hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
冷食の実証とその作用機作に関する研究

以上のことから、サンプル摂取後の変化は手首において現れやすく、測定指標となりうることが示唆された。漢方医学で詳述されている食品の中で寒涼性に分類されている食品について、生理効果が実際に存在するかどうかを科学的に実証することを目的として実験を行っている。今までに検索した結果、身体を冷やす傾向を示したアサリについて、確認実験をした。さらに、甲殻類の中からカニを選び、カニ摂取がヒトの体表温(額、首、手首、足首)、鼓膜温、血圧および末梢血流量などを指標とし、身体におよぼす影響を健康なヒトを対象として比較検討した。摂取物は凍結したサンプルと同量のエネルギー、タンパク質、糖質を含む材料で構成されたクッキーを対照食として、摂取後の変化を比較した。1.アサリ体表温の変化は額以外の部位において、アサリ摂取後は対照食に比較し低く維持する傾向が観察された。首では有意に上昇を抑制した(p<0.05)。経時的変化では摂取直後から上昇抑制を示し、その後長時間持続した。末梢血流量は有意に減少した(p<0.1)。前回の結果と同じ傾向を示し、再現性のあることが確認できた。アサリ摂取後身体を冷やすことが確認できたことから、今後は成分決定に前進していきたい。2.カニ体表温の変化をみると、ほとんどの部位でカニ摂取後は対照食に比較し低く維持する傾向が観察された。足首では体表温の低下を有意に促進し(p<0.05)、首では有意に上昇を抑制した(p<0.1)。経時的変化をみると、摂取後30分までに体表温を低く維持する傾向はより顕著であった。末梢血流量はカニ摂取後が減少を促進する傾向を示した。血圧は対照食に比較し、有意に上昇を抑制した(p<0.05)。
海洋高次捕食動物プラットフォームによる3次元海洋計測・環境動態監視システムの開発

小型の電子記録装置を動物に搭載するバイオロギング手法は,水生動物の生息域を大きく左右する海洋環境を把握するのに有効な手法となりうる.本プロジェクトでめざしたのは,動物の行動を周辺環境と共にモニタリングする新しい手法を開発することであった.熱帯から南極域に至る広範囲で野外調査を実施した.対象動物もまた,魚類・爬虫類・海鳥類・海産哺乳類と多岐にわたった.例えば,ベーリング海に浮かぶセントジョージ島で繁殖を行うハシブトウミガラスは,子育て期間中に周辺海域で餌取りを目的として潜水行動を行うが,彼らの潜水深度が現場の水温躍層と深い関係を有することが判明した.鉛直混合が進んだ海域で潜水を行う場合,彼らは深度80m前後の潜水を繰り返して餌を捕獲していた.ところが,水温躍層がある海域においては,水温躍層をめざした潜水を繰り返し行っていた.水温躍層によって,彼らの餌となる小魚類の滞在深度が左右され,それに対応して高次捕食動物のハシブトウミガラスは潜水深度を選択していたと解釈できる.別の例では,ドイツ南極基地周辺で行われたウェッデルアザラシ調査において,アザラシに搭載したカメラによって得られた画像から,南極海の厚さ150mの棚氷の下面に刺胞動物のような固着性生物が高密度に分布することが初めて明らかになった.近年の地球温暖化により,南極海の棚氷が広範囲にわたって崩壊する事が報告されている.棚氷の崩壊により,下面に付着する高密度の動物,およびその周辺に形成される生態系もまた崩壊している事を示唆するものである.数々のフィールド調査と個々の具体的成果より,海洋高次捕食動物は海洋環境モニタリングのプラットフォームとして有効であり,動物搭載型の各種小型記録計は動物自身の行動や生理を,周辺環境に照らし合わせて解釈するのに大いに役立っことが明らかとなった.小型の電子記録装置を動物に搭載するバイオロギング手法は,水生動物の生息域を大きく左右する海洋環境を把握するのに有効な手法となりうる.本プロジェクトでめざしたのは,動物の行動を周辺環境と共にモニタリングする新しい手法を開発することであった.熱帯から南極域に至る広範囲で野外調査を実施した.対象動物もまた,魚類・爬虫類・海鳥類・海産哺乳類と多岐にわたった.例えば,ベーリング海に浮かぶセントジョージ島で繁殖を行うハシブトウミガラスは,子育て期間中に周辺海域で餌取りを目的として潜水行動を行うが,彼らの潜水深度が現場の水温躍層と深い関係を有することが判明した.鉛直混合が進んだ海域で潜水を行う場合,彼らは深度80m前後の潜水を繰り返して餌を捕獲していた.ところが,水温躍層がある海域においては,水温躍層をめざした潜水を繰り返し行っていた.水温躍層によって,彼らの餌となる小魚類の滞在深度が左右され,それに対応して高次捕食動物のハシブトウミガラスは潜水深度を選択していたと解釈できる.別の例では,ドイツ南極基地周辺で行われたウェッデルアザラシ調査において,アザラシに搭載したカメラによって得られた画像から,南極海の厚さ150mの棚氷の下面に刺胞動物のような固着性生物が高密度に分布することが初めて明らかになった.近年の地球温暖化により,南極海の棚氷が広範囲にわたって崩壊する事が報告されている.棚氷の崩壊により,下面に付着する高密度の動物,およびその周辺に形成される生態系もまた崩壊している事を示唆するものである.数々のフィールド調査と個々の具体的成果より,海洋高次捕食動物は海洋環境モニタリングのプラットフォームとして有効であり,動物搭載型の各種小型記録計は動物自身の行動や生理を,周辺環境に照らし合わせて解釈するのに大いに役立っことが明らかとなった.4年間に及ぶ本研究の初年度に当たる平成15年度は、観測機器の開発、およびいくつかの野外観測を実施した。さらに、過去に得られたデータを用いて解析したところ、来年度以降本研究を進めて行くにあたって参考となる成果が得られたので、論文発表を行った。機器開発)動物の水中3次元遊泳軌跡を把握するために、地磁気・加速度・遊泳速度・深度を測定する測器を開発した。極域における調査では、残念ながらうまく作動しなかったが、来年度に向けた問題点が判明したので、改良を行った。温度変化に鋭敏に反応するセンサーを備えた測器の設計をおこない、来年度に向けた野外調査に向けての準備を行った。極域におけるエンペラーペンギン調査)アメリカ合衆国スクリップス研究所P.Ponganis博士らと共同で、平成15年10月から12月にかけて、アメリカ南極基地マクマードにおいて、エンペラーペンギン調査を実施した。海氷上に人工的に開けた穴から出入りするペンギンより、潜水中の行動データが得られた。亜熱帯域におけるアオウミガメ調査)小笠原父島で産卵を終えたアオウミガメ雌個体に、Satellite Relayed Data Loggerを搭載し、黒潮流軸を横切って北上し、伊豆諸島付近にまで到達する間の、水平位置・潜水行動・環境水温のデータ取得に成功した。熱帯域におけるジュゴン予備調査)来年度以降の本調査に先立ち、タイのトランにおいて、プーケット海洋研究所の研究員らと共に予備調査を行った。ジュゴンに装着する装置の詳細についての打ち合わせを行い、今後の装着・回収の手順についての検討をおこなった。4年間に及ぶ本研究の2年目に当たる平成16年度は、極域・亜寒帯域・温帯域・熱帯域における野外観測を実施した。極域におけるエンペラーペンギン調査)

