hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
パッチクランプ法による蝸牛神経伝達物質の研究

蝸牛神経伝達物質を研究する上で、その役割を担う有毛細胞と蝸牛神経細胞に注目し、それぞれに存在するイオンチャンネルの生理学的特性あるいは耳毒性薬剤について研究を行った。モルモットまたはヒヨコを用い、パッチクランプ法にて研究を行った。有毛細胞については、機械刺激を電気信号に変換するイオンチャンネルについて耳毒性薬剤の影響を調べた。抗癌剤であるシスプラチン、アミノ配糖体系抗生物質であるストレプトマイシンが抑制作用を持つことが明らかになった。シスプラチンには2分子が、またストレプトマイシンは1分子が一つのチャンネルに作用することが明らかとなった。有毛細胞の内部環境を調節する電位依存性イオンチャンネルについても種々の新知見を得た。二種類のカルウムチャンネルが存在し、靜止電位ですでに活性化している新しいチャンネルであることが解明した。さらにカルシウムチャンネルについては、耳毒性薬剤のアミノ配糖体系抗生物質で抑制されることが確認された。また、カルシウムチャンネルは単一電流記録により詳細なカイネティクスが確かめられた。神経伝達において重要な役割をもつ、聴覚伝導路一次神経元である蝸牛神経節細胞について、種々のイオンチャンネルの存在が明らかになった。ナトリウムチャンネル、カルシウムチャンネル、カリウムチャンネルら電位依存在性イオンチャンネル、またグルタミン酸に応答する興奮性応答が確認された。このことより有毛細胞から蝸牛神経節細胞への伝達物質はグルタミン酸であることが強く示唆された。以上聴覚伝導路を形成する細胞で、イオンチャンネルの生理学特性あるいは耳毒性薬剤に対する影響等数多くの新知見を得ることができた。モルモット蝸牛より外有毛細胞を、酵素および機械的処理により単離した。外有毛細胞の膜電位を静止状態に電圧固定したうえで、脱分極性および過分極性電圧刺激をくわえたところ、細胞膜にそれぞれ外向きおよび内向きの膜イオン電流が惹起された。また、これらのイオン電流を構成する主たるイオンはカリウムであることが判明した。内向きのカリウム電流は、他の組織で報告されている従来のカリウム電流とその生理学的特性が異なり、細胞の静止膜電位のレベルにおいてもすでに活性化されていた。モルモット蝸牛の外有毛細胞に特異なカリウムチャンネルが存在する意義として次に挙げるような生理学的役割が推測される。蝸牛には通常の細胞外液と組成が似ているナトリウムイオンにとむ外リンパ液と、カリウムイオンにとむ内リンパ液が存在している。外有毛細胞は頂部において内リンパ液に、また外側基底部において外リンパ液に接しており、二つの組成の大きく異なった細胞環境間に存在している。しかも音刺激により内リンパ液より大量のカリウムイオンが細胞内に流入することが知られている。外有毛細胞には今回明らかになったように静止電位においてカリウムチャンネルが活性化されており、細胞内に蓄積したカリウムイオンが外リンパ液に流出するので、外有毛細胞は異なった細胞環境問のサイホン機能をもつことが考えられる。また音刺激により細胞周囲の外リンパ液のカリウムイオン濃度が上昇することが報告されている。外有毛細胞はこのチャンネルを通して、膜電位の再分極の過程において外リンパ液中のカリウムイオンを細胞内に取り込むことが推察される。つまり、外有毛細胞は哺乳類蝸牛において従来考えられていた感覚細胞としての働きに加えて、中枢神経系におけるグリア細胞の様に、カリウムイオンの緩衝系の役割を有する可能性がある。今年度は、昨年度明らかにしたモルモット蝸牛外有毛細胞の電位依存性チャンネルの生理・薬理学的特性の検討を行った。外有毛細胞には2種類のカリウムチャンネルが存在する。その一つは従来のカリウムチャンネルと異なり、静止電位においてすでに活性化されている。このチャンネルは種々のイオンに対するイオン透過性も従来のものと異なっており、また外液の陰イオンに依存して活性化された。

耳毒性が知られているアミノ配糖体系抗生物質を投与すると、蝸牛においては外有毛細胞に最初に障害がおこる。そこで、外有毛細胞の電位依存性チャンネルに対するアミノ配糖体の効果を検討した。アミノ配糖体は外有毛細胞のカルシウムチャンネルを選択的に抑制した。カリウムチャンネルには全く影響は与えなかった。聴覚路において外有毛細胞は微細に音を聞き分ける役割を担っていると考えられている。これは外有毛細胞の運動能により発現している。運動能には細胞内のカルシウムが関与しており、電位依存性カルシウムチャンネルが重要である。アミノ配糖体系抗生物質がカルシウムチャンネルを抑制するということは、外有毛細胞の働きの阻害に関係している可能性がある。また、有毛細胞には機械的刺激により開閉するチャンネルがある。哺乳動物の有毛細胞においては依然このチャンネルの記録は行えていない。そこで、このチャンネルによる応答の記録が可能であるひよこの蝸牛より単離した有毛細胞に対する薬物の効果を検討した。やはり耳毒性が知られている抗癌剤のシスプラチンを投与し、チャンネルの応答をみた。シスプラチンはこの応答に対する抑制効果を有している。今後、他の薬剤のチャンネルへの効果を検討し、耳毒性薬剤の機序の解明が期待される。昨年度明かとなった有毛細胞の種々のイオンチャンネルについて、特にカルシウムチャンネルについて単一電流記録を行った。パッチクランプ法のセルアタッチ法にて、電位依存性カルシウムチャンネルの単一電流記録を有毛細胞にて初めて成功した。このチャンネルは昨年度行ったホールセル電流記録で明かとなったL型カルシウムチャンネルであることが解明した。さらに単一電流記録でしか解析できない開時間、閉時間の測定、あるいはチャンネル活動のモードについて検討し、従来の報告と同種類のカルシウムチャンネルであることを確認した。個々のカルシウムチャンネルに対する耳毒性薬剤の効果については今後検討すべき課題として残された。蝸牛神経節細胞は、有毛細胞より求心性神経により情報を一次性神経として受ける。また逆に有毛細胞への遠心性の情報を与える。この二元性の役割を持つ意味で、神経伝達物質の研究をすすめる上で非常に重要な役割を担う細胞である。われわれは蝸牛神経節細胞について、電位依存性チャンネルの記録に成功した。ナトリウム電流、カルシウム電流、カリウム電流が存在することが明らかになり、特にカルシウム電流については、Ba^<2+>よりもCa^<2+>透過性が高いという新知見を得た。神経伝達を行う引金となる機械刺激を電気信号に変換するイオンチャンネル(METチャンネル)が有毛細胞には存在するが、その耳毒性薬剤の影響を調べた。昨年度明かとなった抗癌剤シスプラチンに加え、アミノ配糖体系抗生物質ストレプトマイシンも抑制効果をもつことが明かとなり、さらにその詳細なメカニズムについても解析を行った。アスピリンについてはMETチャンネルに対しては影響を与えないことが確認された。
カルベン型分子の求電子性・求核性を選び分ける合成反応

