hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
脳組織活性計測用OCTに関する基盤研究

最終年度では,ラット脳の組織活性の指標となるATP濃度とOCT(optical coherence tomography)との関係について知見を得るために,ラット脳の組織温度とOCTの信号強度との相関関係について,実験的に検討した。一般に,ATPは,生化学反応で生成され,細胞は恒常性を保つために,イオンの能動輸送が必要で,常時ATPを消費しなければならない。よって,組織内のATP濃度は,生成量と消費量とのバランスで決まる。ATPの産出量は,反応物質の供給と反応速度により,それぞれ,血流速度と組織温度に対応する。ラット脳の組織温度は,OCTの測定部位の近傍に微小な熱電対を埋め込んで測定した。組織温度の低下時は,ラットの胴体部を氷水入りのパッドで覆い,上昇時はパッドの代わりにシートヒーターを敷いて行った。頭部は,従来と同じように,麻酔下で開頭後,歯科用ドリルで厚さ140um程度に4mmx4mmの領域を研磨で薄くして測定領域とした。この状態で,4mmx4mm,深さ2.8mmまでの脳組織を400枚にわたって,三次元断層を測定し,これを温度を変えながら,10min間隔で570min間行った。組織温度では,29度から22度までを4周期繰り返した。この時,心電信号も同時に測定した。OCTの信号は,測定領域内である地点を決めて,測定時間ごとのそこでの強度プロファイルを求め,灰白質と白質に相当する深さでのOCT信号強度が,最初の測定の何倍多くくなったかを,相対信号強度(relative signal intenmsity, RSI)として求めた。さらに,RSIと組織温度,RSIと心拍数との関係から相関係数を求めた。RSIと組織温度との相関係数は,-0.42から-0.50,RSIと心拍数との相関係数は,-0.48から-0.64と求められた。1 .OCT信号と組織温度の負の相関係数が得られ、これは組織活性低下に伴い、OCT信号が増大することを示唆している。2. in vitoラット脳を用いて、心停止の際、分光学的にもATP濃度低下を示す結果が得られ、OCT画像測定との同時測定により、ATP濃度増減に関する情報が得られる可能性が示唆された.24年度が最終年度であるため、記入しない。脳組織活性の指標として、すでに麻酔の深さの指標に用いられている脳波から得られるエントロピーに着目し、OCT信号と組織活性との関係を検討する。ATP濃度、麻酔の深さ、エントロピーの関係はすでに論文等で報告されているので、OCT信号と麻酔下の脳波から算出したエントロピーとの関係を明らかにすれば、OCT信号とATP濃度との関係解明が進展することが期待される。24年度が最終年度であるため、記入しない。
大脳皮質第一体性感覚領(SI)の歯髄駆動細胞に対する扁桃体条件刺激の効果

1.初年度:扁桃体が侵害受容を修飾するという想定を実証するため、侵害受容反射とみなされている開口反射(JOR)に対する扁桃体条件刺激の効果を調べた。扁桃体の中心核の条件刺激は歯髄の電気刺激によって誘発されるJORを抑制したが、他の核は影響を及ぼさなかった。また、歯髄刺激による誘発電位法や中枢刺激によるJOR誘発などを用いてこの抑制部位を調査したところ、三叉神経運動核レベルであることが判明した。2.次年度:扁桃体刺激が中枢神経のどの部位に影響を与えるかを調べる第一歩として、歯髄の電気刺激によって興奮する脳部位をc-fosの発現を利用して調べた(PAP法)。歯髄刺激群はコントロール群(ネンブタール投与群および生食投与群)に比較して、延髄の三叉神経脊髄路核尾側亜核、中脳の結合腕傍核、視床の外側手綱核および視床下部の視索上核においてFos陽性細胞数が有意に上昇した。しかし、視床の後内側腹側核(VPM)や髄板内核群そして大脳皮質の体性感覚(SI&SII)および前帯状回にはまったく陽性細胞を認めることが出来なかった。3.最終年度:侵害刺激とされる歯髄への電気刺激によって興奮する大脳皮質第一次体性感覚野(SI)の細胞(歯髄駆動細胞)に対する扁桃体およびその周辺部の条件刺激の効果を調べた。初年度の研究と同様に、扁桃体諸核の条件刺激によって歯髄駆動細胞の活性が修飾される現象を観察することは出来なかった。しかし、扁桃体の腹側に位置する扁桃周囲皮質の条件刺激が歯髄駆動細胞の長潜時の応答を特異的に抑制することが観察され、しかもこの抑制はnaloxoneによって拮抗された。これらの結果は、扁桃周囲皮質の活動がopiate receptorを介して侵害受容を抑制していること、および扁桃体中心核は三叉神経運動核のレベルで侵害反射を抑制していることを示唆している。4.今後の計画:3.で観察された抑制効果がどのレベルで起こっているかを2.のc-fosの発現を利用して調査する。延髄レベルの三叉神経系において、辺縁系構成要素の一つである扁桃体が痛覚受容を修飾するかどうかを侵害受容反射と見なされている開口反射(JOR)を指標に調べた。方法:Nembutalで麻酔したネコの臼歯歯髄をduration0.5msec,intensity50ー300μAの単一矩形波で双極性に刺激し、同側顎二腹筋筋活動(JOR)を針電極にて双極誘導し加算平均した。歯髄刺激に対して同側扁桃体条件刺激は同芯円電極にてduratiom0.5msec,330Hz,50ー400μAで100msecの間、連続的に与えた。結果および考察:閾値の1.2ー1.5倍の歯髄刺激によって誘発されるJOR(潜時7.49±0.66msec,n=14)は扁桃体外側核、中心核(ACE)および扁桃周囲皮質の条件刺激によって抑制された。このうち、ACE以外は刺激強度を上げると閉口運動を引き起こした。300μAのACE条件刺激はCーT interval(条件刺激の開始から試験刺激までの時間)が110msecで最大の抑制(83.1±11.2%,n=14)を示し、約700msecでコントロ-ル・レベルに回復した。

