hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
水平2方向地震力および変動軸力を受ける鉄筋コンクリ-ト柱の弾塑性層着動に関する研究

本年度は、研究の最終年度として、研究を取りまとめる作業を行なってきた。まず、昨年度末に行なった縮尺約1/4の柱の変動軸力と2方向繰返し水平力を受ける柱の実験結果を解析した。その結果、高軸力を受ける場合でも、柱断面に芯鉄筋あるいは柱脚部に拘束筋を配することにより、水平加力に対する耐力の維持と変形能の向上を確認することができ、特に拘束筋では中間鉄筋が外周の横補強筋よりも有効であることが分った。しかし、そのような高軸力では拘束筋を配筋しても、軸方向の縮み変形が大きくなり、建築物の耐震安全性に問題が生じることが明らかになった。このため、設計では軸力を制限する必要がある。昨年度の実験では、極めて軸力を高くしたため、これまでの解析モデルでは再現することが難しい挙動も見られたので、これまでに開発したMSモデルのばねの復元力特性および履歴特性を修正した。2方向地震力を受ける鉄筋コンクリ-ト造フレ-ムの弾塑性応答解析プログラムを開発したので、柱の変動軸力の効果がでやすい12階建て、各方向2スパンの骨組の地震応答解析を行ない、梁曲げ降伏先行型降伏機構を実現するのに必要な柱の設計用曲げおよびせん断耐力の割増係数、2方向地震力により生じる変動軸力の大きさを検討した。また、軸力と曲げ耐力の相互作用を無視しても、構造物の全体変形あるいは層せん断力の最大応答はあまり影響を受けないが、部材の応力および変形を正しく評価するためには相互作用を考慮する必要があることが分った。鉄筋コンクリート造梁降伏崩壊型の靭性フレームに関する終局強度型耐力設計法では,梁の降伏によるエネルギーを消費させる崩壊機構を形成させるため,降伏の望ましくない柱の強度の確保は重要である.しかし,崩壊機構を形成するためには, 1術の柱脚の降伏が不可避であり,地震時の骨組全体の転倒モーメントによる変動軸力を受ける外柱では,変動軸力を繰返し水平力の相互作用を正しく理解する解析する方法が必要である.そこで,断面形状と配筋の同じな鉄筋コンクリート造柱試験体(断面サイズ20×20cm,縮尺約1/4)8体について,荷重条件を変化させた多軸載荷実験を行なった.すなわち,一定軸力あるいは水平復元力に比例して変動する軸力と, 1方向および2方向繰返し水平力に組合せによる一軸乃至3軸の変動力を加えた.実験によって,以下研究結果が得られた.(1)変動軸力および繰返し2方向水平力の間には相互作用が存在し,柱の復元力特性の正負両側が相異する非対称な性状が現れる.軸力の変動幅が大きいほど試験体の靭性が劣化し破壊が激しくなった.実験観察および実験結果によって,多軸変動力を受ける鉄筋コンクリート柱の挙動を把握することができた.(2)実験結果を使って,軸力と水平力の相互作用を考慮する鉄筋コンクリート柱の3軸解析モデルの検証を行なった.実験結果をモデル化した解析用の復元力特性モデル,および解析モデルの幾つかのパラメータの評価方法を提案した.(3)さらに,この解析モデルによる立体骨組の弾塑性地震応答解析プログラムを開発する作業を行なった.本年度の研究計画では縮尺1/4(小型)試験体4体と縮尺1/2(中型)試験体3体の実験を計画したが、小型試験体の実験結果を検討した結果、高軸力下における柱の挙動を調べる必要性があること、中型試験体に高軸力を加えるには試験機の容量を越えること、拘束筋をバラメータにして数を多くした小型試験体で実験する方が有意義であること、等を勘案し、中型試験体の代りに小型試験体5体の実験を行なうことにし、年度内に実験を完了する準備をしている。本年度の最初の4体の試験体はすべて同一形状(200×200×570mm)の柱で、基礎を有する片持ち型とし、横補強筋の径、間隔、量をパラメータに2対を製作した。柱の主柱は8ーD10に加えて、断面中央にD25の芯鉄筋を配して高軸力あるいは変動軸力における挙動を調べた。同配筋力の対となる試験体のうち、1体には高層建物の1階内柱の想定した定軸力(N=0.3FcD)で、他の1体には隅柱を想定した変動軸力(N=0.3±0.2FcbD)で、2方向水平繰返し加力を行なった。隅柱試験体では軸力が大きくなると2方向曲げとの相互作用により、隅柱角部で高さと方向に広い範囲にコンクリートの圧壊が見られた。内柱と隅柱の試験体とも部材角1/25まで安定した復元力特性を示した。しかし、隅柱試験体では高軸力になるに従い軸方向変形蓄積し、設計上十分に検討する必要性を示唆した。試験体に配筋した横補強筋は十分であり、横補強筋による差は顕著には認められなかった。水平2方向地震力が同時に作用する場合について、鉄筋コンクリート造立骨組の柱の軸力ー2方向曲げの相互作用を考慮した弾塑性地震応答解析のプログラムを開発し、簡単なモデルに対する検証を終了した。

しかし、そのような高軸力では拘束筋を配筋しても、軸方向の縮み変形が大きくなり、建築物の耐震安全性に問題が生じることが明らかになった。このため、設計では軸力を制限する必要がある。昨年度の実験では、極めて軸力を高くしたため、これまでの解析モデルでは再現することが難しい挙動も見られたので、これまでに開発したMSモデルのばねの復元力特性および履歴特性を修正した。2方向地震力を受ける鉄筋コンクリ-ト造フレ-ムの弾塑性応答解析プログラムを開発したので、柱の変動軸力の効果がでやすい12階建て、各方向2スパンの骨組の地震応答解析を行ない、梁曲げ降伏先行型降伏機構を実現するのに必要な柱の設計用曲げおよびせん断耐力の割増係数、2方向地震力により生じる変動軸力の大きさを検討した。また、軸力と曲げ耐力の相互作用を無視しても、構造物の全体変形あるいは層せん断力の最大応答はあまり影響を受けないが、部材の応力および変形を正しく評価するためには相互作用を考慮する必要があることが分った。
干渉を考慮した5軸制御マシニングセンタの切削・研削加工と加工誤差修正

最近、複雑な形状の高能率・高精度加工のために5軸制御のマシニングセンタが使われるようになってきているているが、5軸制御加工では軸の回転が加わるうえに、工具と加工物との干渉を考慮しなければならないので、工具経路の生成は、通常の3軸制御に比べて格段に難しくなる。このような5軸制御マシニングセンタの有効利用を目指した本研究を通して、次のような成果が得られた。(1)既に開発した干渉回避法をさらに一般化し、自由曲面の加工に対してボ-ルエンドミル、フラットエンドミルなど任意形状の工具を使える汎用工具経路生成法を考えた。(2)エンドミルによる切削加工に続いて、仕上げ精度・形状精度を向上させるために、同じマシニングセンタ上で研削加工を実施する。そのために、高速主軸にCBN砥石を取付け、干渉を回避した研削加工経路生成を行い、研削加工実験をした。その結果、表面粗さが1μmの研削面が得られた。(3)加工後の工作物の形状測定を行い、曲面上の加工誤差(主に形状誤差)を評価し、形状精度の向上を図ることを試みようとした。そこで、加工誤差の測定法とその評価法を考え、さらに修正研削による形状精度の改善を試みようとしたが、現存の5軸制御マシニングセンタにはそれだけの精度がなく、方法論の提示はできたものの、実証はできなかった。このように、本研究で、5軸制御マシニングセンタの切削・研削・誤差測定と修正により、今まで対応が困難であった複雑な加工物の高能率・高精度加工が実現できることを示した。
北部北上山地の低温変成岩類の地質学的・岩石学的研究