アメリカ合衆国スクリップス研究所P. Ponganis博士らと共同で、平成16年11月から12月にかけて、アメリカ南極基地マクマードにおいて、エンペラーペンギン調査を実施した。海氷上に人工的に開けた穴から出入りするペンギンより、潜水中の行動データが得られた。亜寒帯域における海鳥調査)平成16年7月から8月にかけて,アラスカ沖のセントジョージ島においてウミガラス調査を実施し,潜水行動および水温鉛直分布に関するデータを得た.温帯域におけるオオミズナギドリ調査)平成16年5月から10月にかけて,岩手県釜石市三貫島においてオオミズナギドリ調査を実施し,採食トリップ中の行動データ,経験表層水温,および近海で捕食した餌生物に関するデータを得た.熱帯域における調査)小笠原父島で産卵を終えたアオウミガメ雌個体に、Satellite Relayed Data Loggerを搭載し、黒潮流軸を横切って北上し、伊豆諸島付近にまで到達する間の、水平位置・潜水行動・環境水温のデータ取得に成功した。インドネシアにおける産卵場において,オサガメ3頭に加速度データロガーを装着し,2頭からデータを得た.タイにおけるジュゴン調査のための補佐実験をPhuket Marine Biological Centerの飼育個体を用いて4月から5月にかけて行った.4年間に及ぶ本研究の3年目に当たる平成17年度は、極域・亜寒帯域・温帯域における野外観測を実施した。さらに、過去に得られたデータを用いて解析したところ、来年度以降本研究を進めて行くにあたって参考となる成果が得られたので、論文発表を行った。極域におけるエンペラーペンギン調査)アメリカ合衆国スクリップス研究所P.Ponganis博士らと共同で、平成17年10月から12月にかけて、アメリカ南極基地マクマードから200kmはなれたワシントン岬において、エンペラーペンギン調査を実施した。子育て期間中の親鳥の潜水中の行動データが得られた。亜寒帯域における海鳥調査)平成17年12月から1ヶ月間,インド洋亜南極圏のケルゲレン島において海鳥調査を実施し,潜水行動および飛翔行動に関するデータを得た.温帯域におけるオオミズナギドリ調査)平成17年5月から11月にかけて,岩手県釜石市三貫島においてオオミズナギドリ調査を実施し,採食トリップ中の行動データ,経験表層水温,および近海で捕食した餌生物に関するデータを得た.温帯域におけるウミガメ調査)平成17年7月から10月にかけて,岩手県大槌町周辺の定置網で捕獲されるウミガメを用いたデータロガー切り離し実験を実施した.索餌回遊中の亜成体の潜水行動記録を得ることができた.4年計画の最終年度に相当する18年度は,これまでの研究とりまとめを主として行った.例えば,ベーリング海に浮かぶセントジョージ島で繁殖を行うハシブトウミガラスは,子育て期間中に周辺海域で餌取りを目的として潜水行動を行うが,彼らの潜水深度が現場の水温躍層と深い関係を有することが判明した.鉛直混合が進んだ海域で潜水を行う場合,彼らは深度80m前後の潜水を繰り返して餌を捕獲していた.ところが,水温躍層がある海域においては,水温躍層をめざした潜水を繰り返し行っていた.
電界共役流体により駆動されるマイクロ人工筋を用いたマイクロロボットアームの研究

本研究課題は,直流高電圧の印加によって活発なジェット流を発生する電界共役流体(Electro-conjugate fluid, ECF)を利用してマイクロロボットアームに適用可能なマイクロ人工筋アクチュエータを実現し,その制御法を確立したのち,これらを用いたマイクロロボットアームを具現化することを目指す.平成19年度はECFマイクロ人工筋アクチュエータのセル形プロトタイプの実現と制御法の確立およびマイクロハンドの構築を計画し,以下の成果を得た.はじめに,ECFマイクロ人工筋アクチュエータの構成部であるECFジェット発生部,繊維強化シリコーンゴムチューブ,およびECFタンクを一体化し,実際にマイクロロボットアームに搭載可能なセル構造を提案し,プロトタイプを試作した.とくに昨年度の成果を改良し,小型化および構造の簡単化を行った.この結果,ECFジェット発生部を内蔵した繊維強化シリコーンゴムチューブの周囲にECFタンクを配置したφ10mm×12mmのECFマイクロ人工筋セルを実現した.また,このセルを複数個,直並列に集積化することによって,変位および発生力が増大することを実験的に確認した.さらに,ECFマイクロ人工筋セルに対して収縮変位を制御し,収縮変位0mmから1mmまで,0.2mmのステップ幅ごとに良好な変位制御を実現した.これにより,マイクロロボットハンドのためのアクチュエータとしての有効性を確認した.また,マイクロハンド実現のための新たな手法として,断面が中心角120度の3部屋を有するチューブの内圧をECFジェットによって制御するタイプのECFマイクロフィンガを開発した.本フィンガは先端部を3次元空間内で多自由度に駆動することが可能である.以上より,ECFを利用することによって簡便な構造でマイクロロボットアームあるいはハンドを構成できることが明らかとなった.本研究課題の目的は,微小な対象物のハンドリングやマイクロマシンの組立を行うためのマイクロロボットアームを実現することである.すなわち,直流高電圧の印加によって活発なジェット流を発生する電界共役流体(Electro-conjugate fluid, ECF)を利用してマイクロロボットアームに適用可能なマイクロ人工筋アクチュエータを実現し,その制御法を確立したのち,これらを用いたマイクロロボットアームを具現化することを目指す.平成18年度はECFマイクロ人工筋アクチュエータの実用モデルの実現と制御法の確立を計画し,以下の成果を得た.はじめに,ECFマイクロ人工筋アクチュエータの構成部であるECFジェット発生部,繊維強化シリコーンゴムチューブ,およびECFタンクを一体化し,実際にマイクロロボットアームに搭載可能なセル構造を提案し,プロトタイプを試作した.プロトタイプはECFジェット発生部を内蔵した繊維強化シリコーンゴムチューブの周囲にECFタンクを配置した構造であり,寸法はφ13mm×10mmである.内部に充填したECFに発生するジェット流によって印加電圧5kVにおいて1.2mmの収縮変位を実現した.また,収縮方向の発生力は最大0.17Nであった.つぎに,上記のプロトタイプの収縮変位を制御した.すなわち,レーザ変位計を用いてECFマイクロ人工筋アクチュエータの先端変位を測定し,目標位置との偏差に応じてPD制御則によってアクチュエータへの入力電圧を制御した.これにより,収縮変位0mmから1mmまで,0.2mmのステップ幅ごとに良好な変位制御を実現した.今後はプロトタイプの小型化(目標寸法φ3mm×5mm程度)および精密な位置・力制御を実現し,具体的なマイクロロボットアームの実現を目指す.本研究課題は,直流高電圧の印加によって活発なジェット流を発生する電界共役流体(Electro-conjugate fluid, ECF)を利用してマイクロロボットアームに適用可能なマイクロ人工筋アクチュエータを実現し,その制御法を確立したのち,これらを用いたマイクロロボットアームを具現化することを目指す.平成19年度はECFマイクロ人工筋アクチュエータのセル形プロトタイプの実現と制御法の確立およびマイクロハンドの構築を計画し,以下の成果を得た.はじめに,ECFマイクロ人工筋アクチュエータの構成部であるECFジェット発生部,繊維強化シリコーンゴムチューブ,およびECFタンクを一体化し,実際にマイクロロボットアームに搭載可能なセル構造を提案し,プロトタイプを試作した.とくに昨年度の成果を改良し,小型化および構造の簡単化を行った.この結果,ECFジェット発生部を内蔵した繊維強化シリコーンゴムチューブの周囲にECFタンクを配置したφ10mm×12mmのECFマイクロ人工筋セルを実現した.また,このセルを複数個,直並列に集積化することによって,変位および発生力が増大することを実験的に確認した.さらに,ECFマイクロ人工筋セルに対して収縮変位を制御し,収縮変位0mmから1mmまで,0.2mmのステップ幅ごとに良好な変位制御を実現した.これにより,マイクロロボットハンドのためのアクチュエータとしての有効性を確認した.また,マイクロハンド実現のための新たな手法として,断面が中心角120度の3部屋を有するチューブの内圧をECFジェットによって制御するタイプのECFマイクロフィンガを開発した.本フィンガは先端部を3次元空間内で多自由度に駆動することが可能である.以上より,ECFを利用することによって簡便な構造でマイクロロボットアームあるいはハンドを構成できることが明らかとなった.
短時間で架設できる災害時応急橋の開発

