評価

亢進技術

(PN-Por) の調製

固形がんモデルマウスを作製し，腫瘍組織の体積

光増感剤として，脂溶性のポルフィリン誘導体でが約 100 mm3 に達した時点で各種製剤を投与し，あ る Photoprotoporphyrin IX dimethyl ester

その後の腫瘍体積を継日的に測定した．また腫瘍体(PppIX-DME) を用いた．ポリマーナノ粒子調製に積は，以下の式に従って算出した 5）．

は ブ ロ ッ ク 共 重 合 体 PLA-PEG を 用 い 4) ，PppIX-DME を共に溶解させた酢酸エチルに精製水

腫瘍体積 (mm3) = (長径) × (短径)2 × 0.52を添加し，プローブ型ソニケーター (大岳製作所)
5. 腫瘍組織の凍結切片の作製による超音波処理 (50 W, 室温, 5 min) を行い，まずは O/W 型エマルションを得た．このエマルショ

作製した固形がんモデルマウスの腫瘍組織の体積ンに対し 10 倍量の精製水を用いて希釈・撹拌を行が一定の大きさに達した時点で腫瘍組織を摘出した．

い ， PppIX-DME 内 封 ポ リ マ ー ナ ノ 粒 子 製 剤

摘出した腫瘍組織は生理食塩水中で洗浄した後，(PN-Por)を調製した．またトレーサー標識した粒子

O.C.T. compound (サクラ精機株式会社) を用いて([3H]標識 PN) を調製する場合には，PppIX-DME

凍結包埋し，クリオスタット (CM1850, Leicaの代わりに少量の[3H]-Cholesterol 誘導体を酢酸エ

Microsystems 社) により10 μm の厚さに薄切して，チルに溶解させ，同様の方法で調製した．

スライドガラス (松浪硝子工業株式会社) に付着させ，冷アセトン固定を行った．作製した凍結切片サ

2. 光照射装置

ンプルは，-20C で保存した．

- 2 -【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

6. 蛍光免疫染色 (DiI-PL & 血管内皮細胞マーカー

ラノーマ細胞 B16/BL6 (B16) を用いて作製した固分子 (CD31))

形がんモデルマウス (B16 モデルマウス) に対して調製した蛍光標識リポソーム (DiI-PL) を固形がPVT を施した直後に，すでに我々がその開発に成功

んモデルマウスに静脈内投与した後，凍結切片を作している，優れた血中滞留性を示すパクリタキセル

製した．-20C で保存していた凍結切片を室温に戻し

内封リポソーム製剤 (PL-PTX) 6)を静脈内投与し，た後，DAKO ペン (Dako Cytomation 社) で腫瘍組

その抗腫瘍効果を評価した (図 1)．その結果，PVT

織を囲んでから PBS で洗浄し，blocking PBS (5%単独，又は，PL-PTX 単独処置群では腫瘍増殖抑制

FBS) で 15 分間処理した．洗浄後，1 次抗体として効果が認められなかったのに対して，PVT 後にラット抗マウス PECAM-1 抗体 (BD Biosciences

PL-PTX を投与した併用群において，有意に腫瘍増社) を添加し，45 分間処理した．再び洗浄した後，殖が抑制されることが明らかとなった．

2 次抗体として Fluorescein 標識ヤギ抗ラット IgG
抗体 (Life Technologies 社) を添加し，60 分間処理
した．
7. 蛍光二重免疫染色 (血管内皮細胞マーカー分子(CD31) & 壁細胞マーカー分子 (αSMA))
壁 細 胞 ( α SMA) の 免 疫 染 色 は VECTOR
M.O.M.

Immunodetection

Kit(VectorLaboratories 社) を使用して行った．作製した凍結
切片を-20 C から室温に戻し，DAKO ペンで腫瘍組
織を囲み，PBS で洗浄した後，blocking PBS (5%FBS) で 15 分間処理した．洗浄後，1 次抗体としてラット抗マウス PECAM-1 (CD31) 抗体を添加し，45 分間処理した．
洗浄した後，
2 次抗体として RITC
標識ウサギ抗ラット IgG 抗体 (MP Biomedicals 社)
で，60 分間湿潤箱中で処理した．再び洗浄した後，M.O.M. Mouse Ig Blocking Regent を添加し，60

図1 PVT 前処置の有無によるB16 固形がんモデル

分 間 処 理 し た ． 洗 浄 し た 後 ， M.O.M. Protein

マウスにおける抗腫瘍効果の比較

Concentrate により 5 分間処理し，1 次抗体として
α SMA マ ウ ス モ ノ ク ロ ー ナ ル 抗 体 (Thermo〇コントロール群，◇PTX 内封リポソーム製剤単独処置群，

Fisher Scientific 社) を添加し，30 分間処理した．

◆PVT 単独処置群，●PVT 処置の後に PTX 内封リポソーム

洗 浄 後 ， M.O.M. Biotinylated Anti-Mouse IgG，製剤を投与した群 * p< 0.05（比較対象，コントロール群）

Reagent を添加し，10 分間処理した．再度洗浄した†† p< 0.01; † p< 0.05（比較対象，PVT 単独処置群）

後，Fluorescein Avidin DCS を添加し，5 分間処理
した．
2. PVT を施したB16 モデルマウスにおけるPEG リ
結果と考察

ポソームの腫瘍組織移行量の評価

1. PVT 直後に投与した PTX 内封 PEG リポソーム

PVT を施した直後の B16 モデルマウスに，製剤 (PL-PTX) の抗腫瘍効果の評価[3H]-CHE 標識した PEG リポソームを静脈内投与し，その 24 時間後における腫瘍組織への PEG リポ

血管透過性が低いことが知られている，マウスメ- 3 -【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

ソーム移行量を，液体シンチレーションカウンタにより測定した．その結果，B16 腫瘍への PEG リポ
ソーム移行量は，PVT を施すことにより有意に増大することが明らかとなった (p< 0.05)．
3. PVT 後に投与したPEG リポソームのB16 腫瘍組
織内分布挙動の評価
PVT を施した直後に DiI で蛍光標識した PEG リ
ポソーム (DiI-PL) を投与し，その 15 分後に摘出した B16 腫瘍を蛍光顕微鏡により観察した．尚，観察の際に PEG リポソームが血管内と血管外のどちらに存在するかを判別可能とする為，血管内皮細胞のマーカー分子である CD31 に対する免疫染色を併せて施した．観察画像に基づき，血管外に漏出した
PEG リポソームの分布面積を定量した結果，PVT
後に投与した方が，無処置で投与した場合よりも有意に広いことが明らかとなり (p< 0.001)，PVT によって腫瘍内の血管透過性が亢進されたことが示唆された．
4. PVT を施した B16 腫瘍内血管の構造評価
PVT を施した 15 分後に摘出した B16 腫瘍に対し

図 2 B16 固形腫瘍組織内血管の構造特性に及ぼすPVT 前処置の影響て，ペリサイトのマーカー分子であるαSMA と血管内皮細胞 (CD31) の二重免疫染色を施した後，蛍光顕微鏡による観察画像全てを定量的に解析し，血(A) CD31 陽性血管の面積，（B）
αSMA 陽性部位の面積，（C）

管内皮細胞の総面積 (図 2A)，血管壁細胞の総面積

CD31 陽性且つαSMA 陽性血管の面積，（D）血管総面積に(図 2B)，壁細胞被覆を伴った血管の面積 (図 2C)，

対する壁細胞に覆われた血管面積の割合

及び，血管内皮細胞の総面積に対する壁細胞に覆わ** p< 0.01（比較対象，コントロール群）れた血管の面積の割合 (CD31 and αSMA-double
positive area / CD31-positive area) (図 2D) を算出した．その結果，PVT を施しても，血管内皮細胞 (図おわりに2A)，又は，ペリサイトが検出された総面積 (図 2B)

本研究で構築を目指す光誘発型血管透過性亢進技にはほとんど変化が認められなかったのに対して，術（PVT）を利用した新規治療戦略は，血管分布性・

ペリサイトに覆われた血管内皮細胞の割合 (図 2D)

透過性の乏しい膵臓がんなど，既に臨床現場においは，有意に低下することが明らかとなった．このこて行われているナノ粒子製剤を用いた手法では治療とから，PVT によって血管透過性が亢進した原因のが困難と考えられる難治性がんの効率的な治療を目一つに，ペリサイト被覆を伴った血管の減少が関与指すものである。本治療戦略は，“腫瘍組織内血管透していることが示唆された．

過性の亢進”を図るステップと，実際に“抗腫瘍効果の発現”を狙う二つの逐次的なステップから成り立っていることを考慮すれば，これら両処置の実施- 4 -【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

条件の最適化が最終的な治療効果を決定する重要な因子となる．今回，紙面の都合により記載することが出来なかったが，本年度（平成 28 年度）に行った検討の結果，光増感剤（0.1 mg/kg）投与後 15 分
で光を照射し，その直後に別の抗がん剤内封ナノ粒
子製剤を投与することにより，期待した効果を最も顕著に引き出すことを，別途，見出している．今後は，策定した処置条件を適用し，PVT を利用した治療戦略の最適化を目指した更なる検討を進めていく
予定である．
謝辞
最後になりましたが，本研究を支援いただきましたウエスコ学術振興財団に深く感謝いたします．
参考・引用文献
1) Matsumura Y, Maeda H：Cancer Res 46：
6387-6392（1986）
2) Bechet D, Couleaud P, Frochot C, Viriot ML,
Guillemin F, Barberi-Heyob M ： Trends

Biotechnol 26：612-621（2008）
3) Ogawara K, Shiraishi T, Araki T, Watanabe T,
Ono T, Higaki K：Eur J Pharm Sci 82：154-160（2016）
4) Araki T, Kono Y, Ogawara K, Watanabe T, Ono
T, Kimura T, Higaki K：Biol Pharm Bull 35：
1306-1313（2012）5) Yoshizawa Y, Ogawara K, Fushimi A, Abe S,
Ishikawa K, Araki T, Molema G, Kimura T,
Higaki K：Mol Pharm 9：3486-3494（2012）6) Yoshizawa Y, Kono Y, Ogawara K, Kimura T,
Higaki K：Int J Pharm 412：132-141（2011）- 5 -【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

メカニカルストレスを利用した心筋細胞のストレス応答能獲得のしくみ
岡山大学大学院・医歯薬学総合研究科
片野坂 友紀心筋細胞は、生後ただちに分裂能を失った終末分化細胞であり、一生に渡って、体の成長や運動、妊娠や高血圧などの血行動態（メカニカルストレス）の変化に応じて形や機能を変化させながら、心臓ポンプ機能を一定に保つ
ことが知られている。しかしながら、心筋細胞がメカニカルストレスを感知する機構は、これまで不明であった。これまでの研究において、我々は、心筋細胞の介在板に発現するメカノセンサーTRPV2 が、心臓の生理機能の維持に欠かせない重要な分子であることを報告している（Katanosaka et al., 2014, Nature Communications）。しかしながら、心筋細胞がメカニカルストレスの変化に応じながら形や機能を維持する仕組みは未だ明らかになっていない。
本研究では、心筋細胞がメカニカルストレスの変化に応じながら形や機能を維持する仕組みを明らかにすることを目的として、大動脈を結紮して左室に圧負荷を与えるモデルを作成し、心臓・心筋細胞・発現分子の変化を 16 週間にわたって観察した。この結果、圧負荷によって引き起こされる心筋細胞の Ca2+ハンドリング応答の変容が収縮機能の低下につながることが分子レベルで明らかとなった。また、変容した心筋細胞の Ca2+ハンドリング能の改善は、一定レベルに収縮機能を改善することも明らかとなった。

【背景】を呈した(未発表)。そこで、本研究では、圧負荷が生じ

心臓は、血行動態の変化に応じて、形や機能を変化た心臓で収縮機能を一定に保つためには、心筋細胞やさせながら、ポンプ機能を一定に保とうとする大変ユ発現分子がどのようにリモデリングするのか、また、ニークな特徴を持った臓器である。心筋細胞は、生後

このようなメカニカルストレス（血行動態負荷）に対

速やかに分裂能を失うため、その後の成長や運動、あする適応機構に破綻が生じるしくみを調べた。

るいは高血圧などによる血行動態の変化に対して、一
つ一つの細胞の大きさや形を変えて適応することとな【方法】

る。このしくみが破綻すると、心臓のポンプ機能は低① 動物

下し、心不全が発症する。心不全に至る疾患は多様で実験に使用するマウスは、岡山大学自然生命科学

あるが、多くの場合で、血行動態ストレス応答として研究支援センター・動物資源部門鹿田施設において、

2+心肥大が先行する。肥大応答の原因は、細胞内 Ca の

12 時間の明暗サイクル、温度制御下にて飼育した。

持続的な上昇であることが明らかになったが、そのすべての実験は、10 週令の♂マウス（体重：22－24

2+

Ca シグナルが、細胞内のどこで生じるか、どの分子グラム）を使った。これらのマウスは、遺伝的特徴

によって伝達されるかについては、未だ不明である。

を実験者に対して不明にして、かつランダムに取り我々は、正常心において介在板に局在する心筋メカ扱った。動物実験は、岡山大学動物実験委員会に承ノセンサーの候補分子 TRPV2 を発見し(1, 2)、
この分子認を受けて、ガイドラインに従って行った。

が心臓の形や機能の維持に必須であることを、ノック② 大動脈結紮モデルの作製

アウト(KO)マウスの作製・解析から明らかにしたところである(3)。

左室に圧負荷を施すために、マウスの大動脈を結紮

興味深いことに、TRPV2KO マウスは、大動脈を結した。100 mg/kg ketamine と 5 mg/kg xylazineで麻酔し紮して左室に圧負荷を与えても、メカニカルストレス

た後、大動脈に27Gの注射針をあて、7-0のナイロン糸に起因する肥大応答能を示さず、数日で重篤な心不全で結紮した。

- 6 -【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

臓では、マッソントリクロール染色に陽性となる繊③ 新生仔培養心筋細胞の単離

維化像も増加していた。

生後 1 日の新生仔マウスをエーテル麻酔後、断頭し、心臓を摘出した。左室を細かく刻み、0.2%トリ
プシン溶液中で、撹拌しながら 37 度で酵素処理を行い、上澄みを回収した。回収した上澄みは、10%FCS
含有の DMEM 培地を加えトリプシン活性を止め、遠心分離（1000 回転）にかけた。沈殿を 10%FCS 含
有の DMEM 培地にて培養した。
④ 組織学的解析（図 1）マウス心臓の大動脈結紮 (TAC) による圧負

心臓を摘出後、4％パラホルムアルデヒドで固定した。PBS で洗浄後、パラフィンに包埋し、切片を荷応答作製した。切片は HE 染色およびマッソントリクロ

マッソントリクロール染色像

ール染色した。新生仔培養細胞は、4%パラホルムア

上段：左より、正常心（圧負荷なし）、圧負荷 2 週後、ルデヒドで固定した後、PBS で洗浄し、0.1%Triton

8 週後、16 週後の心臓横断切片（スケール：5mm）

溶液に浸漬し、透過処理をおこなった。0.3%BSA で

右：より、正常心（圧負荷なし）、圧負荷 2 週後、8ブロッキングした。1 次抗体に 45 分間浸漬後、30

週後、16 週後の左室横断切片（スケール：50 m）

分 PBS で洗浄し、2 次抗体（Alexa-labeled 抗ウサギ
抗体、あるいは抗マウス抗体）を 30 分間浸漬した。

大動脈結紮に対する Ca2+輸送体の発現変化
マウスの大動脈を結紮後 の心臓に発現する Ca2+

PBS で洗浄した後、ファロイジン染色および DAPI
染色をおこなった。オリンパス社製の LV1000 を用輸送体の変化を調べた（図 2）。

いて、観察した。
⑤ 細胞内 Ca2+イメージング
新生仔培養心筋細胞に、2 M Fura-2 を 37 度で 30分ロードした。ロード後、細胞は、標準 Tyrode 溶液に浸し、顕微鏡下で白金電極を用いて電気刺激を与え、電気刺激によって引き起こされる細胞内 Ca2+濃度の変化を記録した。
【結果】
大動脈結紮に対するマウス心臓の応答
マウスの大動脈を結紮後、2 週間、8 週間 16 週間
経過後の心臓の形態、および一つ一つの細胞の横断面の変化を評価した。約 2 週間で、ひとつひとつの（図 2）マウスの大動脈を結紮 (TAC) 後、2 週間、細胞が大きくなることによって心臓が肉厚になると8 週間、16 週間経過後の心臓に発現する Ca2+輸送体

いう典型的な肥大応答をひきおこしており、横断面の変化 Na+/Ca2+ 1 (NCX1)、
L-type Ca2+ channel (LTCC)、

積は 16 週間後で結紮前と比較して約 1.6 倍であった

SR Ca2+-ATPase (SERCA)、リアノジン受容体 (RyR2)、（図 1）。また、大動脈を結紮後 16 週間経過した心Na+/K+-ATPase (NKA2)および GAPDH- 7 -【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

図 2 で示すように、Ca2+輸送体の多くは、マウスの発現分子の多階層で解析した。また、メカノセンサー

大動脈を結紮後、8 週間から 12 週間までの間に発現

TRPV2KO マウスは、大動脈を結紮しても、正常マウ

量が増大するものの、16 週間後になると、いずれのスでみられるような応答は示さず、たちまち重篤な心分子も発現量の低下を示した。
心筋細胞の収縮力は、不全状態に陥った。この結果は、メカノセンサーTRPV2細胞内 Ca2+ハンドリングに依存する要素が大きいのは、心筋細胞の生理的肥大およびメカニカルストレス

2+

で、Ca ハンドリング分子の発現低下は収縮力低下

によって引き起こされる病的肥大に欠かせないことをの大きな要因となると考えられる。

示している。また、メカニカルストレスに対する適応的な応答の一つとして、正常心筋細胞では、一旦細胞

大動脈結紮に対する心筋細胞の機能変化

内の Ca2+ハンドリングを過度に活性化させて、収縮にマウスの大動脈を結紮後、8 週間、16 週間経過後の利用する Ca2+を賄っていることが示唆された。このよ

心臓から、心筋細胞を単離して、電気刺激依存的な

うな適応的応答を獲得するためにも、メカノセンサー

2+

収縮能を調べた（図 3）。図 2 で示した Ca ハンドリ

TRPV2 は必須である。今後 TRPV2 を介したメカノト

ング分子の発現低下から示唆されたように、16 週間

ランスダクションの詳細を解析することによって、心経過後は、著しく心筋細胞の収縮率が低下していた。

臓がメカニカルストレスをうまく利用しながら形や機能を維持していく仕組みが明らかになっていくだろう。

【謝辞】
最後になりましたが、本研究を支援いただきましたウエスコ学術振興財団に深く感謝いたします。
【参考・引用文献】(1)

Katanosaka Y, Iwasaki K, Ujihara Y, Takatsu S,
Nishitsuji K, Kanagawa M, Sudo A, Toda T,（図 3）マウスの大動脈を結紮 (TAC) 後、8 週間、Katanosaka K, Satoshi M, Naruse K. TRPV2 is

16 週間経過後の単離心筋細胞収縮率

critical for the maintenance of cardiac structure andfunction in mice. Nature Communications, 2014,

大動脈結紮に対する TRPV2KO マウス心臓の応答

Doi:10.1038/ncomms4932

TRPV2KO マウスを大動脈結紮したところ、肥大(2)Ujihara Y, Iwasaki K, Takatsu S, Hashimoto K,

応答は見られずに、数日で重篤な心不全となった。

Naruse K, Mohri S, Katanosaka Y. Induced NCX1

このことから、メカニカルストレスによって引き起

overexpression

こされる心筋組織、細胞の形や機能を変容して、適

overload-induced pathological cardiac remodeling.

応的に肥大応答をするためには、TRPV2 が必須であCardiovascular

ることが明らかとなった。

Doi:10.1093/cvr/cvw113.
(3)

attenuates

Res.

2016,

pressure

111:348-361.

Ujihara Y, Mohri S, Katanosaka Y. Effects of
induced Na+/Ca2+ exchanger overexpression on thespatial distribution of L-type Ca2+ channels and【考察】

junctophilin-2

本研究では、心筋細胞がメカニカルストレスの変化

inpressure-overloaded

hearts.
2016,に応じながら形や機能を維持する仕組みを明らかにす

Biochem

ることを目的として、マウスの肥大応答を臓器・細胞・

480:564-569. Doi:10.1016/j.bbrc.2016.10.090.

- 8 -BiophysRes

Commun.

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

舌癌に対する Treg 抑制療法の検討
岡山大学大学院医歯薬学総合研究科
折田

耳鼻咽喉・頭頸部外科

頼尚

近年多くの癌において regulatory T cell (Treg)の浸潤が予後不良因子として報告されている。Treg
は胸腺あるいは抗原に暴露した末梢で産生され、Effector T cell の抗腫瘍効果を抑制すると言われている。しかし、頭頸部癌の癌微小環境中の Treg の働きには不明な点が多い。我々はマウス舌癌モデ
ルを用い、経時的に舌癌発生・進行過程における Treg の動向を観察した。その結果、Treg は癌発生初期に多く浸潤するが、癌進行とともに減少することがわかった。Treg 抑制によって癌の進行をくいとめる治療は、舌癌に関しては初期癌にのみ有効であることが予想された。近年、免疫チェックポ
イント阻害剤の登場が話題となり、抗 PD-1 抗体は近々頭頸部癌領域にも適応になると見込まれている。抗 CTLA-4 抗体もいずれ頭頸部癌領域に適応になると予想されるが、こちらには Treg を排除する働きがあることが知られている。抗 PD-1 抗体で effector T cell の抗腫瘍効果を高め、抗 CTLA-4
抗体で Treg を排除する治療は、舌癌に関しては癌発生初期段階で最も効力を発揮する可能性があると考えられる。
癌の進行において Treg が高度に浸潤していCyclooxygenase(COX)は prostaglandins(PG

る症例ほど予後が悪いとされているが、それらs)の合成を触媒し、炎症において重要な役割をの研究は主として患者の手術検体を用いた検討果たす。その中で、COX-2 は癌微小環境中の Pであり、Treg の浸潤は癌進行の原因ではなく、GE2 の合成を促し、ナイーブ CD4+細胞に For癌が進行した結果を観察しているに過ぎない可head box P3 (Foxp3)の発現を誘導し Treg に能性がある。Treg の役割をより正確に理解する

分化させると言われている。

ためには前癌病変から癌が発症し、そして進行

このマウス舌癌モデルにおいて、我々は経時していく過程における経時的な観察が必要であ的 Treg の浸潤様式と、COX-2 抑制の癌発生・ると思われる。我々は、舌癌の発生・進行過程

進行過程への影響及び Treg の浸潤様式への影に伴う経時的な観察を行うために、4-nitroqui

響を観察することにした。本研究においては F

noline-1-oxide (4NQO)を用いた舌癌マウスモ

oxp3 を Treg のマーカーとして用い、同時に I

デルを確立した(Remillio A, et al. J Mol Hi

L-10、TGF-β の組織中の量の変化も観察した。

st, 40; 177-181, 2009)。野性型 C57BL/6 マウ

癌微小環境中に浸潤した Treg の量は多くなく、スに 4NQO を投与するこのモデルにおいては、

それを組織から抽出し活動性まで確認すること

15 週目頃から severe dysplasia～squamous c

は困難であるため、我々は同時に Treg の遊走

ell carcinoma (SCC)が発生し、25 週で 100%に関わる chemokine CC motif ligands (CCのマウスに SCC が発生する。このモデルは喫L) 17、20 と、CC chemokine receptor (CCR)

煙による遺伝子変異と同様の発癌形式をたどり、4 の量の変化を観察した。

喫煙による発癌の代替モデルとされている。更

各群のマウス（通常の飲料水を与えて育てたにこのモデルの特徴は癌が口腔、食道のみに発

コントロール群、飲料水に 4NQO を混じて与え癌し、その他の部位には発癌しない点でよりヒた実験マウス群、実験マウスに COX-2 阻害剤

ト口腔癌の病態に近いと言われている。

を餌に混じて与えた（通常ヒト投与量、通常量- 9 -【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】の 3 倍量、の 2 種類）群）から実験開始 15 週、段階において Treg はコントロールマウスと比20 週、25 週、30 週目に各 5 匹ずつランダムに較して 10 倍多いことがわかった。そのため、選出し屠殺し、舌組織を採取した。まず通常の舌癌において Treg はその発生初期段階に関わHE 染色にて癌の発生・進行状況を確認した。

っている可能性が示唆された。IL-10 は抗原提次に、RT-PCR 法を用い、前述の Foxp3、サイ示細胞における MHC class II と腫瘍細胞におトカイン・ケモカインを測定定量した。最後に、ける MHC class I を抑制し抗原提示を不活化

CD8、Foxp3 免疫染色を施行した。

し、腫瘍の進行を促進すると言われている。本

実験マウスにおける Foxp3 の発現は、コント

実験では IL-10 は Foxp3 と同様腫瘍進行ととも

ロールマウスに比較し、15 週、20 週目で有意に減少傾向であったが、Foxp3 ほど顕著ではなに増加を認めたが、癌の発生・進行に伴い有意かった。これは IL-10 は Treg と腫瘍細胞の両に減少した。コントロールマウスにおいては F

方から産生され、メインは Teg であるため、腫oxp3 の量に経時的変化は見られなかった。IL-

瘍の増殖に伴い Treg が減少する結果このよう10 も実験マウスにおいてコントロールに比較な結果になったと思われた。TGF-β は実験初期

し高値を示す傾向にあった。実験マウスにおいにおいてコントロールよりも更に低い値を示してもコントロールマウスにおいても、IL-10 のた。TGF-β は癌の発生と抑制どちらにも寄与す

量に癌の発生・進行に伴う有意な変化は認めらると言われており、SCC においては発生初期にれなかった。TGF-β はコントロールマウスにお抑制、進行期に促進の方向に作用すると言われ

いて 15、20、30 週目で実験マウスよりも有意ている。そのため、癌発生初期には downregulに高値を示した。同様に実験マウスにおいてもation しているのではないかと考えられた。CO

コントロールマウスにおいても、癌の発生・進X-2 阻害剤は残念ながら今回の検討では癌抑制

行に伴う有意な変化は認められなかった。実験に殆ど効果は見られなかったが、癌浸潤部尖端

マウスにおける CCL20 の量はコントロールマ

への Treg の遊走を阻害する可能性があるのでウスより有意に増加していたが、CCL17 と CCはないかと考えられた。CCR4、CCR8 等のケ

R4 においては明らかな有意差は認められなか

モカインによって Treg は炎症の有る場所に遊った。COX-2 阻害剤の投与は、癌の発生・進行

走し T 細胞の効果を抑制する。CCL17 は CCRに特に影響を与えず、上述の計測結果に 4NQO

4 のリガンドであり、Treg は CCL17 と CCL20

投与のみの群と比較し有意差をもたらさなかっに反応し遊走する。本実験において、実験マウた。

スにおいては有意に CCL20 が高値となっていCD8 陽性細胞はコントロールマウスにおいた。

ても実験マウスにおいても殆ど観察されず、統これらの結果から、もし Treg 抑制療法が舌計的解析の対象とならなかった。Foxp3 陽性細癌に有効あるいは適応となったとしても、それ胞をカウントし解析した結果、実験マウスにおは初期段階に行わなければ十分な効果が得られいては 15 週目で最も多く、癌の発生・進行とない可能性が高いと結論づけた。今後、舌癌発ともに減少することがわかった。Foxp3 陽性細症・進行過程の様々な時期で実際に Treg を除胞は主として癌の浸潤部尖端に見られ、同部で去し、その効果を観察したいと考えている。

カウントした Foxp3 陽性細胞は COX-2 阻害剤
投与群で 15 週目において有意に実験マウスよりも減少していることがわかった。
今回の実験において、実験マウスの実験初期- 10 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

モリブデンの特徴を活かした炭素 水素結合直接変換反応の開発
岡山大学大学院 自然科学研究科
浅子 壮美
有機化合物中に遍在する炭素 水素結合を切断して新しい官能基を導入する反応は、
直截的かつ効率的な有機分子構築法として近年精力的に研究されている。しかしながら、現在主として用いられる金属触媒は希少かつ毒性のあるパラジウム、ロジウム、ルテニウムといった限られた「特権金属」に大きく偏っている。本研究では、これまで着目されてこなかったモリブデンを触媒として用いる炭素 水素結合直接変換反応を一から探索し、モリブデンに特徴的な反応を開発した。すなわち、カルボニル基の脱酸素と炭素 水素結合切断を経る分子内環23化反応を見出した。この反応では、カルボニル炭素がカルベン等価体として働き、sp および sp 炭素 水素結合へ挿入する。
これまで同様の反応を行うためにはカルボニル化合物をジアゾ化合物へ変換する必要があったが、本反応により合成ルートが簡略化されカルボニル化合物を直接用いることができるようになった。また、炭素と同族元素であるケイ素 水素結合の切断を経るアレンのヒドロシリル化反応を開発し、DFT 計算により前例のない位置選択性の発現要因を解明した。

のオルト位にピペリジル基 (Scheme 1a) およびフェ【炭素 水素結合切断を経る反応】
申請者らは、最近、モリブデン触媒を用いると二ニル基 (Scheme 1b) を有する基質から、それぞれ、

置換エポキシドの脱酸素反応が立体特異的に進行す

sp3 炭素 水素結合および sp2 炭素 水素結合へカルボることを見出している (Eqs. 1 and 2, Adv. Synth.

ニル炭素が形式的に挿入した環化生成物が得られた。

Catal. 2016, 358, 3966–3970.)。すなわち、触媒量のこれまで、このような反応を行うには、カルボニル

MoO2Cl2 の 存 在 下 、 還 元 剤 と し て化合物を一度ジアゾ化合物へ変換した後に、分子内

1,2-bis(diphenylphosphino)ethane (dppe) を用いると立カルベン挿入反応を行う必要があった。
それに対し、体保持で、PPh3 を用いると立体反転を伴い脱酸素反本反応ではカルボニル化合物をカルベン等価体とし応が進行し、cis-エポキシドからそれぞれ対応する Zてそのまま用いることができるため、合成ルートをおよび E オレフィンが得られる。

大幅に簡略化することができた。この反応は、酸素原子に対する親和性の高いモリブデンに特徴的な反応である。

本反応から着想を得てエポキシドのかわりにカル
ボニル化合物を基質として用いたところ、カルボニル基からの脱酸素反応が近傍にある炭素 水素結合の切断および分子内環化反応を伴って進行することを見出した (Scheme 1)。すなわち、ベンゾフェノン- 11 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】【ケイ素 水素結合切断を経る反応】
炭素と同族元素であるケイ素 水素結合切断を経るアレンへの付加反応、すなわちアレンのヒドロシリル化反応がモリブデン触媒を用いると位置選択的に進行することを見出した。アルキン、アルケン、
1,3-ジエンのヒドロシリル化は、膨大な数の研究成果が蓄積され成熟した合成法になりつつある。
一方、アレンのヒドロシリル化は、アルケニルシランやア
リルシランといった有用な反応剤の効率的な合成法になり得るにもかかわらず、最近までほとんど研究
されてこなかった。これは、アルケンやアルキンに比べ、アレンのヒドロシリル化で生成し得る異性体の種類が多いため、反応の位置および立体選択性の制御が特に困難であることが一因として考えられる。
これまでに、パラジウム，ニッケル，アルミニウム、金触媒を用いる位置選択的なヒドロシリル化が僅かながら報告されており、分岐アリルシラン (Scheme2a) やビニルシラン (Scheme 2b) を得ている。しかしながら、アレンのヒドロシリル化で直鎖アリルシ
ランを選択的に得る一般合成法はなかった。本研究において申請者らは、安価で入手容易なモリブデン
錯体を触媒とするアレンのヒドロシリル化を開発し、直鎖アリルシランが選択的に得られることを見いだaReaction conditions: allene (0.2 mmol), R3SiH (1.2 equiv), and Mo(CO)6 (5mol %) in toluene (0.2 mL) at 110 °C for 12 h. bIsolated yields. cDeterminedby 1H NMR and GLC. dBranched allylsilane was obtained in 3% yield.
eLinear allylsilane (21%) was obtained as a mixture with branched allylsilane(45%). fMo(CO)3(MeCN)3 was used instead of Mo(CO)6 at 60 °C. gLinear
allylsilane (53%) was obtained as a mixture with branched allylsilane (3%)
and alkenylsilane (5%).

した (Scheme 2c)。

が置換したアレンを用いても反応は進行した。このようにして得られる生成物は、二官能性合成中間体として有用な化合物である｡ヒドロシランは、第二級および第三級のいずれを用いた場合も、目的の直鎖
アリルシランが Z 選択的に得られた。また、アルキ

反応は、触媒量の Mo(CO)6 存在下、トルエン中

ニルシランを用いても、アルキン部位を損なわずに

110 °C において円滑に進行した (Table 1)。1,1-二置反応が進行した。

換アレン、1,3-二置換アレン、および一置換アレン

本反応における前例のない位置選択性の発現要因を用いると位置選択的に反応が進行し、対応する直鎖アリルシランが Z 選択的に良好な収率で得られた。
非対称 1,1-二置換アレンを用いた場合は、二つの置を解明するために、DFT 計算により反応機構研究を行った。 アリルモリブデン中間体を経由する反応
機構を Figure 1 に示す。一般的なヒドロシリル化の換基の嵩高さの違いが大きくなるほど、Z 選択性が反応機構であり 2 段階からなるケイ素–水素結合酸向上した。アルキル基だけでなく、ケイ素やホウ素- 12 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

Figure 1. Molybdenum-Catalyzed Hydrosilylation of Cyclohexylallene and Me3SiH Calculated at
B3LYP-D3/SDD:6-31G(d) Level.
化的付加によるヒドリドモリブデンの生成および引属には見られない、モリブデンに特徴的な反応性やき続くアレンへのヒドロモリブデン化ではなく、ケ

選択性を示すことを見出した。今後は、これらの知

イ素–水素結合酸化的付加とヒドロモリブデン化が見をもとに、モリブデンの特徴をより引き立たせる

協奏的に進行する遷移状態を見出した。似たようなような反応開発および反応機構解明に取り組む。

遷移状態は、パラジウム/NHC 触媒によるアレンのヒドロシリル化で報告されている (Scheme 2a)。
置換

【謝辞】

基の位置により異なる 4 つの遷移状態のうち、Cy

本研究にご支援賜りました公益財団法人ウエスコ

基が外側を向いた TSA1 (52.5 kcal/mol) が最もエネル

学術振興財団に深く感謝申し上げます。

ギーが低い。 アリルモリブデン中間体 2a–2d からの還元的脱離により、分岐アリルシラン、Z および【発表論文および学会発表】

E 直鎖アリルシランが生成する。これらの[1] Sobi Asako, Sae Ishikawa, Kazuhiko Takai,

アリ

ルモリブデンは、アリル回転および anti–syn 異性化“Synthesisによる相互変換が可能なため、2a はそのまま還元的

Molybdenum-Catalyzed Regioselective Hydrosilylation

脱離をして分岐アリルシランを生成する (TS2aRE =of Allenes”, ACS Catal. 2016, 6, 3387–3395.

44.1 kcal/mol) 前に、アリル回転により熱力学的によ[2]

り安定な 2c に異性化し (TS2a2c = 40.4 kcal/mol)、還“Molybdenum-Catalyzed Synthesis of Linear Allylsilane via

元的脱離により Z 体の直鎖アリルシランを与えるこ

Regioselective Hydrosilylation of Allene”, International

Sobi

of

Asako,

LinearSae

Allylsilanes

Ishikawa,

Kazuhikovia

Takai,

Conference on Organometallic Chemistry 2016 (ICOMCとを明らかにした (TS2cRE = 34.3 kcal/mol)。

27), Melbourne, Australia, July 2016.
「モリブデン触媒[3] 石原聖奈，浅子壮美，高井和彦，

以上本研究では、モリブデン触媒を用いる炭素によるカルボニル脱酸素を利用するピリドイソイン

水素結合およびケイ素 水素結合の切断を経る新規

ドール合成」，日本化学会第 97 春季年会，1E2-39，慶

物質変換反応を開発した。いずれの反応も、他の金応大学，神奈川，2017 年 3 月．

- 13 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

CD44 を標的するリポソームの開発
岡山大学大学院自然科学研究科
笠井 智成

ヒトグリオーマ（神経膠腫）由来細胞株のマウスモデルは脳に同所移植した場合を除いて、安定して腫瘍を形成するモデルを作製するのは困難であったため、U251MG 細胞から CD44 タンパク質を高発現する悪性度が高い細胞を分離して、ヌードマウス皮下で安定して造腫瘍能を有する U251MG-P1 株を作製した。また、当研究グ
ループでは、がん治療薬のパクリタキセルをリポソーム内に封入する技術を開発してきたので、この技術を応用して抗 CD44 抗体を表面に提示したグリコシル化パクリタキセル内封リポソーム（antiCD44-gPTX-IL）を作製した。antiCD44-gPTX-IL をヒトグリオーマ由来 U251MG 細胞に in vitro で曝露することによって増殖抑制効果を検証すると、遊離の薬剤と比較して有意に抑制することが判った。ヒト大動脈線維芽細胞に曝露した場合には特異性が認められなかったため、副作用を低減しながら CD44 タンパク質高発現細胞を標的する可能性を見出
した。

はじめに

要なだけの薬剤を患部へ特異的に送達する医用技術

グリオブラストーマは神経膠腫の中でも悪性度がであり、この DDS の開発により、より副作用が少な

高く、遊走能や浸潤能を有することが知られている。

く薬効の高い薬剤の開発に繋がると考えられる。

また、他のがんと同様に不均一な細胞集団を形成し、がん幹細胞を含んでいることが判ってきた。がん幹細胞は自己複製能や多分化能、薬剤耐性、放射線治結果と考察

療耐性、造腫瘍能を有し、増殖を繰り返して分化を１．ヒトグリオブラストーマ担癌マウスの作製継続することでがん細胞を生み出すため、再発や転ヒトグリオブラストーマのマウスモデルを作製す移の原因となり、がんの根治を困難にする原因と考るために、CD44 タンパク質を高発現する細胞集団をえられている。

分離する目的で、培地中にヒアルロン酸を添加して

CD44 タンパク質は、膜貫通型糖タンパク質であり、浮遊培養を行った。
ヒトグリオーマ由来 U251MG 細胞

ヒアルロン酸レセプターとして知られている。このを非接着ディッシュ上でヒアルロン酸（HA）を添加

CD44 タンパク質ががん細胞では高発現し、がんの転した培地（100 μg/ml ヒアルロン酸ナトリウム、10%移に強く関わっていることが報告されている。特にFBS、50 U/ml ペニシリン、および 50 μg/ml スト

脳腫瘍、膵臓がん、前立腺がん、乳癌などのがん幹レプトマイシンを含む DMEM）上と添加していない通細胞マーカーとして注目されており、CD44 タンパク常の培地（10% FBS、50 U/ml ペニシリン、および 50

質の機能研究はがん研究において非常に重要な役割

μg/ml ストレプトマイシンを含む DMEM）上で 2～5を担っている。そこで本研究では、ヒト脳腫瘍細胞日間培養した。HA を添加しない場合には殆ど細胞が株を用いて、CD44 タンパク質を標的することでがん増殖しなかったが、HA を添加した場合には一部で細細胞およびがん幹細胞の標的を行い、腫瘍に選択的胞塊が形成された。この浮遊培養後の U251MG 細胞

かつ効率的に薬剤を輸送する薬剤輸送システム、い1×106 個をそれぞれマウス背部皮下に移植して、体わゆるドラックデリバリーシステム( DDS )を開発す

重測定と腫瘍体積の測定を行った。体重に大きな変ることを目的とした。DDS とは、必要な時だけに必動は認められなかったが、HA を添加して培養した細- 14 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

胞では移植 10 日後から腫瘍の成長が認められた。
形

２．CD44 を標的するリポソームの作製成された腫瘍から初代培養細胞を作製して抗 CD44 抗体を産生するハイブリドーマ(Hermes3,

U251MG-P1 とした。

HB9480 細胞)を培養して、抗 CD44 抗体を精製した。
antiCD44-gPTX-IL を作製するため、ジパルミトイル
ホスファチジルコリン、コレステロール、ジパルミ
トイルフォスファチジルエタノールアミンを主要な構成成分とする脂質を混合して、クロロホルム/メタ
ノール溶液中で均一に溶解した後、ロータリーエバ
ポレーターを用いて溶媒を取り除き、脂質フィルムを作製した。この脂質フィルムを用いて、クレモホ
ール/エタノール/リン酸緩衝液から成る溶液（CEP）
を内包したリポソームを作製し、溶解度勾配法によって、gPTX を内封したリポソームを作製し、表面に

図１．ヒアルロン酸を添加した浮遊培養

抗 CD44 抗体を提示した antiCD44-gPTX-IL を作製しHA+は 100 μg/ml の濃度でヒアルロン酸を添加して浮遊培養

た。antiCD44-gPTX-IL 作製時の薬剤内封効率はを行った。

32.5%、担持率は 3.6%、粒径は 147 nm、Z 電位は-6.6mV であった。この結果から、antiCD44-gPTX-IL は薬剤が効率良く封入されており、さらに DDS に適した
大きさの粒子であり、分散性も高いと考えられた。
antiCD44-gPTX-IL を U251MG-P1 細胞に in vitro で曝露すると、遊離の gPTX と比較して 60%未満の薬剤
濃度で同等の細胞増殖抑制効果が得られることが判った。一方、ヒト大動脈線維芽細胞の増殖阻害のためには遊離の gPTX と同程度の薬剤濃度が必要であり 、ま た antiCD44-gPTX-IL で 曝 露 す る 場 合 、
U251MG-P1 細胞を阻害する濃度の 1.8 倍以上を必要とすることが判った。すなわち、正常細胞に対する

図２．CD44 遺伝子発現量の比較
ヒアルロン酸の添加無しの接着培養とヒアルロン酸を添加した浮遊培養で U251MG 細胞を培養した場合の CD44s
mRNA 発現量を qPCR で相対比較した。

傷害性は低減されていると考えられた。
また、ドキソルビシン（dox）を内封したリポソー
ムを既報の pH 勾配法に依って封入したところ、
83%-99%の内封効率が得られた。
今後は antiCD44-gPTX-IL および、
ドキソルビシン

また、得られた U251MG-P1 細胞は、幹細胞マーカを内封した CD44 標的リポソーム antiCD44-dox-IL

ー遺伝子の発現や SOX2 タンパク質発現が亢進するを用いて、in vivo での評価を行って効果を確かめことが判り、がん幹細胞様の集団であると考えられる。一方、リポソームの標的特異性の向上、安定性た。

向上を目指した脂質の検討や、封入法の検討、またこれまで、薬効評価を in vivo で簡易に行うこと

シスプラチンを内封したリポソーム作製法の検討をが難しかったグリオーマの評価系の一つを構築する行う予定である。

ことができた。今後は U251MG-P1 細胞を用いて CD44を標的するリポソームの評価を行う。

- 15 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

３．まとめ

in vivo での簡便な評価を可能にするモデルマウ
スの作製と、CD44 を標的するリポソームの基礎を構築できたため、今後、これらを用いてさらに評価を行うことが可能となった。グリオブラストーマだけでなく、悪性度が高いと考えられる CD44 タンパク質
高発現がん細胞、およびがん幹細胞を標的するリポ
ソームの開発に向けての足掛かりを得た。

謝辞
本研究課題の推進にご支援いただいたウエスコ学術振興財団に深く感謝いたします。

本研究助成による研究成果に関する発表
Vaidyanath A, Mahmud HB, Khayrani AC, Oo AK, Seno
A, Asakura M, Kasai T, Seno M.
“Hyaluronic Acid Mediated Enrichment of CD44
Expressing Glioblastoma Stem Cells in U251MG
Xenograft Mouse Model”. J. Stem. Cell. Res. Ther.
(2017) 7, 384. DOI: 10.4172/2157-7633.1000384

参考文献
Shigehiro T, Kasai T, Murakami M, Sekhar SC,
Tominaga Y, Okada M, Kudoh T, Mizutani A, Murakami
H, Salomon DS, Mikuni K, Mandai T, Hamada H, SenoM.
Efficient Drug Delivery of Paclitaxel Glycoside:
A Novel Solubility Gradient Encapsulation into
Liposomes

Coupledwith

Immunoliposomes

Preparation. PLoS One. 2014;9(9):e107976. doi:
10.1371/journal.pone.0107976.
Plaks V, Kong N, Werb Z. The cancer stem cellniche: how essential is the niche in regulating
stemness of tumor cells? Cell Stem Cell (2015) 3:
225-238.

- 16 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

旭川祇園地区における礫河原再生事業が河川の物理環境に与える経年的な影響の検討
岡山大学 大学院環境生命科学研究科 准教授
吉田 圭介
近年，岡山市を流れる旭川では河道の樹林化が問題となっている．河道の樹林化は一般に，洪水時の流下能力の低下，低水路の深掘れ，生物多様性の減少といった様々な問題を引き起こすことが知られる．旭川では樹林化対策として，2005 年に大原・祇園・分流部の 3 つの地区において植生伐採と砂州の切下げを含む礫河原再生事業が試験的に行われたが，事業が実施された旭川下流部はアユの生息域として知られ，河川整備事業による水環境への影響が懸念される．そこで，本研究では，旭川の洪水履歴や河川整備事業の有無が治水と河川環境に与える影響を経年的に検討するため，祇園地区を対象に，過去 10 年程度の水文・土砂・植生動態および魚類の生息状況の変遷について整理すると共に，現況の現地調査，漁協へのヒアリングを行った．また，流況・河床変動・植生動態を模した数値シミュレーションを行った上で，PHABSIM による解析指標を用いて，礫河原再生事業が河川の物理環境に与える影響を検討した．その結果，祇園地区の周辺域はアユの産卵場として適した河道の状態であることが示され，また整備事業はその適性範囲を維持・拡大することが分かった．

１．はじめに
岡山市を流れる一級河川・旭川は，かつて礫河原が多く存在する河川であった．しかしながら，1954 年に旭川ダム，1955 年に湯原ダムが建設され，洪水規模が縮小したことによる土砂供給量の減少や，1960 年代前
半の土砂採取などにより，河道内において河床の撹乱作用が低下し，砂州の樹林化がかなり進行している．
その結果，河川本来の姿である礫河原が減少するとともに，川の多様性が失われ，河川固有の生態系が変化している．
このような中，旭川下流部に位置する祇園地区では，礫河原再生に向けた取り組みとして，2005 年に砂州の切下げ，植生伐採が実施された．2011 年以降，植生の再繁茂の傾向はあるものの，事業実施後の数年間
は，中小規模の洪水により，礫河原の維持が図れることを示した．祇園地区の河道の変遷を図-1.1 に示す．
しかしながら，事業後の河道や植生状況が経年的に変化していることを考えると，それに伴う水生生物の生
息環境への影響も経年的に検討する必要がある．
以上の背景より，本研究では，旭川祇園地区を対象に，砂州上の河床変動量，植生動態，河床材料の調査，および砂州付近の平水時の流況調査と河床材料の調図-1.1 祇園地区における河道の変遷（2001～2016 年）

査を行った．また，アユの生息状況の現状を把握する- 17 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

図-2.1 対象河道

:木本類

：採掘位置
図-2.2 河床高計測ライン，河床材料採掘位置:草本類

図-2.3 植生調査位置ため，河川水辺の国勢調査の結果を確認するとともに漁協等へのヒアリングも行った．さらに，河床変動計
算及び植生消長シミュレーションにより，切下げを行った場合と行わなかった場合とで，数年間の土砂，植生動態の結果を比較した．次に，アユの産卵場としての適性を PHABSIM によって評価した．以上の結果を踏まえ，礫河原再生事業による効果を調べた．

２．現地調査図-2.4 河床高（GL-b）

旭川下流部に位置する祇園地区（図-2.1）で，5 月，
8 月，11 月に現地調査を実施した．各時期で砂州上のえると，今後も成長は続くと考えられる．樹高の経年

河床の洗掘・堆積，植生高を計測した．それぞれの調変化をそれぞれ図-2.5 に示す．また，洪水の前後で，査位置を図-2.2，2.3 に示す．祇園地区では，GL-J 付

図-2.3 に示す 4 か所で河床材料を採取し，粒度分布の近で新たな水みちの形成が進行しており，その水みち計測も行った．しかし，今年度の出水規模では，そのを横断するような GL-b 上では，GL-J との交点付近で前後の粒度分布に変化は見られなかった．5 月には図

1 年間を通して変動が見られた（図-2.4）．植生に関し-2.6 に示す箇所で平水時の流況調査を行った．測線上ては，年々成長しており，今年度は平均約 1m の成長の流速を概ね 5m ピッチで計測した．調査箇所では左が確認できた．近年は大規模な洪水が発生していない

岸側が主流になっており，左岸側の測線上では，流速ためか，洪水外力による植生への影響はほとんどなが最大 160cm/s 程度となる箇所も見られ，河道中央寄い．同様の状況が続く場合，調査対象としている樹木

りの流れ場でも最大 130～140cm/s 程度となる箇所ががヤナギ類（最大樹高約 10～20m）であることを踏ま見られる．左岸上流の計測結果を図-2.7 に示す．大塚- 18 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

図-2.5 樹高の経年変化

図-2.6 流況調査箇所(2016 年)，河床材料調査箇所(2015 年)
図-3.1 アユの個体数の遷移回復してきている．しかしながら，水産関係者によると，アユの産卵場に適した河道の状態に回復している
ものの，アユの数はむしろ減っているという．これは，砂州の切下げにより右岸側にも水みちができ，全体的に水深が浅くなったことから釣り人が入りやすくな

図-2.7 流況調査結果（祇園左岸上流，◆：流速値）

り，産卵期にも関わらず網を使って漁を行い，産卵場
1)

ら が提案したアユの産卵場に適した流速は，60～を荒らしていること，また，瀬が創出されたことによ100cm/s で選好値を 1.0 としている．左岸側の主流部

り水深が浅くなり，カワウに狙われやすくなったこと

で流速が 100cm/s を超過する箇所が見られるものの，が原因として挙げられている．特に，カワウに関して

平水時の流速の観点から見れば，祇園地区はアユの産

は，樹林化の進行により，その棲み処が増え，より被卵場に適した箇所であることがわかる．

害が増加した可能性も考えられる．
一方で，図-2.1 の青破線で示した箇所（旭旭岡 2（明３．アユの生息状況

星堰））と大原地区付近（旭旭岡 3（大原））で行われ地元水産関係者へのヒアリングによると，祇園地区

た河川水辺の国勢調査の結果，2009 年度及び 2014 年の切下げ箇所周辺ではかつてアユの産卵場であった

度で各箇所でアユの生息が確認されている．このこと

が，澪筋部の河床低下などにより流れが単調になったから，アユは祇園地区を遡上していることが考えられことから，その機能を徐々に失っていた．しかし，2005

る．また，「旭旭岡 2（明星堰）」では 1995 年から 5年に実施された砂州の切下げにより，洪水中に低水路回調査が行われており，アユの個体数を整理すると，への流れの集中が緩和され，砂州や瀬が創出されたこ

図-3.1 に示すとおりである．2000 年及び 2005 年にはとにより，以前のようなアユの産卵場に適した状態に

35，40 個体数が確認されたが，2009 年には減少し，- 19 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

その後 2014 年には 30 個体まで回復している．
以上の結果から，祇園地区ではアユの生息数は減少
しているものの，以前のような産卵場として適した環境が回復していることは事実であるといえる．

４．礫河原再生後の物理環境の経年変化
祇園地区の切下げ事業の効果を調べるため，切下げを行った場合と行わなかった場合で解析を行い，河道

図-4.1 2015 年 7 月 河床材料調査結果

形状の変化，植生消長およびアユの産卵場としての適（採取位置は図-2.6 参照）

性面積を比較する．まず，河川の流れ・河床変動解析

16.3k

ソフトウェアである iRIC に含まれる平面二次元ソルバーNays2DH2)を用いて，年最大洪水に対して流況解析を行う．その結果を踏まえ，前野ら 3)の植生消長モ
デルを用いて洪水中の植生の流失・倒伏，洪水後 1 年間の植生の成長・入植の計算を行う．得られた地形データは翌年の初期データとし，この計算を繰り返し行

14.3k

図-4.2 解析メッシュ図

う．アユの産卵場としての生息環境評価の検討にあたっては，PHABSIM モデルを採用し，アユの選好曲線

別途構築した流況解析より得られた 14.3km 地点（解は，大塚ら 1)，永矢ら 4)が検討した式を用いた．アユの産卵適性値

析対象区間の下流端）の計算水位を与えた．ただし，は次式で与えられる．

2011 年，2013 年に関しては 14.3km 地点に設置された

(4.1)
ここで，

水位計により計測されたデータを用いた．河床変動モ

は，それぞれ水深，流速及デルの交換層厚は関根の研究 6)を参考に

び底質に対する選好値である．河床変動解析及び植生の 3 倍程

度の値を用いた．河床材料は高水敷と低水路に分け消長計算後の河道・植生状況をもとに，下牧観測所のて，混合粒径（高水敷

平水流量 40m3/s（解析期間の平均値）で流況解析を行=34mm，低水路=58mm）を与えた．ここで，高水敷は 2008 年に祇園地区で，い，その水理量から適正値を算出した．また，

低水路は 1996 年に中原橋付近で採取されたものとし

PHABSIM を適用した箇所については，図-2.1 に橙破た．ただし，2015 年 7 月に実施した祇園地区での河床線で示す．

材料調査の結果（図-4.1）によると，いずれの調査箇(1) 解析条件

いずれの調査箇所も祇園地区における砂州の切下げによる効果を検討

は約 50～100mm であるが，右岸側の PT.1 では，他と比べて粒径は非常に小さく，するため，解析の対象区間は旭川の 14.3k～16.4k 区間

は 1mm 以下となっているため，図-4.2 の赤色でとし，施工後の 2005 年から 2014 年まで解析を行った．

塗りつぶした範囲については，右岸側の調査箇所であ

格子幅は概ね 10m とし，
地形データについては 2004

る PT.1 と PT.2 の粒度分布の平均値を与えた．

年の定期横断測量や切下げの施工図面をもとに，ま(2) 解析結果

た，河床の粗度，植生高，密生度等の設定に関しては，

a) 河床変動及び植生繁茂による評価

既往の現地調査結果 5)をもとに設定した．境界条件に砂州の切下げを実施した場合と実施しなかった場

ついては，上流端流量は下牧観測所（河口から 19km）

合の，各年度の河床変動量の平面図を図-4.3，4.4 に，における年最大洪水の流量とし，洪水の立ち上がりか

植生高の平面図を図-4.5，4.6 に示す．

ら減衰までの時刻データを与えた．下流端水位は三野砂州の切下げを実施した場合は，2006 年の洪水後で水位観測所（河口から 11.6km）の水位データをもとには施工箇所及びその上流で河床低下が著しい．2011- 20 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】（a） 2006 年洪水後

（a） 2006 年洪水後

（b） 2011 年洪水後
図-4.3 河床変動量（切下げあり）（b） 2011 年洪水後
図-4.4 河床変動量（切下げなし）（a） 2005 年洪水前（a） 2005 年洪水前（b） 2006 年洪水後

（b） 2006 年洪水後

樹木伐採及び除草箇所（2009 年）

樹木伐採及び除草箇所（2009 年）（c） 2011 年洪水後

（c） 2011 年洪水後

図-4.6 植生高（切下げなし）

図-4.5 植生高（切下げあり）

流出したものの，一部植生が残ったためである．

年の洪水後では変動量は小さくなるものの，河床変動

砂州の切下げを実施しなかった場合は，切下げ箇所の傾向は同様となっている．しかしながら，実際に測の左岸側で河床低下が著しい．これは，左岸側へ張り量された 15.4k の横断図では，2004 年以降に，右岸側出した固定砂州によって，この箇所で流れが集中したで側岸侵食とみられる著しい河床低下が生じているためであり，今後，河床低下が進行していくことが予が，河床変動解析結果の横断形状では，河床低下があ想される．

まり見られない．これは，本モデルでは側岸侵食を考以上のことから，砂州の切下げによって，礫河原の慮できていないことが原因であると考えられる．植生維持，拡大が図られたことに加え，左岸側の深掘れ箇高の結果については，2009 年の樹木伐採及び除草によ所においても，河床低下が抑制されることがわかっる影響を除いて，大きな変化はないが，砂州の切下げた．しかし，今後，砂州を撹乱するような大きな洪水箇所に着目すると，2011 年洪水後に，植生の入植が見が，数年続けて発生しなかった場合には，植生が繁茂られる．これは，2007 年～2010 年の間に大きな洪水

し，砂州を切下げる前の状態に戻ってしまうことが懸がなかったために植生が繁茂し，2011 年洪水によって念される．

- 21 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】b) PHABSIM モデルによる評価
アユ産卵場の適性については，適性値が 0.8 以上となる解析格子の面積で評価すると，図-4.7 に示すとおり，砂州の切下げを実施した場合の方が，切下げを実施しなかった場合と比べ，適性面積が大きくなっていることがわかる．
特に，
2010 年洪水後では 2,000m2
図-4.7 アユの産卵場適性面積（CSI≧0.8）

もの差がみられる．また，各ケースの経年的な変化について着目すると，切下げを実施しなかった場合にる前の状態に戻ってしまうことが懸念される．

は，6,000m2 程度から，2007 年には 5,200m2 程度に減生息環境評価（PHABSIM）の結果，砂州の切下げ

少し，その後も同程度の値で推移している．これは，によって，新たに瀬が形成されることから，アユの低水路の河床低下により平水時に冠水する面積の減

産卵場の創出につながることが定量的に示された．

少や流速が低下する箇所が現れたためである．切下げを実施した場合では，2010 年まで適性面積は増加傾向

参考文献

2

を示したが，2011 年洪水後は 900m 程度減少した．こ1)

大塚法晴，鬼束幸樹，東野誠，高見徹，永矢貴之：

れは，2011 年洪水により，一部で早瀬が形成され，流アユの産卵床と物理環境に関する研究～五ヶ瀬

速が増大したためである．

川，特に派川大瀬川をフィールドとして～，土木学会河川懇談会，共同研究最終報告，2005．

以上より，礫河原再生事業における砂州の切下げによってアユの産卵場の創出につながることがわかった．また，地元水産関係者へのヒアリング調査からも

2)

北海道河川財団：iRIC，http://i-ric.org/ja/

3)

前野詩朗，吉田圭介，松山悟，藤田駿佑：旭川大原試験区における植生消長シミュレーションモ

アユの産卵場の回復が確認されており，この解析結果

デルの構築と検証，土木学会論文集，B1 Vol.70,の妥当性が示された．

No.4, pp.I_1369-I_1374，2014.
4)

永矢貴之，筌瀬明日香，白石芳樹，鬼束幸樹，東５. まとめ野誠，高見徹，東均，秋山壽一郎：アユ産卵場の本研究で得られた知見を以下に纏める．

保全と創出を目指した河道掘削断面の選択手法

現地調査により，近年，大規模な洪水が発生していの提案，河川技術論文集，第 15 巻，pp.79-84，2009.

ないためか，祇園地区では年々樹木が成長している5)

前野詩朗，渡辺敏，藤塚佳晃：簡易に得られる植ことが確認できた．一方で，新たな水みちの形成が物特性値を考慮した数値解析モデルの精度向上

進行しており，徐々に砂州の形状が変化している．

の提案，土木学会論文集，No.803 ／Ⅱ-73 ，来年度以降も定期的な調査を行い，データを蓄積しpp.91-104，2005.

ていきたいと考える．

6)

関根正人：移動流れの水理学，共立出版，

平水時における現地の流速調査を行い，流速値が概pp.153-184，2005．

ね，アユの産卵場にとって適していることがわかった．また，地元水産関係者へのヒアリング等から，謝辞

祇園地区周辺の水域がアユの産卵場に適しているこ本研究を遂行するにあたり，助成を賜りました公益とが言える．

財団法人 ウエスコ学術振興財団に深く感謝いたしま

河床変動解析結果から，砂州を切下げることにより，す．また，国土交通省中国地方整備局岡山河川事務所

礫河原の維持，拡大が図られたことが明らかになっから多数の貴重なデータを頂きました．記して謝意を

15.2k 左岸付近の流れが集中する箇所では，た．
また，表します．最後に，岡山大学 環境生命科学研究科の砂州の切下げによって，深掘れ箇所の河床低下を抑平井康隆 様，岩城智大 君，山口華穂さんには本研究制することがわかった．

の現地調査や結果の整理等で協力いただきました．記

植生消長計算結果から，砂州切下げ箇所においても，してお礼申し上げます．

砂州を撹乱させる大きな洪水が数年間発生しなかった場合は，植生の入植，繁茂により，砂州を切下げ- 22 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

2.2 6.6 km

,

19

3
23PSU

1,810
142
2.2 6.6 km
1)

19

T
10

Google Map

Google Map- 23 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

2)

3)

HOBO

CO-U24-002C
2 m

3

10

2016

11

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6.73 kmm

20
4

m
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2 3
2016

1

14

(U20-001-04)

2017- 24 -1

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

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4

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2016

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- 25 -)1

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

0.031

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(7)

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(1)

(7)
(2)
(8)

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(3)
0 1

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(9)

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g

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f

(5) (6)(5)- 26 -

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(10)

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

(14)
(14)

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(11)
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(12)
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(13)

GPGPU
(13)

- 27 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

(1)

10 km

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3

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2016

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7

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14

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【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

0 PSU
e

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9

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15 PSU
e

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a
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【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

a

a

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4

0 20 PSU

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a

8

8

d

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【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

d

b

b

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a

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【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

f

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a b 1

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f

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5

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

10/30,31

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11/7,8

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1

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11

56

2

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- 33 -

20

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

Google Map

12

21
10

4

51

11

56

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1.5 m
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A
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2
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0

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5.0

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【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

12/20,21

A-D

(a)
(b)
300 550 m

0 m/s

-49
(a)

- 35 -(b)

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

-51

(a)

25 m3/s (b)49 m3/s (c)6 m3/s (d)31 m3/s- 36 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

5-4-3

-51

-52

7

8

7

11
6.7 km(b) (c)
(b)

(b)

7

(a)

(a)
9

0

(c)7

11

20 PSU

(a)

-26

7

11

13

13

14 PSU
(c)
(3)
(b)
5 km

- 37 -7814

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

24 80

5 km

3

1

(c)

4

[m]
2008

Vol.58 pp.261-276 1997

23PSU

Laguna Vol.20 pp.61-71 2013- 38 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

1980

58

I_877-I_882 2014
CIP

B1
Vol.67 No.4
pp.1207-1212 2011.
Volkan Avcu Flow Characteristics around Groins
Installed in Tidal Regions of the Asahi River Using
Quasi 3D Numerical Model
Defence 2015

- 39 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

児島湖人工干潟における植生遷移並びに生物多様性を展開するメカニズムの解析
岡山大学大学院環境生命科学研究科
中嶋 佳貴
（概要）
児島湖内に 2002 年に造成された児島湖人工干潟において，2005 年に新たに造成された渚型護岸に，フトイ・
ヒメガマ・ヨシの生育特性に応じた水草ゾーンを設定して植栽した結果，植栽後，約 3 年で渚型護岸の大部分を植生が覆った。
本研究では，
造成後 11 年が経過した渚型護岸における現植生の優占種への遷移状況を把握し，地形測量によって植生帯が土壌浸食及び堆積に及ぼす影響と，
土壌深度別の物理的及び化学的環境を調査した。
地形測量の結果から，渚型護岸の中央付近一帯でヨシを主としたリターが多く堆積したエリアは 20 ㎝～30 ㎝
程度，地盤が上昇した。植栽後 11 年が経過した 2016 年にはヨシ群落が広く分布して優占したが，ヨシ群落もリターが堆積したエリアでは消失もしくは低密度化した。陸側のヨシ群落はウチワゼニグサと広く階層構造を形成していた。リターは表層に堆積し，有機物によって腐植土壌が形成され，堆積厚によって強熱減量及び CN
比など化学的環境，粒径組成などの物理的環境にも違いが生じる事が確認された。一方，ブラジルチドメグサ
は倉敷川河口付近まで小群落を形成し，Lagarosiphon major は笹ヶ瀬川河口にキレモが散見された。
１．はじめに
児島湖では水質改善を目的とした児島湖沿岸農地
防災事業が 1992 年より着手され，水質悪化の一因となっている湖底に堆積したヘドロが浚渫された 1)。
浚渫されたヘドロは脱水処理が施され，一部は沿岸帯に埋め戻して，50cm 厚の覆砂処理を施した人工干潟（幅 10m，奥行き 100m，1/100 緩傾斜）が 2002 年
12 月に造成された（図 1）。岡山大学環境理工学部環境管理工学科植生管理学研究室では，種々の雑草性を有する沿岸帯植物種を選抜し，人工干潟に植栽して群落形成の適性を調査した 4)。その結果，灌漑期に真沿岸帯となる範囲(A.P.+0.8～1.0m)では，波浪による土壌浸食を防ぐ必要性を確認した。

図 1 児島湖人工干潟の位置

2005 年には東側に新干潟として渚型護岸（幅 86m，
奥行き 100m，1/100 緩傾斜）が造成され，波浪対策として真沿岸帯（約 110m）に大型抽水植物群落を発達させる事となった 4)。環境保全団体「児島湖流域
エコウェブ」及び岡山大学環境理工学部生が中心となり，フトイ(Schoenoplectus validas)・ヒメガマ(Typha angustifolia)・ヨシ(Phragmites australis)の生育特性に応じた水草ゾーンを設定して，2005 年
5 月に植栽して，境界部での競合・侵入関係を調査
し，ビオトープ創成期の適切な管理方策を模索した。

- 40 -

写真 1 児島湖人工干潟渚型護岸（2007 年）

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

植栽後，約 3 年で渚型護岸の大部分を植生が覆い，生態系の側面からは貝類が定着し，野鳥も飛来して植物群落発達に伴うビオトープの創出は成功した。
しかしながら，植物生態学の分野において，植物群落の発達に伴うヘドロを基盤とする土壌環境の変化あるいは温暖化に伴う微気象が植生遷移に与える影響は，富栄養化の進んだ水域において，国内外であまり研究がなされていない。さらに，富栄養湖内に人工的に造成された干潟における生物多様性に関与する環境要因も明確ではない。そこで，著者は本研究において，造成後 11 年が経過した渚型護岸にお図 2 児島湖人工干潟渚型護岸における調査地点

ける現植生の優占種への遷移状況を把握し，地形測量によって植生帯が土壌浸食及び堆積に及ぼす影響

ウエスコより借用）を用いて土壌試料を採取した。

を調査した。さらに，土壌深度別の有機物の堆積状

ただし，ヨシ(湖側)，ヨシ(陸側)及び混生群落の下況及び下層の脱水ヘドロからの栄養塩類溶出の現状

層は，サンプリング時に地下水が浸出したため，下も調査することで，人工干潟の生態系の基盤となる層のみ採土できなかった。採取後，1:5 浸出法によ

植生遷移のメカニズムを総合的に解析し，将来の児り土壌溶液を作成して，pH，EC，無機態窒素濃度及島湖の環境保全に資する事を目的とした。

び無機態リン濃度を分析し，残りの土壌は風乾処理

一方，昨今，外来水生雑草の過繁茂は社会的に大後，粒径組成及び強熱減量を測定した。乾土の一部

きな問題となっており，特定外来植物や重点対策外

は，CHN コーダー（パーキンエルマージャパン

来種が閉鎖系水域に侵入する過程を把握する研究は，

CHNS/O アナライザー）により，土壌中の炭素含有率

今後の外来種の制御に大きく貢献すると考えられる。

及び窒素含有率を分析した後，CN 比を算出した。

そこで，著者は本研究において，倉敷川流域に繁茂

次に，特定外来生物ブラジルチドメグサ及び重点する特定外来生物ブラジルチドメグサ（Hydrocotyle

対策外来種 Lagarosiphon major の児島湖内への侵

ranunculoides）と，笹ヶ瀬川以東の用排水路にて分入状況を把握するために，2016 年 9 月 23 日にキレ布を拡大しつつある重点対策外来種 Lagarosiphon

モの分布及び定着状況を船上より調査した。

major に着目し，児島湖内への現在の侵入状況を把握し，今後の人工干潟への定着の可能性を検討した。

３．結果及び考察
児島湖は児島湾締切堤防樋門の操作により，灌漑期（6 月～10 月）と非灌漑期（11 月～5 月）で平均

２．材料及び方法

水位に約 30cm の差があり，樋門の開閉に伴って，特児島湖人工干潟渚型護岸（写真 1，
図 2）
において，に灌漑期には約 30cm の水位日変動も生じる。

2016 年 10 月 11 日に地形変化を確認するために，2m
メッシュで水準測量を実施し，等高線図を作成した。

図 3 及び図 4 に，造成 1 年後（2006 年 10 月）及2016 年 10 月 18 日には，
2m メッシュを活用してライび造成 11 年後（2016 年 10 月）の渚型護岸の等高線

ン法にて植生調査を実施し，植生分布図を作成した。

図を示した。2016 年は 2006 年と比較すると，陸側

次に，植生調査の結果から，図 2 に示す通り，ヨ及び湖側では目立った変化は認められないものの，

シ群落(湖側)，リター堆積エリア，
ヨシ群落(陸側)，

中央付近一帯で 20 ㎝～30 ㎝程度，高い場所では 40

ヨシ・ウチワゼニグサ(Hydrocotyle verticillata)㎝程度まで地盤が上昇し，凹凸が顕著であった。地

混生群落を対象に，表層(0～5cm)，中層(10～15cm)

盤が上昇した場所は，図 5 及び図 6 の造成 1 年後及び下層(20～25cm)からハンドオーガー（株式会社（2006 年 10 月）及び造成 11 年後（2016 年 10 月）- 41 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

図 3 造成 1 年後の渚型護岸の等高線(2006 年 10 月)

図 4 造成 11 年後の渚型護岸の等高線(2016 年 10 月)

注) AP は児島湾児島湾飽浦港最低海面を示す。

注) AP は児島湾児島湾飽浦港最低海面を示す。

図 5 造成 1 年後の渚型護岸の植生分布(2016 年 10 月)

図 6 造成 11 年後の渚型護岸の植生分布(2016 年 10 月)

表 1 渚型護岸において確認された植物種(2016 年 10 月)
科

種名

学名

生活型

繁殖様式

イネ

ヨシ

Phragmites australis
Zizania latifolia
Miscanthus sacchariflorus
Hydrocotyle verticillata
Iris pseudacorus
Typha angustifolia
Schoenoplectus validus
Polygonum perfoliatum
Lycopus lucidus
Mallotus japonicus
Rosa multiflora
Solidago altissima

抽水

種子(風)、地下茎

〃

〃

マコモ
オギ
セリ

ウチワゼニクサ

アヤメ

キショウブ

ガマ

ヒメガマ

カヤツリグサ

フトイ

タデ

イシミカワ

シソ

シロネ

トウダイグサアカメガシワ

バラ

ノイバラ

キク

セイタカアワダチソウ- 42 -

湿生

〃

抽水～湿生

地下茎

〃

種子(風・水)、地下茎

抽水

種子(風)、地下茎

〃

〃

湿生

種子(被食)〃

種子(風)、地下茎

中生

種子(被食)〃〃〃

種子(風)、地下茎

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

図 11 各調査地点における土壌溶液の PO4-P 濃度

図 7 各調査地点における土壌溶液の pH

図 12 各調査地点における土壌の強熱減量

図 8 各調査地点における土壌溶液の EC

図 13 各調査地点における土壌の炭素含有率

図 9 各調査地点における土壌溶液の NH4-N 濃度

図 14 各調査地点における土壌の窒素含有率

図 10 各調査地点における土壌溶液の NO3-N 濃度

図 15 各調査地点における土壌の CN 比

- 43 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

写真 2 リターの堆積状況(2016 年 10 月)

写真 3 ヨシとウチワゼニグサによる階層構造(2016 年 10 月)

表 1 各調査地点における土壌の粒径組成
調査地点

採土地点
No.1

ヨシ(湖側)

No.2
No.3
No.4

リター堆積

No.5

No.6
No.7
ヨシ(陸側)

No.8
No.9
No.10

混生群落

No.11
No.12

表層
中層
表層
中層
表層
中層
表層
中層
下層
表層
中層
下層
表層
中層
下層
表層
中層
表層
中層
表層
中層
表層
中層
表層
中層
表層
中層

礫分
8.00
9.09
7.35
12.18
3.16
12.94
12.09
11.18
12.34
9.67
11.41
14.03
12.55
4.02
11.24
23.98
12.94
16.23
14.62
18.19
19.63
24.75
12.25
17.70
11.92
9.29
11.65

粗粒分
粗砂分
中砂分
8.31
22.75
17.66
24.41
2.36
24.50
3.38
22.61
26.55
0.61
23.80
29.14
1.10
8.33
19.92
9.46
23.30
1.01
25.78
10.33
25.10
6.19
18.90
16.97
20.76
13.40
22.42

40.00
54.33
39.05
44.87
20.86
48.02
29.88
46.91
50.16
41.38
42.96
47.26
39.82
35.10
48.57
7.36
47.24
19.33
45.71
3.29
43.69
20.83
54.64
34.12
55.32
35.37
55.08

細砂分
16.05
6.04
14.26
10.84
26.89
2.75
1.71
7.44
3.45
3.95
7.60
1.87
3.22
4.88
9.05
6.92
6.37
1.88
5.05
2.28
5.40
1.33
6.81
1.26
3.27
3.14
1.66

細粒分
シルト分
粘土分
(％)
10.64
17.00
1.99
5.80
3.23
18.44
1.43
6.27
21.26
25.48
5.52
6.27
3.60
49.34
3.86
8.00
2.47
5.03
5.88
38.52
6.54
7.69
2.85
4.84
9.21
34.09
15.19
32.48
4.85
6.37
15.37
36.91
3.13
7.03
3.04
58.50
2.66
6.17
19.47
46.44
1.80
4.37
17.38
29.53
1.14
6.26
9.48
20.47
4.37
4.36
19.07
19.73
4.17
5.02

の植生分布図から，ヨシを主としたリターが多く堆

退は，渚型護岸の湖側が波の影響を受けやすい上，積したエリアであり，ヨシなどの枯草を刈取って系

桜井 5)が指摘するように，沿岸帯に漂着した流木や外へ撤去しないことが渚型護岸の物理的環境に影響

粗大ゴミによるローリングを受けて，地上部が折損を与えたと推察される。

等のダメージを受けた事が一因と考えられる。ヒメ

植生分布図において，植栽後 1 年が経過した 2006

ガマ群落は，植栽当初は渚型護岸が軟弱地盤である

年は，湖側からフトイ，ヒメガマ，ヨシの順に帯状ため，地盤沈下を予測して植栽計画を立てたものの，に群落を形成したが（図 5），2016 年にはヨシ群落がリターの堆積によって地盤高は上昇し，陸側に植栽広く分布して優占し，フトイ群落及びヒメガマ群落したヨシとの競合によって衰退したと推察される。

は衰退した（図 6）。ただし，ヨシ群落もリターが堆2016 年度の植生調査によって確認された草種の積したエリアでは消失もしくは低密度化した（写真一覧を表 1 に示した。特に，ウチワゼニグサ，キシ

2）。また，陸側のヨシ群落はウチワゼニグサと広く

ョ ウ ブ (Iris pseudacorus) ， オ ギ (Miscanthus

階層構造を形成していた（写真 3）。フトイ群落の衰

sacchariflorus)，シロネ(Lycopus lucidus)などの- 44 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

分布面積が大きかった。ウチワゼニグサは横走茎に的かつ化学的環境に違いが生じる事が確認された。

より分布を拡大し，キショウブ，オギ及びシロネは一方，ブラジルチドメグサは倉敷川河口付近まで種子が漂着して新たな群落を形成したと考えられる。

小群落を形成していたため，児島湖内の沿岸帯に群

各調査地点における土壌溶液の pH，EC，NH4-N 濃落を形成するのは時間の問題である。Lagarosiphon

度，NO3-N 濃度及び PO4-P 濃度を図 7，図 8，図 9，

major は笹ヶ瀬川河口にキレモが散見されたが，群図 10 及び図 11 に示した。pH は表層が 6.23～7.05

落形成には至っていなかった。

で差異は小さく，中層は No.6 を除いて表層より高かった。EC はヨシ(陸側)及び混生群落で高い地点が確

４．結論

認された。
陸側は湖側と比較して冠水頻度が少なく，以上より，ヨシの刈取り及び枯草の撤去が 10 年以

無機イオンの先脱が起こりにくかったと考えられる。

上実施されなかった結果，リターの堆積が生じて地NH4-N 濃度はリター堆積エリア，ヨシ(陸側)及び混盤の上昇に繋がった。また，表層の腐植化により植生群落の表層が高かった。高濃度の NH4-N は還元化

物種の多様度が増した一方で，ヨシ原は荒れた状況を示唆し，リターの堆積はヨシ群落の衰退を助長し，を呈した。時期別や場所別による刈り取り等の植生

ヨシ(陸側)及び混生群落もリターの堆積が進めば，管理を維持することが，渚型護岸において種の多様

ヨシ群落は今後さらに衰退する可能性がある。NO3-N性を考慮したヨシ群落の維持に繋がると考えられる。

濃度はリター堆積の No.6 の中層が顕著に高い値をまた，ブラジルチドメグサ及び Lagarosiphon major

示し，No.6 の中層では何らかの要因で硝化作用が促については，被害を生じる前に，今後も分布及び定進されていた。PO4-P 濃度はリター堆積エリアの表

着状況を注視していく必要がある。

層で高い値を示したため，リターが分解されて PO4-P
謝辞が溶出していると考えられる。
各調査地点における土壌の強熱減量，
炭素含有率，

本研究の遂行にあたり，ご助成頂いた公益財団法

窒素含有率及び CN 比を図 12，図 13，図 14 及び図人ウエスコ学術振興財団と, ハンドオーガーを借用

15 に示した。強熱減量は表層が中層及び下層より高させて頂いた株式会社ウエスコに深く感謝致します。

く，主にリターによって表層に有機物の堆積が促進されていた。
ヨシ(湖側)は他の調査地点より少なく，

参考文献

湖側は水位変動や波浪によってリターが流失したと

1) 中国四国農政局 2013. 国営土地改良事業事後評推定される。炭素含有率及び窒素含有率は強熱減量

価 国営総合農地防災事業「児島湖沿岸地区」.

