hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
有明海異変透明度増加の生化学的原因解明に関する研究

有明海干潟底泥から回収した水溶性細胞外多糖類様物質(EPS)を有機物分解処理した底泥の懸濁液に添加した。回転粘度計のスリーブの中で人工海水懸濁液では非ニュートン挙動を示して、ずり速度に比例してずり応力が増加した。底泥の粒子径は約1.3倍に増加した。これは底泥に吸着したEPSが海水のカチオンにより、ネットワークを形成するためと考えられた。付着藻類を起源とする細胞外物質の底泥粒子の凝集や安定に関する影響を実験室的に検討した。この多糖類は水溶性であり、凝集や安定化に関する影響を流動特性実験で調べた。抽出多糖溶液とその底泥懸濁溶液やカルシウム共存状態での流動は、ずり速度可変の粘度計を用いて測定した。抽出溶液はビンガム挙動を示し、粘度は経過時間とともに増加した。これは水和反応によるものと考えられた。抽出多糖が共存する懸濁液では非ビンガム挙動を示し、チキソトロピー性を示した。抽出多糖は底泥の安定化に関係して、その効果はカルシウムによって増すことがわかった。有明海へ影響を及ぼす河川としては一級河川である筑後川があげられる.この河川は土砂輸送を含め,有明海への流入負荷が大きい。有明海への土砂輸送に付着藻類の細胞外EPSが影響しているとすれば,その影響を調べることは重要であると考えられる.そこで本論文では,筑後川底泥の状況を有明海底泥との比較において検討した.得られた成果を下記に示す。・EPS中から2価の金属およびウロン酸が検出され、これらの相互作用によりEPSに凝集能力が付与されていると考えられる。・筑後川底質からも糖が検出され、光合成の影響を受けていることが示唆されたが、クロロフィルとの相関は分かっておらず今後更なる研究が必要と思われる。・底質にEPSを加えると剪断応力が発生し、これにより底質粒子の流動により大きな力が必要になることが考えられる。これはEPSと土との相互作用で凝集が起こり、粒径が増したためだと考えられる。・底質にEPSを加えて撹拌すると、粒子径が増大することが分かった。更に、それに伴い全糖量も増加し、糖と底質間での相互作用が起こっていると考えられる。・底質EPSが懸濁物質の凝集・沈降に関与し、有明海の透明度上昇およびCODの増加につながっている可能性は証明できた。しかし、底質EPS以外の要因も大きく係っていると考えられるため、今後もEPSについて検討していく必要があると考える。細胞外ポリマー(EPS)と言われていて,生物膜が干潟表面を覆っている場合には,干潟泥粒子に吸着して干潟の安定性に寄与することが報告されている.本研究では生物膜自体ではなく環境悪化が懸念されている有明海干潟底泥から水溶性EPSを抽出し干潟底泥への吸着の確認、その影響について検討した.EPSの添加がないコントロールサンプルでは逆にCODが増加したが,添加系では前後で値が低下して吸着が確認できた.添加系での撹拌前を考えると,人工海水のほうが溶解性CODの値が低い.このことは,すでに最初の撹拌時点においてEPSの吸着が起きていることを示す.例としてEPSを0.5mL添加して測定したレオロジー特性では速度の増加から減少にともなう操作で示す応力が異なってわずかにヒステリスを示す.ずり速度の低いところは実際には測れていないが,外挿すると原点を通るのでほぼニュートン流体であることがわかる.吸着量は違いがあるが応力の変化は,EPS添加直後には蒸留水・海水の違いによらず類似の応力値を示す.45分撹拌後は蒸留水では応力の変化が少ないが人工海水混合では応力が増加している.これは底泥に付着したEPSが撹拌により海水中のカチオン成そのことを確認するために顕微鏡写真で確認し粒度分布を測定した.蒸留水懸濁液のときには見慣れた底泥粒子が,人工海水懸濁液ではより凝集状態となっていて,状態が変わっていることが確認できた,平均粒子50%の径は蒸留水懸濁液が20gm,人工海水懸濁液で25gmであり,1.3倍近く粒子径が増加したことがわかる。

これらの変化の原因は人工海水懸濁液のみに大きな変化があったことからEPSがまず底泥に吸着しそのウロン酸のような酸性糖と人工海水中のカチオン成分が架橋してネットワークをつくり粒子径を大きくしたと考えられる.そこで,EPSの成分を測定したところ2種類ウロン酸が検出されたので,この成分が影響しているものと思われた.生物膜が細胞外に分泌する高分子多糖類様物質は細胞外ポリマー(EPS)と言われていて,生物膜が干潟表面を覆っている場合には,EPSが干潟底泥に吸着して干潟の洗堀が起こりにくくなり安定に寄与することが報告されている1).有明海の環境悪化の一つとして透明度の増加があげられている2)。本研究では,上記の類推から,いろいろ検討されている原因の一つに底泥付着藻類のEPSが影響している可能性,つまり底泥が巻き上がりにくい性状になって,EPSがその性状変化に関係していること考えた.想定メカニズムについてはつぎのように考えている.有明海底泥は粒度の小さい粘土質なので潮流や潮汐によって巻き上げられる底泥が多く,透明度が低い状態であった.環境の変化により増粘性有機物であるEPSが懸濁物質に付着する量が多くなり,懸濁物質が凝集して,巻き上げられる底泥が減少する.その結果,透明度3)が上昇し,赤潮の原因となる藻類が発生しやすくなった,そこで有明海底泥から水溶性EPSを抽出し,有機物を除去した底泥への吸着特性を検討することで,その可能性の評価をおこなった.本研究では干潟底泥から抽出した高分子様多糖類が,人工海水中で底泥に吸着し時間とともにカチオンの影響によりネットワークを形成して,粒径が大きくなることがわかった。
相関電子の結晶化により強誘電分極する有機伝導体の複合体薄膜創成による新機能探索

