hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
離散的対象の上の効率的なアルゴリズム設計の統一的理論構築

本年度は研究計画のうち基礎となる部分に取り組んだ.まず,既知の結果である「完全マッチングをもつ一般のグラフの標準分解」についてこれを与える既存の証明を見直し整理・簡略化を行った.また,完全マッチングを持つとは限らない場合も含めた一般のグラフに対する標準分解へと拡張し,これらを論文にまとめた.次に,マッチングの一般化の一種として知られている奇ジョインと呼ばれる概念について研究を進めた.より具体的にはKotzig-Lovasz分解とよばれるマッチング理論の分解型構造定理を一般化し,奇ジョイン版Kotzig-Lovasz分解を与えることに成功した.奇ジョインはマッチング理論のみならず,最短路問題や多品種流問題など多くの代表的な問題との関連が深いため,この結果自体が今後多くの応用を生み出すことが期待できる.また一方で,一つ目の成果をさらに掘り下げ,マッチング理論と離散最適化分野で重要な概念である劣モジュラ関数との関係を探ることにも取り組んだ.最大マッチング問題の双対問題の最適解は与えられたグラフ上に定義される劣モジュラ関数や,あるいはその一般化の最小化問題の解集合として把握できることが知られている.しかし,これには実質的な対象となるグラフクラスがごく一部に限られているなどの問題がある.これに対し本研究では,この既存の結果における欠点を克服した結果を得るべく,マッチングのグラフ理論的構造を精査することで新たな束論的性質を明らかにした.これによりマッチング理論と劣モジュラ関数の関係を基にした離散最適化の理論展開に新たな発展が期待できる.翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
図的推論による高分子立体構造の分類と予測に関する研究

本研究では、高分子の立体構造を計算機により分類、予測することを目的として、構造の図的な表現ならびに処理方式と、それに基づく分類、予測の方法について検討した。具体的には、蛋白質の立体構造を対象に以下の成果を得た。●蛋白質の機能が、その局所的な表面特性に依存していることに着目し、分子表面の活性部位データをもとに機能を予測する手法について検討した。この手法では、既知の活性部位をテンプレートとして用い、入力された分子表面データをこれにマッチングさせることで、機能予測を実現する。分子表面データは3次元空間上に配置された数万個の頂点の集合であるため、単純な重ね合わせでは処理に膨大な時間を必要とする。そこで、頂点圧縮の技法を新たに開発し、分子表面データを効率良く扱うことに成功した。また、重ね合わせ処理の効率化のため、幾何的ハッシュ法を導入した。これらの効率化処理により、精度を保ちながら計算時間を大幅に短縮でき、100種の蛋白質を用いた機能予測実験の結果、80%程度の予測精度を達成した。●上記手法は、ある部分表面構造が、他の蛋白質のどの部分に類似しているかを探索可能な一方で、マッチング処理自身は、比較的単純な点比較に留まっている。このため、酷似した表面構造の発見を高速、高精度に実現するものの、類似性があまり見られない表面構造間を比較、分類するには適していない。そこで、分子表面をより図的に処理する手法を考案した。この手法では、表面上の窪みや突起といった重要な特徴を領域として抽出することで図的に表現し、これに基づく推論処理により、その類似性を評価する。100種類の蛋白質の活性部位を総当りで類似性評価し分類した結果、5クラスターに関して機能の類似性が見出され、図的な処理、推論の有効性が実証された。本研究では、高分子の立体構造を計算機により自動的に分類、予測することを目的として、計算機処理可能な構造の表現方式の提案と、それを用いた分類、予測の方法について検討した。具体的には、蛋白質の立体構造と石炭の分子構造を対象に、以下の成果を得た。まず第1に、蛋白質立体構造を構成する基本要素である二次構造の間に成立する空間的な関係を、図的に表現する手法を考案した。この手法では、任意の2つの二次構造SSi,SSjの種類とおおまかな位置関係(両者の角度、距離など)を(i,j)要素の値とした二次元画像として立体構造を表現する。連続する二次構造間の関係は、得られた画像の対角線を含む部分画像として特徴づけられることに着目し、2つの蛋白質に対する画像から、最大共通部分を抽出することにより、立体構造を比較する。本手法は、厳密な構造のマッチングを必要とせず、角度情報が離散的にしか得られない場合や、距離情報の欠落があった場合にも立体構造の比較を実現できることに特徴があり、二次構造の原子配列データが得られない場合でも、トポロジデータをもとに類似したトポロジを有する蛋白質を検索することが可能となった。次に、石炭の分子構造を格子モデルにより、図的に取り扱う枠組を考案した。具体的には、分子構造を囲む立体格子を考え、各格子点の種類を原子からの物理的距離に基づいて区別することで、構造内の疎密度の評価を可能とした。これを用いて、モデル内で疎になっている空間に部分構造を追加、接続していくことで、全体的に疎密の均一化を図った分子構造を構築する。得られた分子構造が石炭の予測分子モデルとなる。実石炭のデータをもとに、本手法を用いてその分子構造を予測した結果、実測値に近似する密度を持つ分子構造の予測が可能となった。
精密な太陽内部構造モデルに基づく太陽ニュートリノフラックスの評価

従来使用していたヘニエイ法による恒星内部構造進化モデルを計算するためのプログラムを、最新の熱核反応率(Caghlan and Fowler 1988)の導入、ニュートリノフラックスの算出などの改良を加え計算を行った。標準太陽モデルの計算を行い、そのニュートリノフラックスとして、5.8SNUを得た。この値はBahcall and Ulrich(1988)による標準モデルの値7.9SNUに比べて小さい。これは、我々のモデルの中心温度が彼らのモデル化に比べて約2%低い事に起因するが、この違いは計算につかわれた吸収係数表の違いから来ているものと思われる。原始太陽から太陽に至る進化の計算において、普通の太陽標準モデルでは化学組成均一の水素燃焼段階モデルを初期モデルとして計算を行なうが、厳密には原始太陽が水素燃焼段階となったときには以前におこった核反応によって化学組成が変化を受けており均一でない。この効果を見るために、中心温度が十分低い段階から計算を開始して太陽モデルをつくって、主系列段階から始めたものと比較したが、両者の違いは無視できるくらい小さいものであることがわかった。さらに、数値計算上のパラメータ、time step、mesh数などの結果に及ぼす影響を調べたが、通常使われている値で問題ないことがわかった。以上のことから、太陽ニュトリノ問題は標準太陽モデルの持つ不確定性では説明できないという結論に達した。南方は、ニュートリノが有限な磁気能率を持っている場合には太陽磁場中での共鳴的香りースピン回転の効果によった太陽ニュートリノ問題が解決され得ることを示し、また、太陽ニュートリノフラックスによって太陽磁場についての情報を得ることが出来ることを示した。
上皮・間葉相互作用によるがん悪性化の分子機構とその制御

