hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
低酸素環境における胚と子宮の相互作用の解析

本申請課題では、大気中と母体子宮内環境における酸素濃度の違いに着目して研究を行った。本年度の計画では、前年度に引き続き、1ウシ胚および子宮内膜細胞を用いた低酸素細胞培養系を確立する2通常の培養条件(大気中)および低酸素培養条件下におけるウシ胚および子宮内膜細胞の遺伝子発現を解析することにより、妊娠の成立に必要な候補因子を抽出し、個々の因子について発現解析を行う3妊娠の成立に必要な低酸素応答経路を構築することを当初の目標として設定していた。1ウシ胚の培養については、卵胞から採取した卵子を用いて体外受精により胚を作成し、培養皿に接着させて増殖させることを試みたが、反芻動物の着床期胚・栄養膜細胞のマーカーであるインターフェロン・タウ(IFNT)の発現を維持したまま増殖させることができなかった。そこでウシの栄養膜細胞であるCT-1細胞およびF3細胞を用いた培養系も試みたが、安定して維持継代することができなかった。子宮内膜細胞の培養については、子宮組織から内膜上皮細胞の単離・培養を行い、通常の培養条件および低酸素条件下における比較を行った。そのため、23で設定していた実験については、子宮内膜上皮細胞に絞り検討を行うこととした。遺伝子発現解析については、当初の計画よりもだいぶ遅れたものの、低酸素条件下におけるタンパク質レベルでの発現解析に着手することができ、現在は候補因子について引き続き検証を進めている。本申請課題では、大気中と子宮内環境における酸素濃度の違いに着目して研究を行っている。本年度の計画では、1ウシ胚および子宮内膜細胞を用いた低酸素細胞培養系を確立する2通常の培養条件(大気中)および低酸素培養条件下におけるウシ胚および子宮内膜細胞の遺伝子発現を解析することにより、妊娠の成立に必要な候補因子を抽出し、個々の因子について発現解析を行う3妊娠の成立に必要な低酸素応答経路を構築することを当初の目標としていた。1食肉処理場よりウシ卵巣組織および子宮組織を採取し、胚と子宮細胞を単離・培養し、各種細胞を用いた低酸素細胞培養系の確立を試みた。胚は卵胞から採取した卵子を用いて体外受精により作成し、ディッシュに接着させて増殖させることを試みた。しかし、現在までに反芻動物の着床期胚・栄養膜細胞のマーカーであるインターフェロン・タウ(IFNT)の発現を維持したまま増殖させることができておらず、そのため進捗していない。子宮組織からは、内膜上皮細胞および間質細胞の単離・培養を行い、通常の培養条件および低酸素条件下における培養条件検討を行っている。現在、低酸素条件において活性化することが知られている低酸素誘導性因子(HIF)および低酸素関連遺伝子(PHD)の発現を指標として、実験に最適な低酸素培養条件を検討している。23で設定している実験については未だ取り掛かれていないため、培養条件が決定次第解析に取り組む予定である。用いる細胞の単離・培養および条件検討にあたり、当初想定していたよりも時間がかかってしまっており、予定していた解析まで進めていないため(4)遅れているとした。現在、細胞培養系の条件検討から先に進めていないため、今後は検討を続けるとともに、細胞を分与してもらう、あるいは購入することも考え対応する。培養条件が決定次第、解析に取り組む予定である。最低限、有用な候補因子を決定するところまで行いたい。節約しながら使用していたため若干の残額が生じたが、次年度の試薬購入費に充てる予定である。
高分解冷却型ファブリ・ペロ-チ干渉器による中間赤外線撮像観測技術の開発

本研究は、現在、建設の進んでいる大口径望遠鏡と最新の大フォーマット赤外線アレイを用いて、中間赤外線域で高角度分解能・高分光分解能を有するファブリ・ペロ-チ干渉器による2次元天体撮像観測技術の開発をすることが目的であった。この目的のために開発した極低温で動作する超伝導アクチュエータを用いたファブリ・ペロ-チ干渉器については、既なデザインの得失の比較から始め、設計、試作モデルの製作が行われた。この試作モデルは、アリゾナ大学中間赤外線天文学グループとの協力のもとに、試験観測を行っている。極低温ファブリ・ペロ-チ干渉器を、観測装置に組み込む際の、極低温光学系の設計については、多数のケース・スタディと最適化が、共軸非球面三反射面方式、軸外し円錐曲面二反射面方式などについて行われた。このうち、ファブリ・ペロ-チ干渉器の挿入が容易な後者の軸外し二反射面方式については、一例を、近赤外二波長撮像試験観測装置に、実際に組み込み、スチュワード天文台60インチ赤外線望遠鏡を用いて試験観測を行い、その光学性能の実証を行い、設計性能が達成されていることが確認できた。中間赤外線用のファブリ・ペロ-チ干渉器の観測対象は、星間塵、発光ネビュラ、HII冷域などの特定波長スペクトル線で観測される拡がった微光天文であり、従来、観測可能な対象は極めて限られていた。この研究でTWO-Wavelength Shift-And-Add法という世界的にも例の無い新しい観測技術を開発し、試験観測に応用して、ファブリ・ペロ-チ干渉器を実際の観測に応用するための2次元赤外線アレイを用いた観測法として、極めて有効なことを実証した。本年度は2次元大フォーマット・アレイを用いた近赤外線および中間赤外線カメラ用の極低温冷却型ファブリ・ペロ-干渉器の最適化設計および開発基礎実験を行った。必要部分品の内、エタロン駆動用のアクチュエータとしてボイス・コイル方式とピエゾ素子方式の比較検討、エタロンの位置センサとしてキャパシタンス方式と光干渉方式の比較検討を行った。また開発基礎実験については、現在、入手可能の小電流用のコイルに適した超伝導線について、臨界磁場、臨界温度等の比較試験を行ない、また、ピエゾ素子についてはアリゾナ大学スチュワード天文台ホフマン教授の動作試験に協力した。この結果としてピエゾ素子を応用した小型モータとキャパシタンス・マイクロメータ方式を使用して干渉器を設計する事にした。干渉器本体については、高分解能のための最大有効口径10cmのエタロンの使用、最大面間隔5cm、2段タンデムを設計目標とした。ピエゾ素子モータ3個の採用により、面間隔の調整を0cmから出発する事が可能になり、また同時に平行度の調整も同じアクチュエイタで可能になった。干渉器の総合調整には、半導体ダイオード・レーザを使用することにし、レーザ・ビームをエタロンに導入する反射光学系を設計し、レーザ装着用の極低温マウントを製作した。コリメータ・カメラ光学系については、まだ設計には至らなかったが、同じく反射光学系で3鏡共軸系などの検討を行った。これらの研究により従来の性能を越した高分解能のファブリ・ペロ干渉器の全体設計と一部詳細設計が完了したが、まだ研究論文のとりまとめには至っていない。平成7年度に製作及び性能試験を実行する。本研究の目的は、近・中間赤外線天文学用の冷却・ファブリ・ペロ干渉器により、空間的に拡がった天体源の二次元スペクトル線像を大フォーマットアレイ検出器上に結像し、高角度分解能で、位置、相対強度精度の高い観測データを得るための技術開発であった。以下に4項目について成果を述べる。

