hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
自己免疫性肝炎Type Iにおけるアシアロ糖蛋白受容体の分子生物学的意義

ヒト肝cDNAライブラリーよりPCR法を用いてヒトアシアロ糖蛋白受容体(h-ASGPR)蛋白をコードする2種のh-ASGPRcDNAクローンを得た.これらのクローンがコードするアミノ酸配列は既報のものと同一であった(h-ASGPR H1およびL-H2).これら2種のcDNAクローンを用いてリコンビナント抗原を発現させることに成功した.大腸菌由来のリコンビナント抗原をウサギに免疫し,h-ASGPR H1あるいはL-H2に特異的な抗h-ASGPR抗体を得た.大腸菌リコンビナントh-ASGPR蛋白を精製し,精製抗原をプレートに固相化し、酵素抗体法により抗h-ASGPR抗体検出を試みた.自己免疫性肝炎・原発性胆汁性肝硬変・アルコール性肝疾患・C型慢性肝炎・B型慢性肝炎・全身性エリテマトーデス患者血清中の抗h-ASGPR抗体の測定を行ったところ,自己免疫性肝炎とC型慢性肝炎でOD値の高い症例を多く認めた.自己免疫性肝炎例のOD値とヒト肝から抽出精製した抗原を用いた測定法による抗ASGPR抗体価との間には良い相関が認められた.また,h-ASGPRの細胞外領域と細胞内領域の大腸菌リコンビナント蛋白を個々に発現,精製したものを用いて、酵素抗体法によるh-ASGPRに対する抗体の測定を試みた.自己免疫性肝炎患者血清の細胞外領域h-ASGPR抗原に対する反応性はh-ASGPRの全長蛋白を抗原とした場合と同様であり,主要な抗体エピトープは細胞外領域に存在することが示唆された.h-ASGPRの全長リコンビナント蛋白を抗原として酵素抗体法によるh-ASGPR抗体の測定を行った成績では自己免疫性肝炎とC型慢性肝炎に高反応性がみられたが、細胞外領域を抗原とした場合は、自己免疫性肝炎以外の疾患の陽性率は低下し特異性がより高まった.自己免疫性肝炎患者末血からリンパ球を分離し,リコンビナントh-ASGPR抗原を用いてリンパ球刺激試験を行った結果,1例にstimulation indexが4と比較的高値を認め,h-ASGPRに反応するリンパ球の存在が示唆された。1)ヒトアシアロ糖蛋白受容体(h-ASGPR)の全長をカバーする10merの合成ペプチドを作製し,抗h-ASGPR抗体陽性の自己免疫性肝炎TypeI患者血清との反応性をELISA法により測定したところ,陽性反応は得られなかった.2)合成ヌクレオチドをプライマーとしてPCR法を用いてヒト肝cDNAライブラリーよりh-ASGPRのcDNAクローニングを行い,2種のh-ASGPRcDNAクローンを得た.これらのクローンがコードするアミノ酸配列は既報のものと同一であった(h-ASGPRH1およびL-H2).3)これら2種のcDNAクローンを用いてリコンビナント抗原を発現させることに成功した.発現システムとして,大腸菌,CHO-K1細胞を用いた.4)大腸菌由来のリコンビナント抗原をウサギに免疫し,h-ASGPRH1あるいはL-H2に特異的な抗h-ASGPR抗体を得た.5)ヒト肝より抽出精製したASGPRを用いたELISA法にて抗h-ASGPR抗体が高力価であった血清を用いてリコンビナントASGPR抗原に対する反応性を検討したところ,陽性所見が認められた.今後,さらに症例数を増やして特異性の検討を行う予定である.またリコンビナント抗原を用いて,自己免疫性肝炎TypeI患者における抗h-ASGPR抗体のBcell epitopeの解析とh-ASGPR特異的なリンパ球クローンの樹立を試みる予定である.

ヒトアシアロ糖蛋白受容体(hASGPR)蛋白をコードするcDNAを用いて大腸菌によってリコンビナント蛋白を発現させ,イオン交換クロマツグラフィーを用いてASGPR蛋白を精製した.精製抗原をマイクロタイタ-プレートに固相化し,酵素抗体法により抗hASGPR抗体検出を試みた.健常人のOD値を平均値±2SDが0.3以下となる条件下で,自己免疫性肝炎・原発性胆汁性肝硬変・アルコール性肝疾患・C型慢性肝炎・B型慢性肝炎・全身性エリテマトーデス患者血清中の抗hASGPR抗体の測定を行った.これら諸疾患の中で,自己免疫性肝炎とC型慢性肝炎でOD値の高い症例を多く認め,自己免疫性肝炎例の50%がOD値0.3以上を呈した.ヒト肝から抽出精製した抗原を用いた測定法による抗hASGPR抗体価と大腸菌リコンビナント抗原を用いた測定法で得られたOD値との間には良い相関が認められた.ただし,一部に乖離例を認め,ヒト肝ASGPR抗原に対し高力価であった検体が低いOD値しか示さないものがあった.蛋白の二次修飾のことも考慮し,哺乳類由来の細胞株であるCHO-K1細胞を用いてトランスフェクション法によりリコンビナント抗原の発現も行った.アフィニティークロマトグラフィー法によってアシアロ糖蛋白に対してアフィニティーを持つ抗原を精製し,酵素抗体法による抗hASGPR抗体の測定を試みたが,健常人と自己免疫性肝炎患者とに有意差を認めなかった.現在,抗hASGPR抗体測定のためのELISA法を確立するため,大腸菌およびCHO-K1細胞リコンビナント蛋白を用いた測定法の改良を試みている.また,大腸菌リコンビナント抗原を用いて,自己免疫性肝炎患者における抗hASGPR抗体のB細胞エピトープの解析とhASGPR特異的なリンパ球クローンの樹立を試みている.ヒトアシアロ糖蛋白受容体(h-ASGPR)のcDNAを用いてh-ASGPRの細胞外領域と細胞内領域の大腸菌リコンビナント蛋白を個々に発現,精製した.これらリコンビナント蛋白を用いて酵素抗体法によるh-ASGPRに対する抗体の測定を試みた.自己免疫性肝炎患者血清の細胞外領域h-ASGPR抗原に対する反応性はh-ASGPRの全長蛋白を抗原とした場合と同様であり,主要な抗体エピトープは細胞外領域に存在することが示唆された.また,h-ASGPRの全長リコンビナント蛋白を抗原として酵素抗体法によるh-ASGPR抗体の測定を行った成績では自己免疫性肝炎とC型慢性肝炎に高反応性がみられたが,細胞外領域を抗原とした場合は,自己免疫性肝炎以外の疾患の陽性率は低下し特異性がより高まった.酵素抗体法の反応条件を変えて検討した結果,抗原と抗体の結合は比較的緩和な条件でのみ認められ,結合親和性はあまり高くないことが示唆された.このh-ASGPR細胞外領域リコンビナント蛋白抗原測定系を用い,ドイツのBuschenfelde教授らがヒト肝より抽出精製したh-ASGPR抗原を用いて測定した高低種々の抗ASGPR抗体を含むドイツ血清検体を測定し,二種の測定結果の相関を検討した.リコンビナント抗原を用いた測定法は感度が低かったものの,特異性については二種の測定法で乖離はみられなかった.自己免疫性肝炎患者
口腔偏平苔鮮における自己免疫発生機序についての研究

