hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
母体免疫による乳幼児の易感染性の予防に関する研究

ワクチンによる乳幼児の肺炎球菌感染症に対する予防法は非常に重要であるが、乳幼児の免疫学的未成熟により、十分な免疫応答の誘導が困難なことが大きな問題となっている。本研究では妊娠前の成熟した雌マウスを肺炎球菌表面蛋白抗原(PspA)で免疫することで、仔マウスに抗肺炎球菌特異的抗体を誘導し、肺炎球菌感染症に対する予防効果を証明した。本研究成果は新しいワクチン戦略の基礎となりうるものである。1.遺伝子組み換えPspAの作成TOPOTAクローニングキットおよびpETシステムを用い、肺炎球菌TIGR4株よりPspA遺伝子をクローニングし、大腸菌にてPspA蛋白を発現させた後に、Ni-クロマトグラフィーにて精製した。2.母体免疫による肺炎球菌特異的免疫応答の誘導PspAにて雌マウスを1週間に2回、3週間の経鼻免疫免疫を行った後に雄マウスと交配し新生児マウスを得た。新生児マウス出産後に母親マウスの母乳中の抗PspA-IgAおよび-IgG、血清中抗PspA-IgAおよび-IgGの誘導をELISA法にて検討した。また、新生児マウス-母マウス群を、(A群)P免疫母マウス-免疫母マウス由来仔、(B群)免疫母マウス-非免疫母マウス由来仔マウス、(C群)非免疫母マウス-免疫母マウス、(D群)非免疫母マウス-非免疫母マウス由来仔マウス(コントロール)の4群に分類し、新生児マウスの血清中抗PspA-IgGの変化について検討した。これらの検討の結果、母体免疫により母マウス母乳中および血清中さらに新生児マウス血清中に抗PspA-IgGが誘導されることが判明した。また、新生児マウス-母マウス群を分類することで、新生児マウスにおける免疫応答は、免疫母マウスによる母乳栄養により維持されることが判明した。以上の検討に加えて、さらに、母体免疫による新生児マウスの肺炎球菌感染予防効果および新生児マウスに誘導されるTh1/Th2/Th17系免疫応答について検討した。母体免疫による新生児マウスの肺炎球菌感染予防効果については、新生児マウスに肺炎球菌TIGR4株を経鼻接種した後に、鼻咽腔、肺、血液、脳における肺炎球菌コロニー数の検討を行った。また、分離された肺炎球菌については、血清型およびPFGE法による菌株の一致性について確認をおこなった後に、肺炎球菌のコロニー形態であるOpaqueおよびTransparent株の評価を顕微鏡下に行った。おもに、鼻腔洗浄液からはTransparent型が検出されるのに対し、鼻粘膜組織、肺、血液からはOpaque型が検出される結果を得ている。また、生後7日目に新生児マウス脾臓よりリンパ球を分離し、PspA、ConAにて72時間刺激した後に、リンパ球の幼弱化および培養上清に産生されたIL-2、IL-6、IL-10、IL-12、IFN-γ、IL-17をELISA法にて測定した。PspA母体免疫母マウス由来の新生児マウスリンパ球では、PspA刺激によりIL-17が産生されることから、母体免疫のメカニズムにTh17系免疫応答が関与していることが判明している。1.母体免疫による肺炎球菌特異的免疫応答の誘導PspAにて雌マウスを6回(3週間)の経鼻免疫を行った後に雄マウスと交配し仔マウスを得た。仔マウスを、A群:免疫母マウス由来-免疫母マウス保育、B群:免疫母マウス由来-非免疫母マウス保育、C群:非免疫母マウス由来-免疫母マウス保育、D群:非免疫母マウス由来-非免疫母マウス保育(コントロール)の4群に分類し、仔マウスの血清中抗PspA特異的抗体の変化について検討した。仔マウス血清中に抗PspA特異的IgG抗体(IgG1サブクラス優位)が誘導され、免疫母マウスによる母乳栄養(A群)により維持されることが判明した。2. PspA母体経鼻免疫によるマウス鼻腔への肺炎球菌定の予防仔マウス鼻粘膜組織中の肺炎球菌数は、PspAにて経鼻免疫された母マウス由来の仔マウス(A群)では、コントロールに比較して有意に減少した。また、B群においても、免疫された母マウスの母乳栄養を受けた場合には,鼻粘膜組織中の肺炎球菌数の減少傾向が認められた。3. PspA母体経鼻免疫によるマウス鼻腔への肺炎球菌定の予防仔マウス肺組織中の肺炎球菌数は、PspAにて経鼻免疫された母マウス由来の仔マウス(A群)では、コントロールに比較して有意に減少した。4. PsA母体経鼻免疫によるマウスの肺炎球菌全身感染の予防PspAにて経鼻免疫された母マウス

由来の仔マウス(A群)では、肺炎球菌全身感染症による生存期間の延長が認められた。また、B群およびC群においても、胎盤移行抗体あるいは母乳抗体を得ることで肺炎球菌全身感染症による生存期間の延長が認められた。遺伝子組み換えPspAの作成:TOPOTAクローニングキットおよびpETシステムを用い、肺炎球菌TIGR4株よりPspA遺伝子をクローニングし、大腸菌にてPspA蛋白を発現させた後に、Niクロマトグラフィーにて精製した。母体免疫による肺炎球菌特異的免疫応答の誘導:PspAにて雌マウスを1週間に2回、3週間の経鼻免疫免疫を行った後に雄マウスと交配し新生児マウスを得た。新生児マウス出産後に母親マウスの母乳中の抗PspA-IgAおよび-IgG、血清中抗PspA-IgAおよび-IgGの誘導、さらに新生児マウスの血清中抗PspA-IgGの変化をLISA法にて検討した。これらの検討の結果、母体免疫により母マウス母乳中および血清中さらに新生児マウス血清中に抗PspA-IgGが誘導されることが判明した。母体免疫による新生児マウスの肺炎球菌感染予防効果:3種類の感染モデルを作成し、検討を行った。すなわち新生児マウスに肺炎球菌TIGR4株を覚醒下に経鼻接種、麻酔下に経鼻接種、腹腔内接種を行い、それぞれ鼻咽腔保菌モデル、肺炎モデル、全身感染モデルを作成した。いずれの感染モデルにおいても、免疫群由来の新生児マウスは非免疫群由来の新生児マウスと比較し、肺炎球菌感染に対する予防効果を有意に認めた。母体免疫により新生児マウスに誘導されるTh1/Th2/Th17系免疫応答についての検討:生後7日目に新生児マウス脾臓よりリンパ球を分離し、PspA、コンカナバリンAにて72時間刺激した後に、リンパ球の培養上清に産生されたIL-4、IFN-Y、IL-17をELISA法にて測定した。PspA母体免疫母マウス由来の新生児マウスリンパ球では、PspA刺激によりIL-17が産生されることから、母体免疫のメカニズムにTh17系免疫応答が関与していることが示唆された。
AP-1関連エクソソーム由来miRNAによる頭頸部癌頸部転移の機能解析と早期診断

