hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
X線回折散乱実験と分子シミュレーションを用いた生体分子の動的構造の解析

本年度は、新しく開発したMD-SAXS法を、天然変性蛋白質であるATP合成酵素F1-ATPaseのepsilon(TF1e)の機能的構造揺らぎの解析を行っている段階である。従来の研究では、水は生体分子にとって環境として必要であって、生体分子の機能に能動的には関わっていないと考えられてきた。そのため、生体分子の機能的動きを調べたこれまでの研究では水分子の役割は重要視されておらず、機能的動きの様子を明らかにすることができても、その動作メカニズムまでは未だ明らかになっていなかった。これらの研究に対して、生体分子の機能的動きが水分子によって制御されていることを初めて示した本研究の成果は、生体分子機能における水分子の役割は能動的なものであることを示した初めての研究事例である。したがって、本研究は生命現象における水分子の役割について新しい考え方を提案するものであり、これらの研究成果を論文として纏めているところである。27年度が最終年度であるため、記入しない。前年度は、分子動力学シミュレーションや原子間力顕微鏡を用いて、水分子がGDHの機能的動きを制御する様子を明らかにしてきた。本年度前半は、GDHの変異体を用いた酵素活性測定により、計算結果の検証を進める。それと同時に本研究成果について論文作成を進める。本年度後半は、GDHよりもさらに柔らかい動的構造を持つ天然変性蛋白質TF1eの動的構造解析を進める。前年度まで進めてきたMD-SAXS法による動的構造解析では、天然変性蛋白質の構造アンサンブルを計算するために、人工的ポテンシャルを加え観察したい構造空間を選択することを行ってきた。この方法では観察する構造空間の選択という恣意的操作が入るため、今年度はより自然かつ効率的な構造サンプリング法であるマルチスケール・サンプリング法をMD-SAXS法と組み合わせた方法を開発する。
難治呼吸器感染症に対するBRMの併用療法

〈目的及び方法〉感染症治療への、BRM応用の可能性を検討する目的で、マウスK.pneumoniae致死性肺炎モデルに、単独では治療効果が不十分な量の抗菌剤(CMX)治療を行い、Romultide[MDPーLys(L18)]及びγGーCSFとの併用治療効果について検討した。CMXは40mg/kg/日を感染1日後より3日間、1日2回皮下役与した。L18併用役与(100mg/mouse)は、感染前1日、後1日、後1日+3日に行った。〈併用効果判定〉(1)感染7日後の生存率(2)肺内菌数推移(3)肺病理像(肉眼及び病理組織)スコア平均値の推移(4)肺胞洗浄液中の炎症細胞の推移の4項目につき各群間で比較検討した。〈作用機序検討〉L18役与正常マウス肺胞マクロファ-ジを採取し、transwell chamber(孔径8μm)を用いたfMLPに対する走化能と、latex beadsとK.pneumoniaeに対する貧食能の検討を行った。〈結果〉(1)感染前併用群は生存率が有意に高く、肺内菌再増殖の仰制が認められ、感染後併用群でも同様の傾向が認められた。また肺内眼所見で併用群は、CMX単独群と比較して炎症が軽微であった。(2)病理像では感染前役与群では感染4時間後より等症細胞浸潤を認め、さらに肺胞洗浄液中においても肺胞マクロファ-ジ数は18時間後で有意に多かった。(3)正常マウスにL18を役与した場合、マクロファ-ジ数の有意な変動は認めなかったが、走化能は投与2日後に有意な亢進が認められ、貧食能でも投与1日後に有意な亢進が認められた。〈結語〉L18は感染症治療における有効な併用薬剤であると考えられる。その機序として、肺胞マクロファ-ジ等の食細胞機能の亢進による感染早期の除菌作用と考えられたが、その他の機序も関与する可能性があり、特に感染後投与における併用効果機序については検討を要すると思われる。γGーCSFの併用実験では、20μg/kg投与では効果が認められないが、100μg/kg投与で、感染前3日間連続投与もしくは感染前3日から後7日までの連続投与で有意な生存率の改善が認められ、現在更に詳しい検討を続行中である。マウス肺炎モデルにおいて、MUROCTASIN〔MDP-Lys(L18)〕は抗生剤との併用で、感染前投与のみならず感染後投与においても、抗生剤単独治療群に比較して生存率の改善が認められた。また併用群では肺内菌数の推移および肺炎像の進展においても、改善効果が認められている。平成元年度の研究でわかったことは、特にミクロ肺病理組織像において、L18併用群では感染18時間後から1日後にかけて炎症細胞の浸潤像が認められるのに対し、抗生剤単独治療群では細胞浸潤が明らかに認められるのは感染1日後から2日後であった。これらの結果より、L18の作用機序として肺局所における食細胞機能の亢進が示唆され、現在L18の肺胞マクロファ-ジや好中球に対する作用を検討中である。これまでに判明した事実として、正常マウスに対するL18単独投与では肺胞洗浄液(BA-LF)中の細胞数や細胞分画は対照群と比較して差は認められなかった。しかし感染マウスでは、L18併用群は感染1日後においてBALF中の細胞数(主として好中球)が増加し、抗生剤単独治療群に比較して好中球の増加が早い傾向が認められており、更に検討中である。また肺胞マクロファ-ジ、抹消血好き中球を対象として感染治療実験に使用したKlebsiella株に対するin vitroの遊走能、貧食能、殺菌能についても検討しているところである。一方、γG-CSFでは同じ感染治療モデルにおいて、感染前投与では併用効果が認められるが、感染後投与では有意な差が認められない。抹消血の好中球増加作用ではγG-CSFの方が強いが、殺菌感染防御能は抹消機序の差を検討するため、緑膿菌感染等の液性免疫が主体となるモデルでの検討も必要であると考え、現在モデルを作成中である。〈作用機序検討〉

