hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
精神疾患の血液生化学的診断マーカーとしての血中キヌレニン酵素的測定法の開発

トリプトファンの代謝産物であるキヌレニン(KYN)の血中および脳脊髄液中濃度の上昇とうつ病の重症度には関連があることが明らかになっている。うつ病の血液生化学的診断マーカーとしての応用を目指してKYN酵素的測定法の開発を行った。バキュロウイルス・昆虫細胞発現系を用いて、KYNを代謝する酵素であるキヌレニン3-モノオキシゲナーゼ(KMO)およびキヌレニンアミノトランスフェラーゼ2(KAT2)の組換え型酵素の精製に成功した。さらに、これらの酵素を用いた試料中KYNの酵素的測定法の開発に成功した。トリプトファン代謝は精神・神経疾患などの病態に深く関与している。トリプトファンは生体内では代謝経路の一つであるキヌレニン経路により主に代謝され、種々の生理活性を持つ代謝産物が生成する。中間代謝産物であるキヌレニンの末梢血液中および脳脊髄液中濃度は、うつ病や統合失調症などの精神疾患において上昇することが明らかになっている。そのため、試料中キヌレニン濃度の測定は、精神疾患の生化学的診断マーカーとして有用であると考えられる。そこで、本研究はキヌレニンを代謝する組換え型酵素を精製し、酵素反応を利用した迅速で簡便な新規キヌレニン測定法を開発することを目的としている。本年度の研究では、キヌレニン代謝酵素であるキヌレニン3-モノオキシゲナーゼ(KMO)とキヌレニンアミノトランスフェラーゼ2(KAT2)の2種類の酵素を、バキュロウイルスと昆虫細胞を用いた蛋白発現系により発現・精製するために、ヒトKMOおよびKAT2のcDNAをクローニングしトランスファーベクターを作製した。また、トランスファーベクターを用いて大腸菌内で組換えを起こさせ、KMOおよびKAT2組換えバクミドDNAを作製した。現時点では、組換えバクミドDNAを昆虫細胞にトランスフェクションすることにより組換えバキュロウイルスを作製、さらに、昆虫細胞に感染させ、KMOおよびKAT2の最適な蛋白発現および精製の検討をしている。今後は大量培養による組換え型KMOおよびKAT2蛋白の発現・精製を行い、キヌレニンの酵素的測定法を確立し精神疾患の診断マーカーとしての有用性を検討する。うつ病は適正な治療によって治癒し、早期の発見が予後改善と再発防止に有効であるが、うつ病の診断は専門医による問診が必要であり、健康診断や専門外の診療科において患者を発見するのは困難である。そこで、健康診断時や専門医でなくても診断できる客観的な診断マーカーの早期開発が望まれている。必須アミノ酸であるトリプトファンは、生体内においてタンパク質合成に利用されるだけでなく、生化学的に代謝され種々の生理活性を持つ代謝産物が生成する。生体内のトリプトファンの主な代謝経路はキヌレニン経路である。キヌレニン経路により産生する代謝産物は神経毒性を持つなど、精神・神経疾患の病態と深く関与していることが示唆されている。特にキヌレニン経路の中間代謝産物であるキヌレニン(KYN)の血中および脳脊髄液中濃度とうつ病の重症度には関連があることが明らかになっていることから、生体試料中KYNの測定は精神疾患の生化学的診断マーカーとして利用できる可能性が高い。本研究は、KYNを代謝する酵素であるキヌレニン3-モノオキシゲナーゼ(KMO)およびキヌレニンアミノトランスフェラーゼ2(KAT2)の組換え型酵素を精製し、酵素法によるKYN迅速測定法を開発することを目的とし、精神疾患、特にうつ病の血液生化学的診断マーカーとしての利用を目指して検討を行った。rKMOとrKAT2ともに、バキュロウイルス・昆虫細胞発現系により活性を保持した十分な量の酵素の精製に成功した。さらに、これらの酵素を用いて試料中KYNの酵素的測定の検討を行い、rKMOとrKAT2それぞれを用いた試料中KYNの酵素的測定法の開発に成功した。当初の達成目標であった測定法の確立のためにはKMOおよびKAT2の組換え型蛋白が必要であるが、KAT2の組換えバキュロウイルスの作製に予定よりも時間を要したため、研究の達成度はやや遅れている状況である。現時点ではKMOおよびKAT2ともに組換えバキュロウイルスの作製に成功し、昆虫細胞の大量培養にもすでに着手しており、組換え型蛋白の大量精製を試みているところである。臨床化学今後の研究は、KMOおよびKAT2の組換え酵素を精製後、それぞれの酵素反応を利用したキヌレニン測定法を確立する。確立した測定法を用いて健常者検体中のキヌレニンを測定、再現性や検出感度、従来法(HPLC法)との比較など基礎的な検討を行う。さらに、精神疾患の患者検体を用いて診断マーカーとしての有用性を検討する。費用の節約および実施する予定であった測定法の確立のために必要な生化学的試薬を数点購入しなかったため未使用額が生じた。未使用額は研究が遅れている部分に充て、翌年度の研究費とともに生化学的試薬や細胞培養に必要な試薬・器具類などの消耗品に使用する予定である。
超塑性変形における結晶粒子群の動力学的理論