災害時に交通路が遮断された場合を想定し、人命救助や緊急物資輸送のための応急橋を開発した。入手が容易な木材を利用し、軽量で折り畳んでトラック輸送が可能となっている。試作した模型供試体の重量は85kgであり、折り畳んだ状態での橋軸方向長さは390mmと、コンパクトにすることができる。災害現場では、折り畳んだ状態から展開して橋梁構造体を完成させることができ、長時間の架設工事は不要である。展開作業には、大型重機等は不要で、人力で行うことができる。(1)木製トラス構造の現地施工性の検討支間長10メートルの実物大木製ワーレントラス橋で、施工性の検討を行った。その結果、半日程度で架設でき、施工性に問題のないことが判明した。一方、架設現場に組み立て作業を行うヤードが必要で、かなりの面積を要することも判明した。また、架設時間に関しては、人命に関わることを想定すると、更なる時間短縮をすることが望ましく、1時間程度の急速施工が可能な応急橋が望ましいと考えられる。(2)折り畳みの幾何形状の検討トラス主構と横梁の連結位置に応じて折り畳み時のコンパクト化に影響を与えることが判明した。畳んだ時のコンパクト性を考え、適切な横梁の連結位置を明らかにし、5分の1スケールの模型で折りたたみ状況を確認した。折りたたんだ際の長さが170mmにまでコンパクトにできることが明らかとなった。このサイズであれば、実物大では中型トラックの荷台に載せることができ、運搬の面では非常に好都合となる。(3)折り畳み・展開機構の検討架橋地点の手前側から対岸に折りたたみ橋を架設する際、手前側にいる人員のみの操作で架設する方法を検討した。ここでは、マジックハンド(パンタグラフ)による手前側のみの操作で伸縮できる機構を採用した。マジックハンド構造を折りたたみトラス橋の下部に設置し、適切な間隔で横桁にヒンジ接合した。その結果、展開、折りたたみの動きがスムーズで架設が容易にできることが示唆された。更に、橋軸直角方向への変位が抑制される効果もあり、本橋梁の実用化に向けて重要な結果を得ることができた。木製トラス構造が橋梁架設現場において、軽量で施工性が良く、短時間架設が可能であることを明らかにした。折り畳むことのできる橋の開発に当たって、基本構造はハウトラス構造とし、トラス格間毎のパネルを折り畳める幾何形状を考案した。更にマジックハンド構造を適用した折り畳み・展開機構の開発を実施することができた。一方、当初の計画にあった、圧縮部の弾性横倒れ座屈の防止策については、まだ検討中の段階となっており、成果を上げるに至っていない。5分の1スケールの模型製作は、当初計画では平成28年度に実施の予定であったが、実際には平成27年度中に完成し、可動状況を確認できる段階に到達している。以上より、研究の進捗状況としては、おおむね順調であると判断できる。(1)屋外環境での使用による木材の健全度調査登山道に移設された支間長10メートルの木製ワーレントラス橋の床版に使用された製材の健全度を調査した。この部材は5年間屋外で使用され、端部に腐朽箇所が認められたため、目視による劣化度判定を行った。その結果、劣化度ADの4段階評価のうち、腐朽の進んだA及びB判定を有する部材が床版全体の9割以上であることが判明した。また、この腐朽は床版を支持する箇所においてのみ発生し、その箇所に水が溜まりやすい構造になっていることが原因であることを突き止めた。(2)折り畳み木製トラス応急橋模型の改良折り畳み式木製応急トラス橋の模型供試体の展開動作を行うための機械的装置を開発した。27年度までは展開方法としてマジックハンド(パンタグラフ)構造を橋梁下部に取り付け、そのマジックハンドの端部を手作業で開閉して、橋梁本体の展開・折り畳みを行っていた。28年度は、マジックハンド端部の開閉動作を、強力なギアーボックスを組み込むことによってギアの回転運動により、小さい力でスムーズに展開・折り畳みができるよう改良した。ギアボックスは、ウォームギアとウォームホイール、平歯車、ハンドルから成り、ハンドルを回転させると、一組のウォームギアとウォームホイールに伝達され、その回転が、マジックハンドの展開動作に伝達される仕組みとなっている。ハンドルの回転は平歯車を介してもう一組のウォームギアとウォームホイールに逆回転で伝達され、2本のマジックハンドを同時に動かすことができる。前年度までに5分の1スケール模型の製作は完了しており、展開・折り畳みの動作確認も完了している。固定端構造は大型の三角フレームを使用することにより、片持ち状態における固定端曲げモーメントに抵抗できることが実験的に判明しているが、安全率がどの程度かまでは判明していない。圧縮部の弾性横倒れ座屈に対する対策案として、横桁を上弦材に取り付ける案(5分の1模型で採用)と、床版の位置を下弦材よりやや上方に設置する案を検討しており、今年度中には明らかにできる予定である。また、ギアーボックスの設置による動作確認が昨年度中に完了し、この進捗は大きな成果と捉えることができる。以上により、「おおむね順調に進展している」と判断した。災害復旧を迅速に行うために、急速施工が可能となる折り畳み式橋梁を開発することを目的としている。最終年度は、実際に人が歩行できるサイズによる木製折り畳み式トラス橋を製作した。