とほぼ同じ傾向を示した。CN 比について，表層は調

http://www.maff.go.jp/chushi/kyoku/jigohyok

査地点による差異が小さく，中層は表層より高かっ

a/pdf/2_3_kiso.pdf（2017 年 4 月 30 日確認）た。
また，リター堆積エリアの下層の No.4 及び No.5

2) 中嶋佳貴・沖 陽子 2017. 特定外来生物ブラジの CN 比は 100 以上を示し，
著しく窒素飢餓の状態にルチドメグサの栄養繁殖特性. 日本緑化工学会あったため，ヨシ群落の衰退の一因と考えられる。

誌 42(4)，101-107．

各調査地点における土壌の粒径組成を表 1 に示し

3) 中嶋佳貴・沖 陽子 2012. 岡山市南部におけるた。礫分から細砂分を粗粒分，シルト分と粘土分を沈水雑草 Lagarosiphon major の発生分布状況.

細粒分として区分した。リター堆積エリアの No.6

雑草研究 57(別)，p.90．

を除き，表層は中層より細粒分の割合が多く，腐植

4) 沖 陽子 2013. 雑草の多面的機能を活用した環土壌が堆積していた。No.6 は，採土地点の中でリタ境修復に関する実証研究. 雑草研究 58(4)，ーの堆積厚が最も厚かったため，中層も表層と同様

190-197．

に細粒分が多く，他の環境要因の差異に影響したと

5) 桜井善雄 1997. 水辺の環境学 生きものとの共考えられる。ゆえに，リターは堆積厚により，物理存. 新日本出版社，122-125．

- 45 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

ウシ卵管の律動的自発収縮を制御するペースメーカー細胞の探索
岡山大学 大学院環境生命科学研究科
山本ゆき
卵管は，配偶子を受精の場へ、初期胚を子宮へと輸送する役割をもち、その輸送能には平滑筋の自発的な律動的収縮による卵管のぜん動運動が重要である。一部器官の筋組織は自ら動くことができる「自動能」を有し、それを制御するのがペースメーカー細胞である。そこで卵管自動能の発生メカニズムを明らかにするため、本研究ではペースメーカー細胞の探索を試みた。ペースメーカー細胞の活動にはイオンの流出入によって引き起こされる脱分極が必要である。そこで、卵管収縮能に与えるイオンチャネルについて検討したところ、塩素チ
ャネルがウシ卵管自動能の制御に関与していることが明らかとなった。次に腸管のペースメーカーであるカハール介在細胞 (ICC) に発現する塩素チャネル「Anoctamin-1」および ICC マーカー「c-kit」の発現を検討したが、平滑筋層に明瞭な陽性反応は認められなかった。以上より、ウシ卵管自発収縮には塩素イオンの移動が必須であるものの、腸管とは異なるペースメーカーが存在している可能性が示された。現在卵管平滑筋細胞の培養法確立に取り組んでおり、in vitro でのペースメーカー細胞の機能解析方法を検討中である。
＜緒言＞

物種において研究されている。ペースメーカー細胞

哺乳動物の卵管は受精の場、配偶子および初期胚があることにより、心臓は血液を拍出し、消化管はの輸送通路であり、卵管輸送の機能異常は不妊や卵食物を消化・運搬している。

管妊娠の原因になりうる。卵管膨大部で受精した初心臓ペースメーカー細胞の脱分極にはナトリウ期胚は卵管内で発育しながら子宮に向けて輸送され、ム (Na) イオンの細胞内への流入が、消化管ペース受精後数日で子宮に入る。配偶子および初期胚は、メーカー細胞では塩素 (Cl) イオンの流出が重要で

卵管上皮細胞の繊毛運動および平滑筋の収縮弛緩運あると考えられている。Na や Cl イオンは各イオ

動によって輸送されることが知られている。峡部はンチャネルを介して移動し、細胞を脱分極させる。

厚い平滑筋層を持つ一方で繊毛上皮細胞が少なく、脱分極は、心筋または平滑筋に伝達され、筋細胞の峡部における初期胚の輸送は主に平滑筋の収縮弛緩

電位依存性カルシウム (Ca) チャネルが開口し、細運動に依存すると考えられる。しかし、卵管平滑筋

胞外からの Ca が流入することで収縮が開始するの運動の制御メカニズムは明らかでない。

(図 1)。消化管の ICC における自発的な脱分極は Cl
チャネルの一つである Anoctamin-1 (ANO1) を介し一般的に体の器官は神経系の支配を受けて動いているが、一部器官の筋組織は神経系による命令無ていることが示されている。

しに自ら動くことができる。この能力を自動能と言い、それを担っているのがペースメーカー細胞である。ペースメーカー細胞は筋収縮に必要な電気刺激(細胞膜脱分極) を自ら定期的に生み出し、筋肉を自発的に収縮させる。ウシ卵管峡部組織でも律動的な自発収縮が確認されている。自動能を持つ器官の代表例として、心臓や消化管が多く研究されている。
心臓においては特殊心筋/洞房結節がペースメーカ
ー細胞であると知られている。消化管においてはカ
ハール介在細胞 (Interstitial Cells of Cajal: ICC) がペ

図 1. 自発収縮発生時に認められるペースメーカー細胞または平滑筋細胞での変化

ースメーカー細胞であると提唱され、以来様々な動- 46 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

これらのことから、卵管の収縮弛緩運動は一連のの波形の各ピーク(最大収縮時) の数をカウントし、イオンの流れにより卵管筋層内のペースメーカー細収縮回数とした。処理前 0-15 分、処理後 0-120 分胞で電位が発生し、それが伝達された結果生じていまでの毎 15 分間における収縮回数をカウントし、る可能性が考えられる。本研究では、ウシ卵管峡部

時間経過に伴う収縮回数の推移を図示した。

における自発性収縮の制御機構とペースメーカー細4.

胞の分布を明らかにするために、自発収縮に関与す

卵管組織切片の作製
1 で切り分けた峡部を長さ 5 mm の輪切りにし、るイオンチャネルとその局在について検討した。

10% 中性ホルマリン液に 20-24 時間浸漬した。そ＜材料と方法＞の後 70% エタノール、90% エタノールおよび

1.

100% エタノールで段階的に脱水した。続いてキシ

ウシ卵管の採取および分類

食肉処理センターにおいて採取したウシ卵管を氷冷レンで透徹後、キシレン・パラフィン等量液で 45 分、した生理食塩水に浸漬して研究室に持ち帰った。卵

パラフィンで 3 時間浸漬して包埋した。
包埋したサ

管間膜および子宮広間膜から卵管を切り取り解剖台

ンプルは 6 µm に薄切後、シランコート済みスライに固定し、脂肪組織や結合組織などの余分な組織をドガラスに接着させ、免疫組織化学に用いた。
また、除去した。その後、卵管采および子宮卵管移行部をポジティブコントロールとしてウシ空腸を使用した。

切除し、残りの卵管を卵管采側から三等分して、膨5. 免疫組織化学

大部、膨大部峡部移行部、峡部とした。以降、峡部

ICC に発現する Cl チャネル「Anoctamin-1 (Ano1)」

を実験に用いた。

と、ICC マーカーとして知られるで「c-kit」 タンパ
2. ウシ卵管峡部平滑筋の収縮試験 (マグヌス法)

ク質を免疫組織化学法 (ポリマー法) により染色し峡部組織を切り開き、約 4 mm の長さで切り分けた。切片の観察、撮影にはバイオイメージングナビ
ゲーター (FSX100, Olympus) を用いた。

た。それぞれの切片は片側をマグヌス管内にて固定
し、もう片側はトランスデューサーに接続した。各マグヌス管内にはクレブスリンガー液を 10 ml ず

7. 統計処理

つ入れ、温度を 38.5 ℃ で保った。また実験中はク

結果は GraphPad Prism version. 6.03 (GraphPad

レブスリンガー液中に混合ガス (95% O2, 5% CO2)

Software Inc.) に よ り Repeated measure Two-wayを供給し続けた。切片はまずクレブスリンガー液中

ANOVA で分散分析を行った後、データの経時的変にて約 1 時間平衡化を行った。
卵管組織が律動的な化は Dunnett’s multiple comparisons test を、拮抗剤の自発収縮を示すことを確認したのち、各マグヌス管

各添加濃度による変化はに Na チャネル阻害剤であるテトロドトキシン (1comparisons test を用いて解析した。また P<0.05 でμM)、および Cl チャネル拮抗剤である 5-Nitro-2-ある場合に統計学的に有意差があるとみなした。

Tukey’s multiple(3-phenylpropylamino) benzoic acid (NPPB)と Niflumic
acid (NFA) を 50 μM 又は 100 μM の濃度で添加し8. 実験デザイン

た。コントロールには阻害剤の溶媒として用いた

実験 1: Na チャネル阻害剤及び Cl チャネル阻害0.1% Dimethyl sulfoxide (DMSO) を添加した。収縮頻剤がウシ卵管自発収縮に与える影響

度を force-displacement transducer を用いて測定し、卵管平滑筋の自発収縮に Na チャネルまたは Cl

ポリグラフを用いて図示した。

チャネルのいずれが関与しているかを明らかにする
ために、排卵後 0-3 日および 19-21 日のウシ卵管

3. データ解析

峡部平滑筋にテトロドトキシン、または NPPB ま
たは NFA を添加した際の影響を収縮試験にて検討

本実験では、抽出された律動的な卵管平滑筋運動- 47 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

した。
実験 2: ウシ卵管峡部平滑筋層におけるペースメー

2) Cl チャネル阻害剤の影響
ウシ卵管峡部平滑筋に Cl チャネル拮抗剤である

カー細胞局在の検討
腸管のペースメーカーとして知られる ICC が存

NPPB (Cl チャネル全てに有効) を 50 µM 又は在しているかを明らかにするために、ICC の活動に

100 µM の濃度で添加した結果、検討した全て (n =重要な Cl チャネル
「Ano1」
タンパク質局在と ICC の5) の卵管組織において時間経過に伴い収縮回数はマーカーとして知られる c-kit タンパク質局在を、顕著に減少した。コントロールに比べいずれの添加

免疫組織化学にて検討した。

濃度、時間区においても有意差が認められた。
さらに、NFA (カルシウム依存性 Cl チャネルに有＜結果＞効) を 50 µM 又は 100 µM の濃度で添加した結果、

実験 1: Na チャネル阻害剤及び Cl チャネル阻害剤

検討した全て (n = 5) の卵管組織においていずれのがウシ卵管の自発収縮に与える影響

濃度においても時間経過に伴い収縮回数は顕著に減

1) Na チャネル阻害剤の影響少した。コントロールに比べいずれの添加濃度、時

ウシ卵管峡部平滑筋に Na チャネル阻害剤であ間区において有意差が認められた (図 3)。

る テトロドトキシンを 1 µM の濃度で添加した結果、自発収縮に影響は認められなかった (図 2)。

図 2. Na チャネル阻害剤 (テトロドトキシン) がウシ卵管峡部の自発収縮に与える影響。
A:DMSO、B:テトロドトキシン添加 ( )図 3. NFA がウシ卵管胸部の自発収縮に与える影響。A:DMSO, B: NFA 50 μM，C: NFA 100 μM 添加- 48 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

実験 2:ウシ卵管峡部平滑筋層におけるペースメーカ

された。これにより、カルシウム依存性 Cl チャネ

ー細胞局在の検討

ルの開口によって脱分極を発生させる消化管のペー

実験 1 より、ウシ卵管峡部の自発収縮には カル

スメーカー細胞 ICC の存在を疑ったが、ICC に発現

シウム依存性 Cl チャネルが関与している可能性がする Cl チャネルやマーカータンパク質の局在はウ
シ卵管峡部では確認されなかった。ウシ卵管自発収考えられた。そこで腸管における自発収縮ペースメ

縮の制御機構は消化管と異なり、 Ano1 以外の Clーカー細胞である ICC に発現するカルシウム依存チャネルを有するペースメーカー細胞が関与してい性 Cl チャネル「Ano1」と、ICC マーカーの 「c-kit」

るものと考えられた。

の局在を、ウシ卵管胸部組織で検討した。ポジティ
ブコントロールとして用いたウシ空腸の平滑筋層には Ano1 ならびに c-kit (ICC マーカー) の明瞭な陽性反応が認められた。一方、卵管峡部組織では Ano1
および c-kit 陽性細胞は平滑筋層には観察されなかった (図 4)。

図 5. ウシ卵管ペースメーカー細胞における脱分極発生機構の仮説。小胞体などの細胞内カルシウムス
トアに存在する RYR または IP3R が開口すること
で細胞内カルシウム濃度が上昇し、カルシウム依存性 Cl チャネルが開口する。Cl イオンが細胞外へ流出することで膜電位が変化し脱分極が発生する。
CaCC: カルシウム依存性 Cl チャネル、 RYR: リア
ノジン受容体、IP3R: イノシトール三リン酸受容体

図 4. ウシ卵管峡部 (B,D) および空腸 (A,C) 平
滑筋層における、c-kit (A,B) および Ano1 (C, D)＜今後の展望＞

タンパク質の局在。各タンパク質の陽性反応はウ

本研究結果より、ウシ卵管自発収縮を制御する機

シ空腸にのみ確認された (▲)。

構の一端は明らかになったものの、ペースメーカー細胞の同定には至らなかった。今後，他のイオンチ
ャネルの関連やその局在を検討し、組織におけるペ＜まとめ＞
本研究において、NPPB (広範の Cl チャネル阻

ースメーカーの分布を検討する。それと同時に、 in害剤) ならびに NFA (カルシウム依存性Cl チャネル

vitro でのペースメーカー細胞及び平滑筋の活動を選択的阻害剤) を添加した結果、自発収縮の回数が検討するため、現在平滑筋細胞の単離培養系を確立

減少したことから、ウシ卵管峡部平滑筋の自発収縮中である。培養系が確立次第、細胞における脱分極には Cl チャネル、特にカルシウム依存性 Cl チャの発生を測定することでペースメーカー細胞の活動ネルが関与している可能性が示された。また、Na チを検出し、より詳細なウシ卵管の自発収縮制御機構

ャネル阻害剤であるテトロドトキシンは自発収縮にを明らかにすることを想定している。

影響を及ぼさなかったことから、ウシ卵管峡部組織の自発収縮機構に Na イオンは関与しないことも示- 49 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】＜謝辞＞
本研究に多大なご支援をいただきました公益財
団法人ウエスコ学術振興財団に、心より感謝申し上げます。さらに、多大なご助言をいただきました奥田潔博士 (帯広畜産大学学長) ならびに木村康二博
士 (岡山大学教授) に深謝いたします。また、試験機器やサンプル譲与にご協力下さった畑生俊光博士(岡山大学准教授)、北村延夫博士 (帯広畜産大学教授) ならびに松山秀一博士 (農研機構畜産草地研究
所主任研究員) に深く感謝申し上げます。

- 50 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

非モデル珪藻種の比較解析に基づくバイオシリカナノパターン形成機構の解明
岡山大学大学院環境生命科学研究科
根本 理子

珪藻が形成するシリカ殻は現在の微細加工技術では合成不可能なナノパターン構造を持つ。近年、珪藻シリ
カ殻のナノパターン構造が持つ特性（フォトニック結晶特性、多孔質性）をナノテクノロジー分野に応用する研究が行われている。珪藻は種特異的なナノパターン構造のシリカ殻を形成するが、その構造制御機構は未だ不明である。以前の研究から、珪藻のシリカ殻に局在するタンパク質が種特異的なナノパターン構造を規定している可能性が示唆された。そこで本研究では、珪藻シリカ殻のナノパターン形成機構を明らかにするため、異なるナノパターン構造のシリカ殻を持つ非モデル珪藻種のシリカ殻局在タンパク質を抽出し、比較解析を実施した。さらに、同定したシリカ殻局在タンパク質の機能解析のため、2 種の非モデル珪藻種について遺伝子組換え系の確立に取り組んだ。

１．目的
真核微細藻類の一種である珪藻の形成するシリカ（SiO2）から成る殻は、現在の微細加工技術では合成不可能なナノパターン構造を有する。また、そのナノパターン構造は種によって異なる。珪藻のシリカ殻が持つ規則的なナノパターン構造は、フォトニ
図１ 本研究で用いた非モデル珪藻種
A. Nitzschia 属、B. Achnanthes 属、
C. Pseudoleyanella 属
Cック結晶特性を示すことから、その特性を生かし、生体分子検出のためのバイオセンサー、ガスセンサ
ー、太陽電池等、ナノテクノロジー分野への応用が報告されている（Trends Biotechnol. 27, 116-27 (2009)）。

ーン構造の形成に関わる生物学的因子を明らかにす

例えば、フォトニック結晶の場合、ナノパターン構ることを目的とする。

造が変化することで、その光学特性が変化するため、ナノパターン構造を自在に制御可能になれば材料特２．方法性の向上や新規機能の付加につながることが期待さ

２－１. RNA-seq による発現遺伝子データセットの

れる。

構築

申請者の以前の研究（Marine genomics 16, 39-44

藻体のトータル RNA の抽出は， フェノールグア(2014)）から、珪藻の殻に含まれるタンパク質のサニジン法に基づく TRI Reagent（MOR）を用いて行

イズや配列パターンによって種特異的なナノパター

った。対数増殖期の藻体を 9,000 g，10 分，4°C で遠ン構造が規定されている可能性が示唆された。そこ

心回収した後，ただちに液体窒素で凍結した。そので本研究では、異なるナノパターン構造のシリカ殻

後 、藻 体 と同 重 量の ジル コ ニ ア ビー ズと TRIを持つ非モデル珪藻 3 種 (図 1) のシリカ殻に含まREAGENT 1 mL を添加し，ビーズビーターで細胞をれるタンパク質を同定し、その配列及び機能を詳細破砕した (3,200 rpm，30 秒)。その後の操作はキッに比較することで珪藻種特異的なシリカ殻ナノパタ

ト添付のプロトコールに従った。抽出した RNA を- 51 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

さらにスピンカラム（RNeasy Mini Kit（Qiagen））を抗生物質である Zeocin を使用することとした。まず、用いて精製した。上記方法で得られたトータル RNA

形質転換体の選抜に用いる薬剤の感受性試験を行っから mRNA を精製し、次世代シーケンサ（illumina

た。0，1，10，100，1000 μg/mL の Zeocin を含む 1%

Hiseq）解析のためのライブラリを作製した。次世代

寒天培地に対数増殖期の藻体を播種し、コロニー形

シーケンサを用いた RNA-seq 解析により得られた成の有無を調べた。

リード配列をトリミング後、de novo アセンブルす

次に遺伝子組換え用プラスミドの構築を行った。

ることでコンティグ配列を取得した。得られたコン

これまでの報告から、珪藻の形質転換においては、

ティグ配列を発現遺伝子データセットとして用いる

内在性の fucoxanthin chlorophyll a/c-binding protein

こととした。

(fcp) 遺伝子のプロモーターを用いた場合に高効率で形質転換体が得られることが報告されている。

２－２. シリカ殻局在タンパク質の抽出及び解析

Nitzschia 属、Achnanthes 属の fcp 遺伝子プロモータ

シリカ殻中に含まれるタンパク質の抽出は以下のーを取得するため、まず他種珪藻の fcp 遺伝子のコ方法を用いて行った。1.5 L の培地で一週間培養を行

ンセンサス配列に基づき設計したプライマーを用い

い、遠心回収後-20℃保存しておいた藻体のペレットて、ゲノムから fcp 遺伝子の増幅を行った。その後、に、2%SDS, 100 mM EDTA を添加し、100℃, 30 分加得られた fcp 遺伝子の上流、下流配列を解析し、fcp熱処理した。
遠心後、沈殿に対し同操作を再度行い、遺伝子の推定プロモーター及び推定ターミネーター

シリカ殻以外の細胞成分を除去した。その後、シリ配列を決定した。上記で取得した推定プロモーター

カ殻表面に残った有機物をさらに除去するためアセ及び推定ターミネーター配列を用いて，放線菌由来

トンを用いて、シリカ殻が完全に白くなるまで洗浄

ブレオマイシン耐性遺伝子(Sh ble)と gfp 遺伝子を発を行った。精製したシリカ殻を顕微鏡で観察し、シ現するプラスミドを構築した。

リカ殻のみ精製できていることを確認した。超純水構築したプラスミドを、パーティクルガン法を用で洗浄後、overnight で凍結乾燥したものをシリカ殻いて珪藻へ導入した。パーティクルガン法において画分とした。得られたシリカ殻に対し、フッ化水素

は、ヘリウムガス圧力は 1550 psi，タングステン粒酸を添加し、シリカを溶解させた。その後、遠心し子は、
直径 0.6 μm もしくは1 μm のものを使用した。

不溶性画分を除去した後、、上清画分を真空下で乾燥

ポジティブコントロールとして、既に遺伝子組換えさせた。乾燥後のペレットを超純水に懸濁後、水酸系が確立されているモデル珪藻の Phaeodactylum

化ナトリウムを添加し中和した。この溶液をシリカ

tricornutum および P. tricornutum の内在性プロモータ

殻局在タンパク質画分とした。

ーが組み込まれた pPha-T1 プラスミド（J. Phycol.

上記のシリカ殻局在タンパク質を、BCA 法を用い

36, 379–386 (2000）を使用して同様にパーティクルて定量後、トリシン SDS-PAGE を用いて分離した。

ガン法を用いた形質転換を行った。

その後、SDS-PAGE のバンドを切り出し、各種プロ
テアーゼを用いてゲル内消化を行うことでペプチド

３．結果及び考察を抽出した。抽出したペプチドは HPLC-Chip/QTOF

３－１．発現遺伝子データセットの構築

MS を用いて解析した。

全ての珪藻について、RNA-seq の結果得られたリード配列の 80%以上を de novo アセンブルに用いることができた。最終的にコンティグ数 40,469～

２－３. 非モデル珪藻の遺伝子組換え系の確立
シリカ殻局在タンパク質の機能解析を行うため、
2

71,930、平均コンティグ長 991 bp～1,147 bp の発現遺種の珪藻種 (Nitzschia 属、Achnanthes 属)について遺伝子データセットを構築した（表 1）。本研究で用い伝子組換え系を確立することを目的として実験を行る 3 種の非モデル珪藻の比較解析に向けた基盤情報

った。形質転換体の選抜には、ブレオマイシン系のを構築することができた。

- 52 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

表１ 構築した非モデル珪藻の発現遺伝子データセットの概要
NumberNumber of contigs-Nitzschia sp.

40,498-Achnanthes sp.

71,930-Pseudoleyanella sp.

45,400

Average contig length (bp)-Nitzschia sp.

1,021-Achnanthes sp.

991-Pseudoleyanella sp.

1,147

Maximum contig length (bp)-Nitzschia sp.

11,288-Achnanthes sp.

19,775-Pseudoleyanella sp.

19,181３－２. シリカ殻局在タンパク質の抽出及び解析
図 3

SDS, EDTA およびアセトンを用いた洗浄により、シリカ殻のみ精製することに成功した（図２）。
顕微鏡観察からも、精製されたシリカ殻を確認した。

シリカ殻から抽出したタンパク質のSDS-PAGE 結果
レーン 1, Achnanthes 属;
レーン 2, Nitzschia 属;
レーン 3, Navicula 属;
レーン 4, Pseudoleyanella 属

精製したシリカ殻をフッ化
水素酸処理することで、シ得られたタンパク質バンドを切り出し、各種プロテリカ殻中に含まれるタンパ

アーゼを用いてゲル内消化を行い、ペプチドを抽出

ク質の抽出を行った。そのした。抽出したペプチドを HPLC-Chip/QTOF MS を

結果、1 mg のシリカ殻重量
図２藻体懸濁液（左）と精製後のシリカ殻懸濁液（右）用いて解析した結果、複数のタンパク質が同定され当たり4.3～6.8 μgのタンパ

た。現在同定したタンパク質の配列を比較し、3 種

ク質が回収された（表 2）。

の珪藻のシリカ殻ナノパターン形成との関係を解析

この結果より、異なる珪藻中である。

種においてもシリカ殻重量当たりのタンパク質含量は大きく変わらないことが３－３. 非モデル珪藻の遺伝子組換え系の確立示された。本研究により、3 種の非モデル珪藻につ上記で同定したシリカ殻局在タンパク質の機能解

いて、シリカ殻の精製条件及びシリカ殻局在タンパ

析を行うため、2 種の珪藻種 (Nitzschia 属、Achnanthes

ク質の抽出条件を確立することができた。

属)について遺伝子組換え系を確立することを目的に実験を行った。薬剤感受性試験の結果、Nitzschia

表 2 珪藻シリカ殻からのタンパク質抽出結果

属及び Achnanthes 属において、Zeocin 濃度 100
珪藻

Nitzschia属

Achnanthes属

Pseudoleyanella属

藻体湿重量 (g)

2.2

1.1

2.6

精製後のシリカ殻乾燥重量
(mg)

49

32

26

シリカ殻から抽出したタンパク質量 (µg)

334

145

113

シリカ殻重量当たりのタンパク質含量 (µg/mg)

6.8

4.5

4.3

μg/mL 以上で生育が阻害されることが示された。
他種珪藻の fcp 遺伝子のコンセンサス配列に基づき設計したプライマーを用いて、Nitzschia 属及びAchnanthes 属ゲノムから fcp 遺伝子を増幅することに成功した。得られた fcp 遺伝子の上流、下流配列を解析し、fcp 遺伝子の推定プロモーター及び推定タ

次に抽出したシリカ殻局在タンパク質をトリシン

ーミネーター配列を決定した。推定プロモーター配SDS-PAGE を用いて分離した。その結果、各珪藻種

列中には TATA ボックスや GC ボックスと考えられに特異的なタンパク質バンドが確認された(図３)。

る配列が確認された。次に決定した fcp 遺伝子の推- 53 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

定プロモーター及び推定ターミネーター配列を用いて、放線菌由来ブレオマイシン耐性遺伝子(Sh ble)および gfp 遺伝子を発現するための遺伝子組換え用プ
ラスミドを構築した。Nitzschia 属の内在性 fcp プロ
モーターを組み込んだプラスミドを pNitfcp 、Achnanthes 属の内在性 fcp プロモーターを組み込んだプラスミドを pAchfcp とした。構築したプラスミ
ドを、パーティクルガン法を用いて Nitzschia 属及びAchnanthes 属に導入を行ったが、現在までに形質転換体は得られていない。ポジティブコントロールとして用いたP. tricornutum に本研究で構築したプラス
ミドを導入したところ、pNitfcp を導入した場合に、薬剤耐性の形質転換体を得ることができた。
さらに，得られたクローンを蛍光顕微鏡で観察したところ，
GFP 蛍光を発していることが確認された（図４）。
このことから構築したプラスミド pNitfcp が珪藻の形質転換に使用できることが示された。本研究で用いた Nitzschia 属及び Achnanthes 属珪藻の遺伝子組換え系の報告はないため、遺伝子導入のためのパーティクルガン法の条件等をさらに検討する必要があると考えられた。

図４ pNitfcp を導入した P. tricornutum の蛍光顕微鏡像謝辞
本研究を支援いただきましたウエスコ学術振興財団に深く感謝致します。

- 54 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

アブシジン酸誘導気孔閉口の調節に関与するカルシウムセンサータンパク質 CPK の機構解析
岡山大学大学院環境生命科学研究科
宗正 晋太郎（概要）気孔閉口を制御する植物ホルモンであるアブシジン酸は、乾燥ストレス下で生合成され、過度の蒸散による水分損失を抑制する働きを持つ。気孔閉口を制御するアブシジン酸シグナル伝達経路において、カルシ
ウムイオンが重要なセカンドメッセンジャーとして機能することが古くから知られている。しかしカルシウム
イオンがどのように気孔閉口応答の調節に関与しているのか、その分子機構の詳細は不明である。モデル植物であるシロイヌナズナを用いて、孔辺細胞に高発現するカルシウム依存性タンパク質リン酸化酵素（CPK）をい
くつか選抜し、その遺伝子破壊変異体を作成した。作成した変異体 cpk4ple では、野生株 Col と比較してアブ
シジン酸気孔閉口が抑制されていた。その原因を調査するため、ゲル内タンパク質リン酸化酵素アッセイを行い、アブシジン酸シグナル伝達の重要な調節因子である OST1 キナーゼの活性を調査した。結果、今回同定した
CPK は、アブシジン酸による OST1 キナーゼの活性化には関与していないことがわかった。

酵素（CPK）は、植物や一部微生物に固有の Ca2+セン【1. 背景】
乾燥ストレスは、農作物の収穫量に多大な影響をサータンパク質である。過去の研究で、孔辺細胞で与える環境要因である。食糧の安定確保のために、発現する CPK のいくつかが、ABA 誘導気孔閉口の制

農作物の乾燥ストレス耐性を向上させる技術の開発御に関与することが報告されている(1,2)。
本研究でが求められている。しかしそのためには植物の乾燥は、CPK による ABA 誘導気孔閉口の制御機構をさらストレス応答の分子機構を詳細に理解する必要があに明らかにするため、孔辺細胞に高発現する CPK をる。植物の葉の表皮に存在する気孔は、一対の孔辺4 つ破壊したシロイヌナズナ変異体 cpk4ple を用い細胞と呼ばれる高度に分化した細胞から成る小孔でて、その気孔の ABA 応答性の解析を行った。また気ある。気孔は、開閉運動を行うことで光合成に必要

孔閉口運動の制御において中心的な役割を担う ABA

な二酸化炭素の取込みや蒸散による水分放出の調節

応答性タンパク質リン酸化酵素である OST1 の活性を行う重要な場所である。一般的に、陸上高等植物を評価した。

において根から吸収した水分の 90%以上が気孔からの蒸散によって失われていると言われている。その【2. 方法】

ため、水の利用が限られた乾燥ストレス下では、植①植物物は気孔を速やかに閉口し水分損失を抑制する必要

実験には、モデル植物であるシロイヌナズナを用がある。

いた。シロイヌナズナ植物体は、明期 16 時間・暗期

植物ホルモンであるアブシジン酸（ABA）は、乾燥

8 時間サイクル、21℃、相対湿度 70%の人工気象器内

ストレスに応答して生合成され、気孔閉口を誘導すで生育した。また 1000 倍希釈したハイポネックス

る働きを持つ。その結果、植物は乾燥ストレス下で（ハイポネックスジャパン）を週 2 回与えた。

過度の蒸散を抑制することができる。ABA が気孔閉口を誘導する際に起こる細胞内情報伝達において、②気孔開度のトラッキング測定実験

カルシウムイオン（Ca2+）が情報伝達因子として機切り取ったロゼット葉の裏面を medical adhesive

能することが知られている。しかしながら、その機

7730（Hollister US）を用いてカバーガラスに貼り能の詳細は不明である。Ca2+結合モチーフである EF

付けた。その後、カミソリを用いて葉裏表皮が以外

ハンドを持つカルシウム依存性タンパク質リン酸化の組織を除去し、人工気象器内でバッファー中（5 mM- 55 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

KCl、50 μM CaCl、10 mM MES-Tris pH 5.6）に 2

ジン酸に応答した OST1 キナーゼの活性化は野生株

時間浸漬した。
その後 10 μM アブシジン酸を加えてCol と同様に起こることが明らかとなった（図 2）。

3 時間、倒立顕微鏡を用いて葉裏表皮の気孔開度のこの結果から、CPK は ABA による OST1 キナーゼの活変化をモニターした。

性化には関与していないことが明らかとなった。以上の結果から CPK は、気孔閉口運動を制御する ABA③インゲルキナーゼアッセイ

シグナル伝達において OST1 キナーゼ活性化より下切り取ったロゼット葉を冷却した蒸留水を用いて流のイベントの制御に関与することが示唆された。

ブレンダーで破砕し、孔辺細胞リッチな表皮断片をその詳細なメカニズムの解明に関しては今後のさら大量に獲得した。この表皮断片からタンパク質を抽なる研究が必要である。

出し、ポリアクリルアミドゲル電気泳動後、タンパ
ク質リフォールディングを行った（2）。その後
gamma-32P-ATP とヒストンを基質としてインゲルキ
ナーゼアッセイを行い、OST1 キナーゼの活性を評価した。
【3. 結果・考察】
孔辺細胞に高発現する CPK のうち 4 つを破壊した
変異体 cpk4ple を単離した。まず cpk4ple の気孔のABA 応答性を調査した。気孔開度測定の結果、(図 2) OST1 キナーゼ活性測定

cpk4ple 変異体では、野生株 Col と比較して ABA に応答した気孔閉口が抑制されていることがわかった（図 1）。そのため今回調査した 4 つの CPK は、ABA【4. 謝辞】

誘導気孔閉口の制御に関与することが明らかとなっ最後になりましたが、本研究の遂行を支援いただ

た。

きましたウエスコ学術振興財団に深く感謝いたします。
【5. 参考文献】(1) Mori IC, Murata Y, Yang Y, Munemasa S, Wang
YF, Andreoli S, Tiriac H, Alonso JM, Harper
JF, Ecker JR, Kwak JM, Schroeder JI. CDPKs
CPK6 and CPK3 function in ABA regulation ofguard cell S-type anion- and Ca2+- permeablechannels and stomatal closure. PLoS Biol
(2006) 4:e327.
(2) Brandt B, Munemasa S, Wang C, Nguyen D, Yong
(図 1) 気孔開度測定

T, Yang PG, Poretsky E, Belknap TF, Waadt R,
Alem n F, Schroeder JI. Calcium specificity
signaling mechanisms in abscisic acid signal

さらにcpk4ple変異体を用いてOST1 キナーゼの活transduction in Arabidopsis guard cells.

eLife (2015) 4:e03599.

性測定を行った。cpk4ple 変異体においてもアブシ- 56 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

二次曲面とそのクリストッフェル変換の研究
岡山大学大学院自然科学研究科
藤森 祥一
本研究 [1] では、曲面のクリストッフェル変換という概念に着目し、特に二次曲面のクリストッフェル変換で得られる曲面に共通する幾何学的性質を明らかにした。楕円面のクリストッフェルとして得られる曲面については、平均曲率が 0 の曲面（極小曲面と呼ばれる）と深い関係があることが以前から知られていたが、一葉双曲面や二葉双曲面のクリストッフェル変換で得られる曲面の幾何学的性質については明らかにされていなかった。本研究では、一葉双曲面や二葉双曲面を通常のユークリッド空間ではなく、時空（ローレンツ・ミンコ
フスキー空間）の中の曲面とみなすことで、それらのクリストッフェル変換として得られる曲面も平均曲率が0 の曲面と関係があることを明らかにした。

1. はじめに
3 次元ユークリッド空間の曲面で平均曲率が消えているものを極小曲面という。極小曲面は石鹸膜の数学的モデルとして 18 世紀頃から現在まで活発に研究が行われており、微分幾何学の中でも古典的な研究分野である。
特に 19 世紀中頃からは複素解析的手法を用いた曲面の構成方法が発見され、理論が飛躍的に発展した。この複素解析的手法を用いると、すべての極小曲面は等長的でかつ各点で接平面が一致する 1 径数族を持つことがわかる。
1867 年クリストッフェルは上述の条件を少し弱め、共形曲率線座標系を持つ与えられた曲面に対し、その曲面と共形的でかつ各点で接平面が一致する曲図 1. 楕円面の共形曲率線座標表示

面の研究を行った。このことから、与えられた曲面と共形的かつ各点で接平面が一致する曲面のことを、
元の曲面のクリストッフェル変換で得られる曲面という。
二次曲面は一般に共形曲率線座標系を持つ（ヤコビの楕円関数を用いて具体的に書くことができる）。
二次曲面の中で特に楕円面のクリストッフェル変換を考え（図 1）、楕円面を球面に近づけると、極限で対応する曲面はシャークタワーと呼ばれる極小曲面になり（図 2）、元の曲面（球面）はシャークタワーのガウス写像と一致する [2]。
図 2. 図 1 のクリトッフェル変換で得られる曲面- 57 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

変換で得られる曲面を求める。a>b>c、a>c>b、c>a>b

同様に一葉双曲面や二葉双曲面も共形曲率線座標を持ち、そのクリストッフェル変換を考えることがの 3 つの場合がある（図 3）。

できるが、得られた曲面の幾何学的な特徴付けは得られていなかった。
本研究 [1] では、一葉双曲面や二葉双曲面、およびそれらのクリトッフェル変換で得られる曲面を、ユークリッド空間ではなく時空（ローレンツ・ミン
コフスキー空間）の曲面とみなし、一葉双曲面や二a>b>c葉双曲面を標準形に近づけると、その極限として時間的極小曲面や空間的極大曲面と呼ばれる曲面が得られることを示した。
2. 二葉双曲面とそのクリストッフェル変換
不定値計量 ( , )=dx2 + dy2 - dz2 を持つ 3 次元ベクトル空間を 3 次元時空または 3 次元ローレンツ・ミンコフスキー空間といい、L3 で表す。L3 の 0 でな
いベクトル x は (x,x)>0 を満たすとき空間的、

c>a>b(x,x)=0 を満たすとき光的、(x,x)<0 を満たすとき時間的と呼ばれる。L3 の曲面上の点は、その 0 でない
全ての接ベクトルが空間的なとき空間的点、空間的ベクトルと時間的ベクトルを共に接ベクトルに持つ
とき時間的点という. 全ての点が空間的点である曲面を空間的曲面、全ての点が時間的点である曲面を
時間的曲面という。空間的曲面に対しては、時間的単位法ベクトル場、すなわち (n, n)=-1 を満たす単a>c>b位法ベクトル場をとり（n は L の標準的二葉双曲面

図 3. 二葉双曲面（左）とそのクリストッフェル変換に値をとる）、
第二基本形式および平均曲率が定義さで得られる曲面（右）。太線は計量が退化する箇所、すれる。この平均曲率が恒等的に消えている曲面を空

なわち曲面が時間的から空間的に型変化する箇所であ間的極大曲面という。極大曲面という名前は、このる。

3曲面が局所的に面積極大であるという性質に由来する。空間的極大曲面はユークリッド空間の極小曲面

いずれの場合も a、b、c を 1 に近づけ極限をとると類似の複素解析的表示を持つが、完備なものは平と、クリストッフェル変換で得られる曲面は空間的面しかなく、大域的な性質を調べるためにはある種極大曲面となり、二葉双曲面はそれぞれのガウス写の特異点を許容する必要がある。

像と一致することを証明した [1]。

正の実数 a、b、c に対して、L3 の二葉双曲面(x/a)2+(y/b)2-(z/c)2=-1

3. 一葉双曲面とそのクリストッフェル変換を考える。x 軸と y 軸は共に空間的軸であるから、L3 の時間的曲面に対しては、空間的単位法ベクトル

必要なら x 軸と y 軸を取り替えることで a>b として場、すなわち (n, n)=1 を満たす単位法ベクトル場

よい。この二葉双曲面をヤコビの楕円関数を用いてをとり（n は L3 の標準的一葉双曲面に値をとる）、第共形曲率線座標系で表示し、そのクリストッフェル

二基本形式および平均曲率が定義される。この平均- 58 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

曲率が恒等的に消えている曲面を時間的極小曲面と4. 謝辞いう。極小曲面という名前はユークリッド空間の極

本研究は公益財団法人ウエスコ学術振興財団の支

小曲面の名前を流用したものであり、L3 の時間的曲援をいただいた。ここに記して感謝の意を表する。

面で平均曲率が恒等的に消えているものが面積極小という性質を持っている訳ではない。時間的極小曲

5. 参考文献

面は空間的極大曲面やユークリッド空間の極小曲面[1] S. Fujimori, U. Hertrich-Jeromin, M. Kokubu,のように複素解析的表示を持たず、曲面も実解析的

M. Umehara, and K. Yamada, Quadrics and Scherkとは限らない。ただし時間的極小曲面はパラ複素構

towers, preprint (arXiv: 1701.02134).

造と呼ばれる構造を持ち、これを用いると形式的に[2] U. Hertrich-Jeromin, Introduction to M biusは空間的極大曲面やユークリッド空間の極小曲面とdifferential geometry, London Math. Soc. Lec.

類似の表示式がある。

Note Series 300, Cambridge University Press

正の実数 a、b、c に対して、L の一葉双曲面
3(2003).

(x/a)2+(y/b)2-(z/c)2=1を考える。前節と同様に a>b としてよい。この一葉双曲面をヤコビの楕円関数を用いて共形曲率線座標系で表示し、そのクリストッフェル変換を求める。
前節と同様に a>b>c、a>c>b、c>a>b の 3 つの場合があり、いずれの場合も a、b、c を 1 に近づけ極限をとると、クリストッフェル変換で得られる曲面は時間的極小曲面となり、一葉双曲面はそれぞれのガウ
ス写像と一致することを証明した [1]。ただし、

a>c>b の場合は一葉双曲面の全てを共形曲率線座標系で覆うことができず、覆えなかった部分のクリス
トッフェル変換に関する幾何学的特徴付けは今後の課題である（図 4）。

図 4. 一葉双曲面、a>c>b の場合。図の色が薄い部分は共形曲率線座標系で覆うことができなかった部分。また、赤い点は共形曲率線座標系の分岐点である。

- 59 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

ゲノム編集技術および透明化技術を用いた１細胞レベルでのエピジェネティック修飾の解析
岡山大学 資源植物科学研究所
長岐清孝
個々の細胞は組織内で異なるエピジェネティック修飾を受け制御されていると考えられる。これまで個別座位のエピジェネティック修飾は、クロマチン免疫沈降（ChIP）により解析されてきた。しかし、ChIP では、組織全体のエピジェネティック修飾が平均値として得られ、個々の細胞におけるエピジェネティック
修飾は検出不能である。ChIP 以外にも蛍光 in situ ハイブリダイゼーションと免疫染色を組み合わせた方法が試みられているが、この方法では組織内位置情報が失われてしまう上に核内の構造変化も起きてしまう。そこで、本研究では、ゲノム編集技術の「標的 DNA 結合部位」と蛍光タンパク質を組み合わせ、染色体上の個別座位を可視化することにより、その座位のエピジェネティック修飾を１細胞レベルで検出する方法の開発を試みた。加えて、根以外の組織では葉緑体の自家蛍光が観察の障壁となるが、これまでの透明化技術はエピジェネティック修飾検出の為の感度をもたないので、組織免疫染色に利用可能な透明化技術を開発した。この方法では、葉組織を切片化すること無くエピジェネティック修飾が検出できた。

【イントロダクション】

してしまう。

細胞内の各染色体領域（個別座位）は、同一種内

これまで、私たちは、エピジェネティック修飾のにおいても、その細胞の種類、組織内位置および周組織内観察を行う方法として、組織切片に対する免辺環境により異なるエピジェネティック修飾を受け疫染色法を用いてきた。この方法により、切片の切制御されていると考えられる。この様なエピジェネ

断面に存在する細胞のエピジェネティック修飾は検ティック制御による環境応答を理解する為には、組出可能となったが、この方法は以下の問題点をもつ。

織内の個々の細胞のエピジェネティック制御の解析（１）FISH の為の変成により組織が変形してしまうのみならず細胞の相互作用を鳥瞰図的に解析する必ので、FISH による組織内での個別座位の可視化は不要がある。

可能である。
（２）抗体の浸透は組織の切断面付近の

これまで、エピジェネティック修飾は特異的な抗細胞に限られ、組織の深部のエピジェネティック修体を用いたクロマチン免疫沈降（ChIP）により解析

飾の観察は不可能である。
（３）根以外の組織では葉されてきた。しかしながら、ChIP 法では数グラムの緑体や細胞壁由来の自家蛍光によりシグナルの観察

細胞をすり潰して解析するため、個々の細胞のエピが不可能である。

ジェネティック修飾を細胞ごとに解析することは不そこで、本研究では、FISH の代わりにゲノム編集

可能で、ChIP で得られる結果は用いた細胞集団のエ

技術の「標的 DNA 結合部位」と蛍光タンパク質を組

ピジェネティック修飾の平均値となる。

み合わせ、染色体上の個別座位を可視化し、組織内

ChIP 法以外のエピジェネティック修飾の解析法の個々の細胞で検出する方法の開発を試みた。加えとして、蛍光 in situ ハイブリダイゼーション（FISH）て、自家蛍光を除去する為に透明化法を適用したが、と免疫染色を組み合わせた方法により個別座位のエ

既存の方法では組織内でエピジェネティック修飾を

ピジェネティック修飾解析が試みられているが、こ検出することができなかったので、これらを改良しの方法にはプロトプラスト化した細胞を用いるので、抗体の浸透効率を高めることにより組織内エピジェ

組織内位置情報は失われてしまう。加えて、FISH はネティック修飾解析が可能な透明化法を開発した。

「DNA の変成」を含み、これにより核の構造が変化- 60 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】【ゲノム編集技術による個別座位の可視化】

Vol. 142, pp. 4168-4179）が組織免疫染色に利用可

シロイヌナズナ、イネ、タバコおよびトマトの動能かを確認したところ、ClearSee 処理により透明化

原 体 反 復 配 列 内 に TALE (transcription

した後にもエピジェネティック修飾および動原体特activator-like effectors)標的配列を設定し、こ異的ヒストン H3（CENH3）の抗原性が残存している

れらを認識する TALE をコードする DNA 配列をことが確かめられた（図１）。しかしながら、免疫染Golden Gate TALEN and TAL Effector Kit 2.0 を用

色シグナルは切断面もしくは導管から数細胞でしかいて作成した。これらを植物形質転換用バイナリー

観察されなかった。この結果は、分子量は 60 kDa

ベクターの 35S プロモーターと GFP 遺伝子の間に挿と大きな抗体が植物組織に浸透するのに十分なスペ

入し、動原体配列を標的とした TALE-GFP 発現用のコースが無いためと考え、酵素処理による部分的な細ンストラクトを作成した。

胞壁除去とアルコール処理による部分的な細胞膜のシロイヌナズナおよびタバコのコンストラクトを破壊のステップを加えることにより抗体の浸透性のアグロバクテリウムに形質転換し、このアグロバク

向上をはかった。試したアルコールのうちプロパノ

テリウムを植物体または培養細胞へ感染させることール処理で、抗体の浸透性が著しく向上することがにより、形質転換植物または培養細胞を得た。しか明らかになった（図１）。しかし、プロパノール処理しながら、蛍光顕微鏡を用いてこれらの形質転換体

のみでは、自家蛍光が残存するので、酵素処理、プ細胞内の GFP 局在を確認したが、いずれの細胞におロパノール処理、ClearSee 処理を連続的に行うこと

いても明確な GFP 局在は観察されなかった。

により葉組織内でエピジェネティックシグナルを切続 いて 、も うひ とつの ゲ ノム 編集 系で ある

片化すること無く検出できることがわかった（図１

CRISPR/Cas9 を用いた GFP 融合コンストラクトを作

および２）
。

成していたところ、2016 年 10 月に同様に TALE を用

続いて、この方法の拡張性を確かめる為に他の植いたアプローチでシロイヌナズナのリボソーム遺伝

物種を材料に同解析を行ったところ、試した全ての子および動原体配列を可視化した論文が発表された単子葉植物 5 種（コムギ、オオムギ、イネ、トウモ（Fujimoto et al., 2016, Experimental Botany, Vol.

ロコシおよびニンニク）および双子葉植物４種（シ67, pp. 6101 6110）。この論文では、プロモーター

ロイヌナズナ、タバコ、トマトおよびヒマワリ）で、に 35S プロモーターよりも高発現するプロモーター

この方法が利用可能であることが示された（図３）。

（PRS5a）が用いられていたことから、我々のコンス

加えて、この方法が適用可能なエピジェネティック

トラクトの 35S プロモーターでは、TALE-GFP の発現修飾について調べたところ、メチル化ヒストン、ア

量が不十分であった可能性がある。

セチル化ヒストンおよびメチル化 DNA が検出可能で同様の論文が発表されてしまったため、ゲノム編

あることがわかった。エピジェネティック修飾以外

集技術による DNA 配列の可視化は、上記研究を行っにも CENH3 や GFP が検出できたことから、この方法

た東京理科大の松永研究室と共同で進めることとしは多くのタンパク質の組織内免疫染色に利用可能でた。彼等の系を用いて PRS5a プロモーターをもつタあることがわかった。

バコ動原体配列を標的とした TALE-GFP 融合コンス

また、この方法で得られるシグナルは強く、蛍光トラクトを作成し、現在形質転換植物を作成してい顕微鏡による解析に比べて、より強いシグナルが要る。

求される共焦点レーザー顕微鏡による 3 次元解析やハイレゾリューション解析にも利用可能であった【透明化技術を用いた免疫染色によるエピジェネ（図４および５）。加えて、根では 200μm の深さで

ティック修飾の組織内可視化】

もシグナルが観察された（図６）。この深さは共焦点

始めにこれまでに発表されている透明化法であるレーザー顕微鏡による生体観察の限界値に近く、開ClearSee 法（Kurihara et al., 2015, Development,

発した方法が共焦点レーザー顕微鏡による多くの解- 61 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

析に適用可能であることが示された。

ことが可能である。このタンパク質は抗体に比べてこ れ ら の 結 果 を 論 文 に ま と め 、 Scientific

小さなタンパク質であり、抗体以上の浸透性をもつ

Reports に 掲 載 さ れ た （ Nagaki et al., 2017,と考えられる。組織内 in situ TALE による個別座位

Scientific Reports, srep42203）。

の可視化が可能となれば、「形質転換が必要」という

現在、エピジェネティック修飾と DNA 配列を組織植物における TALE を用いた個別座位の可視化の障内で同時検出する為に「in situ TALE」により DNA

壁を取り去ることが可能で、全ての植物で利用可能

配列の組織切片内での観察を試みている。TALE-GFP

なユニバーサルな技術となることが期待される。

は、このタンパク質のみで標的 DNA 配列を認識する

図１、コムギの葉に対する透明化の効果 スケールバーは 100μm を示す。

- 62 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

図２、透明化したコムギの葉におけるヒストンメチル化の検出
緑色の点はメチル化ヒストンのシグナル。スケールバーは 1 mm を示す。

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【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

図 3、様々な植物の葉に対する透明化

図４、共焦点レーザー顕微鏡によるコムギの葉の３次元解析
緑色の点はメチル化ヒストンのシグナル。

- 64 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

図５、共焦点レーザー顕微鏡によるハイレゾリューション解析

図６、共焦点レーザー顕微鏡によるニンニクの根の解析- 65 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

非アルコール性脂肪性肝炎におけるアラキドン酸代謝酵素の役割の解明
岡山県立大学 保健福祉学部
川上 祐生
アラキドン酸代謝酵素であるリポキシゲナーゼは、アラキドン酸のような不飽和脂肪酸から過酸化脂質であるヒドロペルオキシ酸を生成する酵素である。これまでの報告において、発症、進展のメカニズムが未だ明らかにされていない非アルコール性脂肪性肝炎（NASH）の病態形成において、リポキシゲナーゼの関与を示唆す
る報告がいくつかなされている。
私たちは NASH におけるリポキシゲナーゼの役割を解明することを目的として、
まず NASH モデルマウスの肝臓で上昇するリポキシゲナーゼのアイソザイムの同定を試みた。メチオニン・コリン欠損（MCD）食を 8 週間、自由摂取させて作製した NASH モデルマウスと普通固形飼料を摂取させたマウス（コントロール）の肝臓からそれぞれサイトゾルを調製してアラキドン酸と反応させた。その結果、コントロールと比較して MCD 食を摂取したマウスにおいて 12-リポキシゲナーゼ生成物の量が 100 倍以上に上昇した。種々の 12-リポキシゲナーゼアイソザイムに対する抗体を用いて、免疫沈降を行った結果、MCD 食摂取マウス肝臓において血小板型 12-リポキシゲナーゼの発現が上昇していることが示された。

１．はじめに肪酸に 1 分子の酸素を添加して過酸化脂質であるヒ

非アルコール性脂肪性肝炎（NASH）とは著しいア

ドロペルオキシ酸（HPETE）を生成する酸素添加酵素

ルコールの摂取がないにもかかわらずアルコール性であり、慢性炎症性病変部位に集簇するマクロファ

肝炎類似の肝組織所見を呈するもので、進行するとージなどに発現している。生成した HPETE は細胞内肝臓における炎症から肝細胞が傷害され、肝臓の線のグルタチオンペルオキシダーゼなどの働きによっ維化を引き起こし、肝硬変や肝臓癌に至る可能性のてヒドロキシ酸（HETE）に還元されることが知られある疾患である。肝細胞に中性脂肪が過剰に蓄積すている。これまでの報告において、NASH の病態形成ることを脂肪肝という。この中で飲酒歴がないにもにリポキシゲナーゼの関与を示唆する報告がいくつかかわらず引き起こされる単純性脂肪肝を非アルコ

かなされている。メチオニン・コリン欠損（MCD）食ール性脂肪性肝疾患（NAFLD）と呼ぶが、NAFLD とは投与によって作製された NASH モデルマウスでは血正しくは単純性脂肪肝の状態からこれが進行して肝清中に 12-リポキシゲナーゼ生成物である 12-HETE

内の炎症や肝細胞の傷害、線維化が起きている状態、が有意に増加していることがメタボローム解析によすなわち NASH の病態までを含んでいる。NAFLD およって示されており、肝臓の 12-リポキシゲナーゼ

び NASH は生活習慣病に関連していると言われておmRNA 発現量の上昇が確認されている（１）。また、り、その患者数は年々増加し、今後も増加し続ける

アポリポプロテイン E（アポ E）ノックアウトマウス

ことが予測される。NASH の成因については生活習慣に高脂肪食を投与すると脂肪肝の形成や炎症が引きによって肝臓に脂肪が蓄積し、その後の酸化ストレ起こされ、NASH 類似の病態を呈するが、アポ E と白スなどの各種ストレスによって炎症が引き起こされ血球型 12-リポキシゲナーゼをノックアウトしたダるというツーヒットセオリーが広く知られているが、ブルノックアウトマウスでは、脂肪肝や炎症、肝傷

NASH の発症、進展のメカニズムについては多くの研害の軽減などが認められることが報告されている究がなされているにもかかわらず未だに解明されて（２）。しかしながら、これらの報告は NASH におけいない。

る 12-リポキシゲナーゼの関与を示唆する現象を報

リポキシゲナーゼはアラキドン酸などの不飽和脂告したのみであり、具体的に 12-リポキシゲナーゼ- 66 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

が NASH の発症、進展のどの段階にどのような機序でPCR 法により、遺伝子発現解析を行った。反応およ作用しているかについては明らかにされていない。

び解析は、Step One Plus Real Time PCR System(ラそこで本研究では、NASH の発症、進展におけるリポ

イフテクノロジーズジャパン)を用いて行った。

キシゲナーゼの役割をより詳細に検討にすることを目的とした。

（４）酵素活性測定

これまでの報告において NASH の病態形成に関与

マウスから採取した肝臓からホモジネートを調製することが示唆されている 12-リポキシゲナーゼにし、超遠心機で 100,000 × g、4 C、1 時間で超遠は、12S-ヒドロペルオキシ酸を生成する血小板型、心分離を行い、上清のサイトゾル画分を得た。この

白血球型、皮膚型の 3 つのアイソザイムに加えて、

肝臓サイトゾル画分を酵素源として、25 M のアラ

12R-ヒドロペルオキシ酸を生成する酵素が知られてキドン酸と 37 C で 30 分反応させた。その後、還元いる。そこでまず、NASH モデルマウスを作製し、そ型グルタチオンとグルタチオンペルオキシダーゼのの肝臓で上昇するリポキシゲナーゼのアイソザイム

存在下で 37 C でさらに 20 分反応させ、不安定な生の同定を試みた。

成物である12-HPETEから比較的安定な12-HETE への還元を行った。その後ジエチルエーテルを含む溶媒

２．実験方法を加えて反応を停止した。反応生成物を含むジエチ（１）動物実験

ルエーテル画分を回収し、高速液体クロマトグラフ

実験に使用した 7 週齢の c57BL/6J マウスは 1 週間

ィーにより、生成物量を測定することにより、酵素予備飼育を行った。その後、メチオニン・コリン欠活性を評価した。高速液体クロマトグラフィーは、損（MCD）食を摂取させる MCD 食群と普通固形飼料をカラムとして 4.6×250 mm (COSMOSIL 5C18-MS-Ⅱ、摂取させたコントロール食群に分け 2～8 週間飼育

Nakalai)、移動相としてメタノール：水：酢酸＝80：した。飼育期間中は、食餌および水の摂取は自由と

20：0.01（v/v）
、流速 1 ml/min により分離し、235 nm

した。すべての動物実験は岡山県立大学動物実験指の吸光度を連続的に追跡することにより生成物を検針に基づいて実施した。

出した。内部標準として添加した 15-ヒドロキシ酸（15-HEDE）の面積と反応生成物である 12-HETE の面（２）組織染色積との比較から酵素の活性を求めてタンパク質量かマウスから採取した肝臓を 4%パラホルムアルデ

ら比活性を計算した。

ヒドで固定後、パラフィンあるいは OCT コンパウン
ドで包埋した。炎症細胞の浸潤の程度を検討するた（５）免疫沈降法

めの HE 染色と線維化の程度を評価するためのシリ

白血球型 12-リポキシゲナーゼあるいは血小板型

ウスレッド染色はパラフィンで包埋した試料を使用

12-リポキシゲナーゼに対する抗体をプロテイン Aした。また、脂肪蓄積の程度を検討するためのオイ

セファロースに結合させ、マウスの肝臓から調製しルレッド染色では OCT コンパウンドで包埋した試料

たサイトゾル画分と反応させた。沈殿物と上清それを使用した。

ぞれをアラキドン酸と反応させて酵素活性を調べた。

（３）遺伝子発現解析

３．結果

マウスから採取した肝臓から RNeasy Plus Mini

肝臓切片のオイルレッド染色を行った結果、MCD

Kit（Qiagen）を用いて RNA を抽出した。その後、抽食摂取 2 週目で赤く染まった脂肪滴が最も多く、そ出 し た RNA は 、 High Capacity cDNA Reverseの後摂食期間が進むにつれて、赤い染色部分は減少

Transcription Kit（Applied biosystems）を用いてした（図 1A）。MCD 食の摂取による脂肪蓄積を確認す

cDNA 合成を行った。この cDNA を用いて、real-time

ることができた。また、肝臓切片のシリウスレッド- 67 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

染色を行った結果、MCD 食摂取 6 週目から少しずつS 体（12S-ヒドロキシ酸、12S-HETE）であることが赤く染色された膠原繊維の増加が観察され、8 週目示唆された。そこで、S 体を作る白血球型、血小板では肝臓のより広い範囲で赤い染色部分が確認され、型、皮膚型のいずれであるのかを調べるため、白血

肝臓の繊維化の進行が確認された（図 1B）。

球型あるいは血小板型 12-リポキシゲナーゼに対す
る抗体を用いて免疫沈降を行い、沈殿物と上清それぞれの酵素活性を調べたところ、抗血小板型 12-リ
ポキシゲナーゼ抗体では抗体量に依存して沈殿で酵素活性が検出され、それに応じて上清では酵素活性が低下した（図 3）。一方、抗白血球型 12-リポキシ
ゲナーゼ抗体では酵素活性の免疫沈降は起こらなかった。

図 1 肝臓切⽚のオイルレッド染⾊（A）とシリウ
スレッド染⾊（B）
NASH の病態モデルとして肝臓の炎症を確認する
ため、NASH における代表的な炎症マーカーである腫瘍壊死因子（TNF）-αの mRNA 発現量を調べた。その結果、TNF-αの発現量は MCD 食摂取 2 週目でコント
ロール群の約 2 倍に上昇し、6 週目には 4 倍、8 週目には 5 倍といった発現上昇が認められた（図 2A）。

図３ NASH モデルマウス肝臓の 12S-LOX 活性の肝臓切片の HE 染色をおこなうと、MCD 食群では炎症抗 12S-LOX 抗体による免疫沈降

細胞の浸潤が観察された（図 2B）。
４．考察
今回の研究では、NASH 病態モデルとして MCD 食摂取マウスを用いた。本モデルでは、MCD 食によりメ
チル基が不足し、肝臓でホスファチジルコリンの合成ができず、肝臓からのリポタンパク質の分泌不全によって肝臓に脂肪が蓄積し、炎症が引き起こされることにより NASH の病態に至ることが知られている（３）。今回の研究において、MCD 食摂取マウスを
2 週間毎にみると、
MCD 食の摂取 2 週目で著しい脂肪
図 2 MCD ⾷摂取による TNF-αの mRNA 発現量のの蓄積が起こり、過剰な脂肪の蓄積を主体とした病

上昇と炎症細胞の浸潤態から 6 週目以降には炎症、8 週目には線維化を主体とした病態に移行したことが考えられた。この過MCD 食を摂取したマウス肝臓のリポキシゲナーゼ

程で、繊維化を主体とした病態形成が起こる MCD 食活性を測定した結果、MCD 食摂取 8 週目のマウスの摂取 8 週目の 12-リポキシゲナーゼの活性がコント

肝臓において、
12-リポキシゲナーゼ生成物が検出さ

ロール食を摂取したマウスよりも上昇していることれた。この生成物について光学異性体を分離できるが確認され、血小板型であることが示唆された。今キラルフェーズの高速液体クロマトグラフィーで分後は、NASH 病態形成のどの時点で血小板型 12-リポ

離し、標準品と移動度を比較したところ、生成物はキシゲナーゼの発現が上昇しているかを明らかにす- 68 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

るとともに、血小板型 12-リポキシゲナーゼを発現している細胞の同定を進めることにより NASH の発症、進展における血小板型リポキシゲナーゼの役割の解明につながるものと考えられる。
謝辞
本研究を遂行するにあたり、公益財団法人ウエスコ学術振興財団による研究助成を賜りましたことを、深く感謝申し上げます。
参考文献（１） Tanaka

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- 69 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

Acyl-CoA Synthetase Short-Chain family member 3 の機能解析
岡山県立大学・保健福祉学部・栄養学科
吉村 征浩
Acyl-CoA Synthetase Short-chain family member（ACSS）遺伝子は、現在までに 3 種類、哺乳類ゲノム上に見出されている。本研究では、詳細が分かっていない ACSS3 の特徴を明らかにした。ラット acss3 の発現組織を調べたところ、肝臓、腎臓で高発現していた。ヒト培養細胞に発現させたラット ACSS3 はミトコンドリアに局在し、ラット肝臓において、ACSS3 はミトコンドリアマトリックスに存在した。リコンビナント ACSS3 の基質特異性を調べた結果、プロピオン酸を最適な基質とする酵素であることがわかった。HepG2 細胞を用いて、

acss3 をノックダウンしたところ、acss3 ノックダウン細胞の破砕液中の acyl-CoA 活性は酢酸、酪酸を基質とした場合には変化がなかったが、プロピオン酸を基質とした場合のみ活性低下がみられた。ラットの肝臓における ACSS3 の発現量が飢餓によって影響を受けるか調べたところ、飢餓状態では ACSS3 の発現量が増加し、プ
ロピオニル CoA 合成酵素活性も増加することが分かった。以上のことから、ACSS3 は肝臓ミトコンドリアマト
リックスに存在するプロピオニル CoA 合成酵素の一つであり、飢餓状態で発現が誘導されることが分かった。
【背景】 主に腸内細菌の働きにより産生される酢関与すると考えられていたが、近年、その核への局酸、プロピオン酸、酪酸などの短鎖脂肪酸 （SCFA）

