hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
全ての解析的保存量を保つ差分法による重力3体問題の軌道計算

互いに万有引力を及ぼし合う3体からなる3体問題は,(i)軌道を決定する必要条件である保存量,(ii)時間を逆向きにしても方程式の形が変わらない時間反転対称性,(iii)平衡解軌道を持っている.従来の数値解法では,(i),(ii)を保つのが限界であったが,(i)(iii)を高精度に保つ数値解法を研究代表者は初めて構成した.得られた解法は,他の解法では数値的に再現できない周期軌道を極めて長時間にわたって正確に再現できる.本研究の目的は,一般3体問題(G3BP)の周期軌道を再現する差分系を構成することによって,非可積分系の挙動を正確に再現する差分法構築への道筋をつけることである.2009年に構成した差分一般3体問題(d-G3BP)は,G3BPを正則化した後に拘束力学系向けの離散変分法を適用して得られたものである.2012年度には,d-G3BPが角運動量以外の全ての保存量を厳密に保つことを証明し,様々な周期軌道を再現することを数値的に示した(AJ145,63).さらに,d-G3BPがG3BPと同じ平衡解軌道をもつことも証明した(AJ145,64).しかしながら,平衡解軌道を除いて,解析的に存在証明がなされている周期軌道はほとんどない.したがって,平衡解軌道を除く周期軌道の再現性を解析的に示すのは非常に困難である.そこで,2013年度の研究計画を変更し,G3BPと同様に平衡軌道をもつ制限3体問題,N体問題の周期軌道を再現する差分法を構成することを試みた.d-G3BPの構成法を拡張することによって,この試みは成功し,差分制限3体問題(d-R3BP),差分N体問題(d-NBP)を得た.これらの差分系は次の性質をもっている.(i)d-R3BPは主星からなる系がもつ保存量の全てを厳密に,円問題のJacobi積分に対応する保存量を1次のオーダーで保存する.結果として,他の数値解法で再現できなかった様々な周期軌道を再現できる.(ii)d-NBPは角運動量を除いて,全保存量を厳密に保つ.特に質点数が4で,そのうちの1つの質量が十分小さい制限4体問題の周期軌道を極めて高精度に再現する.(iii)N体問題の平衡解軌道をd-NBPが持つことを解析的に示すことができる.平衡解軌道と保存量を保つ数値解法を与えたことで,数値解法がもつ長時間挙動の再現性への信頼が上がったことが,本研究の意義である.互いに万有引力を及ぼし合う3体からなる3体問題は,(i)軌道を決定する必要条件である保存量,(ii)時間を逆向きにしても方程式の形が変わらない時間反転対称性,(iii)平衡解軌道を持っている.従来の数値解法では,(i),(ii)を保つのが限界であったが,(i)(iii)を高精度に保つ数値解法を研究代表者は初めて構成した.得られた解法は,他の解法では数値的に再現できない周期軌道を極めて長時間にわたって正確に再現できる.重力3体問題の軌道を厳密に再現する差分法を開発することを,本研究では目指している.研究代表者がすでに構成した一般3体問題(G3BP)の差分は,角運動量を除く保存量の全てを保ち,可逆性をもつことが解析的に示されている.しかしながら,数値実験では,求積時間とともにエネルギーの誤差が急速に増大する欠点が見られた.この欠点を取り除いた後,H.23年度の計画に沿って,以下の結果を得ることができた.1.未定乗数を消去することによって,元の差分系から新たな拘束系の差分を得た.新たな差分系(d-G3BP)は2次の精度で,(1)解析的・数値的にも角運動量以外の保存量を正確に保ち,(2)周期解,準周期解,衝突解を高精度に再現することを数値的に確認できた.2. d-G3BPはG3BPと全く同じLagrange軌道をもつことを証明した.これは,G3BPの数値解法が"解析的"に特殊解に対応する軌道を保つことを初めて示したものである.3. d-G3BPがもつLagrange軌道の線形安定性条件はG3BPのそれと高精度で一致することを数値的に示した.特にG3BPの特殊例である制限3体問題(R3BP)の場合には,ステップ幅の1乗のオーダーまで一致することを解析的に証明した.2, 3の結果から,他の数値積分法よりd-G3BPはG3BPの軌道を正確に再現することが期待できるのみならず,可逆性のため,合成法によるd-G3BPの高精度化も可能である.従来は,様々な仮定に基づいた近似の元で扱われてきた共軌道運動が,この高精度化d-G3BPによって正確に計算できることが期待される.理由は以下のとおりである.1. H.23年度中に,d-G3BPが二等辺三角形解軌道をもつことを解析的に証明する予定であったが,未だ行われていない.2. d-R3BP, d-G3BPにおけるLagrange解の安定性解析のうち,解析的に証明できたのは,d-R3BPに関するものだけである.

H.23年度に構成したd-G3BPには,正確には"角運動量を保存しない"という問題があった.d-G3BPとは異なる座標系でG3BPを差分化することで,(1)厳密に角運動量を含んだ全ての保存量を保ち,(2)数値的にLagrange軌道を再現することが可能である.また,得られたスキームはd-G3BPより簡単で,N体問題(N>3)への拡張も容易である.そのため,H.24年度は,この新スキームにおける周期解の存在証明,およびそれらの安定性解析を行うものとする.1. H.23年度末から執筆中の英語論文校正料,2.解の存在証明,安定性解析をする際に使用する数式処理ソフト,3.調査・研究旅費として使用する予定である.
多バンド観測によるIa型超新星の親星及び星周環境の研究

Ia型超新星は宇宙論的距離における標準光源として利用されるなど、極めて重要な研究背景を持つ天体である。それにも拘わらず、その親星や爆発メカニズム、多様性の起源といった問題は長年にわたり未解決のままとなっている。本課題では爆発直後のIa型超新星に注目する。初期から密に、広い波長体での測光分光観測から親星起源の元素や外層の温度進化を調べることでIa型超新星の親星形態や爆発メカニズムへの制限を行う。さらに観測サンプルを増加させることで、これまで観測例が少なく議論ができなかったIa型超新星での位置づけ(サブクラス)と親星、爆発メカニズムに関連があるか検証する。
C型慢性肝炎のIFN治療による血小板減少に対するRGDペプチドの予防効果