橋梁形式はハウトラスとし、展開時は一端固定、他端自由、また、完成時は単純支持の支持条件となる。トラスは1パネルが上弦材、下弦材、垂直材、斜材から構成され、6パネルで1スパンを形成する。各パネル間は蝶番により連結され、この箇所でヒンジとなり180度の折り畳みが可能となっている。展開完了時は6000mmの全長を有するが、折り畳み時はわずか390mmに縮めることができ、コンパクト化を達成している。研究期間全体を通じて、以下の通り、研究内容、成果および意義をまとめる。(1)これまでの研究で、施工時間を短縮できる木製トラス橋を開発したが、より一層の短縮化を図るべく、製作に関する条件と輸送・架設に関する条件を設定し、それらを満たす新しい橋梁形式を考案した。(2)展開機構を実現させるための部分模型および全体模型を製作した。(3)実証実験により折り畳み、展開のメカニカルな構造的不具合を解消し、スムーズな折り畳み、展開動作が可能となった。(4)ウォームギヤ、ウォームホイールの採用により、人力による小さな力で折り畳み、展開動作を可能とすることが明らかとなった。(5)最もコンパクトな状態から橋の構造体に展開される時間を計測し、極めて短時間で完了することが明らかとなった。(6)実際の災害現場で利用できれば、災害復旧に大きく貢献できる意義がある。災害時に交通路が遮断された場合を想定し、人命救助や緊急物資輸送のための応急橋を開発した。入手が容易な木材を利用し、軽量で折り畳んでトラック輸送が可能となっている。試作した模型供試体の重量は85kgであり、折り畳んだ状態での橋軸方向長さは390mmと、コンパクトにすることができる。災害現場では、折り畳んだ状態から展開して橋梁構造体を完成させることができ、長時間の架設工事は不要である。展開作業には、大型重機等は不要で、人力で行うことができる。これまでの実験で、模型供試体のヒンジ部が部材同士の接触により適切に展開しないことがしばしば起きた。したがって、ヒンジ部の改良をまず第一に行う。また、展開機構にマジックハンド構造を適用し、それが効果的であることが判明したが、それを動かす動力を検討する必要もある。以上と、当初計画の未達成項目を加えて、今後の研究の推進方策は以下の通りとなる。(1)折り畳みヒンジ部の部材接触回避のための改良(2)マジックハンド可動用動力の開発(3)圧縮部の弾性横倒れ座屈の防止策の検討(4)展開時固定端構造の検討今後は人間が歩行できる折り畳み式応急橋を製作する。当初の計画では、実物大模型を製作する予定であったが、実験室において、製作スペースと保管場所の確保が困難であることから、多少スケールダウンさせ、2分の11.5分の1程度の大きさに変更する。サイズの変更のみで、構造形式や実証実験の内容に変更はなく、歩行者が通行できる強度を保有させるため、当初予定の成果を得ることが可能である。以下の手順で研究を進める。(1)全体構造・接合部・ギヤーボックスの設計(2)床版構造の設計(3)模型製作(4)展開・折り畳み動作試験(5)歩行試験橋梁工学物品費の支出を抑えることができたため。
ヘムオキシゲナーゼへの還元力供給経路に関する生化学的・構造生物学的研究

ヘムオキシゲナーゼ(HO)はNADPH-シトクロムP450還元酵素(CPR)からの還元力と分子状酸素を用いて、ヘムを分解する酵素である。本研究はNADPHからヘムへの還元力の供給経路解明およびHO-CPR複合体の立体構造解析を目的とし、反応の中間段階であるヒドロキシヘムからベルドヘムへ至る反応に必要な還元力の供給経路、ヘムの持つ二つのプロピオン酸側鎖の還元力授受における役割について検討した。HO-CPR複合体の良質な結晶は得られなかったが、複合体を安定化する条件を見出した。ヘムオキシゲナーゼ(HO)は酸素分子とNADPH-シトクロムP450還元酵素(CPR)からの還元力を用いる酸素添加反応によって、ヘムのα-meso位を部位特異的に開裂し、ヘムをα-ビリベルジン、一酸化炭素、鉄へと分解する酵素である。本研究ではCPRからHOへどのように電子が受け渡されるのかについて明らかにすることを目的としている。CPRにはFAD、FMNの二種類の補酵素が含まれており、電子はNADPH→FAD→FMN→ヘム-HO複合体の順序で流れると考えられている。しかし、ベルドヘムからビリベルジン-Fe錯体へ至る反応過程に必要な還元力は、必ずしもFMNを経由しないことがこれまでの我々の研究から分かっている。このような還元力供給経路の違いは各反応ステップでのHOの立体構造の違いに起因する可能性がある。そこで、本年度は反応中間体であるベルドヘムとラットHO複合体の立体構造を明らかにした。この立体構造と既に明らかにしているヘム-HO複合体、ビリベルジン-Fe錯体-HO複合体の立体構造を比較することによって、還元力供給経路の違いが明らかになることが期待される。また、ベルドヘム-HO複合体の立体構造中においても、これまでHOの活性発現に重要とされてきた複数の水分子からなるヘムポケット内の水素結合ネットワークは維持されており、HOの反応機構を考える上でも重要な構造基盤が得られた。CPR-HO複合体の立体構造は還元力供給経路を考える上で、最も重要な構造であるが、CPR-HO複合体の結晶は現在まで得られていない。本結晶を得るには複合体の安定化が重要な鍵となると考えられ、現在はCPRとHOの融合タンパク質の調製を行ない、その生化学的性質や結晶化条件を検討している。ヘム分子内ではCPRから受け渡された還元力はプロピオン酸側鎖を経て、中心金属へ受け渡されると考えられている。ヘムにはプロピオン酸側鎖が二本あるが、そのうちの片側をメチル基に置換した化合物(片足ヘム)とHOの複合体を調製し、酵素原応過程及びその立体構造を解析した。立体構造からは、片足ヘムほプロピオン酸側鎖をヘムポケットの内側に向ける形で結合することが分かつた。これはHOがヘムのメチル基とビニル基の違いより、プロピオン酸側鎖をよく認識していることを示しており、他のヘムタンパク質であるミオグロビンやシトクロムP450とはヘムの認識が異なることを表している。酵素反応においても、どちらのプロピオン酸側鎖が残されているかによって、若干の差が確認された。最近シトクロムP450とCPR間の電子伝達においては、従来のCPRの結晶構造とは異なる立体構造のCPRが機能しているとの報告がなされた。HOにおいても従来の結晶構造とは異なる立体構造のCPRが相互作用しているのではないかと考え、その構造が優先的になるCPRの変異体を作製し、HOとの共結晶化条件や、そのCPR変異体を用いた場合の酵素反応過程を検討している。ヘムオキシゲナーゼ(HO)は酸素分子とNADPH-シトクロムP450還元酵素(CPR)からの還元力を用いる3段階の酸素添加反応によって、ヘムのα-meso位を部位特異的に開裂し、ヘムをビリベルジン、一酸化炭素、鉄へと分解する酵素である。これまでの研究で、HO反応の第3過程であるベルドヘムからビリベルジンへの変換では、還元力供給にFMNが必要ないことが分かっていた。

