hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
脳タンパク質合成の調節機構におけるタンパク質栄養の役割に関する研究

本研究の目的は,低タンパク質栄養により観察される脳タンパク質合成の低下のメカニズムを,成熟ラットで明らかにすることである。タンパク質合成の開始因子のリン酸化,血中成長ホルモン濃度,脳内のロイシンなどアミノ酸濃度が,低タンパク質食,低栄養価タンパク質食摂取で有意に低下し,一方,脳タンパク質合成は,成長ホルモン欠乏モデルの脳下垂体摘出ラットで低下し,成長ホルモン投与で回復した。以上の結果から,タンパク質栄養による脳タンパク質合成の変動のメカニズムとして,開始因子の重要性並びに成長ホルモンの寄与が示唆された。本研究の目的は,タンパク質栄養の変動による脳タンパク質合成の調節メカニズムを明らかにすることである。今年度は,成長ホルモンの役割について明らかにするため,脳下垂体摘出成熟ラットを用いて脳タンパク質合成への影響を決定した。24週齢の雄ラットを,擬似手術群,脳下垂体摘出群,脳下垂体摘出+成長ホルモン投与群の3群に分け,成長ホルモン投与は解剖前7日間0.02mg/100gBWを毎日皮下注射した。Garlickらの^3H-Phe大量投与法により大脳,小脳,海馬,脳幹のタンパク質合成即を決定し,併せてRNA/Proteinを測定することで,RNA activityを算出した。脳の各部位のタンパク質合成速度並びにRNA activityは,脳下垂体摘出で有意に低下し,成長ホルモンの投与で,対照群レベルまで回復し,脳におけるタンパク質合成速度とRNA activityの間には,強い正の相関が観察された。一方脳の各部位のRNA/Proteinは脳下垂体摘出で減少したが,成長ホルモンの投与で回復しなかった。それ故,脳下垂体摘出や成長ホルモンの投与は,成熟ラットにおいて,RNA濃度よりもむしろRNA activityを調節し,脳タンパク質合成に影響する要因の一つとして示唆された。今後次年度以降,1)脳タンパク質合成の開始過程に及ぼすタンパク質栄養の影響,2)血中成長ホルモン,脳アミノ酸濃度に及ぼすタンパク質栄養の影響について検討し,タンパク質栄養による脳タンパク質合成のメカニズムの詳細についてさらに明らかにすることで,高齢者の脳機能に対するタンパク質栄養の役割について飛躍的示唆を得られるものと考えられる。今年度は,大脳,小脳における開始因子4E-BP1並びにS6K1のリン酸化に及ぼす食餌タンパク質の質的,量的影響について決定した。1日3時間のmeal-feedingに慣れさせた24週齢の雄ラットを3群に分け,20%カゼイン,20%グルテン,20%ゼラチン食あるいは20%カゼイン,5%カゼイン,0%カゼイン食のいずれかをそれぞれ1回3時間のみ摂取させた。Yoshizawaらのポリクローナル抗体を用いたprotein immunoblot法に従い,大脳,小脳のS6K1,4E-BP1のリン酸化の程度について測定した。大脳,小脳でのS6K1のリン酸化並びに大脳での4E-BP1のリン酸化の程度は,低栄養価タンパク質食,低タンパク質食摂取で堅調に低下した。一方,小脳における4E-BP1のリン酸化はタンパク質栄養の影響を受けなかった。従来より,我々は,脳タンパク質合成がタンパク質栄養に依存して変動することを成熟ラットでも報告しており,これらの結果から,成熟ラットにおいて,食餌タンパク質の栄養価や量がタンパク質合成の翻訳過程開始因子のS6K1並びに4E-BP1のリン酸化を調節し,脳タンパク質合成に影響する要因の一つとして示唆された。今後次年度は,内臓,骨格筋などですでに翻訳過程の調節作用が知られている成長ホルモンやアミノ酸に焦点を当て,血中成長ホルモン,脳アミノ酸濃度に及ぼすタンパク質栄養の影響について検討し,タンパク質栄養による脳タンパク質合成のメカニズムの詳細について明らかにすることで,高齢者の脳機能に対するタンパク質栄養の役割について飛躍的示唆を得られるものと考えられる。今年度は,血中成長ホルモン濃度,大脳,血中におけるアミノ酸濃度に及ぼす食餌タンパク質の質的,量的影響について決定した。血中成長ホルモン濃度を,ELISA法により,血中,大脳アミノ酸濃度をアミノ酸分析機により決定した。血中成長ホルモン濃度,血中,大脳のロイシンなど分岐鎖アミノ酸濃度を含む必須アミノ酸濃度が,低栄養価タンパク質食,低タンパク質食で有意に低下した。従来より我々は,タンパク質栄養により脳タンパク質合成や,翻訳過程の調節因子のS6K1並びに4E-BP1のリン酸化が,タンパク質栄養に依存して変動すること,脳タンパク質合成が体内成長ホルモンに依存して変動することを成熟ラットでも報告しており,これらの結果から,成熟ラットにおいて,食餌タンパク質の栄養価や量が,脳内のアミノ酸濃度や体内の成長ホルモン濃度を調節し,脳タンパク質合成に影響する因子の一つとして示唆された。

脳のタンパク質合成並びにそのメカニズムについて,タンパク質栄養との関連で明らかにしたのは,我々が初めてであり,本研究の結果は,高齢者の脳機能におけるタンパク質栄養の役割について,飛躍的示唆を与えると考えられた。
cdc2関連キナーゼによる細胞周期制御の分子機構

細胞複製にあたっての細胞周期上での主な制御点は、G1期中でG0期ではなくS期に向けての進行を決定するスタート点、S期開始点、およびM期開始点の3点である。本研究の目的は、これらの点で移行をサイクリン依存性cdc2関連キナーゼ群(CDKs)が制御する機構を明らかにすることにあり、本年度に得られた成果は以下の通りである。1.細胞周期調節関連遺伝子群として、ヒトデ卵からcdc2,cdk2,cdc25,サイクリンA,サイクリンC,カエル卵からサイクリンC,サイクリンD1とD2,suclのcDNAをクロン化した。現在、大腸菌で発現させた蛋白質あるいはC末オリゴペプチドを抗原として、抗体を作製中である。特にサイクリンCとCについては、卵母細胞から得られた最初のいわゆるG1サイクリンである。受精によるS期の開始や中期胞胚でのG期の創設など、初期胚ではS期制御が特異的であるといえ、この視点からG1サイクリンの機能を蛋白質レベルで現在解析中である。2.減数分裂ではM期が連続しており、その間にS期がない。それがいかにして保障されているかを、カエル卵成熟の系で解析した。その結果、Interkinesis期は核膜形成能もDNA複製能も有しているが、それをスキップして次のM期に入るためには蛋白質合成が必要であると判明した。現在、この新たに合成される蛋白質の実体を追求中である。3.ニューロフィラメントH鎖tail部をcdc2キナーゼがin vitroでリン酸化できることを以前見出したが、今回、ブタ脳からこのH鎖特異的なキナーゼを精製することに成功した。精製標品は34Kと26Kの2つのサブユニットからなり、suclゲルに弱く結合し、34K蛋白質は抗PSSALRE抗体によって認識された。これらの結果は、終末分化した脳においてもcdc2関連キナーゼが機能していることを示している。
Iタンパク質が、ミオシンフィラメントの形成におよぼす効果。