今年度はマウスを用いた実験システムによりスーパー抗原に対するT細胞の応答性を解析し、下記の結果を得た。細胞性スーパー抗原の1つstaphylococcal enterotoxin A (SEA)を投与されたマウスにおいて、血清中IL-2活性は投与後1-3時間に最も高く、SEA応答性T細胞(Vβ3^+,Vβ11^+)のIL-2レセプター(IL-2R)表現は6-12時間後が最も高くなる。Vβ3^+,Vβ11^+T細胞はSEA投与2日目に最も増加し、その後アポトーシス機序により消失する。この2日目には、ほとんどのSEA応答性T細胞ではIL-2Rが表現されておらず、さらに血清中にもIL-2活性は検出されない。これらのことから、IL-2の涸渇が増加したスーパー抗原反応性T細胞の消失に深く関与していることが示唆された。C57BL/6マウスおよびFas抗原が欠如し自己免疫疾患が自然発症するMRLlpr/lprマウスにおいて、rIL-2を封入したosmotic pumpを移植しrIL-2を持続供給することによって、スーパー抗原投与後スーパー抗原応答性T細胞は投与2日以後も消失せずに増加した状態が持続した。また、T細胞のDNA断片化はrIL-2の持続供給によりほぼ阻止された。さらに、SEAとIL-2ポンプで相互処理したマウスのCD4^+T細胞をin vitroにおいてrIL-2で刺激して得れたCD4^+T細胞ブラストはSEAの再刺激により相当量のIL-2を生産した。これらの結果はIL-2の涸渇がスーパー抗原を注射されたマウスの中で増加したスーパー抗原反応性T細胞の消失とアナジー誘導に深く関係していることを示す。本研究は、米国免疫学専門雑誌Journal of immunologyに受理され、現在印刷中である。
ナス科植物をモデルとしたペルオキシソーム輸送体ABCD1の機能解析

植物の様々な一次・二次代謝物は、オルガネラ間を動きながら、複雑な経路を経て生合成されている。ペルオキシソームも環境応答に関わる多様な代謝生産に関わるが、その膜上の輸送体やその生理機能の知見は少ない。本研究では、虫害応答などのモデル植物であるナス科タバコおよびペチュニアを材料に、ペルオキシソームへの生合成中間体の輸送体として近年に見出されたABC輸送体ABCD1の解析を行う。基質特異性などを含めて、ABCD1を介したペルオキシソーム膜輸送とその生理的役割を解明し、オルガネラ輸送を介した代謝輸送動態と環境適応に関する理解を進めることを目的とする。
時差症候群の分子機構の解明

我々はPer1-/-マウスは時差タスクに対し早く同調することができる時差症候群モデルマウスであることを見出した。この現象は哺乳類の生物時計がPer1遺伝子を利用してリズム発振の中心である時計遺伝子Per2をタンパクレベルで制御し外界の明暗環境に適応することが原因である。我々はこの表現型に加え、Per1-/-マウスが夜行性生活条件下(枠光周期、低照度)で光周期(長日周期)に同調しにくいという表現型を新たに発見した。これは、Per1遺伝子が哺乳類の祖先の夜行性生活を助けていたことを示唆している。Per1-/-マウスは位相変位を起こす光タスク(時差タスク)を与えたときPer2 mRNAの誘導は変わらずにPER2蛋白が多く誘導されることで行動出力は大きくなるという特色をもつが今回この特色を生かして時差症候群関連遺伝子を得るため時差経験時のSCNの遺伝子発現スクリーニングを行った。すなわち時差経験時にPer1-/-において誘導が増加する遺伝子、減少する遺伝子、変わらない遺伝子の検索を行った。SCN組織は動物の系統により形態が異なるため、より正確なサンプリングを行うことを目的として10世代戻し交配を行った近交系のPer1-/-マウスを作製した。今回、SCN組織よりRNA抽出を行いPCRを用いたsubtractionを行ったところ、Per1-/-マウスで光により大きく誘導される遺伝子を同定し、in situ hybridizationでその動態を確認した。Per1-/-マウスにおける時差タスク経験時の時計遺伝子mRNAリズムPer1-/-マウスにおいて時差を経験させたときにPer2 mRNAではなくPER2タンパクがより増加し結果として表現形である行動リズムの新しい時間帯への早い同調が起こるが、さらに、我々は他の時計遺伝子(Cry1,2,BMAL1)及び時計で制御される遺伝子(vasopressin V1a受容体)のSCNでのmRNA動態をin situ hybridizationで解析した。我々は12時間の時差タスク(西方飛行に相当)を与えたとき、Per1-/-マウスではPer2同様Cry1,2,BMAL1及びV1aRの発現が変わらないことを発見した。このことは時差タスクによって増加したPER2タンパクが直接Cry1,2,BMAL1及びV1aRの転写に影響を与えることなく、最終的な時計のリセットをしていることを示している。SCN微量サンプルからのmRNAの抽出。時差タスク経験時のSCNでのmRNAの動態を網羅的に知ること及びタンパク質の代謝メカニズムを知ることのために、我々はSCNを含む600μmの冠状断スライスを作製しパンチアウトを行った。10匹分のSCNからは平均約0.5μgのRNAが採取できたが変性アガロースゲル電気泳動でRNAが分解していたものが少なくなく、再現性を高める必要がある。Cry-/-マウスの時差タスク経験時の行動リズムの位相変異およびPer2mRNAリズム我々は、Per1-/-マウスの解析で使用した12時間の時差タスクを与えたとき、Cry1-/-マウスおよびCry2-/-マウスでは2時間程度Cry1-/-,Cry2+/-マウスではCry1+/-,Cry2-/-マウスでは3.5時間程度時計が大きくリセットされることを発見した。またCry1-/-マウス及びCry2-/-マウスでは12時間の時差タスクの間Per1-/-マウスと異なりPer2 mRNAの増加を伴っていることを見出した。この結果はPer1-/-マウスとCry-/-mouseでは時差に対する過剰な反応という表現形は共通だが、異なるメカニズムでリセッティングを修飾していることを示している。そのためPer1とCryのダブルノックアウトの作製を開始した。Per1とCryのダブルノックアウトに時差タスクを与えたときその表現形(位相変異)が相加的なものであれば、Per1とCryは全く異なる機構で時計のリセットを修飾していることがわかる。時差症候群モデルマウスである、Per1-/-マウスは時差タスクに対し早く同調することができるが、我々はこの表現型加え、Per1-/-