正方晶ジルコニアセラミックスの超塑性変形における個748の結晶粒子の変位ベクトルを求めた。結晶粒子の流跡線を調べてみると,ジグザグ運動をしていることがわかった。そこで,有限要素解析で、結晶粒子のドリフトベクトルを推定し、それを変位ベクトルから差し引くことで,結晶粒子のランダムウォークベクトルを求めた。その結果,変形の初期では,引張り軸方向とそれに垂直な方向のランダムウォーク成分の分散は逆相関を持つが,変形が進行するにつれて,両者の分散が一致してくる傾向が認められた。この傾向をランジュバン方程式によって解析した。以前の研究において,正方晶ジルコニアセラミックスの高温引張り試験を繰り返し行い,毎回,約800個の結晶粒子を含む特定の領域をSEMで観察して,各粒子の位置ベクトルを測定している.本研究では,このデータから,各粒子の運動に関する統計的なデータを抽出し,それにランダムウォーク理論を適用して解析して,結晶粒子の運動学を確立することを目的とする.正方晶ジルコニアセラミックスの超塑性変形における個748の結晶粒子の変位ベクトルを求めた。平成20年度の研究により,下記のような研究実績を得た.(1)確率過程論を用いた解析を行うために,高性能Mac機を購入し,統計解析アプリケーションを導入した.(2)ランダムウォークに関する文献調査を行い,これまでのデータの一部を使って,手計算で,粒子の運動のドリフト成分とランダムウォーク成分に分離することを試みた.(3)ドリフト成分を正確に求めるために,有限要素法を用いて,弾塑性変形における粒子の粒跡線を数値解析的に求めた.セラミックスにおいても超塑性現象が発見されてから,既に20年を経過しようとしているが,未だ,現象論的な記述の域を出ていないというのが現状である.この原因は,超塑性変形という力学現象が起こるための条件が,結晶粒子群という離散的な構造を考慮した運動方程式に関連付けて定式化していないことにあると考えられる.そこで,本研究では,申請者が取得した結晶粒子群の運動学的データを確率過程論に基づいて解析し,超塑性変形における結晶粒子群の動力学的理論を構築することを目的とした.本年度の検討の結果,局所的に拘束がない場合の理想的な流跡線を,有限要素法を用いて数値シミュレートした.また,この結果をドリフト成分と見なして,実験的に取得している多数の粒子の流跡線から超塑性変形の進行に伴うランダムウォーク成分を分離し,その時間発展について検討した.そして,摩擦力項を含むランジュバン方程式を結晶粒子群の運動解析のモデルとして適用できるかどうかについても,予備的に検討した.このような考察の結果,超塑性変形における粒子の運動は,ドリフト成分を考慮したランダムウォークと見なしうることがわかった.本研究では,申請者が取得した結晶粒子群の運動学的データを確率過程論に基づいて解析し,超塑性変形における結晶粒子群の動力学的理論を構築することを目的とした.本年度は,前年度に予備的検討を行ったランダムウォーク成分に摩擦力項を含むランジュバン方程式を適用して,結晶粒子群の運動解析を行った.まず,変位ベクトル図の精密補正を行い,SEMの倍率や軸のずれの影響について検討したところ,それらはあまり大きな影響を与えていないことが明らかになった.また,精密補正後のランダム速度ベクトルを詳細に検討すると,変形の初期においては,引張り軸方向とそれに垂直方向のランダム速度ベクトルの分散が逆相関になっているが,変形が進行すると共に,分散が一致していく傾向がより明瞭に認められた.次に,ランジュバン方程式をフーリエ逆変換した式から,ランダム速度ベクトルとランダム力それぞれのパワースペクトルを求め,ウイナー・ヒンチンの定理を用いて,ランダム速度ベクトルとランダム力の自己相関関数の関係式を理論的に導出した.次に,実験結果に,この理論解析を適用したところ,引張り軸方向及びそれに垂直な方向のランダム速度ベクトルの分散について,オーダーでの一致を示すことができたが,前述した分散の変動傾向を表すことはできなかった.この理由として,摩擦力項を定数として仮定していることが考えられ,摩擦力項の取り扱いは次年度の課題とすることにした.なお,理論解析の部分を日本機械学会材料加工・機械材料部門講演会M&P2010で講演したところ,優秀講演論文賞を受賞した.セラミックスにおいても超塑性現象が発見されてから,既に20年を経過しようとしているが,未だ,現象論的な記述の域を出ていないというのが現状である.この原因は,超塑性変形という力学現象が起こるための条件が,結晶粒子群という離散的な構造を考慮した運動方程式に関連付けて定式化していないことにあると考えられる,そこで,本研究では,申請者が取得した結晶粒子群の運動学的データを確率過程論に基づいて解析し,超塑性変形における結晶粒子群の動力学的理論を構築することを目的とした。本年度は,前年度に検討した摩擦力項を含むランジュバン方程式の摩擦項を時間の関数とした場合の解析を行った.まず,精密補正後の変位ベクトル図に対して,有限要素法で推定したドリフト速度ベクトル成分を差し引き、正味のランダムウォーク速度ベクトル成分を求めた.

このランダムウォーク速度ベクトルに時間の関数とした摩擦項を含むランジュバン方程式を適用して,実験結果に見られる引張り軸方向とそれに垂直な方向の速度ベクトル成分の分散が再現できるかを調べた.その結果,変形の初期においては,引張り軸方向とそれに垂直方向のランダムウォーク速度ベクトルの分散が逆相関になっているが,変形が進行すると共に,分散が一致していく傾向をより明確に再現できることがわかった.なお,以上の研究成果を日本機械学会とアメリカ機械学会の合同国際会議で発表を行った.また,日本塑性加工学会のセミナーにおける招待講演を行った.
園芸植物の嗜好と景観形成の統計学的研究

園芸植物を用いてどのような屋外景観を個々人が各家庭で形成させているかの実態調査を日本と欧州で行った。対象家庭を詳細住宅地図や電話帳を用いて無作為抽出し、研究メンバー数人が直接訪問した。居住者の許可をえて、庭の景観写真の撮影、住人への園芸植物の好みなどのアンケート調査を行った。調査戸数は、横浜市青葉区(78軒)、英国・レディング市(29軒)、エジンバラ市(15軒)、イタリア・トリノ市(23軒)、ドイツ・フライジング市(40軒)、であった。収集した庭景観写真から得られる印象を、写真の類似性による主観的分類、質問項目への回答、庭の出身国の弁別などの実験で計測した。印象の計測を行った被験者は、日本人大学生、英国人学生、ドイツ人学生、イタリア人学生であった。日英の庭景観に対する国弁別では、日本人と英国人学生は自国と外国の庭を識別する能力が高いが、ドイツ人学生の識別力が弱いという興味深い結果が得られた。庭景観写真から庭に存在するオブジェクトの有無を調べたところ、西洋の庭では、椅子、テーブル、スポーツ用品、薪、小屋などがあるが、日本の庭ではそのようなオブジェクトはあまり無かった。西洋と日本では庭の広さの違いもあるが、利用形態に大きな違いがあることが確認された。パソコン上でゲームのように行えるバーチャルガーデニングシステムを完成させた。これは、被験者が57種類の草花を自由に選んで、パソコン画面上に花壇を好きなように作成してもらうシステムである。このとき、花壇の中で、どの花をどの位置にどの時刻に植えたかが自動的にパソコンに記録される。このシステムで被験者がどのような花を選び、どのように配置させたかを解析することで、被験者のもつ草花への嗜好が解析でき、嗜好の国際比較も行える。ドイツ人はダリアなどの赤や黄色のおおぶりの花を好む傾向にあるが、日本人は淡い色の花を好む傾向にあることなどがわかった。日本において、園芸植物を用いてどのような屋外景観を個々人が各家庭で形成させているかの実態調査を行った。住宅地である横浜市青葉区を対象地域とし、詳細住宅地図から無作為抽出により160軒程度の一軒屋を選び、5月から6月にかけて訪問調査を行った。78軒で庭などの屋外景観の写真を一軒あたり30枚程度撮影した。同時に、対象家庭の住人に園芸植物の好みなどのアンケート調査も行った。ガーデニングの本場である英国での実態調査を8月に行った。ロンドン近郊のレディング市を対象地域とした。日本と同様のやり方で8月に訪問調査し、30軒の庭景観の写真を収集した。この2つの訪問調査により、日英の一般家庭における庭景観のパターンが包括的に得られた。庭景観写真のグルーピング実験や、31項目の質問に「はい」、「いいえ」で回答させる実験などで、庭景観に対する印象を心理学的に計測した。日本の庭景観に対する印象計測を7月に東京大学農学部の学生を被験者にして行い、8月にはレディング大学の学生に対しても行った。日英の庭景観に対する印象計測を12月に東京農業大学の学生を被験者にして行い、平成13年2月にドイツのミュンヘン工科大学とレディング大学の学生を被験者にして行った。これらの実験は、日本や英国の庭景観に対する印象が日英間でどの程度類似しているかを調べようとしたもので、庭景観に対する環境推論が日英間で普遍的な点と日本や英国で特殊な点を明らかにすることを目的としている。

