hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
都市基盤設備の最大負荷設計のための水・熱・エネルギーデマンド予測手法の構築

本年度は、これまでに引き続きプログラムコードの精緻化とバグフィックスを行い、人々の多様な生活スケジュールや温熱感に応じた電力・空調使用状況、建物断熱性能、家族構成を考慮することに加え、外気温度や負荷率の変動に伴う空調機器のCOP変動に関して、より信頼性の高いサブモデルの導入を行った。また、構築した数値モデルを用いて15年間の東京の生気象データを用い,標準的な集合住宅の4人家族を対象として、次の5点,1)部屋の空調熱負荷について最大値からソートして上位2.5%を超えるイベントの室温度のバラツキ,2)個人の暑さ寒さに対する感度の違いを確率的な空調on/off行動に反映した場合の期間負荷への影響,3)就寝時の冷房運転モード(消す,タイマー,連続)が負荷に及ぼす影響,4)スケジュールの多様性を考慮するか否かが空調負荷算定に及ぼす影響,について定量的な検討を行った。これまで、建築環境設備工学分野における最大熱負荷に関する研究では主に算法と気象データに関心が払われ、生活スケジュールの多様性については殆ど考慮されていない.そこで本研究では、人々の生活スケジュールのバラツキを考慮して多数サンプルリ生活スケジュールを確率的に生成し、空調発停確率モデル、行為別原単位、建物伝熱・熱負荷計算と連成することで住居系ユーティリティ負荷を高精度に予測する手法TUD-PSを構築した.当研究課題の最終年となる本年は、改めてプログラムコードの高速化とbug fixを行うとともに、次の2点について検討を行った.1.空調熱負荷の確率特性15年分の気象データを用いたTUD-PSによる数値計算は、気象条件の確率性のみならず居住者の生活スケジュールに基因すう内部発熱や空調運転のスケジュール等々評価出来る全ての要因の確率性を忠実に再現した悉皆的モンテカルロシミュレーションと位置づけることができる.そこで、住戸条件、居住世帯条件の異なる計672ケースを対象とした数値実験で得られた負荷生データを用いて、空調負荷の確率性状について検討を行った.その結果、各ケースに対し平均値で基準化した全熱負荷の確率密度分布が住戸条件や家族構成の違いによらず概ね普遍的な傾向を示し,LDKにおける暖冷房の基準化全熱負荷の確率密度がアーラン分布で近似できることを明らかにした.2.複数住戸系への拡張複数住戸が集積された住棟、街区における熱,電気,ガスのデマンド予測はコジェネや市域冷暖房などのインフラ設計において重要である.そこで、コードを複数住戸計算に拡張し、100戸からなる集合住宅1棟を対象としたシミュレーションを行い、電力・給湯の住棟セントラル化による最大デマンド削減効果について検討した.以上に加え、これまでの研究成果および生活スケジュールデータを研究室のwebページにて公開した.
スピン電流駆動磁壁移動のシミュレーション解析

近年磁性細線上に現れる磁壁と呼ばれる構造を情報の表現媒体として利用するストレージが提案され、磁壁についての研究が盛んに行われている。特に磁壁の移動速度はストレージの動作速度に大きく関係するため、高速移動条件の調査や移動メカニズムの解明が必要とされている。本研究ではシミュレーションを用いて、近年特に注目されているジャロシンスキー守谷相互作用による高速磁壁移動条件を求め、そのメカニズムを明らかにした。近年行われているスピン偏極電流による磁壁移動の実験より、スピンホール効果、DMI効果等の新たな効果の可能性が指摘されている。ここでスピンホール効果は、磁性細線の上下層に流れる電流による効果である。この効果を精度よくシミュレーションに取り込むために、Fuchs-Sondheimerモデル(FSモデル)を用いて電流分布計算を行うプログラムを作成した。FSモデルは、電子の平均自由行程と同程度の厚さの金属薄膜において、膜表面での電子の散乱による電導率の変化を表すモデルである。磁壁移動の実験で用いられている磁性多層膜の場合、各層表面での電子散乱は、各層の接合面における電子の反射と伝導で表すことができると考えられるため、各層での電導率を同時に計算することにより、多層磁性膜での電流分布を計算することができるようになった。また、磁界駆動におけるDMI効果による磁壁移動メカニズムの調査も行った。これまでDMI効果による磁壁移動は、1次元の解析モデルや、小規模な2次元シミュレーションによる検討が行われており、DMIによってWalker fieldが増加することが指摘されていた。しかしながら、Walker fieldより強い磁界での移動速度や、外的ピニング効果による影響についてはこれまで議論されてこなかった。このため、シミュレーションを用いて幅500nmの細線でのDMIによる磁壁移動メカニズムの変化を調べた。シミュレーションは外的ピニング効果を持たないパーフェクトワイヤ及び異方性磁界を変化させることにより外的ピニング効果を表した二つのモデルを用いて行った。いずれの場合もDMIが大きい場合、Walker field以上では磁壁移動速度が減少せずに一定の値になることがわかった。近年行われているスピン偏極電流による磁壁移動の実験結果より、スピンホール効果や、Dzyaloshinskiii-Moriya効果(DMI効果)等の新たな効果により磁壁移動メカニズムが変化する可能性が指摘されている。これらの効果は、磁性細線だけではなく、その上下層との関係によって現れる効果であるため、磁壁移動メカニズムの調査には、磁性層単体ではなく、上下層を含めた解析が必要であることが指摘されている。今年度は、DMI効果、磁性層の上下層に流れる電流によって作られるスピンホール効果、さらに電流磁界効果による磁壁移動メカニズムへの影響をシミュレーションにより調査した。計算結果より、DMIが0.3erg/cm2程度の小さな値の場合、スピンホールの有無によって磁壁移動速度はほぼ決定されるが、DMIがこの値以上の場合、電流磁界の効果が移動速度に影響し、磁壁の高速移動が可能になることがわかった。さらに磁界駆動におけるDMI効果による磁壁移動メカニズムの変化についても引き続き検討を行った。昨年度は、細線幅が比較的広い線幅500nmの細線を用いて計算したところ、DMIによりWalker breakdownが抑制され、強い磁界においても磁壁移動速度が減少せずに一定になることを示した。今年度は本現象の線幅効果を調べるために、線幅を50nmまで減少させて計算を行った。計算結果より、線幅が50nm程度でその磁化構造が1次元モデルと同様の場合は、DMIにより単純にWalker fieldとWalker velocityが増加するだけであるが、線幅が100nmの場合は移動速度のbreakdownが2回、さらに幅が200nm程度の場合はbreakdownが3回現れることがわかった。しかしながらそれ以上では線幅の増加と共にbreakdownが起こる磁界の差が減少していき、幅500nmではその差がほぼなくなることがわかった。DMI効果、磁性層の上下層に流れる電流によって作られるスピンホール効果、さらに電流磁界効果による磁壁移動メカニズムへの影響を調査では、DMIが0.3erg/cm2程度の小さな値の場合、スピンホールの有無によって磁壁移動速度はほぼ決定されるが、DMIがこの値以上の場合、電流磁界の効果が移動速度に影響することがわかった。これまでDMIとスピンホール効果により、磁壁は電子と逆向きに移動することが指摘されていた。しかしながら電流磁界はスピンホール効果と逆向きの効果であるために、DMIと電流磁界を組み合わせた効果は、磁壁を電子の方向に移動させる効果と考えられる。このため、DMIと電流磁界により磁壁は電子の方向により高速に移動することが分かった。一方DMIによる磁界駆動メカニズムへの影響についての検討では、まず線幅が広い場合(500nm)の調査を行った。Walker field以上の強い磁界では、磁壁中央部に多くの垂直ブロッホラインが生成と消滅を繰り返しエネルギーが散逸されるために、breakdownが抑制され移動速度が減少しないことが分かった。本現象は京都大学のグループによっても実験的に確認され、共同で論文を出版した。線幅が狭い場合については、Walker fieldより少し強い磁界では垂直ブロッホライン(VBL)は細線端でのみ周期的に生成され、生成されたVBLがDMI効果により細線端にとどまり、次に現れるVBLと対消滅を繰り返すことが分かった。このため磁壁の残りの領域は定常的に移動するために、一旦breakdownした後も、磁界強度の増加により移動速度が増加することが分かった。

