hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
文化財情報資源の探索と発見のためのデータ連携に関する研究

平成29年度は、前年度に開発・公開した国立文化財機構内の4つの博物館(東京、京都、奈良、九州)の所蔵品総合データベース(「ColBase」、https://colbase.nich.go.jp/)を基盤として、Linked Dataの提供機能の開発のための準備を行った。準備にはメタデータ語彙の選定およびマッピングの検討と、ColBase内の索引情報の整備および典拠データとの関連付けがある。メタデータ語彙とマッピングについては、まず国内外における類似機関においてLinked Dataによる所蔵品の公開事例について調査を行った。それらの実態を踏まえた上で、既存の標準語彙を比較検討した結果、ICOM CIDOCが開発したCIDOC CRMを基盤として採用することとした。さらに、ColBase上のデータ項目をCIDOC CRMで表現し出力する実装の開発に向けて、具体的なマッピングを検討した。その結果、員数等の一部のデータについては新たに独自の語彙を定義する必要があることを確認した。索引情報については主に作者の人名を中心にデータ整備を行うとともに、参照する典拠として国立国会図書館典拠データおよびGetty Research InstituteによるUnion List of Artist Names (ULAN)それぞれの人物等のURLとの関連付けを行った。また索引データ整備の作業を開始してから、作業中にシステムの反応速度が遅くなる箇所が明らかとなったため、作業効率向上のためにシステム改修を行った。上記の作業について、全体の方針や具体的な課題の詳細な検討のために、研究代表者、研究分担者、連携研究者、研究協力者を含む全体ミーティングを東京国立博物館において2回実施した。研究実施計画で平成29年度に実施する予定としていた内容についておおむね実施することができた。メタデータ語彙の選定ではCIDOC CRMを選択し、ColBaseのデータとのマッピングを実施し、独自語彙の必要な箇所も明らかにすることができた。索引情報については作者名を中心に整備作業を進め、複数の典拠データとの関連付けも行うことができた。年度内に実施したミーティングは2回にとどまったが、随時メール等で調整・検討を進めることができた。平成30年度はColBaseのデータをもちいてLinked Dataとして出力するための機能の開発を実施する。また、索引データの整備および典拠情報との関連付けも引き続き実施する。
遠隔地間建築設計コラボレーション教育におけるアウェアネス支援環境の構築

・遠隔地間協同設計演習プロジェクトu-Studioにおいて、チーム間のインタラクションを活性化するためにチームのデザイン案の登録状況を可視化する「PDS-Tree」システムを開発した。そして、u-Studio2007(京都工芸繊維大学、東京電機大学、立命館大学4回生)を通して、PDS-Treeシステムのインタラクション活性化、及び協同意識の向上に対する効果を確認した。・個人作業のアウェアネスを発信するための「アプリケーションライトの開発」を行った。これは、個人のPCで起動中のアプリケーションのアイコンを光らせる、物理的な照明装置である。基礎的な評価実験により、システムの有効性と今後の改良点を明らかにした。・グループワークを行う上で、近年導入が進むグループアドレスデスク(複数でデスクを共有)において、個人の作業領域がどのように変化するかを、インターバル撮影画像を画像差分アルゴリズムを用いてモニタリングする「デスクトップモニタリング装置」を開発した。・常時接続型の遠隔地間協同設計において、会議テーブル上の資料を共有するためのテーブルトップシステムの機能開発を行った。具体的には、テーブル上部に2台のカメラ(親/子)を設置して、卓上の任意の位置を2枚の画像マーカーで指示することで、子カメラ(=全体俯瞰用)が検地して親カメラにマーカーに追従した首ふりとズームの命令を伝えるシステムである。基礎的な評価実験から、特に建築図面や地図などを用いた議論に有効であることが分かつた。・廊下など動線上でプロジェクトのアウェアネス情報を発信するために、赤外線センサーと4台の液晶モニターを用いて、通行者の歩行に追従してディスプレイにプロジェクトの進捗を示す画像を漂わせる表示システムを開発した。1.まず、情報工学の分野におけるアウェアネス支援の関連研究について文献調査を行い、物理的な空間との連携の方向性を探った。2.次に、過去の遠隔地間コラボレーション実験において記録したログデータを分析し、Web上でのデザインコミュニケーション(議論)の様態を把握した。さらに、インタラクションの活性化のための工夫として施した「携帯電話のメール機能を用いたアウェアネス支援」、「付箋をメタファとした意見交換のためのユーザインタフェイス」の有効性について明らかにした。3.コラボレーション設計の初心者、初対面の学生によるチーム構成、地理的・時間的に完全に分散した環境(自宅などからWebのみで参加)という特徴を持つ「分散型協同設計演習」において、その弱点を補うために、Plan-Do-Seeサイクルをベースにしたプロセスガイダンス指向の協同設計教育プログラムとそれを実行するための支援システムを構築した。ログデータの分析とアンケート調査から、プロセスガイダンスによる他のメンバーのアイデアへのアウェアネス(気づき)の向上、議論の円滑化、インタラクションの活性化、上記の弱点の軽減などへの有効性を明らかにした。4.一方、TV会議システムを用いた「同期型遠隔コラボレーション実験」(拠点結合型、2週間、常時接続)を実施した。この中で、常時お互いのデスクトップを共有することは、議論の意図や目的へのアウェアネスを向上させること、TV会議と自席とのレイアウトの最適化はお互いの存在へのアウェアネスの向上に寄与することを確認した。来年度はWeb上でのチーム活動や、個人(PC内)での活動を物理的環境(空間)とうまく関係づけて如何に発信するかを研究し、具体的なシステム(装置)を構築する予定である。現在、ソフトウェア部分の開発に着手している。・昨年度実施した、遠隔地問協同設計演習プロジェクトDCW2005において予備実験をおこなった「Plan-Do-Seeサイクル」をベースとしたプロセスガイダンス指向の非同期コラボレーション教育支援システムをさらに改良して、個々人に対して、チーム内のインタラクション状況に気づかせ、相互作用を促すためのパーソナルガイダンスシステムを付加した。・演習プロジェクトu-Studio2006(京都工芸繊維大学、東京電機大学、4回生)を通して、パーソナルガイダンシステムの「インタラクション活性化」、「協同意識の向上」に対する効果を確認した。・同室型のデジタルデザインツール習熟演習において、教員-学生、学生-学生間のアウェアネスを向上させ、インタラクションを充実するための、成果作品の提出・蓄積・相互閲覧サーバシステムを開発した。・TV会議システムを使用した、2地点(常時)接続型の遠隔地間協同設計において、会議テーブル上の紙資料の状況を検知・記録・蓄積し、相互にやり取り(アウェア)するためのテーブルトップシステムのプロトタイプを開発した。・一般のワークプレイスにおけるアウェアネス支援施策に関する調査を実施し、a)Web上での分散・非同期型モード、b)TV会議システムやデスクトップ共有ソフトを使用した拠点結合・同期型モード、およびc)同室モードを適時組み合わせながら進める「マルチモーダルなコラボレーション環境」を念頭にして、アウェアネスを包括的に支援するための、システム連携方法、物理空間・情報空間の重合方法について要件を整理した。