マウスが夜行性生活条件下(枠光周期、低照度)で光周期(長日周期)に同調しにくいという表現型を新たに発見した。これは、捕食者を回避し夜行性生活をしていたと考えられる哺乳類の祖先においてPer1遺伝子がその夜行性生活を助けていたことを示唆している。この知見を、これまでの知見と合わせてJournal of Neuroscience誌に発表した。Per1-/-マウスは位相変位を起こす光タスク(時差タスク)を与えたときPer2 mRNAの誘導は変わらずにPER2蛋白が多く誘導されることで行動出力は大きくなるという特色をもつ時差症候群モデルマウスであるが今回この特色を生かして時差関連症候群関連遺伝子を得るため時差経験時のSCNの遺伝子発現スクリーニングを行った。SCN組織は動物の系統により形態が異なるため、より正確なサンプリングを行うことを目的として10世代戻し交配を行った近交系のPer1-/-マウスを作製した。今回、SCN組織よりRNA抽出を行いPCRを用いたsubtractionを行ったところ、Per1-/-マウスで光により大きく誘導されるmPER2タンパクと並行して発現すると思われる遺伝子を同定し、in situ hybridizationでその動態を確認した。
イネの防御応答におけるサイトカイニンのシグナル伝達機能の解明

植物の防御応答において、植物ホルモンは必須なシグナル伝達機能を担っている。本研究では、イネ幼苗において、N^6-(Δ^2-isopentenyl) adenine (iP), iP riboside (iPR) and iPR 5′-phosphates (iPRP)などのサイトカイニン(CK)分子種がイモチ病菌の感染に応答して蓄積することを見いだした。さらに、CKはサリチル酸(SA)シグナル経路に相乗的に作用し、PR遺伝子の発現誘導に関与することを明らかにした。また、イモチ病菌の菌糸、胞子および培養液から各分子種のCKが検出され、イモチ病菌自身によるCKの生合成能が認められた。本研究の結果により、イモチ病菌は自身の増殖戦略として感染部位におけるCKレベルを高めるが、一方、宿主植物(イネ)はそれを感染シグナルとして認識し、防御反応の誘導に利用している可能性が示唆された。(1)イネ幼苗に、親和性(race 007.0)または非親和性(race 102.0)のイモチ病菌を感染すると、isopentenyl adenine (iP)、iP riboside (iPR)およびIPR5'-phosphates (iPRP)の3分子種の内生サイトカイニン(CK)レベルが顕著に上昇した。イモチ病感染時におけるCK合成酵素遺伝子isopentenyladenine transferaseの発現誘導は観察されなかった。一方、イモチ病菌の菌糸、胞子および培養液から各分子種のCKが検出され、イモチ病菌自身によるCKの生合成能が認められた。これらの結果から,イモチ病菌感染時にイネ幼苗体内に蓄積するCKはいもち病菌に由来することが示唆された。(2)イモチ病菌感染後23日の形質転換イネWRKY45-P::GUS (SA応答性)およびOsRR6-P::GUS (CK応答性)において、感染部位の周辺でGUS活性が検出された。この結果は,サリチル酸(SA)およびCKシグナルがイモチ病感染に応答して共に活性化し、防御反応の誘導におけるSA-CKの相互作用を示唆している。(1)サリチル酸(SA)経路のキー因子であるWRKy45またはOsNPR1をRNAi法により発現抑制した形質転換体イネ(WRKy45-kd、OsNPR1-kd)において、SAおよびサイトカイニン(CK)の共処理によるPR遺伝子の発現誘導は減少した。一方、WRKy45高発現形質転換体イネ(WRKy45-ox)においては、CK単独の処理によりPR遺伝子の発現が誘導された。これらの結果から,CKはSA経路においてWRKy45/OsNPR1またはその下流に作用することが明らかになった。(2)CK処理によりWRKY45転写および蛋白質レベルが上昇したことから、CKはWRKY45蛋白質の機能発現調節に関与していることが示唆された。また、WRKY45蛋白質は核に局在しているが、CKによる影響は認められなかった。(2)CKの合成酵素遺伝子(IPT4)の高発現形質転換体イネ(IPT4-ox)および分解酵素(CKX2)遺伝子を薬剤(DEX)処理により発現誘導できる形質転換体イネ(GVG::CKX2)を作製した。平成24年度にこれらの形質転換体イネを用いてイモチ病抵抗性誘導におけるCKの作用を検証する。(1)前年度に作成した組換え体イネGVG::CKX2の全ての系統においてCKX2のleakyな発現が見られた。一部の系統では葉鞘や葉面からの発根が観察され、またCK処理によるOsRR6遺伝子の発現誘導が低下したことから、CKレベルが恒常的に低下していると推察された。いもち病検定の結果、対照の非形質転換イネと比較し、顕著ないもち病抵抗性の変化は認められなかった。(2)シロイヌナズナにおいて、低濃度のCK処理はベト病菌(Hyaloperonospora arabidopsis)に対する抵抗性を低下したが、高濃度では増強したことが報告されている。そこで、イネ幼苗に様々な濃度のCKを前処理し、いもち病検定を行った。その結果、1-100 μMの濃度範囲内ではいもち病抵抗性に対する顕著な影響は認められなかった。(3)これまでの結果から、CKはイネのいもち病感染初期と後期において異なる作用を持っており、いもち病菌は自身の増殖戦略として感染部位におけるCKレベルを高めるが、一方、宿主植物はそれを感染シグナルとして認識し、SAとの協調作用により、防御反応を誘導すると考えられる。

若干の計画変更はあったが、おおむね順調に進展している。24年度が最終年度であるため、記入しない。当初計画していたマイクロアレー実験によるサイトカイニンおよびサリチル酸の共処理により発現誘導する遺伝子の網羅的解析は,予算額内で他の計画とのバランスを考慮し、防御関連遺伝子に絞って解析することに変更する。
アジア諸地域住民の大気汚染曝露実態と生体影響の国際比較