将来的にC型慢性肝炎患者のインターフェロン(IFN)投与時の血小板減少に対し、フィブロネクチンなどに含まれる3つのアミノ酸であるRGD(Arg-Gly-Asp)投与が有効となり得るか否かの可能性を検討した。1.ヒト全血でのRGDによる血小板凝集能・粘着能の抑制効果の検討:(1)健常者20名の全血を採血し、これに3.8%クエン酸ナトリウム10wt%を添加し、段階遠心分離法により血小板を調整した。(2)血小板を50×10^4/mu1に調整し、これに対し0.01,0.1,1.0mMのRGDを添加し、ADP刺激による最大凝集率を測定したところ、RGDは濃度依存的に凝集能を抑制した。(3)調整血小板に対し、RGDを0.01,0.1,1.0mM添加し、ガラスビーズ管を用いたSalzman変法にて血小板粘着能を測定した。RGDは濃度依存的に粘着能を抑制した。(4)これらの結果から現在IFN投与中の患者のINF投与前および投与1週後の全血から血小板を調整し、RGD添加による血小板凝集能・粘着能の抑制効果を検討中である。2.動物実験によるRGD投与の効果の検討:(1)方法:IFN投与に対するRGD投与の効果を検討するための予備実験として、体重200g前後のSprague-Dawley系雄性ラット24匹に対し四塩化炭素(CCI_4)投与し慢性肝障害モデルを作成した。これにRGDを同時投与しその効果を検討した。すなわちCCI_4、RGDを腹腔内投与し、CCI_4単独群、CCI_4+RGD0.1mg投与群、CCI_4+RGD1.0mg投与群の3郡(各8匹)に分け、肝障害の程度、血小板数を検討した。(2)結果:各群の血小板数には有意な差は認められず、この実験モデルではRGDによる血小板減少抑制効果は明らかではなかった。また肝障害、肝線維化はむしろRGD投与より増悪する傾向が認められ、現在再検討中である。
固体電解質における高濃度固溶状態での欠陥構造とイオンダイナミクスに関する理論計算

プロトン伝導性セラミック燃料電池はその高い燃料利用効率、中温作動温度という利点から実用化が期待される次世代の固体酸化物燃料電池である。現在、主にBaZrO3をベースとしてYなどの希土類元素を添加した固体電解質材料の研究が行われているが、実用化においてはプロトン伝導率を現行より1桁程度向上させる必要がある。添加元素の高濃度領域では、添加元素とプロトン間に引力的な相互作用があることで、添加元素近傍に捕獲されて長距離拡散が阻害される会合状態にあると考えられている。会合状態をもたらす要因を解明し、適切に制御するための材料設計指針を確立することはPCFCの実用化において極めて有意義であると言える。2018年度はBaZrO3の単位格子を2x2x2に拡張したスーパーセルに対して、Zrサイト置換Yを1原子(12.5mol%)とプロトン1原子、Zrサイト置換Yを2原子(25mol%)とプロトンを2原子導入したスーパーセルについて、対称性から独立と考えられる配置に関して網羅的な第一原理計算を実施し、ドーパントープロトンの2体相互作用と4体相互作用状態での配置とエネルギーの関係の違いを解析した。12.5mol%モデルでは会合エネルギーが約0.25 eVであるのに対して、25mol%モデルではYの配置によって変化し、会合エネルギーは0.17 0.38 eVとなった。プロトンの配置とエネルギーの関係において、ドーパント近傍でのBO6多面体のtiltingとプロトンと第2隣接酸素間の水素結合によるtiltingがカップリングすることでエネルギーが安定化し、逆にtiltingが競合すると不安定する傾向にあることが明らかとなった。ドーパント濃度の増大によって、会合エネルギーは単純に増加するのではなく、Yの配置に依存して変化しうることから熱処理等による固溶状態の制御も有効であると考えられる。プロトン伝導性酸化物を固体電解質に用いる固体酸化物燃料電池(SOFC)は燃料ガスである水素の利用効率の高いSOFCとして実用化が期待されている。現在、固体電解質としてはペロブスカイト型複酸化物であるBaZrO3中のZrサイトに3価の酸化物であるY2O3を添加した系が最も注目されている。これまで、BaZrO3における点欠陥形成挙動や拡散現象は第一原理計算のような電子・原子レベルで実施する理論計算による研究も多くなされている。しかし、そうした理論計算の多くは希薄溶体近似の下で行われている。すなわち、計算に用いる構造モデル中に添加元素等の点欠陥を1個、もしくは2個導入するような比較的単純なモデルを用いてシミュレーションを実施している。現実の実験環境では添加元素は1020mol%程度含まれており、比較的濃度の高い環境中で伝導キャリアであるプロトンが拡散している。本研究では、従来の研究で用いられている単純な「希薄溶体モデル」ではなく、現実の実験環境に近い「固溶体モデル」を構築し、添加元素とプロトン、あるいは酸素空孔の多体間の相互作用を取り込んだ理論計算を実施する。これまで複数のドーパントと酸素空孔、もしくはプロトンを導入した配置の異なる構造モデルを系統的に構築し、エネルギー状態を定量評価、安定な配置の決定を試みた。その結果、酸素空孔に関しては2つのYに共有された直線状の三体クラスターを形成することで安定状態となることが明らかとなった。また、Yが1個、プロトン1個を含む単純な欠陥対モデルでは第2隣接のプロトンが安定だが、2個のYとプロトンが存在する場合はプロトンの安定配置は必ずしも第2隣接ではないことが明らかとなった。このように、多体相互作用の存在下では単純な2体相互作用のみの場合と安定配置が異なることが明らかとなった。BaZrO3の単位格子を3x3x3に拡張した135原子を含むスーパーセルを基本構造ユニットとして、結晶の対称性を考慮した独立な配置探索を行うことで系統的な構造モデルを構築し、第一原理計算による配置ごとのエネルギー状態の評価を行った。構造最適化、内部エネルギーの計算には平面波基底PAW法であるVASPコードを用いている。Y2O3添加BaZrO3は空気中1600°C程度の高温で焼結し合成される。その後800°C以下の加湿雰囲気下に曝露されることで、置換固溶したYの電荷補償欠陥である酸素空孔が水和し格子中にプロトンが導入される。そこで、まずは固溶元素であるYと酸素空孔(V_O)の安定配置を決定した。2個のYと1個の酸素空孔、4個のYと2個の酸素空孔という組合せで500種類程度の独立な配置に対して網羅的にエネルギー状態の計算を行った。その結果、Y-V_O-Yという三体クラスターが非常に安定であることが明らかとなった。また、Yを12個とプロトンを12個同時にスーパーセル中に導入し、安定配置を探索した。Yとプロトンが1個ずつ存在する欠陥対モデルの場合、プロトンは第1もしくは第2隣接サイトにおいて安定となる。しかし、2個ずつ存在する場合は第2隣接サイトが必ずしも安定にはならない。Yとプロトンの複雑な多体相互作用の結果、Yと酸素の配位多面体の歪み場の形成に強く支配されることを現時点で確認している。単純な希薄溶体近似とは異なる固溶体モデルを用いることで、点欠陥の多体間相互作用の影響を明らかにすることができたことから、研究は概ね順調に進んでいる。