・常時接続型の遠隔地間協同設計において、会議テーブル上の資料を共有するためのテーブルトップシステムの機能開発を行った。具体的には、テーブル上部に2台のカメラ(親/子)を設置して、卓上の任意の位置を2枚の画像マーカーで指示することで、子カメラ(=全体俯瞰用)が検地して親カメラにマーカーに追従した首ふりとズームの命令を伝えるシステムである。基礎的な評価実験から、特に建築図面や地図などを用いた議論に有効であることが分かつた。・廊下など動線上でプロジェクトのアウェアネス情報を発信するために、赤外線センサーと4台の液晶モニターを用いて、通行者の歩行に追従してディスプレイにプロジェクトの進捗を示す画像を漂わせる表示システムを開発した。
植物免疫における受容体シグナルのクロストークの分子基盤の解明

植物の細胞膜上には多くの受容体が存在し、細胞外情報を細胞内に伝達し、様々な生体反応を誘導している。その信号伝達系においてMAPKカスケードが中心的な役割を果たしていることが知られているが、異なる受容体によるリガンド認識からMAPKの活性化に至る信号伝達が独立しているのか、あるいはクロストークしているのかは不明である。これまでの解析により、キチン認識からMAPKの活性化に関与するCERK1、PBL27、MAPKKK5の変異体では、細菌のべん毛タンパク質由来のペプチドであるflg22によるMAPKの活性化が上昇していることが明らかになった。一方、flg22の受容体であるFLS2の変異体では、キチンに応答したMAPKの活性化の上昇が見られ、異なる受容体によって活性化される信号伝達がクロストークしていることが強く示唆された。また、本年度の研究により、FLS2欠損変異体において、PBL27のタンパク質の量が増加していることが明らかとなり、PBL27のタンパク質の増加がキチンに応答したMAPKの活性化が上昇した原因になっていると考えられた。また、FLS2欠損変異体では、キチンに応答した活性酸素生成に差が見られないが、これはPBL27がMAPKの活性化に関与し、活性酸素生成の制御に関与していない事実と一致していた。また、CERK1の変異体では、PBL27の減少が見られ、PBL27が細胞内で安定的に存在するには、CERK1との相互作用が必要であることがわかった。以上のように、当初の目的であった受容体間のシグナル伝達のクロストークおよび、その分子機構を解明することができた。28年度が最終年度であるため、記入しない。植物の細胞膜上には多くの受容体が存在し、細胞外情報を細胞内に伝達している。その際、細胞内では、MAPKカスケード(MAPKKK- MAPKK- MAPKの3つの異なるタンパク質リン酸化酵素による信号伝達経路)が活性化されることが知られている。しかし、それらの受容体シグナルによるMAPKカスケードの活性化が独立しているのか、あるいはクロストークしているのかは不明である。我々は、病原菌由来のキチンを認識する受容体CERK1が、受容体型細胞質キナーゼPBL27をリン酸化することで、キチン認識シグナルを細胞内に伝達すること、また、PBL27はMAPKKK5を介して、キチンに応答したMAPKの活性化を制御することを明らかにした。一方、細胞膜受容体であるFLS2は、病原細菌由来の鞭毛タンパク質由来のペプチドflg22を認識し、細胞内でMAPKの活性化を誘導することが知られているが、その分子機構は不明である。PBL27やMAPKKK5の機能欠損変異体では、キチンに応答したMAPKの活性化が抑制される一方で、flg22に応答したMAPKの活性化は上昇していることが明らかになった。このことから、CERK1とFLS2を介した信号伝達経路がクロストークしていることが示唆された。さらに、cerk1変異体では、flg22に応答したMAPKの活性化が上昇し、同様に、fls2変異体では、キチンに応答したMAPKの活性化の上昇が検出された。このことから、fls2変異体において、CERK1およびPBL27、MAPKKK5の発現量の上昇が予測されたが、転写レベルでの影響は見られず、タンパク質量や活性制御との関連が示唆された。研究実施計画の通りに、クロストークへの関連が予測される受容体、RLCK、MAPKKKの遺伝子の転写レベルの解析を行ったが、直接、クロストークとの関与が示唆されるデータは得られなかった。しかし、PBL27-HAを発現させるコンストラクトをfls2変異体に導入した植物の解析により、fls2変異体では、PBL27のタンパク質量が増加しているという予備的な結果が得られた。このことは、RLCKファミリーのタンパク質量がクロストークに関与している可能性を示唆している.植物の細胞膜上には多くの受容体が存在し、細胞外情報を細胞内に伝達し、様々な生体反応を誘導している。

以上のように、当初の目的であった受容体間のシグナル伝達のクロストークおよび、その分子機構を解明することができた。本年度の研究成果により、PBL27やMAPKKK5だけでなく、CERK1あるいはFLS2の欠損により、両受容体間でMAPKの活性化にクロストークが見られることが明らかになった。その一方で、活性酸素の生成においては、クロストークが見られていない。予備的な結果として、fls2変異体におけるPBL27のタンパク質量の上昇が、キチンに応答したMAPKの上昇に関連していることが示唆されたため、受容体からのシグナルを受けるRLCKの量がクロストークを規定している可能性が考えられる。そのため、それを検証するための実験を行う。28年度が最終年度であるため、記入しない。
内因性ジギタリスの同定とその水・電解質・血圧調節に占める役割の研究