近年発展著しいアジアの国々では,大気環境が年々悪化し,今後様々な疾患の増加が懸念される。大気汚染物質の曝露量や発生源などの環境要因を解明することは,健康影響のリスク評価に重要である。そこで尿中に排泄される汚染物質由来の生体指標(バイオマーカー)を開発し,大気汚染の特徴の異なるアジア地域の住民を対象に曝露量や発生源について解析してバイオマーカーの有用性を評価した。タイ山間部の農村における被験者集団の多環芳香族炭化水素類への高濃度曝露がバイオマーカーの測定により明確になり,家屋内での調理による木材燃焼煙への曝露が原因であることが判明したことから,確立したバイオマーカーの有用性が証明された。アジア地域(中国,タイ,ロシア)において、大気(室内)環境汚染の程度と汚染の特徴の異なる地域住民を対象にした曝露調査を実施し、尿試料について3種のバイオマーカー(発生源マーカー,曝露マーカー,及び影響マーカー)を測定し、同時に大気中の粉塵や汚染物質濃度を測定する。得られたデータ群をプロファイル化して網羅的に解析し、曝露量に対する各燃焼発生源の寄与度や生体影響との関係を明確にすることで地域住民の曝露実態や地域特性を明らかにし、環境改善のための政策立案に役立てることを最終目標とする。本研究で用いる尿中バイオマーカーは、呼吸を介して曝露された大気汚染物質に由来する成分を尿中から検出し、尿中排泄レベルによって曝露量や燃焼発生源寄与度を評価するものであり、従来の大気観測とは異なるより実際の人体曝露量を反映した健康影響評価を行うことができる。平成23年度は次の研究を実施し、成果を得た。予備調査として、タイ・チェンマイの農村において、室内での木材燃焼煙への高濃度曝露が予想される住民の家屋において個人サンプラーにより微小粒子状物質(PM2.5)を捕集し、PM2.5に含まれる発がん性/変異原性を有する多環芳香族炭化水素(PAH)を測定した結果、高濃度のPAHに住民が曝露している可能性が示唆され、木材燃焼煙のマーカーであるレボグルコサンも高かったことから、調査した農村の住民が木材燃焼煙への曝露の影響を本調査する上で最適であると判断した。バイオマーカーについては、酸化ストレスを誘導するキノン系化合物の尿中代謝物(フェナントレンキノンのグルクロン酸抱合体)とDNAの酸化損傷のマーカーとして核酸塩基の酸化物である尿中8-ヒドロキシデオキシグアノシンの質量分析による新規分析法の開発に成功した。アジア地域(中国,タイ,ロシア)において、大気(室内)環境汚染の程度と汚染の特徴の異なる地域住民を対象にした曝露調査を実施し、被験者の大気(室内)汚染物質の曝露量と生体影響を評価することを目的として三種類のバイオマーカー(発生源マーカー,曝露マーカー,及び影響マーカー)を測定し、同時に大気中の粉塵や汚染物質濃度を測定する。本研究で用いる尿中バイオマーカーは、呼吸を介して曝露された大気汚染物質に由来する成分を尿中から検出し、尿中排泄レベルによって曝露量や燃焼発生源寄与度を評価するものであり、従来の大気観測に加えて実施することでより正確な人体曝露量を反映した健康影響評価を行うことができる。平成25年度は次の研究を実施し、成果を得た。中国瀋陽の都市部在住の被験者(タクシー運転手)に対する個人サンプラーによる微小粒子状物質(PM2.5)への曝露評価から、自動車排ガスによるPM2.5への曝露が従来の石炭燃焼由来に比べて無視できないことが分かった。また、タイ・チェンマイにおいて採取済みの尿について、DNAの酸化損傷のマーカーとして核酸塩基の酸化物である尿中8-ヒドロキシデオキシグアノシン(8-OHdG)を平成23年度に開発した分析法で分析した結果、被験者群間で有意差は観察されなかった。また、24年度に測定した活性酸素を発生するフェナントレンキノン(PQ)の尿中代謝物濃度と8-OHdGとの間に相関関係はなく、多量のPQに曝露しても、必ずしも酸化ストレスが亢進しないことが分かった。

得られたデータ群をプロファイル化して網羅的に解析し、曝露量に対する各燃焼発生源の寄与度や生体影響との関係を明確にすることで地域住民の曝露実態や地域特性を明らかにし、環境改善のための政策立案に役立てることを最終目標とする。本研究で用いる尿中バイオマーカーは、呼吸を介して曝露された大気汚染物質に由来する成分を尿中から検出し、尿中排泄レベルによって曝露量や燃焼発生源寄与度を評価するものであり、従来の大気観測とは異なるより実際の人体曝露量を反映した健康影響評価を行うことができる。平成24年度は次の研究を実施し、成果を得た。肺がんの罹患率が高いタイ・ランパーン県の農村において、15名の喫煙者及び非喫煙者について個人サンプラーにより微小粒子状物質(PM2.5)を捕集した。各被験者の吸気中PM2.5濃度は、1立方メートルあたり平均100マイクログラムであり、喫煙者では最大で315マイクログラムを観測した。この結果より、非喫煙者であっても山火事や焼畑による木材燃焼煙に由来する高濃度のPM2.5に曝露し、喫煙者ではタイの伝統的なタバコの喫煙により、曝露量が増大することが明らかとなった。バイオマーカーについては、酸化ストレスを誘導するキノン系化合物の尿中代謝物(フェナントレンキノンのグルクロン酸抱合体)を分析した結果、家屋内での薪等を燃やすことで発生する木材燃焼煙から曝露するキノン系化合物によって、被験者の尿中代謝物濃度が増大することが明らかとなった。アジア地域(中国,タイ,ロシア)において、大気(室内)環境汚染の程度と特徴の異なる地域住民を対象にした曝露調査を実施し、被験者の大気(室内)汚染物質の曝露量と生体影響を評価することを目的として三種類のバイオマーカー(発生源マーカー,曝露マーカー,及び影響マーカー)を測定し、同時に大気中の粉塵や汚染物質濃度を測定する。得られたデータを解析し、曝露量に対する各燃焼発生源の寄与度や生体影響との関係を考察して地域住民の曝露実態や地域特性を明らかにし、環境改善のための政策立案に役立てることを最終目標とする。本研究で用いる尿中バイオマーカーは、呼吸を介して曝露された大気汚染物質に由来する成分を尿中から検出し、尿中排泄レベルによって曝露量や燃焼発生源寄与度を評価するものであり、従来の大気観測に加えて実施することでより正確な人体曝露量を反映した健康影響評価を行うことができる。平成26年度は次の研究を実施した。肺がんによる死亡率が高く、大気汚染が深刻化しつつあるタイ・チェンマイにおいて汚染の程度やその特徴が異なる地域住民(都市部と農村部)の採取済みの尿試料について、発がん性を有する多環芳香族炭化水素(PAH)の曝露マーカーである1-ヒドロキシピレン(1-OHP)及び酸化ストレスを誘導するPAHキノンの代謝物であるフェナントレンキノン(PQ)の定量を完了した。農村住民の尿中1-OHP及びPQ濃度は、都市部住民より有意に高く、相関性も高いことから、家屋内での木材燃焼により多量のPAH及びキノン類に曝露していることが明らかになった。しかしながら、DNA酸化損傷の影響マーカーである尿中8-OHdG濃度は、各群間にはほとんど有意差は認められず、また前述の曝露マーカーや大気中PM2.5との相関性が低かったことから、高濃度の木材燃焼煙に曝露しても必ずしも酸化ストレスが亢進しないことが結論付けられた。26年度が最終年度であるため、記入しない。生体分析化学26年度が最終年度であるため、記入しない。交付内定が平成23年11月末であったため、当初の計画通りに実験を行うことが困難であったが、採択に関わりなく研究を進めていたため順調に進展した。
複合電子系常磁性液晶の合成と物性