プロトン伝導性の酸化物を固体電解質として用いた燃料電池、プロトン伝導性セラミック燃料電池(Proton-conducting Ceramic Fuel Cell: PCFC)はその高い燃料利用効率、600°C程度の中温作動温度という利点から実用化が期待される次世代の固体酸化物燃料電池である。現在、主にBaZrO3をベースとしてYなどの希土類元素を添加した固体電解質材料の研究が行われているが、実用化においてはプロトン伝導率を現行より1桁程度向上させる必要がある。プロトン伝導率の向上のためには、(1)添加元素の置換固溶と電荷補償として酸素空孔の形成、(2)水蒸気雰囲気下での酸素空孔の水和反応とプロトン溶解という複雑な点欠陥形成挙動を把握する必要がある。昨年度、Y添加系における添加元素(Zrサイトへの置換固溶)と酸素空孔の3体クラスターの相互作用の計算を行ったのに引き続き、平成29年度はSc、In、Gd、Luについて三体クラスターの相互作用の計算を実施した。いずれの元素種でも添加元素でも酸素空孔は添加元素近傍に存在することでエネルギーが下がる傾向にある。これは正の有効電荷を持つ酸素空孔、負の有効電荷を持つ置換元素間のクーロン相互作用によるものと考えられる。特に2つの添加元素が酸素空孔を共有する直線状の三体クラスターを形成することで最安定状態となる。イオン半径の小さいScとInでは特に、添加元素の最隣接に酸素空孔が局在化することでエネルギーが低下する傾向が強く、クーロン相互作用以外にも配位子場の影響もあると考えられる。また、Y添加系については、さらに添加元素4原子、酸素空孔2サイトが内包されたスーパーセルにおいて固溶体(添加量約10mol%)モデルでの安定配置の決定を行った。6体の欠陥モデルにおける最安定構造は、3体での最安定構造の単純な線形結合ではないことが確認された。BaZrO3の単位格子を3x3x3に拡張した135原子を含むスーパーセルを基本構造ユニットとして、結晶の対称性を考慮した独立な配置探索を行うことで系統的な構造モデルを構築し、第一原理計算による配置ごとのエネルギー状態の評価を行った。構造最適化、内部エネルギーの計算には平面波基底PAW法であるVASPコードを用いている。BaZrO3ではZrサイトに3価の陽イオンを置換固溶させることで電荷補償により酸素空孔やプロトンが結晶格子中に導入される。Y、Sc、In、Gd、Luという代表的な添加元素系についてスーパーセル中に2個のYと1個の酸素空孔を同時に導入して、3体間の相互作用と最安定配置を明らかにした。元素種の違いは特にその相互作用の大きさに変化を生じる。Y添加系に関しては4個のYと2個の酸素空孔という組合せで全配置約46000種類からランダムに抽出した500種類の独立な配置に対して網羅的な第一原理計算による構造緩和と全エネルギー計算を行った。得られたエネルギーと欠陥クラスターに関する相関関数を教師データとしてガウス過程回帰による予測モデルを構築、獲得関数が最大となるモデルを選択してさらに第一原理計算を実施することで安定構造の探索を行い、安定構造を決定した。4個のY、2個の酸素空孔を含むモデルでも2個の添加元素が1個の空孔を共有する3体クラスターを有することでエネルギーは低下する傾向にあるが、この3体クラスターだけが存在する配置が最安定とはならないことが確認された。高次の多体相互作用は低次の相互作用の線形結合で記述可能とは限らないことを示唆する結果となった。
脱神経筋および再神経支配筋のMRIにおける経時的変化に関する実験的研究

1987年Shabasらが、末梢神経麻痺によりMRI上その支配筋に輝度変化が生じることを臨床例で報告して以来、MRI上の脱神経筋の変化についての報告が散見されるようになった.しかし脱神経筋が再神経支配される過程において、MRI上どのような変化を示すかについては未だ不明であった.われわれは、ラットの脛骨神経切断・縫合モデルを用いて、下腿三頭筋の再神経支配の経時的に観察し、その所見を検討した.その結果、脱神経筋はMRI上、T1強調画像では等輝度であったが、T2強調画像で高輝度となり、輝度変化として表現されると同時に、筋の横断面積の減少という形態的な変化として描出された.一方、再神経支配筋の変化は、再神経支配に伴う輝度の正常化と、その後の筋の横断面積の回復として表現された.MRIでの高輝度変化は自由水の増加によるものであり、再神経支配によるMRIでの輝度の正常化は、筋線維レベルでの収縮能をはじめとする機能の回復により、自由水が減少したことを示すと考えられた.しかし再神経支配筋の横断面積の回復は強度の正常化より遅れ、筋全体としての機能回復は筋線維レベルの収縮能の回復に比べ、時間がかかると推測された.またMRIでみられた自由水の増加が、細胞内で起こったものか、細胞外で起こったものかは、筋肉の組織学的所見だけからは不明確であった.今後は脱神経筋・再神経支配筋における自由水の動態を調べることで、その病態を研究していく予定である.1987年Shabasらが、末梢神経麻痺によりMRI上その支配筋に輝度変化が生じることを臨床例で報告して以来、MRI上の脱神経筋の変化についての報告が散見されるようになった.しかし脱神経筋が再神経支配される過程において、MRI上どのような変化を示すかについては未だ不明であった.われわれは、ラットの脛骨神経切断・縫合モデルを用いて、下腿三頭筋の再神経支配の経時的に観察し、その所見を検討した.その結果、脱神経筋はMRI上、T1強調画像では等輝度であったが、T2強調画像で高輝度となり、輝度変化として表現されると同時に、筋の横断面積の減少という形態的な変化として描出された.一方、再神経支配筋の変化は、再神経支配に伴う輝度の正常化と、その後の筋の横断面積の回復として表現された.MRIでの高輝度変化は自由水の増加によるものであり、再神経支配によるMRIでの輝度の正常化は、筋線維レベルでの収縮能をはじめとする機能の回復により、自由水が減少したことを示すと考えられた.しかし再神経支配筋の横断面積の回復は強度の正常化より遅れ、筋全体としての機能回復は筋線維レベルの収縮能の回復に比べ、時間がかかると推測された.またMRIでみられた自由水の増加が、細胞内で起こったものか、細胞外で起こったものかは、筋肉の組織学的所見だけからは不明確であった.今後は脱神経筋・再神経支配筋における自由水の動態を調べることで、その病態を研究していく予定である.
農業における人的資源開発に関するキャリア・サイクル論的研究