1.極低温で、使用波長の1/(100)程度の超高精度でエタロンを駆動するアクチュエータの2方式について研究をした。第1のXY-,Z-アクチュエータの直交アクチュエータ方式は製作を終了し、アリゾナ大学中間赤外線グループのカメラへの組み込み、試験、改良などが進行中であり、その後、天文観測を開始する。第2の方式はソレノイド型の3点独立アクチュエータ方式であり、これは詳細設計が終了した。2.ファブリ・ペロ-干渉器の走査波長校正方式の研究を行った。半導体レーザを用いた赤外フリンジ検出による校正方式と、近接キャパシタンス・マイクロメータを用いたエタロン間隔の測定方式を実験室で評価試験をし、極低温干渉器中に使用する方式を決定した。3.大フォーマット・アレイ検出器と大口径望遠鏡を組み合わせて使用するための、極低温冷却光学系の設計を終了した。これは、共軸非球面三鏡面方式の反射光学系であり、レンズ材質の制約のある透過型とは異なり、全波長域で、非常に優れた結像性能を示している。4.2波長高角分解能撮像方式を開発、観測試験に成功した。ファブリ・ベロ-干渉器の観測対象は、星間雲、発光ネビュラ、HII領域などの特定波長スペクトル線で観測される拡がった微光天体であり、従来これらの観測は、極端に困難であり、観測可能な対象は極めて限られていた。この新方式は、近傍の赤外線点状源を使用して、大気の揺らぎ、望遠強の駆動誤差など補正しつつ、長時間の積分を可能にするもので、従来、ファブリ・ペロ-分光器を用いた、2次元赤外線微光天体の撮像に威力を発揮する。
音楽を聴くことが行動に与える意識的・無意識的影響の解明

可聴域をこえる高周波成分を含む音源を聴いたときは,脳波のアルファ帯域パワーが高くなることや,注意機能が向上する可能性が示されている。本年度は,時間分解能に優れた事象関連電位を用いて聴覚情報処理過程を評価する計画であった。しかし,高周波成分の効果は,スピーカーで聴取した場合には生じるが,ヘッドホンでは生じないという報告がある。このことは,高周波成分の効果は,聴覚処理を介さずに生じることを示唆する。そこで本年度は,高周波成分を含む音源をヘッドホンで聴取することが心理生理反応に及ぼすかどうかを追試する計画に変更した。実験は二重盲検法で行った。大学生25名が,高周波成分をカットした音源および高周波成分を含む音源を400秒間聞きながら暗算課題を行った。課題中の脳波を記録した。参加者は2桁の足し算を行い,合計が100より大きいか小さいかを判断して,ボタン押しを行った。課題終了後に,10形容詞対で構成された音質評価に関する質問紙(7段階SD法),および課題中の気分状態に関する質問紙に回答した(覚醒,快-不快)。音質評価や主観的覚醒,快-不快気分に有意差はなく,参加者は2つの音源を区別できなかった。一方,先行研究と同様に,高周波成分をカットした音源を聴いたときよりも,高周波成分を含む音源を聴いたときの方が,アルファ帯域パワーが高く,暗算課題のエラー率が小さかった。先行研究と同様に,ヘッドホンによる聴取でも高周波成分の効果が認められた。このことは,高周波成分が脳波に与える効果が聴覚処理を介さないとは言えないことを示している。さらに,高周波成分をカットした音源を聴いたときと比べて,高周波成分を含む音源を聴いたときの方が暗算課題のエラー率が小さかったことは,高周波成分を含む音源を聞いたときは注意機能が向上するという前年度の研究によって得られた知見を支持するといえる。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では,主観測度や行動測度だけでなく,脳波や自律神経系活動の生理測度を併用することにより,音楽が行動に与える意識的および無意識的な影響を検討する。耳には聞こえない高周波成分(20 kHz以上)をカットした音源と比べて,高周波成分を残した高音質音源(ハイレゾ音源)では,音楽聴取により脳波のアルファ帯域パワーが高くなる。また,テンポの速い音楽を聴くと行動ペースが速くなることが報告されている。以上の点に関連して,平成27年度は以下の3点を明らかにした。1.高周波成分カット音源およびハイレゾ音源を聴きながら視覚ヴィジランス課題を行い,アルファ帯域パワーと覚醒水準(課題成績)の関係を検討した。高周波成分カット音源と比べてハイレゾ音源では,高アルファ(10.5-13 Hz)および低ベータ(13-20 Hz)パワーが高くなった。一方,課題成績(反応時間)は変わらなかった。また,ハイレゾ音源では,標的刺激により惹起されるP3成分の振幅が課題の後半で増加したが,高周波成分カット音源では変わらなかった。ハイレゾ音源を聞いてアルファ帯域パワーが高くなるのは,覚醒水準の低下ではなく注意機能の向上を反映することが示唆された。2.高周波成分がヒトに与える影響に関する研究が進んでいない理由の一つに,高周波成分を多く含む楽器があまり知られていないことが挙げられる。楽器を録音・分析し,特定の打楽器(タンバリン)に高周波成分が多く含まれることを明らかにした。3.同じテンポ(80 bpm)でも,遅い/速いテンポ(50/128 bpm)から変わったときに,行動(筆記)ペースが異なるかを検討した。テンポが速いときは主観的に行動ペースが速いと感じられた。実際には,行動ペースが加速したのは遅いテンポから速いテンポに変わったときのみであった。テンポの文脈が行動ペースを規定する重要な要因であることが示された。平成27年度に予定していた高周波成分が視覚ヴィジランス課題に与える影響に関する検討に加え,平成28年度に予定していたテンポの文脈が行動ペースに与える影響に関する検討を行った。現在は,テンポの文脈が行動ペースに与える影響について心理生理測度の分析を行っており,おおむね順調に進展している。

一方,先行研究と同様に,高周波成分をカットした音源を聴いたときよりも,高周波成分を含む音源を聴いたときの方が,アルファ帯域パワーが高く,暗算課題のエラー率が小さかった。先行研究と同様に,ヘッドホンによる聴取でも高周波成分の効果が認められた。このことは,高周波成分が脳波に与える効果が聴覚処理を介さないとは言えないことを示している。さらに,高周波成分をカットした音源を聴いたときと比べて,高周波成分を含む音源を聴いたときの方が暗算課題のエラー率が小さかったことは,高周波成分を含む音源を聞いたときは注意機能が向上するという前年度の研究によって得られた知見を支持するといえる。平成27年度はデータ収集を主に行ったため,得られた成果をまとめ国際誌への論文投稿に注力する。平成27年度に録音収集した打楽器音を用いて,高周波成分の有無が視覚処理に与える影響だけでなく,聴覚情報処理過程に与える影響を時間分解能に優れた事象関連電位を用いて検討する。また,テンポの文脈が背景音の聴覚処理に与える影響を検討するために,事象関連電位を用いた分析を行う。28年度が最終年度であるため、記入しない。Frontiers in Psychology誌で公開された論文が,ひろしま医工連携・先進イノベーション拠点の支援実績・成果ページで紹介された。
LPAの卵巣癌細胞内における代謝経路およびその臨床的意義に関する研究

