hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
インプラント植立者における咬合力制御機構

現在,補綴治療においてインプラントを選択する機会が増加している.インプラントは顎骨と骨結合するため周囲の歯根膜は存在せず,インプラント周囲からの感覚情報が制限される.一方,歯根膜感覚受容器は咬合時に歯牙に加わる力をフィードバックし,咀嚼時の咬合力を経時的に変化させながら咀嚼運動を巧妙に制御していると推察される.そこで,インプラント患者のゴム硬さ弁別およびその時の咬合力(弁別時咬合力)を同時に測定することにより,インプラント植立者の咬合力制御機構を検索した.その結果,1,ゴム硬さ弁別実験の正常有歯顎者群における正解率は左側で75.2±3.94%(mean±SD),右側で72.25±2.96%,インプラント患者群における正解率は天然歯側で70.66±4.50%,インプラント側で68.66±7.11%であった.以上より被験者間および左右側間の正解率に有意な差は存在しなかった.2,ゴム硬さ弁別時の咬合力は正常有歯顎者群の左側で49.18±3.22N(mean±SD),右側で45.54±3.80N,インプラント患者群における弁別時咬合力は天然歯側で63.31±11.11N,インプラント側で62.42±10.37Nであった.以上より正常有歯顎者群の左右側間およびインプラント患者群の被験歯間の弁別時咬合力に有意差は存在しなかった.しかし,ゴム硬さ弁別時の咬合力はインプラント患者群が正常有歯顎者群と比較して有意に大きかった.以上より,インプラント植立者においては歯根膜感覚の喪失を他の口腔感覚や,咬合力を増加することにより補償し,咬合力を制御しているものと思われる.現在,補綴治療においてインプラントを選択する機会が増加している.インプラントは顎骨と骨結合するため周囲の歯根膜は存在せず,インプラント周囲からの感覚情報が制限される.一方,歯根膜感覚受容器は咬合時に歯牙に加わる力をフィードバックし,咀嚼時の咬合力を経時的に変化させながら咀嚼運動を巧妙に制御していると推察される.そこで,インプラント患者のゴム硬さ弁別およびその時の咬合力(弁別時咬合力)を同時に測定することにより,インプラント植立者の咬合力制御機構を検索した.その結果,1,ゴム硬さ弁別実験の正常有歯顎者群における正解率は左側で75.2±3.94%(mean±SD),右側で72.25±2.96%,インプラント患者群における正解率は天然歯側で70.66±4.50%,インプラント側で68.66±7.11%であった.以上より被験者間および左右側間の正解率に有意な差は存在しなかった.2,ゴム硬さ弁別時の咬合力は正常有歯顎者群の左側で49.18±3.22N(mean±SD),右側で45.54±3.80N,インプラント患者群における弁別時咬合力は天然歯側で63.31±11.11N,インプラント側で62.42±10.37Nであった.以上より正常有歯顎者群の左右側間およびインプラント患者群の被験歯間の弁別時咬合力に有意差は存在しなかった.しかし,ゴム硬さ弁別時の咬合力はインプラント患者群が正常有歯顎者群と比較して有意に大きかった.以上より,インプラント植立者においては歯根膜感覚の喪失を他の口腔感覚や,咬合力を増加することにより補償し,咬合力を制御しているものと思われる.
LB法を利用した油汚れの水系洗浄に関する基礎的研究

水系洗浄で効果的に油汚れを除去するための基本的情報を得るために,モデル洗浄系を作製した。基質には石英ガラス板を用い,γ-アミノプロピルトリエトキシシラン(APTES)およびメチルトリエトキシシラン(MTES)を用いて表面処理を行った。基質表面のぬれ性および表面自由エネルギーを測定したところ,処理によりぬれ性と表面自由エネルギーの酸-塩基成分の減少が起こることがわかった。また,水中でAPTES処理基質は正に,それ以外は負に帯電していることがわかった。油汚れのモデルとしてアラキジン酸を用いた。水面上のアラキジン酸展開単分子膜の表面圧測定,並びにブリュースターアングル顕微鏡による観察を行い,固体凝縮膜をLangmuir-Blodgett(LB)法で基質に累積した。このモデル系を用いて各種水溶液中でアラキジン酸LB膜の超音波洗浄を行い,洗浄前後の基質の赤外反射吸収スペクトルから洗浄性を評価した。その結果,基質のぬれ性や表面電荷が洗浄性を支配しており,本モデル系が洗浄研究を行うのに有効であることが確認できた。また,界面活性剤やエタノールの濃度,並びに温度が増大すると洗浄率が増大し,従来の知見と矛盾しないことも確かめられた。次に,水晶振動子(QCM)法の金電極表面にアラキジン酸単分子膜を累積し,各種水溶液中で超音波洗浄を行った。洗浄前後のQCMの周波数変化からLB膜の洗浄率を評価したところ,温度効果,並びにアルカリ,エタノールおよび界面活性剤の添加効果が得られた。洗浄液の接触角と表面自由エネルギーを測定してアラキジン酸LB膜/基質界面への洗浄液の浸透に伴う自由エネルギー変化ΔGを算出し,実験結果を検討したところ,LB膜の洗浄性は基本的にΔG値に支配され,アルカリ共存下ではケン化除去が起こっていることが示唆された。さらに,LB膜を付着させたQCMに172nmのエキシマ紫外光を短時間照射すると,その後の水系洗浄が促進されることがわかった。油汚れを水系洗浄で効果的に除去するための基本的情報を得るために、モデル洗浄系の構築を試みた。基質にはシリカガラス板を用い、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン(APTES)、メチルトリエトキシシラン(MTES)、パーフルオロエチルトリメトキシシラン(FETMS)の3種のシランカップリング剤を用いて表面処理を行った。基質に対する水の接触角をWilhelmy法により測定したところ、ガラス板をシランカップリング処理すると接触角の増大、すなわち疎水化が起こり、疎水化の程度はAPTES<MTES<FETMSであった。次に、作製した基質、油汚れのモデルとしてのアラキジン酸、並びに洗浄媒体としての水/エタノール混合液の表面自由エネルギーを接触角測定法により評価した。その結果、ガラス板をシランカップリング処理すると表面自由エネルギーの酸-塩基成分が減少し、減少の程度はAPTESで処理したガラスで最も小さく、FETMSで処理したガラスで最も大きかった。また、水にエタノールを加えると、酸-塩基成分が減少することがわかった。さらに、基質の界面動電位を水/エタノール混合液中で測定した結果、APTESで処理した基質は正に、それ以外の基質は負に帯電していることがわかった。また、エタノール濃度が増すと界面動電位の絶対値が減少する傾向が認められた。基質上にアラキジン酸単分子膜をLangmuir-Blodgett(LB)法で累積してモデル洗浄系を作製し、水または水/エタノール混合液中で超音波洗浄を行った。