本研究では、(1)非農家子弟の農業参入や定年退職者に代表される高齢者の帰農、Uターン、Iターン就農、(2)既に農業に従事している者による関連事業(農産物加工や販売など)への事業展開、(3)農村女性の活動範囲の拡大、などに着目し、その行動原理を解明するための理論的枠組みを「キャリア・サイクル」、「ライフ・サイクル」という観点から構築した。また、その成果を活用して、多様な農業者の多様な取り組みに対する支援のあり方について論じた。本研究は、就農や職域の拡大という行動を「キャリア」というこれまでにない視角で捉えるという特色を有しており、農業分野におけるキャリアに関する理論研究と実際に新規就農した者や既存農業者へのヒアリングや情報収集を通した実証研究が必要である。理論面では、平成21年度は、研究組織全体による研究会を京都大学において(5月、9月、11月)に開催し、研究目的、課題に接近するための方法について研究組織参加者間で共通認識を確立した。また、研究組織参加者が、各々、一般経営学、経済学、ビジネス論、人材開発論といった多様な領域におよび文献収集と研究を行い、農業分野におけるキャリア論、キャリア形成・開発論、キャリア支援論の骨子を組み立てることができた。実証面では、京都府丹後地域、群馬県大規模野菜作産地、福井県若狭町で予備的な実態調査を実施し、平成22年度以降に本調査を行うための準備を整えるとともに、理論研究にとって新たなアイデアをなるような新知見・情報を収集した。平成21年度におこなった理論研究により、22年度に実態調査を本格的に行う際の切り口が準備できたが、その一方で、21年度の調査結果を用いることで、22年度には、理論面の精緻化・拡充ができるものと考えている。そのために、平成22年度は、以下のような作業を行った。理論面では、前年度において、研究組織参加者間で共通認識として確立した基礎理論に肉付けを行い、理論面の精緻化と拡充に努めた。また、前年度に実施した現地調査から帰納的に導かれる農業者、新規就農者の行動様式・パターンと我々が構築したキャリア理論を擦り合わせることで、その理論の有効性について検証した。実証面では、前年度予備調査を行った京都府丹後地域、群馬県大規模野菜作産地、福井県若狭町において本調査を実施し、現地の新規参入者やその受け入れ集落の人々にヒアリングを行うとともに、熊本県、鹿児島県等で新規参入者支援を行っているNPO法人等を訪問し、キャリア形成、キャリア支援に関わる新知見・情報を収集した。また、既に農業者として一定のキャリアを積んだ後に関連事業への展開という形で新たなキャリア・アップを実現した農業者や関係機関、行政組織へのヒアリング調査も行い、政策的なバックアップの現状と方向性について意見交換を行った。平成22年度におこなった理論研究・実態調査により、最終年度で研究を遂行し、成果を結実させるための準備は概ね整ったものと考えている。本研究は、就農や農業から関連領域への職域の拡大を「キャリア」「キャリア開発」というこれまでにない分析視角から捉えるという特色を有したものである。具体的には、(1)農業分野において「キャリア」をどう定義し、捉えるのかという理論的な研究、(2)その枠組みを用いて事例の実情を分析する実証研究、に取り組み、(3)実証分析の結果をフィードバックし、我々が構築した理論的枠組みや概念の有効性をテストした。研究最終年度である平成23年度においては、研究組織全体による検討会を適宜開催し、前年度までに構築した「キャリア論」、「キャリア形成・開発論」、「キャリア支援論」に関わる理論的枠組みの骨子を精緻化・拡張した。そして、農業経営学体系の中に農業者キャリア論をどのように位置づけ、隣接領域との関連をどのように捉えるべきであるのかについて検討・考察した。実証面では、前年に予備調査を行った京都府丹後地域、群馬県大規模野菜作産地、福井県若狭町の本調査を実施するとともに、新たに愛媛県の柑橘農業地帯における事業多角化経営、長野県伊那市における就農支援事業、などの実態調査を試み、実証分析のための資料・データ収集に努めた。そして、その資料・データ等を用いて、農業者、農業者の就農ルート、事業展開、支援のあり方、等を類型化する作業を進めた。現在、上述してきた理論的研究と実証研究を統合させ、当初の研究目的に接近するための分析・検討を行っており、その成果を、今後、出来るだけ早い段階で公表していく予定である。
血管内皮機能障害と高血圧発症・進展に関する疫学研究

本研究は、地域一般住民男女を対象として、血流依存性血管拡張反応(FMD)検査、中心動脈圧・上腕血圧の測定を実施した。血管内皮機能障害の指標としてFMDを用いて、血管内皮機能の障害と血圧との関連を分析した。その結果、FMD値と収縮期血圧・拡張期血圧、中心動脈圧及び多量飲酒とは負の相関を示した。また、中心動脈圧値と心電図ST-T異常・左室肥大との関連は、収縮期血圧とは独立して、正の相関を示した。研究目的:本研究は、地域における一般住民を対象として、無侵襲的な検査であるFMD検査を用いて、血管内皮機能を評価し、血管内皮機能障害と高血圧の発症との関連を明らかにすることを目的とする。具体的には、1既存のデータを用いて、血管内皮機能指標である一酸化窒素(NO)の産生指標である尿中cGMP排泄量と血圧値の変化、高血圧発症との関連を分析する。2血管内皮機能の無侵襲的な検査であるFMD検査を実施し、血管内皮機能と血圧値の変化、高血圧発症との関連を分析する。研究実施計画:平成24年度と25年度、3075歳男女を対象として、大阪府八尾市M地区で260人、茨城県筑西市で110人、大阪職域で120人についてFMDを実施した。これらのデータを中間解析として、血管内皮機能の指標である血管拡張率(%FMD)と高血圧や他の循環器疾患の危険因子との関連について分析し、その結果を2014年1月第24回日本疫学会学術総会で発表した。また、H26年度は秋田県井川町で約150人、茨城県筑西市で約100人、大阪府八尾市で100人についてFMD検査を実施する予定である。研究に意義:本研究により、FMD検査することにより、高血圧の発症を早期の段階で高い精度で予測が可能であり、より早期の段階で生活習慣の改善指導をおこなうことにより、高血圧や動脈硬化の早期予防につなげることができる。研究目的:本研究は、地域一般住民を対象として、血管内皮機能障害と高血圧の発症との関連を明らかにすることを目的とする。研究実施計画:平成24年度、3075歳男女を対象として、大阪府八尾市M地区で、150人についてFMD検査を実施し、大阪職域においては、120人についてFMDを実施した。これらのデータを中間解析として、血管内皮機能の指標である血管拡張率(%FMD)と高血圧や他の循環器疾患の危険因子との関連について分析し、その結果を、2014年アメリカAHA心臓病学会と第72回日本公衆衛生学会総会で発表する予定である。また、H25年度は茨城県筑西市で約400人についてFMD実施を予定してある。本研究は、地域一般住民を対象として、血管内皮機能障害と高血圧などの循環器疾患のリスクファクターとの関連を検討した。対象集団は、秋田県I町地域住民、茨城県C市K筑地域住民、大阪府Y市M地区地域住民である。平成24年26年までに秋田、大阪、茨城の各地域で3075歳男女を対象として、血流依存性血管拡張反応(FMD)検査を実施し、血管内皮機能の評価指標である血管拡張率(FMD)を用いて、循環器疾患のリスクファクターとの関連を検討した。その結果、血流依存性血管拡張反応(FMD)は収縮期血圧、拡張期血圧及び中心血圧と負の相関を示した。また、多変量調整のオッズ比は、正常血圧群に比較して高血圧群では2.0であり、中心血圧の低値群に対して高値群(4分位)では1.9であった(第73回日本公衆衛生学会総会2014、栃木で発表)。さらに、アルコール摂取量と血管内皮機能障害との関連について、第25回日本疫学会2015、名古屋で発表した。多重回帰分析において、アルコール摂取量と血流依存性血管拡張反応(FMD)と負の相関を示した。また、非飲酒者に比べ、多量飲酒者(毎日2合以上)年齢調整のオッズ比は2.1であった。以上により、高血圧、中心血圧の高値、多量飲酒が血管内皮機能障害のリスクファクターであることとともに、地域住民において循環器疾患ハイリスク群の把握に血流依存性血管拡張反応(FMD)検査を実施することの有用性を示された。循環器疾患の疫学