在が注目され、様々な遺伝子の転写を活性化するとは、宿主に吸収されエネルギー源として利用される考えられるヒストンや転写因子のアセチル化に関与だけでなく、その受容体を介して、様々な宿主の生することが分かってきている (5, 6)。

理機能を制御することが分かってきている。SCFA は

現在までに機能が明らかになってきている ACSS1

組 織 に 取 り 込 ま れ た 後 、 Acyl-CoA synthetase

および ACSS2 とは対照的に、ACSS3 に関しては、

short-chain family (ACSS) member によって CoA を

acyl-CoA 合成酵素遺伝子メンバーの存在を哺乳類

付加され、重要な代謝中間体として利用される。
ACSS

ゲノム上で網羅的に調べた研究の中でその存在が言遺伝子は現在までに３種類すなわち acss1, acss2,

及されただけで (1)、
その基質特異性、細胞内局在、

acss3 が哺乳類ゲノム上に確認されている (1)。

組織発現分布、生物学的重要性などの詳細は全く報

ACSS1 はミトコンドリアに局在し、酢酸に対して告がなく、不明なままであった。

高い親和性を持ったアセチル CoA 合成酵素である。
ACSS1 は心臓、骨格筋、褐色脂肪組織に多く発現し【結果】ており、絶食によりその発現量は増加する (2)。骨・ラット acss3 遺伝子クローニング

格筋特異的な acss1 ノックアウトマウスでは、絶食

ラットゲノムデータベースより推定 acss3 遺伝子時に骨格筋 ATP レベルがコントロールマウスの 50％

配列（XM_006241302）を得た。この塩基配列上の推に低下し、低炭水化物食で飼育すると低体温症を呈定開始コドンおよび終始コドンのそれぞれ 5′側おする (3)。このことから、ACSS1 は炭水化物の代替

よび 3′側、また内部配列にもプライマーを設計し、として酢酸をエネルギー源として利用するために必ラット肝臓 total RNA を逆転写したものを鋳型とし要な酵素であることが示されている。一方、ACSS2て、RT-PCR を行った。最終的に、5′末端を含む PCR

は細胞質および核に分布する酵素であり、ACSS1 同

産物は 5′-RACE によって取得し、3′末端を含む PCR

様に酢酸に高い親和性を有するアセチル CoA 合成酵

産物と overlap extension PCR 法により推定 ORF を素である (4)。ACSS2 は広範な組織に発現しており、含むラット acss3 遺伝子断片を取得した。取得した

当初は絶食で発現量が低下することから脂質合成に

断片の塩基配列を解析後、開始コドンに Eco RI サイ- 70 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

ト、終始コドンを含むあるいは含まない Xho I サイに局在することが分かった（図１C, D）。

トを付加したプライマーを用い、推定 ORF 全長を PCRによって増幅し、哺乳類用発現ベクター
pcDNA3.1myc-His に組み込み、pcDNArAcss3 を得た。
・ACSS3 推定アミノ酸配列
クローニングしたラット acss3 のORF は 2,049 bp、
683 アミノ酸をコードすると推定された。ラット
ACSS3 はラット ACSS1 および ACSS2 と 32.6％、31.9％の相同性を有していた。ACSS3 推定アミノ酸配列にはアシル CoA 合成酵素の活性に重要なアミノ酸残基がすべて保存されていた。また、その N 末端側にはACSS1 と同様に、ミトコンドリアへのシグナル配列が存在し、ミトコンドリアへ局在することが予想され た 。 サ ル モ ネ ラ 菌 ア セ チ ル CoA 合 成 酵 素（Salmonella ACS）の結晶解析から、基質特異性にることが判明している (7, 8)。酢酸に親和性の高い

図１ヒト培養細胞におけるラット ACSS3 の強制発現
cDNA 導入細胞破砕液の Acetyl-CoA 合成酵素活性（A）
お よ び ACSS3 抗 体 を 用 い た Immunoblot(B), ＊p<0.05, HeLa 細胞(C)および HepG2 細胞(D)を用いた過剰発現ラット ACSS3 の免疫染色・acss3 は肝臓と腎臓で高発現し、遺伝子産物は肝ACSS1 および ACSS2 において、細菌 ACS の 366 番目

臓ミトコンドリアマトリックスに局在する。

影響を及ぼすアミノ酸残基が分かっており、そのう
ち 366 番目のバリンをアラニンに置換した場合、基質親和性が酢酸からプロピオン酸へ顕著にシフトすに対応するアミノ酸残基はいずれもバリンであり、

acss3 の転写産物がどの組織に多く発現している

一方で ACSS3 はアラニンであった。したがって、かを調べるために、ラットの各組織から total RNA

ACSS3 は酢酸よりもむしろプロピオン酸に親和性のを抽出し、逆転写後、リアルタイム PCR を行い、各高いプロピオニル CoA 合成酵素であることが示唆さ

遺伝子の転写産物を ddCt 法によって定量した。
そのれた。

結果、acss3 は肝臓で最も多く発現し、腎臓においても高い発現が見られた (図２)。
リアルタイム PCR の発現解析により、acss3 は肝・ラット ACSS3 はミトコンドリアに局在し、アセチ
ル CoA 合成酵素活性を有する。

臓において高発現し、機能しているものと考えられ

ラット acss3（pcDNA3.1mycHis ベクターに組み込た。培養細胞において過剰発現させた場合、ACSS3んだ）が短鎖アシル CoA 合成酵素をコードするかどはミトコンドリアに局在したが、生体組織内の細胞

うか、HeLa 細胞に導入し、過剰発現させ、その細胞内局在は不明であるため、ラット肝臓を細胞分画法

破砕液を酵素液としてアセチル CoA 合成酵素活性をに従い、ミトコンドリアを調整後、外膜画分、内膜・測定した。その結果、空ベクター導入細胞（mock）

マトリックス画分もしくは膜成分、可溶化成分に分と比較して、約 10 倍の活性上昇が確認された（図１

画し、各画分のタンパク質を SDS－PAGE に供し、内A）。発現タンパク質を SDS-PAGE で解析したところ、

在性 ACSS3 を検出した。肝臓において、ACSS3 はミ

推定分子量よりも小さく、翻訳後にシグナル配列がトコンドリア内膜・マトリックス画分に存在し (図除かれていることが示唆された（図１B）。myc タグ

３A, B)、可溶性画分に存在することから (図３c)、の付加した発現タンパク質は HeLa 細胞および HepG2

ミトコンドリアマトリックスに存在する可溶性酵素（ヒト肝がん由来）細胞において、ミトコンドリアであることが分かった。

- 71 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

図２ラット組織における acss3 mRNA の発現量
ラットの各組織より total RNA を抽出し、逆転写後、
リアルタイム PCR によって各組織における acss3 mRNAの発現量を比較した。
AB

図４リコンビナント ACSS3 の基質特異性
リコンビナント ACSS3 の基質飽和曲線 (A),各基質のLineweaver-Burk プロット (B)・acss3 は HepG2 細胞においてプロピオニル CoA 合
成酵素の責任遺伝子である。

C

acss3 遺伝子がプロピオニル CoA 合成酵素の責任
遺伝子か調べるため、ヒト肝がん由来培養細胞
HepG2 細胞において、siRNA を用いて acss2 と acss3
をノックダウンし (図５B, C)、その細胞破砕液の各
短鎖脂肪酸への CoA 付加活性を調べた (図５D-F)。
まず、HepG2 細胞における内在性 ACSS3 の細胞内分
図３ラット肝臓における ACSS3 の細胞内局在解析
核、ミトコンドリア、細胞質およびペルオキシソーム
におけるACSS3 の発現部位解析 (A), ミトコンドリア
におけるACSS3 発現部位解析 (B), ミトコンドリア内膜・マトリックスの膜画分、可溶性画分における ACSS3の発現部位解析 (C)布を調べたところ、ラット肝臓と同様にミトコンド
リアに分布することが分かった。一方、ACSS2 は主に細胞質に分布し、ACSS1 は検出できなかった (図５A)。acss2 ノックダウン細胞破砕液では酢酸を基質とした場合、コントロールと比較して CoA 付加活性が低下したが、acss3 ノックダウンでは低下しな・リコンビナント ACSS3 はプロピオン酸に対して親和性が高い。

かった (図５D)。一方で、プロピオン酸を基質としACSS3 は短鎖脂肪酸を基質とするアシル CoA 合成酵

た場合、acss2 ノックダウン細胞破砕液では、コン素であると推測されているが、基質特異性を明らか

トロールと比較して統計的な有意差はないが、acss3にした例は無い。そこで、ラット ACSS3（シグナルノックダウンの場合は、顕著に低下した (図５E)。

配列は除く）を大腸菌に大量発現させ、His タグを酪酸を基質とした場合には、顕著な変化は見られな利用して粗精製した。精製酵素の基質特異性を調べかった (図５F)。このことは HepG2 細胞において、たところ、調べた脂肪酸の中ではプロピオン酸に最

acss3 がプロピオニル CoA 合成酵素をコードしておも親和性が高いことがわかった （Km:0.19 mM) (図り、acss2 とは基質が異なることを示している。

４)。
推定アミノ酸配列からも予想された通り、
ACSS3はミトコンドリアに局在するプロピオニル CoA 合成酵素であることが判明した。

- 72 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

図５HepG2 細胞における acss3 ノックダウン
HepG2 細胞における ACSS2 および ACSS3 の細胞内局在 (A),siRNA によるノックダウン効果 (B ,C), ノックダウン細胞
破砕液の Acetyl-CoA 合成酵素 (D), propionyl-CoA 合成酵
素 (E) および butyryl-CoA 合成酵素 (F)活性 *p<0.05
・肝臓の ACSS3 は飢餓状態で誘導され、プロピオニ
ル CoA 合成酵素活性も上昇する。
先行研究では、飢餓状態において、acss1 およびacss2 発現量が変化することが示されてきており(2,9)、最近の研究では acss3 発現量も肝臓において、増加することが示されている (10)。肝臓におけるACSS3 の生物学的機能を推測するために、飢餓状態

図６飢餓が肝臓における ACSS3 発現量に与える影響
48 時間餌を与えないラットの肝臓における ACSS2 (A,B)および ACSS3 発現量 (A, C), 飢餓が肝臓細胞質画分における acetyl-CoA 合成酵素活性 (D)およびミトコンドリア画分におけるpropionyl-CoA 合成酵素活性(E)に与える影響

での発現誘導を調べた。その結果、飢餓状態での肝臓において、ACSS2 は先行研究同様に発現が減少し物学的にプロピオン酸代謝が非常に重要であること(図６A, B) 、ACSS3 は発現が有意に増加することがを示している。しかしながら、その律速酵素である分かった (図６A, C)。細胞質型の ACSS2 とミトコン

プロピオニル CoA 合成酵素は現在まで同定されてこドリア型の ACSS3 の飢餓状態における発現変化に伴なかった。本研究において初めて、哺乳類のプロピ

い、細胞質のアセチル CoA 合成酵素活性は有意に低オニル CoA 合成酵素が同定され、今後の ACSS3 の機下し (図６D)、ミトコンドリアのプロピオニル CoA

能解析により、未だ明らかになっていないプロピオ

合成酵素活性は有意に増加した (図６E)。以上のこン酸代謝の全容解明につながることが期待される。

とから、飢餓状態において ACSS3 は発現が増加し、【謝辞】

なんらかの機能を果たしていると考えられた。

最後になりましたが、本研究を支援いただきましたウエスコ学術振興団に深く感謝いたします。

【考察】
哺乳類において、プロピオン酸は主に腸内細菌の発酵によりつくられ、腸管より吸収されたのち、肝【研究成果】臓ミトコンドリア中でプロピオニル CoA へ変換され、(1) Y. Yoshimura, A. Araki, H. Maruta, Y.

いくつかの段階を経てエネルギー源として利用され

Takahashi, and H. Yamashita (2017) Molecular

る他、特に反芻動物では、糖新生の基質として利用

Cloning of Rat acss3 and Characterization of

されることがわかっている。また、プロピオン酸血

Mammalian Propionyl-CoA Synthetase in the Liver症とよばれる先天性疾患（プロピオニル CoA カルボ

Mitochondrial Matrix. Journal of Bochemistry,

キシラーゼ欠損）が確認されており、このことは生161 (3), 279-289- 73 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】(2) 吉村征浩, 荒木彩, 丸田ひとみ, 高橋吉孝,

1076-1080

山下広美 Molecular Cloning of Rat acss3 andCharacterization of Mammalian Propionyl-CoA

6. Xu, M., Nagati, J.S., Xie, J., Li, J., Walters,

Synthetase in the Liver Mitochondrial Matrix

H., Moon, Y.A., Gerard, R.D., Huang, C.L.,

第８９回日本生化学会大会

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- 74 -

Iwama,A.,

and

Yamada,N.

(2002)

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

Cross-Company Defect Prediction の評価法に関する調査
岡山県立大学 情報工学部 情報システム工学科
天嵜 聡介
昨今，他のプロジェクトで収集されたデータを用いて不具合予測を行う研究 (Cross-Project DefectPrediction, CPDP) が盛んである．評価実験では一般に公開されているデータセットが利用されているため，同じデータセットを利用すれば性能評価の結果を研究間で相互に比較可能となる．しかしながら，どの程度の研究で共通した評価方法が利用されているのか明らかでない．本研究では，評価に用いられる公開データセッ
トの使用の観点から，CPDP に関する研究について文献調査を行った．その結果，多くの研究では異なるデータ
セットの組み合わせが用いられており，性能評価の結果を相互に比較することが困難であることが明らかとなった．また，データセットの組み合わせ方について明確な基準が述べられておらず，十分な知見が蓄積されていないことが明らかとなった．

データセットの組み合わせが異なる研究同士でも，

1. はじめに同じ公開データセットを用いた評価の部分について
は性能の比較が可能である．

ソフトウェア不具合の予測に関する研究はソフト
ウェア工学分野で広く取り組まれている．近年の研一方，CPDP の評価では，学習用と評価用に異なる

究成果の一つに，対象プロジェクト以外のプロジェ

公開データセットを組み合わせて用いる．したがっ

クトで収集されたメトリクス及び不具合の記録を用て，使用する公開データセットの組み合わせが異ないて高精度の予測が可能であるという知見がある．

る研究同士を直接比較することができない．

このように他のプロジェクトで収集されたデータをCPDP に関する研究を見ると，データセットの収集

用いてソフトウェア不具合を予測するアプローチを者が同じである複数の公開データセット (以下，公Cross-Project Defect Prediction (CPDP) と呼ぶ．

開データセットグループ) の一部を組み合わせて評

プロジェクト内部のデータを用いる場合と同程度の価実験に用いていることがよくある．例えば，NASA

予測精度が達成できることが Rahman ら[17]の研究による公開データセットグループは多くの研究で利などで示されている．

用されているものの一つである．公開データセット

CPDP の性能評価には，従来のソフトウェア不具合の組み合わせ方が同じであれば，異なる研究同士で予測の研究と同様に公開データセットが用いられる．

も性能評価の結果が比較可能である．
しかしながら，

公開データセットを利用する利点の一つは，複数の実際に利用されている公開データセットの組み合わ研究を相互に比較できる点である．同じ公開データ

せが互いに異なる場合も散見される．

セットを用いて同じ実験手順に従えば，先行研究とそこで本論文では，公開データセットの組み合わ提案手法との性能を容易に比較できるようになる．

せの観点で，どの程度の研究同士で結果の比較が可

この点は調査研究やメタ分析などにも有用である．

能であるか調査を行った．具体的には，過去 5 年間

従来のソフトウェア不具合予測手法の評価では，に刊行された論文及びその参考文献から調査対象と交差検証法など個々の公開データセットを学習用とする論文を選び，以下の 3 項目について調査した．

評価用に分割して用いる．このため，使用する公開- 75 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

調査項目 1 複数の研究間で共通して採用されている公開データセットグループは存在するか？
調査項目 2 複数の研究間で共通して採用されている公開データセットの組み合わせは存在するか？
調査項目 3 上記の調査から得られる知見は何か？

2. 調査対象文献の選定方法
本研究ではデータ公開リポジトリを通じて公開されているデータセットを用いた研究に焦点を当てる．
独自に収集したデータセットを用いた研究 (例えば，
文献[17], [24]) は除外する．また，研究間での比でおり，x マークが使用された公開データセットグ

較可能性に着目するため，ある程度広く用いられてループを表す．ちなみに，これらの論文は一覧に示

いる公開データセットグループに関してのみ調査をした公開データセットグループ以外のデータセット

行った．そのような公開データセットグループを特を利用していない．

定するため，Empirical Software Engineering と

表 1 から，公開データセットグループを網羅的にTransactions on Software Engineering の 2 誌，及利用した研究が少ないことが読み取れる．文献 S14

び，ICSE, ESEC/FSE, PROMISE, MSR, ESEM の予稿集

のみが 5 つ全ての公開データセットグループを利に目を通した．Systematic Literature Review[4]用している．全体では，Jureckzo らによる公開デーのような厳密な手順には従っていないものの，主要

タセットグループのみ使用している研究が最も多い．

な論文についてはほぼ網羅できていると考えている．

使用頻度では，NASA 及び SOFTLAB がそれぞれ後に続く．
この 2 つの公開データセットグループは同時

3. 調査結果
3.1.

に利用されることが多いのも特徴である．一方，調査対象文献及び公開データセットグループ

AEEEM と ReLink は 3 件の研究でのみ用いられて文献調査の結果，2009 年から 2015 年の間に刊行さいる．

れた 18 件の論文が得られた．また，比較的よく利用

4. 公開データセットグループの使用されている公開データセットグループとして，
AEEEM[3], ReLink[23], SOFTLAB, NASA, そ し て

4.1.

AEEEM と ReLink

Jureckzo[10] の 5 つを特定した．
これらの公開デー

AEEEM と ReLink については，全ての公開データ

タセットグループはメトリクスを収集したモジューセットが評価実験に用いられていた．従って，使用ルの単位が異なっている．AEEEM 及び Jureckzo はしているデータセットの組み合わせの観点からは，クラス単位，
NASA 及び SOFTLAB は関数単位，
ReLink

全ての研究間で性能評価の結果を比較可能であるとはファイル単位である．

言える．

表 1 に各文献で使用された公開データセットグ
ループの一覧を示す．文献は左側から年代順に並ん- 76 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

4.3.

SOFTLABSOFTLAB におけるデータセットの使用内訳を表 3に示す．
SOFTLAB には 5 件のプロジェクトから収集されたデータセットが含まれるが，全てのデータセットを使用している研究は 1 件のみである．NASAの場合と同様に，最も古い文献 S1 で使用された組
4.2.

み合わせがデファクトとして以降の研究で利用されNASA

NASA による公開データセットグループの使用内訳ていることが推測できる．また，NASA の場合と異なを表 2 に示す．この公開データセットグループにはりデータセットにバージョン違いなどがない．従っ13 件のプロジェクトで収集されたデータセットがて，少なくともデータセットの組み合わせの観点か含まれるが，全てのデータセットを利用した研究はらは，6 件中 5 件の間で性能評価の結果を比較可能

存在しなかった．

であると言える．

表 2 に含まれる 8 件中 4 件の研究で同じ公開デ

4.4.

Jureczko

ータセットを使用していた．この組み合わせで使用

Jureczko におけるデータセットの使用内訳を表 4されているのは，pc1, kc1, kc2, kc3, cm1, mw1, mc2に示す．表の中央の水平線より上のデータセットはである．4 件のうち最も古い文献 S1 で使用された

単一のバージョンのデータセットのみが含まれてい組み合わせに他の 3 件が従っていることが推測でる．水平線より下のデータセットは複数バージョン

きる．
同時期の文献 S2 も mc2 以外は同じ組み合わのデータセットが含まれている．以下ではバージョせで行われていることから，一定の影響を受けていンの違いについては詳細に立ち入らず分析を行う．

ると考えられるが，異なるデータセットを使用した

まず，表 4 から分かるのは，全てのデータセット

理由については述べられていない．8 件中の残り 3を利用した研究が存在しない点，また，使用してい件は，これら 5 件より新しく，また，異なる公開デるデータセットの組み合わせが研究間で一切共有さータセットの組み合わせで性能評価を行なっている．

れていない点である．さらに，先行研究への追随の先行研究は引用しているものの，異なる組み合わせ

ような傾向やパターンが観察できない点で，他の公を利用した経緯については述べられていない．

開データセットグループと異なる．

以上より，初期の研究では完全に同一ではないも全体的な傾向として観察できるのは，複数バージのの，ほぼ同じデータセットの組み合わせで研究がョンのデータセットの使用頻度が高い点である．い

行われていたが，その慣習は近年の研究で失われてずれの研究においても，使用されているデータセッいると言える．さらに，Shepperd ら[20]が指摘してトのうち少なくとも 5 プロジェクトは複数バージいるように，NASA の公開データセットグループは

ョンのデータセットであり，2 プロジェクトは単一

PROMISE Repository と MDP の 2 つのリポジトリ

バージョンのデータセットである．S8 と S10 のみで異なるバージョンが公開されている．これらは同単一バージョンのデータセットの使用頻度が高い．

じ名前のデータセットでも特徴やサンプルサイズが複数バージョンのデータセットの利用頻度が高い

異なっており，同じデータセットの組み合わせを用

一方で，それらの組み合わせに関して特徴的な傾向

いた研究同士でも実際には性能評価の結果を比較す

は見出すことができない．また，全ての研究間で共ることは困難である．従って，データセットの組み通して使用されているデータセットは ant と合わせの観点から見て，NASA の公開データセットグ

camel の 2 つのみである．さらに，このようなデーループを用いた研究同士を直接比較することは困難

タセットの使用内訳について，明確にデータセットであると言える．

の選択基準について述べた研究はほぼ存在しない．
以上より，
Jureckzo データセットグループを利用- 77 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

した研究において，研究間で共有されたデータセッていたために後の研究でも同様の実験設定を採用しトの組み合わせは存在しないと言える．

たことが理由として考えられる．AEEEM と Relinkも共通して利用される傾向にあった．メトリクスの

5. 考察
5.1.

異なるデータセット間での CPDP に関する研究のみ

調査項目 1 についてに用いられていた．

個々のデータセットグループで見ると，表 1 が示す

以上より，
Jureckzo は多くの研究で採用されていように，
Jureckzo が最もよく使用されているデータ

るが，単体で用いられることが多い．また，複数のセットグループであった．
Jureckzo には複数のプロ

データセットグループを使用している研究では，ジェクトの複数のバージョンから収集されたデータ

NASA と SOFTLAB の組み合わせを用いている場合がセットが含まれており，
CPDP の研究には利用しやす多い，と言える．

いためであると考えられる．
NASA も頻繁に使用され5.2.

ているデータセットグループである．これは，初期

AEEEM と ReLink を使用した研究では，全てのデーの研究で使用されていたことが大きな理由であるとタセットが同時に使用されていたが，他のデータセ考えられる．

ットグループでは全てのデータセットを同時に使用

一方，複数のデータセットグループの組み合わせ

調査項目 2 についてした研究は存在しなかった．

で見ると，NASA と SOFTLAB が共通して使用される

SOFTLAB を使用した研究では，5 件中 3 件のデー傾向にあった．これらは収集されているメトリクス

タセットが頻繁に組み合わされていた．
この 3 件のが共通していること，初期の研究で共通に使用されデータセットの組み合わせは初期の研究で用いられ- 78 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

たものであり，他の研究はそれにならったと考えら

6. まとめれる．
NASA を使用した研究では，
組み合わせのパターン

本論文では，CPDP に関する研究で使用される評価がより多かった．初期の研究では同じデータセット

データについて，研究間の相互比較性の観点から調の組み合わせを利用したものが多かったが，直査を行った．
その結果，以下の点が明らかとなった．

近の研究では異なる組み合わせを採用した研究が主

a. 異なるモジュール単位での評価実験が行わ

であった．

れてない

Jureckzo を使用した研究は全体の大部分を占めb.

ているにも関わらず，データセットの組み合わせに在しない

ついて明確な傾向は観察できなかった．

c. データセットの選定基準が明確でない

以上より，AEEEM, ReLink, SOFTLAB ではほぼ一貫

以上の調査結果から，今後の CPDP に関する研究でして採用されている組み合わせが存在するが，その必要と思われるのは以下の点である．

ような組み合わせは NASA や Jureckzo には存在しd. 異なるモジュール単位で収集された複数のないと言える．
5.3.

一貫したデータセットの組み合わせが存

データセットグループを使用する
e. 可能であればデータセットグループ内の全調査項目 3 についててのデータセットを使用する

調査項目 1 の結果より，多くの研究が一部の公開
データセットグループのみ使用しており，異なるモ

f. 一部のデータセットのみ使用する場合はデジュール単位で収集されたデータセットに対する提ータセットの選定基準を明確に記述する

案手法の有効性について十分な検討がなされていな

これらの対策によって，CPDP に関する研究の成果いと言える．今後の CPDP に関する研究では，この点を相互に比較することが可能になると考えられる．

を考慮した実験設定及び考察が必要であると考えら

参考文献

れる．
次に，調査項目 1 及び 2 の結果より，多くの研[1] G. Canfora, A. De Lucia, M. Di Penta, R.

究で使用されている公開データセットグループに対Oliveto, A. Panichella, and S. Panichella,

して，一貫した公開データセットの組み合わせが存“Multi-objective

在していないことが明らかである．また，使用したPrediction,” in Proc. of ICST 2013, IEEE, 2013,

公開データセットの組み合わせについて明確に採用

pp. 252 261.

基準を述べている研究はほぼ存在しない．

[2] L. Chen, B. Fang, Z. Shang, and Y. Tang,

このことは，データセットの特性と関連づけた提案“Negative samples reduction in cross-company

手法の考察を困難にしていると考えられる．

soft- ware defects prediction,” Info. and Softw.

今後の CPDP に関する研究では，
公開データセットグ

Tech- nol., vol. 62, no. C, pp. 67 77, 2015.

ループに含まれる全てのデータセットを使用した実[3] M. D’ Ambros, M. Lanza, and R. Robbes,

験設定にすること，もしくは，データセットの選定“Evaluating defect prediction approaches: a

基準について明確に述べることが必要であると考え

benchmark and an extensive comparison,” Empir.

られる．前者については，全てのデータセットを利Softw. Eng., vol. 17, no. 4-5, pp. 531 577, 2011.

用することで，組み合わせが一意に定まる利点があ[4] T. Dyba, B. A. Kitchenham, and M. J rgensen,

る．後者については，選定基準それ自体が性能向上“Evidence-based

に関する有益な情報となりうる利点がある．

practitioners,” Software, vol. 22, no. 1, pp.

Cross-ProjectsoftwareDefectengineeringfor

58 65, 2005.
[5] Z. He, F. Peters, T. Menzies, and Y. Yang,- 79 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】“Learning

fromOpen-Source

Projects:

An“Cross-project

defectEmpirical Study on Defect Prediction,” in Proc.

L’Unionlaof ESEM ’13, IEEE, 2013, pp. 45 54.

CSMR-WCRE:2014, IEEE, 2014, pp. 164 173.

[6] Z. He, F. Shu, Y. Yang, M. Li, and Q. Wang,[16] F. Peters, T. Menzies, and A. Marcus,“An“Better cross company defect prediction,” ininvestigation

on

the

feasibility

of

fait

prediction

force,”

inmodels:Proc.

ofcross-project defect prediction,” Autom. Softw.

Proc. of MSR 2013, IEEE, 2013, pp. 409 418.

Eng., vol. 19, no. 2, pp. 167 199, 2012.

[17] F. Rahman, D. Posnett, and P. Devanbu, “Re-[7] S. Herbold, “Training data selection for

calling the “imprecision” of cross-projectcross- project defect prediction,” in Proc. of

defect prediction,” in Proc. of ESEC/FSE ’12,

PROMISE ’13, ACM, 2013, 6:1 6:10.

ACM, 2012, 61:1 61:11.

[8] J. Huang, H. Sun, Y. F. Li, and M. Xie, “An[18]

Empirical Study of Dynamic Incomplete-Case“Value-cognitive boosting with a support vector

Nearest Neighbor Imputation in Software Quality

machine for cross- project defect prediction,”

Data,” in Proc. of QRS 2015, IEEE, 2015, pp. 37

Empir. Softw. Eng., pp. 1 29, Dec. 2014.

42.

[19] D. Ryu, J.-I. Jang, and J. Baik, “A transfer[9] X. Jing, F. Wu, X. Dong, F. Qi, and B. Xu,

cost-“Heterogeneous cross-company defect prediction

cross-project defect prediction,” Softw. Qual.

by unified metric representation and CCA-based

Journal, pp. 1 38, Aug. 2015.

transfer learning,” in Proc. of ESEC/FSE ’15,

[20] M. J. Shepperd, Q. Song, Z. Sun, and C. Mair,

ACM, 2015, pp. 496 507.

“Data Quality: Some Comments on the NASA[10] M. Jureczko and L. Madeyski, “Towards

Software Defect Datasets,” IEEE Trans. on Softw.

identifying software project clusters withEng., vol. 39, no. 9, pp. 1208 1215, 2013.

regard to defect prediction,” in Proc. of[21] B. Turhan, T. Menzies, A. B. Bener, and J.

PROMISE ’10, ACM, 2010, 9:1 9:10.

Di[11] Y. Liu, T. M. Khoshgoftaar, and N. Seliya,

cross-company and within-company data for defect“Evolutionary Optimization of Software Quality

prediction,” Empir. Softw. Eng., vol. 14, no. 5,

Modeling with Multiple Repositories,” IEEE

pp. 540 578, 2009.

Trans. on Softw. Eng., vol. 36, no. 6, pp. 852[22] B. Turhan, A. T. M s rl , and A. B. Bener,

864, 2010.

“Empirical evaluation of the effects of mixed[12] Y. Ma, G. Luo, X. Zeng, and A. Chen,

project data on learning defect predictors,”“Transfer learning for cross-company software

Info. and Softw. Technol., vol. 55, no. 6, pp.

defect pre- diction,” Info. and Softw. Technol.,

1101 1118, 2013.

vol. 54, no. 3, pp. 248 256, 2012.

[23] R. Wu, H. Zhang, S. Kim, and S.-C. Cheung,[13] J. Nam, “Heterogeneous defect prediction,”“ReLink: recovering links between bugs andin Proc. of ESEC/FSE ’15, ACM, 2015, pp. 508

changes,” in Proc. of ESEC/FSE ’11, ACM, 2011,519.

pp. 15 25.

[14] J. Nam, S. J. Pan, and S. Kim, “Transfer[24] F. Zhang, A. Mockus, I. Keivanloo, and Y. Zou,

defect learning,” in Proc. of ICSE 2013, IEEE,“Towards building a universal defect prediction

2013, pp. 382 391.

model with rank transformed predictors,” Empir.

[15] A. Panichella, R. Oliveto, and A. De Lucia,

Softw. Eng., pp. 1 39, 2015.

- 80 -

D.

Ryu,

O.

sensitive

Stefano,

“On

Choi,

boosting

the

and

J.

Baik,

approachrelative

value

for

of

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

ステートマシン図を用いた Web アプリケーションの自動テスト環境の開発
岡山県立大学 情報工学部 情報システム工学科
横川 智教
本研究では，Web アプリケーションのナビゲーション構造をステートマシン図でモデル化することで，モデル検査ツール sal-smc によりテスト生成を自動化する手法を開発した．Web アプリケーションの開発コストの大部分は，その検証を行うための工程によって占められているが，一般に，Web アプリケーションの検証では，
静的解析とテストが個別に実施されるため，検証済みのパスや実行不可能なパスに対してもテストケースを生成してしまい，検証コストが大きくなる．そこで本研究では，静的解析において作成したモデルを用いてテス
トケースの生成を行い，検証コストの削減を試みた．本手法では静的解析技術の一種であるモデル検査を用いて Web アプリケーションの検証を行い，作成したモデルを用いてテストケースの生成を行っている．これにより，実行可能なパスのみに対してテストケースを作成することが可能となった．
よってモデル化された Web ナビゲーションを遷移

1. 背景

システムの統合解析環境 SAL (Symbolic Analysis

Web アプリケーションは，Web ブラウザを通してLaboratory)[6] の入力モデルへと変換することによ

ユーザがビジネスロジックを実現するための枠組み

り， SAL のモデル検査ツール sal-smc による静的であり，Web コンテンツ，ユーザインタフェース，

解析を行っている[7]．本研究では，sal-smc を用い

そして Web ナビゲーションの 3 つによって実現さてテストケースの生成を行うための手法について示れる[1]．その中でも Web ページ間の移動を制御する

す．静的解析と共通のモデルを用いることにより，

Web ナビゲーションの設計プロセスは，その構造の実行可能なパスのみに対してテストケースを作成す複雑さから開発に要するコストへ大きな影響を与えることが可能となる．本研究では，テストケースのている．Web アプリケーションの開発コストの大部

カバレッジ基準として (1) Web ページ網羅，(2) ナ

分は，その検証を行うための工程によって占められビゲーション網羅，(3) Web ページペア網羅，(4) ナており，その自動化による開発コスト削減の試みはビゲーションペア網羅，(5) k-bound Web ページ網

これまでにも数多く報告されている[2][3]．しかしな羅，(6) k-bound ナビゲーション網羅，の 6 種を想がら Web アプリケーションを検証するための従来定し，それらの基準を満たすテストケースの生成手の枠組みにおいては，静的解析とテストが個別に実続きについて示す．

施されるため，検証済みのパスや実行不可能なパス

2. Web ナビゲーション

に対するテストケースが生成され，不要な検証コストが生じることとなる．そこで本研究では，静的解

2.1 概要析において作成したモデルを用いてテストケースのWeb アプリケーションは，Web コンテンツ，ユーザ生成を行うことで，検証コストを削減するための枠

インタフェース，そして Web ナビゲーションの 3 つ組みについて検討する．

によって構成される．Web コンテンツは Web を通し

これまでに著者らは，画面遷移図によって記述さてユーザへと供給される文書や画像・音楽などのマれた Web ナビゲーションの設計を UML[4]のステールチメディアを指し，Web ナビゲーションは，Web

トマシン図によってモデル化することで，モデル検ページ間のページ移動を制御するための枠組みのこ査[5]による静的解析を行うための手法について開発とを指す．ユーザインタフェースは，ユーザが Webを行っている．この手法では，ステートマシン図にブラウザを通してアプリケーションに要求を送り，- 81 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

図１ exApp の画面遷移図
コンテンツの提供を受けるための枠組みである．

(ITEM\ B)，カート表示ページ(CART)，オーダー完了

本研究でモデル化の対象とする Web ナビゲーショ

ページ(ORDER)，ログインページ(LOGIN)，エラーペンに関しては，従来はハイパーリンクに代表されるージ(ERROR)，
そして個人ページ(MYPAGE)の 9 つからような静的なナビゲーションが主流として用いられ構成される．ページ間のナビゲーションを表 1 に，てきたが，近年の Web 技術の発展に伴って，スクリ想定するユーザ操作を表 2 に，各ページがもつフォプトによって制御される動的なナビゲーションの利ーム部品を表 3 に，それぞれ示す．

用が進められている．静的ナビゲーションではユー

ナビゲーション (12)(13) ， (17)(18) ，そしてザの操作に対して必ず同じページ移動が行われるが，(24)(25)は，フォーム部品に入力された値に依存す

動的ナビゲーションでは同じ操作であっても，それるナビゲーションである．ナビゲーション(12)(13)以外の要因に従って移動先のページが異なる．ナビ

では，ボタン Add to Cart を押下するという操作にゲーションに影響を与える要因には様々なものが考対して，ラジオボタンの値に依存してその後の処理えられるが，本研究ではユーザの認証状況およびが異なる．もしラジオボタン S がチェック済みであWeb ページ上のフォーム部品に入力された値に依存れば，商品 A(S)がカートへと追加され，M がチェッするものとする．

ク済みであれば，商品 A(M)がカートへと追加される．

2.2 例題アプリケーション

ナビゲーション(17)(18)も同様である．ナビゲーシ

例題として，簡単なオンラインショッピングサイ

ョン(24)および(25)では，正しい ID・PASS が入力さトを実現する Web アプリケーション exApp を示す．

れているか否かによって処理および遷移先が変化す

アプリケーションの動作の概要としては，まず商品る．一方，ナビゲーション(20)および(21)は認証状リストへと遷移し，希望の商品を選択する．
そして，況に依存するナビゲーションである．ボタン Submit

商品のサイズを選択してカートへと追加する．最後を押下するという操作に対して，ユーザがログインにオーダーボタンを押し，注文を完了する．
ここで，ユーザ認証(ログイン)を完了していなければ，注文を行うことはできない．
exApp の画面遷移図を図 1 に示す．このアプリケ(a)ーションは，トップページ(TOP)，商品リストページ(b)

図２ ステートマシン図の例(LIST)，商品 A のページ(ITEM\ A)，商品 B のページ

- 82 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

表１ exApp のナビゲーション
操作

表２ exApp のユーザ操作

No.

遷移元

遷移先

条件

認証

1

TOP

LIST

LIST をクリック

2

TOP

CART

CART をクリック

3

TOP

LOGIN

LOGIN をクリック

ログオフ状態

4TOP

MYPAGELOGIN をクリック

ログオン状態

5

LIST

TOP

6

LIST

7

No.
1

操作
TOP をクリック

ページ
LIST,ITEM A,ITEM B,
CART,ORDER,LOGIN,ERROR,MYPAGE

2

LIST をクリック

TOP,ITEM A,ITEM B

TOP をクリック

3

ITEM A をクリック

LIST

CART

CART をクリック

4

ITEM B をクリック

LIST

LIST

ITEM AITEM A をクリック

5

CART をクリック

TOP,LIST,8LIST

ITEM BITEM B をクリック

9

ITEM ATOP

TOP をクリック

6

LOGIN をクリック

TOP

10

ITEM A

LIST

LIST をクリック

7

S をチェック

ITEM A,ITEM B

11

ITEM ACART

CART をクリック

8

M をチェック

ITEM A,ITEM B

12ITEM A

CART

Add to Cart を押す

A SIZE が S

9Submit を押す

LOGIN

13

ITEM A

CART

Add to Cart を押す

A SIZE が M

10Order を押す

CART

14

ITEM BTOP

TOP をクリック11

Add to Cart を押す

ITEM A,ITEM B

15

ITEM B

LIST

LIST をクリック

12

正しい ID を入力

LOGIN

16

ITEM BCART

CART をクリック

13

正しい PW を入力

LOGIN

17

ITEM BCART

Add to Cart を押す

B SIZE が S

14

誤った ID を入力

LOGIN

18

ITEM BCART

Add to Cart を押す

B SIZE が M

15

誤った PW を入力

LOGIN

19

CART

TOP

TOP をクリック

20

CART

ORDER

Order を押す

ログオン状態

21

CART

LOGIN

Order を押す

ログオフ状態

22

ORDER

TOP

TOP をクリック

23

LOGIN

TOP

TOP をクリック

24

LOGIN

TOP

Submit を押す

ID と PW が正しい

25

LOGIN

ERROR

Submit を押す

ID か PW が誤り

26

ERROR

TOP

27

MYPAGETOP

ITEM A,ITEM B

表３ exApp のフォーム部品
No.

ページ

名前

型

1

ITEM A

A SIZE

ラジオボタン

S,M

2

ITEM BB SIZE

ラジオボタン

S,M

TOP をクリック

3

LOGIN

ID

テキスト

正,誤

TOP をクリック

4

LOGIN

PW

テキスト

正,誤

ログオン

定義域

状態であればオーダー完了ページへと移動するが，テートマシン図の例を図 2 に示す．このステートマ

非ログイン状態であればログインページへと遷移す

シン図は，動作開始後にスイッチを押すことで ONる．

と OFF が切り替わる装置の振る舞いを表している．
また，装置が ON になるのは 99 回までで，100 回目

3. ステートマシン図を用いたモデル化

からはスイッチを押しても何も起こらない．

3.1 ステートマシン図

ステートマシン図は状態とそれらを結ぶ遷移からステートマシン図は，UML で定義された図の 1 つ構成される．遷移には「イベント[ガード条件]/アク

であり，時間の経過やイベントの発生に伴うオブジション」という形式のラベルが付けられる．イベン

ェクトの状態変化を表現するために用いられる．ス

トは遷移のきっかけとなるメッセージ，ガード条件- 83 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

は遷移が実行可能となる条件，そしてアクションはて表す．フォーム部品の値はフォームが所属する

遷移の際に行われる処理である．ステートマシン図Web ページ内のみにおいて有効であるため，ページ

は，他のステートマシン図からイベントとしてメッ

移動のステートマシン図において，Web ページに対セージを受信し，アクションとして他のステートマ

応する状態のサブ状態として表す．

シン図へとメッセージを送信することで遷移を実行得られるステートマシン図の一般形を図 3 に示す．

し，動作を行う．

ページ移動のステートマシン図では，図 3(a)に示す

3.2 モデル化の枠組み

ように Web ページの一つ一つを状態で表し，それらステートマシン図を用いて Web ナビゲーション

を遷移で接続することでページ間の移動を表す．
Webをモデル化するためには，Web ナビゲーションを構

ページがフォーム部品をもつ場合，図 3(b)に示すよ

成する要素であるページ移動，認証管理とユーザ操

うに状態をフォーム部品ごとに領域へと区切り，領作の振る舞いに加え，ナビゲーションの制御に用い域内のサブ状態としてその値を表す．ユーザ操作のられるユーザの認証状況とフォーム部品の値を表現

ステートマシン図は，図 3(c)に示すように，ユーザする必要がある．そこで本手法では，ページ移動，の状況を表す一つの状態と，操作の実行を表す自身

認証管理，そしてユーザ操作をそれぞれ個別にステへの遷移で構成される．また，認証管理のステート

ートマシン図としてモデル化する．

マシン図は，図 3(d)に示すように，ユーザの認証状

ページ移動のステートマシン図では，状態が Web況を表す 2 つの状態と，その変化を表す遷移で構成

ページを表し，遷移がページ間の移動を表す．認証される．

管理のステートマシン図では，状態がユーザの認証

4. SAL によるテストケース生成

状況を表し，
遷移が認証状況の変化を表す．
そして，ユーザ操作のステートマシン図では，状態はユーザ

4.1 SAL プログラムの作成の状況を表し，遷移はユーザによる操作の実行を表

SAL[6] は，SRI International Computer Science

す．提案するモデルでは，ユーザ操作をメッセージ

Laboratory で開発された，遷移システムの解析のたとして表す．その上で，ユーザ操作を表すメッセー

めの統合環境である．SAL では専用の入力言語を用

ジをユーザ操作のステートマシン図からアクション

いて，解析対象となるシステムの振る舞いと検証すとして送信し，ページ移動のステートマシン図でイべき特性を SAL プログラムとして記述する．
本実験

ベントとして受信することで，ユーザ操作に伴うでは，文献[8]で示された手続きに基づいて，SAL プ

Web ページ間の移動を表現する．ユーザの認証状況

ログラムを作成した．その際に，反例に基づく画面

は，前述の通り認証管理のステートマシン図におい遷移図の修正や生成されたテストケースとユーザ操
作との対応付けを容易にするため，SAL プログラム生成の際に各ステートマシン図をそれぞれ 1 つのモ
ジュールとして表現し，ユーザ操作に対応する変数をモジュールの入力変数として表現している．
作成した SAL プログラムの一部は文献[9]にて示(a)している．SAL プログラム内では，ページ移動のス(b)

テートマシン図に対応したモジュールにおいて，各ナビゲーションを 1 つの遷移として表現する．
また，それぞれのナビゲーションに対して，テストケース(c)生成のために用いるトラップ変数 t1, ..., t27(d)を 設ける ．こ れら はそれ ぞ れナ ビゲ ーシ ョン

図３ 得られるステートマシン図の一般形(1), ..., (27) に対応しており，各ナビゲーション- 84 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

が初めて実行されたとき FALSE から TRUE へと

page_coverage2 : THEOREM system |-値が変化する．

NOT F (state_navi = p2);

4.2 sal-smc によるテストケース生成...

sal-smc では，THEOREM で定義されたアサーショ

page_coveragen : THEOREM system |-ンを与えられたモデルが満たすか否かについて，記NOT F (state_navi = pn);号モデル検査に基づいて検証を行う．アサーション(2) ナビゲーション網羅

は 時相論理 LTL (Linear Time Logic) の演算子 G

ナビゲーション網羅では，生成されたテストケー(Globally) および F (in Future) を用いて記述す

スを実行することにより，実行可能な全てのページ

ることができる．例えば，「ログオフ状態であるにも移動を実行できる．この基準を満たすテストケース

かかわらず ORDER ページに到達することはない」とは，以下の LTL 式をアサーションとして与えるこという性質であれば，

で得ることができる．

property1 : THEOREM system |-navi_coverage1 : THEOREM system |-G (NOT (state_navi = ORDER AND state_auth = LOGOFF));NOT F (t1 = TRUE);のように記述できる．モデルがアサーションを満た

navi_coverage2 : THEOREM system |-さない場合は反例が出力される．本研究では，求めNOT F (t2 = TRUE);

るカバレッジ基準を満たすテストケースを LTL 式...

として表現し，その否定をアサーションとして与え

navi_coveragem : THEOREM system |-ることにより，反例として求めるテストケースを得NOT F (tm = TRUE);

ることができる．

(3) Web ページペア網羅

本研究では以下の 6 種のカバレッジ基準を想定

Web ページペア網羅では，生成されたテストケー

して，テストケース生成を行う．

スを実行することにより，可能な全ての Web ページ(1) Web ページ網羅

間の組合せの移動が実行される．この基準を満たす(2) ナビゲーション網羅

テストケースは，
以下の LTL 式をアサーションとし(3) Web ページペア網羅て与えることで得ることができる．

(4) ナビゲーションペア網羅

pagepair_coverage12 : THEOREM system |-(5) k-bound Web ページ網羅

NOT F (state_navi = p1 AND F (state_navi = p2));(6) k-bound ナビゲーションペア網羅

pagepair_coverage13 : THEOREM system |-それぞれについて以下に述べる．なお，対象となる

NOT F (state_navi = p1 AND F (state_navi = p3));

Web ナビゲーションは Web ページ P = {p1, p2,...,...

pn} およびナビゲーション N = {n1,n2,...,nm} を

pagepair_coveragen-1n : THEOREM system |-もつものとし，t1 ,..., tm はナビゲーションに

NOT F (state_navi = pn-1 AND F (state_navi = pn));(4) ナビゲーションペア網羅

対応したトラップ変数とする．

ナビゲーションペア網羅では，生成されたテスト(1) Web ページ網羅
Web ページ網羅では，生成されたテストケースをケースを実行することにより，可能な全ての ページ

実行することにより，訪問可能な全ての Web ページ

移動間の組合せが実行される．この基準を満たすテが訪問される．この基準を満たすテストケースは，ストケースは，以下の LTL 式をアサーションとして以下の LTL 式をアサーションとして与えることで与えることで得ることができる．

得ることができる．

navipair_coverage12 : THEOREM system |-page_coverage1 : THEOREM system |-NOT F (t1 = TRUE AND F (t2 = TRUE));NOT F (state_navi = p1);

navipair_coverage13 : THEOREM system |-- 85 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

現在の枠組みでは，静的にアサーションを生成しNOT F (t1 = TRUE AND F (t3 = TRUE));...

た上でテストケース生成を行うため，それぞれのア

navipair_coveragen-1n : THEOREM system |-サーションによって得られるテストケース間で重複

NOT F (tn-1 = TRUE AND F (tn = TRUE));が予想される．今後の課題として，動的なアサーシ(5) k-bound Web ページ網羅

ョン生成によるテストケース数の削減が挙げられる．

k-bound Web ページ網羅では，生成されたテスト

また，本研究の成果を電子情報通信学会ディペンダ

ケースを実行することにより，k 回の遷移で訪問可

ブルコンピューティング研究会にて発表している[9]．

能な全ての Web ページが訪問される．k = 2 とする

参考文献

と，
この基準を満たすテストケースは以下の LTL 式[1]

S.P. Christodoulou et al.: Web engineering: The

をアサーションとして与えることで得ることができ

developers’view and a practitioner’s approach,る．

Proc. of the 2nd ICSE Workshop on Web Eng., pp.75

kpage_coverage1 : THEOREM system |-92, 2000.
[2]NOT (state_navi = p1 OR X (state_navi = p1)

F. Ricca and P. Tonella: Analysis and testing of web
applications, Proc. of the 23rd Int’l Conf. on Soft.

OR X (X (state_navi = p1))));

Eng. (ICSE 2001), pp.25 34, 2001.

...

[3]

kpage_coveragen : THEOREM system |-S. Halle et al.: Eliminating navigation errors in
web applications via model checking and runtime

NOT (state_navi = pn OR X (state_navi = pn)

enforcement of navigation state machines, Proc. of

OR X (X (state_navi = pn))));(6) k-bound ナビゲーション網羅

the IEEE/ACM Int’l Conf. on Automated Soft. Eng.

k-bound ナビゲーション網羅では，生成されたテ(ASE 2010), pp.235 244, 2010.

ストケースを実行することにより，k 回の遷移で実[4]

J. Rumbaugh et al.: Unified Modeling Language

行可能な全てのページ移動を実行できる．k = 2 とReference Manual, The Pearson Higher Education,

すると，この基準を満たすテストケースは以下の

2004.

LTL 式をアサーションとして与えることで得ること[5]

E.M. Clarke et al.: Model checking, MIT press, 1999.

ができる．

[6]

S. Bensalem et al.: An overview of SAL, Proc. of

kpage_coverage1 : THEOREM system |-Fifth NASA Langley Formal Methods Workshop (LFM

NOT (t1 = TRUE OR X (t1 = TRUE) OR X (X (t1 = TRUE))));

2000), pp.187 196, 2000.
[7]

...

横川智教, 佐藤洋一郎, 有本和民: 検証およびテスト

kpage_coveragem : THEOREM system |-生成の自動化を指向したステートマシン図による web

NOT (tm = TRUE OR X (tm = TRUE) OR X (X (tm = TRUE))));

ナビゲーションのモデル化, 電気学会論文誌 C (電子・情報・システム部門誌), vol.136, no.3, pp.423

5. おわりに

433, 2016.

本研究では，
ステートマシン図によってモデル化，[8] D. Varro: Towards symbolic analysis of visual

SAL プログラムとして記述された Web ナビゲーシ

modelling languages, Proc. of Int’l Workshop on

ョンを対象として，sal-smc を用いてテストケース

Graphの生成を行うための手法について示した．本研究でTechniques (GT-VMT 2002), pp.57 70, 2002.

は，
6 つのテストケースのカバレッジ基準を想定し，[9] 笠原大和, 横川智教, 佐藤洋一郎, 有本和民:モデル

それらの基準を満たすテストケースを生成するため検査を用いた Web アプリケーションのテストケース生の LTL 式によるアサーションの記述法について示成,信学技報 DC2016-26, vol. 116, no. 278, pp. 37

した．

42, 2016.

- 86 -

Transformation

andVisualModelling【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

SiC ナノウィスカの内部生成による C/C 複合材料の機械的特性向上
岡山県立大学 情報工学部
小武内 清貴本研究の目的は，ガラス繊維を炭素前駆体樹脂に添加し，これを焼成することにより前駆体樹脂の炭化と改質を同時に行った SiC-C/C 複合材料を対象に，緻密化処理による緻密化挙動および機械的特性の変化を明らかにすることである．本研究では，ピッチ系炭素繊維を強化繊維，フェノール樹脂に固体改質源であるガラス繊維を添加したものを母材として，フィラメントワィンディング法にて CFRP 体を作製し，これを，高温不活性雰囲気下にて焼成することによって SiC-C/C 複合材料を作製した．作製した SiC-C/C 複合材料の細孔分布は水
銀ポロシメータによって測定し，緻密化は水を圧力媒体とした冷間等方圧加圧法によって行った．また緻密化
した SiC-C/C 複合材料の機械的特性は 4 点曲げ試験によって評価した．その結果，SiC-C/C 複合材料内部に存在する細孔の体積は CIP 処理を繰り返すことによって減少するものの，5 回目以降の CIP 処理においては，空孔率の減少がほとんど見られなくなった．また CIP 処理を施すことによって，SiC-C/C 複合材料の曲げ強度の変動抑制が可能であることが分かった．

案法にて作製した SiC-C/C 複合材料内部に存在する

言

1．緒

炭素繊維強化炭素複合材料 （以下，C/C 複合材

空孔の大きさや量については未だ明らかになってい料）は強化材を炭素繊維，母材を炭素とする複合材

ない．また一般に，C/C 複合材料はその内部に存在料である．軽量かつ耐熱性が高く，不活性雰囲気下する空孔を CVD や CIP，HIP 等の方法で充填する緻では 2000℃を超える高温条件下でも機械的特性に密化処理を経て実用に供される．提案法にて作製し優れることから，高速車両のブレーキやロケットのた SiC-C/C 複合材料においても同様の方法で緻密化

部品などに使用されている．しかし酸化しやすく，可能であるかを明らかにする必要がある．そこで本1)

高温大気中での使用は機械的特性が低下する ため，研究では提案法にて作製した SiC-C/C 複合材料内部

これを補う手法として，耐酸化特性に優れ，高温時に存在する空孔の大きさや量について，水銀圧入法

においても酸化を生じにくい SiC へと母材を改質すを用いて明らかにするとともに，CIP 法による緻密る方法が試みられている

2 )．これらには含浸法や化処理を行い，その緻密化挙動を調査した．また緻

3 )密化処理を施した SiC-C/C 複合材料を対象にその機CVD 法などがあるが，改質時に発生する熱き裂

械的特性を評価した．

や，改質処理に長時間を要するなどの問題がある．
そこで申請者はこれらの方法に変わる改質法として，炭素前駆体樹脂に，改質材としてガラス繊維を添加

2．材料および実験方法
2.1 供試材し，これを焼成することにより前駆体樹脂の炭化とC/C 複合材料の母材である炭素前駆体樹脂にはフ改質を同時に行う方法を提案した．提案法にて作製

ェノール樹脂（PHENOLITE5010:DIC）を，強化繊

した SiC-C/C 複合材料の内部には，SiC ウィスカが維には 3K ピッチ系炭素繊維束（XN-20-30S:日本グ

生成され，この SiC ウィスカによって SiC-C/C 複合

ラファイトファイバー）をそれぞれ用いた．また添

材料の摩擦特性が改善されることが明らかになって加材として繊維径 11 μm，長さ 100 μm のミドル4）

いる ．また SiC ウィスカの生成経路は気相反応5)フ ァイバ （セ ント ラルグ ラ スフ ァイ バー 製，であり，SiO2 より遊離した O により母材 C が酸化

EFH100-31）を用いた．

され空孔が発生することが懸念される．しかし，提- 87 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

2.2 試験片作製方法

ついて水銀が圧入されることになる．加圧圧力と，フィラメントワィンディング装置を用い，ガラス

その圧力で流体を圧入可能な細孔直径の関係は 以
下の Washburn の式で求められる 6)．

繊維を 5wt%添加したフェノール樹脂からなる炭素前駆体にピッチ系炭素繊維束を含浸させフープ巻きD(1)

4 cos / P

にて巻取った．その際，巻取りピッチを 3.0 mm，巻

ここで D は細孔直径，γ は流体の表面張力，θ は取張力を 3.5 N とし，巻取層は 200 mm 角のボビン

対象の細孔と流体との接触角，P は加圧圧力である．

に 10 層とした．これを電気炉内で 80℃，24h にて予

ここで水銀の表面張力 γ および接触角 θ は 476 mN/m，備硬化させた後，2 枚を重ね 20 層とし，ヒートプレ

130°を用いた．試験中の水銀の加圧圧力，（式 1）

スにて 150 ℃，15 MPa，1h の条件にて本硬化させ，を用いて細孔の直径を求めた．

CFRP 前駆体を作製した．この段階での炭素繊維の2.5 4 点曲げ試験

体積含有率 Vf は約 60％であった．CFRP 体をダイヤ型卓上試験機(EZ-L:SHIMADZU)を用いて 4 点曲

モンドカッタにて試験片形状に切り分け，アルゴン

げ試験を行った．試験に用いた試験片形状および寸雰囲気下で最高温度 1000 ℃の炭素化処理および法を Fig. 1 に示す．上部支点間距離を 17 mm，下部

1500 ℃の焼成処理を行い，C/C 複合材料を得た．昇支点間距離を 51 mm，試験速度を1.0 mm/min とし，

温速度はそれぞれ 1.0，1.5 ℃/min，降温速度はそれ

四点曲げ試験を行った．曲げ応力 B とひずみ B の値

ぞれ 2.0，5.0 ℃/min とし，最高温度にて 1h 保持しは次式により算出した．

た．
B

2.3 CIP 処理

PL
Wt

2

， B

4 .7 tL2(4)得られた C/C 複合材料に対し，冷間等方圧加圧法

ここで P は荷重，L は下部支点間距離，W は試験片

（以下，CIP 法）を用いて，焼成にてマトリクス中幅，t は試験片厚さ， は荷重点のたわみである．全に発生した細孔を充填するため，以下の緻密化処理ての条件において少なくとも 4 本の試験片を用いた．

を試みた．まず試験片を真空梱包装置にて炭素前駆3．結果および考察

体樹脂とともに PP 製バッグに真空封入し，圧力容3.1 細孔分布測定結果

器に水と共に密閉した．その後，圧力容器内を 10

図 1 に各条件での細孔分布測定結果を示す．図はMPa，1h の条件にて加圧保持し，前駆体樹脂の含浸

横軸に，ある圧力で圧入可能な細孔直径を，縦軸に処理を行った．その後，前節と同様の条件にて予備

その圧力時に圧入した体積を示している．図 1(a)よ硬化を行い，最高温度 1000 ℃での炭素化処理を行り，ガラス繊維未添加材である Unm_CIP0 とった．この含浸，予備硬化，炭素化処理を所定の回

Unm_CIP1 とを比較すると，CIP 処理を施す前の数繰り返し行い，C/C 複合材料の緻密化を行った．

Unm_CIP0 では直径 1～5 m の細孔が主に存在して得られた試験片の質量および体積を測定し，空孔率いたのに対して，CIP 処理を 1 回施した Unm_CIP1を算出した．以降ではガラス繊維無添加材の CIP 処

では直径 1～4 μm の細孔の体積が減少し，新たに直理材を Unm_CIPn，ガラス繊維添加材を GF_CIPn と径約 0.1～1 μm 程度の細孔体積が増加した．同様に，呼称する．それぞれ末尾の n は CIP の処理回数であ

ガラス繊維添加材である GF_CIP0，GF_CIP1 についる．

ても CIP 処理に起因する直径 1～5 m 程度の細孔体

2.4 細孔分布測定

積の減少と直径 0.1～1 m 程度の細孔体積の増加が

水 銀 ポ ロ シ メ ー タ (Micromeritics Instrument

確認された．この細孔体積の増減は C/C 複合材料に

Corporation:MicroActive AutoPore V 9600)を用いて存在していた空孔内部に CIP 処理によってフェノー

Unm_CIP0,1 および GF_CIP0,1 の細孔分布を測定しル樹脂が圧入され，焼成によって圧入された樹脂がた．水銀の入圧力は 20.5×10－3～413 MPa とした．

細孔内で炭化することにより細孔経が減少し，その-3

本条件において，直径 3×10 ～120m の開空孔に結果細孔分布に変化が生じたものと考えられる．ま- 88 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

理において，
空孔率の減少は殆ど確認出来なかった．

Pore volume per unit weight [ml/g]

0.15

ガラス繊維添加の有無による空孔率の違いに着目す

Unm ＿CIP0
Unm ＿CIP1

ると，ガラス繊維添加材では未添加材に比べ空孔率が高く，CIP 処理を繰り返してもその差はほとんど0.10

変化しなかった．一方，CIP 処理に伴う空孔率の減少挙動に着目すると，ガラス繊維添加の有無に起因する差はほとんど見られなかった．また，細孔分布0.05

測定の結果から試験片中に存在する開空孔の体積を算出すると，ガラス繊維の有無に関わらず約 13vol%
0.00
10

2

10

0

10

～14vol%の開空孔が存在していることがわかった．

2

Pore size Diameter [μm]このことからガラス繊維未添加材には約 7%，ガラ(a) Unmodified

ス繊維添加材には約 11%の閉空孔が存在していることになる．つまりガラス繊維を添加し焼成した

Pore volume per unit weight [ml/g]

0.15

SiC-C/C 複合材料はガラス繊維を添加していない

GF＿CIP0
GF＿CIP1

C/C 複合材料に比べ，内部に存在する閉空孔の体積が増加していることが示唆された．

0.10

3.3 曲げ試験結果
図 3 にガラス繊維添加材とガラス繊維無添加材における，CIP 処理の回数に伴う 4 点曲げ強度の変化

0.05を示す．曲げ強度については，CIP 処理を行っていないものおよび，CIP 処理を 1，5 回施したものを評
0.00
10

2

10

0

10

価した．図内のエラーバーは試験片強度の最大値と2最小値を示した．曲げ試験後の試験片の破壊形態はPore size Diameter [μm](b) Glass fiber 5wt%

いずれの条件でもModeⅡ層間せん断破壊であった．

Fig.1 Comparison of pore distributiion

いずれの条件においても CIP 処理の回数増加にともたガラス繊維添加の有無による細孔分布の違いに着なう曲げ強度の最大値には大きな変化がなかった．

目すると，CIP 処理を施していない条件（Unm_CIP0

一方，曲げ試験の最小値については CIP 処理の回数と GF_CIP0）において，その内部に存在する細孔の30

分布に大きな違いは見られなかった．一方，CIP 処

Unmodified
Glass fiber 5wt％
Glass fiber 1wt％

25

理を施した条件（Unm_CIP1 と GF_CIP1）において，直径 1～3 m 程度の細孔分布に違いが見られた．
Porosity [vol％ ]20

3.2 緻密化挙動測定結果
図 2 に CIP 処理に伴う試験片質量の変化より算出
した空孔率の変化を示す．図には比較としてガラス
繊維を 1wt%添加し作製した C/C 複合材料の値も示
す．図より，CIP 処理を施す前の段階において（CIP0），
いずれの条件においても開空孔と閉空孔を併せて試

15
10closed porosity＿GF

5closed porosity＿Unm

00験片体積に対し約 20～25vol%の空孔が存在してい

1

2

3

4

5

6

7

Number of times to CIP processing

ることが分かった．この空孔率は CIP 処理の回数をFig.2 Porosity changes with respect to number増加させることによって減少し，5 回以上の CIP 処

of times to CIP processing.

- 89 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

参考文献

500
Unmodified
Glass fiber 5wt％

Bending stress [MPa]

450

[1]

Shuuichi ISHIZAWA and Takashi MACHIDA, “Effect of
Oxidation Degradation on Elevated-Temperature

400

Strength of C/C Composite”, 日本機械学会論文集（A350編）, Vol.63, pp.845-850 ( 1997 )．
[2]

(8)

Kim, S. Y., Han, I. S., Woo, S. K., Lee, K.

300

S. and Kim, D. K.: Wear-mechanical properties of250

filler-added liquid silicon infiltration C/C-SiC composites,
Materials & Design, 44 (2013), 107-113

200

[3]

Chihiro KAWAI and Tadashi IGARASHI, “Oxidation
Resistant Coating of TiC-SiC System On C/C Composite

150

by Chemical Vapor Deposition”,The ceramic Society of

100
0

1

Japan,99,pp.390-394 ( 1991 )5[4]Number of times to CIP processing

Masahiro Kimura1, Kiyotaka Obunai, Kazuya Okubo
and Toru Fujii. “Moderation of Dependence of Frictional

Fig.3 Bending strength with respect to number of times to

Coefficient of C/C Composite on Temperature due to

CIP processing.

Addition of Glass Fibers into Carbon Precursor of

増加にともなって増加する傾向が見られた．これはPhenolic Resin” ， CJJCC-11 ， CD-ROM, OS1728,(2014)NTT-Electric Library Service

ガラス繊維無添加材よりもガラス繊維添加材におい[5]てより顕著であった．この結果，ガラス繊維添加材

Toshio Shimoo, Fusago Mizutaki，Shigeru Ando andの平均強度は CIP 回数の増加にともなって上昇した．

Hiroshi Kimura, “Mechanism of Formation of SiC by

ガラス繊維を添加することによって生じる強度の変Reaction of SiO with Graphite and CO”, J. Japan Inst.

動は，CIP 処理による緻密化で抑制された．

Metals, 52 (3) ,pp.279-287 (1988).
[6]

3．結

Choji NAKAMURA, Yuya SAKAI and Toshiharu
KISHI, “study on the effects of chemical and physical言

property of concrete on the behavior of water ”, Cement

提案方法にて作製された SiC-C/C 複合材料に対して CIP 法を用いたマトリックスの緻密化を行い，そScienceの緻密化挙動と機械的特性を調査した結果，以下のpp.444-451(2012)

結言を得た．
1.

ガラス繊維無添加材とガラス繊維添加材の両者において，CIP 処理を起因とする細孔体積の減少と増加が確認された．

2.

作製した C/C 複合材料に対して 10 MPa の CIP処理を施すことによって試験片中の空孔率が減少したが，5 回目以降の CIP 処理において，空孔率はほとんど減少しなかった．

3.

