hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
C型肝炎治療効果の鍵を握る肝・腎リバビリン輸送機構の解明とその個人差

C型肝炎治療奏功の個人差を明らかにするにはリバビリンの肝・腎取り込み機構を明らかにする必要がある。本研究の結果、ヒト肝細胞および腎細胞にリバビリンを取り込むトランスポーターが明らかとなった。さらに本研究ではリバビリンの肝細胞取り込みにおける個人差を明らかとした。今後これらトランスポーターの発現量および機能に個人差を生じる遺伝的・環境的要因を明らかとし、C型肝炎治療法に応用していく必要があると考えられた。リバビリンはC型肝炎治療に必須の薬剤である。リバビリンの標的細胞は肝細胞であるが、これまでにリバビリンの肝取り込み機構は詳細に解析されていない。本年度はマウス・ラット・ヒトにおいてリバビリン肝細胞取り込みを担うトランスポーターの同定を目的とし、遊離肝細胞を用いて検討をおこなった。その結果、マウスではおもにequilibrative nucleoside transporter 1(ENT1)が、ラットではENT1に加えconcentrative nucleosidetransporter 2(CNT2)がリバビリンの肝細胞取り込みに寄与することが明らかとなった。一方、ヒト肝細胞2検体を解析したところ、ヒトではENT1が主な肝細胞リバビリン輸送体であったが、CNT分子種以外の輸送体によると考えられるNa^+依存性の取り込み活性も認められた。また、ヒト肝細胞2検体間においてENT1によるリバビリン取り込み活性には差異が認められ、これは両検体におけるENT1 mRNA発現量の差異と一致していた。以上の結果より、リバビリンの肝細胞取り込み機構には大きな種差が存在することが明らかとなった。この結果は動物実験から得られた結果とヒトで得られた知見を比較するにあたり重要な知見であると考えられた。またヒトではENT1 mRNA発現量の個人差に起因する肝細胞リバビリン取り込み活性の個人差が存在することが明らかとなった。リバビリン取り込み活性の個人差はリバビリンの薬効発現に個人差を生じる可能性が考えられることから、今後この個人差の要因をさらに明らかとしていく必要があると考えられた。リバビリンはC型肝炎治療に必須の薬剤であり、本研究課題ではリバビリンの肝・腎における細胞内取り込み機構の同定とその個人差を解明することを目的としている。前年度は肝におけるヒト肝リバビリントランスポーターを同定し、そのmRNA発現量に個人差が存在することを明らかとした。そこで本年度はこのリバビリントランスポーターであるSLC29A1遺伝子の発現調節機構を解析した。その結果、SLC29A1遺伝子には4つのオルタナティブプロモーター領域と12種のmRNA分子種が存在すること、さらにヒト肝細胞3検体間においては3つ目のプロモーター(P3)より転写されるmRNA分子種発現量に5倍以上の個人差が存在することが明らかとなった。また本年度はヒト腎におけるリバビリントランスポーターの解析もおこない、近位尿細管内皮細胞にはconcentrative nucleosidetransporter 3(CNT3)が高く発現すること、またMDCK細胞に発現させたCNT3は二相性のプロファイルを持ってリバビリンを細胞内に取り込むことを明らかとした。以上の結果より、ヒト肝細胞リバビリン取り込み活性の個人差は、SLC29A1遺伝子のP3より転写されるmRNA分子種の発現量の差に起因するものと考えられた。また腎ではCNT3がリバビリンの尿細管内皮細胞取り込みに関与するものと考えられた。SLC29A1遺伝子発現量の個人差はリバビリン肝取り込みに個人差を生じること、またCNT3の発現量および機能の個人差はリバビリン血中濃度に個人差を生じることによりそれぞれリバビリンの薬効発現に個人差を生じる可能性が考えられることから、これら個人差を生じる遺伝的・環境的要因を明らかとする必要があると考えられた。
子どもの認知プロセスー環境要因を考慮した親・保育者・一般成人の比較

「社会の中の子育て」が理想とされる中、現状は理想からは程遠い。生物学的に考えれば、万人にとって「子ども=かわいい=世話したい」でないのは当然である中、どのような人が、どのような齢の子どもに、どのようにかかわってくれるのかを明らかにすることは、社会の中の子育てを促進するためのシステム構築に重要である。本研究では、生活史戦略の理論に基づき、親、保育者、一般成人を対象に、子どもに対する認知を測定することで、上記問いに答えることを目的としている。0-2歳の子をもつ母親、教育学部大学生、一般大学生を対象に、乳幼児顔の評定調査を行った。具体的には、新生児期から2歳までの乳幼児の顔に対するかわいさ、養育欲求、接近欲求の評定が、刺激の発達段階によってどのように変化するかを検討した。結果、母親の評定では、かわいさのピークが4-7か月頃にみられるが、養育欲求と接近欲求のその時期のピークは明瞭でなく、かわいさ知覚と養育欲求、接近欲求は必ずしも一致しないことが示唆された。一方、大学生では、教育学部生の評定値が非常に高い傾向がみられたものの、教育学部生、一般学生、いずれにおいても、かわいさ知覚、養育欲求、接近欲求、3評定値で4-7か月にピークがみられ、2者で評定値の刺激の発達的変化に類似した傾向がみられた。さらに予備的に、0か月および11か月齢児の寝顔の印象に関する調査も行った。大学生、0-6歳の子を持つ親を対象に、写真を見て感じたことを自由記述してもらったところ、大学生と親では親の方が、また親においては子どもとのかかわりが多い方が、かわいいと言及する人の割合が低い傾向がみられた。これらの結果から、親と大学生で、また親においても子どもとのかかわりによって、乳幼児の顔の認知が異なる可能性が示された。本年度は、乳幼児顔の評定調査について上記のように進展することができた。さらに寝顔の予備的調査にも着手することができた。またそれらの成果を、かわいさを進化的および文化的視点から討論するべく研究代表者が企画した、日本発達心理学会第30回大会ラウンドテーブル「『かわいい』の進化と文化」において発表し、有益な議論を行うことができた。ラウンドテーブルでの議論は、論文発表に向けて、考察の深化に役立った。初年度末から次年度にかけて大規模調査を実施する計画であったが、九州大学橋彌准教授、中京大学池田助教との打ち合わせを重ね、次年度での調査実施に向けて準備が進んでいる。母親、大学生(教育学部・一般)を対象にした、乳幼児顔の評定調査について、結果を論文としてまとめ、発表する予定である。予備的に行った寝顔に関する調査についても、対象者を広げ、質問項目を整理し、本調査を実施する。また、これまでの調査では、親か大学生か、年齢・性別といった基本的情報と、顔の評定値のみを扱ってきているが、今後は生活史戦略にかかわる変数とそのための具体的質問項目の選定を行い、それらの変数も扱った大規模調査を実施する予定である。親、保育士を対象とした調査のために、九州大学の橋彌和秀准教授、武蔵野大学の箕輪潤子准教授の協力を得て、参加者集めの準備を進める。調査結果に基づき、中京大学の池田助教との連携によりネットワーク分析を用いて、乳幼児の認知や養育欲求に影響を与える要因を検討する予定である。

