hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
鉄道バラスト内部砕石の埋込み式三次元挙動測定装置の開発とその応用

本研究は,不連続体解析によりバラスト軌道の動的破壊挙動を再現し,その構造的問題点を明らかにするとともに,砕石形状の計測システムを構築し,二次元および三次元の数値モデル化手法を提案するものである。さらに,砕石集合体の三次元的な挙動の測定装置を開発し,その性能と適用性を調べた。本研究により,以下の成果が得られた。(1)三次元形状の計測システムの構築と砕石形状測定三次元デジタイザを用いて,砕石形状の計測システムを構築し,データ取得プロセスを自動化した。また,バラスト砕石現物の二次元および三次元形状を測定し数値情報化した。(2)二次元および三次元の不連続体の数値モデル化手法の提案とその応用砕石の実測データを二次元および三次元のCAD上にとりこみ,道床を二次元多角形集合体,および,三次元多面体集合体で再構成し,道床に関する不連続体モデルの構築手順を確立した。また,数値情報化した砕石形状の応用として,楕円体近似による三次元形状の評価手法を提案し,さらに,砕石形状の実測データと比較し,提案方法の有用性を確認した。(3)不連続体解析による道床の動的破壊挙動の解析作成した道床の不連続体モデルに動的荷重を作用させ,砕石の局所的な運動エネルギー量をパラメータとして,砕石道床の動的応答特性を調べた。(4)砕石の埋込み式三次元挙動測定装置の開発とその性能測定多角形ブロック内部に,半導体ピエゾ抵抗式の超小型加速度計を埋め込んで,砕石の三次元挙動測定のための測定装置を試作した。試作したバラスト内部砕石の埋込み式三次元挙動測定装置について性能試験を実施し,本装置で砕石の多軸の挙動測定が可能であることが確認できた。本研究は,不連続体解析を用いて,バラスト軌道の動的破壊挙動を再現し,その構造的問題点を明らかにするとともに,道床を構成する個々の砕石の三次元的挙動を実験的に再現し,高精度三軸加速度センサーを用いて,その挙動を測定するものである。平成16年度は以下の4項目の成果が得られた。1バラスト砕石現物を入手し,砕石の二次元および三次元形状を測定し数値化した。さらに,砕石形状データを二次元および三次元CADに取り込み,道床を二次元多角形集合体,および,三次元多面体集合体で再構成し,道床に関する不連続体モデルを作成した。2作成した道床の不連続体モデルに,不連続体解析ソフトウェアを用いて動的な締固め操作を行い,密に締固まった不連続体モデルを完成させた。さらに,完成した不連続体モデルに,正弦波荷重を載荷し,道床の動的破壊挙動に関する予備解析を実施した。荷重の周波数と加速度をパラメータとして,局所的な砕石挙動とダイレタンシー特性に関する時刻歴応答を求め,砕石の並進運動エネルギーと回転運動エネルギー量を算出し,局所的な体積膨張と砕石運動の関係について調べた。3模型の多角形ブロック内部に,超小型の加速度計を複数個を埋め込んで,砕石の挙動測定のための測定センサーの設置方法について検討した。4実験室内で,模型の多角形ブロックに外力を加えて測定実験を行い,提案した方法によりブロックの挙動に関する多軸の測走が可能であることを確認した。本年度実施した解析結果より,外力の加速度が小さい場合は,道床は概ね連続体に近い挙動となるが,加速度が大きくなるにっれて砕石の局所的な運動が増大し,道床の挙動に不規則性と非線形性が増大する傾向が得られた。また,道床内部の破壊要因としては,低周波では,道床全体が一体的に動くことによる塑性変位の影響が大きく,高周波になるにつれて,個々の砕石の局所的なランダムな鉛直運動と回転運動の影響が増大することが確認できた。

また,多軸の測定の場合,センサーよりのケーブルが多くなることから,現場での応用のためには,センサーとデータロガーの接続方法について工夫が必要であることが明らかとなった。本研究は,軌道構造の中でも,とくに枕木以下の道床および路盤からなる土および岩の不連続体構造物の動力学的な破壊挙動特性を扱うものである。不連続体解析を用いて,バラスト軌道の動的破壊挙動を再現し,その構造的問題点を明らかにするとともに,従来の二次元的な挙動解析を実用的な三次元解析に発展させるために,砕石形状の三次元的な計測システムの構築,三次元の数値モデル化手法の提案,測定機材の開発,および,砕石集合体の三次元的挙動を実験的に再現することを試みるものである。平成17年度は以下の成果が得られた。1不連続体解析のため三次元形状の計測システムの改良と砕石の形状測定昨年度試作した三次元形状の計測システムのソフトウェアを改良し,三次元デジタイザのプローブで指示した点に関する座標データ取得プロセスを自動化した。さらに,測定値を直接エクセルの表中にテキストデータとしてとりこめるようにした。改良した計測システムを用いて,バラスト用砕石の形状の測定を実施し,砕石の形状特性の抽出とその定量化をはかるとともに,二次元および三次元の不連続体モデルの作成法の改善を行った。2二次元および三次元の不連続体の数値モデル化手法の提案とその応用砕石の実測データを数値化して三次元CAD上にとりこみ,測定点の座標から辺を作成し,辺の組み合わせで面を作成し,さらに面の集合で三次元の多面体を構成するという不連続体モデルの作成法を提案した。計測した砕石すべてについて,三次元の多面体モデル化しCAD上で表示できるようにした。提案手法の応用として,CAD上で複数のブロックを組み合わせ,それをテキストデータに変換し,三次元不連続体解析の初期の数値モデルを作成した。また,道床の不連続体モデルに動的荷重を作用させ,砕石の全体的挙動と局所的な動的応答特性を調べた。3楕円体近似による三次元形状の形状評価手法の構築三次元計測システムの応用として,楕円体近似による三次元形状の形状評価手法を提案し,砕石形状の実測データと比較した。これにより,三次元形状の計測システムの有用性が確認できた。4砕石集合体の挙動の測定実験実験室内で道床内部を模擬した砕石集合体を構成し,その中に試作した道床埋め込み型センサーを設置し,集合体外部より動的な外力を載荷して,砕石内部の三軸方向の加速度の測定実験を行った。これにより砕石の三次元的な挙動を時系列的に把握することが可能であることが確認でき,さらに,センサーのキャリブレーション方法についても検討した。また,計測実験より,ひずみゲージ式加速度計では,内部の発熱と過大外力への耐性に問題があり,現場での応用のためには構造について更なる検討が必要であることが明らかとなった。
一次宇宙線の恒星時異方性と太陽フレア現象時における粒子加速の研究

