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日本古代の王権とイエ

以上のことから、更衣所生子が対面の儀以前に内裏にやって来ることはなく、ずっと里邸でのみ養育されていたと結論した。さらに、今上ではない親王・内親王が元服・着裳を行った場所の検討を行い、皇后所生子は内裏や後院など父方の施設で行うことが多かったのに対し、女御所生子、さらに更衣所生子は、基本的に母方の施設で行っていたことを指摘した。以上からは、母のキサキ位が高いほど父方の施設と、キサキ位が低いほど母方の施設と密接な関係にあったとした。これは、親王・内親王の居住に皇后-女御-更衣という母キサキの格差が明確に反映しているのであり、内裏との距離は王権との距離そのものであった。皇太后藤原高子(清和天皇キサキ)が寛平八年に皇太后位を廃された事件については、東光寺の僧善祐との情事という個人的なスキャンダルによるものというのが定説であった。しかし、正子内親王(淳和天皇キサキ)と藤原順子(仁明天皇キサキ)がともに太皇太后として並立している事実にも注目し、高子と正子の状況の共通点を指摘した。つまり、(1)背景には皇統の交替があり、それによって子孫が皇位継承から排除されたために皇統から外れてしまった后、いわば「先皇統の后」が発生するという点、(2)天皇の代替わりか新しい后の冊立に伴って后位が決定される中で、后同士の年齢が近くなるために、后位の定員がうまりやすくなる点の二点を指摘した。すなわち、高子と正子こそが「先皇統の后」なのであり、また、高子の廃后の際にも、正子と順子が太皇太后として並立した際にも、后位に適当な空きがない状態なのであった。そんな中で、「先皇統の后」は現皇位継承者との血縁関係が薄く、その立場は極めて脆弱・不安定なものとなるので、后位の定員がうまっている中で新たな后を立てる際には、空きを作るために排除される可能性が高くなるのであった。つまり、高子の廃后も、「太皇太后」としての正子の不安定な状況も、「先皇統の后」として立場が脆弱なために、定員がうまっている后位の序列から排除された結果であったと結論した。さらに、后位の定員がうまっている際の対処方法の変化ついても論じた。すなわち、平安中期における皇位継承の非直系化と皇后の常置化により、皇后・皇太后・太皇太后という三つの后位では足りない状況が発生しやすくなると、皇后と中宮を別個の后位として分離し、后位を四つに増やして対処したこと、そして、皇位の非直系継承がさらに続き后位が速く回転する中で、四つでも足りない状況が発生するようになると、女院を受け皿にすることで新しい后の誕生を可能にしたことを明らかにした。
層別逆回帰法を用いた説明変量空間の次元縮小に関する研究

データの説明変数が多い場合における回帰分析について、従来から説明変数空間の次元を減らす方法が提案されている。その1つとして、Li, K.C.(1991;JASA)は非常に一般的な回帰モデルの仮定のもとに説明変数の次元を縮小する層別逆回帰法を提案した。しかし、Liが提案した層別逆回帰法のアルゴリズム、さらに他の研究者により提案されたアルゴリズムでは、非常に単純な人工データについても適切な結果が得られないことがある。このような背景のもとで、回帰分析における実用的な説明変数空間の次元縮小を目指し、層別逆回帰法に射影追跡を利用する方法の実用化と理論構築を本研究課題の目的とした。説明変量空間の分布が正規分布であるという仮定のもとでは、射影追跡法を用いた層別逆回帰により、上記の問題を解決することができる。しかし、説明変量空間の分布が正規分布であると仮定できないときには、これによっても適切な次元縮小を実行できるとは限らない。そこで、射影追跡法を「正規分布からの離れた射影方向」ではなく、「ユーザが事前に設定した分布からの離れた射影方尚」を見出すように拡張する方法を開発した。ここで、ユーザが事前に設定した分布として正規分布を用いると、従来の射影追跡法となる。それを利用した層別逆回帰法を開発した。さらに、人工データおよび実際のデータに提案手法を適用させ、その有効性を評価した。大部分のデータに対して、本手法は適切な結果を得ることができた。データの説明変数が多い場合、重回帰分析によって適切な解析結果を得るためには、多くのサンプルが必要であったり、共線性の有無を慎重に検討しなくてはならない。そのために、従来から説明変数選択法が提案されている。しかし、大部分の説明変数が目的変数にある程度関係しているときには、単なる変数選択では適切な結果を得ることは困難である。そこで、ACEや射影追跡回帰のように、説明変数の一次結合により、目的変数を表現しようとする方法が提案された。これらの手法は、特定の回帰モデルを仮定したものである。それらに対して、Li, K. C. (1991 ; JASA)は非常に一般的な回帰モデルの仮定のもとに説明変数の次元を縮小する層別逆回帰法を提案した。しかし、Liが提案した層別逆回帰法のアルゴリズム、さらに他の研究者により提案されたアルゴリズムでは、非常に単純な人工データについても適切な結果を得ることが困難であった。それに対し、研究代表者は、層別逆回帰法に射影追跡を適用することに着目した。これにより、従来の層別逆回帰法では適切な結果を得られないデータについても適切な結果を得ることが可能な方法を構築することができた。本年度は、層別逆回帰法に射影追跡を利用する方法の実用化と理論構築を目指した。具体的成果として、以下の3つがあげられる。(1)ある種の条件付分布を導出することにより、層別逆回帰モデルにおける基礎的理論を構築した。(2)相対射影追跡法を提案し、層別逆回帰における制約条件を除去した。(3)独立成分分析の適用を試みた。データの説明変数が多い場合に、重回帰分析によって適切な解析結果を得るためには、多くのサンプルが必要であったり、共線性の有無を慎重に検討しなくてはならない。このような背景のもとで、回帰分析における実用的な説明変数空間の次元縮小を目指し、層別逆回帰法に射影追跡を利用する方法の実用化と理論構築を本研究課題の目的とする。本年度は、平成14年度の成果を基に、実践的な手法を開発するため、以下の3つの段階で研究を進めた。(1)層別逆回帰法における縮小すべき次元の決定法の研究(2)相対射影追跡法の開発と、層別逆回帰法への適用(3)独立成分分析の考え方を利用した層別逆回帰法の開発以上の研究により、層別逆回帰法の利用に際して、有効な情報を得ることができた。

そこで、射影追跡法を「正規分布からの離れた射影方向」ではなく、「ユーザが事前に設定した分布からの離れた射影方尚」を見出すように拡張する方法を開発した。ここで、ユーザが事前に設定した分布として正規分布を用いると、従来の射影追跡法となる。それを利用した層別逆回帰法を開発した。さらに、人工データおよび実際のデータに提案手法を適用させ、その有効性を評価した。大部分のデータに対して、本手法は適切な結果を得ることができた。
子どもの可能性を伸ばす短時間軽運動プログラムに関する包括研究

