hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
消化器癌転移における接着因子とサイトカインの役割

以上の実験結果より、血管内皮細胞の接着分子の1つであるVCAM-1がサイトカインの制御を受けており、サイトカイン刺激による発現の上昇が血行性転移の亢進に働くと考えられた。昨年度、私たちは癌の転移にサイトカインが接着分子の発現を亢進させることにより、大きな影響を及ぼすことを見いだした。本年度はサイトカイン、接着分子の癌の転移の臓器特異性における役割について検討した。癌の転移にはPagetが「Seed and Soil Theory」で述べたように、臓器特異性が存在する。臓器特異的な癌の転移がどのようにおこるかということは転移の治療へとつながっていくと考えられるので、その分子機構の解明には興味が集まっている。材料として、私たちが食道癌患者胸水から樹立した株細胞MAGを用いた。これを用いたのは消化器外科の領域で食道癌は最も転移性の高い癌であること、MAGはヌードマウスで腫瘍を形成するのみならず、高い転移性を有することをすでに見いだしているからである。MAGをヌードマウスの足蹠への皮下注射、尾静脈への注射、脾臓への注射と直後の摘脾術をそれぞれ行うと、リンパ節転移、胚転移、肝転移が起こるのを予備実験で確認した。転移腫瘍巣から細胞培養系に移し、数代経代した細胞を再び注射すると初回よりも速く各転移が観察された。この操作を5回繰り返すことにより、リンパ節高転移株、肺高転移株、肝高転移株細胞をそれぞれ樹立することができた。これらを用いて細胞の増殖速度、細胞外基質に対する接着性、細胞遊走能、マトリゲルへの細胞湿潤能、インテグリン分子の発現、サイトカイン分泌能を検討した。その結果、各高転移株は母細胞に比して、いずれも増殖速度は減弱していたが、細胞接着能、遊走能、浸潤能は有意な亢進が認められた。この亢進は細胞表面のインテグリンの発現およびサイトカイン分泌能の変化に伴って認められた。この結果より、接着分子インテグリンの発現、サイトカインの分泌は癌の転移の臓器特異性に重要な役割を果たしていることが示唆された。
有機ヒ素化合物の分解とヒ素の資源化

現在世界で年間約43,000tのヒ素が生産され,その約70%が米国で使用されている。この中でかなりの部分が農業用に使用されている。農業用の中で,除草剤,殺菌剤,飼料添加剤に使用されるものに有機ヒ素化合物があるが,これはヒ素-炭素結合が安定であるため,それらを含む廃液の処理およびヒ素の再資源化は極めて困難である。また,医療用や半導体産業にも有機ヒ素化合物は用いられる。さらに,世界には約5万tの有機ヒ素化合物の化学兵器が貯蔵され処理を待っているが,この中からヒ素を取り出す場合にもヒ素-炭素結合の分解が必要となる。本研究では,ヒ素のグローバルなフローを調べるとともに,有機ヒ素化合物をクローズドシステムで完全に分解し、水溶性の無機ヒ素化合物(ヒ酸)とした後,ヒ素を回収し再資源化する技術を開発することを検討した。種々のフェニルアルソン酸(PA)誘導体を3.0MのNaOH存在下で3h水熱処理を行った。アミノ基や水酸基などの置換基をもつPAでは,200°C250°Cの処理でヒ酸に分解されたが,無置換のPAは350°Cの処理でやっと分解された。PAをH_2O_2存在下で水熱処理を行った場合,175°Cの処理では3hで,200°Cの処理では1hで,PAはほぼ完全にヒ酸へ分解された。すなわち,PAの水熱処理において,H_2O_2を添加することが非常に有効であることがわかった。酸化チタンによる光触媒反応を用いると,カコジル酸を効果的にモノメチルアルソン酸を経てヒ酸へ分解できた。生成したヒ酸は,アルミニウム担持シラスゼオライトなどの吸着剤で効率よく回収できた。
非周期的な挙動を示す非収束ベイジアンネットワークとグラフ構造

平成19年度は,昨年度に続き、グループテストに用いるTanner graphと呼ばれる2部グラフが,長さ4,6のサイクルを持たないときのBPの収束値と長さ4のサイクルは持たないが長さ6のサイクルを持つ場合の収束値をシミュレーションにより比較し,それらの収束値に大きな差はないことを見出した.これにより,グループテストにTanner graphを用いる際には,長さ4のサイクルを持たない2部グラフを用いれば十分であることを確認した.また、これらの知見をもとに、DNA library screening, fingerprint codeなどの効率的な識別アルゴリズムの開発を行い、特に平成19年度は知られているfingerprint codeの結託者識別アルゴリズムを改良することによりfingerprint codeの符号語の長さを短くできることを示した。本、研究結果は今後、論文にまとめ、投稿する予定である。さらに、長さ4のサイクルを多く持つ2部グラフの振動の様子を調べ、複数の振動点の間を振動する例を見出すことを試みた。これについては、本萌芽研究期間の終了後も、さらにいろいろな例を調べて、振動点の数と2部グラフめ組合せ構造の関係を見出す試みを続けていきたいベイジアンネットワークの計算アルゴリズムは、ネットワークのグラブ構造が木構造であれば、既知の情報の下で、目的の条件付周辺確率に収束することが示されるが、グラフ構造がサイクルを有する場合には、アルゴリズムの収束が保証されないばかりでなく、収束する場合にも、真の値と大きく異なる値に収束することもあり得る。ベイジアンネットワークの収束に関する条件の研究がさまざまな研究者によってなされており、収束しないネットワークの例もいくつか報告されている。しかし、収束しないネットワークが持つ組合せ論的特徴を見出し、解の振動の様子を見る試みはほとんどないと言って良い。本研究では,今年度は,まず解の収束性に注目し,LDPC符号およびpooling designのグループテストに関連するTanner graphをベイジアンネットワークの例として取り上げ,Belief Propagation (BP)のアルゴリズムに対して収束しないベイジアンネットワークの倒を探した.また,特殊な小さなTanner graphについて,収束しないグラフとそのグラフに付与される条件付確率の非収束のための条件を見出した.さらに,グラフに短いサイクルが多く存在する場合については,シミュレーションにより,その収束性を調べた.その際に,グラフの構造が組合せデザインのような均斉が取れた構造を有する場合とそうでない場合にその差異を調べた.一方で,BPで収束しない場合にも収束するCCCPと呼ばれるアルゴリズムについて,その収束性をシミュレーションにより確認した.これらの結果は現在,論文として取りまとめている.また,情報幾何の手法を用いて,収束誤差を補正し,その誤差補正の精度を評価する研究にも着手した.さらに,これらと並行してTanner graphの組合せ構造の研究も行った.ベイジアンネットワークの計算アルゴリズムは、ネットワークのグラフ構造が木構造であれば、既知の情報の下で、目的の条件付周辺確率に収束することが示されるが、グラフ構造がサイクルを有する場合には、アルゴリズムの収束が保証されないばかりでなく、収束する場合にも、真の値と大きく異なる値に収束することもあり得る。また,LDPC符号の場合には,mxnパリティ検査行列の各行の1の数が一定でない行列の中に,1の数が一定である(regularであるといわれる)場合よりビット誤りの訂正能力の意味でよい符号があることが知られているが,グループテストの場合にも,そのようなことが言えるかをregularでないTanner graphを用いてシミュレーションにより調べたが,グループテストでは,そのような例は見つかっていない.平成18年度は,主に,グループテストに用いる2部グラフ(Tanner graphと呼ばれる)の組合せ構造に注目し,2部グラフが,長さ4,6のサイクルを持たないときのBPの収束値と長さ4のサイクルは持たないが長さ6のサイクルを持つ場合の収束値をシミュレーションにより比較し,それら1の収束値に大きな差はないことを見出した.これにより,グループテストにTanner graphを用いる際には,長さ4のサイクルを持たないグラフを用いれば十分であることを確認した.また,LDPC符号の場合には,mxnパリティ検査行列の各行の1の数が一定でない行列の中に,1の数が一定である(regularであるといわれる)場合よりビット誤りの訂正能力の意味でよい符号があることが知られているが,グループテストの場合にも,そのようなことが言えるかをregularでないTanner graphを用いてシミュレーションにより調べたが,グループテストでは,そのような例は見つかっていない.さらに,グループテストの各itemに全順序がある場合に,テストの結果に定められた数以下の誤りがある場合に,正しくpositiveを発見することができるTanner graphの理論的構成法についても新たな知見を得た.平成19年度は,昨年度に続き、グループテストに用いるTanner graphと呼ばれる2部グラフが,長さ4,6のサイクルを持たないときのBPの収束値と長さ4のサイクルは持たないが長さ6のサイクルを持つ場合の収束値をシミュレーションにより比較し,それらの収束値に大きな差はないことを見出した.これにより,グループテストにTanner graphを用いる際には,長さ4のサイクルを持たない2部グラフを用いれば十分であることを確認した.また、これらの知見をもとに、DNA library screening, fingerprint codeなどの効率的な識別アルゴリズムの開発を行い、特に平成19年度は知られているfingerprint codeの結託者識別アルゴリズムを改良することによりfingerprint codeの符号語の長さを短くできることを示した。

