hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
アスパルテーム前駆体酵素合成系における複合体形成を考慮した晶析,抽出,反応の解析

ペプチドの酵素合成反応ではアミノ酸を基質として用いるため,カルボキシル成分となる基質の負電荷とアミン成分となる基質の正電荷の間で,これらイオン対の塩が形成することがこれまでの研究で分かってきている。ここでとりあげている人工甘味料アスパルテームの前駆体の合成反応系では,カルボキシル基質に2つのカルボキシル基,アミン基質に1つのアミノ基,生成物に1つのカルボキシル基があり,さらに基質と生成物はフェニル基を有するため疎水的なインターラクションも存在する。本研究では,晶析,抽出,反応のそれぞれの系において,そのようなインターラクションにより形成される塩などの複合体の影響を考慮し,より広範囲な濃度条件下における平衡式・速度式を提出することを目的としている。本年度は,生成物であるZ-アスパルテームとアミン基質であるL-フェニルアラニンメチルエステルの2成分系での複合体形成を考慮した溶解度平衡,抽出平衡の解析をもとに酵素反応系に及ぼす複合体形成の影響について検討を行った。カルボキシル基質であるZ-アスパラギン酸の濃度に対しアミン基質濃度が著しく高い系においては,みかけの反応平衡定数の低下が認められ,カルボキシル基質濃度の上昇に伴ない,反応速度が低下するという結果が得られた。通常は,基質阻害以外にはこのような現象はみられないが,両基質濃度を変化させた広範な条件で得られた結果は,基質阻害では説明することが困難であった。前年度までに得られた結果を基に,イオン対の複合体形成を考慮したモデルに基づいて有効基質濃度を推算した結果,みかけの平衡定数の変化を良好に説明することができた。また反応速度に関しては,これまでに提出した完全可逆Theore11-Chance機構に基づく反応速度式が適用可能であることが明らかとなり,これらの現象がイオン対形成による有効濃度の低下に伴うものであると考えられた。ペプチドの酵素合成反応ではアミノ酸を基質として用いるため、カルボキシル成分となる基質の負電荷とアミン成分となる基質の正電荷の間で,これらイオン対の塩が形成することがわかっている。ここでとりあげている人工甘味料アスパルテ-ムの前駆体の合成反応系では、カルボキシル基質に2つのカルボキシル基,アミン基質に1つのアミノ基,生成物に1つのカルボキシル基があり,さらに基質と生成物はフェニル基を有するため疎水的なインターラクションも存在する。本年度は,晶析系ならびに抽出系において,生成物であるZ-アスパルテ-ムとアミン基質であるL-フェニルアラニンメチルエステルの2成分系での複合体形成を考慮した溶解度平衡,抽出平衡の解析を行った。晶析系では,アミン基質濃度の上昇に伴ない,純粋なZ-アスパルテ-ムが晶析する酸性条件下においては複合体量が増加するために生成物のみかけの溶解度は上昇し,両成分のイオン対塩が晶析するような中性付近のpHにおいては溶解度積の関係からみかけの溶解度は低下した。また抽出系では,アミン基質濃度の上昇に伴ない,アミン基質が水相中に分配する中性より低めのpHにおいては生成物のみかけの分配比は低下し,アミン基質が有機相中に分配する中性より高めのpHにおいてはみかけの分配比は上昇した。このような複雑な挙動は,イオン対などの複合体形成を考慮したモデルに基づき提出した式により良好に説明することが可能であった。なお,酵素反応に関しては,逆相クロマトグラフィーを用いて標準基質の加水分解反応をモニターすることにより,従来法より信頼性の高い酵素濃度の値を求められることを明らかにした。

また反応速度に関しては,これまでに提出した完全可逆Theore11-Chance機構に基づく反応速度式が適用可能であることが明らかとなり,これらの現象がイオン対形成による有効濃度の低下に伴うものであると考えられた。
グローバル化・階層化社会における道徳教育―独仏英の市民性教育に基づく授業法開発―

本研究では英独仏の学校を取り巻く社会の多民族化・多文化化の進展度と、それぞれの児童が暮らす生活の文脈、さらに保護者の生活の在り方などを考慮に入れ、保護者をも巻き込みながら、児童の立場に立ち社会への包摂を目指して進められる市民性教育の在り方が明らかになった。これらの国々の市民性教育では、読み物資料を用いることもあるが、読み物資料から得られる知識だけでなく、ロールプレイ等を通した具体的行動の練習や具体的場面の経験、さらに他者との協力の大切さを感じさせるためのグループワークなど、多種多様な形態で行われている。こうした市民性教育は、日本における道徳教育の今後の可能性を示唆するものとも考えられる。平成26年4月9月までは、文献調査を行い、ドイツ・フランス・イギリスの3か国における市民性教育に関する教育課程や法的枠組みなどに関する基礎的情報を収集した。平成26年10月平成27年3月には、パリ市20区、ロンドン市イーストエンド地区に所在する小学校に関する情報を収集するとともに、訪問調査の準備を行った。平成26年11月13日・14日には、ベルリン市ノイケルン地区において小学校二校を訪問し、調査の打ち合わせを行った。平成27年2月には、ベルリン市ノイケルン地区において小学校二校を再訪問し、調査を実施した(概要は以下のとおり)。2015年2月16日(月)10時30分13時レーヴェン・ツァーン小学校滞在。校内見学、社会的学習に関する取組概要のレクチャー、社会的学習の授業見学を実施。2015年2月17日(火)08時30分14時45分レーヴェン・ツァーン小学校滞在。朝食指導の見学、問題児童の生徒指導と退学可否に関する職員会議の見学、仮装ダンス(カーニバル)の校内行事見学、保護者カフェの見学、児童館見学を実施。2015年2月18日(水)10時14時45分ヘルマン・ザンダー小学校滞在。3名の教職員のインタビュー、5年c組の英語授業見学、6年d組の英語授業見学を実施。2015年2月19日(木)09時30分14時30分レーヴェン・ツァーン小学校滞在。2名の教職員のインタビュー、問題解決係の養成教育の見学を実施。2015年2月20日(金)07時50分11時20分レーヴェン・ツァーン小学校滞在。社会的学習の授業見学、学級会の見学、1名の教職員のインタビューを実施。11時50分14時10分ヘルマン・ザンダー小学校滞在。5年b組の社会的学習の授業見学、5年b組の社会的学習の授業見学を実施。平成27年5月20日から22日までパリ市20区において小学校2校を訪問し、25日から29日まではロンドン市イーストエンド地区で移民系児童の生活環境を調査した。パリ市20区における調査期間は計4日間であり、休み時間中には児童および教師へのインタビューも行った。調査の対象は、ベルリン市での調査と同様、教科書、教師の意識(授業の狙い、注意している点など)、子どもたちの実態(家庭関係、階層、宗教、興味関心、授業についての感想など)などであった。また、ロンドン市では、最新の各種研究において取り上げられている地域の実態を視察し、文献調査から得られた知見を補強した。その他、平成26年度に行ったベルリン市の小学校訪問調査の成果を分析し、各学校における道徳教育の特徴と課題を明らかにした。これらの調査から明らかになったのは、独仏英の学校を取り巻く社会の多民族化・多文化化の進展度と、それぞれの児童が暮らす生活の文脈、さらに保護者の生活の在り方などを考慮に入れ、保護者をも巻き込みながら、児童の立場に立ち社会への包摂を目指して進められる市民性教育の在り方である。これらの国々おける市民性教育は、日本における道徳教育と同様に読み物資料を用いることもあるが、読み物資料から得られる知識だけでなく、ロールプレイ等を通した具体的行動の練習や具体的場面の経験、さらに他者との協力の大切さを感じさせるためのグループワークなど、多種多様な形態で行われている。こうした多民族化・多文化化の下での市民性教育は、現在、グローバル化の影響下におかれている日本における道徳教育の今後の授業形態の可能性を示唆するものと考えられる。当初の研究計画においては、平成26年度の研究計画を以下のように設定していた。1.平成26年4月から9月には文献調査を行い、ドイツ・フランス・イギリスの3か国における市民性教育(とりわけベルリン市、パリ市、ロンドン市に焦点を絞る)に関する教育課程や法的枠組みなどに関する分析を行う。2.平成26年10月から平成27年1月にかけては訪問調査の対象校を選定し、必要に応じて当該地域の教育委員会等の理解も得ながら、調査のためのアポイントメントを得る。

