平成 29 年度研究費助成 研究成果報告書集
研究成果報告書 目次■ ダイナミンを機能コアとするがん浸潤制御ネットワークの解明
岡山大学 大学院 医歯薬学総合研究科 助教 竹田 哲也･･･････ 1■ Interleukin-6-Janus kinase カスケードを標的とした炎症性骨破壊疾患に対する新たな治療戦略の構築
岡山大学 大学病院・歯周科 講師 大森 一弘･･･････ 3■ 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･･･････ 6■ 脂肪細胞の尿酸トランスポーターを介した非アルコール性脂肪性肝炎と心機能･血管障害の関連岡山大学 大学院 保健学研究科 講師 渡辺 彰吾･･･････ 10■ 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 講師 笠井 智成･･･････ 14■ 時空間制御可能な神経分化制御法の開発
岡山大学 大学院 自然科学研究科 助教 渡邉 和則･･･････ 17■ キラルナフトキノン類の合成と光学特性スイッチング
岡山大学 大学院 自然科学研究科 講師 高石 和人･･･････ 21■ 画像検出のための Web からの学習画像の自動収集
Simple Alignment Sentence Classification for Aspect-Based Sentiment Analysis
岡山大学 大学院 自然科学研究科 助教 新妻 弘崇･･･････ 24■ 疎水性キャピラリーバリアを持った河川堤防の安全性に関する研究
岡山大学 大学院 環境生命科学研究科 助教 金 秉洙･･･････ 30■ 航空レーザー測深による旭川河道の計測と洪水流解析精度向上への応用
岡山大学 大学院 環境生命科学研究科 准教授 吉田 圭介･･･････ 41■ 卵の老化に伴うオルガネラの動態･機能の解析
岡山大学 大学院 環境生命科学研究科 准教授 若井 拓哉･･･････ 47■ 含フッ素天然化合物をリードとした化合物ライブラリーの構築
岡山大学 大学院 環境生命科学研究科 准教授 泉 実･･･････ 50■ 植物の分布を決める適応機構に関する遺伝的基盤の解明
岡山大学 資源植物科学研究所 助教 池田 啓･･･････ 54■ 再分化を促す転写因子 BBM1 と WUS2 を過剰発現したオオムギの網羅的遺伝子発現解析
岡山大学 資源植物科学研究所 助教 久野 裕･･･････ 56■ 炎症性脂質メディエーター合成系を標的とした慢性炎症予防効果を有する食品機能性岡山県立大学 保健福祉学部 教授 山本 登志子･･･････ 60■ 乳児を養育する母親の産後うつと睡眠､生活状況に関する海外との比較研究
岡山県立大学 保健福祉学部 准教授 池田 理恵･･･････ 66■ 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 准教授 川上 祐生･･･････ 72■ ウェアラブルモニタを用いた移動形態の判別と生体負荷の推定法に関する研究
岡山県立大学 情報工学部 准教授 綾部 誠也･･･････ 74

■ Cross-Company Defect Prediction における分野外データセットの有用性に関する評価
岡山県立大学 情報工学部 助教 天嵜 聡介･･･････ 79■ 無線ボディエリアネットワークにおけるデータとノードの優先度に応じた高信頼アクセス制御に関する研究
岡山県立大学 情報工学部 助教 高林 健人･･･････ 85■ 視線情報が付与された大規模映像データベースの構築と深層学習に基づく視覚的注意予測の実現
岡山県立大学 情報工学部 助教 滝本 裕則･･･････ 91■ 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･･･････ 97■ スリランカ新国会議事堂の成立過程と設計手法に関する研究
岡山県立大学 デザイン学部 教授 岩本 弘光･･･････103■ 効果的ながん治療を目指したホウ素化合物の液液界面における反応挙動の解明
岡山理科大学 理学部 助教 坂江 広基･･･････109■ ヒト･オキシトシン受容体の試験管内発現と部位特異的安定同位体標識試料を用いた構造解析
岡山理科大学 理学部 講師 山口 悟･･･････111■ RNA による DNA トポイソメラーゼⅠの酵素活性制御メカニズムの解析
岡山理科大学 理学部 講師 河野 真二･･･････114■ 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■ 段ボール受動歩行ロボットを用いた実験授業およびその評価
岡山理科大学 工学部 教授 衣笠 哲也･･･････121■ 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･･･････125■ 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･･･････129■ 日本産ヤリテンツキ（カヤツリグサ科植物）の系統分類学的研究
岡山理科大学 生物地球学部 講師 矢野 興一･･･････131■ 質問紙と加速度計で評価した小学生の運動時間は一致するか？
岡山理科大学 教育学部 講師 笹山 健作･･･････135■ 石英地質温度計の高温変成岩への適用へ向けて
岡山理科大学 自然科学研究所 准教授 今山 武志･･･････138■ 位置選択的ヒドロシリル化反応を利用したポリマーの合成とその性質
倉敷芸術科学大学 生命科学部 教授 仲 章伸･･･････142■ 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･･･････146■ 竹久夢二の美人画作品のインタラクティブコンテンツ制作研究
倉敷芸術科学大学 芸術学部 教授 中川 浩一･･･････149■ プラナリア多能性幹細胞集団内での生殖系列決定機構
津山工業高等専門学校 総合理工学科 准教授 前澤 孝信･･･････159■ 高演色 LED 光源を用いた農産物の外観色評価装置の開発
津山工業高等専門学校 総合理工学科 特命教授 眞鍋 由雄･･･････162

■ 再生を保証する自己複製/分化スイッチング機構の解明
津山工業高等専門学校 総合理工学科 准教授 柴田 典人･･･････168■ 銅製熱交換器の温間酸化被膜が及ぼす濡れ性への影響
津山工業高等専門学校 総合理工学科 講師 竹村 明洋･･･････172■ Streptomyces cinnamoneus ゲノム情報を利用した有用酵素の探索
岡山県農林水産総合センター生物科学研究所 ｸﾞﾙｰﾌﾟﾘｰﾀﾞｰ 畑中 唯史･･･････178■ モモ花粉稔性を支配する遺伝子の同定とマーカー化
岡山県農林水産総合センター生物科学研究所 専門研究員 小田 賢司･･･････182■ 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･･･････187■ 慢性炎症を駆動する｢AGEs-RAGE 系｣の活性化メカニズムの解明
就実大学 薬学部 助教 渡邊 政博･･･････191■ 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 教授 丹羽 俊朗･･･････195■ 発酵乳ホエーより単離した睡眠を誘導するペプチドの作用機序の解明
就実大学 薬学部 教授 坪井 誠二･･･････199■ ラマン分光法を利用した鼻腔内投与型粉末製剤最適化システムの開発
就実大学 薬学部 准教授 古林 呂之･･･････204■ たくましいカラダと心を育む短時間運動習慣形成支援プログラムの開発～運動を通して子どもの可能性を伸ばす学校の取り組み～
就実大学 教育学部 講師 森村 和浩･･･････209■ 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･･･････213■ 認知機能等を改善させる植物由来物質の探索
川崎医療福祉大学 医療技術学部 講師 上野 浩司･･･････218■ Hecke 環と環のゼータ関数に関する研究
川崎医療福祉大学 医療福祉マネジメント学部 助教 兵藤 史武･･･････221■ 未来に残す資産としての岡山方言のデータベース構築 －映像アーカイブの研究活用－
ノートルダム清心女子大学 文学部 教授 尾崎 喜光･･･････223■ ｢保育士の早期離職を予防する養成校及び施設管理職者向けマニュアル｣の作成 －リアリティショックに着目して－山陽学園大学 総合人間学部 准教授 松浦 美晴･･･････227■ 職員の精神的健康度と関連する経営行動･マネジメント行動の同定
山陽学園大学 大学院 看護学研究科 教授 髙木 二郎･･･････233■ ゲノム編集技術を用いたノックアウトマウスの作製と腎臓線維化の制御機構の解明
重井医学研究所 分子遺伝部門 研究員 古家野 孝行･･･････239

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

今井 純

･･･････243■ 岡山大学 大学院 自然科学研究科

助教

萬代 大樹

･･･････245■ 岡山大学 大学院 環境生命科学研究科

准教授

三木 直子

･･･････247■ 岡山大学 理学部

准教授

野坂 俊夫

･･･････248■ 岡山大学 異分野基礎科学研究所

助教

岩崎 真之

･･･････250■ 岡山県立大学 情報工学部

助教

瀬島 吉裕

･･･････251■ 川崎医科大学 微生物学教室

助教

内藤 忠相

･･･････253■ 川崎医療福祉大学 医学技術学部

助教

鈴木 啓太

･･･････254

長期間海外派遣滞在 研究成果報告書 目次【平成 27 年度長期間海外派遣滞在費助成】■ 視触覚クロスモーダルな質感形成の脳機能解明と質感評価システムの提案
岡山大学 工学部 助教 楊 家家･･･････255■ ラマン分光技術の習得と共溶媒が誘起するタンパク質の構造変化における疎水効果の理解
岡山大学 大学院 自然科学研究科 特任助教 望月 建爾･･･････259【平成 28 年度長期間海外派遣滞在費助成】■ 炎症性腸疾患由来発癌における免疫担当細胞の役割
岡山大学 大学院 自然科学研究科 助教 増田 潤子･･･････262

ダイナ
ナミンを機
機能コアとすするがん浸潤潤制御ネットワークのの解明
岡山大学大学学院医歯薬学
学総合研究科竹田 哲也
浸潤は悪性性がんに顕著著な特徴であり、その分子子病態の解明が革新的なががん治療法のの開発に不可欠欠である。しかし、がんのかの悪性化に伴伴って浸潤能がが亢進するメメカニズムには未解明な点点が多い。私
私たちは、がんん浸潤を司るる
膜突起構造
膜((浸潤突起) の新規形成因の因子として、ダダイナミン (Dynamin2)(を同定した ((Zhang et al., BBRC 2016)。
。
ダイナミンはダ
は、アクチンや細胞内膜輸
輸送を制御ししながら、浸潤
潤突起の形成成や機能に関関わると考えらられる。さら
らにダイナミンに
ンは PR (プロリンリッチ)) ドメインををもち、SH3 ドメインを持持つ他の蛋白白質と相互作用
用して浸潤ををいてダイナミ
制御する可能制
能性が高い。しかし浸潤突し突起形成においミンと相互作作用する SH3 ドメイン蛋白
白質は不明でであった。そこあこで本研究では、がん浸潤潤を制御するる既知の蛋白質質のうち、SH3 ドメインンを持つアダプ
プター蛋白質
質
Tks5
T
と、膜リ
リモデリンググ因子 ASAP1
1 の膀胱がんん細胞における局在を解析
析し、ダイナナミンとの相互互作用の可能能性について検
性
検証した。
がんは日本
本人の死亡原
原因の１位でであり、年間死死亡

クチン細胞骨格
ク格の再編成がが必要である。しかし、がが者数の約３割者割を占める。がん患者の命命を奪う原因因のんの悪性化に伴ん
伴って浸潤突突起が形成され、浸潤能がが浸潤とそれに引き続いて
ほとんどは、
ほて起こる転移移で亢進するメカニ亢
ニズムは不明明である。

あるあ （図１）。がん細胞がが転移する過程
程では、基底底膜

ダイナミン
ンは分子量約 100kDa の GTP
G アーゼでで、の破壊と間質の質への浸潤、血管内侵入がが起こる。ししかエンドサイトーエーシスや分泌
泌などの細胞
胞内膜輸送や、、し基底膜や間し間質、血管壁
壁の細胞外基質質が物理的なな障

アクチン細胞骨
ア
骨格制御におおいて重要なな機能を持つ。

害になるため害
め、がん細胞は細胞外基質
質を分解してて遊私たちは先行研
私研究においてて、ダイナミンン (Dynamin22)

走する必要が走がある。それゆえに、がんん細胞による
る細が膀胱がん細胞が胞 T24 の浸潤
潤突起に局在在することを明
明

胞外基質分解胞
解メカニズムの解析は、ががん浸潤・転
転移

らかにした
ら
(図
図 2A)。RNAii やダイナミン特異的阻害
害の分子病態ののの解明と、それに基づいた
た革新的なががん剤である
剤
Dynaasore を用いて Dynamin の機能を阻害
害

治療法の開発治発に重要である。多くのががん細胞は、浸すると浸潤突起す起の形成が抑抑制され、浸浸潤活性が顕著著

潤突起
潤(invaadopodia) と呼呼ばれる構造造を形成し、プに低下したに(図
図 2B)。以上
上の結果より、ダイナミンン

ロテアーゼをロを分泌しながら細胞外基質
質を分解するるこは浸潤突起形成
は成の制御因子子として、ががん細胞の浸潤潤とが明らかにとになっている。浸潤突起はは、束ねられれたに必須の機能をにを持つことがが世界に先駆駆けて明らかににアクチン繊維ア
維から成るココア (アクチンンコア) を持持つなったな(Zhangg et al, BBRC 22016)。

膜突起構造で膜
で、その形成や機能には細細胞内輸送や
やア

（1）
- 1 -

ダイナミン
ンは C 末ににプロリンリッッチ (PR) ド
ドメ
インを持ち、イ
SH (Src hommology) 3 ドメ
メインを持つつ他の蛋白質と相の相互作用する (図 3)。
ダイナミンを RN
NAi
した際に起こしこる浸潤突起形成および浸浸潤活性の低低下は、ラット由は由来のダイナミンを強制発発現することとにやGAP、Ankyriin repeat、PRD
D
メイン BAR や、PH、Arf-G

PR
よって回復しよ
した (Zhang ete al, BBRC 20016)。一方、Pなどの機能ドメなメインに加ええ、C 末に SH
H3 ドメインをを

ドメインを欠欠損したラット由来ダイナ
ナミンを強制制発持つ
持 (図 3)。T
Tks5 と ASA
AP1 の局在をを明らかにするる

現しても、ダ現ダイナミン RN
NAi 細胞の浸浸潤活性の回
回復

ために、
た
それぞ
ぞれの蛋白質質の GFP 融合
合蛋白質を膀胱
胱

は見られなかはかった (Zhangg et al, BBRC
C 2016)。この
の結

がん細胞
が
T24 で発現し、そその局在につついて解析したた

果は、ダイナ果
ナミンの浸潤制御機能に、SH3 ドメイ
イン

ところ、Tks5 と ASAP1 ははどちらも浸浸潤突起に局在在を持つ他の蛋を蛋白質との相互作用が必要
要であることとをすることが明すらかになったた (図 4)。今
今後 Tks5 と強く示唆して強ている。実際に、SH3 ドメ
メインを持つつアAS
SAP1 のさらなる機能解析
析を進め、ダイナミンとのダのクチン結合蛋ク
蛋白質コルタタクチン (Coortactin) はダダイ

相互作用につい相
いての生化学
学的な検証、浸潤突起形成
成

ナミンと複合ナ
合体を形成し、がん細胞のの浸潤突起にに局

におけるそれぞに
ぞれの蛋白質
質の機能などどを解明したいい

在することが在が明らかになっている (図図 2)。

と考えている。
。

そこで本研研究では、浸潤突起の機能
浸能に関わる既既知

ASAP1 や Tks5
T に限らず
ず、浸潤突起起の機能に関わわの蛋白質のうの
うち、SH3 ドメインを持ド持つ蛋白質 Tkks5

る因子には
る
SH
H3 ドメインンをもつ蛋白質が数多く存
存(tyrosine(
kinaase substrate 5) お よ び ASAP1 (AArf

在し、これらの在の蛋白質もダダイナミンと相互作用する
る

GTPase-activa
Gating protein 1)
1 について、浸潤突起ににお可能性が高い可と考えられる
る。さらに、ダイナミンややけるダイナミけ
ミンとの相互作用の可能性
性について検検証

コルタクチン、コ、Tks5、ASA
AP1 は、悪性性がんで活性化
化

した
し (図 3)。Tks5 はアダ
ダプター蛋白質質で、リン脂脂質するがん遺伝子す子 Src のリンン酸化調節をを受けることも
も

に結合する
に
P
PX ドメインと、5 つの SH3
S ドメイン
ンを明らかになって明ている（図 55）
。そのため
めがん浸潤を司司持つ
持 (図 3)。一方の ASAP
P1 は、細胞膜
膜やアクチンン細る分子ネットワる
ワークにおいいてダイナミンが中心的なな胞骨格のリモ胞
モデリングに必要な蛋白質
質で、膜変形形ド機能をもち、そ機
その機能が SSrc によってて制御される可
可
能性が高い
能
(図
図 5)。今後、がん細胞ににおけるプロテ
テ
オーム解析なオ
どを通じてががん浸潤制御御に関わる分子子
ネットワークのネの全貌を解明明し、浸潤ををターゲットににした次世代のがしがん治療に向向けた学術的的な基盤を構築築したい。
し最後に、本研研究のサポー
ートをしていいただいた公益益財団法人ウエス
財
スコ学術振興興財団に、心心より感謝申し
し
上げたい。
上

（2）
- 2 -

IL-6—JAK カスケードを標的とした炎症性骨破壊疾患に対する新たな治療戦略の構築
岡山大学病院・歯周科
大森 一弘
超高齢社会を迎えた我が国において，高齢者の健康寿命を延伸させることが国家的命題の一つとなっている。健康寿命を維持するためには栄養を司る口腔機能を良好に維持することが求められる。歯周病は成人国民の約 8 割が罹患する国民病の一つであり，高齢期における歯の喪失の主な原因となりうる炎症性骨破壊疾患の一つである。近年，糖尿病や動脈硬化等の生活習慣病との関連も強く示唆される歯周病の効果的な予防・治療法の開発が強く望まれている。本研究では，真菌由来代謝産物 terrein の抗 IL-6 効果に着目し，歯周炎マウスモデルに対する抗炎症・骨破壊抑制効果を in vivo で検証した。その結果，terrein には歯周炎症を抑制する効果，さらに炎症性歯槽骨破壊抑制効果があることを確認した。以上から，IL-6-JAK
カスケードを標的とする炎症性骨破壊疾患に対する新たな治療戦略の一つとして terrein を応用できる可能性が示唆された。
さらに，合成した terrein が歯肉線維芽細胞におけはじめに超高齢社会を迎えた我が国において，高齢者のる炎症性サイトカイン interleukin-6（IL-6）の細胞「健康寿命を延伸させる」ことが医療費削減を目

内シグナル伝達に関わる主経路 Janus kinase（JAK）

指す上で国家的命題の一つとなっている。健康寿/STAT および Ras/MAPKs のタンパク質リン酸化

命を維持するためには，栄養を司る口腔機能を良を抑制する抗 IL-6 効果を明らかにした 2)。

好に維持すること，そして，日常生活動作（ADL）

IL-6 は歯周病，そして関節リウマチといった炎を維持するための骨格・筋力を良好に維持するこ症性骨破壊を主病態とする疾患の発症および進とが重要である。

展に深く関与していることが報告されており，炎

歯周病は，口腔内常在菌の一つである症性骨破壊の進行を抑制する上で，非常に重要な

Porphyromonas gingivalis が歯周組織に感染し続けターゲット因子の一つである 3, 4)。IL-6 に対する治ることによって発症する感染症である。さらに，療法として，現在，日本発の抗 IL-6 受容体抗体（ト

成人国民の約 8 割が罹患し，成年期から高齢期にシリズマブ）に代表される分子標的薬（抗体医薬）

かけて歯の喪失の主な原因となりうる口腔内のが注目を集め，その効果に注目が集まっている。

代表的な炎症性骨破壊疾患としての側面もある。

しかし，分子標的薬は非常に高価であり，また，また，関節リウマチや骨粗鬆症といった全身性の易感染状態の惹起という副作用が存在する。さら炎症性骨破壊疾患は女性に多く発症し，高齢女性に，近年，抗 IL-6 受容体抗体が無効な関節リウマにおける ADL の重度低下を来す原因となっていチの症例が報告され始め，新たな標的分子としてる。以上のような背景から，炎症性骨破壊疾患のIL-6 受容体の下流に存在する JAK への注目が集

効率的な治療・予防法を開発することが健康寿命まっている 5)。

延伸を目指す上で世論から強く求められている。

JAK は非受容体型チロシンキナーゼの一つで我々は真菌の一つである Aspergillus terreus が産あり，IL-6 の共役受容体である膜タンパク gp130

生する二次代謝産物 terrein の抗炎症効果に着目しに結合し，IL-6 細胞内シグナル伝達に関与していて研究を進めている。その成果として，従来報告る。特に，細胞増殖や生存，分化に関与しており，1)されていた terrein の有機化学的合成法 を改良し免疫細胞や血球系細胞において重要な役割を果て，効率的に合成する手法を開発した（天然由来

たしている。我々は低分子化合物 terrein に JAK1の収率 0.03 %→新規合成経路の総括収率 46 %）。

のタンパク質リン酸化を抑制する効果があるこ

（1）
- 3 -

とをすでに見いだしており，JAK を標的とした炎グ解析後，安楽死させた後に，通法に従い組織を症性骨破壊疾患の効果的かつ効率的な治療法開摘出し，顎骨の状態をマイクロ CT による画像解発に terrein を応用できると考えた。そこで本研究析で評価した。その後，通法に従いパラフィン包では，炎症性骨破壊疾患の一つである歯周炎のマ埋した後に組織切片（厚さ 5ウスモデルを用いて，terrein の抗炎症・骨破壊抑症性細胞浸潤等を組織学的に検討した。なお，本制効果を in vivo で検証することを目的とした。

実験は岡山大学動物実験委員会の承認のもと行m）を作成し，炎った（承認番号：OKU-2016531）。
材料と方法
1. Terrein の合成

結 果
1. Terrein が歯周炎症に及ぼす影響の検討

Terrein（図 1）は，Altenbach らの報告を一部改変し，有機化学的に合成したものを用いた（岡山歯周炎マウスモデルに terrein を腹腔投与し，歯大学大学院自然科学研究科合成プロセス化学研

周炎症に対する抗炎症効果を分子イメージング

究室，萬代大樹博士から供与）。合成したテレイ

解析にて検証した。PBS を腹腔投与した群（コンンの立体構造の確認は，1H および 13C の核磁気トロール群）においては，5-0 絹糸を結紮した上共鳴（NMR）を用いて炭素骨格を確認し，高分解

顎第二大臼歯相当部に蛍光プローブの強い集積能質量分析（FAB）により分子量を測定してテレを確認した（図 2A）。一方，terrein を腹腔投与しインであると判断した。また，高速液体クロマトた群（実験群）においては，5-0 絹糸を結紮したグラフィーによる光学純度（>98 % ee）も併せて

上顎第二大臼歯相当部にコントロール群と比較確認した。天然抽出物との比較は，比旋光度を比して弱い蛍光プローブの集積を確認した（図 2B）。

較することによって，天然物と同一の鏡像異性体であることを確認した。

2. 歯周炎マウスモデルに terrein が及ぼす影響の2. Terrein が歯槽骨吸収に及ぼす影響の検討

検討

歯周炎マウスモデルの分子イメージング解析

歯周炎マウスモデルでは，通法に従い実体顕微後，マウス上顎骨を摘出し，歯槽骨吸収量はマイ鏡下でマウス（C57BL/6J，雄性，8〜10 週齢）上クロ CT 画像解析にて検討した。PBS を腹腔投与

顎第二大臼歯に 5-0 絹糸を結紮し，歯周病原細菌

した群（コントロール群）においては，骨吸収のPorphyromonas gingivalis W83（膿瘍形成株）を投進行が観察された。一方，terrein 投与群（実験群）

与して歯周感染を惹起した。歯周感染 3 週間後，では，濃度依存的に歯槽骨吸収量が抑制される傾炎症巣のミエロペルオキシダーゼ（MPO）に結合向が確認された（図 3）。

す る 蛍 光 プ ロ ー ブ （ XenoLight Rediject
Inflammation Probe，住商ファーマ）を腹腔から注考 察入して，IVIS spectrum（Perkin Elmer）を用いて歯歯周病はう蝕とならんで口腔内における二大周組織の炎症状態を評価した。ライブイメージン疾患の一つであり，その罹患率の高さから生活習

（2）
- 4 -

するも，動物モデルに対する効果は検証できていなかった。しかし，今回の研究において，in vivo
である歯周炎マウスモデルに対する terrein の抗炎症および炎症性骨破壊抑制効果を確認できた（図2，3）ことは，terrein の新たな炎症性骨破壊治療薬としての可能性を大きく示唆するものである。
今後は，他の炎症性骨破壊疾患である関節リウマ
慣病の一つと言える。その発症には，口腔内の常チや骨粗鬆症のマウスモデルに対する terrein の効

在 菌 で あ る 歯 周 病 原 細 菌 （ Porphyromonas

果をさらに検証していく予定である。

gingivalis 等の嫌気性菌）が歯肉溝に感染すること

以上本研究では，terrein の IL-6-JAK カスケードによって発症する。不適切な歯磨きや歯磨きをしを起点とした抗炎症・骨破壊抑制薬としての可能ないといった悪習慣によって歯周病原細菌が歯性が示唆され，炎症性骨吸収を主病態とする歯周肉溝に長期的に感染し続けると，好中球やマクロ病の予防・治療薬としての応用が示唆された。さファージ等の免疫担当細胞が産生する炎症性サ

らに，本研究では有機化学的に合成した terrein を

イトカイン（TNF-αや IL-6 等）によって歯周組織用いたことから，自然界には存在しない新たな類に炎症が惹起される。しかし，炎症を起こしてい縁体を合成することが可能である。今後はさらにるにも関わらず「痛み」といった自覚症状を感じ抑制効果の高い化合物を探索していくことによることがほとんどないため，多くの歯周病患者はって，より効果的な炎症性骨破壊疾患の予防・治

歯磨き時の出血を自覚したとしても放置してい療薬の開発へと繋げていきたい。

るケースが多い。そのため，歯肉溝に歯周病原細謝 辞菌が感染し続け，歯垢や歯石といったバイオフィ

本研究にご支援賜りました公益財団法人ウエルムが形成されると，歯肉溝が病的に深くなった

スコ学術振興財団に深く感謝申し上げます。

状態（歯周ポケット）へと移行する。形成された
歯周ポケットに対して適切な歯周治療が実施されずに放置され続けると，歯周炎症は深部の結合

引用文献

組織層へと波及し，最終的には歯を支える歯槽骨

1)Altenbach HJ, Holzapfel W: Angew Chem Nt Ed
Engl, 29: 67-68 (1990)に炎症性骨吸収を引き起こす。そして，歯の喪失
2)へとつながり，口腔機能の低下が生ずる。歯周病

Mandai H, Omori K, Yamamoto D, Tsumura T,の進行に伴う口腔機能の低下は，QOL の低下を惹

Murota K, Yamamoto S, Mitsudo K, Ibaragi S,

起するのみならず，糖尿病や心疾患等の基礎疾患

Sasaki A, Maeda H, Takashiba S, Suga S: Bioorgに対しても悪影響を及ぼし，全身状態の悪化へと

Med Chem, 22: 5338-5344 (2014)

つながる。そのため，昨今，話題となっている健

3)

Hirano T: Int Rev Immunol, 16: 249-284 (1998)

康寿命の延伸を図る上でも，国民の大多数が罹患

4)

Kishimoto T: Int Immunol, 22: 347-352 (2010)

する歯周病の効率的な予防および治療法を開発

5)

Genovese MC, Kremer J, Zamani O, Ludivico C,
Krogulec M, Xie L, Beattie SD, Koch AE,

することが必須である。
我々が着目する真菌由来代謝産物 terrein には，Cardillo TE, Rooney TP, Macias WL, de Bono S,

IL-6 受容体下流シグナル伝達における主経路の一

Schlichting DE, Smolen JS: N Engl J Med, 374:

つである JAK のタンパク質リン酸化を抑制する

1243-1252 (2016)

効果がある。これまで我々は，terrein の抗炎症効
果，そして炎症性骨破壊抑制効果を in vitro で評価

（3）
- 5 -

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 賢一当研究室ではこれまでに，腫瘍組織内の血管透過性が高いマウス結腸がん Colon-26 モデルマウス及びマウ
スルイス肺がん LLC モデルマウスに，光増感剤投与と光照射からなる，腫瘍内血管を標的とした光線力学的処置 (Photo-triggered tumor Vascular Treatment, PVT) を施すことで，腫瘍の増殖を有意に抑制することを明らかとしている．そこで本研究では，血管透過性の高い広範ながん種において，PVT による腫瘍増殖の抑制が可能であるかを追求するため，皮下移植モデルマウスの腫瘍内血管透過性が高いことで知られる，マウス乳がん由来がん細胞 FM3A 及びマウス腹水がん細胞 Ehrlich の 2 種を選択し，種々の検討を行った．まず，FM3A
モデルマウス並びに Ehrlich モデルマウスに対して PVT を施したところ，FM3A モデルマウスにおいては，
PVT 単独の処置により強い抗腫瘍効果が認められたものの，Ehrlich モデルマウスにおいては，PVT 単独の処置による抗腫瘍効果は認められなかった．また FM3A モデルマウスでは，血管内皮細胞のアポトーシス及び血栓の形成が誘導され，腫瘍内の血流を伴った血管が減少することで，血管周辺に存在していたがん細胞のアポトーシスを引き起こすこととなり，腫瘍増殖の抑制に至ったことが示された一方で，Ehrlich モデルマウスでは，FM3A モデルマウスで認められた血管内皮細胞のアポトーシス，血栓の形成，並びに腫瘍内の血流を伴う血管の割合の減少は認められなかった．以上の結果から，PVT はそれ単独で腫瘍の増殖を抑制する作用を示す，
有用な処置となり得るものの，その効果は腫瘍内血管の構造特性により異なることが示唆された．

PDT の中でも，血管を標的とした PDT (Vascular

はじめに
主ながん治療法である外科手術，放射線療法，化targeted PDT, VTP) は血管に対して様々な作用を学療法の 3 種のがん治療法に加わる第 4 のがん治療引き起こすことが報告されている．血管を標的とし法として，光増感剤の投与及び外部からの組織特異

た PDT は，がん細胞を標的とした通常の PDT と比的な光照射という 2 段階の処置からなる，光線力学

較して，光増感剤投与から光照射までのインターバ療法 (Photodynamic Therapy, PDT) が近年注目をルを短くすることで，主に腫瘍組織の血管内で光増集めている．PDT の作用機序は，投与した光増感剤

感剤の活性化を図る．そうすることで，腫瘍内血管に応じた特定波長の光を照射すると，光増感剤が励において，血小板の凝集や血栓の形成が起こり，血起状態となり，その後，励起した光増感剤が基底状

流の停滞が引き起こされた結果，腫瘍組織への酸素態へと戻る際に，周囲の酸素分子にエネルギーを渡や栄養分の供給を絶つ，所謂「兵糧攻め」による腫すことで，一重項酸素を始めとした種々の活性酸素

瘍の増殖抑制が可能となる．

種 (Reactive oxygen species, ROS) が産生され，産難治性と言われる一部のがんでは，一般的ながん生された ROS ががん細胞に直接作用し，アポトー

組織に認められる組織学的な特徴が認められず，血シスまたはネクローシスを誘導することでがん細胞

管透過性が低いため，ナノ粒子製剤化した抗がん剤自体の死滅が引き起こされるというものである．

を投与しても，EPR 効果に基づいた充分な治療効果

PDT は腫瘍組織選択的な治療が可能なことや，投与に繋がらないことが報告されている．このような背される光増感剤の生体適合性が非常に高いこと，侵景のもと，当研究室では，腫瘍組織内の血管透過性

襲性が低く安全性に優れることなどから，現在盛んが低いマウスメラノーマ (B16/BL6) モデルマウスに研究が進められている 1)．

に対し，低用量の光増感剤投与と光照射からなる腫
（1）
- 6 -

瘍 内血 管を 標的とした光線力学処置(1.0×107 cells/200 μL) を BALB/c マウスの背部皮下(Photo-triggered Vascular Treatment, PVT) を施にそれぞれ移植することで作製した．

すことで，腫瘍内血管の透過性亢進に基づき，その後に投与するナノ粒子製剤の腫瘍組織移行量の増大

3. 固形がんモデルマウスにおける in vivo 抗腫瘍効果

並びに抗腫瘍効果の増強を引き起こすことを明らかの評価とし，PVT が難治性がんへのナノ粒子製剤を用いた腫瘍組織の体積が 約 100 mm3 に達し た時点でがん治療を行う上で有用な前処置となる可能性を報PppIX-DME として 0.1 mg/kg で PN-Por を投与し，告している 2)．しかし一方で，腫瘍組織内の血管透投与15 分後にハロゲン光源により，腫瘍組織へ 3 分間

過性が高いマウス結腸がん (Colon-26) モデルマウ

光の照射を行った．その後，腫瘍体積を継日的に測定

ス及びマウスルイス肺がん (LLC) モデルマウスにした 4)．

対して PVT を施すと，血管透過性亢進作用は認められないものの，PVT 単独の処置により腫瘍の増殖

腫瘍体積 (mm3) = (長径) × (短径)2 × 0.52を強く抑制することを明らかとした 2)．
4. 腫瘍組織の凍結切片の作製

そこで我々は，このような背景に基づき，PVT
単独処置により腫瘍の増殖が抑制されたのは，腫瘍

マウスの腫瘍組織の体積が一定の大きさに達した時点

組織内の血管透過性が高いことに起因するのではな

で，腫瘍組織を摘出した．摘出した腫瘍組織は生理食

いかと仮説を立てた．そこで本研究では，PVT によ

塩水中で洗浄した後，O.C.T. compound (サクラ精機

り，血管透過性の高い広範ながん種において，腫瘍

株式会社) を用いて凍結包埋し，クリオスタット

増殖の抑制が可能であるかを更に追求するため，皮(CM1850, Leica Microsystems 社) により 10 μm の下移植モデルマウスの腫瘍内血管透過性が高いこと

厚さに薄切して，シランコートしたスライドガラス (松浪で知られる，マウス乳がん由来がん細胞 (FM3A)

硝子工業株式会社) に付着させ，冷アセトン固定を行

及びマウス腹水がん細胞 (Ehrlich) の 2 種を選択し，った．作製した凍結切片サンプルは，-20̊C で保存し種々の検討を行った．

た．

材料と方法

5. 免疫組織染色によるアポトーシス細胞の検出・定量

1. 光増感剤内封ポリマーナノ粒子（PN-Por）の調製 3)

アポトーシスを起こした細胞の検出は，Takara in situ

PLA-PEG と ポ ル フ ィ リ ン の 疎 水 化 誘 導 体

Apoptosis Detection Kit (タカラバイオ株式会社) を（PppIX-DME）を酢酸エチルに溶解させ，精製水と混用いて TUNEL 染色により行った．4. に準じて作製し和した．プローブ型ソニケーター (Sonicator, 大岳製

た凍結切片を PBS で洗浄した後，blocking PBS (5%作所) による超音波処理 (50 W, 室温, 5 min) を行

FBS) で 15 分間処理した．洗浄後，1 次抗体としてラッい，O/W 型エマルションを得た．このエマルションに対ト抗マウス PECAM-1 抗体を blocking PBS (5% FBS)

し 10 倍量の精製水を用いて希釈・撹拌を行い，ポリマの 1/50 (v/v) 量添加し，45 分間処理した．洗浄した後，ーナノ粒子を調製した．残留した酢酸エチルを除去す

2 次抗体として RITC 標識ウサギ抗ラット IgG 抗体をるため，超遠心機 (日立 SCP85H) による遠心分離

blocking PBS (5% FBS) の 1/10000 (v/v) 量添加し，(30,000 rpm, 45 min, 10ºC) を 3 度繰り返した．

45 分間処理した．再び洗浄した後，Permeabilisation
Buffer を添加し，氷上で 5 分間処理した．洗浄後，反2. 固形がんモデルマウスの作製

応調製液 (5 μL TdT Enzyme 及び 45 μL Labeling

培養フラスコ上で培養したがん細胞を，80%コンフルエ

Safe Buffer) を添加して，37̊C で 1 時間処理し，そのントの状態で回収し，FM3A 細胞 (3.0×106 cells/100

後，精製水で洗浄した．

μL) を C3H/He マウスの背部皮下に，Ehrlich 細胞

（2）
- 7 -

6.
6 免疫組織染
染色による血小小板凝集の検検出・定量

FM
M3A モデルルマウスにおいいては、PVT の単独処置にに

血小板凝集の血の検出は，常法
法に従い，CD
D41 抗体を用用いより、腫瘍の増殖が有意に抑抑制されることとが明らかとな
なた免疫組織染た
染色により行っった．

った．その一方方で、Ehrlich モデルマウス
スにおいては、ポルフィリン量とポとして 0.5 mgg/kg で同様のの処置を施してて

7.
7 腫瘍組織内内血管の構造
造特性評価

も、PVT 単独処処置による抗腫
腫瘍効果は認認められなかっっ4.
4 に準じて作作製した凍結切
切片を PBS で洗浄した後
後，

た．（図
た
2）．

blockingb
PBS
S (5% FBS) で 15 分間処処理した．洗浄浄後，
1 次抗体としててラット抗マウウス PECAM-1 (CD31) 抗抗体
を blocking P
PBS (5% FBBS) の 1/50 (v/v) 量添加しし，
45
4 分間処理しした．洗浄後，2 次抗体としして Fluoresceein
ット IgG 抗体
標識ヤギ抗ラ標
体 (Life Technnologies 社) をblockingb
PB
BS (5% FBSS) の 1/200 (vv/v) 量添加しし，60
6 分間処理した．再び洗洗浄した後，Cy
y3 標識αSMMA
モ ノ ク ロ ー ナ ル 抗 体 （ SIGMA-ALD
S
DRICH 社 ） を
blockingb
PB
BS (5% FBSS) の 1/400 (vv/v) 量添加しし，60
6 分間処理
理した．
結果と考察
結
1.
1 モデルがんん細胞の活性性酸素種に対す
する感受性
FM3A
F
と Ehrrlich の両がんん細胞に対しして、様々な濃濃度の PN-Por をを添加し、光照
照射後の細胞
胞生存率を MTTT
アッセイによりアり評価したところ、両がん細細胞の IC50 値
値がほぼ同じ値をほを示したことかから、両者の活
活性酸素種にに対する感受性はすは同程度でああることが明らかとなった
た．
（図
（ 1）

図 2 PVT 単独
独処置によるる in vivo 抗腫瘍効果の評
抗評
価(AA) FM3A 固形
形がんモデルルマウス、（B） Ehrlich 固
形がんモデルマ形
マウス ○ 無無処置群、● PVT 処置群
群、
PN
N-Por の投与
与量：0.1 mgg/kg as PppIIX-DME*** p< 0.01（比比較対象，無無処置群）
3. PVT が両腫腫瘍組織に与ええる影響の多多面的評価
図 1 PN-Poor 添加後の細細胞生存率のの評価

FM
M3A モデルルマウスに PVVT を施し、そその 1 日から 7○ FM3A がん細胞、● Ehrlich がんん細胞

日後に作製したた腫瘍組織切切片に対してて、種々の免疫疫
化学的染色を行化行った．まず、、TUNEL 染色によりアポ染
ポト2.
2 固形がんモ
モデルマウスににおける PVT
T 単独処置にによーシスを起こしー
している細胞をを検出したとこころ、その数ははる抗腫瘍効果る
果PV
VT 処置後にに経日的に増加加することが明らかとなった
た．

（3）
- 8 -

おわりに

さらに、アポトーシスを起こしている細胞中における血管内皮細胞の割合が、PVT 処置後 1 日目の方が処置

FM3A モデルマウスに PVT を施すことにより、腫瘍

後 7 日目と比べて有意に高いことから、PVT 処置直後

内の血管内皮細胞のアポトーシスならびに血栓形成がには血管内皮細胞のアポトーシス誘導が起こりやすい誘導され、腫瘍内の血流を伴った血管が減少したものことが示唆された．続いて、血小板凝集マーカー分子と考えられた．その結果、所謂、「兵糧攻め」により血管に対する免疫化学的染色を行ったところ、PVT 処置後周辺に存在していたがん細胞のアポトーシスが引き起

2 日目の腫瘍組織において、多くの血小板凝集部位がこされることとなり、強い抗腫瘍効果に繋がったものと推確認され、PVT により血栓形成が誘導されることが確察された．一方、Ehrlich 腫瘍内の血管は、血管径が認された．更に、PVT の腫瘍内血管への影響を明らか

大きく、構造的にも安定していることから、活性酸素種にするために、蛍光色素 DiI により標識した PEG リポ

等による各種ストレスに対する抵抗性が強く、そのためソームを用いて、血流を伴う血管数の評価を試みた．

Ehrlich モデルマウスにおいて PVT による抗腫瘍効果

即ち、投与した PEG リポソームの殆どが血液中に残存が認められなかったものと考えられた．

している投与後 1 時間の時点で腫瘍組織切片を作製し、謝辞

血管内皮細胞に対する免疫化学的染色を行い、血管最後になりましたが，本研究を支援いただきまし内皮細胞とDiIの分布性とを比較検討した．その結果、
PVT 処置後 2 日目以降の腫瘍組織において、血流をたウエスコ学術振興財団に深く感謝いたします．

伴う血管数が有意に減少することが明らかとなった．
一方、Ehrlich 腫瘍に対しても、FM3A 腫瘍組織と同

参考・引用文献

様に PVT を施した後、各種免疫化学的染色を行ったと

1) Ogawara K and Higaki K：Chem Pharm Bull
65：637-641（2017）

ころ、FM3A 腫瘍内で認められたような有意な変化は

2) Araki T, Kono Y, Ogawara K, Watanabe T, Ono

認められなかった．

T, Kimura T, Higaki K：Biol Pharm Bull 35：
4. 両腫瘍組織中血管の構造特性評価

1306-1313（2012）

両固形がんモデルマウスより作製した腫瘍組織切片を

3) Ogawara K, Shiraishi T, Araki T, Watanabe T,

用いて、血管内皮細胞及び血管壁細胞に対する蛍光Ono T, Higaki K：Eur J Pharm Sci 82：154-160

二重免疫染色を行い、腫瘍内血管の構造特性につい（2016）て評価した．その結果、Ehrlich 腫瘍は、FM3A 腫瘍と

4) Yoshizawa Y, Ogawara K, Fushimi A, Abe S,

比較して、腫瘍内の血管総面積は同程度である一方、Ishikawa K, Araki T, Molema G, Kimura T,

腫瘍内の血管数は 有意に少ないことが示され、Higaki K：Mol Pharm 9：3486-3494（2012）

Ehrlich 腫瘍内の血管径は FM3A 腫瘍内の血管よりも大きく、このことが Ehrlich モデルマウスに PVT を施しても血小板凝集が起きなかった一因と推察された．また、Ehrlich 腫瘍では壁細胞の量が FM3A 腫瘍より有意に多いことが確認され、更に壁細胞被覆を伴った血管の割合も有意に高いことが明らかとなったことから、
Ehrlich 腫瘍内の血管は、FM3A 腫瘍内の血管と比較して、構造的に安定な、正常血管により近い血管構造特性を有することが示唆された．

（4）
- 9 -

脂肪細胞の尿酸トランスポーターを介した非アルコール性脂肪性肝炎と心機能・血管障害の関連
岡山大学大学院保健学研究科 検査技術科学分野
渡辺 彰吾

非アルコール性脂肪性肝炎：Non-alcoholic steatohepatitis (NASH)は、肥満や糖尿病などといった生活習
慣病が増悪因子と考えられており、肝硬変や肝がんに移行することが大きな問題となっている。
それに加えて、心血管系疾患の発症率や死亡率も 2 倍以上上昇することから、NASH と心血管疾患の関係は非常に密接であると考えられる。しかしながら、その仲介因子は未だ解明されていない。本研究では、高尿酸血症が引き起こす脂肪細胞の炎症とそれにともなうアディポサイトカインの放出異常に着目し、脂肪細胞に存在する尿酸トランスポーター (URAT-1)と心機能・血管障害との関連性について NASH 疾患モデルである SHRSP5/Dmcr ラットを用いて検討した。その結果、血清尿酸値の上昇、精巣上体脂肪における URAT-1 の遺伝子発現量の増加がみられた。
また、それにともなう、酸化ストレス関連遺伝子、悪玉アディポサイトカインの遺伝子発現量増加、脂肪細胞と心筋でのマクロファージの集積が確認された。以上より、NASH 病態を背景に持つ SHRSP5/Dmcr ラットにおいて、高尿酸血症が脂肪細胞の炎症を介して、心機能・血管障害を増悪される可能性が示唆された。
り、全身で炎症が惹起され、動脈硬化や心筋炎症な【背景】

どの心機能・血管障害が起こりやすくなると考えら

尿酸はメタボリックシンドロームや飲酒、ストレれる。

スなどによって高値になり、痛風や腎障害を引き起こすことが知られている。また、NASH においても同本 研 究 で は 、 NASH の 疾 患 モ デ ル で あ る

様に尿酸の増加が認められることがわかっている。

SHRSP5/Dmcr ラットを用いて、NASH による高尿酸血

しかしながらそれだけでなく、米国の NHANES I

症と心機能・血管障害との関連性について検討した。

study や日本の富田、箱田らは、高尿酸血症が独立した心機能・血管障害の危険因子となることを報告

【方法】

している。

1. 対象

さらに近年になって、脂肪細胞には、URAT-1 と呼SHR 等疾患モデル共同研究会より、雄性の SHRSP5

ばれる尿酸を脂肪細胞内に取り込むトランスポータ

モデルラット (n=10)、WKY ラット (control、n=10)ーが発現することが明らかになった。この URAT-1

を 9 週齢で入手した。入手時から体重、血圧、摂食を介して、尿酸が脂肪細胞内に取り込まれると、量、飲水量を測定し、10 週齢開始時にこれらに有意NADPH オキシダーゼの活性化により酸化ストレスが差が生じないように、通常 (SP)食と高脂肪 (HFC)亢進する。これにともない、脂肪細胞から放出され食に切り替え、以下の 4 群に分けた。

る生理活性物質であるアディポサイトカインの放出

・WKY＋SP 食・・・・・・・・・CONT 群 (n=5)

量が増減する。すなわち、悪玉アディポサイトカイ

・WKY＋HFC 食・・・・・・CONT＋HFC 群 (n=5)

ンが増加し、善玉アディポサイトカインが減少する

・SHRSP5＋SP 食・・・・・・・・SP5 群 (n=5)(悪玉アディポサイトカインの増加と善玉アディポ

・SHRSP5＋HFC 食・・・・・SP5＋HFC 群 (n=5)

サイトカインの減少により炎症が悪化する)。また、尿酸は肝臓においてヒポキサンチンがキサンチンへ

2. 生理学的検討と酸化される際に合成されるが、同時に活性酸素も9 週齢から 17 週齢まで、毎週 1 回体重を測定し、生成される。この活性酸素が血中に放出されることその後摂食量と飲水量の 24 時間値を測定した。

で、体内の酸化 LDL も増加する。これらの作用によ

18 週齢に、一晩絶食後ペントバルビタール（1）- 10 -

(0.75mL/kg)の(の腹腔内投与与による麻酔酔下で、
右頸動動脈

2step リアル
ルタイム PCR 法
法]、熱変性：95℃・5 秒、秒[2から全採血をかを行った。その後、生理食食塩水を用いいてアニーリングアと伸長反応：：60℃・30 秒を秒 50 サイクク

大動脈、肺、心臓、腎臓、肝臓、脾臓還流を行い、還臓、ル)、ル 下記の遺遺伝子発現量をを測定した (URAT-1、MAPPK膵臓、膵 脛骨および各脂肪 (腸間膜脂肪
肪、
後腹膜脂肪
肪、

[p
p38]、NFκB、、Cox2、PDGFF、TNFα、IL-6、MCP-1、、

精巣上体脂肪
精肪、皮下脂肪))を摘出した。
。摘出した各各臓

Addiponectine))。

器重量は体重器
重で補正した。
7. 統計
3.
3 糖代謝機能能

実験結果は、、平均値 (Meean) ± 標準
準誤差 (SE)でで

16 週齢におおいて一晩絶絶食後、
3mL/kg
g の容量で経経口示した。有意差示差検定は Mannn-Whitney U-test
U
を使用
用

糖負荷試験
糖
(OGTT)を実施施した。
グルコ
コース水溶液液投した。
し 統計解析
析には Kruskaal Wallis H-t
test を用い、、与直前、投与与与 15 分後、330 分後、60 分後および
分
1120

p＜
＜0.05 の場合
合を有意差あありと判定したた。

分後に尾静脈
分
脈から少量採採血し、簡易血
血糖値測定器器を用いて血糖値
用
値を測定した。
インスリンン負荷試験 (ITT)も同様にに、16 週齢に
にお

【結果】
【

いて一晩絶食い
食させ実施した。生理食塩
塩水で調整しした

1.体重、摂食
食量、血圧のの変化

インスリン溶イ
溶液を 0.01mLL/kg の容量でで腹腔内投与与し、

全週齢においいてHFCを与与えた群の摂食
食量はSP食を
を

OGTT
O
と同様に
に血糖値を測測定した。

与えた群に比べ与べて有意に少少なく、それににともなってて、
CO
ONT+HFC 群のの体重減少も顕顕著であった
たが、SP5+HFFC

4.
4 生化学的検
検討

群の体重減少群
は小さかっ た。また、収収縮期血圧はは

18 週齢解剖
剖時に全採血血より得られれた血清を用用いCOONT 群では有有意差は認められなかった
たが、SP5+HFFCて、尿酸の血て血中濃度を測定した。

群では有意に減群減少した (図図 1)。

5.
5 精巣上体脂
脂肪と心筋のの CD68 免疫染
染色
解剖によっって得られた精巣上体脂肪
肪と心筋を、ホルマリンで室ル
室温 48 時間振振盪固定し、
パラフィンブパ
ブロックを作成しッした。その後、、薄切 (心筋筋：３μm、精精巣
上体脂肪：5μ上μm)、脱パラ
ラフィン処理、、抗原賦活化化処
理 (95℃・200 分間)、ブロッキング、一次抗体反
反応
(室温
(
60 分間
間)、標識二次次抗体反応 (室温
(
30 分間
間)、
発色・対比染発
染色 (室温 5 分間)、脱水、
分、透徹、封入入を行い観察した行
た。
6.
6 遺伝子学的的検討
1)
1 RT-リアル
ルタイム PCR 法による遺伝
伝子発現量のの測
定

2. 各脂肪重量
量の変化

解剖によっ
って得られた精巣上体脂肪
肪 150mg を、回腸間膜脂肪、、後腹膜脂肪
肪、精巣上体体脂肪、皮下脂脂

転式ホモジナ転ナイザーを用いてホモジナ
ナイズし、
Tottal肪の重量変化を肪を比較したとところ SP5+HF
FC 群で 4 か所
所

mRNA
m
を抽出し
した。次に、抽出した mR
RNA を 50ng/μμL

全ての脂肪重量
全量の低下が確確認された。一般的に、
一
HFFCに統一し、cDに
DNA に逆転写
写した。作成した cDNA をを鋳

食を与えると脂食
脂肪重量は増増加することが予想される
る。

型としてリア型
アルタイム PCCR を行い (シシャトル PCRR 法

いた control
しかしながら、し、本実験に用いl である WKY、、

（2）
- 11 -

NASH
N
疾患モデ
デルである SPP5 ラットとも
もに HFC 食をを加えた群では脂え
脂肪重量が有有意に低下したた。
3.
3 脂肪細胞のの CD68 免疫染色
脂肪細胞のの横断面積は SP5＋HFC 群で小型化し群した(図( 2)。各脂肪肪重量が SP55＋HFC 群で有有意に減少しした
原因は、脂肪
原
肪細胞の横断断面積が減少ししたことでああると考えられるとる。また、SP55＋HFC 群ではは、CD68 陽性性細胞 (マクロフファージ)の集集積が認められた （図 33）。
一般的に脂肪
一
肪細胞の炎症症は脂肪細胞のの肥大化にととも
なうといわれな
れているが、脂肪細胞の横
横断面積が減減少

5. アディポサ
サイトカインの遺伝子発現
現量したにもかかしかわらず、脂肪細胞に炎症症が惹起されれて悪玉アディポ悪サイトカインン (TNFα、IL-6、MCP-11)

いることが確い確認された。

の mRNA 発現量量は、増加傾向向を示した。
しかしながら
しら、
善玉アディポサ
善
サイトカインンである Adiponectine のmR
RNA 発現量の減少は認めらられなかったた。
6. 心筋の CD68 免疫染色
SP5+HFC 群ののみで CD68 陽性細胞 (マクロファー(ージ)の激しい集ジ集積が認められれ、心筋の炎炎症が促進してていることがわかいかった (図 55)。

7.腸間膜動脈ののオイルレッ
ッド O 染色
単離した腸
腸間膜動脈のの Oil red O 染色を行った
た
ところ、CONT++HFC 群では腸腸間膜動脈のの脂肪沈着は認認
4.
4 URAT-1 をを介した尿酸おおよび酸化ス
ストレス経路路

められなかった
め
たが、SP5+HFFC 群では腸腸間膜動脈の脂脂

血清尿酸値は血
は SP5+HFC 群で有意に増加
群
加した (図 44)。

肪沈着が認め
肪
られた。

また、
ま
URAT-11 の mRNA 発現
現量も SP5＋H
HFC 群で有意
意に
増加した。
増
さ
さらに、MAPK (p38)、NFκB、Cox2、PDGFaa、

8.糖代謝

MCP-1
M
の mRNAA 発現量は、複数の項目でで増加の傾向向がOG
GTT の結果より、に比べて SP5 群はグルコー
ー
CONT 群に認められた。
認

ス投与による血ス
血糖値の変化
化に有意な違違いは認められれ（3）- 12 -

なかった。
な
ITTT についてもも CONT 群に比比べて SP5 群
群はRAT-1 を介して心機能・血血管障害を増増悪させる可能能URインスリン投イ投与による血血糖値の変化にに有意な違いいは性が示唆された性た。

認められなか認
かった (図 6))。
【謝辞】【
最後になりま最したが、本研研究をご支援
援いただきまし
したウエスコ学術
た術振興財団にに深く感謝いいたします。
【参考文献】【
1. K Kitamoori, H Naiito, H Tammada et all.
Deevelopment ofo novel ratt model for high-fat anndhoogh-choleste
erol diet-iinduced ste
eatohepatitiisannd severe fib
brosis progrression in SHRSP5 / Dmcrr,
En
nviron. Heal
lth Prev. Meed., 17: 17
73-182, 20122.
2. K Kunimas
sa, C Miuraa, H Mori et al. Higgh
Su
usceptibilit
ty

Obese

of

Hypertensivve

SH
HRSP.Z-Leprf
fa/IzmDmcr RRats to Lipi
id Depositioon
inn the Mesennteric Arterry.

37: 1102-11044,

20010.
3. William Bal
ldwin, Steveen McRae, George Marek eteall.

Hyperuricemia

asaMediat
tor

of

thhe

Pr
roinflammato
ory Endocriine Imbala
ance in thhe【考察】Addipose Tissu
ue in a Murinne Model of thet Metaboliic

本研究で我我々は、NAASH の動物モ
モデルであ
ある

Sy
yndrome. Dia
abetes. 60: 1258-1269, 2011.

SHRSP5/Dmcr
S
ラットを用いいて、NASH 病態によって病て引き起こされるきる高尿酸血症症が脂肪細胞のの URAT-1 をを介して心血管系
し系に与える影影響について検検討した。そその結果、結 本疾患モモデルラットトが NASH によより高尿酸血血症を引き起こすをすことを確認できた。またた、高尿酸血血症
が脂肪細胞のがの URAT-1 を介して酸化ス
ストレスの上上昇を引き起こしをし、放出される悪玉アディィポサイトカカイ
ン量を増加さン
させることを証明した。そその結果としして心筋炎症の促心促進、動脈硬化の悪化を引引き起こす可可能性が示唆され性れた。また、これらの変化化は SP5+HFC 群
で収縮期血圧で圧が低下しているにも関わわらず惹起さされ、さらにさ
OGTT、ITT といった糖代謝の結結果から血圧
圧およびインスリよリン抵抗性に依存しないこことも明らかかになった。したな
たがって、NNASH の病態態を背景に持持つSHRSP5S
ラット
トにおいてもも、高尿酸血症症が脂肪細胞胞の（4）- 13 -

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
（概要）
これまでに、ヒトグリオーマ（神経膠腫）由来細胞株の腫瘍を安定して形成する担癌マウスモデルを作製することに成功した。このモデルマウスの腫瘍は CD44 を高発現している。本研究では、このモデルマウスを用
いてリポソームによる標的を試みた。
がん治療薬のドキソルビシンを高効率でリポソーム内に封入する技術を開発できた。また、グリオーマに特異的に結合するクロロトキシンタンパク質（CTX）にヒト IgG の Fc ドメインを結合したタンパク質（M-CTX-Fc）
をリポソーム表面に提示する方法も確立した。これらの技術を応用し M-CTX-Fc を表面に提示したドキソルビ
シン内封リポソーム（M-CTX-Fc-L-Dox）を作製した。M-CTX-Fc-L-Dox をヒトグリオーマ由来 U251MG-P1 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り、副作用を低減しながら CD44 タンパク質高発現細胞を特異的に標的する可能性を見出した。

を開発することを目的とした。DDS とは、必要な時

はじめに
グリオブラストーマは神経膠腫の中でも悪性度がだけに必要なだけの薬剤を患部へ特異的に送達する

高く、遊走能や浸潤能を有することが知られている。

医用技術であり、この DDS の開発により、より副

また、他のがんと同様に不均一な細胞集団を形成し、作用が少なく薬効の高い薬剤の開発に繋がると考え

がん幹細胞を含んでいることが判ってきた。がん幹られる。

細胞は自己複製能や多分化能、薬剤耐性、放射線治

クロロトキシンタンパク質はサソリ毒に含まれる

療耐性、造腫瘍能を有し、増殖を繰り返して分化を

36 アミノ酸からなるペプチドであり、正常細胞には継続することでがん細胞を生み出すため、再発や転結合することなく、ヒトグリオーマ細胞に特異的に移の原因となり、がんの根治を困難にする原因と考結合することが報告されている。当研究グループはえられている。

CD44 タンパク質を高発現しているグリオーマ細胞

CD44 タンパク質は、膜貫通型糖タンパク質であの U251MG-P1 細胞にクロロトキシンタンパク質がり、ヒアルロン酸レセプターとして知られている。

結合し、遊走能や浸潤能、増殖能を阻害すること、

この CD44 タンパク質ががん細胞では高発現し、がM-CTX-Fc は市販のクロロトキシンタンパク質よりんの転移に強く関わっていることが報告されている。

もこれらの効果が高く、安定していることを見出し

特に脳腫瘍、膵臓がん、前立腺がん、乳癌などのがたため、リポソーム表面に提示し たん幹細胞マーカーとして注目されており、CD44 タ

M-CTX-Fc-L-Dox を作製して、U251MG-P1 細胞を標

ンパク質の機能研究はがん研究において非常に重要的する試験を行った。

な役割を担っている。そこで本研究では、ヒト脳腫
瘍細胞株を用いて、CD44 タンパク質を標的するこ結果と考察とでがん細胞およびがん幹細胞の標的を行い、腫瘍

１．M-CTX-Fc-L-Dox の作製と評価。

に選択的かつ効率的に薬剤を輸送する薬剤輸送シス

ヒスチジンタグ、CTX、ヒト IgG ドメイン（hinge

テム、いわゆるドラックデリバリーシステム( DDS )なし）を融合した M-CTX-Fc タンパク質を大腸菌で（1）- 14 -

発現するプラ発
ラスミドを構構築して、大腸腸菌でこのタタン
パク質を作製パ
製して精製し、タンパク質
質のリフォーール
ディングを行
デ行った。この M-CTX-Fc を図１の様にをにドキソルビシン
キ
ンを内封するるリポソーム表面 上に提
提示
した。
し

図 2.ドキソ
ソルビシンのの細胞内取り込みの評価
図１．M-C
CTX-Fc をドドキソルビシンン内封リポソ
ソー
ム表面に提提示するイメーージ図。

上 段 ： 核 染 色 の み （ 対 照 区 ）、 中 段 ：M-CTX-Fc-L-Dox、下段
段：L-Dox。左：核の観察、
中央：ドキ
キソルビシン
ン由来の蛍光光観察、右：

この M-CT
TX-Fc-L-Dox、、および対照としてヒト IIgG
を表面提示しをした hIgG-L-D
Dox とドキソ
ソルビシンをを内封したリポソ封
ソーム L-Dox を作製してそその評価を行行っ

細胞障害性３．M-CTX-Fcc-L-Dox の細

た（表１）
た
。

遊離のドキソルビシン（（Dox、リン酸酸緩衝液（PBS
S）
溶液）
溶 、および L-Dox、M-C
CTX-Fc-L-Dox
x、hIgG-L-Doox

表１．ドキソ表
ソルビシンを内封したリポ
ポソーム
Formulation

Diameter(nnm)

Polydispersity
Index

Zeta
Potential(‐mV)

Encapsulation
Efficiency(%)

LooadingEffficiency
(%)

L‐Dox

133.4±12.7

30.09±0.03

8.13±2.32

97.5±3.1

3..4±0.1

M
M‐CTX‐Fc‐L‐Dox148
8.3±3.0

0.05±0.03
37.86±1.19

98.2±1.3

4..5±0.4

hIgG‐L‐Dox151
1.3±4.3

0.07±0.02
26.66±3.78

94.4±7.2

4..1±0.4

をそれぞれ、Uを
U251MG-P1 細胞に暴露しして、72 時間
間
後に
後 MTT assaay を行うこととによって、細胞障害性をを評価した。M評
CTX-Fc-L-D
Dox の効果がが最も高く、遊遊
離のドキソル離
ビシンと同等等の障害性をを示した。
一方方、短時間暴露した短
た後、細胞表表面の洗浄をを行って特異性性

直径が約 150 nm であり、ドキソルビ
ビシ
いずれも直

を評価したとこをころ、M-CTX
X-Fc-L-Dox が最も効率良良ンの内封率やン
や担持率、分分散性も DDS
S 試験に適ししてく U251MG-P1 細胞を障害害することがが明らかとなっっいることが分
い
分かった。

た。
た
これ らの結結 果を 基に 、 Balb/c-nu/n
nu マ ウ ス に

２．U251MG
２
G-P1 細胞へののリポソームムの取り込みみ評

U2
251MG-P1 細胞を移植した
細た担癌マウススを作製して
て、

価

腫瘍体積が
腫
100 mm3 に達しした時点で、ドキソルビシ
シ

M-CTX-Fc--L-Dox およびび L-Dox を U251MG-P1 細

ン量に換算してンて 10 mg/kg の Dox、および L-Dox、、胞に暴露して胞て、37°C、5%% CO2 の条件件で 1 時間静静置

M-CTX-Fc-L-D
M
Dox、hIgG-L
L-Dox、PBS をそれぞれ尾尾した後、核をしを染色し、蛍光顕微鏡下でで観察を行っった

静脈から血中投静投与した。ささらに、投与与試験開始から
ら

（図 2）
。L-D
Dox では細胞内のドキソル
ルビシンは殆殆ど

7 日後と 14 日後にも同量ををそれぞれ投投与し、合計３３

観察されなか観
かったが、M--CTX-Fc-L-D
Dox では細胞
胞内回の血中投与を回を行った。体体重と腫瘍体体積を経時的ににおよび核にドおドキソルビシン由来の蛍光光が観察されれた。

測定し（図３，測
４）、１回目の投与からら 20 日後に腫腫瘍を摘出して、瘍、その体積をを比較した（（図４）。

（2）- 15 -

マウスを用いた試験で は全試験期間間を通して、、
M-CTX-Fc-L-D
M
DOX 投与にによる腫瘍の治
治療効果が最最も高く（図４.A
も
A,□）
、投与開
開始時と比較
較して腫瘍体積積は殆ど変化が認は認められなかかった。摘出出した腫瘍から
らも投与群におけもける効果の差差は顕著でああった（図４．
B））。
なお、動物実験な験は岡山大学
学動物実験委
委員会の審査とと承認を受けて承（承認番号 ：OKU-20160
078）行った
た。
３．まとめ
図３．マウ
ウスの体重変変化

シンを内封しした immuno--liposome の作
作
ドキソルビシ製に成功し、
製
U251MG-P1U
細細胞を用いた in vitro, in vivvo

Dox 投与群
群ではマウス
スの体重減少がが著しく、200%での試験によっでって、副作用用を低減しなながら CD44 高

近く減少して近ている（図３．▲）一方 M-C
CTX-Fc-L-DO
OX

発現細胞を特異発
異的に標的すすることが可可能であることとでは体重の減で減少は 10%以以下に抑えられ（図３．□□）、が分かった。こがこれまでに C
CD44 と反応応する抗体の作
作

リポソームをリを用いることで、副作用をを有意に抑ええる

製法も確立して製ているため、グリオブラストーマのみ
みことが出来るこ
ると考えられた。

ならず、悪性度な度が高いと考考えられる CD44
C
タンパク
ク
質高発現がん細質細胞、およびびがん幹細胞胞を標的するリリA

ポソームの開発
ポ発が可能にななった。
謝辞
謝
本研究課題の推本推進にご支援
援いただいたたウエスコ学術
術振興財団に深振く感謝いたしします。
本研究助成によ本よる研究成果果に関する発発表
MahmudM
H, Kaasai T, et al.
“T
Targeting Gliooblastoma Ceells Expressinng CD44 witth
Liiposomes Enccapsulating D
Doxorubicin anda DisplayinngChhlorotoxin-IgG
G Fc Fusion Protein”. Inteer. J. Mol. Scci.
19
9(3), 659 (2018).

B

参考文献
参
Vaaidyanath A, KasaiK
T, et al..“Hyaluronic Acid MediateedEnnrichment off CD44 Exprressing Gliob
blastoma Stemm
Ceells in U251M
MG Xenograaft Mouse Moodel”. J. Stemm.
Ceell. Res. Ther. (20117) 7, 38
84.
DO
OI:
10
0.4172/2157-7
7633.10003844
Shhigehiro T, Kasai
K
T,et al. Efficient Dru
ug Delivery ofoPaaclitaxel Gly
ycoside: A N
Novel Solubbility Gradiennt
En
ncapsulation into Lipposomes Coupled witthIm
mmunoliposom
mes
Prepaaration.
PLoS
P
One.
20
014;9(9):e1079
976. doi: 10.1 371/journal.pone.0107976.

瘍体積の変化化
図４．腫瘍（3）- 16 -

時空間制御可能な神経分化制御法の開発
岡山大学大学院自然科学研究科
渡邉 和則
再生医療において臓器や器官を効率良く作成するには、効率良く細胞分化を誘導する必要がある。現在、この課題を解決するために、マイクロ RNA (miRNA) を用いた細胞分化の誘導が試みられている。しかし、miRNA
による細胞分化誘導効率が低く、miRNA の細胞内導入に用いられるウイルスベクターやリポフェクション試薬には安全性や細胞毒性などの問題を抱えている。そこでこれらの問題を克服するために、我々が開発した光誘
導 RNA 導入法 (PCDR 法) に着目した。PCDR 法は低毒性で、複数回 miRNA を細胞内に導入することができる。そこで本研究では、PCDR 法で複数回また、複数の miRNA を細胞内に導入することで神経分化誘導効率の改善を試みた。
まず神経分化誘導時間依存的に発現上昇する miRNA の同定及び、miR-664a-5p が神経分化に関与することを明らかにした。次に、miRNA の前駆体である pre-miRNA を PCDR 法で細胞内に二回導入することで低効率だが神経分化が誘導されたことを明らかにした。さらに、PCDR 法で複数の miRNA を特定の順番で細胞内に導入することで神経分化誘導効率が改善することが示唆された。

【はじめに】

miRNA を用いた細胞分化誘導は利点がある一方再生医療において、臓器や器官を効率良く作成すで、問題点も抱えている。miRNA を細胞内に輸送することが求められている。臓器などを効率良く作成るための方法として、ウイルスベクターや RNA 導

するには空間的に細胞分化を制御し、効率良く細胞入試薬が用いられるが、これらの方法は安全性や細分化を誘導する必要がある。現在、薬剤処理による胞毒性などの問題点を抱えている。また、単一の細胞分化の誘導が主流であるが、薬剤自身および薬

miRNA を用いることが多いため、細胞分化誘導効率剤代謝産物が毒性を示す可能性があるため、新規化が低い問題点も抱えている。

合物の探索や異なったアプローチ、例えば低分子

我々は新たな細胞内 RNA 導入法として、光誘導

RNA を用いた細胞分化の誘導が試みられている。

RNA 導入法 (PCDR 法) を開発している(2, 3)。PCDR

細胞分化を制御する低分子 RNA としてマイクロ法は、光照射した細胞のみに RNA を輸送できる。

RNA (miRNA) が報告されている。miRNA は細胞分

また PCDR 法はタンパク質が RNA キャリアとして化時に発現変動することで、miRNA の標的 mRNA

働くことから、安全性も高く RNA 導入試薬であるの発現量を制御することで細胞分化を制御している

リポフェクション試薬よりも低毒性である。そのたことが報告されている。例えば、神経分化時にめ、PCDR 法は連続的に複数の RNA を細胞内に導miR-10a が発現上昇することで SFRS1 タンパク質の入することができる。

発現を減少させることで神経分化が誘導されている

PCDR 法のもう１つの利点としてコストが挙げら(1)。また、細胞分化時に発現上昇する miRNA を細胞れる。22 塩基ほどの miRNA は化学合成によって得内に導入することで細胞分化を誘導できることも報られることが多いため、miRNA は高価な試薬の１つ

告されている。細胞分化時に発現している miRNA

で あ る 。 PCDR 法 は miRNA の 前 駆 体 で あ るを用いた細胞分化の誘導は、薬剤よりも副作用の少pre-miRNA を用いることができる。Pre-miRNA は 65

ない分化誘導法だと考えられており、miRNA は細胞〜90 塩基ほどあることから、酵素反応で調製するこ分化誘導試薬として注目されている。

とができるため、比較的安価で大量に取得すること（1）- 17 -

の結果、分化誘導後 2 日目と 14 日目で発現量が増加ができる。
本研究では、miRNA による神経分化効率を上昇さし続ける miRNA（グループ１）、分化誘導 2 日目にせるために、PCDR 法を用いて神経分化に関与する発現量が上昇し、14 日目も 2 日目と同程度発現してpre-miRNA を複数回導入することで、効率良く神経いる miRNA（グループ 2）、分化誘導 2 日目では発分化が誘導できるのか検討した。また、複数の現量が変化しないが 14 日目に発現量が増加する

pre-miRNA を細胞内に導入することで、効率良く神miRNA（グループ 3）を同定した(4)（図 1A, B）。

経分化が誘導できるのかも検討した。
2. miR-664a-5p が神経分化を誘導する【結果と考察】

グループ２に属する miR-664a-5p、グループ 2 に

1. 神経分化誘導時間に依存して発現変動する

属する miRNA はこれまでに神経分化に関与するこmiRNA の同定とが報告されていない。そこで、miR-664a-5p が神

我々はまず、神経分化誘導時間依存的に発現変動

経分化に関与しているのか明らかにするために、する miRNA を同定するために、ヒト神経芽腫細胞

miR-664a-5p mimic をリポフェクション試薬を用いである SH-SY5Y を神経分化誘導試薬であるレチノて細胞に導入することで神経分化が誘導されるか解イン酸処理後、マイクロアレイと定量 PCR を用いて析を行った。その結果、miR-664a-5p を細胞に導入

神経分化誘導時の miRNA の発現解析を行った。そすることで神経分化を誘導することができた。このことから、miR-664a-5p が神経分化に関与している
ことが明らかになった(4)。
3. PCDR 法による単一の pre-miRNA 輸送による神経分化誘導
miRNA による神経分化誘導効率は低い。この問題を改善するためには、miRNA を複数回細胞に輸送することで改善するのではないかと考えた。そこで、RNA を複数回輸送することができる PCDR 法に着目した。PCDR 法はヘアピン構造を有する RNA を細胞内に輸送することができるが、ヘアピン構造を有さない miRNA を細胞内に輸送することはできない。
そこで我々は miRNA の前駆体である pre-miRNAを用いることにした。pre-miRNA はヘアピン構造を有しており、酵素反応で調製することができるという利点がある。
次に PCDR 法で輸送する miRNA を検討した。これまでに神経分化を誘導することが報告されている
miR-9-3p、miR-124-3p、miR-125-3p、miR-132-3p、申請者らが発見した miR-664a-5p に注目した。
miR-124-3p、miR-132-3p、miR-664a-5 はグループ 2に属していることから、神経分化を短時間に誘導できると考えたからである。
ま ず 、 miR-9-3p 、 miR-124-3p 、 miR-125-3p 、（2）- 18 -

miR-132-3p、mm
miR-664a-5p の前駆体を試試験管内転写写で調製した（図調
図 2）。その後、PCDR 法でで pre-miRNA
Aを二回ずつ細胞
二胞内に輸送後後、神経分化
化マーカでああるMAP
M II を用い
いて免疫染色色を行い、神経
経分化誘導効効率を検討した。
をそ
その結果、神経分化誘導効
効率は低いがが、
pre-miR-9、pppre-miR-124、pre-miR-125
5、pre-miR-1132
で神経分化がでが誘導された。

今後は、PCDDR 法で輸送
送する pre-miR
RNA の種類とと驚いたこととに pre-miR-6664a を細胞にに輸送するここと

回数を増やすこ回ことで神経分分化誘導効率率が改善するかかで細胞死が誘で誘導されていた。そのためめ助成課題とと少試みる予定であ試ある。また、PCDR 法はは光照射した細細し離れてしましまうが、現在 pre-miR-664aa がどのよう
うに

胞にのみ
胞
RNA
A を輸送す ることができる。そこででして細胞死をしを誘導しているのか解析をを進めているる。

PC
CDR 法と pree-miRNA を用用いて空間的
的に神経分化のの誘導を制御する誘
る予定であるる。

4.
4 複数の pree-miRNA を用用いた神経分分化誘導
様々な順 番で pre-miiRNA を導入
入すること で【謝辞】【

pre-miR-9、pppre-miR-124、pre-miR-125
5、pre-miR-1132

本研究課題のの推進にご支支援いただいいたウエスコ学
学

による神経分に分化の誘導効率を改善でききるのではなない術振興財団に深術
深く感謝いたたします。

そこで、図 3 の pre-miRNかと考えた。
かNA の組み合合わ
せで神経分化
せ化が効率良く誘導されるののか検討を行
行っ【研究成果発表【表】

た。その結果た果、幾つかの組み合わせににおいて神経経分

渡 邉 和 則 、山 路 隆 平 、 大 槻 高 史、 “ マ イ ク ロ

化誘導効率が化が改善した 。このことから、複数数のRN
NA-664a-5p は SH-SY5Y
Y の神経分化化を誘導する
る”

miRNA
m
を特
特定の順番で細細胞内に導入入することでで神日本分子生物学学会、(2016))

経分化誘導効経効率が改善すすることが示唆唆された。
渡邉和則、山路渡
路隆平、大槻
槻高史、“MiR
R-664a-5p は神神経分化誘導に重経重要である” 日本 RNA 学会、(20177)

【まとめ】
神経分化時
時間に依存した miRNA の同定と、神の神経分化を誘導す分する新規の miRNAm
としてて miR-664a--5p

縄稚朋子、渡邉縄
邉和則、大槻
槻高史、“Pre-m
miR-664a を用用を同定するこをことができた。また、PCD
DR 法を用いいていた光依存的ないな細胞死の誘誘導” 日本分分子生物学会
会、

複数の
複
pre-m
miRNA を細胞胞内に導入することで、特特定(2017)の組み合わせのせの時に神経経分化誘導効率率が改善されれた。
また、驚いたまたことに pre-m
miR-664a が細細胞死を誘導導す【参考・引用文【文献】

ることも明らる
らかになった。

(1) Meseguer, S., Muddul
uluru, G., Esscamilla, J.M
M.,（3）- 19 -

Allgayer, H. & Barettino, D. (2011) MicroRNAs-10a and-10b contribute to retinoic acid-induced differentiation ofneuroblastoma cells and target the alternative splicing
regulatory factor SFRS1 (SF2/ASF). J Biol Chem 286,
4150-4164.
(2) Endoh, T., Sisido, M., Ohtsuki, T. (2008) Cellular siRNAdelivery mediated by a cell-permeant RNA-binding protein
and photoinduced RNA interference. Bioconjug Chem 19,
1017-1024.
(3) Matsushita-Ishiodori, Y., Morinaga, M., Watanabe, K.,
Ohtsuki, T. (2013) Near-infrared light-directed RNAi
using a photosensitive carrier molecule. Bioconjug Chem
24, 1669-1673.
(4)

Watanabe K, Yamaji R, Ohtsuki T. (2018)

MicroRNA-664a-5p promotes neuronal differentiation of
SH-SY5Y cells. Genes Cells 23, 225-233.

（4）- 20 -

キラルナフトキノン類の合成と光学特性スイッチング
岡山大学大学院自然科学研究科
高石 和人
近年、円偏光発光性 (CPL) が注目され、国内外で有機 CPL 色素の開発研究が活発である。その多くはヘリセン類、シクロファン類、螺旋ポリマーであり、既存の発光色素を CPL 色素に変える手法は限られていた。
本研究ではキラルナフタレン四量体を用いて、発光団としてよく知られているピレンに CPL を付与することを目指した。キラル軸が連続する (R,R,R)-ナフタレン四量体にピレン環をエステル結合を介して八つ導入した
ところ、ピレン由来の非常に強いエキシマー CPL が観測された。理論計算により、この強い CPL は隣接す
るカルボニル基同士およびピレン環同士の立体反発によって生じる、キラルなエキシマー形成に因ることが明らかになった。

【1. はじめに】Scheme 1. Synthesis of (R,R,R)-1.

近年、キラル光学特性の一種である円偏光発光性R(CPL) が注目されており、有機 CPL 色素の開発研

R

R

R

R

-R =

O
O

究が盛んである。ヘリセン類、シクロファン類、螺R

旋ポリマーを中心に研究が展開されている。

(R)-2

(R)-3

OH

OBu

体の研究を進めている。本骨格をキラルな足場とし

OBuて捉え、より汎用性に優れた CPL 色素の開発を目OHHO指した。各ナフタレン環には置換基の導入が可能でBuOあり、置換基を発光団とすると発色団はキラルな環境に置かれる。それに伴い発光団由来の CPL が観測できるのではないかと考えた。発光団として、よ

R

OH

OBn

一方で我々はキラル軸が連続するナフタレン多量

OHii) BBr3
CH2Cl2RHOi) H2, Pd/C
1,4-dioxane
EtOH, 83%

OH

O

R

6
HO
HO

EDC, DMAP, DMF
66% (2 steps)

R

R
R

R

BuO

HO

BnO

HO

R

(R,R,R)-5(R,R,R)-1(R,R,R)-4

く研究されているピレンを選択し、以下の研究を行った。
【3. ピレン多置換ナフタレン四量体の光学特性】【2. ピレン多置換ナフタレン四量体の合成】

Figure 1 に吸収と円偏光二色性 (CD) スペクトル(R,R,R)-ナフタレン四量体に八つのピレン環がエを示す。1–3 の吸収スペクトルの形状はほぼ同一でステル結合により連結した (R,R,R)-1 と、対照化合あり、ナフタレンと 1-オキシカルボニルピレン類の物としてビナフチル (R)-2 と (R)-3 を設計した。

スペクトルの足し合わせとなっていた。これは少な(R,R,R)-1 は以下のように合成した (Scheme 1)。ビナ

くとも基底状態ではナフタレン環とピレン環は独立

フチル化合物から誘導した (R,R,R)-4 を脱ベンジルしており、また、ピレン環は単量体として存在して化と脱ブチル化してオクタヒドロキシ体 (R,R,R)-5いること示している。CD スペクトルではピレン環を調製した後、1-ピレンカルボン酸 (6) と縮合させ由来の吸収波長 (320–430 nm) 領域で正の分裂型のることで収率良く (R,R,R)-1 が得られた 。(R)-2 とシグナルが観測された。これはピレン環が時計回り(R)-3 も対応するヒドロキシ体から合成した。

の関係に位置していることを示している。

（1）- 21 -

Figure 3. FL of 1 in CH2Cl2 (λex = 355 nm).

2(IL – IR)/(IL + IR) で表される。これらの glum はピレ

Figure 1. UV-Vis and CD spectra of 1–3 in CH2Cl2.

ン誘導体としても、有機化合物としても最高水準である。(R,R,R)-1 は固体でも消光せず、ある程度の続 い て 蛍 光 と CPL ス ペ ク ト ル を 測 定 し た

glum を保持していた (ΦFL = 0.28, glum = +5.3 × 10–3)(Figure 2)。また、1 の発光の様子を Figure 3 に示す。

(Figure 4, (R)-2 の CPL スペクトルはノイズが大き(R,R,R)-1 (ΦFL = 0.25) と (R)-3 (ΦFL = 0.24) では主にいため示していない)。

ピレンのエキシマー発光が、(R)-2 (ΦFL = 0.79) では
主にモノマー発光が観測された。このことから、同じナフタレン環に結合したピレン環同士が効率良くエキシマーを形成し、軸を隔てたピレン環はエキシマーを形成しにくいことが明らかとなった。CPL ス
ペクトルでは、(R)-2 は有意なシグナルを示さなかったが、(R,R,R)-1 (glum = +0.034) と (R)-3 (glum =+0.013) が強い正のシグナルを示した。異方性因子
glum は、CPL の効率の指標となる値で、左円偏光発
光強度 I L と右偏光 発光強度 I R を用いて、

Figure 4. FL and CPL spectra of 1–3 in the solid state(λex = 355 nm, ΔI = IL – IR).

【4. 理論計算による CPL 発現機構の解明】
次に (R,R,R)-1 の CPL 発現機構を予想した。理論計算により得た最安定構造では、同一のナフタレン
環に結合しているピレン環は時計周りに位置し、上述の CD スペクトルの結果と矛盾が無かった
Figure 2. FL and CPL spectra of 1–3 in CH2Cl2 (λex =(Figure 5)。これには以下の 2 つの要因が考えられた。

355 nm, ΔI = IL – IR).

(1) 隣り合うカルボニル酸素は互いに反発し反対を（2）- 22 -

向く。(2) 軸を隔てたピレン環同士 (R2 と R3, R4 とR5, R6 と R7) は立体反発によって離れて位置する。
このように複数のカルボニル酸素とピレン環の存在によって強固な立体配座を構築しているようであった。これは主に高分子研究で議論される
sergeant-and-soldiers 効果に因るものと考えている。
誌面の都合上、詳細は省くが、カルボニル基の向きやピレン環の向きを一部または全部反転させた立体
配座を約 20 個計算したが、それらの不安定さは顕著であった。また、カルボニル基の必要性を調査するため、エーテル結合 (–CH2O–) でピレン環が連結した擬似体を合成したが、やはり CPL は発現しな

Figureかった。(R,R,R)-1 の安定構造から抜き出したジピレ(CAM-B3LYP/6-31G(d,p)).

6.

TD

DFT-optimized

structureof7

ニル体 7 の励起状態の構造を予測したところ、
およ
そ基底状態の構造を維持し、ピレン環が時計回りに位置するエキシマーが得られた (Figure 6)。つまり【5. まとめ】(R,R,R)-1 の強い CPL は、複数のカルボニル基とピキラルナフタレン四量体に八つのピレンユニット

レン環が連続することによって生じる、キラルなエを導入した。本化合物は溶液および固体状態におい

キシマー形成に因るものであると結論付けた。

て、ピレンのエキシマーに由来する強い CPL を示した。この強い CPL は隣接するカルボニル基同士
およびピレン環同士の立体反発によって生じる、キ
ラルなエキシマー形成に因るものであることが明ら

right-handed chir ality
R4
R3

top view

かになった。今回、発光色素を CPL 色素に変える手法を開発した。本法に適用するキラル骨格はビナ

R1R6フチルでは不十分であり、ナフタレン四量体であるからこそ成し得た結果である。
R2
5

R

【謝辞】
8

本研究の遂行に対して助成を賜りました公益財団

R

R7

法人ウエスコ学術振興財団に深く感謝申し上げます。
R1

side view【本助成による発表論文】
R3“Intense Excimer CPL of Pyrenes Linked to a

R2

Quaternaphthyl”

R5

Kazuto Takaishi, Ryosuke Takehana, Tadashi Ema.

R7

Chem. Commun. 2018, 54, 1449–1452.

R6

R8Figure 5.
DFT-optimized structure of (R,R,R)-1(CAM-B3LYP/6-31G(d,p)).
（3）- 23 -

Simple Alignment Sentence Classification for Aspect-Based
Sentiment Analysis（所 属）岡山大学 自然科学研究科（氏名）新妻 弘崇（ 概 要 ）文書には書き手の様々な感情が含まれており，それらの極性を特定するのが文書分析のタスクの一つである. 一般に，これは文書中に含まれる観点を予測し，それに対する感情の極性を予測するというタスクであり，Aspect-Based Sentiment
Analysis と呼ばれる.本研究では Aspect-Based Sentiment Analysisを行う単純な
neural networkを提案する．このneural networkは実質，調節すべきパラメータが1つしかない単純なものであるにもかかわらず，近年提案されたrecurrent neuraln e t w o r k の 複 雑 な 手 法 よ り も 高 い 性 能 を 発 揮 す る ．

めは，抽出した aspectに対する positive/negativeの感情の
文章の感情情報の推定は，多数の応用が存在する 推 定 で あ る ． こ の 2 つ め の タ ス ク は sentiment
重要なタスクである [1, 2]．このタスクは一般的には identification とも呼ばれる．1つめの aspect の抽出に対しsentiment analysis[3] または opinion mining[4] と呼ばれてい て，我々はそれまでのベストな手法 [5, 6, 7, 8, 9, 10] を上る．sentiment analysis[1, 2] とは具体的には，与えられ まわる recurrent neural network (RNN) に基づく手法 [11]た 文 章 を 入 力 と し て ， そ の 文 書 の 感 情 と し て を提案した．その従来のベストだった手法は，特positive/negative のどちらかを推定するタスクである． 徴エンジニアリングを多用する対象のベンチマー
し か し ， sentiment analysis は 単 純 に 文 章 の クに特価した性質を利用している可能性のある，
positive/negative のみを推定する単純なタスクであるた 汎用性の点で劣る手法であった．我々の RNN に基め，多くの情報が抜け落ちている．一般的に文章に づく手法 [11]は特徴エンジニアリングをほぼ利用しなは様々観点において positive/negative の感情が混在して い汎用的な neural network で従来の手法を SE16T5S1 のいる．Aspect-based sentiment analysis (ABSA)[4] は，こ aspect 抽出についてのベンチマークで上まわった．我々の様々な観点に対する感情の推定をするタスクである． のRNN モデルはCollobert
例として次のレストランのレビューを考えてみよう． らの neural network[12] と類似したものであった．
Collobert らの neural network は文の断片をスライディ“Food is good, but attitude of clerk is so rude.”
ングウィンドでスキャンして，そのスキャンした文のこのレビューは “food” については positive の感情を 断片を n-gram の集合として neural network に入力する
持 っ て いる ．し か し “attitude of clerk” については というものであった．
negative の感情がある．ABSA とはつまり，このような
SE16T5S1 のベンチマークにおける 2 つめのタスク
文章が与えられた時に，“food” の aspect（観点）につい で あ る sentiment identification に 対 し て は ， 多 く のて positive であり，“attitude of clerk” については negative neural network を使った比較的汎用的なアプローチがである，という複数の感情を推定するタスクである．
行なわれてきた [13, 14, 15, 16]．このタスクについては
本研究では，ABSA を行なう neural network のモデ sequential convolutional neural networks(CNNs)[12, 17] とルを提案する．また提案したモデルを SemEval 2016 呼ばれる仕組みがうまく
Task 5 Subtask 1 (SE16T5S1) 1 の ABSA の働くことが報告されている．特に [14, 13, 18] は，
ベンチマークを使って評価し，他の手法と比較する． ABSA のベンチマークで非常に良い結果を達成してSE16T5S1 のベンチマークは次の2 つのサブタスクか いる．一般的に自然言語処理のタスクでは neuralら構成される．1 つめは aspect の抽出である．2 つattention と呼ばれる仕組みを使うと精度を向上する傾向がある．RNN と neural-attention の両方を使っ
1http://alt.qcri.org/semeval2016/task5/

1- 24 -

て ABSAを行なった研究としては [16]がある．しかし， <Opinions>
この研究は SE16T5S1 のベンチマークで良い結果を出<Opinion target="wine list"
すことはできていない．
category="DRINKS#STYLE_OPTIONS"
polarity="positive" />我々は，CNN と RNN を適切に組合せた recur- rent
<Opinion target="wine list"
convolutional network (RCNN) による ABSA の推定方法
category="DRINKS#PRICES"[11] を 提 案 し た ． こ の RCNN は Col- lobert ら のpolarity="positive" />RNN[12] に CNN を組み合わたものである． RCNN</Opinions>
は ABSA 以外にも多くのタスクで良い結果をあげている: 文字ベースの文書分類 [19], 画像分類 [20], 動画
ここで<Opinions> は意見の集合を表している．1の感情推定 [21] などで高い性能を発揮している．し つのレビューが複数の意見を含む場合があるため，
かし，RCNN には調節しなければならないパラメー 意見は複数の場合も推定しなければいけないタスク
タが非常に沢山あるという問題が存在している．
となっている．そのため <Opinions>タグは意見の集合
本研究では，調節しなければならないパラメータ を表すことになっている．一方<Opinion>は単独の意見が実質 1 つしかない単純な neural network を提案し， を表している．<Opinion>は対応する文中の単語
これが従来の RNN や CNN よりも高い精度を達成できることを示す．これは，パラメータ調節の手間 target, その aspect が含まれるカテゴリ categoryがかかる分について減点を導入するならば従来の ，その aspect についての感情極性 polarity の情報を持つ．対応する文中の単語が存在しない場合には様々な手法を上まわる手法であると言える．
target は “NULL” と な る ． polarity は positive,
negative, neutral のどれかとなる．また一つの単語に複数の意見が含まれる場合もあるため，この例の場合の
1 タスクの設定
ように target に同じ単語が複数表われる場合もある．
1.1 データセット
target が “NULL” の場合は implicit aspects, そうでない場合は explicit aspect[18, 10]とも呼ばれる場合がある．
SE16T5S1 は様々な言語で書からたレビューのデータセットである．データセットのレビューには、as- pect を表わす単語とその極性のデータが付加されている．こ 1.2 Sentiment Polarity Identificaの付加されたデータはレビューアの意見の要約と考え
tion Task
ることもできる．本研究は英語のレストラ本研究ではSentiment Polarity Identification Task に我々の提案する neural network を適用して評価する．このタス
クは SE16T5S1 の slot3 とも呼ばれる
ンのレビューのデータのみに注目して実験を行なう． タスクである．slot3 は aspect と，そのカテゴリが
この英語のレストランのレビューのデータは，学習用に 2,000 のレビュー，テスト用に 676 のレビューから構成されている．それぞれのレビューには前述の付
加データが与えられている．以下に例を示す．以

既に検出されている場合に，最後の感情極性を推定するタスクである．

下の英文はレストランレビューデータの 1 つである． 2“The wine list is interesting and has many good values.”
このレビューには以下の XML 形式の付加データがSimple Alignment Sentence
Classification

Sentiment Polarity Identification Task 即ち Task3 の問題を推定するために，我々は図 1 に示す単純な neuarl
network を提案する．この neuarl network

与えられている．

2- 25 -

3を 以 下 で は simple alignment sentence classification(SASC) と呼ぶこととする．
SASC のモデルの詳細は以下の様である．SASC の
入力は単語の word vector の列である．入力された文の i 番目の単語の word vector を xi ∈Rd であらわす．
ここで d は word vectorの次元である．この時，文は以
下の word vectors が並んだ列で表現される．

X = x1

x2...

我々は SASC モデルを cross-entropy loss が最小となる
ように Adam optimizer[22] を使って学習した． Adam
optimizer のパラメータは[22] と同様に設定した．行列 Vと W は初期値を乱数で設定した．word vector X は
GNC を使って事前に学習した 300 次元のクトルが公開されており，これを利用する．word vector は初期値を前述のように適切に設定した後に， 学習によって変化させる．学習は SE16T5S1 の英語レストランレビューの学習用 2,000 のレビューを用いて行なう．学習後に同データセットのテスト用 676 レ
ビューを用いて精度の評価を行う．epoch の回数は 8に固定した．これは他の word vector を使った場合にも
epoch=8 の場合が常に最良となるため，この値に設定
した．

(1)

xL

ここで L は文の長さである．この入力から SASC は[]感情極性を以下で推定する．

y = softmax(W · X · αT )(2)

ここで y ∈ R3 は感情極性の確立分布である．y は推定される感情が { positive neutral negative} どれであるかの確率を示している:

y = (P (positive), P (neutral), P (negative))T

実験

(3)

3.1

CNN model

W ∈ R3×d は入力された文から，推定したい感情極
比較のために CNN のモデルも評価する．この比性 { positive neutral negative} への射影行列である．α ∈ 較する CNNモデルは [17]のモデルに基づいたモデル
RL は attention weights である．attention weights α は次 である．この CNN モデルの詳細は以下のようであで計算する
る．
α = softmax(XvaT )感情極性の確率分布は以下で与えられる．

(4)

y = softmax(W · z + b)

ここで va ∈Rd は推定したい aspect categories を表現
する embedding のベクトルである．本研究で扱うデータ
では aspect categories として 12 種類のカテゴリが現れる．なので全てのカテゴリ va: を以下の行列で表現する．

[
V = v1]v2... v12(6)y ∈ R3 は推定される感情が { positive neutral
negative} どれであるかの確率を示している:
y = (P (positive), P (neutral), P (negative))T

(5)

(7)

ここで

このモデル実質 1 つのパラメータ d しか調節する必z = max Z

要のないモデルである．d は word vector の次元であ(8)

Z = ReLU(C)る．もし適切な word vector が事前に与えられている

conv

C =W
[
X = x1場合には，d は固定値となり，このモデルにはパラ
メータは存在しない．以下の実験では Google News

(9)

X +b
x2

...

conv

]
xL

(10)
(11)

Corpus(GNC)2 を使って学習された 300 次元のな word
vector を利用するため，この場合，提案とした．W conv は convolution演算を表している．

モデルにはパラメータは存在しない．

convolution は近傍 3 単語について 128 channel の2https://code.google.com/p/word2vec/

3- 26 -

Aspect Category

FOOD#QUALITY

Category Vectorv(FOOD#QUALITY)

Softmax

attention
Sentiment Polarity
of Input Sentence

The food is good …
Review Sentence

Fully-connected
Layerx(The)
x(food)x(is)…

Softmax

positive

Word Vectors

図 1: Simple alignment sentence classification

convolutionを行った．この convolution の計算結果 がC ∈R(L−2)×128 である．bconv ∈ R128 は，このconvolution 演算の bias である．convolution の計算 結果はReLU に適用された後に Max pooling される． 最後に (6)表 1: model comparison

式で感情極性の確率分布が計算される． このモデル
は aspectのカテゴリについて考慮してい ないモデルとなっている．aspect のカテゴリを考慮 しない方が高い精度を示すことが実験によりわかって いるため，比較対象としてこのモデルを選んだ．

methodaccuracy

sec/epoch

SASC
CNN
LSTM
ATAE-LSTM

0.835
0.814
0.790
0.819

0.82
2.45
13.8
15.2

3.2 RNN model

間の点で非常に有利な手法であることがわかる．こもう 1 つの比較対象として[23] の RNN モデルを評価 の結果から ATAE-LSTM, LSTM, CNN などの複雑なする． [23] は attention の機構を導入した LSTM の neural network は ABSA には不要で単純なものだけでneural network であり，attention-based LSTM with aspect 十分である可能性が示されている．
embedding (ATAE-LSTM) model と 呼 ば れ て い る ．
attention の値は SASC と同様に aspect category によって変化するようにする．また比較のために attention の機 4Conclusion
構のない単純な LSTM についても評価する．

SASC はABSAを高い精度で推定できる単純なモデ3.3 実験結果

ルである．その精度は従来のRNNを上回る．また計

表 1 に比較実験の結果を示す．比較は計算時間についても行なった．実験は Intel i5 5300U の CPU を使って行った．Deep Learning のフレームワークとしては TensorFlow を使った．
実験結果は SASC が精度，計算時間共に比較手法を上まわっているのがわかる．特に計算時間は SASCの計算時間は ATAE-LSTM の 1/20 であり，計算時

算時間も20倍近く高速である．最も重要な特性は調
節 す べ き パ ラ メ ー タ が 実 質 存 在 し な い neuralnetwarkである点である.