Iタンパク質には、pHが酸性の時、とくに75mMKCl以下のイオン強度でミオシンフィラメントを束ねる働きがある。濁度法でも、320nmでの吸収値が上昇することが確かめられた。Iタンパク質は、ミオシンフィラメントに最大モル比1:2.7の割合で結合し得るが、濁度はIタンパク質とミオシンの量比が1:5位でほぼ一定の値に達っした。ニトロセルロ-ス膜に吸着したミオシンは、アルカリpHや生理的塩濃度の溶液中でもIタンパク質と結合することが確認された。濁度法では、現在のところ必ずしも有意な差が認められていない。サンプルの違いによるデ-タのばらつきが大きいため、より詳細に検討中である。電子顕微鏡観察によると、コントロ-ルに比べて集合体が明らかに多く形成されていることがよくわかる。またIタンパク質は、ニトロセルロ-ス膜上では、KCl濃度が0.5Mという高イオン強度下でもミオシンと結合する。このことから、Iタンパク質はミオシン分子と結合し、ミオシンがフィラメントを形成していることが結合の必要条件ではないことが分った。Lメロミオシンを、pH6.5、KCl濃度が50mMの条件下で集合させると、パラクリスタルを形成する。Iタンパク質はこの条件でLメロミオシンと量比1:10位で結合するが濁度法による差は見出せなかった。電子顕微鏡観察により、Iタンパク質はIタンパク質はLメロミオシンのパラクリスタルに85nmの周期で結合していることが判明した。このことから、Iタンパク質は、ミオシンフィラメントの場合と異り、Lメロミオシンのパラクリスタルを束ねる作用を持っていないことがわかった。また、Iタンパク質がLメロミオシンの末端に結合していることを示す像も観察された。
ウリ類炭疽病菌が分泌する病原性タンパク質DN3の構造機能解析

本研究の目的は、植物の葉に感染する菌Colletotrichum orbiculareが分泌するエフェクタータンパク質と、植物の葉に存在するカルシウム結合タンパク質の相互作用を構造生物学的な手法を用いた試験管内の実験で証明し、その相互作用が実際に葉の細胞内で起こっていることがエフェクターの機能に必須であるという傍証を植物体を用いた実験で得ることである。このように多階層的な実験を組み合わせることで、多くの知見を得られることが期待できる。平成30年度は、以下に述べるような実験を行った。CaM結合部位と予測されたC末端部分を削ったDN3変異体ならびに、CaM結合能を失うようにC末端部分に変異を導入したDN3変異体を設計した。また、これらの発現系を構築した。発現系として、植物培養細胞BY-2の系と大腸菌の系を両方採用した。構築した発現系を用いて、2種類のDN3変異体を調製することに成功した。さらに、どちらのDN3変異体もCaMと相互作用をしないことをNMRの実験によって確認することができた。従って、初年度に得た結果と合わせて考えると、予測した部分がCaM結合部位であることを構造生物学的手法で証明できたと言える。植物体を使った感染実験も行った。発芽後5-6週の植物N. benthamianaの葉に対してあらかじめ構築したアグロバクテリウムの系を作用させて、DN3もしくはDN3変異体を感染させた。最初の感染から4日後に細胞死を誘導するNLP1を感染させてその効果をみた。野生型DN3ではNLP1の細胞死の効果を抑制することができたが、変異型DN3ではそれがみられなかった。この実験結果は、DN3のCaM結合部位がDN3の生理活性に必要なことを示している。今年度までに、以下のことが明らかになっている。植物病原菌Colletotrichum orbiculareが分泌するエフェクターDN3のアミノ酸配列中にCaM結合配列があることを予測した。DN3の発現系を構築し精製方法を確立した。NMRを用いて、DN3がCaMと直接結合する実験データを得た。また、この結合はCa2+依存的に起こることが明らかになった。CaM結合部位と予想される部分に相当する合成ペプチドを準備し、その溶液中の単独構造やCaM結合時の構造に関してCDを利用して調べた。CaM結合部位に相当する部分を欠損したDN3変異体ならびに、CaM結合能を失うようにC末端部分に変異を導入したDN3変異体を設計した。どちらのDN3変異体もCaMと相互作用をしないことをNMRの実験によって確認することができた。次に、植物体を使った実験を行った。まず、細胞死を引き起こすNLP1とその働きを抑制するDN3、ならびにCaM結合能を欠損させたDN3変異体を発現するアグロバクテリウムの系をそれぞれ構築した。DN3変異体のアミノ酸配列は、試験管内実験を行ったものと同一にした。まず、発芽後5-6週の植物N. benthamianaの葉に対して先に構築したアグロバクテリウムの系を作用させて、DN3もしくはDN3変異体を感染させた。最初の感染から4日後にNLP1を感染させてその効果をみた。以上のように、試験官内の実験、植物体を使った実験の両方で一定の成果を得ることができているので、研究はおおむね順調に進展していると判断される。植物に感染する菌のひとつSclerotinia sclerotiorumが分泌するタンパク質を網羅的に調べたデータベースが最近公開された。これをもとにして、感染に関与するタンパク質の中にCaM結合能を示すアミノ酸配列を有するものがあるかどうか調べる。このようなバイオインフォマティクス研究によって、DN3の持つCaM結合能が特別なものなのか、エフェクターによく見られる性質なのか知見を得たい。また、これまで2年間の実験はおおむね順調に進展しているので、最終年度は過去に行った実験結果を俯瞰し、論理的に整合性がとれているかどうか、データの質に問題がないか等を検証し、追加の実験を行う。特に、初年度に実施したCaM結合部位に相当する合成ペプチドを用いた実験の検証を行い、結合比や結合・解離定数に関する知見が得られないかどうか確認する。過去2年の研究期間では表面プラズモンやカロリメトリーなど熱力学的なパラメータを得る実験手法を利用していなかったが、これらの手法を活用することで新たな相互作用の特徴に関する情報が得られないかどうか検討する。さらに、DN3が持つ天然変性という構造上の特徴がどのように機能の発現に結びついているかも考察したい。平成31年度は本研究の最終年度にあたる。従って、これまでの成果を取りまとめると同時に学術論文を執筆し、しかるべきジャーナルに投稿したい。