今回、野生型CPRとFMN欠損CPRを用いて、HO反応の第2過程であるαヒドロキシヘムからベルドヘムへの還元力供給経路を検討した結果、第3過程とは異なり、CPRに結合したFMNが必須であることが分かった。CPR-HO複合体の立体構造は還元力供給経路を考える上で、最も重要な構造であるが、良質なCPR-HO複合体結晶は現在まで得られていない。野生型よりも安定なCPR-HO複合体を得るために、CPRのFADドメインと連結ドメインをつなぐヒンジ領域を切除したCPRを用いたところ、非常に安定な複合体をHOと形成することが明らかになった。本変異CPRは野生型と比べると遅い速度ではあるが、ヘム-HO複合体を還元できることも分かった。また、野生型CPRとの相互作用が低下する変異HOは、本変異CPRとの相互作用低下も示唆された。以上のことは、本変異CPRとHOの相互作用様式は野生型と大筋では変わらないことを示唆している。そこで、現在は本変異CPRとHOの共結晶化を試みている。
昆虫ゲノムにおける転移因子の動向による異種交雑の指標確立

カイコは野生クワコと交配可能であり、人工的に雑種を作ることは可能だが自然界でこの2種の雑種系統は生き残れないと考えられている。本研究では雑種個体の簡便判定法の確立を目指し、ゲノム中の転移因子に注目した。まず、カイコ、クワコのゲノム上の同位置に挿入されている数種類の転移因子の挿入順位とその年代を、両種のこの領域の塩基配列データを用いて推定できた。次にゲノム上の上述の位置で特徴的な構造を持つユニット(カイコのみで転移因子の3重構造)の交配雑種次世代以降での動向、昆虫のrRNA遺伝子中に配列特異的に挿入されている転移因子R2Bmのゲノム中での動向を追跡することが雑種判定に有効であることを示唆した。カイコ(p50系統)の雌と関東地域に生息しているクワコの雄を交配させた次世代の雌雄数個体のゲノムDNAを用いて、CIMを増幅するプライマー(Cecropia蚕MLEの末端逆位繰り返し配列)、およびCIMの中でもBmTNML座位を特異的に増幅するプライマーでそれぞれPCRを行った。予め、p50系統の親雌個体における、CIM, BmTNML領域は共にカイコ型であり(転移因子mariner-like elementにレトロトランスポゾンBMC1が挿入され、さらにL1Bmが挿入された転移因子の3重構造)、クワコはカイコ型ではないクワコ日本型であることを確認した。交雑次世代においては、カイコ型とクワコ型のヘテロの個体が出現し、それぞれの配列は、カイコ、クワコ双方のBmTNML領域のものであった。従って、少なくともカイコ雌が野生のクワコ雄と交雑した次世代においてはBmTNMLカイコ型が検出できることがわかった。また、F1以降の後代においても、カイコ型は維持される可能性が示唆された。BmTNML座位以外のCIMが座上しているいくつかの座位について、CIMおよびそれらが挿入されたホストゲノム領域の配列をカイコ、および採集したクワコから決定した。カイコゲノムにおけるR1, R2因子の全長、rDNA領域、rDNA以外の領域に挿入されたR1, R2部分配列におけるGC含量を解析した。その結果、R1, R2の全長のGC含量は高く、rDNA領域ではR1, R2やその他の転移因子が挿入されている領域、またrDNA遺伝子領域以外でも、R1, R2の部分配列に挿入された領域におけるGC含量は高い傾向にあった。また、rDNA、およびR1, R2の転写産物の長さに応じて(何種類かの長さの領域が特異的にターゲットとなっている)非コードRNAが結合する傾向にあることがわかった。DNA型トランスポゾンmariner-like element (MLE)はカイコゲノムでは6タイプ(Bmmar1-Bmmar6)が報告されている。その中のBmmar2に分類されるタイプで、Cecropia蚕MLEの末端逆位繰り返し配列(Inverted Terminal Repeat)をプライマーとしてピックアップされたMLEであるCIM( Cecropia-Inverted-Mariner)はカイコゲノム中に19コピー存在する。今回は、MLEに他の転移因子が挿入された6番染色体と、MLEが単独で挿入されている9番と11番染色体に挿入されたCIMとその周辺のホストの配列を用いて、コアレセントモデルに基づくベイズ推定により次のことを明らかにした。1)転移因子とホストゲノムの置換速度はほぼ同じで、転移因子をイベントの時刻の推定に使える。2) 3つのCIMはクワコの共通祖先より前に独立に転入した。3)クワコ、カイコの分岐は700万年前(既報に合致)。4) 6番染色体に挿入されたMLEに挿入されたレトロトランスポゾンL1Bmの挿入後、カイコの系統のみで更にレトロトランスポゾンBMC1が挿入された。そして、一部のクワコ集団でのみ、DNA型トランスポゾンBmamaT1が挿入され、またその中で更に一部の集団でBmamaT1が脱落した。5)クワコの多様性は有効集団サイズにして500万-1000万年前に共通祖先で確立された。6)カイコの多様性は有効集団サイズにして15万-30万年前に共通祖先で確立され家畜化されたのはクワコのごく一部だが数匹ではない。Bombyx mori(カイコ)の11番染色体クラスター以外のゲノム領域におけるrDNA配列の断片の存在を検出するため、ゲノムのコンティグとEST、さらに同族鱗翅類のrDNA配列を、BLAST解析を基に収集し、それらをCAP3 Sequence Assembly Programを用いてアライメントさせ、rDNA遺伝子、R1およびR2の全長の転写単位の配列を決定した。次にゲノム領域オーソログから、B. huttoni(インドクワコ)、B. mandarina(クワコ)、B. mori(カイコ)の低カバレッジゲノム配列からのR1, R2配列を持つcontigまでの配列を抽出し、同時にアッセンブルゲノム内のR1, R2及びrDNA配列全てに応じるnon-coding RNAの再構築を行った。その結果、カイコではrDNA領域のGC含量は他のゲノム領域よりも高い中、R1,R2因子の部分配列挿入周辺領域は更に高いGC含量値を示し、全長挿入周辺領域配列のGC含量はそれらよりも更に高かった。

