hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
電荷秩序系分子性導体の局在した電荷がもたらす非線形・巨大電場応答のプロセス解明

BEDT-TTF系有機伝導体を舞台として、電荷の揺らぎや秩序パターンの拮抗によって生じる不均一状態を、光学測定を通じて観測した。電荷秩序系塩においては、高輝度放射光施設SPring-8の赤外ビームライン(BL43IR)を利用した赤外顕微分光により空間分解イメージングを行ったところ、転移温度近傍で金属相と絶縁体相の相分離と思われる空間イメージを取得し、そのダイナミクスを捉えることに成功した。またダイマーモット系塩においては、フェムト秒パルスを用いたテラヘルツ発生分光を行い、ダイマー内の電荷揺らぎに起因する反転対称性の破れを検出することに成功した。本年度は、近赤外可視領域の顕微分光系の構築と、θ系BEDT-TTF塩の中赤外領域での顕微分光測定を行った。まず、近赤外可視領域の光学反射スペクトルを測定するため、赤外顕微対物レンズを用いた可視赤外顕微システムを構築した。光学系の収差理論値およびイメージング実測値から、可視近赤外の広い領域にわたって、2 μm以下の空間分解能で光学スペクトルを取得することが可能となった。これにより、従来所有している中赤外顕微装置とあわせ、光学領域全体における低温(>4 K)顕微分光測定が可能となった。θ-(BEDT-TTF)2TlZn(SCN)4(以下θ-TlZn塩)の赤外顕微分光測定を行った。本物質は強い非線形性と冷却速度依存性を持つため、赤外分光測定は抵抗値をモニターしつつ行った。その結果、θ-TlZn塩における金属絶縁体転移に伴い、BEDT-TTF分子の価数に敏感なν3モードの強度が大きく変化することを見出した。さらに、高輝度放射光施設SPring-8の赤外ビームライン(BL43IR)を利用した赤外顕微分光により、ν3モードの強度をプローブとして空間分解イメージングを行ったところ、転移温度近傍で金属相と絶縁体相の相分離と思われる空間イメージを取得することに成功した。θ系BEDT-TTF塩bにおいては近年、冷却条件によって長距離秩序を持たない電荷グラス相(電荷の不均一)へと至ることが指摘されており、本研究で見出した相分離構造との関連は非常に興味深いものである。本研究で目指している分子性導体の非線形性応答解明のために、超広帯域の時間・空間分解分光測定が必要であるが、当初の予定通り装置構築を行うことができた。測定に関しても、予備的な(時間・空間分解を行わない)測定を進めることができ、来年度の本格的測定に向けた成果を得ることができている。本年度は、昨年度までに構築した近赤外可視・紫外領域における低温顕微分光系を利用して、電荷秩序を示す有機伝導体θ系BEDT-TTF塩の分光測定を行った。まず分光測定に先駆けて、θ-(BEDT-TTF)2TlZn(SCN)4(以下θ-TlZn塩)における電子状態のスローダイナミクスを四端子抵抗測定および抵抗ノイズ測定により調べた。これは、近年見出された電荷秩序のガラス的な転移ダイナミクスを考慮したもので、分光測定に向けて基底状態の理解を進めるためのものである。これによって、θ-TlZnの電荷秩序がガラス的な時間的・空間的不均一を示すことを見出し、さらにその時間ダイナミクスの温度依存性を詳細に知ることができた。この知見をもとに、冷却速度を精密にコントロールしたうえでの赤外分光測定を行った。その結果、θ-TlZnの電荷秩序転移に伴って中赤外-遠赤外のスペクトルが劇的に変化することを見出した。すなわち、相転移に伴い電荷ギャップが開くとともに、電荷秩序による電荷分離を反映する振動モードの分裂・成長が観測された。ガラス的な、空間的・時間的に不均一な電荷秩序であっても、このようなスペクトル変化(中赤外電子遷移の変化)が生じることは大変興味深い現象であり、本物質に留まらず、強相関電子系物質におけるのガラス的振る舞いを理解するうえで重要な手がかりであると考えられる。また、他のθ系物質についても分光測定を行い、ガラス的転移に伴うスペクトルの変化を捉えることに成功した。当初計画通り、電荷秩序系物質における空間分解測定を行うことに成功し、また時間ダイナミクスについても実験に取り掛かることができた。加えて、昨年度に構築した光学系が微小試料に対しても有効に機能することを立証でき、装置開発の面でも順調な進展が得られた。本年度は前年度に引き続き、これまでに構築した近赤外、可視紫外領域の低温顕微分光測定装置を利用し、電荷秩序を示す有機伝導体θ系BEDT-TTF塩の分光測定を行った。また最終年度であることから、本研究課題においてこれまでに得た実験データの取りまとめ作業を行った。研究期間全体を通じて実施した実験の結果、有機伝導体の冷却・過熱過程において生じる電荷不均一のダイナミクスを、光学測定を通じて精密に議論することが可能となった。また、今後の研究展開として、高い伝導性を持つ有機高分子材料PEDOT系への進展を模索した。PEDOT系はBEDT-TTF系とほぼ同種の元素から構成される有機材料であり、正孔のドープによって1000 S/cm級の良好な電気伝導性が発現するが、低分子系と全く異なる材料としての特性(やわらかさ、加工容易性、原材料の水分散性)を併せ持つ物質系である。

優れた材料特性から、すでに現在の有機電気光学デバイスの基幹材料となっている物質であるにもかかわらず、その基礎物性、特に微視的な電気伝導メカニズムは未だ良く判っていない。こうした系に対し、これまでに低分子の単結晶(BEDT-TTF系)から得られた基礎物理がどれほど適用可能なのか、また材料特性(柔軟性、伸縮性)を生かした物性制御などの新展開が生まれ得るのかは非常に興味深いテーマである。本研究で行った低温・電場下での分光測定技術を生かし、高分子系における電子状態・非線形応答を捉え、本課題にて捉えた低分子系の物理との比較研究へと展開したいと考えている。BEDT-TTF系有機伝導体を舞台として、電荷の揺らぎや秩序パターンの拮抗によって生じる不均一状態を、光学測定を通じて観測した。電荷秩序系塩においては、高輝度放射光施設SPring-8の赤外ビームライン(BL43IR)を利用した赤外顕微分光により空間分解イメージングを行ったところ、転移温度近傍で金属相と絶縁体相の相分離と思われる空間イメージを取得し、そのダイナミクスを捉えることに成功した。またダイマーモット系塩においては、フェムト秒パルスを用いたテラヘルツ発生分光を行い、ダイマー内の電荷揺らぎに起因する反転対称性の破れを検出することに成功した。本年度取得した基底状態での光学応答をもとに、電場印加下での測定を行う。電場波形をソースメータにて発生し、試料に印加することで、不均一な電荷分布を強制的に均一な状態に変化させ、再び不均一な状態に緩和させる。このときの電荷のダイナミクスを、時間分解の顕微分光測定により、集団励起や分子間振動の成長・消失として捉え、パルス電場に対する非線形伝導(マクロな伝導度・誘電率の変化)と対比させる。これにより、電場によって駆動された電荷が、強い電子間相互作用や電子ー格子相互作用を介して集団的に運動し、バルク非線形伝導へと逐次的に至る過程が、初めて捉えられると予想される。今年度得た時間・空間ダイナミクスが、外場の影響でどのような変化を示すかを観測する。構築した近赤外可視・紫外領域における低温顕微分光系に、四端子抵抗測定装置とファンクションジェネレータを導入し、定常電場やパルス電場のもとで電荷が示すダイナミクスを、光学スペクトルの変化として捉えることを目標とする。有機伝導体
哺乳類受精における多精拒否へのシアル酸およびシアリダーゼの関与