発現系として、植物培養細胞BY-2の系と大腸菌の系を両方採用した。構築した発現系を用いて、2種類のDN3変異体を調製することに成功した。さらに、どちらのDN3変異体もCaMと相互作用をしないことをNMRの実験によって確認することができた。従って、初年度に得た結果と合わせて考えると、予測した部分がCaM結合部位であることを構造生物学的手法で証明できたと言える。植物体を使った感染実験も行った。発芽後5-6週の植物N. benthamianaの葉に対してあらかじめ構築したアグロバクテリウムの系を作用させて、DN3もしくはDN3変異体を感染させた。最初の感染から4日後に細胞死を誘導するNLP1を感染させてその効果をみた。野生型DN3ではNLP1の細胞死の効果を抑制することができたが、変異型DN3ではそれがみられなかった。この実験結果は、DN3のCaM結合部位がDN3の生理活性に必要なことを示している。今年度までに、以下のことが明らかになっている。植物病原菌Colletotrichum orbiculareが分泌するエフェクターDN3のアミノ酸配列中にCaM結合配列があることを予測した。DN3の発現系を構築し精製方法を確立した。NMRを用いて、DN3がCaMと直接結合する実験データを得た。また、この結合はCa2+依存的に起こることが明らかになった。CaM結合部位と予想される部分に相当する合成ペプチドを準備し、その溶液中の単独構造やCaM結合時の構造に関してCDを利用して調べた。CaM結合部位に相当する部分を欠損したDN3変異体ならびに、CaM結合能を失うようにC末端部分に変異を導入したDN3変異体を設計した。どちらのDN3変異体もCaMと相互作用をしないことをNMRの実験によって確認することができた。次に、植物体を使った実験を行った。まず、細胞死を引き起こすNLP1とその働きを抑制するDN3、ならびにCaM結合能を欠損させたDN3変異体を発現するアグロバクテリウムの系をそれぞれ構築した。DN3変異体のアミノ酸配列は、試験管内実験を行ったものと同一にした。まず、発芽後5-6週の植物N. benthamianaの葉に対して先に構築したアグロバクテリウムの系を作用させて、DN3もしくはDN3変異体を感染させた。最初の感染から4日後にNLP1を感染させてその効果をみた。以上のように、試験官内の実験、植物体を使った実験の両方で一定の成果を得ることができているので、研究はおおむね順調に進展していると判断される。植物に感染する菌のひとつSclerotinia sclerotiorumが分泌するタンパク質を網羅的に調べたデータベースが最近公開された。これをもとにして、感染に関与するタンパク質の中にCaM結合能を示すアミノ酸配列を有するものがあるかどうか調べる。このようなバイオインフォマティクス研究によって、DN3の持つCaM結合能が特別なものなのか、エフェクターによく見られる性質なのか知見を得たい。
試験管内心筋虚血モデルで発生するフリーラジカルの解析

虚血性心疾患の発症あるいは増悪に関与する因子として、フリーラジカルと脂質過酸化反応が注目されている。虚血心筋の試験管内モデルで発生が予想されたフリーラジカル分子種の同定および定量を行い、リン脂質膜に与える影響を検討した。【材料と方法】C2C12筋管細胞を40mMのDMPOを含む緩衝液中で培養し、1mMのヨード酢酸(IAA)および2mMのシアン化ナトリウム(CN)を負荷して化学的な虚血状態にした後、1時間毎に培養上清を採取してESR法によりスピンアダクトを定量した。また、脂質過酸化反応の指標としてチオバルビツール酸反応性物質(TBARS)、細胞障害の指標として乳酸脱水素酵素(LDH)活性を測定した。【結果ならびに考察】処置1時間後には培養上清中にDMPO-OHアダクトならびにDMPOと炭素中心ラジカルのアダクト(DMPO-R)が検出され、これらのESRシグナルは経時的に増強された。上清中のTBARSならびにLDHも経時的に増加した。この培養系に鉄のキレーターであるデフェロキサミン(1mM)を添加すると、DMPO-OHとDMPO-RのESRシグナルはいずれも消失し、TBARSならびにLDH放出は有意に抑制された。一方、本実験系にフォスフォリパーゼA2阻害剤(キナクリン、臭化ブロムフェナシル)を添加すると、用量依存的なLDH放出が観察され、この細胞障害増強作用はαトコフェロール(ビタミンE)により抑制された。以上の結果から、本モデル実験系では、鉄イオンを介した反応(フェントン反応)によりヒドロキシラジカルや炭素中心ラジカルが発生し、これらのラジカルが脂質過酸化反応を介して細胞障害をもたらすことが示された。さらに、この酸化的膜障害に対して細胞内のフォスフォリパーゼA2が抑制的に働くことが示唆された。虚血性心疾患の発症あるいは増悪に関与する因子として、フリーラジカルが注目されている。生体内の虚血心筋の細胞内エネルギー代謝をよく反映する試験管内モデルにおいて発生が予想されたフリーラジカル分子種の同定および定量を行った。【材料と方法】C2C12筋芽細胞を分化させた筋芽細胞を40mMのDMPOを含むPBS中で培養し、1mMのヨード酢酸(IAA)および2mMのシアン化ナトリウム(CN)を負荷して化学的な虚血状態にした後、1時間毎に培養上清を採取してESR法によりスピンアダクトを定量した。一方、シアン耐性のMn-SOD(10U/ml)にはこの様な効果は認められなかった。以上のことから、虚血状態に陥ったC2C12筋管細胞では、鉄イオンを介した反応(フェントン反応)によりヒドロキシラジカルや炭素中心ラジカルが発生し、これらのラジカルが脂質過酸化反応などを介して細胞障害をもたらすことが示された。これらのデータは現在投稿準備中である虚血性心疾患の発症あるいは増悪に関与する因子として、フリーラジカルと脂質過酸化反応が注目されている。
電力利用効率および信頼性の高い無線通信システムに関する研究