CIP 処理を施すことによって，SiC-C/C 複合材
料の曲げ強度の最小値は増加した．一方曲げ強度の最大値については CIP 処理に起因する変化は殆ど見られなかった．このことから，CIP 処
理は提案法で作製した SiC-C/C 複合材料の曲げ強度の変動抑制に有効であることが分かった．

- 90 -

andConcrete

Technology,

vol.66 ，【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

地域在住高齢者の自主的な介護予防，健康づくり活動を促進する支援プログラムの開発
１.岡山県立大学，2.大阪体育大学，3.独立行政法人国立病院機構岡山医療センター
高戸 仁郎 1，植木 章三 2，大森 信彦 3
本研究の目的は，自発的に高齢者の介護予防活動が発足し，その活動が順調に継続している地域のリーダーへのインタビューから，自主活動の設立過程とその継続要因を明らかにすることであった．
高齢者の介護予防を目的とした自主活動を主体的に発足させた 2 地区の自主活動リーダー7 名を対象に，半構造化面接を行い，逐語録を整理し，テキストマイニングの手法を用いて分析した．
その結果，自主活動の発足から継続にいたる要因と今後の課題について①自主活動の運営は最初にスムースな立ち上げが重要であること，②一人暮らしの高齢者に参加してもらう仕掛けによって継続を促進したこと，③地域住民に連帯感が生まれたこと，④参加を促すために様々な PR 活動を展開したこと，⑤自主活動を通じて世代間交流も増えたこと，⑥自主活動の立ち上げ当初に直面した問題を社会資源の活用で解決したことが明らかになった．
本研究の対象地区において地域高齢者の自主的な活動は，関係機関の支援に依存することなく自律的に行われていた．今後は一般介護予防事業でも求められている開催頻度に加えてプログラムの更なる充実を実現する方策が重要と考えられた．
問題と目的

政や地域でリーダー的な役割の人が中心となり活動

我が国では 2025 年には，後期高齢者が 2000 万人を立ち上げていて，
そのリーダーシップ に負うとこを越えるとされており，高齢化進展の「速さ」に加ろが大きいことが明らかになっている．これらの活えて，高齢化率の「高さ」という新たな課題にも直動が抱える問題として，リーダーが異動や役員改選

面することになる．また，65 歳以上の単独世帯またなどで一線を退くと，その活動の存続が危ぶまれるは夫婦のみの世帯が全世帯の 25%を占め，高齢者にということが挙げられる．地域住民の協働による真対するイメージはこれまでの支えられる対象から，に持続可能な自主活動を構築するための，人的，社自らが生産的で，社会に貢献できる人材としての期会的資源は十分ではない．特に自主活動の発生から待へと変貌している．そのような中，介護・医療・継続要因については,未だ明らかにされていない．
持

住まい・生活支援･介護予防が一体的に提供される

続可能な地域包括ケアシステムの構築に資するため「地域包括ケアシステム」の構築を実現することがには，地域で暮らす高齢者が互いに協働し，健康づ求められ,高齢者の社会活動にはこれまで以上に期

くり，介護予防に関わる自主活動を立ち上げ，継続待が寄せられている．中でも介護予防は，費用対効するために必要な要因を明らかにし，それらの要因

果の面で見直しを余儀なくされ，平成 23 年の法改を踏まえた自主活動支援プログラムを作成し，地域正に伴い，介護予防･日常生活総合支援事業（総合事への波及効果とともに妥当性を検証することが必要

業）が創設された．総合事業の中の一般介護予防事

である．

業は，
「住民運営の通いの場を充実させ、人と人との高齢者の介護予防活動への参加者が活動を継続す

つながりを通じて、参加者や通いの場が継続的に拡るには，仲間の存在や安価な費用，歩いて行ける場

大していくような地域づくりを推進する」 [1]とさ所の重要性などが指摘されている [2]．一方で，それている．しかし，多くの自治体ではその具体的なれらの介護予防活動は前述の通り自主的な活動が推取り組みは緒に就いたばかりである．現在，各地で奨されているものの，その活動の自主グループ化に

自主的な活動が発足しているが，それらの多くは行

は，支援者の立場で「最初から保健師が意図的に関- 91 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

わること」，「独立してやっていく意識付けをするこ用いた．インタビューガイドは１）自主活動の設立と」，「参加者と信頼関係を築くこと」 [3]の必要性にいたるまでの経緯，２）自主活動立ち上げ当初かが指摘されている．また，当事者の立場からは，募ら現在までの活動内容，３）自主活動が継続できて集段階から自主グループ活動を主体的に実施するこいる要因，４）自主活動が抱える課題であった．イとを目指すリーダー養成講座の受講者を対象に，自ンタビュー内容は対象者の許可を得て IC レコーダ

主グループの設立要因を分析したものなどに限られーに録音し，逐語録を作成し分析データとした．

ており，地域住民の中から自発的に発生したグルー

インタビューガイドをもとに，半構造化面接を行っ

プ活動におけるリーダー自身の活動パターンやリーた．インタビューガイドは，１基本属性（グループ

ダーシップに関する報告はみられない．主体的に活の経緯，リーダーになった経緯と継続年数），２リー

動しているリーダーの活動パターンの傾向や環境条ダーとしてどのような活動をしているのか，３リー

件を明らかにすることは，これから自主活動を立ちダーとして活動する上での苦労や負担であった．イ

上げる地域において，スムースかつ継続的に活動がンタビュー内容は対象者の了解を得て IC レコーダ実施されるための支援方策にとって必要と考えた．

ーに録音した後，逐語録を作成し、分析データとし

本研究の目的は，自発的に高齢者の介護予防活動がた．

発足し，その活動が順調に継続している地域のリー分析方法

ダーへのインタビューから，自主活動の設立過程とテキストマイニングは，「質的データの中でも特にその継続要因を明らかにすることである．

文章型すなわちテキスト型のデータを分析する方法」[4]で，
様々な統計手法を用いて探索的な分析によって，パターンやルールを解明できるため，本研究の方法目的である，高齢者の自主活動に関するインタビュ

対象
インタビュー対象者は,高齢者の介護予防を目的

ーを通して，
自主活動の発足から継続にいたる要因，とした自主活動を主体的に発足させたリーダーとし

今後の課題を捕捉する上で有効な分析ツールである．

た．なお，本研究では「自主活動」を以下のように

まず，分析データから質問者の発言を除き，対象定義した．市町村社会福祉協議会が自主的なサロン

者ごとに発言が特定できるようにタグ付けした上で，活動の立ち上げを支援し，その後高齢者自らが地域

1 つのテキストファイルに保存して，樋口 [4]のテで主体的・継続的に取り組んでいる介護予防，健康キストマイニングソフトKH coderを用いて形態素解づくり活動．

析を行い，構成要素を抽出した．形態素は意味を持

対象者の選定つ最小単位の言葉であり，助詞や助動詞のようなど

対象者の選定は，A 県 A 市の社会福祉協議会に依のような文中にも出現する一般的な語を省き，
名詞，

頼し紹介を受け，著者らが A 市内の自主活動の見学

動詞，形容詞，形容動詞を分析に用いた．その際，や資料の閲覧を通して情報収集を行った上で，本研

例えば「老人クラブ」や「介護予防」など 1 つの語

究の趣旨を理解して協力の意思を表明した 2 地区のとして集出したいものについては，単語の単位（「老自主活動リーダーとした．調査対象者は 7 名（男性人」と「クラブ」，「介護」と「予防」）に区切らず 1

3 名，女性 4 名）で，全員から調査に対する承諾がつの語として抽出できるようにした．
分析データ中に 10 回以上出現した構成要素を採得られた．

用し共起ネットワーク分析を行った．

調査方法
調査対象者に 60 90 分の半構造化されたグルー

共起は「ある単語がある文章中に出たとき、そのプインタビューを行うことでデータを収集した．調

文章中に別の限られた単語が頻繁に出現すること」

査期間は 2017 年 1 月 13 日から 14 日であった．
イン[4]であり，KH coder の共起分析機能は「出現パタタビューには事前に作成したインタビューガイドをーンの似通った語，すなわち共起の程度が強い語を- 92 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

線で結んだネットワークを描くことができる」 [4]（１56 回），「来る」（75 回），「行く」（58 回），「出ため，構成要素同士の関係を視覚的に理解できるこる」（52 回）などの動詞 26 語を含む合計 93 語であとから採用した．

った．

倫理的配慮

（２）共起ネットワーク

本研究対象者には，事前に調査の内容やプライバ

10 回以上出現した構成要素間の関係を見るため

シー保護に関する説明を行い，書面にて参加の同意に，出現パターンが類似している語（共起の程度がを得た．インタビュー調査実施時には対象者の体調強い語）を線で結んだ共起ネットワーク分析を行っに配慮し，疲労がみられた者に対しては適宜休憩をた．共起ネットワークは，共起する語を線で結んだ

設けた．本研究は岡山県立大学倫理委員会の審査をものであり，語の出現頻度や語と語の結びつきの程受け実施した（受付番号：16-63，承認年月日：平成

度に応じ，円の大きさや色，あるいは円を結ぶ線の

28 年 9 月 30 日）．

大きさによって表される [5]（．この図は「お互いに近くに付置されているというだけでは，それらの結果語の間に強い共起関係があることを意味しない」

KH coder を用いた分析[4]．配置された位置ではなく，線で結ばれているか（１）構成要素の出現回数

どうかに意味があるため，本分析では KH coder の共

総抽出語数は 38,078 語，
異なり語数は 2,359 語で起ネットワーク図からサブグラフ（媒介）を選択しあった．逐語録に頻出する単語を把握するために，た．KH coder では比較的強くお互いに結びついてい

10 回以上出現した構成要素を一覧表にした（表１）．

る部分（サブグラフ）を自動的に抽出してグループ

10 回以上出現した構成要素は「人」１69 回，「サロ分けを行う．今回は各構成要素間の関連性を確認すン」（89 回），「今」（73 回），「皆さん」（64 回），「話」

るため，サブグラフ（媒介）を選択し，描画する共（53 回）などの名詞 56 語，「言う」（215 回），「思う」

起関係の数を 60 に絞り込み描画した（図１）
．

順位
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
17
19
20
20
22
23

抽出語
言う
人
思う
サロン
来る
今
皆さん
行く
話
出る
分かる
入る
最初
立つ
お金
持つ
スタッフ
感じ
見る
自分
入れる
前
一番

表1 「自主活動を立ち上げてから継続するまでの経緯」についての構成要素の出現回数
出現回数
順位
抽出語
出現回数
順位
抽出語
出現回数
順位
215
23 上げる
27
44 地域
18
63
169
25 帰る
25
48 取る
17
63
156
25 集まる
25
48 男性
17
63
89
25 聞く
25
50 運営
16
63
75
28 形
24
50 考える
16
74
73
28 多い
24
50 情報
16
74
64
30 年
23
50 男
16
74
58
30 年寄り23
50 町内会
16
77
53
32 作る
22
55 お父さん
15
77
52
32 食べる22
55 こないだ
15
77
48
32 食事
22
55 行う
15
77
40
32 地区
22
55 世代
15
77
39
36 本当
21
55 大体
15
77
36
36 良い
21
55 問題
15
83
35
38 今度
20
61 体操
14
83
34
38 若い
20
61 毎月
14
83
32
40 一緒
19
63 お話
13
83
32
40 結局
19
63 違う
13
83
31
40 出す
19
63 栄養委員1383
30
40 助け隊19
63 何とか
13
83
30
44 会長
18
63 回る
13
83
29
44 今日
18
63 社協
13
83
27
44 声
18
63 全部
13
83

- 93 -

抽出語
他
知る
買う
名前
家
昔
補助
お願い
一つ
掛ける
子ども
主人
住民会
サポート
活動
参加
時間
自転車
土曜日
特に
本当に
連れる
老人クラブ

出現回数
13
13
13
13
12
12
12
11
11
11
11
11
11
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

最初
最初
最初
最初

思う
思う
思う

立つ
立つ
立つ
立つ

名前
名前
名前
名前

上げる
上げる
上げる
上げる
言う
言う
言う
言う

行く
行く
行く

サロ
ン
サロ
サロ
ン
ン
サロン

人
人
人
人

問題
問題
問題
問題

運営
運営
運営
運営

来る
来る
来る

集ま
る
集ま
る
集まる
集ま
る
聞く
聞く
聞く

お金
お金
お金

形
形
形
形

帰る
帰る
帰る
帰る

考え
る
考える
考える
考える
考え
る
考える

地区
地区
地区

会長
会長
会長
会長

食事
食事
食事

家
家
家
家

フ
スタ
タッ
ス
スタ
ッフ
スタ
ッ
ス
タ
ス
タ
フ

出す
出す
出す
取る
取る
取る
取る

男性
男性
男性

連れる
連れる
連れる
連れる
連れる

補助
補助
補助
補助

食べる
食べる
食べる

作る
作る
作る
作る
作る

社協
社協
社協

年
年
年
年

自分
自分
自分
自分

持つ
持つ
持つ
持つ

お話
お話
お話
お話

何と
か
か
何と か
何と
何と
か

世代
世代
世代
世代

見る
見る
見る
見る
見る

特に
特に
特に
特に

年寄り
年寄り
年寄り
年寄り
地域
地域
地域
地域

皆さ
皆さ
ん
ん
皆さ ん
皆さ

掛ける
掛ける
掛ける

若い
若い
若い
若い

回る
回る
回る
回る

も
子ども
子ど
子ど
も
子ど
も

話
話

お父さ
ん
お父さ ん
ん
お父さ
お父さ
ん

一緒
一緒
一緒
一緒
声
声
声
声

他
他
他
他

入れる
入れる
入れる
入れる

知る
知る
知る
知る

良い
良い
良い
良い

一つ
一つ
一つ
一つ

図 1 「自主活動を立ち上げてから継続するまでの経緯」についての共起ネットワーク
各グループに含まれる語を整理し，それぞれの特

自発的な申出により任意の代金を「入れる」手作り

徴付けを行った結果，次の 6 つが見出された．

の箱が用意され，そこから材料費に充てるなど好循①自主活動の運営は最初にスムースな立ち上げが重環が生まれていた．U 地区では参加者拡大のために要であったこと「食事」を提供することは有効であると認識されてU 地区では自主活動（「サロン」）の「立ち」上げいるものの，実現するための環境が整っていないこに際して，「最初」は既存の有志で作る「お助け隊」とがハードルとなっていた．O 市では嘱託の栄養委が母体となって，2 年間の話し合いを経て十分な準員を募集しているが，平日の養成講習は現役世代が備期間があったからこそ，スムースに立ち上がった

受講できないことに対する矛盾を指摘する声もあっことが述べられた．K 地区では，幅広い年代で構成た．

する準備委員会を設置し，自主活動の立ち上げにつ③地域住民に連帯感が生まれたこと

いて地域住民の意見を「聞く」機会を設け，参加者

自主活動に参加するようになって，そこで「話」の拡大を図る努力があったことが延べられた．

をすることで顔なじみになり，活動以外の場所でも②一人暮らしの高齢者に参加してもらう仕掛け作り

会えば会話が弾むといったことや，小中学生などとK 地区では「年を取った」者が「家」から出てきも朝夕の登下校時に見守りボランティアを通して話てもらう仕掛けとして，「食事を作って」それを提供ができ，「地域」全体の連帯感が増えたと述べられてしていた．
参加者の食事は無償で提供されているが，いた．

- 94 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】④参加を促すために様々な PR 活動を展開したこと考えられているが，今回の調査対象者の学習活動に参加者への「声掛け」を欠かさず，近隣住民との接する機会との関係は明らかにできなかった．

関係づくりができたことがこれまで継続している大厚生労働省は，住民主体の介護予防活動は原則ときな要因であると認識されていた．K 地区では市のして週 1 回以上の開催とし，後期高齢者，要支援者

広報紙と一緒に独自の新聞を各戸に配布し，自主活でも可能なレベルの体操を実施することを求めてい動の案内を周知していた．

る．今回の調査協力地域は K 地区においては週 1 回⑤自主活動を通じて世代間交流も増えたこと

以上の頻度で開催されていたが，U 地区においては「年寄り」だけの自主活動では先細りがみえてい月に 1 度の開催で，当面はこのまま継続していく予たため，町内会，子供会，老人会などの組織を巻き定である．両地区のリーダーとも運動器の機能向上

込み，
七夕や餅つきなどのイベントを開催していた．

の必要性については充分認識しているものの，体操「子ども」が参加すれば「お父さん」も一緒に参加

を週に 1 回以上実施することには負担が大きく抵抗するケースが多く，世代間の交流が促進され好循環を感じていた．大須賀 [9]は，人間が最も生きがいが生まれているが，自主活動に参加する次世代とのを感じるのは自分がしたいと思うことと義務感とが繋がりは今後の課題であった．

一致したときであると述べており，今回の対象者も⑥自主活動の立ち上げ当初に直面した問題の解決

自主活動を主体的に継続しているのは，役割を担う

自主活動を始めたいという声が上がり，そのためことによる自己効力感や社会参加意欲の充足が原動の準備期間は 1 2 年を要したが，会の「名前」をど力になっていると考えられる．軽微な運動を定期的うするのか，に始まり「場所」はどこでやるのか，に実施するには，運動継続による効果や好奇心を喚

スタッフは「集まる」のか，料金（
「お金」
）はいく

起するような関係機関の積極的な関与が必要であるらにするのか，など「考え」なければならないことと考えられた．

が山積していたが，社会福祉協議会（
「社協」
）の「補

本研究の調査対象は 2 つの自主活動グループを対助」を活用するなど，社会資源を活用し時間をかけ象としたきわめて限定的なものであるが，本研究でて解決したことが，結果的にスムースな立ち上げと分析対象とした住民主体の自主活動の発足から継続

順調な継続に繋がっていることが明らかになった．

にいたる要因と今後の課題については説明できたものと考える．しかし，2 つのグループ間においても考察

実施頻度，実施プログラムなど異なる点がいくつか

高齢者の自主活動を立ち上げた背景と継続参加す挙げられるため，今回の結果を他の地域に適応するには注意が必要である．

る要因を分析した先行研究の多くは，行政あるいは関係機関の支援が必要であるとしており [6] [3][7]，本研究でも自主活動の立ち上げ時には社会福祉

引用文献

協議会の支援が認められた．しかし，立ち上げから

安齋由貴子, 都筑千景 , 横山梓. “地域看護活動にある程度期間が経過した現段階では，行政に対するおけるグループ形成のための理論・技術.” 看護研

期待はどの調査協力者からも聞かれなかった．この究 36.7 [2003]: 537-549.

ことは，発足のきっかけから住民主体で行動してき蔭山正子. “グループの自主化のための理論・技術.”たメンバーがまだ活動の中心的存在であり，必要以看護研究 36.7 [2003]: 563-572.

上に他者へ依存していなかったことの影響と考えら

遠藤和士. “自主グループ活動に対する支援のありれる．一方で，金ら [8]は学習活動が活発な中高年方に関する研究.” 大阪大学教育学年報 11 [2006]:

者ほど社会参加には行政支援の必要性を感じていた

93-104.

ことを報告している．このことは，行政及び関係機

河合恒, ほか. “地域住民の主体的な介護予防活動

関によって学習活動の多くが提供されている影響と推進のための取り組み.” 日本公衆衛生雑誌 60.4

- 95 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】[2013]: 195-203.

表大会概要集 49 [2002]: 254-255.

金貞任, ほか. “地域中高年者の社会参加の現状と中山貴美子. “高齢者の自主グループづくりには保その関連要因 埼玉県鳩山町の調査から.” 日本公健師の支援が欠かせない.” 保健師ジャーナル 64.6

衆衛生雑誌 51.5 [2004]: 322-334.

[2008]: 534-540.

介護予防・日常生活支援総合事業のガイドラインに

田中京子. “KH Coder と R を用いたネットワーク

つ い て .

分析.” 久留米大学コンピュータジャーナル 28

2015.

2017

年

4

月

30

日

<http://www.mhlw.go.jp/file/06-Seisakujouhou-12[2013]: 37-52.

300000-Roukenkyoku/0000088520.pdf>.

島貫秀樹, ほか. “地域在宅高齢者の介護予防推進高比良祥子, 古川秀敏 , 吉田恵理子. “高齢者筋力ボランティア活動と社会・身体的健康および QOL

向上トレーニング事業の効果と運動継続を促す支援と の関係 . ” 日本公衆衛 生雑誌 54.11 [2007]:

事業参加者のインタビュー調査から .” 県立長崎49-759.

シーボルト大学看護栄養学部紀要 6 [2006]: 11-22.

湯浅資之, 西田美佐 , 中原俊隆. “ソーシャル・キ

植村直子, ほか. “高齢者が運動自主グループを立ャピタル概念のヘルスプロモーション活動への導入

ち上げた背景と継続参加する要因に関する検討.” 日本公衆衛生雑誌 53.7 [2006]:： 地域における自主グループ活動の意義.” 滋賀医科大学看護学

465-470.

ジャーナル 8.1 [2010]: 22--25.

樋口耕一. 社会調査のための軽量テキスト分析 内

植木章三ほか. “地域－大学－自治体の連携と世代

容分析の継承と発展を目指して . 東京: ナカニシ

間交流による介護予防運動プログラムの実践と評価

ヤ出版., 2014.

科学研究費補助金研究成果報告書（研究種目：基盤

福嶋篤, ほか. “地域在住高齢者による自主グルー

研究(B).” 課題番号：18300234,研究代表者：植木プ設立過程と関連要因.” 日本公衆衛生雑誌 61.1

章三 [2009].

[2014]: 30-40.

前馬理恵, ほか. “自主化に向けたグループ支援の芳賀博, ほか. “地域における高齢者の転倒予防プ方法.” 和歌山県立医科大学保健看護学部紀要 3

ログラムの実践と評価.” 厚生の指標 50.4 [2003]:[2007]: 43-49.

20-26.

早坂 玉緒, 張平平 , 大塚 眞理子. “自主グループ

麻原きよみ, 加藤典子 , 宮崎紀枝. “グループ活動における高齢者リーダーの 継続的な役割遂行に関が地域に発展するための理論・技術.” 看護研究する要因 ―介護予防(一次予防事業)の取り組みか

36.7 [2003]: 573-587.

ら―.” 千葉看会誌 21.2 [2016]: 17-23.

林,志保, ほか. “住民主体の地域づくりと協働する

村瀬純子 , 飯田澄美子. “中山間地域における自主行政のあり方 住民自主グループのエンパワメント

グループの活動継続要因について.” 保健の科学の分析から.” 川医科大学看護学雑誌, 7.1 [2003]:

53.4 [2011]: 267-273.

145-154.

村嶋幸代,, ほか. “保健師によるグループ支援活動の理論および実証研究に関する課題.” 看護研究36.7 [2003]: 609-613.
大橋純子. “戸建て住宅が立ち並ぶ超高齢ニュータ
ウンにおける地域のつながりづくり計画-住民協働による心身の健康づくりをめざして.” 京都府立医科大学看護学科紀要 26 [2016]: 61-65.
大須賀政裕, 粂川 美紀 , 堀田明裕. “高齢者の生きがい環境に関する研究 2.” デザイン学研究. 研究発- 96 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

高強度・高リサイクル性マグネシウム合金の開発
岡山県立大学 情報工学部 情報システム工学科
福田 忠生
溶融金属をスクリューで攪拌するマグネシウム合金射出成形では，溶湯に粒子や短繊維などの強化材を予混合し，金型内に射出成形することが可能である．この強化材予混合金属射出成形法の利点は，複合材料化による成形品の機械的特性の向上のみならず，従来の半溶融成形の特徴であった凝固収縮量の減少による引け巣の軽減などを精密な温度制御を用いずに達成できることである．
本研究ではこの強化材にシリコンウェハー製造現場で廃棄されている切削屑であるシリコン微細粒を利用することで，リサイクル性と強度の向上を同時に実現する画期的な方法を提案すると共に，上述のプロセスで作成した粉末状廃シリコン強化マグネシウム合金射出成形品の強度特性を実験的に調査・検討した．この結果，シリコン粉末添加は結晶粒微細化を促し，強度の向上に有効であることを明らかにした．また，本手法において，機械的特性に及ぼすシリコン粉末添加の影響は，0.69mass% の添加量が最適だと判断した．
1. はじめにSi 添加量と定義した．なお，Si 添加量は 0.10‐0.69

Mg 合金の結晶粒微細化処理として，C2Cl6 のホス

mass%の範囲で変化させた．以下本文では，得られホライザによる炭素添加法が工業的に使用されていた射出成形品を AZ91D (Si 無添加)，Si10，Si19，Si31，

る[1]．しかし，近年になって，C2Cl6 が環境負荷物質

Si49 および Si69 と呼称する．

に指定されたこともあり，その使用は制限されてい2.2 成形条件および試験片形状

る[2]．そこで，これに代わる微細化材として Mg と

Mg 射出成形機 (JLM75MG，日本製鋼所製) を用

Si からなる Mg2Si に着目した． Mg2Si は Mg との濡いて，2.5 mm 厚の平板を成形した．成形条件は，全れ性が良好である[3]ことから，Mg 合金中において条件においてバレル温度を 863 K，金型温度およびMg2Si が異質核生成物質となり結晶粒微細化に寄与

射出速度はそれぞれ 483 K，1.0 m/sec とした．

すると考えられる．そこで，本研究では Mg 合金射引張試験においては図 1 (a) 中の網掛けにて示す

出成形プロセスにおいて固体 Si 源を溶湯中に添加

部分 (JIS Z 2241，14B 号 試験片に準拠) を，曲げ試し，射出成形機内部にて Mg2Si の生成を試みると共験においては図 1 (b) 中の網掛けにて示す部分をそに，機械的特性と微細組織との関係を調査した．

れぞれ成形品から切出し，試験片として用いた．

2. 実験方法

2.3 強度試験

2.1 供試材

引張試験は精密万能試験機 (Autograph AG-X plus，
島津製作所製) を用い，試験速度を 1.5 mm/min，有供試材として，射出成形用にチッピングされた
AZ91D 合金粒子 (0.5×1×4 mm，STU 製) およびシリコンウェハー製造現場で廃棄されている切削屑であるシリコン微細粒 (粒径 0.2‐40 μm，新興製作所提供，以下 Si と略) を用いた．これらをステンレス製
ポットミルに 5 条件の異なる質量割合で投入し，乾式混合により AZ91D 合金粒子の表面に Si を付着させた．本研究では，AZ91D 合金粒子の表面に付着し(a)Tensile

た Si の質量を別途測定し，これを射出成形品への(b)Flexural

Fig.1 Configuration of specimens.

- 97 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

効試験片数 (n) は 3 以上とした．曲げ試験は小型

面部が中央部と比較して相対的に冷却速度が高く，卓上試験機 (EZ-Test EZ-L，島津製作所製) を用いて結晶核が多数発生するためである．

押し曲げ法による 3 点曲げ試験を行った．支点間距
離を 50 mm，試験速度を 2.0 mm/min，有効試験片数 (n) は 4 以上とした．
2.4 ダイナミック硬さ試験
引張試験片の平行部に相当する部位 (図 1 (a) 中
A-A’ 断面) について，ダイナミック微小硬度計を用いて硬さを評価した．試験荷重は圧痕の大きさが平均結晶粒径 (5 μm) 以下となる条件 (0.3 gf) とした．
2.5 組織観察
引張試験片の平行部に相当する部位 (図 1 (a) 中
A-A’ 断面) について，組織観察および結晶粒度試験を行った．組織は光学顕微鏡および電子線マイクロアナライザ (Electron Probe Micro Analyzer：EPMA)，(a) Under tensile load

結晶粒は電子線後方散乱回折 (Electron Back Scatter
Diffraction：EBSD) 法による結晶方位解析を用いて観察を行った．本研究で対象とする Mg 射出成形品の結晶粒度試験は JIS に規定がないため，圧延板に関する規定 JIS H 0542 マグネシウム合金圧延板の結晶粒度試験法を参考に，観察画像から結晶粒径を求めた．
3. 実験結果および考察
3.1 機械的特性
図 2 (a) および (b) に引張，曲げ試験における降(b) Under flexural load

伏応力 σTYS，σFYS および最大強度 σTS，σFS と Si 添

Fig.2 Yield stress and strength with respect to mass

加量との関係を示す．図より，σTYS，σFYS および σTS，content of silicon powder，under tensile or flexural load.

σFS は AZ91D と比較して Si19 以上の添加条件にて向上し，Si69 にて最大となった．また，破断ひず
みは全ての条件において同程度であり，Si 添加が延性に及ぼす影響は小さいと言える．
3.2 結晶粒径
図 3 に結晶粒径と Si 添加量との関係を示す．平
均結晶粒径は中央部，表面部ともに Si19 以上の添加条件において AZ91D と比較して急激に微細化したが，Si19 から Si69 にかけての微細化効果は緩慢であった．また，いずれの Si 添加条件においても中央部の粒径に対し表面部の粒径が細かくなった．

Fig.3 Average grain size with respect to mass content

これは鋳造時の冷却速度に起因し，金型と接する表

of silicon powder.

- 98 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

3.3 組織観察
試験片平行部に対して光学顕微鏡観察を行った結果，Si 添加材において AZ91D では見られなかった
1‐6 μm の針状組織が観察された(図示略)．そこで，任意の針状組織に対して EPMA による元素分析を行った．図 4 はその結果を示したものであり，針状Fig.4 EPMA area analysis of acicular structure.

組織は Si 元素の検出強度が高いことが確認された．
また，それらの箇所からは Mg 元素も多く検出された．浅野らは，Si と Mg との反応は約 800 K でも生じるとし，凝固過程において Mg2Si が晶出することを報告している[4]．このことから，863 K によって成形を行った本研究においても同様に，Mg2Siが晶出したと考えられる．また，図 5 に腐食液を用

Fig.5 Microstructures observation of Mg2Si.

いて Mg2Si を現出させた[5]電子顕微鏡組織および元素分析結果を示す．
図 4，5 を合わせて考えると，
図 5 における黒く見える箇所が Mg2Si であると判断できる．多くの Mg2Si は粒界に存在していたが，図中破線で示すような比較的サイズの小さい
Mg2Si が粒内に存在していることが確認された．
以上のことから， Si 添加によって Mg2Si が生成され，それが異質核生成物質となることによって微細な結晶粒が得られたと考えられる．
3.4 降伏応力の向上要因について
図 6 に降伏応力と平均結晶粒径との関係を示す．
図中破線は本実験により得られた Hall-Petch の関係式であり，実線は AZ91 合金押出品の Hall-Petch

Fig.6 Yield stress with respect to average grain size.

の関係式 (σY = 130 + 210 d^(-1/2)) である[6]．本研究で得られた関係式は，その絶対値に違いは見られる
4. おわりにものの， AZ91 合金押出品と同様の結晶粒径依存性(1) シリコン粉末添加により，Mg2Si が生成され，を有しており，概ね Hall-Petch の関係に従うことがその多くは粒界に分散したが，サイズの小さい分かった．しかし，Si31 以上の添加条件では，結晶ものは粒内にも観察された．

粒径に大きな変化がなかったにもかかわらず，降伏(2) シリコン粉末添加は結晶粒微細化を促し，強度の応力は向上していた．そこで，粒内および粒界に対向上に有効である．

し，ダイナミック硬さ試験を行った (n=20)．その結(3) 本手法において，機械的特性に及ぼすシリコン粉

果，粒内硬さは Si 添加の有無によらず，ほぼ一定

末添加の影響は，0.69mass%の添加量が最適だと(DH = 107) であった．しかし，AZ91D での粒界硬判断する．

さは DH = 104 であったのに対し，Si49 での Mg2Si(参考文献省略)

近傍の粒界硬さは DH = 111 となった．このことか
ら，粒界に存在する Mg2Si によって粒界の強度が向上したと判断した．

- 99 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

わが国との比較的視点で捉える台湾における武徳殿建設の経緯についての分析研究
岡山県立大学 デザイン学部 デザイン工学科 建築・都市デザイン領域
西川 博美
日本統治下の台湾において、街・庄に数多く建設されてきた武徳殿について、その建設経緯と建築の特徴について明らかにした。武徳殿は、1899 年に京都・岡崎に建設された武道場である。最大の特徴は、近代の建築
でありながら、日本の伝統的な寺院建築の意匠が使われていることである。その後、植民地も含め日本全国に、同様の意匠で大日本武徳会を通じて建設され、台湾においても同様に広く普及し、市区改正事業が進む中で各地に建設された。

台湾では大日本武徳会の「台湾本部」として、1906 年に武徳会が設立され、日本本土よりも組織的に大量の武徳殿が建設された。そしてその意匠は、日本の武徳殿と同様に寺院の意匠が採用されているが、外観において武徳殿建築としての特徴を表すよりも、日本の伝統的な意匠を自由に表現するという傾向があり、地域ごとに異なるアレンジが加えられていることがわかった。また、台湾の武徳殿は、武道の演舞場だけでなくさまざまな用途に利用され、公共施設としての性格を合わせ持つものであったことが明らかになった。

１．はじめにの武徳殿が建設された記録もあるが、いずれにしてこの研究では、日本統治下の台湾で、各地に数多

も台湾において多くの武徳殿が建設されたのである。

く建設された武徳殿について、その建設経緯と役割

ただし、こうした台湾における調査では、データのについて考察した。武徳殿は、1895 年に創設された集積とその分析に留まっており、その施設の役割や

大日本武徳会が建設した武道場を中心とした施設で意義、あるいは計画的な側面の分析は、十分には行ある。
「武徳」という名称は、794 年に平安京に日本われていない。

の都が移される際に、天皇が大内裏（御所）に、武研究が進展できない理由は、そもそも日本におけ道を奨励し、その「徳」を広めようとして建設したる武徳殿を扱った研究がほとんどないことだ。台湾

武徳殿から由来する。そうした精神の普及も目的とにおける武徳殿の建設経緯や施設の役割を明らかにしていた武徳殿は、1899 年に京都・岡崎に最初に建するためには、日本における状況との比較検証が必設され、その後、植民地も含め日本全国に数多く建要だが、それができない状況が続いた。しかし、近設された。日本統治下の台湾でも同様に武徳殿は広年に矢野慎介による研究が修士論文としてまとめらく普及し、市区改正事業が進む中でさまざまな公共

れた*2)。これは、日本における武徳殿建設を網羅的施設が整備されたが、その中でも、武徳殿は重要なに扱い、その建設経緯から建築計画、意匠などの特施設として積極的に建設された。

徴に至るまで論じたものだ。しかし、植民地にも大そして、日本の統治が終わった戦後にも、そのま
ま残され、今でも使われているものが多い。その中量に建設された武徳殿については、分析の対象とはなっていない。

のいくつかの武徳殿は、保存・修復が進んでおり、本研究は、この成果と台湾での成果を合わせ、比その過程で、台湾全島での所在調査などが行われて較検証を行った。さらにその上で、当時の新聞紙上きた。最も網羅的な研究としては、陳信安による論の記事などから、台湾での武徳殿建設が持ち得た役

文がある*1)。これによれば、武徳殿として建設され割を明らかにした。とりわけ、その中で注目したの

今も残るものは、16 棟あり、現存していないものはが、建設をめぐる課題とその解決の経緯である。武

55 棟あるとされる。また、これ以外にも 30 棟以上

徳殿とは、武道の「徳」を広める目的を持つという- 100 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

特異な施設である。それが植民地に建設されるにあ

年に至るまで、それぞれの支部に武道場としての武たっては、内地と異なる課題も抱えることになる。

徳殿が建設されていった。府県の支部には必ず１つ

その解決には、日本による植民地支配の仕組みの実の武徳殿が建設されたようだが、支部の下に設けら態が明らかになると考えられる。とりわけ、武徳殿

れた支所や、その下に設けられた分会にも武徳殿がが建設された地方都市においては、武徳殿建設をめつくられたケースもあった。しかし、その数は矢野

ぐって、住民、地方行政、警察などの関係を見いだ慎介の調査によれば、43 棟にとどまっている*4)。

すことができる。

台湾も同様に、台湾支部が設置され、それにより武徳殿建設が進んだ。この間の経緯は、『台湾警察協会雑誌』に掲載された記録が詳しい*5)。それによれ２．建設の経緯をめぐって
この武徳殿という施設がどのような経緯で建設さば台湾支部の設置は、日本による台湾統治が始まっ

れ、それがどのようにして台湾でも建設されていってから 11 年後の 1906 年だった。しかし、それ以前たのかを確認する。

にも大日本武徳会の地方委員会が置かれていた。すまず、日本において武徳殿は、1895 年に創設されでに京都の武徳殿が建設された翌年の1900 年には、た大日本武徳会により建設が進められたものだ。こ台北、台中、台南の３県には委員部なるものが設置の大日本武徳会は、平安遷都 1100 年記念祭を契機されていた。しかし、それらは統一組織としては機として、明治維新の欧化政策で廃れていた日本の武能していなかった。そのため、改めて総督府警察が道を再興し、その「徳」を広めることを目的に、皇リードし、台湾総督府長官を支部長とする支部が結族（小松宮彰仁親王）を総裁に据え、京都府知事を成された。そして、内地と同様に、各地に支所が設会長とし、さらに平安遷都 1100 年記念として京都・置されたのである。

岡崎に創建された平安神宮宮司を副会長として、京

その後、何度かの行政区分の変更が行われた。

都を拠点として発足した会である*3)。ここで言う武1920 年の地方制度の変更の時点で、それ以前の県と道とは、明治維新後に衰退した剣道を中心にした武庁が、５州２庁に整理されたが、そのそれぞれに支家社会のスポーツ文化のことをさし、柔道や弓道も所が置かれ、その下の郡に分会が置かれた。この経含まれていた。同会は設立当初から、その規則の中緯からは、台湾における大日本武徳会の活動の活発に、平安神宮境内に武徳殿を造営することが決めらさをうかがうことができる。

れ、実際に 1899 年に最初の武徳殿が平安神宮に隣接した場所に建設された（図１）。

実際に、大日本武徳会設立か 46 年後の 1941 年の時点で、台湾支部（この時点では台湾本部とされていた）の会員数は、272,400 人であった。これは総会員数 3,178,070 人の 8％を超えるもので、内地のすべての府県単位の支部の中で最も多い会員数であ『台湾警察協会雑誌』の記録では、1912 年
った*6)。
ごろ最も会員が増えた時期で、毎年２～３万人の増化となったとしている。
こうした状況の中で、台湾各地に次々と武徳殿が建設されていった。最初に建設されたのは 1898 年

図１．京都市岡崎の武徳殿に台北に竣工した、警察官と監獄士官用の演武場でその後、大日本武徳会は、各府県知事を支部長とあったようだ。そしてその後、先述のとおり、少なして、警察組織を利用して全国で会員を獲得し、

くとも、現存しないものも合わせ約 100 棟の武徳殿

1900 年頃には全国的な支部組織が整った。そして、が建設されたことが確認できるが、これは日本内地

その府県ごとに設置された支部を単位として、1940

での棟数（矢野慎介の調査により 46 棟）よりも多- 101 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

い。では、それらはどのように建設されていったのか。そこには、以下のように台湾総督府による支援があったことがうかがえるのである。

３．工費について武徳殿建設において、次に課題は、その建設費の確保である。
「保護奨励」するべき公益性は認められ武徳殿建設にあたり、最初に確保しなければならても、大日本武徳会は行政組織ではない。したがっないのは、その用地である。台湾総督府による「台て、その建設費は会が自ら工面する必要がある。後湾地理例規」で、５州２庁の支所が整理された 1920

述するように、武徳殿は伝統的な武道の演舞場であ

年に「在郷軍人会武徳会等ノ官有地土地払下又ハ貸るため、その建築には日本の伝統的な意匠が施され渡出現処理方ノ件」という例規が発布されている。

た。そのために、建設費も高額となるし、地方ごと

そこでは、在郷軍人会や武徳会が「其の財源充当」の武徳殿でその立派さを競うような傾向も見られた。

を目的として、官有地の払い下げや、貸し渡たしをでは、その高額の工費をどのように工面したのか。

出願することが増えている。だが、本来は官有地のそれを統計的に明らかにすることは難しいが、当時払い下げ貸し渡たしは、未墾地の開拓に限られていの新聞報道から、以下のような例を示すことができるので、これを認めることはできない。しかし、特る。

にこれを許可する必要もあるので、それを配慮して

上記のとおり、
1930 年に武徳会台中支所に官有地処理すること、としている*7)。つまり、武徳会によの無料貸下が決定されているが、この土地での武徳る官有地の払い下げや貸し渡たしの申請は特別に配殿の建設計画は、その前年から確認できる。報道に慮するとしている。ここでの武徳会の「財源充当」

よれば、その工事費は 35,000 円であり、その武徳が、武徳殿建設の用地確保であったと考えられる。

殿建築は、「全島一」のものとなるだろうとされていこのことからは、武徳会が総督府にとっても、特る*9)。同じ時期に、内地でも山梨支部武徳殿（1933

別に「保護奨励」する団体として位置づけられてい年）、会津若松支所武徳殿（1934 年）が建設されてたこととがわかる。それは同時に、武徳会が台湾にいて、その工費はそれぞれ 29,000 円、20,000 円でおいて、総督府がそのように認識するまでの有力なあり、この台中支所武徳殿の建設費はかなり高額な組織になっていた状況もわかる。

ものであったと考えることができる。そして、そのそして実際に、台湾総督府文書では、1930 年に武

工費はすべて寄付金で賄われたとしている。

1933 年には台湾地
徳会台中支所に官有地無料貸下、その寄付者が誰であるのかは、この記事からは不方本部新竹支部へ官有地一部無償継続貸下の許可が明だが、1933 年の報道で紹介されている台南支所の。そこでは、
下りていることが確認できる*8) （図２）

武徳殿の建設計画では、寄付者は製糖会社と一般寄いずれも使用目的として「演舞場（武徳殿）及附属付であるとされている*10)。台南の武徳殿は古くか

施設物敷地」とされている。こうした総督府からのらのものに加えて、この時にさらに規模の大きなも支援もあり、台湾の武徳会による武徳殿の建設は、のが計画され、その工費は 55,000 円にのぼった。

一時期に数多く実現されていったと考えられる。

その額を賄うのに、個人の寄付だけではなく、台湾
における当時の産業振興政策で奨励され大きな利益をあげていた製糖会社が含まれていた。
さらに、新竹支所の武徳殿の建設では、その工費
は 80,000 円にまで達したが、その寄付金を集めるにあたり、1933 年の時点での寄付申し込みの企業名が報道されている。それによれば、帝国製糖が 1,000円、台湾銀行が 500 円、台湾電灯が 500 円、商工銀
行が 300 円、日東商船が 100 円、昭和自動車が 100円などとなっている*11)。当時を代表する企業が寄

図２．
『台湾総督府 案』，1930 年

- 102 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

付を申し出ている状況がわかる。もちろん、これに1935 年の報道で同様に演舞場
花蓮港の武徳殿でも、加えて個人からの寄付金の申し出が相当額あったよの正面に「荘厳なる神殿」を設けることが伝えられうだ。

ている*15)。

それでも、
この時点のこれらの寄付金を合わせても、

しかし一方で外観と内観を最も特徴づけていた型

80,000 円の工費には届いていないが、2 年後の報道

式は、あまり守られていなかったことがわかる。京では、その「浄財」がようやく集まったとされてい都の武徳殿では、演舞場の採光を確保するために、

る*12)。他の武徳殿建設についても、工費が足りな演舞場と周囲の廊下（観覧席）の間に高窓を設けていので、さらなる寄付金を呼びかける記事なども多いる。そして、屋根を二重の型式とすることで、そく見ることができる。大規模で壮麗な武徳殿を建設の屋根の間に高窓を確保するという方法が採られてしようとするにしたがい、工費の工面が困難となっいる。この型式は、日本内地に普及した多くの武徳ていた状況がうかがえる。武徳会台湾支部では、自殿で採用されていた。設計者が異なるために、完全ら塩田の経営に乗り出し、利潤を上げようとする計に同じ形態ではないものの、屋根を二重にする構成画があった*13)。これも、そうした状況を受けた事が同じとなっているものが多い。

業計画であったと考えることができる。各地での武それに対して、台湾で建設された武徳殿には、こ徳殿の建設は、こうした工費を集める困難の中で続の屋根の二重構成がほとんど見られない。そのためけられることとなったのである。

に、日本の伝統的な社寺建築の型式がそのままスト
レートに外観に表れていると判断できるものが多い（図３）。もちろん、日本内地の武徳殿の特徴とも言４．建築についてでは、そうした困難な状況で建設されていった各

える、千鳥破風や唐破風を設けるものも多いが、中地の武徳殿は、どのような建築であったのか。1899には、そうした意匠を持たず、神社の流れ造りの型

年に最初に建設された京都の武徳殿は、日本の社寺式がそのまま使われているようなケースもある。概建築の伝統的な型式を使いながらも独自なスタイル

して、台湾に建設された武徳殿は、外観において武で作られたものであった。そして、矢野慎介の調査

徳殿建築としての特徴を表すよりも、日本の伝統的によれば、その後全国に建設されていった武徳殿は、な意匠を自由に表現するという傾向を指摘すること

この京都の武徳殿に倣ったものが多かったことがわができる。

かっている。
まず平面の構成であるが、武道の演舞場を中心に据え、その周りを囲むように廊下状の観覧席が設置される。その上で武徳殿という施設の最大の特徴とも言える、神殿が中央正面に設置されることになる。
平安京の大内裏（御所）に建設された武徳殿とは、武道等を演舞する場ではなく、天皇がそれを観覧する建物であった。神殿とは、それを継承するものとして設けられた貴賓席にあたるものだ。

図３．台中武徳殿立面図（台湾建築会誌 1931 年 9 月）

陳信安の調査成果からは、台湾で建設が進んだ武では、こうした武徳殿の建築は誰によって設計され徳殿も、多くのものでこの型式は守られていることたのだろうか。矢野慎介の調査によれば、日本内地がわかる。
1917 年に完成した台北武徳殿の工事のよでの武徳殿では、府県の建築技師が設計したケース

うすを伝える 1913 年の新聞報道でも、演舞場の周が多かったようだが、その地域で活躍していた建築

囲に廊下を廻らし、入り口正面の奥に神殿を設けて家が設計を担うものも見られた。台湾においては、いることが伝えられている*14)。1936 年に竣工した

そうした建築家の存在が少なかったと考えられる。

- 103 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

さらに、日本の伝統的なスタイルの建築を設計でき

会の共進会、写真協会協議会などの各種趣味団体にるとなると、行政の建築設計業務を担う日本人の土よるイベントなどにも頻繁に利用されていた。つま木技師に依頼するしかなかったのではないだろうか。

り、公民館や公会堂としての機能も果たすものであ

実際に、武徳殿は型式的には行政による公共建築ったと言える*18)。

ではないものの、その設計の多くは州や庁を中心と

ただし、武徳殿の建設が続いた時期には、同時にした土木技師が担ったことがうかがえる。例えば、

公会堂の建設も数多く見られた。例えば、嘉義では前出の工費が 80,000 円に達した新竹支所の武徳殿

既存の武徳殿を改築する計画が進んでいた。しかしの設計は、州の日本人土木課技師の設計であること

1917 年に、
民間有力者の多くが武徳殿より先に公会が報じられている。また、台中や台南の武徳殿の設堂を建設すべきだとし、その改築費を寄付する予定

計は州・庁の日本人土木技師であった*16)。彼らにだった製糖会社に公会堂建設の寄付金を要請するととって、植民地において日本の武道の「徳」を広めいう事態があったことが報道されている*19)。あるるための施設とは、日本の意匠を発信するものであいは、台東街では 1919 年にすでに武徳殿が建設さっただろう。日本内地のように、他に日本の伝統様れていたが、1937 年に鉄筋コンクリート造で洋館の式による建築物が多数あるわけではない。
そこでは、公会堂の建設が計画され、敷地が武徳殿前に決まっ

武徳殿特有の意匠は求められず、比較的に自由に日たことが報じられている*20)。

本の伝統意匠が採用されたと考えられる。

武徳殿は、あくまで武道の「徳」を広める施設として普及していったものであるから、公会堂などの公共施設としての文化施設の建設の方が、本来は優５．果たした役割
では、そうして台湾の地に多数建設された武徳殿先されるものであっただろう。しかし、こうした実は、どのように利用されたのであろうか。
もちろん、例からうかがえるのは、実際には武徳殿の建設が、本来は武道の演舞場であるから、そのための利用がそうした施設より早く進んでいき、それを追いかけ主となることは当然であるが、新聞の報道などからるように公会堂などの建設が進んでいった実態であは、他の利用の実態もうかがうことができる。

る。しかも、台東街の例では、役所（所庁）の前に、

新聞報道では武徳殿は、イベントや催事の開催会

和風の武徳殿と洋館の公会堂が対峙するという構成

場として数多く利用されていたことがわかる*17)。

となったと考えられ、武徳殿が公共施設の中核施設

大日本武徳会が主催する武術や武道の大会、あるいとして位置づけられるものであったことがうかがえ

は武徳祭などはもちろんだが、それ以外の用途としる。武徳殿が、こうして公共施設の一つとして位置て目立ったのが、各種の日露戦争祝勝委員会、陸軍づけられるような事態は、日本内地ではほとんど見の紀念祭、警察招魂祭、偕行社（陸軍の親睦組織）

られないもので、台湾の武徳殿の特徴であると考え祝賀会などであった。日本内地でもそうであるようることができる。

に、武徳会による武徳殿の普及は、警察組織が主導したものであり、そのために警察および軍が関係す

６．おわりにるイベントの会場として利用されたと考えられる。

以上、日本統治下の台湾において、各地に数多くこのことは、武徳殿が単なる武術の演舞場を超え、建設されてきた武徳殿の建設経緯と役割について考

植民地支配を徹底させる役割を持つ存在であったこ察した。そこで明らかにできたことは、以下のようとをうかがわせる。実際に報道でも、武徳殿とは「武にまとめることができる。

士的精神」を涵養し、その存在が武道の精神を高め

１）武徳殿は、大日本武徳会の府県単位の支部が中るものだと指摘されている。

心となり建設が進んでいくが、台湾においても、

しかしそれだけでなく、商工談話会、民政長官の1906 年に設立された台湾支部が中心となり、
各

訓辞、衛生講話会などの行政的イベントや、学術協地に支所や分会が設けられ、それを単位として- 104 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

多くの武徳殿が建設されていった。

大学体育科学系

２）大日本武徳会は、台湾総督府から保護奨励する

7)『 台 湾 地 理 例 規 集 別 冊 』， 1929 年 ，組織として見なされ、武徳殿の用地が特別に官000114680000003 号, 000114680030010 号

有地の払下げで確保できるなど総督府からの支8) 『台湾総督府 案』，1930 年，台湾総督府，冊号 07391、文件号 004

援を受けた。
３）武徳殿は、台湾各地で競うように建設が進んだ

9) 『台湾日日新報』，1929 年 2 月 2 日，第 5 版が、その工費は、地域の企業および個人による10) 『台湾日日新報』，1933 年 7 月 27 日，第 4 版

寄付金により工面された。

11) 『台湾日日新報』，1935 年 10 月 3 日，第 5 版

４）台湾の武徳殿建築は、日本内地で建てられたも

12) 『台湾日日新報』，1935 年 11 月 21 日，第 9 版のと同様に、演舞場の周囲に廊下をめぐらし中

13) 『台湾日日新報』，1909 年 8 月 29 日，第 3 版

央に神殿を設ける平面構成だったが、日本内地

14) 『台湾日日新報』，1913 年 6 月 8 日，第 7 版の武徳殿の特徴であった二重の屋根により高窓

15) 『台湾日日新報』，1935 年 4 月 6 日，第 3 版を設ける構成はほとんど見られなかった。

16) 『台湾日日新報』，1912 年 4 月 5 日，第 2 版

５）台湾の武徳殿は、武道の演舞場だけでなくさま

17) 『台湾日日新報』，1903 年 3 月 15 日，

ざまな集会やイベントに利用され、公共施設と『台湾日日新報』，1903 年 7 月 18 日，しての性格を合わせ持つものであった。

『台湾日日新報』，1907 年 3 月 10 日，

６）急速に建設が進んだ台湾の武徳殿は、公共の文『台湾日日新報』，1908 年 11 月 10 日，

化施設のさきがけとしての役割も果たしたとも『台湾日日新報』，1909 年 9 月 23 日，考えられる。

『台湾日日新報』，1911 年 1 月 7 日，

最後の６）については、さらに多くの事例を検証『台湾日日新報』，1935 年 11 月 21 日，

し、さらなる考究が求められるが、その際には、同

18) 『台湾日日新報』，1912 年 5 月 3 日，第 2 版

時期に台湾各地で進んだ市区改正事業との関係につ

19) 『台湾日日新報』，1917 年 9 月 17 日，第 2 版

いての考察も必要となる。それについては、今後の20) 『台湾日日新報』，1937 年 3 月 7 日，第 5 版

課題としたい。
参考文献
1) 陳信安，『台湾日治時期武徳殿建築之研究』，1997
年，国立成功大学修士論文，陳信安『武徳会與武徳殿』歴史地景など
2) 矢野慎介，『武徳殿の成立と建築的特徴に関する歴史的研究』，2007 年，平成 18 年度京都工芸繊
維大学修士論文。
3) 中村民雄編，『大日本武徳会研究資料集成第四巻』，
2005 年，本の友社。
4) 前掲，矢野慎介。
5) 「武徳会台湾支部の事業一斑沿革」，『台湾警察協会雑誌３０年記念号』，
1924 年，
台湾警察協会史，
pp.44-45
6) 渡辺一郎『武道綜合団体大日本武徳会の設立とその解散』，1981 年，武道論総合演習資料 筑波- 105 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

共同研究「現代日本陶芸のデザインと技法」
岡山県立大学 デザイン学部
久保田 厚子本共同研究は陶芸家が作品性の向上を目指して協働し、その成果をウェブサイトに公開して陶芸への理解と興味を喚起し文化振興に寄与することが目的です。岡山県立大学のガス炉を協働する場とし、発表する場
がウェブサイト「現代日本陶芸のデザインと技法 」です。前衛・伝統工芸・クラフトデザイン・産業デザインというジャンルを超えて現代日本陶芸のモダニズムを集積する為に、モダンデザインの陶芸家で構成されています。平成30年度にウェブサイトを図録とした初の特別展を瀬戸内市立美術館で開催します。
今日の日本陶芸は文化に対する価値観の変化によって、美術史・陶磁史をベースにした造形研究が廃れ、作品表現の弱体化が進行しています。同時に国内陶磁器産業の衰退から設備と技術と人材が失われて久しく、原材料の入手すら困難になってきました。このような状況を踏まえ、本共同研究は孤立した陶芸家を触発し、日本陶芸の独自性とモダンデザインを発表する場として 2015 年 4 月に発足しました。ウェブサイトに集積された陶芸家のデザインと技法は、陶芸に対する興味と理解を深めて文化の振興に寄与します。
１.研究の目的

http://cdatoma.tumblr.com

陶芸家が作品性の向上を目指して協働し、ウェブサイトに公開して文化振興に寄与することが目的で

４.研究の効果
共同研究のウェブサイトはインターネット検索にす。

ヒットするようになりました。閲覧頻度が反映して

２.研究の特色います。ウェブサイトを閲覧した反応は大変好意的

陶芸家の多くは作品発表だけを行っています。陶です。ウェブサイトにデザインと技法を公開したこ

芸家のデザインと技法の情報は、伝承されないのでとの問題点は現在まで確認しません。

陶芸文化の底上げが進みません。陶芸家には自作に

５.平成 28 年度スケジュール

ついて記録する術がなく美術評論家の評価以外に発１） 作品焼成

信力がない状況です。

岡山県立大学ガス炉で 5 回焼成しました。

本共同研究の特色は、陶芸家が自作のデザインと①2016 年 6 月 5 日 6 日 ②7 月 10 日 11 日 ③10

技法について記録し公開することで、日本陶芸全体

月 12 日 13 日 ④12 月 19 日 20 日 ⑤2017 年 1を触発できることです。

月 16 日 17 日

３.研究方法２） 作品撮影

外部資金で大学設備を学外の陶芸家と連携して運斎城卓の撮影を 2 回実施しました。

転し研究効率を高めます。大型 LPG ガス炉で岡山県①2016 年 7 月 16 日（土） ②12 月 26 日（月）立大学学生作品と学外の陶芸家の作品を合わせて焼

３） 創作ノート掲載成します。年間 2 回の作品撮影会に陶芸家が新作を2017 年 3 月 31 日に創作ノート 14 本をウェブサイト

持ち寄り、フォトグラファー斎城卓がポジフィルムに公開しました。

で撮影します。撮影までにそれぞれの制作工程を記

６ 共同研究「現代日本陶芸のデザインと技法 2017

録し、斎城卓が撮影した作品写真を使った創作ノー

トップページの about（図 1）は、温かみのある点

トをウェブサイトに掲載します。

火の炎が映える写真に変更し、挨拶文には助成をいウェブサイト「現代日本陶芸のデザインと技法

ただいた各財団名を挙げて謝意と、最後に各財団と2017」の URL は以下です。

瀬戸内市立美術館のロゴマークを掲載しました。

- 106 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

目次の Home(図 2)は明度を暗くして文字を読みやすくした作品画像上に、陶芸作家名とタイトルが並び、自由に開いて閲覧できます。

(中略)

図 2 ウェブサイト Home （抜粋）

７ ウェブサイト掲載創作ノート
1. 久保田厚子
ハイブリッド青白磁技法 2

図 1 ウェブサイト About

図3- 107 -

久保田厚子「ハイブリッド青白磁技法 2」【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

重量感、花の前後関係など、スケッチで留意しながらエアブラシで着色しました。

図 4 青白磁漣文皿

φ347mm×ｈ77mm

斜めの底面の大皿に流れやすい青白磁釉と流れにくい青白磁釉を使い分け、漣文の幾何学パターンに
青色グラデーションを加えました。

図 6 花文様乳白瓷

4. 森洋
彩磁金魚鉢制作ノート

2. 栄木正敏
表面張力シリーズ

図 5 TOTO「ブラーレ」レリーフタイル

1992 年から始めた本シリーズは、今までにない原型制作法です。丸棒、石膏板、ピアノ線、合板などをカットし、板状の台に組み立てて布を張ってから石膏を流して、張力と偶然性のある有機的な形と表情の作品です。

図７ 彩磁金魚鉢

3. 中西芙美

塩化金、塩化コバルト等の塩化金属は水で希釈し花文様乳白瓷

て、濃度の濃いものと薄いものを２種類使います。

花びらの軽やかさや生命力を感じる力強いハリや- 108 -

塩化金属の混合で色彩の変化を研究して色調を増や【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

します。下絵付では塩化金属溶液は透の為、濃い塩
化金属には墨汁を濃く、薄い塩化金属には薄い墨汁を混ぜて描いて、下絵の濃淡と完成作品の濃淡が一

磁器くりぬきの技法の蓋物制作についての研究。
7. 三浦義弘
陶彫刻制作法 -無垢の塑像からのくりぬき-致して目に見えるようにします。
5. 谷野明夫
撥水液による堆白・堆彩技法とその装飾表現の可能性

図 10 無題

無垢の塑像を制作し輪切りにしてくりぬく方

図 8 堆白・堆彩陶匣

35、36 年前に撥水液を塗った素地の古い擦傷面に、偶然飛んだ釉薬飛沫が細い線状に吸い込まれた結果
から、硬質な細線を用いた装飾の試みとして、この法の紹介。
8. 梶原香織
重色による上絵表現の考察

撥水液の技法が生まれました。
6. 木村朋子
くりぬき磁器陶箱制作

図 11 「無題」φ180×h165(㎜)

二色のカラーフィルムを重ねた色彩表現を、ラス
ターカラーを用いて実験した。
9. 栗原慶図 9 磁器陶匣- 109 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

磁土による波紋表現を通して

図 14 備前短冊紋大鉢

12. 四宮静枝

図 12 青白磁波紋鉢 460×450×150

二色の施釉による組み合わせのバランスと変化

水をテーマに内側の波紋の表現を素地が乾燥した段階で文様を削り出す方法で実験した。
10. 今田拓志「電動轆轤成型における「かたち」について」

図 15 青釉花器 Passion

花束のラッピングからヒントを得た形態に、落ち着いた深い青緑とベージュの 2 種類の色釉薬で、本体

図 13 隔壁の陶電動轆轤成形は感覚的に水挽きし、最小限の手跡が残ることで定型が存在します。

の凹凸を考慮しながら流線文様を表した。
13. 稲荷彩衣

11. 川井明美

鉄銹釉掛分陶器

備前短冊紋大鉢

鉄錆釉と錫白釉を掛け合わせ、釉色を対比させる

鉢を湖面に見立て、短冊を浮かべた様や八つ橋の景色を長方形のボタと火襷で表現しました。

- 110 -

効果を食器で実験している。

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

2017」で共同研究 2 年目が終了し、4 年継続計画の折り返し地点を迎えました。
多くの陶芸家は自作のデザインと技法について文章を執筆することが困難です。その対応策として斎城卓の作品画像を用いることにしました。視覚的に明快なウェブサイト画面は、文章表現の拙さをカバーします。陶芸家が撮影会に集合してお互いに作品講評して触発され、執筆したデザインと技法を陶芸家自身がコンピューターでアップロードする体験
は、旧態依然の陶芸家世界のルネッサンスです。斎
城卓のフォトグラフは陶芸の作品力を究極まで引き出した視覚情報です。本共同研究の作品撮影を経験して触発されこれからの作品に反映します。
本共同研究は、全ての現代日本の著名な陶芸家が網羅されているものではありません。閉塞状況を打図 16 鉄銹釉掛分陶器

ち破りたい一部の陶芸家の小さな試みですが、モダ

14. 豊福誠

ニズムの必要性を理解する端緒になったことは確か

銀彩色絵壺 辛夷（こぶし）です。
９ 今後の展開
4 年継続の最終年度は来年平成 30 年度です。当初の計画どおり瀬戸内市立美術館で「現代日陶芸のデザインと技法」特別展を行います。すでに本年 4 月
から展示企画が始まっています。
2015 年からウェブサイトに公開した陶芸作品を、
瀬戸内市立美術館全館を使って一同に会し、期間は１ヶ月を予定しています。来館者はスマートフォン
で展示台の QR コードを使ってウェブサイト掲載作
品にアクセスしながら実作品を鑑賞します。
瀬戸内市の協力をいただきながら、さらに公益財団法人と連携し、文化の振興に寄与できる展示にし
ます。
１０ 結語

図 17 銀彩色絵壺「辛夷（こぶし）」

ガス炉で還元焔焼成したマット白磁の壺全面に、研究計画の出発点は一つの私のアイデアでした。

銀彩泥を焼き付けてから、上絵具で絵付けします。

そのアイデアイメージを一人一人陶芸家に説明して

上絵具の下に銀彩する事で、辛夷（こぶし）の背景

いく中で、次第に参加者と協力者が集まり、3 つのの空間に広がりを感じさせると共に、上絵具の発色

学術文化振興財団と瀬戸内市立美術館の協力が得らに潤みを増します。絵画的な具象モティーフが器のれるまでになりました。他に類例がない陶芸家によ立体空間を表現します。

るアカデミックな研究計画が２年間実現できたこと

８ 平成 28 年度共同研究の特徴

は、文化の振興を欲する日本社会からの賜物と感謝しています。

ウェブサイト「現代日本陶芸のデザインと技法- 111 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

総社商店街通りの空き家と空き地の利活用のための住民参加を促す手法に関する研究
岡山県立大学デザイン学部
福濱 嘉宏
表題の商店街通りに面する空き家と空き地の実態調査や、住民の意識調査をおこなったうえで、試験的な利活用を通し、それらの有効利用の方策をさぐることを最終的な目的とするが、本年度はそのための基礎的な調査とした。調査は空き地を対象から除外し空き家に限定して、地区を特定したうえで 1 次調査と 2 次調査の 2回にわけておこなった。1 次調査は対象地区内の全住棟について利用状況を外観から確認した。2 次調査は道路に面する店舗に限定し利用状況を確認した。
また、空き家の活用の参考事例として、「たいとう歴史都市研究会」理事の椎原晶子氏から経験談をうかがっ
た。

研究の背景

調査する必要があると考えられた。以下に空き家の調査対象の地区としてあげた「総社商店街通り」

グレーディングを示す。

は、住居表示では西から、駅前 1 丁目、中央 2 丁目、

1）管理も利用もされていない家屋

総社 1 丁目、総社 2 丁目を東西に貫通する商店街で

2）所有者以外の人によって管理されているが人のある。かつては江戸時代から続く市域の中心市街地であったが、昭和後半期に市域が拡張し、大型店舗が近隣に進出するにつれて商店街は衰退し、空き店
舗や空き家が増加するにいたった。しかしながら、利用していない家屋
3）所有者（他所）によって管理されているが人の利用していない家屋
4）所有者（同所）によって管理されているが人のこうした歴史的背景によって、この商店街は生活の利用していない家屋

場・観光の場として、以下にあげるいくつかの特長

上記の 1)から 4)の順に空き家としての深刻さを有している。

は低減する。ただし、ここでは管理の内容や度合い

・駅からの徒歩による利便性。

についての議論はしない。要するに利用されている

・近世と近代、あるいは現代までを含んだ歴史性か否かが問題であり、1）から４)は再利用の可能性に富んだ建築物の残存。

の高さに関係してくると考えられる。

・周辺に医療・商業施設が多いこと。
など

調査の概要

このように再び活性化する可能性の高い地域であ総社商店街通りが貫通する地区のうち、本調査でるが、それを阻害する要因のひとつが「空き家」では、総社 1 丁目と 2 丁目の通り沿いにおいて明らかある。本調査中に、ある空き店舗についてその周囲に空き家が目立つため（駅前と中央はそれほどではの住人から「ここは使用していないが管理されていない）、調査対象をこの地区に絞り込んだ。さらに、る。だから空き家ではない。
」と調査を拒否された経同地を商店街通りの南北でわけ、４つの地区とした。

験をした。こうしたことから、空き家についてはい

1 次調査は 2016 年 10 月から平成 2017 年 2 月の間

くつかのグレーディングを設定する必要があるだろに 4 人の調査員がそれぞれの地区を担当し、全家屋うと考えた。また同一敷地内でも複数あるうちの一棟について、外観の目視から利用状況を判断するこつの家屋棟が空き家である場合、状況によっては地とでおこなわれた。利用状況については外観から判域の活気に影響がでるので、個々の家屋棟について別することは容易でないため、「（明らかに）利用し- 112 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】ている」「利用しているようだ」「利用していないよ

総社1丁目南60うだ」「（明らかに）利用していない」の中間域を設
リン住宅地図』を使用した。2009 年版のため、滅失

50

家屋数

けた 4 段階に分類した。なお、今回の調査で『ゼンや改築された家屋については補正をしている。

40
30
20
10
0
1

2

3

4

3

4

3

4

3

4

利用状況

1 次調査の結果
1 次調査の結果を表 1、図 1、図 2～5 に示す。全

総社1丁目北

家屋棟数 467 に対して全域では明らかに空き家と思めると 24％となり、全国の空き家率 13.5％（2013

80

家屋数

われるものが 19％、空き家の可能性のあるものを含

100

60
40
20

年）や総社市全域の空き家率（約 16％）よりも上回

0
1っている結果となった。

2

利用状況

さらに地区ごとに比較すると、西側の１丁目より
総社2丁目南も東側の 2 丁目のほうに空き家が多いという結果に
うに総社駅から遠くなるにつれて、空き家率が高くなる傾向がある。ただし、それが駅からの距離が原家屋数なった。ただし、南北間では大差がなく、先述のよ因かどうかは調査をしていないので特定することは

90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1

できない。

利用状況

単位：家屋数
総社
総計
2丁目北
67
295
(59%)
(63%)
14
61
(12%)
(13%)
7
23
(6%)
(5%)
26
88
(23%)
(19%)
114
467

総社2丁目北

家屋数

表1 総社商店街通り両側の地区における家屋の利用状況
総社
総社
総社
利用状況
凡例記号
1丁目南 1丁目北 2丁目南
55
94
79
1
利用している
(65%)
(75%)
(56%)
12
6
29
2
利用しているかも
(14%)
(5%)
(20%)
6
10
0
3
利用してないかも
(7%)
(8%)
(0%)
12
16
34
4
利用していない
(14%)
(13%)
(24%)
合計
85
126
142

2

80
70
60
50
40
30
20
10
0
1

2

利用状況

図 2～5 4 つの地区における全家屋の利用状況
88 棟
(19%)

295 棟

2 次調査の結果(63%)

商店街通りの閑散とした、あるいは活気のある印

23 棟

象は、店舗型の家屋の利用率によるところが大きい(5%)と考えられるので、2 次調査は店舗型の家屋の店舗
61 棟としての利用率を調査した。1 次調査と異なり利用(13%)

状況は明らかなので「利用している」「利用していな
い」の 2 項目で判断した。その結果を表 2、図 6 に示す。店舗としての利用なので 1 次調査の結果と若
図 1 対象地域全体の利用状況

干異なる結果となった。商店街としてみた場合、通（凡例は表 1 参照）

りの活性状況は著しく低いことがわかる。

- 113 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

表2 総社商店街通りに面する商店構えの家屋の利用状況
総社
総社
総社
利用状況
凡例記号
1丁目南 1丁目北 2丁目南11461
利用している
(55%)
(29%)
(40%)
9
10
9
利用していない
2
(45%)
(71%)
(60%)
合計
20
14
15

単位：家屋数
総社
総計
2丁目北
13
34
(62%)
(49%)
8
36
(38%)
(51%)
21
70

参考事例の講演会
たいとう歴史都市研究会理事の椎原晶子氏の講演会を 2017 年 2 月 21 日の夕方におこなった。案内は
図 7 のチラシを総社市役所の商工観光課、文化課、管財課（人数不明）、
岡山県立大学の建築系の学生（30人）、福濱嘉宏研究室の facebook につながっている者（約 100 人）、岡山建築士会のヘリテージマネージ
ャーの受講生（人数不明）に配布した。聴講者は 19人であった。その内訳を表 3 に示す。図 8 のアンケ
ート用紙を会場で配布し、所属、聴講の動機などをたずねた。回答数は 13（6 名は提出せず）であったが、表 3 のように、配布先の関係で聴講者は建築に関わっている者が多く、動機も実際に民家の再利用に関わっているという者が多く占めた。

図 8 聴講者に配布したアンケート
表 3 アンケートの回答（13 件）
まちづくりの仕事
建築の仕事
学生
教員
公務員・準公務員
古い民家の所有者
古い民家で活動している
その他(デザイナー）
記入なし

1
4
4
0
1
0
1
1
1

古民家の具体的な活用に関わっているため
古民家の活用に興味があるため主催者の紹介谷中の話を聞いてみたかったため
記入なし

4
4
3
1
1

まとめ
総社の商店街通りはこれまでにも活性化の試みがなされてきたが、効果はあがっていないことは明らかである。民間による再利用事例として、総社 1 丁目
8-15 のアニメスタジオ「えかきや」、
総社 2 丁目-5-20の「旧堀和平邸」の活動が、マスコミなどにも取り上げられるほど目立ってはいる。後者は市所有の建築物を無断で大規模に改築するなど、貴重な江戸時代の建物の文化財的価値を著しく下げる結果となっておりモラル的に問題のある活動であるが、それはさておいても、両者とも構造の安全性の検討や設備の更新がなされた形跡はなく、行政等によるさらなる制度の整備が必要である。

図 7 椎原晶子氏の講演会案内- 114 -

【平成28年度研究費助成 研究成果報告書】

1

利用している3

利用してないかも

2

利用しているかも

4

利用していない

中央のクロスを中心に次のような地区わけとした。
左上：総社 1 丁目北右上：総社 2 丁目北左下：総社 1 丁目南右下：総社 2 丁目南図 1 総社商店街通りの家屋の利用状況（2017）1

利用している2

中央のクロスを中心に次のような地区わけとした。

利用していない

左上：総社 1 丁目北右上：総社 2 丁目北左下：総社 1 丁目南右下：総社 2 丁目南図 6 総社商店街通りの店舗としての利用状況（2017）

以上- 115 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

電子分極で駆動する有機強誘電体研究のための反射型旋光分光顕微鏡開発
岡山理科大学 理学部 応用物理学科
山本 薫
有機電荷移動錯体は超伝導を始めとする興味深い伝導特性を示す物質群である。我々はこれらの物質の一つが特異な強誘電性転移をしめすことを明らかにしその性質に注目している。この転移は，水分子が氷に凍結するように，伝導を担っていた電子が結晶化する電子の結晶化現象であると考えられており，本質的に電子と電子の相互作用だけで発現する電子相転移である。本研究では電子によって引き起こされるこの強誘電性転移によって結晶の反転非対称性が破れる様子を観測するために，微小な旋光性を感度良く検出する顕微分光装置を構築することを目的としている。本年度は，典型的な分子性強誘電体である硫酸トリグリシンを参照試料として旋光性の顕微観測を試行し，微小な試料サイズ，成形性，温度制御等，目的物質の観測に要される条件の確認を行った。
さらにこの結果を踏まえ，
光位相変調型の高感度旋光顕微鏡の設計を行い試作機の構築を行った。

発見し[1]その性質について研究する過程で，転移に１．はじめに鏡像が実像に重なる構造を鏡像対称であるという。

よる空間対称性低下の確認にこの光学効果測定が有鏡像対称性を欠く分子の物理的性質は実像の分子と効なのではと期待するようになった。ただし，実際

ほとんどの面で等価であるが，光を入射すると偏光に測定を試みてみると，なるほどやはりその検出は面が反対方向に回転することが知られている。旋光難しく装置作製に試行錯誤を強いられている。昨年性とよばれるこの現象は，その発生によって直ちに

度は新建屋への引っ越しによる中断もあり想定より分子が鏡像対称性を欠いていること（キラリティー）も研究進行に時間を要しているが，光学現象の理解を確認できるため，化学合成後の生成物の純度確認にも適した教育的課題でもあり学生の実力養成も兼や，果物の糖分濃度などのプローブとして活用されねつつ着実に進展させているところである。以降でている。また，この現象は集合体の鏡像非対称でもは，強誘電体の旋光性測定における課題点を述べた

発現するので，液晶のような分子集合体の立体構造

上で，構築中の偏光顕微鏡装置の観測原理についての分析や，それを利用したディスプレーへの応用な述べていく。

ど身の回りでも広く利用されている。
このように旋光性は極めて基本的で重要な光学現２．有機伝導体と電子型強誘電相転移象であるが，意外なことにこの現象に関して固体結緒言では主に旋光性について述べたが，我々の主晶が登場する例は少ない。その主な理由は，大多数たる興味は観測対象として念頭に置いている有機結の結晶は旋光性の有無にかかわらず複屈折により偏晶の性質にある。ここではその特徴について簡単に光回転をしめすことにあると考えられる。結晶媒質

述べておこう。

で偏光制御したい場合にも，旋光性を利用するまで

図１は注目している有機結晶α-(BEDT-TTF)2I3もなく，大抵の物質で観測される複屈折で事足りての結晶構造の模式図である。この物質はドナーとなしまうのである。

る有機分子２つに対し１価の対アニオンが１つの

このように，あまり日が当たっていない固体の旋２：１で構成されており，ドナー分子２つあたり１光性であるが，結晶構造の空間対称性を確認する強個の割合でドープされたホールにより伝導性を発現

い手がかりであることに違いはない。我々は最近，する。この有機錯体は常温では金属として振る舞い

一部の有機伝導体が強誘電的な相転移を示すことを

圧力を加えると超伝導を発現する非常に興味深い物- 116 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

質であるが[2]，我々は常圧のまま冷却すると発生す

実験で用いた波長 632.8 nm における TGS の旋光度

る絶縁転移の方に注目している。

は室温に置いて約 0.65°/mm とされており[5]，複屈折を抑えた状態での出射光は楕円率が約1%の円偏光となっていると期待される。この程度の楕円光率であれば偏光顕微観測で問題なく測定できると見込んでいたが，試料冷却のための冷却器を使用し未整形試料を扱わざるを得ない等，我々の実験では入射偏光と試料の位置制御の精度に限界があり，定量観測が困難であることが分かった。さらに，有機伝導

b

B

C

体を用いた本測定では入射光と試料の相互作用距離

図１ α-(BEDT-TTF)2I3 結晶におけるドナー分子の配列と電荷分布 (a)金属相（空間群: 1）, (b)電荷秩序 (強誘電)相（ 1）が短い反射配置での測定，あるいはミクロンレベルの薄片試料を用いての透過実験とならざるを得ないので観測精度の大幅な向上が求められる。

この金属-絶縁体転移は，伝導電子間のクーロン反発による電荷秩序現象であると考えられており，絶４.光位相変調法による偏光計測

縁相では電子粗密が発生していることが報告されてそこで本研究ではモーター等による物理的な光学

いた[3,4]。
我々はこの転移によって結晶の巨視的反素子調整なしで測定が行える光位相変調素子(光弾

転対称性が破れることを光学第２高調波観測によっ性変調器：PEM)を用いる交流測定を試すこととして明らかにし，この転移が強誘電体転移であることた。以下にこの交流法の原理ついて説明する。

を指摘した[1]。
金属相から発現する強誘電転移は極偏光の状態は下の４つの変数で表すことができる。

めて特殊でありその性質は大変興味深い。この不思°°議な転移と強誘電相の理解に向け，本研究では転移°°による対称性低下で発生すると期待される旋光性の°°観測に取り組んでいる。
ここで３．旋光性測定の原理° は観測光に対し直線偏光子を°,に配置して測定した部分光の強度，

単色光の偏光状態は直交２成分に分解した電場の

軸に平行
°,

°は

それぞれ 軸から 45°, 90°, 135° 傾けて偏光子を配強度比と楕円軸の角度および位相差δで記述される。

置した場合， ,これらは通常の偏光顕微鏡でも決定可能であるので，を配置して正，負の位相差を与えて測定した光強度

本研究ではまず典型的な分子性強誘電体である硫酸である。

トリグリシン（TGS）を試料として透過偏光観測を試行した。

は直線偏光子の前に 1/4p 波長板

４つのパラメータを 1 組のベクトルと見なすことで偏光子や波長板の効果は４行４列の試料の TGS 結晶は硫酸とグリシンを化学当量で１次変換として表すことができる。例えば，単色平混合した飽和溶液から成長させ，厚さ約 1 mm に劈

面波が 軸方向に進行しているとするとき，電場の開して使用した。この面は電気分極方位に垂直の ac面とされており，偏光測定はこの面に垂直に入射光を照射して行った。
旋光性は偏光面の角度に依存せず発生するので複, 成分に位相差 を与える波長版の効果は
1
0
0
0

0
1
0
0

0
0
cos
sin

0
0
sin
cos

,

屈折が最小となるように試料を回転しても直交ニコx 軸から角度 の偏光光を透過するように配置した

ル状態の偏光子から有限の光が透過するはずである。

直線偏光子の効果は- 117 -

【平成28年度研究費助成

1
cos 2
sin 2
0

cos 2
cos 2
cos 2
0

sin 2
cos 2
sin 2
0

0
0
,
0
0

研究成果報告書】

1
1
2°

cos 4 sin

0
sin 2
cos 2
0

0
0
,
0
1

cos

が得られ， に関する１回微分成分
° 1

2

cos

d

これらの行列により透明媒体の複屈折および旋光r

現象はすべて表現できる。例えば，位相変化 の複屈折を持ち，屈折率の高速軸が 軸から角度 だけ
軸偏光を入射した際の透

° 1

および

から d および r がとそれぞれ表現される。

傾いている光学媒体に

cos

cos 2 sin sin

座標軸をρだけ回転する操作は

100 cos 20 sin 2
0
0

2

° 1

1
tan
2

° 1
° 1
° 1

によって見積もることができる。
一方，我々は，光学素子を移動させての実験を回避するため直線偏光子を傾ける代わりに２位相ロッ過光の偏光は1000

クイン検出により参照信号と透過信号との間の位相差を検出することで同等の情報を得ることを計画しと表される。

PEM は位相差が動的に変化する位相板なので，その効果は時間に依存して変化する位相差をている。

と４．高感度旋光性測定の原理と装置開発置くことで上記の測定においても，複屈折と旋光性を区別すと記述できる。例えば，光学軸を , 軸にそろえてるためには試料の光学軸の傾きを調整して複屈折の配置した PEM に強度が１の無偏光光を直線偏光子

効果を極小化しておく必要がある。有機伝導体試料によって から 45°傾けて入射したときの透過光のに対する本実験では冷却器を用いる必要があるので，偏光は通常の偏光顕微鏡のように試料ステージによって自

45°

1000

由に試料回転することができない。そこで本研究でと表される。
未知の試料にこの変調光を入射すると，は，試料を回転させる代わりに入射および検出光学

試料による複屈折と旋光性による効果も同期して変系を回転できる顕微光学系を構築した。図２はその調されるので，その変化をロックイン検出すること

外観写真である。本装置では，ヘリウム冷却器の下で試料の複屈折と旋光性を見積もることが出来る。

部から偏光子で制御した直線偏光光を入射し，冷却複屈折媒体の場合決定すべきパラメータは複屈折器上部に配置した大型の回転ステージによってによる と光学軸の傾き の２つなので，見積もり

PEM ヘッドと検出系を一体で自由回転させることには独立な２つの実験値が必要となる。文献[5]では，で通常の偏光顕微鏡における試料回転と等価な回転

試料の下流に直線偏光子を 0°および 45°で配置し，制御を行う。入射偏光の代わりに透過光を PEM でそれぞれ１回微分成分の変調信号
° 1

° 1

および

変調することになるが行列計算における一次変換のをロックイン検出する測定について議論

順序が変わるだけなので同等な結果が得られることされている。例えばの複屈折媒体に対し 0°の実験を行うと，偏光を表すベクトル

°

が

°

0°
45°

1000

であることから，透過光強度の解析解- 118 -

は明らかである。

【平成28年度研究費助成

(a)

(b)

図２ (a)光位相変調偏光顕微鏡の外観写真，および(b)光学系のブロックダイアグラム

５．まとめ
本研究では特異な強誘電性転移を示す有機伝導体の対称性変化を調べる目的で，入射および観測光の偏光方位を自由に回転出来る旋光顕微鏡と，光の作製を，現在，上記の装置がほぼ完成し，TGS 結晶を用いた試運転を準備している段階である。旋光性の分離観測を成功させた後，目的である強誘電性有機
伝導体の旋光性測定を行い，さらにマッピング測定が行えるよう装置を改造して分極ドメインの観測へと研究を進行させる予定である。
６．参考文献[1] K. Yamamoto et al., J. Phys. Soc. Jpn., 77(2008) 074709.
[2] N. Tajima et al., J. Phys. Soc. Jpn., 71 (2002)
1832.
[3] H. Seo, C. Hotta, H. Fukuyama, Chem. Rev.,
104 (2004) 5005.
[4] R. Wojciechowski et al., Phys Rev. B, 67 (2003)
224105.
[5] J. Etxebarria, J. Ortega and T. Breczeweski, J.

