hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
肝胆膵の発生・分化の分子機構の解明とその障害による小児疾患の病態解析

これに対して過剰発現の程度が軽い場合は胎仔期のランゲルハンス島の低形成のみが見られる。さらに、本マウスの解析により、膵臓のランゲルハンス島の新生にHes1が関与していることが証明されつつある。特に注目すべきは、胎生期のランゲルハンス島の低形成の程度によっては、新生仔マウスから成マウスになるまで、糖尿病の発症時期が異なることが明らかになったことである。膵無形成よりやや発現量が少ないと、内分泌前駆細胞の分化のみが抑制され、長期生存するが、出生時からインスリン欠乏性の糖尿病をきたす。さらに過剰発現の量が少ないと出生時からランゲルハンス島の数が少ないが、糖代謝は正常である。成長するにしたがって、とくに高糖高脂肪餌で飼育して肥満が起こ、るとインスリン分泌がインスリン抵抗性に追いつかずに、2型糖尿病を発症する。出生時のβ細胞量が少ないと、成熟後にも膵島の代償性肥大が不十分となり、糖尿病を発症することは、日本人を含めたアジア人型のインスリン分泌が相対的に乏しいタイプの生活習慣病胎児期発症仮説の動物モデルを提供する意義がある。本研究はこれにより、膵臓幹細胞の分化・制御のみならず、糠尿病発症機序を解明する点でも貢献しうると考えられ、現在投稿論文を準備中である。胎生期の膵臓原基でHes1を過剰発現する遺伝子組み換えマウスを用いることにより、Notchシグナルが膵臓幹細胞の増殖分化を制御していることが証明した。すなわち、Hes1の過剰発現が著しい場合には膵臓内分泌も外分泌もまったく'形成されず、膵臓低形成になって出生数日以内に死亡する。これに対して過剰発現の程度が軽い場合は胎仔期のランゲルハンス島の低形成が見られる。特に注目すべきは、胎生期のランゲルハンス島の低形成の程度によっては、新生仔マウスから成マウスになるまで、糖尿病の発症時期が異なることが明らかになった。出生時のβ細胞量が少ないと、成熟後にも膵島の代償性肥大が不十分となり、インスリン分泌不全が顕在化して耐糖能異常から糖尿病を発症することは、日本人を含めたアジア人型のインスリン分泌が相対的に乏しいタイプの2型糖尿病に類似している。本研究はこれにより、膵臓幹細胞の分化・制御の異常が糖尿病ハイリスク集団の病態の一部を説明できることを明らかにした。現在、β細胞量減少の機構として、β細胞の分化能やアポトーシスの起こりやすさを検討中である。
生活の質を持続的に向上させる政策評価方法の研究:理論と実証

政策評価の基礎理論の研究と,政策の実態を重視した実証分析の研究を行なった。分析方法が経済理論に加え、統計学・計量経済学・実験経済学を方法とする本プロジェクトの特色である。分析のプロセスと結果を研究分担者間でチェックする研究会を適宜開催し、その意見交換を経て研究成果を公刊した。環境交通・政策評価研究班は環境問題と交通問題の実態、特にごみ一般、産業廃棄物、大気汚染、観光地の自然環境、そして公共交通機関に関する内外の重要研究を整理し、問題に応じた分析と評価方法の検討を行なった。イタリアの政策研究ではスローライフ及びリサイクル事業の実地調査と聞き取り調査を行い,大阪モノレールの彩都線延伸計画に関する調査研究では,選択型実験法を用いて大阪モノレールの延伸事業の費用便益分析を行った。また,地方財政・都市政策研究班は、離島経済の持続的成長、地方政府の情報公開問題に関するデータの収集・整理に加え、シミュレーションを用いた研究を行った。具体的には奄美大島の観光政策等および中越地震の被害状況に関する自治体関係者への聞き取り調査、地元へのアンケート調査を行った。また日本の都市圏データに基づく一人当たり所得の収束に関してマルコフ行列を応用した分析を行ったところ,過去の一人当たりの所得の変化からは,非常に長期の期間においても収束する傾向が無い事が明らかになった。実験経済学の研究では,完全競争では均衡が不安定な場合にそして独占的競争では均衡が安定な場合も不安定な場合も均衡の達成が実験では保証されないため,政策の有効性は理論と実験の両方で確認すべきであるという結論が得られた。さらに規模の経済性を考慮した動学的空間的応用一般均衡分析の研究では,オランダにおける都市部の交通渋滞による影響を社会経済の視点と生活水準の視点から分析し,渋滞がどのような業種にどのような影響をおよぼすかが明らかになった。本年度は、政策立案の基礎研究として、新しい研究課題に関する重要文献のデータベース化と聞き取り調査を進め、班別に問題に適した分析方法の研究を行った。理論経済学に加え、統計学・計量経済学・実験経済学を方法とすることが特色である。また、社会資本マネジメントの政策総合評価の方法論を、都市施設の評価指標のあり方を題材に考察し、関係する内外の重要研究を整理し、文献データベースを作成した。(http://cbadb.osipp.osaka-u.ac.jp/CBA/index.htmにて公開)環境交通・政策評価研究班(橋本介三(班長)・白旗慎吾・坂田裕輔)は、環境問題と交通問題の実態、特にごみ一般、産業廃棄物、大気汚染、観光地の自然環境、そして公共交通機関に関する内外の重要研究を、環境工学等の理科系の研究も含めて整理し、問題に応じた分析・評価方法を検討した(大阪大学にて計6回の研究会を開催)。地方自治体のインフラ(鉄道・空港)の建設および整備の費用と利用状況(モノレール延伸計画)と、市民による評価を把握するため自治体の関係者への聞き取り調査と、市民へのアンケート本調査の事前準備を行った。また3月にイタリアにてスローライフ及びリサイクル事業の実地調査と聞き取り調査を行う。一方、地方財政・都市政策研究班(福重元嗣(班長)・山地秀俊・下村研一・坂本亘・永松伸吾)は、離島経済の持続的成長、地方政府の情報公開問題、そして震災被害地の経済復興政策に関するデータの収集と整理と並行して実験を用いた新しい数量分析方法の研究を開始した(神戸大学にて2回の研究会を開催)。離島経済の産業の変化と観光資源を兼ねた公共スポーツ施設の利用状況に関する自治体の関係者への聞き取り調査と、中越地震の被害状況に関しての聞き取り調査を行った。また、地方公共財の便益に応じた望ましい住民の費用負担の達成に関して、情報公開が与える影響につき、被験者を用いた実験をデザインし、プログラムを作成中である。

