hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
「ヒト化マウス」を用いたヒトミクログリアの脳機能制御に関する研究

平成30年度まではマウス脳内に移植したiPS由来のヒトミクログリアの定着は主にヒトミクログリアヒト特異的な抗Siglec-11抗体を用いて行っていたが、マウスミクログリアとヒトミクログリアの脳内における性質を形態学的に比較するには同一個体においてマウスミクログリアとヒトミクログリアを区別しなければならない。ヒトミクログリアヒト特異的な抗Siglec-11抗体はマウスミクログリアのみを認識できる抗体またはヒト及びマウスミクログリアどちらも認識できる抗体と相性が悪かった。そこで我々は様々な抗体を検討した結果、ヒト細胞特異的な抗Stem121抗体とヒト及びマウスミクログリアどちらも認識できる抗Iba1抗体の組み合わせが有用であることが分かった。今年度は、移植したiPS由来ヒトミクログリアの性質を形態学的に解析する。また、ホストのマウスミクログリアとの関連性(排除・共存)、増殖の有無、脳部位による形状の差、活性化の有無等を正確に解析し、ヒト化マウスの評価系としての有用性および問題点を明確にする。マウス及びiPS由来のヒトミクログリアは抗CD11b抗体及び抗Siglec-11抗体により区別する。さらに、赤色蛍光タンパク質(RFP)を発現させたiPS由来のヒトミクログリアを移植し、その形態及び突起の運動性について、梨大学大学院総合研究部医学域薬理学講座にある2光子励起レーザー顕微鏡を用いたin vivoライブイメージング法で検討し、マウスミクログリアのそれらとの相違点を明らかにする。令和元年度は移植したiPS由来ヒトミクログリアとホストのマウスミクログリアとの関連性(排除・共存)、増殖の有無、脳部位による形状の差、活性化の有無等を正確に解析し、ヒト化マウスの評価系としての有用性および問題点を明確にする。また、今年度までの研究成果を学術誌に論文として発表する。29年度、実験計画がやや遅れたため予定していた抗体、試薬等を購入しなった。今年度は、抗体及び試薬等の購入に充てることを予定している。実験計画がやや遅れたため予定していた抗体、試薬等を購入しなった。
飲酒運転撲滅のための光学的血中アルコール濃度計測法の実用化に向けた挑戦的開発研究

道路交通法の改正により飲酒運転に関する罰則が強化され,諸外国では飲酒運転防止装置の実用化が進み,呼気ガス式手法が一般的になってきたが,様々な問題点がある.そこで,その問題点を解決できる可能性がある光学的手法に我々は着目した.すなわち光電容積脈波(PPG; photo-plethysmogram)を利用し,血中成分の吸光特性から指尖部の入射光に対して散乱された光を検出する方法である.我々はこのPPG計測法を用いて血中アルコール濃度を非侵襲的に計測する研究を進めてきた.しかし,アルコール固有の吸収帯域は水への吸収度が高い近赤外長波長帯域(11002500 nm)の905 nm,1185 nm,および1690 nmに存在し(山越他,電気学会論文誌C, 2012),人間の身体の60%が水分であり,検出される光が極めて微弱で,動作や外部環境に敏感でノイズが多く,これを低減する方法を二年間実験検討を行ってきた.本最終年度では側方散乱式PPG計測法を用いて血中アルコール濃度計測が可能か飲酒負荷予備実験を行った.本学倫理審査委員会承認後,実験同意が得られた健常成人男性5名を対象に,上野式算定法により算出された量を飲酒して貰い,呼気アルコール濃度0 mg/L,0.15 mg/L,0.25 mg/L,0.5 mg/Lをターゲットとし,その時点で右手人差し指にPPG計測装置を装着し,90秒間PPG計測を行った.1名の被験者は,相関係数= 0.93と非常に強い相関が確認された.また,経時変化のトレンドから,呼気ガス式手法が上昇や下降するにつれ,光学密度が追従することが確認された.よって,側方散乱式PPGで得た1185 nmの波長は血中アルコールの影響を受けることが示唆された.今後は指治具と受光センサの更なる改良を行い,被験者数をさらに増やし,また,呼気ガス式手法及び採血から血中アルコール濃度を基準し,血中アルコール濃度を細かく設定して,本格的なアルコール負荷実験を行う価値があると思われる.科学技術は人間生活の“豊かさ,利便性"の追求のもとで,凄まじい勢いで発展してきた。移動手段としての「車」も,その生活利便性の故に車社会は益々拡大している。その一方で飲酒運転を含む交通事故は後を絶たず,依然として大きな社会問題となっている。申請者らはこれまで近赤外光を用いた非観血的(非侵襲)血液成分計測のための革新的・独創的な方法論を提案し,その基礎的成果を国内外の学会,学術論文誌等に公表し,高い国際的評価を得てきた。本研究では“飲酒運転撲滅“を目指す「飲んだら乗れない」システム開発を目標に,光学的アルコール濃度計測法(パルス・アルコメトリと称する)の実用開発のための礎を確立する。平成28年度においては「アルコール吸光波長帯域における高精度・高感度生体光計測システムの構築」を行った。具体的にはアルコール固有の吸収波長805 nm(吸収度小),1185 nm(吸収度中),及び1690 nm(吸収度大)の3波長においてアルコールの吸収が中程度である1185 nm,そして最も水の吸収の高く,最もアルコールの吸収が高い1690 nmについて重点的に検討を行った。まず,1185 nmと1690 nmのLEDと,当該波長±7 nm程度の半値幅の光干渉フィルターを用いた光計測システムを構築(試作)し,健常成人男性10名の被験者で計測実験を行った。その結果,LEDにて世界で初の1690 nmの光電容積脈波を検出することに成功した。この波長で光電容積脈波が計測できたことの意義はとても高く,光を用いた血中アルコール濃度計測の可能性の光が見えた成果であった。次なる課題は如何にS/N良く光電容積脈波を検出することであり,H29年度はその実験検討を行い,可能であれば飲酒負荷をさせて光電容積脈波に変化が起こるのかを予備検討する予定である。本年度は「飲んだら乗れない」システム開発を最終目標とした非侵襲光学的アルコール濃度計測の実用開発のための第一歩を踏み込んだと言える。研究実績の概要で述べたように,アルコール固有の吸収波長の中でも最も吸収が高い(更に水の吸収も高い)1690 nmのLEDで光電容積脈波を検出できたことは革新的であり,本研究を推進・実現させる大きな成果であった。また,905 nm,1185 nm,及び1690 nmとの同時計測も可能な装置が構築できており,今後の進展にも期待が出来る。当初は1690 nmで光電容積脈波が検出できないと想定しており,確実に光電容積脈波が測定可能(生体の窓と呼ばれる)な905 nmと1185 nmを使う予定であったが,その吸収度は1690 nmに対してそれぞれ,1/100,1/10であり,アルコール検出には困難な波長であるため一旦保留としたが,装置上計測は可能な機構にしてあるため,今後はそれらの波長も加えて検討していくことも考えている。総じて当初の計画以上に進展しているが,光電容積脈波のS/N比向上の課題が未解決である。その為,H29年度は当初掲げた計画が先送りになる可能性もあるが,確実に血中アルコール濃度が予測できるように焦らず,じっくり研究を進めていきたい。