その結果、エタノールの添加により汚れ除去が促進されることがわかった。また、アラキジン酸膜を累積したのち、紫外線を照射すると汚れの洗浄性が増大することが示唆された。洗浄媒体に水を用いて油汚れを効果的に除去するための基本的情報を得るために、モデル洗浄系を作製し、各種水溶液中で超音波洗浄を行った。まず、各種シランカップリング剤(γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、パーフルオロエチルトリメトキシシラン)でシリカガラス板に表面処理を行った結果、ぬれ性や表面自由エネルギーの異なる各種基質を得た(J.Adhesion Sci.Technol.,Vol.13,No.11,pp.1307-1320,(1998)並びにSecond International Symposiumon Acid-Base Interactions:Relevance to Adhesion,Abstracts,p.32)。次に、油汚れのモデルとしてのアラキジン酸をLangmuir-Blodgett(LB)法で基質に付着させた。すなわち、水面上にアラキジン酸展開単分子膜を作製し、単分子膜を圧縮したときの表面圧測定、並びにブリュースターアングル顕微鏡(BAM)による観察を行った。固体凝縮膜が形成される条件で、垂直浸漬法で単分子膜を基質に累積した。累積膜の赤外反射吸収スペクトル並びにBAM像から、単分子膜は配向を保ったままY膜として移しとられ、基質上に均一なアラキジン酸LB膜が作製できたことが確認された。このモデル系を用いて水溶液中で超音波洗浄を行い、洗浄前後の基質の赤外反射吸収スペクトルから洗浄性を評価した。洗浄率はアニオン界面活性剤SDSやエタノールの添加により増大する傾向を示した。SDSやエタノールの存在下で温度の影響を調べたところ、温度の増加により洗浄速度が著しく増大し、80°Cで完全に除去できた。未処理ガラスに較べ、シランカップリング処理を行うとLB膜の洗浄性が減少し、処理剤の種類によって洗浄率は異なる値を示した。この結果は基質の表面自由エネルギーと界面動電位により説明できた(23rd World Congress and Exhibition of the lnternational Society for Fat Research,Abstracts,p.78)。水媒体中での油汚れの除去に関する基本的情報を得るために,Langmuir-Blodgett(LB)法を用いてモデル洗浄系を作製し,各種水溶液中で超音波洗浄を行った。油汚れのモデルとしてアラキジン酸を使用した。基質には石英ガラス板を用い,シランカップリング剤(γ-アミノプロピルトリエトキシシラン,メチルトリエトキシシラン)で処理した。水面上のアラキジン酸展開単分子膜を基質上に累積したのち,この基質を水溶液中に浸漬してアラキジン酸LB膜の超音波洗浄を行い,洗浄前後の基質の赤外反射吸収スペクトルから洗浄性を評価した。その結果,シランカップリング処理基質は未処理基質に較べてLB膜が除去されにくく,基質のぬれ性や表面電荷が洗浄性を支配しているという結果が得られた。また,界面活性剤やエタノールの濃度,並びに温度が増大すると洗浄率が大きくなるという結果が得られた。
光音響と超音波応答性ナノバブルによる革新的セラノスティクスシステムの開発

現在、血管病変の早期診断を目的として、光音響(PA)イメージング法に基づいた高精度なPA造影剤の開発が求められている。本研究では、超音波(US)造影ガス封入リポソーム(BL)の基盤技術に光音響技術を新たに融合させることで、血管病変の標的化診断治療に資するPA造影剤を搭載した新規PABLを開発し、PA法とUS併用による非侵襲的なセラノスティクスシステム(診断と治療)の創製を目指す。実際にがんや虚血モデルを用いて本システムの有用性を検証する。新規開発の光音響BLは、高い光音響効果を有する化合物のBLへの搭載により、深部組織の高精度診断と治療の両機能を有した革新的セラノスティクス製剤の創製が期待できる。
沿岸重要魚スズキの地方個体群に関する研究

日本沿岸における水産重要種スズキは近年養殖が盛んに行われている。ところが、スズキには様々な地方個体群の存在が指摘されており、それが単なる種内変異なのか、あるいはもっと別の存在なのか、これまで全く研究されてこなかった。そこで、スズキ属魚類の分布域である東アジアの各地から標本を入手し、基礎である分類学的な再検討から研究を開始した。研究の結果、スズキ属は2種とされていたが、従来スズキの名前で呼ばれていたものは2種に分類するのが妥当との結論に達した。すなわち、中国大陸沿岸を中心に分布する個体群と日本列島沿岸・朝鮮半島南岸に分布するものとは、従来から体の斑紋などで違いが指摘されてきたが、詳しい検討の結果、前者はタイリクスズキ、後者はスズキという近縁ではあるが、形態学的に、また遺伝学的に全く別の種であることがわかった。さらに、日本沿岸のスズキ地方個体群の中で、体の斑紋がタイリクスズキによく似た集団として知られていた、有明海のスズキを稚魚・成魚の形態学的、遺伝学的特徴について、研究を進めた結果、大変興味深い結果を得ることが出来た。有明海産個体群は形態学的に見るとタイリクスズキの特徴をよく持ちながらも、スズキの特徴も持っていること、遺伝学的に見るとタイリクスズキとスズキの交雑集団を起源にしている可能性があること、しかも有明海産個体群は現在周辺海域のスズキ個体群とは交雑せず独立したものと考えられることなど、動物学的に見て、注目すべき研究結果を得ることが出来た。成魚の比較形態と地理的分布の調査から、従来、スズキとヒラスズキの2種と考えられていた東アジア産スズキ属魚類はスズキ、中国産スズキ、ヒラスズキの3種に分類するのが妥当であるとの結論に達した。特によく似ているスズキと中国産スズキについては、体側の斑紋、鱗数、鰓耙数等に統計学的に有意な差が見られ、区別できる特徴を整理した。従って近年、養殖魚の種苗として大量に輸入されている中国産スズキと在来のスズキとの判別は可能になった。そして、模式標本類の調査も行って、学名を特定することが出来たので、種レベルのスズキ属魚類の分類学的研究は、ほぼ終了した。有明海と若狭湾のスズキ個体群の稚魚の生態については、前者は川を遡上し、後者は川へ入らない等の相違が見いだされた。従って次年度の研究の基礎はおさえられたと思っている。中国産スズキと、スズキ(日本産スズキの1個体群である千葉県沿岸のものを用いた)について、稚魚期における形態の相違点を見つけるために、受精卵から飼育し、前期仔魚になるまで連続的に形態の観察を行なった。両者の形態の比較研究の結果、斑紋や、その形成過程について様々な相違が見つかり、それらは別種のレベルに相当し、成魚の比較形態に関する研究結果とよく一致した。平成7年度には中国産スズキと日本産スズキの学名の整理、有明海産と他の日本列島産との成魚あるいは未成魚における形態形質の比較、中国産と日本産(千葉県産)の個体群の成長に伴う低塩分適応能力の比較を行い、一応の結果を得た。中国産スズキと日本産スズキは別種の関係にあり、これまで諸研究者によってつけられていた複数の学名を整理し、それぞれに妥当な学名を適用した。この結果は平成7年度日本水産学会秋期大会で中坊が口頭発表した。有明海産と日本列島各地産のスズキの間には、いくつかの形態形質で有意な差がみられた。まず脊椎骨数であるが、前者のモードは35であるが、後者は36となり臀鰭軟条数は前者では平均が7.97だが後者では8.33、側線下方横列鱗数は前者では平均が20.86だが後者では20.15となっており、いずれも統計的に有意な差が検出された。