ウアバイン様物質(ouabainlike factor=OLF)はステロイド骨格を有する可能性が大であり、副腎で合成されるとすると、その基質がプロゲステロンである可能性が高い。そこで、PC12細胞の培養上清にプロゲステロンを添加してOLIの産生(放出)量を算定すると、用量依存性にOLF濃度が上昇することを明らかにした。他方、PC12細胞をホモジナイズして、凍結・融解し、細胞内のOLF濃度を測定すると、プロゲステロン添加量とは用量依存関係はなかった。すなわち、OLFは産生されると直ちに放出される構成的(constitutive)な産生・放出様式をしていることを明らかにした。そこで、プロゲステロンを基質としてPC12細胞培養液に添加して大量に培養し、培養液中から前処理の後、5段階のカラム操作によりOLF分取し、最終的には高速液体クロマトグラフィー/質量分析装置(LC/MS)を用いてOLF分画にある物質の構造を解析した。その結果、質量数はウアバインと同一であり、そのDaughter Ionの構成(それぞれの質量数を含め)もウアバインと同一であることが明らかとなった。この成果の意味するところは大きい。すなわち、生体は植物由来のウアバインを含むジギタリス類を体内に吸収し、その濃度分布の経時的推移から、脳、下垂体、副腎、などでは積極的に取り込んでいる可能性が知られている。そのような、外因性のウアバインが何らかの刺激により血中に放出され、内因性のジギタリスと混同されている可能性が指摘されている。培養細胞系では外因性のジギタリスが混入する可能性のある唯一の場面は培養に用いる血清であるが、その濃度は数pg/mlであり、培養上清を採取する際には血清を含有しない培養液で細胞を洗浄した上で、さらに3時間培養しており、PC12細胞内濃度も高くないことから我々が同定したウアバインはPC12細胞が産生したものであることが明らかである。すでに、ウアバインが内因性ジギタリスであるとの報告はなされているが、"内因性"であることを明確に示した研究成果は、我々の今回の研究が初めてである。さらに、LC/MSでの測定感度を高めること、ウアバイン以外のジギタリスを検索する手段としての細胞内Ca濃度変動測定などの研究を続け、ほぼ基礎検討が終了した。ラット副腎髄質由来の褐色細胞腫細胞株であるPCl2細胞の大量培養上清中のジギタリス様活性物質の抽出とその同定作業を行ってきた。これまで、成長因子の一つIGF-1がウアバイン様免疫活性物質の産生を促進することを見出していたが、著明ではなかったために収穫量を増加させる試みとして十分ではなかった。しかし、今回、ステロイドホルモン合成系の共通の基質であるプロゲステロンを用いたところPC12細胞が用量依存性にウアバイン様免疫活性物質の産生を増加させることを見出した。そこで、外因性のウアバイン様物質を排除する目的で無血清下でプロゲステロンを添加して培養し、その上清を大量集めた。

これを粗抽出した後に5段階のカラム操作を繰り返して精製し、結局、約5つのウアバイン様免疫活性物質のピークをHPLCで確認した。しかし、構造解析が可能な約100μgの収量が得られたのは1つのピークであったため、今年度の段階では、この1種類についてLC-MSで解析した。その結果、この分画はウアバインそのものの構造と完全に一致した。すなわち、ウアバインの構造異性体でもないことを明らかにした。この成果の意味は、脊髄動物の細胞、特に神経由来の細胞が、植物が産生するウアバインを同様に産生することを世界で初めて明らかにしたものである。現在、残りの分画についても収穫を続け、物質の構造解明を試みつつある。また、同時に食塩負荷したラットの尿を採取し、同様に精製純化した分画において、食塩負荷で増量する物質の構造解明を優先して行う準備を進めている。これまでに収集してきた内因性ジギタリス(EDLF)の粗抽出分画を可能な限り濃縮精製した。すなわち、ウアバイン特異的結合蛋白を用いたアフィニティーカラムで大量処理して濃縮する。これを次にWaters Prep 500カラムを通して100分画し、ウアバインELISAと^3H-ウアバインと培養単球細胞によるレセプターアッセイで測定して活性部分を分取した。しかし、これらの工程は容易ではなく困難を極めている。収量が少ないのと精製過程でその多くが失われるために、この後の構造解析に持ち込めない。しかしながら、何とか構造を明らかにするためにLC/MSでの微量分析を可能にすべく感度を高める技術を開発中である。収量を高める目的で尿を用いることに方向転換した。食塩負荷により増量する尿中分画を明らかにする目的で、8%食塩食と0.8%の常塩食を与えたラットの尿を採取し、この尿中成分を分析した。その結果、尿にはウアバイン様物質は大量に含まれるが、分離精製する過程で尿に含まれる黄色の色素成分を分離することが不可能で最終的な解析に手間取っているが、現在、実行中である。また、臨床的な検体を用いて高感度にウアバイン様物質を定量するためにLC/MSが使用できるか否かを検討している。現在までのところ血漿1mlを前処理することで再現性良く測定が可能であることを見出した。今後は、ヒト検体での病態におけるウアバイン様物質の動態解析に応用する予定である。OLIはステロイド骨格を有する可能性が大であり、副腎で合成されるとすると、その基質がプロゲステロンである可能性が高い。そこで、PC12細胞の培養上清にプロゲステロンを添加してOLIの産生(放出)量を算定すると、用量依存性にOLI濃度が上昇することを明らかにした。他方、PC12細胞をホモジナイズして、凍結・融解し、細胞内のOLI濃度を測定すると、プロゲステロン添加量とは用量依存関係はなかった。すなわち、OLIは産生されると直ちに放出される構成的(constitutive)な産生・放出様式をしていることを明らかにした。そこで、プロゲステロンを基質としてPC12細胞培養液に添加して大量に培養し、培養液中から前処理の後、5段階のカラム操作によりOLI分取し、最終的には高速液体クロマトグラフィー/質量分析装置(LC/MS)を用いてOLI分画にある物質の〓造を解析した。その結果、質量数はウアバインと同一であり、そのDaughter Ionの構成(それぞれの質量数を含め)もウアバインと同一であることが明らかとなった。この成果の意味するところは大きい。
水和多糖の結晶構造と乾燥・湿潤による結晶転移機構の解明