本研究は誤り訂正符号化を適用したOFDMシステムに対して、ピーク電力低減を適用することにより電力増幅効率を改善し、さらに誤り訂正符号の連接を行うことによって周波数利用効率を高める手法について検討を行っている。本年度は、昨年度に引き続き、各ピーク電力低減手法を適用した場合のシステムレベルでの特性の評価を行った。本年度の研究成果は以下のとおりである。1.トレリスシェイピング(TS)をはじめとした無歪みなピーク電力低減手法を適用した符号化OFDMに関して、A級およびB級増幅器の効率及び歪みの影響までを加味したシステムレベルでの受信側特性をより詳細に評価し、情報レートの高低、および各チャネルモデルに対するピーク電力低減手法の選択基準を見出した。本研究の一部は、IEEE Systems Journalに採択済みであり、オンライン上で掲載済である。2.本申請者が考案した、データシンボルに含まれるビットの一部を直接信号制御に用いることで信号のピーク電力の低減を行うTrellis-Assisted Constellation Subset Selection (TAX)に関して、受信側での反復復号の適用、提案ラベリング法の正当性評価、理論誤り率の解析など、より詳細な検討を行った。また、クリッピングアンドフィルタリング(CAF)やDFT-precodingなど、他の主要な手法に対する提案手法の強みについても明らかにしている。本研究の成果はIEEE Transactions on Vehicular Technologyに投稿し、採択が決定済である。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は,トレリスシェイピング(TS)を利用したピーク電力低減技術に基づき,無線通信システムのさらなる電力効率向上,およびそれによって得られる受信側特性の向上を達成することを目的としている.初年度の主な成果は以下のとおりである.1. TSと誤り訂正符号の連接システムおよび本研究者がこれまでに提案しているTSの軟判定復号アルゴリズムに関して, TSで用いられる誤り訂正符号の生成多項式と,その送信側および受信側特性の関係を計算機シミュレーションにより詳細に評価した.本研究で得られた知見は,無線通信分野の論文誌の最高峰であるIEEE Transactions on Wireless Communicationsに論文投稿を行い,条件付き採録の判定を受けたため,改訂したものを再度投稿予定である.2. TSと同じく信号制御にトレリス構造を用いるが, TSとは異なり,情報ビットと信号制御ビットが分離した構造を有する新たなピーク電力低減手法を提案した.本手法は,その分離構造により, TSよりもピーク電力低減性能は若干劣化するものの,受信性能については向上する.本手法のアイデアおよび得られる結果については現在国内特許出願中であり,また国際ワークショップIEEECTW2014および国際会議IEEE ISIT2014に論文を投稿し,両方ともに採択が決定済みである.3. TSの無符号化時の受信ビット誤り率に関して,理論解析手法の構築を行った.本解析手法は, TSにより生成されるQAM信号の分布が一様ではないこと,およびTSの復号器にて誤り伝搬が発生することの両方を考慮に入れており, AWGNチャネルだけでなくフェーディングチャネルにおいてもほぼ正確な理論値を得ることが可能である.本研究をまとめた論文は現在,国際会議IEEE GLOBECOM2014に投稿中である.本研究は,誤り訂正符号化OFDMシステムにピーク電力低減を適用することで電力増幅効率を改善し,結果として得られる受信側特性を評価することで,真に有効なピーク電力低減手法,およびシステムの設計規範を見いだすことを目的としている.本年度の主な成果は以下のとおりである.1.トレリスシェイピング(TS),選択マッピング(SLM),およびDFT-precodingなど,無歪みなピーク電力低減手法を施したターボ符号化OFDMシステムに関して,電力増幅効率および増幅器で生じる歪みの影響まで考慮したシステムレベルでの受信側特性,およびピーク電力低減低減に必要な信号処理回路において許容可能な消費電力を計算機シミュレーションによって明らかにした.本研究で得られた知見はIEEE Systems Journal誌に投稿し,Major Revisionの判定を受けたため,修正ののち再投稿を予定している.2.あらかじめTSおよびSLMによってピーク電力を低減したOFDM信号に対してクリッピングアンドフィルタリング(CAF)を適用することにより,CAF単体で用いる場合よりも小さい歪みでさらに良好なピーク電力低減効果および電力増幅効率の向上が得られる手法について研究をおこなった.本研究のアイデアおよび結果は,論文に取りまとめのうえIEEEVTC2015-Fallに投稿を行い,採択が決定済みである.本研究は誤り訂正符号化を適用したOFDMシステムに対して、ピーク電力低減を適用することにより電力増幅効率を改善し、さらに誤り訂正符号の連接を行うことによって周波数利用効率を高める手法について検討を行っている。

また、クリッピングアンドフィルタリング(CAF)やDFT-precodingなど、他の主要な手法に対する提案手法の強みについても明らかにしている。本研究の成果はIEEE Transactions on Vehicular Technologyに投稿し、採択が決定済である。ピーク電力低減によって得られる電力増幅効率の向上や,増幅器において生じる増幅歪みを加味したうえでの誤り訂正符号化OFDMシステムの受信側特性については,実装による評価までは至らなかったものの,計算機シミュレーションによる評価については計画書通り執り行い,国際論文誌への論文投稿に至っている.また,TSやSLMにCAFを組み合わせる手法,および誤り訂正符号化まで考慮したACEの受信側性能に関する研究は当初は計画されていなかったものの,一定の成果が得られたため国際会議に論文を投稿し,前者の研究については論文採択までに至っている.以上を踏まえて,おおむね順調に進展していると評価した.27年度が最終年度であるため、記入しない。計画書で示したとおり,大容量かつ消費電力の小さい通信を達成可能な無線通信システムの設計規範を示すため,物理層だけでなく,MAC層・ネットワーク層まで加味したクロスレイヤでのプロトコル設計に挑戦していく.また,得られた成果はこれまでと同様,著名な国際会議および国際論文誌に発表していく予定である.当該年度に取り組む予定であったTSのピーク電力低減性能に関する理論検討までは至らなかったが,代わりにTSの受信ビット誤り率の理論解析手法の構築を行い,国際会議に投稿を行っている.また, TSの問題点を鑑みて考案した新たなピーク電力低減手法に関する研究は,当初は計画されていなかったものの,新規性があるとともにTSよりも良好な受信特性が得られたため,特許出願すると同時に国際会議への論文投稿を行い,採択に至っている.以上を踏まえて,おおむね順調に進展していると評価した.27年度が最終年度であるため、記入しない。研究代表者個人ホームページ計画書で示したとおり, TSを適用したOFDMシステムに対して,電力増幅器の電力増幅効率および非線形効果を加味した総合的なシステム評価を行う.また,同時に,当該年度に取り行ったTSの受信ビット誤り率に関する理論検討,および提案した新たなピーク電力低減手法についてより詳細に結果をまとめ,著名な国際論文誌に論文投稿を行う予定である.
ミトコンドリア膜への蛋白質の組み込みと膜の融合・分裂の分子機構