中国産と日本産(千葉県産)のスズキの成長に伴う低塩分適応能力を比較するために低塩分水での飼育実験をおこない死亡率の変化とプロラクチンの産生状態の変化を調べた。実験の結果、中国産スズキは日本産のものに比べて、低塩分化での死亡率が低く、低塩分耐性が高いことが分かった。そして、それと対応して低塩分下では中国産スズキの方が日本産のものに比べてプロラクチン比の値が高いことがわかった。これらの結果によって、生活史の初期において中国産スズキは日本産スズキよりも、より低塩分のところですごすことが推測された。以上のことについては鋭意、論文として公表するべく準備をすすめている。今年度は研究の締めくくりと次ぎの研究へのステップとして、スズキ各地個体群、タイリクスズキ(中国産)、ヒラスズキの遺伝的情報による相互の類縁関係の推定をミトコンドリアDNAのDループ領域を解読することと、アロザイムを分析することで行った。用いた材料は、スズキは大阪湾、鳥取県、宮崎県、朝鮮半島西岸、有明海、タイリクスズキは朝鮮半島西岸、台湾、ヒラスズキは高知県から得られたものを用いた。その結果、以下の大変興味深いことがわかった。ミトコンドリアDループ領域の示すハプロタイプはスズキ型、タイリクスズキ型、ヒラスズキ型の3型にわけることができた。スズキ型のハプロタイプは大阪湾、鳥取県、宮崎県、朝鮮半島南岸のスズキに同定される標本のすべて、タイリクスズキ型のハプロタイプは台湾、朝鮮半島西岸のタイリクスズキに同定される標本のすべて、ヒラスズキ型のハプロタイプはヒラスズキに同定される標本のすべてが持っていることがわかった。興味深いのは有明海のスズキ個体群で、これは80%の個体がタイリクスズキ型、20%の個体がスズキ型のハプロタイプをもっていることがわかった。さらに、核DNAの情報を反映しているアロザイムを分析した結果、有明海のスズキ個体群はタイリクスズキとスズキの遺伝子の半分づつを共有していることが判明した。これらのことは有明海のスズキ個体群が過去にタイルクスズキとスズキが交雑した個体群を祖先にもち、現在は両者のどちらとも交雑していない独立した個体群であることを暗示している。今後は平成6・7年度と今年度に得られた結果を基礎にして、有明海のスズキ個体群の独立性に焦点をしぼって研究を進めて行く必要がある。現在、そのテーマで、科学研究補助金を申請しているところである。
金属薄膜・細線の高温変形に関する基礎的研究

半導体素子配線材料と,バルク材料の間の変形・破壊機構の相違を明かにする基礎的研究の第一段階として,配線によく使用されるAl-1%Si-0.5%Cu合金の薄板材や箔材のクリープ変形挙動に及ぼす試料厚さtと結晶粒径dの影響を基礎的に調べ,単に薄いアルミニウム材料において,高温変形機構がバルク材と異なるかどうか,ストレスマイグレーションのような形態の破断が起こるかどうかについて明かにしようとした。その結果,定常クリープ速度は,t/dの-α乗に比例し,この指数αは負荷応力が30MPa以上ではほぼ1であり,応力の低下とともに小さくなったが,実験範囲内では常に正の値を示した。すなわち,クリープ速度は結晶粒径が大きくなるほど,また試料厚さが薄くなるほど,速くなった。見かけの応力指数は,7.910.4の大きな値となったが,しきい応力を考慮することにより,真の応力指数は5と判定された。しきい応力の存在を指示する結果として,試料内にはSi相の分散が見られ,他方,応力指数が5であること(回復律速の転位クリープ)を裏付ける結果として,定常クリープ変形途中の試料をTEM観察した結果,亜結晶粒組織が見られた。破面観察の結果では,ストレスマイグレーションに生じるような粒界破壊は見られず,t≧200μmとバルクに近い試料ではディンプル形成型の破面,より薄いt≦100μmの試料では高延性材に見られるチゼルライン型の破面を呈した。これらの結果から,このような薄い材料では,粒界近傍で亜結晶粒が細かく,また表面近傍で粗いという亜結晶粒組織の不均一に基づいた新しいモデルにより,変形が進行すると推察された。このモデルは,これまで均一な組織を前提として論じられてきた高温変形の分野において,新しい基礎理論となるものと期待される。半導体デバイスに一般に用いられるAl-1%Si-0.5%Cu合金の薄板材(50200μm)の引張試験片(平行部幅6mm,長さ10mm)を,溶解,鋳造,熱間・冷間圧延などにより作製し,大気中,温度200°C,初期応力σ=2540MPaの条件で,定荷重引張クリープ試験に供した。そしてクリープ変形・破壊挙動に及ぼす試験片厚さtおよび結晶粒径dの影響を調べた。その結果,試験片が薄くなるほど定常クリープ速度ε_sは概して速くなったが,同じ厚さでも結晶粒径が大きくなるほど,クリープ速度は速くなり,結局t/dが小さくなるほどクリープ速度が速くなると結論された。一方応力に対しては,概ねε_s∝σ^nのべき乗則が成立し,応力指数nは610という値となった。また破面は粒内延性破面を呈した。これまで半導体デバイス配線の変形機構として拡散クリープが引用されてきたが,本試験条件下では転位クリープが主たる機構であると結論された。引続き,別に調製した30および10μm厚の箔材についても同様に試験した結果,上記とは逆に試験片厚さが薄くなるほどクリープ速度は遅くなった。この原因として調製方法の違いによる試験片の再結晶集合組織の違いが考えられたので,X線回折により調べたが,この違いではクリープ速度の違いを説明できなかった。一方上述のようによく引用される拡散クリープについて,理論的に解析した結果,クリープ速度と応力・結晶粒径などに関する結論の関係式は同じであったが,従来の理論の導出方法には大いに問題があり,新しい導出方法を提案しつつある。平成10年度に引続き半導体デバイスに一般に用いられるAl-1%Si-0.5%