1997年末に南インド、ウーティ山上(東経77度、北緯11度、800g/cm^2)に、1GeV以上のミューオンの入射方向強度が1秒毎に測定可能な、ミューオン検出装置(560m^2)が新たに建設された。モジュレーションの観測装置としては、世界最大の有効観測面積を有している。異方性の測定精度の向上を目指し、今年度の科研費を用いて入射方向別の強度変化の測定用の回路システムを残りのユニットに組み込んだ。3月現在では計画どおりに全ユニット(560m^2)を稼動することが出来,70GeV以上の一次宇宙線強度の連続観測を行っている。これまでの観測結果の解析から次の様な結果が得られ,装置の測定精度は所期の目標を達成していることが確認出来た。1.拡散・対流理論から期待される18時の方向の太陽時異方性は、地方太陽時13時30分の方向に振幅0.4%で観測された。これは地磁気の影響(4時間)を考慮すると期待される方向と良く一致している。2.データをIMFの方向で分類し解析した結果、スウィンソン・フローによる恒星時異方性(振幅0.15%)を検出した。3.銀河磁場起源による恒星時12時付近の宇宙線強度の欠損の測定4.太陽系磁気圏の尾部からの流れ込み起源の恒星時6時付近の宇宙線強度の増加3,4より高緯度での観測では困難であるが、我々の観測地点は赤道に近いため、北半球で見られる欠損と南半球で見られる増加の2つの異方性が一台の装置で観測可能となった。これに関しての角度別測定の結果に関しては、現在解析中である。1998年3月2000年3月の期間の全方向強度のデータ解析の結果から異方性が0.05%の振幅で観測された。しかし、1998年と1999年の1年間ごとの結果では異方性の位相が2時間程度ずれている。現在、その原因について詳細な検討を行ないつつある。一方,大面積検出器の特長を生かし、フォービュッシュ減少の2次元的構造の解析等を進め、太陽フレアに伴う磁場の空間構造の解明を目指す。今後は連続観測を継続し、恒星時異方性に対する太陽活動の影響等を調べる為に年変化について解析を進める予定である。南インド、ウーティ山上(東経77度、北緯11度800g/cm^2に、1GeV以上のミューオンの全方向強度が1秒毎に測定可能な、ミューオン検出装置(576m^2)が新たに建設された。この装置により低エネルギー一次宇宙線(50GeV以上)強度の連続観測を1998年2月から開始し、現在に至っている。1年間(1998年4月1999年3月)のデータを解析し、次の様な結果を確認する事が出来た。1.拡散・対流理論から期待される太陽時16時付近の異方性の存在

2.銀河磁場起源による恒星時12時付近の宇宙線強度の欠損3.太陽系磁気圏の尾部からの流れ込み起源の恒星時6時付近の宇宙線強度の増加高緯度での観測では2,3で得られた2つの異方性が同時に観測される事は極めて困難である。我々の観測地点は赤道に近いため、北半球で見られる欠損と南半球で見られる増加の2つの異方性が一台の装置で観測可能となった。また、他のグループの報告は数年にわたるデータの収集により得られたものであるが、我々は1年間の観測から得る事が出来た。これにより、太陽活動による磁場強度の年変動による影響が観測可能になったと考えられる。異方性の測定精度の向上を目指し、1台のユニット(36m^2)に角度記録システムを組み込み、個々のミューオンの角度測定を可能にした。1ユニットでの入射方向別の強度変化の測定を1999年3月から開始した。1999年9月からは3ユニット(108m^2)に増やし観測を行っている。今年度の科研費で、全く新たな測定用基板の開発を始め、その設計、試作を終え、現在は製作、調整段階に入った。本年度中に約半数のユニット(8台)の角度記録システムの稼動を目指している。角度観測の予備的なデータ解析から、15度程度の分解能がある事が分かり、当初の目標が達成されている事が確認出来た。1997年末に南インド、ウーティ山上(東経77度、北緯11度、800g/cm^2に、1GeV以上のミューオンの入射方向強度が1秒毎に測定可能な、ミューオン検出装置(560m^2)が新たに建設された。モジュレーションの観測装置としては、世界最大の有効観測面積を有している。異方性の測定精度の向上を目指し、今年度の科研費を用いて入射方向別の強度変化の測定用の回路システムを残りのユニットに組み込んだ。3月現在では計画どおりに全ユニット(560m^2)を稼動することが出来、70GeV以上の一次宇宙線強度の連続観測を行っている。これまでの観測結果の解析から次の様な結果が得られ、装置の測定精度は所期の目標を達成していることが確認出来た。1.拡散・対流理論から期待される18時の方向の太陽時異方性は、地方太陽時13時30分の方向に振幅0.4%で観測された。これは地磁気の影響(4時間)を考慮すると期待される方向と良く一致している。2.データをIMFの方向で分類し解析した結果、スウィンソン・フローによる恒星時異方性(振幅0.15%)を検出した。3.銀河磁場起源による恒星時12時付近の宇宙線強度の欠損の測定4.太陽系磁気圏の尾部からの流れ込み起源の恒星時6時付近の宇宙線強度の増加3,4より高緯度での観測では困難であるが、我々の観測地点は赤道に近いため、北半球で見られる欠損と南半球で見られる増加の2つの異方性が一台の装置で観測可能となった。これに関しての角度別測定の結果に関しては、現在解析中である。1998年3月2000年3月の期間の全方向強度のデータ解析の結果から異方性が0.05%の振幅で観測された。しかし、1998年と1999年の1年間ごとの結果では異方性の位相が2時間程度ずれている。現在、その原因について詳細な検討を行ないつつある。一方、大面積検出器の特長を生かし、フォービュッシュ減少の2次元的構造の解析等を進め、太陽フレアに伴う磁場の空間構造の解明を目指す。今後は連続観測を継続し、恒星時異方性に対する太陽活動の影響等を調べる為に年変化について解析を進める予定である。
健診の受診状況がメタボリックシンドロームにかかる医療費に与える影響に関する研究

本研究では、特定健診の受診状況をもとに後ろ向きコホート調査を行い、レセプト情報を活用した医療費分析により特定健診の評価を行う。傷病分析を行うことにより、各傷病に費やされた医療費を推計し、メタボリックシンドロームに該当する治療かかる医療費の比較や、どの疾病に医療費がかかっているのかの把握が可能となる。
骨髄幹細胞からの顎骨ならびに歯胚の誘導と再生医療への応用開発