運動は,有酸素能の向上をもたらし,生活習慣病予防や体力・学習成績の向上など身心へ好ましい効果をもたらす可能性が高い.近年では,子どもをより良く育むための対策として,子どもたちが多くの時間を過ごす学校における積極的な「運動のススメ」が求められるようになってきた.しかし,学校における業間等を活用した体力向上のための取組等のその多くは,それぞれの教諭や学校の工夫に委ねられるのみに留まり,科学的な根拠に基づき行われていない現状にある.本研究では,短時間軽運動プログラムの効用を包括的に検証することで,学校現場で生活習慣化でき,かつ,子どもの健やかな成長を支える実践的短時間軽運動プログラムの開発を目指す.運動は,有酸素能の向上をもたらし,生活習慣病予防や体力・学習成績の向上など身心へ好ましい効果をもたらす可能性が高い.近年では,子どもをより良く育むための対策として,子どもたちが多くの時間を過ごす学校における積極的な「運動のススメ」が求められるようになってきた.しかし,学校における業間等を活用した体力向上のための取組等のその多くは,それぞれの教諭や学校の工夫に委ねられるのみに留まり,科学的な根拠に基づき行われていない現状にある.本研究では,短時間軽運動プログラムの効用を包括的に検証することで,学校現場で生活習慣化でき,かつ,子どもの健やかな成長を支える実践的短時間軽運動プログラムの開発を目指す.
虚血プレコンディショニングによる生体内アペリン分泌増加を応用した血管新生治療

これまで我々は、「低酸素刺激で機能を賦活化した末梢血単核球細胞移植」と「血管成熟因子アペリンの全身投与」による新たな血管再生治療法を考案し、相乗的治療効果による有効性を証明した。アペリンは内因性ペプチドであり、臓器虚血に応答し、種々の細胞から分泌され、生体内での濃度が増加する点に着目し、臓器(下肢)虚血プレコンディショニングによりアペリンの生体内濃度を高め、全身投与よりも安全に、かつ同様の治療効果が得られると考えた。平成30年度は主にモデルマウス作製を中心に実験を進めた。虚血プレコンディショニングモデルマウスとして、腸骨動脈分岐部直上の腹部大動脈をtapingし、腹部大動脈遮断による5分間虚血と5分間灌流を3サイクル行った。さらに引き続き、総大腿動脈及びその分枝を結紮して下肢虚血モデルを作製した。下肢虚血24時間後、48時間後、72時間後に犠牲死させ、それぞれ下大静脈から血清採取、虚血下肢筋を採取し、タンパク抽出を行い、ELISA法にてアペリンの濃度を測定した。その結果、アペリンの血中濃度、下肢虚血筋内濃度にばらつきを認め、有意な増加が示されなかった。平成31年度はモデル作製の数を増やし、アペリンの血中濃度、虚血下肢筋内濃度に上昇が見られるかを再度検証し、低酸素刺激で機能を賦活化した末梢血単核球細胞移植と組み合わせることで、全身投与と同様の相乗的治療効果が得られるか検証を進めていく。本年度は主にモデル作製の実験を行い、期待した結果が得られなかった。本研究では同一マウスを用いて、2種類のモデル作製を要することから、結果にばらつきが生じるものと考えられた。期待した結果は得られていないが、概ね研究計画通りに進んでいる。2段階のモデル作製に難渋したが、モデル数を増やすことで手技の安定が得られ、アペリン濃度のばらつきが抑えられると考えられるため、次年度はモデル作製数を増やし、臓器虚血プレコンディショニング後の下肢虚血モデルで、アペリンの濃度上昇が認められることを明らかにした後、細胞移植と組み合わせ、その治療効果を検証する。研究は順調に進んだため、ほぼ予定通りの使用額に収められ、わずかな未使用額が生じたのみであった。この未使用額については、平成31年度のin vivoに使用する試薬等の購入費に併せて上乗せして使用する。
低エネルギー陽子を用いた重イオン・プラズマ相互作用におけるクーロン対数の測定

重イオンビーム・プラズマ相互作用におけるクーロン対数の測定のために,高強度陽子ビーム発生用レーザープラズマイオン源,及び低エネルギーパルス陽子ビーム加速装置の設計・製作を進め,実験に必要なμA級のビームを得た.またビーム集束用静電型四重極レンズを設計・製作し,集束力を確認した.専用ビームラインを建設し,既存のビームラインに損失なく合流させることに成功した.飛行時間法による陽子のエネルギー損失測定のために,空洞共振器を用いたビームパルス化装置を製作し,標的位置において陽子ビームを時間幅で1ns以下にパルス化することに成功した.予備実験として,炭素薄膜中の120keV陽子の阻止能測定を行い,他の文献の値と良く一致する結果を得た.次にレーザー生成プラズマ標的とビームの相互作用実験を試みたが,シングルショットのパルスビームであるためにビーム位置モニターの感度が不足し,プラズマ標的の中心にビームを通過させることが困難であった.この理由により,予定していたクーロン対数,すなわち低エネルギー陽子ビームの阻止能測定には至らなかった.以上の低エネルギー陽子加速器を用いた実験と並行して,プラズマ中のクーロン対数に関する情報を得るため,電荷状態の異なる高エネルギー重イオンビームの阻止能測定を行った.またHe^<2+>イオンビームを用いて,zピンチ放電プラズマとの相互作用実験を行い,エネルギー損失の測定結果からクーロン対数の評価に成功した.さらにクーロン対数を数値計算により評価するための粒子コード開発を行い,高密度・低温プラズマ中で高荷電数イオンの阻止能に非線形性が現れることが確認できた.重イオンビーム・プラズマ相互作用におけるクーロン対数の測定のために,高強度陽子ビーム発生用レーザープラズマイオン源,及び低エネルギーパルス陽子ビーム加速装置の設計・製作を進め,実験に必要なμA級のビームを得た.またビーム集束用静電型四重極レンズを設計・製作し,集束力を確認した.専用ビームラインを建設し,既存のビームラインに損失なく合流させることに成功した.飛行時間法による陽子のエネルギー損失測定のために,空洞共振器を用いたビームパルス化装置を製作し,標的位置において陽子ビームを時間幅で1ns以下にパルス化することに成功した.予備実験として,炭素薄膜中の120keV陽子の阻止能測定を行い,他の文献の値と良く一致する結果を得た.次にレーザー生成プラズマ標的とビームの相互作用実験を試みたが,シングルショットのパルスビームであるためにビーム位置モニターの感度が不足し,プラズマ標的の中心にビームを通過させることが困難であった.この理由により,予定していたクーロン対数,すなわち低エネルギー陽子ビームの阻止能測定には至らなかった.以上の低エネルギー陽子加速器を用いた実験と並行して,プラズマ中のクーロン対数に関する情報を得るため,電荷状態の異なる高エネルギー重イオンビームの阻止能測定を行った.またHe^<2+>イオンビームを用いて,zピンチ放電プラズマとの相互作用実験を行い,エネルギー損失の測定結果からクーロン対数の評価に成功した.さらにクーロン対数を数値計算により評価するための粒子コード開発を行い,高密度・低温プラズマ中で高荷電数イオンの阻止能に非線形性が現れることが確認できた.本年度は高強度ビーム発生用レーザープラズマイオン源の研究開発と低エネルギーパルス陽子ビーム発生装置の設計・製作を中心に研究を進めた.まずプラズマ発生用Nd : YAGレーザー光学系を調整し,励起用フラッシュランプと発振用Qスイッチ,及びビーム波形測定のタイミング系を整備した.レーザーの照射強度,焦点の径,レンズ電圧等のパラメーターについて最適化を行い,高いビーム電流が得られる運転条件を調べた.また陽極に負のバイアス電圧を印加したメッシュグリッドを置くことでプラズマのイオン放出面形状が制御可能となり,良好な集束が得られることが分った.さらにペパーポット法によりビームエミッタンスの測定を行い,ビームの輝度が大体1mA/mm・mradであることが分った.一方,イオン引き出し電極系の3次元電磁場解析及び空間電荷効果を含むビーム軌道解析が可能な計算コードMAFIAを用い,イオン源を出て加速管に入射した大強度ビームの軌道計算を行った.これにより引き出し電極の形状・寸法を最適化し,予定通りミリアンペア級のビームを損失無く加速できる見通しを得た.並行して,加速管を出たビームを集束させて既存のビーム輸送系に導入するための静電型二連四重極レンズに関するビーム軌道計算を行った.これを元に四重極電極形状・電極長を設計・製作し,高電圧印加試験を行った.一方,パルス陽子ビーム発生装置の移動式ベース架台を設計・製作し,大型碍子4本で高電圧絶縁架台を組み立てた.真空排気ポートを介してターボ分子ポンプにより接地側から加速管の真空排気を行い到達真空度の試験を行った.また真空排気下で加速管の高電圧印加試験を行ったが現在各所での放電により,最大印加可能電圧は数十kVに留まっている.まず,昨年度までに組み立て及び予備的な試験が完了していた低エネルギーパルス陽子ビーム発生装置の最適化調整を行った.ポリエチレン(C_nH_<2n>)標的を最大エネルギー50mJのYAGレーザー(二倍高調波)で照射してプラズマを発生した.このプラズマからイオンを引き出して120kVの直流高電圧で加速した.静電型二連四重極レンズの電圧調整により,標的位置でビーム電流は10倍程度増加した.加速管出口から下流5mの位置にマイクロチャンネルプレートを用いた時間検出器を設置し,イオンの飛行時間から発生したイオン種の同定を行った.

