hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
脳波と光イメージング脳機能測定による看護における回想法の検証

認知症の高齢者に対して回想法による介入を実施し、大脳を活性化させる認知症高齢者への看護ケアとして活用が可能かどうか検証を行うことを目的とした。脳波と光イメージング脳機能測定装置を用いた評価を行い、段階的に健康成人と高齢者へと研究を進めた。健康成人の研究より、回想は楽しいという気分になることが示され、快刺激による大脳の活性化が期待できる療法であることが示された。認知機能の低下した高齢者においても、関心のある話題の時には大脳の活性化が認められ、大脳を刺激するためには対象者に応じた会話が必要であることが明らかとなった。回想法は汎用性が高く、認知症高齢者の看護ケアとして活用可能であると考える。本研究では,認知症を改善させる看護ケアとしての回想法の検証を目的とする.平成24年度は,プレ実験として健康成人を対象とした研究を実施し,平成25年度は施設入居者への実験に進むはずであったが,研究が遅れている.データ分析途中である.【研究方法】平成24年度実施分1)対象者研究の同意を得られた健康成人20名.対象者は公募とし,研究の主旨,目的,研究方法を掲示し,応募した人を対象とした.2)測定項目と測定用具(1)基礎データ:年齢、利き腕(2)NIRSデータ(前頭葉のヘモグロビン値):前頭葉の血流変化を近赤外光にて測定した.(3)覚醒度データ:記憶を想起する会話の前後に,日本語版UWIST気分チェックリストにより,気分を構成する「緊張覚醒(tense arousal:TA)」と「エネルギー覚醒(energetic arousal:EA)」の測定を行った.3)測定方法研究対象者が子どもの頃に流行し,記憶を想起させると考えられる画像を集めた回想画像と,風景等の抽象的な画像を集めた対照画像を用意し,全員に両方の画像を見てもらった.画像は1枚が15秒で,回想画像と対照画像それぞれ40枚ずつの設定とし,回想画像と対照画像の順番は対象者毎にランダムとし,間に5分間の休憩を入れた.その後,回想画像を用いて,研究者と10分間の会話を行った.【研究結果】平成25年度はNIRSデータの分析を主に行った.16名の右利きの被験者のうち,40枚の画像のうち一番懐かしいと感じた画像について回答のあった12名について,刺激となった画像の前後の画像との比較を行った.左右大脳半球の酸素ヘモグロビン値は増加していたが,統計的な有意差は認められなかった.対照画像との比較,他の測定部位との比較は,現在行っているところである.(3)主観データ:被験者20名のうち15名が,対照画像よりも回想画像の方が覚醒度が上がると回答した.本研究では,認知症を改善させる看護ケアとしての回想法の検証を目的とする.本研究においては,健康成人,健康高齢者,介護施設入居中の認知症高齢者を対象を対象として、段階的に研究を行う計画である.平成24年度は,プレ実験として健康成人を対象とした研究を実施した.【研究方法】1)対象者研究の同意を得られた健康成人20名.対象者は公募とし,研究の主旨,目的,研究方法を掲示し,応募した人を対象とした.2)測定項目と測定用具(1)基礎データ:年齢、利き腕(2)NIRSデータ(前頭葉のヘモグロビン値):前頭葉の血流変化を近赤外光にて測定した.測定には,光イメージング脳機能測定装置(スペクトラテック社製,Spectratech OEG-16)を用いた.(3)覚醒度データ:記憶を想起する会話の前後に,日本語版UWIST気分チェックリストにより,気分を構成する「緊張覚醒(tense arousal:TA)」と「エネルギー覚醒(energeticarousal:EA)」の測定を行った.3)測定方法研究対象者が子どもの頃に流行し,記憶を想起させると考えられる画像を集めた回想画像と,風景等の抽象的な画像を集めた対照画像を用意し,全員に両方の画像を見てもらった.画像は1枚が15秒で,回想画像と対照画像それぞれ40枚ずつの設定とし,回想画像と対照画像の順番は対象者毎にランダムとし,間に5分間の休憩を入れた.その後,回想画像を用いて,研究者と10分間の会話を行った.4)倫理的配慮学内の医療研究倫理審査会の承認を受けて実施した.【研究結果】1)被験者健康成人20名(男性8名,女性12名).2)測定結果(1)基礎データ:平均年齢は21.9歳.利き腕は右が16名,左が4名であった.(2)NIRSデータ:現在解析中である.(3)主観データ:会話後では,会話前と比較してエネルギー覚醒度が有意に上昇した.本研究では,認知症を改善させる看護ケアとしての回想法の検証を目的とする.平成24年度は,プレ実験として健康成人を対象とした研究を実施し,平成25年度から施設入居者への実験を行う予定であったが,計画実施が遅れている.平成25年度と本年度はデータ分析を中心に行った.【研究方法】平成24年度実施分1)対象者研究の同意を得られた健康成人20名.対象者は公募とし,研究の主旨,目的,研究方法を掲示し,応募した人を対象とした.2)測定項目と測定用具(1)基礎データ:年齢、利き腕