【目的】胚性未分化(ES)細胞は,さまざまな細胞に分化することが可能であることから,近年再生医療への応用が期待されている,これまでに,われわれは,アフリカツメガエルにおいて,TGF-βスーパーファミリーに属するアクチビンA処理した,胞胚期の予定外胚葉領域(アニマルキャップ)由来未分化細胞と未処理細胞を混合し,再集合培養を行うと,効率よく均一な顎顔面軟骨が誘導出来ることを報告した^<1-3)>。さらに,再集合体を正常胚腹部に移植することにより,頭部の位置情報を保持したまま眼,顎骨や歯胚の誘導が可能であることも明らかにした。そこで,本系をさらに応用,発展させ,マウスES細胞から顎顔面の位置情報を持つ組織の誘導を試みた。【方法】フィーダー細胞を用いない無血清培養系にて未分化性を維持したES-D3細胞^<4)>を,TGF-βスーパーファミリーに属し中胚葉組織誘導能を持つNodalで処理,あるいはBMP-4で処理を行い,それぞれ胚葉体(embryoid body,EB}を形成させた。続いて,とれらEBを再集合し,さらに培養を行った後のEBを組織学的ならびにRT-PCR法を用いて解析した。さらに,再集合培養系において,顎顔面領域の軟骨組織を形成する条件と,頭部組織より後方の脊索を誘導する2群の再集合体からRNAを抽出後,Xenopus DNAマイクロアレイ法を用いて顎顔面領域に発現する遺伝子の検索を行った。【結果と考察】4週間培養後の再集合体には,アルシアンブルーならびに2型collagen陽性の軟骨組織を認めた。また,頭部に発現するOTX-2ならびにneural crest形成に関与するAP2の発現を認めたことから,この再集合体は頭部の位置情報を持つことが明らかとなった。以上のことから,本培養系は,種々の器宮発生メカニズムの解明ならびに今後の再生医療に向け,有用なモデルとして発展できると考えられる。さらに,Xenopus DNAマイクロアレイ法を用いて,顎顔面領域に発現する遺伝子の検索を行ったところneural crest形成に働くと考えられる遺伝子群を同定した。これら遺伝子群の中に,タマリン遺伝子の上昇を認めた。タマリンについて,in situ hybridization法を用いてその発現を検索したところ,眼,鰓弓,顎軟骨,歯胚に発現していることが明らかとなった。また,タマリンのAntisense-Morphorino oligoを作成し,8細胞期にマイクロインジェクションを行ったところ,インジェクション側において,脳組織,眼球の形成不全ならびに顎骨の形成不全を認めた。以上より,タマリン遺病子は,アフリカツメガエルの発生期において,顎顔面領域の形態形成に重要な働きをすることが明らかとなった。(目的)骨髄には多分化能と自己複製能を有する造血幹細胞や、それ以外の幹細胞が存在し、培養条件によっては骨芽細胞や、軟骨細胞などに分化することが知られている。

しかしながら、一般的な培養条件では、培養液中に、血清を添加し、培養が行われていることが報告されている。この、血清存在下の培養条件では、血清中に存在する様々なgrowth factorや、ホルモンなどが存在するので、正確な組織分化過程を明らかにすることは、困難である。本研究では、マウス骨髄細胞から、無血清培養条件下にて、幹細胞の維持ならびに増殖を行い、そこから顎骨ならびに歯胚などの顎顔面領域の組織分化を目指した。(方法)C57BL/6J 8週齢の雌マウスを安楽死させた後、両側大腿骨を摘出し、そこから骨髄細胞を取り出し、培養液中にて遠心分離後、骨髄細胞をタイプIコラーゲンコートしたフラスコに各培地条件下にて播種し、増殖ならびに組織分化を検討した。培地条件としては、RPMI1640とDMEMを1:1に混合したRD培地と、DMEMとF12を1:1に混合したDF培地を基礎にRD-DF培地を作成し、メルカプトエタノール、アミノエタノール、sodium selenite,トランスフェリン、インスリンの5つのfactorを加えた物を基礎培地として、検討した。(結果)RD-DF培地に上記5つのfactorを加えた物だけでは、骨髄幹細胞はほとんど増殖を認めなかった。そこで、マウスES細胞の未分化性に必須である白血病阻止因子;LIFならびに、オレイン酸、を加えた7FにFGF-2,ヘパリン、およびBMP4のfactorを加えた無血清培地条件では、骨髄細胞は、増殖を認め、内皮細胞様の形態を示す細胞と、樹上突起をのばした細胞、ならびに繊維芽細胞用の形態を示した細胞の出現が、確認され、増殖を示した。(次年度の計画)本年度の研究により、マウス骨髄細胞から無血清培養下での培養条件がほぼ確率したことから、分子マーカなどを用いて、骨髄細胞の検出ならびに分離を行い、顎顔面組織の誘導を試みる予定である。【目的】胚性未分化(ES)細胞は、さまざまな細胞に分化することが可能であることから,近年再生医療への応用が期待されている.これまでに、われわれは、アフリカツメガエルにおいて、TGF-βスーパーファミリーに属するアクチビンA処理した,胞胚期の予定外胚葉領域(アニマルキャップ)由来未分化細胞と未処理細胞を混合し,再集合培養を行うと,効率よく均一な顎顔面軟骨が誘導出来ることを報告した^<1-3)>)。さらに,再集合体を正常胚腹部に移植することにより,頭部の位置情報を保持したまま眼,顎骨や歯胚の誘導が可能であることも明らかにした。そこで、本系をさらに応用、発展させ、マウスES細胞から顎顔面の位置情報を持つ組織の誘導を試みた。【方法】フィーダー細胞を用いない無血清培養系にて未分化性を維持したES-D3細胞^<4)>を,TGF-βスーパーファミリーに属し中胚葉組織誘導能を持つNodalで処理、あるいはBMP-4で処理を行い、それぞれ胚葉体(embryoid body, EB)を形成させた。
骨髄間葉系幹細胞による骨および皮膚の再生治療研究