その結果,得られるイオンの大部分は予定通り陽子(H^+)であり,その他炭素イオン(C^+, C^<2+>,C^<3+>)が少量混入することが分った.続いて飛行時間法によるイオンのエネルギー損失測定を行うために,リエントラント型空洞共振器を用いたビームパルス化装置を製作し,その試験を行った.その結果,共振周波数180MHzにおいて20Wの高周波電力を入力することによりギャップ電圧約0.3kVを発生し,標的位置で陽子ビームを幅1ns以下にパルス化することに成功した.次に,以上の装置を用いた予備実験として,炭素薄膜を標的として,炭素中の120keV陽子の阻止能測定を行った.飛行距離5m,標的厚さ2μg/cm^2に対し,測定されたパルスの時間遅れは6nsであり,結果として0.7MeV/(mg/cm^2)という阻止能が得られた.この値は文献による値と良く一致した.以上の結果より,プラズマの強い発光によるバックグラウンドの除去に成功すれば,次年度の目標であるプラズマ標的を用いた阻止能測定が可能である見通しが得られた.平成15年度は,まず昨年度までに完成した低エネルギー陽子ビーム発生用200kV加速器からのパルスビームを既存のプラズマ標的まで効率良く輸送するためのビームラインを建設し,既存の分析電磁石にビームを入射してビームラインに損失なく合流させることに成功した.しかしコロナ放電のため150kV以上の電圧を印加できず,ビームエネルギーは150keVに制限された.以上の準備の後,ビームとプラズマの相互作用実験を試みたが,シングルショットのパルスビームであるためにビーム位置モニター用蛍光板の発光強度が弱く,プラズマ標的上のビーム位置と集束の状況を正しく把握できなかった.このためプラズマ標的の中心にビームを通過させることが困難であった.さらにマイクロチャンネルプレートを用いた時間検出器の不調のため,代用としてプラスチックシンチレーターと光電子倍増管からなる時間検出器を作成した.しかし時間分解能は8ns程度にとどまり,パルスの繰り返し周期と同程度となったため,十分な精度で飛行時間法によるエネルギー損失測定ができなかった.これらの理由により,予定していたクーロン対数,すなわち低エネルギー陽子ビームの阻止能測定は現在も進行中である.一方,これらの実験と平行して,プラズマ中のイオン・電子と入射粒子のクーロン相互作用を直接計算する粒子コードを開発して陽子阻止能の計算を行った.この結果を,近接・遠隔衝突モデルを統合して得られる100keV/uの低速領域で有効なクーロン対数の表式による解析的計算結果と比較したところ,比較的良い一致が得られた.
マルチバンドギャップ半導体のバンド構造制御と高効率太陽電池の作製

