hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
数値的検証法を用いた反応拡散方程式の定常解の大域的分岐構造の研究

競争関係にある生物の個体群密度の動態を記述する一般化された競争系を扱い,その正値定常解の存在,安定性および大域的な分岐構造を調べることにより,生物の共存メカニズムを解明しようとしている.これまでの研究では,分岐理論や比較定理などの数学的手法および,数値計算や数値的検証法などの数値的手法を相互補完的に用い,定常解の空間的様相と固有値分布を調べることにより,生物の住処を区間とした競争系に対して,正値定常解の大域的な分岐構造に関するいくつかの結果を得てきた.しかしながら,生物の住処が2次元または3次元の領域であることから,従来の結果で十分であるとは言えないように思われる.そこで,本研究では,生物の住処を球の内部領域とし,回転対称性をもつ正値定常解の分岐構造を調べることとした.生物の住処が区間の場合とは異なり,正値定常解の集合の性質があまり分かっていないために,現在のところ大域的な分岐構造の特定に成功していない.しかしながら,単調な正値定常解の集合に関しては,その第1要素または第2要素の球の中心での値を新たにパラメータとして取り直すと,その集合はある関数のグラフとして表現できることが示せている.また,数値的検証法を用いた正値定数定常解の周りでの局所的な分岐構造の解析により,正値非定数定常解の集合上でサドル・ノード型の二次分岐の出現が確認できている.これらにより,大域的な分岐構造を決定するための一つの手がかりが与えられ,生物の住処が高次元の場合にも正値定常解の集合の構造が徐々に分かってきている.今後の課題としては,例えば,正値定常解の集合がどのような解で構成されているのか,全領域での正値定常解にはどのようなものがあるのかなどがある.競争関係にある生物の個体群密度の動態を記述する一般化された競争系を扱い,その正値定常解の存在,安定性および大域的な分岐構造を調べることにより,生物の共存メカニズムを解明しようとしている.これまでの研究では,分岐理論や比較定理などの数学的手法および,数値計算や数値的検証法などの数値的手法を相互補完的に用い,定常解の空間的様相と固有値分布を調べることにより,生物の住処を区間とした競争系に対して,正値定常解の大域的な分岐構造に関するいくつかの結果を得てきた.しかしながら,生物の住処が2次元または3次元の領域であることから,従来の結果で十分であるとは言えないように思われる.そこで,本研究では,生物の住処を球の内部領域とし,回転対称性をもつ正値定常解の分岐構造を調べることとした.生物の住処が区間の場合とは異なり,正値定常解の集合の性質があまり分かっていないために,現在のところ大域的な分岐構造の特定に成功していない.しかしながら,単調な正値定常解の集合に関しては,その第1要素または第2要素の球の中心での値を新たにパラメータとして取り直すと,その集合はある関数のグラフとして表現できることが示せている.また,数値的検証法を用いた正値定数定常解の周りでの局所的な分岐構造の解析により,正値非定数定常解の集合上でサドル・ノード型の二次分岐の出現が確認できている.これらにより,大域的な分岐構造を決定するための一つの手がかりが与えられ,生物の住処が高次元の場合にも正値定常解の集合の構造が徐々に分かってきている.今後の課題としては,例えば,正値定常解の集合がどのような解で構成されているのか,全領域での正値定常解にはどのようなものがあるのかなどがある.自然現象の出現メカニズムを理解するために,現象を偏微分方程式によって記述し,その方程式の定常解の存在・安定性および分岐構造を調べてきている.本研究では,パラメータがある値のときには比較定理が成り立つLota-Volterra型競争系を考察し,そのパラメータに関する定常解の大域的な分岐構造の解明を目標にしている.これまでの研究により,ある性質をもつ競争系に関して,定数定常解の周りでの分岐方程式がある条件をみたすとき,定常解の大域的な分岐構造は,Chafee-Infante (1974/75)により示された単独の放物型偏微分方程式のそれと類似していることがわかっている.また,分岐方程式は具体的に記述できるが,その表現が非常に複雑であるために,分岐方程式の性質を解析することは非常に困難であった.今年度は,本研究実施計画で購入したパーソナルコンピュータと,Mathematicaに組み込まれている区間演算機能を用いて,分岐方程式の性質を数値的に検証することとした.しかしながら,分岐分方程式の退化度やパラメータの数などにより,検証のために必要とされる計算量が非常に大きくなるため,一部のパラメータ領域では,目標とする性質の検証には至っていない.来年度以降の課題として,数値的検証法のアルゴリズムを改良する必要がある.また,数値的な検証から,二次分岐の可能性が示唆されるので,解の構造についても理論的な解析を行う必要がある.

本研究では,競争関係にある2種の個体群密度の動態を記述するLotka-Volterrai型競争系(連立の反応拡散方程式)を考察し,その正値定常解の存在,安定性及び大域的な分岐構造を調べることにより,生物の共存メカニズムの解明を目標としている.今年度は,数学的な手法と,数値計算や数値的検証法などの数値的な手法を相互補完的に用いて,ある種の一般化された非線形性に対して,正値定常解の大域的な分岐構造を調べることとした.ある分岐パラメータに対する正値定常解の連続的な枝は,解の第1要素の左端点または右端点での値を新たにパラメータに取り直すと,それに対するある関数のグラフとして表現できることや,分岐構造と定常進行波との関係を得ることができた.このことは,定常進行波1を調べることで,正値定常解の分岐構造の予想ができるため,大域的な分岐構造を特定するための一つの手がかりが得られることを意味している.数値計算により,パラメータがある値のときには,定数解から分岐した正値非定数定常解がサドル・ノード型の二次分岐を起こすことが確認されている.このため,どのようなとき二次分岐が起こり,そのような二次分岐がどの程度起こるのかを調べることは,来年度の課題の一つである.また,生物の住処を高次元領域に拡張した場合については,軸対称性をもつ解に制限したとしても,現在のところ大域的な分岐構造の特定に成功していない.このため,高次元領域における大域的な分岐構造についても調べていく必要がある.本研究では,競争関係にある生物の個体群密度の動態を記述するLotka-Volterra型競争系を考察し,その正値定常解の存在,安定性および大域的な分岐構造を調べることにより,生物の共存メカニズムの解明を目標としている.これまで,生物の住処が区間の場合に,数学的な手法と,数値計算や数値的検証法などの数値的な手法を相互補完的に用いて,正値定常解の大域的な分岐構造を調べてきている.今年度は,生物の住処が2次元または3次元の領域であることを考慮して,住処を球の内部領域とし,回転対称性をもつ正値定常解の分岐構造を調べることとした.住処が区間の場合とは異なり,正値定常解の集合の性質が詳しく分かっていないために,現在のところ大域的な分岐構造の決定に成功していない.しかしながら,単調な正値定常解の集合に関しては,その第1要素の球の中心での値を新たにパラメータとして取り直すと,その集合はある関数のグラフとして表現できることが示せている.また,数値的検証法を用いた正値定数定常解の周りでの局所的な分岐構造の解析により,正値非定数定常解の集合上でサドル・ノード型の二次分岐が現れることが確認できている.これらにより,定常解の大域的な分岐構造を決定するための一つの手がかりが与えられ,生物の住処が高次元の場合にも正値定常解の集合の構造が徐々に分かってきている。住処が高次元の場合には未解決問題が多く残されており,今後の課題としては,正値定常解の集合がどのような解で構成されているのか,全領域での正値定常解にはどのようなものがあるのかなどについて解析を行なう必要がある.
ゲノムワイドな構造・機能分類による膜蛋白質の機能理解:G蛋白質共役型受容体