7月と8月に行った結果の分析から、日英間で印象はだいたい類似していたが、いくつかの庭景観サンプルではまったく異なった印象を与え、また、英国人がfamiliarと感じる庭景観に対しては、印象が日英間でよく一致していた、といった結論が得られた。また、写真を用いた嗜好テストにおいて、四者択一方式の有効性をシミュレーションにより示した。園芸植物を用いてどのような屋外景観を個々人が各家庭で形成させているかの実態調査を、住宅地図や電話帳を用いた無作為抽出により、イタリア・トリノ市(29件)、ドィツ・フライジング市(40件)、および英国・エジンバラ市(15件)において行った。調査内容は、対象家庭を訪問し、庭の景観写真の撮影、住人への園芸植物の好みなどのアンケート調査である。東京農業大学、日本大学、レディング大学、ミュンヘン大学の学生を被験者にして、日本と英国の個人の庭を昨年収集した写真を用いて識別させる実験を行った。この結果、日本人学生は日本の庭、英国人学生は英国の庭をよく識別できるが、ドイツ人学生は識別力が弱かった。また、日本大学の学生に比べ、東京農大の学生の方が識別力が高かった。経験の有無が庭景観の識別に影響を与えていることが示された。パソコン上でゲームのように行えるバーチャルガーデニングシステムを完成させた。これは、被験者が57種類の草花を自由に選んで、パソコン画面上に花壇を好きなように作成してもらうシステムである。このとき、花壇の中で、どの花をどの位置にどの時刻に植えたかが自動的にパソコンに記録される。このシステムで被験者がどのような花を選び、どのように配置させたかを解析することで、被験者のもつ草花への嗜好が解析でき、嗜好の国際比較も行える。東京大学農学部の学生やミュンヘン大学の学生、および園芸業者の従業員らに花壇を作成してもらった。このデータから、ドイツ人はダリアなどの赤や黄色のおおぶりの花を好む傾向にあるが、日本人は淡い色の花を好む傾向にあることがわかった。また、日本人の方が花の配置に規則性があり、ドイツ人の方がランダムに植える傾向にあった。このように、日本人とドイツ人で色合いの好みや配置パターンに違いがあることがわかった。このデータをマーケティングに活用する方法を研究することが今後の課題である。昨年度までの調査研究で、園芸植物を用いてどのような屋外景観を個々人が各家庭で形成させているかの実態調査を、住宅地図や電話帳を用いた無作為抽出により行い、日本(78軒)、イギリス(44軒)、イタリア(24軒)、ドイツ(40軒)での庭の写真が各対象あたり30枚程度収集できた。この収集した写真を眺めて、庭に存在する物体の有無を計測して、国ごとに比較した。その結果、西洋の庭では、椅子やテーブル、スポーツ用品、薪、小屋などが存在しているが、日本の庭ではそのような物はあまり存在していなかった。西洋と日本では庭の広さの違いもあるが、利用形態に大きな違いがあることが確認された。全体的な印象を表す写真を各標本家庭から1枚ずつ選び、似たような景観のものを除くなどして、この中から100軒(日本が40軒、外国は20軒程度)についての写真を選んだ。この景観写真を用いて、イギリス・レディグ大学学生、イタリア・トリノ大学学生、ドイツ・ミュンヘン工科大学学生、東京大学農学部学生を被験者にして、庭景観に対する印象を計測する実験を行った。
ラミニン細胞接着ペプチドによるがん細胞の浸潤促進メカニズムの解明

基底膜の主要糖蛋白ラミニンの活性ペプチドの中で最も強くがん細胞の浸潤転移を促進するC-16(KAFDITYVRLKF)とA-13(RQVFVAYIIIKA)の2種類のレセプターの同定を目的に研究を行った。(1)C-16をセファロースビーズに固定しアフィニティーカラムを調製した。このペプチドアフィニティーカラムにHT-1080ヒト線維肉腫細胞の細胞表面をビオチン化したcell lysateをアプライし、塩濃度を増加させながら溶出した。種々の塩濃度による溶出画分のSDS-PAGEおよびwestern blotによる分析から、C-16カラムにインテグリンαvβ3が結合することがわかった。(2)C-16によるがん細胞からのマトリックスメタロプロテアーゼの分泌をゼラチンザイモグラフィーを用いて測定した。C-16はB16-F10マウスメラノーマ細胞に対してMMP-9の分泌を促進した。(3)C-16のアミノ酸を一つずつアラニンに置換した10種類のペプチドを合成しペプチドをプレートにコートする方法とビーズに結合する方法で細胞接着活性を測定した。6位のThrと7位のTyrをアラニンに置換したペプチドはプレートアッセイにおいて細胞接着活性が低下することがわかった。また、9位のArgと11位のLysをアラニンに置換したペプチドはビーズアッセイにおいて全く細胞接着活性を示さなかった。これらのことから、6位のThrと7位のTyrがプレートアッセイにおいて重要な働きをしていることが、また、9位のArgと11位のLysがビーズアッセイにおいて必須であることがわかった。以上のように、2種類のアッセイ系で細胞接着活性の結果が異なることから、C-16の細胞接着活性には細胞膜上の複数のレセプターが関与していることが示唆された。
テレビ放送メディアの移行と選択要因の研究

昨年度に茅ヶ崎市内のケーブルテレビ「テレビちがさき」の営業地域で、ケーブルテレビへの加入世帯と非加入世帯のテレビメディア選択と利用の実態の調査を行ったが、今年度はそのデータ解析と米国の関連研究のサーベイ、それに研究のまとめ、報告書の作成を行った。主な結論は次ぎの点である。(1)テレビメディアの選択に関する米国の研究は不十分で、方法論上に問題があることが分かった。その点では、この領域の研究成果は未熟である。(2)地上波放送やBS放送などからケーブルテレビへ移行する場合、その移行の比率は、前の放送メディアの種類には依存しないことが分かった。どのメディアからも一定程度の比率で移行が起こっている。(3)ケーブルテレビへの移行を左右する要因としては、環境テレビ指向、映像向上指向、コスト感、テレビ協調性の4つが抽出された。この4つで90%近くの確率で、加入者と非加入者の判別が可能となることが分かった。(4)今後は、この要因の他地域での実証と、より包括的なモデル化の追求が課題となる。衛星ディジタル放送の開始で、本格的な多メディア化・多チャンネル化が始まったテレビ放送では、利用者は従来の公共重視の規制市場とは異なり、自分の要望にフィットするメディアへの移行・選択をし、視聴者特性に応じたテレビ放送メディアの住み分け領域が形成されて行く。この様な視聴者の移行のメディア選択メカニズムを、移行プロセスと「利用と満足」評価の視点から解明するために、これらの2つの目的を含む調査を実施した。1.家庭での新たな放送メディアの導入のプロセスの調査地上波から他の放送メディアへの移行、または他の放送メディアからそれ以外の放送メディアへの移行、移行検討のメディアの認知のルート、移行の目的・理由、世帯構成、家族の意見分布、意思決定過程、世帯の放送に関する立地環境を調査した。2.放送メディアの利用と満足の調査放送メディアの利用と満足、全般的な満足度と推薦度、満足度と推薦度を左右する要因等を調査した。調査サンプルは移行の対象となるメディアが共存している地域として、多チャンネルCATVのエリアを対象域とし、CATV加入世帯400サンプルと非加入世帯400サンプルで実施している。メディア移行は進行しつつあり、最新データを入手するために年度末に調査を行っており、分析は次年度の課題となっている。主な結論は次の点である。
滑らかなカラビ・ヤウ多様体上のヘテロ型弦理論における素粒子現象論