セルロースやアミロースなど天然多糖の多くは水和構造を取り、乾燥・湿潤によって無水構造との間で結晶転移が起こる。これらの多糖は地球上に豊富に存在するバイオマスであるため、様々な材料やエネルギーとして利用されることが期待されている。本研究では、様々な水和多糖の結晶構造や結晶転移特性を解明することを目指している。本年度は、昨年度に得られたβ-1,3-キシランについての研究成果について学術誌への投稿および学会発表を行った。また、アミロースの低温領域における熱膨張挙動についての研究を進めた。アミロースは植物の貯蔵多糖であるデンプンの主成分であるが、天然のアミロースは分岐を有しているために高結晶性の試料を調製することは困難である。そこで本研究では昨年度までに、酵素合成によって直鎖で分子量が均一なアミロースを調製し、この合成アミロースを再結晶化させて、A型、B型と呼ばれる二種類の水和アミロース結晶を調製した。本年度は、これらの試料を用いてX線粉末回折測定を行い、低温領域における熱膨張挙動についての実験を行った。昨年度に行った実験で、β-1,3-グルカンが約0°Cより低温では構造が「低温相」へと変化していることを明らかにしたが、アミロースのA型およびB型結晶も同様に「低温相」が存在することがわかった。木材の酵素糖化性についての研究を学術誌に発表した。セルロースを水和させる方法のひとつとしてアルカリ処理が挙げられるが、アルカリ処理は木材の酵素糖化性を向上させるための前処理としても知られている。そこで本研究では、木材を様々な温度でアルカリ処理することによって、酵素糖化性にどのような変化が見られるかを調べた。その結果、高温かつ高濃度のアルカリで木材を処理することにより、木材中のセルロース以外の成分が効率的に取り除かれるだけでなく、セルロースが水和構造に変化して酵素糖化性が大幅に向上することがわかった。(抄録なし)セルロースやアミロースなど天然多糖の多くは水和構造を取り、乾燥・湿潤によって無水構造との間で結晶転移が起こる。本研究では、水和多糖の結晶構造や結晶転移特性を解明することによって、新規材料創製などの応用分野に寄与する重要な知見を得ることを目指している。本年度は、主にセルロース、β-1,3-キシラン、β-1,3-グルカン(パラミロン)の三種類の多糖について研究を実施した。具体的な成果はそれぞれ以下の通りである。水和セルロースをラミー繊維から調製し、X線繊維回折および固体^<13>C NMRスペクトル測定を行った。さらに、これらの試料を用いて相対湿度変化に伴う結晶転移をX線回折によってモニタし、結晶転移機構を明らかにした。またこの研究で得られた成果をもとに、水和セルロースの酵素糖化性について検討した。その結果、水和セルロースは無水物と比較して高い酵素糖化性を示すことがわかった。セルロース系バイオマスを原料とする燃料等の開発においては、酵素糖化性の向上が重要な課題となっており、本研究の結果はこれらの課題への解決に寄与することが期待される。β-1,3-キシランはイワヅタ目の緑藻より高結晶性の試料を調製した。この試料を用いて相対湿度変化に伴う結晶転移をX線回折および重量測定によってモニタし、結晶構造中の水分子および結晶転移の性質に関する知見を得た。パラミロンはミドリムシが有する貯蔵多糖であり、高結晶性のβ-1,3-グルカンで構成されている。X線粉末回折法を用いて水和パラミロンの結晶構造を解析することを試みたところ、低温において水和パラミロンは異なる構造に転移していることがわかった。相転移が起こることはこれまでに知られておらず、この新たに見つかった低温相については今後更なる研究を進める予定である。セルロースやアミロースなど天然多糖の多くは水和構造を取り、乾燥・湿潤によって無水構造との問で結晶転移が起こる。本年度は、これまでに得られたセルロース、β-1,3-キシラン、β-1,3-グルカンの研究成果について学術誌への投稿および学会発表を行った。研究計画においてはセルロースおよびβ-1,3-グルカンの結晶構造解析を行う予定であったが、結晶性が不十分であることや解析の手法に問題が生じたため、これらの問題の解決に取り組んでいる。また本年度は、アミロースおよびβ-1,4-キシランの二種類の多糖について実験を進めた。アミロースは植物の貯蔵多糖であるデンプンの主成分であるが、この天然のアミロースは分岐を有しているために高結晶性の試料を調製することは困難である。そこで本研究では、ホスホリラーゼの逆反応を利用してアミロースの酵素合成を行い、直鎖で分子量も均一なアミロースを得た。この合成アミロースを再結晶化させ、A型、B型と呼ばれる二種類の水和アミロース結晶を調製した。一方、β-1,4-キシランは針葉樹などの植物中にヘミセルロースとして多量に存在する多糖であるが、通常多くの側鎖が結合している。しかし、イネ科の植物の一種であるエスパルトグラス中のβ-1,4-

キシランはこのような側鎖が存在しないホモポリマーであることが知られている。そこで本研究ではエスパルトグラスからキシランを抽出し、再結晶化させることでβ-1,4-キシランの水和型結晶を調製することを試みている。これらアミロースおよびβ-1,4-キシランを用いて、今後X線回折等の実験を進めていく予定である。セルロースやアミロースなど天然多糖の多くは水和構造を取り、乾燥・湿潤によって無水構造との間で結晶転移が起こる。これらの多糖は地球上に豊富に存在するバイオマスであるため、様々な材料やエネルギーとして利用されることが期待されている。本研究では、様々な水和多糖の結晶構造や結晶転移特性を解明することを目指している。本年度は、昨年度に得られたβ-1,3-キシランについての研究成果について学術誌への投稿および学会発表を行った。また、アミロースの低温領域における熱膨張挙動についての研究を進めた。アミロースは植物の貯蔵多糖であるデンプンの主成分であるが、天然のアミロースは分岐を有しているために高結晶性の試料を調製することは困難である。そこで本研究では昨年度までに、酵素合成によって直鎖で分子量が均一なアミロースを調製し、この合成アミロースを再結晶化させて、A型、B型と呼ばれる二種類の水和アミロース結晶を調製した。本年度は、これらの試料を用いてX線粉末回折測定を行い、低温領域における熱膨張挙動についての実験を行った。昨年度に行った実験で、β-1,3-グルカンが約0°Cより低温では構造が「低温相」へと変化していることを明らかにしたが、アミロースのA型およびB型結晶も同様に「低温相」が存在することがわかった。木材の酵素糖化性についての研究を学術誌に発表した。セルロースを水和させる方法のひとつとしてアルカリ処理が挙げられるが、アルカリ処理は木材の酵素糖化性を向上させるための前処理としても知られている。そこで本研究では、木材を様々な温度でアルカリ処理することによって、酵素糖化性にどのような変化が見られるかを調べた。その結果、高温かつ高濃度のアルカリで木材を処理することにより、木材中のセルロース以外の成分が効率的に取り除かれるだけでなく、セルロースが水和構造に変化して酵素糖化性が大幅に向上することがわかった。本年度はセルロースおよびβ-1,3-キシランの脱水による結晶転移について、研究計画に従って進めることができた。それに加え、パラミロンの熱膨張挙動に関しても研究を進めることができたため、当初の計画よりも多くの成果を出すことができたと考える。結晶構造解析については問題が生じたために計画通りに進まなかったが、それ以外の結晶転移実験および試料調製は研究計画通り、もしくは研究計画以上に進展している。研究計画に基づき、本年度に得られたX線繊維回折図、もしくはX線粉末回折のデータを基に、結晶構造の解析を行っていく。さらに、本年度に行ったパラミロンの熱膨張挙動に関する実験において低温で相転移が起こるという興味深い結果が得られた。従って他の水和多糖についても同様の実験を行い、結晶構造および脱水による結晶転移のみでなく、熱膨張挙動についても同時に研究を進めていく。当初の計画通り、アミロースの結晶についてX線回折測定を行い、結晶転移挙動や熱膨張挙動を明らかにしていく。
口腔癌治療における制御性Ｔ細胞の変動解析と分子標的薬の効果的な適用法の探索

本研究は口腔癌に対する手術・化学・放射線治療そして分子標的薬であるCetuximab(セツキシマブ)が担癌宿主にどのような免疫学的変化をもたらすか、腫瘍免疫の制御に大きく関与すると考えられている制御性T細胞(Treg)に注目し、口腔癌患者において1スポットだけでなく各治療時期でのTregを細かく解析、腫瘍免疫学的に各種治療法のより効果的な適用時期を検討することを目的とするものである。また末梢血Tregが臨床的な各状態における腫瘍免疫を表現し、治療法選択のマーカーになりうる可能性も検討する。
TES型マイクロカロリメータを用いた太陽アクシオン探査