(1)膜貫通ヘリックス部分の極性領域の擬似座標、ループ部分の長さと平均疎水性値、既知の低分子リガンド、ペプチド性リガンドの分子量、疎水性値、電荷、などのGPCRの各ドメインの物理化学的特性と、結合Gタンパク質の種類(Gi/o, Gq/11/12,Gs, Gt等)との相関性を基にして、結合Gタンパク質を予測するプログラムを作成した。予測精度は85%以上になっている。これを用いてヒトの機能未知GPCR、数百配列に対して機能予測を行った。(2)これまで開発済みの、GPCR遺伝子予測自動化システムを用いて、223種の細菌と、7種の真核生物のGPCR遺伝子を同定した。これらに対して、上記プログラムを用いて、機能分類及び予測を行った。また、これらのGPCRのゲノム上でのマップ情報も解析したところ、特にヒトゲノの嗅覚・味覚受容体など感覚器の受容体は、ゲノム配列上で、狭い領域に高密度に集積したクラスター領域を形成することが判り、ゲノム上の分布構造からも機能が予測できる可能性を示した。(3)クラスAファミリーに属するGPCRに関して、比較モデリングで立体構造を予測し、結合リガンド構造を最適化する方法はすでに開発済みであるが、これをヒスタミン受容体や、嗅覚受容体に適用し、変異体実験による機能変化をよく説明できる結果を得た。この結果は、本特定研究で開発した立体構造モデリング、リガンドドッキング計算の妥当性を示している。(4)16年度までの結果を基にして上記の生物種に対して、GPCR配列候補を収めた総合データベースを構築した。また、上記で開発した機能予測プログラム(結合Gタンパク質予測プログラム)をWEBサーバーとして組み込み、公開準備中である。
微小領域磁性の放射線を用いた研究

本研究課題は、放射線を用いた物性研究手段であるガンマ線摂動角相関(PAC)やメスバウアー分光、すなわち極微量の放射性同位元素をプローブ核として微小領域の物性を超微細相互作用から調べること、特にその磁性を明らかにすることを目的としている。具体的な目的としては^<181>Hf,^<111>In,^<140>La,^<99>Rh,^<100>Pd,^<131>Te,^<197>Pt,^<119>Sn,^<57>Coなど極微量の放射性同位元素を用いて強磁性体Feの表面磁性、微粒子や金属人工格子局所界面磁性などをPACやメスバウアー分光から明らかにすることにある。本年度は以下の二項目について研究を行い成果を得た。(1)超高真空蒸着装置を用いた磁性薄膜の作製強磁性体であるFe/Hfの多層膜を超高真空蒸着装置を用いて成膜した。膜厚は購入した水晶発振式成膜コントローラと膜厚センサを用いて制御し種々のHf層厚さの磁性膜を作製し、原子炉中性子を用いて多層膜中に^<180>Hf(n,γ)^<181>Ta反応より^<181>Taを生成させ、^<181>Taを用いたガンマ線摂動角相関(PAC)測定を行い、Fe/Hf界面磁性を議論することができた。(2)金属人工格子の界面磁性^<197>Auメスバウアー分光測定をFe/Au,Co/Au,Ni/Au,Mn/Au等の金属人工格子の界面構造及び磁気的性質を明らかにする目的で行った。Fe/Au,Co/Au,Ni/Auなどの強磁性層と非強磁性層との界面と異なってMn/Auは反強磁性層と非磁性層との界面磁性と考えられ、予想に反して比較的大きな内部磁場が得られた。標準物質として種々のAu-Mn合金を溶製し、^<197>Auメスバウアー分光測定を行い、構造と内部磁場・アイソマ-シフトとの相関を得た。
口唇裂・口蓋裂の候補遺伝子のダイレクトシークエンスによる解析

口唇裂・口蓋裂患者およびその両親を含めた120家系の血液採取を完了した。そして、古典的な方法で全検体のDNA抽出を完了した。また、候補遺伝子は、RYK、EPHB2、EPHB3とした。解析は、変異解析、SNPを使用した相関解析、TDTを行った。結果は変異解析では病態にかかわる変異は認められなかった。RYKに認められた5つのSNPの内の3つ(A287G,IVS12+13A>C,IVS13+63T>C)においてはcase-control studyとTDT検定を行った。この3つのSNPは、0.15以上のマイナーアレル頻度であった。また、それらはHardy-Weinberg平衡において、日本人で連鎖不平衡の状態にあった。しかも患者といかなるSNPとの間においてもp値が>0.1を示す有意な差は認められなかった。3つのRYK-SNP (snp1-snp4-snp5)から作られる7つのハプロタイプのうち、1つ(A-A-C)がcase-control studyでく5x10^<-4>と<2.59x10^<-6>のp値を認め、日本人のCL/PとCPOにおいて有意な値が得られた。しかし、ハプロタイプを使用したTDT検定では、有意な差は認められなかった。これらの結果は「RYK遺伝子変異は非症候性の口唇裂・口蓋裂発症における遺伝要因の一つである」として日本口蓋裂学会雑誌35巻9-17頁2010年論文を発表。また、RYK(3q22)、EPHB2(1p36.1-35)、EPHB3(3q28-27)、DLX3(17q23)、TBX10(11q13.1)、TGF-B3(14q24)、PAX9(14q12-q13)、CLPTM1(19q13.2)、PVRL1(11q23)、TBX22(Xq21.1)の計10遺伝子を対象に変異解析、case-control study、TDT(伝達不平衡テスト)を行った結果を平成22年5月27日28日に行われた日本口蓋裂学会総会・学術大会で発表した。〔目的]口唇裂・口蓋裂は、多因子病と考えられ、様々な視点から原因の研究が行われている。λsが510と考えられ、諸外国において家族集積性が指摘されていることから遺伝要因が強く関与している。また、動物実験では、いくつかの候補遺伝子が挙げられているが、ヒトを対象にそれらの遺伝子解析を行った際、変異が認められないこと、人種間で発症率に差があり、原因遺伝子が異なることなど、不明な点が多いのが現状である。我々は、口唇裂・口蓋裂の発症に関与する遺伝子を解明することを目的として、日本人、ベトナム人を対象に顎・顔面の発生に関与すると報告のある11遺伝子について変異解析、相関解析を行った。[方法]各施設の倫理委員会の承認を受け、十分なインフォームドコンセントに基づき同意を得た口唇裂・口蓋裂患者、その両親、対照健常者より採血、DNA抽出を行った。マウスの発現解析や変異マウスの解析によって発症に関与すると報告があるRYK(3q22)、EPHB2(1p36.1-35)、EPHB3(3q28-27)、DLX3(17q23)、TBX10(11q13.1)、ヒトの相関解析で陽性の報告があるTGF-B3(14q24)、変異の報告があるPAX9(14q12-q13)、CLPTM1(19q13.2)、PVRL1(11q23)、TBX22(Xq21.1)、8q24の計11遺伝子を対象に口唇裂・口蓋裂を単一遺伝子病とみなしての変異解析、多因子遺伝子病とみなしてのSNPを用いてcase-control study、TDT(伝達不平衡テスト)を行った。RYKでは、ミスセンス変異を認め、SNPのハプロタイプが日本人口唇裂・口蓋裂患者に有意な値を認めた。また、TGF-B3では、SNPとSNPのハプロタイプで日本人口唇裂・口蓋裂患者に有意な値を認めた。PAX9では、ミスセンス変異を認めた。以上より現時点でこの3つの遺伝子が口唇裂・口蓋裂の発症に関与にする結果が得られた。
Pile-upを考慮した津波による海氷の市街地への来襲とインパクトに関する研究