再生エネルギーである太陽光はエネルギー問題が深刻である現在欠くことのできないものである。本研究では太陽電池の高効率化をめざし、中間バンドをもつ半導体を作製し、その物性を調べた。その結果、従来の半導体太陽電池では実現できないバンドギャップ以下のエネルギーの光も吸収し、電流として利用できることがわかった。また実際の太陽電池構造を作製し、発電が可能であることも示した。太陽電池は燃料を必要とせず、太陽光を照射するだけで半永久的に利用できるため、身近な電力源としての役割は大きい。太陽電池の効率は、禁制帯幅で決まる起電力と、禁制帯幅よりも大きなエネルギーをもつ太陽光を吸収して生成されるキャリアによる電流の積で決定される。両者の間にはトレードオフの関係があり、禁制帯幅が大きい材料では吸収できる光子数が少ないため電流がとれず、逆に電流を多くするためには禁制帯幅を小さくする必要がある。本研究では、高い起電力を保ち、かつ太陽光を有効に吸収できる半導体太陽電池材料として、禁制帯中に中間バンドを有する半導体ZnTeO混晶の作製とその太陽電池への応用を目的としている。太陽電池の効率は0組成に依存し、0組成が2%のときに変換効率は最大の58%になると計算できる。しかしながら0は同じVI族のTeと比較して原子半径が小さいため、ZnTe中への混和性が低く、結晶欠陥の発生を抑制しながら0組成を増加させるのは困難である。そこで本研究では、ホモエピタキシーに近い状態で成長が行えるZnTe基板上にZnTeOを分子線エピタキシーによって成長し、X線回折および透過型電子顕微鏡によって構造評価を行った。現在までのところ、0組成は約0.4%までが実現できており、ZnTeO成長層は基板に対してコヒーレント成長していることがわかった。また転位や積層欠陥などは観察されていない。これらのことから、ホモエピタキシーに近い状態で成長を行うことにより、欠陥密度の極めて低いZnTeO層が成長できることがわかった。実際にZnTeO混晶の作製とその物性評価、および太陽電池構造の作製を行った。ZnTeO混晶の作製では、格子不整合によるO原子の取り込み抑制を回避するため、Sの添加を行った。Sを添加することにより、同じ成長条件でもO組成が増加できることがわかった。ZnTeO混晶ではバンドギャップよりも小さいエネルギーの光も吸収できることがわかった。これにより従来の半導体太陽電池では利用されていなかった光子も、本研究の太陽電池では利用できることがわかった。ZnOとのヘテロ接合型pn接合を作製し、電流電圧特性を測定した結果、整流性が見られた。またpn接合界面にZnSを挿入することによって開放電圧および短絡電流が増加することがわかった。本研究では、高い起電力を保ち、かつ太陽光を有効に吸収できる半導体太陽電池材料として、禁制帯中に中間バンドを有する半導体混晶の作製とその太陽電池への応用を目的としている。分子線エピタキシー(MBE)によってZnTe(001)基板上にZnTeO混晶を成長した。酸素源はO_2ガスをRFプラズマによって活性化したものを用いた。ZnTeO混晶成長層厚が600nmのサンプルのX線回折において逆格子マッピングを行ったところ、酸素組成が0.49%であることがわかった。さらにこの酸素組成および膜厚では、成長層の面内の格子間隔は基板とほぼ同じ6.104Åであることから、コヒーレントに成長していることがわかった。成長した試料のフォトカレントスペクトルを測定したところ、バンドギャップ(2.2eV)よりも小さいエネルギー(2.0eV)の光によっても光電流が生成されることがわかった。このことから、ZnTeO混晶ではバンドギャップよりも小さいエネルギーの光によっても光電変換が行われることが示された。
低エネルギー陽子の照射による中性子の生物影響のメカニズム研究

低エネルギーの陽子や中性子の生物学的効果比(RBE)の研究は多くの興味を引いてきた。なぜ陽子のブラッグピークのトラックエンドでRBEが増加することについては依然として解明されず議論が残っていた。本研究所では中性子の発生装置やCf-252核分裂中性子の発生装置を用いて研究が続けられてきた。中性子の生物影響は広島・長崎の場合や、東海村の(JCO)事故の際に被ばくを経験してきた。しかしながら、中性子の人々への影響はよく分かっていない。私たちは筑波大学の2MVタンデム加速器を用いて研究を行った。また平衡平板型電離箱やシリコン表面障壁型検出器を用いて陽子線を測定し、DNAの鎖切断の研究に用いるため、細胞レベルの小さい大きさの中での線量評価方法を研究した。次の目的は、エネルギーが減衰して行く際のトラック構造を用いV79細胞の定量的な被ばくのモデル化を行いRBEを計算すること、また初期のDNA鎖切断をシミュレートすることにより、陽子のエネルギーの関数としてRBEの変化を求めた。一重鎖切断(SSB)や二重鎖切断(DSB)によるDNAの断片生成に対して、直接にどの程度影響があるかどうかを陽子のエネルギーの関数として分類した。求められた結果は明確である。(1)生死(形質転換)に感受性のある部分は細胞核である。(2)複雑なDSBは生死や形質転換に最も関係する。最も効果的にV79細胞全体が受ける吸収線量は550keVの入射エネルギーを持つ陽子である。DNAに直接影響する複雑なDSBは陽子の200keVのエネルギーであることも発見した。これらの計算で求めたRBEの結果は過去の実験結果の最大の値の範囲である。中性子の生物影響はガンマ線やベータ線よりも格段に大きい。例えばRBEで10倍あるいはそれ以上とされている。この中性子の影響が考えられるケースとして、広島・長崎の原爆被爆者、東海村の事故があげられる。中性子は人体に入ると、主な成分である水の中の水素の原子核である陽子をはじき飛ばす(反跳)。この反跳陽子は電荷を持つので水分の中ではラジカルを生成し、DNAなどに2重鎖切断などの損傷を与える。陽子の反跳の全線量に対する割合は中性子のエネルギーにより異なるが70-80%である。この反跳陽子の損傷はほとんど修復されるが、その一部が修復されずに残り、それが最終的にはがんなどの障害をもたらすと考えられている。最近その2重鎖切断が中性子では近傍に集中して起こりDNAが大きく損傷し修復できないとするクラスターモデルが提案されている。このほかに中性子は原子核反応を起こし、そこから発生する粒子線、ガンマ線、ベータ線などもある。この研究の目的はこの主たる放射線である陽子の影響を広島大学にあるシェンケル型加速器を使って陽子線を放出しそれをタマネギの根の先の細胞に照射しその影響を直接見ることである。このための照射装置は完成した。今後、陽子線の平滑度を出すための装置の調整とその平滑度の確認、並行して陽子線の線量測定と実際の生物試料照射を行う。線量測定には表面が薄い外挿型平行平板チェンバーを使用する。生物材料としてDNAを使った照射を考えている。

陽子の反跳の全線量に対する割合は中性子のエネルギーにより異なるが70-80%である。この反跳陽子の損傷はほとんど修復されるが、その一部が修復されずに残り、それが最終的にはがんなどの障害をもたらすと考えられている。最近その2重鎖切断が中性子では近傍に集中して起こりDNAが大きく損傷し修復できないとするクラスターモデルが提案されている。このほかに中性子は原子核反応を起こし、そこから発生する粒子線、ガンマ線、ベータ線などもある。この研究の目的はこの主たる放射線である陽子の影響を広島大学にあるシェンケル型加速器を使って陽子線を放出しそれをタマネギの根の先の細胞に照射しその影響を直接見ることである。このための照射装置は完成した。今後、陽子線の平滑度を出すための装置の調整とその平滑度の確認、並行して陽子線の線量測定と実際の生物試料照射を行う予定であったが、2006年7月より中性子発生装置の使用(原医研のRI施設全体を含む)が停止された。本年3月になっても再開されるめどが立っていない。そのため、3月16日に同様の装置がある筑波大学を訪問し責任者の長島教授と笹教授と面会し、筑波大学の陽子線の加測器を使用することで了解をいただいた。装置をみて実験の詳細を打ち合わせた。線量測定には表面が薄い外挿型平行平板チェンバーを使用する。中性子の放射線被曝の影響研究は各地で進められてきたが、本研究所では中性子発生装置や核分裂中性子発生装置を使って進められてきた。中性子による被曝の影響は、広島・長崎の被爆者や、東海村の燃料処理会社(JCO)の事故でも中性子の被曝が起こった。しかしながら、事例が少なく中性子の人への影響は事故などによる他は、実験が不可能なのでまだ十分には分かっていない。また中性子の生物影響はガンマ線やX線と比べてその影響(RBE)が非常に大きいが、そのRBEが時として10から100を超えるまで異常に大きい理由は未解明である。それを解明するため、(1)中性子は陽子と多数衝突するが空間的広がりを持ち、DNAの近くに多数の2重鎖切断(DSB)を作りDNAの大きな損傷(クラスタリング)が起こるのか、(2)中性子がDNAの成分であるP,C,Hなどと直接衝突し大きな損傷を生じるのか、(3)陽子が止まる際、大きな損傷を作る原因が別にあるのかなど考えられる。これまでの研究では筑波大学の筑波大学加速器センター2MeVタンデトロン加速器を使用して放射線量を測定する実験を行った。これにより、平衡平板型イオンチェンバーとシリコン半導体検出器を使って細胞内の被ばく線量の評価について計算し考察した。またマイクロドシメトリーの考え方の元に、陽子線の低エネルギー側の核エネルギーの部分のイオン化や空間的な広がりを考察し、微少空間内に生じたエネルギーの消費量について計算し、これによりDNAが切断する頻度やその影響の程度について低エネルギーの陽子のRBEについて考察した。そして関連の論文を発表した。
新規2型糖尿病モデルマウスの解析と予防的介入法の検討

