hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
陽電子消滅法を利用した生体高分子ゲルのナノ空間構造解析

生体組織のほとんどは水を7080%含む生体高分子ゲルである。生体中の水は,物質代謝やイオン輸送,組織構造の維持,熱的あるいは化学的変性からの保護といった作用を担っており,水の果たす役割は重要である。そこで,生体高分子と水との相互作用を明らかにするため,生体高分子ゲル中の網目構造およびゲル中の水の束縛状態について,陽電子消滅寿命測定法および熱分析を用いて定量的に調べることを試みた。生体高分子としては,生体中に多く含まれるコラーゲンの変性物であるゼラチンを用いた。まず,含水したゼラチン中の水の束縛状態を調べるため,DSC曲線から得られる融解エンタルピーの値から,全含水量に対する結合水,自由水の重量%を求めた。その結果,ゼラチン濃度の増加に伴って結合水は増加,自由水は減少し,ゼラチン濃度60wt.%以上ではほぼ全てが結合水になることが定量的に確かめられた。このような,含水に伴う水の束縛状態の変化はゼラチンの網目構造に起因すると考えられるため,さまざまな濃度のゼラチンの自由体積空孔半径について,陽電子消滅寿命測定の結果を,PATFIT-88プログラムを用いて解析することによって調べた。その結果,乾燥ゼラチンの自由体積空孔半径は純水のそれよりも小さく,含水していくにつれて大きくなり,純水の自由体積空孔半径に近づくことが分かった。さらにその増加は自由水の存在する領域では緩やかであり,結合水のみの領域において急激な増加が見られた。これらの結果より,膨潤過程において,まずカルボキシル基が多く親水性であるヘリックス構造内に水分子が優先的に入り,ヘリックス構造が十分に押し広げられた後,ヘリックス構造間に水分子が入ると考えられる。生体組織は生体高分子ゲルで形成されており、組織としての機能が、その分子の凝集構造に由来する。生体高分子(構造蛋白、構造糖等)は凝集・ゲル化を通して、生体組織としての機能が発現する。その機能を人工的に再現するために、自己組織的に生体分子が集合していく過程を明確にし、それを人工的に模倣する手法を確立する一環として、量子線プロセシングを生体高分子に適用し、ゲル化過程を吸収線量により制御した。まず、構造タンパク質であるコラーゲンのモデル化合物としてゼラチンを用い、その水溶液にガンマ線を照射しゲルを生成させた。光散乱粒度分布計を用いた測定によると、ゼラチンは未照射では粒径が2nm以下であったが、15kGyのガンマ線照射により50nm、100nm、300nmの付近にピークを持つ粒度分布へと変化し、架橋プロセスをナノメートルレベルで明らかにすることができた。吸収線量を変化させることにより、この粒度分布もある程度任意に変化させることが可能であることから、量子線プロセスによりゲルのナノ構造制御が可能であることが示唆された。また、そのゲルは吸収線量や濃度の制御で、粘弾性などの力学的性質、ゾルーゲル転移温度などの巨視的物性が変化し、物性制御も量子線により可能であることを明らかにした。さらにゲル化したゼラチンを多孔質体に成型すると、細胞培養マトリクスとして利用が可能であることが明らかになった。実際に培養マトリクスとして使用する場合は、そのナノ構造評価が必須であると考えられる。特にゾルーゲル転移温度とナノ構造との相関が考えられるため、量子線によるゲルの製作プロセスを用いて製作したゲルの、ナノ構造評価が必要である。次年度は、このようにゲル化プロセス及び巨視的物性を制御し、特性を明らかにしたゲルに対して、分子の凝集状態を解明するために、陽電子消滅法により、ナノ空間構造評価を行う。

生体内では、蛋白質の凝集、ゲル化を通して生体軟組織あるいは硬組織の構築が行なわれ、それにより組織の成長や修復、場合によっては老化の進行が起こる。このゲル化のプロセスを評価することによって皮膚や軟骨など生命組織体の構築過程におけるメゾスコピックな構造変化と機能の獲得の関係をナノ空間構造の観点から明らかにすることができる。蛋白質の凝集、ゲル化を人工的に再現するために、生体組織が集合していく過程を明確にし、それを人工的に模倣する手法を確立する一環として、量子線プロセシングを生体高分子に適用した。ゲルの濃度、吸収線量を変化させたときのゲルの物性変化を調べることによりゲル化過程を調査した。まず、構造蛋白質のコラーゲンのモデル化合物としてゼラチンを用い、水中で十分膨潤させた後加温することによって完全に溶解させ冷却し、ガンマ線照射を行なうことによりゼラチンゲルを作成した。このように作成したゼラチンゲルは粘弾性などの力学的性質、ゾルーゲル転移温度などのマクロ物性の測定をしたところ、濃度、吸収線量の変化とともにマクロ物性が変化することがわかった。このことより濃度、吸収線量を制御することでゲルのマクロ物性を制御することが可能であるということを明らかにした。次に濃度、吸収線量が変化したときのゼラチンゲルのナノ空間構造を解析するために陽電子消滅法を用いることにした。陽電子消滅法とは陽電子が電子と消滅する際に、その質量エネルギー分のガンマ線を放出する事を利用して行う手法であるが今まではゲルのような軟組織を持つ物質の測定はあまり行なわれていなかった。そこでゲルの構造を知るのに有効であるかを確認するためにまずゼラチン水溶液ゲルの陽電子寿命を測定した。この結果ゲルにおいて陽電子消滅法の測定は可能であることが確認できた。濃度が30wt%と40wt%の2つのτ3の値にはほとんど違いは見られなかった。τ3はゼラチンゲルの網目構造の網目の大きさを示すものだが、今回違いが見られなかったのは網目中の水中で陽電子が消滅したものと考えられる。今後は構造を変化させずに水の影響を無視するために凍結乾燥を行なったゼラチンゲルの陽電子寿命測定を行なう。蛋白質の凝集・ゲル化を人工的に再現するために、生体軟組織が集合していく過程を明確にし、それを人工的に模倣する手法を確立する一環として、量子線プロセシングを生体高分子に適用した。これまでに、構造蛋白質のコラーゲンのモデルとしゼラチンを用い、ゼラチン水溶液や固体ハイドロゲルにγ線照射することにより起こる粘弾性等の力学的変化、ゾル-ゲル転移温度等の特性を明らかにし、量子線プロセシングによりソフトマテリアルの設計が可能であることを示してきた。本年度は、量子線プロセシングの手法を積極的に応用し、天然物由来であるゼラチンを用いたアクチュエーターの開発を行なった。その結果、ゼラチンはpHや電場応答変形特性を有するが、γ線照射によって架橋間分子量を制御した場合でもその特性は失われることはなく、しかも、未処理では溶解してしまうような条件下においても、量子線照射によって耐性が飛躍的に向上した。また、力学的強度は照射量の増加に伴って向上した。これらの特性の向上は、照射に伴う共有結合性の架橋生成によって分子量が増大し、より緻密なナノ空間構造をもつ3次元ネットワークハイドログルへと改質されたためであると考えられる。得られたγ線照射ゼラチンハイドロゲルにNaOH水溶液中で電場を印加するとしなやかに変形し、印加する電場の極性の変化に対して繰り返し可逆的に応答した。
実時間非線形最適制御による自動操船システムの高性能化