4- 27 -

参考文献

on Semantic Evaluation (SemEval 2015), Den- ver,Colorado, Association for Computational Linguistics(2015) 767–771[1] Cambria, E., White, B.: Jumping nlp curves: A review
of natural language processing re- search [review article].
IEEE Computational Intelligence Magazine 9 (2014)48–57[8] Toh, Z., Su, J.: Nlangp: Supervised machine learning
system for aspect category classifica- tion and opinion
target extraction. In: Pro- ceedings of the 9thInternational Workshop on Semantic Evaluation (SemEval
2015), Denver, Colorado, Association for Computational
Lin- guistics (2015) 496–501[2] Cambria, E.: A ective computing and senti- ment
analysis. IEEE Intelligent Systems 31 (2016) 102–107[3] Nasukawa, T., Yi, J.: Sentiment analysis: Capturing
favorability using natural language processing. In:
Proceedings of the 2Nd Inter- national Conference on
Knowledge Capture. K-CAP ’03, New York, NY, USA,ACM (2003) 70–77[9] Hamdan, H., Bellot, P., Bechet, F.: Lsislif: Crf andlogistic regression for opinion target extraction andsentiment polarity analysis. In: Proceedings of the 9thInternational Workshop on Semantic Evaluation (SemEval
2015), Den- ver, Colorado, Association for Computational
Linguistics (2015) 753–758[4] Liu, B.: Sentiment analysis and opinion min- ing.
Synthesis Lectures on Human Language Technologies 5(2012) 1–167[10] Poria, S., Cambria, E., Gui, C., Gelbukh, A.: (A rule[5] Toh, Z., Su, J.: Nlangp at semeval-2016 task 5: Improving
based approach to aspect extraction from productaspect based sentiment analysis us- ing neural network
reviews)features. In: Proceedings of the 10th International
Workshop on Semantic Evaluation (SemEval-2016), San [11] Asakura, R., Niitsuma, H., Ohta, M.: Re- current
neural networks on convoluted word vectors for aspectDiego, Cali- fornia, Association for Computational
based sentiment analysis. (In: Computational Linguistics
Linguis- tics (2016) 282–288
and Intelligent Text Processing: Proceedings of the 18th
[6] Brun, C., Perez, J., Roux, C.: Xrce at semeval-2016
In- ternational Conference)task 5: Feedbacked ensemble modeling on syntacticosemantic knowledge for aspect based sentiment analysis. [12] Collobert, R., Weston, J., Bottou, L., Karlen, M.,
Kavukcuoglu, K., Kuksa, P.: Natural lan- guage
In: Pro- ceedings of the 10th International Workshop on
processing (almost) from scratch. J.
Semantic Evaluation (SemEval-2016), San Diego,
Mach. Learn. Res. 12 (2011) 2493–2537
California, Association for Computa- tional
Linguistics (2016) 277–281[13] Khalil, T., El-Beltagy, S.R.: Niletmrg at semeval-2016
task 5: Deep convolutional neu- ral networks for aspect
category and sentiment extraction. In: Proceedings ofthe 10th In- ternational Workshop on Semantic Evaluation(SemEval-2016), San Diego, California, Asso-[7] Saias, J.: Sentiue: Target and aspect based sentiment
analysis in semeval-2015 task 12. In: Proceedings of the 9thInternational Workshop

5- 28 -

ciation for Computational Linguistics (2016) 271–276[21] Poria, S., Chaturvedi, I., Cambria, E., Hus- sain, A.:
Convolutional MKL based mul- timodal emotion[14] Wang, B., Liu, M.: Deep learning for aspect- based
recognition and sentiment analysis. In: IEEE 16th
sentiment analysis (2015)
International Confer- ence on Data Mining, ICDM 2016,[15] Chernyshevich, M.: Ihs-rd-belarus at semeval- 2016 task
December 12-15, 2016, Barcelona, Spain. (2016) 439–448
5: Detecting sentiment polarity using the heatmap ofsentence. In: Pro- ceedings of the 10th International [22] Kingma, D.P., Ba, J.: Adam: A method forstochastic optimization. CoRR abs/1412.6980
Workshop on Semantic Evaluation (SemEval-2016), San(2014)
Diego, California, Association for Computa- tional
Linguistics (2016) 296–300[23] Wang, Y., Huang, M., Zhu, X., Zhao, L.: Attentionbased lstm for aspect-level senti- ment classification.
In Su, J., Carreras, X., Duh, K., eds.: EMNLP, The
Association for Computational Linguistics (2016) 606–
615[16] Yanase, T., Yanai, K., Sato, M., Miyoshi, T., Niwa, Y.:bunji at semeval-2016 task 5: Neu- ral and syntactic
models of entity-attribute re- lationship for aspect-based
sentiment analy- sis. In: Proceedings of the 10th
International Workshop on Semantic Evaluation(SemEval- 2016), San Diego, California, Association for
Computational Linguistics (2016) 289–295[17] Kim, Y.: Convolutional neural networks for sentenceclassification. CoRR abs/1408.5882 (2014)[18] Poria, S., Cambria, E., Gelbukh, A.: Aspect extraction
for opinion mining with a deep con- volutional neuralnetwork. Know.-Based Syst. 108 (2016) 42–49[19] Xiao, Y., Cho, K.: E cient character- level documentclassification by combining convolution and recurrent
layers. CoRR abs/1602.00367 (2016)[20] Zuo, Z., Shuai, B., Wang, G., Liu, X., Wang, X., Wang,
B., Chen, Y.: Convolutional recurrent neuralnetworks: Learning spatial dependencies for image
representation. In: The IEEE Conference on Computer
Vision and Pattern Recognition (CVPR) Workshops.
(2015)

6- 29 -

疎水性キャピラリーバリアを持った河川堤防の安全性に関する研究
岡山大学大学院 環境生命科学研究科
金 秉洙

本研究では，表面が水を排斥するという性質をもつ疎水性地盤材料を用いてキャピラリーバリア盛土への適用性及び安全性について検討を行う。そのため，研究期間内に疎水性地盤材料の物理特性や力学特性・水理学特性について把握することを目指す。初年度では，まず保水性試験の効率化と試験時間の短縮を目的とした既存の連続加圧方式の保水性試験システムに基づいて試験装置の改良を行い，新たに試験装置を作製した。試験試料として豊浦砂を用いて人工的に疎水性砂を作製し，親水性砂と共に連続加圧方式の保水性試験を行った。よって，得られた水分特性曲線結果により，連続加圧方式の試験法の適応性の検討と共に疎水性砂の保水特性について評価ができた。
行われてきているが(Sun et al., 2002; Frattolillo et al.,2005; Goebel et al., 2007 etc.)，地盤工学分野では十分

１．はじめにな研究実績が少ないことが現状である。そこで疎水
キャピラリーバリアは砂層とその下部に礫層を重性地盤材料の物理特性や力学特性・水理学特性など

ねた土層構造により生じる一つの遮水機能であるの把握により，この地盤材料の表面が水を排斥する（図-1(a)参照）。これは砂と礫の保水性の違いを利用という性質を地盤建設分野に有効に適応できると考して層境界面の上部で水を捕捉し，層境界以深へのえられる。

水の浸潤を妨げるものであり，自然材料のみを用い

本研究は，キャピラリーバリア盛土の砂層に水をるので環境負荷が少ないという長所を持つ(森井ら，排斥する疎水性地盤材料を用いることで，より高い

2009)。しかし，砂の保水能力を超える水の浸透が生遮水性能を持つキャピラリーバリアを実現させて土じた場合，礫層への浸透が発生するブレイクスルー

構造物に適用することを最終目標としている（図（breakthrough）によりキャピラリーバリアは崩壊す-1(b)参照）。よって，初年度の研究では，まず保水性るため，遮水性には限界がある。また，地盤が傾斜試験の効率化と試験時間の短縮を目的とした既存のしている時，砂層への浸透水が層内を流れてブレイ

連続加圧方式の保水性試験システムに基づいて試験

クスルーが生じるまでの水平距離を限界長装置の改良を行い，新たな試験装置を作製した。そ（diversion length）と呼び，その長さで遮水性能が評の後，キャピラリーバリアに用いる疎水性地盤材料

価されるが，現状では最大でも 300cm に満たない程度である(森井ら，2009; 松元ら, 2016)。このようなPrecipitation

Precipitation

現状のキャピラリーバリアの性能の影響で，工事現場への適用まで繋がっていないのが状況である。

Water repellent
sand

Sand

Breakthrough一方，山火事のような自然災害や石油漏れのような
環境汚染によって自然状態の土(親水性を持つ土,GravelGravelwettable soil)が疎水性をもつ土に変化する場合があDiversion length

る。よって，物理学・化学分野では，疎水性を持つ(a) CB の概念

地盤材料(water repellent soil)に関する研究が活発に(b) 砂層に疎水材の適用

図-1 CB 盛土の砂層に疎水材の適用（1）- 30 -

の物性及び保水特性を把握するために，様々な物性試験および連続加圧方式の保水性試験を行い，親水性地盤材料と比較検討を行った。

２．シラン処理による疎水性材料の作製
２.１ 疎水性地盤材料の性質とその適用

図-2 砂粒子の表面に吸着されたシラン分子と副産物(水分子)

一般的な地盤材料は粒子表面と間隙に水を容易に吸収する親水性を持つが，疎水性地盤材料の粒子表

理や UV オゾン処理等を行って材料表面のケイ素に面は水を排斥し，明らかに異なる性質を示す。このヒドロキシ基（hydroxyl group, OH-）が結合した状態

ような疎水性地盤材料は，地盤表面上の水が内部ににする必要があるが，砂粒子表面に存在するケイ素

浸透するのを防ぎ，結果的に地表面を流れる水量とは水が吸着する過程でヒドロキシ基を形成している土の流失量を増加させて，予測不可能な氾濫を発生(Da Re, 2000)。シラン処理に用いた試薬は n-オクチ

させる可能性をもたらすので，地盤工学分野においルトリエトキシシラン（C14H32O3Si）で，ケイ素原子ても疎水性地盤材料の存在に対する認識が必要であを中心に，直鎖炭化水素（C8H17）と 3 つのアルコキる。

シ基（alkoxyl group，OC2H5）が結合した分子構造で，近年は局地的な集中豪雨が頻繁に生じる気候環境

弱い粘性を持つ透明な液体である。このシラン処理であり，地盤構造物においても排水施設を設ける必試薬を体積比で 10%になるようイソプロピルアルコ

要性が高まっている。このような状況の下で，環境や費用面で排水施設を設置しにくいケースにおいて，疎水性地盤材料の持つ粒子表面が水を排斥するといール（IPA）で希釈した溶液に地盤材料を浸して容器を密封し，できるだけ空気との接触を避け，常温下で 72 時間反応させる。

う性質を，排水機能向上の一手段として活用するのアルコキシ基は加水分解してヒドロキシ基が付加

は，経済的な利点となると考えられる。なお，農業

し，副産物としてエタノール（ethanol, C2H5OH）が土木分野では，塩分を含んだ地下水による塩害の防生成する。加水分解したシラン試薬は，地盤材料の止に疎水性地盤材料を適用するための研究が既に行

ケイ素表面に付着する。これによって，砂粒子の表われている(美濃ら，2012)。さらに今後の研究課題

面がシラン分子を獲得する過程で凝結が起きるが，として，廃棄物埋立地の被覆や盛土の斜面などへのシラノール基のヒドロキシ基は，脱水縮合反応によ遮水性能を持つ疎水性地盤材料の適用が考えられるり砂粒子表面で水素と結合しながら水分子を放出す(Lourenço et al., 2015)。

る（図-2）。全体的な化学反応過程は，以下の化学式で表わされる。

２.２ 地盤材料のシラン処理における化学反応
自然状態の土は，前述したように様々な原因によ≡ Si-OH+C8H17Si（OC2H5)3って疎水性を持つ土へと変化する場合がある。しか⇒ ≡ Si-O-Si(OC2H5)2C8H17 + C2H5OH(1)

し，それらの作用により生成される疎水性地盤材料
は，物理･化学的性質が均質になり難い。よって，こシラン処理によりシラン分子が様々な厚さで形成のような問題を解決し，親水性地盤材料との相対的されるため，砂粒子の表面は微細な凹凸を生じ，こな特性を比較するために，本研究ではシラン処理にれが疎水性の増加につながる(Sun et al., 2002)。また，

よる人工的に疎水性地盤材料を作製した。

反応時間が長くなるほど，シラン分子は多くの層をシラン処理（Silanization process）を行う場合，材形成し，交差結合を形成できる機会が増えることに料の表面を活性化する必要があり，酸素プラズマ処なる。これによって表面の粗さはさらに増加する（2）- 31 -

100

Passing percentage (%)

90
80
70
60
50
40
30
20

Wettable
Water repellent

10
0
0.01

0.1

1

(a) 豊浦砂を混合溶液に投入(b) 放置後の豊浦砂(72 時間放置)(c) 乾燥炉に入れ, 24 時間放置(d) 作製された疎水性豊浦砂

10Particle size, d (mm)

図-3 粒度分布曲線(Howarter and Youngblood, 2006)。なお，シラン溶液

図-4 疎水性地盤材料の製作手順

中で十分な期間化学反応を終えた砂粒子は有機物で覆われて粘性を持つ状態になるため，実験の際，処理した砂を水（アルカリ性電解水）
で三回洗浄する。
その後，24 時間以上炉乾燥して，疎水性砂を作製している。

(a) 親水性砂

２.３ 疎水性地盤材料の作製方法(b) 疎水性砂

図-5 親水性砂と疎水性砂の表面に水が付着する様子(Kim et al., 2011)

本研究で用いた試験試料は，標準砂である豊浦砂である．豊浦砂の土粒子密度(ρs)は，2.64 g/cm3 であ④ その後，容器に密閉し，常温でそのまま 72 時間

り，最大間隙比(emax)と最小間隙比(emin)が 0.977，
0.605

放置する．(図-4(b))

である．平均粒径(D50)は，0.161 mm，最大粒径(Dmax)
0.54 mm であり，そして曲率半径(Uc)と均等係数(U’c)⑤ 放置後，試料の余分な水を取り除いてから，水では，1.22 と 1.38 である．豊浦砂とシラン処理により洗浄する．その後，乾燥炉に試料を入れて，約作製された疎水性豊浦砂の粒径加積曲線を図-3 に示

110℃の温度の下で 24 時間程度乾燥して(図-4(c))，

している．

疎水性砂を作製する(図 4-(d))．この過程で珪酸塩
鉱物の表面上に前述の式(1)の反応式で示される

本研究では，以下に述べる手順によって豊浦砂のシラン処理を行い，疎水性地盤材料を作製している．
① 不純物の混入の少ない状態の豊浦砂を用意する．
② 処理のための混合液として，n-オクチルトリエト

水素結合反応が生じる．

２.４ 親水性・疎水性砂の粒子表面での水の分布状況
親水性砂は，シラン処理により疎水性砂に変化す

キシシランをイソプロピルアルコールに体積比る。図-5 は，親水性・疎水性砂の表面に水がどのよで 10%混合したシラン溶液(10% n-octyltriethoxy

うに分布しているかを顕微鏡で観察したものである。

-silane, C14H32O3Si)を用意する．

図から，親水性砂の場合はメニスカス水が多く分布③ 水とシラン溶液を混ぜ合わせた混合溶液を用意している様子が分かる。一方，疎水性砂の場合，粒し，その中に豊浦砂を投入する．(図-4(a))

子表面が水と反発する作用のため，水は水玉の状態（3）- 32 -Electro-pneumatic controller
D/A converter

3.0 mmAir pressure
from Compressor

マイクロテンシオメーター(Micro-tensionmeter, 1bar)

25.0 mmch0…
ch1…

Controlled
air pressure

1 2 3
4 5 6
7 8 9

Pore air-pressuretransducer, ua

Data Logger
Micro-tensionmeter(AEV 100kPa)

ComputerSpecimen

セラミックディスク(Ceramic disk, 1bar)

Pore water-pressuretransducer, uw

10.22 gElectronic scale
Ceramic disc with a doughnut shape(AEV100kPa)

図-7 マイクロテンシオメーターの取り付けの様子

図-6 連続加圧方式の保水性試験装置の概念図になって粒子表面に付着している様子が観察できる。
よって，このような親水性砂と疎水性砂の水の分布状況の違いは，保水特性や力学特性に差をもたらすものと考えられる。

３．連続加圧方式による保水性試験

Pore-air pressure, ua (kPa)
Pore-water pressure, uw (kPa)

30
ua

25

uw

20
15
10
5
0

３.１ 製作された試験装置の概要

0

100

200

300

400

Time, t (min)

本研究で用いた試験装置の概念図を図-6 に示す。

図-8 マイクロテンシオメーターの感度確認

連続加圧方式による保水性試験装置では空気圧を連続的に供給する方式であるため，加圧板法のように
水分定常状態のサクションを把握することができな

一方，供試体に間隙空気圧が与えられると，マイクい。この課題に対しては，図-6 に示すマイクロテン

ロテンシオメーターに連結されている間隙水圧計にシオメーター（micro- tensionmeter）を供試体中央部より間隙水圧が測定される。そして，排水過程や吸に鉛直方向に設置し，空気圧の連続的変化に対応す

水過程での供試体からの吸排水量は，ドーナツ型セる供試体内の平均的な間隙水圧を測定している。そラミックディスクに通じた排水経路を経て，電子天

して，同時に測定される空気圧と間隙水圧の圧力差

秤により測定される。

を，その測定時の供試体に対するサクションと定義している。また，排水過程や吸水過程での供試体か

３.２ マイクロテンシオメーターについて

らの吸排水量を測定するため，底盤にドーナツ形状

図-7 に示しているマイクロテンシオメーターのサのセラミック板（空気侵入値 100kPa）を設置していイズは, 直径 3.0 mm，高さ 25.0 mm であり，先端部る。

にはセラミックカップ（直径 3.0 mm，高さ 2.5 mm；

供試体を試験容器（以下, セル）に設置し，飽和

空気侵入値約 100 kPa）が取り付けられている。マイ状態としてから，空気圧，すなわち間隙空気圧が所

クロテンシオメーター，およびそれと間隙水圧計を定の目標値まで連続的にセル内に与えられる（図-7つなぐ経路は脱気水で飽和されており，経路に連結

参照）。セル内の空気圧は，間隙空気圧計により測定した間隙水圧計によって供試体内の間隙水圧を測定されている。また，空気圧の上昇・下降速度は，パしている。阿部ら 10)は，供試体に水平方向に挿入す

ソコンによりD/A 変換器を通じて電空レギュレータ

る方法でマイクロテンシオメーターを設置して保水ーにより制御される。

性試験を行っている。しかし，この方法の場合，以（4）- 33 -

表-1 保水性試験における試験条件

下のような点がマイクロテンシオメーターへの影響として懸念される。まず，供試体が入った試料容器

γdi (kN/m3)

Sri (%)

間隙空気圧の変化

No.1

14.4

48.2

0kPa→40kPa→0kPa

No.2

15.0

58.7

0kPa→80kPa→0kPa

No.1

15.1

51.4

0kPa→40kPa→0kPa

No.2

14.4

58.7

0kPa→80kPa→0kPa

項目の側面からマイクロテンシオメーターを水平に挿入

親水性
豊浦砂

する過程で，供試体に乱れを与えることが問題となる。さらに，加圧中の供試体が体積変化することに

疎水性
豊浦砂

よって，マイクロテンシオメーターの下側に空洞が生じ，間隙水圧が正しく測定されない可能性があることにも留意する必要がある。また，マイクロテン

所定の水量で浸水させることにより供試体を飽和化

シオメーターと試料容器の間からの漏水・漏気は，して試験を開始した。空気圧載荷過程として，セル試験結果に大きな影響を与えるので，毎回シリコン内の空気圧を一定速度（0.1 kPa/min）で連続的に増接着剤でシールすることは，試験の非効率化につな

加・減少させた。ただし，親水性豊浦砂の No.1 のケ

がる原因になる。本研究では，以上のような点を考ースでは，0.1kPa/min の加圧速度で 40kPa まで達し

慮し，マイクロテンシオメーターはセラミックディ

た時点で一挙に 0kPa まで減圧されるように設定しスクに対して垂直方向に設置されている。

た。その理由は，間隙空気圧のピーク値後の減圧時

なお，マイクロテンシオメーターから間隙水圧計

間が保水性試験に及ぼす影響を確認するためである。

までの経路を十分に飽和させることは，間隙水圧をよって，空気圧は，親水性・疎水性豊浦砂ともに No.1

正確かつ高精度に測定するために重要である。そこのケースでは 0kPa→40kPa→0kPa，No.2 のケースでで，セル内に水を入れた状態でセルに与える空気圧

は 0kPa→80kPa→0kPa と制御された。ここで，空気を増減しながらマイクロテンシオメーターの反応を圧のピーク値を 40kPa および 80kPa に分けて設定し測定して，経路飽和過程の信頼性を確認した。与えたのは，供試体が残留状態まで達する空気圧の大き

る空気圧の加圧・減圧速度は 0.1kPa/min とし，空気さを検討するためである。空気圧を減少して 0kPa

圧を 0～20～0kPa に設定に対して，空気圧とマイクに達したら，空気圧の変化を終了して，供試体へのロテンシオメーターによる間隙水圧を測定した。そ

吸水が終了するまでその状態を保って測定を続けた。

の結果を図-8 に示している。図により，与えられた

なお，試験開始から終了まで排水量を測定し，試験空気圧に対してマイクロテンシオメーターからの間

終了後に供試体含水比を測定して，それに基づいて

隙水圧はほぼ等しい値を示していることがわかり，試験中の供試体水分量を決定した。

本研究で用いるマイクロテンシオメーターは，測定感度に問題がないと確認できた。
４．保水性試験結果
４.1 親水性豊浦砂の試験結果

３.３ 試験方法
本研究での供試体は，親水性・疎水性の豊浦砂を図-8 と図-9 に親水性豊浦砂の保水性試験結果を示

用いて静的締固め法によって，初期乾燥密度（γdi）

す。図-8（a）&（b）と図-9（a）&（b）には供試体

15.0 kN/m3，初期飽和度（Sri）50%を目標に作製した。

含水比（w），間隙空気圧（ua），供試体中央に設置し供試体サイズは，直径 50mm，高さ 50 mm である。

たマイクロテンシオメーターで測定される間隙水圧

親水性と疎水性豊浦砂における各供試体の初期条件（uw）ならびにサクション（s）の経時変化をそれぞは表-1 に示す。

れ示している。図から明らかなように親水性豊浦砂No.1 と No.2 における排水・吸水過程の所要時間は，ペデスタル部の排水経路及びマイクロテンシオメ

それぞれ約 73 時間と 120 時間であった。

ーターを飽和させたのち，セルを組み立て，セル内に含水比調整された試料を投入し，静的に締固めて

図-8（b）と図-9（b）には試験開始からそれぞれ供試体を作製した。その後，セル全体を組み立て，

30 時間と 50 時間までの関係を示した。図の関係か（5）- 34 -

100

40
Water content

30
20
Suction10

ua0

Hydrophilic soil: No.2

80

Water content, ω (%)
Suction, s (kPa)

Pore-air pressure, ua (kPa)50

Pore-water pressure, uw (kPa)

Hydrophilic soil: No.1

Water content, ω (%)
Suction, s (kPa)

Pore-air pressure, ua (kPa)
Pore-water pressure, uw (kPa)

60

ua

60
Water content

40
20

Suction

0
uw

uw

-20

-10
0

10

20

30

40

50

60

70

0

80

20

40

Time,t (hour)

50

u

ua

40

Water content, ω (%)
Suction, s (kPa)

120

140

a

uw
s

30

Water content

20
Suction10
0
uw

Hydrophilic soil: No.2

80

Water content, ω (%)
Suction, s (kPa)

Pore-air pressure, ua (kPa)
Pore-water pressure, uw (kPa)

Hydrophilic soil: No.1

u

ua

a
uw

60

s
Water content

40uw
Suction

20
0
-20

-10
0

5

10

15

20

25

30

0

10

20

30

40

50

Time,t (hour)

Time,t (hour)(b) 経過時間 30h までの測定結果(b) 経過時間 30h までの測定結果

100

100

Degree of saturation, Sr (%)

Degree of saturation, Sr (%)

100

100

60

Pore-water pressure, uw (kPa)80(a) 経過時間 120h までの測定結果(a) 経過時間 73h までの測定結果

Pore-air pressure, ua (kPa)

60

Time,t (hour)

80

60

40

20

80

60

40

20

Hydrophilic soil: No.1

0
0.1

1

Hydrophilic soil: No.2

0
0.1

10

1

10

Suction, s (kPa)

Suction, s (kPa)(c) 水分特性曲線(c) 水分特性曲線100

図-8 親水性豊浦砂 No.1 の試験結果

図-9 親水性豊浦砂 No.2 の試験結果

ら間隙空気圧 ua が増加することにより，供試体からしかし，間隙水圧 uw は間隙空気圧 ua とほぼ同じ値

排水が始まり含水比が減少する状況が確認できる。

となりサクション(s)はほぼゼロの状態で推移して（6）- 35 -

いる。その後，間隙水圧の低下とともにサクション
傾向は，No.1 のケースと No.2 のケースで異なり，
No.2 のケースでは間隙空気圧 ua が 44 kPa を超えたあたりから減少傾向が確認され，間隙空気圧が60kPa 付近では含水比の変化量がほとんど見られな
い残留含水比状態となっているものと判断される。
しかし，No.1 と No.2 のケースでは間隙空気圧の条
件がそれぞれ 40kPa と 80kPa と異なっているため，

Water repellent soil: No.1

40

water content

Water content, ω (%)
Suction, s (kPa)の値が徐々に増加することが分かる。含水比の減少

Pore-air pressure, ua (kPa)
Pore-water pressure, uw (kPa)60

20suction
ua
0

uw
-20

No.1 では間隙空気圧が小さかったことからこのよ

0

50

100

150

200

250

Time, t (hour)

うな状態にいたらなかったものと判断させる。
また，(a) 経過時間 240h までの測定結果のケースで 72.1kPa であった。間隙水圧と間隙空気

600kPa になってから湿潤過程が始まっている。この際，含水比も増加し，最終的に No.1 のケースで 26.3%，
No.2 のケースで 29.3%まで達したことが確認できる。
また，
サクションの最大値は，No.1 のケースで4.3kPa,
No.2 のケースで 8.6kPa となっている。

Water repellent soil: No.1

water content

40

Water content, ω (%)
Suction, s (kPa)

対応して間隙水圧も同時に減少し，間隙空気圧がPore-air pressure, ua (kPa)

圧のピーク値を比較すると 10 %程度の違いを示し

Pore-water pressure, uw (kPa)

間隙水圧の最大値は，No.1 のケースで 36.7kPa，No.2ている。そこから間隙空気圧が減少すると，それに

300

ua
20

suction0uw-20

図-8（c）と-9（c）は，No.1 と No.2 のサクション

0

5

10

15

20

25

30

Time, t (hour)(s)と飽和度(Sr)の関係を示す水分特性曲線（SWCC）(b) 経過時間 30h までの測定結果をそれぞれ示している。この水分特性曲線から空気侵入値（air entry value，AEV）を求めると No.1 のケ

100

Degree of saturation, Sr (%)

ースで 2.7kPa，No.2 のケースで 2.5kPa 程度であることがわかる。No.1 のケースでは，排水過程が約 7 時
間，
吸水過程が約 65 時間で空気侵入値の把握は可能であったが，最大間隙空気圧の大きさが 40kPa であったため，No.2 のケースのようにより高いサクショ
ン領域や残留状態での挙動を把握することができなかったと判断される。
よって，
親水性豊浦砂の場合，

80

60

40

20

間隙空気圧の最大値は，80kPa 以上とした方が良い

Water repellent soil: No.100.1と考えられる。また，残留状態の挙動を把握するた1

10めには，間隙空気圧の最大値で圧力を保持し，供試

Suction, s (kPa)

体から十分に排水させる必要があると判断される。

(c) 水分特性曲線
図-10 疎水性豊浦砂 No.1 の試験結果

4.2 疎水性豊浦砂の試験結果，供試体中央に設置し含水比（w），間隙空気圧（ua）

図 10 と図 11 に疎水性豊浦砂の保水性試験結果をたマイクロテンシオメーターで測定される間隙水圧示す。図 10（a），（b）と図 11（a），（b）には供試体（7）- 36 -

における排水・吸水過程の所要時間は，それぞれ約
Water repellent soil: No.2ua80

240 時間と 210 時間であった。なお，図 10（b）と図11（b）には試験開始からそれぞれ 30 時間と 50 時間

Water content, ω (%)
Suction, s (kPa)

Pore-water pressure, uw (kPa)

Pore-air pressure, ua (kPa)

100

60

までの関係を示した。
図により，試験開始から間隙空気圧が徐々に増加

40

することにより，No.1 では 60 分程度，No.2 では 30

water content
20分程度経過したところから間隙水圧が間隙空気圧と

suction

圧力差を生じ始めている。これは，親水性豊浦砂0No.1 のケースで 150 分，No.2 のケースで 120 分の結

uw
-20
0

50

100

150

200

250

気圧がピーク値（No.1：40kPa と No.2：80kPa）とな

Time, t (hour)

った際，それに対応する最大間隙水圧は約 10%差の(a) 経過時間 73h までの測定結果

値（No.1：34.0kPa，No.2：73.5kPa）であった。その100
Water repellent soil: No.2

後，減圧過程により間隙空気圧が 0kPa になってから

ua

湿潤過程が始まっている。
この際，含水比も増加し，

80

Water content, ω (%)
Suction, s (kPa)

Pore-air pressure, ua (kPa)
Pore-water pressure, uw (kPa)

最終的に No.1 のケースで 29.0%，No.2 のケースで60

25.5%まで達したことが確認できる。また，サクシ

40

uw

20

suctionョンの最大値は，No.1 のケースで 6.0kPa, No.2 のケ

water content

ースで 6.7kPa であった。
図 10（c）と 11（c）は，疎水性豊浦砂 No.1 と No.20の水分特性曲線をそれぞれ示している。図から，空
-20
0

10

20

30

40

気侵入値（AEV）は No.1 のケースで約 3.2kPa，No.2

50

Time, t (hour)のケースで約 3.2kPa となっていることが分かる。
No.1 と No.2 の排水過程で飽和度が約 15%まで低下(b) 経過時間 30h までの測定結果したが，親水性豊浦砂と同じく残留状態までは至ら

100

Degree of saturation, Sr (%)

果に比べて約 2 倍以上の早さである。また，間隙空ずに排水過程が終了している。その後，吸水過程に80なり，飽和度が 90%以上まで上昇している。疎水性
豊浦砂 No.1 と No.2 の吸水過程の時間と比べると，260倍以上試験時間を要していることが分かる。
これは，親水性と疎水性地盤材料の表面物性が異なることに

40

より土粒子の間隙に水への侵入形態の違いがもたらす影響であると考えられる(Beckett et al., 2016)。

20
Water repellent soil: No.2

0
0.1

1

５．親水性・疎水性豊浦砂における保水特性の比較

10

Suction, s (kPa)

図-12 は，親水性・疎水性豊浦砂の水分特性曲線(c) 水分特性曲線を比較したものである。空気侵入値（AEV）は，親図-11 疎水性豊浦砂 No.2 の試験結果

水性豊浦砂 No.1 で約 2.7kPa，No.2 で約 2.5kPa とな（uw）ならびにサクション（s）の経時変化をそれぞり，疎水性豊浦砂 No.1 と No.2 で共に約 3.2kPa となれ示している。疎水性豊浦砂 No.1 と No.2 のケースった（表-2 参照）。親水性豊浦砂を用いた段階加圧（8）- 37 -

方式による加圧板法の結果(神谷ら，2006)と連続加100
Water repellent
soil: No.2

Degree of saturation, Sr (%)

圧方式による加圧板法(畠山ら，2015)の結果と比較
すると，ほぼ同じ結果であることが確認され，本研究での保水性試験装置の精度に問題がないことと判断される。一方，疎水性豊浦砂の空気侵入値が少し大きい結果となっているが，その差は僅かであると判断される。このような結果は，金ら(2015)による
親水・疎水性のジュムンジン砂の試験結果と類似な傾向であることが分かった。

80
Water repellent
soil: No.1

60
Hydrophilic soil
: No.1

Hydrophilic soil
: No.24020

また，水侵入値（water entry value, WEV）は，飽00.1

和状態に至る過程で，最後の空気が抜けようとする

1

10

100

Suction, s (kPa)

際に入れ替わって浸入しようとする水圧に対応すると考えられ，水圧がそれ以上でないと空気は抜けず

図-12 親水性・疎水性豊浦砂の水分特性曲線の比較

そのまま留まるものと考えられる（図-13 参照）。今
回の結果における水侵入値は，親水性豊浦砂 No.1

表-2 親水性・疎水性豊浦砂の保水特性値

で約 1.2kPa，No.2 で約 1.4kPa，疎水性豊浦砂 No.1

項目と No.2 で共に約 0.7kPa となった。
この結果により，
水侵入値は，疎水性地盤材料よりも親水性地盤材料の方が高くなることが分かった。
なお，本研究では，図-13 のように水分特性曲線
上で排水過程後の残留飽和状態から吸水過程に移行

AEV
(kPa)

WEV
(kPa)

WIV
(kPa)

親水性
豊浦砂

No.1

2.7

1.2

9.0

No.2

2.5

1.4

6.0

疎水性

No.1

3.2

0.7

1.9

豊浦砂

No.2

3.2

0.7

2.0

した場合に，水が供試体内に浸透し始める時点のサクションの大きさを水浸透値（water infiltration value,
WIV）を定義している。水浸透値は，親水性豊浦砂No.1 で約 9.0kPa，No.2 で約 6.0kPa，疎水性豊浦砂No.1 で約 1.9kPa，No.2 で約 2.0kPa となった。この結果により，水浸透値は，疎水性地盤材料よりも親
水性地盤材料の方が高くなることが分かる。
これは，残留含水比状態から吸水過程に移った時に，親水性材料では速やかに水が侵入するが，疎水性材料の場
図-13 水分特性曲線でのヒステリシスと保水特性値

合，水が侵入しにくいことと関連していると考えら
れ，疎水性材料の水を弾く特性と吸水過程での水のクションを持つことが予測される。

接触角が関係していると考えられる。つまり，疎水

一方，疎水性土粒子の間隙に水が侵入するために性土粒子の表面が乾燥状態であれば，間隙に水が大は，疎水性土粒子の表面に水膜が生じるまでサクシ

きな接触角を保ちながら浸透するため，土粒子の間ョンの値が減少する必要があることになる。
よって，隙に水が入りにくいと考えられる（図-5 参照）。よ親水性地盤と疎水性地盤に対して，降雨による浸透って，疎水性豊浦砂の場合，親水性豊浦砂より水分が発生する場合を想定すると，疎水性地盤材料より特性曲線のヒステリシスが大きくなる傾向を示すも親水性地盤材料の方が早く浸透が生じると判断できのと推測される。この結果から，ある飽和度に対しる。このような疎水性地盤材料の特徴を実際の現場て親水性豊浦砂の方が，疎水性豊浦砂より大きいサ（9）- 38 -

とが予想される。

に適用することにより，不飽和土地盤の安全性の向上に繋がることが期待できる。

(3) 疎水性土粒子の間隙に水が侵入するためには，疎水性土粒子の表面に水膜が生じるまでサクシ
ョンの値が減少する必要がある。よって，降雨

６．結論

時，親水性と疎水性地盤に雨水の浸透が生じる
初年度の研究では，キャピラリーバリア盛土へのことを想定すると，疎水性地盤材料より親水性

適用性を検討するため，親水性・疎水性砂を対象と地盤材料の方が早く浸透されると判断できる。

して連続加圧方式による加圧板法の保水性試験を行

つまり，このような疎水性地盤材料の特徴を実った。得られた結果により，親水性と疎水性砂との際の不飽和土構造物に適用することにより，そ保水性特性について検討を行った。本研究で得られの安全性の向上に繋がることが期待できる。

た知見を以下に示す。
参考文献(1) 連続加圧方式による保水性試験において，水分特性曲線における排水・吸水過程に要する試験

1) 加藤正司，吉村優治，河井克之，寸田 亘：不飽

時間が短縮されることが確認できた。親水性地

和土の一軸圧縮試験時の強度特性に及ぼすサク

盤材料では 5 日間程度，疎水性地盤材料では吸ションの影響，土木学会論文集，No.687/Ⅲ-56, pp.

水過程で試験時間がより必要となり，10 日間程

201-218, 2001.

度で試験結果を得ることができた。課題として

2) 神谷浩二，Rully Bakrie, 本城勇介：保水性を制は，親水性・疎水性地盤材料において残留状態御した不飽和土の透気係数の測定，土木学会論の挙動を把握するため，排水過程での試験時間

文集 C，Vol. 62, No. 3, pp. 679-688, 2006.
3) 金秉洙，加藤正司，Seong-Wan PARK，竹下祐二：を長く保つ必要があることがわかった。

不飽和状態の親・疎水性砂のせん断挙動に及ぼ(2) 空気侵入値（AEV）については，疎水性豊浦砂が親水性豊浦砂より僅かに大きい値が得られた。

すメニスカス水の影響，地盤工学ジャーナル，他の機関で行われた，段階加圧方式や連続加圧

Vol. 10，No.2，pp. 267-276，2015.

方式による親水性豊浦砂の空気侵入値との比較

4) 畠山 正則，京野 修，川原 孝洋：連続加圧方式により，本研究での試験装置の精度の検定がでによる保水性試験装置の開発，応用地質技術年きた。また，金ら(2015)による親水・疎水性ジュ

報，No.34，pp. 23-54, 2015.

ムンジン砂の研究結果と同じ傾向であることが5) 松元 和伸, 小林 薫, 森井 俊広, 中房 悟：上部

分かった。一方，水侵入値（WEV）や水浸透値

層厚の影響を考慮した 3 層キャピラリーバリア（WIV）については，親水性豊浦砂が疎水性豊地盤の限界長の評価方法，地盤工学ジャーナル，浦砂より大きい値が得られ，疎水性豊浦砂のヒ

Vol.11，No.4，pp. 305-313，2016.

ステリシスが親水性豊浦砂より大きくなる傾向

6) 松倉 公憲，恩田 裕一：安息角：定義と測定法を示すことが把握できた。疎水性土粒子の表面にまつわる諸問題，筑波大学水理実験センター

が乾燥状態であれば，残留状態から吸水過程に

報告, No.13, pp. 27～35，1989.

移る時，疎水性材料の水を弾く特性と吸水過程

7) 美濃規央，長光左千男，脇田由実，山田修，田での水の接触角が関係し，間隙に水が大きな接尾本昭，Stephen John: 撥水砂技術の開発と応用，

触角のまま浸透するため，土粒子の間隙に水が環境技術特集，Vol.58，No.2，pp. 109-112, 2012.

入りにくいことがその理由と考えられる。この

8) 森井 俊広, 竹下 祐二, 井上 光弘, 松本 智：キ

影響により，ある飽和度に対して親水性豊浦砂ャピラリーバリア地盤における雨水浸潤挙動のが疎水性豊浦砂より大きいサクションを持つこ

現地計測と限界長の評価，農業農村工学会論文（10）- 39 -

集，No.263，pp. 91～97，2009.
9) Beckett, C., Fourie, A., and Toll, D.: Water repellent
soils: the case for unsaturated soil mechanics, 3rd
European Conference on Unsaturated Soils “E-UNSAT 2016”, Vol. 9, 11011, 2016.
10) Da Re, G.: Physical Mechanisms Controlling the
Pre-Failure Stress-Strain Behavior of Frozen Sand,
Ph.D.

Thesis,Department

of

Civil

and

Environmental Engineering, Massachusetts Instituteof Technology, Cambridge, MA., 2000．
11) Frattolillo, A., Giovinco, G., Mascolo, M.C., andVitale, A.: Effects of hydrophobic treatment on
thermophysical properties of lightweight mortars,
Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 29, pp.
733–741, 2005.
12) Goebel, M.O., Woche, S.K., Bachmann, J.,
Lamparter, A., and Fischer, W.R.: Significance of
wettability-induced changes in microscopic water
distribution for soil organic matter decomposition,
SOIL PHYSICS, Soil Science Society of America
Journal (SSSAJ), Vol. 71, No. 5, pp. 1593-1599,
2007.
13) Kim, D.H., Kim, Y.J., Lee, J.S., and Yun, T.S.:
Thermal and Electrical Response of Unsaturated
Hydrophilic and Hydrophobic Granular Materials,
Geotechnical Testing Journal, ASTM, Vol. 34, No. 5,
pp. 1-9, 2011.
14) Lourenço, S.D.N., Wang, G.-H., Kamai, T.: Processes
in model slopes made of mixtures of wettable andwater repellent sand: implications for the initiation ofdebris flows in dry slopes, Engineering Geology, Vol.
196, pp. 47-58, 2015.
15) Sun, C., Aston, D. E., and Berg, J. C.: Structural
evolution of octyltriethoxysilane films on glass
surfaces during annealing at elevated temperature,
Journal of colloid and interface science, Vol. 248, No.
1, pp. 96-102, 2002.

（11）- 40 -

航空レーザザー測深による旭川河河道の計測とと洪水流解析精度向上
上への応用
岡山大
大学 大学院
院環境生命科学学研究科 准教授
准吉田 圭介の河道測量は原
原則，縦断 2000m 毎の定期横期横断測量によより行われるがが，河川の治治水や水環境のの詳細を検討す
す
一級河川のる上で必ずしる
しも十分とは言言えない．例ええば，近年，問題となってている河道の樹
樹林化のプロセスではリーーチスケール程程
度以下の局所度
所的な流水，砂砂州，樹木の相相互作用を検検討することがが重要だが，2200m 毎の計測
計測では微小なな砂州は捉えらられない．また
れ
た，従来の航空
空測量(LP)は近近赤外波長域
域のレーザーをを用いるため，測量範囲はは河道陸部に限限られる．そののため，小規模た
模の砂州によっって形成される
る，横断測線
線に対して直交交しない，入りり組んだ複数
数の水みちなど
どは従来の測量
量では十分に再で再現できない．一方，近年，，緑色波長域
域のレーザーをを併用した航空レーザー測測深(ALB)の技
技術が実用化さされ，国土交通れ通省では河川事事務所単位で試試験的な運用用に供される段段階に入った．ただし，現現在，水面下やや植生が密生す
する砂州上でのるの測量精度は明
明らかではなくく，また，河河川管理への ALB
Aの応用にに関しては現
現在，模索段階階にある．そこ
こで，本研究でででは砂州上に樹樹木が密生するる旭川下流河河道の約 7km 区間を対象に区に ALB 計測をを行い，河道地
地形の精度検証
証を行った．まをた，ALB から
ら河道内の植植生データの面面的分布を得てて，河川の洪
洪水流解析精度度の改善効果をを検討した．
２．ALB
２
計測データの精度
度検証

１．はじめにに従来，一級河河川では河道のの地形情報を得得る手段としてて，

1)) ALB の計測概概要
ALB は，従来
来の航空レーザ
ザ計測で用いられる近赤外線波
波

航空レーザ測深航深 LP や，縦断
断 200m 毎の河河道縦断測量がが行

長域のレーザ測長
測距儀と，緑色波
波長域のレーザ
ザ測距儀の 2 つわれている．
わそそのため，低水
水路側線間の情情報は基本的にになを用いて，陸部
を部と水部の地形形を計測するシス
ステムである．

く，洪水に伴う
う深掘れの把握
握が十分でないい場合や，洪水水流解析の精度が地解
地形の再現に制制限される場合合がある．またた，

図-2.1(a)にALB
図
B の計測の模式式図を示す．

近年，
近河道の樹
樹林化が全国のの河川で問題ととなっており，本2)) ALB 計測のの対象区間と計
計測仕様

研究で対象と研する旭川下流流部では礫河原原の減少や河川
川環

岡山県旭川下下流部にて，平成平成28 年3 月（河川距離標9kk5

境の固有の生物
境
物種の減少などの課題がある
る．治水面を考考え～15k0）～と平成 29 年3 月（河河川距離標9k5～～17k5）にLeicca

ると，樹林化がが進行した河道
道では平面 2 次元の洪水流解
次解析
等を用いて洪水等
洪水疎通能力をを適切に把握す
することが重要要であり植生情報(あ(植生種分類，植生高，密生生度)を精度良くく設定することが重定重要である．
そこで，本研研究では河川管管理手法の高度度化を目指してて，
近年実用化さ近れつつある緑緑色レーザーとと近赤外レーザザーを併用した航空を
空測深技術(AL
LB)を用いて次次の調査研究をを行(a) ALB 計測

った．1)
っ
ALB
B から得られる
る水陸連続の高高解像度地形デデー(b) 円状状レーザ

図-2.1 ALB 計測概念と円状レーザ走走査概念

タの精度検証
タ
証を行う．2) 河道内の植生種
河種の空間分布をを把表-2.1 機器仕仕様と計測諸元元握するために，握，ALB の点群
群データから木
木本類，草本類
類お機器
仕様

よび竹林を判別別する方法を検検討する．3) ALB 計測によよって得られる植生て生の高さと現地
地の実測値とをを比較し，精度
度検

項目
機器名
機
波長
長帯
近赤
赤外線
レーザ
ザ測距儀
の波
波長帯
緑
ザ照射数
レーザ

証を行う．4)証
最後に，ALB
B 計測から生成成される点群デデー
計測
仕様

タを用いて樹木
タ
木群の密生度をを算定する方法
法を検討した．

緑

1.0×1.00m に 2 点以上

近赤
赤外線
緑

対地
地高度
飛行
行速度
計測
測点密度

（1）
- 41 -

赤外線
近赤

内容
Leicaa ChiropteraⅡ
1,064nm
515nm
0 万発/秒20
3 万 5 千発/秒
500m
220km/h
25m に 2 点以上
0.5×0.5

表-2.2 横断測量成果との高さ位置精度の比較結果

Geosystems 社のLeica ChiropteraⅡを用いてALB 計測した．
この区間は，岡山市の市街地に位置し，川幅が約200～300mである．みお筋の固定化により中州が発達し，樹木が繁茂している箇所が点在する．なお，現地調査との比較の都合，
以下の 2, 3, 4 章では H28 のALB データ，5 章では H29 の検証点数
平均誤差(m)
最大誤差(m)RMSE(m)

陸部
砂礫河原
区間
22
-0.043
0.255
0.079

道路やグラ
ウンド区間
50
-0.045
0.091
0.057

水部
河床
区間
120
0.040
0.512
0.179

植生被覆
区間
121
-0.0190.344
0.103

ALB データを用いている．
表-2.3 水部における横断測量成果との比較結果(3) 定期横断測量データ
横断測量成果は，国土交通省中国地方整備局岡山河川事務所において，ALB 計測時に最も近い時期に整備された平検証点数
平均誤差(m)
最大誤差(m)RMSE(m)
平均点密度（点/m2）

成 25 年成果を用いた．横断測量と ALB の取得時期が約 3
年違うため，経年変化を留意する必要がある．
(4) 結果と考察
本検証では，異なる被覆状況ごとの位置精度を評価する

水部 河床区間
1～
2～
3～
2m
3m
4m
40
28
19
0.024
0.138
0.025
0.512
0.492
0.430
0.192
0.196
0.197
1.7
1.2
0.7

0～
1m
26
0.005
0.368
0.143
1.9

4～
4.6m
7
-0.048
0.381
0.158
0.6

表-3.1 植生高と密生度の関係(前野ら 2))

ために 4 つの横断測線を選定した．対象地区の水部で，大植生の分類

きな経年変化が認められない測線のうち,上流・中流・下流

旭川における
優先種

ごとに草本・樹林の植生被覆域が存在する 3 測線(11k8，
13k0，14k0)と，グラウンドや砂礫河原が多い測線(9k6)を精

木本類
低木

高木

ヤナギ類

l : 樹高(ｍ)l:植生高(m)0<l ≤55 < l ≤ 15

λ : 密生度(本/ｍ)

0.023

0.013

草本類

竹林

柔

硬

シナダレ
スズメガヤ

ツルヨシ

マダケ

0 < l ≤ 1.5

0<l ≤20 < l ≤ 12

0.031

0.286

度検証測線に選定した．表-2.2 に，4 つの測線における道路・
グラウンド区間，草本や樹林の植生被覆区間，砂礫河原区
３．ALB 点群を用いた植生種分布の判定手法の検討

間，および河床区間(水部)ごとの精度検証結果を示す．
公共測量における航空レーザ測量の精度管理では，道路本研究では表-3.1 に示すように竹林，木本，草本なやグラウンドといった平坦地に，基準点測量により検証点

ど密生度が異なり流水抵抗に影響する植生種の空間分を設置し，検証点との平均較差，又は平均二乗誤差(RMSE)

布も簡易に把握できれば，洪水流解析の精度向上が期

を 0.25m 以内に保つことと定められている ．表-2.2 の道待できるため河川工学上の意義は大きい．そこで，本路やグラウンドの地区では，基準を十分に満たす10cm 以下

章では 2016 年 3 月に旭川下流部(9k0~15k0)で実施されの位置精度を有していることが確認できる．砂礫河原区間

た ALB 計測のデータから草本類，木本類および竹林をや河床区間は，数cm から十数cm 程度の大きさの石が点在判別する方法を検討した．

するため，道路やグラウンドといった平坦地に比べ，RMSE(1) 航空レーザ測深(ALB)の計測が高い値を示したと考えられる．植生被覆域も同様に植生a) 対象区間と計測機器

1)

第2 章 (2)と同様であり，説明を省略する．

の影響で平坦地に比べ高い値を示した．これは植生を計測した点や地形の凹凸による影響と考えられる．表-2.3 では，b) 計測結果河床区間に着目し，水深ごとのRMSE と点密度を整理した．

本計測では，ALB 計測と同時に航空写真撮影を実施しRMSE の結果より，最大水深4.6m までの本区間では，水深た．図-3.1 には，ALB 点群を断面表示した例を示す．得

に伴う位置精度への影響は認められない．水深が大きい区

られた三次元の ALB 点群により，水陸の連続的形状や樹間では，レーザ光の減衰や拡散により計測点が減少したと林の状況を再現でき，任意の位置での横断形状の表現が考えられる．ALB 計測では，水深の点密度減少による河床可能となる．

地形の再現性の低下を留意した計測計画が必要であること

c) 対象区間の説明と手法の概要
本手法の検討を行った区域は旭川と百間川の分流部周辺がわかった．

とした．この区域では，著者らが実施した現地調査から，様々な植生種が観察されることが分かっているが，本研究（2）- 42 -

図-3.1 ALB 点群の断面表示点
示例
表--3.2 点群デーータ数による植生
生分類
点群データ数
数
6～9
6～9
10以上

分類
裸地
草本
木本

図-3.3 竹林分類の対象
象範囲(旭川 12
2k2 付近)備
備考
植生高330ｃｍ未満
植生高330ｃｍ以上

図-3.4 点群の断面表
表示(図-3.3 の赤
赤線上)
表-3.3 植生
生高カテゴリ植 生 高 (D S M - D T M )0m～ 5m以 下
5m～ 10m以 下
10m～ 15m以 下
15m～ 20m以 下
20m～ 25m以 下

図-3.2 清水堰下流部における植生分
分類の結果(左:植生分類，右:航空写真
真)植 生 高 カテゴリ
5m
10m
15m
20m
25m

では流水抵抗のでの観点から，植植生の種類を木
木本，草本，竹竹林の3の つに分類しした．
(2)( 植生種分布
布判定種法
ALB点群は飛飛行航路の両端
端では分布密度度が高い傾向ににある．そこで，前る
前処理として本
本研究ではそのの影響を排除す
する
ために対象領域
た域を1 辺0.5m の立方体（ボククセル）を用いいて3 次元領域分割
割し，各ボクセ
セル中に複数の ALB 点が存在
在す

図-3.5
図
分流部周
周辺の下層割合
合る場合は最も標る
標高の高い点以以外は消去した
た．ALB 計測範
範囲が，航空写真やがや現地踏査結果か
果からは分流部周周辺(旭川12k22)を対象に格子幅を
幅2 m の平面22 次元正方格子
子(2m メッシュ))をの砂州上では竹の竹林の存在が確認確認されている．図-3.3 の青線
線

作成し，上記の作のボクセル群をを 2m メッシュ
ュに落とし込ん
んでと黄線内では木と木本と竹林が混在
混在するが，このの範囲は木本類
類

各メッシュに存各存在する点群デデータ数を算出
出した．また，構と判定されていといる．そのため，，別の手法を考考え，竹林と木木造物が存在しな造
ないメッシュににおいては，地地盤以外を捉ええた

本類の分類を行
本行う．図-3.4 でははレーザ点群のの断面を示してて最も高い計測点
最点の鉛直座標かから地盤を捉ええた計測点の鉛
鉛直

いる．竹林は，い
その他の木本にに比べて植生高
高の半分より高高

座標を差し引い座
いた値を植生高高とした．既往
往研究では表-3-3.2

いところにレーいーザ点群が集中していることがが分かる．そののに示す点群デーにータ数と植生分分類の関係からら 2m メッシュ
ュ毎ため，た レーザ点群
群の鉛直分布にに着目して竹林林の分類を試みみに裸地，木本，に草本に分類しした．ただし，ALB 計測ではは植た．まず，2
たm メッシュごとにに植生高を算出
出し，また，計計

生被覆箇所では
生
は地盤高に 300cm 程度の誤誤差があるためめ，算処理を簡素化算化するために植生
植生高は表-3.3 の簡易な植生高
の
高

30cm
3
未満の草
草本類は判定できていない．図
図-3.2 は清水堰
堰下カテゴリごとにカに分類を行った．
．その後，2 m メッシュごとと流部での植生分流
分類と航空写真
真との比較を示
示し，分類の妥
妥当の領域におけるのレーザ点群の総総数と，地盤かから植生高カテテ

性を概ね確認で性できた．

ゴリの1/2
ゴの高さに存在するレレーザ点群の点
点数の割合を算算(3)( 竹林の判定
定手法の検討出した．
出そして図-3.5 の下層のの点数の割合がが，概ね40 %以以

対象区間で見見られる植生はは木本と草本ががほとんどであある（3）- 43 -

図-5.1
図
ALB 点群
群の断面表示例例(左:点群の断面図
図，右:実際の樹
樹木)

樹高(m)

図-4.1 樹高計測位置
樹
8.0
7.0
6.0
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0.0
実測
ALB

表-5.1 樹木の密生度に樹に関する現地調
調査の結果

B‐1

B‐2

B‐3

B‐‐6

B‐7

B‐8

B‐9

高直径平均(m)
調査箇所 樹木
木の本数 胸高
大原 1
8
0.150
大原 2
12
0.155
大原 3
13
0.170
祇園 1
8
0.152
祇園 2
21
0.098

B‐10 B‐11
1

密生度(
密生度 )
0.012
0.019
0.022
0.012
0.021

木本類

は，実際には値
は値が大きくばらつついていた．ままた，現地調査査図-4.2 ALB 計測と実測の樹計
樹高では作業者が比で比較的容易に踏査踏査できるようなな，樹木が比較較
下が竹林であっ下ったため閾値をを40 %とした．その結果，対対象

的に疎らに繁茂
的茂する箇所を選ん選んでいるため，，河道全体ではは箇所における竹箇
竹林の判定が概概ね可能となっった．

密生度を過小評
密
評価している可能可能性が懸念されれる．上記の課
課
題を克服するた
題ため，ALB の点群
点群データから樹樹木群の密生度
度

４．ALB 計測
測で得られた植
植生高データの精度検証を算定する方法を
法を新たに検討す討する．

2016 年 3 月
月の ALB 計測
測から樹木の高高さを算出し，(1) ALB 点群をを用いた密生度
度算出方法の検検討

著者らの研究著
究室で行っていいる現地調査
査での樹高のデデa)) ALB 計測のの概要

ータとの比較
ー較を行った．比比較に用いた樹
樹高のデータはは，第2 章 (2)と同同様であり，説説明を省略する
る．

ALB
A 計測と最最も近い時期の平平成28 年2 月の計測結果でであb)) 樹木存在下ののALB 点群のの分布特性と密密生度る．現地調査でるでは，標尺と逆
逆目盛検測竿をを用いて，目視
視で対象領域内のの中原箇所ににおいて，中州州に繁茂する樹樹

樹木の高さを計
樹
計測している．計測した樹木位
位置を図-4.1 にに，木の現地視察を木を行った．図
図-5.1 には視察
察対象の樹木群群

ALB
A 計測と実実測の結果を図--4.2 に示す．A
ALB による全
全てと，と 対応する ALB
A 点群およよび地上レーザ
ザ点群の断面例
例の樹高は，現地の地調査より数十
十 cm 程度低いい値を示す結果
果と（奥行き 2m）を示した．ここの図から，地
地上レーザでははなった．その要
な
要因は，計測時時期が冬であっったため，樹木
木の点群が樹木の主点
主幹や太い枝
枝に多く存在すすることが分かか

頂点付近は落葉頂葉しており，AL
LB 点群が樹木
木の頂点に当たりる．一方，ALBる
B ではレーザ
ザ点群が樹冠付付近の小枝に多多にくいと考えらにられること，ままた，実測で使使用している逆逆目

く存在するが，く
樹木下層部のの幹や太い枝枝にもある程度
度，

盛検測竿のしな
盛なりの影響や目視での計測による現地での存在することが存が分かる．

双方の誤差の誤差といった，誤の影響であるとと考えられる．し著者らは樹木
木下層部の単単位高さ当たりりの ALB 点数
数

かし，樹高の傾か傾向は捉えるこ
ことができた．今後，他の樹林
樹林と，樹木群の密と密生度（または
は，幹や枝など
どの実質的な抵
抵

帯や調査箇所で帯
で検証を重ねてていく必要があある．

抗要素の存在率抗率）には相関ががあるのではなないかと考え，，以下の通り，密以
密生度の算定方方法を検討した
た．

５．ALB を用いた樹木群の密密生度算定手法
法の検討(22) ALB 点群
群を用いた密生
生度の算定方法
法

これまで著者
著者等は樹林化化が懸念される旭川下流河道
道をa)) 密生度に関関わる ALB デ
データの抽出対象に洪水流解
対解析を行ってききたが，その際際に用いる密生
生度

本研究では樹
樹木の下層部分
部分の ALB 点群群に着目し，そ（4）- 44 -

表-5.2 解析ケース毎の解の地形・植生デーータの相違

ALB点群から求めた密生度

0.025

地
形

0.015

既往研究1

既往研究2

ALBデータ

ALBデータ2006年，2009年の
LPデータ

低水路

ALBデータ

ALBデータ2009年定期横断の内挿

ALBデータ

ALBデータ2005年の現地調査を基に6年間の植生消長計算(5.1)式に基づいた

表-3.1に基づいた

表-3.1に基づいた

表-3.1に基づいた

表-3.1に基づいた

表-3.1に基づいた

表-3.1に基づいた

表-3.1に基づいた

表-3.1に基づいた

植生高
植
木本
本
生 密生度 草本
本
竹林
林

0.01
0.005
0
0.000

本研究

州
高水敷･砂州

解析ケース

0.02

0.005

0
0.010

0.015

0.020

0.025

i はメ
ここで，
こ
メッシュ番号，， N は小領域域において木本本

現地調
調査の密生度類と分類された類
た 2m メッシュ
ュの数， p は小領域においはい

図-5.2 ALB 点群から求めた密生度のの解析値と現現地調査の密生
生度の観測値て木本類と分類て類されたメッシュの割合でである．現地調
調
査箇所ごとに式
査
式(5.2)から密密生度 l を求めめ，これを観測
測値と比較して，
値最小二乗法法から式(5.1)のの係数 a , b の値値を決定した．そを
その結果を図
図-5.2 に示す．密生度の算定
定
値 l が現地のそそれと必ずし も合わない理
理由は，調査箇箇所が少ないこ所とに加えて， l には主幹以以外の太い枝のの影響が入り込む影
むためと考ええられる．
(33) 洪水流の解
解析格子(10m
m メッシュ)ででの適用性
後述の洪水流
流解析では幅
幅が約 10m メッシュの境界
メ界
適合格子を使用
適用する．図-5..3 には祇園地地区周辺の砂州
州
上における，解上
解析格子スケ
ケールでの木本
本類の密生度ののコンターを示す
コ
す．密生度は式
式(5.2)と同じ考えで求めた
た．
また，
ま 比較のたために同地区をを 2017 年 5 月にドローンで月で撮影した際の空撮
空中写真を併併示する．空中中写真では樹冠
冠には多く葉が付に付いており，密生度そのもものは分からなな
いが，樹木繁茂い
茂の粗密の違違いと密生度のの値が対応する
る

図-5.3
図
10m メ
メッシュでの木
木本類の密生度とと空中写真の比比較ことが分かる．
こまた，低水
水路河岸の水際際にある樹木群
群

こから密生度
度を算定する方方法を検討した．試行錯誤
誤のに対しても本数に数が少ない場
場所では密生度度が小さいこと

結果，
結 本研究ででは地盤高+00.5m の高さかから植生高の 1/4が読み取れるがの高さまでのの鉛直距離に含含まれる点数を求め，点数数を(33) ALB デー
ータを用いた流流況解析

距離で除して距て単位高さ当たたりの点数 n ｢ を求めた．

a)) 流況解析のの概要
本章では得られた密生度
度の値の妥当性を定量的にに

b)b ALB 点群
群データと密生
生度の関係式
本研究ではは試みとして，木本類と分類類された 2m メ

検討するために検に，2011 年 9 月に生じた旭旭川の洪水(ピピッシュでの点
点数 n ｢ から，2m メッシュ
ュでの密生度 l ｢

ーク流量
ー
3403
3m3/s)を対象にに平面 2 次元元流況解析を行
行

を以下の一次次線形関係式かから求めた．

い，
い 縦断水位とと分流量に関して本研究のの解析結果と観観

l ｢ = an ｢+ b

測値及び既往研
測研究 13)，既往
往研究 24)比較較する．解析対
対(55.1)

象期間は象
2011 年 9 月 3 日 6 時から 9 月 5 日 18 時まで
で

ここで，係数
数 a,b は現地調調査のデータかから定める．

の 60 時間としした．解析範囲
囲は旭川の 100.6km～17.5kmm

式(5.1)を用用いると，現地
地調査の小領域
域における樹
樹木

の区間，
の
および
び分流部から百百間川の 12km
m までの区間とと群の密生度の群の算定値 l は以
以下の通り，算算定される．

l =

p N
・ l｢
N i= 1 i

した．また表-5
し5.2 に解析ケーースの条件を示
示す．
b)) 解析の結果
果と考察(55.2)

図-5.4には流流量ピーク（99月4日21：40
0）時間帯におお（5）- 45 -

水位(T.P.m)

水位差(m)

2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
-0.5

観測値－解析値(本研究)
解析値(既往研究2)－解析値(本研究)

グ処理を施すことにより，河道内に繁茂する草本類

解析値(既往研究1)－解析値(本研究)と木本類の平面分布を得る手法を構築した．航空写
真や現地踏査結果と比較することで，現地の状況を

17
16
15
清水堰
14
13
分流部
12
11
クラレ堰
観測値
10
解析値(本研究)
98
解析値(既往研究1)7
解析値（既往研究2）6510.5 11.0 11.5 12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 14.5 15.0 15.5 16.0 16.5 17.0 17.5
縦断距離(km)

概ね再現できることが示された．
¾

河道砂州上の樹木の高さに関して，ALB 計測値と現地での実測値を比較した結果，全体的に ALB データ
がやや小さいことが分かったが，定性的に両者は一3

図-5.4 旭川の縦断水位と水位差(9/3 21:40，約 3400m /s）

分流量(m3/s)

増水期
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
2011/9/3 12:00

致することが分かった．今後，検証範囲を拡大して計測精度を確認することで，ALB 計測は植生管理に

減水期

ピーク

観測値との差RMSE(㎥/s)

本研究24.074おいても有用なツールとなり得る．

既往研究1
29.228¾

観測値

1 辺 2m の正方領域毎に樹木下層の単位高さあたり解析値(本研究)の ALB 点数から，樹木群の密生度を得る算定式を解析値(既往研究1)

作成し，密生度の現地調査の結果を基に算定式の定解析値（既往研究2）数を決定した．得られた密生度を用いて 2011 年の旭
2011/9/4 0:00
時刻

2011/9/4 12:00

川洪水を対象に平面 2 次元流況解析を行った．その結果，既往研究と比較して，縦断水位や分流量の再図-5.5 百間川への分流量(原尾島橋での断面流量)現性が向上した．
ける河道中央の縦断水位を示す．本研究と既往研究1
では水位に違いがあまり見られなかったが全体的に

参考文献

10cm程度水位が上昇し，密生度の分布を考慮した効果

1) 財団法人 日本測量調査技術協会：図解 航空レーザ計測 基礎から応用まで，pp.172-181，2008.

が現れていた．ALBデータを用いた2ケース（本研究，
2)

既往研究1）に比べて，既往研究2のケースでは観測値

前野詩朗，渡辺敏，藤塚佳晃：簡易に得られる植物
特性値を考慮した数値解析モデルの精度向上の提から大きく離れた箇所が存在し，数値解析にALBデー

案，土木学会論文集，No.803／Ⅱ-73，pp.91-104，2005

タを使用する有用性を理解することができる．

3)

本研究と既往研究 1 では図-5.5 よりピーク流量に約

吉田圭介，前野詩朗，間野耕司，岩城智大，小川修平，
赤穗良輔：航空レーザ測深を用いた河道の植生種分布350 m /s の差が生じており，密生度の空間分布を考慮しの判定手法の検討，土木学会論文集 A2(応用力学)，た影響が明確に現れていた．ピーク時に関しては既往

Vol.73, No.2, pp. I_607-I_618，2017．
4)

研究 1 が観測値に近いが，増水期，減水期では本研究

吉田圭介，前野詩朗，藤田駿佑，松山悟，岩城智大，
平井康隆：旭川における植生分布の経年変化を考慮がより近い．定量的な判断は難しいが，観測と解析のした洪水流の数値解析，土木学会論文集 B1(水工学)，

平均二乗誤差(RMSE)の値から考えると密生度の分布

Vol.71, No.4, pp. I_1039-I_1044，2015．

まで考慮した本研究の結果は観測値に最も近いことが確認できた．

謝辞
本研究を遂行するにあたり，助成を賜りました公益

６. まとめ財団法人 ウエスコ学術振興財団に深く感謝いたしま

本研究で得られた知見を以下に纏める．
¾

す．また，国土交通省中国地方整備局岡山河川事務所

定期横断測量との比較から，陸部･水部を含めて ALB

からは，多数の貴重なデータを頂きました．記して謝計測は数 cm から数十 cm 程度の誤差で河床形状を再意を表します．さらに，株式会社パスコの間野 耕司

現できる．また，ALB 計測では水陸に渡って連続的様，井関 禎之様，ならびに岡山大学大学院 環境生命科学研究科の山口華穂さん，小川修平君には本研究のに河道全体の形状が計測できる.
¾

現地調査，解析結果の整理等で大いにご協力頂きまし

ALB 点群データの平面密度数を基に，クラスタリン

た．記してお礼申し上げます．
（6）- 46 -

（表 題）
卵の老化に伴うオルガネラの動態・機能の解析（所 属）岡山大学大学院環境生命科学研究科（氏 名）若井 拓哉（概要）加齢による不妊の要因は多岐にわたるが、卵の数の減少や「卵の老化」による細胞機能の低下が主要因としてあげられる。これまで、ミトコンドリアや小胞体などのオルガネラの異常と卵の老化を関連付ける研
究結果が報告されているものの、詳細なメカニズムは不明である。そこで、卵母細胞や受精卵におけるミトコ
ンドリアの細胞内分布やその動態に着目し、加齢した卵では減数分裂時のミトコンドリアの動態異常が卵の機能低下の原因になるという仮説を立てた。本研究では、まず正常な卵母細胞の減数分裂過程よび受精後の初期発生過程におけるミトコンドリアの細胞内分布を解析し、ATP 濃度との関連を明らかにした。減数分裂過程のミトコンドリアは第一減数分裂で紡錘体周囲に顕著なクラスター形成を示すが、この時期の ATP 濃度が一過性の上昇を示すことが分かり、紡錘体形成とミトコンドリアによる ATP 生産の関連性が示唆された。初期発生過程ではミトコンドリアは卵割時に割球間で均等に分配され、割球間で明確な差が認められなかった。これらの結果から、卵や初期胚におけるミトコンドリアの動態と ATP 濃度の関係が明らかになった。今後は、加齢マウスから採取した卵や受精卵を用いて正常卵との差異を検討する。

（背景）

ター化したミトコンドリアが局在する。MII 卵子で成長を完了した卵母細胞は，第一減数分裂前期で細は紡錘体周囲に集中したミトコンドリアが観察され胞周期を停止しており、卵核胞（Germinal Vesicle;

るものの、大部分は再び細胞質中に分散して分布すGV）と呼ばれる巨大な核を持つ。卵母細胞は一過性る。これらのミトコンドリアの細胞内分布の変化にに放出される性腺刺激ホルモンの刺激により減数分は何か生理的な役割はあるのであろうか。卵成熟過裂を再開する．まずはじめの形態的変化として、卵程で起こるミトコンドリアのクラスター形成がATP

核胞崩壊（Germinal vesicle breakdown; GVBD）が産生の増加と関連していると報告されているが(2)、起こり、染色体が凝集し分裂期へ進行する。第一減

その局在様式は持つ生理的な機能についてはほとん

数分裂中期（Metaphase I; MI）に、染色体は紡錘体

ど解明されていない。

を形成し，マイクロフィラメント等の細胞骨格の働

ミトコンドリアによるATP産生は受精や初期胚発きによって卵細胞質表層へ移動し、終期を経て染色生の進行にも重要であることが知られている。ミト体の半数を第一極体として放出した後、第二減数分

コンドリアの機能を阻害すると、受精や胚発生の進

裂の中期（Metaphase II; MII）で細胞周期を再び停行が停止し、アポトーシスが増加することも報告さ止する。こうした第一減数分裂前期の停止の再開かれている（3）。特に初期胚におけるミトコンドリア

ら第二減数分裂中期の再停止までの一連の減数分裂の動態は不明な点が多く、卵割時にミトコンドリア

過程は卵成熟と呼ばれる．

が割球間で分配される仕組みについて謎が多い。

ミトコンドリアは卵成熟過程で細胞内分布を変化「卵の老化」
による細胞機能の低下の要因として、させることが知られている(1)。
GV期のマウス卵におミトコンドリアの異常が関連する研究結果が多数報けるミトコンドリアは、核周辺への集中は見られる

告されている(4)。本研究では、その詳細なメカニズ

もののミトコンドリアは細胞質全体に分散して分布ムを解明する前の段階として、正常な卵や初期胚にする。GVBD期においても、ミトコンドリアは卵細胞おけるミトコンドリアの動態や ATP 濃度を解析した。

質中に散在するが、MI期では紡錘体の周囲にクラス（1）- 47 -

（材料と方法法）

期に紡錘体の周期
周囲に集中しし、卵表層へへ移動した（図図

マウス卵およマ
よび初期胚の採取

１）。第一極体体の放出後、凝凝集したミコンドリアの大大岡山大学動物実験規則に
動物実験は、
動に従い行ったた。

部分は卵細胞質部
質中へ分散しした。

～12週齢のBBDF1雌マウス
卵母細胞は8卵
スの卵巣から
ら採
取した。
取
卵巣か
から採取したた GV 期卵母細細胞を取り囲囲む
卵丘細胞をピ卵
ピペッティングにより取りり除き、単離離した卵母細胞をたを M-16 培地にに移し、37 度、5％
度
CO2 の
の条
件下で成熟培件培養した。初初期胚は、性腺
腺刺激ホルモモン
により過剰排に排卵処置を行行った雌マウス
スを雄マウス
スと交配させ、翌
交
翌日に卵管かから採取した受精卵を KSSOM
培地に移し、
培
37 度、5％ CO2 の条件下下で発生培養養した。体外胚培た培養開始 24 時間後に時
2-細細胞期、36 時
時間
後に
後 4-細胞期期、48 時間後
後に 8-細胞期
期、72 時間後
後に
桑実胚期、
桑96 時間後に胚盤胚盤胞期の胚のの観察を行っった。

図１．減数
数分裂過程におおけるミトコ
コンドリアの細胞内分分布．紡錘体のの（＊）周囲囲に集中したミトコン
ンドリア（矢頭頭）．

ミトコンドリミ
リアの可視化

卵成熟過程における ATTP 濃度を計測測した結果、、

ミトコン ドリアの染色色は、1μM
M MitoTrackeer®

GV
VBD が起こる成熟開始後 2 時間までにに顕著な ATP レ

RedCMXRos（MR
Molecular probes）を含含む M-2 培地
地でベルの減少がみベみられた（図図 2）。GVBD の遂遂行には Cdkk1

30
3 分間培養すすることによより行った。またミトコン
まンド

ゼ等の多くのやPlk1キナー
やのM期キナーーゼの活性化が
が

リアの
リ
GFP に
による可視化化のため、ミト
トコンドリアア局

必要となるため
必
め、この減少少は ATP の消消費による可能能

在化シグナル在
ルをCoxVIII配配列からPCR により増幅しし、性が考えられる性る。一方、MII 期に相当す
する成熟開始後
後

GFP
G 配列を含含むプラミド DNA に挿入しした。In vittro

7～～8 時間に一過性の ATP レ
レベルの上昇昇が観察されたた。

転写（Ambion
転n）を用いて cDNA から RNA
R を合成しし、上述したよう上
うに、MI 期ででは顕著なミトコンドリア
ア

卵母細胞質中卵中へマイクロインジェクシ
ションを行っった．
ATPレベル(YFP蛍光/CFP蛍光)染色または染
GGFP で標識ししたミトコンドリアは、共共焦ATPA 濃度の測測定ATP 濃度のの測定は、京京都大学・今村村らが開発しした
蛍光共鳴エネ蛍
ネルギー移動（FRET）の原
原理に基づいいたバイオセンサバ
サー，ATeam を用いた。
をATe
eam をコードドす
る cDNA から In vitro 転写により転RNAA を合成し、GV期の卵母細胞
期
胞にマイクロインジェクシ
ションを行っ
った。

1.6
1.5
1.4
1.3
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

点レーザー顕点
顕微鏡（Olymmpus）を用い
いて観察した．

1.7

時間

ATP
A 濃度は CFFP および YFFP 蛍光画像ををそれぞれ蛍蛍光
顕微鏡を用い顕
いて取得し，YFP/CFP 蛍光
光強度比によより

図２．卵成
成熟過程におおける ATP 濃度
度の変化．

評価した。
評

の凝集が観察のされるため、この局在変変化が ATP レベベルの上昇に寄与ル
与した可能性
性が考えられれる。

び考察）（結果およびミトコンドリア
アの空間的配配置が ATP を介して何らかをか

卵成熟過程に卵におけるミトトコンドリア動
動態と ATP 濃濃度の細胞内反応にのに関わっていいるのかもししれない．

卵成熟過程
程におけるミトコンドリア
アの動態は、MI（2）- 48 -

-細胞期胚～胚胚盤胞期までで、全てのステージでミト
2コンドリアは細コ
細胞質中に分
分散して分布布することが分
分
かった
か
（図 3）
。また
。
8-細胞
胞期までの卵
卵割で、各割球
球間でミトコン間
ドリアの分布布に明瞭な差
差がなかったこことから、卵割時時にミトコンンドリアは割
割球間で均等にに分配されるこ分とが示唆されれた。
ミトコンドリアの機能阻阻害が卵成熟熟過程の紡錘体体の形成異常にの繋がる報告((5)や初期胚のアポトーシ
シスに繫がる報告ス
告があることとから(3)、
ミトコンドリアアの正常性は卵やのや胚の正常性
性と深く関わわることが広くく知られている。
知。今後、加齢
齢マウスから採取した卵やや胚のミトコン
胚
ドリアを解析
析することでで、卵の老化ととの関わりも明のらかにされ、不妊治療へへの糸口が見出出
されることが期さ期待される。
（謝辞）（
本研究を支援い本いただいたウ
ウエスコ学術
術振興記念財団
団に深く感謝いたにたします。
（参考文献）（(11)若井拓哉．
マウス卵母細マ細胞におけるミトコンドリ
リアの細胞内局在ア
在．
Journal oof Mammaliann Ova Researcch，
29
9: 155-160（2012）．
(22) Yu Y, Dumollard R,, Lai FA anda
Swann K.
K
Re
edistributio
on of mitochoondria leadss to bursts ofoAT
TP productio
on during sppontaneous mouse oocyttemaaturation. J Cell Physiool, 24: 672–
–680, (2010).
(33)Dumollard R1, Carrolll J, Duchen MR, Campbelll
K, Swann K. Mitochondriial functio
on and redoox
sttate in mammalian embryyos. Semin Ce
ell Dev Bioll.
20
0: 346-53, (2009).
(44)Tilly JL an
nd Sinclair DDA. Germline
e energeticss,
agging, and feemale inferttility.
Ce
ell Metab, 17:
1 838-50, (2013).
(55)Zhang X, Wu
W XQ, Guo YLL, Lu S and Ma
M X. Deficiitoff mitochonddria-derivedd ATP durin
ng oxidativve
図３．初期胚胚におけるミミトコンドリアの細胞内分分布．

sttress impair
rs mouse MIII oocyte sp
pindles. CelllRees, 16: 841-850（2007）.

初期胚におけ初
けるミトコンンドリア動態
初期胚のミ
ミトコンドリア細胞内分布
布を調べた結結果、（3）- 49 -

含フッ素天然化合物をリードとした化合物ライブラリーの構築
岡山大学大学院環境生命科学研究科（農）泉実

核酸系抗生物質 Nucleocidin の生合成経路の解明、低分子医薬および核酸医薬としての有効利用を目指し、
Nucleocidin をリード化合物とした化合物ライブラリーの構築を目的とした。Nucleocidin の効率的な合成経路および大量合成法の確立するために、アデノシンを出発化合物として種々反応条件の検討を行い、二重結合を有する重要中間体の合成経路を確立した。また二重結合へのハロゲン基の導入方法を検討するために、NXS
存在下、グルカールと 4-ニトロフェノールまたは 4-ニトロフェノール銀塩を用いたグリコシル化について検討した。トリアセチルグルカールに N-ハロゲノスクシンイミドと 4-ニトロフェノール銀塩を作用させると、4-ニトロフェニル基がジハロゲン化された 2,6-ハロゲノ-4-ニトロフェニル糖を得た。
NBS と NIS を用いるとフェニル基のハロゲン化を伴いグリコシル化反応が進行したが、NCS では進行しないことがわかった。
【背 景】「核酸医薬」は、核酸を疾患の原因となる求めることも、また医薬品のシーズとなるようなフDNA や RNA、あるいはタンパク質に直接作用させるこッ素系生理活性物質が天然に見出されることも期待とで病気を改善または治癒させることを目的としてできないことから、有機合成することが重要な意味いる。現在の医薬品の主流として「低分子創薬」とを有すると考えている。そこで、本研究では、「抗体医薬」があるが、低分子医薬における創薬タ

Nucleocidin の生合成経路の解明、低分子医薬およーゲットの枯渇やブロックバスターの登場、また、

び核酸医薬としての有効利用を目的とし、抗体医薬は高い特異性と副作用の軽減が期待される

Nucleocidin をリード化合物とした化合物ライブラ

ものの、その大量生産やコストの面にと、それぞれリーの構築を目的とした。そして、構築したに課題がある。それらの課題を将来的に解決できる

Nucleocidin 誘導体ライブラリーを用いて、生合成可能性があるとして核酸医薬が注目されている。現経路の解明、生物試験に在、全世界で上市・承認された医薬品が 5 品目ながよる医薬品候補の探索

らも、産学官問わず創薬ターゲットとして期待されを行うこと、さらには集ている。天然には塩素、臭素、ヨウ素と言ったフッ

合化や中分子化を行い、素以外のハロゲンを有する有機化合物が約 3500 種

核酸医薬としての可能類も見出されているのに対し、有機フッ素化合物は性について検討するこ

極めて少なく約十数種の化合物のみである。我々はとした。

Fig. 1 Nucleocidin

これまでフッ素（F）基を有する糖質誘導体の合成に【アデノシン誘導体の合成】

ついて検討してきたことから、そこで本研究では天然物の一つである核酸系抗生物質 Nucleocidin（Fig.

Nucleocidin の合成論文を参考にして種々合成経1）に着目した。放線菌 Streptomyces calvus が生路の検討を行った結果、二重結合を有する重要中間産する Nucleocidin は、タンパク質合成阻害により

体 1 を如何に効率的かつ安価に合成するか課題で抗菌作用を示す。リボースの 4 位にフッ素が結合しあると考えた。多くの既報論文では出発化合物とした独特の構造を持っており、生合成経路に興味がもて 6-ベンゾイルアデノシンを用いているが、大量合たれている。1957 年に単離、1969 年に構造決定され成をする際にはそれほど安価なものではないため、た Nucleocidin の有機合成報告例はわずかである。

より安価なアデノシン 2 から重要中間体を合成す

また、現時点では有機フッ素化合物の資源を天然にる経路について種々検討した。その結果、フラノー（1）- 50 -

ス環上のヒドロキシ基はアデニン環上のアミノ基よ素を導入した化合物を設計し、合成して酵素阻害実

りも反応性が高く先に保護を受けること（一般的に験を行ったところ、シアリダーゼを阻害することをはアミノ基の方がヒドロキシ基よりも反応性が高見出している（Fig. 2）。これは、電子吸引基であるい）、
また一級ヒドロキシ基よりも二級ヒドロキシ基

フルオロ基をもつことから、遷移状態が不安定になが先に反応する、など様々な知見を得た。本研究でるため、酵素阻害を示すと考えられている。以上のは、Appel 反応による一級水酸基のヨード化、E2 脱ことから様々な糖加水分解酵素に対して 2-デオキ離反応による二重結合の形成、最後にヒドロキシ基

シ 2-ハロゲン糖は阻害効果を示すことが示唆されとアミノ基の完全保護を行い、効率的に重要中間体る。
そこで本研究では様々な 2-デオキシ 2-ハロゲン1 を得ることが出来た（Scheme 1）。

化糖の効率的な合成手法の検討を行った。

Fig. 2 糖加水分解酵素阻害活性を有する 2-ハロゲ
ン化糖
2-デオキシ-2-ハロゲン化糖を合成するために、
グ
リカールと N-ハロゲノスクシノイミド（NXS）とのグリコシル化反応に着目した。過去に、竜田らはトリアセチルグルカール 5 に、NBS と様々なアルコールを作用させ、2 位にブロモ基を導入した化合物
6 を合成している[2]。ユースフらはグルカール 5

Scheme 1 重要中間体 1 の合成に、NBS もしくは NIS とトリメチルシリルアジドを作用させ、2 位にブロモ基とヨード基を導入した化二重結合を有する重要中間体を合成する目処が立合物 7 を合成した。

ったので、次に重要な課題として、二重結合へのフッ素基の立体選択的な導入方法について検討するこ

NBS
ROH
CH3CN

ととした。しかしながら、市販されているフッ素化
試薬が高価であること、またフッ素はそれほど安全AcOAcO

なものではないことから、まずは安価なグルコース

OAc
O

5

から容易に合成できるグルカールを用いて、二重結合へのハロゲン基（ブロモ・クロロ・ヨード）の導

6
NXS
TMSN3
CH3CN

入について検討した。Nucleocidin 誘導体を合成し、

AcO
AcO

OAc
O

AcO
AcO

Br
(R : Et, Pr)

OAc
O

7

OR

X

N3
(X : Br, I)

Scheme 2 竜田・ユースフらの反応

そのライブラリーを構築するためにも、必要な実験
そこで、4-ニトロフェノール（4-NP）が糖加水分解であると考えたからである。

酵素の検出試薬として広く利用されていることから、【糖加水分解酵素阻害剤の開発を指向した 2-ハロ

本研究ではアグリコン部分に 4-ニトロフェニル基

ゲン化糖の合成】を導入した 4-ニトロフェニル 2-デオキシ-2-ハロ

2-デオキシ-2-ハロゲン化糖、化合物１は、天然にゲン化糖 8 を目的化合物として設計した。グルカ

わずかに存在している 2-デオキシ糖の合成前駆体

ール 5 と NXS を用いた 4-ニトロフェノールとのとして、また糖加水分解酵素を阻害することも報告

グリコシル化から 8 の合成を目指し、 8 の糖加水されている[1]。
我々もシアル酸の 2 位と 3 位にフッ分解酵素の阻害剤としての有用性を検討することに（2）- 51 -

めには、用いるアルコール成分の求核性が重要だと

した。

考えた。
そこで、4-ニトロフェノールではなく、より求核性の高い 4-ニトロフェノール銀塩に変換し反応を検討した。アセトニトリル中、グルカールに NBS 6
当量、 4-ニトロフェニル銀 1.5 当量の条件で、目Scheme 3 NXS を用いた 4-NP とのグリコシル化的である 9 ではなく、4-ニトロフェニル基の 2 位
アセトニトリル中、NBS とアルコールを作用させと 4 位がジブロモ化された 12 （X = Br）を収率 58％

る竜田らの方法を用いることにした。このグリコシで得た。1H-NMR の解析により、アノマー位と 2 位のル化は、グルカールの二重結合に NXS より生成した

ケミカルシフトおよびカップリング定数から、α-ハロゲンカチオンとアルコールがアンチ付加し、
α-マンノース型のみが生成していることがわかった。

マンノース型の 9 とβ-グルコース型の 10 が生

NBS を 6 当量用いることで反応が進行することが分成する。NXS と 4-ニトロフェノールを作用させてみかったので、他の NXS でも試みたところ、NCS ではたところ、いずれの NXS を用いても、アノマー位に反応が進行しなかったが、NIS ではジヨード化され4-ニトロフェニル基を導入できなかった。これは 4-た 12（X = I）を収率 40％で得た（Table 2）。

ニトロフェノールのベンゼン環上に電子吸引基であTable 2 NXS を用いた 4-NP 銀塩とのグリコシル化

るニトロ基が存在するためヒドロキシ基の求核性が小さく、そのため反応性が低いためであると考えた。
そこで、フェノール、4-クレゾールを作用させてみたが、同様に目的化合物を得ることはできなかった（Table 1）。
Table 1 NXS を用いた 4-NP とのグリコシル化

これは NBS より生成した ブロモカチオンがグルカ
ール 3 の二重結合に付加し、4-ニトロフェノール銀
塩ではなく、ジブロモ化された 4-ニトロフェノール
銀塩が求核攻撃し、12 が生成したと考えた。また、
化学量論的に 1.5 当量の 4-ニトロフェノール銀塩
反応性を確認するために、竜田らの既報通り、アセのジブロモ化には NBS を 3 当量消費するため、トニトリル中、グルカールに NBS 1.2 当量 とエタノTable 3 で示す通り NBS 1.2 当量では進行せず NBSール 1.5 当量を作用させたところ、残念ながら、目6 当量で 12 を得ることが出来たと考えた。

的化合物は微量しか生成しなかった。そこで、エタ

最後に、1,4-ジオキサン中でアンモニア水を作用

ノールを溶媒として大過剰用いたところ、NBS の当させてアセチル基の脱保護を行った結果、2 位のブ

量に関わらず生成物を定量的に得ることが出来たこ

ロモ基が脱離せず、収率 67%で化合物 13 を得ることから、NXS を用いたグリコシル化を進行させるた（3）- 52 -

とが出来た。
と
Br

AcO
AcO
A
AcO

O

れを
れ 1,4-dioxane 中、アン
ンモニア水でで脱保護するここNNH3 aq.

B
Br
NO2

O

12
B
Br

HO
HO
HO

1,4
4-dioxane
0 °C
C then r.t.,
24 h

Br

13

とで 13 を得た。NBS と NNIS を用いると、グリコシシ
OBr

ル化反応が進行ル
行したが、NCCS では進行
行しないことが
が
NO2

O

わかった。
わ

Br

今後は、得た知見を基にに重要中間体体 1 へのハロロ

SchemeS
4 脱脱保護

ゲン基の導入、ゲ、
ついで Nuclleocidin およびその誘導
お
導
1

Fig.
F
3 に 13 の芳香族領
領域の H-NM
MR チャート
トを体の合成を行い体
い、Nucleociidin ライブ
ブラリーの構築築示した。4-ニ示
ニトロフェニルル α-D-マンンノシド 14 のを行う予定であをある。
なお、
こ
ここに記載ししたデータは、、

1

H-NMR チャーートと比べてて、7.3 ppm 付近に見られ付れる

岡山大学大学院
岡
院環境生命科
科学研究科（（農）博士前期期

はずの芳香環は環の 2 位と 6 位のプロトン
位ンピークが消消失課程・井上千枝課枝李、岡山大大学農学部・岡本有未らののしていることしと、また 3 位と位 5 位のプロ
ロトンにおいいて実験結果である実る。

カップリング
カグが見られな
ないことから、、13 ジブロロモ体であること体とを確認出来来た。

【謝【辞】
最後となりまましたが、本本研究の遂行
行にご支援賜りり(400
0 MHz, D2O)

ました公益財団
ま団法人ウエス
スコ学術振興興財団に深く感感
謝いたします。
謝。
【参考文献】【[11] J. McCarter et al., CCarbohydr. Res.
R , 249, 77
7・2,6 位
位のピーク消失・カップリングなし(1993).
[22] K. Tatsut
ta et al., CCarbohydr. Res., 54, 85
8(1977).

Fig.
F
3 1H-NMMR の比較（芳芳香族領域）【本研究助成に【により公表しした研究成果果】

今後、合成成した 13 について、そのにの糖加水分解解酵

1. Chieri Inoue, Yumi OOkamoto, Christopher J.
J

素阻害剤とし素
しての有用性性について検討
討する予定でであVavricka, Hiromasa Kiyota, Mi
inoru Izumii,

る。
る“Synthesi
is of Halogeenated-4-Nitrophenyl 22
deoxy-2-haalogenopyrannosides via
a N-Halogenoo-【総 括】

succinimidde Activate d Glucal”, Nat. Prodd.

は、Nucleocidin の生合成
成経路の解明明、
本研究ではCommun., 13(1),1
85 (22018).

低分子医薬お低および核酸医薬としての有有効利用を目目的李・岡本有未・清田洋正・泉 実，「糖糖2. 井上千枝李とし、Nucleoとocidin をリード化合物ととした化合物
物ラ

開発を指向し加水分解酵
酵素阻害剤の開した 2-ハロゲゲ

イブラリーのイの構築を目的とした。そこ
こで、アデノ
ノシ

ン化糖の合
合成」
，日本農
農芸化学会関関西・中四国・ンを出発化合ン
合物として種
種々反応条件のの検討を行いい、

西日本支部
部 2017 年度合合同大阪大会
会，大阪府立大
大

重要中間体
重1 の合成経路路を確立したた。また二重重結学（大阪），2017 年 9 月
月.

合へのハロゲ合
ゲン基の導入入方法を検討すするために、
NNXS

3. 井上千枝李李・岡本有未・清田洋正・泉 実，「糖
糖

存在下、グル存
ルカールと 4-ニトロフェ4
ェノールまたたは開発を指向し加水分解酵
酵素阻害剤の開した 2-ハロゲゲ

4-ニトロフェ4
ェノール銀塩塩を用いたグリリコシル化に
につ

ン化糖の合
合成」
，2017 年
年日本化学会
会中国四国支部
部

いて検討したい
た。トリアセセチルグルカール 5 に NNXS

大会，鳥取
取産業体育館（鳥取），2017 年 11 月.

と 4-ニトロフェノール銀
銀塩を作用させると、
4-ニニト
ロフェニル基ロ
基がジハロゲン化された 12 を得た。こ（4）- 53 -

植物の分布を決める適応機構に関する遺伝的基盤の解明
岡山大学・資源植物科学研究所
池田 啓
（概要）
異所的に分岐した系統を遺伝的に独立したものとして維持する仕組みを明らかすることは、生物の種多様性を創出につながる基盤を解明することである。本研究では、中部地方と東北・北海道（北日本）の間で、遺伝的に分化している高山植物の 1 例であるミヤマタネツケバナ（Cardamine nipponica；アブラナ科）をモデル植物として、北・南系統間における遺伝子の進化様式をゲノムワイドに調べ、系統間で自然選択を受けて分岐した遺伝子を網羅的に明らかにすることを目指した。複数の個体にからコード領域の全長の配列を解読できた
1829 個の遺伝子における分子進化的な解析を行った結果、北日本と中部地方の間で自然選択を受けて分岐した可能性のある遺伝子が 13 個見つかった。一方で、解析した遺伝子には先行研究によって適応進化に関わることが知られている遺伝子（PHYE；フィトクロム E）や植物の生理・生態的に重要な遺伝子が含まれておらず、実験方法が十分でないことが考えられた。したがって、本研究の結果は、系統間における適応的な分岐には、フィトクロム以外にもいくつかの遺伝子が関わる可能性を指摘するものの、これらの可能性を裏付けるには十分な結果ではなく、さらなるデータが必要であると考えられた。

で、交配して子孫を残すことができなかった可能性が考えられる。
これまでに高山植物の1種であり、アブラナ科のモデル植物であるシロイヌナズナに近縁な植物（ミヤマタネツケバナCardamine nipponica）を用いた分子進化学の研究により、北・南系統のミヤマタネツケバナの間では光受容体（フィトクロ
ム）をコードする遺伝子（PHYE）が自然選択を受けて進化していることが明らかにされている(Ikeda et al. 2009b)。フィトクロムは開花や発芽といった植物の様々な生理応答の制御に関わることから、フィトクロムの変異が北日本と中部地方の環境に適応した生理機能をもたらし、北・南系
統を遺伝的な独自なものとして維持する仕組みとして機能したのではないかと考えられてきた。
しかしながら、これまでの研究では、限られた遺伝子における進化様式を調べることにとどまっている。そのため、系統間における適応進化を担う仕組みには、フィトクロムのみが関わるのか、あるいはフィトクロム以外に多数の遺伝子が関わるのかが定かではない。したがって、ミヤマタ
ネツケバナの北・南系統間を遺伝的に独立した系
統として維持する基盤を明らかにするには、ゲノ
ムワイドな遺伝子から系統間において自然選択

はじめに生物の分布が地理的に分断されることは、集団間の遺伝子流動を妨げ、独立した系統を生み出す要因である。こうした分布の分断に伴い、互いに交配して子孫を残せなくなる系統が進化するプ
ロセスは、新たな種を形成し、生物の種多様性を創出するものである。そのため、異所的な系統間の交配を妨げる要因は、生物の種多様性を創出す
る基盤となる仕組みであるといえる。
こうした仕組みを明らかにするうえで、日本列島の高山植物は優れた研究系を与える。日本列島の高山植物は、第四紀の氷河時代に北方より南下した植物に起源すると考えられている(Koidzumi
1919)。一方で、近年の分子系統地理学の研究により、日本列島の高山植物は中部地方と北日本の間で遺伝的に独自なものへと進化していることが様々な植物で明らかにされている(Ikeda et al.
2008など)。特に、両系統が約10万年以前に分岐したことが示されており(Ikeda et al. 2009aなど)、今から約2万年前の氷河時代（最終氷期）より前に2つの系統に分岐したことが示されている。したがって、日本列島の高山植物は最終氷期には中部地方から北海道まで分布を広げることができたにも関わらず、中部地方の系統と北日本の系統の間（1）- 54 -

を受けて分岐した遺伝子を探索する必要がある。
結果

生理応答を担う可能性のある遺伝子を網羅的に調べ

本研究では、北・南系統のミヤマタネツケバナに含まれていないことは、今回の解析で得られたωのることができていない可能性がある。特に、PHYE が

対して複数の個体でアライメントを構築できた

値が、PHYE に匹敵するほど十分に大きいものである

1829 個の遺伝子について、最尤法で系統樹を構築すかを明らかにすることができてきない。
したがって、るソフトウェア（RaxML）を用いて遺伝子ごとの系統

今回の結果の妥当性を評価するには、本研究の方法

樹を作成した。系統樹の構築に当たっては、ミヤマを用いて、PHYE を含め、より多くの遺伝子を解析す

タネツケバナの姉妹種である Cardamine

ることが必要である。

bellidifolia、と近縁種である Cardamine hirsuta、また、こうした問題を改善するうえで、考慮する

シロイヌナズナを外群に用いて解析を行った。その点が２つある。
今回の結果で PHYE を含めた生理的に結果、1007 個の遺伝子でミヤマタネツケバナの北系

重要な遺伝子を解析できなかった原因の１つには、

統と南系統の単系統性が支持された。一方で、671解析に使用した遺伝子が実生で発現している遺伝子個の遺伝子では、塩基配列情報に信頼できる系統関に由来したものであることが考えられる。この点を係を推定する十分な情報が含まれていなかった。ま

改善するには、植物の適応に重要な発生段階（花芽た、残りの遺伝子については、Cardamine

形成の直前など）で発現している遺伝子を探索する

bellidifolia とミヤマタネツケバナのそれぞれを必要がある。また、今回の解析では変異が少ないた

単系統群として区別することができなかった。

めに、系統樹ベースの解析方法では自然選択を適切

系統解析を行った遺伝子について、系統樹上におに評価できない遺伝子がある可能性が考えられる。

ける自然選択を評価するソフトウェア（PAML）を用

これらの遺伝子については、系統樹以外の方法によい、北・南系統間で自然選択を受けて分岐した可能る解析を行い、自然選択を改めて検証する必要があ性のある遺伝子を探索した。その結果、1071 個の遺るものと考えられる。
参考文献

伝子では、解析を行うための十分な変異がなく、統計的な解析を行うことができなかった。解析を行っ

Ikeda H, Fujii N, Setoguchi H (2009a) Application of theisolation with migration model demonstrates thepleistocene origin of geographic differentiation in
Cardamine nipponica (Brassicaceae), an endemic
Japanese alpine plant. Molecular Biology and
Evolution 26, 2207-2216.
Ikeda H, Fujii N, Setoguchi H (2009b) Molecular evolutionof phytochromes in Cardamine nipponica(Brassicaceae) suggests the involvement of PHYE
in local adaptation. Genetics 182, 603-614.
Ikeda H, Senni K, Fujii N, Setoguchi H (2008) Consistentgeographic structure among multiple nuclear
sequences and cpDNA polymorphisms of
Cardamine nipponica Franch. et Savat.
(Brassicaceae). Molecular Ecology 17, 3178-3188.
Koidzumi G (1919) Genetic and floristic phytogeography of
the alpine flora of Japan. Botanical Magazine 33,
193-223.

た 759 個の遺伝子に関して、北・南系統間における同義置換に対する非同義置換の割合（ω）を計算した。ωは中立に進化する遺伝子ではω＝１となることが期待され、系統間の分岐が正の自然選択の影響を受けている可能性のある遺伝子では、ω＞1 となることが期待される。今回の結果では、13 個の遺伝
子が、ω＞1 であることが明らかになった。
考察
本研究は、ミヤマタネツケバナの北系統と南系統の分岐では、PHYE 以外にもいくつかの遺伝子が適応進化を担う可能性を指摘している。しかしながら、本研究の成果は、以下の理由から、この可能性を裏付けるためには、十分ではないことが考えられる。
本研究の解析では、先行研究で自然選択の証拠が得られている PHYE をはじめ、植物の生理・生態において重要な機能を果たすことが考えられる遺伝子が解析に含まれていない。そのため、植物の適応的な（2）- 55 -

再分化を促す転写因子 BBM1 と WUS2 を過剰発現したオオムギの網羅的遺伝子発現解析
岡山大学 資源植物科学研究所
久野裕
植物は、動物に比べて分化全能性が高く、カルスからの再分化が一般的に容易である。これまでに、Baby
boom (BBM) 遺伝子ならびに Wuschel2 (WUS2) 遺伝子と呼ばれる転写因子遺伝子は再分化の鍵となる茎頂分
裂組織の形成に重要であることが知られているが、それらが制御する下流の遺伝子については明らかとなっていない。本研究では、オオムギの再分化メカニズムの解明を目的として、オオムギの BBM ならびに WUS2遺伝子のホモログの単離および同定を行い、続いてそれぞれ過剰発現させたオオムギ形質転換カルスのマイクロアレイ解析を行った。その結果、BBM および WUS2 遺伝子の過剰発現により発現上昇した遺伝子は、それぞれ 13,900 個および 1,174 個であった。そのうち共通して発現上昇した遺伝子は 923 個であった。一方、BBM および WUS2 遺伝子の過剰発現により発現抑制された遺伝子は、それぞれ 467 個および 580 個であった。
そのうち、共通して発現抑制された遺伝子は 150 個であった。これらの遺伝子の一部は、オオムギの再分化やその抑制に寄与していると考えられる。
「Golden Promise」アリルを導入することにより、

１．研究の背景と目的

任意の品種の形質転換効率を向上させることを示

個体を構成する器官や組織のあらゆる細胞が、した（Hisano et al. 2017）。

どれにも分化することができる能力は「分化全能性」と呼ばれる。植物は、動物に比べて分化全能

これまでの知見から、BBM ならびに WUS2 遺伝性が一般的に高く、一旦脱分化した未分化な細胞子によって、再分化の礎となる茎頂分裂組織が形

塊（カルス）から植物体を再生（再分化）するこ

成されることが明らかとなっているが、それらがとができる。多くの植物において形質転換（遺伝制御する下流の遺伝子については明らかとなって子組換え）は、この再分化を利用して行われる。

いない。また、オオムギにおいて BBM ならびに植物の再分化能は、
種間や系統間に多様性があり、WUS2 遺伝子は同定されておらず、TFA との関連

培養環境条件や供試外植片によっても影響される。

も明らかでは無い。そこで本研究では、オオムギ

その分子機構については、双子葉植物では遺伝子の再分化効率ならびに形質転換効率の向上を目的

レベルでの理解が進みつつあるが（Ikeuchi et al.

として、オオムギにおける BBM ならびに WUS2

2016）
、単子葉のイネ科植物では発展途上である。

遺伝子の同定とその下流遺伝子の探索を試みた。

Lowe et al. (2016) は、トウモロコシ由来の転写因子である Baby boom (BBM) ならびに Wuschel2

２．材料および方法（WUS2）遺伝子を過剰発現することにより、ト

植物材料として、オオムギ品種「Golden Promise」

ウモロコシ、ソルガムならびにイネにおいて、形（GP）を用いた。GP の未熟胚由来カルスから RNA

質転換が困難な系統の形質転換に成功した。
一方、を抽出し、Reverse Transcription Polymerase Chain

申請者らは、形質転換が容易なオオムギ品種

Reaction（RT-PCR）法により BBM ならびに WUS2

「 Golden Promise 」 と 形 質 転 換 が 困 難 な 品 種

遺伝子のホモログを単離した。トウモロコシ由来ユ「Haruna Nijo」の交雑後代を用いて、遺伝学的手

ビキチンプロモーターを持つベクターにそれらをク

法 で 形 質 転 換 に 必 要 な 遺 伝 子 座 TFA

ローニングし、各遺伝子の過剰発現ベクターを構築（Transformation amenability）を特定した（Hisano

した。これらのコンストラクトを用いて、アグロバ

and Sato 2016）。さらに、交配によって TFA の

クテリウム法により GP の未熟胚に遺伝子導入を行（1）- 56 -

い、各遺伝子い
子の過剰発現
現カルスを作成成した。得ら
られ（注釈、Agilen（
nt マイクロア
アレイに付属属）を調査したた

た形質転換カたカルスから RNA
Rを抽出しし、マイクロロア

が、既知の再分が分化に関わる
る遺伝子、形
形態形成に関わわレイ（Agilenレ
nt barley 44K array）によるる網羅的遺伝伝子る遺伝子、植物る
物ホルモン関関連遺伝子ななどは見当たらら

発現解析を行発行った。コントロールとしして、緑色蛍
蛍光

なかった。
な

タンパク質
タ
（
（EGFP）遺伝
伝子を導入したた形質転換カカル
スを用いた。
ス
よび考察
３．結果およ始めに、オ
オオムギの BBBM および WUS2
W
遺伝子子のホモログをクホ
クローニングし、それぞれれ HvBBM1 お
および HvWUS2 と名付けた。HvBBM1 および
お
HvWU
US2
遺伝子の長さ遺さは、それぞぞれ 1980 bp (659 aa) およよび630
6 bp (204 aaa) であった。これらを過過剰発現ベククターに挿入し、ーオ
オオムギへのの遺伝子導入入を行った結果
果、複数の形質転複
転換カルスを得ることが出
出来た。
次に、これ
れらの形質転転換カルスからら RNA を抽抽出し、マイクロしロアレイ解析
析を行った。そその結果、ココン
トロール（EGFP 過剰発現形質転換カカルス）に比比べて多数の遺伝て
伝子の発現が変動している
ることが明ららかとなった。Foとold Change (FFC) が 5 以上
上（発現上昇
昇）
および
お
0.2 以
以下（発現抑制）の遺伝子子数を図１おおよび図び 2 にそれ
れぞれ示す。H
HvBBM1 の過過剰発現によより発現上昇した発
た遺伝子は 133,900 個で、HvWUS2
Hの過過剰発現により発発発現上昇した遺伝子は 1,1
174 個であっ
った
（図１）
。その
のうち、共通して発現上昇
昇した遺伝子
子は。一方、HvBBM
923
9 個であった（図 1）
M1 の過剰発発現により発現抑に抑制された遺遺伝子は 467 個で、HvWU
個US2の過剰発現にのにより発現抑制された遺伝
伝子は 580 個
個で
あった（図
あ
22）
。そのうち
ち、共通して発発現抑制されれた
遺伝子は遺1500 個であった
た（図 2）。なお、t 検定にによる P 値が 0.055 以上のもののは解析から除いた。
表 1 およびび表 2 に、発現上昇した遺遺伝子およびび発

これらの遺伝伝子は、HvBB
BM1 または HvWUS2 によよ

現抑制された現
た遺伝子の抜抜粋を記す。最最も発現上昇昇しって制御されるっることは明ららかであるがが、再分化に寄寄た遺伝子のプた
プローブは、A_13_P0744
401（HvBBM
M1）

与しているか与
どうかは未知知である。今
今後、これらののおよびお
A_13__P074371（H
HvWUS2）で、FC はそれ
れぞ

遺伝子を詳細に遺に解析し、オオオムギの再再分化に関するるれ 1917.0 およ
よび 50.5 でああった（表 1）
。一方、最最も

分子メカニズム
分
ムを解明した
たいと考えてている。また、、発現が抑制された遺伝子のプローブは本研究において本ては、これら
らの遺伝子と TFA との関係
係

A_13_P50678
A
89 （ HvBBM11 ） お よ び A_13_P5469979を見いだすこをとは出来なかかった。今後後、遺伝学的解
解（HvWUS2）で、FC はそそれぞれ 0.013 および 0.0018

析を交えて、こ析
これらの関係
係を明らかににする予定でああであった（表で
表 2）。それらの遺伝子のアアノテーショ
ョン

る。
る

（2）
- 57 -

（3）- 58 -

４．謝辞(transformation amenability) haplotype and higher

本研究を実施するにあたり、多大なご支援を賜り

resolution mapping of the TFA loci. Plant Cell Reports

ました公益法人ウエスコ学術振興財団ならびに財団

36: 611-620.

関係者の皆様に心より感謝申し上げます。
Ikeuchi M, Ogawa Y, Iwase A, Sugimoto K. 2016. Plant
５．参考文献regeneration: cellular origins and molecular mechanisms.

Hisano H, Sato K. 2016. Genomic regions responsible forDevelopment 143: 1442-1451.

amenability to Agrobacterium-mediated transformation in
Lowe K, Wu E, Wang N, Hoerster G, Hastings C, Chobarley. Scientific Reports 6: 37505.

M-J, Scelonge C, Lenderts B, Chamberlin M, Cushatt J,
Hisano H, Meints B, Moscou MJ, Cistue L, Echávarri B,

et al. 2016. Morphogenic Regulators Baby boom andSato K, Hayes PM. 2017. Selection of

Wuschel Improve Monocot Transformation. The Plant

transformation-efficient barley genotypes based on TFA

Cell. 28: 1998-2015.

（4）- 59 -

炎症性脂質メディエーター合成系を標的とした慢性炎症予防効果を有する食品機能性岡山県立大学 保健福祉学部 栄養学科
山本 登志子
超高齢社会を迎えた我が国では，いかに「健康で長生き」できるかが命題である。加齢に伴う様々な慢性疾患は，その基盤にある慢性炎症が引き金となる。ω6 系不飽和脂肪酸のアラキドン酸代謝産物であるプロスタ
グランジン(PG)E2 やロイコトリエン(LT)B4，システイニル LTs(LTC4,LTD4,LTE4) は，慢性炎症誘導因子である。
すなわち，過剰な PGE2 や LTs の産生を抑えることができれば，慢性疾患の予防につながる。そこで，私達は，慢性疾患予防のための食品機能性の探索に取り組み，癌や炎症のモデル細胞，炎症を伴う皮膚癌モデルマウスや慢性炎症性皮膚疾患の乾癬モデルマウスを用いて検討した。その中で，岡山県産の自然薯が，PGE2 合成系酵素の発現を抑制し，抗炎症・抗腫瘍効果を有することを明らかにした。また，岡山県産赤米の LTs 合成系初発酵素の活性阻害効果と乾癬予防効果を見出した。
1． はじめにテイニル LT 受容体拮抗薬が開発され，特に後者は，

ω 6系 不 飽 和 脂 肪 酸 の ア ラ キ ド ン 酸 代 謝

気管支喘息やアレルギー性鼻炎の治療薬として広く

産 物 の う ち ，PGE 2 や LTsは 慢 性 炎 症 誘 導 に 関

臨床応用されている。

与 す る 。 PGE 2 は ， 炎 症 ， 発 熱 ， 痛 覚 伝 達 ，

本研究では ，PGE2 や LTs によって惹起される疾患

癌 ，動 脈 硬 化 ，神 経 変 性 疾 患 な ど ，LTB 4 は ，の予防を目指して，それぞれの合成を担う酵素を標

炎症，生体防御，好中球・マクロファージ遊走活性的とした，副作用の少ない食品機能性の探索を行う

化，乾癬に，システイニルLTsは，喘息，肺線維化，こととした。

アトピー性皮膚炎，アレルギー反応などの惹起に関与する（図１）。
PGE 2 は ， ア ラ キ ド ン 酸 か ら シ ク ロ オ キ シ
ゲ ナ ー ゼ (COX)と PGE 合 成 酵 素 の 触 媒 に よっ て 合 成 さ れ る 。 PGE 2 合 成 に 働 く ア イ ソ ザ
イ ム の う ち ， 誘 導 型 COX-2 と ミ ク ロ ソ ー ム
型 PGE 合 成 酵 素 （ mPGES） -1 の 発 現 上 昇 によ っ て 過剰な PGE2 が産生されると炎症が誘導される。非 ス テ ロ イ ド 性 抗 炎 症 薬 （ NSAIDs ） は
COX の 活 性 を 阻 害 す る こ と で PGE 2 の 産 生 を
抑 え ，炎症や発熱のみならず癌を抑えることも知ら
図 1．PGE2 と LTs の合成経路れている。しかしながら，恒常的に必要なプロスタ
グランジン類やトロンボキサンの産生も抑えてしまうために，胃粘膜障害や心臓血管系障害などの重篤

2． 実験材料・方法

な副作用が懸念される。よって，NSAIDs に よ る 予

2-1． 自然薯乾燥粉末と赤米抽出物

防目的の長期服用には厳重な注意が必要である。

岡山県新見市原産の自然薯低温乾燥粉末は，皮をLTB4 やシステイニル LTs は，アラキドン酸より 5-取り除き，天日干しで 40℃以下の低温乾燥を行い，リポキシゲナーゼ(LOX)の触媒に始まる一連の代謝

その後粉砕し，60 メッシュでパウダー状にした試料産物である。これまでに，5-LOX 活性阻害薬やシス

である。
（1）
- 60 -

岡山県総社市原産の赤米素抽出物より，芳香族系合ッ ト に よ り 解 析 し た 。 そ の 解 析 に は ， rabbit

成吸着カラム Diaion HP20 resin で吸着後，50%メタ

anti-COX-2

ノール抽出画分から赤米ポリフェノール（RRP）を

Laboratories Co.，Ltd.，Gumma，Japan)，rabbit

単離し，カテキン重合体のプロアントシアニンジン

anti-mPGES-1 antibody (Cayman Chemical Co. Ann

であることが同定された（Ganeko, N. et al. ICPH2015）。

Arbor，MI) と 内部標準の解析としてrabbit anti

antibody(Immuno-Biological

β-actin anibody (Cell Signaling Technology ，Boston，MA)の抗体を使用した。

2-2． 細胞および動物

in vitro 実験には，癌モデルのヒト非小細胞肺癌
2-5. 酵素活性測定

A549 細胞やヒト大腸癌 Caco-2 細胞と，炎症モデルのリポポリサッカライド（LPS）刺激マウスマクロフ

COXは，0.1M Tris-HCl（pH7.4）/ 2μM hematin /ァージ RAW264 細胞を用い，in vivo 実験には，5mM tryptophan / 25μM linoleic acidの反応液中

17,12-dimethylbenz [a] anthracene (DMBA) とで，24℃，5分間反応させた。5-LOXは，0.1M Tris-HCl

12-O-tetradecanoylphorbol 13-acetate (TPA)の局（pH7.4）/ 2mM CaCl2 / 2mM ATP / 25μM arachidonic

1)

所塗布による化学物質誘導皮膚癌モデルマウス やacidの反応液中で，30℃，20分間反応させた。それ

イミキモド(IMQ)局所塗布による乾癬誘導モデルマ

ぞれの反応生成物を逆相高速液体クロマトグラフィ

2)

ーで分析した。

ウス を用いた。
各培養細胞には，自然薯乾燥粉末の 50%エタノール
抽出物（DJE）を添加し，皮膚癌モデルマウスには，

2-6. 病理・組織化学解析
マウス皮膚を4%パラフォルムアルデヒドで固定し，DJE の塗布に加え，10%自然薯粉含有餌の自由摂食に

パラフィン切片を作製した。ヘマトキシリン・エオよる投与を行った。
RRP の酵素活性阻害効果については，dimethyl

ジン(HE)染色した切片で，病理組織解析を行い，自sulfoxide（DMSO、終濃度 1%）で溶解し，乾癬モデ

然薯投与標本は，COX-2とmPGES-1抗体を用いた免疫

ルマウスへの投与は 50％エタノールで溶解して使組織染色を行った。

用した。
2-7.