2018年度は,収率の高い薄膜形成プロセスである電析による鉄吸収体形成をプロセスパラメータを変更しながら,複数回実施し,その形成具合をみるとともに,製作した薄膜の極低温(4K)での電気抵抗率を測定した。電気抵抗率から熱伝導率を推定し,その熱伝導率を仮定したマイクロカロリメータ素子の熱シミュレーションを行なった。その結果,薄膜形成プロセスにめどをつけるとともに,得られて熱伝導率で目標とする10から20eV程度のエネルギー分解能を達成できるとの結論を得た。以上の結果にもとづいて,マイクロカロリメータ素子の構造設計とプロセス設計を行なった。当初の計画では,鍵となる二つの開発要素(収率の高い鉄吸収体形成プロセス,鉄の磁性がTESに及ぼす影響を排除した設計)の研究を,最初の1年半で終え,その後,測定用の素子の製作にはいるとしていた。収率の高い鉄吸収体形成プロセスについては2018年度でめどがつき,また,鉄の磁性の影響についてはシミュレーションによる検討を終えている。また,イタリアINAFのIstituto Astrofisica e Planetologia Spazialiと共同研究を行うべく準備をすすめている。このグループはTESマイクロカロリメータを用いた, 1cm2程度の大きさの反同時計数用検出器を開発しており,彼らの素子は,本測定の反同時計数用検出器に適当な大きさと感度をもつ。研究代表者はこのグループのリーダーのPiro氏とは旧知の仲であり, 2018年度に大学院生が研究所を訪問し,実物を見ながら向こうの開発状況を確認した。したがって,おおむね順調に進展しているといえる。2019年度は, 2018年度の設計に基づいたマイクロカロリメータ素子を製作し, 57Coからの14.4keVガンマ線などを用いて検出器としての評価を行う。本科研費研究の準備研究として,鉄の磁性がTES(超伝導遷移端センサー)の超伝導特性を阻害する対策として,電磁界シミュレーションを行い,鉄吸収体とTESの間に必要な最小距離を見積もった。これをまず,マイクロカロリメータ素子で確認する必要がある。距離が小さい方が熱伝達の観点では有利であるので,距離の異なる素子を複数試作し,最適な距離を決定する。その結果に基づいて,最終的な素子のデザインを決定する。また,測定感度を高めるために,極低温の反同時計数用検出器を国際協力で調達することを検討している。2019年度中に評価用素子を入手し,我々の実験環境での評価を行うことを希望している。2020年度前半までに,必要な技術要素研究を終え,その後,アイソトープ濃度を57Feに高めた鉄を使った素子製作をすすめ,測定キャンペーンを開始したい。
衝撃波発生装置を用いた構造物-地盤系の振動試験に関する基礎的研究

構造物ー地盤系の振動特性を実験的に把握し、振動特性の変化から構造物の損傷度などを評価することは耐震工学において重要である。本研究では、衝撃的な波動を発生させる装置として、地盤の反射法探査のための加振源として用いられているエアガンタイプのインパクターを用いた実存構造物ー地盤系の振動試験を行うことにより、衝撃的な波動に対する構造物の応答特性を実験的に検討するとともに起振機を用いた定常加振による振動試験の結果との比較検討を行った。平成11年度はインパクター加振によって発生する波動の基本的特性としてまず、振動数特性、加振源からの距離減衰特性や、加振点と計測点を交換することによる相反定理の確認などをまず検討するとともに、データ処理としてはスタッキング処理によりノイズ成分を少なくなることや再現性が極めて高い加振を行えることを確認した。また、実存構造物として東北大学工学研究科の建設系研究棟(SRC造9階建)の近傍地盤に衝撃的波動を与えたときの同構造物の加振試験を行い、1998年9月15日の仙台市直下で発生した宮城県南部地震における同建物の強震観測記録に基づく振動特性との比較検討を行った。平成12年度は起振機を用いた同建物の振動実験を実施し、衝撃的波動による応答特性と定常加振による応答特性の比較検討を行った。その結果、インパクター振動試験の結果は起振機振動試験による共振曲線や位相曲線と比較的良い対応を示すことが分かった。さらに、これらの試験結果のシミュレーション解析を行い、対象構造物の損傷度評価を行った。その際、対象建屋の竣工当時における振動特性を適切に表現できる骨組み解析モデルを用いることにより、部材を領域で区別することで損傷度評価を行えることを示した。本研究により、インパクターを用いた振動試験は可搬性に富み、比較的簡易に実施できる点などから非常に有用であることが分かった。本研究では、再現性のある衝撃的な波動を発生させる装置として、地盤の反射法探査のための加振源として用いられているエアガンタイプのインパクター(137気圧の圧縮空気を水中に発射することにより衝撃波を発生させ、直径約1メートルの鋼製円盤を介して地盤に伝える装置)を用いた実存構造物や縮小模型の振動実験を行うことにより、衝撃的な波動に対する構造物の応答特性を実験的に検討する。本年度は、インパクター加振によって発生する波動の基本的特性として、振動数特性、加振源からの距離減衰特性等の整理を行った。インパクター加振は10秒間隔で10回の加振をし、計測記録をスタッキング処理することによりノイズ成分が少なくなることや、再現性が極めて高い加振を行えることを確認した。また、100m以上離れた2点において加振点と計測点を交換することにより相反定理を実験的に検討したところほとんど同じ波形が得られることを確認した。また、実存構造物として東北大学工学研究科の建設系研究棟(SRC造9階建)の近傍地盤に衝撃的波動を与えたときの同構造物の加振試験を行い、上述のような10回加振による計測データのスタッキング処理により約20Hzまでの挙動を把握した。インパクター加振による試験は高次の水平振動や上下振動の把握に有効であることが分かった。さらに、1998年9月15日の仙台市直下で発生した宮城県南部地震(M=5.1、深さ10Km)における同建物(震央距離6.5Km)の強震観測記録(1階の水平加速度451ガル、上下加速度約100ガル)に基づく振動特性との比較検討を行い、振幅レベルの違いによる卓越振動数の違い等に関する考察を行った。