平成16年度において以下の成果を得た。1)細胞の癌化は正常組織での細胞増殖制御の破綻を背景としているため、正常細胞における増殖停止機構の解明は重要な意義を持つ。本研究では、健常肝より調製した初代培養肝細胞を用いて、肝細胞増殖因子、HGFの細胞増殖誘導作用が細胞接着を介して抑制される分子機構について解析し、細胞接着により発現誘導されるチロシンフォスファターゼによりHGF受容体であるc-Metチロシンキナーゼの活性化が抑制されることを明らかにした。またヒト株化肺癌細胞を用いて、c-Metのjuxtamembrane領域にある985番目のセリン残基がリン酸化されているとHGFの存在下でもc-Met活性化が抑制されることを見出した。2)癌の浸潤・転移を抑制するための機能分子としてデザインしたHGFアンタゴニスト、NK4は血管新生も阻害する2機能性分子である。NK4による制癌作用の解析を進めた結果、NK4は血管内皮細胞の管腔形成阻害、細胞外基質への接着を阻止するとともに内皮細胞のアポトーシスを促進することが明らかとなった。一方、胃癌モデルにおいてNK4遺伝子治療は抗癌剤との併用により相乗的な制癌作用を示すことを見出した。3)肝硬変に代表される慢性臓器疾患では、実質細胞の脱落に伴い、間質線維症に至る。今回、肝硬変と肺線維症の動物モデルを用い、間質線維化の過程で中心的な役割を担う筋線維芽細胞にc-Metの発現が誘導されていることを見出した。さらにHGFが筋線維芽細胞に作用し、アポトーシス誘導と細胞外基質融解を介して線維化を解除する機序を明らかにした。1)NK4による血管新生抑制機構の解明NK4はN末端ヘアピンドメインと4個のクリングルドメインをもつHGFの分子内断片である。NK4の分子内N末端ヘアピンドメインがc-Metレセプターに結合する上で必須のドメインであり、このドメインを欠く4個のクリングルドメイン(K1-4)はHGFアンタゴニスト活性を失うことが予想された。そこでリコンビナントNK4ならびにK1-4を調製し、両分子のHGFアンタゴニスト活性ならびに血管新生阻害活性を調べた。その結果、NK4はHGFによる肝細胞の増殖促進活性を阻害し、HGFアンタゴニスト活性を示したが、K1-4はHGFアンタゴニスト活性を失っていた。一方、培養ヒト血管内皮細胞に対するNK4ならびにK1-4の作用を調べた結果、K1-4はNK4と同等にbFGF、VEGF、HGFによって促進されるヒト血管内皮細胞の増殖ならびに遊走を阻害した。したがってNK4のHGFアンタゴニスト活性は血管新生阻害作用に関与せず、血管新生阻害作用には分子内クリングルドメインが関与することが明らかになった。2)LIMキナーゼの活性調節機構および生体機能の解析LIMキナーゼ(LIMK)はコフィリンを特異的にリン酸化するアクチン細胞骨格の制御因子である。私達はこれまでにLIMK1、LIMK2が異なるRhoファミリー分子の制御下で活性化されること、すなわちLIMK1はRacにより、一方、LIMK2はRhoおよびCdc42により活性化されることを報告しているが、さらに今回、LIMK2はRho依存性キナーゼであるROCKによるリン酸化を受け、活性化されることを明らかにした。またXenopus卵において、LIMKは細胞(減数)分裂の際に重要な役割を担っている微小管形成中心の形成に関与していること、さらにLIMK2ノックアウトマウスではその精子形成に異常が認められることを見い出した。1)HGFは間質由来因子として癌の浸潤・転移を駆動することから、私達は癌悪性化を阻止すべくHGFアンタゴニスト(NK4/malignostatin)を調整して来た。今回、ヒト膵癌同所移植モデルを用いてNK4の強力なin vivo制癌効果はHGFアンタゴニストと血管新生阻害活性の2つの機能を持つことにより達成されることを実証した。即ち、NK4は癌の初期ではHGFアンタゴニストとして浸潤を阻止する一方、進行期では血管新生阻害因子として浸潤癌の成長・転移形成をブロックすると考えられた。一方、NK4による血管内皮細胞のDNA合成阻害にはサイクリンD1の発現抑制およびRbのリン酸化阻止が重要であることを初めて明らかにした。このことから、NK4は血管内皮での細胞周期、即ち、G1期からS期への進展を阻害することでgrowth arrestの状態を維持し、腫瘍血管新生を抑制すると考えられた。私達は既にNK4遺伝子治療によっても強力な制癌効果が得られることを明らかにしており、NK4またはその遺伝子は膵癌を始めとする様々な腫瘍疾患に対して有効な制癌剤となることが期待される。2)傷害認知によって誘導されるHGFは肺再生、肝再生を駆動する必須の生理的因子であることが今回のHGF中和抗体を用いた研究から実証された。HGFおよびその受容体であるc-Metは多くの臓器において生体修復システムを構成し、傷害臓器での組織修復・生理的機能の回復に寄与していると考えられる。一方、このような生理活性を有するHGFの利用は腎移植を始めとする多くの移植医療で安全な移植技術の確立に向けて大きな意味を持つ。一方、神経変性疾患は高齢化社会が抱える最重要課題の1つであるが、ALSやアルツハイマー病などの様々な難治性神経疾患の治療法確立に向けてHGFによるニューロン細胞死阻止は重要な治療戦略と成りうると考えられる。