Phys: Cond. Matt., 4 (1992) 6851.
[6] B. Wang and T. C. Oakberg, Rev. Sci. Instr., 70(1999) 3847.

- 119 -

研究成果報告書】

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

RNA による DNA トポイソメラーゼ IIα制御機構の解析
岡山理科大学 理学部 生物化学科
河野 真二
本研究では、細胞分裂過程で必須の酵素である DNA トポイソメラーゼ IIα（トポ IIα）の細胞核内での制御機構を明らかにするために、トポ IIαの C 末端領域（CTD）と RNA との相互作用に着目して解析を行った。まず、ヒト継代培養細胞由来の RNA 存在下で、全長トポ IIα（WT）と CTD を欠質させた変異体（ CTD）の酵素活性を比較した。WT の活性は抑制されたが CTD の活性は抑制されなかった。次に、RNA がトポ IIαの CTD の有するDNA結合活性に影響するか検討した。
WT ではRNAの量に依存したDNA 結合量の低下が認められたのに対し、CTD では DNA 結合量の低下は認められなかった。これらの結果から、RNA はトポ IIαの CTD を介した DNA 結合を抑制することによって、酵素活性を調節している可能性が示唆された。分裂期染色体上で RNA による酵素活性の調節が起きていることを期待して RNA の分布パターンの解析を行ったが、はっきりとした結果を得ることができなかった。条件を検討し直す必要がある。

１．はじめにされることが報告されているが（文献２）、我々は細染色体は、細胞が分裂する際、複製されたゲノム

胞由来の RNA によっても酵素反応が阻害されること

DNA が正確に娘細胞へと分配されるための重要な構を見出した。最近、分裂期染色体のまわりにも RNA造体である。分裂期の染色体は、染色体スキャフォが分布していることが示唆されていることから、細ールド（足場）とよばれる構造を中心に、DNA とタ

胞分裂時におけるトポ IIαの酵素活性の調節に RNA

ンパク質の複合体であるクロマチンが放射状に束ねが関わっている可能性が考えられた。本研究では、られた構造をとっているとされている。この染色体

RNA によるトポ IIαの酵素活性の調節機構の解析とスキャフォールドを構成する主要な因子の一つとし分裂期染色体への局在、ならびにトポ IIαに相互作て、DNA トポイソメラーゼ IIα（トポ IIα）が知ら

用する RNA の同定することを目的として解析を行っれている。トポ IIαは、結合した DNA を一過的に切た。

断した後、生じた DNA の切れ目の間に別の DNA を通過させる反応を触媒する酵素である。トポ IIαの遺２．方法と結果

伝子を欠いたノックアウトマウスでは、染色体分離

RNA によるトポ IIαの酵素活性調節機構

が正常に行われないために、胚発生初期段階の 4 8

トポ IIαの酵素活性に対するRNA の影響の解析に細胞期で発生が停止したことから（文献１）、この酵は、FALG タグを N 末端に融合させた全長のトポ II

素は細胞分裂過程における染色体分離に必須である

α（WT）と CTD を欠質させた変異体（ CTD）を用いと考えられている。しかしながら、一過的であってた。
超らせん型 DNA を基質とした弛緩反応において、もトポ IIαの有する DNA に切れ目を生じる活性は、

CTDはRNAによって酵素反応が阻害されないことを

染色体を正常に維持するという観点からは好ましく

これまでに明らかにしている。今回はさらに、ない。そのため、トポ IIαの酵素活性は細胞核内にCrithidia fasciculata 由来のキネトプラスト DNA

おいて厳密に制御されていることが考えられるが、を基質として用いた脱連環反応について解析した。

その詳細な機構については不明な点が残されている。

弛緩反応と同様に、WT では酵素反応が阻害されたの試験管内におけるトポ IIαの酵素反応が、塩基配に対し、 CTD では阻害されなかった。磁性ビーズに列の偏った合成オリゴリボヌクレオチドよって阻害

抗 FLAG タグ抗体を介して固定してタンパク質を用- 120 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

いて、
RNA 結合反応を行ったところ、
WT に比べて CTD

節機構はαとβに共通した制御機構である可能性がの RNA 結合量が低下していることが明らかになった。

考えられる。

同様の実験系を使ってトポ IIαの超らせん型 DNA へ

分裂期細胞では凝縮した染色体上に RNA 由来と考の結合に対する RNA の影響を解析したところ、WT にえられる蛍光シグナルが重なって観察された。この

おいて RNA の量に依存した DNA 結合量の低下が観察ことから、分裂期染色体上でトポ IIαと RNA が相互された。これらの結果から、トポ IIαの CTD に RNA作用している可能性が示唆された。しかしながら、が相互作用することにより、DNA への結合が抑制さ観察された蛍光シグナルが真に RNA に由来するかどれ、それに起因して酵素活性が抑制されている可能うかの検証が完全ではないため、今後、透過性処理性が示唆された。

した生細胞に DNA 分解酵素と RNA 分解酵素を作用させて蛍光観察を行うことや、分裂期の細胞から生化

分裂期細胞における RNA 分布パターン

学的に RNA を分離するなどして明確にする必要があSYTO RNASelect Green Fluorescent cell Stain

る。

（Invitrogen）
で染色した HEK293 細胞を蛍光顕微鏡

相互作用する RNA の同定を試験管内での結合反応で観察した。分裂期細胞における RNA 由来の蛍光シによって明らかにすることは困難であることが今回グナルは、凝縮した染色体と重なるように分布しての結果から明らかになった。おそらく、CTD を除いいた。凝縮した分裂期染色体に対する蛍光色素の非た WT と CTD の共通領域にも強い RNA 相互作用領域

特異的な吸着の有無を検討するため、4%パラホルムが存在することが原因であると考えられる。細胞内

アルデヒドで固定した細胞を 0.3%の Triton X-100

でタンパク質と RNA の間を化学的に架橋するなどしを含む緩衝液で処理し、DNA 分解酵素と RNA 分解酵た後、単離して解析するなどの工夫が今後の解析に素それぞれで処理した後、蛍光シグナルを観察した。

は必要である。

DNA 分解酵素で処理した細胞では蛍光シグナルが残４．謝辞

り、RNA 分解酵素で処理した細胞では蛍光シグナルが消失することを期待したが、両方の細胞で同様の蛍光シグナルが認められた。

本研究の遂行するにあたり多大なご支援をいただ
いた公益財団法人ウエスコ学術振興財団に心から感謝申し上げます。

トポ IIαに相互作用する RNA の解析
ヒト継代培養細胞の細胞核から調製した RNA と磁性ビーズに固定したタンパク質を混合し、トポ IIα

５．参考文献Akimitsu N., et al. (2003) Enforcedに相互作用する RNA を解析した。電気泳動で展開しcytokinesis without complete nuclear division inて観察したところ、WT と CTD の間に顕著な差は認

embryonic cells depleting the activity of DNA

められなかった。

topoisomerase IIα. Genes to Cells 8, 393-402.
Park,S., et al. (2008) Regulation of the

３．考察

catalytic function of topoisomerase IIα through本研究の結果から、細胞由来の RNA でトポ IIαの酵素反応が阻害されることが明確になった。RNA のassociation with RNA. Nucleic Acids Res. 36,
6080-6090.
Onoda, A., et al. (2014) Nuclear dynamics of

作用機序として、CTD を介した DNA への結合を競合的に阻害していることが示唆された。トポ IIαのア

topoisomerase IIβ reflects its catalytic

イソフォームであるトポ IIβでは既に RNA による酵

activity that is regulated by binding of RNA to素反応の調節機構について報告がされている（文献

the C-terminal domain. Nucleic Acids Res. 42,

３）。今回得られた結果から、RNA による酵素反応調

9005-9020.

- 121 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

微量の水を用いた高分子/疎水性イオン液体の相挙動の制御と機構解明
岡山理科大学 理学部 化学科
大坂 昇
昨年度に引き続き、微量の水が高分子と疎水性イオン液体の混合溶液の相挙動に与える影響を、相分離温度の変化から評価することを行った。
水が 3 wt%程度存在することで LCST 型の相分離温度が約 50 °C も上昇し、高分子の相溶領域が高温側へ大きく拡大することを昨年度に明らかにしたが、脱水直後の水分量を正確に評価できていない問題があった。そこで本年度はカール・フィッシャー水分計を導入し、脱水直後の高分子/疎水性
イオン液体の相図を作成することを試みた。高分子濃度の増加と共に相分離温度は低下したが、高分子濃度が50 vol%を超えると均一な混合試料を得ることがでず、臨界温度を求めることはできなかった。一方、水が十分に存在する試料では高分子濃度が 50 vol%を超えた条件でも容易に混合試料を調整できることが明らかにされた。
ル・フィッシャー水分計を導入して水分量を評価し、

1. はじめに
イオン液体は陽イオンと陰イオンからなり、

100 °C 以下で液体となる塩の総称である。不揮発性

十分に脱水した PPG/[C2mIm+][TFSA-]溶液の相図を作成することを試みた。

や不燃性、高いイオン導電性や優れた熱安定性などの性質をもつだけでなく、イオンの組み合わせによ

2. 試料と実験操作る高い構造デザイン性を有している。このため、電PPG は Aldrich 製の Mw = 3.4 × 103 g/mol、Mw/Mn =気化学デバイス用電解液や新規反応溶媒、各種材料

1.01 のものを用いた。
[C2mIm+][TFSA-]は Merck 製で、など様々な用途への展開が精力的に行われている。

純度 99 %のものを用いた。それぞれの試料は、グロ

しかし、各々の用途に向けた適切なイオン液体を新ーブボックス内にて 65 °C で 1 日真空乾燥させた後、規に合成することは決して容易ではない。
そのため、活性化させたモレキュラーシーブ 3Å（Aldrich 製）

イオン液体を他の分子性液体と混合することで、溶を入れ真空下にて一日以上静置した。それぞれの試

媒の機能・物性を連続的に変化させる試みが行われ料の水分率の評価にはカール・フィッシャー水分計ている [1, 2]。

（AQ-2200A、平沼産業製）を用いて行い、100 ppm

昨年度の研究課題において、本申請者は疎水性イ以下になったことを確認した後に、窒素雰囲気下にオン液体においても微量の水が溶解することに着想あるグローブボックス内にて混合し溶液試料を調整を得て、代表的な疎水性イオン液体であるイミダゾ

した。脱水操作自体は昨年度と同様である。

+-

リウム塩（[C2mIm ][TFSA ]）中で下限臨界共溶温度

透過率の測定は、水冷ペルチェセルホルダーを設（LCST ）型の相分離を示す Poly(propylene glycol)

置した紫外可視分光光度計（V-730BIO、日本分光（PPG）の溶液に微量の水（H2O）を添加すると、製）を用いて、波長 630 nm、昇温 1 ℃/min の条件

相分離温度が上昇することを報告した [3]。特に、3で行った。測定は溶液試料をグローブボックス内にwt%の水の添加で、相分離温度が約 50 ℃も上昇してスクリュー付きキャップセルに封入後、直ぐに行た。この結果は、微量の水が相溶領域を高温側に大った。
セル内の溶液試料は１日放置後に数十 ppm 程きく拡大させて PPG の溶解性を向上させているこ

度の水の増加しか観測されなかったため、本測定のとを意味している。

範囲内ではセル封入後の変化はほとんど無視できる

しかし、脱水して調整した試料の水分量を正確に評価できていない問題があったため、本年度はカー- 122 -と考えられる。

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

3. 結果と考察

100に、 PPG に依存した透過率の変化を調べた。Figure 1に、昇温過程における真空乾燥直後のPPG/[C2mIm+][TFSA-]溶液の透過率の変化を示す。この時の水の体積分率（ H2O）は約 0.01 vol%（100 ppm）

Transmittance / %PPG の体積分率（ PPG）-温度相図を作成するため
80

fH2O = 0.01 vol%40
20

ある温度を境に透過率が急激に減少する。この減少

020が増加するに従い、相分離温度は低下した。

Figure2に 、 昇 温 過 程 に お け る

PPG/[C2mIm+][TFSA-]溶液（ PPG = 20 vol%）の H2O

0.4 vol%

60であった。
低温での昇温時に透過率は変化しないが、し始める温度を相分離温度と決定した。また、 PPG

1.2 vol%

30

40

50

60

70

Temperature / °C

Figure 2：水分率に依存した、昇温過程における
PPG/[C2mIm+][TFSA-]溶液（ PPG = 20 vol%）の温度透過率曲線に依存した透過率の変化を示す。昨年の報告時と同様に、微量の H2O の増加により、相分離温度が大きく増加した。また、相分離温度より低温でも透過率が連続的に減少することが確認された。

Figure 3 に、 H2O に依存した PPG/[C2mIm+][TFSA-]
溶液の PPG-温度相図を示す。十分に脱水を行い、H2O を約 0.01 vol%（100 ppm）とした場合には PPGが増加するに従い、相分離温度は低下した。興味深
いことに、 PPG が 50 vol%を超える濃度では、0 °C
近 傍 ま で 冷 却 し 24 時 間 静 置 し て も PPG と[C2mIm+][TFSA-]が混合した均一な試料溶液を調整

Figure 3 ： 水 の 体 積 分 率 に 依 存 し た

することはできなかった。 H2O が 0.4 vol%では、8 °C

PPG/[C2mIm+][TFSA-]溶液の PPG 体積分率-温度相図

程度の相分離温度の上昇が観測されたが、明確なPPG 依存性は確認することができなかった。 H2O が一に混合した試料を調整することができた。
今後は実験系の確認とより詳細な相図の作成、二1.2 vol%においても相分離温度の上昇は観測された。

次元相関赤外分光法を交えて、微量の水による相分

また、 PPG が 50 vol%を超える 60 vol%においては均離温度の変化の分子論的機構を解明する予定である。

Transmittance / %100

fPPG = 10 vol%4. 参考文献[1] Fujita, K., Ohno, H., Biopolymers, 93, 1093 (2010).

80[2] Nayak, P. K., et. al., Phys. Chem. Chem. Phys., 15,

20 vol%60

1806 (2013).

40 vol%40[3] 大坂昇, 平成 27 年度公益財団法人ウエスコ学術

50 vol%振興財団研究成果報告書集, pp.116-119.

20
0

20

30

40

50

5. 謝辞

60

本研究は公益財団法人ウエスコ学術振興財団から

Temperature / °C

多大なご支援を頂くことで遂行することができましFigure 1：昇温過程における PPG/[C2mIm+][TFSA-]溶

た。心より感謝を申し上げます。

液（ H2O = 0.01 vol%）の温度-透過率曲線- 123 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

細胞内エネルギー代謝シフトを利用した iPS 由来肝細胞成熟化の検討
岡山理科大学

工学部

生命医療工学科

神吉 けい太

多能性幹細胞（ES 細胞、間葉系幹細胞、iPS 細胞など）から分化誘導された肝細胞は再生医療における有力な細胞材料として期待されるが、得られる肝細胞様細胞（hepatocyte-like cells）の機能面は成体肝細胞に及ばず、むしろ未成熟な胎児性肝細胞に近い。したがってより肝機能を成熟させるための分化誘導法の工夫が必要である。
一般的に分化した細胞ではミトコンドリアにおける酸化的リン酸化によるエネルギー生産が活発に働き、細胞機能発揮に必要なエネルギーを供給している。そこでミトコンドリア生合成を誘導することで、肝細胞分化を促進
させ、肝機能を高める試みを行っている。今回、ミトコンドリア生合成時に働く転写因子 TFAM のプロモータ
ー配列を用い、ルシフェラーゼレポーターを構築した。このレポーターはミトコンドリア生合成シグナルに応答し活性化することが確かめられた。肝臓由来細胞 HepG2 にこのレポーターを導入し、ミトコンドリア生合成刺激である Resveratrol 処理および低グルコース濃度処理を検討したところ、Resveratrol 20 M 以上、グルコース濃度 0.1mg/ml でミトコンドリア生合成シグナルが活性化されることを見出した。これらの刺激条件が iPS 由来肝細胞分化誘導に与える影響について今後検討を進める。

研究背景・目的考えられる。一般的に、未分化な細胞は増殖に特化し多能性幹細胞は分化多能性を有し、様々な細胞に分化

解糖系を中心としたエネルギー代謝を行っているが、できることから再生医療への利用が期待できる。実用分化した細胞ではミトコンドリアにおける酸化的リ化に向けた課題として、材料になる幹細胞の供給、細ン酸化によるエネルギー代謝が働いている。実際に胎胞材料の安全性の確保、高機能な細胞への分化誘導な児肝から成体肝への分化において、解糖系からミトコどが挙げられる。特に機能的な体細胞への分化誘導はンドリアへのエネルギー代謝シフト（好気的なエネル

いまだ課題が多く、より高い機能を持つ細胞を分化誘ギー生産）が起こることが報告されている（文献１）。

導するための工夫が求められている。これまで多能性

すなわち細胞内のミトコンドリア量と活性を高める

幹細胞（ES 細胞、iPS 細胞、間葉系幹細胞など）からこと（ミトコンドリア生合成）により、成体肝細胞の機能性肝細胞を分化誘導する試みが多数なされてき機能発揮に必要なエネルギーを作る能力が備わる。本た。これらは初期発生における肝分化過程の環境をサ研究では、従来の分化誘導法に加え細胞内エネルギー

イトカインや細胞外マトリクス等を用いて模倣し、段代謝機構を幹細胞型（解糖系）から分化型（酸化的リ階的に分化誘導させる手法である。しかしながら得ら

ン酸化）に積極的にシフトさせることによって、肝細れた肝細胞様細胞（hepatocyte-like cells）の機能面は胞分化を促進させ、より成熟した iPS 由来肝細胞を得

成体肝細胞に及ばず、むしろ未成熟な胎児性肝細胞にることが目的である。

近い。したがってより高い治療効果を生み出すため、肝細胞分化をより促進し機能面の成熟を促すような研究方法と結果

工夫がさらに必要であることが示唆される。

ミトコンドリア生合成は細胞のエネルギー不足に応

肝細胞分化を促進し、機能を成熟させるためにはそれじて活性化される。具体的には運動やカロリー制限なに必要なエネルギー代謝機構を備えることが重要とどにより細胞内の ATP 量が低下することで、細胞内- 124 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

エネルギーセンサーである AMPK が活性化し、ミト

Resveratrol 20 M 以上、グルコース濃度 0.1mg/ml でミコンドリア生合成に重要な転写コファクターである

トコンドリア生合成を促進させることが可能と考え

PGC-1 やミトコンドリア転写因子 TFAM が順次活性られた。

化される（文献２）。またカロリー制限と似た作用をル化酵素 SIRT1 を活性化し、PGC-1 活性化に関わりミ40

トコンドリア生合成を促進することが知られる。そこ

30

Luciferase活性35

でミトコンドリア生合成を評価するレポーターアッA レスベラトロール刺激** P<0.001

B
1.4

25
20
15

*

10
5

セイ系の確立を行った。

1.2*
Luciferase活性示すポリフェノール Resveratrol は、ヒストン脱アセチ

低グルコース刺激** P<0.001

1
0.8
0.6
0.4
0.2
0

0
DMSO

ミトコンドリア生合成のシグナル伝達に重要な

10
20
レスベラトロール（ M）

30

0.1

0.5
1
グルコース（mg/ml）

4.5

TFAM 遺伝子のプロモーター配列（文献３）を用い、

図 2. Resveratrol（A）およびグルコース濃度（B）のpGL3 ルシフェラーゼベクターに挿入してレポーター

ミトコンドリア生合成シグナルへの影響

ベクターを構築した（図１）。このレポーターはミトコンドリア生合成シグナルに応答してルシフェラー考察とまとめゼ遺伝子を発現する。

TFAM プロモーターはミトコンドリア生合成のシグナルに関わる転写因子と結合する応答配列を有している（図１、文献３）。このプロモーターに制御されたルシフェラーゼレポーターは、Resveratrol や低グル
コース濃度刺激に応じて活性化がみられたことからミトコンドリア生合成シグナルを評価できると考えられた。今回、Resveratrol とグルコース濃度のそれぞ
図 1. TFAM 遺伝子プロモーターを挿入したルシフェ

れ単独条件を検討したが、併用によりさらに高い効果

ラーゼレポーターベクターが得られるかどうか、今後の検討課題である。今後はミトコンドリア生合成誘導条件を iPS 細胞の肝細胞分次に肝臓由来細胞 HepG2 を用いたミトコンドリア生化誘導プロトコルに応用し、iPS 由来肝細胞の分化、合成誘導刺激の検討を行った。HepG2 はヒト肝芽腫由

機能成熟の到達度について評価したいと考えている。

来の細胞株でアルブミン、AFP などの肝細胞マーカー

その際平面培養だけでなく、立体培養を用いることでを発現し、肝細胞モデルとして広く使われている細胞

より肝細胞機能を高められると考えられる。

である。上記のレポーターベクターをリポフェクション法により細胞に導入して、ミトコンドリア生合成刺参考文献

激を検討した。今回、Resveratrol および低グルコース

1.

J. Biol. Chem. 1988 263: 7767-7775.

によるミトコンドリア生合成への影響をそれぞれ検2.

Br J Pharmacol. 2014 171: 1818-1836.

討した。レスベラトロール刺激では対照群（DMSO）

3.

Proc Natl Acad Sci USA. 1994 91: 1309-1313と比べ、10 M 以上で有意差が見られ、20 M 以上では約 4 倍のプロモーター活性の上昇が見られた（図２。また低グルコース刺激検討では対照群（4.5mg/ml）
A）に比べ，0.1mg/ml 群において有意なプロモーター活性の 上 昇 が 見 ら れ た （ 図 ２ B ）。 こ れ ら の 結 果 か ら- 125 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

MMS で取得した大規模全球画像群による高精度な空間検索
岡山理科大学 工学部
太田寛志，島田英之，島田恭宏，大倉 充

MMS（移動計測システム）は，道路周辺の 3D 計測および全球画像取得を連続的に行える．一方で，近年ポータブルかつ廉価な全周カメラが普及し，一般ユーザが容易に全球画像を撮影することが可能となった．これらを活用すれば，ユーザが撮影した画像と MMS による全球画像群とのマッチングを図ることで，画像のみを用いて自らの位置を推定するという空間検索が可能となる．また，大規模全球画像群の冗長性を利用した補間による高精度化も可能と思われる．そこで本研究は，全球画像群からユーザの撮影位置を推定することを目的に，全周囲を正距円筒図法と舟型多円錐図法の二つの方法によって 2 次元平面に展開した全球画像同士を照合し，その類似性を判定する手法を開発した．評価実験の結果，MMS による全球画像群の中からユーザの撮影位置と同じである画像を正しく検出できることが確認された．

1. はじめに
MMS（Mobile Mapping System; 移動計測システム）は，道路周辺の 3D 計測を行うことができる
計測用車両である．また，全周カメラを搭載して走行することで，走行経路に沿った全球画像を連続的(a) 正距円筒図法（パノラマ展開）に取得できる（これを大規模全球画像群と呼ぶ）．この大規模全球画像群は，拡大して細部を確認できるほどの解像度はなく，実際の業務では周囲の概況を確認する程度にしか使われない．しかし大規模全球画像群は，時間的， 空間的に連続して撮影されてい(b) 舟型多円錐図法

ることから，冗長ながらも広大な空間の画像情報を

図 1 全周囲の 2 次元画像表現方法

切り取ったものといえる．一方，近年はポータブル
かつ廉価な全周カメラが普及し，現場にて容易に全球画像を撮影することが可能となった．これを活用すれば，ユーザが撮影した全球画像と，前述の大規
模全球画像群とのマッチングを図ることで，画像のみを用いて自らの位置を推定するという空間検索が可能となる．また，大規模全球画像群の冗長性を利用した補間による高精度化も可能と思われる．そこ(c) 正射方位図法．本研究では，全周がによる方法などがある（図 1）

1 枚の画像に収まっていること，また，撮影の方位角の変化が画像の平行移動で容易に表されることの理由から，正距円筒図法と舟型多円錐図法を採用する．本稿では，これら 2 種の方法において考案した
画像マッチング方法について述べ，評価実験を行った結果を示す．

で本研究は，大規模全球画像群からユーザの撮影位

2. 全球画像の撮影と画像マッチングの方法

置を推定することを目的に，MMS で撮影された全画像マッチングのデータベースとなる大規模全球

球画像とユーザが撮影した全球画像とを照合して，画像群の撮影には，Point Grey Research 社製のその類似性を判定する手法を開発する．

Ladybug3 を用いる．これを株式会社ウエスコが保

全周カメラで撮影した空間を 2 次元平面の画像に有する三菱電機株式会社製の MMS 車両のルーフに変換するには，正距円筒図法（パノラマ展開）によ取り付け，車両の移動距離 2 m ごとに撮影を行う．

る方法，舟型多円錐図法による方法，正射方位図法

Ladybug3 では撮影場所一箇所につき 7 方向の画像- 126 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

が個別に得られるため，これらの画像をパノラマ合成して全球画像を生成する．これをデータベース画像と呼ぶ．他方，ユーザによる任意地点の撮影にはRICOH 社製の THETA を用いる．THETA では一箇所につき 2 枚の魚眼カメラ画像が得られるため，
これらもパノラマ合成して全球画像を生成する．こ図 2 SURF による特徴点の検出結果例

れをクエリ画像と呼ぶ．
平面に展開した全球画像には一般的なカメラ画像には存在しない大きな幾何学的歪みが存在する．また，データベース画像とクエリ画像の撮影時間が異なるため両画像間で明るさが異なる場合がある．そこで，画像マッチングには特徴点検出法を用いることで画像の回転，拡大縮小，照明の変化の影響を受(a) 地点 A

けにくくする．
画像マッチングは次の手順で処理する．

(1) クエリ画像の特徴点を検出し，特徴点座標群と各特徴点の特徴量を求める．

(2) データベース画像 1 枚の特徴点群の各特徴量と，(1)の特徴量との特徴量距離計算を行い，距離が(b) 地点 A で(a)とは異なる方角で撮影最小となる特徴点同士の対応付けを行う．ただし，
特徴量距離が非常に大きい特徴点対は誤対応である可能性が高いため排除する．

(3) 特徴点対の個数を数え，これをマッチング得点とする．マッチング得点が高いほど，クエリ画像とデータベース画像が同一の撮影場所である可能性が高い．

(c) 地点 A と異なる位置で撮影
図 3 撮影方向と場所の違いによる画像上の違い(1)から(3)の処理をデータベース画像すべてについ

徴点検出結果の例を示す．青円は特徴点の特徴量記て行い，最もマッチング得点が高いデータベース画

述に用いられる範囲であり，特徴点周辺の画素値分像を検出する．

散に応じて最適な範囲が自動的に検出される．この範囲の大きさをスケールと呼ぶ．撮影解像度の異な

3. 正距円筒図法による画像を用いる方法

る 2 枚の画像を照合するときにスケールを正規化す

3.1.

ることで正しく照合を行うことができるが，本研究

処理方法

正距円筒図法によって得られたパノラマ画像は緯では次のような問題が生じる．同じ地点で撮影した

度線と経度線が直交している．緯度が大きいほど画

2 枚の画像は撮影方位角が異なっていても画像上で像の上端あるいは下端に近くなり画像の歪みが大き，異は被写体は同じ大きさになるが（図 3 (a), (b)）

くなる問題があるが，画素の連結性が保たれ，また，．このなる位置では違う大きさになる（図 3 (a), (c)）

画像全体が長方形であるために一般的な画像に用いとき，画像マッチングでスケールを正規化すると，られるマッチング手法が適用しやすい利点がある．

図 3 (a)と(c)の照合の結果，高いマッチング得点にな

本研究では，特徴点検出法に SURF (Speeded Upり，(a)と同じ撮影位置を(b)でなく(c)と誤る可能性

Robust Feature) を用いる．図 2 に SURF による特がある．そこで，対応付けられた特徴点のスケール- 127 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

差が大きいときには正しい対応であるが撮影位置が異なる，もしくは，誤対応であると見なして排除す
る．本研究では，スケール量同士の差の割合が 10%以上の特徴点を排除する．

3.2.

評価実験

実際の画像を用いて画像マッチング得点を計算し，撮影位置を推定できるか検証を行った．データベー
ス画像には全球画像 679 枚を使用した．
実験で使用したクエリ画像の 2 例を図 4 に示す．

(a) 特徴点対の排除を行わない場合

実験の結果得られたマッチング得点を図 5，6 のグラフに示す．図 5 (a) および図 6 (a) はスケールによる特徴点対の排除を行わない場合の結果であり，
図 5 (b) および図 6 (b) は特徴点対の排除を行った
場合の結果である．いずれの結果も正しい撮影場所のデータベース画像で最大得点が得られており，検出が成功している．表 1 にマッチング得点の最高点と 2 番目に高い点との差の割合を示す．特徴点の排除を行わない場合は，高いマッチング得点で値が近(b) 特徴点対の排除を行う場合（提案手法）

い箇所が複数あり，撮影位置の推定を誤る可能性が

図 5 撮影場所 A のマッチング得点結果見て取れる．
一方，
特徴点対の排除を行った場合は，マッチング得点が全体的に小さくなるものの，最高得点と 2 番目の得点との差の割合が大きく，撮影位置推定の精度が高められていることが確認できる．

(a) 撮影場所 A(a) 特徴点対の排除を行わない場合(b) 撮影場所 B
図 4 クエリ画像
表 1 マッチング得点の最高点と 2 番目の点の差の割合
特徴点対の排除を行わない場合特徴点対の排除を行った場合

撮影場所 A

撮影場所 B

5.05%

2.40%

19.35%

11.42%(b) 特徴点対の排除を行う場合（提案手法）
図 6 撮影場所 A のマッチング得点結果- 128 -

【平成28年度研究費助成

4. 舟型多円錐図法による画像を用いる方法
4.1.

研究成果報告書】

5．まとめ
本研究では MMS によって取得した大規模全球画処理方法

前述の正距円筒図法で得たパノラマ画像では，画像群とユーザが撮影した全球画像との画像マッチン

像の上端および下端の領域に大きな歪みが生じるた

グによって，撮影位置を推定する手法を提案した．

めに，この領域から検出された特徴点は対応付けが全周を 2 次元平面に展開する方法として，正距円筒

正しく行われないことがある．そこで，図 1 (b) に図法による方法と舟型多円錐図法による方法の 2 種

示した舟型多円錐図法を用いることによって上端とを検討した．評価実験の結果，いずれの方法も撮影

下端の歪みを軽減した画像を生成し，特徴点検出お位置と同じデータベース画像でマッチング得点最大

よび特徴量記述を行う．ただし，画像の輪郭部分でになり，撮影位置推定に成功していることが確認さ

画素の連結性が失われてしまうため，特徴点検出後れた．今後の課題として，画像の歪みを完全に無くに画像と背景の境界上に現れる特徴点は除外する．

し，かつ，画素の連結性を保つ方法として，全周囲特徴点検出法には，SIFT (Scale Invariant Feature

を 3 次元の球面にマッピングした状態で特徴点抽出

Transform) を使用する．

と特徴量記述を行う方法を検討し，より高精度に画像マッチングを行う手法の開発に取り組む．

4.2.

評価実験

データベース画像 30 枚のうち，ターゲット画像

謝辞

25 番と同一地点において撮影した全球画像をクエ

本研究の遂行にあたり，ご助成いただいた公益財団

リ画像とし，撮影位置推定の実験を行った．使用し法人ウエスコ学術振興財団に深く感謝致します．

たクエリ画像を図 7 に示す．舟型多円錐図法の分割数を D，対応点の特徴空間における距離の閾値を T

参考文献

として，D

[1] 多田裕貴, 太田寛志, 道西博行, 全球画像列を使12 のとき，T を 70，80，90 にそれ

ぞれ変化させてマッチング得点を求めた．実験結果

用した撮影位置の推定,を図 8 に示す．T

全国大会講演予稿集, vol.2, pp.451-452, 2017.

80 において，正解である画像

番号 25 でマッチング得点に最大となり，撮影位置[2] 多田裕貴, 太田寛志, 道西博行, 全周囲画像群を用いたカメラ位置推定,

推定に成功している．

情報処理学会第 79 回

平成 28 年度電気・情報関連学会中国史部連合大会講演予稿集,

R16-22-03, 2016.
[3] 島田英之, 黒島和弥, 太田寛志，島田恭宏, 大倉充, 株式会社ウエスコ, 大規模全球画像群を用いた画像マッチングの試み,
図 7 クエリ画像（画像変換前）

OUS フォーラム

2016 アブストラクト集, p.34, 2016.
[4] 太田寛志, 多田裕貴, 島田英之, 島田恭宏, 大倉充, 株式会社ウエスコ, 撮影角度によらない全球
画像照合法, OUS フォーラム 2016 アブストラ
クト集, p.35, 2016.

図 8 全球画像群とのマッチング結果- 129 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

人のバイタル・モニタリングによる寒冷ストレス評価−冷たい局地風「肱川あらし」の事例−
岡山理科大学 生物地球学部 生物地球学科

大橋 唯太
本研究では、国内外でも珍しい局地的な強風現象「肱川あらし」による寒冷ストレスの実態を調査した。肱
川あらしは寒候期に愛媛県大洲市長浜地域で発生する、風速 10m/s をしばしば超える寒冷風として知られる。
2016 年 11〜12 月の期間、現地において被験者最大 11 名で歩行または静止による気象およびバイタル要素を測定した。測定した 10 日間は、肱川あらしの発生しなかった 2 日間、弱い肱川あらしの発生した 4 日間（10m/s未満）、強い肱川あらしの発生した 4 日間（10m/s 以上）に分類され、それぞれの特徴が比較された。体感温度を表す UTCI（Universal Thermal Climate Index ）は、肱川あらしに曝露される赤橋や河川敷で-30℃まで達することもあ
り、肱川あらしの影響を受けない街路との差が顕著であった。ルート観測の終了後に測定した収縮期血圧は、強い肱川あらしの日に 10〜15mmHg の上昇が非発生や弱い日に比べてみられた。
ルート観測でリアルタイムに測定された心拍変動からは、強い肱川あらし曝露からその後の街路までの区間で心拍数が減少する被験者が多く
みられた。
これは、
肱川あらしの寒冷ストレスが血圧を急上昇させた結果として現れた調節反応と考えられる。

１．はじめに愛媛県大洲市の瀬戸内海沿岸部、長浜地域では 10
月下旬から 1 月の寒候期において、風速 10m/s を超える強風現象がしばしば出現することで知られる（重田ほか，2014；大洲市ほか, 2015；Ohashi et al.,2016）
。この強風は霧を伴うことが多く、幻想的な風景をみせる反面、冷風として人々に強く吹きつける。
肱川あらしは夜半すぎから徐々に発達し、ちょうど地域住民が活動しはじめる朝の 7 時から 8 時には最盛期をむかえる。肱川あらしの地上最強部は肱川
河口上にあり、歩行が困難なほど強風となることが多い。この肱川にかかる長浜大橋（通称、赤橋）は

図１ 肱川あらしが出現したときの光景。一級河川の
肱川にかかる長浜大橋（通称、赤橋）がみえる。

長浜地域住民の重要な生活道路であると同時に、肱
川あらしを見学に来る観光客の名所にもなっている。
肱川あらしの最盛期と通勤・通学の時間帯が重なク現象に代表されるような、急性の脳卒中や心筋梗ることもあって、長浜大橋を往来する人々の辛そう塞などの発症リスクを高めることにつながる。本研

な表情がみられる。肱川あらしの光景はとても美し

究では、肱川あらしの強冷風が人体にどの程度の寒く（図１）、先述したようにその様子を見物に訪れる

冷ストレスを与えているか、実際にバイタル変動を観光客も多い。しかし、美しい蒸気霧に強風も加わリアルタイムに測定して明らかにする。その結果かって、寒冷感は一層増す。

ら、地域住民や観光客が曝露される寒冷ストレスの

急激な温度変化は、血圧や体温など人体の温熱生
理機能を不安定にさせる。このことはヒートショッ- 130 -

対策につながることを期待する。

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

図３ 測定の様子。図２の①〜④での写真。
図２ 歩行観測ルート。数字の順に歩行した。ただし、③は 5 分間静止して測定した。□は血圧、〇は寒冷申告をおこなった場所を表す。

れらの測器を持って歩行する（図３）。測定した気象
要素からは、体感温度指標 UTCI（Universal Thermal

２．観測方法Climate Index）を計算した。この UTCI は現在、世図２に、フィールドである愛媛県大洲市長浜地域

界で最も広く使われている体感温度指標で、人体生の歩行観測ルートを示す。地域住民が往来する生活

理モデルを用いて数理学的な計算がおこなわれた信道路を選び、長浜地域の街路からスタートして赤橋頼性と汎用性の高いものである（International

へと向かう。この橋を往復したあと、肱川の河川敷

Society of Biometeorology）。

に下りて 5 分間の静止測定をおこなった。この場所

また被験者からは、実際の寒冷感覚レベルを歩行は、観光客や肱川あらしの光景を撮影するカメラマ

中に申告してもらった。申告を記録した地点は、図ンの姿が多くみられる。そして再び街路のスタート

３に示している。
この申告値と UTCI を比較すること地点へと戻るという、40 分前後の観測ルートとした。

によって、気象要素から推定される寒冷ストレスの歩行速度は、
ややゆっくりした 3〜4km/h で一定とな妥当性や適用範囲を検討する。

るように調整した。これ以降、観測区間を表す名称
として、スタートしてから順に、街路（往路）・赤橋

３．結果と考察（往復）・河川敷・街路（復路）と呼称していく。

3-1 気象モニタリングの一例

バイタル測定を対象とした被験者は 11 名（20 歳

測定期間中に肱川あらしを確認できたのは 10 日

代 9 名、40 歳代 2 名）で、心拍数・自律神経活動・間中 8 日あり、
このうち半分の 4 日間で特に強い（典

体表面温度・鼓膜温度をモニタリングした。これに型的な）肱川あらしとなった。ここでは、肱川あら加えて、
ルート観測の直前と直後に座位姿勢で 2 回、しが発生しなかった 2016 年 11 月 9 日（図４）と、収縮期血圧と拡張期血圧を測定した。

強い肱川あらしが確認された同年 12 月 9 日（図５）2016 年 11 月 8〜10 日と 12 月 3〜12 日の期間に、の測定結果を示す。肱川あらしが出現しなかったと

早朝 7 時 30 分ごろからルート観測を開始した。
ただきの歩行ルート上の風速は概ね 5m/s 以下で、気温もし 12 月 4 日と 11 日は天候不順のため、測定を中止

13.3〜14.6℃と場所による違いも小さかった。計算している。

された体感温度 UTCI も気温と等しくなる場所が多この歩行状態で、気温・湿度・風速・黒球温度の気象要素も連続測定した。被験者のうち 2 名が、こ- 131 -

く平均で 10℃ほどであり、実際の被験者申告（寒さレベル）ともよく対応していた。

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

図４ 肱川あらしが発生しなかった 2016 年 11 月 9 日の測定結果。歩行ルート上での（a）風速、（b）気温と UTCI のリアル
タイム変化を示す。括弧の数字は、図２で示した地点での寒さレベルの申告人数（被験者 9 名中）を示している。

図５ 図４と同じ。ただし、強い肱川あらしが出現した 2016 年 12 月 9 日の測定結果。

- 132 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

測定された体表面温度も強い肱川あらしの日には顕著に低くなっていたため、皮膚血管収縮の亢進が予想される。
一方、歩行ルート上での血圧変動は測定できなかったので明らかでないが、ルート観測の開始前と終了後の血圧変化は得られている。図７には、弱い肱
川あらし（11 月 10 日；図 7a）と強い肱川あらしの出現日（12 月 12 日；図 7b）にそれぞれ測定された
平均血圧「＝拡張期 ＋ (収縮期 拡張期)/３」を示した。この２日間を比べてみると、強い肱川あらしの低い体感温度を経験したときのほうが、ルート観図６ 測定ルート上の平均 UTCI と測定終了後の収縮期血圧の関係。血圧は全被験者の平均値を示す。

測終了後の血圧低下が認められない点である。この
傾向は、他の日についてもみられた。また、肱川あらしの発生しない日や弱い日は、被験者の着衣量強い肱川あらしが出現したときは、赤橋と河川敷で風速 10m/s を超えて歩行はもちろん直立静止さえも困難に感じられた。このとき気温は歩行ルート上
で 5.5〜6.4℃と変化が小さいにもかかわらず、体感
温度（UTCI）は赤橋と河川敷で-30℃にも達した。一方、実際の被験者の寒さ申告は、これらの場所でUTCI から推定される寒さレベルよりも１ランク強い「極度に寒い」レベルを訴える被験者が多かった。

clo 値（着衣の総熱抵抗）が小さいほどルート観測後の血圧低下が大きくなる特徴もみられる。ところが強い肱川あらしの出現日は、逆に clo 値の小さな被験者ほど血圧の上昇が現れやすい傾向がみられた。
これらの結果から、体感温度を著しく低下させる
強い肱川あらしの長時間曝露は、血圧を上昇させる恐れがあるが、着衣量を増やすことで安定化できると考えられる。

UTCI は欧米人の体格をモデル化した指標であるため、本研究のような強い寒冷条件で日本人に適用させようとすると、体感温度が過小評価される恐れがある。

（２）心拍変動への影響
街路（往路）
・赤橋（往復）・河川敷・街路（復路）の区間別に平均された心拍数（bpm）の数値と、そのときの UTCI を比較した結果を図８に示す。
被験者Ａ

3-2 バイタル・モニタリングの一例（20 代男性）のモニタリング結果を例に、測定した（１）血圧への影響

10 日間が区間ごとにプロットされている。いずれの観測ルート全体で平均した UTCI と、終了直後に測定した収縮期血圧の関係を図６に示す。各プロット
が１日の数値を表し、血圧はその日の全被験者の平均値とした。図から明らかなように、強い肱川あらしが観測された日とそれ以外の日のあいだで血圧の値に大きな違いが現れている。その日の体感温度（UTCI の値）が低いほど血圧は高くなっていることから、寒冷ストレスによって皮膚血管が収縮することで血管抵抗が増加し、血圧が上昇したと考えられる。強い肱川あらしの出現日には、被験者平均でも10〜15mmHg の血圧上昇がみられる。

区間でも、心拍数は体感温度（UTCI）の低い日ほど多くなる特徴がわかる。街路（往）における回帰直線の傾きからは−0.78bpm/℃̲UTCI という値が得られ、体感温度を表す UTCI が 10℃下がると 7.8bpm 心
拍数が増加するという関係がここからわかる。有意な相関が得られた被験者でまとめてみると、
街路（往）で UTCI が 10℃下がると 7.8〜9.8bpm、赤橋では 5.1〜9.3bpm、河川敷で（ただし直立静止状態）6.0〜
7.9bpm、街路（復）5.1〜6.6bpm の心拍数増加となっている。これらは、clo 値の低い被験者で特に現れやすかった。

- 133 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

図７ ルート測定前後の被験者ごとの平均血圧とその差、被験者ごとの着衣量 clo 値、区間ごとの平均体感温度 UTCI。
（a）弱い肱川あらしが出現した 11 月 10 日と（b）強い肱川あらしが出現した 12 月 12 日の結果。ルート測定前後の血圧差のグラフ（左下）で赤色または青色に示された〇は、±5mmHg 以上の血圧変化がみられた被験者を表している。

次に、歩行ルート観測中の心拍変動のリアルタイ
ム変化を分析してみた（図９）。ここでは例として、被験者Ａで測定された心拍数・交感神経活動度（LF/HF）
・副交感神経活動度（HF）の結果を示す。
ここでは、街路（往）・赤橋（往復）・街路（復）の歩行区間に対してこれらの平均値を算出し、肱川あらし曝露前の街路（往）からの変化である「赤橋−図８ 各区間で観測された平均 UTCI と平均心拍数の関係。
被験者Ａの結果。**は、相関係数の検定で危険率 1%で有意となったことをあらわす。

- 134 -

街路（往）」と「街路（復）−街路（往）」のそれぞれの値を表している。

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

図９ 被験者 A で測定された赤橋と街路（往）、街路（復）と街路（往）の（a）心拍数差・（b）交感神経活動度（ln LF/HF）差・（c）副交感神経活動（ln HF）差。いずれも区間平均した値。測定実施日 10 日間の結果を比較している。また、LF/HF とHF は、サンプルデータを正規分布化させるために自然対数をとっている。この他、赤橋で観測された平均 UTCI も示している。
赤枠の日付は強い肱川あらし、青枠の日付は弱い肱川あらしの出現日をあらわす。

赤橋での心拍数は（図９a）肱川あらしの暴露によ礼申し上げます。観測ならびにデータ解析では、岡山って上昇する日と減少する日があり、強い肱川あら理科大学生物地球学部４年生の勝田匠氏と谷美佳氏にしのときは不安定であった。ところが暴露後の街路協力いただきました。心拍データの測定は、いであ株（復）を歩行したときには、特に強い肱川あらしで式会社の宮下良治氏並びに宮原啓氏、公立鳥取環境大

心拍数に顕著な減少がみられる。このとき副交感神学の重田祥範講師にご支援いただきました。心より感経活動の亢進が出現しているため（図９c）、肱川あ謝申し上げます。なお、本研究実施の前後においては、

らしの区間から街路への移動に伴う体感温度の急激

岡山理科大学研究倫理審査委員会による審査ならびにな上昇が皮膚血管の拡張と末梢血液循環の回復をも承認を得ました。

たらしたと考えられる。
引 用 文 献４．得られた研究成果

道弘和美・丹羽哲也・松波晴人・河原林幹治・柴田憲・（１）UTCI の値から推定される肱川あらしの体感温竹森利和（1996）浴室温度変化と血圧変動．生理心度は瞬間的に-30℃にも達することがあり、
非常に強理, Vol.14, No.2, pp.69-76.

い寒冷ストレスであるとわかった。

Yukitaka OHASHI, Makoto SUIDO, Yukihiro KIKEGAWA,（２）推定された UTCI の体感温度レベルよりも実際

Tomohiko IHARA, Yoshinori SHIGETA, and Minakoの被験者申告の寒冷感レベルのほうが低かった。

NABESHIMA (2016): Impact of seasonal variations（３）日ごとにみた場合、UTCI の低い日ほど血圧はin

高く、心拍数は多い傾向がみられた。これは肱川あtemperature observed in Osaka, Japan. Quarterly

らしの暴露に限らない、その日の寒冷ストレスの結Journal of the Royal Meteorological Society,

果といえる。

Vol.142, Issue 695 (January), pp.971-982.

weekdayelectricity

use

on

urban

air

（４）強い肱川あらしが発生しているとき、5〜10

大洲市・名越利幸・松本浩司（2015）Great Nature Story

分程度の暴露後に血圧上昇がみられた。このとき、

肱川あらし これでキミも あらし 予報士 ！！ エ

この血圧上昇を抑制しようと心拍数は減少したと考ス・ピー・シー, 95pp.

えられる（道広ら、1996）。

重田祥範・大橋唯太・寺尾徹・大澤輝夫（2014）愛媛
県大洲市沿岸部で発生する局地風 肱川あらし の謝 辞

鉛直構造. 天気, Vol.61, No.2, pp.91-96.

測定の被験者に参加いただきました方々に心より御- 135 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

体力が低い中学生・高校生の生活習慣と生活の質(Quality of Life)を解明する基礎的研究
岡山理科大学 教育学部
笹山 健作
（概要）
本研究課題では中学生・高校生を対象に，体力，QOL および生活習慣を調査することによって，体力が低い
中学生・高校生の QOL，生活習慣を明らかにすることを目的とした。本研究の対象者は岡山県の中学校 1 校に在籍する中学 1 年生から 3 年生男女 150 名とした。調査項目として，形態，体力，生活習慣，QOL を調査した。
その結果，男女の体力と QOL との関連はほとんどの項目において有意な関連が認められなかった。本研究では対象者数が少ないことに加え，男子では体力が全国平均と比べ低く，女子では全国平均と比べ高い傾向であった。これらのことが本研究の結果に影響を与えている可能性がある。今後においては，高校生を対象に加えて検討するとともに，対象者数を増やして調査を行うことが必要である。その上で，体力が低い中学生・高校生の QOL と生活習慣を検討していく必要がある。
2．方法

1．背景
世界保健機関によると，生活の質（Quality of（1）対象者

life:以下，QOL）は「個人が生活する文化や価値観

本研究の対象者は岡山県の中学校 1 校に在籍するの中で，生きることの目標や期待，基準，関心に関中学 1 年生から 3 年生男女 150 名とした。すべての連した自分自身の人生の状況に対する認識」と定義

調査・測定は 2016 年の4 月から8 月にかけて行った。

されている。近年では国内外で子どもの QOL が評価

なお，研究を行うにあたり，対象者と保護者には調されているけれども，成人に比べるとエビデンスは査の内容を説明した上で同意を得た。また，本研究乏しい状況である。子どもの QOL を評価する尺度はは岡山理科大学倫理審査委員会の承認を得て行った。

R1)

いくつかあり，本研究で用いた KINDL は 27 カ国語（2）調査項目に翻訳され，その日本語版も妥当性・信頼性が確認

1）形態されている。国内外で評価された子どもの QOL は，対象者の身長・体重を調査し，体重（kg）/身長 2

その実態や疾病との関連を検討した報告が大部分で（m）によって Body mass index（BMI）を算出した。

あり，体力との関連を検討した報告は，著者が知る

2）体力限り存在しない。

体力は文部科学省の新体力テスト実施要項（12 歳

体力は先行研究によって，心身との関連に加え〜19 歳対象）2）に基づいて行った。調査項目は握力，

様々な自己概念との多面的な関連が報告されている。

上体起こし，長座体前屈，反復横跳び，50m 走，20m

したがって，体力は QOL の下位領域である身体的健シャトルラン，立ち幅とび，ハンドボール投げとし康だけでなく，精神的健康や自尊感情などとも関連た。

のある可能性が考えられる。本研究課題では体力が握力はスメドレー式握力計を用いて，左右交互に低い中学生・高校生の QOL や生活習慣を検討するこ

2 回ずつ実施し，左右おのおののよい方の記録を平とによって，体力の意義や体力づくりに関する重要均し，kg 未満は四捨五入した。

な知見が得られることが考えられる。そこで本研究

上体起こしは 30 秒間の上体起こし（両肘と両大腿では中学生を対象に，体力，QOL および生活習慣を部がついた）回数を記録した。ただし，仰臥姿勢に調査することによって，体力が低い中学生・高校生

戻した時，背中がマットにつかない場合は，回数との QOL，生活習慣を明らかにすることを目的とした。

せず行い，テストの実施は 1 回とした。

- 136 -

【平成28年度研究費助成

長座体前屈は長座姿勢から最大前屈時の移動距離

研究成果報告書】

自尊感情，家族，友だち，学校生活)で構成されており，
それぞれ4項目の合計24項目で構成されている。

を計測し，2 回実施してよい方の記録をとった。
反復横跳びは中央ラインから両側に幅 100cm のラ本研究では 6 つの下位項目と QOL 総得点を中学生版

インを用いて，それぞれのラインを通過ごとに 1 点

QOL4）の方法に準じて 0〜100 点に換算して算出した。

を与え 20 秒間計測し，テストを 2 回実施してよい方（3）統計処理の記録をとった。

体力の各項目と QOL との関連は相関分析によって20m シャトルランは 20m 間隔の 2 本の平行線を往検討した。統計 処理には IBM SPSS Statistics

復し，折り返しの総回数を記録した。対象者は CD

Version 20 を用い，有意水準は 5 ％未満とした。

によって設定された速度を維持できなくなり，走るのをやめたとき，または，2 回続けてどちらかの足

3．結果

で線に触れることができなくなった時にテストを終（1）対象者の身体的特徴

了した。

対象者の身体的特徴を表 1 に示した。文部科学省

50m 走はクラウチングスタートの要領で行い，記の平成28年度学校保健統計調査報告書 5）によると，録は 1/10 秒単位とし，1/10 秒未満は切り上げ，テ

1 年生から 3 年生の身長は，それぞれ男子で 152.7cm

ストの実施は 1 回とした。

±8.0，159.9cm±7.6，165.2cm±6.7，女子で 151.9cm

立ち幅とびは両足で同時に踏み切って前方へとび，±5.9，154.8cm±5.4，156.5cm±5.3 であった。ま身体が砂場（マット）に触れた位置のうち，最も踏た，体重は 44.0kg±9.7，48.8kg±9.8，53.9kg±9.7，

み切り線に近い位置と，踏み切り前の両足の中央の女子では 43.7kg±8.0，47.2kg±7.6，50.0kg±7.5

位置とを結ぶ直線の距離を計測した。テストは 2 回であった。これらのことから，本研究の対象者にお実施してよい方の記録をとった。

ける身長と体重は，全国平均値と比べて，男子ではハンドボール投げはハンドボール 2 号を用い，直やや低く，女子では高い結果であった。

径 2m の円からの投球とした。
記録はメートル単位とし，メートル未満は切り捨て，2 回実施してよい方
表1の記録をとった。また，新体力テスト実施要項 2）に基づき総合得点を算出した。
3）生活習慣
質問紙によって生活習慣に関する調査を行った。
質問項目は「今朝は，何時ごろ起きましたか。
」，「昨日は何時ごろ寝ましたか。
」，「日頃，朝食事をします

身長，体重，BMIの結果
1年
2年

男子
身長 （cm） 150.2 (6.6)
体重 （kg）
41.9 (8.4)
BMI (kg/m2) 18.5 (2.7)
女子
身長 （cm） 154.8 (7.6)
体重 （kg）
45.5 (8.3)
BMI (kg/m2) 18.9 (2.3)
数値：平均値(標準偏差)

3年

159.9 (7.8)
50.8 (10.5)
19.7 (3.0)

161.5
51.2
19.5

160.1
51.8
20.2

159.0 (6.1)
54.0 (11.4)
21.3 (3.7)

(6.3)
(8.4)
(3.2)

(6.6)
(9.1)
(2.4)

か。
」
，
「昨日はすぐに眠れましたか。
」，「今朝起きたときは，目覚めはどうでしたか。
」，「最近，睡眠不足を感じていますか。
」，「大便は，毎日どのように出ますか。
」とした。質問項目は，日本学校保健会による
3）

児童生徒の健康状態サーベイランス事業報告書 と（2）体力
体力の結果を男女別，学年別に表 2 に示した。平

同様とした。

成 27 年度体力・運動能力調査報告書と比較すると，

4）QOL

男子 1 年，2 年，3 年生の総合得点は全国平均値と比QOL は質問紙によって調査し，中学生版 QOL 尺度
4）

4）

R1）

を用いた。中学生版 QOL は KINDLを日本語に翻訳したもので，信頼性・妥当性が確認されている 4）。
R1）

KINDL は 6 つの下位領域(身体的健康，精神的健康，- 137 -

べて低かった。女子の 1 年，2 年の総合得点は全国平均値と比べて高く，3 年生の総合得点は全国平均値と比べて同等であった。

【平成28年度研究費助成（3）生活習慣研究成果報告書】

その結果，「日頃、朝食事をしますか」について，本

表 3 に対象者の起床，就寝時刻を示した。平成 26

研究の男子では，朝食を食べない割合が高く，女子

年度児童生徒の健康状態サーベイランス事業報告書

では朝食を食べない割合が低かった。
「昨日はすぐに

3）の調査では，男女(1〜3 年生の平均値)の起床，就眠れましたか」について，本研究の男子では先行研

寝時刻はそれぞれ 6 時 37 分，23 時 12 分，6 時 32

究と比べてほぼ同等で，女子ではなかなか眠れなか分，23 時 21 分であった。このことから，本研究のったという回答が低かった。
「今朝起きたときは、目対象者は先行研究と比べて男女ともに起床時刻が早覚めはどうでしたか」について，先行研究と比べてく，就寝時刻はほぼ同等であった。

本研究の男女ではともに眠くてなかなかおきられな

次に図 1 から図 5 までに，
「日頃、朝食事をします

かったという割合が低かった。
「最近、睡眠不足を感か」，「昨日はすぐに眠れましたか」，「今朝起きたとじていますか」について，先行研究と比べて本研究

きは、目覚めはどうでしたか」，「最近、睡眠不足をの男子ではほぼ同等で，女子では感じていないとい感じていますか」，「大便は、毎日どのように出ます

う割合が高かった。
「大便は、毎日どのように出ます

か」についての結果を示した。平成 26 年度児童生徒

か」について，先行研究と比べて本研究の男女では3）の健康状態サーベイランス事業報告書 と比較した。

出ないことがあるという割合が低かった。

表 2 体力の結果
本研究の結果
2年
3年

1年
男子
握力
（kg） 21.1 (5.6)（回） 21.0 (8.3)
上体起こし
長座体前屈
（cm） 38.1 (9.7)（回） 46.7 (6.4)
反復横跳び
20mシャトルラン （秒） 49.0 (25.3)（秒）
8.7 (0.7)
50m走
立ち幅跳び
（cm） 170.8 (27.1)
ハンドボール投げ （ｍ） 15.5 (5.5)
総合得点（点） 30.4 (9.4)
女子（kg） 22.9 (5.4)
握力
上体起こし（回） 29.5 (8.4)（cm） 49.4 (6.3)
長座体前屈（回） 48.9 (8.0)
反復横跳び
20mシャトルラン （秒） 76.5 (28.9)
50m走（秒）
8.4 (0.8)（cm） 169.1 (23.7)
立ち幅跳び
ハンドボール投げ （ｍ） 17.9 (5.0)
総合得点（点） 57.1 (14.1)
数値：平均値(標準偏差)

1年

全国平均値 6)
2年

3年

26.4 (7.6)
24.0 (6.0)
40.9 (9.6)
51.1 (6.8)
59.6 (18.9)
8.3 (1.1)
182.2 (30.6)
16.5 (4.9)
36.0 (10.0)

30.6 (6.2)
27.9 (7.5)
47.6 (9.2)
50.2 (7.0)
65.6 (20.5)
8.0 (0.6)
198.5 (26.4)
19.3 (5.8)
41.5 (9.5)

23.9 (6.1)
24.4 (5.6)
39.5 (9.1)
49.8 (6.3)
72.2 (22.7)
8.5 (0.7)
179.8 (23.2)
18.5 (4.8)
34.8 (7.6)

29.7 (7.2)
28.1 (5.7)
43.8 (9.8)
53.3 (6.4)
90.3 (21.7)
7.8 (0.7)
197.0 (19.7)
21.3 (5.2)
43.4 (8.3)

35.1 (7.2)
30.3 (5.7)
46.6 (10.6)
56.0 (6.4)
96.0 (23.2)
7.5 (0.6)
214.0 (23.2)
24.2 (5.7)
51.0 (9.3)

28.4 (4.0)
37.7 (5.0)
49.2 (5.4)
60.7 (3.9)
87.3 (17.7)
8.1 (0.5)
179.9 (21.3)
17.0 (5.3)
64.4 (7.1)

27.0 (5.9)
29.1 (5.7)
45.2 (7.8)
47.1 (12.4)
65.2 (23.6)
9.1 (1.8)
164.9 (23.8)
15.3 (4.4)
55.5 (12.9)

21.6 (4.3)
21.2 (5.2)
43.1 (8.9)
45.7 (5.4)
52.7 (17.8)
9.0 (0.7)
164.5 (20.2)
12.0 (3.5)
45.1 (9.0)

24.0 (4.5)
24.0 (5.4)
45.4 (9.6)
47.4 (6.1)
61.1 (19.5)
8.7 (0.7)
171.3 (22.0)
13.4 (4.2)
50.8 (10.3)

25.5 (4.3)
25.2 (5.3)
48.0 (9.4)
48.8 (6.0)
61.3 (20.0)
8.6 (0.7)
175.7 (22.3)
14.5 (4.5)
54.5 (10.1)

表 3 就寝・起床時刻と勉強時間の結果
1年
2年
3年
男子
起床時刻 （時：分）
就寝時刻 （時：分）
女子
起床時刻 （時：分）
就寝時刻 （時：分）
数値：平均値(標準偏差)

全体6:05 (0:30)
23:04 (1:20)

6:05 (0:47)
23:03 (0:56)

6:20 (0:30)
23:39 (1:31)

6:10 (0:38)
23:15 (1:16)

6:10 (0:27)
22:27 (0:50)

5:54 (0:30)
23:26 (0:33)

6:16 (0:36)
23:50 (1:03)

6:09 (0:33)
23:17 (1:04)- 138 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

図4 最近、 睡眠不足を 感じ ていますか

図1 日頃、 朝食事を し ますか
先行研究（ 1〜3年男子）

84.4

本研究（ 1〜3年男子）

85.0

先行研究（ 1〜3年女子）

83.9

本研究（ 1〜3年女子）

3.1

9.3
3.0

6.0

1.7

4.0

2.2

46.6

本研究（ 1〜3年男子）
0.5

52.6

先行研究（ 1〜3年女子）

80%

85%

90%

毎日食べる

食べる 日の方が多い

ほと んど 食べない

毎日食べな い

95%

41.3
0%

食べな い日の方が多い

18.8

10.7

本研究（ 1〜3年男子）

69.8

17.7

12.5

先行研究（ 1〜3年女子）

70.0

20.7

9.3

先行研究（ 1〜3年男子）

40%

60%

なかな か眠れなかっ た本研究（ 1〜3年男子）

20.0

本研究（ 1〜3年男子）

23.7

38.0

39.2

先行研究（ 1〜3年女子）

16.6

本研究（ 1〜3年女子）

17.8

80%

100%

よ く 覚えて いない

100%

24.6

36.1
30.8

17.5
40.6

42.2

4.6
7.2
11.9

33.3

6.7

40%

60%

80%

毎日ほと んど 同じ こ ろ に出る

毎日出る が、 同じ こ ろ ではな いと き ど き 出ないこ と がある

数日で ないこ と がある

100%

表 4 に QOL の結果を示した。QOL 総得点の結果は

20.8

59.2

20%

（4）QOL の結果

今朝起き たと き は、 目覚めはど う でし たか

先行研究（ 1〜3年男子）

80%

感じ ていない

32.8

0%

図3

60%

10.9 10.9

78.3

すぐ に眠れた40%

図5 大便は、 毎日ど のよ う に出ますか

70.5

20%

58.7

20%
感じ ている

先行研究（ 1〜3年男子）

0%

41.2

100%

図2 昨日はすぐ に眠れま し たか

本研究（ 1〜3年女子）

47.4

58.8

本研究（ 1〜3年女子）
75%

53.4

2.1

8.5

89.4

先行研究（ 1〜3年男子）

2.0

3.0

10.4

1.5

先行研究 4）と比べてほぼ同等か若干低い結果であっ
14.4

61.9

た。
先行研究（ 1〜3年女子）
本研究（ 1〜3年女子）
0%

15.2

60.9

23.9

すっ き り 目が覚めた

25.0

60.1

14.9

20%
少し 眠かっ た

40%

60%

80%

100%

眠く てな かなか起き ら れなかっ た

表4
1年
男子
（点）
身体的健康
精神的健康
（点）
自尊感情
（点）
家族
（点）
友だち
（点）
学校生活
（点）
QOL総得点
（点）
女子
身体的健康
（点）
精神的健康
（点）
自尊感情
（点）
家族
（点）
友だち
（点）
学校生活
（点）
QOL総得点（点）
数値：平均値(標準偏差)

QOLの結果2年

3年

全体

59.0 (23.4)
70.4 (26.1)
42.9 (29.3)
67.5 (22.8)
65.2 (22.2)
54.0 (17.1)
59.8 (17.6)

56.3 (35.2)
68.3 (36.3)
32.5 (32.0)
63.1 (36.7)
59.2 (33.8)
45.5 (30.1)
54.1 (29.6)

59.4 (20.9)
74.2 (16.2)
37.1 (21.8)
72.9 (20.6)
64.2 (22.1)
44.0 (18.2)
58.6 (12.8)

58.0 (27.9)
70.7 (28.3)
37.0 (28.5)
67.4 (28.7)
62.5 (27.3)
47.6 (23.6)
57.2 (22.1)

72.3 (18.5)
76.2 (26.5)
32.8 (16.8)
71.5 (21.3)
62.1 (26.2)
48.8 (19.9)
60.6 (16.1)

63.6 (22.5)
75.0 (21.7)
43.8 (29.8)
71.6 (20.6)
69.9 (14.2)
43.8 (15.6)
61.3 (17.3)

56.0 (32.4)
67.0 (33.8)
30.4 (25.4)
62.5 (34.1)
59.1 (33.1)
40.9 (27.7)
52.7 (27.8)

63.0 (26.9)
71.8 (28.9)
34.2 (24.2)
67.5 (27.6)
62.5 (27.4)
44.1 (22.8)
57.2 (22.3)- 139 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】（5）体力と QOL との関連
ランと身体的健康のみで，その他の体力項目と各

表 5 に体力と QOL との関連を男女別に示した。体QOL 項目との有意な関連は認められなかった。

力と有意な関連があった QOL は女子の 20m シャトル

表5 体力とQOLとの関連

身体的健康

精神的健康

自尊感情

家族

友だち

学校生活

QOL総得点

r

r

r

r

r

r

r

握力

-0.219-0.020-0.068-0.0800.032-0.082-0.092

上体起こし-0.030

0.063

0.120

0.033

0.091

0.165

0.090

長座体前屈

-0.087-0.061-0.150-0.124-0.0290.039-0.090反復横跳び-0.209-0.021

0.002-0.0280.090-0.016-0.03920mシャトルラン-0.181-0.0490.044-0.091

0.041-0.175-0.083

50m走

0.158

-0.090-0.050-0.092-0.1850.036-0.047

立ち幅跳び-0.2330.001-0.011-0.134-0.010-0.219-0.124

ハンドボール投げ-0.0730.038-0.023-0.0430.075-0.022-0.010

総合得点-0.176-0.005-0.037-0.129-0.0320.021-0.078握力

0.040-0.035

0.081

0.118

0.024

-0.267

0.002

上体起こし

0.256

0.122

0.259

0.320

0.190

0.068

0.248

長座体前屈

0.173

0.070

-0.118

0.218

0.249

-0.003

0.127

反復横跳び

0.032

0.015

0.073

0.078

0.077

0.046

0.064

20mシャトルラン

0.359*

0.185

0.241

0.310

0.333

0.085

0.311

50m走

-0.253-0.104-0.069-0.262-0.1550.060-0.166

立ち幅跳び

0.204

0.081

-0.058

0.154

0.035

-0.1670.060

ハンドボール投げ

0.286

0.071

-0.047

0.221

0.051

0.030

0.127

0.125

0.088

0.164

0.049

0.198

0.173

男子

女子

総合得点
0.249
*: ｐ＜0.05 r: 相関係数 学年を調整

6．引用文献4．今後について本研究において，
体力と QOL との関連は女子の 20m
シャトルランと身体的健康のみで有意な関連が認められたがそれ以外では有意な関連が認められなかった。本研究では対象者数が少ないことに加え，男子

1)Ravens-Sieberer and Bullinger. https://www.kindl.org/
2)文部科学省．新体力テスト 有意義な活用のために．ぎょうせい．2000.