腸骨より採取した骨髄液を培養すると、培養皿底面に付着し、培養増殖される間葉系細胞を得ることができる。この細胞には、幹細胞や組織を再生する細胞が多数含まれる。まず、この間葉系細胞を増殖因子として、女性ホルモンであるエストリオールが有効であることを発見した。約10(7)M濃度で、培養液に付加することで、約50%問葉系細胞が増殖することが確認された。このエストリオールで活性化された間葉系細胞を使用することにより、皮膚や骨の再生治療を迅速かつ有効に行うことができる。皮膚の再生治療においては、26症例の治療経験が増加した。糖尿病や動脈硬化症を伴う症例では、従来の皮弁術では、血流の保持が困難なため、高度の技術を要する。また術後のヘパリンなどの抗血栓剤投与は臓器出血危険性を高め高齢者や全身疾患を持つ患者への生命リスクが高くなり好ましくない。褥瘡の治療においても、高齢者や寝たきりの患者が多く、皮弁術など、おおきな手術は、体への負担が大きく好ましくない。しかし、骨髄間葉系細胞移植することにより、少ない傷、痛み、侵襲で、治療が可能で、良質な医療技術と注目されることが、明らかとなってきた。骨再生治療においても、エストリオール添加と間葉系細胞に重層化により、より活性の高い培養骨の作製が可能となった。現在まで、35症例まで治療経験が増加、人工関節、骨折後の治癒不良、脊椎固定術など骨疾患に有効であった。すべての症例に有効であった。自家骨を犠牲にすることなく骨再生治療が可能であるため、術後の強い採骨部の疼痛を回避できる有用な治療であることが証明された。最近では、自家移植だけでなく、同種間移植や椎間板の再生治療への発展しつつある。約10(-7)M濃度で、培養液に付加することで、約50%間葉系細胞が増殖することが確認された。皮膚の再生治療においては、20症例の治療経験を有し、その有効性がすべての症例で確認された。重症熱傷においては、早期に創部を治癒させることにより、救命に成功し、また、下腿の難治性の皮膚潰瘍にも有効であった。骨再生治療においても、エストリオール添加によりさらに骨再生能力の高い培養骨の作製が可能となった。また、骨髄間葉系細胞を重層化することにより、さらに、骨再生能力の高い培養人工骨の作製に成功した。現在まで、29症例を経験し、人工関節、骨折後の治癒不良、脊椎固定術など骨疾患に有効であった。

すべての症例に有効であった。自家骨を犠牲にすることなく骨再生治療が可能であるため、術後の強い採骨部の疼痛を回避できる有用な治療であることが証明された。腸骨より採取した骨髄液を培養すると、培養皿底面に付着し、培養増殖される間葉系細胞を得ることができる。この細胞には、幹細胞や組織を再生する細胞が多数含まれる。まず、この間葉系細胞を増殖因子として、女性ホルモンであるエストリオールが有効であることを発見した。約10(7)M濃度で、培養液に付加することで、約50%間葉系細胞が増殖することが確認された。このエストリオールで活性化された間葉系細胞を使用することにより、皮膚や骨の再生治療を迅速かつ有効に行うことができる。皮膚の再生治療においては、23症例の治療経験を有し、その有効性がすべての症例で確認された。重症熱傷においては、早期に創部を治癒させることにより、救命に成功し、また、下腿の難治性の皮膚潰瘍にも有効であった。糖尿病や動脈硬化症を伴う症例では、従来の皮弁術では、血流の保持が困難なため、高度の技術を要する。また術後のヘパリンなどの抗血栓剤投与は臓器出血危険性を高め高齢者や全身疾患を持つ患者への生命リスクが高くなり好ましくない。褥瘡の治療においても、高齢者や寝たきりの患者が多く、皮弁術など、おおきな手術は、体への負担が大きく好ましくない。しかし、骨髄間葉系細胞移植することにより、少ない傷、痛み、侵襲で、治療が可能で、良質な医療技術と注目されることが、明らかとなってきた。骨再生治療においても、エストリオール添加によりさらに骨再生能力の高い培養骨の作製が可能となった。また、骨髄間葉系細胞を重層化することにより、さらに、骨再生能力の高い培養人工骨の作製に成功した。現在まで、34症例を経験し、人工関節、骨折後の治癒不良、脊椎固定術など骨疾患に有効であった。すべての症列に有効であった。皮膚骨の症例合計で、57症例と増え、現在、そのデータを解析中である。皮膚の再生治療においては、26症例の治療経験が増加した。骨再生治療においても、エストリオール添加と間葉系細胞に重層化により、より活性の高い培養骨の作製が可能となった。現在まで、35症例まで治療経験が増加、人工関節、骨折後の治癒不良、脊椎固定術など骨疾患に有効であった。
光加熱式動的DSC装置の開発

本研究では、以前に製作した光加熱TMDSCの第一号装置の経験を生かし、より優れた性能を有する第二号装置を開発した。第二号装置の最大の特徴は、変調用の光加熱システムをDSC本体に固定せず、光源部分をDSC本体と切り離し、両者を光ファイバーで結ぶ構造としたことである。これによるメリットは非常に大きい。第一に光入射条件を一定に保つことが容易且つ正確にできるようになった。第二に炉体上部が試料交換時に完全にオープンになるため、操作がしやすく、正確な試料の位置決めが可能になった。第三に測定試料側と参照試料側の加熱条件を、独立に制御できるようになった。これにより、新しい方法による測定ができることになる。第四に炉体への入射部のみを適合させることにより、どのメーカーの装置にも取り付け可能な製品を開発することができる。第二号装置の特徴として、測定信号をできるだけ良好な状態で取り出すように、装置内部の回路にまで改良を加えたことも重要である。TMDSCでは変調信号の位相までを考慮に入れた解析が行われるため、測定信号の良否はDSCの場合以上に結果に大きな影響を与える。このようなTMDSCに適したハードウェアの開発が、今後市販装置にも求められることになると考えられる。アルミニウムパンを試料とした測定テスト行い、光源分離型の加熱、信号取り出し回路ともに、良好に動作し、第一号装置を上回る結果を得ることができた。データ収集・解析ソフトウェアは、テスト段階に止まり、完成には至らなかったが、データ収集システムが支障なく働くことは、確認できた。本年度の研究実施計画の中心は、光加熱用アタッチメントの設計と、市販DSC装置からの信号取り出し法の決定であった。光加熱用アタッチメントについては、最も重要なDSC装置への入射部の設計が完了し、製作中である。試作装置であるため、入射条件を色々に変えられるよう、光ファイバーの取り付け部分に3次元的な自由度を持たせてある。これにより、最適入射条件を実現することができる。信号取り出しについては、信号読みとり用の計測器の性能、計測値のコンピューターへの読み込み方法、コンピューター内でのデータ処理等との関係を詳細に検討の上決定した。DSC信号のS/N比を良好に保つために、DSC装置内では初段の増幅のみを行い、外部への取り出し後に高速、高分解能のデジタル電圧計を使用することにした。また試料温度については、熱電対出力の温度値への換算を外部コンピューターで行うことにした。近年のコンピューターの高速化により、測定中に同時的に換算を行うことができる。以上の他、コンピュータープログラムの開発に、通常の開発言語ではなく、ビジュアル表示を用いた計測システム開発専用の言語の採用を決定した。これにより、開発時間が短縮されると共に、将来の改良、変更も容易になる。これは装置試作には重要な要素である。更に測定の基礎理論の検討を行った。市販の動的DSC装置で用いられているデータ処理法は、本研究で開発する高性能の装置では不適切になる。この点を克服するために、より現実的な装置の数学的モデルを立て、近似を用いない計算を行った。以上のように、本年度の当初研究実施計画を上回る実績を上げることができた。来年度は実際の測定を行う中から問題点を煮詰め、装置の完成を目指すと共に、製品化の場合の問題点についても考察を進める予定である。今年度の研究では、光加熱アタッチメントの完成が第一に行われた。光加熱アタッチメントは光源、固定偏光板、回転偏光板、回転用ステッピングモーター、モニター用検出器集光用レンズで構成された。これらをどのように配置するのが、最も適当であるかを、実際に出力信号を観測しながら決定した。具体的な構造は、成果報告書に図示してある。モニターの出力信号は、良好な正弦波型の波形を示したが、測定試料と参照試料の温度差信号は、変調周波数の半分の周波数の歪みがわずかに含まれていた。