今までの研究で頭頸部扁平上皮癌の転移関連遺伝子群として同定したAP-1遺伝子群の中でもFosL1を検証対象として選出し,頭頸部扁平上皮癌の大きな予後因子の一つである頸部リンパ節転移能へのFosL1の関与について検討を行った。頭頸部扁平上皮癌におけるFosL1発現抑制に伴い,in vitroでは浸潤能,遊走能の低下と,in vivoでは同所性頭頸部癌モデルにおける頸部転移形成の抑制と生存期間の延長を認めた。また,FosL1が制御する遺伝子を探索するため,FosL1発現抑制細胞株とコントロール細胞株を用いてプロテオミクス解析を行い,FosL1の標的遺伝子候補としてHMGA1を選出した。HMGA1発現抑制に伴い,in vitroで遊走能の低下を認め,頭頸部扁平上皮癌において,FosL1は細胞浸潤能,遊走能を亢進することて&#12441;頸部転移形成を促進し,その制御にHMGA1を介することが示唆された。頭頸部癌は高頻度に頸部リンパ節転移病変を有し,その制御が困難であるため予後不良である。申請者はこれまでに頭頸部癌の頸部リンパ節転移関連候補遺伝子としてAP-1遺伝子群を同定し,その転移における役割について研究を進めてきた。また口腔癌患者の血清から抽出したエクソソームに含まれるAP-1遺伝子群関連miRNAの発現量と口腔癌の頸部リンパ節後発転移の相関の有無を前向きに調べることで,AP-1遺伝子群関連miRNAの頭頸部癌の頸部リンパ節転移の早期診断バイオマーカーとしての有効性について調べる予定としている。当該年度は頸部リンパ節転移関連候補遺伝子としてAP-1遺伝子群を同定した際に使用した頭頸部癌細胞株におけるmiRNA発現をmicroarray analysisで解析した上で,複数のバイオインフォマティックスアルゴリズムを用いることでAP-1発現を調節する候補miRNAを同定した。今後はルシフェラーゼレポーター発現アッセイ,候補miR-Aを導入した頭頸部細胞株を用いたinvasion assayとmigration assay,候補miR-Aを導入した頭頸部細胞株を用いたin vivoアッセイなどで候補miRNAの機能解析を行う予定である。miRNA発現のmicroarray analysis解析と,同結果をもとに行った複数のバイオインフォマティックスアルゴリズムを用いてのAP-1発現を調節する候補miRNAの絞り込みに時間を要した。本研究では,それらAP-1遺伝子群に関連するmiRNAの機能解析を通して,miRNAの頭頸部癌における頸部リンパ節転移の進展に果たす役割を明らかにすることを目的としている。AP-1遺伝子群の中でも,解析が不十分であったFOSL1の頭頸部癌頸部リンパ節転移の機序解明にまず取り組んだ。FOSL1発現をknockdownさせて細胞株を作製し,FOSL1 knockdown細胞株がコントロール株と比較して浸潤能,遊走能を低下させ,同所性動物モデルにおいて頸部転移を抑制することを同定した。頭頸部癌の中でも,遺伝子変異の比較的少ないにもかかわらず,頸部リンパ節転移を高頻度に認める,HPV関連中咽頭癌におけるmiRNA発現のmicroarray analysisと,同結果をもとに行った複数のバイオインフォマティックスアルゴニズムを用いて,頸部リンパ節転移を調節する候補miRNAの絞り込みを行っている段階にある。頭頸部癌頸部リンパ節転移機構におけるFOSL1の機能解析に時間を要した。またHPV関連中咽頭癌におけるバイオインフォマティックスアルゴニズムを用いての解析にも時間を要した。今後はAP-1発現を調節する候補miRNAの機能解析をin vitro,in vivoで行うと共に,AP-1 familyに制御を受け,頭頸部癌頸部リンパ節転移に直接関与すると思われる別の候補miRNAについても,検証を行う予定である。今までの解析により,AP-1遺伝子群のなかでも,頭頸部癌頸部リンパ節転移により関わると判明したFOSL1に関連するmiRNAを,HPV関連中咽頭癌におけるバイオインフォマティックスアルゴニズムを用いての解析も加味して絞り込みを行い,FOSL1発現を調整する,あるいはFOSL1に制御され,頸部転移に直接関与すると思われるmiRNAを同定し,そのin vitro,in vivoでの機能解析を行う。

さらに同定したmiRNAの発現検証を臨床検体で行い,その予後と対比することで,頭頸部癌における予後予測因子として,術後再発のマーカーとして有効であるかを検討する。平成28年度の進捗状況がやや遅れており,平成28年度に行う予定であった実験のための物品費分を使用しなかったため,平成29年度使用額が生じた。理由:平成29年度に行う予定であった実験のための物品費分を使用しなかったため,平成30年度使用額が生じた。使用計画:次年度使用額は平成29年度に行う予定であった実験を平成30年度に行うための物品費用にあてる。次年度使用額は平成28年度に行う予定であった実験を平成29年度に行うための物品費用にあてる予定である。
初期構造を規定したプロトン化ペプチドにおけるプロトン・水素原子移動反応の直接観測