道路交通法の改正により飲酒運転に関する罰則が強化され,諸外国では飲酒運転防止装置の実用化が進み,呼気ガス式手法が一般的になってきたが,様々な問題点がある.そこで,その問題点を解決できる可能性がある光学的手法に我々は着目した.すなわち光電容積脈波(PPG; photo-plethysmogram)を利用し,血中成分の吸光特性から指尖部の入射光に対して散乱された光を検出する方法である.我々はPPG計測法を用いて血中アルコール濃度を非侵襲的に計測する研究を進めてきた.しかし,アルコール固有の吸収帯域は水への吸収度が高い近赤外長波長帯域(11002500 nm)の905 nm,1185 nm,および1690 nmに存在し(山越他,電気学会論文誌C, 2012),人間の身体のほとんどが水分であり,検出される光が極めて微弱で,動作や外部環境に敏感でノイズが多く,これを以下に低減できるか昨年度から実験検討を行ってきた.本年度ではノイズが生じる原因の一つとして外部からの「電磁波」の影響があるのではないか?と仮定し,アルコールに感度を持つ1185 nm波長のPPG計測時における,外部から電磁波を遮断する電磁シールドルーム(減衰性能40 dB)内/外でのS/N比の比較検討を目的とした試験を行った.実験同意が得られた健常成人男性12名を対象とし,電磁シールド内/外の条件で右手指尖部にPPG計測装置を装着しそれぞれ60秒間計測を行い(被験者は車椅子で移動)S/N比を比較した.また,PPGと同期していることを確認するために心電図計測も行なった.その結果,電磁シールド内/外でS/N比に有意な差が無いことを確認した.この結果より,電磁波はPPG計測の精度(血中アルコール濃度予測)に影響を与えないことが判った.PPG法(近赤外光)を利用した血中アルコール濃度計測は,如何にPPGを精度良く計測するかが本質(最大の焦点)であり,昨年度は指固定治具の改良を行ったが,本年度では外部環境からの電磁波がPPGにノイズを与えている可能性があると仮定し,その実験検証を行った.すなわち,電磁シールド有り/無し(電磁シールドルーム内/外)の条件で右手指尖部にPPG計測装置を装着しそれぞれ60秒間計測を行いS/N比を比較した.その結果,統計的な優位差は無く,電磁波がPPG波形のノイズ発生源で無いことが判った.これは血中アルコール濃度計測の高精度化に貢献しない結果であり,我々にとって好ましくない無い結果であるが,その知見が得られたことは有意義であることから,概ね順調に進んでいると言える.道路交通法の改正により飲酒運転に関する罰則が強化され,諸外国では飲酒運転防止装置の実用化が進み,呼気ガス式手法が一般的になってきたが,様々な問題点がある.そこで,その問題点を解決できる可能性がある光学的手法に我々は着目した.すなわち光電容積脈波(PPG; photo-plethysmogram)を利用し,血中成分の吸光特性から指尖部の入射光に対して散乱された光を検出する方法である.我々はこのPPG計測法を用いて血中アルコール濃度を非侵襲的に計測する研究を進めてきた.しかし,アルコール固有の吸収帯域は水への吸収度が高い近赤外長波長帯域(11002500 nm)の905 nm,1185 nm,および1690 nmに存在し(山越他,電気学会論文誌C, 2012),人間の身体の60%が水分であり,検出される光が極めて微弱で,動作や外部環境に敏感でノイズが多く,これを低減する方法を二年間実験検討を行ってきた.本最終年度では側方散乱式PPG計測法を用いて血中アルコール濃度計測が可能か飲酒負荷予備実験を行った.本学倫理審査委員会
WNTシグナルによる新規の極性形成機構の分子レベルでの解析

細胞の非対称分裂は、多細胞生物における細胞種の多様性を生み出すのに必要不可欠な現象である。その非対称性(極性)を誘起するシグナル伝達経路の一つとして、Wntシグナルは広く研究されている。Wntシグナル経路の分子群は古くから同定されているが、その極性形成における作用機序については不明な点が多い。本研究課題の目的は、形質膜におけるWntリガンドの結合によるFz受容体の活性化が、最終的に核内のターゲット遺伝子の転写調節として変換されるシグナル伝達現象を分子レベルで理解することである。この作用機序を解析するため、本研究では以下の実験を行った。最初に、新たなWntシグナル伝達経路の制御分子を見いだすため、この経路の主要なエフェクターであるβ-Cateninの温度感受性変異株を用いたサプレッサー遺伝学を行なった。サプレッサー株の多くは、β-Catenin分子内に2つ目の変異が入り、立体構造を再安定化させていると考えられるものであった。β-Catenin分子自身以外のサプレッサーとして、Wntシグナル経路の下流で働くPOP-1/TCF/LEFの機能低下型変異株が同定され、この系が機能していることが示唆された。さらに他のアリルについても遺伝子マッピングを続け、たんぱく質の分解経路で作用すると考えられる未解析の分子が同定された。続いて、申請者の所有する温度感受性変異株ライブラリーの中から、このシグナル経路の動態に影響を与える2種類の変異株を同定した。1つはキネシンと相同性を持つ分子klp-18であり、POP-1/TCF/LEFの核内移行に重要であることが示唆された。もう1つの分子は、ユビキチン付加酵素複合体の1つのサブユニットelc-1であり、Wntシグナルの入力に関与していることが示唆された。ここで得られた知見は、Wntシグナル経路の研究に新たな展開を与えることが期待される。Wntシグナル経路の分子群は古くから同定されているが、その極性形成における作用機序は不明な点が多い。本研究の目的は、形質膜におけるWntリガンドの結合によるFz受容体の活性化が、最終的に核内のターゲット遺伝子の転写調節として変換されるシグナル伝達現象を分子レベルで理解することである。平成18年度はWntシグナル伝達現象の解析に必要なトランスジェニック線虫や温度感受性変異株等の材料を準備することに主眼をおいた。Wntシグナル伝達経路ではDishevelled分子が重要な役割を果たすと考えられるので、Dishevelled分子に蛍光タグ(GFP)を付加した融合たんぱく質でDishevelled変異株をレスキューすると同時に、その蛍光によりDishevelled分子の局在がリアルタイムで解析できる系を立ち上げた。来年度はWntシグナル経路の変異株を用いて、Dishevelled分子のWntシグナルによる制御に関して詳細な解析を行なう。さらに、新たなWntシグナル伝達経路の制御分子を見いだすため、この経路の主要なエフェクターであるβ-Cateninの温度感受性変異株を用いたサプレッサー遺伝学を行なった。サプレッサー株の多くは、β-Catenin分子内に2つ目の変異が入ったものであった。他にも、原因遺伝子が別のクロモソーム上に存在すると考えられるサプレッサー群も取得されたので、現在、遺伝子マッピングを行なっている。