3.平成27年2月から3月にはベルリン市ノイケルン地区で学校を訪問し、調査を行う。このうち、第1点および第3点についてはすでに計画が実施されている。また、第2点については、現在、訪問調査の対象校の選定が完了し、アポイントメントを得る作業を進めている段階にある。以上のことから、研究計画はほぼ予定通りに進捗しているといえる。教育学平成27年5月には、パリ市ならびにロンドン市で学校を訪問し、調査準備のための打ち合わせを行う予定である。平成27年9月12月の間には、パリ市ならびにロンドン市で学校を訪問し、市民性教育と道徳教育に関する調査を実施する予定である。平成27年度10月平成28年3月には最終的に得られた結論を踏まえ、日本国内の学会において研究発表を行い、研究成果報告書を作成する予定である。物品の購入価格が予定よりも安かったため。当初の予定通り、物品の購入費として使用する予定である。
東北地方および北海道の最終氷期以降の大型植物化石群集

1.現地調査:1989年7月23日から9月1日まで次に述べる東北地方の各地で現地調査を行い、堆積物試料および大型植物化石を採集した。主な地域と時代は、次の通り。東北地方上北地区の約2.6万年前の大不物浮石と、約1.2万年前の八戸浮石直下の埋没林、およびそれぞれの下位の泥炭層。北海道苫前・羽幌地区の最終氷期前半の堆積物(広域テフラ・Aso-4,Toyaを確認)。十勝平野南部の最終氷期前半のビラオトリ層(広域テフラAso-4を確認)。2.結果:現在までの主な新知見は次の通り。a.北海道、東北地方でアカエゾマツの名で報告されているトウヒ属球果は、関東地方や近畿地方でヒメマツハダ近似種として報告されているものと近縁である可能性がある。b.大不動浮石および八戸浮石直下から上産出する炭化化石で、トウヒ属小枝には葉が付いているが、カラマツ属小枝には葉が付いていない。これら両浮石はカラマツ属の葉が落葉する時期に噴出したものと考えられる。c.従来これらの地域の草本化石フロラはほとんど解明されていなかった。いずれの地点でも、カヤツリグサ科などの小さな草本種実も豊富に含まれており、草本フロラの変還が解明された。d.苫前・羽幌海岸の草本種実は、おもに湿地や池沼に生育する要素から構成されている。最終氷期前半にはこの地域は、湿地あるいは湿原であり、やや乾燥してトウヒ属やグイマツを主とする針葉樹林が発達した時期もあった。
皮膚皮弁における血流と自律神経支配の病態生理学的解析

ラットの皮膚の自律神経線維を抗tyrosin3-monoxygenase (TH)、あるいは抗cholinacetyltransferase (ChAT)抗体を用いて検出するための予備実験を行った。ラット背部の皮膚をネンブタール麻酔下に除毛してから全層で5×5mm採取し、液体窒素を用いて急速凍結した後クリオスタットにて30μmの標本切片を作製した。4%パラホルムアルデヒドにて固定し、H_2O_2処理の後にまずChemicon社製兎ポリクローナル-次抗体(TH: 5000倍、ChAT: 1000倍)、次にVector社製2次抗体をそれぞれ30分間反応させ、アジピン-ビオチン-ペルオキシダーゼ液を滴下して、最後にジアミノベンチジン液にて発色させた。脱水、封入後、光顕にて鏡検した結果、TH, ChATいずれの場合も血管、汗腺周囲に強い免疫陽性組織を認め、自律神経線維の局在の検出が可能であると判断した。そこで、有茎皮弁を挙上して一週間経過した後に作製した標本も同様に染色し比較した。皮弁を挙上した群では血管周囲のTH抗体陽性組織の減少が認められたが、ChAT抗体陽性組織に差は認められなかった。今後は、皮弁挙上前、後6、12、24時間後、2日後より1日毎にレーザードップラー血流計を用いて皮膚血流を測定した後に標本を作製した血流と自律神経系の支配の変化の関係を明らかにする予定である。さらに、血管壁でのadrenergicおよびcholinergic receptorの分布の変化を核酸ハイブリダイゼーション法を用いてmRNAの発現を調べて推測し、血流、自律神経支配とレセプターとの関係も調べる予定である。
腫瘍局所の代謝に注目した新たなる直腸癌術前免疫放射線療法の開発

がん組織には特殊な代謝系が存在し、免疫細胞がその機能を十分に発揮できない環境にあることが示唆されている。放射線照射によって、腫瘍が崩壊するとさらに変化が加わることが予想される。そこで、本研究では、自然肺転移をきたす大腸癌マウスモデルを用い、局所照射+抗PD-1抗体併用治療に代謝に関連する二種の免疫賦活作用物質、アデノシン阻害剤、メトホルミンを上乗せすることにより、その治療効果の如何なる変化が得られるか?を動物実験で検証し、ヒトに応用できる実用的な免疫放射線療法の治療プロトコールを見出すことを最終目的とする。
含気蜂巣抑制に伴う周囲組織と中耳腔との位置関係について(動物実験的研究)