本研究では,中性水素結合分子クラスターを用いることで,初期構造を規定した条件におけるプロトン・水素原子移動反応の観測から,反応の詳細を理解することを目的とした。対象として,プロトン供与体となるフェノールに種々のアミノ酸や類似構造を持つアミド類とのクラスターを生成し,電子励起スペクトル,赤外スペクトル,及び量子化学計算から検討した。現時点ではクラスターの生成に問題があり,今後も継続して研究を進める予定である。本研究では,凝集系や生体内における反応の中でも基礎的で重要なプロトン/水素原子移動反応に着目し,長距離のプロトン/水素原子リレー反応のモデル系としてペプチド鎖に沿ったリレー反応の観測を計画した。プロトン/水素原子移動反応についての研究は国内外を問わず非常に盛んになってきているが,生体関連分子のように一つの分子内で多くのプロトン受容/供与基がある場合には分子内での長距離のプロトン/水素原子リレー反応に興味が持たれる。そこで本研究では,フェノールとの中性クラスターをイオン化することで,プロトン付加位置つまり初期構造を規定したプロトン化ペプチドの生成とそこで起きるプロトン/水素原子移動反応の観測を行い,反応の詳細の解明を目的とした。初年度である平成21年度は,その第一段階としてまずフェノール-アミノ酸クラスターの生成方法の確立と,中性基底状態におけるクラスターの構造の決定を行った。実験に先立ち,量子化学計算により中性状態,カチオン状態の安定構造を求め,想定している反応の可能性を確認した。レーザー蒸発法を用いてアミノ酸を気化し,バッファーガスとの衝突によりクラスターを生成,冷却した。質量スペクトルから目的とするクラスターの生成を確認し,赤外スペクトルの測定と量子化学計算の比較から,目的とするアミノ酸のカルボキシル基側に水素結合した構造を取っていることが明らかとなった。現在の生成法ではクラスターの冷却が不十分であり,装置の改良を進めているが,ほぼ当初の計画通り研究が進行している。また,本研究の基礎となる7-アザインドール互変異性型二量体のプロトン移動反応に関する研究も進展し,論文発表した。本年度は昨年度に引き続き,反応前駆体となるフェノールとペプチドの中性水素結合クラスターの生成方法の確立を目指し,フェノール-グリシンクラスターの生成条件を検討した。これまでに測定したクラスターの電子スペクトルは非常にブロードで構造がなかった。これが,クラスターの冷却が不充分であるか,あるいは励起状態の寿命が短いためなのかを確認することが,まず解決しなければならない問題である。当初用いていたアミノ酸をカーボンパウダーと混ぜて成型した試料を用いたレーザー蒸発法により気化させる方法では,冷却されたクラスターを作ることが困難であった。そこで,実験条件の確認をするために,加熱による試料の気化を検討した。また,量子化学計算を行い,クラスターの電子励起状態を検討したところ,実験で励起に用いるππ^*励起状態の近傍にアミノ酸のカルボニル基におけるnπ^*型の三重項状態が存在することが示唆された。三重項に関しては,2波長2光子イオン化法などで,関与を検討することができる。本研究では,イオン化を目的としているので,三重項状態の存在自体は大きな問題になるとは考えていない。来年度は最終年度となるので,イオン化後の構造と前駆体の初期構造との比較からプロトン移動反応について考察を深める予定である。試料の気化のために,当初はレーザー蒸発,加熱を検討しフェノール・グリシンクラスターの共鳴2光子イオン化スペクトルを測定していた。得られたスペクトルが非常にブロードであったが,このままでは本研究の実験のポイントとなる中性クラスターのイオン化時の異性体分離ができているかどうかが問題となる。そこで,本年度はより試料の気化が簡単なペプチド類似の化合物としてアミド結合を持つホルムアミド,N,N-ジメチルアミドとフェノールのクラスターの励起スペクトルを測定し,これまでの生成条件でのクラスターの冷却条件の確認を行い,フェノール・グリシンクラスターのスペクトルが本質的にブロードかどうかを検討することにした。まず,励起スペクトルの構造がわかりやすい蛍光励起スペクトルを測定し,上記のフェノールのクラスターの励起バンドを調べた。フェノール・ホルムアミドクラスターではクラスターのバンドと思われる新たなバンドがフェノール・水1対1クラスターの高波数側に確認できた。フェノール単量体の低波数側にバンドが現れているとすると,フェノールがプロトン供与体として働く形に結合していることが考えられる。しかしながら,フェノール-水クラスターに比べると非常にバンド強度が弱いため,事前にフェノールに含まれている水分を除去する必要がある。

現時点では,研究で狙っていたプロトン移動反応機構を確認するに至らなかったが,クラスターの生成方法についての問題点や改良点についての情報の蓄積が今後の研究を進める上で役立つと考えている。
加齢性難聴におけるIGF1情報伝達系の役割

本研究課題では、加齢性難聴発症におけるIGF-1シグナル伝達経路の役割を解析し、加齢性難聴防止に関連する創薬研究の基盤形成を行うことを目的として以下の研究を行った。加齢性難聴の発症時期、メカニズムが異なる3系統のマウスを用い、それぞれの系統で加齢性難聴発症直前の蝸牛組織変性が進んでいない時期を生理学的、形態学的処方で同定し、その週齢でのIGF-1シグナル伝達経路関連分子の発現の変化を適量的PCRにて解析した。結果、3系統のマウスで目的とする週齢を同定し、3系統のうちC57Bl6において、加齢性難聴発症前、発症後IGF-1シグナル伝達経路関連分子の発現変化を明らかにすることができた。感音難聴は頻度の高い身体障害の要因であり、現在のところ根本的治療法は存在しない。種々の疾病の制御や予防医学の進歩に伴い、人類の高齢化は進み、本邦では超高齢化社会が近未来に訪れる。このような背景から、高齢者のQOL向上の医学的重要性は増している。高齢者のQOL向上の重要課題のひとつが加齢性難聴に対する対応といえる。本研究では、加齢性難聴に対する薬物治療の可能性を探索するものであり、研究代表者らが近年感音難聴治療薬として注目してきたインスリン様細胞増殖因子1(IGF1)と関連する分子の加齢性難聴における役割を解析する。本課題では、感音難聴および蝸牛障害におけるIGF1および関連する分子の役割の解析を進め、その知見を加齢性難聴に応用する。加齢に伴う聴覚機能低下の過程が異なる3系統のマウスを用い、加齢性難聴発症に関連する共通分子を探索する。平成26年度には、DAB、C57BL6 CBA/Jマウスの3系統のマウスを加齢性難聴の時期を考慮して飼育開始し、聴性脳幹反応および耳音響放射検査にて聴力をモニターし、定量的PCRにて解析する試薬などの準備を行った。平成27年5月に蝸牛組織を採取し、標的とする分子の解析を行う。IGF1受容体コンディショナルノックアウトマウス作製については、マウス作成中の段階にある。マウス蝸牛器官培養を用いた実験では、過去に報告があるIGF1受容体阻害薬について解析を行い、IGF1受容体の阻害による蝸牛内有毛細胞とラセン神経節細胞間のシナプス障害が誘導されることが確認されたが、ラセン神経節細胞神経線維に対する毒性が明らかとなった。既報の濃度から段階的に濃度を下げ、効果検証を行ったが、IGF1受容体に限定した効果は認められなかった。このため異なる2種類のIGF1受容体阻害薬の効果を検証中の段階にある。高齢者のQOL向上の重要課題のひとつが加齢性難聴の進行防止といえる。本課題では、感音難聴および蝸牛障害におけるインスリン様細胞増殖因子1(IGF1)および関連する分子の役割の解析を行い、加齢性難聴の進行防止を目的とした薬物治療に関する探索的な研究を行う。平成27年度には、加齢性難聴の発症時期、メカニズムが異なる3系統のマウス(DBA/J, C57Bl6,CBA/J)について、DBA/J:8週齢、C57Bl6:32週齢、CBA/J :64週齢での聴力機能解析として聴性脳幹反応閾値および誘発耳音響放射の計測および蝸牛からのRNA回収を施行し、一部蝸牛感覚上皮の形態学的観察を施行した。C57Bl6およびCBA/Jでは、加齢性難聴発症のタイミングにサンプルを回収できたことが確認された。DBA/J:8週齢では、蝸牛傷害が進行しており、サンプル回収時期を早める必要があると考えられた。今後、採取したRNAを用いて、標的分子の定量的解析を行うと同時に、サンプル数を増やし、RNA seqによる網羅的解析を追加する。マウス蝸牛器官培養を用いた実験では、新規に2種類のIGF1受容体阻害薬について解析を行い、容量依存性のIGF1阻害効果が確認され、ラセン神経節細胞に対する傷害が軽微な濃度設定を決定することができた。この結果に基づき、加齢性難聴発症時期でのIGF1投与およびIGF1阻害の加齢性難聴に対する影響を解析する。加齢性難聴の発症時期、メカニズムが異なる3系統のマウス(DBA/J, C57Bl6,CBA/J)を用いた加齢性難聴発症時期におけるIGF1および関連分子の発現変化解析については、最も長期の飼育期間を要するCBA/Jにおいて、加齢性難聴発症前の死亡が多発し、予定したサンプル数が確保できておらず、大幅に飼育動物数を増やして、聴力変化を確認中である。定量的なRNA解析については、解析に用いるサンプル回収の効率化を進めており、少ないサンプルで多くの解析が行えるように条件設定が進んでいる。また、RNA seq解析が安価に行える環境が得られつつあることから、RNA seq解析による網羅的解析を追加して行う計画に変更した。計画の根幹となる部分については、想定される範囲のトラブルに対応し、適切な予算で効果的解析が行える準備が整った。高齢者のQOL向上の重要課題のひとつに加齢性難聴の進行防止がある。