しかし、歪みは1/2周波数の成分のみであるため、変調二周期分のデータのフーリェ成分を求めることにより、影響を受けずに測定することができる。光源とDSC炉体をフレキシブルな光ファイバーで接続したため、炉体への光入射部は試料入れ替えの際、完全に取り除くことができ、試料位置決めに非常に大きな効果があった。これらの結果より、この方法による光加熱アタッチメントが、製品化可能であることが明らかになった。装置内回路を改造して取り出したアナログ信号は、第一号装置に比較して分解能が高く、S/N比も良好であった。信号の変化部分のみを大きく取り出すために、直流成分を差し引いた上で増幅する方法を採用した。通常のDSC信号が大きな変化を示すときには、変調信号のみを大きく取り出すことは困難であるが、ガラス転移等では十分に大きな効果が期待できる。データ収集・解析用プログラムは完成に至らなかったが、テスト用プログラムを使用して、データ収集システムの動作が良好であることは確認できた。以上により、光加熱式動的DSCの製品化可能な形での開発について、本質的な問題は全て解決することができた。
PET／チェレンコフ光一体型撮像装置の開発

PET/チェレンコフ光・複合イメージング装置を開発し、性能評価を行った。装置は、対向型PET装置の検出器間に反射鏡を斜めに配置し、被検体の発するチェレンコフ光を、対向型PET装置の側方に導き、高感度CCDカメラで撮像する構成とした。開発したPET装置の視野中心部の空間分解能は1.2mmFWHM、感度は0.32%であった。一方、チェレンコフ光イメージング装置の空間分解能は220μm FWHMと極めて高いことが明らかになった。開発した装置で同時測定を行ったところ、チェレンコフ光とPET画像を同時同位置でイメージングでき、融合画像も作成可能であった。PET/チェレンコフ光一体型撮像装置の開発を行った。対向型PETの側面が空いていることを利用して、その空間にチェレンコフ光を撮像するためのEM-CCDカメラを配置した。そのままでは、対向型PET装置とチェレンコフ光撮像の方向が異なるので、被検体上方にミラー(反射鏡)を配置し、上方からのチェレンコフ光を撮像可能にした。対向型PET装置は1.2mmx1.2mmx10mmのGSOシンチレータブロックを33x33に配置したブロックを2インチ位置有感型光電子増倍管(PSPMT)に光学結合したブロック検出器を2個開発し、対向して配置することで構成した。対向するブロック検出器間で同時計数を行い、その間の断層画像を作成した。収集データは投影法により画像再構成を行い,平面画像を作成した。一体型装置として用いるチェレンコフ光撮像装置は被検体上方に配置したミラー(反射鏡)でチェレンコフ光を側面に導き出しEM-CCDカメラで画像化した。EM-CCDカメラに用いる光学レンズもF値の小さなレンズ(F:0.95)を選択するとともに被検体との距離を,接写リングを装着することで近づけ集光量を増加させることでS/Nの良い撮像を可能にした。被写体に含まれる放射性核種がガンマ線を同時に放出する核種の場合,ガンマ線がEM-CCDカメラのセンサー部で直接検出され,画像上に大きなスポット状のアーチファクトを生じるがソフト的に補正することで、この直接検出を問題の無いレベルにまで減少させることができた。開発した装置を用いて,ファントム画像の測定を行い、対向型PET装置とチェレンコフ光撮像装置の性能の評価と比較を行った。空間分解能は,チェレンコフ光画像はNa-22ポジトロン線源に対して230μm FWHM,PETは1.2mmが得られた。チェレンコフ光イメージングは、高感度カメラを用いてベータ線放出核種から放出される高速電子線により発生する微弱光を画像化する手法であり、核種の近くで多く発光するため、飛程の影響が少なく高い空間分解能の画像が期待できる。PETとチェレンコフ光の同時測定が可能な複合イメージング装置が開発できれば、PETとの比較によるチェレンコフ光イメージングの有効性を明らかにできるだけでなく、それぞれの長所を生かした新しい分子イメージング装置になりうる可能性がある。そこで同時測定が可能なPET/チェレンコフ光・複合イメージング装置を開発し、性能評価を行った。PET/チェレンコフ光・複合イメージング装置は、対向型PET装置の検出器間に反射鏡を斜めに配置し、被検体の発するチェレンコフ光を、対向型PET装置の側方に導き、高感度CCDカメラで撮像する構成とした。対向型PET装置は、1.2x1.2x10mmのGSOを33x33マトリクスに配置したシンチレータブロックを2インチ角型位置有感型光電子増倍管(PSPMT:浜松ホトニクス社製H12700)に光学結合した検出器2式を10cm離して配置することで構成した。被検体はその中間に配置し、被検体から上方に発せられるチェレンコフ光を、被検体上部に配置したプラスチック製反射鏡により側面方向に導き、側面に配置した高感度CCDカメラ(浜松ホトニクス社製:ORCA2-ERにF:0.95のレンズを装着)で同時撮像を行った。開発したPET装置の視野中心部の空間分解能は1.3mmFWHM、感度は0.25%であった。一方、チェレンコフ光イメージング装置の空間分解能は0.2mmFWHMと極めて高いことが明らかになった。開発した装置を用いて種々の被検体に対する同時測定を行ったところ、チェレンコフ光の超高分解能画像とPET画像を同時同位置でイメージングでき、融合画像も作成可能であった。開発した装置は、新しい分子イメージング機器として期待できることが明らかになった。チェレンコフ光撮像法は原理的にポジトロン核種の分布を極めて高い空間分解能で計測することが可能です。

しかし、生体内部から発する多重散乱された光を検出することになり画質が劣化するため,分子イメージング研究における有用性は未だ不明なままです。今回,世界で初めて対向型PET/チェレンコフ光一体型撮像装置を開発し,対向型PET装置による画像とチェレンコフ光画像の同時測定を可能にしました。医学物理すでにPET,チェレンコフ光の両撮像装置は完成し,それぞれの性能評価が終わり,一体化も終了している。したがっておおむね順調に進展していると結論される。PET/チェレンコフ光一体型撮像装置による動物の同時撮像を行い、融合画像を作成する。PET、チェレンコフ光画像及び融合画像を比較することによりPET装置との同時測定の有用性を評価する。ポジトロン核種、疾患モデル動物の種類、疾患部位等の測定条件を変化させた同時撮像を行い、動物撮像におけるPET/チェレンコフ光一体型撮像装置の有用性とともに、チェレンコフ光撮像法の有用性も評価する。備品で購入予定のEM-CCDカメラが購入時に旧機種となったため,購入価格が当初予定より低くなった。開発する装置の性能向上のために使用する予定でsる。
浸透圧依存的オルニチン脱炭酸酵素分解の分子機構