新しい強誘電体として電子分極型の強誘電体の実現性が注目されている。我々は,有機伝導体α-(BEDT-TTF)2I3塩およびその関連物質がその概念に適合する物質であると考えている。本研究では,強誘電体の本質的特徴として重要な自発電気分極の存在の検証とその外部電場依存性を調べることを目的に,α'-(BEDT-TTF)2IBr2塩の誘電率,およびα-(BEDT-TTF)2I3塩の焦電流観測を行った。その結果,前者からは,転移点における分極揺らぎによる誘電応答は残留電荷による効果より相対的に低いことが分かった。後者からは,α-(BEDT-TTF)2I3塩が自発分極していることが直接確かめられた。我々は,有機伝導体α'-(BEDT-TTF)2IBr2塩が反強誘電的な中間相を経て自発電気分極する強誘電性物質であることをしめしてきた。平成24年度の研究では,この物質の単結晶を試料として誘電スペクトル測定を行い,異方性や電場印加効果の検討を行った。実験の結果,中間相を導く反強誘電性転移点より低い温度領域[T<206 K (=TAFE)]のデータに顕著な周波数分散が観測され,予備的実験結果が再現された。この信号はすべての偏光成分に現れており,温度低下に従って減少する一方,強誘電性転移点であるT159 K (=TFE)においてアノマリーを示さなかったことから,強誘電性による巨視分極形成と無関係なMaxwell-Wagner効果によるものと考えられる。10kHz以上の周波数では,この周波数分散が抑制され,TAFEからTFEにかけて平坦な温度依存性が観測された。このような温度依存性はドメイン構造をもつ強誘電体がしめす挙動に類似しており,反強誘電的な中間相において何らかのドメイン構造が発生していることが示唆される。研究計画当初,強誘電転移点TFEでは長距離分極の揺らぎに伴う大きな誘電異常が観測されると期待していたが,実験結果によればどの方位にも顕著な異常は発生しなかった。このことは,電子型強誘電体の分極はごく小さいことを意味し,容量素子として利用する場合の課題である信号遅延を抑制できることから,高速電子素子への応用に適した強誘電体であることが示された。我々は有機伝導体の一部に反転非対称な電荷秩序を形成する物質を見いだし,その機能物性の理解に向けた研究を行っている。本研究では,これらの物質の誘電率,特に強電場下での応答を理解するために,強誘電性有機伝導体からなる薄膜作製の試行を計画した。研究対象に長距離の強誘電秩序形成を確認しているα'-(BEDT-TTF)2IBr2塩を選択し,物性評価の基礎データとして用いるため単結晶試料による純粋な誘電率測定の確認を行った。強誘電転移点では分極ゆらぎの発散に伴う大きな誘電率が観測されるが,実験の結果,上記物質の場合,試料ー電極間の電荷蓄積効果が分極揺らぎによる真の誘電率信号を凌駕してしまうことが理解された。このことは,誘電測定では強誘電性の電荷秩序の評価が困難であることを示唆しており,これに代わる検出法の検討が必要となった。そこで,代替手段として焦電電流の適用を計画し高感度の温度変調電流測定系を構築した。この装置では,検出感度を高めるために,試料温度をチョッパーでオンオフさせた光照射により変調させ,位相検波法により温度に比例する電流成分のみを検出することで信号-雑音比を向上させている。現在,微小試料への適用のため,顕微光学系およびそれに適合させた電気系統の最適化作業を行っている。ある種の有機伝導体は電子相関による電荷秩序転移によって強誘電的電気分極を発現する。新奇なこの強誘電性転移の機構理解と巨視分極に基づく機能開拓は興味深いテーマであるが,対象となる物質の残留伝導度は不可避的に大きく,分極反転や非線形誘電性の測定には困難が伴われる。こうした課題の解決を目指し,本研究では絶縁性の薄膜試料の作製を行いその誘電特性の評価を行う。薄膜化した試料の誘電特性を議論するには純粋なバルク試料の物性の把握が不可欠である。そのために平成23年度は,これまでに強誘電分極の発生を確認したα'-(BEDT-TTF)2IBr2を対象に,単結晶試料の誘電率測定を試みた。

先行する研究においてこの塩を含む2つの強誘電性物質の低周波(1 kHz以下)誘電率を測定した結果,誘電特性は自発分極特性をしめさない電荷秩序物質と実質的に等価であった。本研究では,強誘電性分極と関連する異常物性に注目する立場から,周波数のより高い(マイクロ波)領域での特性を調べた。この物質の電荷秩序相は,反強誘電相(TAFE=206 K)から強誘電相(TFE=160 K)へと,基底状態の競合を示唆する変遷を示す。予備的測定の結果,反強誘電性転移点以下(T < TAFE)において,10 kHz以下で顕著な周波数分散をしめす大きな誘電率が観測された。この緩和的信号は温度低下に従って減少するが,強誘電性転移点であるTFEに特別なアノマリーを示さないことから,巨視分極とは関係しない,欠陥等への電荷蓄積に対応する誘電応答であると示唆される。その一方で,10 kHz以上の誘電率はTAFEからTFEにかけて平坦なプラトーを形成した。このような誘電性は強誘電体におけるドメイン構造のような大きさの一定しない巨視的構造がしめす特性と理解されており,反強誘電相において何らかのドメイン構造が発生していることが示唆される。我々は,有機伝導体α-(BEDT-TTF)2I3塩の電荷秩序が反転対称性を破る強誘電性転移であることを明らかにし,電子型強誘電現象の典型例として注目している。本研究では,強誘電体の本質的特徴として重要な自発電気分極の存在の検証とその外部電場依存性を調べるために,関連物質の測定に対応させた誘電率測定の計測系を構築し,さらに試料の薄膜化して強電場下での誘電応答を調べることを目的に立案した。しかし,関連物質中でもっとも絶縁ギャップが大きいα'-(BEDT-TTF)2IBr2塩の単結晶を用いて予備的測定を行ったところ残留電荷による外部電場効果が大きく,真の誘電率観測が困難であることが判明した。そこで,周波数依存性にはいったん目を瞑り,電気分極の直接観測を行うべく焦電流測定の測定を試みた。その結果,本年度の研究により実際に焦電流が検出され,巨視的電気分極の発生が確認された。電子型強誘電体の電気分極は伝導電子が担っておりイオンによって分極する従来の強誘電体とは異なる性質を示す可能性があるが,電子位置の不定性のためこれまで分極特性は未知であった。このことは,電子の位置不定性こそが電子強誘電体の特徴の本質であることを示唆しており,本研究により電気分極の定量が可能となることで理論研究も刺激し,電子型強誘電体の特性理解が進むと考えられる。分子性固体物性本研究の目的は,特異な誘電特性を示す有機伝導体を薄膜化することで高電場印加や光との相互作用を効率化し,新しい機能性の開拓を行うことにある。薄膜化の効果の評価には誘電率の非線形性を測定する予定でいたが,単結晶の誘電率測定を試行したところ,誘電率測定が比較的容易なはずの絶縁性が高い塩においても残留伝導度の影響が大きく,試料の本質的な誘電率の評価が困難であることが分かったため。本研究では,新しい強誘電性物質群として認識されつつある有機伝導体物の物性評価を目的としているが,外部電場効果の評価手段として計画していた誘電率測定が,同物質群に対して効果的で無いことが基礎データの予備測定により明らかになり,実験計画の修正が必要となった。さらに,研究代表者の所属先異動に伴い,研究室の撤収作業および新規設立に大きな時間が要されたため,研究計画の遂行が遅延している。本研究の主目的は薄膜化した試料の誘電物性測定にあるが,その評価のために必須な純粋な単結晶の物性測定が実験的に難しくかつデータの解釈が難解であるために時間を要しているため。上記実験で観測された誘電応答は熱活性型モデルであるArrheniusの式でよく説明できたことから,その支配的成分は残留伝導電子によるMaxwell-Wagner効果である可能性が高い。
慢性的に片づけられない若年者の実態と効果的介入プログラムの開発