脂質メタボローム解析

マウス皮膚から，Bligh and Dyer 法により脂質を2-3． 定量 RT-PCR による遺伝子発現解析
細胞あるいはマウス皮膚より調製した total RNA

抽出し，
Oasis HLB cartridges（Waters, Milford, MA.

より cDNA を合成し，これを RT-PCR の鋳型とした。

USA）を用いた固相抽出によりサンプルを調製し，定量 RT-PCR は，
SsoAdvancedTM SYBR Green Supermix

d4-labeled PGE2 を内部標準として，エレクトロスプ（Bio Rad Labs.，Hercules，CA. USA）反応液を使

レーイオン化質量分析（EMI）により脂質メディエー

用し，サーマルサイクラー

ター含有量を測定した 3)。

StepOnePlusTM

Real-Time PCR System （Applied Biosystems, LLC，Foster City，CA. USA）で解析し，発現量は，ΔΔ

3． 結果

Ct 比較定量法で算出した。内在性コントロールには

3-1.自然薯のPGE2合成系酵素発現抑制4)と皮膚癌予

glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase（Gapdh）

防効果5)

を用いた。

自然薯抽出物は，
A549細胞やLPS刺激RAW264細胞において, COX-2（Ptgs2）とmPGES-1（Ptges）の発現

2-4． タンパク質発現解析を抑制し，抗炎症・抗腫瘍効果を有することを明ら

細胞ホモジネートの10,000xg上清を用いて，
COX-2

かにした。

とmPGES-1のタンパク質発現動態をウエスタンブロ（2）- 61 -

図2．皮膚癌マウスの腫瘍の数と体積*

P<0.01 vs 皮膚癌コントロール

そこで，このような自然薯の効果をin vivo で評

インのIL-1β（ll1b）とIL-6（ll6）の発現も抑制さ価するために，
DMBAとTPAの二段階化学物質誘導皮膚れた（図3）。また，脂質メタボローム解析を行った

癌モデルマウスを用いて実験を行った。皮膚腫瘍形

ところ，癌誘導によって上昇するPGE2量が自然薯投成について観察したところ，その数において正常を与によって減少することが認められた。病理組織解

除く各群間に有意な差は認められなかったが，腫瘍析においては，皮膚癌誘導によって，癌細胞による体積は，癌誘導コントロール群に比べて自然薯食群

表皮の肥厚が自然薯投与によって減少していることとDJE塗布群において有意な減少が認められた（図2）。

が観察された（図4）。また，自然薯投与によって癌

さらに，いずれの自然薯投与群でも，皮膚のCOX-2

組織周辺への好中球や好酸球の浸潤が減少した。次とmPGES-1の発現が抑制され，炎症性サイトカに，COX-2とmPGES-1の発現細胞を，特異的抗体を用いて免疫組織化学的に解析したところ，
COX-2の発現は，増殖した癌細胞のみならず，表皮樹状細胞のラン
ゲルハンス細胞に強く観察され，自然薯処理により，これらの細胞における陽性強度の低下が認められた。一方，mPGES-1の発現は癌細胞で観察されたが，ランゲルハンス細胞では特に強い発現は認められなかった。
3-2．赤米ポリフェノールによる5-LOX活性阻害と乾癬予防効果
カテキン重合体を主成分とする赤米ポリフェノール（RRP）の添加による 5-LOX 活性阻害効果を検討したところ，
IC50 約 9 μM の強い阻害効果が認められた。
さらに，カテキン単量体の 5-LOX 活性阻害についても検討したところ，IC50 約 13 μM で，RRP に比べるとやや弱い阻害効果を示した。酵素反応速度論に基づく阻害様式の解析から，RRP の 5-LOX に対する阻図3．皮膚の遺伝子発現解析

害様式は，混合型非拮抗阻害であることが示された。

*

P<0.01 vs 皮膚癌コントロール（3）- 62 -

図4．病理組織解析*

P<0.01 vs 皮膚癌コントロール
正常

IMQのマウス耳介への塗布による乾癬モデルを用乾癬誘導

RRP 塗 布いて，RRP局所塗布による効果を検討した。耳介厚の測定から，赤米ポリフェノール（RRP）塗布によって濃度依存的な肥厚の抑制が認められ，赤米ポリフェ
ノール2500µg塗布で乾癬誘導コントロール群の約30％まで抑制された。さらに，HE染色した組織観察より，耳介表皮の有棘層の肥厚も約50％まで抑制されていた(図5，6)。また，結合組織への浸潤細胞数

図 5． 病 理 組 織 像
両矢印は，耳介の表皮有棘層の厚さを示す。

を計測したところ，乾癬誘導コントロール群と比較すると，その数を約85％減少させた。
乾癬関連遺伝子に対する赤米ポリフェノールの効

赤米ポリフェノール塗布による耳介皮膚中の主要な果を，定量PCRにより解析した。
対象とした遺伝子は，

脂質メディエーター含有量を，脂質メタボローム解析

乾癬の病態形成に重要とされるTh17細胞が産生するにより測定したところ，LTB4 のみ有意な減少が認めらサイトカインのIl17a（IL-17A）やIl22（IL-22），乾れた。乾癬誘導コントロール群で 100 倍程度上昇した

癬特異的な炎症因子のS100a9（S100a9）とケラチノ

LTB4 は，赤米ポリフェノール塗布で濃度依存的に減少

サイト増殖マーカーであるKrt1（Krt1）である。いし，2500µg 塗布では正常コントロールとほぼ同程度まずれの遺伝子も乾癬誘導コントロール群で著しい発で有意に減少した。一方，アラキドン酸や PGF2αは，乾現上昇が認められたが，赤米ポリフェノール塗布に癬誘導コントロール群と有意な差は認められず，PGD2より，濃度依存的な発現抑制が認められ，赤米ポリや PGE2 はむしろ上昇傾向を示した。

フェノール2500µg塗布で，ほぼ正常コントロール群と同程度までいずれの遺伝子発現も低下した。
（4）- 63 -

らかとなってきた 2)。さらに，LTB4 受容体の BLT1 はケモカイン受容体の CXCR2 との相互作用によって，乾癬における好中球の走化性を亢進し，ケラチノサ
イトの活性化を導くことが報告されている 6)。本研究の結果から，RRP の 5-LOX 阻害効果により，乾癬
皮膚での LTB4 産生を抑え，乾癬の予防あるいは症状の改善につながったものと考えられる。実際に，皮膚中の LTB4 の有意な減少にともない，好中球を含む
浸潤細胞数の減少や，乾癬に特異的なサイトカインの発現抑制も観察されており，これまでの乾癬症状の改善に関する報告と類似の結果を示している。
本研究において，PGE2 や LTs 合成に関わる酵素の図 6． 耳 介 厚 と 浸 潤 細 胞 数
いずれも，乾癬誘導群の平均を 1 としたと
き の 値 を 示 す 。 *P <0.01vs.乾 癬 誘 導 群

発現抑制あるいは酵素活性阻害に効果を有する食品
機能性が明らかとなり，いずれも，慢性炎症性疾患
モデルマウスを用いた生体への効果が検証された。
現在は，これらの食材を用いて，慢性炎症予防効果

4． 考察
自然薯は，癌や炎症のモデルを用いたin vivoとを付加した新規嚥下調整食開発に向けた応用研究にも取り組んでいる 7,8)。

in vitroの両方の実験で，COX-2とmPGES-1発現抑制によるPGE2合成低下と，それによる抗炎症・抗腫瘍

謝辞

効果を有することが明らかとなった。皮膚癌モデル
マウスへの投与においては，局所塗布だけでなく，本研究を遂行するにあたり，研究助成を賜りまし

経口投与においても効果が認められたことは，食品た公益財団法人ウエスコ学術振興財団に深く感謝申

機能性として非常に意義深い。さらに，その機能性し上げます。

成分の単離同定を進めたところ，候補制分の一つとして植物ステロールのジオスゲニンにCOX-2抑制効

参考文献

果を見出した。さらに，その作用機序についても解1)Modi BG, Neustadter J, Binda E, Lewis J,
Filler RB, Roberts SJ, Kwong BY, Reddy S,

析を進めているところである。
赤米由来プロアントシアニジン（赤米ポリフェノ

Overton JD, Galan A, Tigelaar R, Cai L, Fu

ール, RRP）は，in vitro で，5-LOX を混合型非拮抗

P, Shlomchik M, Kaplan DH, Hayday A, Girardi

阻害することが明らかとなり，in vivo で，乾癬予M. Langerhans cells facilitate epithelial

防効果を示した。5-LOX は，好中球やマクロファー

DNA damage and squamous cell carcinoma.

ジの遊走を活性化し，急性期の炎症や生体防御に関Science. 335(6064), 104-108 (2012)

わる LTB4 の合成に，また，古くよりアナフィラキシ

2)van der Fits, L., Mourits, S., Voerman, J.

ー遅延反応物質とされてきたシステイニル LTs

S., Kant, M., Boon, L., Laman, J. D.,（LTC4，LTD4，LTE4）の合成に関与する（図 1）。よCornelissen, F., Mus, A. M., Florencia, E.,って，生体への効果として，急性・慢性炎症，アレPrens,

ルギーやそれによる炎症反応を網羅的に抑制するこImiquimod-inducedとが期待できる。近年，乾癬の病態誘導に Th17 細胞

inflammation in mice is mediated via theが重要な働きを持ち，Th17 細胞から多量に産生されIL-23/IL-17 axis. J. Immunol. 182, 5836–

る IL-17 や IL-22 が乾癬の皮疹を形成することが明5845 (2009)（5）- 64 -

E.

P.

and

Lubberts,

psoriasis-like

E.
skin

3)

Yamamoto, K., Miki, Y., Sato, H., Murase, R.,
Taketomi, Y., and Murakami, M. Secreted
phospholipase A2 specificity on natural
membrane phospholipids. Methods Enzymol.
583, 101-117 (2017)

4)

Suzuki-Yamamoto T, Tanaka S, Tsukayama I,
Takafuji M, Hanada T, Arakawa T, Kawakami Y,
Kimoto M, Takahashi Y. Dioscorea japonica
extract down-regulates prostaglandin E2
synthetic pathway and induces apoptosis inlung cancer cells. J. Clin. Biol. Nutri.
55(3), 162-167 (2014)5)

Tsukayama I, Toda K, Takada Y, Mega T, Tanaka
M, Kawakami Y, Kimoto M, Takahashi Y, Kimoto
M,

Yamamoto

K,

Miki

Y,

MurakamiM,

Suzuki-Yamamoto T. Preventive effect ofDioscorea

japonica

carcinomaofdown-regulation

on

mouse
of

squamouse
skin

cell

involving

prostaglandin

E2synthetic pathway. J. Clin. Biol. Nutri.
62(2), 139-147 (2018)
6)

Sumida, H., Yanagida, K., Kita, Y., Abe, J.,
Matsushima, K., Nakamura, M., Ishii, S.,
Sato, S. and Shimizu, T. Interplay between
CXCR2 and BLT1 facilitates neutrophil
infiltration and resultant keratinocyte
activationinamurinemodelofimiquimod-induced psoriasis. J. Immunol.
192(9), 4361-9 (2014)7)

山本登志子，野村奈央，山本沙也加，田中充樹，
目賀拓斗，津嘉山泉，戸田圭祐，川井恵梨佳，
大野智子，木本眞順美．高齢者嚥下食の開発に向けた自然薯のレオロジー解析．岡山県立大学
保健福祉学部紀要．22, 47-56，2016.

8)

目賀拓斗，田中小百合，津嘉山泉，大本安梨紗，
田中充樹，戸田圭祐，川井恵梨佳，吉尾壯兒，
木本眞順美，山本登志子. 自然薯の保存方法の検討とその高機能性をいかしたレシピの開発.
岡山県立大学保健福祉学部紀要．22, 39-46，（6）- 65 -

2016.

乳児を養育する親の産後うつと睡眠、生活状況に関する海外との比較研究
岡山県立大学保健福祉学部看護学科
池田 理恵
睡眠に焦点を当て、1 か月児を養育する母親の産後うつに影響を与える要因を明らかにすることを目的とした。
1 か月健診時、母親に、属性、EPDS、PSQI、PBQ、疲労度を問う自記式質問紙調査を実施した。統計パッケー
ジ SPSSver.22 を用い、産後うつ病が疑われる EPDS9 点以上（以後、高群とする）と 9 点未満（以後、低群とする）に分け、平均値の差の比較にはｔ検定、カテゴリカルデータにはカイ二乗検定を実施し、その後重回帰分析を行った。睡眠障害は PSQI の下位項目まで検討した。本研究は岡山県立大学倫理委員会の承認を得た（承認番号 17－11）。
研究対象者 112 名のうち回収数 107 名（回収率 95.5％）、欠損データを除く 104 名を分析した（有効回答率
97.2％）。産後うつ病の疑いの有無を従属変数として、重回帰分析を行った結果、育児不安（β＝0.45）、初産婦（β＝0.25）、世帯収入（β＝-0.20）が影響を与える因子であった。

れ、回答形式は 0～3 の 4 件法である。合計点は 0～

Ⅰ．研究目的
本研究は、1 か月児を養育する母親の産後うつに30 点であり、得点が高いほど産後うつ傾向が強い。

影響を与える要因を明らかにし、産後うつを軽減す

産褥期の身体的変化を反映させないよう、身体症状るための基礎資料、また出産後早期から産後の睡眠の項目は含まれていない。
本研究では、
岡野ら（1996）

状態の評価に基づいた介入への示唆を得ることを目によって作成された日本語版 EPDS を使用した。
日本

的とする。

語版 EPDS の信頼性と妥当性は確保されている。
産後
うつのスクリーニングツールとして広く活用されてⅡ．研究方法おり、本研究では 9 点未満を正常、9 点以上を産後

1. 研究対象

うつの疑いがあると判断している。

A 県内で本研究に協力が得られた 1 産科医院の小児

２）ピッツバーグ睡眠質問票（Pittsburgh sleep

外来において、1 か月児健康診査で来院している母

quality index ：以下，PSQI）（Buysse ら，1989）

親のうち研究協力が得られた 112 名を対象とした。

睡眠障害の評価として広く使用されており、過去１

2．調査方法か月間の睡眠を評価するうえで、信頼性・妥当性の自記式質問紙調査を 2017 年 9 月から 2017 年 10高い尺度とされている（Doi ら，2000；駒田ら，2011）。

月に実施した。医院にて、対象者に研究の趣旨を説

18 項目の質問から構成されており、睡眠の質（C1，

明した後に調査票を配布し、その場若しくは郵送に1 か月の主観的な睡眠の質）、入眠時間（C2，就床して回収した。個別の回答をもって承諾とした。

てから入眠するまでの時間）、睡眠時間（C3）、睡眠3．調査項目効率（C4，就床時間に占める睡眠時間の割合）、睡眠１）エジンバラ産後うつ病自己評価票 (Edinburgh

困難〔C5，睡眠困難の理由（夜間または早朝覚醒；

Postnatal Depression Scale：以下，EPDS)（Cox ら，

本研究では授乳等の育児行動を含む、トイレ覚醒、

1987）

息苦しさ、咳や大きないびき、ひどく寒い、ひどくEPDS は、産後の母親の抑うつ傾向を測定するために

暑い、悪い夢、痛み、その他）〕、睡眠導入剤の使用

イギリスで開発された尺度である。10 項目で構成さ（C6）、
日中の眠気などによる日常生活への支障（C7）（1）- 66 -

といった７つの要素から構成されている。各構成要

EPDS 高群）の 2 群に分け、等分散の場合は t 検定、素の得点（0～3 点）を加算した PSQI 得点（0～21

不等分散の場合には Welch の検定で群間比較を行っ点）が算出される。PSQI 得点は、得点が高い程睡眠た。カテゴリカルデータと産後うつの関係についてが障害されていると判断され、5 点以下を睡眠障害

はχ2 検定を行った。PSQI の下位項目である「睡眠なし、6 点以上を睡眠障害ありとし、6～8 点を軽度の質」4 群の検討には分散分析を用いた。

障害、9 点以上を高度障害とした。本研究では、Doi以上の結果を踏まえて、産後 1 か月における産後ら（2000）によって作成された日本語版 PSQI を使用

うつの有無に影響する因子を確認するため、目的変した。

数を「産後うつの有無」とし、分娩歴、世帯収入、３ ） 産 後 愛 着 尺 度 （ Postpartum Bonding

産後うつ既往の有無、児の夜泣きの有無、育児休業

Questionnaire：以下，PBQ）（Brockington，2006）

取得予定期間、疲労度、PBQ4 要素、また睡眠に関す

母親から子どもへの愛着を測定するために開発さる事項である就床時刻、入眠時間、睡眠時間、睡眠

れ自記式質問紙である。PBQ は愛着形成（Impairedの質、睡眠効率、睡眠困難、睡眠障害の程度を説明

bonding）、育児不安（Anxiety about care）、児に対変数としてステップワイズ法による重回帰分析を行する拒絶や怒りの感情（Rejection and pathologicalった。

anger）、虐待リスク（Incipient abuse）の 4 要素に統計学的解析は、SPSSVer.22.0 を用い、有意水準はカテゴリー化された 25 の質問項目で構成されてお5％未満で解析した。

り、各項目は「いつもそうである」から「全くない」

5．倫理的配慮の 6 件法で評価される。本研究では、金子ら（2011）

協力施設に依頼文書また口頭にて、研究対象、研により翻訳された産後愛着尺度を使用した。愛着形

究目的、対象者への倫理的配慮について説明し同意成のカットオフ値は 12 点、
育児不安のカットオフ値を得た。また、調査対象者に対しても依頼文書または 10 点、児に対する拒絶や怒りの感情のカットオフ

口頭にて、研究目的、調査への参加は任意であり研値は13点、
虐待リスクのカットオフ値は3点である。

究目的以外ではデータを使用しないこと、データは

４）主観的疲労度

ID 番号で管理し個人が特定されないこと、回収した

Numerical Rating Scale (NRS)を用い、「全く疲れ

調査票は研究終了後にシュレッダーにて破棄するこていない」から「とても疲れている」の 11 段階で現と、結果は学会等で発表することを明記の上、説明

在の疲労度がどの程度かを質問した。

を行った。
個別の回答をもって研究への承諾とした。
対象が EPDS 得点の区分点を超える得点であった

５）その他
対象者の属性・背景情報〔年齢，職業の有無，育児

場合は、すみやかに担当看護師へ報告し、施設の指休業取得予定の有無またその期間，分娩歴，配偶者示を受けることとした。

の有無，家族形態，修学歴，世帯収入，精神科既往

なお本研究は、岡山県立大学倫理委員会の審査・承の有無，産後うつ既往の有無，家族（親，きょうだ

認を得て実施した（承認番号 17-11）。

い）の精神疾患既往の有無等〕、妊娠・分娩経過（不Ⅲ．結果

妊治療の有無，妊娠中の飲酒・喫煙・服薬の有無，
妊娠合併症の有無，在胎週数，分娩様式，児の出生研究対象者 112 名のうち回収数は 107 名（回収率

体重等）、育児状況（授乳方法，妊娠中および産後に95.5％）で、そのうち回答に欠損のある者を除いたおけるサポート者の有無等）を質問した。

104 名を分析対象とした（有効回答率 97.2％）。対象

4．分析方法者の平均年齢は、31.1±4.6 歳、初産婦は 54 名
（51.9％）経産婦は 50 名（48.1％）また、初産婦のPSQI 得点、PBQ 得点、疲労度、対象者の属性・背景情報、妊娠・分娩経過、育児状況を「EPDS9 点未

平均年齢は 30.42±4.1 歳であった。

満」（以下，EPDS 低群）と「EPDS9 点以上」
（以下，

１．EPDS 得点と対象者の概要（2）- 67 -

対象者全体の EPDS 平均得点は 3.4±3.5 点であっ差は認められなかったが、EPDS 高群の方が PSQI 得

た。産後うつ疑いありとなる EPDS 高群の者は 10 名

点は高い傾向があった。両群において、得点の平均

で全体の 9.6％であった。

値が障害ありとされる範囲にあるが、特に EPDS 高群

対象者の概要について、EPDS 高群と低群において分では PSQI 得点が高度の睡眠障害に当てはまる結果析を行った。

となっていた。

EPDS 低群と EPDS 高群で母親の年齢差は見られな

PSQI 得点により母親全体の睡眠の状況を睡眠障かった。EPDS 高群では、母親の育児休業取得予定期

害の程度に 3 区分すると、障害なし 27 名（26.0％）、

間が 2.40±4.20 か月で、EPDS 低群の 6.71±8.61 か軽度障害 37 名（35.6％）、高度障害 40 名（38.5％）

月よりも短く、有意差が認められた。分娩歴での比であり、7 割以上の母親が睡眠障害のある状態であ較では EPDS 高群の母親 10 名が全員初産婦であり、った。EPDS 高群と EPDS 低群で比較すると、EPDS 低

これは EPDS 低群における初産婦と経産婦の割合と群の 94 名では睡眠障害なし、軽度障害、高度障害の比較すると有意差が認められた。世帯収入では 200

割合は約 30％ずつでほぼ等しくなっていたが、EPDS

万円未満（p＜0.01）が、産後うつ既往の有無では既高群においては、それぞれ 10.0％、30.0％、60.0％

往あり（p＜0.01）において、有意に EPDS 高群でのとなっており、EPDS 高群においては明らかに高度睡割合が多かった。

眠障害の割合が高かった。

妊娠・分娩経過においては、在胎週数で有意差が認

また、就床時刻、入眠時間、睡眠時間、睡眠効率められた。
EPDS 低群では 38.96±1.11 週であったが、について EPDS 高群と EPDS 低群で比較してみると、EPDS 高群では 39.78±0.97 週と長い結果となった。

それぞれに有意差は認められなかったが、睡眠時間

しかし、両群において正常範囲での結果であった。

では EPDS 高群が 4.22±1.18 時間であり、EPDS 低群

育児状況では、夜泣きの有無に関し、EPDS 高群で夜は 5.43±1.78 時間となり、EPDS 高群の方が短い傾泣きありの割合が高く、有意差が認められた（p＜向にあった。
EPDS 得点は、
PSQI 得点と弱い正の相関が認められ

0.05）。1 か月児健診時での授乳方法では、EPDS 高群において母乳栄養のみ、人工栄養のみ、混合栄養とた（r=0.224,p＜0.05）。

回答したのはそれぞれ 5 名（50.0％）、
1名（10.0％）、

2)PSQI 下位項目「睡眠の質」における検討

4 名（40.0％）であり、EPDS 低群では、それぞれ 59

産後 1 か月における睡眠の質について「非常に良名（62.8％）、1 名（1.1％）、34 名（36.2％）であっい」と回答した人は 7 名（6.2％）、「かなり良い」38

た。両群において産後 1 か月における児の栄養方法

名（33.6％）、「かなり悪い」52 名（46.0％）、「非常での差は見られなかった。

に悪い」7 名（6.2％）であった。EPDS 得点、就床時2．EPDS 得点と睡眠刻、睡眠効率について睡眠の質 4 群間比較すると、

１）EPDS 得点と PSQI 得点

それぞれに有意な差は見られなかった。

PSQI 下位項目得点では、
C1～C7 についてそれぞれ平睡眠の質と入眠時間では、睡眠の質が「非常に良均値±標準偏差を示した。下位項目実数では、就床い」と「非常に悪い」、「かなり悪い」と「非常に悪時刻（時）、入眠時間（分）、睡眠時間（時間）、睡眠い」の間にそれぞれ 5％水準で有意差が認められ、効率（％）において PSQI 質問紙よりそれぞれの数値

睡眠の質が非常に悪いと回答した人は入眠時間が長から平均値±標準偏差を算出した。睡眠の質についい傾向にあった。
睡眠の質と睡眠時間では、睡眠の質が「非常に良ては、「非常に良い」から「非常に悪い」の 4 分類に、「かなり良い」と「非常に悪い」と「非常に悪い」

おけるそれぞれの割合を記載した。
対象者全体の PSQI 平均得点は 7.35±2.83 点であい」の間にそれぞれ 1％水準で、「かなり悪い」と「非った。EPDS 低群の得点は 7.20±2.84 点であり、EPDS

常に悪い」の間には 5％水準で有意差が認められ、高群の得点は 9.00±2.26 点となった。両群に有意睡眠の質が非常に悪いと回答した人は睡眠時間が短（3）- 68 -

常に良い母親は、添い寝をし、
児は夜泣きが少なく、い傾向があった。

また児の父親とも寝室が同じである傾向が見られた。

睡眠の質と PSQI 得点では、睡眠の質が「非常に良3．EPDS 得点と疲労度

い」と「かなり悪い」、「非常に良い」と「非常に悪い」、「かなり良い」と「非常に悪い」の間にそれぞ対象者全体の疲労度の平均は 5.58±2.03 であっ

れ 1％水準で有意差が認められた。また、「かなり良

た。EPDS 高群の疲労度は 7.00±2.20 であり、EPDS

い」と「かなり悪い」、「かなり悪い」と「非常に悪低群の 5.43±1.97 よりも高く、1％水準で有意差がい」の間にそれぞれ 5％水準で有意差が認められた。

認められた。

睡眠の質が悪いと PSQI 得点が高い傾向があった（図

4．EPDS 得点と産後愛着尺度

３）。睡眠の質は、PSQI 得点と中程度の正の相関がPBQ 尺度 4 要素のうち 2 要素において有意差が認め認められた（r=0.489, p＜0.01）。

られた。EPDS 高群では、愛着形成が 12.90±7.81 点

睡眠の質と疲労度では、睡眠の質が「非常に良い」であり、EPDS 低群の 4.88±4.31 点よりも有意に高と「非常に悪い」、「かなり良い」と「かなり悪い」、

かった。育児不安では、EPDS 高群 8.60±5.19 点に「かなり良い」と「非常に悪い」の間にそれぞれ 5％

対し、EPDS 低群は 2.37±2.72 点となり、高群の方水準で有意差が認められた。睡眠の質が悪いと疲労が有意に高かった。また、児に対する拒絶や怒りの度が高い傾向があった。

感情においては、
有意差は認められなかったが、EPDS

睡眠の質と高度睡眠障害の割合をみると、「非常に高群では 8.60±5.19 点であり、EPDS 低群の 4.97±

良い」
や「かなり良い」ではそれぞれ 14.3％と 18.4％

2.85 点よりも高い傾向にあった。EPDS 高群は、愛着であったのに対し、「かなり悪い」や「非常に悪い」

形成に障害があり、育児不安や児に対する拒絶や怒ではそれぞれ 50.0％と 85.7％と高く、有意な差が認りの感情が強い傾向にあった。

められた（表５）。睡眠の質は、睡眠障害の程度と弱EPDS 得点は PBQ 尺度の 4 要素のうちの愛着形成

い正の相関が認められた（r=0.382,p＜0.01）。

（r=0.617，
p＜0.01）、
育児不安（r=0.060，
p＜0.01）、

睡眠の質に着目し、「非常に良い」また「非常に悪い」児に対する拒絶や怒り（r=0.471，p＜0.01）とそれと回答したそれぞれ 7 名ずつの育児状況や睡眠環境

ぞれ中程度の正の相関があった。虐待リスクとはほの特徴を検討したところ、睡眠の質が「非常に良い」とんど相関がみられなかった（r=－0.017，
p＞0.05）。

と回答した 7 名うち初産婦は 3 名、経産婦は 4 名で5．産後うつの有無に影響を与える因子あった。これは「非常に悪い」と回答した 7 名にお産後 1 か月の母親の産後うつの有無に影響を与える

いても同じ人数となり、睡眠の質に関して分娩歴で因子を検討するため、重回帰分析を行った。目的変の違いは見られなかった。

数として「産後うつの有無」を、説明変数として産児の夜泣きの有無については、「非常に良い」の中

後うつに有意な関連がある因子として上記の結果をで 2 名が夜泣きありと回答したが、「非常に悪い」で参考に、分娩歴、世帯収入、産後うつ既往の有無、は 7 名のうち 5 名が夜泣きありと回答した。

児の夜泣きの有無、
育児休業取得予定期間、疲労度、児との添い寝の有無と尋ねると、「非常に悪い」で

PBQ4 要素、睡眠に関する事項である就床時刻、入眠は添い寝すると回答したのは 4 名であったが、「非常時間、睡眠時間、睡眠の質、睡眠効率、睡眠困難、に良い」ではと 7 名のうち 6 名が添い寝すると回答

睡眠障害の程度をステップワイズ法により投入した。

した。

その結果、PBQ 尺度の要素の 1 つである育児不安（β寝室は児と共に父親とも同室であるかという問い＝0.485，p＜0.01），分娩歴（β＝0.247，p＜0.01），においては、「非常に悪い」では 2 名が同室であった

世帯収入（β＝－0.194，p＜0.05）が影響力を持つが、5 名が同室ではなかった。
「非常に良い」では 6因子であった。その他の因子に影響力は認められな名が同室であった。

かった。このモデルの決定係数（R2）は 0.384 であ睡眠の質に着目し検討したところ、睡眠の質が非

った。

（4）
- 69 -

Ⅳ．考察

ターなどで行われる乳幼児健診の場のみではなく、1．発症率および属性

保育士に育児相談ができたり、母親同士の交流がで本研究における産後 1 か月での産後うつがある母

きるオープンスペースの機会や場の情報など、支援親の割合は、9.6％であった。
「健やか親子 21」におを必要としている母親のニーズに合った情報を提供

ける産後うつ病の基準となった鈴宮ら（2004）の調

し、母親が不安を軽減また解消できる行動がとれる

査では、「出産後 28 日以内」において EPDS9 点以上

選択肢を専門職は提示していく必要があると考える。

の者が占める割合は 19.2％と報告されており、今回

2）初産婦の結果の方が低値を示していた。産後の母親の抑う

産後うつに影響を及ぼす要因の 2 つ目に初産婦でつに関連する要因については、不妊治療、若年・高あることが明らかになった。これは、初産婦が経産

年初産婦、双胎、帝王切開術、マタニティブルーズ

婦より産後うつのリスクが高い（Satoh ら，2009；の既往などの精神的に脆弱な因子等が報告されていTamaki ら，1997）との報告と同様の結果を示している（原田，2008）。今回の調査の対象者は、初産婦がた。初産婦は育児経験がなく、育児に関わるすべて

約半数であり、初産婦の平均年齢は 30.42±4.1 歳、のことが初めてであり、生活自体が出産前の生活と若年初産婦はおらず35歳以上の高年初産婦も9名の大幅に変化するため、妊娠中から出産後の生活の具みであったこと、また産後うつの既往のある者は 1

体的なイメージが持てるような支援が必要である。

名のみだったことが低値になったことに影響してい

特に初産婦である場合は、パートナーとの夫婦役割ると考えられる。また、今回調査を行った産科医院

から子どもの親役割という新しい役割や関係が加わでは、施設退院時に今回用いた EPDS により産後うつるため、母親のみでなく、父親や家族を含め子どものスクリーニングを行い、得点が 9 点以上の母親にとの新しい生活をイメージできるような働きかけを対しては、心理士による面談を行うなど産後うつのしていく必要がある。

早期発見や早期介入を行っているため、9.6％と低値

3）経済的問題になったと考えられる。

産後うつに影響を及ぼす要因の 3 つ目に経済的困難

2．産後 1 か月の母親の産後うつに関連のある因子であることが明らかになった。出産に伴う支出の増

1）育児不安大、妻の退職などによる収入の減少による貧困はう

産後うつに影響を及ぼす要因の 1 つ目に育児不安つ状態と関連がある（Dearing ら，2004）、経済的不があることが明らかになった。安藤（2009）は、育安がある母親は、2.1 倍産後うつ傾向を呈した（山児上の不安や戸惑いの増加した母親は抑うつ感情が中ら，2012）と報告されており、低収入や経済的不高まりやすいと報告しており、また、佐藤ら（2003）

安があることは産後うつ状態の背景要因になる可能は母親の抑うつと「育児の悩み」とは関連があると性がある。また、経済的社会的問題を抱える妊婦は報告しており、育児不安が母親の抑うつ感情を高め

精神的疾患合併が多い（倉澤ら，2010；荻田，2010）、ているという同様の結果が得られた。また、吉田EPDS 高得点者が多い妊娠期の生活背景は経済的困（2005）は、産後うつの母親の養育態度の特徴は、難、妊娠中の喫煙・飲酒であった（金澤ら，2008）

乳児への対応に戸惑い、乳児がなぜ泣くのか分からとの報告もあり、産後だけでなく妊娠期においてもないといった育児不安が強い、と述べており、産後経済的問題を抱えている母親はうつと関連すること

うつの母親は育児不安を強く感じていることが改めから、経済的問題は妊娠期から産後うつをアセスメて明らかとなった。母親が抱える育児不安の内容はントできる情報の 1 つと言えると考えられる。

多岐にわたり、また子どもが成長していくに連れ、世帯の収入に関しては介入しづらい個人情報ではあ

新たな不安内容も生じてくることが予測できるため、るが、妊娠期においては就業形態や家族形態、また子どもの成長発達に応じた対応について継続的に支産後においては赤ちゃん訪問や乳幼児健診など様々援していく必要がある。医療機関や市町村保健センな視点から経済的な情報収集を行うなど、行政機関（5）- 70 -

と医療機関の連携により家庭環境に関する情報を把の母親の中から産後うつである母親を見逃さないよ

握する体制を確立し、妊娠期から継続した支援を行う、睡眠状況や睡眠環境を含む生活状況をきめ細やうことが重要である。

かにアセスメントし、支援していく必要がある。

また、産後うつを未然に防ぐため経済的また社会

睡眠評価項目 C1～C7 は、同年代の一般女性（Doi的な問題を抱える妊産婦に相談窓口や支援に関するら，2001）と比較すると、睡眠の質（C1）、睡眠時間

情報を分かりやすく確実に伝えるためには、出産施（C3）、睡眠効率（C4）および睡眠困難（C5）の得点

設等の医療機関でポスター掲示や情報提供を行ったが悪かった。このことは産後 1 か月の母親は同年代

り、母親が今後関わっていくであろう教育機関や地の一般女性よりも主観的な良眠感がなく、就床して域社会と連携した取り組みも必要であり、地域全体

いても実際には眠れている時間が少なく、中途覚醒

で母子を支えていく体制が必要であると考える。

など睡眠に困難をきたしている状況であることがう

3．睡眠との関連かがえる。本研究の結果は、妊娠末期から産後 1 か１）EPDS 得点と PSQI 得点

月、また産後 4 か月までの母親の睡眠の質に関する

産後 1 か月の母親全体の PSQI 得点は、同年代の一般縦断研究（乾ら，2012）における産後 1 か月の母親

女性（Doi ら，2001）の PSQI 得点（20 代 5.3±2.5，の状況と共通していた。
特に EPDS 高群の母親の睡眠30 代 4.4±2.1，40 代 4.3±2.3）よりも高かく、まの特徴は睡眠時間が短く、入眠時間が長く、睡眠のた、
産後1か月の母親の約7割に睡眠障害があった。

質は悪かった。

これらのことから、産後 1 か月においては、多くの2)「睡眠の質」における検討

母親の睡眠が障害されている状態であることが明ら

睡眠の質について「非常によい」と回答した母親は、かになった。EPDS 高群と EPDS 低群において PSQI 得児と添い寝をしており、児は夜泣きが少なく、寝室点に差が見られなかったのは、EPDS 低群においてもは児の父親とも同室であるという特徴がみられた。

睡眠が障害されている状況の母親が多くおり、産後寝室が父親とも同室である場合、児の睡眠覚醒リズ

うつの有無に関わらず産後 1 か月という時期は睡眠ムの不確立は母親の睡眠の評価に影響すると同時に、が障害されやすい時期であるということが考えられ

父親の睡眠にも影響すると考えられる。そのようなる。

状況において、父親が母親と児と共に眠っているとこれは特に、産後 1 か月は児の睡眠覚醒リズムが確いうことは、父親も育児に関心を持っていたり、夜立していないため（Shimada ら，1999）、児が夜間で間に児の世話が必要になった時、父親のサポートもも起きていたり、夜泣きに対し母親が世話をする状受けやすい状態であると考えられる。母親の睡眠の況から、母親の睡眠の評価も悪い傾向になっている質と、児の父親と寝室が同室であることが関連すると考えられるが、生後 2 か月から 4 か月にかけて昼ことから、母親の睡眠の質や母親の睡眠障害の有無

夜の睡眠（昼寝）が減少していく（Shimada ら，1999）

をアセスメントするために、睡眠環境についても情など児の睡眠覚醒リズムの確立に伴い母親の睡眠状報収集していく必要がある。

況も改善する可能性が考えられる。児の睡眠覚醒リ

母親の産後うつをアセスメントする上で睡眠の評価

ズムの確立や母親が育児に慣れていくことに伴い母を行うことは必要な支援の 1 つであるという示唆が親の睡眠の評価が改善すると考えられるため、継続得られた。

的にアセスメントし続けていくことが必要である。
産後 1 か月という時期は、産後うつではない人も含
め、多くの母親が睡眠が障害されていることが明らかになったが、EPDS 高群では特に、10 人中 9 人の母
親に睡眠障害が見られたため、睡眠障害は産後うつのハイリスクであると考えられる。多くの睡眠障害（6）- 71 -

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、非アルコール性脂肪性肝炎（NASH）の病態形成に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検討を進めたところ、NASH モデルマウスの肝臓で酵素活性の上昇が確認された血小板型 12-リポキシゲナーゼが、マウス肝臓の非実質細胞に発現していることを確認した。

てヒドロキシ酸（HETE）に還元されることが知られ

１．はじめに非アルコール性脂肪性肝炎（NASH）とは著しいアている。これまでの報告において、NASH の病態形成

ルコールの摂取がないにもかかわらずアルコール性にリポキシゲナーゼの関与を示唆する報告がいくつ

肝炎類似の肝組織所見を呈するもので、進行するとかなされているが、12-リポキシゲナーゼが NASH の

肝臓における炎症から肝細胞が傷害され、肝臓の線発症、進展のどの段階にどのような機序で作用して維化を引き起こし、肝硬変や肝臓癌に至る可能性のいるかについては明らかにされていない。

ある疾患である。肝細胞に中性脂肪が過剰に蓄積す

我々のこれまでの検討において、NASH モデルマウ

ることを脂肪肝という。この中で飲酒歴がないにもスの肝臓に 12-ヒドロペルオキシ酸を生成するリポかかわらず引き起こされる単純性脂肪肝を非アルコ

キシゲナーゼの存在が示唆され、本酵素がリポキシ

ール性脂肪性肝疾患（NAFLD）と呼ぶが、NAFLD とは

ゲナーゼアイソザイムの中で血小板型 12-リポキシ

正しくは単純性脂肪肝の状態からこれが進行して肝ゲナーゼであることを確認した。しかしながら、本内の炎症や肝細胞の傷害、線維化が起きている状態、酵素が NASH モデルマウス肝臓のどの細胞に発現しすなわち NASH の病態までを含んでいる。NAFLD およているかについては不明のままであった。本酵素のび NASH は生活習慣病に関連していると言われてお発現細胞の同定は NASH における本酵素の役割を検り、その患者数は年々増加し、今後も増加し続ける

討する上で重要である。そこで本研究では、NASH モ

ことが予測される。NASH の成因については生活習慣

デルマウスの肝臓における血小板型 12-リポキシゲ

によって肝臓に脂肪が蓄積し、その後の酸化ストレ

ナーゼ発現細胞の同定を試みた。

スなどの各種ストレスによって炎症が引き起こされるというツーヒットセオリーが広く知られているが、２．実験方法

NASH の発症、進展のメカニズムについては多くの研（１）動物実験
実験に使用した 7 週齢の c57BL/6J マウスは 1 週間

究がなされているにもかかわらず未だに解明されて予備飼育を行った。その後、メチオニン・コリン欠いない。
リポキシゲナーゼはアラキドン酸などの不飽和脂損（MCD）食を摂取させる MCD 食群と普通固形飼料を

肪酸に 1 分子の酸素を添加して過酸化脂質であるヒ摂取させたコントロール食群に分け 8 週間飼育した。

ドロペルオキシ酸（HPETE）を生成する酸素添加酵素

飼育期間中は、食餌および水の摂取は自由とした。

であり、慢性炎症性病変部位に集簇するマクロファ

すべての動物実験は岡山県立大学動物実験指針に基ージなどに発現している。生成した HPETE は細胞内づいて実施した。

のグルタチオンペルオキシダーゼなどの働きによっ（1）- 72 -

（２）マウスス肝臓実質細胞および非実実質細胞の調調製
マウス肝臓
臓組織は、門脈よりコラゲ
ゲナーゼを灌灌流
させることにさにより肝臓組組織を分解し、遠心分離（50 g、
1 分間）によより得られた沈殿から実質質細胞を調製製した。
た また、こののときの上清清中の細胞をを OptiPrep をを用いて精製するい
ることにより非実質細胞をを調製した。実質細胞と非実質
実質細胞は超音波破砕後、150,000 g で 1
図

時間超遠心分時
分離し、上清清のサイトゾル
ル画分を得た
た。

1

MCD ⾷

よる⾎⼩板型
型 12-リポキ
キシゲナーゼのの摂取によ（３）遺伝子子発現解析

mRNA 発現量マウスからら採取した肝肝臓から RNeasy Plus Miini
Kit（Qiagen）
K）を用いて RNNA を抽出したた。その後、抽
出 し た RNAA は 、 Highh Capacity cDNA Reverrse
Transcriptio
T
on Kit（Appllied biosysttems）を用い
いて

図 2 肝臓実質質細胞と⾮実実質細胞の⾎⾎⼩板型 12-リ
リ

cDNA
c
合成を行
行った。このの cDNA を用い
いて、real-tiime

ポキシゲ
ゲナーゼのタタンパク質発現現PCR
P 法によりり、遺伝子発現解析を行っった。反応おおよび解析は、Stびtep One Pluss Real Time PCR System((ラ４．考察
４イフテクノロイ
ロジーズジャパン)を用いいて行った。

これまでの我我々の検討でで確認されたた NASH モデル
ル
マウスにおけるマる血小板型 12-リポキシ
シゲナーゼの酵
酵（４）タンパ
パク質発現解析

素活性の上昇が素が mRNA へのの転写調節にによるものかを
をSDS-PAGE にによりタンパ
パク質を分離した後、ゲルル上検討するために
検に、NASH モデ
デルマウス肝肝臓における血血のタンパク質の質を PVDF 膜にに転写した。この PVDF 膜
膜を

小板型
小
12-リポ
ポキシゲナーーゼの mRNA 発現量を検討し発しスキムミルクス
クにてブロッキング後、抗抗血小板型 112-た。しかしながたがら、NASH モ
モデルマウスでの発現量ははリポキシゲナリ
ナーゼ抗体と反応させた。その後検出
出のコントロールマコ
マウスと比べべて大きな違違いは認められれために、西洋た洋ワサビペルルオキシダーゼ
ゼ標識した二二次

ず、転写調節以ず
以外のメカニニズムによるものと示唆さ
さ

抗体と反応さ抗させ、ECL（GE ヘルスケ
ケア）を用いいてれた。また、N
れNASH モデルマ
マウスの肝臓
臓の実質細胞ととヘルスケア）LAS4000（GEL）にて検出しした。

非実質細胞につ非
ついて、血小小板型 12-リポキシゲナーー
ゼのタンパク質ゼ
質発現量調べべると、本酵
酵素は実質細胞胞

３．結果
３

ではなく非実質で質細胞に発現現していることが確認されれマウス肝臓
臓から調製した cDNA を用
用いて、
血小板
板型

た。今後は、免た
免疫組織化学
学的な手法をを用いて血小板板

12-リポキシゲ
1
ゲナーゼの発発現量を調べべたところ、MMCD

型 12-リポキシ
シゲナーゼをを発現していいる細胞の同定
定

食摂取
食
8 週目
目の発現量はコントロール
ル群と同程度
度でを進めることにをにより、NASHH の発症、進進展における血
血

あった（図
あ
11）
。

小板型リポキシ小シゲナーゼのの役割の解明
明につながるもも

MCD 食を摂摂取したマウス肝臓から調調製した実質
質細のと考えられるのる。

胞と非実質細胞細胞のサイトゾル画分の血血小板型 12--リ
ポキシゲナーポ
ーゼのタンパク質発現量をを調べたとこころ、謝辞
謝

非実質細胞で非で血小板型 12-リポキシゲ
ゲナーゼの発発現が確認され、が実実質細胞では
は発現が確認
認されなかった
た。

本研究を遂行
行するにあたたり、公益財
財団法人ウエスス
コ学術振興財団
コ団による研究
究助成を賜りましたことをを、深く感謝申し上
深
上げます。

（2）
- 73 -

ウェアラブルモニタを用いた移動形態の判別と生体負荷の推定法に関する研究
１．岡山県立大学，２．就実大学
綾部誠也 1，沖田剛輝 1，東野祐哉 1，犬飼義秀 1，大山剛史 1，森村和浩 2
本研究の目的は，ウェアラブルモニタによる移動形態の判別と生体負荷の推定精度向上のための基礎的研究として，位置情報に基づく生体負荷の推定精度に関する研究（研究１），腕時計型脈拍計による心拍数の推定精度に関する研究（研究２）を行った．研究１として，位置情報から得られる速度変化の情報の分析により日常生活の活動に即したエネルギー消費量推定法になることを明らかにした．研究２として，日常生活を想定
した断続的身体活動において，腕時計型脈拍計によって測定された脈拍数が，主として心拍数を過小評価したし，その背景に光電脈波法の構造的限界があると考えられた．これらのことから，ウェアラブルモニタによる生体負荷の推定法は，その精度を担保するために動作の連続性を含む複数の前提条件が求められると考えられた．ウェアラブルモニタの実際の利用を鑑みれば，利用者の複雑なニーズに対応できるように生体情報取得技
術とその分析アルゴリズムの両者の改善が必要である．
１．はじめにた．実験１として，小型の GPS モニタを利用して活動的な生活習慣が健康の保持増進に有益である

呼吸循環応答から評価される消費エネルギーのことをエビデンスが集積され，身体活動の実践的な推定について検討した．また，実験２として，腕定量法に関心が強まっている．身体活動モニタの限時計型脈拍計による心拍数の推定精度に関する研究

界点は，身体活動の強度を絶対強度（単位あたりのを行った．

絶対量，安静時の何倍などの毎分値など）として評価するに留まることであるが，運動処方の原則に従

２．方法

えば身体活動の強度を個々に相対的に評価する必要

２-１ 方法（研究１） 本研究の対象者は習慣的にがある．心拍数は，年齢，外部環境，投薬などの影運動を行なっている男子大学生であった．全ての対響を受けるものの，身体活動の心負担を相対的にモ

象者には，事前に本研究の目的や実験方法，実験にニタできる．

伴う危険性などについて説明した上で，書面による

これまで，心拍数の測定は，心電図の電極装着や同意を得た．本研究は，全てのプロトコールをヘル胸部への機器の装着が必要など煩雑であったが，近シンキ宣言に従って行い，研究実施前に倫理委員会

年の技術革新によって腕時計型の LED センサーによの承認を得た．

る脈拍測定の精度も飛躍的に向上すると同時に，腰全ての対象者は，4 条件での 1,200 m の間欠的運部活動量計の限界点であった入浴時や睡眠時の装着

動負荷試験を実施した．全ての実験は，屋外の陸上のストレスを軽減した．このような背景から，我々

競技用 400 m トラックにて行なった．

は，ウェアラブル端末は，身体活動のみならず，不測定は，5 分間の座位安静の後，4 条件での主運動

活動，身体ストレス，睡眠の質など，24 時間全体のをそれぞれ 10 分 30 秒間実施した．各試行間には 10

生体情報の取得を可能にし，これまでの活動量計の分間の座位安静を設けた．4 つの条件は，スプリン「運動の測定」という概念を超えて，健康モニタリ

ト走なし（no sprint; NSP）
，10m×12（SS10），20m

ング（ヘルスモニタリング）という視点にて包括的×6（SS20），40m×3（SS40）であった．合わせて，に健康を支援できると考えた．

全ての対象者は，4 条件での 1,200 m の間欠的運動

そこで，本研究は，以下の 2 点からウェアラブル

負荷試験を実施した．全ての実験は，屋外の陸上競モニタを用いた身体負荷の定量について検討し技用 400 m トラックおよび天然芝のサッカー競技場（1）- 74 -

にて行なった． 4 つの条件は，直進スプリント

最高速度，加速度，メタボリックパワーに有意な差（straight sprint；SS），90°の方向転換を含むスが認められた（p < 0.05）．SS10，SS20，SS40 が NSP

プリント（change of direction；CD90），135°のに比して有意に高値を示した（p < 0.05）．スプリン

方向転換を含むスプリント（CD135），180°の方向

ト走有条件内での比較において，SS10 は，VO2 と EE

転換を含むスプリント（CD180）
であった．
走行距離，

が有意に高値を示した（p < 0.05）．スプリント走時

走行速度，加速度，心拍数は SPI Pro X（GPSPORTS，の平均速度，最高速度，加速度には，方向転換条件

キャンベラ，オーストラリア）にて測定した．心拍内にて有意な差が認められた（p<0.05）．CD180 は，数は，心拍数測定胸部ストラップ H10（Polar Electro，

CD90 また CD135 に比して，平均速度が遅く，加速度

ケンペレ，フィンランド共和国）からの信号を SPIが大きかった(p<0.05)．メタボリックパワーは方向

Pro X にて Bluetooth にて接続し，1/15 秒毎に評価

転換条件内での有意な差が認められなかった．VO2，

した．呼気ガス分析は，安静時から実験終了まで呼VCO2，VE，RPE と HR は，SS と方向転換条件にて有意

気ガスを MetaMax 3B（CORTEX，ライプツィヒ，ドイな差が認められた（p < 0.05）．方向転換条件内の比

ツ連邦共和国）を用いて Breath by Breath 法にて分較においては，CD180 の EE が CD90 に比して有意に析した．EE は呼気ガス分析装置から得られた VO2 と高値を示した（p < 0.05）． SS10 は，VO2 が SS40

RER から Weir の式を用いて算出した．

に比して有意な差が認められ（p = 0.045），
EE が SS20

２-２ 方法（研究２）本研究の対象者は，重篤な疾に比して有意な差が認められた（p = 0.021）．SS20

患のない若年男女であった．すべての対象者には，は，VCO2 が SS40 に比して有意な差が認められた（p

事前に本研究の目的や実験方法，実験に伴う危険性= 0.011）．CD180 は，CD90 と CD135 に比して，VO2 ，などについて説明したうえで，書面による同意を得

EE ，VCO2 が有意に大きく（p < 0.05），VE は CD90た．

に比して有意に大きかった（p = 0.042）．

すべての対象者は，屋外にて断続歩行負荷試験と３-２ 結果（研究２）断続歩行負荷試験のステージ

連続歩行負荷試験を行った．実験プロトコルは，10

全体 11 分間での心拍数について，
15 秒間の歩行を 4分間の座位安静，断続歩行負荷試験，連続歩行負荷回行った条件と60秒間の歩行を1回行った条件のと試験にて構成された．断続歩行負荷試験は，運動時

き，胸部心拍モニタに比して，腕時計型ウェアラブ間から計算された 1 回当たりの歩行距離（17.5 からル機器が有意に低値を示した（p<0.01）．断続歩行負70 m）の半分の位置に設置されたマークを 1 往復し荷試験の運動中 1 分間での心拍数について，15 秒間た．連続歩行負荷試験は，40 m の直線路を連続で 5の歩行を 4 回行った条件，30 秒間の歩行を 2 回行っ往復した．

た条件および60秒間の歩行を1回行った条件のすべ

断続歩行負荷試験は，速度を 70 m/min として 3てで，胸部心拍モニタに比して，腕時計型ウェアラ

つの条件を定め，1 分間の歩行運動と 10 分間の座位

ブル機器が有意に低値を示した（p<0.01）．連続歩行安静にて構成された．条件間には 5 分間の座位安静負荷試験の歩行中での心拍数について，普通歩行とを設けた．条件 1 は，2 分間の座位安静と 15 秒間の速歩のとき，胸部心拍モニタに比して，腕時計型ウ

歩行運動を 4 回繰り返し，2 分間の座位安静を行っェアラブル機器が有意に低値を示した（p<0.01）．腕た．条件 2 は，3 分 20 秒間の座位安静と 30 秒間の時計型ウェアラブル機器によって測定された脈拍数

歩行運動を 2 回繰り返し，3 分 20 秒間の座位安静をと，胸部心拍モニタによって測定された心拍数につ行った．条件 3 は，5 分間の座位安静と 1 分間の歩

いて，断続歩行負荷試験の運動中 1 分間（A-C），断行運動を行い，5 分間の座位安静を行った．

続歩行負荷試験の運動終了直後の座位安静 2 分間
（D-F），
連続歩行負荷試験の歩行中
（G-I）
の何れも，

３．結果

両者の間に有意な正の相関関係が認められた

３-１ 結果（研究１） スプリント走時の平均速度，（2）- 75 -（r=0.780 - 0.997，p<0.001）．機器間での測定値の誤差の信頼区間（95 %信頼区間）は，断続歩行負荷ると考えられた．ウェアラブルモニタの実際の利用

試験の運動中 1 分間が，15 秒間の歩行を 4 回行ったを鑑みれば，利用者の複雑なニーズに対応できるよ

条件（A）にて-21.3 から-3.3 bpm，30 秒間の歩行をうに生体情報取得技術とその分析アルゴリズムの両

2 回行った条件（B）にて-24.0 から-0.7 bpm，60 秒

者の改善が必要である．

間の歩行を 1 回行った条件（C）にて-24.4 から 4.5

研究１においては，エネルギー消費量を明らかに

bpm，断続歩行試験での運動終了直後の座位安静 2するための基礎的研究として，短距離高頻度の直線

分間が，15 秒間の歩行を 4 回行った条件（D）にてスプリント走を含む間欠的運動時に，長距離低頻度-2.5 から 1.6 bpm，30 秒間の歩行を 2 回行った条件のスプリント走を含む間欠的運動時に比して，高い（E）にて-6.6 から 10.0 bpm，60 秒間の歩行を 1 回

加速度が原因して，エネルギー消費量（EE）が高く行った条件（F）にて-2.2 から 5.2 bpm，連続歩行負なるとの仮説を立てた．その結果，EE は，スプリン

荷試験での歩行中が，低速（G）にて-3.4から3.2 bpm，

ト走無し条件に比してスプリント走あり条件で増加

普通歩行（H）にて-3.2 から 1.3 bpm，速歩（I）にし，さらに，直線スプリント走に比して方向転換をて-5.5 から 0.4 bpm であった．断続歩行負荷試験に含むスプリント走条件にて更なる増加を認め，仮説

おいて，腕時計型ウェアラブル機器によって測定さを支持する結果を得た．加速度は，EE と同様に，ス

れた脈拍数が，胸部心拍モニタによって測定されたプリント走なし，直線スプリント，方向転換を含む

心拍数に比して，すべての条件での運動開始直後 30

スプリント走の順に大きくなった．さらに，重回帰秒程度までの範囲にて有意に低く（p<0.05），すべて分析の結果においても，加速度と方向転換の有無がの条件での運動終了直後の座位安静時 30 秒程度まEE の説明因子として採択された. これらの結果は，での範囲にて有意に高かった（p<0.05）．連続歩行負本研究のオリジナルの知見であり，総走行距離を統荷試験において，すべての条件での運動開始直後の一した距離と走行方向の異なるスプリント走条件で30 秒程度までの範囲にて，腕時計型ウェアラブル機の間欠運動時において，スプリント走行時の加速度器によって測定された脈拍数が，胸部心拍モニタにが EE に貢献することを示唆する．本研究は，スプリよって測定された心拍数に比して，有意に低かった

ントを含めた間欠的運動中の心拍数や主観的運動強（p<0.05）．
胸部心拍モニタと腕時計型ウェアラブル

度，EE などの身体負担がスプリント走を含まない条

機器の測定値の差の説明変数として，運動負荷条件，件に比して高値を示すことを確認した．本研究の実

胸部心拍モニタによって測定された心拍数，胸部心験で用いた8条件は全て走行距離が1,200mに統一さ拍モニタによって測定された安静時心拍数が採択され，間欠的運動全体の移動速度の変動が 3.6％

れた．胸部心拍モニタと腕時計型ウェアラブル機器（114m/分-119m/分）であったにも関わらず，EE がの測定値の誤差率の説明変数として，運動負荷条件，スプリント走により 18.91-36.12kcal（27-41%）増

歩行時間，胸部心拍モニタによって測定された安静加した． また，本研究は，方向転換を伴うスプリン

時心拍数，胸部心拍モニタによって測定された心拍トが間欠的運動中の EE をさらに増大させる事を確

数が採択された．

認した．すなわち，方向転換を伴うスプリント走を含む間欠的運動時には，EE と加速度の増大が認めら
４．考察

れ，重回帰分析の結果も方向転換の有無と加速度が本研究は，位置情報に基づいた身体活動のエネル

EE の説明要因として採択された．これらの結果は，ギー消費量の推定方法と腕時計型ウェアラブル機器

間欠的運動中において，スプリント走や方向転換位による脈拍計による心拍数の推定についての妥当性に伴う加速度の増加が EE の増大に貢献しているこを検討した．本研究の結果は，ウェアラブルモニタとを示し，位置情報から得られる加速度がサッカーによる生体負荷の推定法は，その精度を担保するたの試合中の EE の推定指標として有用となる可能性

めに動作の連続性を含む複数の前提条件が求められを示唆している．

（3）- 76 -

研究２においては，日常生活を想定した断続的活り，先行研究においてもこのような断続的活動での動下において，腕時計型ウェアラブル機器によって推定精度の低下が確認されている．成人男女を対象評価された脈拍数の妥当性を検討した．その結果，として，それぞれ 5 分間の実験環境下での日常生活

腕時計型ウェアラブル機器によって測定された脈拍活動（歩行，走行，サイクリング，デスクワーク，

数は，胸部心拍モニタによって測定された心拍数に家事活動，立ち上がり動作，横たわり動作）を行い，比して，15 秒から 60 秒の断続歩行運動時においてそのときの 10 秒間について，1 種の腕時計型ウェア

有意に過小評価した．また，同様の比較において，ラブルによって測定された脈拍数が心電図と比較し400 m の連続歩行運動時には，運動全体の平均値にて，誤差範囲が-14.5 から 1.4 %であると報告していは有意な差が認められなかったものの，運動開始直る．さらに，本研究では，断続歩行負荷試験におい後に有意な過小評価が認められた．さらに，重回帰て，腕時計型ウェアラブル機器によって測定された分析の結果においては，腕時計型ウェアラブル機器

脈拍数が，胸部心拍モニタによって測定された心拍によって測定された脈拍数の過小評価の程度は，運数に比して，
すべての条件での運動開始直後 30 秒程

動継続時間（運動負荷条件と歩行時間）が有意な説

度までの範囲にて有意に低くなる時間帯を確認し，明因子として採択された．これらの結果は，腕時計

すべての条件での運動終了直後の座位安静時 30 秒型ウェアラブル機器によって測定された脈拍数が，程度までの範囲にて有意に高くなる時間帯を確認し断続的活動下での心拍数を過小評価することを示す．

た．従って，腕時計型ウェアラブル機器によって測

これは，本研究のオリジナルの知見の一つであり，定された脈拍数と，胸部心拍モニタによって測定さ腕時計型ウェアラブル機器によって測定された脈拍れた心拍数の差は，運動開始時の心拍数の変動に対数は，断続的活動が多くを占める日常生活下での心する応答時間の遅れが原因していると考えられる．

拍数を過小評価することを示唆する．本研究におい従って，断続的運動時には，間欠的な身体活動に伴て，腕時計型ウェアラブル機器によって測定された

う心拍数の変動が大きいため，連続的固定負荷運動

脈拍数と，胸部心拍モニタによって測定された心拍時に比して，推定誤差が大きくなると考えられた．

数の差は，座位安静時が-0.1±0.4 bpm（-0.1±

このような心拍数の変動に対する腕時計型ウェアラ

0.5 %），連続歩行運動時が-2.6±1.5 から-0.1±1.7

ブル機器の脈拍数の探知の時間遅れは，主として，bpm（-2.1±1.1 から-0.0±1.8 %）であった．このPPG の方法論的限界が原因である．中島らは，10 分

結果は，先行研究に支持されるものであり，これま間の入浴による温熱負荷で変動した心拍数について，

でに腕時計型ウェアラブル機器の誤差として，座位

光電脈波波形から得られた心拍波形と，心電計から

安静時において±5 %程度，歩行，走行およびトレ得られた心電図波形の比較を行っている．
その結果，ッドミルやエルゴメーターの運動時において±10 %

光電脈波波形から得られた心拍波形の位相が，心電程度であることが報告されている．また，本研究を計から得られた心電波形と比較して遅れていること含めた何れの研究でも，腕時計型ウェアラブル機器を明らかにし，この遅れは，心臓が収縮して血液がは比較対照法との間に高い相関性を認めている．こ末梢の指まで送られてくる時間とアナログ回路部のれらの結果は，腕時計型ウェアラブル機器が，心拍ローパスフィルタによるものであると説明している．

数に定常状態が得られるような連続的動作（安静をまた，高木は，PPG を用いて指への血液流入による含む）の条件下にて，心拍数の推定法として有用で体積変化の記録を行っており，その結果，心臓の拍あることを示唆している点で一致している．
一方で，動ごとに，それよりもやや遅れて血液流入による体断続歩行運動時での，腕時計型ウェアラブル機器に積の変動が見られることを明らかにした．これは容よって測定された脈拍数と，胸部心拍モニタによっ

積脈波と呼ばれ，血液が心臓から拍出されたエネルて測定された心拍数との誤差範囲は，±13%に至っ

ギーの一部は，血液を抵抗に逆らって押し流す力とた．これは，本研究のオリジナルの知見の一つであなるが，他のエネルギーは血管を押し広げ，血管に（4）- 77 -

弾性のエネルギーとして蓄えられる．このエネルギ

確認している．本研究の追従実験として，3 種の腕ーは，次の血管部分へも同様に伝えられ，結局，心時計型ウェアラブル機器を対象として，電動式トレ

臓から離れた指先までも到達するからであると説明

ッドミルでの多段階運動負荷試験を行った結果，3している．このような PPG の方法論的限界が，本研

種の腕時計型ウェアラブル機器によって測定された究で見られた，腕時計型ウェアラブル機器によって脈拍数の誤差範囲は，歩行運動全体では，-2.3 から測定された脈拍数が，胸部心拍モニタによって測定-1.7 bpm（-1.8 から-1.3 %），運動開始直後 15 秒間，された心拍数に比して，遅れて変動が起こる原因に

30 秒間，60 秒間では，-17.4 から-7.9 bpm（-14.9

関係しているのだと考えられる．本研究の結果を踏から-6.5 %）であり，さらに，3 種すべての腕時計

まえれば，腕時計型ウェアラブル機器の健康づくり

型ウェアラブル機器が運動開始直後に心拍数を過小の現場やスポーツ競技での利用に際しては一定の注評価した．

意が必要である．運動中の心拍数を評価する主たる目的は，運動中の循環負担を評価して，運動の安全

５．結論

性と効果を担保することである．すなわち，運動強本研究は，ウェアラブルモニタによる生体負担の度の変動が著しいスポーツ活動や日常生活など，心評価法の妥当性を検証した．本研究の結果は，ウェ

拍数と運動強度の関係性が担保されないような運動

アラブルモニタによる生体負荷の推定法は，その精については，腕時計型ウェアラブル機器による心拍度を担保するために動作の連続性を含む複数の前提数の推定の精度が確保されるとは考え難い．元来，条件が求められると考えられた．ウェアラブルモニ

上述のような間欠的身体活動においては，心拍数とタは，個人利用が主となるため，様々な条件下にも運動強度の関係が担保されないため，胸部電極や胸対応できる測定精度が求められる．すなわち，運動部ストラップを用いて測定された心拍数であっても，の安全・効果を確保するなどの高い精度が求められ心拍数に基づいて運動強度や身体負担を評価するこる場面での利用に際しては，十分な配慮が必要であとは容易ではない．さらに，腕時計型ウェアラブル

ると言わざるを得ない．本研究の結果に基づけば，

機器については，PPG が持つ脈拍数応答の時間遅れ

現状のウェアラブルモニタは，生体情報取得技術との限界点が合間って更なる精度低下が懸念される．

その分析アルゴリズムの両者に改善が必要である．

ただし，腕時計型ウェアラブル機器を用いた場合，監視型での運動プログラムや在宅型での機器によっ謝辞て管理された運動プログラムであれば，十分に実用本研究の実施に際してご支援を頂いた公益財団法人ウエスコ学術振興財団に御礼を申し上げます．

可能であると考えられる．さらに，屋外でのウォー
キングやランニングなどの強度の持続性が担保される運動についても同様である．運動処方のガイドラインに従えば，運動実施者の運動状況や健康状態などから，運動強度を年齢推定の最大心拍数の 10%程
度の心拍数の範囲で区分している．運動開始から数分間が経過したのちの測定値であれば，実際の心拍数に対応した数値を計測できるものと考えられる．
本研究の成果は，本研究で用いた機器に限らず，他の PPG を用いた腕時計型ウェアラブル機器による検討でも，同様の限界となると考えている．
本研究は，単一の腕時計型ウェアラブル機器を対象としたが，我々は，他の機種でも同様の現象が得られることを（5）- 78 -

Cross-Company Defect Prediction における
分野外データセットの有用性に関する評価
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-Company DefectPrediction, CCDP) が盛んである．近年は異なるメトリクスを収集したプロジェクト同士でも不具合予測を行えるようなデータ変換を伴う研究が進められてきた．これらの研究ではメトリクスの素性などは一切考慮されておらず，利用するデータがソフトウェア開発プロジェクト由来のものである必要性が乏しい．本研究では，
ソフトウェア開発プロジェクト由来でないデータセットを CCDP 手法に適用した場合の予測性能を評価した．
その結果，ソフトウェア開発由来でないデータセットを用いた場合においても一定の予測性能が実現されることが確認できた．このことは，CCDP に与えるデータセットに制限を設けず，多種多様な分野からデータセット収集することが予測精度の向上に寄与する可能性を示唆している．

タを収集することは往往にしてある．また，Web ア

1. はじめにプリ開発と組み込みシステム開発といった異なるドソフトウェア不具合の予測に関する研究はソフトメインでは収集可能なメトリクスが異なる．このよ

ウェア工学分野で広く取り組まれている．近年の研うな状況においても不具合予測に互いのデータを利究成果の一つに，対象プロジェクト以外のプロジェ

用できれば有用である．

クトで収集されたメトリクス及び不具合の記録を用

近年の研究では，互いに異なるメトリクス集合でデいて高精度の予測が可能であるという知見がある．

ータを収集したプロジェクト間における CCDP 手法

このように他のプロジェクトで収集されたデータをの研究が盛んである[9][15]．これらの研究では，メ用いてソフトウェア不具合を予測するアプローチをトリクスの分布などから類似した別のメトリクスを

Cross-Company Defect Prediction (CCDP)，もしくマッチングするなどの方法が採られる．つまり，同は Cross-Project Defect Prediction (CPDP) と呼じメトリクスを用いる研究とは異なり，個々のメト

び広く研究されている[1-9,11,12,15-21,23,24,26]．

リクス間の類似性はデータによってのみ定まり，定プロジェクト内部のデータを用いる場合と同程度の義上の意味的な関連性などは一切考慮されない．そ

精度で予測できると Rahman ら[19]の研究などで示のため，原理的には分野外のデータを流用することされている．

も可能である．現在，様々な分野で多種多様なデー

初期の CCDP に関する研究では，同じ種類の評価尺タが収集されている．このようなデータの中には，度（メトリクス）でデータを記録したプロジェクト

不具合予測に用いられるプロジェクトデータと類似同士で有用性を評価していた．異なるプロジェクトした特性を持つものが存在する可能性がある．

であっても，ある種類のメトリクスと不具合との関そこで本研究では，ソフトウェア開発プロジェク

連性は類似していると考えられるためである．例えトとは異なる分野のデータセットを CCDP 手法に適ば，複雑なプログラムほど不具合を含む可能性が高用して，どの程度の予測精度が実現できるか検証をいといった定性的な観測に基づいている．

行った．

一方，実際の開発プロジェクトを観察すると，プロ

以降では，まず第 2 節で CCDP 手法に適用する分野

ジェクト毎に独自のメトリクス集合を定義してデー外のデータセットの特徴などについて述べる．続い（1）- 79 -

ているデータセて
セットは生命命科学や社会
会科学，工学ななど様々な分野でどで収集されたたものである．また，図 1に示すようにデに
データセットトの特徴によって分類が行
行
われており，不わ
不具合予測でで用いられるデータと類似似した特性で絞しり込むことがができる．
本研究では，
本
以下の基準で以
でデータセットの絞り込み
み
を行った．
を
z

Default Task: Classsificationz

Attributte Type: Numumericalz

Data Typpe: Multivaariatez# Attribbutes: 10 tto 100z# Instannces: Greatter Than 100
00zFormat Type:T
Matri x

不具合予測の結不
結果は，不具具合の有無という分類問題
題のため，Classのsification をを選択した．また，予測時
時の入力はサイクのクロマティッック数などのの数値であるこことがほとんどでであり，カテテゴリ変数がが用いられるこことはほぼないため，Attriibute Type は Numericaal

図 1: UCI Machine Learning Reposi
itory の特性としている．そして，
そ
通常の不具合予測測では 20 個程
程て第て 3 節ではは予測精度を評価するためめの実験方法法に

度 の 数 値 が予 測 時 に 入 力 さ れ るこ と か ら #ついて述べるつる．その後，第 4 節では実実験結果につついAtttributes は 10 to 100 としている．他の項目ははて考察を行いてい，第 5 節で本論文での結結論と今後のの展

データ数の多デ
さを基準に選選択した．

望について述
望
述べる．

2.2.

以上の選択方以
方法によってデトの数は 48 に
データセット

2.
2 データ
タセット
2.1.
2

対象デー
ータセット

絞り込まれた．
絞
本研究ではは，48 の中かから以下の 3 つ

調査対対象及び選択のの方法のデータセッのトを実験に用用いた．

ソフトウェア工学分野でで用いられる
るデータセッットzDefault of credit card clientts (DCCC)のリポジトリのリとしては，Promise Rep
pository[13]]がz

Wine Quaality (WQ)

また，近年有名である．
有
年では，SeaCrraft[14]のよようzAnuran Calls
C
MFCCss (ACM)

な大規模なリな
リポジトリも整備されてききている．一一方それぞれのデー
そータの基本的的な特性は図
図 2,3 の通りででで，本研究ででではソフトウェア工学分野
野以外で収集
集さある．
あDCCC はカ
カード利用者
者の支払い履
履歴や年齢など
どれたデータのれの有用性について調査する
るため，これれらがメトリクスがとして記録さされており，予測対象は破破のリポジトリのリは利用できない．

産の有無である産
る．WQ はクエエン酸の量ななどワインの成成本研究では，，
ソフトウェア工学分野以以外のデータタセ

分に関する情報
分報が記録されれており，予予測対象はワイイ

ットを扱ってッているリポジトリのうち，不具合予測
測でンの品質（10ン段階評価）でである．本研研究では不具合合

頻繁に用いら
頻られる機械学
学習手法と親和和性の高いデデーの有無を二値でので予測するたため，10 段階
階を 2 段階に変変タを多く含むタ
むリポジトリとして，UC Irvine
I
Machiine

換した．ACM換
はカエルの種は種類と鳴き声声に関するデーー

Learning
L
Reppository[25] を参照した
た．

タセットであるタる．WQ と同様
様に予測対象象の数が多いたた

現在，UC Irrvine Machinne Learning Repository で

め，2
め
段階に変
変換する処理理を施した．

は 429 のデーータセットが公開されていいる．公開さされ（2）- 80 -

図 2:DCCC の特
特性

図 3:WQ の特性
性

図 4:ACM の特性
性

し，不具合予測し測モデルを構構築する．不不具合予測モデ
デ

3.
3 実験
3.1.
3

ルに予測対象プル
プロジェクトトのデータをを入力して不具具

予測対対象プロジェク
クト

合予測を行う．
合
全てのデーータセットにに対して上記のの第 2 節で選択択したデータタとは別に，
予測対象とな
予なる手順を繰り返手
し，最後に予予測精度を評
評価する．適用
用

プロジェクトプ
トデータが必要である．先先行研究で用用いする
す CCDP 手法
法や評価尺度度などの詳細細については次次られた公開デら
データセットから次の 3 つを選択した
つた．

節以降で説明す節する．

z

SOFTLABB

3.3.

z

NASA[222]

現在まで様々
現々な CCDP 手法
法が提案されれている．異なな適用するる CCDP 手法
法

前年度の研究前
究調査によっって NASA 及び SOFTLAB はるメトリクスをるを用いた CCDDP 手法としして文献[15]で
でCCDP
Cに関する先行研究ににおいて広くく用いられて
てい

提案されている提る手法を用いいた．この手手法は以下のよよ

ることがわかる
かっている．NNASA および SOFTLAB では
は，

うな手続きに従
従って第 2 節
節で選択した
たデータから不不メトリクスをメを収集したモジュールの単単位は関数単単位

具合予測モデル具ルを構築するる．

である．またでた，それぞれのデータセッ
ットには 5 つつの1.

プロジェクトプ
トで収集されたデータが格格納されてい
いる．
3.2.
3

実験手
手順

学習データセットか ら分散の小さいメトリク
ク
スを除去す
する

2.

実験手順は以以下の通りでである．

学習データと予測対象
メトリクスのの象データのメ間で類似したものをペペアとして選選択する
機械学習モ
モデルを学習習する

1.

学習用のデータを選
選択する

3.

2.

選択したデータに CCDP
C
手法を適
適用する

文献[15]では類文
類似性の判定定に 3 種類のの方法が提案さ
さ

3.

予測モデルを学習すする

れているが，本れ
本研究では，コルモゴロフ＝スミルノ
ノ

4.

予測対象
象プロジェククトの不具合合を予測するフ検定を用いたフた手法を用いいた．

5.

上記 1--4 を繰り返す
す

3.4.

6.

予測精度
度を評価するる

本研究では予測本
測精度の評価価を適合率（（precision）
，

評価尺度
度

実験では，ま実
まず，第 2 節で選択したデデータセット
トの再現率(recall
再l)，F1 値およ
よび AUC を用用いて行う．ここ

一つを学習用一
用データとして選択する．次に，既存
存研

れらの評価尺度
れ
度は先行研究究においても広く用いられれ究で提案され究れている CCDP 手法を学習
習データに適
適用

ている．
て

（3）
- 81 -

表 1: DCCC を用用いた予測のの精度同様に適合率は同は低い一方でで再現率は高高い傾向にあるる．
全体として全F1 値は低い．そその一方で，PC4 に対するるAU
UC は 0.653 であり，一定で定の精度で予予測が行われてている．このこいとから，WQ を CCDP 手法
法の入力とする
る
ことで不具合をこを予測できる
る可能性が考考えられる．
4.3.

ACM

ACM
A を用いた場合の予測精精度を表 3 に示す．に他のデデータセットを用ー用いた場合とと同様に，適適合率が低い一一
表 2: WQ を用いた
た予測の精度(white)

方で，再現率が方が高い場合ももある．その結結果，F1 値もも低い．一方で，
低AUC を見る
ると，ar1〜arr5 に対していい
ずれもず
0.5 を越越える値を示示している．
このことからこら，ACCM を CCDP 手法
法の入力とすすることで不不具合を予測でできる可能性が考き考えられる．

5. まとめ本研究では，
本について，分
分野外のデータタ
CCDP 手法に
表 3: ACM を用用いた予測の精精度

セットの利用可セ
可能性についいて調査したた．その結果，以下の点が明以らかとなったた．
a. 適合率率は低い値をを示す傾向にああるb. 再現率率は高い値をを示す場合が一一定数ある
c. AUC の観点から一の一定の精度で予測可能なププ
ロジェ
ェクトが存在在する
以上の調査を以を踏まえて，
今
今後の研究でで必要と思われれるのは以下の点
る点である．
a. Jureck
kzo[10]など
ど，より多くの種類のデー
ー

4.
4 実験結
結果と考察
察
4.1.
4

タセッ
ットによる検検証を行う
b. 文献[99]など他の CCCDP 手法をを用いた場合のの

DCCC
C

DCCC を用いいた場合の予測測精度を表 1 に示す．CM11〜

予測精精度を調査すする

PC4
P までが NNASA のデータタに対する予予測結果であるる．

c. 安定しして高い予測測精度を実現するためのデデまた，
まar1〜aar6 までが SOOFTLAB のデーータに対するる予ータ選
選択手法を開開発する測結果である
測
る．再現率が高いプロジェ
ェクトが一定定数

最後の点は他
最他のプロジェ
ェクトのデータセットを用
用

適合率は軒並ある一方で，
あ並み低い．そその結果，F1 値

いて
い CCDP 手法
法を適用する
る場合においいても性能向上
上も低い値に止も止まっている．AUC は一般
般に 0.5 以上
上でが期待できるたがため，特に重重点をおいてて研究を進めててあることが求あ求められるが，今回の予測測結果で 0.5 をいく．
い

越える性能を越を示したケースは存在しななかった．こ
この

参考文献
参

ことから，
こ
DCCCC は不具合
合予測に用いらられるデータタセットとは大きッきく異なり，CCDPC
手法の入入力として用用い[11] G. Canfora, A. De LLucia, M. Di
D Penta, R.
Rることは難しる
しいと言える．

Ol
liveto, A. Panichellaa, and S. Panichellaa,

4.2.
4“Multi-objec
“
ctive

WQ

WQ を用いたた場合の予測精精度を表 2 に示す．DCCCにとCrross-Projec
ct

DefecctPr
rediction,” in Proc. oof ICST 2013,, IEEE, 20133,（4）- 82 -

pp. 252–261.

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

Engineering Data,”http://openscience.us/repo,“Negative samples reduction in cross-company

North Carolina State University, Department ofsoft- ware defects prediction,” Info. and Softw.

Computer Science, 2016.

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

[14] T. Menzies, R. Krishna, D. Pryor, The[5] Z. He, F. Peters, T. Menzies, and Y. Yang,

SEACRAFT“Learning

Engineering

fromOpen-Source

Projects:

An

RepositoryofRepositoryof

Empirical

Software

Empirical

SoftwareData,

Empirical Study on Defect Prediction,” in Proc.

http://zenodo.org/communities/seacraft/of ESEM ’13, IEEE, 2013, pp. 45–54.

(accessed April, 2018).

[6] Z. He, F. Shu, Y. Yang, M. Li, and Q. Wang,[15] J. Nam, “Heterogeneous defect prediction,”“An

in Proc. of ESEC/FSE ’15, ACM, 2015, pp. 508–

investigation

on

the

feasibilityofcross-project defect prediction,” Autom. Softw.

519.

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

[16] J. Nam, S. J. Pan, and S. Kim, “Transfer[7] S. Herbold, “Training data selection for

defect learning,” in Proc. of ICSE 2013, IEEE,

cross- project defect prediction,” in Proc. of

2013, pp. 382–391.

PROMISE ’13, ACM, 2013, 6:1–6:10.

[17] A. Panichella, R. Oliveto, and A. De Lucia,[8] J. Huang, H. Sun, Y. F. Li, and M. Xie, “An“Cross-project

defectEmpirical Study of Dynamic Incomplete-Case

L’Unionla

Nearest Neighbor Imputation in Software Quality

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

Data,” in Proc. of QRS 2015, IEEE, 2015, pp. 37–[18] F. Peters, T. Menzies, and A. Marcus,

42.

“Better cross company defect prediction,” in[9] X. Jing, F. Wu, X. Dong, F. Qi, and B. Xu,

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

“Heterogeneous cross-company defect prediction[19] F. Rahman, D. Posnett, and P. Devanbu, “Re-by unified metric representation and CCA-based

calling the “imprecision” of cross-projecttransfer learning,” in Proc. of ESEC/FSE ’15,

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

ACM, 2015, pp. 496–507.

ACM, 2012, 61:1–61:11.

[10] M. Jureczko and L. Madeyski, “Towards[20]

identifying software project clusters with

“Value-cognitive boosting with a support vector

regard to defect prediction,” in Proc. ofmachine for cross- project defect prediction,”

PROMISE ’10, ACM, 2010, 9:1–9:10.

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

[11] Y. Liu, T. M. Khoshgoftaar, and N. Seliya,[21] D. Ryu, J.-I. Jang, and J. Baik, “A transfer“Evolutionary Optimization of Software Quality

cost-

Modeling with Multiple Repositories,” IEEE

cross-project defect prediction,” Softw. Qual.

Trans. on Softw. Eng., vol. 36, no. 6, pp. 852–

Journal, pp. 1–38, Aug. 2015.

864, 2010.

[22] M. J. Shepperd, Q. Song, Z. Sun, and C. Mair,[12] Y. Ma, G. Luo, X. Zeng, and A. Chen,“Data Quality: Some Comments on the NASA

“Transfer learning for cross-company software

Software Defect Datasets,” IEEE Trans. on Softw.

defect pre- diction,” Info. and Softw. Technol.,Eng., vol. 39, no. 9, pp. 1208–1215, 2013.

vol. 54, no. 3, pp. 248–256, 2012.

[23] B. Turhan, T. Menzies, A. B. Bener, and J.

[13] T. Menzies, R. Krishna, D. Pryor, “TheDi

（5）
- 83 -

fait

D.

Ryu,

O.

sensitive

Stefano,“On

prediction

force,”

Choi,

boosting

the

in

and

models:
Proc.

J.

Baik,

approachrelative

of

value

for

of

cross-company and within-company data for defectprediction,” Empir. Softw. Eng., vol. 14, no. 5,
pp. 540–578, 2009.
[24] B. Turhan, A. T. Mısırlı, and A. B. Bener,“Empirical evaluation of the effects of mixed
project data on learning defect predictors,”
Info. and Softw. Technol., vol. 55, no. 6, pp.
1101–1118, 2013.
[25]

UCI

MachineLearning

Repository,

https://archive.ics.uci.edu/ml/[26] F. Zhang, A. Mockus, I. Keivanloo, and Y. Zou,
“Towards building a universal defect prediction
model with rank transformed predictors,” Empir.
Softw. Eng., pp. 1–39, 2015.

（6）- 84 -

無線ボディエリアネットワークにおけるデータとノードの優先度に応じた高信頼アクセス制御に関する研究岡山県立大学 情報工学部 情報通信工学科
高林 健人
近年，人びとの間での健康意識や健康長寿社会を目指す機運の高まり，将来の医療費高騰への対策として，
医療・ヘルスケア機器・ロボットを用いた在宅医療や遠隔医療システムを構築するための医療・ヘルスケア IoT（Internet of Things）に注目が集まっている．例えば，2015 年 4 月には，欧州電気通信標準化機構（ETSI）
が進めている医療・ヘルスケア向け標準規格である，「Smart Body Area Networks (SmartBAN)」における，物理層(PHY)，メディアアクセス制御層(MAC)に関するシステム規格書が発行された．本研究課題では，SmartBAN
におけるセンサのアクセス制御に着目し，中でも Control and Management Period で用いられるランダムアク
セス方式の Slotted ALOHA について，データとセンサノードの両方の優先度を考慮したパラメータの設定方法を提案した．計算機シミュレーションの結果，優先度の高いノードの性能を向上させ，ノードの優先度を設定しない場合と比べて，全体的な性能を向上させることも出来た．

1

はじめに
近年，人びとの間での健康意識や健康長寿社会を目指す機運の高まり，将来の医療費高騰への対策として，医療・ヘルスケア機器・ロボットを用いた在宅医療や遠隔医療システムを構築するための医療・ヘルスケア IoT（Internet of Things）に注目が集まっている[1-6]．例えば，2012 年にはそのシステ
ムの一つとして知られる「無線ボディエリアネット
ワーク」(WBAN：Wireless Body Area Networks)の標
準規格の一つである「IEEE802.15.6」が策定された[7]．また，2015 年 4 月には，欧州電気通信標準化機構（ETSI）が進めている医療・ヘルスケア向け標
準 規 格 で あ る ，「 Smart Body Area Networks(SmartBAN)」における，物理層(PHY)，メディアアク
セス制御層(MAC)に関するシステム規格書が発行さ
図 1: WBAN の概要．

れた[8-13].
本研究課題では，中でも SmartBAN に注目した．
SmartBAN では，センサ機能を持つノードで生体情報

SmartBAN では取り扱うデータに対して4 段階の優を計測し，コーディネータ機能を持つハブに送信し，先度を設定することが可能になっている．しかしな

ハブから外部サーバや，ディスプレイに情報が送らがら，これらの優先度に応じた QoS（Quality ofれる（図 1）．SmartBAN の標準化では，IEEE802.15.6

Service）の具体的な制御手段は実装依存である．一で問題となっていた仕様の複雑性を軽減や，低遅延

般に，WBAN ではヘルスケアに必要なバイタルデータ

での緊急信号の送受信を含めたハブ-ノード間の無や医療機器の制御データといったデータの他，スポ線通信システムが主に検討された[8-13]．

ーツ用途やエンターテイメント用途，ネットワーク（1）- 85 -

制御用データなどの幅広いデータを扱う．しかしな

この時，
C/M Period で用いるSlotted ALOHA では，がら，これらのデータに要求される QoS は各々大き

表 1 のようにデータの優先度 (User priority: UP)

く異なっており，現在の規格では十分対応しきれなに応じて CP の最大値 (い．

が設定されている．

) と最小値 ()

そこで，本研究課題では，幾つかある QoS 制御の内の，特にセンサ同士のアクセス制御に着目し，デ

表 1: UP に対するータとセンサノードの優先度を考慮した高信頼なメとUP

ディアアクセス制御（MAC）方式を考案する．本研究の特色としては，データの優先度だけでなく，セン

0

1/8

1/16

サノードの優先度まで考慮に入れる点である．とい

1

1/4

1/8

2

1/2

1/4

3

1

1/2

うのも，同じ医療用ノードでも，装着者によってどれが一番優先度されるかは各々異なるからである．
SmartBAN のアクセス区間は，スケジュールアクセス
方式の MAC プロトコルを用いる Scheduled Access
Period とランダムアクセス方式の MAC プロトコルを

C/M Period の各タイムスロットの開始時に，ノード用いる Control and Management (C/M) Period で構は以下の規則に従ってその CP を選択する．

成されている．C/M Period で用いられる Slotted
ALOHA は デ ー タ の 優 先 度 に よ っ て Contention
Probability (CP) の値が変化するが，この値に対してノードの優先度というパラメータを導入すること

1

UP を決定する

2

表 1 を基に UP に応じた CP の範囲を得る

3

もしノードが Slotted ALOHA の動作を始めていにより，優先度の高いノードの方が各評価指標におないのであれば，CP をいて高い値を得ることが出来た．

4もしノードが Slotted ALOHA での送信に成功した場合，CP を

2

SmartBAN における C/M Period の動作と性能評

5

価

に設定する

に設定する

もしノードが Slotted ALOHA での送信に失敗した場合，

図 2 は SmartBAN のアクセス区間を表している．

(1) 奇数回目の衝突であれば CP の値を維持す

SmartBAN のアクセス区間は，Scheduled Accessる

Period と C/M Period に分かれており，前者では時(2) 偶数回目の衝突であれば CP の値を半分に分割のスケジュールアクセス方式の MAC プロトコルする（ただしを用い，後者ではランダムアクセス方式の Slotted

は下回らないようにする）

ALOHA を用いる．
以下に C/M Period における各 UP 毎の計算機シミュレーションでの性能評価を示す．シミュレーショ
ンパラメータは表 2 の通りである．
前提条件として，各ノードが常に送信データを保持している飽和状態を想定した．また，各優先度の生成確率は UP が 0
から 2 は同じ確率(0.33)とし，UP3 のみ 0.01 とした(緊急情報のため)．
図 2:データチャネルのアクセス区間．

（2）- 86 -

のデータは低い値を取っている．これは,UP3 のデー

表 2: 計算機シミュレーションパラメータ
Max number of nodes()

タの生成確率が他の UP のデータの生成確率よりも10

非常に低いためである．また，全体のスループット
を見ると，ノード数が 3 の時に最大値を取っている

Frequency spectrum
Bandwidth ()

1000 bits)

Symbol rate ( )Slot length (Max number ofretransmission

こともわかった．

2481 MHz
2 MHz

Information bit
length (2401 MHz -1.0 Mbps)

2.0 ms4

図 4: ノード数に対する送信成功確率

図 3: ノード数に対する平均遅延時間
図 3 はノード数に対しての平均遅延時間を表しており，UP が高くなるにつれて遅延時間が短くなってい
ることがわかる．これは，UP が高くなる毎に CP の値が大きくなるからである．図 4 はノード数に対し
図 5: ノード数に対するスループットての送信成功確率を表しており，UP が高いデータの方が送信成功確率が高いことがわかる．これは，UP3が高い程待ち時間が短いため，待ち時間が長い UP

ノードの優先度に応じた CP の設定方法の低いデータよりも空きスロットにアクセスしやす

本研究の目的は，データの優先度だけでなく，セくなるためだと考えられる．図 5 はノード数に対し

ンサノードの優先度も考慮したアクセス方式の考案てのスループットを表している．UP が 0 から 2 まで

し，優先度の高いノード程各性能を上げることであのデータはほぼ同じ値を得ているのに対して，UP3る．そのため，ここでは，ノードの優先度 (Node（3）- 87 -

priority: NP) を High と Low に分け，C/M Period
で用いる Slotted ALOHA の動作をノードの優先度に応じて変化させることを提案した．
まず，
NP に応じた CP の最大値 (() と最小値)を表 3 のように設定した．NP が Low の方がCP の値が高くなるようになっている．次に CP の選
択方法であるが，NP が High のノードに関してはSmartBAN の標準規格と同様である．一方，NP が Lowのノードに関しては一回の衝突毎に CP の値を半分にする．これにより，NP が高いノード程優先的にアクセスが促されることになる．
表 3: NP と UP に対するとNP: High

NP: Low
図 6: ノード数に対する平均遅延時間

UP

4

0

1/8

1/16

1/8

1/16

1

1/4

1/8

1/4

1/16

2

1/2

1/4

1/2

1/8

3

1

1/2

1/2

1/4

計算機シミュレーションを用いた性能評価
本章では計算機シミュレーションを用いた提案方式の性能評価について述べる．
シミュレーションパラメータは表 2 と同じであり，前提条件も第 2 章の計算機シミュレーションと同様である．加えて，NP High のノードと NP Low のノードの割合は半分ずつとした．ただし，全ノード数が

図 7: ノード数に対する送信成功確率

奇数の場合は NP High のノードが一つ多いとした．
図 6 はノード数に対しての平均遅延時間を表して

図 8 はノード数に対してのスループットを表していおり，高い UP かつ高い NP 程遅延時間が短くなってる．UP が 0 から 2 までのデータについて値が上下しいることがわかる．また，NP High の UP2 のデータているのは，ノード数が奇数の場合は NP が High のは，NP Low の UP3 のデータや，NP を設定しない場合

ノードが一つ多いためである．また，全体のスルーの UP2 のデータよりも遅延時間が短くなっているこ

プットはノード数が 3 の時に最大値を取り，NP を設ともわかる．図 7 はノード数に対しての送信成功確

定しない場合と比べると，ノード数が多い場合に優率を表しており，高い NP の方が送信成功確率が高い

位な結果が得られた．

ことがわかる．加えて，全体的に NP を設定しない場
合と比べても良い性能が得られている．

（4）- 88 -

Health Informatics, vol. 21, no. 2, pp. 549-560,
March 2017.
[2]

M. Chen, S. Gonzalez, A. Vasilakos, H.

Cao, V. C. M. Leung, "Body Area Networks: A Survey.
Mo-bile Networks and Applications," Mobile
Net-works and Applications, vol. 16, no. 2, pp.
171-193, Aug. 2010.
[3]

H. Cao, V. Leung, C. Chow and H. Chan,"Ena-bling technologies for wireless body area
net-works:Asurveyandoutlook,"IEEE

Communi-cations Magazine, vol. 47, no. 12, pp.
84-93, Dec. 2009.
図 8: ノード数に対するスループット[4]J. M. L. P. Caldeira, J. J. P. C.

Rodrigues and P. Lorenz, "Toward ubiquitous5

おわりにmobility solutions for body sensor networks on

本研究課題では，ETSI が進めている医療・ヘルス

healthcare," IEEE Communications Magazine, vol.

ケア向け標準規格である SmartBAN におけるセンサ

50, no. 5, pp. 108-115, May 2012.

のアクセス制御に着目し，中でも C/M Period で用い[5]られるランダムアクセス方式の Slotted ALOHA につBuratti and R. Verdone, "A Survey on Wireless Body

いて，データとセンサノードの両方の優先度を考慮Area

したパラメータの設定方法を提案し，優先度の高い

Chal-lenges," IEEE Communications Surveys &ノードの性能を向上させることが出来た．加えて，

Tu-torials, vol. 16, no. 3, pp. 1635-1657, Third

ノードの優先度を設定しない場合と比べて，全体的Quarter 2014.

な性能の向上も見ることが出来た．

[6]

R. Cavallari, F. Martelli, R. Rosini, C.
Networks:

Technologies

andDesignS. Movassaghi, M. Abolhasan, J. Lipman,

今後の課題としては，CP の設定方法だけでなく，

D. Smith and A. Jamalipour, "Wireless Body Area

高優先度のノードについては拡散系列を用いて送信

Networks: A Survey," IEEE Communications Surveys

成功率を向上させる Spread Slotted ALOHA の導入や，& Tutorials, vol. 16, no. 3, pp. 1658-1686, Third

Scheduled Access Period も含めたノードの優先度

Quarter 2014.

に応じたアクセス制御方式の検討が挙げられる．

[7]

Wireless Medium Access Control (MAC) andPhysical Layer (PHY) Specifications for Wireless
謝辞

Personal Area Networks (WPANs) used in or 12

本研究を遂行するにあたり，助成を賜りました公around a body, IEEE Standard for Information

益財団法人 ウエスコ学術振興財団に深く感謝を申

technology - Telecommunications and infor-mation

し上げます．

exchange between systems - Local and metropolitan
area networks- Specific require-ments: Part 15.6,
参考文献

[1]

2012.

C. R. Costa, L. E. Anido-Rifón and M. J.

[8]Smart Body Area Network (SmartBAN); Low

Fer-nández-Iglesias, "An Open Architecture toComplexity Medium Access Control (MAC) for

Support Social and Health Services in a Smart TV

SmartBAN, ETSI TC Smart BAN TS 103 325 V1.1.1,

Environment," IEEE Journal of Biomedical and

2015.

（5）
- 89 -

[9]Smart Body Area Network (SmartBAN);

En-hanced Ultra-Low Power Physical Layer, ETSI TC
Smart BAN TS 103 326 V1.1.1, 2015.
[10]

松尾綾子，鍋谷寿久，ウーン ハウ チン，

高信頼なボディエリアネットワークを実現する
SmartBAN 標準化への取組み， 東芝レビュー =Toshiba review，
vol.70, no.5, pp. 38-41, May 2015.
[11]

田中宏和，南重信，長谷山美紀，新實朋子，

高橋透，ボディエリアネットワークと今後の技術課
題 -ETSI SmartBAN 標準化最新動向から-， 電子情報通信学会総合大会，B-20-12，pp. 659，Mar. 2016.
[12]

田中宏和，畠山泰貴， ヘルスケア IoT と国際標準化動向， IT ヘルスケア学会 第 11 回学術大会，
名古屋，
IT ヘルスケア 第12 巻1 号，pp. 61-62，
May 2017.
[13]

小森達也，松隈剛，畠山泰貴，田中宏和，

次世代ボディエリアネットワーク規格 Smart-BANの実装と評価， IT ヘルスケア学会 第 11 回学術大会，
名古屋，
IT ヘルスケア 第 12 巻 1 号，pp. 63-64，
May 2017.

（6）- 90 -

視線情報が付与された大規模映像データベースの構築と深層学習に基づく視覚的注意予測の実現
岡山県立大学 情報工学部 情報通信工学科
滝本 裕則
人中心のインタラクティブシステムにとって人の内部状態を推定することは重要な要素技術であり，その重要な手がかりとして視覚刺激に対して人がどこに・どのように注目しているかを簡易に計測・推定する技術の実現が望まれている．その実現を目指して，直接的な視線計測とは異なるアプローチとして，認知心理学の分野で明らかとなっている視覚的注意の知見に基づき，人の注意に影響する視覚特徴を視覚刺激にから自動抽出し，その目立ち度（顕著性）を空間的かつ定量的に求めることが可能な視覚的顕著性モデルの研究が国内外を問わず活発に行われている．しかし，視覚的注意に関する人の視覚メカニズムは複雑であり未だ解明されていないことも多い．よって，視覚刺激に対して重要と考えられる視覚特徴を試行錯誤的に抽出・モデル化するこれまでのアプローチには限界がある．我々は，視線計測装置を用いて視線情報が紐付いた画像データベースを構築するとともに，深層学習を用いることにより，実際の人の視覚メカニズムに迫る画像に対する高精度な視覚的顕著性モデルの実現を目的とする．
1. はじめにの成功を収めている．

コンピュータビジョン研究において，人が視覚情代表的なデータ駆動型の手法として Salicon

報をどのように処理しているかを解き明かすことはNet[2]と呼ばれる畳み込みニューラルネットワーク

重要な目標である．古くから研究されている視覚メ（CNN）を用いた顕著性モデルが提案されている．こカニズムのひとつに視覚的注意があり，これは目かの手法では，予測精度を向上させるために 2 つの工ら入力された信号の中から重要と思われる情報を瞬

夫がなされている．まず，物体認識 のた めに時に判断し，
効率的に情報を得るための機能である．

ImageNet[3]を用いて訓練された既存の CNN に転移学

視覚的注意の計算モデルを構築することにより，人習を行っている．次に，2 つの解像度で画像を処理がどんな物や場所に注意を引かれるか，あるいは引するネットワーク構造をとなっている．

かれないかを推定可能となる．また本技術の応用と我々は，CNN を用いたより精度の高い顕著性マッして，人が気付きにくい箇所に注意を促すためのシプ予測を実現するため，マルチタスク学習に基づくステムの実現に繋がる．

CNN ベースの顕著性マップ推定技術を提案する．ま視覚的注意の計算モデルとして，Itti らによってた，視線計測装置を用いて視覚刺激提示時の視線を[1]

提案された顕著性モデル が広く知られている．顕計測することにより，視線情報が紐づいた画像デー

著性とは画像に対する注意の引かれやすさであり，タベースの構築を行う．

顕著性の空間分布を表す画像を顕著性マップと呼ぶ．
2. 深層学習に基づく視覚的注意予測法の提案

顕著性モデルはこの顕著性マップを予測する計算モデルである．Itti らの計算モデルが登場して以降，

CNN は深層学習の分野で用いられる一般的なアー

自然画像から顕著性マップを予測するための手法がキテクチャであり，画像認識分野を中心に幅広く利数多く提案されてきた．近年では，実際の画像に対用されている．近年は視覚的顕著性予測においてもする人の注視点データセットから最適な注視点予測

CNN を用いた手法が提案されており，特徴量を手動モデルを学習するデータ駆動型のアプローチが一定で設計していた従来手法を多くの評価指標で上回る（1）- 91 -

図 1 提案モデルの概要

図 2 Xception モデルの概要
Separable 畳み込み）を用いている．通常の畳み込結果を示している．
我々が提案する視覚的顕著性マップ推定モデルのみが入力特徴マップの空間方向とチャネル方向に対アーキテクチャを図 1 に示す．提案モデルは ResNet

し同時に畳み込みを行うのに対し，Separable 畳みの派生モデルのひとつである Xception モデル[4]込みは空間方向とチャネル方向に独立に畳み込みををに基づいている．Xception モデルの概要を図 2 に行う．
図 2 のように，
Xception は Entry flow，Middle

示す．Xception モデルでは通常の畳み込みの代わり

flow, Exit flow の大きく 3 つの構造に分けられる．

に ， depthwise separable convolution （ 以 降

我々は Entry flow と Middle flow を提案モデルの（2）- 92 -

視線計測には，ディテクト社の非接触視線解析装置

Main Net として用いている．
次に，既存の CNN を用いた手法では，一般に出力

QG-PLUS を用いた．被験者の頭部は顎台によって固される特徴マップのサイズが入力画像に比べて小さ

定し，前方 65cm の位置に視覚刺激を提示する 19 イ

くなるという特徴がある．したがって，学習データ

ンチ液晶ディスプレイを設置した．なお，視線計測となる顕著性マップを縮小して用いる必要があり，装置の空間分解能は 0.5 deg.で，サンプリング周波データが持つ情報を削減して学習に用いるため，ネ数は 60Hz である．

ットワークの学習精度が低下する恐れがある．この実験に協力して頂いた被験者は，正常な色覚を有問題を解決するため，Readout Net において 1×1

する 20 名（男性：12 名，女性：8 名，18-24 歳）での畳み込み層の代わりに，小さくなった特徴マップ

ある．

を段階的に大きくしてから顕著性マップを出力する提示した刺激は，素材辞典フォトバイブルなどか

アップサンプリングネットワークを用いることを提ら選んだ画像 180 枚である．なお，画像のサイズは案する．提案するネットワークでは，特徴マップを640×480 pix.であり，
ディスプレイの解像度は 1280

段階的に大きくするために Transposed Convolution

×960 pix. である．それぞれの画像は 3 秒間ずつ層を用いる．

ランダムに提示し，画像を提示する前に画面中央に

最後に，
マルチタスク学習について述べる．
近年，

固視点を 1 秒間提示した．被験者には，固視点が提CNN を用いた画像認識に関する分野においては，2示されている間は固視点を注視し，画像が提示されつ以上のタスクを同時に学習および出力するモデルている間は自由に画像を眺めるように指示した．

の研究がなされている．お互いに相関のある情報をマルチタスクとして同時に学習した場合，双方のタ

4. 評価実験

スクに共通する特徴が学習され，精度が向上するこ

4.1 実験条件とが知られている[5]．ここで，人の注意は，知覚刺本実験では，視覚的顕著性予測の分野で有名な激による外発的な注意（ボトムアップ注意）と予測

CAT2000 データセット[6]と MIT1003 データセット[7]や意図による内発的な注意（トップダウン注意）のの 2 つを用いた．CAT2000 データセットは MIT が提相互作用によって決まると考えられている．
つまり，供しており，2000 枚の画像およびそれらに対応する

被験者に対して視覚刺激を提示した際，提示直後は顕著性マップが含まれている．
各画像には 20 の異なボトムアップ注意が支配的に働くことで注意が特定るシーンカテゴリのいずれか 1 つが割り当てられての領域に向けられる．しかし，時間経過に伴いトッおり，各カテゴリに属する画像はそれぞれ 100 枚でプダウン注意が支配的となり，被験者は視覚刺激をある．画像サイズはすべて横 1920×縦 1080 pix.で理解し，自身の経験・知識に基づいて注意を別の場ある．本実験では CNN への入力を考慮し，画像サイ所へと移動する．したがって，人の視覚情報の処理

ズを横 512×縦 288 pix.にリサイズして利用した．

において，視覚的注意とシーン理解は密接に関連しデータセットに含まれる 2000 枚の画像のうち，1800ていると考えられる．

枚を訓練データとしてモデルの訓練のために利用しそこで，ある視覚刺激に対する視覚的注意とシーた．また，残り 200 枚を検証データとして訓練からンとを同時に予測するマルチタスクモデルを構築すは除外し，モデルの性能評価のために用いた．

ることにより，
視覚的顕著性予測の精度向上を図る．

MIT1003 データセットは MIT ベンチマークのため提案するモデル（図 1）では，Readout Net は顕著性の訓練データとして利用されているデータセットでマップを出力する畳み込み層と，シーンカテゴリのある．1003 枚の画像とそれらに対応する顕著性マッ

ラベルを出力する全結合層に分岐している．

プが含まれており，屋内および屋外の風景画像やポートレート画像等から構成される．画像サイズは縦3. 視線計測

横ともに 405〜1024 pix.と様々であり，アスペクト（3）- 93 -

比は統一されていない．本実験ではこのデータセッ

表 1 損失関数の重み比率

トをモデルの汎化性能を検証するために利用する．

評価指標

:

つまり，CAT2000 データセットの 1800 枚の訓練デー

MAE

1:0.01

タだけを用いて学習したモデルが，MIT1003 データ

CC

1:0.1

セットに対し顕著性マップ予測を行った際にどの程

KLD

1:0.5

度の精度であるかを検証する． MIT データセットの

Sim

1:0.1

1003 枚の画像を横 512×縦 288 pix.にリサイズして字で示している．
結果より，すべての項目において，利用した．

提案手法の方が視覚的顕著性予測の精度が高いこと

視覚的顕著性の評価指標はいくつか提案されておが確認できる．

り，視覚的顕著性予測の研究の多くは複数の評価指一方，図 3 に推定した視覚的顕著性マップの例を標によってモデルを評価している．本実験では，顕示す．注視マップは，視線計測装置により得られる

著性マップ予測のタスクの損失関数として MAE

注視停留マップであり，正解データとして用いたも（Mean Absolute Error），CC（Linear Correlationのである．また，注視マップ，視覚的顕著性マップ

Coefficient），KLD（Kullback-Leibler Divergence），

ともに，白っぽい領域ほどより目立っていることをSim（Similarity）の 4 つをそれぞれ用いるとともに，意味している．結果より，比較手法に比べ，提案手モデル性能の評価としても利用した．

法は高解像度かつ高精度に人の注視マップを推定で一方，マルチタスクで学習を行うモデルでは損失きていることが確認できる．

関数に重み付けを行っている．顕著性マップ予測タ
スクとシーン分類タスクの損失関数をそれぞれ，

5 おわりにとしたとき，各評価指標の重みの比

本研究では，CNN を用いたより精度の高い顕著性率を表 1 に示す．なお，マルチタスクにおけるシー

マップ予測を実現するため，マルチタスク学習に基ン分類タスクの損失関数は交差エントロピー誤差関

づく CNN ベースの顕著性マップ推定技術を提案した．

数を用いる．

提案手法では，特徴マップを段階的に大きくする

モデル学習用として設定したハイパーパラメータ

Transposed Convolution 層に基づくアップサンプリ

について述べる．
まず各モデルの学習回数は 50 エポ

グネットワークの提案，Xception モデルの適用，視ックで固定した．またデータの与え方はミニバッチ

覚的顕著性マップとシーン分類の同時学習による精学習を採用し，バッチサイズは 8 とした．最適化法

度向上を実現した．また，視線計測装置を用いて視には Adadelta を用いた．

覚刺激提示時の視線を計測することにより，視線情

4.2 実験結果

報が紐づいた画像データベースの構築を行った．結算出する評価指標は学習に用いた損失関数と同じ

果として，提案手法は代表的な従来 法で あるものを利用する．よって各モデルに対し 8 種類のス

SaliconNet に比べて高精度に視覚的顕著性を推定

コア（データセット 2 種類×評価指標 4 種類）を求可能であることを示した．

めた.なお，比較手法として，代表的な CNN ベースの視覚的顕著性推定モデルである SalieconNet を用い

参考文献

た．

[1] L. Itti, C. Koch, and E. Niebur: ̀̀A model of

表 2 に，比較手法と提案手法のスコアを示す．評

saliency-based visual attention for rapid

価指標に関して, MAE と KLD は値が小さいほど，CC

scene analysis'', IEEE Trans. PAMI, Vol. 20,と Sim は値が大きいほど視覚的顕著性の推定精度がNo. 11, pp. 1254-1259, 1998.