線幅が100nm程度の場合、本現象は片側の細線端で起こるが、線幅が200nm程度の場合、磁界強度に応じて細線の両端で起こり、breakdownが最大3回起こることが分かった。近年行われているスピン偏極電流による磁壁移動の実験結果より、スピンホール効果や、Dzyaloshinskiii-Moriya効果(DMI効果)等の新たな効果により磁壁移動メカニズムが変化する可能性が指摘されている。これらの効果は、磁性細線だけではなく、その上下層との関係によって現れる効果であるため、磁壁移動メカニズムの調査には、磁性層単体ではなく、上下層を含めた解析が必要であることが指摘されている。本研究では磁性層の膜厚を変化させ、DMI効果、磁性層の上下層に流れる電流によって作られるスピンホール効果、さらに電流磁界効果による磁壁移動メカニズムへの影響をシミュレーションにより調査した。シミュレーションではまず、スピン電流、スピンホール及び電流磁界のみを考慮した場合について検討を行い、次にこれらに加えてDMIを考慮した場合について検討した。スピンホール効果は磁性層の膜厚の増加とともに減少する効果であるために、同一電流密度で比較した場合、膜厚の増加とともにスピンホールによる磁壁の逆走速度(電子の流れと逆方向の磁壁移動速度)は低下した。しかしながら、電流密度の上昇とともに、磁壁中央部の磁気モーメントが逆転し、磁壁は電子の方向に移動した。磁壁の移動方向が逆転する電流密度は膜厚の増加とともに増加した。これに伴い磁壁が逆走する場合の最大の速度は膜厚の増加とともに増加することがわかった。しかしながらDMIを考慮した場合は、磁壁の移動速度はDMIとスピンホールの強度によって決まるために、膜厚の増加とともに移動速度は減少することがわかった。さらに磁界駆動におけるDMI効果による磁壁移動メカニズムの変化について検討を行った。線幅及びDMI値によって、breakdown発生メカニズムが変化し、breakdownが複数回発生する場合や、breakdownを起こさない場合があることを示した。近年磁性細線上に現れる磁壁と呼ばれる構造を情報の表現媒体として利用するストレージが提案され、磁壁についての研究が盛んに行われている。特に磁壁の移動速度はストレージの動作速度に大きく関係するため、高速移動条件の調査や移動メカニズムの解明が必要とされている。本研究ではシミュレーションを用いて、近年特に注目されているジャロシンスキー守谷相互作用による高速磁壁移動条件を求め、そのメカニズムを明らかにした。前述のように、本年度は、Fuchs-Sondheimerモデルを用いた電流分布計算モデルの作成と、Dzyaloshinskiii-Moriya効果による磁壁移動メカニズムの変化について研究をおこなった。電流分布計算モデルについては、FSモデルを拡張することで、多層磁性膜における電流分布を計算するプログラムを作成することができた。
痛覚過敏における脊髄後角アストロサイトの役割の解明

本研究では、痛覚過敏の要因の1つであると考えられている中枢性感作におけるアストロサイトの役割を明らかにすることが最終的な目的である。今年度は、そのための計測システムを構築することを主要な目的とした。これまでに、グリア細胞が、脊髄後角内ニューロンの活動にどのように影響を与えているのか、そのメカニズムの詳細を、直接計測する研究は、ほとんど行われていない。これを明確にするには、神経活動とグリア細胞の活動を同時に計測する必要があるが、そのような実験方法、および計測システムを構築するのは困難であった。本研究では、ニポウディスク共焦点顕微鏡と高速、高感度、高解像CCDカメラを用いて計測システムを構築した。また電位感受性色素、カルシウム感受性色素で脊髄を染色することで、ニューロンの活動を膜電位変化としてイメージングし、グリア細胞の活動をカルシウムシグナルとしてイメージングすることに成功した。また、細胞が生きたままの状態でアストロサイトのみに取り込まれる色素であるSulforhodamine101を用いることによって、カルシウムシグナルを示した細胞の中からアストロサイトのみを識別することが可能であることを示した。このような計測システムの構築によって、今までは困難であったニューロンとアストロサイトの相互作用の解析が可能となり、痛覚過敏における脊髄後角内のアストロサイトの役割が明らかになることが期待される。そこで、今年度は、そのための計測システムを構築することを目標とした。今年度中にシステムの構築は終了し、計測も問題なく成功している。疼痛モデルマウスにおいて、脊髄後角内のニューロン、およびアストロサイトの活動がコントロールマウスに比べて、増幅されているかを脊髄スライス標本を用いたイメージングによって明らかにし、ニューロン活動の増幅には、アストロサイトからの何らかの作用によるものなのか、その作用には、グリアトランスミッター(gliotransmitter)と呼ばれるD-serineやATP、あるいはアストロサイトから放出されるグルタミン酸などが関与しているのかを明らかにする。実験の遂行において、43万円の実体顕微鏡を購入する必要が生じたが、今年度の予算では購入が不可能なため、次年度の経費と合わせて購入することとしたため。次年度の経費と合わせて、43万円の実体顕微鏡を購入する。
Innate Immunityを標的としたCrohn病に対する新規治療法の開発