1.がんの浸潤・転移を抑制すべくHGFアンタゴニストとして見いだしたNK4は、血管新生阻害作用をも有する2機能性分子である。NK4の血管新生阻害の分子機構を明らかにするため、培養血管内皮細胞を用いてNK4の細胞内シグナル伝達の作用点を解した。その結果、NK4の作用点はbFGFやVEGFによるAktならびにGSK3-βの活性化阻害であることを明らかにした。また、NK4による制癌法を確立すべくアデノウイルスを用いたNK4遺伝子治療の効果を肺癌/メラノーマを移植したマウスを用いて調べた。その結果、癌の発育・転移がNK4遺伝子導入によって抑制されることが明らかとなった。2.HGFによる抗線維化機序を明らかにすべく、筋線維芽細胞でのHGFの機能を検討した。その結果、HGFは筋線維芽細胞に対してErkのリン酸化制御を介して増殖を抑制するとともにFAK脱リン酸化を介して細胞死を誘導することが明らかとなった。次いでHGFが肺と皮膚で組織修復を駆動している可能性を傷害モデル動物で検証したところ、HGF抗体投与により肺や皮膚の再生が抑制されることが判明した。3.一方、c-Met/HGF受容体は傷害組織特異的に活性化されるが、この機序を明らかにすべく、c-Met juxtamembrane領域セリン残基に注目した。その結果、培養細胞にHGFを添加するとセリン脱リン酸化を介してチロシンリン酸化が亢進することが判明した。1)HGF/c-Met系を介した大腸癌肝浸潤機構の解析:スキルス癌に代表されるように間葉成分の多さと腫瘍悪性度の間には正の相関が認められる。実際、腫瘍が転移する際に線維芽細胞などの間質ストローマの影響を大きく受ける。このことから、癌-間質相互作用を介した癌悪性化機構の存在が指摘されてきたが、その詳細は不明であった。今回私達は大腸癌のモデルを用い、肝転移とともに間質ストローマにおけるHGF発現が亢進すること、一方肝実質組織に浸潤した癌細胞にはHGF受容体であるc-Metがリン酸化されていることを見出した。この意義を問うべく、HGFアンタゴニストであるNK4の遺伝子を肝特異的に発現させると、大腸癌細胞でのc-Metリン酸化の抑制に一致して癌浸潤が抑制された。以上の結果から、間質由来HGFによるパラクリン経路を介した癌浸潤機構の重要性が明らかとなった。2)NK4による血管内皮細胞の増殖停止シグナル機構の解析:ヒト培養血管内皮細胞を用いて細胞内シグナル伝達系に対するNK4の作用を調べた。bFGF刺激によってcyclin D1の発現上昇ならびにそれに引き続くRBタンパク質のリン酸化が認められたが、NK4はbFGFによって誘導されるcyclin D1の発現上昇ならびにRBのリン酸化を阻害した。続いて、cyclin D1の発現上昇ならびにRBのリン酸化阻害に至る上流のシグナルを解析した結果、NK4はbFGFやVEGFによって誘導されるERK1/2のリン酸化(活性化)には無効であったが、bFGFやVEGFによって誘導されるAktならびにGSK3-βのリン酸化を容量依存的に阻害した。平成16年度において以下の成果を得た。1)細胞の癌化は正常組織での細胞増殖制御の破綻を背景としているため、正常細胞における増殖停止機構の解明は重要な意義を持つ。
2本のパッチピペット電極を用いた外分泌腺腺房の膜イオン電流計測システムの開発

外分泌腺の腺房は分泌の生理的機能単位であり、複数ケ(約100ケ)の腺房細胞により形成される。腺房内の各細胞は隣接細胞とギャップ結合を経てお互いに電気的に結合している。最近Nehrらによって一本の吸入ピペット電極を使用するいわゆるパッチクランプ法が単離腺房細胞標本に応用され、直接あるいは雑音分析法により間接的に単一イオンチャネル電流の解析が行われるようになった。この研究により外分泌腺分泌機構の研究は飛躍的に進展した。しかし、酵素処理によってえられる単離細胞標本では、シグナル変換蛋白が流出し、分泌刺激に対する反応が低下する傾向にある。また細胞膜の機能的極性が失われる可能性を指摘されている。したがってより生理的である腺房標本のレベルで電流雑音解析を行ってチャネル電流を解析し、単離細胞標本での解析結果と比較することは重要である。しかし、腺房の入力抵抗は低いので、この標本にパッチクランプ法を応用することはできない。また2本の細胞内電極を用いるクランプ法も電極雑音が大きいため、適用できない。この研究の目的は2本のパッチピペット電極を用いて、上記の問題点を克服する膜電流計測システムを開発することである。本年度は、1)電位測定および通電両電極にギガシールパッチピペットを使用し、電極間の結合容量に由来する動作不安定を抑制し、測定系の雑音が0.1Hzで【10^(-23)】【A^2】/Hz以下の膜イオン電流計測システムを作製し、その作動特性を調べている。2)現有する2台のいわゆるパッチクランプシステムと、購入した電子恒温装置,顕微鏡テレビカメラ,マイクロフォージを使用して、2つのピペット電極を同一腺房内の2細胞をそれぞれギガシールクランプし、試作した膜イオン電流計測システムが腺房標本に応用しえるという結果をえた。3)今後計測システムに改良を加え、外分泌腺腺房の膜イオン電流を解析する。
半スカーミオン励起描像による高温超伝導理論

当該年度の主な成果は、半スカーミオン励起描像に基づきフェルミ面がアーク状になることを示したこと、およびひとつのホールがドープされた系における準粒子励起スペクトルの幅が非常に広くなることを示したことである。半スカーミオン励起は、反強磁性ハイゼンベルクスピン系における一種のソリトン励起である。半スカーミオンの運動エネルギー項に波動関数の重なりに起因するホッピング項を含めて、一体のグリーン関数を求めフェルミ面の形状を議論した。ホッピング項がない場合には、フェルミ面は(±π/2,±π/2)を中心とするポケット状になるが、ホッピング項の寄与を含めることでコヒーレンス因子の効果が生じる。このため、フェルミ面は角度分解光電子分光実験で観測されているようなアーク状になることがわかった。半スカーミオン励起は、ドープ量が非常に少ない場合の系の性質に由来したものであるが、フェルミ面がアーク状になることが示せたことは、高温超伝導が発現しているドープ領域でも半スカーミオン励起描像が適用できることを示唆する。また、母物質における準粒子励起スペクトルは、実験から非常に幅の広い形状になることが知られていた。これまでのセルフコンシステントボルン近似を用いた解析の範囲内では理解できない性質であった。このことについて半スカーミオン励起とスピン系のゆらぎとの相互作用をゲージ場を用いて定式化し、解析をおこなった。ゲージ場との相互作用の強結合効果によって、準粒子励起スペクトルの幅がスピン系における超交換相互作用の数倍程度に広がることがわかった。また、形状がローレンツ型ではなくガウシアン型であることも実験と一致する。半スカーミオン描像を支持する結果といえる。本年度は、半スカーミオン励起へのスピン揺らぎの効果およびd波超伝導機構の定式化について主に研究を行った。半スカーミオン励起のネール状態における分散関係は、高温超伝導体母物質における角度分解光電子分光で得られている励起構造と良い一致を示す。しかしながら、スピン揺らぎの影響によって分散関係が大きく変更を受ける可能性がある。この点について、半スカーミオン励起のまわりに存在するスピンの影響をゲージ場を用いて定式化し、半スカーミオン励起の自己エネルギーを計算した。その結果、ゲージ場との相互作用の最低次のダイアグラムの寄与は小さく、半スカーミオン励起の分散はほとんど影響を受けないことがわかった。また、半スカーミオン励起描像に基づくd波超伝導機構の定式化を行った。ネール秩序が存在しない領域においても、反強磁性相関が十分発達している領域では半スカーミオン励起の存在が期待される。これは反強磁性相関と半スカーミオン励起の関係が局所的な関係で結ばれているためである。ネール状態においては半スカーミオン励起は非線形シグマ模型を用いて定式化されていたが、磁気的長距離秩序が存在しない領域においての定式化のために、まずボソン表示へ移り、さらに双対変換を行って半スカーミオン励起が基本的な場となるような定式化を行った。得られた作用から、ホールと半スカーミオンの間には、ベリー位相項を通して、磁気的なローレンツ力に類似した相互作用が働くことがわかった。この相互作用によって、d波超伝導が可能であることを平均場近似で明らかにした。他の対称性を持つクーパー対の安定性についても考察を行い、バルクで安定でありかつ最大の超伝導ギャップを持つ状態がd波であることを示した。また、ホール間のクーロン斥力および半スカーミオン間に働く斥力相互作用に対する安定性を議論した。本年度は、半スカーミオン励起によって引き起こされる格子と非整合なスピン相関生成効果や角度分解光電子分光で観測されている擬ギャップについて主に研究を行った。高温超伝導体では中性子散乱実験から、反強磁性相関から期待される波数からずれた位置にピークが存在し、格子の周期と整合しない。この起源について半スカーミオン励起の観点からモンテカルロシミュレーションを行い、半スカーミオン励起と反スカーミオン励起のペアによって非整合ピークが生じえるという結果を得た。ペア生成にはクーロン相互作用が重要な役割を演じ、スピン相関によるペア消滅を妨げる。この結果については沖縄で開催された国際会議とドレスデンで行われた超伝導に関する国際会議にてポスター発表し、プロシーディングスが印刷中である。また、日本物理学会でも発表を行った。また、角度分解光電子分光実験ではフェルミ面が部分的にアーク状にしか観測されない。この起源について、通常のホッピングによる効果と半スカーミオン励起のスペクトルの両方を取り入れてホールのスペクトル関数を計算し、実験と対応するフェルミアークが生成されることを示した。他の理論ではスピンゆらぎの効果をホールの自己エネルギーに取り入れた計算が主であるが、半スカーミオン励起を考える場合には一体的な描像で理解することができることが特徴である。得られたホールの分散関係は、低ドープにおける角度分解光電子分光で得られたエネルギー分散と良い一致を示す。この結果については日本物理学会にて発表した。

