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シュレーディンガー作用素のスペクトルの超格子と量子ウォークへの応用

特定のエネルギーを透過または遮断する機能を持つが、透過域には真の透過域と準透過域が生じる難点がある。準透過域の生成の原因は不明で、その制御は難しい問題である。本研究はこの超格子構造を数学的対象ととらえてその特性を数学的に解析することにある。この問題は数学的には一次元のシュレーディンガー方程式の逆散乱問題のひとつであり、近年の代表者と共同研究者による研究から、超格子のスペクトル構造はそれを離散化したグラフ理論的モデルがより解析しやすいモデルになると分っている。本年度はこのグラフ理論的モデルのスペクトル構造、とくに埋蔵固有値ならびに共鳴順位の構造の解析、量子ウォークへの応用を行なった。まず、このグラフ理論的モデルにおいて埋蔵固有値ならびに共鳴順位が数学的に厳密に計算できることを兵庫県立大学の野村祐司氏、昭和大学の樋口雄介氏との協力の下で「埋蔵固有値のなす安定擬多様体」と呼ぶことのできる構造を発見し、その詳細な性質を調べた。また超格子構造の完全透過はもっとも単純なモデルでは一次元トンネル現象に対応し、この散乱現象にもとづく新デバイスとしての量子ウォークの研究に結びつけることが可能で、逆に量子ウォークの研究成果の量子デバイスへ応用もすでに世界的に始まっている。東北大学の瀬川悦生氏、九州大学の松江要氏、広島大学の松岡雷士氏との共同研究によりランダムウォークにない量子ウォーク固有の第三の性質を見い出すことができ、投稿論文が受理された。また、物理実験での確認も進んでいるところである。また瀬川悦生氏、松江要氏との共同研究で、単体複体上の量子ウォークによる量子アルゴリズム(量子探索)の有効性を示し、論文を出版した。昨年度の方策を継承し、兵庫県立大学の野村祐司氏、昭和大学の樋口雄介氏との研究である、グラフ理論的モデルにおける共鳴準位ならびに埋蔵固有値の研究を集中的にすすめる。他のモデルでは考えられないほどシンプルに共鳴準位や固有値を決定できる構造があるので、それを活かした計算によってより詳しいスペクトルの構造の決定にとりくんでいく予定である。また関連した話題として研究代表者が一人でとりくんでいる問題があり、上記のモデルとは異なる形の相互作用であるにもかかわらずスペクトル解析の道具となる構造に高度の類似性を持つモデルを構築できている。この課題についてはまだ対外的に未公表なので、公表できる形にまで研究をおしすすめて、今年度の前半には投稿論文を執筆する予定である。量子ウォークについては、従来通り、横浜国立大学の今野紀雄氏の助言を得ながら、東北大学の瀬川悦生氏、九州大学の松江要氏とともに高次元量子ウォークの構築とその構造の解析にとりくむ予定である。また広島大学の松岡雷士氏とも協力して、我々の数学的な結果を物理的な実装に落としこむことを進めていく予定である。いずれの課題もまだ論文執筆が途中のものがあるので、それらを仕上げることも集中して行う。年度末に兵庫県立大学の野村祐司氏、昭和大学の樋口雄介氏を訪問して、研究打合せを行なう予定だったが、双方のスケジュールの都合がつかず訪問を中止したので、その旅費が残額となった。本年度5月中に野村祐司氏、樋口雄介氏を訪問し研究
人工二重らせん型超分子および高分子の創製と応用

生体高分子の多くは多点水素結合を巧みに利用することで、らせん構造などの高次の構造を形成し、精緻な機能の発現と深く関わっている。らせん構造を有する最も代表的な例であるDNAは、相補的な二重らせん構造を形成することにより、遺伝情報の保存・複製・転写を可能にしている。これまでに当研究グループでは、光学活性なアミジン基およびカルボキシル基を側鎖に持つ相補的な分子鎖が、塩橋を介して一方向巻きに片寄った相補的な二重らせん構造を形成することを見出している。そこで申請者は、ジアセチレン、フェニレン、および白金錯体をリンカー部位に有するアミジン二量体と対応するカルボン酸二量体を合成し、アミジニウム-カルボキシレート塩橋形成を介した相補的二重らせん形成に及ぼすリンカーの効果ついて調べた。その結果、二重らせんのクロロホルムおよびDMSO中での会合定数は白金、フェニレン、ジアセチレンリンカーの順で増大したことから、リンカー部位の嵩高さが二重らせんの安定性に強く影響することが示された。さらに、アミジンの置換基や白金錯体の配位子、フェニレンリンカーの置換基も二重らせんの安定性に大きく影響することを見出した。また、リンカーの構造の違いが二重らせん分子の速度論的安定性に与える影響を調べた結果、ジアセチレンおよびフェニレンリンカーを有する二重らせんと白金錯体をリンカー部位に持つ二重らせんでは鎖交換のメカニズムが異なることも明らかにした。以上の結果より、アミジニウム-カルボキシレート塩橋形成を介した相補的人工二重らせん形成に関して分子レベルでの理解が得られ、今後、新規な二重らせん分子の設計や開発に繋がると期待される。近年、当研究グループでは、光学活性なアミジン基およびカルボキシル基を側鎖に持つ相補的な分子鎖が、塩橋を介して一方向巻きに片寄った相補的な二重らせん構造を形成することを見出している。そこで申請者は、アミジンとカルボン酸の塩橋形成を利用した相補的二重らせん構造を足場として、自己複製を可能にするシステムの構築を目指した。本研究では、光学活性なアミジンの二量体をテンプレートとして、片方の末端にアルデヒド基を有するカルボン酸誘導体モノマーと光学活性なシクロヘキシルジアミンとのイミン結合形成反応を介した相補的二重らせん分子のテンプレート合成を行った。その結果、テンプレートと同じ絶対配置のR体のシクロヘキシルジアミン添加時は、S体添加時に比べ、イミン結合形成反応の反応速度が加速することが明らかになった。以上の結果は、相補的な二重らせん分子の一方の鎖をテンプレートとすることで、テンプレートの絶対配置に関する情報を、複製される分子へと転写可能であるという点で画期的であり、今後、自己複製を可能にするシステムの構築への重要な指針になると考えられる。
腸内細菌と腸管免疫との相互作用を介した漢方薬の抗アレルギー作用機序解明