平成24年度と平成25年度は、3075歳男女を対象に、地域において370人、職域においては120人についてFMD検査を実施した。予定の約5割以上は達成している。予定のとおり、平成24年度は、3075歳男女を対象に、地域において150人、職域においては120人についてFMD検査を実施した。平成26年度、さらに、対象地域である茨城県筑西市、大阪八尾市、秋田井川町で約350人についてFMDを実施する予定である。また、中間解析として、アメリカAHA心臓病学会と日本公衆衛生学会総会で発表する予定である。英文論文を作成し専門誌に発表する。平成25年度、対象地域である茨城県筑西市、大阪八尾市、秋田井川町で約500人についてFMDを実施する。また、中間解析として、アメリカAHA心臓病学会と日本公衆衛生学会総会で発表する。計画通り遂行でき、最終年度検査を充実させるFMD検査の追加検査、データ解析としての結果を国内外学会で発表し論文化をすすめる。平成26年度も、上記の対象地域ににおいて繰り返しFMD検査を実施する。
3次元複雑領域における電磁波伝搬解析のための安定なメッシュレス法の開発と高速化

本研究の目的は,複雑領域での効率的な電磁波伝搬シミュレーションを実現することである.そのために本研究では,まず,IMLSで生成された形状関数をMTDMに導入した.その結果,MTDMの安定性が向上し,従来と比較して長時間のシミュレーションを可能とした.また,複雑領域の一部に存在する矩形領域にFDTD,その他の領域にMTDMを適用するHybrid法を提案し,MTDMのみを使う場合と比較して最大1.9倍の高速化を実現した.加えて,Hybrid法によって得られたElectric FieldはFDTDとMTDMの結合部分まで含めて滑らかに分布しており,比較的少ない節点数でFDTDよりも高精度であった.平成27年度は,Meshless Time-Domain Method (MTDM)で電磁波伝搬シミュレーションをする際,Interpolating Moving Least-Squares method (IMLS)によって形状関数を生成することで,複雑領域におけるMTDMの安定性を向上させることを目指した.具体的には,まず,IMLSで形状関数を生成する際に必要となる重み関数は特異性を含むが,MTDMで使用することに特化させることで特異性を除去した.また,曲がった領域を含む導波管において,IMLSを組み込んだMTDMによって電磁波伝搬シミュレーションを行った.その際,従来の形状関数生成法であるRadial Point Interpolation Method (RPIM)を組み込んだMTDMとの比較を行い,IMLSを組み込んだときの方が時間刻み幅を大きめに取っても,シミュレーションが安定することを実験的に示した.また,シミュレーション開始前に必要な処理もIMLSを用いたときの方が効率的であることも示した.従来,MTDMによるシミュレーションの安定条件には,形状関数に依存した部分は含まれていなかったが,今回得られた結果は,安定性が形状関数にも依存することを示すものである.したがって,MTDMには,従来から知られている安定条件だけでなく,その他の安定条件が存在することが示唆された.上述の研究成果は,学術論文としてアクセプトされた.また,上記研究成果を中心に,国際会議や国内学会・研究会等で積極的に研究発表を行った.平成27年度は,IMLSにおける形状関数生成時に必要となる重み関数の特異性を回避すると共に,MTDMにIMLSを組み込んで,電磁波伝搬シミュレーションを行った.その結果,従来の形状関数生成法であるRPIMを用いたときよりも安定的にシミュレーションができることが確認できた.また,この研究成果は,学術論文としてアクセプトされた.以上より,全体としておおむね順調に進展していると判断した.Meshless Time-Domain Method (MTDM)は,Finite-Difference Time-Domain method (FDTD)と比較して節点を柔軟に配置できるため,複雑領域での電磁波伝搬解析を比較的簡単に実現できるという利点を持っている.一方,MTDMの計算時間は,節点数が同程度の場合,FDTDと比較して大きくなる傾向がある.そのため,平成28年度は,複雑領域における電磁波伝搬解析をする際,全領域でMTDMを使うのではなく,FDTDと組み合わせて計算を行うHybrid法を提案した.具体的には,複雑領域であっても領域の一部に着目すれば矩形の領域が存在するため,矩形領域にFDTDを適用し,その他の領域でMTDMを使うことで,FDTDの高速性とMTDMの節点配置の柔軟性の両方を生かせる方法とした.Hybrid法をU字とS字の導波管に適用して電磁波伝搬解析を行った結果,両方の導波管において,MTDMとFDTDの結合部分を含めてElectric Fieldは滑らかに分布していた.また,シミュレーションは100万ステップ以上安定動作する例を確認した.さらに,MTDMを全領域で使用した場合と比較して,1万ステップあたりの計算時間は,U字・S字の導波管でそれぞれ最大1.9倍・1.5倍高速化された.加えて,比較的少ない節点数で,Hybrid法はFDTDよりも高精度であった.少ない節点数で十分な精度のシミュレーションができると,大規模問題を扱って並列計算が必要となったとき,同期のための転送データ量の減少につながる.そのため,今後並列計算を行う際にも,Hybrid法はデータ転送時間を抑えることに貢献する可能性がある..上述の研究成果は,学術論文としてアクセプトされた.また,上記研究成果を中心に,国際会議や国内学会・研究会等で,積極的に研究発表を行った.平成28年度は,複雑領域で電磁波伝搬解析をするためのMTDMとFDTDによるHybrid法を提案し,MTDMのみを用いたときと比較して,シミュレーション速度を高速化することができた.並列計算による高速化に移る前にアルゴリズムを洗練させることは重要であり,今年度の成果は,今後につながるものであると考えている.なお,この研究成果は,学術論文としてアクセプトされている.以上より,全体としておおむね順調に進展していると判断した.平成28年度までは,Meshless Time-Domain Method (MTDM)を用いて,一定幅の導波管において電磁波伝搬シミュレーションを行ってきたが,平成29年度は,新しい問題としてTaper形状の導波管に対してMTDMを適用した.その結果,計算が破綻することなく比較的長時間のシミュレーションが実現できた.したがって,新しい問題におけるシミュレーションに対しても,これまでに実施してきたMTDMの安定化の効果が現れていると考えられる.一方,MTDMによるシミュレーションを高速化するために,Oakforest-PACSにおいて,1ノードではあるものの最大1024スレッドの並列計算を行った.この計算では2次元問題を扱ったものの,3次元問題を扱う際にも参考になるように節点数を多めに設定した.

