hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
居住前換気が室内空気質の改善に及ぼす影響に関する研究

建材から放たれる揮発性有機化合物やホルムアルデヒドの発生量は、建材の設置直後が最も多く、以後次第に減少していくため、米国などでは建築物竣工直後、入居前の1週間ほど通常より多量の換気を行い、入居時の不快な空気質を向上させる居住前換気がなされている。本研究では、建材から発生される揮発性有機化合物(VOCs)やホルムアルデヒドの量を時系列に測定することにより、居住前換気の有効性を検討することを目的とした。まず、実際に居住されている鹿児島市の住宅においてホルムアルデヒド濃度、VOCs濃度の実測を行った。AHMT法によるホルムアルデヒド濃度測定では、WHOの基準である0.08ppmを越える濃度が得られた箇所は無かった。しかし、GC/FID法によるトルエン等価のTVOC濃度は、全ての住戸においてWHOの目標値である0.3mg/m^3を越えていた。居住前換気の有効性を定量的に把握するには、建材から放たれる化学物質の発生量を知ることが必要である。そこで、建材からのVOCs、ホルムアルデヒドの発生量を時系列に把握し、発生過程を把握しモデル化するために、温湿度、換気量の制御できるスモールチャンバーに、供試材を入れ、発生される化学物質について濃度測定を時系列に行った。その結果、以下のような知見が得られた。1)ポリウレタン床仕上げ材から放たれる5つのVOCの発生過程には、Chang and Guoの二重指数関数モデルを用いた回帰によるあてはめが優れていた。2)ラワン合板から発生されるホルムアルデヒドの時系列発生量は、「定量発生+二重指数減衰モデル」によるモデル化が適切と考えられた。ホルムアルデヒド発生という観点からの、ラワン合板の材齢を表す指標として、自由ホルムアルデヒドの発生総量を用いる手法を提案した。本実験においては、空気温度の高い実験パターンの方が、自由ホルムアルデヒドの発生が促進されることがわかった。換気量の増大や、温度の上昇よって、汚染物質の発生が促進され、早いうちに、建材内の含有量が減少するのであれば、居住前換気やベイクアウトは有効である。しかし、換気量の増大によって、発生量が増加するような発生機構でないのであれば、居住前換気の効果は、それを行っている期間の濃度低減という効果が主となる。また、居住前換気やベイクアウトの効果を定量的に評価するためには、発生モデルにおいて用いる、初期発生量や減衰定数、定量発生量などのパラメーターを実験によって求めることが必要となる。今後、それぞれの建材からのVOC、ホルムアルデヒド発生モデルに対して、これらのパラメーターを求める研究が望まれる。建材から放たれる揮発性有機化合物(VOC)や臭気の発生量は、建材が室内に設置された直後が最も多く、以後次第に減少していくため、米国などでは建築物竣工直後、入居前の1週間ほど通常より多量の換気を行い、汚染レベルを許容濃度以下まで低下させる居住前換気がなされている。しかし、日本においてはホルムアルデヒド(以下HCHOと称す)やVOCに対する室内許容基準はなく、また実際の住宅における実測例も少ない。

そこで、本年度の研究では鹿児島市の17件の戸建て住宅においてVOC及びHCHO濃度の調査を行い、室内空気汚染の現状の確認を行った。その結果、VOC濃度はWHO(世界保健機構)の目標値を上回る実測世帯が多いことがわかった。VOC及びHCHO濃度の測定には、ガスクロマトグラフ法、比色分析法、光イオン化法、光音響法などが用いられるが、これら異種測定法間の関係は明らかでなく、各研究者による測定結果どうしの比較を困難にしている。そこで、本研究では実測に上記の4種の測定法を用い、実測結果を比較し、各測定法間の相関を求めた。本年度の研究は居住状態の住宅における濃度実測であるため、VOC及びHCHOの発生源の特定が困難である。そこで、次年度の研究では機械換気設備をもつ300リットルの実験箱を用意し、この実験箱に各種建材、接着剤、シーリング剤を曝露し、換気量を制御することによって、濃度の経時変化を求めることを計画している。この実験によって各供試材ごとに必要な居住前換気の量・期間の算定が可能になると考えられる。建材から放たれる揮発性有機化合物や臭気の発生量は建材が室内に設置された直後が最も多いため、建築物竣工直後、入居前の1週間ほど通常より多量の換気を行って、汚染レベルを低下させるという居住前換気の方法がある。本研究は居住前換気のための基礎資料を得ることを目的として、実験1ではカーペットとカーペット用接着剤を供試材として用い、実験2では壁紙と壁紙用接着剤を用いた。各実験タイプにおいて、部材は単体としてボックスに入れられるものと、両部材を重ね合わせて入れられるものがある。被験者はボックス内の空気を嗅ぎ、臭気強度と臭気許容度に関するアンケートに答えた。総揮発性有機化合物(TVOC)濃度も同時に測定した。臭気強度の平均申告値の経時変化を見ると、平均申告値が高いのはカーペットもしくは壁紙と接着剤との混合材ではなく接着剤が単独で曝露されたときであった。化学物質濃度は活性炭チューブに箱内空気を採取してGC分析を施すことによって数回測定し、また、光音響法装置を用いて連続測定を行った。知覚空気質は16名の空気質判定パネルが空気を嗅ぐことによって知覚空気汚染単位であるdecipol値で評価した。その結果、建材曝露直後に化学物質濃度及び知覚臭気レベルが急上昇し、その後減少していく過程が見受けられたため、この結果を用いて濃度減衰モデル式を作成した。このモデル式により、居住前換気の量及び時間の最適値を算定することが可能になると思われる。また、接着剤単体から放たれる化学物質濃度は、接着剤をカーペットもしくは壁紙に貼ったものの濃度よりもはるかに高く、カーペットや壁紙が接着剤からの化学物質の発生をブロックしていることが考えられる。建材から放たれるホルムアルデヒドや、揮発性有機化合物が、室内空気環境へ及ぼす影響が近年、問題となっている。これらの化学物質の濃度は、建材が室内に設置された直後が最も高く、その後、設置からの経過時間とともに減衰していく傾向がある。
埋め込み型人工膵臓への応用を目指した自律型の血糖値連続計測システムの開発

糖尿病患者の血糖値制御のために世界各国で膵臓機能を担う医療機器の開発が進められている。しかし、従来の医療機器は未だにその原理・技術的な課題により「完全な埋め込み型の人工膵臓」としての利用が困難である。特にセンサーの安定性や正確度の低下による定期的なCGMセンサーの補正やセンサーチップの交換、またバッテリーの定期的な交換が必要である。そこで、申請者はセンサーの長期安定及び正確度を大きく向上できる新規計測法の開回路電位(OCP)型CGMセンサーを用い自律的に発電した電力で駆動するワイヤレスOCP型CGMシステムの完成、さらに本システムのin vivoでの評価を通して実用化への可能性を示す。
ミトコンドリア内外の協調的翻訳機構の分子基盤