本年度は、政策立案の基礎と既に試行された政策の実態を踏まえた応用研究を主に行なった。昨年度から開始した研究課題に関する聞き取り調査と並行して新たにアンケート調査を行ない、課題に適した分析方法でデータ解析を行った。この分析方法が経済理論に加え、統計学・計量経済学・実験経済学を方法とすることがこのプロジェクトの特色であるが、その分析のプロセスと結果を研究分担者間でチェックする研究会を開催して意見交換を行ない、その一部が論文,レポート,著書の中で中間報告された年度であった。(ウェブサイトhttp://www.rieb.kobe-u.ac.jp/irsc/qol/index.htmlにて公開)より具体的に述べると、環境交通・政策評価研究班(橋本介三(班長)・白旗慎吾・坂本亘・坂田裕輔)は、環境問題と交通問題の実態として、大阪モノレールの延伸計画に関する調査と研究を行なった(大阪大学で1回、神戸大学にて1回の研究会を開催)。特に市民による評価を把握するため自治体の関係者への聞き取り調査と、市民へのアンケート本調査を実施した。加えてアンケートの調査結果のデータ分析とシミュレーションを行なった。一方、地方財政・都市政策研究班(福重元嗣(班長)・山地秀俊・下村研一・永松伸吾)は、離島経済(奄美大島)の持続的成長、地方政府の情報公開問題、そして震災被害地の経済復興政策に関するデータの収集と整理を継続する一方でシミュレーションを用いた新しい数量分析方法の研究を開始した(神戸大学にて3回の研究会を開催)。奄美大島の観光政策および観光客の推移に関する自治体の関係者への聞き取り調査および地元へのアンケート調査と、中越地震の被害状況に関しての聞き取り調査とアンケート調査を行った。また、コーポレートガバナンスにおける効率的な株式市場を実現するため、情報公開が与える影響につき、被験者を用いた実験を行なった。本年度は,昨年度に引き続き経済政策の基礎理論の研究と,政策の実態を重視した実証と応用の研究を行なう一方,各メンバーがさまざまな形で昨年度と一昨年度の研究成果を公刊し,それぞれの分野の専門家との意見交換によってフィードバックを行なった。経済理論・統計学・計量経済学・実験経済学を方法とすることがこのプロジェクトの一貫した特色であり,その分析のプロセスと結果を研究分担者間でチェックする研究会を咋年度と一昨年度に引き続いて適宜開催した。(ウェブサイトhttp:/www.rieb.kobe-u.ac.jp/irsc/qol/index.htmlにて公開)具体的に述べると,環境交通・政策評価研究班の沈・坂田・橋本による大阪モノレールの彩都線延伸計画に関する調査と研究では,選択型実験法を用いて大阪モノレールの延伸事業の費用便益分析を行い,この延伸事業は純便益を生み出す可能性が高いことが示唆された。また,地方財政・都市政策研究班の福重は,日本の都市圏データに基づく一人当たり所得の収束に関してマルコフ行列を応用した分析を行った結果,過去の一人当たりの所得の変化からは,非常に長期の期間においても収束する傾向が無い事が明らかとなった。
LHC入射器アップグレードにおける広帯域空洞を用いた国際共同研究

茨城県東海村の大強度陽子加速器施設J-PARCでは世界に先駆けてナノ結晶材料を用いた高周波加速装置(空洞)を開発してきた。磁場中熱処理によって製造された大型のナノ結晶材料コアは高周波での電力損失が少なく、J-PARCの高勾配加速空洞に使用され大強度陽子加速に貢献している。この技術は国外でも高く評価され、広帯域空洞としてスイス・ジュネーブのCERN(欧州原子核研究機構)で稼働中の5つの加速器(2台の陽子加速器、1台のイオン加速器および2台の反陽子減速器)に活用されている。本研究はこれまでの国際共同研究の成果をもとに、更に日欧での国際協力を進めるための共同研究である。
マイクロ波と放射線の子宮内複合被曝の大脳発達に及ぼす影響の実験的研究

研究目的:マイクロ波の熱作用と放射線の電離作用のいずれも、胎児大脳が高い感受性を示すため、両者が複合して作用した場合、単独では障害効果が少ない条件でも、脳に非可逆的障害をもたらす可能性がある。本研究はこの点を検討するため、マウス胎児にマイクロ波、γ線のそれぞれ単独および併用照射を行い、大脳発達障害を検索した。研究方法と結果:妊娠13日のSlc:ICRマウスに2.45GHzのマイクロ波をON15秒、OFF15秒で反復照し、10分後から直腸温が42.5°Cを越えないようにOFF時間を調整した。処理時間は15分と20分の2条件、マイクロ波の比吸収率は葉480mw/gあった。マイクロ波処理9時間後に胎児を採取して組織切片にし、大脳外套の細胞死の頻度を調べたところ、対照群の0.14%に対して、15分、20分処理によってそれぞれ1.6%、3.0%に増加していた。一部の母獣を出産させ、生後6週で観察した仔獣は、20分処理群の脳重が低値を示した。後頭部大脳皮質の組織切片から算出した神経組織切片た神経細胞の核の直径は、対照群に比較して有意に小さく、細胞密度は有意の高値を示した。Co-60δ線0.24Gyに被曝させ、その直後にマイクロ波15分処理を行った実験では、δ線単独被爆の9時間後の大脳外套の細胞死は8.5%であったのに対し、δ線とマイクロ波に複合被爆したものでは19.5%に上昇していた。この結果はδ線とマイクロ波の作用が相互的以上であることを示している。なお、生後6週の観察では、複合被曝群の大脳は小さく、組織学的に大脳皮質の菲薄法化、皮質構築加乱れを示す例がみられた。今後は、マイクロ波と放射線の被曝間隔を変えて、マウス胎児大脳への複合効果を検討する予定である。
流動場分離法に立脚したナノセルロースの長さ・形状評価手法の確立