L18役与正常マウス肺胞マクロファ-ジを採取し、transwell chamber(孔径8μm)を用いたfMLPに対する走化能と、latex beadsとK.pneumoniaeに対する貧食能の検討を行った。〈結果〉(1)感染前併用群は生存率が有意に高く、肺内菌再増殖の仰制が認められ、感染後併用群でも同様の傾向が認められた。また肺内眼所見で併用群は、CMX単独群と比較して炎症が軽微であった。(2)病理像では感染前役与群では感染4時間後より等症細胞浸潤を認め、さらに肺胞洗浄液中においても肺胞マクロファ-ジ数は18時間後で有意に多かった。(3)正常マウスにL18を役与した場合、マクロファ-ジ数の有意な変動は認めなかったが、走化能は投与2日後に有意な亢進が認められ、貧食能でも投与1日後に有意な亢進が認められた。〈結語〉L18は感染症治療における有効な併用薬剤であると考えられる。その機序として、肺胞マクロファ-ジ等の食細胞機能の亢進による感染早期の除菌作用と考えられたが、その他の機序も関与する可能性があり、特に感染後投与における併用効果機序については検討を要すると思われる。γGーCSFの併用実験では、20μg/kg投与では効果が認められないが、100μg/kg投与で、感染前3日間連続投与もしくは感染前3日から後7日までの連続投与で有意な生存率の改善が認められ、現在更に詳しい検討を続行中である。Romultide[MDPーLys(L18),以下L18]は多彩なBRM作用を持つMDP誘導体で、感染症治療における化学療法剤との併用効果が期待されている。我々は昨年の報告で、マウスKlebsiella肺炎モデルにおいて、L18とCMXとの併用効果(生存率の改善、肺内菌数増加の抑制等)が認められる事、その機序としては炎症細胞の機能亢進が示唆される事を報告した。今年は、L18の健常マウス肺胞マクロファ-ジ(以下AMφ)の総数、走化能、貪食能に対する作用を検討したので報告する。〈対象及び方法〉5週令雄のICRマウスに100μg/匹のL18を皮下投与した。投与後1から4日までEDTA添加PBSにて肺胞洗浄(BAL)を施行、各種機能に対する検討を行った。(1)AMφ数推移,総細胞数を自動血球計測装置にて測定、塗抹標本を作成して分画を計測した。(2)走化能検討,1群3匹の細胞をプ-ルして用いた。10%FCS添加のRPMI1640培地に細胞を浮游し、1×10^5をTranswellチャンバ-(膜孔径8.0μm)の上室に播種、走化因子としてfーMLPを下室に添加した。37°C,5%CO_2の環境下で90から150分培養後、膜を染色し、膜下面に遊走した細胞数を5視野計測して平均遊走細胞数を求めた。(3)貪食能検討,組織培養スライドに5×10^4個の細胞を付着させ、被食粒子として、ラテックスビ-ズを添加、37°C,5%CO_2の環境下で15から60分培養した。細胞外のビ-ズを除去した後、固定染色し、細胞200個を観察、貪食率及び貧食ビ-ズ数を計測した。[結果]AMφ数の推移はL18投与群及び対照群(PBS投与)の両者で5ー8×10^5個とほぼ一定で有意な変動は認めなかった。しかし遊走能の検討ではL18投与群は投与2日後で、対照群の約4倍の遊走細胞が認められ,更に貪食能でもL18投与群は投与1日目に貪食率と貪食ビ-ズ数の両者で対照群に比較して有意に高い結果が認められた。これらは、マウス肺炎モデルにおけるL18の併用効果にはAMφ機能の亢進が関与する可能性を支持する所見と考えられた。
有機溶剤依存の病態および治療に関する分子生物学的研究

有機溶剤乱用により生じる精神依存が、ドパミンニューロンの神経伝達変化と深く関わっていることから、そのメカニズムのなかのcAMP response element(CRE)に結合する転写因子であるCRE-binding protein(CREB)のリン酸化に着目し、免疫組織学的手法を用いて中枢神経系における有機溶剤依存のメカニズムを検索した。実験は、ラットに3時間トルエンを吸入曝露させた急性曝露群と2週間連続の慢性曝露群を作製し、抗CREB抗体と抗リン酸化CREB抗体を用いた免疫組織化学法(ABC法)を行い、光学顕微鏡を用いて観察し対照群と比較した。トルエン曝露群においては、対照群に比してリン酸化CREB免疫反応が、主に神経細胞核に限局して増強する傾向を認めた。リン酸化CREB免疫陽性細胞は、嗅皮質、前頭皮質、帯状回皮質、側頭葉皮質、海馬の一部などに有意に分布していた。さらに、慢性曝露群においても、嗅皮質、帯状回皮質、海馬の一部で同様の傾向が認められた。また、慢性曝露群においてリン酸化CREBは有機溶剤吸引群でその免疫陽性細胞の数が増加していたが統計学的な有意差を認めるには至っていない。しかしながら、これらの発現部位が中脳辺縁系に投射し精神依存に関与しているとされるドーパミンA10ニューロンの分布に合致することから、有機溶剤による依存の形成にCREBのリン酸化というステップが大きく関与していることが明らかになった。有機溶剤の吸入により生じる精神依存、それに基づく精神症状が、DAニューロンの神経伝達変化と深く関わっていることから、そのメカニズムのなかのcAMP response element(CRE)に結合する転写因子であるCRE-binding protein(CREB)のリン酸化に着目し、免疫組織化学的および分子生物学的手法を用いて、生体内中枢神経系における有機溶剤依存のメカニズムを検索した。実験動物は生後50日齢のWistar系雄性ラットを用いた。トルエン曝露は以下の方法で行った。動物を透明なプラスティック容器(60×40×35cm)内にトルエン(2ml,2000ppm)を吸収させたろ紙の入ったシャーレを置き、その中に飼育ケージごと動物を、3時間の急性曝露をおこなった。対照動物も同様の処置をトルエンの入っていない別の容器を用いて同時に行った。また、容器内のトルエン濃度・酸素濃度も一定に保った。抗CREB抗体と抗P-CREB抗体を用いた免疫組織化学法による実験を行った。4%パラホルムアルデヒドで潅流固定後脳を摘出、ショ糖に48時間浸けたのちに凍結しクリオスタットにて切片を作成した。CREBまたはリン酸化CREB(P-CREB)に対する特異抗体(1次抗体)を各々室温で4日から7日間反応させたのち、型通りのABC法をおこない、光学顕微鏡を用いて観察した。対照群においては、明らかなリン酸化CREB免疫陽性細胞は認められなかった。トルエン単回吸引による急性曝露群においては、対照群に比してリン酸化CREB免疫反応が増強する傾向が認められた。トルエン急性曝露群における、リン酸化CREB免疫陽性構造は主に神経細胞の核に限局して観察された。トルエン急性曝露群におけるリン酸化CREB免疫陽性細胞は、嗅皮質、前頭葉皮質、帯状回皮質、側頭葉皮質、海馬の一部などに分布する傾向が認められた。次年度は、例数を増やし、慢性曝露群との比較を行い、依存や神経毒性のメカニズムを明らかにしたい。有機溶剤乱用により生じる精神依存が、DAニューロンの神経伝達変化と深く関わっていることから、そのメカニズムのなかのcAMP response element(CRE)に結合する転写因子であるCRE-binding protein(CREB)のリン酸化に着目し、免疫組織学的手法を用いて生体内中枢神経系における有機溶剤依存のメカニズムを検索した。実験は、ラットに3時間トルエンを吸入曝露させた急性曝露群と2週間連続の慢性曝露群を作製し、抗CREB抗体と抗リン酸化CREB抗体を用いた免疫組織化学法(ABC法)を行い光学顕微鏡を用いて観察し、対象群と比較した。

その結果、トルエン曝露群においては、対象群に比してリン酸化CREB免疫反応が、主に神経細胞核に限局して増強する傾向を認めた。リン酸化CREB免疫陽性細胞は、嗅皮質,前頭皮質,帯状回皮質,側頭葉皮質,海馬の一部などに分布する傾向が認められた。さらに、慢性曝露群においても、嗅皮質,帯状回皮質,海馬の一部で同様の傾向が認められた。そしてこれらが、中脳辺縁系に投射し依存等に関与しているとされるドーパミンA10ニューロンの分布に合致することから、有機溶剤による依存の形成にCREBのリン酸化というステップが大きく関与していることが明らかになった。
ゼロ・エミッションを支援する高度循環型物流システムに関する研究