研究代表者らは、これまでに約8,000匹ものランダム突然変異マウスの睡眠覚醒行動をスクリーニングし、睡眠時間が顕著に増加するマウス家系を樹立した。研究代表者は、Sik3変異マウスの飼育管理を担っており、この変異マウスが肥満を示すことに気づいた。さらに、Sik3変異マウスが多尿を呈することから、糖尿病を疑ったところ、尿糖および高血糖を確認することができた。Sik3遺伝子は、これまで肥満や糖代謝異常との関連が知られておらず、これらの代謝を制御する新しい分子である。また、興味深いことに、Sik3遺伝子欠損マウスは、ほとんどが生後1日で死亡し、生存したマウスも顕著な低成長を示すため、これまでSIK3の成獣における役割は不明であった。これらのことから、われわれの見い出したSik3変異マウスは、睡眠覚醒行動に加えて、肥満、糖尿病のよい動物モデルとなり、このマウスを通じて、SIK3の成獣における役割を明らかにすることができると考えた。人工授精によって、野生型およびSik3遺伝子変異マウス(ヘテロ接合体、ホモ接合体)について、510匹の雄マウスを用意し、4週齢での離乳後から、体重を毎週、血糖値を4週ごとに測定した。その結果、16週齢程からヘテロ変異マウス、ホモ変異マウスは顕著に体重が増加し始めた。ホモ変異マウスにおいては血糖値も加齢に伴い上昇していくことが明らかとなり、特に18週齢を超えてからは、重度の糖尿の数値がたびたび検出された。固形餌から、小型餌瓶に入れた粉末餌に切り替えて、摂食量測定を開始したが、粉末餌に切り替えると顕著な体重減少を示した。新規形状の餌への警戒が高まったためと考えている。固形餌のままで正確な摂食量を測定できるシステムの使用など、Sik3遺伝子変異マウスに適した摂食量測定法を確立させる必要がある。今後の計画としては、Sik3遺伝子欠損マウスは軟骨形成に異常があることから、3D-CT撮影を行い、加齢に伴う内臓脂肪および皮下脂肪、骨密度の変化を継続的に測定していく。
Digital Twinに基づくInContextアクセシビリティ評価技術の実現

誰もが安心・安全に利用できる屋内外環境(インクルーシブ環境)の実現のために,環境アクセシビリティは多様なコンテクスト下で評価される必要がある.本研究では,環境利用者の実際の運動を仮想空間で再現(Digital Twin化)し,その運動解析・行動認識に基づき従来困難だった多様なコンテクストを反映したアクセシビリティ(InContextアクセシビリティ)を評価できる技術を実現する.各年度において,(a) Digital Twinの構築技術,(b)行動属性認識技術,(c) InContectアクセシビリティ評価技術を開発する.誰もが安心・安全に利用できる屋内外環境(インクルーシブ環境)の実現のために,環境アクセシビリティは多様なコンテクスト下で評価される必要がある.本研究では,環境利用者の実際の運動を仮想空間で再現(Digital Twin化)し,その運動解析・行動認識に基づき従来困難だった多様なコンテクストを反映したアクセシビリティ(InContextアクセシビリティ)を評価できる技術を実現する.各年度において,(a) Digital Twinの構築技術,(b)行動属性認識技術,(c) InContectアクセシビリティ評価技術を開発する.
限界状態設計法に基づいた半剛結鋼骨組構造の設計手法開発に関する研究

限界状態設計法に基づいた半剛結接合鋼骨組構造の設計手法を開発することを目的として研究を行い、ほぼ計画通りの研究成果を得ることができた。以下に各項目毎に列挙する。(1)終局時の柱の曲げモーメント評価および終局耐力に関する安全照査式に用いられている柱の有効座屈長係数算定用プログラムの開発を行った。本プログラムは、米国鋼構造協会の荷重係数設計法(AISC-LRFD)の設計基準で剛結接合鋼骨組に対して用いられているアライメントチャート法によって得られる値を初期値として用い、繰り返し計算によって効率的に正確値が得られるように作成されている。本解析プログラムを用いて、非線形な剛性特性を有する一層一径間半剛結接合骨組柱の有効座屈長係数について、接合部の初期剛性や限界曲げ耐力を変化させた場合の分布特性について検討を行った。また、LuiやBarakat-Chenの簡略手法による解と比較することにより、それら簡略解は必ずしも安全側の設計にならないことを明らかにしている。さらに、多層多径間の半剛結接合鋼骨組柱に関する有効座屈長係数の解析を行い、より合理的な半剛結接合鋼骨組構造にするためには、第一層目の梁と柱の接合部を剛結接合にするべきであることを明らかにしている。終局時の剛結接合鋼骨組柱の曲げモーメントの算定には、有効座屈長係数を用いたB1/B2法が採用されている。本プログラムの開発によって、半剛結接合鋼骨組柱に対してもこの手法が応用できるようになった。数値解析によってその応用の妥当性を示すことができた。また、B2のみを用いるほうが簡略でかつ安全側の値を与えることより、実設計ではB2のみを用いるべきであることを数値解析的に明らかにしている。(2)エンドプレート系接合に関する接合部剛性評価に関し、更新されたデータベースを用いて梁の材端モーメントや骨組の横移動量に関し数値解析的に検討を行った。その結果、初期剛性が10^6kip-in/radian以上の場合は、剛結接合と仮定できることを示した。また、剛結接合と半剛結接合の境界線に関するEC3の規定及びBjorhovde等の提案式はいずれもほぼ妥当な値を与えることを明らかにしている。エンドプレート系接合の限界曲げ耐力評価に関しては、接合部の7つの崩壊パターンについて検討を行い、各パターン毎に評価式を定式化している。(3)設計システムの構築に関し、これまで検討を行った骨組を構成するH型鋼、アングル材、締結材の型式に関するデータベース、接合部の非線形な剛性評価プログラム、非線形な接合部剛性特性を考慮した線形化有限変位プログラム、柱の有効座屈長係数算定用プログラム、B1/B2法による終局時の柱の曲げモーメント算定に関するプログラム、柱の終局耐力照査用プログラムおよび図化プログラムの7つの各機能を有機的に結合させて、限界状態設計法特に米国AISC-LRFDの設計基準に基づいた半剛結接合鋼骨組の断面設計システムを構築した。本システムは実務に供することを目的としているため、入力データ、接合部の剛性特性、各柱の有効座屈長係数の分布特性、構造解析および安全照査結果等が図化プログラムによって容易に確認できるように工夫されている。また、部材断面や接合部パラメータの変更も容易に行えるようになっている。以上、本研究成果により限界状態設計法に基づいた半剛結接合鋼骨組構造物の断面設計が実務的にも可能になったものと考えられる。