来年度は原因遺伝子を特定し、この分子がどのようにWntシグナル伝達経路に寄与しているのかをDishevelledやβ-Cateninのリアルタイム解析系等を用いて検討する。細胞の非対称分裂は、多細胞生物における細胞種の多様性を生み出すのに必要不可欠な現象である。その非対称性(極性)を誘起するシグナル伝達経路の一つとして、Wntシグナルは広く研究されている。Wntシグナル経路の分子群は古くから同定されているが、その極性形成における作用機序については不明な点が多い。本研究課題の目的は、形質膜におけるWntリガンドの結合によるFz受容体の活性化が、最終的に核内のターゲット遺伝子の転写調節として変換されるシグナル伝達現象を分子レベルで理解することである。本研究では、Wntシグナル伝達経路のその極性形成における作用機序について分子レベルでの解析を行なうため、以下の実験を行った。まず初めに新たなWntシグナル伝達経路の制御分子を見いだすため、この経路の主要なエフェクターであるβ-Cateninの温度感受性変異株を用いたサプレッサー遺伝学を行なった。サプレッサー株の多くは、β-Catenin分子内に2つ目の変異が入り、立体構造を再安定化させていると考えられるものであった。β-Catenin分子自身以外のサプレッサーとして、Wntシグナル経路の下流で働くPOP-1/TCF/LEFの機能低下型変異株が同定され、この系が機能していることが示唆された。さらに他のサプレッサーアリルについても遺伝子マッピングを続け、たんぱく質の分解経路で作用すると考えられる未解析の分子が同定された。続いて、申請者の所有する温度感受性変異株ライブラリーの中から、このシグナル経路の動態に影響を与える2種類の変異株を同定した。1つはキネシンと相同性を持つ分子klp-18であり、POP-1/TCF/LEFの核内移行に重要であることが示唆された。もう1つの分子は、ユビキチン付加酵素複合体の1つのサブユニットelc-1であり、Wntシグナルの入力に関与していることが示唆された。これらの結果をもとに、線虫の分子遺伝学を用いてこれらの分子の作用機序の解析を行なった。ここで得られた知見は、Wntシグナル経路の研究に新たな展開を与えることが期待される。
エクソソーム表面糖鎖と細胞の相互作用機構の解明

細胞が分泌するナノメートルサイズの小胞であるエクソソームはタンパク質や核酸などの機能性分子を細胞から細胞へと運び情報伝達を行う重要な役割を果たしている。エクソソームに特有のタンパク質やゲノムの解析が盛んに行われており、疾患特異的なバイオマーカーや医薬品としての応用が期待されているが、細胞への取り込み機構や分離技術など未だ多くの課題が残されている。細胞膜表面にあるタンパク質や脂質のほとんどは糖鎖で覆われており、分化、免疫、感染、がん化などの生体応答に重要な役割を示している。エクソソーム表面にも糖鎖が存在するが、解析手法が難しいことからエクソソームの糖鎖研究はほとんど進んでいないのが現状である。そこで、本研究ではレクチンマイクロアレイを用いてエクソソームの表面糖鎖の網羅的な解析を行い、細胞の種類やエクソソームのサイズ、細胞分化前後での糖鎖パターンを比較し、エクソソームの構造多様性を分類する指標となり得るかどうかを検討した。がん細胞、未分化および分化(骨芽、脂肪、神経)間葉系幹細胞から超遠心法によりエクソソームを回収した。糖鎖解析にはエバネッセント波を用いた蛍光励起検出法によるレクチンマイクロアレイを用いることで、エクソソームの構造を壊すことなく高感度でリアルタイムの検出を可能とした。エクソソーム表面糖鎖のパターンは1細胞の種類(正常とがん、未分化と分化)、2エクソソームのサイズ(低速遠心で得られるサイズの大きな粒子)、3回収法の違い(超遠心法と市販の回収キット)でそれぞれ変化が見られた。これらの結果より、エクソソーム表面糖鎖は新たな疾患や分化マーカー、さらには分離技術への応用可能であることが示唆された。エクソソームはあらゆる細胞が分泌するナノメートルサイズの小胞であり、機能性分子を細胞から細胞へと運ぶ生体由来の情報伝達キャリアとして重要な役割を果たしている。現在までにエクソソームに存在するタンパク質やゲノムの特定が盛んに行われており、疾患特異的なバイオマーカーや医薬品としての応用が期待されているが、細胞への取り込み機構や分離技術など未だ多くの課題が残されている。細胞から放出されるエクソソーム表面にも糖鎖が存在するが、解析手法が難しいことからエクソソームの糖鎖研究はほとんど進んでいないのが現状である。そこで、本研究ではエクソソーム表面糖鎖に着目し、細胞との相互作用との関連性を検討した。脂肪由来間葉系幹細胞から超遠心法にてエクソソームを回収し、糖鎖の解析にはエバネッセント波を用いた蛍光励起検出法によるレクチンマイクロアレイを用いた。本手法により、エクソソーム表面糖鎖を非破壊の状態でリアルタイムかつ高感度に検出でき、特にシアル酸認識レクチンと強く相互作用することがわかった。この結果からシアル酸依存的な細胞内取り込みが起こると考え、シアル酸認識レクチンであるSiglec (sialic acid binding Ig-like lectin)との相互作用を見たところ、in vitro, in vivoでその傾向が確認できた。現在、様々な細胞由来エクソソームについて同様の検討、比較を行っている。一般的な糖鎖解析法である質量分析法は詳細な構造を推定できるが、糖タンパク質から糖鎖を切り出す必要があり、エクソソームの場合においても構造を破壊して測定する必要がある。本研究で用いたレクチンマイクロアレイは糖鎖とレクチンの比較的弱い相互作用を検出するためにエバネッセント波励起蛍光を用いており、蛍光標識したエクソソームをアレイに添加し一晩静置するという簡便な手法であることが特徴である。本研究ではまず、脂肪由来間葉系幹細胞エクソソームの糖鎖解析を行い、シアル酸認識レクチンへ強く結合することを見出した。この結果をもとに、エクソソーム表面のシアル酸依存的な細胞内取り込み機構があることをin vitro, in vivoで示し、論文にまとめた。間葉系幹細胞は骨、軟骨、脂肪、神経などあらゆる細胞へ分化する能力を持つことが知られている。そこで、本研究で用いた間葉系幹細胞を骨芽細胞に分化誘導させ、同様にエクソソームを回収して糖鎖パターンの比較を行ったところ、分化に伴い6種類のレクチンへの結合が増加した。本結果は新たな骨芽分化マーカーとしてエクソソーム表面糖鎖が有用であることを示唆しており、この成果に関して特許出願を行った。エクソソームの回収条件やアレイ測定時の最適条件はすでに確立しており、今後は骨芽細胞以外の細胞への分化誘導や正常細胞からがん細胞まで色々な種類の細胞由来のエクソソーム糖鎖解析を行い、その機能を比較する。