ミトコンドリア膜蛋白質の標的化と膜への挿入、ならびにミトコンドリア膜の分裂・融合機構に関して以下の事柄を明らかにした。【Mt膜蛋白質挿入機構】(1)外膜輸送装置(TOM複合体):ラットTOM複合体に含まれる未知の構成成分のうちOM5をクローニングした。TOM複合体の主役TOM40のリコンビナントをチャネル活性と前駆体結合活性を持つ状態で精製することに成功した。この標品は電子顕微鏡で約20オングストロームの孔を持つ80オングストロームの粒子として観察され、現在、精製標品について結晶化を進めている。さらにTOM40のC-末側半分(TOM40f)がチャネル活性と前駆体蛋白質結合に必要十分な領域であることを明らかにした。TOM40fについても構造解析の準備を行っている。(2)外膜蛋白の標的化と挿入:異なる配向性と挿入シグナルを持つと推定される外膜蛋白質、Tom70 (N-末アンカー)、Tom5 (C-末アンカー)、Tom22 (分子内アンカー)、PBR (Peripheral Benzodiazepine Receptor;5回膜貫通型)を用いてin vivo、in vitroでの解析を行っている。このうちTom5のシグナルはC-末側の膜貫通領域の疎水性、ヘリックス構造、並びに膜貫通領域に続く3つの塩基性アミノ酸が重要であることを明らかにした。さらに哺乳類と酵母でシグナルの特性が顕著に異なることも明らかになった。(3)内膜挿入装置:内膜のポリトピック膜蛋白質preATM (ABC-transporter)とpreOxal (内膜挿入装置の一員)を用いてその標的化と膜挿入の解析を行っている。またpreOxal-ProteinA融合蛋白をミトコンドリアにスタックさせることに成功し、これを用いて膜挿入装置の解析を行っている。【Mt膜の融合分裂機構】Fzolの哺乳類ホモローグFzolAとFzolBをクローニングし、両者が組織特異的に発現していること、両者が協調的に働いてGTP-依存的にミトコンドリアの外膜融合を行うことを明らかにした。
新しい測度による視覚的運動の構造化過程の研究

昨年度は、Pulfrich効果における見えの運動方向と奥行き効果の関係を、斜め線分のみかけの運動方向をランダムドットの運動によって捕捉することによって検討した。その結果、ランダムドットが両眼提示の場合、知覚的運動方向の変化に伴って知覚的奥行きにも変化が起こり、ランダムドットが単眼提示の場合には、運動方向の知覚と奥行き効果が分離することが示された(99年ECVPにおいて発表済み)。今年度は、まずPulfrich効果を利用して視差におけるintrinsicエッジと運動におけるintrinsicエッジの分離という観点から、バーバーポール錯視について調べた。その結果、線分のエッジの解釈によって複数の知覚が生じた。立体視システムにおけるエッジのintrinsic-extrinsic判定が曖昧になることによって奥行き効果が変化し、その奥行き変化に伴って運動視システムのintrinsic-extrinsic判定が影響を受けて知覚的運動方向にも影響が出るものと考えられる。また、運動方向の知覚における全体と部分の関係がPulfrich効果にどのように影響するか、plaid様運動を用いて調べた。この場合、眼球運動をコントロールして提示することによって、それぞれの斜め線分が奥行き方向に分離して知覚される場合があることがわかった。このことからPulfrich効果では全体的な運動方向の決定に先立って立体視システムが奥行き効果を生じさせ、それが全体的な運動の構造化過程に影響を与えることが示唆された。また、静止時における斜め線分の奥行きの捕捉については、複数の視差方向と複数の線分方向を組み合わせたパタンによって、両方向が一致した場合にのみ奥行きの捕捉が起こることが示され、これにより昨年度の結果が説明された(2000年冬季視角学会のおいて発表済み)。Pulfrich効果を用いて、見えの運動方向と奥行き知覚の関係を調べた。円形の窓枠内に提示された斜め線を動かした。左眼に対しては1/10に輝度を落としてPulfrich効果を発生させた。斜め線の運動方向の見えは曖昧なので、ランダムドットをスーパーインポーズすることにより、見えの運動方向を補足させた。その結果、斜め線が水平方向に動くように見える場合に最も奥行き効果が大きく、垂直方向に動くように見える場合にはほとんど奥行き効果が得られなかった。この結果はランダムドットの疑似的な視差が斜め線の曖昧な視差の方向(立体視における窓枠問題)を補足した可能性があるので、ランダムドットを右眼のみに提示して再度実験を行った。結果は、知覚的な運動方向にかかわらず、Pulfrich効果は常に最大であった。これらの結果から、運動における窓枠問題と立体視における窓枠問題は独立して解決されることが示唆された。斜め線の立体視における視差の方向の曖昧さは、運動におけるのと同様、特定の方向の視差をもつランダムドットをスーパーインポーズすることによって補足することができることを、静止したステレオグラムによっても確認した。また、縦長の窓枠における斜め線の運動によって生じるPulfrich効果は、中央付近では小さく、上下にある水平方向の縁付近では大きくなる。この場合においては、運動における線のエッジと立体視における線のエッジが同じ属性、つまりintrinsicなものとして処理されていることを示唆し、水平の枠付近では水平視差、垂直の枠付近では垂直視差による補足が優勢であるものと思われる。
フレキシブルな分子の動線を“見る”ための配置空間モデルのトポロジー

Origami Springと呼ばれるねじれをもつストレートチェインを内在する多面体的曲面の構造を調べ,円柱状の空洞をもつ穴あきOrigami Springと呼べるような構造を構成した。その運動は1つのパラメータを記述され,オリジナルのOrigami Springはその特別な場合となる。この結果は高知大学理工学部紀要に発表済みである。環状炭化水素分子の数理モデルである閉チェインに対して,それ自体を研究発表をするという類いの結果ではないが,次の2つの結果を得た。n本のボンドをもつ閉チェインに対してそのボンド角が正n角形の内角に非常に近いとき,配置空間は多様体の構造をもち,その位相型が(n-4)次元球面と同じであるという結果を以前に得ている。その証明においてキーとなる補題のひとつに,特定の局所配置をもつ閉チェインが実際に存在するかを判定するというものがあるが,その証明を改良し,より適応範囲を広げることができるようになった。環状炭化水素分子の数理モデルとしても使われる多面体的アニュラスに対して,研究発表をするに至る結果ではないが,次の結果を得た。ボンド角を108°の場合に,有限個の正5角形の辺を,つなぎ合わせて得られる多面体的アニュラスを正5角形リングと呼ぶことにする。この正5角形リングの全ての正5角形が同一平面上にあるとき,平面的であるという。平面的であるという条件をもつ場合は再配置することで,1つの正5角形の形に折り畳むことができるという結果を以前に得ている。その証明においてキーとなる補題のひとつに,平面的正5角形リングがアコーディオン条件を満たすというものがあるが,その証明を精密にすることができ,そのことにより2つの派生した条件も満たすことが分かった。本研究の応用的な内容である多面体的曲面の構造解析において,穴あきOrigami Springと呼べるような構造を構成し,その結果を発表した。また現在,他に2つの多面体的曲面において,新しい構造の構成及び構造解析を進められている。私たちの取っている研究手法では,具体的な多面体的曲面の研究から研究が加速されるため,順調であるといえる。一方で,既に得た結果の証明におけるキーとなる補題を改良し,より適応範囲を広げることができるようになった。昨年度,導入した多面体的曲面モデルの模型を用いることで,円滑に研究を進めることができている。本研究の応用的な内容である多面体的曲面の構造解析については,さらに進めてゆく。私たちの取っている研究手法では,具体的な多面体的曲面の研究から研究が加速されるためである。既に得た結果の証明におけるキーとなる補題を改良し,より適応範囲を広げることができるようになった。ひとつは,特定の局所配置をもつ閉チェインが実際に存在するかを判定するというものがあるが,その証明を改良し,より適応範囲を広げることができるようになった。ボンド角を固定した閉チェインでない場合にも適応範囲を広げることができるかどうかを模索する。もうひとつは,平面的正5角形リングがアコーディオン条件を満たすというものがあるが,その証明を精密にすることができ,そのことにより2つの派生した条件も満たすことが分かった。この結果を踏まえてペンローズタイリング上に現れる平面的正5角形リングについて研究を進めてゆく。多面体的曲面モデルの模型の製作は引き続きおこなう。直鎖状炭化水素分子の数理モデルである四面体角をボンド角とするストレートチェインに対して,次の結果を得た。数理モデルの配置空間において,5及び6本のボンドから成るストレートチェインの長さの二乗により定義される関数を調べ,平面配置をもつ臨界点を決定した。この結果は原著論文として発表済みである。環状炭化水素分子の数理モデルである閉チェインに対しては,今年度は炭化水素分子の数理モデルに適用する前に,ボンド角を90°と108°という取扱いがしやすい角度の多面体的アニュラスに対して,リバーシブルかどうかということと平面的な配置の再配置問題について研究した。ボンド角を90°の場合には,偶数枚の直角二等辺三角形をつなぎ合わせて得られる環状の離散的曲面である多面体的アニュラスを扱う。多面体的アニュラスが表裏を裏返す折り紙変形を許すとき,リバーシブルであるという.リバーシブルであるための,直角二等辺三角形の数の条件を調べ,6枚まではリバーシブルではなく,8枚以上ではリバーシブルであることを示した。対応する閉チェインに関して,配置空間の連結成分が得られることになる。ボンド角を108°の場合には,有限個の正5角形の辺を,つなぎ合わせて得られる多面体的アニュラスを考えた。これを正5角形リングと呼ぶことにする。平面的であるという条件をもつ場合は再び変形をし直すことで,1つの正5角形の形に折り畳むことができることを示した。この証明の副産物として得られた平面的な正5角形リングの構成法を用いると複数の形に折り畳み変形で再配置できる平面的な正5角形リングが構成される。これらの結果は高知大学理工学部紀要に発表済みである。また,これらの結果から、この多面体的アニュラスを用いることの有用性が確認された。次年度につなげてゆく。