Crohn病の病態において単球マクロファージ系細胞の活性化異常が鍵となることが明らかとされ、臨床的に実用化されている、あるいは開発途上にあるCrohn病治療薬の多くが活性化マクロファージを標的としたものであるが、非特異的なマクロファージ活性化の抑制のために、その効果の持続性や副作用があることが問題となっている。Crohn病における単球マクロファージ系細胞の活性化異常を規定している遺伝子異常あるいは遺伝子発現異常を解明し、それにもとづくCrohn病特異的な単球マクロファージ系細胞の活性化経路を是正する治療法の開発が急務とされている。まず、抗原提示細胞として腸間膜リンパ節樹状細胞に注目し、Crohn病の腸間膜リンパ節内でimmature DC1樹状細胞の増加とTh1サイトカインプロファイルをもち、転写因子T-betの発現が亢進したCD4陽性T細胞が増加していることが示され、このことはCrohn病の腸間膜リンパ節内でTh1免疫反応が亢進しており、その機序として樹状細胞によるTh1誘導が重要であり、Crohn病の病態において腸間膜リンパ節における免疫反応がトリガーになっている可能性が示唆された。次に、Th1型の腸炎を自然発症する、抑制性サイトカインIL-10の遺伝子欠損マウスを用い、マクロファージ(Mφ)による腸内細菌認識と腸炎誘導メカニズムについて検討を行った。正常マウスの腸管MφはIL-10高産生の抑制性Mφであり、腸内細菌への過剰な免疫反応を制御していることが明らかになった。一方、炎症性腸疾患モデルであるIL-10ノックアウトマウスでは内因性IL-10の欠損のため腸管Mφが異常な分化を遂げ、腸内細菌に対しIL-12過剰産生することが明らかになった。このように本来抑制性である腸管Mφの分化異常が腸内細菌に対する過剰な免疫応答を引き起こすと考えられた。本研究は(1)Crohn病に特異的な単球マクロファージ系細胞の活性化(NF-κB活性化)経路を追究し、(2)(1)で見いだした特異的なNF-κB活性化経路を標的とした分子創薬を行う、(3)プロトタイプとして変異NOD2を有する細胞の移入によるヒト型Crohn病モデルマウスを確立することを目的とした。まず、本年度は抗原提示細胞として腸間膜リンパ節樹状細胞に注目し、Crohn病の腸間膜リンパ節内でimmature DC1樹状細胞の増加とTh1サイトカインプロファイルをもち、転写因子T-betの発現が亢進したCD4陽性T細胞が増加していることが示され、このことはCrohn病の腸間膜リンパ節内でTh1免疫反応が亢進しており、その機序として樹状細胞によるTh1誘導が重要であり、Crohn病の病態において腸間膜リンパ節における免疫反応がトリガーになっている可能性が示唆された。

Crohn病の病態において単球マクロファージ系細胞の活性化異常が鍵となることが明らかとされ、臨床的に実用化されている、あるいは開発途上にあるCrohn病治療薬の多くが活性化マクロファージを標的としたものであるが、非特異的なマクロファージ活性化の抑制のために、その効果の持続性や副作用があることが問題となっている。Crohn病における単球マクロファージ系細胞の活性化異常を規定している遺伝子異常あるいは遺伝子発現異常を解明し、それにもとづくCrohn病特異的な単球マクロファージ系細胞の活性化経路を是正する治療法の開発が急務とされている。本研究は(1)Crohn病に特異的な単球マクロファージ系細胞の活性化(NF-κB活性化)経路を追究し、(2)(1)で見いだした特異的なNF-κB活性化経路を標的とした分子創薬を行う、(3)プロトタイプとして変異NOD2を有する細胞の移入によるヒト型Crohn病モデルマウスを確立することを目的とした。本年度はTh1型の腸炎を自然発症する、抑制性サイトカインIL-10の遺伝子欠損マウスを用い、マクロファージ(Mφ)による腸内細菌認識と腸炎誘導メカニズムについて検討を行った.正常マウスの腸管MφはIL-10高産生の抑制性M□であり、腸内細菌への過剰な免疫反応を制御していることが明らかになった。一方、炎症性腸疾患モデルであるIL-10ノックアウトマウスでは内因性IL-10の欠損のため腸管Mφが異常な分化を遂げ、腸内細菌に対しIL-12過剰産生することが明らかになった。このように本来抑制性である腸管Mφの分化異常が腸内細菌に対する過剰な免疫応答を引き起こすと考えられた。
高耐久性超撥水階層表面

本研究は、太陽電池パネルや自動車のフロントガラス等に用いられている超撥水表面の耐久性を革新的に向上させることを目的とする。マイクロメートルスケールの周期構造をもつ多孔質膜の一部の孔内部に保護層となる頑強な高分子材料を導入し、次いで、多孔質膜を二枚に割くことで無数の柱状構造から成る超撥水構造層を形成した。保護層である頑強な高分子のドーム構造は、超撥水柱状構造中にマイクロメートルオーダーの間隔で分布しており、その割合を制御することで、超撥水表面の耐久性が向上した。本申請課題は、太陽電池パネルや自動車のフロントガラス等に用いられている超撥水表面の耐久性を革新的に向上させることを目的とする。超撥水表面は、平滑な表面では得られず、雨などの水滴よりも微細な表面凹凸構造によってもたらされる。しかし、微細構造の強度が低く、接触破壊や劣化に伴う構造崩壊により、超撥水性の耐久性が悪いという難題がある。本研究では、高強度な素材から成る微細構造保護層と加工性に優れた柔軟な素材から成る超撥水微細構造層とが水滴よりも十分小さいナノサブマイクロスケールでハイブリッドした階層表面を作製し、高耐久性と超撥水性を併せもつ新規超撥水表面を創成し、超撥水表面の耐久性向上のための新原理を提案する。本年度は、規則的なマイクロメートルスケールの空孔を有するポリスチレン系などの汎用高分子から成るハニカム状多孔質膜を出発材料とし、エポキシ系などの硬化な高分子水溶液に浸漬後に溶液を加熱し、孔内のぬれ性を変化させて一部の孔内に溶液を浸透させ、紫外線照射または加熱により孔内の高分子を硬化させた後、ハニカム膜を割く工程により、規則的な高分子柱状構造中に硬化した高分子がドーム状に分布している微細階層構造を得た。得られた微細階層構造の超撥水性を自動接触角計で測定可能な静的接触角・動的接触角・転落角により評価した結果、転落角が5度以下で接触角が150度以上の超撥水性をしめした。次年度は、この表面の耐摩耗性を評価可能な装置を購入し、表面物性の耐久性についての評価を試みる。しかし、微細構造の強度が低いく、接触破壊や劣化に伴う構造崩壊により、超撥水性の耐久性が悪いという難題がある。超撥水階層構造作製プロセスの確立を目指し、規則的なマイクロメートルスケールの空孔を有するポリスチレン系などの汎用高分子から成るハニカム状多孔質膜を出発材料とし、エポキシ系などの硬化な高分子水溶液に浸漬後に溶液を加熱し、孔内のぬれ性を変化させて一部の孔内に溶液を浸透させ、紫外線照射または加熱により孔内の高分子を硬化させた後、ハニカム膜を割く工程により、規則的な高分子柱状構造中に硬化した高分子がドーム状に分布している微細階層構造を得た。得られた微細階層構造の超撥水性を自動接触角計で測定可能な静的接触角・動的接触角・転落角により評価し、ガラス基板、高分子フィルム、シリコンウェハ等に対する超撥水表面の耐摩耗性を評価した。ハニカム状多孔質膜の作製条件を調節することで孔径や膜厚を変えることができ、保護層のドーム構造の分布割合は、孔内で硬化させる高分子の割合を温度や圧力等の導入条件を変えることで制御できた。最適化した超撥水階層表面の耐久性評価を試みた結果、数マイクロメートルのドーム構造に最適条件があることがわかった。