そこで、本研究ではレクチンマイクロアレイを用いてエクソソームの表面糖鎖の網羅的な解析を行い、細胞の種類やエクソソームのサイズ、細胞分化前後での糖鎖パターンを比較し、エクソソームの構造多様性を分類する指標となり得るかどうかを検討した。がん細胞、未分化および分化(骨芽、脂肪、神経)間葉系幹細胞から超遠心法によりエクソソームを回収した。糖鎖解析にはエバネッセント波を用いた蛍光励起検出法によるレクチンマイクロアレイを用いることで、エクソソームの構造を壊すことなく高感度でリアルタイムの検出を可能とした。エクソソーム表面糖鎖のパターンは1細胞の種類(正常とがん、未分化と分化)、2エクソソームのサイズ(低速遠心で得られるサイズの大きな粒子)、3回収法の違い(超遠心法と市販の回収キット)でそれぞれ変化が見られた。これらの結果より、エクソソーム表面糖鎖は新たな疾患や分化マーカー、さらには分離技術への応用可能であることが示唆された。まずは細胞の種類、分化前後などの条件を変えて網羅的に糖鎖解析を行い、そのパターンを比較してエクソソームに共通する糖鎖やある種の細胞に特異的な糖鎖を探索する。本年度はエクソソーム表面のシアル酸依存的な細胞相互作用について検討したが、その他の糖鎖(マンノースなど)や酵素による糖鎖切断後の取り込み挙動の違いなどを比較する。また、レクチンアレイ測定の際のエクソソームの蛍光標識方法についてもタンパク質染色と脂質染色で違いがあるかどうかを検討する。細胞培養のタイミングにより間葉系幹細胞培養用培地1本分の未使用額が生じたが、次年度にそのまま培地購入費として使用する。
海洋資源探査と環境計測に向けた革新的現場ナノ計測技術の創出

本研究では、最先端の超小型ナノトランジスタ技術に基づいて、深海環境においてレアメタルなどの微量元素の濃度を現場で計測するための革新的な超小型イオンセンサの実現と応用展開を目指す。これにより超小型の現場型イオンセンサを実現できれば、それを小型の海中観測プラットフォームに搭載し、日本周辺の広大な海域を探査することに加えて、開発に伴う堆積物の分散等をモニタリングするためのデータを効率的に収集するなどの展開が期待できる。
ケミカルヒートポンプによる完全太陽エネルギー駆動冷暖房システムの構築

電気やガス等の他のエネルギーを一切利用しないケミカルヒートポンプによる太陽エネルギー駆動冷暖房システムの構築を目指した検討を行った。その結果、太陽化学蓄熱に最適な1.集熱方式および制御方法、2.熱交換方式および制御方法、3.反応材料および調整方法を見出し、それらを基に4.最適なケミカルヒートポンプデザインおよび運転方法の検討を実験および理論解析により進め、最終的に5.太陽熱駆動ケミカルヒートポンプに太陽光発電による熱媒駆動を組み込んだケミカルヒートポンプによるシステム実験により、完全独立型高効率太陽エネルギー駆動冷暖房システムの構築が可能と考えられるヒートポンプシステム性能を実証できた。1.太陽化学蓄熱に最適な集熱方式および制御方法太陽熱をオイル等で高温集熱熱交換し、密閉系ケミカルヒートポンプにて化学蓄熱/冷温熱生成を連続的に行うことにより、年中通して利用可能な外部エネルギーを一切利用しないケミカルヒートポンプによる完全独立型高効率太陽エネルギー駆動冷暖房システムの構築が可能となる。これを可能にするのに最も基本となる太陽熱特性に対応した化学蓄熱可能な集熱方式および制御方法の検討を実験および理論解析により行った。具体的には、まず本学所有ビルの屋上等において日射量データベースを作成した。次に、申請者らがこれまでケミカルヒートポンプに用いたことのある反応材料を中心に、その稼働温度、入出力特性等を考慮して、世界各地における化学蓄熱に必要な集熱シミュレーションを行い、集熱器のデザイン検討を行った。その後、真空管型集熱器をベースに集熱器を製作して、設置場所、方位、角度等を変えながら実際に集熱可能な熱エネルギー特性のデータベースを作成しながら、適宜デザイン変更、集熱制御法の検討を行い集熱効率の向上を図った。2.太陽化学蓄熱に最適な熱交換方式および制御方法1.に連動して熱交換媒体、熱交換方法を検討した。1.における集熱方法に基づき、化学蓄熱反応材料にはオイルによる蓄熱熱交換を行った。各種検討の結果、強制対流方式を採用し、日本における夏季や亜熱帯諸国では熱交換デザインにより化学蓄熱に十分な温度域と熱入力が得られることが実験および理論により確認された。しかしながら低日射量時や低温時には化学蓄熱に十分な性能が得られない場合があるため、次年度行うケミカルヒートポンプデザイン案も検討した。平成26年度は、前年度行った1.太陽化学蓄熱に最適な集熱方式および制御方法の検討および2.太陽化学蓄熱に最適な熱交換方式および制御方法の検討を受けて、まず3.太陽化学蓄熱に最適な反応材料および調整方法、を実験および理論解析により検討し、さらに1ー3を必要に応じてフィードバックをかけながら進めた後に、4.太陽化学蓄熱駆動に最適なケミカルヒートポンプデザインおよび運転方法の検討を実験および理論解析により進めた。3.太陽化学蓄熱に最適な反応材料および調整方法反応材料は、申請者らが検討を続けている硫酸カルシウムや酸化カルシウム、塩化カルシウム等の無機系に関しては、既にある程度の反応活性が確認されているが、実際にソーラーケミカルヒートポンに組み込んだ際の熱移動や物質移動を考慮した総括の反応速度の向上には、それぞれの反応器に応じた反応材料形状、充填方法等が個々に必要となる。今回は太陽蓄熱が実証された硫酸カルシウム粒子の産地別の反応性の検討、各種伝熱促進法の検討を基に前年度から検討を行っているケミカルヒートポンプデザインと並行して検討し、実際に反応材料を蓄熱反応層に組み込んで実験的検討および理論的検討を行い、多くの太陽蓄熱-冷温熱生成特性データを得た。4.太陽化学蓄熱駆動に最適なケミカルヒートポンプデザインおよび運転方法の検討最適と考えられる集熱器、熱交換器および反応器の組合せを決定すべく、1ー3を必要に応じてフィードバックをかけながら進め、太陽化学蓄熱駆動に最適なケミカルヒートポンプデザインおよび運転方法の検討を実験および理論解析により進めた。必要に応じて、各部品を再設計、再製作し、各部品の単体性能および組み合わせた際の複合性能を実験および理論解析により検討し、集熱、熱交換、蓄熱、放熱の各特性を各種運転方法別に最適化しトータルの性能向上を図ることができた。最終年度である平成27年度は、前年度までに行った1.太陽化学蓄熱に最適な集熱方式および制御方法、2.太陽化学蓄熱に最適な熱交換方式および制御方法、3.太陽化学蓄熱に最適な反応材料および調整方法、4.太陽化学蓄熱駆動に最適なケミカルヒートポンプデザインおよび運転方法の検討を受けて、太陽熱駆動ケミカルヒートポンプに太陽光発電による熱媒駆動を組み込んだ最終型の5.完全独立型高効率太陽エネルギー駆動冷暖房システムの構築および運転評価を行った。5.ケミカルヒートポンプによる完全独立型高効率太陽エネルギー駆動冷暖房システムの構築および運転評価4.までに最適化されたケミカルヒートポンプデザインのものに、蓄熱エネルギーに比べればわずかではあるが熱媒循環等のために必要となる補助電源を太陽電池パネル他を組み込んで、完全独立型高効率太陽エネルギー駆動冷暖房システムを設計、製作した。年中通して各種条件下において運転評価を行った。この場合、ケミカルヒートポンプ性能の基本となる蓄放熱特性すなわち蓄放熱温度、蓄放熱出力等はもちろんであるが、高効率太陽エネルギー駆動冷暖房システムとしてその駆動可能条件、エネルギー効率、COP等、ヒートポンプ機器として重要となる各種性能を導き出した。その結果、季節に合わせて太陽パネルの角度を変えることで完全独立型高効率太陽エネルギー駆動冷暖房システムの構築ためのケミカルヒートポンプを太陽熱・光ハイブリッドにてスタンドアローン稼働させることが可能であると考えられた。