ミトコンドリアはエネルギー産生、代謝、老化における重要な細胞小器官である。増殖因子依存的なミトコンドリア酸化的リン酸化に関与する蛋白の発現が基本的な代謝調節に重要である。翻訳機構は種々のRNA結合蛋白により調節されているが、その詳細な機構は明らかでない。血清刺激により核コードの酸化的リン酸化蛋白の発現が増加しATP産生増加が起こることを明らかにした。さらに、mRNA結合蛋白であるYB-1が優先的に酸化的リン酸化mRNAに結合しその翻訳調節に関与することを明らかにした。YB-1のノックダウンによりミトコンドリア酸化的リン酸化mRNAへの結合が抑制され、その結果、翻訳が亢進すること、さらに、ミトコンドリア機能が亢進することを初めて明らかにした。「ミトコンドリア外膜ポリソームとミトコンドリアヌクレオイドの翻訳は機能調節されて、ミトコンドリア内外で量的、質的に適切な翻訳制御、タンパク重合を効率的に行うコミュニケーションが存在する。さらにこのシステムはヌクレオイドでのmtDNAの複製(コピー数)、転写とも協調して働く」上記仮説を立証するため以下の点について明らかにした「1」ミトコンドリア外膜ポリソームの構成因子とmRNAの網羅的解析RNA結合蛋白YB-1がミトコンドリア外膜ポリソームの構成因子であることを、HeLa細胞を用いて証明した。HeLa細胞からポッターで細胞破砕後、パーコール勾配、超遠心法によりミトコンドリア画分を精製する。この画分にYB-1が存在することをwestern blot法にて確認した。さらにProteinase K処理による蛋白の感受性の違いによりYB-1がミトコンドリア外膜にあることをwestern blot法により確認した。「2」ミトコンドリアヌクレオイドの構成因子の機能-siRNAを用いた機能解析ミトコンドリアDNA維持蛋白TFAMの研究からヌクレオイドを構成する因子を多数同定してきた。その中にはERAL1, p32, EF-Tu, LRP130などがある。現在RNAiを用いて上記4種類の遺伝子のノックアウトは確認してした。これらヌクレオイド構成因子のノックダウンにより、ミトコンドリアrRNA, mRNAのコピー数の変化をsyber greenを用いたreal time PCR法により定量した。2.翻訳の効率をS35 methionineを用いたin vivo labellingで比較検討した。これらの評価を統合的に比べ、各々の蛋白のミトコンドリアに関する機能を推測する準備ができた。さらにこのシステムはヌクレオイドでのmtDNAの複製(コピー数)、転写とも協調して働く」上記仮説を立証するため以下の点について明らかにした。「1」ミトコンドリア外膜ポリソームの構成因子とmRNAの網羅的解析RNA結合蛋白YB-1がミトコンドリア外膜ポリソームの構成因子であることを、HeLa細胞を用いて証明した。HeLa細胞には細胞質の翻訳系が存在するが、ミトコンドリアATP産生に必須のたんぱくの翻訳に関与していることを明らかにした。さらに、血清刺激により翻訳が亢進すること、YB-1のリン酸化が関与することを明らかにした。その中にはERAL1,p32,EF-Tu,LRP130などがある。これらヌクレオイド構成因子のノックダウンにより、ミトコンドリアrRNA,mRNAのコピー数の変化をsyber greenを用いたreal time PCR法により定量した。「ミトコンドリア外膜ポリソームとミトコンドリアヌクレオイドの翻訳は機能調節され、ミトコンドリア内外で量的、質的に適切な翻訳制御、タンパク重合を効率的に行うコミュニケーションが存在する。

さらに、血清刺激により翻訳が亢進すること、YB-1のリン酸化が関与することを明らかにした。「2」ミトコンドリアヌクレオイドの構成因子の機能-siRNAを用いた機能解析ミトコンドリアDNA維持蛋白TFAMの研究からヌクレオイドを構成する因子を多数同定してきた。その中にはERAL1,p32,EF-Tu,LRP130などがある。現在RNAiを用いて上記4種類の遺伝子のノソクアウトは確認してした。これらヌクレオイド構成因子のノックダウンにより、ミトコンドリアrRNA,mRNAのコピー数の変化をsyber greenを用いたreal time PCR法により定量した。2.翻訳の効率をS35 methionineを用いたin vivo labellingで比較検討した。これらの評価を統合的に比べ、各々の蛋白のミトコンドリアに関する機能を測定できた。
結び目のDehn手術でいつSeifert多様体ができるか

W.Thurstonの双曲Dehn手術の理論によると,双曲結び目を手術係数に沿ってDehn手術した時,有限個の係数を除いて結果は双曲多様体になる,そこで非双曲多様体を生じるDehn手術を調べることが重要になるが,研究代表者は茂手木公彦氏(日大・文理)との共同研究で,Seifert多様体と本質的トーラスを含む多様体-非双曲多様体の典型例-がいつ生じるかについて次の結果を得た。1.周期型結び目のDehn手術でSeifert多様体が得られるには周期が2でなくてはならないことは平成10年度までの研究で判明していた。今回の研究で,周期2の結び目の場合は結び目を周期写像で割ってできる結び目がトーラス結び目でなくてはならないことがわかった。この結果は,与えられた周期型結び目がDehn手術でSeifert多様体をうみだすかどうかの判定に使える。2.周期を持つ双曲結び目のDehn手術で本質的トーラスが得られる条件を考察した。結び目の周期が3以上のときは,このようなDehn手術をもつための必要十分条件は「結び目の種数が1かつ周期が3かつ手術係数が0」であることがわかった。;周期が2のときはこのような手術の例は無限にあるが,手術係数は必ず整数になることがわかった。3.双曲結び目のDehn手術でどんなSeifert多様体が得られるかを特異ファイバーの指数の観点から研究し,次の結果を得た。p,q,rをどれか2つが互いに素となる任意の整数とする。このときある双曲型結び目のDehn手術により,p,q,rを指数とするようなSeifert多様体が得られる。この結果はJ.Deanが1996年に得た結果の改良になっている。Seifert多様体を特徴づける量に特異ファイバーの本数と,その指数がある.平成10年度は,結び目のDehn手術で得られるSeifert多様体の特異ファイバーの本数と指数について次の結果を得た.1.特異ファイバーの指数について.もっとも重要な結び目のタイプである双曲結び目については,そこからできるSeifert多様体の特異ファイバーの本数は3本以下と予想されている(下記の2を参照).その3本の特異ファイバーの指数は,最大公約数が1でなくてはならないことはホモロジー群の計算でわかる.そこで実際に実現できる指数が問題になるが,今回次の結果が得られた.「p,q,rをどれか2つが互いに素となる任意の整数とする.このときある双曲型結び目のDehn手術により,p,q,rを指数とするようなSeifert多様体が得られる.」この結果は1996年にJohn Deanが得た結果の改良となっている.今後は,6,10,15のように最大公約数は1だがどの2つも互いに素ではない任意の整数が指数として実現できるかを考えたい.2.特異ファイバーの本数について.以前の研究により,周期性のある結び目のうち周期が3以上の双曲結び目からはSeifert多様体が得られないことがわかっている.一方,周期が2の結び目からSeirert多様体が得られる例もみつかっている.そこで,周期2の結び目から得られるSeifert多様体の特異ファイバーの本数を研究した.本数は3本以下と予想し証明にとりかかっているが,まだ完成していない.細かいところの論証が残っているが,平成11年度中には証明できる見通しである.平成11年度はSefert多様体を生み出すDehn手術について,2つの異なった方向からの研究を行った.一つは結び目を周期的結び目に限った研究であり,もう一つは得られるSeifert多様体をレンズ空間に限定した研究である.1.Seifert多様体を得る周期的結び目の特徴づけ.

