hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
次期超音速輸送機一次構造用耐熱複合材料の疲労損傷機構の解明

次期超音速輸送機の構造材料として最も有望視されている耐熱性樹脂複合材料の一つである炭素繊維/ポリイミド樹脂複合材料IM600/PIXA-Mの常温、100°C、200°C温度環境下での材料特性を求め、この耐熱性複合材料積層板の常温から高温環境下での低サイクル疲労試験を実施した。繊維方向のヤング率は、常温から200°C高温環境に至るまでほぼ一様であった。しかしながら、繊維方向の引張強度は常温環境の値の約60%に低下した。また、繊維と直角方向のヤング率あるいは引張強度は、200°C高温環境では、それぞれ、常温環境の値の約80%あるいは約20%に低下した。[+30_2/-30_2/90_2]_s擬似等方性積層板の準静的引張試験では、200°C温度環境の破壊強度が常温環境の約70%に低下した。古典積層理論と破損則を組み合わせた逐次破損解析は、常温環境、200°C温度環境、いずれの実験結果とも良好な一致を示した。この積層板では、試験片が最終破壊する直前まで、自由縁層間剥離は試験片幅方向に板厚程度の長さしか進展しないようである。この擬似等方性積層板が繰り返し負荷を受けた場合にも、常温、200°Cいずれの温度環境においても、疲労破壊する直前まで自由縁層間剥離は発生・進展することがないようである。言い換えると、自由縁層間剥離の発生が積層板の疲労寿命を決定することになる。複合材積層板の疲労寿命予測を行うには、疲労損傷の代表的形態が自由縁層間剥離であることを考えると、繰り返し負荷中に積層板に発生する自由縁層間剥離を定量的に推定する必要がある。そのためには複合材料の層間破壊靭性値を正確に把握しておかなければならない。そこで、炭素繊維複合材料におけるき裂長さと電気抵抗変化の非線型関係を導き出すことにより、高精度にき裂長さを求める方法を確立し、炭素繊維複合材料のモードIあるいはモードIIの層間破壊靭性試験を行った。次期超音速輸送機の一次構造材料としては、長時間高温での高強度、耐熱性と高靭性を兼ね備えている炭素繊維/耐熱樹脂複合材料が注目されている。本研究の目的は、この耐熱性複合材料の代表的なものであるポリイミド系熱可塑樹脂を母材とした炭素繊維複合材料の高温環境下での疲労損傷過程を解明し、高温環境下での損傷許容性を明らかにすることである。今年度は、この耐熱性複合材料の常温から(200°C)環境にわたる基本的力学特性を取得するために、一方向積層板、あるいは、斜交積層板の一軸引張試験を恒温環境槽内で実施した。積層板は、ポリイミド系熱可塑樹脂を母材とした炭素繊維複合材料である東邦レーヨン製プリプレグIM6/PIXA-Mを用いて製作した。繊維方向ヤング率は温度とともにわずかに増加し、200°Cでは常温に比較し3%大きくなった。繊維と直角方向ヤング率とせん断弾性係数は温度上昇につれ徐々に減少し、200°Cでは常温に比較し約10%小さくなった。エポキシ樹脂を用いた炭素繊維複合材料の常温での弾性定数と比較すると、繊維と直角方向ヤング率やせん断弾性係数は10%程小さい。常温での強度については、炭素繊維エポキシ複合材料よりも高く、特に繊維と直角方向強度やせん断強度は約1.5倍であった。

また、[+30/-30/90]s疑似等方性積層板の常温環境での疲労試験を行った。常温環境での疲労損傷進展の様子は、炭素繊維エポキシ複合体材料で作製した積層板とほぼ同様なものであった。次期超音速輸送機の構造材料として最も有望視されている耐熱性樹脂複合材料の一つである炭素繊維/ポリイミド樹脂複合材料IM600/PIXA-Mの常温、100°C、200°C温度環境下での材料特性を求め、この耐熱性複合材料積層板の常温から高温環境下での低サイクル疲労試験を実施した。繊維方向のヤング率は、常温から200°C高温環境に至るまでほぼ一様であった。しかしながら、繊維方向の引張強度は常温環境の値の約60%に低下した。また、繊維と直角方向のヤング率あるいは引張強度は、200°C高温環境では、それぞれ、常温環境の値の約80%あるいは約20%に低下した。[+30_2/-30_2/90_2]_s擬似等方性積層板の準静的引張試験では、200°C温度環境の破壊強度が常温環境の約70%に低下した。古典積層理論と破損則を組み合わせた逐次破損解析は、常温環境、200°C温度環境、いずれの実験結果とも良好な一致を示した。この積層板では、試験片が最終破壊する直前まで、自由縁層間剥離は試験片幅方向に板厚程度の長さしか進展しないようである。この擬似等方性積層板が繰り返し負荷を受けた場合にも、常温、200°Cいずれの温度環境においても、疲労破壊する直前まで自由縁層間剥離は発生・進展することがないようである。言い換えると、自由縁層間剥離の発生が積層板の疲労寿命を決定することになる。複合材積層板の疲労寿命予測を行うには、疲労損傷の代表的形態が自由縁層間剥離であることを考えると、繰り返し負荷中に積層板に発生する自由縁層間剥離を定量的に推定する必要がある。そのためには複合材料の層間破壊靭性値を正確に把握しておかなければならない。そこで、炭素繊維複合材料におけるき裂長さと電気抵抗変化の非線型関係を導き出すことにより、高精度にき裂長さを求める方法を確立し、炭素繊維複合材料のモードIあるいはモードIIの層間破壊靭性試験を行った。
エストロゲンレセプター陽性乳癌の生物学的特性に関与するマイクロＲＮＡの解析

