hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
クラウン及びアミンイミド系界面活性物質の合成と機能

(5)α-ピコリルあるいはイミダゾールを金属配位基としてもつ長鎖アミンイミド類について、亜鉛イオンとの2:1錯体を形成しパラニトロフェニルピコリルエテルの加水分解を著しく加速する新しい亜鉛加水分解酵素モデル化合物を見いだした。
線条体パッチ・マトリックス構造と入出力の形態学的解析

線条体にはパッチ・マトリックスという解剖学的なコンパートメントがあり、近年、強化学習や報酬系における機能的な役割分担の面でも注目されている。しかしながら、大脳基底核の中でこのパッチ・マトリックスを巡るネットワークはどのように違うのか、ということに関しては解明されていない点が多い。まず入力の点から考えると、線条体は大脳皮質と視床から興奮性のグルタミン酸入力を受けているが、皮質線条体入力に比べると、視床線条体入力とパッチ・マトリックス領域との関係はほとんど論じられてきていない。一方、出力に関しては、直接路・間接路という概念とパッチ・マトリックスという解剖学的な構造が同じ線条体内でどのように共存しているのかは未だコンセンサスがない状態である。例えば、パッチのニューロンは本当に黒質緻密部に投射されるのだろうか、パッチにも直接路・間接路ニューロンともに存在しているのだろうか。また、直接路・間接路の投射形式にはどの程度バリエーションがあるのだろうか。大脳基底核ネットワークをパッチ・マトリックスという視点で再構成するために、シナプス小胞性グルタミン酸トランスポーター(Fujiyama, et. al.,2004.2006)、遺伝子組み換えウイルストレーサー、エンケファリントランスジェニックマウス(Koshimizu, et. al., submitted)等を用いて解析し、大脳基底核ネットワークを検証し、再構築しているところである。パーキンソン病やハンチントン病の病変主座である大脳基底核の入力部位は線条体であり、ここにはパッチ・マトリックスという解剖学的なコンパートメントが存在することが知られている。しかし線条体の入出力に関してこのコンパートメントでどのような違いがあるのかは未だ明確にされていない。これを明らかにするため申請者らは、まず入力に関しては、大脳皮質一線条体投射系と視床一線条体投射系の全てを2種類のシナプス小胞性グルタミン酸トランスポーター(VGluT1,VGluT2)を用いて可視化し(Fujiyama et al.,2004)、各々のパッチ・マトリックスへの入力の量的および質的な違いを検討した(Fujiyama et al.,2006)。今年度は、出力に関して、GFPを発現させるウイルストレーサーによるシングルトレースでパッチおよびマトリックス領域からの入出力様式の違いを明らかにし、これと、直接路・間接路というコンセプトとの関係を探り、大脳基底核ネットワークの基本でありながら曖昧なままにされてきた諸問題に新しいツールを使って解答をだす。具体的には、パッチのニューロンが視床のどの部位から投射を受けているのかはほとんど解明されていないため、視床に膜移行性シグナルをつけGFPを発現するSindbisウイルストレーサーを注入し、パッチおよびマトリックスへ投射するシングルニューロンをトレースし、各々の領域に分布する投射終末の数を解析し、視床のどの亜核がパッチおよびマトリックスを駆動しているのかを明らかにする。また、同様な方法でラットの線条体にSindbis virusを順行性に感染させパッチあるいはマトリックスを確認した上で、その投射軸索の投射様式を明らかにする。
冥王代における高分子濃度シナリオの検証

本研究では、我々がこれまでに見出した「生命システムの高分子濃度依存性」と「乾燥・浸透圧による高分子濃縮現象」を基盤とし、冥王代に生じた生命の起源における高分子濃度シナリオを検証することを目的とした。i)H29年度に得られた浸透圧によるリポソーム内の高分子濃縮による転写翻訳装置スイッチング効果の高分子濃度シナリオへの適用可能性を検証した。結果、高分子濃縮に伴ってONになった転写翻訳機構を利用して発現する膜タンパク質を介し、外界と低分子のやり取りが可能となる条件を見出した。この成果により、浸透圧を介した希薄系から濃縮系への転移を介し、生命の機能が段階的に創発されることを実証した。ii)H29年度に得られた無細胞転写翻訳系におけるNTP濃度と高分子濃度の関係を拡張した。エネルギー源(ATP合成系)を変化させた場合も同様の遷移を示すかを検証したところ、高いNTP濃度存在下で解糖系をエネルギー源として用いることで高濃度の抽出液での高発現が可能となることが示唆された。また、新たにリン酸濃度を軸に転写翻訳に至適な高分子濃度が変化することを見出した。さらにNTPをdNTPに置き換える系での実験を行ったところ、エネルギー源としてよりトリリン酸としての効果が重要であることが示唆された。この結果は高い細胞内高分子環境で効率的な転写翻訳を行う際に高密度にパッキングされたゲノム自体も反応場として機能する可能性を示す。iii)上記の成果の他に、解糖系やゲノム転写翻訳系の人工細胞内駆動という冥王代生命学における課題に関して試験管内での検証系の確立に成功し、本研究の発展として考えられる生命誕生の瞬間における高分子濃度シナリオに関しても検証可能となる系が整った。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、我々がこれまでに見出した「生命システムの高分子濃度依存性」と「乾燥・浸透圧による高分子濃縮現象」を基盤とし、ハビタブル・トリニティ仮説における浜辺によって生じたはずの乾燥、濃縮、水和に着目した高分子濃度遷移と生命機能相の解析を通し、冥王代に生じた生命の起源における高分子濃度シナリオを検証することを目的としている。H29年度は、冥王代における高分子濃度の必要条件と混雑条件について、申請者らが確立した乾燥や浸透圧による生命システム起動系を基盤として検証した。乾燥・浸透圧による高分子濃度の濃縮と生命システムの活性相関を数値シミュレーションにより解析したところ、転写翻訳系においてはシステム要素全体の濃度に対し、非線形的に活性が変化することが見出された。この事実は、要素全体を10倍希釈することにより200倍のタンパク質合成量の低下が観測されることを示唆した。実際に実験を行ったところ、この要素濃度依存性は再現された。また、5倍希釈条件とその後の5倍濃縮により転写翻訳機能がスイッチングすることが示された。希釈濃度と再活性化の上限を調べたところ、少なくとも100倍の希釈と濃縮によるスイッチングが起こりうることが示された。また、高濃度細胞抽出液で転写翻訳系が機能しなくなる要因を生化学反応シミュレーションで探索したところ、mRNA量と転写翻訳装置濃度の相関が示唆された。そこで転写の原料であるNTP量を振った無細胞転写翻訳系を解析したところ、高濃度NTPにおいて観測される転写翻訳阻害が高濃度抽出液では見られなくなることが明らかになった。このことは、高濃度抽出液系では従来までの低濃度系と比較して至適反応条件が大きく異なることを示唆した。転写翻訳におけるシステム濃度依存性をシミュレーションと実験により明確にすることと、システム濃度変化による転写翻訳系のスイッチングに成功したため。また、当初は2年目に計画していた高濃度細胞抽出液における転写翻訳の阻害に関して、NTP濃度との相関というデータが得られたため。