その結果、初期剛性が10^6kip-in/radian以上の場合は、剛結接合と仮定できることを示した。また、剛結接合と半剛結接合の境界線に関するEC3の規定及びBjorhovde等の提案式はいずれもほぼ妥当な値を与えることを明らかにしている。エンドプレート系接合の限界曲げ耐力評価に関しては、接合部の7つの崩壊パターンについて検討を行い、各パターン毎に評価式を定式化している。(3)設計システムの構築に関し、これまで検討を行った骨組を構成するH型鋼、アングル材、締結材の型式に関するデータベース、接合部の非線形な剛性評価プログラム、非線形な接合部剛性特性を考慮した線形化有限変位プログラム、柱の有効座屈長係数算定用プログラム、B1/B2法による終局時の柱の曲げモーメント算定に関するプログラム、柱の終局耐力照査用プログラムおよび図化プログラムの7つの各機能を有機的に結合させて、限界状態設計法特に米国AISC-LRFDの設計基準に基づいた半剛結接合鋼骨組の断面設計システムを構築した。本システムは実務に供することを目的としているため、入力データ、接合部の剛性特性、各柱の有効座屈長係数の分布特性、構造解析および安全照査結果等が図化プログラムによって容易に確認できるように工夫されている。また、部材断面や接合部パラメータの変更も容易に行えるようになっている。以上、本研究成果により限界状態設計法に基づいた半剛結接合鋼骨組構造物の断面設計が実務的にも可能になったものと考えられる。限界状態設計法に基づいた半剛結鋼骨組構造の設計手法を確立することを目的として、以下の4項目に関して検討を行ない、ほぼ計画通りの研究成果を得ることができた。それらを列挙すると以下の通りである。すなわち、(1)設計解析プログラムの入力データを簡素化するために、構造材料の基本データに関するデータベース化を行なう。(2)半剛結接合部の剛性評価として、1)半剛結接合の実験結果に関する1985年以降の世界中のデータを収集しデータベースの更新を行なう。2)アングル系接合に関する初期剛性と限界曲げ耐力に関するノモグラフを作成し、三要素パワーモデルを用いた接合部の設計を実務的に可能にした。3)接合部に関するFC3コードの妥当性について数値解析的に検討した。(3)線形化有限変位解析手法に基づいた解析プログラムを非線形な接合部剛性特性を有する半剛結接合骨組の構造解析が可能なように拡張した。また、解析結果の図化処理プログラムも作成し、本システムが実務により応用可能なものにした。本解析プログラムを用いて、半剛結接合の高層骨組構造への応用について数値解析的に検討し、剛結接合と組み合わせることによって応用可能であることを示した。(4)剛結接合骨組と同様の考え方に基づいて柱材の耐力評価を可能にするために、半剛結接合柱の有効座屈長係数の算定に関する定式化をアライメントチャート過程に基づいて行った。本検討により、半剛結接合骨組柱の横拘束骨組柱、横移動骨組柱に関する有効座屈長が比較的容易に算定可能であることが明らかになった。また、各骨組柱に対する有効座屈長算定のためのプログラムも作成し、半剛結接合の剛性特性と有効座屈長係数の関係を数値解析的に明らかにしている。
運動器の虚血後再灌流障害におけるischemic precorditioning(IPC)の有効性について

【研究目的】ischemic preconditioning(IPC)とは、短時間の阻血と再灌流を数回繰り返した後に長時間の阻血が加わった場合に、その後の再灌流障害が抑制されることを意味する。我々は、運動器の阻血においてIPCの阻血と再灌流のサイクル回数を変え、IPCの至適サイクルを明らかにしたい。【研究方法】ラット後肢の大腿動静脈をマイクロクリップでクランプする筋肉阻血モデルを用い、評価する筋肉は前脛骨筋とした。対照群として、手術操作のみを加えるsham control(SC:n=8)、4時間の阻血後に24時間の再灌流を加えたものをIR群(n=4)とした。IPC群として4時間の阻血前にIPC(IPC1サイクル:10分阻血+10分再灌流)を加えた後に24時間の再灌流を加えたものとし、そのサイクルを1から5回まで変え、各々IPC-1,2群(n=7)、IPC-3,4,5群(n=5)とした。検体となる前脛骨筋を近位から遠位へと均等に6スライスに分割し、筋vialilityはNBT法により形態評価し、各群の平均壊死率(%NAR)を求めた。統計学的検討はANOVA及びposthoc testにて行い、p<0.05を有意差ありとし、各データはMean±SEMで表示した。【結果・考察】角群の%NARはSC群:0±0、IR群:66.2±5.9、IPC-1群:27.5±8.0、IPC-2群:29.5±6.2、IPC-3群:9.6±3.4、IPC-4群:10.3±2.2、IPC-5群:11.4±2.4となり、全てのIPC群はIR群に比べて壊死率は軽減し、(p<0.000001)、またその効果はIPCが1ないし2回に比べ、3回以上でより効果的(p<0.01)であった。よって、IPCの至適サイクルは3回以上5回までは筋肉組織での阻血後再灌流障害を軽減できることが判明した。今後は、筋肉組織中のAPT含量、MPO活性、LPO濃度などの測定を行うことによりIPC効果の有無につき、さらに生化学的に明確にすること、またIPCと関連があると云われるnitric oxide(NO)、heat shock protein、adenosineやK-ATP channelについても検討し、IPCの機序につき明らかにしていきたい。平成10年度は運動器、特に筋肉組織における虚血後再潅流障害におけるischemic preconditioning(IPC)の効果を調べる前段階として、虚血筋モデルの開発とIPCを加えないcontrol群におけるsuperoxide(O_2^-)とnitric oxide(NO)の再潅流後の経時的変化を調べる実験を中心に行った。