本、研究結果は今後、論文にまとめ、投稿する予定である。さらに、長さ4のサイクルを多く持つ2部グラフの振動の様子を調べ、複数の振動点の間を振動する例を見出すことを試みた。これについては、本萌芽研究期間の終了後も、さらにいろいろな例を調べて、振動点の数と2部グラフめ組合せ構造の関係を見出す試みを続けていきたい
バイオマス・廃棄物等固体有機化合物の熱分解ガス化改質プロセスにおける伝熱研究

実際の廃棄物やバイオマス(プラスチック、木材、廃棄物等)を熱分解して生成される分子量の大きい熱分解ガスによる燃焼試験を行った。実炉のバーナは図示されるように中心から熱分解ガス、周辺の穴から酸化剤の空気を噴出し、雰囲気中で混合燃焼する構造となっている。分子量の低い有機化合物試薬め場合は比較的簡単に燃焼に至ると考えられるが、分子量の大きな実際の熱分解ガスの場合はガスに対する十分な空気の供給方法がポイントとなる。また雰囲気温度が高い程自然着火が進むため、燃焼が安定しやすい。実際の炉の雰囲気温度は十分高い。従って実炉のように一箇所から熱分解ガスを噴出すよりも、数箇所に分散させて噴出させた方が(マルチバーナ化)より反応が進みやすい可能性も考えられる。反応をより効率的に進める方法を見つけるために、水蒸気並びに酸素添加の実験を行った。水蒸気添加によるガス化促進(水熱反応)はコークス炉等では通常行われている。しかし廃棄勃然分解炉においては効果の程をなかなか見出せない。従ってどのような温度領域の部分に蒸気を噴出したら良いか等の観点からトライアルを繰り返した。一方酸素添加に関しては酸素改質を行う方式の実炉では煤の発生量が少ないとの情報もあるため。供給する空気の酸素濃度に応じた細かな温度分布等を測定しながら知見を得た。またガス生成のみならず、液体燃料生成方法に関しても可能性を探った。わが国ではバイオマス資源が約3500万トン、年間発生する廃プラスチックが約1000万トン存在する。利用用途のないバイオマスや廃プラスチックの多く、約8割が焼却や埋め立てによって処理されているのが現状である。リサイクル促進の観点からこれらを新資源として見つめなおし、木質バイオマスと廃プラスチックを中心に、再利用の実用化へむけて熱分解過程を検討した。酸素のない条件でバイオマスを熱すると、500°C以下では主にオイルを、600°C以上では主にガスを生成させることができる。また廃プラスチックは、熱分解により都市ガスやガソリン等に相当する燃料を生成させることのできる隠れた資源である。そのため、廃プラスチックの再資源化については、すでに事業の実用化にたどりついている企業もあり、さらなる発展が見込まれる分野である。バイオマスと廃プラスチックを同じ条件の設定温度570°Cの場合に絞って比較してみた。留出液とガスの総量に対する留出液の割合でみると、プラスチックに比べ杉はガスの割合が多く、この条件下では液化よりもガス化に有利見える。しかし生竹に関しては留出液の割合が多く、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)よりも割合が高く残渣も少ないので、液化に有利である。堆肥については残渣が多く、どちらにもあまり向いていない。次に、回収物についてバイオマスから得られた留出液はどれもオイル分はほとんど含まれず、木酢液状のものであった(竹では留出液中に約8%のタールを回収した)。固体残渣はカーボン分が多く含まれる。一方ガスについては燃焼温度が低く、この条件での回収物においては燃料としての利用は見込まれないことが明らかになったが、バイオマス単独では実現しにくい燃料化や化学原料化もプラスチック等の廃棄物との組み合わせ処理によって新たな化学原料化の可能性が見えてくると考えられる。分子量の低い有機化合物試薬の場合は比較的簡単に燃焼に至ると考えられるが、分子量の大きな実際の熱分解ガスの場合はガスに対する十分な空気の供給方法がポイントとなる。従って実炉のように一箇所から熱分解ガスを噴出するよりも、数箇所に分散させて噴出させた方が(マルチバーナ化)より反応が進みやすい可能性も考えられる。

反応をより効率的に進める方法を見つけるために、水蒸気並びに酸素添加の実験を行った。水蒸気添加によるガス化促進(水熱反応)はコークス炉等では通常行われている。しかし廃棄物熱分解炉においては効果の程をなかなか見出せない。従ってどのような温度領域の部分に蒸気を噴出したら良いか等の観点からトライアルを繰り返した。一方酸素添加に関しては酸素改質を行う方式の実炉では煤の発生量が少ないとの情報もあるため、供給する空気の酸素濃度に応じた細かな温度分布等を測定しながら知見を得た。またガス生成のみならず、液体燃料生成方法に関しても可能性を探った。
50テスラ強磁場X線内殻分光による伝導電子-局在電子相関系の研究