ナノセルロース等異方性ナノ材料の評価を散乱法や顕微鏡法で精確評価するためには、前段に分級法を用い、ある程度の長さならびに形状を整える必要がある。長さ・形状分布が散乱法における評価精度や顕微法評価におけるアンサンブル評価への影響を与えることは明快であり、一方でナノセルロースはサイズ範囲が広いことからサイズ排除クロマトではその広いサイズ範囲を網羅した分級を行うことはできない。またナノセルロースは粉体状態においては凝集が強く、これを可能な限り分散するための手法を検討する必要がある。本年度は上記課題を解決するために、まず調製された様々な形状や長さのバリエーションを持つナノセルロース試料における偏光解消動的光散乱評価を実施した。偏光解消動的光散乱法にて求められた並進ならびに回転拡散係数から、Kirkwood-Riseman理論やTirado理論等の形状評価理論式を適用し、分級されたナノセルロースの長軸・短軸長を算出したところ、定性的に評価が可能であることを確認した。すなわち、液滴内におけるナノセルロースの長さ等の電子顕微鏡評価を実施したところ、ある程度電子顕微鏡における評価結果を反映する結果が得られることが確認された。尚、FFF分離を実施することで、偏光解消動的光散乱評価が困難になるほど希薄化されることから、新規に高濃度試料の調製法についての検討を実施した。これらの結果を踏まえ、今後定量化への道筋を見出すための検討を実施していく予定である。当初の計画に従い、評価が推進されているため。昨年度達成されたDDLSの評価とSEMの評価結果のより定量的な議論を目指した検討を実施していく。本年度は上記課題を解決するために、まず異なる合成法により調製されたナノセルロースの水中分散法の開発を主に実施した。適切な分散剤の探索(中性・カチオン性・アニオン性・電解質系)を実施し、さらに分散法としては親水化処理をはじめとする前処理ならびに、超音波法や高圧ホモジナイザー法を用いた分散手法による分散評価を実施し、ナノセルロースの分散性や分散安定性がこれらのマトリクス的な影響で大きく変動することを見出した。さらに分散試料に関し、その長さ・サイズ分級を流れ流動場分離法を用いた分級方法・条件の確立を実施した。流出液における適切な分散剤や基底材料の選択と分級に係る流れ条件の探索を実施し、分散されたナノセルロースがある程度の範囲で分級を実施することが可能であることを確認した。簡易的に電子顕微鏡評価を実施したところ、分級されたナノ材料はCNTと同様にバンドルのような構造を取って居る一方、長さが短くなるにつれ単一鎖として分散されており、鎖の長さが長いケースにおいてはバンドル形状を取って居り、見かけの太さが大きくなって居ることを観測した。当初目的としていた、ナノセルロースの最適分散法や分散剤の選択、ならびに、分散されたナノセルロース試料の長さ分級に係る方法論や分散条件の最適化などを達成し、後続の検討に関する基盤研究を達成したため。昨年度達成したナノセルロースの最適分散法や分散剤の選択をもとに、種類の異なるナノセルロースの分散を試み、分散されたナノセルロース試料の流動場分離法に夜長さ分級に係る適用性の検討をするとともに、その長さや形状評価手法についての検討を実施する。当初購入予定であったナノセルロースの納期が想定以上に必要とされることがわかった。

このため、今年度に評価材料の購入を実施する予定である。一方で、当問題により研究計画に遅れが生じて居ないことを付記する。当初予定していた物品の納品が年度を跨いだために、支払い額が下回ったため。2019年度4月に納品されたため、計画に大きな変更はない。
細胞塊・シートの誘電泳動マニピュレーション

カプセル化細胞とは細胞を高分子半透膜で包んだものである。生体内に移植しても,移植細胞に対する免疫学的拒絶反応や移植の腫瘍化を制御できる。カプセルに封入される細胞が神経伝達物質や栄養因子を産生する場合,様々な病気の治療薬になると期待される。しかし,40年以上研究されながら実用には至っていない。その理由としては,現在,確立されているカプセル化細胞生成法には生成率が悪い,カプセルのサイズに制限がある等の問題点が挙げられる。そこで本研究では,これらの欠点を補う新制法を提案した。それは,誘電泳動で細胞を集積し,ポリ縁地連グリコール系の光誘起重合によりカプセルを生成するという手法である。また,誘電泳動集積の方法としての特徴として,可動式電極を用いている点がある。このため,生成したカプセルか細胞はそのまま持ち運びが可能であるという利点を有している。本研究は,上記目標達成のための第一段階として,電場による細胞集積の実現を目指した。具体的には,大腸菌と膵島細胞を使用し,培地中での電場集積を行った。培地のような高塩濃度下では,電場印加による溶媒、イオン流が大きいため,誘電泳動が乱され,集積が難しい。そこで,電場条件と電極配置について検討を行った。その結果,ハの字配置において,20MHzという高周波電場を印加すると,膵島細胞の集積が実現されることを明らかにした。また別の方法として,電極を気液界面に配置することで,溶媒流に乱されることなく,単一細胞の非接触トラップが可能であることも見出した。
アレルギーで誘導される矯正的歯の移動時の歯根吸収亢進メカニズムの解明

矯正歯科治療により生じる歯根吸収は、その機構が十分に解明されていない。そこで本研究では、アレルギー疾患が矯正的歯の移動時の歯根吸収を亢進させるという仮説を立て、その機構を明らかにすることを目的に動物実験を行った。ラットアレルギー疾患モデルを作製し、上顎第一臼歯(M1)に矯正力を負荷し、24時間後にM1周囲歯槽骨を採集し、タンパク質、RNAおよび脂質抽出を行い発現量を解析した。その結果、破骨細胞分化促進因子である炎症性サイトカイン(IL-1β, IL-6)に加え、Th17細胞関連サイトカインや、アレルギー性炎症を亢進させる脂質メディエーターであるロイコトリエンB4および受容体の発現量が増加した。矯正治療の際に起こる歯根吸収は解決すべき重要な課題だが、未だ原因の究明には至っていない。我々は疫学調査や動物実験により、アレルギー疾患自体が歯根吸収のリスクを高める可能性を報告しており、そのメカニズム解明を進めてきた。我々はアレルギー疾患モデルとして知られているBrown Norway (BN)ラットに卵白アルブミン(OVA)感作を行い、IgEや炎症などアレルギー惹起を行った後、ラットをOVA感作および上顎第一臼歯(M1)への矯正力負荷群、OVA感作群、矯正力負荷のみの群、無処置群の4群に分けて行った。今後は、Resolvin E1などの抗炎症性脂質メディエーターが矯正的歯の移動時に生じる歯根吸収に対して抑制的な効果を有するかどうかについて、ラットモデルに対する薬剤投与実験を行い、歯根吸収量や骨吸収マーカーの変動について解析する予定である。歯科矯正治療は、歯槽骨の吸収と添加が適切に行われることにより、歯が移動する。しかし、時に副作用として歯根が吸収される。この歯根吸収は、解決すべき重要な課題であるが未だ原因の解明には至っていない。疫学調査によりアレルギーと歯根吸収との関連が示唆されたことに着目し、本課題ではアレルギー誘導と歯根吸収との関連を動物実験により解明をねらう。アレルギー疾患モデルとして知られているBrown Norway (BN)ラットに卵白アルブミン(OVA)感作を行い、IgEや炎症などアレルギー惹起の確認を行った。ラットをOVA感作および上顎第一臼歯(M1)への矯正力負荷群、OVA感作群、矯正力負荷のみの群、無処置群の4群に分けて実験を行い、M1の歯周組織のRNA解析および組織解析を行った。DNAマイクロアレイによるRNAの網羅的発現解析により、OVA感作および矯正力負荷群では他の群と比較して、RANKL、IL-1、TNF、IL-17aやIL-23aおよびプロスタグランジン、ケモカインの発現が上昇していた。さらに、炎症性脂質メディエーターであるロイコトリエン(LT)群の発現が上昇していた。免疫組織染色により、LT合成酵素である5-lipoxygenaseおよびLTB4受容体であるBLT1が歯根膜に発現していることが確認された。今後経時的な発現変化や細胞レベルでのおよび多角的に発現変動を解析する。BNラットをアレルギーおよび上顎第一臼歯(M1)への24時間の矯正力負荷群、アレルギー群、矯正力負荷のみの群、無処置群の4群に分けて実験を行い、M1の歯周組織のRNA解析および組織解析を行った。まず、DNAマイクロアレイによるRNAの網羅的発現解析を行った結果、アレルギーおよび矯正力負荷群では他の群と比較して、RANKL、IL-1、TNF、Th17細胞関連サイトカイン(IL-17a, IL-23a)およびプロスタグランジン、ケモカインの発現が上昇していた。さらにRNAサンプルによるReal-time PCR解析やconventional PCR解析を行った結果、炎症性サイトカインであるIL-1やIL-6とともに、LTB4関連因子(5-lipoxygenase, LTA4h)やLTB4受容体であるBLT1やBLT2 mRNAの発現が、アレルギーおよび矯正力負荷群において他の群と比較して上昇していることが確認された。併せてELISA法にてLTB4の局所における発現量を調べたところ、アレルギーおよび矯正力負荷群では他の群と比較して発現量の増加が認められた。また、IL-17a,やIL-23a mRNAの発現も上昇しており、Th17細胞との関連性が示唆された。今年度は歯の移動局所における発現動態を調べるため、免疫組織染色を行った。LT合成酵素である5-lipoxygenaseおよびLTB4受容体であるBLT1が矯正力負荷により圧迫された歯根膜に集積して発現していることが示唆された。歯科矯正学現状では、研究は順調に進行し、ほぼ計画通りに成果が得られている。