航行中の船舶には,風や波,潮流などが絶えず影響を及ぼし,さらに,積荷や燃料の変化,経年劣化などもその操縦性に影響するが.効率的な運用,省力化の観点から,船舶の操船を自動化するシステムの開発が望まれている.特に,船舶を所定の位置に誘導する着桟操船や所定の位置を維持させるダイナミックポジショニングは困難な操船である.これは,減速あるいは停船に伴い船体の操縦性能が大きく変化し,かつ外乱の影響が増大するためである.着桟操船の自動化に関して,評価関数に基づく最適制御手法をもとに自動操船を目指す研究が知られている.この手法は合理的な制御解が得られる反面,制御対象が非線形特性を有すると計算が複雑化したり,制御解の導出に数値計算上の調整や長い計算時間が必要となることが多く,実海域で直ちに制御解を求め,運用することは困難である.加えて,実用化に際しては,変化する外乱や,船舶の数学モデルと実船舶とのモデル化誤差を考慮し,指令値を補正する必要がある.また,ダイナミックポジショニングでは制御システム構造によって制御特性が変化したり,制御の安定性が変化することから,制御構造の最適化が重要である.本年度の研究では,これまでに行ってきた着桟操船の制御の数値解を遺伝アルゴリズムを用いて解く手法を一般化し,多くの最適制御問題を解く手法へと拡張するとともに,実船舶に応用してその有効性を確認した.また,その際に,数値解を制御系として実現する手法を検討し,リカレントニューラルネットワークを用いて非線形フィードバック制御装置を自動生成する手法を提案し,実船実験でその有効性を確認した.また,これまでの成果を国内外の学会で発表した.航行中の船舶には,風や波,潮流などが絶えず影響を及ぼし,さらに,積荷や燃料の変化,経年劣化などもその操縦性に影響する.的確な操船にはこれらの特性の考慮が必要であり,船舶の特性を熟知した船員により航行がなされている.しかし,船員志願者の不足,効率的な運用,省力化の観点から,船舶の操船を支援するシステムの開発が望まれている.特に,船舶を所定の位置に誘導する着桟操船は困難な操船の一つである.これは,減速に伴い船体の操縦性能が大きく変化し,かつ外乱の影響が増大するためで,操船にはより高度な操船技術が要求される.着桟操船の自動化に関して,操船所要時間を評価基準とした最短時間制御解をもとに自動操船を目指す研究が知られている.この手法は合理的な制御解が得られる反面,計算手法が複雑である点や,制御解の導出に数値計算上の調整や長い計算時間が必要となることが多く,実海域で直ちに制御解を求め,運用することは困難である.加えて,実用化に際しては,航行中に変化する外乱や,船舶の数学モデルと実船舶とのモデル化誤差を考慮し,指令値を補正する必要がある.本年度の研究では,実際の船舶の状態と目標値を境界とした2点境界値問題を数値計算法の多重シューティング法を用いて解くことで,最適制御解を求めた.加えて,外乱や操縦特性の変化に対処するため,最適制御解を目標軌道とし,モデル予測制御により軌道に追従を行う制御系を提案した.最後に,提案手法の有効性を確認するために,最適制御解の導出とモデル予測制御による軌道追従を,実海域で実験で検証した.当初,計画していた制御アルゴリズムを開発し,実船実験まで実施し,さらに国際学会でもその成果を発表することができたが,実用化の観点からはまだ改善の余地があるため.航行中の船舶には,風や波,潮流などが絶えず影響を及ぼし,さらに,積荷や燃料の変化,経年劣化などもその操縦性に影響する.的確な操船にはこれらの特性の考慮が必要であり,船舶の特性を熟知した船員により航行がなされている.しかし,船員志願者の不足,効率的な運用,省力化の観点から,船舶の操船を支援するシステムの開発が望まれている.例えば,船舶を所定の位置に誘導する着桟操船は困難な操船の一つである.これは,減速に伴い船体の操縦性能が大きく変化し,かつ外乱の影響が増大するためで,操船にはより高度な操船技術が要求される.着桟操船の自動化に関して,操船所要時間を評価基準とした最短時間制御解をもとに自動操船を目指す研究が知られている.この手法は合理的な制御解が得られる反面,計算手法が複雑である点や,制御解の導出に数値計算上の調整や長い計算時間が必要となることが多く,実海域で直ちに制御解を求め,運用することは困難である.加えて,実用化に際しては,航行中に変化する外乱や,船舶の数学モデルと実船舶とのモデル化誤差を考慮し,指令値を補正する必要がある.また,船舶が巡航状態であっても必要に応じて進路変更を行うことは日常であり,その際にも載貨状態や海象に応じた最適な制御が望まれる.このような最適制御問題では対象特性や環境が変化することを前提とした適応機能の導入が望まれている.本年度の研究では,最適な着桟制御を実現する方法として,実際の船舶の運動と着桟目標との偏差に基づく評価関数を遺伝アルゴリズムを用いて最小化することで,最適制御解を求めることを試みた.加えて,巡航状態を最適化する手法として,最適制御手法とスライディングモード制御手法,さらに適応制御手法を融合した実用的な制御系を提案した.最後に,提案した着桟制御手法および巡航状態の最適制御手法の有効性を確認するために,実海域で実船実験を行った.