またそれらの成果を、かわいさを進化的および文化的視点から討論するべく研究代表者が企画した、日本発達心理学会第30回大会ラウンドテーブル「『かわいい』の進化と文化」において発表し、有益な議論を行うことができた。ラウンドテーブルでの議論は、論文発表に向けて、考察の深化に役立った。初年度末から次年度にかけて大規模調査を実施する計画であったが、九州大学橋彌准教授、中京大学池田助教との打ち合わせを重ね、次年度での調査実施に向けて準備が進んでいる。母親、大学生(教育学部・一般)を対象にした、乳幼児顔の評定調査について、結果を論文としてまとめ、発表する予定である。予備的に行った寝顔に関する調査についても、対象者を広げ、質問項目を整理し、本調査を実施する。また、これまでの調査では、親か大学生か、年齢・性別といった基本的情報と、顔の評定値のみを扱ってきているが、今後は生活史戦略にかかわる変数とそのための具体的質問項目の選定を行い、それらの変数も扱った大規模調査を実施する予定である。親、保育士を対象とした調査のために、九州大学の橋彌和秀准教授、武蔵野大学の箕輪潤子准教授の協力を得て、参加者集めの準備を進める。調査結果に基づき、中京大学の池田助教との連携によりネットワーク分析を用いて、乳幼児の認知や養育欲求に影響を与える要因を検討する予定である。初年度予算の大部分は、大規模Web調査を実施するためのものである。大規模調査自体は、当初計画では初年度末次年度初旬を予定していた。本助成金は繰り越しが可能であることを鑑み、念のため初年度で請求していた。そのため、現時点では次年度使用額が余っているように見えるが、当初の計画から大きく遅れたためのものではない。
自動車リサイクル法がELVの処理・リサイクル関連業界にもたらす影響に関する研究

本年度は、ELVの処理・リサイクルという概念を若干拡張して研究をすすめ、国際化している目動車リサイクルの動向も重点的に調査し、今後の新たな制度構築に向けで、政策的提言を行うことを目的とした。まずは国内の中古車輸出基地となっている地域を調査し、同時に、貿易統計や輸出抹消の状況などを精査して、数値と実態の両面から、日本からの中古車輸出の現状把握を行った。その結果、リサイクル法施行以降、中古車輸出台数が増加し、中古車オークション市場にも全体的にタマ附則傾向が強くなるなど、国内市場に相当影響を与えていることがわかった。オークションでの取引価格が上がっているため、国内解体業者が直接ティーラー等から廃車を仕入れるのも困難な状況である。この状況を生み出した要因として、自動車リサイクル法施行もあげることができる。さて、輸出された中古車が、現地で適切に処理・リサイクルされるのか、ということを調査するため、ロシア諸地域で継続して情報収集を行った。廃棄物行政、環境行政当局への聞き取りや現地での資料収集を行った。現地では、自動車処理・リサイクルは市況に任せて処理実態が決まっている状況であることがわかった。深刻な環境汚染が懸念される状況である。自動車リサイクル法は国内で処理・リサイクルされるものを対象にするが、現状を見る限り、自動車リサイクルの何らかの国際的な共通の枠組みが必要である。ではどのような共通の枠組みを目指すべきか。まずは、車両登録制度に関して、関係各国共通の枠組みを作っていくことが求められる(車台番号の管理など)。日本で自動車リサイクル法がおおむね順調に運用されている背景として、厳格な車両登録制度に基づく廃車フローの管理かあげられる。関係各国を巻き込んだリサイクル政策には、その前提として、車両登録制度の整備が不可欠なのである。さしあたり、これを提案としたい。自動車リサイクル法の施行に伴って、ELV処理・リサイクル関連業界は大きな業界再編の過程にある。特に自動車解体業へ新規参入が激しい。北海道では大手鉄スクラップ業者がこぞって自動車解体業に参入した。ASRリサイクルに参入する業者もおり、鉄スクラップ業は上流、下流双方へ事業の範囲を拡大し、いわゆる垂直的統合の経済的メリットを最大限引き出そうとしている。また、法策定の過程では想定されていなかったと考えられるSS(サービスステーション)運営業者からの進出も見られた。筆者が調査した結果、自動車解体業とは一件無関係なSS運営は、参入に極めて有利に働き、道内の業界再編に大きな影響を与えるものと推察された。一方、既存の業者も協業化を進めている。少ない経営資源を、ノウハウの蓄積があるため有利とされる中古部品販売に振り向けることによって、生き残りを図ろうとしている動きが見られた。しかし、業者の大幅な淘汰は避けられず今後の社会経済的影響が懸念される。自動車リサイクル法は、中古車の輸出ドライブをかけるといわれている。中古車の輸出に関わる業界も大きな再編を迎えると考えられる。ただ、中古自動車輸出関連のデータ不足を始め、この業界やデータの全貌を明らかにするのはここまでは困難であった。今後いっそう時間・費用をかけて調査していく必要がある。すくなくとも、現状が続けば、日本から輸出されている中古自動車が、輸出先で深刻な地域環境汚染を引き起こしかねないことを指摘しておく必要がある。今年度調査したロシア・極東地域は、日本からの中古車フローが一貫して増大しており、現状が改善されないようであれば、国際問題に発展する可能性もある。今後、適切な国際リサイクルの構築も視野に入れて、現行制度を改善していくべきである。2005年度の研究では、ELV処理・リサイクルをより広義にとらえ、中古車輸出に関する調査研究も進めた。特に統計データの整理や、国内外での関連業者の聞き取りを精力的に進めた。この研究が可能となった背景には、2005年7月より、自動車の携帯輸出が禁止されたため、輸出台数の正確な把握が可能になったことが挙げられる。それによれば、年間輸出台数は120-130万台になることが明らかにされている。一方、全国の中古車輸出業者からの聞き取り調査から業界独自の課題が部分的にではあるが、明らかとなった。カントリーリスクや為替リスク、通常の商業リスクを含めたリスク管理をどのように行っていくのか、ということが極めて重要である。大規模業者だけでなく零細業者についても、規模にみあったリスク管理をふまえた経営手法をとっていく必要がある。この間の調査で、我々は自動車リサイクル法は使用済み自動車の輸出を促進しているのではないかと推測している。従来国内で廃車となっていた自動車がリサイクル料金の負担を逃れるために、中古車オークションに出品されるという法の趣旨とは異なる事態が発生している。国内での適正処理・リサイクルはもちろんのことだが、徐々に明らかにされつつある自動車の国際リユース・リサイクルの現実(2004年度、2005年度のロシア極東地域への調査でその一部を明らかにしている)をふまえた制度設計が求められている。