整理整頓が苦手な若者の行動・心理的特徴は自尊感情が低く自分で整理整頓・清掃を行わない傾向があった。そこで、整理整頓教育方法を検討し、7ヵ月後の自宅の乱雑状態とそれによるストレス等を無作為化比較試験とグループインタビューにより評価した。プロによる自宅での片付け作業のみを受けた群に比べ、ワークショップ形式による整理整頓教室も追加された群に改善効果がより強く表れたが、プロによる訪問においても一定の効果は得られた。状況が改善した理由は、教室実施後の自主的な参加者同士のネットワークによる励ましあいや達成感・他者承認による自信、プロによる自宅での整理整頓技術を目前で見ることが出来た点にあった。当該年度に計画した研究の目的は、「慢性的に片付けられない状態」と改善方法に関する文献の整理、慢性的に片付けられない本人の生活困難感および支援の実態を調査する事であった。まず、文献の整理に関しては、現在までに報告された国内外の論文・書籍の他、諸外国の支援内容に関する周知文書等から、研究報告の動向や支援方法について確認した。また、片づけられない状況と併存症に関する調査研究報告も整理することができた。本人の生活困難に関しては、質問紙調査を行い、片づけられない原因や生活困難の内容、部屋の散らかり具合についても調査を行った。合わせて、介入研究を行う際の評価に用いる目的で、散らかりの程度と生活困難に関する調査票を検討した。支援の実態に関しては、慢性的に片付けられない方を支援する専門家へのグループインタビューを行った。支援者へのグループインタビューの結果からは、片づけられない方に支援を行うきっかけや支援方法、支援を成功に導くコツ、支援をしていて困難に感じること、ご本人が片づけられない状況を克服するための具体的内容、今までの支援の実際等について伺った。グループインタビュー結果の一部は学会にて報告した。これらの結果から、片付けられない方の年齢や健康状況、家族の状況や部屋の散らかり具合を踏まえた介入方法の検討が必要であることが予測された。本研究を通した、慢性的に片付けられない方を支援する取り組みに関する調査結果は、実証的検討にむけた有意義な情報となり得る。本研究の目的は、我が国の「慢性的に片づけられない若年者」の状況と支援の実態を把握し、効果的支援プログラムを作成し、介入効果を測定することであった。本研究を通し、慢性的に片付けができない若者の生活の質を改善するとともに、極端に不衛生な住環境で生活をしている、いわゆる「ゴミ屋敷」による本人および近隣住民の健康被害を予防することをも期待していた。昨年度調査においては、散らかりの程度と生活困難に関する調査票を作成し、信頼性・妥当性を検討した後、整理整頓が苦手な大学生の居住環境状況と整理整頓意識、精神・心理的特徴との関連を調べた。今回の調査では、限られた対象ではあるが、慢性的に片付けが苦手な若者の居室環境状況と精神・心理的特徴の関連を見ることができ、結果を国内外の学会で発表をした。効果的な介入方法の検討に関しては、RCTにより介入効果について検証を始めたところである。本研究を通した、慢性的に片付けられない方を支援する取り組みに関する調査結果は、今後の我が国において慢性的に片付けができずに、日常生活の質を低下させている方を支援するための有意義な情報となりうる。大学生における居室環境状況と精神・心理的健康に関する関連を調査し、介入方法の検討を進めることができた。「片付けが苦手な若年者」を対象とした介入研究を始めることができた事は、おおむね順調に進展しているととらえている。1.対象者の居室の乱雑さによるストレスの度合いを測定する調査票を翻訳し、信頼性・妥当性の検証をし、以下の評価に使用した。2.看護・福祉系大学生の整理整頓への苦手意識や整理整頓状況、自尊感情を含む対象者特性との関連について調査をし、整理整頓が苦手な看護・福祉系大学生は居室が乱雑で、自尊感情が低い傾向があることが明らかになった。あわせて、整理整頓への苦手意識と実際の居室の乱雑状況、整理整頓の頻度は互いに関連していることも示唆された。一方、自宅の整理整頓を自分で行う一人暮らしの学生は、頻回に整理整頓を行っていても、居室の乱雑度が改善されない傾向があり、整理整頓が苦手な看護福祉系大学生の整理整頓技術や方法の未修得状況についても明らかになった。将来、療養者の生活を支える専門職となる看護・福祉系大学生に向けて、自尊感情に配慮した整理整頓方法を修得するための支援が必要であることを国際学会で報告するとともに論文投稿中である。3.慢性的に片づけが苦手な12歳から54歳を対象とした「整理整頓教室」による7か月後の介入効果をRCT(Randomized Controlled Trial)を用いて介入研究を行った。左記研究計画をプロトコール論文として国際学会で報告するとともに、オープンジャーナルに投稿し、研究計画を厳密に進めることができた。今後はこの評価結果について公表予定である。3.上記介入効果に関する実生活への効果を質的に調査することを目的に、対照群、コントロール群ともにインタビュー調査を行った。この質的調査に関しても学会、論文投稿等を通し公表予定である。当初、3年間で介入効果の検証と成果報告を予定していたが、対象者選択に時間を要し、研究期間を延長する必要があった。しかし、整理整頓が苦手な若年者の自尊感情を含めた対象者特性と整理整頓状況との関連に関する知見を得た事や、介入効果に関する質的調査を行うこともでき、意義ある研究として進めることが出来ている。

研究目的:乱雑な居室状態は、転倒や火災、アレルギー疾患への関与の他、ストレス等精神的健康へも悪影響を与える。本研究において、慢性的に片づけられない若者の生活困難を改善するための介入方法を検討し、評価結果の活用により対象者の生活の質の向上を目的とした。実施計画と成果:片づけられないことによるストレスを測定する尺度の開発を試み、該当ストレスと関連要因について測定した。その結果、看護・福祉系大学生において整理整頓が苦手な者は自尊感情が低く、一人暮らしの学生は頻回に整理整頓・掃除を行っていても乱雑な居室状態の改善が進まない状況があった.これらの対象者への整理整頓方法習得に向けた学習機会を設ける必要性が示唆された.次にこれらの結果を基に教育プログラムを開発した。評価方法は整理整頓が苦手な12歳54歳の62人を2群に分け、介入群にはプロによる訪問作業+ワークショップを実施し、コントロール群にはプロによる訪問作業のみを行う非盲検並行群間層別無作為化比較試験にて7か月後の対象者の居室の状態(Clutter Image Rating)と乱雑な居室によるストレス(Saving Inventory-Revised)、自尊感情尺度得点で評価した。7か月後の整理整頓行動の有無とその理由についてはフォーカスグループインタビュー(FGI)にて調査した。その結果、両群間の性・年齢等調整による変化量の有意差はなかったが、これは、両群にプロによる訪問作業を加えたことによるワークショップ単独の効果を測定できなかった事が考えられる。しかし、介入群における上記3指標すべてにおいてコントロール群より大きな改善傾向を示し、実践現場への応用を行うことが可能と考えられた。FGIによる整理整頓行動継続の理由は、ワークショップによる仲間の存在と現実の生活に合った方法の習得やスモールステップによる達成感・自信が挙げられた。整理整頓が苦手な若者の行動・心理的特徴は自尊感情が低く自分で整理整頓・清掃を行わない傾向があった。そこで、整理整頓教育方法を検討し、7ヵ月後の自宅の乱雑状態とそれによるストレス等を無作為化比較試験とグループインタビューにより評価した。プロによる自宅での片付け作業のみを受けた群に比べ、ワークショップ形式による整理整頓教室も追加された群に改善効果がより強く表れたが、プロによる訪問においても一定の効果は得られた。状況が改善した理由は、教室実施後の自主的な参加者同士のネットワークによる励ましあいや達成感・他者承認による自信、プロによる自宅での整理整頓技術を目前で見ることが出来た点にあった。予定していた文献検討、本人調査(質問紙)、支援者調査を行うことができた。特に本人の片付けられないことによる生活困難と支援者による支援方法に関する調査は詳細に行えた。慢性的に片付けが苦手な12歳から54歳を対象に介入研究を継続する予定である。片づけが苦手な12歳から54歳の対象者約60人を対象とした整理整頓教室の効果を、対象者の居室状況や居室の乱雑さから生ずるストレス等から評価した。また、実生活における改善効果について、インタビュー調査を行ったが、この2点について、学会に報告するとともに論文として公表する予定である。
有限次元超代数の原始冪等元が生成する射影直既約加群の構造の決定