昨年開発した着桟制御アルゴリズムの実用上の問題点を解決する新しいアルゴリズムを開発した点と,異なる状況(巡航状態)の最適制御手法を同時に開発し,実船実験を行うとともに,さらに国際学会を含む複数の学会でその成果を発表することができた.一方,実船実験を当初予定した回数実施できなかったため,新しく開発した手法の評価が十分に出来ていないため.航行中の船舶には,風や波,潮流などが絶えず影響を及ぼし,さらに,積荷や燃料の変化,経年劣化などもその操縦性に影響するが.効率的な運用,省力化の観点から,船舶の操船を自動化するシステムの開発が望まれている.特に,船舶を所定の位置に誘導する着桟操船や所定の位置を維持させるダイナミックポジショニングは困難な操船である.これは,減速あるいは停船に伴い船体の操縦性能が大きく変化し,かつ外乱の影響が増大するためである.着桟操船の自動化に関して,評価関数に基づく最適制御手法をもとに自動操船を目指す研究が知られている.この手法は合理的な制御解が得られる反面,制御対象が非線形特性を有すると計算が複雑化したり,制御解の導出に数値計算上の調整や長い計算時間が必要となることが多く,実海域で直ちに制御解を求め,運用することは困難である.加えて,実用化に際しては,変化する外乱や,船舶の数学モデルと実船舶とのモデル化誤差を考慮し,指令値を補正する必要がある.また,ダイナミックポジショニングでは制御システム構造によって制御特性が変化したり,制御の安定性が変化することから,制御構造の最適化が重要である.本年度の研究では,実際の船舶の状態や操船に伴う種々の制約を考慮可能な,シミュレーションと遺伝アルゴリズムを着桟操船問題に適用して解くことで,最適制御解を求めた.この手法の基本的考え方をまとめて,学会発表し,35件の発表中で優秀5件の一つに選定された.さらに,ダイナミックポジショニング問題に新しい制御系の構成法を提案した.着桟操船の自動化に関してはその有効性を確認するために実海域で実験を行って性能評価を行った.また,ダイナミックポジショニングの新しい制御系構成法に関しては詳細なシミュレーションにより実システムへの適用可能性を評価し,両成果を論文にまとめて国際学会に投稿した.当初,計画していた制御アルゴリズムに加え,着桟操船の新しい制御アルゴリズムを開発し,実船実験を実施するとともに,ダイナミックポジショニングという新しい問題にも取り組んだが,諸般の事情で実験回数が十分ではなかった.さらに学会でもその成果を発表することができ,国際学会にも論文投稿したが,実用化の観点からはまだ改善の余地があるため.航行中の船舶には,風や波,潮流などが絶えず影響を及ぼし,さらに,積荷や燃料の変化,経年劣化などもその操縦性に影響するが.効率的な運用,省力化の観点から,船舶の操船を自動化するシステムの開発が望まれている.特に,船舶を所定の位置に誘導する着桟操船や所定の位置を維持させるダイナミックポジショニングは困難な操船である.これは,減速あるいは停船に伴い船体の操縦性能が大きく変化し,かつ外乱の影響が増大するためである.着桟操船の自動化に関して,評価関数に基づく最適制御手法をもとに自動操船を目指す研究が知られている.
幕末明治期国書の所在に関する基礎調査

本研究は、全国の図書館、文庫および個人等が所蔵する幕末明治期の国書について、その総合的な所在目録を作成し、将来、当館が調査・収集するための基礎台帳とすることを、最終的な目的とするものである。そのため、とくに当館が所在状況を充分に把握していない明治期国書について、国立国会図書館編『明治期刊行図書目録』およびマイクロ資料『明治期刊行物集成』を基本に他の明治期文献書目を参考して、全国的な所在状況の把握に努めた。また、下記のジャンルについて、国会図書館を中心の所在調査を具体的に進め、書名・著者・刊年・所蔵者等を記した書目一覧を作成した。1、明治期日本漢詩文集目録稿(国会図書館、大東文化大学図書館)2、明治期俳書出版年表(国会図書館)3、実録体小説明治期刊本目録(国会図書館、内閣文庫他、東京以北の所蔵機関。ただし明治25年を下限とする)その他、児童書、なぞの本等を含めて、明治期の出版状況についての研究会を開き、意見の交換を行った。また、京都国立博物館、滋賀県伊香郡の布施美術館等の特殊な幕末明治期国書を所蔵する機関について、集中的調査を試みた。なお今後とも、スタッフの専攻に応じて、ジャンル別の調査、研究を積み重ねていくとともに、総合的な所在目録の作成を期するものである。本研究は明治期文献の総合的所在目録を作成して、明治期出版文化の全体的展望を明らかにし、将来当館が収集するための基礎台帳を作るのが目的である。1.7年度においては、まず「明治期文献所蔵者一覧」を作成するため、当館が把握している全国の江戸末までの文献資料の所蔵者情報に、各所蔵者別の蔵書目録や「全国図書館文庫案内」などの公刊の所蔵者情報を参考にして、情報の蓄積を行った。2.また、「書目一覧」作成を目指して、国立国会図書館、大東文化大学図書館の明治期国書を調査し、パソコンによる入力を開始した。かつ、漢詩文などの一定の分野における刊行物の動向の分析を行った。3.その他、上田市立図書館(花月文庫)、高知県立図書館(山内文庫)などの明治期国書について調査し、書目一覧の充実を図った。4.明治期の文献資料の調査、収集にあたり、江戸以前と比較して、書誌的事項の記述方法についての検討をおこなった。5.明治初期の戯作に限定して、特に原本の収集を行った。以上の調査研究を通じて、明治期の出版情報の把握には、上記の研究方法の他に、当時の出版物の巻末広告の調査、新聞広告の調査を加える必要性を実感した。また、下記のジャンルについて国会図書館を中心に所在調査を具体的に進め、書名・著書・刊年・所蔵者等を記した書目一覧を作成した。1、漢詩文集(国会図書館、大東文化大学図書館)2、俳書(国会図書館)3、実録体小説(国会図書館、内閣文庫ほか東京以北の所蔵機関、ただし明治25年を下限とする)その他、児童書、なぞの本についても書目一覧の作成を試みた。また、京都国立博物館、滋賀県伊香郡の布施美術館などの特殊な幕末明治期国書を所蔵する機関について、集中的調査を試みた。なお今後とも、スタッフの専攻に応じて、ジャンル別の調査、研究を積み重ねていくと共に、総合的な所在目録の作成を期すものである。
日本人2型糖尿病原因遺伝子の全ゲノムレベル解析とクローニング

日本人2型糖尿病同胞対256組(368名)を対象とした罹患同胞対法による全ゲノム解析を終了した。13年度初頭には染色体9番短腕に有意な連鎖を認ていたため、ピーク付近に位置する6種類の新たなmicrosatellite markerを用いたdense mappingを行った。その結果、染色体9番短腕領域に再現性は確認できなかったが、最終的には統計学的に連鎖の可能性が示された領域(nominal evidence for linkage,MLS>0.59,P<0.05)を13箇所特定した。これらのうち最も強い連鎖が示されたのは染色体21番長腕上であった。さらに、肥満度(BMI:body mass index, body weight(kg)/(height)(m)^2)や糖尿病の診断時年齢により、対象を細分化して再解析したところ、診断時年齢<56歳の116家系において染色体21番長腕上でsuggestive evidence(MLS>2.32,P<0.001)の領域が認められ、全家系を対象とした場合より強い連鎖が示された。また、BMI<22と痩せ型の患者群55家系では、既に報告されている候補遺伝子領域にほぼ一致してsuggestive evidenceが示された。2型糖尿病の全ゲノム解析の報告はこれまで大部分が白人を対象とした成績であり、日本人を含むアジア人2型糖尿病の遺伝素因は明らかでなかった。今年度の我々の成果により東京大学と本学において独立した2パネルの日本人2型糖尿病の全ゲノム解析が終了したことになり、今後は焦点を絞って研究を推進することが可能となった。
内部磁気圏編隊衛星データを用いたリングカレントイオン加速と消失に関する研究