日本での国内生産及び輸入からなるマテリアルバランスの中で最終的にごみとして廃棄される量は全体の1/4を占め年間約5億トンに上る。そのうち市町村に処分が義務付けられている一般廃棄物が5千万トン,また事業者の自己処理が義務づけられている産業廃棄物は3.9億トンにのぼり,最終処分場不足や処理に伴うダイオキシンの発生問題から迷惑施設と見なされ処理場所の確保が問題となっている。そのため処分場に余裕のある他地域へ高速道路などの交通網を用いた広域輸送により急場をしのいでいるところもある。この背景を踏まえ,ゼロ・エミッションを支援するための高度循環機能を有する物流システムに関して,船舶を利用したシステム構築をした場合のフィジビリティスタディを行い,以下の点を目的として研究を行った。(1)生産活動として必要とする原料と廃棄物の把握製品を生産するためには他の製品を使う必要があり,そのために多くの原材料が生産過程で消費されている。生産における原材料として,どこまで廃棄物から賄えるかがこの問題の鍵となるため,現状でのくずの利用状況の把握と,産業活動による廃棄物から原料として有価物に転化できる可能量について推定を行った。(2)物流問題としての設定ゴミ輸送によるエネルギー消費とこれに伴う排気ガスの排出があり得るため,排出原料との輸送に伴う排出のバランスを取ることが必要条件となり,さらには生産地と消費地の立地性と機能配置の問題が重なるため,これらの関連を明らかにした。(3)物流システムの提案日本では,生産工場や処理施設やリサイクル施設が沿岸部に点在し,大きな消費地も沿岸部にあるため,物流モードとして船舶の利用が十分に考えられる。このため船舶を利用したゼロ・エミッションを支援する物流システムを提案しフィジビリティスタディによる評価を行った。日本における国内生産および輸入からなるマテリアルバランスの中で,最終的にごみとして廃棄される量は全体の1/4を占めて年間約5億トンに上り,最終処分場の不足や中間処理に伴う公害の発生,不法投棄等の社会問題から,処理・処分場を確保することが急務となっている。このため,地域内に処理・処分場の不足している地域では,余裕のある他地域へ高速道路などの交通網を利用した広域輸送により廃棄物の処理・処分を対処しているのが実情である。また一方では,廃棄物全体量を削減するために,リサイクルやリユースの推進から他産業での廃棄物を別の産業で資源として有効活用することを目指した循環型社会の構築が急務となっている。循環型社会構築には,広域に点在する廃棄物の排出源である消費地や工業地帯と,廃棄物を資源化処理するリサイクル工場や処分場との間に新しい物流体系を構築することが重要な課題となる。これらの背景から循環型社会を支援する調和のとれた物流として船舶を利用した物流システムのコンセプトを提案し,適用例として産業廃棄物の最終処分場への輸送問題を扱った。産業廃棄物の種類による産業廃棄物の最終処分率やリサイクル率は公表されていないため文献を基に調査を行い最終処分量の内訳を推定した。さらに,設定した問題に対して排出源からの廃棄物を輸送と処理制約に関する数理計画モデルとして輸送分配問題を策定した。またこの問題の解法として均衡組合せ法を考案して解析を行った。計算により海運を活用した輸送の環境負荷への有利性を確認し,提案の廃棄物物流システムの適正の検証を行った。

そのため処分場に余裕のある他地域へ高速道路などの交通網を用いた広域輸送により急場をしのいでいるところもある。この背景を踏まえ,ゼロ・エミッションを支援するための高度循環機能を有する物流システムに関して,船舶を利用したシステム構築をした場合のフィジビリティスタディを行い,以下の点を目的として研究を行った。(1)生産活動として必要とする原料と廃棄物の把握製品を生産するためには他の製品を使う必要があり,そのために多くの原材料が生産過程で消費されている。生産における原材料として,どこまで廃棄物から賄えるかがこの問題の鍵となるため,現状でのくずの利用状況の把握と,産業活動による廃棄物から原料として有価物に転化できる可能量について推定を行った。(2)物流問題としての設定ゴミ輸送によるエネルギー消費とこれに伴う排気ガスの排出があり得るため,排出原料との輸送に伴う排出のバランスを取ることが必要条件となり,さらには生産地と消費地の立地性と機能配置の問題が重なるため,これらの関連を明らかにした。(3)物流システムの提案日本では,生産工場や処理施設やリサイクル施設が沿岸部に点在し,大きな消費地も沿岸部にあるため,物流モードとして船舶の利用が十分に考えられる。このため船舶を利用したゼロ・エミッションを支援する物流システムを提案しフィジビリティスタディによる評価を行った。
脳シグナルカスケードからみた情動・記憶・意欲障害の生化学的共通基盤に関する研究

うつ病における共通の分子生化学的基盤として死後脳におけるアデニル酸シクラーゼ(AC)系とホスリパーゼC(PLC)系の変化を検討し、他の主要な精神疾患であるアルツハイマー病(AD)・慢性精神分裂病と比較し、情動・記憶・意欲障害(うつ症状、精神分裂病の陰性症状、アルツハイマー病)の共通性・差異の生化学的背景を明らかにすることを目的とした。うつ病患者死後脳のAC活性の基礎活性値は低下していたが,I型ACの蛋白質量増加に帰因すると推察されるCa^<2+>調節性のcAMP産生機能の亢進が認められた。さらにうつ病群においてはcAMP産生機能の低下とこれに伴い転写因子である総・リン酸化CREBの低下が認められた。ADではI型AC量低下に伴うCa^<2+>刺激性ACの減弱とリン酸化CREBのみの低下が認められた。精神分裂病においてはAC活性のEGTA存在下では基礎活性値、マンガン刺激活性は不変であったが,I型AC量増加伴うCa^<2+>刺激性ACの亢進が認められた。従ってうつ病とADに関しては一部のcAMP産生機能は低下していることが共通しているが、Ca^<2+>調節性による変化は異なっていた。一方慢性分裂病ではcAMP産生機能は増強が認められた。さらに単極性うつ病と精神分裂病群双方に共通して5HTに関連したIPsシグナルカスケードの亢進が生じていた。数種類の抗うつ薬が5HT刺激性IPsの産生をin vitroにて阻害した。これらは症候学的・薬理学的に示唆されているうつ症状と精神分裂病の陰性症状の共通性の生化学的背景を推察させる所見と考えられた。またG蛋白質の細胞膜内分布の変化について検索し、うつ病患者死後脳では対照群と比較してGsαが細胞膜の中の比較的疎水性の低い部分に多く分布し、逆に疎水性が高く界面活性剤による処理を行っても容易に膜から離れない部分に存在するGsαの量は減少しているものと考えられた。対照的に、精神分裂病群ではTX-100によって抽出されるGsαの量は対照群と比較して増加しており、Remainderの中に残存するGsαは減少していた。これらの結果は症候学的・薬理学的に示唆されている情動・記憶・意欲障害(うつ症状、精神分裂病の陰性症状、アルツハイマー病)の共通性・差異の生化学的背景を推察させる所見と考えられたうつ病における共通の分子生化学的基盤として死後脳におけるアデニル酸シクラーゼ(AC)系とホスリパーゼC(PLC)系の変化を検討し、他の主要な精神疾患であるアルツハイマー病(AD)・慢性精神分裂病と比較し、情動・記憶・意欲障害(うつ症状、精神分裂病の陰性症状、アルツハイマー病)の共通性・差異の生化学的背景を明らかにすることを目的とした。これらの結果は症候学的・薬理学的に示唆されている情動・記憶・意欲障害(うつ症状、精神分裂病の陰性症状、アルツハイマー病)の共通性・差異の生化学的背景を推察させる所見と考えられた精神疾患においける主要な情動・記憶・意欲障害である気分障害(うつ病)・アルツハイマー病(AD)・慢性精神分裂病の死後脳を用いてcAMP産生(アデニル酸シクラーゼ)系及びIPs産生(ホスホリパゼC)系の2つのセカンドメッセンジャーの産生機能に着目し、脳情報伝達系においての共通性・相違を明らかにするためことを目的とした。うつ病患者死後脳のアデニル酸シクラーゼ(AC)活性の基礎活性値は低下していたが,I型ACの蛋白質量に帰因すると推定されるCa^