高いことを意味している．表において，データセッ[2] X. Huang, C. Shen, X. Boix, and Q. Zhao:

トごと，または，評価指標ごとに最良のスコアを太̀̀SALICON: Reducing the Semantic Gap in（4）- 94 -

表 2 視覚的顕著性推定の結果に対する評価まとめ
条件

損失関数・評価指標

モデル

データセット

MAE

CC

KLD

Sim

従来法

CAT2000 検証用

0.0648

0.717

0.748

0.642

SaliconNet

MIT1003

0.0832

0.513

3.485

0.456

CAT2000 検証用

0.0498

0.867

0.480

0.735

MIT1003

0.0735

0.637

2.843

0.522

提案手法

原画像

注視マップ（正解）
図3

従来法（SaliconNet）

推定した視覚的顕著性マップの例（損失関数：Sim）（5）- 95 -

提案法

Saliency Prediction by Adapting Deep Neural
Networks'', Proc. of the IEEE Int. Conf. on
Comp. Vision, pp. 262-270, 2015.
[3] J. Deng, W. Dong, R. Socher, L.-J. Li, K. Li,
and L. Fei-Fei: ̀̀ImageNet: A large-scale
hierarchical image database'', Proc. of Comp.
Vision and Pattern Recog., pp. 248-255, 2009.
[4] F. Chollet, ̀̀Xception: Deep Learning with
Depthwise

Separable

Convolutions'',

arXiv:1610.02357, 2017.
[5] H. A. Abrar, W. Gang, L. Jiwen, and J. Kui,
Multi-task

CNN

Model

for

Attribute

Prediction'', IEEE Trans. on Multi., Vol. 17,
No. 11, pp. 1949‒1959, 2015.
[6] A. Borji and L. Itti: ̀̀Cat2000: A large scale
fixation dataset for boosting saliency
research'', Proc. of Comp. Vision and Pattern
Recog., 2015.
[7] T. Judd, K. Ehinger, F. Durand, and A.
Torralba: ̀̀Learning to predict where humans
look'', Proc. of Int. Conf. on Comp. Vision,
2009.
発表文献
1. Hironori

Takimoto,

Shogo

Katsumata,Sulfayanti F. Situju, and Akihrio Kanagawa:
̀̀Visual

Saliency

Estimation

Based

on

Multi-task CNN'', Proc. of The ThirteenthInternational

ConferenceonIndustrial

Management (ICIM2018), (2018.9, 投稿済)（6）
- 96 -

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造形デザイン学科
久保田厚子
共同研究「現代日本陶芸のデザインと技法」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で公開することで、陶芸への理解と興味を喚起し文化の振興に寄与することが目的である。2019 年
1 月 13 日（日） 2 月 3 日（日）瀬戸内市立美術館特別展「現代日本陶芸のデザインと技法 2019」開催が決定した。2017 年 7 月、2018 年 2 月に 2 回の作品撮影を岡山県立大学で実施した。その作品写真を元に、2018
年 3 月 31 日にウェブサイト「現代日本陶芸のデザインと技法 2018」をアップロードした。
１ 瀬戸内市立美術館特別展

2017 年 9 月 25 日に廃棄予定の展示台の修繕「現代日本陶芸のデザインと技法 2019」瀬戸内市と梱包を共同研究メンバーが行い（図 2）、9
月 29 日にトラック便（図 3）で美術館（図 4）

立美術館が 2019 年 1 月 13 日（日）から 2 月
3 日（日）に開催が決定した。

に移送した。

図 1 岡山県立大学デザイン学作品展示台図 3 トラック積み込み状況

岡山県立大学展示ホール改修による展示台
廃棄計画を受け、瀬戸内市立美術館館長から
岡山県立大学に展示台譲渡依頼を行った。

図 4 瀬戸内市立美術館

２ 斎城卓の作品写真撮影
2017 年 7 月 15 日（土）と 2018 年 2 月 17 日（土）に作品撮影を 2 回実施した（図 5）。

図 2 修繕し梱包された作品展示台（1）- 97 -

に溜める技術をハイブリッド青白磁技法３（図 7）とした。

図 5 岡山県立大学演習室の作品撮影

３ ウェブサイトの英語翻訳
ミシガン大学美術館インターン Robert Morrissey

図 7 青白磁幾何学文大皿 φ535×h50

氏が、同美術館副館長及部奈津氏の監修で翻訳を行4.久保田厚子「ハイブリッド青白磁技法 4」った。専門用語参考文献は同美術館所蔵の富本憲吉
著「The World of Japanese Ceramics」1964 年を用

繊細で複雑なレリーフの青白磁を極薄カップに成いた。2018 年 3 月 31 日にウェブサイトに英文を一形した（図 8）。従来は皿の内側だけの表現をカッ部アップロードした。

プの外側にレリープする新しい技術を開発した。

４「現代日本陶芸のデザインと技法 2018」2018 年 3 月 31 日、デザインと技法を 14 作を斎城卓の写真でウェブサイトに掲載した。
1. 中西芙美「下絵具による三段階装飾技法」

エアブラシをメインに、筆による彩色、掻き落としによる描画をプラスすることで、モチーフの特徴やカラーを際立たせることを目的とした（図 6）。

図 8 青白磁苺文片口（中央）106×87×86

5.久保田厚子「ハイブリッド青白磁技法 5」
青白磁の鋳込みレリーフが光を通して影絵に見えたことから、青白磁シェードのペンダントライトを
図 6 スイセンをモチーフにした大皿制作した（図 9）。色に違いは異なる還元焔焼成と2.久保田厚子「ハイブリッド青白磁技法 3」

酸化焔焼成の窯の違いであり、それ以外は全く同じ

傾けた焼成用棚板に皿を載せて焼成し、
釉薬を斜め

である。
（2）
- 98 -

7.久保田厚子「ハイブリッド青白磁技法 7」
植物レリーフ石膏印に磁器粘土を盛り上げて、小さ
な青白磁のボタンを制作した（図 11）。

図 9 青白磁豌豆文ペンダントライト、φ145×h165 ㎜

6.久保田厚子「ハイブリッド青白磁技法 6」
模様を付けた石膏型に、粘土を押し当てる前に泥図 11. 青白磁ボタン

漿を塗る方法で緻密なレリーフを実現した（図 10）。

8. 栗原慶「波紋鉢制作ノート」
空間を内包したロクロの造形を活かしつつ，波紋と造形が協調する表現を目指した(図 12)。

図 12. 波紋鉢 51x42x20h（㎝）9. 作元朋子「積層で作る造形」
石膏型を使い、ストライプの幅ごとに分かれたパーツを重ねていく方法で形を生み出す。石膏型の成図 10. 青白磁草花文皿 、φ273×h40 ㎜

形方法を見直し、作品の外からは見えない部分に構造としての壁を作った。泥漿に CMC（化学糊）を加（3）- 99 -

え接着糊にして組み合わせて成形する。接着面は亀裂のきっかけが入りやすいので、十分に境界線をヘラで押さえる（図 13）。

図 15. トルコブルー釉平皿

12.谷野明夫「堆彩技法による作品の色々」
技法による色化粧の器や陶板、そしてボタン等の

図 13. Form172From20、D380×W380×H250

作品のバリエーションの色々(図 16)。
10. 齋藤香織「制作雑感」

図 16. 堆彩技法作品

13. 栄木正敏「呉須象嵌による磁器」
エッチングのような線刻による手描きの模様。呉須象嵌－素焼した器を、線刻した溝に特殊な筆で呉須を埋めて描く。筆屋で売っていない針を仕込んだ筆を自作した(図 17)。

図 14.「染付山紫陽花文皿」φ219×h27,φ214×h27

11.藤内紗恵子「トルコブルー釉を用いた平皿の制作」
トルコブルー釉と磁器の組み合わせは、熱膨張差が大きすぎ、
生地にまで割れが入ることが多いため、これからも研究が必要である(図 15)。
（4）
- 100 -

図 17. 磁器卓上膳 呉須象嵌と吹き呉須〈1991 年〉/伊・ファエンツァ国際陶芸美術館蔵、手付中鉢 3 点

14.今田拓志「美術分野における陶芸表現の独自性について」
電動ロクロ成形によってかたちつくられる形状に焦点を絞り、器のかたちを立脚点として設定して図 20 ウェブサイト HOME

考える。

６ ワークショップ企画

15.三浦義広「電気窯によるサヤ鉢を用いた焼成法」「現代日本陶芸のデザインと技法 2019」展ワークシ

本研究では、サヤ鉢に炭、もみ殻、わら等を入れ、ョップとして、作元朋子岡山県立大学講師のワーク

電気窯で焼成した結果を紹介する。

ショップ「虹色の小石」を瀬戸内市立図書館で実施予定である（図 21）。

図 21 虹色の小石の受講生作品
図 18.猿

７ 今後の展望５ ウェブサイト kubota@dgn.oka-pu.ac.jp「現代日本陶芸のデザインと技法 2018」

斎城卓が展覧会ポスター原案をデザインした（図22）。

図 20 は最新版ウェブサイトである。
（5）- 101 -

図 22 ポスターデザイン原案

2016 年 4 月スタートの共同研究「現代日本陶芸バーに共有するイメージがほとんどなかったが、岡のデザインと技法」は、2019 年 1 月の瀬戸内市立美山県立大学の廃棄作品展示台 65 台が美術館に譲渡

術館展開催までにウエブサイトを 4 回更新した上でされたことがきっかけになり、明快で現代的な斎城展覧会を開催し、2019 年 3 月に完了する。共同研究

卓デザインのポスターによって、具体的な完成形がのスタート当時は美術館展示について共同研究メン

視覚化され今後の実施が期待できる。

（6）- 102 -

スリランカ新国会議事堂の成立過程と設計手法に関する研究
岡山県立大学デザイン学部
岩 本 弘 光スリランカ人建築家ジェフリー・バワが設計した「新国会議事堂」は、スリランカの伝統風土と近代技術を融合した国家を象徴するデザインである。わずか3年間の竣工期間を満たすため、スリラ
ンカ政府は日本の旧三井建設(現三井住友建設:以下,三井という)に工事を特命発注した。バワは三井設計部の協力を得て設計を完成させたが、両者の作業仕分けや役割りなどの国内外の研究成果は得られていない。また、バワが設計に際して三井に何を要求したのかも不明である。本研究では、
直接議事堂の設計や工事に関与した、三井担当者からの｢オーラル・ヒストリー｣を通して、バワの設計思想や、新国会議事堂の成立要因と設計手法を試論しようとするものである。

１ 背景
スリランカ新国会議事堂(以下、議事堂という)が、スリランカ人建築家ジェフリー・バワ（Geoffrey
Bawa:以下,バワという）の設計により 1982 年に完成した。議事堂はまた、日本の旧三井建設（現三井住友建設:以下三井という）がバワの設計支援を行い、工事施工した日本と縁の深い建物でもある。これま1974 年,バンダラナイケ政府は、国会議事堂の対で同議事堂に関する記録は、主としてスリランカ側

岸に新国会議事堂を計画して、E･R･B 社パートナーの文献によるものが大半であったが*１、設計と施工のバワが「フラット屋根案」（図 2）を提出した。次に直接関わった三井の記録や議事堂の受注経緯など、

いでバワは 1974-79 年に「中折れ屋根案」（図 3）を

日本側資料との擦り合わせは未着手であり、議事堂

策定している。この時期バワは『Sinhalese Monasticの成立過程や設計プロセスの詳細は不明瞭であった。

Archtecture』を 1974 年に刊行した、考古学者セナ

イギリスのくびきを逃れて 1948 年に独立したス

図 1：:旧国家議事堂(コロンボ,現在も使用中)

リランカとって、議事堂は新生国家像を象徴する、
視覚的・空間的アイコンとしての「国家のデザイン」

ケ・バンダラナヤケと意見交換を重ねており、古代が宿命として負わされていた。議事堂建設は、敷地

シンハラ建築について多くの影響を受けた*3。

として選定された古都コーッテの歴史的意味、シン
ハラ人とタミル人の民族間抗争、ポスト・インディ
ペンデント期「シンハラ・ナショナリズム」の高揚など、島の様々な社会的要素を体現するかたちで実現したのである*2
1-1.バンダラナイケ政府案
従来のスリランカ国会議事堂は、オースチン・ウッドソン(Austin Woodeson)の設計により、1929 年
コロンボ・フォートのベイラ湖南湖畔に完成した古典主義の建築であった。
（図 1）

（1）
- 103 -

図 2：バンダラナイケ政府（フラット屋根案）

４ 研究方法
三井社員からの｢オーラル・ヒストリー｣調査と、文献調査による。
4-1 ｢オーラル・ヒストリー｣調査
議事堂建設の設計と工事に直接関わった、旧三井建設社員 3 名に、合計 4 回 11 時間に及ぶ「オーラルヒストリー」調査を実施した。
・第 1 回,在コロンボ営業所所長 杉浦伸一,

図 3：バンダラナイケ政府（中折れ屋根案）

H30/1/16,15:00-21:00,東京ｽﾃｰｼｮﾝ･ﾎﾃﾙ
1-2.ジャヤワルダナ政府案

・第 2 回,杉浦伸一,現場監督磯山英男, 設計部近藤1978 年政権奪取した J.R.ジャヤワルダナ大統領

秀次,H30/3/6,15:00-17:30,AA&SUN 設計事務所

は、
新国会議事堂の敷地をコロンボ南東約 10km にあ・第 3 回,近藤秀次,H30/3/29,15:00-16:30,AA&SUN

るシンハラ古都コーッテに決定して、1979 年バワに設計を依頼した。政府の唯一の条件は次期大統領選

設計事務所
・第 4 回,磯山英男,H30/3/29,17:30-18:30,新宿ルをひかえた 1982 年 4 月までの竣工であった。

ノアール
4-2 文献調査

２ 目的

既往研究を中心に文献調査した

本研究は次の 3 点を研究目的とする。はじめに、議事堂にみるバワの設計思想と日本の建築から受け

５．バワの設計思想と日本の建築から受けた影響

た影響の傍証を得ること。次いで、バワと三井によ

5-1 バワと自然る設計仕分け、作業プロセスの実態を明らかにする

バワが議事堂で示した設計上の関心は、外観、プこと。最後に、議事堂の受注・発注経緯や当時のス

ロポーション、そして自然素材の木と石の使用であリランカ建設業界の実情を把握すること、とする。

った*5。議場棟は南北軸線上におかれ、当初、中庭型の議場後部棟もこの棟軸上にあったが、マンゴス

３ 既往研究

チンの木を伐採して建てることを知ると、バワは近

バワ作品全般に関する国外文献は、Brian Bruce

藤に建物を1スパン6ｍ西側へ移動(図4)するよう指Taylor,『GEOFFREY BAWA』,1986,Concept Media、David示して｢建物よりも自然が優先」と述べたという*6。

Robson,『geoffrey bawa:the complete
works』,2002,Thames & Hudson、Shanthi Jayewardene,『Geffrey Manning Bawa: decolonizeing
architecture』,2017,The National Trust Sri Lankaなどが発表されている。国外建築誌は「TheArchitecural Review」,may1983 No1035 他がある。
同国内文献としては、岩本弘光,『解読 ジェフリー・
バワの建築』,2016,彰国社が刊行されている。学位
論文としては、高取愛子「ジェフリー・バワの建築
図 4：軸線から 6ｍスパンずらされた議場後部棟

思想に関する設計論的研究」, 2012,京都大学がある。
同国内建築誌は、「A+U 141」1982、「A+U 489」2011

部屋の配置や内装に興味を示さないバワであった

他が出版されている。

が、議場天井だけは小さな紙に 4 方入隅からのカテ（2）- 104 -

ナリー曲線を描いて示した。木を好んだバワは 100
年の耐久仕様を求めて、チーク大判無垢材の使用を要求したが、ミャンマー他東南アジア各国を調査しても調達困難であることを知ると、目に涙を浮かべて現場代理人に材料確保を依頼した*5。
5-2 ランドスケープと屋根
多くの言説を残さなかったバワであるが、屋根と図 7：ランカティラカ寺院

風景、自然とランドスケープの関係について記述している*7。
議事堂ではこの設計思想が明確に現れた。
・ランドスケープ議事堂の中央議場と放射状付属建物の有機的複合構成(図 5)は、古都アヌラーダプラのウェスタン・
モナストリー（図 6）の引用と見なされている*2。

図 8：ガダラデニア寺院

伝統的シンハラ建築の屋根は中折れ 2 段勾配(double pitched roof)であったが、議事堂では軒先内樋としたことから、軒先から中央に 16 度、23 度、32 度の 3 段勾配（triple pitched roof）となった。
屋根パタンは漏水懸念から全面平葺きの上に 2 重パ
図 5：バワの平面スケッチ

タン張りとして要求に応えた。屋根勾配検討時に、

図 6：ｳｪｽﾀﾝ･ﾓﾅｽﾄﾘｰ

バワは近藤に「日本の屋根はこうなっている。
」と述

ヘリを飛ばして敷地を選定したバワは、沼地を浚渫べており、日本の風景が念頭にあったようだ。

して議事堂を水に浮かべた。
島の中央には岩があり、｢水｣と｢岩｣によるランドスケープ構成は古代スリラ

5-3 バワが日本から受けた影響
一般に建築家は、記述や論考を｢書く｣か否か、にンカの岩屋寺院の記憶を呼び起こしたといえよう。
・屋根

2 分されるが、バワは｢書かない｣建築家の典型であ

バワは｢屋根が風景を決定する｣*7 との記述を残しる。｢建築を文字で記述することはできない。図面もており、こうしたことから、三井に古都キャンディ

意味なし。建物あるのみ。｣との考えから、彼は裏庭にある｢仏歯寺｣、「ランカティラカ寺院」
（図 7）
、
「ガ

で図面を燃やしまとまった論考は残していない。まダラデニア寺院」（図 8）など、伝統的シンハラ建築

して日本に関する彼の記述は、知る限り皆無である。

の「中折れ屋根」参照を依頼した。屋根材に関してとはいえ、バワは日本をどのように捉えていたのだ

バワは当初、伝統的なルーフタイル葺きを希望した

ろうか。三井の「オーラルヒストリー」からその一が、漏水、荷重増加、大スパン議場空間を理由に、端を伺い知ることができた。バワは日本びいきであ三井が鉄骨造大屋根、銅板葺きを提案したところ、る。好んで日本へ頻繁に訪れていた。EXPO70 で｢セバワは中折屋根、屋根パタン、緑青色の屋根が実現

イロン館｣を設計した折には、京都や奈良を訪れてできることを条件にしてこれを了承した。

｢城｣と｢堀｣の構成や、寺院の｢大屋根｣に関心を寄せていた旨、三井関係者に語っている。議事堂建設時（3）- 105 -

には打合せや製品検査で6-7回程来日して10日間程度滞在し、そのたびに京都や日光などを訪れた。定宿は庭の綺麗な｢ホテルニューオータニ東京｣を指定したそうだ。お花見の季節は京都丸山公園で桜を愛で、低い軒が連なる木造街並みの先斗町と舞妓さんのコントラストを「美しい」と称賛した。龍安寺石庭など日本文化を熟知していた彼は、議事堂完成時に｢吊り鐘｣のプレゼントを求め、三井はこれに応じて議事堂正面に吊り下げた。日本製品に絶大な信頼をおいていたバワは、厳しい熱帯気候に耐えうる高図 10：左,バワ 中央,ヤコブセン 右,プールガスンドラム

い仕様を求め、鉄筋、屋根銅板、塗装、建具、タイル、カーペット、設備機器ほか可能な限り日本製資材を採用した。新国会議事堂が完成した時、バワは望外の出来上がりに大いに喜び感謝したそうだ。
６． バワと三井の設計作業
・バワのスケッチ

図 11：左,バワ 40 歳 右,近藤 30 歳

翌朝、近藤が no.11 に持参した A3 トレペ原紙（コロンボでは青焼きが不自由）に、ベットで横臥したバ
ワが鉛筆で修正する作業を繰り返して、1978 年 6 月に開始した基本設計が、5 か月後の同年 11 月に完了した（図 12-20）。
図 9：バワの断面スケッチ

三井が受注時にバワから受理した図面は、設計図とは程遠い 5-6 枚のスケッチのみであった（図 5、
図 9）。バワが屋根を基調にデザインすることを知った三井は、コロンボ初回打合せに吉田五十八の高弟の小杉英男を同伴したが、バワは興味を示さなかった*6。バワのスタッフは主に内装担当 V･ヤコブセンと構造担当 K･プールガスンドラムの 3 名（図 10）であったが、実施設計能力はなかった。こうした状況
で、バワは三井の協力を得て設計を進捗させた。
コロンボのバワ事務所（現ギャラリーカフェ）で設計を開始した三井設計部の近藤（図 11）らは、夕刻
バワが自邸(No.11)へ帰宅後、深夜まで設計を進めた。
（4）- 106 -

上 図 12：鳥瞰パース 下 図 13：議場パース

上から図 18：北立面図 図 19：断面図 図 20：断面図

・6m スパングリッド
打合せ 2 回目には議事堂の基本モデュールグリッ
ド 6mx6m と階高 5m が決定された。
バワのスケッチは１㎝程度の方眼紙にノンスケールで描かれていたが、近藤がプランを 20 feet グリッドに作図してバワの了承を得た。20feetx20feet は、近似値 6mx6m への読替えが了承された。
バワが天井高 3.3m を要求した
ことから、階高は 5m に決められた。6m グリッドと階高 5m が決まると、バワは柱の断面寸法を尋ねた。
三井が計算した結果、仕上寸法で 2feetx2feet とな
上から図 14：工程表 図 15：配置図
図 16：1 階平面図 図 17：2 階平面図

り、これを 60 ㎝ x60 ㎝に読み替えた。柱躯体寸法は55 ㎝ x55 ㎝であった。現場での寸法は全てメートル法とすることも了承を得た。6ｍグリッドの決定後、現場では実施設計が未完であったが、余剰見込みで
日本製 12ｍ程度の PC 杭を打込んで工事を開始した。

（5）- 107 -

７． 施工者選定とスリランカの施工技量

井物産や三井建設のネットワークを活用して、日本、・受注の経緯マレーシア、ミャンマーなど海外から輸入したが、スリランカ政府により設計者バワ指名と並行して、コロンボ港で船からの陸揚げができず、荷揚げクレ

建設会社の選定がすすめられた。リストに上がったーン設置に始まってその他の建設機械もすべて日本のは、イギリスのバルフォビティー、スウェーデン

から調達した。このように、建設資材はいうにおよのスカンセン、日本の戸田建設（以下、戸田という）ばず充分なインフラも整っていない状態であった。

と三井の４社であった*4。ところが欧州勢は、延床施工時にはスリランカ人の施工技量が追いつかず、

面積約 48,000 ㎡、
工期 2 年半という苛酷な施工条件

急遽マレーシア、フィリピンから大工や鉄筋工を入は不可能、として受注競争から降りてしまった。残れ、その下にスリランカのサブコンを配置して工事

るは日本勢であるが、戸田はスリランカで大型物件した。現場事務所は日本人 14−15 人とスリランカ人の受注実績がなかった。一方、三井はインドネシア

30 人の都合 50 人ほどが常駐していた。現場のワー

食品会社のプリマ製粉工場を東洋一の規模でスリラ

カーは 1 日 500 人が関わった大工事であった。

ンカ東岸トリコンマリーに着工、大阪 EXPO70 で｢セイロン館｣を施工、議事堂と同等規模のマレーシア・

８． まとめ

サラワク州｢クチン議事堂｣を直前に竣工、などの実

スリランカ新国会議事堂は、風土と建築の調和を

績をスリランカ政府にアピールして特命受注に成功探求したバワの思想を、三井が設計と施工の両面かした。この時期、日本の皇太子（平成天皇）が訪島ら協力して実現した。当時、バワ 40 歳、現場所長杉した直後、にわかに工事が成約したがその影響は不浦と設計近藤は 30 歳、現場監督磯山 40 歳の若い情明とのことである*3。

熱とエネルギーが結実した成果だったといえよう。

請負契約高は 100 数十億円であったが、スリラン

議事堂完成後、三井現地スタッフが起業した建設会

カ政府の支払能力を疑問視した三井は、リスクヘッ

社｢MAGA｣と｢SANKEN LANKA｣ は、今ではスリランカのジのため工事契約を「杭工事」、「基礎工事」、「全体

大手建設会社となった。議事堂は建物ばかりではな

工事」に 3 分割して受注したが、憂いは杞憂に終わ

く、スリランカの発展に必要な人材と基幹産業を残った。なお契約に際しては、日本の戦後賠償や ODAしたのである。

などの政府関係資金は入っておらず、三井物産と三井建設による「三井コンソーシアム」が純粋な民間□参考文献・資料工事として受注した。

*1 David Robson, geoffrey bawa Complete Works,
2002, Thames & Hudson*2 Shanti Jayewardene, Geoffrey Manning Bawa,・スリランカの施工事情

2017, Sri Lanka National Trust

1980 年初頭のスリランカの施工事情は、想像を超える厳しさである。島にあるのは、｢水｣と｢砂｣そし*3 拙著,『解読 ｼﾞｪﾌﾘｰ･ﾊﾞﾜの建築』,2016,彰国社て｢砂利｣だけであった。水、砂、砂利があったとは*4 杉浦伸一 旧三井建設 コロンボ営業所所長

いえ、日本のように電話一本で調達できるわけでは*5 磯山光男 旧三井建設 新国会議事堂現場代理人ない。砂はヘリコプターを飛ばして川を見つけ、ジ*6 近藤秀次 旧三井建設 設計部

ャングルを切り拓いて砂採りした。砂利はロイヤリ*7 Geoffrey Bawa, BATUJINBAR BARI

ティーを払って岩の権利を買い、ダイナマイトで発破をかけて自前で作った。島に砕石プラントはなく□図版提供

日本から砕石業者をよんで砕石工場を建設した。セ磯山光男 図 4

メント、鉄筋、合板はじめとして全ての建設資材は、

近藤秀次 図 2,3,5,9∼20

東南アジアの拠点をシンガポールに置いていた、三Sinhalese Monastic Architecure 図 6（6）- 108 -

効果的ながん治療を目指したホウ素化応物の液液界面における反応挙動
岡山理科大学 理学部化学科
坂江広基
概要
分極された水／1,2－ジクロロエタン（DCE）界面における 4－ボロノ－L－フェニルアラニン（BPA）の反応挙動をサイクリックボルタモグラム（CV）およびアドミッタンス測定によって研究した。BPA の電気化学応答
は pH と濃度によって変化した。酸性・塩基性条件下では明瞭な電気化学応答は得られなかったが、中性条件下では電流応答が観測された。この応答は BPA の濃度が増加するにしたがって増大したが、100 × 10−6 mol dm−3
以上ではほぼ一定となった。CV について、log v vs log j プロットを行うと傾きは 1 に近くなった。さらに、アドミッタンスの最小値がベースラインと比較して変化し、虚数成分が増加した。これらの結果は、BPA の界面を横切るイオン移動よりもむしろ界面吸着性を示している。しかし、実際の医療現場では、BPA が細胞内に取り込まれることを利用しがん治療を行っている。すなわち、BPA は生体膜を通過して細胞内に分配する。今後
は、BPA の界面反応機構をより詳細に研究し、膜透過機構を解明する予定である。

1.

序論

である BPA の界面反応挙動について電気化学的に二種類の混じり合わない液体の境界領域（液液研究した。

界面）における化学種の状態分析や物質移動の解明
は、溶媒抽出や機能性薄膜合成における反応機構を

2.

実験

理解する上で非常に重要である。特に電気化学的にBPA（Aldrich、>95.0%）は購入したものを用い分極された液液界面では、界面電位差が物質輸送のた。水相の支持電解質には 1.0 × 10−2 mol dm−3 LiCl

駆動力として作用する。また、生体内では、アミノを用い、有機相支持電解質には5.0 × 10−3 mol dm−3 bis

酸や糖などの物質輸送が膜内外のイオン濃度勾配に(triphenylphosphoranylidene)

起因して生じる膜電位によって駆動される。そのた(pentafluorophenyl) borate（BTPPATPFB）を用いた。

め液液界面は生体膜のモデル反応場として非常に有

BTPPATPFB用である。

ammonium chloride (BTPPACl)（Aldrich、>97%）とは

bis

ammonium

tetrakis(triphenylphosphoranylidene)

近年、新たながん治療法として注目されている

lithium tetrakis (pentafluorophenyl) borate (LiTPFB)

ホウ素中性子捕捉療法（BNCT）は、周囲の正常なethyl ether complex (TCI、>70 %)のメタセシス反応に細胞を傷つけずがん細胞のみを破壊することができより合成した。有機相には HPLC 級の 1,2－ジクロる。そのため、患者への負担が小さい細胞選択的放ロエタン（DCE）（ナカライテスク、>99.7%）を超射線療法として応用が期待されている。BNCT に用純水で 3 回洗浄し用いた。水相の pH は HCl、

10

いられるホウ素薬剤は、12 個の B から成るクラス

LiH2PO4/LiOH、LiOH で調整した。

ター型のボロカプテート（BSH）と必須アミノ酸残界面におけるサイクリックボルタモグラム

基を有するボロンフェニルアラニン（BPA）がある。

（CV）測定は、水相と DCE 相の界面を四電極式ポ10

BSH は B の運搬効率は高いが細胞選択性がなく、
10

テンシオスタット（北斗電工 HA1010mM1A）を用

BPA は細胞選択性を有するが B の運搬効率が低い。

いて分極して実施した。アドミッタンス測定は、直この問題を解決するためには、ホウ素系薬剤の膜輸

流電位にデジタルロックインアンプ（NF LI5640）を送機構を解明することは必須である。

用いて交流電位変調を重畳し得られる応答を実数成

そこで本研究では、生体膜のモデル反応場であ分と虚数成分に分けて解析した。

る液液界面を反応場として、ホウ素系がん治療薬剤（1）- 109 -

3.

結果と考察
効果的な BNCT の実現のためには、ホウ素系薬

剤を選択的に標的がん細胞に濃縮する必要がある。
薬剤は pH に依存して官能基のプロトン付加・解離が生じるため電荷状態が大きく変化する。分子サイ
ズや電荷は界面反応特性に大きく影響する。そこで
電気化学的に分極された水／DCE 界面における
BPA の電気化学応答のpHと濃度依存性を検討した。
Fig. 1a に 1.0× 10−4 mol dm−3 BPA での CV の pH依存性を示した。CV は pH に依存して波形が変化した。酸性条件下における正端の電流応答の増加は、高濃度存在する H+のイオン移動によるものである。
酸性・塩基性条件下と比較し、中性条件下では−0.05
V 付近に電流応答が得られた。この電流ピークに対して log v vs log j プロット（v、j はそれぞれ走引速度、電流密度）を行うと、傾きはおよそ 1 となった。
また、アドミッタンス測定では界面吸着を主に反映する虚数成分がベースラインと比較して増加した。

Fig. 1 (a) CVs measured for ferritin at various pHs. The

これらの結果から、−0.05 V 付近に得られた電流応

concentration of BPA was 1.0 × 10−3 mol dm−3. (b)

答は BPA の界面吸着によるものであることが示唆

Dependence of the current density on the concentration

された。Fig. 1b に pH 7 でのピーク電流値の濃度依

of BPA at pH 7. The potential sweep rate was 100 mV存性を示した。電流応答は BPA の濃度増加に伴って増大したが、1.0 × 10−4 mol dm−3 以上ではほぼ一定と

s−1
ける BPA の電気化学応答を検討することで、生体膜なった。電流値は通常、反応種の濃度増加に比例し上での反応特性を評価する。さらに、分子カプセルて増大する。そのため本研究から、BPA の界面濃度を用いた輸送を試みる。内部空孔に分子を取り込む

が飽和に達したこと、あるいは会合体を形成するこことのできる分子カプセルは、取り込んだ分子を安とによって、
電流応答が一定となったと考えられる。

全・安定に輸送することが期待できる。すでに、生本研究では、BPA が界面吸着性を示すことが明

体適合性を有するタンパク質であるフェリチンの分らかになったが、BPA はがん治療薬剤として臨床利子カプセルとしての応用可能性を見出している[1]。

用されている。言い換えれば、BPA は生体膜を透過

BPA をフェリチンに包接させた高機能な薬剤輸送機

し標的がん細胞に分配する。これは、液液界面を生構の構築を目指す。

体膜のモデル反応場として利用する本研究では、
BPA が界面を横切り有機相へと移動することを意味参考文献

している。しかし、本研究の結果は、BPA が界面に

[1] H. Sakae, Y. Toda, T. Yokoyama, Electrochem.

吸着し留まることが示唆している。今後は、BPA のCommun. (Accepted).

効率的な膜輸送を達成するために、BPA を有機相へと移動させる要因を検討する。まず、界面をより理

謝辞

想的な生体膜へと近づけるために、界面に生体膜を本研究は公益財団法人ウエスコ学術振興財団構成するリン脂質であるジミリストイルホスファチ

から多大なご支援をいただくことで遂行することがジルコリン（DMPC）膜を展開する。この界面におできました。心より感謝申し上げます。

（2）- 110 -

ヒト・オキシトシン受容体の試験管内発現と部位特異的安定同位体標識試料を用いた構造解析
岡山理科大学 理学部 臨床生命化学科
山口 悟

ヒトの膜タンパク質の立体構造解析には一般的に、動物細胞、ヒト細胞など、高等生物の細胞を用いて発現系が用いられる。本研究では試験管内発現（cell free）系を用いてヒト受容体の発現を行った。市
販品のキットは非常に高価で、反応スケールのアップや、安定同位体標識を行うなどの実験が容易ではない。本研究ではタンパク質合成に関わる全ての化合物を購入して用いた。S30 リボソームは大腸菌を培養し、精製したホームメイド標品を用いた。一般的に発現量が増加するとされるタグのうち H-, SER-タグを用いて発現を試みた。反応液 1 ml あたりの発現量は H-tag を用いた場合は 0.21 mg、SER-tag を用いた
場合は 0.69 mg となった。通常の細胞培養液 1 L スケールに換算すると、今回発現した受容体タンパク質は 200 ~ 700 mg となり、一般的に培養細胞を用いて得られる膜タンパク質量の約 1000 倍もの高収量となることが示された。

DNA の解読が行われ、hOXTR はアミノ酸 389 残基

1.序論

膜タンパク質は脂質二重膜中に存在し、情報伝からなることが明らかになっている。ハイドロパシー

達、エネルギー合成のみならず、外界からの物質のプロットによると 7回膜貫通タンパク質と考えられてい取り込み、排出などの機能を担っている。膜タンパクる（Fig.1）。その一方でヒトオキシトシン受容体がオキ

質は疎水性の性質を持つために水に溶けにくく、水

シトシンをどのように認識するか未だ解明されていな

溶性タンパク質と比較すると取扱いの難易度が高い。

い。

またタンパク質は DNA とは異なり、一つ一つに「個研究に必要なタンパク質をその本来の産生細胞性」を持ち、ある膜タンパク質で用いられた方法が目から得ることが困難な場合、一般的に大腸菌や酵母的とする膜タンパク質に適用できることは稀である。

などの培養が容易な細胞に目的タンパク質の遺伝

さらに、ヒト由来の膜タンパク質はヒト試料から単離・子を導入し、組換えタンパク質として生産する方法

精製することは事実上難しく、ヒト膜タンパク質を得るが用いられる。しかし、これらの細胞は自己の細胞には分子生物学的手法により微生物や昆虫細胞、機能を維持するために外来タンパク質を排除しようと動物細胞を用いた発現系を確立し、研究を行う必要する傾向があるため、発現が困難であることも多い。

がある。膜タンパク質の構造研究は生命科学の重要

この弱点を回避する方法として試験管内（cell free）

課題の一つであり、最難関の分野でもある。

発現系がある。この系は、タンパク質合成に必要なオキシトシンは下垂体後葉から分泌されるホルモ成分を全て添加し、in vitro でタンパク質を合成する

ンで、分娩時の子宮収縮作用などの身体的作用や、方法である。cell free 発現の利点は、タンパク質試料

精神の安定などの精神的作用を持つことが知られてを迅速に調製できることである。cell free 発現は溶液いる。近年、オキシトシンの経鼻投与によって、対人を混合するという簡単な操作でタンパク質の合成が場面に現れる自閉スペクトラム症の症状改善と、この進行し、精製時に煩雑な細胞破砕操作を必要としな症状改善が脳の機能改善を伴うことが報告され、精い。また、同位体標識試料の作成も可能であること

神医療の治療薬として期待されている。ヒトのゲノムから、X 線結晶構造解析法や核磁気共鳴（NMR）を解析によりヒト オキシトシン受容体（hOXTR）の利用した立体構造解析の試料調整に適している。
（1）- 111 -

本研究ではヒトのオキシトシン受容体を試験管内培養した後、精製したものを用いた。

（cell free）発現系の構築を行い、異なる二種類の発現タグについて比較検討を行った。

発現タグ

塩基配列

アミノ酸配列H

AAACCATACGATGGTCCAKPYDGPSERAAATCATCATCATCATCAKSSSSS

Table.1 発現タグの塩基配列およびそのアミノ酸配列

透析チューブ内に反応液を準備し、２４時間透析を行い、タンパク質発現を行った（Fig.3）。

Fig.1 ハイドロパシープロットで予測された
hOXTR の構造
赤い部分が細胞外、黄色の部分が細胞膜中、青い部分が細胞内に存在すると予測される
アミノ酸

。

2.方法
使用したヒト由来の遺伝子は化学 合成した
(GenScript Japan Inc.)。この遺伝子を pIVEX2.3d
Fig.3 試験管内発現（cell free）の概要図（biotechrabbit, Germany）に組み込んだ。
（Fig.2 ）結果

発現タグ
H-tag/SER-tag

マグネシウム濃度の検討

目的遺伝子

cell free 発現においてマグネシウム濃度は目的タン
Nde I

パク質の発現を左右する重要なパラメーターである。

6×His

Xma I

そこで反応容器中のマグネシウム濃度を 14 mM、16
mM、18 mM、20 mM の 4 種類のマグネシウム濃度
で cell free 発現を行い、SDS-PAGE で確認した

Zeocin R（Fig.4）。SDS-PAGE の結果、マグネシウム濃度 14mM のサンプルの 30 kDa に特に濃いバンドが確認

Fig.2 pIVEX2.3d ベクターのでき、最適濃度が決定出来た。

コンストラクト

目的遺伝子の上流には発現タグとして H タグ

発現タグの検討と SER タグ（Table.1）の異なる二種類の発現タグ

目的タンパク質上流の N 末端に発現タグを付加すを持つベクターを作製した。タンパク質の N 末端にはると発現量が増加することが知られている。様々な精製用のタグとしてヒスチジンを 6 残基付加した。

発現タグが報告されているがこれらの種類によっ

実験に必要な試薬は購入したものをそのまま用いた。

て発現量が大き く異なる。本研究では H-tag と大腸菌 S30 画分抽出液は大腸菌 Rosetta（DE3）株をSER-tag のどちらの発現量が多いのかを確認した。
（2）- 112 -

kDa

1

2

3

4

97
66

ンテージとなる。もう一点は量の問題である。典型的45なケースでは培養液数 L あたり数 mg の組み換え膜タンパク質が得られる。今回の反応スケールは 1 mlで行った。発現タグによる良し悪しはあれど、0.2 mg

30~ 0.7 mg 程度の膜タンパク質の合成に成功している。
20.1

1 L スケールに換算すると、200 mg ~ 700 mg となり、一般的な細胞培養で得られるタンパク質の~ 1000 倍

14.4もの高収量となることが示された。これだけの量が精Fig.４ マグネシウム濃度の検討

製できると、様々な生化学的実験や構造解析に利用

lane 1：Mg2+ 14 mM
lane 2：Mg2+ 16 mM
lane 3：Mg2+ 18 mM
lane 4：Mg2+ 20 mMすることができる。
一方、 SDS-PAGE の結果に精製後であるにもかか

SDS-PAGE の結果、目的タンパク質の発現を確認す

わらす数本のバンドが確認された。これには①精製ることができた（Fig.５）
kDa

1

2

3

タグは C 末端に付けられていることから、N 末端が456切断された可能性と、②膜タンパク質である性質上

797

膜貫通部位の疎水性部分が凝集し、見かけの分子量66が小さく見えているだけの可能性が考えられる。こ45

れらを明確にするためには、N 末端解析や質量分析を用いたさらなる解析が必要と考えられる。

30

今年度は無細胞発現系を構築し、従来の手法に比20.1

べ格段に発現効率の良い系を構築することが出来た。

14.4

前述の問題が解決でき次第、安定同位体標識、固体
NMR 分光法を用いた構造解析へと発展させたい。

Fig.５ タグによる発現量の検討
lane 1：H-tag, before purificationlane 2：H-tag, flow thoroughlane 3：H-tag, elution
lane 4：SER-tag, before purificationlane 5：SER-tag, flow thoroughlane 6：SER-tag, elution 1
lane 7：SER-tag, elution 2定量を試みたところ、反応液 1 ml あたりの発現量はH-tag を用いた場合は 0.21 mg、SER-tag を用いた場
合は 0.69 mg となり、SER-tag は H-tag のおよそ 3 倍の収率だった。
考察
cell free 発現でヒト受容体の発現を確認することができた。構造生物学的視点から見ると、ここに 2 つの利点がある。厳密な品質管理と糖鎖修飾による立体構造の多様性は構造解析に向けて結晶化を試みる
時に極めて不利になるが、本研究で使用した cell
free 系においては翻訳後修飾されないので心配す
る必要はない。これは結晶化に非常に大きなアドバ（3）- 113 -

RNA による DNA トポイソメラーゼ I の酵素活性制御メカニズムの解析
岡山理科大学 理学部 生物化学科
河野 真二
本研究では、DNA トポイソメラーゼ I（トポ I）の酵素活性制御に対する RNA の影響について解析を行った。
まず、酵素活性への影響について解析した。ヒト継代培養細胞由来の total RNA 存在下で酵素反応を行なった
ところ、加えた RNA の量に依存した酵素活性の抑制が認められた。同様の抑制効果は、ホモポリリボヌクレオチドを使用した場合にも認められ、特に poly(G)が最も高い抑制効果を示した。次に、緑色蛍光タンパク質を融合させたトポ I を使って、細胞核内動態への影響を解析した。無処理の細胞では核質と核小体にトポ I の蛍
光シグナルが認められたが、RNA ポリメラーゼ II の阻害剤の１つであるα-アマニチンで処理した細胞では、
核小体に認められていた蛍光シグナルが減少した。これらの結果から、細胞核内におけるトポ I の制御メカニ
ズムの１つとして、RNA が直接的に、あるいは間接的に関わっていることが示唆された。さらに、トポ I の RNA
相互作用ドメインの同定を試みたところ、トポ I の N 末端領域が関わっていることを示唆するデータが得られたが、明確にするためには今後のさらなる解析が必要である。

示唆された。本研究では、トポ I の酵素活性への RNA

１．はじめに
ゲノム DNA 上にコードされた遺伝情報を読み取る
転写反応では、DNA の二重らせん構造をほどきながの影響と、細胞核内動態、さらに RNA の相互作用ドメインの同定を目的として解析を行った。

らその反応が進行する。そのため、反応の進行方向の前後に超らせん型 DNA と呼ばれるトポロジカルな

２．方法と結果

DNA の立体構造が生じる。遺伝情報が正確に滞りな⑴ RNA による酵素活性への影響く読まれるためには、この構造を速やかに解消する

RNA がトポ I の酵素活性にどのように影響するか、必要があり、DNA トポイソメラーゼがこれを担って

Relaxation assay（弛緩反応）を用いて解析した。

いる（文献１）。最近、神経細胞での長い（200 kb

基質は超らせん型 DNA であるプラスミド DNA の以上）遺伝子の発現に DNA トポイソメラーゼ I（トpUC18 を使用し、酵素は市販のウシ由来の酵素

ポ I）と IIβ（トポ IIβ）が関わっていることが報（TaKaRa Bio）とヒト由来の酵素（ProteinOne）を告された（文献 2）。しかしながら、これらの酵素が使用した。HEK293 細胞由来の total RNA を酵素反応

細胞核内でどのように働いているのか、その詳細な溶液に添加して反応を行なったところ、加えた RNA

分子メカニズムについて未だ不明な点が残されていの量に依存して酵素活性が抑制された。この抑制効る。これまでに、トポ IIβの細胞核内動態や酵素活

果は市販のウシ由来の酵素とヒト由来の酵素の両方性が RNA によって制御されていることが明らかになに認められた。さらに、酵素活性の抑制に効果のあった（文献 3）
。トポ IIβは C 末端領域（CTD）に、る RNA の塩基配列に特徴があるかどうか、ホモポリ

トポ I は N 末端領域（NTD）に、それぞれ塩基性アミリボヌクレオチド［poly(A)、(G)、(C)、(U)］を酵

ノ酸を多く含んだ、決まった立体構造を取らない

素反応溶液に加えて解析した。酵素はヒト由来の酵

disorder な領域が存在する。トポ IIβでは、この領素を使用した。その結果、すべてのホモポリリボヌ

域に RNA が相互作用することが示されていることか

クレオチドにおいて酵素活性の抑制が観察された。

ら、似たような領域を有するトポ I の細胞核内動態

しかしながら、
その抑制効果には明らかな差があり、や酵素活性の制御にも RNA が関わっている可能性がpoly(G)に最も顕著な抑制効果が認められた。
これら（1）- 114 -

の結果から、トポ I の酵素活性を RNA が抑制し、そびに RNA の相互作用ドメインが NTD である可能性がの RNA には G に富んだ配列が含まれている可能性が示唆された。

示唆された。
３．考察
試験管内での酵素反応や細胞核内局在の解析結果⑵ 細胞核内局在に対する RNA の影響
間期細胞核内において、トポ I は核質と核小体のから、トポ I の制御メカニズムの１つに RNA が関わ間をシャトリングしていることが報告されているっていることが示唆された。細胞核内には多種多用（文献 4）。トポ I の核小体局在に RNA が関わっていな RNA が豊富に存在するため、どのような RNA がト

るか、
転写阻害剤の１つであるα-アマニチンを用い

ポ I のどこに作用するのか、また酵素活性の抑制効て解析した。EGFP タグを付加したトポ I と mCherry

果について詳細な作用機序について今後明らかにしタグを付加した核小体タンパク質C23をHEK293細胞ていく必要がある。

に共発現し、蛍光顕微鏡で観察した。無処理の細胞
では、トポ I の蛍光シグナルが核質と核小体に認め４．謝辞られた。しかしながら、50 µg/mL のα-アマニチン

本研究を遂行するにあたり、多大なご支援をいたで 5 時間処理した後に細胞を観察すると、核小体にだいた公益財団法人ウエスコ学術振興財団に心から認められていた明瞭なトポ I の蛍光シグナルが認め感謝申し上げます。

られなくなった。この結果から、トポ I の核小体局
在にα-アマニチンによって合成が阻害される RNA

５．参考文献が関わっている可能性が考えられた。

1.

Wang J.C. DNA topoisomerases. Annual Review

of Biochemistry,1996, 65, 635-692.
⑶ RNA 相互作用ドメインの解析

2.

RNA がトポ I のどの領域に相互作用するか、

transcription of long genes linked to autism.

Nature, 2013, 501, 58-62.

Pull-down assay で解析した。RNA は HEK293 細胞由来の total RNA を使用し、タンパク質は市販のヒトKing I.F., et al. Topoisomerases facilitate

3.

Onoda A., et al. Nuclear dynamics of

由来のタンパク質である WT（1-765）、NTD（1-197）、

topoisomerase IIβ reflects its catalytic

CD（197-651）、CTD（651-765）を使用した。市販のactivity that is regulated by binding of RNA

タンパク質は His タグを付加した組換えタンパク質to the C-terminal domain. Nucleic Acidsであるため、ビーズには His Mag Sepharose Ni（GEResearch, 2014, 42, 9005-9020.

healthcare life science）を使用した。100 ng の4.

Christensen MO., et al. Changes in Mobility

RNA と 50、または 100 ng のタンパク質を混合し、37ºC

Account for Camptothecin-induced

で 30 分間インキュベートした後、ビーズを混合し、Subnuclear Relocation of Topoisomerase I. J.

Pull-down した。結合画分と非結合画分に分画した

Biol. Chem., 2002, 277, 15661-15665.

後、SDS と Proteinase K を加えて 55ºC で 1 時間イ
ンキュベートし、それぞれの画分に含まれる RNA を
Qubit HS RNA Assay Kit（Invitrogen）で定量した。
タンパク質を加えずに同様の反応を行なったサンプ
ルと比較したところ、
WTとNTDにおいて結合したRNA
量に有意な差が認められた。CD と CTD にも RNA が結合していたが、有意差は認められなかった。これらの結果から、トポ I に RNA が結合し得ること、なら（2）- 115 -

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
有機伝導体は超伝導を始めとする興味深い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，その性質の理解と機能性の開拓を目指し研究を行っている。この転移の実態は伝導を担っていた電子が，水が氷に凍結するかのように結晶化するという電子相転移であるため，イオンの運動によって引き起こされる通常の強誘電相転移とは異なる物理特性や機能性の発現が期待される。本研究ではこの転移に伴う結晶の対称性変化を簡便に検知するとともに，機能性開拓を目的として行う電気測定のための多機能な偏光顕微分光系の構築を実施した。本稿ではこの装置を用いて行った高感度焦電流測定により，電子の結晶化現象によって発現する巨視的電気分極が直接観測された成果について報告する。
を抱くようになった。強誘電体であれば正極と負極

１．はじめに水の結晶を見たことがあるだろうか。冷蔵庫ででをもつ，つまり電気分極する以上，絶縁体である必

きる多結晶ではなく単結晶に限るとすると身近で目要があり，事実，現在応用されている強誘電体はすにする機会は多くない。しかし，雪の結晶がそれだ

べて高抵抗のセラミックである。ところがその物質と言えば見入った経験があるという方も多いだろう。

は有機の電機伝導体なのである。実際，常温では金正六角形を基調とする美しい幾何学構造が，あの「へ属伝導をしめし，その対称性変化が確認された相転の字」の分子から作られていると聞くと意外かもし移によって絶縁化するのである[2]。

れないが，調和を好む自然の力はこのへの字から精通常の強誘電体は何らかのイオンの変位によって巧な対称構造を構築してみせる。その結果が美しい

電気分極しているのであるが，この物質の相転移は結晶のマクロ構造に現れているのである。

その実態がウィグナー結晶化とよばれる伝導電子のしかし，世の中にはこうした対称性を欠いている

結晶化現象であるといわれている[3]。つまり，電気物質もある。しかもそれらの多くは，科学技術を支

分極の起源がことなっているので，通常の強誘電体

える機能性材料として欠くことができない存在となとは大きく異なる性質や機能性が発現するかもしれっている。例えば，N 極と S 極をもつ磁石は明らかないのである。

に磁極方向の対称性が破れた物質であり，応用上の

ただし，その性質の多くは実質的に未解明であり，重要性はいうまでもないだろう。磁石の電子版に相新規強誘体群といえるような物質のバリエーション

当する，
すなわち正極と負極をもつ物質も存在する。

も整っていない。そこで本助成研究では，関連物質

水晶がその代表例であり，クォーツ時計やデジタルの探索のための偏光分光測定とそれらの電気分極特素子に欠かせない存在である。さらに，この正と負性の測定とを同時に行える多機能な顕微光学系の構の区別がある温度を境に発生・消滅する不思議な物

築を行い，研究基盤の充実を目指した。本稿ではこ質「強誘電体」も見つかっており，スマートフォンの顕微鏡の紹介と，装置を用いて行った上記の有機を代表とする現代の通信機器において極めて重要な伝導体における巨視的電気分極の直接観測について役割を担っている[1]。つまり，物性研究者は，あま紹介する。

り美しくない，仲間はずれの物質を見つけた時にこ
２．有機伝導体の電子型強誘電相転移

そ，意識を集中させる必要があるといえよう。

図１は注目している有機伝導体である

さて，我々は，最近，思わぬ物質が強誘電体のような対称性変化を示すことを発見しその性質に興味

α-(BEDT-TTF)2I3（1）- 116 -

[BEDT-TTF:bis(ethylenedithio)tetrathia-fulvalen$BNFSBe] の結晶構造の模式図である。この物質はドナーとDX-BTFS ON
PS8IJUF-JHIU

なる有機分子２つに対し１価の対アニオンが１つの1PMBSJ[FS２：１で構成されており，ドナー分子２つあたり１

3PUBUBCMF6OJU個の割合でドープされたホールにより電気伝導性を

0CK-FOT
4BNQMF発現する。この有機錯体は常温では金属として振る*7$POWFSUFS&YDIBOHF(BT$SZPTUBU

舞うが，135 K まで冷却すると本稿で注目している-PDLJO"NQ
7BSJBCMF 0QUJDBM$IPQQFS%JBQISBHN

金属-絶縁転移が発現する。

9F-BNQ

C

B

図２（ａ）多機能正立型分光顕微鏡の全景，（ｂ）ブロック
ダイアグラム

微小焦電流測定を計画した。
図 2 は，この測定のために改変した顕微光学系の

b

B

C

外観とブロックダイアグラムである。試料の有機伝

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）

この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，絶縁相では電子粗密が発生していることが報告されていた[3,4]。
我々はこの転移によって結晶の巨視的反転対称性が破れることを光学第二高調波観測によって明らかにし，この転移が強誘電体転移である可能性を指摘した[1]。金属相を原型相として発生する強誘電転移は
極めて特殊であり学術的に興味深いが，残留伝導度の影響により誘電率や分極反転測定が難しく，強誘導体は，電流測定の検体としては残留伝導度が非常に高いため，入力インピーダンスの低い検出器が必須となる。本装置は，検出器として用いるロックイ
ンアンプの上流に，光電子増倍管の使用時等で利用される低ノイズ電流プリアンプを導入して，微小焦電流を正しく増感検出できるよう構成してある[8]。
また，次項で詳述するように，試料冷却に熱交換ガ
ス型のクライオスタットを用いることが本実験の大きなポイントとなっている。
3.2 温度変調焦電流測定
電気分極している物質の正極と負極を電極を介し電体の本質である電気分極の確認とその特性の理解は進んでいなかった[5,6,7]。そこで我々は，本研究で構築している偏光顕微分光系を利用して行うことて導通させると，試料の表面電荷を打ち消す電荷が電極に蓄積される。試料温度を変化させて分極を増減させるとこの電荷量が変化し，外部回路には電流ができる焦電流の温度変調測定を計画した。

が発生する。焦電流と呼ばれるこの電流の密度は，試料温度 における自発分極を

３．装置作製と温度変調焦電流測定
3.1 多機能正立型顕微鏡の構成

とするとき
1

今回の助成研究では，光学クライオスタットで温度制御した試料に対して様々な偏光分光測定を行う
ために，入･出射光の偏光を自由に制御できるよう独自設計を施した正立顕微鏡の作製を行った。顕微鏡の光学系が完成した今年度は，温度調整された微小試料に対しビーム形状や周期変調等を自在に制御しの関係で表される。つまり，焦電流は試料温度 における自発分極の温度微分と， の変化速度との積であり，変化速度を一定にして温度依存性を測定すればその積分から分極を求めることができる。

て光照射できるこの顕微鏡の特性を生かし，下記の（2）- 117 -/

項の存在により試料温度の変化速度を大Heat-Induced Current (nA)

きくすれば信号を大きくできることが分かるが，試料の熱緩和によって上限は制限されてしまう。そこで本研究では試料温度を周期光照射によって変調させて行う交流測定法により，背景ノイズの除去によって SN 比を向上させる方針を採用した。
この測定ではクライオスタットによって一定に制御した試料温度を周期光照射によって微小変調し，から焦電流信号はωに比例することが分かる。一方，微小電流測定で課題となるゼーベ

TCO

0.5 Hz2.5 Hz

40
30

5 Hz

125

135

145

7.5 Hz
10 Hz

20

15 Hz

10

20 Hz

110

120

130

140

150

160

Temperature (K)イン検出する。温度変調の角振動数をωとすると，
/

10 Hz

50

0
100

熱誘起電流のうち温度変調に同期する成分をロック
式(1)の

60

図 3 熱伝導型 クライオスタット を用いて測定したα-(BEDT-TTF)2I3 における熱誘起電流の温度依存性。温度変調周波数 0.5~20 Hz

ック効果によるノイズは試料の温度不均一性によっ
焦電流信号を識別するために変調周波数を 0.5て引き起こされている。たとえば，電極を接着した
2 点の温度を ,とし物質のゼーベック係数 と置

周波数上昇に従って信号全体の強度が減少する一方，

くと，その大きさは転移点温度の直下にシャープな構造が顕在化した。

2

Seebeckと表される。
温度を変調しても ,Hz から 20 Hz まで上昇させて測定を行ったところ，

信号強度の減少は光照射による熱が緩和されず温の差が一定であ

る限り Seebeckは変化しないので，変調速度を高めて焦電流信号を増大すればノイズの効果は相対的に抑えることができる。ただし，変調速度は試料の熱緩和，すなわち試料からの熱伝導速度によって制限されるため，熱伝導係数の小さい有機物の場合，高速変調が難しい。そこで本装置には熱交換ガス型クライオスタットを導入し，試料の熱を試料表面全体か度変調の振幅が狭くなり，式(1)の

/

項が小さく

なったことを意味している。一方，転移点近くに現れたシャープな構造は背景の信号に対して相対的に増大しているように見える。このことからこの信号が焦電流であると示唆されるが，さらに周波数を上昇させると信号強度は検出感度以下となってしまい
詳しい解析を行うことができなかった。
そこで，今回，クライオスタットを熱交換ガスタ

ら熱伝導させることで高速な温度変調を試みた。

イプに交換した装置を構築し，同様の実験を行った
ところ，変調周波数を約 1 kHz まで高めても支障な

４．温度変調焦電流測定
図３は，熱伝導型クライオスタットを用いて予備的に行った α-(BEDT-TTF)2I3 における熱誘起電く検出できる強度の信号が得られるようになった。
図 4 はこのセットアップを用い温度変調周波数

流の温度依存性データである。通常，強誘電体の電900 Hz で測定した熱誘起電流の温度依存性である。

気分極は強誘電転移温度で現れて臨界的に増大し，

図 3 との比較から明らかなように，信号の温度依存

低温で飽和する。転移温度以上の常誘電相の分極は性は一変しており，低周波の温度変調測定（図 3）

ゼロで一定しているので，焦電流もゼロのはずである。ところが，得られた熱誘起信号は，相転移温度である 135 K（）よりも高温側からすでに大きな値を示していた。このことは，この信号が焦電流ではなく，ゼーベック効果と考えられる熱誘起信号において転移点付近に存在していた信号が，この条件では大きなピークとなって熱誘起電流信号を支配している。信号強度が高周波の温度変調で増大したことと，測定転移点付近で鋭い極大を形成した事実
から，この信号の起源が焦電流であると結論できる。
一般に，強誘電転移で発現した分極相の結晶は，に帰着されることを示唆している[9]。

原型相で存在していた対称操作で重ね合わせることができる分極ドメインに分かれている。
したがって，（3）- 118 -

ポーリング処理なしのマクロ結晶では分極は平均化

以上の議論から，転移点付近以下で観測された熱されゼロとなっていると考えられる。にもかかわら誘起電流のピークは分極ドメインの性質を反映した

ず，信号が検出されたこということは，自発発生す

焦電流信号であると解釈して間違いなさそうである。

るドメインサイズが実験に使用した結晶のサイズとしたがって，今回の測定により，α-(BEDT-TTF)2I3

同程度であったことを示唆している。一部の電子物の電荷秩序が巨視的電気分極を発生する強誘電相転性においてはドメイン壁の影響が強く現れていると移であることが直接的に確認されたと結論できる。

の議論が行われているが[5]，このように本物質は単一ドメイン成長の傾向が強いため，伝導性や誘電率

５．まとめなど伝導電子全体が関与する物性は単一ドメインの本研究では特異な強誘電性転移を示す有機伝導体

性質が支配していると考えるのが妥当であろう。

の対称性変化を調べる目的で偏光分光測定に対応さ同一試料を用いて冷却と加熱を繰り返しながら測せた自作顕微鏡の構築をおこなってきた。
本年度は，定を続けたところ，冷却時と加熱時におけるピーク

前年度，基本骨格を完成させた顕微鏡を微小電流計

温度のずれが観測され転移にヒステリシスが伴われ測に適合させ，有機伝導体 α-(BEDT-TTF)2I3 におけることが明らかになった。このことは，転移が 1 次

る熱誘起電流の温度変調測定を試行した。
その結果，であるとする他の報告とも整合している[9]。実験結

この物質における反転対称性消滅を伴った電荷秩序

果から見て取れるように，温度履歴を繰り返して行転移が，巨視的電気分極を発現する強誘電性転移でくとこのピークは有意に増大してゆく。これは，強あることが直接的に確認できた。強誘電体としては

誘電転移によって発生した分極ドメインのうち大き例外的に伝導度が高い上記物質の焦電流検出に成功

なものが小さなものを吸収して分極の向きがそろっしたことから，本装置は他の微小試料や高伝導度のて行く過程を反映していると考えられる[10]。この

強誘電体の焦電測定にも広く応用できるだろう。

増大分の寄与を考慮に含めれば，転移温度以下のデ

上記物質で確認されたような電子型の強誘電体は，ータは良い再現性を示していると考えて良いだろう。

分極の起源が軽量な電子であるために，従来の強誘一方，転移温度より高温の領域の信号は，図 3 の実電体に比べ大幅に高速な外部刺激応答を示す可能性

験データと異なり，測定ごとのばらつきが目立ってがあるだろう[11,12]。もちろん，熱線を感知する焦おり気に掛かるかもしれない。しかしこれは，試料電流もその一つに含まれるかもしれない。このようの微小な変位によって電極付近の光密度が変化し，な観点から，今後，温度刺激の過渡応答を観測する

電極間の温度差によって生じるゼーベック信号がゆ予定であり，その結果によっては高速熱センサー

らいだものと理解できるので，焦電流とは無関係と[13,14]としての候補として材料研究の発展が期待考えられる。

できる。無論，実践的な応用にはより優れた物質探Heat-Induced Current (arb.u.)

索が不可欠であり，本装置のポテンシャルを生かし60

た旋光性･円二色性測定等の偏光分光観測に期待が50寄せられる。

40
30

６．参考文献20[1] “誘電体/ふしぎな石ころ/村田製作所”
www.murata.com/ja-jp/about/rd/stone/dielectric[2] K. Yamamoto et al., J. Phys. Soc. Jpn., 77(2008) 074709.

10
0
110

120

130

140

150

160

Temperature (K)[3] H. Seo, C. Hotta, H. Fukuyama, Chem. Rev.,

図 4 熱交換ガス冷却型クライオスタットを用いて測定した
熱誘起電流の温度依存性。温度変調周波数 900 Hz。温度変化
速度 5 K/min。矢印は温度変化の方向を示す

104 (2004) 5005.
[4] R. Wojciechowski et al., Phys Rev. B, 67 (2003)（4）- 119 -

224105.
[5] T. Ivek et al., Phys. Rev. Lett., 104 (2010)
206406.
[6] P. Lunkenheimer et al., Phys. Rev. B, 91 (2015)
245132.
[7] H. Yamakawa et al., Sci. Rep. 6, 20571.
[8] I. Lubomirsky and O. Stafsudd, Rev. Sci.

Instrum., 83 (2012) 051101.
[9] K. Bender et al., Mol. Cryst. Liq. Cryst., 108(1984) 359.
[10] K. Yamamoto et al., Appl. Phys. Lett., 96(2010) 122901.
[11] S. Iwai et al., Phys. Rev. Lett., 98 (2007)
097402.
[12] H. Itoh et al., Appl. Phys. Lett., 104 (2014)
173302.
[13] J. Cooper, J. Sci. Instrum., 39 (1962) 467.
[14] S. Lang, Physics Today, 58 (2005) 31.

（5）- 120 -

段ボ
ボール受動歩歩行ロボットを用いたた実験授業おおよびその評評価
岡山理科大学工岡
工学部機械シシステム工学科
衣笠哲也（概要）近年
年，青少年の理科離れが社
社会問題とな
なっている．これは技術にによって支ええられる日本のの経済にとっって極めて危機て機的な問題である．このよような状況にに対し，科学技
技術教育の充充実をめざししたこころみがが多くなされ
れてきた．我々て々も，研究成果から派生しした３次元２
２足受動歩行ロボットをプ
プラスチック段ボールによより作製するる
ことで安価でこ
で小学生でも比較的容易にに作ることがが可能な教材を開発していいる．この問
問題点を解決しした新しいモモ
デルの歩行機デ機を設計・製製作するととももに従来の歩歩行機と合わせ
せて工作教室室を実施し教教材としての有有効性を検証証することを目す
目的とする．その結果，よより簡便に組組立を可能とす
する治具の実実現，安定しした歩行を可能能とするデザザイン，大学生イ
生を対象としたより高度ななプログラムムの実践，および小学生をを対象としたた工作実験教室
室ならびに大大学生を対象と学とした講義を実施し，教材材としての有有効性を明らかかにした．
１．はじめにに
近年，
青少年
年の理科離れ
れが社会問題題となっているる．

実施している．
実
で使用していいる教材は，プ
プ
工作教室でOECD（経済協
O
協力開発機構構）生徒の学
学習到達度調調査

ラスチック段ボラ
ボールを用いいた3D受動2 足歩行機でああ(PISA)による(ると日本の青少年は科学へへの興味・関関心

る．
る プラスチッ
ック段ボールを用いた 3D 受動 2 足歩行行が低いことががが示されている．
例えば図
図１は 15 歳のの生機は，安価で小機
小学生にも簡簡単に作成可可能であるが従従徒に「科学を
徒を学ぶことの楽しさ」につついて質問しした

来の歩行機は歩来
歩行を妨げる
るいくつかのの問題があった
た．

際の肯定的回
際
回答の割合である．図に示示すように「「理また，大学生をまを対象にしたた講義においいて基本的な力力

科学習に対す科する道具的な動機付け」，｢理科学習者
者と学的知識に基づ学
づいたロボッットの設計製製作をおこなっっ

しての自己効し効力間｣，｢科学学に関する活活動｣の項目でではている．これはては理論だけででなくそれにに基づいてロボ
ボ

2006
2
年と比べ
べて 2015 年ででは上昇してているが，「科科学ットを設計製作ッ
作することで
で知識の定着着と深い理解ををの楽しさ」にのについては低低下している．これは，日日本得てもらうこ得とを期待してている．

の高校生が科の科学について楽しくはない
いが，学ぶ必
必要

そこで本研
研究は，
この問
問題点を解決決した新しいモモ

性があること性とについては理解しているることを示ししてデルの歩行機をデを設計・製作作するとともに従来の歩行行

諸外国と比べ科学への興いる．また，
い
興味・関心がが低機と合わせて工機
工作教室を実実施し教材としての有効性性

い.
いを検証するこをとを目的とすする．
２．大学での講講義2017 年度はは３年生を対対象としたロボット工学ででプラスチック段プ
段ボールによよる３次元２足受動歩行機
機の設計製作をおのおこなった．１５回の講講義において半半数程度を設計の数のための基礎
礎的な力学にについて教科書
書[22]を用いて講講述し，残りのの時間で設計計，製作を行う．
設計指針として設て正面内の横横揺れと遊脚
脚の固有振動数数

図１．OECD 加
加盟国対象のの PISA 調査結果比較を与え，これを
らの数値をあある程度達成成する独自のロ
ロ
我々は，科科学への興味味・関心を持っってもらうここと

ボット形状を考ボ考案することととなる（図図２，３）．

を目的としてをて，小学生を対象に毎年工工作実験教室室を（1）- 121 -

クールク
（7/29，参加者 27 名名）および岡岡山市立高島小
小
学校の高島フェ学
ェスタ（11/225，工作参加
加者 35 名）でで工作実験教室を工をおこなったた．

図２．実現さ図れたロボット
トと学生諸君図４．工作実験図験教室用ロボボット
図４に用いた
た歩行機のデ
デザインを示示す．歩行機はは２種類もちいてている．当初
初はデザイン
ンの違いによるる「歩行の容易性「性」についてて調査をする予定であった
た
図３．2017
図
年
年度のロボッットたちが，歩行機の差が差異よりも児児童の年齢やや器用さなどのの影響が強く評価
影価することがができなかった．歩行機のの例年，最初初の設計ではうまく歩行ししないものももあ

性能については性
は次章で議論
論する．

り，複数回設設計製作を繰
繰り返し，歩行行できるまでで試
行錯誤をおこ行
こなう．また，設計指針ととしての理論
論値と実験結果をとを比較し，歩
歩行の実現など
どと合わせてて考察する．最終察
終回ではコンテスト形式でで歩行のデモモン
ストレーショ
ス
ョンをおこなう．理論値にに近い振動数数で歩行するもの歩のもあれば，斜面で滑りなながら全く別
別の振動モードで振で歩行するもの，さらにはは横向きにななって股関節軸のての撓みを利用しながら歩行行するなど多多様

図５．組立用治図
治具な歩行を見せなせる点も興味味深い．３年生
生講義のアンンケートから抜粋
ー粋（括弧内は前年度）した
たものを以下下に

図５に歩行機
機組立のため
めの治具を示示す．ロボット示す．
示

が歩くかどうかがかは組立精度
度に大きく依依存することがが この分野へへの理解が深まっった 7/9 (6/7))

これまでの研究こ究から明らかかになっていいる．ただし， この分野へ
への感心が高まっった 4/9 (4/7))

その効果を実証そ証する試験的的な運用でああったため全てて この分野ででの技能・技術がが高まった 5/9
9 (2/7)の参加者が利用の用できる治具具を用意できていなかった
た．

 他分野との関連性についてて理解が深まっった 0/9 (1/7)
 満足 5/9(3//7), ほぼ満足 3/9(3/7)，普通
通 1/9(1/7)
 教科書や資資料がもう少し平平易なほうがよ
よい 1/9

この結果かから，講義を通してこの分分野におけるる興
味関心，理解味解などが深まり，満足してている様子がが確認できる．
認図６．工作実験図
験教室の様子子
３．小学生対３
対象の工作実験教室

今年度は高島
島小学校におおける実験教教室から全てのの2017 年度は岡山理科大大学附属中学学校オープンンス

参加者が治具を参を使って組みみ立てが可能
能となるようにに，（2）- 122 -

２種類のロボ
ボット用治具具を導入した．図６に理大大附る．ただ，ロボる
ボットが全くく歩かないという結果が数
数

属中学校にお属
おける実験教教室（左）およよび高島小学学校

名見られる点は名
は今後の課題
題である．

における実験
に
験教室（右）の様子を示す
す．図からわわかるように，学る
学生が工作の補助を行いなながら組立，歩４．歩行機形状
４状と歩容

行実験を行っ行っている．図７から図１００にアンケーート

歩行機２種類類 RW-P03 と RW-P02A（図図４右と左）とと結果を示す．
結

過去に用いてい過いた歩行機 RRW-P02（図４右の踵にアーールをつけていなルないもの）にについて斜面
面角度，股関節節軸の位置，両脚
軸
脚間の距離ををそれぞれ最最も歩きやすいい
条件に設定して条て歩行させ，歩数と歩行行時間の関係をを
図１１に示す
調べた結果を調す．このときき斜面長さはは
1110cm で全てのの試行においいてこの斜面
面を途中で停止止することなく歩す
歩き下ったもものを用いてている（途中でで停止もしくは転停
転倒した場合合はデータかから排除した）．

図７．アンケ図ケート（楽しさ）この図から，そこ
それぞれの歩
歩行機は歩行
行しやすい領域
域があることがわがわかる．

図８．アンケ図ケート（難易度）

図１１．３種類
図
類の歩行機のの特性
図９．アンケ図ケート（歩行機
行機の出来具合合）

図１０．アン図ンケート（工工作時間）
図１２．ステ
図
ップ時間
アンケート
ト結果から，工作教室を通通してロボッットを作り，動作を作させることへの肯定的なな感想で占めめらテップ時間をを示す．ステップ時間とはは図１２にステ

れた点は評価れ価できる．難
難易度と出来具
具合および工工作

１歩あたりの時時間である．この図から，RW-P03 が比比時間の結果か時から工作教室
室と教材としててのロボットトが較的ゆっくり較
と歩行させたたときに安定定した歩容が得得難易度などで難
で適度な設定定であったこととが読み取らられられる傾向を持ら持つことがわわかる．
（3）- 123 -

５．おわりに
本報告では，プラスチック段ボールを利用した３次元２足受動歩行機を教材とした小学生の工作実験教室および大学生の講義を実施し，その効果について検証を行った．また，これまでに明らかとなっていた歩行機の性能（歩かない場合がある）について評価を行い，治具を導入することである程度問題を低減することができた．以上のことから，受動歩行機の教材としての有効性は明らかであり，より歩きやすい歩行機と組立方法を確立したという点が重要である．
今後の予定として，歩行機の製作をレーザ加工から金型によるプレス加工などより安価で効率的な方法にする．こうすることで，工作実験教室の開催機会を増やし，教材としての完成度を高めることが挙げられる．
謝辞
本研究を行うにあたりウエスコ学術振興財団から助成金をいただき，工作実験教室および講義における材料費や補助学生への援助，関連研究の動向調査などに当てることができた．
ここに感謝の意を表す．
参考文献[1] 文部科学省国立教育政策研究所，OECD 生徒の学習到達度
調査(PISA)〜2015 年調査国際結果の要約〜，2016[2] 衣笠，大須賀，土師，受動歩行ロボットのすすめ，コロ
ナ社，2016（4）- 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
太田寛志，島田英之，島田恭宏，大倉 充
MMS（移動計測システム）によって得られた大規模全球画像群の中からユーザが撮影した画像に最も類似する画像を検索することによって，画像を撮影した位置を推定することが可能である．しかし，パノラマ展開された全球画像は撮影時のカメラの仰俯角の違いによって画像の歪み方が大きく異なるために，一般的な画像照合手法では特徴点マッチングに誤検出が多くなる問題がある．さらに画像検索においては画像マッチングを多数の画像に対して繰り返し実行する必要があるために，この処理に時間がかかる問題がある．そこで本研究では，画像マッチングに魚眼画像変換を適用して，特徴点マッチングの精度を向上する画像照合手法，および，MMS の画像の類似性を利用した画像検索の高速化手法を提案する．評価実験の結果，提案法は従来法に比べて特徴点マッチングの精度が向上し，また，処理速度においては約 30%高速化されたことが確認できた．

1. はじめに

2. 全球画像のマッチング方法

MMS（Mobile Mapping System; 移動計測シス

本研究ではユーザが撮影した画像（クエリ画像とテム）によって，道路周辺の高精度な 3 次元空間情呼ぶ）と大規模画像群（検索対象画像と呼ぶ）とも

報と全球画像情報から成る大規模データ群が構築さに全球画像を用いる．全球画像には任意の視点におれ，その活用が進められてきている．一方で，大規ける全方位の情報が含まれているため，前方の情報

模画像群からユーザが撮影した画像に最も類似してしかない一般カメラ画像よりも位置推定が正確に行いる画像を検索することによって，その画像の撮影

える．しかし，パノラマ展開した全球画像は撮影角位置を推定する研究が行われてきている．この撮影度によって歪み方が異なる画像になる．歪みの例を

位置推定に MMS で得た大規模全球画像群を利用す

図 1 に示す．方位角の違いはパノラマ展開画像の平れば，撮影位置をより高精度に推定することが可能

行移動となって表れるので画像照合に特に問題になである[1,2]．しかし，全球画像は一般的にパノラマらないが，仰俯角の違いは画像上下方向に湾曲した展開した画像で表されるため，撮影時のカメラの仰大きな歪みを生み出すため，特徴点マッチングによ

俯角の変化によって画像の歪み方が大きく異なる．

って誤対応を生じやすい．そこで提案法は全球画像

そのため，一般的な画像照合手法ではマッチングにの歪みの影響を小さくするために，特徴量記述にお誤検出が多くなる問題がある．さらに，画像検索にいてパノラマ展開画像中の特徴点の周辺領域を，特おいては，画像マッチングを多数の画像に対して実徴点を中心にした魚眼画像変換（正距方位図法）に行する必要があり，処理に時間がかかる問題がある．

よって魚眼画像にして，これを用いて特徴点マッチ

そこで本研究では，撮影位置推定に全球画像を用ングを行う．また，提案法では特徴量記述に BRISK

いるための改良した画像照合手法，および，検索の（Binary Robust Invariant Scalable Keypoints）を高速化手法を提案する．提案法はパノラマ展開画像

用いる．BRISK は円形領域で特徴量記述を行うたの歪みの影響を減らすため，画像照合における特徴

め画像の回転に対して頑健である．そのため，正方量記述において魚眼画像への一時的な変換を行って形を用いる SURF（Speeded Up Robust Features）

いる．また，画像検索の高速化を図るために，MMSなどの手法と比べて魚眼画像に適していると言える．

において撮影位置が近い全球画像同士は類似する箇本研究は検索対象画像に MMS で取得した画像を所が多いことを利用して，画像検索処理を行う際の用いる．従来よく利用される検索対象画像群は例え計算量を減らす[3,4]．

ば道路交差点付近のみの画像で構成されているため，（1）- 125 -

3. 魚眼画像変換
魚眼画像変換は以下の手順で行う．通常，画像の幾何学変換には逆変換を用いるので，魚眼画像の座標 ,からこれに対応するパノラマ展開画像の座,を求める．まず，式(1)より全球画像を 3 次

標(a) パノラマ展開画像

元空間の球面とした際の点の座標を求める．
ここで，は生成する魚眼画像の半径を表す．
arccos cos(1)

arcsinsin cos

次に式(2)を用いて，パノラマ展開画像上の特徴点座(b) (a)と方位角が異なる画像

が魚眼画像の中央になるように 3 次元回,標転を行う． は 軸回りの回転角度， は 軸回りの,回転角度を表しており，

である． はパノラマ展開画像の横幅， は縦幅を表す．

cos
0
sin

(c) (a)と仰俯角が異なる画像
図 1 撮影方向の違いによる全球画像の変化

0
1
0

sin
0
cos

1
0
0 cos
0 sin

0
sin
cos

€
(2)

続いて，式(3)，(4)を用いてパノラマ展開画像上の座
標

,

を求める．
arccos•‚ƒ„ …†

arcsin(3)Š

図 2 空間的に連続した画像における類似度の推移‡‰ † ‹ 1Œ…

‰ † ‹ 1Œ

(4)交差点間の途中位置のような画像群に存在しない位置を検出することは不可能である．これに対して，

4. 画像照合の評価実験

MMS で撮影した画像の間隔は高々数メートルであ

実際の全球画像を用いて，提案法と従来法におけり，MMS で計測した地域内であればどの撮影位置

る特徴点マッチングの精度を比較する実験を行った．

でも検出可能である．また，MMS は走行しながら

ここでは，カメラの仰俯角の影響を考えるために，画像を連続して撮影するため，隣り合う画像同士の同じ撮影位置で仰角 0 度と 60 度の場合の 2 枚の画類似性が高い．そのため，クエリ画像と連続した全像（それぞれ画像 A，画像 B とする）において 4 点

球画像群との類似性を調べてグラフ化すると図 2 にの特徴点検出を正確に行い，全ての特徴点の組み合

示すような撮影位置と一致する箇所をピークとする

わせについて特徴量距離を求めた．検出した特徴点

山が得られる．これによって従来法のような画像のの周辺画像を図 3 (a), (b)に示す．また，特徴点周辺

連続性がない場合と比べ，撮影位置の検出が正確にを魚眼画像変換した後切り出した画像を同図(c), (d)行える．

に示す．実験では，図 3 (a)と(b)の間の特徴量距離を（2）- 126 -

表 1 特徴量距離の比較(a) 従来法の特徴量距離
特徴点 a

特徴点 b

特徴点 c

特徴点 d

画像 B

(a) 画像 A の特徴点周辺画像

特徴点 a

特徴点 b

特徴点 c

a

画像 A

特徴点 d

(b) 画像 B の特徴点周辺画像

b

c

d

a

229 168

211

178

b

188

65

162

155

c

187 198

121

156

d

204 183168

113(b) 提案法の特徴量距離
特徴点 a

特徴点 b

特徴点 c

画像 B

特徴点 d

a

(c) (a)を魚眼画像変換した画像

画像 A
特徴点 a

特徴点 b

特徴点 c

特徴点 d

(d) (b)を魚眼画像変換した画像

b

c

d

a

71 139

199

158

b

180

40

142

161

c

188 214

38

169

d

195 14513960(c) 従来法の特徴量距離比（正対応を 1）

図 3 特徴点の周辺画像

画像 Ba

従来法における結果として求め，同図(c)と(d)の間の特徴量距離を提案法における結果として求める．さらに，特徴量距離の値を，正しい特徴点対応を 1 と

画像 A

した距離比に変換して相互に比較する．このとき，
誤対応の距離比が 1 より小さければ特徴点の対応付
けが誤っていることを意味する．また，誤対応の距

b

c

d

a

1.00 0.73 0.92 0.78

b2.89 1.00 2.49 2.38

c1.55 1.64 1.00 1.29

d1.81 1.62 1.49 1.00(d) 提案法の特徴量距離比（正対応を 1）

離比が 1 より大きくなるほど正対応の距離より差が画像 B大きくなるので正対応の検出が行いやすくなることaを意味する．
実験結果を表 1 に示す．表の 1 行の中で最小値を画像 Aとる画像 B の特徴点が同行の画像 A の特徴点に対応する点として検出される．各結果を比較すると，

b

c

d

a

1.00 1.96 2.80 2.23b

4.50 1.00 3.55 4.03

c4.95 5.63 1.00 4.45

d3.25 2.42 2.32 1.00

特徴点が正しく対応していたのは，従来法では特徴
点 a を除く 3 点だった．これに対して，提案法では4 点全ての特徴点が正しく対応できた．特徴量距離比を見ると，提案法は仰俯角による画像の歪みの違
いが魚眼画像変換によって補正されたことで，従来法に比べて誤対応の特徴量距離比が正対応の 2 倍以
上の大きな値をもつ特徴点対が多くなっており，誤検出されにくくなっていることが分かる．これらの結果から，提案法は特徴点マッチングの精度が向上
していることが確認できた．

5. 画像検索の高速化手法
MMS で取得した画像列内で隣接する画像同士は風景に重複部分が多いことから共通の特徴点が多く含まれる．この性質を利用してマッチングの計算量を削減する．隣接する画像間であらかじめ全特徴点のマッチングを行い，次に，画像の特徴点 1 点につき，他方の画像から類似している特徴点を複数個検出してこの情報を記録しておく．マッチング処理の概略を図 4 に示す．画像検索ではまず画像 A とクエ（3）- 127 -

リ画像の全特徴点でマッチングを行う．このとき，
点Rと点Pが対応したとする．
次に画像 B とクエリ画
像のマッチングでは，画像 A とクエリ画像のマッチ
ング結果を利用して，適合すると予想される点Pの類似特徴点 Q • 1 ≦ • ≦ • とのみマッチングを行う．
このように 2 枚目以降の特徴点マッチングの計算数を減らすことで検索全体の処理時間を短くすることが期待できる．

6. 画像検索の高速化の評価実験

図 4 画像マッチングの高速化の概略

提案法と従来法においてそれぞれ画像検索の実験を行い，処理時間およびマッチング得点差の比較を

表 2 計算量と処理時間の比較行った．表 2 に画像 20 枚あたりの計算量と処理時(a) 従来法の計算量と処理時間間を示す．計算量はマッチング計算に用いた特徴点

計算量

処理時間(ms)の総数である．処理時間は特徴点マッチングに要しA

200000

2.73

た時間である．実験結果より，提案法のマッチング

B

2000002.81

計算量は従来法と比べて約 86%削減され，処理時間

C

2000002.40

は平均で約 34%の短縮が確認できた．提案法におい平均

2000002.64てマッチング計算量の削減に比べマッチング処理時(a) 提案法の計算量と処理時間間の削減の割合が小さいのはマッチング処理に特徴
点選択が追加されているためであり，処理時間の約30%が特徴点選択の処理に費やされていた．

7. まとめ
本研究は，全球画像群を用いた撮影位置推定のための画像マッチング手法として，撮影時のカメラの仰俯角の違いによる全球画像の歪みの変化の影響を少なくするための特徴点マッチング手法，および，換によって特徴点対応付けの精度を向上させること

1.66

B

27588

1.62

C

26948

1.54

平均

27334

1.60

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.
[2] 多田裕貴, 太田寛志, 道西博行, 全球画像列を使用した撮影位置の推定,

情報処理学会第 79 回

全国大会講演予稿集, vol.2, pp.451−452, 2017.
[3] 妹尾男宜, 多田裕貴, 太田寛志, 道西博之, 連続した全球画像を用いたカメラ位置推定の高速化,ができた．また，画像検索では，MMS における隣

平成 29 年度電気・情報関連学会中国史部連合大接画像の類似性を利用することで処理時間を約34%短縮することができた．

27466

用いたカメラ位置推定,

応の比較を行った結果，正対応数および特徴量距離比が従来法より改善することを確認し，魚眼画像変

A[1] 多田裕貴, 太田寛志, 道西博行, 全周囲画像群を量記述の際に特徴点ごとに魚眼画像に変換して特徴換しない従来法とで特徴点マッチングにおける正対処理時間(ms)

参考文献

画像検索の高速化手法を提案した．提案法は，特徴量記述を行う．評価実験として提案法と魚眼画像変計算量

会講演予稿集, R17−22−01, 2017.
[4] 妹尾男宜, 多田裕貴, 太田寛志, 道西博之, 全球

謝辞

画像列によるカメラ位置推定の高速化,

本研究の遂行にあたり，ご助成いただいた公益財
団法人ウエスコ学術振興財団に深く感謝致します．
（4）- 128 -

情報処

理学会第 80 回全国大会講演予稿集, vol.2,
pp.473−474, 2018.

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、再生医療や創薬における有力な細胞材料として期待される。そのためには十分な機能をもった肝細胞を多く分化誘導することが必要であり、分化誘導法の工夫が必要である。我々はこれまで、細胞分化に必要なミトコンドリア生合成を促進することで細胞分化を効率化できないかと考え、肝臓由来細胞におけるミトコンドリア生合成刺激の検討をおこなった。
前年度においてミトコンドリア生合成を検出するレポーターアッセイ系を確立し、栄養飢餓やカロリー制限模倣薬などの刺激を検討した結果、低グルコース濃度処理（0.1mg/ml）やポリフェノールである Resveratrol (RSV)
20μM 以上の処理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。そこで今回、ミトコンドリ
ア生合成刺激が iPS 細胞からの肝細胞分化に与える影響について検討を行った。マウス iPS 細胞の肝細胞分化誘導に対し、RSV 10μM, 20μM の処理を併用したところ、RSV 処理により肝前駆細胞マーカーAFP、肝代謝酵素
CYP1A1 の発現上昇と、未分化マーカーOct4 の発現低下が認められた。これらの結果からミトコンドリア生合
成刺激を利用することにより、肝細胞分化誘導を効率化できる可能性が示された。

研究背景・目的のミトコンドリア量と活性を高めることで、より細胞

多能性幹細胞は分化多能性を有し、様々な細胞に分化分化を促進できる可能性が考えられた。前年度の研究できることから再生医療への利用が期待できる。実用から、肝臓由来細胞 HepG2 を用いてミトコンドリア化に向けた課題として、材料になる幹細胞の供給、細生合成の刺激条件を検討した結果、栄養飢餓（低グル

胞材料の安全性の確保、高機能な細胞への分化誘導な

コース濃度）やカロリー制限模倣薬（Resveratrol : RSV）

どが挙げられる。特に機能的な体細胞への分化誘導はなどが、ミトコンドリア生合成シグナルとして有効でいまだ課題が多く、より高い機能を持つ細胞を分化誘あることが示された。そこで今回、RSV 処理が iPS導するための工夫が求められている。多能性幹細胞か細胞からの肝細胞分化に与える影響について検討をらの肝細胞分化誘導においては、肝細胞様細胞行った。

（hepatocyte-like cells）の肝機能が低いことや、残存する未分化 iPS 細胞が腫瘍化する危険性などの問題が研究方法と結果ある。そのため肝細胞誘導法のさらなる工夫が必要とまず、前年度に同定したミトコンドリア生合成刺激の考えられる。

うち、高いレポーター活性を示した RSV 20μM 処理に細胞分化とエネルギー代謝機構の関わりは深く、一般

よってミトコンドリア量が増加するかを検討した。ウ

的に未分化細胞は増殖に特化し、解糖系を中心としたェスタンブロット解析によりミトコンドリア指標タ

エネルギー代謝を行っているが、分化した細胞ではミンパク質である COX IV 発現を調べたところ、溶媒でトコンドリアにおける酸化的リン酸化によるエネル

ある DMSO 処理に比べ発現上昇が認められ、ミトコ

ギー代謝が働いている。実際に胎児肝から成体肝へのンドリア量の増加が示された（図１）。そこでマウス

分化において、解糖系からミトコンドリアへのエネル

iPS 細胞（miPS）の肝細胞分化誘導に加えて RSV 処

ギー代謝シフト（好気的なエネルギー生産）が起こる理を施し、ミトコンドリア生合成刺激が細胞分化に与ことが報告されている（文献１）。したがって細胞内える影響を検討した。

（1）- 129 -

続いて
続
20 ng/mml HGF, 20 ngg/ml OSM によよる肝細胞誘誘導を おこなった。前段階と同同様に RSV
V 10μM またたは
20
0μM での刺激
激を同時にお こなったが、成熟肝細胞胞マーカーであるー
albumin や TA
AT の発現が認められず、成図 1. RSV 処
処理による COOX IV タンパ
パク発現上昇熟肝細胞に誘導熟
導できていな
ないことが考えられた。一方一で GFP 陽性の未分化細胞はは RSV 処理ににより顕著にに減miPS 細胞かからの肝細胞分分化誘導にはは、内胚葉誘誘導、

少していた（図少図 4）。

肝前駆細胞誘誘導、肝細胞誘
誘導からなるる三段階分化
化誘導法（文献２）を用い、肝肝前駆細胞誘導導、肝細胞誘誘導時に RSV 10μM
M, 20μM 処理
理を施した（図２）。
内胚葉誘導
導

肝前駆
駆細胞誘導

RPMI 1640
00.2％ FBS
S
Activin A 100n
ng /mlRPM
MI 1640
2%
% FBS
BMP4
4 50ng /ml
FGF2
2 20ng /ml
RSV 10, 20μM

5⽇間

RPMI 1640
2% FBSHGF 20ng /ml
OSM 20ng /ml
M
RSV 10, 20μM

5
5⽇間

5⽇間

肝細胞成熟

図 2. 肝細胞
胞分化誘導と RSV 処理のプ
プロトコールル

図 4. 分化誘導
導中の未分化細細胞（GFP 陽性）
陽

miPS 細胞でで作製された胚胚様体（embrryoid body）に 100

考察とまとめ考

ng/ml activinn A 処理を施し、内胚葉誘誘導をおこななった

今回、
今
Resveratrrol 処理によ る肝細胞分化化促進効果ににつ結果、内胚葉葉マーカーCXXCR4 およびび AFP の発現現がみいて検討した結い結果、肝前駆駆細胞マーカーーの発現上昇昇がられ、また分分化した細胞ででは Nanog プロモーター
プーで発認められたこと認とから、ミト コンドリア生生合成が iPS 細MP4,
現する GFP 蛍光は消失しした。続いて、50 ng/ml BM

胞からの細胞分胞
分化を促進す
する可能性が考えられた。細20 ng/ml FG
GF2 で刺激することで肝前前駆細胞へのの誘導

胞内エネルギー
胞
ー代謝を解糖糖系から酸化
化的リン酸化化にをおこなうととともに RSVV 10μM またはは 20μM でのの刺激

シフトさせたこシことで、幹細細胞性（stemnness）が弱ままりを同時におここなった。RT
T-PCR 解析のの結果、RSV 110μM

より分化を促進進したと考ええられるが、詳しいメカニ
詳
ニズ

処理により 肝前駆細胞胞マーカーAFFP、肝代謝謝酵素

ム解明は今後のの課題である
る。また移植後後の腫瘍化のの原

CYP1A1 の発発現上昇が認認められた（図 3）。また RSV

因となる残存未因
未分化細胞がが RSV 処理ににより顕著にに減20μM 処理ににおいては、未未分化マーカカーOct4 の顕顕著な少したと考えら少られ、より安全安全性の高い分分化誘導法へへの発現低下が認認められた。

応用が考えられ応れる。今後、 低グルコーース濃度と RSV
R
処理との併用に処による効果のの検討が興味深い。

謝辞
謝
本研究はウエス
本
スコ学術振興興財団の助成成により実施施されました。心かれから感謝申しし上げます。

図 4. 肝前駆駆細胞誘導におおける RSV 処理が細胞分
処
分化に

参考文献
参

与 え る 影 響 （ control: DMSO, RSVV 処 理 (RS
SV10,

1.

J. Biol. Cheem. 1988 263:: 7767-7775.

RSV20), posiitive control: Hepa1-6（マH
ウス肝癌細胞
胞）

2.

J Physiol Biochem. 20133 69: 835-845..

（2）- 130 -

日本産ヤリテンツキ（カヤツリグサ科植物）の系統分類学的研究
岡山理科大学 生物地球学部
矢野 興一
カヤツリグサ科植物のヤリテンツキは多年生草本であり、日本では本州、九州、および南西諸島各島の日当りの良い海岸沿いの草地に生育している。これまでに申請者の予備的研究から、日本産ヤリテンツキには遺伝的に大きく異なる次の 2 系統（A, B）があることが分かってきた。しかしながら、なぜこのような遺伝的に異なる 2 系統があるのか、未だに明らかになっていない。本申請課題では、日本各地のヤリテンツキを収集し、染色体と DNA 解析を行い、遺伝的多様性を明らかにするとともに、その形成過程を解明することを目的とした。その結果、ヤリテン
ツキの染色体数はすべて 2n=20 であり、染色体の種内変異は見られなかった。また、核 DNA では 11 のリボタイプ、
葉緑体 DNA では 3 のハプロタイプが認められた。今回解析したヤリテンツキにおいて、系統 A は本州と沖縄本島（リボタイプ A・ハプロタイプ a）に広域分布する系統であった。系統 B は南西諸島南部と台湾（リボタイプ B・ハプロ
タイプ b）に分布しており、南方系統と考えられた。また、その中間型のリボタイプ（C、E〜J）が南西諸島中北部
で確認されたことから、遺伝的に異なる 2 系統の交雑が南西諸島中北部で起きていることが示唆された。

はじめに

沖縄県石垣島・与那国島産のヤリテンツキの染色体

ヤリテンツキ（Fimbristylis ovata（Burm. f.）
Kern）

数は 2n=20 であるが、神奈川県と沖縄県石垣島・与は、カヤツリグサ科植物の多年生草本である（図1）。

那国島のヤリテンツキには遺伝的に大きな違いが日本では本州（千葉県、神奈川県、和歌山県、山口あることが知られている(Yano and Hoshino 2006)。

県）、九州（長崎県、佐賀県、鹿児島県）、南西諸

さらに、申請者の予備的研究から、日本産ヤリテン

島各島の日当りの良い海岸沿いの草地に生育していツキには遺伝的に大きく異なる次の2 系統があるこる（初島 2004、山口県高等学校教育研究会ほか 2002、とが分かってきた。1）神奈川と沖縄本島国頭郡産

星野・正木 2011）。しかしながら、生育地が限られヤリテンツキ、2）奄美大島・沖縄本島中頭郡・粟ることから、環境省では準絶滅危惧種にされている

国島・石垣島・与那国島産ヤリテンツキ。
しかしながら、他の産地のヤリテンツキの染色体（環境省自然環境局野生生物課希少種保全推進室編
2015）。本種は国外では新旧世界に広く分布してい数や遺伝的多型についてはいまだに明らかにされる。

ておらず、なぜこのような遺伝的に異なる 2 系統があるのかも未だに分かっていない。
そこで、本研究では、日本産ヤリテンツキについて、DNA と染色体解析データに基づいて、遺伝的多型やその形成過程を解明することを目的とした。
材料
現在までに神奈川県（1 地点）、和歌山県（2 地点）、山口県（1 地点）、長崎県（2 地点）、鹿児

図 1. ヤリテンツキの全形.

ヤリテンツキは、同種内で染色体数が倍数化する
種内倍数性（2=10 と 2n=20）がインドから報告され

島県（4 地点）、沖縄県（13 地点）、台湾（1 地点：
おし葉標本）の合計 24 地点 155 個体のヤリテンツ
キ標本を収集した。なお、このうち、本研究助成でている（Nijalingappa 1975）。また、神奈川県と（1）- 131 -

結果および考察は 2017 年 7 月から 11 月の間に 19 地点 146 個体を
1. 染色体解析収集した。
収集した個体のうち、核 DNA 解析には 73 個体、

神奈川県、和歌山県、山口県、長崎県、鹿児島県

葉緑体 DNA 解析には 37 個体、染色体解析には 13 個

奄美大島・徳之島、沖縄県本島 2 地点・粟国島・宮体を用いた。証拠標本は岡山理科大学標本庫（OKAY）

古島・石垣島 2 地点・与那国島から収集したヤリテとその一部が東京大学植物標本室（TI）に保管してンツキ 13 個体の染色体数はすべて 2n=20（図 2）でいる。

あり、染色体の種内変異は見られなかった（田村 他
2018）。
方法

1. 染色体の解析
染色体の解析は、フォイルゲン-アセトオルセイ
ン 2 重染色法を用いた体細胞分裂中期染色体像で行なった。野外で採集した根端細胞を実験室内で0.002M 8－オキシキノリンで室温 1 時間の後に 4℃
で 15 時間の前処理をし、ニューカマー固定液（Sharma and Sharma 1980）で固定した。その後、
アルコールシリーズ（70％，30％，15％エタノール）と蒸留水でそれぞれ 5 分間水和し、60℃の 1 規定塩
酸に 10 分間浸して解離した後に、シッフの試薬で 1
時間フォイルゲン染色を行なった。その後、2％セ

図 2. ヤリテンツキの体細胞中期染色体像（2n=20）．

ルラーゼとペクチナーゼの酵素混合液に 37℃で 1
時間の処理をし、スライドグラス上で生長点を取り出し、1%酢酸オルセインで染色し、押しつぶし法により観察を行なった。
2. DNA 解析
シリカゲル乾燥させた若い葉（約 0.1g）から全
DNA を抽出し、PCR 法により DNA の目的領域を増幅させた。目的領域は、葉緑体 DNA rpL16 intron 領域、rps16 intron 領域、trnL intron & trnL-F IGS
領域、核 DNA ITS 領域を用いた。その後、ダイレク
トシークエンス法を用いて塩基配列を決定し、塩基配列を比較した。解析に使用したプライマーおよびDNA 解析方法は White et al.（1990）、Taberlet etal.（1991）、Hsiao et al.（1994）、Oxelman et al.
（1997）、Shaw et al.（2005）および Yano et al.
（2014）に従った。

2. DNA 解析
核 DNA 解析には 73 個体を用い、解析した ITS 領
域は、610bp から 617bp まで変異があった。このう
ち、塩基置換は 19 サイトあり、挿入・欠失は 1 サ
イトあった。これらの核 DNA ITS 領域における塩基配列の変異から、合計で 11 つ（A〜K）のタイプ（リボタイプ）が認められた（図 3）。このうち、リボタイプＡが神奈川県、和歌山県、山口県、長崎県、沖縄本島に広く分布していることが分かった。また、
南西諸島南部と台湾のリボタイプ B は、リボタイプ
Ａと遺伝的に大きく異なっていることが分かった。
しかしながら、南西諸島中北部では、リボタイプ Aとリボタイプ B の中間的な特徴を示す塩基が複数箇所で確認された（リボタイプ C〜J）。長崎県の 1
箇所では他のリボタイプと異なるリボタイプD が確認された（田村 他 2018）。

（2）- 132 -

ことが示唆されこれた。一方、長崎県固有のの DNA タイププに関しては解析に
析サンプル数
数が少ないたために、その系
系
統については統
さらなる調査査が必要であある。

図 3. 核 DNA
A ITS 領域ののリボタイプのの地理的分布．
11 つのリボ
ボタイプが認識識された（A〜〜K）．各タイプの円の大ききさはサンププル数を示す.

葉緑体 DNAA 解析には 377 個体を用いいた。解析したた

図 4. 葉緑体
体 DNA 領域のハ
ハプロタイプ
プの地理的分

rpL
r 16 intronn 領域は、10029bp から 10044bp まで変変異

布．3 つのハ
ハプロタイプがが認識された（a〜c）．各各があり、塩基が基置換は 1 サイトあり、挿挿入・欠失は
は1タイプの円のの大きさはサンンプル数を示示す.