本研究ではエストロゲンレセプター陽性乳癌におけるマイクロRNAの発現を解析し、エストロゲンレセプター陽性乳癌のLuminal AとLuminal Bサブタイプの生物学的特性に関与するマイクロRNAとその標的遺伝子候補の機能の解析とバイオマーカー、治療への応用を検討することが目的であったが、Luminal Aサブタイプに優位に低発現であるマイクロRNA、miR-1290とその標的遺伝子候補であるNAT1,FOXA1,MAPT,BCL2を選出、さらに細胞実験により、NAT1がmiR-1290のターゲット遺伝子であること、免疫組織学的検討によりNAT1が乳癌の予後に関与しうることを見出した。本研究ではエストロゲンレセプター陽性乳癌におけるマイクロRNAの発現を解析し、エストロゲンレセプター陽性乳癌のLuminal AとLuminal Bサブタイプの生物学的特性に関与するマイクロRNAを同定し、そのマイクロRNAと標的遺伝子候補の機能の解析と、バイオマーカー、治療への応用の可能性を検討することが目的である。Luminal AとLuminal Bの凍結乳癌組織を用いたマイクロRNAとメッセンジャーRNAのマイクロアレイ解析により、各群で発現に差のあるマイクロRNAとメッセンジャーRNAをクラスター解析により選出した。多数の凍結乳癌組織を用いて、上記で選出のマイクロRNAの定量的RT-PCR法によるバリデーションを行い、さらに数種類のマイクロRNAに絞った。また、これらマイクロRNAの標的遺伝子候補をコンピューター解析により予測し、この標的遺伝子候補の蛋白の発現量を、乳癌組織のパラフィンブロックを使用し、免疫組織化学染色により検討した。標的遺伝子候補の蛋白発現量とマイクロRNAの発現量の検討により、エストロゲンレセプター陽性乳癌の生物学的特性に関与するマイクロRNA、miR-1290とその標的遺伝子候補を同定した。エストロゲンレセプター陽性乳癌細胞株のMCF-7とT-47Dに、miR-1290を導入し、メッセンジャーRNAと蛋白を採取し、採取したメッセンジャーRNAと蛋白から、マイクロRNAとメッセンジャーRNAの発現量をRT-PCR法で測定した。また、標的遺伝子候補の蛋白発現量はウェスタンブロッティングにより発現量を測定した。miR-1290と標的遺伝子候補のメッセンジャーRNA、蛋白の発現量の相関を検討し、miR-1290の標的遺伝子候補をNAT1に絞った。miR-1290と標的遺伝子候補のメッセンジャーRNA、蛋白の発現量の相関を検討した。エストロゲンレセプター陽性乳癌の生物学的特性に関与すると考えられるマイクロRNA、miR-1290と、その標的遺伝子候補が絞られたため。同定したmiR-1290がその標的遺伝子候補を抑制しているか検討するため、標的部位に変異を入れた細胞株を作成し、ルシフェラーゼアッセイを行う。これらのマイクロRNA、標的遺伝子候補の発現量と腫瘍径、リンパ節転移などの臨床病理学的因子との関係を検討し、バイオマーカーや治療への応用の可能性について検討する。上記検討に必要な解析の試薬等の購入、研究成果発表に必要な旅費等に使用する。
単体ヨウ素による超原子価ヨウ素試剤の活性化を鍵とする新奇触媒システムの開発

昨年度見出した、ヨウ素触媒を用いたクロラミン塩を窒素源とするオレフィン類のジアミノ化反応を、より簡便かつ省プロセスな反応系にすべく、入手容易な酸化剤である次亜塩素酸を用いて単純なアミドを系内でハロアミド塩へと導き、これをヨウ素触媒で活性化することによって、窒素-ヨウ素結合をもった活性種を鍵とするオレフィン類のビシナルジアミド化反応を検討した。その結果、期待通りの反応が進行し、ジアミノ化生成物が高収率で得られることが判った。本ジアミノ化反応も、高い官能基許容性を有しており、様々な脂肪族、および芳香族オレフィンに対して適用可能であることが判った。本反応は、安価かつ入手容易な原料、および反応剤を用い、医薬品合成中間体としても有用な種々のビシナルジアミノ化合物を極めて簡便に合成可能であり、他に類を見ない優れた手法である。さらに、オレフィンの面選択を制御することにより、不斉反応への展開を検討したが、現時点では低い不斉収率にとどまっている。また、超原子価ヨウ素試剤と単体ヨウ素の組み合わせによる新しい反応系の開拓を検討する過程で、N-ヒドロキシフタルイミドを触媒として、ヨウ素酸を酸化剤として活用するアルカン類のC-H結合のリッター型アミノ化反応を見出した。本反応は、基質中の第三級炭素のC-H結合に対して選択的に進行することが判った。さらに、反応機構を調査した結果、反応系中でヨウ素酸が還元されることで生成する単体ヨウ素が本反応を促進していることが示唆された。すなわち、本反応系は超原子価ヨウ素試剤と単体ヨウ素が協奏的に作用する反応系であるといえる。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究ではハロアミド塩の酸化能力と求核性および求電子性の特性を活用し、従来の方法では合成が困難であるジアジリジンが縮環したビシクロ化合物の合成法の開発を検討した。まず、基質である環状の第2級アミンとして単純なピロリジンを用い、ハロアミド塩の種類、触媒および反応条件を種々精査したところ、ハロアミド塩としてブロマミンT、触媒としてトリフルオロ酢酸(10 mol%)を用いたところ、ピロリジンが縮環したジアジリジンが91%の単離収率で得られることを見出した。本反応の一般性を確かめるために、種々の環状第2級アミンを用いて検討した。ピペリジンの場合、収率の低下がみられたが、4位にヘテロ原子を有する六員環のアミンからは、良好な収率でビシクロ体を合成することができた。また、七員環や八員環のアミンからも目的のジアジリジンを形成させることができた。さらに、本研究ではオレフィンから直接的にビシナルアミンを合成する方法論の開拓を検討した。ヨウ素触媒存在下、クロラミンNsを窒素源とした場合、オレフィンを直接的にジアミノ化できることが判った。例えば、4-フェニル-1-ブテンに対して10 mol%のヨウ素触媒存在下、2当量のクロラミンNsをアセトニトリル中40度で12時間作用させたところ、ジアミン誘導体を単離収率72%で得ることができた。本ジアミノ化反応は、様々なオレフィンに対して適用可能であった。例えば、脂肪族の末端オレフィン、アリルアルコール、アリルアミド、さらにはエステルやハロゲノ基をもつオレフィンに対して、効率的にジアミノ化が進行した。また、芳香族オレフィンや、環状オレフィンからもジアミノ体を合成することができた昨年度見出した、ヨウ素触媒を用いたクロラミン塩を窒素源とするオレフィン類のジアミノ化反応を、より簡便かつ省プロセスな反応系にすべく、入手容易な酸化剤である次亜塩素酸を用いて単純なアミドを系内でハロアミド塩へと導き、これをヨウ素触媒で活性化することによって、窒素-ヨウ素結合をもった活性種を鍵とするオレフィン類のビシナルジアミド化反応を検討した。当初、予定していた日本の重要な資源であるヨウ素を有機合成反応に積極的に活用することにより、様々な有機合成反応を見出すことができた。

ヨウ素化合物は毒性が極めて低く、近年の重要課題である「環境調和性に優れた反応開発」に適した反応剤であり、これまで、申請者らは、ヨウ素試剤(特に、単体ヨウ素や1価ヨウ素試剤)のユニークな反応性に着目し、反応開発を行ってきた。本研究課題では、これまでの研究を基盤とし、ヨウ素反応剤の新たな反応性の開拓と、それを利用した新奇反応開発に取り組むことで、既存反応の更なる省プロセス・高効率化や、これまで困難であった反応を実現することができた。特に、超原子価ヨウ素試剤と単体ヨウ素を組み合わせて利用する全く新しい反応系を駆使し、実用性かつ環境調和性に優れた「未来型分子変換反応」の一つを明らかにした。このような観点から、ある程度は今年度の目標はおおむね順調に進展していると考えている。27年度が最終年度であるため、記入しない。昨年度にやり残した超原子価ヨウ素試剤と単体ヨウ素の組み合わせによる新しい反応系を開拓すると共に、その不斉合成への展開を図る。また、ヘテロ原子ーヨウ素結合を有する反応活性種を酸化的に系内で発生させ、新たな触媒的合成反応を開拓する。具体的には、入手容易な酸化剤である次亜塩素酸を用いて単純なアミドを系内でハロアミド塩へと導き、これをヨウ素触媒で活性化することによって、窒素ーヨウ素結合をもった活性種を鍵としたオレフィン類のアジリジン化やビシナルジアミド化反応を開発する。ここで、ハロニウムを発生させるときにオレフィンの面選択が制御できれば不斉反応に展開できる。また、アミドを2分子使用すればビシナルジアミド化反応となるが、1分子のアミドと別の求核種を使用すれば、異なる原子をオレフィンに付加させることができる。このような方法はこれまで類がなく、自由自在にオレフィンを官能化できる手法として非常に期待できる。
横断的狭義双曲系