分子中に磁気モーメントをもつ光学活性な有機常磁性液晶は、分子が集合しドメイン構造を形成することにより、大きな磁気異方性を発現する可能性がある。さらに、双極子モーメント成分と磁気モーメント成分を同時に分子中にもつ、光学活性な有機常磁性液晶については、液晶界面において両モーメントがなんらかの相互作用を及ぼし合う可能性も考えられる。比較的粘性の低い有機常磁性液晶についてドメイン構造由来の上記二つの性質が実在するか否かを検証することを目的として、双極子モーメントと磁気モーメントを近傍にもつキラルなニトロキシドラジカル構造を常磁性成分とする、光学活性なラジカル液晶物質を設計した。液晶の側鎖部にキラルなラジカル構造を導入するよりも、コア部に導入した方が分子内の回転による両異方性の減少を防げることができると考え、合成法は煩雑となるが、双極子モーメントを分子長軸方向または分子長軸に対して垂直方向にもつ、すなわち正または負の誘電異方性を示すことが予想される分子の合成を検討した。まず、負の誘電異方性をもち、かつC2-対称性を示すニトロキシドラジカル構造をコア部に配した光学活性な化合物を、入手可能な光学活性ピロリジン誘導体を出発物質として、その立体配置とエナンチオマー純度を失うことなく合成することができた。この合成法には汎用性があることも明らかにした。なお、合成した化合物のラセミ体のあるものの安定結晶形態は、キラル結晶(ラセミ混合物)であり、光学分割が可能であることが示唆された。次に、正の誘電異方性を示す光学活性な液晶分子合成のために、常磁性成分として光学活性なニトロニルニトロキシドラジカル構造が必要となる。そのための合成中間体である光学活性な2,3-ジニトロ-2,3-ジメチルブタノールの合成法の確立を検討し、リパーゼによる速度論的光学分割、またはカンファン酸誘導体を用いたジアステレオマー法による光学分割が有効であることを明らかにした。
秋田県の探究型授業を生かして主体的・対話的で深い学びを実現するための方法学的研究

2017年・2918年学習指導要領では「主体的・対話的で深い学び」が重視されている。これは、日本の授業のあり方として是非必要なものである。しかし。その具体的な構築の方法については、あまりにも未解明の部分が多い。本研究では、秋田県の探究型授業の特長を教育方法学的に検討することによって、主体的・対話的で深い学びの実現の方略を解明していく。また、秋田県及び全国の教師と共同して方略案を生かした新しい主体的・対話的で深びの授業を構築し実践していく。上記により、多くの教師にどのように主体的・対話的で深い学びを実現していったらよいか授業改善の方向を具体的に示し、日本の授業の新しいかたちを確立したい。しかし。
寒冷乾燥地域における農業水利と環境保全に関する研究

本研究の目的は、寒冷乾燥地域の農業水利とそれに起因する環境問題の解決方法を提案することにある。平成1718年度の2カ年にわたり、中国新彊ウイグル自治区タリム河流城を調査対象として,環境問題,とくに塩類集積の発生要因とされている農業水利や土壌環境の実態把握を行なった。現地調査は、おもにタリム河中流域のシャヤ灌区で実施し、まず,新彊水利庁および現地のシャヤ県水利局において,流域の水土資源、灌区内の水収支や配水方法,用排水路の整備状況,塩類集積地の実態,作付け状況などの基礎データに関する資料収集やヒアリングを行った。フィールド調査は,瀧区内の灌概ブロックにおける水収支を測定するため,水位計を数地点に設置した。さらに塩類集積の影響度が異なる画場を対象に各種の土壌調査と地下水位・土壌水分の連続計測を実施した。以上の調査結果から,以下のとおりの地域環境の保全における問題点が明確となった。・水資源開発と農地開発が独立しているため,計画的な水供給がなされていない。・作物別の年間需要計画水量を満たしていても適切な時期に灌漑される保障はない。すなわち,供給主導型の灌漑であるため,計画的な灌漑は困難である。・塩類集積が問題となっている農地では,土壌の透水性が悪く,土壌水分も高い。さらに地下水位も比較的高く推移する傾向にある。・夏季の土壌塩類濃度は低いが,春季には高くなる傾向が確認され,これは冬期灌漑と土壌凍結の影響と推察された。この2カ年において、日中共同研究の成果を共有するため札幌市とウルムチ市で計3回のワークショップを実施した。以上のように、現地調査および意見交換を通じて研究者間の交流が促進されたことから、今後の研究発展の基礎が構築された。本研究の目的は寒冷乾燥地域の農業水利とそれに起因する環境問題の解決方法を提案することにある。今年度は,中国・新疆ウイグル自治区のタリム川流域を調査対象として,環境問題,とくに塩類集積の発生要因とされている農業水利や土壌環境の実態把握をおこなった。現地調査はタリム川流域のシャヤ灌区で実施した。まず,現地の水利局において,灌区内の水収支や配水方法,用排水路の整備状況,塩類集積地の実態,作付け状況などの基礎データに関する資料収集やヒアリングをおこなった。また,水利局の出先機関では圃場における具体的な灌漑方法や頻度についてヒアリングした。フィールド調査は,灌区内の小ブロックにおける水収支を測定するため,水位計を数地点に設置した。さらに塩類集積の影響度が異なる圃場を対象に各種の土壌調査と地下水位・土壌水分の連続計測を実施した。・塩類集積が問題となっている農地では、土壌の透水性が悪く、土壌水分も高い。次年度は,引き続き現地調査を実施するとともに,新疆ウイグル自治区の研究者との研究報告会も催す予定である。

今年度も,昨年に引き続き中国新疆ウイグル自治区タリム河流域を調査対象として,環境問題,とくに塩類集積の発生要因とされている農業水利や土壌環境の実態把握を行なった。現地調査はタリム河中流域のシャヤ灌区で実施した。まず,現地の水利局において,灌区内の水収支や配水方法,用排水路の整備状況,塩類集積地の実態,作付け状況などの基礎データに関する資料収集やヒアリングを行なった。フィールド調査は,灌区内の小ブロックにおける水収支を測定するため,水位計を数地点に設置した。さらに塩類集積の影響度が異なる圃場を対象に各種の土壌調査と地下水位・土壌水分の連続計測を実施した。以上の調査結果から,以下のとおりの地域環境の保全における問題点が明確となった。・水資源開発と農地開発が独立しているため,計画的な水供給がなされていない。・作物別の年間需要計画水量を満たしていても適切な時期に灌漑される保障はない。すなわち,供給主導型の灌漑であるため,計画的な灌漑は困難である。・塩類集積が問題となっている農地では,土壌の透水性が悪く,土壌水分も高い。さらに地下水位も比較的高く推移する傾向にある。・夏季の土壌塩類濃度は低いが,春季には高くなる傾向が確認され,これは冬期灌漑と土壌凍結の影響と推察された。以上の研究成果に基づいて、平成18年夏に中国科学院新疆生態与地理研究所(ウルムチ市)、および北海道大学(札幌市)においてワークショップを開催し、日中双方の研究者による意見交換を行うとともに、一般市民にも課題の現状と解決の意義を公開した。
アミメアリにおける敵対コロニーの認知メカニズムとコロニーの遺伝形質