素粒子標準模型では、素粒子の質量及びフレーバー構造を決定する湯川結合はパラメターであり、それらの値を予言することはできない。本研究の目的は、湯川結合の起源を弦理論、特に滑らかなカラビ・ヤウ多様体上のヘテロ型弦理論に基づいて明らかにすることである。曲率を持つ滑らかなカラビ・ヤウ多様体上のSO(32)ヘテロ型弦理論に基づく有効理論に注目し、実験データと整合する湯川結合の導出を目指す。また、モジュライ場及びアクシオン場に依存する湯川結合を通して、これらモジュライ場の引き起こす素粒子論的・宇宙論的現象を探求する。
弾性波探査法を用いた杭打設後の地盤物性評価に関する研究

杭および群杭基礎を打設する場合,地盤は杭打設によって乱され,その結果杭に作用する地盤反力はこの打設の影響を大きく受ける場合が多いにもかかわらず,現行の支持力推定法ではこの影響を考慮されていない.本研究は,弾性波探査法を用いて模型杭打設前後の地盤のせん断弾性波速度を測定し,その結果を用いて,実際の杭基礎の設計および数値解析に導入すべくセットアップ(初期地盤物性変化)の定量的評価を行なうことを目的とする.本年度は,模型土槽を用いた物理探査試験の実施およびその結果を有限要素解析に導入してセットアップの影響を定量的に評価した杭の支持力について明らかにした.以下に示す3件についての成果を得た.1)1.5mx1.5mx1.5mの模型土槽内に2種類の密度の砂地盤を作成し,弾性波探査試験を実施した.まず1本の杭設置前および設置後の地盤のせん断弾性波速度を測定し,杭設置後の値のほうが若干大きいという結果を得た.また,杭設置前の地盤のせん断弾性波速度は比較的みだれが少なく測定できたが,杭設置後では波が少し乱れてその定量化が困難であり,この影響は地盤の密度が小さいほど大きいという結果を得た.2)1)と同様の実験を,4本の模型杭打設ケースについても実施し,単杭とは異なり設置前に比べて約2-3倍ものせん断弾性波速度が測定され,その影響が著しいことがわかった.3)本実験で得られた結果を地盤の初期弾性係数に反映させた.単杭に鉛直荷重が作用する場合の有限要素解析を実施し,このセットアップを考慮した場合の杭の支持力はこれを考慮しない場合に比べておよそ1.5倍の支持力が得られ,その重要性を示唆した.杭および群杭基礎を打設する場合,地盤は杭打設によって乱され,その結果杭に作用する地盤反力はこの打設の影響を大きく受ける場合が多いにもかかわらず,現行の支持力推定法ではこの影響を考慮されていない.本研究は,弾性波探査法を用いて模型杭打設前後の地盤のせん断弾性波速度を測定し,その結果を用いて,実際の杭基礎の設計および数値解析に導入すべくセットアップ(初期地盤物性変化)の定量的評価を行なうことを目的とする.本年度は,模型土槽を用いた物理探査試験の実施およびその結果を有限要素解析に導入してセットアップの影響を定量的に評価した杭の支持力について明らかにした.以下に示す3件についての成果を得た.1)1.5mx1.5mx1.5mの模型土槽内に2種類の密度の砂地盤を作成し,弾性波探査試験を実施した.まず1本の杭設置前および設置後の地盤のせん断弾性波速度を測定し,杭設置後の値のほうが若干大きいという結果を得た.また,杭設置前の地盤のせん断弾性波速度は比較的みだれが少なく測定できたが,杭設置後では波が少し乱れてその定量化が困難であり,この影響は地盤の密度が小さいほど大きいという結果を得た.2)1)と同様の実験を,4本の模型杭打設ケースについても実施し,単杭とは異なり設置前に比べて約2-3倍ものせん断弾性波速度が測定され,その影響が著しいことがわかった.3)本実験で得られた結果を地盤の初期弾性係数に反映させた.単杭に鉛直荷重が作用する場合の有限要素解析を実施し,このセットアップを考慮した場合の杭の支持力はこれを考慮しない場合に比べておよそ1.5倍の支持力が得られ,その重要性を示唆した.
表面雰囲気の制御によるイオン導電性アモルファス薄膜の開発