連続体モデルと離散体モデルからなる海氷の陸上遡上シミュレーション手法を開発した.離散体の計算法として,離散体特有のpile-upやjam等の計算が可能となる,鉛直運動を考慮した準3次元DEMを開発し,氷群の陸上遡上実験結果からその妥当性を間接的に検証した.中規模衝突実験とDEMやFEMを応用した数値モデルにより,より複雑な構造物への海氷の衝突破壊現象を解明した.これらより,津波来襲時におけるpile-upやice-jamを考慮した海氷挙動,脆性破壊挙動を考慮した氷塊群が及ぼす構造物への動的作用,など海氷による被害拡大の予測または最悪のシナリオ想定等に資する津波防災対策上の支援ツールを開発した.まず、連続体手法を用いた,海氷の漂流・陸上への遡上シミュレーション手法の基礎開発を行った。これは,巨視的に海氷を高粘性流体(連続体)としてモデル化し,非線形長波方程式の2層流モデルの適用を試みた(上層:海氷群,下層:海水).氷と水との間に界面張力を導入するなど,氷の固体としての振る舞いに矛盾しないよう工夫して、現実の海氷の漂流運動に近づけるための試みを展開した.一方,海氷群の離散的性質を考慮するため,離散シミュレーション法のひとつである個別要素法(DEM)を応用した漂流計算手法の開発に着手した.なお,広域のエリアに適用するには,DEMによる計算は莫大なメモリと時間を必要とするため, 2次元計算により平面的に個々の氷の挙動を追跡し,これに別途鉛直運動を考慮する事による準3次元的な計算手法の開発を試みた。さらに、仕事とポテンシャルエネルギーの関係より導出されるshore ice pile upの条件式を準用する事により,パイルアップ(乗り上げ)を考慮できる手法を提案し、試験的な計算を実施した.さらにそのパイルアップ高を実験的に調べるため,まずは,水路上を走行する台車により氷模型群を陸上遡上させ,その状況を観察する実験システムの構築を行った.また,津波による海氷の陸上遡上時の構造物近傍における水位上昇,パイルアップやジャミングの形成プロセス,氾濫流の変化などを定量的に把握することを目的とし,比較的幅広な断面水路でのダムブレイクに基づく実験装置製作・セッティングおよび予備実験を実施した.また,複数氷塊の構造物へのインパクトに関する研究を実施するため、本年度は,まず,既に既存の自由落下方式による衝突装置を改良することにより,複数氷塊の中規模程度の衝突実験をできるようにし,その予備実験を行った.主に離散体手法による,海氷の漂流・陸上への遡上シミュレーション手法の開発を引き続き行った.その妥当性の検証のため,構築した実験装置(一定速度に制御)を用いて,特にpile-up高に注目した遡上実験を実施し,その数値シミュレーションに適用するpile-up形成条件や計算方法の妥当性などについて検討した.実験は,ポリプロピレン製の円盤の模型氷を水面に浮かべ,それを台車で曳航して陸上遡上させ,陸上には横断方向に複数の角柱構造物が一列配置した状態で実施し,氷群の集積プロセスやpile-up高分布等を調べた.実験と数値シミュレーションの結果を比較した結果,計算による構造物前後のpile-up状況の再現は良好である事を確認した.また,ダムブレイクによる,海氷を伴った津波氾濫流に関する実験を本格的に着手し,海氷来襲時の陸上遡上時および建築物近傍における水位上昇,pile-upやジャミングの形成プロセス,氾濫流の変化などを調べた.海氷が存在する場合には,まず氷群の衝突により,建築物に大きな衝突荷重が作用すること,建築物前面ではpile-upにより,高く氷が積み重なること,水流が建築物群にせき止められるため水位が上昇すること,建築物間での堰き止め水塊による静水圧荷重の増大とその持続性,等,そのリスクを明らかにし,その被害拡大シナリオを明確にした.また防災の実務上の観点より,いくつかの留意事項を示した.また,複数氷塊の構造物への衝突実験を本格的に着手し,複数氷塊の衝突破壊と構造物の動的応答について実験的に調べた.また,DEMによる3次元衝突破壊シミュレーションを用い,複数氷塊に対応できるよう改良するとともに,海氷の衝突破壊および構造物への動的荷重について検討し,単体の氷塊と,複数氷塊による挙動とは異なることや,構造物の固有振動によってはその氷塊の複数衝突プロセスが重要であることを明らかにした.海氷の漂流・陸上への遡上シミュレーション手法の開発を引き続き実施した.外洋で連続体,沿岸部・陸上部で離散体としたハイブリット計算手法の検討も行った.このうち離散体の計算法として,氷群特有のpile-upやjam等の離散体挙動の計算が可能となる,鉛直運動を考慮した準3次元のDEMに基づく手法を開発した.同時に,水槽で走行台車を用いた氷群の陸上遡上実験を実施し,その妥当性を間接的に検証した.構造物周辺等でのpile-upやice-jamの発生リスクがある箇所や海氷遡上範囲等が表示可能であり,ハザードマップ作成支援ツールとしての有望性を確認した.構造物への氷塊のインパクトの計算手法については,DEMに加え,材料の構成モデルとしてモール・クーロンの破壊基準を考慮した3Dの動的弾塑性FEMの適用性も試みたFEM,DEMとともに,衝突荷重の実験的傾向を概ね良好に再現でき,最大衝突力や継続時間の概算値程度であれば,計算コストの安いFEMを用いる事が合理的であることを示した.また,これまでの理論解析,数値解析、中規模実験結果などを踏まえ,津波遡上時の氷塊による衝突力の平面分布の簡易推定法を提案した.