今後は、ごく最近開発した試験管内ゲノム転写翻訳系(藤原らNAR 2017)を用い、より生命に近い条件での冥王代における高分子濃度シナリオに迫る。また、濃縮による転写翻訳装置のONにて膜タンパク質を合成することで、より生命の起源に近い環境とのやり取りの創発が可能となるかを検証し、冥王代における生命創成が高分子濃度と相関してどのように生じたかについて考察する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
隠岐変成岩の複変成作用に関する岩石学的研究

隠岐変成岩の複変成作用について、現地調査と室内実験の両面から研究を行った。それにより得られたデ-タを基に総合的に検討した結果、隠岐変成帯の構造発達史が以下のように明らかとなった。1.源岩の形成は約20億年前に行われ、泥質堆積岩と玄武岩質凝灰岩を主体として、若干の砂質堆積岩と石灰質堆積岩を伴っている。泥質堆積岩を供給した後背地の岩石の年代は2223億年前と考えられる。以上のような原生代初期の年代を示す地質体は日本列島の他地域に例がなく、隠岐変成帯は中朝古陸の先長城系に対比されるべきものと考える。源岩の堆積以後、隠岐帯は二度に亘る顕著な変成作用を蒙った。2.古朝広域変成作用:変成作用はいまだ明らかではないが、おそらく原生代の間と考えられる。変成鉱物の共生関係と化学組成から推定される変成作用の温度-圧力条件は、700°C以上、5kb以上(グラニュライト相)と見積もられる。また、この時期に広汎なミグマタイト化作用が起こっている。3.新期広域変成作用:約2億年前の出来事であって、現在変成岩中に認められる線構造の卓越方位(北部地域で北北西-南南東、南部地域で東-西)のほとんどがこの時期に形成された。推定される変成岩作用の温度-圧力条件は、550650°C、24kb(上部角閃岩相)と見積もられる。4.隠岐変成帯はその後、圧砕作用と花崗岩の貫入を受けつつ上昇し、日本海の拡大へと地史が進展していくことになる。5.インド洋の拡大によって分離された原生代の地塊として、セイシェル諸島とアフリカ大陸との地質学的関係も巨視的には本研究と関連しており、これについても若干の考察を行った。1.隠岐変成岩が蒙った複変成作用を岩石学的に解明すべく、野外調査と室内実験を行った。その結果、以下の事柄が明らかとなった(星野・伊藤)。(1)泥質片麻岩や注入片麻岩様ミグマタイトには、黒雲母の定向性による片理面が発達し、片理面は源岩の層理面と一致する。また全域にわたって小褶曲構造が発達し、褶曲軸の方向は、北部地域では北北西と南南東の2方向、南西部地域では西方向、南東部地域では東方向へそれぞれ緩やかにプランジしている。(2)岩石中に平衡共存する鉱物のうち、珪線石・角閃石など柱状鉱物の示すリニエーションも、上記の小褶曲軸の方向に一致する。よって、小褶曲構造は、現在認められる鉱物組合せを生じさせた上部角閃岩相の広域変成作用に伴って形成されたものである。これを新期変成作用と称する。(3)新期変成作用以前に、グラニュライト相変成作用が起ったことを示すいくつかの新証拠を、顕微鏡による組織観察及びEPMA化学分析によって明らかにした。これを古期変成作用と称する。なオ、古期変成作用の時代に形成された構造要素が、新期変成作用時に形成されたものと同一のものであったかどうかは明らかでなく、この点を今後追求する必要がある。2.隠岐変成帯ー飛騨変成帯形成の時代論を総合的に展開する上で、特に新期変成作用に関連して、その当時外帯で形成されつつあった秩父累帯ー四万十累帯のテクトニクスを十分考慮することが、きわめて重要であると考えられる。

そのような観点から、紀伊半島中央部、山上ケ岳地域の秩父累帯ー四万十累帯の地質学的研究に加わり、成果をあげた(星野)。昨年度に引き続いて、隠岐変成帯の複変数作用につき、現地調査と室内実験の両面から研究を行った。得られたデ-タを基に総合的に検討した結果、隠岐変成帯の構造発達史が明らかとなっ。1.源岩の形成は約20億年前に行われ、泥質堆積岩と玄武岩質凝灰岩を主体とし、若干の砂質堆積岩と石灰質堆積岩を伴っている。なお、泥質堆積岩を供給した後背地の岩石の年代は2223億年前と考えられる。以上のような原生代早朝の年代を示す地質体は日本列島の他地域に例がなく、隠岐帯は中朝古陸の先長城系に対比されるべきと考えている。隠岐帯はこれ以後2度にわたる顕著な広域変成作用を受ける2.古期広域変成作用:変成年代は未だ明らかではないが、恐らく原生代の間と考えられる。鉱物共生関係と鉱物の化学組成により推定される変成作用の温度-圧力条件は、700°C以上、5Kb以上と見積られる。またこの時期に広汎なミグマタイト化作用が起った。3.新期広域変成作用:約2億年前の出来事であって、現在見られる線構造の卓越方位(北部地域で北北西-南南東、南部地域で東-西)は、この時期に形成された。また推定される変成作用の温度-圧力条件は、550650°C、24Kbと見積られる。4.隠岐変成帯はその後、圧砕作用と花崗岩の貫入を受けつつ上昇し、日本海の拡大へと地史が進展していく。以上の研究成果については現在論文として準備中であり、今後は飛騨変成帯との地質学的関係の解明へと研究を続ける積りである。なお、海域の拡大により分離された原生代の地塊として、インド洋のセイシェル諸島とアフリカ大陸の地質学的関係も、本研究と基本的には関連しているので、この問題についても研究を行った。
産業集積比較における新変数群の検討と実証