電気やガス等の他のエネルギーを一切利用しないケミカルヒートポンプによる太陽エネルギー駆動冷暖房システムの構築を目指した検討を行った。その結果、太陽化学蓄熱に最適な1.集熱方式および制御方法、2.熱交換方式および制御方法、3.反応材料および調整方法を見出し、それらを基に4.最適なケミカルヒートポンプデザインおよび運転方法の検討を実験および理論解析により進め、最終的に5.太陽熱駆動ケミカルヒートポンプに太陽光発電による熱媒駆動を組み込んだケミカルヒートポンプによるシステム実験により、完全独立型高効率太陽エネルギー駆動冷暖房システムの構築が可能と考えられるヒートポンプシステム性能を実証できた。3.太陽化学蓄熱に最適な反応材料および調整方法については、硫酸カルシウム粒子系反応材を用いて、太陽蓄熱が実証され、実際に反応材料を蓄熱反応層に組み込んだ実験的検討および理論的検討により多くの太陽蓄熱-冷温熱生成特性データを得られたため。4.太陽化学蓄熱駆動に最適なケミカルヒートポンプデザインおよび運転方法の検討については、日射量や外気温等に応じて、各部品を再設計、再製作し、各部品の単体性能および組み合わせた際の複合性能を実験および理論解析により検討し、集熱、熱交換、蓄熱、放熱の各特性各特性を各種運転方法別に最適化しトータルの性能向上を図ることができたため。環境エネルギーシステム平成27年度は、1ー4を受けて、太陽熱駆動ケミカルヒートポンプに太陽光発電による熱媒駆動を組み込んだ最終製品型の5.完全独立型高効率太陽エネルギー駆動冷暖房システムの構築および運転評価を行う。この場合、ケミカルヒートポンプ性能の基本となる蓄放熱特性すなわち蓄放熱温度、蓄放熱出力等はもちろんであるが、高効率太陽エネルギー駆動冷暖房システムとしてその駆動可能条件、エネルギー効率、COP、ランニングコスト等、ヒートポンプ機器として重要となる各種性能を導き出す。1.太陽化学蓄熱に最適な集熱方式および制御方法については、当初想定していた集熱方式内でソーラーケミカルヒートポンプとして制御可能な集熱方式を見い出せたため。2.太陽化学蓄熱に最適な熱交換方式および制御方法については、日本における夏季や亜熱帯諸国では熱交換デザインにより化学蓄熱に十分な温度域と熱入力が得られることが実験および理論により確認されたため。しかしながら低日射量時や低温時には化学蓄熱に十分な性能が得られない場合があるが、次年度行うケミカルヒートポンプデザインにより対応できる可能性を見い出したため。平成26年度は、前年度行った1.2.を受けて、まず3.太陽化学蓄熱に最適な反応材料および調整方法、を実験および理論解析により検討する。さらに1ー3を必要に応じてフィードバックをかけながら進めた後に、4.太陽化学蓄熱駆動に最適なケミカルヒートポンプデザインおよび運転方法の検討を実験および理論解析により進める。平成27年度は、1ー4を受けて、太陽熱駆動ケミカルヒートポンプに太陽光発電による熱媒駆動を組み込んだ最終製品型の5.完全独立型高効率
マグネシウム合金板材の室温成形性向上を目指した新たな集合組織制御法の開発

本研究では,マグネシウム合金板材の室温成形性の改善を図るために,側方押出しによってせん断ひずみを付与し,底面集合組織を板面に対して傾斜的に制御する。まず,底面の傾斜角度を自在に制御するための因子(1パスあたりのせん断ひずみ付与条件など)を調査する。次に,集合組織集積強度を制御するために加工熱処理条件(押出温度やひずみ速度)を検討する。さらに,板材成形時の塑性変形挙動に及ぼす結晶方位の影響を明らかにする。
九州地域における伝統産業需要の計量分析－公統計・アンケート調査データをベースに－

本研究は、九州地域の「ものづくり」としての伝統産業を「持続可能な産業として、再生に導くための指針を提供することを目的として研究するものである。そのために、公統計データの利用は勿論であるが、伝統産業の深層的需要構造を九州地域のアンケート調査(意匠を含む)データを、内山が開発した多重分類分析プログラムや多変量解析プログラム等を用いて計量分析し、検証する。もちろん、伝統産業の実態を把握するために、先行研究行うとともに、各産業組合などへの聞き取り調査も併せて行う。
乳児の概念・知識・理論の発達肘研究;数、生物、物理、心の概念とその因果性を例として

1数の知識-加減操作課題-0-6カ月群から25-30カ月31名を用い、1匹のおもちゃの金魚を提示し、スクリーンで隠し、再提示(この注視時間が基準値)し、次に1匹のおもちゃの金魚を提示し、スクリーンで隠し、新たに1匹の金魚をスクリーンの背後に入れ、スクリーンを開けたときの1匹と2匹の場合の1分間の注視時間を測定し、2要因(年齢X事態)の分散分析の結果、総注視時間(1分間中に刺激を注視した総時間)で年齢、事態(スクリーンを開けた後の金魚の個数)とも主効果が見られたが、交互作用は見られなかった。2個の方が基準値や1個より有意に長い注視時間であった。0-6カ月児と19-24カ月児が他の時期より注視時間が長かった。生後半年以内から1+1=2であることを知っている可能性があるが、別の方法で検討を要する。2生物の知識0-6カ月から73-84カ月99名に、スプーンを箱の上で手で動かす条件と磁石で動かす2条件を同時に赤ちゃんに示して、1分間中の総注視時間を測定し、2要因(年齢X条件)の分散分析の結果、条件に主効果が見られたが、年齢にはみられなかった。交互作用はみられた。磁石で動く、見掛け上スプーンが自ら動いている条件の方が有意に注視時間が長かった。どの年齢群においても条件間に注視時間に優位な違いが見られた。磁石で動かす条件の方が、手で動かす条件より注視時間が長かった(図2)。また、磁石の注視時間が0歳、2歳、5、6歳で違い、年少時と年長時で注視時間が長く、同じ注視でも見る側の知識によって内容が違うと予想される。本実験の結果は、2カ月児でさえスプーンが一人で動く場合の方を長く注視することから、かなり早くから無生物が自発運動をしないということを知っている可能性を示唆するものと考えられる。交互作用はみられた。
臨床検査分析前変動の系統的再評価とデータ・レポジトリーの構築