しかし、薬剤投与実験のための投与法、薬剤濃度の検索のために時間を要したため、今後の順調な成果獲得のために、更なる実験が必要である。現状では、研究は順調に進行し、ほぼ計画通りに成果が得られている。当初は、ラットにおけるアレルギー炎症の確認や、矯正装置であるコイルスプリングの安定的な装着などに時間を要したが、試行錯誤の結果、研究期間内に安定的な方法をみいだすことができた。その結果マイクロアレイの解析もできたことから、今後も順調に成果が得られると考えている。本年度の実験により、薬剤投与法の手技を確立し、スムーズな実験遂行のために障害となる問題は減少した。今後はサンプル収集について効率を上げることにより、研究推進スピードを上げていく予定である。本年度の実験により、ラットへの歯科矯正装置装着や試料採取の手技に熟練した。さらに、効率的な解析のために、骨試料破砕機や、新規のreal-time PCR解析装置も導入し、予備的な実験も完了していることから、今後の研究スピードは上がると考えている。ラットへの薬剤投与実験法を確立するのに時間を要したため、実験進行に遅れが生じてしまったため。薬剤投与実験に使用するラット購入費および薬剤購入費に使用する予定である。研究を進めていく上で必要に応じて研究費を執行したため、当初の見込額と執行額は多少異なったが、研究計画に変更はなく、前年度の研究費も含め、当初予定通りに計画を進めていく。研究成果は、国内外の学会にて発表予定であり、その内容は英語論文にまとめ社会に発信する予定であるため、次年度は、研究費を旅費や論文英文校閲、論文投稿にも使用する予定である。
浮動軸型洋上風車コンセプトの初期検討

浮体式洋上風車の主流は、陸上で実績のある水平軸型風車を浮体上に搭載する形式である。しかし、このような高重心の構造物を洋上で直立に保とうとすると、大型浮体のコスト、動揺する高所での保守作業の安全確保などにより経済性を高める事は難しい。この問題の解決策の1つが、新形式の浮体式垂直軸型風車であるFloating Axis Wind Turbine (FAWT)である。円筒型浮体をタービンシャフトとし、回転軸の傾斜を許容する事で、支持構造を大幅に削減し、洋上風力発電の経済性を高める。本研究では、ローター軸支持機構、高アスペクト比の傾斜風車の実験方法、ローター動揺におけるジャイロ効果の影響を検討した。現在検討されている浮体式洋上風車の主流は、陸上で実績のある水平軸型風車を浮体上に搭載する形式である。しかし、このような重心の高い浮体構造物は、大型化する浮体によるコスト増、動揺する高所での保守作業の危険性などの問題がある。一方、垂直軸型風車(VAWT)は低重心で単純な構造となるため、浮体式に適したコンセプトして再評価が進められているが、大重量ローターを支えるベアリングの開発が難しい。そこで本研究では、円筒型浮体をVAWTローターの回転軸とする事で大型ベアリングを不要とするFloating Axis Wind Turbine (FAWT)コンセプトを検討している。FAWTは、回転軸の風力に応じた傾斜を許容する事で、浮体を含む支持構造の削減と低コスト化を狙っている。このため本研究では、風車傾斜が性能に与える影響を、数値シミュレーションおよび流体実験で評価する。流体数値シミュレーションの結果は、既存の風洞試験結果を用いて比較検証した。ただし、実験の風車は、ビルの屋上などで傾斜した風を受けるVAWTを想定しており、検討中の浮体式VAWTよりもローターのアスペクト比が小さい。このためアスペクト比の影響を調べるため、高アスペクト比の風洞試験用模型を用意した。この実験は計画よりも遅れているが、これまでに開発した流体数値シミュレーション結果との比較を行い、その成果を発表していく。提案コンセプトのローター支持機構は、本研究での検討の結果、当初よりも単純で低コスト化が期待できるデザインに変更された。大型浮体式VAWTでは、ジャイロ効果による姿勢安定化が期待されるが、係留されたまま回転する大型ローターの挙動は不明な点が多い。このため、ローター運動の6自由度運動モデルによる波浪中の動力学シミュレーションを開発した。この成果については、2014年中の発表を予定している。回転軸の傾斜を自由にした垂直軸型の浮体式洋上風車の特性を検討するため、今年度は実験用模型の製作を進めた。当初は水槽実験用の模型を予定していたが、協力研究者の風洞装置を利用できるように水槽と風洞で共用できる仕様に変更した。風洞試験による傾斜流中の特性試験を2013年度に行う。傾斜した垂直軸型タービンの特性と支持機構は、風車用、潮流・海流発電用でも基本的に同じである。経済性を高めるため、支持機構のデザインを再検討し、既存技術を用いた単純な機構とした。また風車、海流の応用例について、それぞれ経済性の検討を行った。決定した交付額では、当初計画していた水槽実験が困難であるため、協力研究者の風洞装置を利用する方針に切り換えた。既存の風洞試験装置での使用と、将来の水槽実験の可能性を考慮するため、模型の設計製作が予定よりも遅れる事となった。2013年度はじめより、共同研究員に依頼している模型が完成次第風洞試験を開始することで、研究計画の遅れを取り戻す。また経済性予測、設計の具体化など、実験結果にあまり依存しない部分の進捗を早める。共同研究員に依頼している模型の設計製作を行い、波浪中の挙動の検証を行う。予算の制限があるため既存の試験装置での使用を実施する。また、計算機上で行うことができる経済性の可能性評価などの研究を実施する予定。
T細胞のクロマチン構造調節因子と発ガン