<2+>調節性のcAMP産生機能の亢進が認められた。さらにうつ病群においてはcAMP産生機能の低下とこれに伴い転写因子である総・リン酸化CREBの低下が認められた。ADではI型AC量低下に伴うCa^<2+>刺激性ACの減弱とリン酸化CREBのみの低下が認められた。精神分裂病においてはAC活性のEGTA存在下では基礎活性値、マンガン刺激活性は不変であったが,I型AC量増加伴うCa^<2+>刺激性ACの亢進が認められた。従ってうつ病とADに関しては一部のcAMP産生機能は低下していることが共通しているが、Ca^<2+>調節性による変化は異なっていた。一方慢性精神分裂病ではcAMP産生機能は増強が認められた。さらに単極性うつ病と精神分裂病群双方に共通して5HTに関連したIPsシグナルカスケードの亢進が生じていた。数種類の抗うつ薬が5HT刺激性IPsの産生をin vitroにて阻害した。これらは症候学的・薬理学的に示唆されているうつ病状と精神分裂病の陰性症状の共通性の生化学的背景を推察させる所見と考えられたG蛋白質をはじめとする膜蛋白質は、受容体や効果器といった他の蛋白質とのランダムな衝突によって共役が起こり、蛋白質同士の相互作用の特異性は、蛋白の持つ相互作用を起こす部位の三次元構造によってもたらされるとする考えが一般的であった。しかし近年、細胞膜におけるG蛋白質は細胞骨格など膜の構成成分と連関する事でその細胞膜内での可動性や分布が制限され、こういった膜の他の構成成分との共役が情報伝達の調節に関与していることが報告されている。そこで本年度では、G蛋白質を介した細胞内情報伝達系の変化のメカニズムを調べる目的で、気分障害と精神分裂病の死後脳を用いてG蛋白質の細胞膜内分布の変化について検索し、両疾患の比較検討を行った。うつ病患者死後脳では対照群と比較してGsαが細胞膜の中の比較的疎水性の低い部分に多く分布し、逆に疎水性が高く界面活性剤による処理を行っても容易に膜から離れない部分に存在するGsαの量は減少しているものと考えられた。それとは対照的に、精神分裂病群ではTX-100によって抽出されるGsαの量は対照群と比較して増加しており、Remainderの中に残存するGsαは減少していた。さらに精神分裂病者死後脳を用いたAC活性の測定の結果、分裂病群ではうつ病群とは対照的にforskolinあるいはグアニンヌクレオチド刺激性のAC活性の上昇傾向が認められた。以上の結果から、うつ病群と精神分裂病群の双方においてGsαの細胞膜内での分布の変化が認められ、Gsαと効果器(アデニル酸シクラーゼ)の共役に影響を与えていることが示唆され、うつ病・精神分裂病での脳情報伝達系(cAMP産生に関する)に影響を及ぼしていると考えられた。このことは昨年度の報告の報告を合わせると、これらの結果は症候学的・薬理学的に示唆されている情動・記憶・意欲障害(うつ症状、精神分裂病の陰性症状、アルツハイマー病)の共通性・差異の生化学的背景を推察させる所見と考えられた
シナプス機能の長期的変化に関わる神経伝達物質およびモジュレ-タ-の細胞内作用機序

ウサギ上頸交感神経節を材料として研究を行い、下記の結果を得た。1.ムスカリン性緩徐脱分極応答(slow EPSP)の長期増大とドバミン・環状AMP系。神経節をドバミンで一過的に処理するとムスカリン性脱分極応答の長期増大(long-term enhancement,LTE)が起こるが、同様の長期的変化は環状AMPによる処理の後にも起こる。D_1受容体に特異的な遮断薬はLTEの発現を選択的に抑え、並行してドバミンによる環状AMP生成をも抑える。これらの事から、LTE発現に際しては細胞内環状AMP系が深く関わっており、細胞内伝達系を介した異種伝達物質間の作用の変調的相互干渉の可能性が示唆された。2.ムスカリン性脱分極応答と環状GMP。神経節ホモジェネ-ト中にphotoaffinity labeling法で検出される環状GMPと特異的に結合する蛋白があり、Gキナ-ゼ活性も認められた。またGキナ-ゼによって燐酸化される分子量90Kおよび54Kの内在性基質蛋白があり、このうち90Kの蛋白はムスカリン性受容体刺激によっても燐酸化される。燐酸化と脱分極は同じM_1型受容体を介して起こる。その他の証拠と併せて、ムスカリン性脱分極応答の発現に細胞内伝達系として環状GMP依存性蛋白燐酸化系が関与している可能性が示唆された。3.活動電位波形のモジュレ-ション。ムスカリン性刺激により神経節細胞の活動電位発生中のC_a流入が抑制され、これはM_2受容体の活性化によりPTX感受性のG蛋白を介してPI回転系が動かされ、Cキナ-ゼの活動を介して起こる変調である事が示された。4.結論。神経節内の様々な部位に異なるサブタイプのムスカリン性受容体が存在し、多様な細胞内伝達系を介して信号伝達を長期的に変調している機構の一部が明らかにされた。4.結論。神経系のシナプスにおいて,神経伝達物質による科学的伝達機構が働いてイオンチャネルの開閉が制御され,シナプス電位が生ずる.その際,伝達物質受容体とチャネルとの間に様々の代謝系を含む細胞内伝達機構が介在して細胞応答を調節する可能性が近年注目されている.細胞内代謝系を介する応答は,その発現・持続共に緩徐で長期的であり,信号伝達を長い時間の範囲で調節する神経系の可塑性の細胞機序の一面を構成する可能性がある.交感神経節はアセチルコリン(ACh)のムスカリン性作用によって発生する緩徐シナプス電位を持ち,上記課題を解析する研究対象として最良のものであると考えて選んだ.今年度に得られた成果は次の通りである.1)各種のムスカリン性応答を媒介する受容体のサブタイプを薬理学的手法により解析した.MCN-A-343,AF102B等の合成アゴニストはピレンゼピン感受性のM1性脱分極を起こし,また神経節内にあるドパミン含有介在ニューロンから順行性刺激に際してのドパミン放出を増大させるM1性の制御をも行う.他方,過分極応答はACh等によって起こり, AF-DX116に強い感受性を持ち, M_2性のものと思われる. M_2受容体は更に活動電位発生時のCa流入に関わるCaチャネルを抑制する.2)M_2受容体を介するCaチャネルの抑制は蛋白キナーゼCを活性化するOAG,フォルボール化合物等でも起こり, Cキナーゼを抑制するH-7で抑えられるので, M_2受容体とCaチャネルの間にはPI分解に伴うCキナーゼ系が介在する事が示唆される.