この推定法は主に氷塊の動弾性係数と漂流速度,氷厚を入力値とし,単位長さあたりの力として出力される.これにより海氷の漂流・陸上への遡上シミュレーションと組み合わせ,より広域的な海氷による構造物の損壊状況,ひいては経済損失等の概略推定が可能となる.最後に,海氷による上乗せリスク,これまでの実験や数値シミュレーションを通して検討してきた,海氷挙動,海氷の陸への遡上及び構造物等へ及ぼす外力等の予測手法および,避難のあり方や構造物配置等の津波対策案をとりまとめた.連続体モデルと離散体モデルからなる海氷の陸上遡上シミュレーション手法を開発した.離散体の計算法として,離散体特有のpile-upやjam等の計算が可能となる,鉛直運動を考慮した準3次元DEMを開発し,氷群の陸上遡上実験結果からその妥当性を間接的に検証した.中規模衝突実験とDEMやFEMを応用した数値モデルにより,より複雑な構造物への海氷の衝突破壊現象を解明した.これらより,津波来襲時におけるpile-upやice-jamを考慮した海氷挙動,脆性破壊挙動を考慮した氷塊群が及ぼす構造物への動的作用,など海氷による被害拡大の予測または最悪のシナリオ想定等に資する津波防災対策上の支援ツールを開発した.当該年度の主な目標と照らし合わせ,1海氷の漂流・陸上への遡上シミュレーション手法の開発を引き続き行い,さらに精度を高める努力したこと,そのため2海氷を伴った津波氾濫流に関する実験を本格的に着手したこと,3ダムブレイクにより海氷を伴った津波の陸上遡上実験し海氷が存在しない津波と比較し,その被害拡大シナリオを明確にしたこと,さらに,3複数氷塊の衝突破壊と構造物の動的応答について実験と数値計算の両面から検討したこと,等により当初予定した研究実施計画をほぼ実施したと判断し,当該達成度とした.海氷工学,寒地工学引き続き海氷の漂流・陸上への遡上の水理模型実験を実施し,そのシミュレーション手法の開発を行う.外洋で連続体,沿岸部・陸上部で離散体としたハイブリッド計算手法の検討等を行うとともに,道東など流氷群を伴った津波発生の可能性の高いエリアを対象とした数値シミュレーションを行う引き続き海氷を伴った津波氾濫流に関する実験を継続し,パイルアップ・ジャミングの複雑挙動の検討を行い,上記シミュレーションのクライテリアに反映させる.構造物への氷塊のインパクトの計算手法については,DEMに加え構造物および海氷へ計算コストが安価なFEM(3次元動的弾塑性等)の適用性も試みる.これまでの理論解析,数値解析,中規模実験結果などを踏まえ,氷塊が及ぼす構造物の動的応答を評価する.最後に,海氷による上乗せリスク,これまで検討してきた,津波による海氷挙動,海氷の陸への遡上及び構造物等へ及ぼす外力等の予測手法および防災対策案をとりまとめる.平成25年度の研究実施計画での主な内容は、海氷の漂流・陸上への遡上シミュレーション手法の基礎開発をおこなう事、具体的には,1海氷を粘性流体と見なした漂流シミュレーション、2沿岸・陸上でのパイルアップおよびジャミング現象を考慮した海氷挙動シミュレーションの2つの手法について同時に開発を進める事であった。前者は、巨視的に海氷を高粘性流体(連続体)としてモデル化し,非線形長波方程式の2層流モデルの適用を試み(上層:海氷群,下層:海水)たものである。氷の固体としての振る舞いに矛盾しないよう工夫することが最大の目的であったが、界面張力を導入することでそれを達成した。
精神疾患におけるオリゴデンドロサイト前駆細胞の役割

精神疾患脳におけるグリオーシスの欠如は神経病理学的研究から常に指摘されてきた。新しい培養法を用いてグリオーシス由来細胞の一つと考えられるオリゴデンドロサイト前駆細胞(OPC)の機能解析を行なった。OPCは、重要な神経伝達物質の一つであるグリシンの細胞外濃度を調節している可能性が判明した。これらの発見は、今後、精神疾患治療薬開発の基礎になる知見と考えられた。近年、死後脳切片を用いた組織化学的研究によると、大うつ病(major depressive disorder:MDD)、双極姓障害(bipolar disorder:BPD)、統合失調症(schizophrenia:SCH)では脳の構造的変化(特に前頭葉)が生じており、それらが灰白質におけるオリゴデンドロサイト系譜の細胞数の減少によるものである可能性が示唆されている。我々はより簡易的、客観的にそのような異常を解析するためフローサイトメーターを用いて凍結死後脳を解析する方法を考案した。MDD(n=10)、BPD(n=12)、SCH(n=10)、対照コントロール(n=12)のヒト脳前頭葉灰白質(BA10)における、神経細胞、オリゴデンドロサイト(前駆細胞)の割合、および細胞数を解析したところ、脳組織1mgあたりの細胞数では、対照コントロールに対して、MDD、BPD、SCH全ての群で有意に減少していた。さらに詳しく解析すると、成熟神経細胞のマーカーであるNeuN陽性細胞数は、対照コントロールに比べてMDD、BPD、SCH全ての群で有意差はなかったが、オリゴデンドロサイト系譜のマーカーであるolig2陽性細胞数では、対照コントロールに比べてMDD、BPD、SCH全ての群で優位に減少していた。NeuN陰性/olig2陰性細胞数では、対照コントロールに対して、MDDのみ優位に細胞数の減少が見られたが、BPD、SCHでは優位差はなかった。現在側頭葉灰白質(BA20)でも同様の異常がないか検討中である。また、セルソーターを用いて各々の細胞種を疾患別に採集し、DNAのメチル化などに異常がないか検討を行う予定である。一昨年度、我々は凍結死後脳を用いて、大うつ病(major depressive disorder : MDD)、双極性障害(bipolar disorder : BPD)、統合失調症(schizophrenia : SCH)の前頭前野灰白質のオリゴデンドロサイト(OL)系譜の細胞数が減少していることを発見した。しかし、それらの細胞が、ミエリン形成細胞(OL)分化以外に、脳内でどのような機能を持っているのか、ほとんど解っていない。近年、我々は成体脳より、より簡易的、高純度で大量にオリゴデンドロ前駆細胞サイト(OPC)を分離培養する方法を確立し、ジーンチップを用いて網羅的に遺伝子発現解析を行なった。これらの培養細胞は、OPC特異的遺伝子が発現しており、in vitroでグルタミン酸による細胞機能を探索したところ、さまざまな遺伝子が変化する事を確認した。しかし、OL分化に関する遺伝子にはいっさい変化を認めず、グルタミン酸には分化促進機能がない事が判明した。一方、細胞数は増加し、グルタミン酸代謝に関するさまざまな遺伝子が変化している事から、グルタミン酸代謝調整に関与している可能性が示唆された。さらに15分程度の短期刺激によって、培養液中のグリシン濃度が飛躍的に増加した。以上の事から、OPCが脳内の細胞伝達、特にグルタミン酸伝達において重要な役割を担っている事が示唆された。現在、これらの結果については論文を投稿中である。我々はスタンレー凍結死後脳を用いて、大うつ病(major depressive disorder:MDD)、双極性障害(bipolar disorder:BPD)、統合失調症(schizophrenia:SCH)の前頭極灰白質のオリゴデンドロサイト(OL)系譜の細胞数が減少している事を発見した。しかし、それが、どのような形でミエリン形成能に影響しているか、ほとんど解っていない。前頭極灰白質はヒト脳の中でも中年期までミエリン化が継続している。われわれは、スタンレー凍結死後脳の研究をさらに進め、全脂肪酸分画の解析を進めた。動物実験によって、死後の交絡因子によって全脂肪酸分画がどのような影響を受けるのか、細かく検討し、それらのデータを元に、ヒトデータを再解析した。その結果、MDD及びBPD特異的な脂肪酸の異常が、特に前頭極白質を中心に認められた。SCHでは全く正常であった。これらの結果は、前頭極で生じている成人期のミエリン化に気分障害(MDD、BPD)では何らかの質的異常が存在する事を示唆する。現在、成体脳より、簡易的、高純度で大量に分離培養したオリゴデンドロ前駆細胞サイト(OPC)を用いて、脂肪酸を標的に同様の異常を生じる機序解明を行なっている。
抗精神病薬により引き起こされる認知機能障害の分子メカニズム解明