自身の過去の研究によってすでに得られた、正標数の体k上の代数群G=SL(2,k)の第r Frobenius核G_rの超代数Dist(G_r)における、原始冪等元を含むある種の元を用いて、以下の研究を行った。1.これらの元のどれか1つによって生成されるDist(G_r)-加群について、その基底の構成を試みた。その結果、全ての標数に対してその基底を構成することに成功した。これらの加群の中には、射影直既約加群や既約加群といった重要な加群が含まれており、特にこれらの元を用いて既約加群が構成されるという結果も得られ、その意義は大きいといえる。この結果について国際学術雑誌に投稿し、現在査読中である。また、これと並行して、Dist(G_r)のある可換部分代数A_rに対して、上記のDist(G_r)-加群のA_r-加群としての構造の記述を試みた。これに関しては、ある特殊な条件のもとで記述することはできたが、一般的な状況で記述するには至らなかった。2.研究1.で得られた基底を用いて、超代数Dist(G_r)のJacobson根基の生成系の記述を試みた。体kの標数が奇数のときは2r個の元からなる生成系が得られた。一方で、標数が2の場合では、生成系を記述することはできたものの、2r個の元からなる生成系を得ることはできず、2r個よりも多い元からなる生成系を得るにとどまった。この結果については、2019年3月に開催された日本数学会年会で発表を行った。今後、国際学術雑誌に投稿する予定である。研究そのものは当初の予想以上に進展しているが、研究1.で投稿した論文の査読に時間がかかっているため(2)とする。査読の結果を待って研究2.の論文の投稿を行う予定である。今後は、次のような研究を予定している。1.本研究で得られた結果の量子群版についての考察。2.本研究1.におけるDist(G_r)-加群の、無限次元超代数Dist(G)への持ち上げ。年度末における当初の執行見積もりとの誤差である。残額は書籍の購入代金に充てる予定。
予兆検知のための数理的手法の開発と経済学・医学への応用

ビッグデータ時代においてデータから危険事態の発生や変化を早期検知することは重要な課題である。本研究では時系列データから変化や異常の予兆を早期検知するための科学的方法論を開発し、「予兆情報学」の確立をめざす。そのために数理・物理予兆情報学、経済予兆情報学、医療予兆情報学に分けて実施する。数理予兆情報学では、データの背後にある潜在空間の構造変化に注目し、異常や変化の予兆を検知するための数理的方法論を確立する。経済予兆情報学では、経済危機の予兆を不動産データからの異常検知として発見する方法論を確立する。医療予兆情報学では、多様な検査データを統合し、脳疾患の発症や緑内障の急速な進行の予兆検知をめざす。異常や変化の現象が生じる前の予兆を早期に検出し、その原因を解析するために「予兆情報学」の創生を提案している。「予兆情報学」は、データとその背後にある潜在空間を考え、異常や変化が現象としてデータに表れる前に、潜在空間には先に構造的変化が現れるとし、これを予兆として検出する方法を提案している。ビッグデータの存在を前提とした予兆は学術的に意義があり、実問題への応用により社会的課題の解決に寄与できると期待できる。特に、これまで個別に扱われてきた経済学・医学・物理という異なる複数の分野にわたる予兆の問題を数理的方法論(潜在的ダイナミクスに基づく予兆検知理論)により統一的に解決しようとする点で、先導的な知見と技術開発が期待できる。
最高エネルギー宇宙線観測用、人工衛星搭載型大気蛍光センサーの開発的研究

本研究において、この超高エネルギー宇宙線を観測するための人工衛星搭載を前提とした撮像装置の設計、開発を行い、原理的・技術的問題点を調査した。撮像原理は以下のようである。センサーは大口径イメージインテンシファイア(I.I.)部、光分配器、トリガー用マルチアノードPMT(MPMT)部、及びゲートICCDカメラユニット部から構成される。大口径I.I.は現在10cmの光電面を持ち、20kVの高電圧により、光電子が加速・収束され2.5cm径の出力蛍光面(P-47)で光となる。光分配器ではミラーにて大口径I.I.からの光を7:3に分光する。70%は後段のICCDカメラユニット部へ30%はトリガー用MPMTへ配光される。トリガー用MPMTには64chメッシュダイノード型のものを用い、波形情報をデジタル化し3Dパターン認識からトリガーを判定する回路(平成10年科研費、特定A公募「大気蛍光検出器におけるDSPを用いたインテリジェントトリガー」、150万円)を用いてトリガーを生成する。また、MPMTからの波形信号で蛍光到来時間もわかる。ゲートICCDカメラユニット部はMCP内蔵型近接I.I.部とCCDカメラ部から構成される。MCP内蔵型近接I.I.は前にインバーターI.I.をつけ、P-20蛍光体から光をマイクロチャンネルプレート(MCP)2段に伝え、P-43蛍光面により高利得を有する。また、トリガー部からのゲート信号入力により、ゲート時間のみMCPで増幅する。ゲート時間は5ns以上で随意に変化できる。ゲートの遅延時間は約100nsある。MPMTの波形から蛍光到来時間も10nsの精度で分かる。CCDカメラ部には240万画素の高感度CCDをレンズ結合で用い、P-43蛍光面からの光を高い結合効率で撮影ができるようにした。直接大気蛍光をCCDで受光せず、前段として通常の光電子増倍管のようにフォトカソードにて光電子変換させ、静電フォーカスによって中央部のマイクロチャンネルプレート(MCP)の上面に電子を加速収束させMCPにて電流増幅を行い、その電流分布をCCDにて高精度に撮像する。センサーとして残る課題は、静電収束部のさらなる大口径化(1m径)である。また、20m径鏡を宇宙空間で構築する方法の確立を目指す。新たなる人工衛星搭載型大気蛍光センサー開発のためのテスト用チェンバーを設計し、製作した。そのチェンバーの上面にはマクロチャンネルプレートとフォスファーの蛍光面を設置し、電子が衝突すれば上面より像を見る事ができる。チェンバー内は10の-8乗Torrの高真空が得られるよう、下面には分子ターボポンプを設置した。計算機シミュレーションを駆使し、電子集束装置の作り方を幾つか定め、その試作を3例行った。真空チェンバー、撮像装置、および、電子集束装置の設置を現在進めている。現在推進ている宇宙線望遠鏡計画のような巨大地上蛍光望遠鏡アレイにて、10^<21>eV以上の最高エネルギー宇宙線が有意に観測されたならば、新たなるエネルギーフロンティアの幕開けとなる。