放射光X線による内殻分光は、元素・軌道選択性をもつ微視的プローブとして物質科学研究に不可欠となっている。一方、磁場は、電子のスピンや軌道運動に直接作用し、電子状態を精密に変化させることができ、特に低温で量子効果が強く効いた現象を調べる上で、極めて有用な場である。従来、強磁場環境では、技術的な制約から電子状態を調べる手段はあまりなかったが、本研究では、パルス強磁場と放射光X線の組み合わせ技術を開発し、X線吸収分光、X線磁気円二色性分光によって、磁場中での電子状態をみる手法を確立した。また、その技術を、電子相関の強い、伝導電子-局在電子相関系に適用し、価数揺動現象の解明を行った。具体的な成果は以下の通りである。YbInCu_4における磁場誘起価数転移の解明Yb価数は低温で揺動状態にあり、伝導電子と強く混成している。40テスラ級の強磁場を印加することで、本来のYbの4f電子の局在性がほぼ完全に復活することを、X線吸収スペクトルによる価数の直接的観測から初めて明らかにした。低温の価数揺動状態が磁場により局在的に変化するのはYbInCu_4と同様であるが、完全に局在化せず、40テスラ磁場中でも価数揺動状態にあることをX線吸収スペクトルから明らかにした。また、40テスラ強磁場でのX線磁気円二色性スペクトル測定を世界で初めて実現させ、状態混成に起因した特徴的な円二色性スペクトルを見出した。以上の成果は、伝導電子-局在電子相関の理解の進展に大きく貢献すると期待される。エネルギー、体積ともに従来型パルス磁場装置の約1/100の小型パルスマグネットにより、50テスラ級の超強磁場発生技術を確立した。また、SPring-8の放射光X線と組み合わせて、強磁場中でのX線吸収スペクトル測定技術を開発した。さらに、液体ヘリウムを用いるタイプの冷凍機を用いて、最低3ケルビンの極低温下での実験も可能にし、本研究で対象とする、遍歴-局在電子相関系の研究を行うための実験条件を実現することができた。本年度は実験技術の開発と平行させて、以下に示す2つのテーマについて実験を行い、それぞれ成果を得た。1.価数揺動物質の磁場誘起価数転移価数揺動物質では、f電子と電子との強い混成(c-f混成)によって低温で希土類イオンの4f軌道が遍歴性を持つためイオンの価数が揺らぐ状態が実現し、Yb、EuやCe系では同時に磁気モーメントが消失する。強磁場下では、f電子は局在化し、その際、価数転移が生じる。本年度は、代表的な価数揺動物質であるYbInCu_4とEuNi_2(Si_<1-x>Ge_x)_2(x=0.82,0.85)について44テスラまでの強磁場X線吸収実験をL_3吸収端近傍で行った。その結果、2040テスラの領域で価数の急激な変化を観測でき、価数の磁場依存性を初めて明らかにした。2.近藤半導体の超強磁場中での電子状態近藤半導体と呼ばれる物質では、強いc-f混成により低温でエネルギーギャップが形成される。強磁場中ではゼーマンエネルギーによりギャップが消失すると予想されているが、強磁場ギャップレス相での電子状態は不明である。本年度、YbB_<12>とCe_3Bi_4Pt_3の2つの近藤半導体について、低温強磁場中でX線吸収スペクトルを観測した。Yb、CeのL_3吸収端近傍でのスペクトルを最高51テスラまで調べた結果、ギャップ消失が予想される、3050テスラの磁場中においてもスペクトルに大きな変化は現れなかった。

このことは、c-f混成、イオンの価数がギャップ消失の前後であまり大きく変化しないことを示しており、近藤半導体の物性を理解する上で重要な結果である。超小型パルスマグネットとSPring-8の放射光X線を組み合わせ、セリウム金属間化合物の磁気円二色性(XMCD)スペクトル、ウラン化合物のX線吸収スペクトル(XAS)、テルビウム化合物の共鳴X線散乱(RXS)の実験を行った。また、価数揺動物質YbInCu_4とEuNi_2(Si_<1-x>Ge_x)_2(x=0.82,0.85)の磁場誘起価数転移における強磁場中での価数状態について解析を進め、論文にまとめた。以下にそれぞれについての具体的な実績を示す。30テスラ以上の強磁場中でのXMCD測定は世界でもこれまでに例がない。今年度、SPring-8のBL39XUにおいて26テスラで鋭いメタ磁性転移を示すCeRh_2Si_2のCeL_2吸収端でのXMCD測定に初めて成功した。また、同時に、強磁性体CeRu_2Ge_2のXMCDスペクトルも測定し、データの信頼性を確かにした。研究成果はH19年3月に開かれた日本物理学会において発表した。ウラン化合物の5f電子は、局在-遍歴の中間に位置すると考えられ、興味深い物性を示す。URu_2Si_2は中でも秩序変数が不明の相(HO相)が現れ、磁場により相制御も可能なことから多くの研究例がある。最近、Rhを4%ドープし、HO相を抑制した系U(Ru_<0.96>Rh_<0.04>)_2Si_2で見られる磁場誘起相転移が価数変化を伴うとの報告があり、強磁場X線吸収での直接検証が望まれている。今年度、U(Ru_<0.96>Rh_<0.04>)_2Si_2の強磁場XASの実験をSPring-8のBL22XUで行い、UのL_3吸収端での吸収強度の磁場依存性を40テスラまで測定した。現在、結果について解析中である。TbB_4は、強磁場磁化過程に多段のメタ磁性転移が現れ、その機構に関心が集まっている。今年度、TbのL_3内殻共鳴遷移を用いた共鳴X線散乱実験をBL22XUで初めて行い、Tbの(100)磁気反射の磁場依存性を測定した。結果は現在解析中であるが、磁化と対応した強度変化が観測されており、磁気構造の決定に有用な情報を含んでいると期待される。Euイオンを含む金属間化合物EuNi_2(Si_<1-x>Ge_x)_2について、パルス強磁場下でのX線磁気円二色性(XMCD)スペクトルの測定を40テスラの強磁場下で実現させた。実験は、SPring-8のBL39XUにおいて実施し、測定は5Kの低温下で行った。パルス磁場中でのXMCD測定は世界でもまだ僅かしか報告が無く、40テスラの磁場領域でのXMCD実験を成功させたのは、我々の知る限り本研究が最初であり、現在の世界最高磁場である。EuNi_2(Si_<1-x>Ge_x)_2のEuイオンは低温で顕著な価数揺動現象を示すことがこれまでに分かっているが、低温で非磁性状態であるため、XMCDの観測には強い磁場を印加する必要がある。今年度、40テスラ強磁場を用いることで、価数揺動状態におけるEuの2価と3価の状態を選別してXMCD信号を観測することに初めて成功した。Eu2価の状態は、全角運動量J=7/2を持つため、大きな磁気モーメントが期待され、実際に、大きなXMCD信号が観測されたが、注目すべき事に、Eu3価の状態にも明瞭なXMCD信号が観測された。Eu3価はJ=0の基底状態を持つため、孤立イオン状態でのXMCDの期待値はゼロである。今回得られたEu3価のXMCD信号は、この系で強い伝導電子-
インクルーシブ教育実現に向けた「学びの連続性」を保障する音楽科指導システムの開発