では全国平均と比べ体力が低く，女子では高い傾向

3)日本学校保健会．
平成 26 年度児童生徒の健康状態であった。これらのことが本研究の結果に影響を与サーベイランス事業報告書．勝美印刷．2016.

えている可能性がある。今後においては，対象者数

4)古壮純一，柴田玲子，根本芳子，松嵜くみ子．子を増やして調査を行うことや高校生を対象に検討すどもの QOL 尺度その理解と活用―心身の健康を評ることも必要である。その上で，体力，QOL，生活習価する日本語版 KINDLR．診断と治療社．2014．

慣との関連を検討していく必要がある。

5) 文部科学省．平成 28 年度学校保健統計調査報告
書．http://www.e-stat.go.jp/SG1/estat/List.

5．謝辞

do?bid=000001081418&cycode=0

本研究は，公益財団法人ウエスコ学術振興財団よ

6) 文部科学省．平成 27 年度学校保健統計調査報告

り研究費の助成を受けて行った。ここに記して感謝

書．http://www.e-stat.go.jp/SG1/estat/List.

申し上げます。

do?bid=000001077238&cycode=0- 140 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

複数の振動フィンを組み合わせた二次元推力偏向機構に関する実験的研究
津山工業高等専門学校 細谷 和範
広島大学大学院工学研究科 尾形 陽一
本研究では往復振動する弾性ヒレを持つヒレ推進機を並列及び千鳥状に接続し，各ヒレが作り出す流れの干渉による推力の偏向や推力の向上が可能かどうか水理実験により調べた．
長さ 30 ㎝の魚型ヒレ推進機を製作して推進速度と推力の比較を行った結果，二体の推進機を千鳥状に配置することで 1.5°/s 程度の推力偏向が見られたほか，ヒレ後流に帯状の流れが発達するとともに推進効率も向上することがわかった．また三体の推進機を千鳥状に接続した場合は前方 2 体，後方 1 体のケースよりも前方 1 体，後方 2 体の配置で推力が向上しやす
いことがわかった．ヒレ後流のパターンは前方 1 後方 2 の配置ケースで後方に伸びる帯状の流れパターンが確認されたのに対し，前方 2 後方 1 のケースでは左右に流れが拡散するパターンが見られた．このような配置にともなう推力向上のメカニズムはこの流れパターンが大きく影響しているものと考えられる．三体接続時の推力偏向については魚体を不等間隔に配置することで可能とみられるが，コンパクトな推進機を実現するためには三つのヒレのうち一つを停止する等の工夫も効果的と考えられる．

1. はじめにを与えたケースでは消費エネルギーは抑えられるも水深が 1m 未満の極浅海域や河川などで小型船舶のの抗力が大きくなり，逆位相の動きを与えたケーや ROV（Remotely-Operated Vehicle）を運用する場合，

スでは消費エネルギーが増大するものの推力向上が

推進機が水底面と接触する恐れがある他，底泥の巻見込めることを報告している．田中ら[4]は二次元及

き上げ，繁茂する植物等の巻き込みや水生生物の殺び三次元の二魚体モデルを用いて並列配置と千鳥配

傷が心配される．現在水中推進機はスクリュープロ

置における流れと推力・抗力係数を推算し，並列配ペラが多く用いられているがこれに代わる安全な推置よりも千鳥配置の方が大きな推力を発生しやすく，進方法の一つとして弾性振動翼（ヒレ）を持つ推進

魚体間隔 S を体長 L で割った無次元数 S/L が 1, 取り機構がこれまでに数多く研究されている．しかしな

付け幅 B を体長 L で割った無次元数 B/L が 0.3 の条

がらヒレ推進機の推進効率は低く，魚型ロボットを件で単独のケースに比べ運動効率が向上することを[1]

例にとるとわずか数％であり ，70%前後の推進効示した．一方で S/L が 0（並行）のケースでは逆に率を有するスクリュープロペラに遠く及ばない．こ

推力は減少し，単独魚に比べ 10%ほど低下する結果のヒレ推進機の推進効率を向上させる手法として，を示している．Deng ら[5]は Dong らが行った並列三複数魚体を接続し後流を干渉させて推進効率を向上

体の魚モデルを前方 2 匹，後方 1 匹の千鳥状に配置される試みが行われている．群れをなして遊泳する

して数値実験を行い，上流側の魚体からの流れと渦魚群の遊泳形態と推進効率の関係の解明についてはにより後流側の魚体への投入エネルギーが減じ，あいくつの研究がなされており，水路内に生きた魚とる範囲の間隔に設定することで推進効率が向上する

ロボット魚を泳がせる実験[2]では魚がロボット魚にことを示している（ただし推算された推進効率は単対して千鳥状の位置を維持することが報告されてい一魚体の推進効率と大きく変わらないようである）．

る．また並列に配置された魚群が発生する推力を数

細谷ら[6]は弾性ヒレによる水理実験を行い，二台の値シミュレーション（CFD）や水理模型実験により推進機を水槽内に並列及び千鳥状に固定して推力測評価する試みも行われている．Dong ら[3]は二次元モ

定と PIV 計測を行い，千鳥状に配置することで推力デルを用いて二体と三体の魚体モデルによる並列配が向上することを示した．この千鳥配置の流れ場は置の魚体運動の推算を行い，各魚体に同期した動き

前方のヒレが作り出す速い流れが後流側のヒレを介- 141 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

して帯状に発達する特徴が見られ，数値シミュレー
ションによる結果[3]と整合している．以上の配置と推力の特徴を大雑把に整理した表を表 1 に示す．並
列配置は単体魚体に比べて大きな推力向上は見込め
ず，ヒレ同士の動きが半周期ずれたものは推力が低下する傾向にある．一方で千鳥状に配置した場合，二体のケースでは帯状の速い流れとともに大きな推力が発生する．しかしながら，三体のケース（前２・後１）
では特段大きな推力が得られないようである．

Fig. 1 Developed fish-like fin propulsor and arrangement

なお三体のケースでは前１・後２の配置については十分に調査がされておらず，流れの干渉による推力
特性や推力偏向については不明である．このように魚型のヒレ推進機は魚体間隔や各推進機の駆動周期の位相差を調整することで大きな推力が得られる可能性があり，極浅海域で運用できる効率の良い推進機の実現が期待できる．

Table 2 Experimental setting
Swinging angle q
Rotating speed Vq
Wagging Fre uency ｆ
Swimming Number Sw±15 degree
6.16 rad/s,
1.7 Hz (Synchronized)
0.3

Gap space S

0mm, 20mm, 40mm

Width B
Tested Fin

50 mm
PP plate ( t:1mm, A: 3.43cm2 )本研究では推力特性が不明な千鳥配置（前１・後2）を含め，三体のヒレ推進機の推力特性ならびに後流パターンを実験的に調べ，推進効率の向上が期待できる配置を把握したのち推力偏向方法を考察した．
さらに本研究では二次元または三次元モデルで計算される CFD と水理模型実験との整合性を向上させるために 2D モデルに近い平面翼形状のヒレ推進機と魚を模した流線形のヒレ推進機を試作し，二体による推力について CFD 結果と水理実験を比較した．
Table 1 Estimated propulsive performance
ParallelStaggeredFig. 2 Tested finsは DC サーボモーターによって駆動され，胴体（整流板）から尾部までの長さは 30 cm であり，図 2 の各形状の尾ヒレをつけると 37 cm〜40 cm の長さとなる．推進機はウレタンフォーム製のフロートに固定される．この実験ではサーボモーターは q = ±15°の間で往復運動させた．遊泳速度は長さ 2m，推進15cm の水槽内に設けた 30cm の標点間距離を通過す
Dong et al.[2], Tanaka et al.[4],Dong et al.[2], Tanaka et al.[4],Hosotani et al.[3]Hosotani et al.[3]る時間から求められ，推力はバネ秤を用いて目視により測定した．また電力計による消費電力と推進にかかる仕事量から推進効率を求めた．後流の PIV 計
測はヒレ後方の水平断面（8cm × 11cm の範囲）をDong et al.[2]Deng et al.[1]300fps の高速カメラで撮影した．トレーサーは0.1mm のセルロース粒子を用い，カメラを斜め上？

方に設置して後方散乱光による高輝度の粒子画像をDong et al.[2]撮影した．

2. 実験装置と実験方法

3. 結果と考察

往復振動する弾性ヒレ推進機の外観と配置パラメータを図 1 に駆動条件を表 2 にそれぞれ示す．ヒレ- 142 -

3.1 ヒレ形状の違いによる推進速度
単体の推進機に図 2 のヒレを取り付けて推進速度

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

を比較した．この結果，最も長いヒレ（L タイプ）が 15 cm/s と大きい結果を得たことから以後の実験では L タイプのヒレを用いた．

3.2 複数の推進機を組み合わせた場合の推進性能
二体及び三体のヒレ推進機を接続し，S = 0 mm（並列），S = 20 mm，40 mm（千鳥配置）に配置し，標Fig. 3 Test scene

点間距離を進む平均速度と推力を測定した．実験の様子を図 3 に，平均速度およびバネ秤で測定した推力と推進効率を図 4 に示す．平均速度が最も大きいのは二体では魚体間隔 S = 40 mm の千鳥配置のケー
スで約 7 cm/s の速度を示し，三体では前 1 後 2 の千鳥状に配置した S = 40 mm の間隔を取ったケースで約 19 cm/s の速度を示した．二体のケースでは並列配置（S = 0 mm)と比較して 7.6%，三体では前 1 後 2のケースで 14.8%推進速度が向上したが同じ三体でも前 2 後 1 の千鳥配置のケースは並列配置に比べて5.6%の速度増加に留まった．三体のケースでは船体は直進したが，二体では千鳥配置のケースで推力偏向により 1.5°/s 程度で旋回しながら進行した．図 4の推力について，二体のケースでは魚体間隔に伴う推力差は見られず，三体のケースでは千鳥配置に伴い，平均推力の増加が見られたが，前後の魚体数に伴う差は見られなかった．ただし本実験では値が激しく変動する魚体の推力はバネ秤を用いて測定した
ために目測の誤差も大きいことから魚体配置に伴う推力差が十分に現れなかった可能性もある．推力とFig. 4 Averaged thrust of schooling fish model

速度，消費電力量から求められる推進効率についてみると単一魚体の推進効率は 0.32%であり，二体及の結果，前 1・後 2 の配置で S/L は 0.25 までの小さび三体の最大推進効率は魚体間隔 S = 40 mm でい範囲で推力が大きく，前 2・後 1 の配置では S/L=1

1.35%および 2.88%（前 1・後 2 のケース）を示し，付近で推力が向上することがわかった．これらの結並列時（S = 0mm）に比べて二体で約 8%，三体で約果に対し，図 6 に示す三次元の数値シミュレーショ

27%向上した．このように千鳥状の配置が速度と推ンで得られた流れのパターン（圧力及び第二不変量力の向上に寄与することが確認された．

のコンター）と図 7 に示す推力の程度を示す抗力係

ここまでの実験結果はヒレ推進機をウレタン製の数（小さい程推力が大きい）を見ると，前方魚体のフロートに付けて遊泳させながら実験を行ったもの

抗力係数は間隔 S/L が小さいと単魚体よりも大きく，

で魚体間隔を大きく取れない．そこで魚体をアルミ

後方の魚体の抗力係数は単魚体時と比較して減少し，フレームに固定して水槽壁面に懸架し，フォースゲ

トータルで見ると単一魚体よりも抗力係数が小さい

ージで平均推力を測定した結果を図 5 に示す．この（推力が大きい）のは S/L が 1 の時であり水理実験

実験では魚体間隔を魚体長さ（L = 30cm）で除した

結果と異なる．ただし，CFD では水理模型実験で推S/L を 0.1〜0.5 に幅 B/L を 0.1〜0.3 に変化させた．こ

力が大きかった S/L=0.1 付近の計算を行えていない- 143 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

ことから今後検証が必要である．複数魚モデルはヒかる．これはヒレが往復運動する際に発する強い流レの駆動周期に依存する放出渦の干渉が影響するが，れが左右に広がるように移流していることを示す．

これらの実験では周期や魚体形状が一致していない

一方，図 8(b)に示される二魚体では S = 40 mm（S/L

ことも今後の課題である．

= 0.13）で帯状の流れが見られ前方のヒレから発せられる速い流れが後方のヒレを介して後方に続いている．
三体による図 8(c)と図 8(d)は両者とも千鳥配
置（S = 40 mm）の結果であるが，前後のヒレの配置
数に伴って流れ場が大きく異なり，前 2 後 1 のケー
スでは単一魚体と同様に早い流れが二方向に拡散しているのに対して前 1 後 2 のケースでは二体のケースに類似した帯状の流れパターンが確認できる．この帯状のパターンは推力向上に寄与しているものと考えられ，前方のヒレ周囲から後方にかけて負圧場が発達しているものと推測される．負圧場の形成は渦の干渉状況を見ることで推測が可能であるが，本PIV 実験においては時間・空間分解能の不足から十Fig. 5 Thrust distribution on staggered arrange

S/L = 1.0

S/L = 0.5
Fig. 6 Simulated flow around the fish school[7]Fig. 7 Drag coefficientvs Distance

3.2 PIV によるヒレ後流の流れ場

PIV 計測によって得られたヒレ後流の 10 周期平均の流速分布を図 8 に示す．
ここで PIV 計測は斜め 45°

Fig. 8 Propulsion of schooling fish model

から撮影した画像を用いて解析を行ったが，原図の台形補正は行っていないため，図の下側（手前側）

分に把握することができなかった．

の流速が大きくなる傾向を示すことに留意する必要

4. 推進効率の向上と推力偏向がある．図 8(a)の単一魚体のケースでは 60 cm/s 程

これまでの研究から二体のヒレ推進機を千鳥状にの流速を示す領域が二方向に広がっていることがわ

配置することで推進効率の向上に加えて推進方向が- 144 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

偏向することがわかった[4,6]（図 9）．しかしながら三験用ヒレ推進機として剛体フィンを有し，胴体がし体の推進機の場合，推進効率の向上を図りながらのなやかに動作する三次元形状の魚体と，平面翼形状

推力偏向は難しく，CFD により三体の推進機を不等の推進機を試作し，これらの推力の違いを調べた．

間隔に配置することで推力が二体接続時と同程度の5.1 実験装置と実験条件偏向が確認された[7]．しかしながら図 1 の試験推進製作した三次元形状モデルと平面翼形モデルの仕機は魚体間隔 S/L を大きくとることができないこと

様と概観を表 3 と図 10 に示す．
長さはどちらもおよや水槽の大きさの制限から不等間隔に伴う推力の変そ 30 ㎝であり，三次元モデルのヒレとして図 2 の三化を水理実験により把握することはできなかった．

種類を与えた．胴体の駆動モーターは 1 個で行い，船舶の推進機に三体のヒレ推進機を搭載する場合はワイヤーで尾部を引くことで胴体の揺動させる．ヒ

魚体間隔 S/L をあまり大きく設定できないことから，

レは流れに対して受動的に変形しないよう弾性率の

推力偏向の制御は千鳥状に配置されたヒレ推進機

低いポリプロピレン製とすることでヒレ角は流体抵（前１・後 2）のうち後方の 1 体を停止して推力方抗に応じて受動的に変化するが，しなることはない．

向を制御する方法が適しているかもしれない．

ヒレの取付け部には角度を制限するストッパーを設けており，ヒレは中心軸に対して±15°の範囲で可動である．
平面翼モデルの翼幅は 10 ㎝であり翼端には平板状の整流板を設けている．水理実験は長さ 1mの水槽内に設置したスライドレール上に推進機を取り付け，フォースゲージにて推力を測定した．推進PIV result (PCA detected dominant flow pattern)

機は単体及び二体接続したものを用いた．尾部をワNumerical simulated flow pattern (Two-fin model)
Fig. 9 Flow pattern which performs thrust deflection

5. 数値実験との整合を目指した魚型ヒレ推進機
本研究では弾性フィンを持つ魚型推進機を用いて魚体間隔と推力との比較や後流の可視化を行ったが大きな課題の一つとして水理実験用の推進機とPlane wing type

CFD の魚体モデルの形状や動きに違いがあり，推力向上の法則性やメカニズムの解明が十分に行えていないことが挙げられる．移動格子を用いた CFD モデルは魚体の正弦波状の動き作りだすことができる一方で流れに受動的に変形する弾性ヒレの運動を再現することは容易でない．過去に行われた数値シミュ
レーションでは計算にかかる負荷等の理由から従来
は二次元計算による報告が多かったが二次元計算と3D fish typeFig. 10 Developed fish type fin propulsor

三次元計算の違いが水理実験ではどの程度の違いがTable 3 Specification

あるか不明であった．そこで本研究では数値シミュ
レーションと整合をとりやすいコンパクトな水理実- 145 -

Servo motor angle qs
Rotating speed Vq
Swinging cycle f
Length L±40°±60°±80°
5.82 rad/s,
0.5
288 mm【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

イヤ ーで牽引する サーボ モ ータ ー の 振り角は機を並列及び千鳥状に配置し，推進速度と推力の比

q=±40°, ±60°, ±80°で駆動周期は約 2 秒（尾部を振り較を行った結果，三体の前 1・後 2 のケース (S = 40

切ってから 0.8 秒の待ち時間を設けた）とした．二

mm，S/L = 0.13)で推進速度が最大となり，推力実験

体接続時の取付幅 B/L は 0.4 とし，魚体間隔 S/L は 0

でも千鳥配置のケースで大きな推力が得られた．

（並行）〜1.0 とした．なお三次元モデル用のヒレ形

PIV 計測によるヒレ後流の流れパターン千鳥状配置

状は単体の推力が振角によって大きく変化しなかっのケースにおいて前方のヒレから後方のヒレを介した M タイプを使用した（図 11）．

て後方に伸びる帯状の流れパターンが確認された．
一方で三体接続の場合は前 1・後 2 で帯状の流れであったのに対して前 2・後 1 のケースでは左右に流れが拡散するパターンが得られ，流速分布が推力と関係していることを示唆する結果を得た．推力偏向については二体のケースで 1.5°/s 程度の偏向が見られたが三体のケースでは魚体を不等間隔に変更するなどの工夫が必要であることが CFD により推算された．しかしながら水理実験では実験装置の限界により確認はできなかった．小型船舶などの実用上は前１・後 2 の配置のヒレうち 1 つを停止すること

5.2 実験結果
サーボモーターの回転角 80°（尾部振角はおよそで推力方向を制御する方法が適しているかもしれな

45°）における 10 サイクルの平均推力を図 12 に示い．本研究ではさらに二次元または三次元で行われす（図では平面翼モデルを 2D モデルと記述）．概しる CFD と水理実験との整合性を評価するため，三次て三次元モデルの推力が大きく，魚体間隔 S/L が 0.8

元形状の魚体モデルと平面翼状の魚体モデルによる〜1 で推力が大きいが，平面翼モデルでは S/L=0.2

推力特性を評価した．この結果，水理実験において

で三次元モデルと同程度の 0.15N の推力を発揮しても数値シミュレーションと同様に魚体間隔が大きくいる．数値シミュレーションによる間隔と推力の関なるにつれて推力が向上するが，CFD では二次元モ

係は二次元モデル，三次元モデルとも S/L が 1 に近デルの方が三次元モデルよりも推力が大きい傾向をづくにつれて抗力係数が小さく（推力が大きく）な示しているのに対して水理実験は逆の傾向を示した．

り水理実験結果と整合するが，数値シミュレーショ
ンでは二次元モデルの推力が大きくなる傾向を示し[1]

たのに対して本実験では逆の傾向を示した．
[2]

[3]
[4]
[5]
[6]

Fig. 12 Comparison of 2D model and 3D model[7]

6. おわりに
弾性板のヒレを有する二体及び三体のヒレ型推進- 146 -

文 献
池田洋平，田尻智紀，高田洋吾, 各アクチュエータの位相差と尾ひれの素材が魚ロボットの推進に及ぼす影響，
ロボティクス・メカトロニクス講演会(ROBOMEC2013),
1A1-B06, 2013．
Stefano Marras, Maurizio Porfiri, Fish and robots swimming
together: attraction towards the robot demands biomimetic
locomotion，
J. The Royal Society Interface 9 (73), 1856-1868,
2012.
Gen-Jin Dong, Xi-Yun Lu, Characteristics of flow overtraveling wavy foils in a side-by-side arrangement, Physics
Fluids, 19057107, 2007.
田中千智，尾形陽一，西田恵哉, 群魚推進に及ぼす後流
渦列挙動の数値的考察, 機械学会中国四国支部第51期
総会・講演会, 1106, 2013．
Deng Jian, Shao Xue-ming, HYDRODYNAMICS IN
DIAMOND-SHAPED FISH SCHOOL, Conference of
Global Chinese Scholars on Hydrodynamics, 2006.
細谷和範, 石井貴之, 小林大輝, 並列に配置された弾性振動翼の推力特性に関する実験的研究, ロボティク,
ス・メカトロニクス講演会2013（ROBOMEC2015, 京都）
2S1-C06(1)-(4), 2015.
松原聡汰，尾形陽一，安藤祥汰，細谷和範, 泳動魚群周りの流れ場と流体力の相関に関する数値解析および実
験的研究, 第30回数値流体力学シンポジウム, 2016.

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

ＩＣＴを活用した有害野生獣の捕獲システムの開発
津山工業高等専門学校
鳥家 秀昭
（概要）
有害野生獣による農林業の被害対策として，猟友会メンバー（捕獲従事者）の作業負担の軽減を目的としてＩＣＴを活用した有害野生獣の捕獲システムを構築し，遠隔監視・制御装置を使用して捕獲実験を実施している。本研究では，新たに製作したゲート閉鎖情報送信装置を檻に設置し，猟友会メンバーの協力により野生獣の捕獲実験を行って有用性を検証したので報告する。

２．ＩＣＴを活用した有害野生獣の捕獲システム（本文）１．背景・目的
全国各地で有害野生獣による生活環境，森林の生

本研究はイノシシの捕獲従事者の作業負担を軽減

態系あるいは農作物の被害が深刻化し，農家の意欲し有害野生獣の駆除を促進することを目的とする。

減退や耕作放棄地の増加などの問題が顕著になって捕獲従事者は２０〜３０カ所に檻を設置する。こいる。また，猟友会メンバーの（捕獲従事者）の減のため，多数の檻の管理や捕獲成功した檻の特定が少や高齢化とあいまって被害地域は年々広域化して煩雑である。また，捕獲した野生獣は速やかに仕留

おり，有害野生獣の駆除・対策は容易ではない。複め（「止めさし」）
および処分の作業が不可欠である。

数頭捕獲を狙ってＩＴを活用した檻のゲート制御装

そこで，図１に示すようなＩＣＴを活用した有害野（１）置が市販されているが，高価で操作方法も複雑

生獣の捕獲システムを構築し，猟友会の協力を得て研究を遂行している（２）。具体的には下記のとおり。

であるため普及し難いと思われる。

図１．ＩＣＴを活用した有害野生獣の捕獲システムの概念図- 147 -

【平成28年度研究費助成（１）檻の設置場所から遠隔地にいる捕獲従事者の携帯電話等の情報端末に檻のゲートが閉鎖した情報を送信して捕獲した檻を特定する。

研究成果報告書】（２）遠隔監視・制御装置（３）檻の設置場所には商用交流電源がないため，電源としてソーラー発電と蓄電池を使用した。光電セン（２）ＷＥＢカメラで撮影した画像を捕獲従事者の情報端末に送信して捕獲成功した有害野生獣の種
類・頭数を確認する。

サを使用して，蓄電池の節電を図った。
図３に制御回路を示す。遠隔監視を行うために，ＷＥＢカメラで撮影した画像を遠隔地に伝送する。
そこで，ＷｉＦｉルーターをレンタル契約（４）して

３．有害野生獣の捕獲実験

無線インターネット環境を構築した。
図４に檻のゲートをワイヤで吊上げて開閉する器

有害野生獣の捕獲実験に使用した装置（機器）と具を示す。有害野生獣の「捕獲」は，ＷＥＢカメラ

実験方法について述べる。
ＷＥＢカメラ，
携帯電話，の画像を見て檻内を確認した後，遠隔制御用の情報

制御回路（蓄電池）およびソーラーパネルを捕獲檻

端末を用いてゲート閉鎖指令を送信する。

に設置する。ＷＥＢカメラの画像を遠隔地の捕獲従事者に伝送するために，インターネット環境（ＷｉＦｉルーター）を構築する。
一方，猟友会メンバーに，有害野生獣の捕獲檻の設置，あるいは，「捕獲」，「止めさし」および「廃棄処分」等の作業について，協力していただいた。
（１）有害野生獣の捕獲檻（囲いさく）
図２に有害野生獣の捕獲檻を示す。檻の概略サイ
ズは縦×横×高さが 400×400×250［cm］で，檻のゲートは幅が 95［cm］，高さが 60［cm］である。

制御回路

図３．制御回路（蓄電池，ＷｉＦｉルーター）

ゲートの開閉器具

図２．有害野生獣の捕獲檻- 148 -ＷＥＢカメラ【平成28年度研究費助成

図４．ゲートの開閉器具研究成果報告書】

図５（ｂ）ゲート閉鎖情報の送信装置（３）ゲート閉鎖情報送信装置

測した。

檻の設置場所から遠隔地にいる捕獲従事者の携帯

そこで，檻の設置場所に行き，捕獲従事者と対策

電話に捕獲檻のゲートが閉鎖したことを通知するこを協議し，ゲート閉鎖情報の送信装置を，クモが巣とにより捕獲従事者の作業負担を軽減する。
図５（ａ）を作り難い所に移動して改善した。

にゲートが閉鎖した情報送信装置の構成（ブロック図）を示す。

（４）捕獲実験の結果
降雪期になると野生獣が檻に近づくようになった

捕獲従事

制御回路

反射型

者の携帯

(専用携

赤外線

電話

帯電話)

センサ

ので檻内に餌を置いて捕獲を開始した。
図６（ａ）に捕獲した野生獣のＷＥＢカメラの画像を示す。その後，ＷＥＢカメラの画像で檻に進入した野生のシカを確認した。そこで，遠隔制御装置を用いて檻のゲートの閉鎖指令を送信すると，捕獲

図５（ａ）ゲート閉鎖情報送信装置の構成

従事者の携帯電話に着信があった。捕獲従事者はゲートが閉鎖したと判断して檻の設置場所に行き，「止

反射型赤外線センサがゲートの閉鎖を検知すると，この装置の内部に収納している携帯電話から捕獲従事者の携帯電話に通知する。具体的には，反射型赤めさし」の作業を行った。
図６（ｂ）に「止めさし」の作業を実施した後の檻内の様子を示す。

外線センサの出力をリレー回路の入力信号として用い，約１分程度で携帯電話に登録した番号にＤＴＬ信号を送信する。
図５（ｂ）に捕獲檻に設置したゲート閉鎖情報の送信装置を示す。概略サイズは，縦×横×厚さが 20
×16×5［cm］である。捕獲実験の初期段階でゲート閉鎖情報の送信装置に不具合が発生して捕獲従事者の携帯電話にゲート閉鎖情報が誤送信された。
この原因を調査した結果，捕獲檻のゲートを開放した状態でクモが巣をつくり，これを反射型赤外線センサが検知してゲートが閉鎖したと認識したと推- 149 -

図６（ａ）捕獲した野生のシカの画像

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

図６（ｂ）「止めさし」作業後の檻内の様子

参考文献

４．まとめと今後の課題
農山村地域の有害野生獣による被害対策のために
ＩＣＴを活用した有害野生獣の捕獲システムの開発に取組み，猟友会メンバー（捕獲従事者）の協力に(1）例えば，（株）一成(2）鳥家他，平成 26 年度（財）ウエスコ財団研究成果報告書(3）鳥家他，平成 28 年度（社）電気設備学会全国大より野生のシカの捕獲実験を行っている。
本研究では，「捕獲」作業あるいは檻の管理の負担

会講演論論文（平成 28 年 9 月 6 日）

軽減を目的としてゲート閉鎖情報の送信装置を製作(4）例えば，UQ コミュニケーションズ（株）

し，これを設置した檻を用いて野生獣の捕獲実験により有用性を検証した。

謝辞

今後は，捕獲従事者の作業負担をより軽減するた
めに自動捕獲装置の開発に展開する。これにより猟本研究の遂行において，研究費を助成していただ

友会メンバーの意欲向上ならびに有害野生獣の駆除

いた（財）ウエスコ学術振興財団に深く感謝いたし

数の増加に貢献したい。

ます。

- 150 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

青枯病菌エフェクターを利用したトウガラシ育種技術の開発
岡山県農林水産総合センター生物科学研究所
中野 真人
青枯病菌（Ralstonia solanacearum）はナス科作物を中心に様々な植物に病気を引き起こす土壌伝染性の植物病原細菌である。本菌は宿主への感染を成立させるために、エフェクターと呼ばれる分泌タンパク質を植物細胞内に注入し、免疫応答を攪乱する。青枯病に対して有効な防除方法は確立されておらず、農薬を用いた化学的防除や輪作による耕種的防除の効果が限定的であることから、抵抗性品種の開発が求められている。そこ
で、青枯病抵抗性をもつトウガラシを探索したところ、宿主範囲の異なる複数の青枯病菌株に対して抵抗性を示すトウガラシ野生系統を見出した。本トウガラシの抵抗性は植物ホルモンの一種であるサリチル酸情報伝達
経路を介して誘導された。また、青枯病菌の全エフェクターレパートリーの中から当該トウガラシに過敏感細胞死を誘導するエフェクターを特定した。

1. はじめにだけでなく、抵抗性植物において非病原力因子（Avr）

青枯病菌（Ralstonia solanacearum）はナスやトとしても機能する。植物は抵抗性タンパク質と呼ばマトをはじめ、200 種以上の植物に病気を引き起これる細胞内受容体により Avr エフェクターを感知し、す植物病原細菌である。本菌は土壌深部や水中で生細胞死をともなう非常に強い防御反応（過敏感反応）存し、根の自然開口部や傷口から植物内に侵入するを誘導する。この反応は抵抗性遺伝子の存在を示すと維管束内で増殖しながら全身に広がり、最終的に指標となるため、Avr エフェクターを利用して抵抗植物を枯死させる。

性育種選抜を実施できると考えられる。
本研究では、

植物は病原微生物の感染から身を守るために高度青枯病抵抗性をもつトウガラシを探索するとともに、な免疫系を発達させている。植物は細胞膜上の受容見出した抵抗性植物が認識する青枯病菌の Avr エフ

体により微生物の構成成分を感知し、活性酸素種のェクターを同定したので報告する。

生成、MAP キナーゼの活性化、カロースの蓄積などの一連の防御応答を誘導する（Couto and Zipfel,

2. 結果と考察2016）。一方、病原菌は宿主の防御反応を乗り越えて

トウガラシ野生系統が有する強度青枯病抵抗性の感染を成立させるために、特殊な分泌装置により自解析

身のタンパク質を宿主の細胞内に注入する。このよ

青枯病抵抗性を有するトウガラシを探索するため

うな分泌タンパク質はエフェクターと総称されておに、国内外から入手したトウガラシ系統に青枯病菌

り、病原細菌の主要な病原因子として機能する。日を接種し、青枯病菌の感染時に誘導される萎凋症状本で分離された青枯病菌 RS1000 株は約 70 種類のエの進展を観察した。国内で食用に栽培されているトフェクターを植物細胞内に注入することが報告されウガラシ系統S1〜S3は青枯病菌接種7日後に枯死し、ている（Mukaihara et al., 2010）。青枯病菌のエフ

青枯病抵抗性が認められなかった（図 1）。一方、東ェクターは Rip（Ralstonia injected protein）と南アジア由来のトウガラシ野生系統 R では萎凋症状呼ばれており、その多くが既知の機能ドメインをもの進展が顕著に遅延し、青枯病菌に対して非常に強たないことから、病原性機構における役割は未解明

い抵抗性を示した。また、本トウガラシ野生系統 Rである。

は我々が所有している全ての青枯病菌株に対して強エフェクターは病原菌の病原因子として機能する- 151 -

度抵抗性を示したことから、青枯病抵抗性遺伝子資【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

源として利用価値が高いと考えられる。

本トウガラシ野生系統 R が有する抵抗性メカニズ
ムを明らかにするために、青枯病菌を接種した栽培系統 S1 と野生系統 R から継時的に mRNA を単離し、リアルタイム PCR を用いて防御関連遺伝子の発現パ

トウガラシ野生系統が認識する青枯病菌エフェク

ターンを解析した。野生系統 R では、栽培系統 S1

ターの同定と比較して解析した全ての防御関連遺伝子が速やか

トウガラシ野生系統 R の本葉に青枯病菌を接種すに発現するとともに、長く持続することが明らかにると細胞死を伴う過敏感反応が誘導された。この反なった（図 2）。野生系統 R において発現量が増加し応はエフェクターを注入できない青枯病菌変異株のた防御関連遺伝子、CaPR1、CaPR10 および CaSAR8.2A

接種では認められないことから、青枯病菌が分泌すはいずれもサリチル酸情報伝達経路のマーカー遺伝

るエフェクタータンパク質によって誘導されると考子であることから、野生系統 R の強度青枯病抵抗性えられた（データ不掲載）。そこで、過敏感反応を誘にサリチル酸が関与すると考えられた。そこで、ウ

導する青枯病菌のエフェクターを同定するために、

イルス誘導ジーンサイレンシング法を用いてサリチ

アグロバクテリウムを用いて野生系統 R の本葉で各ル酸生合成遺伝子をノックダウンした野生系統 R をエフェクターを発現させ、過敏感反応の有無を観察作出し、青枯病菌に対する抵抗性を調べた。本ノッ

した。
青枯病菌 RS1000 株の全エフェクターレパート

クダウントウガラシは青枯病菌接種 5 日後に全てのリー約 70 種類について調べたところ、過敏感反応を個体が枯死し、
強度青枯病抵抗性を示さなかった（デ

誘導するエフェクター（AvrC）を 1 種類見出した（図ータ不掲載）。これらの結果から、野生系統 R の強度

3）。AvrC はタバコやナスなど、他のナス科植物にお青枯病抵抗性はサリチル酸情報伝達経路を介して誘いて過敏感反応を誘導しないことから、トウガラシ

導されることが明らかになった。抵抗性遺伝子

特異的な Avr エフェクターであると考えられる。青RRS1-R による青枯病抵抗性はサリチル酸の蓄積を枯病菌のエフェクターRipP1 および RipAA はタバコ必要とすることが知られている（Deslandes et al.,の本葉で過敏感反応を誘導することが報告されてい2002）。従って、野生系統 R の強度青枯病抵抗性がサ。また、RipAX2 はナる（Poueymiro et al., 2009）

リチル酸情報伝達経路に依存するという結果は、強スが認識する Avr エフェクターとして同定さている

度抵抗性に関わる抵抗性遺伝子が本トウガラシに存（Nahar et al., 2014）。しかしながら、これらのエ在するという可能性を示唆している。

フェクターを野生系統 R の本葉で発現させても過敏- 152 -

【平成28年度研究費助成

感反応は誘導されないことから、野生系統 R は新規の抵抗性タンパク質を有すると考えられる。

3. まとめ本研究により、強度青枯病抵抗性を有するトウガ
ラシ野生系統 R を見出すとともに、この抵抗性がサ
リチル酸の蓄積を必要とすることを明らかにした。
また、
青枯病菌がもつ約 70 種類のエフェクターの中から、当該トウガラシに過敏感反応を誘導する Avr
エフェクターを同定した。今後、このエフェクターを利用してトウガラシ野生系統 R の交配後代において強度抵抗性遺伝子を特定する。
4. 謝辞
本研究を遂行するにあたり、公益財団法人ウエスコ学術振興財団の支援を賜った。ここに記して感謝の意を表する。
5. 参考文献
Couto and Zipfel(2016) Nat Rev Immunol. 16(9):537-52.
Mukaihara et al.(2010) Mol Plant Microbe Interact.
23(3):251-62.
Deslandes et al.(2002) Proc Natl Acad Sci U S A.
99(4):2404-9.
Poueymiro et al.(2009) Mol Plant Microbe Interact.
22(5):538-50.
Nahar et al.(2014) Mol Plant Pathol. 15(3):297303.

- 153 -

研究成果報告書】

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

細胞内グルタチオン上昇活性に着目した酒粕加水分解物の肝障害抑制作用とそのメカニズムの解明
就実大学 薬学部
川上 賀代子グルタチオンは生体内で産生される抗酸化物質であり、酸化ストレスに対する防御をはじめ、毒物や薬物の解毒など様々な生理作用を有している。よって、グルタチオンの細胞内濃度を上昇させることにより、酸化ストレスを軽減し、さまざまな疾病の予防することができると考えられる。本研究では、酒粕の有効活用方法として、細胞内グルタチオン上昇活性を指標に、肝障害抑制作用をもつ機能性食品素材の開発を目的として研究を行った。ヒト肝ガン由来 HepG2 細胞において、酒粕加水分解物を添加することにより濃度依存的に上昇がみられた。さらに、グルタチオン合成の律速酵素であるγ-glutamylcysteine synthetase（γ-GCS）だけでなく、γ-GCS と同様に転写因子である Nrf2 の制御下にある抗酸化酵素 hemeoxygenase-1（HO-1）の発現の誘導や、Nuclear factor (erythroid-derived 2)-like 2 (Nrf2)の発現誘導がみられた。また、あらか
じめ酒粕加水分解物処理することで、過酸化水素による細胞傷害が抑制された。以上の結果より、酒粕加水分
解物は細胞内グルタチオンを上昇させるだけでなく、抗酸化系を誘導することにより、酸化ストレスによる細胞傷害を抑制していることが示唆された。

hemeoxygenase-1

１．はじめにグルタチオンはグルタミン酸、システイン、グリシンからなるトリペプチドであり、生体が有す
1)(HO-1) などの抗酸化系を誘導する。
我々はこれまでに、細胞内グルタチオンを上昇さる主要な抗酸化物質である 。その細胞内濃度はせる食品成分の探索を行い、米タンパク加水分解物

比較的高く維持されており、抗酸化作用だけで無が細胞内グルタチオン量を上昇させることを明らか

く、薬物などの解毒にも大きく関わっている。グにした 5)。これまでに細胞内のグルタチオン濃度をルタチオンの恒常性が変化により酸化ストレス増加させる化合物として、合成化合物であるβ ナを誘引し、様々な疾病につながることが報告されフトフラボン 6)や天然物由来の化合物であるシリマている 2)。よって、細胞内グルタチオンを制御すリン 7)、β-carotene 8)などがすでに知られているが、ることにより様々な疾病の予防に有効であると酒粕の細胞内のグルタチオン濃度を増加させる作用考えられる。

についてはこれまで知られていない。本研究では、グルタチオンは、
γ-glutamylcysteine synthetase

酒粕加水分解物の細胞内グルタチオン上昇活性につ(γ-GCS) および glutathione synthetase の 2 つの酵素

いて検討を行った。また、γ-GCS や HO-1 のタンによって生合成され、このうちγ-GCS はグルタチ

パク発現への影響や Nrf2 の関与についても調べた。

3)オン生合成過程での律速酵素である 。γ-GCS の発現調節は転写因子 Nuclear factor (erythroid-derived

２．実験方法2)-like 2 (Nrf2)によって制御されていることが報告

酒粕加水分解物の調製4)されている 。細胞が活性酸素などのストレスに晒

雄町米酒粕（室町酒造）をデナチーム AP（ナガされると Nrf2 は細胞質から核内へ移行し、γ-GCS

セケムテックス）で処理し、遠心分離後に上清を凍をはじめ、ヘムを分解して強い抗酸化作用を持つビ結乾燥して酒粕加水分解物を調製した。

リ ベ ル ジ ン を 産 生 す る 酵 素 で あ る

細胞内グルタチオン量の測定- 154 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

その結果、酒粕加水分解物を添加することにより 24

plate で播種し、48 時間培養した。その後、酒粕加水

時間後にコントロールに比べてγ-GCSh とγ-GCSl

分解物を添加し 1、3、8、24 時間後に細胞を回収しAた。細胞をホモジナイズし、上清を過塩素酸で除タンパクした後、DTNB 法を用いてグルタチオン量を測定した。
γ-GCS タンパク発現量の測定
回収した細胞に RIPA buffer を添加してタンパク抽出液を調製した。抽出したタンパク質は SDS-ポリ
アクリルアミド電気泳動後、PVDF 膜に転写した。

Total glutatnione (nmol/mg protein)

ヒト肝がん細胞 HepG2 を 1.5×105 / 2 mL / 6 well

160

**
120

**

*

80

40

0
control0

一次抗体は anti-γ-GCS heavy subunit (γ-GCSh) 、

5 mg/ml
5

10 10
mg/ml

20 mg/ml
20

酒粕加水分解物(mg/mL)

anti-Nrf2 、 anti- β -actin を 用 い た 。 二 次 抗 体 は
anti-rabbit 又 は anti-mouse IgG HRP conjugatedantibody を 用 い た 。 ECL Prime Western Blotting
Detection を用いて目的タンパク質を検出した。各バンドは画像解析ソフト Image-J により定量化し、β-actin で補正した。
細胞傷害の測定

B

Total glutatnione (nmol/mg protein)anti- γ -GCS light subunit ( γ -GCSl) 、 anti-HO-1 、
160

**

120
80

**

**

1

3

40
0

0

8

24

Time (h)酸化ストレスによる細胞傷害抑制効果については、
細胞膜傷害の指標である乳酸脱水素酵素(LDH)の細

図 1 酒粕加水分解物による細胞内グルタチオン量へ

胞外漏出を測定することにより評価した。HepG2 細の影響（平均±SE、n = 3、*p < 0.05、**p < 0.01 vs.

胞を 1.5×104 / 100 L / 96 well plate で播種し、24 時間

0 mg/mL）

培養した。酒粕加水分解物を添加した培地で細胞をA：濃度による影響、B：時間による影響

24 時間培養後、過酸化水素で 24 時間処理し、培養
上清中の LDH を Cytotoxicity Detection Kit（ロシュ）を用いて測定した。
３．結果と考察

細胞内グルタチオン量に対する影響を調べた
結果、酒粕加水分解物を添加することにより濃度依存的に上昇し、終濃度 20 mg/mL でコントロー
ルに比べ 1.9 倍に有意に上昇した（図 1A）。
また、
細胞内グルタチオン量の経時変化を調べた結果、

1 時間、3 時間後では減少が見られたが、24 時間
後で上昇することが分かった（図 1B）。
γ-GCS は触媒作用を有するγ-GCSh と調節作用を有するγ-GCSl からなる二量体であり、活性発現には両方のサブユニットが必要である。そこで、γ-GCS 両サブユニットのタンパク発現量を調べた。

- 155 -

図 2 酒粕加水分解物によるタンパク発現への影響（平【平成28年度研究費助成

均±SE、n = 4、*p < 0.05、**p < 0.01 vs. 0 h）

研究成果報告書】

取すると肝臓中のグルタチオンが枯渇し、急性肝障害を引き起こすことが分かっている。今後は酒粕加水分解物中の細胞内グルタチオン上昇活性30control
10 mg/mLをもつ成分の同定とアセトアミノフェン誘導肝2020 mg/mL

障害モデルマウスを用いて酒粕加水分解物の肝

Cytotoxicity（%）

25

15

障害抑制作用を評価する予定である。

**
**

10
**

5

**

４．謝辞

0

125 M

本研究は公益財団法人ウエスコ学術振興財団学術

250 M
H2O2

助成事業の助成を受けて実施しました。心より感謝

図 3 酒粕加水分解物の細胞傷害に対する影響（平均**

申し上げます。酒粕を提供していただいた室町酒造±SE、n = 6、 p < 0.01 vs. control）

株式会社様に感謝申し上げます。

のタンパク発現量が有意に増加していた（図 2A）。

５．参考文献γ-GCS のタンパク発現は細胞内グルタチオン量と1) Meister A, Anderson ME. Glutathione. Annu Rev

相関が見られた。一方、HO-1 は 8 時間後から上昇

Biochem. 52, 711-760 (1983).

し、24 時間後ではコントロールと比較して 4 倍に上2) Reid M, Jahoor F. Glutathione in disease. Curr

昇した。さらに、γ-GCS や HO-1 の発現を制御しOpin Clin Nutr Metab Care. 4, 65-71 (2001).

ている Nrf2 のタンパク発現を調べた結果、24 時間

3) Seelig GF, Simondsen RP, Meister A. Reversible

後に上昇していることが明らかとなった。HO-1 はdissociation of gamma-glutamylcysteine synthetase

Nrf2 だけでなく転写因子である nuclear factor- B

into two subunits. J Biol Chem. 259, 9345-9347(NF- B)によっても制御されてという報告がある 9)。

(1984).

HO-1 は 8 時間後から上昇がみられたことから酒粕

4) Bryan HK, Olayanju A, Goldring CE, Park BK.

加水分解物は NF- B も誘導する可能性が示唆され

The Nrf2 cell defence pathway: Keap1-dependent

た。

and

細胞内グルタチオン上昇作用が明らかとなっ-independent

mechanismsofregulation.

Biochem Pharmacol. 85, 705-717 (2013).

たので、過酸化水素による酸化ストレスによる細5) Kawakami K, Moritani C, Uraji M et al.

胞傷害抑制効果について検討を行った。過酸化水

Hepatoprotective effects of rice-derived peptides

素を添加することにより濃度依存的に細胞傷害

against acetaminophen-induced damage in mice. J。一方、酒粕加水分解物をあ率が上昇した（図 3）

Clin Biochem Nutr. 60, 115-120 (2017).

らかじめ細胞に添加することで、濃度依存的に細6) Moinova HR, Mulcahy RT. An electrophile

胞障害の抑制がみられた。

responsive

以上の結果から、酒粕加水分解物は細胞内グルelement

beta-naphthoflavone(EpRE)

induction

of

the

human

タチオンを上昇させるだけでなく、抗酸化系を誘導

gamma-glutamylcysteine

することにより、酸化ストレスによる細胞傷害のsubunit gene. Constitutive expression is mediated抑制効果があることが示唆された。酸化ストレスby an adjacent AP-1 site. J Biol Chem. 273,

は糖尿病、高血圧、がんなど多くの病気の発症や

14683-14689 (1998).

進展に関与していることが明らかとなっている。

7) Valenzuela A, Aspillaga M, Vial S, Guerra R.

例えば、アセトアミノフェンは解熱鎮痛剤として

Selectivity of silymarin on the increase of the

市販薬にも含まれている成分であるが、過剰に摂glutathione content in different tissues of the rat.

- 156 -

synthetaseregulates
regulatory

【平成28年度研究費助成

Planta med. 55, 420-422 (1989).
8) Akaboshi T, Yamanishi R. Certain carotenoids
enhance the intracellular glutathione level in amurine cultured macrophage cell line by inducing
glutamate-cysteine-ligase. Molecul Nutr Food Res.
58, 1291-1300 (2014).
9) Lavrovsky Y, Song CS, Chatterjee B, Roy AK.
Age-dependent increase of heme oxygenase–1 gene
expression in the liver mediated by NF B. Mech

Ageing Dev. 114, 49-60 (2000).

- 157 -

研究成果報告書】

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

ヒトシトクロム P450 分子種の基質特異性の予測
就実大学 薬学部
丹羽 俊朗
各種ヒトシトクロム P450（CYP、P450）サブファミリー内の三次元構造と触媒機能の関連を明らかにすることを目的とし、初年度である本年度は、種々の化合物を用いて CYP2C サブファミリーである CYP2C8、CYP2C9及び CYP2C19 の酵素反応速度論的パラメータ（最大速度、Michaelis 定数など）及び阻害定数を算出した。pチラミンからドパミン生成反応ではいずれの CYP2C サブファミリーも活性を示さなかったが、アミノピリン N脱メチル化活性及びトルブタミド水酸化活性では CYP2C サブファミリー間で基質特異性の相違が確認された。
また、各種化合物の CYP2C サブファミリーに対する阻害活性を比較したところ、ペニシリン系抗菌薬は CYP2C8によるアミノピリン N-脱メチル化活性を阻害したが、CYP2C9 によるトルブタミド水酸化活性の阻害は認められず、アゾール系抗真菌薬のケトコナゾール及びミコナゾールは、CYP2C8 に対して CYP2C9 における報告値と同程度以上の阻害効果を示した。このように、新たな基質においても基質特異性が異なることを示し、阻害剤による阻害の受けやすさにおいても CYP2C サブファミリー間で相違が認められた。

１．はじめに能の観点で詳細に解明されていない。そこで、この体内に投与された薬物はヒト肝臓などの薬物代謝

原因の解明のため、各種化合物を用いた代謝実験か酵素によって代謝され、体外に排泄される。また、らの酵素反応速度論的パラメータを集積し、三次元ステロイドホルモンを含む内在性の化合物も肝臓、構造解析で得られた解析結果と比較することにより、副腎などの各種代謝酵素によって代謝されて生成す各種 P450 サブファミリー内の三次元構造と触媒機る。ヒト肝臓ミクロゾーム画分に存在する薬物代謝能の関連を明らかにする。初年度である本年度は、型シトクロム P450（P450 又は CYP）は、多くの薬物

種々の化合物を用いた代謝実験からの酵素反応速度の代謝に関与する最も重要な酵素の１つであるが、論的パラメータを算出した。

その一次構造の相同性からさまざまな分子種に分類されており、一般的に基質特異性が低いとされている

1,2)。また、同一のサブファミリー（アミノ酸配列

２．方法
1. 材料

の相同性が 55%以上）であっても基質特異性が異な大腸菌に発現した CYP2C8、CYP2C9 及び CYP2C19っており、多くの P450 で遺伝子多型があることが知（Bactosomes）は、Cypex 社 (Dundee、 英国)よりられている。例えば、肝臓の総 P450 含量の約 25%を入手した。

占め、医薬品代謝の約 30％に関与している CYP2C サ
ブファミリーである CYP2C8、CYP2C9、CYP2C18 及び

2. 薬物代謝酵素活性及び阻害活性の測定

CYP2C19 は 77%以上のアミノ酸相同性を示すが、そのアミノピリン N-脱メチル化活性は既報 4)の Nash

基質特異性は CYP2C サブファミリー内で大きく異な法で測定し、トルブタミド水酸化活性及び p-チラミ

3)っている 。さらに、CYP2C9 及び CYP2C19 には遺伝ンからドパミン生成活性は既報 5, 6)の HPLC 法で測定

子多型があることが知られており、CYP2C9 の変異体した。アミノピリン N-脱メチル化活性及びトルブタ

では野生型と異なった薬物代謝活性を示すことが報

ミド水酸化活性では、CYP2C8、CYP2C9 及び CYP2C19

告されている 3)。しかし、このようなサブファミリ、 Michaelis 定数（Km）及における最大速度（Vmax）

ー内での基質特異性の相違の原因は、立体構造と機び Vmax/Km を算出した。また、阻害活性の比較におい- 158 -

【平成28年度研究費助成ては、各種濃度の 3 種ペニシリン系抗菌薬（アモキ

研究成果報告書】

表 2．CYP2C8、 CYP2C9 及び CYP2C19 によるトルブタ
ミド水酸化活性シシリン、アンピシリン及びピペラシリン）及び 5
種アゾール系抗真菌薬（フルコナゾール、イトラコ

Km

Vmax

Vmax /Km

ナゾール、ケトコナゾール、ミコナゾール及びボリ(mM)(nmol/min/nmol)( l/min/nmol)

コナゾール）を添加した時のアミノピリン N-脱メチ

CYP2C8--ND

ル化活性を、添加しない時の代謝活性と比較するこCYP2C9

98.1

2.1

21

とにより、阻害様式、 50%阻害濃度（IC50）又は阻CYP2C19

346

13.7

39

害定数（Ki）を算出した。

ND：検出限界値未満

３．結果

p-チラミンからドパミン生成反応においては、

まず、酵素活性に対する CYP2C サブファミリーの相違を比較した。アミノピリン N-脱メチル化活性に

CYP2C8、CYP2C9 及び CYP2C19 のいずれも活性を示さなかった。

おける CYP2C サブファミリーの酵素反応速度論的パ

次に、CYP2C サブファミリーに対する各種化合物

ラメータを比較した（表１）。Km 値は CYP2C9＞CYP2C8の阻害活性の相違を比較した。ペニシリン系抗菌薬＞CYP2C19 であり、Vmax は CYP2C8＞CYP2C9＞CYP2C19のうち、アンピシリン は 1 mM の濃度でわずかにであった。したがって、Vmax/Km は CYP2C8＞CYP2C19

CYP2C8 によるアミノピリン N-脱メチル化活性を阻＞CYP2C9 であった。また、CYP2C8 の Km 値は 3.0 mM

害したのみであったが、アモキシシリン及びピペラ

4)であり、我々 は以前に 5.3 mM であったと報告してシリンの IC50 はそれぞれ 0.83 mM 及び 1.14 mM であいることも勘案して、阻害試験で IC50 を検討する際った（図 1）。また、いずれの抗菌薬も 0.1〜1 mM のの基質濃度は 5 mM に設定した。

濃度で検討したが、CYP2C9 によるトルブタミド水酸化活性の阻害は認められなかった。

表 1．CYP2C8, CYP2C9 及び CYP2C19 によるアミノピ
リン N-脱メチル化活性

120

Vmax

Vmax /Km(mM)(nmol/min/nmol)( l/min/nmol)

CYP2C8

3.0

185.6

62.8

CYP2C9

10.9

75.0

6.9

CYP2C19

1.3

32.6

26.0

CYP2C8 a)

5.3 4)

188 4)36 4)

CYP2C19b)0.31 4)105 4)

333 4)

100% of control

Km

80
60
40
20
0
0.0

0.1
1.0
Concentration (mM)10.0

図 1．CYP2C8 によるアミノピリン N-脱メチル化活性a) 酵母に発現に対するペニシリン系抗菌薬の阻害活性
トルブタミド水酸化活性においては、CYP2C19 による Km は 346 M、Vmax は 13.7 nmol/min/nmol P450、▲:アモキシシリン、 ●:アンピシリン、 ■: ピペ
ラシリン.

Vmax/Km は 39 L/min/nmol P450 であり（表 2）、
CYP2C19における Km、Vmax 及び Vmax/Km 値は CYP2C9 より大きい

アゾール系抗真菌薬では、フルコナゾール、イトことが示された。
一方、
CYP2C8では基質濃度を100 M

ラコナゾール及びボリコナゾールでは2〜10 Mの濃で検討したが、トルブタミド水酸化活性は認められ度で阻害を示さなかったが、ケトコナゾール及びミなかった。

コナゾールは 10 M の濃度で、それぞれ 61.2％及び76.2％阻害した（図 2）。ケトコナゾール及びミコナ- 159 -

【平成28年度研究費助成

ゾールの阻害様式及びKi 値を種々の基質濃度及び阻研究成果報告書】

４．考察

害剤濃度を用いて検討したところ、いずれも非競合

活性発現における CYP2C サブファミリー間の相違

阻害を示し、Ki はそれぞれ 1.98 M 及び 0.86 M でを 3 種類の基質（アミノピリン、トルブタミド及びあった（図 3）。

p-チラミン）を用いて検討したところ、アミノピリ

120

CYP2C8＞CYP2C19、Vmax は CYP2C8＞CYP2C9＞CYP2C19

100

であり、Vmax/Km は CYP2C8＞CYP2C19＞CYP2C9 であっ

80

た（表１）
。一方、CYP2C19 における Km、Vmax 及び Vmax/Km

60

値は CYP2C9 より大きく、CYP2C8 では活性が認めら

40

Voriconazole (10)Itraconazole (2)Miconazole (10)

成活性は CYP2D6 が強いことが報告されているが 6)、

Miconazole (1)0

Ketoconazole (10)れなかった。さらに、p-チラミンからドパミンの生
Fluconazole (10)20

Control% of control

ン N-脱メチル化活性における Km 値は CYP2C9＞CYP2C8、CYP2C9 及び CYP2C19 のいずれにおいても活性は認められなかった。このように、基質によって基質親和性（Km）及び活性（Vmax）に相異が認められたが、今後、さらに多くに基質を用いて検討し、こ図 2．CYP2C8 によるアミノピリン N-脱メチル化活性に対する各種抗真菌薬の阻害活性の原因をドッキングシミュレーション法 7)を含む三次元構造解析などを実施して解明していく必要があ

平均 ± S.D. (n=3). 括弧内の数値：反応混合液中ると考えられる。

の抗真菌薬濃度（ M）．

一方、阻害活性に関しては、阻害活性の報告が少ない CYP2C8 を中心に検討した。
ペニシリン系抗菌薬

Activity (nmol/min/nmol)のうち、アンピシリン は 1 mM の濃度でわずかに

Ketoconazole Ki: 1.98±0.24 µM

200

CYP2C8 によるアミノピリン N-脱メチル化活性を阻

150

害したのみであったが、アモキシシリン及びピペラ

100

シリンの IC50 はそれぞれ 0.83 mM 及び 1.14 mM であった（図 1）。一方、CYP2C9 によるトルブタミド水酸

50

化活性の阻害は認められず、CYP2C8 と CYP2C9 の間
0
0

10
15
Aminopyrine (mM)に相違が認められた。

20

臨床的な薬物相互作用の有無の予測という観点では、基質濃度が Km より低いとき、阻害剤存在下及びMiconazole Ki: 0.86±0.16 µM

200
Activity (nmol/min/nmol)5

非存在下の肝固有クリアランス（CLint）の比は下記

150の式で示される 8, 9)。
100

CLint（阻害剤添加時）/ CLint（阻害剤非添加時）

50＝1 / (1＋Iu/Ki)
Iu：阻害剤の非結合型濃度、 Ki ：阻害定数

0
0

5

10
15
Aminopyrine (mM)20

競合阻害及び非競合阻害における Ki 値は、それぞれ
IC50/2 及び IC50 に相当する。3 種のペニシリン系抗図 3．CYP2C8 によるアミノピリン N-脱メチル化活性菌薬のうち、経口抗菌薬であるアモキシシリン（サに対するケトコナゾール及びミコナゾールのワシリン ） 250 mg を健康成人に投与後の最高血中

阻害活性濃度は 3.68 g/mL（8.8 M）と報告されているため
10)●：0 M、▲：0.5 M、■：2 M、◆：10 M．

、肝臓に流入する阻害剤の最高濃度は 46 M と予

- 160 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

測され、アンピシリン 1 g をスルバクタム/アンピ

６．参考文献シリン（ユナシン ）として健康成人に静脈内投与後

1) Rendic S, Di Carlo FJ. Human cytochrome P450の最高血中濃度は 78.80 g/mL（0.21 mM）11)、ピペ

enzymes: a status report summarizing their

ラシリン 4 g をタゾバクタム/ピペラシリン（ゾシreactions,substrates,

inducers,

ン ）として健康成人に 30 分間点滴静脈内投与後のinhibitors.

Drug

Rev.

最高血中濃度は 286 g/mL (0.53 mM)

12)

と報告され

Metab

and

29:413-580(1997).

ている。今回算出された IC50 値は、予測されるペニ

2) Rendic S. Summary of information on human CYP

シリン系抗菌薬の肝臓に流入する阻害剤の最高濃度

enzymes: human P450 metabolism data. Drugや報告されている最高血中濃度に比べて高かった。

Metab. Rev, 34: 83-448 (2002).

したがって、3 種のペニシリン系抗菌薬は、臨床に

3) Niwa T, Yamazaki H. Comparison of cytochrome

おいて CYP2C8 で代謝される薬物と併用した時に、そP450 2C subfamily members in terms of drugの薬物動態に大きな影響を及ぼさないことが推察さ

oxidation rates and substrate inhibition.

れた。

Curr Drug Metab, 13: 1145-1159 (2012).

アゾール系抗真菌薬は CYP3A4、CYP2C19 などの

4) Niwa T, Sato R, Yabusaki Y, Ishibashi F.

P450 で代謝される多くの薬物に対して薬物相互作

Katagiri M. Contribution of human hepatic

用を起こすことが報告されている

13)。今回の研究でcytochrome P450s and steroidogenic CYP17 to

N-demethylation

算出された CYP2C8 に対するケトコナゾール及びミthe

コナゾールの Ki 値（0.86-1.98 M、図 3）は CYP2C19

Xenobiotica, 29: 187-193 (1999).

ofaminopyrine.

での報告値（0.33-28 M）13)と同程度かそれより低

5) Niwa T, Inoue S, Shiraga T, Takagi A. No

い値であり、これらの抗真菌薬は臨床において

inhibition of cytochrome P450 activities in

CYP2C19 の基質となる薬物との薬物相互作用が報告

human liver microsomes by sulpiride, an

されている

13-15)。したがって、ケトコナゾール及びミコナゾールは、臨床において CYP2C8 で代謝される薬物の薬物動態に対しても影響を及ぼす可能性が示

antipsychotic drug. Biol. Pharm. Bull, 28:
188-191 (2005).
6) Hiroi T, Imaoka S, Funae Y. Dopamine formationfrom tyramine by CYP2D6. Biochem Biophys Res

唆された。
本研究において、新たに 3 種の化合物に対するCYP2C サブファミリーの基質特異性を検討した。まCommun. 49:838-843 (1998).
7) Niwa T, Yasumura M, Murayama N, Yamazaki H.

た、CYP2C サブファミリーに対する種々の抗菌薬及Comparisonofcatalytic

properties

ofびアゾール系抗真菌薬の阻害活性を比較した。
今後、

cytochromes P450 3A4 and 3A5 by molecular

さらに多くの薬物を基質及び阻害剤として用いて検

docking simulation. Drug Metab Lett, 8: 43-50

討し、Docking simulation 法 16)などの三次元構造解(2014).

析を組み合わせることにより、CYP2C サブファミリ

8) Ito K, Iwatsubo T, Kanamitsu S, Ueda K, Suzuki

ーの基質特異性の相違の原因を解明していく必要がH, Sugiyama Y. Prediction of pharmacokinetic

ある。

alterations caused by drug-drug interactions:metabolic interaction in the liver. Pharmacol

５．謝辞

Rev, 50: 387-412 (1998).

本研究を遂行するにあたり、公益財団法人ウエス

9) Ito K, Iwatsubo T, Kanamitsu S, Nakajima Y,

コ学術振興財団による研究助成を賜りましたことを、Sugiyama Y. Quantitative prediction of in vivo

深く感謝申し上げます。

drug clearance and drug interactions from invitro data on metabolism, together with- 161 -

【平成28年度研究費助成

binding and transport. Annu Rev Pharmacol
Toxicol, 38: 461-499 (1998).
10) サワシリン インタビューフォーム, アステラ
ス製薬株式会社 (2015).
11) ユナシン靜注用添付文書, ファイザー株式会社(2015).
12) ゾシン静注用 インタビューフォーム, 大正富山医薬品株式会社 (2016).
13) Niwa T, Imagawa Y, Yamazaki H. Druginteractions between nine antifungal agentsand drugs metabolized by human cytochromes
P450. Curr Drug Metab, 15: 651-679 (2014).
14) O'Reilly RA, Goulart DA, Kunze KL, Neal J,
Gibaldi M, Eddy AC, Trager WF. Mechanisms ofthestereoselective

interaction

betweenmiconazole and racemic warfarin in humansubjects. Clin Pharmacol Ther, 51: 656-667(1992).
15)

B ttigerY,

TybringG,

G tharson E,

Bertilsson L. Inhibition of the sulfoxidationof omeprazole by ketoconazole in poor andextensive metabolizers of S-mephenytoin. Clin
Pharmacol Ther, 62: 384-391 (1997).
16) Niwa T, Yasumura M, Murayama N, Yamazaki H.
Comparisonofcatalytic

propertiesofcytochromes P450 3A4 and 3A5 by moleculardocking simulation. Drug Metab Lett. 8:43-50(2014).