漢方薬はアレルギー性疾患によく用いられるが、その作用に、腸内環境の変化を伴うものである、という仮説のもとに研究を進めた。幼少時から抗生剤投与を行うことにより、正常な免疫の発達が阻害された。腸内細菌の攪乱とアレルギー体質との関連を探るために、無菌マウスへ腸内細菌を移植して網羅的遺伝子発現解析を行い、出生直後の無菌状態がTh1/Th2分化を決定付ける転写因子の発現異常をもたらすことを明らかにした。1.抗生物質投与によるアレルギー発症モデルの作成アレルギーモデルとして、卵白抗原(OVA)、アジュバントとして水酸化アルミニウム(Alum)を用いて免疫ならびに2回ブースターをかけることによりIgEが上昇するマウスモデルを作成した。これに先立ちOVAを1回経口投与すると免疫寛容が成立する。しかしながら生後早期より幼若マウスに抗生物質を4週間投与し、成熟後にOVA感作によってアレルギー(IgE産生)を誘導すると、腸内細菌叢の破綻により免疫寛容自体が成立しないであろうとの予測のもと実験を進めた。しかしながら免疫寛容誘導以前に抗生剤投与マウスにおいてはOVAによる感作自体が抑制されており、免疫寛容の破綻も観察されなかった。この結果から、抗生物質投与群では、非投与群に比しTh2サイトカイン産生にも異常が認められ、アレルギー疾患に関与する免疫システムが幼少時の抗生物質投与によって攪乱されることが示された。そこで研究の方向性として、腸内細菌の破綻がどのような機序により抗体産生の抑制につながるのかについての検討を開始した。2.無菌マウスに対する漢方薬の投与抗体誘導に対する腸内細菌叢の関与について検討を行うため無菌マウスに漢方薬(十全大補湯)を投与し、遺伝子発現がどのように変化するのかについての検討をし、解析した。その結果、漢方薬が腸内細菌を介して生体防御に重要な役割を果たす熱ショック蛋白質を誘導することを見出した(論文掲載済)。また、腸内細菌がtype 1 IFNシステムの成熟に重大な役割を果たすこと(論文受理済)、漢方薬が腸内細菌のこの作用を一部代替することを見出した。1)抗生物質投与によるアレルギー発症モデルの作成幼若期のマウスに抗生剤を投与し、成長時の免疫反応について検討した。抗生剤は各種単剤で使用し、使用量は腸内細菌の網羅的遺伝子解析(T-RFLP法)によって腸内細菌の変動を認める濃度とした。また、抗生剤投与マウスにおいて、オボアルブミン(OVA)による経口免疫寛容はコントロール群と同様に誘導されたが、一方で、OVA反復刺激による抗体産生能に異常が認められた(Fig.6)。またこの免疫異常は抗生剤を中止した成長後も継続して観察され、幼少期の抗生剤使用が免疫発達に影響を及ぼすことが示唆された。同モデルにおいて脾臓細胞のflow cytometryの結果からT細胞、B細胞の比に有意差は認められず、またコントロール、抗生剤投与群ともにCD4/CD25陽性細胞の存在はとらえられなかった。2)無菌マウスに対する漢方薬の投与抗体誘導に対する腸内細菌叢の関与について検討を行うため無菌マウスに腸内細菌叢を0週、5週でSPFマウスと同居させ、常在菌を定着させた。大腸、小腸、肝臓、脾臓における遺伝子発現をGeneChipにて網羅的に解析し、MetaGene Profiler,Cell Illustratorなどのバイオインフォマティックス・ツールにて解析し、アレルギー体質の出現メカニズムを解析した。4臓器のうち、腸内細菌の有無によって遺伝子発現が受けた影響は、小腸、脾臓、大腸、肝臓の順に大きかった。小腸では代謝や栄養吸収に関わる遺伝子が大多数であったが、脾臓では、増殖、分化、細胞内輸送、細胞骨格系など細胞機能の多方面にわたる遺伝子が大規模に変動していた。小腸では、Th細胞に決定的な影響を及ぼす転写調節因子分が、特異的に動いていることをつきとめ、出生直後の腸内細菌との接触が、これらの転写調節因子の正常な発現と制御に必須であることが示唆された。これらの遺伝子は腸管免疫系の、特に調節せいT細胞の正常な発達に必要であることが考えられる。
高速走査型共焦点レーザー顕微鏡を用いたカルシウムウェーブの分子メカニズムの研究

高速走査型共焦点レーザー顕微鏡を用いて、初代培養肝細胞のカルシウムウェーブ現象のメカニズムを解析した。肝細胞ではフェニレフリン、バソプレシン等によるホルモン性刺激、肝細胞増殖因子(HGF)刺激によって細胞内遊離カルシウムイオン濃度が上昇するが、indo-1と高速走査型共焦点レーザー顕微鏡を用いて画像化してみると、カルシウムイオンの上昇は細胞膜近辺の特定の領域から始まり、細胞を横切るように数秒で上昇が細胞全体にウェーブ状に広がった。さらにIP_3生成を促すことによりカルシウムイオン上昇を引き起こすアゴニストの場合、細胞が同じであれば、アゴニストが異なってもほとんどの細胞では同じパターンのウェーブが生じた。一方、細胞個々のアゴニスト感受性の指標となるカルシウムウェーブが生じるまでの時間は、アゴニスト間で相関は見られなかった。ウェーブのパターンを決定するメカニズムとして、(1)IP_3の局所的生成およびその拡散、(2)細胞内カルシウムイオン貯蔵部位からのカルシウムイオンの放出の伝播、の二つの可能性がある。そこで(1)の可能性を検討するためにHGF受容体を抗受容体抗体を用いて蛍光染色しカルシウムウェーブのパターンと比較したが、相関はみられず、細胞内各部位のカルシウムイオン濃度の速度論的解析によってもIP_3の局所的生成を否定する結果を得た。したがって、ウェーブのパターンは(2)によって決定されているものと考えられた。一方、反応性の高い細胞は一般にウェーブの伝播も速く、かつカルシウムイオンは低濃度から急速に上昇する傾向にあり、細胞の反応性はIP_3の生成量によって決定されていることが示唆された。次に細胞内カルシウムイオン放出メカニズムに関わる因子の細胞内分布を調べた。現在までにチュブリン,ミトコンドリア,小胞体、小胞体内のカルシウムイオン結合蛋白質カルレティキュリンを染色してこれらの細胞内分布とウェーブのパターンとを比較したが、相関は無かった。1.初代培養ラット肝細胞にカルシウムイオン蛍光プローブindo-1を取り込ませ、高速走査型共焦点レーザー走査顕微鏡によりカルシウムウェーブ現象を高分解に画像化した。フェニレフリン、バソプレシン、ATP刺激、さらにイノシトール三燐酸の生成機構の異なる肝細胞増殖因子(HGF)刺激によって生じるウェーブについて比較した所、ウェーブの形はHGF刺激に至るまで、同一細胞では同じであった。一方速度論的に解析してみると、ウェーブの開始点における遊離カルシウムイオン濃度は刺激後しばらくしてゆっくりと上昇をはじめ、一定の閾濃度を境に急激に上昇することがわかった。この急激な上昇が始まるまでの時間(これは細胞の刺激物質に対する反応性の指標と考えれるが)は同一細胞でも刺激物質が異なると大きく異なった。また急激な上昇が始まるまでの時間の長い場合は閾濃度が高く、さらにウェーブの伝播速度も低い傾向にあり、イノシトール三燐酸の生成量が少ないことが示唆された。2.初代培養ラット肝細胞の細胞骨格、ミトコンドリアをそれぞれ抗チュブリン抗体およびロダミン123で染色してホルモン性刺激によって生じるカルシウムウェーブの形と比較したが、関係は見いだせなかった。またコルヒチン処理によって微小管を破壊した細胞においてもカルシウムウェーブは生じた。3.初代培養肝細胞へ各種蛍光プローブのアセトキシメチル体を長時間インキュベートすることによりカルシウムイオン貯蔵部位にプローブを取り込ませ、貯蔵部位におけるカルシウムイオン濃度の測定を試みた。Fura-2の場合についてイノシトール三燐酸添加による蛍光強度比変化が明瞭に観察され、さらにこの変化はヘパリンによって抑制されること等から、貯蔵の画像化が可能であることが明らかとなった。1.発がん遺伝子c-met生成物である肝細胞増殖因子(HGF)受容体タンパク質に対する抗体を用いて初代培養ラット肝細胞のHGF受容体を免疫組織化学的に染色し、共焦点レーザー走査顕微鏡で観察したところ、形質膜の特定部位への局在が観察された。