本研究では労働集約的製造産業でありながら、高い競争力を維持してきた、福井県のめがね枠産業集積を研究対象として、その産業集積をとりまく制度環境およびメカニズムを明らかにするため、およそ3000分、155万字のインタビューデータ蓄積と、業界誌40年分の電子化およびテキスト分析、および1960年代からのパネルデータを作成した。その結果、これまで一般的にいわれてきためがね枠産地の苦戦の原因が、かならずしも海外からの低コストの輸入品のみに起因するのではなく、業界内の主体が環境変化に適応するための行動が非常にしにくくなるような制度環境にある可能性が高いと結論するに至った。本年度は、3月11日に発生した東日本大震災によって変更・延期となった調査が幾つかあった以外は概ね研究計画通りに実施された。特に2010年11月に集中的におこなった業界団体や市役所、業界各関係者への調査交渉はこれまでの経緯もあってか殆どの交渉において調査に前向きな回答を得ることができ、今後予定している高回収率を目指すアンケート調査の基盤は徐々に整いつつあるとみている。現在は以前の研究を踏まえた仮説の整理および精査を継続的におこなっており、今後はアンケート調査設計およびパイロットスタディを実施していく計画となっている。ヒアリング調査では幾つかの目新しい成果を上げることが出来た。特に産地の生産動向に大きな影響を持っていた機械商社の動向および歴史を詳細に押さえることが出来たのはこれまでにない成果の一つである。また、20年ほどの間、業界の中心的なビジネスモデルとなっていたライセンスブランドのメガネ枠業界への導入プロセスについてもヒアリングによって詳細なプロセスを記述できるだけのデータを取得することが出来た。またメガネ枠よりも遙かに淘汰の進んだレンズメーカーの動向について、徐々に調査を進めつつある段階である。これらにより、当該業界全体の詳細な記述が可能となる。海外文献のレビューは継続的に実施している。成果としては2011年度中に論文として公刊する予定となっている。2010年度はこれまで特定の工場を持とうとしなかった大手メガネチェーンが、経営危機に陥った老舗の工場の資産を譲り受けるなど、これまでにない動きとそれによる業界再編が進んだ年となった。これは地場産業であるメガネ枠産業集積が、まさに環境変化に直面しつつ変化を模索している最中であることを示している。研究計画に想定されていない事態についても臨機応変に対応し、重要な事例データを蓄積しつつ、定量的実証データを蓄積することをめざしている。2011年度は研究の目的自体の変更はないが、これまでに想定していたプランについていくつかの変更を判断することとなった。それは研究範囲の選択と集中についてである。その理由はこれまで進めてきた鯖江産地のデータ収集が大幅にすすみ、業界誌のおよそ40年分のバックナンバーのすべてを入手することができたことがきっかけである。また同様にインタビュー調査も多くの協力者のおかげで、大きく進展を見せた。現在インタビュー調査も公式なものは50本を超え、文字数も150万字を超えている。インタビューデータはほとんどの場合、インタビュイーのその時点の認知に偏っており、その認知に影響を与える歴史的事実について言及されることはあまり無い。しかし、業界の歴史を包括的に把握したうえで、インタビューデータと照合することで鯖江産地の歴史的プロセスを含めた全貌を記述できる可能性が高まってきた。これらが研究プランに及ぼした影響は、鯖江をさらに詳細に深掘りするか、それともこのまま一般化をはかる研究フェーズに移行し、他の集積との比較に移行するかという問題である。産業集積研究へのアプローチはいくつか存在するが、本研究はこれまでの集積研究に新しいパースペクティブを提供することを意図している。そのために、このまま鯖江産地を徹底的に深掘りした上で、これまでの研究と比較検討する方法がもっとも大きな成果を生み出す可能性が高いと認識するに至っている。もちろん、詳細な研究プランは状況に合わせてつねに変動するが、現状としてはこれまででもっともよい状況になってきているといって良い。もちろん集積内部のみならず、集積に発注をかける都市部の企業へのヒアリングも進展している。発注元の企業も大手から個人まで、多くの方からデータを収集できている。トライアンギュレーションおよび理論的飽和を目指して今後もデータ収集を継続的に行っていく。本年度は研究実施計画に従い研究を実施した。本年度の目的はこれまで効果的に測定されてこなかった産業集積のメカニズムと経済的成果の関係を明らかにするための方法論およびフレームワークの構築である。本研究ではこれまでインタビュー対象者のサンプリングバイアスに大きく影響されてしまう研究方法からの脱却をめざし、あたらしい手法の開発に取り組んだ。その方法は大きく二つの方法に分かれている。

第一に、蓄積された業界雑誌および業界団体機関誌の内容をテキストマイニングにより定量化し、そのデータの中にパターンとして表れてくる各年代毎の特徴と、実際の産地の出荷額や業界内のイベント(例えば工場の海外進出や業界団体による輸出の推進などの統一的指針)をすりあわせることにより、正確な産業集積によるコンテキストを把握することである。第二に正確に把握された産業集積のコンテキストと、これまでのインタビューデータを総合的に分析し、必要な場合はさらに追加の調査を行って、産業集積内の企業の行動メカニズムを分析することである。本年度は中心的な業界誌一誌40年分と、2010年までの業界団体機関誌一誌を借用してすべてスキャニングし、その記事の中から比較しやすく、かつそのときの業界の状況がよく表れている記事を系統的に選択してOCR処理をおこない、データベース化した。また、テキストマイニング分析を実施し、これまでの研究プロセスにおいて独自に作成した1960年代からの産業集積のデータと比較しながら分析を試みた。その結果、単純な出荷額の推移と、集積および業界の環境認知は一致しておらず、集積内の主体は、景況以外の要因に影響を受けながら意思決定を行ってきていることが明らかになった。また、その時期によって、意識されているビジネス上の主題が、一定のパターンをもって変動している可能性が高いことが明らかになりつつある。本研究は、研究の過程でそれまで予測していなかった業界誌のバックナンバー40年分のデータを獲得することができたため、その可能性が大きく広がることとなった。それに伴って研究計画を一部拡大・変更し、インタビュー及びアンケート調査を中心とした研究方法のみならず、大量の2次データをもちいた歴史的分析を内容に付け加えている。以上の点に於いて、研究計画は当初の予定を良い方向に変更しながら進行していると考えている。前年度に入手した業界誌のデータは2誌でおよそ40年分と30年分であった。しかし、このデータは同一の出版社からのものであり、業界のデータとしてはバイアスが予測されるものであっため、当年度は別出版社から、同じように眼鏡業界誌のバックナンバーおよそ40年分を入手し、バイアスを回避するように心がけた。これらの新データの複写及び電子化に大きくエネルギーを費やす形になり、アンケート調査およびインタビューの予定そのものは遅れが生じているのは事実であるが、これは業界史をきちんとおさえることによってアンケート及びインタビューの精度向上が明らかであるためである。また電子データ化されたものは現在、データマイニングによる分析の可能性を探っている。現在、眼鏡産業集積は、日本の産業集積企業がダイナミックに拡大していった時期の中心的プレイヤーが健在であり、かつ業界誌などがアーカイブとして存在しているため、産業集積ならびに起業家のメカニズムを総合的にとらえるための条件が整っている数少ない事例である。現時点までに必要なデータの入手およびインタビューを依頼するための関係作りはほぼ終了しつつあり、今後はアーカイブデータから得られない部分と、確認のインタビューをおこなう段階となっている。
非観血的局所心筋機能測定法の開発とそれによる心筋変性疾患の病態生理学的研究