アミメアリPristomyrmex punctatusには繁殖カストである女王が存在せず、ワーカーが雌性産生単為生殖することが知られている。一方、最近の研究で女王に特徴的な形態の一つである単眼と受精嚢を持つ大型ワーカーが存在することも報告されている。本研究ではこれらの大型ワーカーがオスと交尾し有性生殖するかどうか検証し、アミメアリを用いた遺伝学的研究の構築を試みた。本年度の研究では岡山市今岡に生息する集団以外に、紀伊長島集団にみられる大型ワーカーを用いて受精嚢内にオスの精子が存在するか検証した。大型個体の1割近くが受精嚢内に何らかの物質を含んでいることが確認できた。しかしそれらから抽出した物質を染色・顕微鏡下で観察したが、精子を確認することはできなかった。さらに受精嚢内容物からDNAを抽出しマイクロサテライトマーカーによる検証も試みたが、オスに特異的な対立遺伝子の確認はできなかった。以上の結果から、大型ワーカーがオスと交尾している可能性を示唆するデータを得ることができたが、精子であることを明確に確認するには至らなかった。この原因の一つとしては、ワーカーの寿命がおおよそ一年と比較的短いため、オスから受け渡される精子の数は他種の女王に比べ非常に少ないことが考えられる。今回の実験で用いた大型ワーカーは繁殖期から数ヶ月経過していたことも考慮すると、精子の検出が通常の方法では困難であった可能性がある。野外で採集した大型ワーカーの検証には、これまで以上に精度の高い検出方法の開発が必要である。また、これまで使用してきた2つのマイクロサテライトマーカーの他にさらに2つのマーカーの開発を行った。これら4つのマーカーについて、2つの野外集団内での対立遺伝子頻度を解析したところ、集団内に多型がみられ、集団間では異なる対立遺伝子が存在することが明らかになった。今後は集団間の交雑実験を試み、学習・認知能力に関する個体間変異の遺伝的背景について検証する。さらに解剖学的な研究と、交配実験を行い有性生殖と単為生殖を利用したアミメアリの社会構造および行動的変異の進化メカニズムを明らかにしていく。アミメアリは他コロニーの中から巣場所が隣接するコロニーを学習し、それらのコロニーに対してより激しい敵対行動を示す。しかし、一部には隣接コロニーを全く識別しないものも存在し、隣接コロニーの識別能力にはコロニーによって変異がある。このような行動変異が遺伝的要因によるものなのか、生息環境などの状況依存的要因によるものなのかは明らかでない。そこで、コロニー間での交配実験による解析が遺伝要因を明らかにするための有力な手法として期待されるが、アミメアリではワーカーが雌性産生単為生殖によって次世代のワーカーを産み、交尾嚢も持たないため、交配実験は不可能であると考えられてきた。さらにオスも希に大きなコロニーで生産されるのが知られていたが、発生上のミスで生じている繁殖上意味のない存在と見なされてきた。しかし、通常のワーカー形態とは異なり、体サイズが大きく、女王に近い形態、すなわち単眼と数多くの卵巣小管、そして交尾嚢を持つ女王型ワーカーが一部の個体群に存在することが明らかになってきた。もし女王型ワーカーとオスが同じ個体群内のコロニーで生産されているならば、女王型ワーカーとオスによる有性生殖の可能性がある。本研究の調査で、岡山県内の個体群で女王型ワーカーを発見し、さらにオスを生産するコロニーも存在した。オスの行動を詳しく調査すると、交尾行動は他のアリ類のオスに見られる正常な行動と何ら変わりはなかった。さらに女王型ワーカーを解剖して交尾嚢内を観察し、一部の個体が保持していた内容物を遺伝解析した。女王型ワーカーのサンプル数が少なく、オス由来の物質であるという確たる証拠は得られなかったが、女王型ワーカーとオスによる交尾の可能性は高いと考え、今後さらに実験を行う予定である。本種における有性生殖が発見できれば、遺伝解析に応用することができ、他コロニー認知における行動変異の遺伝学的研究の発展が期待できる。アミメアリは隣接する他コロニーを学習し、そのコロニーに対してより激しい敵対性を発達させる。一方、コロニーによっては、隣接するコロニーの学習能力に大きな変異がある。このメカニズムを明らかにする上で、コロニー間の遺伝構造や個体ごとの遺伝的背景の違いを明らかにすることは非常に重要である。アミメアリはワーカーによる雌性産制単為生殖でコロニーが増殖する。すなわち、コロニーはクローン集団であると考えられていたが、遺伝マーカーを用いた解析では均一な遺伝構成を持つコロニーがある一方で、様々な遺伝子型をもつヘテロな遺伝構成のコロニーも存在することが明らかになった。アミメアリの集団中には通常のワーカー形態と異なり、女王に近い形態を持つ個体(女王型ワーカー)が希に存在することが報告されている。本研究では、女王型ワーカーの受精嚢内にオス由来の物質が存在する可能性を示した。さらに、本来必要とされないオスが集団内のいくつかのコロニーで生産されていること、それらのオスは正常な交配行動ができることを明らかにした。今後は、有性生殖によるワーカー生産の可能性を明らかにすることで、他コロニーの学習能力における変異の遺伝的背景を明らかにする。さらに、学習による敵対行動の発達は、全ての他コロニーに対して激しく敵対することによる無駄なエネルギーの消費や、ワーカーの死亡を最小限に押さえるため進化した行動形質の一つであると考えられる。このような戦略は、巣場所や餌場周辺のみを防衛するタイプのテリトリー防衛戦略において有効である。一方で、広範な面積を防衛するタイプの代表種であるトビイロシワアリでは、テリトリー境界付近に巣穴を構築し、全ての他コロニーに対して激しい敵対性を示すことを明らかにした。

これら2種のテリトリー防衛様式の違いと、他コロニーに対する敵対行動発現のメカニズムの違いを明らかにしていく予定である。アミメアリPristomyrmex punctatusには繁殖カストである女王が存在せず、ワーカーが雌性産生単為生殖することが知られている。一方、最近の研究で女王に特徴的な形態の一つである単眼と受精嚢を持つ大型ワーカーが存在することも報告されている。本研究ではこれらの大型ワーカーがオスと交尾し有性生殖するかどうか検証し、アミメアリを用いた遺伝学的研究の構築を試みた。本年度の研究では岡山市今岡に生息する集団以外に、紀伊長島集団にみられる大型ワーカーを用いて受精嚢内にオスの精子が存在するか検証した。大型個体の1割近くが受精嚢内に何らかの物質を含んでいることが確認できた。しかしそれらから抽出した物質を染色・顕微鏡下で観察したが、精子を確認することはできなかった。さらに受精嚢内容物からDNAを抽出しマイクロサテライトマーカーによる検証も試みたが、オスに特異的な対立遺伝子の確認はできなかった。以上の結果から、大型ワーカーがオスと交尾している可能性を示唆するデータを得ることができたが、精子であることを明確に確認するには至らなかった。この原因の一つとしては、ワーカーの寿命がおおよそ一年と比較的短いため、オスから受け渡される精子の数は他種の女王に比べ非常に少ないことが考えられる。今回の実験で用いた大型ワーカーは繁殖期から数ヶ月経過していたことも考慮すると、精子の検出が通常の方法では困難であった可能性がある。野外で採集した大型ワーカーの検証には、これまで以上に精度の高い検出方法の開発が必要である。また、これまで使用してきた2つのマイクロサテライトマーカーの他にさらに2つのマーカーの開発を行った。これら4つのマーカーについて、2つの野外集団内での対立遺伝子頻度を解析したところ、集団内に多型がみられ、集団間では異なる対立遺伝子が存在することが明らかになった。今後は集団間の交雑実験を試み、学習・認知能力に関する個体間変異の遺伝的背景について検証する。さらに解剖学的な研究と、交配実験を行い有性生殖と単為生殖を利用したアミメアリの社会構造および行動的変異の進化メカニズムを明らかにしていく。
転位の第一原理計算に基づく鉄鋼材料の固溶強化メカニズムの解明