人の慢性中耳炎や中耳真珠腫に代表される中耳慢性炎症病態例では、含気蜂巣の抑制と共に上鼓室天蓋部の低下やS状静脈洞の前方偏位などの病的状態を呈していることが多く、このような病態は中耳から乳突洞やさらに末梢の乳突蜂巣への換気を障害し、中耳慢性炎症病態を継続する要因となっている。そこで生後6ヶ月の短期間で人と同様な乳突蜂巣を形成する豚を用いて、蜂巣の抑制される過程と上鼓室天蓋部の低下やS状静脈洞の前方偏位状態との関係について研究を行った。実験は豚の左耳について、生後7日以内の発育早期に経外耳道的に鼓膜を破って中耳腔内に流動パラフィン1.5mlを注入した。全体で15頭15側でこのうち4側に乳様突起自体の抑制を認めた。また実験結果を臨床的に反映するために、人と豚の側頭骨含気蜂巣の正常発育過程について比較検討した。豚の実験結果から、側頭骨の発育早期に加わった含気腔内の炎症性刺激のために、腔上皮下の骨代謝が障害されると含気蜂巣は抑制され、さらに外側骨膜部での骨代謝も同時に障害されると、乳様突起自体の発育も抑制された。これら含気蜂巣の抑制および乳様突起自体の抑制を認めた部位は線維性造骨による骨代謝様式を示していた。一方人の線維性造骨形態を示す部位として、上鼓室天蓋、乳突蜂巣後壁部、側頭骨外壁部と乳様突起先端が観察され、部位によってその発育時期が異なっていたが、これらの部位での発育期内の骨代謝の障害は慢性中耳炎例や中耳真珠腫例の手術時に見られる上鼓室天蓋部の狭小化、S状洞の前方偏位や肥厚した骨皮質所見につながる病態と理解出来た。以上より、線維性造骨部位について、含気腔の部位別発育時期を考慮して、その発育期間内の炎症性刺激を避けることが、後の含気腔や側頭骨の抑制状態を防ぎ、延いては中耳慢性炎症病態への移行を予防する意味からも重要な点と考えた。生後1週間以内のミニ豚4頭を使用し、生後1週目、1カ月、2カ月、3カ月のそれぞれの時点でネンブタ-ル麻酔下に経外耳道的に鼓膜を穿通して左中耳腔内に流動パラフィンを注入し、抗生物質等の使用は行わずにそのまま放置した。反対側(右)はコントロ-ルとして保存し、その後通常に飼育して生後6カ月の時点で全頭断頭した。現在エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム(EDTA)で脱灰中であり、組織標本の作成はまだである。1)断頭後鼓膜を観察するに、全例で処置側に残存鼓膜の発赤・肥厚と穿孔を認め、このうち生後3カ月目で処置を行った症例では膿性の耳漏を認めた。全例で慢性の中耳炎状態であったと推測され、中耳含気腔内の継続した炎症病態を作成する目的は達せられたと考える。反対側(コントロ-ル側)の鼓膜は発赤や穿孔も認めず、全く正常な状態であった。

2)肉眼的に豚側頭骨の乳様突起表面を観察するに、コントロ-ル側と比較し骨表面の色調は明らかに白色を帯び、乳様突起表面軟部組織の血流低下が強く推測された。3)乳様突起そのものの発育程度は、頭蓋底よりの計測でコントロ-ル側と比較してやや短い様な印象を受けるが、正確には内耳の蝸牛先端を始点として長径を計測するため乳様突起の割面作成後に計測する予定である。4)EDTAにて脱灰終了後、HE染色、マッソントリクロ-ル染色にて標本を作成し、含気腔上皮の状態、上皮下の骨代謝層、骨皮質および外側の乳様突起表面骨膜の状態、骨膜下骨代謝層について観察予定である。1)生後3ヶ月以降のミニ豚4頭を使用し、生後3ヶ月、4ヶ月、5ヶ月、6ヶ月のそれぞれの時点でネンブタール麻酔下に経外耳道的に鼓膜を穿通して左中耳腔内に流動パラフィンを注入し、その後抗生物質等の使用は行わずにそのまま放置した。反対側(右)はコントロールとして保存し、その後通常に飼育し5ヶ月処置群までは生後6ヶ月目で、また6ヶ月処置群は処置後2周目で断頭した。現在エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム(EDTA)で脱灰中である。2)断頭後鼓膜を観察するに、処置側の鼓膜は昨年度と同様に鼓膜の発赤および穿孔を認め,全例で慢性中耳炎の状態であった。反対側の鼓膜は全く正常で,コントロールとした。処置側乳様突起表面の色調は昨年度の実験と同様にやや白色を呈し,乳様突起自体の発育も抑制されているような印象を受けたが,昨年度ほどその傾向は明らかでなかった。現在組織標本を作成中である。3)平成3年度の組織標本観察の結果,生後一週および1ヶ月目処置例の処置側とコントロール側ではその乳様突起自体の発育程度が明らかに異なり、作成標本上での計測で蝸牛先端より乳様突起先端までの長さが有意差(Wiicoxon test p〈0.02)を持って処置側で抑制されていた。またその含気腔の抑制も明かで著明な蜂巣抑制状態を呈していた。組織学的にも含気上皮下の骨代謝層は著明に抑制されており、腔拡大に伴う骨吸収過程が処置による中耳腔上皮の炎症性変化により著しく抑制された所見を呈していた。また乳様突起表面骨膜下の骨代謝層でも同様な組織学的変化が観察され、中耳腔内に加わった炎症性刺激が外側の骨膜下までおよんだことを示していた。この結果は蝸牛を中心とした上鼓室天蓋やS状洞などの周囲組織までの距離が、中耳腔内の炎症性刺激による影響を受ける可能性を強く示唆した結果と考えられる。人の慢性中耳炎や中耳真珠腫に代表される中耳慢性炎症病態例では、含気蜂巣の抑制と共に上鼓室天蓋部の低下やS状静脈洞の前方偏位などの病的状態を呈していることが多く、このような病態は中耳から乳突洞やさらにその末梢の乳突蜂巣への換気を障害し、中耳慢性炎症病態を継続する要因となっている。そこで生後6ヶ月の短期間で人と同様な乳突蜂巣を形成する豚を用いて、蜂巣の抑制される過程と上鼓室天蓋部の低下やS状静脈洞の前方偏位状態との関係について研究を行った。実験は豚正常出生例の左耳について、生後7日以内の発育早期に経外耳道的に鼓膜を破って中耳腔内に流動パラフィン1.5mlを注入した。今回は4頭4側生後196日で断頭した。他の4頭にインフルエンザ菌注入実験を行ったが、このグループは全例が何らかの原因で死亡したため、検討を加えることが出来なかった。脱灰後に乳様突起の最長最幅面で割面を加え、H-E染色とマッソン染色を行った後、組織学的に検討を加えた。実験結果よりこの4例に乳様突起自体の抑制を認めた。その抑制過程について以下にその特徴を述べると、【.encircled1.】抑制を生じた部位は線維性造骨部で、含気腔内の炎症性刺激により腔上皮下の骨吸収および腔拡大に働く骨代謝が障害された結果であった。【.encircled2.】含気腔上皮下の骨代謝障害と共に外側骨膜部での線維性造骨も障害されており、乳様突起自体の発育も抑制されていた。以上より内腔に加わった初期の炎症性刺激が薄い骨皮質を通して外側の骨膜部まで影響を及ぼしたと考えられ、外側での海綿骨形成が障害されたために乳様突起自体の発育も抑制されたと考えられる。
超新星爆発における元素存在度の多様性とプレソーラーグレインの起源への応用