ポリアミン合成の律速酵素オルニチン脱炭酸酵素(ODC)の半減期は細胞内環境によって大きく変動する。ポリアミンの細胞内濃度が上昇するとODCの阻害蛋白質"アンチザイム"が誘導され、ODCはODC・アンチザイム複合体となり、26Sプロテアソームに認識されエネルギー依存的に分解される。また、ODCは低浸透圧下で細胞が膨潤すると安定化し、常圧あるいは高圧に戻すと迅速に分解される。細胞の膨潤下では、自食作用胞による蛋白分解が抑制されるので、このODC分解はリソソーム酵素による可能性もあり、従って、ODC分解の多様性も示唆される。そこで、本研究では浸透圧依存的ODC分解の分子機構を解析した。1.プロテアソームの特異的阻害剤ラクタシスチンは、HTC細胞におけるアンチザイム依存的ODC分解をほぼ完全に阻害するこが確認された。2.HTC細胞において、高浸透圧ショック(低浸透圧→高浸透圧変換)により惹起される迅速なODC分解もラクタシスチンによってほぼ完全に抑制された。ロイペプチンやE64では影響されなかった。3.高浸透圧ショック(低浸透圧→常圧、高圧変換)によるODC分解の促進は蛋白合成阻害剤によって部分的に抑制され、半減期の短い蛋白質の関与が示唆された。5.高浸透圧ショックは細胞質内のアンチザイム/ODC比を上昇させた。この上昇は蛋白合成阻害剤によって部分的に抑制された。以上の結果から、浸透圧依存的ODC分解の機構として、「高浸透圧ショックによってポリアミンの細胞内濃度が上昇してアンチザイムが誘導されると同時に不溶性分画からアンチザイムがリクルートされ、ODCがアンチザイム複合体となり26Sプロテアソームに認識されて分解される」と推定された。一見全く異なる細胞環境下に起こる迅速なODC分解が本質的には共通の機構によることが明らかになった。
非ハリウッド型の日本ゲーム産業システムの探求

非ハリウッド型=日本型のゲーム産業システムの特徴として,「数多くの潜在的創作者が存在しており,そういった人々が次々と新しいコンテンツの上流を生み出すこと」「生み出されるコンテンツのビジネスユニット(制作者が生活を営むことが可能な売上ライン)が小さいこと」にある.そのことをPCゲーム制作者へのヒアリングとWeb調査で明らかにした.非ハリウッド型=日本型のゲーム産業システムの特徴として,「数多くの潜在的創作者が存在しており,そういった人々が次々と新しいコンテンツの上流を生み出すこと」「生み出されるコンテンツのビジネスユニット(制作者が生活を営むことが可能な売上ライン)が小さいこと」にある.そのことをPCゲーム制作者へのヒアリングとWeb調査で明らかにした.19年度の研究実績は,1)研究費申請以前から継続して行っていた家庭用ゲーム発売延期率調査,2)さまざまなコンテンツ産業の関係者へのヒアリング,3)コンテンツリテラシー調査のパイロット調査,があげられる.1)家庭用ゲームの発売延期率についての調査は,研究費申請以前の調査に追加データを加え,東京大学で行われたDigraJapanで発表した(現在,Selected Paperの審査中).2)家庭用ゲームを作成している東証1部上場企業,PCゲームを作成している小企業,アニメ制作会社,ライトノベル出版社にヒアリングを行った.3)千葉工業大学,法政大学,久留米大学でコンテンツの消費・生産についてアンケート調査を行った.学生のなかでマンガを描いたことがある層が5%10%,小説を書いたことがある層が10%15%程度居ることがわかった.単純集計結果は進化経済学会のポスターセッションで公表した2)の成果については,20年度中に観光予定の著書(共著)に反映される予定である.20年度はコンテンツ消費・生産調査をWEBベース・10002000人規模で行い,年齢層別のクリエイティブな活動を行っている割合を計算する.非ハリウッド型=日本型のゲーム産業システムの特徴として,「数多くの潜在的創作者が存在しており,そういった人々が次々と新しいコンテンツの上流を生み出すこと」「生み出されるコンテンツのビジネスユニット(制作者が生活を営むことが可能な売上ライン)が小さいこと」にある.そのことをPCゲーム制作者へのヒアリングとWeb調査で明らかにした.Web調査で明らかにした創作の傾向は次のとおりである:1.過去に何らかのジャンルのコンテンツを創作した経験がある人は過半数である。また、現在、継続的にコンテンツを創作している人は20代では20%程度存在する。2.イラスト・マンガ・小説では女性の方が創作活動をしている比率が高く、ゲームと映像制作では男性の方が創作活動をしている比率が高い。3.イラスト・マンガ・小説のいずれも、制作は個人、技術の習得は独学が大半である。4.制作された作品は、webで公開するのが3割、イベントなどで販売するのが10%程度である。自分の周辺の家族・友人に見せる程度の人が多く、人に見せる気が全くない層も存在する。5.創作される作品は、全体でみるとオリジナル作品の制作経験率が二次創作経験率を上回る。特に、コンクールに応募する層・誰にも見せずに個人で創作を楽しむ層でその傾向は顕著である。一方、Web公開・メディア販売といった形で外部に公開する層では二次創作の制作率が高い。
渇水時における都市近郊水源林の水資源供給量の評価に関する研究