統合失調症治療薬(抗精神病薬)の慢性投与により引き起こされる認知機能低下に関する分子メカニズムの解明を目的に研究を遂行した。本研究では、抗精神病薬が、前頭皮質のセロトニン5-HT2A受容体を拮抗することで、IkBaの発現を低下させ、それに続いてNF-kBの核内移行を増加させることを明らかにした。核内のNF-kBは、ヒストン脱アセチル化酵素(HDAC)2の発現を増加させ、脳機能やシナプス構造に関わる遺伝子発現を抑制した。さらに発現増加したHDAC2は、興奮性シナプスの数を減少させ、認知機能を低下させた。本研究により抗精神病薬により引き起こされる認知機能低下に関する分子メカニズムが明らかとなった。DNAが巻きついているヒストンのアセチル化は、遺伝子発現を調節し、生体機能維持において重要な役割を担っている。以前の研究から、非定型抗精神病薬クロザピンの慢性投与は、ヒストン脱アセチル化酵素(HDAC)2誘導を介して認知機能を障害し、前頭前皮質(PFC)のスパイン数減少を引き起こすことをこれまでに明らかにしてきた。平成28年度は、クロザピン慢性処置による認知機能低下やスパイン数減少が、クロザピンにより誘導されたHDAC2による転写制御の関与について調べた。その結果、発現誘導されたHDAC2は、NMDA受容体NR1やスパインの骨格タンパクHomer1のプロモーターに作用してヒストンアセチル化を抑制し、それら遺伝子転写を負に制御していることが分った。さらにクロマチン免疫沈降法により調べた結果、クロザピン慢性投与マウスPFCにおいてNR1とHomer1のプロモーターにHDAC2が結合していること、さらにアセチル化ヒストンが低下していることを明らかとした。さらに以前の研究からクロザピン慢性投与によってNF-kBシグナル経路の活性化およびHDAC2発現の増加を見出している。そこでNF-kBシグナルの活性化がHDAC2発現に与える影響を調べた。NF-kBの活性化を誘発するためにアデノ随伴ウィルスを用いて活性型IKKをPFCに遺伝子導入し、HDAC2の発現を調べたところ、活性型IKKの導入によりNF-kBが核内に移行し、HDAC2発現増加、認知機能の低下およびスパイン数の減少が認められた。以上の結果より、クロザピン処置により誘導されるNF-kB活性化がHDAC2の転写を促進し、それによりNR1やHomer1などスパイン関連遺伝子プロモーターのヒストン脱アセチル化が進むことでスパイン関連遺伝子の転写抑制、スパイン数の減少および認知機能と低下が引き起こされていると考えられる。平成27年度の目標に近い結果が出てきており、進捗状況は順調に進んでいる。さらに核内でNF-kBは、ヒストン脱アセチル化酵素(HDAC)2のプロモーターに直接的に作用し、転写を促進させることを明らかとした。HDACは、遺伝子のヒストンのアセチル基を取り除くことで、遺伝子転写に抑制的に働いている。そこで我々は、脳特異的にHDAC2を欠損させた(HDAC2KO)マウスを作製し、慢性的な抗精神病薬投与後の野生型(WT)マウスとHDAC2KOマウスの間における遺伝子発現を網羅的に調べたところ、WTマウスに抗精神病薬を慢性的に処置した場合、脳機能やシナプス構造に関わる遺伝子発現を抑制したが、HDAC2KOマウスではそのような遺伝子変化は認められなかった。さらに、野生型マウスに抗精神病薬の慢性投与を行った後、行動薬理学的手法により認知機能を調べたところ、認知機能の障害が認められた。その時に前頭皮質における神経シナプスの数をそくていしたところ成熟シナプス数の顕著な減少が確認できた。しかし、そのような認知機能障害やシナプス数の低下はHDAC2KOマウスでは認められなかった。さらに、このような異常は脳特異的NF-kB欠損マウスを用いた場合でも認められなかった。以上から、慢性的な抗精神病薬の投与は、5-HT2A受容体遮断を介してNF-kBシグナルを活性化し、HDAC2の転写を活性化することが明らかとなった。さらに誘導されたHDAC2は、脳機能およびシナプス構造に関わる遺伝子の転写を抑制することで、認知機能低下さらに、成熟シナプス数の減少を引き起こしていると考えられる。平成29年度は最終年度ということもあり、論文にすることを目的として実験をまとめていく。まず、HDAC2の誘導因子であるNF-kBを抑制するIkB-αをAAVにて過剰発現し、クロザピンによるHDAC2誘導、認知機能低下およびスパイン数の減少が抑えられるかどうか調べる。

さらに次世代シークエンサーを活用し、クロザピン処置野生型およびHDAC2欠損マウスにおける網羅的転写産物の解析・比較を行う。それによってNR1やHomer1だけでなく遺伝子群としての変化が分り、Pathway解析により遺伝子群の理解に繋がると期待できる。神経精神薬理学本研究に関する論文を現在投稿しており、年度末または年度初めに急遽論文レフリーから追加実験等の要請があった場合の費用として次年度分として繰越することとした。論文レフリーから実験の要請があったためそのための費用として使う。
鉄硫化鉱物の生成機構と物性の関連