本年度は、「1.新学習指導要領(平成29年4月告示)に対応した『特別支援学校(知的障害)音楽科指導内容指標案』の作成」と、「2.特別支援学校(知的障害)音楽科における『音楽づくり』の指導に関する検討」を行った。「1」では、まず、特別支援学校の学習指導要領解説や関連文献を参照しながら、特別支援学校(知的障害)音楽科の目標・内容について、現行の学習指導要領と新学習指導要領に示された記述を比較・分析した。次に、特別支援学校(知的障害)と小中学校の音楽科の目標・内容について、新学習指導要領に示された記述を比較・分析した。さらに、特別支援学校(知的障害)小学部における音楽科の内容に焦点を当てて、新学習指導要領に示された記述について、乳幼児期の発達に関する文献を参照しながら分析した。そして、新学習指導要領に対応した「特別支援学校(知的障害)音楽科指導内容指標案」を作成した。この指標案の特徴は、「1小中学校音楽科の目標・内容との連続性が確認できるような記述を加えている。」、「2小学部段階(特に小学部1段階)について、乳幼児期の発達の系統性を踏まえて、新学習指導要領解説に示された内容よりも詳細に、発達段階に応じた指標項目を設定している。」の2点である。「2」では、新学習指導要領において特別支援学校(知的障害)の音楽科に新たに設定された「音楽づくり」について、余暇支援活動における実践をもとに、知的障害のある子どもの実態に即した指導方法の工夫について検討した。特別支援学校高等部の新学習指導要領が平成31年2月に告示されたところであり、現時点(令和元年5月7日)ではまだ解説が示されていない。そのため、高等部に対応する部分については指標の具体化が遅れている。特別支援学校高等部の新学習指導要領解説が示され次第、高等部に対応する部分について指標の具体化を進めたい。また、平成30年度に積み残した「音楽科指導の『学びの連続性』に関わる実態調査」について、準備が整い次第実施したいと考えている。」の2点である。「特別支援学校(知的障害)音楽科指導内容指標案」の高等部に関わる内容の具体化と、「音楽科指導の『学びの連続性』に関わる実態調査」実施の準備が整わなかったため、次年度使用額が生じた。次年度は、指標案の高等部に関わる内容の具体化と「学びの連続性」に関わる実態調査を行い、当該助成金を使用したいと考えている。
超並列版電磁プラズマ粒子コードを用いた高マッハ数衝撃波における電子加速の研究

高マッハ数衝撃波の大規模2次元PIC計算を行い、イオン・電子質量比とアルヴェンマッハ数に対する電子加速効率の依存性の検証を行った。その結果、より現実的な質量比の下でも超高マッハ数領域では電子が効率的に加速されることが明らかになった。このことは、超新星残骸衝撃波において電子が効率的に相対論的エネルギーまで加速しうることを示唆する。宇宙線の起源として有力な加速機構である、超新星残骸衝撃波での電子加速を明らかにするため、近年の超並列計算機に対応した電磁プラズマ粒子(PIC)コードの開発を行い、2次元衝撃波における加速メカニズムについての研究を行う。本年度においては、PICコードのハイブリッド並列化、及び開発したコードを用いた2次元垂直衝撃波の大規模PICシミュレーションを実施した。コードの並列化では、MPIによる領域分割並列化に加え、ノード内でOpenMPを使ったスレッド並列を組み合わせたハイブリッド並列化を行った。プロセス間の通信、負荷のバラつきを抑えることにより、これまで512並列で6%であった実行効率が、同じく512並列(128プロセス並列×4スレッド並列)で約10%の実行効率を得ることに成功した。開発したコードを用いて、高マッハ数衝撃波の2次元大規模計算を行った。着目したのは、イオン・電子質量比、マッハ数、上流プラズマβである。特に、質量比M/m=100、アルヴェンマッハ数MA=30といった超新星残骸衝撃波の環境に近い条件のもとでは、電子が効率的に加速される様子を明らかにした。本計算例を始め、質量比、マッハ数、上流βを変えた4つの計算を行うことにより、これらパラメタの電子加速に与える影響について理論的に整理を行った。本研究結果は、Astrophysical Journalに投稿予定である。昨年度で進めた、高マッハ数衝撃波の2次元PIC計算で、イオン・電子質量比、マッハ数、上流プラズマβに着目した成果は、Astrophysical Journal誌に掲載された。電子衝撃波波乗り加速が比較的若い超新星残骸衝撃波において効果的に働き、衝撃波統計加速への電子注入が期待できることを示した。昨年度に続き、コードの並列化・最適化をを京コンピュータで進めた。その結果、約15%の実行効率といった高速なPICコードの開発に成功した。昨年度の研究を踏まえ、本年度ではイオン・電子質量比=225、アルヴェンマッハ数45のさらに高マッハ数領域に迫った大規模計算を行った。その結果、これまで得られていた衝撃波前方での電子衝撃波波乗り加速に加え、foot領域でのイオンスケールの電磁モードの励起によるカレントシートの自発的形成、衝撃波面における電子スケールの静電モードの成長など、様々なスケール・モードがそれぞれの領域で卓越することが明らかになった。このような構造が共存することを数値計算によって示すことができたのは初めてであり、電子加速の議論も含め、現在投稿順中である。当初目的とした、2次元粒子コードのハイブリッド並列化(MPI+OpenMP)が完了し、領域分割法による並列化効率、実行効率の向上に成功している。また、開発したコードを用いて高マッハ数衝撃波の2次元計算を行い、粒子加速メカニズムのパラメタ依存性をまとめ、論文を投稿する直前の段階に来ている。24年度が最終年度であるため、記入しない。本年度の研究では、垂直衝撃波のうち、シミュレーション面外の磁場配位の下でのみ研究を行った。同じく垂直衝撃波でも面内磁場配位では、衝撃波面でのイオン(MHD)スケールでの不安定性が励起されることが近年の研究によって明らかになっている。そこで、本研究ではM/m=225,MA=45、面内磁場配位での、高マッハ数衝撃波中における波面構造と電子加速との関係を明らかにし、面内・面外磁場配位による違いを明らかにすることを目指す。そして、3次元計算へ繋げるための理論的理解をすることを目的とする。
ＢＭＰ－Ｎｅｏｇｅｎｉｎシグナルによる、中枢神経系のシナプス安定化・除去機構解明