本研究では、超音波パルスドプラ法によって心臓腔内血流速度の2次元分布を求め、これに流体力学の理論を適用して処理し、心腔内に生ずる局所血流変化、血流量分布、圧力分布などを求め、これから局所心筋機能とポンプ機能とを非観血的、定量的に評価できる方法の開発と実用化を計ることを目的とした。本年度においては、かかる目的に昭和63年度に開発した血流動態解析システムとそのソフトに改良を加え、求められる流体力学的パラメ-タの病態生理学的意義を検討し、次の如き成果を得た。(1)解析システムの改良:(a)前年度で問題となった流デ-タ収録時間、デ-タ転送時間等の短縮についてプログラムを改良し、一方向当り32枚で13方向のデ-タを短時間で収録でき、所用時間を約1/10に短縮した。(b)心電信号の記録法の改良を計り時相判定を確実なものとした。(c)高速血流の際に生ずる折返し現象を補正するアルゴリズムを確立して導入した。(2)血流速度デ-タ処理の改良:(a)流速ベクトル導出時に問題となる直交方向成分の分離法について、血流を等方性伸縮現象と考え、流軸上の流れ関数を基準値とする方法を考案導入して改良した。(b)流れ関数の2次元分布から同一面上での流量分布を求める方法を考案導入した。(3)導出された流体力学的パラメ-タ-の妥当性のモデル水流による確認:(a)2次元および3次元流モデルと拍動流ポンプを作成して実験し、同時に光切断法による流れの解析と比較し本方法の妥当性を明確にした。(4)局所心筋機能評価に対する流体力学的パラメ-タ-の病態生理学的意義:流線分布、局所流量分布についての正常心と心筋梗塞心とを対象に検討した。その結果、両者とも局内心筋の伸縮性を反映し駆出流量に対する心室各部分の貢献度および障害心筋部の駆出機能、流入機能に対する影響度が定量的に評価できることが判明した。以上より心筋機能の臨床的評価法としての意義は大きく所期の成果が得られたものと判断された。本研究の目的は定量的に求めた心臓腔内血流速度分布値を流体力学の理論を適用して処理し心室腔内に生ずる3次元的なエネルギー分布と局所的血流性状の変化とを導きこれによって局所心筋機能を定量的に測る方法の開発を行ない、非観血的にポンプ機能も評価できる方法を実現することである。この目的を達成するため本年度では本研究目的を満足させるに足る性能を有した血流動態解析システムを研究開発すると共に流体力学的諸パラメータを2次元分布図として求めることができるアルゴリズムの確立を計った。その結果、(1)超音波パルスドプラ法を基礎として一走査面上の多数点で心臓腔内血流速度値を検出できる超音波ドプラ信号検出部および検出測定された血流速度値をデジタル的に処理し、我々の考案したアルゴリズムによって動作させることができ流体力学的諸量を2次元分布図として表示できる信号処理部とを主体とした血動態解析システムの仕様を決定して試作した。(2)試作完了後正常例を対象としてシステムの動作を検討した。その結果血流速度値の2次元的検出、血流速データの60画面1秒の速度での取込みとその記憶、読出し動作の安定性およびデータ処理能力について以下の2点を除けばほぼ満足できる結果であった。(a)血流速度情報と共に取込むべき心電信号の扱い、(b)実時間的にRAMに取り込まれたデータのハードおよびフロッピーディスクへの転送時間。の2点に問題があったがこれらについては引き続き検討し次年度中に解決の予定である。(3)血流速度データから流体力学的諸量を導出するアルゴリズムの開発研究については(a)一走査面上での等速度分布図、(b)2次元流線分布図および(c)2次元流速ベクトル分布図を求めることのできるプログラムが開発できた。正常例を対象に検討した結果良好な成績が得られた。以上の如くアルゴリズム開発については不十分であったが本年度の研究によって所期の成果が得られたと判断された本研究では、超音波パルスドプラ法によって心臓腔内血流速度の2次元分布を求め、これに流体力学の理論を適用して処理し、心腔内に生ずる局所血流変化、血流量分布、圧力分布などを求め、これから局所心筋機能とポンプ機能とを非観血的、定量的に評価できる方法の開発と実用化を計ることを目的とした。

(3)導出された流体力学的パラメ-タ-の妥当性のモデル水流による確認:(a)2次元および3次元流モデルと拍動流ポンプを作成して実験し、同時に光切断法による流れの解析と比較し本方法の妥当性を明確にした。(4)局所心筋機能評価に対する流体力学的パラメ-タ-の病態生理学的意義:流線分布、局所流量分布についての正常心と心筋梗塞心とを対象に検討した。その結果、両者とも局内心筋の伸縮性を反映し駆出流量に対する心室各部分の貢献度および障害心筋部の駆出機能、流入機能に対する影響度が定量的に評価できることが判明した。以上より心筋機能の臨床的評価法としての意義は大きく所期の成果が得られたものと判断された。
非合併小規模山村自治体の財政パフォーマンスの変化

本研究は合併を選択しなかった小規模山村自治体の財政に焦点を当て、平成合併の評価を行うものである。平成合併当時、小規模自治体は合併し財政を効率化しなければ生き残れないと言われてきた。しかし今日、小規模自治体の財政状況は良好に維持され、破たんしている自治体もない。それどころが財政調整基金を積み増し、財政の安定性を高めているである。なぜ、状況が変わったのか。人口4000人未満の小規模山村をケースに検討することにする。
鉄酸化細菌が作るナノアモルファス酸化鉄の構造解析とリチウムイオン充放電特性

申請者は鉄酸化細菌Gallionella ferrugineaが自然界で作るねじれ紐状酸化鉄を“G-バイオジナス酸化鉄(G-biogenous iron oxide: G-BIOX)"と命名し機能探索を行ったところ,リチウム(Li)イオン充放電特性を示すことを発見した.これまでの申請者の研究成果により,G-BIOXの組成・微細組織・結晶構造が明らかとなった.また,最近の予備研究によって,G-BIOXをLiイオン電池の正極材料として用いたところ,現行材料を遥かに凌駕する初期充放電容量が得られることを世界で初めて発見し,鉄酸化細菌由来酸化鉄の機能性材料への可能性を示した.本研究の目的は,予備研究結果を更に発展させて(1)G-BIOXの原子レベルでの構造を明らかにすると共に,(2)G-BIOXをLiイオン電池の電極材料(正極および負極)として応用することである.(1)G-BIOXの構造解析:申請者はG-BIOXと構造の良く似た酸化鉄(Leptothrix ochraceaが作ったBIOX,L-BIOX)の高エネルギーX線回折を行っている.本年度は,G-BIOXの構造を明らかにするための第一段階として,既に得られているL-BIOXのデータを元に逆モンテカルロ法を用いて原子配列を明らかにした.その結果,L-BIOXは酸化鉄のネットワーク中に酸化シリコンが孤立して存在する興味深い構造を有することを明らかとした.(2)G-BIOXをLiイオン電池の電極材料としての応用:平成24年度では正極としての特性を検討した.具体的にはG-BIOXを活物質として電極を作製し,Liを対極としたハーフセルで4.0-1.5 Vの電圧範囲で充放電特性を評価した.その結果,G-BIOX電極はこれまでに報告されている酸化鉄系材料よりも優れた特性(容量,サイクル特性,レート特性)を示すことを見出した.申請者は鉄酸化細菌Gallionella ferrugineaが自然界で作るねじれ紐状酸化鉄を“G-バイオジナス酸化鉄(G-biogenous iron oxide: G-BIOX)"と命名し機能探索を行ったところ,リチウム(Li)イオン充放電特性を示すことを発見した.これまでの申請者の研究成果により,G-BIOXの組成・微細組織・結晶構造が明らかとなった.また,最近の予備研究によって,G-BIOXをLiイオン電池の正極材料として用いたところ,現行材料を遥かに凌駕する初期充放電容量が得られることを世界で初めて発見し,鉄酸化細菌由来酸化鉄の機能性材料への可能性を示した.本研究の目的は,予備研究結果を更に発展させて(1)G-BIOXの原子レベルでの構造を明らかにすると共に,(2)G-BIOXをLiイオン電池の電極材料(正極および負極)として応用することである.(1)G-BIOXの構造解析:申請者はG-BIOXと構造の良く似た酸化鉄(Leptothrix ochraceaが作ったBIOX,L-BIOX)の高エネルギーX線回折を行っている.本年度は,G-BIOXの構造を明らかにするための第一段階として,既に得られているL-BIOXのデータを元に逆モンテカルロ法を用いて原子配列を明らかにした.その結果,L-BIOXは酸化鉄のネットワーク中に酸化シリコンが孤立して存在する興味深い構造を有することを明らかとした.(2)G-BIOXをLiイオン電池の電極材料としての応用:平成24年度では正極としての特性を検討した.具体的にはG-BIOXを活物質として電極を作製し,Liを対極としたハーフセルで4.0-1.5 Vの電圧範囲で充放電特性を評価した.その結果,G-BIOX電極はこれまでに報告されている酸化鉄系材料よりも優れた特性(容量,サイクル特性,レート特性)を示すことを見出した.
特別な教育的支援を必要とする新人看護師の様相と教育指導方法の開発