その結果、リサイクル法施行以降、中古車輸出台数が増加し、中古車オークション市場にも全体的にタマ附則傾向が強くなるなど、国内市場に相当影響を与えていることがわかった。オークションでの取引価格が上がっているため、国内解体業者が直接ティーラー等から廃車を仕入れるのも困難な状況である。この状況を生み出した要因として、自動車リサイクル法施行もあげることができる。さて、輸出された中古車が、現地で適切に処理・リサイクルされるのか、ということを調査するため、ロシア諸地域で継続して情報収集を行った。廃棄物行政、環境行政当局への聞き取りや現地での資料収集を行った。現地では、自動車処理・リサイクルは市況に任せて処理実態が決まっている状況であることがわかった。深刻な環境汚染が懸念される状況である。自動車リサイクル法は国内で処理・リサイクルされるものを対象にするが、現状を見る限り、自動車リサイクルの何らかの国際的な共通の枠組みが必要である。ではどのような共通の枠組みを目指すべきか。まずは、車両登録制度に関して、関係各国共通の枠組みを作っていくことが求められる(車台番号の管理など)。日本で自動車リサイクル法がおおむね順調に運用されている背景として、厳格な車両登録制度に基づく廃車フローの管理かあげられる。関係各国を巻き込んだリサイクル政策には、その前提として、車両登録制度の整備が不可欠なのである。さしあたり、これを提案としたい。
非アルコール性脂肪肝炎に対する麻酔薬の肝虚血保護法の検討：糖尿病薬との相互作用

正常ラットでは、揮発性麻酔薬セボフルラン、チアゾリン薬ピオグリタゾン、インクレチン薬リラグルチドの虚血前投与によって肝細胞傷害の軽減とアポトーシスの抑制が認められ、生存率も高かった。非アルコール性脂肪性肝炎(Non-alcoholic steatohepatitis; NASH)ラットでは肝虚血再灌流傷害が正常ラットよりも強く生存率も低下した。また、薬剤単独投与による保護効果も減弱することが明らかとなった。揮発性麻酔薬セボフルラン、チアゾリン薬ピオグリタゾンの併用群では、それぞれの単独投与に比較して、肝細胞傷害の軽減とアポトーシスの抑制が認められ、生存率も高かった。非アルコール性脂肪肝炎(NASH)は、肝硬変へ移行する病態として注目されているが、生活習慣病の増加に伴い、本邦でも患者数が増加(およそ100万人と推定)している。また、NASHでは肝虚血傷害が正常肝より強くなることが報告されている。揮発性麻酔薬は肝虚血保護作用を有するが、NASHにおける検討はない。糖尿病薬のチアゾリン薬やインクレチンはNASHの進展予防だけでなく、直接的な肝虚血保護作用も報告されてきている。NASHに対する揮発性麻酔薬と糖尿病治療薬の相互作用を検討し、より有効な肝虚血保護効果方法を確立させることを目的とし、以下の検討を行った。実験3)正常およびNASHラットで揮発性麻酔薬セボフルラン(SEVO)虚血前投与とチアゾリン薬ピオグリタゾン(PIO)またはインクレチンのリラグルチド(LIRA)の虚血前投与による相互作用を調べた。実験内容)SEVO長時間群(SEVO 4%を虚血前15分前まで4時間投与し、肝虚血)、SEVO短時間群(SEVO4%を虚血前15分前まで15分間投与し、肝虚血)とPIO 3日間投与群、LIRA 3日間投与群、PIOまたはLIRA 1回投与群を組み合わせて、それぞれの群で肝細胞障害の指標、生存率を調べた。結果)それぞれの群で、正常およびNASHラットでの肝細胞障害の指標、生存率を検討したが、正常ラットにおいては、保護作用における相互作用を認めなかった。NASHラットでは、PIO 3日間投与群+SEVO短時間群が、単独群と比較して肝細胞障害の低下を認めた。NASHに対する揮発性麻酔薬と糖尿病治療薬の相互作用を検討しより有効な肝虚血保護効果方法を確立させることを目的とし、正常肝ラットとNASHラットの肝虚血再灌流モデルを用い、揮発性麻酔薬と糖尿病治療薬の相互作用を検討し、より有効な肝虚血保護法を確立させること、ならびにこの保護メカニズムについても検討した。正常ラットでは、揮発性麻酔薬セボフルラン(SEVO)虚血前の短時間ならびに長時間投与またはチアゾリン薬ピオグリタゾン(PIO)、インクレチンのリラグルチド(LIRA)の3日間投与ならびに1回投与によって肝細胞傷害の軽減とアポトーシスの抑制が認められ、生存率も高かった。NASHラットではコントロール群の比較で肝虚血再灌流傷害が正常ラットよりも強く生存率も低下した。SEVO虚血前の長時間投与とPIO、LIRAの3日間投与でのみ肝細胞傷害の軽減とアポトーシスの抑制が認められた。正常ラットにおいては、保護作用における相互作用を認めなかった。保護効果メカニズムには、再灌流6時間後の肝組織をホスファチジルイノシトール3キナーゼ、内皮型一酸化窒素合成酵素、ヘムオキシゲナーゼ-1の関与が示唆された。現在、肝切除術、肝移植術における臨床研究について検討を行っている。