サイトあったサ
た。rps16 intron 領域は、
、754bp から
ら
792bp
7
まで変
変異があり、塩
塩基置換は 5 サイトあり、

今後の
の展望

挿入・欠失は挿
は 2 サイトあっった。trnL in
ntron & trnLL-F
IGS
I 領域は、1135bp から 1139bp まで
で変異があり、、
塩基置換は塩
9 サイトあり、挿入・欠失
失は 1 サイトあった。
っこれら
らの葉緑体 DNNA の 3 領域ににおける塩基基配列の変異から
列
ら、合計で 3 つ（a〜c）ののタイプ（ハハプロタイプ）がロが認められた（図 4）。ここのうち、神奈
神奈
川県、山口県
川
県、沖縄本島ののリボタイププ A をもつ個個体
は、ハプロタは
タイプ a であった。南西諸諸島のリボタイプ E〜H を持つ
つ個体は、ハハプロタイププ b であった。
。
長崎県の
長
1箇
箇所（リボタイプ D）でははハプロタイプc が確認されれた。沖縄県のの 1 箇所のリ
リボタイプ C をもつも 1 集団ででは、2 種類ののハプロタイイプ（a、b）がみられた（田み田村 他 2018）。

キは南西諸島
島に遺伝的にに異なる系統ヤリテンツキの境界があるのと示唆されたたが、詳細な境
境界地域は未未だに分かっておだ
おらず、またた、新たに検出された長崎
崎
県の系統がどの県のような過程程で生じたののか未だに明らかにされていらいない。今後後は、遺伝的に異なる系統
統の境界と考えのられる地域やや国外の分布布域からさらなるヤリテンツなツキのサンププルを収集しし、その遺伝的的多様性を調べる多ることによっって、1）DNA 系統の地理的系
的境界はどこにあ境
あるのか、2））長崎県の DNA
D タイプは
はどのような過程
ど程で生じてききたのか、3）日本の系統
統と台湾や他の地
地域との関係
係性はどのよようなものか、を明らかにできをきると考えらられる。

以上のこととから、今回解解析したヤリリテンツキに
にお

謝
謝辞

いて、
い
遺伝的
的に大きく異ななる 2 つの系
系統 A と B が確認された。系
認系統 A は広域分分布する系統統であり、本
本州と沖縄本島と（リボタイププ A・ハプロタ
タイプ a）であ
あ
る。系統
る
Bは
は南西諸島南部と台湾（リリボタイプ B・
ハプロタイプハプ b）に分布ししており、南南方系統と考考えられる。
らまたた、その中間型型のリボタイイプ（C、E〜JJ）が南西諸島中が中北部で確認されたことかから、遺伝的的にの協力を得てて行いました。
本研究は、田村優希氏のまた、サンプル
まルの収集にはは、池田 博准准教授（東京京大学）、斉藤由大由紀子准教授授（琉球大学）、櫻庭知帆
帆
氏（北海道大学
氏学）、石橋咲咲子氏（岡山理理科大学）おおよび矢野研究室
よ
室の皆様に御御世話になりました。記ししてお礼申し上げてげます。最後
後になりましたが、本研究
究

異なる2
異
系統
統の交雑が南西
西諸島中北部部で起きていいる（3）- 133 -

を行うにあたり、研究助成をして頂きましたウエス

田村優希・齊藤由紀子・矢野興一（2018）日本産ヤ
リテンツキ（カヤツリグサ科）の遺伝的多型．

コ学術振興財団に深謝いたします。

日本植物分類学会第 17 回大会研究発表要旨集．
p.50．日本植物分類学会第 17 回大会実行員会.

参考文献
初島住彦（2004）九州植物目録．鹿児島大学総合研

White TJ, Bruns T, Lee S, Taylor J（1990）

究博物館研究報告 No.1．343pp．鹿児島大学総Amplification and direct sequencing of fungal

合研究博物館, 鹿児島.

ribosomal RNA genes for phylogenetics. In:

Hsiao C, Chatterton NJ, Asay KH, Jensen KB（1994）

Innis MA, Gelfand DH, Sninsky JJ, White TJ

Phylogenetic relationships of 10 grass(eds) PCR protocols, a guide to methods andspecies: an assessment of phylogenetic

applications. pp 315–322. Academic Press, Newutility of the internal transcribed spacerYork.

region in nuclear ribosomal DNA in monocots.

山口県高等学校教育研究会・生物部会・山口県野外Genome 37:112–120.

植物研究委員会（2002）山口県の海岸植物 1999

星野卓二・正木智美（2011）日本カヤツリグサ科植～2001 年の調査報告．206pp．山口県高等学校教育研究会・生物部会・山口県野外植物研究委員

物図譜．229pp．平凡社,東京.

会, 山口．

環境省自然環境局野生生物課希少種保全推進室編（2015）レッドデータブック 2014－日本の絶滅

Yano O, Hoshino T（2006）Phylogeneticのおそれのある野生生物－ 8 植物Ⅰ(維管束植relationships and chromosomal evolution of物)．647pp．ぎょうせい, 東京.

Japanese Fimbristylis (Cyperaceae) using
nrDNA ITS and ETS 1f sequence data. Acta

Nijalingappa BHM（1975）Diploid and tetraploid
chromosome races in Fimbristylis ovata(Cyperaceae). Cytologia 40:557-560.

Phytotax Geobot 57:205-217.
Yano O, Ikeda H, Jin XF, Hoshino T（2014）
Phylogeny

Oxelman B, Lidén M, Berglund D．
（1997）
Chloroplastand chromosomal variations in East Asian

rps16 intron phylogeny of the tribe Sileneae

Carex, Siderostictae group (Cyperaceae),(Caryophyllaceae). Plant Syst Evol 206:393–

based on DNA sequences and cytological data.

410.

J Pl Res 127:99-107.

Sharma AK, Sharma A（1980）Chromosome techniques.
Theory and Practice, 3rd. ed., p.55.
Butterworths, London.

Shaw J, Lickey EB, Beck JT, Farmer SB, Liu W,
Miller J, Siripun KC, Winder CT, Schilling EE,
Small RL（2005）The tortoise and the hare II:
relative utility of 21 noncoding chloroplast
DNA sequences for phylogenetic analysis. Am
J Bot 92:142–166.
Taberlet P, Ludovic G, Pautou G, Bouvet J（1991）
Universal primers for amplification of three
noncoding regions of chloroplast DNA. Plant
Mol Biol 17:1105–1109.

（4）- 134 -

質問紙と加速度計で評価した小学生の運動時間は一致するか？
岡山理科大学教育学部
笹山健作
本研究では小学 4 年生を対象に文部科学省の質問紙で評価した 1 週間の総運動時間（運動時間）と加速度計で評価した中高強度身体活動時間を比較することを目的とした。本研究の対象は岡山県の小学校 1 校に在籍する小学 4 年生男女 109 名とした。調査項目は，質問紙で運動時間を加速度計で中高強度身体活動時間を評価した。その結果，質問紙で評価した運動時間は 55.1±38.7（分/日）であった。また，加速度計で評価した中高
強度身体活動時間の平均値は 41.1±15.0（分/日）であった。加えて，質問紙で評価した運動時間の平均値と加速度計で評価した中高強度身体活動時間の平均値とを比較した結果，有意な差が認められた（p < 0.05）。このことから，文部科学省の質問紙で評価した運動時間は加速度計で評価した中高強度身体活動時間と異なることが示唆された。
1．背景とした身体活動の大規模な調査は文部科学省の質問

子供の身体活動は生活習慣病の危険因子，
骨密度，

紙によって評価されている状況である。文部科学省

体力といった身体的側面とポジティブな関連が報告の全国体力・運動能力，運動習慣等調査 8）では国内されている 1,2）。加えて，
身体活動はメンタルヘルス，の小学 5 年生に対して，質問紙を用い 1 週間の総運

学業成績，社会性といった心理・社会的側面におい動時間を評価している。加えて，その後の分析ではてもポジティブな影響を与えることが報告されてい1 週間の総運動時間が 420 分以上かどうかを一つの

1,2）。これらのことから，身体活動の心身に対する基準にして体力との関連を検討しており，1 日 60 分

多面的な意義が報告されており，諸外国では，「中高の運動時間を行っているかどうかが，子供の身体活

強度の身体活動を一日総計 60 分以上行うこと」
を身動を評価する際の目安の一つとして用いられている。

体活動ガイドラインの指標として推奨している 3,4）。

一方で，文部科学省の質問紙で評価した運動時間と子供の身体活動は様々な方法によって評価されて加速度計で評価した中高強度身体活動時間との比較るいる。質問紙は簡便で多人数に対応でき，費用が安は十分に検討されていない状況である。

いというメリットがある。しかしながら，子供におそこで本研究では，小学 4 年生を対象に文部科学

いては妥当性が低くなることが確認されている 5）。

省の質問紙で評価した運動時間と加速度計で評価し一方，最も妥当性の高い身体活動評価法である二重た中高強度身体活動時間を比較することを目的とし

標識水法とメタボリックチャンバー法は，多人数へた。また，本研究では質問紙で評価した運動時間と対応できないこと，費用が多くかかること，被験者加速度計で評価した中高強度身体活動時間は異なるの負担が高いことといったデメリットがある。これという仮説を設定した。

らの問題を解決する方法として，子供の身体活動評
価は加速度計法が推奨されている 6）。

2．方法

諸外国では加速度計によって中高強度身体活動を（1）対象者
対象者は岡山県の小学校に在籍する小学 4 年生男

評価し，身体活動ガイドラインの指標の一つである
1 日合計 60 分の中高強度身体活動を行っているかど

女 109 名（男子 48 名，女子 61 名）とした。

うかの評価が行われている 7）。しかしながら，日本（2）調査項目

国内では諸外国と比べると大規模な加速度計を用い身体活動は質問紙と加速度計によって評価した。

た調査は行われていない。日本における子供を対象

質問紙は文部科学省の全国体力・運動能力，運動習（1）- 135 -

慣等調査 8）で用いられている質問項目を用いて評価

本研究では，4 年生を対象としており，文部科学

した。
対象者は
「ふだんの 1 週間について聞きます。

省の全国体力・運動能力，運動習慣等調査 8）では 5

学校の体育の授業以外で，運動（体を動かす遊びを

年生を対象としている。このことから，今後は 5 年ふくむ）やスポーツを合計で 1 日およそどのくらい生以降でも同様の検討を行う必要がある。加えて，の時間していますか。それぞれの曜日のらんに記入

国内外では様々な加速度計を用いて子供の中高強度

してください。
」の質問に対して，月曜日から日曜日

身体活動時間が評価されており，各加速度計で評価の記入欄に分単位で回答した。本研究では平日の 1

した中高強度身体活動時間は異なることが報告され週間の総運動時間を算出し，1 日あたりの運動時間ている 10）。したがって，今後は国内外で使用されて（分/日）を算出した。

いる他の加速度計を用いて検討することも必要であ

加速度計による身体活動の評価は 1 軸加速度計

る。

（Kenz Lifecorder EX:LC）を用いて中高強度の身体活動（分/日）を評価した。中高強度身体活動の基準

4．謝辞

は先行研究 9）に基づいて LC の活動強度 5 以上の積

本研究は，公益財団法人ウエスコ学術振興財団よ算時間を中高強度身体活動時間とした。加速度計はり研究費の助成を受けて行った。ここに記して感謝

土日を含む連続した 8 日間で評価し，少なくとも平申し上げます。

日 2 日間加速度計を装着している対象者のデータを用いた。加えて，1 日 10 時間以上加速度計を装着し5．引用文献ているデータを採用した。

1) Strong WB et al. Evidence based physical activity for school-age youth. J Pediatr. 146:
732–737. 2005.

（3）統計処理
質問紙で評価した運動時間（分/日）と加速度計で

2) Janssen I and Leblanc AG. Systematic review

評価した中高強度活動時間（分/日）は対応のある tof the health benefits of physical activity

検定によって検討した。統計処理には IBM SPSS

and fitness in school-aged children and you

Statistics Version 24 を用い，有意水準は 5 ％未

th. Int J Behav Nutr Phys Act. 7: 40. 2010.
3) Bull FC and the Expert Working Groups. Phys満とした。

ical activity guidelines in the U.K.: Review
and recommendations. Available online at: h

3．結果および考察
加速度計で評価した中高強度身体活動時間の平均

ttps://www.gov.uk/government/uploads/system/

値は 41.1±15.0（分/日）であった。質問紙で評価

uploads/attachment_data/file/213743/dh_12825

した運動時間の平均値は 55.1±38.7（分/日）であ

5.pdf. 2010.

った。加えて，加速度計で評価した中高強度身体活

4) Tremblay MS et al. New Canadian physical ac

動時間の平均値と質問紙で評価した運動時間の平均

tivity guidelines. Appl Physiol Nutr Metab.

値とを比較した結果，有意な差が認められた（p <36: 36–46. 2011.

0.05）。このことから，質問紙で評価した運動時間は

5) Benítez-Porres J et al. Reliability and Val

加速度計で評価した中高強度身体活動時間と異なる

idity of the PAQ-C Questionnaire to Assess

ことが示唆された。加えて，質問紙で評価した運動

Physical Activity in Children. J Sch Health.

時間は学校の体育授業の運動時間が含まれていない

86:677-85. 2016.

ことを考慮すると，質問紙の運動時間と加速度計で

6) Cain KL et al. Using accelerometers in yout

評価した中高強度身体活動時間との差がさらに大きh physical activity studies: a review of me

くなる可能性のあることが示唆された。

thods. J Phys Act Health. 10:437-50. 2013.

（2）- 136 -

7) Belcher BR et al. Physical activity in US youth: effect of race/ethnicity, age, gender,
and weight status. Med Sci Sports Exerc. 4
2:2211-21. 2010.
8)文部科学省．全国体力・運動能力、運動習慣等調査．
Available online at: http://www.mext.go.
jp/sports/b_menu/toukei/kodomo/zencyo/13682
22.htm.
9) 笹山健作，足立 稔．青少年男子の歩・走行時における一軸加速度計の活動強度と metabolic eq
uivalents との関連．体力科学．65，265-272．2
016．
10) McClain JJ et al. Comparison of Kenz Lifec
order EX and ActiGraph accelerometers in 10-yr-old children. Med Sci Sports Exerc. 39:
630-8. 2007.

（3）- 137 -

石英地質温度計の高温変成岩への適用へ向けて
岡山理科大学 自然科学研究所
今山武志（概要） 石英チタン濃度を用いた地質温度計の開発のために、富山の飛騨変成岩類の地質調査および試料採取を実施した。これら変成岩類の多くは、苦鉄質変成岩類、珪質石灰質変成岩類、中圧型の砂泥質片岩からなり、地質温度計開発に適した石英に富む高温変成岩類は採取できなかった。そこで、ヒマラヤ造山帯の高温変成岩であるキンセイ石片麻岩を試料として、
レーザーアブレーション誘導結合プラズマ質量分析装置を用いて、石英チタン濃度の測定を試みた。分析値（約 140ppm）は得られたものの、レーザー照射中に石英は割れてしまい、精度よくチタン濃度を測定できなかった。このことは、分析した石英の厚さが薄いことに起因しており、レーザーを照射しても割れないように、今後は試料処置を工夫する予定である。また、同様の試料中のジルコンのチタン濃度を測定し、中心部と縁部から推定した温度はそれぞれ 660－859と 565－820であった。この変成温度は、その他の地質温度計から推定した値の範囲内であるが、推定温度範囲が広すぎるため、今後はより詳細な検討が必要である。
はじめに
近年、石英中のチタン量は温度依存性が強く、火飛騨変成岩類の地質調査と試料採取

成岩類の地質温度計に利用できることが実験でわか

石英地質温度計の推定に適した試料を採取するたってきた (Wark and Watson, 2006)。また、石英のカめに、2017 年 10 月に飛騨帯の地質調査を実施した。

ソードルミネッセンス（CL）の発光強度は、チタン

地質調査は、韓国の全北大学の研究グループと共同

量と正の相関を示す場合が多く、石英の累帯構造ので実施した。

解析方法として注目されている (Muller et al., 2003)。

飛騨帯は、ペルム紀―三畳紀に変成した飛騨変成

石英は、変成岩・変形岩中に含まれる最も普遍的鉱岩類と三畳紀―ジュラ紀に形成した飛騨花崗岩類物であり、石英による地質温度計が確立されれば、からなる。飛騨変成岩類は、飛騨片麻岩類、飛騨花

変成・変形温度を推定できる対象試料が大幅に増加

崗岩類、宇奈月変成帯に細分される。初日は、片貝

して、変成・変形帯の温度構造の理解も進むことが川流域の、飛騨花崗岩類である眼球片麻岩と飛騨片期待される。しかし、高温変成岩や変形岩の石英中麻岩類の角閃石ミグマタイトの調査を実施した。前に含まれるチタン量は、火成岩類のそれらと比較す

者は、大きなカリ長石の斑晶が見られ、一部は著し

ると、微小量のため、この手法の変成岩や変形岩へ

く変形を被って、マイロナイト化している（図 1a）。

の適用は、現段階では準備段階に留まっている。

後者は、高温の変成作用で部分溶融したメルト部が本研究の目的は、石英のチタン量を高精度で決定見られ、溶け残りの変成岩類と入り混じっているが、して、石英地質温度計を高温変成岩へ適用すること

その原岩は苦鉄質岩であるために、石英は少量であである。そのため、日本を代表する高温型変成帯のる（図 1b）。2 日目は、富山県宇奈月温泉周辺の宇奈一つである飛騨帯の地質調査を実施して、分析に適

月変成岩類の調査を実施した。黒雲母片岩、十字石

した試料の採取を試みた。また、ヒマラヤ造山帯の片岩、珪岩、塩基性片岩、結晶質石灰岩などが観察

高温変成岩類に対して、石英とジルコンの地質温度された。これらの変成岩類は、十字石を含むことな計を適用して、その他の一般的な地質温度計の結果

どから、中圧型の中度変成岩類である（図 1c）。ま（ザクロ石―黒雲母地質温度計、相平衡計算など）

た、岩石が溶融した産状は観察されないため、650と比較した。

以上の高温には達していないと考えられる。3 日目（1）- 138 -

JS
SM-5410）に回
回折格子分光光器（Oxford Instruments 社
製Mono
製
CL2）
を組み込んだだ装置を使用用した。
CL は、、物質中の電子が物
が電子線照射射によるエネルギーを吸収
収して励起状態しとなった後にに、基底状態態に戻るためにに光としてエネル光
ルギーを放出出する発光現現象である。不不純物元素、結晶
純
晶内の構造欠欠陥や試料温度度などが、CCLに影響を与えるにる主な要因でである。
図 2 に、
キン
ンセイ石片麻岩
岩中の石英のの代表的な CLC像を示す。基質
像
質部の石英はは、累帯組成
成構造をしばし
し
ば示し、
ば
中心部
部に比べるとと、縁部ではよより明るい CLC
図 1 飛騨帯
帯変成岩類の露露頭写真 (a)) マイロナイ
イト化した眼球片化
片麻岩、(b) 角閃石ミグマ
マタイト、 (c)(d) 単斜輝十字石片岩、
十輝石片麻岩.

像を示す。一方
像
方で、ザクロロ石に含まれれる石英は、累累
帯組成構造は示帯示さない。そその CL の明
明るさは、基質
質部の石英の縁部部部と同程度でである。

は、和田川流は流域の片麻岩類を調査した
た。多くの露露頭
は、は 石灰質片片麻岩類である単斜輝石片片麻岩であっった。
この片麻岩はこ
は、単斜輝石、チタン石をを特徴的に含含む
が、石英は少が少量である（図 1d）。
上述のよう
うに、飛騨変成帯の高温変変成岩類は、苦鉄質変成岩類
鉄類や珪質石灰質変成岩類がが多く、石英
英に富む砂泥質片富
片麻岩類は中圧型の中度変変成岩類でああった。そのため
ため、石英地質
質温度計の手法
法を確立するるための試料としめ
してはあまり適していないい。そこで以以下
では、申請者
で者がこれまでに研究を実施施してきたヒヒマ
ラヤ造山帯のラの極東ネパール高温変成岩
岩類中の石英
英に対して、石英対
英地質温度計計の適用を試みみた。

図 2 キンセイ石片麻岩中のの石英の代表表的な CL 像
石英のチタン量石
量測定による
る変成温度のの推定
最初に、岡山山理科大学総総合機器セン
ンター設置の電
電

キンセイ石片キ
片麻岩中の石石英の CL 像にによる累帯構構造
分析に用いいた試料は、極東ネパール
ルの高ヒマララヤ
帯から採取し帯
した 2 試料のキンセイ石片
片麻岩類であある。
２試料とも主主に、ザクロ石、キンセイ
イ石、黒雲母
母、
カリ長石、斜カ
斜長石、石英英からなる。ジジルコンやモモナ
ザイトのウラザ
ラン―鉛年代代測定法によれ
れば、これららの
キンセイ石片キ
片麻岩類は、3500－2500
3
万年前に高温万
温変成作用を被っ成っており、そのの後 1700 万年年前まで変成成作
用は続いたと用と考えられる (Imayama ett al., 2018)。
試料の薄片片を作成して、ダイヤモン
ンドペーストト 1
μm
μ まで研磨した後に、石石英についてて、CL 像観察察を実施した。C実
CL 像観察は、、岡山理科大大学総合機器器センター設置のンの走査型電 子顕微鏡（日本電子社
社製

子 プ ロ ー ブマ イ ク ロ 分 析 装 置 （ 日 本 電 子 社 製
JX
XA-8230）
を用
用いて、
石英中
中の主要元素素 Si に加えてて、微量元素
微
Ti、Al、FeAの累帯
帯組成構造ママッピングを試試みた。しかし、み、 CL で観察察されたような累帯組成構
構
造は、
造
確認でき
きなかった。ここのことは、石英中の Ti、、All、 Fe 濃度はは微少量しかか含まれておおらず、検出限限界以下だった界と考えられるる。今後は、レーザーアブブレ ー シ ョ ン誘 導 結 合 プ ラ ズ マ 質量 分 析 装 置（LA-ICP-MA（
SS）などのよような微量元元素の測定に特特化した装置で測化測定する必要要がある。
石英チタン量量の測定は、秋田大学ののエキシマレーーザ ー 装 置 （ ESI NWRR193UC ） を 装 備 す る
LAA-ICP-MASS
S （Agilent 77700x）を用いて分析を実実（2）- 139 -

施した。しかし、レーザーを照射中に石英が割れてしまうケースが多く、精度よくシグナルを得ること

ジルコンのチタン量測定による変成温度の推定が難しかった。図 3a は、今回得られた代表的な分析

上述のように、石英の脆性的な性質のため、十分スペクトルである。石英の分析スペクトルが得られな分析スペクトルを得ることはできなかった。そこたのちに、樹脂とガラスの分析スペクトルが得られ、で、より安定した分析スペクトルを得られる鉱物を石英が割れたのちに、ガラスまで到達したことがわ

対象に、変成温度の推定を試みた。特に、石英のチかる。わずかに得られた石英の分析スペクトルからタン量と同様に、ジルコンのチタン量からも、ジル推定したチタン量は、約 140 ppm であったが、実際コンが成長した温度推定できることがよく知られてのチタン量よりかなり多めに見積もられていることいるため（Watson et al. 2006）、同試料においてジルが考えられる。分析深度を測定してみると、石英のコンのチタン量測定を実施した。

表面の厚さは約 20 μm であり、ガラスに到達するま

図 4 は、キンセイ石片麻岩中のジルコンの CL 像

での厚さは約 50 μm であった（図 3b）。また、石英である。ジルコンのコアは、砕屑性のジルコンであが割れない場合は、極表面だけしかアブレートされり、1906–483 Ma の原岩年代を示す。一方、ジルコ

ずシグナルが不十分なため、分析値が得られなかっ

ンのリムは、変成作用時に成長したものであり、中た（図 3b）。このように、石英は脆性的で割れやす

新世の年代を示す (Imayama et al., 2018)。
秋田大学のく、レーザーを照射しても割れないように、通常のLA-ICP-MASS を用いて、ジルコンのコアとリムの薄片作成ではなく、試料作製を今後は工夫する必要チタン量を測定した結果、それぞれ 3.7－33.3 ppm

がある。

と 0.9－23.1 ppm の値が得られた。Watson et al.
(2006) の地質温度計を用いて温度を計算した結果、コアから推定した温度は 660－859 、リムから推定した温度は 565－820 であった。

図 4 キンセイ石片麻岩中のジルコンの CL 像とU-Pb 年代
一般的な地質温度計の変成温度との比較
変成岩の変成温度条件の一般的な推定法には、ザ
クロ石―黒雲母地質温度計がある。キンセイ石片麻岩類試料からザクロ石―黒雲母地質温度計を用いて推定した変成温度―圧力条件は、760－815 であった（Imayama et al., 2010）。また、TERMOCALC プ
ログラムを用いて計算した平均温度圧力条件は、
図 3 LA-ICP-MASS 分析によりキンセイ石片麻岩

767－814の石英から得られたスペクトル (a)と分析後の偏向

衡解析を用いたシュードセクションの計算結果は、顕微鏡写真 (b)800 、5.5 kbar であった（Imayama et al., 2018）。こ（3）- 140 -

、4.7－5.1 kbar であった。加えて、相平れらの結果は、概ね一致しており、見積もられたキ

Imayama, T., Takeshita, T., Yi, K., and Fukuyama,

ンセイ石片麻岩の変成圧力温度条件としては、非常

M., 2018. Early Oligocene partial melting via biotiteに信頼性が高いと思われる。

dehydration

melting

andprolonged

low

P/T

本研究において、ジルコンのチタン濃度から推定

metamorphism of the upper High Himalaya Crystalline

した温度範囲（565－859 ）は、上記のザクロ石―

Sequences in far-eastern Nepal. Geological Society of

黒雲母地質温度計や相平衡計算から得られた変成温

London, Special paper, in press.

度を含むものの、温度範囲のばらつきが大きい。特Wark, D. A., and Watson, E. B., 2006. TitaniQ: aに、いくつかのジルコンのチタン量から推定した変titanium-in-quartz geothermometer. Contributions to

成温度は、一般的な地質温度計や相平衡計算から推Mineral and Petrology, v. 152, p. 743-754.

定した変成温度に比べると、著しく低い。このこと

Watson, E. B., Wark, D. A., and Thomas, J. B., 2006.

は、高温変成作用によりジルコン内部でチタンの拡Crystallization thermometers for zircon and rutile.

散が起きたこと、圧力依存性やその他のチタン鉱物

Contributions to Mineral and Petrology, v. 151, p.

（ルチルなど）の影響を考慮していないことなどの413-433.

複数の要因が考えられる。
今後の展望
石英から安定したシグナルを得るためには、通常よりかなり厚めの薄片を作成する、あるいは石英を分離して直接樹脂に埋め込むなど、分析前の試料処理を工夫する必要がある。また、石英は CL 像で明確な累帯構造を示すため、これらの組織に対応した分析が好まれる。加えて、ジルコンやルチルなどの他のチタン鉱物との共存関係や圧力依存性などの影
響を、詳しく検討する必要があるだろう。
謝辞
飛騨帯の地質調査では、韓国の全州大学の Oh
Chan-Wang 教授とその学生にご協力を頂いた。秋田
大学の LA-ICP-MASS 分析では、福山繭子講師に大変お世話頂いた。石英の CL 像測定では、岡山理科大学の西戸裕嗣先生とその学生にご助力頂いた。最後に、今回の研究に助成金を頂いたウエスコ学術振興財団に記して感謝致します。
参考文献
Imayama, T., Takeshita, T., and Arita, K., 2010.
Metamorphic P-T profile and P-T path discontinuity
across the far-eastern Nepal Himalaya: investigation ofchannel flow models. Journal of Metamorphic Geology, v.
28, p. 527-549.

（4）- 141 -

位置選択的ヒドロシリル化反応を利用したポリマーの合成とその性質
倉敷芸術科学大学

生命科学部
仲

生命科学科

章伸

本研究では、テトラキス(エチニルジメチルシリル)シランをコア分子とし、白金錯体触媒存在下、ビス(ジメチルシリル)オリゴチエニレンとを反応させ、多次元ケイ素系ポリマーの合成法を確立した。さらに、合成した化合物の紫外可視吸収スペクトルおよび蛍光発光スペクトルなどの光化学的性質および熱的性質を明らかにすることができた。

１、はじめにしたので報告する。

近年、様々なタイプのデンドリマーや星型化合物などの含ケイ素三次元分子が合成されてきており、

２、結果と考察

それらの新奇な性質が報告されてきている[1-6]。

まず、テトラキス(クロロジメチルシリル)シラン

我々はこれまで、ケイ素ユニットと様々なπ-電子系

をエチニルマグネシウムブロマイドと反応させるこを有する星型化合物および H 型化合物の合成とそれとにより、化合物(1)を 65％の収率で得た(Scheme 1)。

ら化合物の性質を報告してきた [7-9]。その中で、ケイ素-ケイ素結合とビチエニレンユニットを規則

Scheme 1

正しく交互に有するアームを三方向に持つ分子は、高い蛍光量子収率と遷移状態における長い寿命を示
すことを報告した。しかし、これまでのところ四方向にアームを持つ星型化合物の化学については、ほとんど興味が持たれてこなかった。
そこで本研究においては、星型化合物の化学についてさらに多くの知見を得ることを目的として、テトラシリルシランをコアとし、オリゴチエニルシリ
ルビニルユニットをアームとして有する新しいタイ
プの四方向星型化合物およびネットワークポリマーの合成を行った。合成法としては、白金錯体触媒下

次に、オリゴチエニルユニットを持つアームの合におけるヒドロシリル化反応を取り入れた。さらに、成を行った。5-ジメチルシリル-2,2’-ビチオフェン

合成した化合物の光学的および熱的性質を明らかに(2)は、2-リチオビチオフェンとクロロジメチルシラ（1）- 142 -

ンの反応により、82％の収率で得られた。また、5-星型化合物 4 は淡緑色の液体で、星型化合物 5 はジメチルシリル-2,2’,5’,2’’-タチオフェン(3) は、ビ

淡黄色の液体であった。
化合物 4 および 5 の構造は、チエニルマグネシウムブロマイドと 2-ブロモ-5-(ジ質量分析および NMR スペクトルにより決定した。こメチルシリル)チオフェンのニッケル錯体触媒存在

れらのヒドロシリル化反応は、高い立体選択性でト下での熊田カップリング反応により、33％の収率でランス構造の生成物を与えることが明らかとなった。
次に、シリルユニット、ビニルユニット、オリゴ

得た(Scheme 2)。

チエニルユニットを有するネットワークポリマーのScheme 2合成を目的として、化合物 1 を白金錯体触媒存在下、ビス(ジメチルシリル)オリゴチオフェンとの反応を行った。 ビス(ジメチルシリル)オリゴチオフェン(6)および(7)の合成は、次のように行った(Scheme
4)。

Scheme 4白金錯体触媒存在下、化合物 2 および化合物 3 を化
合物 1 と反応させたところ、四方向にアームを持つ星型化合物(4)および(5)がそれぞれ 38％、27％の収率で得られた。 (Scheme 3)
Scheme 3化合物 1 と 2 当量の化合物 5 を白金錯体触媒存在下、110℃、4 時間の条件で反応させると、重量平均
分子量 222,000 で分散が 9.2 の分岐型ポリマー(8)が34wt％で得られた。同条件下、化合物 1 と 2 当量の化合物 6 を反応させたところ、分岐型ポリマー(9)が32wt％で得られた。このポリマーの分子量は 50,000
で分散が 5.4 であった。これらポリマーの分子量測
定は、ポリスチレンスタンダードを用いた GPC によ（2）- 143 -

り、算出したFig
gure 1(Scheme 5)。
5ジオ
オキサン中、化合物 4 おおよび 5、ポリマー8 およよびheme 5Sch

9 の紫外可視吸の吸収スペクト ル
4

CH

5

8

9

C

HC

C

SiMe2
Me2
Si Si CMee2
Si

CH + 6 or 7

cat. P
Pt(0)
tolue
ene

SiMe2
C
CH
1
H

H
Si Me2 Si

C

C

Me
e2
Si
H

Me2
Si C
S

x

H

Fig
gure 2C
4 nジオ
オキサン中、化合物 4 おおよび 5、ポリマー8 およ
よび
9 の蛍光発光スのスペクトル

8. x = 2
9. x = 3

4

5

8

9

ポリマー8 おおよび 9 の構
構造は、NMR スペクトルのスの測定により決定した。また、ポリマー8 およびお
9 は、THF
ムなどの有機機溶媒に溶けけることが分分かやクロロホルム
った。
化合物
化
4 およ
よび 5、ポリマー8 およびび 9 の紫外可可視吸収
収スペクトルルおよび蛍光
光発光スペククトルを Figgure
1-3 に示した。ビチオフェェンユニットを持つ化合物
物4ー8 は、それ
れぞれ 311 nm、320
n
nm に
に吸
およびポリマー極大を示したた。ジオキササン中、化合合物 4 の蛍光
光発
収極

合物
物 5 の蛍光発
発光は、415 nm および 439
4 nm にピーーク

光の極大波長はは、372 nm であった。ジジオキサン中中、が見見られた。ジオキサン中
ジ中、ポリマー9
9 の極大吸収収波

発光の極大波波長は、386 nm、固体状態
態に
ポリマー8 の発長はは 364 nm で、蛍光発光ス
スペクトルで
では、426 nm
n

タチオフェンンユ
おいては、3988 nm であった。一方、タおよ
よび 452 nm に二つのピーにークが見られれた。ポリママー

る化合物 5 およびポリマ
おマー9 の吸収収極
ニットを有する

9 の固体状態にのにおける蛍光
光発光スペクトルでは、4463

波長および蛍蛍光発光の極極大波長は、化合物 4 お
およ大波

nm およびお483 nmn にピークが。蛍光の量子子収が見られた。

びポリマー8 とと比較して、長波長シフトしている。
。化率にについては、10%程度で、、期待したほほど大きな値
値を物 5 の吸収極
極大波長は 362 nm、ジオ
オキサン中、、化
合物

得る
ることが出来来なかった。

（3）- 144 -

Figure 3

た、合成した化
化合物の光化
化学的、熱的的性質を明ららか体状態でのポポリマー8 および
お9 の蛍
蛍光発光スペペク
固体にすすることが出出来た。ポリママー8 およびび 9 の有機溶
溶媒

トル
ル

に対
対する高い溶溶解性と高いい熱安定性はは、フォトルルミ

89

ネッ
ッセンスやエエレクトロルルミネッセン
ンス材料としして用いいることがでできると考ええている。

辞謝辞
本研究は、ウ本
ウエスコ学術術振興財団のの助成によりり実
施さされたものでである。こここに謝意を表
表します。

考文献
参考
[1] A. L. Kanib
bolotsky, I. FF. Perepichkaa, P. J. Skabaara,
次に、
次
ポリマ
マー8 および 9 の窒素気流
流下および空空気

Cheem. Soc. Rev
v. 39 (2010) 2695.

中での熱重量測
測定(TGA)をを行った(Tab
ble 1)。それ
れぞ[2] W. Cui, Y. Fu,
F Y. Qu, H
H. Tian, J. Zhhang, Z. Xie, Y.

失温度、10％重量損失温度度の測定を行行っ
れ 5%重量損失Genng, F. Wong, Chem. Asiaan. J. 5 (20100) 932.

。その結果ポポリマー9 において、空に気中でさえ、、良た。

[3] J.

い熱
熱安定性を示示すことが明明らかとなっった。

Orgganometallics, 28 (2009) 413.

Tab
ble 1

[4] S. Roquet, A.
A Cravino, P. Leriche, O.
O Alévêquee, P.

ポリマー8 およよび 9 の熱重重量測定

Frèère, J. Roncalli, J. Am. Chhem. Soc. 128
8 (2006) 34559.

Liu, S. Zhang,

W.-X. Zhang, Z. Xi,

Tdd5

Td110

Td5

Td10

[5] A. L. Kanibolotsky, R. B
Berridge, P. J. Skabara, I.
I F.

窒
窒素

窒素

空気
気

空気

Perrepichka, D. D. C. Brad
adley, M. Kooeberg, J. Am.
ACoompound

(℃
℃)

(℃
℃)

(℃
℃)

(℃)

Cheem. Soc. 126
6 (2004) 136995.

8

3224

377

339
9

383

[6] J. Pei, J.-L. Wang, X.-Y
Y. Cao, X.-H
H. Zhou, W..-B.

9

3779

436

359
9

402

Zhaang, J. Am. Chem.
C
Soc. 1125 (2003) 9944.

Td55 および Td10 は、 5% anda
10% 重量量損失温度[7] A. Naka, K.
K Fujishima,, E. Okada, M. Noguchii, J.
AY. O
Ooyama, M.
M Ishikawa,, J.
Ohsshita, Y. Adachi,

示差走査熱量示
量測定(DSC)を行ったが、ガラス転移
移温度を得ることはは出来なかっった。

Orgganomet. Chem. 825-8266 (2016) 63.
[8] A. Naka, K.. Neishi, M. Nishimoto, M. Ishikawaa, J.

以上述べてきたように、、ヒドロシリル化反応をを利することによより、テトララシリルシラランをコアととし、用す
オリゴチエニル
ルシリルビニニルユニットを持つ四方方向する星型化合合物の合成にに成功した。
。まにアームを有すganomet. Chem. 791 (20115) 169.
Org
[9] A. Naka, R.
R Fukuda, Y
Y. Jahana, J. Ohshita, H.

Koobayashi, M.
M Ishikawaa, J. Organ
nomet. Cheem.
741
1-742 (20133) 67.

（4）- 145 -

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生命医科学科
岡田誠剛
（概要）
近年、がん細胞は正常細胞と比べて K+チャネルを過剰発現していることが報告されている。これまでの研究
で我々は、クモ毒ペプチド（LaFr26）が K+チャネル発現細胞に選択的に取り込まれ、細胞膜にポアを形成することを見出しており、これを応用すれば、がん細胞選択的に細胞毒性を示すことが期待される。本研究では、
LaFr26 とその類縁ペプチドが、
K+チャネル発現細胞に同チャネル電流依存的に選択的に毒性を示すこと、
及び、
肺がん細胞に毒性を示すことを認めた。しかし、ペプチドは医薬品としては薬物送達に弱点があり、通常の投与法では腫瘍内に送達することは困難である。この弱点の克服のため、我々はこれらのクモ毒ぺプチドを発現するレンチウイルスベクターを開発し、がん細胞自身に毒ペプチドを発現させ、このウイルスベクターが K+チ
ャネル発現依存的に細胞毒性を発揮することを見出し、がん治療の新たな可能性を見出した。

（諸言）

しかし、ペプチドは医薬品として用いるには、薬+

近年、がん細胞では K チャネルの発現が周囲の正物送達に弱点がある。すなわち、これらのペプチド

常細胞と比べて増加していることが報告されているは経口投与では消化管で分解され、静脈注射では心+(1)。例えば、内向き整流性 K チャネル(Kir2.1)は臓など K+チャネルを発現する細胞にも取り込まれる

肺がん細胞で(2)、2 ポアドメイン型 K+チャネル

ことが予想され、そのままでは生体に応用すること(TREK-1)は前立腺がんで(3)で過剰発現しているこは困難である。そこで、我々はこれらのクモ毒ペプとが報告されている。この以外にも様々ながん細胞

チドの cDNA を組み込んだレンチウイルスベクターでの過剰発現が報告されており、その役割についてを調製し、がん細胞に感染させ、がん細胞自身に同も抗がん薬抵抗性(4)、転移、増殖、細胞周期への関ペプチドを発現させることを試みた。
本研究で我々は、１）化学合成した LaFr26 及びそ与(1)などが推測されている。
我々は、選択的な遮断薬が存在しない Kir2.1 の遮の類縁ペプチドが K+チャネル依存的に細胞毒性を示

断薬を見出す目的で、従来の研究で様々なイオンチ

すか、２）LaFr26 及び類縁ペプチドががん細胞に毒ャネルの遮断薬が発見されているクモ・サソリ毒液性を示すか、３）これらのペプチドを発現するレンをスクリーニングした。その過程で、細胞でのチウイルスベクターが毒性を示すかを検討し、それ

Kir2.1 発現に依存して細胞にポア（孔、イオノフォ

ぞれ期待に沿った結果を得た。

ア）を形成すペプチド LaFr26 を見出した(5)。このペプチドは塩基性のペプチドであり、Kir2.1 の発現（結果と考察）+によって K イオンが流出し、細胞膜電位がマイナス

Kir2.1 を発現させたヒト腎由来の 293T 細胞の培地になった細胞に選択的に取り込まれ、細胞にポアをに化学合成した LaFr26 を添加し、Kir2.1 チャネル形成した。これらの知見から、我々は、LaFr26 は、を選択的に遮断する Ba2+(0.3 mM)の存在下・非存在

K+チャネルを過剰発現するがん細胞に選択的に取り下で 37℃30 分間培養し、生存細胞数を Cell

込まれ、ポアを形成し、細胞毒性を示し、がん治療

Counting Kit-8(Dojindo)で測定した(図 1)。

応用できるのではないかと考えた。

（1）- 146 -

図１.
図
LaFr226 の Kir2.1 電流依存性のの細胞毒性
Ba
B 2+の存在下では LaFr26 高濃度でわず
ずかな毒性をを示したのみであしあったが、非存在下では有有意な細胞毒毒性を示し、同ペをペプチドが K+チャネル電流
流依存的に毒毒性を示すことがをが示された。
。LaFr26 の類縁ペプチのチド

図 3.ペプチド
ド発現レンチチウイルスベクターの構築
築

Oxyopinin-2bOb も同様の毒毒性を示した。
。この細胞毒
毒性と細胞毒性発現現機序の模式
式図+が K チャネル
ル電流依存的的であることは
は、他のチャ
ャネ
ル TREK-1、
HEERG-1 を発現現する細胞へのの毒性によっ
って

その結果、
そ
期待
待通りに Lv-LLaFr26 は Kir
r2.1 発現細胞
胞も確認した。
もには毒性を示にしたが、対照の緑色蛍光タ
タンパク(GFPP)

次に、K+チチャネルを内在在性に過剰発発現する肺ががんを発現する細胞を胞には毒性をを示さなかった(図 4)。ま
ま

LX22
L
と BEN 細細胞に細胞毒
毒性を示すかかを検討するとと、た、た 対照ウイル
ルスベクターの Lv-mCherrry はいずれのの濃度に依存し濃した毒性が認められた(図図 2)。

細胞にも毒性を細を示さなかっった。

図 4.Lv-LaFr26 は K+チャネ
ネル電流依存
存的に細胞毒性性
図 2. 肺がん
ん細胞 LX22 に対する細胞に胞毒性を示したが、Lを
Lv-mCherry はは示さなかっった。

次に、ペプチ
チドの薬物送送達の弱点をを回避するためめ、

次に、これらのレンチウ
ウイルスベクターが肺がんん

LaFr26
Lと Oxyyopinin-2b の cDNA を調製製し、それら
らを細胞にも毒性を細を示すかをLLX22及びBEN 細胞で検討しし発現するレ ンチウイルスベクターを作成し た

たところ、た
Lv-mCherry は生生存細胞数にに影響を与えなな（Lv-LaFr26、、Lv-Oxy-2b））。対照としてて赤色蛍光タタン

かったが、Lvか-LaFr26 と LLv-Oxy-2b は各々生存細胞
は胞

パク(mCherryパy)の cDNA を組み込んだもものを調製しした数を数 70%、60%%にまで減少ささせた。

(Lv-mCherry)()。そして、これらのウイ
イルスベクタター

最後に、
これれらのレンチチウイルスベ
ベクターがポア
ア

を細胞に感染を染させ、細胞自身にこれららのポア形成成ペを形成していをいることを確認
認するため、
ウイルスベクク

プチドを発現プ現させた(図 3)。
3

ターに感染しタ
した細胞の全全細胞抵抗をパ
パッチクランン
プ法で測定しプ
したところ、 Lv-mCherryy では 417 ±（2）- 147 -

110.6.1 MΩ と正常のものと変わらなかったのに対

2015;1850(4):657-66.

し、Lv-LaFr26 では、 100.4 ± 33.2 MΩ、Lv-Oxy-2b
では 98.3 ± 59.1 MΩ に有意に減少しており(p <0.05, n = 6)、細胞にポアが形成されていることが示唆された。
本研究では、がん細胞が K+チャネルを過剰発現することと、クモ毒ペプチドが K+チャネル発現細胞
選択的に取り込まれポアを形成するという性質を利用して、LaFr26 とその類縁ペプチドが同チャネル電流依存的にがん細胞選択的な細胞毒性を持つことを明らかにした。また、これらのペプチドを発現する
レンチウイルスベクターも K+チャネル発現に依存した毒性を示し、ペプチドの弱点であった薬物送達の問題を回避し、一回の腫瘍内接種によって、がん細胞自身にペプチドを発現させ、周辺の正常細胞に影響を与えずに、がん細胞自身を死滅させる可能性が期待される。
（参考文献）
1.

Huang X, Jan LY. Targeting potassiumchannels in cancer. J Cell Biol. 2014;206(2):151-62.
2.

Liu H, Huang J, Peng J, Wu X, Zhang Y,

Zhu W, et al. Upregulation of the inwardly rectifying
potassium channel Kir2. 1 (KCNJ2) modulates
multidrug resistance of small-cell lung cancer under
the regulation of miR-7 and the Ras/MAPK pathway.
Molecular cancer. 2015;14(1):59.
3.

Voloshyna I, Besana A, Castillo M, Matos

T, Weinstein IB, Mansukhani M, et al. TREK-1 is a
novel molecular target in prostate cancer. Cancer
research. 2008;68(4):1197-203.
4.

Tan G, Sun S-q, Yuan D-l. Expression of

Kir 4.1 in human astrocytic tumors: correlation withpathologic grade. Biochemical and biophysicalresearch communications. 2008;367(4):743-7.
5.

Okada M, Corzo G, Romero-Perez GA,

Coronas F, Matsuda H, Possani LD. A pore forming
peptide from spider Lachesana sp. venom induced
neuronal depolarization and pain. Biochimica etBiophysica

Acta(BBA)-General

Subjects.

（3）- 148 -

竹久夢二の美人画作品のインタラクティブコンテンツ制作研究
倉敷芸術科学大学芸術学部メディア映像学科
中川浩一
（概要）
岡山ゆかりのアーチストにして近代イラストレーションの先駆けでもあった竹久夢二の美人画作品をアニメーションとして構成した上で、それを仮想空間に配置し、その作品と対峙する鑑賞者の動きを把握してインタ
ラクティブに動くコンテンツとして再構築することを目指し研究を行った。
ベースとなる開発環境としては TouchDesigner を、プログラミングには Python v3 をアニメーション作業には Live2D v3 を使用しインタラクティブコンテンツ化を実現した。
このことは、竹久夢二作品の世界観を新しいかたちで発見することをも意味し、「元祖美少女イラストレーシ
ョン」作家でもある夢二を再発見する契機になり、また絵画鑑賞の「体験」化という作品と対峙するものとのありようの新たに提案するものとなった。

品と鑑賞者との関係性を大きく揺さぶることになる● 竹久夢二作品インタラクティブコンテンツ化のことを期待してのことである。

基本コンセプト
近年、イラストレーション界では美少女を描いた● インタラクティブコンテンツ化のための技法

作品が多くのファンを獲得している。イラストレー
ターの多くがネット上で投稿し支持を競っている

アニメーション化するにあたってよくされること

SNS「ピクシブ」は全会員数約 2200 万人で一日あたは絵画作品をそのままトレースし、アニメーション

りの投稿数が 2 万件で、
「美少女」
あるいは
「女の子」

動画として制作する方法である（近年のマンガ原作のタグづけされた作品はそれぞれ約2万6000余作品、のアニメーションあるいはイラストレーションが原

約 108 万作品（2017 年 9 月 18 日時点調査）と人気案となったアニメーションなどはこの手法による）。

が高いことがうかがえる。
（注 1）

ここでは作品としての芸術性および作家性をなるべ

現在のこの活況をみると「竹久夢二」描くところの可憐な美少女、美人の絵画作品群はいまの状況をく損なわせない方法であるべきと考えるためこの手法はとらない。
すなわち作品をそのままに、画面上にポリゴンメ先取りしたものであるといえよう。
本研究では、本来的に平面的表現である絵画を最ッシュを張りめぐらせ、それを動かすことで静止画

新の CG 技術とプログラミングによりアニメーショ

でありながらそのニュアンスを伴ったままで動画とンおよびインタラクティブ化し、新しい鑑賞のありしても存在し得るものをまずは制作する。

ようを再定義することが目的となる。絵画という静それは竹久夢二作品の世界観を新しいかたちで発止しているのが当然であるものを動くもの＝アニメ

見することをも意味し、「元祖美少女イラストレーシーション化し、その動きさえもインタラクティブにョン」作家でもある夢二を再発見する契機にもなり制御できるなら、もともとの絵画鑑賞というスタン

うるだろう。

スに新しい要素を付加することが可能となる。
視覚的な体験から「体感」としての体験が芸術作● アニメーション化のためのコンセプト（1）- 149 -

に新鮮にうつるだろうと考えられたからである。
夢二作品の独特の世界観やタッチは、夢二の魅力

本来、動かないキャラクターが動いた場合の新鮮そのものでっもあるので元の作品世界を損なうこと

さや活き活きしたキャラクター性を伴うと判断したなく実現したいが大きな問題点も存在している。

からでもある。

つまり静止画は動かないがために動きを前提とする必要ないので立体であれば当然描かれるべき部分● アニメーション化の技法が描かれず省略あるいは矮小化されていることであ次にアニメーション化に至る具体的な技術についる。
（要するに見えている部分みえていない部分が存

てである。

在する）
しかしアニメーションとして描くためには基本的作品の世界観を損なわず平面そのものをアニメーには立体としての対象物がどう動くかを考えて動画ション化する技術として今回は国内メーカーであるさせるため、見えないものをみえないままで制作す株式会社 Live2D が開発した、2D のモーフィングにるなら元の作品の世界観が大きく変わってしまうこ

よるシームレスアニメーションをベースにしたアニとになりかねない。竹久夢二が描いた絵画の世界観

メーション技術である「Live2D」を活用することとのままで表現できないのであればわざわざ夢二作品した(注*１)。
これは絵画データのファイル形式（PSD 形式）とをアニメーション化する意味合いがない。
筆者はこれまでアニメーターとしてまたイラストの互換性が高く活用性に幅が出ることを考慮した。

レーターとして多くの観客の鑑賞に訴え、なおかつ「秋のいこい」の動きについては下記を考慮して印象に残る絵画表現を追究し、どうすればそれが実設計した。

現できるかについての技術的素地や視覚的な効果な・ キャラクターの動くパーツ部分を選定。

どを培ってきた。そうした研究をバックグランドと・ 女性の表情や仕草が印象的な作品であるため、しつつ、動画でも静止画でもない新しい表現を試み

顔の各パーツや手、また傘の持ち手をパーツ化ることで新しい鑑賞方法を提案したいと考えている。

した。

そこでアニメーション化にあたっては 3DCG モデ

・ 着物の袖の部分なども動くことを前提とするが、ルなども一切使用せず、平面状態の作品をそのまま動くということは現在の位置（座標）から別の使用し、夢二の描いた絵画世界を損なうことなく動位置（座標）に移動することを意味するので作画化することを目指した。

品のなかに描かれてない箇所が表面に現れ出てまた夢二作品のうちのどの作品をその対象とするくる。その元の作品には存在しなかった（みえかについては、動いた時の色の対比が鮮やかであるていなかった）部分ももとからあったかのようこと、また構図が明確であること、描かれているパにするため修復（描き足す）作業を追加する。

ーツが入り込んでいるためそれらが動いた場合、逆

例えばキャラクターがもっともキャラクターとしに新鮮な驚きを覚えやすいもの、という点も考慮して生きていると感じやすくなる「瞬き」について考た。

えると、作品内では女性は目を開いているが、「瞬き

結果、アニメーション化の対象作品として「秋のはいったん瞼を閉じることになるため「目を閉じた

いこい」（1920）(夢二郷土美術館所蔵作品）を選んときの瞼」が必要となる。しかしこれは元の作品に

だ。
（図 1）

は描かれていない。また傘の持ち手を握り直すよう

紅葉と木綿縞の着物、さらには信玄袋との対比のな動きをつけるのであれば作品内では見えてない指鮮やかさ、複雑な表情がたいへん魅力的でキャラクが現れる。また見えていない傘の柄の部分も現れる

ター性を表現したときのおもしろさが際立つであろだろう。

うこと、縞模様が揺れるような動きをすれば鑑賞者（2）- 150 -

こうしたことも考慮し、あらかじめ動かす部分、

そして動いた結果、元の作品には描かれていなかっデルを配置し、操作・制御するかたちでアニメーシ

た空白の部分をリストアップしていく。
（図 2）

ョンを生成した（図 8）

当然ながらみえない部分はもとの作品の世界観を

ここでの注意点は、この時代の女性に相応しい動損なわないかたちで補正追加していく必要がある。

きとなるよう、配慮しつつ制御することである。現

ここではその補正のためにAdobe PhotoshopCCの「コ

代的なスピードのある、また直線的な動きでは度絵

ンテンツにあわせた補正」ツールとスタンプコピー

画世界が破綻してしまうだけでなく、アニメーショ

ツールによって補正していった。
（図 3）ンの動きとしても成立しない。

最終的には目視による確認が必要であり、ひとつ動きを設定しキーフレーム（アニメーションでいひとつ手作業での修正作業していく。修正はパーツ

う「原画」にあたるもの）を設定、トゥーイーンとの数だけ必要となってくるので膨大な作業工程が必いう処理でつないでいく。これが「モーフィングに要で、パーツはすべてレイヤー（重ね構造）のある

よるシームレスアニメーション」といわれるもので形式のファイルを生成していく。
（図 4）ある(注*2)。
こうして動きを確認しつつ出力すると連番といわれるファイルが生成される。これが今回、主なイン● アニメーション化作業

タラクションにあわせて動く部分となる。
アニメーション化のために修正済 PSD ファイルにポリゴンメッシュを貼り付けていく。どのパーツに● インタラクションの埋込

どのようなポリゴンメッシュを張るかで可動範囲・生成されたアニメーションをインタラクティブに動きの微妙なニュアンスが異なってくるので、動き動かすため、インタラクションを担う開発環境が必の設計を念頭にメッシュを張っていく。
細かく動かす必要のあるパーツ（目、瞳、睫毛の要となる。基本的には鑑賞を前提としており、さら上下、口、鼻など表情用パーツ）は細かいメッシュに特に説明などなくとも鑑賞者は似インタラクショ

で、大きく動くパーツ（腕、手、傘、袖など）は大ンを認識することを今回の目的とした。
そのため開発環境としては日本国内ではまだ馴染

きめの面のメッシュをはってメリハリをつけていっみが少ないものの海外メディアアートやテクノロジ

た。
（図 5〜7）
こうした作業を「リグ」作業という。

ーアートのインスタレーションでは可活用例が増え

しかしながらリグ作業をいくら細やかに施そうとている TouchDesigner を導入した。

もそれだけでは絵画世界のキャラクターは「生きて」

鑑賞は長時間に渡って行われるものであり、今回動いてくれない。これはアニメーション制作の現場の新しい鑑賞法の提案に即して考えるなら、安定的で何度も筆者自身がいつも直面してきた状況であり、に長時間に渡って投影されていなければならない。

この問題をクリアするために＜絵画は平面な存在でつまりは途中でエラーやトラブルを起こす危険性がはあるが、生きているものは立体物として存在して極力少ないものを使用する必要がある。海外での大おり、平面として描いていても動きは立体物として規模展示などにも使用され安定性については評価の振る舞う＞と考えることが重要である。

高い TouchDesigner を使用したいちばんの理由はこできあがったリグを用いて次にアニメーション出

れである。
またインタラクティブを実現するためのプログラ

力作業を行う。
アニメーションとは時間軸の内での動きそのもの

ミング部分については Python v3 を使用することにであるのでリグができたからといって終わりではなした。これは TouchDesigner と親和性が高いこと、い。ここでは Live2D のアニメーションモード

また Python はライブラリーが充実しておりその導Animator に移行し、タイムラインにリグの入ったモ入が容易で、なおかつ今回の研究のより発展型とし（3）- 151 -

て学習機能を取り込んだインタラクティブコンテン得るので引き続きのこの点については研究を継続しツへの展開をも見込んだ故である。

たい。
また本研究をもっと発展的に推し進めた展開も構

また鑑賞者の動きを捕捉するセンサーとしては想中である。
特に今回導入した Python 環境と学習ラ

Kinect v2 を導入した。(図 9)kinect のボーン認識から鑑賞者の関節をポイン

イブラリの活用ができれば、鑑賞者が作品前で実施トして認識しその座標変化を読み取ってアニメーシした動きを学習することでその場での鑑賞者の作品

ョンが動くという仕組みにしている。

鑑賞のスタンスがひとつのアーカイブとして記録で鑑賞者の背の高さもあるので単純に鑑賞者の位置やきるので、この場所での展示では鑑賞者はこうした高さなどでインタラクティブを発動させるのではなく、傾向の動きをしがちであるが、また別の場所ではこ

右手首の 3D 座標を取得、続いて脊椎の 3D 座標を取得、うした傾向を示したなど、「作品」と「場」を繋ぐこ

両者の位置の広がり具合、また値の正負関係などから、とが出来る可能性もある。それはまた作品鑑賞と鑑動きとして認識し、それに応じてアニメーション動画

賞者、そしてインタラクティブを前提とした時の場を再生するものとしている。

との関連性をも含んだ新しい鑑賞法として視覚化でこのことによる鑑賞者が身長の高い大人であろうと、きるだろうと考えている。

低い子供であろうと、同様にインタラクションを起こ

注 *1

すことが可能になっている。（図 10）

株式会社 Live2D http://www.live2d.com/ja/

ただ実施に動作させてみると微妙な動きも捕捉してしまうためアニメーションが小刻みにゆれる現象が生

注 *2

じた。これは位置観測時の小数点以下の数値も動きに

日本の場合、手描きのアニメーションでは一秒ああわせようとしていたためで、細かい数字を切り捨てたり六〜八枚の作画を行い、動いているようにみせることでこの問題点は解消することができた。
Kinect を使用したことで最大 6 人まで認識できるのている。そのためどうしてもコマ飛びのように「カで複数人数を描いた作品で今回のようなインタラクテ

クッ」となる箇所が発生する。それに対してシームィブコンテンツ化を試みるならば、それぞれの登場人

レスアニメーションは一秒あたり約三〇枚の絵が生物を特定の鑑賞者とリンクさせ、その鑑賞者が動いた成される。そのため極めて滑らかな動きが実現可能

時には絵画のなかの特定の人物が動く、という展開へとなっている。

の応用もきくようになっている。

参考文献

● むすび

高橋 晴子 著『年表近代日本の身装文化』三元社
今回、絵画作品のアニメーション化を通じて新し

東京（2007）

い絵画の見え方、描かれた人物の見え方の再定義に

竹久夢二『竹久夢二』
夢二郷土美術館 邑久町（1981）

ひとつのきっかけを与えることができたとも自負しＮＨＫサービスセンター 編『竹久夢二展』ＮＨＫている。
当初は VR 機器として鑑賞者が装着するデバ

サービスセンター 東京（2009）

イスをもとに仮想空間を展開させることも考えてい栗田勇 編集、
竹久夢二 撮影『竹久夢二写真館「女」』

たが、それでは作品と鑑賞者との関係性が 1 対１と新潮社 東京（1983）

なってしまい、想定していた美術館などの広いスペースでの通常の美術鑑賞とは異なることになるため
今回はとくにデバイスを必要としないもので構築した。ただコンテンツとしては 1 対１の鑑賞法もあり（4）- 152 -

図1

秋のいこい（一九二〇）紙本着色（夢二郷土美術館所蔵）

顎と手の重なり部分は描かれていないが顔が動く場合ここがみえることになる。
そのためなんらかの処理が必要。

図2

アニメーションの動きの設計と見える部分見えない部分の切り分け- 153 -

傘と着物の境目を補正する

周囲の色情報などを参考に塗りつぶしを実施

境目が縞模様で塗りつぶされる。
こうした細やかな作業を何度も繰り返しさらに傘が完全に消えるまで修正を重ねていく。

図3

AdobePhotoshopCC による補正作業- 154 -

図4

レイヤー生成された画像ファイル

図5

顔へのポリゴンメッシュ処理- 155 -

図6

顔のポリゴンメッシュ編集

図7

ポリゴンメッシュの張り付け作業- 156 -

図8

タイムライン上のリグつきモデル

図9

インタラクティブコンテンツ化のためのワークフロー図- 157 -

図 10TouchDesigner で Kinect を設定

https://vimeo.com/267814289
パスワード ; yumejiaki

図 11

作品動画の実際｢秋のいこい」( 夢二郷土美術館所蔵作品）

下記は参考作品作品動画の実際 ( 複数人数化のためのトライアル動画。
当初研究目標にはなかったためまだ実装はできていない）｢こたつ」(夢二郷土美術館所蔵作品）

https://vimeo.com/267814289
パスワード ; yumejiaki- 158 -

プラナリア多能性幹細胞集団内での生殖系列決定機構
津山工業高等専門学校 総合理工学科 先進科学系
前澤 孝信
生体内の細胞は体細胞系列と生殖系列に大別される。生殖系列は次世代に受け継がれる点で特殊であり、発生過程において体細胞系列とは別の運命をたどる。胚発生後に生殖系列が決定される動物においては、その決定機構はほとんど分かっていない。プラナリアでは、成体の全細胞の 30%を占める全能性幹細胞
が体細胞と生殖系列へと分化できる。本研究では、生殖系列マーカーを用いて全能性幹細胞から生殖系列への分化挙動を解析することを目的とした。そこで、複数のマーカーを用いた発現解析を行うため、共焦点レーザー顕微鏡を用いた蛍光観察系を立ち上げることにした。まず、全能性幹細胞と生殖系列細胞のマーカーである Drpiwi-1 タンパク質に対する抗体を用いた免疫染色法による蛍光シグナルの検出に成功した。次に、
Whole mout in situ hybridization（WISH）法による生殖系列細胞のマーカーDr-nanos RNA の検出を試みた。しかしながら、条件検討を重ねたが、検出するには至らなかった。今後、さらなる条件検討を行い、マーカー
遺伝子の多重染色を成功させ、プラナリア生殖系列の分化過程を明らかにしたい。

1.はじめに生体内の細胞は体細胞系列と生殖系列に大別される。生殖系列は次世代に受け継がれる点での正中線領域に、他の動物の始原生殖細胞と性質の似た、生殖系列へ運命づけられた多能性幹細胞が存在するのではないかと予想される。

特殊であり、発生過程において体細胞系列とは

本研究では、
生殖系列マーカーを用いて多能性幹

別の運命をたどる。多くの動物において生殖系列

細胞から生殖系列への分化挙動を解析することを

は胚発生期に決定され、そのメカニズムの解析は進目的とした。まず、複数のマーカーを用いた解析をんでいる。一方で、胚発生後に生殖系列が決定され行うため、共焦点レーザー顕微鏡を用いた蛍光観察る動物におけてその決定機構は不明な点が多い。

系の開発を試みた。

プラナリアにおいては、成体の全細胞の 30%を占める全能性幹細胞が体細胞と生殖系列へと分化

2.材料および方法

できる（文献 1、2）
。しかしながら、全能性幹細胞

2-1.実験動物の中のどの集団が生殖系列に分化するかは分かっ

実験には淡水生プラナリアの一種リュウキュウ

て い な い 。プラナリアの 1 種ナミウズムシ

ナミウズムシ（Dugesia ryukyuensis）の無性クロー（Dugesia japonica）の無性個体において、背側のン集団 OH 株を使用した。脱塩素した水道水を用い、正中線領域に多能性幹細胞のマーカーである Piwi

20℃のインキューベータ内で飼育した。
通常の飼育

遺伝子ファミリーの 1 つ DjPiwi-1 陽性の特殊なでは、１、２週間ごとに餌として鳥レバーを与えた。

多能性幹細胞集団が存在する（文献 3）。また、前

また、水交換は毎週行った。組織観察には１週間以

澤 らは近縁種のリュウキュウナミウズムシ（ D.

上絶食させた個体（体長 5-10 mm）を使用した。

ryukyuensis ）において、アミノ酸トランスポータ
ーホモログ Dr-SLC38A9 が卵巣原基と共に背側の2-2.固定法

正中線領域にも強く発現することを見出した

プラナリアの粘液を除去するために 2％塩酸を含（Maezawa et al. in preparation）。このことは、卵巣

む 5/8 Holtfreter 氏液にて 4℃で５分間撹拌した。 そ

原基と背側の正中線領域の多能性幹細胞に共通性の後、4％PFA（パラホルムアルデヒド）および 5％があることを示唆している。このことから、背側

メタノールを含んだ 5/8 Holtfreter 氏液を用いて室温（1）- 159 -

で 30 分固定した。メタノールで脱水した後、蛍光灯

33342 で DNA を染色した後、フルオロキーバー（ナ下において 6%過酸化水素を含むメタノール中で室カライテスク社）を用いてサンプルをスライドガラ

温で一晩処理をして脱色を行った。次に、メタノースに封入した。蛍光観察は共焦点レーザ顕微鏡

ル：キシレン＝１：１の溶液に室温で１時間に置い

FV10i（オリンパス社）を用いて行った。

た後、再びメタノールに置換して-30℃で保存した。

3.結果
2-3.免疫染色法

3-1.免疫染色法の確立固定したプラナリアを PBT（0.1％Tween20 を含む

多能性幹細胞と生殖系列細胞のマーカーとして

生理食塩水 PBS）を用いて室温で水和した。次に, プ

Drpiwi-1 タンパク質が知られている（文献 4）。中ロテイナーゼ K 処理（20ng/mL、37℃、12 分）した

川らは Drpiwi-1 タンパク質に対するモノクローナ

後、4％PFA を含む生理食塩水にて室温で 30 分、再ル抗体を作成し、
プラナリアの組織切片において検固定した。PBT にて室温で 20 分 3 回洗浄した後、出に成功している。今回、個体まるごとで蛍光観察

ブロッキング液（5-10% ヤギ血清を含む PBT）を用するために共焦点レーザー顕微鏡を用いた実験系

いて室温で 1 時間反応させた。次に、抗 Drpiwi-1 抗を立ち上げることにした。
個体の内部のタンパク質体（文献 4）の原液で 4℃にて一晩反応させた。PBTを検出するためには、抗体の浸透性を高める必要がを用いて室温で 20 分 3 回洗浄後、1/500 に希釈したある。通常、浸透性を高めるためには、PFA 固定

抗 Mouse IgG（Alexa 594）抗体を含むブロッキング

した個体をプロテイナーゼ K 処理する方法が行わ

液にて 4℃にて一晩反応させた。PBT にて室温で 20れる。しかしながら、プロテイナーゼ K 処理だけ

分 3 回洗浄した後、ヘキスト 33342 で DNA を染色

では免疫染色が上手くいかなかった。そこで、固定

し、フルオロキーバー（ナカライテスク社）を用い後の個体をメタノール：キシレン＝１：１で処理し、てサンプルをスライドガラスに封入した。蛍光観察

脂分を除くことにした。それにより、無性個体の卵は共焦点レーザ顕微鏡 FV10i（オリンパス社）を用巣原基で発現する Drpiwi-1 タンパク質の検出に成いて行った。

功した（図１）。また、共焦点レーザー顕微鏡を用いることで卵巣原基全体を観察できることがわかった。

2-4.Whole mount in situ hybridization 法
2-2 と同様の処理を行って再固定した後、Dr-nanosの RNA プローブを用いて 56℃、16 時間ハイブリダ
イゼーション反応を行った。次に、ホルムアミドを含む溶液にて 56℃で複数回洗浄した。その後、1%
Blocking Reagent（Roche 社）のみ、もしくは、1%Blocking Reagent および 10% sheep serum、を含むマ
レイン酸バッファーもしくは TNT バッファーを用いて室温で 1 時間ブロッキングした。1/100 に希釈

図 1. 抗 Drpiwi-1 抗体による免疫染色

した抗 DIG-POD（ジゴキシゲニン-ペルオキシダー

無性個体の卵巣原基における DrPIWI-1 タンパク質（赤色）ゼ）抗体を含むブロッキング液にて室温で 3 時間反の検出に成功した。ヘキスト 33342 により DNA（青色）を応させた。マレイン酸バッファー（0.1% Tween 20

染色している。腹側から見た図。上が頭部側。スケールバを含む）もしくは TNT バッファー（100 mM Tris-HCl

ー：10 μm。

pH7.5, 150 mM NaCl, 0.3% Triton X-100）にて 20 分 3回洗浄した後、TSA 増感システム（Perkin Elmer 社）

3-2. Whole mount in situ hybridization 法の確立を用いて蛍光（Alexa 488）ラベルした。ヘキスト（2）- 160 -

Whole mount in situ hybridization（WISH）法の確

立にあたり、生殖系列マーカーである Dr-nanos

改 善 は 見 ら れ な か っ た 。 ナ ミ ウ ズ ム シ や S.

RNA の検出を試みた。ハイブダイゼーションまで

mediterranea における WISH 条件を参考にしてさらの行程における条件はアルカリフォスフォターゼ

なる条件検討を行い、リュウキュウナミウズムシにによる発色法で確立されている方法と同様に行っおける WISH の蛍光検出系の確立を目指したい。

た（文献 6）。その後のステップは、DIG-POD（ジそして、マーカー遺伝子の多重染色を成功させ、プ

ゴキシゲニン-ペルオキシダーゼ）抗体と TSA 増感

ラナリア生殖系列の分化過程を明らかにしていきシステムを組み合わせる方法に変更した。また、免たい。

疫染色法で成果のあった固定後の個体をメタノー
ル：キシレン＝１：１で処理する方法も採用した。

5.参考文献しかしながら、Dr-nanos RNA は検出できなかった。

(1) Wagner DE, Wang IE, Reddien PW. Clonogenic

興味深いことに、この WISH 条件後に Drpiwi-1 のneoblasts are pluripotent adult stem cells that

免疫染色を実施したところ、
うまく検出できなかっ

underlie planarian regeneration. Science. 2011. 332,

た。このことより、WISH のいずれかのステップで811-6.

抗体反応が阻害されていると考えられた。そこで、(2) Sato K, Shibata N, Orii H, Amikura R, Sakurai T, Agata

抗体反応前のブロッキングの条件が強すぎる可能

K, Kobayashi S, Watanabe K. Identification and origin of the性を考え、DIG-POD 抗体の反応に用いるブロッキ

germline stem cells as revealed by the expression of

ング液を 1% Blocking Reagent および 10% sheep

nanos-related gene in planarians. Dev Growth Differ. 2006.

serum から 1% Blocking Reagent のみに変更した。し48, 615-28.

かしながら、それでも WISH および免疫染色とも(3) Rossi L, Salvetti A, Lena A, Batistoni R, Deri P, Pugliesiにシグナルを検出できなかった。次に、別種C, Loreti E, Gremigni V. DjPiwi-1, a member of theSchmidtea mediterranea を用いて、King らが成功してPAZ-Piwi gene family, defines a subpopulation

いる条件を参考にして抗体反応のバッファーをマof planarian stem cells.

レイン酸バファーから TNT バッファーに変更した。

Dev Genes Evol. 2006. 216, 335-46.

しかしながら、これでも WISH および免疫染色と(4) Nakagawa H, Ishizu H, Hasegawa R, Kobayashi K,

もにシグナルを検出できなかった。

Matsumoto M. Drpiwi-1 is essential for germline cell
formation during sexualization of the planarian Dugesia

4.考察

ryukyuensis. Dev Biol. 2012. 361, 167-76.

今回、共焦点レーザ顕微鏡を用いて Drpiwi-1 タ(5) Nakagawa H, Ishizu H, Chinone A, Kobayashi K,

ンパク質の蛍光シグナルの検出に成功した。また、

Matsumoto M. The Dr-nanos gene is essential for germ cell

この方法で卵巣原基全体を観察できることがわか

specification in the planarian Dugesia ryukyuensis. Int J Dev

った。今回の成果は、卵巣原基において遺伝子発現

Biol. 2012. 56, 165-71.

を解析していく上で大きな土台となる。また、免疫(6) Maezawa T, Tanaka H, Nakagawa H, Ono M, Aoki M,

染色では、メタノール：キシレン＝１：１で処理す

Matsumoto M, Ishida T, Horiike K, Kobayashi K.

ることが効果的であった。
脂分を除くことで抗体のPlanarian D-amino acid oxidase is involved in ovarian

透過性が向上して検出感度へ影響を与えたと考え

development during sexual induction. Mech Dev. 2014. 132,

られる。

69-78.

次に、WISH 法の検討を行ったが、実験系の確(7) King RS, Newmark PA. In situ hybridization protocol for

立には至らなかった。また、この WISH の条件でenhanced detection of gene expression in the planarianは免疫染色もうまくシグナルが検出できなかった。

Schmidtea mediterranea. BMC Dev Biol. 2013, 13:8.

今回、
ブロッキング処理やバッファーを検討したが（3）- 161 -

高演色ＬＥＤ光源を用いた農産物の外観色評価装置の開発
津山工業高等専門学校
眞鍋 由雄
農作物などの出荷や品質検査において外観検査は重要であり，光学的な方法が有用である．また，農作物の外観色としてよくみられる色彩として，イチゴの赤色，リンゴの赤色部分，トマトの赤色，ブドウの赤色成分，
食肉の赤色部分など赤色が重要な食品がある．これらの赤色成分を高感度に検査するには，照明光源として演
色性（平均演色評価数のＲａや特別演色評価数Ｒ９）が高いものをよしとされる．ところで，照明光源は，電球や蛍光灯から，省エネを考慮したＬＥＤ光源に移行している．しかしながら，蛍光灯やＬＥＤの演色性は，電球に比べると非常に低い．光源の演色性は，光源の発光スペクトルの分光分布と関係があり，本研究では，加法混
色法によってＬＥＤ光源の発光スペクトルの分光分布を計算して，演色性の改善を図った．その結果，白色Ｌ
ＥＤ，緑色，赤色ＬＥＤによる簡単な構成で高いＲ９を得られる色度座標範囲がある事がわかった．本研究は，プロトタイプの高演色ＬＥＤ光源を設計し，高いＲ９値（>90）を得る事を実験で確認した．

１．はじめに農作物などの出荷や品質検査は、人間によって良否を決める官能検査で行われている．この外観検査は，照明光源が重要である．農作物の外観色の色彩として
は，赤色が重要視される．赤色を重要視される農作物
は，イチゴ，トマト，リンゴ，桃や，食肉などがある．
このように赤色成分を高感度に検査するには，演色性が重要とされている[1]．この光源の演色性を評価する
指標に平均演色評価数（Ｒａ）や赤色の特別演色評価
数（Ｒ９）があり，高い指数ほど赤色を評価する照明光源を良いとされる．第１図に，平均演色評価数が 80 と90 の光源で，トマトを撮影した写真を示す．

Ｒ９の高いものがなかった．第１表に，電球，蛍光ランプ，および既存のＬＥＤ光源における平均演色評価数
や赤色の特別演色評価数を示す．さらに比較のために，
赤色，緑色，青色の単色ＬＥＤで構成したＬＥＤ光源（ＲＧＢ三原色ＬＥＤ）のＲａ，Ｒ９も示す．平均演色
評価数や赤色の特別演色評数は基準光による試験色の見えを 100 としているので，電球のＲａ，Ｒ９は共に高い値であり，蛍光灯のＲａ，Ｒ９は 86.5，40.1 であり，Ｒａは高いがＲ９は低い．ＬＥＤ光源の場合，Ｒａは 80，90 と高いが，Ｒ９は 8.0，72.6 と低い．
第１表 各種光源（電球，蛍光灯，Ｒａの違う既存白色
ＬＥＤ，ＲＧＢ三原色ＬＥＤ）のＲａ，Ｒ９
表 各種光源のＲａ，Ｒ９比較

LED（Ra80)

LED（Ra90)Ra

R9 （ 赤）蛍光灯

8 6 .5

4 0 .1

L ED光源（ R a8 0 ）8 2 .28 .0

L ED光源（ R a9 0 ）9 4 .6

7 2 .6電球

9 7 .49 3 .9ＲＧ Ｂ 三原色Ｌ Ｅ Ｄ

1 0 .9- 1 7 9 .1

第１図 Ｒａの違う光源によるトマトの撮影写真
Ｒａ=80 の写真（左）の赤色は，少しどす黒さがあり，右のＲａが 90 で撮影された方が、赤色は鮮やかにみえる．このような事は，例えば，百貨店内の試着室で選んだ衣服が，試着室外で見ると，衣服の色の鮮やかさが違う事を体験するのと同じである．
ところで，最近，光源は電球や蛍光ランプからＬＥＤ光源へと移行している．ＬＥＤ光源の消費電力は，電球の１／４，蛍光ランプの１／２となり，省電力に向いている．しかし，ＬＥＤ光源は，赤色成分を評価する

赤色，緑色，青色の単色ＬＥＤで構成したＬＥＤ光源（ＲＧＢ三原色ＬＥＤ）のＲａ，Ｒ９は，10.9，-179と非常に低い値であった．
さらに，映像分野であるが，高精細度４Ｋ、８Ｋ映像
や次世代移動体通信の第５世代において、映像のあざ
やかさは技術の発達に伴い、撮影照明に演色性の高い（とくに、赤色を鮮やかに見える）高演色光源が要望されている[2]．

- 162 -

本年度の研究では，演色性の改善する、とくに赤色

を鮮やかに見えるＬＥＤ光源を開発し、プロトタイプの光源で実証することを目的とする．

２．光源の演色性
2.1 光源の演色性評価方法
一般に光源の演色性は平均演色評価数Ｒａで表わせる．ＬＥＤ電球のパッケージにはＲａ８０などと記載されている．現在の演色性評価方法は，ＣＩＥ（国際
照明委員会）が定めた方法で，相関色温度ごとに決められた基準光による試験色の見えを１００としたとき，演色性を評価する光源の下では試験色がどの程度ずれているかを数値化したものである．ＣＩＥでは１４種類の試験色を用いるが，日本では平均的な日本人
女性の肌の分光反射率をもとに No.15 の試験色を追加
し，第２表に示す１５種類の試験色を用いる．試験色ｉに対して計算される演色評価数Ｒｉは，次式により計算される[3]．

（式 1)

Ri  100  4.6Ei

ここで，ΔＥｉ（i＝1～15）は，CIE1960 均等色空間における色差であり，CIE1960uv 色度座標上での基準光源下の色度と試験光源下の色度との差である．
第２表 演色評価数の計算に用いられる試験色
試験色
番号

色名

備考

No.1

くすんだ黄みの赤

No.2

明るい灰みの黄

No.3

くすんだ黄緑

No.4

くすんだ緑

No.5

くすんだ青緑No.6

明るい紫みの青

No.7

明るい青紫

No.8

明るい赤みの紫

No.9

赤

No.10

黄

No.11

緑

No.12

こい青

No.13

明るい灰みの黄赤

西洋人女性の顔色

No.14

暗い灰みの黄緑

木の葉の緑

No.15

灰みの黄赤

日本人女性の顔色

これらの 15 種類の試験色に対して計算されたＲｉのうち，平均演色評価数Ｒａは，Ｒ１～Ｒ８に対する演色評価数の平均値であり，2010 年に改訂された JIS
Z9110 照明基準総則に加えられた．例えば，事務所の執務空間の場合は Ra80 以上と明記されている．演色
評価数は色の見えの良さを表すのではなく，基準光の演色性をどれだけ忠実に再現しているかという色再現の忠実性を表す指標である．よって試験光源の下では何色があざやかにみえるのか，またはくすんでみえるか，どの色相が変化するのかといったずれの方向はわからない．しかし，電球や外光などの基準光に近い光源で，今まで外観色の差異を検査してきたので，ＬＥ
Ｄ光源の演色性は大事と判る．また，平均演色評価数
Ｒａは，８種類の試験色に対して計算された各演色評
価数の平均値であることに注意する必要がある．例えば，既存の白色ＬＥＤは青色ＬＥＤに黄色蛍光体を用いて白色化している．この白色ＬＥＤの場合，平均演
色評価数Ｒａが 80 以上であっても，試験色Ｒ９（赤）に対する各演色評価数は，他の試験色に対する各演色評価数に比べて極端に低いものである．
2.2 演色性の改善
演色性は，光源の発光スペクトルの分光分布の形状と関係している．ＬＥＤ光源は、従来光源に比べて発光スペクトルの分光分布の形状の制御が容易といわれている．第２図に，白色ＬＥＤと蛍光ランプの発光ス
ペクトルを示す．蛍光ランプは，菅内にアルゴンと水銀を封入し，低圧放電によって水銀を励起し，紫外線を発生させて，その紫外線によって，青色，緑色，赤色の蛍光体を発光させる．一般的なＬＥＤ光源は，青色ＬＥＤと，青色ＬＥＤによって励起された１種類以上の蛍光体で発光させている．発光スペクトルの分光分布の形状が単純なので，ＬＥＤ光源の方が制御しやすいと考えられている．

1.0

LED
蛍光ランプ

光強度 （a.u.）

0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
350

450

550
波長 （nm）

650

750

第２図 ＬＥＤ，蛍光ランプの発光スペクトル- 163 -

ＬＥＤ光源の演色性についてさらに詳細を述べる．平
均演色評価数Ｒａが９０以上のＬＥＤ光源における，平均演色評価数と特殊演色評価数(Ｒ9～Ｒ15)を第３表に示す．ＬＥＤ光源の発光スペクトルと，演色評価数を計算するときの基準光の発光スペクトルを第３図に示す．第３表の中段がＬＥＤ光源の発光スペクトルと基準光との各演色評価数の試験色から求めた色差を表現する値，下段が演色評価数Ｒｉの数値である．

Ｄ，緑色ＬＥＤの色度座標を，ｘｙｚ系色度座標で，発光スペクトルの形状の制御について説明する．

1.0

0.8

0.6

第３表 既存ＬＥＤ光源における演色評価数と色差
R2

R3

R4

R5

R6

R7

R8

0.3

0.6

1.1

0.4

0.5

2.3

2.4

4.2

Ｒａ

Ri

98.5

97.0

94.9

98.3

97.6

89.5

88.9

80.9

93.2

R9

R10

R11

R12

R13

R14

8.5

1.3

2.0

3.3

0.6

0.4

R15
1.6

60.8

93.9

90.6

84.7

97.4

98.2

92.7

平均演色評価数Ｒａは，93.2 と高いが，赤色の特殊
演色評価数(Ｒ９)は，60.8 と低くく，色差も 8.5 と大きい．第３図において，資料光源（Ｒａが 93.2 の既存ＬＥＤ光源）と基準光のスペクトルを比較すると，資料光源は 630ｎｍ以上の光強度が低いことがわ
かる．さらに，第４図に，資料光源と基準光でＲ９の試験色に照射したときの反射分光スペクトルを示す．
第４図のスペクトルから色差を求めるので，第４図のスペクトルの形状は，第３表中のＲ９の色差に反映している．波長が 630ｎｍ付近まで，２つのスペクトルの挙動は，同じ動きであったが，630ｎｍを超えた波長で，資料光源の値は小さくなった．630nm 付近の値を増加させること，すなわち，赤色を増加させることが重要とわかる．第５図に白色ＬＥＤ，赤色ＬＥ

0.0
0.0

光強度(a.u.)

0.4

0.6

0.8

第５図 各ＬＥＤのｘｙｚ系色度座標
既存の白色ＬＥＤの発光スペクトルの形状に，赤色領域の発光を追加する．そうすると，第５図で示すように，白色ＬＥＤの色度座標(〇)に赤色ＬＥＤを加えると，赤色ＬＥＤの色度座標（▲)方向に色度座標が動く(ピンク色の矢印)．この赤色への動きの補正として，
緑色ＬＥＤを加えると，元の白色ＬＥＤの色度座標に保つことができる(深緑色の方向の矢印)．以上の説明の方法を用いると，白色ＬＥＤ，赤色ＬＥＤ，緑色ＬＥ
Ｄの各色度座標で囲まれた領域で，白色ＬＥＤ，赤色
ＬＥＤ，緑色ＬＥＤの３つの発光スペクトルを混合させて，ＬＥＤ光源の発光スペクトル形状の制御が可能となる．このように複数の光源による発光スペクトルを混合する方法を加法混色法という．

資料光源

150
100

2.3 加法混色法による発光スペクトルの制御

50
0
400

500

600

700

800

波長(nm)

第３図 LED 光源(資料光源)と基準光の発光スペクトル6000

反射分光強度(a.u.)

0.2

x

基準光

200

0.4

0.2

300
250

y

R1
Ei

基準光

5000

本研究で開発されるＬＥＤ光源は，白色ＬＥＤ，緑
色ＬＥＤ，赤色ＬＥＤを用いて，ＬＥＤ光源の発光ス
ペクトルを制御する．まず，各ＬＥＤを受光器で測定し，３つの等色関数を用いて得られる測光値を，ＬＥ
Ｄごとに Xi,Yi,Zi（各ＬＥＤを i=w,g,r とする）とすると，色度座標（xi,yi）との関係は以下のようになる[3]．

資料光源

4000

xi 

3000

Xi
X i  Yi  Z i, yi 

Yi
X i  Yi  Zi

(i  w, g, r) （式２)

2000
1000
0

400

500

600

700

800

波長(nm)

第４図 LED 光源(資料光源)と基準光を試験色(R9)に白色ＬＥＤ，緑色ＬＥＤ，赤色ＬＥＤの光強度を変化しても，それぞれの発光スペクトルの形状が変化しないと仮定すると，各ＬＥＤを加法混色して得られた
発光スペクトルの形状で，式２で得られた色度座標をｘ，ｙとする．ここで，白色ＬＥＤ(w)，緑色ＬＥＤ(g)，照射して反射した時の反射分光スペクトル- 164 -

赤色ＬＥＤ（r）の各ＬＥＤを混色するための光強度の比率係数ａi(w,g,r)とすると，加法混色した発光スペ
クトルの色度座標(x,y)は，

a  Xiii

a  (X  Y  Z )
i

i

i

, y

i

a Y
i

a  (X  Y  Z )
i

i

i

i

i

i

i

i

( ai  1)

（式３)

100

規格化光強度（a.u.）x

スペクトルの形状は，ほぼ同じであった．一方，赤色Ｌ
ＥＤの場合でも，10～120ｍＡの電流値範囲で，発光スペクトルの光強度の最大値の波長は，632ｎｍ付近であった．各電流値における発光スペクトルの形状は，電流値の変化に係わらずほぼ同じであった．

となる[3]．各ＬＥＤの光強度から得られる測光値を
Xi,Yi,Zi（各ＬＥＤを i=w,g,r とする）とし，加法混色
した発光スペクトルの色度座標を(x,y)とすると，各Ｌ
ＥＤの光強度係数ａi が求めることができる．
赤色ＬＥＤ，緑色ＬＥＤの発光スペクトル特性について述べる．第６図に白色ＬＥＤ，赤色ＬＥＤ，緑色Ｌ
ＥＤの光強度の電流依存性を示す．使用した各ＬＥＤの定格電流である 120ｍＡまで増加させた．この電流範囲で，３つのＬＥＤは電流値に対して線形性がある．
8000● 白色ＬＥＤ▲ 緑色ＬＥＤ■ 赤色ＬＥＤ

光強度（ a.u.）

6000

4000

2000

0
0

50

100

150

電流（ mA）

第６図 白色,赤色，緑色ＬＥＤの光強度の電流依存性

10

80

30
50

60

70
40

90
120

20
0
580

600

620

640

660

波長（nm）

第８図 光強度の最大値で規格化した
赤色ＬＥＤの発光スペクトル以上の実験結果から，赤色，緑色ＬＥＤの定格電流値である 120ｍＡ以下において，発光スペクトルの形状
は，電流値に関係なくほぼ同形であるので，色度座標(x,y)を与えれば，式３の各ＬＥＤの光強度係数ａi を求めて，各ＬＥＤの光強度が得られ，第６図から，各ＬＥＤを駆動する電流が求めることができる．すなわち，各ＬＥＤに上記方法で求めた電流値を供給すれば，色度座標(x,y)となる発光スペクトルが得られ，演色性を求めることができる．演色性を求める色度範囲として，
ｘ座標を 0.45～0.48，ｙ座標を 0.40～0.43 であり，その範囲を第９図に示す．
1.00.8
緑色 LED0.6

y

第 7 図，第 8 図に，赤色，緑色ＬＥＤにおける電流値ごとの光強度の最大値で規格化した発光スペクトルを示す．第８図に同じく電流値ごとにおいて光強度の最大値で規格化した赤色ＬＥＤの発光スペクトルを示す．
緑色ＬＥＤの発光スペクトルの場合，10～120ｍＡの電流値で５３５ｎｍ付近に最大となり，各電流値の発光

白色 LED

0.4

赤色 LED
10

80

0.2

0.44

30
50

60

0.0

70

0.0

90

40

120

20

0.2 0.42 0.4

x

0.6

0.8

y

規格化光強度（ a.u.）

100

0.40

0

450

500

550

600

波長（ nm ）

0.38
0.44

第７図 光強度の最大値で規格化した

0.46

x

0.48

緑色ＬＥＤの発光スペクトル第９図 計算する色度座標(x,y)の範囲- 165 -

0.50

2.4 計算結果
色度座標(x,y)をパラメータとして，第９図に示す色度
座標範囲で，式（３）を用い各ＬＥＤの光強度係数ａiが求めて，色度座標ごとに，発光スペクトルを合成し，平均演色評価数，特殊演色評価数を求めた．各ＬＥＤ
は，日亜化学工業製の白色ＬＥＤ（NF2L757GRT）,
緑色ＬＥＤ（NE2G757GT），赤色ＬＥＤ（NCSR119BT-V1）
を使って，白色，緑色，赤色ＬＥＤの電流値を，70mA，30ｍA，50ｍA 引加した時の発光スペクトルを初期値とした．白色ＬＥＤの平均演色評価数Ｒａ，特別演色評
価指数 Ｒ９の実測値は，92.8，61.8 であった．第１０図に色度座標(x,y)の範囲（第９図）における平均演
色評価数Ｒａを示し，第１１図に特殊演色評価数 Ｒ
９（赤色）を示す．

特別演色評価数 Ｒ９は 97.7 の最大値となり，その他の平均演色評価数，特殊演色評価数も 80 以上を示した．
この演色性の特性は，高精度４Ｋ，８Ｋテレビの撮影
用照明の演色性の条件を満たしている[2]．
３．プロトタイプ高演性ＬＥＤ光源の作製
第２章で示したように，白色ＬＥＤに赤色，緑色ＬＥＤを加えた構成で，白色ＬＥＤの演色性を改善できる可能性を示した．この構成を実現するために，白色，
赤色,緑色の各色ＬＥＤを２個並列接続した構成のプ
ロトタイプ高演性ＬＥＤ光源を作製した．第１２図にその光源の構成を示す．アルミ板の基板上に，絶縁性

赤色ＬＥＤ
緑色ＬＥＤ
白色ＬＥＤ
レジスト層
Ｃｕメタル配線層
アルミベース基板
第１０図 計算結果 平均演色評価数Ｒａ

第１２図 プロトタイプ高演色性ＬＥＤ光源の基板薄膜を作製し，その上に銅箔のＣｕメタル配線層を作製した．各ＬＥＤの配線パッドと銅箔と接続させるためのレジスト層をＣｕメタル配線層の上に構成した．
各ＬＥＤの配線パッドと銅箔とを半田を介して接続して，プロトタイプ高演色性ＬＥＤ光源を作製した．
第１３図に実験方法を示す．プロトタイプ高演色性Ｌ
ＥＤ光源を，白色，赤色，緑色ＬＥＤを三元の定電流電源で駆動させた．

緑色 LED
第１１図 計算結果 特別演色評価指数 Ｒ９

赤色 LED

平均演色評価数Ｒａの値は，色度座標(x,y)の範囲内においてほぼ 80 以上であり，色度座標(x,y)のｘ，ｙの色度座標値の大きな領域で，減少傾向であった．一方，赤色の特別演色評価指数（Ｒ９）は，色度座標(x,y)の範囲内において，白色ＬＥＤの測定値である 61.8 以上であった．その最大値は，97.7 に達した．演色性は大きく改善された．第４表にＲ９が最大になった時のその他の演色評価数の値を示す．

白色 LED

第４表 Ｒ９値が最大時のその他の演色評価数
R1

R2

R3

R4

R5

R6

R7

R8

Ｒａ

R9

R10

R11

R12

R13

R14

R15

98.5

97.0

94.9

98.3

97.6

89.5

88.9

80.9

9 3 .2

60.8

93.9

90.6

84.7

97.4

98.2

92.7

本研究 90.4

98.7

86.2

85.8

93.3

96.9

95.0

94.4

9 2 .6

97.7

93.7

79.7

80.4

91.9

89.8

95.8

既存

定電流電源

プロトタイプ高演色ＬＥＤ光源

第１３図 実験方法の説明
プロトタイプ高演色性ＬＥＤ光源に，２章で求めた
電流値を，三元の定電流電源で供給してＬＥＤ光源を発光させた．発光スペクトルをミノルタ製照度計にて，
色度座標，平均演色評価数，特殊演色評価数を測定した．第１４図，第１５図に，平均演色評価数（Ｒａ），- 166 -

赤色の特殊演色評価数（Ｒ９）の測定値を示す．ｙ座標を一定して，ｘ座標を変化させて，Ｒａ，Ｒ９を求めた．Ｒａは，計算結果の結果とよく一致し，80 以上で
あった．

５．謝辞
本研究を遂行するにあたり，助成を賜りました公益
財団法人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) 平成 29 年度（第 64 回）電気・情報関連学会中国支部連合大会論文集,R17-11-05 (2017.10.21).
2) T.Hayashida, et al., “Appropriate indices forcolor rendition and their recommended values
for UHDTV production using whiteLED
lighting,”Optics EXPRESS, vol. 25, no.13, pp.
15010-15027, 2017.
3) 大田登 色彩工学 第２版,東京電機大学出版局出版

第１４図 測定結果 平均演色評価数

白色 LED:61.8

第１５図 測定結果 赤色の特殊演色評価数（Ｒ９）
赤色の特殊演色評価数（Ｒ９）は，計算結果で最大値となる色度座標で，最大値 96 を得た．測定した色度座標の範囲においてＲ９は，計算結果と同様の挙動を示した．既存白色ＬＥＤに赤色，緑色ＬＥＤを加えて，演色性の改善ができた[1]．

４．まとめ
既存白色ＬＥＤの演色性は低い，とくに，特殊演色
評価数のＲ９(赤色)は低い．この既存の白色ＬＥＤに赤色，緑色単色ＬＥＤを加える単純な構成で，演色性の改善することを，加法混色法を用いて検討し，高いＲ９を得ることを示した．既存ＬＥＤ光源のＲ９が61.8 である光源を，本提案の構成でＲ９が 90 を超える色度座標の領域をあることを示した．この計算結果を基に，白色ＬＥＤに，赤色，緑色ＬＥＤを同一アル
ミベース基板上に配置したプロトタイプ高演色ＬＥＤ
光源を作製した．定電流電源によって，プロトタイプ
高演色ＬＥＤ光源の電流値を制御してＲ９が 90 を超える色度座標領域を示した．最大値は 97 であり，この値は計算結果とほぼ一致した．
今後，高光束の高演色ＬＥＤ光源を設計・作製し，現実の農作物の評価を実施する予定である．

- 167 -

再再生を保証すする自己複複製/分化スイッチング
グ機構の解明明
津山工業
業高等専門学学校 総合理工工学科 先進
進科学系
柴田典人
本研究では
は再生能力の非常に高いプ
プラナリアを
をモデル生物として用い、ES 細胞や iPPS 細胞に代表表される分化化
全能性幹細胞
全胞のin vivoににおける自己己複製/細胞分分化のスイッチ
チング機構のの分子メカニニズムを明らかかにすることとを目を的としている
的る。分化全能性の細胞は我
我々哺乳類ででは発生過程ののごく初期にに一過的に現現れるため、iin vivo でのの解析が困難で解である。一方プ
プラナリアはは、成体を構成成する全細胞
胞の約 30%が全
全能性幹細胞
胞である新生細細胞であり、
ini vivo におおける全能性幹幹細胞研究ににおいて優れれたモデルとななる。申請者
者はこれまで、、プラナリアアの全能性幹幹細胞が成体で細でどのように維持され、ままたどのよううに分化細胞を生み出すののか分子レベベルで解析しててきた。本研研
究では、プラ究
ラナリア Placc8 相同遺伝子
子の発現の有有無が細胞分裂裂を定常型（自己複製）と細胞分化にに向かわせるる
ための誘導型
た型とに分ける可能性に着目目した。そのの結果、Plac8
8 を起点としし、転写因子をを介したスイイッチング機機
構の存在が示構示唆された。
1.
1 はじめに理解し、ヒト理と比較するこことが重要となる。我々ははiPS 細胞のの樹立により、組織、器官官の作成によよる

成体の全身に分成
分化全能性幹幹細胞を持つつプラナリアをを再生医療に対再対する期待が大きくなっててきた（文献献 1）。

実験動物とし、
実、その全能性性幹細胞の維維持、分化の分
分

しかしながらしら in vitro で組織を作成すでする場合、厳厳密

子機構を明らか子
かにすることとを目的とししている。

な分化誘導法な法の開発や適切な大きさのの組織を作る
る必要があるなど要
ど、克服すべき点が数多くく存在するののも成体に iPS 細胞自体を移実情である。
実
移植してそのの場
で組織を作るでることができれば最も手間間がかからなない
究極の再生医究医療となるが、実際には腫腫瘍化してししまう。我々ヒトトが in vivo で iPS 細胞ののような体をを構成するすべて成ての細胞種に分化できる能能力（分化全全能性）を有する性
る細胞をコントロールでききない理由のの一

図１
図
日本産
産プラナリア、、ナミウズムムシ（Dugesia
a

つに、
つ 有尾両生
生類を除く四四足動物の再再生能力の低さ
さ、

japonicaja）。体
体長は約 1cm
m で、日本全
全国で普遍的的が考えられるがる。

に見られる。
に無脊椎動物
物には、個体体の一部から新新しい個体をを再

日本産プラ
ラナリアのナナミウズム
ムシ（ Dugesiia

生させる無性生
性生殖によって増殖する種
種が多く存在在す

jaaponica）は淡淡水産で非寄生
生性の扁形動
動物である
（図
図

る（文献
る
2）
。これらの中中には成体にな
なっても、体体の1）。体長は約 1 cm 程度で日日本全国からユーラシア大大中で分化全能中
能性幹細胞を正常に維持しし、恒常性やや無陸の比較的流れ
陸れの緩やかなな小川や池ななどに生息してて性生殖時に必性必要とされる分化細胞を正正確に供給でできいる。このプラいラナリアは雄
雄性・雌性のの生殖細胞の受受る種が多く存る
存在している。なぜヒトはは分化全能性性幹精による有性生
精生殖とは別にに、個体があある程度成長すす

細胞を生体内細内でコントロールできないいのか、といいう

ると体の中央付る付近でくびりり切れ、それれぞれの断片がが疑問に答える疑るためには、実際に成体内内で維持されれて完全な個体へ完と再生するこことで増殖すする無性生殖ををいる全能性幹い
幹細胞がどのような特徴をを持っている
るの行うことが知行られている。人為的にメスでプラナリ
リか、維持のメかメカニズムはどのようなもものか、などどを（1）- 168 -

アを切断するアることでも、この個体再生
生を惹起するるこを用いた（2n=
を
=16）
。プラナ
ナリアはオー
ートクレーブ滅滅

我々が実験とができる。
と験に用いているるプラナリア
アは菌した飼育水で菌
で 24 度で飼育育し、餌とししてトリまたはは

姫路工業大学姫学（現兵庫県立大学）の渡
渡辺憲二博士士がウシのレバーをウ
を 1〜2 週に 1 回与えた。
実験前 1 週間
間

1991
1
年に岐阜
阜県で採集しした 1 匹を、個体再生によ個
よるは絶食させた。
は。再生を惹起起するためにに、氷上に湿らら

無性生殖で
無226 年（！）にわたり維持しし続けている
るク

せたろ紙
せ
3 枚を
を重ね、
その上
上にプラナリ
リアを静置しし、

ローン集団でロである。この驚くべき再生
生能力は、ププラ

メスを用いて切切断し、飼育育水に戻したた。

ナリアの全身ナ
身に分布する全能性幹細胞胞である「新新生細胞」によっ細って支えられている（図 2）
2 。

（2）2
（
重鎖 RN
NA 合成
T7プロモーターを持つppBluescript ベクターのTT7配列を含む位置
配
置にプライママーを設計しし、ベクターののマルチクローニマ
ニングサイト
トの逆側の配配列に T7 配列
列を付加したプラをライマーとでで間に挿入されている目的的遺伝子を
遺PCR によって増幅幅した。PCR 産物を鋳型ととして、しMEGAscript（T7）キッットを用いてて両方向の RNNA

図 2 プララナリアの分
分化全能性幹細細胞である新
新

を合成し
を
2 重鎖
鎖 RNA を形成成した。DNAase 処理、フェェ

生細胞の分分布。マゼンタ
タはすべての新新生細胞を示示

ノール/クロロ
ロホルム処理した 2 重鎖 RNA
R を 2 µg/µµl

し、黄色はは細胞周期の M 期の新生細細胞を示す。

の濃度になるよのよう水に溶かかした。

新生細胞はは恒常的に分分裂し、恒常性性の維持におおいて分化細胞をてを供給している（文献 3）。個体を切断しし、（3）RNA（干渉
渉法（RNAi）

再生を促すと再とこの分裂が一過的に増強
強され、速ややかコントロール
ル用の gfp ままたは Djplac8 遺伝子の 2に必要とされにれる分化細胞を産生するこことが報告さされ重鎖
重 RNA をレバ
バー抽出液にに加え、アガガロースによっっている。細胞て胞分裂には幹細胞の維持にに必要な自己己複て固めたものをてを1シャーレ
レあたり15匹匹のプラナリアア

製と、細胞分製
分化に必要な分裂の２種類
類（厳密にははこに与えることでにで RNA 干渉法
法を行い、Djjplac8 遺伝子子

れを同時に行
れ行う非対称分分裂の３種類）が存在してていの機能阻害個体の体を作出したた。

る。我々が研る
研究に使用しているプラナ
ナリアのクロロー（4）JNK
（
阻害
害剤実験

ン集団は
ン
26 年
年にわたり、
これらの分裂裂様式の制御御を精妙に行うこ精ことで、新生細細胞を枯渇させることなくく、JNK シ グ ナ リ ン グ の 特 異 的 な 阻 害 剤 で あ る

かつ必要な分か分化細胞を供供給し続けていいる。近年、多SP
P600125 を 1000 mM の濃度でで DMSO 中にに溶かしたもののくの新生細胞く
胞特異的遺伝伝子の解析が行行われている
るが、をストック溶液を液とした。切切断直後のププラナリアを最
最新生細胞の細
新細胞周期の自己複製と細胞胞分化のスイイッ

終濃度
終25 µM の SP600125 入入りの飼育水水で飼育し JNNK

チングに関すチする研究はほとんど行われれていないののがシグナルを阻害シ害した。

現状である（現（文献 4）。そこで本研究でではプラナリア（5）RNA（
抽出の新生細胞がのが成体内でどのようなメカカニズムで自自己

ISOGEN-LS を用いてコンをントロール個体体、RNAi 個体体、

複製/細胞分化
複化のスイッチチングを行っているのか、、に阻害剤処理個体阻
体からトータタル RNA を抽抽出した。抽出出

ついて明らかつ
かにすることを目的とした
た。

したトータル
しRNA は Sera--Mag Oligo を用いて
を
mRNNA
精製した。
精

2.
2 実験方法
（1）実験動物
物（6）トランス（スクリプトーム解析

ナミウズム
ムシ（Dugesiia japonica）のクローン
ン系
統である
統
SSPP 系統（Sexualizing Sup
per Planariaan）（2）- 169 -

精製した mR
RNA を用いて cDNA ライブ
ブラリーを作成成し、Miseq によりシークエンス解析を行った。
3. 結果と考察
これまでの解析から、我々はプラナリア plac8 相同遺伝子（Djplac8）が再生過程における新生細胞のの一過的な細胞増殖の促進に関与していることを明らかにしてきた。plac8 遺伝子はマウスで胎盤特異的遺伝子として最初に報告された遺伝子で、その後植物を含む多くの生物種で、その相同遺伝子が同定され、多岐にわたる機能が報告されている。プラナ
リアを切断すると切断面付近で JNK シグナルが速やかに上昇する。この JNK シグナルが増強される場所
で新生細胞特異的な Djplac8 遺伝子の発現が一過的に減少する。RNAi で人為的に Djplac8 の発現を減少させると新生細胞の細胞周期が促進され、その結果、個体の成長速度が速まり自切頻度が上昇する。
また、切断したプラナリアを JNK シグナルの特異的阻害剤であるSP600125で処理をするとDjplac8の発現が維表 1 Djplac8 機能阻害個体において発現が変持され、一過的な細胞周期の促進が抑制され、さら動した遺伝子。

に再生不全を起こした。これらのことから、切断刺いる可能性を示唆することができた。Histone

激→JNK シグナルの増強→Djplac8 の新生細胞でのRNA-binding protein に関しては、ヒストン遺伝子

発現低下→細胞分裂の促進→細胞分化への誘導、とが細胞周期特異的に転写されることが知られており、言う一連の流れが示唆された。本研究では Djplac8

細胞周期とリンクした発現変動である可能性も考えの上流、または下流で働く遺伝子を探索し、プラナられるが、ヒストン修飾による遺伝子発現調節など

リア新生細胞の自己複製/細胞分化のスイッチングとの関連も考えられ興味深い。また、転写因子は遺の分子メカニズムの解明を目指した。
切断したコントロール個体、
Djplac8 の RNAi 個体、伝子発現を直接制御するため、これらの遺伝子の機能阻害個体の解析によって新生細胞の自己複製/細JNK シグナル阻害個体、で遺伝子発現の変化を、胞分化のスイッチングがどのように変化するか詳し

Miseq を用いたトランスクリプトーム解析によってく調べる必要がある。

調べた。その結果、多くの遺伝子発現が変動するこ

さらに我々は、JNK シグナル阻害個体においてもとが明らかとなった。Djplac8 の RNAi による機能阻

発現量が変化する遺伝子を同定することができた。

害個体で発現量が変動する遺伝子群のうち、細胞分

Leucine rich repeat protein 遺伝子や Histone

裂に関係する遺伝子を除いたものを候補遺伝子としlysine N-methyltransferase などは JNK シグナル阻た（表 1）。

害によって Djplac8 遺伝子の発現低下が起こらなく候補遺伝子の中にはチューブリンなどのハウスキなった個体で発現量が変化した。これらの遺伝子にー ピ ン グ 遺 伝 子 が 含 ま れ て い た が 、 Histone

関して Djplac8 遺伝子の発現低下の抑制によって発RNA-binding protein 遺 伝 子 や 転 写 因 子 で あ る

現が変動したのか、Djplac8 とは無関係に JNK シグ

Sox19a 相同遺伝子、HMG-box 遺伝子など転写制御、ナルの下流として発現が変動したのか、を注意深くまたは転写後制御に関与する遺伝子が Djplac8 遺伝

解析する必要があるが、ここでもヒストン修飾に関子と自己複製/細胞分化のスイッチングに関与して（3）- 170 -

2）Agata K, Nakajima E, Funayama N, Shibata N,
Saito Y, Umesono Y. Two different evolutionary
origins of stem cell systems and their molecularbasis. 2006 Semin. Cell Dev. Biol. 17:503-9.
3）Shibata N, Rouhana L, Agata K. Cellular andmolecular

dissectionofpluripotent

adult

somatic stem cells in planarians. 2010 Dev GrowthDiffer. 52:27-41
4）Sakurai T, Lee H, Kashima M, Saito Y, Hayashi
T, Kudome-Takamatsu T, Nishimura O, Agata K,
Shibata N. The planarian P2X homolog in theregulation of asexual reproduction.2012 Int. J.
Dev. Biol. 56:173-82

図 3 今回の実験結果のまとめ係 す る こ と が 期 待 さ れ る Histone lysine
N-methyltransferase が候補遺伝子として同定されたことから、グローバルな遺伝子発現の変化が、JNKシグナルに依存して起こっていることが強く示唆された（図 3）。
今後は、これらの遺伝子群がどのように相互作用することで新生細胞の自己複製/細胞分化のスイッ
チングの分子メカニズムを形成しているのか、を機能阻害の組み合わせ実験などから明らかにしていき
たい。
4. 謝辞
本研究を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。
また、
学習院大学の阿形清和教授、
京都大学の李河映氏、にも感謝申し上げます。
5. 参考文献
1）Takahashi, K and Yamanaka, S. Induction ofpluripotent stem cells from mouse embryonic andadult fibroblast cultures by defined factors.
2006 Cell 26(4):663-76（4）- 171 -

銅製熱交換器の温間酸化被膜が及ぼす濡れ性への影響
津山工業高等専門学校総合理工学科
竹村明洋
熱交換器用材料として多く使用されている銅の伝熱性能を向上させることを目的に研究を行った．簡便な表面処理方法である 200〜500℃の温間域における酸化の影響について検討行った．材料表面の濡れ性と伝熱性能は相関性が深い 1)．本研究では材料表面の濡れ性を評価することにより伝熱性能を評価した．
温間酸化処理を行った銅試験片表面は酸化温度と酸化時間が増加するのに伴い，酸化物が成長することで金属光沢を失い，黒色に変色した．温間酸化物が生成した場合，銅材料表面の濡れ性が向上した．濡れ性の向上
効果は酸化による銅材料表面の粗度変化が影響することによると考え，粗度測定を行った．しかし，酸化が著しく促進された条件を除き，材料表面の粗度の変化は確認されなかった．SEM による材料表面微視組織観察の結果，ナノサイズの酸化物が成長していた．ナノサイズの酸化物粒子の生成による材料表面の粗度変化により濡れ性が向上したと考えた．またナノサイズの微細な酸化物は酸化の促進に伴って，粒成長し，堆積していた．
この微細酸化物粒により構成される酸化物構造が濡れ性を向上させたと考えた．
1．緒 言る．熱交換器に使用する金属材料の場合，施工表面

近年，電子機器の高性能化に伴い，発熱量増加のに沸騰蒸着時の加熱により酸化相が生成する．これ問題がある．しかし，その一方で装置自体の軽量化までの研究で銅酸化物が濡れ性を向上させることがや小型化の動向もあり，冷却装置の高性能化による報告されている 3)．ナノ粒子バイポーラス構造施工

効率的な冷却設定が求められている．これらの社会時に得られる酸化物が濡れ性を向上させた場合，積的な需要に対応するため，熱交換器の性能向上を目

極的な酸化物構造の生成は粒子バイポーラス構造と的とした新製品や新技術の研究開発が行われている．

の相乗効果によって更なる伝熱性能が向上する期待

表面の濡れ性と伝熱性が関連していることが報告さがある．また，ナノ粒子バイポーラス構造は長時間1)れている ．構造体からの伝熱性能評価は難しい．

使用により施工面からの剥離が問題視されている積そこで簡便な方法である濡れ性評価による伝熱性評

極的な酸化物構造の施工はストライクめっきとして価がなされている．本研究においても伝熱性の評価の作用によりナノ粒子バイポーラス構造の長寿命化

は構造体の濡れ性を評価することにより行った．

が得られる期待がある．
施工は 500℃以上の熱間でなく，銅製熱交換器が熱交換器の性能向上の研究は 2 種類に大別される．
1 つは冷却水の性能向上である．熱輸送媒体である

積極的利用される 200〜500℃の温間で行う．そこで冷却水を部材から熱を受け取り易い性質に改善する

本研究では銅製熱交換器を温間酸化した場合に生成方法である．もう 1 つは熱交換器自体の性能向上でする銅温間酸化被膜が濡れ性に及ぼす影響についてある．熱交換器の性能向上は熱交換器材料を伝熱性研究を行った．また，銅の温間酸化被膜が及ぼす濡能の高いものに代替する方法や，構造を変化させる

れ性向上機構を明らかにすることを目的に研究を行方法が主流である．表面性状をナノ粒子バイポーラ

った．
2．実験方法ス構造にすることで伝熱性が向上することが報告さ
2,3)．ナノ粒子バイポーラス構造の施工には

供試材には無酸素銅を供した．無酸素銅板より沸騰蒸着法が用いられる．沸騰蒸着法はナノ粒体を30W×30Lmm を切出し，試験片に供した．また，試溶かした液体を施行面に垂らした後に，沸騰蒸散さ

験片板厚は 3tmm とした．作製した試験片表面は受せることでナノ粒体を材料表面に施工するものであ

入時の表面傷等による粗度変化の影響を無くす目的

れている

（1）
- 172 -

で，研磨を行った．研磨は#500 のエメリー紙を用いて一方向 30 往復の乾式研磨を行った．
これにより算術平均粗さを約 0.2μm に調整した．乾式研磨後，エタノールによる洗浄を行った後に温間酸化処理を施した．Fig. 1 に温間酸化処理の熱履歴を示す．温間酸化処理は大気雰囲気中にて行った．温間酸化処
理温度は 200，250，300℃とした．炉温を予め目的

in air

温間酸化処理温度まで昇温した後に試験片を投入しFig. 1 Thermal history of the warm oxidation

た．温間酸化時間は 2，5，10，15，20，25，60，180min

process.