また、検出頻度の少ないニュートリノによる最高エネルギー空気シャワーに対しても、さらに有効検出感度の高い検出器が必須となるであろう。大気透明度や建設・維持の現実性から、地上蛍光望遠鏡アレイをスケールアップするより、人工衛星から大気を睨む蛍光望遠鏡を用いる計画が提唱され始めている。しかし、人工衛星搭載という特殊環境での地上1000km四方を視野に入れる光集光検出器で、技術的可能性を確証されたものは今だ無い。本研究では人工衛星搭載蛍光検出器計画に向けて、基礎的である大気蛍光センサーの開発をした。100万平方キロメートルの領域で起こる蛍光現象を最終的に100万画素程度の読み出し光検出器にて撮像しなければならない。その際、許される電力は全ての電気回路を含めて、1画素あたリミリW以下に押さえないといけない。さらに、そのセンサーには撮像能力以外に、トリガーをどのように生成するか、また、宇宙線の方向を決定するときに重要な時間情報をいかに抽出できるかが鍵となる。本研究では試行錯誤の結果、次のような概念設計から具体的なプロトタイプ製作を行いテストを行っている。まず、光学的集光を鏡または、レンズで行った後、1m程度のカメラのサイズを今のところ仮定するのが合理的である。微弱なUV光子を最終的に撮像素子にて電気波形に変換するには、2段のイメージインテンシファイアと高速CCDカメラを用いる。1段目では光電子の加速・蛍光化のみで増幅を行い、蛍光イメージを光分配器にて後段のイメージインテンシファイアとトリガー用光電子増倍管とに経路を分ける。トリガー用には2次元メッシュダイノード型光電子増倍管を用い、荒い像とその時間応答を電子回路にて分析しトリガー論理を生成する。そのトリガーにより、2段目のイメージインテンシファイアの高電圧印加の正否が決まり、トリガーされたイベント像のみCCDカメラにて撮像される。その像とトリガー用光電子増倍管からの時間情報とをデータ収集すれば原理的に、上記の低消費電力による100曼画素程度の分解能と時間情報も得られる。これらは、格別、困難な開発要素は無く、本研究後、宇宙環境下での耐久性等を確認すれば、この設計は適応可能である。プロトタイプ製作、分解能、トリガー装置の応答性能等のテストのため、クリーンも設置され、現在、本格的な定量的テストが行われている.
犬における糞便マイクロバイオーム解析を活用した新規肥満治療の検討

腸内マイクロバイオームは宿主の状態や細菌同士の相互作用により働きが変わり、腸内の健康から身体全体の健康に関与する。そのため、健康維持のためには悪玉菌の割合が善玉菌を上回ることなく、日和見菌とともに良いバランスを保ち、腸内環境をコントロールすることが重要である。腸内マイクロバイオームに影響を与えるものとして、年齢や遺伝的背景、ストレス、抗生物質、食事などが挙げられる。食事の一種である機能性食品は、作用機序からプロバイオティクス、プレバイオティクス、バイオジェニクスの3種類に分けられる。平成29年度では6頭の健常犬に高たんぱく、低炭水化物、低脂肪および高繊維の食事を与えると、やせ型の糞便マイクロバイオームになることが認められた。その研究結果は研究論文にまとめ、現在獣医系学術雑誌にて審査中である。平成30年度では、その結果をもとに、11頭の家庭犬に2種類のフードを給与し給与前後の糞便マイクロバイオームを比較検討した。家庭犬においてもフードはきちんと与えられ、糞便も問題なく予定通りに回収できた。家庭犬を用いることでより、臨床に即した実用的な研究結果になると考えた。結果として1つのフードは糞便マイクロバイオームを均一化し、様々な家庭環境で飼育されている犬でも、糞便マイクロバイオームを均一化できることが分かった。もう一方のフードは糞便マイクロバイオームを均一化することはできなかった。この研究結果は現在論文を作成中である。家庭犬でもフードをきちんと食べてくれたため、信頼性のある研究データが得られた。今後はプロバイオティクスを家庭犬に投与し、体重や糞便マイクロバイオームにどのような変動があるかを検討していく。医学領域においてプロバイオティクスが糞便マイクロバイオームに影響を与えたちう研究はあるが、犬では少ない。そのため、今後は家庭犬を対象とし、フードにプロバイオティクスを添加することで体重や糞便マイクロバイオームにどのような影響があるか検討を行っていく。現在、腸内マイクロバイオームは健康や寿命、疾患と関係すると考えられている。食事は腸内マイクロバイオームに大きな影響を与えるものの1つである。しかし、市販フードが腸内マイクロバイオームに与える影響についての報告はない。そこで平成29年度は、健常犬における市販の体重減量用療法食の給与が糞便のマイクロバイオームに与える影響の検討ということで、ロイヤルカナン社の満腹感サポートを6頭に給与した。それ以外にも、ロイヤルカナン社の腎臓サポート、消化器サポート低脂肪およびアミノペプチドフォーミュラを健常犬6頭にそれぞれ給与しそれぞれのフードを与えてから3週間後の糞便マイクロバイオームを解析した。糞便からDNAを抽出し、タカラバイオ社に解析を依頼した。結果として、糞便マイクロバイオームは、主にActinobacteria、Bacteroidetes、Firmicutes、FusobacteriaおよびProteobacteriaの5門で構成されており、過去の報告とも一致した。4つのフード間で特徴的な変化を示したのは、アミノペプチドフォーミュラと満腹感サポートであった。これらの変化は、腸内に流入するタンパク質および繊維の量の違いよるものだと考えられ、脂肪や糖質はそれほど大きな影響を与えなかった。多様性指数においてもアミノペプチドフォーミュラ給与群のみやや低い傾向が認められ、腸への流入タンパク質が減少したことにより菌種数が減少した可能性が考えられた。以上のことより、これらのフードは犬の糞便マイクロバイオームに影響を与え、特にタンパク質および繊維の含有量が大きな影響を与える可能性が考えられた。これらの結果を論文にまとめ現在学術雑誌に投稿準備予定である。研究室内の健常犬における研究がスムーズに行えた。今後は家庭犬を用いてさらなる検討を行っていくため、食事を食べなかったり投薬ができなかったりすることも考えられるため、対応していく必要がある。腸内マイクロバイオームは疾患とも関係があり、ヒトではプレバイオティクスやプロバイオティクスを疾患の予防や治療に用いている。