北部北上山地は,主として古生代後期から中生代後期の堆積岩類によって構成されるが,それらのほとんどは白亜紀花こん岩質貰入岩体による接触変成作用を受けている.しかしながら,この接触変成作用を免れた地域には断片的にかつ孤立して低温広域変成岩類が見出される."速池峯構造帯"および北部北上帯において,代表的な低温変成岩類の残存地域である区界,盛岡,南山形および葛巻の各地域が詳細に研究された.これらの地域には,芳鉄質岩類においてパンペリー石+アクチノ閃石の組合せが,泥質岩類においてフエンジャイト+緑泥石の組合せが共通して見出される.アルカリ角閃石(クロス閃石ではなく,マグネシオリーベック閃石)は葛巻地域にのみ出現する.緑泥石,緑れん石およびアルバイトに加えてプレーナイト,パンペリー石およびスチルプノメレーンは,広く芳鉄質岩類に出現する.これらの鉱物や鉱物組合せは,これらの地域でパンペリー石・アクチノ閃石相の変成作用が生じたことを示している.一方,北部および南部北上山地にわたり,沿岸部に分布する下部白亜系の原地山層およびその相当層は,プレーナイト+パンペリー石の組合せで特徴づけられる.アクチノ閃石は,白亜紀花こん岩質岩体のまわりの接触変成域の黒雲母帯にのみ出現する.したがって,これらはプレーナイト・パンペリー石相の変成作用を受けたものである.北部北上山地は,主として古生代後期から中生代後期の堆積岩類によって構成されるが,それらのほとんどは白亜紀花こん岩質貰入岩体による接触変成作用を受けている.しかしながら,この接触変成作用を免れた地域には断片的にかつ孤立して低温広域変成岩類が見出される."速池峯構造帯"および北部北上帯において,代表的な低温変成岩類の残存地域である区界,盛岡,南山形および葛巻の各地域が詳細に研究された.これらの地域には,芳鉄質岩類においてパンペリー石+アクチノ閃石の組合せが,泥質岩類においてフエンジャイト+緑泥石の組合せが共通して見出される.アルカリ角閃石(クロス閃石ではなく,マグネシオリーベック閃石)は葛巻地域にのみ出現する.緑泥石,緑れん石およびアルバイトに加えてプレーナイト,パンペリー石およびスチルプノメレーンは,広く芳鉄質岩類に出現する.これらの鉱物や鉱物組合せは,これらの地域でパンペリー石・アクチノ閃石相の変成作用が生じたことを示している.一方,北部および南部北上山地にわたり,沿岸部に分布する下部白亜系の原地山層およびその相当層は,プレーナイト+パンペリー石の組合せで特徴づけられる.アクチノ閃石は,白亜紀花こん岩質岩体のまわりの接触変成域の黒雲母帯にのみ出現する.したがって,これらはプレーナイト・パンペリー石相の変成作用を受けたものである.本年度の調査・研究の概要を以下に列挙する。1.岩手県葛巻地域:殆んどが白亜紀花こう岩質岩体の熱影響下にあるが、マグネシオリーベック閃石およびスチルプノメレーンが残留結晶として点々と見出される。特に前者は約15粁にわたりほぼ同一層準に出現する。また、僅かにパンペリー石とアクチノ閃石の共存が認められる。2.岩手県岩手町地域:極めて狭い分布ながらも、パンペリー石ナアクチノ閃石の組合せが残存し、プレーナイトも見出される。3.岩手県早坂高原地域:全般的に接触変成地域であるが、僅かに1個の緑色岩試料にパンペリー石+アクチノ閃石の組合せが見出された。4.岩手県盛岡東一区界地域:パンペリー石と黒雲母の各々の出現域が区分できる。後者の熱影響の産物である。パンペリー石+アクチノ閃石の組合せが点々と出現する。プレーナイトは細脈をなすことが多い。5.白亜系原地山層:太平洋岸の南北にわたり広く分布する原地山層およびその相当層も多くは接触変成を受けているが、パンペリー石とプレーナイトが残存することがある。アクチノ閃石も点々と出現するが、一般に黒雲母出現域に見出され、花こう岩質岩体の熱影響の産物であろう。牡鹿半島尖端部では同様にアクチノ閃石は接触変成で生じたものと考えられるが、パンペリー石およびプレーナイトに加えて沸石類も出現する。6.各地に点在する低温の広域変成岩類の主要変成鉱物のEPMAによる化学分析を多数行い、造岩鉱物学的立場から検討を加えつつある。7.現状において、北部北上山地に残存する低温広域変成岩類は、プレーナイト-パンペリー石相およびパンペリー石-アクチノ閃石相(定義によるが比較的低圧部)に属すると考えられる。
濃度匂配の時間的非定常変化に対するTriple Flameの挙動