クロマチン構造を介して遺伝子発現を制御する因子にはHOX遺伝子の発現維持に必要とされるtrithorax-group及びPolycomb-group遺伝子群が知られているが、私は最近マウスの未分化T細胞で発生段階特異的に発現されるtrx-Gの新しいメンバーを発見し、sab1遺伝子と名付けた。SAB1はショウジョウバエASH1と線虫のLIN59ホモログで、少なくとも5つの機能ドメインを有する。特にSAB1にはASH1とLIN59に無いブロモドメインがあり、ゲノムのメチル化を欠くショウジョウバエや線虫との遺伝学的相違を反映している可能性がある。一方、SAB1はヒストンシャペロンSETに結合するSEBと高い相同性があり、ヒストン調節への直接的関与が示唆される。従ってSAB1はエピジェネティックな遺伝子制御の分子メカニズムを解明する新しい手掛かりになると考えられる。(1)in vitroでSAB1の機能を阻害することによりT細胞の分化が抑制されるが、前骨髄性白血病細胞でもSAB1はHOX遺伝子発現調節に関与している。(2)ヒトsab1ホモログはプロモーターがGC-rich領域にあってTATAボックスを欠く事が分かっていたが、私はマウスsab1遺伝子の全長を含むPACクローンをスクリーニングしsab1遺伝子上流の塩基配列を解析した。今後sab1の組織及び発生段階特異的な発現機序を明らかにする上で、プロモーター付近の機能解析が重要となる。(3)sab1遺伝子を欠損する動物モデルを作成しSAB1のin vivoでの機能を明らかにする目的で、翻訳開始コドンがあるエクソン2をターゲットにしたベクターを作成した。(4)SAB1の分子機能を明らかにする為にはSAB1と反応する因子を同定することが必須であり、SAB1のPHDドメインやブロモドメインを囮にした酵母2ハイブリッドスクリーニングから幾つかの候補を得た。
無線電力空間の基礎研究

無線電力空間を実現する場合に最大の壁となるのが電波法であり、全ての周波数帯においてエネルギー伝送のために許可された周波数は現存しないため、技術的には可能であっても実現が困難となる。そこで今年度は現在電波法で許可されている通信用周波数帯を利用し、通信用の電波のキャリア部分をエネルギー伝送として利用するための基礎研究として、昨年度までに設計・試作された無線電力空間内のマイクロ波と無線LAN通信との電磁両立性に関する実験を行った。無線電力空間内においては周波数2.45GHz、電力密度1mW/cm^2以下のマイクロ波エネルギーで満たされており、この状況下で2.4GHz帯無線LAN通信の混信状況を確認した。確認方法として、pingを用いたアドホックネットワークの混信測定実験、およびULTRAVNCを用いたコンピュータの遠隔操作実験を行った。pingによる混信測定実験においては、一部の無線LANチャンネルでエラーやパケットロスが発生したものの、それ以外の無線LANチャンネルでは通信が可能であることが確認された。エラーやパケットロスの発生原因としては、無線LANカード等のハードウェアに対するマイクロ波エネルギーの影響、無線電力空間内のマイクロ波と無線LAN通信との混信等が考えられる。またULTRAVNCを用いた遠隔操作実験においては、どのチャンネルにおいてもパケットロスなく円滑に遠隔操作ができることを確認した。これらの実験結果より、一部の無線LANチャンネルを回避することにより無線電力空間と無線LAN通信との電磁両立性は可能であると結論づけられる。本研究の目的はこれまでにない電波のエネルギー利用により、コードレスで電気エネルギーを利用できる「無線電力空間」の最適設計及び基礎実験を行うことである。本年度は無線電力空間の最適化設計を試作を含めて行う。無線電力空間の様々な設計条件を検討し、今年度は設計条件に基づき提示議論を解決するため、調査とシステムの最適化設計を行った。無線電力空間の概念の有用性に対して、太陽電池システムとの比較が当然の疑問としてあがってくる。また、マイクロ波強度の人体への防護指針を守らなければならないため、可能使用機器は数W以下の機器に限られてくる。太陽電池システムとの比較検討、仕様機器の選定を行った結果、無線電力空間の設計指針が決定できた。その結果、基礎実験として、定格800WCWの2.45GHz民生用マグネトロンと導波管スロットアンテナを送電システムとして使用することとした。この送電システムを用いた場合、上記の部屋で1mW/cm^2以下の均一電力密度空間を作るためのアンテナ配置と、1mW/cm^2以下の均一電力密度空間を作るために必要なマイクロ波電力を求めるために、FDTD法を用いてシミュレーションを行った。シミュレーションサイズは5.8x4.3mのシールドルームを模擬した。その結果、150W以下のマイクロ波を放射すればほぼすべての空間で1mW/cm^2を満たし、ほぼ均一な電力空間を実現できることが分かった。次に設計したユビキタス電源システムで実証実験を行った。経済性からマグネトロンと導波管スロットアンテナを選択し、1mW/cm^2以下で高効率となる新しいレクテナを開発した。その結果、実験部屋の中すべての場所において携帯電話の充電に成功した。無線電力空間の様々な設計条件を検討し、昨年度は設計条件に基づき提示議論を解決するため、調査とシステムの最適化設計を行った。今年度はその設計に基づき、人体への安全基準である1mW/cm^2以下の電力密度で高効率動作する受電整流素子レクテナの開発を行った。レクテナパラメータを詳細に検討しながら最適化を行い、1mW入力での効率向上を図った。その結果、1mWマイクロ波入力でほぼ50%の効率を持つレクテナの開発に成功した。このレクテナはプリントダイポールと低域通過フィルター、整流回路で構成され、それぞれ200Ωのコプレナー線路を用いている。このレクテナは無線電力空間以外にも現在世界中で研究が進んでいるRF-IDに応用することができる。さらにこのレクテナアレイを用いてウエアラブルな「はっぴレクテナ」を開発した。無線電力空間で十分な電力を得るためには、電力密度を人体への安全基準より強くすることができない以上、レクテナ面積で稼ぐほかない。その上で「携帯性」「利便性」を追求した結果、人体で一番面積が稼げる服の背中にレクテナアレイを装着することとした。はっぴレクテナははっぴの背中部分にデュアル偏波72素子レクテナアレイが3枚装着されており、無線電力空間内で百mW程度の直流を得ることができる。

pingによる混信測定実験においては、一部の無線LANチャンネルでエラーやパケットロスが発生したものの、それ以外の無線LANチャンネルでは通信が可能であることが確認された。エラーやパケットロスの発生原因としては、無線LANカード等のハードウェアに対するマイクロ波エネルギーの影響、無線電力空間内のマイクロ波と無線LAN通信との混信等が考えられる。またULTRAVNCを用いた遠隔操作実験においては、どのチャンネルにおいてもパケットロスなく円滑に遠隔操作ができることを確認した。これらの実験結果より、一部の無線LANチャンネルを回避することにより無線電力空間と無線LAN通信との電磁両立性は可能であると結論づけられる。
ケイ素三重結合化合物を鍵モノマーとするポリアセチレンケイ素類縁体の創製