NASHに対する揮発性麻酔薬と糖尿病治療薬の相互作用を検討し、より有効な肝虚血保護効果方法を確立させることを目的とし、以下の検討を行った。実験1)正常およびNASHラットで揮発性麻酔薬セボフルラン(SEVO)虚血前投与による保護効果の検討:シャム群、コントロール群(麻酔法はPENTで行い、90分の部分肝虚血)、SEVO長時間群(SEVO4%を虚血前15分前まで4時間投与し、肝虚血)、SEVO短時間群(SEVO4%を虚血前15分前まで15分間投与し、肝虚血)で、肝細胞障害の指標、生存率を調べた。実験2)正常およびNASHラットでチアゾリン薬ピオグリタゾン(PIO)またはインクレチンのリラグルチド(LIRA)の虚血前投与による保護効果:シャム群、コントロール群、PIO 3日間投与群、LIRA 3日間投与群、PIOまたはLIRA 1回投与群で、肝細胞障害の指標、生存率を調べた。正常ラットでは、SEVO虚血前の短時間ならびに長時間投与またはPIO、LIRAの3日間投与ならびに1回投与によって肝細胞傷害の軽減とアポトーシスの抑制が認められ、生存率も高かった。NASHラットではコントロール群の比較で肝虚血再灌流傷害が正常ラットよりも強く生存率も低下した。SEVO虚血前の長時間投与とPIO、LIRAの3日間投与でのみ肝細胞傷害の軽減とアポトーシスの抑制が認められた。研究は全て長崎大学の先導生命科学研究支援センター内にある動物実験施設で行っているため、実験操作だけでなく研究に関わる一連の作業が安全かつ効率的に行えることに加えて、既にラット肝虚血再灌流障害モデルを用いた研究を以前から行っており、実験モデルが確立されていることと、大学内の他の研究グループ(麻酔科内および移植消化器外科)とのカンファランスによる検討やアイディア、支援などの協力も得られる環境であること、さらに動物実験担当技官や大学院生の協力も得ることができたためと考える。学会発表、論文作成の他、追加実験を行い、本研究を終了させる。また、「正常およびNASHラットで揮発性麻酔薬とPDEIII阻害薬の併用による肝虚血再灌流に与える影響」のpreliminary studyを開始する予定である。平成24年度以降は、(1)正常およびNASHラットで揮発性麻酔薬セボフルラン(SEVO)とチアゾリン薬ピオグリタゾン(PIO)またはインクレチンのリラグルチド(LIRA)の虚血前投与法を組み合わせて群で、肝細胞障害の指標、生存率を調べ、効果的な保護法を開発すること、(2)致死的ストレス後の細胞機能維持に働くストレス誘導蛋白の一つであるヘムオキシゲナーゼ-1(HO-1)、虚血再灌流傷害に対する細胞内保護メカニズムであるpathwayphosphatidylinositol-3-kinase (PI3K)-Akt、endothelial nitric oxide synthetase(eNOS)の関与について免疫染色と阻害薬を用いて検討する予定である。研究費は主に、
ヒト・ミトコンドリア蛋白質合成系の分子機構

ヒト・ミトコンドリアにおける蛋白質合成系の分子機構を解明することを目指し、生体外ミトコンドリア蛋白質合成系の構築を行った。具体的には、以下の4項目について取り組んだ。(1)ヒト培養細胞からのミトコンドリアおよびミトコンドリア抽出液の調製方法の確立翻訳活性を維持したミトコンドリアを高収率で得る調製方法を確立した。(2)ミトコンドリアリボソームの調製方法の確立豚肝臓ミトコンドリアからリボソームサブユニットを調製し、再会合を行うことにより、翻訳活性の高いリボソームを調製する方法を確立した。(3)組み換えミトコンドリア翻訳因子の調製翻訳に必要なすべてのミトコンドリア翻訳因子について、発現および精製方法を確立した。(4)ミトコンドリア翻訳系の再構築(1)-(3)で得たミトコンドリア抽出液、リボソーム、翻訳因子を利用し、ミトコンドリア翻訳系を再構築した。その結果、FLAGペプチドなど、いくつかのペプチドの翻訳ができる生体外ミトコンドリア蛋白質合成系の構築に成功した。『(3)組み換えミトコンドリア翻訳因子の調製』の過程では、新規なミトコンドリア翻訳終結因子HMRF1Lを同定した。『(2)ミトコンドリアリボソームの調製方法の確立』の後、ミトコンドリアリボソームの生化学的解析をおこない、ミトコンドリアリボソームにE-siteを発見した。構築した生体外蛋白質合成系を利用し、ミトコンドリア翻訳因子(EF-TumtおよびEF-Tsmt)の変異による疾患の発症機構の解析や、ミトコンドリア翻訳制御因子の機能解析を行った。ミトコンドリアnatural mRNA(13種)のうち、ATP8,COII,ND4について翻訳を試みた。これまでのところ目的の産物を得ることはできておらず、以下に述べる項目について検討を進めている。2、翻訳系の改善(1)ミトコンドリア抽出液の調製方法の改善確立したミトコンドリア抽出液調製方法では、ロット間における翻訳活性の差が著しいという問題があった。そこで更に改善を加え、特に抽出時の界面活性剤とMg濃度を改善することで、安定した翻訳活性を示す抽出液を得られるようにした。ポリウリジン酸依存ポリフェニルアラニン合成系において、投入した全phe-tRNAの約2割がポリペプチドに取り込まれる。(2)mRNAの設計ミトコンドリアnatural mRNAを翻訳する際の問題点として、その2次構造やコドン使用頻度(大腸菌tRNAを用いて翻訳反応を行っているため)が考えられた。そこで、堅い2次構造をとらず、また大腸菌tRNAに適したコドンが使用されているテストmRNAを作製し、翻訳をこころみた。目的の翻訳産物は得られないものの、短い翻訳産物が生成していることが示唆された。翻訳反応条件の至適化により全長の目的産物を得ることができると考えており、検討を進めている。まだ翻訳を試みていないミトコンドリアnatural mRNAの中で、ND6 mRNAは唯一大腸菌tRNAに適したコドンが使用されており、翻訳が期待される。(3)添加因子の検討ミトコンドリアnatural mRNAを大腸菌tRNAを用いて翻訳するにあたり、マイナーコドンに対応するtRNAを相補することが有効であると考えている。添加の効果について検証するため、マイナーコドンに対応するtRNAの大量調製を行った。
マグマ水蒸気爆発の発生機構に関する実験的研究(衝撃波によるマグマ-水反応)

本研究では、マグマ(高温融体)と水(低温融体)の接触による粗混合、トリガリング、爆発に至る水蒸気爆発の発生環境とメカニズムを明かにすることを目的とする。本年度は、マグマと水の接触による爆発と、衝撃波によるマグマと水との反応について実験研究を行った。玄部岩(融点1180°C)を溶解し水の中に落下させ、爆発の条件を調べた。直径4mmの融体球では高さ10cm、深さ10cm程度の条件で爆発が生じる。金属のピン(具体的には剣山)をおいてトリガーをかければ、広い範囲で爆発が起きる。一方10mm程度の大きな融体球では水との接触時かなりの衝撃を発生するが、水深20cmまででは落下後に爆発を生じないということが解った。これは大きな融体では水深が浅すぎて融体表面が十分凝固する前に底まで達してしまうからであろうと推測される。衝撃波による岩石(マグマ)と水の反応の実験を行うため本年度は、衝撃波管の製作を主に行った。直径30mm長さ2mの肉厚パイプに高圧ガス室を付設し、無遠火薬を用いて衝撃波を発生させる装置を完成させた。また衝撃波の強度を測定するためのストレスゲージを種々検討し、カーボンまたはマンガニンのゲージがこの実験範囲では最適であることを突き止めた。実験室スケールではあるが、マグマと水の接触により実際に爆発が起きることを明かにした。しかしこのような粗混合に至る前には必然的に破壊過程が必要であり、今後の課題として次年度以降は、岩石(マグマ)と水の実験結果について詳細に検討することのほかに、マグマの一次破砕のメカニズムの解明をしなければならないと考える。
実行時間の差分を利用した不正な動的解析の防止