Cu合金の薄板材(10200μm)の引張試験片(平行部幅6mm,長さ10mm)を,溶解,鋳造,熱間・冷間圧延などにより作製し,大気中,温度200°C,初期応力σ=1550MPaの条件で,定荷重引張クリープ試験に供した。そしてクリープ変形・破壊挙動に及ぼす試験片厚さtおよび結晶粒径dの影響を調べた。その結果,平成10年度よりも初期応力範囲を拡大したが,t/dが小さくなるほどクリープ速度が速くなるという傾向は同様に認められた。一方応力に対しては,概ねε_S∝σ^nのべき乗則(n=610)が成立すると考えて考察していたが,厳密な変形理論および合金中に分散するSi相を考慮し,しきい応力σ_<th>を導入した式ε_S∝(σ-σ_<th>)^<n'>を用いて解析した結果,応力指数n'は5となり,変形は,平成10年度に提案した転位クリープによって生じることが確認された。また変形中の組織を透過電子顕微鏡により観察した結果,結晶粒内が転位網からなる亜結晶粒で構成されていることが分かり,このことからも転位クリープ機構が裏付けられた。クリープ速度の試料厚さおよび結晶粒径依存性については,結晶粒界で転位が堆積され,試料表面では逆に消滅することから,結晶粒界近傍で亜結晶粒が微細となり,表面近傍で粗大となるというモデルを提案した。このモデルに基づけば,t/dが小さくなるほど平均亜結晶粒径が大きくなり,クリープ速度が速くなることが無理なく説明できた。平成12年度は,このモデルを透過電子顕微鏡観察や結晶方位差顕微鏡(OIM)で実験的に検証する予定である。半導体素子配線材料と,バルク材料の間の変形・破壊機構の相違を明かにする基礎的研究の第一段階として,配線によく使用されるAl-1%Si-0.5%Cu合金の薄板材や箔材のクリープ変形挙動に及ぼす試料厚さtと結晶粒径dの影響を基礎的に調べ,単に薄いアルミニウム材料において,高温変形機構がバルク材と異なるかどうか,ストレスマイグレーションのような形態の破断が起こるかどうかについて明かにしようとした。その結果,定常クリープ速度は,t/dの-α乗に比例し,この指数αは負荷応力が30MPa以上ではほぼ1であり,応力の低下とともに小さくなったが,実験範囲内では常に正の値を示した。すなわち,クリープ速度は結晶粒径が大きくなるほど,また試料厚さが薄くなるほど,速くなった。見かけの応力指数は,7.910.4の大きな値となったが,しきい応力を考慮することにより,真の応力指数は5と判定された。しきい応力の存在を指示する結果として,試料内にはSi相の分散が見られ,他方,応力指数が5であること(回復律速の転位クリープ)を裏付ける結果として,定常クリープ変形途中の試料をTEM観察した結果,亜結晶粒組織が見られた。破面観察の結果では,ストレスマイグレーションに生じるような粒界破壊は見られず,t≧200μmとバルクに近い試料ではディンプル形成型の破面,より薄いt≦100μmの試料では高延性材に見られるチゼルライン型の破面を呈した。これらの結果から,このような薄い材料では,粒界近傍で亜結晶粒が細かく,また表面近傍で粗いという亜結晶粒組織の不均一に基づいた新しいモデルにより,変形が進行すると推察された。このモデルは,これまで均一な組織を前提として論じられてきた高温変形の分野において,新しい基礎理論となるものと期待される。
日本古代の乳製品加工に関する考古化学的証拠の探求

本研究では、遺跡出土土器を対象に、土器残存脂質分析や古プロテオミクス分析など、世界最先端の考古生化学的方法を用いて日本古代の乳製品生産の証拠を探ろうとするものである。今年度は、奈良文化財研究所において実験と方法の洗練化を進めるとともに、世界各地での研究事例を収集した。また、2018年12月8日には、国立民族学博物館との共催により、同館にて「古代ユーラシアにおける乳製品の加工と利用ー考古生化学によるミルク研究の最先端と北東アジア地域の位置づけー」を開催した。このシンポジウムの内容は、以下の通りである。ジェシカ・ヘンディ(マックスプランク人類史科学研究所・グループリーダー)「明らかになった古代アナトリアにおける乳加工の証拠」、ペニー・ビックル(ヨーク大学考古学科・専任講師)「ヨーロッパの最初の農民はミルクをのんだか?新しい考古科学の方法が乳加工の起源の研究に与えたインパクト」、シェヴァン・ウィルキン(マックスプランク人類史科学研究所・研究員)「ショットガンプロテオミクスで探る古代モンゴルの乳製品の加工」、辛嶋博善(国立民族学博物館・特任助教)「民族学の視点から」、庄田慎矢(奈良文化財研究所・主任研究員)「考古学の視点から」。本研究課題の最初のケーススタディーとして、平安時代の牧と想定されている山梨県百々遺跡から出土した土器片を、本研究のために山梨県埋蔵文化財センターより試料提供を受け、試験的な分析を行った。分析の結果、これらの資料のうち最も良好な脂質の残存が確認された1点について、英国ヨーク大学考古生化学研究所に設置されているGC-c-IRMSによって個別脂肪酸の炭素安定同位体比を測定した。その結果、この土器に含まれる脂質は乳製品由来ではないものの、反芻動物の脂肪に由来するものであることが明らかになった。これを受けて、この有機物がウシに由来するのか、同じく反芻動物であるシカに由来するのかを確認するのに必要となる同試料の残存タンパク質分析を行うために、ドイツ・マックスプランク人類史科学研究所より専門家を招聘した。この際に、残存タンパク質分析のためのサンプリングを行うと同時に、今後の短期および長期にわたる共同研究計画について討議した。またこの機会を利用して、セミナー「ヨーロッパの考古科学と日本の動物考古学の出会い」を2018年2月10日に奈良文化財研究所にて開催し、国内外の動物考古学やタンパク質分析の専門家や研究分担者らによる討議と情報交換を行った。分担研究者である植月は地方の牧の遺跡における動物骨の組成について整理し、同じく分担研究者である桑田は木簡に書かれた内容から平城宮京内での乳製品の動きを追跡し、整理した。初年度は実験施設の準備に大半の時間を費やす計画であった。しかし、実際にはそれとともに様々な情報交換や海外機関での測定を進めることができた。また、非常に有意義な国際研究集会を開催することもできた。奈良文化財研究所内において脂質抽出およびGC-FID、GC-MSの測定を行う体制を整備し、乳製品の搬入先であり、消費地である平城宮京関連遺物の分析を行う。分担研究者が分担金を効率的に執行したため、少額の残額が発生した。これを次年度の予算と合わせまとまった金額とすることで、効率的な執行を計画している。
脳皮質脳波および誘発電位を用いたリアルタイム脳機能ネットワーク診断