H23年度は超撥水階層構造作製プロセスの確立、超撥水階層構造の物性評価を予定していたが、東日本大震災の影響で研究室の運営停止、復旧作業のため実働的な実験開始が遅れ、試料を作製することが困難であった。また、購入予定装置の購入も見合わせた影響もあり、今年度は超撥水表面の評価法に関する情報収集および現況で作製できる試料の作製にとどまった。環境の整った次年度以降は装置の購入、超撥水表面の評価等を行う。研究室立ち上げにともない、装置の購入が遅れている。今年度は、本研究に適した表面物性の測定装置の購入を行い、これまでに作製した表面の物性評価に加え、新たに最適化した表面の作製およびその物性評価を行う。震災後の研究室の運営停止、復旧作業のため実働的な実験開始が遅れ、試料を作製することが困難であった。超撥水階層構造の最適化本年度は、規則的なマイクロメートルスケールの空孔を有するポリスチレン系ハニカム状多孔質膜を鋳型として、エポキシ系のエンジニアリングプラスチックのドーム状構造をもつ疎水性高分子ピラーアレイを作製でき、その物性評価(表面ぬれ特性・耐摩耗特性)を行った。今後は、用いるエポキシ種をより強固な材料へと変えて、表面濡れ特性の耐久性の向上を目指す。1.超撥水階層構造作製プロセスの確立規則的なマイクロメートルスケールの空孔を有するポリスチレン系などの汎用高分子から成るハニカム状多孔質膜を出発材料とし、エポキシ系などの硬化な高分子水溶液に浸漬後に溶液を加熱し、孔内のぬれ性を変化させて一部の孔内に溶液を浸透させる。紫外線照射または加熱により孔内の高分子を硬化させた後、ハニカム膜を割く工程により、規則的な高分子柱状構造中に硬化した高分子がドーム状に分布している微細階層構造を得る。2.超撥水階層構造の物性評価(表面ぬれ特性・耐摩耗特性)上記1で作製した微細階層構造の超撥水性を自動接触角計で測定可能な静的接触角・動的接触角・転落角により評価する。また、本申請で購入予定の摩擦試験器により、ガラス基板、高分子フィルム、シリコンウェハ等に対する超撥水表面の耐摩耗性を評価する。鉛筆高度試験等の汎用評価も行うことで、多角的に耐久性の評価を試みる。名古屋工業大学大型設備基盤センターの装置を使用したことによる経費の削減ができたため、次年度は少額装置の購入を予定している。超撥水表面の評価装置は、名古屋工業大学大型設備基盤センターの装置を使用できることになったため、昨年度に予定していた装置の購入は行わず、試料作製に必要な試薬および小型装置、研究打ち合わせの旅費に使用する。
腎疾患における酸化ストレスの関与と抗酸化代償機構の解明

Cu/Znスーパーオキシドジスムターゼ(SOD1)は生体にとって有害なスーパーオキシドを毒性の弱い酸素と過酸化水素に変換する酵素で、酸化ストレスから生体を守る重要な役割を果たしている。しかし、SOD1をノックアウト(KO)したマウスは一見正常に生育し、明らかな表現型を示さない事実から、若齢のSOD1KOマウスではSOD1を代償するような防御機構が存在するのではないかという仮説を立てた。そこで、SOD1KOマウスと野性型マウスの腎臓を用いて発現の異なる遺伝子のスクリーニングを行ったところ、グルタチオン-S-トランスフェラーゼA4(GSTA4)をコードする遺伝子がSOD1KOマウスの腎臓で有意に上昇していることを発見した。つまり、SOD1KOマウス腎臓では、GSTA4タンパク量が上昇していること、免疫組織染色によって腎臓の近位尿細管にGSTA4が過剰発現していること、さらに鉄が蓄積していることを見いだした。HEK293細胞にマウスGSTA4cDNAを導入したGSTA4過剰発現腎細胞ではスーパーオキシドおよびHNEに対する細胞傷害性が低下しており、細胞内タンパクの過酸化脂質アダクト量も減少していた。若齢のSOD1KOマウスではGSTA4が腎臓で誘導されることで酸化ストレスから身を守っていることが示唆された。Cu/Znスーパーオキシドジスムターゼ(SOD1)は生体にとって有害なスーパーオキシドを消去する酵素で、酸化ストレスから生体を守る重要な役割を果たしている。しかし、SOD1をノックアウト(KO)したマウスは一見正常に生育し、明らかな表現型を示さない。週令の高いSOD1KOマウスでは難聴や脂肪肝になることが報告されているが、若いマウスでは腎機能をはじめ目立った異常は見つかっていない。この事実から、SOD1KOマウスでは、SOD1を代償するような機構が存在することが予想される。特に腎臓は血流が大きく酸化ストレスに曝されやすい臓器の一つである。そこで、ディファレンシャルディスプレイ法を用いて、週令の若い(3週令)SOD1KOマウスと野性型マウスの腎臓を用いて発現の異なる遺伝子のスクリーニングを行った。その結果、候補タンパク質の一つとしてグルタチオン-S-トランスフェラーゼA4(GSTA4)をコードする遺伝子がSOD1KOマウスで有意に上昇していることを発見した。GSTA4は、ヒドロキシノネナール(HNE)などの脂質過酸化物に対する親和性が高く、他のGSTアイソザイムとは異なった基質特異性を有する酵素である。マウスGSTA4のみを認識するポリクローナル抗体を用いたウエスタンブロット解析によってSOD1KOマウスでは腎臓で特にGSTA4タンパク量が上昇していること、免疫組織染色によって腎臓の近位尿細管にGSTA4が過剰発現していることを見いだした。以上の結果は、SOD1欠損による酸化ストレスで誘導されたGSTA4が過酸化物質から腎細胞を守る役割を果たしていることを示唆している。しかし、このSOD1遺伝子をノックアウト(KO)したマウスは一見正常に生育し、明らかな表現型を示さない。その結果、候補タンパク質の一つとしてグルタチオン-S-トランスフェラーゼA4(GSTA4)をコードする遺伝子がSOD1KOマウスの腎臓で有意に上昇していることを発見した。SOD1KOマウス腎臓では、特にGSTA4タンパク量が上昇していること、免疫組織染色によって腎臓の近位尿細管にGSTA4が過剰発現していること、さらに鉄が蓄積していることをを見いだした。以上の結果は、SOD1欠損による酸化ストレスで誘導されたGSTA