臨床検査値の分析前変動要因に関する報告の多くは、標準化以前のため相互比較が困難で、分析条件も不完全である。本研究では、主要な変動要因について測定値を標準化して実験を系統的に行うことを計画した。血清試料の保存温度は、ー30,ー20,ー10, 0, 4, 10, 25, 37°Cの8条件で検討、ー10°C前後で不安定な項目が多かった。日内変動では、Fe, P等で大きな変化を認めた。体位の影響は、30分間隔で体位変換し5分毎採血で検討した。立位(臥位)→座位で変動する検査では20分の安静が必要と判明した。月経周期変動はHDL-C,Na,TCで認めた。今後より多くの変動要因について分析を続けたい。本研究においては、病気以外の原因で検査値が変化する分析前変動の要因を体系的に実施し、現在、IFCC(国際臨床化学連合)で進行中の世界規模基準値調査と連携して行うことで、全測定値を標準化または調和化可能な形で集積し(実験結果のレポジトリー化)、大規模な基準値(健常者の基礎条件での測定値)データベースと分析前変動(特定条件下での測定値)データベースを結びつけて利用できる環境を構築を目指している。このうち基準値データベース化については、研究分担者の市原は、IFCC, APFCBのプロジェクトとして200810年にアジア地域で大規模な共有基準範囲設定プロジェクト(8ヶ国3500名、95検査項目)を実施し、国際連携とデータ解析(標準化操作、変動要因分析、等)、世界規模調査に不可欠な世界共通プロトコールを完成させ、その成果を、Clin Chem Lab Medに発表した(他に招待講演3件)。次の段階として、この大規模なデータベースに統合させるため、臨床検査の分析前変動要因のうち、重要度の高いものから順次、詳細な条件を設定して実験を行く予定である。今年度は、対象となる分析前変動要因の実施条件についても再考し、運動による影響については、より定量性を高めるため、ウォーキング等の個人の主観に依存する負荷運動から、すべてのレベル(軽度・中等度・強度負荷)において、消費カロリーを基準とするトレッドミルを用いた方法にすることとした。また、過労状態の影響の調査については、当直勤務直後の採血については、リスクが高いと判断し、今回の調査では見送ることとした。これらの調査では、信頼性を上げるため、対象人数を少なくとも10例(男女数均等配分)を目安としているため、現在そのリクルート作業に若干の遅れが生じているため、まだ試料分析には至っていない。今年度は、対象となる分析前変動要因のうち、(1)採血直前の歩行・体動・体位(臥位・座位・立位)の影響[対象者は7名とし、1臥位30分後に初期採血を行う。続いて、2座位の姿勢を30分、3通常速度(時速4km)の歩行を30分、4座位の姿勢を30分、最後に5臥位を30分間とる。この間、翼状針を留置し、5-10分おきに計13回、各4.5ml(化学・免疫検査4ml,CBC 0.5ml)合計58.5mlの採血]実施した。また、検体保存の影響の調査では、7名のボランティアに対し、(1)血清試料成分の安定性[血液の血清分離後の検体保存温度と時間の影響に関して、採血直後,1日後,3日後,7日後,14日後,28日後,56日後経過後、保存条件の影響度を分析]、(2)全血試料の安定性[血球計測に及ぼす検体保存温度と時間の影響]を実施した。これらの実験から得られた試料は(歩行・体動・体位の影響:約150検体,血清試料成分の安定性:約350検体)、-80°Cに保存し、測定精度を統一するため一括測定する予定である。なお、歩行・体動・体位の影響:約150検体、全血試料の安定性:約90検体は当日測定済みである。さらに、追加実験として、微量採血部位によるCBC検査値への影響[8名のボランティアより、示指,中指,薬指の3か所からの指尖採血(EDTA-2K)各35 ulと正中静脈からの全血採血(EDTA-2K) 2 mlの異なる4か所からの試料が血球計測に及ぼす影響]についても追加して実施する予定である。最終年度は、臨床検査の生理的変動要因に関する系統的再評価として、前年度までに実施した、(1)「月経周期が各種臨床検査値に与える影響」,(2)「5分間隔採血による体位変換の検査値に及ぼす影響」、今年度実施した、(3)「7段階の温度設定による血清試料の保存安定性」,(4)「微量採血法による末梢血検査の変動要因の検討」の各変動要因の分析・解析を行った。その結果、(1)有意な変動を認めたのは、36項目中7項目で、脂質代謝にかかわるTC, HDL-C, LDL-C、電解質,Mg,C4で明瞭な影響を認めた。特に月経周期の影響が大きかったのは、HDL-C,Na,TCであった。その増減をパターン別にみると、排卵期をピークに増加するTC, HDL-C, C4、卵胞期から排卵期にかけて増加するLDL-C、排卵期に減少するMg、卵胞期に増加し、排卵期に減少するNa, Clの5つのパターンを確認した。

(2)Alb,ALT,AST,LD,CK,TCは臥位に比べ、座位と立位で有意に上昇した。一方、Ca、RBC,Hb,Htではその程度が少なく、およそ臥位に比べて、座位で平均2.7%、立位で平均6.4%の上昇に留まった。一連の測定値の変化を5分間隔で調べると、体位変換後およそ1520分で、測定値がその体位に対して安定化することを明らかにした。(3)0°C以下の5段階も含め7温度条件を同時に比較検討した結果、-30°C以下の場合、C3以外の検査項目では測定値が安定であった。また、0°Cと-10°Cでは、-20°Cや4°Cと比べ、多くの検査項目で測定値がより不安定であった。(4)静脈血・毛細管血の差違の検討では、RBC,Hb値が静脈血よりも毛細管血で有意に高く、BASOが有意に低い結果であった。なお、これらの研究成果は、第55回日本臨床化学会年次学術集会ならびに、第62回日本臨床検査医学会学術集会にて発表した。臨床検査値の分析前変動要因に関する報告の多くは、標準化以前のため相互比較が困難で、分析条件も不完全である。本研究では、主要な変動要因について測定値を標準化して実験を系統的に行うことを計画した。血清試料の保存温度は、ー30,ー20,ー10, 0, 4, 10, 25, 37°Cの8条件で検討、ー10°C前後で不安定な項目が多かった。日内変動では、Fe, P等で大きな変化を認めた。体位の影響は、30分間隔で体位変換し5分毎採血で検討した。立位(臥位)→座位で変動する検査では20分の安静が必要と判明した。月経周期変動はHDL-C,Na,TCで認めた。今後より多くの変動要因について分析を続けたい。昨年度は、ボランティアからの試料採取が予定通り進まなかったが、今年度は順調に進行し、さらに追加実験として、微量採血部位によるCBC検査値への影響についても来年度実施する予定である。病態検査学平成27年度前半中には、(1)採血直前の歩行・体動・体位,(2)血清試料成分の温度安定性,(3)全血試料の温度安定性の各実験より得られた試料約500検体について、35-40項目の測定を実施する。さらに、微量採血部位によるCBC検査値への影響に関する調査も実施する予定であり、変動要因のより詳細な調査・解析が可能となった。すべての分析が終了次第、分析結果の解析処理、学会発表する予定である。試料分析に関しては、測定試薬の開封後の有効期間が短いことから、一括測定を予定しているが、現在、生理的変動要因の調査のための試料が十分集まっていないことによる。分析自体は、12週間程度で完了する予定である。分析が遅れたため、予定していた学会発表ができなかったことから、旅費について未使用額が生じた。今後は、個体内(生理的)変動に関する実験を中心に実施する予定である。最も基本的な情報として、日内リズム、体位・体動の影響、食事、運動・ストレスの影響について、改めて、綿密な計画のもとに、各変動要因毎に23段階のレベルに分け実験を行う。また、対象人数は、信頼性を上げるため、少なくとも10例(男女数均等配分)を目安とする。具体的には、運動・ストレスの影響については、1トレッドミルを用いた定量的な運動負荷(軽度負荷・中等度負荷・強度負荷)負荷を想定し、実施する。また、2体位・体動:体位の影響の大きさは、患者が来院後、採血まで何分間の座位安静が必要かについての情報を得るため、来院時までの立位歩行時間と、採血直前座位安静時間との関係を各々5分間隔で評価する。3ストレス・過労状態:
射影法に基づく制御モデル構築法の開発