neogeninを介したBMPシグナルによるシナプス安定化・除去の制御メカニズム及び、neogeninノックアウトマウスにおけるシナプス形成の異常とその表現型を形態学的ならびに行動学的に解析し、生体におけるneogeninのシナプス安定化・除去への役割を明らかにすることを目標とした。これまでにマウス発生段階における大脳皮質や脊髄など中枢神経系でneogenin発現量が顕著に変化することを見出している。そこで、neogeninの発現量変化が発生段階の皮質脊髄路に機能することを検討するため、大脳皮質よりトレーサーを注入して、皮質脊髄路を解析した。neogeninの発現を皮質脊髄路特異的に抑制するために、neogeninsiRNAを生後3日目のマウス大脳皮質に注入した。その結果、neogeninの発現が低下していることを確認した。そこで、neogenin siRNAとトレーサーを皮質脊髄路に注入し、大脳皮質や内包、脊髄の凍結切片を作成し、神経細胞の形態を解析した。その結果、皮質脊髄路の神経細胞は細胞体を残し、軸索伸長を抑制している可能性を見出した。また、neogeninは受容体単独で働くことや、リガンドを数種もつことが報告されている。そこで、発達段階における皮質脊髄路周辺のリガンドの発現量を解析した。In vitroの実験系では、培養神経細胞の長期培養後のBMP-4のシナプス安定化への関与を評価した。BMPシグナル逆行性輸送によるシナプスの安定化をneogeninが制御していると仮説を立て、その機構を解析した。軸索形成にシナプスの安定化は必要である。その結果、BMP-4添加時におけるneogeninとdynein-dynactin複合体との結合と、シナプスの可塑性を担う低分子量GTP結合タンパク質Rasの活性化が観察された。本研究では、安定したシナプス形成機構を介した新規のシナプス形成制御分子標的を明らかにすることで、神経回路の再生治療法を提案し、臨床応用への展開を目指した。(抄録なし)In vitroの実験系を中心として、胎生マウス脳の初代培養大脳皮質神経細胞を使って、BMPシグナルによる神経細胞の形態変化を解析した。BMP-4添加後、時間経過を追って観察したが、軸策の長さ、樹状突起の数、シナプス形成に有意な差は認められなかった。BMPのアンタニゴストであるchordinノックアウトマウスの実験やBMP-4ノックアウトマウスの小脳の実験では、シナプス形成後のシナプス安定化やシナプス除去にBMP-4が関与する可能性を報告している。そこで、培養神経細胞の長期培養後のBMP-4のシナプスへの関与を評価した。シナプスの安定化を評価するために、長期培養後の神経細胞にGFPを遺伝子導入し、スパインの形態及び、軸策にできる小突起の形態を免疫染色法、シナプスマーカーであるPSD-95やsynapsin Iをwestem-blotting法で解析した。また、BMPシグナルへのneogeninの制御を解析するために、培養神経細胞にneogenin siRNAを遺伝子導入した。In vivoの実験系として、neogenin siRNAを生後3日目のマウス大脳皮質に注入し、Neogeninの発現が低下していることを確認した。そこで、トレーサーを用いて、生後7日目の皮質脊髄路の形態を解析した。また、大脳皮質の細胞体が細胞死を起こしている可能性を考え、染色した。さらに、neogeninノックアウトマウスの解析も行っている。neogeninノックアウトマウスは生後30日前後で致死することが報告されており、生後発達段階において、何らかの異常が起きている事が考えられる。そこで、生後発達段階の中枢神経系に着目する。neogeninノックアウトマウスの行動には著しい異常は観察されなかった。組織学解析では、大脳皮質や内包、脊髄の凍結切片を作成し、皮質脊髄路のマーカーとして知られるPKCγや申請細胞軸策のマーカーであるtuji1を傾向免疫染色法にて検出した。今後は大脳皮質よりトレーサーを注入して、皮質脊髄路を解析する。その結果、BMP-

4添加時におけるneogeninとdynein-dynactin複合体との結合と、シナプスの可塑性を担う低分子量GTP結合タンパク質Rasの活性化が観察された。本研究では、安定したシナプス形成機構を介した新規のシナプス形成制御分子標的を明らかにすることで、神経回路の再生治療法を提案し、臨床応用への展開を目指した。Neogeninノックダウンに用いるNeogenin siRNA注入時に大脳皮質の細胞体に直接siRNAやトレーサーを注入する技術の習得が難しく、また条件検討に時間を要した。また、Neogeninノックアウトマウスの解析には予定より早く取りかかれているが、マウスが生後30日にまでに多数死亡してしまうことや、受胎が難しく、検体数の確保が十分でないことにより、中枢神経の発生段階におけるneogeninの機能解析を遅らせている。大脳皮質及び、脊髄の皮質脊髄路において、発生段階における顕著なneogeninの発現量変化を観察したため、シナプスの安定性と関連があると考えられる神経細胞軸策の維持を解析する。それに伴い、軸策が安定すれば、シナプスの安定が引き起こされることも明らかにする必要があるため、in vitroにおいて、大脳皮質初代培養神経細胞を用いて、シナプスの安定化と軸策の安定化の相対比較を行う。Neogeninノックアウトマウスの実験では、胎生期よりneogeninの発現量が抑制されているため、皮質脊髄路の神経細胞軸策形成の段階でneogeninが働いている可能性も考えられる。コンディショナルノックアウトマウスを作成するか、neogeninsiRNAを注入する時期を操作して、軸策の安定化を評価する必要がある。また、neogenin強制発現系の実験をする必要があるが、neogeninは単独で、細胞を細胞死へ誘導することが報告されているため、BMPシグナルとの関与が解析できない。よって、neogeninのノックダウン系に頼った証明方法を考える必要がある。(抄録なし)
マグネシウム欠乏の免疫応答に及ぼす影響