しかし、この局在とカルシウムウェーブの開始点あるいはウェーブの広がりの空間的パターンとの間には法則性はなかった。2.蛍光プローブDiOC6やFluo-3等の局在あるいは特異抗体を用いて、初代培養ラット肝細胞の小胞体および小胞体内腔の主要カルシウムイオン結合蛋白質であるカルレティキュリンの蛍光染色を行い、細胞内局在部位とカルシウムウェーブの形とを比較したが、法則性は見いだせなかった。3.細胞内カルシウム貯蔵部位からのカルシウムイオン放出の可視化を目的に、蛍光プローブの細胞内局在を利用した共焦点レーザー走査蛍光顕微鏡によるカルシウムイオン貯蔵の画像化を試みた。Indo-1/AMあるいはfluo-3/AMは小胞体を思わせる網目上構造物中に取り込まれ、イオノマイシン処理によって蛍光強度比の大きな減少を示したが、イノシトール三燐酸添加では変化せず、生理的なカルシウム放出は検出できなかった。一方カルシウムイオンの親和性が低いmag-indo-1あるいはCalcium green-5Nの局在は観察されなかった。そこでfura-2の局在を利用して、カルシウム放出を通常の蛍光顕微鏡で画像化してみたが、局所的放出は検出できなかった。4.以上の結果と前年度の結果をあわせて、初代培養肝細胞では、(1)イノシトール三燐酸の生成量は細胞個々のアゴニストに対するカルシウム反応性と密接に関係している、(2)しかし生成の局在はカルシウムウェーブの空間的パターンとは一義的には関係していない、(3)ウェーブのパターンは細胞内オルガネラの空間的配置からは説明できない、ことが明らかとなり、ウェーブのパターンはイノシトール三燐酸受容体の局在等によって決定されていることが示唆された。
Aβアミロイドによる神経変性機構に関する研究

1. Aβアミロイドによる神経細胞死の機序の解析(日本側研究者)(1) Aβアミロイドによる神経細胞死の誘導分化したPC12細胞に対して、Aβアミロイドの断片25-35(Aβ_<25-35>)は100nMレベルで毒性を示した。その際、一部の細胞がクロマチン凝集を示し、電気泳動でDNAの断片化が検出されたことから、アルツハイマー病(AD)脳における細胞死の少なくとも一部はアポトーシスによるものと考えられた。(2) NACによるAβアミロイド形成の促進効果NAC(Non-Aβcomponent of AD amyloid)は単独でもAβ_<25-35>と同程度の凝集能ならびに神経毒性を示し、かつAβの凝集を促進した。このことから、両者が共存することによって、アミロイド形成が促進され、神経細胞障害が増強されることが示唆された。(3)神経細胞死におけるポリ(ADP-リボース)シンテターゼ(PARS)の挙動Aβアミロイド投与後、PARSはいったん活性化された後、急速に不活化された。このことがらAβアミロイドによる神経細胞死においてPARSの活性変動と断片化の関連が示唆された。2.神経細胞死における一酸化窒素(NO)の役割の解析(ポーランド側研究者)Aβアミロイドの神経毒性の機序を、細胞内情報伝達系、特にNOカスケードに着目して解析した。その結果、老齢ラットの海馬と小脳においては、NMDA受容体を介するca^<2+>/カルモデュリン依存性のNOS(NO合成酵素)活性が低下していた。一方、Aβ_<25-35>は定常状態ではNOS活性に影響を及ぼさないが、NMDA受容体反応性のNOS活性化を低下させた。この結果、AD脳において、AβアミロイドがNMDA受容体を介したNOカスケードによる細胞内情報伝達を障害する可能性が示唆された。(1)Aβアミロイドによる神経細胞死(アポトーシス)の誘導日本側ではまず、NGFにより神経細胞に分化させたPC12細胞に、Aβアミロイドの断片25-35(Aβ25-35)を添加し、MTT法にてその神経毒性を評価した。その結果、同断片は100nMレベルで毒性を示すことが確認された。一方、アルツハイマー病脳に沈着するアミロイドのもう1つの成分であるα-シヌクレインは、Aβと異なり単独では神経毒性を示さなかった。さらに、Aβアミロイドによって引き起こされる細胞死がアポトーシスであるか否かを、DNAの断片化やTUNEL法を用いて検討中である。(2)神経細胞死におけるポリ(ADP-リボース)シンテターゼ(PARS)の挙動PARSはアポトーシス経路のうち、最終段階で働くと考えられている。上記のごとくAβアミロイドで誘導されるアポトーシスへの関与を検討する目的で、Aβアミロイド投与後の本酵素活性を測定したところ、いったん活性化された後、急激に不活化されることが明らかになった。PARSはアポトーシスに際して活性化される蛋白分解酵素キャスパーゼ-3によって切断されることが分かっており、上記の結果からPARSの活性変動と断片化の関連が示唆された。(3)神経細胞死における一酸化窒素(NO)の役割ポーランド側では、虚血・再潅流動物脳を用いて、NO合成酵素の活性とNO濃度の測定をおこなっている。さらに、

NOのラジカル化(NO・)およびペルオキシ亜硝酸(ONOO^-)の産生→DNAの傷害→PARSの活性化→ATPの枯渇→神経細胞死という経路を証明するため、この系におけるPARS活性の測定とPARS阻害剤の効果を検討している。以上のごとくポーランド側で確立した実験系(1)を、日本側のもつ実験系(1)、(2)に導入し、アルツハイマー病脳における神経変性機構、特にAβアミロイド、NO、PARSの関連とその機序を解明するのが次年度の課題である。1, Aβアミロイドによる神経細胞死の検討(日本側研究者)前年に引き続き、PC12細胞を用いてAβアミロイドの示す神経毒性について検討を加えた。特に今年度は、アルツハイマー病(AD)脳に沈着するアミロイドのAβ以外の成分であるNAC(Non-AB component of AD amyloid)に着目し、Aβとの相互作用について検討をおこなった。NACは単独でもAβ_<25-35>と同程度の凝集能(チオフラビンT法)ならびに神経毒性(MTT法)を示した。またNACはAβの凝集核として凝集を促進し、神経毒性を増強することも分かった。AD脳においては老人斑コアにAβとNACが約10:1の比率で存在するが、以上の結果から、両者が共存することによって、アミロイド形成が促進され、神経細胞障害が増強されることが示唆された。さらにAβとNACによる細胞死の形態変化、特に細胞核の変化について、ヘキスト33258とPI(Propidium lodide)による蛍光染色による検討をおこなった。その結果、一部の細胞がアポトーシスに特徴的なクロマチン凝集を示し、電気泳動でDNAの断片化が検出されたことから、AD脳における細胞死の少なくとも一部はアポトーシスによるものと考えられる。2, AβアミロイドのNOカスケードに及ぼす影響(ポーランド側)上記の実験によって明らかにされたAβアミロイドの神経毒性の機序を、細胞内情報伝達系、特にNOカスケードに着目して解析した。実験に際してはラット脳切片(大脳皮質、海馬、小脳)を用いた。老齢ラットの海馬と小脳においては、NMDA受容体を介するCa^<2+>/カルモデュリン依存性のNOS(NO合成酵素)活性が低下していた。一方、Aβ_<25-35>は定常状態ではNOS活性に影響を及ぼさないが、NMDA受容体反応性のNOS活性化を低下させた。この結果は、AD脳において、AβアミロイドがNMDA受容体を介したNOによる細胞内情報伝達を障害する可能性を示唆する。
グラフのハミルトン条件と計算量