本研究は、磁気圏と呼ばれる地球固有磁場の影響が卓越する宇宙空間のうち内部磁気圏(地球半径の数倍から10倍程度)におけるプラズマ圧力の変動を、人工衛星による直接観測で得られたデータを用いて調査した。プラズマ圧に最も寄与しているプラズマのエネルギーは磁気嵐中に大きく変動すること、地球大気起源の酸素イオンが内部磁気圏の外端付近に輸送されてプラズマ圧の増加に寄与していること、を示した。前者は、磁気圏尾部のプラズマ環境(密度や温度の時間空間変動)の重要性、後者は酸素イオンダイナミクスの新しい描像を示唆している。本年度は、交付申請書の「研究の目的」に記載した課題1「プラズマ圧に最も寄与する「最重要エネルギー帯」の空間分布と磁気活動度依存性」と課題2「プラズマ圧O+/H+比の突発的増加を引き起こす「内部磁気圏での非断熱加速」の有無」を、「研究実施計画」に記載した(A)と(B)の方法を用いて、実施した。磁気嵐の発達・減衰は内部磁気圏プラズマ圧の増加・減少によって起こる。プラズマ圧は静穏時には水素イオン(H+)が支配的であるが、擾乱時には地球電離圏起源の1価の酸素イオン(O+)の寄与が大きくなることが知られている。プラズマ圧O+/H+比を増加させる主要物理過程としては、図1に示すように、(A)電離圏から磁気圏尾部に流出するO+の増加、(B)プラズマシートでの非断熱加速、(C)内部磁気圏での非断熱加速が提唱されている。しかし、各過程の相対的な重要性はまだ明らかになっていない。課題1については、米国Van Allen Probes衛星のRBSPICE粒子検出器とHOPE粒子検出器のデータを用いて実施している。RBSPICE酸素イオンデータの低エネルギー側データ(50-120 keV)が校正中のため、来年度以降校正されたデータを含めた形でプラズマ圧を計算し、より詳しい調査を行う必要がある。課題2については、2013年6月6日の磁気嵐主相中にVan Allen Probes衛星2基によって観測されたイオンフラックス急増現象を事例解析した。フラックスの急増は局所的な電場増加・プラズマ注入に起因し、酸素イオンは断熱的に加速されていることが明らかになった。研究代表者はこの成果について、国際学会において3件の口頭発表を(うち招待講演1件)、国内学会において2件の口頭発表を行い、国際学会誌に投稿する論文を執筆中である。課題1については、予想以上に巨大化し世界的に注目を浴びた2015年3月17日の磁気嵐について、米国Van Allen Probes衛星のRBSPICE粒子検出器を用いて実施し、最重要エネルギー帯の時間空間変動を調査した。その結果、同磁気嵐は3段階に発達したことが明らかになった。より具体的には、0.1 - 10 keV/nTの第1断熱不変量を持つ高エネルギーイオンが内部磁気圏深くまで注入され、さらにその密度が増したことで磁気嵐が巨大化(約5割増強)したことが明らかになった。また、イオン密度に密接に関連している太陽風密度の変化を加味することで従来のDst予測経験モデル(Burtonモデル)を拡張し、密度変化が3段階目の磁気嵐発達に寄与していることを示した。研究代表者はこの成果について、国際学会において1件の口頭発表を、国内学会において1件の口頭発表を行った。また、国際学会誌に論文を1編出版し、1編を執筆中である。課題2については、昨年度から実施していた研究の成果を論文にまとめ、国際学会誌に投稿した。本年度は、Van Allen Probes衛星搭載RBSPICE粒子検出器のデータを集中的に解析し、巨大磁気嵐中のプラズマ圧に最も寄与する「最重要エネルギー帯」の空間分布の解析と突発的イオンフラックス増加現象の事例解析を、当初の計画通りに実施することができた。来年度以降は他の磁気嵐についても継続して調査・解析を行う予定である。「最重要エネルギー帯」の解析については、巨大磁気嵐中の時間発展をイオン速度分布関数レベルで追跡することに成功し、地磁気指数からではわからなかった磁気嵐の3段階発達を示すことができた。さらに、その3段階目の発達はイオンの深内部磁気圏への侵入ではなく密度の増加が原因であることを提唱し、経験モデルを拡張することで証明した。本年度は、交付申請書の「研究の目的」に記載した課題2「プラズマ圧O+/H+比の突発的増加を引き起こす「内部磁気圏での非断熱加速」の有無」と課題

3「EMIC波動との相互作用に伴うピッチ角散乱による「プラズマ圧の減少率」」を、「研究実施計画」に記載した(B)と(C)の方法を用いて実施した。課題2について、2013年6月6日の磁気嵐主相中にVan Allen Probes衛星2基によって観測された高エネルギー酸素イオン(>100 keV)フラックス急増現象を事例解析し、フラックスの急増は局所的な電場増加・プラズマ注入に起因し、酸素イオンは断熱的に加速されていることを示した。また、この酸素イオン群は磁気嵐発生前に電離圏から内部磁気圏に沿磁力線に供給されていて、内部磁気圏到達時には100 eVから10 keVまで達していたことを新たに示した。この研究成果を論文にまとめ、国際学会誌に出版した。このような比較的暖かいイオンの断熱加速の頻度や発生場所を明らかにするため、多数のフラックス急増現象を統計的に解析し、国際学会誌に投稿する論文を執筆中である。課題3については、Van Allen Probes衛星2基が非常に近い(数1000 km以下)距離を飛翔しながらEMIC波動を観測しているイベントを解析した。EMIC波動の断続的な励起や発生時刻の衛星間の差異は確認できたが、対応するイオンフラックスの変動ははっきりとは確認できなかった。本年度は、Van Allen Probes衛星で得られたデータを集中的に解析し、磁気嵐中に高エネルギー酸素イオンが突発的に増加する現象の事例解析および統計解析を、ほぼ当初の計画通りに実施することができた。また、EMIC波動の複数衛星同時観測から、波動の有無とイオンフラックスの関係を調査した。前者では、これまであまり注目されていなかった比較的暖かい酸素イオンの電離圏からの直接供給の重要性を示した。後者では、Van Allen Probes衛星搭載の粒子検出器の角度分解能では、イオン消失量を定量化することは難しいことが分かった。本年度は、交付申請書の「研究と目的」に記載した課題1と2について、「研究実施計画」に記載した手法で実施した。2016年12月20日に打ち上げられ、2017年3月24日に定常運用を開始した「あらせ」衛星に搭載されているMEP-i粒子検出器によって計測された中エネルギー帯イオンの微分フラックスデータを用いた。あらせ衛星がこれまで観測した6つの磁気嵐の主相と初期回復相における、水素および酸素イオンのエネルギー密度の空間分布を調べた。次に、エネルギー密度に対してどのエネルギー帯が多く寄与しているか、各粒子種について調べ、その「寄与エネルギー帯」が地心距離にどのように依存するか調べた。その結果、水素イオンの寄与エネルギー帯は、深内部磁気圏(L値が45以下)では20-80 keV、静止軌道付近(L値が45以上)では40-100 keVであった。また、酸素イオンの寄与エネルギー帯は深内部磁気圏では水素イオンと同じであったが、静止軌道付近では60-150 keVであった。この寄与エネルギー帯の質量依存は、サブストーム活動などに伴い酸素イオンが効率的あるいは選択的に加速を受け、内部磁気圏圧力増加に影響を与えていることを示唆している。実際、磁気圏近尾部においてO+のフラックスのみが急増する現象も確認されている。
精神分裂症患者の家族の心理的特徴(臨床的側面から)