近年、免疫能の低下が問題である癌や感染症も栄養状態が大きく関与している可能性が指摘されるようになってきた。他方、必須微量栄養素の1つであるマグネシウムを欠乏させた動物では、著明な脾臓や胸線の肥大、リンパ球こ増加、カテコールアミンやセロトニンの代謝異常が認められることを明らかにしてきた。これまでのこれらの研究成果に注目し、今回は、マグネシウム栄養と免疫能の関連を明かにするため、免疫応答能に及ぼすマグネシウム欠乏の影響について検討した。マグネシウム欠乏飼料で1または2週間飼育したラット及び正常飼料で飼育した対照群ラットの脾細胞および腹くうマクロファージ(MΦ)を無菌的に採取し、脾細胞はマイトジェン(ConA,LPS)刺激による幼若化反応及びサイトカイン(IL-2,IL-3)活性、腹くうMΦはIL-1,IL-6活性を測定した。また、脾細胞からT細胞を分離して、MΦと混合培養して、それぞれの機能をさらに詳細に検討した。マグネシウム欠乏飼料で飼育したラットの脾細胞のConAにたいする幼若化能は正常飼料摂取群に比較して、著しく低下していた。LPSにたいする反応性はConAのような大きな変化は認められなかった。脾細胞のサイトカイン産生能は、ConA反応性の低下が認められたに関わらず、マグネシウム欠乏群のIL-2値がやや高値であった。MΦのサイトカイン産生能はIL-2,IL-6ともにマグネシウム欠乏群で高値の傾向があった。脾T細胞とMΦの相互作用では、T細胞自体はマグネシウム欠乏と対照群の間で差が認められなかったが、マグネシウム欠乏群のMΦはConAにたいする反応性を補助する能力が低下していた。以上、マグネシウム欠乏による免疫応答能低下の影響が確認された。成人病は個人の食生活の影響がもっとも大きいと考えられるが、近年、癌や感染症の発症も個人の栄養状態に依存するところが多いことが明らかにされつつあり、栄養と免疫能との関連が注目されるようになってきた。我々は、マグネシウム(Mg)栄養、特にMg欠乏が心疾患、脂質代謝異常、ビタミンB1欠乏、各種ミネラルアンバランスカテコールアミンやセロトニンの代謝異常など多くの重大な健康障害をもたらすことを明らかにした。また、大規模な日本人のMgの摂取量調査も併せ実施、増加しつづけている心疾患と欧米化しててきた食生活とMgの豊富な魚介類や野菜類の摂取不足の関係を警告し、1日あたり300mgのMg推奨量の設定に寄与した。本年度の研究では、Mg欠乏の動物における著明な脾臓、胸腺の肥大やリンパ球の増加に注目、Mg欠乏と免疫能の関連について検討した。(1)5週齢雄ラットを最も純度の高い試薬を用いて作製したMg欠乏飼料と正常飼料にて飼育した。その際、欠乏動物作製のためによりよい環境条件を整えるため、平成元年度の試験研究(B)の交付をうけ作成した除塵動物飼育システムを用いた。飼育1または2週間後、これらラットから脾細胞及び膜くうマクロファージ(Mphi)を採取、実験に供した。脾細胞はマイトジェン(ConA,LPS)刺激による幼若化反応及びサイトカイン(IL-2,IL-3)活性、膜くうMphiはIL-1,IL-6を測定した。(2)本Mg欠乏飼料飼育後1週間でMg欠乏症状が認められるより精度の高いMg欠乏動物が作成出来た。(3)脾細胞のConAに対する幼若化能は飼育1週間のMg欠乏により顕著に低下したが、2週間目では、その反応性に回復傾向が認められた。LPSに対する反応性にはMg欠乏により大きい変化は認められなかった。(4)Mg欠乏群では、脾細胞のサイトカイン産生能は、IL-2値、Mphiのサイトカイン産生能はIL-1、L-6ともに高値の傾向が認められた。(5)脾T細胞及びMphiの相互作用をみると、T細胞自体はMg欠乏により大きな影響は認められたかったが、Mg欠乏群のMphiではConAに対する反応性を補助する能力が低下していた。以下の結果から、Mg欠乏ラットのMphiではIL-1,IL-6は正常の産生されているが、抗原提示機能が低下していることが示唆された。脾細胞のサイトカイン

産生能は、ConA反応性の低下が認められたに関わらず、マグネシウム欠乏群のIL-2値がやや高値であった。MΦのサイトカイン産生能はIL-2,IL-6ともにマグネシウム欠乏群で高値の傾向があった。脾T細胞とMΦの相互作用では、T細胞自体はマグネシウム欠乏と対照群の間で差が認められなかったが、マグネシウム欠乏群のMΦはConAにたいする反応性を補助する能力が低下していた。以上、マグネシウム欠乏による免疫応答能低下の影響が確認された。近年,免疫能の低下が問題である癌や感染症も栄養状態が大きく関与している可能性が指摘されるようになってきた。他方、必須微量栄養素の1つであるマグネシウムを欠乏させた動物では、著明な脾臓や胸腺の肥大、リンパ球の増加、カテコールアミンやセロトニンの代謝異常が認められることを明らかにしてきた。これまでのこれらの研究結果に注目し、今回は、マグネシウム栄養と免疫能の関連を明かにするため、免疫応答能に及ぼすマグネシウム欠乏の影響について検討した。マグネシウム欠乏飼料で1または2週間飼育したラット及び正常飼料で飼育した対照群ラットの脾細胞および腹くうマクロファージ(MΦ)を無菌的に採取し、脾細胞はマイトジェン(ConA,LPS)刺激による幼若化反応及びサイトカイン(IL-2,IL-3)活性、腹くうMΦはIL-1,IL-6活性を測定した。また、脾細胞からT細胞を分離して、MΦと混合培養して、それぞれの機能をさらに詳細に検討した。マグネシウム欠乏飼料で飼育したラットの脾細胞のConAにたいする幼若化能は正常飼料摂取群に比較して、著しく低下していた。LPSにたいする反応性はConAのような大きな変化は認められなかった。脾細胞のサイトカイン産生能は、ConA反応性の低下が認められたに関わらず、マグネシウム欠乏群のIL-2値がやや高値であった。
新規骨形成性低分子化合物の探索とその骨再生への応用に関する戦略的研究