脳表脳波の高周波成分を用いた脳機能マッピング法が従来の電気刺激マッピングと比較しても精度が十分に高く、短時間かつ低侵襲なマッピング法だと示すことができた。本マッピング法を応用して、側頭葉頭蓋底のマッピングを行い、顔認知機能について詳細なマッピングを施行することができ、国際共著としてPNASに論文報告することができた。また、脳波を用いたマッピング法は課題遂行を必要とするため、課題遂行ができない症例に対しては適応が困難であることが問題点であった。そのため、課題遂行を要しない非覚醒下での術中言語機能マッピング法について研究を行い一定の結果を出すことができた。今後の研究に期待が寄せられている。従来の脳機能マッピングは脳皮質を直接電気刺激して症状を誘発する電気刺激マッピングが行われていた。ただ、この手法では被検者の協力が必要な点、多くの計測時間を要する点、さらに痙攣誘発の危険性が問題であった。こうした問題点を解決するべく、我々は硬膜下電極を用いて、脳表から直接測定できる脳皮質脳波の高周波成分(60-170Hz)に着目して脳機能マッピングを行ってきた。特定の課題(言語課題、運動課題など)を遂行することにより、対応する脳皮質の機能部位に有意に60-170Hzの高周波律動をリアルタイムに検出することができた。この手法は、従来の電気刺激マッピングに劣らず精度が高く、痙攣誘発することなく短時間での脳機能マッピングが可能であった。特に、手術時間が限られている覚醒下手術での有用性は高く、これまでに施行した術中脳波マッピングの結果をまとめて英文論文として報告し、脳波を用いた脳機能マッピング法が確立したものだと周知することに貢献できた。また、本手法について学会発表などを通じて興味のある施設から連絡をいただいており、当施設でのマッピング法の見学、および、他施設への出張での脳機能マッピングの実践など本手法の認知度及び期待度が高まっていると実感している。現段階では、「被験者協力が必要」という問題点を解決できていないことから、今後は課題を必要とせずに脳機能マッピングを行える手法の確立を目指している。課題を必要としないマッピング法が可能となれば、意識障害のある患者や高齢のため覚醒下手術での適応から外されていた患者に対しても脳機能温存の脳外科手術が可能となると考えられ、革新的なマッピング法の誕生となると期待でき、今後も研究を継続していく。今回の研究では、脳波を用いたマッピング法の確立を最低限の目標としていた。これまで論文発表や学会発表を通して十分な結果を得ることができ、本目標は達成できた。また、本マッピング法を当施設内のみならず、他施設の研究者とも実践および一定の測定結果を共有できたことにより、本マッピング法が一般的に応用できることを示すことができた。この業績が基盤となり、次なる研究へとつなぐことができた。脳皮質電位(ECoG: electrocorticogram)の高周波成分(HGA: high gamma activity)を用いた脳機能マッピング法の有用性について研究を行ってきた。これまでに覚醒下手術症例、および、てんかん外科手術に対して本マッピング法を臨床応用し、従来の脳皮質電気刺激マッピング(ESM: Electrical stimulation mapping)と比較して精度が高く、短時間で侵襲の少ない有用なマッピング法であったことを報告してきた。本年度は、HGAマッピングの応用として頭蓋底マッピング、さらには、非覚醒下での言語機能マッピングの実現に向けて研究を継続した。頭蓋底マッピングに関しては、右側頭葉底部の紡錘状回に顔認知領域(FFA: fusiform facial area)をHGAマッピングで確認し、てんかん外科手術で同領域を温存することに成功した。特に、同部位でのESMで顔の変化を捉えることができ、その結果をPNASに共著で発表した。また、非覚醒下での言語マッピングに関しては、HGAマッピングの受動的なリスニング課題と皮質皮質間誘発電位(CCEP: cortico-cortical evoked potential)を組み合わせることで、言語課題遂行することなく前頭葉言語野(Broca野)、および側頭葉言語野(Wernicke野)を同定することに成功した。この結果に関しては国内学会にて発表し、その発表内容が評価されて和文として論文発表した。これらの研究内容に関しては国内のみならず海外からも注目され、国際学会での招待講演も行い、研究成果の発信を継続して行っている。脳波を用いたマッピング法は皮質を主に捉えているため、皮質下の白質のマッピングも行う必要がある。こうした問題を解決する方法として、皮質-皮質間誘発電位を測定し、研究を開始している。この手法では硬膜下電極の1つを1Hzの単発刺激を加算平均することで白質の連合線維を介して関連のある皮質を検出することができる。

この手法は特に被験者の課題遂行を必要としないことも大きな特徴である。脳波を用いたマッピング法について、これまでの結果から受動的に音を聞くだけで側頭葉言語野を検出できることを確認している。これらを組み合わせることで、音声を聞かせて側頭葉言語野の脳波を検出し、その後に皮質-皮質間誘発電位を行うことで前頭葉言語野を検出することが可能となる。このマッピング法が確立すれば、課題遂行を必要とせずに皮質および白質の言語機能を捉えることが可能となる革新的なマッピング法となる。これまで、数例施行して一定の結果が得られていることから、今後症例を重ねて論文および学会報告することを予定している。機能脳神経外科学本研究では脳波測定に硬膜下電極(ユニークメディカル社)を使用している。覚醒下手術に用いる電極は保険償還できないため本研究費より算出しているが、てんかん外科症例では保険償還できるため、当初の予定よりも購入枚数が少なくなっている。また、例年オーストリアのg.tec社より研究者の受け入れを行っているが、本年度は受け入れがなかったため費用が生じなかった。次年度は硬膜下電極、リード線の購入およびg.tec社からの受け入れを予定しており、前年度分を今年度分に使用する。本研究で使用する硬膜下電極、リード線などの消耗品は今年度も必要である。また、現在英文論文1本投稿中、さらに英文論文を1本執筆中であり、これらに関わる英文校正、カラー印刷、別刷り代を必要とする。その他、g.tec社との研究交流を通じて機器類のアップデート等に費用が必要となることを予定している。
グラフ表現に基づくノンパラメトリックな対称性の検定