これまで超新星爆発起源プレソーラーグレインの同位体比と元素合成理論との比較は主にグレインの同位体比分布そのものに注目されていた.しかし,個々のグレインが超新星爆発起源であるかを調べるには,個々のグレイン毎にある混合比の混合によって複数の同位体比が同時に再現されるかを調べる必要がある.本研究では,超新星爆発で生成されると言われる消滅核種44Tiの痕跡が発見されている15個のグレインについて,超新星爆発時の混合を考慮すると^<12>C/^<13>C, ^<14>N/^<15>N,^<26>Al/^<27>Al, ^<29>Si/^<28>Si, ^<30>Si/^<28>Si,^<44>Ti/^<48>Tiという同位体比をどの程度再現できるかを調べた.我々はNomoto and Hashimoto (1988)の恒星進化モデルとShigeyama et al. (1992)で用いられた超新星爆発モデルを用いて4太陽質量He星(15太陽質量の主系列星に対応)の進化と超新星爆発を数値的に求めた.そして得られた温度,密度,対流条件の進化を用いて質量数100付近までの元素からなる核反応ネットワークを用いて詳細な元素合成過程を追うことで超新星爆発ejectaの組成分布を求めた.得られた超新星爆発ejectaの組成の特徴を基に我々は超新星爆発ejectaをNi層,Si/S層,O/Si層,O/Ne層,O/C層,He/C層,He/N層に分けた.そしてこれらの層の混合によって得られた組成が超新星爆発起源プレソーラーグレインの同位体比を再現しうるかを調べた.結果としては^<29>Si/^<28>Si, ^<30>Si/^<28>Si,^<44>Ti/^<48>Tiの3種類の同位体比が測定されている4個のグレインについてはこれら3種類の同位体比が超新星爆発ejectaのNi層,Si層,He層の混合あるいはSi層,O層,He層の混合により説明可能であることが示された.しかし,6種類の同位体比が測定されたグレインについてはさまざまな混合比を考慮しても最大で3種類の同位体比までしか再現されないことが得られた.この内容に関しては現在投稿論文作成中である.これまで超新星爆発起源プレソーラーグレインの同位体比と元素合成理論との比較は主にグレインの同位体比分布そのものに注目されていた.しかし,個々のグレインが超新星爆発起源であるかを調べるには,個々のグレイン毎にある混合比の混合によって複数の同位体比が同時に再現されるかを調べる必要がある.本研究では,超新星爆発で生成されると言われる消滅核種44Tiの痕跡が発見されている15個のグレインについて,超新星爆発時の混合を考慮すると^<12>C/^<13>C, ^<14>N/^<15>N,^<26>Al/^<27>Al, ^<29>Si/^<28>Si, ^<30>Si/^<28>Si,^<44>Ti/^<48>Tiという同位体比をどの程度再現できるかを調べた.我々はNomoto and Hashimoto (1988)の恒星進化モデルとShigeyama et al. (1992)で用いられた超新星爆発モデルを用いて4太陽質量He星(15太陽質量の主系列星に対応)の進化と超新星爆発を数値的に求めた.そして得られた温度,密度,対流条件の進化を用いて質量数100付近までの元素からなる核反応ネットワークを用いて詳細な元素合成過程を追うことで超新星爆発ejectaの組成分布を求めた.得られた超新星爆発ejectaの組成の特徴を基に我々は超新星爆発ejectaをNi層,Si/S層,O/Si層,O/Ne層,O/C層,He/C層,He/N層に分けた.そしてこれらの層の混合によって得られた組成が超新星爆発起源プレソーラーグレインの同位体比を再現しうるかを調べた.結果としては^<29>Si/^<28>Si, ^<30>Si/^<28>Si,^<44>Ti/^<48>Tiの3種類の同位体比が測定されている4個のグレインについてはこれら3種類の同位体比が超新星爆発ejectaのNi層,Si層,He層の混合あるいはSi層,O層,He層の混合により説明可能であることが示された.しかし,6種類の同位体比が測定されたグレインについてはさまざまな混合比を考慮しても最大で3種類の同位体比までしか再現されないことが得られた.この内容に関しては現在投稿論文作成中である.
縦型単層ラチス構造の座屈および座屈後挙動に関する研究

2018年度の当研究課題の実績は以下の通りである1)軸圧縮を受ける縦型円筒ラチスシェルの座屈解析手法の確立:軸圧縮を受ける薄肉円筒シェルはその座屈後の非線形挙動が非常に複雑で、座屈後経路から2次、3次分岐を生じ階段状に耐力劣化を生じ、最終的にダイヤモンド状の座屈変形を生じることが知られている。このような挙動の解析は静的な弧長増分法解析では不可能であるが、本研究の重要な目的の一つが座屈後耐力と靭性の評価であるため、質量、減衰を導入して動的に解析する手法を確立し、汎用FEMプログラムを用いて最大荷重以降の座屈後経路の解析を可能とした。2)弾性座屈挙動におけるRS座屈荷重の精度検証:上記動的解析手法を用い、薄肉の軸圧縮円筒ラチスシェルで弾性座屈後の安定耐力が大きな初期不整を与えた場合の耐力に漸近すること、山田、CrollによるRS座屈荷重により良好に近似し得ることを検証した。以上1)2)についてはIASS2018および日本建築学会大会にて発表した。3)座屈モードに関する研究:連続体シェルと異なりラチスシェルには個材座屈も生じる。個材座屈を生じやすい屋根型のH型鋼ラチスシェルを対象に弾性座屈において全体座屈と個材座屈を分ける条件を整理し、APCS2018と日本建築学会大会で発表すると共に、建築学会構造系論文集に投稿し2019/5月号に掲載が決定した。4)異方性の座屈に対する影響:等方性の連続体シェルと異なり、ラチスシェルでは格子の構成による異方性があり得る。数値解析により屋根型の連続体シェルにおいて異方性の線形座屈荷重への影響評価と連続体置換による座屈荷重解との比較を行い、異方性が強い場合連続体置換解との誤差が顕著になることを確認した。論文は構造工学論文集2019に掲載された。上記のように2018年度には主にFEM解析により弾性座屈に関する研究を実施したが、本研究の重要な目的の一つである座屈後耐力と靭性の評価には、塑性域における座屈ならびに座屈後挙動の解析が必要である。しかしながらこのような強非線形問題では、数値解析の精度を実験と比較して検証する必要がある。座屈後経路も含めた弾塑性座屈挙動の数値解析の精度を検証するために、3Dプリンターで製作したアルミ製の小型円筒ラチスシェル模型の座屈実験を計画中である。実験用模型を計画当初より変更して3Dプリンターで製作することとしたが、予算範囲で製作可能な会社の選定と、製作可能な試験体の設計に時間を要したため、当初2018年度に実施予定であった実験を2019年度に延期した。一方、実験における変位計測は3次元非接触計測システムを使用するが、実験に先立ちほぼ同形のナイロン製模型の座屈実験を行い、変位計測の演習を行った。また実験の準備と並行して数値解析による研究も実施中である。正三角形格子で構成された金属製縦型円筒ラチスシェルにおいて、降伏荷重と幾何学的非線形性を考慮した弾性座屈荷重で定義される正規化細長比と弾塑性座屈後挙動の関連を調べ、同じ等方性でも三角形格子の水平材が円筒の母線方向と円周方向を向く場合で座屈後挙動が異なり、母船方向を向く場合の方が座屈後耐力の低下が緩やかで靭性に富むことが判明した。結果は建築学会大会に投稿し、9月に発表予定である。今後の研究の推進予定は以下の通りである。2019年度:3Dプリンターで製作したアルミ製円筒ラチスシェル試験体の座屈実験を実施し、数値解析の妥当性を検証する。またせん断、曲げに対する座屈解析を開始する。2020年度:アルミ試験体によるせん断、曲げ座屈実験を実施する。また正三角形格子だけでなく、六角形や菱形格子なども対象に弾塑性座屈特性と座屈後挙動を主として解析により調査し、靭性の高いシェルの条件を定量的に抽出する。以上の弾塑性座屈に関する知見をとりまとめIASSなどの国際学会に発表する。また搭状構造物としての地震荷重の評価を行う。2021年度:地震荷重に対する座屈解析を実施し、靭性の高いシェルの条件を定量的に整理する。また研究成果を論文にとりまとめる。以上