イオン導電性薄膜は,固体電池,表示素子などへの応用が期待され,活発に研究が進められている.本研究では,種々の薄膜化手段を用いて,作製時の表面雰囲気の制御を行うことにより,導電率が高く,しかも電極などとの界面での反応性が低い,安定なイオン導電性及び混合導電性アモルファス薄膜を開発することが主な目的である.得られた結果を以下に示す.1.LiとSiのアルコキシド溶液に対し,ディップコーティング法を用いて, Li_2O-SiO_2系アモルファス薄膜を作製した.この際,コーティングを行う雰囲気が膜質に大きく影響を及ぼし,相対湿度が低いほど,均質で平滑な膜が得られた.薄膜の導電率は,熱処理温度が高く結晶化温度に近いほど大きくなる傾向がみられた.また,結晶化温度よりもかなり低い温度における熱処理によっても,導電率がいったん高くなる現象が観測された.この温度は,有機物の燃焼温度よりも低いことから,ある程度有機物を含有した状態で,導電に都合のよい構造が形成されるものと考えられる.2.アモルファスMoOS_3, MoOS_2, WS_3およびWOS_2をそれぞれ(NH_4)_2MoS_4, (NH_4)_2MoO_2S_2, (NH_4)_2WS_4および(NH_4)_2WO_2S_2の熱分解により作製した.熱分解はN_2, H_2Sなど種々の雰囲気中で行い,生成物と熱処理条件との関係を明らかにした.また,これらの生成物を銀およびリチウム電池用のカソード材料として用い,電気化学的手法により電池特性を検討した.その結果,他の硫化物系に比べて非常に高い開放端電圧を示し,またいずれの場合も充放電が可能で,二次電池としての応用が期待できることがわかった.3.CuI-CuBr-Cu_2O-MoO_3系をはじめとする種々のCu^+イオン導電性ガラスを,溶融雰囲気を制御することにより作製した.このようなガラスはAg^+系超イオン伝導ガラスに匹敵するほどの高い導電率を示すことがわかった.イオン導電性薄膜は,固体電池,表示素子などへの応用が期待され,活発に研究が進められている.本研究では,種々の薄膜化手段を用いて,作製時の表面雰囲気の制御を行うことにより,導電率が高く,しかも電極などとの界面での反応性が低い,安定なイオン導電性及び混合導電性アモルファス薄膜を開発することが主な目的である.得られた結果を以下に示す.1.LiとSiのアルコキシド溶液に対し,ディップコーティング法を用いて, Li_2O-SiO_2系アモルファス薄膜を作製した.この際,コーティングを行う雰囲気が膜質に大きく影響を及ぼし,相対湿度が低いほど,均質で平滑な膜が得られた.薄膜の導電率は,熱処理温度が高く結晶化温度に近いほど大きくなる傾向がみられた.また,結晶化温度よりもかなり低い温度における熱処理によっても,導電率がいったん高くなる現象が観測された.この温度は,有機物の燃焼温度よりも低いことから,ある程度有機物を含有した状態で,導電に都合のよい構造が形成されるものと考えられる.2.アモルファスMoOS_3, MoOS_2, WS_3およびWOS_2をそれぞれ(NH_4)_2MoS_4, (NH_4)_2MoO_2S_2, (NH_4)_2WS_4および(NH_4)_2WO_2S_2の熱分解により作製した.熱分解はN_2, H_2Sなど種々の雰囲気中で行い,生成物と熱処理条件との関係を明らかにした.また,これらの生成物を銀およびリチウム電池用のカソード材料として用い,電気化学的手法により電池特性を検討した.その結果,他の硫化物系に比べて非常に高い開放端電圧を示し,またいずれの場合も充放電が可能で,二次電池としての応用が期待できることがわかった.3.CuI-CuBr-Cu_2O-MoO_3系をはじめとする種々のCu^+イオン導電性ガラスを,溶融雰囲気を制御することにより作製した.このようなガラスはAg^+系超イオン伝導ガラスに匹敵するほどの高い導電率を示すことがわかった.
蛍石型ヘテロ構造の成長・界面制御に基づく強誘電抵抗スイッチングの研究

本研究課題では、ハフニア系強誘電体を用いたトンネル接合を作製し、これを用いた抵抗変化型不揮発性メモリ実現を目的としている。そのためには、原子レベルで平坦かつ巨視的スケールで膜厚が均一となる、強誘電層/下部電極層ヘテロ構造の成長が不可欠である。平成30年度研究においては、下部電極層としてスズドープ酸化インジウム(ITO)、強誘電層として、Y2O3置換したHfO2(YHO)からなるヘテロ構造を対象として、その平坦成長技術開発に取組んだ。その結果、YHO/ITOのアモルファスを、熱酸化シリコン基板上にパルスレーザ堆積法により室温蒸着し、これを低温(250°C)と高温(7501000°C)の2段階でアニール処理することにより、10μm×10μmの範囲で平坦度(RMS roughness)わずか0.15nmの多結晶YHO/ITOヘテロ構造を作製することに成功した。上述の平坦度は、下部電極層を有するハフニア系強誘電ヘテロ構造の平坦度としては、報告例がないほど良好なものである。透過電子顕微鏡観察の結果、表面のみならずYHO/ITO界面も同等に平坦であり、マクロメートルスケールで膜厚均一性を有することが分かった。また上部電極に白金を付けたPt/YHO(12nm)/ITO接合も作製し、強誘電分極特性の評価を実施した。その結果、13μC/cm2の残留分極を室温で示すことが分かった。この値は、YHOの強誘電分極の大きさとしては、エピタキシャル成長したヘテロ構造に匹敵する値である。X線回折と透過電子顕微鏡観察結果からは、高対称相構造を有するYHOがITOとの界面から擬エピタキシャル的に成長していることが示唆された。これにより、ハフニア系強誘電体においても高品質な強誘電トンネル接合作製への道が拓けたといえる。上記の通り平成30年度研究においては、YHO/ITOヘテロ構造の「2段階アニール」による平坦成長を実現した。平坦性実現においては特に「低温アニール」が重要な役割を果たしていることを見出した。さらに、この低温アニールの効果は、パルスレーザ堆積法で用いるYHOおよびITOセラミックスターゲットに含まれる水分に依存することを示唆する結果を得た。この経緯により、YHO/ITOヘテロ構造の作製に想定以上の時間を費やした。しかし研究遂行の結果として、酸化物電極を用いた蛍石型ヘテロ構造により、原子レベル平坦化・膜厚の均一化の指針確立という当初目標(アイディア)の一つを達成できたと位置付けられるので、「おおむね順調」とした。本年度は、強誘電ハフニア超薄膜からなるトンネル接合(Pt/YHO/ITOなど)の作製と評価に注力する。平成30年度研究では、YHOを膜厚6nmまで低減しても平坦性は劣化せず、強誘電性(10μC/cm2以上の残留分極)も維持された。しかし、「抵抗」を評価するには厚すぎることが分かった。そこで、強誘電層のターゲット膜厚は2nm程度とする。また、本研究課題では、強誘電体層と電極層の間に極薄常誘電層を挿入することで、抵抗スイッチング機能の増強を提案しており、そのフィージビリティスタディを行う。本年度研究では、先ず、スパッタで成膜できるSiO2,Al2O3,Ta2O5を用いて行う。さらに、本研究課題開始以前から取り組んできた、典型的な強誘電体であるペロブスカイト型酸化物強誘電体BaTiO3をもちいたトンネル接合についても研究進展状況に応じて相補的に接合特性評価を実施して比較検討し、上記研究を加速させるとともに、抵抗スイッチングの不揮発性メモリ以外のアプリケーション開拓も進める。

これにより、ハフニア系強誘電体においても高品質な強誘電トンネル接合作製への道が拓けたといえる。上記の通り平成30年度研究においては、YHO/ITOヘテロ構造の「2段階アニール」による平坦成長を実現した。平坦性実現においては特に「低温アニール」が重要な役割を果たしていることを見出した。さらに、この低温アニールの効果は、パルスレーザ堆積法で用いるYHOおよびITOセラミックスターゲットに含まれる水分に依存することを示唆する結果を得た。この経緯により、YHO/ITOヘテロ構造の作製に想定以上の時間を費やした。しかし研究遂行の結果として、酸化物電極を用いた蛍石型ヘテロ構造により、原子レベル平坦化・膜厚の均一化の指針確立という当初目標(アイディア)の一つを達成できたと位置付けられるので、「おおむね順調」とした。本年度は、強誘電ハフニア超薄膜からなるトンネル接合(Pt/YHO/ITOなど)の作製と評価に注力する。平成30年度研究では、YHOを膜厚6nmまで低減しても平坦性は劣化せず、強誘電性(10μC/cm2以上の残留分極)も維持された。しかし、「抵抗」を評価するには厚すぎることが分かった。そこで、強誘電層のターゲット膜厚は2nm程度とする。また、本研究課題では、強誘電体層と電極層の間に極薄常誘電層を挿入することで、抵抗スイッチング機能の増強を提案しており、そのフィージビリティスタディを行う。本年度研究では、先ず、スパッタで成膜できるSiO2,Al2O3,Ta2O5を用いて行う。さらに、本研究課題開始以前から取り組んできた、典型的な強誘電体であるペロブスカイト型酸化物強誘電体BaTiO3をもちいたトンネル接合についても研究進展状況に応じて相補的に接合特性評価を実施して比較検討し、上記研究を加速させるとともに、抵抗スイッチングの不揮発性メモリ以外のアプリケーション開拓も進める。
無理数論の新たな展開