本研究では,不正な解析(不正なリバース・エンジニアリング)を行う攻撃者からソフトウェアを保護するための一方法を提案した.提案方法は,ソフトウェアの任意の部分を,実行時間依存コード,すなわち,ソフトウェアの一部の実行時間に応じて動的に内容が変化するコードに変形する.提案方法を用いれば,攻撃者が動的解析によってソフトウェア内の秘密情報を取得するためのコストを効率的に増大させることができる.保護アルゴリズムの開発,試作システムの実装,および提案方法の有効性の考察・評価を行った.本研究では,不正な解析(不正なリバース・エンジニアリング)を行う攻撃者からソフトウェアを保護するための一方法を提案した.提案方法は,ソフトウェアの任意の部分を,実行時間依存コード,すなわち,ソフトウェアの一部の実行時間に応じて動的に内容が変化するコードに変形する.提案方法を用いれば,攻撃者が動的解析によってソフトウェア内の秘密情報を取得するためのコストを効率的に増大させることができる.保護アルゴリズムの開発,試作システムの実装,および提案方法の有効性の考察・評価を行った.本研究の目的は,通常に実行した場合と,攻撃者がプログラムを解析しながら実行した場合との実行時間の違いを用いて,動的解析を防止することである.デバッガによるステップ実行など実行の一時停止を伴う動的解析を行った場合に,プログラムの(部分的な)実行時間が通常の実行時の実行時間よりも長くなることを利用して解析を困難にする.初年度である本年度においては,主として提案方法のアルゴリズムの設計を行った.提案方法は,次のような手順でプログラムを動的解析から保護する.1.保護対象のプログラムに含まれる攻撃者に知られたくない命令を偽の命令で上書きする.2.実行時間の測定対象となる基本ブロックを選出し,その実行時間を測定するルーチンを生成・挿入する.3.実行時間がしきい値を超えていなかった場合(通常の実行と判断された場合),偽の命令を元来の命令に自己書換えし,超えていた場合(動的解析が行われたと判断された場合),偽の命令を元来とは異なる命令に自己書換えするルーチンを生成・挿入する.特に,以下に挙げる項目について詳細に検討した.・保護対象のプログラムの制御やデータの流れを分析し,プログラムを基本ブロックに分割する方法・各基本ブロックの命令数から「実行クロック数のしきい値」,すなわち,そのブロックの実行時間が何クロック以上になったら通常実行ではないとみなすかを算出する方法・決定された実行クロック数のしきい値や偽装内容をもとに,偽装対象命令を実行時に元来の命令に書き換える復帰ルーチンを生成する方法研究成果は,国際会議等において発表した.本研究の目的は,通常に実行した場合と,攻撃者がプログラムを解析しながら実行した場合との実行時間の違いを用いて,動的解析を防止することである.デバッガによるステップ実行など実行の一時停止を伴う動的解析を行った場合に,プログラムの(部分的な)実行時間が通常の実行時の実行時間よりも長くなることを利用して解析を困難にする.2年目である平成21年度においては,主として試作システムの実装およびアルゴリズムの拡張を行った.具体的な研究成果を次に示す.1.試作システムの実装と評価前年度に行った提案方法の設計に従って,保護対象のプログラムに提案方法を適用するための系統的な手順の詳細を検討した.それに基づいた試作システムを実装し,保護されたプログラムが期待通りに動作することを確認した.また,保護されたプログラムの解析の困難さに関して,静的解析の困難さおよび動的解析の困難さの両面から考察を行った.2.マルチスレッドを活用した保護方法の拡張実行時間が不自然に長い場合に動的解析が行われていると判断し,実行に失敗させる仕組みについて,マルチスレッドを有効に活用し,より高度な保護ができるようにアルゴリズムを改良した.具体的には,プログラム中の基本ブロックを分解して複数のスレッドで並列に実行させるようにし,片方のスレッドの実行時間が攻撃者の動的解析によって長くなった場合に,ある時点で実行に失敗するようなアルゴリズムを検討した.以上に挙げた研究成果の一部を,情報科学技術フォーラム等において発表した.前年度までに提案したソフトウェア保護方法のアルゴリズムと試作システムの改良を行った.また,以下に示すように,提案方法の有効性に関する考察および評価を行った.(1)現実的な攻撃者のモデリングと提案方法の有効性の考察まず,静的解析・動的解析両方を組み合わせてソフトウェアの解析を行う現実的な攻撃者のモデル(典型的な攻撃者の環境と解析手順の詳細)について調査・検討した.得られた攻撃者モデルを用いて,提案方法によって保護されたソフトウェアが「現実的な攻撃」を受けた場合の耐性について考察した.提案方法は,逆アセンブラなどを用いる静的解析に加えて,一時停止を伴う動的解析(デバッガのブレイクポイント機能を使った解析など)を妨げることができるため,現実的な攻撃者がソフトウェア内の秘密情報を取得するのに必要なコストを著しく増大させることができる,秘密情報に該当する命令そのものに加え,秘密情報の場所を特定する手がかりとなる命令や,保護機構として追加した命令列などを対象に繰り返し保護を適用することで,より耐性の高い保護を行うことができる.(2)実行時間のオーバーヘッドに関する実験提案方法が適用されたソフトウェアについて,適用されていない場合と比較してどの程度の実行時間のオーバーヘッドが生じるかを,実験によって評価した.具体的には,実験用ソフトウェアに提案方法を適用し,適用の前後で一定の処理を行わせたときの実行時間がどの程度変化するかを測定した.実行時間のオーバーヘッドは保護を適用した範囲の広さ(命令数)にしたがって増加するという結果が得られ,提案方法を適用する度合(保護の強さ)と実行時間のオーバーヘッドの大きさはトレードオフの関係にあることがわかった.
双曲的結び目の例外的デーン手術に関する研究