任意に設定される燃料濃度勾配の大きさを幅広く変化させることで,二次元的に定在するメタン・空気Triple Flameの特性を明らかにした.本研究では設定される濃度勾配を表す指標として独自に無次元濃度勾配Cm/xmを定義した.まず得られた火炎の自発光及びOHラジカル発光強度を計測した.その結果OHラジカル発光強度と推定最大発熱量は,Cm/xm<2.5の緩やかな設定では変化が追従しないことがわかった,このCm/xm<2.5の範囲を予混合火炎を主に成り立っているTripleFlame領域(領域I)と定義した.次に可視炎の画像解析から火炎位置と火炎輝度分布,PIVを用いて火炎前縁の流れ構造,レーザトモグラフィを用いて火炎前縁の熱構造をそれぞれ測定した.火炎前縁の熱構造の変化などから判断して50.059.0<Cm/xmの範囲を予混合火炎面の強度は弱く拡散火炎が支配的なTripleFlame構造(領域III)と定義した.最後に領域Iと領域IIIの間にあたる濃度勾配2.5<Cm/xm<50.059.0を通常のTripleFlameが形成される領域IIとして定義した.この領域から領域IIIにかけてTriple Flameの燃焼速度は,一様混合気中に形成される予混合火炎に対する理論式から導き出した燃焼速度よりも大きく,予混合火炎面と後流側の拡散火炎との熱的相互干渉の影響が存在し,濃度勾配が大きいほど燃焼強度が強められていることがわかった.また濃度勾配を急な状態から緩やかな状態へ過渡的に変化させたとき,その変化が火炎に到達してから火炎面が動くまでに時間差があることがわかった.これは拡散火炎と過濃予混合火炎がmergeによって干渉し,この影響が無くなる濃度勾配となるまで火炎画が動かないと説明できる.mergeの影響の存在境界は定常状態の火炎特性のからCm/xm=50.059.0であり,この濃度勾配よりも大きいときに通常の伝播するTripleFlameとは違う構造の火炎へ遷移していると説明できる.従って上記で定義した領域IIから領域IIIへ、または領域IIIから領域IIへ濃度勾配が非定常に変動した場合,その燃焼制御は火炎挙動の時間遅れを考慮して行うべきである.任意に設定される燃料濃度勾配の大きさを幅広く変化させることで,二次元的に定在するメタン・空気Triple Flameの特性を明らかにした.本研究では設定される濃度勾配を表す指標として独自に無次元濃度勾配Cm/xmを定義した.まず得られた火炎の自発光及びOHラジカル発光強度を計測した.その結果OHラジカル発光強度と推定最大発熱量は,Cm/xm<2.5の緩やかな設定では変化が追従しないことがわかった,このCm/xm<2.5の範囲を予混合火炎を主に成り立っているTripleFlame領域(領域I)と定義した.次に可視炎の画像解析から火炎位置と火炎輝度分布,PIVを用いて火炎前縁の流れ構造,レーザトモグラフィを用いて火炎前縁の熱構造をそれぞれ測定した.火炎前縁の熱構造の変化などから判断して50.059.0<Cm/xmの範囲を予混合火炎面の強度は弱く拡散火炎が支配的なTripleFlame構造(領域III)と定義した.最後に領域Iと領域IIIの間にあたる濃度勾配2.5<Cm/xm<50.059.0を通常のTripleFlameが形成される領域IIとして定義した.この領域から領域IIIにかけてTriple Flameの燃焼速度は,一様混合気中に形成される予混合火炎に対する理論式から導き出した燃焼速度よりも大きく,予混合火炎面と後流側の拡散火炎との熱的相互干渉の影響が存在し,濃度勾配が大きいほど燃焼強度が強められていることがわかった.また濃度勾配を急な状態から緩やかな状態へ過渡的に変化させたとき,その変化が火炎に到達してから火炎面が動くまでに時間差があることがわかった.これは拡散火炎と過濃予混合火炎がmergeによって干渉し,この影響が無くなる濃度勾配となるまで火炎画が動かないと説明できる.mergeの影響の存在境界は定常状態の火炎特性のからCm/xm=50.059.0であり,この濃度勾配よりも大きいときに通常の伝播するTripleFlameとは違う構造の火炎へ遷移していると説明できる.従って上記で定義した領域IIから領域IIIへ、または領域IIIから領域IIへ濃度勾配が非定常に変動した場合,その燃焼制御は火炎挙動の時間遅れを考慮して行うべきである.1.メタン・空気混合気の濃度勾配を任意に設定して、そこに定在するTripleFlameのOHラジカル発光強度を測定した。その結果、予混合火炎面と拡散火炎は離れて形成されており、熱的に相互干渉していることがわかった。2.濃度勾配を緩やかな状態から急な状態へ、あるいは急な状態から緩やかな状態へ過渡的に非定常変化させ、そこに形成されるTriple Flameの挙動をハイスピードカメラを用いて観察した。その結果、可燃範囲幅が広げられる変化においては濃度勾配変化が火炎に到達後、予混合火炎面が広がるまでに時間遅れが生じる。それに対して可燃範囲幅が狭まる変化においては濃度勾配変化が火炎に到達すると同時に予混合火炎面が閉じ始める。このヒステリシスな挙動は、上述の1や可視炎位置などを考慮すると、特に濃度勾配が急なときの過濃予混合火炎面と拡散火炎の相互干渉が原因で生じると考えられる。3.レーザートモグラフィを用いて定常火炎の可視炎面から300°Cの等温面までの幅を温度境界層幅として測定した。

その結果、過濃側火炎面と希薄側火炎面では幅に差があり、濃度勾配が大きくなると過濃側の温度境界層幅が大きくなることがわかった。このことは上述2の結果と関連があると思われ現在詳細を検討中である。4.現在進行中の研究としてPIVを用いて定常火炎の速度場を測定している。Triple Flameの局所燃焼速度を測定し、火炎間の相互干渉の影響を燃焼速度あるいは火炎前縁の速度場から検討していく。特にTriple Flameは火炎曲率、火炎伸長、熱・物質の選択拡散効果等、考慮すべき特性が複雑に混在している。この点を通常の予混合火炎で検討されている理論解析などを用いて熱的相互干渉の影響を明確にし、測定されたTriple Flameの燃焼速度を上述3とあわせて検討し、上述2の非定常挙動における特性を明らかにしていく。任意に設定される燃料濃度勾配の大きさを幅広く変化させることで,二次元的に定住するメタン・空気Triple Flameの特性を明らかにした.本研究では設定される濃度勾配を表す指標として独自に無次元濃度勾配Cm/xmを定義した.まず得られた火炎の自発光及びOHラジカル発光強度を計測した.その結果OHラジカル発光強度と推定最大発熱量は,Cm/xm<2.5の緩やかな設定では変化が追従しないことがわかった.このCm/xm<2.5の範囲を予混合火炎を主に成り立っているTripleFlame領域(領域I)と定義した.次に可視炎の画像解析から火炎位置と火炎輝度分布,PIVを用いて火炎前縁の流れ構造,レーザトモグラフィを用いて火炎前縁の熱構造をそれぞれ測定した.火炎前縁の熱構造の変化などから判断して50.059.0<Cm/xmの範囲を予混合火炎面の強度は弱く拡散火炎が支配的なTripleFlame構造(領域III)と定義した.最後に領域Iと領域IIIの間にあたる濃度勾配2.5<Cm/xm<50.059.0を通常のTripleFlameが形成される領域IIとして定義した.この領域から領域IIIにかけてTriple Flameの燃焼速度は,理論式から導き出した燃焼速度よりも大きく,予混合火炎面と後流側の拡散火炎との熱的相互干渉の影響が存在し,濃度勾配が大きいほど燃焼強度が強められていることがわかった.また濃度勾配を急な状態から緩やかな状態へ過渡的に変化させたとき,その変化が火炎に到達してから火炎面が動くまでに時間差があることがわかった.これは拡散火炎と過濃予混合火炎がmergeによって干渉し,この影響が無くなる濃度勾配となるまで火炎面が動かないと説明できる.mergeの影響の存在境界は定常状態の火炎特性のからCm/xm=50.059.0であり,この濃度勾配よりも大きいときに通常の伝播するTripleFlameとは違う構造の火炎へ遷移していると説明できる.従って上記で定義した領域IIから領域IIIへ,または領域IIIから領域IIへ濃度勾配が非定常に変動した場合,その燃焼制御は火炎挙動の時間遅れを考慮して行うべきである.
造血細胞の未分化状態維持と分化開始の調節機構の解析