ウシ卵子透明帯の受精に伴う構造変化を調べ,酸性N結合型糖鎖からのシアル酸の遊離が起こることを以前に見いだしている。昨年度には,受精に伴うシアル酸の減少が透明帯の精子結合活性の低下の原因であることを明らかにした。ウシ精子にシアリダーゼ活性がほとんど検出されなかったことなどから,受精に伴う表層顆粒崩壊によって放出されるシアリダーゼが透明帯に作用するものと考えた。本年度はこのシアル酸の減少を起こす表層顆粒由来シアリダーゼの同定を進めた。既知のシアリダーゼとしては細胞膜型,リソソーム型および細胞質型の3種類が知られている。新種のシアリダーゼである可能性も考慮し,各種シアリダーゼ間で比較的保存されているアミノ酸配列を用いたRT-PCRを行った。今のところ新種のシアリダーゼは発見できていない。ウシに関しては細胞膜型シアリダーゼだけがcDNAクローニングされている。本研究で新しくリソソーム型シアリダーゼのcDNAクローニングに成功した。RT-PCRにより,卵巣で両者が発現していることがわかった。細胞質型シアリダーゼについてはまだcDNAクローンが得られておらず,卵巣で発現しているかどうかも不明である。他に,アフリカツメガエル卵で表層顆粒の主要成分であることが知られているレクチンのウシホモログのcDNA断片を得ることに成功した。今後,細胞質型シアリダーゼなどの各cDNAのクローニングを行い,3種のシアリダーゼについて表層顆粒に存在するものの同定を進める予定である。ウシ卵子を包む透明帯は3種類の糖タンパク質からなり,その糖鎖部分が精子との結合や多精拒否において重要な役割を持つと考えられる。これまでに,高マンノース型糖鎖が精子結合に関わることを見いだしているが,受精に伴い酸性N結合型糖鎖が減少することから,シアル酸と多糖拒否の関係を明らかにすることを目的として研究を進めている。1受精に伴うシアル酸の減少ウシ未受精卵および受精卵から透明帯を単離しシアル酸の定量を行ったところ,受精により約10%減少することがわかった。酸性N結合型糖鎖は約40%減少することから,酸性O結合型糖鎖のシアル酸はほとんど遊離しないと推測された。2シアル酸の精子結合への関与競合阻害法を用いて,可溶化したウシ透明帯の精子結合活性に対するシアリダーゼ処理の影響を調べたところ,この処理により精子結合活性が低下し,受精卵透明帯と同程度になった。卵子をシアリダーゼ処理し精子結合数の変化を調べたところ,シアリダーゼ処理卵への精子結合数は受精卵と同程度になった。さらに,モデル糖タンパク質のフェツインが弱いながらも精子結合活性を示したのに対して,アシアロフェツインは活性を持たなかった。以上の結果から,既にわかっている高マンノース型糖鎖に加え,シアル酸が精子結合に関わることが明らかになり,受精卵での精子結合活性の低下は主にシアル酸の減少によるものであることが示唆された。3シアル酸の結合様式酸性N結合型糖鎖のシアル酸の結合様式を特異性の異なるシアリダーゼを用いて推定した。その結果,60%が2-3結合であった。受精に伴い透明帯糖鎖に作用するシアリダーゼを同定する上で有用な情報であると考えられる。
タンパク質における分子内振動エネルギー移動の研究

タンパク質における分子内振動エネルギー移動についての研究を行った。昨年度までの、高振動モードの非調和運動の研究を今年度は、低振動モードの運動に拡張した。その方針は、分子動力学計算で得たトラジェクトリーを解析するモデルとして、部分主成分分析法を適用し、その主成分空間の動きとして非調和性を抽出することにある。まず、主成分空間の原点の運動を自己相関関数から見たときに、振動成分と拡散成分に分離することができ、自己相関関数を計算する窓が長くなると、振動成分の大きさが減衰し、拡散成分が優勢になることが見いだされた。これは、タンパク質の運動は、十分な時間で平均化(粗視化)すれば、拡散運動として捉えることができることを意味している。次に、主成分空間の回転を回転相関関数として見たとき、極めて短い緩和時間を持つ減衰振動として捉えることができることが分かった。しかし、その回転緩和は極めて限定された低振動モード空間で起こり、低振動空間におけるモードの擬縮退に対応して起こることが分かった。これらのことを総合して、タンパク質の機能を記述するタンパク質の運動を理解しようとするとき、以下のように記述できる。タンパク質は生状態といわれる制約された空間の中で、粗視化してみれば、自由拡散運動を行っている。そこに、外部からの相互作用による摂動が加わると、それまでフラット(粗視化されたレベルで見たとき)であったポテンシャル面に、傾きが生じる。その傾きに従って、方向付けされた拡散運動としての構造変化が開始され、外部からの相互作用を加えた全ポテンシャルに対する安定状態に至り停止する。この描像を用いて、タンパク質の立体構造変化の静的、動的な観点の論理を構築することができるものと考える。強い非線形性を含む蛋白質の運動は、その生物学的な機能の特異的かつ規則的な発現に密接に関わっている。原子レベルの空間分解能をもつ分子動力学シミュレーションは、蛋白質の非線形ダイナミクスを解析する最も強力な手段のひとつである。本研究では、各時間での運動を調和近似により定義し、その調和運動の時間変化により長い時間スケールの運動を記述するモデルを用いて、蛋白質のダイナミックな運動を解析した。調和運動の計算には、短い時間幅での主成分解析を用いた。調和運動の時間変化は、線形なモードで張られる座標系の並進(平均構造の変化)と回転(モードの方向の変化)として表現される。時間窓をずらしながら主成分解析の計算を繰り返すことにより、モード座標系の並進と回転を時間軸に沿って観測した。これは数学的には、多様体として括られる見地のひとつの表現である。まず始めに、ミオグロビンの温度一定の平衡状態に対してこのモデルを適用した。時間変化する座標系に沿った運動の様子をみると、固定軸方向には拡散的であった運動が振動的なものになることから、この調和近似モデルが妥当であることが確かめられた。平均構造は、調和近似での揺らぎの大きな方向に大きく運動する傾向が見られた。これは、調和的な運動が平均構造の並進を決定づけていることを示している。また、各々のモードに注目すると時間とともに回転しているが、揺らぎが同程度のモード方向への回転が主であり、全体的な調和運動はそれほど変化が見られなかった。しかしながら、調和運動の変化に寄与する回転は高温になるほど大きくなっており、高温での運動の強い非線形性を示唆している。