またACEへの0.5M monosodium glatamate(10μl)の注入は同様にJORを約10分間抑制した。この抑制効果がどのレベルで起こっているがを調べるため、三叉神経感覚複合体や運動核刺激によって得られるJORおよび歯髄刺激によって引き起こされる感覚複合体での誘発電位に対するACE条件刺激の効果を観察した。三叉神経主知覚核や脊髄路核刺激によるJORは抑制を受けたが、運動核刺激による開口運動や歯髄刺激による誘発電位は影響を受けなかった。以上の結果は(1)扁桃体外側核や扁桃周囲皮質は閉口筋運動細胞に促進的に作用すること、(2)扁桃体中心核内の細胞の興奮は開口反射を抑制する、(3)その抑制部位は感覚核レベルではなく運動核レベルであることを示唆する。【目的】扁桃体の条件刺激が脳のどの部位で侵害情報を修飾するかを調べる第一段階として、侵害刺激とされる歯髄の電気刺激によって活性化される部位をc-fosという細胞性癌遺伝子の発現を利用して調べた。【方法】ネンブタール(35mg/kg)で麻酔した体重1.8-2.8kgのネコを使用した。下顎後臼歯をduration0.2ms、delay0.5msのtwin pulseにて双極性に1Hzの頻度で刺激した。その強度は開口反射の閾値の3倍とした。刺激開始2時間後、4%-paraformaldehydeで心臓潅流固定、通法に従って凍結連続切片を作成し、PAP法にて免疫組織染色を施した。対照群として、等張食塩水(0.7ml/kg)あるいはネンブタール(35mg/0.7ml/kg)を腹腔投与した動物を、2時間の生存期間をおいて屠殺し、同様に免疫染色して調べた。【結果】無処置(1群)あるいは等張食塩水(0.9%)投与群(2群)では、Fos陽性細胞は時折視床下部の室傍核にごく小数認められるのみであった。ネンブタール投与群(3群)では扁桃周囲皮質、嗅皮質、外側手綱核(HbL)、視床および視床下部の室傍核、視索上核(SON)、前視索前野(APO)、脳弓下器官(SFO)および最後野に両側性に陽性細胞が認められた。歯髄刺激群(4群)では3群において認められた核に加えて前梨状葉皮質、無顆粒島皮質(areas35,36)、prelimbiccortexそしてinfralimbiccortexにおいて新たに両側性に、また刺激側の三叉神経尾側亜核および結合腕傍核に陽性細胞が出現した。視床の内側後腹側核(VPM)、内側下核および髄板内核群そして大脳皮質体性感覚野(SI,SII)および前帯状回ではFos陽性細胞はまったく認められなかった。また4群のSONとHbLで見られる陽性細胞の数は3群に比較してそれぞれ400%、45%増加していた。今後、歯髄刺激によって陽性細胞が出現、あるいは数が増加した部位でのc-fosの発現が扁桃体刺激によってどうのような影響を受けるかを調べる予定である。大脳辺縁系の関与によって発現される情動が痛覚需要に著しい影響を与えることが知られている。例えば、痛覚閾値は闘争中には上昇し、反対に恐怖や不安時には低下している。そこでこのメカニズムを探る第一歩として、大脳皮質第一体性感覚領(SI)の口腔投射野において歯髄の電気刺激に応ずる細胞(歯髄駆動細胞)の興奮性に対する大脳辺縁系、特に扁桃体およびその周辺部の条件刺激の効果を調べた。実験には笑気と酸素の混合ガスおよび1%ハロセンで麻酔、curareで不動化したネコを用いた。歯髄への試験刺激にはduration 0.5msecの矩形波を用い、条件刺激はduration 0.5msec,330Hz,300muAのパルスで100msecの間、連続的に行った。
潜在変数モデリングにおける、因果推論のバイアス補正法の開発と応用

本年度の研究計画は,マーケティングサイエンスにおける複数商品の購買行動を分析するための多変量モデルの開発を前年度に引き続き行った.そのため計算機統計学・マーケティングサイエンス・計量経済学関連の文献,計算機環境の充実を行った.上記研究環境を整えたうえで,消費者の購買履歴データを時系列データの一種とみなした動的分析手法の開発を継続して行った.経済時系列解析において,複数時系列間の因果関係を同定する有用な方法の一つにグレンジャー因果性分析があるが,これをマーケティングサイエンスにおける同時購買行動に適用することで,補完・代替関係にある商品群のうちどれにプロモーションを行えばより利益率が高まるかという実際的な問題を解決できる.本研究員はさらに潜在クラスを導入し,消費者セグメントごとに各商品の購買行動間のグレンジャー因果性を探索するモデルを開発した.この研究成果については現在学会誌に投稿中である.上述の研究で解析されるデータは非集計データであるが,時系列解析手法を非集計データに適用する際に重要な問題が生じる.一般に非集計データをもとに等間隔の時間変化を仮定する場合,あるブランドの非購買が家庭内在庫が残っているための非購買なのか,あるいは他ブランドへのスイッチングによる非購買なのか区別できない.この2つは消費者行動の点からも経営上の示唆においても大きな違いがあるため,両者のブランド非購買への効果を分離し推定することは実務上重要な問題となる.本研究員は家庭内在庫量が強く影響する商品カテゴリー購買行動に着目し,さらにブランドの効用間に動的な構造を仮定することでブランドスイッチングを探索可能にするモデルの開発を行った.この研究成果については現在学会誌に投稿準備中である.上記研究群の遂行に当たり,発表のための海外渡航費を科学研究費にて賄った.平成24年度分辞退平成24年度分辞退本年度の研究計画は,ベイズ推定法を用いた観測変数間のパスの方向性決定法を前年度に引き続き行い,またマーケティングサイエンスにおける複数商品の購買行動の分析研究を新たに行った。そのため計量経済学・計算機統計学,マーケティング関連の書籍,計算機環境の充実を行った。上記研究環境を整えた上で,計算機統計学における従属変数と説明変数のパスの方向性決定問題に関する研究成果をまとめた。集団に非等質性が存在する場合,通常データが非正規となる。そのため誤差変数に正規分布を仮定しない方法が必要とされる。従来のベイズ推定法ではパラメータの分布の仮定が必要であったが,ディリクレ過程事前分布により任意の形状の分布を仮定した上で推定が可能になった。またディリクレ過程事前分布を設定した際の周辺尤度の計算法が提案されている。本研究員はこれらの方法を応用することで,2変数の回帰関係決定問題の解決法を提案した。この研究成果は国際会議プロシーディングに掲載された。またマーケティングサイエンスにおける複数商品の購買行動について並行して研究を行っている。購買行動の分析では,より効率的に利益を上げるためにどの商品の販促活動をすればよいかを消費者別に判定することを主な問題としている。経済時系列解析において,複数時系列間の因果関係を同定する有用な方法の一つにグレンジャー因果性分析があるが,マーケティングサイエンスでは主解析の前段階として予備的に用いられるにとどまっている。本研究員は消費者セグメントごとに各商品の購買行動間のグレンジャー因果性を探索するモデルを開発した。この研究成果については現在学会誌に投稿中であり,開発手法の補完財への応用論文を学内の紀要に掲載予定である。上記研究群の遂行に当たり,論文の校閲費,発表のための海外渡航費を科学研究費にて賄った。本年度の研究計画は,マーケティングサイエンスにおける複数商品の購買行動を分析するための多変量モデルの開発を前年度に引き続き行った.そのため計算機統計学・マーケティングサイエンス・計量経済学関連の文献,計算機環境の充実を行った.上記研究環境を整えたうえで,消費者の購買履歴データを時系列データの一種とみなした動的分析手法の開発を継続して行った.経済時系列解析において,複数時系列間の因果関係を同定する有用な方法の一つにグレンジャー因果性分析があるが,これをマーケティングサイエンスにおける同時購買行動に適用することで,補完・代替関係にある商品群のうちどれにプロモーションを行えばより利益率が高まるかという実際的な問題を解決できる.本研究員はさらに潜在クラスを導入し,消費者セグメントごとに各商品の購買行動間のグレンジャー因果性を探索するモデルを開発した.この研究成果については現在学会誌に投稿中である.上述の研究で解析されるデータは非集計データであるが,時系列解析手法を非集計データに適用する際に重要な問題が生じる.一般に非集計データをもとに等間隔の時間変化を仮定する場合,あるブランドの非購買が家庭内在庫が残っているための非購買なのか,あるいは他ブランドへのスイッチングによる非購買なのか区別できない.この2つは消費者行動の点からも経営上の示唆においても大きな違いがあるため,両者のブランド非購買への効果を分離し推定することは実務上重要な問題となる.本研究員は家庭内在庫量が強く影響する商品カテゴリー購買行動に着目し,さらにブランドの効用間に動的な構造を仮定することでブランドスイッチングを探索可能にするモデルの開発を行った.この研究成果については現在学会誌に投稿準備中である.上記研究群の遂行に当たり,発表のための海外渡航費を科学研究費にて賄った.平成24年度分辞退平成24年度分辞退
コラーゲンプロセシングと分子シャペロン系:ドメイン構造に基づく分子解剖学解析