形式上2価の一中心ビラジカル型炭素中間体であるカルべンならびにその等価体カルベノイドは、同時に2本の共有結合を形成できることから、合成反応への利用がはば広く進められている。本研究では、合成的利用を目的として新規なカルベン型分子を設計し、その多元的な結合形成能を効果的に制御した反応の開発を行った。カルベンの求電子性発現の要件を検討した結果、エーテル性酸素原子とのイリド形成を経由して第三成分の求核試薬を連結する3分子連結反応を見いだした。高反応性カルベンのこの様な多分子連結反応はこれまで殆ど報告がない。分光学的手法を用いた反応中間体の確認を検討することにより、反応機構に関する裏付けが得られた。さらに、この結果に基づきテトラヒドロフランをはじめとする環状エーテルの酸素原子に対するロジウムカルベノイドの分子内イリド形成を経由し環拡大を伴って進行する新規な中員環形成反応を開発した。アート型亜鉛カルベノイドが適度の安定性と反応性を兼ねそなえ活性種であり、分子内アルキル化を伴う転位反応の結果、合成上有用な有機亜鉛化合物を中間に与えることを既に見いだしている。カルベノイド発生の際の立体化学に関して詳細な検討を行った結果、ハロゲン・金属交換反応の遷移状態に関する実験的な情報が得られた。また、本反応により発生する有機亜鉛化合物を各種の求電子剤で捕捉することを検討し、1,1-ジブロモシクロプロパンや1,1-ジプロモアルケンなどのジハロ化合物に1段階で求核試剤と求電子試剤とを連続的かつ立体選択的に導入できる収束的合成法の開発に成功した。これらの研究おいては、本補助金で購入したキャピラリーカラムクロマトグラフならびに高速液体クロマトグラフを反応混合物の迅速かつ精密な分析に利用した。
超短光パルス励起による新型高温超伝導テラヘルツ波発振器の開発

本研究の目的は、研究代表者らが平成7年に発見した現象である。「超短光パルス励起による高温超伝導体からのテラヘルツ電磁波放射」を利用した高性能のテラヘルツ波放射素子を開発すること、また、その特性を明らかにすることである。テラヘルツ自体の応用もまた副次的研究目的としている。得られた結果は、1.高温超伝導薄膜材料と素子のアンテナ構造及び測定システムの改良により、100ミリワット励起で10マイクロワットクラスの放射が得られた。これは、半導体スイッチからのテラヘルツ波放射の最高水準に匹敵するものである。2.放射特性のバイアス電流、励起パワー、温度依存性などを詳細に測定し、これから、放射機構として光による超伝導電子対破壊にともなう電流変調を提案した。3.光パルス励起テラヘルツ波放射を利用した超伝導電流可視化装置を提案・実証した。4.光パルスにより磁束を制御し、光パルス励起テラヘルツ波放射で読み取る新しい超伝導光磁束捕獲メモリを提案、動作を確認した。5.CWマルチモード半導体レーザーと半導体光スイッチを用いたコンパクトなサブテラヘルツ放射源を試作した。6.時間領域テラヘルツ分光システムを試作し、半導体評価などへ応用した。本年度は、1.テラヘルツ波放射効率増大のための素子構造及びシステムの最適化、2.テラヘルツ波の時間領域波形を支配している非平衡超伝導状態での準粒子の超高速ダイナミクスの解析、3.磁場下での放射特性、について研究を行った。その結果1.(a)超伝導薄膜の膜質向上、(b)素子膜厚の最適化、(c)アンテナ構造として初期のダイポール型にかえてボウタイ型の採用、(d)集光システムにMgO超半球レンズを付加等の改良を行った結果,初期の出力に比べて100倍の出力が得られ、超伝導発振器としては異例の0.5μWの電磁波を空間に放射できるようになった。2.放射波形をレート方程式で解析することにより、高温超伝導体では、光により励起された準粒子が0.5ピコ秒以下の短時間で再結合するということがわかった。また、この再結合時間は超伝導転移温度附近で発散的に増大することが明らかになった。この結果は、高温超伝導機構と密接に関連していると予想される。3.外部磁場を印加することにより,バイアス電流を流さないでもテラヘルツ波が発生するという興味ある現象を見出した。さらに、外部磁場を取り去った後もテラヘルツ波が発生することから、磁束捕獲に伴う超伝導電流の光変調がその原因であることが明らかとなった。この現象を利用した超伝導光メモリーを提案した。本年度は、1.テラヘルツ波放射効率の更なる増大のためc軸配向膜に替えてa軸配向膜の採用、2.半導体レーザー励起による連続放射の実現、3.光磁束トラップメモリの試作、について研究を行った。その結果1.従来のc軸配向膜に替えてa軸配向膜を用いて素子を作製した結果、同一の条件では放射効率が約10倍になることが判明した。この結果を、ミリ波領域での複素電気伝導度から計算したテラヘルツ波の透過率と比較した結果、両者はよく一致することがわかった。2.低温成長GaAs光スイッチをわずかに周波数が異なる2台のシングルモードCWレーザーダイオードで励起し、単一周波数のサブテラヘルツ電磁波を空中に放射させさことに成功した。このことから、高温超伝導素子でも同様の放射を実現する目処が得られた。3.バイアス電流と光パルス照射位置を制御することによる新しい超伝導光磁束トラップメモリを提案し、製作し、その動作を確認した。本年度は、1.Pr置換YBCO薄膜の採用によるテラヘルツ波放射効率の増大、2.ログペリアンテナ採用による放射特性の改善、3.テラヘルツ波放射現象を利用した非接触超伝導電流可視化装置の開発、4.磁束侵入とテラヘルツ波放射現象の関係の解明、5.新しい原理に基づくサブテラヘルツ分光システムの開発などを行った。その結果、1. Prを一部置換したYBCO(Y_<0.7>Pr_<0.3>Ba_2Cu_3O_<7-δ>)ではYBCO比べ同一ポンプ光強度、同一バイアス電流の場合放射電磁波の振幅が1桁以上増大した。

これは、Pr置換により超伝導キャリヤが減少し、テラヘルツ域の超伝導薄膜と基板のインピーダンスミスマッチングが緩和されたためとして説明できる。2.ログペリアンテナの採用により、電磁波放射の指向性と放射強度が改善された。3.ポンプ光を絞り、薄膜試料上を走査しながらテラヘルツ波を測定することにより超伝導電流分布を可視化するシステムを提案、試作した。4. 3のシステムを用いて、様々な磁場並びにバイアス電流下で超伝導電流分布を測定し、電流分布がほぼビーンモデルで記述できることを確かめた。5.従来、高価な超短パルスレーザーを用いて行われていた時間領域テラヘルツ分光法において、極めて安価なCWマルチモードレーザーを用いた新システムを提案し、実際にドープされた半導体の誘電率測定に有効なことを示した。これは、高温超伝導体の表面インピーダンスの評価にも有用である。
密度汎関数法の新しい自己相互作用補正法の開発と高速計算ソフトウェアの構築