3)交感神経節には環状GMP依存性蛋白キナーゼ(Gキナーゼ)が存在する事が生化学的に証明出来, Gキナーゼの基質となる90Kと54Kの二種の内在蛋白を同定した. 90K蛋白はムスカリン. MCN-A-343刺激でも燐酸化されるので, M1受容体と脱分極性イオンチャネルとの間にGキナーゼ系が介在する可能性がある.自律神経系における重要なシナプス部位である交感神経節において、伝達物質であるアセチルコリン(ACh)がムスカリン性作用により緩徐な後シナプス電位の発生、および伝達物質放出の様々な調節を行う可能性がある。その細胞機序につき解析し、以下に要約される結果を得た。1)AChはM_1ムスカリン性受容体を介して節後神経細胞に緩徐な脱分極性後シナプス電位(Slow EPSP)を起こさせる他、節内介在神経細胞からのドパミン放出を促進させる。一方M_2ムスカリン性受容体の活性化は過分極性後シナプス電位(Slow IPSP)を起こさせる他、活動電位発生中のCaイオン流入を抑制する効果(恐らく伝達物質放出を抑制する調節)を表わす。2)M_1およびM_2ムスカリン性受容体の活動は、いずれも百日咳毒素に感受性のあるGTP結合蛋白を介して特定の細胞内メッセンジャー系に伝えられる事を示唆する結果を得ている。メッセンジャー系として最も重要なものはフォスファチジルイノシトール(PI)系であるらしく、蛋白キナーゼCの賦活・阻害剤、イノシトール三燐酸(IP_3)を投与するとAChの効果と類似した結果が得られる。その他に可能性のあるメッセンジャー系として、環状GMP依存性燐酸化系がある。3)交感神経節で蛋白キナーゼGの高い活性が検出され、それにより分子量54Kと90Kの二種類の基質蛋白が燐酸化される。M_1ムスカリン性受容体の刺激により同じ基質蛋白が燐酸化されるので、ムスカリン性受容体はPI・Cキナーゼ系以外に環状GMP・Gキナーゼ系をも用いて、交感神経節のシナプス伝達を調節している可能性がある。以上のように神経活動の長期的な調節に際して、特定の伝達物質受容体が細胞内伝達代謝過程を経て機能している機構を解析した。本年度の研究は、主として神経生化学的研究を中心に行った。1.環状GMP依存性蛋白キナ-ゼ(Gキナ-ゼ)の検出。8-Azido-cyclic GMP[^<32>P]を用いたphotoaffiinty labeling法により、ウサギ交感神経節ホモジェネ-ト中にある分子量約74kの蛋白が環状GMPを特異的に結合させる事が判った。この蛋白はその分子量が過去に他組織で同定されたGキナ-ゼと等しく、環状GMPに対する特異性から見ても交感神経節におけるGキナ-ゼであると見られる。同様の蛋白がhydroxyapatite chromatographyの一分画に確認され、この蛋白分画に明らかにGキナ-ゼ活性が認められた。2.Gキナ-ゼの内在性基質の同定。環状GMPの存在下で数種類の異なる分子量を持った内在性基質蛋白の燐酸化の起こる事が認められた。そのうち神経節生組織においては分子量的90k・等電点4.5の蛋白の燐酸化が最も著明かつ安定に起こる事が確認された。3.内在性基質蛋白の燐酸化とムスカリン性受容体。神経節をムスカリンによって刺激すると、分子量90k等電点4.5の蛋白が著明に燐酸化された。この燐酸化はM_1受容体に特異的なアゴニストであるMcN-A-343でもよく起こり、M_1受容体の遮断薬であるpirenzepineで抑えられるが、M_2遮断薬
ウィーナー汎関数に関する確率分布論とその応用