本課題では、感音難聴および蝸牛障害におけるインスリン様細胞増殖因子1(IGF1)および関連する分子の役割の解析を行い、加齢性難聴の進行防止を目的とした薬物治療に関する探索的な研究を行った。平成28年度には、C57Bl6マウスストレインのおける解析を完了した。C57Bl6では、生後6週、20週、32週の3つの週齢を用いた。聴性脳幹反応では、32週齢では6週齢と比較して、明らかな閾値上昇が、低、中、高音域で認められ、誘発耳音響放射でも反応の有意の低下が計測した全ての周波数で認められ、32週齢では明らかに加齢に伴う感音難聴が進行していることが判明した。一方、20週齢では6週齢との間で聴性脳幹反応および誘発耳音響放射反応の差が認められなかった。組織学的な解析でも、残存有毛細胞数の有意の減少が32週齢では認められたのに対して、20週齢では6週齢と差が認められなかった。すなわち、32週齢では加齢性難聴およびこれに関連する組織学的変性が既に進行しているが、20週齢は、加齢に伴う変化が著明となる前の段階にあるといえる。定量的PCRによる解析では、32週齢ではIGF-1および受容体、関連する下流分子mRNAがすべて減少しているのに対して、20週齢ではigf-1 mRNAは変化が認められないのに対して、受容体と関連する分子のmRNAが低下し始めていることが判明した。下流分子間の発現低下のレベルには、20週齢では大きな差異を認めないが、32週齢では下流分子間の発現レベルの差が顕著となっていることが分かった。これらの知見から、種々あるIGF-1シグナル経路の中で、加齢に伴う蝸牛変性に果たす役割に差異があることが示唆された。また、器官培養系実験により、IGF-1シグナル伝達を特異的に阻害できる薬剤を同定することができた。本研究課題では、加齢性難聴発症におけるIGF-1シグナル伝達経路の役割を解析し、加齢性難聴防止に関連する創薬研究の基盤形成を行うことを目的として以下の研究を行った。加齢性難聴の発症時期、メカニズムが異なる3系統のマウスを用い、それぞれの系統で加齢性難聴発症直前の蝸牛組織変性が進んでいない時期を生理学的、形態学的処方で同定し、その週齢でのIGF-1シグナル伝達経路関連分子の発現の変化を適量的PCRにて解析した。結果、3系統のマウスで目的とする週齢を同定し、3系統のうちC57Bl6において、加齢性難聴発症前、発症後IGF-1シグナル伝達経路関連分子の発現変化を明らかにすることができた。交付申請時の計画に基づくと75%の達成率である。基本的な条件設定は予定通りに施行しているが、想定範囲内でのばらつきといえるものである。マイクロアレイを行わず、定量的PCRを直接行う計画とした。研究最終年度である平成28年度には、当初計画通りに3系統のマウスで共通する因子から加齢性難聴発症に関与すると考えられる標的分子の絞り込みを行い、治療候補分子に関する解析を施行することができる。また、器官培養系を用いたIGF1情報伝達系解析に関する準備は完了したので、IGF1情報伝達系下流分子に関する解析を実施することができる。耳鼻咽喉科学マイクロアレイを行わず、定量的PCRを直接行う計画としたため、3カ年での研究計画に変更は不要である。RNA解析が次年度にずれこんだためマイクロアレイ解析を止め、定量的PCRを次年度に施行する実験計画変更を行ったため、該当する予算を次年度に使用するRNA解析に用いる定量的PCR解析を行う
光合成の光化学反応中心蛋白質複合体の解析

1.研究目的光合成の諸課程の中で、光エネルギ-を化学的エネルギ-に変換する光化学反応の役割は特に重要である。近年日本人研究者を中心として、この反応を司る蛋白質複合体の種々の標品が次々に調製され、その生化学的性質が次第に解明されてきた。本研究の目的は、生化学的手法に加えて物理化学的ならびに分子生物学的手法を用いて、この光化学反応中心複合体の性質を明らかにすることである。共同研究においては、日本人研究者は主に光化学反応中心複合体の種々の標品を調整し、国外研究者は主に物理学的測定装置および分子生物的技術を提供する。2.調査研究の成果(1)光化学系II複合体の解析:(a)光化学反応中心II標品の光誘起で分離した正負の対電荷を安定化し、その寿命を1ミリ秒まで長くする方法を発見した。(b)好熱性藍色細菌より調製した光化学系II複合体のプラストキノン電子受容体を種々のキノン誘導体で置換し、それらの電子受容能を比較した。その結果、テトラハロ化ベンゼンは親和性と電子伝達能において特に優れた性質を有することがわかった。(c)光化学系II複合体の酸素発生能の失活に対して、グリシンベタインが強い保護効果を示すことを見つけた。(d)ホウレンソウより調製した光化学系II粒子を用いて、光化学系II複合体の水分解機構において中心的役割を果たすマンガン錯体中心をENDORと時間分解EPR法により研究した。(e)光合成電子伝達反応の阻害剤myxothiazolとstigmatellinが光化学系II複合体とチトクロムb/f複合体の2ヶ所を阻害することがわかった。(2)光化学系I複合体の解析:(a)光化学系I複合体の電子受容側成分である鉄一硫黄センタ-のOAセンタ-とBセンタ-はともに主要電子伝達成分であることを証明した。(b)リポゾ-ムを用いた再構成実験によって、モノガラクト脂質が光補集性クロロフィル蛋白質Iから反応中心I複合体へのエネルギ-伝達を促進する性質を持っていることが示唆された。(3)光合成細菌の光化学反応中心複合体の解析:(a)Rhodobacter sulfidophilusの光化学反応中心複合体は通常の光合成細菌のものと同様であったが、集光性色素蛋白質は塩条件、pH条件、界面活性剤の種類によってその吸収スペクトルを著しく変化させることがわかった。(b)緑色光合成細菌からバクテリオクロロフィルc(BChlc)を単離し、水飽和のCCl_4中で会合させて、その吸収スペクトルとCDスペクトルを解析した。(c)新しいタイプの光合成細菌ヘリオバクテリアの光化学反応中心に存在する微量色素成分を分析し、反応中心当り2分子のバクテリオクロロフィルg'と2分子のクロロフィルa類似色素が存在することを明らかにした。(4)光合成関連遺伝子の研究:(a)プラスチドDNAのメチル化はプラスチド遺伝子の発現を制御していると推測されているが、このDNAをメチル化する酸素を発芽コムギより精製した。(b)葉緑体ゲノムにコ-ドされた光化学系II複合体の小型サブユニットの遺伝子を、Chlamydomonas葉緑体DNAからクロ-ニングした。(c)C_4光合成においてCO_2を最初に固定する酸素であるホスホエノ-ルピンビン酸カルボキシラ-ゼ(PEPcase)の組織特異的発現を研究するため、そのプロモ-タ-領域をマ-カ-遺伝子につないでタバコに導入し、transient expressionをおこさせる実験系を確立した。また、PEPcaseの2種のアイソザイムの発現に対する窒素源供給の影響を調べたところ、C_4型アイソザイムの転写がアンモニアの供給によって促進されるのに対して、C_3型アイソザイムの転写はアンモニアによって促進されないことがわかった。(d)プラストシアニン遺伝子を大腸菌で発現させることに成功し、プラストシアニン前駆体を大量に精製できるようになった。(e)光合成関連遺伝子のChlamydomonasへの導入には、Tiープラスミド法よりも物理的方法が有効であることがわかった。