ラット新生仔皮膚の創傷治癒過程ではコラーゲンとコラーゲン特異的分子シャペロンHSP47の過形成が起こりその結果瘢痕を生じる.しかしながら,胎生ラットでは瘢痕を生じず,その際コラーゲンのみならず,HSP47の発現も亢進しない.この新生仔ラットと胎生ラットのコラーゲンおよびHSP47の発現調節の違いは,環境因子によるものではなく,コラーゲンを産生する繊維芽細胞の性質そのものの差によるものであった.さらにこれらの研究の結果を元に,創傷治癒時の瘢痕形成を抑制する試みを行なった.新生仔ラット背の創傷部位に1週間HSP47アンチセンスDNAの連日投与により,コラーゲン分子の蓄積,すなわち瘢痕形成が抑制された.つまりHSP47の発現抑制によってコラーゲンの過形成による瘢痕形成を抑制できるという可能性が示された.生後1年のニワトリ腱は石灰化症状を呈するが,この過程におけるコラーゲンの役割を解明するために初期石灰化期の有機組織および硬組織を電子顕微鏡で観察した.石灰化前線において長径1.9nm、短径1.1nmの楕円体の石灰化構造物が生成し,それらがさらに融合して針状結晶物に変化していた.この構造物のサイズは同部位に見られるコラーゲン線維のピッチ2.8nmの波打ち構造とほぼ一致することから,初期石灰化楕円体の形成にコラーゲン線維の波打ち構造が重要な役割を果たすと考えられた.HSP90分子シャペロンは3つのドメイン構造からなる.このうちN末ドメインとミドルドメインと相互作用し,しかもESP90のクライアント分子結合に関係していた.この2つのドメインの相互作用がin vivoでも重要であることを明らかにするために,N末ドメインと結合できないミドルドメイン(L477A/E517A)をもつHSP90(酵母HSC82)を酵母で発現した.その結果このHSP90分子のみを持つ酵母は高温度感受性となりこのドメイン間結合の重要性が示された.ラット新生仔皮膚の創傷治癒過程ではコラーゲンとコラーゲン特異的分子シャペロンHSP47の過形成が起こりその結果瘢痕を生じる.しかしながら,胎生ラットでは瘢痕を生じず,その際コラーゲンのみならず,HSP47の発現も亢進しない.この新生仔ラットと胎生ラットのコラーゲンおよびHSP47の発現調節の違いは,環境因子によるものではなく,コラーゲンを産生する繊維芽細胞の性質そのものの差によるものであった.さらにこれらの研究の結果を元に,創傷治癒時の瘢痕形成を抑制する試みを行なった.新生仔ラット背の創傷部位に1週間HSP47アンチセンスDNAの連日投与により,コラーゲン分子の蓄積,すなわち瘢痕形成が抑制された.つまりHSP47の発現抑制によってコラーゲンの過形成による瘢痕形成を抑制できるという可能性が示された.生後1年のニワトリ腱は石灰化症状を呈するが,この過程におけるコラーゲンの役割を解明するために初期石灰化期の有機組織および硬組織を電子顕微鏡で観察した.石灰化前線において長径1.9nm、短径1.1nmの楕円体の石灰化構造物が生成し,それらがさらに融合して針状結晶物に変化していた.この構造物のサイズは同部位に見られるコラーゲン線維のピッチ2.8nmの波打ち構造とほぼ一致することから,初期石灰化楕円体の形成にコラーゲン線維の波打ち構造が重要な役割を果たすと考えられた.HSP90分子シャペロンは3つのドメイン構造からなる.このうちN末ドメインとミドルドメインと相互作用し,しかもESP90のクライアント分子結合に関係していた.この2つのドメインの相互作用がin vivoでも重要であることを明らかにするために,N末ドメインと結合できないミドルドメイン(L477A/E517A)をもつHSP90(酵母HSC82)を酵母で発現した.その結果このHSP90分子のみを持つ酵母は高温度感受性となりこのドメイン間結合の重要性が示された.皮膚の創傷治癒に伴ってできる瘢痕の予防のためにコラーゲン特異的分子シャペロンであるHSP47を発現調節の面から検討した.その結果,瘢痕をつくらずに創傷が治癒する胎児マウスではコラーゲンの発現もHSP47の発現も上昇しないこと,一方瘢痕をつくる新生児ではコラーゲンとHSP47の発現が上昇し,両者の発現が密接に関連することを見いだした(王ら,雑誌論文4).このことはHSP47アンチセンスセラピーによって,創傷治癒に伴うコラーゲンの蓄積すなわち瘢痕形成を抑制できる可能性を示唆しており,現在新生児のラットにおいて本実験を試みている.さらに今後は,HSP47-GRP94(小胞体型HSP90)分子シャペロン複合体がコラーゲンのプロセシングにどのように関わっているかを明らかにする予定である.一方HSP90分子シャペロンのペプド結合機構についても検討した。以前に報告しているヒトHSP90の3ドメイン構造に基づいて各ドメインを発現したが,HSP90のドメインは発現時にすでに重合しており,その精製標品はその後の解析には適さなかった.