1)2)についてはIASS2018および日本建築学会大会にて発表した。3)座屈モードに関する研究:連続体シェルと異なりラチスシェルには個材座屈も生じる。個材座屈を生じやすい屋根型のH型鋼ラチスシェルを対象に弾性座屈において全体座屈と個材座屈を分ける条件を整理し、APCS2018と日本建築学会大会で発表すると共に、建築学会構造系論文集に投稿し2019/5月号に掲載が決定した。4)異方性の座屈に対する影響:等方性の連続体シェルと異なり、ラチスシェルでは格子の構成による異方性があり得る。数値解析により屋根型の連続体シェルにおいて異方性の線形座屈荷重への影響評価と連続体置換による座屈荷重解との比較を行い、異方性が強い場合連続体置換解との誤差が顕著になることを確認した。論文は構造工学論文集2019に掲載された。上記のように2018年度には主にFEM解析により弾性座屈に関する研究を実施したが、本研究の重要な目的の一つである座屈後耐力と靭性の評価には、塑性域における座屈ならびに座屈後挙動の解析が必要である。しかしながらこのような強非線形問題では、数値解析の精度を実験と比較して検証する必要がある。座屈後経路も含めた弾塑性座屈挙動の数値解析の精度を検証するために、3Dプリンターで製作したアルミ製の小型円筒ラチスシェル模型の座屈実験を計画中である。実験用模型を計画当初より変更して3Dプリンターで製作することとしたが、予算範囲で製作可能な会社の選定と、製作可能な試験体の設計に時間を要したため、当初2018年度に実施予定であった実験を2019年度に延期した。一方、実験における変位計測は3次元非接触計測システムを使用するが、実験に先立ちほぼ同形のナイロン製模型の座屈実験を行い、変位計測の演習を行った。また実験の準備と並行して数値解析による研究も実施中である。正三角形格子で構成された金属製縦型円筒ラチスシェルにおいて、降伏荷重と幾何学的非線形性を考慮した弾性座屈荷重で定義される正規化細長比と弾塑性座屈後挙動の関連を調べ、同じ等方性でも三角形格子の水平材が円筒の母線方向と円周方向を向く場合で座屈後挙動が異なり、母船方向を向く場合の方が座屈後耐力の低下が緩やかで靭性に富むことが判明した。結果は建築学会大会に投稿し、9月に発表予定である。今後の研究の推進予定は以下の通りである。2019年度:3Dプリンターで製作したアルミ製円筒ラチスシェル試験体の座屈実験を実施し、数値解析の妥当性を検証する。またせん断、曲げに対する座屈解析を開始する。2020年度:アルミ試験体によるせん断、曲げ座屈実験を実施する。また正三角形格子だけでなく、六角形や菱形格子なども対象に弾塑性座屈特性と座屈後挙動を主として解析により調査し、靭性の高いシェルの条件を定量的に抽出する。以上の弾塑性座屈に関する知見をとりまとめIASSなどの国際学会に発表する。また搭状構造物としての地震荷重の評価を行う。2021年度:地震荷重に対する座屈解析を実施し、靭性の高いシェルの条件を定量的に整理する。また研究成果を論文にとりまとめる。本研究対象のような強非線形問題では、数値解析の精度を実験と比較して検証する必要がある。
熱ショック応答初期反応の分子的機構

生物の細胞、組織、個体を高温などのストレスにさらすと細胞レベルの応答として、進化的によく保存された一群の熱ショック蛋白質の合成が一時的に誘導される。大腸菌では熱ショック遺伝子の転写に必要な転写因子σ^<32>が同定された。然し、細胞が温度変化をどのように感知し、細胞内で発生するシグナルをどのように伝達し、最終的にσ^<32>の機能増幅をもたらすかは殆ど分かっていない。我々はσ^<32>の合成促進が翻訳段階で起こることを明らかにし、さらにσ^<32>のmRNA上の翻訳領域内に位置する2つの領域がそれぞれ正、負の調節素子として働き、相互に2次構造を形成することにより翻訳開始反応を調節していることを発見した。二年目の研究計画であったσ^<32>因子の翻訳段階で働く調節因子の検索と同定について、2つのアプローチを試みた。1)σ^<32>mRNAに結合する蛋白因子を検出する。2)σ^<32>の翻訳調節に異常を示す変異体のマルチコピーサプレッサーを分離し,解析する。これらの研究は進行中であり目立った成果はまだ得られていない。然し熱ショック応答の初期反応に関して特筆すべき成果があった。熱ショック応答の初期反応にはσ^<32>mRNAの高次構造による翻訳開始段階での調節に加えて、本来非常に不安定なσ^<32>が安定化されることにより、σ^<32>の細胞内量が増加し、熱ショック蛋白質の合成が誘導される。つまりσ^<32>の安定化による量の増加が主要な制御になっている事を見つけた。σ^<32>の増加を引き起こすシグナルとして細胞内の異常蛋白質の蓄積が重要であることもあきらかにした。叉、σ^<32>の安定性に関与する領域を決めるためにrpoH-lacZ融合遺伝子を用いてrpoH欠失変異の導入を行ない解析した結果2つの特定領域がσ^<32>の安定化に関与している事がわかり、同時にこの領域とDnaK,DnaJの相互作用を示唆する結果も得た。生物の細胞・組織・個体を高温などのストレスにさらすと、細胞レベルの応答として、進化的によく保存された一群の熱ショックタンパク質(ストレスタンパク質)の合成が一時的に誘導される。大腸菌では熱ショック遺伝子の転写に必要な転写因子σ^<32>が同定され、熱ショックタンパク質誘導合成の調節機構の一端が解明された。しかし、細胞が温度変化をどの様に感知し、細胞内で発生するシグナルをどの様に伝達し、最終的にσ^<32>の機能増幅をもたらすかは殆ど分かっていない。我々はこれ迄にσ^<32>の合成促進が翻訳段階で起こることを明らかにし、さらにσ^<32>のmRNA上の翻訳領域内に位置する2つの領域がそれぞれ正および負の調節素子として働き、相互に2次構造を形成することにより翻訳開始反応を調節するとのモデルを提出していた。σ^<32>合成を翻訳段階で本研究では調節する因子の検索と解析を中心とした熱ショック応答初期反応の分子的機構解明を目的として行なった。本年度は上記のσ^<32>をコードするmRNAの2次構造形成の重要性を具体的に検証するため、2次構造に影響を与える種々の変異体を作成しそれらの発現を詳細に調べた。