4が過酸化物質から腎細胞を守る役割を果たしていることを示唆している。Cu/Znスーパーオキシドジスムターゼ(SOD1)は生体にとって有害なスーパーオキシドを消去する酵素で、酸化ストレスから生体を守る重要な役割を果たしている。しかし、このSOD1遺伝子をノックアウトしたマウス(SOD1KOマウス)は一見正常に生育し、明らかな表現型を示さない。この事実から、SOD1KOマウスでは、SOD1を代償するような機構が存在することが予想される。特に腎臓は血流が大きく酸化ストレスに曝されやすい。そこで、SOD1KOマウスと野性型マウスの腎臓を用いて発現の異なる遺伝子のスクリーニングを行ったところ、グルタチオン-S-トランスフェラーゼA4(GSTA4)をコードする遺伝子がSOD1KOマウスの腎臓で有意に上昇していることを発見した。SOD1KOマウス腎臓では、特にGSTA4タンパク量が上昇していること、免疫組織染色によって腎臓の近位尿細管にGSTA4が過剰発現していること、さらに鉄が蓄積していることをを見いだした。腎障害を引き起こすFe-キレート剤またはシスプラチンを野性型マウスに腹腔内投与したところ、GSTA4遺伝子が有意に誘導された。さらにGSTA4の生体防御作用を調べるために、ヒト腎細胞であるHEK293細胞にマウスGSTA4cDNAを導入したGSTA4過剰発現腎細胞を作製した。この細胞では過酸化水素およびHNEに対する細胞傷害性が低下しており、細胞内タンパクの過酸化脂質アダクト量も減少していた。以上の結果は、SOD1KOマウスではSOD1欠損による酸化ストレスでGSTA4が誘導され、過酸化物質から腎細胞を守る役割を果たしていることを示唆している。
イントロンに隠された新たな機能の探索:情報科学的なアプローチ

真核生物の核ゲノム内の遺伝子には多数のスプライセオソーム型イントロンが存在している。その起源や進化の過程など、不明な点が多く残っている。これを明らかにすることは、ゲノム機能の発現を理解する上できわめて重要な課題である。本年度は以下の解析に取り組んだ。1.RP遺伝子データベースRPGの充実RP遺伝子に関する情報を集め、データベースに収納した。本データベースは現在(平成19年3月末)、83種類の真核生物から集めた約9,000件のRP遺伝子に関する情報を搭載しており、これらの情報は以下に述べるイントロン進化の解析に利用されている。2.イントロンの獲得と消失前年度に開発したイントロンの獲得・消失のパターンを解析するためのアルゴリズムを用いて、RPGデータセットを解析した。その結果、生物進化の初期の過程においてイントロンが爆発的に増加し、その後、獲得と消失を繰り返してきたこと、また、約10億年前を境にこの傾向(獲得または消失)が固定された可能性が示された。3.イントロンのフェーズの解析現存のイントロンのフェーズの分布には偏りがある。この偏りはイントロンの起源を明らかにする上で手がかりになる。そこで、10種類の真核生物から集めた約8万個の遺伝子を用いて、進化の過程におけるイントロンのフェーズを推測した。その結果、私達の提唱するオールパターンモデルでフェーズ分布の偏りを説明できることが明らかになった。したがって、イントロンは特定の配列を認識して挿入した可能性が高いと考えられる。4.ゼブラフィッシュを用いたイントロンの機能解析ゼブラフィッシュの受精卵にアンチセンスオリゴを注入することにより、イントロンの発現を阻害する系を開発した。これにより、今後固体レベルでのイントロンの機能解析が可能なると考えられる。本研究は、イントロンを機能性RNAの運び屋として捉え、そこに隠された新たな機能を発見することを目的とする。平成17年度は、(1)リボソームタンパク質(RP)遺伝子データベースの構築、(2)snoRNAデータベースの構築、(3)ミトコンドリアと細胞質RP遺伝子の比較、(4)ゼブラフィッシュを用いたイントロンの機能解析、を行った。1.RP遺伝子データベースRPG(http://ribosome.med.miyazaki-u.ac.jp)を構築した。RP遺伝子は進化の過程で保存性が高く種類も多いため、イントロンを解析するための強力なツールとなる。3.ミトコンドリアRP遺伝子の構造を解析し、細胞質のRP遺伝子と比較した。両者のRP遺伝子は共通の祖先から進化したと考えられるため、イントロン挿入部位を比較することにより、イントロンの起源を知る手がかりが得られる。その結果、現存するミトコンドリアRP遺伝子のイントロンは、真核生物になってから獲得されたものであることが明らかになった。4.スプライシング部位に設計したモルフォリノ修飾アンチセンスオリゴをゼブラフィッシュ受精卵に注入することにより、標的イントロンのスプライシングを阻害した。これにより、ゼブラフィッシュにおいて個体レベルで特定イントロンの機能を阻害することに成功した。今後、この系を用いてイントロンの機能を明らかにしていくことが可能となる。
生体バリアと細胞極性形成の制御機構

ビタミンD受容体ノックアウト(VDRKO)マウスの腸組織とビタミンD_3依存性ヒト腸上皮細胞株を用いて、活性型ビタミンD_3がVDRを介して、腸上皮におけるタイト結合分子claudin-2及びclaudin-12の発現を誘導することを見出した。また、これらのclaudinsが腸上皮細胞間でカルシウムイオン(Ca^<2+>)の細胞間隙チャネルを形成し、Ca^<2+>の通過を制御することを突き止めた。本研究は、カルシウム代謝に新規の知見を加え、骨粗鬆症やカルシウム代謝異常に対する新たな予防・治療戦略になることが期待される。上皮細胞間をシールするタイト結合は、細胞間隙を通る分子やイオンの選択的透過性を制御するバリア機能と、細胞極性を規定するフェンス機能を担い、その破綻は炎症性腸疾患やがん等様々な病態の原因や修飾因子になると考えられている。特にclaudin(CLDN)は、タイト結合の形成に必須の蛋白で、CLDNsは20種類以上からなる遺伝子ファミリーを構成している。CLDNは、第一細胞外ドメインの荷電アミノ酸の位置や数によって異なるイオン透過性を有することが示唆されている。そこで今回我々は、「細胞間隙における分子通過、とくにカルシウム吸収を制御するメカニズム」の解明に結びつけることを目的として、正常マウスおよびビタミンD受容体ノックアウト(VDR KO)マウスを用いて、十二指腸、空腸、回腸、結腸におけるCLDNsの発現パターンを検討し、さらにビタミンD依存性にカルシウムの透過性を亢進するヒト腸上皮細胞株Caco-2を用いて、それぞれのCLDsがカルシウム透過性に及ぼす影響を検討した。1)マウス腸管においてCLDN7,8,12,13,15が発現することを見出した。2)これらのCLDNsは、その発現部位と発現量がそれぞれ異なり、特異的発現パターンと細胞内局在を示した。3)カルシウムイオンが吸収される小腸では、CLDN12の発現が高いことが明らかになった。4)ビタミンD受容体ノックアウト(VDR KO)マウスの腸組織におけるCLDNの発現を解析したところ、CLDN2,12の発現が著明に減弱していた。5)ヒト腸上皮細胞株Caco-2をビタミンDで処置するとカルシウムイオンの透過性が亢進し、CLDN2,12の発現が誘導された。さらにRNAi法や強制発現法を用いて、CLDN2,12がカルシウムイオンのparacellular channelとして働くことを確認した。以上から、ビタミンDがVDRを介してCLDN2,12の発現を誘導して、小腸におけるカルシウムイオンの細胞間隙通過を制御すると考えられた。タイト結合は外側基底膜の最も細胞頂部で上皮細胞間をシールし、細胞間隙における分子やイオンの通過を制御するバリア機能を担っている。近年多くのタイト結合構成分子が同定されており、occludin, claudin, junctional adherens molecules(JAM)といった膜貫通分子と多数の膜裏打ち分子が知られている。このうちclaudinファミリーは、細胞間隙における分子通過すなわちタイト結合のバリアにとって最も重要な分子である。カルシウムイオン(Ca^<2+>)は腸上皮細胞から吸収され、その経路には細胞内を通るtranscellular pathwayと細胞間隙を通るparacellular pathwayが知られている。また活性型ビタミンD_3は、transcellular pathwayによるCa^<2+>吸収を亢進させる最も重要なホルモンの一つである。しかし、paracellular pathwayを介したCa^<2+>吸収に関わる分子や、そのビタミンD_3依存性は明らかではない。本研究では、ビタミンD受容体ノックアウト(VDRKO)マウスの腸組織とビタミンD_3依存性ヒト腸上皮細胞株を用いて、活性型ビタミンD_3が核内ステロイド受容体スーパーファミリーに属するVDRを介して、腸上皮におけるタイト結合膜貫通分子claudin-2とclaudin-12の発現を誘導することを見出した。また、これらのclaudinsが腸上皮細胞間でCa^<2+>のparacellular channelsを形成し、Ca^<2+>の細胞間隙通過を制御することを突き止めた。本研究は、カルシウム代謝に新規の知見を加えた。Ca^<2+>のparacellular channelsを同定した本研究を基盤として、Ca^<2+>を効率よく吸収・通過させることが可能になれば、骨粗鬆症やカルシウム代謝異常に対する新たな予防・治療戦略になることが期待される。
視覚障害者の視覚・聴覚・触覚認知特性の解明に関する研究