そこで哺乳類HSP90の大腸菌ホモローグであるHtpGについて,その3ドメイン構造を明らかにし(雑誌論文1,2),各ドメインのうちN末ドメインにターゲットペプチド結合があることを見出した(雑誌論文1).しかも,N末ドメインとミドルドメインには相互作用して通常はN末ドメインのペプチド結合部位は覆われているが(雑誌論文2),熱ショックによりこの結合が解離してHtpGがペプチド結合能を獲得するという機構が明らかとなった(雑誌論文3).このドメイン間相互作用はヒトHSP90と大腸菌HtpGに共通に存在し,さらに両種のドメイン間で交換可能であった(雑誌論文3).このことはHSP90の機能発現におけるこのドメイン間結合の重要性を示唆した.現在この点については酵母のHSP90発現系により,in vivoに近い状態での証明を試みている.ラット新生仔皮膚の創傷治癒過程ではコラーゲンとコラーゲン特異的分子シャペロンHSP47の過形成が起こりその結果瘢痕を生じる.しかしながら、胎生ラットでは瘢痕を生じず,その際コラーゲンのみならず,HSP47の発現も亢進しない.この新生仔ラットと胎生ラットのコラーゲンおよびHSP47の発現調節の違いは,環境因子によるものではなく,コラーゲンを産生する繊維芽細胞の性質そのものの差によるものであった.さらにこれらの研究の結果を元に,創傷治癒時の瘢痕形成を抑制する試みを行った.新生仔ラット背の創傷部位に1週間HSP47アンチセンスDNAの連日投与により,コラーゲン分子の蓄積,すなわち瘢痕形成が抑制された.つまりHSP47の発現抑制によってコラーゲンの過形成による瘢痕形成を抑制できるという可能性が示された.生後1年のニワトリ腱は石灰化症状を呈するが,この過程におけるコラーゲンの役割を解明するために初期石灰化期の有機組織および硬組織を電子顕微鏡で観察した.石灰化前線において長径1.9nm、短径1.1nmの楕円体の石灰化構造物が生成し,それらがさらに融合して針状結晶物に変化していた.この構造物のサイズは同部位に見られるコラーゲン線維のピッチ2.8nmの波打ち構造とほぼ一致することから,初期石灰化楕円体の形成にコラーゲン線維の波打ち構造が重要な役割を果たすと考えられた.HSP90分子シャペロンは3つのドメイン構造からなる.このうちN末ドメインとミドルドメインと相互作用し,しかもHSP90のクライアント分子結合に関係していた.この2つのドメインの相互作用がin vivoでも重要であることを明らかにするために,N末ドメインと結合できないミドルドメイン(L477A/E517A)をもつHSP90(酵母HSC82)を酵母で発現した.その結果このHSP90分子のみを持つ酵母は高温度感受性となりこのドメイン間結合の重要性が示された.
LHC-ATLAS実験における余剰次元探索のための研究

本研究は欧州原子核研究機構のLHC(Large Hadron Collider)加速器を用いて行われるATLAS実験でのKaluza-Klein粒子の探索を通した、余剰次元発見に向けての研究である。Kaluza-Klein粒子はそのバックグランドが多大な為発見が難しいとされたが、この問題を解決し発見するために、実データを用いたTeV程度の高い運動量ジェットの較正やトップクォークやWボゾン等ジェット源の同定法を開発した。本研究は欧州原子核研究機構のLHC(Large Hadron Collider)加速器を用いて行われるATLAS実験でのKaluza-Klein(KK)粒子の探索を通した、余剰次元発見に向けての研究である。LHC加速器での発見が示唆されているKK粒子を探索するため、実データを用いたTeV程度の商い運動量ジェットの校正やトップクォークやWボゾン等ジェット源の同定を本研究の主な研究内容としている。本年度開始が予定されていたATLAS実験は、加速器の不調により運転開始が延期された。平成20年度は主に実データを用いた高運動量ジェットのエネルギー較正法の確立と、高エネルギートップ・Wボゾンから来るジェットの同定法の開発を行った。特に実験初期段階での発見が示唆されているKK粒子は多大なQCDバックグランドによりその探索が困難であると考えられていたが、本研究により開発された高運動量ジェットの同定法を用いる事により、そのバックグランドの強い抑制が可能である。これによりATLAS実験でのKK粒子の探索が可能になり、もレKK粒子の質量が2TeV/c^2程度以下の場合は、21年度に取得が見込まれている実験データ(重心系エネルギー10TeV,積算ルミノシティ200pb^<-1>)にて十分発見可能になった。本研究はスイス・ジュネーブにある欧州原子核研究機構のLHC(Large Hadron Collider)加速器を用いて行われるATLAS実験でのKaluza-Klein粒子の探索を通した、余剰次元発見に向けての研究である。LHC-ATLAS実験での発見が示唆されているKaluza-Klein粒子を探索するため、実データを用いたTeV程度の高い運動量ジェットの較正やトップクォークやWボゾン等によるジェット源の同定法の開発が本研究の主な研究内容である。平成21年度は主に実データを用いた超高運動量ジェットのエネルギー較正法の確立と、高エネルギートップクォークからなるジェット同定法の開発を行った。特にKaluza-Klein粒子は多大なQCD起源のバックグランドにより、その探索が困難であると考えられていた。しかし、本研究により開発されたジェットの構造や非孤立ミューオンを指標とする高運動量トップクォークの同定法を用いる事により、そのバックグランドの強い抑制が可能となる。この手法を用いるとATLAS実験でのKaluza-Klein粒子の発見が可能であり、これまで予言されている余剰次元モデルに対して知見を与える事ができる。具体的には、重心系エネルギー10TeVの陽子+陽子衝突実験を行った時、実験データの積算ルミノシティ200pb^<-1>で、質量が2.5TeV/c^2程度以下のKaluza-Klein粒子を発見できる。
接着継手の鋼構造物への適用に関する研究