また、rDNA領域以外に挿入されているR1, R2部分配列が挿入された領域のGC含有はrDNA中に挿入された全長R1, R2挿入領域とほぼ同じく非常に高く、遺伝子に隣接した領域や、遺伝子融合箇所に挿入されていた。従ってこれらの領域が転写に影響を及ぼすクロマチンに局所構造変化をもたらす二次構造の形成に関与している可能性が考えられた。また、rDNAおよびR1, R2の転写産物の長さに応じて複数の領域がnon-coding RNAの結合領域として同定され、また少数が複数のnon-coding RNAの特異的な標的となっていたことから、これらの上流または下流の遺伝子制御におけるR1, R2部分配列が機能的な役割を果たしている可能性が考えられた。さらにクワコおよびインドクワコのゲノム上でR1,R2挿入のないゲノム領域はすべて、カイコではnon-coding RNAの標的であった。カイコゲノムの19座位に散在するCIM{Cecropia蚕のmariner-like element(MLE)転移因子の末端逆位繰り返し配列(ITR)をプライマーとして増幅される全長MLE:Bmmar2に分類される}中の1座位、BmTNML領域(MLEにレトロトランスポゾンBMC1が挿入され、さらにL1Bmが挿入された転移因子の3重構造)を持つカイコ♀個体とBmTNML領域を持たないクワコ(九州産)♂個体を交配させたF1世代の♀♂数個体についてBmTNML座位の動向を追跡したところ、一定の割合でこの領域を持つカイコークワコのヘテロ型個体の出現を確認できた。前年度までの結果と統合すると、日本クワコ♂の生息場所に拘らず、交雑次世代においてはカイコ♀由来のBmTNML座位を持つ個体が出現することが明らかになった。さらにF2,F3世代、またF1をカイコ♀♂と交配した集団において、BmTNML座位を保持している個体を確認できた。一方カイコの♂とクワコ九州産♀,関東産♀を交配させたF1, F2世代においてもBmTNLM座位を維持した個体が確認された。これらから、日本クワコにおいて、BmTNML座位の有無を調査することは、カイコとの交雑の可能性を確認できる簡便なスクリーニング法として有効であることが示唆された。また、交雑個体でのR2Bmの5'欠失プロファイルは、クワコ親個体(集団)のゲノム中でのR2の分布に依存し変動することが確認できた。BmTNML座位以外の数箇所の座位へのCIMの挿入年代推定の結果から、CIMはカイコとクワコの共有祖先のゲノムへほぼ同時に挿入された可能性が高いことが示唆されたが、全ての座位を解析してはいないので、今後も他の座位についての解析を継続する。インドクワコのCIMはカイコのBmmar2に相当することが予測されたが他のBmmarに関してカイコ、クワコのMLEと強い相関を持つ結果を得ることはできなかったので、ゲノムの情報からのアプローチを試みる予定である。カイコは野生クワコと交配可能であり、人工的に雑種を作ることは可能だが自然界でこの2種の雑種系統は生き残れないと考えられている。本研究では雑種個体の簡便判定法の確立を目指し、ゲノム中の転移因子に注目した。まず、カイコ、クワコのゲノム上の同位置に挿入されている数種類の転移因子の挿入順位とその年代を、両種のこの領域の塩基配列データを用いて推定できた。次にゲノム上の上述の位置で特徴的な構造を持つユニット(カイコのみで転移因子の3重構造)の交配雑種次世代以降での動向、昆虫のrRNA遺伝子中に配列特異的に挿入されている転移因子R2Bmのゲノム中での動向を追跡することが雑種判定に有効であることを示唆した。
ハルバッハアレー振動発電機によるインフラ構造物状態モニタリングの実現

高度成長期に構築された橋梁や道路橋,トンネル,水道管など社会インフラの老朽化による事故が懸念されている.構造物内部の塩化物濃度や温度等をセンサーネットワークにより連続的にモニタリングできれば,安全性の飛躍的な向上が望める.特に,環境中からエネルギーを回し,測定データを無線送信する自律センサを用いれば,構造物の内部状態モニタリングが可能となる.構造物の微小振動からエネルギーを回収する振動発電機として電磁誘導型があるが,小型化が難しく,微小振動下でのセンサ駆動も難しかった.本研究では,回転機等に使用されているハルバッハ配列を2次元アレー化し,その上にスマートフォン等に採用されている多層巻きコイルを高密度に配置することにより,小型化と高効率化が同時に達成し,0.1G以下の微小振動で無線センサを駆動する振動発電機を開発することを目的とする.本年度は2次元化したハルバッハ磁石アレーの基本設計を行った.設計では,面状の永久磁石領域を微小なセルに分割し,磁石から離れた点での磁束密度が最大となるように,それぞれのセルの磁石配向を遺伝的アルゴリズムと,デジタルアニーラを用いた方法の2通りで決定した.その結果,6角形の配向分布を持つ新しい構造が得られた.従来の2次元ハルバッハ磁石では,磁石が存在しない無効領域があるが,本研究で得た構造はそのような無効領域が存在せず,空間を有効利用している.この新しい結果は2019年度に開催される国際会議COMPUMAGにて報告する予定である.また本年度は,エラストマー磁石を作成する上での実験的検討を進めた.最適化計算により,従来報告されていなかった6角形状の2次元ハルバッハ配列が得られた.また,このハルバッハ配列を面状にアレー化することにより,単一磁石よりも高い誘導起電力が得られることがわかった.さらに,ハルバッハ配列を実現するためのエラストマー磁石についても,実験的検討を進めることができた.2018年度の検討で得られた2次元ハルバッハ配列をエラストマー磁石で構成する.また構成した磁石が発生する空間的な磁束密度分布をガウスメータにより計測する.計測した磁束密度分布が解析値と乖離している場合には,磁石内部の配向の検討など様々な要因分析を行う.また,2次元ハルバッハ配列の近傍に設置するコイルの設計も行う.さまざまなコイル配置・サイズに対する最適なハルバッハ配列についても検討する.高度成長期に構築された橋梁や道路橋,トンネル,水道管など社会インフラの老朽化による事故が懸念されている.構造物内部の塩化物濃度や温度等をセンサーネットワークにより連続的にモニタリングできれば,安全性の飛躍的な向上が望める.特に,環境中からエネルギーを回し,測定データを無線送信する自律センサを用いれば,構造物の内部状態モニタリングが可能となる.構造物の微小振動からエネルギーを回収する振動発電機として電磁誘導型があるが,小型化が難しく,微小振動下でのセンサ駆動も難しかった.本研究では,回転機等に使用されているハルバッハ配列を2次元アレー化し,その上にスマートフォン等に採用されている多層巻きコイルを高密度に配置することにより,小型化と高効率化が同時に達成し,0.1G以下の微小振動で無線センサを駆動する振動発電機を開発することを目的とする.本年度は2次元化したハルバッハ磁石アレーの基本設計を行った.設計では,面状の永久磁石領域を微小なセルに分割し,磁石から離れた点での磁束密度が最大となるように,それぞれのセルの磁石配向を遺伝的アルゴリズムと,デジタルアニーラを用いた方法の2通りで決定した.その結果,6角形の配向分布を持つ新しい構造が得られた.従来の2次元ハルバッハ磁石では,磁石が存在しない無効領域があるが,本研究で得た構造はそのような無効領域が存在せず,空間を有効利用している.この新しい結果は2019年度に開催される国際会議COMPUMAGにて報告する予定である.また本年度は,エラストマー磁石を作成する上での実験的検討を進めた.最適化計算により,従来報告されていなかった6角形状の2次元ハルバッハ配列が得られた.また,このハルバッハ配列を面状にアレー化することにより,単一磁石よりも高い誘導起電力が得られることがわかった.さらに,ハルバッハ配列を実現するためのエラストマー磁石についても,実験的検討を進めることができた.2018年度の検討で得られた2次元ハルバッハ配列をエラストマー磁石で構成する.また構成した磁石が発生する空間的な磁束密度分布をガウスメータにより計測する.計測した磁束密度分布が解析値と乖離している場合には,磁石内部の配向の検討など様々な要因分析を行う.また,2次元ハルバッハ配列の近傍に設置するコイルの設計も行う.さまざまなコイル配置・サイズに対する最適なハルバッハ配列についても検討する.
自閉症者の就労継続支援に関する研究