獣医医療においてプレバイオティクスやプロバイオティクスを治療に用いる場合、家庭犬が対象になると考えられるが、家庭犬を対象にした糞便マイクロバイオームの研究は殆どない。また、腸内マイクロバイオームは遺伝的背景や生活環境などにも影響を受けるため家庭犬では多様化している可能性がある。そこで、今後は家庭犬を対象とし、フードの違いやそこにプレバイオティクスやプロバイオティクスを添加することで糞便マイクロバイオームにどのような影響があるか検討を行っていく。医学領域においてプロバイオティクスが糞便マイクロバイオームに影響を与えたちう研究はあるが、犬では少ない。そのため、今後は家庭犬を対象とし、フードにプロバイオティクスを添加することで体重や糞便マイクロバイオームにどのような影響があるか検討を行っていく。少額であるが、残額が生じた。残額を使用するのに適切な必要物品がなかった。本費用は翌年度の研究に使用する。
ディジタル図書館における連想型シソ-ラスの構築

本研究ではディジタル図書館に蓄積されたフルテキスト検索を対象にした連想型シソ-ラスを構築した。ディジタル図書館に格納されるフルテキストの量は膨大であり、従来の個々のキーワードを基本とした検索では求める文献を得ることは困難である。本研究では学術情報センターの学会データベースの抄録から複数ハッシュふるい分けによって多数の用語を切り出し、多数の用語の集合によって検索実験を行った。その結果、多数の用語による検索は分野を特定するような検索に有効であることがわかった。次に、抽出した用語を利用してシソ-ラスを構築するために、用語間の造語規則を利用して階層関係を抽出し、概念間の意味関係の基本構造を構築した。次に、抄録文の構文パターンによって同値関係、階層関係、因果関係など様々な種類の意味関係を抽出し、先ほどの基本構造に埋め込み、概念構造をより現実の情報に近い形にした。最後に、構築した概念構造を利用して意味関係をたどれるナビゲーションツールを作成した。本研究によって、ディジタル図書館に格納されたフルテキストに対して連想的にアクセスすることが可能になった。
量的拡張期の高等教育政策に関する基礎的研究―国会会議録の分析を中心に―

本研究は、1950年代から1970年代初頭にかけての国会会議録を資料として、国会での高等教育関連の審議状況を整理し、その内容分析をおこなうことを目的とした。本研究でおこなった作業は、(1)高等教育にかかわる内容をもつ国会会議録の収集と整理・データベース化および(2)そこでの審議内容の内容分析である。具体的には、1950年75年の衆議院・参議院の両議院会議録から高等教育関連の審議部分を検索し、複写をおこなった。さらに複写した資料をもとに、議会の回次、委員会名、年月日、審議件名を入力したデータベースを作成し、収集した資料の効果的・効率的な利用を可能にするための作業もおこなった。加えて、国会審議の社会的な機能を知る上で貴重な材料となると思われる、国会に提出された高等教育関連の「請願」のデータベースの作成作業も実施し、議会の回次、件名、提出者とその属性、紹介議員名と会派、内容要約の入力を終了し、加えて請願内容による分類もおこなった。さらに、以上の作業と平行して、高等教育史、政治史等の先行研究の分析にも着手した。資料の検索・複写およびとりわけデータベース化の作業に予想以上の労力と時間を要したため、データを収集した全期間にわたる深い分析をおこなうには至らなかったが、従来ほとんど体系的に利用されることのなかった基礎資料の収集・整理が完了したことにより、今後の戦後高等教育史研究の大きな展開が期待される。また1950年代までについては、国会の審議内容および請願提出状況の2つの側面からの分析を開始した。特に請願については、高等教育機関の新増設関連のものが多いといった内容の特徴がみいだされたが、他の資料からはうかがうことが困難な当時の高等教育をめぐる様々なイッシューを分析するための、きわめて情報量の多い材料であることが明らかになった。本研究は、1950年代から1970年代初頭にかけての国会会議録を資料として、国会での審議状況を整理し、その内容分析をおこなうことを目的とするものである。本研究でおこなう作業は、(1)高等教育にかかわる内容をもつ国会会議録の収集と整理・データベース化および(2)そこでの審議内容の内容分析であるが、本年度はとくに上述(1)の作業を集中して実施した。具体的には、本会議よりも実質的な審議がおこなわれたと思われる委員会レベルの会議録を優先し、1950年75年の衆議院・参議院両議院会議録から高等教育関連の審議部分を検索し、複写をおこなった。この作業は本年度で9割方は終了している。さらに複写した資料をもとに、議会の回次、委員会名、年月日、審議件名、キーワード等を入力したデータベースを作成し、収集した資料の効果的・効率的な利用を可能にするための作業もおこなった。こちらの作業は、本年度は議会の回次、委員会名、年月日、審議件名の入力にとどまっており、収集資料の通読が必要となるキーワードの入力作業は次年度の大きな仕事である。なお加えて、国会審議の社会的な機能を知る上で貴重な材料となると思われる、国会に提出された高等教育関連の「請願」「陳情書」のデータベースも作成を開始しており、次年度も引き続き作業をおこなう。次年度においては、以上のような諸作業を継続し、収集資料の整理を完了するとともに、資料の読み込みを開始し、その内容分析に着手する予定である。本研究は、1950年代から1970年代初頭にかけての国会会議録を資料として、国会での高等教育関連の審議状況を整理し、その内容分析をおこなうことを目的とするものである。

