hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
物体の回転による連続カラー画像からの3次元形状と表面反射特性の復元

物体の回転により形状と表面反射特性を復元するためのアルゴリズムを開発した。本手法では、物体の回転に伴って方位角のみが変化するように光源を動かすと、物体の回転角の変化に対する明度変化が、物体表面が完全拡散面である場合、物体表面の法線および拡散反射係数によって定められる正弦波となることを利用する。この手法を光沢のある皿や人形に適用したところ、これらの対象物体の形状と表面反射特性を良好に復元することができ、つやを適切に表現できる3次元モデルを構築することができた。また、この手法を皮膚レプリカに適用したところ、レプリカの持つ光沢成分や、複雑な形状をしているために生じる影の影響に関わらず、良好な3次元形状復元結果を得ることができた。さらに、上記の手法では、カメラの光軸を回転軸として物体を回転させる方式であったため、物体の裏側の形状復元はできなかった。そこで、カメラの光軸と直交する軸を中心に回転させることにより、物体の全周からの画像を収集し、完全な3次元モデル形状を構築するアルゴリズムを構築した。本手法は、物体の回転に伴って得られるEPI画像を解析することにより、シルエットのみでは形状復元できない、非凸物体の形状が行える。本手法では、カラー陰影解析を用いて拡散反射成分のみを取り出すことにより、光沢のある物体でも形状復元が行える。本手法を人形やプラモデルに適用したところ、対象物体全周からの完全3次元復元が良好に行われ、有効性が確認できた。本研究の目的は、物体に対する照明方向を相対的に変化させて得られる連続カラー画像から、画素毎にその明度変化を解析することにより、物体の表面形状と表面反射特性を復元する手法を確立することである。このために、まず、光源とカメラを固定し、物体の回転による連続カラー画像の撮影装置を構築した。これは回転台とカメラ・光源固定用の治具、画像処理/入力用のコンピュータとカメラから構成した。そして、この撮像装置を用いて撮影された連続カラー画像列から、対象物体の形状と表面反射特性を復元するためのアルゴリズムを開発した。本研究で提案する手法では、物体の回転に伴って方位角のみが変化するように光源を動かすと、物体の回転角の変化に対する明度変化が、物体表面が完全拡散面である場合、物体表面の法線および拡散反射係数によって定められる正弦波となることを利用する。しかし、実際には影や鏡面反射の影響により、通常は正弦波とはならないため、拡散反射以外成分の影響を受けたデータを全て取り除き、法線方向と拡散反射係数のみで記述できるデータを取り出し、それらのデータ群を最も良く近似する正弦波を推定するアルゴリズムを開発した。そして、開発したアルゴリズムにより、光沢のある陶磁器製の皿や、プラスチック製の人形の表面法線と、拡散反射係数、鏡面反射係数の推定を行った結果良好な推定結果が得られた。また、推定された表面法線から、物体形状を復元することができた。さらに、誤差の評価を行い、本手法の推定精度についての検討を加えた。
確率的フロンティアモデルの推計方法に関する統計的分析(徴収率関数への応用)

本研究で扱う確率的フロンティアモデルは、経済データを用いた実証分析においては、効率性の計測の際によく用いられ、その特徴のひとつは誤差項の分布型にある。本研究では、データの大きさが小標本である場合の確率的フロンティアモデルの推定方法の問題を扱っている。線形回帰モデルを用い、小標本における望ましい推定童である縮小推定最に関して、誤差項の分布や推定量の評価基準を考慮した統計理論的分析を行った。誤差項の分布と推定量の評価基準である損失関数の形が推定量の評価に影響を及ぼすため、扱うモデルに応じて適切な推定量を選択するととが必要であるという結果について、これまでの研究成果とともに研究叢書にまとめた。これら研究結果をフロンティアモデルの推定に適用するにあたり、本年度は研究会で報告・議論を行い、さらに推定方法に関する理論的分析が必要であることが明らかになった。まず、データの分布が非線形に近いという点を考慮する必要があり、これまでの研究結果から得られた推定方法を適用するためにはモデルに関して何らかの改善が必要になるという点について、他大学の研究者より意見をいただいた。また、本研究で扱う保険税の徴収率データはクロスセクション・データであるため、誤差分散に関して分散不均一性を考慮する必要があると考えられる。これら問題点に関しては、現在研究中であり、適切な推定方法について研究を続けている。このような、統計理論の側面からの分析と並行して、徴収率関数の実証分析に向け、「国民健康保険の実態」(国民健康保険中央会)をもとに兵庫県の市町村データの加工を行っている。保険税の徴収率に関しては、過小推定よりも過大推定してしまう(実際は徴収率が低いにもかかわらず、高いと推定してしまう)方が問題であると考えられるため、これまでに得られている、推定量と評価基準に関する研究成果が適用できると思われ、推定方法に関する上記の問題点をさらに考慮した上で、徴収率関数の推定方法について引き続き研究を行う。本研究において分析対象とするフロンティアモデルは、その性質上、推定する際の誤差項の仮定に気をつけなければならない。また、このモデルについては過大推定してしまうことと過小推定してしまうことではその問題の重要性が異なると考えられる。そこで、本年度は、線形モデルを用いた場合の推定方法について、誤差項の仮定、及び推定誤差の評価という点に着目し理論的分析を行った。具体的には、誤差項に関しては実証分析の際に考えられるいくつかの問題を想定した上で分布に関して様々な仮定を考え、また推定誤差の評価に関してはいくつかの評価基準を考慮した。これら様々な仮定が、推定量の統計的性質にどのような影響を及ぼすのか、またそれら仮定の下ではどのような推定量を用いることが望ましいのかについて、いくつかの推定量を用いて評価を行った。通常、推定量としては最小二乗推定量が用いられるが、本研究では、さらに縮小推定量と呼ばれる推定量を分析対象として用いた。推定量に対する評価基準として非常に良く用いられるある基準の下で、これら縮小推定量は望ましい性質を持つ。本年度は、これら推定量の性質が、誤差項の仮定、及び用いる評価基準によってどのように影響を受けるのかを理論的側面から分析した。研究結果から、扱うモデルにおいてどのような仮定が用いられるのかによって推定量を正しく選択することが必要であることが明らかになり、これら研究結果を神戸商科大学研究叢書にまとめた。また、松山大学での研究会において、フロンティア関数の推計方法、及び問題点などについてアドバイスを受けた。今後は今年度得られた結果をもとに、適切なモデルの推計方法に関して分析し、実証分析への応用を試みる。
ヒトの脂腺、アポクリン腺における5α-リダクターゼの活性と発現