とした．
温間酸化処理後，試験片を炉から取り出し，30min の空冷を行った．温間酸化処理した試験片上に高さ 10mm の距離から純水を滴下し，液滴側面から撮影を行い，試験片と液滴との接触角を測定する．
測定した接触角により温間酸化処理された試験片の濡れ性を評価する．
また，濡れ性向上機構を明らかにする目的で表面粗度を測定した．粗度測定は乾式研磨方向に対して
法線方向に測定を行った．測定幅は 10mm とした．
さらに，表面の酸化物の生成状況を観察する目的
で巨視観察と微視観察を行った．巨視観察は実体顕微鏡による外観観察により行った．また微視観察は走査型電子顕微鏡（以下，SEM と略称）を用いて行

Fig. 2 Appearance of the bare specimen.

った．SEM の観察条件は SS60，作動距離 10mm，加速電圧 20kV とした．

め表面色は酸化物を示す黒色を呈していた．
3.2 接触角測定結果

3．実験結果Fig. 4 に代表的な液滴外観観察結果を示す．Fig.

3.1 外観観察結果
Fig. 2 に温間酸化無処理の試験片外観観察結果を4(a)は温間酸化無処理の場合の液滴外観を示してい示す．本研究に用いた全ての試験片は表面性状を統る．Fig. 4(b)は温間酸化 300℃×25min 処理した場合一する目的で，エメリー紙#500 を用いて 30 回の往の液滴外観と接触角を示している．温間酸化を施す

復乾式研磨を行った．
温間酸化を施していない場合，

ことによって液滴は平たく広がるような形状となり，試験片表面は乾式研磨による一方向への加工痕が確

接触角が小さくなっていた．この他，全ての温間酸認された．また，銅特有の金属光沢を有した材料表化処理された試験片で接触角が小さくなった．
Fig .5 に接触角測定結果を示す．液滴外観より接面であった．
Fig. 3 に各条件で温間酸化処理を行った試験片の触角を測定した．温間酸化無処理の場合，接触角は

外観観察結果を示す．全ての試験片で温間酸化処理

65°だった．温間酸化を行うことで接触角は著しくにより酸化物の生成が確認された．温間酸化処理温減少し，濡れ性が改善した．接触角は温間酸化温度度 200℃の場合，酸化時間が 60min までで金属光沢の上昇と温間酸化時間の増加に伴って減少していた．

が残った．酸化温度 250℃以上では短時間酸化でも3.3 粗度測定結果

十分な酸化物が生成することで金属光沢がなくなっ

Fig. 6 に温間酸化無処理と温間酸化処理した試験片

た ．特に温間酸化温度 300℃では酸化が進行するたの表面粗度測定結果を示す．濡れ性は材料表面の（2）- 173 -

Fig. 3 Appearances of the warm oxidized specimens.

粗度によって変化する．温間酸化無処理材では表面粗度が 0.227m だった．温間酸化処理された試験
片では材料の表面粗度は温間酸化条件に関わらず約0.125m だった．外観観察の結果では酸化物の成長が確認されたが，表面粗度では大きな変化が見られなかった．ただし，温間酸化 300℃×180min の条件
では局所的に著しく成長した酸化物のため表面粗度が大きかった．
3.4 表面の微視観察結果
Fig. 7 に温間酸化無処理と 300℃で温間酸化処理した試験片の SEM による微視観察結果を示す．温間酸化無処理の場合では一方向へ沿って伸張する加工痕が確認される．温間酸化処理によって表面にナノサイズの非常に微細な酸化物粒が生成していた．

Fig. 4 Appearances of the water droplets: (a)

微細な酸化物粒は温間酸化 2min の場合で最も微細

bare surface, (b) 25 min oxidation at 300 °C.

だった．温間酸化時間が長くなるのに伴い，生成した酸化物粒が成長していた．酸化物粒は温間酸化れている 4)．最終的に表面色が黒色を呈したことよ180min までで数十 nm 程度まで成長していた．
また，

り酸化物相は 1.3m 以上になったと考えられる．

生成した酸化物粒の間隙部が確認された．間隙部をSEM 観察の結果，生成した酸化物粒が数十 nm 程度矢印で示す．局所的な間隙部が複数確認されたことであることから酸化物相は微細な酸化物が積層したより生成した酸化物相は局所的に多孔質構造を有す形態であったと考えられる 5,6)．微細な酸化物粒の成ることがわかった．

長と積層により温間酸化物相が形成されたと考えた．
4．考 察

4.2 濡れ性に及ぼす表面粗度の影響

4.1 温間酸化物の成長

液滴接触角測定結果より温間酸化により接触角及外観観察の結果，温間酸化の温度と時間が増加す

び濡れ性が著しく改善されることがわかった．材料るのに伴い，表面色が変化した．銅材料の表面色はの濡れ性と表面粗度は密接な関係があることが報告

生成する酸化物の厚さにより変化することが報告さされている 1)．式 1 に Young と Wenzel の式を示す．

（3）- 174 -

70
bare surface

200 °C60

250 °C
300 °C

contact angle (°)

50
40
30
20
10
0
0

30

60

90

120

150

180

oxidation time (min)Fig. 5 Results showing the oxidized contact angles of the water dropletson the warm oxidized copper specimens.

0.5arithmetic average roughness Ra (m)

200 °C
250 °C0.4

300 °C0.3
bare surface
0.2

0.1

0
0

30

60
90
120
warm oxidation time (min)Fig. 6 Results of the surface roughness test.

（4）- 175 -

150

180

Fig. 7 SEM observation results of specimens oxidized at 200 °C: (a) bare surface, (b) 30 min oxidized,(c) 60 min oxidized, (d) 90 min oxidized, (e) 120 min oxidized, (f) 150 min oxidized, (g) 180 min

cos

cos

(1)

oxidized.
くなることを示している．Fig.6 に示すように温間酸化により材料表面粗度は変化しなかった．しかし，

r は実際の表面積を見かけの表面積で除した値，θ はFig.7 に示すように温間酸化により数十 nm 程度の酸平滑面における液滴の接触角，θr は粗面における液化物粒が生成していた．つまり，材料表面は温間酸滴の接触角，γS は固気界面エネルギー，γL は気液界化によりナノサイズの粗面化が起こったと考えられ

面エネルギー，γSL は固液界面エネルギーを示している．本研究では触針式の粗度測定試験機により測定

る．表面積が粗面化した場合，r≥1 となり，θ は小さを行った．粗度試験機触針先端が生成した酸化物粒（5）- 176 -

よりも大きいため，ナノサイズの粗度測定ができな

ナノサイズの酸化物粒の積層と結合によって生成しかったことで粗度変化が確認できなかったと考えらていた．

れる．今後は AFM 等の試験機を用いた精密な粗度5．
温間酸化による濡れ性向上効果はナノサイズの粗測定を行う予定である．ナノサイズの粗面化が発生

度化及び局所的な多孔質構造の形成によると推察さすることで濡れ性が向上したと考えた．

れる．

4.3 擬似的な毛細管現象の発現

謝 辞

4.1 節でも先述したように生成した酸化物はナノ本研究を遂行するにあたり，公益財団法人ウエス

サイズの酸化物粒が積層することにより生成したとコ学術振興財団による研究助成を賜りましたことを考えられる．Fig.7 に示す SEM 観察結果より生成し深く感謝いたします。

た酸化物に局所的な多孔質構造が見られた．多孔質
構造は濡れに対して液滴を引き込むように作用する．

参考文献

この液滴を間隙に引き込む毛細管現象により伝熱性[1] Pierre-Gilles de Gennes, Francoise Brochard-Wyart,

性能が向上することが報告されている 7)．温間酸化David Quere. Capillarity and Wetting Phenomena: Drops,

被膜の局所的な多孔質構造が毛細管現象として作用

Bubbles, Pearls, Waves. Springer-Verlag New York.

する場合，見かけの濡れ性向上効果よりも伝熱性能[2] K.Yuki; K.Fukushima; A.Takemura and Koichiが向上する期待があり，実際の伝熱性能の測定は今Suzuki, “Wettability and evaporation enhancement for

後の課題である．

heat transport devices by high performance oxide layer”,

4.4 酸化物の親水性2015 International Conference on Electronics Packaging

銅は熱処理工程によって CuO もしくは Cu2O へ酸
4)and iMAPS All Asia Conference (ICEP-IAAC), 4(2015).

化する ．また，水酸化物として Cu(OH)2 が生成す

[3]

K.Yuki,T.SugiuraandK.Suzuki,る．金属は大気暴露状態でも酸化物を生成する．生“Boiling/Evaporation characteristics of a droplet on a

成する酸化物の有する固液界面エネルギーγSL が小nanoparticles-assembled biporous layer”, Transactions of

さい場合，接触角が小さくなり濡れ性が向上する．

the Japan Society of Mechanical Engineers, 81(2015),

つまり生成する酸化物自体が母相の Cu よりも親水824.

性である化学的性質を有していることで見かけの濡[4] Goro Ito, Corrosion science and corrosion control

れ性が向上したことが考えられる．今後生成する酸

technology, Corona, p263.

化物の同定を行う．

[5]Akihiro Takemura ， Yasuhiro Tanaka ， Ryouta
5．結 言

Takabata ， Shuji Okaguchi and Kazuki Fujiwara,

本研究では熱交換器用材料として使用される銅材

Effects on the initial oxidation mechanism of the shot

料に対して温間酸化処理を施した場合の濡れ性及びpeening treatment for the suppression of surface hot

親水性向上効果について検討を行った．得られた結shortness, Tetsu-to-Hagané, 100 (2014), 3, 366-375.

果を以下に示す．

[6] L.Xingeng, H.Jiawen: Material Letters, 60 (2006),1．
温間酸化処理によって材料表面に酸化物相が生成

339.

した．生成した酸化物は酸化の時間と温度の増加に[7] Dong Eok Kim, Dong In Yu, Dong Wook Jerng, Moo

伴い，成長していた．

Hwan Kim and Ho Seon Ahn, Review of boiling heat

2．試験片の液滴接触角測定より，温間酸化処理によtransfer enhancement on micro/nanostructuredって接触角が著しく減少し，濡れ性が向上した．

surfaces, Experimental Thermal and Fluid Science, 66

3．
触針式の粗度測定では温間酸化処理による粗度変(2015), 173–196.

化は確認されなかった．
4．SEM により微視観察の結果，生成した酸化物は（6）- 177 -Streptomyces cinnamoneus ゲノム情報を利用した有用酵素の探索
岡山県農林水産総合センター生物科学研究所・酵素機能研究グループ

畑中 唯史（概要）グラム陽性菌である放線菌属は、抗生物質に代表される複雑な有機化合物群を生産する能力を有し、これらを変換する様々な酵素遺伝子をもつ。また、土壌中に豊富に存在する放線菌属は、植物バイオマスを栄養源とするために、セルラーゼ等様々な酵素を菌対外に放出することでも知られる。筆者はこれまでに、独自の放線菌を宿主とした発現系を構築しているが、本研究ではこの発現系に加え、次世代シークエンス技術を用いて、放線菌 Streptomyces cinnamoneus NBRC13864 株ゲノム配列を取得し、この情報を用いて食感を改善する
ことに役立つ酵素トランスグルタミナーゼを発現させ、既報酵素との性状比較を行った結果について報告する。
た 2)。このベクターを用いた放線菌酵素生産法は、

１．はじめに放線菌は、山野などに生息する土壌微生物で、目他にない強力な技術と認められ、すでにナガセケム

立たないながらも抗生物質などの有用化合物の生産

テックス株式会社の放線菌酵素生産に利用されてい者として我々の生活を支えている。放線菌から抗寄る。具体的な酵素としては、放線菌由来キチナーゼ・生虫薬としてエバーメクチンが発見されたが、このグルカナーゼなどがあり、食品加工に利用されてい功績により北里大学・大村智先生が、2015 年ノーベる 3)。これら酵素は、セルフクローニングおよびナル生理学・医学賞を受賞されたことは記憶として新チュラルオカレンス（組み換え体と同等の遺伝子構しいだろう。また、放線菌属は、土壌の中で最も多成をもつ生細胞が自然界に存在する）の概念にあてく存在する微生物種であり、セルラーゼ、ヘミセル

はまり、食品添加物として使用できるグレードであラーゼ等様々な酵素を分泌し、植物バイオマスの優る。

秀なデコンポーザーとしても知られている。このよ

従来からの有用酵素の探索では、土壌からの有用

うなことから、放線菌から有用酵素を見出すことが菌株のスクリーニングが主たる方法であった。金銭

近年注目されつつあるが 1)、放線菌はゲノムの GC

では、シークエンス技術の発達により、微生物のゲ含量が約 70％と高く、酵素の大量生産は大変難しい

ノム情報は、比較的たやすく得られる状況になってため、生産性の高い新たな酵素生産技術の開発が望きた。実際、先の大村先生が取得したエバーメクチ

まれている。

ン産生株もそうしたスクリーニングの結果得られた

岡山県農林水産総合センター生物科学研究所では、放線菌である。そこで本研究では、我々が開発した独自の放線菌 Streptomyces cinnamoneus TH-2 株を土

放線菌発現系を利用して、食品の食感改善に役立つ

壌より単離しており、本菌株を 2%のグルコース及酵素トランスグルタミナーゼの探索を行うものであび 0.8%のリン酸を含む PG 培地で培養すると、培養る。

3 日目以降に培養上清中に大量のプロテアーゼ

厚労省で、遺伝子源として、安全であるとされた（SCMP）を分泌する。この SCMP をコードする遺放 線 菌 属 種 は 、 S. coelicolor, S. avermitilis, S.

伝子 scmp のプロモーター領域（scmp プロモーター）

cinnamones の 3 種である。このうち、TGase 遺伝子

は、非常に特異な DNA 塩基配列を示し、近縁株なをゲノム上に有するのは、
S. cinnamoneus のみである。

どのゲノム情報上には類似の配列は見られなかった。

申請者は、S. cinnamoneus の公開・非公開の TGase

そこで、この塩基配列を利用して、放線菌由来酵素

遺伝子配列を、既に 4 種得ている。本報告では、市を大量に生産させる発現ベクターpTONA を創出し販酵素である S. mobaraensis と S. cinnamoneus 由来（1）- 178 -TGaseT
遺伝子
子を放線菌を宿主に発現ささせ、比較検検討

む水で希釈したむ
たものを、逆逆相カラム（ウォーターを行った結果を果について記記載する。

ズ社製
ズSymmeetry C18）をを装着した HP
PLC にて、
0.1％ギ酸を含含む水及び 0.11％ギ酸を含む
むアセトニ

２．実験方法
法

トリルを溶媒トとし、アセトトニトリルのグ
グラジエン（１）次世代代シークエンサーによるゲ
ゲノム解析

トにて溶出したト
た。254nm のの波長で分析すすることにゲノム DNA
S. cinnamonneus NBRC133864 株から、Aより、反応産物よ物を検出し活活性測定した。反応産物を調整し、オをオックスフォー
ードナノポアア・テクノロ

は、別途
はLC-M
MS を用いてて、当該ピーク
クの質量分

ジー社の方法ジ
法に従い、ライブラリーをを作成した。

析を行い、プロ析
ロダクトでああることを確確認した。

これについてこて、MiniON シークエンサ
シサー（オックスフォードナス
ナノポア・テククノロジー社社製）により、（４）酵素簡易（易精製法

1 本のコンテ
ティグ配列につつながったドドラフトゲノ

培養上清を 70％飽和硫安
安で処理し、
遠心にて得
遠

ム配列を得
ム
た。市販品
品である S. mobaraensiss

た沈殿物を、2
た
20mM リン酸
酸バッファーー（pH8.0）

NBRC13819
N株
株由来 TGasee（SMTG）遺伝子の相同遺に溶解し、同バにバッファーにに対して透析した。これ

配列検索を行配行い、S. cinnam
moneus NBRC
C13864 株由を遠心にて分離を離・精製でききる陰イオン交換体（ザ来 TGase（SCCTG）遺伝子情情報を得た。これを PCRR

ルトリウス社製
ル
製 Vivaspin Q
Q）にかけ、夾
夾雑タンパ

により増幅しにし、Topo クロ
ローニング（サーモフィ

クを吸着させ、ク、非吸着画分
分を精製酵素として用いッシャーサイッ
イエンティフフィック社製製）を行い、

た。
た

SCTG
S
遺伝子
子配列を確定した。SCTG
G は、SMTG
Gと同様に分泌
と泌シグナルを有し、SCTG と SMTG の３．結果と考察察

1 次配列の相相同性は、約 75％であった
た。

（１）発現用培（培地の検討
放線菌 TGasse は、菌体外外に分泌されれた後、プロ配
配（２）S.lividaans 1326 株をを宿主とした発発現
商業生産用
用 scmp プロモ
モーターは、全長 424 塩列が、宿主由来
列来のペプチダダーゼにより切り離されてて初めて活性を示初示すことが知知られている。

基対のものを
基を使用しているが、培地成成分の制限等
等、
研究用途とし研
しては、不便なな点を有してている。申請請者らは、これ者
れまでの研究究で、scmp プロモーター
プの 3’側 63 塩
塩基対のみを使使用することとにより、培培
地成分の制限地
限がなくなり、発現量も向向上することを明らかにしをしてきた（論論文準備中）。この改良型
型
scmp
s
プロモー
ーターの下流流に、
SCTG および
お
SMTG
G
遺伝子を挿入遺入した放線菌菌用発現でベベクターを作作成し、成
常法 4)により、S.livvidans 1326 株形質転換体株
体を得た。形質を
質転換体を、Tryptic soy brroth（TSB）
で種培養を行で行った後、本培培養をバッフフルフラスコ

図１
図
発現用用培地の検討討で、30℃,
で1500rpm, 5 日間培培養を行い、活性を含む
む
培養上清を遠培
遠心にて回収した。
（３）TGase 活性測定法
アシルドナ
ナーとして、Z-Gln-Gly を用い、37℃
をで反応を行っでった後、酵素反反応液を、0.1
1％ギ酸を含含SCTG 発現
現用形質転換換体を、2％グ
グリセロールル,
0.8
8%K2HPO4, 0.05%MgSO
0%ポリペプトンン,
44･7H2O, 0.5%
0.5
5%酵母エキス(=PGly)、T
TSB、2％グリセロール添添
加 TSB、2％グ
グルコース添
添加 TSB で、5 日間培養しした上清タンパ
たク（5μg）をを電気泳動した。図１に示示
すように、TSBす
B を主体とすする培地では
は、いずれもプ
プ（2）- 179 -

ロ体と思われロれるバンドが確認され、ペペプチダーゼ
ゼにも SCTG は、多多少有利でああると推察された。

よる成熟化がよが、完璧ではなないことが判判明した。
一方方、

商業用酵素ににとって、熱
熱安定性は重重要な因子であ
あ

PGly
P
培地では
は、プロ体はは検出されず、、成熟体のみみとる。そこで、精る
精製酵素の耐耐熱性（10 分加熱後の残存分存なったため、な
PGly 培地をを採用することとした。

活性）を比較
活した（図３）。

（２）諸性質
質の比較
SCTG は、SMTG と比較
較して、著ししく比活性がが低いことを記載い
載した論文がある 5)。それ
れによれば、ア
シルドナーとシ
として Z-Gln-Gly を、アシシルアクセププターとしてヒドー
ドロキシルアミンを用いたた方法で、S.
mobaraensis由m
由来TGaseがが3.9U/mg、
S. cinnamoneusc
由来 TGase は 00.18U/mg と、20 分の 1 以下の比活性以性と記載されてい記いる。そこで我々の発現系系で、我々ががクローンした
ロ
S
SCTG、SMTG
G の比活性をを、同様な基基質の組み合わせのせで比較した。その結果、SCTG が

図３ 耐熱
熱性の比較

4.5U/mg、
4SM
MTG は 9.3U/m
mg となり、SCTG
S
は2分分の1 程度と低いいものの実現場場で十分使用用できる比活性活性を示すことがをが判明した。放線菌の分類類は、かつてて混迷を極め、S.
迷. cinnamoneuss NBRC13864
4 株は、古くは
S.hachijoensis
Ss と分類されており、Lanngston らの論
論文
5)
5

でも、
S.hachhijoensis 由来 TGase の比活
活性は、
1.9U/mmgと、と S. mobaraaensis 由来 TG
Gase 比活性のの約半分でああり、
我々の結果と
我と矛盾していない。

ように、SCTTG は、若干耐耐熱性の点でで図３に示すよ劣ることが判明
劣明した。
50％残残存活性を示示す温度（=Tmm）
を算出したとこをころ、
SCTG が 45.8℃、
SM
MTG は、
51.7℃℃と 6℃程度の差差があるが、実用上問題なないレベルとと判断している。
判。
最後に、アシシルドナーととして Z-Gln--Gly を、アシシ
ルアクセプタールーとしてヒドドロキシルアミンを用い、、両酵素のカイネ
両
ネティックス
ス・パラメー
ーターの比較をを次いで、精精製酵素の至適 pH の比較較を行った（図行った（表１）
行
）
。

２）
。

SCTG は、一般的に酵素触一
触媒の性能をを表す Vmax/K
Km

図２ 至適
適 pH の比較（値が大きいほ（ほど、触媒効効率が良いことを示す）ををすように、SCCTG の至適 pH
p は、8.0 でで、図２に示す

比較すると、S比SMTG の 4 分
分の 1 以下でであった。しかか

SMTG
S
は、9..0 と若干中性性よりであっった。タンパククしながら、SMし
MTG と比較しして、Vmax の値では、勝っっ質を酵素処理質
理する実現場
場では、苦味のの発生を抑ええるており、基質濃て濃度等環境がが整えば、現
現在市販されててために弱酸性た性から中性域
域での使用が多多く、この点
点でいる
い SMTG に勝る性能を発に発揮する可能能性も示唆さ（3）- 180 -

れた。アシルドナーとして Z-Gln-Gly を、アシルア
クセプターとしてヒドロキシルアミンを用いる
TGase 活性測定法は、厚労省の公定法でもあるが、実際のタンパク質同士の架橋は反応では、アシルド
ナー、アシルアクセプターともに、分子の大きさ、配列等大きく異なる反応であり、より応用に近い条
件での活性測定法の確立が必要であると思われる。
４．まとめ
次世代シークエンサー技術により、S. cinnamoneus
NBRC13864 株のドラフトゲノム配列を得て、この情報から、食感改善に役立つ酵素トランスグルタミ
ナーゼ遺伝子を同定した。この遺伝子を、独自放線菌発現系を用いて分泌発現に成功した。S.
cinnamoneus 株由来で、この系により作成された酵
素は、食品加工用に耐えうるグレードの製法である。
これを現在市販されている S. mobaraensis
NBRC13819 株由来トランスグルタミナーゼと諸性質の比較を行った。
５．参考文献1) Anné J. et al., Protein secretion biotechnology inGram-positive bacteria with special emphasis on
Streptomyces lividans. Biochim. Biopys. Acta 1843(8):1750-1761 (2014)
2) Hatanaka T. et al., pTONA5: a hyperexpression vector
in streptomycetes. Protein Expr. Purif. 62:244-248 (2008)
3) 畑中唯史ら, プロモーター及びその活性化方法. 特許第 4586149 号
4) Hopwood DA. et al., Genetic manipulation ofStreptomyces: a laboratory manual. Norwitch: The John
Innes Foundation, (1985)
5) Langston J. et al., Substrate specificity of Streptomycestransglutaminases.

Appl.

Biochem.

Biotech.

136:291-308(2007)
謝辞
本研究をご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。

（4）- 181 -

モモ花粉稔稔性を支配すする遺伝子子の同定とママーカー化
岡山
山県農林水産総
総合センター
ー生物科学研究所
小田賢司
モモの一部
部の品種は花
花粉が形成されれず、安定しして着果させるには人工授授粉が必要にになる。生産者
者は可稔品種種の育成を強くのく求めるため、不稔の原因因となる遺伝
伝変異を解明すすることを目目指して研究究を行った。花
花粉の形成不不全は液胞期に
全に起こり、遺遺伝的には一遺遺伝子座で支支配される劣性性形質である
ると報告されれている。これ
れらの情報かから条件を設定ら
定し、全条件件を満たす遺伝
伝子をモモのの稔性遺伝子のの候補としてて、花粉稔性
性との関連性をを調査した。
シロイヌナズシ
ズナの相同遺遺伝子欠損変異異体は花粉壁
壁合成に異常を示し、モモモと同様に花
花粉稔性がないい。そこで、
この変異体をこを用いて相補補実験を行い、モモの候補
補遺伝子が花粉
粉稔性に関わわること、モモモ不稔品種にに見られるここの遺伝子上ののの SNP 変異が不稔性を引きき起こすこととを明らかにした。さらにに、この SNP 変異を簡便にに検出する系
系を確立し、日を日本の栽培品種に見られる
る稔性の違いいが SNP 変異の有無と遺伝伝的に相関すすることを明らかにした。
これらの結果こ果から、モモ雄性不稔性のの原因が分子子レベルで初めて明らかととなった。ここの研究で開発
発した変異検検出系を利用す出することで、着花前に花粉
粉稔性の予測測が可能になり、モモ育種
種を効率化でできるようにななった。

１．はじめににメカニズムや不不稔を引き起起こす原因遺遺伝子は不明でで4 月になる
ると岡山県内各地でモモのの花が咲き誇誇り、ある。
あ農家の方々が農
が授粉作業を行う姿を目ににする（図 1AA）。
これは、モモこモには単独で受精できないい不稔品種がが存
可稔品種の花粉を人工的在しており、
在
的に授粉させせる
担い手不足の農家に可稔ためである。
た
稔品種からのの花
粉収集と不稔粉
稔品種への授授粉作業という
う余分な負担
担を強いる不稔形強形質は、新しく開発されるる次世代品種
種から排除されるらるべき形質である。不稔はは、同じバララ科
果樹であるナ果
ナシやリンゴゴなどでも問題題にされるがが、それらは自家そ
家不和合が原因であるのにに対し、モモ
モの不稔現象は花
不花粉ができない雄性不稔にによって引きき起
こされるといこ
いう点で基本本的に異なってている（図 1BB）。
モモ不稔花粉モ
粉の形成異常常については、細胞学的観観察

図 1．モモの不不稔 A)不稔品種の人工授授粉作業、B)可可が古くから行が行われており、不稔品種でである‘白桃桃’

稔品種（清水白稔白桃、上）と不不稔品種（大大和白桃、下））の花粉形成はのは減数分裂後の四分子形成
成や小胞子形形成の開花時の葯
のまで正常品種
ま種と変わらずず進むものの、その後の液液胞期に収縮や破期
破裂が起こり消失していく
くことが報告告さ

モモは植物体体のサイズがが大きく、着着果まで 3 年以
以れている
れ(1)。また、遺伝
伝学的解析も進進んでおり、一上かかるため、
上、育種が容易易でない。そそこで、モモののつの遺伝子座
つ座に支配される質的形質でであること、不新品種育成の効
新効率化を目指指して、育種
種目標となる重重稔形質が遺伝稔
伝学的に劣性性であること(2)、原因遺伝
伝子

要農業形質を支要支配する遺伝
伝子を同定しし、マーカー化
化は第は 6 連鎖群
群末端付近にに座上するここと(3)などがが明する研究を進めす
めている。稔稔性はモモのの重要な農業形形

らかにされてらている。しかかしながら、不不稔になる分分子質であるため、質、不稔個体を
を早期に排除除する高精度マ
マ（1）- 182 -

ーカーの開発
ー発を目指し、モモの稔性のの有無を決めめるの有無を予測可の可能にするこことを目指しした。

遺伝子の同定遺定に取り組んできた。不稔
稔を引き起ここす遺伝子は、1)
遺) 第 6 連鎖群末端付近にに座上する、2)

２．研究内容葯で発現する葯る、3)不稔品種特異的に塩塩基配列に変変異① シロイヌナ
ナズ花粉壁合成
成変異体の相相補実験が存在するとがという 3 つの条件を満たすすと考えられれる。

花粉形成は顕顕花植物に共共通の生理現現象であり、モモ

そこで、これそ
れまでの研究
究で、染色体組組み換え品種
種をモ不稔現象を引モ引き起こす遺遺伝子と同じ
じ機能を持つ遺遺利用し、原因利因遺伝子が座
座上する遺伝子子座を約 1Mb の伝子が他の植物
伝物にも存在すすると推察される。実際、、領域に絞り込
領
込み、続いて、その領域ににコードされれる

単離した不稔候単候補遺伝子とと相同性の高高い遺伝子がが82
8 遺伝子に対
対して、葉および果実に比比べて葯で 5 倍モデル植物のモのシロイヌナナズナやイネ
ネのゲノムにに以上強く発現以
現することを指標に 9 遺伝
伝子に候補をを絞見出される。
見シロイヌナ
ナズナ相同遺遺伝子 ABCG226

り込んだ。さらに、ヘテロ
ロ型可稔品種種 ‘清水白桃
桃’
・はアミノ酸レはレベルで 744%の高い一一致を示す。

‘白鳳’にヘヘテロであり、かつ、不稔
稔品種 ‘白桃桃’

ABBCG26 遺伝子
子は葯中で花
花粉壁形成にに関わる花粉粉にホモの遺伝に
伝変異があることを基準ににさらなる絞絞り形成の必須遺形
遺伝子と報告告されており(4,5)、この遺遺込みを行った込
た。その結果果、一つの遺伝
伝子を不稔原
原因

伝子の機能欠伝
欠損変異体 ababcg26-1 は、、モモ不稔品
品

遺伝子の候補
遺補として単離離することに成成功した。そそこ

種と同様に、種
花粉が作れず
ず不稔になる。モモ候補
補で、本研究でででは、この候
候補遺伝子の変
変異が不稔性性を遺伝子は、シ遺シロイヌナズズナの ABCG26
26 と同様の機機引き起こすこ引
ことを明らかかにすること、および、ここの能をもつと推能推察されることから、シロロイヌナズナ
ナ

遺伝子変異の遺の簡便な検出系を確立し、着花前に稔
稔性の abcg26-1 変異体にモモ
モ候補遺伝子子を導入する
る

図 2．シロロイヌナズナ abcg26-1a
変異
異体の相補性性試験 A）野生型シロイヌ野
ヌナズナの花花とさや、B）abcg26-1

変異体、CC）シロイヌナ
ナズナ ABCG2
G26 遺伝子を導導入した形質質転換 abcg26
6-1 変異体、D）モモ稔性
性遺伝子を
導入した形
形質転換 abccg26-1 変異体体、E）モモ不不稔品種の変変異型稔性遺伝伝子を導入しした形質転換換 abcg26-1
変異体、FF）人為的に改改変した変異異型シロイヌナ
ナズナ ABCG2
26 遺伝子を導導入した形質質転換 abcg26
6-1 変異体（2）- 183 -

と稔性が回復と復すると期待待される。そそこで、ABCGG26
遺伝子のプ
遺ロモーターにモモ候補
補遺伝子をつつなぎ、ぎ abcg26-11 変異体に導導入して稔性性が回復するるかを調べた。
を図 2 に示す
すように、シシロイヌナズズナ野生株はは開花時に花粉開粉ができ、自自家受粉を経経てさやが長長く成長する。
成
一一方、abcg266-1 変異体はは開花時に花
花粉ができず、受が受粉することとなくさやがが未発達で短短いままとなる。
ま。まず、abccg26-1 変異
異体に、ABCGG26
遺伝子のプロ遺ロモーターにに ABCG26 遺伝子をつな
遺ないだコンストラだ
ラクトを導入入すると、稔稔性形質が相
相補されて、さ
花粉粉ができさや
やが長く成長した（図 2C）。
これは、論文こ
文の報告通りりである(5)。次に、ABCGG26
プロモータープ
ーにモモ候補補遺伝子をつないだコ
コン
ストラクトをス
を導入するとと、ABCG26 遺伝子をつな遺ないだ時と同様にだに、花粉ができさやが長く成長しした（図 2D）。こ
このことは、モモ候補遺
遺伝子がシロロイ
ヌナズナ
ヌ
ABBCG26 遺伝子子と同じ生理理機能を有しし、
図 3．SNP 特異的プライマ
特マーを用いたた変異の検出花粉形成に関花
関与することとを示していいる。

A）検出法のの原理、B）栽
栽培品種を用いた検出例

モモ不稔品
品種の‘白桃桃’はこの遺遺伝子に一つつの一塩基置換
一（SNP）変異異をもつ。ABCBCG26 プロモ
モー
ターにモモ不タ
不稔品種の変異型遺伝
伝子をつないいだは T から C への SNP であるる。そこで、SNP 特異的ななコンストラクコ
クトを導入ししたところ、abcg26-1 変
変異

プライマーを作
プ
作り、PCR にによる増幅のの有無で検出すす体と同様、開体
開花時に花粉
粉がなく、ささやは未発達
達でる方法を試みたる
た。図 3A に示示すように、この検出系で
で

短いままで
短
であった。ままた、シロイイヌナズナ
ナのは、それぞれのはのアレルに特特異的なプライマーを逆鎖
鎖

ABCG26A
遺伝子
子に‘白桃’が持つ変異
異と同じ変異異をの位置に設計のし、さらにそそれぞれのプ
プライマーの上上

人為的に導入人
入した変異型型 ABCG26 遺伝伝子を作成しし、流にもプライマ流
マーを設計しした。これら合計 4 種類ののABCG26A
プロモ
モーターにここの変異型 ABCG26 遺伝
伝子

プライマーを混プ
混ぜて PCR をを行うと、テンプレートに
に

をつないだ
を
コンストラクトを導入入したところろ、

用いたゲノムの用の遺伝子型にに応じて、アレル特異的ななabcg26-1a
変異
異体の不稔形形質を相補でできず、花粉
粉がバンドが増幅すバする。すなわわち、正常型型遺伝子をホモモ

なくてさやがなが短いままでであった。以以上のことか
から、

に持つと
に
T 特異
異的なバンドド（200bp）が増幅し、変異が異‘白桃’がももつ SNP 変異
異は植物に花
花粉形成不全
全を型遺伝子をホモ型
モに持つと C 特異的なババンド（293bpp）

引き起こすも引ものであり、不稔現象のの原因である
るとが増幅する。
が正常型と変異異型をヘテロロに持つと、T考えられた。
考

特異的なバン特
ドと C 特異的的なバンドのの両方が増幅す
する。
る 図 3B に具
具体的な実験結結果の一例をを示す。設計通通り、品種によっって T 特異的的なバンドと C 特異的なバ
バ② 簡便な遺伝
伝子変異検出出法の確立
この遺伝子子の SNP 変異
異がモモの不稔
稔の原因であある

ンドの片方また
ン
たは両方が増増幅した。
増幅幅パターンは
は、

ならば、SNPな変異の有無
無と花粉稔性のの有無は様々々な実験に用いた実
18 品種の全ててにおいて、観察された稔稔

品種で一致す品
することが期待される。そそこで、まずず、性形質から予想性
想される稔性性遺伝子の遺遺伝子型と完全全

この変異の簡こ
簡便な検出法法の確立を試みみた。この変変異に一致しておにり、この遺伝伝子変異が不不稔の原因でああ（3）- 184 -

に持つテンプにレートでは、T 特異的なババンドと C 特
異的なバンドの異の両方が検出出される。
図 4B
4 に実験結果果を示す。電気泳を泳動を行うとと、予想されれたサイズのバ
バ
ンドが検出されンれた。バンドドパターンかから導き出されれる各品種の遺伝る
伝子型は、SNNP 特異的プ
プライマーを用
用
いた実験結果いと完全に一致致しており、矛盾は全く認認められなかっためた。今回の検検出法はバックグラウンドが十分低く、育が育種選抜マー
ーカーとしてての実用に適ししていると判断てされた。
岡山県農業研研究所では、白桃の優良良品種育成を目
目
指してモモの育指育種に取り組組んでいる。今回の研究にによって得られたよた成果を実際際に育種現場
場で利用するたため、め 平成 29 年度
度に作られたた 680 本の交交配樹の幼苗にに対してマーカー対
ー検定を行っった。その結結果、230 本はは不稔と予測され不れた。不稔個個体を定植せせずに破棄するる
ことで、育種がこが大いに効率率化される。

図 4．SNPP 特異的制限酵
酵素を用いた変異の検出

なお、岡山県
県農業研究所
所が過去に作作成した 300 本

A）検出法
法の原理、B）栽
栽培品種を用
用いた検出例

以上の交配樹の以のゲノム DNAA を用いてママーカー精度のの検証を行った検
ところ、マー
ーカーの判定定結果と観察記
記
録が一致しない録
い交配樹が 22％程度存在在した。不一致
致ることを支持る
持する結果となった。
これまでのの研究成果かから、今回作成
成した変異検検出

個体の花粉観察個察から、日本
本の栽培品種
種で問題となっっ系がモモの稔系
稔性を予測す
する育種選抜マ
マーカーとししてている不稔はてはほとんどのの場合、今回
回見出されたた利用できると利と期待される。しかし、ここの検出系ははバ

ABBCG26 相同遺遺伝子の変異がが原因となっって起こるがが、ックグラウンッ
ンドが低いとは言えない。稔性識別マ
マー

中には他の遺伝中
伝子の変異にによって不稔
稔現象が引き起起カーとして育カ
育種に利用すする場合、多数
数の個体からら抽

こされるものもこも僅かに存在在すると考ええている。このの出した精製度出
度の比較的低低いゲノム DNA
A を材料に PPCR

新たな遺伝子変
新変異の同定は
は今後の課題題である。

を行うことにをになるため、バックグラウ
ウンドの高ささは
検出ミスにつ検
つながりやすすい。そこで、より安定し
した

３．謝辞

検出系の確立検立を目指して、検出法の改改変を行った
た。

本研究は、
（公財）
（
ウエス
スコ学術振興興財団による研
研

このこ SNP 変異
異による T から
か C への変化化の結果、新新た究助成のもとに究に実施しましした。ご支援援に感謝申し上上に制限酵素サにサイトが生じる。これを利利用して SNP をげます。研究材
げ材料に用いた
た様々な品種
種のモモは、岡
岡

。この
検出する
検
CAPPS マーカーをを設計した（図 4A）の検山県農林水産総山
総合センター
ー農業研究所
所から頂きましし出系では、PC
出CR 産物に制限処理して電電気泳動を行行う

た。日原誠介研
た
研究員を始め
めとする関係
係者に深謝いたたと、テンプレとレートに用いたゲノムの遺遺伝子型に応
応じ

します。
し

て、
て アレル特異異的なバンドドが検出されれる。
すなわちち、正常型遺伝子正子をホモに持持つと T 特異的なバン
特ンド

４．参考文献（607bp）が検検出され、変異型遺伝子ををホモに持つつと（1）（
MasakiIshida,Akitsugu

Inaba,

annd

制限酵素に切制
切断された 2 本の C 特異的的バンド（3600bp

Yoshitsu
ugu Sobajimma (1974) Histologicaalと 247bp）がが検出される。正常型と変変異型をヘテテロ

studies on the ddegenerative process ofo（4）- 185 -

pollens in sterile peach.京都府立大学學術報
告 農学, 26:21-26（2） DH Scott and JH Weinberger (1944) Inheritanceof pollen sterility in some peach varieties.
Proc. Am. Soc. Hortic. Sci., 9:187-188（3） Ellsabeth Dirlewanger, Enrlque Grazlano,

Tarek Joobeur, Francesc Garrlga-Calderé,
Patrick Cosson, Werner Howad, and Pere Arús
(2004)

Comparative

mappingandmarker-assisted selection in Rosaceae fruit
crops.

Proc.

Natl.

Acad.

Sci.

USA,

101:9891-9896（4） Teagen D. Quilichini, Michael C. Friedmann,

A. Lacey Samuels, and Carl J. Douglas (2010)
ATP-binding cassette transporter G26 isrequired for male fertility and pollen exine
formation in Arabidopsis. Plant Phys.,
154:678-690（5） Hyunju Choi, Jun-Young Jin, Setbyoul Choi,

Jae-Ung Hwang, Yu-Young Kim, Mi Chung Suh,and Youngsook Lee (2011) An ABCG/WBC-type ABCtransporter is essential for transport ofsporopollenin precursors for exine formationin developing pollen. Plant J., 65:181-193（5）- 186 -

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、細胞内の酸化
還元状態の制御、毒物や薬物の解毒など様々な生理作用を有している。我々は、これまでに酒粕加水分解物に
細胞内グルタチオン量上昇作用があることを明らかにしてきた。アセトアミノフェン（APAP）は解熱鎮痛剤と広く使用されているが、過剰に摂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。そこで、マウスを用いて酒粕加水分解物の APAP 誘導肝障害抑制作用について検討した。APAPを腹腔内投与することにより、血清中の AST、ALT、LDH および ALP は有意に上昇したが、酒粕加水分解物を摂取することにより、上昇が有意に抑制された。肝臓中のグルタチオン量は酒粕加水分解物摂取により濃度依存的に上昇していた。また、中心静脈周囲の肝細胞の壊死の抑制がみられた。次にグルタチオン合成の律速酵素である γ-GCS と抗酸化酵素である HO-1 の発現量を調べたところ、濃度依存的に発現の誘導が見られた。
以上の結果から、酒粕加水分解物はグルタチオン合成および抗酸化酵素を誘導することにより APAP 誘導肝障害の抑制作用を示すことが示唆された。

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、生体が有する主

実際に、N-acetyl-L-cysteine はグルタチオンの前駆体として APAP 肝障害の軽減に使用されている。

1)

要な抗酸化物質である 。その細胞内濃度は比較的グ ル タ チ オ ン は 、 γ-glutamylcysteine synthetase

高く維持されており、抗酸化作用だけで無く、薬物(γ-GCS) および glutathione synthetase の 2 つの酵素になどの解毒にも大きく関わっている。グルタチオン

よって生合成され、このうち γ-GCS はグルタチオンの恒常性が変化により酸化ストレスを誘引し、様々生合成過程での律速酵素である 5)。γ-GCS の発現調

な疾病につながることが報告されている 2)。よって、

節は転写因子 Nuclear factor (erythroid-derived 2)-like 2細胞内グルタチオンを制御することにより様々な疾(Nrf2)によって制御されていることが報告されてい病の予防に有効であると考えられる。

る 6)。細胞が活性酸素などのストレスに晒されるとアセトアミノフェン（APAP）は解熱鎮痛剤と広く

Nrf2 は細胞質から核内へ移行し、γ-GCS をはじめ、使用されており、大部分が硫酸抱合またはグルクロヘムを分解して強い抗酸化作用を持つビリベルジン

ン酸抱合をうけ無毒化されるが、その一部がシトクを産生する酵素である hemeoxygenase-1（HO-1）な

ロム P450 により N-アセチルベンゾキノンイミン

どの抗酸化系を誘導する。

（NAPQI）へと代謝され、さらにグルタチオン抱合

我々はこれまでに、酒粕加水分解物が細胞内グルされて尿中へと排泄される。しかし、APAP を過剰

タチオン量を上昇させることを明らかにした。本研に摂取すると肝臓中のグルタチオンが枯渇し、親電

究では、酒粕加水分解物の APAP 誘導肝障害抑制作子化合物である NAPQI と肝細胞のタンパク質が共用について検討を行った。また、γ-GCS や HO-1 の有結合し、急性肝障害を引き起こすことが分かってタンパク発現への影響や Nrf2 の関与についても調

いる

3, 4)

。よって、肝臓中のグルタチオンを上昇させべた。

ることにより、肝障害を軽減できると考えられる。
（1）- 187 -

２．実験方法

ある血清中 AST、ALT、LDH、ALP 活性を分析した

酒粕加水分解物の調製

結果、APAP 投与群は、コントロール群に比べて AST、

雄町米酒粕（室町酒造）をデナチーム AP（ナガALT、LDH、ALP 活性が上昇した（図 1A-D）。一方、

セケムテックス）で処理し、遠心分離後に上清を凍

酒粕加水分解物摂取群は，その上昇が有意に抑制さ

結乾燥して酒粕加水分解物（SLH）を調製した。

れた。
グルタチオンは APAP 代謝によって生じる親電子

動物実験

化合物である NAPQI を無毒化するのに重要な役割

を 0、250、500 mg/kg 経口投与した。アセトアミノを果たしている 7)。そこで、肝臓中のグルタチオン

フェン 700 mg/kg 腹腔内投与し、6 時間後に採血し、量を調べた。酒粕加水分解物を摂取するこ とで肝臓を採取した。なお、本研究は就実大学動物実験

APAP によるグルタチオンの枯渇の回復が見られ

倫理委員会の承認を得て実施した。

た（表 1）。また、肝臓の病理組織学的評価を行っ

血清分析

た結果、APAP 投与群（図 2C）では中心静脈周辺

採取した血液は、37℃で 30 min 保温し、750×g、A

10 min 遠心して血清を回収した。
血清中の AST・ALT
活性はトランスアミナーゼ CⅡテストワコー（和光純薬）を、LDH 活性は Cytotoxicity Detection Kit（ロシュ）を、ALP 活性はラボアッセイ ALP（和光純薬）を用いて測定した。

unit)unit)
ASTAST(karmen(Karmen

4 週齢 ICR 雄性マウスに 7 日間、酒粕加水分解物

4500
3750

*

3000

**

2250
1500
750
0

肝臓中グルタチオン量の測定

B

肝臓をホモジナイズし、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。
組織病理学的評価

ALT ALT(karmen(Karmenunit)unit)

APAP
SLH (mg/kg)

0

製し、HE 染色により組織病理学的評価を行った。

C

+

0

250

1500
1200

**

900
600
300
0

-

APAP(‐)
SLP500mg/kg

500+

APAP(+)0++

APAP(+)APAP(+)
SLP250mg/kg SLP500mg/kg

250

500

250
200

*

150

肝臓に RIPA buffer を添加してタンパク抽出液を

+

500

1800

LDH
(U/l)
LDH(U/mL)

ウエスタンブロッティング解析

+

2100

APAP(‐)APAP
SLH (mg/kg)
0

採取した肝臓をホルマリン固定後、病理標本を作

-

500

**

100

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。一次抗体

500は anti-γ-GCS heavy subunit (γ-GCSh) 、anti-γ-GCS

APAP(‐)APAP
SLH (mg/kg)
0light subunit (γ-GCSl) 、 anti-HO-1 、 anti-Nrf2 、

D

ALP(U/ml)ALP(U/mL)

anti-mouse IgG HRP conjugated antibody を用いた。
ECL Prime Western Blotting Detection を用いて目的タ+

APAP(+)0++

APAP(+)APAP(+)
SLP250mg/kg SLP500mg/kg

250

160

*

120

500

*

80
40
0

APAP(‐)APAP
SLH (mg/kg)
0Image-J により定量化し、β-actin で補正した。

500

200

anti-β-actin を用いた。二次抗体は anti-rabbit 又は

ンパク質を検出した。各バンドは画像解析ソフト-

APAP(‐)
SLP500mg/kg-

APAP(‐)
SLP500mg/kg

500+

APAP(+)0++

APAP(+)APAP(+)
SLP250mg/kg SLP500mg/kg

250

500

図 1 APAP 誘導肝障害マウスにおける酒粕加水分解物による血清中の AST（A）、ALT（B）、LDH（C）、

３．結果と考察
マウスを用いて酒粕加水分解物による APAP 誘導
肝障害抑制作用の影響を調べた。肝臓の逸脱酵素で（2）- 188 -ALP（D）への影響（平均±SE、n = 5-6、*p < 0.05、**

p < 0.01 vs. APAP 投与群）

表１
表
肝臓中のグルタチオ
オン量GroupsTotal glutathio
one (μmol/g liver)ccontrol

3.8 ± 0.3S
SLH
500 mg/kg
g

3.5 ± 0.6A
APAP

0.012 ± 0.001

##

A
APAP
+ SLH 2550 mg/kg

0.047 ± 0.008

*, ##

A
APAP
+ SLH 5000 mg/kg

0.040 ± 0.009*, ##（平均±SE、n = 5-6、*p < 0.05 vs. AP
PAP 投与群、##p< 0.01 vs.コ
コントロール群群）

図 3 肝臓の γ-GCS、HO-11、Nrf2 タンパ
パク発現量（平平均±SE、n = 5-6、*p < 0.05、**p < 0.01
0vs. APAAP
投与群、#p < 0.05、##p < 0.01 vs.コンントロール群））

両方のサブユニ両ニットが必要要である。そこで、γ-GC
CS
両サブユニッ両トのタンパク
ク発現量を調調べた。APAAP
投与により、
投
肝臓中の
肝
γ-GC
CSh と γ-GCS
Sl および Nrff2
はコントロールは
ル群に比べてて有意にタンンパク発現量がが低下しているこ
低ことが分かっった（図 3A、lane3）。HO--1の発現はのAPAP を投与しててもコントロール群と同程
程度であった。一度
一方、酒粕加加水分解物をを摂取することとによりにAPAP 投与群に比べ投べて γ-GCSh、
γ-GCSl、γ
HO-11、

図 2 肝臓切片
片の HE 染色色による病理組
組織学的評価（A）コントロール群、（B）SLH 500
0 mg/kg 投与群
群、。
Nrrf2 の発現はは濃度依存的にに上昇していいた（図 3B）（C）APAPP 投与群、（DD）APAP+SL
LH 250 mg/kg
g投特に、500特mg//kg の酒粕加水
水分解物を投投与し、APAAP与群、（E）APAP+SLH 500 mg/kg 投与群
投による肝障害に害を誘導したた群では、HOO-1 の発現ががAP
PAP 群に比べ
べて 2.6 倍上昇昇していた。
酒粕加水分解解に肝細胞の壊に壊死が見られれたが、酒粕
粕加水分解物
物を物を物 1 週間摂取取しただけでではコントロール群と比較較

摂取すること摂とにより、肝肝細胞の壊死死の抑制が見見らしてし γ-GCSh、γ-GCSl、HO
O-1、Nrf2 の発現は変動が
の
が

れた（図
れ
2D
D、E）
。

見られなかった見た（図 3A、lane2）。以上上の結果から
ら、

次に酒粕加
加水分解物の APAP 誘導肝肝障害抑制作作用に Nrf2 やそその制御下にある抗酸化酵酵素が関与しして酒粕加水分解物
酒
物が Nrf2 抗酸
酸化経路を介介して APAP 誘
導肝障害抑制作
導作用を示すこことが示唆された。

いるか調べたい
た。Nrf2 は APAPA
誘導肝障
障害抑制作用用に

本研究により、酒粕加水
水分解物は細細胞内グルタタ

対して重要な対な役割を果たしていることとが報告されれてチオンを上昇チ
昇させるだけででなく、抗酸
酸化系を誘導すすいるい 8)。さららに、γ-GCS と HO-1 は転転写因子 Nrf2 にることにより、る、
APAP 誘導肝肝障害抑制作作用があるここ

9)

よって制御さよ
されている生生体内の抗酸化化酵素であるる 。

とが示唆されとれた。酸化ストレスは糖尿尿病、高血圧
圧、

γ-GCS
γ
は触媒
媒作用を有すする γ-GCSh と調節作用をとを有がんなど多くがくの病気の発発症や進展にに関与していいするす γ-GCSl かからなる二量量体であり、活性発現にははることが明らるかとなっている。よってて、酒粕加水水（3）- 189 -

分解は Nrf2 を介して酸化ストレスが起因する疾Biol Med. 47, 1304-1309 (2009).

病の予防に役立つ可能性が示唆された。
４．謝辞
本研究は公益財団法人ウエスコ学術振興財団学術助成事業の助成を受けて実施しました。心より感謝
申し上げます。酒粕を提供していただいた室町酒造
株式会社様に感謝申し上げます。
５．参考文献1) Meister A, Anderson ME. Glutathione. Annu Rev

Biochem. 52, 711-760 (1983).
2) Reid M, Jahoor F. Glutathione in disease. Curr

Opin Clin Nutr Metab Care. 4, 65-71 (2001).
3) Laskin DL, Pilaro AM.: Potential role of activatedmacrophages in acetaminophen hepatotoxicity. I.
Isolation

andcharacterizationofactivated

macrophages from rat liver. Toxicol Appl Pharmacol.
86, 204-215 (1986).
4) Hazai E., Vereczkey L. and Monostory K.:
Reduction

of

Toxic

Metabolite

Formationof

Acetaminophen. Biochem Biophys Res Commun.
291, 1089-1094 (2002).
5) Seelig GF, Simondsen RP, Meister A. Reversible
dissociation of gamma-glutamylcysteine synthetase
into two subunits. J Biol Chem. 259, 9345-9347(1984).
6) Bryan H. K., Olayanju A., Goldring C. E. andPark B. K.: The Nrf2 cell defence pathway:
Keap1-dependent and -independent mechanisms ofregulation. Biochem Pharmacol. 85, 705-717 (2013).
7) Mitchell JR, Thorgeirsson SS, Potter WZ, Jollow
DJ, Keiser H.: Acetaminophen-induced hepatic
necrosis. IV. Protective role of glutathione. J

Pharmacol Exp Ther. 187, 211-217 (1973).
8) Gum

SI,

Cho

MK.:

Recent updates on

acetaminophen hepatotoxicity: the role of nrf2 inhepatoprotection. Toxicol Res. 29, 165-172 (2013).
9) Kaspar JW, Niture SK, Jaiswal AK.: - Nrf2:INrf2(Keap1) signaling in oxidative stress. Free Radic（4）- 190 -

慢性炎症を駆動する「AGEs-RAGE 系」の活性化メカニズムの解明
就実大学 薬学部
渡邊 政博，豊村 隆男，森 秀治
社会の高齢化に伴い，生活習慣や加齢に伴って進行する疾患のメカニズムの解明と治療戦略の構築が強く求められている．近年，これらの疾患の基盤として慢性炎症が注目を集めている．生体内において生成・蓄積す
る終末糖化産物（Advanced glycation endproducts, AGEs）は，受容体（Receptor for AGEs, RAGE）を介して持続的に炎症反応を活性化し，慢性炎症の要因となる可能性が示唆されている．このことから，AGEs-RAGE 系は慢性炎症の治療標的候補として有望と考えられるものの，その活性化メカニズムには不明確な点が残されている．AGEs は，RAGE 以外の受容体（Toll-like receptor, TLR）のアゴニストとしても作用する可能性が示唆されている．そのため，AGEs-RAGE 系に焦点をあてた解析を行うためには TLR を介した作用を除外することのできる細胞評価系が必要と考えられる．そこで本研究において我々は，ゲノム編集により TLR を欠損させた免疫担当細胞を作製した．作製した細胞は，欠損させた受容体のアゴニストに対する応答性が低下しており，今後
AGEs-RAGE 系の解析を進める上で有用なツールとなると考えられる．
は，AGEs と相互作用する内在性分子のスクリーニ

1. 背景と目的
本邦は世界に類をみない老齢人口の増大局面を迎ングを試み，AGEs と複合体を形成する可能性をもえており，健康寿命の延伸が喫緊の課題である．こつ分子を複数同定している．これらの分子の一部にの課題を解決するためには，メタボリックシンド

ついて解析を進めたところ，AGEs と相互作用する

ロームをはじめとする生活習慣や加齢に伴って進行分子の共存により AGEs-RAGE 系の活性が変化するする疾患のメカニズムの解明と治療戦略の構築が重可能性が示唆された [4]．この知見は，AGEs が単独要と考えられる．近年，これらの疾患の形成に非感で RAGE に作用するメカニズムに加え，AGEs が他

染性の炎症の遷延（慢性炎症）が寄与している可能の分子と複合体を形成して AGEs-RAGE 系を活性化性が指摘されている．また，慢性炎症が生じる要因

するメカニズムが存在する新たな可能性を示唆してとして，加齢や高血糖に伴い生体内に蓄積することいる．

が知られている終末糖化産物（Advanced glycation

AGEs が複合体を形成して RAGE に作用すること

endproducts, AGEs）が注目を集めている [1, 2]．AGEs

を検証するためには，RAGE が発現しており，AGEs

は糖類と生体分子が非酵素的に結合することによっ

刺激に応答する RAW264.7 細胞等の免疫担当細胞をて生じ，マルチリガンド受容体である Receptor for

用いることが望ましい．しかしこれらの細胞には，AGEs（RAGE）を介して炎症反応を活性化すること

AGEs が RAGE と同様にリガンドとして作用するこが報告されている．この知見は，生体内に蓄積したとが示唆されているマルチリガンド受容体 Toll-like

AGEs による持続的な AGEs-RAGE 系の活性化が，receptor（TLR）が発現している．従って免疫担当細慢性炎症の本体である可能性を強く示唆している

胞を AGEs-RAGE 系の機能解析に供する場合，TLR[3]．

を介した作用が同時に生じるため解析が困難となる．

しかし一方で，RAGE が AGEs を認識するメカニ

そこで本研究では，ゲノム編集により TLR を欠損

ズムや，RAGE 下流のシグナル伝達に関与する分子させた免疫担当細胞を作製し，AGEs の作用をRAGEは完全に明らかになっていない．慢性炎症病態を理のみに焦点をあてて解析することが可能な評価系の解し，治療戦略を構築するためには，これらの分子構築を試みた．

メカニズムを解明する必要がある．これまでに我々（1）- 191 -

2.
2 方法

行った．P
行
値 < 0.05 を統計計学的有意差差ありとしたた．

遺伝子欠損細遺細胞の構築

全てのデータは
全は平均値 ± 標
標準誤差にてて表記した．

エレクトロ
ロポレーシ ョン法（Neeon Transfectition
System，サーSーモサイエンテ
ティフィックク）により Caas9

3. 結果と考察
察

タンパク質
タ
（
（GE ヘルスケ
ケア・ジャパンン），crRNA（GGE

遺伝子欠損細胞
遺胞の構築

ヘルスケア・
ヘジャパン，IDT），tracrR
RNA（GE ヘヘル

本研究では，ゲノム編集集により TL
LR4，TLR2，

スケア・ジャ
ス
ャパン，IDT）を，5×106 個の個 RAW264
64.7

RA
AGE お よ び TLR4-TL
LR2-RAGE を 欠 損 し た細胞に導入し細した．
細胞へのの変異導入効
効率は，
ミスマ
マッ

RA
AW264.7 細胞胞の構築を試試みた．ゲノム編集においいチ切断アッセチ
セイ（Guide-iit Mutation Deetection Kit，タて変異導入箇所て所のガイドととなる crRNAA は，その設計
計

カラバイオ）
カにより検討討した．続いてて，限界希釈釈法

位置によっては位
は，十分に機
機能しない場場合があることとにより変異のにの導入が確認された細胞集
集団のクローーニが知られているがる．そこで，クローニン
ングを行う前ののングを行ったン
た．得られた複数のクローーンについてて，段階で，ミスマ段
マッチ切断アアッセイ（図図 1）により変変変異導入が推変推定される領領域周辺のゲノノム DNA 配配列

異導入効率の確異確認を行うこことで crRNA
A の優劣を判
判を PCR によより増幅し，シーケンス
ス解析に供し
した

断した．
断
各遺伝
伝子についてて複数の crRN
NA を用いて検検（ユーロフィ
ィンジェノミクス）．解析結結果より，変
変異

討を行い，
討
最も
も変異導入効効率が高かった
た crRNA を用
用導入によりフ導
フレームシフトが生じていいるクローン
ンをいて以下の検討い討を行った．ミスマッチ
チ切断アッセイイ

選択し，以下選
下の解析に供供した．

により算出されにれた各遺伝子子の crRNA による変異導導入効率は以下の入の通りであっった．TLR4：30%，TLR2：

遺伝子欠損細遺細胞の性状の評価

32
2%，RAGE：9%．

TLR4 アゴゴニストと して E. colli K12 株由由来，TLR2 アゴ
LipopolysacchLharide（LPS）（Invivogen）
ゴニ
ストとして
ス
P
Pam3CSK4（（Invivogen），RAGE 等ののアゴニストとしゴ
して glyceraldeehyde（Sigmma）と BSA（（ナ
カライテスクカク）から調製しした AGEs を培地
を（10%FB
FBS（Gibco）を添添加した DM
MEM（Sigmaa）
）に混合し
し，
野生型
野
RAW2264.7 細胞および各 KO クローンに与
ク
与え
た．6
た
時間培
培養後，FastG
Gene RNA 精製製キット（日日本
ジェネティクジクス）によ り total RNA
A を抽出しし，
ReverTraR
Ace qPCR RT
T Master Miix with gDNNARemover（TOR
OYOBO）により逆転写しし cDNA を合合成

図 1．ミスマッッチ切断アッッセイによる TLR4 遺伝子
子した．続いてして，THUNDEERBIRD SYYBR qPCR M
Mixへの変異導入へ
入の確認 変異
異導入領域周周辺のゲノムム（TOYOBO）を用いて Thhermal Cyclerr Dice Real Tim
ime

DNA を PCR により増幅しにし，PCR 産物
物をミスマッチチ

SystemS
Lite（（タカラバイオオ）による realr time PCR
R解切断酵素（Gu
切
ide-it Resolvvase）によりり消化し，アガガ

析に供した．
析
プライマーは，タカラバ
バイオより購購入

ロースゲル電気ロ
気泳動に供しした．酵素消消化により，変変した（β-acti
しin ，MA0503368-F およびび-R ；TNFαα，

異導入により生
異生じたミスママッチ部分がが切断され，消消MA154015-F
M
および-R）．

化断片（矢印）化）が検出されれる．

統計解析
統引き続き，ミスマッチ切
切断アッセイにより変異導導

統計解析はは R（version 3.1.3，The R Foundation for

入が確認された入た細胞を限界界希釈法によりクローニンン

statisticalscommputing）を用い，Student の t 検定によよりグした．得られグれたクローン
ンについて，ゲノム DNA
A（2）- 192 -

の crRNA の設
設計領域周囲囲を PCR により増幅し，シ
シー

精査し，変異導精導入によりフフレームシフトが生じたク
ク

ケンス解析にケに供した．その結果，塩基基の挿入や欠欠損

ローンを選別ロ
し，標的遺伝伝子の KO クローンとしててが生じておりがり，変異導入入に成功したククローンが見見出採用し，以下の解析 に供した．また，された．一方さ
方で，変異導導入が確認されれた場合でああっTL
LR4-TLR2-RA
AGE KO クローンについいては，TLRR4ても，アミノてノ酸残基単位位の変異にとどどまるクローーン

KO
O クローンににおいて TLR
R2 遺伝子にに対する変異導導も存在していもいた．このような場合，標標的遺伝子よ
より

入により
入
TLR4
4-TLR2 KO ク
クローンを作作製し，このク
ク

発現するタン発
ンパク質は，一部のアミノノ酸残基のみ
みが

ローンに
ロ
RAG
GE 遺伝子にに対する変異異導入を行うここ

変異した分子変子となり，本
本来の機能を保保持しているる可とにより作製した．

能性が考えら能られる．そのためシーケン
ンス解析結果果を

図 2. 各種アアゴニストにに対する KO クローンの応
ク
応答性の比較 1 μg/mL LPS，300
L
ngg/mL Pam3C
CSK4 および
び
500
5 μg/mL A
AGEs により野生型細胞（WT）およびび各 KO クロローン（TLR4
4 KO，TLR22 KO，RAGE KO およびび
RAGE KO）を刺激し，rreal time RT--PCR により TNFαの mR
TLR4-TLR2T
RNA レベルをを相対定量しした．
遺伝子欠損細遺細胞の性状の評価

ナログであるナ
Pam3CSK4，RAGE 等ののアゴニストとと続いて，作作製した各 KOK クローンのの性状を評価
価す

してし AGEs を用用いた．これれらのアゴニニストで野生型
型

るために，
る
TL
LR4，TLR2 およびおRAGE
E のアゴニススト細胞と細KO クローンを刺激ク
激した際の応応答を，TNF
Fαに対する応答に答を検討したた．本研究ではは，TLR4 アアゴの mRNA 量ににて比較した（図 2）．そのの結果，TLR
R4

ニストとしてニて E. coli K122 株由来の LP
PS，TLR2 アアゴKOO クローンににおいて LPSS に対する応応答性が低下ししニストとしてニて細菌由来のリポタンパク
ク質のN 末端端アていることが確て確認された（図 2，1 行目
目左）
．この結
結

（3）
- 193 -果は，このクローンにおいて TLR4 が機能していなにより評価系を確立し，AGEs の複合体形成がいことを示しており，想定通り TLR4 KO クローンAGEs-RAGE 系の機能に与える影響の解析につなげが得られたことが確認された．一方で，このクローたいと考えている．

ンは AGEs 刺激に対する応答性も低下していることが見出された（図 2，1 行目右）．この結果は，AGEs

4. 謝辞
本研究をご支援いただきました公益財団法人ウエが TLR4 のアゴニストとして作用する可能性を示唆

スコ学術振興財団に深く感謝いたします．

している．
また，TLR2 KO クローンにおいて Pam3CSK4 に対する応答性が低下していることが確認された（図5. 引用文献

2，2 行目中）．この結果は，このクローンにおいて[1] Kaji, Y., Usui, T., Oshika, T., Matsubara, M.,

TLR2 が機能していないことを示しており，想定通Yamashita, H., Araie, M., Murata, T., Ishibashi, T., Nagai,

り TLR2 KO クローンが得られたことが確認された．

R., Horiuchi, S., 2000. Advanced glycation end products

さらに，このクローンは LPS に対する応答性も低下

in diabetic corneas. Investigative ophthalmology & visual

していることが見出された（図 2，2 行目左）．このscience 41, 362–368.

原因として，TLR4 アゴニストとしての LPS の特異[2] Li, S.-Y., Du, M., Dolence, E.K., Fang, C.X., Mayer,

性が低く，本研究の実験条件では TLR2 を介した細G.E., Ceylan-Isik, A.F., LaCour, K.H., Yang, X., Wilbert,

胞応答が生じた可能性が考えられるものの，今後よC.J., Sreejayan, N., Ren, J., 2005. Aging induces cardiac

り詳細な検討が必要である．一方で，このクローン

diastolic dysfunction, oxidative stress, accumulation of

は AGEs 刺激に対する応答が大きく変化しておらず，

advanced glycation endproducts and protein modification.

AGEs は TLR2 のアゴニストとして作用しない可能

Aging Cell 4, 57–64.

性が考えられた（図 2，2 行目右）．

[3] Takeuchi, M., Yamagishi, S., 2004. TAGE (toxic

また，RAGE KO クローンでは AGEs に対する応AGEs) hypothesis in various chronic diseases. Medical

答性が低下していることが確認された（図 2，3 行目

Hypotheses 63, 449–452.

右）．一方で，LPS と Pam3CSK4 に対する応答性は[4] Watanabe, M., Toyomura, T., Wake, H., Liu, K.,

変化しないことが見出された（図 2，3 行目左，中）．

Teshigawara, K., Takahashi, H., Nishibori, M., Mori, S.,

これらの結果は，RAGE は AGEs の受容体として機2017. Advanced glycation end products attenuate the

能し，他の TLR アゴニストの受容体としては機能しfunction of tumor necrosis factor-like weak inducer ofないことを示唆している．

apoptosis to regulate the inflammatory response.

また，TLR4-TLR2-RAGE KO クローンについては，

Molecular and Cellular Biochemistry 434, 153–162.

それぞれの標的遺伝子を個別に欠損させたクローンにおいて得られた上述の結果を支持する結果が得られた（図 2，4 行目）．
以上の検討により，TLR4，TLR2 および RAGE の各受容体を欠損した RAW264.7 細胞，および 3 つの受容体を全て欠損した細胞を得ることができた．これらの細胞を AGEs-RAGE 系解析のための評価系として確立するためには，本研究において検討した
TNFαの mRNA レベル以外の方法によって各細胞の性状をより詳細に評価する必要がある．今後の検討（4）- 194 -

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）サブファミリー間の触媒機能の相違の原因を明らかにすることを目的とし、第 2 年度である本年度は、初年度に引き続き、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 [Vmax]、Michaelis 定数 [Km]など）及び阻害定数を算出した。また、CYP2C9 では遺伝子多型の影響も検討した。トルブタミド水酸化活性では CYP2C サブファ
ミリー間及び CYP2C9 変異体間で Vmax 及び Km の相違が確認された。
各種ステロイドホルモンの影響の CYP2C サブ
ファミリーに対する阻害活性を比較したところ、テストステロン及びプロゲステロンは CYP2C9 に対して同程度の阻害活性を示した。一方、テストステロンは CYP2C19 による活性をほとんど阻害しなかったが、プロゲステ
ロンは CYP2C19 活性に対して強い阻害作用を示した。
コルチゾールには CYP2C9 及び CYP2C19 活性の阻害は認められなかった。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

験からの酵素反応速度論的パラメータを集積し、三ヒトに投与された薬物は肝臓などの薬物代謝酵素

次元構造解析で得られた解析結果と比較することにによって代謝され、体外に排泄される。ヒト肝臓ミより、
各種 P450 サブファミリー内の三次元構造と触クロゾーム画分に存在する薬物代謝型シトクロム

媒機能の関連を明らかにする。第 2 年度である本年P450（P450 又は CYP）は、多くの薬物の代謝に関与

度は、初年度に引き続き種々の化合物を用いた代謝

する最も重要な酵素の１つであるが、その一次構造実験からの酵素反応速度論的パラメータを算出した。

の相同性からさまざまな分子種に分類されており、

特に、今年度は、CYP2C9 の変異体である CYP2C9.2

一般的に基質特異性が低いとされている 1,2)。また、（Arg144Cys）及び CYP2C9.3（Ile359Leu）3)も加え同一のサブファミリー（アミノ酸配列の相同性がて、CYP2C9 の 1 アミノ酸変異の影響も検討した。

55%以上）であっても基質特異性が異なっており、多くの P450 で遺伝子多型があることが知られている。

２．方法

例えば、肝臓の総 P450 含量の約 25%を占め、医薬品

1. 材料の約 30％の代謝に関与している CYP2C サブファミリ大腸菌に発現した CYP2C8、CYP2C9.1、CYP2C9.2、ーである CYP2C8、CYP2C9、CYP2C18 及び CYP2C19 はCYP2C9.3 及び CYP2C19（Bactosomes）は、Cypex 社

77%以上のアミノ酸相同性を示すが、その基質特異性(Dundee、 英国)より入手した。

はCYP2C サブファミリー内で大きく異なっている 3)。
さらに、CYP2C9 及び CYP2C19 には遺伝子多型がある

2. 薬物代謝酵素活性及び阻害活性の測定

ことが知られており、CYP2C9 の変異体では野生型

トルブタミド水酸化活性は既報 4)のHPLC 法で測定

（CYP2C9.1）と異なった薬物代謝活性を示すことがし、CYP2C8、CYP2C9 と変異体及び CYP2C19 における報告されている 3)。しかし、このようなサブファミ

最大速度（Vmax）、 Michaelis 定数（Km）及び Vmax/Km

リー内での基質特異性の相違の原因は、立体構造とを算出した。また、阻害活性の比較においては、各機能の観点で詳細に解明されていない。そこで、こ種濃度の 3 種ステロイドホルモン（テストステロン、の原因の解明のため、種々の化合物を用いた代謝実

プロゲステロン及びコルチゾール）を添加した時の（1）- 195 -

トルブタミド水酸化活性を、添加しない時の代謝活に対しては 10 及び 100 µM でそれぞれ 40％及び 79％

性と比較し、阻害様式及び阻害定数（Ki）を算出し阻害した。テストステロン及びプロゲステロンはた。

CYP2C9.2 に対して CYP2C9.1 と同程度の阻害活性を示したが、CYP2C9.3 に対しては 100 µM においても顕著な阻害は認められなかった。一方、コルチゾー

３．結果
トルブタミド水酸化活性においては、CYP2C19 にルはCYP2C9及びCYP2C19によるトルブタミド水酸化

よる Km は 346 µM、Vmax は 13.7 nmol/min/nmol P450、活性の阻害は示さなかった。プロゲステロンの

Vmax/Km は 39 µL/min/nmol P450 であり、CYP2C19 にCYP2C19 に対して最も強い阻害を示したので、種々おける Km、Vmax 及び Vmax/Km 値は CYP2C9.1 より大きいの基質濃度及び阻害剤濃度を用いて阻害様式及び Ki

ことが示された（表 1）。一方、CYP2C8 では、基質濃値を検討したところ、プロゲステロンは競合阻害を度（S）500 及び 1000 µM での活性値（v）が 0.13 及示し、Ki 値は 1.11 µM であった（図 1）。

び 0.41 nmol/min/nmol P450 であり、v/S は 0.3-0.4µl/min/nmol P450 となり、CYP2C9 及び CYP2C19 の表 2．CYP2C9.1、CYP2C9.2、CYP2C9.3 及び CYP2C19

Km に比べ非常に低い値であった。したがって、以降によるトルブタミド水酸化活性に対する各種のトルブタミド水酸化活性における各種阻害剤の影

ステロイドホルモンの阻害活性響の検討では、CYP2C8 は用いないこととした。また、％ of control

CYP2C9 変異体では、CYP2C9.2 の Km、Vmax 及び Vmax/Km

ステロイド

値は CYP2C9.1 と同程度であったが、CYP2C9.3 の Km

テストステロン

P450

11)

101)

1001)

CYP2C9.1

82.3

86.8

46.4

値はCYP2C9.1 の約3 倍、Vmax 値は約1/2 であり、Vmax/KmCYP2C9.2

100.3

84.7

42.3

値は約 1/8 であった。CYP2C9.3 の Km 値は CYP2C19

CYP2C9.3

96.0

104.2

(<74)

と同程度であった。

CYP2C19

103.8

89.5

86.7

CYP2C9.1

92.2

60.1

21.4

CYP2C9.2

88.8

69.1

33.7

CYP2C9.3

102.2

84.3

77.5

CYP2C19

68.0

24.1

7.8

CYP2C9.1

－

－

88.3

CYP2C19

－

107.8

89.2

プロゲステロン

表 1．CYP2C8、 CYP2C9 及び CYP2C19 によるトルブタ
ミド水酸化活性Km

Vmax

Vmax /Km(µM)(nmol/min/nmol)(µl/min/nmol)

コルチゾールa)--(0.3-0.4)

CYP2C9.15)

98

2.1

21

5)

CYP2C9.2

130

2.3

18

CYP2C9.35)

335

0.91

2.7

CYP2C19

346

13.7

39

1) 阻害剤（ステロイド）濃度（µM）
1/v (nmol/min/nmol)-1

CYP2C8a) v/S。
基質濃度 500 及び 1000 µM での活性値は 0.13
及び 0.41 nmol/min/nmol であった。

3
CYP2C19
Ki： 1.11 µM
21

活性に対する各種ステロイドホルモンの影響を比較

0
0.000
0.005
1/S (µM-1)

した
（表 2）
。
テストステロンは CYP2C19 に対して 100

図 1． CYP2C19 によるトルブタミド水酸化活性に対µM までほとんど影響しなかったが、CYP2C9 に対してするプロゲステロンの阻害

は 100 µM で約 1/2 に活性が低下した。プロゲステロ

プロゲステロン濃度：0 µM (●)、0.5 µM (■)、2 µM

ンは CYP2C19 に対して 1 µM で 32％阻害し、CYP2C9.1(▲)、10 µM (◆)

CYP2C サブファミリーによるトルブタミド水酸化-0.005（2）- 196 -

0.010

て 1 µM で強い阻害を示した。テストステロン及びプ

４．考察
初年度より、活性発現における CYP2C サブファミ

ロゲステロンは CYP2C9.2 に対して CYP2C9.1 と同程リー間の相違を 3 種類の基質（アミノピリン、トル度の阻害活性を示したが、CYP2C9.3 に対しては顕著

ブタミド及び p-チラミン）を用いて検討してきたが、な阻害は認められなかった。一方、コルチゾールにアミノピリン N-脱メチル化活性における Km 値は

はCYP2C9及びCYP2C19活性の阻害は認められなかっ

CYP2C9＞CYP2C8＞CYP2C19、Vmax は CYP2C8＞CYP2C9た。プロゲステロンの CYP2C19 に対して最も強い阻＞CYP2C19 であり、Vmax/Km は CYP2C8＞CYP2C19＞

害を示したので、種々の基質濃度及び阻害剤濃度を

CYP2C9 であった。一方、トルブタミド水酸化活性で用いて阻害様式及び Ki 値を検討したところ、プロゲ

は、CYP2C19 における Km、Vmax 及び Vmax/Km 値は CYP2C9

ステロンは競合阻害を示し、Ki 値は 1.11 µM であっより大きく、CYP2C8 では非常に低い活性しか認めらた（図 1）。

れなかった。さらに、CYP2D6 が強いことが報告されている p-チラミンからドパミンの生成活性6)

このように、ステロイドホルモンの間で CYP2C サは、

ブファミリーに対する阻害活性に差が認められた。

CYP2C8、CYP2C9 及び CYP2C19 のいずれにおいても活この一因としては、これらのステロイドホルモンの性は認められなかった。このように、基質によって主要代謝酵素の相違が関係していると思われる。テ

基質親和性（Km）及び活性（Vmax）に相異が認められストステロンは、2β-及び 6β-水酸化反応には主にたが、今後、さらに多くに基質を用いて検討し、こCYP3A4 が関与するが、16α-水酸化反応には CYP2C9の原因をドッキングシミュレーション法 7)を含む三及び CYP2C19 が寄与しており、プロゲステロンは、次元構造解析などを実施して解明していく必要があ

2β-、6β-及び 16α 水酸化反応には主に CYP3A4 が関ると考えられる。

与するが、21-水酸化反応には CYP2C19 が寄与してい一方、阻害活性に関しては、初年度は、阻害活性る 9)。一方、コルチゾールでは 6β-水酸化反応にはの報告が少ない CYP2C8 を中心に検討した。
ペニシリ

主に CYP3A4 が関与すると報告されている 9)。したがン系抗菌薬のうち、アモキシシリン及びピペラシリって、コルチゾールには CYP2C サブファミリーに対ンは CYP2C8 によるアミノピリン N-脱メチル化活性する阻害活性が認められなかったが、テストステロを阻害したが、CYP2C9 によるトルブタミド水酸化活

ン及びプロゲステロンではCYP2C9及びCYP2C19の反性の阻害は認められず、CYP2C8 と CYP2C9 の間に相

応部位においてトルブタミドと競合するため、競合違が認められた。また、アゾール系抗真菌薬である阻害が起こっていたものと推察された。
このことは、

ケトコナゾール及びミコナゾールの CYP2C8 に対す

さらに多くのステロイドホルモンを用いて詳細に確る Ki 値（0.86-1.98 µM）は CYP2C19 での報告値認していく必要があり、生体内でのステロイドホル（0.33-28 µM）8)と同程度かそれより低い値であっモンの薬物代謝酵素に及ぼす影響という観点からもた。

考察していきたいと考えている。

今年度は、ヒトにおいて分泌され体内で循環して今年度、トルブタミド水酸化活性に対する CYP2C

いるステロイドホルモンが CYP2C サブファミリーのサブファミリーの基質特異性を検討した。また、活性に対して影響するのかという観点も勘案して、CYP2C サブファミリーに対する種々のステロイドホ

代表的なステロイドホルモンの影響を検討した。スルモンの阻害活性を検討した。今後、さらに多くのテロイドホルモンとしては、男性ホルモンであるテ

基質及び阻害剤の影響を検討し、in vitro 実験で得ストステロン、黄体ホルモンであるプロゲステロン

られた結果と Docking simulation 法 7)などの三次元及び糖質コルチコイドであり、ストレスホルモンと構造解析を組み合わせることにより、CYP2C サブフ

しても注目されているコルチゾールを用いた。テス

ァミリーの基質特異性の相違の原因を詳細に解明しトステロンは CYP2C19 による活性をほとんど阻害していく必要がある。

なかったが、プロゲステロンは CYP2C19 活性に対し（3）- 197 -

9) Niwa T, Murayama N, Imagawa Y, Yamazaki H,

５．謝辞
本研究を遂行するにあたり、公益財団法人ウエス

Regioselectivehydroxylationofsteroidコ学術振興財団による研究助成を賜りましたことを、

hormones by human cytochromes P450, Drug Metab

深く感謝申し上げます。

Rev, 47: 89-110 (2015).

６．参考文献1) Rendic S, Di Carlo FJ. Human cytochrome P450
enzymes: a status report summarizing theirreactions,substrates,

inducers,

inhibitors.

Drug

Rev.

Metab

and

29:413-580(1997).
2) Rendic S. Summary of information on human CYP
enzymes: human P450 metabolism data. Drug
Metab. Rev, 34: 83-448 (2002).
3) Niwa T, Yamazaki H. Comparison of cytochrome
P450 2C subfamily members in terms of drugoxidation rates and substrate inhibition.
Curr Drug Metab, 13: 1145-1159 (2012).
4) Niwa T, Inoue S, Shiraga T, Takagi A. No
inhibition of cytochrome P450 activities inhuman liver microsomes by sulpiride, anantipsychotic drug. Biol. Pharm. Bull, 28:
188-191 (2005).
5) Niwa T, Hata T. The effect of genetic
polymorphism on the inhibition of azole
antifungal agents against CYP2C9-mediatedmetabolism. J Pharm Sci. 105: 1345-1348(2016).
6) Hiroi T, Imaoka S, Funae Y. Dopamine formationfrom tyramine by CYP2D6. Biochem Biophys Res
Commun. 49: 838-843 (1998).
7) Niwa T, Yasumura M, Murayama N, Yamazaki H.
Comparisonofcatalytic

propertiesofcytochromes P450 3A4 and 3A5 by moleculardocking simulation. Drug Metab Lett, 8: 43-50(2014).
8) Niwa T, Imagawa Y, Yamazaki H. Druginteractions between nine antifungal agentsand drugs metabolized by human cytochromes
P450. Curr Drug Metab, 15: 651-679 (2014).

（4）- 198 -

発酵乳ホエエーより単単離した睡眠眠を誘導すするペプチドの作用機
機序の解明
就実
実大学
坪井

薬学
学部
誠二
二

睡眠は，人
人が生存する
る上で衣食住とともに重要要な課題である．不眠に悩悩んでいる現
現代人は多く，，鬱病をはじじめとする自律
律神経性の疾疾患や，睡眠不不足に起因すするあらゆる疾患の原因ととなっているる．睡眠不足のの原因は，不不規則な生活様様式を強いらられることで，睡眠異常等
等の概日リズズム障害や，そ
その要因のひひとつとしてて考えられる，，
脳内で作られれる睡眠ホルルモンであるメラトニン分分泌リズムのの異常が考えられる．我々々は，睡眠ホルルモンであるる
メラトニンをを作り出す酵
酵素セロトニン N-アセチル
ルトランスフフェレース (N
NAT) 活性がが，内因性トリペプチドでであるグルタチチオンによっってレドックスス制御をうけけることを明明らかにした．乳酸菌によ る発酵乳ホエ
エーをラットトに与えることとにより，内因性メラトニ
ニン分泌リズズムの位相調整
整又は振幅増増強作用がああることをみい
いだしておりり，
この作用は，発酵乳ホエ
エー成分が細細胞内グルタチ
チオンレベル
ルを上昇させせ，メラトニ ン合成の律速
速酵素である
る
NAT 活性を増増強させていいることによっていると考考えている．

ムとメラトニンン合成機構
2. 概日リズム1. はじめにに
概日リズム
ムを司る松果果体ホルモン
ンであるメラ トニ

生物は，広く生
地球の自転周周期に適応すするため，約約ン，その生合
合成は律速酵酵素であるセロロトニン N−アアセ

24 時間周期の生時
生物リズム（（概日リズム）を持っていいチルトランススフェラーゼゼ（NAT）を介して複雑にに制る．概日リズム
ムは，睡眠・覚覚醒だけでななく自律神経経

御されているる．ここではは，今まで報報告されているるタや代
代謝系といった全身の生理
理活動に影響響を与え，生生

ンパク質レベベル及び転写写調節レベル
ルでの制御とと，物がが 1 日の昼夜
夜リズムに伴っ
って効率よくく快適に生活活

我々が明らかかにしたレドドックス制御御機構についてて述してていく上で重重要なシステム
ムである．ここのリズムをべる．

生み
み出す生物時
時計は，単細胞胞生物からヒヒトに至るまで広広く存在してており，様々なな活動や代謝謝の日内変動動を制制御している．哺乳類におおいて，生物
物時計は視床床下部部の「視交叉
叉上核」と呼ばばれる神経細細胞集団に存存在ししている．この視交叉上核
核は，本来約
約 25 時間の自自律的的な内因性ののリズムを持っっているが，網膜で光刺刺
激をを受け，網膜膜視床下部神経経経路を介しして時間をリセッ
ットする事でで，約 24 時間
間周期の外界リ
リズムに同調調させせている．視交叉上核で形形成された概概日リズムは，，
上頸
頸部交感神経
経節の交感神経経を介して松松果体と呼ば
ばれる
る内分泌器官
官に伝えられるる．松果体は
は，概日リズズ
ムにに応答してメラトニンを合合成しているる．すなわち，，（1）- 199 -

松果体のメラトニン量は，昼間は非常に低レベル（ほにより疎水性のポケットが形成される．セロトニン

とんど 0）に抑えられているが，夜間に劇的に上昇しはこの疎水性のポケットに入り込み，アセチル CoAて真夜中頃にピークとなり，その後急速に減じ，朝よりアセチル基を受け取り，N−アセチルセロトニン

方には消失する．メラトニンは合成後直ちに血中にとして NAT から離れていく．すなわち，セロトニン

放出され，体中を循環し，メラトニン受容体を介しが NAT の基質となるためにはアセチル CoA によるて時間情報を全身に伝える．メラトニンは時間情報

疎水性ポケットの形成が必修条件であり，NAT の安ホルモンであり，松果体は時間情報を液性情報に変定化剤としてアセチル CoA が報告されているのはこ換する装置である．

の理由からである．

メラトニンは血中より供給されるＬ-トリプトファ

さらに，NAT と 14−3−3 ζ タンパク質との複合体のンを前駆物質としてトリプトファンヒドロキシラー構造が報告されている 3-5)．14-3-3 タンパク質は現在

ゼと芳香族 L-アミノ酸カルボキシラーゼの 2 つの酵

9 つのサブタイプ （ α, β, γ, δ, ε, η, σ, τ, ζ ）が同定

素によりセロトニンに変換された後，NAT とヒドロされ，松果体には ε，ζ が発現しており，特に ζ はキシインドール-O-メチルトランスフェラーゼによ

NAT との複合体形成に重要である 6, 7)．リン酸化されり合成される．これらの酵素のうち NAT が最もよくた Thr 31 のリン酸基部分が 14-3-3 ζ タンパク質の時間情報に応答し，その活性は強いリズム性を示す．

Arg 56，Arg 127 及び Tyr 128 残基と水素結合するこ

つまり，NAT 活性の変動とメラトニンの合成量はほとにより，複合体を安定化しており，この結果は，ぼ対応しており，NAT はメラトニン合成の律速酵素

14-3-3 ζ タンパク質と NAT との結合にリン酸化が重である．従って，概日リズムの形成と維持機構を明要であることを示している．

らかにする上で，松果体における NAT 活性の調節機

4. NAT の制御機構

構の全貌を明らかにする事は極めて重要である．

1) 転写調節レベルでの制御

NAT 活性の調節機構を明らかにするために，まず，生体時計による NAT 活性の制御機構の研究は，転NAT の構造について説明する．

写調節制御とタンパク質レベルでの活性制御の両方

3. NAT の構造向から研究が進められてきた．転写調節による制御

NAT は，207 個（ラットは 205 個）のアミノ酸かについては，ラットやヒトの細胞を用いてこれまでらなる分子量 23,076 の可溶性タンパク質である 1, 2)．

に次のカスケードが明らかになっている．すなわち，

基質はセロトニンとアセチル CoA であり，N−アセチ

時間情報により夜間に交感神経末端より放出された

ルセロトニンを生成する反応を触媒する．NAT は全

ノルアドレナリンは，松果体細胞上の β 受容体に結体的には球状であり，5 つのアルファ・ヘリックス及合し，Gs タンパク質を介してアデニル酸シクラーゼ

び 7 つのベータ・シートを持っている．3 つのポリペを活性化し細胞内の cAMP 濃度を上昇させる．そのプチド鎖（ループ 1，2 及び 3）がアセチル CoA 結合

結果，A キナーゼが活性化され，転写因子 CREB が部位の上にあり，漏斗状の形をとっている．NAT がリン酸化される．リン酸化 CREB は NAT 遺伝子の転活性化するためには，まずアセチル CoA が NAT の写量を増加させ，その結果，NAT 活性が上昇しメラ

アセチル CoA 結合部位に結合することが必要である．

トニン出力が増加する．この一連のカスケードは夜

その結果，ループ 1 に存在する Phe 56 及び Pro 64，

間にのみ起こる．明け方には交感神経からのノルア

ループ 3 に存在する Val 183，Leu 186 及び Phe 188

ドレナリン入力がなくなり，NAT 活性上昇とメラト（2）- 200 -

ニン出力もな
なくなる 8)．ヒツジ等のの有蹄類においいてされた．以前よより，NAT は N-ethylmaleimide（NEM）
唆さ

も，同様に NNAT 活性は昼昼低く（ほとんど検出されれなのよような SH 基修飾試薬に基によって活性がが阻害されるるい）夜高いとというリズムム性を示すが，，NAT 遺伝子子の事かから，活性発発現に重要な システイン残残基を有してて

転写量は昼とと夜の間でほほとんど差がない．従ってて，いるることが予想想されていた 10)．我々は NAT
N をアセチチ

この場合はラ
ラットやヒトトで見られるような転写調調節

ル CoA で前処理理した場合， NEM によるる活性阻害ががによる活性制制御より，後後述するタン
ンパク質レベル
ルで抑制制されることとから， 14C-N
NEM を用いいてアセチル
ルの活性制御がが優勢である
ると考えられる．

CoA
A 存在下また
たは非存在下ににおける 14C-NEM の取りり2) タンパク質レベルでのの制御，このシステ
込み
みを比較するることにより，
テイン残基ををされタンパク質
質レベルでのの制御は次のように理解さ同定定した．そのの結果 Cys 61 及び Cys 177 が活性発現現ている．すななわち，ノル
ルアドレナリン刺激によ り活に重重要であることがわかった
た．この 2 つのシステイ
つイ

性化された A キナーゼはは NAT タンパ
パク質自体をももリン残残基の間で –SH/–S–S––のの交換反応がが起こり，還元
元

ン酸化する．NAT タンパ
パク質は，昼
昼間はプロテアアソ

型（–SH 型）でで 100％の活性性を示す一方方，酸化型（––ームにおいてて分解されてているため検検出できないがが，S–S
S–型）では活
活性がゼロにななることが判判明した 11)．

夜間，リン酸
酸化された NATNにはシシャペロンでああるNAT
T の立体構造
造からこの現象
現象を考えるとと，Cys 61 と14-3-3 タンパ
パク質が結合合する．そののためこの複合合体

Cyss 177 のシステテインの間ででの –S–S– 結合の形成が結が，はプロテアソ
ソームで分解
解されず，活活性を維持しててい

触媒
媒部位へのアアセチル CoA の結合を阻害害しているととることが明ららかとなってている 9) ．

考ええられる．つまり，–SH/––S–S–結合の変変換がアセチチル CoA
C の触媒部部位への入り 口を開閉するるスイッチのの役割割を果たしてており，基質 が活性中心にに到達するこことををここで制御御していると考考えられる．–S–S– 結合合が解解裂して 2 つのシステイ
つン残基が還元
元型になるこことでで NAT 活性ががオンとなり ，酸化型につついては –S––
S– 結合が形成さされ，アセチチル CoA 結合
合部位の上部部
閉じたため NAT
N 活性が消消失したと考えられる．
を閉

5. グルタチ
チオンによるる N AT のレド
ドックス制御機機構
NAT 活性制御が cAMP
P を介して転転写及びタンパ
パク
質レベルで行
行われている
ることを述べててきた．しかかし，
実際の生理現現象はもっとと複雑である．例えば，夜夜間に強い光を受受けると NAT
T 活性は急速速に消失する ．この現象を cA
AMP を介するる制御だけでで説明するこ とは困難である．そこで，全
全く別の制御御機構の存在がが示（3）- 201 -

さて，さ
重要なことは，NAT
T の分子内 –SH/–S–S––
結合の変換（スイッチング）は細胞内においても観察

化・還元状態により NAT 活性が制御できること，即されたことである．すなわち，過酸化水素を加えてち，細胞内中のグルタチオンの酸化・還元状態を調

酸化型グルタチオンを増加させてやると NAT は酸化

節することによりメラトニンの合成を制御し，最終型に変換され活性はなくなるが，細胞内環境を還元

的に人工的に概日リズムを制御する方法の開発につ状態にしてやると NAT は活性型になった 11)．更に，ながるものと考えており，実際，細胞中グルタチオ

最近の研究結果より酸化型 NAT はアセチル CoA がン量を増加させる物質が報告されている 15, 16)．我々

結合できないだけでなく A キナーゼによるリン酸化の研究室においても，発酵乳ホエーを用いて睡眠をを受けないことが明らかとなった（未発表）．このこ誘導するペプチドの開発を行っており，臨床への応とは，NAT の分子内 –SH/–S–S– 結合の変換がタン用が期待されている．

パク質レベルでの制御に影響を及ぼしていることを示している．夜間において NAT が酸化型になった場
合，活性が消失するだけでなくプロテアソームによる分解を受けることが示唆された．
我々の得たこの結果は NAT の制御について重要な意味があると考えられる．すなわち，既知の cAMP
を介した制御機構だけでなく細胞内の酸化・還元状
態によっても制御されている可能性があるわけである．
6. 終わりにグルタチオンは種々の生物に高濃度に存在するトリペプチドであり，細胞内の主な非タンパク性チオールである．グルタチオンは抗酸化作用等種々の生理活性を持つことが知られており 12-13)，生体防御機
構において重要な役割を果たしている．また，脳内グルタチオンは睡眠リズムに一致したサーカディア
ンリズムをもって変動することから内因性睡眠物質であることが知られており，この睡眠作用は N-メチ
ル-D-アスパラギン酸レセプターを介するものである
14)

引用文献

．
我々は，細胞内の酸化・還元状態でオン・オフが1) Hickman, A.B., Namboodiri, M.A., Klein, D.C., andDyda, F.: The structural basis of ordered substrate

切り替わるという NAT 活性の分子内スイッチを同定

binding by serotonin N-acetyltransferase: enzyme

した．このスイッチの切り替えにグルタチオンが重complex at 1.8 A resolution with a bisubstrate analog.,

要な働きをしており，前述した睡眠効果とは異なったメカニズムでのグルタチオンによる概日リズム制

Cell, 97, 361-369 (1999).
2) Hickman, A.B., Klein, D.C., and Dyda, F.: Melatonin

御であった．今回明らかにした成果は，細胞内の酸（4）- 202 -

biosynthesis:

thestructureofserotonin

9) Gastel, J.A., Roseboom, P.H., Rinaldi, P.A., Weller,

N-acetyltransferase at 2.5 A resolution suggests a

J.L.,

and

catalytic mechanism., Mol. Cell, 3, 23-32 (1999).

proteasomal

Klein,

Melatonin

proteolysis3) Liu, D., Bienkowska, J., Petosa, C., Collier, R.J., Fu,

N-acetyltransferase

H., and Liddington, R.: Crystal structure of the zeta

1358-1360 (1998).

isoform of the 14-3-3 protein., Nature, 376, 191-194

D.C.:

production:inregulation.,

serotonin

Science,279,10) Namboodiri, M.A.A., Favilla, J.T., and Klein, D.C.:
Pineal(1995).

N-acetyltransferaseisinactivatedbydisulfide-containing peptides: insulin is the most

4) Yaffe, M.B., Rittinger, K., Volinia, S., Caron, P.R.,

potent., Science, 213, 571-573 (1981).