リゾホスファチジン酸(LPA)の多彩な生理作用(卵巣癌細胞の増殖更新など)が明らかになりつつある。また、LPAの反応にはG蛋白共有受容体Edg2,4,7等が関与していることが分かりつつある。我々は、卵巣癌の増殖を中心とした作用に対するLPAの正負のコントロール機構について研究してきた。特に、ゴナドトロピン放出因子GnRH作動薬(GnRHa)の卵巣癌細胞に対して、抗腫瘍効果を示すことがLPAの分解機構を活性化するためである可能性も示唆してきた。本年度の研究で、婦人科腫瘍組織、細胞を用いてLPAにより活性化されるMAPキナーゼに対する負のレギュレーションに関してセリンスレオニン脱リン酸化酵素であるPP2Aの局在変化とLPA刺激により卵巣癌細胞が分泌する各種サイトカインの変化について焦点をあてた。更に、これらのサイトカインが婦人科診療で頻用される各種生薬により顆粒膜細からの分泌を刺激することとの関係についても研究した。【方法】PP2Aの活性は組織、細胞より形質膜、細胞質を分離し、特異的酵素を用いたNoneRIキットによりMAPKの脱リン酸化を測定した。また、PP2AとPP2Bの確認は、ウエスタンブロッティングおよび免疫染色で確認した。また、サイトカインと性ステロイド(IL-1,6,8,estradiol-l7β,progesterone)の測定は市販のキットを用いた。【結果】PP2Aは婦人科腫瘍において形質膜、ER、細胞質分画に存在した。酵素学的検討により、細胞質に存在するPP2AがMAPKの非活性化に主要な作用をしていると考えられた。PP2AはGnRHにより活性が増強するとともに形質膜への局在の偏位を起こした。以上の事より、PP2AがLPAによるMAPKの活性化を抑制する事によって卵巣癌を始めとする婦人科癌の増殖を抑制する可能性とともに、GnRHの抗増殖効果のメカニズムの一つとしてPP2Aを介し、LPAによって活性化されたMAPKの脱リン酸化によるものである可能性も示唆された。更に、LPAが卵巣癌細胞のGi蛋白(41kDa)と共有する受容体経由でIL-6、TNF-αの産生を亢進せしめた。この事が、LPAの細胞増殖効果および抗細胞死作用のメカニズムの一端を担っていると考えられた。リソホスファチジン酸(LPA)の多彩な生理作用(卵巣癌細胞の増殖更新など)が明らかになりつつある.また、LPAの反応にはG蛋白共有受容体Edg2,4,7等が関与していることが分かりつつある.我々は、卵巣癌の増殖を中心とした作用に対するLPAの正負のコントロール機構について研究してきた.特に、ゴナドトロピン放出因子GnRH作動薬(GnRHa)の卵巣癌細胞に対して、抗腫瘍効果を示すことがLPAの分解機構を活性化するためである可能性も示唆してきた。本年度の研究で、我々はGnRHaにより卵巣癌細胞内でLPA分解酵素であるPAP2(LPP3)の局在の変化と酵素活性の変動を観察した。【方法】LPP3の局在は、ウサギを免疫したポリクローナル抗体を用いて免疫組織学的手法によって観察した。LPAの分解活性に関しては、[3H-Oleoyl]LPAからの[3H]oleic acidまたはmono[3H-oleoyl]glycerolへの変換によって検討した。【結果】LPAの分解反応の98%は脱リン酸化反応(monoglycerol産生),2%が脱アシル化反応(oleic acid遊離)であり、その反応はMg2+、NEM非依存性であった。このことより、この反応はLPP3による反応である可能性が示唆された。その酵素活性および蛋白局在はともに膜分画に存在しGnRHアナログは濃度依存性に形質膜LPA分解活性を亢進した(EC50=30nM)。細胞株を用いた検討では、GnRH刺激によって形質膜におけるLPP3蛋白および酵素活性の増大を認めた。本年度の研究で、婦人科腫瘍組織、細胞を用いてLPAにより活性化されるMAPキナーゼに対する負のレギュレーションに関してセリンスレオニン脱リン酸化酵素であるPP2Aに焦点を当てた。また、PP2AとPP2Bの確認は、ウエスタンブロッティングで確認した。

以上の事より、PP2AがLPAによるMAPKの活性化を抑制する事によって卵巣癌を始めとする婦人科癌の増殖を抑制する可能性とともに、GnRHの抗増殖効果のメカニズムの一つとしてPP2Aを介し、LPAによって活性化されたMAPKの脱リン酸化によるものである可能性も示唆された。リゾホスファチジン酸(LPA)の多彩な生理作用(卵巣癌細胞の増殖更新など)が明らかになりつつある。また、LPAの反応にはG蛋白共有受容体Edg2,4,7等が関与していることが分かりつつある。我々は、卵巣癌の増殖を中心とした作用に対するLPAの正負のコントロール機構について研究してきた。特に、ゴナドトロピン放出因子GnRH作動薬(GnRHa)の卵巣癌細胞に対して、抗腫瘍効果を示すことがLPAの分解機構を活性化するためである可能性も示唆してきた。本年度の研究で、婦人科腫瘍組織、細胞を用いてLPAにより活性化されるMAPキナーゼに対する負のレギュレーションに関してセリンスレオニン脱リン酸化酵素であるPP2Aの局在変化とLPA刺激により卵巣癌細胞が分泌する各種サイトカインの変化について焦点をあてた。更に、これらのサイトカインが婦人科診療で頻用される各種生薬により顆粒膜細からの分泌を刺激することとの関係についても研究した。【方法】PP2Aの活性は組織、細胞より形質膜、細胞質を分離し、特異的酵素を用いたNoneRIキットによりMAPKの脱リン酸化を測定した。また、PP2AとPP2Bの確認は、ウエスタンブロッティングおよび免疫染色で確認した。また、サイトカインと性ステロイド(IL-1,6,8,estradiol-l7β,progesterone)の測定は市販のキットを用いた。【結果】PP2Aは婦人科腫瘍において形質膜、ER、細胞質分画に存在した。酵素学的検討により、細胞質に存在するPP2AがMAPKの非活性化に主要な作用をしていると考えられた。PP2AはGnRHにより活性が増強するとともに形質膜への局在の偏位を起こした。更に、LPAが卵巣癌細胞のGi蛋白(41kDa)と共有する受容体経由でIL-6、TNF-αの産生を亢進せしめた。この事が、LPAの細胞増殖効果および抗細胞死作用のメカニズムの一端を担っていると考えられた。
リボソーム取り込みによる多分化細胞誘導機構の解明