視覚障害調整班は、項目内の計画研究班の連携と全体的な研究促進のため、以下の五つの目的をもって活動してきた。具体的な活動内容は、各目的の後ろに記した。1.視覚障害者支援にかかる全般情報の共有・国内における視覚障害児・者の概要に関する報告・Lightening Talkとして「視覚障害教育の現状」の発表・視覚障害者のニーズ把握のための視覚障害者当事者及び支援者を招いた講演会・電子情報通信学会東京支部シンポジウム「障害者・高齢者のヒューマンインタフェース」における講演・研究動向の把握のための関連学会/研究会の聴講・種々の感覚モダリティによる視覚障害者の読み能力に関する検討2.認知科学にかかる情報の共有・認知科学の専門家を招いた講演会・認知負荷の観点からの研究結果のまとめ方に関する検討3.研究メンバーの専門領域に関する情報の共有・Lightening Talkによる研究代表者・分担者・協力者間の専門知識の共有4.視覚障害者支援の研究推進上の問題の共有と検討・視覚障害者を被験者とした研究論文のサーベイ視覚障害調整班は、項目内の計画研究班の連携と全体的な研究促進のため、以下の五つの目的をもって活動してきた。1.視覚障害者支援にかかる全般情報の共有・国内における視覚障害児・者の概要に関する報告・視覚障害者のニーズ把握のための視覚障害者当事者及び支援者を招いた講演会・電子情報通信学会東京支部シンポジウム「障害者・高齢者のヒューマンインタフェース」における講演・研究動向の把握のための関連学会/研究会の聴講・種々の感覚モダリティによる視覚障害者の読み能力に関する検討2.認知科学にかかる情報の共有・認知科学の専門家を招いた講演会・認知負荷の観点からの研究結果のまとめ方に関する検討3.研究メンバーの専門領域に関する情報の共有・Lightening Talkによる研究代表者・分担者・協力者間の専門知識の共有4.視覚障害者支援の研究推進上の問題の共有と検討・視覚障害者を被験者とした研究論文のサーベイ視覚障害関係調整班の役割は,管轄する計画研究班を有機的に連携させることである。具体的には,視覚障害者の情報アクセスにおける問題点の共有,計画研究班間でのテーマの重複を除いた効率的な研究の実施,各計画研究班の研究テーマについての全体的検討,各班が有する専門的知識・技術の他班での活用,などの事項を推進する。このためにまず,全体会議において,視覚障害者の定義,人数,情報アクセス上の問題点について概説した。また,調整班会議を2回行い,各班の研究テーマについて議論した。さらに,メーリングリストを立ち上げ,調整班,並びに視覚障害関連計画研究班全員での情報共有と連絡に活用している。調整班会議で議論を繰り返す中で,計画研究班間で共通な研究課題が明らかになってきた。その1つは,情報のパターン的認知である。健常な視覚では,チャンクと呼ばれる数文字を単位として1度に処理できることが広く知られている。同様な情報処理は,音声の認知においても起きている。触覚の認知でも同様の機構があると考えられ,その解明が課題である。2つ目は,情報の空間的広がりと読みの利便性との関係である。健常な視覚による読みでは,紙面または画面上に情報が2次元的に広がっている。その空間情報を活用して,情報の検索,位置記憶による情報の再検索,必要な情報のみを手早く得る斜め読みなどが可能となる。これに対して,音声は時間軸方向に1次元で提示される。点字ディスプレイも横方向1次元に文字を提示する。拡大率が高い拡大表示では,少ない文字列しか1度に読むことができない。そこで,拡大表示,音声提示,(点字ディスプレイによる)点字表示,指点字に共通した課題として,効率的な情報検索と取得を実現するために,これらのメディアをどのように活用したらよいかを考える必要がある。視覚障害調整班は,以下の項目を目的として活動してきた。(1)5つの計画研究班間の有機的な連携(2)認知心理学,特に注意の観点に基づいた計画研究班における研究の推進(3)全体調整,具体的には視覚障害者のニーズに関する知識の共有これらの目的のため,拡大調整班会議を年度内に4回実施し,具体的に以下のプログラムを実施した。(1)Lightening Talkによる研究代表者・分担者・協力者間の専門知識の共有(8月)(2)計画研究班研究に関する全体討議(4,8,10,12月)(3)外部講師(視覚障害者当事者及び支援者)を招いた講演会(10月)視覚障害調整班は、項目内の計画研究班の連携と全体的な研究促進のため、以下の四つの目的をもって活動してきた。1.視覚障害者支援にかかる全般情報の共有・研究動向の把握のための関連学会/研究会の聴講・種々の感覚モダリティによる視覚障害者の読み能力に関する検討(視覚、聴覚、触覚による読み速度データを文献で調べ、セミナー形式で検討した)2.認知科学にかかる情報の共有・認知科学の専門家を招いた講演会・認知負荷の観点からの研究結果のまとめ方に関する検討(認知心理学における研究のまとめ方を使って、既に行った実験データを再検討した)3.視覚障害者支援の研究推進上の問題の共有と検討・視覚障害者を被験者とした研究論文のサーベイ(工学系の学会論文誌に掲載された論文をサーベイして、必要とされる被験者数と被験者条件について議論した)
神経突起伸展因子受容体の構造と機能