3次元多様体の基本群がいつ左不変順序を許容するか,近年,関心が高まっている.特に,L空間とよばれる3次元多様体のクラスがそのような順序構造を許容しない3次元多様体のクラスと一致するのではないかという予想が提出されている.本研究では,この予想を念頭において,2橋結び目を対象に,デーン手術で得られる多様体の基本群が左不変順序を許容するような手術の係数の範囲や値を与えることに成功した.3次元多様体の基本群がいつ左不変順序を許容するか,近年,関心が高まっている.特に,L空間とよばれる3次元多様体のクラスがそのような順序構造を許容しない3次元多様体のクラスと一致するのではないかという予想が提出されている.本研究では,この予想を念頭において,2橋結び目を対象に,デーン手術で得られる多様体の基本群が左不変順序を許容するような手術の係数の範囲や値を与えることに成功した.ソリッドトーラス内の結び目で,非自明なデーン手術によってソリッドトーラスを生む結び目は,ガバイとバーギによってすべて決定されている.特に,そのような手術は高々2つしかなく,ちょうど2つ許容する結び目はただ1つしかなく,バーギによって決定された.一般に,3次元多様体内の結び目で非自明なデーン手術を行って,元の多様体と同相な多様体を得ることがある.それはコスメティック手術とよばれ,閉じた3次元多様体においては極めてまれな現象である.本年度は,境界のある多様体として最も基本的であるハンドル体に対して,コスメティック手術を許容する双曲的結び目の構成を行った.ハンドル体内の結び目に対して,境界と結び目の近傍をつなぐアニュラスがない場合,境界圧縮非自明手術は高々2個しか存在しないことが知られていた.種数2のハンドル体に対して,ガバイがそのような手術を1つもつ例を与えていたが,モンテシノス・トリックを使って,その例がもうひとつ境界圧縮手術をもつことを示した.さらに,ガバイの結び目を無限列に拡張した.これらはいずれも結び目の外部に分離的本質アニュラスを含んでおり,結び目の外部が全測地的境界をもつ双曲的多様体にはなっていない.そこで,種数2の場合にそのような双曲的結び目であって,しかもコスメティック手術を2個許容するものを構成した.モンテシノス・トリックを使用している点で,コスメティック手術のメカニズムが明らかである.また,同様の構成を種数が3以上の場合に拡張したが,分離的本質アニュラスの排除が課題として残っている.近年,どのような3次元多様体の基本群が左不変順序を許容するかという問題に注目が集まっている.群論において,左不変順序の研究の歴史は長いが,目下,トポロジーとの関連が徐々に明らかになりつつある.中でも,ヘガード・フロアーホモロジー理論において導入されたL空間とよばれる重要な3次元多様体の族が,基本群に左不変順序を許容しないという性質で特徴づけられるのではないかという,いわゆるL空間予想が提案されたことで,世界中の多くの研究者がこの話題に取り組み始めた.以前から,L空間の位相的特徴づけは懸案問題であり,L空間予想は位相的解釈を与えるものではないが,基本群の順序構造とフロアーホモロジーとの関連は見出されておらず,予想が正しければ,未知の領域への扉が開くことにもなり,今後の発展が大いに期待される.3次元多様体は結び目のデーン手術によって生成でき,L空間でない3次元多様体を生成することは容易である.L空間予想を支持するならば,そのような多様体の基本群が左不変順序を許容することが期待される.本年度は,代表的な双曲的結び目である2橋結び目に対して,その例外的デーン手術によって生じる多様体の基本群が左不変順序を許容することを確認した.これは,クレイとワトソンによって行われた8の字結び目のある例外的手術の場合の議論を一般化したものであり,L空間予想の信憑性を高める新たな証拠である.この成果は2つの論文にまとめ,すでに国際学術雑誌に投稿し,現在,審査中である.近年,どのような3次元多様体の基本群が左不変順序を許容するかという問題に注目が集まっている.群論において,左不変順序の研究の歴史は長いが,目下,トポロジーとの関連が徐々に明らかになりつつある.中でも,ヘガード・フロアーホモロジー理論において導入されたL空間とよばれる重要な3次元多様体の族が,基本群に左不変順序を許容しないという性質で特徴づけられるのではないかという,いわゆるL空間予想が提案されたことで,世界中の多くの研究者がこの話題に取り組み始めた.以前から,L空間の位相的特徴づけは懸案問題であり,L空間予想は位相的解釈を与えるものではないが,基本群の順序構造とフロアーホモロジーとの関連は見出されておらず,予想が正しければ,未知の領域への扉が開くことにもなり,今後の発展が大いに期待される.3次元多様体は結び目のデーン手術によって生成でき,L空間でない3次元多様体を生成することは容易である.L空間予想を支持するならば,そのような多様体の基本群が左不変順序を許容することが期待される.本年度は,ツイスト結び目,さらには種数1の2橋結び目に対して,手術の係数がある区間に属する場合,生じる多様体の基本群が左不変順序を許容することを証明した.

これは,ボイヤーたちによって行われた8の字結び目の場合の議論を一般化したものであり,L空間予想の信憑性を高める新たな証拠である.この成果は3つの論文にまとめ,すでに国際学術雑誌に投稿し,現在,審査中である.双曲的結び目の例外的デーン手術は,レンズ手術,ザイフェルト手術,トロイダル手術の3つに大別される.前者の2つについては,L空間予想は肯定的に解決されている.本年度の成果は,2橋結び目のトロイダル手術について,L空間予想の信憑性をすべて確認するに至っている.24年度が最終年度であるため、記入しない。最終年度である24年度は,対象とする双曲結び目のクラスを拡大して,L空間予想の確認を行うことと,2橋結び目に対する双曲的デーン手術の場合を考察する.もっとも単純な双曲的2橋結び目である8の字結び目に限っては,ある区間の手術係数の場合にボイヤー,ゴードン,ワトソンらによって行われた手法があり,その拡張を試みる.24年度が最終年度であるため、記入しない。
超高速長周期構造とパターン形成の学理