リボソームをヒト皮膚細胞に取り込ませると細胞分化能をもつが、細胞分裂が停止した細胞塊が形成される(Ito, et al. 2018)。細胞分化は通常は不可逆であるとされているが、人為的にはiPS細胞技術を用いることで多分化能をもつ細胞を構築することができる。しかし、近年細菌が細胞分化を調節することで、生存に有利な環境を作っていることが報告され、細胞分化の可塑性の解明が研究のトピックスとなっている。この申請の研究ではリボソームを用いて形成される細胞塊が多能性をどのように誘導するのかを突き止めることで、自然界で細菌等の相互作用と細胞多能性の関係性を理解することを目指す。マウス胚性線維芽細胞(MEF)を用いても細胞塊は形成される。コストや解析手法の多様さからMEFを用いて解析を進めた。まず、MEFでの培養条件の検討を行い、比較的合成培地に近い条件(条件1)で細胞塊が形成される条件を見つけた。条件1であっても細胞塊は増殖はしないが、細胞塊から多能性マーカー陽性の小細胞が産出される。細胞塊の細胞周期やオートファジー等に関連する遺伝子発現変動を調べた結果、いくつかの遺伝子の発現変動がみられ、細胞塊形成における細胞分裂の停止と多能性誘導に関係する入り口までのパスウェイが見出された。一方、同時に培養条件の検討を続けてきたが、培養条件2を発見した。この条件は過去のどの培養条件よりも成分がはっきりと示すことが可能で、標準的な培養条件に近い成分を持っている。条件2では小細胞の産生が最も早く、細胞塊自体の多能性マーカー発現も強く発現する。もっとも特徴的なのは、少なくとも申請者は見たことのない(生殖幹細胞シストに類似した)特殊な形状の細胞を産生することである。今後は、条件2の細胞の発現プロファイルの決定から増殖能を高める条件を見出し、シグナル制御の解明を目指す。細胞培養条件の検討と同時にシグナル経路の解明を行なったので、どちらも並行して進展させることができた。今年度は試薬の調達や自然災害もなく、ほぼ計画通りの研究を進めることができた。細胞培養条件で好条件が見出せたのが非常によかった。細胞塊の形状は完全に新規で科学的に大変興味深い。次の解析はqPCR等の簡易なシグナル解析を行ってから、RNA-seq等の大規模解析に進める。RNA-seqはデータ解析に時間がかかるので、年度早々、早めに取り掛かりたい。培養条件の探索で予算のかかる大規模解析の開始時期を考えました。培養条件が見つからなかった場合、そこそこで諦めて、RNA-seqを行う予定でしたが、良い培養条件が見つかったので、予備実験等を行い、使用計画を後側に動かしました。
マイクロ波による乳がん病巣部の可視化に関する基礎的検討

本研究で得られた成果は以下のとおりである.1.乳房正常組織および腫瘍の電気定数に分散性および±10%のランダム性を仮定し,パルス波の散乱特性を検討した.乳房正常組織および腫瘍の電気定数の分散性およびランダム性に影響されずに腫瘍による十分大きな散乱が観測できた.2.乳房表面を覆う皮膚を考慮した数値シミュレーションでは,乳房正常組織のランダム性と腫瘍の散乱に加え,乳房表面を覆う皮膚による散乱があるため,腫瘍を検出する際に必要となる散乱特性への影響がみられた.3.損失媒質内に存在する2次元不均質損失物体にマイクロ波領域のパルス波を照射し,観測点における電磁界の時間応答データからその物体の電気定数(誘電率,導電率,透磁率)の空間分布を再構成する像再構成アルゴリズムを開発した.このアルゴリズムはFDTD(Finite-Difference Time-Domain)法を時間の順方向および逆方向に繰り返し適用するのでFBTS(Forward-Backward Time-Stepping)アルゴリズムと名づけた.4.FBTSアルゴリズムを皮膚,正常組織および腫瘍からなる単純な2次元乳房モデルに適用し,数値シミュレーションを行った.その数値結果から,直径830mm程度までの腫瘍に対して,その大きさおよび位置を明瞭に画像として捉えうることが明らかになった.また,大きさの異なる腫瘍が複数個ある場合も容易にそれらを検出できることが示された.今後は,FBTSアルゴリズムの耐ノイズ性や安定性をさらに詳しく検討するとともに,実際の3次元形状の乳房内の腫瘍を可視化するためにアルゴリズムの拡張を行う予定である.本研究で得られた成果は以下のとおりである.1.乳房正常組織および腫瘍の電気定数に分散性および±10%のランダム性を仮定し,パルス波の散乱特性を検討した.乳房正常組織および腫瘍の電気定数の分散性およびランダム性に影響されずに腫瘍による十分大きな散乱が観測できた.2.乳房表面を覆う皮膚を考慮した数値シミュレーションでは,乳房正常組織のランダム性と腫瘍の散乱に加え,乳房表面を覆う皮膚による散乱があるため,腫瘍を検出する際に必要となる散乱特性への影響がみられた.3.損失媒質内に存在する2次元不均質損失物体にマイクロ波領域のパルス波を照射し,観測点における電磁界の時間応答データからその物体の電気定数(誘電率,導電率,透磁率)の空間分布を再構成する像再構成アルゴリズムを開発した.このアルゴリズムはFDTD(Finite-Difference Time-Domain)法を時間の順方向および逆方向に繰り返し適用するのでFBTS(Forward-Backward Time-Stepping)アルゴリズムと名づけた.4.FBTSアルゴリズムを皮膚,正常組織および腫瘍からなる単純な2次元乳房モデルに適用し,数値シミュレーションを行った.その数値結果から,直径830mm程度までの腫瘍に対して,その大きさおよび位置を明瞭に画像として捉えうることが明らかになった.また,大きさの異なる腫瘍が複数個ある場合も容易にそれらを検出できることが示された.今後は,FBTSアルゴリズムの耐ノイズ性や安定性をさらに詳しく検討するとともに,実際の3次元形状の乳房内の腫瘍を可視化するためにアルゴリズムの拡張を行う予定である.本研究は,マイクロ波を用いて乳房内部の形態を可視化する安全で苦痛を与えない乳がん検診用断層イメージング法(CT)の開発のための基礎的検討を目的としている.本年度は乳房内部をマイクロ波領域のパルス波がどのように伝播するかを数値シミュレーションによって明らかにした.本年度の成果をまとめると以下の様になる.1.乳房正常組織および腫瘍の電気定数(誘電率,導電率)に分散性および±10%のランダム性を仮定し,(1)乳房正常組織のみの場合,および(2)乳房正常組織中に腫瘍が存在する場合のパルス波の散乱特性を比較した.分散性およびランダム性に影響されずに腫瘍による十分大きな散乱が観測できた.2.パルス波の乳房内部への透過効率を上げるため,乳房正常組織に整合する背景媒質で乳房を囲み,パルス波の散乱特性を調べた.乳房表面を覆う皮膚を考慮した数値シミュレーションでは,乳房正常組織のランダム性と腫瘍による散乱に加え,乳房表面を覆う皮膚による散乱があるため,腫瘍を検出する際に必要となる散乱特性への影響がみられた.この結果はマイクロ波トモグラフィに反復像再構成アルゴリズムを適用する際,皮膚に関する事前情報を利用すると収束特性を改善できる可能性を示唆している.3.乳房内部を可視化するマイクロ波断層イメージング法の開発の第一段階として,一次元無損質媒質に対する反復像再構成アルゴリズムを導出した.エッジ保存正則化を組み込むことにより広い再構成領域に対しても安定に誘電率分布を再構成できることを確認した.今後は,この成果をもとに,腫瘍を有する乳房内部を可視化するための像再構成アルゴリズムを開発し,その有効性に関して基礎的検討を行う予定である.本研究は,マイクロ波を用いて乳房内部の形態を可視化する安全で苦痛を与えない乳がん検診用断層イメージーング法(CT)の開発のための基礎的検討を目的としている.本年度は平成11年度の成果をもとに,腫瘍を有する乳房内部を可視化するための像再構成アルゴリズムを開発し,その有効性に関して基礎的検討を行った.本年度の成果をまとめると以下のようになる.1.損失媒質内に存在する2次元不均質損失物体にマイクロ波領域のパルス波を照射し,観測点における電磁界の時間応答データからその物体の電気定数(誘電率,導電率,透磁率)の空間分布を再構成する像再構成アルゴリズムを開発した.このアルゴリズムはFDTD(Finite-Difference Time-Domain)法を時間の順方向および逆方向に繰り返し適用するのでFBTS(Forward-Backward Time-Stepping)アルゴリズムと名づけた.