すでにこのような結び目の周期は2に限ることが示されている.今回さらに,この結び目を周期2で割ってできる結び目は,トーラス結び目という特殊な結び目でなくてはならないことが茂手木公彦氏(日大・文理)との共同研究でわかった.この結果は,与えられた周期的結び目からSeifert多様体ができるか否かの判定に使える.一般に結び目のDehn手術から得られるSeifert多様体の底空間は2次元球面か射影平面である.しかし,周期的結び目の場合は2次元球面に限られることも証明できた.2.指定された位数rを持つレンズ空間を得る結び目を特徴づけよ.
計算科学に基づくヘテロ原子低次元長鎖状結合を有する化合物の設計・合成および物性

本プロジェクトは化合物の微細構造の決定や高機能性の発現に大きく寄与する弱い相互作用(非結合相互作用)の解明を目指し、下記の成果をあげた。なお弱い相互作用の解明は、分析機器の検出限界への挑戦という側面をもつため、計算科学の手法を駆使して研究を進めた。(2)硫黄およびセレン間における非結合相互作用を介在させた4c-6e系を構築するため、1-[8-[p-YC_6H_4Z]-C_<10>H_6]ZZ[C_<10>H_6(ZC_6H_4Y-p)-8']-1'(4(Z=S),5(Z=Se))を合成し、その構造を詳しく検討した結果、4において4個の硫黄原子が直線状に並列することを明らかにした。この構造は、5におけるSe_4の直線状並列に極めて近かった。中央のδ(S-S)と両端のS原子のp-性の非共有電子対(n_p(S))との非結合相互作用が、この新規な直線状結合(4c-6e)生成に大きく寄与していることを明らかにした。(3)5c-6e系の構築を目指し、1,8・ビス(フェニルセラニル)アントラキノン(6)および9-メトキシ-1,8-ビス(フェニルセラニル)アントラセン(7)を合成した。X線結晶構造解析の結果、6および7の5個のC-Se...O...Se_C原子は直線状に並列していた。ab initio MO計算の結果6および7における5c-6e非結合相互作用は、2個のn_p(O)→σ*(Se-C)非結合性3c-4eが中央のn_p(O)を直線状に共有したためであるとを明らかにした。(4)^<77>SeNMRは有機セレン化学の研究において重要な研究手段の1つであるが、その化学シフトは電子的および立体的効果を受けるため、^<77>Se化学シフト(δ(Se))から溶液中の構造や配座を決定する場合には注意を要する。今回電子的効果を立体的効果から分離して評価することに成功した。この成果により溶液中におけるさらに詳しい構造および配座解析が可能になる。本研究の目的は、セレン原子の関与する非結合相互作用を介在させることにより、新規な結合様式、構造、反応性および機能を有する低次元長鎖状結合を構築することである。計算科学の手法を駆使して、標的化合物の設計・合成法・その特異な結合様式や物性を実験の開始に先がけて理論計算により検討することを試みている(愛称:計算先導)。既に8-G-1-(アリールセラニル)ナフタレンの系において、Se原子周辺の配座を3種類(type A,type B,type C)に大別して論議できることを提案している。今回アントラキノン(1,8-ビス(アリールセラニル)アントラキノン:1)及びアントラセンの系(1,8-ビス(アリールセラニル)アントラセン:2)に拡張して、C_1-Se-O-Se-C_1型の5原子直線状結合を有する化合物を設計・合成した。X線結晶構造解析の結果、1のそれぞれのArSe基は、type B配座をとり、C_1Se-O-Se-C_1の5原子は、ほぼ直線状に並列していることが分かった。この直線状結合は5中心6電子結合(5c-6e)として解析でき、低次元結合を有する化合物を構築できた。これに対して2の構造では、それぞれのArSe基がtype A配座をとることが確認された。このことから2におけるArSe基のtype A配座が、1では、type B配座に変換されたことを示している。この事実は、1における、C_1-Se-O-Se-C_1の5c-6eが1をさらに安定化させることに寄与をしているとして矛盾しない。またこのことは理論計算によっても実証している。その他の成果として、1,2-ビス(アリールセラニル)ベンゼンと2分子の臭素付加体においては、一方のSeBr_2構造が三方両錐構造(TB)であるのに対して他方のSeBr_2構造は分子錯体(MC)となることを実証し、有機カルコゲニド(R_2Z)の臭素付加体(R_2Z・Br_2)がTBとMCの平衡状態で存在することを実証した。

(3)5c-6e系の構築を目指し、1,8・ビス(フェニルセラニル)アントラキノン(6)および9-メトキシ-1,8-ビス(フェニルセラニル)アントラセン(7)を合成した。X線結晶構造解析の結果、6および7の5個のC-Se...O...Se_C原子は直線状に並列していた。ab initio MO計算の結果6および7における5c-6e非結合相互作用は、2個のn_p(O)→σ*(Se-C)非結合性3c-4eが中央のn_p(O)を直線状に共有したためであるとを明らかにした。(4)^<77>SeNMRは有機セレン化学の研究において重要な研究手段の1つであるが、その化学シフトは電子的および立体的効果を受けるため、^<77>Se化学シフト(δ(Se))から溶液中の構造や配座を決定する場合には注意を要する。今回電子的効果を立体的効果から分離して評価することに成功した。この成果により溶液中におけるさらに詳しい構造および配座解析が可能になる。
産業廃棄物を用いた建設泥土の固化処理方法の開発とその有効利用に関する研究