ケイ素などの第3周期以降の高周期典型元素におけるπ電子系化合物(多重結合化合物)は炭素などの第2周期元素π電子系化合物に比べ、占有π軌道準位が著しく高く、非占有π*軌道準位が著しく低いという特徴を持つ。またケイ素-ケイ素σ結合(単結合)の軌道準位は炭素-炭素π軌道準位に匹敵するほど高く、ケイ素-ケイ素単結合で連なったポリマー(ポリシラン)では主鎖を形成するσ電子が、炭素π共役系におけるπ電子のように非局在化するσ共役を発現することも知られている。従って、ポリアセチレンのケイ素類縁体であるポリジシリンでは、高周期元素特有の非局在化したσ電子によるσ共役に加えてπ共役の複合化による新規な物性発現も期待される。本研究では、筆者らが初めて安定な化合物として合成・単離することに成功したケイ素-ケイ素三重結合化合物(ジシリン)の反応性を検討してきた。有機リチウム開始剤によるアニオン重合を行うべく、種々の有機リチウム試剤との反応を行ったところ、tert-ブチルリチウムでは1電子移動とそれに引き続く水素移動を経て、水素置換ジシレニルリチウム種を与え、単独重合は進行しなかった。また、ジシリンの重合活性の向上を目指して新規な置換基を導入したモノマー(ジシリン)の合成検討を行った。その結果、ジアルキル(アリール)シリル基を導入したジシリンは、spケイ素が空間的に接近するアリール基に対して反応活性であり、spケイ素が空間的に接近するアリールC-H結合へ挿入を経て異性化するため、ジシリン自体を安定に単離することが出来なかった。一方、トリアルキルシリル基を導入した第2のジシリンを安定に合成することには成功し、その分子構造を単結晶X線結晶構造解析で決定した。ケイ素-ケイ素三重結合化合物ジシリンの単独重合によるケイ素π共役ポリマー(ポリジシリン)またはアセチレン類との共重合によるハイブリッドπ共役ポリマーの合成を目指す上で、ジシリンの基本的な反応性を理解すべく、我々が構造解析に成功している安定で単離可能なケイ素-ケイ素三重結合化合物ジシリンと有機小分子との反応性について検討した。立体的に小さいアルコールや二級アミン類との反応では、無触媒でケイ素-ケイ素三重結合への2分子付加が進行し、1,1-ジアルコキシジシラン、1,1-ビス(ジアルキルアミノ)ジシラン誘導体をそれぞれ与えた。また、オレフィン類も無触媒でケイ素-ケイ素三重結合への[2+2]環化付加反応が進行し、ケイ素-ケイ素二重結合を環内に含むジシラシクロブテン誘導体を与えることが明らかになった。また、cis-及びtrans-2-ブテンとの反応で、オレフィンの幾何構造を保持したジシラシクロブテン誘導体が得られたことから、立体特異的に進行することも分かった。理論計算を含めて考察した結旺、トランス折れ曲がり構造を持つケイ素-ケイ素三重結合の蔓内にある非対称最低非占有軌道(LUMO)とオレフィンの最高占有軌道(HOMO)の相互作用により[1+2]付加が起こり、環外に二価ケイ素(シリレン)を持つシラシクロプロパン中間体が生成し、次いで環拡大することによりジシラシクロブテン環が形成されることが明らかになった。一方、多種多様な高周期14族元素間三重結合の選択的な合成の鍵反応剤となる同一ケイ素上に3つの求核反応点を持つトリリチオシランの発生を検討した。嵩高いトリアルキルシリル基を持つトリブロモシランをTHF中、-78度で過剰の粉末状リチウムと反応させることでトリリチオシランが生成することを、捕捉実験により確認した。ケイ素-ケイ素三重結合化合物ジシリンの単独重合によるケイ素π共役ポリマー(ポリジシリン)またはアセチレン類との共重合によるハイブリッドπ共役ポリマーの合成を目指す上で、ジシリンの基本的な反応性としてアルキン類との反応性について検討した。種々のアルキン類との反応を行ったところ、無触媒で末端アルキンと比較的クリーンな反応が進行し、ジシリン1分子、アルキン2分子の[2+2+2]環化付加により1,2-ジシラベンゼンが生成することが明らかとなった。フェニルアセチレンとの反応で得られた1,2-ジシラベンゼン誘導体のNMRデータ及びX線構造解析で決定した分子構造から、1,2-ジシラベンゼンが十分な芳香族性を持つことも示唆された。ジシリンとアセチレン2分子の形式的[2+2+2]環化付加反応について理論計算を実施した。1分子目のアセチレンの付加は、トランス折れ曲がり構造を持つケイ素-ケイ素三重結合の面内にある非対称最低非占有軌道(LUMO)とアルキンの最高占有軌道(HOM6)の相互作用により[1+2]付加が起こり、環外に二価ケイ素(シリレン)を持つシラシクロプロペン中間体が生成し、次いで環拡大することによりジシラシクロブタジエン環が形成されると考えられた。次いで2分子目のアルキンの[4+2]環化付加により1,2-ジシラデュワーベンゼン、続く原子化異性により最終的に1,2-ジシラベンゼンを生じているものと推定された。

またケイ素-ケイ素σ結合(単結合)の軌道準位は炭素-炭素π軌道準位に匹敵するほど高く、ケイ素-ケイ素単結合で連なったポリマー(ポリシラン)では主鎖を形成するσ電子が、炭素π共役系におけるπ電子のように非局在化するσ共役を発現することも知られている。従って、ポリアセチレンのケイ素類縁体であるポリジシリンでは、高周期元素特有の非局在化したσ電子によるσ共役に加えてπ共役の複合化による新規な物性発現も期待される。本研究では、筆者らが初めて安定な化合物として合成・単離することに成功したケイ素-ケイ素三重結合化合物(ジシリン)の反応性を検討してきた。有機リチウム開始剤によるアニオン重合を行うべく、種々の有機リチウム試剤との反応を行ったところ、tert-ブチルリチウムでは1電子移動とそれに引き続く水素移動を経て、水素置換ジシレニルリチウム種を与え、単独重合は進行しなかった。また、ジシリンの重合活性の向上を目指して新規な置換基を導入したモノマー(ジシリン)の合成検討を行った。その結果、ジアルキル(アリール)シリル基を導入したジシリンは、spケイ素が空間的に接近するアリール基に対して反応活性であり、spケイ素が空間的に接近するアリールC-H結合へ挿入を経て異性化するため、ジシリン自体を安定に単離することが出来なかった。一方、トリアルキルシリル基を導入した第2のジシリンを安定に合成することには成功し、その分子構造を単結晶X線結晶構造解析で決定した。
超臨界流体分散を利用したハイブリッドナノ粒子の抽出・回収技術の開発