精神分裂病の患者家族の心理的状態を把握するため、心理テストの実施と、半構造的な家族面接を行うことを今回の研究の方法として取り上げた。心理テストとしては,最初,Voughn & LeffによるExpressed Emotion(EE)研究で使用されたCamberwell Family Interview(CFI)を適用すべく試行を行った。この家族面接法はすでにその妥当性、信頼性において確立された評価を得ており、現在あるものとしては最も有用と思われたので選択したものであるが、一人の家族成員の面接に要する時間が長く、面接後の評価も評価者の訓練と経験を必要としており、実際に使用するには複数の協力研究者を要するため、今回の研究の臨床場面での使用に適さない物であった。CFIの短縮版あるいは簡易法を今後開発し、実際の臨床の場でも容易に家族のEEを測定できるようになれば、患者の予後の改善、患者家族への心理教育的アプローチに非常に役に立つと思われるが、これにはさらなる研究の蓄積が必要とあると思われる。当面はすでにある心理テストバッテリ-のMMPIなどを、家族にも適用することも検討したが、被検者になることへの家族の抵抗が大きく、治療関係への影響を考えるとあまり望ましい物ではなかった。家族の一人が精神分裂病に罹患した事が、家族の生活や家族関係にどの様な影響・変化をもたらしたかと言うことに焦点を当てて、家族面接を行った。この際には、これまでの家族の歴史や関係の成り立ちを視覚的に家族自身が理解できるようにと、家系図作成などの家族療法的な技法を取り入れた。個々の症例では家族背景や家族が患者の病状にどの様な影響を与えているかを治療者が理解する上で、貴重な知見が得られた。また患者家族にとっても、従来の家族教室など集団的なアプローチより、より有効な精神的援助となったと思われる。今後がこのような治療的・心理教育的な性格を持った家族面接を、治療施設のシステムの中でどの様に位置付けて行くか、またこのような家族面接の有効性をどの様に評価して行くかを、引き続き検討して生きたい。
MIS/GaN-FETに於けるMIS構造の物性研究

SiN/GaNのMIS構造に於いて、SiNの成膜方法、プロセスによってSiN/GaN界面の準位がどのように変化するのかを研究した。SiNのストイキオメトリーを変化させることにより、固定電荷の量が変化し、更に、アニール処理によっても変化する。これは、SiNとGaNの界面に於けるN原子密度差によって発生する結晶欠陥によるものと考え、界面dipoleモデルで解釈が可能であることを提案した。今年度は、MIS構造の基本となるチャンネル上にSiNを形成するプロセスの最適化を目指し、プロセスパラメータとMIS capacitorの関係を主としてCV測定法を用いて研究を行った。1.界面準位とバルク内準位の切り分けCV測定では、全ての準位がヒステリシスやフラットバンドシフトに関わるため、それらの準位の空間的な位置を特定することはプロセスを考える上で重要である。そこで、SiNを形成する前にGaN表面を処理した時と、しない場合との比較を試みた。表面処理としては、酸、アルカリによるウエット処理とN2プラズマによるドライ処理を行った。次に、SiN形成プロセスでN2流量を変えて、SiNのストイキオメトリーを意識的に変えた膜を成膜して、前処理との結果と比較した。その結果、SiNのバルク内準位は、フラットバンドシフトに深く関わり、その量は界面準位と同程度存在することが分かった。2.準位の起源SiNの形成前のN2ドライ処理、及びSiNのストイキオメトリー変化サンプルから、フラットバンドは、N2 richに於いて正の方向ヘシフトすることが分かった。SiNの準位の起源としてSiのdangling bond stateであることが知られているが、それだけではなく、N空孔とSiの格子間原子との対による双極子を考える必要を示唆している。3. KFMによるMIS構造の電位分布測定KFMを用い、MIS構造のplan viewを測定した。測定サンプルは、アニール前後のサンプルとした。その結果は、アニールを施したサンプルのSiN表面電位は正の帯電が観察された。これは、CV測定で観察されたフラットバンドシフトとの関連を傍証するもので、SiNのバルク内準位によるものと考えられる。このような電荷は電気的測定では数多く報告されているが、実際に観察されたのは初めてのことと考えられる。今年度は、MIS構造の基本となる絶縁膜の成膜方法による差、及び、材料の複合を調査し、閾値を決定する界面電荷を、dipoleモデルで説明できることを提案した。又、KFMによる測定で、この電荷を直接観測した。1.プロセス評価成膜方法としてECRとCVDをCV測定で比較した。CVDでは、ECRと違い明確なledgeは見えず、1MHzの高い周波数に於いても蓄積容量に達していた。CVDの中でもSiH_4系とTEOS系では、周波数分散に違いが見られた。これらは、プロセス中の水素混入が関与しているものと推測される。2.絶縁膜材料絶縁膜としてSiNを使用し、そのSi/N比を意識的に変えて成膜した膜の複合膜を作り、CV測定を行った,Si rich SiN膜とN rich SiN膜を組み合わせた場合、どちらがゲート側に来るかで、フラットバンドシフト電圧が異なってくる。これは、界面を形成する膜の表面に存在するN原子密度の違いによって欠陥密度に違いが生じ、その結果、電荷の符号が変化する事を仮定すれば説明が可能であることを見だした。3.Dipoleモデル界面に欠陥を原因として電荷が存在すると、それらの電荷はdipoleを形成し、閾値に影響する。この閾値がアニールによって負バイアス側ヘシフトすることは昨年度に報告した。これは、dipoleがアニールによって再整列をし、そのmomentが大きくなる事によって説明が可能である。これをdipoleモデルとしてE-MRSで発表した。4.KFMによる観察KFMにより、SiN上の電位分布を観察した。アニール前後では、アニール後により多くの正の電荷が観察された。又、この電荷は光照射をしても有意の差は認められなかった。今年度は、引き続き、GaN/SiN界面の物性を評価した。用いたサンプルは、MOCVDでGaN膜を成長後、SiNをその場成長(in situ SiN)したサンプルである。このSiNの厚さは12モノレイヤー程度であるため、成長終了後、改めてSiNをECRで50nm堆積した。CV測定でフラットバンド電圧(VFB)のシフト量を測定した結果、in situ SiNのあるサンプルの方が無いサンプルよりも小さかった。この研究で昨年提案した界面モデルに於いて、このシフト量は、GaN/SiN界面に存在する結晶欠陥の作るdipole密度に比例する。そして、そのdipole密度は、GaN/SiN界面で向かい合う、SiNとGaNのN原子面密度差に依存する。in situ SiNとECR SiNの違いは結晶性にあり、in situ SiNはアモルファスより結晶に近いとされている。