直鎖状炭化水素分子の数理モデルである四面体角をボンド角とするストレートチェインに対して,配置空間の長さの二乗関数の臨界点に関する結果を得ている。また,環状炭化水素分子の数理モデルである閉チェインに対して,リバーシブルと再配置可能性に関する結果を得ている。特に後者は多面体的曲面モデルを用いて研究をおこなった。当初、多面体的曲面モデルの模型を3Dプリンタを用いて作成し,研究を進めることを計画していたが,3Dプリンタを用いた場合,作成時間が長くかかり過ぎることと,仕様を頻繁に変える必要に迫られたため,3Dプリンタの使用を断念した。代替案として十分な剛性の強度をもつ紙材料を用いることで,円滑に研究を進めることができた。Origami Springと呼ばれるねじれをもつストレートチェインを内在する多面体的曲面の構造を調べ,円柱状の空洞をもつ穴あきOrigami Springと呼べるような構造を構成した。その運動は1つのパラメータを記述され,オリジナルのOrigami Springはその特別な場合となる。この結果は高知大学理工学部紀要に発表済みである。環状炭化水素分子の数理モデルである閉チェインに対して,それ自体を研究発表をするという類いの結果ではないが,次の2つの結果を得た。n本のボンドをもつ閉チェインに対してそのボンド角が正n角形の内角に非常に近いとき,配置空間は多様体の構造をもち,その位相型が(n-4)次元球面と同じであるという結果を以前に得ている。その証明においてキーとなる補題のひとつに,特定の局所配置をもつ閉チェインが実際に存在するかを判定するというものがあるが,その証明を改良し,より適応範囲を広げることができるようになった。環状炭化水素分子の数理モデルとしても使われる多面体的アニュラスに対して,研究発表をするに至る結果ではないが,次の結果を得た。ボンド角を108°の場合に,有限個の正5角形の辺を,つなぎ合わせて得られる多面体的アニュラスを正5角形リングと呼ぶことにする。この正5角形リングの全ての正5角形が同一平面上にあるとき,平面的であるという。平面的であるという条件をもつ場合は再配置することで,1つの正5角形の形に折り畳むことができるという結果を以前に得ている。その証明においてキーとなる補題のひとつに,平面的正5角形リングがアコーディオン条件を満たすというものがあるが,その証明を精密にすることができ,そのことにより2つの派生した条件も満たすことが分かった。本研究の応用的な内容である多面体的曲面の構造解析において,穴あきOrigami Springと呼べるような構造を構成し,その結果を発表した。また現在,他に2つの多面体的曲面において,新しい構造の構成及び構造解析を進められている。私たちの取っている研究手法では,具体的な多面体的曲面の研究から研究が加速されるため,順調であるといえる。一方で,既に得た結果の証明におけるキーとなる補題を改良し,より適応範囲を広げることができるようになった。昨年度,導入した多面体的曲面モデルの模型を用いることで,円滑に研究を進めることができている。直鎖状炭化水素分子の数理モデルである四面体角をボンド角とするストレートチェインに対して得られた結果も,環状炭化水素分子の数理モデルである閉チェインに対して対して得られた結果も,それらに続く研究が期待できるものである。
新高温超伝導酸化物の化学設計とプロセッシング(取りまとめ)

重点領域研究「新高温超伝導酸化物の化学設計とプロセッシング」は、平成元年3年度の3年間実施され、今年度はその取りまとめに当たる。取りまとめは、3年間の研究成果を対象とし、広く海外にその成果を知らせる目的で英文で報告書を作成し、予備の部数を用意して、海外への送本や、リクエストに応じられるようにした。また、内容としては、研究成果のみならず、重点領域研究の発足に至るまでの経過、領域中に行った会合やシンポジウムの概要を盛り込んで、活動状況がわかるようにした。研究成果報告書のみでなく、研究論文リストを研究者側で作成し、別冊として刊行した。
分子接合におけるエネルギー準位接続と電荷輸送特性