まず、主成分空間の原点の運動を自己相関関数から見たときに、振動成分と拡散成分に分離することができ、自己相関関数を計算する窓が長くなると、振動成分の大きさが減衰し、拡散成分が優勢になることが見いだされた。これは、タンパク質の運動は、十分な時間で平均化(粗視化)すれば、拡散運動として捉えることができることを意味している。次に、主成分空間の回転を回転相関関数として見たとき、極めて短い緩和時間を持つ減衰振動として捉えることができることが分かった。しかし、その回転緩和は極めて限定された低振動モード空間で起こり、低振動空間におけるモードの擬縮退に対応して起こることが分かった。これらのことを総合して、タンパク質の機能を記述するタンパク質の運動を理解しようとするとき、以下のように記述できる。タンパク質は生状態といわれる制約された空間の中で、粗視化してみれば、自由拡散運動を行っている。そこに、外部からの相互作用による摂動が加わると、それまでフラット(粗視化されたレベルで見たとき)であったポテンシャル面に、傾きが生じる。その傾きに従って、方向付けされた拡散運動としての構造変化が開始され、外部からの相互作用を加えた全ポテンシャルに対する安定状態に至り停止する。この描像を用いて、タンパク質の立体構造変化の静的、動的な観点の論理を構築することができるものと考える。
タンパク質をコードしない長鎖RNAはストレス誘発性神経可塑性障害に関与するのか？

うつ病モデルマウスとして当教室使用している慢性ストレス負荷(床敷きを濡らす、ケージを斜めに傾ける、他のマウスケージに移す、狭いケージに閉じ込める、酢酸の匂いを嗅がせる、餌を砕いてためにくくする、明暗を反転させる)を与えたBALB/cマウスを用いて、血液と前頭前野で共通するlncRNA変化を抽出した。血液と前頭前野で共通して変化する遺伝子を見つけるため、同一個体の血液および前頭前野からRNAを精製した。精製したRNAは、分光光度計、電気泳動を用いて夾雑物が混じっていないこと、分解が進んでいないことを確かめた。抽出したトータルRNAからPoly A PolymeraseとオリゴdTプライマーを用いて逆転写を行い、cDNAを作成した。アジレント社のcDNAマイクロアレイチップを用いた網羅的な遺伝子発現解析から、ノンストレス群、ストレス負荷群、ストレス負荷+抗うつ薬(イミプラミン)投与群の3群比較で発現が変化しているlncRNAを一元配置分散分析を用いて抽出した。血液サンプルでは168のlncRNAの発現変化が認められた。前頭前野では67のlncRNAの発現変化が認められた。これらのlncRNAのうち、共通して変化しているlncRNAは24であった。さらに、posthoc解析でストレス負荷群とノンストレス群で共通して変化しているlncRNAは2つであった。これらの結果を定量的リアルタイムPCRで確認する準備をしていたが、代表研究者の退職に伴い、やむなく本研究は中止となった。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。当教室はBALB/cマウスにMildなストレス(床敷きを濡らす、ケージを斜めに傾ける、他のマウスケージに移す、狭いケージに閉じ込める、酢酸の匂いを嗅がせる、餌を砕いて食べにくくする、明暗を反転させる)を6週間毎日ランダムに与えると、うつ様行動が増加し、このうつ様行動は抗うつ薬のイミプラミン長期投与によって改善することを報告している。この慢性ストレス負荷BALBマウスをうつ病モデルとして使用した。慢性ストレス負荷群は後半の3週間に抗うつ薬(SSRI、三環系抗うつ薬など)投与する群と投与しない群に分けた。対照群はハンドリングのみ行う非ストレス群とした。ストレス負荷終了後、各マウスの脳から海馬および前頭前皮質を単離した。単離したマウスの海馬から、TRIzol試薬を用いてトータルRNAを抽出した。精製したRNAは、分光光度計、電気泳動を用いて夾雑物が混じっていないこと、分解が進んでいないことを確認した。抽出したトータルRNAからPoly A polymerase+オリゴdTプライマーを用いて逆転写を行い、cDNAを作成した。アジレント社のcDNAマイクロアレイチップを用いて、網羅的な発現解析を行い、lncRNAのうちストレス依存的に有意に変化しているものや、抗うつ薬依存的に有意に変化しているものを分散分析およびPost hoc検定(tukey)を用いて解析した。また、多重検定補正(Benjamini-Hockberg)を行った。すると132のnon-coding RNAが有意に変化していることが分かった。今後はこれらのnon-coding RNAの機能解析を行っていく予定である。解析するサンプルとして、慢性ストレス負荷BALBマウス(抗うつ薬投与群、非投与群)のサンプルを計画通りに採取することが出来た。また、cDNAマイクロアレイによって、132プローブのnon-coding RNAの有意な発現変化が認められたことから、機能解析にむけての足掛かりを見つけることが出来た。当プロジェクトが採択されてから中断するまでの間での進展としては十分であり、計画通りの進行と考えられる。ヒットしたすべてのnon-coding RNAの機能を調べることは困難であるため、選別する作業が必要となる。計画書に記載してあるとおり、選別のために、マウスNeuroblastoma由来のNeuro2a細胞、ラットGlioma

由来のC6細胞、マウス初代培養神経細胞などの培養細胞に抗うつ薬を添加した際のnon-coding RNA変化も参考にする。また、選別する際は過去の文献も参考にする。今後も計画書にそって、研究を進める予定である。
知的処理によるミリ波イメージからの物体像の復元