平成30年度は弦付きサイクルの存在条件をより綿密に調べた。平成29年度は弦が1本存在するサイクルを考えていたが、今年度はより多くの弦を持つサイクルを対象とした。研究を進めると、このようなサイクルの振る舞いを調べることは、ハミルトンサイクルをもつ偶位数のグラフの中で、辺密度の高い全域2部グラフを求めることに帰着した。nを偶数とする。Oreの定理は任意の非隣接2頂点の次数の和がn以上であるグラフにハミルトンサイクルが存在することを主張する。本研究により、Oreの定理の仮定を満たすグラフには、部集合の位数がそれぞれn/2であり、異なる部集合に属する任意の非隣接2頂点の次数和がn/2である全域2部グラフが存在することが分かった。もし次数和の値がn/2+1以上であると示されれば、Moon-Moserの定理よりこの全域部分グラフにハミルトンサイクルが存在し、Moon-Moserの定理はOreの定理を包含する。しかし帰結は定数1だけ弱いので、現時点ではMoon-Moserの定理とOreの定理の強弱関係は不明である。しかし最近、この弱い仮定の下で、ハミルトンサイクルを持たない例外的な2部グラフが特徴付けられた。我々は研究を進め、得られる全域2部グラフがこの例外グラフにならないことを示した。またマッチングの拡張可能性についての研究も進めた。与えられたグラフのマッチングが完全マッチングに拡張できるとき、そのマッチングは拡張可能であるという。本研究はマッチングの辺の距離に着目し、3以上の任意の整数kについて、あるdが存在し、局所(k-1)-連結なグラフが位数k+1のスターを誘導部分グラフに持たなければ、そのグラフにおいて互いの辺の距離がd以上離れているマッチングは、その辺の本数によらず完全マッチングに拡張されることを示した。前年度得られた弦付きサイクルの存在条件を踏まえ、平成30年度は弦を多数持つサイクルの存在条件に拡張することを目指し、重要な知見を得ることができた。特にMoon-Moserによる2部グラフにおけるハミルトンサイクル存在の十分条件と一般のグラフにおけるOreの定理は従来独立であると考えられてきたが、本研究はMoon-Moserの定理がOreの定理を「ほぼ」包含することを明らかにしており、この点では意義深い結果が得られた。ただ本研究の結果が存在を保証する全域2部グラフの次数条件は、Moon-Moserの仮定より定数1だけ弱い。この定数1の差を埋めなければ、完全な包含関係は示されない。現時点でまだ改良の余地は残る。平成30年度はマッチングの拡張可能性に関する研究も進める予定を立てていたが、こちらも研究は進展している。上記研究実績の概要で挙げた結果は、これまで閉局面に埋め込まれていたグラフに関して得られていた位相幾何学的条件を、純粋に組合せ論の言葉に置き換えて記述している。これまで距離に基づくマッチングの主たる研究対象であった平面三角形分割では、各頂点の近傍はサイクルを誘導する。本研究の結果は、サイクルの持つ様々な性質、不変量の中で、連結度が拡張可能性に関係していることを明らかにした。この結果は、今後位相幾何学的な性質を組合せ論的な性質に置き換える上で重要な指針を与える。一方、サイクルは連結度以外にも様々な組合せ論的性質を持つ。連結度以外の性質を抽出して、マッチングの拡張可能性を論じる可能性も否定されていない。大きな知見は得られたが、まだ研究すべきことは多い。平成31年度には、まずマッチングの拡張可能性に関して、まだ調べ切れていない点を明らかにする。本年度の研究で、グラフの各頂点の近傍が誘導する部分グラフの連結度が高い場合について、距離マッチングの格調可能性との関係を明らかにした。しかし本年度開発した手法は、近傍が誘導する部分グラフの連結度が低い場合を分析できない。このことを踏まえて、今年度は2部グラフを扱う。2部グラフは非常に広いクラスを成すが、各頂点の近傍が誘導する部分グラフには全く辺がない。すなわち本年度の研究が明らかにした構造から最も遠い。そこでまず2部グラフに適用可能な拡張可能性の理論を探る。また、同時にハミルトンサイクルをもつグラフの2-因子について調べる。1986年に、Thomassenは4-連結な線グラフはハミルトンサイクルを持つと予想した。この予想は現在でも未解決だが、KaiserとVranaは2012年に最小次数6以上の5-連結グラフについて、この予想を解いている。一方ハミルトンサイクルの存在を保証する多くの十分条件は、与えられた正整数kについて、成分数kの2-因子の存在も保証することが知られている。ハミルトンサイクルは成分数1の2-因子と解釈することができるので、これらの結果は指定された成分数を持つ2-因子を見出す問題は成分数を少なくするほど困難になることを示唆する。本研究代表者は、ハミルトンサイクルをもつ5-連結な線グラフには、指定された成分数を持つ2-因子が存在すると予想している。これが証明できれば、ハミルトンサイクル問題の困難さが、線グラフのクラスに限定しても観察されることになる。本年度はハミルトンサイクル存在の次数条件の緩和に関する研究を行った。nを3以上の整数として位数nのグラフGを考える。Diracの定理によれば、Gの最小次数がn/2以上あればGはハミルトンサイクルを持つ。またこの条件は最良であり、nが奇数のとき、最小次数が(n-1)/2あり、かつハミルトンサイクルを持たないグラフGが無数に存在する。