近年、各種の現場から発生するへどろなどの超軟弱泥土は、強度が小さいために再利用が困難であり、また、有機物や有害物質を含有しているために運搬や固化処理などの取扱いが大きな問題となっている。本研究は、このような建設泥土をセメント系固化材を用いて固化し、処理土のハンドリングの改善および有効利用の方途の開発を目的としている。また、強度増加を促進する産業廃棄物の固化助材としての有効性を検討するものである。使用した固化材は普通セメントと地盤改良用の特殊セメントである。また、製紙焼却灰、コンクリート微粉末、フライアッシュおよびベントナイトを固化助材として用いて改良効果を検討した。(1)処理土の強度発現は対象土の物理・化学的性質をはじめ、固化材の種類・添加率、処理土中の水分量と固化助材の硬化活性に応じて決定される。(2)対象土の含水比に応じて処理土の強度の相対的な大きさが決定され、含水比が30%程度の粘性土はセメント含有量が3%以上であれば下層路盤に使用が可能である。また、含水比が約140%の汚泥は普通セメント12%の添加で運搬可能な強度0.1MPaを達成することができる。そして、処理土の強度増加に貢献する硬化反応生成物はCSH系反応物とエトリンガイトである。(3)特殊セメントは普通セメントに比べ、固化効果がよい。特に、対象土が高含水比および有機物含有量の多い場合に顕著である。(4)コンクリート微粉末、製紙焼却灰、ベントナイトおよびフライアッシュはそれぞれ特徴は異なるが固化助材として有効である。特に、フライアッシュは有機物含有量の多いへどろや高含水比の廃泥に対する固化助材として有効である。(6)固化助材は処理土の目標強度を達成するためのセメント添加率が節約でき、また養生日数が短縮できる。そしてフォールコーン試験により自立できない低強度の処理土の強度が測定可能となり、固化処理土の品質管理に適用できる。建設泥土の一つである地下連続壁工事現場からの泥水および貯水池泥土のハンドリング改善および有効利用を目的として、セメント系固化材による安定処理方法について研究した。この際、産業廃棄物である製紙焼却灰、コンクリート微粉末およびフライアッシュを固化助材として用い、産業廃棄物の有効利用も図ろうとした。本年度の研究では、産業廃棄物の有効性を処理土の強度から追求し、泥水や泥土の改善の可能性も合わせて研究した。1泥水にフライアッシュを混合しセメント系固化材で処理すると、養生日数が経過するほど強度増加が著しい。3日養生でトラック運搬可能(1.0Kgf/cm^2)な配合は、フライアシュ混合率50%、セメント系固化材10%である。2泥土上を重機が走行できる強度(1.0Kgf/cm^2)を満足するためには、固化材を8%添加すれば2日間の養生でよい。この際、製紙焼却灰やコンクリート微粉末の混合より、フライアッシュ混合の方が効果的である。3泥土の処理においては、固化助材を混合した試料の合計質量に対する固化材含有量が小さい割合にもかかわらず、最大の効果が得られたことから、コンクリート微粉末の最適混合率は30%、フライアッシュの最適混合率は10%である。

4固化材やフライアッシュの混合により、強度発現に貢献するエトリンガイトなどの反応生成物の生成を活発化させる。5一軸強度試験ができないほど低強度の材料について、フォールコーン試験でかたさを確認できる。すなわち、フォールコーン貫入量より一軸圧縮強度が推定できる。建設泥土として推進工法工事現場からの泥水を脱水した泥土(含水比150%:A泥土)、糊成泥土(自然含水比約140%:B泥土)およびため池堤防改良工事の粘土(自然含水比約30%:C粘土)の3種についてハンドリングの改善および有効利用を目的として、セメント系固化材による安定処理方法について研究した。この際、産業廃棄物であるフライアッシュ、製紙焼却灰およびコンクリート微粉末を固化助材として用い、産業廃棄物の有効利用も図ろうとした。本年度の研究では、昨年度に引続き、産業廃棄物の有効性を処理士の強度から追求し、処理士を建設材料として利用する可能性を実験的に明らかにした。(1)固化材として普通ボルトランドセメントを用いると、処理される土の含水比に応じて強度が発現される。すなわち、含水比140150%のA泥土、B泥土に比べて、含水比30%のC粘土は10倍以上の強度となる。(2)固化材としてのフライアッシュの効果は、とくに含水比の高いA泥土、B泥土に対して顕著であり、フライアッシュが泥土の質量比の20%混合された場合、無混合に比して約6倍の強度になる。一方、C粘土に対しては、その混合効果はほとんど認められない。(3)固化助材としての製紙焼却灰はA泥土、B泥土に対して有効であるが、C粘土については逆効果となる。また、コンクリート微粉末は固化助材としては不適である。(4)地盤改良用の特殊セメントを用いると、普通セメントよりも改良効果は良い。(5)泥土上を重機が走行できる強度(1.0kgf/cm^2)を満足するためには、フライアッシュを20%混合しセメントを3%添加すると、3日養生で十分である。(6)C粘土にセメントを3%添加すると、7日養生で10kg/cm^2以上の強度を示し、道路の下層路盤材の許容値を満足する。
トリテルペンサポニンの生合成工学

トリテルペンサポニンの生合成工学を目的に、その生合成酵素のクローニングを行った。当該期間においては、トリテルペンサポニンの中でも医薬品として有用性の高いオタネニンジン(Panaxginseng)が生産するジンセノサイドを対象とし、生合成における第二段階である水酸化反応を司るトリテルペン水酸化酵素のクローニングを試みた。本酵素はシトクロームP450型の酵素と考えられている。そこで、シトクロームP450型の酵素という情報を利用してクローニングを行った。ESTのデータベースにオタネニンジン由来シトクロームP450が一例報告されており、そのものをPCRで増幅した。また、同時に、シトクロームP450の保存配列を利用して、オタネニンジンで発現しているシトクロームP450を2種得た。得られた全長クローンを酵母で発現させ、β-アミリン、及び、ダンマレンジオールを基質として反応させ、生成物を調べたが、予想される生成物の確認はできなかった。また、水酸化酵素のクローニングと併せて、モデル植物であるシロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)のオキシドスクアレン合成酵素の機能解析を行った。ゲノム配列が報告されている4種のオキシドスクアレン合成酵素のホモログのcDNAをPCRで増幅し、ラノステロール合成酵素欠損酵母で発現させ生成物を単離し、NMR、及びMSなどのスペクトル解析により生成物の構造を決定した。その結果、それら4種のホモログはラノステロール合成酵素、マラバリカジエンジオール合成酵素、バルオール合成酵素、セコトリテルペン合成酵素であることが判明した。植物においては、一般にトリテルペンモノアルコールはオキシドスクアレンが閉環して生成する。ゲノム情報から、シロイヌナズナにはオキシドスクアレン閉環酵素のホモログが13個存在することが判明しているが、成分研究の報告がないため、シロイヌナズナにおいてどのようなトリテルペンモノアルコールが生産されているか不明である。酵素機能の同定なされていない9種のホモログは、既知の酵素と配列上の相同性が低く、これらの異種生物での発現により新規トリテルペンモノアルコールを得る可能性が非常に高い。そこで、機能未同定の9種のホモログについて機能の同定を行い、新規トリテルペンモノアルコールの大量生産を試みた。まず、ゲノム配列を基にORFを予想し、プライマーを設計した。シロイヌナズナの開花前後の全草からRNAを抽出し、逆転写酵素によりcDNAプール調製した。これを鋳型にPCRを行い、目的のcDNAを増幅した。得られた遺伝子を酵母の発現ベクターに組み込み、ラノステロール合成酵素欠損の酵母変異株に導入し、生成物を単離した。NMR、MSなどの各種機器分析によりそれらの構造を調べた。その結果、9種のうち3種のクローンは、三環性の生成物を与えるクローン、二環生成後、第一環が開裂した生成物を与えるクローン、そして、五環形成後、第三環が開裂した生成物を与えるクローンであることが判明した。三環性の生成物、及び、開裂型トリテルペンを生成物として与える酵素のクローニングは初めての例であり、構造多様性の起源を解明上で非常に重要なてがかりを得たと考えられる。
宇宙放射線に対する効果的な遮蔽材料と被ばく線量評価手法の確立