分布の原点に関する対称性を調べることは処理前後の観測値の差により処理効果を調べるときに重要である。対称性の検定では、観測値の正規性が成立すれば通常のt-統計量が用いられるが、正規性が成立しなければノンパラメトリック統計量を用いる必要がある。対称性の崩れが位置母数で表されるならノンパラメトリック統計量の中でも線形順位統計量が用いられ、また正規性が成立していて高い効率を持つ。しかしながら、一般にはこのようなきれいな仮定が成立するとはかぎらない。本研究では正規性や位置母数の仮定が成立しなくても対称性の考察に有効なデータのグラフ表現法について考察し、以下の実績をあげた。(1)連結線分図を用いたデータのグラフ表現法を構成した。グラフは、もし対称性が成立すれば縦軸に沿って原点からある定点に向かい、対称性が崩れていればある特定のパターンが出るように構成されている。このグラフを見ることにより視覚情報が得られ、適切な統計量の選択や仮説の崩れの方向を確認できる。線形順位統計量はグラフ内の一点で表現される。(2)対称性の崩れを見るための標本指標を、片側仮説、両側仮説にわたって数種類構成した。これらの指標を検定統計量として用いることができる。(3)検定統計量の分布を調べた。統計量のいくつかはスコアを変形させた線形順位統計量となり、漸近正規性が成立する。非線形な統計量の分布は理論的には導けなかったが、コンピュータシミュレーションで調べた。(4)従来からある線形順位統計量との相対効率を調べた。新しい統計量は位置母数の仮定が成立していても従来の物に遜色なく、仮定が崩れればより良いことが分かった。さらにシミュレーションにより検出力も調べた。(5)得られた成果は現在とりまとめており、学術雑誌に投稿する。
寄生虫感染における好酸球遊走性サイトカインの役割

好酸球増多を引き起こす蠕虫疾患として、典型的な住血吸虫やM.cortiをモデルとして、好酸球遊走性サイトカインの役割を検討した。これらの疾患においては、肝臓など組織内において、好酸球系の造巣が多数観察された。造血巣の形成部位は、組織内虫卵や虫体周辺の炎症性細胞の浸潤部位から、ある程度離れていた。核の形状から見ると、造血巣には輪状核をもった未熟な好酸球が多数観察されるのに対して、虫体周辺の好酸球は、分葉核を持ったものがほとんどであった。これらの事実より、造血巣で成熟した好酸球が炎症部位まで走化性因子の働きで移動していることを示した。寄生虫感染における好酸球遊走性サイトカインの役割を明らかにするために、既に同サイトカインの生が明らかになっている日本住血吸虫とメコン住血吸虫をモデルとして、解析を行った。虫卵結節の培養上清の遊走活性は、感染後6Wでは日本住血吸虫の方が好酸球遊走活性、好中球遊走活性ともに強かっが、感染経過とともに急激に減少した。メコン住血吸虫においても感染経過に伴って好酸球遊走活性、中球遊走活性ともに減少するが、12週以降再び増加した。好酸球遊走性サイトカインであるECF-Lにする抗ECF-L抗体を用いてウエスタンブロットで、各培養上清を比較すると概ね好酸球遊走活と一致した。これらのことから、日本住血吸虫の急性期にみられる好酸球を中心とした炎症性病変に、白血球由来の好酸球遊走性サイトカインが寄与していることが示唆された。また、好酸球をキチナーゼで処理する好酸球の虫卵可溶性抗原に対する好酸球遊走活性は増加した。同処理により好酸球遊走性サイトカインや、同サイトカインの活性部位の合成ペプチドに対する好酸球遊走活性も増加した。これらの結果より好酸球遊走性サイトカインECF-Lは、自らが好酸球の集積に関わる-方で、寄生虫由来の遊走因子に対る遊走活性の増強にも寄与している可能性が示唆された。ECF-Lは、新しい好酸球遊走性因子として最近当研究室で遺伝子クローニングに成功したサイトカインである。このサイトカインは日本住血吸虫感染マウスの肝臓内に虫卵結節形成期に産生される好酸球遊走性因子として研究が始められたが、好酸球増多を引き起こすMesocestoides cortiなどの寄生虫感染でもその産生が増加することが明らかになった。今回の研究は、このサイトカインの役割の解明に必要なサイトカインをM. corti感染マウスより大量精製法の検討し、これを使って抗体の作成及び抗原提示細胞に対する検討をおこなった。M.corti感染、マウスの肝臓、脾臓、腹腔マクロファージ、腹腔浸出液などから精製することを試みた。その結果、腹腔マクロファージの培養液をDE52陰イオン交換クロマトとS3000GWゲルクロマトで高純度に精製できることが解った。抗ECF-L抗体を用いてM.corti感染マウスの肝臓の虫体周囲の結節について免疫染色をおこなった。その結果、虫体周囲の炎症精細胞が染色された。また、脾細胞をM.corti虫体抽出液と培養するとECF-

L産生が抗原依存的に誘導された。さらに、抗原提示細胞として重要な樹状細胞をECF-Lと培養するとCD40発現が増強された。CD40発現がECF-Lに含まれる可能性のあるLPSの混在でないことを示すために、ECF-Lの熱処理をおこなった。ECF-Lの遊走活性は70°C以上の熱処理で完全に失活するのに対して、CD40発現は約70%の失活が見られた。ECF-Lの活性化作用はLPSである可能性は低いものの、活性に必要なエピトープは両者で異なっている可能性が示された。ECF-Lは、新しい好酸球游走性因子として最近当研究室で遺伝子クローニングに成功したサイトカインである。このサイトカインは日本住血吸虫感染マウスの肝臓内に虫卵結節形成期に産生される好酸球游走性因子として研究が始められたが、好酸球増多を引き起こすMesocestoides cortなどの寄生虫感染でもその産生が増加することが明らかになった。今回の研究は、このサイトカインの役割の解明をさらに明らかにするために、免役組織化学による局在の解析および日本住血吸虫、メコン住血吸虫感染における産生の解析をおこない、病理変化に果たす役割を検討した。FITC標識抗ECF-L抗体を用いて、Mesocestoides cort感染マウスの肝臓切片を染色すると虫体周囲に陽性細胞が多数観察された。また、この陽性細胞の多くはナフトール染色でも染色された。Mesocestoides cort感染マウスの骨髄塗沫標本を用いてECF-L陽性細胞の核の形状を観察すると、環状核を持った未熟な好酸球か最も強く染色された。好中球も弱い染色性が見られた。環状核から多形核に移行するにしたがってECF-Lの量が減少することがわかった。また、また核内には存在せず、細胞質に局在していた。日本住血吸虫、メコン住血吸虫の肝臓内の虫卵結節におけるECF-Lの役割を検討するために肝臓から虫卵結節を単離した後一定時間培養し、ECF-L産生量をウエスタンプロットで解析した。その結果日本住血吸虫感染では、感染後6週では高い産生が見られるがその後急激に減少した。虫卵結節の繊維化の経時経過と一致が見られた。一方メコン住血吸虫感染では、15週の慢性期への移行期にECF-Lの高い産生が見られた。メコン住血吸虫では空胞化した虫卵結節が多く、繊維化も日本住血吸虫に比べて不完全であった。これらの結果から、ECF-Lが未熟な好酸球に多く発現されており、虫卵結節形成に役割を持っている可能性があることがわかった。今回の研究では、寄生虫感染における好酸球遊走性サイトカインの役割を明らかにするために、既に同サイトカインの産生が明らかになっている日本住血吸虫とメコン住血吸虫をモデルして、解析を行った。虫卵結節の培養上清の遊走活性は、感染後6Wでは日本住血吸虫の方が好酸球遊走活性、好中球遊走活性ともに強かったが、感染経過とともに急激に減少した。メコ住血吸虫においても感染経過に伴って好酸球遊走活性、好中球遊走活性ともに減少するが、1週以降再び増加した。好酸球遊走性サイトカインであるECF-Lに対する抗ECF-L抗体を用いてウエスタンブロットで、各培養上清を比較すると概ね好酸球遊走活と一致した。これらのことら、日本住血吸虫の急性期にみられる好酸球を中心とした炎症性病変は炎症局所で産生される卵由来の好酸球遊走因子と、白血球由来の好酸球遊走性サイトカインが寄与していることが示された。一方、メコン住血吸虫感染の虫卵結節は空胞化が起こり、感染後12週以降には空胞少なくなる病理変化が起こり、この現象と結節培養上清の好酸球および好中球遊走性サイトカンの増加との関連が示唆された。
消化管内分泌細胞に発現する新たな食品たんぱく質／ペプチド受容体候補の網羅的探索