本研究でおこなう作業は、(1)高等教育にかかわる内容をもつ国会会議録の収集と整理・データベース化および(2)そこでの審議内容の内容分析であるが、今年度は昨年度から継続しておこなってきた上述(1)の作業をほぼ終了させた。具体的には、1950年75年の衆議院・参議院の両議院会議録から高等教育関連の審議部分を検索し、複写をおこなった。さらに複写した資料をもとに、議会の回次、委員会名、年月日、審議件名を入力したデータベースを作成し、収集した資料の効果的・効率的な利用を可能にするための作業もおこなった。加えて、国会審議の社会的な機能を知る上で貴重な材料となると思われる、国会に提出された高等教育関連の「請願」のデータベースの作成作業も継続し、議会の回次、件名、紹介議員名と会派についての入力を終了した。なお、一部の「請願」の内容や提出者については国会会議録に掲載がないため、国会図書館所蔵の資料をもとに調査を継続中である。また以上の作業と平行して、高等教育史、政治史等の先行研究の批判的な分析にも着手している。次年度においては、一部残ったデータベース作成作業を完成させるとともに、資料の読み込みを本格的に開始し、最終報告書の作成をめざしたい。本研究は、1950年代から1970年代初頭にかけての国会会議録を資料として、国会での高等教育関連の審議状況を整理し、その内容分析をおこなうことを目的とした。本研究でおこなった作業は、(1)高等教育にかかわる内容をもつ国会会議録の収集と整理・データベース化および(2)そこでの審議内容の内容分析である。加えて、国会審議の社会的な機能を知る上で貴重な材料となると思われる、国会に提出された高等教育関連の「請願」のデータベースの作成作業も実施し、議会の回次、件名、提出者とその属性、紹介議員名と会派、内容要約の入力を終了し、加えて請願内容による分類もおこなった。さらに、以上の作業と平行して、高等教育史、政治史等の先行研究の分析にも着手した。資料の検索・複写およびとりわけデータベース化の作業に予想以上の労力と時間を要したため、データを収集した全期間にわたる深い分析をおこなうには至らなかったが、従来ほとんど体系的に利用されることのなかった基礎資料の収集・整理が完了したことにより、今後の戦後高等教育史研究の大きな展開が期待される。また1950年代までについては、国会の審議内容および請願提出状況の2つの側面からの分析を開始し、現在その成果を報告書として執筆中である。
体細胞から始原生殖細胞を直接誘導する試みと個体発生全能性の解明

マウス胎仔線維芽細胞(MEF)から始原生殖細胞(PGC)を直接誘導するために、既存のトランスクリプトームデータ再解析により、MEFに比べてPGCで発現が高い等の基準で21の転写因子を絞り込み、MEFでの過剰発現を行った。その結果、MEFと比べPGCで発現が高い遺伝子(PGCマーカー)が発現誘導される細胞集団が見られ、さらに様々な条件検討により、わずか3遺伝子まで絞り込むことに成功した。しかし、細胞集団における解析ではPGCマーカーが発現誘導されていない細胞が混在した状態であるため、正確な発現誘導の程度等を解析することが困難であった。そこで、単一細胞レベルで遺伝子発現定量が可能なシングルセルRT-qPCRの実験系を確立し、解析を行ったが、PGCマーカーの発現上昇が見える実験回と見えない実験回があったりと、安定した結果が得られなかった。そこで、シングルセル解析系の反応時間等の変更など様々なプロトコル改訂を行ったが結果は安定しなかった。一方、ES細胞を含む株化した細胞株では安定した結果が得られたことから、詳しい原因は不明だが、本実験系は、処理を行ったMEFとは相性が悪く、安定した結果が得られないと考えられた。このように、当初の研究計画とは大幅に予定が変わり、目標としていたMEFからPGCの直接誘導には至らなかったものの、本研究により示唆された、MEFではわずか3遺伝子によりPGCマーカーの遺伝子発現が制御されている可能性は、これまでに報告がなく、この3遺伝子によるPGCマーカーの発現制御機構など、解決するべき課題はまだあるが、本研究で得られた知見はMEFをはじめとする体細胞から始原生殖細胞を直接誘導する条件、また、体細胞と生殖細胞の性質の違いを分け隔てている分子機構や個体発生全能性解明の重要な基盤になると考えられる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、体細胞(マウス胎仔線維芽細胞:MEF)から、生殖細胞の元となる始原生殖細胞(PGC)を直接誘導し、その際のメカニズムを解明することで、生殖細胞だけが持つ個体発生全能性という性質について理解することを目的としている。1昨年度までに行った私の研究成果により、MEFのエピゲノム状態をPGCへ近づける操作を行うことで(処理群MEF)、MEFの全ゲノム的な遺伝子発現状態を、PGCに近づけることに成功した(Sekinaka et al. Sci. Rep., 2016)。しかしながら、処理群MEFの遺伝子発現パターンは未処理MEFとPGCの中間段階に位置しており、また、処理群MEFは減数分裂の開始などといった、生殖細胞に特徴的な表現型を示さなかったことから、処理群MEFの遺伝子発現パターンをさらにPGCに近づける必要があると考えられた。平成29年度は、取得したトランスクリプトームデータを用いて、処理群MEFの遺伝子発現パターンをさらにPGCへ近づけるために重要と考えられる遺伝子21遺伝子の過剰発現を行ったところ、処理群MEFでは発現が上昇せず、かつ、PGCで高発現する遺伝子(以降PGCマーカーと記載)の発現上昇が見られた。続いて、21遺伝子のうち、様々な組み合わせでの過剰発現を試したところ、PGCマーカーの発現を上昇させるために重要な遺伝子はわずか3つであることがわかった。今後は、上記操作を行ったMEFでは、単一細胞レベルでPGCマーカーが発現上昇しているのか、また、全ゲノム的な遺伝子発現状態がどの程度PGCに近づいたのかを検証する予定である。現在、先行研究(Kurimoto et al., Nucleic Acid Res., 2006)を参考に、シングルセルでの遺伝子発現定量解析系(シングルセルqPCR)の立ち上げを完了し、操作を行ったMEFでの解析を進めている。平成29年度は、これまでの私の研究で明らかとした、体細胞(マウス胎仔線維芽細胞:MEF)のエピゲノム状態を生殖細胞の元となる始原生殖細胞(PGC)辺かづける操作を行うと(処理群MEF)、MEFの全ゲノム的な遺伝子発現状態がPGCに近づくという知見を基盤に(Sekinaka et al. Sci. Rep., 2016)、さらに遺伝子発現状態をPGCへ近づけるための操作として、遺伝子の過剰発現を考え、これまでに取得したトランスクリプトームデータを用いて、処理群MEFの遺伝子発現パターンをさらにPGCへ近づけるために重要と考えられる遺伝子21遺伝子を抽出した。実際に、上記21遺伝子を過剰発現したところ、処理群MEFでは発現が上昇せず、かつ、PGCで高発現する遺伝子(以降PGCマーカーと記載)の発現誘導に成功した。さらに、21遺伝子のうち、様々な組み合わせでの過剰発現を試し、PGCマーカーの発現を上昇させるために重要な遺伝子を3つに絞り込むことに成功した。以上のように、処理群MEFの遺伝子発現状態をさらにPGCへ近づける条件の基盤を確立することに成功したことから、本研究はおおむね順調に進展していると言える。