平成13年度、密度汎関数法(DFT)における交換汎関数の自己相互作用誤差(SIE)を取り除く新しい方法を提案した。自己相互作用に支配された空間領域を見つけ出し、その領域の交換自己相互作用エネルギーのみ補完する領域的自己相互作用補正法である。この方法では、全運動エネルギー密度τ_σ^<total>が自己相互作用する電子に対してWeizsaecker運動エネルギー密度τ_σ^wを与えることを利用し、τ_σ^<total>がτ_σ^wに近づく領域を自己相互作用領域とする。交換自己相互作用エネルギーについては、分子内で自己相互作用する電子が水素様原子軌道のように振舞うことを利用し、このような電子に対して厳密な交換エネルギーで補正する。現在、この自己相互作用補正法のプログラムを開発中であり、完成し次第、従来のDFTでは過小評価される様々な化学反応系の反応障壁の計算に適用する予定である。さらに、昨年度開発した長距離電子間交換相互作用補正(LRC)法を利用して、DFTにもとづくvan der Waals(vdW)結合の定量的計算法を本年度開発した。SIEは長距離交換相互作用の記述に大きく影響する。LRC法は、誤差関数による二電子間相互作用1/r_<12>の電子間距離r12による分割にもとづき、交換汎関数の長距離部分をHartree-Fock交換積分で補正する方法である。本研究者は、vdW結合が電子間のvdW相互作用と長距離交換相互作用とのバランスにより形成されていると考え、vdW密度汎関数をLRC法と組み合わせることにより、DFTによるvdW結合の定量的記述を試みた。この方法を希ガス二量体の解離ポテンシャルに適用した結果、従来のvan der Waals補正法と比較して、van der Waals結合ポテンシャルの再現性が飛躍的に向上したことから、vdW結合の記述には長距離交換相互作用が重要であることが確かめられた。この方法は、昨年度開発したDFT高速計算ソフトウェアにすでに搭載済みである。本年度は、まず、研究計画1である密度汎関数法(DFT)の自己相互作用誤差の解消の第一歩として、パラメータを含まない解析的交換汎関数の開発を試みた。密度行列展開法に基づき、パラメータや付加的な項を一切導入せず、物理的な近似のみを使って、汎関数を導出した。その結果、自己相互作用誤差を含まないための必要条件を満足するはじめての汎関数である、Parameter-free交換汎関数を開発することができた。交換汎関数に対する重要かつ厳しい物理的基本条件にこの汎関数を適用した結果、その運動エネルギー部分に厳密汎関数を使うと、長距離相互作用条件以外の全ての条件を満たすことがわかった。この汎関数を、本研究者らが開発したOne-parameter progressive相関汎関数と組み合わせて、運動、交換、相関汎関数の間に存在する横断的関係を明らかにすることもできた。本研究者らは、残された交換汎関数の長距離相互作用の問題を解消するために、従来の一般化勾配型近似交換汎関数へ適用可能な長距離相互作用補正法を現在開発している。この方法は、誤差関数を用いて二電子間相互作用を短、長距離部分に分割し、交換エネルギーの短距離部分に交換汎関数、長距離部分にHartree-Fock交換積分を用いる方法である。ちなみに、従来の自己相互作用補正法により補正されるのは、主に長距離交換相互作用部分であると報告されている。また、研究計画2のDFT高速ソフトウェアの開発を行い、完成させた。このソフトウェアを、第2,3列遷移金属二量体の平衡構造及び解離エネルギーの計算に用いた。その結果、DFTが遷移金属二量体の解離エネルギーを過大評価するのは、その交換汎関数が、分布の著しく異なる最外殻s、d軌道間の長距離交換相互作用を十分取り込めていないためであることがわかった。本研究者らは、このソフトウェアを、上記の長距離相互作用補正法の開発において中心的に用いている。

この方法を希ガス二量体の解離ポテンシャルに適用した結果、従来のvan der Waals補正法と比較して、van der Waals結合ポテンシャルの再現性が飛躍的に向上したことから、vdW結合の記述には長距離交換相互作用が重要であることが確かめられた。この方法は、昨年度開発したDFT高速計算ソフトウェアにすでに搭載済みである。
胎生期造血における受容体型チロシンキナーゼの機能

胎生期造血における受容体型チロシンキナーゼFlk-2の役割を解析するために、Flk-2に対するモノクローナル抗体の樹立を試みた。まず、抗原として用いるFlk-2発現細胞株を作成した。マウスflk-2の細胞外及び膜通過領域とヒトc-erb-B-2の細胞内領域を連結したキメラ遺伝子をラットミエローマ細胞株Y3に導入し、抗c-Erb-B-2抗体(CB-11)を用いたウェスタンブロット法によりキメラ蛋白を発現するクローンを選択した。得られた細胞株Y3/FEB1-2の細胞溶解液からはCB-11で180Kdと160Kdの2本のバンドが検出された。親株Y3はc-erd-B-2、flk-2ともに発現していない。Flk-2とリガンドの結合を阻害する抗体の樹立が目的であるため、リガンドの結合によるFlk-2の自己リン酸化を検出する系が必要である。Y3/FEB1-2をストロマ細胞PA6で刺激し抗リン酸化チロシン抗体でリン酸化蛋白を解析したところ、未刺激の細胞でも80Kdの蛋白のリン酸化がみとめられ、PA6の刺激による昂進はなかった。親株にはこのリン酸化蛋白は検出されないので、180Kd蛋白は細胞膜に発現した機能的なキメラ蛋白であると推測される。ごく最近、Flk-2のリガンド遺伝子がクローニングされたので、今後はこれも利用できる。Y3/FEB1-2を免疫したラットの脾細胞をX63Ag.8に融合させ、Y3/FEB1-2を認識するがベクターのみを導入した細胞株を認識しないことを指標にしてハイブリドーマ上清をスクリーニングし、2種のクローンを得た。しかし、Y3/FEB1-2の溶解液を用いたウェスタンブロットによりいずれも200Kd以上の蛋白を認識することが示され、目的とする抗体ではないことがわかった。現在はヒトIgGとFlk-2とのキメラ蛋白を精製して免疫する方法なども試みている。以上のように目的の抗体樹立はまだ達成されていないが、いくつかの細胞株や実験系が確立してきており今後の継続的な研究による成果が期待できる。
Surfactant-free固体分散の物理的安定化と難水溶性薬剤の水溶性改善

難水溶性物質を水溶液中で飽和溶解度を超えて,かつ,安定に溶解させる技術は,医薬品および食品分野における重要課題である.現在,過飽和状態を一時的に作り出す技術は存在するが,過飽和の度合いおよび持続時間は産業として求められているレベルに到達していない.本研究では,“飽和溶解度の壁"を打ち破り,過飽和状態を安定に維持する技術の開発を目指す.また,糖分子はその分子構造に応じて分子間の相互作用特性を変化させ,その結果,マトリクスとしての物性が大きく変化する.本研究では糖分子の化学構造だけでなく,立体構造もまた相互作用状態,ひいては物性に影響を及ぼしうることを明らかにして行く.難水溶性物質を水溶液中で飽和溶解度を超えて,かつ,安定に溶解させる技術は,医薬品および食品分野における重要課題である.現在,過飽和状態を一時的に作り出す技術は存在するが,過飽和の度合いおよび持続時間は産業として求められているレベルに到達していない.本研究では,“飽和溶解度の壁"を打ち破り,過飽和状態を安定に維持する技術の開発を目指す.また,糖分子はその分子構造に応じて分子間の相互作用特性を変化させ,その結果,マトリクスとしての物性が大きく変化する.本研究では糖分子の化学構造だけでなく,立体構造もまた相互作用状態,ひいては物性に影響を及ぼしうることを明らかにして行く.
高インスリン血症状態における抵抗血管支配交感神経の活動性