瀬戸市上水道の日単位給水量(平成4年度から平成9年度まで)の記録を分析した。瀬戸市の上水は、大きく分けて「自水」という自己水源と「県水」という愛知用水による木曽川水系の水からなっている。平成6年の渇水は、自水給水量の半減があり、県水の充当を仰ぐも、全給水量が不足するという図式で示される。なかでも、渇水の後期(9月)は、自己水が降雨により増大した状況で発生していることが理解された。また、渇水後長らく上水道給水量が低い水準で推移しており、木曽川水系の貯水量の回復が遅れたこと、節水の習慣がその後も長く維持されていることが推察された。愛知演習林の量水観測資料から森林の回復過程に対応して、流量が増大していることが明らかにされている。通常の森林水文試験の報告(例えば森林伐採により流量が増大する)と反する結論であり、その解釈を試みた。森林の育成が、水資源にとってプラスになりうることがある事例として強調されるべきである。自水の給水能力増強(実現すれば渇水は長期化しなかったと期待される。)の可能性については(1)空間的には新しい自己水源の開発のため十分な余地が残されているものの、(2)都市近郊林は廃棄物処分場に安易に利用される実態があり、廃棄物処分場と水源域における水質汚染産業の立地関係から、新たな水源確保には十分な検討が要求される。また、瀬戸市山間部集落における水利用に関するアンケート調査を実施し、(1)現在の水利用実態(2)平成6年東海渇水時の状態(3)市行政に対する要望などの項目について調べ、一方、木曽川源流山村の集落調査として、ダムを契機に急激な過疎化が進行した王滝村のT集落について同様の聞き取り調査を行った。瀬戸市・木曽川流域をモデルとして渇水の問題点を具体的に探り、都市近郊林の水源林としての機能について明らかにしていくことを目標とした。成果は以下のとおりである。1)愛知演習林3流域の60年の降雨・流出資料を分析し、年流量の微小な増大を確認した。これは年損失量の減少によってもたらされたものである。短期水収支を応用した結果、経年的に蒸発散は増大しており、年損失量は深部浸透の減少によってもたらされると結論づけた。土壌が森林の生育に伴って乾燥傾向を強めているためと判断されるが、熱帯の水文観測から報告されている事実とよく一致する。このことは、森林のもつ水源涵養機能が総流量についてマイナスと評価されていた従来の定説と反して、総流量を増大させるという結論を導く可能性とつながって、水資源創出のために森林整備が有効であることの有力な証となりうると判断している。なお、瀬戸市域のDEMを入手し、GISによる流域情報整理の準備をおこなった。2)水資源問題に関する研究文献の整理検討を行った。木曽川流域における人口の移動、水需給関係の統計資料の整理、平成6年夏の東海地方渇水の際の行政および住民の対応の整理を行った。さらに、瀬戸市並びに愛知用水の水源地帯における水源林管理についての実態調査を実施した。水質と関わる産業廃棄物処理施設をめぐる問題について聞き取り調査を行い、一方、豊川上流のダム問題の調査も加えた。1)前年に続いて、愛知演習林3流域の60年の降雨・流出資料を分析し、年流量の微少な増大を確認した。

短期水収支を応用した結果、経年的に蒸発散は増大しており、年損失量は深部浸透の減少によってもたらされると結論づけた。土壌が森林の生育に伴って乾燥傾向を強めているためと判断されるが、熱帯の水文観測から報告されている事実とよく一致する。このことは、森林のもつ水源涵養機能が総流量についてマイナスと評価されていた従来の定説と反して、総流量を増大させるという結論を導く可能性とつながって、水資源創出のために森林整備が有効であることの有力な証となりうると判断している。定説との整合をとるために流域のスケールのなかで上述の現象を位置づけた。2)前年に続いて水資源問題に関する研究文献の整理検討を行った。木曽川流域における人口の移動、水需給関係の統計資料の整理、平成6年夏の東海地方渇水の際の行政および住民の対応の整理を行った。さらに、瀬戸市並びに愛知用水の水源地帯における水源林管理についての実態調査を実施した。水質と関わる産業廃棄物処理施設をめぐる問題について聞き取り調査を進め、愛知県内の廃棄物処理の実態と住民の対応の事例を明らかにした。瀬戸市上水道の配給の記録を分析した。記録は、日単位である。瀬戸市の上水は、大きく分けて自水という自己水源と県水という愛知用水による木曽川水系の水からなっている。平成4年度から平成9年度までの6年間の記録から、平成6年の渇水は、給水量が自水の低下と県水の不足の図式で示され、なかでも、渇水の後期は、自己水が降雨により増大した状況で発生していることが理解された。また、渇水後長らく上水道給水量が低い水準で推移しており、節水の習慣がその後も長く維持されていることが明らかにされた。また、地下水を水源とする原山浄水場は、渇水の影響をほとんど受けない安定した供給源であった。自水の給水能力増強の可能性については(1)空間的には新しい自己水源の開発のため十分な余地が残されているものの、(2)廃棄物処分場や、養鶏場・養豚場との立地関係から新たな水源確保には、十分な検討が必要であることが指摘される。瀬戸市山間部集落における水利用に関するアンケート調査を実施した。瀬戸市の上水道は、愛知用水と市営水道により、普及率は99.3%であるが、水源地帯の集落はまだ、上水道が普及していない。二つの集落、約80戸を対象にして、(1)現在の水利用の実態、(2)平成6年東海渇水の時の状態、(3)市行政に対する要望などの項目について調べた。また、木曽川源流山村の集落調査として、ダムを契機に急激な過疎化が進行した王滝村のT集落について現地聞き取り調査を行った。
ナトリウムイオン輸送型ＡＴＰ合成酵素のイオン輸送機構の解析