そこで、単一細胞レベルで遺伝子発現定量が可能なシングルセルRT-qPCRの実験系を確立し、解析を行ったが、PGCマーカーの発現上昇が見える実験回と見えない実験回があったりと、安定した結果が得られなかった。そこで、シングルセル解析系の反応時間等の変更など様々なプロトコル改訂を行ったが結果は安定しなかった。一方、ES細胞を含む株化した細胞株では安定した結果が得られたことから、詳しい原因は不明だが、本実験系は、処理を行ったMEFとは相性が悪く、安定した結果が得られないと考えられた。このように、当初の研究計画とは大幅に予定が変わり、目標としていたMEFからPGCの直接誘導には至らなかったものの、本研究により示唆された、MEFではわずか3遺伝子によりPGCマーカーの遺伝子発現が制御されている可能性は、これまでに報告がなく、この3遺伝子によるPGCマーカーの発現制御機構など、解決するべき課題はまだあるが、本研究で得られた知見はMEFをはじめとする体細胞から始原生殖細胞を直接誘導する条件、また、体細胞と生殖細胞の性質の違いを分け隔てている分子機構や個体発生全能性解明の重要な基盤になると考えられる。今後は、上記操作を行ったMEFでは、単一細胞レベルでPGCマーカーが発現上昇しているのか、また、全ゲノム的な遺伝子発現状態がどの程度PGCに近づいたのかを検証する予定である。そのために、先行研究(Kurimoto et al., Nucleic Acid Res., 2006)を参考に、所属研究室にて、シングルセルでの遺伝子発現定量解析系(シングルセルqPCR)の立ち上げを行った。現在、先行研究の結果を再現できており、実験系の立ち上げは完了した。今後は、シングルセルqPCR技術を用いて遺伝子発現定量を行い、続いて、全ゲノム的な遺伝子発現解析により、上記操作を行ったMEFが単一細胞レベルでPGCレポーターおよびPGCマーカーが発現上昇しているのか、また、全ゲノム的な遺伝子発現状態がどの程度PGCに近づいたのかを検証する予定である。さらに、遺伝子発現状態の評価と並行して、上記の操作を行った細胞が、次世代個体を生み出せる生殖細胞としての性質を獲得しているかを調べる。そのために、無精子症モデルマウスの精細管へ得られた細胞を移植するアッセイにより(Brinster et al. PNAS, 1994)、精子が形成されるか、また、その精子から産仔が得られるかを確認する。健常な産仔が得られた場合は、ダイレクトリプログラミング法によるPGCの誘導は成功したと判断し、MEFからPGCが誘導されるメカニズムを明らかとするため、誘導過程の細胞で経時的に全ゲノム的な遺伝子発現解析を行うことで明らかとする。仮に配偶子形成能に異常がある場合は、in silicoのパスウェイ解析やプロモーター解析をさらに行い、両者の違いの原因となっている分子経路や転写因子を予測し、遺伝子操作や化合物によル操作を行い、再度、無精子症モデルマウスへの移植実験を行う。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
血管平滑筋と心筋のKチャネルの差異に関する分子生物学的検討

細胞膜一回貫通型のmini K(あるいはlsK)チャネルは腎臓において最初に発見・クローニングされた。その後、心筋を含む多くの組織でmRNAの存在が同定されており、平滑筋組織としては子宮で見出されている。心筋の遅延整流性K電流は2つの成分からなっており、そのうちの活性化の遅い成分を担うKチャネルについては不明な点が多く、遺伝子レベルで完全に同定されてはいない。lsKをその候補のうちの1つに挙げている研究者もいる。平滑筋での知見は子宮に限られている。そこで血管を含めた多くの平滑筋組織から総RNAを抽出し、既に知られているlsKチャネルcDNAをもとに作製したプライマーを用いて、RT-PCR法により総RNAを鋳型にして解析した(RT-RCR法をCalgary大で習得した)。その結果、大動脈、十二指腸、回腸、気管、膀胱からPCR産物が得られ、その塩基配列はどの組織においてもlsK遺伝子と100%相同であった。また発現の程度も各平滑筋間で同様であった。この部分の結果は投稿準備中である。交感神経や内皮細胞の機能を薬物により除去した腸間膜動脈の潅流標本において、細胞膜2回貫通型の内向き整流性Kチャネル(IRK1)をやや選択的に抑制する低濃度のBa^<2+>を、他種のKチャネルを抑制するグリベンクラミドや低濃度のテトラエチルアンモニウムの存在下に潅流液に加えると、潅流圧が上昇した。この結果は腸間膜平滑筋の静止膜電位の維持にIRK1が寄与しており、Ba^<2+>によるIRK1抑制は平滑筋細胞に脱分極を引起こし、電位依存性Caチャネルを介するCa流入を増大させていることを示唆している。そこでIRK1遺伝子をウサギ腸間膜動脈からクローニングするため、心筋IRK1遺伝子をもとにプライマーを作製し、腸間膜動脈から得た総RNAを鋳型にしてRT-PCR法を適用した。およそ1400塩基対の長さを持つPCR産物が得られたので、これを2つの制限酵素を用いて3つの部位に分けてサブクローニングした。その結果、塩基配列はウサギ心筋IRK1と100%相同であった。さらに、内皮細胞を注意深く除去した腸間膜動脈から得たRNAからも同じPCR産物が得られたので、おそらく平滑筋由来のIRK1遺伝子と考えられる。このcDNAからcRNAを作製し、アフリカツメガエル卵母細胞に注入したところ、当然のことながら低濃度Ba^<2+>により抑制される内向き整流性K電流の発現が観察された。一方、ウサギ腸間膜動脈から単離した平滑筋にwhole-cell clamp法を適用したところ、Ba^<2+>感受性の内向き整流性K電流は極めて小さいが存在していることがわかった。他種のK電流も静止膜電位付近では極めて小さいので、幾つかの種類のKチャネルが静止膜電位の維持に寄与しており、IRK1はその一つと考えられる。以下は名市大・薬学部で行われた。これらのことから、抵抗血管の腸間膜動脈の平滑筋細胞にも心筋と同じIRK1が存在し、重要な生理的機能を果していることがウサギにおいて強く示唆された。今後、さらにin situ hybridizationを行って、腸間膜動脈の平滑筋細胞にIRK1が発現していることを示す必要がある。この部分はCalgary大で行われる予定である。ヒト、ウサギ、ラットなどの心房筋・心室筋細胞に存在するCa非依存性の一過性K電流(A電流)と類似の電流が平滑筋細胞にも存在するが、その生理的な意味は異なっていることを我々は既に明らかにしている。このKチャネルはラット心筋においてはKv4.2かKv1.4が主であると報告されている。そこでラットの血管を含む機種かの平滑筋においてA電流を担っているKチャネルを遺伝子的に同定するため、ラット脳由来のKv1.4とKv4.2の遺伝子をもとにそれぞれプライマーを作製し、ラット平滑筋RNAを鋳型にRT-PCR法を用いて解析した。PCR産物が得られたので、今後サブクローニングを行い塩基配列を決定する予定である。Calgary大ではラット脳由来Kv1.4のKチャネルをGH3細胞に発現させ、外液K濃度変化によるチャネル活性の変化やKチャネル抑制薬の作用を検討した(投稿準備中)。RT-PCR法を用いてクローニングしたcDNAの哺乳動物培養細胞への形質移入について、名市大での成功率が非常に低いので、その検討をCalgry大に人員を派遣して検討した。またIRK1と他の2回貫通型Kチャネルのキメラ遺伝子の作製法の検討のためCalgary大に人員を派遣した。今後これらの技術力の上昇により各テーマの新たな進展が期待される。