本研究の目的は、新たな骨形成性低分子化合物を同定と効果的な送達システムの開発、及び骨欠損モデル動物による骨再生誘導能の検証を通して、骨形成性低分子化合物による骨再生療法の基盤技術を開発することである。骨形成性低分子化合物として、glabrisoflavone及びIcariinを新規に同定した。さらに、リン酸カルシウム担体による化合物徐放システムを確立し、化合物の骨再生効果を骨欠損モデル動物において確認した。1.天然低分子化合物ライブラリーを用いた骨形成制定分子化合物のスクリーニングと候補化合物の骨分化誘導メカニズムの解明A)天然低分子化合物ライブラリーのスクリーニング骨芽細胞前駆細胞株、MC3T3-E1細胞にCollal-GFP遺伝子が安定導入されたColla1-GFPMC3T3-E1細胞を用い、96ウェルプレート上で培養し天然低分子化合物を添加した。添加後5日、10日後でのGFP蛍光強度を評価し、蛍光強度が相対的に増加した天然低分子化合物を候補化合物とした。スクリーニングされたものを骨芽細胞分化誘導活性をもつ候補化合物としてB)のシグナル経路の探索に移行した。B)候補化合物による骨芽細胞分化誘導の検討とその作用に関与するシグナル経路の検索A)により明らかとなった骨芽細胞分化誘導活性をもつ候補化合物に関して骨芽細胞分化マーカー遺伝子の発現解析を行なった。また、ALP染色、von Kossa染色による基質産生の評価を行なった。マーカー遺伝子の発現及び培養系での基質産生を指標に骨誘導性化合物を同定した。2.骨形成制定分子化合物の生体内デリバリーシステムの開発A)担体からの骨形成制定分子化合物徐放評価系の確立同定化合物の担体からの徐放性を評価するため、トランスウェル培養系を基にした骨芽細胞分化を指標とする評価系を確立した。具体的には既存の人工骨材料として利用されるリン酸カルシウム担体を用い、骨芽細胞分化マーカーの発現解析とともに、ALP染色、von Kossa染色による基質産生の評価を行なった。本年度は、前年度同定した骨形成性低分子化合物の生体内デリバリーシステムの開発を行った。具体的には、A)担体からの骨形成性低分子化合物徐放評価系の確立同定化合物の担体からの徐放性を評価するため、骨芽細胞分化を指標にした評価系を確立した。これはトランスウェル培養系にヒントを得たもので、培養皿内で化合物含有担体を細胞と接触させることなく設置するため、培養細胞において認められた骨芽細胞分化は、担体より放出した化合物によって誘導されたものであると解釈でき、担体からの化合物の徐放性の評価とした。B)骨形成性低分子化合物を含有させた各種人工骨材料、担体材料からの徐放性の検討HPCハイドロゲルに同定化合物を包接し、細胞培養系において、化合物が骨芽細胞分化促進作用を維持しうるか評価した結果、良好な徐放性が得られ、骨芽細胞分化促進作用を維持できた。さらに申請者らが開発を進めてきたテトラポッド型人工骨に化合物を含有させると、人工骨からの徐放も確認できた。動物モデルを用いた骨形成性低分子化合物の骨再生誘導効果の評価を次の2つのモデルを使って現在解析中である。A)マウス頭頂骨臨界骨欠損モデル:直径4mmの全層欠損がマウス頭頂骨における臨界骨欠損を作成B)ラット歯周疾患モデル:ラット大臼歯に絹糸を巻きつけることで、プラークの停滞による炎症性骨破壊が誘導されるモデルを検討した結果、歯槽骨の減少がμCTで確認されたため、歯周病モデルとして有効であり、骨再生の評価に有用であることが示された。これら2つのモデルに骨形成性低分子化合物を含有したHPCハイドロゲルもしくはテトラポッド型人工骨を注入または移植し、術後4,6,8週でマイクロCTを用いて3次元的な画像評価を行う。組織切片も作製して、HE染色、各種骨基質タンパク質に対する免疫染色、in situ hybridizationによる骨芽細胞分化マーカー遺伝子の解析も行い骨再生を評価する。本年度は、これまでに同定してきた骨形成性低分子化合物の骨再生誘導効果を動物モデルを用いて評価した。A)マウス頭頂骨臨界骨欠損モデルこれまでに同定してきたヘリオキサンチン誘導体、ヘッジホッグシグナル作動薬(SAG)、イソフラボン誘導体をリン酸カルシウムペーストに混和させ、マウス頭頂骨に作製した直径4mmの全層欠損(臨界骨欠損モデル)において、その骨誘導効果を検証した。ヘリオキサンチン誘導体は術後8週で旺盛な骨再生を誘導した。ヘリオキサンチン誘導体がリン酸カルシウム担体より徐放され、骨再生を誘導することが確認された。さらに、ヘッジホッグシグナル作動薬を搭載させたリン酸カルシウム担体によっても、効率的な骨再生が誘導されることが示された。現在、長管骨に作製した骨欠損モデルを用いた検討を開始している。

B)ラット歯周疾患モデルラット大臼歯に絹糸を巻きつけ、プラークの停滞により炎症性骨破壊が誘導されるモデルを用い、ヘリオキサンチン誘導体を含むHPCハイドロゲルを骨欠損部に注入し、歯槽骨再生誘導効果を検証した。マイクロCT及び組織学的解析より、ヘリオキサンチン誘導体がHPCハイドロゲルから徐放することで歯槽骨の再生を誘導することを示唆する結果が得られた。現在、この効果をさらに詳細な解析するべく、各種骨基質タンパク質に対する免疫染色、in situ hybddizationによる骨芽細胞分化マーカー遺伝子の解析を継続して行っている。
I型糖尿病原因遺伝子の解明

本研究では、1型糖尿病を自然発症するKDPラットにおける責任遺伝子を同定し、その発症機序を分子レベルで解明するとともに、当該遺伝子のヒト1型糖尿病における関与を明らかにすることを目的とする。これまで、KDPラットの1型糖尿病について遺伝解析を行い、MHC領域以外の原因遺伝子座Iddm/kdp1をラット第11染色体上の約3cMの領域内に限定し、ポジショナルクローニングの手法によって原因遺伝子の同定を進めてきた。最近、候補遺伝子を見出し、KDPラットに特異的な変異を同定した。解析の結果から、KDPラットにおける1型糖尿病の遺伝的感受性は作用の強い2つの遺伝因子、特定のMHCハプロタイプとIddm/kdp1でほぼ規定されていると考えられた。今年度は、MHCとIddm/kdp1遺伝子の組み合わせと病態との関連を詳細に解析するために、種々のMHCハプロタイプを有するラット系統にIddm/kdp1遺伝子を組み込んだコンジェニックラットの作出を始めた。また、ヒト1型糖尿病におけるIddm/kdp1相同遺伝子の変異および多型の関与を検討するために、約100例の1型糖尿病者における遺伝子変異の検索およびSNPのスクリーニングを行った結果、種々の変異およびSNPを含む多型を同定した。今後、同定した遺伝子変異およびSNPについて非糖尿病者における頻度との比較ならびにMHCハプロタイプとの組み合わせと発症との関連を検討し、ヒト1型糖尿病における関与を明らかにする。
AD疾患遺伝子が各種培養細胞のAPPの細胞内処理に与える影響とその分子機構