しかし最小次数をn/2未満の値から上げていったとき、n/2に達するまでにハミルトンサイクルの存在に関する何らかの兆候が現れるはずである。本年度はこの点を探った。サイクル上にありサイクル上では隣接しない2頂点を結ぶ辺を、そのサイクルの弦とよぶ。弦を持つサイクルを弦付きサイクル、位数kのサイクルをk-サイクルとよぶ。ハミルトンサイクルの存在を証明する際に弦は頻繁に使用される。そこで最小次数条件を弦付きサイクルの長さの分布から調べた。調べてみると、弦を持つサイクルの分布は最小次数よりも辺密度、すなわち位数に対する辺の本数に敏感に反応することが分かった。より具体的には、もし位数nのグラフGがn^2/4本以上の辺を持つとき、Gにk-サイクルが存在すれば、Gには弦付きk-サイクルが存在することを証明した。最小次数n/2以上のグラフの辺密度の下限はn^2/4なので、この結果はDiracの定理とも良く整合している。辺密度がn^2/4未満になると、弦付き4-サイクルの存在が保証されない。しかしn^2/4-n+16以上あれば、k>=8において依然として弦付きk-サイクルの存在が保証されることも分かった。予想通り弦付きサイクルの長さの分布が、ハミルトンサイクル存在に向けた量的な兆候である強い証拠を得た。本年度の研究目標は、ハミルトンサイクルの存在を保証する最小次数条件を緩和することにより、その存在性の兆候を定量的に調べることであった。この兆候は弦付きサイクルの長さの分布で捉えられると予想し、研究を進めたところ、位数nのグラフに対してn^2/4本以上の辺が存在すれば、位数kのサイクルの存在と位数kの弦付きサイクルの存在が同値になることが分かった。このことは本研究代表者の予想を支持する有力な証拠となる。また弦付きサイクルの長さの分布は頂点数に対する辺の本数(辺密度)に依存することも分かった。辺密度は最小次数よりも細かい操作を可能とするので、最小次数を用いた分析よりも詳細な情報を得られる可能性がある。本研究代表者は研究開始前にこの事実を予想おらず、意外性のある有力な知見を得た。この点では本研究は当初の予定よりも進んでいる。一方研究が予想外の広がりを見せたため、当初1年計画として進めていたテーマが1年では収まりきれなくなっている。辺数がn^2/4-n+16以上のグラフに関してk>=8では上記の同値性が依然として保存され、4 <= k <= 5では保存されないことは分かっているが、k=6, 7に対して保存されるか否かが不明であり、この点をさらに調べる必要がある。また辺数をn^2/4-n+16から上下に変動させたときに同値性が保存されるkの値の振る舞いを調べる作業も残っている。これらの研究が新たに2年目の計画に加わった。これは当初の2年目の計画を圧迫するかもしれない。研究が予想外の広がりを見せたことによる作業量の増加ではあるが、2年目の計画を遅延させる可能性を持つ。ただ新たな作業は明確に定まっているので、遅延の可能性はそれほど大きいとは考えられない。以上の2点から本研究は「おおむね順調に進展している」と判断した。
社会教育における公民教育論の研究

本研究では、社会教育の組織化が図られていった1920年代から戦後改革期に焦点をあてて、社会教育における公民教育の性質について、主に戦前自由主義的知識人たちの思想形成過程と戦後教育改革への影響に着目しながら検討を行った。その結果、戦後初期社会教育の基底に存在した公民教育論には、「国民統合の論理を基調とした国家主義的な公民教育」と「政治主体形成の論理を基調とした民主的な公民教育」という公民教育の二つの論理が内在していたとともに、戦前自由主義的知識人たちの間に見られた、講壇的立場と実践的立場という大きく二つの潮流の影響を多分に受けて、戦後公民館構想へと継承されていったことが明らかになった。本研究の目的は、戦後初期社会教育の基底に存在した公民教育論の特質を、主に思想史の観点から考察することを通じて明らかにすることである。公民館構想の提唱者である寺中作雄の公民教育論を中心に、これまで、いわゆる戦前リベラリストと呼ばれる数人の論者に着目し考察を進めてきたが、平成24年度は、主に次の三点から研究を進めることができた。第一が、戦前における青年教育の実践者として知られる下村湖人に着目し、彼の代表的な実践である青年団講習所の取り組みについての、歴史資料の収集と分析を進めたことである。青年団講習所については、これまで本格的に検証されてきたことがなく、今回、膨大な資料の発掘ができたことによって、今後、下村湖人についてさらに掘り下げた検討が可能となるだろう。来年度は、こらまでに収集した資料の分析を着実に進めていくことが重要となる。第二が、下村湖人をはじめとした戦前リベラリストたちの思想形成過程の背後にある構造について、国体論と日本的民主主義の考え方、選挙粛正運動と公民教育論の関係等についての考察を深めるための、資料収集と分析を進めたことである。その中でも、特に戦前リベラリストたちが、どのような国体観をもち、選挙粛正運動にどのように関わったのかについての考察を行った。第三が、本研究課題を比較教育学の観点から深めるべく、韓国の公民教育の現状と歴史についての考察を進めたことである。関係機関へのヒアリングと資料収集を行い、現状分析についてはある程度考察を深めることができた。本研究の目的は、社会教育の組織化が図られていった1920年代から戦後改革期に焦点をあてて、その根底にある公民教育の思想を構造的に分析することを通じて、社会教育における公民教育の性質を明らかにすることである。特に、戦後初期社会教育観の基底に存在した公民教育論の特徴を、戦前の公民教育論の影響と戦後直後の公民教育構想の展開との両面から、思想構造的に明らかにすることを最終的な目標において分析を行ってきた。平成23年度から24年度にかけて、戦前における青年教育の実践者として知られる下村湖人の教育思想と教育実践について検討を行うとともに、下村をはじめとした戦前自由主義的知識人たちの思想形成過程の背後にある構造についての検討を行った。その上で、平成25年度は、これまでの研究の総合的な考察を、主に以下の二つの観点を重視して行った。第一が、公民教育を捉える枠組みに関する検討で、公民教育史観が見直されつつある中で、本研究においては、公民教育に内在する「国民統合の論理を基調とした国家主義的な公民教育」と「政治主体形成の論理を基調とした民主的な公民教育」という両義性に着目した。第二が、これまで検討した戦前自由主義的知識人(関口泰、前田多門、蝋山政道、田澤義鋪、下村湖人)の公民教育論の比較検討と戦後(寺中作雄の公民館構想)への影響に関する検討である。本研究を通じて明らかになった点は次のようにまとめられる。戦後初期社会教育観(戦後公民館構想)の基底に存在した公民教育論の特徴は、寺中が公民教育を公民館という地域の施設を中心に展開しようとした点において、戦前からの実践的立場(田澤、下村)の系譜に位置付けられるが、寺中が文部官僚の立場として、公民教育を論じ公民館を普及させていった点においては、講壇的立場(関口、前田、蝋山)の側面も有していたといえる。公民館構想の提唱者である寺中作雄の公民教育論を中心に、これまで数人の論者に着目してきたが、平成23年度は、戦前における青年団指導者として知られる田澤義鋪とも深く親交があり、「次郎物語」の作者としても知られる下村湖人に着目し、その教育思想及び実践の検討を行った。その特徴は主に次の二点からまとめられる。