当初の予定通り,1.ケイ酸塩メルト中の硫化物の化学組成,同位体組成およびそれらの生成メカニズム,2.天然の黄鉄鉱の電気化学的特性,3.鉄硫化鉱物の物理・化学的特性を測定するための新しい実験方法・装置の開発,4.熱水溶液中での鉄硫化鉱物の生成メカニズムと物性との関連,などについての研究を行った。1.花こう岩中のイオウおよび鉄の含有量,イオウ同位体比などから岩石中にイオウはFeSあるいはケイ酸塩鉱物中のHSとして存在し,イオウ含有量と鉄含有量間には明瞭な相関があることを明らかにした。このことはメルト中でイオウはS^<2->,Fe3SO2およびFesとして存在していることを示している。2.本邦およびカナダ各地の種々鉱床,沖縄トラフや東太平洋海嶺などの海底熱水鉱床より採取された黄鉄鉱約100個について,微量元素(As,Sb,Co,Ni,Au,Ag,Cu,Zn)濃度の測定を行い,熱電率の測定から推定される半導体的性質,格子定数,反射率および光学的異方性などの物性との関連を明らかにした。微量成分のうち黄鉄鉱の物性と顕著な関連が見いだされたのはAs,Sb,Co,Niであった。As,Sb含有量が高い黄鉄鉱は熱伝率が大きく(p型半導体),これからの元素がドナーとしての働きを有することを示唆する。この種の黄鉄鉱は格子定数が大きく,光学的異方性が強い傾向がある。熱伝率の小さい(n型半導体)黄鉄鉱中にはNi,Coの含有量が高く,これらの元素がアクセプターとして働いているものと思われる。このように各種微量元素が黄鉄鉱の物性と明瞭に関連していることが明らかになった。3.鉄硫化物のイオウ同位体比および鉱物-熱水溶液反応を研究するための新方法を確立した。bulk試料で測定されていた堆積岩中の硫化物のイオウ同位体比をNd-YAGレーザーを用いてガス化させ,微小領域(数百ミクロン径)のイオウ同位体比を測定する方法を確立した。この方法を堆積岩中の黄鉄鉱に応用し,イオウ同位体比が微小領域内で大きく変動していることを見いだした。このような試料は始生代のものにも普遍的に見られ,硫酸還元バクテリアの活動による生物起源の黄鉄鉱であることが示唆された。熱水溶液中での硫化鉱物硫化鉱物の溶解度を,その場観察法および石英ガラス管法で測定した。これらの実験では鉄硫化鉱物の溶解度に影響を及ぼすガス分圧や酸化還元状態をコントロールするためにイオウの加水分解反応を用いた。4.各種の高温・高圧熱水用合成装置(オートクレーブ,その場観察用熱水循環装置等)を用いて,種々の条件下(HCI-NaCl-FeS-(CaSO4)系, 150-350°C)で熱水実験を行い,黄鉄鉱や磁硫鉄鉱などの硫化鉱物を合成し,その生成メカニズムを明らかにした。黄鉄鉱は1)磁硫鉄鉱の表面に生成,2)イオウの表面に生成する場合の2つの場合がある。前者の黄鉄鉱は溶液中の硫化水素から直接生成するが,後者の場合一旦ポリ硫化物(H2Sx)をつくり,黄鉄鉱の生成に関与している。両者の違いは物性の違いに現れ,前者に比べ後者の方が格子定数が大きく,相対的に鉄に富み,光学的異方性が強いことが明らかになった。この結果,黄鉄鉱は唯一のキネテイックスの経過で生成されるという今までの説が誤っていることが明らかになった。本研究の結果,鉱物の生成条件および反応メカニズムと鉱物の組成および物性の間には明瞭な関連があることが明らかとなった。本研究で明らかにされた基礎的資料は今後,鉄硫化物を半導体産業,高性能電池,石油,石炭産業での処理材などでの工業的応用に貢献できる。また,大学間協力研究によって共同で各種の実験および測定を行い,活発な意見交換を行った。これらの研究を通して,異なる分野および勧境にある研究者が交流することが非常に有意義であった。

As,Sb含有量が高い黄鉄鉱は熱伝率が大きく(p型半導体),これからの元素がドナーとしての働きを有することを示唆する。この種の黄鉄鉱は格子定数が大きく,光学的異方性が強い傾向がある。熱伝率の小さい(n型半導体)黄鉄鉱中にはNi,Coの含有量が高く,これらの元素がアクセプターとして働いているものと思われる。このように各種微量元素が黄鉄鉱の物性と明瞭に関連していることが明らかになった。3.鉄硫化物のイオウ同位体比および鉱物-熱水溶液反応を研究するための新方法を確立した。bulk試料で測定されていた堆積岩中の硫化物のイオウ同位体比をNd-YAGレーザーを用いてガス化させ,微小領域(数百ミクロン径)のイオウ同位体比を測定する方法を確立した。この方法を堆積岩中の黄鉄鉱に応用し,イオウ同位体比が微小領域内で大きく変動していることを見いだした。このような試料は始生代のものにも普遍的に見られ,硫酸還元バクテリアの活動による生物起源の黄鉄鉱であることが示唆された。熱水溶液中での硫化鉱物硫化鉱物の溶解度を,その場観察法および石英ガラス管法で測定した。これらの実験では鉄硫化鉱物の溶解度に影響を及ぼすガス分圧や酸化還元状態をコントロールするためにイオウの加水分解反応を用いた。4.各種の高温・高圧熱水用合成装置(オートクレーブ,その場観察用熱水循環装置等)を用いて,種々の条件下(HCI-NaCl-FeS-(CaSO4)系, 150-350°C)で熱水実験を行い,黄鉄鉱や磁硫鉄鉱などの硫化鉱物を合成し,その生成メカニズムを明らかにした。黄鉄鉱は1)磁硫鉄鉱の表面に生成,2)イオウの表面に生成する場合の2つの場合がある。前者の黄鉄鉱は溶液中の硫化水素から直接生成するが,後者の場合一旦ポリ硫化物(H2Sx)をつくり,黄鉄鉱の生成に関与している。両者の違いは物性の違いに現れ,前者に比べ後者の方が格子定数が大きく,相対的に鉄に富み,光学的異方性が強いことが明らかになった。この結果,黄鉄鉱は唯一のキネテイックスの経過で生成されるという今までの説が誤っていることが明らかになった。本研究の結果,鉱物の生成条件および反応メカニズムと鉱物の組成および物性の間には明瞭な関連があることが明らかとなった。本研究で明らかにされた基礎的資料は今後,鉄硫化物を半導体産業,高性能電池,石油,石炭産業での処理材などでの工業的応用に貢献できる。また,大学間協力研究によって共同で各種の実験および測定を行い,活発な意見交換を行った。これらの研究を通して,異なる分野および勧境にある研究者が交流することが非常に有意義であった。東北大学グル-プは主として、1)150ー350°Cの温度条件下における黄鉄鉱と熱水溶液の反応キネティックスについての一連の実験、2)沖縄トラフより採取された海底熱水鉱床に伴う硫化鉱物、3)日本の種々の金鉱床及びその他の代表的鉱床から採集された黄鉄鉱についての鉱物学的研究を行った。一方、ペンシルヴァニア州立大学グル-プは主として、4)150ー350°Cで種々の化学環境下で黄鉄鉱、白鉄鉱、磁硫鉄鉱、赤鉄鉱等を合成、5)東太平洋海嶺より採取した海底熱水鉱床に伴う硫化鉱物についての鉱物学的研究を行った。両グル-プは密接な研究連絡を取りあい、上記1)ー5)について分担および共同して種々の物性、化学組成および同位体比の測定を行った。ペンシルヴァニア州立大学からは夏期にU.Graham氏が約2ケ月間、K.OsseoーAsare氏が10日間東北大学を訪問した。また研究代表者大本は約2ヶ月間ペンシルヴァニア州立大学を訪問し、共同で各種の実験および測定を行い、活発な意見交換を行った。
弗化物透明セラミックスシンチレータ・ドシメータの開発