消化管内分泌細胞における食品タンパク質、食品ペプチドの認識機構に関して、網羅的遺伝子発現解析によりTRPチャネルの一つがCCK産生細胞に発現することを見いだした。牛乳由来の食品タンパク質の認識およびアルデヒドの認識にこの分子が関わることが明らかとなった。さらにラットへのアルデヒドの経口投与により、胃排出の抑制が起きることを明らかにし、これにはTRPA1およびCCKが関与する可能性が考えられた。また、カルシウム感知受容体が種々の食品ペプチドの認識に関与することも明らかとなった。前年度までの研究において、代表的な食品たんぱく質である牛乳カゼインの主要なサブユニットであるα-カゼインが、消化管内分泌細胞株STC-1からのコレシストキニン分泌を強く促進することが見いだされ、この作用における細胞内情報伝達経路を解析した。α-カゼインによるコレシストキニン分泌は、細胞外のカルシウム除去では影響を受けなかったが、細胞内のカルシウムをキレートするBAPTA-AMにより部分的に抑制され、細胞内カルシウムストアからのカルシウム放出が一部関与することが示唆された。また、プロテインキナーゼA阻害剤処理およびアデニル酸シクラーゼ阻害剤処理によりα-カゼインによるコレシストキニン分泌が抑制された。さらにα-カゼインに暴露することで、STC-1細胞内のcAMP産生が増加することが見いだされ、α-カゼインがcAMPの産生を介してコレシストキニン分泌を誘導することが示唆された。また、これまでの研究においてSTC-1細胞での発現が確認されたTRPチャネルの一つであるTransient Receptor Potential Ankyrin-1 (TRAP1)に関して、この阻害剤処理下では、α-カゼインによるコレシストキニン分泌が抑制された。以上の結果より、食品たんぱく質によるTRPA1の活性化が、細胞内カルシウムストアからのカルシウム放出、アデニル酸シクラーゼ活性化を介したcAMP産生などの細胞内情報伝達経路を介してコレシストキニンを放出するメカニズムの存在が示唆された。前年度までの研究において、冷感および辛味受容体として知られるTRPチャネルの一つであるTransient Receptor Potential Ankyrin-1 (TRAP1)がCCK産生細胞において食品タンパク質の受容体として機能することが示唆され、この分子についてさらなる検討を行った。食品タンパク質、食品ペプチドに加え、ある種のアルデヒドがSTC-1細胞からのCCK分泌を強く刺激することを見いだした。鎖長や飽和度の異なるアルデヒド間で比較したところ、短中鎖の2価不飽和アルデヒドが強い作用を持つことが明らかとなった。アルデヒドがTRPA1を活性化するという報告を参考に、TRPA1の関与を検討したところ、このアルデヒドによるCCK分泌促進において細胞内カルシウムシグナルならびにTRPA1が関与することが新たに見いだされた。このことから、TRPA1は、消化管内分泌細胞において食品タンパク質、ペプチド、アルデヒドなど様々な食事因子を受容する分子として機能することが示唆された。また、ラットにおいてアルデヒドを経口投与することで食品ペプチドの経口投与と同様に胃排出が抑制される結果が得られた。胃排出の抑制はCCKの代表的生理作用の一つであり、消化管組織においてもTRPA1の活性化が寄与する可能性が考えられた。消化管内分泌細胞に発現する食品たんぱく質/ペプチド受容体候補を探索するため、マウス小腸由来の消化管内分泌細胞株STC-1とマウス大腸由来の消化管内分泌細胞株GLUTagのmRNA発現を比較したところ、STC-1細胞においてTRPチャネル型受容体の一つであるTRPA1の発現が高いという結果が得られた。また、STC-1細胞をα-カゼインを含む培地で培養すると、TRPA1遺伝子の発現が高まったことより、このものが、α-カゼインの認識に関することが考えられた。代表的な食品たんぱく質である牛乳カゼインの主要なサブユニットであるα-カゼインのCCK分泌作用について上記のSTC-1細胞を用いて解析した。カゼインに含まれる他のサブユニット(β-カゼイン、κ-カゼイン)との比較において、α-カゼインは高いCCK分泌促進作用を有していた。また、カゼインの加水分解物と比較したところ、α-カゼインは大幅に低い濃度でCCK分泌を促進した。これらの結果より、インタクトなα-カゼインが高いCCK分泌活性を持つことが明らかとなった。CCK分泌促進作用を有する大豆たんぱく質加水分解物において、活性成分を単離するために、液体クロマトグラフィー(FPLC)を用いて分子量に基づく分画を行った。その結果、特定の画分への活性の集約は見られず、活性が分散したことより、CCK産生細胞は混在する遊離アミノ酸や、特定の分子量のペプチドだけを認識するのではないことが示された。多様なペプチドの構造を広く認識する機構の存在が考えられた。本研究課題の目的は、消化管内分泌細胞において食品たんぱく質や食品ペプチドの受容体を見いだすことであり、遺伝子発現解析により、CCK産生細胞での食品たんぱく質受容体候補の一つとして、細胞膜に発現するTRPA1分子が、乳タンパクの受容に関わることを見いだした点において、おおむね順調と考える。