G.Metivierは実パラメーターaを含む3x3系の一階微分方程式系Lに対してa =0の時は系は対称双曲系であり,従って強双曲系でありa=1の時系は一様対角化可能,すなわちTの逆をSとする時SLTが対称行列となるTで|T|及び|S|が一様に有界なものが存在する,にも拘らずこの系(a=1)に対する初期値問題が無限回微分可能な関数のクラスで適切とならない例を提出している.この例に対してパラメーターaを複素数にまで拡張して考察し,ia (ただしiは虚数単位)が実の区間[-1,1]に属さなければこの系に対する初期値問題は無限回微分可能な関数のクラスで適切とならないこと,さらに詳しくs>2なるsに対して初期値問題はGevreyクラスsで非適切,さらには局所可解でないことを示した.一方でiaが実区間(-1,1)に属す時には初期値問題はL^2適切であり特に任意の低階に対して無限回微分可能な関数のクラスで適切となることを示した.またiaが境界点の1または-1の時は初期値問題はH^1適切となることを示した.この結果は論文としてKyoto Journal Math.に掲載が決定している.G.Metivierの提出した実パラメーターaを含む3x3系の一階微分方程式系に対して,パラメーターaを複素数にまで拡張し,全ての複素数aに対してこの系に対する初期値問題の適切性がどう変わるかを完全に決定することができた.これによって横断的狭義双曲系に対する初期値問題の適切性が,系の伝播錐と特性多様体の特異点集合との位置関係に本質的に依存することが確認された.G.Metivierとの共同研究で局所化系が特性多様体の余法束上で狭義双曲系であれば系は強双曲系であることが分かっている.そこで系の強双曲性と局所化系の余法束上における各点ごとの対角化可能性との関係について必要性の観点から研究を行う.一階mxm微分方程式系の重複固有値がすべてsemisimpleとすると系のm次特性多様体上で局所化系が定義可能である.この局所化系が特性多様体の接空間による商空間で狭義双曲系となるとき,すなわち特性多様体に横断的な方向について狭義双曲系のときこの系を横断的狭義双曲系と呼ぶ.当該年度に特性多様体がsymplectic多様体ならば横断的狭義双曲系は強双曲系であることを示すことができた.特性多様体がsymplecticならば局所化系の伝播錐は特性多様体と横断的であることが示せるので,特性多様体と伝播錐が横断的な横断的狭義双曲系は強双曲系であろう,という予想の一部を肯定的に証明することに成功した.この結果は論文としてKyoto Journal Math.に掲載が決定している.また特性多様体がinvolutiveであることと伝播錐が特性多様体の接空間に含まれることが同値であることを証明した.involutiveな特性多様体をもつ横断的狭義双曲系は強双曲系であることはG.Metivierと申請者の共同研究により既に示されているので,これらのことから局所化系の伝播錐と特性多様多が整合的な位置関係にある横断的狭義双曲系は強双曲系であることが示されたことになる.局所化系の伝播錐と特性多様体が整合的な位置関係にはない横断的狭義双曲系については特殊な例について初期値問題の適切性を研究中である.12月にはイタリアのピサで開催されたF.Colombiniの70歳記念国際研究集会に招待され上記結果の一部を発表した.特性多様体がsymplectic多様体ならば横断的狭義双曲系は強双曲系であることを示すことができ,特性多様体と伝播錐が横断的な横断的狭義双曲系は強双曲系であろう,という予想の一部を肯定的に証明できた.G.Metivierは実パラメーターaを含む3x3系の一階微分方程式系Lに対してa =0の時は系は対称双曲系であり,従って強双曲系でありa=1の時系は一様対角化可能,すなわちTの逆をSとする時SLTが対称行列となるTで|T|及び|S|が一様に有界なものが存在する,にも拘らずこの系(a=1)に対する初期値問題が無限回微分可能な関数のクラスで適切とならない例を提出している.この例に対してパラメーターaを複素数にまで拡張して考察し,ia (ただしiは虚数単位)が実の区間[-1,1]に属さなければこの系に対する初期値問題は無限回微分可能な関数のクラスで適切とならないこと,さらに詳しくs>2なるsに対して初期値問題はGevreyクラスsで非適切,さらには局所可解でないことを示した.一方でiaが実区間(-1,1)に属す時には初期値問題はL^2適切であり特に任意の低階に対して無限回微分可能な関数のクラスで適切となることを示した.またiaが境界点の1または-1の時は初期値問題はH^1適切となることを示した.この結果は論文としてKyoto Journal Math.に掲載が決定している.G.Metivierの提出した実パラメーターaを含む3x3系の一階微分方程式系に対して,パラメーターaを複素数にまで拡張し,全ての複素数aに対してこの系に対する初期値問題の適切性がどう変わるかを完全に決定することができた.これによって横断的狭義双曲系に対する初期値問題の適切性が,系の伝播錐と特性多様体の特異点集合との位置関係に本質的に依存することが確認された.

特性多様体がsymplecticであれば伝播錐は特性多様体に横断的であるが,これは伝播錐が特性多様体に横断的な場合のごく一部であるので更に一般の場合への研究をすすめる.一方で伝播錐が特性多様体の接空間に含まれる場合も横断的狭義双曲系は強双曲系となる.この一見真逆に見える2つの場合に共通の構造が存在するのかを調べる.G.Metivierとの共同研究で局所化系が特性多様体の余法束上で狭義双曲系であれば系は強双曲系であることが分かっている.そこで系の強双曲性と局所化系の余法束上における各点ごとの対角化可能性との関係について必要性の観点から研究を行う.G.Metiver (Bordeaux大学,フランス)と横断的狭義双曲系について共同研究を行っており2017年の9月に1週間程度Bordeaux大学を訪問して共同研究を進める予定であったが,G.Metivierの腰の不調でこれを一年間延期することとなり,このための旅費が未使用となった.2018年9月に1週間程度Bordeaux大学を訪問しG.Metivierと共同研究をおこなう.そのための旅費として使用する予定である.2019年の3月にピサ大学のColombini氏とピサ大学で2週間協同研究を行う予定であったが,双方の日程調整がつかず,この共同研究の実施を2019年9月に延長したため.2019年9月にピサ大学を訪れ,Colombini氏と情報交換および協同研究を行う.このための旅費として予定している.
低出生体重個体における腎症発症機序の解明：特にミトコンドリアの関与について