当初の計画では面接調査を開始する予定であったが、引き続き文献検討を行った。系統的に明らかにされている文献はみあたらず、特別な教育的支援を必要とする新人看護師の様相は把握することが難しい状況にあった。学生に関する国内文献はいくつか散見されるが、座談会や解説が主要なものであり、具体的な様相を把握するのは困難であった。国内の看護系の学会では、本研究の主要課題として扱っている「特別な教育的支援」を必要とする新人看護師に関する研究はみられていない。例えば、夜勤開始時期の調整や受け持ち患者数の調整などの配慮が現場からの声としてあげられているが、患者に対する詳細な影響については十分に明らかにされていない現状がある。当該年度は年度途中より産休・育休取得をしたため。研究内容は当初の計画通りにすすめつつ、期間延長も視野に入れた研究計画の再構築を行う。また面接調査ないし量的調査の準備を行っていく。当初の計画に沿って、国内文献の検討を行った。医中誌Web Ver.5で全年検索を行った結果、「特別な支援」and「新人看護職」では0件、「特別な支援」and「新人教育」では1件、「新人看護師」and「困難事例」では3件だった。そのうち、論文種類としては会議録がほとんどであった。その他、「特別支援」で検索もしたところ研究内容としては、特別支援学級の生徒や学生に対する関わりや看護職への暴力等に関する研究であり、新人看護師の実態について明らかにされた文献ではなかった。また、本研究において“特別な教育的支援"を必要とする新人看護師は、発達障害や学習障害といった診断を必ずしも受けているわけではないことから、それらのキーワードを当初は選定しないこととしていたが、幅広く検索するために、「発達障害」「アスペルガー」等のキーワードを用いた検索も行ったが、そのような看護職を対象とした研究論文はみあたらなかった。看護系の国際学会においても、本研究の隣接研究はみあたらなかった。一方、小学生や中学生など、初等および中等教育における探究は徐々に進んでいる現状があるため、医療看護系によらず幅広く情報収集を行うことの必要性が確認された。さらに、医療現場で指導にあたる看護職からの聴き取りによれば、年々特別な教育的支援を必要とする看護職は増えていること、しかし、こうした看護職の様相は一律ではないこと、これらも相まって指導する側も疲弊し、関わり方略を見いだせないでいることから、速やかに現場で生じている実態の把握をする必要性が見出された。ただし、考慮すべき点として研究倫理としてどのように彼らにアプローチするかという課題がある。そのため、他分野の状況も参考にしながら、研究活動を進めていくことが不可欠であることも明らかになった。当初は、国内外の専門的立場にある方からの情報収集も計画していたが、この点に関する情報収集が遅れているため、やや遅れていると評価した。当初の計画では面接調査を開始する予定であったが、前年度の国外文献の検討が十分ではなかったため英論文を中心とした検討を行った。まずCiNiiにおいてキーワードを「developmental disorders」「struggling learner」「learning disability」としてnursingに関する文献を選択したところ3件だった。また、CHINAHLで同様の検索を行ったところ9件であり、各文献の引用文献等を確認したところ13件が該当した。加えて、国内は医中誌で計25件だったことから、総数としては50件が対象となった。対象は、看護学生が23件、看護師が12件、その他が15件であった。調査方法としては、ケーススタディのように個別の状況を明らかにしているものが多く、全体としてどのような傾向にあるのかを示したものはほとんど見当たらなかった。一方で面接調査実施に向けた聴き取り調査では、少なからず他の新人看護師よりも進捗の緩やかな者の存在が明らかとなっている。このような特徴を持つ新人看護師は、特徴として「看護技術の修得がゆっくりである」「自己評価が高い」「何度指導しても覚えられない」等があり、指導する側が疲弊したり、夜勤や一人立ちの時期を遅らすことをする必要が生じている状況が語られている。初年度の予定が遅れたことに加え、研究者自身の体調により研究に取り組むことができる時間のねん出ができなかったことが理由である。特に国内における「特別な教育的支援」に関する、政策的もしくは制度的な取組や変化に対する情報収集を行う。その際には、専門的立場に加えて書籍の分析等を進める。また、国外文献に関してはさらなる文献検索・文献検討を進めていくこととする。

以上の検討については、看護に限定せずに幅広く行うと同時に、看護という職業を踏まえた際には何を考慮していくことが必要であるのかを吟味していく。加えて、当初の予定に鑑み、当事者および管理者や指導者に対する面接調査を実施し、その様相を具体化していくことをねらう。研究内容は当初の計画通りにすすめつつ、期間延長も視野に入れた研究計画の再構築を行う。また、面接調査の準備を行い、データ収集を行っていく。また面接調査ないし量的調査の準備を行っていく。当初、国内外の専門家への意見聴取を行い、本研究に関する課題を明確にする予定であったが、研究者および専門家双方の日程調整が難しく延期となったため。そのための旅費やテープ起こし代が残額となったため。理由:研究者の私的な事情により、研究遂行が困難だったため。使用計画:面接調査計画を実施し、研究倫理審査を受審し実施する。期間延長を考慮した計画を組む。理由:産休・育休取得により、研究遂行が困難だったため。使用計画:調査計画を見直し、研究倫理審査を受審し実施する。2017年度に意見聴取を行い、予算執行をする。
マントルパイロキシナイトの高温高圧融解実験とマグマの生成