○研究目的と方法自閉症者は極端なこだわりやいろいろな不適切行動を伴っているため、就労や就労を継続することに大きな課題がある。そこで、就労を継続している自閉症者や離職(転職含)した自閉症者の事例を分析・検討することで、就労を継続するために必要な支援について検討した。対象は、本校を卒業した就労を継続している自閉症者26名と離職経験者35名(転職経験者15名含)とし、事例の分析及びそれぞれの事業所への調査(面接・アンケート調査及び職務分析)を実施した。○研究結果・就労継続には、所属する集団の人的環境が大きく影響していた。・障害程度や問題行動(パニック、こだわり等)の有無は就労継続のさまたげにはなっていない。・就労継続には保護者の意識やかかわり方が大きく影響していた。・継続者のほとんどが、最初に仕事の方法・手順等を確実に身に付ける支援を受けていた。・継続者は、問題が起こった時、対症療法的支援・指導ではなく、原因療法的な支援・指導を受けていた。・継続者のいる事業所は、自閉症という障害の理解よりも一人一人のよさを理解して雇用している傾向が見られた。・継続者の部署及び職務は入社時と毎日ほとんど変わらず、リズムある就労生活を送っている。・重度自閉症者に、長期就労継続者が多く見られた。・離職理由を分析すると、人間関係、会社の倒産・縮小、病気療養の3つに大別できた。・離職者の約45%は、離職する3ヶ月前までに所属する部署において人的な環境変化があった。○まとめ自閉症の就労継続には、自閉症者の能力・特性に応じた支援と職場の理解を高めるための支援が必要である。適切な支援をするためには、一人一人に応じた就労継続支援プログラムが重要である。
近世実測図を活用した古地図GIS解析法の構築

本研究は、各地に所蔵される近世後期に作成された実測図もしくは実測図系絵図の作成法とその記載内容・精度の比較検討を行い、その上で近世実測図を用いたGIS解析法の確立を目指したものである。その結果、徳島藩・金沢藩・鳥取藩では藩領全域をカバーする測量図がそれぞれ独自の手法によって作成されていたこと,また近世後期の城下絵図についても測量精度が向上して,これらの測量絵図がGIS分析に適した古地図であると判断した。本研究課題「近世実測図を活用した古地図GIS解析法の構築」の研究目的は、1)各地に所蔵される近世後期に作成された実測図(もしくは実測図系絵図)の作成怯とその記載内容・精度の比較検討、2)近世実測図のGIS解析への適否の検討を通じて、3)近世実測図を活用したGIS解析法の確立と、4)本研究を通じて構築される古地図GISメタデータの公開による歴史GIS研究の普及・促進にある。平成22年度には前年度に引き続き、共同研究者が分担して射水市新湊博物館(加賀藩)、米沢市立米沢図書館(米沢藩)、鳥取県立図書館・博物館(鳥取藩)、佐賀県立図書館(佐賀藩)、熊本県立図書館(熊本藩)等において近世実測図の調査を行った。このうち、測量精度の高い鳥取藩・熊本藩関係の実測絵図17点については、記載文字の判読が可能な高精細画像データを専門業者に作成委託したほか、約25点の絵図について撮影済みフィルムから画像データを作成した。デジタル化したデータについては、GISソフト上で数値地図データ等と実測図データを重ね合わせ、検証を行った。これら調査結果・分析結果については、平成22年11月22日に奈良女子大学で開催した報告会において研究分担者・協力者に報告してもらうとともに、情報・技術の共有化を図った。その結果、鳥取藩作成の実測図については,藩政後期に領内一円で国-郡-城下・村レベルで各種の実測絵図が作成されており、全国的にも注目される実測絵図群を構成していることが判明し、金沢藩や徳島藩などの実測絵図との比較が可能になった。本研究課題「近世実測図を活用した古地図GIS解析法の構築」の研究目的は、1)各地に所蔵される近世後期に作成された実測図(もしくは実測図系絵図)の作成法とその記載内容・精度の比較検討、2)近世実測図のGIS解析への適否の検討を通じて、3)近世実測図を活用したGIS解析法の確立と、4)本研究を通じて構築される古地図GISメタデータの公開による歴史GIS研究の普及・促進にある。平成23年度には、共同研究者が分担して射水市新湊博物館(金沢藩)、鳥取県立図書館・博物館(鳥取藩)、佐賀県立図書館(佐賀藩)、熊本県立図書館(熊本藩)等において調査・収集してきた近世実測図・城下絵図の分析ならびにGIS解析を進めた。その成果については、人文地理学会第273回例会(特別例会、鳥取市)、公開で行われた2011年度日本地理学会秋季学術大会シンポジウム「近世期の測量絵図と歴史GIS」(9月24日、大分大学)、および同大会「地図・.絵図資料の歴史GIS研究グループ」第6回研究集会や第30回国絵図研究会鳥取大会(9月25日、鳥取県立博物館)における研窒発表などで報告され、その中では、「廻り検地」だけでなく三角法も用いた近世測量図の測量法や絵図の精度についても検討された。また、絵図のGIS解析により、絵図作成当時の偏角の計測が可能であることも明らかになった。さらに、同上シンポジウムでは琉球国の近世針図、平成24年3月29日開催の「地図・絵図資料の歴史GIS研究グループ」第7回研究集会では明治期の地籍図に関する謙演・発表を通じて、近世測量図の技術的伝播・継承についても検討することができた。これら成果については、平成23年度末までに報告書原稿として提出してもらい、最終年度となる平成24年度の研究活動につなげる予定である。平成24年度には、前年度の平成23年度に本科研の研究成果中間発表会として開催した日本地理学会秋季学術大会シンポジウム「近世期の測量絵図と歴史GIS」(2011年9月24日、大分大学)などで発表された研究成果をもとに、2012年5月12・13日開催の歴史地理学会大会(新潟大学)および10月6・7日開催の日本地理学会秋季学術大会(神戸大学)時に、成果報告書作成のための打ち合わせ・編集会議を開催した。