宇宙飛行士の軌道上での滞在期間は、被ばく線量によってのみ制限されるため、宇宙飛行士の長期滞在化には、宇宙放射線による被ばく線量の低減が最も重要な課題である。加速器照射試験、低地球軌道(LEO)のISS「きぼう」の船内および船外の実測結果から構築したシミュレーション解析から、ISS「きぼう」と同等の遮蔽を持つ球体仮想宇宙船のLEO、月面、地磁気圏外(BLEO)での被ばく線量は、深宇宙での被ばく線量はLEOの3倍、月面環境は2.4倍であった。最も遮蔽効果のあったポリエチレン15 g/cm2を宇宙船内壁に付加すると、LEOでは30%低減、BLEOでは22%の線量を低減できることが分かった。宇宙放射線に対する遮蔽防護技術の確立は、人類が低地球軌道(LEO: Low Earth Orbit)以遠の宇宙へ進出するために必須の研究課題である。地磁気圏外を飛行する有人惑星探査ミッションでは、国際宇宙ステーション(ISS、地球低軌道を飛行)よりもはるかに過酷な放射線環境であり、「宇宙放射線による被ばく」が最も大きなリスクおよびハザードとなる。宇宙放射線に対する防護として、「被ばく線量評価モデルの構築」と被ばく線量をできる限り低減するための「遮蔽材料の検討」を研究課題とした。研究計画として、1実測結果に基づくモデルの構築、2遮蔽材料基礎データの取得と物性評価、3宇宙実験による評価検討、4宇宙実験の計画および国際協力体制の構築、の4つのステップを挙げた。今年度の成果として、ステップ1に相当する、ISS日本実験棟「きぼう」の遮蔽厚や重量・構造等のジオメトリをよく反映したバーチャル「きぼう」と粒子・重イオン汎用モンテカルロコードPHITSを導入した「宇宙放射線被ばく線量シミュレーションモデル」を構築し、2008年6月から2013年9月までに取得したISS日本実験棟「きぼう」船内定点環境モニタリング結果(6か月毎の積算線量およびLET分布)のベンチマーク比較により、課題抽出と改修を行った。「きぼう」船内で実施された様々な組織等価ファントムによる深部線量計測実験結果と、シミュレーションによる評価線量との詳細比較も行い、これまで不確かであった吸収線量と飛行高度、太陽活動、遮蔽厚との相関を線エネルギー付与領域ごとに評価した。ステップ2として、「きぼう」の平均遮蔽厚を持つ仮想宇宙船の計算体系を構築し、船壁の材料の種類や厚さ、遮蔽場所の変化による被ばく線量の変化を評価した。これらの計算結果に基づく効果的な遮蔽材料を重合し、遮蔽能評価のための地上照射実験の立案に着手した。月や火星などの地磁気圏外は、ISS(地球低軌道)よりもはるかに過酷な宇宙放射線環境であり、「宇宙放射線(陽子、重粒子線等)による被ばく」が最も大きな人体リスクと識別されている。将来有人探査計画の被ばく管理を見据え、宇宙放射線による被ばく線量を低減することを目指し、放射線防護ための要素技術として「遮蔽材料付加によるパッシブ遮蔽」を研究課題とした。研究計画として、4つのステップ(1国際宇宙ステーション船内の長期定点エリアモニタリング結果に基づく、被ばく線量シミュレーションコードの構築、2遮蔽材料基礎データの取得と物性評価、3宇宙実験による遮蔽材料評価の検討、4将来有人探査に向けた「遮蔽防護」に関する宇宙実験計画および国際協力体制の構築)を設定。1は、平成26年度に実施済。2は、「きぼう」の平均遮蔽厚を持つ仮想宇宙船の計算体系をA.地磁気圏内、B.地磁気圏外、C.月面に構築し、様々な種類の遮蔽材料(鉛、鉄、アルミニウム、月面土壌コンクリート、月面土壌ゲルマット、ポリエチレン、水、メチルシクロヘキサン、液体水素)の厚さ(130g/cm2)を変えて内壁に付加し、シミュレーションにより遮蔽効果を評価。「きぼう」アルミ船壁と付加遮蔽材料の厚さを変えながら、宇宙放射線のエネルギーを模擬した陽子加速器による照射実験を行い、遮蔽効果のシミュレーション評価値と実測値の比較評価実験を行った。3は、アルミの船壁厚を変えた8種類のケースに封入した線量計を曝露部に設置し、国際宇宙ステーション「きぼう」よりも薄い船壁の領域での軌道上での線量評価実験「Free-Space PADLES」の実測解析中。国際宇宙ステーション実測値および地上照射試験結果、シミュレーションによる評価値を組み合わせることで、地磁気圏外のもっとも効率的な遮蔽材料と厚さについて、実効線量の低減から評価を行う。本研究計画の実施にあたり、1ー4のステップ(3年間、平成26-28年度)を計画した。1「宇宙放射線被ばくシミュレーションモデル」の実測結果に基づく構築【平成26年度】2遮蔽材料の基礎データの取得と組み合わせ物性評価【平成26、27年度】3ISS搭載用遮蔽球体構造の設計検討と宇宙実験による遮蔽効果の定量評価検討【平成26、27年度】⇒国際宇宙ステーション曝露部におけるアルミの船壁厚を変えた8種類のケースを搭載したFree-Space PADLES実験に変更。平成27年度に軌道上実験実施済。4ISSにおける宇宙実験計画の立案と国際協力検討の構築【平成27年度】当初の研究計画通り、ステップ2、3を宇宙実験によるデータ活用を含めて実施を進めており、これらの研究進捗状況およびプレリミナルな成果(国際学会5件、査読論文1件)を下記の通り発表した。