Aitken, A., Leffers, H., Gamblin, S.J., Smerdon, S.J.,
and Cntley, L.C.: The structural basis for 14-3-3:

11) Tsuboi, S., Kotani, Y., Ogawa, K., Hatanaka, T.,

phosphopeptide binding specificity., Cell, 91, 961-971

Yatsushiro, S., Otsuka, M., and Moriyama, Y.: An(1997).

intramolecular disulfide bridge as a catalytic switch for5) Obsil, T., Ghirlando, R., Klein, D.C., Ganguly, S., andserotonin N-acetyltransferase., J. Biol. Chem., 277,

Dyda, F.: Crystal structure of the 14-3-3 zeta:

44229-44235 (2002).

serotonin N-acetyltransferase complex. a role for12) Joachim, D.U., Patrick, J.M., and Danyelle, M.T.:

scaffolding in enzyme regulation., Cell, 105, 257-267

Glutathione and redox signaling in substance abuse.,(2001).

Biomed. Pharmacother., 68, 799–807 (2014).

6) Aitken, A., Howell, S., Jones, D., Madrazo, J., andPatel,

Y.:

14-3-3

alpha

and

delta

are

13) Ji, L.L., Fu, R.: Response of glutathione system andtheantioxidant enzymes to exhaustive exercise andphosphorylated forms of raf-activating 14-3-3 beta andhydroperoxide., Am. J. Physiol., 189, 549-554 (1992).

zeta. In vivo stoichiometric phosphorylation in brain at

14) 塩見浩人, 睡眠誘発機構と痛覚制御機構 –睡眠a Ser-Pro-Glu-Lys MOTIF., J. Biol. Chem., 270,

誘発へのオピオイドペプチドの関与, 井上昌次郎,

5706-5709 (1995).

山本郁男 編, 睡眠のメカニズム, 74-102, 朝倉書7) Ganguly, S., Gastel, J.A., Weller, J.L., Schwartz, C.,

店 (1997).

Jaffe, H., Namboodiri, M.A.A., Coon, S.L., Hickman,

15) Yama, K., Sato, K., Abe, N., Murao, Y., Tatsunami, R.,

A.B., Rollag, M., Obsil, T., Beauverger, P., Ferry, G.,

and Tampo, Y., Epalrestat increase glutathione,

Bontin, J.A., and Klein, D.C.: Role of a pineal

thioredoxin, and heme oxygenase-1 by stimulatingcAMP-operated

arylalkylamine

Nrf2 pathway in endotherial cells., Redox Biology, 4,N-acetyltransferase/14-3-3-binding

switch87-96 (2015).

inmelatonin synthesis., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 98,

16) Lou, H., Jing, X., Ren, D., Wei, X., and Zhang, X.:

8083-8088 (2001).

Eriodictyol protects against H2O2-induced neuron-like8) Klein, D.C., Coon, S.L., Roseboom, P.H., Weller, J.L.,

PC12 cell death through activation of Nrf2/ARE

Bernard, M., Gastel, J.A., Zatz, M., Iuvone, P.M.,

signaling pathway., Neurochem. Int., 61, 251-257

Rodriguez, I.R., Begay, V., Falcon, J., Cahill, G.M.,(2012)．

Cassone, V.M., and Baler, R.: The melatoninrhythm-generating enzyme: molecular regulation ofserotonin N-acetyltransferase in the pineal gland.,Recent Prog. Horm. Res., 52, 307-358 (1997).

（5）- 203 -

ラマン分光法を利用した鼻腔内投与型粉末製剤最適化システムの開発
就実大学 薬学部 薬学科
古林呂之、井上大輔
鼻腔内投与製剤の剤形として、高用量の有効成分投与が可能で、製剤添加物により粘膜付着性や溶解補助効
果を付与できる粉末状製剤の利用が検討されることがある。しかし、鼻粘膜表面の水分量は少なく、薬物の鼻粘膜透過に対して、粉末製剤の鼻粘膜上での広がりや各成分の分布状態、
さらに有効成分の溶解が重要となる。
本研究では、鼻腔環境における粉末製剤からの主薬の経時的な溶解パターンを評価するための測定板の作成及び得られたデータの in vivo 吸収性との整合性について検討した。ムチンを含ませたろ紙上に噴霧した薬物粒子を経時的にラマン分光器により測定し、そのイメージング画像から薬物の溶解プロファイルを作成した。このプロファイルは、薬物の培養細胞層透過性及びラット in vivo 吸収性で得られた結果を充分に説明できることが明らかとなった。また、測定板に装着するろ紙を培養細胞層に変更することで、より高精度に測定できる可能性が示された。本検討により、簡便な in vitro 実験から粉末状薬物の鼻腔内投与後の in vivo 吸収性を予測し、さらに、
経鼻吸収性改善を目的とした製剤の最適化が可能な評価システム構築の可能性が明らかとなった。
鼻腔内投与製剤は、投与方法が比較的簡便なこと

イルをラマン分光法により測定し、その薬物の粘膜から、嚥下困難な高齢患者、消化器疾患や寝たきり

透過性との dynamic な関係について検討を行った。

など薬物の経口服用が困難な高度要介護患者に対して、介護者による簡便な反復投与が可能であり、ペ【方法】モデル薬物 医薬品の in vivo 経口投与にプチド医薬品などの投与部位として期待され、多くおける血中薬物動態予測を目的として、Amidon らの研究成果が報告されているが、実用に至った例は（Pharm. Res., 12, 413–420, 1995）により提唱さ少ない。その理由として、鼻腔内容積が小さいため

れ た Biopharmaceutics Classification Systemに投与製剤量が制限されること、また、投与した製（BCS＊）の分類（表 1）に基づいて選択した。

剤の鼻腔内滞留時間が確保できないために薬物の治

表 1 BCS 分類

療濃度への到達が困難な場合が多いことが挙げられ溶解性る。これらへの対応策の一つとして、高用量の有効成分を投与でき、製剤添加物により粘膜付着性を付

膜
透
過
性

与できる粉末製剤の利用が検討される。粉末製剤からの有効成分の溶出及びその後の粘膜透過は、製剤

高

低

高

Class IClass II低Class IIIClass IV

添加物と有効成分の物理化学的性質の関係で決まり、*BCS は、原薬の溶解性および膜透過性の科学的データに基水分量が少ない鼻粘膜からの有効成分の良好な膜透づき薬物をクラスに分類する概念で、溶解性および膜透過性過を確保するためには、投与後の粉末製剤の鼻粘膜の両方が高い医薬品を ClassⅠ、溶解性が低く、膜透過性が上の広がりと有効成分の分布状態が重要となる。一

高い医薬品を ClassⅡ、溶解性が高く、膜透過性が低い医薬方、ラマン分光法では、物質を非破壊的に直接同定

品を ClassⅢ、両方が低い医薬品を ClassⅣとしている。

することができるため、粘膜表面における粉末状製剤の分布状態及び製剤からの主薬の溶解過程の経時的なイメージング解析が可能と考えた。そこで、本研究課題では、種々の物理化学的性質を有する薬物

ClassⅠ：levofloxacin、antipyrine
ClassⅡ：griseofulvin
ClassⅢ：acyclovirの鼻腔を模倣した低水分環境における溶解プロファ（1）- 204 -

ラマン分光法ラ
法によるイメージング解析
析

衝液がろ紙
紙上面に滲みみ出して薬物粒粒子に触れたた

装 置 ： 顕 微 ラ マ ン 分 光 光 度 計 （ inVia Ram
man

ことを確認
認してから、経
経時的にラママン測定を開始
始

Micrroscope, REN
NISHAW）

した。
測定板②
測
Ca
alu3 細胞層上上に薬物を噴噴霧した後、ララ

測定条件：レ
測レーザー波長 785 nm

マン分光装装置のステージジにセットしし、観察する薬薬

レレーザー出力 100%
レ
レンズ倍率

物粒子にフ
フォーカスを合合わせて 5 分間隔で
分
25 分

20 倍

まで経時的
的にラマン測定
定した。

レ
レーザー照射射時間 1.375
5秒
測定板①：ス
測スライドガララス上に透過過実験用緩衝衝液pH7.4（TTM）を保持す
する枠を固定定し、その枠
枠の***Calu-3 培養
養 定法に従いい培養した Calu-3
C
細胞の
の
懸濁液をポ
ポリカーボネ
ネート製多孔質質フィルターー

上に予めムチンを含まませて乾燥ししたろ紙を弛
弛み

上に播種しし、その後 3 日目から air-interfaceaedculture 法ににより、7 ～ 14 日間培養
養して Calu--3単層膜を作作製した。培培地を除去しした後、apicaal及び basolaateral 側に透透過実験用緩緩衝液を加えててpre-incuba
ate した。200 分後、apica
al 側の緩衝液
液を除去し、30 分間 CO22 インキュベ
ベータ内に静置
置した後に実実験に使用したた。
解析：各時間に解に測定したイイメージング
グ画像から方眼
眼法により薬薬物粒子の面積積を算出し、その値を時間間いように貼りり付けた（図 1）
。
ができない

に対してプ
プロットした。
。測定開始時時（0 分）の面
面

図 1 測定板①測

積値を 1000％として経
経時的な粒子面積の減少率率を算出した
た。また、それ
れらの値と 0 分の差を薬物物

測定板②：ス
測スライドガラス上に、TM
M を充分に浸浸みロットし、最小二乗法によ粒子の溶解解率としてプロ
最よ込ませたろ
ろ紙を置き、その上にポリリカーボネーート

り導いたプ
プロファイル
ルの傾きから溶
溶出速度（％％

製多孔質フィルター上上に培養したたヒト気道上上皮/min）を求求めた。

由来培養細細胞株 Calu33 細胞層**を
を重ねた
（図 2
2）
。

【結果】測定板【
板①による検検討 Levoflo
oxacin の結晶
晶
粒子は、TM粒に触れた後、に経時的に比比較的速やかな
な減少を示し、減
20 分後には粒
粒子はほとんんど検出されな
な
かった。
か
一方、
acycloviraの面面積の減少はは遅かった（図図3、、表 3）。表 3 の数値からら算出した各
各時間における
る
溶解率のプロ
溶ットから、溶溶解が直線的的に進行するこことが示唆されたた。また、そその傾きから求めた溶解速
速
度は、度
acycloviir に比べて lelevofloxacin では約 3 倍速速図 2 測定板②測。Anttipyrine は、いことが明らかいかとなった（図 4）、

測定：測定板
測板① モデル
ル薬物を測定板
板のろ紙上にに噴霧した後、、ラマン分光装置のステー
ージにセット
トする。測定す
する薬物粒子にフォーカス
スを合わせたた後、緩衝液を液
液面がろ紙にに接するまでで枠内に加え、、緩

結晶の溶解が極結
極めて速く、数値データを得ることがができなかった。
で。これら溶解
解速度の関係
係を過去に行っっ
た MDCK 細胞
胞層透過実験
験結果（図 5）と比較する
5
ると、溶解の速い
い levofloxaccin では実験
験開始後 20 分（2）- 205 -

後に透過速度後度が低下した。これはラママン測定の結結果

以上の結果よより、ラマンン分光法を利利用することににと一致しておとおり、levofloxacin の結晶
晶粒子が粘膜膜上より、鼻粘膜なよなどの微少水水分環境におおける薬物粒子子

透過に伴い粘膜表面の levofloxacin
濃に無くなり、にlの経時的な状態の態変化から、各種薬物のの溶解プロファァ

度が低下した度
たことを示唆すると考えらられる。またた、

イルを明らかにイにすることがができた。また、結晶粉末
末

acycloviraは、、ラマン測定定で観察された
たように溶解
解がの状態変化と膜の膜透過に一定定の関係性がが示されたこと
と

遅く、20
遅
分の
の時点で粘膜膜上の acyclo
ovir 濃度は低低下から、ラマン分か
分光法によるる解析から薬
薬物の鼻粘膜透透しないため、し膜透過の低低下がみられななかったと考考え

過性を推測でき過きる可能性がが示唆されたた。

られ、両薬物
ら
物の溶解と膜
膜透過の関係にに矛盾はなかかった。しかしな
たながら、in viv
vo の経鼻吸収
収では投与さされた薬物粒子はた
は、繊毛運動により粘液とと共に咽頭へ
へ排
出される、
出
いわ
わゆる mucoociliary clearrance により鼻腔から消失す腔する。Mucociliary clearan
nce による投投与
液の鼻腔内か液からの排出の半減期は 15
5～30 分とさされており、未溶て溶解の粒子が粘膜上に残っっていても溶溶解に時間が掛かにかる場合は、鼻粘膜からのの吸収率が低低下
abirity の低し、bioavail
し低下に繋がるとと考えられるる。
Acyclovir
A
のように、
溶解
解の遅い薬物をを粉末投与すする
場合には、鼻場
鼻腔内での溶溶解速度を上げげる製剤学的的な工夫が必要と工となる。一方、antipyrine
e は、ラマンン分
光測定開始
光5 分後には粒粒子が検出されれなかった。溶解速度が極めて速く、細胞層透過が良好 な
antipyrineaはは、透過実験
験開始 20 分で投与量の分の約80％が透過し8した。このように、ラマンン測定で検出出できないほどのきの速い溶解を示す薬物は、粉末投与ににより高い吸収量量が見込めるため、鼻腔内内投与製剤化化に適していると適と判断できる。なお、griseofulvin ははラマン分光測定マ
定中の経時変化が観察されれなかった。

（3）- 206 -

このようにに、簡便な inn vitro 実験ににより、粉末末状
薬物の吸収性薬
性を予測できる可能性を明明らかにするることができたがとが、一方で、測定板①でははろ紙表面水
水の移動が比較的移的大きく、測定中に薬物粒粒子が流されれることが度々生こ生じていた。より精度の高高いデータをを得るには、よりる
り安定した測定状態が必要
要がるため、改良版として、
良培
培養細胞層上上でのラマン
ン測定を試みた
た。
測定板②にによる検討 粘液を分泌すする培養細胞
胞を利用すること利とにより、噴霧
噴霧した粉末薬
薬物が付着ししや
すい環境となすなり、測定中の薬物粒子のの移動を抑ええる
ことが期待さこ
された。また、測定中の細細胞層表面のの乾燥を防ぐこと燥とにもつながると考えた。そこで、粘粘液を細胞表面にをに分泌する培養
培養細胞としてて、気液界面面培養により粘液
養液を分泌することが報告さされているヒヒト
肺腺癌由来培
肺培養細胞株 Calu3 を用いたた。
ポリカーボ
ボネート製多多孔質フィルタ
ター上で Callu3を培養し、細を細胞層を形成させた後、培培養容器かららフィルター部をィ
を切り取り、スライドガラ
ラスに貼り付付けてラマン分光て光測定に用いた。しかしなながら、比較
較的
短時間で表面
短
面の乾燥が見られたため、TM を浸み
み込
ませたろ紙のまの上に細胞層のフィルターーを乗せて用用いたところ（図た
図 2）、細胞層
層表面の乾燥がが抑えられ、さらに薬物粒子ら
子の細胞層表面での移動がが大幅に改善善され、ラマン分れ
分光測定の安定性が増したた。
Levofloxaccin の粉末を測定板②に噴噴霧した後ののラ
マン測定結果マ
果から溶解速速度を算出した
たところ、測測定
板①での結果板
果よりも少し低い値を示しし、粒子が完
完全に溶解するまにまでに約 30 分かかること
分
が示された
（
（図
6）
6 。ムチンでで再現した粘粘液層と細胞がが分泌した粘粘液層に対する溶層
溶解性の差と考えられ、よより生体に近近い条件で測定し条
した結果かどうかの検証をを予定していいる。
また、測定板ま板②を用いることで溶解プ
プロファイル
ルのばらつきが抑ば抑えられ、精精度の高い評価
価システムににつながる可能性な性が示された。
過去に実施施した acycloovir 及び anttipyrine の粉
粉末

上）
上 、
ラマン測定
定による溶解解性と細胞層層透過性の結果
果をラット鼻腔を腔内投与した実験で得られれた血中濃度度推との関係性が示示された。ここのような薬
薬物の製剤化でで移と今回得ら
移られた溶解・細胞層透過推推移を比較ししては、溶解や細胞は胞層透過の妨妨げにならな
ないように賦形形

みると、溶解み
解性・膜透過性性がいずれもも高く、BCS 分剤を添加する程剤程度に留めてておくことがが望ましいと考考類で類 ClassⅠに分類される
る antipyrinee では吸収もも速えられる。またえた、classⅢにに分類される acyclovir の吸吸く、吸収率もくも高い（約 966％）ことが示され（図 7

、細胞
収率は約
収
9.1％
％と低く（図 7 下）胞層透過性の低低（4）- 207 -

さに加え、溶解速度の遅さが in vivo での低い吸収

現在、測定板②を用いたデータを蓄積するために率に現れていると考えられた。このような薬物の場

種々の薬物を用いて測定を継続している。より多く

合には、鼻腔内滞留性と溶解速度の改善を念頭に入のデータを解析することにより、簡便かつ精度の高れた製剤化が必要であり、高粘性を示す高分子添加

い吸収性評価システムを構築できると確信している。

剤の添加や溶解補助剤の添加が有効と考えられる。

さらに、添加剤との相互作用による溶解性の変化に

このように、ラマン分光法を利用した本評価システ

関するデータを加え、将来的には、薬物の経鼻吸収

ムの構築は鼻腔内投与型粉末状製剤開発において有性を改善できる最適製剤選択が可能なシステムへと用なツールになる可能性を秘めている。

発展させたいと考えている。

（5）- 208 -

たくましいカラダと心を育む短時間運動習慣形成支援プログラムの開発～運動を通して子どもの可能性を伸ばす学校の取り組み～
就実大学 教育学部教育心理学科
森村 和浩
概要
本研究は，短時間の運動習慣の形成支援による身体活動や体力の向上と子どもの脳機能や学習効果との関係を明らかにするため，短時間の運動習慣形成支援と脳機能との関連の強い有酸素能力との関連について縦断的・横断的に検討した．その結果，支援を実施する対象児童の 3 年間の縦断データを用いた体重の相対的発育係数（傾き）が全国水準と同等の発育度であったことに対し，有酸素能の相対的発育係数は，男女ともに全国水準を有意に上回る係数を示す結果となった（研究Ⅰ）．また，短時間の運動習慣形成を 1 年以上継続した児童を対象として運動習慣の有無による比較を行ったところ，対象児童の体力・運動能力は，運動習慣の有無に関わらず，男女とも多くの項目で全国平均値よりも高い体力水準であり，とりわけ，有酸素能において顕著であることを明らかにした（研究Ⅱ）．
以上より，小学校における短時間の運動習慣形成支援の継続的実施は，発育期にあたる児童期の呼吸循環機能や代謝系機能へ影響を及ぼし，運動習慣の有無に関わらず，有酸素能の向上に寄与するものと推察された．

された運動プログラム介入は見当たらない

はじめに「学校等における体育・スポーツ活動の充実」を基本

教育現場への応用を考えた際，授業以外の時間で施策とし，「運動好きな子どもの育成と体力向上の取り

体系的に長時間，身体を動かすような時間を創出する組みの推進」を具体的施策として掲げられている．成長ことは難しく，現行のエビデンスを基に学校現場へ応用期における運動欠乏は，健全な発育発達への悪影響

して，すべての児童を対象に習慣的にまとまった運動が懸念される一方，習慣的な運動・スポーツの実施は，時間を創出するプログラムを実践的に取り組むことは心身の健康に寄与することが広く知られているところで現実的にも困難である．現場に活用しやすい実用的なある．近年では，運動によってヒトの認知機能を改善す

短時間プログラムの効用を解明できれば，身体活動不ることも明らかにされ，子どもの学習能力の向上への応

足が加速する現代社会において極めて有用なエビデ用も期待されている．従って,学校における体育や課外ンスとなる．そこで，我々は運動そのもの身体活動量や活動・業間における身体活動の推進は，子どもの健や

体力向上などの運動効果とは別に学習課題行動の改

かな心身の発達だけでなく，学習意欲やそれらに関わ善などの副次的な作用も期待できる「短時間の運動効

る学力の向上にも寄与できると考えられる．運動習慣果」に焦点を当てている．

や体力が認知機能や学習能力に関わるメカニズムに本研究は，短時間の運動習慣の形成支援による身ついては未だ不明な点が多いもののこれらの知見に基

体活動や体力の向上と子どもの脳機能や学習効果とづけば，運動習慣の形成を促し,高い体力を維持するこの関係を明らかにするため，学校における短時間の取とが認知機能や学習能力の確保に貢献できることは明り組みと，とりわけ，脳機能との関連の強い有酸素能とらかである．ただし，その成果を学校現場にて応用するの関係について検討することを目的とした．

ためには，実践的にプログラムの展開とその縦断的検証が必須である．加えて，これまでに子どもへの認知研究Ⅰ機能向上を意図した介入研究では，高強度でかつ 1～【目的】生涯にわたって健康的な生活を営む上で，体2 時間以上のいわゆるまとまった運動時間を確保され力を保持増進することは重要である．近年の日本におた介入研究が大半を占め，短時間かつ軽強度で構成ける少子超高齢社会への対応として，成人の生活習慣（1）- 209 -

病の予防という問題ともに，子どもの体力向上が重要視

力テスト（20m シャトルラン：20MS）を実施した．体力・運されている．このような背景から，全国の小学校では子動能力測定 20MS は，文部科学省新体力テストマニュ

どもの体力向上のための取組みが盛んに取組まれるよアルに従って測定し，これを有酸素能力とした．尚，うなった．取組み効果について検討する場合は，身長20MS の測定に際しては，全ての説明と測定は，バイア等の発育が強く影響を及ぼす可能性が高いことから，

スが生じないよう担任以外の熟練した測定スタッフによ

特に長期的な取組みにおける効果を評価する際には，って実施された．

子どもの発育発達の影響を加味しなげればならない．

得られた測定値は，発育の影響を加味し評価を行な

文部科学省では，年度毎に年齢別の体力・運動能力

うため，生物学的指標であるアロメトリー式を用いて評値の平均と標準偏差を示してあり，これによって個人や価した．生物学的指標であるアロメトリー式 y=bXa は両学校毎の体力水準がどの程度の水準かを推測できる．

辺の対数をとると，logy=logb + alogX の一次関数で表

しかし，子どもの体力測定項目は,身長に大きく影響さされる．各学年階級における身長の全国平均値と対応れる可能性が高く, 筋力やパワーに関係する項目は身するシャトルラン回数，体重の平均値をそれぞれ両対長の 2 乗または 3 乗に比例することも明らかにされて数グラフにプロットし，最小二乗法により直線式

いる．このように体力・運動能力は，発育発達の影響が

logy=logb + alogX を算出した．同様に，個人毎に 3 年

大きいにも関わらず子どもを対象とした多くの検討では，間の縦断的測定値を用いて両対数グラフから，個別の年代等との関係は検討されているものの身長差が体力

有酸素能および体重の相対的発育発達係数（a）を算へ及ぼす影響や縦断的に身長・体格等の発育度を考出した．また，全国のアロメトリー式（標準式）を用いて慮した研究報告は見当たらない．

身長に対応する推定値と実測値との残差を算出し，体そこで本研究Ⅰでは，継続的な有酸素性運動の実重および 20MS の残差を求め評価した．

施と発育と体力・運動能力の発達との関連性から短時間の取組みが児童の有酸素能力へ及ぼす影響につい【結果】対象児童の特徴は，1 年次の身長が，それぞれて検討することを目的とした．

男:117.3 ± 5.1，女:114.8 ± 4.1cm，体重が 21.9 ±
3.5，女:20.6 ± 2.7kg，2 年次はそれぞれ，身長が【方法】対象は，体力向上を目的とした重点課題校であ123.5±5.5，121.2 ± 4.5cm，体重 24.5 ± 4.0，23.5

る A 小学校に在籍する児童 54 名（男子 19 名，女子 35± 3.7kg，3 年次は，身長がそれぞれ 128.9 ± 5.4，

名）であり，対象児は，導入校は，健康的な生活習慣を

126.9±4.9cm，体重が 27.4 ± 5.0，26.4 ± 4.5kg で身につけた子どもの育成をスローガンとして全学年児

あり，いずれも年次毎に有意差を認めた（p<0.01）．男

童を対象に始業前の時間を活用して短時間のジョギン

児の 20MS の結果は，1 年次 23.3 ± 10.9 回，2 年次

グ活動を取り入れている．本取組みは，体調不良や雨が 46.5 ± 13.8 回，3 年次が 46.5 ± 13.8 回であり，天時，学校行事等を除く全登校日に入学時から卒業時各年次に有意な差が認められた（p<0.01）.女子児童のまで習慣的に取組んでおり，その取組みの内容は，始20MS の記録は，22.5 ± 10.1 回，39.0 ± 14.2 回，業前（8 時 20 分）に全学年がグラウンドへクラスごとに集49.2 ± 12.6 回であり，各年次の比較において，いず

合し，点呼と体調確認後，準備体操（2 分間）とクラスメれも有意差を認めた（p<0.01）．相対的発育発達係数（a）

イト全員でゆっくりと走る「いきいきペース」と称したジョは，男女ともに体重には，有意差を認めなかった（全国

ギングを 2 分間，その後，テンポの良い音楽を合図にvs 対象：2.48 v.s 2.33，2.37 v.s 2.40,いずれも n.s）．

各々のペースで頑張って走る「頑張りペース」と称した

20MS においては，男女ともに全国値に比べ有意に高ジョギングを 6 分間，計 10 分間の活動から構成され値を示した(7.50 v.s 10.01, 5.84 v.s 8.48，それぞれた．

p<0.01) （表1）.身長に対応する体重の推定値と実測値

対象児童は全員，第 1 学年次から第 3 学年次までの 3の残差は，男子児童が 0.30±2.1kg（1 年），-0.04 ±

年年間，毎年 5 月に身長・体重ならびに体力・運動能

2.27kg（2 年），0.11 ± 3.20kg（3 年），女子が 0.18 ±（2）- 210 -

1.91kg（1 年），0.07 ± 2.83kg（2 年），0.17 ± 3.70kg

体力の二極化（文部科学省，2012）や運動実施頻度の（3 年）であった．身長に対応する 20MS の推定値と実減少（加賀ほか，2004）が指摘されており，特に運動す測値の残差は，男子児童がそれぞれ，2.5 ± 12.1 回，る子とそうでない子どもの二極化の傾向や子どもの体

15.9 ± 16.5 回，13.1 ± 18.4 回と，1 年次に比べ 2，3

力低下傾向が依然深刻な問題となっている．

年次が有意に高値であることを示した．女子児童は，

そこで本研究では，始業前の時間を活用して習慣的

5.1 ± 10.5 回，12.7 ± 15.8 回，11.9±16.6 回であり，に短時間運動プログラムを導入する小学校児童の体力

1 年次に比べ 2，3 年次が有意に高値を示した．尚，男水準について，全国平均水準と運動習慣の有無の視女ともに 2 年次，3 年次には有意差を認めらなかった．

点より明らかにすることを目的とした．

【考察】本研究は，短時間ジョギングを継続的に実施す【方法】本研究対象校は，F 県都市近郊部に位置し，始る児童の有酸素能(20MS)が，全国平均値に比して有業時間前に 10 分間のジョギング活動を年間を通じて取意に高いことを縦断的に明らかにし，継続的な短時間

り組む小学校を対象とした．対象者は，対象校に通う 2

活動が児童期の有酸素能の向上へ寄与する可能性を～6 年生男女児童のうち在籍期間が 1 年未満の児童を示唆した．まず，アロメトリー式（直線式）は，傾きを示す

除外した 271 名を分析対象者とした．測定項目は，文係数（a）は x と y の相対発育発達度間の比であることか

部科学省新体力テスト，運動習慣の有無，質問紙によら，a＞1 の場合は身長の発育に対して体力・運動能力

る身体活動水準調査であった．運動習慣の有無は，スの発達や改善度が大きいことを意味し，全国水準の相

ポーツクラブ等に過去に 6 ヶ月以上所属している者を対的発育発達係数よりも大きな傾き(a)の場合には，標運動習慣有とした．体力の評価は，文部科学省の体準的な発育発達度以上に高まっている可能性が示唆

力・運動能力調査の各学年の全国平均値に基づく z ス

される．よって，本結果は，体重が全国水準と同等の発コア（文科省 z スコア）を算出し，シャトルラン，50m 走，育度を示したのに対し，有酸素能の傾きについては，

反復横とび，握力，上体起こし，立幅とび，長座体前屈男女ともにこれよりも有意に大きい値を示す結果となっの 8 項目を解析した．

た．このことは，短時間のジョギングの継続的実施が発育期にあたる児童期の呼吸循環機能や代謝系機能の【結果】文科省 z スコアは，運動習慣の有無の比較では，発達へ影響を及ぼし，有酸素能力が高まったものと推男女ともに運動習慣有りが多くの体力項目で有意に高察された．ただし，年次ごとに身長に対応する推定値と値を示した．また，文科省 z スコアは，運動習慣の有無

実測値の残差の比較においては，2 年次と 3 年次に有に関わらず，いずれの群も多くの項目で全国水準以上

意差が認められていないことから，短時間のジョギング

であり，特に，20m シャトルランは,特に高水準を示した

効果が飽和水準へ達している可能性もあり，発育度や（表 2）．身体活動水準では，男児において運動習慣有

体力に応じた運動量が必要と考えられた．尚，本研究りが有意に高値を示し，女児においては有意な差は認は，課外クラブ活動の開始や日常の運動習慣や生活

められなかった．

習慣については，考慮していないため短時間のジョギ
ング活動が直接的に有酸素能へ寄与したかどうかにつ【考察】対象校児童は，男女とも運動習慣の有無に関いては，今後，より詳細な検証が必要である．

わらず多くの項目で全国平均値よりも高い体力水準であり，特に全身持久力で顕著であることが明らかとなっ研究Ⅱた．運動習慣の無い児童において，全国平均値よりも【目的】子どもたちの体力は，緩やかな向上傾向に転じ高い水準であることは，短時間の課外活動の継続的なているものの（文部科学省，2012），スポーツ基本計画

取組が，とりわけ運動習慣のない児童や身体活動水準（2012 年）で目標とされる 1985 年代の体力水準を上回の低い児童に対し，好影響を及ぼしていると考えられるには至っていない．さらに，運動習慣の二極化に伴うた．

（3）- 211 -

まとめ
短時間のジョギングを用いた小学校における運動習
慣形成支援は，発育期にあたる児童期の呼吸循環機能や代謝系機能の発達へ影響を及ぼし，また，運動習慣の有無に関わらず，子どもの有酸素能力の発育発達に寄与すると考えられた．今後は，これら支援プログラ
ムが精神的側面や学力面に及ぼす影響について検証していきたい．
謝辞
本研究課題の推進に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いたします.
図表
表 1．全国平均値（MEXT）と対象校における 3 年間の相対的発育係数の比較
性別
weight20MS

Boys (n=19)
Girls (n=35)
Boys (n=19)
Girls (n=35)

対象校

MEXT

p value

2.33 ± 0.63
2.40 ± 0.58
10.01 ± 3.49
8.48 ± 3.10

2.38
2.35
7.78
6.68

n.s.
n.s.
p<0.01p<0.01

Date shows Average±SD*MEXT; Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology

表 2．全国平均値と対象校運動ありとなし各群との体力・運動能力の比較
男児

運動なし（n=53)

運動あり(n=88)
効果量

効果量（r ） の目安

効果量
の目安

平均値 ± SDp値

平均値 ± SDp値

効果量（r ）

握力z-score-0.42 ± 0.87

p <.001.44

中-0.07 ± 0.94

.49

.07

上体起こしz-score

0.05 ± 0.91

.67

.06

なし

0.31 ± 1.00

p <.01.30

中なし

長座z-score

0.28 ± 0.95

.03

.29

小

0.58 ± 0.93

p <.001.53

大反復z-score

0.50 ± 0.76

p <.001.55

大0.90 ± 0.74

p <.001.77

大シャトルz-score0.66 ± 0.92

p <.001.58

大1.07 ± 0.80

p <.001.80

大50ｍz-score0.29 ± 1.28

.11

.22

小

0.53 ± 0.93

p <.001.50

立幅z-score-0.21 ± 0.91

.11

.22

小

0.26 ± 0.91

0.01

.28

小

ボールz-score-0.57 ± 0.81

p <.001.58

大-0.08 ± 0.95

0.44

.08

なし

体力テストz-score合計

0.58 ± 4.23

.33

.14

小

3.50 ± 4.35

p <.001.63

女児

運動なし（n=83)

運動あり(n=47)
効果量

効果量（r ） の目安

大

大
効果量
の目安

平均値 ± SDp値

平均値 ± SDp値

効果量（r ）

握力z-score-0.15 ± 0.98

.17

.15

小

0.11 ± 1.01

.47

.11

小

上体起こしz-score0.22 ± 1.07

.06

.20

小

0.77 ± 1.27

p <.001.52

大長座z-score

0.24 ± 0.86

.01

.27

小

0.64 ± 0.95

p <.001.56

大反復z-score

0.63 ± 0.74

p <.001.65

大1.03 ± 0.72

p <.001.82

大シャトルz-score1.21 ± 1.19

p <.001.72

大2.15 ± 1.17

p <.001.88

大50ｍz-score-0.08 ± 1.40

.58

.06

なし

0.33 ± 1.32

.09

.25

小

立幅z-score

0.01 ± 0.88

.88

.02

なし

0.59 ± 1.02

p <.001.51

大ボールz-score-0.19 ± 1.24

.17

.15

小

0.39 ± 1.42

.07

.27

小

p <.001.33
中
体力テストz-score合計
1.89 ± 5.38
P 値：全国平均値（0）との比較
効果量の目安：（r）小＞.10，中＞.30，大＞.50，（d）小＞.20，中＞.50，大＞.80

6.00 ± 6.31

p <.001

.69

大

学会発表
1．短時間ジョギングの長期継続が児童期の有酸素能力へ及ぼす影響 森村和浩，熊原秀晃，原田健太郎，
田中宏暁．第 79 回日本体力医学会中国・四国地方会．
（香川）
2．学校における継続的な短時間運動推進が児童の体力へ及ぼす影響～全国平均値と運動習慣有無の比較
から～ 森村和浩，熊原秀晃，安方惇，田中宏暁．日本
発育発達学会第 16 回大会．（東京）（4）- 212 -

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，自己防衛意識が高まっており，監視カメラのグローバル市場は 2010 年に比して約 8 割増に拡大すると試算されている．特に商業施設の多くでは，広視野角・高解像度な魚眼カメラを採用しているが，レンズが特殊で高価なため導入可能な台数に限界がある．そこで本研究では、監視フロア天井に複数の安価なカメラを格子状に配置した上で，それらから得られた画像をフロア全体の俯瞰画像として高速に合成することにより，死角のない防犯カメラシステムを提案する．本システムは，カメラモジュールを搭載した Raspberry Pi3 をクラ
イアント，グラフィックボード(GPU)を搭載した汎用 PC をサーバとして構成し，特に演算負荷の高い画像合成処理を GPU で処理することで高速化を図っている．そして，9 台のカメラを用いて俯瞰動画像が適切に生成されていることを確認するとともに，合成枚数とフレームレートの関係を定量的に明らかにしている．
1. まえがき

2. 俯瞰画像合成システム

近年，社会情勢の劇的な変化に伴って個人・企業

提案する俯瞰画像合成システムは，監視フロアの撮を問わず自己防衛意識が高まっており，監視カメラ

像を担うネットワークカメラをクライアント，俯瞰

のグローバル市場は 2010 年に比して約 8 割増の画像の合成を担う汎用 PC をサーバとするクライア

2845 万台に拡大すると試算されている[1]．特にスーントサーバモデルとして実現し，その具体的な構成

パーマーケットなどの商業施設では，万引き対策のを図 1 に示す．
本システムにおける構成上の特徴は，ために監視カメラを積極的に導入しているが，陳列組み込みプロセッサを内蔵した Raspberry Pi3 と専棚などにより死角を排除できず，日本の万引き被害用のカメラモジュール Pi Camera V2(以下，それぞ

額は 4500 億円以上(世界第 2 位)に達している[2]．これ単にPi3およびPiCamという)を単位としてクライ

れに対する有効な解決策の一つとして，広視野角・アントを構成する点である．Pi3 は安価なシングル

高解像度なカメラの導入が挙げられるが，これに代ボードコンピュータであるにも関わらず，無線通信表される魚眼カメラはレンズが特殊であるため依然機能を備えている上に，専用の MIPI CSI-2 インタフ

として高価であり，設置コストの観点から導入可能ェースで PiCam を接続することで Full HD・30fps[3]

な台数に限界がある ．したがって現実的には，極の撮像が可能であり，コストパフォーマンスに優れ力死角を補うように複数の安価なカメラを配置せざ

たネットワークカメラとして特に有望である．さらるを得ず，人物追跡アルゴリズムで死角を補間するに，Pi3 は OS(Raspbian)を搭載してユーザ独自のア手法[4]や最適なカメラ配置[5]などが検討されてはい

プリケーションを実行できるため，これに OpenCVるものの，完全に死角を排除することは困難である．

などの画像処理ライブラリを併用することにより柔

そこで本研究では，監視フロアの天井に複数の安

軟かつ高性能なクライアントを構成できる．以降本

価なカメラを格子状に配置した上で，それらから得研究では，システム全体を通して，汎用的な画像処られた画像をフロア全体の俯瞰画像として合成する

理には OpenCV を利用して実現する方針を採る．

ことにより，死角のない防犯カメラシステムを提案

以下，クライアントによる撮像からサーバでの俯する．特にこの種の画像合成は，一般的に演算負荷

瞰画像の合成に至るまでの動作手順を示す．なお，が高くフレームレートの劣化が危惧されるため，本“cv::”を付した関数は OpenCV の実装関数・クラス

研究では OpenCV とグラフィックボード(GPU)を併用である．

することでリアルタイムな画像合成を実現する．
（1）- 213 -

図 2 OpenCV におけるパノラマ合成関数の構成
手順 7. JPEG デコード cv::imdecode 関数で手順 6の画像データをデコードしてフレームを復元する．
手順 8. 俯瞰画像の合成 各クライアントから得られたフレームを俯瞰画像に合成し，動画像としてモニタに出力・表示する．その詳細は 3 章で述べる．
ここで，上述したように本システムにおけるクライアント-サーバ間の通信は UDP を前提するため，
サーバには各クライアントから画像データが随時送信されることとなる．そのため，これらの受信に係る

図 1 俯瞰画像合成システムの構成

オーバーヘッドを極力軽減するには，データが先着

手順 1. 動画取り込み cv::VideoCapture クラスをした順に受信処理を行う，いわゆる非同期通信とし用いて PiCam を操作し，動画のフレーム画像(以下，てサーバを構成する必要がある．これについて本研

単にフレームという)を取得する．

究では，クライアントと一対一で交わされる上述の手順 2. JPEG エンコード ビットマップ(BMP)画像

手順 6 および手順 7 を単位としてサブスレッドを生であるフレームは，そのままではデータ量が大きい

成し，マルチスレッドシステムとしてサーバを構成

ため cv::imencode 関数で JPEG に圧縮する．

する方針を採る．

手順 3. パケット送信 圧縮されたフレームをパケ
ット単位に分割して送信する．なお，本システムで3. GPU を用いた画像合成の高速化

は，俯瞰画像の合成に係るフレームレートの向上，

3.1 OpenCV を用いた画像合成

すなわちクライアント-サーバ間の通信速度を優先

OpenCV では，複数の画像を合成してパノラマ画像

し，その通信プロトコルには通信速度に優れる UDPを生成する cv::Stitcher クラスが用意されており，を採用する．

これを利用することで“手順 8.俯瞰画像の合成”に

手順 4. 無線通信 無線によりクライアント-ルー

係る処理を実現できる．Stitcher クラスの構成と処タ間の通信を行う．
Pi3 は無線通信機能(IEEE 802.11

理手順を図 2 に示す．Stitcher クラスでは，

b/g/n)を内蔵しているが，一般的な動画像の送受信

cv::estimateTransform 関数でカメラ位置を推定し，においても十分な通信帯域を備えている IEEE

cv::ComposePanorama 関数で画像合成を行う．ここ802.11 n (最大伝送速度 150Mbps)を使用する．

で本研究では，各カメラの位置を固定して撮像を行

手順 5. 有線通信 複数のクライアントによる帯域

うため，最初に estimateTransform 関数でカメラ位負荷を軽減するため，ルータ-サーバ間については置を推定すれば，後はそれを基に ComposePanorama

LAN ケーブル(最大 1Gbps)による有線通信を行う．

関数を順次実行すればよい．したがって，画像合成

手順 6. パケット受信 受信したパケットを結合しの速度は ComposePanorama 関数のそれに依存するこて圧縮されたフレームの画像データを取得する．

ととなるが，OpenCV の関数群の中でもこれに係る演（2）- 214 -

算コストは高く，一般的な CPU 処理では十分なフレの公開ソースコード(MyStitcher.cpp)の改変内容とームレートを得ることが困難である．

箇所(行番号)は以下の通りである．

この種の画像処理の高速化には，多数の演算コア----------------------------------------------

を搭載した GPU による大規模並列演算が一般的にな//Warper 関数の呼び出しを「SphericalWarperGpu」

りつつある．特に OpenCV では，種々の関数を簡便に//から「PlaneWarperGpu」に変更．

GPU で処理するための gpu オプションが用意されて396：Ptr<detail::PlaneWarperGpu> w =おり，図 2 の ComposePanorama 関数を構成する関数

new detail::PlaneWarperGpu(float(warped群の中では cv::Warper 関数がこれに対応している．

_image_scale_ * seam_work_aspect_));

したがって，Warper 関数については，単に OpenCV//warp 関数の第 4 引数に「cameras_[i].t」を追加．

の gpu オプションを有効にするだけで GPU による高//なお，cameras_はカメラのパラメータを保持する

速化を期待できる．

//CameraParams 構造体の動的配列である．

3.2 CUDA による画像合成の高速化

406：corners[i] = w->warp( seam_est_imgs_[i],K,

gpu オプションを有効にすることで Warper 関数はcameras_[i].R,cameras_[i].t,INTER_LINEAR,GPU による高速化を期待できるが，残る Compensator

BORDER_REFLECT, images_warped[i]);関数と Blender 関数は依然として CPU 処理となる．

409：w->warp( masks[i], K, cameras_[i].R,[6]

これに対して文献 では，汎用 GPU 演算基盤である

cameras_[i].t, INTER_NEAREST,CUDA を利用して，ComposePanorama 関数を完全に GPU

BORDER_CONSTANT, masks_warped[i]);で処理する手法を提案している．具体的には，//変形画像を囲む最小矩形を求める warpRoi 関数のComposePanorama 関数の OpenCV ソース(.cpp)から汎//第 4 引数に「cameras_[i].t」を追加．

用的な四則演算部を抽出し，それを GPU による並列

478：Rect roi = w->warpRoi( sz, K, cameras_[i].R,
cameras_[i].t);

処理として CUDA ソース(.cu)に書き下すことで実現している．しかしこの実装では，中心からカメラで//warp 関数の第 4 引数に「cameras_[img_idx].t」

360°撮像する球体形の投影面を前提としているた//を追加．

め，本研究のように全てのカメラが直下を撮像する

508：w->warp(img_gpu, K, cameras_[img_idx].R,

俯瞰画像の合成には対応していない．そこで本研究cameras_[img_idx].t,INTER_LINEAR,

では，文献[6]の投影面を平面形に拡張し，GPU を用

BORDER_REFLECT, img_warped_gpu);
513：w->warp(mask_gpu,K,cameras_[img_idx].R,

いた俯瞰画像の高速化を実現する方針を採る．
投影面の合成を担う Warper 関数では，球体形，円

cameras_[img_idx].t, INTER_NEAREST,

筒形および平面形の 3 種が定義されている．実際はBORDER_CONSTANT, mask_warped_gpu);

これらの基本関数である warp 関数のオーバーライ//行列 R と同様に行列 t の値を初期化．

ドとして実装されており，引数によって各投影面に683-689：for(size_t i=0; i>cameras_.size(); ++i)
{ Mat t;

対する処理を指定できる．例えば，カメラが中心に
位 置す る球 体形および円筒形では，

cameras_[i].t.convertTo(t, CV_32F);

estimateTransform 関数で得られたカメラの外部パ

cameras_[i].t = t;}

ラメータの中から回転行列 R のみを与えればよい．

----------------------------------------------

一方，カメラの位置がそれぞれ異なる平面形では，

4. 実装と評価

これに加えて平行移動行列 t を与える必要がある．

4.1 実装プラットフォーム

したがって，
既存の球体形の処理に係る warp 関数の本研究では，防犯カメラシステムとしてのユーザ

引数に行列 t を適宜追加することにより，平面形のビリティを考慮し，豊富な GUI を備えた Microsoft

投影面による合成を実現できる．
これに係る文献[6].Net Framework(以下，単に.Net という)による開発（3）- 215 -

を前提とする．ただし，OpenCV や CUDA は.Net 系の開発言語に対応していないため，本研究ではこれら双方の記述に対応した C++/CLI を開発言語に選び，それに基づいて各コード間のデータ型に係る変換ラッパーを構築することにより，CUDA⇔OpenCV⇔.Net
間のマルチプラットフォームとして開発を行う．なお，OpenCV の高速化に利用する CUDA は.Net との直接的なデータの授受を伴わないため，
ここでは，
.Net
と OpenCV 間のデータの授受についてのみ述べる．
画像データの型変換 本研究における.Net は，GUIの設計や処理済み画像の表示にのみ利用するため，必要となる型変換は OpenCV の Mat 型から.Net の
Bitmap 型へのそれに限られる．これについて
は，.Net の IntPtr メソッドにより Mat 型の画像が格納されているポインタを取得し，それに基づいてBitmap 型のインスタンスを生成することで型変換

図 3 実験環境(川崎医療福祉大学 8015 演習室)を実現する．ただし，Bitmap 型は行サイズを 4 の整数倍で管理するため，これに合せて事前に Mat 型の

図 4 の GUI 左部には各クライアントから受信したフ行サイズを補正する点に注意する．

レームを併せて表示しており，それらを基にフロア

画像データの受信に係る排他制御 サーバのメイ

一面の俯瞰画像として適切に合成されていることをンスレッドでは，各サブスレッドがクライアントか確認できる．

ら得た画像データに対するアクセス競合が生じる．

続いて，受信に係る平均フレームレート(fpsR)おそのため，デリゲート関数を用いてその引数に指定

よび画像合成に係るフレームレート(fpsP)の計測結したデータへのアクセスを制限する必要がある

果を図5および図6に示す．
横軸はクライアント数，

が，.Net のデリゲート関数の引数は参照型のクラス

凡例は画像合成を全て CPU 処理(CPU)，Warper 関数に限定されているため，値型の変数である Mat 型を

のみ GPU 処理(GPU)，
全て GPU 処理(CUDA)した場合そ直接これに渡すことはできない．そこでまず，Matれぞれに対応する．図 5 より，クライアント数の増型の変数をメンバに持つ値型クラスを定義した上で，加よるネットワーク負荷の増大に伴って，fpsR は線

さらにこのクラスへのポインタをメンバに持つ参照

形的な劣化傾向を示している．また，クライアント型クラスを定義する．そしてこれをデリゲート関数

数 1〜3 における fpsR がカメラ設定の 30fps を僅かの引数として与えることにより，間接的に Mat 型へに下回っているが，クライアントの送信時点でのアクセスを実現する．

27fps 前後であった点を勘案すると，これはクライ
アントの内部処理に起因する劣化と考えられる．次

4.2 実装評価に，図 6 の画像合成に着目すると，fpsR と同様にク以上に基づいた俯瞰画像合成システムを開発し，ライアント数，すなわち合成枚数の増加に伴って

図 3 に示す実験環境においてその動作確認を行った

fpsP が劣化しているが，いずれの枚数でも CPU＜GPU

結果(GUI)を図 4 に示す．
図 3 の灰色領域は中央のク＜CUDA の順に改善している．特に本研究が提案したライアントの撮像領域であり，カメラは解像度を

CUDA は，
2〜3 枚程度であればリアルタイムに合成可

640×480，フレームレートを 30 に設定している．

能であり，9 枚合成時でも CPU および GPU に比してそれぞれ 85%および 48%の高速化を実現できる．

（4）- 216 -

図 4 俯瞰画像
像合成システムムとその動作
作例

図 5 画像の受信にに係る平均フフレームレート

図 6 俯瞰画
画像の合成にに係る平均フレームレート

あとがき
あ

協会事務局
局, p.3 (Seept. 2012)

本研究ではは，複数のネットワークカ
カメラを用いいた

3] 高野 照久久, 他,“視界界支援用の車
車載カメラとし
し[3

俯瞰画像合成俯
成システムの開発を行った
た．
特に，
OpennCVて使用される魚眼カ メラ画像列を用いた超解解と CUDA を併併用した画像
像合成の高速化化手法を実装装す像の提案,”生産研究, Vol.67, No.
.2, pp.99-1004

ることでリアる
アルタイムな俯俯瞰画像の生生成を実現しして(Jan.2015)いる．今後のいの課題としては，ネットワ
ワークの負荷荷分[44] X. Li, et al.,“A Survrvey of Appeaarance Modells

散法を検討し散
し，合成枚数数の増加に伴う
う fps の劣化化をin Visuaal Object TTracking, ” ACM Transs.

軽減すること軽とが急務である．そして，隣接するカカメIntelligent Systemss and Techno
ology, Vol.44,

ラの視差を利ラ
利用した超解解像度化，撮像
像領域の重複複をNo.4, pp.1-48 (Septt.2013)

利用した耐故利
故障性について検討を進め
め，高機能・高[55] K. Yabuta, et al.,“OOptimum Cameera Placemennt

性能な防犯カ
性
カメラシステムの開発を行行う予定であある．

Considering

参考文献
参Security Monitoringg,”IEEE Proc. Circuitts[1][ 森 健一郎郎,“監視カメラ世界市場
場に関する調調査

and Systems, pp.21114-2117 (Mayy 2008)

結果,”矢野経済研究
究所 (Aug.20
015)

CamerraSpecifi
icationfoor[66] 松岡 洋,“GPU 並列処理
理による Ope
enCV 関数高速速[2][ 日本万引引防止システム協会,“万引引防止システテム
ハンドブ
ブック第 3 版,”日本万引版
引防止システテム（5）- 217 -

化のポイント,”CQ 出
出版 Interf
face, Vol.411,
No.9, pp.118-126 (SSept. 2015)

認知機能等を改善させる植物由来物質の探索
川崎医療福祉大学 医療技術学部 臨床検査学科
上野 浩司
現代の日本は，超高齢化社会に突入しつつあり，様々な医療と介護の問題を抱えている。ヒトをはじめ多くの動物は高齢化するにともない脳の機能が低下していく。残念ながら，なぜ認知機能や記憶能力が低下するのかは明らかになっていない。しかし，生活の質(QOL)の維持には社会性の維持が必要であり，その中でも認知機能の維持は極めて重要である。そこで我々は手軽に入手できる柑橘類中に認知機能や運動機能を向上させる物
質がないか調べた。これらの機能を向上させることが出来れば日常生活に大きな支障を来さずに高齢化することができるため，日本の医療の為，人々のために有益である。本研究では柑橘類の一種であるカボス(Citrus

sphaerocarpa)にそのような効果がないかマウスに投与してその効果を調べた。その結果，カボス抽出物には認
知機能，不安様行動，うつ様行動を改善させる効果は確認されなかった。しかし，濃度の増加や長期間の投与によって認知機能等が向上する可能性も十分推測される。

1.序文

た実験では，血管保護効果があることも報告されて認知症の高齢者人口は近年増大し続けており，早おり，抗酸化作用が関与していることが示唆されて急な対策が必要となっている。
加齢は疾患ではなく，いる。

正常な生理学的な過程である。自然に歳をとるにつ本研究では，マウスにカボス抽出物を投与した結れて，多くの動物達の認知機能が低下する。この加果，身体特徴や活動量，不安様行動，うつ様行動，

齢による変化は脳全体で均一ではない。
学習や記憶，

認知機能に影響があるのか解析を行った。

決定などの認知機能は側頭皮質と前頭皮質に依存し2.材料と方法ている。しかしながら，なぜ加齢によって認知機能が低下していくのか明確な理由は分かっていない。

2.1. 材料と方法
マウスは生後 3 ヶ月齢の C57BL/6N♂を使用した。

種による違い，脳の領域による違いがあることより加齢によって変化するメカニズムがあることが明確

マウス購入後，1 週間を経てから実験を開始した。

である。すなわち，この変化を止めたり，減弱させ

本動物実験は，川崎科大学動物実験委員会の承認をることも可能であることが示唆される。
そこで，我々受けて，ガイドラインに従って行った。

は認知機能等の脳機能を改善させるものがないか調

2.2. 抽出物の投与べることにした。薬として既に販売されているもの

カボス抽出物投与群(n=10)，コントロール群

ではなく，多くの人間が安心して継続的に摂取でき(n=10)を準備した。カボス抽出物(0.5g/5mL)を蒸留るものとして食品中の物質に着目した。特に，古く水に溶解し，100μL/匹で投与した。コントロール群

から柑橘類の匂いや皮には何らかの効果があることには蒸留水を 100μL/匹で投与した。行動実験開始 1

が世界各地で伝えられてきている。我々はカボス

週間前から 1 回/日で投与し，行動実験当日は開始(Citrus sphaerocarpa)の抽出物に焦点を絞って実30～60 分前に経口投与した。

験を行うことにした。シークワーサーなどの柑橘類

2.3. 行動実験
投与開始 1 週間後にマウスの体重，ヒゲの有無なに含まれるフラボノイドの一種であるノビレチンには記憶障害作用があることが報告されている。さらど身体的な計測と観察を行った。

に，温州みかんや伊予柑果汁をマウスに飲用投与し2.3.1. オープンフィールドテスト（1）- 218 -

マウスをオ
オープンフィールド装置((40 × 40 × 40
自由に 30 分間自由に動き
cm)に入れ，c
分
き回らせた。ビ

抽出物投与にによる活動量と不安様行動動3.2. カボス抽への影響
へ

デオに撮影しデ
し，解析ソフトウェア(ANNY-MAZE)をを使

オープンフィ
ィールドテス
ストにおいてて，カボス投与
与用して解析し用した。

群とコントロー群
ール群では総総移動距離，中央部分に入入

2.3.2.
2
Y 字迷
迷路テスト

る回数，中央部
る
部分での滞在在時間に有意意差はなかった
た

等間隔で Y 字型に配置置されたアームム(走路幅 4cm
m，

(図
図 2)。

高さ
高 10cm)のの 1 つにマウスを入れた。
10 分間自由由に動き回らせて動て，直前に侵入したアーム
ムとは異なっった
アームに入ろア
ろうとするマウスの習性をを利用して認
認知機能を計測す機する。真上かからビデオに撮撮影し，解析
析ソ
フトウェア(Aフ
ANY-MAZE))を使用して解解析した。
2.3.3.
2
強制水
水泳テスト
直径 15cm
m，高さ 30cm
m の透明なシ
シリンダー内内に高さ
高 10cm ままで水を入れれた。その中ににマウスを入入れて横からて10 分間ビデオ
オに撮影し，解解析ソフトウウェ
ア(ANY-MAZアZE)を使用しして解析した。
。
2.3.4.
2テール
ルサスペンシションテスト
マウスの尾
尾にテープをつけ，床からら高さ 60cm のところに吊りとり下げた。10 分間，横かららビデオに撮撮影
し，し 解析ソフフトウェア(AN
NY-MAZE)をを使用して解解析
図 2. オープンフ
フィールドテスト

した。
し
2.4.
2
統計解析
析
統計解析に
には ANOVA を使用し，p < 0.05 の場
場合に有意差ありにりとした。

3.3. カボス抽抽出物投与にによるうつ安様様行動への影影
響
強制水泳テススト，テールルサスペンシションテストにに

3.結果

おいて，カボスおス投与群とコ
コントロール
ル群では無動時
時

3.1.
3
カボス抽
抽出物投与ママウスの正常常な特性間の割合に有意間
意差はなかっった(図 3, 4)。

我々はカボ
ボス投与群とコントロール
ル群を比較しして身体的な特徴身
徴がないか調調べた。投与開開始 1 週間後後に目視による観目観察を行った。毛並み，ヒヒゲの有無ににカ
ボス投与群とボとコントロール群に差は見見られなかっった。
また，カボスま
ス 1 週間の投投与によって体体重に変化はは見られなかったら
た(図 1)。

図 3. 強制水
水泳テスト

図 1. 体重の変化
体（2）- 219 -

性も十分考え性られる。特にに柑橘類にはは独特の匂いががあり，哺乳類はあは太古の昔かからこの匂いいをキャッチしし認識する機能を認を持っているる。
以前よりカボボスには強いい血清コレステロール上昇
昇抑制作用を持つ抑つことが示さされている。中枢神経系のの重量は体重の約重
約 20%である
るが，体の 20
0%以上のコレレ
ステロールを含ス含んでいる。しかし，中中枢神経系におお図 4. テールサス
スペンションテスト

けるコレステロけ
ロールは外因因性のものでではなく，脳内内で産生しているでる。中枢神経経系におけるコレステロー
ー

3.4.
3
カボス抽
抽出物投与にによる認知機機能への影響ル代謝にカボス
ルス抽出物が影影響していなない可能性がああY 字迷路テ
テストにおいて，カボス投投与群とコン
ントる。しかし，マる
マウスにカボボス抽出物をを長期間投与すすロール群ではロ
は総移動距離離，総アーム進
進入回数，自自発ることで何らかるかの影響が出出る可能性もある。また，

交替回数，自交
自発交替の割
割合に有意差
差はなかった((図投与するカボス
投
ス濃度を変化
化させることで影響が出る
る

5)。
5

可能性もある。
可。今後さらななる研究が必必要である。
5.謝謝辞
本研究の遂行
行にあたり，ご支援いた
ただいた公益財
財
団法人ウエスコ団
コ学術振興財財団に深く感
感謝致します。
6.参考
考文献
1.

小川博，望
望月聡，目黒黒忠道 (19988) カボス果汁
汁
粕がコレステロール添
添加飼育脳卒卒中易発症性性
高血圧自然発症ラッ ト(SHRSP)の脂脂質代謝に及及ぼす影響.
. 日本栄養・・食糧学会誌誌. 51. 273-27782.

望月聡，安東史子，
安岩
岩橋妙子，朝来来壮一 (20044)
ラットの脂質代謝に対対するカボス
スオイルの影影
響 . 大分 大 学 教 育 福 祉 科 学部 研 究 紀 要 .
375-380.

3.

図 5. Y 字迷路テスト
字Okuyama S,
S Yamamoto K, Mori H ett al., (20144)
Auraptene
e

in

thhe

Peels

of

Citruus

4.考察

kawachiennsis (Kawacchi Bankan) Amelioratees

今回の研究
究ではカボスを投与するこことで認知機機能

Lipopolys
saccharide--Induced Inf
flammation iniをはじめ脳機を機能に影響があるか解析しした。しかしし，

the Mousse Brain. Evid Basedd Complemennt

今回解析に用今
用いた項目ではカボス投与
与群とコントトロ

Alternat Med. 2014. 408503.

ール群では有ー有意な差は得得られなかった
た。

4.

認知機能と
とは視覚や聴聴覚，触覚など
どから情報をを受

Wolffenbüüttel AN, Zaamboni A, Bec
cker G et al.,(2018) Citrus essenntial oils inhalationibby

け取り正しくけ
く認識する能力を示す。そそのため，ここれmice:

ら全てを一度ら
度に実験することは難しいい。本研究でで調

analysis,, corticos terone, annd melatoniin

べたのは視覚べ
覚情報による認知機能のみみであるためめ，levelsカボス投与群
カ
群では他の認知機能が改善
善している可可能

160-169.

（3）- 220 -

Behavioral
evaluation.

testing,

GCMS

PhytotheerplasmmaRes

322.

Hecke 環と環のゼータ関数に関する新研究
川崎医療福祉大学
兵藤史武（概要）数論の諸問題において考察対象に付随する Dirichlet 級数(ゼータ関数)を研究することは非常に重要である．特に保型形式に登場する Hecke 環においては，それに付随する Dirichlet 級数が定義されており，有理性と呼ばれる等式を満たすことが知られている．これらの Dirichlet 級数の係数は互いに可換であるが，本研究ではその係数が互いに非可換なものを考察する．これまでの私の研究で，1 次と 2 次の Heisenberg の Lie
環の Hecke 環の場合に有理性に類似した等式を示した．この等式は，E.Hecke が定義した古典的な Hecke 環のDirichlet 級数の有理性，さらには Grunewald-Segal-Smith のゼータ関数の有理性をも導いており，非常に興昧深い．本研究では 2 次のハイゼンベルクの Lie 環の場合の，より簡明な証明が得られた．
1.

研究の学術的背景を目的として導入された．この関数はリーマン

本研究では Hecke 環を研究し，その成果を環の予想で有名なリーマンゼータ関数の拡張になゼータ関数の研究に適用する．全く異なる背景っているため数論的にも興昧深い研究対象でを両者は持っている．まずは両者の紹介を行っある．[7]の主定理として群・環のゼータ関数た後その関連について述べる．Hecke 環は整数の有理性定理がある．それから約 20 年後，論や表現論に多く現れ，これらを研究する上でVoll[8]により関数等式が示されることで群・非常に重要な概念である．これは古典的には環のゼータ関数は数学において重要な関数とHecke[2]により保型形式への作用素の環とししての地位を確立したと言える．しかしこれ以て定義され，後 Shimura[4]がこの定義を一般化

後大きな進展は見られない．申請者はこの分野した．その後 Tamagawa[5]や Satake[6]らによの研究の新たな方向性として環に付随するり Hecke 環の研究は目覚ましい発展を遂げた．

Hecke 級数とゼータ関数とを関連づけることをこれらの研究の中で Hecke 環の環構造や Hecke

提案する．Hecke 環とゼータ関数との関連を以級数と呼ばれる冪級数について著しい成果を下で述べる．Shimura は[9],§3.2 の中で，[5]彼らは挙げている．一方で申請者は，[5]のの Hecke 級数に関する定理に degreemap と呼ば

Hecke 環や Hecke 級数の概念を拡張する形で．

れる写像を適用することによって，リーマンゼ環に付随する Hecke 環と Hecke 級数を定義し，ータ関数による積表示が得られることを指摘研究を行っている．これらはこれまで扱われてした．実は Shimura の指摘は次のように表現でこなかった新しいタイプの Hecke 環であり，
[5]

きる．

や[6]が扱っている Hecke 環と比較すると，環構造が大きく異なることが申請者の研究[3]に[5]のHecke級数に関する定理はdegreemapを介してより明らかとなった．このような Hecke 環に関特殊な環のゼータ関数の有理性定理を導く．

する先行研究は他には存在しない．これは他分野との関連が見つからず，研究する意義を見出

申請者は上記の一般化を目指している．その第せなかった為であると思われる．しかし申請者一歩として，申請者は[3]で Heisenberg の Lieが以前から研究してきた群・環のゼータ関数と環において，上記と同様の定理を得た．申請者の関連に着目することで本研究の意義を見出の大目標として以下を掲げる．

す こ とが で き る ．群 ・環 の ゼー タ 関 数はGrunewald・Segal・Smith[7]により群論の研究

一般の環に対して,その環のゼータ関数の有理性定（1）- 221 -

理を degreemap を介して導くような
参考文献

Hecke 級数のよい関係式を構築する．

[1] A. N. Andrianov, Rationality theorems for
2.

3.

4.

明らかにする内容

Hecke series and zeta functions of the groups GLn

本研究ではこの大目標に向けて，申請者の[3]and SPnの結果を高次の Heisenberg の Lie 環へ拡張すover local fields, Izv. Math. 3(3) (1969) 439‒

ることを目指す．

476.

研究成果

[2] E. Hecke, U¨ ber Modulfunktionen und die

本研究では 2 次のハイゼンベルグの Lie 環の関Dirichletschen

係式を求める際の証明を大幅に簡略すること

Produktentwicklung. I,に成功した．定理の証明自体は前年度にすでにII.

得られていたが，計算が複雑すぎたため，証明

1-28,316-351.

の可読性が低く，論文にすることができなかっ[3] F. Hyodo, A formal power series of a Hecke ring

た．本研究によりそれが可能となり，現在投稿

associated with the Heisenberg Lie algebra over

準備中である．

Zp, to appear in Int. J. Number Theory.

研究手法[4] G. Shimura, Sur les integrates attachees aux

まず，n 次ハイゼンベルグの Lie 環の自己同型

formes automorphes. Journal of the Mathematical

群が n 次斜交群と関連付けられるとことを用い

Society of Japan 11.4 (1959): 291-311.

て，両者に付随する Hecke 環を関連付ける．n[5] T. Tamagawa, On the ζ-functions of a division

次ハイゼンベルグ Lie 環の Hecke 環を S,n 次斜algebra. Ann. of Math. 77.2 (1963): 387-405.

交群に付随する Hecke 環を R とすれば，以下が[6] I. Satake, Theory of spherical functions on成り立つ．

reductive groups over p-adic field, Publ. Math.

ReihenMathematischemit

AnnalenEulerscher

114.1(1937):

I.H.E.S. 18 (1963): 5-69.
Proposition1 三つの環準同型写像 s:R→S,ϕ:S→[7] F.J. Grunewald, D. Segal, and G.C. Smith,

R,θ:S→S が存在し，以下が成り立つ．

Subgroups of finite index in nilpotent groups,
Invent. Math.

deg◦θ=deg,ϕ◦θ=ϕ,ϕ◦s=id.

93.1 (1988): 185-223.
R については[1]によりすでに研究されており，彼ら[8] C. Voll, Functional equations for zetaの手法を利用することが可能となる．今回の証明のfunctions of groups and rings, Ann. of Math. 172.2

ポイントは写像 s による R の像と，ハイゼンベルグ(2010): 1181- 1218.

の Lie 環の Hecke 級数との積を巧みに計算したこと[9] G. Shimura, Introduction to the arithmeticである．Γを n 次斜交群,すなわち GSp̲2n(Zp),∆を

theoryGSp̲2n(Qp) ∩M̲2n(Zp) とおく．次で定義される

Princeton University Press, 1971.

Y(A,C,c)の Γ による左側剰余類の位数を計算する
こ と が 重 要 と な る ． A,C ∈ ∆,c ∈ Z̲4 に 対 し ，Y(A,C,c)={α∈ΓAΓ¦αC∈µ(A)∆,αc∈µ(A)Z̲2n}と定義する．この位数が，Γの十分大きな部分群の右作用において不変であることを用いることで，計算の負担を大幅に軽減し，見通しの良い証明を与えることができた．

（2）- 222 -

ofautomorphic

functions.

Vol.

1.

未来に残す資産としての岡山方言のデータベース構築－映像アーカイブの研究活用－
ノートルダム清心女子大学
尾 崎 喜 光本研究は、「方言」を未来に残す文化資産のひとつと位置づけ、方言の衰退が現在よりもまだ進んでいなかったおよそ 30 年前の状況について、地元テレビ局が制作し、現在は映像アーカイブとして残されているテレビ番組に登場する岡山県民の発話を忠実に文字化・データベース化し、それを分析することにより、実際の会話において岡山方言がどのように用いられていたか、その言語生態の一端を明らかにすることを目的とする。
調査対象となるテレビ番組は計 55 回分あるが、本助成を受けてデータベースとして追加した 13 回分を含めデータベース化が完了したものは 31 番組にとどまることから、いまだ本格的な分析をする段階に至っていな
い。中間的分析をした研究論文に、「帰るとゆうことです」を「帰るゆうことです」のような、岡山方言の特徴の一つである「と」を省略した表現の使用を分析した尾崎喜光（2018）がある。本報告では、出現頻度はそれほど高くないものの、ときどき出現が観察される、共通語の「～で（は）なく」に対応する「～で（は）なしに」という、一見方言形とは思われない表現がどのように出現しているかについて分析した結果を報告する。

であり、実際の生活においてどう使われていたか、

1. 研究目的
後世に残し伝えるべき日本の文化資産の一つにすなわち“生態”としての方言の姿までは示されて「方言」がある。岡山県にも、共通語にはない方言

いない。この“生態”としての方言を明らかにするとしての表現が豊かにあった。

本研究は、“標本”としての方言の研究を補う研究としかしながら、学校教育における共通語指導や、して大いに意義がある。

昭和 30 年代以降のテレビの普及により、従来用いられてきた伝統的な岡山方言は現在大きく衰退し、

2. 研究方法と研究経過
過去における話し言葉の使用実態を明らかにする

これに代わって共通語や岡山方言と共通語とのハイためには録音・録画資料を活用する必要がある。そブリッドの新しい方言が普及しつつある。
本研究は、現在失われつつある伝統的岡山方言がのためには、過去に放送されたテレビ番組・ラジオ

かつて生活の中でどのように使われていたかという番組を蓄積した映像アーカイブが、研究資料の有力

方言使用の実態について、過去に放送され現在は映候補となる。

像アーカイブとして保存・公開されている地元テレ

そうしたテレビ番組・ラジオ番組を蓄積し、学術

ビ局制作のテレビ番組を方言研究のための話し言葉研究および一般利用のために無料公開している施設

資料として位置付け調査・データベース化し、それに公益財団法人「放送ライブラリー」（横浜市）があを分析することでかつての方言使用の一端を明らかる。
テレビ番組は現在約 18,000 本蓄積されている。

にすることを目的とする。加えて、研究の過程で構

この中に、「テレビせとうち」が 1985 年 10 月から築するデータベースを研究終了後に学術研究等のた

翌年 10 月までの約 1 年間に計 55 回放送した地域紹

めに無料公開し、岡山方言に関心を持つ学生や若手

介番組「くろーず UP せとうち」（日曜日放送の 30

研究者、
市井の研究家が活用できる資産として残す。

分番組）がある。各回のテーマに関係する岡山県民

なお、共通語の影響を受ける以前の岡山方言は方が、レポーターを兼ねたアナウンサーのインタビュ

言辞典で確認することもできる。しかしながら辞典ーに答えて発話する場面が多数含まれているが、そに示されている方言はいわば“標本”としての方言の中に岡山方言が現われることがある。本来であれ（1）- 223 -

ば、より日常的な会話場面において方言がどう使わいて、中間的に分析した結果を紹介する。

れているかを観察したいと考えるが、「テレビ番組」という制約が伴うため、そこは断念せざるをえない。

4. 「～で（は）なしに」の分析

そこでむしろ、方言の使用が控えられる傾向のある

ここで問題にする「～でなしに」の中核部分は「なテレビ番組のインタビュー場面においてもなお、そしに」であるが、共通語においても「あなたなしにれが方言形であると意識されにくいためにいろいろは生きていけない」のような「なしに」の用法はあな人が使用する傾向のある方言形は何であるか、どる。しかしながらここで問題とするのは、「なしに」のような文の中で使っているのかという観点から分の直前に「で」ないしは「では」を伴い、それ以前

析することとした。

の部分を否定することを基本とする用法である。典

こうした分析をするために、
全 55 番組について、型的には共通語の「A で（は）なく B」を「A で（は）アナウンサーによる視聴者向けの説明やナレーショ

なしに B」とする用法である。つまり、「で（は）な

ンを除くインタビュー場面に現われた全ての発話をく」を「で（は）なしに」とするのである。このよ対象とし、アナウンサーによる質問も含め、言い誤

うな用法は共通語にはなく、従って方言的な用法とり等も含めて忠実に文字化し、それに話者情報（性言える。これがデータ中にしばしば現れる。

別・年齢層・職業等）を付加してデータベース化している。

データの中には共通語形の「～で（は）なく」も現れることから、以下では、その出現と対比しつつ、

個人研究費等によりすでに 18 番組をデータベー

方言形の「～で（は）なしに」の出現を見てゆく。

ス化していたが、昨年度は本助成を受け 13 番組をなお、共通語の「～で（は）なく」をそのまま岡山追加し、現在のところ 31 番組のデータベースを蓄方言に置き換えると「～で（は）のうて」であり、積している。進捗率は 56.4%である。

従って三項対立の可能性があるが、「～で（は）のうて」は実際には現れないことから二項対立として比3. 本稿で注目した方言形

較する。また、「は」を介する「では」は「じゃ」とデータベースはいまだ作成の途上にあり完成を見ていないが、インタビュー場面において出現頻度が縮約されて「～じゃなくて」「～じゃなしに」と現れることもあるが、これも分析対象とする。

比較的高いことから中間的段階でも分析可能と判断

31 番組のデータを分析したところ、「～で（は）

した方言形の使用について分析した研究論文に尾崎なく」は 5 件、「～で（は）なしに」は 13 件出現し喜光（2018）がある。たとえば「明日には帰るとゆた。前者 5 件のうち 2 件は、共通語の使用を意識すうことです」を「明日には帰るゆうことです」のよることの強い取材アナウンサーによるものである。

うに、引用の「と」を省略することは岡山方言等のこれを除くと 3 件対 13 件ということになる。全体

特徴の一つであるが、これを分析した。
「ぼっけー」

として件数はそれほど多くないものの、内部構成比「でーれー」のような一見して方言形と分かる表現

を見ると、共通語形よりも方言形の方がはるかに優と異なり、「と」を省略することが特徴であるため方勢であることがわかる。これは、「～で（は）なしに」言形と意識されにくいことから、引用の「と」を含の「で」も「は」も「なしに」も共通語にあり、形みうる文を発話した人のうちの約 3 割が「と」を省の上ではこれが方言形と意識されにくいことによる

略していること等を明らかにした。

ものと考えられる。

本報告では、出現頻度は引用の「と」の省略ほど

実際の用例を両グループに分けて以下に示す。な

高くないものの、しかしながらときどき出現が観察

お、文字化部分の「＊」は聞き取りが困難な箇所でされる、共通語の「～で（は）なく」に対応する「～ある。用例末尾の【 】内は発話者情報と番組情報

で（は）なしに」という、やはり一見方言形とは意である。発話者情報うち年齢層は筆者の推定による識されにくい表現がどのように出現しているかにつものがほとんどである。

（2）- 224 -

吉井町」1985 年 10 月 13 日放送】

【共通語的表現：「～で(は)なくて」】…5 件①「と同時にですねぇ、まぁあのー、観光業者の方⑦「日頃はまぁうちで飼うこととぉ、それとーそのだけでなくてですねぇ、
この地域の人がですねぇ」

前まぁ宇内の方（かた）が、あのーホタルーーを【取材アナウンサー（50 代？・男性）、第 1 回「売完全に、こう飼われる前は、あたくしらがこう一

り出せ！ふるさと 燃えた農林漁業祭」1985 年

日ー、でなしに週ー、で決めてたね。
」【矢掛町役

10 月 6 日放送】

場ホテル班のプロジェクトチームの一員（40～50
代・女性）、第 5 回「大名行列の町 岡山県小田②「まぁ、湯原に訪れていただいたお客様をですね

郡矢掛町」1985 年 11 月 3 日放送】

ぇ、あのー湯原だけでなくて、その周辺の観光地とタイアップできた観光を、していただけると。
」⑧「それもこのー、押しつけられてやるんでなしに【湯原観光協会事務局長（50 代・男性）、第 4 回

ぃ、自発的にこう、進んでやろうとゆう、そうゆ「いで湯の町 岡山県真庭郡湯原町」1985 年 10

う、まぁ運動なんですね。
」【早島町長（60 代・男

月 27 日放送】性）、第 7 回「〈イ草の町〉 岡山県都窪郡早島町」
1985 年 11 月 17 日放送】③「おもには、東京と岡山をまず結ぶと、ゆうことで、えー、その東京ーー、岡山空港だけでなくて⑨「それでまぁ、それで味噌、豆腐とかいうようなですねぇ、東京での空港の受け入れ、の問題も当

手作りの野菜を、えー、野菜でなしにあの加工品

然、からんでくると思うんです＊ね。
」【取材アナ

を作るとゆうことで、」【早島町農協組合長（50～ウンサー（40 代・男性）、第 15 回「新春特別企画

60 代・男性）、第 7 回「〈イ草の町〉 岡山県都窪

建設すすむ新空港」1986 年 1 月 12 日放送】

郡早島町」1985 年 11 月 17 日放送）④「当然、あの、新規路線の開設とゆうことになり⑩「これあの組合員だけでなしにぃ、まぁこう地域

ますと私どもの方からだけの希望ではなくて向こ

一般の人にも利用していただいて、」【早島町農協うの方（ほう）からもですねぇ、乗り入れの希望

組合長（50～60 代・男性）、第 7 回「〈イ草の町〉とゆうものもあるわけですので、」【岡山県新空港

岡山県都窪郡早島町」1985 年 11 月 17 日放送】

開設準備室長（30～40 代・男性）、第 15 回「新⑪「なお、その、おー、点につきましては、瀬戸（し春特別企画 建設すすむ新空港」1986 年 1 月 12ぇと）の大橋だけでなしに、い、倉敷市が、あー、

日放送】

水島の臨界工業地帯も、北へ行きますと吉備高原⑤「たとえば行政が言うからだとか、市町村が、あ都市もある。
」【灘崎町長（70 代男性）
、第 9 回「〈干ー、こうだとかってゆうんではなくて、えー、自拓の町〉 岡山県児島郡灘崎町」1985 年 12 月 1

分たち自身がね、
やっぱりそれに取り組むことが、

日放送】

自らの、おー、その、おー、プラスにもなるし」⑫「＊はりそれには、あのー、と、搾るだけ、売る【岡山県企画部理事（50～60 代・男性）、第 19

だけが仕事でなしに、やはりあの搾るときから売回「川柳の里 岡山県久米郡久米南町」1986 年 2ることを考えた牛乳の、えー、無脂固形（やや聞

月 9 日放送】

き取りにくい）の問題、」【酪農家（33 歳・男性）、
第 10 回「ジャージー牛の里 ＝蒜山高原＝」1985
年 12 月 8 日放送】

【方言的表現：「～で(は)なしに」】…13 件⑥「それでー、またー新品種の方もぉ、今ー植栽し⑬「よそからよそのものを真似したようなもんでな

てぇ、もう 3 年先には、あー、ベリーA、でなし

しにねぇ、津山らしいものをやはり作っていってに、リースリングとかメルローとゆう欧州系の、ぇ、魅力のあるものを作っていっ＊。
」【津山民芸

おー、ワインも、おー、やってみたいと、こうゆ協会副会長（60 代・男性）、第 17 回「歴史と伝統

うように思うております。」【醸造場代表取締役のまち 津山市」1986 年 1 月 26 日放送】

（50 代？・男性）、第 2 回「ワインの里 赤磐郡⑭「この「いいとこ総社」ゆうのは、あの、ほんと（3）- 225 -

に総社がよいところだけであるんじゃなしに、い米朝（3 代目）、出演当時 62 歳・男性、読売テレ

い総社に育て上げましょうと、いい総社を皆さん

ビ放送『特選!! 思い出の漫才コンビ ベストテン』、にこう見ていただきましょうとゆういろんなこう、

1988 年 3 月 26 日放送】

願いや希望が、うー、含まれてるんですねぇ。
」【総・「で、えーー、じつはそのー、「目玉とメガネ」（西社市助役（70 代・男性）、第 20 回「
〈古代と 21

川きよしと桂文珍のこと）とゆう番組をいつもご世紀結ぶ〉 岡山県総社市」1986 年 2 月 16 日放覧いただいてるお客様を、は、あのー、お集りい

送】

ただいて、
それで、
芸をするとゆうんではなしに、⑮「ま、ここにありますようなあのー、フリッター

えー、なんばグランド花月に（下略）」【桂文珍、でなしにあれは何ですかなぁ、あのー、ボール揚出演当時 46 歳・男性、読売テレビ放送『目玉とげがありますでしょ。
」【核酸食友の会飯岡支部長

メガネスペシャル きよし・文珍の爆笑漫才』、（60 代・女性）、第 23 回「「ヤマの町」は、いま1995 年 2 月 19 日放送】

岡山県久米郡柵原町」1986 年 3 月 9 日放送】⑯「これは単年度でなしにですねぇ、こっ、今後、桂米朝は兵庫県姫路市出身、桂文珍は兵庫県篠山真備町の、まぁシンボルとして、真備公と竹と、市出身である。
こうしたことを考えると、「～で（は）こうゆうふうにまぁ考えてやっております。
」【真なく」を「～で（は）なしに」とする表現は、岡山

備町長（60～70 代・男性）、第 24 回「〈タケノコ

県のみならず広く西日本に行われている可能性が考の里〉岡山県吉備郡真備町」1986 年 3 月 16 日放

えられる。

送】
⑰「そーしてまたゆくゆくは煎餅（しぇんべー）だ

5. おわりに

けでなしに、あのー草餅なんか作ってふるさと祭

現時点でのデータベース構築の進捗率は 56.4%でとか、青空市場とか、まぁああゆうふうなところある。まだ 24 番組の処理を残しているが、今後もへも、参加したいと思っております。
」
【
「野草を食

調査を継続して全 55 番組をデータベース化し、そべる会」会長（50～60 代・女性）、第 27 回「“星の後本格的な分析を進める。分析の観点には本報告の郷”づくり 岡山県小田郡美星町」1986 年 4 月の「～で（は）なしに」も含め、前後の文脈や話し

6 日放送】

手の年齢層等からの分析も進めたい。

⑱「それでまぁ岡山がまぁただ一過性で、えー、「通

また、ひととおり分析を行なった後は、学術研究（とお）って、あー良かったな」とだけでなしに、等のために本データベースを無料公開し、岡山方言

しみじみした、まぁ触れ合いを深めていく＊、まに関心を持つ学生や若手研究者、市井の研究家が活ぁその手立てを一つでも増やしいこう＊、」【岡山

用できる資産として残すことで、研究助成を受けて

県観光連盟専務理事（50～60 代・男性）、第 30

行なった本研究が他者の研究のために資するという回「観光おかやま」1986 年 4 月 27 日放送】

よい循環を生み出したい。

こうした「～で（は）なしに」という表現につい

参考文献

ては、
本研究と別の調査目的で「放送ライブラリー」

尾崎喜光（2018）「第 13 章 テレビインタビューのにおいて別のテレビ番組を視聴していたところ、関応答場面に見られる方言使用―30 年前の岡山県西出身者も使っているケースをたまたま耳にした。

における引用の助詞「と」の省略―」（小林隆編『コその用例を以下に示す。

ミュニケーションの方言学』ひつじ書房、
pp.293-317）

・「（昔の芸人は）皆なんかねぇ、そうゆう変わったことを考えて、ただしゃべるだけやなしに。
」
【桂

（4）
- 226 -

「保育士の早期離職を予防する養成校及び施設管理職者向けマニュアル」の作成―リアリティショックに着目して―山陽学園大学 総合人間学部
松浦美晴・上地玲子（概要）待機児童問題の解消には保育士の早期離職を防ぐ必要がある。
新人保育士の離職の理由となるものに，「リアリティショック」（Kramer，1974）がある。これは，「新卒の専門職者が就職後数か月以内に予期しなかった苦痛や不快さを伴う現実に出くわし，身体的，心理的，社会的なショック症状を表わす状態」と定義される。新人保育士にとって，保育現場への就職というライフイベントにおけるリアリティショックを回避することは難しく，周囲からのサポートが必要となる。本研究では，新人保育士を対象とするインタビューを実施
し，リアリティショックのマター（問題）となる，就職前に抱いていた予想と就職後の現実とのギャップを抽出した。ギャップの内容を表す 10 カテゴリーとカテゴリー間の量的関係を説明する 2 次元が抽出された。本
研究の結果にもとづき，新人保育士の離職予防マニュアルを作成することが望まれる。
職前に抱いていた予想と就職後の現実とのギャップ

目的
現在，日本では待機児童問題が深刻である。そのがストレッサーとなり，ストレスが喚起された状態

背景に保育士の不足がある。原因の 1 つは保育士のを新人保育士のリアリティショックと考えることに早期離職である。新人保育士の離職の理由となるもする。本研究は，新人保育士のリアリティショック

のに，「リアリティショック」があると考えられる。

のマター（問題）として，ストレッサーとなりうる

これは，Kramer（1974）が保育士と同じ専門職でギャップをとらえることを目的とする。新人保育士

ある看護師について，「新卒の専門職者が就職後数かを対象にインタビューを実施し，就職前の予想と就月以内に予期しなかった苦痛や不快さを伴う現実に職後に経験した現実との間のギャップを抽出する。

出くわし，身体的，心理的，社会的なショック症状を表わす状態」と定義した概念である。保育士は，方法研究実施にあたり，研究代表者の所属機関の研究

子どもと接する仕事というイメージを持たれがちであるが，実際の業務には保護者対応や事務が多く，

倫理審査委員会より承認を受けた。

新人保育士は就職前に予期しなかった現実に出くわ

1. インタビュー

しやすい。厚生労働省の「待機児童解消加速化プラ

A県内の保育施設に就職して1年目の保育士8名，ン」（2013）でも，保育士のリアリティショックへ

2 年目の保育士 3 名の合わせて 11 名（女性 10 名，の対応の必要性が述べられている。

男性 1 名，私立保育園勤務 10 名，認定こども園勤

近年のリアリティショック研究では，リアリティ

務 1 名）をインタビューの対象とした。年齢は全員

シ ョ ッ ク の 流 れ を ス ト レ ス 理 論 （ Lazarus &が 20 歳台であった。1 年目の保育士のインタビュー

Folkman, 1984)の枠組みで捉え，尺度を作成するよは，
就職後 1～3 か月に相当する 5 月～7 月に実施しうになっている（松田・設楽・濱田，2016）30)。

た。保育施設では季節ごとに行事が行われるため，

岡本・岩永（2015）は，新人看護師のリアリティシ

新任の保育士は最初の 1 年を通して「初めての業務」

ョックを「自己に対して抱いている能力や自己評価を経験し続けることがある。業務についてのギャッと，就職した職場の環境や仕事内容など現実とのギプの内容をとりこぼさず収集する必要があったため，

ャップが認知的不整合を引き起こし，それがストレ

2 年目の保育士には 1 年目の経験について尋ねた。

ッサーとなりストレスが喚起された状態」とした。

対象者への協力依頼の際は，文書と口頭で説明を行本研究も同様の枠組みを採用し，新人保育士が就い，対象者からの同意を文書により受けた。

（1）- 227 -

インタビューは大学内の鍵のかかる個室内で，対のカテゴリーに含まれた。第 2 のカテゴリーは，就象者 1 名または 2 名に対し，実施者 2 名が行った。

職後の自らの成長への気づきを表す内容であり，「b

所要時間は約 1 時間であった。あらかじめ作成した

自分の成長の実感」とした。第 3 のカテゴリーは，

インタビューガイドに沿った半構造化面接を通して，仕事をする上でサポートになっている事柄を表す内「就職前のイメージと就職後の現実とのギャップ」

容であり，「c 仕事のためのサポートの実感」とした。

を中心に対象者の話を聴き取った。面接中の対象者

以上のカテゴリーは，予想より現実のほうがポジテと実施者の発言を IC レコーダーに録音した。

ィブな方向にあるギャップを表している。第 4 のカ

2. ギャップの抽出と分類

テゴリーは，子どもと関わる上での困難を表す内容

心理学の研究者 3 名で話し合いながら発話内容をであり，カテゴリー名を「d 子どもと関わる難しさ」

まとめ整理し，98 の内容を表す切片を作成した。さとした。第 5 のカテゴリーは，仕事での要求に対しらに心理学の研究者と心理学の博士課程に在籍する

自らの能力が追いついていないことを表す内容であ

大学院生数名で話し合い，「ギャップの認知」を表す

り，「e 自分の能力不足の実感」とした。第 6 のカ

84 の切片に絞り分類対象とした。

テゴリーは，保護者と関わる上での困難を表す内容

続く分類では，恣意的にならないよう，KJ 法（川であり，「f 保護者と関わる難しさ」とした。第 7 の喜田，1967）を参考に次の手続きをとった。本研究

カテゴリーは，職員間の人間関係や先輩保育士とのに直接関わっていない社会人と学生合わせて 33 名

関係の難しさを表す内容であり，「g 職場の人間関（男性 3 名，女性 30 名，年齢 20 歳台から 60 歳台）

係の難しさ」とした。第 8 のカテゴリーは，職場のに分類を依頼した。分類者は互いに独立して，何ら待遇や方針・慣習に対する不満を表す内容であり，の規定された基準も用いず，内容が類似すると判断「h 職場への不満」とした。第 9 のカテゴリーは，した切片を同じカテゴリーに分類した。切片 A と切

人手が足らず業務の量・範囲が大きく，時間に追わ

片B の両方を同じカテゴリーに分類した分類者の数

れ，残業や持ち帰り仕事を要求されるという労働負を全分類者数 33 で除したのち反転したものを，AB荷の大きさを表す内容であり，「i 労働負荷の大きさ」

間の距離とした。距離行列をもとに，平均連結法をとした。第 10 のカテゴリーは，余暇の少なさや業用いたクラスター分析によって，ギャップの内容の務に耐えるための体力保持の必要性から十分なスト

カテゴリーを抽出した。同じく距離行列をもとに，レス対処ができずサポートも得られないことを表す

多次元尺度法（MDS，ALSCAL 解）によって，切内容であり，「j ストレス対処やサポート獲得の難し

片の分類軸となる次元を抽出した。クラスター分析さ」とした。以上のカテゴリーは，予想より現実のと多次元尺度法には，SPSS for Windows ver.23 をうがネガティブな方向にあるギャップを表している。

用いた。

2. 多次元尺度法
カテゴリー間の関係を解釈するため，MDS では

結果

解釈の容易な 2 次元解を採用した。適合度指標は，

1. クラスター分析

Stress 値が.373，RSQ 値が.441 であった。適合度

クラスター分析から得られたデンドログラムを，が高くない理由は，クラスター分析のデンドログラ

内容のまとまりを考慮し切断し 10 カテゴリーとしムが多層の構造を示していることから，分類軸が実た。同一カテゴリー内の切片に共通する内容を表す

際には 2 軸を越えて存在すると考えられることであよう，カテゴリーに命名を行った。表 1 にカテゴリる。84 の切片の 2 次元空間布置図を図 1 に示す。ク

ー名と代表的な切片内容を示す。

ラスター分析から得られたカテゴリーごとに，カテ第 1 のカテゴリーは，子どもと関わる楽しさを表

ゴリーのアルファベット記号をプロットした。

す内容であり，カテゴリー名を「a 子どもと関わる

カテゴリー間で明確に分離しないプロットが見ら楽しさ」 とした。
「仕事が楽しい」という切片がこれた。特に「e 自分の能力不足の実感」は 1 つにま（2）- 228 -

表 1 クラスター分析より得られたカテゴリーと主な内容れに対応するためのサポートを周囲から得られず，

a 子どもと関わる楽しさ

負担から来るストレスにも対処ができず，職場への子どもの成長が嬉しい

不満が募っていることを表すと考えられる。負極に子どもがなついてくれるのがうれしいは「c 仕事のためのサポートの実感」が布置し，続仕事が楽しいいて負方向に「b 自分の成長の実感」が布置した。

b 自分の成長の実感
自分が成長している実感がある

周囲からサポートを得ることができ，自らが成長す

体調管理に気をつけるようになったることによって，仕事による負担があっても対応で仕事をするようになって，自分の姿を客観的に見ることがきていることを表すと考えられる。以上から次元 1

出来るようになったを＜仕事への非対応―対応＞と解釈した。次元 2 上

c 仕事のためのサポートの実感
他の園の友人と情報交換をするようになったでは，正極に「g 職場の人間関係の難しさ」が布置新人を育てるための，さまざまな配慮がある

し，続いて正方向に「f 保護者と関わる難しさ」が先輩保育士が優しい布置した。職場の先輩・同僚や保護者などの大人をd 子どもと関わる難しさ相手にする関わりに苦労していることを示すと考え手のかかる子どもがいるられる。負極には「d 子どもと関わる難しさ」が布年度初めに新入の子どもが泣くので大変置し，続いて負方向に「a 子どもと関わる楽しさ」

子どもを怒ることがストレスになるが布置した。いずれも子どもを相手とする関わりをe 自分の能力不足の実感
自分の力不足を感じる表している。以上から次元 2 を＜関わる対象が大人初めてで仕事がよく出来ない－子ども＞と解釈した。

新人なのに責任の重い仕事を任される

2 つの次元により空間布置は 4 つの象限に分かれ

f 保護者と関わる難しさ
保護者とのコミュニケーションが難しいる。第 1 象限は，仕事に対応できておらず，関わる保護者同士のトラブルがある

対象が大人であるギャップといえる。＜仕事への非保護者から一人前の保育士と見てもらえない

対応＞の極に「i 労働負荷の大きさ」がある。象限

g 職場の人間関係の難しさ

内に広く「h 職場への不満」に属する内容が布置し職員間の連携が取れていないている。第 2 象限は，仕事へ対応できており，関わ

職員間の人間関係が難しいる対象が大人であるギャップといえる。＜関わる対

先輩保育士の言い方に傷つく

象が大人＞の極に「g 職場の人間関係の難しさ」「fh 職場への不満
園の方針に疑問がある

保護者と関わる難しさ」がある。隣接して「h 職場

結婚や出産後も働ける職場ではないへの不満」に属する内容が布置している。象限内に仕事に必要な設備が十分でない

広く「e 自分の能力不足の実感」がある。＜仕事へ

i 労働負荷の大きさの対応＞の極に「c 仕事のためのサポートの実感」

書類が多い
持ち帰り仕事が多いがある。第 3 象限は，仕事へ対応できており，関わ忙しすぎて必要な仕事ができない

る対象が子どもであるギャップといえる。＜仕事へj ストレス対処やサポート獲得の対応＞の極に「e 仕事のためのサポートの実感」

家族や友達には仕事の悩みを相談できないがある。象限内に「b 自分の成長の実感」「a 子どもプライベートの時間が少なくなった
仕事のための体力を残しておきたいので，思い切り遊べないと関わる楽しさ」が布置し，＜関わる対象が子ども＞の極に「d 子どもと関わる難しさ」がある。第 4

とまらなかった。2 次元布置の次元 1 上では，正極象限は，仕事へ対応できておらず，関わる対象が子に「i 労働負荷の大きさ」が布置し，続いて正方向どもであるギャップといえる。＜関わる対象が子どに「j ストレス対処やサポート獲得の難しさ」，「h 職

も＞の極に「d 子どもと関わる難しさ」がある。象場への不満」が布置した。労働の負担が大きく，そ「j ストレス対処
限内に「e 自分の能力不足の実感」（3）- 229 -

2a 子どもと関わる楽しさ
b 自分の成長の実感[CELLRAN[CELLRAN[CELLRAN[CELLRAN[CELLRAN[CELLRAN[CELLRANGE][CELLRAN[CELLRANGE][CELLRANGE]GE][CELLRAN[CELLRANGE]GE][CELLRAN[CELLRANGE][CELLRAN[CELLRAN[CELLRANGE][CELLRAN
GE]
GE]
GE]
GE]
[CELLRAN[CELLRAN[CELLRANGE] GE]GE][CELLRAN[CELLRANGE] GE]GE]GE]GE]GE] GE]GE][CELLRAN
1GE][CELLRAN[CELLRANGE][CELLRAN
0.5
GE]
GE]
[CELLRAN[CELLRAN[CELLRAN[CELLRANGE][CELLRANGE][CELLRANGE][CELLRANGE]GE][CELLRAN[CELLRAN[CELLRANGE]
0[CELLRANGE][CELLRAN[CELLRAN[CELLRAN[CELLRAN[CELLRAN
GE]
GE]
GE]
[CELLRAN[CELLRANGE][CELLRANGE][CELLRANGE][CELLRAN[CELLRAN[CELLRAN
GE]
GE]
GE]
[CELLRAN[CELLRANGE][CELLRAN
GE]
GE]
GE]
GE]
GE]
GE]
GE]
GE]
GE]
[CELLRAN-0.5[CELLRAN[CELLRANGE][CELLRAN[CELLRAN[CELLRAN[CELLRANGE][CELLRAN[CELLRAN[CELLRAN
GE]GE]
GE]
GE]
GE]
GE]
GE]
[CELLRANGE][CELLRAN-1[CELLRAN[CELLRAN[CELLRAN[CELLRAN
GE]GE]GE][CELLRANGE][CELLRAN[CELLRAN [CELLRANGE][CELLRANGE][CELLRAN[CELLRANGE][CELLRANGE]GE][CELLRAN
GE]
GE]
GE]
GE]
[CELLRAN[CELLRAN-1.5
GE][CELLRAN
GE]
GE]
GE]
GE]
1.5

c 仕事のためのサポートの実感
d 子どもと関わる難しさ
e 自分の能力不足の実感
f 保護者と関わる難しさ
g 職場の人間関係の難しさ
h 職場への不満
i 労働負荷の大きさ
j ストレス対処やサポート獲得の難しさ

-2
-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

図 1 新人保育士のギャップの内容を表す切片の 2 次元空間布置図
やサポート獲得の難しさ」が布置する。＜仕事への楽しさ」と「b 自分の成長の実感」と「c 仕事のた

非対応＞の極に「i 労働負荷の大きさ」がある。

めのサポートの実感」の 3 つはポジティブな内容である。子どもとの関わりは就職前の保育士志望者が期待する職務内容であるが，実際の子どもとの関わ

考察
本研究は，
保育士のリアリティショックの「要因」

りが期待を越えてさらに楽しいというギャップであとなる，仕事についての予想と現実とのギャップとる。看護師の先行研究（岡本・岩永，2015）では，して認知された内容の抽出と分類を行った。保育士

ポジティブなギャップとして「患者・家族との関係を対象とした半構造化インタビューから得られた内に関するギャップ」が見られたが，それは，看護師

容を分類した 33 名の結果から距離行列を作成し，志望者の期待する職務内容が，家族や患者の笑顔にクラスター分析を用いて 10 のカテゴリーを抽出し触れたり患者の回復に立ち会うことであることによた。さらに多次元尺度法を用いて，カテゴリー間のる。保育士において「a 子どもと関わる楽しさ」が量的関係を説明する分類軸となる 2 次元を見出した。

抽出されたのはそれと同様といえる。また，「c 仕事

見出された次元は，本研究に直接かかわらない分類のためのサポートの実感」からは，保育士として，者 33 名分の分類軸の要約であり，カテゴリー間のサポートを得て専門的な能力を発揮できることが，相違を量的に表す一般的な基準に近いといえる。2

ポジティブなギャップにつながることが考えられる。

次元布置は，カテゴリー間の次元上の量的関係を表

養成校で形成される保育者としての基礎的力量は，している。以下，各カテゴリーの次元上の布置とカ保育の技能と保育への態度である（金子，2013）。

テゴリー同士の空間内における位置関係をもとに，

ポジティブなギャップは養成校で培った力量を予想

カテゴリーの特長について考察する。

以上に発揮できていることへの認知といえる。ネガ

1. ポジティブなギャップの認知

ティブなギャップがストレッサーとなりストレスが抽出されたカテゴリーのうち，「a 子どもと関わる喚起されるとき，ポジティブなギャップがストレス（4）- 230 -

の緩衝要因として働くと考えられる（岡本・岩永，保護者対応を経験することはほとんどなく，新任の

2015）
。また，
「予想以上に楽しい」ことは職務への保育士にとってほとんどの保護者が年上であり苦手

動機づけにつながる。したがって，これらのギャッ意識がある（中平・馬場・竹内・高橋，2016）。しプは早期離職につながるとはいえない。

かし，「f 保護者と関わる難しさ」カテゴリーは象限

2. リアリティショックをもたらす認知

2 に布置し，＜仕事への非対応＞の座標は大きくな

他のネガティブなギャップがリアリティショック

い。その理由として，保護者対応は難易度が高い業をもたらすと考えられる。本研究で得られたネガテ務である（宮崎，2016）ために，経験の少ない新人

ィブなギャップとして，「i 労働負荷の大きさ」「j ス

保育士ではなく他の保育士が対応していることが現

トレス対処やサポート獲得の難しさ」「d 子どもと実として多い（入江，2013）ことが考えられる。
「保関わる難しさ」「保護者と関わる難しさ」「e 自分の護者から一人前の保育士として見てもらえない」と能力不足の実感」がある。
「i 労働負荷の大きさ」にいう切片が含まれることもそれを裏付ける。新人保含まれる切片の内容は，書類や残業の多さ，忙しさ

育士が保護者対応の業務に対応できているのではななどであるが，これらは新人保育士から子どもと関く，対応できないことがただちには問題となっていわる時間を奪うものである。
「d 子どもと関わる難ないと解釈すべきであろう。一方で，仕事への対応

しさ」「保護者と関わる難しさ」「e 自分の能力不足に感じる困難が小さくとも大人との関係性があると，の実感」は，専門職としての職務に関するギャップ

それは新人保育士にとってネガティブなギャップとである。
「g 職場の人間関係の難しさ」は，人間関なるといえる。＜関わる対象が大人＞であるほど新係，特に先輩との関係構築の困難さを表している。

人保育士にとってネガティブなギャップとなること

これらネガティブなギャップについては岡本・岩永は，子どもとの関わりを期待して現場に入る新人保（2015）が看護師において同様の内容を見出してお育士に特有の問題といえる。

り，保育士と看護師に共通のものが多いといえる。

同じく＜仕事への非対応＞の状態である象限 1 と象

松田ら（2016）は保育実習で実感する予期せぬ現実

限 4 を比較すると，＜関わる対象が子ども＞であれとして「子どもとの関わりの難しさ」
を示しており，ば「e 自分の能力不足の実感」のギャップとなり，就職後の新人保育士においても同様にギャップが生＜関わる対象が大人＞であれば「h 職場への不満」

じていることになる。保育の専門性の力量は現職にのギャップとなるといえる。どちらのギャップも早おいても継続的に形成されるべき（金子，2013）と期離職につながる可能性がある。ただし，「h 職場

され，保育実習で感じたギャップが就職時までに埋への不満」は他の施設への転職となる可能性がある

まることは容易ではないといえる。

のに対し，「e 自分の能力不足の実感」は保育士とし

3. 2 次元布置におけるカテゴリーの特徴ての職業アイデンティティそのものを揺るがすこと2 次元布置の第 3 象限の部分は，保育士にとってになる。
同じように仕事への対応が困難であっても，適応的で職業アイデンティティに合致する状態とい関わりの対象が子どもである場合，自らの保育職へえる。そしてこの象限から離れるほどストレスに結の適性を疑い保育職そのものを辞めてしまう可能性

びつきやすいネガティブなギャップとなると考えらがある。

れる。具体的には，仕事に対応できないこと，関わ4. 新人保育士に必要なサポート

る対象が大人であることが，ネガティブなギャップ

第 3 象限に「c 仕事のためのサポートの実感」
，第

となる。

4 象限に
「j ストレス対処やサポート獲得の難しさ」＜関わる対象が大人＞の極に「g 職場の人間関係が布置することから，子どもとの関わりは，周囲かの難しさ」とともに布置するのが，「f 保護者と関わらのサポートを実感しやすい状況と考えられる。養

る難しさ」である。保護者との関わりは，新任保育

成校で子どもと関わる力を習得したという自負を持

士にとって未知の業務といえる。養成校の実習等でって現場に入った新人保育士が，周囲からのサポー（5）- 231 -

トを得て力を発揮することで第 3 象限に位置する「bappraisal and coping. New York: Springer

自分の成長を実感」できる状況と，力を予想通りに

松田侑子・設楽紗英子・濱田祥子（2016）保育系実習は発揮できずサポートも得られず第 4 象限に布置す

用予期せぬ現実尺度の作成. 心理学研究，87，

る「e 自分の能力不足の実感」となる状況に分かれるといえる。職場サポートは新人保育士としての自284-394.
宮﨑静香（2016). 新人保育士の保護者対応を支える先輩保育士による職場体制～保育所における主任保己肯定感を高める（宮﨑，2016）とされる。職業ア育士・園長へのインタビュー調査から～ 浦和論

イデンティティを揺るがす状況を防ぐため，新人の叢，54，107-122．

段階で子どもとの関わりにおける周囲からのサポー

中平絢子・馬場訓子・竹内敬子・髙橋敏之（2016).事

トを得ることが重要と考えられる。例えば，能力不例から見る望ましい保護者支援の在り方と保育士

足への気づきを成長につなげるためのサポートが必間の連携 岡山大学教師教育開発センター紀要，6，

要であろう。

21-30.

今後の展開として，本研究の結果にもとづき，新岡本響子・岩永誠（2015). 新人看護師のリアリティシ
ョック尺度の開発 インターナショナル nursing

人保育士のサポートマニュアルを作成してゆくこと

care research，14， 1-10.