(2)NIRSデータ(前頭葉のヘモグロビン値):前頭葉の血流変化を近赤外光にて測定した.(3)覚醒度データ:記憶を想起する会話の前後に,日本語版UWIST気分チェックリストにより,気分を構成する「緊張覚醒(tense arousal:TA)」と「エネルギー覚醒(energetic arousal:EA)」の測定を行った.3)測定方法研究対象者が子どもの頃に流行し,記憶を想起させると考えられる画像を集めた回想画像と,風景等の抽象的な画像を集めた対照画像を用意し,全員に両方の画像を見てもらった.画像は1枚が15秒で,回想画像と対照画像それぞれ40枚ずつの設定とし,回想画像と対照画像の順番は対象者毎にランダムとし,間に5分間の休憩を入れた.その後,回想画像を用いて,研究者と10分間の会話を行った.【研究結果】主観データの分析は25年度に行ったため,測定部位14点におけるNIRSデータの分析を行った.40枚の画像について傾向をみたところ,回想画像よりも対照画像の方がオキシヘモグロビンとトータルヘモグロビンの増加量が有意に大きい部位が多かった。デオキシヘモグロビンの減少量は回想画像の方が有意に大きい部位が多かった.大脳活性については様々な解釈があるため,個別データをみていくこととする。現在,個別データを分析中である。本研究では,認知症を改善させる看護ケアとしての回想法の検証を目的とした.本研究においては,健康成人,健康高齢者,介護施設入居中の認知症高齢者を対象を対象として,段階的に研究を行った.研究データは現在分析中である.【研究1】対象者は研究の同意が得られた健康成人20名で,回想による前頭葉の活動に伴う血流変化を近赤外光にて測定した.測定には,光イメージング脳機能測定装置(スペクトラテック社製,Spectratech OEG-16)を用いた.研究対象者が子どもの頃に流行し,記憶を想起させると考えられる画像を集めた回想画像と,風景等の抽象的な画像を集めた対照画像を用意し,全員に両方の画像を見てもらい,大脳の活動の違いの検証を行った.【研究3】対象者は研究の同意が得られた介護老人福祉施設入居者11名(軽度認知症5名,中等度認知症6名)で,回想による前頭葉の活動に伴う血流変化を近赤外光にて測定したソフトウェア「パソコン回想法」を用いて,会話をしながら回想を行い,認知症のレベルによる大脳の活動の違いの検証を行った。【研究4】対象者は研究の同意が得られた介護老人福祉施設入居者4名(軽度認知症2名,中等度認知症2名)で,回想による前頭葉の活動に伴う血流変化を近赤外光にて測定した.対象者の4名に対しては,1週間に2日間,1ヶ月の間ソフトウェア「パソコン回想法」を用いた回想による介入を行った。認知症の高齢者に対して回想法による介入を実施し、大脳を活性化させる認知症高齢者への看護ケアとして活用が可能かどうか検証を行うことを目的とした。脳波と光イメージング脳機能測定装置を用いた評価を行い、段階的に健康成人と高齢者へと研究を進めた。健康成人の研究より、回想は楽しいという気分になることが示され、快刺激による大脳の活性化が期待できる療法であることが示された。認知機能の低下した高齢者においても、関心のある話題の時には大脳の活性化が認められ、大脳を刺激するためには対象者に応じた会話が必要であることが明らかとなった。回想法は汎用性が高く、認知症高齢者の看護ケアとして活用可能であると考える。平成26年度で研究を終了する予定であったが,計画が遅れていたため期間延長の申請を行った.
胃切除後の骨代謝異常とその予防・治療に関する研究