研究期間において以下の成果を得た。1.低出生体重関連腎症モデルラットの確立, 2.低出生体重個体ラット腎では腎症発症前からミトコンドリア機能の低下が存在することを主としてプロテオーム解析を用い明らかにした, 3.ヒト糸球体上皮細胞(human podocyte: HP)においてはミトコンドリアネットワークが発達していることを生体内および培養細胞で示した, 4. HP分化段階のエネルギー代謝機構の発達過程とその制御因子を明らかにした, 5.高血糖下でHPは代謝機構を変化させ、解糖系に依存するようになること、そしてその機序を解明した本研究では低出生体重ラットを用いヒト低出生体重個体類似の腎症モデルを確立し、「低出生体重個体における腎症発症にはミトコンドリアを介した機序が関与する」という新規仮説の検討を行うことを目標とした。初年度に予定通り、これまで存在しなかった低出生体重関連腎症モデルラットの確立に成功し、組織学的にもヒトの低出生体重個体での腎病変と類似の所見を生後8週齢に呈することを確認した。本モデルにおける腎組織学的検討により、尿細管ならびに糸球体上皮細胞における異常なミトコンドリアの存在を検出し、低出生体重個体における腎障害発症機序にミトコンドリアを介した機序が関与するという我々の仮説をサポートする結果を得た。さらに病変が惹起される前の生後4週齢における腎皮質における発現蛋白を正常出生体重個体との間でプロテオミクス解析を行い、得られた結果をバイオインフォマティクスを用いて解析(KEGG analysis)した結果、低出生体重群で減少している蛋白として、TCAサイクル関連が17個、脂肪酸代謝関連が20個、酸化的リン酸化関連が21個、解糖系関連が21個と多くのミトコンドリアエネルギー代謝に関与するたんぱくが減少することが判明した。更に個別の蛋白発現解析を行ったところ、complex Vタービン部分の蛋白発現が低下しておりATP産生機構最終段階での異常も確認された。すなわち低出生体重個体においては腎において元来ミトコンドリア・エネルギー産生機構の異常があることが明らかになってきた。現在、糸球体上皮細胞におけるエネルギー代謝機構に更に焦点を絞り、解析を進めている。ミトコンドリアをターゲットとした新たな腎疾患領域における研究へと繋がる大きな可能性も見え始めている。国立病院機構臨床研究センター内に腎ミトコンドリア研究室を設置し研究成果を公開するとともに、欧文学術誌に既に1報が掲載され、現在更に3報を投稿中である。本研究課題「低出生体重個体における腎症発症機序の解明:特にミトコンドリアの関与について」に関して、以下のように順調に研究は進んでいる。a.低出生体重関連腎症モデルラットの確立:低出生体重個体および対照群としての正常出生体重個体を必要数得て、更に両群への片側腎臓摘出および高塩食負荷にて、低出生体重群にのみ巣状分節状糸球体硬化病変(FSGS)を形成することを確認した。ヒトにおいても低出生体重個体において同FSGSを呈し、モデルラットの確立に成功したといえる。b.マクロ及びミクロ組織学的解析・分子生物学的解析による低出生体重関連腎症の病態把握:上記で得られた腎組織に関し初年度の予定通り光学顕微鏡・電子顕微鏡解析のための処理・染色等を滞りなく終了させた。また4週齢で摘出した両群の腎を用い網羅的な蛋白発現解析も行い、いくつかのミトコンドリア関連蛋白において両群間に差を認めている。これは当初の予定より早く進んでいる。c.ミトコンドリア遺伝子・機能・形態解析:電子顕微鏡にて低出生体重群の糸球体上皮細胞にのみ腫大ミトコンドリアの集積を認めたため、糸球体上皮細胞に焦点をあてた。細胞実験の結果、糸球体上皮細胞が分化とともに巧みにそのエネルギー代謝(ミトコンドリアOXPHOS等)を変化させると伴に、ミトコンドリアネットワークを形成していることも判明した。今後は4週齢の腎を用いた網羅的な蛋白質発現解析をさらに進め、低出生体重群では正常出生体重群に比しミトコンドリア機能にいかなる差異があるのか、そしてそれが腎障害といかに関係しているのかを検討していく。エネルギー代謝に関する網羅的な遺伝子発現解析も実施する。また当初の2年次の予定通り、サンプリングした組織や尿に関しての解析も更に進める。siRNAを用いてミトコンドリア機能に関するどのような因子が上皮細胞の機能・形態維持には必要なのかも解明していく。我々は低出生体重個体ラットの腎皮質の定量的プロテオーム解析を行い、低出生体重個体においてはミトコンドリア・エネルギー産生機能が生来低下していることを明らかにし、その後の成長過程で巣状分節状糸球体硬化症が発症することを突き止めました(論文投稿中)。また、臨床症例をもとにミトコンドリア機能障害がポドサイト障害に関与している可能性も報告し(Imasawa T et.al. Ren Fail 2014: 36;1461, Imasawa T et.al. Diagn Pathol 2014:9;181)、ポドサイトにおけるミトコンドリア機能の重要性を示唆してきました。ポドサイトの足突起末梢までミトコンドリアネットワークが発達していることもin vivoならびにin vitroで示し(Imasawa T et.al. Int J Biochem Cell Biol 2013 45;2109)、ポドサイト内の精巧なエネルギー産生・運搬機構の破綻がポドサイトの形態・機能障害へと繋がる可能性を考え、更に実験を続けてきました。