5α-リダクターゼには二つのアイソザイムがあり、一般にtypelはアンドロゲンの不活化、type2はアンドロゲン作用の発現に関与するとされている。脂腺、アポクリン腺ではいずれのアイソザイムが主要であるかを知ることが今回の課題である。アポクリン腺を材料として以下の結果を得た。1.基礎的実験条件の検討:基質濃度50nM、1μM、それぞれpH5.5、7.5の四つの条件のいずれにおいても反応液の蛋白濃度35μg/100μlまでは濃度に比例して反応が進み、反応時間20分まで直線性が保たれた。これにより以下、反応時間を20分とした。2.至適pH:15歳女、16歳男、18歳男の腋臭症3例の単離アポクリン腺を用いた。全例、50nM、1μMいずれにおいても活性の至適pHは6.07.5の中性領域に巾の広いカーブとしてみられた。4.RT-PCRによるアイソザイムタイプの確認:単離したアポクリン腺よりRNAを抽出し、type1、2の5α-リダクターゼに対するプライマーを作成してRT-PCRを行なった。その結果、type1は25サイクルより容易に検出できたのに対し、type2は35サイクルで始めてうすいバンドが得られた。以上の結果より、ヒトのアポクリン腺の5α-リダクターゼは専らtype1であることが判明した。この結果はRT-PCRによる、ヒト皮膚の全層皮膚、単離脂腺、培養ケラチノサイトの所見と合致する。しかし、抗体を用いた免疫組織化学染色では表皮、毛包がtype2陽性であったという報告もある。今回の結果は、アポクリン腺の核内の主要アンドロゲンがダイハイドロテストステロンであるという、われわれの以前の報告とあわせて、type1アイソザイムがアンドロゲン作用の発現に関与することを示す興味ある成績である。(目的)5α-リダクターゼにはtype1と2があり、アンドロゲン作用の発現にはtype2が関与することが知られている。しかし、アポクリン腺、脂腺の5α-リダクターゼがいずれのタイプであるか知られていない。type1は基質親和性が低く至適pHが中性領域にあり、type2は親和性が高くpH55.5に至適pHがある。このことを利用してまずアポクリン腺におけるtype1、2の活性の割合を知ることを試みた。(材料)手術時に得られた腋臭症患者の腋窩皮膚より実体顕微鏡下にアポクリン腺を単離し、10%ホモジネートを作成して実験に用いた。(方法)NADPH 1mM存在下にpH5.09.0のバッファー中でホモジネートを50nMまたは1μMの^3H-テストステロンと30分インキュベートした。代謝産物は薄層クロマトグラフィー、高速液クロにて同定した。(結果)3例とも50nMの基質ではpH6.0附近に活性のピークがありtype2の存在が強く示唆された。同時にpH78にも同じ程度の活性がみられ、これは基質を1μMとした場合でも同様であった。50nMの基質濃度では、30分のインキュベーション後には基質の70%以上が代謝されているため、この時点では反応の初速度を反映していないと考えられる。したがって今後はホモジネート量を少なくして反応が直線的に進む時間を確認しより正確にtype1、2の活性の割合を明らかにしたい。なお、RT-PCRによるmRNAの発現を5例について調べたところ、type1は全例に認められたのに対して、type2のバンドはほとんど検出できなかった。このことから、mRNAのレベルと酵素活性の間には解離があり、他に活性を調節する因子があるのかもしれない。あるいは、アポクリン腺に新しいタイプの5α-リダクターゼが存在する可能性も考えられる。

今回の結果は、アポクリン腺の核内の主要アンドロゲンがダイハイドロテストステロンであるという、われわれの以前の報告とあわせて、type1アイソザイムがアンドロゲン作用の発現に関与することを示す興味ある成績である。5α-リダクターゼには二つのアイソザイムがあり、一般にtype1はアンドロゲンの不活化、type2はアンドロゲン作用の発現に関与するとされている。脂腺、アポクリン腺ではいずれのアイソザイムが主要であるかを知ることが今回の課題である。アポクリン腺を材料として以下の結果を得た。基礎的実験条件の検討:基質濃度50nM、1μM、それぞれpH5.5、7.5の四つの条件のいずれにおいても反応液の蛋白濃度35μg/100μlまでは濃度に比例して反応が進み、反応時間20分まで直線性が保たれた。これにより以下、反応時間を20分とした。2.至適pH:15歳女、16歳男、18歳男の腋臭症3例の単離アポクリン腺を用いた。全例、50nM、1μMいずれにおいても活性の至適pHは6.07.5の中性領域に巾の広いカーブとしてみられた。4.RT-PCRによるアイソザイムタイプの確認:単離したアポクリン腺よりRNAを抽出し、type1、2の5α-リダクターゼに対するプライマーを作成してRT-PCRを行なった。その結果、type1は25サイクルより容易に検出できたのに対し、type2は35サイクルで始めてうすいバンドが得られた。以上の結果より、ヒトのアポクリン腺の5α-リダクターゼは専らtype1であることが判明した。この結果はRT-PCRによる、ヒト皮膚の全層皮膚、単離脂腺、培養ケラチノサイトの所見と合致する。しかし、抗体を用いた免疫組織化学染色では表皮、毛包がtype2陽性であったという報告もある。
夜間の人工照明が甲殻類の行動に与える生態的影響

近年、夜間の人工光が野生動植物に様々な影響を及ぼしていることがわかってきた。夜行性の半陸性甲殻類であるオカガニ類には、人工光の設置によって個体群維持に重要な繁殖行動に変化が起きている可能性が示唆されている。そこで、本研究は、道路照明などがミナミオカガニの生態に対してどのような影響があるのかを明らかにすることを目的に、石垣島・西表島の野外で観察・実験・シミュレーションを3年間で実施する。
戦後における重度重複障害児教育実践の創成に関する歴史研究とアーカイブ化