超臨界二酸化炭素を用いて、有機化合物が修飾した金属酸化物ナノ粒子を分散および洗浄した。高圧場観測セルを用いてレーザー光のチンダル現象による軌跡を観測した結果、40°C,9.0MPa近傍の条件下で本粒子が分散し、12.5MPaの条件下にすると分散性を失うことを見出した。その結果をもとに、本粒子の洗浄プロセスに二酸化炭素を導入することにより、本粒子から不純物である未反応修飾剤および有機溶媒を分離することに成功した。高圧セルを用いて、有機-無機ハイブリッドナノ粒子を超臨界二酸化炭素に分散させ、そこにレーザー光を照射することで、レーザー光の軌跡から分散状態を観察した。39°C、7.8MPaの超臨界二酸化炭素に何も添加せず、レーザー光を照射した場合、レーザー光の軌跡は確認できなかった。一方、39°C、7.8MPaの条件下で本粒子を添加した場合は内部が透明であるにもかかわらず、レーザー光を照射したときはレーザー光の軌跡が観測できた。これは、本粒子がこの条件では凝集せず分散していることを意味する。その後さらに二酸化炭素を導入し圧力を9MPaに昇圧した場合、レーザー光の軌跡が消失した。これは、本粒子がこの条件では分散せず窓や壁面に吸着したためと考える。以上の結果から、本粒子は超臨界二酸化炭素のある条件では分散し、ある条件では分散しない可能性があることを確認した。この結果は、合成した粒子から未反応の修飾剤や合成時に用いた有機溶媒を抽出(洗浄)するのに有効と考える。つまり、未反応の修飾剤や有機溶媒が超臨界二酸化炭素に溶解し、粒子のみが析出する条件を決定することで分離が可能になり、これまで遠心分離やその他洗浄に行ってきた複雑な工程が簡略化できることが期待できる。この結果は、当該研究課題を充分に満たすものであり、進行に問題は無い。次年度はより詳細な条件設定を行い、流通式の有機-無機ハイブリッドナノ粒子合成装置と組み合わせることにより、汎用的な本粒子の連続合成装置もしくは連続洗浄装置の開発を検討する。当該年度では、まず流通式合成装置で連続的に本粒子を合成することを行った。高温・高圧可視化セルを用いて合成過程を観察したところ、粒子合成温度に達するまでの昇温過程が鍵となることが判明した。そこで流通式合成装置を昇温過程が存在する設計に変えたところ、これまでより高収率で本粒子が合成できた。これは、粒子合成温度(400°C)に達するまでの200°C300°Cにおいて、修飾剤と金属イオンが反応し本粒子の前駆体が合成されたためと考える。さらに合成装置の回収液を遠心分離により過剰の溶媒を除去することで、溶媒および未反応修飾剤で湿潤した本粒子サンプルを得た。得られたサンプルをそのまま熱乾燥した(A)と、さらにエタノールで洗浄して凍結乾燥した(B)と、超臨界二酸化炭素抽出装置で洗浄した(C)のサンプルを作成した。透過型電子顕微鏡の画像から、(A)の粒子は凝集し、(B)および(C)は凝集していないことがわかった。さらに(B)および(C)をシクロヘキサンに分散させたところ、はじめ透明な分散液になったが、2週間後(B)のみ粒子が沈降してしまっていた。このことから、本手法である超臨界二酸化炭素洗浄によって非常に分散性のある粒子が得られることが分かった。以上の結果から当該プロジェクトで有機-無機ハイブリッドナノ粒子を連続的に合成することに成功し、さらに超臨界二酸化炭素で洗浄することで、有機溶媒中で凝集しない粒子が得られることが分かった。これは、今後のハイブリッドナノ粒子の大量合成に期待できる他、環境負荷の低い二酸化炭素を使用することで洗浄用の有機溶媒を低減した洗浄方法に大きく貢献できる結果となった。
グローバル教育における国際比較実践授業研究-通信機器を活用した学級間リンケイジによる児童の情報交換授業研究-

1.平成7年度の研究課題先行研究「グローバル教育における国際比較実践授業研究」(平成6年度)において実践された生徒同士の情報交換は、主にビデオテープを中心としたものであり、交換の頻度が限られたものであったが、本年度ではコンピューターによるネットワーク通信網を利用して、さらに双方向性の強い相互作用を伴った実践を行うこととした。それには現在整備されつつあるインターネットを利用し、文字および画像を使用して情報交換することを計画した。2.授業実践ならびに調査対象設定した調査フィールドは、日本:兵庫教育大学附属小学校、同中学校、韓国:ソウル教育大学校附属国民学校、ポハン製鉄西小学校、米国:ウィスコンシン州ノースウッズ小学校、ノーススター中学校、テネシー州ストーナー・クリーク小学校、イ-キン小学校、サウスサイド中学校、デュポン-ヘッドレイ中学校であった。3.実践ならびに調査方法まず研究に先だち、兵庫教育大学において全体会議が開かれ、インターネットを利用した交換授業がどのようなものであるべきかが議論された。そこではまずお互い同士が知り合うこと、そして児童生徒の興味を中心として、情報の交換をし合うことが決められた。日本からは米国の年度初頭に合わせて研究分担者ならびに協力者が派遣され、各国の学校でのコンピューター・ネットワークの利用状況、それに伴う交換実践の可能性を調査した。兵庫教育大学附属小・中学校ではそれぞれがインターネット上のワールド・ワイド・ウェブ(WWW)でホームページ(テキスト・画像・音声などを一覧できる情報データベース)を作成した。参加中学生は個人で英語を使用してホームページを作成し、さらに英文でのメッセージを電子メールを通じて送信した。4.実践ならびに調査結果調査の結果、インターネットに接続が可能なのは韓国のソウル教育大学校附属国民学校をのぞくすべての学校であった。そのうち電子メールならびにワールド・ワイド・ウェブ(WWW)を直接使用可能なものはイ-キン小学校ならびにデュポン-ヘッドレイ中学校であった。その他の学校では電子メールのみが使用可能であり、WWWについては姉妹大学よりデータを物理的に運ぶことになった。参加校のうち実際にコンピューターによる交信を実施できたのは、ノースウッズ小学校、イ-キン小学校、ノーススター中学校、デュポン-ヘッドレイ中学校であった。これらの学校の児童生徒たちは、日本側の作成したホームページを見るとともに電子メールを受け取り、特定の児童生徒に対して返事を書くことによって交信を続け、現在もそれが継続している。この双方向通信によって、日本の小学生は相手国の文化に対する興味を一層深めると同時にネットワーク通信そのものにも関心を示した。さらに日本の中学生はそれに加えて、英語を単なる教科としてではなく、コミュニケーションの道具として実際に役立つものと認識しはじめた。問題点としてあがったのは、1)小学校段階では、言語の壁があるために直接コミュニケーションができず、教師の負担となったために円滑な情報交換をするに至らなかった。2)個人対個人の友好を深めるために、写真を掲載しようとしたところ、アメリカのウィスコンシン州の参加校からネットワーク犯罪(身元が判明することによる誘拐など)のおそれがあるとして実現しなかった。3)児童生徒の身近な興味関心をもとにして情報交換をすることにしたが、説明不足等により内容が異文化間でも興味を喚起するようなものになりえず、継続した交流になりにくかったものも多かった。今後の課題としては、コンピューター・ネットワークを利用した双方向通信の特性と可能性をさらに探り、既存のカリキュラムとの融合が計られるようにする必要があると考えられる。