本研究ではシンチレータやドシメータ材料などの放射線計測用の新規材料を開発することを目的に、アルカリ土類金属弗化物透明セラミックスの作製およびそのシンチレーション・ドシメータ特性の評価を行っている。本年度はSrF2透明セラミックスの作製およびシンチレーション特性の評価を行った。始めに放電プラズマ焼結装置を用いて、真空下で二段階焼結法を用いることで透過性の高いセラミックスが得られることを明らかにした。一段階目の焼結条件は、10 MPaの圧力を印加しながら室温から890 °Cまで10 °C/minで昇温し、その状態を10分間保持する。その後、二段階目の焼結として印加圧力を100 MPaまで上げるとともに、焼結温度を1080 °Cまで10 °C/minで昇温し、この状態を20分間保持した後に焼結を終了した。この焼結条件を用いて作製したセラミックスサンプルに対して直線透過率を測定したところ、セラミックスサンプルの直線透過率は単結晶サンプルよりも劣るものの、500 nm付近の透過率は25 %であった。X線誘起シンチレーションスペクトルにおいて、セラミックスサンプルは単結晶サンプルと同様に自己束縛励起子による発光が300 nmに観測された。続いて、セラミックスサンプルの57Coのγ線励起によるパルス波高値スペクトルを測定したところ、発光量は8,900 photons/MeVであり、単結晶サンプルの発光量と比較すると55 %程度であった。一方で、残光特性を評価したところ、セラミックスサンプルは0.0079 %、単結晶サンプルは0.0153 %であったことから、残光特性においてはセラミックスサンプルの優位性が確認でき、この結果は熱刺激蛍光グローカーブの結果と一致した。本年度は、放電プラズマ焼結法を用い、SrF2透明セラミックシンチレータの開発を目指して研究に取り組んだ。結果として透明セラミックスの開発に成功し、シンチレーション特性も評価出来た事から、当初の予定通りの成果が得られたと考えられる。また、SrF2透明セラミックスにEuを添加することでシンチレーション発光量の改善に成功した。副次的な成果として本研究を進める過程で、修士時より継続してドシメータ用の透明セラミックスの検討も進め、Tbを発光中心として添加したMgAl2O4は、優れた線量応答特性とフェーディング特性を有することを明らかにした。以上のようにSrF2における当初の予定通りの進展、さらには合わせてMgAl2O4における副次的な研究の進展を総合的に勘案し、期待以上の研究の進展があったと評価できる。今後の計画として、SrF2透明セラミックスの発光量は単結晶よりも劣っていたため、焼結条件のみならず原料粉末の合成方法の検討を行い、透明性の高い透明セラミックスを作製することで発光特性の改善を試みる。本研究では放射線計測用の新規材料を開発することを目的に、アルカリ土類金属弗化物透明セラミックスの作製及びそのシンチレーション・ドシメータ特性の評価を行っている。当該年度においては、γ線検出用シンチレータとして有用であることから研究成果のインパクトが最も大きいと予想されるBaF2透明セラミックスの作製方法の確立およびシンチレーション特性の評価を行った。始めに放電プラズマ焼結(SPS)法を用いてBaF2透明セラミックスの焼結条件を検討した。焼結温度、焼結時間、昇温速度、印加圧力を調整し、さらに雰囲気を制御しながら各パラメーターの最適値を模索したところ、窒素雰囲気下で二段階焼結法を用いることで透過性の高いセラミックスが得られた。作製したサンプルの両面に対して光学研磨を行い、真空紫外領域における直線透過率を測定したところ、セラミックスサンプルの直線透過率は単結晶サンプルよりも劣るものの、BaF2のバンドギャップである160 nm付近まで透過性を有していた。X線誘起シンチレーションスペクトルにおいて、セラミックスサンプルは単結晶サンプルと同様に自己束縛励起子発光が320 nmに、オージェ・フリー発光が190 nmと220 nmにそれぞれ観測された。これらの蛍光減衰時定数を観測したところ、0.7nsと740 ns程度の時定数が得られ、既報の単結晶の結果と同様であった。続いて、セラミックスサンプルの137Csのγ線励起によるパルス波高値スペクトルを測定したところ、発光量は6,000 photons/MeVであり、単結晶サンプルの発光量と比較すると六割程度であった。一方で、残光特性を評価したところ、セラミックスサンプルは0.0112 %、単結晶サンプルは0.0153 %であったことから、残光特性においてはセラミックスサンプルの優位性が確認できた。計画通り、初年度にてBaF2透明セラミックスの作製及び放射線応答特性の評価を達成出来たため、二年目はCaF2及びSrF2透明セラミックスの作製、及びそれらの放射線応答特性の評価を行う予定である。

その後、二段階目の焼結として印加圧力を100 MPaまで上げるとともに、焼結温度を1080 °Cまで10 °C/minで昇温し、この状態を20分間保持した後に焼結を終了した。この焼結条件を用いて作製したセラミックスサンプルに対して直線透過率を測定したところ、セラミックスサンプルの直線透過率は単結晶サンプルよりも劣るものの、500 nm付近の透過率は25 %であった。X線誘起シンチレーションスペクトルにおいて、セラミックスサンプルは単結晶サンプルと同様に自己束縛励起子による発光が300 nmに観測された。続いて、セラミックスサンプルの57Coのγ線励起によるパルス波高値スペクトルを測定したところ、発光量は8,900 photons/MeVであり、単結晶サンプルの発光量と比較すると55 %程度であった。一方で、残光特性を評価したところ、セラミックスサンプルは0.0079 %、単結晶サンプルは0.0153 %であったことから、残光特性においてはセラミックスサンプルの優位性が確認でき、この結果は熱刺激蛍光グローカーブの結果と一致した。本年度は、放電プラズマ焼結法を用い、SrF2透明セラミックシンチレータの開発を目指して研究に取り組んだ。結果として透明セラミックスの開発に成功し、シンチレーション特性も評価出来た事から、当初の予定通りの成果が得られたと考えられる。また、SrF2透明セラミックスにEuを添加することでシンチレーション発光量の改善に成功した。副次的な成果として本研究を進める過程で、修士時より継続してドシメータ用の透明セラミックスの検討も進め、Tbを発光中心として添加したMgAl2O4は、優れた線量応答特性とフェーディング特性を有することを明らかにした。以上のようにSrF2における当初の予定通りの進展、さらには合わせてMgAl2O4における副次的な研究の進展を総合的に勘案し、期待以上の研究の進展があったと評価できる。SrF2, CaF2及びMgF2の透明セラミックスの作製と放射線応答特性を行うとともに、BaF2透明セラミックスの発光量は単結晶よりも劣っていたため、焼結条件のみならず原料粉末の合成方法の検討を行い、より欠陥の少ない透明セラミックスを作製することで発光特性の改善を試みる。今後の計画として、SrF2透明セラミックスの発光量は単結晶よりも劣っていたため、焼結条件のみならず原料粉末の合成方法の検討を行い、透明性の高い透明セラミックスを作製することで発光特性の改善を試みる。
2波長赤外多光子解離法によるレーザー同位体分離の基礎特性