将来有人探査計画の被ばく管理を見据え、宇宙放射線による被ばく線量を低減することを目指し、放射線防護ための要素技術として「遮蔽材料付加によるパッシブ遮蔽」を研究課題とした。研究計画として、4つのステップ(1国際宇宙ステーション船内の長期定点エリアモニタリング結果に基づく、被ばく線量シミュレーションコードの構築、2遮蔽材料基礎データの取得と物性評価、3宇宙実験による遮蔽材料評価の検討、4将来有人探査に向けた「遮蔽防護」に関する宇宙実験計画および国際協力体制の構築)を設定。1は、平成26年度に実施済。2および3は平成27年度に実施済。3の国際宇宙ステーション「きぼう」よりも薄い船壁の領域での軌道上での線量評価実験「Free-Space PADLES」の実測解析を行い、地磁気圏外でもほとんどデータが取得されていない曝露環境の宇宙放射線計測データを取得した。1ー3の結果から、地磁気圏外のもっとも効率的な遮蔽材料と厚さ、実効線量の低減に向けた「遮蔽防護」に関する手法の有効性評価を行った。4については、宇宙機関および大学が主催する宇宙放射線検出器およびシミュレーション等に関する交際会議(Workshop on Radiation Monitoring for the International Space Station)および将来探査に関する放射線防護に関する国際会議i-SMT SpaceRadiationに参加し成果を報告、次年度以降に主催国となるための国際調整を行った。これらの成果を踏まえ、2017年に向けた、HAKUTOローバーを用いた実地磁気圏外(月面)環境の線量計測宇宙実験の立案と協力につなげた。宇宙飛行士の軌道上での滞在期間は、被ばく線量によってのみ制限されるため、宇宙飛行士の長期滞在化には、宇宙放射線による被ばく線量の低減が最も重要な課題である。加速器照射試験、低地球軌道(LEO)のISS「きぼう」の船内および船外の実測結果から構築したシミュレーション解析から、ISS「きぼう」と同等の遮蔽を持つ球体仮想宇宙船のLEO、月面、地磁気圏外(BLEO)での被ばく線量は、深宇宙での被ばく線量はLEOの3倍、月面環境は2.4倍であった。最も遮蔽効果のあったポリエチレン15 g/cm2を宇宙船内壁に付加すると、LEOでは30%低減、BLEOでは22%の線量を低減できることが分かった。本研究計画の実施にあたり、1ー4のステップ(3年間、平成2628年度)を計画した。当初の研究計画通り、ステップ1、2に着手し、これらの研究進捗状況およびプレリミナルな成果を国内学会4件および国際学会6件、本研究に関連する査読論文および出版物3件(内1件は投稿中)に報告できた。1「宇宙放射線被ばく線量シミュレーションモデル」の実測結果に基づく構築【平成26年度】2遮蔽材料の基礎データの取得と組み合わせ物性評価【平成26、27年度】3ISS搭載用遮蔽球体構造の設計検討と宇宙実験による遮蔽効果の定量評価検討【平成26/27年度】4ISSにおける宇宙実験計画の立案と国際協力体制の構築【平成28年度】
心不全増悪要因としての脳内ナトリウムハンドリング異常:機序解明と治療法の確立

圧負荷心不全モデルでは、脳内ミネラルコルチコイド受容体(MR)の発現は有意に増加し、同時にアンジオテンシンtype 1受容体(AT1R)の発現も増加した。圧負荷モデルに食塩負荷を行うと、脳内MR-AT1R経路が更に亢進し交感神経活性化が促進された。心不全モデルでは食塩負荷に対するNaチャネル抑制系:CYP-EET経路の活性化が消失していた。以上の結果から、圧負荷心不全モデルにおいて、脳内MR経路活性化、CYP-EET経路活性不全が食塩負荷による交感神経活性化に関与することが示唆された。これまでの研究(H19-20文部科学研究費若手研究スタートアップ)で申請者は、圧負荷モデルにおいて心機能低下が生じる前から食塩摂取により交感神経活動亢進が生じること、また脳室内への高Na人工脳脊髄液投与による血圧・心拍数増加反応が増強することを確認した(Circ Res 2009)。以上より、圧負荷モデルにおいては、脳内Naハンドリングの異常が生じていることが示唆された。そこで、本研究ではNaハンドリング異常の機序として、脳内ミネラルコルチコイドレセプター(MR)と上皮型Naチャネル(ENaC)に注目した。腹部大動脈Bandingで圧負荷モデルを作成。4週間後の時点(AB4群)では、軽度の壁肥厚(LVH)を認めるものの、左室収縮能の低下は認めないモデルであるあり、上記の食塩感受性を獲得していることが確認されている。本モデル(AB4群)を用いて、sham手術群と脳室周囲組織のおけるMR/ENaCの発現を比較した。その結果、AB4群おいて有意にMRおよびαENaCの発現増加を認めた。このαENaCの発現増加および食塩摂取による交感神経活動亢進は、Banding作成と同時にMRブロッカー(エプレレノン)を脳室内に持続投与することで有意に抑制された。また、長期(4週間)食塩負荷後においても、脳内MRの発現の増加および交感神経活動亢進は持続し、心機能の著明な低下を来たすことを確認した。そこで、AB4群への長期食塩負荷と同時に脳室内へMRブロッカー持続投与を行い、交感神経活動亢進および心機能低下へ及ぼす効果を検討した。その結果、交感神経活動亢進の有意な抑制を生じ、心機能低下も抑制された。以上、今年度の研究で、圧負荷モデルにおける脳内Na感受性獲得機構として、脳内MR-ENaC経路の亢進が関与することを明らかにした。申請者は「心不全増悪要因としての脳内Naハンドリング異常」の機序解明を目標に本研究を行い、Naハンドリングに重要な役割を演じるミネラルコルチコイド受容体(MR)-上皮型Naチャネル(ENaCs)経路の心不全における脳内動態について検討を行った。心不全モデルとして大動脈bandingによる圧負荷心不全モデルを作成した。脳内MR-ENaCsの発現は、慢性(4週間)圧負荷が加わることで有意に増加を認めた。同時に本モデルにおいて脳内アンジオテンシンtype 1受容体(ATIR)の発現増加も確認した。慢性圧負荷に伴う脳内ATIR発現増加は、脳室内MR blockerで抑制され、逆にAT1R blocker投与で、脳内MR発現抑制が生じないことを確認し、「圧負荷→脳内MR経路活性化→脳内ATIR発現増加」が生じていることが示唆された。研究計画にあるようにAT1Rノックアウトマウスをもちいた検討でも、同結果を示唆する結果が得られた。慢性圧負荷モデルに食塩負荷を行うと、脳内Na取り込み亢進が生じ、脳内Na濃度が上昇することでAT1R(脳内レニン-アンジオテンシン系)活性化を来たし、さらに脳内MR活性化が亢進することを明らかにした。さらに、これらの脳内MR-AT1R系の活性化により、交感神経活性化-心機能低下が促進されることも確認した。ENaCs活性化機序として、申請者はENaCs抑制系としての脳内CYP-EET経路の関与を検討した。対照群では、食塩負荷によってENaCs抑制系であるCYP-EET経路の脳内での活性化を来たすが、心不全モデルではその反応が消失していることも確認した。以上、本研究において、心不全モデルにおけるNaハンドリング異常が、脳内MR-ENaCs-AT1R経路活性化によって生じることが明らかとなり、今後の心不全治療ターゲットとして本経路の重要性、有望性を確認できた。
分布形が分からない確率変数を考慮した時間依存型耐震信頼性評価