本年度は、筋ジストロフィー児教育に焦点化して、病弱・重度重複障害教育が教育方法・技術のレベルで対象化され、患者運動や教育運動を媒介しながら「学校教育」としての内実を形成していく過程を分析し、養護学校義務制実施へとつながる経路と構造を叙述するための枠組みを検討した。1950年代に入り、戦後医療の復興の象徴として「国民病」といわれた結核の治療が確立をみる。国立療養所結核病棟は1950年代後半から1960年代に転換を迎え、慢性疾患入院児童、重症心身障害児、筋ジストロフィー児童への対応が模索された。1964年には「進行性筋委縮症対策要綱」が発表され、指定された国立療養所内に筋ジストロフィー病棟が設置された。1970年代には筋ジストロフィー病棟での教育が本格的に開始される。これらの病棟生活と病弱教育にかかわる資料には、入院児童や教育実践を記録した文書資料とともに、映像や音声の記録が多く存在した。国立療養所における筋ジス病棟の設置と病弱養護学校の整備と並行して、筋ジスに関する啓発的な映画や番組が製作される一方、病弱養護学校には放送教育の一環として映像機器が導入され、児童生徒や青年たちが映像制作に取り組み、当事者の自己表現の手段とされていく。本年度はこれらの映像資料のデジタル化と分析を行うことで、病弱児の学校教育の成立過程をおさえようとした。また、日教組特殊学校部(障害児学校部)の中心にいた三島敏男の教育行財政分析の活動について、三島の残した資料・論考を分析しながら、障害児教育権保障にかかわる実践・研究・運動のディシプリンである「権利としての障害児教育」の形成過程を明らかにし、そこに養護学校義務制実施過程を位置づけることで、1960-70年代にかけての重度重複障害児をめぐる教育実践・教育運動・教育政策の絡み合いを明らかにした。映画『ぼくのなかの夜と朝』(1971)を契機に、筋ジス児童を取り上げた報道映像の動向をおさえた。「ある生の記録」(1972、NHK)は、国立療養所下志津病院(千葉)の筋ジス病棟における筋ジス児の生活と学習を追ったドキュメンタリーである。一方、「ぼくのなかの夜と朝」の舞台である西多賀病院入院者からは、筋ジス研究推進の要請がなされており、「生きてるあかしーある筋ジス患者の陳情ー」(東北放送、1978)は、国立研究所設立の署名・募金運動を記録している。こうした動きが「日本筋ジストロフィー協会」の運動へとつながるが、その中心は筋ジス児の親たちであり、岩手から西多賀病院へ入院させた親の会を描いたドキュメンタリー「翔べ!白鳥よ」(1979、岩手放送)が制作された。また、西多賀病院に入院していた3人兄弟の筋ジス患者(山田三兄弟)たちは映画「車椅子の青春」の制作を経て「ありのまま舎」を設立し、自立生活運動へと展開していく過程をあとづけた。このように筋ジス児たちが、患者(病者)ないし運動主体としての自己形成を遂げていく過程に学校教育がいかに関与したのかをふまえて、病弱・重度重複障害教育の形成過程を検討した。三島敏男は教員組合運動の立場から政策・行財政分析を精力的に行う一方、「戦後障害児教育運動史」の執筆に取り組んでおり、「運動」の視点から5つの時期に区分して「戦後障害児教育」の通史的な叙述をめざしていた。その未完成原稿を、松本昌介氏(元東京都立養護学校教員)の協力を得て校閲し、関連する三島の論考を加えて『権利としての障害児教育ー三島敏男の仕事ー』として冊子化した。これにより、1979年の養護学校義務制実施へと至る国会レベルでの政策審議過程ならびに、それらを運動の側がいかに読み込み政策要求を作り出してきたのかを一体的に把握することができた。最終年度にあたり、以下の点をふまえて、報告書の作成のための作業を行うとともに、出版刊行の可能性を探る。1)養護学校教育が成立する社会的な土台の形成に着目しながら、学校現場や医療現場と地域社会において、重度重複障害児への教育要求・課題と、それを「養護学校」として制度化しようとするエネルギーがどのように影響し合いながら組織化されたのかという枠組みを設定し、重度重複障害教育の成立が養護学校義務制実施に与えたインパクトを検討・叙述していく。「教育不可能」とされた重度重複障害児に対して、医療や福祉といった教育の「外部」における教育実践の形成という課題に直面しながら、医療や福祉との緊張関係において学校教育という形態・制度へと展開していく契機がいかに模索されたのかをみる。2)これまで取り上げてきた映像作品がいかなるルートや場を通じて公開・活用されたのかについて、関連する教育運動やマスメディアの動向をふまえて検証する。重度重複障害児の学校教育の可能性や必要性が社会的にどのように発信され、社会の人々に認知されていったのかを検討することで、養護学校義務制を支えた社会基盤のつくられ方をみる。3)映像資料に関する研究成果については、当該の学校・施設、法人とのコンセンサスを得たうえで、映像アーカイブスとして公開できる仕組みを検討する。映像資料の解説とデータベースを作成・公刊することで、社会に還元し、後続の研究の利便性を高めることをめざす。映像の公開方法、アーカイブスの横断的なネットワークの形成について検討し、記録映像・映画の保存と継承にむけた課題を整理する。

個人情報やプライバシーの保護を前提として、重度重複障害や病気の子ども・青年たちの「生きた証」とそれを支えた教育実践の継承と今日的な活用を公的に行っていくための課題を検討する。本研究の目的は、肢体不自由児を中心とした療育や教育の記録映像の歴史的意義を明らかにするとともに、デジタル化を通して次世代に継承することにある。具体的な作業としては、映像記録のデジタル保存、未確認映像の調査発掘、当時のテレビ等の関係報道の検討、映画のシナリオ等の文字・文書史料との突き合わせ、関係者への聴き取り調査等を行うことになる。今年度は、1)近江学園・びわこ学園の系譜における重症心身障害児療育、2)筋ジストロフィー児をはじめとする病弱教育実践、3)光明養護学校を中心とした肢体不自由児教育実践、についてそれぞれ映像記録のデジタル化とコンテンツの検証を行った。1)については、療育記録映画『夜明け前の子どもたち』(1968)の製作スタッフ(梅田克己氏:助監督、大野松雄氏:音響担当、田村俊樹氏:スチール担当)への聴き取り調査、びわこ学園、あざみ寮などで史料調査を行い、未使用フィルムのデジタル保存と内容の検証を行った。2)については、国立療養所西多賀病院のベッドスクールのドキュメンタリー映画『ぼくの中の夜と朝』(1971)の映像の検証、京都市立鳴滝総合支援学校に保存されていた宇多野病院併設学級時代および養護学校時代の映像資料(16ミリ、8ミリ、オープンリールビデオ、VHS等のビデオ)のデジタル化を行った。3)については、東京都立光明養護学校のドキュメンタリー映画『愛と力』(1968)の映像の検証、光明特別支援学校で追加の史料調査により現存フィルム・オープンリールビデオのリスト化を行い、都立小平養護学校に開設された脳性まひ児学級を追ったドキュメンタリー映画『ともだち』(1971)について、監督した杉原せつ氏に聴き取り調査を行うとともに、氏からフィルムの提供を受けてデジタル化した。これらの作業の途中経過および成果については、学会での研究報告やラウンドテーブル、大学紀要等で発表した。本年度の研究作業は、当初の計画にしたいがい、おおむね順調に進めることができた。上記したように本研究の作業と目的は、おもに1)映像資料の発掘・デジタル保存、2)映像コンテンツの検討とアーカイブ化にある。現在の施設・学校に保管されている映像メディアは個人情報を含み、貴重な資料でありながら、何ら配慮がなされないまま廃棄されている現状があり、これらの映像やフィルムの価値を関係者と共有し、関係者の了解のもと、その整理とデジタル化を進める必要がある。本年度はとくに、国立療養所併設養護学校の筋ジス児教育、肢体不自由養護学校における重度重複障害児教育に関する映像資料の発掘とデジタル化、コンテンツの検討を進めつつ、学校や自治体での映像作品の公開のあり方についても関係者との検討を行ってきた。本研究では、1960年代後半から1970年代にかけて製作された障害児関係のドキュメンタリー映画の代表作として、びわこ学園の重症心身障害児療育記録映画『夜明け前の子どもたち』(1968)を位置づけた。そして、この作品の内容と系譜の検証を中心的作業とすることにより、同時代に産出された筋ジストロフィー児や肢体不自由児・重度重複障害児に関する記録映画の布置関係が明らかとなり、それぞれの映像コンテンツとそこに共通する時代性についても検証することが可能となった。それらの研究成果は、田村和宏・玉村公二彦・中村隆一編著『発達のひかりは時代に充ちたか?
骨結合インプラント症例における食品の硬さ識別能力について