本研究では、単一分子電子素子の実現に向け電極/単分子膜/電極構造の電気伝導機構をエネルギー準位接続に基づいて詳細に解析した。その結果、(i)電極界面に局在した電極と分子の結合に由来したエネルギー準位の寄与、(ii)分子接合の非対称性の寄与、(iii)印加電圧の極性に依存した異なる準位の寄与、を明らかにした。これらは、これまで十分に考慮されてこなかった効果であり、分子接合の電気伝導解析に新たな解釈を提示するものである。一組の対向する電極間を単一分子で架橋した「単分子接合」の電荷輸送特性は、伝導電子が分子軌道を介して対向電極へ渡る「軌道仲介型」と、分子をトンネル障壁として透過する「トンネル型」に大別される。本研究では、これらが現れる条件をエネルギー準位接続の観点から明らかにすることを目的としている。昨年度までに、紫外光電子分光法(UPS)や光電子収量分光法(PYS)によるアルカンチオール自己組織化単分子膜(SAM)/Au界面のエネルギー準位接続の実測と、対応する分子接合の電気伝導特性の測定に成功していた。しかしながら、UPS/PYSスペクトルは、電気伝導特性の詳細な解析には不十分なクオリティであった。今年度は、より高感度なUPS測定を実施し、S-Au結合に由来する明瞭なスペクトルを得ることに成功した。UPS測定で使用した試料は、そのまま導電性プローブ原子間力顕微鏡(CP-AFM)による電気伝導測定に用いた。これまで報告されている多くの論文では、エネルギー準位接続と電気伝導特性評価は、別個に作製された試料を用いて行われているため、両者を直接比較するには問題があった。本研究では、これを同一試料で行うことにより、分子接合の電気伝導特性を界面電子構造に基づいて直接議論することを可能にした。Transition voltagespectroscopy(TVS)と呼ばれる手法で、電気伝導特性を解析したところ、UPSで得られた結果と良い一致を示した。また、これまで実験的に見積ることが困難だった分子接合の非対称性を表すパラメータを直接見積もることができるようになった。さらに、HOMOと伝導電子との相互作用のみで記述されることが多かったアルカンチオール分子接合の電気伝導にも、LUMOの寄与を考慮する必要があることが分かった。これは、先行研究の解析結果に再考を促す重要な成果と言える。本年度は主に走査型プローブ顕微鏡を用いた電気伝導特性測定系の構築と、紫外光電子分光法(UPS)、光電子収量分光法(PYS)による単分子膜(SAM)/金属界面のエネルギー準位接続の評価を行った。本年度は、平坦なAu基板上に成膜した鎖長の異なるアルカンチオールSAMを標準試料として用意し、導電性プローブ(CP-)AFMを用いた電気伝導測定を行い、UPSおよびPYSにより電子構造を評価した。UPS/PYS測定により実測したパラメータ(電極の仕事関数、分子のHOMO、界面ダイポール)を用いて、分子接合の電流電圧(IV)特性を「一準位モデル」により計算した。計算により得られたIV特性とCP-AFMにより実測したIV特性をFowler-Nordheim plot上に現れる極小点(transition voltage)に着目して比較し、エネルギー準位接続と分子接合の電気伝導特性との関係を解析した。その結果、アルカンチオール分子接合では、接合の大部分を占める主鎖よりも、チオール/Au接触に起因するエネルギー準位が、電気伝導特性に支配的であることを見いだした。これらの結果は、分子素子における界面設計の重要性を示す結果と考えられる。本研究では、これらが現れる条件をエネルギー準位接続の観点から明らかにすることを目的とした。Transition voltagespectroscopy (TVS)は、分子接合の電気伝導特性からエネルギー障壁高さを評価する手法である。しかしながらその物理的な起源には議論の余地がある。これを明らかにすることは、本研究の目的とするエネルギー準位接続と分子接合の電気伝導機構の詳細を解明するために有効である。本研究では、標準試料であるアルカンチオール分子接合を対象に、紫外光電子分光法(UPS)により実測された界面電子構造とTVSとの対応を詳細に調べ、その定量的な解釈に挑んだ。その結果、(i)電極界面に局在したAu-S結合由来の準位の寄与、(ii)分子接合の非対称性の寄与、

(iii)正負バイアスにおける異なる準位の寄与、(iv)下地基板からトンネル電流への寄与、が示唆された。これらは、これまでTVS解析において十分に考慮されてこなかった効果であり、TVSの新たな解釈を提示する成果である。続いて、軌道仲介型電気伝導の鍵となる分子の帯電現象について明らかにするため、銅フタロシアニン(CuPc)/アルカンチオール/Au構造試料の電子構造をUPSにより調べた。その結果、光電子放出によって生じたCuPc+はデカンチオール上でその帯電状態を保持することが分かった。比較的エネルギーギャップの広いデカンチオール上に孤立したCuPcの分子軌道は、軌道仲介型電気伝導を実現することを示唆する。分子エレクトロニクス高感度UPSスペクトルと電気伝導特性を同一試料で比較できるようになったことはH25年度の特筆すべき成果であるが、その一方で、σ-π-σ分子接合の作製と評価は当初予定よりも遅れている。H25年度は下地SAM上に化学反応により別のSAMを積層する手法を用いてσ-π-σ分子接合の作製に取り組んだが、年度途中で赤外分光測定装置の故障が発覚したため、計画を変更せざるを得なかった。その結果、H25年度に計画していたσ-π-σ分子接合のエネルギー準位接続、電気伝導特性ともに測定することが出来なかった。したがって達成度をやや遅れている、とした。当初計画では、STM-break junction法を用いた単一分子接合の電気伝導特性評価を行う予定であったが、測定系の構築が予定通り進まず、信頼性の高い測定が実現できなかった。一方で、テンプレートストリッピング法と呼ばれる平坦電極の作製手法とCP-AFMを併せて用いることにより、再現性よく電気特性評価(IV特性測定)を行なえることが分かった。さらに、得られたIV特性をFowler-Nordheim Plot上に現れる極小点に基づいて解析することにより、分子接合におけるエネルギー準位接続と電気伝導特性の関係を定量的に評価できる(transition voltage spectroscopy: TVS)。したがって、ある一定電圧印加時におけるコンダクタンスを評価するSTM-break junction法よりも、CP-AFMを用いたTVSは、むしろ本研究の目的に適した方法であると言える。一方、UPS/PYSによるエネルギー準位接続の評価は、計画通り概ね順調に進んだ。より高精度な測定に向けて、現在準備中である。プロジェクト全体としては、「分子接合の電気伝導特性をエネルギー準位接続から理解する」という目的に向けて、概ね順調に進んでいる。赤外分光測定装置の修理がH25年度末で完了したため、H26年度はH25年度にできなかったs-p-s接合の作製と評価を行う。σ-π-σ分子接合における「CP-AFMによる電気伝導測定」、「高感度UPS/PYSによるエネルギー準位接続評価」、「transition voltage spectroscopyによる両者の定量的な比較」を通して、「トンネル型」と「軌道仲介型」電気伝導の境界条件をエネルギー準位接続の観点から探る。一方、これらの解析を進める上では考慮すべき問題点がある。
発達期の概日リズムの乱れは成長後の栄養代謝に影響を与えるか？