その結果我々のモデルのポイントとなる重要な特性はほぼ確認することができた。さらにこの過程でmRNA上の特定の領域に関しては塩基対形成と同時に塩基配列も発現制御に重要なことを見出した。これらの結果からσ^<32>mRNAの2次構造を基本とし、且つその特定領域に結合して制御に重要な働きをする蛋白性因子が存在することが示唆された。なおこの様な因子の検索を行うための実験系をほぼ確立したので、本格的な検索を開始できる状況となった。生物の細胞、組織、個体を高温などのストレスにさらすと細胞レベルの応答として、進化的によく保存された一郡の熱ショック蛋白質の合成が一時的に誘導される。大腸菌では熱ショック遺伝子の転写に必要な転写因子σ^<32>が同定された。然し、細胞が温度変化をどのように感知し、細胞内で発生するシグナルをどのように伝達し、最終的にσ^<32>の機能増幅をもたらすかは殆ど分かっていない。我々はσ^<32>の合成促進が翻訳段階で起こることを明らかにし、さらにσ^<32>のmRNA上の翻訳領域内に位置する2つの領域がそれぞれ正、負の調節素子として働き、相互に2次構造を形成することにより翻訳開始反応を調節していることを発見した。本年度の研究計画であったσ^<32>因子の翻訳段階で働く調節因子の検索と同定について、2つのアプローチを試みた。1)σ^<32>mRNAに結合する蛋白因子を検出する。2)σ^<32>の翻訳調節に異常を示す変異体のマルチコピーサプレッサーを分離し,解析する。これらの研究は進行中であり目立った成果はまだ得られていない。然し熱ショック応答の初期反応に関して特筆すべき成果があった。熱ショック応答の初期反応にはσ^<32>mRNAの高次構造による翻訳開始段階での調節に加えて、本来非常に不安定なσ^<32>が安定化されることにより、σ^<32>の細胞内量が増加し、熱ショック蛋白質の合成が誘導される。つまりσ^<32>の量の増加にσ^<32>の安定化が主要な制御になっている事を見つけた。σ^<32>の増加を引き起こすシグナルとして細胞内の異常蛋白質の蓄積が重要であることもあきらかにした。叉、σ^<32>の安定性に関与する領域を決めるためにrpoH-lacZ融合遺伝子を用いてrpoH欠失の導入を行ない解析した結果2つの特定領域がσ^<32>の安定化に関与している事がわかり、同時にこの領域とDnaK,DnaJの相互作用を示唆する結果も得た。
前頭側頭葉変性症のprodromal期の臨床特徴に関する研究

アルツハイマー病やレビー小体型認知症と並んで4大認知症の1つである前頭側頭葉変性は、バイオマーカーが確立していない。Mild Cognitive Impairment(MCI)期ないしProdromal段階の症状すら明らかになっていない。そこで、臨床あるいは病理学的に確定したFTLD例の臨床症状出現時のデータを検索し、初発症状となる可能性のある症状や神経画像の特徴を明らかにする。そして、認知症の診断基準を満たさない初老期症例を、物忘れ外来、精神科専門外来を受診した患者の中から抽出し、最低2年間追跡し、FTLDのProdromal期に特徴的なサロゲートマーカーならびにバイオマーカーを明らかにすると共に、Prodromal期の診断基準を作成する。
ナノ膜厚積層プロセスのためのパルス制御プラズマ

本研究は1)プラズマスパッタによるナノ膜厚金属触媒層形成と2)プラズマCVDによるナノ膜厚グラフェンシート積層構造の形成を目標に、単パルスCVDによる膜厚2nmまでのDLCナノ膜厚積層構造の分析、間欠スパッタ成膜によるナノ微粒子触媒の制御、および導電性DLC膜の形成の3つのテーマに取り組んだ。また平成23,24年度公募研究として取り組んできたプラズマエッチングによる自己組織的ナノ構造形成についても引き続き研究を行い、制御されたナノ構造による親水性疎水性の表面制御が実現した。数秒から0.1秒以下までの単パルス放電RFプラズマCVDで、最小膜厚2nmの極薄膜DLC層を形成し、X線反射測定(XRR: X-ray Reflectometer)による分析等により基板界面層と成長表面層を確認した。Si基板とDLC層の間には約1.2nmのmixing層があり、DLCバルク相に向かって約1nmにわたって組成が傾斜していると考えられる。DLC成長表面には膜厚12nm、密度0.20.5g/cm3の低密度な成長表面層が存在する。炭化水素などのイオン照射により緻密なバルクのDLC層が形成されていく過程で、イオンは表面層を透過しバルクDLC層の界面付近まで到達して止まると考えられ、成長表面層は不均一なポーラス状の構造であると推測されている。触媒の粒径・密度制御のため、電気伝導性のその場測定を行ってナノ膜厚触媒金属の構造を推定した。DCマグネトロンスパッタ法によってNiターゲットをガラス基板または熱酸化Si基板上にスパッタ成膜し、電気伝導性の挙動から触媒金属の凝集連続膜化の過程を検知した。興味深い結果として、間欠スパッタで得られたNiナノ粒子膜をアニール処理したところ、凝集が進まずナノ粒径が維持されることが確認された。従来の炭化水素ガスに替えてCOガスを用いることで、高硬度を維持したまま導電性のDLC薄膜を合成することに成功した。グラフェンの成膜プロセスとして期待される成果となった。25年度が最終年度であるため、記入しない。マイクロ波プラズマCVD方法において炭素源であるメタンをパルスバルブで導入した。変調の速度が遅く時間変調によるゆらぎを誘起したが、空間的な密度ゆらぎの誘起に至っていない。メタン原料ガスのパルス供給によるダイヤモンド成長では期待に反して成長速度が低下したが、発光分光スペクトルでC2の発光に顕著な違いが認められ、ダイヤモンド成長過程への効果が確認された。SEMの真空チャンバー内における真空中マイクロガスジェットで局在ガスの分布を形成し、直流放電を行った。C2H2ガスを用いて約100μmの領域のみに膜厚数μmのa-C:Hを選択的に形成することができた。ナノ膜厚積層の試みとして1数秒の成膜で膜厚10nm程度のa-C:Hを堆積しXRRによる表面界面層の構造解析を行い、Si基板との界面に厚さ1nmのSiC層が、成長表面には2nmの低密度層が存在することを確かめた。ナノ膜厚積層のためには基板へのイオン照射エネルギーとなるセルフバイアス電圧を低減する必要がある。プラズマ生成とバイアス印加を独立に制御する必要がある。ナノ膜厚Fe/Al積層触媒にさらにナノ膜厚のNiを積層することで微粒子の凝集を抑制し、CNTの密度と配向性を改善できること、およびそのメカニズムはNiとFeの合金形成によるものであることを明らかにした。またスパッタ