本課題では転位の第一原理計算に基づき固溶原子が鉄の強度に及ぼす影響について研究を行った.具体的には,添加元素がらせん転位の運動に及ぼす影響について注目し,まず電子論に基づく第一原理計算より鉄中のらせん転位と添加元素の相互作用を定量的に評価した.さらに得られた相互作用から,添加元素が巨視的な力学特性に及ぼす影響を予測する理論的枠組み,および転位ダイナミクスモデルの検討を行った.これらは鉄鋼材料の固溶強化を原子論から理解するうえで基礎的な知見となる.鉄鋼材料の固溶強化を第一原理計算に基づき予測する枠組みの基礎を構築した.まず電子論に基づく第一原理計算を用いて,鉄鋼材料の塑性変形の主要な素過程であるらせん転位と鉄鋼材料でよく用いられる添加元素との相互作用を評価した.この相互作用エネルギーを用いることで,らせん転位がキンクメカニズムで移動する際のエネルギー障壁を見積もることが可能である.さらには,これらのエネルギー障壁を用いて,実験と同じ時間スケールでの一本のらせん転位の複雑なダイナミクスを評価する確率論に基づく粗視化モデルを構築した.この粗視化モデルでは,一本のらせん転位を単位長さの線分の集合としてみなし,転位の運動がキンク対の形成とそれに続くキンク移動によって生じるとする.そして任意の添加元素濃度下でのキンク対形成とキンク移動のエネルギー障壁を確率論に基づき数理モデル化し,エネルギー障壁を用いた熱活性化式でキンク対の形成とキンク移動の頻度を定式化した.そのうえで確率論に基づきキンク対の形成と移動を発生させることで,任意の温度,応力状態,添加元素濃度下でのらせん転位運動を評価する.らせん転位が平面上を2次元的に運動するモデルの構築と検証を行い,さらに複雑な転位ダイナミクスを扱う3次元モデルについて基礎モデルを構築した.任意のひずみ速度下での降伏応力はらせん転位の速度から評価することが可能であり,このモデルを用いることで添加元素が降伏応力に与える影響を予測することができる.以上の研究課題遂行により,第一原理計算より得られた電子論的知見から鉄中のらせん転位の速度さらには降伏応力を予測する枠組みの基礎を構築した.第一原理計算に基づき鉄中のらせん転位と添加元素の相互作用を評価することができた.またこの相互作用から任意の添加元素濃度でのらせん転位の移動のエネルギー障壁を確率論に基づき評価する数理モデルを構築した.さらにはこのエネルギー障壁かららせん転位の長時間ダイナミクスを扱うことができる粗視化モデルについて構築,検証することができた.以上の研究課題遂行により,第一原理計算に基づき鉄鋼材料の固溶強化を評価する理論的枠組みの基礎を構築できたことから,研究はおおむね順調に進展していると考える.平成28年度は平成27年度で対象としなかった添加元素についても研究を実施した.具体的には鉄中のらせん転位と格子間に侵入型で存在する炭素原子との相互作用について第一原理計算を行った.炭素は熱により鉄中で拡散運動することから,炭素拡散の影響を考慮し,相互作用エネルギーから炭素影響下でのらせん転位の速度,さらには巨視的な降伏応力を求める数理モデルについて検討した.また複数の元素が同時に存在する場合についても第一原理計算に基づき解析を行った.さらには平成27年度で基礎的な枠組みを構築した,らせん転位ダイナミクスの時間粗視化モデルを発展させ,それを用いた具体的な解析を実施した.この枠組みでは,鉄中のらせん転位の各すべり面での運動に対する添加元素の影響を評価することが可能であり,実際に添加元素が存在することで転位のすべり面ごとの易動度に異方性が生じる可能性が明らかとなった.この時間粗視化モデルから得られた転位のすべり面の知見を用いて,複数の転位間相互作用に基づき単結晶金属の巨視的な力学応答を評価するメゾスケール解析も同時に実施した.これらの解析によって,添加元素が鉄中の個々のらせん転位運動に与える影響の知見が電子・原子論から得られ,さらにこの知見を基に鉄鋼材料の巨視的な力学応答に対する添加元素の影響を評価する枠組みの基礎を構築することができた.また添加元素と転位との相互作用を系統的に評価することで,相互作用の起源についての知見も得た.電子論的計算を用いて,鉄中のらせん転位と侵入型の炭素を含めた添加元素との相互作用を系統的に解析することができた.これにより相互作用の起源に関する重要な知見についても得ることができた.さらに複数の添加元素が同時に存在する場合についての添加元素の影響を検討することができた.また電子・原子論から得られた知見を基に,らせん転位の長時間ダイナミクスを扱うモデル解析も実施し,転位のすべり面ごとの易動度に対する添加元素の影響を評価した.これは鉄鋼材料の巨視的な力学特性を転位間相互作用に基づき議論する基礎的なデータとなる.実際に転位のすべり面選択に対する添加元素の影響を考慮した複数の転位ダイナミクスのメゾ力学解析を実施し,転位のすべり面ごとの易動度が転位間相互作用,さらには巨視的な力学特性に影響を与えることが,マルチスケールモデリングの枠組みによって得られた.平成29年度は,鉄鋼材料の力学特性に影響を与える侵入型元素にも着目し解析を行った.数種の添加元素が転位芯近傍に同時に存在する場合のらせん転位との相互作用について,第一原理計算に基づき検討を実施した.鉄鋼材料には種々の添加元素が同時存在していることから,より現実に近い状況での評価を実施することができた.