研究成果として、研究代表者・分担者・協力者が単独もしくは共同で執筆した15編の論文が寄稿され、近世測量術ならびに測量(実測)絵図に関する新たな知見が得られるとともに、GIS手法を用いた新たな絵図解析法を提示することができた。これらの論文をまとめて平成25年度科学研究費補助金・研究成果公開(学術図書)に『近世測量絵図のGIS分析』(研究代表者:平井松午)として申請し、採択された。これらの研究成果・関連成果については、人文地理学会(11月17・18日、立命館大学)や日本地理学会春季学術大会(平成25年3月29・30日、立正大学熊谷キャンパス)などでも報告された。また、本科研の分析過程において作成された古地図(歴史)GISメタデータの一部については、鳥取県立博物館等の関係機関にも提供され、地域史研究に活用されている。なお、本科研については、本年度(平成24年度)が最終年度となっている。平成23年度は、21・22年度に作成した高精細絵図画像データや収集資料をもとに、絵図の分析ならびに古地図GISの解析を進めるとともに、計画通り2011年度日本地理学会秋季学術大会(大分大学)においシンポジウム「近世期の測量絵図と歴史GIS」を開催することができた。24年度が最終年度であるため、記入しない。現在、2011年度日本地理学会秋季学術大会(大分大学)におけるシンポジウム「近世期の測量絵図と歴史GIS」をはじめとする研究成果報告をもとに、学会誌等への投稿を推進するとともに、研究成果を報告書としてまとめる作業に着手している。研究代表者・分担者・協力者により編集委員会を設けており、研究成果(提出原稿)の内容については相互に検討し合う体制をとっている。また、本科研により構築された古地図GISメタデータの一部については、専用サイトを通じて公開することも検討している。
腎不全病態下におけるvascular healthとビタミンD

近年のCKD患者におけるビタミンD製剤の抗動脈硬化作用の機序として、内膜保護の可能性が指摘されている背景を踏まえ、本年度はまず、血管中膜石灰化の内膜の役割の検討を行った。血管内皮細胞を高CaおよびP濃度のミネラルストレス培地にて培養すると、内皮細胞の血管透過性が約200%に亢進した。これらの細胞からtotal RNAを抽出し、内皮細胞マーカーのCD31やVE-Cadherin、ZO-1の遺伝子発現を検討したところ、発現が低下していた。さらに部分腎摘出腎障害ラットと正常ラットの大動脈リング組織を用いて、内皮細胞と同様にミネラルストレス培地にて培養した。Ca測定キットによりリング組織内のCa含量を測定したところ、ミネラルストレスによりリング組織内Ca含量が上昇していた。石灰化はアリザリン染色によって大動脈中膜の部位にみられた。大動脈リング組織内においても内皮細胞マーカーの遺伝子発現が低下する傾向がみられた。これらの所見は腎障害ラットの大動脈リングでより顕著にみられた。以上より、ミネラルストレスによる動脈中膜の石灰化には内皮細胞の障害、透過性亢進が関与していることが示唆された。今後は、ビタミンD製剤の内皮細胞保護作用に焦点を当て研究を進めていく予定である。臨床研究で示唆されている、ビタミンD製剤の血管内膜保護作用の検証の第一段階として、内皮細胞と中膜石灰化の関連性の存在を観察できた。今後はビタミンD製剤による介入を進めていく。複数のビタミンD製剤を用いて、血管内膜を介した中膜の石灰化病変進展について、まずはin vitroおよびex vivo実験により、ビタミンD製剤の内膜保護作用の有無について検討する。内膜へのストレスは腎不全環境を想定して、1)高CaおよびPによるミネラル、2)炎症惹起物質(リポポリサッカライド)、3)尿毒症物質(インドキシル硫酸)などによるストレスを計画している。併せて、動物実験に備え、血管平滑筋細胞特異的ビタミンD受容体欠損マウスの作製を進めている。
大脳皮質視覚野の抑制性シナプスにおける可塑性の分子機構

大脳皮質視覚野の視覚反応性発達の基礎過程と考えられている、抑制性シナプス伝達の長期増強と長期抑圧の分子機構を、ラット視覚野スライス標本を用いて解析した結果、以下に記す成果が得られた。1.長期増強の誘発に関するシナプス後細胞内での信号伝達機構を解析したところ、誘発が次のような機構によることが示唆された。青斑核と縫線核の細胞の活動によりノルアドレナリンとセロトニンが視覚野で放出されて、α_1と5-HT_2受容体が共に活性化されいるときに、抑制性シナプスが強く活動してGABA_B受容体が活性化されるとモノアミン受容体を介するIP_3,の生成が増強される。これによりIP_3受容体を介して細胞内ストアーからCa^<2+>が放出されると、Ca^<2+>依存性過程が活性化されて伝達効率の上昇につながる。2.長期抑圧の誘発機構を解析したところ、シナプス後細胞の活動電位発生に伴ないL型Ca^<2+>チャンネルを通してCa^<2+>が流入し、シナプス後細胞内のCa^<2+>濃度が上昇すると長期抑圧が生じることが分かった。長期抑圧は、Caged Ca^<2+>を用いてシナプス後細胞内のCa^<2+>濃度を上昇させるだけで生じたので、その誘発にはCa^<2+>濃度の上昇だけで十分であり、抑制性シナブスの活動とは無関係に生じうる。3.長期増強の発生は細胞外液の陽イオン組成に強く依存していた。長期増強の発生頻度は細胞外のCa^<2+>濃度の上昇や、K^+濃度の低下により上昇した。また、細胞外液にK^+チャンネル・ブロッカーのcharybdotoxinやCs^+を加えるても上昇した。従って、長期増強は、膜電位依存性のK+チャンネルにより制御されており、そのチャンネルが閉じていると十分量のCa^<2+>が流入して長期増強が生成するものと思われる。発達期の大脳皮質視覚野ではGABA作動性の抑制性シナプスに長期増強と長期抑圧が生じる。抑制性シナプスの長期抑圧は興奮性シナプスの活動によりNMDA受容体チャンネルを通してシナプス後細胞にCa^<2+>が流入すると生じる。これに対して、抑制性シナプスの長期増強の誘発にはシナプス後細胞のGABA_B受容体とG蛋白質の活性化、そしてCa^<2+>濃度の上昇が必要である。本年度の研究では、この抑制性シナプスの長期増強と長期抑圧に関して、シナプス後細胞内の機構を更に解析した。生後15-25日のラット視覚野の切片標本において興奮性シナプス伝達を薬理的にブロックした。この条件下で、IV層の刺激によりV層細胞に引き起こされる抑制性シナプス後電流をパッチ電極でwhole cell記録し、高頻度の条件刺激をIV層に加えて長期増強を引き起こした。パッチ電極にIP_3受容体の拮抗薬のヘパリンを加えても、フォスフォリパーゼCの阻害薬であるU73122を加えても長期増強は生じなくなった。したがって、高頻度刺激によりシナプス後細胞のGタンパク質にカップルした受容体が活性化されてIP_3が生成され、IP_3受容体の活性化を介して細胞内ストア-からCa^<2+>が放出されることが長期増強を誘発するのに必要と考えられる。さらに、シナプス後細胞におけるCa^<2+>の役割をケージドCa^<2+>のNitr5をパッチ電極に加えて調べた。紫外線照射によりシナプス後胞内のCa^<2+>濃度を上昇させると長期抑圧は起こったが、長期増強は生じなかった。この結果は、シナプス活動によりシナプス後細胞にCa^<2+>が流入してCa^<2+>濃度が上昇するだけで長期抑圧が生じることを示しており、細胞内ストア-からCa^<2+>が遊離されることは長期増強を引き起こすために必要な条件であるがそれだけでは十分でないことを示唆する。