顎骨内に挿入した人工歯根により義歯を支示させるインプラント義歯の設計基準を得るためには、骨結合インプラントの力学的特性を把握すると同時に、人工歯根周囲組織の圧感覚を把握することが必要となる。そこで、本研究においては、骨結合インプラントを装着した症例に対して、食品の硬さ識別能の調査を行なった。インプラントと天然歯とが対合する10症例を被験対象として選定し、JIS規格による中等度のゴム硬さである30゚より70゚に至る5段階の硬さの合成ゴムブロックを試料として、硬さ識別テストを行なった。識別テストは、50゚を対照として、まず、咬合面に置かれたゴムを、1回の咬合によりその硬さを記憶させ、ついで、任意の硬さのゴムを1回咬合させ、対照ゴムに比較して被験ゴムが、「硬い」、「同じ」、「軟らかい」のいずれに感じたかを回答させた。さらに、識別能力の比較のために、対合する天然歯の歯周組織に麻酔を施した状態でのテストも実施した。天然歯にインプラントが対合する症例の、50゚のゴムを対照とした、30゚、40゚、50゚、60゚および70゚のゴムの硬さ識別テストの平均正回答頻度は、それぞれ91%、64%、44%、60%および89%を示した。一方、インプラントに対合する天然歯に対して麻酔を施した場合の硬さ識別テストの平均正回答頻度は、それぞれ、89%、67%、35%、65%および95%を示し、両者間の識別能力にはほとんど差異が認められなかった。したがって、中等度の硬さのゴムの硬度差の識別においては、筋および顎関節からの受圧情報が主体となっていると考えられる。
小胞体シャペロンおよび下流シグナル分子の制御による膵β細胞機能の調節

(1)小胞体ストレスシグナル分子の遺伝子導入マウスの作製平成17年度の研究にて明らかになった、小胞体ストレス応答の軽減に寄与するであろう小胞体ストレスシグナル分子を遺伝子導入したトランスジェニックマウス、もしくは遺伝子機能を抑制したノックアウトマウスを作製する。1.小胞体ストレスシグナル分子としてBip(GRP78)を選択した。2.トランスジーン構築に関しては、CAGプロモーター下流にloxpに挟まれたCAT配列を配し、その下流にBip cDNAを挿入した。3.細胞に導入し、Cre存在下でCAT配列の削除とBip mRNAの転写開始・増強を確認した。4.同トランスジーンを導入したトランスジェニックマウスラインを9つ得た。5.組織特異的(肝臓・膵β細胞)にBip発現を誘導するため、Alb-Creマウス(肝臓特異的)・RIP-Creマウス(膵β細胞特異的)との交配を進めている。(2)小胞体ストレスシグナル分子の遺伝子導入マウスの解析にて作製したマウスに視床下部摂食制御中枢を破壊するGTG(gold tioglucose)を投与して過食にし、肥満・高血糖を示す2型糖尿病モデルマウスを作製、生体内における膵β細胞機能を解析する。また異常インスリンを生成することで小胞体ストレスを惹起するAkitaマウスと交配させ、膵β細胞における小胞体ストレス応答反応を検討する。現在、上記(1)で進行中のマウス作成中であり、臓器特異的Bipの過剰発現を確認でき次第、(2)の実験を行う予定である。(1)小胞体ストレスシグナル分子のMIN6細胞への導入小胞体膜上に存在する小胞体ストレスシグナル伝達に関与する膜タンパク質(小胞体ストレスセンサー)IRE1,ATF6,PERK、センサードメインに結合しているBip(GRP78)、ストレスシグナルを核へ伝達するXBP1、直接アポトーシスを惹起するCHOPなどの下流のシグナル分子のcDNAを発現ベクターにクローニングした。現在、膵β細胞cell lineであるMIN6細胞に遺伝子導入し、各々の蛋白の発現レベルを検討している。十分な発現レベルを確認後、(3)へ移行する予定である。(2)小胞体ストレスシグナル分子RNAiのMIN6細胞への導入現在、Bip(GRP78)およびCHOP分子に対するRNAiを作製し、MIN6細胞へ導入してtarget mRNAの発現を抑制し得るかを検討中である。十分な発現抑制を確認後、(3)へ移行する予定である。(3)小胞体ストレス応答性の検討(1),(2)で作製した小胞体ストレスシグナル分子の過剰発現系、遺伝子抑制系の細胞に小胞体ストレスを惹起する各種ストレス(高血糖、Sulfonyl Urea薬、tunicamycin、tapsigarginなど)を作用させ、細胞のアポトーシスが誘導されるか、発現制御を行った以外の小胞体ストレスシグナル分子の発現が変化するか否かを定量的リアルタイムRT-PCR法、Western blot法や免疫組織化学染色法などで検討する予定である。
超高輝度荷電粒子ビームの表現方法の基礎研究