(d)ホウレンソウより調製した光化学系II粒子を用いて、光化学系II複合体の水分解機構において中心的役割を果たすマンガン錯体中心をENDORと時間分解EPR法により研究した。(e)光合成電子伝達反応の阻害剤myxothiazolとstigmatellinが光化学系II複合体とチトクロムb/f複合体の2ヶ所を阻害することがわかった。(2)光化学系I複合体の解析:(a)光化学系I複合体の電子受容側成分である鉄一硫黄センタ-のOAセンタ-とBセンタ-はともに主要電子伝達成分であることを証明した。(b)リポゾ-ムを用いた再構成実験によって、モノガラクト脂質が光補集性クロロフィル蛋白質Iから反応中心I複合体へのエネルギ-伝達を促進する性質を持っていることが示唆された。(3)光合成細菌の光化学反応中心複合体の解析:(a)Rhodobacter sulfidophilusの光化学反応中心複合体は通常の光合成細菌のものと同様であったが、集光性色素蛋白質は塩条件、pH条件、界面活性剤の種類によってその吸収スペクトルを著しく変化させることがわかった。(b)緑色光合成細菌からバクテリオクロロフィルc(BChlc)を単離し、水飽和のCCl_4中で会合させて、その吸収スペクトルとCDスペクトルを解析した。(c)新しいタイプの光合成細菌ヘリオバクテリアの光化学反応中心に存在する微量色素成分を分析し、反応中心当り2分子のバクテリオクロロフィルg'と2分子のクロロフィルa類似色素が存在することを明らかにした。(4)光合成関連遺伝子の研究:(a)プラスチドDNAのメチル化はプラスチド遺伝子の発現を制御していると推測されているが、このDNAをメチル化する酸素を発芽コムギより精製した。(b)葉緑体ゲノムにコ-ドされた光化学系II複合体の小型サブユニットの遺伝子を、Chlamydomonas葉緑体DNAからクロ-ニングした。(c)C_4光合成においてCO_2を最初に固定する酸素であるホスホエノ-ルピンビン酸カルボキシラ-ゼ(PEPcase)の組織特異的発現を研究するため、そのプロモ-タ-領域をマ-カ-遺伝子につないでタバコに導入し、transient expressionをおこさせる実験系を確立した。また、PEPcaseの2種のアイソザイムの発現に対する窒素源供給の影響を調べたところ、C_4型アイソザイムの転写がアンモニアの供給によって促進されるのに対して、C_3型アイソザイムの転写はアンモニアによって促進されないことがわかった。(d)プラストシアニン遺伝子を大腸菌で発現させることに成功し、プラストシアニン前駆体を大量に精製できるようになった。(e)光合成関連遺伝子のChlamydomonasへの導入には、Tiープラスミド法よりも物理的方法が有効であることがわかった。
「3次元的逆数学」のための基盤構築