具体的には約1158万節点配置して計算を行った.結果としては,256スレッドのときがもっとも高速化され,1スレッドと比較すると,約20倍高速化された.研究期間全体では,Interpolating Moving Least-Squares method (IMLS)を形状関数生成に使うことで,MTDMの安定性が向上し,比較的長時間のシミュレーションが可能になったことが最も大きな成果であると考えている.また,MTDMとFDTDのHybrid法も提案し,精度をほとんど変えずに高速化を実現した.3次元問題への取り組みとしては,将来的に陰解法を用いたときなどのための基礎研究として,メッシュレス法の1つであるX-EFG法を用いて3次元Poisson方程式を離散化して得られた連立1次方程式の解法について調査し,係数行列の構造を考慮した前処理を用いることで,反復解法で効率的に解ける例を確認した.これらの成果は国際会議などで発表しただけでなく,Journal Paperとしても出版された.本研究の目的は,複雑領域での効率的な電磁波伝搬シミュレーションを実現することである.そのために本研究では,まず,IMLSで生成された形状関数をMTDMに導入した.その結果,MTDMの安定性が向上し,従来と比較して長時間のシミュレーションを可能とした.また,複雑領域の一部に存在する矩形領域にFDTD,その他の領域にMTDMを適用するHybrid法を提案し,MTDMのみを使う場合と比較して最大1.9倍の高速化を実現した.加えて,Hybrid法によって得られたElectric FieldはFDTDとMTDMの結合部分まで含めて滑らかに分布しており,比較的少ない節点数でFDTDよりも高精度であった.平成28・29年度は,3次元複雑領域での電磁波伝搬シミュレーションをIMLSを組み込んだMTDMによって行い,その並列アルゴリズムを考案することを計画している.現時点で,RPIMの形状関数を組み込んだMTDMに対しては,直線導波管において,2次元シミュレーション用並列アルゴリズムを提案している.このアルゴリズムでは,節点が領域内に一様に分布していることを前提に高速化に成功しているが,3次元で円柱形状の導波管が曲がっている場合などは節点分布に偏りが出る可能性があり,そのまま現在の並列アルゴリズムを適用することは難しい.したがって,複雑領域での並列アルゴリズムに特化した節点配置法あるいは節点配置に合わせた領域分割法を考えて改良することを考えている.
好塩基性封入体を伴う運動ニューロン病と前頭側頭型痴呆の関連・封入体の単離と解析

好塩基性封入体を伴う非定型運動ニューロン病の運動神経細胞脱落における封入体形成の意義を明らかにするために、われわれは当該研究期間において、まずこの封入体の構成要素を明らかにする研究を行った.封入体の単離と分析のためにはmarkerとなる成分の同定が必要であるため、種々の蛋白に対する一次抗体を用いて好塩基性封入体の免疫組織化学を試みた.その結果、tau2,AT8,Aβ,neurofilament, MAP group, tubulin, actin, vimentin, SOD1, α-synucleinなどの細胞構成蛋白に対する一次抗体に対しては反応を示さないことが判明した.一方抗ubiquitin抗体と抗cystatin C抗体はわれわれの症例の好塩基性封入体の一部を認識することが明らかとなった。Cystatin CはG0lgi器官と関連する蛋白であるため、Golgi器官に対する抗体である抗MG160抗体,抗tans-GOlgi-network抗体での免疫染色を試みたが、封入体での染色性は認められなかった。しかし一方で、抗MG160抗体を用いて染色した脊髄前角細胞を詳細に検討すると、封入体を有する神経細胞はすべてGolgi器官の断裂が生じていることが明らかとなった.われわれの症例でみられたGolgi器官の断裂は、古典的ALSの症例において初期病変として報告されているものと同様の所見であることから、好塩基性封入体を伴う非定型運動ニューロン病の運動神経細胞変性においては、その初期段階から古典的ALSと共通の機序が関与している可能性が示唆された。さらに、好塩基性封入体は運動神経細胞の変性過程において神経保護的に作用しているのではなく、変性に積極的に関与している可能性、封入体形成とGolgi器官の断裂には共通の病的機序が関与レている可能性が示唆された。平成12年度科学研究費補助金を受けて,われわれは好塩基性封入体を伴う運動ニューロン病2例の剖検脳から好塩基性封入体を単離するための実験に着手した.まず,最も効率よく封入体を単離するため封入体の出現頻度のマッピングを行ったところ,大脳基底核がもっとも単離に適した組織であることが判明した.次に,単離のためにはmarker proteinが必要であるため,種々のタンパクに対する一次抗体を用いて好塩基性封入体の免疫組織化学染色を試みた.その結果,tau2やAT8など従来tau proteinの同定に通常用いられていた抗tau抗体は同封入体を認識しないことが判明し,抗ubiquitin抗体も封入体の一部を認識するに過ぎないことが明らかとなった.そこでわれわれは,他の細胞骨格タンパクに対する免疫染色を一斉に施行した.その結果,neurofilament subunits,MAP group,tubulin,actinなとほとんどの細胞骨格タンパク抗体に対して反応を示さなかったが,現在までのところ唯一cystatin C抗体に対しては,すべての封入体ではないが少なくとも一部は免疫反応を呈しているように見受けられた.Cystatin CはGolgi器官と関連するタンパクであるため,現在,免疫電顕法で確認を進めるとともに,抗Golgi zone抗体その他の関連抗体を用いて検索中である.好塩基性封入体とcystatinCあるいはGolgi器官との関連が確認されれば,これをmarker proteinとしてsucrose gradientによる単離を開始する予定である.またわれわれの症例のglia cellには抗tau抗体に陽性のものがあり,現在二重免疫染色法,免疫電顕法にて確認中である.平成1213年度科学研究費補助金の助成を受け,我々は好塩基性封入体を伴う非定型的運動ニューロン病における運動神経細胞脱落に対する好塩基性封入体形成の意義を明らかにする目的で,この封入体の構成成分を明らかにする研究を行った.