接着継手は,溶接継手に比べて強度が低く,散つきが大きく,耐久性が保証されないので,鋼構造物の建造に接着継手を利用することは考えにくいが,接着面積を大きく出来,かつ一時的に使用するものであれば,鋼材にも接着継手が利用できると考えられる。本研究ではそのような用途として,構造ブロックの運搬に用いる吊り環や橋梁に用いられる床板のグレーチングを取り上げ,接着継手の適用の可能性を検討した。研究成果の要約は次のようになる。1.接着継手の強度試験結果によると,接着継手でグレーチングを製作したときの破壊形式は,剥離破壊が主であり,その接着継手の強度分布はワイブル分布に従うものであることが明らかになった。2.接着継手をグレーチング構造に適用する場合には,モンテカルロシミュレーションを用いてその接着継手の破壊確率推定することにより構造物の安全性が確保できる。3.構造ブロックの吊環における無欠陥のエポキシ樹脂系の接着継手では,接着層に比べて接着面の剥離強度の方が強い。また破壊荷重と接着面積は比例関係にある。4.接着継手に存在する欠陥は亀裂と見なして,その破壊強度を線形破壊力学に基づく応力拡大係数を用いて評価することが出来る。5.実験結果をもとに,エポキシ樹脂系接着継手に貫通欠陥を有するモデルに対して,応力拡大係数の評価式を示した。接着継手は,溶接継手に比べて,耐久性に不安があり,強度が低く,ばらつきが大きいために鋼構造物の接合にはほとんど使用されていないが,高い強度を必要としない仮止め等の一時的継手として鋼構造物に適用した場合の強度を調べる。コンクリート製海洋構造物に配筋される鉄筋グレーチングを採り上げた。工期短縮の為,工場生産された接着継手によるグレーチングが,輸送時の荷重状態における強度を求め,接着継手強度分布を考慮した信頼性設計法を検討した。得られた結果を要約すると次のようになる。(1)各種荷重下における接着継手の破壊強度の分布を実験的に求める。(2)種々の接着継手が引張,曲げおよび剪断荷重を受けるときの継手部における応力をFEMを用いて解析した。(3)組合せ荷重下における接着継手の破壊局面を実験的に決定した。(4)種々の荷重状態におけるグレーチングの破壊確率をモンテカルロシュミレーションによって推定できることを示した。(5)衝撃荷重及び繰り返し荷重下の接着強度は静荷重下のそれより大幅に低下することを示した。(6)(2)及び(5)の実験を行うための試験機が市販されていないので,油圧サーボアクチュエータを用いて負荷装置を試作した。接着継手は,溶接継手に比べて強度が低く,ばらつきが大きく,耐久性が保証されないので,鋼構造物の建造に接着継手を利用することは考えにくいが,接着面積を大きくでき,かつ一時的に使用するものであれば,鋼材にも接着継手が利用できると考えられる。本研究ではそのような用途として,構造ブロックの運搬に用いる吊環を取り上げ,接着継手の適用の可能性を検討した。吊環に接着継手を用いる場合,大きい面積が必要である。しかし,接着面積が大きくなると,接着面内に欠陥が生じる可能性が高くなる。このため,無欠陥継手の接着強度とともに,欠陥をもつ接着継手強度を明らかにしておく必要がある。本研究では線形破壊力学に基づいて,欠陥を有する接着継手の強度評価法について検討を行った。結果の要約は次のようである。1)無欠陥のエポキシ樹脂系の接着継手では,接着層に比べて接着面の剥離強度の方が強い。2)接着継手に存在する欠陥は亀裂とみなして,線形破壊力学に基づく応力拡大係数を用いた強度評価が可能である。3)実験結果をもとに,エポキシ樹脂系接着継手に貫通欠陥を有するモデルに対して,応力拡大係数の評価式を示した。4)接着による吊環の実用化には,接着層に含まれる複数欠陥の強度評価法と,欠陥の非破壊検査法の確立が重要であることを明らかにした。
量子可積分系の代数解析

可解格子模型の研究楕円関数を構造関数とするモデルの自由場表示について研究した。ABF模型の領域II,高スピンの面型模型の自由場表示の構成、および8頂点模型の、パラメータの特殊値における新しい型の自由場表示が主要な成果である。当初の計画であったBethe仮設法との関係に関しては進展が得られなかった。結晶理論とその応用非一様な結晶から構成されるパスとアフィン・リー環の可積分最高ウェイト表現のテンソル積の結晶との間に同型を確立し、フェルミ型指標公式を多くの場合に得た。ベーテ方程式をq=0の極限で調べ、キリロフ・レシェチキン加群のテンソル積におけるウエイト重複度に新しい表示を導いた。またアフィン・リー環の結晶からソリトン・セルオートマトンを構成し、組み合わせRを用いて時間発展や散乱規則を記述した。さらに組み合わせRの区分線形公式を導いて、その逆超離散化が非自励KP方程式となることを示した。共形場理論と組み合わせ論ヴィラソロ代数の極小表現系列M(3,P)に付随する頂点作用素代数において、可換なカレントが生成する部分空間の指標に対してフェルミ公式を導き、単項基底を与えた。負の有理数パラメータを持つジャック多項式から対称多項式環の微分イデアルの族を構成し、特殊な場合にそれが上記のカレントの相関関数全体に一致することを示した。また<sl_l>^^^^の可積分表現について類似の空間のポーズ公式を得た。昨年度の研究でABF模型の自由場表示を構成した。本年度は8頂点模型についての研究を継続しているが発表する結果を得るには至っていない。この模型の自由場表示の構成に向けたステップとして、アフィン・リー環<sl>^^^<^>のprincipal gradingに適合する自由場表示が得られた。神保らはVirasoro代数の(3,p)型minimal理論に付随する頂点作用素代数を考察し、その単項基底を構成し、指標に対するいわゆるfermionic型の表示を得た。またある種のsymbolic calculusを用いて、この例を含むより一般な系列に対するbosonic型の公式を得た。国場らは、超離散可積分系として興味を持たれている可積分なセルオートマトンを結晶基理論の立場から考察し、その時間発展を組み合わせR行列によって記述し、後者が因子化することを見出した。またq=0におけるベーテ仮説方程式を考察し、量子群の有限次元表現のウエイト重複度に対して組み合わせ的な記述を与えた。(i)[可解格子模型]6頂点模型を代表とする従来の自由場表示の方法の8頂点模型への拡張を研究した。従来の構成では内在するスピン反転対称性が崩れている点に困難があったが、白石は楕円モジュラスの値が特別な場合にこの対称性を明示的に持つ新しい型の自由場表示を得た。(ii)[結晶基底と物理への応用]国場らは結晶基底理論を用いてセルオートマトンを研究し、非例外型アフィンリー代数に対してソリトンの散乱規則が組み合わせRで与えられること、また時間発展がワイル群の作用に分解することを示し、分解のアルゴリズムを与えた。更に組み合わせRの区分的線型公式を与え、それを逆超離散化したものが非自励離散KP方程式になることを証明した。この他量子アフィンリー代数の有限次元表現論に関してBCD型の基本q指標を生成する差分演算子を構成した。(iii)[組み合わせ論的表現論]神保らは共形場理論の余不変式の指標を研究し、A型アフィンリー環の可積分表現についてボゾン型の公式を得た。またジャック多項式からなる基底をもつある微分イデアルを構成した。後者はW代数に関係したある頂点作用素代数の相関関数全体と一致することが予想される。
中心小体形成におけるカートホイール構造構築の分子機構の解明