従って、SiN厚さが50nmに於けるVFBの違いは、夫々のSiNの界面に於けるN原子面密度の差であるという事が出来る。又、CVカーブの周波数分散も、in situ SiNのあるサンプルの方が無いサンプルより小さい。この周波数帯域で応答する準位は界面にあり、界面準位密度が低い事を意味しており、in situ SiNの有用性が示されている。
母胎間シグナル伝達による胎児大脳新皮質の好気的誘導

母親白血病抑制因子(LIF)ー胎盤副腎皮質刺激ホルモン(ACTH)ー胎仔LIFシグナルパスウェイが胎仔大脳皮質形成を促進する機構について,以下のことを明らかにした。1.シグナルパスウェイによって誘導されたLIFが大脳皮質内のインスリン様増殖因子(IGF1およびIGF2)を誘導し,これらが線維芽細胞増殖因子2と協調して神経幹細胞の増殖を相乗的に亢進させる。2.シグナルパスウェイ発動期にACTHによる胎仔赤血球の脱核誘導が促進され,胎仔脳室内の酸素濃度を上昇させる。以上の結果より,LIFシグナルパスウェイは胎仔脳発達において神経幹細胞増殖と酸素供給増加を協調させる機構であることが明らかとなった。平成24年度までに,母親白血病抑制因子(LIF)ー胎盤副腎皮質刺激ホルモン(ACTH)ー胎仔LIFシグナルリレーによって誘導されたLIFが,胎仔大脳皮質内のインスリン様増殖因子(IGF1およびIGF2)を誘導し,これらが線維芽細胞増殖因子(FGF2)と協調して神経幹細胞の増殖を相乗的に亢進させることを,in vivoおよびin vitroで明らかにしてきた。これらを踏まえ,25年度は以下の研究をおこなった。1.このシグナルリレー経路を変化させて実際に大脳皮質形成が影響を受けるかを検討した。経路を人為的に変化させるモデルとして疑似ウィルス感染実験をおこなった。妊娠中期(胎齢12.5日)の母親に疑似ウィルス物質polyriboinosinic-polyribocytidylic acid (poly I:C 20 mg/kg)を投与したところ,胎盤でのACTH誘導に抑制がかかり,胎仔でのLIF産生が減少した。また,最終的に胎仔大脳皮質の形成が増殖速度および細胞数とも抑制された(ステレオロジー解析によるEdU取り込み測定)。2.IGFによる大脳皮質形成に及ぼす酸素濃度の影響を検討するため,脳室内酸素濃度の経時的な測定をおこなった。ニードル式マイクロ酸素濃度計を用いて胎齢1220日の胎仔脳室内の酸素濃度を測定したところ,18日齢以降の胎仔では皮質の増大によって脳室内間隙が減少し,測定が困難であった。また,1216日齢の脳室内酸素濃度は14日以降に上昇傾向にあったが,値が不安定なため,統計的に有意な結果は出ていない。母親の白血病抑制因子(LIF)シグナルは胎盤を介して胎仔のLIFを誘導する。当研究課題では,誘導されたLIFが胎児大脳内でインスリン様増殖因子(IGF)を誘導し,これらが線維芽細胞増殖因子2(FGF2)と協調して神経幹細胞の増殖を相乗的に亢進させるという仮説を検証するため,以下のことをおこなった。1.胎仔大脳におけるLIFシグナル下流でのIGF分子種の発現と神経幹細胞増殖の解析:ラット胎仔(胎齢14.5日)の脳室にreconbinantLIF蛋白を注入したところ,脳脊髄液(CSF)中のIGF1およびIGF2蛋白濃度がともに上昇した。また,大脳背側皮質内のIGF1およびIGF2のmRNA発現も上昇していた。神経幹細胞増殖については,従来のBrdU法ではなく,より特異性と汎用性の高いEdU法を用いて組織学的に解析することとした。解析に先立ち,共焦点顕微鏡にコンピュータ制御電動XYZステージを付設し,ステレオロジーソフトウェアによる自動解析システムを確立した。2.LIF/IGF/FGF2相乗作用による胎仔大脳新皮質形成促進活性の解析:胎齢14.5日のラット胎仔大脳皮質より神経幹細胞を分離後,neurosphere培養をおこない,LIFおよびFGF2を添加して細胞増殖を解析した。その結果,LIFとFGF2によって相乗的に増殖が促進されることを確認した。この増殖はIGF受容体の阻害物質によって抑制されたことから,この相乗作用がIGFを介したものであることが明らかとなった。3.LIFシグナルによる胎仔脳内酸素濃度の変動解析:ラット胎仔脳室の構造,大きさは胎齢(1220日)によって大きく異なることから,脳室内の酸素濃度をニードル式マイクロ酸素濃度計を用いて精確かつ安定して測定するには,各日齢で穿刺する位置,角度,深さを調節する必要が生じた。現在,これら条件をほぼ確定した。平成25年度までに,以下のことを明らかにしてきた。1.母親白血病抑制因子(LIF)ー胎盤副腎皮質刺激ホルモンー胎仔LIFシグナルパスウェイによって誘導されたLIFが,胎仔大脳皮質内のインスリン様増殖因子(IGF1およびIGF2)を誘導し,これらが線維芽細胞増殖因子(FGF2)と協調して神経幹細胞の増殖を相乗的に亢進させる。2.母体のウィルス感染による免疫反応によって,このシグナルリレー経路の破綻が起き,胎仔大脳皮質形成が抑制される。