ミリ波イメージング系の研究としては被験物体サイズ、計測距離、受波器間距離などの各物理パラメータの最適値の設計を行い、被験物体としてアルファベットの26大文字を選び、ミリ波散乱面でコートした文字板(AZ)を作成した。これらの文字板を被験物体として種々の実験条件の下で画像計測実験を行い、各文字物体について多数の画像データを得た。一方、ニューラルネットワークによる後処理については、フィードフォワード型とダイナミック型のニューラルネットワークによる画像復元のコンピュータ・シミュレーション実験を行った。ダイナミック型ニューラルネットワークとしてはホップフィールド・ニューラルネットワークとポルツマン・マシンを用いた。文字板(AZ)の計測画像はイメージング系の制約された特性により非常に劣化した画像となり人間の目では元の物体を識別するのは不可能である。ニューラルネットワークによる後処理に課せられた課題は識別不可能な程度に劣化した画像を人間が元の物体を識別できる程度の画像に復元することである。実験の結果、ダイナミック型のニューラルネットワークとしてはホップフィールド・ニューラルネットワークよりもボルツマン・マシンの方が優れているという予想された結果を得た。学習データセットの準備が容易で実用的であるダイナミック型のニューラルネットワークであるが、一般に画像復元性能はダイナミック型ニューラルネットワークよりもフィードフォワード型ニューラルネットワークの方が優れた実験の結果が得られた。平成8年度における研究は、次の二つの面から実施された。まず、ミリ波イメージング系の研究としては被験物体サイズ、計測距離、受波器間距離などの各物理パラメータの最適値の設計を行い、被験物体としてアルファベットの26大文字を選び、ミリ波散乱面でコートした文字板(AZ)を作成した。これらの文字板を被験物体として種々の実験条件の下で画像計測実験を行い、各文字物体について20種、計520種の画像データを得た。一方、ニューラルネットワークによる後処理については、フィードフォワード型とホップフィールド型のニューラルネットワークによる画像復元のコンピュータ・シミュレーション実験を行った。フィードフォワード型ニューラルネットワークについては、入力層のユニット数、中間層の数層およびユニット数などネットワークの構造を実験的に決定し、最適構造を求めた。ホップフィールド型のニューラルネットワークについては、連続タイプと離散タイプの両方式について検討し、種々実験を行った。今年度の実験結果からは、フィードフォワード型の方がホップフィールド型に比べてより実用的であると云える結果を得た。フィードフォワード型ニューラルネットワークは学習にはある程度の時間を要するが、実行速度は問題ない。これに比して、ホップフィールド型のニューラルネットワークは探索型アルゴリズムであるために膨大な実行時間を要するのが欠点である。次年度からは、復元率の向上と同時に、実行時間短縮方法についても研究していく。平成9年度における研究は、主に後処理系について重点的に実施された。層状フィードフォワード型ニューラルネットワークについては既に昨年度までに研究がまとまっているので、今年度はダイナミック型ニューラルネットワークによる画像復元の後処理について研究を行った。ホップフィールド・ニューラルネットワークはパターン想起性能が十分でなかったことと、探索型のアルゴリズムであるため膨大な実行時間を要し、リアルタイムの処理が不可能であったため実用性に乏しかったのが欠点であった。しかしながら、層状フィードフォワード型ニューラルネットワーク後処理による画像復元問題では探索対象物体のミリ波イメージングシステムによって得られる劣化画像を学習用のサンプルとして予め用意しておく必要があり、システム運用上の制約条件になっていた。これに対し、連想記憶作用を利用する場合には学習パターンとしては劣化前のオリジナル・パターンを用いればよいので、この点がダイナミック型ニューラルネットワークの運用上に利点となる。平成9年度においては、ダイナミック型ニューラルネットワークとしてはボルツマン・マシンを用いてシミュレーション実験を行った。ボルツマン・マシンを用いたのは、シミュレーテッド・アニーリングにより探索能力の向上が期待できることと、平均場近似の採用により実行時間の短縮が見込まれるためである。

劣化したミリ波画像を入力して実験した結果、ホップフィールド・ニューラルネットワークではしばしば局所解に陥り間違った画像を想起したのに対し、ボルツマン・マシンを用いた場合には、予想通り正しい画像の想起率が大幅に向上した。一方、実行時間についてもボルツマン・マシンを用いた方が圧倒的に短縮され、実用レベルに近づけることができた。平成10年度における研究は、昨年度に引き続き後処理系について重点的に実施された。昨年度はダイナミック型ニューラルネットワークとしてボルツマン・マシンによる画像復元の後処理について研究を行い、ホップフィールド・ニューラルネットワークよりも優れた復元性能が得られる感触を得た。したがって、今年度は次の2点について研究を行った。(1)実験条件を同一にしてホップフィールド・ニューラルネットワークとボルツマン・マシンのパターン想起性能の正確な比較実験を実施した。(2)ニューラルネットワーク後処理の残された大きな問題である未学習物体の選別処理について実験的研究を行った。先ず、(1)については、記憶パターンとして2値のパターンを3パターン、4パターン、5パターン、6パターン同時に記憶させた4ケースについてホップフィールド・ニューラルネットワークとボルツマシ・マシンのパターン想起性能の比較実験を行った。実験の結果、何れの場合についてもボルツマン・マシンの方が優れた想起性能を示した。これはボルツマン・マシンの場合はホップフィールド・ニューラルネットワークに比して、ローカルミニマムに相当するスプリアス・パターンを想起する割合が圧倒的に少ないためである。この実験により、極度に劣化した入力パターンに対してもアニーリングが効果的に作用することが確認できた。(2)については、パターンの想起時間の長短と想起演算回数の多少により学習済みパターンと未学習パターンを判定する実験をホップフィールド・ニューラルネットワークとボルツマン・マシンの両方について実施した。実験の結果、ある程度の判定基準が得られたが、確定的な結果を得るには更なる研究の必要性が認められた。
ジンクフィンガータンパクによる骨代謝制御機構の解明と骨再生医療への応用