家兔の大腿直筋を用いた虚血筋モデルを作成し、同筋肉に4時間の虚血を加えた後に、再潅流静脈血中のO_2^-とNO、および筋肉の血流量を経時的に測定した。血流量測定により本実験モデルでほぼ完全な虚血筋が作成されることが確認された。O_2^-は5分、5分、60分、90分、120分後に有意に増加し、またNOは15分、30分に増加していた。以上の実験を踏まえて、平成11年度は実際に筋肉組織における虚血後再潅流障害におけるischemic preconditioningの効果を調べ、IPCによりO_2^-やNOがどのように影響を受けるか検討したい。また、出来ればIPC効果に寄与しうる他の原因追求もあわせて行いたい。【研究目的】ischemic preconditioning(IPC)とは、短時間の阻血と再潅流を数回繰り返した後に長時間の阻血が加わった場合に、その後の再潅流障害が抑制されることを意味する。我々は運動器の阻血においてIPCの阻血と再潅流のサイクル回数を変えることにより、IPCの至適サイクルを明らかにしたい。【研究方法】ラット後肢の大腿動静脈をマイクロクリップでクランプする筋肉阻血モデルを用い、評価する筋肉は前脛骨筋とした。対照群として、手術操作のみを加えるsham control(SC:n=8)、4時間の阻血後に24時間の再潅流を加えたものをIR群(n=4)とした。IPC群として4時間の阻血前にIPC(IPC1サイクル:10分阻血+10分再潅流)を加えた後に24時間の再潅流を加えたものとし、そのサイクル数を1から5回まで変え、各々IPC-1,2群(n=7)、IPC-3,4,5群(n=5)とした。検体となる前脛骨筋を近位から遠位へと均等に6スライスに分割し、筋viabilityはNBT法により形態評価し、各群の平均壊死率(%NAR)を求めた。統計学的検討はANOVA及びposthoc testにて行い、P<0.05を有意差ありとし、各データはMean±SEMで表示した。【結果・考察】各群の%NARはSC群:0±0、IR群:66.2±5.9、IPC-1群:27.5±8.0、IPC-2群:29.5±6.2、IPC-3群:9.6±3.4、IPC-4群:10.3±2.2、IPC-5群:11.4±2.4となり、全てのIPC群はIR群に比べて壊死率は軽減し(p<0.0001)、またその効果はIPCが1ないし2回に比べ、3回以上でより効果的(p<0.01)であった。よって、IPCの至適サイクルは3回以上5回までは筋肉組織での阻血後再潅流障害を軽減できることが判明した。今後は、筋肉組織中のATP含量、MPO活性、LPO濃度などの測定を行なうことによりIPC効果の有無につき、さらに生化学的に明確にすること、またIPCと関連があると云われるnitric oxide(NO)、heat shock protein、adenosineやK-ATP channelについても検討し、IPCの機序につき明らかにしていきたい。
モデルマウスに基づいた難聴発症予防法および治療法開発基盤の確立

1.難聴モデルマウスからの新規難聴感受性遺伝子の同定早発性難聴系統のDBA/2J(D2J)における第5番染色体上の候補遺伝子の発現量比較を定量的RT-PCRにより実施した結果、D2JマウスにおいてGrxcr1およびP2rx2遺伝子の発現減少および増加が確認された。これらの遺伝子がコードする蛋白質は内耳蝸牛の感覚毛での発現が報告されている。次に、C57BL/6J (B6J)系統の第5番染色体をD2J系統の相同染色体に置換したB6J-Chr5@D2Jコンソミックマウスを樹立し、第5番染色体の難聴発症に関する効果を検証した結果、低・中周波数の聴力においてB6J-Chr5D2JコンソミックマウスはB6JおよびB6J-Chr5@B6J/D2Jヘテロマウスと比較し、統計学的に有意な聴力低下が検出された。また、第12番染色体上の難聴抵抗性に関与する責任遺伝子を同定するため、B6J系統の第12番染色体のセントロメア領域から広範囲の領域をMSM/Ms (MSM)由来の領域に置換したB6J-Chr12C@MSMコンソミックマウス系統を用いてマイクロアレイによる遺伝子発現解析を実施した結果、36遺伝子においてB6Jと比較し、MSM、B6J-Chr12C@MSM/MSMおよびB6J-Chr12C@MSM/B6間で共通した2倍以上の発現減少・増加の変動パターンが検出され、その中には聴覚器官での機能が報告されているDock4およびPtprn2遺伝子が含まれていた。2.新たな抗難聴新薬の検討新たな抗難聴食品してオリーブオイル、および抗難聴薬としてシルデナフィルくえん酸塩のD2Jマウスの早発型加齢性難聴に対する発症抑制効果を検討した結果、高周波数の聴力閾値において、オリーブオイル投与群およびシルデナフィルくえん酸塩投与群は非投与群と比較し、統計学的に有意に聴力差が認められ、これらの薬剤が難聴発症を軽減させる効果をもつ可能性が示唆された。26年度が最終年度であるため、記入しない。難聴モデルマウスを用いて新規難聴感受性遺伝子の同定による難聴予防法への情報提供、および抗難聴薬の評価による難聴治療基盤の確立を目的について研究を実施し、本年度は以下の成果を得た。1.難聴モデルマウスからの新規難聴感受性遺伝子の同定早発性難聴系統のDBA/2J (D2J)および遅発性難聴系統のC57BL/6J (B6J)間の遺伝解析によって同定した第5番染色体の難聴感受性遺伝子の実体を明らかにする基盤となるバイオリソースを樹立するため、B6Jの遺伝的背景にD2Jの第5番染色体を導入したコンソミック系統の作製を試みた。その結果、これまでN_g世代のB6J-Chr5^<B6J/D2J>ヘテロソミックマウスを計10個体作製することができた。現在、N_<10>世代のヘテロソミックマウスの作製およびホモ化したB6J-Chr5^<D2J>コンソミック系統の樹立を目指している。2.難聴モデルマウスへの薬剤投与による聴力回復効果の検証B6JおよびD2J系統の難聴発症に有効な抗難聴薬をスクリーニングするため、本年度は最適な効果が得られる投与条件の構築を目指し、抗難聴効果が報告されている抗酸化物質コエンザイムQ10およびアルファリボ酸、また、カスパーゼ阻害剤であるZ-VAD-FMKの難聴発症への効果を調査した。B6Jでは、非投与群とコエンザイムQ10およびアルファリポ酸投与群間において統計学的に有意差は示されなかったが、投与群は非投与群よりも僅かではあるが、聴力が回復する傾向にあった。一方、D2J系統においては全てのマウス個体の聴力が低下し、難聴の回復傾向がみられなかった。