半スカーミオンの運動エネルギー項に波動関数の重なりに起因するホッピング項を含めて、一体のグリーン関数を求めフェルミ面の形状を議論した。ホッピング項がない場合には、フェルミ面は(±π/2,±π/2)を中心とするポケット状になるが、ホッピング項の寄与を含めることでコヒーレンス因子の効果が生じる。このため、フェルミ面は角度分解光電子分光実験で観測されているようなアーク状になることがわかった。半スカーミオン励起は、ドープ量が非常に少ない場合の系の性質に由来したものであるが、フェルミ面がアーク状になることが示せたことは、高温超伝導が発現しているドープ領域でも半スカーミオン励起描像が適用できることを示唆する。また、母物質における準粒子励起スペクトルは、実験から非常に幅の広い形状になることが知られていた。これまでのセルフコンシステントボルン近似を用いた解析の範囲内では理解できない性質であった。このことについて半スカーミオン励起とスピン系のゆらぎとの相互作用をゲージ場を用いて定式化し、解析をおこなった。ゲージ場との相互作用の強結合効果によって、準粒子励起スペクトルの幅がスピン系における超交換相互作用の数倍程度に広がることがわかった。また、形状がローレンツ型ではなくガウシアン型であることも実験と一致する。半スカーミオン描像を支持する結果といえる。
ナノテクノロジーを用いた口腔悪性腫瘍の治療への検討

光触媒酸化チタン(TiO2)は、化学的に反応だが光照射によりその表面に強い酸化力を持つことから、新しい癌治療への応用が期待されている。すでに、TiO2と光の相互作用によりヒト膀胱癌細胞対し、殺細胞効果を確認され臨床応用の研究がすすめられている。そこで、TiO2と光照射は表在性の癌治療に有望であることから、歯科・口腔領域の悪性腫瘍においてナノテクノロジーを用いTiO2と光照射効果による治療の可能性とその条件や機序を明らかにした。TiO_2は防汚、脱臭・消臭、殺菌の応用により、医学材料や医療機材における殺菌や抗菌効果として院内感染防止の床や壁や手術室の空気清浄へ用いられた。大腸菌、緑膿菌、MRSA等に対して光照射後の殺菌率99.9%という効果が得られている。これらにより、癌治療や癌予防への応用等、医学、医療に関連する周辺領域での効果の可能性や実現性への検討が始まってきている。歯科領域では変色歯の漂白、義歯の抗菌、合着セメントなどへの応用が試みられている。本研究では、TiO_2を用いて口腔悪性腫瘍などの治療への応用の可能性を考え、TiO_2と抗癌剤等の薬剤が組織への感受性を調整するモデル的効果が期待できることと、病変部にTiO_2、と抗癌剤等の薬剤の特性が効果的に利用すれば新しい治療展開が開けることが明らかになって、癌治療の局所化も期待できる。これをもとに歯科領域悪性腫瘍に応用するに際して検討を進めている。1)ヒト口腔扁平上皮癌細胞を培養し後、TiO_2投与し光照射後、トリパンブルー染色・コロニー形成法およびMTT法を用いて細胞の生死判定を検索した。光照射時間を変え、殺細胞効果について比較検討した。2)光触媒反応による酸化ストレスの刺激を受けた細胞の形態変化を位相差顕微鏡により観察し、細胞を蛍光免疫染色したものも蛍光顕微鏡で観察した。今後、TiO_2の光触媒反応により、活性酸素分子種(・O_2-)、(H2O_2・)を生成する。光触媒の抗腫瘍効果は、これらの活性酸素分子種の癌細胞に与えた刺激、フリーラジカルによるいわゆる環境ストレスによるものと予想される。適度な酸化ストレスはアポトーシスを誘導するか。過度の酸化ストレスはネクローシスを誘導するかを検索し、それらのアポトーシス関連遺伝子(MAPK、ASK1、JNK、p38、Bc1-2、TRAF2)との関連も検討する。TiO_2反応により(・O_2-)(H2O_2・)と(・OH)の生成は、TiO_2使用量と光照射時間とともに進行している。そこで口腔領域癌細胞に対しTiO_2と抗腫瘍効果のメカニズムを解明する。TiO_2は防汚・脱臭・消臭、殺菌の応用により、医学材料や医療機材における殺菌や抗菌効果として院内感染防止の床や壁や手術室の空気清浄へ用いられた。大腸菌、緑膿菌、MRSA等に対して光照射後の殺菌率ほぼ100%の効果が得られている。癌治療や癌予防への応用等、医学、医療に関連する周辺領域での効果の可能性や実現性への検討が始まってきている。本研究では、TiO_2を用いて口腔悪性腫瘍などの治療への応用の可能性を考え、TiO_2と抗癌剤等の薬剤が組織への感受性を調整するモデル的効果が期待できることと、病変部にTiO_2と抗癌剤等の薬剤の特性が効果的に利用すれば新しい治療展開が開けることが明らかになって、癌治療の局所化も期待できる。これをもとに爾科領域悪性腫瘍に応用するに際して検討を進めている。1)1)ヌードマウスの皮下にヒト口腔扁平上皮癌細胞を移植し腫瘍形成した後、腫瘍が0.5cmの時にTiO_2を腫瘍に導入し、3日後に腫瘍に光を照射する。無処置群、TiO_2単独群、光照射単独群、TiO_2+光照射群についてその後の腫瘍の増殖を比較検討した。2)腫瘍内導入されたTiO_2の分布や光照射後の腫瘍や正常組織の状態を病理組織学的に検討した。TiO_2が、組織内でどのように反応変化を示すか光照射On-Offによりコントロール出来るかを試す。さらに、TiO_2光照射を受けるとその部で活性酸素やフリーラジカルが腫瘍組織内で発せすることよりフリーラジカルを経時的に測定と腫瘍との相関とを検討した。3)TiO_2を導入し腫瘍組織内の血管新生を光照射単独群、TiO_2+光照射群に分け免疫組織学的(CD31など)に比較検討した。TiO_2の光触媒反応により、活性酸素分子種(・O_2^-)、(H_2O_2・)を生成する。