数学の諸命題の強さを論理学の視点から分析する逆数学研究の基盤を広げ、より多様な視点から数学の諸命題の評価を行うことを目指して研究を行った。特に、これまで計算可能性理論の視点からの命題の強さの評価に偏りがちだった組み合わせ命題の強さについて、帰納法の強さ等の証明論的強さの視点からの評価を行うための諸種の手法の導入を行った。さらに、これらの成果を構成的数学の視点を踏まえて計算機科学、特にプログラム検証の分野と結びつけるための道筋を得た。本研究課題では、数学の諸定理を分類する逆数学研究の手法と視点をより拡張することを目指している。平成25年度は主に逆数学をより証明論的な立場から拡張することを念頭に研究を行った。特に、逆数学の枠組みで帰納法の強さを評価する新たな手法の確立に力を注いだ。まず得られたのが、shortening cutと呼ばれる算術のモデル理論の手法の逆数学への応用である。この手法にその他の手法を組み合わせることで、シグマ1帰納法を成り立たせないような算術のモデルの内側に自分自身とは同型にならないより複雑な内部モデルを擬似的に構成できることを示した。これを応用して、自然数の構造の自然な二階公理化から得られる範疇性は必ずシグマ1帰納法を導くことを示し、J. Vaananenにより提示されていた自然数の二階範疇性の強さの問題をより一般的な形で解決した。また、ラムゼイの定理型の組み合わせ命題の証明論的強さをより詳しく評価するため、有限ラムゼイ定理の様々なバリエーションを考案し、それらを導くような自然な無限組み合わせ命題が何であるかを探った。特に、ラムゼイの定理を変形して多重化させ、単独の適用とどのように強さが変化するかに着目した。結果として得られた無限組み合わせ命題は、計算可能性の立場からはラムゼイの定理をわずかに強めた自然な拡張で多重化によって強さが変化せず、一方証明論的な視点からは繰り返す毎に強さが増す、という性質を有することが分かった。組み合わせ論の逆数学研究における、ラムゼイの定理の証明論的強さの確定という未解決問題に焦点を当て、またそれに関連する諸問題について詳しく調べた。最重要問題の解決には至っていないが、関連する重要な周辺問題の解決および組み合わせ論の逆数学研究の計算機科学への応用等の成果を得た。まず、平成25年度より東北大学の村上氏、山崎氏と共同で研究を進めていたラムゼイの定理の弱いバリエーションの計算可能性・証明論双方の立場からの強さを確定することが出来た。さらに、この成果が、トリノ大学のBerardi氏、Steila氏によるラムゼイの定理の証明論的分析によりプログラムの停止性を検証するプロジェクトに応用できることが分かった。この手法について両氏とさらに詳細に研究を進めたところ、上記にのラムゼイの定理の弱いバリエーションに限らず、ラムゼイの定理の有限・無限の諸種のバリエーションがプログラムの停止性(特に計算時間の上界)と密接に関わり合うことが分かった。この成果は、組み合わせ論の逆数学研究が計算機科学に重要な応用を持つことを示している。また、未解決問題であるラムゼイの定理の証明論的強さの確定に関して、前年度に導入したラムゼイの定理の変形版がラムゼイの定理の無矛盾性を主張する命題と同値であることをつきとめた。ラムゼイの定理には有限版と無限版の2種類があり、これまで有限ラムゼイの定理は無限ラムゼイの定理の弱い帰結であると考えられてきたが、上記の結果は実は無限版のラムゼイの定理がある種の有限版のラムゼイの定理と見なせることを示している。さらに、シンガポール国立大学のKreuzer氏との共同研究により、平成25年度の研究の中で課題としてあげていた組み合わせ命題BMEの強さの検証を進め、BMEが特定の順序構造の整序性と完全に同値になることが分かった。このことは今後のラムゼイの定理の証明論的強さの検証に大いに役立つ。26年度が最終年度であるため、記入しない。平成25年度、当初に予定していた帰納法公理を証明論的な手法でとらえる研究はあまり成果が上がらなかったが、これをモデル論的な手法に切り替えたところ、概要でも述べた内部モデルの存在と帰納法の否定命題が同値になるという結果を得、さらにそこから逆数学研究への応用を得ることが出来た。この手法は今後更なる発展が期待でき、逆数学への応用だけでなく、算術のモデル理論そのものの新たな結果が得られることも期待できる。また、ラムゼイの定理型の組み合わせ命題の証明論的強さの評価では、かなり順調な進展が得られた。今回結果として得られたラムゼイの定理の多重適用に対応した無限組み合わせ命題は、計算可能性の立場では多重化で強さが変化せず、一方証明論的な視点からは多重化させる毎に強さが増す、という性質を有する。

これは、組み合わせ命題において証明論的な強さと計算可能性の立場からの強さが乖離する典型的な例で有り、逆数学の証明論的な立場からの拡張には組み合わせ命題の強さの精密な研究が必要であると確信するに至った。ここで鍵として用いた手法の一つが、多重化された有限ラムゼイの定理と証明論的強さの比較であり、多重化された有限ラムゼイの定理自身がペアノ算術に代表される諸種の公理系の無矛盾性と深い関わりを持つため、無矛盾性に関する命題とラムゼイの定理の関係についても新たな知見を得ることが出来た。また、逆数学と計算可能性理論の国際会議運営を務める中でシンガポールや米国の逆数学・計算可能性理論の研究者と連携のパイプを構築することが出来、その中からいくつかの新たな共同研究のための萌芽を得ている。数学基礎論、数理論理学今後は特にラムゼイの定理の証明論的強さの確定という、逆数学分野における長年の課題を解決すべくそのための新たな手法の確立に取り組む。特に関連する研究としては、直近においてChong/Slaman/Yangによりラムゼイの定理と帰納法の関係についての画期的な成果が示されている。その中では、BMEと呼ばれる特殊な組み合わせ命題が鍵として用いられており、その強さを検証することが不可欠であると考えている。また、計算可能性の視点、証明論の視点に並ぶ3つめの尺度である論理公理の強さによる視点からも、最近Berardi/Steilaによりラムゼイの定理と排中律の関係が示されており、本研究とこの研究を融合させていくことも重要な課題と考えている。さらに、東北大学の村上氏、山崎氏との共同で計算機科学で良く用いられるラムゼイの定理の弱いバリエーションの強さを調べる研究も進めている。現状ではまだ重要な進展は得られていないが、これまでに深く研究されているラムゼイの定理とは振る舞いが大きく異なることが分かってきている。また、この弱いラムゼイの定理の逆数学研究から計算機科学そのものへの応用を得ることも目指していく。これに加え、国際会議の開催の枠組みから立ち上げられつつあるシンガポールのグループとの連携体制をさらに発展させる交流計画に深く携わっていく予定で有り、特にシンガポールの研究者との共同研究の立ち上げによってこの計画に貢献し、自身の研究に還元させていきたいと考えている。26年度が最終年度であるため、記入しない。
せん断方向やせん断試験方法による非排水強度の違いの解明とその実験的検証