封入体の単離と分析のためにはまずmarker proteinが必要であるため,種々の蛋白に対する一次抗体を用いて好塩基性封入体の免疫組織化学染色を試みた.その結果,tau2,AT8,neurofilament, MAP group, tubulm, actinなどの細胞骨格蛋白に対する一次抗体に対しては反応を示さないことが判明した.一方抗ubiquitin抗体と抗cystatin C抗体は我々の症例の好塩基性封入体の一部を認識することが明らかとなった.Cystatin CはGolgi器官と関連する蛋白であるため,Golgi器官に対する抗体である抗MG160抗体,抗tans-Golgi-network抗体での免疫染色を試みたが,結果は陰性であった.しかしこれらの検討を通じて,好塩基性封入体を有する運動神経細胞はGolgi器官の断裂を生じていることが明らかとなり,これらの所見から,好塩基性封入体は運動神経細胞の変性過程において神経保護的に作用しているのではなく,変性に積極的に関与していることが示唆された.これらの結果の一部はActa NeuropathologicaおよびMolecular Mechanism and Therapeutics of Amyotrophic Lateral Sclerosisに発表した.封入体単離のためには主要構成成分を明らかにする必要があるため,我々はさらなる知見の集積を待って解析を続ける計画である.一方で,保存されている剖検脳組織から遺伝子を抽出し,tau遺伝子における変異の有無を検索する予定である.
長期間の身体運動がラット大動脈収縮特性に及ぼす影響

ラット大動脈の収縮特性に及ぼす長期間の身体運動(TR)の影響を内皮細胞との関連性から検討した.実験動物としてWistar系雄ラットを用い、TRは9週間のトレッドミル走行を実施した.TR終了後,ラットを屠殺し胸部大動脈を摘出後,種々の薬物に対する収縮特性を検討した.ノルエピネフリンによる収縮において,内皮細胞存在下でTR群の濃度反応曲線は対照群と比較し有意に右側にシフトした(50%有効濃度(ED_<50>),対照群;9.5nM,TR群;30nM).内皮細胞非存在下においても同様の現象が観察されたが,その差は小さくなった(対照群;ED_<50>=4.2nM,TR群;ED_<50>=9.7nM).外液Ca^<2+>のノルエピネフリン収縮に及ぼす効果にTRの影響は認められなかった.アンギオテンシンIIによる収縮は内皮細胞存在下でTRラットの濃度反応曲線は対照ラットと比較し有意に右側にシフトした(対照群;ED_<50>=2.1nM,TR群;ED_<50>=5.6nM).内皮細胞非存在下においても同様の現象が観察された(対照群;ED_<50>=2.0nM,TR群;ED_<50>=6.6nM).アセチルコリンによる弛緩やカリウム拘縮はTRによる影響を受けなかった.さらに急性の運動負荷について検討した.運動負荷後,対照群のノルエピネフリン収縮は内皮細胞の有無に関わらず濃度反応曲線は有意に右側にシフトした.TR群においても同様の現象が観察されたが,濃度反応曲線の右側へのシフトが小さく,結果的に運動負荷直後に測定したノルエピネフリン収縮は対照群とTR群で有意な差が認められなかった.また,運動負荷後,対照群のアンギオテンシンII収縮は内皮細胞の有無に関わらず濃度反応曲線は有意に右側にシフトした.一方,TR群のアンギオテンシンII収縮は急性の運動負荷の影響は認められなかった.ラット大動脈の収縮特性に及ぼす長期間の身体運動(TR)の影響を内皮細胞との関連性から検討した.実験動物としてWistar系雄ラットを用い、TRは9週間のトレッドミル走行を実施した.TR終了後,ラットを屠殺し胸部大動脈を摘出後,種々の薬物に対する収縮特性を検討した.ノルエピネフリンによる収縮において,内皮細胞存在下でTR群の濃度反応曲線は対照群と比較し有意に右側にシフトした(50%有効濃度(ED_<50>),対照群;9.5nM,TR群;30nM).内皮細胞非存在下においても同様の現象が観察されたが,その差は小さくなった(対照群;ED_<50>=4.2nM,TR群;ED_<50>=9.7nM).外液Ca^<2+>のノルエピネフリン収縮に及ぼす効果にTRの影響は認められなかった.アンギオテンシンIIによる収縮は内皮細胞存在下でTRラットの濃度反応曲線は対照ラットと比較し有意に右側にシフトした(対照群;ED_<50>=2.1nM,TR群;ED_<50>=5.6nM).内皮細胞非存在下においても同様の現象が観察された(対照群;ED_<50>=2.0nM,TR群;ED_<50>=6.6nM).アセチルコリンによる弛緩やカリウム拘縮はTRによる影響を受けなかった.さらに急性の運動負荷について検討した.運動負荷後,対照群のノルエピネフリン収縮は内皮細胞の有無に関わらず濃度反応曲線は有意に右側にシフトした.TR群においても同様の現象が観察されたが,濃度反応曲線の右側へのシフトが小さく,結果的に運動負荷直後に測定したノルエピネフリン収縮は対照群とTR群で有意な差が認められなかった.また,運動負荷後,対照群のアンギオテンシンII収縮は内皮細胞の有無に関わらず濃度反応曲線は有意に右側にシフトした.一方,TR群のアンギオテンシンII収縮は急性の運動負荷の影響は認められなかった.
糖脂質受容体に着目した有用魚種のプロバイオティクスとアンチバイオティクスの研究