平成26年度は,この大脳皮質形成亢進期に及ぼす酸素濃度の影響を検討するため,以下の研究をおこなった。ニードル式マイクロ酸素濃度計を用いてLIFシグナルパスウェイ発動期である胎齢1316日の胎仔脳室内の酸素濃度を測定したところ,酸素濃度は14日以降に1.61.7倍に増加した。この時期は,我々がこれまでに見出したLIFシグナルパスウェイが有核赤血球の脱核を促して成熟赤血球の産生を亢進する時期と一致する。このことからLIFシグナルパスウェイは酸素要求性の高い大脳新皮質の形成と酸素供給を協調させるシステムであることが推測された。また,IGFは神経幹細胞の分裂促進だけではなく,分裂後ニューロンの糖代謝やRedox感受性転写因子,酸化ストレス対応因子の発現調節にも関与することから,LIFシグナルパスウェイがIGFを介して胎児大脳新皮質のエネルギー代謝機構を低酸素に対応したものから酸素依存的なものに変化させていることが予想された。これらを明らかにするため,これら因子の免疫組織学的解析を試みた。先ず,大脳皮質全域にわたるこれら因子の局在を明らかにするため,胎仔の透明化法を検討した。その結果,抗原性を保ちながら,これまで報告されてきた方法に優る透明化方法を開発した。現在,低酸素プローブおよび酸化ストレス対応因子の免疫組織学的解析をおこなっている。発生学当初の計画では,シグナルリレー経路を変動させて大脳皮質形成への影響を見る際,LIFまたはIGFを直接胎仔脳室内に投与するモデルを行う予定であったが,臨床的な意義を持たせるため,母親のウィルス感染モデルであるpoly I:C投与法を行った。このときのIGF変化についてはまだ測定していない。また,計画にあったIGF受容体(IGF1R, IGF2R)および,IGF結合蛋白質(IGFBPs)の変化をまだ測定していない。脳室内酸素濃度も確実に安定した測定方法になっておらず,感度の異なる別のニードルでの測定を行っている。当初の計画ではLIFシグナル下流でIGFだけでなくその受容体(IGF1R, IGF2R)や結合蛋白質(IGFBPs)の変化も同時に解析する予定であったが,LIFによるIGF誘導とFGF2との協調による幹細胞の増殖亢進についての発表を急ぐ必要が生じたため解析対象をIGFのみとし,25年度の計画にあった神経幹細胞のin vitro系(培養系)による細胞増殖解析を24年度に前倒しした。In vivo系での細胞増殖の組織学的解析は,今後各種蛋白質の免疫組織学解析を同時におこなう必要性から,組織変性が少なくかつ特異性の高いEdU法を用いることとした。また,多くの試料の正確な細胞数を組織学的に定量するため,電動ステージをコンピュータ制御し自動でステレオロジー解析するシステムの確立が必要となった。現在,このシステムを用いてin vivo系での解析をおこなっている。以上の理由より,IGF以外の関連蛋白質の解析が遅れている。脳内における酸素濃度の変動がLIFの神経幹細胞増殖作用に大きく影響することから,その濃度の厳密な測定は重要である。酸素濃度の指標としてCSF中の酸素濃度をニードル式マイクロ酸素濃度計で測定することを試みたが,脳室の位置と大きさは胎齢によって大きく変化する。そのため日齢毎に穿刺の位置,角度,深さを検討し測定を進めている。
新生児・乳児型ペプシノーゲン その発現調節機構および癌蛋白としての可能性の検討

1)申請者らがクローニングしたcDNAにより明らかになった新生児・乳児型ペプシノゲンおよびキモシンの蛋白の適当な部位を選択し、合成ペプチドを作成、monoclonalおよびpolyclonalの特異抗体作成を行った。作成した抗体はaffinity chromatographyによるこれらの酵素蛋白の精製効率化に貢献すると共に、蛋白発現量のモニターや免疫組織染色による産生細胞の同定に有力な系を提供している。2)申請者らによりcDNAクローニングされた新生児・乳児型ペプシノゲンおよびキモシンcDNAを用いて,これらの遺伝子のgenomic cloningを行い、遺伝子構造を決定する。特に5'-flanking regionの遺伝子構造の検討を行うと共に、遺伝子発現に関わるtrans-acting factorの検討のための系を作成している。3)新生児・乳児型ペプシノゲンについてのヒトでの実験系確立を目標に、ヒト胎児胃粘膜より抽出したRNAよりcDNAライブラリーを作成、前述のラットcDNAをプローブとしてヒト新生児・乳児型ペプシノゲンcDNAのクローニングを行った。4)申請者らが独自に開発した消化管上皮分離法(BBRC222,669-677,1996)を用いて調整したラット胎児胃粘膜上皮組織を用いてRNAおよび蛋白可溶分画を調整し、胃の形態形成期から出生に至る胎生後期における新生児・乳児型ペプシノゲン、キモシン、そして成烈型ペブシノゲンの発現変化をそれぞれ遺伝子レベル(light cyclerによる定量PCRでの解析)、蛋白レベル(特異抗体を用いたwestern blotting、ザイモグラフィーでの解析)で検討した。5)申請者らが独自に開発した胎児胃上皮組織器管培養系(Differentiation.62,239-247,1998)を用いて副腎皮質ステロイド、dibutyl-cAMPをはじめとする胃上皮組織分化誘導因子により新生児・乳児型ペプシノゲンおよびキモシンから成熟型ペプシノゲンヘと遺伝子発現のswitchingが生じるかを検討している。また、新生児ラットを用いたin vivoの実験系を用いて、出生後の時期にも前述の胃粘膜分化誘導因子投与に伴って、ペプシノゲン遺伝子発現のswitchingが生じるかを検討している。6)平成14年度に新生児・乳児型ペプシノゲンおよびキモシンの癌胎児蛋白としての可能性を検討する為に、ラット胃の伝統的な化学発癌実験系を用いて、前癌病変および胃癌を作成し、新生児・乳児型ペプシノゲンおよびキモシンのこれらの組織における発現変化を検討した。1)cDNAクローニングの結果明らかになった新生児・乳児型ペプシノゲン(PGF)およびキモシンの蛋白一次構造の検討結果から、合成ペプチドを作成、家兎に免疫を繰り返す事によって特異抗体作成を試みている。これまでPGFに対して2種類の抗体を作成し得ている。現在、免疫組織染色に用いて抗体の検討を行いつつある。2)クローニングしたPGFおよびキモシンcDNAをプローブとして用いて、これまでに作成したラットgenomic libraryから、これらの遺伝子のgenomic cloningを行っているところである。これまでに得られたpositive cloneについての検討を現在行いつつある。

3)これまで独自に開発した消化管上皮分離法を用いて調整したラット胎児胃粘膜上皮組織よりRNAおよび蛋白可溶分画を調整し、胃の形態形成期から出生に至る胎生後期におけるPGF、キモシン、そして成熟型ペプシノゲン(PGA)の発現変化をそれぞれ遺伝子レベル(定量PCRでの解析)、蛋白レベル(ザイモグラフィーでの解析)で検討を行っている所である。これまでの所、胎児期の胃粘膜において、PGFの遺伝子発現が最初に生じ、その後キモシン遺伝子の発現が生じる事、胃の形態形成過程においてPGFの遺伝子発現がメインで、PGAはわずかなシグナルを呈するのみであるが、出生直前の時期に至り、キモシン遺伝子の発現が増強し、PGFを凌駕するようになる事が明らかになっている。4)新生児ラットを用いたin vivoの実験系を用いて、出生後の幼若期に副腎皮質ステロイドなどの胃粘膜分化誘導因子投与を行なう事で、PGFからPGAへとペプシノゲン遺伝子発現のswitchingが生じる見出した。現在、独自に開発した胎児胃上皮組織器管培養系を用いて、dibutyl-cAMPをはじめとする胃上皮組織分化誘導因子によりPGFおよびキモシンからPGAへと遺伝子発現のswitchingが生じるかを検討中である。1)我々が行ったcDNAクローニングの結果から明らかになった新生児・乳児型ペプシノゲン(PGF)およびキモシン(CHY)の蛋白一次構造の検討結果をもとに、合成ペプチドを作成、家兎に免疫をする事で、PGFに対して2種類の抗体を作成し得ている。免疫組織染色の結果、ラットの胎生16日目にPGFの発現が生じ、産生細胞は、将来的に胃腺を構成する事が明らかとなった。2)クローニングしたPGFcDNAをプロープとして用いて、これまでに作成したラットgenomic libraryから、これらの遺伝子のgenomic cloningを行っているところである。これまでに得られた41個のpositive cloneについての検討を現在行ったが、いずれもPGCのクローンであり、PGFのgenomic cloneは得られていない。3)これまで独自に開発した消化管上皮分離法を用いて調整したラット胎児胃粘膜上皮組織よりRNAおよび蛋白可溶分画を調整し、胃の形態形成期から出生に至る胎生後期におけるPGF、CHY、そして成熟型ペプシノゲン(PGA)の発現変化をそれぞれ遣伝子レベル(定量PCRでの解析)、蛋白レベル(ザイモグラフィーでの解析)で検討を行った。胎児期の胃粘膜において、胎生15日目でPGFの遺伝子発現が最初に生じ、その後CHY遺伝子の発現が生じる事、胃の形態形成過程においては、PGFの遺伝子発現がメインで、PGAはわずかなシグナルを呈するのみであるが、出生直前の時期に至り、CHY遺伝子の発現が増強し、PGFを凌駕するようになる事、その後、離乳期に入りPGAの発現がCHYの発現を陵駕する事が明らかになっている。
腎尿細管密集斑細胞におけるNaCIセンサー分子機構