過去、ポドサイトのエネルギー産生機構、あるいは病態との関連についての検討はほとんどされてこなかったものの、我々は、1.ポドサイトはその分化過程において効率的なエネルギー産生機構を発達させるべく、PGC-1-NRF-1-TFAM系が活性化されミトコンドリア新生が促進されるとともに、酸化的リン酸化経路の各種コンポーネントも順次構築されていく様を明らかにし(現在論文投稿中)、更に、2.高血糖下においては、未分化型の解糖系への依存度を高める非効率的なエネルギー産生機構にシフトすることも明らかにし、そこにはLKB1-AMPK pathwayの低下が関与していることも明らかにしています(論文投稿中)。本研究では、まずヒト低出生体重関連腎症と類似の腎病変を有するラットモデルの作成に成功した。本モデルを用いて、我々は低出生体重個体においては腎症発症前から腎臓においてはミトコンドリア機能が低下していることを明らかにした(論文作成中)。また特に糸球体上皮細胞においてはミトコンドリアネットワークが発達し、それは足突起の末梢にまで存在することを示した(Imasawa T et al. Int J Biochem Cell Biol. 2013)。更に、ヒト糸球体上皮細胞を用いた基礎研究を展開した。上皮細胞の分化に伴ってミトコンドリアの酸化的リン酸化システムが発達していく過程をプロテオーム解析にて明らかにするとともに、バイオインフォマティクス等を用いその上流の制御因子について検討を行った。現在、PGC-1αを介した分化促進が起きていることが明らかとなった。また高血糖下で糸球体上皮細胞のエネルギー代謝がどのように変化するかについても検討した。その結果、分化段階と逆方向、すなわち解糖系に依存するエネルギー産生システムにシフトすることもプロテオーム解析やRNA array解析を中心とした解析で明らかにした(論文投稿中)。本年度は、これまで行ってきた研究結果は主として網羅的な解析から得られた結果であたったため、実際に高血糖下におかれたヒト糸球体上皮細胞において実際に酸化的リン酸化経路に各複合体の活性が低下しているのかをspectrophotometric assayにて検討した。その結果、complex I, II, III, IVの活性が結いに低下している結果が得られこれまでのプロテオーム解析で得られた結果を裏付ける証拠を得た。またshRNAを用い、糸球体上皮細胞の分化段階においてMEFの阻害実験を行っており、現段階では追試が必要な段階であり、今後更なる検討を加えていく予定である。研究期間において以下の成果を得た。1.低出生体重関連腎症モデルラットの確立, 2.低出生体重個体ラット腎では腎症発症前からミトコンドリア機能の低下が存在することを主としてプロテオーム解析を用い明らかにした, 3.ヒト糸球体上皮細胞(human podocyte: HP)においてはミトコンドリアネットワークが発達していることを生体内および培養細胞で示した, 4. HP分化段階のエネルギー代謝機構の発達過程とその制御因子を明らかにした, 5.高血糖下でHPは代謝機構を変化させ、解糖系に依存するようになること、そしてその機序を解明した当初は低出生体重個体における腎症発症機序におけるミトコンドリアの関与に関する研究が到達目標であったが、網羅的な定量的
圧反射感受性に及ぼす夜間断眠の影響

夜間の心血管動態を評価する前に、まず精神タスクに対する血圧調節反応を日中において測定し、検討した。また、近年、急増している自覚症状のない慢性閉塞性肺疾患(COPD)者の労働の安全性を評価するために、健常者を低酸素(12.7% O2)に暴露し、低酸素下での精神タスクに対する心血管反応も評価した。精神タスクに対するパフォーマンスおよび血圧の上昇は、両酸素条件下において同様に認められた。しかしながら、精神タスクに対する交感神経性血管収縮反応が低酸素条件下のみにおいて低下することが日中に示された。近代の工業化・国際化社会において夜間勤務労働に従事する労働者は多い。彼らは生理機能の日内リズムが乱れ、様々な健康障害に悩まされており、心血管系疾患のリスクが増大することが報告されている。一方、近年、慢性閉塞性肺疾患(COPD)者数の増大が懸念されている。COPD患者は常に低酸素環境に曝された状態である。COPDは症状が緩やかに進行するため、患者自身も周辺者も疾患に気付くことが少ない。そのため、未受診のCOPD患者が、健常者と同じ労作、夜間勤務などにも従事している。また、夜間の間欠的な低酸素暴露により、圧反射感受性の日内変動が変化することも報告されている。そこで本研究では、夜間の心血管機能、特に圧反射感受性に注目して、日内変動を調査・比較検討することを目的とした。また、COPD患者が精神作業に従事したことを想定し、低酸素下での精神タスクに対する心血管機能の反応を測定することを目的とした。具体的な研究計画は次のとおりである。(1)精神タスク中の血圧調節を、圧反射感受性および自律神経活動から評価し、日中の心血管動態を比較・検討する(2)精神タスク中の血圧調節に影響する低酸素暴露の効果を、日中の心血管動態から評価・検討する。(3)精神タスクに対する血圧調節反応が、日中と夜間で異なるのかどうかを評価し、比較検討する。(4)夜間の血圧調節反応に影響する低酸素暴露の効果を評価し、比較検討する。近代の工業化・国際化社会において夜間勤務労働者は多い。彼らは生理機能の日内リズムが乱れ、様々な健康障害に悩まされており、心血管系疾患のリスク増大が指摘されている。一方、睡眠時無呼吸に伴う夜間睡眠中の間欠的な低酸素暴露により、圧反射感受性の日内変動は変化することが報告されている。そこで、夜間の心血管機能の経時変化、特に夜間断眠中の圧反射感受性に重点を置き、圧反射感受性の日内変動で調査・比較検討することを目的とし研究を実施した。今年度は4年間にわたる長期研究の初年度であり、実験器材の購入・調整、予備実験および研究発表を主に、施行した。実験器材としては、非観血血圧モジュール、圧受容体刺激装置(下半身陰圧負荷装置)および携帯型温度計を購入し、それらの調整を施した。予備実験ではそれらの器材を使用して実験した。圧反射感受性の日内変動は低酸素負荷により変化することを、既存研究が報告している。また呼吸調節と循環調節の間には密接な関係があり、それぞれの中枢および受容器はいずれも近接した部位に存在している。さらにこれらの受容器は同一の求心性神経を使用している。そこで、圧反射感受性に影響する低酸素の効果を精神タスク時および運動タスク時において測定した。この実験結果については現在、解析中であり、来年度、発表する予定である。研究発表については、これらの予備実験の更に基礎的な研究として前年度に既に実験していた内容を、雑誌論文および学会発表において公表した。これらの発表では低酸素負荷時の脳組織酸素レベルの部位差について、主に報告し、低酸素負荷時に前頭部と後頭下部では脳組織酸素レベルが異なることが示唆された。近年のグローバル社会において夜間勤務に従事することが多くなっている。それに伴い夜間勤務者は生理機能の日内リズムが乱れ、特に新血管疾患のリスク増大が指摘されている。そこで、夜間断眠中心血管動態、特に圧反射感受性および心血管自律神経活動の経時変化を調査・比較検討するとを目的とし、研究を施行した。昨年度は研究の予備的実験として、精神負荷中および運動負荷中の圧反射感受性および心血管自律神経活動における低酸素負荷効果を調査した。これは心血管機能日内リズム研究の一部である。圧反射感受性には日内変動が存在することが知られているが、睡眠時無呼吸者の場合、その日内変動が変化することが報告されている。睡眠時無呼吸とは、つまり、夜間睡眠中の間欠的な低酸素暴露である。したがって、夜間の低酸素暴露も心血管機能の日内リズムを乱す原因の1つであり、本研究の今後の課題である。そのため、昨年度は、予備的実験としてストレズ負荷(精神負荷および運動負荷)中の圧反射感受性および因血管自律神経活動におよぼす低酸素暴露効果を評価ずる実験を日中実施した。本年度は、その実験結果を解析・研究発表し、さらに、夜間断眠実験の準備を行った。