本研究課題の目的は、消化管内分泌細胞において食品たんぱく質や食品ペプチドの受容体を見いだすことであり、遺伝子発現解析により、CCK産生細胞での食品たんぱく質受容体候補の一つとして、細胞膜に発現するTRPA1分子を挙げることができた点では、おおむね順調と考える。しかし、この分子が実際に食品たんぱく質を受容する上で機能するかどうかについてはさらなる試験が必要と考える。また、乳タンパクカゼインの主要サブユニットであるα-カゼインが、他のサブユニットや、加水分解物に比べて、強いCCK分泌促進作用を持つことを見いだした点は、当初の計画以上の新たな知見である。これにより、α-カゼインの特性を基に、活性に寄与する構造や、その受容体の特定につながることが期待される。これまでに消化管内分泌細胞株において見いだされた受容体候補分子について、この分子の発現を抑制することで細胞のホルモン分泌応答が抑制されるかを確かめるため、siRNAによるノックダウンを行う。またin vivoにおける発現を、免疫組織染色などにより解析し、腸管組織中において消化管内分泌細胞に発現するかを明らかにする。受容体の免疫染色を確立した上で、消化管内分泌細胞(CCK産生細胞、GLP-1産生細胞)での発現を調べるために、二重染色をおこなう。また、受容体候補分子の特異的阻害剤や、既知のアゴニストなどを用いてin vivoにおいて、各種食品タンパク質/ペプチドに対する消化管ホルモン分泌応答を観察することで、in vivoでの受容体の機能を明らかにする。α-カゼインの強いCCK分泌作用に関して、その細胞内情報伝達経路を解析することで、受容機構の解明を目指す。また前年度見いだされた受容体候補について、消化管内分泌細胞においてsiRNAによるノックダウン、特異的阻害剤処理などにより、その機能をブロックした上で、各種食品たんぱく質/ペプチドに対する消化管ホルモン分泌応答を観察し、受容体として機能するかどうかを調べる。in vitroの試験において見出された、食品たんぱく質/ペプチド受容体候補分子について、ラット、マウス腸管での分布、局在を免疫組織染色により明らかにする。GPCRなどの受容体分子の免疫染色は、細胞内分子に比べると検出が困難であり、個々の分子について、種々の固定法、一次抗体を用いた最適条件の検討が必要になることも想定される。また、受容体候補の特異的阻害剤や既知のアゴニストなどを用いて、各種食品タンパク質/ペプチドに対する消化管ホルモン分泌応答を観察することで、in vivoでの受容体の機能を明らかにする。
シナプス前部と後部の相互作用機構

軸索構造の一部であり神経伝達物質を放出するシナプス前部と、樹状突起の構造の一部であり神経伝達物質を結合する受容体が集積するシナプス後部が特異的に結合することでシナプスはその機能を発揮する。本研究ではシナプス前部とシナプス後部の間での相互作用がシナプス自体の機能、発達、リモデリングをどのように制御するのかを明らかにする。そのために以下の3項目、(A)シナプス前部から放出されシナプス形成を抑制する分子の作用機構の解明(B)シナプス前部と後部の形態変化の特徴抽出と形態・機能相関の解明(C)シナプス前部によるシナプス動態制御機構の生体内での解析を研究の柱として、相互に連携した研究を実施している。(A)の項目においては、培養海馬神経細胞のシナプス形成と安定化を負に制御する分子としてBMP4を同定し、そのシナプス不安定化が個体レベルでも引き起こされることを示した。(B)の項目においては、構造化照明によるイメージング(SIM)と画像処理技術を最適化することで、スパインの3次元構造の定量的な解析手法を実現し、この手法を活用して活動依存的なスパイン構造変化を明らかにした。具体的にはスパイン頭部の凹面がシナプス前部との接着面を形成し、この凹面の増大がスパインの形態変化の特徴となることを示した。(C)の項目に関連して、大脳皮質内からの投射を受ける樹状突起スパインと視床からの投射を受けるスパインの形態の違いを明らかにするための新しいシナプスイメージング手法を検討した。(A)シナプス形成を抑制する分子の作用機構の解明BMP4が軸索で放出され、放出後は軸索表面に係留される事、局所に係留されたBMP4が近傍のシナプスを特異的に不安定化することを明らかにした。更に個体レベルでこのようなBMP4依存的なシナプス不安定化が起こることを確認するために、子宮内電気穿孔法を用いて少数の大脳皮質錐体細胞にCre遺伝子を発現し、その細胞でのみBMP4のノックアウトが起こる系を作成した。BMP4遺伝子がノックアウトされた錐体細胞の軸索ではシナプス密度が上昇した。BMP4がシナプス前部と後部の発達を個体レベルで抑制する負のシナプス制御分子であることが示された。(B)シナプス前部と後部の形態変化の特徴抽出構造化照明法(SIM)により、スパインの3次元構造の定量的な解析が生きた神経細胞のシナプスにおいて可能となった。グルタミン酸のuncagingを組み合わせることで、可塑性誘導前後でのスパイン形態の変化を解析した。シナプス可塑性によりスパイン体積が増大するだけでなく、スパイン頭部の凹面が大きくなり、この凹面がシナプス前部とスパインの接触面に相当することから、シナプス前部と後部の接着が亢進していることが明らかになった。更にこのシナプス頭部の凹面の増大には接着分子であるneuroliginが関与していることを阻害実験から明らかにした。(C)シナプス前部によるシナプス動態制御機構の生体内での解析同じ樹状突起の隣接する二つのスパインにおいても、その動態が入力の性質により独立に制御されることを既に見出している。動態がより安定なスパインについては、上の培養細胞での実験結果から、シナプス可塑性によって頭部が増大し、凹面を形成したスパインである可能性が高い。この事を検証するため、組織レベルで超解像顕微鏡法によるスパイン形態の微細構造解析を実現する手法を開発している。これまでに研究計画は順調に進んでおり、特に項目(A)においてBMP4の機能がシナプス除去であることを個体レベルで明らかにしたこと、項目(B)においてスパイン頭部の構造を詳細に解析し、頭部に形成される凹面が接着分子依存的に可塑的変化を起こすことを見出した点は大きな進展である。。(A)シナプス形成を抑制する分子の作用機構の解明:BMP4がシナプス前部から放出され、シナプス前部と後部の発達を抑制する負のシナプス制御分子であることから、更に個体レベルでの本分子の機能を遺伝子操作により追求する。またBMP4の関連分子についてその機能的な相違点を培養系により検証する。(B)シナプス前部と後部の形態変化の特徴抽出:SIMによるイメージングと画像処理技術を組み合わせる事により、スパインの3次元構造の定量的な解析が実現し、更にこの手法によりシナプス可塑性に伴うスパインの構造変化について新しい知見が得られた。更にこの形態変化の意味を追求するため、シナプス前部と後部の同時イメージングを実施し、両者の形態の関連性と接着面の変化を解析する。(C)シナプス前部によるシナプス動態制御機構の生体内での解析:同じ樹状突起の隣接する二つのスパインにおいて、その動態が入力の性質により独立に制御されるメカニズムを更に追求する。典型的な大脳皮質へのシナプス入力である皮質内の投射と視床からの投射に絞って、組織内でのスパイン微細構造を超解像顕微鏡により検出する手法を適用して解析を進める。そのために以下の3項目、(A)シナプス前部から放出されシナプス形成を抑制する分子の作用機構の解明(B)シナプス前部と後部の形態変化の特徴抽出と形態・機能相関の解明(C)