本研究は、地球内部におけるパイロキシナイトの部分融解過程を定量的に理解することを目的として、基礎的な実験岩石学データを蓄積することを目的としている。昨年度までの研究で、ザクロ石と単斜輝石の2相で構成されるバイミネラリックパイロキシナイト(B-ECL1)の5GPaにおける融解相平衡関係を明らかにした。本年度は、B-ECL1にカンラン石を加えた組成の出発物質(B-ECL1-ol)について、同様に5GPaでの高温高圧融解実験を行った。B-ECL1-olの融解では、融解の進行に伴って初めにカンラン石、次に単斜輝石が消失し、ザクロ石がリキダス相であった。B-ECL1-olの部分融解度の変化と融解液の組成について、B-ECL1と比較した結果、B-ECL1にカンラン石が加わることにより、部分融解度が上昇することが明らかになった。また、部分融解度の上昇にともなう融解液の組成変化は、B-ECL1と同様に小さいものであった。B-ECL1-olの融解液の組成は、B-ECL1の融解液よりMgOに富むものの、他の酸化物の濃度は同程度であり、どちらの融解液も、ホットスポット火山列に出現するアルカリ玄武岩によく似た組成を持つ。これらの実験結果は、バイミネラリックパイロキシナイトが実際のマントル中でマントルカンラン岩に取り囲まれている状態で部分融解を起こす場合は、カンラン岩中のカンラン石とパイロキシナイトが接している部分が先に融解を開始することを意味している。その場合でも、生成されるマグマはホットスポットのアルカリ玄武岩に似ており、パイロキシナイトとカンラン岩が不均質に混合した状態のマントル物質が、ホットスポットマグマの起源物質になり得ることを示している。つまり、地球のマントル中におけるマグマ生成には、パイロキシナイトが重要な役割を果たしている可能性がある。本研究は、マントルにおけるパイロキシナイトの部分融解過程を定量的に理解するために必要な、基礎的な実験岩石学データを蓄積することを目的としている。本年度は、ザクロ石と単斜輝石の2相で構成されるバイミネラリックパイロキシナイト(B-ECL1)についての高温高圧融解実験を無水条件下で行った。5GPaでのB-ECL1のソリダス温度は1525±25°C、リキダス温度は1660±10°Cと決定された。融解の進行に従って単斜輝石が先に消え、リキダス相はザクロ石である。平衡共存する部分融解液は、低融解度から高融解度までの組成変化が少なく、全体として全岩組成に近い組成を持つ。ソリダスとリキダスの温度差が150°C以内と小さいことは、パイロキシナイト組成の特徴であり、過去の実験結果と調和的である。また、バイミネラリックパイロキシナイトの組成が高圧でのザクロ石-輝石熱障壁(thermal divide)上にあるために、部分融解液の組成も熱障壁によって制約され、その結果、全岩組成と部分融解液の組成差が小さくなると考えられる。これらの実験結果は、バイミネラリックパイロキシナイトが、比較的狭い温度範囲で、均質なマグマを大量に生成できることを示しており、洪水玄武岩の成因に重要な示唆を与える。この実験結果は、国際学術誌に投稿準備中である。上記の融解実験と並行して、これまでに出版されているパイロキシナイト組成の岩石についての高温高圧融解実験のデータをコンパイルし、マントルにおけるパイロキシナイトの部分融解における相平衡関係の一般的な性質と特徴、パイロキシナイトが玄武岩質マグマの生成において果たす役割、についてのまとめを行った。このコンパイルの結果は、レビュー論文としてJournal of Petrology誌に投稿した(現在major revision中)。

その場合でも、生成されるマグマはホットスポットのアルカリ玄武岩に似ており、パイロキシナイトとカンラン岩が不均質に混合した状態のマントル物質が、ホットスポットマグマの起源物質になり得ることを示している。つまり、地球のマントル中におけるマグマ生成には、パイロキシナイトが重要な役割を果たしている可能性がある。
虚血再灌流による心筋細胞障害と細胞膜ナトリウム/カルシウム交換系への麻酔薬の影響

マウス培養心筋細胞とウサギ単離心筋細胞を用い、細胞内カルシウムとナトリウム濃度の変化をイオン感受性蛍光色素Indo-1、SBFIを用いて顕微2波長蛍光測定装置で測定した。sodium cyanide(NaCN)を含むglucose無添加の灌流液で灌流し虚血状態を作成し、通常の灌流液に戻して再酸素化とした。吸入麻酔薬ハロセン存在下で細胞内カルシウム・ナトリウム濃度の変化を測定し、ナトリウム/カルシウム交換系への吸入麻酔薬の影響を検討した。細胞内カルシウム濃度の変化と同時に心筋細胞収縮力変化をビデオ拍動解析機を用いて測定した。吸入麻酔薬であるハロセンは虚血再灌流における心筋細胞内カルシウム濃度の上昇を抑制し、虚血再灌流時の心筋収縮力を良く維持する傾向があった。細胞内ナトリウム濃度は、ハロセンの有無に関わらず、虚血中に上昇し、再灌流後徐々に低下し前値にもどった。以上から、ハロセンは細胞膜ナトリウム/カルシウム交換系に抑制性に作用し、虚血後の再灌流時にみられる細胞内ナトリウム濃度増加に伴う心筋細胞膜ナトリウム/カルシウム交換系の逆向き方向への作用を抑制することで、心筋細胞内カルシウム濃度の異常な上昇を抑制し、虚血再灌流後の心機能の良く維持することが示唆された。今年度は吸入麻酔薬が正常状態での細胞膜ナトリウム/カルシウム交換系に与える影響を検討した。マウスの胎児心より培養心筋細胞を得、心筋細胞内カルシウム・ナトリウム濃度の変化をそれぞれカルシウム・ナトリウム感受性蛍光色素を用いて検討した。カルシウム感受性蛍光色素Indo-1、ナトリウム感受性蛍光色素を培SFBIを培養心筋細胞に負荷したのち、心筋細胞内カルシウム・ナトリウム濃度の変化を平成8年度購入の細胞内イオン測定装置(CAM-230、日本分光)で測定した。培養心筋は自動拍動するが、この装置では約1000Hzの速度で蛍光強度を測定でき、拍動毎の細胞内カルシウム濃度の変化を観察可能であった。吸入麻酔薬は正常状態でのナトリウム/カルシウム交換系を抑制する傾向がみられた。吸入麻酔薬は虚血-再灌流障害に対し保護的に作用すると報告されているが、吸入麻酔薬の細胞膜ナトリウム/カルシウム交換系機能に及ぼす影響は正常状態と虚血状態で異なるのかもしれない。今年度は吸入麻酔薬が虚血-再灌流中の心筋細胞ナトリウム/カルシウム交換系に与える影響を検討した。マウスの胎児心より培養心筋細胞を得、虚血-再潅流中の心筋細胞ナトリウム/カルシウム交換系の機能変化を明らかにする目的で、過酸化水素を含む溶液灌流前後での心筋細胞内カルシウム・ナトリウム濃度の変化を、カルシウム感受性蛍光色素Indo-1とナトリウム感受性蛍光色素SBFIを用いて検討した。各イオン感受性蛍光色素を心筋細胞に負荷したのち、虚血-再灌流モデルにおける心筋細胞内カルシウム・ナトリウム濃度の変化を平成8年度購入の細胞内イオン測定装置(CAM-230、日本分光)で測定した。過酸化水素を投与すると心筋細胞内カルシウム濃度は徐々に増加し、高濃度では拍動は停止した。心筋細胞内ナトリウム濃度は一過性に上昇したあと前値にもどった。吸入麻酔薬であるハロセンは過酸化水素存在下での心筋細胞内カルシウム濃度の上昇を抑制した。ハロセンは心筋細胞内ナトリウム濃度変化も抑制した。今回の方法では細胞膜ナトリウム/カルシウム交換系の機能を直接観察していないため、ハロセンが細胞膜ナトリウム/カルシウム交換系に対し直接作用を有するか否かは不明であるが、ハロセンの細胞内カルシウム・ナトリウ濃度の上昇を抑制する作用が、虚血-再灌流時の心筋傷害に対するハロセンの保護的作用に関与することが示唆された。平成10年度はウサギ単離心筋細胞を用い、細胞内カルシウムとナトリウム濃度の変化をカルシウム感受性蛍光色素Indo-1とナトリウム感受性蛍光色素SBFIを用いて検討した。Indo-1とSFBIを単離心筋細胞に負荷したのち、種々の吸入麻酔薬存在下での細胞内カルシウム・ナトリウム濃度の変化を顕微2波長蛍光測定装置(平成8年度購入CAM-230)で測定した。この虚血再灌流時の細胞内カルシウムとナトリウム濃度の変化と吸入麻酔薬の影響を検討した。