線形Mahler関数方程式の鎖を満たす無限積関数ついて、それが有限な無理数度を持つための使い易い十分条件を確立した。その応用により、無限積関数の整数分の1での特殊値が代数的独立になるための新しい十分条件を確立した。また、無限積関数が2つの場合に限っては、消去法の応用により、それらの代数的数での特殊値が代数的独立になるための十分条件を確立した。さらに、上記に用いた方法の公理化についても研究し、無限積関数以外の解析関数への応用の道を拓いた。昨年度まで、当該研究代表者が代表を務めていた科学研究費補助金による研究をさらに発展させるべく、関数方程式の鎖を満たすマーラー型関数の数論的性質についての研究をVaananen氏(オウル大学、海外研究協力者)とともに行った。今回の研究では、特に無限積で表される関数の有理性・無理性に関して詳しく調べ、無理数度が有限になるような関数の広いクラスを見出した。この成果を得るために、既に得られていた「無理数度が有限になるための判定条件」を、より有効に応用する方法を考案した。具体的に述べると、これまでの応用では、当該無限積の隣接項の間でテレスコーピング型のキャンセレーションが起こらないことを、項の零点或いは極の位数を調べることで確認する方法を取っていた。これに対して、今回の研究では、当該無限積の各項の零点或いは極についてのより踏み込んだ情報(1の累乗根を零点或いは極に持つ、実数の零点或いは極のみを持つ、等の情報)を使うことで、以前には証明ができなかった多くの無限積に対して、その無理数度が有限であることをしめすことが出来た。これにより、代数的独立な無限積の例を構成することも容易になり、応用範囲は飛躍的に拡大された。この研究成果については、Vaananen氏との共著論文を準備中である。研究代表者は、当該研究費補助金によりフィンランドへの渡航(2010年3月1030日)を行った。この渡航は、上記の研究成果を売るに当たって本質的な役割を果たした。昨年度の研究を引き継ぎ、関数方程式の鎖を満たすマーラー型関数の数論的性質についての研究をVaananen氏(オウル大学、海外研究協力者)とともに行った。昨年度までの研究により、関数が有限の無理数度を持つための判定条件として、適用範囲の広いものが得られていたが、今回の研究ではこれを応用して、有限な無理数度を持つ幾つかの関数について、それらによって生成される非自明な単項式すべてが有限な無理数度を持つための一般性のある判定条件を定式化した。これにより、無限積で表される関数の特殊値(ただし、現状では整数分の1での値)が代数的独立になる例を構成することが容易になり、実際、多くの興味深い例が得られた。また、無限積関数が有理関数になるための条件についても踏み込んだ研究を行い、無限積の項が有限の項を除いてすべて多項式になる場合に、それが有理関数になるための必要十分条件を確立した。これらの研究成果については、Vaananen氏と共著論文を準備中である。さらに、今後の研究に向けて、整数分の1での値だけではなく、より一般な特殊値の代数的独立性を調べるための方法についての検討を始めた。消去法を用いるネステレンコ氏の方法が有望と考えられるが、現時点では、関数方程式が単独ではなく鎖であることから生じる困難が確認されるに留まっている。研究代表者は、当該研究費補助金によりフィンランドへの渡航(2010年8月26日9月12日)を行った。この渡航は、上記の研究成果を得るに当たって重要な役割を果たした。これまでの研究を引き継ぎ、関数方程式の鎖を満たすマーラー型関数の数論的性質についての研究をVaananen氏(オウル大学、海外研究協力者)とともに行い、以下の2つの成果を得た。(1)これまでの研究で、無限積関数が有限な無理数度を持つ場合に、その関数の代数的数での特殊値の超越測度を得ていたが、これを公理化し、無限積関数とは切り離した形の定式化を得た。これにより、マーラー型関数の特殊値について今までに得られている結果を統一できるとともに、マーラー型関数以外への応用の可能性が拓かれた。(2)これまでの研究で、無限積関数たちが有限な無理数度を持つ場合に、それらの関数の整数分の1での特殊値の代数的独立性についての結果を得ていたが、関数が2つの場合について、補助関数の零位数評価に関する結果とネステレンコ氏(モスクワ大学)による消去法を用いて、代数的数での特殊値の代数的独立性を証明した。これにより、無限積関数が2つの場合に限っては、最も一般的な形で代数的独立性が示されたことになる。さらに、これを関数が3つ以上の場合に拡張することが今後の重要な課題となるが、そのためには消去法の再検討を含め、より広い視野での研究が必要とされることが予想される。

なお、これらの研究成果については、Vaananen氏と共著論文を準備中である。研究代表者は、当該研究費補助金によりフィンランドへの渡航(2011年8月218日)を行った。この渡航は、上記の研究成果を得るに当たって重要な役割を果たした。
ポリグルタミン病の分子機構と分子シャペロンによる予防と治療に関する基礎的研究