本研究は発達期の概日リズムの攪乱が成長後の代謝に与える影響を明らかにするために、母仔分離法により発達期概日リズム攪乱ラットを作製し、対照群との比較検討を行った。明暗周期下において、攪乱群は対照群と比較して、各週齢の摂餌量と体重、8週齢の血清レプチン濃度、9週齢の脂肪蓄積量、14週齢の高脂肪食の摂餌量、21週齡の糖負荷試験の血糖上昇曲線下面積の増加が認められた。一方で恒常明条件下では、両群間の摂餌量と体重に差が認められなかった。以上より、母仔分離による概日リズムの攪乱は、単独では大きな影響を及ぼさないが、明暗周期との関係により成長後のホルモン分泌や摂餌行動への影響として残り得ると考えられた。本研究は、発達期の概日リズムの乱れが成長後の栄養代謝に与える影響を明らかにすることを目的とする。平成25年度は、母仔分離および恒常明により概日リズム攪乱モデルラットを作製し、その内的脱同調と脂肪蓄積について解析を行った。母仔分離実験は、母獣との同居を明期のみ行うL群、暗期のみ行うD群を作製し、7日齢から母仔分離を開始し21日齢で離乳後は自由摂食とした。母仔分離開始後の仔ラットの体重は、D群よりもL群で増加したが、離乳後の8週齢以降は有意差がなくなった。10週および21週齢において体重あたりの精巣上体脂肪および後腹壁脂肪の量はD群よりもL群で増加していた。母仔分離中の仔ラットにおける大脳皮質および肝臓における時計遺伝子の発現リズムは、L群で乱れていたがD群では正常であった。成長後はL群における時計遺伝子の発現リズムの乱れは消失したが、精巣上体脂肪におけるレプチンの発現リズムはD群では正常であったのに対し、L群では逆転していた。1417週齢において高脂肪食を与えた結果、高脂肪食に変更後1日目の摂餌量はD群に比較してL群で有意に多く、2日目以降は差が消失した。体重あたりの後腹壁脂肪および精巣上体脂肪の量について、母仔分離と高脂肪食負荷との相関関係は見られなかった。以上の結果は、発達期の概日リズムの乱れが、時計遺伝子のリズムとは別の経路で成長後の栄養代謝の概日リズムの乱れとして残ること、また脂肪蓄積に影響を与える可能性を示唆する。本研究は、発達期の概日リズムの乱れが成長後の代謝に与える影響を明らかにすることを目的とする。平成26年度は、12h/12hの明暗周期下または恒常明下において母仔分離を行うことで哺乳期の概日リズム攪乱モデルラットを作製し、成長後の血清レプチン濃度、脂肪量、摂餌量の日内変動を指標にして群間の代謝の違いを考察した。ラット仔を母獣との同居を明期のみ行うL群、暗期のみ行うD群に分け、7日齢から21日齢まで母仔分離を行った。離乳した後は自由摂餌とした。8週齢のL群の血清レプチン濃度はD群と比較して有意に増加しており、精巣上体脂肪におけるレプチン遺伝子発現にも同様の傾向が見られた。9週齢において4時間ごとの摂餌量は、暗期後半および明期後半においてD群に比較してL群で増加していた。その他の時間では摂餌量の差が見られず、リズムとしては同様のパターンを示した。従って、母仔分離のタイミングの違いにより生じた仔の概日リズムの群間相違は、離乳後には明暗周期に同調することにより消失したと考えられた。但し、成長後においてL群の体重、脂肪量、血清レプチン濃度はD群に比べて増加していたことから、哺乳期に母仔分離と明暗周期との2つの調整を同時に受けた結果、エネルギー代謝や摂餌調節のバランスが崩れ、脂肪量や血清レプチン濃度の変化として影響が残ったと考えられる。次に、恒常明下で母仔分離を行った結果、体重増加や8週齢における精巣上体脂肪および後腹壁脂肪量には両群間に差が見られなかった。自由摂餌において、本来明期である時間帯の摂餌量はL群では本来暗期である時間帯と比べて減少したが、D群は逆のパターンを示した。以上より、母仔分離による哺乳期ラットの概日リズムの乱れは、単独ではリズムの変化以外には仔の代謝に大きな変化を及ぼさないが、明暗周期との関係によりホルモン分泌や摂餌行動への影響として成長後も残り得ると考えられた。発生発達医学平成25年度は研究計画に従い、母仔分離および恒常明での飼育による発達期概日リズム攪乱モデルラットの作製と内的脱同調の解析を行った。

母獣との同居を明期12時間のみとしたL群、暗期12時間のみとしたD群を作製し、L群の大脳皮質および肝臓で時計遺伝子の発現リズムが乱れていることを確認した。一方でD群は正常と同様のリズムを刻んでいたことから対照群として用いた。L群はD群よりも成長後の体重あたりの精巣上体脂肪および後腹壁脂肪の量が増加していた。成長後はL群で見られた時計遺伝子の発現リズムの乱れは消失したが、精巣上体脂肪におけるレプチンの発現リズムは正常またはD群と逆転していた。恒常明実験では、出生時から明暗周期の無い照明下で飼育した仔ラットを作製し、通常は24時間ごとに見られる一過性の体温低下がランダムなタイミングで生じていることを明らかにした。哺乳期および離乳後の体重増加は明暗周期のある条件で飼育した仔ラットと同様であった。母仔分離実験の成果について先天異常学会第53回学術集会の演題に登録した結果、DOHaD(Developmental Origin of Health and Disease)シンポジウムに選出され、口頭発表を行った。また、日本解剖学会第68回中国・四国支部学術集会において、口頭発表を行った。発達期の概日リズムの乱れが成長後の栄養代謝に与える影響として、成長後のレプチンの遺伝子発現リズムが反転していたこと、さらに脂肪蓄積量が増加することを明らかにしたことから、研究計画が概ね順調に進展していると考えた。平成26年度は研究計画に従い、代謝関連臓器における遺伝子発現解析を行う。平成25年度に実施した研究において脂肪蓄積に差が見られた母仔分離による概日リズム攪乱モデルを用いて、成長後の栄養代謝系への影響をより詳細に解析する。前年度と同様にラットを作製し、810週齢において経時的に尾静脈から採血し、血清中のレプチン、コルチコステロン、アドレナリン等の栄養代謝に関わるホルモンの濃度変化の概日リズムを解析する。次に、麻酔下で解剖し、精巣上体・後腹壁脂肪、および脳を採取する。各脂肪組織のうち、レプチンの遺伝子発現リズムの変化が大きかった組織について、マイクロアレイ解析を行い、各群間で発現変化が見られる遺伝子およびシグナルを同定する。抽出した遺伝子については、リアルタイムPCRを用いて複数のサンプルについて発現量の変化の確認を行う。脳は、一部はレプチン受容体、neuropeptide Y等の摂食に関わる遺伝子の発現量を解析するとともに、それ以外は灌流固定し、免疫染色またはin situ hybridizationにより解析し、発現分布を明らかにする。平成26年3月納品となり支払いが完了していないため、次年度使用額が生じた。平成26年度4月に支払い完了予定である。