中心小体は、動物細胞において、細胞分裂における正常な染色体分配およびゲノムの安定性維持に必須の細胞小器官であり、細胞周期と同調して一細胞周期に一度だけ複製される。複製に必要な分子の多くは明らかにされているが、その段階的な形成過程は未だ不明な点が多い。本研究では、標的タンパク質を時期特異的に分解するauxin-degronシステムおよび超解像顕微鏡技術を用いて、中心小体の形のテンプレートとなるカートホイール構造の新たな機能を明らかにした。中心小体形成における分子それぞれの作用点を特定するため、標的タンパク質を時期特異的にknockdownできるauxin-inducible degron(AID)システムを導入した。まず、中心小体に局在しその形成に必須である、進化的に保存されたタンパク質のうち、カートホイール構造の主要構成因子であるSas-6に対して、内在のSas-6にAID-tagを付与したヒト培養細胞ライン(HsSAS-6-AID cell line)を作成し、解析を行った。中心小体の形成過程を、マーカー分子により、超解像顕微鏡を用いて段階的にモニターしながら、時期特異的に中心小体のSas-6を分解し、中心小体形成に対する影響を調べた。その結果、これまでの、形成開始における役割に加えて、形成過程における新たなSas-6の機能を明らかにすることができた。また、中心小体のタンパク質を精製し、カートホイール構造のin vitroでの再構成をこころみた。カートホイール構造の形成に必須と考えられるHsSAS-6, STIL, Plk4の3つのタンパク質のフラグメントを、大腸菌を用いて精製し、lipid monolayerによるタンパク複合体形成の促進を行ったのち、電子顕微鏡で観察を行った。その結果、HsSAS-6単独でも、自己会合によりカートホイール構造の一部(中心部分)の構造体ができることがわかった。上記結果に関して、現在論文投稿準備中である。これらの結果より、中心小体の形成・維持のメカニズムの一端が明らかになり、本研究課題の大きな目的である、初期の中心小体形成過程の解明に一歩近づいた。上記の結果に関して、2年目(平成29年度)の早い時期に論文投稿を行う予定である(29年5月現在投稿準備中)。これは年次計画通りである。また引きつづき、1年目の実績をもとに、Sas-6と協調して働きカートホイール形成に関与することが予想される他のタンパク質について、AIDの細胞ラインを作成中である。予期しなかった点としては、中心小体を構成する分子にAID-tagを付与した細胞ラインの樹立が予想より難しく、当初予定していた分子のうち一部の分子のみ、細胞ライン作成に成功していることである。この点については、下記今後の推進方策で対応策等を述べる。また、精製タンパク質を用いたカートホイール構造のin vitro再構成については、現在Sas-6に加えて他のタンパク質の精製を進めている。こちらは概ね計画通りである。中心小体形成における分子それぞれの作用点を特定するため、標的タンパク質を時期特異的にknockdownできるAIDシステムを導入した。中心小体に局在しその形成に必須である、進化的に保存されたタンパク質のうち、カートホイール構造の主要構成因子であるHsSAS-6およびCPAP,Cep135, Cep295に対して、内在の分子にAID-tagを付与したヒト培養細胞ラインの作成を試みた。その結果、HsSAS-6の両方のalleleにAIDを付与したHsSAS-6-AID cell lineを樹立した。他の分子については期間内に細胞を樹立することができなかったため、現在も作成継続中である。今年度は昨年に引き続き、HsSAS-6-AID cell lineを用いて、HsSAS-6の中心小体形成における役割について、解析を行った。その結果、これまでの、形成開始における役割に加えて、形成過程における新たなHsSAS-6の機能を明らかにすることができた。上記研究成果に関して、現在論文査読中である。さらに今年度は、前年まで行ってきた大腸菌を用いたタンパク精製に加え、昆虫細胞系を用いて、高次分子複合体の精製が可能であるMulti-Bacシステムの導入を行った。その結果、HsSAS-6, STIL, Plk4に加え、CPAP, Cep152を含めた5つのタンパク質の全長を精製することができた。今後、in vitroのカートホイール構造全体の再構成を試みることにより、構造体形成のしくみ、すなわち初期の中心小体構築過程のメカニズム解明を目指していきたい。本研究の結果より、中心小体の形成・維持のメカニズムの一端が明らかになり、本研究課題の大きな目的である、初期の中心小体形成過程の解明に一歩近づいた。今後の研究は、予定通り年次計画に沿って進めていく。一方で上記、進捗状況で述べた通り、中心小体を構成する分子にAID-tagを付与した細胞ラインの樹立が、予想より難しく、また樹立できた細胞ラインに関しても、細胞質のタンパク質に比して分解に時間がかかり、実験系に工夫が必要である。今後各分子について、tagの種類や場所、細胞セレクション時の条件など、それぞれに適した条件検討を柔軟に行っていく。

また、カートホイール構造のin vitro再構成については、大腸菌を用いたタンパク精製に加え、巨大分子複合体の精製が可能であるMulti-Bacシステムを導入するなど、複数のアプローチで進めていく。カートホイール構造全体の再構成により、構造体形成のしくみ、すなわち初期の中心小体構築過程のメカニズム解明を目指す。細胞生物学
超高強度レーザーによるGeV電子の生成と加速

本研究の目的は、高強度短パルスレーザーでガスジェットプラズマ中に大振幅自己変調航跡場を励起し、その縦電場で、入射MeV電子ビームを、数百MeV以上に加速することである。そのため、高強度短パルスレーザーの開発と、レーザー同期電子ビーム源の開発、プラズマ源としてのガスパフの開発を行い、照射実験を行いつつある。0.4ps-60TWの超短パルスガラスレーザーの建設がほぼ完了した現在、パルス幅0.4psの圧縮に成功し、18Jをターゲットに照射し、照射強度6x10^<18>W/cm^2を得た。1MeV同軸マルクス電源のダイオードにYAGレーザー光を照射し、それと時間的に同期した電子ビームを取り出す研究を行った。レーザーパルス幅10nsに対して、1.12.6MeVの電子放出時間の同期精度として、1.2nsを達成した。高密度ガスプラズマ生成用のガスパフの開発の結果、水素ガスで噴出ガス分子密度として10^<19>/cm^3を達成した。これらの成果を用いて、自己変調航跡場の励起と粒子加速の実験を行った。その結果、電子密度1x10^<19>/cm^3のプラズマ中を数ミリにわたって、航跡場が形成され、プラズマ波の振幅が35%、縦電場に換算して100GV/mであることが観測された。高エネルギープロトンも観測された。現在、磁場分析型電子スペクトロメーターによる電子エネルギーの計測を行っている。本研究では、MeV電子ビームを、高強度短パルスレーザーでガスターゲット中で大振幅航跡場を励起し、数百MeV以上に加速することが目的である。そのため、高強度短パルスレーザーの開発と、レーザー同期電子ビーム源の開発、プラズマ源としてのガスパフの開発を行いつつある。0.4ps-60TWの超短パルスガラスレーザーの建設を行いつつある。これは昨年、建設完了した0.7ps-35TWの超短パルスガラスレーザーのパルス圧縮部をさらに改良するもので現在、パルス幅0.3psの圧縮に成功した。次に、1MeV同軸マルクス電源のダイオードにYAGレーザー光を照射し、それと時間的に同期した電子ビームを取り出す研究を行った。レーザーパルス幅10nsに対して、1.1^2.6MeVの電子放出時間の同期精度として、1.2nsを達成した。三番目として、高密度ガスプラズマ生成用のガスパフの開発を行った。窒素ガスで噴出ガス分子密度として10^<19>/cm^3を達成した。次年度はこれらの成果に基づいて、加速研究を実施する予定である。本研究の目的は、高強度短パルスレーザーでガスジェットプラズマ中に大振幅自己変調航跡場を励起し、その縦電場で、入射MeV電子ビームを、数百Me以上に加速することである。
サイト対応リアルタイム強震動予測に向けた研究