ニワトリ毛様体神経節(ciliary ganglion,CG)ニュ-ロンより突起伸展を引き起こす因子(神経突起伸展因子、NOF)を、ニワトリ砂のう平滑筋より精製し報告している。本研究では、NOF受容体を以下の方法で検索した。1)Ligand blot法:NOF受容体分画をSDS-PAGE後、ニトロセルロ-ス膜に固定し、NOFを結合させ、その結合蛋白質をNOFモノクロナル抗体で検出する。2)阻害活性:CGニュ-ロンにNOFを加えると突起が伸びるが、これに外からNOF受容体分画を加えると、CGニュ-ロンのNOF受容体との間で競合が起こり、CGニュ-ロンからの突起伸展が阻害される。砂のう平滑筋および胚網膜に、NOFと特異的に結件する82kDの蛋白質が存在した。砂のう平滑筋より、NOF受容体をSDSーPAGEで単一バンドにまで精製した。NOFが、NOF受容体に結合するためには、受容体分子内のSーS結合が必須であった。NOF受容体(82kDa)に対する抗体を作製した。この抗体はCGニュ-ロンからの突起伸展およびリガンドブロット反応を阻害した。次に、NOF受容体の生理的意義について検討した。10日胚までのニワトリ培養網膜はNOFに反応して突起を著明に伸ばす能力があるが、それ以降になるとNOFに除々に反応しなくなる。培養網膜から突起が最も出る8ー10日目胚の網膜に最もNOF受容体が多く存在し、以降、突起伸展能が減少するにつれ、NOF受容体も減少した。このことは、NOF受容体抗体を用いた、免疫組織化学においても確めた。従って、加齢により神経細胞の突起が再生しなくなる原因の一つとして、突起伸展因子受容体が加齢と共に、減少あるいは消失するためであると示唆された。
EG-VEGF splicing variant のクローニングと機能解析

大腸癌における予後規定因子は肝転移と言われており、この転移の機序には血管新生増殖因子が密接に関連すると言われている。今回研究の基礎となったEG-VEGF(endocrine glands-derived-venous endothelial growth factor)遺伝子はFerraraらが2001年に内分泌系細胞の新規血管内皮増殖因子としてクローニングしたものである。その翌年より私どもは大腸癌におけるEG-VEGF遺伝子の関連性を検討し、実験/臨床系において血行性転移に重要な役割を示すことを報告してきた。今回はその研究中に大腸癌においてsplicing variantの異なるVariant EG-VEGF遺伝子が存在することを確認し、またその因子は血管新生の増殖に関わると共に癌細胞の浸潤能を亢進させる働きを有することが認められました。すなわちVariant EG-VEGF遺伝子が癌細胞において浸潤・転移に関与を及ぼし、更なる研究から癌の新しいメカニズムを解明することが考えられます。現在当科独自のspecific primerを用いたヒト大腸癌におけるVariant EG-VEGF遺伝子の発現について検討中であるが、血行性転移を起こしている転移巣において強発現している症例を確認している。(臨床病理学的検討ならびに予後との相関について検討中である。)大腸癌においてVariant EG-VEGF遺伝子が腫瘍細胞の悪性度を高くする因子である可能性が考えられ、現在更なる研究を進めている。大腸癌において肝転移は予後規定因子であり、その克服が生存率の向上に重要と考えられる。近年手術技術、化学療法の進歩は著しいが、未だ完全な制御が可能とはなっておらず、更なる対策が必要である。また抗体を作製し、in vitro,in vivoの実験系に用いて、浸潤、増殖、転移に如何に作用するか検討を行なっている。大腸癌においてVariant EG-VEGF遺伝子が腫瘍細胞の悪性度に関与し、この遺伝子の抗体が抗腫瘍効果に働く可能性があり、現在更なる研究を進めている。大腸癌では肝転移を生じることが多く、予後を左右する因子である。すなわち肝転移の克服が生存率の向上に重要と考えられる。現在はこれらの機能が如何なるシグナル伝達機構に関与するか、詳細な検討を行なっている。動物モデルも完成しており、計画どおり進んでいる。24年度が最終年度であるため、記入しない。ほぼ計画の通り順調に行なわれており、今後も遂行可能と考えられる。
大動脈遮断・解除に伴う脳・脊髄微小循環の変動とそのメカニズム

日本白色ウサギを対象として,静脈路を確保後,ペントバルビタールの静脈内投与で麻酔を維持し,終末呼気炭酸ガス分圧を3540mmHgに維持するように酸素加空気にて調節呼吸を行う。腎動脈分岐部直下において大動脈周囲にクランプ用カテーテルを設置する。脳脊髄軟膜血管を直接観察するために,頭頂部に有窓(closed window)を作製し,全身状態を安定させた後,baselineの諸量(脳細動脈径,血圧,心拍数,血液ガス,血漿電解質濃度)を測定する。腎動脈分岐部直下において大動脈遮断を20分間行った後,遮断解除して再灌流を行い,大動脈遮断直後,大動脈遮断20分後,遮断解除0,2,5,15,30,60分後に脳血管径の変化を測定した。脳細動脈は大動脈遮断においては明らかな変化を示さないが,大動脈遮断解除後一過性に拡張した後,遮断5分後から脳細動脈は収縮し遮断解除後60分においても有意な脳血管収縮を示すが,トロンボキサンA_2受容体拮抗薬のセラトロダストおよびフリーラジカルスカベンジャーであるエダラボンは遮断解除後の脳血管収縮を減弱させ,この脳血管収縮の機序に少なくとも一部トロンボキサンA_2受容体とフリーラジカルが関与していることが解明された。さらに,大動脈遮断・解除に際して周術期に使用される各種血管作動薬(ミルリノン,コルホルシンダルパート,プロスタグランジンE_1)の投与を行い遮断解除後の脳血管収縮に与える影響を検討した結果ミルリノンとコルホルシンの臨床濃度の静脈内投与(0.5μg/kg/min)によって5分後からみられる脳血管の持続的な収縮は完全に拮抗するが,プロスタグランディンE_1は臨床濃度(0.1μg/kg/min)で投与しても脳血管の反応には全く影響を与えず,使用する血管作動薬の種類によって大動脈遮断・解除に伴う脳微小循環に与える影響が修飾を受けることが明らかになった。本年は、生体顕微鏡下に脳軟膜血管をin vivoの状態で直接観察する手技によって,大動脈遮断・解除に伴う脳微小循環障害を検討し,その微小循環の変化のメカニズムを解明することを目的とした。(1)大動脈遮断・解除による脳微小循環の変化を検討した。日本白色ウサギを対象として,ペントバルビタールの静脈内投与で麻酔を維持し、気管切開後酸素加空気にて動物用人工呼吸器を用いて,終末呼気炭酸ガス分圧を3540mmHgに保つように調節呼吸を行った。脳軟膜血管を直接観察するために,頭頂骨上に開頭を行い,硬膜とクモ膜を切開反転させ,スライドグラス付きリングを骨蝋と骨セメントを用いて密着させ,脳脊髄液の漏れをなくし、頭窓(window)を作製した。Window内は人工髄液で灌流し,その内圧を7cmH_2Oに調節した。Window下にある血管を生体顕微鏡で拡大し,各々の血管径を測定した。大動脈遮断を腎動脈分岐部直下において行い,20分遮断の後再灌流を行い脳微小循環に与える影響を観察した。脳細動脈は大動脈遮断においては明らかな変化を示さなかったが、大動脈遮断解除後一過性に拡張した後、遮断5分後から脳細動脈は収縮し遮断解除後60分においても有意な脳血管収縮を示した。(2)大動脈遮断・解除に伴う脳血管に与える影響のメカニズムの検討をした。(1)の実験と同様のモデルにおいて、トロンボキサンA2受容体拮抗薬であるセラトロダストを人工髄液に溶解して(10^<-6>M、10^<-7>M)