過度の酸化ストレスはネクローシスを誘導するかを検索し、それらのアポトーシス関連遺伝子(漁PK、ASK1、JNK、p38、Bc1-2、TRAF2)との関連も検討する。TiO_2反応により(・O_2^-)(H_2O_2・)と(・OH)の生成は、TiO_2使用量と光照射時間とともに進行している。そこで口腔領域癌細胞に対しTiO_2と抗腫瘍効果のメカニズムを解明している。TiO_2は防汚・脱臭・消臭、殺菌の応用により、医学材料や医療機材における殺菌や抗菌効果として院内感染防止の床や壁や手術室の空気清浄へ用いられた。大腸菌、緑膿菌、MRSA等に対して光照射後の殺菌率ほぼ100%の効果が得られている。癌治療や癌予防への応用等、医学、医療に関連する周辺領域での効果の可能性や実現性への検討が始まってきている。歯科領域では変色歯の漂白、義歯の抗菌、合着セメントなどへの応用が試みられている。本研究では、TiO_2を用いて口腔悪性腫瘍などの治療への応用の可能性を考え、TiO_2と抗癌剤等の薬剤が組織への感受性を調整するモデル的効果が期待できることと、病変部にTiO_2と抗癌剤等の薬剤の特性が効果的に利用すれば新しい治療展開が開けることが明らかになって、癌治療の局所化も期待できる。これをもとに歯科領域悪性腫瘍に応用するに際して検討を進めている。1)1)ヌードマウスの皮下にヒト口腔扁平上皮癌細胞を移植し腫瘍形成した後、腫瘍が0.5cmの時にTiO_2を腫瘍に導入し、3日後に腫瘍に光を照射する。無処置群、TiO_2単独群、光照射単独群、TiO_2+光照射群についてその後の腫瘍の増殖を比較検討した。2)腫瘍内導入されたTiO_2の分布や光照射後の腫瘍や正常組織の状態を病理組織学的に検討した。TiO_2が、組織内でどのように反応変化を示すか光照射On・Offによりコントロール出来るかを試す。さらに、TiO_2光照射を受けるとその部で活性酸素やフリーラジカルが腫瘍組織内で発せすることよりフリーラジカルを経時的に測定と腫瘍との相関とを検討した。3)TiO_2を導入し腫瘍組織内の血管新生を光照射単独群、TiO_2+光照射群に分け免疫組織学的(CD31など)に比較検討した。TiO_2の光触媒反応により、活性酸素分子種(・O_2^-)、(H_2O_2・)を生成する。光触媒の抗腫瘍効果は、これらの活性酸素分子種の癌細胞に与えた刺激、フリーラジカルによるいわゆる環境ストレスによるものと予想される。適度な酸化ストレスはアポトーシスを誘導するか。過度の酸化ストレスはネクローシスを誘導するかを検索し、それらのアポトーシス関連遺伝子(MAPK、ASK1、JNK、p38、Bcl-2、TRAF2)との関連も検討する。そこで口腔領域癌細胞に対しTiO_2と抗腫瘍効果のメカニズムに関与すると示唆した。研究期間内に、1)TiO_2により口腔領域癌細胞株を用いてin vitroびin vivoにおいて導入しその直後に光照射することで細胞内の光化学反応を励起させることにより、口腔領域癌細胞株への殺細胞効果や抗腫瘍効果のメカニズムを検討する。2)TiO_2の作用により、マウス皮下に移植した口腔領域癌の成長を抑制と腫瘍内血管新生を抑制することを確認する。3)TiO_2により前癌病変への光触媒による癌化予防の検討を行う。を終了している。
食品因子センシングの機能性RNAによる制御

本研究課題では、食品因子により発現調節を受ける機能性RNAならびに機能性RNAにより調節される食品因子センシングを明らかにすることにより、「食品因子の生体内感知・機能性発現における機能性RNAの役割」を解明することを目的としている。昨年度緑茶カテキンEGCGによるマクロファージの極性変化の誘導にLet-7bが関与していることを見出したことを踏まえ、そのメカニズムの解析を行なった結果、EGCG受容体67LRを介したシグナル伝達経路の活性化が関与していることを明らかにした。EGCGの血管内皮細胞を介した機能性発現機構としてエクソソーム/マイクロRNAを仲介分子とする機能性伝達経路を想定した検討を行った。血管内皮細胞に対するEGCGを作用させた血管内皮細胞由来エクソソーム中のマイクロRNAを解析した結果、100種類以上のマイクロRNA量が増加し、低下したマイクロRNAは観察されなかった。また、EGCGを作用させた血管内皮細胞由来エクソソームを急性肺障害モデルマウスに投与したところ、肺における特定の炎症性サイトカインの発現が抑制されることを見出した。デルフィニジンの機能性発現に関与する分子として同定したタンパク質のマイクロRNA発現調節作用機序について検討した結果、本分子の発現を抑制したメラノーマ細胞に対してデルフィニジンの細胞増殖抑制作用が消失するとともに多くのマイクロRNAの発現調節作用も影響を受けることを見出した。また、デルフィニジンの腸管上皮細胞を介した機能性発現機構としてエクソソーム/マイクロRNAを仲介分子とする機能性伝達経路を想定した検討を行った。その結果、デルフィニジンを作用させた腸管上皮様細胞株由来のエクソソーム中の特定のマイクロRNA発現量が増加すること、また、このエクソソームを作用させた細胞において特定のマイクロRNA量が増加することを明らかにした。下記の通り、各検討項目において順調に成果を示したことから概ね順調に進展していると判断した。1)EGCGのLet-7bを介したマクロファージの極性調節作用に関与する細胞内シグナル伝達経路の一端を明らかにした。2)EGCGの血管内皮細胞を介した機能性発現機構としてエクソソーム/マイクロRNAが関与する可能性を見出した。3)デルフィニジンの腸管上皮様細胞を介した機能性発現機構としてエクソソーム/マイクロRNAが関与する可能性を見出した。2019年度は本年度の成果も踏まえ、下記の研究を推進する。EGCGの血管内皮細胞におけるマイクロRNA発現調節メカニズムの解明。EGCGが発現量を増加させた血管内皮細胞エクソソーム中のマイクロRNAの機能とその標的分子の解明。デルフィニジンが腸管上皮様細胞で増加させたエクソソーム中のマイクロRNAの機能とその標的分子の解明。デルフィニジンの腸管上皮様細胞におけるマイクロRNA発現調節メカニズムの解明。食品因子の機能性発現には、その因子を分子認識し作用を伝達する食品因子感知機構(食品因子センシング)が重要な役割を果たしている。生体機能分子としてタンパク質に翻訳されないRNA(機能性RNA)が注目されているが、食品因子の機能性発現における関与は不明である。本年度は食品因子の機能性発現における血漿マイクロRNAの役割を探るため、緑茶カテキンEGCGを含む代表的な4種類の機能性食品因子を摂取させたマウス血漿中のマイクロRNAの発現量をマイクロアレイ(3D Geneアレイ)を用いて解析した。その結果、それぞれの機能性食品因子によってのみ発現量が変動するマイクロRNAが存在することを明らかにした。食品因子によるマイクロRNA発現調節メカニズムを明らかにするため、センシング機構の研究が進んでいるEGCGのマイクロRNA発現調節作用とそのセンシング機構との関係を検討した。その結果、EGCGはマウスメラノーマ細胞株において、EGCG受容体である67LRに依存的なPP2Aの活性化を介してマイクロRNAの発現を制御していることを明らかにした。また、67LR依存的に発現制御を受けるマイクロRNAとEGCG摂取により発現量が変動する血漿中マイクロRNAには一致するものがあった。1)機能性食品因子ごとに特徴的に発現制御を受ける血漿マイクロRNAが存在することを明らかにした。2)緑茶カテキンEGCGのマイクロRNA発現調節作用とそのセンシング機構との関係を検討し、EGCGはその受容体である67LRに依存的なPP2Aの活性化を介してマイクロRNAの発現を制御していることを明らかにした。つまり、機能性食品因子のマイクロRNAの発現制御がそのセンシング機構に依存している可能性を示した。3)機能性食品因子の標的細胞におけるマイクロRNAの発現制御と血漿マイクロRNAの発現制御がリンクしている可能性を示した。本年度は食品因子としての植物ポリフェノールが発現を調節するマイクロRNAとその食品因子の機能性におけるそれらの役割について検討した。