自然滞積粘土は異方圧密されているから,これが非排水条件下で破壊する場合には,せん段方向やせん断メカニズムの違いによって強度が異なって発現される.このことは古くから知られており,理論的な説明の試みもなされていたが,設計への適用の段階までは至っていなかった.本研究ではKO-圧密された粘土を原位置から採取し,これを原位置有効応力で異方的に再圧密した試料をもってまず実験を行った.再圧密にあたっては試料を鉛直方向から傾いた角度で切り出し,その傾き角に応じたせん段応力と垂直応力を作用させた.その後非排水条件下で等体積を保ちながら試料を主働方向あるいは受働方向にせん断し強度の異方性を実験的に求めた.実験結果には若干のバラツキがあるものの理論値とほぼ適合し,このような問題に対する弾塑性構成モデルの適用が可能であることがわかった.そこでこれを設計に適用可能なかたちにするため,先づ異方圧密された粘土地盤の力学定数,特に弾塑性構成パラメタの推定.決定法.利用法について研究を行った.従来古くから発表されている各種経験式を整理したうえで比較検討し,パラメタ決定法を提案した.盛上などの工事の結果圧密を生じている地盤の挙動を逆解析することにより,地盤全体の非線型構成パラメタを推定した.これらの成果をもって,軟弱基礎地盤のための設計用弾塑性パラメタの求め方とその利用法を明らかにしようとした.次いで弾塑性構成モデルが最もよくその特徴を発揮できる有限要素法をもって地盤の破壊を計算するためのアルゴリズムを工夫した.これにより逆解析や有限要素法による予測の範囲を変形のみならず破壊にまで拡張することに成功した.工夫されたアルゴリズムによる一連の研究の成果が具体的な工学的応用のレベルにまで達したものと判断され,所期の目的を達成したと考えられる.自然滞積粘土は異方圧密されているから,これが非排水条件下で破壊する場合には,せん段方向やせん断メカニズムの違いによって強度が異なって発現される.このことは古くから知られており,理論的な説明の試みもなされていたが,設計への適用の段階までは至っていなかった.本研究ではKO-圧密された粘土を原位置から採取し,これを原位置有効応力で異方的に再圧密した試料をもってまず実験を行った.再圧密にあたっては試料を鉛直方向から傾いた角度で切り出し,その傾き角に応じたせん段応力と垂直応力を作用させた.その後非排水条件下で等体積を保ちながら試料を主働方向あるいは受働方向にせん断し強度の異方性を実験的に求めた.実験結果には若干のバラツキがあるものの理論値とほぼ適合し,このような問題に対する弾塑性構成モデルの適用が可能であることがわかった.そこでこれを設計に適用可能なかたちにするため,先づ異方圧密された粘土地盤の力学定数,特に弾塑性構成パラメタの推定.決定法.利用法について研究を行った.従来古くから発表されている各種経験式を整理したうえで比較検討し,パラメタ決定法を提案した.盛上などの工事の結果圧密を生じている地盤の挙動を逆解析することにより,地盤全体の非線型構成パラメタを推定した.これらの成果をもって,軟弱基礎地盤のための設計用弾塑性パラメタの求め方とその利用法を明らかにしようとした.次いで弾塑性構成モデルが最もよくその特徴を発揮できる有限要素法をもって地盤の破壊を計算するためのアルゴリズムを工夫した.これにより逆解析や有限要素法による予測の範囲を変形のみならず破壊にまで拡張することに成功した.工夫されたアルゴリズムによる一連の研究の成果が具体的な工学的応用のレベルにまで達したものと判断され,所期の目的を達成したと考えられる.常盤自動車道谷内原地区から採取された軟弱粘土に初期地盤内応力をかけなおして再圧密し、それをせん断方向およびせん断角度をかえて直接等体積せん断に供した。その結果すでに応力誘導異方性に関する理論から予想されていたように顕著な強度の異方性が実験的に確認され、その異方性が理論からの予想と定量的に一致していることがわかった。これによりせん断方向やせん断試験方法による非排水強度の違いに関する実験的研究の半分が完了した。粘性項の利用による破壊問題解析用FEMプログラムの作成は完了し、2,3の例に対しその適用性を検討した。その結果きわめて満足すべき結果が得られたので現在土木学会論文集に2編投稿中である。極限定理による地盤の破壊荷重の上下界値と極限つりあい法にもとずく慣用的な安定計算法との理論的関係に関する研究をとり行なったところ、これら3者の間に大変興味深い相互関係があることが明らかになってきた。さらに細部にわたって検討を加えたのち適当なかたちで成果のとりまとめを行なう予定である。以上実験・数値解析および理論の3面にわたって予定通りの進捗を示しており、次年度での完結に向って重大な支障はないものと考えられる。
タンザニア自然保護区での野生動物保護と民族文化保護の両立に関する環境社会学的研究

平成26年度は、前年度に引き続きタンザニアのタンガニイカ湖およびザンジバル島において、漁業資源の利用と保全に関して現地調査を実施した。8-9月と2-3月にそれぞれ現地調査を実施した。タンザニアで人々の重要なタンパク源となっている小魚、ダガーの漁獲、加工、流通の状況を調査した。タンガニイカ湖畔のキゴマ市内では、従来の灯油を燃料とするプレッシャーランプに替わり、ソーラーシステムで充電して用いるLED集魚灯が導入された。LED集魚灯の導入がタンガニイカ湖のダガー漁にどのような影響を及ぼすかを、漁船の操業収支の変化から分析し、『地域漁業研究』第55巻1号に論文として発表した。ザンジバル島においてはカタクチイワシ科の小魚が漁獲され、塩茹で後に天日乾燥されて各地に流通している。乾燥ダガーの大半はコンゴ民主共和国に輸出されており、漁師ー仲買人ーコンゴ人卸売商人の間の取引慣行について調査を行った。これら成果は2014年7月にオーストラリアのブリスベンで開催されたInternational Institute of Fishery Economics & Trade (IIFET)で口頭発表した。また、同研究成果について日本アフリカ学会の学術誌『アフリカ研究』に論文を投稿し、受理された。26年度が最終年度であるため、記入しない。申請者は本年度の研究計画において、タンザニアの国立公園周辺に居住する地域住民と野生動物の遭遇事例について調査を行い、人々の野生動物の利用状況および人と野生動物の間に生じるコンフリクトについて実態解明を行う予定であった。本年度は8月から9月の間の1か月間および2月から3月の2か月間、タンザニアにおいて現地調査を実施した。タンザニア西部、マハレ山塊国立公園の周辺の村において、野生動物と人の遭遇事例およびその対処法について聞き取り調査を行った。1つ目の事例ではカバが畑に出没し、農作物被害が甚大であることがわかった。これに対し、人々は罠をしかけて自衛策を取ったが、正式な狩猟許可を取得していなかった。しかしながら、獣害という緊急事態において、村人が罠をしかけてカバを捕獲しようとしたことに対し、国立公園レンジャーや狩猟管理官、警察官などが連携して対応に当たり、カバを国立公園内に移動させるなど、柔軟な対応を示した。また、村にチンパンジーが現れた事例や、鉄道の駅にワニが現れて子どもが犠牲になるといった、数々の野生動物と人のコンフリクト事例を収取することができた。これらの事例に対して、国立公園レンジャーや警察官、狩猟管理官がどのような対応を見せたかを詳細に聞き取り、人々と野生動物の共存のあり方について検討した。その成果を、2013年2月にケニアのナイロビで開催された国際シンポジウム、"Mobility, Hibridity and theWay to Co-existence : Re-structuring of Daily Life in Rural and Urban African Societies"(東京外国語大学AA研主催)において、口頭発表を行った。ナイロビ大学、ザンビア大学などの若手研究者と有意義な議論を行うことができた。本研究は、タンザニアの自然保護区周辺における、自然資源の保全及び地域住民の伝統文化および生活基盤の維持を両立するための方策を検討することを目的としている。調査地であるマハレ山塊国立公園をはじめ、タンザニアの国立公園や自然保護区周辺に居住する人々の生活は、野生動物をはじめ様々な自然資源に大きく依拠している。初年度の平成24年度は主に野生動物と人の遭遇やコンフリクトとその対処法にっいて研究を行ったが、2年目の平成25年度は人々の漁業資源の利用と保全に調査対象を広げた。マハレ山塊国立公園にもその一部が含まれているタンガニイカ湖において、最も重要な漁業資源の一つに、イワシ科の小魚が挙げられる。スワヒリ語でダガーと呼ばれるこの小魚は漁獲後、乾燥されて国内外に広く流通している。タンガニイカ湖畔に住む多くの人がダガーの漁業、加工、仲買業など漁業関連産業に依拠した生活を送っている。しかし、近年漁獲量は減少傾向にあり、資源の保全が急務である。平成25年度は、キゴマ州キゴマ県の漁業管理官や行政担当者への聞き取り調査と漁獲量の経年変化に関する資料収集を行った。ダガー漁を営む漁師および、漁船の持ち主である網元にも、生計活動の状況について聞き取り調査を行った。また、同じくスワヒリ語でダガーと呼ばれる小魚が漁獲され、地域経済が大きくその加工・流通業に依拠しているタンザニア島嶼部、ザンジバル島で新たに調査を開始した。ザンジバル畜産・漁業開発省を訪問し、漁獲量データを収集した。2つの調査地から得られた新たなデータおよび知見を国際漁業学会および地域漁業学会で口頭発表した。それら学会において新たに知り合った、アフリカ各地で漁業の調査を行う研究者と研究会を発足させ、活発な議論を行うことができた。また日本や東南アジア島、様々な地域で漁業の調査を行っている研究者とも有意義な情報交換を行うことができた。