2.エッジ保存正則化をFBTSアルゴリズムに組み込むことにより,反復の収束性および安定性が改善された.また,周波数ホッピング法を併用することにより,比較的大きな散乱体に対しても像再構成が可能であることを示した.3.FBTSアルゴリズムを皮膚,正常組織および腫瘍からなる単純な2次元乳房モデルに適用し,数値シミュレーションを行った.その数値結果から,直径30mmから8mm程度までの腫瘍に対して,その大きさおよび位置を明瞭に画像として捉えうることが明らかになった.また,大きさの異なる腫瘍が複数個ある場合も容易にそれらを検出できることが示された.今後は,FBTSアルゴリズムの耐ノイズ性や安定性をさらに詳しく検討するとともに,実際の3次元形状の乳房の腫瘍を可視化するためにアルゴリズムの拡張を行う予定である.
生体膜脂質ドメインの構成とダイナミクスの分子解析

脂質ラフトの主要成分であるスフィンゴミエリンとコレステロールをサブミクロンスケールで観察する研究手法を確立した。脂質可視化を利用したスクリーニング系を確立し、スフィンゴミエリン合成の新規阻害剤の同定に成功した。情報伝達脂質であるセラミドやジアシルグリセロールの膜を横切るフリップフロップ運動をスフィンゴミエリンが制御するメカニズムを発見し、新しい細胞内情報伝達機構を提唱した。エンドソーム特異的脂質の構造決定を行い、通常の脂質とは鏡像関係にある特異な脂質であることを明らかにした。最近の結果は膜脂質はランダムに分布しているのではなく、特定の脂質が脂質に特徴的なドメインを形成することで細胞の機能の発現が保証されていることを示している。とりわけスフィンゴ脂質とコレステロールが形成する脂質ドメインである脂質ラフトは大きな注目を集めている。一方、リン脂質が形成する細胞表面の脂質ドメインについてはあまり分かっていない。ホスファチジルグルコシド(PtdGlc)は最近発見された糖リン脂質で、白血病細胞HL60の顆粒球への分化やげっ歯類の脳の発達の際のアストロサイトの分化に関与している。PtdGlcはグリセロール骨格の1位にステアリン酸(C18:0)、2位にアラキジン酸(C20:0)を持つ単一分子種のみからなるユニークな脂質である。PtdGlcに特異的なモノクローナル抗体を用いた蛍光抗体法および免疫電子顕微鏡法により、われわれはPtdGlcがHL60細胞およびヒト肺上皮由来細胞A549の形質膜外層で特異的な脂質ドメインを形成していることを見出した。示差熱分析(DSC)により、グルコシルセラミド(GlcCer)と同様、天然型のPtdGlcは高い相転移温度を示すことが明らかになった。しかし、GlcCerと異なりPtdGlcは昇温の際と降温の際の相転移温度に大きな差は見られなかった。またDSCの結果からGlcCerはスフィンゴミエリン(SM)と混合するが、PtdGlcは混合しないことが示された。さらにDSCとX線小角散乱の結果はPtdGlcがホスファチジルコリンとも混合しないことを示している。これらの結果は他の脂質と混合しないという性質のためPtdGlcが形質膜上で特異な脂質ドメインを形成していることを示唆している。本年度は超高解像蛍光顕微鏡(Photoactivation localization microscopy,PALM)を用い、脂質ラフトの分布、動態、機能の解明を試みた。PALMで脂質ラフトを観察するために新しいスフィンゴミエリンプローブ、コレステロールプローブを開発し、細胞表面のコレステロールに富んだドメインとスフィンゴミエリンに富んだドメインとは異なることを明らかにした(Mizuno et al.)。さらに細胞分裂におけるスフィンゴミエリンドメインの分布と動態の解析から形質膜外層のスフィンゴミエリンドメインは内層のホスファチジルイノシトール4,5-二リン酸に富むドメインの形成をコントロールしていることを示した。また細胞膜のコレステロールはスフィンゴミエリンドメインの維持に重要な役割を果たしていることも示された(Abe et al.)。また細胞表面のコレステロールを可視化することで、コレステロールの合成、輸送を阻害する低分子化合物のハイスループットスクリーニングする系を確立し、新しいコレステロール合成阻害剤の同定に成功した(Ishitsuka et al.)。本年度はまたスフィンゴミエリンに富む脂質ドメインを認識するタンパク質、ライセニンを原子間力顕微鏡のチップに共有結合させたものをプローブとして用いることで、人工膜上のスフィンゴミエリンドメインの分布と物性の同時測定を行うことにも成功した(Wang et al.)。本年度は脂質ラフトだけではなく、エンドソームの脂質ドメインを形成するビス(モノアシルグリセロ)リン酸(BMP)についても解析を行った(Tan et al.)。これまでBMPの立体構造は明らかにされていなかったが、今回この脂質のグリセロリン酸の立体配置はsn-1型であることが明らかになった。Sn-1型脂質はこれまで古細菌にのみ見出されており、今回の発見は動物細胞と古細菌に進化的な接点があることを示唆するものである。スフィンゴミエリン(SM)は哺乳動物細胞の細胞膜における主要な脂質であり、細胞膜上でマイクロドメインを形成している。本年度は哺乳動物細胞の細胞質分裂時におけるSMの動態、および機能を解析した。SMに特異的に結合するライセニンと蛍光タンパク質との融合タンパク質を大腸菌で発現、精製し、細胞の外側から染色した結果、細胞質分裂時には、ライセニンは細胞膜の外層の分裂溝に多く染色が見られた。次に、スフィンゴミエリナーゼ処理によってSMを細胞膜から減少させた時の表現型を調べたところ、細胞質分裂は開始するものの完全には終了せず、細胞は2核になることがわかった。SMを減少させた細胞で、形質膜内層のホスファチジルイノシトール4,5-ビスリン酸(以下、PIP2)の局在を調べた結果、PIP2の局在が異常になっていた。