アルツハイマー病(AD)においては脳にアミロイドβ(Aβ)蛋白が沈着し特有の病変が引き起こされる。Aβの産生・沈着過程の背景にあるAPP細胞内処理過程の分子機構を明らかにするために、培養横紋筋細胞を用いて以下の検討を行った。1)APP並びにPS-1の局在:阻害剤添加によって特有の空胞が出現する。蛍光抗体法的に観察すると、APP,PS-1の断片の一部は空胞に局在する。二重染色によってPSはGolgi装置に局在が示された。2)APPならびにPS-1のmRNA測定:RT-PCRで半定量的に測定するとCQNの添加によって発現は亢進する。3)APPの処理過程:ウエスタンブロット法によって細胞画分の断片を検討した。Amyloidogenicな10kDaの断片は増加した。メタボリックラベルによって4kDaのAβはCQN,ConA,BFNによっても減少するが確認される。PSは20,30,50kDaのバンドが認められた。以上の結果は、APPとPSは密接に関係しておりAβはエンドソーム・リソソームを中心に複数の経路で産生されることが示唆された。アルツハイマー病(AD)においては脳にのみアミロイドβ蛋白(Aβ)が沈着する。この背景にある分子生物学的機構を明らかにするために本研究では、新たなるモデルとなりうる特徴ある細胞株、横紋筋細胞を中心に細胞内輸送に影響を与える各種薬剤を添加してアミロイド前駆体蛋白(APP)、プレセニリン1(PS-1)遺伝子の発現、細胞内処理過程について検討を加えた。1) APP蛋白ならびにPSl蛋白の細胞内局在の検討:APP、PS1、ならびに細胞内小器官に対する特異抗体を樹立した。阻害剤によってそれぞれ特有の空胞が形成され、蛍光抗体法によって観察すると、APP、PS-1は、一部空胞に一致して局在した。二重染色の結果、PS-1はGolgi装置にも、存在することが確認された。2) APPならびにPS1遺伝子のmRNAをRT-PCRにての測定すると、CQN添加の際には、増加を示した。3) APPからAβ生成に至る細胞内処理過程の生化学的検討:ウエスタン・ブロット法によるAPP断片、PS-1断片の検討:細胞分画後の画分について検討すると、amiloidogenicな10k前後のバンドは増加を認めた。4kのはCQN,BFA,ConAによっても、存在が確認された。PS-1については、20,30,50kDaのバンドが検出され、阻害剤添加によって変化を示した。以上の結果、APP,PS-1の蛋白は細胞内で密接に関連しており、Aβ産生経路はエンドソーム・リソソーム経路を中心に複数存在することが示唆された。メタボリックラベルによって4kDaのAβは、CQN,ConA,BFNによっても減少するが確認される。
気象データ収集および局地気象現象表示システムの開発

本研究では、科学館における局地的な気象状況の観測結果を中心に特徴的な気象現象をピックアップして、メソスケール(水平スケールが2km2000km)の大気の状態を比較することで、気象状況を大気の立体構造を通して理解できるような展示のための気象データ収集システム、およびデータ加工方法を構築することを目的とした。そのために、本年度は次の項目について実施した。・全天雲画像の収集・表示屋内の展示ではリアルタイムで空の様子を知ることができない。そこでWebカメラと魚眼レンズを組み合わせることで、屋内において空全体の雲画像を表示し、一目で現在の天気状況が分かるようにするシステムを構築した。Webカメラについては屋外に設置することになることから、防水のため覆いを作成し、データ収集用PCまではLANケーブルを用いることで、データ取得と同時にカメラに電源を供給するようにした。この雲画像データは定期的に収集することで、一前線通過に伴う天気の変化等を収集可能になった。ただし解像度が十分でないことから、現状では細かい雲の違いまでは判別することはできない。・特徴的な気象データの収集空の状態と合わせて特徴的な気象現象を捉えることができるように、気象データについても収集するようにした。データの収集はワイヤレスデータロガを用いることで、温度・湿度・気圧を収集している。雨量、風向・風速についてのデータ収集については今後の課題である。現在のところ特筆すべき気象データを捉えていないが、長期に渡って収集を続けることで可能になると考えている。さらに今後、雲断面図の作成ソフトを開発する予定にしている。これらの組み合わせにより、科学館における気象状況が大気全体としてどのような状態から生じているのか、大きな視点で理解できるようになると期待している。
伸展刺激下の糸球体細胞におけるTGF-β及び細胞外基質の発現機序に関する検討

糸球体内圧亢進下においてはメサンギウム細胞に過大な伸展負荷がかかっている。そこで培養メサンギウム細胞に機械的伸展刺激を加えこの細胞への影響を検討した。その結果,培養メサンギウム細胞におけるTGF-β1,β3の遺伝子発現は伸展刺激後,時間及び伸展度依存性に増加したが,TGF-β2の発現にはほとんど影響がなかった。これに伴いTGF-βの産生・分泌も増加したが,上清中に分泌されるTGF-βの大部分は潜在型であり,伸展刺激によって活性型TGF-βの割合はほとんど不変であった。伸展刺激によるTGF-β発現の亢進はアンギオテンシンIIと相加的であった。伸展刺激は同時に細胞外基質(I型,IV型コラーゲン,フィブロネクチン)の発現も刺激したが,その増加の大部分はTGF- β産生を介していた(Hirakata1997)。伸展刺激はPDGF A鎖,B鎖の発現も亢進させた。伸展刺激によるTGF-βの発現亢進はチロシンキナーゼ依存性で,伸展開始24時間以後は少なくとも一部はPDGFの増加を介したものであった(Kaname1997)。さらに,伸展刺激によりTGF-βI型ないしII型受容体の発現およびTGF-βのメサンギウム細胞への結合も増加した。以上より,機械的伸展刺激は培養メサンギウム細胞におけるTGF-β産生およびTGF-β受容体結合をいずれも増加させ,さらにTGF-β発現が同時に誘導されるPDGFによって増強されることにより,伸展刺激後の細胞外基質の高い発現レベルが維持されていると考えられた。この結果は,糸球体高血圧における糸球体硬化お形成過程でも特定の増殖因子が関与することを示唆している。我々はこれまでの予備実験により、培養メサンギウム細胞に対する機械的伸展刺激がTGF-β1の遺伝子発現をタイロシンキナーゼ依存性に亢進させることを見いだしている。本年度の研究成果は以下の通りである。2.培養メサンギウム細胞に対する機械的進展刺激は、PDGF A鎖およびB鎖のmRNA発現を24時間後に亢進させた(未発表)。さらに、予備実験によると、PDGFの中和抗体存在下では、伸展刺激による細胞外基質およびTGF-β1 mRNAの発現増加はいずれも部分的に抑制された。さらに、PDGF受容体の発現にも影響を与える可能性のが示唆された。このようにメサンギウム細胞において、伸展刺激はTGF-βとPDGFを介して細胞外基質の長期にわたる高い発現レベルを維持している可能性が考えられ、両者の相互作用を中心にさらに検討してゆく予定である。その結果,培養メサンギウム細胞におけるTGF-β1.β3の遺伝子発現は伸展刺激後,時間及び伸展度依存性に増加したが,TGF-β2の発現にはほとんど影響がなかった。伸展刺激は同時に細胞外基質(I型,lV型コラーゲン,フィブロネクチン)の発現も刺激したが,その増加の大部分はTGF-β産生を介していた(Hirakata1997)。

伸展刺激はPDGF A鎖,B鎖の発現も亢進させた。伸展刺激によるTGF-βの発現亢進はチロシンキナーゼ依存性で,伸展開始24時間以後は少なくとも一部はPDGFの増加を介したものであった(Kaname1997)。さらに,伸展刺激によりTGF-β1型ないしII型受容体の発現およびTGF-βのメサンギウム細胞への結合も増加した。以上より,機械的伸展刺激は培養メサンギウム細胞におけるTGF-β産生およびTGF-β受容体結合をいずれも増加させ,さらにTGF-β発現が同時に誘導されるPDGFによって増強されることにより,伸展刺激後の細胞外基質の高い発現レベルが維持されていると考えられた。この結果は,糸球体高血圧における糸球体硬化の形成過程でも特定の増殖因子が関与することを示唆している。