- 162 -

研究成果報告書】

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

含ケイ素小員環化合物の合成とその反応性の解明
倉敷芸術科学大学 生命科学部 生命科学科
仲 章伸

本研究では、1,2-ビス(エチルシリル)チオフェンの合成法を確立し、それの白金錯体触媒存在下でのアルキン類との反応を行い、その反応性を明らかにした。反応機構としては、まず白金錯体によるヒドロシリル基からの脱水素が起こり、プラチナジシラシクロペンテン誘導体が生成し、その後アルキン類の白金上への配位、
白金-ケイ素結合への挿入、白金の還元的脱離を経て、最終生成物が得られるものと考えられる。

１、はじめに近年、ポリシラン類あるいはジシラニレン-π-電の熱反応における立体化学を検討したところ、シス子系ポリマーなど主鎖にケイ素原子を含む有機ケイ体からはシスの付加体が得られ、トランス体からは素ポリマーの感光性、導電性などの特異な性質に注トランス付加体が生成していることが明らかとなっ目が集められており、これらを利用した新しい機能た。この反応の理論計算を行ったところケイ素-ケイを持つ材料の開発が行われている[1, 2]。また、ケ素結合のσ軌道とアセチレンのπ*軌道が相互作用イ素などの典型元素の個性を生かした分子設計によして、反応が進行していることが明らかとなった

る光、電子機能性材料の創製も検討されてきている。

[5]。このような反応機構を提唱するのは世界的にも当研究室においても、ケイ素-ケイ素結合と様々なπ初めてであった。本研究では、ベンゼンよりも電子-電子系を有する星型化合物に関する研究を行ってが豊富であるチオフェンを有する含ケイ素小員環化

きており、合成した含ケイ素星型化合物を色素増感合物を合成しアルキン類との反応を行い、反応の機

太陽電池の酸化チタンナノ粒子電極に化学的に接着構および遷移状態を明らかにすることを目的とした。

させることができることを明らかにした。また、作成した色素増感太陽電池の光電変換効率を測定し、２、結果と考察

報告してきた[3]。しかし、有機ケイ素化合物の性質

まず、チエノジシラシクロブテンの合成を目指し、はまだまだ未知の部分が多く、幅広い基礎研究が必次のような実験を行った。窒素気流下で 2,3-ジブロ

要であると考えられる。これまで申請者は、ベンゾ

モチオフェンを THF 溶液中、マグネシウムおよび触ジシラシクロブテン類と様々な不飽和化合物との反媒量のシアン化銅の存在下、クロロジエチルシラン

応を行い、その反応機構を明らかにしてきた[4]。最と反応させ、2,3-ビス(ジエチルシリル)チオフェン

近では、ベンゾジシラシクロブテン類とアセチレン(1)を得た(Scheme 1)。

- 163 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】[2,3-b]チオフェン(4)が定量的に得られた(Scheme

Scheme 14)。また、同様の条件下、化合物 1 と 3-ヘキシンとの反応を行うと、1,1,2,3,4,4-ヘキサエチル-1,4-ジヒドロ[1,4]-ジシリノ[2,3-b]チオフェン(5)が 89%の収率で得られた(Scheme 4)。
Scheme 4四塩化炭素溶液中、化合物(1)をパラジウム錯体触媒存在下でクロロ化反応を行い、2,3-ビス(クロロジエチルシリル)チオフェン(2)を得た(Scheme 2)。
Scheme 2化合物(2)を THF 溶液中でナトリウムと反応させた化合物 4 および 5 の生成機構は次のように考えてが、化合物(3)を得ることは出来ず、構造のはっきりいる。まず、白金種が化合物 1 のケイ素-水素結合にしないオリゴマーが得られた。リチウムを用いて同酸化的付加を行う。続いて、脱水素反応が起こり、様の反応を行ったが、目的生成物 3 を得ることは出

ビスシリル白金錯体(6)を中間体として生成する来なかった(Scheme 3)。

(Scheme 5)。

Scheme 3

Scheme 5Et2
Si Pt H

SiEt2H
SiEt2HS
1

チエノジシラシクロブテンの合成は、困難であると判断し、化合物 1 を原料として反応を行うことに+ Pt(PPh3)4
S
Et2
Si

H2

Pt(PPh3)2
Si
Et2

S

した。

SiHEt26化合物 1 をテトラキス(トリフェニルホスフィン)

中間体 6 の白金原子上にアルキンが配位し、その後白金錯体触媒存在下、ジフェニルアセチレンとベン

アルキンの炭素-炭素三重結合が中間体 6 の白金-ケ

ゼン還流下で反応させたところ、1,1,4,4-テトラエイ素結合へ挿入し、七員環中間体(7)が生成する。最チル-2,3-ジフェニル-1,4-ジヒドロ-[1,4]ジシリノ

終的に中間体 7 から白金種が還元的脱離し、化合物 4- 164 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

および 5 が得られる(Scheme 6)。

合物 9a および 9b も分離することは出来なかったの

Scheme 6で、混合物のまま MS および 1H NMR、13C NMR、29Si NMR
によりその構造を決定した。
9a および 9b の生成は、Scheme化合物 8a および 8b、8 に示す反応機構で進行しているものと考えている。
Scheme 8

次に、白金錯体触媒存在下、化合物 1 と末端アセチレンとの反応を行った。
化合物 1 を、テトラキス(トリフェニルホスフィン)白金錯体触媒存在下、フェニ
ルアセチレンとベンゼン還流下で反応させたところ、二 種 類 の 化 合 物 (8a) お よ び (8b) を 定 量 的 に 得 た(Scheme 7)。化合物 8a および 8b の分離には成功しなかったが、8a および 8b の生成比は、3:1 であることが 1H NMR により明らかにすることができた。化合物 1 とトリメチルシリルアセチレンを同条件下反応
Scheme 7
白金-ケイ素結合を有する錯体においては、ケイ素
原子上の電子吸引性置換基が白金-ケイ素結合を強くするということが報告されている。今回の反応においては、炭素と硫黄の電気陰性度の比較（硫黄は炭素より高い電気陰性度を有する）により、Pt-Si-C-C 側の Pt-Si 結合の方が、Pt-Si-C-S 側の
Pt-Si 結 合 よ り も 弱 い と 考 え ら れ る 。 よ っ て
Pt-Si-C-C 側の Pt-Si 結合が、末端アセチレンの立体させたところ、二種類の化合物(9a)および(9b)が 3：

的に小さい側に転位することにより、七員環中間体

1 の生成比で 96％の収率で得られた(Scheme 7)。化(10a)が優勢的に生成するものと考えている。

- 165 -

【平成28年度研究費助成

Scheme 9

研究成果報告書】

料の合成にも挑戦したいと考えている。これらに関連する研究で得られた知見を活かし、エネルギー分
野で使用できる材料や医薬品開発への応用に展開していきたいと考えている。

謝辞
本研究は、ウエスコ学術振興財団の助成により実施されたものである。ここに謝意を表します。

参考文献[1] R. West, A title, in: Z. Rappoport, Y. Apeloig (Eds.),
The Chemistry of Organic Silicon Compounds, vol. 3,
Wiley, New York, 2001 (chapter 9).
[2] D.Y. Son, A title, in: Z. Rappoport, Y. Apeloig (Eds.),
The Chemistry of Organic Silicon Compounds, vol. 3,
次に同条件下、化合物 1 と 1,4-ビス(エチニル)ベWiley, New York, 2001 (chapter 13).

ンゼンとの反応を行い、化合物(11a)、(11b)、(11c)[3] A. Naka, K. Fujishima, E. Okada, M. Noguchi, J.

の混合物を定量的に得た(Scheme 9)。化合物 11a、

Ohshita, Y. Adachi, Y. Ooyama, M. Ishikawa, J.

11b、11c をそれぞれ分離することは出来なかった。

Organomet. Chem. 825-826 (2016) 63-68.

しかし、Pt-Si-C-C 側の Pt-Si 結合が、末端アセチレ[4] M. Ishikawa, A. Naka, K. Yoshizawa, Dalton Trans.

ンの立体的に小さい側に転位した化合物である 11a

45 (2016) 3210-3235.

が主生成物であると考えている。

[5] (a) A. Naka, J. Ikadai, J. Sakata, M. Ishikawa, Y.

以上、述べてきたように本研究においては、2,3-

Hayashi, L. Antonov, S. Kawauchi, T. Yamabe,

ビス(ジエチルシリル)チオフェン(1)を合成し、それ

Organometallics 32 (2013) 6476-6487.

の白金錯体触媒反応を行った。反応中間体として白T. Natsumeda, S. Otsu, R. Yamada, A. Naka, M. Ishikawa,

金を含む五員環化合物であるプラチナジシラシクロ

T. Yamabe, S. Kawauchi, Organometallics 33 (2014)

ペンテン誘導体 6、10a、10ｂが重要な役割を果たし

763-770.

ていることを明らかにすることが出来た。
今後は、化合物 1 とアルキン類以外の不飽和化合物との反応や、フランなど他のπ-電子系を有する原- 166 -(b) Y. Hayashi,

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

がん細胞の K+チャネル過剰発現を利用した
クモ毒ペプチド発現ウイルスベクターの選択的抗がん作用
倉敷芸術科学大学 生命科学部
岡田 誠剛
（概要）

がん細胞は正常細胞と比較して K+チャネルタンパクを過剰発現する。我々は、K+チャネルと緑色蛍
光タンパク(GFP)を共発現させ、毒性の有無によって GFP 蛍光が変化する high-through-put アッセイを開発した。そして、多数のクモ、サソリ毒液からペプチドを HPLC で分画し、本アッセイでス
クリーニングし、K+チャネル発現細胞選択的に取り込まれ、細胞毒性を示すクモ毒ペプチド(LaFr26)を見出した。LaFr26 とその類縁体 Oxyopinin-2b は正の電荷をもつため、K+チャネル発現によって膜電位が負の細胞選択的に取り込まれ毒性を示した。次に、ペプチドでは通常の薬物投与、送達方
法ではがん患部に到達させることは困難であるため、これらのペプチドの cDNA を合成し、レンチウイルスベクターに組み込み、がん細胞に感染させ、がん細胞自身にペプチドを合成・分泌させ、毒性を示すかを検討した。その結果、ウイルスベクターは対照細胞には影響を与えずに、K+チャネ
ル発現細胞選択的な毒性を示し、本方法の有効性が示唆された。

性 K+チャネル(Kir2.1)の遺伝子を導入し、ペプチドを添加すると濃度依存的に生細胞数の減少が認められ、毒性が確認された（図1、Control）。この減少が Kir2.1 電流に依存していることを確認するため、同チャネ
ル選択的な遮断薬 BaCl2 を培地に添加すると、毒性の減弱が認められ（図１、BaCl2）
K+チャネル電流依存性が確認された。

（本文）

近年がん細胞が周囲の正常細胞と比較してK+チャネルタンパクを過剰発現することが報告されている(Huang and Jan, 2014;
Comes et al., 2015)。我々は、K+チャネルと緑色蛍光タンパク(GFP)を培養細胞に共発現させ、毒性の有無によって GFP 蛍光が変化する high-through-put アッセイを開発した。そして、イオンチャネルに作用す
るぺプチドがクモ・サソリ毒から発見されていることから、クモ・サソリ毒ペプチド研究の権威であるメキシコの Possani 教授と共同研究し、多数のクモ、サソリ毒液からペプチドを HPLC で分画した。それらを上記のアッセイでスクリーニングし、K+チャ
ネル発現細胞選択的に取り込まれ、細胞毒性を示すクモ毒ペプチド(LaFr26)を見出した。このペプチドは、塩基性であり正の電荷をもつため、K+チャネル発現によって K+
イオンが流出し負の電荷を帯びた細胞選択的に取り込まれ、会合しイオノフォアを形成し毒性をきたすことを明らかにした(Okada et al., 2015)。
本研究では、これをがん治療に応用することを念頭に、化学合成したクモ毒ペプチ
ド LaFr26 とその類縁体 Oxyopinin-2b が、K+チャネルを発現した細胞選択的に細胞死をきたすかを、生細胞中の脱水素酵素活性を指標に計測した。293T 細胞に内向き整流

図 1. K+チャネル電流に依存したクモ毒の毒性。Kir2.1 チャネルの遺伝子を導入し多細胞にクモ毒を添加し生細胞数を検討した。K+チャネルの遮断薬(BaCl2)の存在下では毒性の減弱が認められた。

- 167 -

【平成28年度研究費助成

この毒性の K+チャネル電流依存性をさらに検討するため、2 ポアドメイン型 K+チャネル(TREK-1)、ヒト ether-a-go-gorelated-gene(HERG)チャネルを発現する
293T 細胞の培地にペプチドを添加し生細胞の数を測定すると、両チャネル発現細胞の膜電位と相関した細胞毒性が認められ、電流依存性が確認できた。この K+チャネル電流に依存した細胞毒性は LaFr26 でも同等
かそれ以上に認められた(data not shown)。
次に、K+チャネルを内在性に発現する肺がん細胞 LX22、神経膠腫細胞 U343 に LaFr26と oxyopinin-2b のペプチドを添加すると、
K+チャネル電流依存性の毒性を示した(図２)。

研究成果報告書】

図 3. クモ毒ペプチド発現ウイルスベクターの K+チャネル発現に依存した毒性。縦軸は対照(Control)と K+チャネル発現細胞(Kir2.1)の生存率、横軸は添加した LaFr26 発現ウイル
スベクター量を示す。

が有望であることを示している。
今後の課題として、クモ毒ペプチド発現ウイ
ルスベクターの作用は期待よりも弱く、細胞 1個に対して複数個のウイルスベクターの感染を必要とした。したがって、将来の臨床応用に向け、ウイルスベクターのペプチド発現効率を高めることが必要である。
また、本ウイルスベクターが in vitro だけでなく in situ 、in vivo で作用を確かめることが必要である。
図 2. LX22 細胞に対する oxyopinin-2b の毒性。内在性に K+チャネルを発現する肺小細胞
がん LX22 細胞にもクモ毒ペプチドは毒性を
示した。

参考文献
Xi Huang, Lily Yeh Jan, 2014, Targeting potassiumchannels in cancer, The Journal of Cell Biology,
206 (2) 151. DOI: 10.1083/jcb.201404136

以上の結果から、クモ毒ペプチドはがん治療への応用の可能性が示唆される。しかし、ペプ
チド医薬品は経口投与では消化管で分解され、静脈注射では全身性に広がり K+チャネルを発現する正常な細胞に毒性をきたすことが考えられる。したがって、がん患部に直接注入する必要があるが、患部への頻回の投与は患者への大きい負担になる。そこで、我々はクモ毒ペプチドを発現するウイルスベクターを作成し、患部への注射でがん細胞に感染させ、がん細胞自身にペプチドを合成・分泌させ、がん細胞自らを傷害することができるかを検討した。まず、LaFr26とその類縁体 Oxyopinin-2b の cDNA を合成し、ベクターに組み込み、レンチウイルスベクターを調製した。そして、毒性を検討したところ、予想通りに対照の細胞の生存には影響を与えずに、K+チャネル(Kir2.1)を発現する細胞のみに毒性を示した（図 3）。この結果は、我々の方法

Nuria Comes, Antonio Serrano-Albarr s, Jesusa
Capera, Clara Serrano-Novillo, Enric Condom,Santiago Ram n y Cajal, Joan Carles Ferreres,
Antonio Felipe, 2015, Involvement of potassiumchannels in the progression of cancer to a moremalignant phenotype, Biochimica et Biophysica
Acta (BBA) - Biomembranes, 1848 (10) 2477. DOI:
org/10.1016/j.bbamem.2014.12.008
Masayoshi

Okada,

Gerardo Corzo, Gustavo A.

Romero-Perez, Fredy Coronas, Hiroko Matsuda,
Lourival D. Possani, 2015, A pore forming peptide- 168 -

【平成28年度研究費助成

from spider Lachesana sp. venom induced neuronal
depolarization

and

pain.

Biochimica

etBiophysica Acta (BBA) - General Subjects, 1850
(4) 657. DOI: org/10.1016/j.bbagen.2014.11.022.

- 169 -

研究成果報告書】

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

ヒト姿勢制御におけるフィードフォワード制御の役割に関する研究
倉敷芸術科学大学
枝松 千尋（概要）本研究ではヒトの姿勢制御において予測性と考えられるフィードフォワード制御が姿勢の安定性に強く影響している可能性について検討することを目的とした。具体的には、視覚情報を左右反転させた時に姿勢制御がどのような影響を受けるかを、時系列データの動的解析手法を用いて検討した。被験者は健常な成人男
性 9 名であった。
30 秒間の静止立位時の床反力を 100Hz にて計測した。
実験条件は開眼（OPEN）
条件、閉眼(CLOSE)
条件と逆さメガネ（LENS）条件であった。解析は、SFA 法から FFratio(フィードフォワード制御時の COP 変化量)と FBratio(フィードバック制御時の COP 変化量)を算出した。
その結果、FFratio は OPEN 条件に対して CLOSE
条件・LENS 条件で有意に小さくなった。FBratio は 3 条件間に差は見られなかった。Nagano らの解析方法による方向変化も、フィードフォワード期間のみに有意差がみられ、OPEN 条件に対して CLOSE 条件・LENS 条件で方向変化が小さくなった。これらのことから、左右反転した視覚情報の入力はフィードフォワード制御に影響を及ぼしており、フィードフォワード制御が姿勢の安定性に強く影響している可能性が示された。
【緒言】

論じる手法が数報、報告された。collins et al.はヒトの静止立位は、二足立位である。高い位置にあ

現在の位置に対する一定時間間隔後の拡散距離を求る身体重心を、狭い支持面上に保つ必要があり、そめる SDA 法を提案し、これにより開ループ制御でコの制御は容易ではない。姿勢制御系は、視覚系、前ントロールされるフィードフォワード期間と閉ルー

庭感覚系、体性感覚系の 3 つの感覚器により構成さプ制御でコントロールされるフィードバック期間にれる。
視覚系は周囲の物体に対する頭部の位置関係、ついて論じた 4)。一方、nagano et al.は SDA 法は距

身体の鉛直などを検知していると考えられる。
また、

離情報しか扱っておらず方向に関する情報が論じら

前庭系は中耳奥にある前庭迷路感覚であり、重力まれていないことを指摘し新規手法として Nagano 法

たは慣性力に対する頭部の位置と動きを検知する。

を提案した。この手法は現在のベクトルに対する一体性感覚系は、支持面に対する身体の各セグメント

定時間間隔後の方向変化(cos 値)を求める手法であの位置と動きを検知している 1)。それらの感覚情報

り、時間間隔が 0 秒付近では現在の速度ベクトルと2)は neural store において統合され 、身体図式（ボ同じ方向を持ち、0.2〜0.7 秒付近でフィードバック

ディースキーマ）を作り上げていると考えられる。

制御により逆方向になることを報告した 5)。しかし、姿勢制御能力を評価する方法として重心動揺検査

従来の評価指標や SDA 法、Nagano 法では重心動揺のがある。重心動揺検査は、フォースプレートから得

経時的な移動距離と方向変化を同時に一変数で評価られる圧力中心（COP）を用いて、姿勢制御を評価すできないため、我々は、COP 速度ベクトルの大きさるもので、その評価指標としては外周面積と総軌跡

変化と方向変化を用いて扇形面積を算出し、その面長を用いるのが一般的である。しかしながら、これ積を COP 変化量とする SFA 法を提案した 6)。

ら「どの程度揺れたか」を扱う要約統計量では、連

一般的に、閉眼条件に対して開眼条件では外周面続する重心動揺時系列データの移動の大きさと方向

積や総軌跡長は小さい値を示すことが知られている。

変化の時間的順番等の動的特性、つまり「どのよう開眼条件と閉眼条件の COP 動揺を SFA 法で解析した

3)に揺れたか」を評価できない 。そこで、近年、重結果、時間間隔 0.1 秒までのフィードフォワード期

心動揺時系列データに対して統計力学に基づく確率

間の COP 変化量を示す FFratio には有意な差がみら論的手法を用いて「どのように揺れたか」についてれたが、時間間隔 0.2〜0.7 秒までのフィードバック- 170 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

期間の COP 変化量を示す FBratio には有意な差がみ（OPEN 条件）・閉眼（CLOSE 条件）条件・逆さメガネ

られなかった。つまり、重心動揺においてはフィー

条件（LENS 条件）をランダムにそれぞれ５回ずつ測ドバック制御よりもフィードフォワード制御が姿勢定した。

の安定性により強く影響している可能性が示唆され

3）解析方法た。これまでは、姿勢制御においてフィードバック

MATLAB を使用し解析プログラムを作成した。重心制御の重要性が取り上げられていたが、近年、姿勢動揺解析に先立ち、得られた時系列データに 20Hz戦略として予測的なフィードフォワード制御が重要のバターワース型デジタルローパスフィルターをか7)けた。SFA 法は、基準速度ベクトルから一定時間間

8)。我々も姿勢制御において、過去のボディースキ

隔後の速度ベクトルへの差（変化ベクトル）を求め、ーマの履歴から現在と未来の姿勢動揺を予測し、現その変化ベクトルと基準速度ベクトルの単位ベクト

在の姿勢制御を実行しているのではないかと考えて

ルで作られる扇形面積（扇形の半径は、変化ベクト

いる。

ルの大きさ）を COP 変化量とした（図 1）。本研究でな役割を演じているという考え方が台頭してきた本研究では、姿勢制御能力の構成要素のうちのひは時間間隔 3 秒間の COP 変化量の総和に対する時間

とつである視覚系に刺激を与えたときの姿勢制御に

間隔 0.1 秒以下の短い時間間隔の COP 変化量の総和

ついて検討する。具体的には、開眼条件・閉眼条件の比率のことを FFratio としてあらわした。これはに加えて、逆さメガネによる左右反転した視覚情報

フィードフォワード（FF）期間にどのぐらい COP がを与える。逆さメガネに関する研究としては、長期変化したかをあらわす。さらに、時間間隔３秒間の間着用した時の日常生活への適応過程を調査したもCOP変化量の総和に対する時間間隔0.2秒〜0.7 秒のの 9)はあるものの、逆さメガネを着用した時の重心

COP 変化量の総和の比率のことを FBratio としてあ動揺検査を行った研究はない。
そこで、本研究では、

らわした。これは、フィードバック（FB）期間にに

SFA 法・Nagano 法を用いて、左右反転した視覚情報

どのぐらい COP が変化したかをあらわす。

が姿勢制御に及ぼす動的な影響を明らかにし、ヒトの姿勢制御において予測性と考えられるフィードフ

統計処理は対応のある一元配置分散分析を行った。
有意水準は 5％とした。

ォワード制御が姿勢の安定性に強く影響している可【結果と考察】能性について検討することを目的とした。

逆さメガネを着用した被験者の感想として、
「直立
【方法】

で前を見ている場合には影響をあまり感じなかった」

1）被験者という意見が多かった。しかしながら、重心動揺検

被験者は健康な男性 9 名（年齢 21.3±1.2 歳、身査の結果を見ると、OPEN 条件に比べて CLOSE 条件と長 171.5±7.9cm、体重 68.6±12.6kg）であった。

同様に LENS 条件では総軌跡長が有意に長くなった。

実験の目的及び方法を十分に説明した後、全ての被外周面積も OPEN 条件に比べ LENS 条件で大きくなる

験者から実験の参加同意を得た。本研究は倉敷芸術傾向にあった（図 2）。
SFA 法を用いて、OPEN 条件、CLOSE 条件、LENS 条

科学大学倫理審査（15−15）を受けて行った。

件の COP 変化量を比較した。図 3、4 は FFratio と2）測定方法
重心動揺検査はフォースプレート(kistler 社,

FBratio をそれぞれ OPEN 条件、CLOSE 条件、LENS 条

9286A)を用いて行った。30 秒間の静止立位中の COP件で比較したものである。FFratio においては、OPEN

動揺をサンプリング周波数100HzにてPCに取り込ん条件に対してCLOSE 条件とLENS条件が有意に小さいだ(DKH 社, TRIAS)。被験者に素足で両足を接するよ値を示した（図 3）。FBratio については条件間に有うに直立させ、目の高さに合わせた２メートル前方

意な差は見られなかった（図 4）。

の指標を見るように指示した。実験条件は開眼条件- 171 -

一方、Nagano 法による方向変化は、基準の速度ベ【平成28年度研究費助成

クトルに対する一定時間間隔後の方向変化（cos 値）

研究成果報告書】

いと考えられた。

をあらわしている。本研究においても、先行研究通つまり、ヒトの姿勢制御において視覚情報を用いり、短い時間間隔では cos 値が 1.0 に近く、これはた予測性と考えられるフィードフォワード制御が姿

フィードフォワード期間では基準速度ベクトルと同勢の安定性に大きく貢献していると考えられた。

じ方向を向いていることを示しており、0.2〜0.7 秒の時間間隔では cos 値が負の値となり、これはフィードバック制御によって基準速度ベクトルに対して
5)【結論】
本研究ではヒトの姿勢制御において予測性と考え反対方向を向いていることを示している 。Nagano

られるフィードフォワード制御が姿勢の安定性に強法を用いてフィードフォワード期間とフィードバッ

く影響している可能性について検討することを目的

ク期間における方向変化を OPEN 条件、CLOSE 条件、とした。その結果、OPEN 条件に対して CLOSE 条件・

LENS 条件間で比較した（図 5、6）
。フィードフォワ

LENS 条件で総軌跡長が有意に長く、外周面積も大きード局面の方向変化はOPEN 条件に対してCLOSE条件、くなる傾向にあった。

LENS 条件で優位に小さかった（cos 値が大きい）（図

FFratio は OPEN 条件に対して CLOSE 条件・LENS

5）。一方、フィードバック局面では有意な差は見ら条件で有意に小さくなった。FBratio は 3 条件間にれなかった（図 6）。

差は見られなかった。Nagano らの解析方法による方

これらのことから、逆さメガネによる左右反転し向変化も、フィードフォワード期間のみに有意差がた視覚情報によってボディースキーマが歪められ、みられ、OPEN 条件に対して CLOSE 条件・LENS 条件でその結果、CLOSE 条件と同様の結果を示したと考え方向変化が小さくなった。これらのことから、左右られた。逆さメガネによる視覚情報は、反転した視

反転した視覚情報の入力はフィードバック制御では界であるため頭部の揺れを反転して捉えてしまうこ

なく、むしろフィードフォワード制御に影響を及ぼとで、フィードバック制御に CLOSE 条件以上の負のしており、視覚情報を用いた予測性と考えられるフ影響を及ぼすことが予想されたが、フィードバックィードフォワード制御が姿勢の安定性に強く影響し期間の方向変化や FBratio に OPEN 条件・CLOSE 条ている可能性が示された。

件・LENS 条件で有意な変化はなかった。逆さメガネによる影響としては、
フィードバック制御ではなく、
むしろフィードフォワード制御において CLOSE 条件【参考文献】
1)

大築立志・鈴木三央・柳原大；姿勢の脳・神と同様の負の影響を受けた。静止立位時の姿勢制御

経科学−その基礎から臨床まで−,市村出

においては、視覚情報、前庭感覚情報、体性感覚情版,36-50,2011

報の 3 つの感覚情報が neural store において統合さ2)2)

肥塚泉；感覚器の老化と抗加齢医学−平衡感れる ことで正確なボディースキーマが得られ、そ覚−, 日本耳鼻咽喉科学会会報 119(2),れを使って予測的な姿勢制御を行っていると考えら

87-93, 2016

れる。CLOSE 条件では、視覚情報が得られないため

3)

政二慶・阿部・匡樹：バイオメカニクス的手

正確なボディースキーマが得られず、予測的な姿勢法を用いた静止立位制御機構の解析, バイ

制御が行えないために、フィードフォワード期間のオメカニクス研究 9(1), 10-17, 2005

方向変化が少なく、身体の動揺が大きくなったと考4)

Collins JJ, De Luca CJ : Open‐loop andえられる。LENS 条件においては、被験者によってはclosed‐loop of posture, A random‐walk

違和感を感じないほどの視覚情報が得られているもanalysisのの反転した情報であるために正確なボディースキ

trajectories. Exp Brain Res. 95(2),ーマを得ることができず、被験者の感想とは異なり、

308-318, 1993

CLOSE 条件と同様に予測的な姿勢制御が行えていな- 172 -

5)ofcenter ‐ of ‐ pressure

Nagano A, Noritake H, Luo ZW:An analysis

【平成28年度研究費助成

of directional changes in the center ofpressure trajectory during stance. Gait
Posture 31(3), 400-402, 2010
6)

Edamatsu C, Yamano C, Takahashi K,
Kusumoto K, Kanda A, Yamamoto M, Yamaguchi
H, Miyakawa T, Onodera S: A method for
representing the magnitude and directionof the COP trajectory with one variable.
American College of Sports Medicine 62nd
Annual Meeting, San Diego(USA), 2015

7)

Massion J, et al.: Why and how are postureand movement coordinated? Prog Brain Res
143, 13-27, 20048)

Schepens B and Drew T: Independent andconvergent
pontomebullarysignals
reticular

from

the

formation

contribute to the control of posture andmovement during reaching in the cat. J
Neurophysiol 92, 2217-2238, 20049)吉村浩一：左右反転めがね連続着用時の空間
認知と空間行動一大阪市立大学（1985／4 ）と中京大学（1985／6 ） でのテスト結果の検討一, 金沢大学文学部論集 行動科学科篇
6, 1-14, 1986

- 173 -

研究成果報告書】

【平成28年度研究費助成

j, j nS( j, j n)

S( j , j n )

Vj

1 2
rj
2

研究成果報告書】

j, j n

Vj n

*

rj

Vi n

Vi

ri

1 2
ri
2

i ,i n

N n

Vi

100
60
60
40
20
0

S (i ,i n )OPEN CLOSE LENS

6
5
4
3
2
1
0

OPEN CLOSE LENS
外周面積

総軌跡長

i 1

S( T )

外周面積（cm2）*

S ( i ,i n )S ( i ,i n )

*

i,i n

総軌跡長（cm）

Vj

N n

n t

図２ 総軌跡長と外周面積

図1 SFAの計算方法

*

cos値

cos値

*
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
OPEN

CLOSE

0
-0.02
-0.04
-0.06
-0.08
-0.10
-0.12

OPEN

CLOSE

LENS

LENS

図3 フィードフォワード期間の方向変化

図4 フィードバック期間の方向変化

1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0

*
20
FFratio(%)

FFratio(%)

*

OPEN

CLOSE

15
10
5
0

LENS

OPEN

CLOSE

図6 FBratio

図5 FFratio- 174 -LENS

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

DKK3 遺伝子をターゲットとした頭頸部扁平上皮癌制御
長崎大学大学院 医歯薬学総合研究科 口腔病理学分野 (旧所属：川崎医科大学 分子生物学）
片瀬 直樹
（概要）
本研究では頭頸部扁平上皮癌(HNSCC)において特異的に発現が高い DKK3 遺伝子について解析し、HNSCC 細胞で DKK3 を過剰発現させると細胞の増殖、遊走、浸潤が有意に上昇する現象に関して、そのメカニズムを検討した。HNSCC 細胞で DKK3 遺伝子過剰発現系を構築し、microarray による網羅的遺伝子発現解析と、western

blotting によるシグナル分子の発現およびリン酸化解析を組み合わせ、DKK3 によって活性化されるシグナルの候補を同定した。さらに、低分子化合物を作用させることで、DKK3 過剰発現細胞の増殖、遊走の増加を抑制することに成功した。結果からは、DKK3 には未知のレセプターを介したシグナル伝達機構が存在することが明らかになり、HNSCC 特異的に oncogenic function を発揮することが強く示唆された。これらから、DKK3 が

HNSCC の制御の有望なターゲットとなりうる可能性が考えられた。
Cyclin D1 や Myc の発現が増加する２）。DKK タ

１．緒言
頭頸部・口腔領域の癌は 95％以上が扁平上皮

ンパクは LRP5/6 に競合的に結合するアンタゴ癌であり、頭頸部扁平上皮癌 (head and neck

ニストとして機能し、Wnt signal を阻害する（図squamous cell carcinoma: HNSCC)とよばれる。

１）。消化管の腺癌などでは DKK や sFRP など

HNSCC は全癌の中で 8 番目に発生頻度が高く、の Wnt antagonist の発現低下と Wnt signal の亢進リンパ節転移や遠隔転移を伴う場合には 5 年生が生じていることが知られている３）。

存率は 40％程度にまで低下する１）。このように、

HNSCC は比較的発生頻度が高く、かつ制御が難＜図 1：Wnt signaling と DKK＞

しい腫瘍であり、転移があると特に予後不良となる癌であると言える。

HNSCC の発生と進展に関わる癌関連遺伝子については理解が進んでおらず、HNSCC の keyとなる遺伝子の検索と、それに基づく分子病理学的アプローチが求められている。
申請者らは、HNSCC に特異的な癌関連遺伝子を検索し、DKK3 遺伝子に着目した。DKK3 は細胞の癌化に関連する Wnt signaling の抑制因子である Dickkopf WNT signaling pathway inhibitor(DKK) family に属する遺伝子で、cysteine richdomain を 2 つ有する分泌型タンパクをコードする。Wnt signal では、Wnt リガンドがレセプターである Frizzled-LRP5/6 に結合すると細胞内のDKK family には DKK1~4 のメンバーがあり、-catenin のリン酸化を抑制してその安定化と核DKK1, DKK2, DKK4 には Wnt signal を抑制する

内移行を促進する。その結果、転写因子のが、DKK3 だけはこれらとは異なり、Wnt signal

TCF/LEF を活性化し、発癌の標的遺伝子であるの抑制機能を有さない。しかし、種々の癌で発- 175 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

現が低下していることから Reduced expression inとともに細胞の遊走性、浸潤性、増殖が増加し、immortalized cells (REIC)の別名でも知られ、やは

ヌードマウスへの移植でも腫瘍径が増大するとり癌抑制遺伝子として機能すると考えられていいう結果が得られ、仮説が強く支持された。

る。DKK3 発現低下を示す腺癌などで DKK3 をしかし、DKK3 過剰発現細胞では、一見 DKK3

強制発現させると細胞にアポトーシスを起こすが Wnt signal の活性化しているかのような挙動ことから、遺伝子治療のターゲットとして注目を示すにもかかわらず、TCF/LEF 活性が上昇しされている４）。

ておらず、Wnt signal とは別のシグナルを介した申請者らは HNSCC でも DKK3 が癌抑制遺伝

メカニズムの存在が示唆されている（図 3）。

子として機能すると仮定して検討を重ねたが、＜図 3：DKK3 過剰発現による影響＞

驚くべきことに、以下のような結果が得られた。

(1) HNSCC では DKK3 遺伝子およびタンパク発現率は高く、DKK3 発現群は予後不良であったが、DKK3 非発現群は転移を示さなかった５）。

(2) HNSCC 由来細胞株で DKK3 遺伝子の発現をノックダウンすると、細胞の浸潤性、遊走性が有意に低下した６）（図 2）。
＜図 2：HNSCC での DKK3 発現と機能＞

これらから、申請者は「 DKK3 遺伝子は

HNSCC 特異的に oncogenic な作用を示す」との仮説を提唱した。この仮説を検証するため

HNSCC 由来細胞で DKK3 を過剰発現させる系を構築し、さらなる検討を加えたところ、DKK3
過剰発現細胞では cyclin D1 や c-myc の発現増加- 176 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】(3) 阻害薬による影響の検討

そこで、本学術研究費助成対象研究では、

HNSCC において DKK3 が関与するシグナル分(1)、(2)で絞り込んだ DKK3 関連シグナル分子の阻子の同定を目指し、 DKK3 過剰発現細胞で害薬である低分子化合物（以下、化合物 A）を HSC-3

microarray 解析を行うとともに、western blotting

DKK3 細胞に作用させ、細胞の増殖性、遊走性につによる関連シグナルの解析を行った。

いて検討した。細胞増殖には TACS MTT Cell

その結果、DKK3 によって変動するシグナル

proliferation Assays (TREVIGEN)を用いた。細胞の遊分子の候補を絞り込み、その阻害剤によって腫走性については、Culture-Insert (Ibidi)による wound

瘍が制御される可能性を示した。

healing assay で行った。

２．材料と方法

３．結果(1) 細胞株とマイクロアレイ解析(1) DKK3 過剰発現系での遺伝子発現変化

ヒト舌癌由来の HSC-3
HNSCC 由来細胞株として、

Microarray 解析の結果、DKK3 過剰発現系では

細胞 (RIKEN BRC)を使用した。この細胞に対し、

HSC-3 DKK3 vs. HSC-3 では 89 up-regulated genes,

DKK3 発現プラスミドを Turbofectin 8.0 (Origene)に173 down-regulated genes が、HSC-3 DKK3 vs. HSC-3てトランスフェクションすることで DKK3 過剰発現

GFP では 54 up-regulated genes, 75 down-regulated細胞（HSC-3 DKK3）を作製した（図 3）。Control とgenes が同定された。このうち、非特異的な増幅をしては GFP をトランスフェクションした細胞除外するため、発現量の低い遺伝子を除き、HSC-3（HSC-3 GFP）を用いた。DKK 遺伝子発現の変化は

DKK3 において HSC-3、HSC-3 GFP と比較して共通

Real time PCR、western blotting によって確認した。

して発現が増加している 9 genes （NAB2, NAV3,

Real time PCR は Toral RNA を ISOGEN（NIPPONABHD14B, SMG6, DYRK4, AGR2, EPN3, RAD17,

GENE）で抽出し、ReverTra Ace (TOYOBO)で合成しRTKN）、低下している 3 genes (BRI3BP, PDCD10,

Thunderbird qPCR mix (TOYOBO)
た cDNA を使用し、SLC20A1)を同定した（図 4）。

を用いて StepOne plus (Thermo Fisher Scientific）で行った。遺伝子発現は housekeeping gene の RPL30 でノ＜図 4：DKK3 過剰発現による遺伝子発現変化＞

ーマライズして評価し、発現上昇を確認した。

HSC-3、HSC-3 GFP、HSC-3 DKK3 の各細胞をconfluent になるまで培養した後、 total RNA を
ISOGEN（NIPPON GENE）で抽出した。Total RNA
は 3D-gene 全遺伝子型 DNA チップ受託解析（東レ）に提出し、遺伝子発現を解析した。遺伝子発現の変化は、HSC-3 DKK3 での遺伝子発現を HSC-3、HSC-3

GFP のそれと比較した。
(2) DKK3 過剰発現でのシグナル分子の解析
DKK3 過剰発現系での Wnt signal 関連分子のリン酸化の状態を western blotting で検討した。抗体には、

DKK3 (abcam)、β-catenin、active β-catenin、phosphoβ-catenin、GSK-3β、phospho-GSK-3β(CST)などを用いた。Control にはβ-actin (CST)を用いた。

(2) DKK3 過剰発現系でのシグナル分子の変化
DKK3 過剰発現系での具体的なシグナル分子の解- 177 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

析を western blotting にて行った。その結果、DKK3
過剰発現ではβ-catenin や GSK-3βの発現とリン酸化には影響が認められなかった。しかし、protein Xと protein Y のリン酸化が上昇しており、これらがDKK3 を介した腫瘍の増殖、遊走性、浸潤性の増加に関与している可能性が強く示唆された（図 5）。
＜図 5：DKK3 過剰発現とシグナル分子の変化＞(3) Protein X の阻害剤 化合物 A による HSC-3
DKK3 細胞への影響

４．考察

HSC-3 DKK3 細胞においてあるシグナルの抑制

これまでの研究成果では、「 DKK3 遺伝子は剤として用いられる低分子化合物 A を作用させ、

HNSCC では他の臓器の癌（特に腺癌）とは異なり、

DKK3 による細胞の増殖、遊走性の増加が抑制され癌抑制遺伝子としては機能せず、むしろ腫瘍の増殖

るかどうかを検討したところ、化合物 A は HSC-3や浸潤、転移を促進する」という可能性が強く示唆

DKK3 細胞において、 DKK3 発現には影響せずされており、HNSCC 細胞での DKK3 過剰発現系でprotein X のリン酸化を抑制した。さらに、腫瘍細胞もこれを支持する結果が得られていた。しかし、こ。
の増殖と遊走性を有意に低下させた（図 6）の作用が発現するメカニズムについては不明な点が多く、Wnt signal とは別のシグナル分子が関与して＜図 6：HSC-3 DKK3 への化合物 A の作用＞いると考えられた。
そこで本学術研究費助成対象研究では、HNSCC
由来細胞で DKK3 遺伝子の過剰発現を行った上で、「DKK3 がど網羅的な遺伝子発現 profile を比較し、のようなメカニズムで HNSCC 細胞の悪性度を増加させているか」を明らかにすることを目的に解析を行った。
結果からは、(1) DKK3 遺伝子発現が増加すること
で、転移の形成に関わる遺伝子やテロメラーゼの活性化に関わる遺伝子発現が上昇する一方、アポトー- 178 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

シスを調節する遺伝子の発現低下がみられることがcycle の亢進、細胞の生存の亢進に重要であることが明らかになったほか、(2)DKK3 過剰発現では、Wnt報告されており、HNSCC においてもその活性化がsignal 以外の重要なシグナル分子である protein X,細胞の悪性度に関与する可能性が示唆されている。

protein Y のリン酸化が亢進しており、細胞の浸潤や化合物 A は protein X を介したシグナルを遮断し、増殖を増加させている可能性が示唆された。
さらに、その結果として DKK3 過剰発現細胞の増殖や遊走性(3) DKK3 過剰発現細胞であるシグナルの阻害剤でを有意に低下させた。このことから、DKK3 は Wnt

ある低分子化合物（化合物 A）を作用させると、

signal ではなく、直接的ないし間接的に protein X を

protein X のリン酸化が抑制されるとともに、腫瘍細介したシグナルを作動させ、細胞の悪性度を高める胞の増殖と遊走性が有意に低下することが示された。

oncogenic function を発揮することが明らかになった。
ここからは、DKK3 が HNSCC の増殖および転移結果(1)について抑制のターゲットとして有望であることが示される。

今回は DKK3 発現増加によって上昇する遺伝子をまた、これらのシグナルの挙動は、DKK3 には未知

9 種類同定したが、そのうちの AGR2 （ Anteriorの細胞表面レセプターが存在している可能性を暗示

gradient protein 2)は、両生類の発生において背側外胚している点でも重要である。今後は別の方法を用い葉の前方に発現する遺伝子の human homolog であり、て DKK3 の特異的レセプターを同定する予定である。

種々の悪性腫瘍で発現が増加している。AGR2 は

Her2/Her3, MAPK, Akt signal を介して転移の形成に
７）

５．結論

関与すると考えられている 。HNSCC における

DKK3 は HNSCC 特異的に発現し、Wnt signal ではな

AGR2 発現についても cancer cell self-renewal や上皮

く Protein X のリン酸化を亢進させるシグナルを介間葉転換（Epithelial-mesenchymal transition: EMT）にして細胞の増殖や遊走を促進する作用を有すると考寄与するという報告がある８）。また、SMG6（EST1A）

えられた。Protein X を介するシグナルを抑制する低遺伝子はテロメラーゼの活性化に寄与する遺伝子で分子化合物 A は DKK3 による作用を打ち消す効果があり、HNSCC においてもその活性化が報告されて認められ、治療への応用が期待できると考えられた。

９）いる 。一方で、DKK3 過剰発現で低下する遺伝子
では 3 種類が同定された。その中でも PDCD10 遺伝※現在、本学術研究費助成対象研究の結果を査読付

子は、細胞にアポトーシスを惹起する機能を有する

き英文雑誌に投稿し revise 中であるため、結果の一１０）

部を非公開としています。

。ここから、DKK3 の過剰発現細胞がアポトーシ

スを回避している可能性が考えられる。
このように、DKK3 過剰発現により細胞の浸潤や増殖、生存に有利になる条件が提供される可能性が６．謝辞
本研究を遂行するにあたり、ご指導をいただきました川崎医科大学 自然科学教室 西松 伸一郎 准教

示唆された。

授、旧:分子生物学１（発生学）教室 濃野 勉 教授
結果(2), (3)についてに感謝いたします。また、日常の議論を通じて多く

これまでの研究で既に、「DKK3 過剰発現による細の知識や示唆を頂いた生化学教室 山内 明 教授、
臨

胞の悪性度の増加は Wnt signal とは無関係である」

床腫瘍学 山村 真弘 講師、長崎大学 口腔病理学分ことが示唆されていたが、本研究により、初めて野 藤田 修一 准教授、東京医科歯科大学 口腔病理

HNSCC における DKK3 を介したシグナルの一端が学分野 池田 通 教授、川崎医科大学 分子細胞生物

明らかとなった。

ユニットおよび研究補助員の皆様に感謝を表します。

Protein X, protein Y のリン酸化はこれまでにも種々の癌で報告されており、pro-apoptotic resistance や cell

- 179 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

9)

７．参考文献Redon S, Reichenbach P, Lingner J. Protein RNA
and protein protein interactions mediate association

1)

2)

O'Rorke MA, Ellison MV, Murray LJ, Moran M,of human EST1A/SMG6 with telomerase. Nucleic

James J, Anderson LA. Human papillomavirus

Acids Res. 2007; 35(20): 7011-7022.

related head and neck cancer survival: a systematic10) Zhang H, Ma X, Deng X, Chen Y, Mo X, Zhang Y,

review and meta-analysis. Oral Oncol. 2012;

Zhao H, Ma D. PDCD10 interacts with STK25 to48(12): 1191-1201.

accelerate cell apoptosis under oxidative stress.

Niehrs C. Function and biological roles of the

Front

Dickkopf family of Wnt modulators. Oncogene.

17:2295-2305.

2006; 25(57): 7469-7481.
3)

Veeck J, Dahl E. Targeting the Wnt pathway incancer: the emerging role of Dickkopf-3. Biochim
Biophys Acta. 2012; 1825(1): 18-28.

4)Kumon H, Sasaki K, Ariyoshi Y, Sadahira T, Araki
M, Ebara S, Yanai H, Watanabe M, Nasu Y.
Feasibility of neoadjuvant Ad-REIC gene therapy
in patients with high-risk localized prostate cancer
undergoing radical prostatectomy. Clin Transl Sci.
2015;8(6):837-840.

5)

Katase N, Lefeuvre M, Gunduz M, Gunduz E,
Beder LB, Grenman R, Fujii M, Tamamura R,
Tsujigiwa H, Nagatsuka H. Absence of Dickkopf(Dkk)-3 protein expression is correlated with longer
disease-free survival and lower incidence ofmetastasis in head and neck squamous cell
carcinoma. Oncol Lett. 2012; 3(2): 273-280.

6)

Katase N, Lefeuvre M, Tsujigiwa H, Fujii M, Ito S,
Tamamura R, Buery RR, Gunduz M, Nagatsuka H.
Knockdown of Dkk-3 decreases cancer cell
migration and invasion independently of the Wnt
pathways in oral squamous cell carcinoma derived
cells. Oncol Rep. 2013; 29(4): 1349-1355.

7)

Brychtova V, Vojtesek B, Hrstka R. Anterior
gradient 2: a novel player in tumor cell biology.
Cancer Lett. 2011; 304(1): 1-7.

8)Ma SR, Wang WM, Huang CF, Zhang WF, Sun ZJ.
Anterior gradient protein 2 expression in high grade
head and neck squamous cell carcinoma correlatedwith cancer stem cell and epithelial mesenchymaltransition. Oncotarget. 2015; 6(11): 8807-8821.

- 180 -

Biosci(Landmark

Ed).

2012;

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

加齢と腸内細菌叢の関係性から運動の老化予防効果を再検討する
川崎医療福祉大学 健康体育学科
矢野 博已
（概要）
【目的】本研究では、加齢にともなう腸内細菌叢の変化が、老化現象を引き起こす原因の一つと考えられていることを受け、運動習慣がもたらす老化予防効果もまた腸内細菌叢の変化が影響しているのかどうかについて検討するため、老化促進マウス、および運動を負荷した老化抑制マウス（ドナーマウス）の表現型が、便移【方法】ドナーマウスには、SAMP1植法を用いて、レシピエントマウスに水平伝播するのかの検討を試みた。
高齢マウス（50 週齢）を用い、12 週間のレジスタンストレーニング（SAMP1-Ex）、または安静（SAMP1-Ctrl）
を負荷した。対照群にはレシピエントマウスと同系統同週齢 C57BL/6 マウス(BL/6-Ctrl)を用いた。それぞれドナーマウスから採取した盲腸便を、レシピエントマウスに胃ゾンデを用いて移植した。その後、ドナーマウ【結果】
スの腸内細菌叢の解析とともに、レシピエントマウスの、身体活動および不安行動の影響を評価した。
ドナーマウス腸内細菌叢のα-多様性は、運動を負荷した SAMP1 マウスが安静 SAMP1 マウスより有意に高い値であった。SAMP1-Ctrl および SAMP1-Ex マウスからの便移植を受けたレシピエントマウスの筋力は、BL/6-Ctrl マウス便移植群と比較して低下していた。しかし、SAMP1-Ctrl 移植マウスと SAMP1-Ex 移植マウス間には、有意な差は観察されなかった。また回転輪による自発運動量にも、便移植の影響は観察されなか【結論】以上の結果から、腸内細菌叢が老化にともなう活動性の低下と関係している可能性は考えられった。
たものの、運動習慣によって成立した腸内細菌叢の変化と老化予防効果がリンクしてレシピエントマウスに伝播するのかについては本研究から明らかとはならなかった。
【序論】

動脈硬化など疾患発症へとつながる可能性が高いと世界にも類を見ない速さで進む日本人の高齢化は、される。さらに、神経伝達物質とされるドーパミン

国民医療費の増加、社会保障費の財源不足、貧困ややセロトニンでさえ腸管や腸内細菌によって産生さ格差といった社会問題を引き起こし、深刻化する一れる事も明らかとなる中で、痴呆症や自閉症といっ方である。
我々にとって健康寿命の延伸こそが、個々

た精神疾患にも腸内細菌叢が関与する可能性が指摘

人にかせられた課題と言えるのかもしれない。ヒト

されるようになった。

は誰しも老いるものではあるが、加齢にともなう活

一方、運動習慣は、老化に伴う骨格筋や循環器の動性の低下は、代謝性疾患やサルコペニアとともに、形態的・機能的低下抑制への貢献にとどまらず、精加齢に伴う神経伝達物質（ドーパミン、セロトニン

神疾患の予防にも寄与することが知られている。さやその受容体、合成酵素など）の減少とそれらの働らに、我々は運動による腸管免疫機能の劇的な変化きを阻害するサイトカインの増加による。近年は、を報告し (Uchida, et al., 2014)、現在、腸内細菌叢

腸内細菌叢と代謝性疾患や老化現象との関係が知らの変化を介した自発運動によるメタボリックシンド

れるようになってきた。すなわち、痩せ型と肥満型

ロームの発症予防効果についても明らかにしつつあでは腸内細菌叢が異なること、メタボリックシンド

る。その中で、運動を負荷したマウスの糞便を別のローム発症に腸内細菌叢の違いが関係することなど

マウスの腸管内に移すこと（便移植）により、移植が報告されるようになった。加えて、加齢によってを受けたマウス（レシピエントマウス）の神経伝達変化する腸内細菌叢は、結果として免疫低下、肝臓物質に影響を与えるサイトカインの脳内発現可能性や腎臓、膵臓などの各種臓器の機能障害、肝がん、が あ る 。 今回 我々 は、老 化 促進 モデ ル マ ウス

- 181 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】(SAMP1) を用いて、運動の老化抑制実験を検討す施した。

る中で（共同研究）、貴重な盲腸便の回収に成功して便移植

おり、腸内細菌叢が加齢に伴う活動性の低下にどの

レシピエントマウスと同系統同週齢マウスの盲腸ように影響するかについて検討（便移植実験）を行、および SAMP1-高齢マウス（50便 （BL/6-Ctrl）

うことが可能となった。

週齢）で 12 週間のレジスタンストレーニング

そこで、本研究では、老化促進マウスおよび運動（SAMP1-Ex）または安静（SAMP1-Ctrl）を負荷を負荷した老化抑制マウス（ドナーマウス）の表現

した後の盲腸便（立命館大学 家光研究室より提供）

型が、便移植法を用いて、レシピエントマウスに水を移植便として使用した。移植方法は、無菌水に溶平伝播するのかを明らかにし、加齢と腸内細菌叢のかした便を 100 mg/ml に調整し、スピンダウン後、関係性から運動の老化予防効果の検討を行うことを

上 清 200目的とした。

(Vijay-Kumar, et al., 2010)。

l/ 匹 を 胃 ゾ ン デ に て 投 与 し た

身体活動および不安行動測定【方法】

飼育期間修了後、クライミング法を用いた筋力測実験動物

定 (Neto, et al., 2016 modified)、回転輪を用いた身便移植レシピエントマウスとして C57BL/6 雄マ

体活動測定 (Swallow, et al., 1998) 、およびビー

ウス 4 週齢（n=30）
を使用し、以下の 3 群に分けた。

玉隠し試験による不安行動測定（Bruce-Keller, et

すなわち、C57BL/6-Ctrl マウス便移植群 (BL/6-、を実施した。測定はそれぞれ 24~48 時
al., 2015）

Ctrl, n = 10)、
SAMP1-Ctrl マウス便移植群 (n = 10)、間の間隔を空けて実施した。

および SAMP1-Ex マウス便移植群 (n = 10) であっ

測定終了後、全てのマウスは、三種混合（ドルベた。すべてのマウスは、便移植前に、抗生剤アンピ

ネ(0.45 mg/kg)、ドルミカム (4 mg/kg)、ベルトフ

シリン (1 mg/ml) とネオマイシン (0.5 mg/ml) のァール (5 mg/kg）)麻酔薬の腹腔内投与（0.2~0.3 ml/

混合水を 3 日間飲水させ、腸内除菌を実施した。除匹）後、採血および各臓器の摘出を実施した（解析菌期間終了後、0、1、2 週目の計３回、便移植を実は現在検討中）。

- 182 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

なお本研究は、川崎医療福祉大学動物実験委員会

ウス間には、有意な差は観察されなかった。SAMP1の承認を受けて実施された（承認番号：16-007）。

マウスは老化促進モデルマウスとして、骨格筋の萎

腸内細菌叢解析

縮を生じることから (Sakakima, et al., 2004)、今回

ドナーマウスの 24 時間便の腸内細菌の 16S rRNAの結果は、老化にともなう筋力の低下が、腸内細菌

遺伝子をターゲットに次世代シーケンス法を用いて叢の移植を介して伝播した可能性を示唆するものな

糞便 DNA を解析した。

のかもしれない。一方で、SAMP1 マウスへの運動
トレーニングは筋萎縮抑制効果を生じ (Sakakima,

et al., 2004)、そしてドナーマウスの腸内細菌叢の変【結果と考察】ドナーマウスの腸内細菌叢を解析した結果、便中化も観察されたものの、便移植によるレシピエントの細菌種の -多様性（系統樹的、Chao1、種の数）

マウスへの筋力や筋萎縮抑制の水平伝播は生じなか

は、いずれの Index においても、SAMP1-Ex 群のった (Fig. 2d,e )。また回転輪による身体活動量にも、方が有意に高い値を示した (Fig. 1a-c)。ユニフラッ

便移植の影響は観察されなかった (Fig. 2f)。したがク(unweighted UniFrac) 解析による腸内細菌叢のって、腸内細菌叢が老化にともなう活動性の低下と類似性（b-多様性）を調べたところ、SAMP1-Ex と関係している可能性は考えられるものの、運動習慣

SAMP1-Ctrl との主座標分析 (principal coordinate

によって成立した腸内細菌叢の変化と老化予防効果

analysis: PCoA) に見られる違いがあった (Fig.

がリンクしてレシピエントマウスに伝播するのかに

1d,e)。さらに両群の腸内細菌叢を門 (Phylum)のレ

ついては本研究からは明らかにはならなかった。

ベルで比較すると、運動負荷によって Bacteroidetes、

Cyano acteria、Deferri acteres、Tenericutes の増
加 、 Actino acteria 、 TM7 の 減 少 、 な ら び にVerrucomicro ia の激減が観察された (Fig. 1f)。特に、SAMP1-Ex マウスが、SAMP1-Ctrl と比較して 顕 著 に 高 い 割 合 を 示 し た 科 (Family) は 、

Prevotellaceae、

Staphylococcaceae、

Streptococcaceae、

Christensenellaceae、

Clostridiaceae、

Dehalo acteriaceae、

Lachnospiraceae、Peptococcaceae であった。
一方、SAMP1-Ex マウスで SAMP1-Ctrl と比較して顕著に低い値を示した科 (Family)は、Entero acteriaceae と、Verrucomicro iaceae であ
さらに、不安行動 (Emotional ehavior) を評価った。
これらの腸内細菌叢を移植されたレシピエントマ

するために、
ビー玉覆い隠し行動試験（Marble-burying

ウスの体重には、有意な差は観察されなかった (Fig.

behavior test ） を 実 施 し た 。 情 動 ス ト レ ス2a)。一方、クライミング法を用いた筋力測定の結果、(Anxiety-related disorders) 、 常 同 行 動 (Stereotyped

SAMP1-Ctrl および SAMP1-Ex マウスからの便移

ehavior) 、 強 迫 性 障 害 (O sessive compulsive

植を受けたマウスでは、BL/6-Ctrl マウス便移植群

disorder )を評価できるとされるテストであるが、と比較して低下していた (それぞれ p=0.05,

SAMP1-Ctrl 移植マウスで上昇し、SAMP1-Ex 移植

p<0.01)。体重比で比較すると、SAMP1-Ex 移植マ

マウスでは、BL/6-Ctrl 移植マウスと同程度に不安

ウスで顕著な低下であった (p<0.01, Fig. 2c)。しか行動が改善される傾向であった。しかしながら、統し、SAMP1-Ctrl 移植マウスと SAMP1-Ex 移植マ

計学的な有意差は観察されず、更なる検討が必要で- 183 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

ある。Bravo ら (2011) によれば、Lacto acillus 摂

荷した老化抑制マウスの表現型が、便移植法を用い取は、脳内の GABA 受容体の発現をコントロールすて、レシピエントマウスに水平伝播するのかの検討ることで迷走神経活動を介した不安行動を抑制するを試みた。その結果、腸内細菌叢が老化にともなうとしている。さらに、自閉症スペクトラム障害

活動性の低下と関係している可能性は一部示唆され(Autism spectrum disorder: ASD) モデルマウスをたものの、運動習慣によって成立した腸内細菌叢の用いた研究では、Bacteroides fragilis 摂取で、腸内変化にともなう老化予防効果は本研究から明らかと細菌叢の変化とともに ASD 行動異常の改善が見らはならなかった。

れたことが報告されている (Hsiao, et al., 2013)。腸【謝辞】

内細菌叢が神経系に対して何らかの影響を及ぼして本研究に際し、糞便および盲腸便を提供していたいる可能性は否定できず、腸‐脳相関と腸内細菌叢

だいた立命館大学家光素行教授、ならびに内田昌孝

に関して更なる検討が必要である。

助教に深謝する。本研究は、平成２8 年度公益法人
ウエスコ学術振興財団 学術研究助成事業の支援により遂行された。ここに記して深謝する。

【参考文献】
Uchida M, Oyanagi E, Kawanishi N, Iemitsu M, Miyachi
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Vijay-Kumar M, Aitken JD, Carvalho FA, Cullender TC,
Mwangi S, Srinivasan S, Sitaraman SV, Knight R, Ley
RE, Gewirtz AT. (2010) Meta olic syndrome and altered

本研究の限界として、移植便からの腸内細菌叢のgut micro iota in mice lacking Toll-like receptor 5.

レシピエントマウスへの定着度が不明である点があScience 328: 228-231.

げられる。宿主の腸内細菌叢に対するジェネティッ

Neto WK, de Assis Silva W, Ciena AP, Anaruma CA, Gama

クな影響を吟味した上での検討が必要である。
また、

EF. (2016) Vertical clim ing for rodent resistance

SAMP1 マウスからの便移植による筋力低下のメカ

training: a discussion a out training parameters. Int J

ニズム、さらには SAMP1-Ctrl マウスからの便移植

Sports Sci 6: 36-49.

による不安行動が高くなる傾向を示したメカニズム

Swallow JG, Carter PA, Garland TJr. (1998) Artificialの解明が不十分である。脳（大脳、海馬、間脳）腸selection for increased wheel-running ehavior in house（小腸、大腸）、および骨格筋（ヒラメ筋、腓腹筋）mice. Behav Genet 28: 227-237.

のサンプルイングは完了しており、今後解析を進め

Bruce-Keller AJ, Sal aum JM, Luo M, Blanchard E IV,ることで、そのメカニズム解明に迫ることが出来る

Taylor CM, Welsh DA, Berthoud HR. (2015) O ese-type

ものと考える。

gut micro iota induce neuro ehavioral changes in the

以上本研究は、加齢にともなう腸内細菌叢の変化

a sence of o esity. Biol Psychiatry 77: 607-615.

が、老化現象を引き起こす原因の一つと考えられる

Sakakima H, Yoshida Y, Suzuki S, Morimoto N. (2004) The

ことから、運動習慣がもたらす老化予防効果もまた

effects of aging and treadmill running on soleus and

腸内細菌叢の変化が影響しているのかどうかについgastrocnemius muscle morphology in theて検討するため、老化促進マウス、および運動を負

senescence-accelerated mouse (SAMP1). J Gerontol A- 184 -

【平成28年度研究費助成

Biol Sci Med Sci 59:1015-1021.
Thomas A, Burant A, Bui N, Graham D, Yuva-Paylor LA,
Paylor R. (2009) Mar le urying reflects a repetitive andperseverative ehavior more than novelty-induced
anxiety. Psychopharmacology (Berl) 204: 361-373.
Bravo JA, Forsythe P, Chew MV, Escaravage E, Savignac
HM, Dinan TG, Bienenstock J, Cryan JF. (2011)
Ingestion of Lacto acillus strain regulates emotional
ehavior and central GABA receptor expression in amouse via the vagus nerve. Proc Natl Acad Sci USA
108:16050-16055.
Hsiao EY, McBride SW, Hsien S, Sharon G, Hyde ER,
McCue T, Codelli JA, Chow J, Reisman SE, Petrosino JF,
Patterson PH, Mazmanian SK. (2013) Micro iota
modulate ehavioral and physiological a normalities
associated with neurodevelopmental disorders. Cell
155:1451-1463.

- 185 -

研究成果報告書】

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

複数のカメラを用いた超高信頼防犯システムの開発
川崎医療福祉大学 医療技術学部 臨床工学科
近藤 真史
近年，広く用いられている複数のカメラを用いた防犯システムでは，幾何学変換(補正)により画像に対する種々の変形と合成が行われているが，リアルタイム性を維持するためには幾何学変換の高速化が必要となる．
この種の幾何学変換式には演算負荷の高い乗算と除算が含まれるため，専用回路によるハードウェア化を前提として，多項式近似と漸化式表現により加算のみに帰着して解く手法が提案されている．しかし，多項式近似
では漸化式が複雑化するために完全なハードウェア化を実現し難く，高性能な汎用プロセッサ上での動作確認に留まっている．そこで本研究では，複数のカメラを用いた防犯システムの高性能化に先立って，線形近似による漸化式の簡単化と組み込みプロセッサ(ARM)への実装について検討を行った．特に前者では，線形近似により漸化式を定数加算に帰着する手法を提案するとともに，これによって生じる変換誤差については，区間分割
により漸化式の定数を初期化することで改善を図っている．そして，これに基づいた幾何学変換法を ARM に実装した結果，既存法と同程度の精度を維持しつつも，その変換速度を約 40%短縮できることが明らかとなった．

1. まえがきが増大し，リアルタイム処理の保証が困難となる．

近年，世界情勢の不安定化と情報技術の発展に伴これに対して筆者らは，ハードウェア化を前提としって，個人・企業を問わず自己防衛意識が高まってて，関数近似と漸化式表現に基づいた高速幾何学変

おり，
監視カメラのグローバル市場は 2010 年に比し換法を提案し，その有効性を示している[4]．

て8 割増の2845 万台に拡大すると試算されている[1]．

そこで本研究では，フロア天井に複数の安価なカ

特にスーパーマーケットなどの商業施設では，万引メラを格子状に配置した上で，筆者らの提案していき対策のために監視カメラを積極的に導入している

る高速幾何学変換法に基づいてフロア全体の俯瞰が，陳列棚などにより完全に死角を排除できず，日(見下ろし)画像として高速に合成することにより，本の万引き被害額は4500億円以上(世界第2 位)に達

死角のない高性能・高機能な防犯カメラシステムのしている．
これに対する有効な解決策の一つとして，開発を行っている．以下本稿では，その第一段階と広視野角・高解像度なカメラを導入することが挙げして，新たに 1 次関数近似により漸化式を簡単化し，られるが，これに代表される魚眼レンズなどはレン

幾何学変換を加算処理のみに帰着する手法についてズが特殊であるため依然として高価であり，設置コ報告する．そして，提案法を組み込みプロセッサストの観点から導入可能な台数に限界がある[2]．し(ARM)に実装し，近似次数に依る変換速度の改善効果

たがって現実的には，極力死角を補うように複数のを定量的に明らかにする[5][6]．

安価なカメラを配置するなどの対策が採られており，その最適なカメラ配置も検討されつつあるが完全に

2. 画像に対する幾何学変換の高速化

死角を排除することは困難である[3]．

2.1. 幾何学変換

一方，これまで筆者らは，複数の画像を用いたパ幾何学変換とは，矩形を拡大・縮小・回転などのノラマ動画像合成システムの開発に従事している．

操作により，任意の形状の画像に変形する変換の総

この種の画像合成には画像の変形処理，いわゆる幾称であり，アフィン変換，擬似アフィン変換，ヘル何学変換が必要となるが，この処理はソフトウェア

マート変換，射影変換の 4 種がよく知られている．

的に処理されるため，高解像度化に伴って演算負荷

通常，この種の幾何学変換に係る画像処理は，変換- 186 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

y
ry

image

sy
sx

py

-1

1
px

rx

-1

y
1

screen(0, 0, s)

1

x

-1

図 2 : x 座標の分布-1view point

rz

x

1

pz

(0, 0, p)2.2. 射影変換の高速化

z

一般的に画像の座標計算は， の最小値，すなわち
図 1 : 射影変換

画像の一番左上から右へ順に行われ，右端に到達し後の座標( , )から対応する変換前の座標( , )をて 1 行の座標計算が完了すると， をインクリメン

求めた上で，その近傍座標における画素値を用いてトして同様に座標計算を繰り返す．この際，1 行の補間する(内挿)手続きが一般的である．以降，本稿

座標計算においては が固定され，1 列の座標計算にでは，上述の幾何学変換の中でも最も汎用的かつ変おいては が固定される．したがって， 座標に係る換式が複雑な射影変換に焦点を絞って検討を進める．

逆変換式(1)は次のように表すことができる．

射影変換は，直線性を維持したまま矩形を任意の,四角形に変形することにより，平面画像に遠近感を与える変換である．
射影変換の模式図を図 1 に示し，,変換の手続きを以下に記す．
手順 1.原画像を横サイズが 2(横の幅が±1)となるように正規化する．
手順 2.