西南日本ではスラブ内地震が発生した際多くの観測点においてsP波が明瞭に観測されるため,sP波を含む波形モデリングを行うことによって,より信頼性の高い地震波速度構造モデルの構築が可能となる.昨年度は主に震源と観測点を結ぶ複数の側線を対象とした二次元地震波速度構造モデルを構築したが,本年度は三次元速度構造モデルの構築に着手した.先ず,一次元層構造モデルを用いて,sP波が広範囲で明瞭に観測された地震(2001/3/26,安芸灘,Mw5.1,深さ48km)の波形モデリングを行った.さらに,各フェイズの到達時刻が十分に再現できない観測点での再現精度を改善するため,三次元的なバリエーションを持つ速度構造モデルへのチューニングを行った.地震活動の分布やレシーバ関数解析結果を参考に速度構造を改善した結果,各サイトでのsP波および実体波の走時を良く説明することができた.また今年度は,海溝型地震の震源過程の解析にも着手した.地震動を精度良く見積もる手法の検証には,地震波速度構造モデルの構築の他に,対象とする地震の震源断層モデルの推定も同様に重要となる.1985年に発生したMs7.8のチリ地震の震源域は2010年の巨大地震(Mw8.8)の北側に位置しており,両地震の余震域は,震源域がオーバーラップしている可能性を示唆している.我々は双方の地震のアスペリティがオーバーラップしているか,それとも地震固有のものとして存在しているかの検証を行った.遠地実体波を用いた波形インバージョン法に基づき双方の地震の震源過程の解析を行った結果,1985年の地震の震源域南側に位置するアスペリティの大部分は2010年の地震断層面と重なるものの,アスペリティの位置そのものは重なっていないことを確認した.これは同一断層面におけるアスペリティ位置が繰り返し発生する地震において必ずしも一様でない可能性を示唆している.西南日本直下ではフィリピン海プレートがユーラシアプレートの下に複雑に沈み込んでおり,地殻および沈み込むスラブの形状は地域毎に異なる様相を見せている.これらの詳細な構造に関しては,レシーバ関数解析や反射・屈折法等によって推定が試みられているものの,一様の結果が得られていないのが実状である.巨大地震の事前予測を行う際には,観測される地震動の特徴(波形,振幅)を説明しうる三次元速度構造モデル(地殻,スラブ構造モデル)を用いた検証が必要となる.そこで本研究では,想定地震動の高精度予測を目指し,波形モデリングによる西南日本直下の地殻・スラブ構造の構築を行った.波形モデリングを行うにあたり,本研究では直達波のみではなく,西南日本のスラブ内地震記録に見られるsP波にも着目した.対象地域では,周期約2秒程度のsP波が震央距離60km以遠の観測点において顕著に観測される一方,他の地域(北海道・関東東北地方)ではこのフェイズが明瞭に観測されない.また,観測されるsP波の振幅は,震央距離130km以遠では直達S波の振幅を超えることもあるため,西南日本における地震動予測においてsP波を考慮することは重要である.sP波は直達P,S波とは異なる経路を伝播するため,sP波を含む波形モデリングを行うことによって,より信頼性の高い地震波速度構造モデルの構築が可能となる.さらに本研究では,明瞭なsP波の出現が西南日本の広範囲にわたる浅い基盤岩深度によって説明できることを明らかにした.硬質な基盤岩が地表付近まで及んでいる場合,軟弱地盤が厚く堆積している場合に比べ,地表面におけるSV→P変換の反射係数が大きくなり,sP波が強いエネルギーを伴って伝播すると考えられる.異なる地盤構造を設定した地震動伝播シミュレーションおよび波形モデリングを行い,観測記録に見られるsP波の特徴を説明した.今年度は,上記の研究成果に関し,国内学会での発表および国際学会誌への論文執筆を行った.また,研究成果を中心とした学位論文の執筆を行った.西南日本ではスラブ内地震が発生した際多くの観測点においてsP波が明瞭に観測されるため,sP波を含む波形モデリングを行うことによって,より信頼性の高い地震波速度構造モデルの構築が可能となる.昨年度は主に震源と観測点を結ぶ複数の側線を対象とした二次元地震波速度構造モデルを構築したが,本年度は三次元速度構造モデルの構築に着手した.先ず,一次元層構造モデルを用いて,sP波が広範囲で明瞭に観測された地震(2001/3/26,安芸灘,Mw5.1,深さ48km)の波形モデリングを行った.さらに,各フェイズの到達時刻が十分に再現できない観測点での再現精度を改善するため,三次元的なバリエーションを持つ速度構造モデルへのチューニングを行った.地震活動の分布やレシーバ関数解析結果を参考に速度構造を改善した結果,各サイトでのsP波および実体波の走時を良く説明することができた.また今年度は,海溝型地震の震源過程の解析にも着手した.地震動を精度良く見積もる手法の検証には,地震波速度構造モデルの構築の他に,対象とする地震の震源断層モデルの推定も同様に重要となる.1985年に発生したMs7.8のチリ地震の震源域は2010年の巨大地震(Mw8.8)の北側に位置しており,両地震の余震域は,震源域がオーバーラップしている可能性を示唆している.我々は双方の地震のアスペリティがオーバーラップしているか,それとも地震固有のものとして存在しているかの検証を行った.

遠地実体波を用いた波形インバージョン法に基づき双方の地震の震源過程の解析を行った結果,1985年の地震の震源域南側に位置するアスペリティの大部分は2010年の地震断層面と重なるものの,アスペリティの位置そのものは重なっていないことを確認した.これは同一断層面におけるアスペリティ位置が繰り返し発生する地震において必ずしも一様でない可能性を示唆している.
膵β細胞の補充と保護に基づく糖尿病治療法の開発