本研究課題の予備実験中に、米国のアイオワ大学より麻酔下のWistar京都ラットと高血圧自然発症ラット(SHR)の腰部交感神経の電気活動が、SHRのみで副腎神経電気活動が高インスリン血症時に増加することが報告された(Morgan DA et al.Am J Physiol264:R423-R427,1993)。しかし、腎交感神経活動は増加しておらず、高インスリン血症で交感神経の活動性は増すが、臓器特異性があることが示唆された。また、血圧、心拍数も変化しなかった。抵抗血管支配の交感神経として腎交感神経の活動が亢進しなかったことは、麻酔の影響が関係していることが考えられ、われわれは従来の計画に従って、無麻酔下での腎神経活動の記録を継続した。ペントバルビタール麻酔下にSHR(1416週齢)の左後腹膜腔内で腎神経に銀線電極を固定。右大腿動脈(血糖測定用採血)、同静脈(ブドウ糖注入)、左総頸動脈(血圧測定)および左外頸静脈(インスリン注入)にカニューラを挿入して固定した。12日後に無麻酔・無拘束下に血圧、心拍数、腎神経活動を記録しながら、他のSHRの50%血漿・生理食塩水に溶解したアクトラピッドを3.7mU/kg/minの速度(上記論文を参考にした)で120分間持続注入した。血糖を前値に維持するために、10分毎に血糖を測定しながら50%グルコース溶液を適宜速度を変え持続注入した。しかし、この正常血糖、高インスリン血症下で血圧、心拍数、腎交感神経活動には有意な変化はなかった。血圧、心拍数が変化しなかったことは、本受験条件下では、インスリンの血管拡張作用等による圧受容体反射を介した腎交感神経活動への影響はなかったものと考えられ、調圧神経の除神経は行わなかった。これらのことから、高インスリン血症自身による中枢を介した腎交感神経活動への作用もなかったものと考えられる。抵抗血管支配の交感神経活動に及ぼすインスリンの作用については更に検討が必要である。
柿タンニンとタンパク質の化学反応性を利用した調理加工方法の開発

柿タンニンとタンパク質の化学反応性を利用した新しい調理加工方法の開発を試みた。特にタンパク質が物性に大きく関係するプディングと麺に着目して実験を行った。その結果、プディング製造時に渋搾汁液や渋ペーストを添加すると,暗い色調になるものの、官能評価の外観,舌触り,なめらかさ,食感,総合的なおいしさで有意に高い評価だった.また、麺の場合、渋搾汁液や渋ペーストを添加すると,麺帯の弾性や硬さは増すものの、もろい麺帯になり,色は赤味をおびるとともに暗い色調になることがわかった.渋柿の渋抜きには温湯法などがあるが、脱渋後の加熱処理で渋戻り(復渋)する問題があることから加工品への利用が限定されていた。そこで、我々は、渋味成分の柿タンニンにタンパク質を添加して複合体を形成させる渋抜き方法を開発した。しかし、この渋抜き法には、復渋抑制効果や食感向上効果がある一方、タンパク質の添加方法によって、品質が大きく変化する問題点もある。本研究では、柿タンニンとタンパク質の複合体形成の特性を調理加工に効果的に応用することを最終目的に、柿タンニンータンパク質複合体形成の機構、複合体を形成させるための最適条件を明らかにする。これまでに、我々は、20種類程度のタンパク質ついて、柿タンニン-タンパク質複合体形成の比較を行ってきた。その結果、ゼラチン、コラーゲン、魚肉などのタンパク質は、柿タンニンと複合体を形成しやすいことが明らかになった。また、柿タンニン-タンパク質複合体を形成するのに関与する疎水結合や水素結合ならびにイオン結合などがどの程度関与しているのか検討した。方法は、柿タンニンにタンパク質を添加して複合体を形成させ、その抽出条件をかえることにより、複合体を形成している結合状態の解析を行った。抽出溶媒は酸濃度(01%)とメタノール濃度(080%)を組み合わせ、抽出温度は常温、40°C、80°C処理区を設定した。その結果、複合体を形成するタンパク質素材の違いにより、タンニンが可溶化する抽出条件は異なっていた。これらのことから、タンパク質素材の違いによりタンニンとの結合形態は大きく異なることが示唆されたため、今後はさらに詳細な検討を実施する予定である。カキ`西条'は,主に島根県,鳥取県などで栽培されている渋柿である.糖度が極めて高く,食感も良いことから市場での評価が高い品種であるが,渋ガキの主要品種である`平核無'や`刀根早生'に比べ樹上および収穫後の軟化が早い.これらの軟化果実や小玉果実は規格外として廃棄されており,その量は全収穫量の2割3割を占めるため,有効利用が望まれている.しかし,渋柿を食品として利用するためには,アルコール脱渋法,ドライアイス脱渋法などにより渋味成分である可溶性カキタンニンを不溶化させ脱渋する必要がある上に,脱渋処理しても加熱処理でカキタンニンが再可溶化して渋が戻る(復渋)ため,加工食品への利用は限定されていた.一方,可溶性カキタンニンは,タンパク質との化学反応性が高い物質であることから,日本酒のおり下げなどに活用されてきた.我々はこのタンパク質と可溶性カキタンニンの複合体形成に着目し、中力粉に渋味のある渋搾汁液および渋ペースト添加してうどんを製造し,複合体形成による有効性を検証した.その結果,うどん製造時に,脱渋処理をしていない渋柿搾汁液や渋ペーストを添加すると,物性では麺帯の弾性や硬さが増すとともにもろくなり,色は赤味をおびるとともに暗い色調になることがわかった.また,渋柿搾汁液や渋ペースト自体は非常に強い渋味を呈するが,うどんに加工することで,渋味が消失することが明らかとなった.島根県の特産果実で渋柿の一つであるある西条柿は、糖度が極めて高く、食感も良いことから市場での評価が高い品種である。しかし、小玉果実や、傷がついた果実、軟化果実などの規格外果実が約2割も発生しており、それらの有効利用が望まれている。そこで、我々が開発した渋柿ペーストに牛乳や豆乳などのタンパク質素材を加えて、渋柿タンニンータンパク質複合体を形成させる渋抜き法を食品加工ならびに調理に応用することを試みた。本年度は、製造時にミルク、卵などのタンパク質素材を添加するプディングに着目して実験を行った。鶏卵,エバミルク,砂糖に脱渋ペースト,渋ペースト,渋搾汁液を追加してプディングを調製し,色調,物性,内部構造ならびに官能評価に及ぼす影響について調べた.その結果,渋搾汁液を添加したプディングは,官能評価の外観,舌触り,なめらかさ,食感,総合的なおいしさで有意に高い評価だった.渋搾汁液を添加したプディングが高評価だった原因として、走査型電子顕微鏡画像の結果から渋搾汁液を加えた方が、脱渋ペーストを加えたプディングよりも均一な形状であることが明らかとなった。また,プディング製造時に渋搾汁液や渋ペーストを添加すると,暗い色調になることがわかった.さらに,渋搾汁液や渋ペースト自体は非常に強い渋味を呈するが,プディングに加工することで,渋味が消失することが明らかとなった.以上のことより,渋ガキを用いてプディングを製造する場合,渋搾汁液を使用するのが最も良いことが示唆された.平成27年度に計画していた内容については予定通り実施できており、成果については論文登校、学会発表により公表できた。