本研究では、制御理論における問題に対する実用的な求解法を開発することを目的とする。線形行列不等式は制御理論で重要な役割を果たしており、制約可能性問題として定式化できるため、制約可能性問題に対する射影法に基づく解法の研究をおこなった。制約可能性問題に対する高速反射射影法、Douglas-Rachford法とHaugazeau法の特性を理論的、数値的に調査した。本研究では、これまでの求解法では解決できないような複雑で大規模な制御系に対するモデル構築について研究をおこなう。特に、非線形解析学の分野で活発に研究されている射影法に焦点を当て、制御モデルを構築する新たな求解法の開発を目的とする。平成25年度の目標として、以下の内容を挙げた。(1)制御系のモデル構築において線形行列不等式(Linear Matrix Inequality (LMI))に基づく手法が急速に発展している。一方、所望の条件を満足する制御モデルが満たすべき条件は、未知数に依存する行列の不等式制約(LMI条件)を用いて記述できるため、文献調査や打ち合わせ、学会参加によりLMI条件に関する情報収集をおこない、得られた情報を整理する。(2)本研究に関連するLMI条件を制約に持つ集合を構成し、各集合の凸性などの構造に関する調査や射影が陽的に定義できるかなどに注目して解析を進める。(3) LMI条件を評価・検討するための計算機の環境を整える。特に、LMIを解析する上で有効となるMATLAB開発環境を利用する。平成25年度は、これらの目標を踏まえてLMIに対する射影法の基礎的な先行研究を基に、半正定値行列全体の集合の上への射影、またそれを平行移動した集合の射影に関する陽的な表現について調査を進めた。一方で、古典的な射影法に改良を施すことで求解法の効率化にも取り組んだ。MATLABの開発環境を利用し、具体的なLMI可解問題に対して開発した求解法の数値実験を行うことで、その収束性について評価・検討をおこなった。本研究では、これまでの求解法では解決できない複雑で大規模な制御系に対するモデル構築について研究をおこなう。特に、非線形解析学の分野で活発に研究されている射影法に焦点を当て、制御モデル構築に関する新たな求解法の開発を目的とする。平成26年度の目標として、以下の内容を挙げた。(1)前年度に得られた知見を基に、未知数に依存する行列の不等式制約(LMI条件)を用いて構成される集合について、各集合に対する射影計算の研究を進める。また、整備した計算機の環境を用いて、考察した射影計算を数値実験によって検証する。(2)改良した射影法について、具体的な問題(LMI可解問題、最小二乗問題等)に適用してその有効性を検証する。(3)射影法に関連する求解法としてDouglas-Rachford法がある。Douglas-Rachford法は射影法より優れた収束性を持つことが知られており、今回扱う制御モデル構築に適用できるかどうか検討を進める。平成26年度はこれらの目標を踏まえて前年度に得られた求解法の収束性を議論する際に用いた手法および近年盛んに研究されているDouglas-Rachford法の収束性に関する論文等を参考にしながら理論面からの検討を進めた。開凸錐と閉凸集合の共通部分を求める制約可能性問題について調べた。制御理論で研究されている線形行列不等式はこのような構造を持つ問題に定式化できることが知られている。開集合に対しては射影が定義できず、既存の方法を直接適用できないという問題が生じる。先行研究のアイディアを用いてこの問題に対する近似問題を定義し、集合への射影と反射を組み合わせた解法を提案した。さらにDouglas-Rachford法、ハイブリッド法等の既存の解法を今回の問題に適用することにも成功した。具体的な問題に即して解法を検討するために、実験用の線形行列不等式問題に対する解法の実装を進めた。また近似問題とオリジナルの問題との関係についても考察し、解の存在条件なども検討した。前年度に纏めた改良した射影法に関する論文が学術雑誌に受理された。また、Douglas-Rachford法が適切な条件のもとで有限回で解に到達することを理論的に補償することができ、本研究課題で扱うモデルにも適用できることを明らかにした。数値実験によりその有効性も検証することができた。得られた成果は論文として纏めている段階である。数理工学Douglas-Rachford法の収束性、特に必要な繰り返し回数の上限等について詳細に検討を重ねる。また、数値実験により具体的な問題(最小二乗問題、良条件行列近似問題等)に適用した際の有効性および問題点などの検証をおこなう。提案した求解法は特定の条件の下で有限回で解に到達することが保障されており、数値実験においても従来の射影法と比較して効率的に解が求まる事が確認された。以上に示す通り、当初の予定通り研究が進捗している。旅費金額が安くすんだため。射影法にはこれまでに多くの効率化、高速化の手法が提案されている。

これらの手法を制御モデル構築法に応用し、実用面での進展を図る。また、低次数の制御モデルを構築する場合、非凸集合を考慮する必要があるため、制御モデル構築に関連する非凸集合の構造およびその集合の上への射影の陽的な表現について調査する予定である。文献複写料などに使用する予定である。
鞭毛運動の制御機構に関する研究-中心小管/スポ-ク系の機能の解明