また細胞内カルシウムとナトリウム濃度の変化と同時に心筋細胞収縮力の変化をビデオ拍動解析機(現有)を用いて測定した。吸入麻酔薬であるハロセンは虚血再灌流における心筋細胞内カルシウム濃度の上昇を抑制し、虚血再灌流時の心筋収縮力を良く維持する傾向があった。また、細胞内ナトリウム濃度の上昇も抑制した。ハロセンは細胞膜ナトリウム/カルシウム交換系に作用し、虚血再灌流時の心筋細胞内カルシウム・ナトリウム濃度の上昇を抑制することが示唆された。
アロステリック抗体を用いたアデノシン受容体の構造解析

GPCRは多くの病気に関係し、40%以上の薬がGPCRを標的としている。新薬の開発には、標的となるタンパク質の立体構造情報に基づいた薬剤設計が効率的だが、GPCRの構造解析は難しい。その原因としては、GPCRが1活性型と不活性型の平衡状態で存在するため構造上の柔軟性が高い分子であることや、2結晶成長に必須な親水性表面が少ないことなどが挙げられる。本研究計画では、構造認識抗体との複合体とすることで上記12の問題を解決し、アデノシンA2a受容体のagonist結合型構造を決定することを目的としている。本年度は、昨年度にマウスに免疫することで取得した構造認識抗体を利用し、アデノシンA2a受容体のagonist結合型構造の結晶化を行った。まずアデノシンA2a受容体に、agonistであるNECAやUK-432097を結合させて精製し、抗体Fab断片との複合体を形成後、キュービックフェーズ法で結晶化した。その結果、一種の抗体との複合体で結晶化に成功し、大型放射光施設SPring-8で3.5オングストローム程度のデータを収集した。アデノシンA2a受容体の不活性型構造の座標を利用した分子置換法で位相を決定し、現在は精密化を進めている。抗体はアデノシンA2a受容体の細胞内第3ループ上に結合しており、agonistは、不活性型構造におけるantagonistの結合部位と同じ位置に結合していた。このほかにも、別の抗体との複合体でも結晶化に成功している。25年度が最終年度であるため、記入しない。我々は、構造認識抗体を結合させることで構造的な揺らぎを抑えるとともに、親水性表面を拡張させ、ヒト由来アデノシンA2a受容体(A2a)の不活性型構造を決定することに成功している(Hino et al. Nature 2012)。今年度は、A2aの活性型構造を決定するため、A2aの活性型構造を安定化させる抗体の取得を試みた。我々はまず、メタノール資化酵母で発現させた野生型A2aを精製し、agonistであるNECAを結合させ、リポソームに再構成しマウスに免疫した。しかし、活性型構造だけを安定化させるような質の良い抗体はとれなかった。そこで我々は、Magnaniら(PNAS 2008)により報告されたA2aの活性型安定化変異体を用いて免疫を行った。そして、リポソームELISA、dot blottingにより構造認識抗体を選別した後、Biacoreを用いてA2aに親和性の高い抗体を選抜した。そのような抗体を野生型A2aに結合させてagonist、antagonistへの親和性を測定したところ、antagonistへの親和性には影響しないがagonistへの親和性を上昇させる抗体が複数存在した。これらは、A2aの活性型構造を安定化する抗体であると考えられる。現在はこれらの抗体のFab断片とA2aの複合体の結晶化を行っている。初年度は、受容体を活性化状態で安定化させる抗体を取得することを目指して研究を行った。Magnaniら(PNAS 2008)により報告されたA2aの活性型安定化変異体を用いて免疫を行ったところ、活性化状態を安定化させると考えられる抗体が取得でき、計画通りに進んでいる。初年度に作製した抗体を用いてA2aとの複合体を作製し、結晶化・構造解析を行う。

結晶化は、β2アドレナリン受容体の活性状態の構造解析を初め、ヒトGPCRの構造解析で利用されたキュービックフェーズ法と、蛋白質の構造解析で従来から用いられている蒸気拡散法の両方の手法で行う。キュービックフェーズ法は、生体膜に類似の脂質二重膜内で膜蛋白質を結晶化する手法で、膜蛋白質を安定に保つことが可能である。野生型A2aとagonist、抗体を混合し、複合体を形成させて、結晶化を行う。結晶ができたら、さらに条件を最適化する。結晶のチェックとデータ収集は、大型放射光施設SPring8で行う。25年度が最終年度であるため、記入しない。
筋収縮様式の違いによる筋肥大のメカニズムに対する分子生物学的アプローチ