1.OP9ストローマ細胞を用いたES細胞からの血液分化誘導システム、および、テトラサイクリン制御下でコンディショナルにRunx1を発現するシステムを組み合わせ、造血におけるRunx1の機能を解析した。その結果、一過性にRunx1を発現することにより、発生直後の血液前駆細胞を増幅させる機能ならびに分化を促進する機能を併せ持つこと、二つの機能は分化の過程で驚くほど狭い時間幅で使い分けられていることが判明した。2.Runx1およびHoxB4の活性が制御可能なシステムの構築を行った。Runx1をテトラサイクリン除去時に発現誘導ができるES細胞株を樹立し、HoxB4はレトロウイルスベクターを構築して任意の時期に感染させ発現させるシステム、並びに変異エストロゲン受容体との融合蛋白(HoxB4-ER)発現ベクターの構築によりHoxB4も活性のコントロールが可能なシステムを作成し、HoxB4による未分化維持機能とRunx1による二方向性機能の相互作用に関する検討を行った。In vitro血液分化系において初期造血期にHoxB4発現ウイルスを感染させすると共にrunx1の発現を一過性に誘導すると、HoxB4の未分化状態維持機能が増強されることを見いだした。ウイルス感染時期をずらせた検討ならびに、HoxB4-ER融合蛋白発現ウイルス感染後に活性誘導時期を変動させる実験の結果から、Runx1の作用によって増幅された未分化前駆細胞がHoxB4により未分化状態を維持されることにより増強作用がもたらされる事が判明した。また、HoxB4の作用により産生された長期に渡って維持される未分化前駆細胞においてRunx1の発現を誘導すると、未分化状態を保つことができず分化がスタートすることが明らかとなった。以上のようにRunx1による分化促進作用はHoxB4の作用を超越して機能することから、制御可能な造血システムの構築においてはRunx1の発現がキーとなることが予測できる知見が得られた。3.Runx1の作用の分子基盤を解明するために、in vitro血液細胞分化誘導系の初期においてRunx1を発現させた場合の遺伝子発現変化をDNAマイクロアレイにより解析した結果、内皮細胞特異的遺伝子群が著しく抑制されることが判明した。また、未成熟前駆細胞の増殖促進に作用するサイトカインFlt3 ligandの発現亢進が観察された。Flt3 ligandは実際に初期造血の場である胎児AGM aorta内壁において発現しており、Runx1 nullマウスでは正常な発現パターンが維持されないことが判明した。これらの知見から、初期造血においてRunx1が、内皮細胞様細胞から血液細胞が出現する際の遺伝子調節を行なうことにより血液発生に寄与することが示唆されると共に、発生後の増殖を支持するメカニズムの一端が明らかとなった。1.および3.の成果については、投稿中、2.の成果については投稿準備中である。

1.Runx1およびHoxB4の活性が制御可能なシステムの構築を行った。Runx1をテトラサイクリン除去時に発現誘導ができるES細胞株を樹立し、HoxB4はレトロウイルスベクターを構築して任意の時期に感染させ発現させるシステム、並びに変異エストロゲン受容体との融合蛋白(HoxB4-ER)発現ベクターの構築によりHoxB4も活性のコントロールが可能なシステムが完成した。2.HoxB4による未分化維持機能とRunx1による二方向性機能の相互作用に関する検討を行った。In vitro血液分化系において初期造血期d4でHoxB4発現ウイルスを感染させすると共にd4-5でrunx1の発現を一過性に誘導するとHoxB4の未分化状態維持機能が増強された。ウイルス感染時期をずらせた検討ならびに、HoxB4-ER融合蛋白発現ウイルス感染後に活性誘導時期を変動させる実験の結果から、Runx1の作用によって増幅された未分化前駆細胞がHoxB4により未分化状態を維持されることにより増強作用がもたされる事が判明した。また、HoxB4の作用により産生された長期に渡って維持される未分化前駆細胞においてRunx1の発現を誘導すると、未分化状態を保つことができず分化がスタートすることが明らかとなった。以上のようにRunx1による分化促進作用はHoxB4の作用を超越して機能することから、制御可能な造血システムの構築においてはRunx1の発現がキーとなることが予測できる知見が得られた。3.Runx1の作用の分子基盤の解析を行った。In vitro血液細胞分化誘導系のd4-5においてRunx1を発現させた場合の遺伝子発現変化をDNAマイクロアレイにより解析した結果、内皮細胞特異的遺伝子群の抑制が著しくみられる一方、未成熟前駆細胞の増殖促進に作用するサイトカインFlt3 ligandの発現亢進が観察された。Flt3 ligandは実際に初期造血の場である胎児AGM aorta内壁において発現することが確認された。前年度までに、Runx1をテトラサイクリンの有無で発現を制御できるES細胞を樹立し、変異エストロゲン受容体とHoxB4の癒合蛋白を発現するレトロウイルスベクター構築することにより、Runx1およびHoxB4の活性が制御可能な。In vitro血液分化誘導システムを完成させた。このシステムを用いて、HoxB4による未分化性維持機能とRunx1による二方向性機能、すなわち、初期造血期での発現は造血前駆細胞の増殖をもたらす一方前駆細胞での発現は分化を促進する機能、との相互作用に関する検討を行ったところ、Runx1の作用によって増殖が誘導された血液前駆細胞がHoxB4の標的となることができ、その結果、未分化状態を維持した前駆細胞数の増強が観察された。一方、このように得られた未分化状態を維持する前駆細胞に再びRunx1発現を誘導すると、今度は未分化細胞に特徴的な増殖性を失うと共に未分化マーカーの消失が観察された。
インターフェロン誘導性GTP結合蛋白質による生体防御システムの解析