第一が、生命生長の原理にそくして、郷土社会における協同生活を通じて、自律性と創造性をもった人間を育成するという教育観に基づき、青年団講習所と煙仲間運動の実践を展開していった点である。当時広がりをみせていた多くの塾風教育に対する批判に始まり、自ら理想とする塾風教育のあり方を提唱し、それは青年団講習所における教育で具体化される。しかし軍国主義が台頭する中、講習所の閉鎖が余儀なくされると、煙仲間運動を提唱し、自身の教育の理想を何とか継承して実現しようとしたのであり、戦時下の厳しい情勢の中で、下村が自身の信念を何とか貫こうとした姿が伝わってくる。第二が、地域社会における生活者にねざした「公民」の形成を目指した点である。下村は、直接「公民」、「公民教育」という言葉はほとんど使用していないが、よき社会人、よき自治体民、よき立憲国民の養成のために、講壇的、知識的教養だけでなく、団体生活・共同生活を通じた実践的訓練を施すことで、人間形成を図ろうとしたのであり、まさに、地域社会における生活者にねざした「公民」を、教育実践を通じて、よりリアルなものとして創出していこうとしたといえる。当時、講壇的な立場から公民教育を説く論者が多かった中にあって、田澤義鋪と同様に稀有な存在といえる。平成24年度は、平成23年度に引き続き、研究計画の中心にすえていた下村湖人について、その資料収集及び分析をある程度進めることができた。さらに構造的な分析や比較教育学の視点からの研究も深めることができた。したがって、研究目的の達成にむけて、おおむね順調に進展しているといえる。これまでの研究蓄積もふまえ、平成23年度は、計画の中心にすえていた下村湖人について、その資料収集及び分析を、ある程度進めることができた。本研究課題を、今後推進していく上では、次の三つのプロセスが重要となる。第一が、下村湖人について、一通り資料収集と基礎的な分析は終えているので、戦前から戦時下をへて、戦後改革期に至るまでの、下村の教育思想及び実践の総合的な検証を行うことである。第二が、下村をはじめとした戦前リベラリストたちの思想形成過程の背後にある構造について、国体論と日本的民主主義、選挙粛正運動と公民教育論については、一通りの資料収集と基礎的な分析を終えているので、まだ十分に行えていない、日本の公民教育論の形成に影響を与えたとされるドイツのケルシェンシュタイナーの公民教育論等について、資料収集と分析を行うことである。そして、第三が、これまでの思想分析や構造分析もふまえた上での総合的な検討を行うことである。戦前リベラリストたちの思想の比較検証、構造的な背景が戦前リベラリストたちの思想形成にどのように影響を与えたかの検証を通じて、本研究の最終的な課題である、戦後初期社会教育の基底に存在した公民教育論の実像にせまっていけるものと思われる。第一が、下村湖人についてさらに掘り下げて検討していくことである。資料のさらなる発掘を通じて、青年団講習所や煙仲間運動の実践の実像にせまり、戦時下の下村の教育思想及び実践についての考察を深めるとともに、戦後の下村の教育観及び実践を分析することを通じて、戦前から戦後を通した総合的な検証を行っていく予定である。第二が、下村をはじめとした戦前リベラリストたちの思想形成過程の背後にある構造について、国体論と日本的民主主義の考え方、選挙粛正運動と公民教育論の関係、日本の公民教育論の形成に影響を与えたとされるドイツのケルシェンシュタイナーの公民教育論等について検討することである。
前装用レジンの摩耗特性分析

光重合型前装用レジンの重合条件が歯ブラシ摩耗特性に及ぼす影響を解析することを目的として,現在市販されているレジンの中からArtglass(Heraeus Kulzer)を選択して歯ブラシ摩耗試験を行い,その摩耗傾向について検討した.まず,市販技工用光照射器の中から3種類の照射器UniXS(Heraeus Kulzer),Hyper LII(東邦歯科産業),ラボライトLV-II(ジーシー)を選択し,その光強度をデンティンペースト(DA2)の硬化深度を測定することにより比較した.次に,エナメルペースト(EL)を上記照射器によって重合し,2週間の水中浸漬後20,000回の歯ブラシ摩耗試験を行ない,重合条件による磨耗量の違いを分析した.歯ブラシにはOral-B(Oral-B Laboratories)を,スラリーにはColgate Fluoriguard(Colgate Oral Care)を1:1で希釈したものを,摩耗試験機には現有の歯ブラシ摩耗試験機(K236,東京技研)を使用し,摩耗試験後,表面粗さ測定器(SE-30D,小坂研究所)を用いて表面粗さおよび摩耗深度の測定を行った.硬化深度を比較した結果,最大光強度を示した技工用光照射器はHyper LIIであり,以下UniXS,ラボライトLV-IIの順であった.最大磨耗深度を磨耗量として,磨耗試験結果の分析及び統計処理を行なった結果,Hyper LIIで重合した試料はUniXS及びラボライトLV-IIで重合した試料より有意に高い耐摩耗性を示した.また,ラボライトLV-IIで重合した試料の表面粗さはHyper LII及びUniXSで重合した試料より有意に大きい値を示した.摩耗量,表面粗さのいずれにおいても光強度の高いHyper LIIでの照射時に最小値が得られ,光強度の高い技工用光照射器の使用が歯ブラシ摩耗の抑制に有効であることが示唆された.本年度の研究においては,光重合型前装用レジン(以下レジンと略)の歯ブラシ摩耗特性に影響を与える因子を解析することを目的として,現在市販されているレジンの中からArtglass(Heraeus Kulzer)を選択し歯ブラシ摩耗試験を行い,その摩耗傾向について検討した.レジンのペーストの種類が歯ブラシ摩耗特性におよぼす影響を調べることを目的に,Artglassのボディペースト及びエナメルペーストをメーカーの指定する重合条件(UniXSによる光照射,Heraeus Kulzer)で重合し,2週間の水中浸漬後20,000回の歯ブラシ摩耗試験を行ない,ペーストによる摩耗の違いを分析した.歯ブラシにはOral-B(Oral-B Laboratories)を,スラリーにはColgate Fluoriguard(Colgate Oral Care)を1:1で希釈したものを,摩耗試験機には現有の歯ブラシ摩耗試験機(K236,東京技研)を使用し,摩耗試験後,現有の表面粗さ測定機(SE-30D,小坂研究所)を用いて表面粗さおよび摩耗深度の測定を行った.最大摩耗深度を摩耗量として,歯ブラシ摩耗試験結果の分析及び統計処理を行った結果,エナメルペーストはボディペーストに対して有意に低い摩耗量と表面粗さを示すことがわかった.エナメルペーストは耐摩耗性の向上のためSiO2フィラーを多く含有し,デンティンペーストはX線不透過性の向上のためBaOフィラー含有量が多いことが報告されており,これらフィラー組成の相違がレジンの耐摩耗性に関与していることが示唆された.光重合型前装用レジンの重合条件が歯ブラシ摩耗特性に及ぼす影響を解析することを目的として,現在市販されているレジンの中からArtglass(Heraeus Kulzer)を選択して歯ブラシ摩耗試験を行い,その摩耗傾向について検討した.まず,市販技工用光照射器の中から3種類の照射器UniXS(Heraeus Kulzer),Hyper LII(東邦歯科産業),ラボライトLV-II(ジーシー)を選択し,その光強度をデンティンペースト(DA2)の硬化深度を測定することにより比較した.次に,エナメルペースト(EL)を上記照射器によって重合し,2週間の水中浸漬後20,000回の歯ブラシ摩耗試験を行ない,重合条件による磨耗量の違いを分析した.歯ブラシにはOral-B(Oral-B Laboratories)を,スラリーにはColgate Fluoriguard(Colgate Oral Care)を1:1で希釈したものを,摩耗試験機には現有の歯ブラシ摩耗試験機(K236,東京技研)を使用し,摩耗試験後,表面粗さ測定器(SE-30D,小坂研究所)を用いて表面粗さおよび摩耗深度の測定を行った.硬化深度を比較した結果,最大光強度を示した技工用光照射器はHyper LIIであり,以下UniXS,ラボライトLV-IIの順であった.最大磨耗深度を磨耗量として,磨耗試験結果の分析及び統計処理を行なった結果,Hyper LIIで重合した試料はUniXS及びラボライトLV-IIで重合した試料より有意に高い耐摩耗性を示した.また,ラボライトLV-IIで重合した試料の表面粗さはHyper LII及びUniXSで重合した試料より有意に大きい値を示した.摩耗量,表面粗さのいずれにおいても光強度の高いHyper LIIでの照射時に最小値が得られ,光強度の高い技工用光照射器の使用が歯ブラシ摩耗の抑制に有効であることが示唆された.
形状記憶合金デバイスディスプレイを用いたインタラクションデザイン研究