本研究は、再現性のある衝撃的な波動を発生させる装置として、地盤の反射法探査のための加振源として用いられているエアガンタイプのインパクターを用いた構造物の振動試験を行う。これにより、衝撃的な波動に対する構造物の応答特性を実験的に検討するものである。昨年度までの研究で、構造物-地盤系の振動試験を行う際の加振源としてインパクターが有効であることを示した。すなわち、インパクター自体の性能として発生させる波が040Hzといった比較的広い帯域のパルス波を発生させることが可能な事、発生する波動は高い再現性を有していること、および、インパルス応答としての構造物-地盤系の動的特性や高次モードを検討することも可能なことを示した。本年度はこれまで実施してきた東北大学工学研究科の建設系研究棟のインパクター加振試験のまとめを行い、日本建築学会の技術報告集、および米国の「衝撃と振動シンポジウム」でも成果を発表した。また、起振機を用いた同建物の振動実験を実施し、衝撃的波動による応答特性と定常加振による応答特性の比較検討を行った。その結果、インパクター振動試験の結果は起振機振動試験による共振曲線や位相曲線と比較的良い対応を示すことが分かった。さらに、これらの試験結果のシミュレーション解析を行い、対象構造物の損傷度評価を行った。その際、対象建屋の竣工当時における振動特性を適切に表現できる骨組み解析モデルを用いることにより、部材を領域で区別することで損傷度評価を行えることを示した。なお、対象建屋は現在、耐震補強中であり、改修後の振動試験を実施し、補強効果の確認を行う予定である。構造物の振動特性を検討するにあたって振動試験は重要な役割を担って行くものであるが、本研究により、インパクターを用いた振動試験は可搬性に富み、比較的簡易に実施できる点などから非常に有用であることが分かった。
生体内に注射針にて注入・展開・作動可能なナノ薄膜状アンテナの開発

先進医療や医科学研究の高度化に向けて、患者や実験動物に対して低侵襲に使用可能な医療機器を開発することは、Quality of lifeやデータ精度の向上を図るうえで重要である。本研究では、宇宙構造物の自己展開性と給電システムをヒントにして、注射針にて注入後に生体内で展開・作動可能なナノ薄膜状アンテナを開発し、生体外から電気的に制御可能な遠隔操作システムを開発する。平成30年度の成果は以下のとおりである。(1)薄膜状アンテナコイルを利用した発光デバイスの作製層状物質であるグラフェンフレークに着目し、ガラス基板上にインクジェット印刷したグラフェンインクと金ナノインクからなるアンテナコイルを高分子支持膜法にて剥離することで、薄膜状アンテナコイル(総膜厚:約1 um)を作製した。薄膜状アンテナコイルに、青色チップLEDを搭載し、ジャンパー配線が印刷されたナノシートにて封止することで発光デバイスを作製し、無線給電(20 Vp-p, 30 MHz, 2倍増幅、給電距離10 mm)にて青色LEDを点灯させた。発光デバイスは非常に薄く柔軟であるため、ブタ小腸の内腔に粘着剤なしで貼付可能であり、丸めた状態(曲率半径:5 mm)でも点灯することが示された。これにより、生体組織に密着しながら、無線にて外部から電力を供給するための基盤技術を確立した。(2)自己展開可能なナノ薄膜の設計水中にてナノ薄膜の自己展開を誘起するためにナノ薄膜の表裏面を疎水化した。具体的には、薄膜状アンテナコイルの辺縁部のみをフッ素高分子にて修飾することで、シリンダー(直径6.6 mm)から水中へ射出した後、2秒以内に自己展開させることを示した。これにより、内視鏡などの細い管腔構造を通じて、生体内へ低侵襲に適用できるデバイスとしての応用が期待される。平成30年度に計画していたナノ薄膜状アンテナを用いた発光デバイスの作製は概ね達成された。現在は得られたデバイスの給電距離を延ばすためにコイルの形状およびデバイスの作製条件の最適化を進めている。さらに、平成31年度で予定している生体環境でのデバイスの作動を実現するための絶縁膜の検討を始めた。平成30年度の研究成果を基にして、薄膜型発光デバイスを封止するための絶縁膜の検討を進める。また、実際に生体へ適用することを想定し、生体内への内視鏡を用いた注入に適したデバイスの設計や挿入方法についても精査する。平成29年度の成果は以下のとおりである。(1)自己展開可能なナノ薄膜の設計水中にてナノ薄膜の自己展開を誘起するために、ナノ薄膜表裏面の疎水化処理条件について検討した。疎水性高分子であるポリ乳酸を用いて注射針からの射出実験を試みたところ、水中で凝集することなく展開した(18ゲージ注射針:内径約1 mm)。そこで、展開時の平面化をより促進するために、伸縮性に優れるポリカプロラクトン(PCL)からなるナノ薄膜を製膜し、その表面に疎水性かつ生体不活性な含フッ素高分子を塗布した。塗布領域のデザインに応じて水中での展開性は異なり、PCLナノ薄膜(膜厚: 243 nm)の四辺に含フッ素高分子を塗布したデザインでは射出後5秒以内で平面状に展開することが見出された。(2)ナノ薄膜表面へのアンテナコイルの印刷層状物質であるグラフェンフレークに着目し、ガラス基板上にインクジェット印刷したグラフェンインクと金ナノインクからなるアンテナコイルを高分子支持膜法にて剥離することで、薄膜状アンテナコイル(総膜厚:約1 um)を作製した。高分子支持膜によってガラス基板から剥離したアンテナコイルの表面およびガラス基板に残存したアンテナコイル表面のラマンスぺクトルを分析したところ、各表面においてグラフェンの存在が確認された。これより、弱いファンデルワールス力で結合していたグラフェン層が層間で分離することで、薄膜状アンテナコイルがガラス基板から剥離することが明らかになった。平成29年度に計画していたナノ薄膜状アンテナの作製条件については概ね目処がついた。得られたデバイスの無線給電能の評価については現在も継続中であり、平成30年度で予定しているLEDの発光実験を通じて明らかにする。

薄膜状アンテナコイルに、青色チップLEDを搭載し、ジャンパー配線が印刷されたナノシートにて封止することで発光デバイスを作製し、無線給電(20 Vp-p, 30 MHz, 2倍増幅、給電距離10 mm)にて青色LEDを点灯させた。発光デバイスは非常に薄く柔軟であるため、ブタ小腸の内腔に粘着剤なしで貼付可能であり、丸めた状態(曲率半径:5 mm)でも点灯することが示された。これにより、生体組織に密着しながら、無線にて外部から電力を供給するための基盤技術を確立した。(2)自己展開可能なナノ薄膜の設計水中にてナノ薄膜の自己展開を誘起するためにナノ薄膜の表裏面を疎水化した。具体的には、薄膜状アンテナコイルの辺縁部のみをフッ素高分子にて修飾することで、シリンダー(直径6.6 mm)から水中へ射出した後、2秒以内に自己展開させることを示した。これにより、内視鏡などの細い管腔構造を通じて、生体内へ低侵襲に適用できるデバイスとしての応用が期待される。平成30年度に計画していたナノ薄膜状アンテナを用いた発光デバイスの作製は概ね達成された。現在は得られたデバイスの給電距離を延ばすためにコイルの形状およびデバイスの作製条件の最適化を進めている。さらに、平成31年度で予定している生体環境でのデバイスの作動を実現するための絶縁膜の検討を始めた。平成29年度の研究成果を基にして、ナノ薄膜状アンテナへのLEDや各種電子素子の搭載を進める。また、生体環境下におけるデバイスの作動要件についても精査する。平成30年度の研究成果を基にして、薄膜型発光デバイスを封止するための絶縁膜の検討を進める。また、実際に生体へ適用することを想定し、生体内への内視鏡を用いた注入に適したデバイスの設計や挿入方法についても精査する。平成29年度に購入を予定していた導電性ナノインクの納品時期が翌年度となったため使用には至らなかった。平成30年度で請求している助成金のうち物品費に充てる。研究計画の途中で所属機関の異動があったために、海外出張旅費を次年度に繰り越すことにした。
シリコン表面での拡散係数測定とシミュレーション