理化学研究所播磨事業所のX線自由電子レーザー(XFEL SACLA)施設内に展開している、大阪大学播磨連携センターの高出力レーザーと専用のターゲットチャンバーを用いて実験を実施した。XFELパルスをプローブとして、100万気圧超領域の動的超高圧下において形成される長周期構造を直接観察した。高出力レーザーとXFELを同期させた条件で、超高速XRDイメージングによる超高速長周期構造形成の実証とシーケンスの解明のための実験を行なった。鉄やタンタル、コバルト、および合金などの金属だけでなく、シリコンやクォーツ、ゲルマニウムやグラファイト、および化合物などの半導体や絶縁体など様々な物質に関して観察を行った。また、SACLA実験ハッチ内の専用ターゲットチャンバーエリアの高度化整備も進め、改良された回折計と、時間空間分解の線結像型レーザードップラー速度干渉計(Line-VISAR)と放射輝度温度計(SOP)の結合を行った。フッカリチウム結晶を利用した固体撮像技術により、XFELプローブ超解像イメージング系の品質の確認を継続して行った。また、実空間におけるXFELプローブ超解像イメージングによる超高圧下構造パターン形成過程解明を目指して、標準試料を用いたXFELプローブ超解像イメージングの予備実験を実施した。イメージング系の改良・整備を実施するとともに、結晶のダイナミックレンジや分解能の波長依存性などを明らかにした。得られた研究成果は、国内及び国際学会で積極的に発表するとともに、論文としてまとめ順次国際誌に出版公表した。理化学研究所播磨事業所のX線自由電子レーザー(XFEL SACLA)施設内に展開している大阪大学播磨連携センターの高出力レーザーを、高出力化するとともにパルス波形制御を確認し、少なくとも約650万気圧超までの動的超高圧を生成する事に成功している。鉄やシリコンなど当初予定されていた典型的な数種の金属や半導体だけでなく、高硬度材料、磁性材料、多結晶セラミックス、層状物質、など様々な系に対しても超高速X線回折イメージングを開始することができた。いくつかの物質においては既に超高速の構造相転移が確認され、長周期構造形成のメカニズムの検討が開始されている。比較検討のため第一原理計算にも着手している。SACLA実験ハッチ内の専用ターゲットチャンバーエリアの高度化整備が進められ、改良された回折計と、時間空間分解の線結像型レーザードップラー速度干渉計(Line-VISAR)と放射輝度温度計(SOP)の結合を既に完了している。フッカリチウム結晶を利用した固体撮像技術により、XFELプローブ超解像イメージング系の品質の確認を順調に実施している。また、実空間におけるXFELプローブ超解像イメージングによる超高圧下構造パターン形成過程解明を目指して、標準試料を用いたXFELプローブ超解像イメージングの予備実験も既に実施し、実験フォーマットの構築に向けてイメージング系の改良・整備を実施している。XFELだけでなく、レーザープラズマX線、放射光などを用いて撮像法の詳細なキャラクタライズを既に行っている。得られた研究成果は、国内及び国際学会で積極的に発表するとともに、論文としてまとめハイインパクトの雑誌にて出版公表されはじめている。理化学研究所播磨事業所のX線自由電子レーザー(XFEL SACLA)施設内に展開している、大阪大学播磨連携センターの高出力レーザーと、新たに高度化したターゲットチャンバーを用いて実験を継続して行う。高出力化に成功したロングパルスレーザーの集光条件を最適化し、サブテラパスカル領域までの動的超高圧状態の再現性および精度を向上させる。XFELをプローブとした動的超高圧下の長周期構造形成の観察を継続する。歪み速度やターゲット異方性などの新たな条件を加え、超高速長周期構造形成の実証とシーケンスの解明のための研究をさらに進展させ学理構築に生かす。ターゲット試料には、鉄、金、ニッケル、およびタンタルなどの金属や合金、シリコン、ゲルマニウム、ダイヤモンド、グラファイト、クォーツ、アルミナなどの半導体や絶縁体を使用する。高硬度材料、磁性材料、ナノ多結晶セラミックス、層状物質、強相関構造材料、など探索対象を広げ、新構造や物性、相転移メカニズム、カイネティクスなどを調べるとともに、極限環境下での規則性を見出すための検討を行う。上記のX線回折法による逆空間のイメージングの観察に、これまで開発してきたシンチレーション固体撮像技術を応用して、実空間の超解像イメージングの機能を付与し、動的超高圧下の長周期構造生成条件のもとでの相転移パターン構造形成過程の撮像に挑戦する。試料には比較的軽元素からなる結晶試料のターゲットを新たに用意し、超高圧下構造パターン形成過程の解明に直接寄与する実験データを世界で初めて取得するとともに、一連の学理構築のための研究基盤を確立する。得られた研究成果は、国内及び国際学会で公表するとともに、論文として国際トップジャーナルに出版公表する。これらによって、当該分野における日本のコミュニティのプレゼンスを高めるとともに若手研究者の育成にも寄与することができる。ハイパワーレーザーとX線自由電子レーザー(X-ray Free Electron Laser)を駆使して、これまで静的圧縮実験によってのみ行われてきたタイプの超高圧研究を動的圧縮に拡張するための実験的研究および開発を実施した。研究は主に理化学研究所播磨事業所のX線自由電子レーザー施設SACLA内に独自に展開している高出力レーザーと専用のターゲットチャンバーを用いて行った。当該年度では専用ターゲットエリアにおける研究環境整備を中心に研究を進展させた。本研究計画に最適化された高出力レーザー集光系の整備をおこない、集光光学系および集光スポットモニタを構築した。ユニフォームな強度分布のスポットを実現するため位相板の設計を開始し、そのためのビーム基礎データの取得を行った。

また、動的圧縮下の測圧および測温を実現するためのピコ秒時間分解光学診断の高度化を実現し、速度感度域の高感度化と計測フレキシビリティを実現した。さらには、XFELプローブの超高速X線回折(XRD)イメージング系の高度化も実施し、大面積二次元ディテクタによる高繰り返しのデータ取得解析フローのシステムを構築することに成功した。半導体金属の構造相転移領域において既に単結晶単結晶の超高速相転移、並びにその時間シーケンスに関わる実験結果を得ることに成功している。当該年度当初計画における、i)集光系の整備、ii)測圧・測温システムの整備、iii)XFEL超高速XRDイメージング系の整備、における基本システム整備のみならず、位相板設計を開始するとともにビーム基礎データの取得に成功、光学診断系の高フレキシビリティ化やデータ取得の高速化に成功、大面積二次元ディテクタによる高繰り返しデータ取得・自動解析、などを実現した。また、基礎実験を既に開始し、半導体金属の構造相転移領域において未解明であった単結晶-単結晶の超高速相転移や、その時間シーケンスを明らかにするための相転移ダイナミクスに関する実験結果を得ることに既に成功している。当該研究計画では、ハイパワーレーザーとX線自由電子レーザー(XFEL)を駆使して、これまで静的圧縮実験によってのみ行われてきた超高圧下の物質のミクロな姿を、サブテラパスカル域まで観察可能にすることを目標に研究を推進した。実験は理化学研究所播磨事業所のXFEL施設SACLA内に独自に展開している高出力レーザーと専用ターゲットチャンバーを用いて行った。当該年度までに、超高速長周期構造生成用のドライブレーザーとXFELを同期させた条件で、結晶石英(クォーツ)や多結晶サファイアなどの標準試料に用いた生成圧力のキャラクタリゼーション、およびX線回折(XRD)イメージングの品質確認を行った。測圧および測温は、時間空間分解の線結像型レーザードップラー速度干渉計と放射輝度温度計を組み合わせた独自のシステムを用いて合わせて行った。これらによりどうプラットフォームにおいて数100万気圧以上の極限状態の生成を再現性良く実現することに成功した。すべり面活性による無拡散形式の相転移が誘起されうるアナログ物質として独自に見出されたタンタルをはじめ、準安定長周期構造の探索を行った。XFELとハイパワーレーザー間の遅延時間を高精度に設定することで、構造変化の時間進展を観察した。独自のXFEL集光系を利用した高スループットXRDイメージングを用いて、長周期構造起因のデバイシェラーリングパターンの時間変化を高S/Nで取得した。大規模分子動力学計算の研究の結果と直接比較検討可能な原子レベルフェムト秒時間分解のデータを取得することに成功した。研究協力者らと共同で既に原理実証しているシンチレーション固体撮像技術を採用したXFELプローブ超解像イメージング系をターゲットチャンバー内に整備開始した。
先天性サイトメガロウイルス感染に対する宿主免疫とウイルスの免疫回避機構の解析