一方、PIP2の量を減少させた細胞でも、スフィンゴミエリンは分裂溝に局在した。超解像顕微鏡のひとつであるPhotoactivation Localization Microscopy (PALM)を用いてSMとPIP2の局在を細胞膜上で調べた結果、外層のSMのマイクロドメインの直下の内層にPIP2のマイクロドメインが形成されていた。SMを減少させた細胞では、PIP2のマイクロドメインが形成されない。以上の結果から、SMはPIP2のマイクロドメイン形成に必要な因子であり、細胞質分裂時にはSMが分裂溝へ集積することによってPIP2が分裂溝へ集積することが示唆された。PIP2は細胞分裂に必須な低分子量Gタンパク質であるRhoAの細胞分裂時における分裂溝への集積に必要であることが報告されている。実際SMを減少させた細胞ではRhoAの集積が見られなくなる。これらの結果は形質膜外層のSMマイクロドメインが形質膜内層のPIP2ドメインの形成を介して細胞分裂を制御していることを示唆している。今年度は超分解能顕微鏡を用いることにより脂質ラフトの裏側を見ることに成功し、またハイスループットスクリーニングによるコレステロールの合成、輸送に影響を与える低分子化合物のアッセイ系の確立が出来た。また後期エンドソーム特異的脂質の特徴的な立体構造を決定することにも成功し、合計9編の論文を発表することが出来た。一方新規の脂質プローブや電子顕微鏡による脂質の分布の解析は実験はほとんど終わっているものの発表は間に合わなかった。今後これらの論文の作成を早急に進めると共に研究をさらに発展させて行きたい。24年度が最終年度であるため、記入しない。来年度は本研究課題の最終年度に当たる。現在新規脂質プローブの解析、電子顕微鏡による脂質の非対称分布の解析、脂肪滴の解析、モデル膜の解析等の実験が進行中であり、来年度中に発表したい。
放射線抵抗性細菌の遺伝子導入による高度好熱菌への放射線耐性付与

中等度好熱性の放射線抵抗性細菌デイノコッカス・ジオサーマリス由来のDNA修復促進タンパク質PprAを高度好熱菌サーマス・サーモフィルスで発現させた。PprA発現株は、過酸化水素及びエチルメタンスルホン酸に対する耐性が増加したことから、PprAタンパク質はサーモフィルスにおいてDNAの酸化損傷およびアルキル化損傷の修復に関与するものと考えられた。本研究によって、放射線抵抗性細菌に特異的なDNA修復促進タンパク質を高度好熱菌で発現させ、DNA修復機能を向上させることが可能であることを明らかにした。耐熱性カマナイシン耐性マーカーを持つT. thermophilusのゲノムインテグレーションベクターpT8S-P31を制限酵素NdeI及びBamHIで切断後、アルカリホスファターゼ処理によってDNA5'末端の脱リン酸化を行った。次に、D. geothermalis PC6株のゲノムDNAを鋳型としてNdeI及びBamHI認識配列タグ付きPCRプライマーを用いてpprA遺伝子領域をPCRにて増幅した。このPCR産物をNdeI及びBamHIで切断したDNA断片と上記のゲノムインテグレーションベクターをDNAリガーゼによって連結した。このDNAを用いて大腸菌JM109株を形質転換し、カマナイシン耐性の形質転換株を取得した。次に、形質転換株から抽出したプラスミドpT8S-P31-pprAを用いてT. thermophilus HB27 HT104 (pTT8)株を形質転換することでカマナイシン耐性の形質転換株を取得し、P31pprA株と命名した。この菌株のゲノムDNAを抽出し、pprA遺伝子領域をPCR増幅することで、pprA遺伝子がT. thermophilusのゲノムに挿入されたことを確認した。また、pprA遺伝子を挿入としていないゲノムインテグレーションベクターpT8S-P31のDNAでT. thermophilusを形質転換することで、カマナイシン耐性のネガティブコントロール株P31株を取得した。作製したT. thermophilus P31pprA株及びP31株の60°Cでの増殖曲線を解析した結果、測定したすべての培養時間においてP31pprA株の生菌数がP31株の生菌数を上回っており、pprA遺伝子のゲノム挿入による生育の促進効果が認められた。このことから、培養温度60°Cにおいても、pprA遺伝子がT. thermophilusの細胞内で発現していることが強く示唆された。また、D. geothermalis pprA遺伝子をpET系ベクターにクローニングし、N末端His-tag付きPprAタンパク質を大腸菌BL21(DE3)株で大量発現させた。0.5Mアルギニン含有抽出バッファーに懸濁したPprA発現大腸菌を遠心して得られた沈殿を1 Mアルギニン含有Tris-HClバッファーに再懸濁し、TALON Cobaltカラムを用いたイミダゾール濃度勾配によってPprAタンパク質を精製した。さらに、脱塩後の精製PprAタンパク質を用いて、抗D. geothermalis PprAウサギポリクローナル抗体を作製した。次に、T. thermophilus P31pprA株及びPslppprA株におけるpprA遺伝子のゲノムからの発現を、抗D. geothermalis PprAポリクローナル抗体を用いたウエスタンブロットにて解析した。その結果、培養温度50°Cでは、D. geothermalis PprAタンパク質のT. thermophilusにおける良好な発現が観察されたが、培養温度55°Cでは、インタクトなD. geothermalis PprAタンパク質の著しい減少と分子量の小さい分解産物が認められた。また、培養温度60°Cでは、インタクトなD. geothermalis PprAタンパク質がほとんど観察されなかった。これらのことから、高温培養条件下のT. thermophilus細胞中でD. geothermalis PprAタンパク質は、熱による変性と分解を受けていることが示唆された。抗D. geothermalis PprAを作製することで、T. thermophilusにおけるPprAの発現状態の確認が可能となり、順調に計画を達成することができた。ハイグロマイシン耐性遺伝子マーカーを持つインテグレーションベクターpT8H5-Pslpを用いて昨年度作製したDeinococcus geothermalis pprA遺伝子発現Thermus thermophilus(PslppprA株)と、コントロールとしてベクターのみを持つT. thermophilus(Pslp株)を用いて、各種DNA損傷剤に対する耐性を評価した。その結果、45°Cおよび50°Cの培養温度条件下において、T. thermophilusでのpprA遺伝子発現による過酸化水素に対する耐性の増加が認められた。このことから、PprAタンパク質はT. thermophilusにおいて酸化損傷の修復に影響を与えることが示唆された。また、45°Cにおいて、エチルメタンスルホン酸に対する耐性の増加が認められたことから、PprAタンパク質はT. thermophilusにおいてアルキル化DNAの修復にも影響を与えることが示唆された。一方、ノボビオシンに対しては、45°Cおよび50°Cで、Pslp株よりもPslppprA株が有意に感受性を示した。このことから、PprAタンパク質の発現はDNA gyrase Bサブユニットの機能に悪影響を与える可能性が示唆された。45°Cあるいは50°Cで培養したPslppprA株におけるPprAタンパク質の発現状態をウエスタンブロット解析によって調べた結果、45°C培養では50°C培養と比べて約4倍量のPprAタンパク質が菌体内に存在していた。培養温度によるPprAタンパク質発現量の違いは、PprAの熱安定性の違いによるものであると考えられた。