BCl_3を対象とし、^<11>Bと^<10>Bの分離を目的として、TEA CO_2レーザー並びに自由電子レーザー(FEL)を用いて多光子解離実験を行い、多光子解離特性と同位体分離性能について検討し、以下の成果を得た。1)FELを用いたBの同位体分離に初めて成功した。2)多光子解離が誘起されるレーザー照射強度のしき値を明らかにし、照射強度に対する解離速度のデータから解離プロセスのモデルを構築した。3)BCl_3の圧力や照射波長を変化させて実験を行い、解離速度は吸収スペクトルのピークより低周波側で最大になること、吸収ピークの両側で解離速度の同位体依存性が逆転すること、低圧力程同位体選択性は大きくなることなどを明らかにし、多光子解離過程を解析するための基礎データを蓄積した。4)2波長照射による多光子解離実験を行い、1波長照射に比べて同位体選択性が大幅に向上することを確認した。また2波長照射の最適波長とレーザー照射強度について解析した。BCI_3を対象とし、^<11>Bと^<10>Bの分離を目的として、TEA CO_2レーザー並びに自由電子レーザー(FEL)を用いて多光子解離実験を行い、多光子解離特性と同位体分離性能について検討し、以下の成果を得た。3)BCI_3の圧力や照射波長を変化させて実験を行い、解離速度は吸収スペクトルのピークより低周波側で最大になること、吸収ピークの両側で解離速度の同位体依存性が逆転すること、低圧力程同位体選択性は大きくなることなどを明らかにし、多光子解離過程を解析するための基礎データを蓄積した。
ストレス脆弱性への胎生期環境の分子基盤

マウス胎児に低栄養を負荷し肝臓の遺伝子発現を解析することで成人期疾患の胎児期起源説に関与する遺伝子を検索した。カロリー制限の成人と胎児での効果が逆なことに注目することでtrib1などの心筋梗塞と関係の深い遺伝子が検索された。また、免疫系とストレスホルモンシグナルに関する多くの遺伝子の発現とpromoterのDNAメチル化に変化を認めた。今回見出された遺伝子群は生活習慣病のリスクや胎児期栄養環境の予測に有用であると考えられた。カロリー制限の成人および胎児に対する効果が全く逆であることに注目し、DOHaD説の責任遺伝子の網羅的検索を目的に本実験を行った。マウス胎児の低影響環境は母動物への給餌制限や低たんぱく食の給餌で行われてきたが、これらは発達遅延を起こし、解析を複雑にすると考え、まず絶食処置の影響から解析を行った。妊娠マウスを妊娠17日より絶食し、翌日に帝王切開を行い母動物および胎児から肝臓を採取した。アジレント社のチップ(Agilent mouse whole genome 4 x 44K)を用いDNAマイクロアレイ解析を行い母動物および胎児で発現が逆方向に変化する遺伝子を検索した。絶食により母動物では約6000個、胎児では約3000個の遺伝子の発現に変化が認められたが、母動物および胎児問で発現の変化が逆の遺伝子(DOHaD責任遺伝子候補群)を211個見出すことができた。これらの遺伝子には、最近、糖代謝への関与が報告されているNeuregulin 1や長寿遺伝子Sirt1の活性化に関与すると思われるNADH dehydrogenase、ヒストンのメチル化に関与するDot1、サイトカインの一つであるIL-4等が含まれていた。さらに、母動物の50%給餌制限の影響を検討するための組織の採取を行った。この給餌制限後の解析結果を考慮してDOHaD責任遺伝子の絞り込みを行うことによりDOHaD責任遺伝子を同定し、臨床における生活習慣病予防の研究の基盤を築くことができる。さらに長寿遺伝子Sirt1の胎児組織における分布を観察し、この遺伝子が発達中のあらゆる器官で発現すること、出生後には発現が低下することを明らかにした。今後の胎児環境の影響の検討において、Sirt1は重要な遺伝子の一つであることが確認された。カロリー制限は多くの生物において寿命を延長させることが知られており、臨床においても生活習慣病の予防・改善効果が報告されている。しかし、胎児期における低栄養環境は出生時の子の体重を低下させ、その後、生活習慣病のリスクを高めることが疫学研究で明らかにされ成人期疾患胎児期起源説が提唱されている。この説を検証する数多くの動物実験が報告され、胎児期低栄養環境がインスリン抵抗性、高血圧、肥満の誘発等に加え、寿命の短縮が報告されている。我々は、カロリー制限の成人および胎児に対する効果が全く逆であることに注目し、実験を行った。マウスの妊娠1017日に50%の給餌制限を行い、妊娠18日の胎児および母動物の肝臓を摘出し、mRNAの抽出を行った後、アジレント社のマウスホールゲノム4x44kチップを用いDNAマイクロアレイ解析を行った。母動物および胎児の間で逆方向に発現が変化する遺伝子を中心に検索を行った。母動物の肝臓では、2500のup、3000個のdown、胎児では2000個のupおよびdownする遺伝子が検出された。さらに、母動物と胎児で逆方向に変化する約200個の遺伝子を見出すことができた。この中には既に臨床研究で心筋梗塞との関連が明らかとなったtrib1、リンパ球の分化に重要なrag1、さらにヒストンタンパク等が含まれていた。また、胎児肝臓で変化した遺伝子のカテゴリー解析から、胎児期低栄養環境は免疫系の発達に影響を及ぼすことが明らかとなった。さらに、給餌制限を行った動物を自然分娩させ、生後1週および離乳時の組織の採取を試みているが、保育忌避あるいは食刹例が出現した。給餌制限を50%から30%に変更することにより保育状況の改善がみられるか検討を進めている。母体の低栄養による低出生体重と生活習慣病のリスクとの関連が報告され、動物実験においても妊娠動物の給餌制限負荷により児の成熟期におけるインスリン抵抗性、高血圧、肥満等の誘発や寿命の短縮が報告されている。これまでの報告の多くは胎児期低栄養負荷に対し成熟期を対象としている。我々は、低栄養の影響が出生後に逆転することに注目し、また、世代を超える長期の研究では、本来の検討要因以外の要因の影響を拾うリスクのあることも配慮し、胎児期と乳児期とに分けた検討を進めている。本研究課題では、妊娠マウスに50%給餌制限を負荷し胎児組織を対象に検討を行ってきた。カロリー制限の成人および胎児に対する効果が逆であることに注目し、胎児期と成熟期とで逆方向に発現が変化する遺伝子の検索等を行った。また、胎児期の遺伝子発現の変化が成熟期まで及ぶ可能性を予測するため、promoter arrayを用い網羅的DNAメチル化解析を行った。