サイトメガロウイルス(CMV)が妊婦に感染すると難聴や精神発達遅滞などの神経学的障害をもたらすため、ワクチンの開発が求められている。本研究では、妊娠モルモットを先天性感染のモデル動物として用いて、1感染を防ぐことに関与する免疫指標、2胎盤から胎児への感染を防ぐことに必要な胎盤のNK細胞の活性化の機序、3感染に伴う胎盤の遺伝子発現の変化、4CMVが免疫を回避する機序などを明らかにすることで、ワクチン開発の基盤となる免疫学的な理解を深める。
筋収縮における力学履歴現象の解析(滑走説における問題点)

筋収縮の滑走説では、張力は太いフィラメントと細いフィラメントの重なり合いの程度により決定されるとされている。しかい実際には横紋筋の発生する張力はその履歴により大きく異なってくる。例えば収縮中の骨格筋をゆっくり一定速度で数%伸長すると、張力は伸長中には滑走説により説明されるより大きな張力を発生し続ける。この機構に関しては初年度に詳しく研究を行った。stiffness測定、無荷重等張力性短縮開始時における過渡期現象、slack-test、等尺性収縮張力の測定の結果、その原因として次の事項が結論された。1.筋繊維中には並列弾性要素が存在する事と。2.結合しているクロスブッリジの数が増加すること。3.直列弾性要素が伸長される事。次年度には上記の現象とは対照的に収縮中に数%筋肉の長さをゆっくり一定速度で短縮させると、張力が短縮後においても低下し続ける現象を解析した。サーボモーターにより、種々の速度、大きさの短縮を与えた。短縮中は張力は最初やや速く減少し、次第にゆっくり一定の張力に達し、そして短縮が終了すると張力は回復を始める。この短縮終了後の張力低下は短縮の速度が遅いほど、また短縮が大きい程、大きいことが判明した。この張力低下の機構を調べるため、単一筋繊維の表面に炭素粒を付着させ、高速度ビデオカメラにより筋繊維の長軸に沿っての短縮の局在を調べた。その結果は予想外にも、筋長全体が短縮しても、筋繊維の中央部はほとんど短縮していない事が判明した。またサーボモーターにより筋繊維に1KHZの微小振動を与え、stiffnessを測定したところ、stiffnessは短縮中、短縮後共に張力と非常に平行した変化を示した。以上の結果を総合すると短縮による張力の低下は筋繊維の短縮が不均一におこり、それによりアクチンとミオシンの相互作用が低下するために発生すると結論される。骨格筋を等尺性収縮状態から数%緩やかに伸長すると張力は伸長中に急速に増加し、伸長後ゆっくり減少するものの、数秒後においても等尺性張力より高く保たれる。この現象は伸長による張力増強現象と呼ばれ筋収縮における履歴現象の一つとしてよく知られている。筆者は力学的実験より伸長により筋繊維の硬さが増加する事から結合しているクロスブリッジの数が増加すること、また形態学的研究から筋繊維の格子が乱れる事をすでに示している。この現象の機構につき、外国のある研究者は、筋繊維内に収縮要素と並列に弾性要素があり、これがこの現象に関与していると主張しており、今回の研究ではこの可能性も含め検討したカエル骨格筋の単一筋繊維を低温(23°C)において、電気刺激し等尺性収縮状態から筋節長を2.6ー2.75μmまで伸長し、その後の様々な張力レベルから荷重を急速に0レベルまで低下させ、どのような短縮をするか測定した。荷重を急速に0にすると筋繊維は一過性の短縮の相を経てから定速度の最大短縮速度を示す。これらの長さ変化の記録を等尺性収縮からの短縮記録と重ね合わせ定速度に入ってからの両者の長さ変化の差を調べた。この差は増強張力に依存し、最大30nm/hs(half sarcomere)に以上に達した。従来この差は直列弾性変化による考えられてきたが、実験結果によると二つの状態における直列弾性変化は4nm/hsにすぎない。これに対する説明の一つは、収縮要素と並列に弾性要素が存在し、荷重減少後の一過性の短縮相ではこの並列弾性要素の短縮により収縮要素の短縮が増強されるとする考えである。

以上の事から、伸長による張力増強現象は単一の機構によるものではなく、直列弾性要素の伸長、結合しているクロスブリッジの数の増加格子の乱れ、並列弾性要素の関与など複数の機構が関与した複雑な現象と考えられる。筋収縮の滑走説では、張力は太いフィラメントと細いフィラメントの重なり合いの程度により決定されるとされている。しかし実際には横紋筋の発生する張力はその履歴により大きく異なってくる。例えば収縮中の骨格筋をゆっくり一定速度で数%伸長すると、張力は伸長中には滑走説により説明されるより大きな張力を発生し続ける。この機構に関しては前年度に詳しく研究を行った。反対に収縮中に数%筋肉の長さをゆっくり一定速度で短縮させると、張力は短縮後においても低下し続けることが知られている。本年度は上記二つの力学履歴現象のうち後者の現象の解析を試みた。カエル前脛骨筋から単一筋繊維を分離し、一端をサ-ボモ-タに結合し、他端を張力計に結合し、0ー3°Cで電気的に刺激し等尺性強縮張力を発生させ、サ-ボモ-タ-により、種々の速度、大きさの短縮を与えた。短縮中は張力は最初やや速く減少し、次第にゆっくり一定の張力に達し、そして短縮が終了すると張力は回復を始めるこの短縮終了後張力低下は短縮の速度が遅いほどまた短縮が大きい程、大きいことが判明した。これは従来知られていた結果を定量的に示したものである。この張力低下の機構をさらに調べるため、単一筋繊維の表面に炭素粒を付着させ、高速度ビデオカメラにより筋繊維の長軸に沿っての短縮の局在を調べた。その結果は予想外にも、筋長全体が短縮しても、筋繊維の中央部はほとんど短縮していない事が判明した。この現象中における結合しているクロスブリッジの数の変化を知るため、サ-ボモ-タ-により筋繊維に1KHzの微小振動を与え、stiffnessを測定した。stiffnessは短縮中、短縮後共に張力と非常に平行した変化を示した。以上の結果を総合すると短縮による張力の低下は筋繊維の短縮が不均一におこり、それによりアクチンとミオシンの相互作用が低下するために発生すると結論される。