本研究は、筋収縮様式が筋タンパク質合成や筋肥大と関連する細胞内シグナル伝達に及ぼす影響をヒト骨格筋を対象に検討した。我々は、非鍛錬者において伸張性収縮は、短縮性および等尺性収縮よりもmammalian target of rapamycin(mTOR)シグナル伝達を高めること、そしてその応答はTypeIおよびTypeIIa線維において生じることを明らかにした。これらのことから、トレーニング初期においては、伸張性収縮を利用したトレーニングが筋肥大には有効である可能性が示唆された。昨年度、ヒト骨格筋を対象に、筋収縮様式の違いが筋タンパク質合成に関与するmTORシグナル伝達経路に及ぼす影響を検討し、等尺生および短縮性よりも伸張性収縮がS6K1をより早期に活性化させることを報告した。このことは、伸張性収縮がより筋タンパク質合成を促進するのに有利に働く可能性を示唆している。本年度は、筋収縮によるmTORのシグナル応答が筋線維組成によって異なるのではないかという仮説を検証するために、鍛錬者と非鍛錬者を用いて、短縮性および伸張性収縮後のmTORシグナル伝達経路の活性化に及ぼす影響を検討する実験に着手した。運動を行っていない健康な男性8名(Sed群)と運動トレーニングを定期的に行っている男性8名(TR群)を被験者とした。等速性運動装置(Biodex system3)を用いて設定された角速度(伸張性;-90/秒、短縮性;90度/秒のいずれか)にて片脚の膝伸展運動を10回×4セット行った。膝伸展運動前および運動1時間後に局所麻酔下にて筋生検を行い、被験者の大腿外側部から筋バイオプシーサンプルを摘出した。摘出した筋サンプルをウェスタンブロット法を用いて、タンパク質のリン酸化を分析した。両群において短縮性収縮は、運動1時間後でmTORシグナルを変化させなかった。一方、伸張性収縮は、Sed群およびTR群の骨格筋のmTORのリン酸化を有意に増加させた。しかしながら、mTORの下流のS6K1リン酸化(Thr389)の有意な増加はSed群においてのみ観察された。また、タンパク質合成や遺伝子発現調節に関与するMAPKファミリーのERK1/2リン酸化反応も、Sed群においてのみ有意に増加していた。これらの結果から、非鍛錬者の骨格筋においては筋タンパク質合成に関与するシグナル応答は大きいことが示唆された。しかし、この応答が筋線維組成とどのように関連があるかは次年度の検討課題である。[目的]筋収縮様式の違いは発揮する張力やトレーニング効果の獲得に影響を及ぼすことが知られているが、それらの長期的なトレーニングが筋肥大に差異をもたらすメカニズムについては十分に解明されていない。細胞内シグナル伝達であるmammaliantarget of rapamycine (mTOR)シグナル伝達は、インスリンやGHなどのホルモンによるAktの活性化を受け、mTORの下流のS6K1および4E-BP1のリン酸化を介して、mRNAの翻訳、タンパク質合成を調節するため、筋肥大の一つの機序として考えられている。そこで本研究の目的は、筋収縮様式の違いが骨格筋mTORシグナル伝達経路に及ぼす影響を、ヒト骨格筋において明らかにすることであった。[方法]健康な男性17名を被験者とした。等速性運動装置(Biodex system3)を用いて設定された角速度(伸張性;-90/秒、等尺性;0度/秒、短縮性;90度/秒のいずれか)にて片脚の膝伸展運動を10回×4セット行った。なお、等尺性収縮は、5秒×8回行った。膝伸展運動前、運動1および3時間後に局所麻酔下にて筋生検を行い、被験者の大腿外側部から筋バイオプシーサンプルを摘出した。[結果]全ての筋収縮でAktリン酸化は運動1時間後に増加しており、3時間後には運動前のレベルに戻っていた。4E-BP1リン酸化は、運動によって変化しなかったが、S6K1リン酸化は、伸張性収縮のみ1時間後で有意に増加し、3時間後では全ての収縮様式で有意に増加していた。これらのことは、伸張性収縮のみmTORシグナル伝達に異なる影響を与え、トレーニング効果獲得の差異を一部説明できる可能性がある。今後は、mTORと関連があるシグナル伝達を分析し、収縮様式の差をさらに検討して行く予定である。本年度は、伸張性収縮および短縮性収縮後のmTORシグナルが筋線維特異的に生じるかを検討した。前年度に実施した実験の筋サンプルを用いて、安静時および各収縮の1時間後の筋横断切片を作成した。切片に対して、ミオシン重鎖の各タイプ(I、IIa、IIx)に特異的に反応する抗体を用いて免疫染色を行い、筋線維タイプを同定した。また、別の連続横断切片に対してリン酸化型S6に特異的に反応する抗体を用いて免疫染色を行い、筋線維タイプと照らし合わせながら、リン酸化型S6の輝度を評価した。

その結果、短縮性収縮は、安静時と比べて1時間後において、各線維タイプでリン酸化型S6の有意な増加をもたらさなかった。一方、伸張性収縮は、安静時と比べて1時間後において、タイプIおよびIIa線維においてリン酸化型S6の有意な増加をもたらした。したがって、伸張性収縮は、タイプIおよびIIa線維においてmTORシグナルを増加させることが示された。本研究の最終目的は、骨格筋の適応メカニズム、特に筋タンパク質合成の調節機構である細胞内シグナル伝達に対する筋収縮様式の影響を筋繊維タイプごとに明らかにし、筋機能向上に対するより効果的なトレーニング方法の開発に貢献することであった。研究期間全体を通じて、本研究は、伸張性収縮を用いたトレーニングが短縮性収縮を用いたトレーニングよりも筋タンパク質合成を高める可能性を示し、特にタイプIおよびIIa線維をより筋肥大に向かわせる刺激となる可能性を示唆することができた。今後は、伸張性収縮がmTORシグナルを増加させるためのトリガーとなっている要因について検討を加えるとともに、実際のトレーニングによる筋肥大効果を明らかにしていきたいと考えている。総合領域当初の計画では、筋線維組成の差を極端にするため、短距離走者と長距離走者を被験者としてリクルートすることを考えていたが、筋生検によりトレーニングを中断させてしまうという観点から実験参加の同意が得られなかった。したがって、その代替案として用意していたトレーニング鍛錬者と非鍛錬者との比較に切り替えたところ、被験者のリクルートおよび実験実施が円滑に行えるようになった。一部のデータ(RT-PCR法による遺伝子発現)を残して、データもほぼ取り終えることができ、現在のところ、おおむね順調に進展していると考えられる。本年度は、研究代表者の所属部署の異動に伴い、新たな場で実験環境を整えるのに時間を要したため、実験のスタートが遅れてしまった。そのことが原因となり、本年度の研究計画において少しの遅れが出ている。具体的には、実験のサンプリングは終えたが、生化学的な分析を必要とする項目について、一部の分析に留まっているのが現状である。しかし、現在のところ精度の高い実験データが得られており、研究は順調に進展していると考えられる。今後は、今年度までに得られた試料からRT-PCR法を用いてmRNA発現の定量を行い、シグナル応答をサポートする証拠を得る予定である。また、筋線維特異的なシグナル応答が生じているのか否かを検証するために、筋横断切片を用いた免疫染色法による検討、あるいは単一筋線維を用いたウェスタンブロット法による検討を行う予定である。これらのデータをまとめて、筋収縮様式と筋線維組成がタンパク質合成の調節機構である細胞内シグナル伝達に及ぼす影響を明らかにしようと考えている。平成24年度では、筋収縮様式が骨格筋のmTORシグナル伝達に及ぼす影響を明らかにするために実験を行い、伸張性収縮が、等尺性および短縮性収縮とは異なる応答を示すことが明らかとなった。しかし、一部の分析を残しているので、早急に分析を完了し、平成24年度の研究を学会発表・論文掲載に向けて準備する。平成25年度については、mTORシグナル伝達に及ぼす影響が筋線維組成によって異なるのかを検証する予定である。