近年、口腔外科臨床における患者の負担軽減ならびに移植成績向上を目指して、再生医学分野での研究が盛んに行われているが、われわれは近未来での臨床応用可能性を重視するという立場から、再生医療における最も有力な細胞源である間葉系細胞に着目し、独自のアプローチで間葉系細胞分化多能性維持に重要かつ臨床応用にあたって安全な因子を同定するための研究を推進してきた。本研究は、こうした独自の研究成果の発展形として、ジンクフィンガープロテインファミリーに属する転写因子の骨軟骨代謝における機能を解析し、併せてその再生医学への応用可能性を探ることを目的に計画された。今年度も昨年度に引き続き、マウス骨芽細胞株MC3T3-E1、マウスマクロファージ細胞株RAW264.7、マウス軟骨前駆細胞株ATDC5、マウス間葉系細胞株C3H10T1/2、のそれぞれの細胞を分化誘導する系を利用して、本研究における解析対象分子として選択されたジンクフィンガープロテインファミリー転写因子の詳細な発現変動パターンとそれらの機能を解析した。その結果、1Zfp235が間葉系細胞の多分化能維持と軟骨細胞分化に関しては抑制的に機能するが、骨芽細胞と破骨細胞分化については促進的に機能すること、2Zfp800が骨芽細胞と破骨細胞分化に関しては促進的に機能するが、軟骨細胞の分化にはあまり関与していないこと、3Zfp820は骨芽細胞と破骨細胞分化において促進的に機能するが、軟骨細胞の分化には抑制的に機能することを示唆する知見を得た。また、Zfp800とZfp820に関しては、それらの間葉系細胞多分化能維持における役割は単純ではなく、促進的に機能するか抑制的に機能するかは、細胞の分化段階によって異なることが示唆された。本研究は、こうした独自の研究成果の発展系として、ジンクフィンガープロテインファミリーに属する転写因子の骨軟骨代謝における機能を解析し、併せてその再生医学への応用可能性を探ることを目的に計画された。まず、本研究グループが過去に実施したマイクロアレイ解析の結果と既存のデータベースとを比較検討して、骨軟骨代謝において重要な機能を果たしている可能性が高いと想定されたジンクフィンガープロテインファミリー転写因子を解析候補分子として選択した。次に、マウス骨芽細胞株MC3T3-E1、マウスマクロファージ細胞株RAW264.7、マウス軟骨前駆細胞株ATDC5、マウス間葉系細胞株C3H10T1/2、のそれぞれの細胞を分化誘導する系を利用して、細胞分化に伴う解析候補分子の発現レベルの経時的変動を解析した。その結果、骨芽細胞、破骨細胞、軟骨細胞、間葉系幹細胞の複数の細胞分化プロセスで非常に特徴的な発現変動パターンを示すジンクフィンガープロテインファミリー転写因子(Zfp235、Zfp191など)を同定することに成功した。骨芽細胞、破骨細胞、軟骨細胞、間葉系幹細胞の分化に関与すると想定される複数のジンクフィンガープロテインファミリー転写因子の同定に成功したため。今年度は、マウス骨芽細胞株MC3T3-E1、マウスマクロファージ細胞株RAW264.7、マウス軟骨前駆細胞株ATDC5、マウス間葉系細胞株C3H10T1/2、のそれぞれの細胞を分化誘導する系を利用して、昨年度の実験を通じて候補分子として選択されたジンクフィンガープロテインファミリー転写因子の詳細な発現変動パターンを解析した。その結果、1Zfp423が間葉系細胞の多分化能維持と骨芽細胞分化には抑制的に機能するが、軟骨細胞と破骨細胞の分化にはあまり関与していないこと、2Zfp191は間葉系細胞の多分化能維持と骨芽細胞・破骨細胞分化に促進的に働くが軟骨細胞の分化にはあまり関与していないこと、3Zfp467は間葉系細胞の多分化能維持に抑制的に働く一方で、骨芽細胞、軟骨細胞、破骨細胞の分化には促進的に機能すること、を示唆する知見を得た。間葉系細胞分化多能性維持と骨系統細胞分化を統合的に制御する可能性のあるジンクフィンガープロテインファミリー転写因子を同定することに成功したため。

本研究は、こうした独自の研究成果の発展形として、ジンクフィンガープロテインファミリーに属する転写因子の骨軟骨代謝における機能を解析し、併せてその再生医学への応用可能性を探ることを目的に計画された。今年度も昨年度に引き続き、マウス骨芽細胞株MC3T3-E1、マウスマクロファージ細胞株RAW264.7、マウス軟骨前駆細胞株ATDC5、マウス間葉系細胞株C3H10T1/2、のそれぞれの細胞を分化誘導する系を利用して、本研究における解析対象分子として選択されたジンクフィンガープロテインファミリー転写因子の詳細な発現変動パターンとそれらの機能を解析した。その結果、1Zfp235が間葉系細胞の多分化能維持と軟骨細胞分化に関しては抑制的に機能するが、骨芽細胞と破骨細胞分化については促進的に機能すること、2Zfp800が骨芽細胞と破骨細胞分化に関しては促進的に機能するが、軟骨細胞の分化にはあまり関与していないこと、3Zfp820は骨芽細胞と破骨細胞分化において促進的に機能するが、軟骨細胞の分化には抑制的に機能することを示唆する知見を得た。また、Zfp800とZfp820に関しては、それらの間葉系細胞多分化能維持における役割は単純ではなく、促進的に機能するか抑制的に機能するかは、細胞の分化段階によって異なることが示唆された。本年度の実験に関しては当初予想された因子以外にも、その骨軟骨代謝への関与が期待される複数の分子を同定出来ており、おおむね順調に進んだが、今後も同様に当初計画を完遂すべく研究を継続する予定である。本年度の実験は概ね順調に進んだが、今後も同様に当初計画を完遂すべく研究を継続する予定である。本研究は、われわれが既に確立している実験系を利用して研究を遂行したため、試行錯誤が少なく比較的スムーズに実験を進めることが出来た。そのため、試薬や消耗品費を当初予想よりも低く抑えることが出来て次年度使用額が生じた。理由:本研究は、われわれが既に確立している実験系を利用して研究を遂行したため、試行錯誤が少なく比較的スムーズに実験を進めることが出来た。使用計画:主に試薬・消耗品費・情報収集費用に充当し、さらなる研究の発展に努める。主に試薬・消耗品費に充当し、さらなる研究の発展に努める。
両生類胚の形態形成運動の分子機構

初期胚の形態形成運動の分子機構を解明するために、アフリカツメガエル初期胞胚のcDNAライブラリーから、原腸陥入運動に影響を与える遺伝子を発現スクリーニングにより分離した。得られたPOZ/Zinc fingerタイプの転写因子champignon (cpg)は、初期胚で過剰発現させると原腸陥入を阻害する。cpgの注入により原腸陥入が阻害された胚と対照胚からそれぞれの蛋白を嚢胚期に抽出し、二次元電気泳動を行い比較すると、cpg注入胚で等電点が顕著にbasic側にシフトする61kDdaの蛋白が見つかった。61kDa蛋白の部分アミノ酸配列を調べた結果、Stress-induced-phosphoprotein 1(STI1)、Hsp70/Hsp90-organizing protein (Hop)、Transformation-sensitive proteinなどと呼ばれる燐酸化蛋白(XSTI1)であることが明らかになった。STI1はHSP70やHSP90に結合しその機能を調節するため、cpgによる原腸陥入の阻害はXSTI1の脱燐酸化を介して、細胞骨格に結合するHSP90 chaperoneの機能を変化させることが原因となっていると考えられる。一方、初期胚をLi処理すると発現が減少する遺伝子Xoomのantisense RNAを初期胚に注入すると、外胚葉細胞のepibolyを阻害するが、中胚葉細胞の移動運動や周縁帯細胞層のconvergent extensionには影響しない。Xoomは細胞外ドメイン、膜貫通ドメイン、細胞内ドメインからなり、ヒトの110kDa antigenとホモロジーをもつ糖修飾された膜蛋白をコードする。Xoomのantisense RNAを注入した胚では、種々の細胞分化は正常であるが、外胚葉細胞のアクチン繊維のdisorganizationが起る。従って、Xoom蛋白は細胞分化には影響せずに原腸陥入の細胞運動、特に外胚葉のepibolyに関与する膜貫通型蛋白である。動物の初期胚における原腸陥入運動は単純な形の卵から複雑な成体の形を作り出すための最も重要なプロセスであるにも関わらず、その分子機構に関しては研究が進んでいない。我々はこれまでの研究で、原腸陥入運動に影響を及ぼす遺伝子、chamignonとXoomを発見している。それらの遺伝子が原腸陥入運動にどのように関わっているかを解析することにより、原腸陥入運動の分子機構を明らかにすることを目的として研究を進めた。Cpg遺伝子の機能ドメインの解析:cpgはそのアミノ酸配列からPOZ/zincfingerタイプの転写因子であり、N末端にPOZドメイン、C末端側に3つのZinc fingerドメイン、そして3つの核移行シグナルが存在する。Cpgの発現による原腸陥入の阻害にこれらの機能ドメインがどのように関わっているかを12種類のdeletion constructsを用いて検討した。その結果、原腸陥入の阻害のためには完全なPOZドメインと3つのZinc fingerドメイン、および3ケ所の核移行シグナルのうちの中央のシグナルドメインが必要であることが明らかになった。Cpgのtarget遺伝子の探索:cpgを強制発現させた胚と対照胚とのあいだでdifferential displayを行い、cpgを発現させた胚で転写が抑制されている遺伝子フラグメントをとり、そのフラグメントを用いてcDNAライブラリーから遺伝子を単離した。とれた遺伝子はXenopusのEST解析ですでに報告されている膜糖蛋白をコードすると考えられる3-16Mと名付けられた遺伝子であったが、現段階では原腸陥入阻害との関連は明らかでない。現在さらに探索を続けている。