ただ、論文化できていない研究成果もあることから、平成28年度にデータをまとめて学会、論文発表をする予定である。渋柿の一種で、島根県の特産である西条柿は、糖度が高く食感も優れているため、市場での評価が高い品種である。しかし一方では、傷がついたり、軟化したりで規格外果実が約2割も発生しており、その有効活用に対して強い要望がある。そこで、本研究では規格外果実の有効利用をはかるため、未脱渋の渋柿ペーストに牛乳や豆乳などのタンパク質素材を加えて、渋柿タンニン-タンパク質複合体を形成させる渋抜き法を調理に応用することを試みた。本年度は、柿渋ペーストに豆乳とエバミルクを添加し、その渋柿ペーストの冷蔵、冷凍による脱渋効果と色調や物性などの品質変化を詳細に検討した。具体的には、島根県農業技術センターで収穫された未脱渋の西条柿果実を、フードプロセッサーにかけてペーストにした.このペーストに豆乳とエバミルクをそれぞれ10%,20%,30%,50%の割合で混和し,製造直後(常温)と冷蔵1週間,冷凍1か月,冷凍3か月で保存したものの色調(L*,a*,b*),可溶性タンニン含量,物性を測定した.その結果、豆乳とエバミルクはどちらとも非常に高い脱渋効果が認められたが、両者を比較すると、エバミルクの方が脱渋効果が高かった。また,豆乳を混和した渋柿ペーストは、保存期間が経つにつれて明度が下がったが、エバミルクでは色調の値が安定していた。さらに,エバミルクを混和した渋柿ペーストは、豆乳を混和したペーストと比べて、冷蔵や冷凍によるかたさや付着性などの物性の変化が少なかった。また、これらの結果をもとに、洋菓子への応用を考案し、国際学会にて口頭発表を行った。柿タンニンとタンパク質の化学反応性を利用した新しい調理加工方法の開発を試みた。特にタンパク質が物性に大きく関係するプディングと麺に着目して実験を行った。その結果、プディング製造時に渋搾汁液や渋ペーストを添加すると,暗い色調になるものの、官能評価の外観,舌触り,なめらかさ,食感,総合的なおいしさで有意に高い評価だった.また、麺の場合、渋搾汁液や渋ペーストを添加すると,麺帯の弾性や硬さは増すものの、もろい麺帯になり,色は赤味をおびるとともに暗い色調になることがわかった.平成26年度に計画していた実験については予定どおり実施できており、成果については論文投稿、学科発表により公表できた。平成28年度は、これまでのデータをまとめるとともに、必要であれば追試験を行い、学会ならびに論文にて研究成果を発表をする予定である。食品学調理学・柿タンニンが魚肉と塩のゲル形成反応に及ぼす影響魚肉に塩を混和すると、アクトミオシンを形成し、弾力性のあるゲルを形成する。そのゲル形成に柿タンニンがどのような影響を及ぼすか明らかにする。・柿タンニンが卵の凝固性、乳化性に及ぼす影響柿タンニンの添加が、卵の熱凝固性に及ぼす影響ついて検討する。手法は、卵白、卵黄、全卵に、濃度を変えたタンニン抽出液を添加し、70100°Cの加熱条件下で加熱処理する。タンニン添加濃度の違いによる凝固温度および性状の差異、「す」の入り具合、色調変化について検証する。また、柿タンニンエキス(水系)および油の混合液に卵黄を添加し、乳化性の変化を確認する。柿タンニンエキスの濃度依存性についても検討する。平成25年度に計画した内容をすべて実施することができたため。H27年度までで、計画していたほとんどの実験が終了したものの、学会誌などへの投稿ができていない状況である。
植物の食害誘導反応がつなぐ植食性昆虫の群集と進化のダイナミクス

本年度は、1.研究成果発表、2.ヤナギルリハムシの集団遺伝解析、3.寄主植物ジャヤナギの集団遺伝解析、の3点を目標として研究を進め、それぞれ達成することができた。1については、国内外での学会発表によって本研究課題の研究成果を広く発信するとともに、生態学分野の最上位ジャーナルであるEcologyLetters誌で論文を発表した。この論文は、「地域固有の昆虫群集の構造が、間接相互作用のネットワークを通して群集構成種(ハムシ)の餌選好形質の進化に影響を与え、その多様化を促進する」ということを、野外データと綿密な操作実験によって実証することに世界に先駆けて成功したものである。この成果は、各種メディアで取り上げられた。また、この形質進化が相互作用ネットワークの改変によって昆虫群集の構造にフィードバックする、という結果も得られており、群集と進化のダイナミクスにおけるフィードバック機構が明らかになりつつある。さらに、これらの成果を含む一連の本研究課題の成果について、日本生態学会宮地賞の受賞論文として総説をまとめた。その論文は、国際誌Ecological Research誌に受理された。2と3については、主に京都産業大学との共同研究によって行った。ハムシの集団遺伝解析では、10kmほどの小さな空間スケールにおいても集団間の遺伝的分化が生じていることを示唆する結果が得られた。ヤナギの集団遺伝解析では、80種類のRAPDプライマーを用いた多型解析を行った。ハムシの表現形質と遺伝構造の集団間分化が進んでいるのに対して、こちらではほとんど多型が検出されなかった。この結果は、寄主植物一昆虫の共進化という従来の見方を越えて、植物の可塑性を基盤とした昆虫群集の間接相互作用ネットワークによっても、昆虫の進化と多様化が促進される、という本課題の研究成果を支持するものと考えられる。1.ヤナギルリハムシの適応と遺伝的分化の実態を明らかにするために、国内とフィンランドでサンプルを収集し、野外調査、飼育実験、分子系統解析を行った。その結果、1)寄主植物葉齢に対するハムシ摂食選好性に個体群間変異が両地域内で存在し、その変異が遺伝的基盤を持つこと、2)個体群間変異は環境における寄主植物の可塑的な食害誘導反応の強度に対する適応の結果であること、3)DNAの配列解析から両地域内における個体群間での遺伝的分化が検出され、個体群レベルの局所適応が実際に生じている可能性が高いこと、が示された。また、本種に特異的なマイクロサテライトDNAマーカーの開発が完了し、メタ個体群動態と進化動態の関連性について取り組む準備が整った。2.植食者群集が寄主植物の可塑的な食害誘導反応を介してハムシの適応形質の進化に与える影響を明らかにするため、両地域において植食者群集の調査を行った。それによって、ハムシ適応的な選好性形質の個体群間分化を促進すると考えられる寄主植物の食害応答の変異が、局所環境中の植食者群集の種多様性と強く関連するという結果を得た。3.ハムシの適応形質の変異が植食者群集の構造にフィードバックするという仮説を検証する実験を開始した。野外操作実験によって、適応的な選好性形質の違いが摂食行動の違いに結び付くことによって寄主植物上での食害の空間分布に影響を与え、その結果、寄主植物の食害誘導反応の違いを生み出してその後のハムシ個体群の動態や植食者群集の構造にフィードバックしうるという知見が得られた。以上の結果は、生物群集の種多様性が植物の表現型.可塑性を通して群集メンバーの進化を促進し、さらにそれが個体群・群集動態にフィードバックする可能性を示す極めて新規な成果といえる。これらの成果の一部については、複数の学術論文として発表した。植食者群集の動態と植食者の形質進化の間のフィードバック機構を解明するために、野外操作実験を行った。1.今年度はまず、ハムシの適応形質の変異が植食者群集の構造にフィードバックするという仮説を検証するたに、複数のハムシ個体群を相互の地域に移植して寄主植物(ヤナギ)を実際に摂食させ、その後に定着する昆虫群集の動態を追跡した。その結果、わずか6日間の摂食にも関わらず、その後少なくとも三ヶ月間に示された昆虫群集の動態は、一貫してはじめに摂食させたハムシの形質の変異に大きく依存した。植物の資源量の状態を示すパラメータの動態にはまったく違いがなかったことから、植物の可塑的な質の変化がこのような結果をもたらしたと考えられる。これは、植食性昆虫の適応形質の変異が、植物の形質変化を介して生物の群集集合の過程を決定するという先住効果を示すもので、きわめて新規性の高い結果である。圃場でもあわせて同様の野外操作実験を行ったところ、先の実験結果と類似した結果が得られた。したがって、植食性昆虫の適応的な選好性形質の違いが、植物の形質変化を介してその後の昆虫群集の動態に影響を及ぼすことが明らかになった。2.また、植食者群集が寄主植物の食害誘導反応を介してハムシの適応形質の進化に与える影響を解明するため、食害誘導反応の特異性を検証する操作実験を行った。植食者7種を用いて、植物が食害後に示す再生長反応の強度を比較したところ、高い種特異性が検出された。さらに、植食者の密度を変えて同様の実験を行ったところ、密度の効果は検出されず、もっぱら食害を与える植食者の種の特性に植物の反応強度が依存することが分かった。