加速器中の荷電粒子ビームの数値解析においては、ビームの運動状態の精度(位相空間分解能)と自由度の数(粒子数)の関係が重要となる。質量電荷比を保存した古典的な点電荷としてビームを表現するマクロ粒子法に対して、統計力学の手法を規範として、ビームの位相空間分解能と自由度の数を定量的に評価する手法、およびそれを用いた数値計算コードの開発を行い、空間電荷効果が支配的なビームに対する自由度の数の影響を評価する方法を確立した。本方法により、ビーム分布端部における自由度の数の重要性を定量的に評価できるようになり、今後の解析精度向上に向けた指針を得ることができた。最新鋭加速器では荷電粒子ビームの高輝度化・大出力化が進み、取り扱う粒子数が膨大なものとなる。ビームの運動を解析的に扱うには系の自由度(粒子数)を減らすことが必要となり、幾つかの荷電粒子を一纏めにした古典的な点電荷の集まりとしてビームを表現するマクロ粒子法が一般に使われる。このとき、元のビームの性質が保たれる自由度の数はいくらなのかということが根本的な問いとなる。この問いに対して何らかの指針を与えるために、統計力学の手法を規範として、ビームの運動状態の精度(位相空間の分解能)と系の自由度の数の関係を明らかにする手法を開発した。平成26年度は、マクロ粒子数を減らす操作を定式化するための新たなアイデアとして、近接する2つのマクロ粒子を新たな1つのマクロ粒子(質量電荷比は保存)に置き換える操作、二粒子変換(Particle Pair Transformation)を定義・導入した。この二粒子変換をまずは静的な1次元荷電粒子分布に適用し、変換を繰り返す毎にその分布が作る静電場が変化していく過程を定量的に評価した。この結果、粒子数が減っていく過程における位相空間の分解能の変換規則と、粒子間距離の変換規則を得ることができた。1次元系で二粒子変換の有効性を確認したあと、これを2次元荷電粒子分布に拡張し、同様の変換規則を得ることができた。2次元系では、1次元増えたことにより近接する荷電粒子が増えることによって、電荷密度の高い領域で変換前後の位相空間分布の変化が大きいことが確認された。以上のように、新たに定義した変換によって、粒子数を変えたときの影響を定量的に評価することが可能になり、簡単な1次元、2次元系について理論解析から得られる厳密な解と比較することが可能となった。加速器中の荷電粒子ビームの解析においては、計算機の能力が向上した現在でも、膨大な粒子数をそのまま扱うのは難しく、系の自由度を減らして解析することが必要となっている。系の自由度を減らして荷電粒子ビームを表現する方法として、幾つかの荷電粒子を一纏めにして質量電荷比を保存した新たな古典的な点電荷(マクロ粒子)の集まりとしてビームを表現する、マクロ粒子法が広く使われている。このときに重要となるのが、元のビームの性質が保たれる自由度の数はいくらなのかということである。この問いに対して、本研究では、統計力学の手法を規範として、ビームの運動状態の精度(位相空間の分解能)と系の自由度の数の関係を明らかにすることを目的としている。平成26年度は、マクロ粒子数を減らす操作を定式化するための新たな手法として、二粒子対変換(Particle Pair Transformation)を定義・導入した。この変換では、近接する2つの粒子を一つのマクロ粒子として置き換える。この変換を1次元と2次元の荷電粒子分布に適用し、粒子数の変換性を定量的に評価できることを確認した。平成27年度は、この二粒子対変換をプログラムコードMATLAB上で実装し、1次元と2次元の荷電粒子分布に対して、その分布が作る静電場が変化していく過程の定量的な評価を行うとともに、理論解析可能な一様電荷分布についての解と比較し、粒子数による影響を評価することができた。本成果については、国際粒子加速器会議(IPAC15、米国)及び日本加速器学会年会(2015年)にて報告を行った。また、次の段階として、本方法を3次元分布に適用する準備を開始した。ただし、3次元化にあたっては計算量が大幅に増大するため、計算コードをMATLABからC言語に切り替え、変換の高速化を行っている。平成27年度前半は、前年度に開発した変換プログラムを利用し、1次元および2次元分布に対する解析をおおむね当初計画通りに進めることができた。解析と並行して2次元系の二粒子対変換を3次元系に拡張する作業を開始したが、当初使用していたプログラムコードMATLABでは計算速度が遅く解析時間が大幅に増大することが予想されたため、新たに高速なC言語のコンパイラを導入しプログラムの移植を行うこととした。このプログラム移植のために、3次元系の解析が遅れることになった。系の自由度を減らして荷電粒子ビームを表現する方法として、幾つかの荷電粒子を一纏めにして質量電荷比を保存した新たな古典的な点電荷(マクロ粒子)の集まりとしてビームを表現する方法が広く使われている。

この問いに対して、本研究では、統計力学の手法を規範として、ビームの運動状態の精度(位相空間の分解能)と系の自由度の数の関係を明らかにすることを目的としている。本研究は、1.位相空間分解能と自由度の数を定量的に評価する手法の開発、2.静的な荷電粒子分布に対する解析、3.時間発展する粒子分布への拡張、という3つの段階で実施された。平成26年度は、マクロ粒子数を減らす操作を定式化するための新たな手法として、二粒子対変換を定義・導入し、その有効性を検証した。この変換を用いることで、粒子数の変換性を定量的に評価することが可能となった。平成27年度は、この二粒子対変換を用いた数値計算コードを開発し、1次元と2次元の荷電粒子分布に対して、その分布が作る静電場が変化していく過程の定量的な評価を行った。平成28年度は、時間発展する粒子分布に対応するために、数値計算コードの拡張を行った。このコードを用いた解析により、位相空間分布の時間発展に対する粒子数の影響は、分布中央付近では小さいが、端部において顕著に現れることが確認された。本成果については、線形加速器国際会議(LINAC 16,米国)及び日本加速器学会年会(2016年)にて報告を行った。本研究で得られた知見を基に、荷電粒子ビーム数値計算の効率的な精度向上を目指すことが次の課題となる。加速器中の荷電粒子ビームの数値解析においては、ビームの運動状態の精度(位相空間分解能)と自由度の数(粒子数)の関係が重要となる。質量電荷比を保存した古典的な点電荷としてビームを表現するマクロ粒子法に対して、統計力学の手法を規範として、ビームの位相空間分解能と自由度の数を定量的に評価する手法、およびそれを用いた数値計算コードの開発を行い、空間電荷効果が支配的なビームに対する自由度の数の影響を評価する方法を確立した。本方法により、ビーム分布端部における自由度の数の重要性を定量的に評価できるようになり、今後の解析精度向上に向けた指針を得ることができた。平成26年度の計画では、荷電粒子ビームの自由度を減らす変換(二粒子変換)の定義とプログラム開発、粒子分布が作る電磁場を計算するための電磁場分布計算プログラム開発を実施し、これを1次元および2次元荷電粒子分布に適用する予定であり、おおむね当初計画通りに進んでいる。また、荷電粒子の量子性の影響について検討を行うことを計画していたが、対象とする荷電粒子ビームの種類・状態に依存して影響が変化するため、対象毎に分けて検討を進めている。平成28年度は、27年度に引き続き二粒子対変換の3次元分布への拡張を行い、自由度の数と位相空間分解能の変換規則の解析を進める。プログラムの実装では、並列処理も導入し、更なる計算の高速化を図る予定である。また、解析結果と比較するために、現実のビームに近い粒子数の運動状態を再現する粒子トラッキングプログラム開発(力技検証用、扱える粒子数を増やすことが目的)を実施する。年度後半は現実の加速器の陽子、電子ビームを対象とした粒子トラッキング計算を実施し、二粒子対変換から求めた解析結果と比較検証を行う。量子性については、多粒子が作る位相空間分布について検討を行い、光陰極電子源を例として解析を行う。ビーム物理学平成26年度の研究によって、自由度を減らす操作である二粒子変換の基本的なアイデアを検証することができた。平成27年度は2次元荷電粒子分布から3次元分布への拡張を行い、自由度の数と位相空間分解能の変換規則の解析を進める。
ハドロン加速器および初期宇宙におけるブラックホール