転写因子cpgがいかにして原腸陥入運動を阻害するのかを解明するために、本年はcpgおよびcpgのdeletion constructsを注入した胚と対照胚の蛋白を嚢胚期に抽出し、二次元電気泳動を行うことにより、cpg注入胚で影響を受ける蛋白について解析した。61kDa蛋白は、cpg注入胚では等電点がbasic側にシフトした。cpgよりも強い原腸陥入運動阻害効果をもつconstructの注入胚では、この61kDaの蛋白の等電点はよりbasic側にシフトした。一方原腸陥入運動を阻害しないconstructの注入胚では対照胚と変わらなかった。この結果から、61kDa蛋白はcpgの下流のカスケード上に位置する燐酸化蛋白であり、cpgの注入により脱燐酸化が起っていることが予想される。この脱燐酸化と原腸陥入運動の阻害との関係を調べることにより、原腸陥入運動の分子機構の一端が解明される可能性がある。そこで、61kDa蛋白の部分アミノ酸配列を調べた。その結果、リジルエンドペプチダーゼ消化後のペプチド断片のN末端アミノ酸配列23個が解った。この配列をBLASTpで検索した結果、Stress-induced-phosphoprotein 1(STI1)、Hsp70/Hsp90-organizing protein(Hop)、Transformation-sensitive proteinなどと呼ばれる一種類の蛋白と高いホモロジーをもつことが明らかになった。この蛋白はマウスやヒトでは約60-63kDaの分子量を示す燐酸化蛋白である。アフリカツメガエルの尾芽胚のESTデータベース中に部分アミノ酸配列が100%一致するSTI1ホモログがあったので、Xenopusで得られた61kDa燐酸化蛋白はXenopusのSTI1ホモログ(XSTI1)である。STI1はHSP70やHSP90に結合しその機能を調節するため、XSTI1の燐酸化状態の変化がchaperoneの機能を変化させ細胞骨格を調節することにより、原腸陥入を制御すると考えられる。
科学捜査を目的とした衣類への付着物の鮮明化画像処理

白色LEDを光源として撮影した画像と近紫外LEDを光源として撮影した画像に対して,テクスチャの周期に基づくブロックサイズのブロックに分割した上で,スパースコーディングにより基底画像を求め近似画像を減算することによりテクスチャ構造成分の低減処理を行う画像処理アルゴリズムを考察した.つぎに,テクスチャ低減を行った2枚の画像に対して,各RGB成分同士の差分の三乗の計3成分に対して,PCA(主成分分析)による無相関化を行い,その後,尖度を非ガウス性,つまり,独立性の評価基準としたICA(独立成分分析)に基づく独立成分への分解を行うアルゴリズムを考察した.実験により,その有効性を確認した.科学捜査における現場での微物の発見を目的として,白色LED及び近紫外LEDなどを用いて撮影し,画像処理により付着物の鮮明化を行うことを,3年間の研究の目的としている.研究過程は,色成分の分解とテクスチャ画像の構造成分の低減に分けることができ,初年度である平成25年度は,主に色成分の分解の研究を予定していた.白色光を光源として撮影した画像と,近紫外LEDを光源として撮影した画像に対する合計6枚のRGB成分に対して,独立成分に分解する画像処理アルゴリズムを研究し,実際に画像処理実験を行うことを予定していた.独立成分分解の独立性の評価基準を考察する中で,カーネル主成分分析を研究し,上記の6成分と,各RGB成分の差の三乗成分の合計9成分に対して,主成分分析を行い,成分分解する方法を考案した.これにより,これまで行なっていた6成分に対する独立成分分析と比較して,処理時間は圧倒的に短く,また,より良好な結果が得られることがわかった.主成分分析を基礎としているために,独立性より弱い無相関を基礎とした成分分解であるが,差の三乗成分を加えることにより,良好な結果が得られてたものであると思われる.また,ブラックライト(近紫外光)光源として,波長370nmと395nmのLED光源とディジタルカメラ及びカメラスタンドを購入し,実際にタンパク質などが付着した布を撮影できる実験環境を構築し,撮影した画像に対して付着物の鮮明化画像処理を行った.この結果,成分分解として,この手法が有効であることがわかった.科学捜査における現場での微物の発見を目的として,白色LED及び近紫外LEDなどを光源として用いて撮影し,画像処理により付着物の鮮明化を行うことを,3年間の研究目的としている.研究過程は,色成分の分解とテクスチャ画像の構造成分の低減に分けることができ,初年度である平成25年度は,主に色成分の分解の研究を行い,2年度目である平成26年度は,主にテクスチャ構造成分の低減の研究を予定していた.平成26年度は,テクスチャ構造成分の低減を行うために,コサインスペクトルを利用したテクスチャの構造周期を検出することを行い,つぎに,その構造周期をもとに画像に対してブロック分割を行い,独立成分分析により求めた基底画像を用いて近似画像を作成し,元画像との差分を求めることにより,テクスチャ構造成分の低減処理を行う方法を考察した.その際に,独立成分分析として,展開係数の確率密度関数にラプラス分布を仮定することにより,従来のコーシー分布を仮定する手法より,高速に基底画像を求められることがわかった.また,独立成分分析を行う際,展開係数の更新と基底画像の更新を逐次行う反復アルゴリズムにおいて,各反復処理ごとに展開係数に関してhard thresholdを行うことにより,画像中の変化の激しい部分を反映した基底画像が生成できることがわかった.これにより,テクスチャ構造成分の抽出が,従来の主成分分析を基礎として行うよりも,良好な結果が得られると考えられる.また,独立成分分析を行うために,高速な計算機が必要であり,高速なノートパソコンを購入した.科学捜査における現場での微物の発見を目的として,白色LED及び近紫外LEDなどを光源として用いて撮影し,画像処理により付着物の鮮明化を行うことを,3年間の研究目的としていた.研究過程としては,色成分の分解とテクスチャ画像の構造成分の低減とに分けることができ,初年度である平成25年度は,主に色成分の分解の研究を行い,2年度目である平成26年度は,主にテクスチャ構造成分の低減の研究を行い,3年度目である平成27年度は,実験データの整理を行い研究成果の総括を行う予定であった.3年度目である平成27年度は,当初予定していた画像処理アルゴリズムの処理手順である色成分の分解とテクスチャ構造成分の低減を,処理手順の順序を逆にすることにより,より良い研究結果が得られるという予想がついたために,処理手順の順序を変更し,画像処理実験を行い,良好を実験結果を得ることができた.先行研究である桶谷他:"主成分分析を用いた繊維汚れの画像鮮明化処理" ,Journal of Textile Engineering, Vol.56, No.4, pp.107-115 ( 2010 - 08 )および桶谷他:"近紫外LED光源を用いた独立成分分析による繊維汚れの画像鮮明化",映像情報メディア学会誌, Vol.64, No.11, pp.1655-1662( 2010 - 11 )と比較して非常に優れた結果を得ることができた.当初予定していた研究の総括および論文投稿が平成27年度中に行うことができなかった.現在,実験結果をまとめ,投稿論文原稿を作成中である.また,龍谷大学新春技術講演会のポスターセッションにて地域の経済界の方々に説明すると共に,研究結果公表用のホームページを作成した.白色LEDを光源として撮影した画像と近紫外LEDを光源として撮影した画像に対して,テクスチャの周期に基づくブロックサイズのブロックに分割した上で,スパースコーディングにより基底画像を求め近似画像を減算することによりテクスチャ構造成分の低減処理を行う画像処理アルゴリズムを考察した.