研究発表については、雑誌論文1件(和雑誌)、国際学会発表2件(ポースター発表、口頭発表)において公表した。これらの発表では、次の2点について主に報告した。(1)低酸素下での運動負荷中には一回心拍出量が重要因子であること、(2)低酸素下での精神負荷および運動負荷中の圧反射感受性は常酸素下と同様であるが、交感神経性血管活動は常酸素下と同一でないことが示唆された。研究目的は次の2点であった。(1)精神タスク中の血圧調節を、圧反射感受性および自律神経活動から評価し、日中の心血管動態を比較・検討する。(2)精神タスク中の血圧調節に影響する低酸素暴露の効果を、日中の心血管動態から評価・検討する、については実験を実施し、雑誌論文において3報を報告し、学会発表において7件を発表した。被験者は中年の健常成人7名(男性4名。女性3名)であった。日中に精神タスク(カラー・ワード・ストループ・テスト。15分間)を負荷し、精神ストレスに対する心血管反応を、心拍数、心臓自律神経活動、血圧、圧反射感受性、血管交感神経活動、一回拍出量、心室拡張期容積から評価した。また、COPD患者が精神作業に従事することを想定し、健常者を低酸素(12.7%O2)に暴露し、低酸素条件下での精神タスクに対する心血管反応も評価した。精神タスクの成績は、常酸素条件下と低酸素条件下で違いは認められなかった。常酸素下の場合、精神ストレスにより心拍数、一回拍出量、心室拡張期容積および収縮期血圧は、増加した。心臓自律神経活動、圧反射感受性、血管交感神経活動よび心室拡張期容積は、常酸素下での精神タスク負荷により変化しなかった。一方、低酸素条件下の場合、精神タスクによる心拍数の増加、一回拍出量の増加および心室拡張期容積の増加が消失し、血管交感神経活動は精神ストレスにより低下した。これらの結果より、低酸素下では精神ストレスに対する交感神経性血管活動を常酸素下より低下させ、結果として静脈還流量が低下し、一回拍出量が低下することが示された。精神タスクに対する心血管系反応、特に交感神経性血管収縮活動は常酸素下と低酸素下とでは異なることが推察された。研究目的は次の4点であった。(2)精神タスク中の血圧調節に影響する低酸素暴露の効果を、日中の心血管動態から評価・検討する。(3)精神タスクに対する血圧調節反応が、日中と夜間で異なるのかどうかを評価し、比較検討する。(4)夜間の血圧調節反応に影響する低酸素暴露の効果を評価し、比較検討する。今年度は、研究目的の(4)について実験を行った。また研究目的の(1)および(2)について実験結果をさらに細部について再解析し、再報告をおこなっていた。これについては雑誌論文において1報を報告し、学会発表において3件を発表した。研究目的の(4)についての実験結果は、現在、解析中であり、(4)の実験結果と(1)の実験結果を比較検討する過程にある。研究目的の(4)の実験内容は以下の通りである。被験者は健常男子学生15名であった。
ケイ素配位子を持つ鉄錯体による窒素分子の捕捉とヒドラジンへの変換反応の開発

ハーバーバッシュ法は工業的に重要な窒素固定化法であるが、エネルギー多消費型のプロセスであるため、より温和な条件下での窒素分子の固定・変換法の開発が求められている。本研究課題では、強い電子供与性を示すケイ素配位子を持つ鉄錯体を構築することで、窒素分子を容易に捕捉可能であることを見出し、得られた鉄錯体の構造・反応性について明らかにした。温和な条件での窒素分子の捕捉と活性化による化学変換反応の開発は、現代化学において最も重要な課題の一つである。本研究課題では、キレート型ケイ素配位子が鉄中心に強く電子供与し、かつ強固な骨格を与える性質に注目し、キレート型ケイ素配位子を持つ鉄錯体を用いた窒素分子の捕捉・活性化を達成する。平成22年度の研究成果として、まず、キレート型ケイ素配位子を持つ鉄錯体の構築と、この錯体による窒素分子の捕捉を行った。キレート型ケイ素配位子として1,2-bis(dimethylsilyl)benzeneを用い、鉄前駆体[Fe(mesityl)_2]_2と、ベンゼン中、窒素雰囲気下で反応させることで、キレート型ケイ素配位子を持つ鉄錯体ユニット2つが窒素分子を捕捉した二核錯体[(η^6-benzene)Fe(Si)_2]_2(μ-N2)(Si)2=dimethylsilylbenzeneを合成することに成功した。同様の反応をトルエン中やメシチレン中で行うことで、鉄上にη^6-tolueneもしくはη^6-mesitylene配位子を持つ類縁体も合成可能であることも併せて見出した。得られた一連の錯体について、IR,Ramanスペクトルの結果、鉄上に電子供与性の強いη^6-arene配位子を持つ錯体において、窒素分子がより強く捕捉されることが分かった。さらに、上述と同様の反応を、disilylbenzeneの骨格内にMe基やOMe基などの電子供与基を導入したキレート型ケイ素配位子を用いて行うことで、より電子供与性の高いキレート型ケイ素配位子を持つ一連の類縁体による窒素分子の捕捉も可能であることも併せて見出した。温和な条件での窒素分子の捕捉と活性化による化学変換反応の開発は、現代化学において最も重要な課題り一つである。本研究課題では、キレート型ケイ素配位子が鉄中心に強く電子供与し、かつ強固な骨格を与える性質に注目し、キレート型ケイ素配位子を持つ鉄錯体を用いた窒素分子の捕捉・活性化を達成することを目的とした研究を行った。本年度は、鉄上の電子密度の精密制御を目的とし、様々なη^6-arene配位子を有する鉄錯体の構築と窒素分子の捕捉を行った。まず、窒素架橋鉄二核錯体に対し水素分子を反応させ、対応する単核鉄ジヒドリド錯体(η^6-benzene)Fe(Si)_2(H)_2へと変換した。この錯体を各種arene溶媒中で加熱することで、様々なη^6-areneを有する一連の錯体(η^6-arene)Fe(Si)_2(H)_2へと変換した。さらにこの錯体は、CO雰囲気下で加熱することで(η^6-arene)Fe(Si)_2(CO)へと変換でき、引き続く高圧水銀灯による光照射により、目的とした窒素架橋二核錯体[(η^6-arene)Fe(Si)_2]_2(μ-N_2)(arene=mesitylene,p-cymene,C_6Me_6,etc)へと変換できることを見出した。得られた錯体について、IR,Ramanスペクトルの結果、鉄上に電子供与性の強いη^6-arene配位子を持つ錯体において、窒素分子がより強く捕捉・活性化されることが分かり、窒素分子の変換には電子豊富な鉄錯体の構築が重要であることが明らかとなった。
DMEの基礎燃焼特性の解明と新燃焼法の開発に関する研究