本研究は植物や生き物のような運動表現を得意とする表現技術の確立を研究の目的とする。要素技術として独自に開発中の形状記憶合金アクチュエータを用いる。現在では1方向自由度の運動表現しか実現できていないが、研究初年度までに3方向(全方向)自由度の運動表現ができるアクチュエータデバイスを新規開発した。アクチュエータデバイスを応用展開させて、高密度マトリックス状に配置したものをモーションディスプレイ装置として完成させた。開発したモーションディスプレイ装置を用いて、植物が風になびくような動きの表現を行うことでディスプレイデバイスの運動表現で実現させたメディアアート作品を完成させた。現在では1方向自由度の運動表現しか実現できていないが、研究初年度までに3方向(全方向)自由度の運動表現ができるアクチュエータデバイスを新規開発中である。第1段階では、アクチュエータデバイスを応用展開させて、高密度マトリックス状に配置したものをモーションディスプレイ装置として完成させた。第2段階では開発したモーションディスプレイ装置を用いて、植物が風になびくような動きの表現を行うことでディスプレイデバイスの運動表現で実現させたメディアアート作品を完成させた。発表・評価方法としてメディアアート表現を用いた作品制作を行い、メディア芸術祭などのコンペで、審査者や鑑賞者から評価を得て、インタラクションデザインの可能性を考察した。以上のような研究の進め方で、人間のノンバーバルなコミュニケーションモードを用いることで、視覚的な情報ディスプレイでは表現できない、直観的な感性情報表現技術の開発に注力した。本年度は、構成要素である形状記憶合金アクチュエータがやわらかく曲がることによって、「植物のような」、「生き物のような」実体の運動表現を可能にするようなモーションディスプレイ装置を開発し、改良を加えた。ノンバーバルなコミュニケーションモードを用いることで、視覚的な情報ディスプレイでは表現できない、直観的な感性情報表現技術の開発を実施した。開発したモーションディスプレイをコンテンツデザインへ応用させることで、この表現技術の応用展開を実施した。特に芸術、建築、デジタルサイネージなどの分野でメディア表現の新たな可能性を探った。本研究では、まず初めに、構成要素である形状記憶合金アクチュエータがやわらかく曲がることによって、「植物のような」、「生き物のような」実体の運動表現を可能にするようなモーションディスプレイ装置を開発した。その次に、応用としてモーションディスプレイ装置を用いたメディアアート作品制作と発表を実施した。鑑賞者および被験者を用いて、ユーザ評価を実施した。ユーザ評価結果を分析してデザインに反映させるようなフィードバックのある繰返し型の研究開発実施した。形状記憶合金デバイスディスプレイを用いたインタラクションデザインの可能性を考察した。本研究期間中に、実体の構成要素が直立して曲がる動きをすることで、装置全体でざわめく表現を行うモーションディスプレイ装置を考案し、確立した。デバイスのプロトタイプ表現として植物をモチーフにしたインタラクティブアート作品「plant」の完成度を高めた。コンペなどへ出品展示を行い、展示評価を繰返すことで、改良や修正を加え、制作プロセスと鑑賞者の評価を得ることで、形状記憶合金デバイスディスプレイのインタラクションデザインの可能性を考察した。展示による鑑賞者の評価・改良からは、形状記憶合金デバイスディスプレイが、葉群のざわめくような新しい表現を行うことが可能であり、鑑賞者に効果的で強い印象を残すような表現技術として確立させることができた。第1段階の研究目的は、アクチュエータデバイスを応用展開させて、高密度マトリックス状に配置したものをモーションディスプレイ装置として完成させることである。(特許申請中)第2段階の研究目的は開発したモーションディスプレイ装置を用いて、植物が風になびくような動きの表現を行うことでディスプレイデバイスの運動表現で実現させたメディアアート作品を完成させることである。発表・評価方法としてメディアアート表現を用いた作品制作を行い、メディア芸術祭などのコンペで、審査者や鑑賞者から評価を得て、インタラクションデザインの可能性を考察することとしている。本年度は、まず初めに、構成要素である形状記憶合金アクチュエータがやわらかく曲がることによって、「植物のような」、「生き物のような」実体の運動表現を可能にするようなモーションディスプレイ装置を開発した。既開発の要素技術である形状

記憶合金アクチュエータの構造を大幅に見直し、アクチュエータの素材であるシリコンチューブを特注し、形状記憶合金線材を高性能のものに変更する。反応速度の早いアクチュエータを並べたデバイスディスプレイを開発した。24年度は、メディアアート作品の制作を優先した。研究成果をバーチャルリアリティー学会論文誌にコンテンツ論文として投稿し、採択された。論文タイトルは「Tentacles:形状記憶合金アクチュエータを用いたイソギンチャクの触手の蠢きの表現」と題して、波間に漂うイソギンチャクの触手の表現を行うために、これまで制作してきたHimawariやPlantとは異なるアクチュエータを開発し、さらにアート作品としての表現力を高めるために触手の動きに対して光と音を連動させることで、インタラクティブ性の高い幻想的な空間インスタレーションを行った。「ISOGINCHAKU」では200ch以上のアクチュエータをコントロールするため、さらに高密度高効率な制御基盤を開発した。現在はデバイス制御のノウハウを用いてハプティック(触知覚)表現への応用展開を進めている。既開発の要素技術である形状記憶合金アクチュエータの構造を大幅に見直し、アクチュエータの素材であるシリコンチューブを特注し、形状記憶合金線材を高性能のものに変更する。23年度は、3方向自由度アクチュエータの開発に取りかかり、サンプル試作を繰返す。さらに表現力を高めるため、光ファイバーを利用してアクチュエータの先端を光らせて表現力を向上させる予定であったが、メディアアート作品の制作を優先した。研究成果をバーチャルリアリティー学会論文誌にコンテンツ論文として投稿し、現在は採択結果通知待ちの状態である。論文タイトルは「Tentacles:形状記憶合金アクチュエータを用いたイソギンチャクの触手の蠢きの表現」と題して、波間に漂うイソギンチャクの触手の表現を行うために、これまで制作してきたHimawariやPlantとは異なるアクチュエータを開発し、さらにアート作品としての表現力を高めるために触手の動きに対して光と音を連動させることで、インタラクティブ性の高い幻想的な空間園首都を尾っこなった。今後は研究をさらに発展させるため、以下の項目を推進する。・引き続き、形状記憶合金デバイスディスプレイの開発・改良を続ける。特に高密度化、高速レスポンス性を追求する。
消化管ホルモン受容体相互連関および機能発現の解析