研究期間全体を通じて実施した研究によって、放射線抵抗性細菌に特異的なDNA修復促進タンパク質を高度好熱菌で発現させ、DNA修復機能を向上させることが可能であることを明らかにした。中等度好熱性の放射線抵抗性細菌デイノコッカス・ジオサーマリス由来のDNA修復促進タンパク質PprAを高度好熱菌サーマス・サーモフィルスで発現させた。PprA発現株は、過酸化水素及びエチルメタンスルホン酸に対する耐性が増加したことから、PprAタンパク質はサーモフィルスにおいてDNAの酸化損傷およびアルキル化損傷の修復に関与するものと考えられた。本研究によって、放射線抵抗性細菌に特異的なDNA修復促進タンパク質を高度好熱菌で発現させ、DNA修復機能を向上させることが可能であることを明らかにした。当初予定していた自己複製プラスミド型のT. thermophilusベクターを研究開始時に入手できなかったが、ゲノムインテグレーションベクターpT8S-P31に目的遺伝子を連結する方法に変更することで、順調に計画を達成することができた。P31pprA株およびPslppprA株の各種変異原(ガンマ線、紫外線、マイトマイシンC、ブレオマイシン、過酸化水素など)に対する耐性を評価するとともに、pprA遺伝子にランダム変異を導入して、耐熱性の向上した変異タンパク質をスクリーニングする予定である。放射線微生物学今回作製したT. thermophilus P31pprA株において、D. geothermalis由来のpprA遺伝子が発現している可能性が強く示唆されたが、タンパク質レベルでの検出には至っていない。この理由として、ウエスタンブロット解析で使用した抗体の特異性に問題があるのではないかと考えられた。そこで今後は、抗D. geothermalis PprA抗体を作製し、ウエスタンブロット解析に用いる予定である。また、P31pprA株およびP31株の各種変異原(ガンマ線、紫外線、マイトマイシンC、ブレオマイシン、過酸化水素など)に対する耐性を評価する予定である。
直下地震による構造物の衝撃的破壊に関する研究

1995年兵庫県南部地震ではそれ以前の地震では経験しなかったような構造物被害が発生した。其のうち特に特徴的な脆性的あるいは衝撃的破断が発生した芦屋浜高層住宅と神戸市の橋脚に焦点を当てて、得られた研究結果を以下に要約する。記録地震波と実構造に近い三次元連続体モデルの有限要素による動的数値解析を遂行したもので、耐震設計上考慮すべき事項を列挙する。1.激しい直下地震の場合などでは初期の過渡応答過程がその後の動的挙動に支配的な影響を及ぼすこと、またそれは、構造物の大きさや形、支持・境界条件と初期地震動のプロファイルによって著しく異なる事がわかった。これらの現象は構造物中を伝わる応力波の影響を考慮することで理解される。2.構造物に発生した顕著な被害箇所は急激なエネルギーの変化と密接に関係している。3.特に、高層骨組の極厚断面主柱の破断が特定の階(4階と8階)の段落した部分での溶接部に多発した原因はこれで理解できる。4.高層骨組みブレースと柱の接合部が一体となって破断した原因は、剛接ブレースに作用している軸方向力と剪断力から生じる鉛直成分の力によって、ブレースが上向きに引っ張られて破断し、次に、柱の破断を誘発した。この問題は、連続体を有限要素にする際、フレーム解析よりは高次のシェル要素を用いた解析結果から、破断過程を解明できた。5.骨組構造において、塑性ヒンジが初期に集中して発生する階では構造物の損傷を受けやすく、塑性ヒンジが発生していない階では被害は顕著でない。塑性ヒンジが集中的に作用する事を避ける必要がある。主要な共同研究相手である米国ブラウン大学(A)および英国リバプール大学(B)を訪れて、研究計画を練った。その結果、第一段階として、阪神・淡路大震災で被害を受けた構造物の中から、衝撃効果によると考えられる構造物を抽出し、これまでに進めてきた予備計算及び調査結果を踏まえて、損傷・破断を生じるモデルを用いた詳細な動的挙動の数値計算及び部材実験を分担実施し、下記の項目について検討することとなった。(1)高強度極厚ボックス断面柱を用いた高層鉄骨造建築物の動的損傷・破壊挙動の解析(2)高層鉄骨造建築物、鉄道高架橋、道路高架橋モデルの波動伝ぱ解析による動的損傷・破壊挙動の解析(3)構造部材の衝撃耐力および脆性破壊特性に関する実験的検討このうち(1)は主に我国研究グループ(C)、(2)は主に(A)と(C)、(3)は主に(B)と(C)とで推進することとし、既に(1)の中間報告を外国雑誌に投稿、(3)の一部は国内のワークショップで発表した。これらの研究はまだ、進行中であるが、現在までにほぼ明らかになった事実は、芦屋浜高層住宅の柱破断は過度な入力による軸力・曲げの作用によって生じたらしいこと、骨組の耐震性を確保するためには、塑性ヒンジを特定の階に集中させないで、発生個数を制限しなければならないこと、構造体の脆性破壊の原因となる亀裂が発生した後の骨組み挙動には、亀裂近辺の状況のみならず、構造物全体の形状や載荷条件などが影響を及ぼすことなどである。これまでに得られた研究結果を以下に列挙する。1.兵庫県南部地震において芦屋浜高層住宅が被害を生じた原因解明のため、連続体モデルを用いた数値解析を行った。1階の極厚ボックス断面柱の破断は高軸力と曲げモーメントにより発生した。更に、塑性ヒンジが初期に集中して発生する階では、構造物の損傷を受けやすく、塑性ヒンジが発生していない階では被害は発生していない。