また、第12番染色体上の難聴抵抗性に関与する責任遺伝子を同定するため、B6J系統の第12番染色体のセントロメア領域から広範囲の領域をMSM/Ms (MSM)由来の領域に置換したB6J-Chr12C@MSMコンソミックマウス系統を用いてマイクロアレイによる遺伝子発現解析を実施した結果、36遺伝子においてB6Jと比較し、MSM、B6J-Chr12C@MSM/MSMおよびB6J-Chr12C@MSM/B6間で共通した2倍以上の発現減少・増加の変動パターンが検出され、その中には聴覚器官での機能が報告されているDock4およびPtprn2遺伝子が含まれていた。2.新たな抗難聴新薬の検討新たな抗難聴食品してオリーブオイル、および抗難聴薬としてシルデナフィルくえん酸塩のD2Jマウスの早発型加齢性難聴に対する発症抑制効果を検討した結果、高周波数の聴力閾値において、オリーブオイル投与群およびシルデナフィルくえん酸塩投与群は非投与群と比較し、統計学的に有意に聴力差が認められ、これらの薬剤が難聴発症を軽減させる効果をもつ可能性が示唆された。26年度が最終年度であるため、記入しない。第5番染色体のコンソミック系統の樹立においては、継続的な戻し交配により、来年度には遺伝解析に使用できる段階まで進んでいる。また、第12番染色体のコンソミック系統における聴力の解析も進んでおり、第12番染色体コンソミック系統の新たな情報蓄積となった。一方で、抗難聴薬を用いた難聴モデルマウスの解析においては、難聴発症への効果は見られなかったが、新たなに抗難聴薬の最適な投与条件を構築するための参考となった。今後は、作製した第5番染色体のコンソミック系統を樹立するとともに、ヘテロソミックマウス間で交配実験を行い、サブコンソミックマウスを作製し、遺伝子型判定および聴力測定を行い、第5番染色体上の難聴感受性遺伝子の絞り込みを行う。第12番染色体のコンソミック系統においてもサブコンソミックマウスを作製し、難聴感受性遺伝子座の絞りこみ、および遺伝子発現解析によって責任遺伝子の同定を目指す。また、抗難聴薬を用いた難聴モデルマウスの解析において、今回用いた抗難聴薬は、特に生後1ヶ月齢において聴力低下を示すD2J系統において効果が得られなかったため、今後はD2J系統の早発性難聴に効果を示すことが予想される薬剤を選択する。さらに、当該年度は薬剤投与によるマウスのストレス軽減を考慮し、7日に1回の投与を試みたが、今後は投与間隔の短縮、およびよりストレスを軽減した投与方法についても検討を行う。
軸索変性において変化する細胞内シグナル経路の解明

神経軸索が脆弱化するときに軸索で変化するシグナル経路の変化に焦点をあてて本研究を実施し、成果として軸索内のシグナル経路の変化をつかさどるダイニン・ダイナクチン複合体の重要構成タンパク質であるp150Gluedとダイニン中間鎖(DIC)、微小管の安定化、そしてがん抑制遺伝子産物p53の機能阻害がアルツハイマー病などの神経疾患にみられる軸索の脆弱化を制御することを世界に先駆けて明らかにした。研究期間全体を通じてアルツハイマー病などの神経変性疾患に認められる神経細胞の軸索の脆弱化(変性)を制御する新しい分子機構をラットおよびマウス海馬神経の初代培養細胞とグルタミン酸毒性の系、そして生化学,分子細胞生物学の手法を用いて解明した。得られた成果は軸索変性を制御する因子として,軸索逆行性物質輸送に関わる(1)p150Gluedと(2)ダイニン中間鎖(DIC)、そして(3)微小管の安定化、(4)がん抑制遺伝子産物p53の転写活性阻害の同定があげられる。特にp150Gluedはグルタミン酸毒性により生成されたC末端領域切断体が軸索変性を促進する一方で野生型が軸索変性を抑制し,さらにp150GluedのC末端領域切断体がアルツハイマー病患者の脳組織において認められたことから,p150Gluedを基盤としたアルツハイマー病の新たな病態形成機構を解明する糸口を見出した(J. Neurochem., 122, 2012)。最終年度においては、本研究で同定したp150Glued結合タンパク質であるベータアミロイド前駆タンパク質APPの軸索内局在をp150GluedのC末端領域切断体が障害し、またtaxolによる微小管の安定化が野生型p150Gluedとの相乗効果によりグルタミン酸毒性による軸索変性を顕著に抑制することを明らかにした(Biochem. Biophys. Res. Commun., 424, 2012)。さらに、本研究で同定したDIC結合タンパク質であるがん抑制遺伝子産物p53の転写活性阻害と微小管の安定化の相乗効果がグルタミン酸毒性による軸索変性を著しく抑制することを明らかにした(Biochem. Biophys. Res. Commun., 427, 2012)。以上の成果により、軸索変性を制御する分子機構を幅広く同定することに成功し、今後の研究基盤を確立した。はじめに、神経軸索や細胞体が脆弱化する分子メカニズムを明らかにする目的で、軸索で変化するシグナル経路の変化に焦点をあてて本研究を実施した。まず、本研究の成果として軸索内を軸索の先端から細胞体への方向に物質を輸送するタンパク質ダイニン・ダイナクチン複合体が、アルツハイマー病などの神経変性疾患を誘起するグルタミン酸毒性による軸索変性、細胞体の死、そしてアポトーシスを制御することを世界に先駆けて明らかにした(J.NEUROCHEMISTRY, 2012)。特に、ダイナクチン複合体の重要構成タンパク質であるp150Gluedタンパク質はグルタミン酸毒性により従来の分子量よりも小さい約110Kのタンパク質に切断されることで軸索変性を促進し、またこの切断変異体がアルツハイマー病患者の脳組織において認められることを明らかにした。つまり、本研究の知見がヒト神経変性疾患の病態形成機序の解明につながる可能性を見出した。一方、ダイニン複合体の重要構成因子であるDICタンパク質もグルタミン酸毒性によりタンパク質の発現量が著しく低下することを明らかにした。さらには、野生型p150Glued、野生型DIC、そしてダイニンとダイナクチン複合体の相互作用を著しく低下させる変異型DIC(S84D)の強制発現が、グルタミン酸毒性による軸索変性、細胞体の死、そしてアポトーシスを顕著に抑制することを明らかにした。これらのように、本研究によりp150GluedとDICタンパク質の生化学的性状の変化がグルタミン酸毒性による軸索変性過程に顕著な影響を与え、またヒトの神経変性疾患の病態形成機序の解明につながる重要な成果を得た。現在、p150GluedあるいはDICタンパク質と相互作用するタンパク質を免疫沈降法により同定しており、生化学的・細胞生物学的解析を行っている。平成23年度の本研究では、神経変性疾患を誘引するグルタミン酸毒性により軸索変性する過程を、ストレスシグナルおよび生存シグナル経路のバランスを担う中心的タンパク質と考えられるダイニン・ダイナクチン複合体が制御するという知見を世界に先駆けて明らかにした(J.NEUROCHEMISTRY, 2012)。またヒト神経変性疾患の脳組織を用いた解析により、ヒト神経変性疾患の病態形成機序の解明につながる重要な知見をも得た。これは、平成24年度に推進する研究の一部であり、おおむね研究計画が順調に進展していることを裏付ける。さらに、ダイニン・ダイナクチン複合体の重要構成タンパク質であるp150GluedあるいはDICタンパク質と相互作用するタンパク質を免疫沈降法によりすでに同定し、生化学的・分子細胞生物学的解析を進めていることから、おおむね研究計画が順調に進展していると評価する。