灌流し人工髄液単独の結果と比較検討することによってその微小循環に与える影響のトロンボキサンA2受容体の関与について評価した。セラトロダストは両濃度において用量依存性に遮断解除後の脳血管収縮を減弱させたことから、この脳血管収縮の機序に少なくとも一部トロンボキサンA2受容体が関与していることが示された。昨年度に腎動脈分岐部直下で,大動脈を20分遮断の後再灌流し脳微小循環に与える影響を観察した。脳細動脈は大動脈遮断においては明らかな変化を示さないが、大動脈遮断解除後一過性に拡張した後、遮断5分後から脳細動脈は収縮し遮断解除後60分においても有意な脳血管収縮を示した。トロンボキサンA2受容体拮抗薬であるセラトロダストは用量依存性に遮断解除後の脳血管収縮を減弱させたことから、この脳血管収縮の機序に少なくとも一部トロンボキサンA2受容体が関与していることを解明した.本年度も生体顕微鏡下に脳軟膜血管をin vivoの状態で直接観察する手技によって、大動脈遮断・解除に際して周術期に使用される各種血管作動薬(ミルリノン、コルホルシンダルパート,プロスタグランジンE1)を臨床使用と同様に全身投与を行い、その一過性脳血管拡張とそれに引き続く持続的な脳血管収縮に与える影響を検討した.日本白色ウサギを対象として,ペントバルビタールの静脈内投与で麻酔を維持し、気管切開後酸素加空気にて終末呼気炭酸ガス分圧を3540mmHgに保つように調節呼吸を行った。脳軟膜血管を直接観察するために,頭頂骨上に開頭を行い,硬膜とクモ膜を切開反転させ,スライドグラス付きリングを骨蝋と骨セメントを用いて頭窓(window)を作製した。Window下にある血管を生体顕微鏡で拡大し,各々の血管径を測定した。ミルリノンとコルホルシンの臨床濃度の持続静脈内投与(0.5μg/kg/min)によって5分後からみられる脳血管の持続的な収縮は完全に拮抗された.一方、プロスタグランディンE1を臨床濃度(0.1μg/kg/min)で持続静注しても脳血管の反応には全<影響を与えなかった。昨年度までに腎動脈分岐部直下で大動脈を20分遮断の後再灌流し脳微小循環に与える影響を観察した。脳細動脈は大動脈遮断においては明らかな変化を示さないが,大動脈遮断解除後一過性に拡張した後,遮断5分後から脳細動脈は収縮し遮断解除後60分においても有意な脳血管収縮を示した。セラトロダストは用量依存性に遮断解除後の脳血管収縮を減弱させ,この脳血管収縮の機序に少なくとも一部トロンボキサンA2受容体が関与していることが判明した。さらに,各種血管作動薬(ミルリノン,コルホルシンダルパート,プロスタグランジンE1)の投与を行い検討した結果ミルリノンとコルホルシンの臨床濃度の静脈内投与(0.5μg/kg/min)によって5分後からみられる脳血管の持続的な収縮は完全に拮抗されるが,プロスタグランディンE1は臨床濃度(0.1μg/kg/min)で投与しても脳血管の反応には全く影響を与えなかった。本年度も同様に日本白色ウサギを用いてペントバルビタールの静脈内投与で麻酔を維持し,生体顕微鏡下に脳軟膜血管をin vivoの状態で直接観察する手技によって,脳軟膜血管を直接観察するために,頭頂骨上に開頭を行い,スライドグラス付きリングを骨蝋と骨セメントを用いて頭窓(window)を作製した。フリーラジカルスカベンジャーであるエダラボンの持続静脈内投与15分後,大動脈遮断直後,大動脈遮断20分後,遮断解除0,2,5,15,30,60分後に測定した。
心筋細胞の異常興奮と細胞内各種イオン濃度の相関

心筋細胞のNH_4Cl prepulse刺激後に見られるアシド-シスからの回復において、Na^+ーH^+交換系が主役を演じていることを、平成2年度に示した。本年度は、これをさらに確認する実験を行った。マウス胎児培養心筋細胞に2MMフラ-2/AMおよび3MM BCECF/AMを取込ませ、顕微鏡蛍光測光によって、細胞質Ca^<++>濃度(Ca^<++>)iおよびpH変化を記録した。15mMNH_4clを添加すると、心筋細胞のpHは、急激・一過性のアルカロ-シス後、次第に正常へ戻ろうとする。次いでNH_4clを除去すると、急激・一過性のアシド-シスの後、正常に復した。このアシド-シスからの回復は(Na)_0=0および特異的Na^+ーH^+交換阻害剤(30MM)5ー(NーlthylーNーisopropyl)amiloride(EIPA)で完全に阻害された。したがってアシド-シスからの回復は、Na^+ーN^+交換によるH^+の汲み出しによって引起こされることが明らかとなった。通常のNH_<4-> cl prepulseの場合、あるいはEIPAによってNa^+ーH^+交換を阻害し,アシド-シスのままにした場合,(Ca^<++>)iはほとんど変化しない。ところが(NA)_0=0によってアシド-シスからの回復を阻害した場合には、NH_4clおよびNa^+の除去に際して、一過性の(Ca^<++>)i上昇が観察された。この一過性の(Ca^<++>)i上昇は、Na^+ーCa^<++>交換の特異的阻害剤10MM chlorobenzyl dimethylbenzamil(CBDMB)によって完全に阻害された。また細胞外のpH依存性であり、アルカリに傾くほどアシド-シスからの回復は容易となり、一過性の(Ca^<++>)i上昇は顕著となった。(Ca^<++>)_0=0とする一過性の(Ca^<++>)i上昇は認められなかった。したがって、(Na^+)_0=0によってアシド-シスの回復を阻害した際に見られる一過性の(Ca^<++>)i上昇は、Na^+ーCa^<++>交換系によることが示唆された。これらの所見から、NH_4cl prepulse刺激においては、アシド-シスからの回復に直接かかわるのは、Na^+ーH^+交換系であること、(Na^+)_0=0として、アシド-シスからの回復を阻害したときに認められる(Ca^<++>)iの上昇は、Na^+ーCa^<++>交換によることが明らかとなった。これらの所見から、NH_4cl prepulse刺激においては、アシド-シスからの回復に直接かかわるのは、Na^+ーH^+交換系であること、(Na^+)_0=0として、アシド-シスからの回復を阻害したときに認められる(Ca^<++>)