研究の目的:鉄筋コンクリート(以降,RC)構造物は,極めて耐久性に富み,基本的にメンテナンスフリーであると考えられてきた.しかしながら,ここ数10年の間に塩害等に起因する構造物の耐力低下が問題となり,腐蝕環境における既存RC構造物の耐震性能の劣化の評価は重要であるとの認識が高まってきた。本研究は腐蝕環境における鉄筋コンクリート構造物の動的性能に着目し、疲労、腐蝕など複数の耐力劣化要因の共同作用の影響を明らかにする上で、分布形が分からない確率変数を考慮した性能評価及び動的時間依存型耐震信頼性評価法を提案することを目的とする。1.時間依存型信頼性評価法に基づく腐食したRC構造物耐用年数予測:塩害による劣化過程として二つの状態、即ち、潛伏期と劣化期に分けられる。ここでは、水セメント比などの内部の要因と長期荷重によるひび割れ幅などの外部の要因を考慮した塩化物イオンの拡散速度の新しいモデルを提案し、時間依存型信頼性理論に基づく潛伏期と劣化期の予測手法を開発した。研究結果は国際会議で論文2篇口頭発表した、現在は国際雑誌の論文として審査されている。2.確率分布形が分からない確率変数を考慮した動的時間依存型信頼性評価法を提案:分布形が分からない確率変数に対してその統計データから必ず平均値、標準偏差、歪度、尖度等のモーメントが計算できる。分布形が分からない確率変数を考慮した時間依存型耐震信頼性評価を行う基本的な考えは、分布形の変わりに、直接確率変数のモーメントを用いる。研究結果は論文1篇準備されている。・耐力劣化モデルの構築:上述の「研究目的」で述べた腐蝕環境におけるRC構造物の耐震信頼性評価を行うために、鉄筋コンクリートの耐力(曲げ、せん断)劣化モデルを構築する必要がある。この研究では、鉄筋の腐蝕確率モデルと時間依存型耐力(曲げ、せん断)劣化確率モデルを提案した。その研究成果は学術雑誌ACI(American Concrete Institute)Structural Journal1篇審査中。・確率変数のモーメント特性に関する研究:確率分布形が分からない確率変数として、分布形の代わりに確率変数のモーメントに基づく構造信頼性評価と構造信頼性設計を目的とする。この研究では、確率変数の平均値、標準偏差、歪度、尖度などをパラメータとするCubic Normal分布に基づいて、簡単な4次モーメント信頼性指標を提案した。また、モーメント法に基づく荷重・耐力係数算定の一般式を導出し、4次モーメント法による荷重・耐力係数の簡単算定式を提案した。算定法は設計点の概念を用いず、陽的式で表している。4次モーメント法による荷重・耐力係数の算定式は3次モーメント法による算定式を改良しており、既往のFORMで得られた荷重・耐力係数とはかなり違うものの、荷重・耐力係数を用いた設計効果は一致している。また、提案した算定法では、確率変数の分布形が分からなくても、荷重・耐力係数を設定することができる。その研究成果は日本建築学会構造系論文集1篇で公表した。研究の目的:本研究は腐蝕環境における鉄筋コンクリート構造物の動的性能に着目し、疲労、腐蝕など複数の耐力劣化要因の共同作用の影響を明らかにする上で、分布形が分からない確率変数を考慮した性能評価及び動的時間依存型耐震信頼性評価法を提案することを目的とする。2.分布形が分からない確率変数を考慮した構造信頼性評価法に関する研究:構造信頼性解析では、外力や抵抗に含まれている不確定性は、通常、確率分布形が分かる確率変数として表されます。現実にデータが不十分のため、分布形がわからない確率変数が数多く存在している。本研究では分布形が分からない確率変数を含む構造信頼性分析を行う手法を提案した。提案した方法は日本建築学会構造系論文集で公表した。一方、確率変数の分布形を決定するために、観測データにフィットする予想分布として幅広く用いられる正規、対数正規分布などの分布形はほとんど平均値と標準偏差の二つのパラメータで決められる。一旦平均値と標準偏差が決定すると、分布形の高次モーメントも決められ、分布形の重要な特徴としての歪度及び尖度などは自由に選択できないことは問題点である。本研究では統計データを精度よくフィットするために平均値、標準偏差、歪度及び尖度の四つのパラメータで決められる分布形として、Cubic normal分布及びその構造信頼性評価へ応用を考察することを試みた。この研究は国際雑誌(Structural Engineering and Mechanics)で発表されている。

ここでは、水セメント比などの内部の要因と長期荷重によるひび割れ幅などの外部の要因を考慮した塩化物イオンの拡散速度の新しいモデルを提案し、時間依存型信頼性理論に基づく潛伏期と劣化期の予測手法を開発した。研究結果は国際会議で論文2篇口頭発表した、現在は国際雑誌の論文として審査されている。2.確率分布形が分からない確率変数を考慮した動的時間依存型信頼性評価法を提案:分布形が分からない確率変数に対してその統計データから必ず平均値、標準偏差、歪度、尖度等のモーメントが計算できる。分布形が分からない確率変数を考慮した時間依存型耐震信頼性評価を行う基本的な考えは、分布形の変わりに、直接確率変数のモーメントを用いる。研究結果は論文1篇準備されている。
慢性期脊髄損傷の回復を目指す研究－多能的新規化合物デノソミンの作用機序－