細胞内において感染ウイルスの増殖を阻害すると考えられているGTP結合タンパク質(GBP)群について、ニワトリGBP2およびGBP3の遺伝子を同定した。これらの遺伝子はともにインターフェロン(IFNβ、γ、λ)によって発現が増強された。また、ニワトリGBP2蛋白質は抗ウイルスGTP結合タンパク質Mxと同様に細胞質内に広く点在した。ニワトリGBP2蛋白質は、ウイルス増殖抑制作用を有するヒトGBP1蛋白質と最も相同性が高く、同様の作用を有することが推測される。1.ニワトリゲノムデータベースを用いて、ニワトリIFN誘導性GTP結合蛋白質群であるGBP(Guanylate Binding Protein)ファミリーと推測される4種類のホモログ(アクセッション番号: XM_414266, XM_417710, XM_427251, hmm98140)を確認した。2.ニワトリ培養細胞を刺激してGBPファミリー遺伝子を誘導する目的で、組換えニワトリIFNβ、γおよびλを精製した。すなわち、大腸菌にHisタグ融合タンパク質発現ベクターを用いて組換えIFNを発現させた後、アフィニティー精製した。これら精製した組換えIFNは、ニワトリ初代培養線維芽細胞(CEF)およびマクロファージ細胞株HD-11に作用させると、IFN誘導性抗ウイルスタンパク質であるMxおよびOASの各遺伝子発現レベルを上昇させることがわかった。3.組換えIFNγ100ng/mlにて6時間刺激したCEFでは、XM_414266mRNAが発現していることがわかった。5' RACEおよび3' RACEを用いたクローニングとDNAシーケンシングの結果、XM_414266 mRNA全長の配列を決定することができた。また、ニワトリリンパ球細胞株LSCC-RP9をIFNγ100ng/mlにて6時間刺激すると、XM_417710およびhmm98140の各mRNA発現が増強されることがわかった。一方XM_427251については、用いた細胞株(CEF, HD-11, LSCC-RP9)における遺伝子発現を確認することができなかった。ニワトリのインターフェロン誘導性GTPaseであるGBPタンパク質をコードする遺伝子を単離することに成功した。組換えニワトリインターフェロンγ100ng/mlで6時間刺激したニワトリリンパ球細胞株LSCC-RP9およびニワトリ初代培養線維芽細胞から、RT-PCRおよびRACE法を利用した遺伝子増幅とクローニングを行った。その結果、アクセッション番号XM_414266と部分的に一致しており、626アミノ酸を有する遺伝子を単離することができた。また、この遺伝子産物は、ヒトGBPファミリー蛋白質のうちGBP2と最も相同性が高いことが明らかになった。一方、ヒトGBP1およびGBP3に相同性を有するタンパク質をコードする遺伝子(hmm98140)を新たに単離した。この遺伝子は、オルタナティブスプライシングによって生じる671アミノ酸と692アミノ酸の二つのアイソフォームが存在することがわかった。次に、ニワトリGBPタンパク質を、緑色蛍光タンパク質(GFP)との融合蛋白質としてマウス線維芽細胞株NIH3T3に発現させ、細胞内におけるタンパク質の局在を確認した。その結果、hmm98140タンパク質は細胞質内に点在することが示された。これは、抗ウイルス活性を有するIFN誘導性GTPaseであるニワトリMxタンパク質と同様の分布であった。さらに、ヒトGBP-1発現細胞では水疱性口炎ウイルス(VSV)や脳心筋炎ウイルス(EMCV)の増幅が抑制されたという報告(Virology 256,8-14,1999)があることから、hmm98140タンパク質も同様のウイルス増殖抑制活性を有すると予想される。本研究を発展させることにより、インターフェロンの抗ウイルス作用の一端が解明されることが期待される。
大学生と高齢者が協同学修で開発する介護予防支援者養成教育プログラム

介護予防の有用性を探るため高齢者の活動力についてアンケート調査を実施し、171人の回答から、有償活動・家庭外無償活動が生活満足度や主観的健康感の向上に有意に寄与するという知見を得た。活動力の高い高齢者18人と学生20人を対象に「介護予防支援活動地域での役割」をテーマにルーブリックを用いた研修会を実施した。研修の半構造化インタビューで抽出したキーワードを基に、活動力を活かした介護予防支援プログラムを立案し、地域で実践した。介入の結果、筋力、バランス、歩行速度などの身体機能に加え、運動の継続や他者への啓発活動など行動変容面が有意に改善した。活動力を活かした支援方法は介護予防の有用な手段である。本研究は、地域の介護予防支援活動を活性化させるというニーズと、その指導者を育成するという大学の教育的ニーズを結びつけることを目的としている。介護予防支援活動による地域活性化を目的に、高齢者の力(成熟した指導力、豊富な知識や経験・技術、特技、文化的存在感など)を活用し、理学・作業療法学科生(学生)がプログラムを企画・立案する。さらに地域での実践方法および活動計画の作成、達成度評価までを組み込み、その構成や内容を検証する。これらのプロセスで学生と高齢者が自分はどうなりたいか、生活している地域がどうなればよいかを考えることで、介護予防支援活動の一翼を担う人材を養成する。今年度は、先行研究や応募者がこれまで取り組んできた研究成果を踏まえ、高齢者の持つ力が活かされている活動についてプレテストを踏まえ質問紙票を含む調査票を作成した。調査票の完成後、本学の介護予防事業「悠遊健康サークル」の修了者200人および地元自治体の養成した介護予防リーダー100人の計300人に対し、アンケート調査を実施し、171人の回答(回収率57.0%)を得た。現在、活動内容で分類した有償活動、家庭内無償活動、家庭外無償活動とその内容、過去1年間の頻度を独立変数、社会の活動による利益としてもたらされる生活満足度と主観的健康観の2指標を従属変数、基本属性や社会関係をコントロール変数として多変量解析を行うためにデータの入力・集計を行っている。また、高齢者と学生の協働学修からなる3段階のプログラムのうち、基礎研修プログラムの開発を進行中である。成熟した指導力や豊富な知識経験・技術、特技、文化的存在感などを持つ高齢者の人的地域資源と、柔軟な発想力や行動力を持つ大学生が融合した環境を作り、主体的な企画能力を高め、自由な発想と双方の活発な討論の中で、効果的な介護予防支援活動の実現に向けたプログラムを設計中である。平成27年度の計画に合わせ質問紙票の作成とアンケート調査を実施した。質問紙票の作成には、プリコード回答法と自由回答法を組み合わせた質問項目の精査を図り、プレテストを踏まえ信頼性と妥当性を検証した。アンケート調査は、現状把握を目的に、質問紙票に基本調査票を加え、300人の地域高齢者を対象に郵送調査法を実施した。対象者は、本学の介護予防事業「悠遊健康サークル」の修了者と地元公民館で主体的取り組んでいる介護予防教室の参加者とし、171人の回答(回収率57.0%)を得た。3段階構成となっている研修のうちの最初の基礎研修プログラムの開発については、介護予防をけん引している高齢者やゼミ生を中心に意見を求め(協働学修)、1介護予防の理念、考え方の整理、2高齢者の身体について(運動・栄養・口腔ケアなど)、3高齢者の生活健康教育のテーマの選定や方法、4行動変容についての素案と到達目標、それを評価するルーブリックについてまとめる。次の実践研修プログラムの開発には、本学の介護予防事業「悠遊健康サークル」に参加し支援方法や関わり方について検討する。コミュニケーションやマナーやモラルをはじめ事業の運営の仕方や行動変容を獲得するための実践方法を検討する。プログラムの3段階目の地域研修プログラムの開発においては、閉じこもり高齢者へのかかわりについて、地域の高齢者も大学生もそれについての見識が薄く、実情も把握できていないため、地元自治体に情報や資料の提供などの協力を仰ぐ予定である。また、地域主体の通いの場の把握や地域資源とネットワークについてもサービスのフォーマル、インフォーマルを分け隔てなく議論をしていくために地元自治体(高齢介護課や包括支援センター職員)にも参加していただく。地域の介護予防支援活動を活性化させるニーズとその指導者を育成するという大学の教育的ニーズを結びつける。高齢者の力(成熟した指導力、豊富な知識や経験・技術、特技、文化的存在感など)を活用し、理学・作業療法学科生が介護予防支援プログラムを企画・作成する。2016年に実施した高齢者171人を対象としたアンケート調査結果分析から、生活満足度と主観的健康感の向上には、有償活動・家庭外無償活動が有意に寄与するという知見が得られた。今年度は、アンケートから発掘された地域の人的資源である高齢者18人を選出し、学生20人と「介護予防支援活動地域での役割」をテーマに基礎研修、実践研修、地域研修の試験試行を実施した。基礎研修では教員が高齢者の身体特性や介護予防に必要な理念・知識を教授し、実践研修ではマナーやモラルの学修やコミュニケーション能力の向上をねらいとしたアクティブラーニング手法を用いて、通いの場の把握やそのあり方、社会参加、地域資源とネットワーク、行動変容への工夫などについて検討した。学生と高齢者が協同で学修することで、相互の不足している分を補い、持っている部分を活かし合う関係性や教育効果についてインタビューとアンケート調査を実施した。