以上の結果は、現在複数の学術論文として投稿中である。本年度は、1.研究成果発表、2.ヤナギルリハムシの集団遺伝解析、3.寄主植物ジャヤナギの集団遺伝解析、の3点を目標として研究を進め、それぞれ達成することができた。1については、国内外での学会発表によって本研究課題の研究成果を広く発信するとともに、生態学分野の最上位ジャーナルであるEcologyLetters誌で論文を発表した。この論文は、「地域固有の昆虫群集の構造が、間接相互作用のネットワークを通して群集構成種(ハムシ)の餌選好形質の進化に影響を与え、その多様化を促進する」ということを、野外データと綿密な操作実験によって実証することに世界に先駆けて成功したものである。この成果は、各種メディアで取り上げられた。また、この形質進化が相互作用ネットワークの改変によって昆虫群集の構造にフィードバックする、という結果も得られており、群集と進化のダイナミクスにおけるフィードバック機構が明らかになりつつある。さらに、これらの成果を含む一連の本研究課題の成果について、日本生態学会宮地賞の受賞論文として総説をまとめた。その論文は、国際誌Ecological Research誌に受理された。2と3については、主に京都産業大学との共同研究によって行った。ハムシの集団遺伝解析では、10kmほどの小さな空間スケールにおいても集団間の遺伝的分化が生じていることを示唆する結果が得られた。ヤナギの集団遺伝解析では、80種類のRAPDプライマーを用いた多型解析を行った。ハムシの表現形質と遺伝構造の集団間分化が進んでいるのに対して、こちらではほとんど多型が検出されなかった。この結果は、寄主植物一昆虫の共進化という従来の見方を越えて、植物の可塑性を基盤とした昆虫群集の間接相互作用ネットワークによっても、昆虫の進化と多様化が促進される、という本課題の研究成果を支持するものと考えられる。当初の研究計画に則って順調に研究を進めることができ、期待する成果が得られたため。3年目は本研究課題の最終年であり、現在投稿中のものも含めてこれまでに得られた成果を逐次学術論文として発表していく。また、計画通り、まだ完了していていない分子解析を進めるとともに、これまでに得られた知見をもとにした理論モデルの構築を行う予定である。
マイクロ単位操作の設計理論の確立と高効率ディバイス開発

本研究の成果は、大きく以下の3項目としてまとめることができる。1.マイクロ単位操作の設計理論の開発数値流体力学(CFD)シミュレーションおよび実験を通して、並列化されたマイクロ流路間の流量分布が、装置形状と装置内圧損に大きく依存することを明らかにした。また、簡易流動シミュレーションとCFDシミュレーションを組み合わせた2ステップ設計法を提案し、複雑な設計条件の下で、マイクロリアクタ(MR)の最適な構造・形状・サイズを決定できることを示した。さらに、流量と滞留時間分布が与えられたとき、その条件を満たす装置サイズと形状を求める設計法を開発し、構築した電気伝導度検出システムにより提案設計法の有効性を確認した。2.多重同軸マイクロチューブで作られた炭酸カルシウムの結晶形態多重同軸マイクロチューブを用いた炭酸カルシウム生成プロセスにおいて、生成される結晶構造とマイクロチューブの設計・操作条件との因果関係について検討した。その結果、マイクロチューブ利用により、反応液界面の過飽和度を高く保つことができ、低温では球状のバテライト結晶が高い収率で得られることが明らかになった。3.アセンブル型マイクロリアクタ用金属担持炭素膜触媒の開発とメタノール改質器への応用開発したアセンブル型MRを水素製造用の改質器として適用するために、金属を高分散した膜型触媒の作製とメタノール改質によるその性能評価を実施した。まず、ポリアミック酸膜中のカルボキシル基をCu/Zn2元系の金属でイオン交換した後、700°Cで炭化することで、比表面積が大きく低温から活性を有する触媒が作製できることを示した。また、この触媒をアセンブル型MRに装填することで、選択的に水素を製造できることを示した。さらに、CFDシミュレーションによる検討から、この結果はMR内の濃度分布を良好に制御できるためであることを明らかにした。本研究では、マイクロ単位操作の設計支援システムの開発と、ナノ技術を組み込んだマイクロディバイスの開発を目的としている。本年度は、以下の項目について研究を進めた。1)滞留時間分布を表現可能なマイクロ装置モデルの開発本年度は、滞留時間分布に焦点を当て、様々な形状のマイクロ流路に対して流動シミュレーションおよび実験を行った。そして、装置内細流路(触媒担持をした際の反応部)、および装置全体の滞留時間分布が、装置形状と装置内圧損に大きく依存することを明らかにし、滞留時間分布を評価あるいは制約条件に組み込んだ装置形状設計法を開発した。2)温度履歴と滞留時間分布を考慮したマイクロ熱交換器の設計マイクロ反応器では、滞留時間を精密に制御できるという利点を有しているが、副反応の抑制という観点からは、各流体エレメントがとる温度履歴も問題となる。本年度は反応を含まない熱交換器を対象に、装置形状と温度履歴、滞留時間の関係を、流動シミュレーションにより検討した。3)金属高分散炭素系触媒膜エレメントの開発本年度は、マイクロ反応器用の新規な触媒エレメントの調製法の開発を目的とし、数十%の金属が均一に高分散担持した高活性な炭素触媒エレメントの製造を試みた。その結果、厚み約100μm、6-20nmのNi粒子が高分散(Ni含有量約20%)した膜の製造に成功した。また、この膜は、細孔表面積800m2/gで34Åの均一細孔を有した。次に、充填層型触媒反応器を用いて、メタノールの分解反応を実施し、その収率・選択率に及ぼす反応温度、滞留時間の影響を検討した。その結果、本触媒を用いた場合、380°Cにおいて、ほぼ100%の反応率が得られること、および滞留時間が水素の選択性に大きく影響し、マイクロ化によるメリットが期待できることが明らかになった。研究課題3項目について、本年度の成果を以下に示す。