本研究においては、以下の二つの実験を行った。FFECによりシリコン単結晶チップからの電界放射線を超高速時間分解する実験を行った。時間分解能は4ピコ秒程度まで可能となった。これは、チップ先端での表面原子集合の揺らぎを観察する事は可能な領域に達している。電子数が不足するため、この速度では通常の強度変動の変化による原子振動の解析は不可能である。やや遅い時間分解能(30ps)でのシグナルをフーリエ変換することにより、1-2ギガヘルツ程度の振動数が多く観察されることが判明した。しかし、電流量が低すぎて、電子強度の変動により表面ダイナミックスが解明不可能であっても、逆に、電子一個々々をカウントし、その放射間の待ち時間を解析することにより、表面で起こる現象の観察が可能であることを示した。これは、安定した表面からトンネルする電子間の時間を累計すると、その時間分布は指数関数で衰退するポワッソン分布となるべきである。我々の最速での実験(時間分解能:4ps)をこの方法で分析すると、表面での原子挙動を反映した振動シグナル(周期:27ps)が指数関数と共に存在することを発見した。この方法により、2桁以上の時間分解能の向上につながることが証明された。又、電子伝導率の低い半導体や吸着エネルギーの低い物理吸着をした系でも超高速で表面吸着子の挙動が観察可能になると推測される。現在、以上の実験結果のモンテカルロシミュレーションを行い、ノイズと検出可能な真のシグナルとの比を推定している。この方法により、我々が検出したシグナルがノイズである可能性は6.3x10^<-5>以下である事が判明した。今年度は、以下の二つの実験を行った。これまでの、電界放射用とスイープ用のパルス電圧に加え、電子線検出に使用するマイクロチャネルプレートと電子線収束に用いる静電レンズヘ印加する電圧もパルス化し、バックグラウンドノイズとチップ融解の危険性を減少させる改良を施した。この結果、時間分解能は4ピコ秒程度まで可能となった。これは、表面においてシリコン単原子の振動特性を観察するには不十分の値であるが、チップ先端での表面原子集合の揺らぎを観察する事は可能な領域に達している。シグナルをフーリエ変換することにより、1-2ギガヘルツ程度の振動数が多く観察されることが判明した。又、電界放射電流の時間的相関関数を測定し、拡散係数を求める実験を行った。この実験では、アンチモニをドープした単結晶シリコンチップを試料とし、ボロン蒸着前後での拡散係数の変化を観察した。固体からチップへの直接ボロン蒸着を行うため、ボロンナイトライド製ボートを利用した蒸着装置を作製した。この結果、極少量のボロンをシリコン表面へ吸着させる事が可能となった。ボロン蒸着前のシリコン表面での原子拡散は約1.5eV程度の活性化エネルギーを持つ。これはシリコン原子の表面自己拡散によるものであるか、アンチモニによるものであるかは、現状では、はっきりしていない。しかし、ボロン吸着後には、表面拡散の活性化エネルギーは0.2eV程度まで減少し、試料温度500K程度から拡散が確認できる。試料温度を900Kまでに上昇させると、拡散係数の値は減少し、ボロン吸着前の値に戻る。この温度領域はSTM等により確認されているボロンが表面から一層下に潜り込む温度に等しい。900K以上の温度では、拡散係数の値とその活性化エネルギーの値はボロン吸着前のそれぞれの値にもどる。このため、600-900Kで観察された拡散はボロンの表面拡散によるものであると推測される。この他に、シリコン表面拡散をシミュレーションするプログラムの最適化を行っている。

時間分解能は4ピコ秒程度まで可能となった。これは、チップ先端での表面原子集合の揺らぎを観察する事は可能な領域に達している。電子数が不足するため、この速度では通常の強度変動の変化による原子振動の解析は不可能である。やや遅い時間分解能(30ps)でのシグナルをフーリエ変換することにより、1-2ギガヘルツ程度の振動数が多く観察されることが判明した。しかし、電流量が低すぎて、電子強度の変動により表面ダイナミックスが解明不可能であっても、逆に、電子一個々々をカウントし、その放射間の待ち時間を解析することにより、表面で起こる現象の観察が可能であることを示した。これは、安定した表面からトンネルする電子間の時間を累計すると、その時間分布は指数関数で衰退するポワッソン分布となるべきである。我々の最速での実験(時間分解能:4ps)をこの方法で分析すると、表面での原子挙動を反映した振動シグナル(周期:27ps)が指数関数と共に存在することを発見した。この方法により、2桁以上の時間分解能の向上につながることが証明された。又、電子伝導率の低い半導体や吸着エネルギーの低い物理吸着をした系でも超高速で表面吸着子の挙動が観察可能になると推測される。現在、以上の実験結果のモンテカルロシミュレーションを行い、ノイズと検出可能な真のシグナルとの比を推定している。この方法により、我々が検出したシグナルがノイズである可能性は6.3x10^<-5>以下である事が判明した。
ラジオトレ-サ-法による細胞壁中のヘミセルロ-スの分布および反応の解析

ヘミセルロ-スの化学の現状をみると、単離した試料の一次構造についてはほゞ解明されているが、細胞壁中における分布およびセルロ-スやリグニンとの結合を含む高次構造や各種の反応における挙動については未だ充分には解明されていない。筆者らはこれらの課題を解明するため、ラジオトレ-サ-を用いる新しい研究法を開拓し、ヘミセルロ-スやペクチンのみを選択的に標識することを可能とした。本研究は、この標識ヘミセルロ-スおよびペクチンを用いて細胞壁内におけるこれら多糖の分布や反応を解析することを目的とした。1.標識ヘミセルロ-スおよびペクチンの木部細胞壁内における分布:肥大生長中のコブシ樹幹にミオイノシト-ルー[2- ^3H]を投与してキシランのみを選択的に標識した。分化中の木部細胞壁への標識キシランの堆積をミクロオ-トラジオグラフ法で可視化した。キシランは、細胞壁形成の中後期、二次壁の木質化に先立って最も多量に堆積することがわかった。ついでDーグルクロン酸ー[6ー^<14>C]を合成してコブシおよびイチョウに投与後、24時間あるいは3ケ月代謝させて、新生木部でのペクチンは、細胞壁分化の最も初期の中間層に、リグニンに先立って堆積すること、その一部は細胞壁の分化の進行に伴って分解し、転換利用されるが、完全に木質化した細胞壁中にも多量のペクチンが残留していることが明らかとなった。これを利用して磨砕リグニンの起源を明らかにした。2.クラソンリグニン中の残留炭水化物の測定:クラソンリグニン定量法は、植物試料中のリグニン定量法として広く用いられている。キシランのみを標識したコブシの木粉から調整したクラソンリグニンは放謝活性であり、その放射能量から、クラソンリグニン中には約8%のキシランまたはキシラン由来の物質が含まれていることがわかった。
吸乳刺激によるキスペプチン制御機構の解明