地域研修は、アンケート結果やグループディスカッションの逐語から抽出されたキーワードを元にプログラムを組み立て、地域の公民館で実践した。学生20人を対象とした学修評価とプログラムの評価を目的とした到達達成度ルーブリックを作成中である。また、地域研修の試験試行についてもインタビューやアンケートによる質的分析を行う。なお、地域研修の振り返りにおいては、閉じこもり高齢者へのかかわりや地域資源とネットワークについてフォーマル、インフォーマルを分け隔てなく議論していくために、地元自治体(高齢介護課、地域包括支援センター)にも参加を要請する予定である。2016年度にプレテストを踏まえて実施したアンケート調査を今年度まとめた。高齢者171人を対象としたアンケート調査結果分析から、生活満足度と主観的健康感の向上には、有償活動・家庭外無償活動が有意に寄与するという知見が得られた。これをうけ、計画に合わせ今年度は、アンケートから発掘された協働学修者の選定を行い、地域の人的資源である高齢者18人を選出し、学生20人と「介護予防支援活動地域での役割」をテーマに基礎研修、実践研修、地域研修の試験試行を実施した。介護予防をけん引している高齢者やゼミ生を中心に意見をまとめ、基礎演習、実践研修、地域研修を試験施行を実施した。基礎研修では教員が高齢者の身体特性(運動・栄養・口腔ケアなど)や介護予防に必要な理念・考え方の整理を教授し、実践研修ではマナーやモラルの学修やコミュニケーション能力の向上をねらいとしたアクティブラーニング手法を用いて、通いの場の把握やそのあり方、社会参加、地域資源とネットワーク、行動変容への工夫などについて検討した。具体的には本学の介護予防事業「悠遊健康サークル」に参加し支援方法や関わり方を学修した。学生と高齢者が協同で学修することで、相互の不足している分を補い、持っている部分を活かし合う関係性や教育効果についてインタビューとアンケート調査を実施した。高齢者が介護予防事業へ参加するためには、対象者立脚型の大学生と高齢者の協同学修およびそれにより開発される介護予防支援者養成教育プログラムが重要となる。研究代表者が2009年から地元自治体と協定し、地域と連携した実践的な健康教育として「悠遊健康サークル」と称した事業を基盤として本研究を実施した。成熟した指導力や豊富な知識経験・技術、特技、文化的存在感などを持つ高齢者の人的地域資源と、柔軟な発想力や行動力を持つ大学生が融合した環境を作り、主体的な企画能力を高め、自由な発想と双方の活発な討論の中で、効果的な介護予防支援活動の実現に向けたプログラムの立案に取り組んだ。高齢者の持つ力が活かされている活動についてプレテストを踏まえ質問紙票を含む調査票を作成し、地域の高齢者300人に対し、アンケート調査を実施し、171人の回答(回収率57.0%)を得た。結果分析から、生活満足度と主観的健康感の向上には、有償活動・家庭外無償活動が有意に寄与するという知見が得られた。
スフィンゴリピドーシスの新しい病変-脳の分化異常の観点に基づく病因の研究

【GM_1】や【GM_2】ガングリオシドーシス患者脳で、それぞれの酵素欠損では説明し得ないグロボ系やアシアロガングリオ系の中性糖脂質が蓄積することを見出した。その原因としてこれら疾患脳では代謝異常が二次に脳の分化を障害し、未分化の脳で発現されている糖脂質系列が残存しているためと考えた。このような観点から、脳に病変のない胎児(2223週)全脳の中性糖脂質を検討して次の成果を得た。(1).胎児脳の構成糖脂質はGalCerとGlcCerが総中性糖脂質の48%;LacCer,17%;【Gb_3】Cer,3%;【Gg_3】Cer,9%;及び前記の疾患脳では分離されなかった未知の二つの糖脂質(FとGと呼ぶ)がそれぞれ、13%と10%を占めていた。【Gb_4】Cerと【Gg_4】Cerは痕跡程度であった。(2).糖脂質FはTLCの移動度,500MHzのMNRによる構成単糖の種類,モル数及びアノマー分析,FAB質量分析による配列解,並びにメチル化法による単糖結合位解析により、Galβ1→4GlcNAcβ1→3Galβ1→4Glcβ1→1Cer,すなわちネオラクトテトラシルセラミド(【nLc_4】Cer)と同定した。(3).糖脂質Gは同様に、Galβ1→4(Fucα1→2)GlcNAcβ1→3Galβ1→4Glcβ1→1Cer,すなわち、【Le^x】糖脂質(又はXハプテン)と同定した。糖脂質Gは【Le^x】に対する単クロン抗体と特異的に反応した。(4).F,Gともに構成脂肪酸はステアリン酸が2/3,パルミチン酸が1/3であった。長鎖塩基はスフィンゲニンのみから成っていた。以上の結果から、正常の未分化脳は正常の分化した脳では殆ど検出されないグロボ系,アシアロ系に加え、ネオラクト系糖脂質が顕著に発現していることを実証した。脳の分化に伴ってこれらの糖脂質系列は発現されなくなる。これら三つの糖鎖系列は脳におけるstage-specific embryonic glycolipidsである。前記ガングリオシドーシス脳ではネオラクト系以外の中性糖脂質系列が発現されているのは分化の障害を示すものである。
宇宙の加速膨張と宇宙論スケールでの重力法則の検証