植物ポリフェノールの一種であるデルフィニジンが骨格筋において筋萎縮予防活性を示すとともに筋萎縮関連遺伝子MuRF1を標的とするmiR-23aの発現を誘導すること、また、miR-23aの転写因子であるNFATc3の発現を促進することを明らかにした。さらに、表現型ベースの遺伝子スクリーニンングの結果、デルフィニジンの機能性発現に関与すると推定される7種類の候補遺伝子を同定した。大豆イソフラボンによるポリアデニル化を受ける機能性RNAとして複数の核小体低分子RNAを見出すとともにその発現誘導作用に関与する酵素を同定することに成功した。食品因子としての外来性マイクロRNAの同定とその機能に関する検討項目について緑茶葉抽出物中に含まれるマイクロRNAを複数同定した。下記の通り、各検討項目において順調に成果を示したことから概ね順調に進展していると判断した。1)デルフィニジンの筋萎縮抑制作用機構に関与するマイクロRNAを明らかにした。2)デルフィニジンの機能性発現に関与すると推定される候補遺伝子を同定した。3)大豆イソフラボンのポリアデニル化機能性RNAの発現誘導作用に関与する酵素を同定することに成功した。食品因子の機能性発現には、その因子を分子認識し作用を伝達する食品因子感知機構(食品因子センシング)が重要な役割を果たしている。生体機能分子としてタンパク質に翻訳されないRNA(機能性RNA)が注目されているが、食品因子の機能性発現における関与は不明である。本研究課題では、食品因子により発現調節を受ける機能性RNAならびに機能性RNAにより調節される食品因子センシングを明らかにすることにより、「食品因子の生体内感知・機能性発現における機能性RNAの役割」を解明することを目的としている。本年度は、表現型ベースの遺伝子スクリーニンングの結果、デルフィニジンの機能性発現に関与すると推定された7種類の候補遺伝子の機能解析を行い、機能性に関する報告例に乏しい分泌タンパク質の一種がデルフィニジンのマイクロRNA発現調節作用に関与していることを見出した。マクロファージは炎症を促進するM1型と炎症を抑制するM2型の2種類に大別され、微小環境に応じた可逆的な極性変化が炎症応答に重要な役割を担っている。緑茶カテキンの一種であるEGCGの摂取はマクロファージの極性をM2型へ分極させることを見出した。また、EGCGはLet-7bを介してマクロファージの極性を調節することを明らかにした。。大豆イソフラボンのポリアデニル化機能性RNAの発現誘導作用に関与する分子として見出したPAPD5がダイゼインならびにその腸内細菌代謝物であるエクオールによって活性化されるがゲニステインにはそうした活性がないことを明らかにした。また、ポリフェノールの一種であるケルセチンにもPAPD5活性化能があることを見出した。
弱磁場磁気抵抗測定による導電性有機結晶の電気的異方性の研究

近年盛んに研究されている、有機伝導体、有機超伝導体は、異方的二次元導体としての性質を持っており、伝導面内での電気的異方性の測定はその物性を解明する上できわめて重要である。このような観点から本研究では、弱磁場磁気抵抗測定を含むいくつかの手法により、電気的異方性の研究を行った。また光学スペクトルによる導電性有機結晶の電子構造の研究を行った。以下本年度の主な研究成果について記す。1)α-(BEDT-TTF)_2KHg(SCN)_4の電気的異方性を弱磁場磁気抵抗測定の手法を用いて決めた。(印刷中)2)光学測定により、α-(BETS)_2I_3の電子構造を調べた。3)2軸回転試料ホルダーを作成し、α-Me_2Et_2N[Ni(dmit)_2]_2の磁気抵抗角度依存性を詳細に調べた。(投稿準備中)4)α-EDT-TTF[Ni(dmit)_2]の圧力下の電気抵抗を測定し、温度圧力相図を作成した。(印刷中)5)2軸回転試料ホルダーを用いて、α-Me_2Et_2N[Ni(dmit)_2]_2の磁気抵抗角度依存性を詳細に調べた。(投稿準備中)7)(Me_2DCNQI-d_7)_2Cuの反射スペクトルの測定を行い、この物質の金属-絶縁体転移が一次相転移であることを明らかにした。(投稿中)8)比較的高温で用いることができる磁気抵抗測定用試料回転型ホルダーを製作した。今後、この試料ホルダーを用いて、高温領域(T>50K)の電気的異方性の研究を行う予定である。
Ras活性化機構におけるチロシンホスファターゼの機能に関する研究