高レプチン血症を呈するレプチントランスジェニックマウスとAkitaマウスとを?配し、レプチンのインスリン分泌低下型糖尿病に対する治療効果を検討した。レプチンはAkitaマウスにおける耐糖能異常の発症・進行を抑制した。合併症である腎症における蛋白尿の減少や寿命の延長効果も認められた。これらの結果はヒトの糖尿病治療においてレプチンが長期間にわたって有用な治療薬剤となりうることを示唆するものと考えている。●レプチンによる糖尿病発症・進展抑止効果の確認浸透率100%でβ細胞の消失を伴いインスリン分泌低下型糖尿病を発症するAkitaマウスと高レプチン血症を呈するレプチントランスジェニックマウスとを交配した。ほぼ均等な割合で野生型、レプチントランスジェニックマウス、Akitaマウス、レプチントランスジェニック-Akitaマウスが生まれた。Akitaマウスは5週齢から既に血糖値400以上を示していた。しかし、レプチントランスジェニック-Akitaマウスは野生型と同等の血糖値を示した。体重は、Akitaマウスに比べレプチントランスジェニック-Akitaマウスが低い傾向にあった。Akitaマウスは他の3群のマウスに比べ過食を呈し、ほぼ倍量の摂餌量であった。HbA1cは8週齢でAkitaマウスが8%を呈し、他の3群のマウスでは約4%であった。1g/kgのブドウ糖腹腔内投与による糖負荷試験を行うとAkitaマウスは30分後血糖が600mg/dLまで上昇するのに比して、他の3群では200mg/dL程度の上昇にとどまった。血中脂質値は、4群において顕著な変化には乏しかった。血中インスリン値と膵インスリン含有量は、Akitaマウスに比べレプチントランスジェニック-Akitaマウスでは高い傾向があった。以上のように、高レプチン血症のもとでインスリン分泌低下に伴う糖尿病の発症が抑制され、耐糖能はほぼ正常に保たれることが明らかとなった。今後長期間にわたる観察の下で、血圧・蛋白尿・寿命(Akitaマウスの50%は1年で死亡する)等についての評価とメカニズムについての検討を加える予定である。●レプチンによる糖尿病発症・進展抑止効果の確認Akitaマウス(Akita)とレプチントランスジェニックマウス(LepTg)とを交配した。Akitaは離乳直後から高血糖を呈したがLep:Akitaは40wに至っても、野生型と同等の空腹時血糖値を示した。Lep:AkitaはAkitaの半分の摂餌量であったが、Akitaの摂餌量をLep:Akitaと同等に減らしても血糖値の低下はわずかであり、摂食抑制以外のレプチン作用が血糖抑制に関連していると考えられた。インスリン感受性はLep:Akitaにおいて他の3群よりも亢進していた。Akitaにおいては膵島α細胞の増生が認められたがLep]Akitaにおいては抑制され血中グルカゴン濃度・膵グルカゴン含有量も同様の傾向であった。以上のように、高レプチン血症では、インスリン感受性亢進やグルカゴン分泌抑制等のメカニズムにより、インスリン分泌低下に伴う糖尿病の発症が抑制され、耐糖能はほぼ正常に保たれることが明らかとなった。また、血中中性脂肪値は、Lep:Akitaにおいて低値であった。血中酸化ストレス(TBARS)もLep:Akitaにおいては正常に維持された。そこで、次に蛋白尿を経時的に定量したところLep:AkitaにおいてはAkitaの高アルブミン尿は抑制されていた。また、約50週齢までの観察においてAkitaは半数が昏睡により死亡したがLep:Akitaの死亡はなかった。以上の検討によりインスリン分泌低下型糖尿病において、糖代謝のみならず糖尿病合併症や寿命を延長させ、総合的に良好な治療効果をもたらすものと期待される結果を得られた。
革新技術で咀嚼筋感覚の脳内回路を解明し、世界のコネクトーム研究の新展開に挑戦する

世界中で競われている脳内コネクトーム研究に口腔顎顔面にかかわる脳機能の重要性を反映させるため、歯学で重要な咀嚼筋筋紡錘感覚の脳内コネクトームを、近年開発された革新技術を応用して解明することを目指した。ラットを深麻酔し、咬筋神経の電気刺激で誘発される神経応答を、脳内に刺入したガラス管微小電極から細胞外記録して、咬筋筋紡錘感覚が入力する三叉神経上核に存在する単一ニューロンを同定した。このようにして電気生理学的に同定された単一三叉神経上核ニューロンの標識を試みた。先ず蛍光蛋白を発現させるプラスミド(pCAG-palGFP)を注入する電気穿孔法を試みた。極めて難しい手法であった。電気穿孔法で脳の深部に存在する(三叉神経上核も深部の橋の背部に存在する)単一ニューロンを標識することは、これまで言われてきた通り、極めて困難であることがわかった。そこで次に、神経トレーサーであるbiotinylated dextranamine(BDA)の細胞近接注入を、上記のように電気生理学的に同定された単一三叉神経上核ニューロンの標識に試みた。その結果、標識成功率は電気穿孔法よりは良好であったが、試みたラットのうちの数匹のみで単一三叉神経上核ニューロンの細胞体の標識に成功した。しかしながら、軸索は、細胞に近い部位のみとそこから分岐する軸索分枝のみ(これらは、細胞体の近傍のみに終止した)が標識されただけであった。本研究の目標である視床や小脳などの遠位の投射部位を含む単一三叉神経上核ニューロンの軸索投射の全形を標識するためには、我々のBDAの細胞近接注入法のskillをあげる必要があることがわかった。上記のように、脳の深部に存在する単一三叉神経上核ニューロンの全形の標識には、電気穿孔法は極めて困難であることがわかった。より多くの動物を用いて手技の向上を図れば、標識の成功率を上げ得ることは可能とも考えられたが、他の方法(BDAの細胞近接注入法など)を使って標識可能であるかどうかを先に検討することの方が重要と考えた。その結果、BDAの細胞近接注入法の方が、脳の深部に存在する単一三叉神経上核ニューロンの標識が可能であることがわかった。ただし、2018年度末での手技では、上記のように、遠位の投射部位を含む軸索投射の全形の標識は難しいことがわかった。Targetの単一ニューロンの細胞膜により長時間接触させるなどの改良を加えれば、より遠くの軸索までの標識は可能であるようにも思えた。このように用いた2方法は、2018年度末の時点では、単一三叉神経上核ニューロンの全形の標識を成功させてはいないが、両方法の長所と短所が明確にできた。この結果は、脳の深部に存在する単一ニューロンの全形の標識方法の開発をも目的としている本研究にとって、重要な情報を提供している。よって、進捗状況は「やや遅れている」とした。2018年度末時点では、用いた蛍光蛋白を発現させるプラスミド(pCAG-palGFP)を注入する電気穿孔法とBDAの細胞近接注入法のいずれでも、単一三叉神経上核ニューロンの全形の標識を成功できていない。しかし、用いる手技が向上すれば成功する可能性も上がるので、2019年度もこれらの方法を用いた実験、特にBDAの細胞近接注入法を継続して試みたい。BDAの細胞近接注入法によっても希望する結果が得られない時は、まだ試みていない、シンドビスウイルスベクター感染法を用いた単一ニューロン標識法を試行する。この方法は、我々の研究室で、三叉神経尾側亜核の表層に存在する単一ニューロン(痛覚を伝達するニューロンの可能性が高い)の標識に成功したばかりであるので、手技の信用性、有用性は高い。しかし、この方法には、標識される細胞の機能の同定が困難(上述の2方法では、電気生理学的に標識ニューロンの同定が済んだ後に標識を試みている)という欠点を持っている。ではあるが、我々がtargetとするラットの三叉神経上核には、三叉神経中脳路核ニューロンによって咬筋筋紡錘感覚が大量に入力することがわかっているので、ウイルスベクターが感染した三叉神経上核ニューロンは咬筋筋紡錘感覚を伝達している可能性が極めて高いことになるので、この方法も試行する価値があると思われる。