また電子・原子論解析から得られた添加元素の影響に関する知見を,メゾ・マクロスケールの力学特性へと受け渡すモデルについて,複数の転位間の相互作用を扱うモデルの検討を実施した.研究期間全体を通じて,電子論に基づく第一原理計算により体心立方格子構造をもつ鉄中のらせん転位と種々の添加元素の相互作用を系統的に評価した.これによって転位の第一原理計算に基づき鉄鋼材料の固溶強化を議論する枠組みを構築した.体心立方格子構造をもつ鉄の固溶強化に関する系統的な電子・原子論的知見,および相互作用の起源に関する情報を獲得することができた.さらには第一原理計算から得られた知見に基づき,添加元素が降伏強度などの巨視的な力学特性に与える影響を予測する理論モデル,あるいはメゾスケールモデルの基盤構築を行った.このメゾスケールモデルは転位運動を粗視化することで,長い時間スケールでの転位ダイナミクスを扱うものである.これらの電子・原子論解析,および理論モデル,メゾスケールモデルによる成果は,添加元素による鉄鋼材料の強化を検討するうえで基礎的知見になると考える.本課題では転位の第一原理計算に基づき固溶原子が鉄の強度に及ぼす影響について研究を行った.具体的には,添加元素がらせん転位の運動に及ぼす影響について注目し,まず電子論に基づく第一原理計算より鉄中のらせん転位と添加元素の相互作用を定量的に評価した.さらに得られた相互作用から,添加元素が巨視的な力学特性に及ぼす影響を予測する理論的枠組み,および転位ダイナミクスモデルの検討を行った.これらは鉄鋼材料の固溶強化を原子論から理解するうえで基礎的な知見となる.構築したらせん転位のダイナミクスを扱う粗視化モデルを発展させ,すべり面を考慮したらせん転位の複雑な3次元運動と転位形状の時間発展を首尾よく評価する数理モデルを構築する.これによって転位の速度と転位線上の欠陥の生成を電子論に基づき評価し,これらの複雑な事象を考慮したうえで固溶強化を予測する数理モデルへと発展させる.そのうえで,各添加元素が固溶強化に与える影響を,温度,ひずみ速度,すべり面ごとに系統的に評価し,添加元素による固溶強化を電子・原子スケール,さらにはそれよりも大きな空間スケールでのらせん転位のダイナミクスから調査する.本研究課題はおおむね順調に進展しており,第一原理計算に基づき固溶強化メカニズムを明らかにするという本研究課題の目的に対して,既に多くの知見を得ることができている.また本研究課題の成果をより精緻なものとするために,複数の元素が同時に存在する場合についても検討を実施している.さらには第一原理計算から得られた知見を基に巨視的な力学応答を評価するためマルチスケールでの転位ダイナミクスを解析する基礎的枠組みについても構築することができた.今後は構築した枠組みをより実用に資するものにするとともに,得られた成果を整理して,学会で対外発表を行うなど,本研究課題の推進によって得られた成果を社会に還元する.計算材料力学平成28年度に,平成27年度で対象としなかった鉄鋼材料の重要な添加元素が鉄の強度に与える影響について詳細な検討を実施し,その成果を学会等で対外発表する予定であった.しかしながら,研究をより精緻なものにするために,複数の元素が同時に存在する場合の評価も実施することにし,追加の解析・評価を行った.
ゴキブリ嗅覚中枢における匂い識別機構の神経活性染色による解析

予備実験として、以下の実験を行った。1.ワモンゴキブリ成虫雄をアクリル板で作った固定台に固定した後、左触角を切除し、右触角の近傍にサンタロールまたはヘキサノールをしみこませた濾紙を置き、30分放置後ただちに脳を取り出し、ニトロブルーテトラゾリウム(NBT)を用いたコハク酸脱水素酵素の組織化学を行った。その結果、脳は神経断端以外では全く反応を示さなかった。このことから、脳の神経周膜は反応液を透過させないことがわかった。2.刺激後、脳をマイクロスライサ-を用いて、100μmの厚さの未固定切片にし、反応を試したところ、反応は見られたが、変形・付着が激しく、実用にならないことがわかった。3.クライオトームを用いて、20μm厚の未固定凍結切片を作成し、スライドグラスに張り付けて反応させたところ、反応物が観察され、組織写真をデジタイザで読みとりパーソナルコンピュータで画像解析したが、切片のスライドグラスからの剥離がひどく、濃度を定量化できなかった。現在、以下の方法で神経活性染色の確立をめざしている。1.ゴキブリの頭部を開いて脳を露出させ、コラゲナーゼ処理により神経周膜を溶かした後、頭部を基質溶液で満たした状態で刺激を行い、刺激終了後ただちにNBT液を滴下することにより反応を行う。2.通常の状態で刺激後ただちに脳を取り出し、凍結切片を作成し、スライドグラスに張り付けた後、ゼラチンコートを行い、剥離を予防してから反応を行う。
魚類の鰓における塩類細胞の機能の分化と内分泌系

本研究の目的は、魚類の鰓の存在する塩類細胞が、環境の塩濃度・浸透圧の変化に伴い、その機能が分化する際に関与する内分泌系を明らかにすることにある。本研究により得られた主な成果としては、1)ニジマスのコルチソル受容体のcDNA配列を参考にしてティラピアのコルチソル受容体のホルモン結合部位をコードするcDNAをPCRで増幅しクローニングした。得られたDNA断片をプローブとしてNorthern解析を行うと、受精直後の卵において、すでに受容体mRNAが検出され、そのmRNA含量が孵化以前に増加していた。2)シロサケの稚魚および成魚の鰓の塩類細胞は、主に海水中に塩分排出に関与すると思われる一次鰓弁に存在する大型の塩類細胞と、淡水中でよく発達している二次鰓弁上の細胞のニ型からなることが明らかとなった。3)コルチソル受容体遺伝子のホルモン結合部位の塩基配列を基とした合成プローブを用い、in situ hybridizationを行ったところ、淡水あるいは海水に適応したシロサケ稚魚のいずれにおいても一次および二次鰓弁の双方の塩類細胞において特異的に発現していた。また、未分化の細胞においても一部発現しており、コリチソルが塩類細胞の機能分化および機能の維持に関与していることを示唆している。4)ティラピアのプロラクチン受容体の細胞外領域の塩基配列を決定した。ホルモン結合部位の塩基配列を用いた競合PCR法により、受精2日後(孵化3日まえ)の胚にプロラクチン受容体遺伝子がすでに発現していた。5)魚類の卵黄中にも各種のホルモンが含まれており、分化および初期減耗に大きな影響を及ぼしている。ブリ、マダイ、シロギスなどを甲状腺ホルモンで処理すると初期生残が有意に向上する。塩類細胞の機能分化における甲状腺ホルモンの作用に関しては今後の課題である。今後は、塩類細胞の機能分化における甲状腺ホルモンの役割、およびプロラクチン受容体遺伝子の発現および各種イオンチャンネル、イオン交換体の局在等を明らかにし、塩類細胞の機能分化に及ぼす内分泌系の関与をさらに明らかにする必要がある。本研究の目的は、魚類の鰓に存在する塩類細胞が、環境の塩濃度・浸透圧の変化に伴い、その機能が分化する際に関与する内分泌系を明らかにすることにある。本年度に得られた主な成果としては、1)広塩性魚類のティラピアの発生に伴うイオン透過性の経時的変化を測定したところ、海水中の胚および仔魚の透過性が淡水中と較べてはるかに高い値を示した。2)シロサケの稚魚および成魚の鰓の塩類細胞は、主に海水中における塩分排出に関与すると思われる一次鰓弁に存在する大型の塩類細胞と、淡水中でよく発達している二次鰓弁上の細胞の二型からなることが明らかとなった。3)ニジマスのコルチソル受容体遺伝子のホルモン結合部位の塩基配列を基とした合成プローブを用い、in situ hybridizationを行ったところ、淡水あるいは海水に適応したシロサケ稚魚のいずれにおいても一次および二次鰓弁の双方の塩類細胞において特異的に発現していた。また、未分化の細胞においても一部発現しており、コルチソルが塩類細胞の機能分化および機能の維持に関与していることを示唆している。4)pH3.53.7の酸性環境に適応している恐山湖のウグイの鰓には、大型の塩類細胞が発達しており、その集合体は開口部を一つ持つ濾胞状を呈している。