つぎに,テクスチャ低減を行った2枚の画像に対して,各RGB成分同士の差分の三乗の計3成分に対して,PCA(主成分分析)による無相関化を行い,その後,尖度を非ガウス性,つまり,独立性の評価基準としたICA(独立成分分析)に基づく独立成分への分解を行うアルゴリズムを考察した.実験により,その有効性を確認した.テクスチャ構造成分の低減を目的として,独立成分分析を基にした基底画像を求める画像処理手法を研究したが,高速かつ有効な方法にたどり着くまでに,かなりの時間を要し,その後,計算機シミュレーションと画像処理手法の改善を行ったため,研究自体は,若干遅れ気味である.しかしながら,画像処理手法はほぼ確定したので,さまざまな対象について,画像処理実験を早急に行うことにより,この若干の遅れは取り戻すことができると考える.ディジタル画像処理科学捜査における現場での微物の発見を目的として,白色LED及び近紫外LEDなどを光源として用いて撮影し,画像処理により布の付着物の鮮明化を行うことを,3年間の研究の目的としている.研究過程は,色成分の分解とテクスチャ画像の構造成分の低減とに分けることができ,初年度である平成25年度は,主に色成分の分解の研究を行い,2年度目である平成26年度は,主にテクスチャ画像の構造成分の低減に関する画像処理アルゴリズムの研究を行った.残念ながらテクスチャ画像の構造成分の低減に関しては,画像処理実験が十分でなかった.3年度目である平成27年度は,若干遅れ気味であるテクスチャ画像の構造成分の低減に関して画像処理実験を早急に行った後,実験データの整理を行い,学会発表を行うととともに,論文投稿に向けた研究成果の総括を行う.また,龍谷大学が主催する産学連携行事などにおいて,研究成果をポスター展示するなどの研究成果の公開に努める.研究過程は,色成分の分解とテクスチャ画像の構造成分の低減に分けることができ,初年度である平成25年度は,主に色成分の分解の研究を予定し,既存の研究より良好な結果を得ることができ,成分分解としてはおおむね順調に進展していると判断した.ただし,主成分分析を独立成分分析に変更することにより,より良好な結果を得られる可能性があるので,その点を研究する必要があると判断している.当初,研究発表を2回予定していたが,平成26年度は,研究発表を1回しか行なっていないため,旅費に差額が生じたことと,画像処理アルゴリズムの考察が若干遅れたことから,アルバイト雇用による画像処理実験の準備が十分にできず,人件費として予定していた額と差額が生じたことが,理由として挙げられる.科学捜査における現場での微物の発見を目的として,白色LED及び近紫外LEDなどを用いて撮影し,画像処理により付着物の鮮明化を行うことを,3年間の研究の目的としている.研究過程は,色成分の分解とテクスチャ画像の構造成分の低減に分けることができ,初年度である平成25年度は,主に色成分の分解の研究を予定し,おおむね順調に進んでいると判断している.
細胞周期を制御する特異的ユビキチン経路の解析

分裂期サイクリンの分解系は、Xenopus卵やClamの抽出液中での系や酵母の遺伝学的系での解析が中心となって行われた結果、細胞分裂期全体の制御を統括する蛋白質分解経路として認識されるにいたっている。我々の分離した分裂酵母ubcP4の欠損は細胞周期M期に異常を引き起こした.その遺伝学的解析の結果、このユビキチン経路は分裂期Cyclin(Cdcl3p)分解、分裂後期開始に必須の姉妹染色体分離のための核蛋白質(Cut2p)分解を担っているものであることを証明した.他方、分裂期サイクリン特異的なリガーゼE3あるCyclosomeは20Sの巨大複合体で、UbcP4共役して働くことがわかった。このUbcP4/Cyclosomeユビキチン経路はCdc13p、Cut2p以外にも標的とする蛋白質があり、それらはいずれも分裂期の制御に必須な役割を担っていると想像される。またこの蛋白質分解経路が分裂期のみならず、G1-S期、G2期にも稼働している可能性が示唆される。その一つの例として、S期に分解される分裂酵母におけるもう一つのBサイクリン、Cig2の分解を調べた。Cig2もUbcP4とCyclosomeを会して分解され得ることを示した。このことは次の2点を示唆する。CyclosomeはS期においても活性を持つこと。Cig2はサイクリンとしての機能はCdc13互換であるが、他方、Cdc13と類似の分解シグナル(Destruction Box)を持っているにもかかわらず、分解時期が異なることから、これらサイクリンを分解標的として時期特異的に識別する分子の存在を示唆する。
Meis1遺伝子の皮膚幹細胞における機能解析