1)滞留時間分布を表現可能なマイクロ装置モデルとマイクロディバイス作成法の開発マイクロ分配器に対して流動実験を行い、CFDシミュレーションのマイクロチャネル間滞留時間分布の推定精度を評価した。その結果、屈曲部などを有する場合はナビエストークス方程式に基づく厳密な流動モデルが必要であるが、マイクロチャネルのような直管部については簡便な圧力損失モデルが適用できることを確認した。また、射出成形において、炭酸ガスを溶解させた樹脂を射出することにより、マイクロチャンネル形状のポリマーチップへの転写性を飛躍的に向上させられることを実験より明らかにした。2)流動シミュレーション手法と最適化手法の融合圧力損失コンパートメントモデルを用いたマイクロリアクターの簡易流動シミュレーション手法を開発した。マイクロリアクターの最適設計問題に、上記の圧力損失コンパートメントモデルを適用することで、並列化マイクロチャネル部での滞留時間分布制約などの複雑な設計条件の下で、マイクロリアクターの最適な構造・形状・サイズを効率的に決定できることを示した。3)各種触媒エレメントを用いた多段環境浄化用ディバイスの開発昨年度開発した触媒エレメントの高活性化を目的に、膜基質の選択、金属触媒種の影響、炭化温度など触媒調製条件の影響を検討した。その結果、ポリアミック酸膜中のカルボキシル基をNiでイオン交換したのち700°Cで炭化することで、触媒活性の重要な因子である炭素の細孔表面積を従前の100倍にまで大きくできることを見出した。この触媒を用いてアセンブル型のマイクロリアクターを製作し、モデル反応としてメタノールの改質反応を実施したところ、240°C程度の低温から活性を有すること、および選択的に反応を進行できることを明らかにした。1)滞留時間分布を表現可能なマイクロ装置モデルとマイクロディバイス作成法の開発本補助金で導入した電気伝導度検出器を用いて、様々な形状のマイクロ流路に対して滞留時間計測実験を行い、シミュレーション結果と比較することにより、モデルの詳細度と精度の関係を明確にした。その結果をもとに、流量と望ましい滞留時間分布が与えられたとき、その条件を満たす装置サイズと形状を求める手法を開発した。また、CO2による転写性の向上を考慮した樹脂性マイクロチャンネルデバイスの作製法については、超臨界CO2を利用してプラスチック表面を可塑化することにより、従来困難であったカーボンナノチューブの表面収着を行い、プラスチック表面に伝導性を付与する方法を見出した。また、ナノサイズの表面凹凸のある金型に、CO2を含浸させたPMMA樹脂を導入し圧縮成形することにより、CO2の可塑化効果により、数十ナノメールの凹凸の樹脂への転写が可能となった。2)各種触媒エレメントの開発とマイクロ反応器への設置方法の検討メタノールの水蒸気改質による水素製造に関する種々の検討を実施し、以下の成果を得た。・Cu/Zn担持炭素膜触媒をプレート状に設置したマイクロリアクターでメタノールを水蒸気改質し、メタンの生成反応を完全に抑制し、COの生成も1%以下という結果を得た。
超高エネルギー宇宙線と素粒子物理

(1)超高エネルギー宇宙線の宇宙空間中の伝播に関する理論的な基礎的研究を行なった。宇宙線の曲がった空間中の伝播を定量的に理解するために、ワークステーションを使ったシミュレーションを行なう(このためXウインドウ端末1台を購入する)予定であったが、解析的な十分よい近似法が見つかったためこれを取りやめることとした。(2)超重暗黒物質の対消滅に基づく最高エネルギー宇宙線のニュートリノ親説の検討を行なった。銀河内の恒星内の恒星数を通常通りと仮定し、重力による捕獲消滅機構にを考えるかぎり、期待されるフラックスは必要な値を6桁以上下回ることが示された。(3)ニュートリノを使う等価原理の検証法に関しては大きな発展があった。南方はAlexei Smirnov(ICTP,Trieste)との共同研究で、活動銀河核からのニュートリノを使うことによって今まで考えられなかったような高い検証精度を得ることができることを見いだした。期待される精度は質量のないニュートリノに対して10^<-41>、IeVの質量を持ったニュートリノに対して10^<-28>であった。これらは太陽ニュートリノを使って到達できる精度をそれぞれの場合に約21桁、および12桁改善できることを示している。(これらの桁数の比較は、全てのニュートリノ・チャネルの重力源として、現在見つかっている最も巨大なスーパークラスターを仮定している。)また巨大ブラックホールという活動銀河核の重力源のコンパクトさから、活動銀河核から放出されたニュートリノに対して重力的MSW効果という新しい現象が起きることを初めて指摘した。
プロスタグランジンE1が動脈管平滑筋細胞内カルシウム濃度に与える影響