重力法則を変更したときの宇宙の構造形成の変化を、ゆらぎの統計量であるパワースペクトルとバイスペグトルに注目し、理論計算とシミュレーションを用いて議論した。理論計算は、重力法則が変更された場合の質量密度ゆらぎの摂動論を議論し、線形成長、さらにはその上のオーダーである非線形成長に対する表式を用いて統計量を計算した。また、N体シミュレーションのコードを重力法則が変更した場合に拡張し、シミュレーションを行った。まず、理論計算とシミュレーションの結果がよく一致していることを確認し、理論的手法が有効であることを示した。更に、シミュレーションや理論計算とSDSSの観測結果とを比較し、重力法則の変更に対し制限を与えた。また、重力法則を変更した場合の非線形バイアスに対する制限も与え、今後の様々な宇宙論的観測で得られるであろうバイアスの情報と組み合わせることで、重力法則の変更に対し更に厳しく制限できる可能性があることを示した。これらの結果は論文としてまとめ、Physical Review D誌に掲載した。また、最近ダークエネルギーの性質を調べるために注目されているのが、銀河分布内に現れるバリオン音響振動(BAO)である。パワースペクトルの中に弱い振動のシグナルとして現れるため、非線形性や赤方偏移空間への変換をより精密に議論する必要がある。そこで、BAOの特徴的な振動を様々な方法で抜き出し、そめ非線形性、赤方偏移空間への変換を理論的に取り扱い、依存性を定量的に評価した。また、非線形性を論ずるうえで強力なツールとなるN体シミュレーションに関しても、その精密さを再評価し、結果これまでは無視されてきた有限のモードの効果が、BAOを取り扱う精度では、実は大きな影響を与えることがわかった。重力法則を変更したときの宇宙の構造形成の変化を、前年度よりも更に高次の統計量を用いて議論した。またシミュレーションを行うことで、これまで用いてきた摂動論の妥当性を評価し、さらにこれらの予言とSloan Digital Sky Survey(SDSS)で行われた実際の観測結果とを比較することで、重力法則の変更に対して、より正確な制限を与えた。まず、重力法則が変更された場合の質量密度ゆらぎの摂動論を議論し、線形成長、さらにはその上のオーダーである非線形成長に対する表式を与えた。これらは一連の微分方程式群を数値的に解くことで得られる。そこから、重力法則が変更された場合のバイスペクトルの理論予言を与えた。さらに、非線形成長を含めたゆらぎの統計量(パワースペクトル、バイスペクトル)を議論するため、N体シミュレーションのコードを重力法則が変更した場合に拡張し、シミュレーションを行った。またSDSSの観測と比較するために、観測領域、密度等が同じであるモックデータをシミュレーションから作成した。前年度行った準解析的方法によって得られるパワースペクトル、また摂動論を用いたバイスペクトルが、シミュレーションの結果とよく一致していることを確認し、理論的手法が有効であることを示した。更に、モックデータとSDSSの観測結果とを比較し、銀河バイアスに対し線形を仮定した場合は、バイスペクトルを用いたほうが重力法則の変更に対してよく制限できることを示した。また銀河バイアスに非線形項を含めて考えた揚合は、バイアスパラメータに対する制限を与えることができ、今後の様々な宇宙論的観測で得られるであろうバイアスの情報と組み合わせることで、重力法則の変更に対し更に厳しく制限できる可能性があることを示した。これらの結果は論文としてまとめ、Physical Review D誌に投稿予定である。
比較ゲノム解析を基盤にした緑膿菌の内因性血液感染メカニズムの解析

比較ゲノム実験で過去に同定された遺伝子群の中に、緑膿菌のIII型エフェクターexoS遺伝子さらにIV型線毛PilAを合成する遺伝子が含まれていたことから、これらの遺伝子に着目し、緑膿菌の組織上皮透過との関連について調べた。その結果、線毛タンパク質PilAがCa2+イオン調節因子CAMLGと結合することで宿主細胞内Ca2+濃度の上昇を引き起こし、さらに、ExoSが上皮細胞内で宿主因子KIF7と結合することで細胞傷害を誘導することが明らかとなった。以上の結果から、緑膿菌の組織上皮を経由した内因性血液感染メカニズムの一部を新たに解明できたと考えられる。緑膿菌は免疫力の低下した患者に対して呼吸器感染症や敗血症を引き起こす。本菌の病原因子の一つとして、III型エフェクターExoSが同定されている。ExoSは真核細胞内で宿主因子と結合することによって細胞死を誘導する。ExoSに結合する宿主因子としてはこれまでに14-3-3やFXYD3などが報告されているが、同定されている宿主因子との結合ではExoSの細胞内での作用について説明できない点も多い。そこでyeast two-hybridsystemを用いてExoSと相互作用する新規宿主因子の探索を行なった。完全長のExoSは酵母を死滅させたが、ExoSDC2は死滅させなかった。そこで、ExoSDC2を発現するプラスミドを用いてyeast two-hybridscreeningを行なった結果、119個の陽性クローンが得られた。さらに、ExoSと宿主因子の精製タンパク質を用いてpull-down assayによって結合確認を行なった結果、ExoSと相互作用する宿主因子としてKIF7が得られた。BEAS-2B細胞内でのKIF7発現抑制およびExoSDC2発現は、アポトーシスではなく、ネクローシスを誘導した。KIF7は細胞増殖などを制御するhedgehog経路を調節することが知られている。hedgehog経路は肺において、内皮細胞の傷害抑制や血管内皮バリアー機能の維持に寄与しており、さらに細菌の外膜構成成分の一種であるLPSによる傷害から毛細血管内皮細胞を保護することも報告されていることから、肺毛細血管内皮細胞に注入されたExoSはKIF7と結合することで、hedgehog経路の活性化を阻害し、それによってLPSによる肺毛細血管内皮細胞傷害が促進され、炎症や浮腫といった肺傷害をもたらしている可能性が示唆された。高病原性の血液分離緑膿菌と非血液分離株との比較ゲノム解析により、接近(べん毛遺伝子群)、接着(線毛遺伝子群)、宿主細胞障害(III型分泌機構)、血液内での増殖に寄与する遺伝子群(鉄獲得系遺伝子群)が血液感染株に特異的に存在することを見出した。これらの遺伝子の中で、本年度は接着に関与する線毛遺伝子pilAに着目し、本菌のPilA付着線毛がどのようなメカニズムで本菌の腸管経由の内因性感染機構に関わるかを明らかにした。pilA遺伝子欠損変異株(delta pilA)を作製後、野生株とdelta pilA株間における上皮細胞への細胞内侵入活性を比較したところ、細胞内侵入活性に有意な差が認められなかった。そこで、細胞内に侵入した緑膿菌の線毛を構成するPilAタンパク質が、侵入した宿主細胞内で未知の宿主細胞因子と相互作用し、宿主細胞に何らかの影響を与えている可能性を考え、PilAタンパク質と相互作用する宿主因子を、yeast two-hybrid assayにより探索した。その結果、92個の陽性クローンが得られ、その内の85クローンがCAMLGと呼ばれる宿主因子をコードしていた。CAMLGは宿主細胞のカルシウム濃度を調節する小胞体膜タンパク質であることが知られていることから、上皮細胞にPilAタンパク質を発現あるいは野生株を感染させたところ、細胞内カルシウム濃度の上昇がみられた。さらに、上皮細胞内にPilAタンパク質を発現させると、細胞内カルシウムの上昇に伴って細胞傷害活性のあるCOX-2遺伝子発現の上昇も見られた。以上の結果から、上皮細胞内に侵入した緑膿菌は、付着線毛構成タンパク質であるPilAを介して、宿主細胞の小胞体膜に存在するCAMLGタンパク質と相互作用し、細胞内カルシウム濃度さらにCOX-2活性を上昇させ、その結果、上皮細胞傷害を引き起こす可能性が示唆された。比較ゲノム実験で過去に同定された遺伝子群の中に、緑膿菌のIII型エフェクターexoS遺伝子、さらにIV型線毛PilAを合成する遺伝子が含まれていたことから、これらの遺伝子に着目し、緑膿菌の上皮細胞透過との関連について調べた。その結果、IV型線毛PilAタンパク質がCa2+イオン調節因子CAMLGと結合することで宿主細胞内Ca2+濃度の上昇を引き起こし、さらに、ExoSが上皮細胞内で宿主因子KIF7と結合することで細胞傷害を誘導することが明らかとなった。