Meisl遺伝子は元々、白血病を誘導するがん遺伝子として同定され研究されてきた。しかし、我々は最近、このMeisl遺伝子のコンディショナルノックアウトマウス(cKO Meisl)を作製し、皮膚特異的にMeislを欠失させると毛が再生しないことに気づいた。さらに、Meislは皮膚幹細胞が存在するバルジ付近に発現することがMeisl-GFPマウスを用いた我々の予備実験により示されている。そこで、本研究はこのcKO MeislおよびMeisl-GFPマウスの2系統を用いて、Meislの皮膚特に幹細胞における機能を明らかにすることを目的とした。本年度は研究計画通りに、cKO Meisl/K14-CreERマウスにおける毛包形態の組織学的解析およびMeisl-GFPマウスを用いた毛包におけるMeislの局在の探索を行った。cKOMeislの背部に4OHTを塗布した結果、スタートから一週間後に潰瘍が発症し始め、3週間後には野生型マウスには発毛がみられたが、cKO Meislには発毛がほぼ観察されなかった。それらの各ステージにおける凍結切片を作製し、ケラチノサイトのマーカーであるK14および皮膚正常幹細胞マーカーであるCD34を用いて、蛍光免疫染色をした結果、cKO Meislにおいては表皮細胞の過形成と毛包および皮膚幹細胞の消失が観察され、ヘアサイクルの異常がみられた。さらにMeisl-GFPマウスを用いた毛包におけるMeislの局在を観察した結果、毛包バルジにおいてMeislはCD34と共局在することを明らかにし、さらに、Meislはヘアサイクルを通じて毛乳頭細胞にも強く発現することが確認された。これらの結果から、Meislは皮膚幹細胞および発毛において重要な分子である可能性が示された。
食品の抗酸化力統一指標を用いた野菜の抗酸化力の評価と食事管理への活用に関する研究

ポリフェノール系物質の抗酸化力の統一指標であるORAC(Oxygen Radical Absorbance Capacity)が、国民の健康に資するための栄養疫学研究のツールや日常の食事管理に活用し得るかどうかを調べた。野菜を中心とした食品30種とそれらを食材とする5種の野菜料理について抗酸化力(ORAC値、DPPHラジカル捕捉能、総ポリフェノール量)を測定し、各食品の可食部100gあたりの抗酸化力を求め、そのデータをもとに料理1食分あたりの抗酸化力を計算により予測し実測値と比較検討したところ、DPPHラジカル捕捉能よりもORACの方が抗酸化力の指標として妥当性が高いと推察された。現在わが国では食品の抗酸化力の統一指標を確立する動きがあり、将来的には、その統一指標の食品への表示や食品成分表に準じたデータベース化を通じて食品の抗酸化物質の普及を行い、国民の健康に寄与することを目標に掲げている。この社会的背景を鑑みて、本研究はポリフェノール系抗酸化物質の抗酸化力を示す統一指標であるORAC(Oxygen Radical Absorbance Capacity:活性酸素吸収能力)を取り上げて、食品のなかでもポリフェノール含量が高いと考えられる野菜に着目し、食品成分表を用いた栄養価計算と同様の要領で、野菜のORACを食事管理に活用することの有用性あるいは留意点を明らかにすることを目的とした。本年度は、加熱調理により野菜の抗酸化力が変化するかどうかを調べる目的で、試験野菜の選抜およびサンプル調製法の検討を行った。野菜の抗酸化力に対する加熱調理の影響を調べるためにはまず、非加熱状態で同等の抗酸化力を有する試料を用いる必要がある。そこで、根菜類、果菜類、花菜類は基本的に可食部を大きなブロックに切り分け、対称的にサンプリングしてふたつのグループに分けることにした。葉菜類については、ほうれん草などの形態のものは葉部分を縦半分に切り分け2群に分けることとした。これらの群分けが妥当かどうかを調べるために市場で入手した葉ゴボウの葉、にんじん、ブロッコリー、玉ねぎを用い、2群に分けてただちに液体窒素で凍結乾燥後、ORAC、DPPHラジカル捕捉活性を調べて抗酸化力を比較したところ両群に有意差は認められなかった。したがって、この方法で2群にわけた一方を加熱調理し、非加熱試料と加熱試料の抗酸化力を比較することが可能であることがわかった。2群に分けた各野菜を一口大に切り、一方を液体窒素でただちに凍結乾燥、一方をスチームコンベクションオーブンのスチームモードで加熱後ただちに凍結乾燥を実施し試料を作製した。現在、これらの野菜試料の抗酸化力の測定を実施している。現在わが国では食品の抗酸化力の統一指標のデータベース化を通じて、食品由来の抗酸化物質の普及や疫学研究のツールとしての活用を図り国民の健康に寄与することを目標に掲げている。この社会的背景を鑑みて本研究は、ポリフェノール系物質の抗酸化力統一指標であるORAC(活性酸素吸収能力)に着目し、ポリフェノール含量が比較的高い野菜を対象に、食品成分表を用いた栄養価計算と同様の要領で野菜のORAC値を食事管理に活用することの有用性や留意点を明らかにすることを目的とした。本年度は加熱野菜料理4種と非加熱野菜料理1種を選定して、各料理全体および料理に使用した食材30種(非加熱と加熱)の成分を脂溶性と水溶性の画分に分け、それぞれポリフェノール量と抗酸化力を改良ORAC法とDPPH法を用いて測定した。結果、1ショウガ以外の食材はポリフェノール量、抗酸化力ともに水溶性画分の寄与度が高かった。2非加熱と加熱食材のポリフェノール量および抗酸化力には大きな差は認められず、個々の食材に対する加熱の影響は少ないことが示唆された。3水溶性と脂溶性画分の値を合算したものを総ポリフェノール量、総抗酸化力として3測定法の相関を検討したところ、総ORAC値と総DPPHラジカル捕捉活性値の間、総ORAC値と総ポリフェノール量の間にともに有意な相関が認められた。4各食材のデータから算出した料理1食分の予測値と料理1食分の実測値を比較検討したところ、DPPH法に比べてORAC法で得られた値の方が総ポリフェノール量の挙動とよく一致しており、食事管理という視点からの抗酸化力指標としてはORAC法の方が妥当であることが示唆された。今後は各料理における予測値と実測値の相違の要因(例:アミノカルボニル反応による抗酸化力の増加等)を明らかにし、ORAC値をデータベースとして使用する際の換算係数を検討し、適切な利用法を考える必要がある。現在わが国では食品の抗酸化力の統一指標を確立する動きがあり、その統一指標の食品への表示や食品成分表に準じたデータベース化を通じて食品の抗酸化物質の普及を行い、国民の健康に寄与することを目標に掲げている。