1

(4)

ここで， および はそれぞれの変換画像における以上のように実際の画像走査手順に従えば，射影変倍して拡大・

縮小を施す．

換の逆変換式は単に および からなる1変数関数と見なすことができる．本稿では，水平走査線になら

手順 4. , , 軸方向にそれぞれ

,

,

分だけ

平行移動を施す．
手順 5. , , 軸方向にそれぞれい， を固定した場合における 座標の分布を図 2 に示す．なお，変換パラメータについては，512

,

,

度だけ

回転を施す．
手順 6.視点 0,0,(3)

画素の列および行の位置により決まる定数である．

0平面上に移動する．

手順 3. , 軸方向にそれぞれ ,1

512画素の画像を左上座標から反時計周りに 150, 150 ，0, 350 ， 200, 400 ， 450, 100 へ変形した場合にからスクリーン 0,0,を通して原画像を見る．

ついて求めた(図 3)．図 2 より，算出された 座標の分布は凡そ単調増加する関数となることが分かる．

ここで，射影変換における逆変換は次式として与え

そこで文献[4]では，変換誤差を考慮して式(3)およられる．なお，式中の 〜 は変換係数であり，具体び(4)を以下のように 2 次関数近似を施すことで除的な算出方法については文献[7]を参照されたい．

算の排除を図っている．ここで， 〜 および 〜

1

(1)

1

(2)

はそれぞれ および 座標における近似係数である．

,,,- 187 -

(5)

,

(6)

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

図 4 : 近似係数の分布

3. 射影変換の高速化
ここでさらに 1 行の走査，つまり のインクリメ
ントに着目すると，式(5)および(6)は漸化式的に以

1,
,

まず，

,
,

2

(7)

となる．したがって，各行ごとの係数を保持するメ

2(8)

モリが別途必要となり，これに係るメモリへのアク

1について一時変数を導入すると，

22

ける 座標の係数 ，，cの分布を図 4 に示す( と は(9)となり，結局式(5)は次式として表すことができる．

,

1,
1,

したがって，初期値として,セスが座標変換に係る処理時間のオーバーヘッドとなり得る．ここで，2 次関数近似を施した場合にお1を与えれば，

関数近似により決定される係数 ， ，cは変換後画像の各行で算出，すなわち 座標に依存すること

下のように表現することができる．

,

3.1. 係数近似，

凡そ同値)．図 4 より，各係数の概形も図 2 の座標分

(10)布と同様に 2 次関数的に分布することが分かる．こ，2のことから，近似係数についても関数近似と漸化式

は順次加算のみで算出できる．

表現を再帰的に適用することにより，単に定数加算

をインクとして順次求めることができる．以降，係数の算出

続いて，式(8)から行座標を固定し，リメントさせて座標計算を行うことで 1 行の計算をに係る漸化式を係数漸化式と言う．

行うことができる．ただし，行のインクリメントは

3.2. 近似次数の削減

画像の走査が左端に来たときに行うため

0となる点に注意する．ここで同様に一時変数を

2 次関数近似に基づく射影変換の高速化手法では，一時変数 の導入や2 の乗数項が生じるため，これを実際のハードウェア化に応用するにはその制御が導入すると，

複雑化することとなる．ここで，図 2 および図 3 の2(11)分布に着目すると，その曲線は緩やかであり，線形となり，式(6)も同様に以下の通り加算のみの漸化式

近似，すなわち 1 次関数近似でも差し支えないようで表現できる．

に思われる．以降，本稿では紙面の都合上，2 章と

1

2

(12)

同様に 座標に係る 1 次関数近似についてのみ記す．

以上の式(10)と式(12)を併せることで，画像全体

まず，式(3)および(4)の 1 変数関数を 1 次関数で

,

,

1

の座標計算を加算のみで行うことができる．以降，近似して次式を得る．

式(10)および(12)をそれぞれ水平漸化式および垂直,漸化式と言う．また，以上の 座標についてのみ述

,
,

(13)

,

(14)

べたが， 座標についても同様の手法で漸化式が求

ここで， 〜 および 〜 は近似係数であり，便まることは明らかである．

宜上，
式(5)および(6)と同じ変数名を付しているが，近似次数が異なるためその値も異なる点に注意する．

- 188 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

続いて，まず式(13)に漸化式表現を導入すると，,

1,

表 1 : 実装環境の仕様(15)として単に の加算に帰着できる．したがって，初

1,

期値として

， を与えれば，

,

CPU

は

順次加算により算出できる．さらに，上式から行座

キャッシュ標を固定して， をインクリメントさせて座標計算を行うことで 1 行の計算を行うことができる．ただし，となり初期値

,
,

1

(15)

1, と の加算で算出できる．

以上より，射影変換の逆変換式を 1 次関数で近似した場合，その水平漸化式および垂直漸化式はそれ
ぞれ単に

および

組み込み

Core i7-4790k

Cortex-A53

3.6GHz1.2GHz

L1 : 128 KB

L1 : 64 KB

L2 : 1 MB

L2 : 2MBL3 : 8 MB

0であり，式(14)を漸化式表現すると，,汎用の加算のみに帰着され，単純

メモリ

DDR3 16GB

DDR2 1GBOS

Windows7 64bit

Raspbian 64bit

カメラ

CMS-V28SETW

解像度

640×480

描画速度

30 fps

な逐次加算器(アキュムレータ)としてハードウェア化を実現できる．また， 座標に係る漸化式の他，3.1 の係数近似に係る漸化式もこれと同形の極めて単純な漸化式に帰着できることは明らかである．
3.3. 区間分割による変換精度の改善
上述した関数近似と漸化式表現に基づいた射影変換の高速化手法は，あくまでも近似的な手法である

速化を指向して，全ての区間面積を均等に定める等区間分割法を採用する．図 3 はこれに基づいて，ため逐次加算を行う度に誤差が蓄積し，図 5 のよう

8に変換画像が大きく歪むこととなる．そこで本研究り，図 5 のような歪みは低減され，適切な射影変換

では，変換後の座標 ， の変域をそれぞれ複数の領が行われていることを確認できる．

8の区間分割を施した場合の射影変換画像であ域に分割し，区間ごとに近似係数を算出，初期化することで変換後の歪みを軽減する方針を採る．

4. 組み込みプロセッサへの実装と評価

文献[4]ではこの区間分割について，
変換精度向上4.1. 実装環境の観点から，各区間の勾配が一定になるように区間関数近似と漸化式表現に基づいた高速幾何学変換

を定める中心差分法を採用している．しかし，各区法を汎用プロセッサおよび組み込みプロセッサに実間の境界線が動的に変動するため，ハードウェアに装し，その評価を行った．組み込みプロセッサへのは適さない．そこで本研究では，処理の単純化・高実装には，シングルボードコンピュータ Raspberry
Pi3 Model B を用いており(図 6)，各プロセッサとUSB カメラモジュールの仕様を表 1 に示す．また，開発環境は Microsoft Visual Studio 2015，開発言
語は C++であり，画像の入出力などの汎用処理には画像処理ライブラリ OpenCV 2.4.10 を用いた．
4.2. 変換時間
まず，本研究の主題である座標算出時間，すなわ
ち変換後座標から変換前座標の値を算出するまでの時間を図 7 に示す．縦軸の時間単位はミリ秒，横軸

図 5 : 1 次関数近似による歪み

は区間分割数である．評価対象は，凡例に示すよう- 189 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】に式(1)および(2)の変換原理式の他，1 次関数近似
および2次関数近似を施した場合との計3種であり，さらにこれらを汎用プロセッサおよび組み込みプロ
セッサ上で実行した場合とでそれぞれ計測した．図7 より，組み込みプロセッサの座標算出時間は汎用
プロセッサのそれに比して最大 5 倍程度増大しており，
これはプロセッサのクロック周波数の差の他に，プロセッサに搭載されている演算器の性能差も考え

図 7 : 座標算出時間られる．ただし，各プロセッサにおける演算方法の違いに着目すると，原理式，2 次関数近似，1 次関数
近似の順に座標算出時間の短縮効果が確認できる．
特に，1 次関数近似を施すことにより，組み込みプ
ロセッサでも汎用プロセッサに近しい性能を達成できることが分かる．
また，
従来の 2 次関数近似では，
区間分割数の増加に伴って座標算出時間の増加傾向が確認されるが，漸化式が簡単化された 1 次関数近図 8 : 変換時間

似では区間分割数に依らず一定の座標算出時間を維持できていることは特筆すべき点である．
次に，変換時間，すなわち座標算出後に，カメラからの入力画像の画素値を用いて出力画像を生成するまでの時間を図 8 に示す．図 8 より，図 7 に比して汎用プロセッサと組み込みプロセッサの変換時間差が約 10 倍に拡大している．
これはプロセッサ自体の性能差の他に，内挿処理においてキャッシュやメモリ上から画素値を取得する際のオーバーヘッドが

図 9 : 描画速度(フレームレート)

顕著に表れた結果と考えられる．
最後に，描画速度，すなわちカメラで撮像した画像に射影変換を施してディスプレイに表示するまで

4.3. 変換精度
様々な変換パラメータに基づいて射影変換を施し，のフレームレートを図 9 に示す．図 9 より，汎用プ関数近似と区間分割の導入に伴う変換誤差の評価をロセッサでは，約 30fps と人間が視認する上で違和行った．その一例として，スクリーン座標を 0,0,5 ，感のないフレームレートを達成できる．一方，組み

視点座標を 0,0,10 ， 軸方向拡大率を込みプロセッサでは，内挿処理に係るメモリアクセ

定した上で，各軸に対する回転角度 ,スによる変換時間の劣化が影響し，そのフレームレ

ぞれ0°〜45°の範囲で変動させた場合について，近ートは約 5fps と著しく低下することとなる．

似次数と変換誤差の評価結果を表 2 に示し，このと以上の結果より，関数近似と漸化式表現を導入することで，ソフトウェア的に処理する上でも座標算

0.5に固
,

をそれ

きの変換画像を図 10 に示す．なお，表中の青字の値
は変換誤差が 1 pixel 以下であることを表す．

出時間の短縮効果を確認できる．しかし，カメラな

表 2 より，2 次関数近似の場合，区間分割数 4×4

どを用いた実用化を図る上では，内挿処理などのメ以上ならばいずれの回転角度でも変換誤差を 1

モリアクセスがボトルネックとなり，特に組み込み

pixel 以下に抑制可能であり，15°以下ならば区間分

プロセッサではその影響が顕著に表れる．

- 190 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

表 2 : 近似次数と変換誤差
座標算出

次数

分割数

0°

5°

10°

15°

20°

25°

30°

35°

40°

45°

時間[ms]

1×1

0.00

9.82

21.90

37.30

57.81

86.53

129.29197.27311.21524.06

0.586

4×4

0.00

0.64

1.49

2.64

4.04

5.82

8.68

12.81

18.59

28.29

0.587

8×8

0.00

0.16

0.37

0.65

1.05

1.53

2.24

3.35

4.78

7.17

0.586

16×16

0.00

0.04

0.10

0.17

0.26

0.39

0.56

0.81

1.21

1.81

0.623

32×32

0.00

0.01

0.02

0.04

0.07

0.10

0.14

0.21

0.30

0.46

0.683

1×1

0.00

0.07

0.29

0.72

1.44

2.58

4.67

9.41

20.41

49.05

0.853

4×4

0.00

0.00

0.01

0.01

0.03

0.07

0.13

0.21

0.38

0.77

0.861

8×8

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.01

0.02

0.03

0.05

0.11

0.926

16×16

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.01

0.01

1.000

32×32

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

1.116

二次関数近似区間一次関数近似回転角度

近似

図 10 : 各回転角度における射影変換画像
割自体が不要である．一方，1 次関数近似の場合，される魚眼カメラ画像列を用いた超解像の提案,

変換誤差を 1 pixel 以下に抑えるためには区間分割生産研究, Vol.67, No.2, pp.99-104 (Jan.2015)

数 32×32 以上が必要となる．ここで，表の末列に[3]K.Yabuta, and H. Kitazawa, Optimum camera

記した座標変換時間に着目すると，1 次関数近似か

placement considering camera specification

つ区間分割数 32×32 において変換誤差を 1 pixel

for security monitoring, IEEE Proc. Circuits

以下に抑えつつ最も高速に変換できることが分かる．

and Systems, pp.2114-2117 (May 2008)

5. あとがき[4]尾崎亮,佐藤洋一郎,杉山裕二,岡本卓爾, 射影変

本稿では，1 次関数近似と区間分割による高速・換における座標計算の高速化手法, 電子情報通高精度な射影変換法を提案した．そして，組み込み

信学会論文誌 D,Vol.88,No.1,pp.1-7 (Jan.2006)

プロセッサへの実装・評価を通じて，32×32 分割時[5]田所 勇生,近藤 真史,佐藤 洋一郎, 組み込みプに 2 次関数近似と同程度の精度を維持しつつも座標

ロセッサにおける幾何学変換の高速化に関する算出時間を約 40%短縮できることを示した．今後の基礎検討, 第 67 回電気・情報関連学会中国支部

課題としては，提案手法を FPGA に実装し，高機能防連合大会,No.R16-22-06 (Oct.2016)

犯カメラシステムへ応用することが挙げられる．

[6]田所 勇生,大坪 浩次,佐藤 洋一郎,近藤 真史,
組み込みプロセッサにおける射影変換の高速

参考文献

化に関する基礎検討, 2017 年電子情報通信学会[1]森 健一郎, 監視カメラ世界市場に関する調査結

総合大会,ISS-SP-195(Mar.2017)優秀ポスター賞

果, 矢野経済研究所プレスリリース(Aug. 2015)[7]井上 誠喜, 住吉 英樹, 八木 伸行, C 言語で学

[2]高野 照久, 松下 侑輝, 小野 晋太郎, 川崎 洋,

ぶ実践 CG・映像合成, オーム社, pp.167-168

池内 克史 視界支援用の車載カメラとして使用- 191 -

(Apr. 2006)

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

障害児の生涯健康記録(PHR：Personal Health Records)の開発にむけた課題の検討
川崎医療福祉大学
三田 岳彦

概要
本研究では在宅重症心身障害児（者）を対象に質問紙調査をおこない、本人の機能障害のおよび医療・福祉施設の利用状況を明らかにし、障害児の生涯健康記録(PHR)の開発にむけた課題を検討することを目的とした。
対象者 62 名のうちの 60%以上が医療的ケアを必要としており、78%が現在およびこれまでにてんかん発作を経験していた。対象者のうち、90%以上が医療施設を利用しており、このうち 60%以上は複数の施設を利用していた。リハビリテーション施設も 80%以上が利用しているが、単一施設の利用割合が高いのが特徴的であった。
短期入所施設、日中活動サービス施設は約 70%が利用していると回答した。本結果から、医療的ケアや発作のコントロールが必要な重度の障害児（者）とって診療・投薬記録を適切に管理・活用する重要性が示唆される。
障害児（者）とって役立つ PHR を開発するには利用した医療・福祉サービス施設で発生した健康情報を統合し、本人・家族が生涯にわたって活用できる仕組みが不可欠である。

本研究では在宅重症心身障害児（者） （以下、在1．研究の背景と目的
生涯健康記録：Personal Health Records (PHR) は

宅重症児（者）とする）を対象に質問紙調査をおこ「個人が自らの生活の質(QOL=Quality of Life)の維ない、本人の機能障害のおよび医療・福祉施設の利

持や向上を目的として自らの健康に関する情報を収用状況を明らかにし、障害児の生涯健康記録(PHR：

集・保存・活用する仕組み」と定義される。PHR のPersonal Health Records)の開発にむけた課題を検共通の機能として①個人が自らの QOL の維持・増進

討することを目的とした。

を目的として、自らの健康に関する情報を収集・保存・活用することを可能とする仕組みであること、

2. 方法②個人が情報を所有し、情報の収集・保存・参照・（1）対象

開示など、すべてのコントロールを個人自らが行え対象は東京都 A 市と鳥取県 B 市およびその近郊にることが挙げられる。PHR は協働の医療を促進し、在住する在宅重症児者 62 名
（平均年齢： 13.0±11.3

医療や看護(介護)の質と効率化を改善する強力なツ歳）である。2016 年 4 月〜5 月にかけて各地域の重ールやプラットフォームとしての期待も高い 1)。

症児を対象とする医療福祉施設の協力を得て無記名障害児（者）の場合、その重症度によっては自ら健康情報を管理することに困難さを持ち、保護者や式質問紙調査を実施した。
（2）調査項目

主たる介護者に依存せざるを得ない状況があり得る。

調査項目は年齢、性別、医療的ケア・てんかん発

また、濃厚な医療や福祉サービス必要とする重度の作の有無および既往、医療・リハビリテーション、障害児（者）は複数の医療・福祉施設を頻回に利用短期入所、日中活動サービス施設の利用状況とした。

し、それぞれの施設で健康記録（診療記録等）が発（3）分析生していると考えられる。PHR の考え方（情報の収各項目の記述統計量を算出したのち、項目間の関集・保存・参照・開示）に立てば、障害児（者）の連を検討するためにクロス集計をおこなった。解析

健康記録を適切に管理し、活用することで、本人・には IBMSPSS ver.19.0 を用いた。

保護者の QOL の向上が期待できる。

- 192 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

3. 結果と考察
対象者 62 名のうちの 60%以上が医療的ケアを必要

結論としており、78%が現在およびこれまでにてんかん発

本結果からは、医療的ケアや発作のコントロール

作を経験していた。重症心身障害とは重度の知的障が必要な重度の障害児（者）にとって、診療・投薬

害と身体障害を併せ持つ人たちを指す。近年では在記録を適切に管理・活用することの必要が示唆され宅において濃厚な医療的ケア（呼吸、栄養、排泄管る。障害児（者）とって役立つ PHR を開発するには理）が必要な人たちは増加傾向である 2 )。本結果も利用した医療・福祉サービス施設で発生した健康情

こうした傾向と類似するものであった。中枢神経系報を統合し、本人・家族が生涯にわたって活用できの疾患に付随するてんかん発作をコントロールしつる仕組みが不可欠である。

つ日々の生活をおくるためには、本人および保護者が発作に関係する診療記録や投薬記録を適切に管理参考文献する必要が示唆される。

1) 杉山 博幸 , 池田 俊也 , 武藤 正樹. 我が国に

図 1 に医療・福祉施設の利用状況を示す。対象者

おけるパーソナル・ヘルス・レコード(PHR)の定義にのうち、90%以上が医療を利用しており、このうち関するレビュー. 国際医療福祉大学学会誌 17(2),60%以上は複数の施設を利用していた。
リハビリテー20-31, 2012.

ションも 80%以上が利用しているが、単一施設の利

2) 西澤 真澄 , 米田 照美 , 伊丹 君和 , 清水 房

用割合が高いのが特徴的であった。短期入所、日中枝. 重症心身障害児者の家族の社会資源の情報 収

活動サービスは約 70%が利用していると回答した。

集に関する看護研究の現状. 人間看護学研究 11,

医療については定期健診と検査・施術等の特定の医39-44, 2013.

療を併用しているように推察される。ホームドクタ
ーと専門医、大学病院等の有機的な連携を期待させる。医療・リハビリテーション・短期入所・日中活動サービスで発生する健康記録を PHR として統合し、本人・家族が活用できる仕組みが必要と考える。なお、項目間の関連についてクロス集計したところ注
目すべき関連性は見出せなかった。

図 1 医療・福祉施設の利用状況- 193 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

母胎の免疫機能活性化が胎児の脳形成に与える影響の解析
川崎医療福祉大学 医療技術学部 臨床検査学科
上野 浩司
統合失調症や自閉スペクトラム症(ASD)の発症は遺伝的要因と環境的要因によって引き起こされる。多くの疫学研究や実験研究は妊娠中の免疫機能の活性化などの環境的要因によって胎児が出生後に神経心理疾患に罹患するリスクが増大することを示している。さらに，統合失調症や ASD の原因の一つとして Parval umin 発
現ニューロン(PV ニューロン)の機能異常が近年の研究で示されている。しかしながら，妊娠中の免疫活性化とPV ニューロンの機能異常の関係性は調べられていない。そこで本研究では，実験モデルとして，妊娠マウスにウイルス性の Poly(I:C)を注射し，生まれてきた子供(Poly(I:C)マウス)の行動と中枢神経系の PV ニューロンとその周囲の Perineuronal net(PNN)の形成を分析した。成熟した Poly(I:C)マウスはコントロールマウスと比較して社会性の低下，空間認知機能の低下，不安様行動の低下を示した。さらに，Poly(I:C)マウスはコントロールマウスと比較して PNN で覆われた PV ニューロンの割合が高かった。本研究結果は，妊娠期間中の過剰な免疫機能活性化は子供が神経心理疾患に罹患するリスクを増大させることを示唆している。
1.序文

した免疫反応が生じる。この処理を受けた妊娠マウ

妊娠中の感染は生まれてきた子供が統合失調症やスから生まれたマウスはヒトの統合失調症や ASD

自閉スペクトラム症(ASD)などの発達期の神経心理と関連した異常行動や神経解剖学的異常を示す。

疾患に罹患されるリスクを増大させることに関連が近年，統合失調症や自閉症の死後脳の研究においあるとされている。ASD や統合失調症にはいくつかて，特定の抑制性介在ニューロンであるの遺伝的要素と環境的要因が相互に関わっている。

Parval umin ニューロン(PV ニューロン)とその周

しかしながら，双子ではない兄弟と比較して二卵性囲を覆う細胞外マトリックスである Perineuronal

双子が ASD を発症するリスクが高いことを疫学的net(PNN)が異常を示すことが報告されている。PV

研究は示唆している。実際に，疫学的研究は妊娠中ニューロンは GABA 作動性抑制性介在ニューロンのストレス，感染などの母体の環境的要因が子供のの一部である。GABA 作動性抑制性介在ニューロン

ASD 発症のリスクを増大させることを報告していを生化学的に分類すると，発現している Ca 結合タる。さらに，子供が統合失調症や双極性障害を呈し

CB ニューロン，
ンパク質によって PV ニューロン，た母体の血清サンプルは感染状態にあったことも報

CR ニューロン等に分類される。PV ニューロンは興告されている。これらの疫学的研究は，動物実験モ

奮性錐体細胞の細胞体や軸索起支部にシナプスを形デルにおいて，妊娠した動物が過剰な免疫反応状態成している。1 つの PV ニューロンは数百の錐体細となった場合に，生まれた子供が精神疾患に関連し胞にニナプスを形成し，錐体細胞の同期発射をコンた行動異常，神経解剖学的異常を示すことによってトロールし， 振動の発生を調整している。PNN はも支持されている。

PV ニューロン周囲の細胞体，近位樹状突起，軸索動物実験モデルは統合失調症や ASD と妊娠中の起支部に形成される細胞外マトリックス分子である。

感染との関係性を理解するのに発展してきた。母体

PNN は PV ニューロンの高い代謝をサポートし，の免疫活性化モデルにおいて，妊娠した雌マウスはPV ニューロンを保護する機能を持っている。中枢

合成 2 本鎖 RNA の Poly(I:C)を注射されると，ウイ

神経系における PV ニューロンの機能異常は，興奮

ルス感染刺激を疑似的に与えられたことになる。

と抑制のバランスを崩壊させ，神経心理疾患を生じ

Poly(I:C)注入は母体と胎児にサイトカインが関連させると考えられている。

- 194 -

【平成28年度研究費助成

Poly(I:C)注射によって免疫機能が活性化した動研究成果報告書】に動き回らせた。ビデオに撮影し，解析ソフトウェ

物実験モデルは建設的で有効なモデルである。しかア(TopScan)を使用して解析した。

しながら，これらの処理をしたモデルマウスの異常

2.2.3. オープンフィールドテスト

行動と PV ニューロン，PNN 形成の関連性を同じモ

マウスをオープンフィールド装置(60 × 60 × 40

デルマウスで示した報告はない。また，ヒトの死後cm)に入れ，自由に 2 時間動き回らせた。ビデオに脳の研究サンプルは観察される脳領域が限られてい撮影し，解析ソフトウェア(TopScan)を使用して解たり，慢性的に薬物投与を受けており，精神疾患様析した。

行動異常と神経解剖学的異常の関連性を分析するこ

2.2.4. 移動物体認知テストとが難しい。本研究ではウイルス性の Poly(I:C)を使

装置は 3 つの部屋に区切ってある。それぞれの部

用して母体マウスの免疫機能を活性化させ，生まれ

屋は 20 × 60 × 40 cm であり，小さい穴(5 ×3 cm)をてきた子供の行動と PV ニューロン，PNN の形成を通って自由に部屋を行き来できる。まずマウスを 10

いくつかの脳領域で観察を行った。

分間，この装置に慣れさせた。次に，2 つの同じ物
体(ペットボトル；直径 5.2cm，高さ 13.5cm)を両端の部屋の壁側に置き，マウスを 10 分間入れて慣れ

2.材料と方法させた。次に，片方の物体を 5cm 前方に動かした。

2.1. 材料と方法
マウスは C57BL/6N を使用した。妊娠 13 日目にそして，マウスを 10 分間入れ，自由に動き回らせPoly(I:C)グループとコントロールグループに分けた。ビデオに撮影し，解析ソフトウェア(TopScan)

た。妊娠 13〜17 日目に毎日，Poly(I:C)グループにを使用して解析した。

は 5mg/kg の Poly(I:C)を腹腔内に注射した。コント

2.2.5. 社会性テスト

ロールグループには生理食塩水を注射した。生まれ装置は 3 つの部屋に区切ってある。それぞれの部てきた仔マウスは生後 21 日目に離乳し，性別によ屋は 20 × 60 × 40 cm であり，小さい穴(5 ×3 cm)をってケージを分けた。実験には雄マウスのみ使用し通って自由に部屋を行き来できる。端の部屋にワイた。生後 10 週目から行動実験を開始した。本動物

ヤー製のケージを置き，知らないマウスをその中に実験は，
川崎科大学動物実験委員会の承認を受けて，入れた。テストするマウスはこの装置の中を自由にガイドラインに従って行った。

移動できる状態にある。10 分間，装置の中を自由に

2.2. 行動実験

動き回らせた。ビデオに撮影し，解析ソフトウェア

マウスの体重，体温，ヒゲの有無など身体的な計測と観察を行った。前肢の握力を測定した。

(TopScan)を使用して解析した。
2.3. 組織切片の準備

2.2.1. 高架式十字迷路テスト

全ての行動実験終了後，全てのマウスから脳サン

2 つのオープンアーム(8 × 25 cm)と透明な板で閉プル採取を行った。マウスに麻酔をかけた後，4％じられたアームで装置は構成されている。装置は床パラホルムアルデヒド(pH 7.4; 4%PFA)を使用してから高さ 30cm である。それぞれのマウスを 10 分

灌流固定を行った。脳を取り出し，同じ 4%PFA で間，この十字の中を自由に動き回らせた。ビデオに

後固定を実施した。15%スクロース，30％スクロー

撮影し，解析ソフトウェア(TopScan)を使用して解スで凍結保護処理をした後，脳を OCT コンパウン

析した。

ドに入れて凍結させた。クライオスタットを使用し2.2.2. 明暗選択テストて，40 m の冠状断凍結切片を作成し，アジ化ナト

装置はケージ(60 × 60 × 40 cm)を小さい穴(5 ×3cm)を持つ仕切りで 2 つに区切ってある。片側は明リウム含有 PBS(-)中に切片を保存した。
2.4. 免疫組織化学

るく (200 ルクス)，もう一方は蓋をして暗くしてあ凍結切片を 0.1%Triton X-100 で 15 分間処理したる。それぞれのマウスを 10 分間，装置の中を自由

後，10%正常ヤギ血清でブロッキングを行った。

- 195 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

PBS(-) で切片を洗浄後，ビオチン標識 Wisteria

floribunda agglutinin (WFA)と抗 PV 抗体を含む
PBS(-) 中で一晩反応させた， PBS(-) で洗浄後，Texas-Red 標識ストレプトアビジンと Alexa Fluor
488 標識抗マウス IgG 抗体に 2 時間反応させた。
PBS(-)で洗浄後，切片をスライドに載せて封入した。
2.5. 顕微鏡観察とニューロン数の計測
蛍光染色した切片から画像を取得するために共焦点レーザー顕微鏡を使用した。10 倍の対物レンズを使用して撮影後， TIFF ファイルに変換した。

ImageJ ソフトウェアを使用して PV ニューロンとPNN の数を計測した。計測したニューロン密度は
平均±標準誤差で表示した。統計解析には ANOVA

移動物体認知テストはマウスの空間認知能力と短を使用し，p < 0.05 の場合に有意差ありとした。

期記憶を計測するために実施した。コントロールマ
ウスは移動した物体が存在する部屋で多くの時間を過ごした(図 2)。しかしながら，Poly(I:C)マウスは

3.結果移動した物体がある部屋，移動してない物体がある

3.1. Poly(I:C)マウスの正常な特性
我々は成熟した Poly(I:C)マウスとコントロール

部屋で同じ時間過ごした。さらに，Poly(I:C)マウス

マウスを比較して身体的な特徴がないか調べた。体は物体周囲を過ごす時間もほぼ変わらなかった。し重，体温，握力に Poly(I:C)マウスとコントロールマ

かしながら，コントロールマウスは移動した物体のウスに差は見られなかった。

周囲で過ごし時間は移動していない物体の周囲で過Poly(I:C)マウスの不安様行動を評価した。高架式

ごす時間より長かった。

十字迷路においてオープンアームに入った回数，層移動距離，オープンアームの滞在時間に Poly(I:C)
マウスとコントロールマウスで有意な違いは見られなかった。明暗選択テストでは，Poly(I:C)マウスとコントロールマウスの間で行き来の回数，明るい部
屋での滞在時間，
明るい部屋に出てくるまでの潜時，総移動距離に有意な差はなかった。
3.2. Poly(I:C)マウスの不安様行動の低下
オープンフィールドテストにおいて，Poly(I:C)マウスはコントロールマウスと比較して中央部分で過ごす時間が増加していた(図 1)。また，Poly(I:C)マウスはコントロールマウスと比較して周辺部分で過ごす時間が減少していた。2 時間の 5 分毎の解析でも Poly(I:C)マウスは中央部分で過ごす時間が多い
傾向にあった。

3.4. Poly(I:C)マウスの社会性の低下
コントロールマウスは空のケージのある部屋より

3.3. Poly(I:C)マウスの短期記憶の低下も知らないマウスのいる部屋で多くの時間を過ごし- 196 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

ールマウスと比較して Poly(I:C)マウスでは PNN 数が増加していた。
コントロールマウスと比較して Poly(I:C)マウスの前頭前皮質のいくつかの領域で PNN 形成されたPV ニューロンの割合が高かった(図 4)。側頭皮質においても，コントロールマウスと比較して Poly(I:C)
マウスのほうが PNN 形成された PV ニューロンの割合が高かった。
4.考察
本研究は妊娠中に Poly(I:C)注射を受けた雌マウ
スから生まれた Poly(I:C)マウスは社会性の低下，空間記憶，そして不安様行動の低下を示すことを示した(図 3)。しかしながら，Poly(I:C)マウスは両方のた。さらに，成熟した Poly(I:C)マウスの前頭前皮質

部屋を同じ時間で過ごし，ケージ周囲で過ごす時間

では PNN で覆われた PV ニューロンが増加し，側も同じであった。

頭皮質では PNN 数が増加していることを示した。
近年，中枢神経系における興奮と抑制のバランス
が健常な脳活動に重要であることが示されており，

3.5. Poly(I:C)マウスの PV ニューロン数と PNN 数
前頭前皮質 dAC の 2/3 層においてのみ，コントロールマウスと比較して，Poly(I:C)マウスで PV ニュ
ーロン密度が減少していた(図 4)。
前頭前皮質では PNN 数にコントロールマウスとPoly(I:C)マウスに違いは見られなかった(図 4)。しかしながら，側頭皮質のいくつかの領域でコントロ

このバランスの崩壊が神経心理疾患を招くと考えられている。PV ニューロンは錐体細胞の発火を調整する重要な役割を持っており，統合失調症，ASD，
双極性障害の患者で PV ニューロンの機能異常が報告されている。近年の研究では，中枢神経系における PV ニューロンのニューロンそのものの喪失ではなく PV 蛋白の発現や PV，GAD67 の mRNA の低下が PV ニューロンの機能異常を引き起こしている
ことが示されている。さらに，ASD や統合失調症患
者の死後脳の研究は，
PV ニューロン周囲の PNN 形
成に異常があることを報告している。PNN は大脳皮質では主に PV ニューロンの周囲に形成されており，PV ニューロンの機能の維持に必要である。すPNN の形成異常は PV ニューロンの機能になわち，異常を生じさせる。
側頭皮質に存在する TeA 領域は感覚情報を連合する領域である。Ect 領域の明確な機能は未だ不明
であるが，課題学習時に活性化する領域であると報告されている。PRh 領域は他の皮質や海馬と結合しており情報を統合する領域であり，認知機能に関わっている。前頭前皮質はいくつかの認知機能に関わっている。実際に，多くの研究が，ASD 患者の TeA- 197 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】に異常があることを示している。さらに，ASD ではって可塑性が高い領域であることが分かっている。

TeA が他の皮質と強固に結合していることが報告さ

本研究結果が示したように，側頭皮質における PVれている。前頭前皮質も ASD 患者では強固に扁桃

ニューロンの多くが PNN 形成されることで神経可体と結合していると報告されている。
本研究結果は，塑性が低下し，柔軟なネットワーク形成が出来ず，

Poly(I:C)マウスの前頭前皮質や側頭皮質において行動異常を示した可能性がある。

コントロールマウスと比較して周囲に PNN をもつ

ニューロン自身に加え，アストロサイトが PNN

PV ニューロンが多いことを示した。PNN はシナプ形成に必要な細胞外マトリックス分子を分泌していス可塑性に関わっており，生後の発達期における臨る。妊娠中の炎症がどのように PNN 形成に異常を界期の終了を制御している。これらの ASD 患者で来したのかは不明である。しかしながら，以前の研見られる強固な結合に本研究が示した過剰な PNN

究において，Poly(I:C)注射を受けた仔マウスの前頭形成が関わっている可能性を本研究は示してある。

前皮質の PL 領域では成熟後に PNN 形成に異常が前頭前皮質における PV ニューロンは恐怖条件に生じることを示している。妊娠中の炎症がどのよう関わっていることが示されている。前頭前皮質は主なメカニズムで細胞外マトリックス分子に影響を与に作業記憶や，意思決定，認知行動，社会的活動のえるのか，さらなる研究が必要である。

機能に重要な役割を持っている。作業記憶や認知行

妊娠マウスへの Poly(I:C)(5 mg/kg)の 1 回の投与動に重要な同期発射である 振動に PV ニューロン

は前頭前皮質における PV ニューロンの減少を示しの活動が重要な役割を果たしている。行動の柔軟性た報告がある。しかし，妊娠マウスへの Poly(I:C)(1

は環境によって行動の戦略を適正化させるのに重要

mg/kg)の 1 回の投与は前頭前皮質における PV ニュ

であり，これらを決定させているのは前頭前皮質でーロンの減少を示していない報告もある。この結果ある。本研究では Poly(I:C)マウスは PV ニューロンの違いは，Poly(I:C)の投与量，投与回数，妊娠マウの多くが PNN 形成していることを示しており，前スの時期によるものと考えられる。実際に，妊娠 9頭前皮質の柔軟性が低下していることがオープンフ日目と妊娠 17 日目に同じ量の Poly(I:C)を投与した

ィールドテストで見られた不安様行動の低下の原因

場合の子孫の行動異常は異なることが示されている。

であると推測される。

さらに，コホート研究は，妊娠期間中にストレスをPV のエネルギー代謝に遺伝的に異常を起こした

受けた場合統合失調症や ASD，双極性障害に子孫が場合，PV ニューロン数に変化は生じないが，マウ

罹患するリスクが増大することを示している。しかスの社会性が低下する。この機序として，PV の持しながら，とりわけ妊娠初期にストレスを受けた場

つ fast-spiking が維持出来ないからだと示されてい合，子孫が統合失調症に罹患するリスクが他の妊娠る。また，PV 蛋白の発現を欠損させたマウスでは時期と比較して増大することが示されている。これ

ASD 様の行動異常として社会性の低下，記憶能力のらの研究結果は，妊娠期間中に受けたストレスの時低下を示す。これらの以前の研究結果告は，本研究期，程度が子孫に与える影響は異なることが示唆さで見られた Poly(I:C)マウスの社会性の低下，記憶能れる。本研究では，妊娠後期に連続して Poly(I:C)

力の低下が過剰な PNN で形成された PV ニューロを注射し炎症を引き起こした。その結果，ASD 様のンの機能異常が原因である可能性を支持する。実際

行動異常を子孫が示した。以前の研究でも妊娠後期に，精神疾患の原因説の１つとして脳の可塑性の低に Poly(I:C)投与を受けた子孫マウスは空間認知能下が示されている。過剰な PNN 形成は神経回路の力が低下していることが報告されている。さらに，可塑性を低下させ，柔軟な行動を障害する。側頭連

連続して高濃度(5mg/kg)の Poly(I:C)投与を受けた

合野の TeA 領域は認知や特定に重要な役割を持ち，ASD の 3 兆候を示す
子孫マウスは社会性が低下し，この領域が障害されると認知機能障害が引き起こさことが示されている。本研究結果は以前の研究結果れる。TeA は情報を調整する必要があり，生涯に渡と一致し，妊娠期間中の高い炎症状態の持続は子孫- 198 -

【平成28年度研究費助成

が ASD に罹患するリスクを増大させることを示し
ている。
5.結論
本研究結果は，妊娠後期の過剰な炎症状態は子孫が ASD に罹患するリスクを増大させることを示している。また，胎児脳における PV ニューロンとその周囲の PNN 形成は妊娠中の炎症に脆弱性が高い
ことを示している。妊娠期間中の胎児の高い脆弱時期と，胎児脳の脆弱性の高いニューロンを特定することは ASD や統合失調症を予防する方法を確立す
るのに役立つ。
6.謝辞
本研究の遂行にあたり，ご支援いただいた公益財
団法人ウエスコ学術振興財団に深く感謝致します。

- 199 -

研究成果報告書】

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

保育士の早期離職予防のための「保護者-保育士間コミュニケーション自己分析尺度」の開発―その１ 新人保育士が望ましい保護者対応をする際の基準となるモデルの作成―
山陽学園大学上地 玲子・松浦 美晴

はじめにった。さらに、保護者 3 名に依頼し、新人保育士と保育士の有資格者のうち 68 万人が資格を持ちなのコミュニケーションについてヒアリングを行った。

がら働いていない（NHK、2013 年報道）という潜在ヒアリングの音声データを文字化した上で、軽量テ

保育士問題が深刻である。潜在保育士には、一旦保キスト分析を行い、園長と保護者の間のコミュニケ

育士として働きながら離職したものが多く含まれるーションの特徴を抽出した。

ため、早期離職の予防が有効であると考えられる。

インタビュー項目は、Matsuura(2016)らで実施し保育士の早期離職の要因の１つは、新人保育士が感た保育士インタビューから保護者対応に関連した内じる保護者対応の困難さである。この問題を解消す

容を抽出して作成した。

ることは、保育士だけでなく、保護者の不安を軽減【園長へのインタビュー項目】

するためにも重要である。
宮﨑(2016)は、
新人保育士の保護者対応について、

1.

保護者同士のトラブル

先輩保育士が新人保育士の個々の性格や特性の理解

2.

子どもの障がいの疑いがある場合の対応に努め、保護者対応で求められる力を育成するため

3.

子どもが園で怪我（病気）をした時の対応のサポートが行われていたことを明らかとした。

4.

お迎えのときの子どもの様子を保護者に報告

また、赤田(2010)は、保育士ストレス評定尺度を作

5.

保護者に頼りにされていない成し，その中で「保護者対応」の因子、5 項目を抽

6.

保護者への言葉遣い出している。このように、新人保育士にとっては、

7.

保護者懇談

保護者対応が課題となっている。

8.

延長料金

9.

運動会に来る保護者

そこで、本研究では、保護者対応において必要な予備尺度による調査を行い、因子分析・項目分析等

10. 家庭訪問する場合の対応を行い、自己分析尺度を完成することを目的とする。

11. 話の長い保護者への対応

そのため、1 年目は、園長および保護者へヒアリン

12. 虐待（ネグレクト）傾向のある保護者への対応

グを実施してモデルを作成し、2 年目に自己分析尺

13. うまくいった事例

度を完成させる。
【保護者インタビュー項目】
方法

1. 保育園にクレームを言いたかったことはありま

新人保育士が望ましい保護者対応をする際の基準としたか，それはなんですか？
2. 保護者同士のトラブルがあったときはどうでしなるモデルの作成
研究代表者が研究指導をしている保育施設から、

たか？

園長 3 名に依頼し、保護者とのコミュニケーション

3. 子どもの障がいの疑いがある場合の対応において気をつけていること、経験を積むことで身4. 子どもが園で怪我（病気）をした時の対応（怪我）についたスキル等、意識レベル・行動レベルでのコ

5. お迎えのときの子どもの様子を保護者に報告す

ミュニケーションの特徴についてのヒアリングを行- 200 -るとき

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

6. 保育士が頼りにならないときい上げた結果、表 1 のようになった。

7. 保護者への言葉遣いについてどう思いますか？

表 1.園長および保護者が使用した抽出語

8.

保護者懇談

（上位 10 語）

9.

延長料金（駐車場）

園長

保護者

10. 運動会に来る

思う

.238

先生

.157

11. 家庭訪問する場合の対応

言う

.167

保育

.059

12. 自分が長く話をしたいときの保育士の対応に

人

.112

上

.024

話

.104

入る

.024

自分

.084

多い

.022

聞く

.076

怒る

.016

見る

.075

様子

.016

お母さん

.071

相談

.014

出来る

.065

不満

.013

新人

.063

手

.013

ついてどう思いますか）
13. 保護者が虐待をしていると疑われたことはありませんか？他の保護者について
14. うまくいった事例（保育士と関係がうまく行ったときの事例）
分析方法（1）分析対象の語の抽出
テキストデータ分析ツール KH Corder を用いて，分析対象となる語（名詞，サ変名詞，形容動詞，固有名詞，組織名，人名，地名，動詞，形容詞）を抽

2.階層的クラスター分析
出現回数が多い語について，最小出現回数 10 語以出した。

上を園長 3 名および保護者 3 名をそれぞれ階層的ク（2）抽出語の分析

ラスター分析を行い、さらに階層をまとめた結果、自動的に抽出された語を対象として，次の分析を行

図 1・2 のようになった。

った。
（a）出現回数：抽出された語の分析対象テキスト内
での出現回数を数えることにより，頻出語を把握し

3.共起ネットワーク
出現回数が多い語について，最小出現回数 10 語以た。

上を園長 3 名および保護者 3 名をそれぞれ共起ネッ（b）階層的クラスター：出現パターンの似通った語

トワーク分析を行った結果、
図 3・4 のようになった。

の組み合わせによりデンドログラムを描画した。類似性を測る尺度としては Jaccard 係数を用い，Ward
法によりクラスターを作成した。
（c）共起ネットワーク：出現パターンの似通った語
を線で結びネットワークを図示した。共起の程度を測る尺度としては，Jaccard 係数を用いた。
結果
1.出現回数分析
園長 3 名のヒアリングで使用された文は 2,842 件
であり、抽出された語数は 9,394 語であった。一方
保護者 3 名のヒアリングで使用された文は 1,957 件
であり、抽出された語数は 2,618 語であった。
それぞれの抽出された語数のうち、上位 10 語を拾- 201 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

保護者との関わり

他のクラス担任との比較

新人保育士の態度

園長・保育士との関わり

子どもとの関わり

新人保育士の態度

園のシステム園のシステム保護者 3 名分のクラスター分析結果

図 1.園長 3 名の階層的クラスター分析結果

図 2.保護者 3 名の階層的クラスター分析結果

図 3.園長 3 名共起ネットワーク- 202 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

図 4.保護者 3 名共起ネットワーク

考察

1.新人保育士は専門職としての自覚を持って対応す

園長と保護者が新人保育士について語る場合の視ることを心がける。

点の違いがある。園長は育て見守る存在として新人

2.新人保育士はトラブルが遭ったときは自分ひとり保育士を捉えており、主任との連携や園長による新で対応しようとせずに直ちに管理職へ報告する。

人保育士のサポートを中心に語っている。

3.管理職は、新人保育士自身のできている部分を肯

一方保護者は、園の体制とともに新人保育士の関定的に評価し、自信を持てるようにする。

わりについて語っている。その中で不満や怒りという言葉が使われており、新人保育士の対応の問題は今後の予定園の問題であると捉えている。保護者は、きょうだ園長および保護者それぞれに語られた内容を切片い児がいる場合はきょうだい児を担当しているクラ化し、分類を行う。その後「保護者-保育士間コミュ

ス担任と比較する傾向がある。そのため、新人保育

ニケーション自己分析尺度」の開発を行うため、新士への不満を感じることがある。

人保育士 100 名以上にアンケート調査を実施する。

これらのことから、現時点の分析においては、新

その後、回収したデータを分析し尺度を完成させる。

人保育士の保護者対応について注意すべき点としてまた、保護者と新人保育士の望ましいコミュニケー

以下の 3 つが挙げられる。

ションを促す要因を分析し、新人保育士の望ましい- 203 -

【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

保護者対応をマニュアル化する。これらの活用によ加藤光良・鈴木久美子(2011). 新卒保育者の早期離って新人保育士の早期離職予防対策の一助となるよ

職問題に関する研究 1 幼稚園・保育所・施設

うに広報活動を実施したい。

を対象とした調査から 常葉学園短期大学紀要，
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訂

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伊津美孝子・清水房枝・湯浅智子・平野加代子(2008).

realityshock

experiencedbynursery

プリセプターシップにおける看護師長の役割

teachers employed 1-4 years. International

行動評価とプリセプターシップ概念の解釈とCongress of Psychology,300.
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委託事業 潜在保育士ガイドブック保育士再就

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職支援調査事業・保育園向け報告書＜reality

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teachers employed less than one year by

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- 204 -

shock

experienced

Internationalbynursery

Congressof【平成28年度研究費助成

研究成果報告書】

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支援研修会のあり方−研修会参加者に対する

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個別インタビューから−.日本教育心理学会第人看護師のリアリティショックの体験日本保

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岡山県教育庁指導課（2009）「学校に対する苦情・不当な要求等への対応」岡山県教育庁.
佐居由美・松谷美和子・平林優子・松崎直子・村上

nursery

好恵・桃井雅子・高屋尚子・飯田正子・寺田

teachers employed 2-4 years by interviews.

麻子・西野理英・佐藤エキ子・井部俊子(2007).

International Congress of Psychology,300.

新卒看護師のリアリティショックの構造と教

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realityshock

experienced

by

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人生の径路質的研究の新展開 誠信書房．

【平成28年度研究費助成

海外渡航報告書】

平成 28 年度 海外渡航報告書
岡山大学 大学院自然科学研究科
後藤 佑介------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------発表題目：Proposition of Division-based Broadcasting System over Wireless LAN
著者：Yusuke Gotoh and Yuki Takagi
出席学会等名称：The 5th Workshop on Advances in Data Engineering andMobile Computing (DEMoC-2016)
開催場所：オストラヴァ工科大学，オストラヴァ，チェコ共和国
開催期間：平成 28 年 9 月 7 日〜平成 28 年 9 月 9 日
渡航期間：平成 24 年 9 月 4 日〜平成 24 年 9 月 10 日------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------1. 研究成果報告
報 告 者 が 参 加 ・ 発 表 し た 国 際 会 議 NBiS-2016 (19th International Conference on Network-BasedInformation Systems)は，単年度あたり１回の会議を開催する国際会議である．19 回目となる本年度は，平成 28 年 9 月 7 日〜平成 28 年 9 月 9 日の日程で，チョコ共和国・オストラヴァで開催された．本国際会議は，
メインカンファレンスに加え，複数の併設ワークショップが同時に開催され，発表件数は 192 件，参加者は250 名を超える大規模な会議であった．発表では，世界各国より研究者が参加し，活発な議論が展開された．
報告者は，併設ワークショップ「DEMoC-2016 (5th Workshop on Advances in Data Engineering and Mobile
Computing)」において，採択された査読論文を発表した．質疑応答では，発表内容について参加者と積極的な議論を行った．なお，本論文は The Workshops of the 19th International Conference on Network-BasedInformation Systems (NBiS 2016)において，Best Paper Award を受賞した（図 1）．

2. 要旨
計算機や携帯端末を用いた動画視聴形態の普及にともない，Internet Protocol (IP) ネットワーク上で，音声や動画といった連続メディアデータを放送型で配信する研究が盛んに行われている．連続メディアデータの放送型配信は，使用する帯域幅と配信サーバの負荷がクライアント数に比例して増加する従来の Video on
Demand (VoD) に比べて，一定の帯域幅で複数のクライアントに同じデータをまとめて配信できる．しかし，放送型配信はデータを繰返し配信するため，データの受信要求から再生開始までに発生する待ち時間が長大化する問題がある．この待ち時間を短縮するため，データを複数の部分に分割して，複数の通信路で配信する分割
放送型配信が考えられてきた．
また，分割放送型配信において，データ受信時の待ち時間を短縮するスケジューリング手法が多数提案されており，スケジューリング手法を導入可能な分割放送型配信システムが実現されてきた．しかし，システムの評価で構築したネットワークは有線 LAN 環境であり，無線 LAN 環境を用いた評価は行っていなかった．近年では，スマートフォンやノート型計算機といった移動端末を用いて連続メディアデータを受信するクライアントは増加しており，無線 LAN 環境でシステムの有用性を示す必要があった．

- 206 -

【平成28年度研究費助成

海外渡航報告書】

そこで，本研究では，無線 LAN 環境における分割放送型配信システム TeleCaS（図 2）を実現し，システムの有用性を評価した．本システムでは，無線 LAN 環境に対応した通信プロトコルの設計，およびパケット欠損への対応という課題に対して，ルータとイーサネットコンバータを使用した通信プロトコルの構築，およびルータの通信出力やサーバとクライアントの計算機間の性能差を考慮したパケット欠損の発生環境の構築を行った．無線 LAN 環境における本システムの評価では，帯域幅による影響，データサイズによる影響，チャネル数による影響の三項目について評価し，無線 LAN 環境によるパケット欠損，および経路上のパケット欠損が再生中のデータ途切れに大きく影響を与えることが分かった（図 3）．その上で，無線 LAN 環境で発生するパケット
欠損の発生状況，およびパケット欠損発生時における分割放送型配信システムの有用性をそれぞれ確認した．

図 1：Best Paper Award の賞状

図 2：分割放送型配信システム TeleCaS

図 3：サーバの帯域幅に応じた再生中の途切れ時間- 207 -

【平成28年度研究費助成

海外渡航報告書】

平成 28 年度 海外渡航報告書
岡山大学大学院環境生命科学研究科
高橋 一男
形態測定学的手法は、対象物の形を定量化するツールとして、主に人類学や古生物学の分野で、長年に渡り有用な手法として活用されてきた。
しかし、
この 20 年間における理論的な発展に加えて、エンドユーザーにも利用可能な解析ソフトウェアが多数開発されたことで、国内外において、その適用範囲は広がり続けている。
生態学分野においても、既に様々な研究で形態測定学的手法が活用されているが、アイデア次第でまだまだ新規性の高い応用が可能である。外骨格で外部形態が決まっている昆虫では、一度発育が完了すれば、容易にはその外部形態が変化しないため、特に形態定量化に適した研究材料といえる。昆虫学分野での形態測定学的解析の使用数は過去 5 年間で急激な増加を見せており、形態測
定学的アプローチとその他のアプローチをいかに上手く組み合わせるのか、先端的な解析手を適用する上での工夫などは、世界中の昆虫学研究者の関心事である。このような状況において、昆虫学分野において先端的な形態測定学的研究事例をまとめたシンポ
ジウムを行うこと、また、形態測定学的手法と先端的なゲノミク
スを組み合わせた申請者の研究発表には大きな価値があるものと考えられた。このような状況を考え、申請者は第 25 回国際昆虫学会にて、形態測定学に関連したシンポジウム、 In the Light ofMorphometrics: Frontiers in Ecology and Evolution of Insect
Morphology を企画した。
国際昆虫学会は、、
昆虫学分野においては世界で最大規模の国際学会である。第 25 回国際昆虫学会大会では推定 5000 名以上の昆虫学者が世界中から集い（図 1）、先端的な研究成果の報告・議論を行った。申請者が主催した予定のシンポジウムにも 100 名を超える多くの参加者があつまり、研究成果の発表および研究ネットワークの構築の機会を得ることができた。
シンポジウムの共同企画者となった Klingenberg 博士は、形態測定学分野における世界的権威である。申請者は、2015 年に Klingenberg 博士を岡山大学に招聘し、今回のシンポジウムの企画打ち合わせを行っており、着実に国際交流の下地を固めてきた。このような下準備の結果、申請者の企画したシンポジウムでは、昆虫の形態解析で世界的に顕著な業績を上げている 13 名の研究者（申請者および Klingenberg 博士を含む）が講演を行い、講演者の国籍は実に 9 カ国に及んだ（図 2）。今回企画したシンポジウム、In the Light of Morphometrics:
Frontiers in Ecology and Evolution of Insect Morphology では、近年急速に発達してきた、昆虫の形態解
析手法に注目し、最先端の手法への理解を深め、情報交換を行うことを目的としていたが、実際に行われた講演は、多様な研究材料に先端的な形態測定学的解析を適用したものが多く、参加者に貴重な情報交換の場を提供できただけでなく、申請者自身にとってもとても学びの多い機会となった。また、シンポジウム参加者には- 208 -

【平成28年度研究費助成

海外渡航報告書】

若手の研究者が多く、今後の研究活動におけるネットワーク作りにもつながった。申請者自身も、このシンポジウムにおいて、

HSP90 as a global genetic modulator for male genital morphology in Drosophilamelanogaster というタイトルで、講演を行い、研究内容に対する様々なコメントやアドバイスを得ることができた。

- 209 -

【平成28年度研究費助成

海外渡航報告書】

平成 28 年度 海外渡航報告書
岡山大学異分野基礎科学研究所（理学部化学科）
鈴木 孝義
平成 28 年 7 月 3 日より 11 日までの 9 日間、公益財団法人ウエスコ学術振興財団のご支援により、第 42 回錯体化学国際会議に出席し研究成果を発表・討論するため、および Paul Sabatier 大学（University of Toulouse III）との学術交流協定締結に向けた事前協議のため、
フランス共和国ブレスト市およびトゥールーズ市に渡航した。
申請時での渡航計画では、国際会議に参加した後、パリ市内の Pierre et Marie Curie 大学（UPMC）を訪問し、今後の両大学間の学術および学生交流に関する協議を行う予定であったが、訪問を予定していた 7 月 9 日 (土)が先方の大学の夏休み期間中であり、昨今欧州各地で頻発しているテロ事件の影響で大学の警備が強化されていることから、休日に学内を訪問することは難しい旨の連絡があり、UPMC 訪問は断念した。その代わり、新
たな大学 (部局) 間の協定締結に向けて、国際会議期間中ではあるが 7 月 4 日に Paul Sabatier 大学内の配位化学研究所 (Laboratorie de Coordination Chemie, Toulouse) を訪問し、講演を行うとともに先方の研究者および国際交
流機関関係者と学術および学生交流に関する協議を行った。

7 月 3 日午前 11 時（定刻）に関西国際空港を離陸し、パリ（シャルルドゴール）国際空港を経て、現地時間の 3 日午後 11 時過ぎ、第 42 回錯体化学国際会議の開催地であるブレスト市（フランス共和国）に到着した。
同会議は、3 日夕方の Opening Ceremony から始まっていたが、渡航スケジュールの関係で Opening Ceremony
および Welcome Party への参加は断念した。また、関西国際空港（パリ経由）ブレスト間の往復航空券を手配した後に、急遽 Paul Sabatier 大学 (LCC, Toulouse) への訪問が決まったために、国際会議開催中ではあったが翌4 日早朝にブレスト市からトゥールーズ市に空路移動した。
トゥールーズ空港からは Paul Sabatier 大学の大学間協定締結対応者である Isabelle Sasaki 博士にお世話いただ
いた。
11 時前には Paul Sabatier 大学内の配位化学研究所 (Laboratorie de Coordination Chemie, Toulouse) に到着し、早速、Jean-Pascal Sutter 教授と多核錯体の構造制御と磁気挙動の解明に関する研究について意見交換を行った。
その後、Sasaki 博士と Sutter 教授に加えて Sylviane Sabo-Etienne 教授とともに昼食をとりながら両大学の学術および学生交流の進め方に関して意見交換を行った。14 時より LCC 内の講義室において、我々の最新の研究成果である「完全自然分晶の発現」に関する講演会（図 1）を行った。その後、Sabo-Etienne 教授と有機金属ヒド
リド錯体の合成および構造に関する研究について議論し、Jean-Pierre

Costes 名誉教授とは多核金属錯体の磁気挙動と完全自然分晶について意Conférence LCC
Pr Takayoshi Suzuki

見交換した。当日夜は、開催中の第 42 回錯体化学国際会議の会場からLCC に戻られた Rinaldo Poli 教授、Paul Sabatier 大学の国際交流機関の副室長である Fabrice Dumas 博士、Sasaki 博士とともに夕食をとりながら、両大学間における学術および学生交流協定の締結に向けた協議を行った。
丸１日に満たない Paul Sabatier 大学への訪問であったが、その中身は非常に濃くかつ有意義であった。実際、この訪問を契機として、本年 9 月に岡山大学で開催予定のシンポジウムに Sutter 教授が講演者として参加していただけることになり、今後両研究室間で共同研究を行う準備も進めている。また、本学大学院自然科学研究科と Paul Sabatier 大学間の部

Okayama University

Complete Spontaneous Resolution: Peculiar
Crystallization Phenomena of Chiral Metal Complexes
Lundi 4 juillet 2016 à 14h00
Auditorium Fernand Gallais
Campus CNRS 205
205, route de Narbonne, Toulouse
Contact LCC: Dr Isabelle Suzuki, isabelle.sasaki@lcc-toulouse.fr
Retrouvez le programme complet des séminaires sur le site web du LCC : http://w w w .lcc-toulouse.fr/

局間協定（学生交流を含む）の締結に向けた準備も、帰国後直ちに開始しており、今年度内の締結を目標に進めている。

図 1 LCC, Toulouse での講演会の案内- 210 -

【平成28年度研究費助成

海外渡航報告書】

7 月 5 日に空路にて、トゥールーズ市からパリ経由で再びブレスト市に戻り、15 時過ぎからは第 42 回錯体化学国際会議に参加した。Michael Ward 教授 (University of Sheffield) や 藤田誠教授 (東大) による超分子錯体に関する最新の研究成果を聴講した後、18 時 30 分から開始されたポスターセッションにおいて、指導大学院生(博士後期課程) とともにヒスチジンから誘導した配位子を用いた新規遷移金属錯体の合成と構造に関する研究成果を発表し、聴衆者と研究内容に関する議論を行った。また、他の発表者によるポスター発表も聴衆し、金属錯体が関与する様々な研究課題の最新動向を調査した。

6 日および 7 日も、同様に錯体化学国際会議にて多数の講演を聴講した。 Guo-Xin Jin 教授 (Fudan University)とノーベル賞受賞者である Jean-Marie Lehn 教授 (University of Strasbourg) による Plenary Lectures をはじめとして、スピンクロスオーバーと光誘起現象に関するシンポジウム (S2)、新規配位化合物の合成と帰属および性質に関するシンポジウム (S5)、MOFs (有機–金属–骨格構造体) に関するシンポジウム (S4B) を中心に多数の講義を聴講し、各分野での最新の研究動向を調査した。また、共同研究者である砂月幸成助教が 7 日の S2 シンポジウムで「直鎖状六座配位子を含むコバルト(II) 錯体の合成と磁気挙動」について成果報告を行った。こ
の会場では、Paul Sabatier 大学や Pierre et Marie Curie 大学の研究者も研究発表しており、共通の研究課題を見つけ、共同研究として今後発展できる可能性を感じた。さらに、7 日の夜に開催された国際会議の Banquet にも参加し、Helmul Sigel 名誉教授 (University of Basel) や Gary Watkins 教授 (Rhodes University) など世界的に著名な研究者と親交を深めることができた。
国際会議の最終日である 7 月 8 日には、S5 シンポジウ
ム会場にて自身の研究成果報告を「Thyminato-bridged

cyclic tetranuclear rhodium(III) complexes containing a
calcium ion as a template metal core」の講演題目で行った(図 2)。この発表は、重要な生体分子のひとつである核酸塩基を構築素子として用い、メタラカリックスアレーン
骨格を有する環状四核ロジウム(III) 錯体をカルシウム
イオンを鋳型とすることで選択的に構築し、さらにこの環状錯体をある種の有機分子または陰イオンを用いて超分子的に連結させる機能性分子の設計に関する研究であ図 2 第 42 回錯体化学国際会議での講演の様子

る。発表後、座長の Nathan McClenaghan 教授 (University of Bordeaux) や Paola Ceroni 教授 (University of Bologna)と生成錯体の選択性や超分子構築に関して討論を行った。その後、西原寛教授 (東大) による今国際会議最後の Plenary Lecture を拝聴し、Closing Ceremony にも出席した。国際会議は昼過ぎに全プログラムを終了したが、飛行機のスケジュールのために当日の夜にブレスト市からパリ（オルリー）市に移動した。
冒頭で述べたように、当初の渡航計画では 7 月 9 日 (土) に Pierre et Marie Curie 大学 (UPMC) を訪問する予定であったが、先方の大学の事情により中止した。なお、UPMC との学術および学生交流に関する打合せのため準備した資料は、国際会議の会場で UPMC から参加していた研究者に手渡した。また、再訪問のスケジュー
ル調整や、現在当方で受入れている UPMC から交換留学生の状況、今後の学生交流計画については、帰国後に先方の対応者と電子メールで意見交換している。
パリ市内に 1 日間滞在した翌日の 10 日にパリ（シャルルドゴール）国際空港より帰途につき、11 日朝に関西国際空港に帰着した。本報告書の最後に、今回の実り多いフランス渡航をご支援いただいた公益財団法人ウエスコ学術振興財団にお礼申し上げる。

- 211 -

【平成28年度研究費助成

海外渡航報告書】

平成 28 年度 海外渡航報告書
岡山理科大学理学部臨床生命科学科
橋川 直也

【概要】
渡航目的

北米神経科学会（Neuroscience 2016）出席

研究内容

社会敗北ストレスによる抑うつ行動における熱ショックタンパク質の役割

渡航先

アメリカ カリフォルニア州 サンディエゴ

日程2016 年 11 月 11 日 11 月 18 日

発表演題

「Role of Heat shock proteins 105 on depression-like behavior in mice.」

発表者

Yuta Utaka（修士 2 年）, Ryo Tanoue（修士 1 年）, Yuna Morita（修士 1 年）, Sayumi Yamamoto（修士 1 年）, Narumi Hashikawa-Hobara, Naoya Hashikawa

北米神経科学学会（Neuroscience）は世界に 4 万人以上の会員を抱える、神経科学分野で世界最大の学会であり、神経科学分野において一流の研究者たちが集まる学会である。申請者は今回、「Role of Heat shock proteins 105

on depression-like behavior in mice.」というタイトルで発表を行った。うつ病と関係する因子として、神経細胞の生存維持、神経突起の伸長促進、神経栄養因子の変化が報告されているが、熱や紫外線など様々なストレスにより発現が誘導される熱ショックタンパク質とうつ様症状の関係性についての報告はまだない。本発表が世界で初めてうつ様症状と熱ショックタンパク質の関係性を明らかにした発表であり、科学の発展のためにも世界に発信することに大きな意義があると考えられる。また、現在、同時に論文を作製中であるが、一流の研究者
達から見て疑問点、実験において足りなり点、アドバイスなどを直にディスカッションできることに国際学会発表の大きなメリットがあると考えている。実際に様々な研究者から異なった視点で質問があり、今後の研究をする上でとても有意義な学会参加であった。

発表内容
【背景】
うつ病と関係する因子として、神経細胞の生存維持、神経突起の伸長促進、神経栄養因子の変化が報告されているが、熱や紫外線など様々なストレスにより発現が誘導される熱ショックタンパク質(HSP)とうつ様症状の関係性についての報告はまだない。HSP とは、新生タンパク質の折り畳みや変性タンパク質の修復を行う分子
シャペロンとして機能するタンパク質の総称で分子量の違いにっよって分類される（Table 1）。近年、アルツハ
イマー病などの中枢神経疾患においても HSP の発現量が変化することが報告されており、様々な疾患と HSPの関係性の研究が進められている。今回うつ様症状とHSP との関係性を解明するため、うつ病のモデルマウ
スとして知られる社会敗北ストレス負荷マウスを用いて行動解析を行い、脳内 HSP 及び神経栄養因子発現量解析を行った。更に HSP 誘導剤として知られているテ
プレノン(GGA)を用いて脳内の HSP 発現誘導を行い、うつ様行動への影響を検討した。

- 212 -

【平成28年度研究費助成

海外渡航報告書】【方法】

8 週齢雄性 C57BL6J マウスを体が大きい ICR マウスの入ったケージ内に 10 分間滞在させ敗北ストレスを与えた。その後穴の開いた透明な仕切りを設置して 2 匹を分離飼育し、継続的に視覚・嗅覚的ストレスを与えた。
また C57BL6J マウスを毎日異なる ICR マウスのケージに移し 15 日間毎日ストレスを与えることで社会敗北ス
トレス（social defeat stress; SDS）マウスを作製した (Figure 1)。うつ様行動の評価は、強制水泳試験、尾懸垂試
験、スクロース嗜好性試験により行った。うつ様行動との関係性が指摘されている海馬において、HSP (HSP25,

60, 72, 105) 及び神経栄養因子(BDNF、CNTF、
NT-3、NGF)の発現量を qRT-PCR によって解析し、海馬における神経新生能は免疫蛍光染色法により解析した。また、0.34%GGA をス
トレス負荷期間中経口投与し同様の実験を行った。更に GGA の効果が特定の HSP によるものかを明らかにするため、siRNA をマウスの脳室内に投与し、HSP の発現を抑制して解析を行った。
【結果】
ストレス負荷マウスにおいて強制水泳試験、尾懸垂試験、スクロース嗜好性試験の全てでうつ様行動が認められ、海馬における神経新生細胞数の低下、BDNF
及び HSP 発現量の低下が認められた (Figure 2)。GGA
飲水投与により脳内の HSP 発現誘導を行うことでス
トレス負荷によるうつ様行動の改善が認められ、更に神経新生細胞数、BDNF 発現量の低下の抑制が認められた。また、HSP に対する siRNA を脳室内投与したマウスでは GGA 投与によるうつ様行動の改善が認めらなかった (Figure 3)。
Tail suspension test

100

150

250

90

200
100

80

150
100

70

50

50

60

0

50

0

VEH
VEH

GGA GGA+siRNA
GGA+siRNAGGA
STRESSSTRESSVEH
VEH

GGA GGA+siRNA
GGA+siRNAGGA
STRESSSTRESS

BDNF

Sucrose preference test
Relative mRNA level (%)

Forced swim test

VEH
VEH

GGA GGA+siRNA
GGA+siRNAGGA
STRESSSTRESS

200
150
100
50
0

VEH
VEH

GGA
GGA GGA+siRNA
GGA+siRNASTRESSSTRESS

Figure 3 Effects of siRNA-HSP105 i.c.v. injection
GGA administration mouse during stress exposure on behavior tests and mRNA level of BDNF. Each bar indicatesthe mean ± S.E.M. *p<0.05 (ANOVA test).

以上のことから HSP 発現誘導が抗うつ作用を示すことが示唆された。更に特定の HSP がうつ様行動に関与していることが明らかになった。
最後に、公益財団法人ウエスコ学術振興財団の海外渡航費助成事業において、本研究課題を採択・助成していただいたことに感謝いたします。

- 213 -

【平成28年度研究費助成

海外渡航報告書】

平成 28 年度 海外渡航報告書
岡山理科大学 理学部
森 嘉久
イタリアのエリーチェにある Ettore Majorana Foundation and Centre for

Scientific Culture にて 2016 年 5/27~6/5 の日程で開催された国際結晶学会主催の高圧結晶学関連のサマースクールのワークショップ講師として参加するために海外渡航いたしました。サマースクールは初めての出席でしたが，出席者は博士課程や修士課程の学生を中心に 103 名で，国別の参加者（ Fig. 1 ）を見ると開催地のイタリアよりも USA ， UK ，France の参加者が多いことに驚いた。更にそれ以外の参加国としては，
Italy, German, India, Switzerland, Poland, Turkey, Sweden, China, Taiwan,
Uzbekistan, Island, Algeria, Brazil, Slovakia, Spain, Australia, Ireland,
Argentina などで，欧米を中心に各国から若い研究者が集まっていることが分かる。残念なことに日本からの参加者は私を含めた講師が 2 名参加

Fig.1 国別の参加者数しただけで学生の参加者はなかった。若い研究者が積極的にこのようなサマースクールに参加して独自の世界的ネットワークを築いている中，日本の学生が参加していないのは，日本における研究力の将来を考えると非常に憂慮すべきことである。開催時期は日本にとっては講義期間（博士課程はあまり気にする必要はないと思われるが・・。）であるが，欧米にとっては夏休みのところがあり，このようなサマースクールが 50 ほど開催されているとのことである。
実質的なスクールが 8 日間にわたり実施され、30 を超える講義と 5 回にわたるワークショップ、2 回のポスタープレゼ
ンテーションとそのためのショートプレゼンテーションが高密度で実施された。私が担当したのは Discovering theextreme beauty of high-pressure crystallization のワークショップで，1 コマが 90 分で 5 回実施した。内容としてはダイヤ
モンドアンビルセルを用いた水の結晶化と私が持参した SEED による高圧下における液体の結晶化のワークショップであった。高圧下での結晶構造相転移や電子物性などを研究する場合の高圧手段として多くの研究室ではダイヤモ
ンドアンビルセルを用いている。SEED はサファイアアンビルをベースに非常にコンパクトに設計された高圧発生装置
で，持ち運びが可能であるだけでなく，扱いが非常に簡易で小中学生でも触ることが出来る。しかしながらその発生圧
力は，２万気圧まで到達するので，水を含む様々な液体の結晶成長を自由に制御しながら観察することが可能な装置である。

WS に参加した学生は，真剣な眼差しでデモ実験に取り組むとともに、そこで感じた疑問をすぐに講師に対して質問するのではなく，Fig.2 の写真風景のように WS 参加者同士で議論を初めて自分たちで結果を得ようとする姿勢を強く感じた。この姿勢は WS だけでなく講義後の質疑応答においても同様
で，現在の日本の学生に不足している能力と指摘されている。その能力を養うためにもこのようなサマースクールに積極的に参加し，同世代の様々な国籍の研究者と議論を交わす訓練をすべきであろう。
今回の海外渡航における当初の予定は，ワークショップの講師として高圧科学の面白さを伝えるために参加したつもりであったが，実際は，サマースクールに参加する若い研究者が真剣にディスカッションする姿勢に感銘するだけでなく，そこで構築される若い研究者間の世界的なネットワークの動向，そしてそのネットワークに入りきれていな

Fig.2 ワークショップ実施風景

い日本の若い研究者の実態を知る機会となる，大変有意義なサマースクールであった。

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【平成28年度研究費助成

海外渡航報告書】

平成 28 年度 海外渡航報告書
岡山県農林水産総合センター生物科学研究所
畑中 唯史
１０月２４日から２７日にかけて、オーストラリア・メルボルンで開催された、International Biotechnology
Symposium and Exhibition 2016 (IBS2016) に、参加しました。この学会は、２年毎に開催されており、今回は１７回目の開催です。 貴財団の援助もあり、私は前々回、韓国・テグで開催された１５回目以来４年ぶりにエントリーすることができました。
２３日の早朝、岡山空港から、羽田、シンガポールまで JAL、ついでカンタス航空に乗り継ぎ、２４日の早朝ようやくメルボルン・タラマリン空港に到着、スカイバスでメルボルン市内へ移動して、約４０分でサザン
クロス駅に到着し、徒歩１０分ほどで、会場のメルボルン・コンベンションセンターに到着しました。日本との時差は、２時間なので、長旅ではありますが、さほどの疲れはありませんでした。
私の所属する研究所は、今年で創立２０周年を迎える節目の年なのですが、この２０年間、一貫して放線菌
由来酵素の応用研究に取り組んでまいりました。今回のポスター発表演題は、Relationship between enzyme
activity and structure of Streptomyces feruloyl esterase であります。フェルラ酸エステラーゼは、イネ科細胞壁に多く含まれるポリフェノールの一種であるフェルラ酸を切り出す酵素であります。フェルラ酸は、
香料バニリンの原料として多く用いられ、近年ではアルツハイマー予防効果も報告される有用化合物であります。フェルラ酸は、現在のところ、米糠から搾油した残渣から得られるオリザノールを、アルカリ加水分解して製造されていますが、植物細胞壁に豊富に含まれるフェルラ酸は、未利用資源となっています。植物細胞壁は、複雑な構造を有しており、酵素分解を行うには、ヘミセルラーゼ・アラビノフラノシダーゼといった複数の酵素を組み合わせる必要があります。フェルラ酸を切り出すために、鍵酵素となるのが、フェルラ酸エステ
ラーゼです。この酵素は、これまでコウジカビ由来のものしか、報告がありませんでした。今回、我々は放線菌由来の新規なフェルラ酸エステラーゼを見出し、酵素の性状解析、酵素の結晶解析結果を中心に発表しました。
結晶解析は、大阪大学の井上先生の協力を得て、成し遂げた成果であり、この酵素の結晶解析は、
現在、宇宙航空開発研究機構（JAXA）のきぼう宇宙ステーションで、宇宙空間での結晶化について、現在でも検討を継続しいます。これまでの変異体酵素の性状解析および結晶構造解析により、我々のフェルラ酸エステラーゼのもつフレキシブル・ループの構造（上図参照）が、その活性に重要な役割をもつことを明らかにすることができ、今回の発表につながりました。

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【平成28年度研究費助成

海外渡航報告書】

平成 28 年度 海外渡航報告書
川崎医療短期大学 放射線技術科
矢納 陽
１．はじめに
このたび，国際会議にて研究発表する機会を本助成事業により与えていただきました．ありがとうございます．大変貴重な経験をすることが出来ました．以下では，国際会議への参加発表に関する報告を記します．
２．国際会議の概要
国際会議名21st IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation（ETFA2016）

渡航先
期間
主催団体

ベルリン（ドイツ）
2016 年 9 月 6 日〜9 月 9 日
IEEE

本会議は 1992 年にオーストラリアで初開催された．その後オーストラリア（1993 年），日本（1994 年），フ
ランス（1995 年），ハワイ（1996 年），ロサンゼルス（1997 年），スペイン（1999 年），フランス（2001 年），
ポルトガル（2003 年），イタリア（2005 年），チェコ（2006 年）等での開催を経て，現在に至っている．次回は 2017 年にキプロスで開催される予定である．今回の会議では，40 以上の国と地域から論文が投稿され，その件数は 217 件であった．このうち採択された論文数は 125 件とのことである．また，これらの論文以外にもスペシャルセッションについて 13 件の論文，Work in progress 論文に対して 119 件の論文が採択され，すべての論文に少なくとも 3 名の査読者が割り当てられていたとのことである．発表者の国別内訳はドイツ，オーストリア，チェコ，フランス，スペイン，イタリア，イギリス，スウェーデン，ノルウェーなどヨーロッパ諸国を中心とした構成であり，日本以外のアジアの国々ではシンガポール，韓国，インドから発表があった．

会議の様子

３．研究発表の内容ならびに他の研究等について研究発表「Estimation of Thermal Conductivity for Model with Radiative Heat Transfer by Extended Kalman- 216 -

【平成28年度研究費助成

海外渡航報告書】

Filter（拡張カルマンフィルタを用いた放射伝熱を含むモデルの熱伝導率の推定）」の研究発表を会議 3 日目に行った．発表の際，(1)物理パラメータを推定する理由や(2)拡張カルマンフィルタのパラメータの決定方法について質問を受けた．これに対し，(1)変動する物理パラメータの推定値を用いて，より正確なモデルを構築し制御性能の向上を図りたいためであることや(2)実験データを基にパラメータを決定したと回答した．また，画像処理に基づく自動縫製装置の開発を目指した研究発表について意見交換を行った．具体的には，奥行きの検
出や生地の厚みの測定方法について質問し，奥行きについてはあらかじめ定められた規定値を利用し，生地の厚みについてはそれを押さえる力から計算するという回答を得た．さらに，「Industrie4.0 - From the
Perspective of Applied Research」という講演では Industrie4.0（実世界のセンサ情報とコンピュータの計
算能力を結び付けることで，情報通信技術を製造業に統合しようとするドイツ政府主導の取り組み）についての紹介がなされ，その実現に必要な要素（データ転送速度，セキュリティ，互換性，機械学習，人的資源）について述べられた．スマート工場のデモも見ることができたが，現状では一つのモノを作るためのコストが高い印象を受けた．

熱伝導率の初期値: 238

実験装置（左）と実験データから推定したアルミニウム板の熱伝導率の推移（右）４．おわりに本助成事業のおかげで研究発表できました．重ねてお礼申し上げます．自分の研究発表だけでなく，他の研究を聴講することで大変良い刺激を受けました．今後も研究領域を掘り下げるだけでなく，他領域との融合を図り，地域の発展に寄与できる研究を推進いたします．ありがとうございました．
以上- 217 -