(1)研究の概要ジメチルエーテル(以下DME)は燃焼時に硫黄酸化物やすすを発生せず,また,EGRなどとの組み合わせによりディーゼルエンジンからの窒素酸化物の排出量を大幅に低減できるため,将来的にはディーゼル自動車用燃料,電力用燃料及びLPガス代替燃料,燃料電池用燃料など幅広い用途に利用可能な新エネルギーとして期待されている.このような背景から燃焼分野においてもDMEを用いた実用低公害燃焼器の効率的な開発が求められており,このためにはDMEの基礎燃焼特性および反応過程を調べる必要がある.しかしながらそのような研究はこれまで少なく,申請者が知る限り最近Simmieらの研究グループが測定した層流燃焼速度のデータがある程度である.申請者はこれまでガス燃料の基礎的燃焼特性の把握と最適な燃焼手法の開発に関する研究を行ってきた.以上の背景から本研究ではこれまでに他の燃料において実績のある実験装置ならびに手法を用いて,次世代代替燃料として有力なDMEの基礎燃焼特性を解明し,その結果に基づき最適な燃焼手法の検討を行った.(2)研究成果本年度の研究では対向流バーナーを制作し,DME拡散火炎の着火,消炎実験を行った.消炎実験の結果,DMEはプロパンより消炎しにくいことが分かった.また,酸素富加な燃焼条件では,火炎が消炎しにくくなることが分かった.一方,着火実験の結果,本研究の条件ではDMEはプロパンより自着火特性は悪化した.このことから自着火に及ぼす拡散の影響が大きいことが分かった.(1)研究の概要ジメチルエーテル(以下DME)は燃焼時に硫黄酸化物やすすを発生せず,また,EGRなどとの組み合わせによりディーゼルエンジンからの窒素酸化物の排出量を大幅に低減できるため,将来的にはディーゼル自動車用燃料,電力用燃料及びLPガス代替燃料,燃料電池用燃料など幅広い用途に利用可能な新エネルギーとして期待されている.このような背景から燃焼分野においてもDMEを用いた実用低公害燃焼器の効率的な開発が求められており,このためにはDMEの基礎燃焼特性および反応過程を調べる必要がある.しかしながらそのような研究はこれまで少なく,申請者が知る限り最近Simmieらの研究グループが測定した層流燃焼速度のデータがある程度である.申請者はこれまでガス燃料の基礎的燃焼特性の把握と最適な燃焼手法の開発に関する研究を行ってきた.以上の背景から本研究ではこれまでに他の燃料において実績のある実験装置ならびに手法を用いて,次世代代替燃料として有力なDMEの基礎燃焼特性を解明し,その結果に基づき最適な燃焼手法の検討を行った.(2)研究成果本研究では実際のエンジンを模した定容燃焼器を用いてDME燃料の層流燃焼特性を調べてSimmieらの研究グループと同程度のデータを得た.得られたデータをCurranらの反応機構を用いた数値計算結果と比較し,反応機構の修正を提案した.さらに同じ定容燃焼器をもちいて乱流燃焼特性を調べ,他の炭化水素と比較した.その結果,DMEはエタンと似た傾向があることが分かった.そこでその燃焼機構を検討し,ルイス数が乱流燃焼機構に重要な役割を果たすことが分かった.一方,火炎伸張の影響を詳細に調べるため対向流バーナーを制作し,予備実験を行った.(1)研究の概要ジメチルエーテル(以下DME)は燃焼時に硫黄酸化物やすすを発生せず,また,EGRなどとの組み合わせによりディーゼルエンジンからの窒素酸化物の排出量を大幅に低減できるため,将来的にはディーゼル自動車用燃料,電力用燃料及びLPガス代替燃料,燃料電池用燃料など幅広い用途に利用可能な新エネルギーとして期待されている.このような背景から燃焼分野においてもDMEを用いた実用低公害燃焼器の効率的な開発が求められており,このためにはDMEの基礎燃焼特性および反応過程を調べる必要がある.しかしながらそのような研究はこれまで少なく,申請者が知る限り最近Simmieらの研究グループが測定した層流燃焼速度のデータがある程度である.申請者はこれまでガス燃料の基礎的燃焼特性の把握と最適な燃焼手法の開発に関する研究を行ってきた.以上の背景から本研究ではこれまでに他の燃料において実績のある実験装置ならびに手法を用いて,次世代代替燃料として有力なDMEの基礎燃焼特性を解明し,その結果に基づき最適な燃焼手法の検討を行った.(2)研究成果本研究では実際のエンジンを模した定容燃焼器を用いてDME燃料の層流燃焼特性を調べてSimmieらの研究グループと同程度のデータを得た.得られたデータをCurranらの反応機構を用いた数値計算結果と比較し,反応機構の修正を提案した.さらに同じ定容燃焼器をもちいて乱流燃焼特性を調べ,他の炭化水素と比較した。その結果,DMEはエタンと似た傾向があることが分かった.そこでその燃焼機構を検討し,ルイス数が乱流燃焼機構に重要な役割を果たすことが分かった.一方,火炎伸張の影響を詳細に調べるため対向流バーナーを制作し,消炎実験を行った.(1)研究の概要ジメチルエーテル(以下DME)は燃焼時に硫黄酸化物やすすを発生せず,また,EGRなどとの組み合わせによりディーゼルエンジンからの窒素酸化物の排出量を大幅に低減できるため,将来的にはディーゼル自動車用燃料,電力用燃料及びLPガス代替燃料,燃料電池用燃料など幅広い用途に利用可能な新エネルギーとして期待されている.

このような背景から燃焼分野においてもDMEを用いた実用低公害燃焼器の効率的な開発が求められており,このためにはDMEの基礎燃焼特性および反応過程を調べる必要がある.しかしながらそのような研究はこれまで少なく,申請者が知る限り最近Simmieらの研究グループが測定した層流燃焼速度のデータがある程度である.申請者はこれまでガス燃料の基礎的燃焼特性の把握と最適な燃焼手法の開発に関する研究を行ってきた.以上の背景から本研究ではこれまでに他の燃料において実績のある実験装置ならびに手法を用いて,次世代代替燃料として有力なDMEの基礎燃焼特性を解明し,その結果に基づき最適な燃焼手法の検討を行った.(2)研究成果本年度の研究では対向流バーナーを制作し,DME拡散火炎の着火,消炎実験を行った.消炎実験の結果,DMEはプロパンより消炎しにくいことが分かった.また,酸素富加な燃焼条件では,火炎が消炎しにくくなることが分かった.一方,着火実験の結果,本研究の条件ではDMEはプロパンより自着火特性は悪化した.このことから自着火に及ぼす拡散の影響が大きいことが分かった.
バクテリアのメチロームによる表現型多様化メカニズムの解明