ハドロン加速器で生成され得るマイクロ・ブラックホールの量子的性質について解析、並びにその基礎研究を行った。その結果、粒子のスピンとブラックホールの角運動量の結合の影響、物質のブレーンへの局在条件、余剰次元のブラックホールへの影響などが明らかとなった。特に、曲がった時空において強い相互作用をNambu-Jona Lasinioモデルを用いて、有効理論を得ることに成功した。昨年度を通じ、マイクロブラックホールの蒸発過程のうち回転が減速しつつある相について吟味し、そのLHC実験との関連性を調べた。成し得た主要な結果として、技術的には、放射スペクトルの計算のための新たな手法を用いることで極めて高速回転する領域の解析を可能とし、また、現象論的には、余剰次元数と高次元プランク質量の情報を読み取るためには、スピンの速さに依存した放射の角度分布を利用することが本質的であると指摘した。さらに、ブラックホールの高速回転と潜在的な熱力学的不安定性の間の関係を見出した。最終的に、そのようなイベントが検出された場合の統計解析を改善する方法を提案した。高速回転するブラックホールがきたし得る不安定性を解析する試みを推し進めつつあるところである。また、関連する諸問題についても研究を行なった。まず始めに、ホログラフィー仮説に関連したブラックホール周囲での量子効果についてのこれまでの研究をまとめ、漸近的に平坦でない時空での真空偏極の効果を計算する新たな手法を提案した。これは、研究対象とする高次元ブレーンワールドにおけるブラックホールについての重要課題である。また、ブラックホール蒸発においてのQCDセクターならびに一般的な強結合セクターを解析するための自然な手法である非摂動的場の理論の理解を深めるため、いかなる強く相互作用する理論の解析にも用いることのできる新しい正則化のスキームを提案した。さらに反de Sitter時空中でブレーンが交差するモデルでの場の局所化の問題についても調べた。科学研究費研究員2年目に行われた研究は次のようなものである。1.我々は標準模型を超える自由度によってCasimir力がどのように変化するかを調べた。ナノメートル領域のCasimir力を測定することを目標として現在行われている高精度実験において特に重要となる研究である。我々はブレーンを含む高次元模型におけるCasimir力への補正を計算する新しい方法を提案し、実験において起こりえる制限を議論した。2.格子ゲージ理論の手法を用い、近似的に共形な振る舞いを見せるゲージ理論の性質を調べた。これは昔から知られる自発的対称性の破れに変わるものとして本質的な要素になる。我々は格子上でゲージ理論の結合定数の変化を計算する新しいスキームを開発し、quenched QCDの場合にそれを適用した。この研究は現在進行しているところである。格子理論にゼータ関数正則化を初めて導入することを提案している。3. LHC実験の文脈におけるマイクロブラックホールの重要性に起因して、AdS/CFT対応を用いて高次元ブラックホールの様々な性質を解明した。田中と私の研究に基づき、樫山、棚橋と共同でAdSブラックホール時空におけるCFTのエネルギー運動量を評価し、量子論的な反作用の問題に取り組んだ。事象の地平面を持たないCFT平衡形状が、どのようにブラックホール形状に変化していくかを記述し、系の熱力学を調べると同時に、AdS/CFT対応が高次元ブラックホールとどのように関係しているかを示した。強い相互作用をする場のブラックホールからのホーキング放射により、ブラックホール近傍に光球が形成されるかどうかという問題を議論するための基礎的研究を進めた。強い相互作用をする場は高温相では対称性が回復しているが、低温相では対称性が破れるといった相転移を示す。このような現象は基本的な現象であるが、ブラックホール近傍での曲がった時空の効果を合わせて考えると非常に複雑になり、十分な取り扱いができていないのが現状である。強い相互作用の厳密な取り扱いには格子ゲージ理論による大規模なシミュレーションが必要とされるが、そのような計算を強い重力場中に拡張することは現時点では難し過ぎる問題である。そこで、我々は4点フェルミ相互作用のみを考えるGross-NeveuモデルやNambu-Jona Lasinioモデルを用いて強い重力場中の強い相互作用をする場の振る舞いを解析することを提案した。このようなモデルではフェルミオン対の期待値がオーダーパラメータとなるが、heat Kernel展開を用いて、一般の静的時空における有限温度状態でのオーダーパラメータに対する有効作用を導出することに成功した。この手法を、静的な一様等方宇宙に適用して、曲率の効果による相転移温度の変化や、オーダーパラメータが非一様になる相が現れることなど、予測される現象を確認した。ブラックホールまわりでは重力ポテンシャルの効果で実効的な温度が高温になるため、対称性が回復した相が現れ、遠方では対称性が破れた相へと連続的に変化するバブル構造が有限温度状態の解として得られることが期待される。この手法を用いることで、このような解を構成する研究を進めている。さらに発展として、有限温度状態ではなく、ブラックホールの蒸発に対応するようなUnruh状態における自己無撞着な解を得、強い相互作用をする場のホーキング放射の様子を明らかにすることを目指している。
サル海馬体におけるシナプス可塑性と記憶の保持

長期記憶の神経基盤とされるシナプス可塑性は,電気生理学的には反復刺激後の誘発電位の長期増強(LTP)や長期抑圧(LTD)としてとらえられ,従来,げっ歯類の海馬体で詳細に研究されてきた.しかし,これらシナプス可塑性の指標を霊長類の海馬体で調べた研究はなかった.そこで今回われわれは,1.霊長類であるサルの海馬体でLTPやLTDが誘導されるか,2.シナプス可塑性が誘導された場合,そのげっ歯類との差異は何か,3.シナプス可塑性と記憶とはどのような関係があるか等を明らかにすることを目的として研究を行い,以下の成果を得ることができた。1.平成17年度には,脳の深部に存在する霊長類の海馬に,MRIの画像データに基づき刺激および記録電極を正確に埋め込み,誘発電位を記録する実験系を確立した。2.平成1718年度には,このモデル動物で,種々の刺激条件を用い,LTPとLTDの誘導のを試みた。LTPは400Hzで高頻度反復刺激を与えると再現性よく誘導されたが,LTDは今回用いたどの刺激条件でも誘導されなかった。3.平成1819年度はサルとラットでLTPの特性(持続性)を比較した。一旦LTPが誘導されると,サルでは長期間(1ケ月以上)持続するが,ラットでは比較的速やかに(1週間以内に)減衰した。4.平成19年度は老齢サル(1頭)とそれより若いサル(1頭)を用いて学習課題を訓練し,年齢による行動成績やLTP誘導性の差異を比較・解析した.その結果,老齢サルのほうが行動課題の成績は悪い傾向があるが,LTPの誘導性や持続性には有意な差はなかった。以上の結果より,1.LTPはげっ歯類と霊長類という動物種差を超えた普遍的なシナプス可塑性のモデルになること,および,2.LTPの持続時間は,海馬体が記憶固定に役割を果たす期間の動物種差(霊長類では長く,げっ歯類では短いという事実)に関係することが示唆された。長期記憶の神経基盤とされるシナプス可塑性(シナプス結合強度の長期的変化)は,電気生理学的には,海馬体における誘発電位の長期増強(long-term potentiation : LTP)や長期抑圧(long-term depression : LTD)としてとらえられ,従来,げっ歯類を用いて詳細に研究されてきた.しかし,LTPやLTDを霊長類の海馬体で調べた研究は極めて少なく,とくに覚醒下で記憶機能との相関を検討した研究は皆無である.そこで,われわれはサルを用い,海馬体におけるLTPやLTDの特性と記憶機能相関を明らかにすることを企画した.本年度はこれまで2頭のサルを用い,動物モデル開発を進めてきた.具体的には,サルを麻酔し,MRI画像データに基づき各電極を目的とする脳領域(刺激電極はSchaffer側枝,記録電極は海馬体CA1領域)の近傍まで刺入後,電気刺激を加えながら刺激または記録の電極位置を系統的に変えて,誘発電位記録を試みた.しかし,サルの海馬体は脳の最深部にあるため,また,刺激電極と記録電極が極めて近接しているため,電極埋め込みが非常に困難であった.そのため,この手技の確立にはかなりの試行錯誤を要したが,最近になってどうにか有意な誘発電位が記録できるようになってきた.