成膜のナノ膜厚Ni層について、電気伝導度のその場測定により、微粒子状の触媒金属を再現性よく形成できることを示した。金属のコンタミによるDLCやダイヤモンド表面へのナノ構造形成について引き続きメカニズムの解明に取り組み、コンタミを抑制した上で意図的に付着させたサブナノ膜厚の様々な金属でナノ構造の形成、および消失の過程を明らかにした。ナノ構造によりDLC表面の親水化が可能となった。計画した実験はほぼ予定通り遂行し結果が得られている。本研究の目標達成に向けて問題点も明確になり、次年度(最終年度)には多くの論文発表が期待される。初年度の結果から、当初目標の達成に向けて課題が明確化され、既存装置の改良などが必要となった。ダイヤモンド結晶成長におけるパルスガス供給は、成長への効果は確認されたが、成長速度を向上することは達成されず、むしろ低下している。ガスの反応過程について質量分析や発光分光分析を時間分解で行う必要がある。また特にナノ膜厚のDLCとグラフェン膜の形成には、プラズマCVDにおける基板バイアスを適切に制御する必要があり、プラズマ生成電源と独立して制御可能なバイアス法が必要となる。25年度が最終年度であるため、記入しない。
ウイルス感染現象を詳細に記述するマルチスケールモデルの開発とデータ解析理論の構築

1.宿主免疫応答で重要であるインターフェロンαがヒト免疫不全ウイルス1型(HIV-1)の2種感染様式(cell-free感染とcell-to-cell感染)に与える影響を調査した。具体的には、cell-free感染とcell-to-cell感染を区別できるウイルス感染実験を実施し、時系列データを取得する。取得された時系列データをうまく説明できるような数理モデルを開発し、ベイズ推定を用いたモデル適合を行なった。解析の結果、インターフェロンαはcell-to-cell感染を抑制し、cell-free感染を促進することを示唆した。2.B型肝炎ウイルスは、現在のところウイルス排除が達成可能な抗ウイルス薬は開発されていない。ウイルス排除が困難である主な原因は、感染細胞内に長期間残存しているウイルス由来物質(cccDNA)であることがこれまでの研究において分かっている。そこで本研究では、初代培養肝細胞を用いたHBV感染実験を実施し、細胞内のウイルス複製動態の時系列データを取得した。取得した時系列データに対して、ウイルス感染実験をうまく説明できるような数理モデルを開発し、定量的解析を行なった。解析の結果、cccDNAはおよそ20日という非常に長い半減期を持つことを明らかにした。本研究ではこのような細胞内のウイルス複製動態に加え、細胞間のウイルス感染を考慮したマルチスケールモデルを開発し、そこからウイルスの適応度である基本再生産数を導出した。このように導出した基本再生産数を用いて、今年度行なった初代培養細胞におけるHBV感染と昨年度解析を行なったHep38.7-Tet細胞系における基本再生産数を比較し、生物学的な議論を展開した。本研究成果は、現在国際誌への投稿準備を進めている。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。今年度は、ウイルス複製過程を考慮した数理モデルの開発と、数理モデルを用いた実験データの解析を行った。具体的には、ヒト免疫不全ウイルス(HIV-1)の標的細胞への侵入過程を記述する数理モデルを構築し、ウイルス感染実験データを解析する事で、HIV-1が標的細胞に侵入するために必要な補助受容体の個数を推定した。推定の結果、HIV-1は数個の補助受容体のみを使用して侵入している事が分かった。本推定結果は、HIV-1の侵入阻害薬の評価や、新規侵入阻害薬の開発に貢献できる。本成果は、イギリスのノッティンガムで開催されたヨーロッパ理論・数理生物学会(ECMTB2016)や、アメリカ合衆国のサンタフェで開催されたSystems Approaches in immunology and infectious disease等で成果発表を行った。また、数理モデルとウイルス感染実験データを組み合わせる事で、サル/ヒト免疫不全ウイルス(SHIV)の異なる株間において感染性のあるウイルスの産生効率に差がある事を定量的に明らかにした。本結果は、国際雑誌Theoretical Biology and Medical Modelingに報告している。さらに、B型肝炎ウイルス(HBV)の細胞内ウイルス複製過程を考慮した数理モデルの構築に挑戦し、予備試験データの解析を行っている。予備試験データの解析において、構築した数理モデルは精度良く実験データを説明できる事を確認している。来年度は引き続き、HBVのウイルス感染実験解析に取り組んでいく。今年度においては、ウイルス感染動態における細胞内でのウイルス複製過程を記述する数理モデリングを構築する計画であった。現段階で、ウイルスの侵入過程そして、細胞内でのウイルス複製を考慮した数理モデリングの構築に成功しており、おおむね順調に進展しているといえる。また、これらの研究成果を社会に広く発信するために、国内・国際学会での発表や、国内・国際誌に論文としてまとめる事で自身の成果を発信している。この様に、今年度は当初の計画通りに遂行しており、引き続き計画の修正・追加を考慮しながら取り組んでいく。1.後天性免疫不全症候群の原因となっているヒト免疫不全ウイルス(HIV)の感染性の研究を、ウイルス感染実験と数理モデルを組み合わせる事で行なった。HIVはヒトとチンパンジーにしか感染せず、実験動物が存在しない事が研究を遂行する上での困難の1つである。ここで、サルに感染し免疫不全を引き起こすウイルス(SIV)とHIVを掛け合わせたキメラウイルスSHIVは,サル由来の細胞に感染し、さらにHIVと同等の感染動態,症状を表すと考えられている。本研究では、SHIVの中でも強い病原性を持ち、免疫不全を引き起こすSHIV-KS661と、免疫不全を引き起こさないSHIV-#64の病原性の違いが何に起因するのかを、数理モデルを用いたウイルス感染実験の解析により定量的に明らかにしようと試みた。解析の結果、SHIV-KS661はSHIV-#64に比べて、感染性を持ったウイルスを産生しやすい事が分かった。すなわち、SHIV-KS661は感染性を持ったウイルスをより多く産生するので、強い病原性を持っている事が示唆された。本研究成果は、国際誌Theoretical Biology and Medical Modelingに掲載された。2.B型肝炎ウイルスは世界でおよそ2億4千万人が慢性感染しており、根治に向けた効果的な薬剤が開発されていないのが現状である。根治の障壁となっているのは、感染細胞内に長期間残存している、cccDNAと呼ばれる物質だと考えられている。そこで本研究では、感染細胞内のcccDNAの複製動態の定量化、すなわちcccDNAの半減期の推定や、生成されたHBVDNAからcccDNAヘのリサイクル率などを調べた。ウイルス感染実験と数理モデルを用いた解析の結果、cccDNAの半減期はおよそ3.6日であり、cccDNAへのリサイクル率はおよそ8%である事が推定された。