モチリンおよびエリスロマイシンはモチリン受容体に結合し,グレリンはgrowth hormone secretagogue (GHS)受容体に結合し,消化管運動機能調節に重要な役割を果たす。モチリン受容体およびGHS受容体発現細胞やモチリン受容体トランスジェニック(TG)マウスを用いて,受容体活性化機構の解析と両者の相互連関を解析した。エリスロマイシンなどのマクロライド系薬剤はモチリンに比して脱感作を生じにくいが,その機序にモチリン受容体の膜へのrecycling時間が関与していることを明らかにした。またTGマウスはWTマウスに比して胃排泄時間,小腸通過時間の短縮がみられることを明らかにした。生活習慣病や化学療法などに伴う消化管運動機能異常は重要な臨床課題の一つであり,モチリン受容体(MLNR)やグレリン受容体(GHSR)作動性物質の開発およびその臨床応用が期待されている。申請者は,平成12年から,MLNR,GHSRにおけるリガンド結合の分子機構の解析とin vivoにおける両受容体の生理機能の解析を継続して研究している。本研究課題は,蛍光蛋白標識MLNRを用いて受容体活性化機構,脱感作機構を明らかにするとともに,ヒトMLNRトランスジェニックマウスを用いて,生体における中枢神経系と消化管との臓器連関,MLNRとGHSRの相互連関を明らかにすることを目的としている。平成26年度は,1pFN21KSPcにHalo-Tag標識MLNRを導入したplasmidおよびpEGFPにEGFP標識MLNRを導入したplasmidを作成した。2Halo-Tag標識MLNR持続発現CHO細胞株およびEGFP標識MLNR持続発現CHO細胞株を樹立した。以上から,MLNRの細胞内移行,脱感作機構の解析の準備が整った。生活習慣病や化学療法などに伴う消化管運動機能異常は重要な臨床課題の一つであり,モチリン受容体(MLNR)やグレリン受容体(GHSR)作動性薬剤の開発およびその臨床応用が期待されている。申請者は,平成12年からMLNR,GHSRにおけるリガンド結合の分子機構の解析とin vivoにおける両受容体の生理機能の解析を継続して研究している。本研究課題は,蛍光蛋白標識MLNRを用いて受容体活性化機構,脱感作機構を明らかにするとともに,ヒトMLNRトランスジェニックマウス(MLNR-TGマウス)を用いて,生体における中枢神経系と消化管との臓器連関,MLNRとGHSRの相互連関を明らかにすることを目的としている。平成27年度は,1Halo-Tag標識MLNR持続発現CHO細胞株を用い,MLNRのリガンドであるモチリン,エリスロマイシン,およびその他のマクロライド系薬剤のMLNR結合能,脱感作能を検討し,モチリン刺激では脱感作が起こるが,エリスロマイシンでは脱感作が起こりにくいこと,マクロライド系のクラリスロマイシン,リンコマイシン,タクロリムスはMLNRに結合するが脱感作は起こりにくいことを明らかにした。また,リガンド-MLNR複合体は細胞内へtrafficking後,MLNRは細胞膜へrecyclingするが,その時間はモチリン刺激時にエリスロマイシン刺激時に比して長いことが脱感作の機序であることを明らかにした。2MLNR-TGマウスへのモチリン,エリスロマイシンのリガンド末梢投与では,WTマウスに比して,胃排泄時間,小腸通過時間の短縮が見られることを明らかにした。in vitroでのMLNRのリガンド結合機構の解析は計画通りに進行しているが,in vivoでのMLNR-TGマウスを用いての臓器連関,MLNRとGHSRの相互連関の解析は,TGマウスの確保が一時期困難になっていたためやや遅れている。平成27年度までに,1Halo-tag標識MLNR持続発現CHO細胞株を用い,モチリンでは脱感作が起こるが,エリスロマイシンを含めたマクロライド系薬剤では脱感作が起こらなく,その機序にリガンド刺激後のMLNRの膜へのrecycling時間が関与していることを明らかにした。平成28年度は,1Halo-tag標識MLNRとNano-Luc標識MLNRを共発現させたCHO細胞を用い,リガンド刺激時のBRET効率から,MLNRはhomodimerを形成し活性化され,MLNR間の距離は1-10Åであることを明らかにした。2MLNR-TGマウスへのモチリン,エリスロマイシンの2週間末梢投与では,脱感作が生じることを明らかにした。

モチリン受容体およびGHS受容体発現細胞やモチリン受容体トランスジェニック(TG)マウスを用いて,受容体活性化機構の解析と両者の相互連関を解析した。エリスロマイシンなどのマクロライド系薬剤はモチリンに比して脱感作を生じにくいが,その機序にモチリン受容体の膜へのrecycling時間が関与していることを明らかにした。またTGマウスはWTマウスに比して胃排泄時間,小腸通過時間の短縮がみられることを明らかにした。蛍光蛋白標識受容体持続発現CHO細胞株の樹立に時間を費やしたため,生体におけるMLNRの相互連関の解析,MLNRとGHSRの相互連関の解析が遅れている。平成28年度は,新たな蛍光蛋白標識MLNRを作成し,FRETを用いたMLNR活性化dimerizationの解析予定とともに,in vivoでのMLNR-TGマウスを用いた中枢と消化管の臓器連関,GHSRとの相互連関の解析を行う予定である。さらに,得られた成果を国際学会発表,論文発表する予定である。消化器病学平成27年度は,蛍光標識MLNR持続発現CHO細胞株が樹立したため,リガンド刺激下での受容体細胞内移行,リガンド連続刺激下の脱感作機構の解析を行う予定である。また,当初平成27年度に予定していたCFP導入MLNRとYFP導入MLNRを用いたFRET解析を行う予定である。さらに生体におけるMLNRとGHSRの相互連関の解析も並行して行う予定である。平成27年度は,in vivoでのMLNR-TGマウスを用いての臓器連関,MLNRとGHSRの相互連関の解析がやや遅れたため,次年度繰越金が発生した。平成26年度の計画のうち,ヒトMLNRトランスジェニックマウスを用いた研究が達成できなかったため,次年度繰越金が生じた。平成28年度は,in vivoの解析の遅れを取り戻すつとともに,in vitroの解析も継続するため,本繰越金は使い切る予定である。この繰越金分のヒトMLNRトランスジェニックマウスを用いた研究は平成27年度において実施する予定である。