LED集魚灯の導入がタンガニイカ湖のダガー漁にどのような影響を及ぼすかを、漁船の操業収支の変化から分析し、『地域漁業研究』第55巻1号に論文として発表した。ザンジバル島においてはカタクチイワシ科の小魚が漁獲され、塩茹で後に天日乾燥されて各地に流通している。乾燥ダガーの大半はコンゴ民主共和国に輸出されており、漁師ー仲買人ーコンゴ人卸売商人の間の取引慣行について調査を行った。これら成果は2014年7月にオーストラリアのブリスベンで開催されたInternational Institute of Fishery Economics & Trade (IIFET)で口頭発表した。また、同研究成果について日本アフリカ学会の学術誌『アフリカ研究』に論文を投稿し、受理された。26年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は約3か月の現地調査を実施し、詳細なデータ収集を行うことができた。タンザニアの自然保護政策に関しても自然資源観光省において、政策文書の収集など重要な資料を収集した。また、国内および海外で口頭による研究発表を行い、国内外の共通の関心を持つ研究者と有意義な情報交換および議論をする機会を持つことができた。これらから、本研究はおおむね順調に進展していると考える。今年度は8-9月および2-3月に計82日間の現地フィールドワークを実施できた。本研究で欠かすことのできない現地でのデータ収集を順調に行うことができ、また複数の学会で報告することができた。特に、自然資源の利用状況は現地の人々への聞き取り調査および、各種行政機関での統計資料の収集を併せて行うことが必要であるがそれらが2つの調査地で順調に行えた。本研究課題ではタンザニアの人々の持続的な生物資源の利用を主な調査対象としている。哺乳動物などの狩猟、農作物被害といった視点に加え、タンザニアが持つ豊富な漁業資源の持続的利用についても調査が必要であることが初年度の調査により明らかとなった。そこで、今後の推進方策としては、インド洋、タンガニイカ湖、ビクトリア湖、ニャサ湖など漁業資源が豊富な地域における、人々の生活実態と自然資源の利用状況を解明するべく、現地調査に基づいた研究を行っていく予定である。2年間の調査で収集したデータを詳細に分析し、タンザニアの自然保護区周辺に居住する人々が自然資源にどのように依拠し、また様々な制度とどのように折り合いをつけて生活しているかを明らかにしたい。漁業資源の保全は地球温暖化をはじめグローバルな気候変動ともかかわりの深い問題である。調査対象地域とアフリカ各地の取り組みとの比較、あるいは日本をはじめ様々な国や地域の事例との比較を通して、地域固有の人と自然資源とのかかわり方を解明することを目指す。
癌転移胸・腰椎の剛性・安定性に関する生体力学的研究:癌転移胸・腰椎モデルの作成とその生体力学実験

1.胸椎における癌転移の様式解明のための放射線学的研究:CTならびに単純・断層X線像を解析し癌転移胸・腰椎の転移巣の局在とその臨床的安定性に関する放射線学的・臨床的検討を行った.その結果、転移胸椎の安定性には、肋椎関節の機能温存が極めて重要であることが解明された.2.胸椎損傷モデルによる肋椎関節の胸椎安定性における役割に関する研究:肋椎関節の胸椎安定性における重要性の実証のため、ビーグル犬屍体胸椎を用いた実験を行い、胸椎椎間板と肋椎関節の切除は胸椎安定性を著しく損なうことが判明した.3.溶骨型転移性胸椎腫瘍モデルによる転移胸椎の剛性に関する研究:羊胸椎を用いた溶骨型転移性胸椎腫瘍モデルを作製し、転移巣の大きさと、解剖学的構造の破壊が転移椎の破断強度に及ぼす影響を検討した。転移椎の破綻強度と椎体骨切除量との間には有意な負の相関があり、椎体骨切除に肋椎関節破壊を加えた群は椎体骨切除のみの群に、椎体骨切除に椎弓根と肋椎関節の破壊を加えた群は椎体骨切除に椎弓根を破壊した群に対し、それぞれ約25%の有意な破断強度の低下を示した。片側椎弓根、椎間関節の破壊は破断強度に影響しなかった。胸椎の破断強度は、(1)海綿骨切除量に依存し、(2)肋椎関節の破壊により有意に低下した。肋椎関節の荷重分担能が示され、肋骨を介した荷重分担経路を構成することにより、椎体終板へのストレス増強を抑制していると考えた。以上の研究から、肋椎関節の荷重分担能の存在が示唆され、癌転移による肋椎関節の破壊は転移椎の強度低下に最も大きく影響するという結果がえられた。平成9年度は以前より継続してきた胸椎における癌転移の様式解明のための放射線学的研究を拡張した.また、胸椎の安定性に関する力学的実験研究も伸展させた.CTならびに単純・断層X線像を解析し癌転移胸・腰椎の転移巣の局在とその臨床的安定性に関する放射線学的・臨床的検討を行った.その結果、転移胸椎の安定性には、肋椎関節の機能温存が極めて重要であることが解明され、この結果は英文論文として発表した.さらに、肋椎関節の胸椎安定性における重要性の実証のため、ビ-グル犬屍体胸椎を用いた実験を行い、胸椎椎間板と肋椎関節の切除は胸椎安定性を著しく損なうことを示した.この結果は海外の学会(国際側弯症学会:St Louis,USA)に発表し、優秀展示賞を獲得した.さらに本年度は癌転移胸椎モデル作成のための予備実験を開始した.モデル作成前のCT撮像により、癌転移範囲の定量が正確になることが判明した.また平成10年度に予定している癌転移胸椎の剛性に関する実験のため、実験装置の作成と予備実験を開始した.実験装置としては、癌転移胸椎の三次元的安定性と転移様式及び転移範囲の関係を明瞭に示すことも目的とし、現有する三次元座標読みとり装置を改良した.荷重装置として純粋モーメントの負荷が可能な荷重装置を作成し、予備実験を行った.その結果、三次元座、標読みとり装置および荷重装置が平成10年度に予定している癌転移胸椎モデルの剛性・安定性に関する生体力学実権に有用であることが示された.平成10年度は放射線学的研究を拡張し、癌転移胸椎モデル作成の基礎資料とした.