本年度は、当初の計画通り細胞内のウイルス複製動態の数理モデルの構築とそれを用いたウイルス感染実験のデータ解析を行なった。これらの解析は終了しており、本年度は2件の国際学会での発表、2件の国内学会での発表を行なった。そして、現在国際誌投稿に向けての準備を進めている所である。また、それらに加えてサル/ヒト免疫不全ウイルスの感染動態の定量的解析も行なっており、今年度の課題を十分遂行できていると言える。1.宿主免疫応答で重要であるインターフェロンαがヒト免疫不全ウイルス1型(HIV-1)の2種感染様式(cell-free感染とcell-to-cell感染)に与える影響を調査した。具体的には、cell-free感染とcell-to-cell感染を区別できるウイルス感染実験を実施し、時系列データを取得する。取得された時系列データをうまく説明できるような数理モデルを開発し、ベイズ推定を用いたモデル適合を行なった。解析の結果、インターフェロンαはcell-to-cell感染を抑制し、cell-free感染を促進することを示唆した。2.B型肝炎ウイルスは、現在のところウイルス排除が達成可能な抗ウイルス薬は開発されていない。ウイルス排除が困難である主な原因は、感染細胞内に長期間残存しているウイルス由来物質(cccDNA)であることがこれまでの研究において分かっている。そこで本研究では、初代培養肝細胞を用いたHBV感染実験を実施し、細胞内のウイルス複製動態の時系列データを取得した。取得した時系列データに対して、ウイルス感染実験をうまく説明できるような数理モデルを開発し、定量的解析を行なった。解析の結果、cccDNAはおよそ20日という非常に長い半減期を持つことを明らかにした。本研究ではこのような細胞内のウイルス複製動態に加え、細胞間のウイルス感染を考慮したマルチスケールモデルを開発し、そこからウイルスの適応度である基本再生産数を導出した。このように導出した基本再生産数を用いて、今年度行なった初代培養細胞におけるHBV感染と昨年度解析を行なったHep38.7-Tet細胞系における基本再生産数を比較し、生物学的な議論を展開した。本研究成果は、現在国際誌への投稿準備を進めている。来年度は、当初の計画通り、B型肝炎ウイルスの細胞内ウイルス複製動態の詳細な数理モデリングに取り組み、従来まで使用されてきた細胞間のウイルス複製動態と組み合わせたマルチスケールモデリングの開発に取り組んでいく。細胞内ウイルス複製過程と、細胞間のウイルス感染動態を組み合わせる事で、感染細胞内で、ウイルス感染根治の障壁となっている物質の排除にむけた定性的・定量的な理解を押し進める事が期待される。
無脊椎動物の行動制御における「手続き」的脳内表示とその感覚種依存性

アメリカウミザリガニHomarus americanusを実験動物とし、新たに開発したoperant chamberを用いて、レバー押し型のオペラント条件づけの可能性を実証するとともに、分化強化の可能性について検討した。動物を実験水槽に十分に慣れさせた後、水槽内の餌場に自発的に接近するようになるまで乾物ホタテ貝柱で誘導し、接近した場合に餌を与えた。この訓練が完了したのち、1セッションを30分としてレバーに対する自発的なはさみ行動の平均生起率(1セッションのはさみ回数/セッション数、以下BL値と呼ぶ)を確定した。次いでレバー押しに対して報酬を連合した。ここでは特に、1)セッションごとのはさみ回数の推移《獲得、消去、回復の傾向は観察されるか》および2)はさみ強度のスケジュール間比較《はさみ強度について分化強化手続きができるか》を調査した。強化閾値を変える前と後で、はさみ強度(各はさみ行動の最大応答値)の分布にどのような変化が現れるのか個体ごとに調べるに当たっては一般化線形モデル選択法を適用した。その結果、各セッションのはさみ回数は、獲得手続きではBL値以上で持続する傾向、消去手続きではBL値付近に徐々に近づく傾向、回復手続きではBL値以上で再び持続する傾向が、それぞれみられた。また、非随伴性強化ではBL値以上の割合は獲得手続きの場合以下であり、持続する傾向もみられなかった。これらの知見は、アメリカウミザリガニでオペラント学習が可能であることを実証している。また、強化閾値を上げたことに依存してはさみ強度が上昇し、強化閾値を変えない場合では、はさみ強度に変化はなかった。これらの結果は、分化強化が強化閾値の上昇に限って成立する可能性を示唆する。閾値下降については、新たな装置を開発して調査する必要がある。言葉やイメージに媒介される「宣言的」な脳内表示はヒトに限定されるものではなく、他の哺乳類においても実験的に検証されている。しかし、無脊椎動物の行動に関する脳内表示においては、<Morganの公準>に従ってまず「手続き的」脳内表示を想定してかかるのが妥当であろう。本研究で取り上げる甲殻類の自発的な歩行運動の場合、「歩行」というイメージが甲殻類脳内に表示されると仮定するよりは、まず、「歩行」についての運動手順が脳内に表示されると仮定しなければならない。ここで問題となるのは、自発的に開始される歩行運動の場合、その<自発性>がどのような形で脳内に表示されるかである。本年度は、この問題を解決する目的で、アメリカザリガニProcambarus clarkiiの無麻酔全体標本をトレッドミル上で歩かせ、その時の脳内ニューロン活動を細胞内誘導して解析するとともに、実験終了後に蛍光色素ルシファー・イェロウを細胞内注入してそのニューロン樹状突起の脳内投射部位を調査した。その結果、自発的な歩行の開始に1秒以上先行して持続的なシナプス入力を受け活動電位を発生する下行性介在ニューロンを多数発見した。接触など機械刺激によって誘発される歩行の場合は、先行活動はほとんど見られなかった。これら歩行先行型ニューロンはいずれも樹状突起を前大脳橋(protocerebral bridge)ならびに中心体複合体(central body complex)など前大脳に投射する点で共通していた。これらの実験結果は、甲殻類が自発的に移動行動locomotor behaviorを開始する場合、脳内では外見的な行動の開始に先だってシナプス活動が生じていることを証明しており、<自発性>は前大脳に限局される神経活動として表示される可能性を示唆している。無脊椎動物の学習に伴う行動変化が脳内の神経活動としてどのような形で表現されるか、という疑問に答えるための一つの有効なアプローチは、感覚刺激から運動出力に至る神経情報の流れを生理学的・解剖学的に同定して比較するという方法である。この情報の流れは、動物が置かれている同時的な体内・体外環境のみならず、脳に蓄えられた記憶によっても影響を受ける。この記憶は、動物の刺激に対する反応という行動として観察されるのもので、ヒトの「手続き的」記憶(LR Squire, J Cogn Neurosci, 1992)に対応する。本年度は、この無脊椎動物における「手続き的」記憶が感覚種を超えて成立するか否かを解析するための実験プロトコルを確立する目的で、アメリカウミザリガニHomarus americanusを用いて、道具的条件づけの可能性を検討した。水槽内の動物は、実験者の直接的な給餌に対して数日で実験者の姿に反応するようになる。実験者の代わりに、光刺激を与え,その時に水槽内の特定部分を鋏脚で鋏むと餌がもらえるという実験を繰り返すと、動物は数時間以内に、光刺激時に鋏脚反応を起こすようになる。この学習効果は短くても1日程度は保持されるものと推測される。これらの結果はいずれも定性的であり、体系的に検証されたものではないが、予備実験としてはポジティヴな結果が得られたと判断した。今年度はさらに、この訓練を自動的に行うための基礎的技術として、パーソナルコンピュータ(PC)による発光パターン制御およびPCと接続した機械センサーによる鋏脚運動の実時間監視を実現することができた。次年度には、自動給餌装置によって訓練を機械化して、学習の感覚種依存性を定量的に解析する予定である。