遺伝性神経変性疾患の発症機構を理解し予防や治療法を確立することを目的として、ポリグルタミン(polyQ)タンパク質によるアポトーシスの誘導とその経路、また非ステロイド性抗炎症薬(NSAID)のpolyQタンパク質の細胞毒性に対する効果を検討した。球脊髄性筋萎縮症の原因遺伝子であるpolyQを含むアンドロゲンレセプターの短縮型(tAR)およびpolyQ鎖のみ(polyQ)と緑色蛍光タンパク質との融合タンパク質(CAGリピート数24:tAR24、polyQ24;97:tAR97、polyQ97)をCOS-7細胞に一過性に発現させ、tAR97とpolyQ97は共に細胞内に凝集体を形成するが、凝集体が核内に局在する細胞においてアポトーシスの誘導がおこることなどを明らかにした。さらに、polyQ97及びpolyQ24をdoxycycline除去により発現する条件発現HeLa-tet細胞株を樹立し、polyQ97によるアポトーシスの誘導機構を検討したところ、Baxのミトコンドリアへの移行とチトクロームcの遊離、及びCaspase-3の活性化が検出されたが、小胞体ストレス反応であるunfolded protein responseは認められなかった。以上の結果、polyQタンパク質によるアポトーシスの誘導はBaxを介したミトコンドリア経路で起こることを明らかにした。さらに、非ステロイド性抗炎症薬(NSAIDs)がストレスタンパク質(hsp)の発現・誘導能を示すことを明らかにするとともに、上記のpolyQ97の条件発現細胞系を用いて種々のNSAIDsのpolyQタンパク質の凝集およびアポトーシスに対する効果を検討し、hsp誘導能を持つNSAIDsがpolyQタンパク質の細胞毒性に対して細胞保護効果を示すことを明らかにした。遺伝性神経変性疾患の発症機構を理解し予防や治療法を確立することを目的として、ポリグルタミン(polyQ)タンパク質によるアポトーシス経路と分子シャペロンの効果、およびpolyQタンパク質の発現により変化する細胞タンパク質について検討した。(1)polyQタンパク質によるアポトーシス経路と分子シャペロンの効果球脊髄性筋萎縮症の細胞モデルとして、原因遺伝子であるpolyQを含むアンドロゲンレセプターの短縮型(tAR)およびpolyQ鎖のみ(polyQ)と緑色蛍光タンパク質との融合タンパク質(CAGリピート数24:tAR24、polyQ24;97:tAR97、polyQ97)をCOS-7細胞に一過性に発現させた。tAR97とpolyQ97は共に細胞内に凝集体を形成するが、凝集体が核内に局在する細胞においてアポトーシスの誘導がおこること、またpolyQ97がtAR97より核内凝集体を高頻度に形成することからアポトーシスを強く誘導することなどを明らかにした。また、polyQ24導入細胞において凝集体が形成されないにもかかわらずアポトーシスが誘導されたこと、また分子シャペロンによるアポトーシス抑制の違いから、polyQ24とpolyQ97によるアポトーシスの誘導経路が異なることを明らかにした。(2)polyQタンパク質の凝集体形成により変化する細胞タンパク質のプロテオーム解析polyQ24およびpolyQ97条件発現細胞株を樹立し、polyQ24およびpolyQ97の発現により変動する細胞タンパク質のプロテオーム解析をおこない、polyQ24およびpolyQ97の発現により増加するそれぞれ2つのタンパク質を見いだした。現在、これらのタンパク質の同定とその生理的意義について検討をおこなっている。遺伝性神経変性疾患の発症機構を理解し予防や治療法を確立することを目的として、ポリグルタミン(polyQ)タンパク質によるアポトーシス経路の検討、および非ステロイド性抗炎症薬(NSAID)のpolyQタンパク質の細胞毒性に対する効果を検討した。polyQ鎖(CAGリピート数24:polyQ24;97:polyQ97)と緑色蛍光タンパク質の融合タンパク質をdoxycycline除去により発現する条件発現HeLa-tet細胞株を樹立した。

これらの細胞株では、doxycycline除去後2日目からpolyQ24あるいはpolyQ97の発現が認められたが、polyQ24は細胞全体に分布したのに対しpolyQ97は凝集体の形成が認められた。このpolyQ97の凝集体形成と平行して核の凝縮を伴うアポトーシスの誘導が認められた。このpolyQ97によるアポトーシスの誘導機構を検討したところ、Baxのミトコンドリアへの移行とチトクロームcの遊離、及びCaspase-3の活性化が検出されたが、小胞体ストレス反応であるunfolded protein responseは認められなかった。以上の結果、polyQタンパク質によるアポトーシスの誘導はBaxを介したミトコンドリア経路で起こることを明らかにした。さらに、我々は非ステロイド性抗炎症薬(NSAIDs)がストレスタンパク質(hsp)の発現・誘導能を示すことを明らかにした。我々は、hspの発現誘導によりpolyQタンパク質により誘導される細胞死が抑制されることを明らかにしているので、上記のpolyQ97の条件発現細胞系を用いて種々のNSAIDsのpolyQタンパク質の凝集およびアポトーシスに対する効果を検討し、hsp誘導能を持つNSAIDsがpolyQタンパク質の細胞毒性に対して細胞保護効果を示すことを明らかにした。
中員環ラクタムの効率的構築法の開発とそのγセクレターゼ阻害剤探索研究への応用

アルツハイマー病(AD)による死亡者は全世界で年間数百万人とも報告されており、その根治療法の確立は現代医学において解決すべき急務の課題である。ADの発症機構として提唱されているアミロイドβ(Aβ)仮説によれば、アスパラギン酸プロテアーゼであるγセクレターゼの機能を阻害しAβ産生を抑制するアプローチが、根治療法開発の一つの切り口である。米国EliLilly社が開発したγセクレターゼ阻害剤LY411575は、最も強力にAβ産生を阻害する低分子の一つである。本研究ではLY411575の構造的特徴である中員環ラクタムに着目し、その効率的構築法を検討した。既存の方法、すなわちBeckmannあるいはSchmidt転位では中員環ラクタムを収率良く得ることは困難であったが、ω-azidopentafluorophenyl esterの分子内Staudinger-aza-Wittig反応を用いると、多種多様な中員環ラクタムを効率的に構築できることを見出した。本反応の機構は次のように推察した:ホスフィンとアジド基とのStaudinger反応により生じたイミノホスホランが直ちに活性化エステルと分子内aza-Wittig反応を起こして不安定なイミノエーテルを生成し、これが加水分解を受けてラクタムが生じる。つぎに、LY411575の構造改変体の合成とそのAβ産生阻害活性の評価を行った。その結果、種々の置換基を導入しても、活性の低下を引き起こさない化学修飾に適切な部位が明らかとなり、適当なリンカーを介してベンゾフェノンやフルオレセインを導入した光親和性標識化プローブや蛍光プローブの開発にも成功した。現在、合成プローブを用いた有機化学レベルにおけるγセクレターゼの機能解析を検討している。
黄連・黄柏の抗菌メカニズムの解明

「漢方薬」は免疫増強作用などホスト側の体質の改善を主目的とし、結果として疾患を改善させようとするものが多い。その中でも日常的に「健胃薬」などとして用いられている漢方薬は、副作用の心配が少なく、口腔内局所投与によっても影響が少ないと思われる。そこで、本研究計画では、黄連や黄柏がもつ(1)各種歯周病関連菌の増殖に対する影響、(2)その作用様式、(3)有効成分、(4)プロテアーゼなどの菌体外酵素に対する影響などを明らかにし、これらの漢方薬の抗菌メカニズムを解明することを目的とし、以下の結果を得た。2.黄連・黄柏水抽出物の有効成分はベルベリンに代表されるアルカロイドであることが分かった。3.この抗菌効果の作用様式は殺菌作用であることが明らかになった。以上の結果から、黄連・黄柏は歯周病関連菌に対して抗菌作用を示すことが明らかになった。また、プロテアーゼ活性阻害効果があるものの、抗菌効果の本質は殺菌作用であることが推察された。
転写因子の発現によって規定される神経細胞の、機能的神経回路網中での位置づけ