研究期間を通じて,ウィーナー汎関数に関する確率分布論の整数論(特にリーマンゼータ関数)への応用,また金融工学においては新しいエキゾティックオプションの開発とその価格つけへの応用,また金融工学と保険数理の融合においては新しいリスク評価分析への応用に関する研究を遂行しいろいろ論文発表を行った.このように多岐にわたり,ウィーナー汎関数確率分布論の新しい分野への発展性も見つけることができた.本年度は離散確率解析とその応用、ゼータ関数と確率論の関連について研究を行った。前者についてはFujita, T.,Ishimura, N. and Nakamura, M.:A model of the instantaneousinterestrate in discrete processes ,Procedia Economics and Finance (2013).DOI: 10.1016/S2212-5671(13)00042-7にて発表した。内容は研究代表者が以前構築した離散確率解析(離散伊藤公式など)の金融工学(特に確率金利モデル)への応用を一橋大学の石村教授日大の中村教授と共同で研究した。後者の研究のまとめについては平成26年度に行っており、実際論文が一本アクセプトされた。これは研究代表者が以前から研究を行っているゼータ関数と確率論(特にウィーナー汎関数)との関連を調べる論文である。これについては京都大学数理解析研究所で行われた確率解析シンポジウムにて発表済で現在論文にまとめつつある。またウィーナー汎関数分布論についてはブラウン運動イクスカーションにおける最大値と終点の同時分布などの計算を行いさらに新しい金融商品(部分的なルックバックオプション)を開発しそれらのプライシング計算を行った。これについてはまとめが終わっており、実際ある雑誌にアクセプトされ平成26年度中に公表される予定である。2012年度は2編の論文を発表した。1つは金融工学・保険数理への確率論の応用で2012) with Ishimura, N. and Kawai, N.である。研究代表者が前に構築した離散確率解析の理論を金融工学・保険数理とくに離散HJB方程式とその具体解の導出に応用した。の独立な$n$個の積の確率密度関数の具体的計算、コタンジェント関数とその一般化の部分分数展開への応用などについても研究を行った。本研究は確率論の金融工学・保険数理などへの応用と、数論を始めとする純粋数学への応用の両方を視野に入れた研究であり研究遂行は問題ないものと思われる。http://www. pacific-mathforindustry.com/content/6/1/2 3)バックオプションの価格付けとヘッジ(川西泰裕と共著)、京都大学数理解析研究所講究録1933 (2015)13ー21(4)ショールズモデルとCGMYモデルの下でのルックバックパワーオプションの価格付け(川西泰裕と共著),統計数理研研究所共同研究リポート350、(2015) 44-58と4編の研究論文を発表する事ができた。1番目の論文はcarry processとオイラー数に関する組合せ論的考察、2番めの論文はまず必要なブラウン運動とランダムウォークに関する確率分布論を準備し、それに基づき新しい金融商品(ミアンダーオプション)を考案しさらにブラックショールズモデルにおいてその価格決定を行った。3番目と4番目の論文はルックバックパワーオプションと呼ばれる新しいエキゾティックオプションの価格とデルタヘッジをブラックショールズモデルとレヴィ過程モデルの両方のもとで決定し評価を行った。平成27年度は保険数理と金融工学の融合として,ある伝染性モデル上での伝染爆発に対するリスク評価とそれに関する保険の価格評価についての研究を行った.その研究に関する発表論文は以下の雑誌に掲載された.また、期間全体を通じて、新しい金融商品の開発とそのプライシング、金融数理に関連する確率論(ブラウン運動とランダムウォークの分布論に関する新しい結果),保険数理のリスク評価に関する新しい結果、数論と確率論の融合(リーマンゼータ関数とその周辺のゼータ関数の特殊値と確率論の関係者性)などについての研究を行い、いろいろな研究会、国際学会で発表し、それらに関する研究論文も多数公表することができた。研究期間を通じて,ウィーナー汎関数に関する確率分布論の整数論(特にリーマンゼータ関数)への応用,また金融工学においては新しいエキゾティックオプションの開発とその価格つけへの応用,また金融工学と保険数理の融合においては新しいリスク評価分析への応用に関する研究を遂行しいろいろ論文発表を行った.このように多岐にわたり,ウィーナー汎関数確率分布論の新しい分野への発展性も見つけることができた.本年度は4編の研究論文を公表し、研究発表も多数行った。金融工学,保険数理,純粋数学今後はさらなる新しい金融商品の開発とそのプライシングやヘッジなどを追求するとともに確率論確率過程論の数論などの純粋数学への応用研究も遂行していく。平成25年度は論文を一本公表し、引き続き平成26年度には平成25年度中に投稿した論文が一本アクセプトされており、さらに何本かの論文をまとめ中である。本研究は確率論の金融工学・保険数理などへの応用と、数論を始めとする純粋数学への応用の両方を視野に入れた研究でありそれらに関する2編の関連論文を発表することができ、問題ないと思われる。2015年2月にベトナムで行われた学会で研究発表を行ったがその旅費申請をまだ行っていないため。特に問題なく予定通りこのまま進めていく。本年は2013年6月末にイスタンブールで開かれるInternational Conference on Applied Economicsにおいて研究の一つの柱である離散確率解析とその応用について講演を行う。その後、京都大学、大阪大学、神戸大学、関西大学、立命館大学、九州大学、琉球大学の各共同研究者たちと研究打ち合わせを行いながら研究を進めていく予定。

2013年11月に琉球大学において開かれるシステム情報制御学会や2014年3月に京都大学数理解析研究所において開かれる研究会にて研究発表予定である。また、2014年3月には共同研究者であるカンボジアプノンペン王立大学、マム助手との共同研究を行う。使用計画は2015年2月に行われたベトナムでの研究発表の旅費に使用する。九州大学、京都大学、カンボジアプノンペン王立大学、沖縄高専などの出張は平成25年度に行ったが平成25年度予算では不足したため次年度予算を用いた。九州大学、京都大学、カンボジアプノンペン王立大学、沖縄高専への共同研究ないしは研究発表2013年3月に研究打ち合わせの旅費(カンボジアプノンペン王立大学、マム助手との共同研究打ち合わせ)に使用した。2013年6月にイスタンブールで開かれるInternational Conference on Applied Economicsへの出席講演,京都大学、大阪大学、神戸大学、関西大学、立命館大学、九州大学、琉球大学の研究者たちとの共同研究打ち合わせの旅費、研究会出席講演に必要な旅費、必要な書籍(確率論、ファイナンス、解析学)などの購入に用いる。また、2014年3月にもカンボジアプノンペン王立大学、マム助手との共同研究打ち合わせ旅費に用いる。
擬多面体近似による結晶性材料中の微細な粒子の形状についての理解

結晶性の微細な粒子の形状は,丸い角と多面体状のファセットをあわせ持つ場合が多い.粒子がこのような形状になる理由を議論する場合,その形状を簡単な式で記述することができると便利である.擬多面体は多面体と球のあいだの形状を表現できる立体図形である.角が丸く,低指数結晶面のファセットを持つ粒子形状を擬多面体近似によって解析し,形状変数を含む簡単な数式でその形状を表現するための方法を述べる.本研究では立方晶構造の粒子を考察の対象にしている.粒子の形態を評価するうえで,擬多面体近似が極めて有用な幾何学的ツールであることが示されている.結晶性の微細な粒子の形状は,丸い角と多面体状のファセットをあわせ持つ場合が多い.粒子がこのような形状になる理由を議論する場合,その形状を簡単な式で記述することができると便利である.擬多面体は多面体と球のあいだの形状を表現できる立体図形である.角が丸く,低指数結晶面のファセットを持つ粒子形状を擬多面体近似によって解析し,形状変数を含む簡単な数式でその形状を表現するための方法を述べる.本研究では立方晶構造の粒子を考察の対象にしている.粒子の形態を評価するうえで,擬多面体近似が極めて有用な幾何学的ツールであることが示されている.Cu母相にCo粒子が析出する合金とAg粒子が析出する合金を作製し,添加元素濃度と熱処理条件を変化させ,種々の大きさの粒子を含む試験片を得た.これらの試験片中の析出粒子の三次元的な形状を,透過型電子顕微鏡を用いた多方向からの観察によって系統的に調べた.これらの粒子は,ともに{111}八面体に近い形状を持つことがわかった.しかし,Cu母相に析出したCo粒子の場合では,八面体形状ではあるものの各面が{111}から数度程度ずれた形状になるのに対し,Cu母相に析出したAg粒子の場合では,角が丸い,球形と{111}八面体のあいだの形状になる.上記の二つの合金系のうち,本年度は,角が丸い,球形と{111}八面体のあいだの形状になるAg粒子の形状について考察した.このような球形と多面体のあいだの形状は,擬多面体近似により精度良く表現することができる.直径相当の大きさが,数nmから10nmへと大きくなるにつれて,Ag粒子の形状は,球形により近い形状から{111}八面体により近い形状へと変化した.また,Cu母相とAg粒子のあいだの格子定数差によって生じるモワレ縞観察より,Cu母相中のAg粒子におけるひずみの状態を実験的に求めた.球形により近い形状から{111}八面体により近い形状への粒子形状変化は,粒子平衡形状の粒子大きさの変化にともなう変化として理解することができる.そこで,この形状変化を擬多面体近似により定量的に記述し,弾性ひずみエネルギーと界面エネルギーの両方を考察するエネルギー論によって考察した.Cu母相にCo粒子が析出する場合について,三次元的な粒子形状を決定するための系統的な電子顕微鏡観察を行った.このCu母相中のCo粒子は,直径相当の大きさが25nm程度まではほぼ球形であるが,この大きさを越えると球から立方体への形状変化が起こり,60nm程度の大きさに達すると,角は丸いものの{100}で構成される立方体に近い形状になる.しかし,時効処理の進行でさらにCo粒子の大きさが大きくなると,Cu/Co界面の状態が整合から非整合に変化し,Co粒子の形状は{lll}で構成される正八面体に近い形状へと変化する.しかし,同一粒子について多方向からの観察を行うと,実際のCo粒子形状と{111}で構成される正八面体形状とのあいだにはずれがあることがわかった.この形状のずれを精密に測定し,その原因を調べた.その結果,Co粒子に絡みつくCu母相中の転位が粒子形状のずれの原因であることがわかった.立方晶における低指数面,{100},{111},{110}で構成される多面体と球のあいだの形状を持つ微粒子や析出物は,安定な形状で,過去の研究においても頻繁に観察されている.このような形状を定量的に評価するための幾何学的な手段である超球近似について,その有用性を示すための考察を行った.過去の実験で報告されているNiとAlの微粒子について,その形状を超球近似で示した.この場合の超球形状では,球と多面体のあいだの形状を三つの変数,すなわち,{100}立方体の寄与を示すための変数α,{111}正八面体の寄与を示すための変数β,そして球と多面体のあいだの形を示すための変数ηという合計3つの変数で表現する.実際の微粒子形状とその移り変わりが,この超球近似によって適切に表現できることがわかった.金属や合金をはじめとする結晶性材料では,そこに含まれる析出粒子やボイドの形は,しばしば,結晶の構造や方位を反映した多面体状になる.しかし,それらは幾何学における概念上の多面体とは異なり,稜(辺)が丸みをおびた擬多面体と呼ぶべき形である場合が多い.本研究では,材料組織の形成とその組織形成の機構についての定量的な理解を試みた.母相中の析出粒子の形状とその移り変わりを実験によって調べ,析出粒子の形状がどのような因子に支配されているかを考察した.