本研究では、ATP合成酵素のFoのイオン輸送に関わる部位をアミノ酸残基レベルで解明する。ナトリウム輸送型のATP合成酵素のイオン輸送に関わるaサブユニットの膜貫通へリックスにシステイン残基を導入したATP合成酵素を化学修飾し、イオンの輸送に伴うATP合成活性とATP加水分解に伴うプロトン輸送活性の阻害から、イオンチャネルを形成するアミノ酸残基を調べた。その結果、ナトリウムイオン輸送型ATP合成酵素の2つのハーフチャネルはaサブユニットに存在することが明らかとなった。ATP合成酵素が欠損している大腸菌DK8にaL183C cF67C、aL183C cI68C、aL184C cF67C、aL184C cI68Cの4種類の変異を導入し、ATP合成酵素を発現した。これらの変異酵素を発現した反転膜を用意し、その反転膜を酸化、還元処理した際のATP加水分解活性を調べた。ピルビン酸キナーゼと乳酸脱水素酵素を利用したATP再生系でATP加水分解活性を45度で測定したところ、野生型は0.4 unit/mgの比活性で変異酵素は0.15から0.2 unit/mgの比活性であった。変異ATP合成酵素を発現させた反転膜を酸化剤CuSO4で酸化処理したものと、還元剤DTTで処理したものを用意して、のATP加水分解活性を測定した。酸化処理によりATP合成酵素のATP加水分解活性は1520%ほど阻害された。この結果から、ジスルフィド結合の形成によって酵素活性を制御することができるということ、aサブユニットのL183・L184とcサブユニットのI67・F68はいずれも近い距離に存在していることが分かった。野生型およびaL183CcF67C、aL183CcI68C、aL184CcF67C、aL184CcI68Cの変異ATP合成酵素を発現した大腸菌から反転膜を調製し、酸化状態と還元状態で反転膜小胞内への水素イオンの流入を調べて結果、aL184CcF67C、aL184CcI68Cは還元状態で水素イオン輸送活性を示すが、酸化状態で水素イオン輸送活性を示さなかった。aL183CcF67C、aL183CcI68Cは還元状態、酸化状態いずれも水素イオン輸送活性を示さなかった。これらの変異ATP合成酵素のうち、aL184CcF67Cの変異ATP合成酵素について、精製を行った。野生型ATP合成酵素の膜画分とaL184CcF67Cの変異ATP合成酵素の膜画分を用意し、ドデシルマルトシドを最終濃度1%になるように添加して、酵素を可溶化した。超遠心分離により、不溶性画分を除いたのちに、酵素のβサブユニットに導入されているHis-tagを介してNi-NTA樹脂に吸着させた。洗いの操作後、イミダゾールの入った溶液で酵素を溶出し、酵素の画分を限外濾過膜で濃縮した。こうして得られた精製酵素のaサブユニットとcサブユニットのジスルフィド形成をSDS-PAGEとanti-aとanti-cを用いたウェスタンブロットで分析した結果、aL184CcF67Cの変異ATP合成酵素では50%程度がaとcの間でジスルフィド結合を形成していることが分かった。平成23年度は、ナトリウムイオン輸送型ATP合成酵素のFoaのアミノ酸残基をシステイン残基に置換し、これらを化学修飾した酵素の機能解析からイオン輸送経路を調べた。「ナトリウム輸送型FoF1のFoへのCys変異導入」:Na+輸送型FoF1のイオンチャネルを形成するアミノ酸残基を調べるために、すでに構築されているP.modestum由来のNa+輸送型FoとThermophilic Bacillus PS3由来のF1から成るハイブリットFoF1の発現系を用いた。このハイブリッドFoF1のFoaサブユニットにCys残基を導入したCys変異体を作製し、FoF1欠損株であるE.coli JM103 ΔuncPST-Iに発現させた。膜調整には、冷却遠心機(現有設備)と冷却超遠心機(現有設備)を用いて、遠心分離により、調製した。SDS-PAGEおよびanti-aのウェスタンブロッティングにより、FoF1とFo-aサブユニットの発現を確認した。「システイン残基の化学修飾とその酵素の機能解析」:この変異FoF1の反転膜を用いて、Cys残基をSH基修飾試薬であるN-ethylmaleimide (NEM)で化学修飾した。anti-aのウエスタンブロッティングを行い、LAS-3000(現有設備)でFoaサブユニットのバンドを検出した。ATP合成活性を測定した結果、cytoplasm側では、G215C、K219C、I232Cの変異FoF1において約45割程度、periplasm側では、F288C、G229C、N230C、M231Cの変異FoF1において約3割程度のNEMによるATP合成の阻害が見られた。これよりNa+チャネルはH+チャネルと同様にaサブユニットのcytoplasm側とperiplasm側にNa+チャネルが存在することが示唆された。ナトリウムイオン輸送型ATP合成酵素において、イオン輸送に関わるアミノ酸残基を明らかにすることを目的とした。そのため、P. modestum由来のナトリウムイオン輸送型のFoと好熱菌由来のF1からなるハイブリッドFoF1の発現系を用いて、ナトリウムイオン輸送機構の解析を行った。

ナトリウム輸送型ATP合成酵素のイオン輸送に関わる部位にシステイン残基を導入し、それらの残基をNエチルマレイミド(NEM)で修飾した際のATP加水分解活性、ナトリウムイオン輸送駆動のATP合成活性への影響について分析した。イオンチャネルの候補として,aサブユニットの細胞質側のアミノ酸残基である211番目225番目と,ぺリプラズム側のアミノ酸残基である227番目236番目までのアミノ酸残基を,それぞれシステインに変異させた変異体を用いて、それぞれのシステイン残基をNEMで化学修飾して各測定を行った。各測定結果より,細胞質側ではA214C,G215C,A218CとI223Cで,ペリプラズム側ではN230Cがイオンチャネルとして働いていることが示唆された。ナトリウムイオン輸送型ATP合成酵素は、プロトン輸送型ATP合成酵素と同様にaサブユニットに2本のハーフチャネルが形成されていることが示唆された。ナトリウムイオン輸送型ATP合成酵素において、イオン輸送に関わるアミノ酸残基を明らかにすることを目的とした。そのため、P.modestum由来のナトリウムイオン輸送型のFoと好熱菌由来のF1からなるハイブリッドFoF1の発現系を用いて、ナトリウムイオン輸送機構の解析を行った。ナトリウムイオン輸送型ATP合成酵素のイオン輸送に関わるaサブユニットの細胞質側のアミノ酸残基である211-225番目と、ペリプラズム側のアミノ酸残基である227-236番目のアミノ酸残基をそれぞれシステインに変異させ、それぞれのシステイン残基をNEMで修飾して活性を測定した。K219CをNEMで修飾したものは合成で阻害するが、加水分解では阻害しないことを確かめるために、ATP加水分解駆動のプロトン輸送活性、プロトン輸送駆動のATP合成活性への影響についても分析した。その結果、A214C, G215C, A218CとN230Cは、NEM修飾でATP合成活性、ATP駆動のプロトン輸送活性のいずれも阻害されたが、K219CはATP合成活性のみ阻害した。これらの結果から、ナトリウムイオン輸送型ATP合成酵素は、プロトン輸送型ATP合成酵素と同様にaサブユニットに2本のハーフチャネルを形成していること、K219はATP合成時のみイオンチャネルとして働くことが示唆された。本研究では、ATP合成酵素のFoのイオン輸送に関わる部位をアミノ酸残基レベルで解明する。ナトリウム輸送型のATP合成酵素のイオン輸送に関わるaサブユニットの膜貫通へリックスにシステイン残基を導入したATP合成酵素を化学修飾し、イオンの輸送に伴うATP合成活性とATP加水分解に伴うプロトン輸送活性の阻害から、イオンチャネルを形成するアミノ酸残基を調べた。その結果、ナトリウムイオン輸送型ATP合成酵素の2つのハーフチャネルはaサブユニットに存在することが明らかとなった。培養設備の故障が生じ、その修理に時間がかかり、本年度の研究計画にやや遅れが生じた。実験結果を整理して論文にまとめ投稿したが、追加実験の必要性を指摘され掲載には至らなかった。生物化学投稿論文の査読で追加実験の指摘があるので、追加実験を行い研究成果を補強する。これまでの研究成果をまとめて論文発表、学会発表を行う。当初の計画通り、平成24年度はFoaサブユニットとFocサブユニットの近接する残基を予測し、FoaとFocにそれぞれCysを導入した。作成した変異ATP合成酵素は、酸化処理によりジスルフィド結合形成に伴う活性の低下がみられ,近接する残基を同定することができた。