Chx10,Vsx1,Dbx1,Evx2遺伝子について、相同組み換えの方法でGFPを組み込んだBACコンストラクトを作製した。トランジエントアッセイを行いGFPの発現を調べたところ、Vsx1,Chx10,Dbx1についてポジティブな結果が得られた。Vsx1::GFPとChx10::GFPでは、GFP陽性細胞はともに同側下行性介在ニューロンから成り立っていた。どちらもグルタミン酸作動性であり、よく似た形態をもつ。よって、Vsx1陽性細胞とChx10陽性細胞は同一の細胞集団であると考えられる。mRNAの発現は、Vsx1はventricular zoneの細胞で一過的に見られ、Chx10はpost mitoticニューロンで見られる。したがって、Chx10陽性細胞はVsx1陽性の細胞から由来することが強く示唆される。Vsx1::GFPトランスジェニックフィッシュ(ゲノムに挿入されているもの)は作製済みであり、作製中のChx10::GFPトランスジェニックフィッシュと併せて、Vsx1/Chx10陽性ニューロンの回路中での役割を、電気生理学的な解析により調べる予定である。遊泳行動中に、同側の運動ニューロンの活動を直接制御する、いわゆるCPG(central pattern generator)ニューロンではないかと推測している。Dbx1::GFPのトランジエントアッセイでは、交叉型介在ニューロンがGFPでラベルされた。GFP陽性ニューロンはグルタミン酸作動性ニューロンとグリシン作動性ニューロンの双方を含み、予備的な解析では、Evx2遺伝子が、これらのうちグルタミン酸作動性ニューロンのみを特異的にマークするという結果を得ている。Evx2がDbx1陽性細胞から由来する細胞に関して、神経伝達物質の決定因子になっているかを調べる予定である。また、作製中のDbx1::GFPトランスジェニックフィッシュの作製後は、GFPを発現する細胞の、回路中での機能を電気生理学的に調べる予定である。興奮性と抑制性のニューロンが存在するが、抑制性ニューロンに関しては、体の動きの相反性抑制を制御するニューロンだと推測している。
無機砒素毒性発現における性差の機序と毒性学的意義の解明

無機砒素による地下水汚染の健康リスク人口は世界で数千万人といわれる.無機砒素毒性の大きな特徴として個人間・集団間で毒性に対しての感受性に大きな違いがあることが挙げられるが,その違いは,性別・遺伝子の多型・栄養状態など多くの要因と関連していることが示されている.本研究は,各要因とも無機砒素を体が代謝する能力の違いとして説明できるということを仮説として,フィールド調査,実験研究を併用して検討を行った.フィールド調査は南アジアのヒ素汚染地域3カ所で実施し,その結果,何を毒性指標とするかによって性差も異なること,毒性の強い中間代謝物の割合がセレン濃度とは負の相関をしめすことを見出した.無機砒素による地下水汚染の健康リスク人口は世界で数千万人といわれる.無機砒素毒性の大きな特徴として個人間・集団間で毒性に対しての感受性に大きな違いがあることが挙げられるが,その違いは,性別・遺伝子の多型・栄養状態など多くの要因と関連していることが示されている.本研究は,各要因とも無機砒素を体が代謝する能力の違いとして説明できるということを仮説として,フィールド調査,実験研究を併用して検討を行った.フィールド調査は南アジアのヒ素汚染地域3カ所で実施し,その結果,何を毒性指標とするかによって性差も異なること,毒性の強い中間代謝物の割合がセレン濃度とは負の相関をしめすことを見出した.1.バングラデシュ南西部のヒ素汚染地域調査において得られた生体試料の解析を実施した.尿中8-OHdGならびに15-F2t-isoprostaneを指標として酸化ストレスについて検討したところ,これらの酸化ストレスマーカーとヒ素の曝露レベルとの間には予想された相関を認めた。同じレベルのヒ素曝露では,女性において酸化ストレスマーカーが有意に高値を示した.皮膚症状については,男性においてより症状が重篤となることが知られており,性差という点で今回の結果とは逆であった.一方で,メチル化代謝については既存の報告と同様,女性でジメチル化代謝物の割合が有意に高かったことから,メチル化代謝・酸化ストレス・毒性の関連は,本研究で当初に予想したような一元的な関係ではないことが示唆された.また,ヒ素のメチル化代謝ならびに酸化ストレスにかかわる遺伝子の中で,ヒ素毒性への影響が報告されている20余りのSNPについて,酸化ストレスおよびメチル化代謝との関連を検討したところ,後者のSNPの中に,その効果が性に依存するものが存在することを示唆する結果を得た.2.過去の報告では,皮膚症状以外のエンドポイントにおいては,性差が逆転するものがある.ヒ素毒性のエンドポイントとして,性ホルモンの影響を強く受け始める前の幼少期における免疫系の発達を選び,バングラデシュ中央部において新たに前向き調査を開始した.3.無機ヒ素の毒性発現機構を知る目的で,ラット腎臓由来の細胞株を用いて,ユビキチン関連遺伝子の発現およびp53の細胞内蓄積とアポトーシス誘導を検討したところ、亜ヒ酸による細胞毒性の誘発は,同じ金属であるカドミウムと毒性発現の経路を少なくとも一部共有していることが判明した.A.フィールド調査と生体試料測定:2013年秋2014年にかけ,ネパール低地テライ地方のヒ素汚染地域において,地域住民200名を対象としてヒ素汚染への曝露状況の調査を実施した.尿(n=200)・唾液(n=125)を採取し,いずれも日本に輸送し,分析に供した.また、住民が使用している井戸水についても採水して持ち帰った.尿中ヒ素濃度をICP-MSで測定した結果,平均濃度は600μg/gクレアチニンと極めて高値であり、ヒ素曝露のあることが確認された.セレン濃度は平均で16μg/gクレアチニンであり,バングラデシュにおける対象地域とほぼ同程度で,国際比較のレベルではやや低値であった.両者の濃度については、バングラデシュの場合と同様,非線形的な関係(投稿中)が示唆され、ヒ素の曝露があった際にセレン代謝に何らかの変動が起こることが推測された.また,その他の微量元素・汚染元素についても測定を実施した.HPLCーICPーMSを用いて尿中ヒ素の分別定量を行なったところ、バングラデシュとの比較では,メチル化パターンに際立った違いは見出されなかった.今後,より詳細な解析によって地域差の有無を検討する.昨年度実施のバングラデシュ調査で収集したサンプルの分析結果については,論文投稿中である.また、バングラデシュにおけるフォローアップ調査については,2013年に試料採取を終えて,これを日本に輸送、分析を実施している.B.マウスを用いた実験による感受性要因の検討:近交系マウスをヒ素に曝露(飲水より)し,肝臓における遺伝子の発現プロファイルを調べる実験を実施した.1.フィールド調査:バングラデシュ中央部における砒素汚染地域において3つの中規模都市の病院を対象として母児200組余りの出生コホートを設定し,尿・血液を採取した.尿中砒素の分析により曝露程度を確認するとともに,母体および臍帯血中のIgG濃度を測定して,砒素曝露がこれに影響するか否かを検討した.対象集団は中等度の砒素曝露があるが,曝露の程度には大きな個人差が認められる集団であった.砒素曝露によって母体血中のIgG濃度は有意に高くなる一方で,臍帯血中のIgG濃度には全く影響がなかった.