現在は,モデル動物作成手技のさらなる改善を計るとともに,この動物モデルを用いてLTPやLTDの誘導のための刺激条件の検討に着手した.来年度は,本年度開発してきた動物モデルを用い,サルが覚醒している状態でLTPやLTDの誘導を試みてその特性を明らかにするとともに,LTPやLTDのニューロン活動への影響に関する検討も行う予定である.長期記憶の神経基盤とされるシナプス可塑性(シナプス結合強度の長期的変化)は,電気生理学的には海馬体における誘発電位の長期増強(long-term potentiation : LTP)や長期抑圧(long-term depression : LTD)としてとらえられ,従来,げっ歯類を用いて詳細に研究されてきた.しかし,こうしたシナプス可塑性の指標を霊長類の海馬体で調べた研究はほとんどない.近年われわれは,サル海馬体で誘発電位記録を行うin vivo実験系を開発し,高頻度反復刺激により長期増強現象(LTP)が霊長類海馬体でも起こることを明らかにした.本年度はこの実験系を用い,以下の研究を行っている.1.LTP維持期間の動物種差の検討.被検動物としてサルを2頭,ラットを5匹用い,まず高頻度刺激により海馬体にLTPを誘導した.その後,LTPの維持を観察するため,サルでは1ヶ月間,ラットでは1週間,誘発電位記録を継続した.その結果,LTPは,サルでは長期間(1ヶ月以上)持続するが,ラットでは比較的速やかに(1週間以内に)減衰することが明らかとなり,海馬体が記憶固定に役割を果たす期間の動物種差(霊長類では長く,げっ歯類では短いという事実)との関連性が示唆された.2.記憶保持およびLTPの維持に対する加齢の影響に関する研究.本年度はサルを2頭(老齢および若齢)を用いて記憶課題の訓練およびLTP誘導を行い,年齢による行動成績やLTP誘導性の差異を比較・解析する予定であったが,上記1の事項に時間を要したこと,および,老齢動物への予定していた行動課題訓練が困難であったため,現時点では行動課題を変更し研究を継続中である.長期記憶の神経基盤とされるシナプス可塑性(シナプス結合強度の長期的変化)は,電気生理学的には海馬体における誘発電位の長期増強(LTP)や長期抑圧(LTD)としてとらえられ,従来,げっ歯類を用いて詳細に研究されてきた.しかし,こうしたシナプス可塑性の指標を霊長類の海馬体で調べた研究はほとんどない。近年われわれは,サル海馬体で誘発電位記録を行うin vivo実験系を開発し,高頻度反復刺激によりLTPが霊長類海馬体でも起こることを明らかにした.またわれわれは,昨年度までの本申請研究で,サルとラットの動物種におけるLTPの持続を比較することにより,サルでは長期間(1ケ月以上)持続するが,ラットでは比較的速やかに(1週間以内に)減衰する傾向のあることを報告した。そこで本年度は以下の研究を行った。1.LTP維持期間の動物種差(昨年度の研究)の追加実験.昨年度のLTP持続の動物種差に関する研究知見をより確固たるものにするため,同じ方法で今年度もサル1頭,ラットを5匹用い,LTPの維持を観察した。得られた結果も昨年度とほぼ同様であったことから,海馬体が記憶固定に役割を果たす期間の動物種差(霊長類では長く,げっ歯類では短いという事実)との関連性が支持された.2.記憶保持およびLTPの維持に対する加齢の影響に関する研究.本年度は老齢(推定年齢20歳)とそれより若い(推定年齢10歳)サルを用いて学習課題を訓練し,年齢による行動成績やLTP誘導性の差異を比較・解析した.その結果,老齢サルのほうが行動課題の成績は悪い傾向があるが,LTPの誘導性や持続性には有意な差は認められなかった。
ゲノム情報を利用したスサビノリ共生細菌における共生分子機構の解明

ノリ室内培養系におけるノリの成長には、細菌が関与すると考えられている。しかし、特定の細菌がノリの成長に関与することを十分に証明した知見は少ない。これまでに、スサビノリ室内培養株から分離したHyphomonas属細菌がスサビノリ・プロトプラストの形態形成を促進することを明らかにした。そこで、平成24年度では、Hyphomonas属細菌の分類体系と全ゲノム配列の決定を試み、以下の結果を得た。スサビノリ・プロトプラストの形態形成を促進したHyphomonas sp. LNM10-16株について、分子系統解析、遺伝形質、および表現形質の決定を行い、他の近縁種との性状を比較した。本菌株は、グラム陰性の好気性桿菌で、運動性を有し、buddingによる分裂様式を示した。また、染色体DNAの相同性解析と一部の表現形質から、この細菌がHyphomonas属の新種であることを明らかにし、新種の提案を行った。Hyphomonas属細菌がスサビノリ・プロトプラストの形態形成を促進する遺伝子群を明らかにするために、Hyphomonas sp. LNM10-16株の全ゲノム配列を次世代シーケンサーにより決定した。その結果、20のコンティグ配列(>500bp)が得られ、本細菌のゲノムサイズは3.4Mbpで、CDSは3347個であり、その平均長は931bpであった。これらのゲノムの基本構造は、同属のH. neptuniumに類似した。本菌のゲノム配列からは、リボフラビンやコバラミンのビタミン系の合成遺伝子が見出された。現在、遺伝子発現解析により、どの遺伝子がスサビノリの形態形成に関与するかの同定を行っている。スサビノリ・プロトプラストの形態形成に関与している細菌が新規の細菌種であることを明らかにし、ゲノム解析により、本菌の遺伝子情報を得ることに成功した。結果は大変満足いくものであり、年度当初の目標を達したと評価できる。スサビノリの形態形成促進細菌とスサビノリが共存したときの、細菌の分子レベルでの作用機構を解明するために、遺伝子発現解析を進める予定である。平成23年度では、主に、これまでにスサビノリの葉状体から分離した細菌株のノリ無菌プロトプラストへの接種を試み、その形態形成を促進する細菌を明らかにすることを目的とし、以下の結果を得た。スサビノリ室内培養系から分離された259菌株を用いて、無菌プロトプラストへ接種し、6週間の混合培養を行った。接種試験に用いた分離株は、16S rRNA遺伝子塩基配列に基づいて17の菌群に分けられた。そのうち、α-Proteobacteriaに属するHyphomonas属細菌のプロトプラストの葉状体形成率は、他の細菌群に比べて最も高かった。また、4回の再現性試験においても、細菌無添加区の生残率および葉状体形成率は最も低かったのに対して、Hyphomonas属細菌を接種したときのそれらの値は高い傾向を示した。さらに、Hyphomonas属細菌は、接種した培養液から再分離され、特異検出PCR法により同一細菌であると同定された。以上の結果から、Hyphomonas属細菌がプロトプラストの形態形成を促進することが示唆された。また、無菌プロトプラストは、Hyphomonas属細菌を接種し、寒天包埋法により培養した後、通気培養することで葉状体にまで成長した。さらに、Hyphomonas属細菌の発育促進物質を明らかにするために、Hyphomonas属細菌の生菌、細胞外、および細胞内物質に分けて添加したところ、生菌の接種がプロトプラストの生残および葉状体形成に効果的であった。今後、Hyphomonas属細菌のゲノム解析を行い、発育促進に関与する遺伝子を推定する予定である。