この双方向通信によって、日本の小学生は相手国の文化に対する興味を一層深めると同時にネットワーク通信そのものにも関心を示した。さらに日本の中学生はそれに加えて、英語を単なる教科としてではなく、コミュニケーションの道具として実際に役立つものと認識しはじめた。問題点としてあがったのは、1)小学校段階では、言語の壁があるために直接コミュニケーションができず、教師の負担となったために円滑な情報交換をするに至らなかった。2)個人対個人の友好を深めるために、写真を掲載しようとしたところ、アメリカのウィスコンシン州の参加校からネットワーク犯罪(身元が判明することによる誘拐など)のおそれがあるとして実現しなかった。3)児童生徒の身近な興味関心をもとにして情報交換をすることにしたが、説明不足等により内容が異文化間でも興味を喚起するようなものになりえず、継続した交流になりにくかったものも多かった。今後の課題としては、コンピューター・ネットワークを利用した双方向通信の特性と可能性をさらに探り、既存のカリキュラムとの融合が計られるようにする必要があると考えられる。
NOを介した不動化による筋萎縮の分子機構の解明と新たな治療法の開発

本研究の成果として、nNOSは筋萎縮のみでなく萎縮からの回復および筋肥大を制御していることが明らかになった。メカニカルストレス直後に活性化されたnNOSは活性酸素産生酵素であるNADPHoxidase 4(NOX4)によって産生された活性酸素と反応することにより、peroxynitriteとして筋肥大を促進することが示された。この成果は、peroxynitriteの制御を視点とした、新たな筋萎縮防止・筋肥大促進薬の開発に繋がる可能性がある。骨格筋への負荷に応じた神経型一酸化窒素合成酵素nNOSおよびNOの標的分子の探索・抗nNOS抗体を用いた免疫沈降法による標的分子の探索nNOSは骨格筋細胞膜においてα1-syntrophin、dystrophinと結合している。またnNOSは細胞環境の変化に応じて様々な分子と相互作用することで、多様な生命現象を促進することが知られている。平成21年度は、骨格筋への機械的負荷が変化した時にのみnNOSと相互作用する分子を免疫沈降法により探索した。その結果、いくつか候補となり得る分子が確認できたので、今後、標的タンパク質の同定を通して、それらの標的タンパク質がS-ニトロシル化されているかどうか検討する予定である。・biotin-switch法および抗S-ニトロシル化システイン抗体を用いた免疫沈降法による標的分子の探索nNOSにより産生されたNOはタンパク質のシステイン残基と反応し、S-ニトロシル化翻訳後修飾を介してタンパク質機能を制御する。平成21年度は、S-ニトロシル化された部位を特異的にbiotinに置き換えるbiotin-switch法、またS-ニトロシル化された部位を特異的に認識する抗体を用いた免疫沈降法によってnNOSの新規標的分子を探索した。しかしながら、生理条件下におけるNO産生量は少ないためか、標的分子の同定には至っていない。今後、実験系の精度、感度を改善する必要があると考えている。骨格筋への負荷に応じた一酸化窒素合成酵素nNOSの機能解析・翻訳後部位特異的抗体を用いた免疫沈降法によるrNOS標的分子の探索nNOSは細胞環境の変化に応じてNOを産生する。NOはチロシンニトロ化、システインニトロシル化、システィングアニル化等によるタンパク質機能の制御を介して、多様な生命現象を促進することが知られている。今年度は、各翻訳後修飾特異的な抗体を用い、免疫沈降実験を行った。さらに、その免疫沈降物を質量分析にて同定し、候補となりうる分子を同定した。今後、同定された標的タンパク質の機能評価を行う予定である。昨年度に引き続き、S-ニトロシル化された部位を特異的にbiotinに置き換えるbiotin-switch法の改良を行った。細胞内グルタチオンによるNOの非特異的な除去を防ぐ為、筋抽出時に過酸化水素等を加えたが、有用な改良法とはならなかった。・筋肥大におけるnNOSの機能解明並行して進めている検討により、nNOSは筋萎縮のみでなく、筋萎縮からの回復過程および筋肥大過程を制御していることがわかった。このことはnNOSが筋萎縮と筋肥大という相反する生命現象を制御し、骨格筋におけるメカノセンシング機構に関与していることを示唆している。今後、過負荷時におけるnNOSの機能をより詳細に解析する予定である。我々は、負荷軽減によってもたらされる筋萎縮に、神経型一酸化窒素合成酵素(neuronal nitric oxide synthase(nNOS))が深く関与していることを明らかにした。すなわち、マウスの尾部懸垂時に筋細胞膜から遊離したnNOSは細胞質に移って一酸化窒素(nitric oxide:NO)を産生し、Forkhead box O(Foxo)転写因子のリン酸化を阻害してE3ユビキチンリガーゼの発現を活性化することにより、プロテアソーム系を活性化し、筋タンパク質の分解を促進して、筋萎縮を招いていた(Suzuki N.et al.,J. Clin. Invest.,117,2468-2476,2007)。本申請では、1)マウスの尾部懸垂時にnNOSが活性化されるメカニズムを解明し、2)活性化されたnNOSの標的分子を探索し、Foxoの活性化メカニズムを検討する。3)更にnNOSが筋萎縮で活性化されるオートファジー(自己消化)によるタンパク質分解にも関与しているかをモデル動物を用いて検証する。nNOSが筋萎縮を誘導する分子メカニズムを解明できれば、廃用や不動化による筋萎縮のみならず、疾患(癌、感染、慢性疾患に伴うカヘキシア、筋ジストロフィー等)や老化(サルコペニア)に伴う筋萎縮を阻止あるいは軽減させる治療法の開発に発展すると期待される。ところが、研究を進めるうち、nNOSは筋萎縮のみでなく萎縮からの回復および筋肥大を制御していることが明らかになった。

骨格筋筋肥大におけるnNOSの機能を明らかにする為、共働筋切除を行い、メカニカルストレスによる筋肥大誘導モデルを用いた結果、nNOSはメカニカルストレス直後に活性化された。メカニカルストレス直後に活性化されたnNOSは活性酸素産生酵素であるNADPHoxidase 4(NOX4)によって産生された活性酸素と反応することにより、peroxynitriteとして働くことがわかった。またnNOS欠損型マウスおよびperoxynitrite消去剤投与群では、メカニカルストレス後に起こるmTORの活性化が起こらなかった。これらの結果から、過負荷後に産生されるNO/peroxynitriteが、筋肥大を促進する分子であることが明らかになった。この成果は、今後、nNOSINOを出発点としながらもperoxynitriteの制御を視点とした、新たな筋萎縮防止・筋肥大促進薬の開発に繋がる可能性がある。