以上の結果から、未知の部分が多い緑膿菌の組織上皮を経由した内因性血液感染メカニズムの一部を新たに解明できたと考えられ、今後の本菌の内因性血液感染症を防止する新規抗感染症薬創製に繋がる成果と考えられる。さらに、最終年度にはこれまで明らかとなった内因性血液感染メカニズムを基に、III型エフェクターexoS遺伝子およびIV型線毛pilA遺伝子に着目し、それぞれに対する抗体の作製を完了した。それらの抗体を用いた本菌の上皮細胞透過活性への影響については検討途中であるが、今後も継続して抗体を用いた本菌の内因性血液感染の予防効果について検討し、抗体を用いた緑膿菌の内因性血液感染の予防法の確立に繋げていきたい。一方、緑膿菌の組織上皮を経由した内因性血液感染メカニズムに関しては、まだ全体像の解明には至っていないため、全体像の解明に向けて、新たな網羅的解析を進めていく予定である。細菌学緑膿菌による腸管経由トランスロケーションおよびそれに続く血液内での増殖メカニズムを解明し、解明したメカニズムを基に、緑膿菌による腸管経由内因性血液感染の予防法や治療法の考案につながる標的遺伝子や標的タンパク質を同定することを目的としている。これまでに、標的遺伝子としてIII型分泌機構のエフェクターExoS遺伝子を同定しているが、本年度の研究により、ExoSが新規の宿主因子KIF7と宿主細胞内で結合することにより、宿主細胞の細胞死を誘導するメカニズムが明らかとなった。この結果は、緑膿菌による腸管経由トランスロケーションにおけるExoSの重要性をさらに示唆するものである。緑膿菌による腸管経由トランスロケーションおよびそれに続く血液内での増殖メカニズムの全体像を解明し、解明したメカニズムをもとに、緑膿菌による腸管経由内因性血液感染の予防法や治療法の考案につながる標的遺伝子や標的タンパク質を同定することを目的としている。これまでに、標的遺伝子としてIII型分泌機構のエフェクターであるexoS遺伝子を同定している。本年度の研究により、緑膿菌の付着線毛が宿主細胞内でカルシウム上昇を引き起こし、上皮細胞に傷害を引き起こすメカニズムが明らかとなった。この研究成果により、新たな標的遺伝子として付着線毛の構成タンパク質PilAをコードするpilA遺伝子を同定できたことは、今後の予防法や治療法の考案につながる成果と考えられる。これまでに、腸管上皮細胞内に注入されたExoSがFXYD3と呼ばれる宿主因子と相互作用することにより腸管上皮細胞間のタイトジャンクションを破綻し、その結果、本菌が腸管から血液へトランスロケーションする可能性があること、さらに、宿主細胞内に注入されたExoSがKIF7と結合することにより腸管上皮細胞の傷害を誘導し、上皮細胞層によるバリア機能そのものを破綻する可能性があることを明らかにした。この研究成果に着目し、ExoSに結合するウサギポリクローナル抗体の作製を既に完了した。今後は作製した抗ExoS抗体の腸管上皮細胞内への送達により、ExoSのFXYD3やKIF7への結合を阻止し、結果として、本菌の腸管上皮細胞層透過活性が減弱化するかどうかの評価を行う。高病原性の血液分離緑膿菌と非血液分離株との比較ゲノム解析により、宿主細胞障害因子であるIII型分泌エフェクター
性的対立による形質進化がもたらす繁殖干渉の非対称性

アズキゾウムシのオスは種間交尾を介してヨツモンマメゾウムシの産卵数を低下させる。しかし種間交尾が実際にどのように産卵数に影響するのかは不明であった。種間交尾によって雑種ができないことから、射精物の生理活性と生殖器の物理的損傷が産卵数低下の原因として考えられたが、前年度までの実験から射精物の効果は無視できることが分かっている。アズキゾウムシのオス交尾器には棘があり、この棘がヨツモンマメゾウムシのメス生殖器を傷つけることで産卵数低下を引き起こしている可能性が考えられた。そこで交尾器形態のさまざまに異なるアズキゾウムシのオスを用いることで交尾器形態がヨツモンマメゾウムシの産卵数に与える影響を調べた。この実験は前年度までに行っていたので、今年度は実験結果の詳細に解析を行った。その結果以下の事が明らかとなった。(i)より発達した交尾器の棘を有するアズキゾウムシのオスほど、種間交尾を介してヨツモンマメゾウムシのメス生殖器を傷つけやすかった。また(ii)種間交尾による生殖器の物理的損傷は、ヨツモンマメゾウムシの産卵数を低下させた。先行研究から、アズキゾウムシを含むマメゾウムシ類のオス交尾器は、性選択の一種である種内でのオス同士の受精をめぐる競争(精子競争)により発達してきたと考えられている。したがって本研究の結果は、種内での性選択の結果発達してきたオスの加害形質が種間相互作用にも影響しうることを示している。本研究はオスの加害形質が種間相互作用に影響しうることを示した点で高い新規性を有する。26年度が最終年度であるため、記入しない。アズキゾウムシのオスとの種間交尾を経験することでヨツモンマメゾウムシのメスの産卵数が低下する。種間交尾が産卵数を低下させるメカニズムを明らかにするため、一連の実験を行った。まず種間交尾時に射精物の輸送はあるものの、射精物の輸送が産卵数に与える影響は認められなかった。一方、種間交尾によりヨツモンマメゾウムシのメスの生殖器が物理的に損傷しており、この生殖器の物理的損傷が産卵数の低下の原因であると考えられた。また生殖器の物理的損傷の生じやすさは交尾相手のアズキゾウムシのオスの交尾器形態と有意な相関を示した。アズキゾウムシのオス交尾器には棘があり、この棘が長いオスほどヨツモンマメゾウムシの生殖器を損傷させやすかった。このことから、アズキゾウムシのオス交尾器の棘が、生殖器の物理的損傷を介して、ヨツモンマメゾウムシの産卵数に与える効果の大きさに影響していることが示唆された。アズキゾウムシの交尾器の棘はオス同士の受精をめぐる競争(精子競争)において有利にはたらくと考えられている。一方でこれらの棘は交尾に際して同種のメスを傷つける。このため交尾器の棘はオスにとっては好ましい一方でメスにとっては好ましくない形質であり、雌雄間の利害対立(性的対立)をもたらしている。また繁殖過程での種間相互作用は繁殖干渉と呼ばれ、その生態学的な重要性に関する知見が近年多く報告されている。本研究の結果は繁殖形質の中でも特に性的対立に関連した形質が種を超えて効果を発揮することで種間相互作用(繁殖干渉)の強さに影響しうることを示している。一連の実験によりマメゾウムシにおける繁殖干渉のメカニズムが明らかとなった。また実験進化もおおむね予定通り進行中であり、今年度中に計画された検証を終える予定である。アズキゾウムシの個体群を一夫一婦制および乱婚状態で維持し、交尾器形態を実験的に進化させる実験進化が現在進行中である(現在約11世代目)。

一夫一婦制のもとでは雌雄間の利害対立が解消され、アズキゾウムシの交尾器の棘が縮小すると期待される。このため一夫一婦の個体群由来のアズキゾウムシはヨツモンマメゾウムシの産卵数に与える影響が小さいと期待される。この検証を今年度中を目途に行う予定である。