本菌のゲノム配列からは、リボフラビンやコバラミンのビタミン系の合成遺伝子が見出された。現在、遺伝子発現解析により、どの遺伝子がスサビノリの形態形成に関与するかの同定を行っている。ノリの発育に関与していると考えられる細菌を多数分離し、検証試験を行い、ノリに対して発育促進効果の高い細菌群を選抜する事に成功した。結果は大変満足いくものであり、年度当初の目標を達したと評価できる。スサビノリ・プロトプラストの形態形成に関与している細菌が新規の細菌種であることを明らかにし、ゲノム解析により、本菌の遺伝子情報を得ることに成功した。Hyphomonas属細菌とスサビノリが共存したときの遺伝子発現機構を解明するため、Hyphomonas属細菌のゲノム解析を遂行する。また、プロトプラストから葉状体までの成長過程における本菌の動態を観察する予定である。スサビノリの形態形成促進細菌とスサビノリが共存したときの、細菌の分子レベルでの作用機構を解明するために、遺伝子発現解析を進める予定である。
ミュータンスレンサ球菌にフッ化物耐性を付与するフッ化物輸送タンパクの解明

う蝕は世界中に蔓延している疾患の1つである。う蝕予防にはフッ化物応用が効果的である。その主な作用は、歯の強化と初期う蝕の再石灰化である。一方、フッ化物には微生物のエネルギー産生経路を阻害する働きがあるので抗菌作用も期待できる。もしフッ化物がう蝕原因菌の増殖抑制にも貢献すれば画期的である。そのための方策を探る第一歩として、う蝕発生に重要な役割を果たすStreptococcus mutans菌にフッ化物耐性を付与する遺伝子の存在を明らかにした。本研究の目的は、ミュータンスレンサ球菌にフッ化物耐性を付与する遺伝子と、その遺伝子産物を同定することである。これまでの報告によると、標的とする推定の遺伝子は異なる二つの遺伝子(SMU1289、SMU1290)が連続してゲノム上に存在していることがわかっている。当該年度は各遺伝子を破壊した細菌株および両遺伝子を破壊した細菌株を作製し、次年度以降にそれら細菌株のフッ化物耐性を評価する予定とした。当該年度中にSMU1289をエリスロマイシン耐性遺伝子で置換したSMU1289破壊細菌株とSMU1290をスペクチノマイシン耐性遺伝子で置換したSMU1290破壊細菌株を作製した。現在両遺伝子を破壊した細菌株を作成中である。歯の強化のためにフッ化物を作用させることは効果的なう蝕予防手段として認められている。一方、う蝕の原因菌であるミュータンスレンサ球菌をはじめ、多くの細菌は高濃度フッ化物に耐性を持つことが知られている。近年その耐性に寄与する遺伝子の候補が明らかにされた。ミュータンスレンサ球菌においてはSMU1289、SMU1290が候補遺伝子である。本研究により得られた遺伝子破壊細菌株のフッ化物耐性を調べることにより、SMU1289、SMU1290がフッ化物耐性遺伝子であることを証明できる。その後の研究の展開により、両遺伝子産物の阻害剤の開発へとつながるはずである。開発された阻害剤の応用により、う蝕予防のためのフッ化物応用が、「歯の強化」のみならず、「う蝕原因菌の発育抑制」に役立つことになる。Streptococcus mutansにフッ化物耐性を付与すると推定される遺伝子はSMU1290、SMU1289である。当該年度の研究で、SMU1290遺伝子破壊株、SMU1289遺伝子破壊株、SMU1290・SMU1289両遺伝子破壊株の計3株を作製し、フッ化物耐性能を野生株と比較した。野生株はフッ化ナトリウム(NaF)濃度5 mM以上では発育できないが1 mMで発育できる。一方、すべての破壊株は1 mMNaF存在下で発育できなかった。さらに、SMU1290・SMU1289両破壊株はSMU1290単独破壊株、SMU1289単独破壊株よりもフッ化物耐性が劣っていることを明らかにした。大腸菌のフッ化物耐性遺伝子はcrcB遺伝子であるが、このcrcB遺伝子を破壊しフッ化物耐性能を無くした大腸菌に対しSMU1290、SMU1289遺伝子で形質転換し、フッ化物耐性能が回復するか確認した。crcB遺伝子が働く大腸菌では50 mMNaF存在下でも発育したが、crcB遺伝子破壊株では1 mM NaF存在下で発育できない。このcrcB遺伝子破壊株にSMU1290遺伝子またはSMU1289遺伝子で形質転換したところ、10 mM NaF存在下で発育した。つまりSMU1290遺伝子またはSMU1289遺伝子によってフッ化物耐性能が回復されることを明らかにした。以上の所見は、Streptococcus mutansは、大腸菌との比較から、フッ化物に対して高い感受性を持つことを示し、フッ化物の応用が歯の強化のみならず、齲蝕関連細菌の活性抑制に働いている可能性を示唆する。また、SMU1290、SMU1289がフッ化物耐性を付与することから、創薬ターゲットとしての可能性を示唆する。フッ化物のう蝕予防機序は、歯質強化と再石灰化促進である。一方、フッ化物は、微生物のエネルギー産生経路を構成する酵素を阻害するため、う蝕関連細菌の増殖抑制に働く可能性がある。しかしながら、多くの微生物がフッ化物耐性を有することが知られていた。先行研究により、微生物にフッ化物耐性を付与する遺伝子とその遺伝子産物が報告された。遺伝子データベース解析により、う蝕関連細菌であるStreptococcus mutans (S. mutans)でも、フッ化物耐性に寄与すると推測されるSMU1290_c及びSMU1289_c遺伝子とその遺伝子にコードされるchloride channel permeaseの存在が明らかにされた。前年度までの当該研究の成果として、1SMU1290_cまたはSMU1289_c、及びその両方の遺伝子を破壊したS. mutansがフッ化物耐性を失うことを示し、2フッ化物耐性遺伝子を破壊した大腸菌に対し、SMU1290_cまたはSMU1289_c遺伝子で形質転換するとフッ化物耐性が回復することを示した。以上の結果は、SMU1290_cおよびSMU1289_c遺伝子がS. mutansにフッ化物耐性を付与していることを示す。