2.芦屋浜高層住宅のブレースと柱の接合部が一体となって破断した原因は、剛接ブレースに作用している軸方向力と剪断力から生じる鉛直上向き成分の力によって、ブレースが上向きに引っ張られて破断し、次に、柱の破断を誘発した。芦屋浜高層住宅におけるサイトの合成地震波による動的応答結果は、六甲アイランド地震波による応答結果と概ね同傾向を示すが、後者の方が大きな応答結果を与える。直下型地震では地震波の初期の段階において急激なエネルギの変化を生じ、構造物に大きなダメージを与える事が明らかになった。3.兵庫県南部地震で顕著な被害を被った橋脚に対しコンクリートおよび鋼モデルの動的数値解析を遂行した結果、激しい直下地震の場合などでは初期の過渡応答過程がその後の動的挙動に支配的な影響を及ぼすこと、またそれは、構造物の大きさや形、支持・境界条件と初期地震動のプロファイルによって著しく異なる事がわかった。4.鋼管の圧縮衝撃実験および弾塑性数値解析によって、軸方向波動伝播が不均等分布の軸方向ひずみを惹起し、境界条件によっては、端部以外にも象足座屈を生ぜしめる場合がある事も判明した。5.小型鋼モデルの衝撃せん断試験を行い、電子顕微鏡写真によって破断面を観察した結果、延性すべりを伴ったせん断破壊が生じた。6.地震動の初期の急峻な地盤の揺れにより生じる「構造物の過渡応答過程」での衝撃負荷に対する耐衝撃対策の指針を明らかにするために,橋脚等の縮小モデルとしての鋼製円管の動的変形挙動について実験的検討を行った.また,材料特性の及ぼす影響についても検討するため,一部の実験は,強度や加工硬化形態の異なるアルミニウム材についても実施した.これらの研究の詳細については日本機械学会論文に取りまとめている.また,円管内に衝撃吸収効果のある異種材料を充填し,その耐衝撃性を向上させる研究も遂行している。主として当該年度に得られた研究成果の概要は以下のとうりである。兵庫県南部地震では多くの建物被害が発生したが、メガストラクチャーの被害としては芦屋浜高層鉄骨建物の被害が特徴的である。芦屋浜高層住宅の被害は、(1)極厚断面柱の破断と(2)柱・ブレースの一体破断であり、連続体による動的解析の結果から、(1)の破断が発生する事が確認できた。また、構造物に発生した被害箇所は解析結果で示す事が出来た。特に、主柱の破断が4階と8階の段落し部分での溶接部に多発した原因は、急激なエネルギーの変化と破断とが密接に関係している事が明かとなった。(2)の問題は、連続体を有限要素にする際、フレーム解析よりは高次のシェル要素を用いた解析結果から、破断過程を解明できた。直下地震による大型鋼構造物の破壊過程解明のための一つのアプローチとして、鋼製箱型断面柱にぜい性破断が生じた24階建ての実高層建築物に近づけた有限要素モデルを作成し、そのモデルの底部に,兵庫県南部地震時の各種記録波形を入力して、その構造物モデルの過渡応答時の三次元動的挙動を解析して検討した結果、そのような24階建ての高層建築物に阪神・淡路大震災時に記録された程度の激しい上下・水平方向の揺れが作用するとき、その激しい揺れの作用時とほぼ対応した時刻における大型鋼構造物の過渡応答時において、その構造物中の複数の柱に高い引張応力が発生して、ぜい性破断が生じる可能性が高いこと等がわかった。また、同じ鋼材でも、対象とする材料が小型の試験片のときに比較して大型の鋼部材の場合には、よりぜい性破断が発生しやすくなることが数値シミュレーションの結果、明らかになった。
ソーシャル・キャピタルが農村共有資源管理に果たす役割に関する日中比較研究

本研究では、わが国と中国雲南省の農業集落のミクロデータを用いて、集落の社会的異質性やソーシャル・キャピタル(SC)が農村共有資源管理に果たす役割を検討した。その結果、(1)集落の寄合によって蓄積されるSCは、わが国の共有資源の管理水準を高める役割を果たすとともに、集落の社会的異質性の進展は資源管理行動に影響を及ぼすことが、(2)集落の社会的異質性は水管理人の選抜過程等の経路を介して、中国農村の共有資源管理に影響を及ぼすことがわかった。以上より、集落の社会的異質性が共有資源管理に影響を及ぼす日中共通の要因であることが示唆された。本研究の課題は,市場制度や経済発展水準の異なる二つの国,具体的には,中国とわが国の農村共有資源管理を対象として,両国の比較を通じて,ソーシャル・キャピタルが農村共有資源管理に果たす役割を明らかにすることにある。本年度は,わが国の農村共有資源,とりわけ農業集落の農業用用排水路や農道を対象として,その管理を目的として実施される集落の共同行動の成立要因を検討した。検討に際しては,全農業集落を調査対象として実施される『2000年農林業セシサス農業集落調査』の個票データを用い,特に集落規模や集落の社会的異質性ならびにソーシャル・キャピタルを醸成する役割を果たすと考えられる,集落め寄合が共有資源管理に果たす役割に着目して,分析を行った。その結果,(i)集落戸数や非農家率と共有資源の管理水準の間にはU字型や逆U字型で表される非線形の関係が存在し,集落戸数の増加や非農家率の大幅な高まりは管理水準を低下させる方向に作用すること,(ii)集落の寄合によって蓄積されるソーシャル・キャピタルは,共有資源の管理水準を高める役割を果たすこと,(iii)集落社会の多様性や分極化は,共有資源管理に影響を及ぼさない一方で,集落内農家の経営規模の多様化や二極化は,共有資源管理に影響を及ぼすことから,集落社会そのものよりもしろ,農家集団のあり方が共有資源の管理水準に強い影響を及ぼしている可能性があることがわかった。以上の結果について,関連学会において口頭報告を行った。また,これらの結果は学術雑誌等を通じて公表予定である。本年度は,中国雲南省農村において収集した灌漑管理に関するミクロデータを用いて,中国農村における農村共有資源管理メカニズムを検討した。特に,調査対象地域が少数民族の居住地域である特徴を生かし,農業集落の社会的異質性と共有資源管理の関係に着目した分析を行った。分析では,集落の社会的異質性の共有資源管理への直接的な影響経路を検討するのではなく,集落の社会的異質性と関係を有する水路管理人の選抜プロセス,水分配の方法ならびに灌漑システムの資源属性を経由した,間接的な影響経路が共有資源管理に及ぼす影響を検討した。検討の結果,集落内の民族的な異質性は,水路管理人の選抜プロセスや集落の水管理条件といった間接的な経路を通じて,取水をめぐるコンフリクトの発生数や盗水の発生といった形で,灌漑システムの管理水準に影響を及ぼしていることがわかった。つまり,集落の社会的異質性は,水路管理人による選抜プロセス・利益分配ならびに水供給条件などの灌概システムの資源属性といった間接的な経路を介して,共有資源管理の成否に影響を及ぼしている。これらの点は,昨年度,わが国の農業集落の社会的異質性が共有資源管理に影響を及ぼすことを明らかにした,本研究の結果と整合的である。ただし,以上の分析には,方法論上の課題が一部残されている。このため,これらの課題に改善を施した後,得られた結果を学術雑誌等にて公表予定である。本研究の課題は,わが国と中国の比較を通じて,ソーシャル・キャピタルが農村共有資源管理に果たす役割を明らかにすることにある。本年度は,農林水産省『農林業センサス農業集落調査』における1980年,1990年,2000年の集落個票データから北海道,東京都,大阪府,沖縄県を除く43府県の各50集落を無作為抽出し,パネルデータを構築するとともに,これを用いて,わが国農業集落の農村共有資源管理メカニズムを検討した。また,日中比較を通じて,農村共有資源管理に影響を及ぼす共通の要因を検討した。検討の結果,パネルデータの分析により,(1)集落の規模は共有資源管理のための共同行動の実施に影響を及ぼさないこと,(2)寄合回数に代理されるソーシャル・キャピタルは共有資源管理のための共同行動を促進すること,(3)農業集落構成員の多様化や非農家率の上昇といった集落の社会的異質性の進展は,一定水準まで共同行動を促進する一方,その水準を超えると,共同行動の阻害要因となることがわかった。