私達は、src-homology2領域(SH2 domain)を有するPTPaseであるSAP-2が、インスリン刺激によるRasの活性化に決定的な役割を果たしていることを見い出し、SAP-2が増殖因子刺激による細胞増殖反応のポジティブな細胞内メディエーターとして作用していることを明らかにした。しかしながら、SAP-2の脱チロシンリン酸化基質蛋白質や、Ras活性化の詳細なメカニズムに関しては未だ不明のままである。そこで、本研究において、私達は、SAP-2の標的基質蛋白質の同定、遺伝子クローニングを計画した。さらに、消化器癌におけるSAP-2癌性変異の同定を計画した。1.v-Srcによりトランスフォームされたfibroblastよりアフィニティー精製により、SAP-2の標的基質蛋白質であるpp120の精製、全長cDNAのクローニングに成功した。pp120は、SAP-2の脱チロシンリン酸化基質蛋白質考えられたため、SHPS-1(SHP Substrate-1)と命名した。SHPS-1は、分子量120kDaの受容体型の糖化膜蛋白質で、複数の免疫グロブリン様構造を細胞外部分に、4個のYXXL/V/Iチロシンリン酸化モチーフを細胞内部分に有している。さらにSHPS-1が、インスリン等の増殖因子刺激のみならず、細胞接着刺激依存性にチロシンリン酸化され、SAP-2がそのSH2ドメインを介してSHPS-1に結合することを見い出した。2.各種大腸癌、膵癌、胃癌細胞株より、PT-PCR法により、SAP-2遺伝子を増幅し、SAP-2遺伝子異常を検出しようと試みた。しかしながら、現在までのところ、癌細胞に特異的なSAP-2の遺伝子異常は検出されていない。3.SHPS-1のSAP-2による、脱チロシンリン酸化の生理的意義や、SHPS-1のSAP-2によるRas活性化機序における役割の詳細は未だ明らかでない。さらに、SAP-2の細胞癌化機構への関連も不明である。今後、さらにこれらの点に留意しつつ研究を進めることにより、SAP-2のより詳細な作用機構が解明されるものと思われる。
分子進化工学を用いた環境調和型水素生産システムの開発

水素産生に関わる調節因子HypFについて分子進化工学を行うためには、まず本蛋白質の高発現系を確立する必要がある。このためHypFをグルタチオンSトランスフェラーゼ(GST)と融合した形で発現させる系を構築することにした。インサートDNAは、PCRにより作製した。鋳型のDNAとしては、hypFを含む約15kbpの大腸菌ゲノム断片がクローニングされているpEH1を用いた。PCRにより増幅されたインサートDNAは、電気泳動的に精製し後、プラスミドDNA(pGEX-6P-2)にライゲーションし、大腸菌JM109を形質転換した。目的のコンストラクトを持つと思われるプラスミドDNAを用いて、発現用宿主大腸菌BL21を形質転換した。IPTGの添加により融合蛋白質の発現を誘導した。培養液を集菌し、PBSに懸濁後、超音波で破砕した。Triton X-100の存在下で遠心し、回収した上清を2mlのGlutathion Sepharose 4Bを充填したカラムに通し、HypFとGSTの融合蛋白質をカラムに固定した。洗浄後、PreScission Proteaseを入れ、5°Cで4時間反応させた。その後、カラムからHypFを回収した。SDSポリアクリルアミドゲル電気泳動により、HypFとGSTの融合蛋白質(107kDa)、及び精製したHypF(81kDa)のバンドを確認することができた。HypFとGSTの融合蛋白質をGlutathion Sepharose 4BカラムにかけることによりHypFの固定化を行った。これを種々の金属と相互作用させることによって、HypFに配位する可能性のある金属を探索した。金属を配位したHypFを回収し、ICP原子発光分光分析法により配位金属の同定を行った。その結果、金属サンプルとして用いたニッケル、鉄、マグネシウム、亜鉛、銅のなかで、ニッケルが配位していることが示唆された。水素生産に関わるヒドロゲナーゼ(Hyd3)は、翻訳後様々なプロセシングを経て活性を持つようになる。HypFはヒドロゲナーゼ活性に必須の要素であるが、その機能は不明で、このプロセシングの過程に関与している可能性がある。そこで、ヒドロゲナーゼの欠損株(MC4100Δhya,Δhyb,ΔhycE)を超音波破砕したものと、hypFの欠損株(MC4100ΔhypF)を超音波破砕したものとを混合し、ヒドロゲナーゼ活性が回復するかどうかを観察することにより、ヒドロゲナーゼが正常にプロセシングされるかどうかについて検討した。電子のアクセプターとしてbenzyl viologen(BV)を用い、還元BVを分光光度計で追跡することにより、ヒドロゲナーゼ活性を測定したが、ヒドロゲナーゼ活性の顕著な回復は見られなかった。このことから、ヒドロゲナーゼ活性の回復にはHypFだけではなく他の関連タンパク質の存在が必要である可能性が示唆された。一方、ヒドロゲナーゼが本当に正しいプロセシングを受けていないことを今後抗ヒドロゲナーゼ抗体を使って調べる必要がある。次に、HypFの存在によってヒドロゲナーゼが活性を持つ様子を、ウェスタンブロッティングによって観察するために、抗体を作製することにした。抗原性が高いと予想される部位を抗原ペプチドとしてペプチド合成機で合成し液体クロマトグラフィーで精製した。これを用いてウサギを免役し抗HypF抗体を作製した。嫌気培養した大腸菌と大量発現したHypFをサンプルとしてポリアクリルアミドゲル電気泳動を行い、上記の抗体を用いてウェスタンブロッティングを行ったところ、大量発現したHypFからはシグナルが得られたが、大腸菌からは該当するバンドは検出されなかった。今後は大量発現したHypFを抗原としてより結合能の高い抗体を得る。

金属を配位したHypFを回収し、ICP原子発光分光分析法により配位金属の同定を行った。その結果、金属サンプルとして用いたニッケル、鉄、マグネシウム、亜鉛、銅のなかで、ニッケルが配位していることが示唆された。
流動化固化処理土を含む二層地盤の主働破壊メカニズムの解明