が望まれる。保育施設における組織的なサポートのために，
施設管理職向けのマニュアルが必要である。

付記

ただ，規模の小さな施設では現場の職員の負担を考

本研究は，平成２９年度公益財団法人ウエスコ学術

慮すると難しい面もある。子どもとの関わりに困難振興財団研究活動費助成事業および科学研究費助成事を感じる時期に，自治体単位で新人保育士を対象と業 挑戦的萌芽研究（課題番号 15K13152）の助成を受する研修会を開催するなどの方策も必要であろう。

け行われた。

また，就職前の保育士養成校における教育・支援のマニュアルも必要といえる。養成校学生に就職後の困難をイメージさせ，対処の方法を考えさせておく，養成校に卒業生向けの窓口を開設するなどの方策が考えられる。
引用文献
入江慶太（2013). 新人保育士が感じる保育の難しさとは何か― 3 歳未満児クラスにおける検討― 川崎
医療短期大学紀要，33，61-67.
金子智栄子（2013). 保育者の力量形成に関する実践的研究 風間書房.16-17.
厚生労働省 (2013). 保育を支える保育士の確保に向けた総合的取組.
http://www.mhlw.go.jp/file/04-Houdouhappyou-1190
7000-Koyoukintoujidoukateikyoku-Hoikuka/00
00026218.pdf 2013 年 10 月 16 日（情報取得2018 年 4 月 5 日）
Kramer, M.(1974). Reality Shock : Why Nurses
Leave Nursing? The C.V. Mosby Co.,St. Louis,MO.
川喜田二郎（1967). 発想法 中央公論社
Lazarus, R. S. & Folkman, S. (1984). Stress,（6）- 232 -

職員の精神的健康度と関連する経営行動・マネジメント行動の同定
山陽学園大学大学院看護学研究科公衆衛生学
髙木 二郎
本研究の目的は、職場における以下の 5 つの経営行動・マネジメント行動（職場への忠誠心を要求する；職場で特定の態度や意見を要求する；成果に関係のない、仕事の作法や礼儀を要求する；職場で、縄張り争いがある；上司が、部下の強みよりも、弱みに目を向ける）と精神的健康度との関連を調べることである。国内の15 の事業所の全従業員(n=1760)を対象とし，2017 年 6 月から 2018 年 3 月まで自記式質問紙による横断調査を行った(有効回答率 79.7％)。精神的健康度の測定には日本語版 Kessler Six-question Psychological Distress
Scale (K6) を用い、気分障害・不安障害を検出した。潜在的交絡因子として、job strain index と社会的支援（日本語版 Job Content Questionnaire にて測定）、及び努力報酬比（日本語版 Effort-Reward Imbalance
Questionnaire にて測定）、職場のいじめ・ハラスメント（日本語版 Negative Acts Questionnaire にて測定）を用いた。以上の日本語版尺度はいずれも日本において信頼性と妥当性が確認されている。ロジスティック回
帰分析の結果、5 つの経営行動・マネジメント行動はいずれも気分障害・不安障害との間で有意な正の関連を示した。その関連は、人口統計学的因子にて調整した後も有意であり、さらに上記の潜在的交絡因子にて調整した後も、関連の大きさは減ったが、依然として有意であった。5 つの経営行動・マネジメント行動と気分障
害・不安障害との正の関連は人口統計学的因子及び既知の心理社会的因子で調整後も依然として認められ、それらとは独立の関連が存在することが示唆された。
b. 職場で特定の態度や意見を要求する

はじめに
近年、職域におけるメンタルヘルスの重要性が取

c. 成果に関係のない、仕事の作法や礼儀を要求するり沙汰されている。経営学、あるいはマネジメント

d. 職場で、縄張り争いがあるの研究分野では、様々なマネジメント行動が分類・

e. 上司が、部下の強みよりも、弱みに目を向ける

提唱され、それらと事業所の業績との関連が研究されている。また、成功した著名な経営者の方々が自方法

身の経験に基づいて経営論を様々述べている。しか対象者

し、それらの経営行動・マネジメント行動と、職員

国内の 15 の事業所の全従業員(n=1760)を対象との精神的健康度との直接の関連をみた研究は国内外し，2017 年 6 月から 2018 年 3 月まで自記式質問紙

でほとんどない。今回、経営学やマネジメント研究による横断調査を行った(有効回答者数 1402 人、有分野、一般の経営論の文献、書籍を広く調べ、記載

効回答率 79.7％)。調査を行うにあたり、調査の目された経営行動、マネジメント行動と、医学的に確的・内容について説明した上で、署名による同意を立された方法で測定された精神的健康度との関連を得た。本研究は岡山大学大学院保健学研究科倫理審

解析した。

査委員会および岡山県立大学倫理審査委員会の承認

今回取り上げる経営行動・マネジメント行動としを得て実施した。

ては、ありふれているが、職員の精神的健康度に悪い影響を与える可能性がある以下の 5 つとした。a

質問項目と b は一見職場では普通に行われることのように見人口統計学的因子（年齢、性別、婚姻状況、就業えるが、職場における思想の自由の制限といえる。

状況、生活習慣）、心理社会的因子（精神的健康度、

a. 職場への忠誠心を要求する

職業性ストレス、社会的支援、職場のいじめ・ハラ（1）- 233 -

スメント）について質問した。また、経営行動・マ

仕事のコントロールの値で割った job strain index

ネジメント行動については、職員の経験を知るため、を職業性ストレスの値とした[5]。また、職場の社会受身形にし、以下のように質問を行った。

的支援も日本語版 JCQ にて測定した。日本語版 JCQ

a. 職場への忠誠心を要求されるは逆翻訳にて適切に作成され、日本において信頼性

b. 職場で特定の態度や意見を要求されると妥当性が確立されている[5]。
職業性ストレスのもう一つは Siegrist による努c. 成果に関係のない、仕事の作法や礼儀を要求される

力－報酬不均衡モデルにて測定した[6]。
努力が多いd. 職場で、縄張り争いがある

割に、報酬が少ないとストレスがあるとされるモデ

e. 私の上司は、部下の強みよりも、弱みに目を向け

ル で あ る 。 日 本 語 版 Effort-Reward Imbalanceる

Questionnaire (ERIQ)で努力と報酬の値を測定し、各々について、「全くあてはまらない＝1、あまり当

努力値を報酬値で割り、6/11 を掛けた値を努力報酬てはまらない＝2、どちらともいえない＝3、やや当比として、職業性ストレスの値とした[7]。日本語版てはまる＝4、よく当てはまる＝5」を回答頂いた。

ERIQ は逆翻訳にて適切に作成され、日本において信精 神 的 健 康 度 の 測 定 に は 日 本 語 版 Kessler

頼性と妥当性が確立されている[7]。

Six-question Psychological Distress Scale (K6)

職場のいじめ、ハラスメントは日本語版 Negativeを用いた[1]。K6 は世界保健機関（WHO）による World

Acts Questionnaire (NAQ)にて測定した[8]。NAQ は

Mental Health Survey や米国の全国調査である

Einarsen と Raknes によって開発され、具体的な仕United States National Health Interview Survey

事のいじめ、ハラスメント行為を受けた頻度を本人(NHIS)で用いられている。K6 は 6 項目の質問からながそれらを仕事のいじめ、ハラスメントだと自覚しり、結果は 0～24 点の点数で表される。K6 は適切なているかどうかと無関係に問う。日本語版 NAQ は逆逆翻訳法にて日本語版が作成されており、日本にお翻訳にて適切に作成され、日本において信頼性と妥けるWorld Mental Health Surveyで使用されている。

当性が確立されている[9]。

日本において、米国精神医学会の診断基準である
Diagnostic and Statistical Manual of Mental

統計解析

Disorders 4th edition (DSM-IV)に基づいて診断さ

SPSS statisticsを用い、有意水準は5%未満とし、れた気分障害あるいは不安障害を、日本語版 K6 を用

両側検定を行った。2 群間のカテゴリー変数の差のいてスクリーニングした際の受診者動作特性曲線検定には Fisher の正確確率検定を用い、2 群間の連

（ROC 曲線）の下部の面積(AUC)は 0.94 であり、8.5

続変数の差の検定にはｔ検定を用いた。経営行動・をカットオフポイントとした時、感度は 77.8％、特マネジメント行動と気分障害・不安障害との関連は

異度は 86.4％と良好な妥当性が示されている[2,3]。

ロジスティック回帰分析にて検討した。経営行動・

また、良好な内的整合性も示されている[2]。 今回

マネジメント行動の測定にはリッカート尺度を用い

上記カットオフポイントを用いて気分障害・不安障

たが、リッカート尺度は線形の性質を持ち、間隔変害を検出した。

数とみなすことができるため[10]、経営行動・マネ

職業性ストレスの一つは Karasek による仕事の要

ジメント行動得点が 1 増加すると気分障害・不安障

求度－コントロールモデルに基づいて測定した[4]。

害のリスクが何倍になるかを示すオッズ比を求めた。

仕事の要求度が高い割に、仕事のコントロール（仕この値が 1 を超えれば、経営行動・マネジメント行

事の裁量度、自分のペースでできる度合い）が低い

動と気分障害・不安障害との間には正の関連があるとストレスがあるとされるモデルである。日本語版といえる。また、有意水準を 5%未満としているため、

Job Content Questionnaire (JCQ)で仕事の要求度とオッズ比の 95％信頼区間が 1 を含まなければ、統計仕事のコントロールを測定し、仕事の要求度の値を（2）- 234 -

表1. 研究参加者の属性（n=1402)
ｎ

％

男性

782

55.8

結婚

774

55.2

夜勤あり

317

22.6

現喫煙者

446

31.8

月に2回以上飲酒

752

53.6

週に1回以上運動

509

36.3

気分障害・不安障害（K6>8)

326

23.3

平均値

標準偏差

最小値

最大値

年齢

46.3

14.2

18

77

精神的健康度（K6粗点）

5.1

5.5

0

24

Job strain index

0.52

0.15

0.14

1.50

社会的支援

21.7

4.5

8

32

努力報酬比

0.66

0.50

0.20

3.93

職場のいじめ・ハラスメント

27.9

8.7

22

94

忠誠心の要求

2.8

1.1

1

5

特定の態度や意見の要求

2.4

1.0

1

5

作法礼儀の要求

2.2

1.1

1

5

縄張り争いあり

2.2

1.1

1

5

上司が弱みに目を向ける

2.3

1.1

1

5

表2. 気分障害・不安障害に該当する場合としない場合の属性の差
気分障害・不安障害に該当

非該当

ｐ値

ｎ

％

ｎ

％

男性

165

50.6

617

57.3

0.036

結婚

140

42.9

634

58.9

0.001＞

夜勤あり

80

24.5

237

22.0

0.365

現喫煙者

102

31.3

344

32.0

0.839

月に2回以上飲酒

166

50.9

586

54.5

0.281

週に1回以上運動

108

33.1

401

37.3

0.189

平均値

標準偏差

平均値

標準偏差

年齢

41.5

13.3

47.8

14.2

0.001＞

Job strain index

0.58

0.17

0.50

0.14

0.001＞

社会的支援

19.6

5.2

22.3

4.0

0.001＞

努力報酬比

1.07

0.70

0.54

0.34

0.001＞

職場のいじめ・ハラスメント

35.0

12.9

25.7

5.4

0.001＞

忠誠心の要求

3.1

1.1

2.7

1.1

0.001＞

特定の態度や意見の要求

2.8

1.0

2.3

1.0

0.001＞

作法礼儀の要求

2.6

1.1

2.1

1.1

0.001＞

縄張り争いあり

2.7

1.3

2.0

1.1

0.001＞

上司が弱みに目を向ける

2.9

1.2

2.2

1.0

0.001＞（3）- 235 -

表3. ロジスティック回帰分析の結果： 経営行動・マネジメント行動得点が1増加すると気分障害・不安障害のリスクが何倍になるかを示すオッズ比
調整なし

人口統計学的属性aで調整

さらに心理社会的因子bで調整

オッズ比 (95%信頼区間)

オッズ比 (95%信頼区間)

オッズ比 (95%信頼区間)

忠誠心の要求1.39 (1.24-1.57)

1.37 (1.22-1.55)

1.17 (1.02-1.34)

特定の態度や意見の要求

1.62 (1.43-1.83)

1.57 (1.37-1.78)

1.21 (1.04-1.42)

作法礼儀の要求1.58 (1.41-1.77)

1.56 (1.39-1.75)

1.17 (1.02-1.35)

縄張り争いあり1.67 (1.50-1.87)

1.67 (1.49-1.86)

1.16 (1.01-1.33)

上司が弱みに目を向ける

1.81 (1.62-2.03)

1.80 (1.60-2.03)

1.17 (1.01-1.35)

a: 年齢、性別、婚姻状況、就業状況、生活習慣.
b: Job strain index、社会的支援、努力報酬比、職場のいじめ・ハラスメント.

分障害・不安障害と正の関連を示した。心理社会的学的に有意である。

因子にて調整した際には関連の大きさが減ったが、これは経営行動・マネジメント行動と気分障害・不結果
研究参加者の属性を表 1 に示す。研究参加者の平安障害との関連の一部で、既知の心理社会的因子が均年齢は 46.3 歳、男性は 55.8％、女性は 44.2％でメカニズムとして機能していた可能性と、関連の一あった。

部が既知の心理社会的因子による交絡であった可能

気分障害・不安障害に該当する場合としない場合性が考えられる。しかしながら、経営行動・マネジの属性の差を表 2 に示す。気分障害・不安障害に該

メント行動と気分障害・不安障害との関連は人口統

当する方々のほうは有意に女性が多く、結婚率、年計学的因子及び既知の心理社会的因子で調整後も依齢、社会的支援は有意に低く、job strain index、

然として認められ、それらとは独立の関連が存在す

努力報酬比、職場のいじめ・ハラスメントは有意にるといえる。

高かった。経営行動・マネジメント行動の得点は 5

職場の構成員の精神的健康度を上げる方法としつ全てが、気分障害・不安障害に該当する方々のほて従来から、仕事の要求度を減らし、コントロール

うで有意に高かった。

や社会的支援を高めること、努力・報酬不均衡を是

表 3 に経営行動・マネジメント行動と気分障害・正すること、職場のいじめ・ハラスメントを予防す

不安障害との関連を示すロジスティック回帰分析のることが提唱されている[8,11]。今回の研究で、そ結果を示す。5 つの経営行動・マネジメント行動はれ以外に、以下の経営行動・マネジメント行動が提いずれも気分障害・不安障害との間で有意な正の関唱される。

連を示した。その関連は、人口統計学的因子にて調整した後も有意であり、さらに心理社会的因子にて

1. 職場への忠誠心を要求しない

調整した後も、関連の大きさは減ったが、依然とし

2. 職場で特定の態度や意見を要求しないて有意であった。

3. 成果に関係のない、仕事の作法や礼儀を要求しない

考察

4. 職場で、縄張り争いを行わない

5 つの経営行動・マネジメント行動はいずれも気5. 上司は、部下の弱みよりも、強みに目を向ける（4）- 236 -

1 については忠誠心は自然に醸成されるのを待つ

psychologicaldistress.

Psychol

Medのが賢明で、要求すべきではないという意味と考え

2002;32:959-76.

る。2 については、「雇用関係は特定の成果要求する

2. Furukawa TA, Kawakami N, Saitoh M, et al. The

契約に過ぎない。それ以外のいかなる試みも人権のperformance of the Japanese version of the K6 and侵害である。
」というドラッカーの言葉[12]を引用し

K10 in the World Mental Health Survey Japan. Intて説明としたい。3 については、仕事の作法や礼儀

J Methods Psychiatr Res 2008;17:152-8.

が成果につながるのであれば、そのことを議論し、

3. Miyaki K, Song Y, Htun NC, et al. Folate intake

職員に納得して頂くのが賢明だが、成果につながらand depressive symptoms in Japanese workers

ないのであれば、簡略化・合理化を進めてよいよう

considering SES and job stress factors: J-HOPEに考える。4 については、職場での競争を煽るより、

study. BMC Psychiatry 2012;12:33.

役割分担を明確にするほうがよいという意味と考え

4. Karasek RA. Job demands, job decision latitude,

る。5 については、上司の部下への接し方として、

and mental strain: implications for job redesign.

研修を行うことが有効と考える。

Adm Sci Q 1979;24:285-308.

本研究の限界を述べる。まず、今回の研究は全て

5. Kawakami N, Kobayashi F, Araki S, Haratani T,

参加者の主観を自記式質問紙によって測定したもの

Furui H. Assessment of job stress dimensions

による。
今後はストレスや健康アウトカムについて、based on the job demands-control model of

より客観的な測定が必要になろう。次に今回

employees of telecommunication and electric

convenience sampling を用いており、結果は全てのpower companies in Japan: reliability and

労働者全体には当てはまらない可能性がある。しかvalidity of the Japanese version of Job Content

しながら、今回我々は 15 の異なる事業所から、Questionnaire. Int J Behav Med 1995;2:358-75.

79.7％の有効回答率で結果を得ており、ある程度の6. Siegrist J. Adverse health effects of high

一般化可能性は期待できると考える。次に今回の研effort–low reward conditions at work. J Occup

究は横断研究のため、因果関係を特定できない。将Health Psychol 1996;1:27-43.

来の介入研究にて、因果関係が明らかになるであろ

7. Tsutsumi A, Ishitake T, Peter R, Siegrist J,

う。

MatobaT.

TheJapaneseversionof

the

Effort-Reward Imbalance Questionnaire: a study
謝辞

indentaltechnicians.

Work

Stress

本研究のデータ収集にご協力を頂きました岡山大

2001;15:86-96.

学大学院保健学研究科の林由佳先生、山陽学園大学

8. Takaki J, Tsutsumi A, Fujii Y, et al.

助産学専攻科の山中絵美先生、及び岡山県立大学保

Assessment of workplace bullying and harassment:

健福祉学部の谷口敏代教授（平成 30 年度からは島根

Reliability and validity of a Japanese version of

県立大学看護栄養学部に所属）に感謝申し上げます。

the Negative Acts Questionnaire. J Occup Health

また、本研究を遂行するにあたり、公益財団法人ウ2010;52:74-81.

エスコ学術振興財団の助成を頂きまして、深く感謝

9. Einarsen S, Raknes BI. Harassment in the

申し上げます。

workplace and the victimization of men. ViolenceVict 1997;12:247-63.

参考文献

10. Vickers AJ. Comparison of an ordinal and a

1. Kessler RC, Andrews G, Colpe LJ, et al. Shortcontinuous outcome measure of muscle soreness.

screening

scalestopopulation

Int J Technol Assess Health Care 1999;15:709-16.

prevalencesandtrendsnon-specific

11. Takaki J, Taniguchi T, Fukuoka E, et al.

monitorin（5）- 237 -

Workplace bullying could play important roles in
the relationships between job strain and symptoms
of depression and sleep disturbance. J Occup
Health. 2010;52:367-74.
12. P.F.ドラッカー著, 上田惇生訳. エッセンシ
ャル版 マネジメント 基本と原則. ダイヤモンド社.

（6）- 238 -

ゲノム編集技術を用いたノックアウトマウスの作製と腎臓線維化の制御機構の解明
重井医学研究所 分子遺伝部門
古家野 孝行CRISPR-Cas9に代表されるゲノム編集技術の発展により、これまで困難であった遺伝子改変動物の作製が容易に行われるようになった。本研究では、新規ゲノム編集マウス作製法、 i-GONAD法（ improved

Genome-editing via Oviductal Nucleic Acid Delivery system）を利用し、細胞周期や細胞老化の制御に関わる遺伝子p21ノックアウトマウスの作製を行った。加えて、片側尿管結紮（UUO; Unilateral Ureteral
Obstruction）によって腎臓の線維化を誘導し、制御における細胞周期の意義について検討した。UUOにより線維化を誘導した腎臓において、CDK1の15番目のチロシンのリン酸化が亢進し、G2期遅延が示唆された。また、DNA損傷の指標であるγH2A.Xの発現が上昇し、活性型Chk1のレベルも増加しており、DNA損傷チェック
ポイント機構が活性化され細胞周期遅延が誘導されていることが示唆された。さらに、作製したp21ノック
アウトマウスの比較を行ったが、細胞周期チェックポイントの活性化には顕著な差はみられず、p21は腎臓の線維化進展においてはチェックポイント機構の下流で機能することが示唆された。
【はじめに】

胞老化（Cellular senescence）と呼ぶ。細胞老末期腎不全になると人工透析や腎移植に頼ら化が誘導された細胞は、アポトーシスのように細なければならない。透析患者数は年々増加傾向に胞死しているわけではなく、増殖が止まった状態

あり、医療費の増加など社会問題となっている。

で存在しており、SASP(Senescence Associated

新たな腎臓病の治療法確立は社会全体が抱える、

Secretory Phenotype)因子と呼ばれる細胞老化に緊急かつ重要な課題の一つである。

関連したタンパク質を分泌することが明らかに腎臓の線維化は腎機能低下と密接に関連してなってきている(Hoare and Narita, 2013)。しかおり、線維化の制御機構解明は、腎臓病の治療薬

し、p16およびp21の生体内、とりわけ、腎臓にお開発や治療法確立など臨床における基盤になるける機能について十分に理解されていない。

ことが予想される。近年の報告から、急性腎障害

近年、CRISPR-Cas9に代表されるゲノム編集技

時において、近位尿細管上皮細胞の細胞周期 G2/M術の発展により、遺伝子改変動物の作製が容易に期停止や筋線維芽細胞への形質転換（Epithelial

行われるようになった(Gurumurthy et al., 2016;

to Messenchymal transition）などが線維化の進Wang et al., 2013)。しかし、ex vivoでの受精展に寄与していることが示された(Lovisa et al.,

卵やES細胞の扱いが困難であるなど、いまだにハ2015)。しかしながら、その詳細、特に分子レベードルの高い実験である。

ルでの制御機構については十分に明らかとなっ本 研 究 で は 、 最 近 開 発 さ れ た GONAD 法ていない。

(Takahashi et al., 2015)を利用してp21ノック細胞は異常な細胞増殖を制御するため、細胞周

アウトマウスを作製し、腎臓線維化と細胞周期お期チェックポイントを有している。DNA損傷や染よび、細胞老化の関係について解析した。

色体分配エラーなど細胞にとって致命的な異常が生じた場合、細胞周期を停止し異常を修復する。

【材料と方法】

しかし、細胞が異常を修復できないと判断すると、

1. 動物実験

不可逆的に細胞増殖を停止させる。このことを細C57BL/B6 マウスを用いた。ノックアウトマウ（1）- 239 -

スの作製
作製は i-GONADD 法(Ohtsuka
a et al., 20018)

結果】
【結

に従い行
行った。こここでは簡潔に述述べる。妊娠 0。

1.

p21 ノックアウトマウス
スの作製

7 日目の
の雌のマウス
スの卵管に、CRRISPR/Cas9 シシス
テム（IIDT、 Coralvville、 IA）の溶液を一本
本鎖p21
p の腎臓障害害時の線維化化進展における機能をDNA と共に注入したた。その後、産まれてきたた子

調べ
べるため、遺伝
伝子機能欠損損マウス（ノックアウ

伝子の確認を行行った。さらに、ヘテロマ
マウ
の遺伝

トマ
マウス）の作作製を GONAD 法
法(Takahashi et al.,スの交交配を行い、ホホモノックアウトマウスのの作

2015)により行っった（図１）。GONAD 法は ex vivo

製を行
行った。

での
の受精卵の取取り扱いを必要
要とせず、簡便
便に遺伝

生後 8-12 週のマウスを使用しし、片側尿管結結紮

子改改変が行える
る方法であるる。p21 の遺遺伝子座

（Unilateral Ureteeral Obstruction；以下 UUUO）（e
exon2）に含ま
まれる開始コドンの 96bas
se 下流にの左側の尿管管を外科的に結結紮を行った。マウスのSTO
OP コドンが組組み込まれる
るように一本本鎖 DNA断した。そのの後、右側（CControl）と左
左側
後、切断

（s
ssDNA）をデザ
ザインし、挿挿入した。目的
的の遺伝（UUO）の腎臓をそれ
れぞれ摘出し、解析を行った。

子改
改変の確認は PCR および、DNA シーケンスによ

疫染色
2. 免疫

り行
行った（結果は示さない）。なお、p21 ノックア

採取
取した腎臓は 5µm
5 の厚さでで凍結切片を作作製

ウト
ト作製に過程程において、CCRISPR/Cas9 の試薬ののした。サンプルを 10%中性緩衝
衝ホルマリン、ア

最適
適化やエレククトロポレーーションの条件
件などをセトン
ンまたはメタノ
ノールで室温、10 分の条件
件に変更
更し、新たなゲ
ゲノム編集マ
マウス作製法、、i-GONAD

室温
おいて固定した。5％血清/TBST で 30 分間室（improved-GONNAD）として発発表した(Oht
tsuka etでブロッキングし、一次抗体と反応させた。そal., 2018)。

反応の後、Alexa Fluor 標識された二次抗体と反2.

UUO の腎臓では、G2/M 期
期遅延が誘導導される鏡（オリンパ
パス、FV1200）をさせ、共焦点顕微鏡
観察した。
用いて観

腎臓線維化のの進行過程ににおける細胞周周期制御

3. ウエ
エスタンブロッッティングについては不明に明な点が多いい。UUO によっって線維サンンプルを Samplle buffer に懸懸濁後、100℃℃で化を誘導し、化
細胞周期進行
細行の変化を調べ
べた。UUO

熱処理
理を行った。SSDS-PAGE 電気
気泳動後、PPVDFを施した腎臓でをでは顕著に線線維化の指標でであるαメンブ
ブレンに転写、ブロッキン
ングを行い一次次抗-S
SMA が著しく上昇しておりり、線維化が誘誘導され体と反応反応させた。そその後適切な二次抗体と反
反応

ていた（図
て
2）
。まず、M 期
期移行の主要制制御因子させ、発発光試薬によりシグナルのの検出を行った。

であるで
Cdk1（サ
サイクリン依依存性キナーゼゼ）の 15番目チロシンの番のリン酸化をを指標に細胞周周期停止（2）- 240 -

について調べた。そその結果、UUUO によってリリン

クポイントの活性化の変変化は見られない

酸化が顕著に亢進ししていた。Cdk
k1 の 15 番目
目チンは、G2 期にリン酸化されれ、M 期への移
移行
ロシン

p21
p ノックアウトマウス（p21-/-）に UUO を施働くことが報報告されているる。
に対して阻害的に働し、チェックポ
ポイト活性化のの差についてて調べた。

結果より、UUOO によって線線維化が生じたた腎
この結
臓においては細胞周周期のG2期かからM期への移移行延していることとが示唆された。
が遅延
3.

UUO によりチェッ
ックポイントキナーゼ Chkk1が活活性化されるによって引き起起こされる細細胞周期 G2 期
期遅
UUO に

延の原
原因の解明を試試みた。注目したのが DNAA 損
答チェックポイ
イントである。
。チェックポポイ
傷応答ントが関与している
るかどうかを調調べるため、
Chk1（チェックポイ
イントキナーゼ）の活性化
化状
態について調べた。活性型の Chk
k1 は 345 番目
目のンがリン酸化さされていることが知られて
てい
セリン
ン酸化 Chk1 抗体を用い、ウ抗ウエる。そこで、抗リン
ンブロットによ
よって活性化を調べた。 UUUO
スタン
分子
施術後、7 および 144 日目において、Chk1 の分
近（56kDa）に特
特異的なバン
ンドが検出され
れた
量付近
（図 2）
）
。
一般的
的に Chk1 は紫紫外線刺激ななどによる DNAA 損
傷によって活性化さされる。DNA 損傷が誘導さ損されているかどうかをγ
γH2A.X を指標標に調べた。そ果、Chk1 が活性性化される同
同時期においいて、の結果
γH2A.XX の増加が見見られた（図 2）。また、DNNA
損傷が腎臓のどの部
部位に引き起こされているるか
べるため、免疫疫染色を行った。上皮細胞胞のを調べマーカーである、E-カドヘリンで染色された
た領域において、γH2A.X 陽性の細胞胞を観察されれた）。また、近位
位尿細管上皮皮細胞のマーカカー（図 3）
である AQP1 によって染色されるる領域においてγH2A.XX 陽性の細胞胞が確認された
た（結果は示示さない）。以上の結果より、UUO によって近位尿に尿細損いると考えらられ
管上皮細胞に DNA 損傷が生じてた。
4. p21 ノックアウト
トマウスでは DNA 損傷チェェッ（3）

- 241 -

UUO 後 7 日後の腎臓を用いて、比較を行ったが、Buscemi,Chk1 の活性化に関しては顕著な差は認められなFontanella, E., Plevani, P., and Delia, D.

かった（図 4）
。UUO による線維化誘導後、7 日目(2014). Bimodal regulation of p21(waf1)

においてはp21 はチェックポイント機構の活性化

protein as function of DNA damage levels. Cellには関与しない、もしくは機能的関係において、cycle 13, 2901-2912.

チェックポイント機構の下流において機能する

Gurumurthy, C.B., Takahashi, G., Wada, K.,

ことが示唆された。

Miura, H., Sato, M., and Ohtsuka, M. (2016).

【考察】

GONAD: A Novel CRISPR/Cas9 Genome Editing

G.,

Ricci,C.,

Zannini,L.,

本研究では、新規遺伝子改変マウス作製法、Method that Does Not Require Ex Vivo Handling

i-GONAD 法を確立し、この方法を利用して、p21

of Embryos. Curr Protoc Hum Genet 88, Unit 15

ノクアウトマウスの作製を行った(Ohtsuka et18.

al., 2018)。近年のゲノム編集技術の進展は目覚

Hoare, M., and Narita, M. (2013). Transmitting

しい。しかし、簡便に、かつ効率的に遺伝子改変

senescence to the cell neighbourhood. Nat Cell

動物を作製する方法はあまり存在せず、長く待ち

Biol 15, 887-889.

望まれていた。本研究において確立した i-GONAD

Lovisa, S., LeBleu, V.S., Tampe, B., Sugimoto,

法は、非常にシンプルで使いやすい方法である。

H., Vadnagara, K., Carstens, J.L., Wu, C.C.,

また、他の動物にも応用可能で、今後、他の動物

Hagos, Y., Burckhardt, B.C., Pentcheva-Hoang,も含めた、遺伝子改変動物作製のスタンダードなT., et al. (2015). Epithelial-to-mesenchymal

方法に発展すると考えられる。

transition induces cell cycle arrest andparenchymal damage in renal fibrosis. Nat Med

さらに、腎臓の線維化制御機構を明らかにする
ため、p21 ノックアウトマウスを用いて、腎臓の

21, 998-1009.

線維化を誘導し、細胞周期の関与について検討しOhtsuka, M., Sato, M., Miura, H., Takabayashi,

た。UUO により線維化を誘導すると、DNA 損傷チS., Matsuyama, M., Koyano, T., Arifin, N.,ェックポイントが活性化され、G2 期遅延が誘導さ

Nakamura, S., Wada, K., and Gurumurthy, C.B.

れることがわかった。p21+/+と p21-/-では、DNA(2018). i-GONAD: a robust method for in situ

損傷チェックポイントの活性化については顕著

germline genome engineering using CRISPRな差は認められなかった。以上の結果は、p21 がnucleases. Genome Biol 19, 25.

DNA 損傷チェックポイント機構の遺伝的下流におTakahashi, G., Gurumurthy, C.B., Wada, K.,

いて機能していることを示唆している。Chk1 が直Miura, H., Sato, M., and Ohtsuka, M. (2015).

接 p21 をリン酸化し、制御しているという報告も

GONAD: Genome-editing via Oviductal Nucleic

ある(Buscemi et al., 2014)。今後、腎臓の線維Acids Delivery system: a novel microinjection

化においても同様の反応が見られるのか、検証しindependent genome engineering method in mice.

ていきたい。線維化における細胞周期遅延が関わ

Sci Rep 5, 11406.

ることが示されているが(Lovisa et al., 2015)、

Wang, H., Yang, H., Shivalila, C.S., Dawlaty,

その本質的な意義は不明である。今後の更なる研

M.M., Cheng, A.W., Zhang, F., and Jaenisch, R.

究に期待したい。

(2013). One-step generation of mice carrying【謝辞】

mutations

本研究遂行にあたり、公益財団法人ウエスコ学術

CRISPR/Cas-mediated genome engineering. Cell

振興財団に研究助成を賜り、深く感謝いたします。

153, 910-918.

【参考文献】（4）- 242 -

inmultiple

genes

by

平成２９年度 海外渡航報告書
岡山大学大学院自然科学研究科（工学系）
今井 純
（概要）
平成 29 年 7 月 8 日〜16 日という日程で国際自動制御連盟（IFAC; The International Federation of AutomaticControl）第 20 回世界会議(WC; World Congress)に出席するため，公益財団法人ウエスコ学術振興財団のご支援によりフランス・トゥールーズへ渡航したので，以下に報告する．
【会議概要】IFAC が世界各国の自動制御関係の学術機関をメンバーとする国際組織として 1957 年に設立されて今年で 60 周年となるが，WC は 3 年に一度開催され，自動制御関係の世界最高峰の研究集会として今回で第20 回目となる．今回は世界 69 か国から 2800 件の発表があったが，採択率は全投稿論文数のうちの 69%ということである．
トゥールーズはフランス南西部の人口 40 万人規模（フランスおよそ第 5 位）の街であるが，そのうち学生が10 万人という学園都市として有名で，また世界的航空機メーカー「エアバス」の本社があるところとしても知られている．観光客が世界一多いとされるフランスにおいて，トゥールーズはそれほど観光地として有名というわけではないが，それでも市街地中心部には歴史的建造物が多く残されており，大会会場周辺を少し散策す
るだけでも十分楽しめるほどであった．
ここ 1 年間は欧州でもテロが多発しているせいで空港には銃火器を携帯する兵士の姿も目にしたし，また今回の大会会場でも，政府の指導により会場入口ゲートで空港並みの厳重なセキュリティチェックが導入され，朝や昼食後のラッシュ時には入場待ちの列で 10 分以上並ばねばならなかったが，それ以外の市民生活においては特に普段と変わりない様子であった．
今回の世界会議は本会議の日程が 7 月 10 日（月）から 14 日（金）まで連日 5 日間に渡り，しかもセッショ
ンは常時２８トラック以上という私の知る限り制御関係ではこれまでで最大規模の国際会議であった．小生の投稿論文 1 本にも査読者が少なくとも 5 名割り当てられ，かつ返されたコメントの質も高かった．セッション
は通常の Lecture 形式の発表が主体ではあるものの，4 トラックは Interactive session であり，ポスターではなく
幅 1 メートル強のディスプレイにパソコン画面を映し出して発表するものであった．サイズや解像度に関して当初心配していたが，実際に発表してみるとこれが意外になかなか効果的な方式であり，原則 1 枚に集約したポスターと同様のフォーマットの画面表示を採用しても意思疎通にはほとんど問題がなく，他の会議ではなかなか得られない大変有意義な議論を経験できたことは今後のために大きな収穫であった．
【発表内容】 発表タイトルは「境界制御系の制御器設計のための混合ガラーキンモデリングについて」（原題
On Mixed Galerkin Modeling for Controller Design of Boundary Control Systems ）であり、その概要は以下の通りである： 物理的な空間分布を考慮する分布定数系は一般に無限次元であり，有限次元の制御器をモデルベースで設計するにはどこかに有限次元近似が必要になる．ガラーキン法は幅広い分布定数系に対して有効な近似法として知られている．制御系設計には低次元モデルが必要となるがそれを得るために
は試行関数の適切な選択が非常に重要である．しかしほとんどの物理系が制御入力を境界に持ち，非同次境界条件を有しているため，特にディリクレ型境界条件に対して試行関数をガラーキン近似で用いるためにはいわゆる同次化の処理が必要という定説がある．しかし，その解析処理はしばしば込み入ったものになり，得られた近似モデルの状態空間表現はかなり複雑なものになるという問題点が知られていた．
本研究ではこの同次化の手続きを関数空間上の射影のアイデアにより再構成し，境界入力をもつ分布定数系の有限次元近のモデリングを拘束条件付きのデスクリプタシステムとして定式化する方法を新たに（1）- 243 -

提案するものである．これによると偏微分方
程式は常微分方程式に，境界条件は制約条件に変換されて，それらをあわせた比較的明快な構造を持つデスクリプタシステムが得られる．試行関数の 1 次独立性の条件のもとでそのシステムは常に状態空間表現に変換できる
ことが明らかにされている．Fig. 1 に基礎的な分布定数系の例題について，提案手法により得られた近似モデルの特性をボード線図として示しており，また Fig. 2 にその誤差の大
きさの周波数特性の評価を示している．
従来，
重み付き残差法やガラーキン近似法においては同次境界条件を満足する試行関数と非同次Fig. 1 最も基本的な 1 次元定係数放物型分布定数系と提案手法による 4 次近似モデルのボード線図（上境界条件を満足する試行関数を独立に分離し段；ゲイン線図、下段；位相線図）ただしオリジて準備する必要があったが，提案法においてナルの伝達関数と近似モデルのそれはともに入力

は試行関数の候補に対して境界条件による面から出力 ⋅,

倒な調整を特段行わなくても，デスクリプタ

3/5 までの入出力特性を表す．

システムにおける拘束条件の消去として数値計算的に処理されるため，そのまま適用可能であるというメリットがあり，分布定数系の境界条件の処理法の一つとして今後発展および応用が期待される．
【発表時の質疑とコメント】本手法は線形問題が対象であるが，非線形へはどのように拡張できるのかという質問があった．これは対象とするシステムのクラスに大きく依存する議論となり，今後の課題であろう．また発表中に示した例題は最も基礎的な 1 次元定係数放物型分布定数系であったが，参加者からのコメントとして，実用的な応用例への適用をさらに意識した取り

Fig.2 Fig.1 にて示した近似における誤差評価． はオ

組みに期待するというものがあり，今後はまずリジナルの分布定数系で弦の振動を記述する双曲型問題への適用に向け周波数ωた検討が必要である．さらには Timoshenko 柔軟

誤差がオリジナルのゲイン特性を下回り，そのビームやさらに複雑な回転型ビームについて提範囲までの制御帯域の達成が期待できる． は案する方法論を適用していく取り組みを今後の制御系設計に用いるための加法的誤差重みで誤課題としていきたい．

差の大きさを 2 次の最小位相有理関数の絶対値

810 rad/s程度までの周波数域ででカバーしている．
【謝辞】本海外渡航には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の支援を頂いており，厚く感謝の意を表したい．

（2）- 244 -

は近似系を表す．角平成２９年度 海外渡航報告書
岡山大学大学院自然科学研究科
萬代 大樹（概要）今回，公益財団法人 ウエスコ学術振興団の海外渡航費助成事業の支援を受け 2017 年 6 月 8–10 日の日程でホーチミン市（ベトナム）の Hotel Continental Saigon で開催された ISPAC2017 に参加し，情報収集や口頭発表を行った．渡航日程は以下のようになっている．

年 月 日

日 程

訪問先

内 容
岡山発→仁川国際空港経由（韓国）→タンソンニャット国際空港（ベトナム）着2017 ・ 6・7

移動（岡山発）2017 ・ 6・8

ISPAC2017 会議出席

2017 ・ 6・9

ISPAC2017 会議出席

2017 ・ 6・ 10

ISPAC2017 会議出席

2017 ・ 6

・ 11

情報収集および共同研究に関する
意見交換
情報収集および共同研究に関する意見交換
口頭発表，情報収集および共同研
究に関する意見交換

タンソンニャット国際空港（ベトナム）→仁川国際空港経由（韓国）→岡山着

移動（ベトナム発）

今回，以下の研究成果についての発表を行った．

光学活性 1,2-ジオールの合成は，Sharpless ジヒドロキシル化をはじめとして，様々な方法が報告されている(Figure 1a–d)．しかし，反応基質に制限がある場合が多く，反応によっては用いた重金属の残存やジアステレオマー混合物（d,l/meso）の分離精製が問題となる場合もあり，実用的かつ一般性の高い方法論の開発は未だ重要な課題である．

a Sharpless dihydroxylation
RR

c Metal-catalyzed reduction
OOH

Os catalyst

OH

R
R

R

Cyclic and dialkyl-substituted 1,2-diols
have not been fully studied.

R

d Jacobsen hydrolytic desymmetrization
OH

Sm, Cr, or Ti catalyst
H

OH

R

Generally contaminated by large quantities of meso-1,2-diolsb Pinacol coupling reaction
2

OH

Ru or Zn catalystR
X = O or OH, H

Cannot be applied to a cis- or cyclic alkene
Poisonous catalyst

O

X

R

OH

R

R

O

OH

Co catalyst

OH

R
R

R

R

Shows low reactivity for internal epoxides

Figure 1. Various enantioselective syntheses for 1,2-diols

一方，ラセミ体の 1,2-ジオールを用いるアシル化による速度論的光学分割反応やメソ体の 1,2-ジオールを用いるエナンチオ選択的なアシル化による非対称化反応は，光学活性 1,2-ジオールやそのモノアシル化（1）- 245 -

体の有力な供給手段として汎用されている．これまでいくつかの報告例があるものの，反応に適用できるジオールに制限があり，過剰反応が進行したジアシル化体が副生するため改善の余地が残されていた．
近年，我々はビナフチル骨格の 3,3ʹ位に極性官能基(FG)を導入した不斉求核触媒を開発した 1．この触媒は第二級アルコールの速度論的光学分割反応 2，d,l-1,2-ジオールの速度論的光学分割反応（Figure 2a）3，
さらに meso-1,2-ジオールの非対称化反応（Figure 2b）4 などを円滑に進行させる優れた触媒である．特にジオール類の反応では，わずか 0.1–0.5 mol %の触媒量を用いるのみで高エナンチオ選択的なモノアシル化反応が進行する．今回の口頭発表では，主に２つの反応の基質適用範囲と各種検証実験を中心に詳細を発表を行った．またこの発表に関して共同研究の話し合いをする機会を得ることができ，大変有意義な学会参加であった．

参考文献
1)
Mandai, H.; Fujii, K.; Yasuhara, H.; Abe, K.; Mitsudo, K.; Korenaga, T.; Suga, S. Nat. Commun. 2016, 7, 11297.
2)
Fujii, K.; Mitsudo, K.; Mandai, H.; Suga, S. Bull. Chem. Soc. Jpn. 2016, 89, 1081.
3)
Fujii, K.; Mitsudo, K.; Mandai, H.; Suga, S. Adv. Synth. Catal. 2017, in press (DOI: 10.1002/adsc.201700057).
4)
Mandai, H.; Yasuhara, H.; Fujii, K.; Shimomura, Y.; Mitsudo, K.; Suga, S. J. Org. Chem. 2017 in press (DOI:
10.1021/acs.joc.7b00992).

（2）- 246 -

平成 29 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
三木直子
2016 年 5 月 22 日から 27 日の日程でアメリカの California State University Fullerton で開催された 10th
International Workshop On Sap Flow 2017 に参加してきました。この会議は 2～3 年に一度開催される植物の水輸送に関わる国際的な専門家会議です。今回も植物の水輸送に関わる各分野（主に灌漑、森林水文、植物の水分生理）の専門家が参加し最新の研究についての発表ならびに活発な議論が行われました。なかでも今回は、植物水分生理学者である Dr. H. Jochen Schenk が organizing committee の chair を務めていたこともあり、申請者の専門でもある本分野の発表が非常に充実しているように感じました。樹木は水分などの環境条件の変動下において、水輸送機能を失ったり、またそれを回復したりしますが、この回復機構については未解明の部分が多く、まさに研究が日進月歩で進められており非常に注目されている課題ともいえます。本会議ではこの分野の第一人者の一人である Dr. Andrew Mcelrone の keynote speech をはじめ多くの最先端の発表を聴講することができ非
常に有意義で刺激的な時間を持てました。
申請者は本会議で Water movement via adventitious root of Juniperus sabina with prostrate life form in semiarid areasof China というタイトルで、中国の半乾燥地に分布する匍匐性の樹木 Juniperus sabina（別名：Sabina vulgaris）の、降雨後の乾燥の進行に伴う土壌深層から土壌表層への根を介した水の移動の存在を、ポット苗木を用いた
樹液流速度の測定ならびに重水トレーサー実験などからを確認した結果について報告しました。本種は常緑性
かつ匍匐性といった極めて特異的な形態的特徴から流砂固定の効果が非常に高いといわれています。それに加えて、今回確認された乾燥下におけるこの水分の再分配は土壌表層の乾燥の緩和効果につながることが予想されることから、このような乾燥環境下の緑化や生態系修復において非常に重要な種である可能性が高いことが確認できました。この水の再分配については、これまでいくつかの種で確認されていますが、匍匐性樹木での確認は申請者らの研究が初めてになります。加えて沙漠化が進行する乾燥地生態系の修復を行う上で非常に有意義な知見が提供できる可能性を示すことができました。
ポスター発表の時間が 1 時間 30 分設けてありましたが、ほぼ途切れることなく多くの方に聴講いただき、結果についても大変好意的なコメントを多数いただきました。
本会議は参加者 79 人とあまり大きな規模ではありませんが、より専門性が優先されているということ、またゆったりと落ち着いた中で非常にフレンド
リーな環境が確保されているということから、研究成果を関連する研究者に確実に発信できるともに、人脈の形成やモチベーションのより一層の向上にお申請者の lightning presentation の様子

いて非常に貴重で有意義な機会となりました。

（1）- 247 -

平成２９年度 海外渡航報告書
岡山大学大学院自然科学研究科（理学部）
野坂俊夫
渡航先

イタリア共和国（パヴィア市，トリノ市，およびジェノバ市周辺）

渡航日程 平成 29 年 10 月 11 日出発，同 10 月 21 日帰着。日程は以下の通り。
10 月 11 日 岡山発，関西空港・ミラノ空港経由，パヴィア着
10 月 12 日 パヴィア大学にて研究成果発表，研究打ち合わせ
10 月 13 日 パヴィア大学にて化学分析準備
10 月 14 日 トリノ大学にて研究成果発表，研究打ち合わせ
10 月 15～19 日 トリノ近郊およびジェノバ近郊にて野外調査と岩石試料採取
10 月 20～21 日 パヴィア発，ミラノ空港・関西空港経由，岡山着
渡航の目的と経緯
報告者は，
国際深海科学掘削計画 (IODP) の第 360 次航海に乗船研究員として参加した。
この航海の目的は，
南西インド洋海嶺に露出する隆起岩体 Atlantis Bank を掘削し，海洋下部地殻におけるマグマ活動と熱水変質作用の実態を解明することにあった（写真１）。掘削は米国の掘削船を用いて平成 27 年 12 月～翌 2 月に実施され，日米欧亜各国から 30 名の研究者が参加した。報告者は熱水変質研究グループのリーダーとして，船上での観察・分析・報告書作成を行った。掘削試料は乗船研究者に優先的に配分され，現在，各国の大学等で研究が続けられている。
この掘削試料について昨年我々が岡山大学で行った研究によって，多くの黒雲母が広範囲にわたって見つかった。さらにカリウムに富む通常の黒雲母だけでなくナトリウム黒雲母も見つかった。海洋地殻においてこれほど多量の黒雲母が産出する例はこれまでに報告がなく，また海洋斑れい岩中のナトリウム黒雲母の産出は世界初の発見である。これらの黒雲母にはアルカリ元素の不足が認められる一方，共存する緑泥石には過剰のアルカリが含有されていることから，黒雲母と緑泥石の間の固溶体形成または両者の機械的混合が生じているものと考えられる。これらの層状珪酸塩の産状と化学組成は学術上重要な新知見であり，その予察的成果を平成
29 年 9 月開催の日本鉱物科学会年会にて発表した。
広範囲にわたる黒雲母の産出は，海洋地殻の熱水変質に伴って大規模なアルカリ交代作用が起きていることを示唆するものであり，その生成条件を明らかにすることは地球科学への重要な貢献となる。特に微量元素組
成と結晶構造の分析は黒雲母の生成条件の解明に対して重要な制約条件を与えるものと期待されるが，それらの分析には学外の高分解能分析装置を用いる必要がある。
一方 IODP には下船後の共同研究は乗船研究者間のものを優先するという内規がある。そこで黒雲母の微量元素分析と結晶構造分析を，船上での共同研究者であったトリブジオ教授の協力を得てイタリアで実施することにした。鉱物の微小領域分析に当たり，照射線（電子線または粒子線）の照射位置について，実際の分析試料を見ながら，装置操作者と入念な打ち合わせを行う必要がある。そこで，分析試料を携行してイタリアに渡航することにした。
また，北部イタリアには，Atlantis Bank に類似した中生代の海洋下部地殻起源の斑れい岩体とそれに付随する上部マントル岩体が露出していることが知られている。異なる時代の岩石を比較することは，地質作用の普遍性あるいは特異性を理解するうえで重要なことである。そこで代表的な岩体について野外での産状を観察し，分析用の岩石試料を採取することも，渡航の目的のひとつであった。
（1）- 248 -

用務概要
パヴィア大学では，まず岡山大学での研究の途中経過を発表し，海洋地殻からの黒雲母の発見の重要性をあらためて説明した。質疑応答の後，トリブジオ教授と微量元素分析の第一人者であるザネッティ博士を交えて今後の研究計画について打ち合わせを行った。当初計画では微量元素測定にイオンプローブアナライザーを用いる予定であったが，装置の故障のため，やや空間分解能の劣るレーザーアブレーション誘導結合プラズマ質量分析計（LA-ICPMS）を用いることにした。必要な前処理を施した分析試料をあらかじめ岡山大学で作製し，これを渡航時に持参したため，現地での打ち合わせと分析準備は全く問題なく進めることができた。使用する
LA-ICPMS の空間分解能は数十ミクロン程度であり，また黒雲母の結晶粒径は相当細かいため，分析点の決定には細心の注意が必要である。現地ではトリブジオ教授とザネッティ博士とともに持参した試料を光学顕微鏡で観察し，結晶粒径や不純物の有無を確認しながら慎重に分析点を決定した。当初は現地滞在中に分析を実施す
る予定であったが，先方の都合により，平成 30 年 1 月以降に実施されることになった。
トリノ大学では，岡山大学で得られた鉱物の化学組成分析結果について発表し，透過電子顕微鏡分析（TEM）の専門家であるベルーソ教授に結晶構造分析の必要性と重要性をあらためて説明した。ここでも分析試料の光
学顕微鏡観察を行い，分析対象について詳細な検討を行った。分析試料は TEM 用の前処理を施す必要があるた
め，帰国後に岡山大学で処理をしたものをあらためてトリノ大学に送付することで合意した。分析は平成 30
年の春までに実施される予定である。
海洋下部地殻の変質作用の研究の一環として，中生代の海洋リソスフェア起源の斑れい岩とかんらん岩が露出しているトリノ近郊とジェノバ近郊に赴き，野外における岩石の産状観察と岩石試料の採取を行った（写真２）。異なる時代の岩石を比較することは地質学的研究において重要なことであるが，陸上に露出した岩石はたいてい強く風化しており，良好な試料を効率よく採取することは難しい。今回は現地の地質に精通したトリブ
ジオ教授の案内により，風化していない非常に新鮮な岩石試料を採取することができた。現在進行中の南西イ
ンド洋の斑れい岩の研究に加えて，今回採取したイタリア北部の岩石についても，今後パヴィア大学との共同研究を進めていくことを計画している。
以上のように，今回の渡航は今後の研究の発展に大いに役立つものであり，大変有意義なものであった。この場を借りて，ご支援を賜ったウエスコ学術振興財団にあらためて感謝の意を表したい。

写真１．南西インド洋海嶺 Atlantis Bank か写真２．イタリア北部に露出する斑れい岩と，岩石の構造

ら掘削された斑れい岩のコア試料（掘削船について説明するトリブジオ教授（ジェノバ近郊，平成 29

JOIDES Resolution 船上，平成 28 年 1 月）

年 10 月）（2）- 249 -

平成 29 年度 海外渡航報告書
岡山大学 異分野基礎科学研究所
岩﨑 真之
平成 29 年 6 月 24 日（土）から 30 日（金）までの 7 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 19 回有機合成指向有機金属化学国際会議（19th International Conference on Organometallic

Chemistry Directed Towards Organic Synthesis (OMCOS-19)）に出席し，研究成果を発表・討論するため，大韓民国済州島に渡航した。本国際会議では，韓国科学技術院（KAIST）の Sukbok Chang 教授と Chulbom Lee 教授が組織委員長を務めた。講演会場は解放感にあふれる海に隣接する済州国際会議場（ICC Jeju）であった。巨大なホールであり，座席も座り心地が良く，ゆったりと講演を楽しむことができた。
渡航スケジュールの関係で，本会議が開催される前日の 6 月 24 日（土）午前 10 時（定刻）に岡山空港を離陸し，仁川国際空港に正午前に到着した。ソウル市内にて 1 泊したのち，翌 25 日（日）の正午過ぎに金浦空港より済州空港を経て会場である済州国際会議場に移動した。空港から会場までの移動はシャトルバスを利用したが，会場に到着したのは，基調講演の始まる 1 時間前であった。参加登録を済ませて，講演要旨集を受け取り，2005 年ノーベル化学賞受賞者である Robert Grubbs 教授（カリフォルニア工科大学）の基調講演を聴講した。その後，Welcome Reception に参加し，世界の第一線で活躍する研究者とお互いの研究について意見交換をおこなった。
翌 26 日（月）から 28 日（水）のあいだは，本会議は午前 9 時から始まり，午後 7 時過ぎまで続いた。
本国際会議は，基調講演 8 件（50 分），招待講演 14 件（30 分），選抜された口頭発表 19 件（15 分）で構成されており，いずれの講演もハイレベルであり，組織委員の慧眼がうかがえる。また，396 件のポスター発
表が 26 日（月）と 28 日（水）の 2 部に分かれておこなわれた。活気に満ち溢れた会場は身動きのとれないほどのすし詰め状態となったが，老いも若きも熱心に議論を交わした。
26 日（月）午後 5 時から，われわれの最新の研究成果である「パラジウムまたはニッケル触媒によるジセ
レニドおよび単体セレンを用いたベンズアミドの直截セレノ化反応（Direct Selenation of Benzamides with
Diselenides and Elemental Selenium Catalyzed by Palladium or Nickel）」に関して発表をおこなった。本発表において，多くの研究者から異なった視点から様々な質問を受け，今後の研究に非常に有意義であった。
40 歳以下の有機金属化学分野の若手研究者に贈られる OMCOS 賞はカタロニア化学研究所（ICIQ）のRuben Martin 教授が受賞した。27 日（火）の受賞講演では，彼の代名詞ともいえる二酸化炭素を利用したカ
ルボキシル化反応について述べられた後に，未発表の成果についても発表された。まさに OMCOS 賞にふさわしく，講演終了後は本会議一番の拍手に包まれた。
28 日（水）の夜には，国際会議の Banquet が開催され，そこで多くの世界的に著名な研究者と進行を深めることができた。
最終日である 29 日（木）は，Douglas Stephan 教授（トロント大学）や Shengming Ma 教授（上海有機合成科学研究所）による基調講演を拝聴し，Closing Ceremony にも出席した。次回は，2019 年 7 月の予定で，
Stephen Hashmi 教授を組織委員長としてハイデルベルクで開催される。国際会議は昼過ぎに全プログラムが終了したが，飛行機のスケジュールのために当日の夕方に済州島からソウル市内に移動した。ソウル市内に 1 泊し，翌日の 30 日（金）午後 7 時前に仁川国際空港から帰途につき，同日中に岡山空港に帰着した。
本報告書の最後に，今回の実り多い韓国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。
（1）- 250 -

平成２９年度 海外渡航報告書
岡山県立大学 情報工学部
瀬島 吉裕
2017 年 7 月 9 日（日）
から 14 日（金）
までの 5 日間，
カナダ・バンクーバーで The 19th International Conferenceon Human-Computer Interaction (HCII2017) が開催された．上述の国際会議に，申請者は公益財団法人ウエスコ学術振興財団からの助成金を得て研究成果を発表した．ここに，関係者の皆様に感謝の意を示すとともに，渡航報告を行う．なお，申請者の渡航日程は，2017 年 7 月 9 日（日）に出国して，5 日間バンクーバーに滞在
し，7 月 15 日（日）に帰国した．
申請者が研究成果発表を行ったのは，International Conference on Human-Computer Interaction （略称HCII）という人間を中心としたインタフェースやそれらのインタラクションを対象とした国際会議で，この分野における国際学会では発表数が最大の学会である．開催地であるバンクーバーは，北緯 49°に位置している
ため，7 月であっても平均気温 18 度と，夏場でも快適に過ごせる気候であった．また，会場である Vancouver
Convention Centre（バンクーバー コンベンションセンター）は，バンクーバー中心部にあり，非常にアクセスの良い場所であった．
HCII2017 では，初日から 3 日間，ワークショップ・チュートリアルが全 22 件開催され，人間中心設計手法
や視線計測手法だけでなく，教育やセラピー等，様々な分野に関する議題が取り上げられていた．翌日から 3日間に渡って研究発表がなされた（図 1）．本年は参加者が 70 カ国から 1800 人（主催者発表）で，一般講演 1,800
件，ポスター発表 180 件であった．申請者は 2 日目に口頭発表を行った（図 2）．発表内容は後述するが，数人に興味を持っていただき，有意義な議論を行うことができた．また，ポスター発表の会場は，件数が多いため，広い会場での展示であった．参加者の多くが来場し，活発な議論が行われていた．HCII2017 では，2 種類の賞(Best Paper Award: 15 件 (各発表領域より 1 件), Best Poster Award： 1 件) が設けられており，受賞研究はアイデア発想が豊かで，ユニークな研究が多い印象であった．

図 2 発表時の様子

図 1 講演会場の様子（1）- 251 -

申請者は，HCII2017 において，に「A Speech-DrivS
en Embodied Communicati
ion System Baased on an Ey
ye Gaze Modellini Interactiion-Activated Communiccation」といいう題目で研究
究成果発表をを行った．ここの研究は，遠遠隔地で人間間同士が情報機同
機械を介して行うコミュニ
ニケーション
ンを支援することを目的ととして，コミュニケーションにおけるる
場の盛り上が場
がりと人間の視線行動に着着目し，
対面コ
コミュニケーーションにおける視線行動
動を解析したた．
その結果，場が落ち着く場
くにつれて視視線を大きく外外すことを定定性的に示した
た（図 3）．ささらに，解析
析結果に基づい
いて，場の盛盛
り上がりに関関連する視線線モデルを開発
発し，それをを適用したコミュニケーシ
ションシステムを開発した
た（図 4）．こ
このシステムはのは，CG キャラクタが発話音
音声のみから
ら身体動作と視視線情報を自自動生成する．このシステ
テムを用いて，，
コミュニケーコーション実験
験を行い，場のの盛り上がりに応じた視線
線行動を行ううことで、コ
コミュニケーシ
ション効果がが高まることを高を示した．この内容を口頭頭発表し，来来場した参加者
者と議論したた．また「人人の眼球を計測
測することななく自然な視線
く
線を生成できるのは良い」，「実空間のの知見は，仮想
想空間に適用用しても同様様の特性を得るるのか」等ののコメントをいコ
いただく等，有意義な議論
論の場となっった．さらに，，人の視線行行動から興味味特性を推定しし，商品を推推薦する研究等
薦等，一般発表およびポスタ
ター発表におおいて，本研究
究を発展・応応用させる可可能性がある研研究が数多くく
紹介され，今紹
今後の研究を展開するためめに重要な情情報が収集できた．なお，第 20 回会議
議となる次回
回の HCII20188
ラスベガス
は，米国の
は
スで 7 月 15 日から 7 月 20 日のの期間に開 催される予予定である．（参考 URLL
http://2018.
h.hci.international）
末筆になる
るが，このような貴重な機機会を与え，ご支援していいただいた公公益財団法人人ウエスコ学術術振興財団のの関係者各位に関に感謝したい．

と視線行動ととの相互相関解解析の一例
図 3 場の盛り上がりと図 4 解析結
結果を適用した
たコミュニケケーションシスステムの概要要（2）- 252 -

平成 29 年
年度 海外渡渡航報告書
川崎医科科大学 微生物物学教室
内藤 忠相
2017 年 7 月 17 日から 21 日の日程
程で、シンガポ
ポールの SANNDS EXPO & CONVENTIONCCCENTER においいて開催されれた IUMS（Intternational Union of Microbiologiccal Societie
es：国際微生生物学連合）22017 年大会のの一部であるる
17th
1Internaational Congress of Vi
irology（ICVV：国際ウイルルス学会）にに参加しまししたので報告いいたします。
17th
1
ICV では
は、様々なウウイルス研究
究の成果発表がが行われ、66
6 題の口頭発発表および約 300 題のポス
スター発表ががプログラムさプ
されていました。また、I
IUMS2017 におおいては 17th ICV の他にに、15th Intternational Congress off
Bacteriology
By and Applieed Microbiollogy（国際細細菌学・応用微生物学会）と 15th Intternational Congress off
MycologyMandd Eukaryotic Microbiollogy（国際真真菌学・真核微微生物学会）が同日の日程で共催されれ、微生物学学に携わる様々に々な国と地域
域から参加したた研究者が一
一堂に会する場
場となりましした。
報告者は、インフルエンザウイルススが持つ遺伝伝子複製酵素（ウイルスポ
ポリメラーゼゼ）を人為的にに改変するこことで、遺伝子と子変異の発生
生頻度を半減ささせた新しいいワクチン製造
造用ウイルススの開発に成成功しました（参考文献、
平成
平 27 年度ウエスコ学術術振興財団学
学術研究助成課
課題）。本技術
術を用いれば
ば、従来法と比較してワク
クチン製造中中に生じるウイにイルス抗原変異が起きにく
くくなり、効
効率良く有効ななワクチンのの製造が可能
能になると期待待できます。
今回の渡航で今
では、これら成成果を 17th ICV
I においてて発表し、多く
くの参加者からコメントををいただきまました。特に、
ウイルスポリウ
リメラーゼの構造学的な視視点からのコ
コメントは、今
今後の研究のの発展に非常常に有意義でああり、さらな
な
る高性能なワる
ワクチン製造造株へ改変するるための技術
術情報を得ることができま
ました。
最後になり
りましたが、この度の渡航航費助成を賜賜った公益財団
団法人ウエス
スコ学術振興興財団に深く感
感謝を申し上
上
げます。
げ
参考文献
参
Naito
N
T.et aal., Generattion of a Gen
netically Sttable High-F
Fidelity Influenza Vacccine Strain. Journal off
Virology,
V
Vool.91, e01073-16, 20177.

（1）
- 253 -

平成 29 年度 海外渡航報告書
川崎医療福祉大学 医療技術学部 リハビリテーション学科
鈴木 啓太
（概要）
10 月25 日から10 月28 日にかけて、
アメリカ合衆国ジョージア州アトランタにて開催された第94 回American
Congress of Rehabilitation Medicine に参加した。
私は学会 2 日目にポスター発表にて「A pilot study of the preventive effects of repetitive peripheral
magnetic stimulation on muscle atrophy」の演題を発表した。脳卒中患者の筋萎縮予防に関する演題は渉猟する限りでは、他に見当たらなかった。数名の参加者から質問を受けたが、その多くは反復末梢性磁気刺激をご存じなく、機械に関する質問が多かった。反復末梢性磁気刺激の利点や現状の限界点などを説明した。アメリカのリハビリテーション医療の現場において、脳卒中の急性期の筋萎縮予防に特別な取り組みをしているという話は聞かれなかった。
今回の学会における講演の内容としては、Traumatic Brain Injury による高次脳障害に関するものや慢性痛に関するものが多かったように思われた。その中でトピックスとなっている内容は日本と比較して大きな差はないと感じた。唯一、「テレリハビリテーション」が日本と比較して先進的であり、アメリカにおいて近年注目を集めているようであった。
「テレリハビリテーション」とは、退院後の患者の運動習慣を定着させるために、
テレビ電話等でセラピストが運動を指導するものである。学会全体の流れとしても、退院後にいかに運動習慣や身体機能を維持するかに焦点が向いているような印象を受けた。超高齢社会を迎え、地域包括ケアを推進している日本においても、このテレリハビリテーションは非常に有用な方法となってくることが予想された。
本学会を通して最も印象に残っていることはディスカッションの活発さである。講演の途中であっても、演者と聴衆の間で頻繁にディスカッションが展開されていた。参加者それぞれが自分の意見を持ち、それを表出することが文化として根付いていることが感じられた。また、新たな視点やアイディアを得るという学会の目的を達成するためには不可欠な姿勢であると感じた。学会の本来あるべき姿を見ることができた点が今回の最も大きな収穫であった。

図１ 口述発表会場の様子（1）- 254 -

視触覚クロスモーダルな質感形成の脳機能解明と質感評価システムの提案
岡山大学 大学院ヘルスシステム統合科学研究科
楊 家家
概要

21 世紀の産業界では，高品質のもの作りが求められ量から質への転換が要請されている。しかし，「品質の良さ」はヒトの主観に頼っているのが現状で，客観的指標の作成と品質計測システムの開発が喫緊の課題である。筆者は，このような要請に応えるため，品質の良さの客観的評価法の構築を目指し，脳イメージング手法を用いてヒトの品質の良さを判断する脳内メカニズムの究明に関する研究を取り込んでいる。機能的磁気共鳴画像法（fMRI）は，現在の非侵襲的脳イメージングの中で最も発達した手法の一つであり，脳科学分野や生体計測工学分野では幅広く応用されている。アメリカ国立衛生研究所（National Institutes of Health, NIH）のSection on Functional Imaging Methods（sFIM）では，世界最先端の脳イメージング技術の開発とヒトの脳機能解明の研究を進めている。筆者は，sFIM に滞在期間（2016 年 11 月〜2017 年 10 月）において，fMRI 研究の実施や最新技術の取得などの成果を報告する 。

はじめに

りである。

ヒトはある物体を見ただけで，その素材を認知で機能的磁気共鳴画像法（fMRI）は，1990 年代初頭

きる。また，その物体を触ることにより，物体表面に開発された手法であり，ヒトおよび動物の脳神経の滑らかさなどの複雑な状態を正確に判断できる。

活動に関連した血流動態反応を視覚化する方法であ

このようにヒトは事物が生み出す質感情報から，物る。これまでヒトの脳機能解明に欠かせない役割をを選んだり身体運動を制御して，生活の豊かさを実果たしている。筆者は，工学博士学位を取得してお感している。1990 年代からコンピュータグラフィッ

り，これまで高磁場環境対応の実験装置開発に成功

クス（CG）技術が高度に発達し，世界がリアルな映させ，ヒトの視触覚クロスモーダルな質感認知の脳像で表現できるようになった。また，材料工学分野

内処理メカニズムに関する研究を進めてきた。しかの発展と高度な加工技術の進歩によりさまざまな物

し，MRI の高磁場環境における撮像ノイズ対策，実体の形状などの再現が可能になった。しかし，工学

験に適した撮像パラメータや解析方法などは研究テ分野において，加工された製品のどのような情報がーマに応じてカスタマイズする必要性があり，最適

質感の良さ
（高品質）
に関与するのかは未だ不明で，な条件の選択は課題としてあげられる。
滞在先（National Institutes of Health, NIH）の研究指

客観的な質感評価は困難な課題である。
ヒトの視覚と触覚はそれぞれが独立に機能し，そ

導者 Peter Bandettini 博士は，fMRI の撮像技術と脳イ

れぞれが特有の感覚情報を与えてくれるが，感覚種

メージング解析手法の開発分野の先駆者であり，脳をまたがるクロスモーダルな性質も持っている。質イメージングの分野で最も権威のある学術論文誌感を生み出す情報は，物体表面の滑らかさ，物体のNeuroImage の編集長も務めている。筆者が，1 年間

反射特性や照明環境などが相互作用して作る複雑なに 渡 り ， Bandettini 博 士の Section on Functional

ものであり，人間はその視覚と触覚情報を読み解く

Imaging Methods（sFIM） で研究を進め，最新の脳ことができるものの，それがどのような脳内情報処

イメージング技術と解析手法を修得することができ理によって実現されているかはまだ解明されていなた。
そのノウハウを所属機関の研究教育へ応用でき，い。このように，クロスモーダルな質感認知メカニ

科学技術の発展だけでなく，人材育成にも貢献できズムに関して，脳科学分野の研究でも始まったばかる。

- 255 -

3T-fMRI 実験の実施

滞在先研究セクションの構成
アメリカ国立衛生研究所（NIH）は，20 の研究所

今回，筆者は Dr. Peter Molfese（sFIM），Ms. Natashaと 7 つのセンターで構成されている世界最大の衛生

Topolski（NIH）と JSPS-RPD 研究員の于英花氏（岡研究組織である。筆者は滞在している Section on大）の協力を得て，国際協同研究のテーマである「ヒFunctional Imaging Methods（sFIM）は，アメリカ国

トの品質の良さの判断脳内メカニズムに関する研究」

立精神衛生研究所に属している。図 1 に示すよう，の第一ステップの素材質感形成に注目し，fMRI 実験

Bandettini 博士を中心として 12 名のコアメンバと毎を設計・実施した。図 2 の写真は，GE 社製 3T-MRI

年約 10 名前後のポスドクや交流研究者などで構成を用いた fMRI 実施する際の様子を示す。素材質感されており，脳イメージング撮像・解析手法の開発

はもともと触覚によって形成され，その後で視覚がに関する研究を進められている。

形成され記憶されると考えられる。したがって，素
材質感の形成過程を理解するには，触覚がどのように対象の質感を処理・形成し，それを視覚と結びつけるかを明らかにすることが不可欠である。筆者らは，この実験結果に基づいて，視触覚クロスモーダ
ルな素材質感形成の脳内処理モデルを検討でき，その成果を脳機能イメージング分野の学術論文誌への投稿を進めている。

図 1 sFIM メンバ構成（白矢印は Bandettini 博士，左手側に于英花（JSPS-RPD 研究員）
，筆者）
国際協同研究の企画・実施
筆者は，2016 年 1 月から NIH の研究指導者
Bandettini 博士とウェブミーティングを通じて，協同
研究の課題の企画・検討を始めている。2016 年 5 月

図2 fMRI実施する際の様子（左側から筆者，Molfeseに研究実施計画案を完成し，筆者所属機関（岡山大研究員，Topolski ポスバック研究員）

学）で fMRI 予備実験を実施した。2016 年 11 月から
2017 年 10 月までの 1 年間において，Bandettini 博士

超高磁場 7T-fMRI 実験の実施の指導を受け，Dr. Peter Molfese（研究員）と Dr.

前述のように，fMRI は，現在の非侵襲的脳イメー

Laurentius Huber（研究員）の協力を得て協同研究を

ジングの中で最も発達した手法の一つであり，脳科実施し，以下の 4 つの目標を達成した。ここで 2）

学と生体計測工学を含む多分野へ広く応用されていから 4）の内容を要約して，報告する。

る。7T-MRI の誕生により，従来は困難であったミ
クロン単位での脳微細構造や神経線維の複雑な走行

1）最適 fMRI 撮像パラメータの設定方法の習得

を 3 次元再構築することが可能になるなど，ヒト脳2）3T-fMRI 実験の実施

高次機能の解明に大きな希望を与えた。しかし，日3）超高磁場 7T-fMRI 実験の実施

本国内で 5 台，
世界で 69 台程度しか稼働してないの

4）脳領域間解剖学的・機能的結合解析，脳情報が現状（2017 年 12 月現在の調査により）であり，

デコーディング解析方法の習得

7T-MRI 画像の信号対雑音比（SNR）の向上，研究- 256 -

目的に応じた撮像シークエンスの開発やデータ解析

脳領域間解剖学的・機能的結合解析，脳情報デコー

手法の選択といった様々な課題に直面している。筆ディング解析方法の習得

者の滞在先のセクションは，世界の脳イメージング

ヒトの脳は，千数百億個の神経細胞からなるネッ分野の研究をリードしており，7T-MRI の計測法か

トワークにより構成されており，脳を理解するため

らデータ解析法に至るまで最先端の技術とノウハウに神経活動がネットワーク上どのように伝達されるを持っている。特に，sFIM に所属している Huberのかを明らかにすることが必要不可欠である。
近年，研究員は，7T-MRI を用いた高解像度（サブミリ）脳領域間の解剖学的結合や脳機能ネットワーク解析の Vascular Space Occupancy の撮像技術を確立したの進歩によりマクロスケール脳機能ネットワーク

人物である。筆者は，Huber 研究員と JSPS-RPD 于（脳領野間）は解明されつつある。さらに，機械学研究員の協力を得て，高解像度のそれぞれの指先に習技術を基礎とした脳情報デコーディング

対応する体性感覚皮質の脳内マッピングにチャレン（Decoding）解析の応用も広がっている。この解析

ジし，顕著な成果が得られている。図 3 の写真は，は，外界情報の脳活動パターンを解読する手法であ筆者がテスト被験者となり，指先を刺激する装置を

り，2000 年代後半から 3T-MRI 装置を用いた研究へテストしている様子である。
（操作者は Huber 研究員）

普及されている。図 5 に示すように，筆者は，前述の協同研究を通じて，高精度のヒト脳領域間の解剖学的結合と脳機能ネットワーク解析法及び最適撮像法も習得している。

図 3 指先を刺激する装置をテストしている様子
図 4 に示すように，従来の 3T-MRI で観察できなかった個々の指に対応する脳表マップの撮像に成功

図 5 脳領域間の（a）解剖学的結合と（b）脳機能ネットワーク解析の一例

している。
その他の学術交流
筆者は，米国滞在期間中において，Bandettini 博士の共同研究先であるハーバード大学の脳科学研究所とマサチューセッツ工科大学の McGovern 脳研究所を訪問し，fMRI を用いた脳イメージング技術の最前線を調査した。また，NIH と同じ市内にあるジョン
ズ・ホプキンス大学の体性感覚研究室とジョンズ・
ホプキンス大学病院の放射線科を訪問し，霊長類（サル）の触覚研究及びイメージング研究の現状と課題
図 4 3T と 7T の体性感覚皮質の脳内マッピング結果を調査した。

- 257 -

結言と今後の展開

近年，日本を含む多くの国々で人口の高齢化が進

図 6 に示すように，
筆者らの独自調査により，
2017

むことにつれて，認知症患者の増加は社会問題とな

年現在，7T-MRI 装置は世界中に 69 台が稼働していっている。現在，日本の認知症患者数は 10 年前に推る。また，その追い風として，2017 年 10 月に 7T-MRI

定した 180 万人より大きく上回り 300 万人にもいるの臨床応用は正式に認可されたため，2030 年ごろにと言われている。さらに，2025 年に，日本では 470

普及されるだろうと期待できる。一方，磁場強度が万人，世界では 8000 万人以上になると予想される。

高い装置を開発されることにより，撮像解像度の向しかし，認知症の診断は非常に難しく，頭部 CT 画

上，科学問題の解決に繋がると共に，人体に対する像には異常が現れないため発見が困難であり，「見え

安全性，研究倫理や高磁場によるノイズ増加などもない障害」と言われている。一方，認知症患者は顕課題にも直面しているため，筆者らもこれらの問題

著な早期段階の症状として，空間認知・短期記憶・解決に積極的に取り込む必要性が感じている。

判断などの高次機能が低下することが知られている。
筆者らは，認知実験と fMRI 脳画像などの認知脳科学の基礎研究を積み重ねて，認知症早期診断に関する研究も積極的に取り込んでいる。今後，今回の研修で得られた知識と経験を生かして，基礎研究のみ
ならず，社会還元にも努力していきたいと考えている。

図 6 超高磁場 7T-fMRI の現状と今後の課題- 258 -

ラマン分
分光技術の
の習得と
共溶媒
媒が誘起するるタンパク質
質の構造変変化における
る疎水効果のの理解

岡山大学異異分野基礎科
科学研究所
望月建爾
私はこれま
までコンピュータシミュレ
レーションやや理論化学的手手法を用いてて、水や氷のの相転移に関すする物理化学
学
的研究を行っ的ってきた。今回、長期間海海外派遣滞在在費助成事業かからの支援をを受け、アメリカのパデュュー大学に 1
年間（2016年
年 1 月から 20172
年 1 月）滞在し、ララマン分光法を主体としたた水和水の構構造を調べる実
実験的手法をを習得し、実験
習
験と理論の両両方を使った多多角的な研究究手法を発展させた。実験
験手法の習得得と同時に、共共同研究「単単
純分子におけ純
ける共貧溶媒媒効果」を遂行
行し、国際的的に評価が高いい化学系雑誌
誌 J.Am.Chem. Soc.に研究成成果を発表しした。
た【背景】
性分子 Poly(N-isopropy
ylacrylamidee),
刺激応答性
PNIPAM,は常温
P
温常圧で水にによく溶け、
外部からの様外様々な刺激でなCoiil-Globule 転移を起こすす事が知られれている。PNIPAMい
M 水溶液の最最も興味深いい現象の一つはは、
PNIPAM
Pが水、メタノール
ルのそれぞれのの純溶媒にはは可溶だが、ある溶
る濃度の混合
合溶媒には溶けけない性質で
であ
る(図
る
1)。

図 1. メタノーール水溶液にに溶けた PNIPA
AM が示す共貧貧このよう な振る舞いは一般的に共貧溶媒 効
果,co-non-so
果olvency,と呼呼ばれる。純
純溶媒中に比べべ、溶媒効果。メタ溶
タノールモル
ル分率 0.2-0
0.4 で PNIPAAM
溶液が白濁して溶ている。

混合溶媒中て混てで PNIPAM の実効的な分分子間力が強強くなり、目に見な見えるサイズ
ズまで凝集が進進む。これままで【実験方法】【の研究では、のPNIPAM が溶
溶けなくなる濃度範囲で水水-TB
BA(C4H10O)は、高分子とはは違い非常に単純な構造ををメタノールがメ
が特殊なクラスターを作る
る、メタノーール

している。いかしかなる濃度ののメタノール
ル水溶液でも無無が PNIPAM に選選択的に溶媒
媒和する、など
ど様々な解釈釈が限に溶け、白濁
限濁や相分離がが起こらないいため、目で見見提案されてき提きた。

て凝集を調べるてることはでききない。本研研究は、ラマンン

本研究ではは、共貧溶媒
媒効果の根本的的な原因の究究明

分光法と多変量分
量スペクトル
ル分解法を組
組み合わせ、溶溶のためには、の共貧溶媒効果を引き起こ
こす最低限のの要

液のスペクトル液
ルから溶媒ののスペクトル
ルを引いた差ス
ス

素を特定する素
る事が重要だと考えた。高高分子以外のの単ペクトルを評価ペ
価した。TBA の CH とメタ
タノールの CHC

純な分子
純
（TBBA）を対象とし、実験と計計算を組み合合わのスペクトルがのが重なる事をを防ぐためにに、重水素化ししせて、共貧溶せ
溶媒効果の有有無を明らかににし、さらににそたメタノールを
た
を用いた。

の原因を
の
TBAA 周りの溶媒媒の分布から説説明した。
【実験結果】【
メタノール濃度度と TBA 濃度
度を変化させせながら、TBBA
濃度で規格化濃した差スペククトルを調べべた。差スペク
ク
トルの面積は、ト、TBA に水和和する分子数
数に比例する。
（1）- 259 -

TBA
T が凝集す
すると、TBA 分子あたりの水分
水和分子数がが減【計算結果】【
まず、TBA-T
TBA の平均力
力ポテンシャルがメタノーー

少し、差スペ少ペクトルの面積の減少としして見える。
純水中で TTBA 濃度を増加加させると差差スペクトル
ルがル水溶液中で強ル
強まっている
る事を確かめめた。そして、、少し減少する
少る（図 2A）。つまり、TBA
つがわずかに凝が凝集

Wyyman-Tanford
d 理論を用いいて、平均力力ポテンシャル
ル

することがわすわかる。一方方、メタノール
ルを少しだけけ加の変化と溶媒和の和分布との関関係を明らかかにした。独立立

えた溶媒を用え用いると、TBAA の濃度増加
加と共に、差差ス

して存在する
し
TBA と二量化化した TBA のそれぞれの周の周ペクトルが大ペ
大きく減少ししていることとが分かる（（図り の 溶 媒 分 布 か ら 、 preferent
tial bindinng2B,C）2。つまり、メタノーールの混合により、TBA のの分

cooefficient（（Γ）を求めた
た。Wyman-Ta
anford 理論で
で子間の実行的子
的な引力が増加加する。同様様の解析を、水は、二つのΓのはの差を、二つつの溶質構造造の間の平衡定
定からメタノーかールまでの全全濃度に対して行った。TTBA

数のメタノール数
ル濃度に対すする変化と結
結びつける。メ
メの凝集はメタのタノールモル
ル分率 0.4-0.6
6 付近で最もも強タノール濃度がタが低い時は、TBA2 量体ののΓが孤立したたまり、さらにまにメタノール
ル濃度が増加す
すると弱まるるこ

TB
BA のΓより大大きく、メタタノール濃度
度が高い時はそそとがわかったとた。
つまり、
単
単純な分子であある TBA でもも、の逆になる事をのを明らかにしした（図３）。つまり、メタタ

ポリマーと同ポ
同様に、メタノールと水のの混合溶液中中でノール濃度によより、メタノ
ノールが選択
択的に溶媒和す
す

分子間引力が分が強まる事を明らかにしたた。

る TBA 構造が変変化する事をを示した。さらに、メタノノール水溶液中のーの TBA２量体体の構造解析かから、
TBA の疎疎水基同士が向き水
き合うようにに凝集する事事が分かった。
これは、メタこンの凝集に 関する解析[K. Mochizukkiannd K. Koga, Phys. C
Chem. Chem
m. Phys., 18,166188-16195 (22016)]と合わ
わせて、共貧溶媒性効果ににおける疎水性相お相互作用（疎疎水基）の重
重要性を示唆す
する。
る

図 2. 純溶媒
媒のスペクトルル（破線）と(AA,B)OH と(C))CD
領域の差スペ領
ペクトル（実線
線）。それぞれ
れの溶媒は ((A)
水、
水 (B,C)モル
ル分率 0.02(=1.0M)のメタ
タノール水溶溶液。
TBA
T 濃度は 0..2 から 0.6M まで変化。
【計算方法】
計算ソフト
計
GGROMACS 5.1.2.を用いて分分子動力学計計算
圧力(1atm)、温度(298Kを実行した。
をK)は、それぞぞれ
Parrinello-R
P
Rahman 法と Nose-Hooverr 法を用いてて制御した。水分
御分子は TIP4P//2005、TBA は TraPPE-UAA で再現した。過再過剰化学ポテンシャルは、ソフトコア
アポ

図 3. メタノー
ールモル分率率 xm =0.2（実線線）と 0.8（点点

テンシャルを
テ
を用いて、Bennett Acceptance Ratio 法線）
線 における、孤立した TBA
BA（青）と TBA
A２量体（赤）溶質間の平で計算した。
で平均力ポテンシ
シャルは、アアンのΓの値。Γ=の=<nm-nw*(Nm-nnm)/(Nw-nw)>；n は TBA か

ブ レ ラ サ ン プ リ ン グ と weight
ted histogrram

ら距離
ら
r 内にあ
ある分子数、N は系全体のの分子数、m, w

analysisa法をを用いて、重
重心間距離に対して求めたた。

はそれぞれメタはタノールと水
水を表す。xm=0.2=
では、赤赤線が青線より高線
高く、xm=0.88 では逆にななっている事が
が
分かる。
分

（2）
- 260 -

【まとめ】
本研究成果は、一見複雑に見える共貧溶媒効果の本質は、高分子の複雑な構造にあるのではなく、極端に小さな分子でも観察でき、メタノール濃度により変化する疎水基の引力相互作用にある事を見つけました。外部刺激により構造変化する高分子は、体内での薬物輸送、ナノスケールの流れの制御など、医学から材料化学までさまざまな分野に応用・発展できます。本研究による共貧溶媒効果の基礎的な理解が進んだことで、そのような分野における分子設計などに貢献することが期待されます。
【謝辞】
本研究を遂行するにあたり、ウエスコ学術振興財団
長期間海外派遣滞在費助成事業から支援を賜りましたことを深く感謝いたします。
【研究成果】[1] K. Mochizuki, S. R. Pattenaude, D. Ben-Amotz,
Influence of Cononsolvency on the Aggregation of
Tertiary Butyl Alcohol in Methanol-Water Mixtures,
J. Am. Chem. Soc., 138, 9045-9048 (2016)
上記論文に対して、ITIJC (Indy Tomorrow Indiana
Japan Chamber) Outstanding Research Paper Award
2016 を受賞[2] K. Mochizuki, D. Ben-Amotz, Hydration Shell
Transformation of Thermosensitive Aqueous Polymers,
J. Phys. Chem. Lett., 8, 1360-1364 (2017)[3] S. R. Pattenaude, B. M. Rankin, K. Mochizuki, D.
Ben-Amotz,

Water-MediatedAggregationof

2-Butoxyethanol,
Phys. Chem. Chem. Phys., 18, 24937-24943 (2016)（3）- 261 -

炎症性腸疾患由来発癌における免疫担当細胞の役割（所 属）岡山大学大学院 自然科学研究科（氏 名）増田 潤子
がん移植マウスはがん局所だけでなく全身の免疫能も変化する。しかしこれまでに得られているがん研究のほとんどは、大腸癌細胞をマウスに移植した人工的なモデルにすぎないため、前癌状態で早期診断および治療を求められる臨床において有意義な知見を得ることはできない。本研究では、炎症性腸疾患由来発癌モデルマ
ウスに抗酸化物質を摂食させた時の大腸の肉眼的所見および免疫担当細胞の変化を解析した。大腸がん誘発剤
アゾキシメタン(AOM)およびデキストラン硫酸ナトリウム(DSS)飲水によって誘発させた BALB/c 系統野生型マ
ウスの大腸の発癌数は、抗酸化物質摂取群で有意に減少した。また、脾細胞の抗腫瘍免疫は抗酸化物質摂取群で有意に高かった。これらの結果は、抗酸化物質の摂取によって大腸癌を抑制できる可能性を示唆した。
緒 言
がんの周辺には、腫瘍関連線維芽細胞、間葉系間質タンパク質、核酸を酸化し、発がんを誘導する。そ細胞や MDSC、さらにリンパ球が浸潤し、その微小こで近年、活性酸素の発生を抑制することでがんを環境によって結果として産生されたサイトカインが抑制するような機能性食品の開発が進んでいる。と全身の免疫状態にも影響を及ぼす。Th2 優位な遺伝

ころが抗酸化物質摂食が免疫細胞にどのように働き的特徴を持つ BALB/c 系統マウス由来の大腸がん細かけるのか、生体を用いたメカニズムは未だ詳細に胞（Colon 26/CT26）株を同系統マウスの 腰部皮下明らかになっていない。また、これまでに得られた

腹腔外、または尾静脈血管中に移植し、遺伝的系統

がん研究の成果はがん細胞株を移植したがんモデルや飼育環境など背景も統一された環境で、原発巣、マウスを用いた実験のため、発がん抑制に関与する

血行性肺転移の各実験的モデルマウスを作成し、両抗酸化物質の影響を知ることはできない。

、Th1
モデルマウスの骨髄由来抑制性細胞（MDSC）

そこで本研究では潰瘍性大腸炎に起因する炎症性サイトカインおよび Th2 サイトカインの動態を明

発癌(炎症性腸疾患由来)モデルマウスを用い、本研らかにすることで全身免疫能を検討したところ、原究では、炎症性腸疾患由来発癌モデルマウスに抗酸発巣モデルマウスは MDSC の増加に伴いすべての化物質を摂食させた時の大腸の肉眼的所見および免免疫細胞の機能が抑制されているのに対し、血行性疫担当細胞の変化を解析した。

肺転移モデルマウスは MDSC の増加を誘導せず、一部の免疫細胞の活性化していた。これは、原発巣

材料と方法と肺転移は全身の免疫へ異なる影響を及ぼすことが1. マウス示唆された。

5 週齢 BALB/c 系統雌マウスを、チャールズリバー社

活性酸素(ROS)は本来の酸素分子に電子が 1 つ還元して発生し、強い酸化力を示す。その電子はほかより購入し、岡山大学動物資源部門津島北施設で飼育した。

の化合物質から奪取するため酸化能を持つ物質は連鎖的に産生される。生体には多数の細胞内に発生し2. 細胞培養た活性酸素を分解する酵素や物質が存在し活性酸素

マウス脾細胞を、10%ウシ胎児血清および 50 M 2-を消去するため活性酸素の発生そのものは身体に悪メルカプトエタノール (ナカライテスク社) 含有

影響を示さない。 しかし、激しい運動やストレス、

RPMI-1640 培地で培養した。ウォータージャケット

紫外線などにより過剰に増加した活性酸素は脂質やインキュベーター (APC-30D; アステック社) を用（1）- 262 -

い、摂氏 37 度、5% CO2、湿度 100%条件下で細胞を培養した。

7. 全身免疫能の評価
マウスを安楽死させ、無菌的に脾臓を摘出した。脾

3. 抗体および測定セット

臓から脾単核球（脾細胞）を単離した。脾細胞中の抗マウス CD3 （145-2C11）、CD8（53-6.7）および骨髄由来抑制細胞（MDSCs）、ヘルパー（CD4 陽性）T

CD11b （M1/70）抗体 を BD バイオサイエンス 社

細胞 (Th)、細胞傷害性（CD8 陽性）T 細胞 (CTL)、より購入した。抗マウス CD25（PC61.5）、CD16/CD32

CD4 陽性 Foxp3 陽性制御性 T 細胞 (Tregs) の各（93）、 および Gr-1 （RB6-8C5）抗体を e バイオサ

サブセットを、蛍光染色細胞解析装置（AccuriC6, BD

イエンス社より購入した。抗マウス CD4 (RM4-5) 、バイオサイエンス社）と FlowJo ソフトウェア（ツCD11c（N418）および Foxp3 (3G3) 抗体を、トンボ

リースター社）を用いたフローサイトメーター法

バイオサイエンス社より購入した。IFN- 、IL-4 お（FCM 法）により測定した。

よび IL-10 測定セットを BD バイオサイエンス社

また、5 g/ml で抗 CD3 抗体が固相化された 96より購入した。

穴プレート上で、脾細胞 (穴当たり 40 万細胞) を
48 時間培養し、培養上清中に放出された IFN- ,4. 実験動物の摂食

IL-4 および IL-10 の濃度を、酵素結合免疫吸着法

5 週齢から実験終了まで、国立研究開発法人水産研（ELISA 法）にてセットの説明書に従って測定した。

究・教育機構およびニュートリション・アクト社より供給された抗酸化物質含有餌と非含有餌（対照群;

8. 統計解析

AIN-93M, オリエンタル酵母工業社）
を自然摂食させ生存曲線はカプランマイヤー法を用い、ログランクた。1 匹あたり約 12 グラム（g）を供餌し、2-3 日

検定で解析を行った。また２群間の統計解析はスチ

おきに零下 20 度に保存した新鮮餌と交換した。

ューデントの t 検定で解析を行った。グラフ値は平均値±標準偏差で示した。これらの解析はグラフパ

5. 担がん原発巣モデル動物の作製

ッドプリズム（バージョン 6; グラフパッドソフト

１週間訓化後（6 週齢）にマウス 1 匹当たり 200 L

ウェア社）を用いた。P 値が 0.05 以下の時に有意差の PBS に懸濁した CT26 株または CT26-luc 株を皮下があると判断した。

に移植した。期間中、2-3 日おきに体重の測定を行った。

結 果
1. 発がんモデルマウス

6. 炎症性発がんモデル動物の作製

潰瘍性大腸炎由来発がんは、潰瘍性大腸炎患者が活

5 週齢の野生型 BALB/c 系統の雌マウスにアゾキシメ

動期（腸炎）と寛解期を繰り返すことで上皮細胞のタン（AOM; シグマアルドリッチ社）を 10 mg/kg 腹

任意の遺伝子に変異が生じることで生じる。
そこで、腔投与し 1 週間後（6 週齢）、2 %（w/v）デキストラ

発がん物質である AOM と腸炎誘発剤である DSS を用

ン硫酸ナトリウム（DSS; MP バイオメディカル社）

いて潰瘍性大腸炎由来発がんマウスを作製した（図水溶液を 5 日間飲用させた後、2 週間通常の水道水1A）。

を飲用させた。計 3 サイクル行うことで発癌させた。
期間中、2 または 3 日おきに体重の測定を行い腸の2. 発がんモデルマウスでの 1 日あたりの食餌量

炎症を推察した。

（2）- 263 -

搬入直後の 5 週齢から、実験終了の 19 週齢まで 2-3以上であったのに対し、抗酸化物質含有餌摂食群に日おきに設置餌の残量を測定することにより、各群

おいて 8 個以上の発がんしたマウスは存在せず（図のマウス 1 匹 1 日あたりの摂食量を経時的に算出し2B）、
肉眼的所見でも抗酸化物質摂食群の発がん数のた。各群とも 1 匹、1 日あたり、1.85 -2.76 g の間

減少は明らかであった（図 2C）。これらの結果は、で推移した（図 1B）。各群での顕著な摂食量の差は抗酸化物質含有餌摂食に大腸がんを抑制する効果が認められず、餌の違いによる摂食障害は生じなかっある可能性を強く示唆した。

抗酸化物質摂⾷群た。
図 1 大腸の発がんモデルで抗酸化物質摂食群は有意に体重を維持する（A）SeH 摂食群と対照群に発がん物質 (アゾキシメタン) 投与およびデキストラン
硫酸ナトリウム水溶液自然飲水させ、潰瘍性大腸炎
由来発がんを誘発した。(B)1 日あたり 1 匹の食餌量
および (C)餌変更時の体重を 0 とした時の体重推移。
対照群の N 数=10, SeH 摂食群の N 数=10。
3．発がんモデルマウスでのマウス体重
搬入直後の 5 週齢から、実験終了の 19 週齢まで 2-3
日おきにマウス体重を測定した。各群での顕著な体重差は見られず、餌の違いによる摂食障害は生じていなかった（図 1C）。両群とも 1 度目および 2 回目の DSS 誘発腸炎では微弱な体重減少が認められたもののすぐに回復した。ところが 3 回目の DSS 誘発腸炎以降、対照群の体重は抗酸化物質含有餌摂食群よりも有意に減少が認められた。これは、対照群における腸炎の悪化と発がんを示唆した（図 1C）。

図 2 抗酸化物質摂食群と対照群を発がん物質 (アゾキシメタン) 投与およびデキストラン硫酸ナトリ
ウム水溶液自然飲水させ, 潰瘍性大腸炎由来発がんを誘発した後, (A)盲腸から直腸までの長さと, (B,C)大腸内発がん数を測定した。
(D)直腸部位の肉眼的所見。
対照群のN 数=10, 抗酸化物質摂食群のN 数=10。
5. 発がんモデルマウスの MDSCs 数の検討
MDSCs はがん患者の腫瘍内および末梢血中に増加し、抗腫瘍免疫を減弱させる。 そこで、このモデルマウ
スにおける脾細胞中の MDSCs 数を調べたところ、対照群のみで増加が認められた（図 3）。この結果は、抗酸化物質含有餌摂食に MDSCs 数の増加が抑制する

4. 発がんモデルマウスの腸内発がん数
1 度目の DSS 誘発腸炎から 64 日後にマウスを解体した。腸炎に伴い直腸から結腸までの長さは健常時よ効果および抗腫瘍免疫能を維持する効果がある可能性を強く示唆した。

り縮小するが、抗酸化物質含有餌摂食群と対照群に結腸から直腸までの長さに違いは認められなかった（図 2A）。しかし、大腸内の発がん数は抗酸化物質
含有餌摂食群において有意に低下した（図 2B）。また、対照群の 1 匹あたりの発がん数は、4 割が 8 個（3）- 264 -

図 3 抗酸化物質摂食群と対照群を発がん物質 (アゾキシメタン) 投与およびデキストラン硫酸ナトリ
ウム水溶液自然飲水させ, 潰瘍性大腸炎由来発がんを誘発した後, 脾細胞中の MDSCs を抗 Gr-1 抗体お
よび抗 CD11b 抗体を用いフローサイトメトリーで検出した。
プロット中の数字はゲート内細胞の%を示す。
図は, それぞれ代表的な解析を示す。

に比べて有意に増加した（図 6A）。一方、抗酸化物
質含有餌摂食群の IL-4 産生量は、対照群に比べて有意に低下した（図 6B）。さらに抗酸化物質含有餌摂食群の IL-10 産生量は、両群において有意な差は認められなかった（図 6C）。これらの結果は、抗酸化物質摂食が抗腫瘍免疫能は増強させることで発がん6．発がんモデルマウスの T 細胞数の検討を抑制している可能性を示唆した。

脾細胞中のヘルパー（CD4 陽性）T 細胞および細胞傷害性（CD8 陽性）T 細胞数に両群の差は認められ
なかった
（図 4）
。
しかし、
脾細胞中の制御性 T（Treg）
細胞は対照群のみで低下が認められた（図 5）。これ
らの結果は、抗酸化物質摂食が腸内環境を維持する
ことで発がんを抑制している可能性を示唆した。
図 10 ３つの代表的なサイトカインの分泌量。抗酸化物質摂食群と対照群を発がん物質 (アゾキシメタン) 投与およびデキストラン硫酸ナトリウム水溶液自然飲水させ, 潰瘍性大腸炎由来発がんを誘発した後, 脾細胞を抽出し、抗 CD3ε抗体を固相化した
96 ウェルプレートに播種し, 得られた培養上清中に存在する各種サイトカイン量を測定した。対照群の N 数=3, 抗酸化物質摂食群の N 数=4。
図 4 抗酸化物質摂食群と対照群を発がん物質 (アゾキシメタン) 投与およびデキストラン硫酸ナトリ
ウム水溶液自然飲水させ, 潰瘍性大腸炎由来発がんを誘発した後, 脾細胞中の制御性 T 細胞を抗 CD4 抗体 および 抗 CD8 抗体を用いフローサイトメトリー
で検出した。プロット中の数字はゲート内細胞の%を示す。図は, それぞれ代表的な解析を示す。

考 察
潰瘍性大腸炎由来発がんモデルを用いた実験で、大腸の発がん数は抗酸化物質含有餌摂食群で有意に減少した。この時、がん患者の抗腫瘍免疫を減弱させる MDSCs 数は抗酸化物質含有餌摂食群で増加せず、抗腫瘍性で Th1 型免疫能を担うサイトカインである
IFN- の産生量は抗酸化物質含有餌摂食群で有意に増加した。さらに、体液性で Th2 型免疫能を担うサイトカインである IL-4 の産生量は抗酸化物質含有
餌摂食群で有意に減少した。これらの結果は、抗酸化物質含有餌摂食で抗腫瘍免疫が増強し、発がんが抑制する可能性を示唆した。

図 5 抗酸化物質摂食群と対照群を発がん物質 (アゾキシメタン) 投与およびデキストラン硫酸ナトリ
ウム水溶液自然飲水させ, 潰瘍性大腸炎由来発がんを誘発した後, 脾細胞中の制御性 T 細胞を抗 CD4 抗体, 抗CD25抗体 および 抗Foxp3抗体を用いフロー
サイトメトリーで検出した。プロット中の数字はゲート内細胞の%を示す。
図は, それぞれ代表的な解析を示す。

細胞内で生じる ROS 発生の主要因は、ミトコンド
リア内で行われる酸化的リン酸化によるものである。
また、細胞外による ROS 発生の要因は、紫外線、ガ
ンマ照射、化学物質である。これらに起因する ROS
発生が、DNA 損傷などの障害を生み発がんが生じる。
そのため正常細胞には ROS による障害を回避するた
めにスーパーオキシドディスムターゼ（SOD）および

7．
発がんモデルマウスのサイトカイン分泌量の検討

カタラーゼなどの抗酸化酵素、あるいはビタミン E

抗酸化物質含有餌摂食群の IFN- 産生量は、対照群

やビタミン C などの抗酸化物質によって ROS を消去（4）- 265 -

している(1)。一方、がん細胞の ROS 活性は適度に亢胞にも働きかける。例えば、がん患者の MDSCs は、進しており、がん細胞自身の細胞周期の亢進、細胞

NOX2 発現が亢進しており、ROS 活性が高い状態にあ増殖能の獲得、がん遺伝子の活性化および上皮間葉り、さらに MDSCs を増加させる状態に導く(7)。また転換（EMT）の亢進を担う(2, 3)。このため、がん細腫瘍浸潤マクロファージや Treg も ROS を産生する。

胞に直接抗酸化物質が供給できれば ROS 活性による

ROS は T 細胞レセプターと MHC ペプチドの結合を妨

これらの亢進は抑制できる可能性がある。本研究でげるばかりか、T 細胞の抗腫瘍免疫を減弱させる(3,は、抗酸化物質含有餌摂食による腫瘍増大の抑制効

8)。本研究において、抗酸化物質含有餌摂食で慢性果が示唆された。これはがん細胞内の ROS 活性が抗炎症による発がん誘導時のMDSCsやIL-4などの抗腫酸化物質により直接抑制されたことを示唆している瘍活性減弱に働きかける細胞やサイトカインの抑制のかもしれない。しかし、がん細胞はワールブルクと、抗腫瘍免疫の増強が見られた結果は、抗酸化物

効果によりほとんど解糖系と酸化的リン酸化による質が免疫細胞の ROS 発生を除去することによる可能

代謝を行わないにも関わらず、ROS 発生を適度に亢性も考えられる。抗酸化物質含有餌摂食群の脾細胞進させる機序は詳しく解っていない。生体内で抗酸および腫瘍浸潤このマクロファージが抗腫瘍活性を化物質が腫瘍内に直接届き、癌細胞の ROS 活性を抑示す M1 型なのか、抗腫瘍免疫を減弱させる M2 型で制しているかを証明することは、困難であるが、抗あるのか今後詳細な検討を行う必要がある。

酸化物質含有餌摂食群と対照群から得た腫瘍の酸化

腫瘍局所は低酸素かつ低グルコース状態にあり、ストレス状態の差を検出することで有用な知見を得

この状況で CTL が抗腫瘍免疫を発揮するのは困難でられるかもしれない。

ある。腫瘍局所で活性化 CTL が十分なグルコースを

ROS は生体に障害を惹起する分子であるだけでな供給できる能力を獲得できれば、腫瘍を根絶するほく、一種のシグナル伝達分子としての機能が明らか

ど抗腫瘍免疫が活性化されると考えられている。抗になりつつある。とりわけ大腸は、酸素分子から ROS

酸化物質が腫瘍浸潤 CTL を活性化させる可能性も考を生成する NADPH オキシダーゼ（NOX）1 の発現が顕えられ、さらなる詳細な検討が期待される。

著である(4)。また、ROS の発生で転写因子である
NF B 経路が亢進し、炎症を引き起こす(5)。実際に

参考文献

腸の炎症と寛解を繰り返す炎症性腸疾患であるクロ

1. Lambeth, J. D. 2004. NOX enzymes and theーン病や潰瘍性大腸炎は、大腸上皮における NF B

biology of reactive oxygen. Nat. Rev. Immunol. 4:発現が亢進している。そのため炎症性腸疾患治療薬

181–189.

として、NF B 発現を抑制する抗 TNF- 抗体（レミケ

2. Liou, G.-Y., and P. Storz. 2010. Reactive oxygen

ード , ヒュミラ ）が適用されている(6)。本研究でspecies in cancer. Free Radic. Res. 44: 479–96.

用いた AOM と DSS による発がんは、NF B 経路による

3. Chen, X., M. Song, B. Zhang, and Y. Zhang. 2016.

慢性炎症により誘発されるため、抗酸化物質摂食にReactive Oxygen Species Regulate T Cell Immune

よる大腸内 ROS 活性を生体内で見ることのできる実

Response in the Tumor Microenvironment. Oxid.

験系である。本研究では抗酸化物質含有餌摂食と対Med. Cell. Longev. 2016: 1580967.

照群の発がん数を計測するため、DSS の飲水を通常

4. Block, K., and Y. Gorin. 2012. Aiding and abettingの 5 日から 4 日に変更したことにより両群の差が顕roles of NOX oxidases in cellular transformation.

著に得られた。この結果は、抗酸化物質の常食が、Nat. Rev. Cancer 12: 627–637.

炎症由来発がん抑制に効果があることを強く示して

5. Wang, M., and R. J. Kaufman. 2014. The impact

いる。この点は予防医学に大いに貢献できる可能性

of

がある。

environment on cancer development. Nat. Rev.

ROS は、炎症細胞やがん細胞だけでなく、免疫細theendoplasmic

Cancer 14: 581–597.

（5）- 266 -

reticulum

protein-folding6. Popivanova, B. K., K. Kitamura, Y. Wu, T. Kondo,
T. Kagaya, S. Kaneko, M. Oshima, C. Fujii, and N.
Mukaida. 2008. Blocking TNF-alpha in mice
reduces colorectal carcinogenesis associated withchronic colitis. J. Clin. Invest. 118: 560–70.
7. Corzo, C. A., M. J. Cotter, P. Cheng, F. Cheng, S.
Kusmartsev, E. Sotomayor, T. Padhya, T. V
McCaffrey, J. C. McCaffrey, and D. I. Gabrilovich.
2009. Mechanism regulating reactive oxygen species
in tumor-induced myeloid-derived suppressor cells.

J. Immunol. 182: 5693–701.
8. Belikov, A. V., B. Schraven, and L. Simeoni. 2015.
T cells and reactive oxygen species. J. Biomed. Sci.
22: 85.

（6）- 267 -