真核生物の鞭毛・繊毛の多くは,「9+2」構造,即ち一対の中心微小管を9本の周辺微小管が取り巻いた構造をしている.各々の周辺微小管は,外腕・内腕・スポ-クを持ち,隣接する微小管とネクシンと呼ばれる構造でつながれている.鞭毛運動は,腕が隣接する周辺微小管を滑らせる滑り運動を原動力として引き起こされる.9本すべての微小管で滑りが同時に起こったのでは鞭毛運動の基礎となる屈曲の形成と伝播は起こらない.鞭毛内部では滑りの位置と量とを制御する機構があると考えられる.この制御には,腕,腕以外の構造とくにスポ-クなどの関与が示唆されている.私達の研究などから,滑りの位置と量の制御には,中心小管/スポ-ク系がかかわることが予想されているが,中心小管とスポ-クの両者が重要なのか,またそれらによってどのように滑りが制御されるのかは不明である.本研究は,軸糸構成要素を部分的に取り除いた鞭毛における波形解析,及び滑りに与えるCa^<2+>の効果を手掛かりに,滑りの制御にかかわる構造を特定し,その構造の機能の解明に寄与することを目指した.クラミドモナスの非運動性突然変異株の鞭毛を用いて,微小操作法により屈曲の誘導を試み,滑りの制御に関与する構造について検討した.突然変異株としては,中心小管を欠くもの,ダイニン外腕を欠くもの,内腕の一部を欠くもの,およびこれらの二重変異株を用いた.その結果,反応は,周期的運動が誘導されたもの,屈曲の伝播だけが生じたもの,反応しなかったもの,に大別された.これらの反応と欠失構造との関係を検討したところ,外腕と内腕の一部(分子種f)がある種の機能を共有している可能性があること,内腕は,中心小管/スポ-ク系によって何らかの制御を受けているらしいこと,スポ-クと中心小管の両者が波形の決定に重要であることが示唆された.また,ウニ精子鞭毛を用いたCa^<2+>の効果の解析から,Ca^<2+>は鞭毛内である特定の部位のダイニンの滑りを抑制するように働き,この抑制部位の決定には中心小管/スポ-ク系がかかわる可能性が示唆された.真核生物の鞭毛・繊毛の多くは,「9+2」構造,即ち一対の中心微小管を9本の周辺微小管が取り巻いた構造をしている.各々の周辺微小管は,外腕・内腕・スポ-クを持ち,隣接する微小管とネクシンと呼ばれる構造でつながれている.鞭毛運動は,腕が隣接する周辺微小管を滑らせる滑り運動を原動力として引き起こされる.9本すべての微小管で滑りが同時に起こったのでは鞭毛運動の基礎となる屈曲の形成と伝播は起こらない.鞭毛内部では滑りの位置と量とを制御する機構があると考えられる.この制御には,腕,腕以外の構造とくにスポ-クなどの関与が示唆されている.私達の研究などから,滑りの位置と量の制御には,中心小管/スポ-ク系がかかわることが予想されているが,中心小管とスポ-クの両者が重要なのか,またそれらによってどのように滑りが制御されるのかは不明である.本研究は,軸糸構成要素を部分的に取り除いた鞭毛における波形解析,及び滑りに与えるCa^<2+>の効果を手掛かりに,滑りの制御にかかわる構造を特定し,その構造の機能の解明に寄与することを目指した.クラミドモナスの非運動性突然変異株の鞭毛を用いて,微小操作法により屈曲の誘導を試み,滑りの制御に関与する構造について検討した.突然変異株としては,中心小管を欠くもの,ダイニン外腕を欠くもの,内腕の一部を欠くもの,およびこれらの二重変異株を用いた.その結果,反応は,周期的運動が誘導されたもの,屈曲の伝播だけが生じたもの,反応しなかったもの,に大別された.これらの反応と欠失構造との関係を検討したところ,外腕と内腕の一部(分子種f)がある種の機能を共有している可能性があること,内腕は,中心小管/スポ-ク系によって何らかの制御を受けているらしいこと,スポ-クと中心小管の両者が波形の決定に重要であることが示唆された.また,ウニ精子鞭毛を用いたCa^<2+>の効果の解析から,Ca^<2+>は鞭毛内である特定の部位のダイニンの滑りを抑制するように働き,この抑制部位の決定には中心小管/スポ-ク系がかかわる可能性が示唆された.
ブドウ球菌食中毒のパラダイムシフトー病原体・毒素・宿主への包括的アプローチ

ゲノムバイオロジーによる解析では、食中毒原性黄色ブドウ球菌の遺伝学的特性を検索するためにmulti locus sequence typing(MLST)によって由来の異なる黄色ブドウ球菌の系統解析とその系統のSEs/可動性遺伝因子/プラスミドプロファイルを行った。食中毒由来株と鼻腔由来株を用いて両集団の系統解析の比較を行ったところ、両集団を構成する系統の比率は有意に異なっていた。食中毒由来株で最も存在頻度が多かった系統では共通のSEH関連可動性遺伝因子を保有しており、さらに株によってSEA/SEB関連可動性遺伝因子と約25Kbpのプラスミドを保有していた。また、鼻腔由来株にも食中毒由来株と類似した遺伝学的特徴を示す株を含んでいたが、その出現頻度は2%と非常に低いものであった。また、ブドウ球菌エンテロトキシンA(SEA)の体内動態を検討するために、嘔吐モデル動物であるスンクスにSEAを複腔内投与、あるいは経口投与し、抗SEA抗体を用いて免疫組織学的にSEAの分布を検索した。複腔内、経口投与ともに、SEAは消化管粘膜下組織肥満細胞に結合していた。また、脱穎粒阻害剤の複腔内投与によって、経口投与および腹腔内投与されたSEAによる嘔吐が抑制されることが明らかになった。すなわち、SEAによる嘔吐発現において粘膜下組織肥満細胞による脱穎粒が重要な役割を果たしている可能性が高い。以上のように、ブドウ球食中毒由来菌の遺伝学的特性の一端を解明するとともに、SEAの感染機構に肥満細胞が関与することが明らかになった。当初の目的をある程度達成し、論文1報を発行した。新しい実験にも着手することができた。研究代表者が死亡したため、本研究は中止する。
遺伝的同化理論を考慮した洞窟性魚類の適応進化機構の解明

近年遺伝的同化が進化に果たした役割が再認識されつつあるが,これを野外で分子基盤を解明した研究はない.申請者の研究で,カワアナゴ科魚類には地上と洞窟の両環境に応じて表現型を変化させる種が存在し洞窟性種の進化に表現系可塑性が関与した可能性が示唆された.本研究では,本科魚類における遺伝的同化仮説を検証するため,まず本科各種の全ゲノム配列を決定し種系統樹を解明する.次に本科各種の表現型可塑性の程度を共通環境実験によって評価し可塑性の進化過程について考察する.さらに発現変動遺伝子解析を行い可塑性の進化の分子基盤を解明する.また適応形質の祖先形質推定を行い,洞窟性種の進化史における前適応の要否を検討する.近年遺伝的同化が進化に果たした役割が再認識されつつあるが,これを野外で分子基盤を解明した研究はない.申請者の研究で,カワアナゴ科魚類には地上と洞窟の両環境に応じて表現型を変化させる種が存在し洞窟性種の進化に表現系可塑性が関与した可能性が示唆された.本研究では,本科魚類における遺伝的同化仮説を検証するため,まず本科各種の全ゲノム配列を決定し種系統樹を解明する.次に本科各種の表現型可塑性の程度を共通環境実験によって評価し可塑性の進化過程について考察する.さらに発現変動遺伝子解析を行い可塑性の進化の分子基盤を解明する.また適応形質の祖先形質推定を行い,洞窟性種の進化史における前適応の要否を検討する.