昨年度研究より、ゼブラフィッシュGM4合成酵素の塩基配列、及びアミノ酸配列を同定した。この情報をもとに、哺乳動物においてGM4合成酵素をデータベースよりスクリーニングすることとした。GM4合成酵素は哺乳動物においてもクローニングされていない。マウスをモデル動物としてスクリーニングした結果、アミノ酸レベルにおいて、GM3合成酵素がゼブラフィッシュGM4合成酵素と最も同一性が高いことが分かった。放射性同位元素でラベルしたガラクトシルセラミド(GalCer)をアクセプター基質、CMP-NeuAcをドナー基質としてマウスGM3合成酵素のシアリルトランスフェラーゼ活性を測定した結果、マウスGM3合成酵素がGM3だけでなく、GM4も合成することが判明した。現在までに、GM3合成酵素ノックアウトマウスが作製され、神経におけるGM3の機能解析、インスリン受容体と糖尿病におけるGM3の機能解析、聴覚(内耳)機能におけるGM3の機能解析が行われている。実際に、同ノックアウトマウスの脳においてGM4は消失しており、また、同脳においてGM4合成活性も消失していた。このことはマウスにおいて、マウスGM3合成酵素が唯一のGM4合成酵素であることを示している。以上のことは、ノックアウトマウスを用いたGM3の機能解析において、GM4においても注目しておく必要があることを示している。2,海洋生物、海水から、有用細菌(乳酸菌など)選択培地により単離し、GM4結合乳酸菌の選別博多湾より、GM4に結合する乳酸菌L.plantarumを2株単離した。蛍光標識したV.harveyiはGM4、GT1b、GQ1bに結合した。これらは全て糖鎖に「NeuAcα2,3Gal」の構造を持つ。4,魚病菌の糖脂質受容体GM4の合成酵素遺伝子のクローニング及び組織での発現本実験は、申請書年次計画に記載していなかったが、以下の必要性のため新たに行った。魚細胞を用いた感染実験を行う際に、人為的にGM4発現株を作成したい。実験開始時点でGM4合成酵素のクローニングが行われた例はなかったが、本研究室ではゼブラフィッシュからGM3合成酵素(A)のクローニングを終了していた。Aのアミノ酸配列をもとに分子系統樹を作成し、GM4合成酵素候補(B)を選別した。Bをクローニング後、BをCHOP細胞で過剰発現し、細胞破砕液を酵素液とした。アクセプター基質としてGalCerを用いたところ、BはGM4を合成した。マダイ腸から単離したV. harveyiからGM4(NeuAcα2,3Gal-Cer)結合タンパク質候補を抽出後、GM4との親和性を利用して候補タンパク質を選別した。それらのタンパク質のうち、約15kDaのタンパク質のN末端アミノ酸配列がMSHA(mannnose sensitive hemagglutinin)と一致した。以後、V. harveyiゲノムデータベースよりMSHAを含むtype IV線毛をGM4結合タンパク質候補としてクローニングをはじめた。現在、当研究室大学院生阪ロ太らと2つのGM4結合タンパク質候補のクローニングを終了しており、一つはGM4吸着赤血球を凝集することを確認した。これについては、さらに活性を確認するためRI標識した形質転換株をTLC-overlay assayを行う必要がある。(2)魚病菌の糖脂質受容体GM4の合成酵素遺伝子のクローニング及び組織での発現本実験は、申請書年次計画に記載していなかったが、以下の必要性のため新たに行った。また、実験開始時点でGM4合成酵素のクローニングが行われた例はないが、ゼブラフィッシュの腸管から脂質を抽出し、TLC上で抗GM4抗体を作用させた結果、GM4を含むことが判明した。ゼブラフィッシュはゲノムデータベースが完備されているので、引き続きゼブラフィッシュをモデル動物として、以後のクローニングを行った。本研究室ではゼブラフィッシュからGM3合成酵素(A)のクローニングを終了していた。Bをクローニング後、ハムスターメラノーマ細胞で過剰発現し、細胞破砕液を酵素液とした。ドナー基質としてCMP-[14C]NeuAc、アクセプター基質としてGalCerを用いたところ、BはGM4を合成した。:学会誌等への発表2、学会発表番号1、2。A、BのRNAプローブとゼブラフィッシュ24時間胚と5日胚を用いて、whole mount in situ hybridizationを行った。その結果、Bは原腎管と消化管に発現していた。一方、Aは脳と食道に特異的に発現していた。以上の結果から、魚病菌の腸内受容体GM4は、主としてゼブラフィッシュGM4合成酵素により合成されていることが推測された。

現在までに、GM3合成酵素ノックアウトマウスが作製され、神経におけるGM3の機能解析、インスリン受容体と糖尿病におけるGM3の機能解析、聴覚(内耳)機能におけるGM3の機能解析が行われている。実際に、同ノックアウトマウスの脳においてGM4は消失しており、また、同脳においてGM4合成活性も消失していた。このことはマウスにおいて、マウスGM3合成酵素が唯一のGM4合成酵素であることを示している。以上のことは、ノックアウトマウスを用いたGM3の機能解析において、GM4においても注目しておく必要があることを示している。
カルシウムイオン透過型AMPA受容体のニューロパシックペインにおける役割の解明

麻酔・鎮痛薬は中枢神経系の様々な部位に作用するが、最も重点的に研究が行われてきた対象はGABA受容体やグリシン受容体を介した抑制シナプス伝達である。多くの麻酔薬はGABAによって誘発されるC1^-電流を増強し、抑制系シナプス電流が増強した結果中枢神経細胞が抑制され、臨床的な麻酔状態をもたらすと考えられる。しかし、AMPA受容体など興奮性シナプス伝達の役割は知られていない。またこれまでの知見は、培養細胞や脳スライス標本でのデータであり、個体レベルでの麻酔作用における神経伝達物質(GABAやGlycine)の役割についてはあまり知られていない。今回の研究は、ニューロンパシックペインにおけるAMPA受容体やGABAの役割を知るために、VGATheteroマウスを用いて麻酔薬に対する感受性やGABA電流への修飾作用の違いを野生型と比較し、抑制系シナプス増強の役割をイオンチャネル、シナプス、個体レベルで研究した。特に今回の研究では、マウスの麻酔・疼痛閾値にも焦点をあてた。脊髄後角の介在神経は痛覚情報伝達に重要であり、GABAやglycineの神経伝達が少ないと予想されるマウスでは、麻酔感受性だけでなく、疼痛への反応閾値が異なっている可能性がある。これまでに群馬大学柳川研究室から提供されたVGATheteroマウスを繁殖中である。またマウスの行動観察の装置、熱刺激閾値に対する実験装置を確立した。また、当研究費(基盤C)によって、脊髄スライス標本にも応用可能なパッチクランプのための電気生理実験装置と記録装置のセットアップが完了した。