バクテリアのゲノムにおけるエピジェネティック修飾は、大部分がDNAのメチル化によるものであり、真核生物同様、遺伝子発現制御や表現型に影響する事例が知られている。菌種間及び菌株間でゲノムのメチル化状態(メチローム)に大きな多様性があることから、メチロームの多様性が、ゲノムの多様性同様、バクテリアの表現型の多様化を引き起こし、菌種の適応進化に貢献すると考えられる。しかし、バクテリアのメチロームはあまりに多様であるため、メチロームによる表現型の変化の分子メカニズムの網羅的解析が困難であった。本研究では、バクテリアのメチロームによる表現型の変化を網羅的に解析するため、ワンハイブリッド法を用いて、新たなターゲット配列を持つDNAメチル化酵素を開発し、10の5乗通り以上のゲノムのメチローム多様性を持つ大腸菌集団を作成する。メチロームの変化によって表現型が大きく変化した株を選択し、オーミクス解析によって、DNAメチル化によって制御される遺伝子を網羅的に検出する。DNAメチル化やプロモーターの位置、近傍遺伝子の発現量変化、DNA結合タンパク質の認識配列などの情報を統合し、バクテリアのエピゲノムによる遺伝子発現制御、表現型多様化の分子メカニズムを明らかにする。平成30年度は、このうちワンハイブリッド法を用いた新たなターゲット配列を持つDNAメチル化酵素の開発系の構築を進めた。ランダムに変異を導入したDNAメチル化酵素の中から、野生型のターゲット配列から1塩基異なる配列に結合する候補遺伝子が実際に選抜された。今後期待通りのメチル化活性を持つかを確認し、さらに多くの異なるターゲット配列のメチル化活性を持つDNAメチル化酵素の選抜を進めていく。ワンハイブリッド法を用いた新たなターゲット配列を持つDNAメチル化酵素の開発系の構築を実施した。はじめに、ターゲット配列が既知の野生型のDNAメチル化酵素についてこの系を試し、想定通りの結果をもたらす薬剤濃度等の条件検討を行なった。次に、この野生型のDNAメチル化酵素に変異をランダムに導入し、この系を用いることで、野生型のターゲット配列から1塩基異なる3種類の配列に結合する候補遺伝子が実際に選抜された。このことから、このワンハイブリッド系が機能していることが確認された。ワンハイブリッド系によって選抜された候補遺伝子について、DNAメチル化活性を有するかどうかをPacBioシークエンサーを用いて確認する。その後、さらに多様なターゲット配列に結合し、DNAメチル化活性を有するDNAメチル化酵素を発現する遺伝子を選抜し、多様なメチロームを持つ大腸菌集団の構築を進めていく。平成30年度に必要とした試薬を購入するには小さい額が残ってしまったため、次年度使用額として計上した。平成31年度請求分の助成金と合算することで、高額の試薬の購入に充てる計画である。
大域的ネットワークにおける神経振動伝達様式

振動的神経活動及びその背景にある同期的神経活動について、その機能的意義と神経基盤を明らかにすることを目的とした研究を実施し、三つの成果を得た。第一に、振動的神経活動を誘発する眼球運動リズムの性質を明らかにし、モデル化に成功した。この研究は国際共同研究、融合研究として実施した。第二に、振動的神経活動と密接に関わる同期的発火が皮質領野間で異なることを明らかにした。第三に、振動的神経活動を単一試行解析により確認し、その性質を明らかにした。1)振動的神経活動を誘発する眼球運動リズムに関するモデルを用いた解析:サルを用いて、自然画像観察中の眼球運動には、短時間の注視で異なる物体間を移動するモードと、長時間の注視で同一物体内を移動するモードが存在することを明らかにした。さらに、このモードの切り替えが、確率モデルとして記述できることを明らかにした(Ito, Tamura, et al., Sci Rep,2017)。2)同期的発火の領野間比較:サル大脳皮質視覚関連領野を対象として、スパイク発火の相関活動の性質が領野間で変化することを明らかにした。このような変化は、階層構造に伴って、局所神経回路や多ニューロンによる情報表現様式が変化している可能性を示唆している(Tamura, bioRxiv, 2017)。3)振動的神経活動の単一試行解析による確認とその性質の解析:数千秒にわたる計測期間中に得られた単一ニューロンスパイク発火または多ニューロンスパイク発火を用いた自己相関ヒストグラムに振動的な成分は観察されなかったが、0.4秒間の単一試行中の多ニューロンスパイク発火を用いると、10%前後の試行において、振動的成分が観察された。振動的な活動はダイナミックに変化しており、これに伴って脳内情報処理様式や情報表現がどのように変化するのかを明らかにすることが重要となる。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、多領野大規模並列神経活動データ計測手法を自由視/自然視条件下のサル大脳皮質視覚関連領野に適用して、1)眼球運動に関連した振動的神経活動とその同期現象の神経メカニズムの解明と2)眼球運動に関連した振動・同期現象に対する視覚的注意の影響の解明を目指す。平成28年度は、自由視/自然視条件における眼球運動特性の定量化とモデル化を行った。さらに神経活動の同期現象が大脳皮質領野間で変化することを明らかにした。1、自由視/自然視条件における眼球運動特性の定量化とモデル化:自由視/自然視条件での眼球運動の特徴を画像に含まれる物体像との関連で定量的に記述した。これまでの研究より、個体が自由に眼を動かしながら自然画像を観察する際に、観察前半ではサッケード距離は長く、後半では短いことが示されてきた。本研究では、注視対象となる物体に注目した解析を行うことで、観察前半では注視位置は物体間を移動し、後半では特定の物体内を移動することが明らかになった。さらに、モードの変化が確率的モデルによって説明できることを示した(Ito et al., Sci Rep,印刷中)。2、神経活動同期現象の大脳皮質領野間での変化:大脳皮質の様々な領野において、振動的神経活動の同期現象の基礎となるスパイク活動の同期現象に関する研究が行われてきた。しかしながら、この同期現象の性質が領野間で共通するのかは不明であった。そこで本研究では、マカク属サルの複数の大脳皮質領野(第一次視覚野、V4野、下側頭葉皮質)間で、スパイク活動同期現象を定量的に比較した。神経活動データは、鎮痛不動化標本を用いて、大規模並列神経活動データ計測手法を適用して取得した。様々なパラメータが領野間で異なること、さらにいくつかのパラメータは階層構造にしたがって変化することを見出した。この成果は第40回日本神経科学大会において発表予定である。H28年度に予定していた多領野大規模並列神経活動データ計測手法を自由視/自然視条件下のマカク属サル第一次視覚野と下側頭葉皮質に適用して、ワイドバンド神経活動データを取得することができた。得られた神経活動データから局所電場電位を抽出し、電流源密度解析を適用することにも成功した。スパイク活動についてはオフラインでスパイクソーティングを実施し、すべてのデータについて、ソーティングを完了することができた。現在、予備的な解析を実施中である。また、自由視/自然視条件下の神経活動の解析に必須となる眼球運動解析から、新たな知見を得ることができた。すなわち、自由視/自然視条件における眼球運動特性の定量化とモデル化を行った(Scientific Reports誌、印刷中)。さらに、領野間同期現象の解析のための予備的知見として必須である、各領野における同期現象の特性について明らかにすることもできた(第40回日本神経科学大会、プレプリント及び査読論文投稿準備中)。以上のように当初計画に従って研究を進めると同時に、予備的データ解析から得られた知見について、論文発表・学会発表を行うことができた。