ヒトの体液量及び血圧の調節に関与する最も重要な内分泌系はレニン・アンギオテンシン・アルドステロン系である。その第1ステップである傍糸球体細胞におけるレニン分泌は、遠位尿細管において特殊分化した上皮細胞である密集斑細胞macula densa cellが尿細管益虫のNa^+とCI^-濃度をセンスして、そのシグナルを傍糸球体細胞へ送ることによってトリッガーされることが知られている。ところが、密集斑におけるNaCIセンサーのメカニズムについては未だに全く不明である。本研究計画では密集斑上皮細胞の管腔側膜上のチャネルやトランスポータが協力してこのNaCIセンサー機能を果たしているものとの仮説のもとに国際的共同研究を組むことによって、そのメカニズムを分子レベルで解明することをめざした。昨年度は、ウサギ腎密集斑細胞膜にCa^<2+>透過性カチオンチャネルの存在を世界ではじめて明らかにすることができた。また、同細胞に発現するK^+(ROMK1)とNa^+/H^+交換トランスポータ(NHE3)の遺伝子の強発現系を卵母細胞及び哺乳類動物腎由来株細胞において確立し、ROMK1チャネルは細胞外Na^+濃度変化をNHE3を介する細胞内pH変化を介して感知することを明らかにした。本年度は、同細胞膜に大きなコンダクタンスのアニオンチャネルの存在を確認し、本チャネルはATPをも透過させることを明らかにした。更には、細胞外のNa濃度を低下させると本チャネル活性は著しく抑制されるというNaセンサー機能を持っていることが明かとなった。ATPレセプターを発見したPC12細胞をバイオセンサーとして、本チャネルからの細胞外にATPが実際に放出されるかどうかを調べたところ、細胞外Na^+濃度を上昇させたときにのみ有意にATPの放出が検出された。また、同細胞間膜に水チャネルの発見を機能的のみならず遺伝子的に確認した。その第1ステップである傍系球体細胞におけるレニシ分泌は、遠位尿細管において特殊分化した上皮細胞である密集斑細胞macula densa cellが尿細管液中のNa^+とCl^-濃度をセンスして、そのシグナルを傍糸球体細胞へ送ることによってトリッガーされることが知られている。ところが、密集斑におけるNaClセンサーのメカニズムについては未だに全く不明である。本研究計画では密集斑上皮細胞の管腔側膜上のK^+チャネル、Cl^-チャネル及びNa-K-2Clシンポータ、Na^+/H^+アンチポータ、Na^+/Ca^<2+>アンチポータが協力してこのNaClセンサー機能を果しているものとの仮説のもとに国際的共同研究を組むことによって、そのメカニズムを分子レベルで解明しようとしている。本年度の成果は次の通りである。1) 56月におけるバーミングハムにおけるBell教授とのパッチクランプ共同実験によって、ウサギ腎密集斑細胞膜にCa^<2+>透過性カチオンチャネルの存在を世界ではじめて明らかにすることができた。2) 9月における生理学研究所におけるBell及びLapointe博士とのパッチクランプ共同実験によって、同細胞膜にATP透過性アニオンチャネルの存在を世界ではじめて証明することができた。3) 6月10月における生理学研究所でのSabirov博士との共同実験によって、同細胞に発現するK^+チャネル(ROMKl)とNa^+/H^+交換トランスポータ(NHE3)の遺伝子の強発現系を卵母細胞及び哺乳動物腎由来株細胞において確立し、ROMKlチャネルは細胞外Na^+濃度変化をNHE3を介する細胞内pH変化を介して感知することを明らかにした。

ヒトの体液量及び血圧の調節に関与する最も重要な内分泌系はレニン・アンギオテンシン・アルドステロン系である。その第1ステップである傍糸球体細胞におけるレニン分泌は、遠位尿細管において特殊分化した上皮細胞である密集斑細胞macula densacellが尿細管液中のNa^+とC1^-濃度をセンスして、そのシグナルを傍糸球体細胞へ送ることによってトリッガーされることが知られている。ところが、密集斑におけるNaClセンサーのメカニズムについては未だに全く不明である。本研究計画では密集斑上皮細胞の管腔側膜上のチャネルやトランスポータが協力してこのNaClセンサー機能を果しているものとの仮説のもとに国際的共同研究を組むことによって、そのメカニズムを分子レベルで解明することをめざした。昨年度は、ウサギ腎密集斑細胞膜にCa^<2+>透過性カチオンチャネルの存在を世界ではじめて明らかにすることができた。また、同細胞に発現するK^+チャネル(ROMKl)とNa^+/H^+交換トランスポータ(NHE3)の遺伝子の強発現系を卵母細胞及び哺乳動物腎由来株細胞において確立し、ROMK1チャネルは細胞外Na^+濃度変化をNHE3を介する細胞内pH変化を介して感知することを明らかにした。本年度は、同細胞膜に大きなコンダクタンスのアニオンチャネルの存在を確認し、本チャネルはATPをも透過させることを明らかにした。更には、細胞外のNa濃度を低下させると本チャネル活性は著しく抑制されるというNaセンサー機能を持っていることが明らかとなった。ATPレセプターを発現したPC12細胞をバイオセンサーとして、本チャネルから細胞外にATPが実際に放出されるかどうかを調べたところ、細胞外Na^+濃度を上昇させたときにのみ有意にATPの放出が検出された。また、同細胞膜に水チャネルの発見を機能的のみならず遺伝子的に確認した。