本年度は,昨年度実施した遠心模型実験結果を整理し,水平地震力作用時の二層地盤の主働破壊特性について詳細に検討した.なお,昨年度実施した模型実験では,未処理土と固化処理土で二層の模型地盤を作製した後に,遠心力場で岸壁を主働側へ変位させ,地盤の主働破壊特性を調べた.検討の結果,固化処理土の幅が広いケースでは,岸壁を僅かに傾斜させるだけで固化処理土内に構造的クラックが発生し,破壊モードおよび主働土圧の特性が大きく変化していた.また,固化処理土内にクラックが発生しないように補強したケースでも,水平地震力が大きくなると卓越する破壊モードは変化し,主働土圧特性は大きく変わることが明らかになってきた。これは,想定する地震動の規模によって主働破壊特性が変化することを示している。昨年度実施した準静的な傾斜実験に加えて,動的な地震力を作用させる振動実験を補足的に実施した。これは,準静的な地震力を加えた場合の破壊モードが動的な地震力によっても得られるかを検証し,破壊モードの出現特性に一般性を持たせるためである。振動実験でも傾斜実験と同様の主働破壊特性が得られることを確認した。数値解析では,昨年度に引き続き,模型実験で観察された主働破壊特性について有限要素法解析を用いて検討した。また,クラックが発生する場合など遠心模型実験および数値解析で観察された種々の破壊モードを想定して,極限平衡法(分割法)による安定解析を実施し,岸壁へ作用する主働土圧特性を算定した。なお,想定したモードは詳細な実験・解析結果に基づいており,現行設計法で仮定されているモードを拡張している。計算の結果,実験結果を精度よく再現でき,水平地震力の増加に伴う破壊モードの変化についても解析的に説明できることが分かった。すなわち,より精度の高い二層地盤の破壊モードおよび主働土圧特性を算定することが可能となった。近年,港湾施設における耐震性能の向上を目的として,護岸背後の地盤に流動化固化処理土を用いることが多くなっている.しかしながら,岸壁背後に固化処理土を用いる試みは歴史が浅く,その地盤挙動特性がほとんどわかっておらず設計法も未熟である.さらに,固化処理土の剛性やせん断強度は大きく,その主働破壊モードは非常に複雑である.本研究では,遠心模型実験及び数値解析を実施し,上部を固化処理土とした二層地盤の主働破壊モード及び主働土圧について明らかにすることを目的とする.本年度は,遠心模型実験および数値解析を行い,上部を固化処理土とした二層地盤の主働破壊特性について詳細に調べた.遠心模型実験では,模型地盤への水平地震力や固化処理土の強度を変化させた主働破壊実験を実施し,模型地盤の破壊挙動を観察した.その結果,岸壁側上部を固化処理土で置き換えた実験ケースでは,岸壁を僅かに傾斜させるだけで固化処理土内に構造的クラックが発生することがわかった.岸壁側上部をクラックが生じない高強度材料で置き換えた実験ケースにおいても,下部の砂地盤において歪みの局所化が観察された.これらの実験ケースにおける岸壁への土圧を比較すると,いずれの場合も固化処理土から岸壁への土圧はほとんど発生しないが,クラックが生じることによって下部の砂地盤からの土圧はかなり大きくなることがわかった.数値解析に関しては,実験諸元を決定する際の予備解析以外にも,岩石に適用される破壊基準を流用した解析も実施した.数値解析では遠心模型実験をシミュレートし,固化処理土の破壊特性を調べた.その結果,クラックの発生特性を精度よく再現できた.また,岸壁への主働土圧に関しても,多少大きく見積もる傾向があるものの,比較的精度よく再現できることがわかった.本年度は,昨年度実施した遠心模型実験結果を整理し,水平地震力作用時の二層地盤の主働破壊特性について詳細に検討した.なお,昨年度実施した模型実験では,未処理土と固化処理土で二層の模型地盤を作製した後に,遠心力場で岸壁を主働側へ変位させ,地盤の主働破壊特性を調べた.検討の結果,固化処理土の幅が広いケースでは,岸壁を僅かに傾斜させるだけで固化処理土内に構造的クラックが発生し,破壊モードおよび主働土圧の特性が大きく変化していた.また,固化処理土内にクラックが発生しないように補強したケースでも,水平地震力が大きくなると卓越する破壊モードは変化し,主働土圧特性は大きく変わることが明らかになってきた。
生体機能の統合的研究

創成的基礎研究「生体機能の統合的研究」は新プログラム“生体における動的機構の解明"の研究班として平成2年度に発足し、脳機能を中心とする生体の働きの統合的解明を目指し、総括班および3つの研究班を組織して3年目の研究活動を展開してきた。総括班は、研究班会議により研究方針を打合わせ、ロックフェラー大学長Wiesel教授、佐々木教授、栗城教授による「高次脳機能に関する特別講演会」(平成4年6月)、国際シンポジウム「知覚の中枢機構」(平成5年1月)、研究報告会(同2月)を主催した。研究第1班「脳高次機能の非侵襲的アプローチ」班(佐々木和夫班長)は主にヒトの脳の高次の活動を研究の対象とし、生理学研究所に設置された37チャネル生体磁気計測装置(MEG)、磁気共鳴装置(MRI)等を駆使しての共同研究が進展した。MEGによる研究では日本語の単音節刺激による脳活動、目標注視の際の頭頂連合野活動の局在の推定(栗城)、手指の自発的運動に伴う一次運動野、補足運動野の活動の空間解像度のすぐれた知見(柴崎、佐々木)、色光弁別を伴うGO/NO-GO反応点を前頭葉背外側部と推定し、運動をしないという決断とそれによる抑制作用という前頭連合野の高次機能の新知見(佐々木)等がある。知覚と認知の脳機能の研究ではCO_2レーザー光による皮膚刺激と頭皮における感覚誘発電位(SEP)より温痛覚伝導の脊髄視床路の伝導速度や、頭皮上のP300の神経疾患に伴う変動の知見(柿木)、透明面と遮蔽面の知覚、運動知覚を指標とした空間的注意の詳細な知見、また運動補足誘導運動現象の規定要因の受容体モデルの提唱(下條)があった。MRIの研究では内耳微細構造の3次元画像構築が試みられ、内耳病変の診断適用も検討された(亘)。研究第2班「行動制御による高次脳機能の研究」班(丹治順班長)では各班員が新しい手法を取り入れつつ主にサルを対象に新たな構想の研究展開が進んだ。外国人客員教授を迎えての共同研究も進展した。大脳運動野の運動の企画実行過程におけるNMDA型と非NMDA型グルタミン酸リセプターの役割(丹治)、コザルの運動の巧緻性の形成過程におけるGABA抑制系の役割(久保田)、指向運動で水平回転時に橋網様体ニューロンが、垂直回転時にForel野細胞が運動に先行して発火する知見(本郷)、手の操作運動に関与する頭頂葉特定領域の存在と運動前野手指領域との関連(酒田)が報告された。また手続き記憶における大脳基底核の役割(彦坂)、連合学習の成立過程における線条体の役割(木村)、摂食行動時のドーパミン系の機能(粟生)、熟練手指運動時の体性感覚野の役割(入来)、ラット海馬体の場所ニューロンの空間位置コード及び場所の学習への関与(福田)が詳しく検討された。研究第3班「高次脳活動の基礎としての神経回路網」班(大森治紀班長)はシナプス伝達および神経回路の研究から脳の高次機能に迫る研究を進展させた。シナプス機構については海馬CA1野シナプス後細胞NMDAによる長期増強メカニズム(山本)、海馬CA3野の代謝調節型グルタミン酸受容体機序(杉山)、小脳プルキンエ細胞・顆粒細胞間シナプスの長期抑圧の機序(平野)、キンドリングにより脳のシナプス伝達効率を変えた際のシナプシンI燐酸化とグルタミン酸放出量増大の知見(小幡)、有毛細胞の遠心性抑制性シナプス機構が代謝調節型Ach受容体を介したCa依存性Kチャネルの活性化によること(大森)が報告された。神経回路系ではグリア細胞による神経突起伸展制御作用(村上)、視覚野第4層における外側膝状体神経軸索制御因子の発見(外山)、覚経路形成に関与するA5分子が細胞間接着分子であること(高木)、座骨神経を用いた視神経再生系が正常に機能すること(福田)等が報告された。