プロスタグランジンE1は新生児の動脈管を開存させる目的で臨床で用いられているが、その詳しい作用機序はわかっていなかった.今回、プロスタグランジンE1の動脈管拡張作用の機序について,とくに細胞内CA濃度との関連について明らかにした.実験は妊娠30日の(妊娠満期は31日)家兎胎仔の胸腔より動脈管を摘出して行った.動脈管を輪切りにし顕微鏡上の張力測定組織バス(底にカバーグラスが張ってある)の上に置き,張力を測定した.細胞内Ca濃度の測定にはCa感受性蛍光色素であるFura-2を細胞内にとりこませた後紫外線(340nmと380nm)をあて,その蛍光を測定し、比を計算することで行った.無酸素状態から高酸素状態にし動脈管を収縮させると細胞内Ca濃度は上昇した.その後プロスタグランジンE1を投与すると動脈管は弛緩したが,その弛緩に伴って細胞内Ca濃度も低下した.酸素で収縮した動脈管にたいしイソブロテレノール(beta受容体を刺激しcyclicAMPを上昇させる)を投与すると動脈管は弛緩したが、細胞内Ca濃度も低下した.細胞膜脱分極をおこす高K液を投与すると、動脈管は収縮したが、細胞内Ca濃度も上昇した.以上の結果は、動脈管の収縮弛緩は細胞内Ca濃度で制御されていること、プロスタグランジンE1の動脈管に対する弛緩作用は細胞内Caを減少させることによるものであること、を示唆する.プロスタグランジンE1は細胞内cyclicAMPを上昇させ、細胞内器官によるCaの取り込みを亢進させる結果、細胞内Ca濃度が低下するのかも知れない.プロスタグランジンE1は新生児の動脈管を開存させる目的で臨床で用いられているが、その詳しい作用機序はわかっていなかった.今回、プロスタグランジンE1の動脈管拡張作用の機序について,とくに細胞内CA濃度との関連について明らかにした.実験は妊娠30日の(妊娠満期は31日)家兎胎仔の胸腔より動脈管を摘出して行った.動脈管を輪切りにし顕微鏡上の張力測定組織バス(底にカバーグラスが張ってある)の上に置き,張力を測定した.細胞内Ca濃度の測定にはCa感受性蛍光色素であるFura-2を細胞内にとりこませた後紫外線(340nmと380nm)をあて,その蛍光を測定し、比を計算することで行った.無酸素状態から高酸素状態にし動脈管を収縮させると細胞内Ca濃度は上昇した.その後プロスタグランジンE1を投与すると動脈管は弛緩したが,その弛緩に伴って細胞内Ca濃度も低下した.酸素で収縮した動脈管にたいしイソブロテレノール(beta受容体を刺激しcyclicAMPを上昇させる)を投与すると動脈管は弛緩したが、細胞内Ca濃度も低下した.細胞膜脱分極をおこす高K液を投与すると、動脈管は収縮したが、細胞内Ca濃度も上昇した.以上の結果は、動脈管の収縮弛緩は細胞内Ca濃度で制御されていること、プロスタグランジンE1の動脈管に対する弛緩作用は細胞内Caを減少させることによるものであること、を示唆する.プロスタグランジンE1は細胞内cyclicAMPを上昇させ、細胞内器官によるCaの取り込みを亢進させる結果、細胞内Ca濃度が低下するのかも知れない.
肥満により誘発される不安とうつ症状の脳内機構：ＰｒＲＰニューロンの働き

精神的なストレスによってプロラクチン放出ペプチド(PrRP)産生ニューロンが活性化した。精神的なストレス時に生体の恒常性に重要な神経内分泌反応を担う神経回路として、内側扁桃体-延髄PrRP産生ニューロン回路を見出した。摂食によってもPrRP産生ニューロンが活性化し、摂食を抑制する。コレシストキニン-PrRP-オキシトシン回路が摂食一回あたりの食餌量の制御に重要であることが判った。本研究は、レプチン抵抗性による不安、うつ様行動惹起の原因がプロラクチン放出ペプチド(PrRP)機能の減弱に依るものであるという仮説を検証する。延髄PrRP産生ニューロンは精神的ストレスである条件恐怖刺激によって活性化された。PrRP産生ニューロンを活性化する神経回路を明らかにするため、恐怖条件付け後に基底外側扁桃体または内側扁桃体を破壊したラットを用いて解析した。対照群では条件恐怖刺激によりすくみ行動と神経内分泌反応が観察された。基底外側扁桃体破壊群ではすくみ行動と神経内分泌反応の両者が有意に減弱していた。一方で、内側扁桃体破壊群ではすくみ行動は対照群と同様であったが、神経内分泌反応は有意に減弱していた。新奇環境に暴露したときの神経内分泌反応は対照群と内側扁桃体破壊群に有意な差は認められなかった。条件恐怖刺激により対照群では延髄PrRP産生ニューロンが活性化された。一方で、内側扁桃体破壊群では活性化が減弱していた。PrRP遺伝子欠損マウスは野生型マウスに比べ、すくみ行動が有意に亢進していた一方で、神経内分泌反応が消失していた。以上の結果から精神的ストレスによる神経内分泌反応には基底外側扁桃体ー内側扁桃体-延髄PrRP産生ニューロン経路が重要であると考えられた。PrRP遺伝子欠損マウスを用いた解析から内因性のPrRPは恐怖行動を緩和する働きを持つ可能性がある(論文査読中)。またPrRP産生ニューロンを選択的に破壊するために作成したPrRP産生ニューロン特異的にヒト-インターロイキン2受容体(hIL2R)を発現するBACクローントランスジェニックラットにおいて、hIL2Rが内在性のPrRP産生ニューロンと共局在していることを確認した。肥満と不安、うつ症状には密接な関連があることが判ってきている。肥満による中枢でのレプチン作用の低下(レプチン抵抗性)は、不安、うつ様行動を惹起するが、その脳内作用メカニズムは判っていない。脳内プロラクチン放出ペプチド(PrRP)はレプチンによって発現が調節される。本研究は、レプチン抵抗性による不安、うつ様行動惹起の原因が脳内PrRP機能の減弱に依るものであるという仮説を、PrRP産生ニューロンを時間的、空間的に選択的破壊できる遺伝子改変動物を用いて検証する。本年度は精神的なストレス時におけるPrRPの機能を明らかにするための実験を行った。延髄PrRP産生ニューロンは精神的なストレスである条件恐怖により活性化された。PrRP遺伝子欠損マウスは条件恐怖時の神経内分泌反応が消失していた一方で、すくみ行動が増強されていた。扁桃体は情動反応に重要であるが、その一部である内側扁桃体を破壊すると条件恐怖時の延髄PrRP産生ニューロンの活性化が有意に減少していた。内側扁桃体を破壊するとすくみ行動に変化はなかったが、神経内分泌反応が減弱していた。現在までの我々の研究から延髄PrRP産生ニューロンは神経内分泌細胞が存在する視床下部に直接投射していることが判っている。以上の結果から、精神的なストレス時の神経内分泌反応には内側扁桃体-延髄PrRP産生ニューロン経路が重要な働きをしていることが判った(論文投稿中)。PrRPは精神的なストレスに対する適応反応に寄与している可能性がある。精神的なストレスに対する適応反応におけるプロラクチン放出ペプチド(PrRP)の役割を解析した。PrRPが条件恐怖時に神経内分泌、行動反応の両者に関わることが判った。また精神的なストレス時の神経内分泌反応に関わる経路を明らかにした(論文投稿中)。プロラクチン放出ペプチド(PrRP)が精神的なストレス時の神経内分泌、行動反応に関わることが明らかとなり、精神的なストレス時の神経内分泌反応経路におけるPrRPの重要性を明らかにした。来年度は、まず精神的なストレス時の行動反応とPrRPの関連性を明らかにする。条件恐怖時のすくみ行動の発現には基底外側扁桃体-中心扁桃体-中心灰白質経路が関わることが知られている。この経路内におけるPrRPの作用部位を明らかにしていく。この作用部位に特に着目し、不安行動、うつ様行動におけるPrRPの役割に関しても解析を進める。またPrRPが関与する神経内分泌経路および行動反応経路が、肥満によるレプチン抵抗性によって影響を受けるかについて解析を進める。本年度に予定していた国内学会への参加を取り止めた。