この際,粒子形状の特徴を新しいアイデアである擬多面体近似で的確に捉え,形状変化を理解するための定量的な議論をエネルギー論と速度論によって行った.このような研究は,材料組織の制御とそれによる材料設計に関する確かな指針を与えるものである.平成24年度は,擬多面体近似計算の発展版として,含まれる変数をこれまでのものとは変更した枠組みでの体系化を行った.具体的には,擬多面体を記述するための変数を,従来の変数の逆数で置き換えた.これは些細な変更のように思えるかもしれないが,複雑な印象を与えていた擬多面体式が,はるかに直感的に理解できるようになった.新しい変数を含む擬多面体式によって,析出粒子形状やその変化の度合いについて,より適切な解析が行えるようになった.金属や合金の微粒子や微細析出物の形状について,定量的な議論を行うための有効なツールを得ることができた.計画した実験が順調に進み,また,得られた実験結果の解析も転位論して合理的に行うことができた.さらに,本研究独自の形状評価手段である超球近似について,これまでの予想を超える応用範囲を見いだすことができたため.24年度が最終年度であるため、記入しない。これまでの方針を推し進め,今後とも,順調に研究を進めていきたい.24年度が最終年度であるため、記入しない。
煙型表層雪崩の発生機構と流動機構の解明

個体粒子浮遊流の新たなモデルを考案するため、固体粒子の密度が周囲流体の密度より大きくなることを想定して非ブーシネスク流体に対するk-ε乱流モデル(NBKEモデル)を開発した。このモデルの基礎方程式は、レイノルズ方程式、固体粒子の濃度の拡散方程式、乱れ運動エネルギー(k)の方程式、分子粘性逸散率(ε)の方程式である。これらの式は圧力項と重力項のみで密度変化を考慮するブーシネクス近似を用いておらず、方程式の各項ですべて密度変化を考慮している。流れの発生機構が風による雪粒子の浮遊であると考え、これときわめて類似点の多い、吹雪の実験を行った。平成10年度と平成11年度の実験に用いたのは科学技術庁防災化学研究所新庄雪氷防災研究支所にある低温風洞装置である。この装置を用いて底面に実際に雪を敷き詰め、風を起こすことによって吹雪(地吹雪)を発生させた。実験は十分に発達した平衡状態の吹雪と非平衡状態の吹雪について行った。風速の測定には熱膜風速計を用い飛雪流量をSPC(スノーパーティクルカウンター)で測定した。風洞実験で得られた条件に対してNBKEモデルにより数値解析を行った。この解析により平衡状態の吹雪の風速分布と飛雪流量の分布を適切に表現できた。また、非平衡状態にある吹雪の流動特性は特に飛雪流量の分布において顕著な差があらわれた。このような流れは斜面上の積雪上を風が吹くことによって生ずる、吹雪から雪崩へと移行する流れと類似の現象と考えられる。煙型表層雪崩の流動モデルとして提案している数値モデルの実験的検討を行うため、保存性及び非保存性傾斜サーマルの実験を行った。保存性の傾斜サーマルの実験では塩水を用い、非保存性傾斜サーマルの実験では水と硫酸バリウムの混合水を用いた。これらのサーマルの流量をビデオ撮影し、流下特性を把握した。また、バリウム粒子の沈降量と粒径分布を測定し、雪崩と類似の非保存性傾斜サーマルの多面的な流動特性を把握した。以上を総合化することより、煙型表層雪崩の発生機構と流動機構について流体力学的な解析、考察を行い、これらの基本的なメカニズムを明らかにした。煙型表層雪崩の発生機構と流動機構を解明するため、地吹雪と雪崩のシミュレーションモデルについて考察した。地吹雪は厳冬期の地表において、固体粒子である雪粒子が空気の流れ、すなわち、風によって舞上げられる現象である。このような固気二相流では、固体粒子である雪の密度が空気の密度に比べて非常に大きく、通常の密度流では採用されるブ-シネスク近似が成立しない。本研究ではまず、非ブ-シネスク流体に対するk-ε乱流モデルを構築した。基礎方程式は、レイノルズ方程式、二相流の質量保存式、固体粒子濃度についての拡散方程式、乱れエネルギー方程式、分子粘性逸散率の方程式である。煙型雪崩の発生の一つの要因と考えられる、地吹雪を想定し、非ブ-シネスクk-ε乱流モデルを適用して数値解析を行った。計算では、斜面の傾斜角を0度(水平)から30度までに変化させた。これにより、地吹雪が発生すると風速が小さくなること、傾斜角が大きくなると濃度が増加し、風速が大きくなることを見いだした。これらの現象はいずれも実際の地吹雪で観察されている現象である。非ブ-シネスクk-ε