脊髄損傷マウスに新規化合物デノソミンを経口投与すると運動機能が改善し損傷部位の軸索密度が回復することを見出しその作用機序を解析した。デノソミン処置により損傷部位にアストロサイトが増加し、アストロサイトからvimentinが分泌されること、細胞外から働きかけるvimentinの作用として軸索伸展の促進があることを初めて明らかにした。さらに、vimentinがのシグナリングを解析した結果、神経細胞上のIGF1受容体を直接活性化して軸索伸展を促進させる機序を初めて見出した。前年度の研究では、脊髄損傷マウスにデノソミンを経口投与すると運動機能障害が有意に改善され、損傷部で軸索の伸展とアストロサイトの増加が認めらることを明らかにした。デノソミン投与によって、脊髄損傷部位で増加するアストロサイトからvimentinが分泌されるようになること、従来、細胞内の中間径フィラメントとして役割を果たすはずのvimentinが、細胞外から作用した時には軸索伸展を促進させるという新しい知見を得た。【今年度の実績】Vimentinの損傷部位での役割をin vivoで検討した。まず、デノソミン投与群の損傷脊髄組織中でのvimentinの局在を検討した。Vimentinは主として細胞外基質ラミニンの局在と重なったが、細胞膜・細胞質タンパク質であるβ-actinとはあまり重ならず、細胞外に存在するvimentinがあることを示した。また、脊髄損傷直後に、損傷部に直接、vimentinを微量注入しその後10日間の運動機能を評価したところ、vimentin投与群で有意に後肢運動機能が高まった。Vimentinのシグナル経路を検討する目的で、培養大脳皮質神経細胞にvimentinを処置し10分後にライセートを作製しリン酸化タンパク質を網羅的にアレイ解析した。Vimentin刺激によりリン酸化を受けたタンパク質のうち、特にリン酸化酵素に対して候補として的を絞り、それらの阻害剤を用いて、vimentinによる軸索伸展活性が阻害されるかどうかを検討した。軸索伸展阻害基質CSPGコーティング上に播種したことで軸索伸展が阻まれている条件下の大脳皮質神経細胞にvimentin処置し、同時にリン酸化酵素阻害剤も処置し6日後の軸索長を検討した。結果として、PLCγ、PI3 kinase、MEK、CaM kinase IIが少なくとも関与している可能性が示された。【前年度までの取り組み】前年度までの研究では、脊髄損傷マウスにデノソミンを経口投与すると、運動機能障害が有意に改善され、これらマウスの損傷部で軸索の伸展とアストロサイトの増加が認められることを明らかにした。デノソミンのメカニズムとして、アストロサイトからvimentinの分泌が促進されることをin vitro、in vivoで証明した。Vimentinの細胞外から作用として軸索伸展を促進させるという新しい知見を得た。脊髄損傷直後に損傷部に直接、vimentinを微量注入すると有意に後肢運動機能が高まることも見出した。【今年度の実績】Vimentinのシグナル経路を検討する目的で、培養大脳皮質神経細胞にvimentinを処置し10分後にライセートを作製しリン酸化タンパク質を網羅的にアレイ解析した。Vimentin刺激によりリン酸化を受けたタンパク質のうち、IGF1受容体に着目し、以下の結果を得た。1)大脳皮質神経細胞をvimentin刺激するとIGF1受容体のリン酸化が上昇した。2)大脳皮質神経細胞に対してIGF1受容体の中和抗体やblocker処置後にvimentin刺激すると軸索伸展が見られなくなった。3) DARTS法とWestern blotting法の組み合わせにより、マウス大脳皮質のライセート中のIGF1受容体とリコンビナントvimentinとが直接結合することを明らかにした。脊髄損傷マウスにDenosominを14日間経口投与すると、後肢運動機能が有意に改善した。投与後7日目、14日目と日を追って組織染色を行ったところ、セロトニン陽性の縫線脊髄路の軸索が損傷部位を越えて尾側に伸展することと、アストロサイトが損傷部に増加することを見出した。培養アストロサイトをDenosomin処置した後の培地を培養大脳皮質神経細胞に加えると軸索が伸展した。そこでDenosomin処置によりアストロサイト中で増加するタンパク質として、2次元電気泳動とLC-MS/MS解析によりvimentinを同定した。培養大脳皮質神経細胞にvimentinを処置すると有意に軸索が伸展した。また、脊髄損傷マウスの損傷部位ではvimentinが増加し、vimentinに沿って伸展するセロトニン陽性軸索が増加することも確認した。またDenosomin投与群のグリア瘢痕内では、vimentinを発現するアストロサイトの割合がコントロール群に比べて増加した。一方、軸索伸展の阻害因子であるCSPGを発現するアストロサイトの割合はDenosominによって変化しなかった。以上の結果より、Denosominの脊髄損傷改善作用の機序として、アストロサイトからのvimentin分泌を促進し、それによる軸索伸展作用により運動機能制御に関わる軸索の成長が亢進することが示唆された。

23年度の研究により、軸索阻害因子を分泌するアストロサイトの負の側面を正に転換させることが薬物によって可能であるという興味深い知見と、中間径フィラメントであるvimentinに軸索伸展作用があるという新しい事実が発見された。現在、脊髄損傷の急性期から慢性期にわたって、損傷部位でのvimentin発現がどのように変化しているかを検討中であり、vimentinの制御が損傷慢性期の克服に繋がるかどうかを調べる予定である。当初の計画では、平成24年度までにデノソミンのシグナリング分子を同定することを目指していた。H24年度の研究では、デノソミンの主要な作用が活性化アストロサイトの役割変化(機能改善に繋がる正の作用の強化)であり、その作用を担っているのがデノソミンによって増加して分泌するvimentinであることがわかった。さらにvimentinのシグナルパスウェイの解析にも着手した。よって、デノソミンによる機能改善というoutputに近い位置のイベントを、まだ断片的ではあるが明らかにしつつある。Denosomin作用機序の鍵となる分子として、アストロサイトから分泌されるvimentinの役割りを明らかにすることができた。中間径線維であるvimentinは、主としてアストロサイトの骨格因子としての役割が知られてきたが、vimentinが細胞外に分泌され神経細胞にはたらきかけることを示唆する本研究の知見は新規であり、かつ神経細胞とアストロサイトの連関を解明する端緒として大きな意味を持つものである。これは初年度での研究進展の予想を超える非常に興味深い新しい発見である。Vimentinによる軸索伸展のシグナリングパスウェイを明らかにする。特にVimentinが最初に結合する標的タンパク質を同定する。これに関してはすでにいくつかの候補を得ているため、それらに対する中和抗体やsiRNAでの処置を施してvimentinの作用がキャンセルされるかを検討する予定である。慢性期脊髄損傷マウスの損傷部に、vimentinを連続微量注入し運動機能障害の改善を評価する。脊髄損傷慢性期の機能不全を固着化させていると思われるいくつかの変化の程度(M2 macrophageの減少、グリア性瘢痕の強固化、運動ニューロンや筋組織の萎縮、下行性伝導路の可塑性の低下)を、損傷後3か月のモデルマウスで組織学的に検討する。それらに対して、デノソミン投与やvimentin注入の効果を検討する。Vimentinの軸索伸展作用をin vivoでも証明するために、脊髄損傷マウスの損傷部位に直接vimentinを投与して運動機能の改善作用や軸索伸展作用を検討する。また、vimentinによる軸索伸展作用のシグナリングを解析する。さらに、脊髄損傷慢性期で特異的に発現変化する分子の同定を、2次元電気泳動とLC-MS/MS解析により網羅的に行う。