キスペプチンは性腺機能を制御する最上位の神経ペプチドで、性腺機能が抑制される授乳期の母ラットでは、その脳内における発現が乳仔からの吸乳刺激により顕著に抑制される。本研究では、吸乳刺激がどのようなメカニズムを介してキスペプチン発現を抑制するのか探索した。本研究により、授乳期では視床/脳幹部においてカルシトニン遺伝子関連ペプチド(CGRP)が増加すること、および視床のCGRP神経が吸乳刺激により活性化することが明らかとなった。乳仔からの吸乳刺激は母ラットの弓状核(ARC)に入力しキスペプチン神経の抑制を介して性腺機能を抑制するが、その神経経路やメカニズムは明らかとなっていない。そこで、その神経経路に関与する伝達物質を調べるために、分娩後8日目の授乳ラットの脳幹における伝達物質の発現を、real-time RT-PCRを用いて、乳仔を取り除いた非授乳ラットと比較した。6種類の遺伝子を調べたところ、カルシトニン遺伝子関連ペプチド(CGRP)の遺伝子であるcalaca1発現量が授乳ラットで有意に増加することが明らかとなった。そこで、授乳ラットの脳内におけるCGRP発現を免疫染色で調べたところ、脚周囲核(PP)や視床髄板内核(PIL)に強い発現が見られた。さらに、PPのCGRP神経が吸乳刺激で活性することをcFosとの二重免疫染色により発見した。次に、PPのCGRP神経がARCに投射するのか、逆行性トレーサー用いて調べたが、PPからARCへのCGRP神経の投射は見られなかった。そこで、PPのCGRP神経がどこに投射するのか、順行性トレーサーであるビオチンデキストランアミン(BDA)をPPに投与して調べたところ、BDA陽性線維は尾状核-被殻(CPu)の尾側部に多く見られた。CPuには多くのCGRP神経が投射することから、PPからCPuに投射するCGRP神経が吸乳刺激の神経経路に関連するのではないかと考えている。ARCにおける抑制因子の変化がキスペプチン抑制に関与すると考え、キスペプチン抑制因子であるダイノルフィンの遺伝子(PDYN)の発現をin situ hybridizationにより調べた。授乳と非授乳ラットのARCにおけるPDYN発現細胞数に差は見られなかった。キスペプチンとダイノルフィンは同じ細胞に発現するが、吸乳刺激はキスペプチン発現のみを抑制するシグナルであることが明らかとなった。乳仔からの吸乳刺激は母ラットの弓状核におけるキスペプチンおよびその遺伝子であるKiss1 mRNA発現を抑制する。この抑制がラット授乳期の性腺機能抑制に関与すると考えられているが、吸乳刺激を弓状核のキスペプチン神経に伝達する神経経路やメカニズムは明らかとなっていない。我々は、前年の研究により、脳幹と視床におけるカルシトニン遺伝子関連ペプチド(CGRP)発現が授乳期で増加すること、また、視床の脚周囲核(PP)のCGRP神経が90分の吸乳刺激により活性化することを発見した。本年度はPPのCGRP神経の投射部位と授乳期における役割を調べる研究を行った。PPから視床下部腹内側核(VMH)や尾状核-被殻(CPu)への神経投射が報告されていたので、PPのCGRP神経がVMHやCPuに投射するか調べるために、VMHやCPuに逆行性トレーサーであるフルオロゴールド(FG)を投与し、PPにおけるCGRPとFGの二重染色を行った。その結果、PPのCGRP神経はCPuに投射するが、VMHにはあまり投射しないことが明らかとなった。PPのCGRP神経の授乳期における機能を調べるために、PPへのイボテン酸投与による神経破壊が授乳期の母ラットおよび乳仔に与える影響を調べた。吸乳刺激が弓状核のKiss1遺伝子発現を抑制する細胞内メカニズムを調べるために、転写因子やエピジェネティック効果に着目した。キスペプチン遺伝子のプロモーター部位にはpERKやpCREB結合部位が見られたので、授乳ラットと非授乳ラットの弓状核におけるERKとCREBのリン酸化状態をウェスタンブロットにより調べた。また、遺伝子発現の抑制にはヒストンのアセチル化や遺伝子のメチル化が関与する可能性も考えられたので、関連遺伝子の発現量もreal-time RT-PCR法で調べた。神経内分泌研究計画ではペプチドーム解析を考えていたが、解析から得られる結果の不便さや解析の困難さから方法を改め、real-time RT-PCRを用いた関連遺伝子をしぼった解析に変更した。その中で、CGRPという神経ペプチドが授乳期で増加することと、脚周囲核のCGRP神経細胞が吸乳刺激で活性化することを発見できたことは大きな進展であると考える。一方で、発見した脚周囲核のCGRP神経の投射解析については、やや遅れている。脚周囲核から弓状核へCGRP神経の直接の投射が見られなかったので、尾状核-被殻を経由した間接的な投射を考える必要があると思われる。

吸乳刺激がキスペプチンとダイノルフィンを共発現する細胞において、キスペプチンの遺伝子発現のみを抑制することを発見できたことは大きな進展である。キスペプチン遺伝子の発現調節部位の解析から、吸乳刺激がキスペプチン神経細胞内で起こす変化を捉えられるのではないかと考えている。脚周囲核のCGRP神経が尾状核-被殻を介して弓状核に伝わるのかを明らかにする。方法としては、弓状核に逆行性トレーサー、脚周囲核に順行性トレーサーを投与し、尾状核-被殻での両神経トレーサーの関係を免疫組織学的に解析して脚周囲核ー尾状核-被殻ー弓状核という神経回路を明らかにする。その後、その神経回路におけるCGRP神経の関連や尾状核-被殻から弓状核に投射する神経の特性も明らかにする。また、CGRPが弓状核のキスペプチン発現に影響を及ぼすのかを調べるために、CGRPを脳室内投与したラットの弓状核におけるキスペプチン発現を免疫染色で調べる。次年度予定していた実験の計画どおり遂行する。当初予定していたプロテオーム解析を、real-time RT-PCR解析に変更したので、実験の遂行が少し遅れたため。real-time RT-PCR実験により発見した脚周囲核のCGRP神経が、脳内にどのように神経投射するのかを調べるために、神経トレーサーもしくは動物の購入に使用する予定である。