乱流モデルの数値解と比較するため、開水路の浮遊砂流れの室内実験を行った。実験による流速分布と浮遊砂の濃度分布を数値解と比較し、浮遊砂流のような密度差が水の密度と比べて小さい流れに対して本数値解析が有効であることを示した。研究代表者が提案している煙型表層雪崩のシミュレーションと比較するため、水中の傾斜サーマルの実験を行った。密度差は塩分濃度の差あるいは微小固体粒子の濃度差によった。傾斜サーマルの流動機構を調べるため、プラスチック粒子をトレーサーとしてビデオ撮影を行い、画像解析によりサーマル内部と周囲の瞬時流速ベクトル分布を測定した。これらの測定により、傾斜サーマルが周囲水を連行する機構について検討を行っている。1.固体粒子浮游流の新たなモデルを考案するため、流れが二次元定常・等流であると仮定し、固体粒子の密度が周囲流体の密度より大きくなる場合を想定し、非ブーシネスク流体として取り扱う。基礎方程式としてレイノルズ方程式、混相流の質量保存側、固体粒子の濃度の拡散方程式、乱れ運動エネルギー方程式、分子粘性逸散率の方程式による非ブーシネスク流体に拡張されたk-ε乱流モデルを用いる。2.雪崩の発生機構が風による雪粒子の浮游であると考え、これときわめて類似点の多い吹雪の実験を行った。実験に用いたのは防災科学研究所新庄支所での低温風洞装置である。この装置を用いて底面に実際の雪を敷き詰め、風を起こすことによって吹雪を発生させた。熱膜流速計とスノーパーティクルカウンターを用いることによって風速の鉛直方向の分布と吹雪量の鉛直方向の分布を測定した。2種類の設定風速で測定を行った。実験結果と、前述の非ブーシネスクk-ε乱流モデルによる数値計算結果と比較した。数値解析によって実験結果をかなり良好に再現できることが示された。3.煙型雪崩あるいは吹雪の発生機構・流動機構に類似していると考えられる開水路における浮游砂流の室内実験を行い、種々の水理条件の実験結果と数値解析での流速分布と濃度分布の結果と比較し考察を行った。4.固体粒子の巻き上げ・沈降を伴う密度流先端部の流動解析を行うため、塩水と固体粒子を用いた傾斜サーマルの室内実験を行う。傾斜面上に水よりやや重いプラスチック粒子を敷き詰め、上流において塩水を一度に開放し、傾斜サーマルを形成させる。傾斜サーマルによるプラスチック粒子の巻き上げる現象をビデオ撮影し、画像解析を行なった。5.上述の実験において、ビデオ画像解析により、先端移動速度、先端部の最大厚さ、サーマルの形状を測定する。これらの結果を煙型雪崩の流動シミュレーションモデルと比較し、モデルの妥当性を検討した。固体粒子浮遊流の新たなモデルを考案するため、固体粒子の密度が周囲流体の密度より大きくなること想定して非ブーシネスク流体に対するk-ε乱流モデル(NBKEモデル)を開発した。このモデルの基礎方程式は、レイノルズ方程式、固体粒子の濃度の拡散方程式、乱れ運動エネルギー(k)の方程式、分子粘性逸散率(ε)の方程式である。これらの式は圧力項と重力項のみで密度変化を考慮するブーシネスク近似を用いておらず、方程式の各項ですべて密度変化を考慮している。
神経系機能蛋白質の超微量検出と同定

脳神経系は、一部の外胚葉に由来した神経管が細胞分裂と分化、移動を繰り返して形成されることが知られている。この神経系の発生、分化、成熟の整然としたプロセスは、神経系に特徴的なさまざまな種類の蛋白質の発現をあらかじめ遺伝的に定められたプログラムに従って調節することで進行していると考えられる。本研究では、神経回路形成の特定の時期に限って発現するこれら蛋白質はじめ、神経系の形成と機能に密接に関連する脳内の微量蛋白を系統的に検出、定量、同定する方法の開発を行なった。このために、まず最近10年間のChemical Abstractを検索し、文献にあらわれた脳蛋白質を整理してそのデータベース化を行なった。また一方において、多量の脳組織を出発材料として、細胞質画分、細胞骨格蛋白質画分、細胞膜画分について系統的な分離精製方式による蛋白質の精製を試みた。純化できた蛋白質については「Brain Protein Bank」として保存すると同時に、あるものについては特異的な抗体の調製を行なった。調整した抗体は、免疫組織化学による当該蛋白質の脳内分布の調査に用いる一方、脳内での動態の研究に使用する目的で、高感度の酸素免疫評価法を確立した。一方、神経系以外の組織に存在する蛋白質との比較分析、および脳の成熟過程での脳内蛋白質の変動の解析により、神経系に特異的、ないしは神経系の形成過程に特異的と考えられる蛋白質あるいは遺伝子を数種類分同定し、その一部については蛋白質構造および遺伝子構造の解析を行なった。以上の研夕過程で、あらたに蛋白質の分離、同定のための2次元クロマトグラフィー、キャピラリー電気泳動法、2次元電気泳動法の高感度化、効率化を行なった。また、従来抗原との親和性が低いため高感度分析には適さないとされていたモノクローン抗体による超高感度免疫測定法の開発について検討された。中枢神経系の特色は、異種の細胞集団の階層的な構造によって担われる機能の局在化であり、記憶や学習などの高次神経機能の発現には、神経回路形成の特定の時期に限って出現する蛋白質が重要な役割を担っていると考えられる。また、神経系を構成する各種の細胞には、それぞれの細胞に特異的に存在する蛋白質や、各種の精神神経疾患など、病態時にのみ出現するものも存在している。本研究では、これら神経系に極微量に含まれる蛋白質を系統的に分離、検出、定量し、同定する方法の開発を中心に研究を行ない以下の成果を得た。(1)分離様式の異なる2種類の高速液体クロマトグラフィーカラムを直列に連結し、2種類のクロマトグラフィーによる蛋白質の分離をマイクロコンピュータを中心とした制御系で制御して分離を複合化した、2次元高速液体クロマトグラフィー装置を開発した。この方法により、神経組織などの組織抽出液や、細胞の抽出液を直接の試料として、約200種類の蛋白質を、検出感度25ngで2時間以内に系統的に分離、検出することが可能となった。またこの方法の開発により、脳内蛋白質についての「蛋白質バンク」および「蛋白質データベース」の作製が可能になった。(2)脳神経組織に存在する蛋白質、核酸、脂質など、エピトープを2個以上もち、多価の抗体を生成するような生体高分子を超高感度で定量、測定できる免疫酵素サイクリング法を開発した。この方法により、例えば網膜各層に存在する超微量のオルニチンアミノトランスフェラーゼの分布を測定することができた。(3)ヒト脳に存在する0.1ng程度のグリコーゲンホスホリラーゼbの超微量酵素免疫アツセイ法を確立した。この測定系を用いて、脳型イソ酵素のヒト各組織における詳細な分布を明らかにすることができた。