胃切除後患者の骨代謝異常(骨障害)について骨量を中心に検索し、骨障害発症の実態、障害の発現時期を検討した。また、骨障害の予防と治療に対するビタミンD投与の意義について若干の調査を行った。1.胃切除後3年以上の長期経過例における骨量計測では、健常対照例に比べ約半数に骨量低下があり、ことに胃全摘例で高頻度であった。しかし、再建法別や性別差はなかった。また、胃切除後の経過期間との関係では、胃切除後長期経過例ほど骨量低下例が多かった。因みに胃切除後障害研究会の全国調査の集計成績では、50歳代、60歳代の男性に胃障害例が高頻度で、しかも障害の強い例が多かった。また、術後年数の長短と骨障害の関係では有意差はみられず、胃切除後は25年と比較的早期から障害の発生することが判明した。2.胃切除後骨障害の発生時期について胃切除前後の骨量動態を観察し、prospectiveな検討を行った。術後2年余の経時的骨量計測の結果、術後1年まではほとんど変化しなかったが、2年前後になると骨量低下がみられ、男性で56%、女性で36%に低下例が認められた。なお、胃切除前の骨量評価ですでに骨量低下のあったものが29%に認められたが、これら骨量低下例と正常例における術後骨量変化に明らかな差はなかった。術後骨量低下例の背景因子では、胃切除後栄養低下との関連性がうかがわれたが、なお不明瞭であった。3.骨障害の予防、ならびに治療におけるビタミンD投与の効果については、種々の制約から追跡可能例が限られ有意義な成果が得られなかった。以上、胃切除後骨障害の実態はある程度明らかとなったが、予防、治療対策については今後さらに検討を重ねなければならない。胃切除後遠隔時における骨代謝異常の実態を明らかにするため、従来より行ってきた胃切除後症例に対する調査を継続するとともに、胃切除後骨代謝異常の発症に関し、とくに骨量動態の面から胃切除前後の経時的観察を行っている。1.胃切除後遠隔時の患者の病態、生活状態に関する調査胃切除後患者の過半数に骨萎縮が認められた。この背景因子を調査した結果、骨カルシウム代謝に関与する副甲状腺、腎などの機能障害、糖尿病などの代謝異常との関わりはなかった。骨萎縮例の中に、貧血や栄養障害など、他の胃切除後障害をも伴った症例が見い出され、骨障害発症の基盤には消化吸収障害をはじめとする栄養障害との関係が推察された。今後この方面の検索を行い、骨代謝異常発症の要因、メカニズムの解明が必要である。2.胃切除前後の骨量動態胃切除後の骨代謝障害が、術後いかなる時期からおこるものか経時的に骨量計測を行って観測を続けている。現在までの検索で、術後1年以内には骨萎縮は認められず、12年経過例の一部に骨萎縮傾向が若干認められている。これら異常例に血液生科学検査、副甲状腺機能検査を行ったが関連性は見い出されていない。3.骨障害例に対する治療活性型ビタミンDを投与し、骨量変動の面から検討を進めているが、有意義な治療効果が得られていない。骨障害の予防を含めて今後さらに十分な検討が必要である。胃切除後患者の骨変化について、従来行ってきた骨量計測による実態調査から、男性の43%、女性の72%に骨萎縮が認められ、術式別には胃部分切除よりも胃全摘後に、術後経過期間では5年以上の長期経過後により、高頻度であることが判明した。

当該年度においては、胃切除後、同一患者の骨量動態を経時的に観察するとともに、骨障害の予防に関し、ビタミンD(α-D_3)投与の意義についての検索をすすめてきた。いまだ、検索症例が十分ではないが、1.胃切除後の骨量低下(骨萎縮)は1年以内にははとんど認められないが、12年以上に及ぶと、漸次骨量が低下し、その低下は可齢変化を除外しても有意に高頻度であることが明らかになってきた。2.骨障害の予防としてα-D_3投与群と非投与群にわけて経時的な骨量変化を観察中であるが、対象例が少なく、今後さらに症例の集積が必要である。3.骨障害例の治療についてのα-D_3投与の効果を検討しているが有意義な結果をみるに至っていない。今後さらに症例を重ねるとともに他剤併用による検討も必要と考えている。胃切除後患者の骨変化について、骨量動態を中心に従来行ってきた調査を本年度も継続してきた。また、胃切除前後、同一症例についての経時的な骨量変化を観察し、骨障害発現の実態について検討した。骨障害の予防について、ビタミンD投与の意義、さらに骨量低下例に対するビタミンDの効果などの治療面でも骨量変化の観察を行った.1.胃切除後長期経過例では約半数に骨量低下(骨萎縮)がみられるが、男性より女性に高齢度の傾向がある。これには加齢変化に加え閉経後の骨萎縮が関与していることが考えられる。2.胃切除の影響による骨障害の出現は術後12年と意外に早い時期にみられるが、このような障害例の背景因子はなお不明確である.3.骨障害の予防ならびに治療におけるビタミンDの投与効果については有意義な結果を得るには至らず、今後さらに検討されねばならない。以上、従来からの研究成果をとりまとめて報告する.
中国の大学生に対する奨学方法の転換に関する研究-計画経済から市場経済への移行との関連において-

(1)研究代表者のもとに既に収集済みの『人民日報』、『光明日報』、『中国教育報』、『中国高等教育』、『教育研究』など、中国で発行される新聞および教育専門誌の中から学生援助や奨学問題に関する論文、論説、記事を広く収集、翻訳し、整理・分類して、検討を行った。(2)関連資料、とくに新聞、雑誌のバック・ナンバーなど、本研究に必要でありながら従来欠けていた諸資料を国会図書館東洋文庫、アジア経済研究所、中国研究所などにおいて、マイクロ・フィルムおよび電子コピーとして網羅的に調査・収集を行った。(3)以上の活動を通じて得られた情報をもとにして、まず中華人民共和国建国時における「人民助学金」の導入事情に関する研究をすすめ、建国に先立つ国民党政権下および共産党支配地域における学生援助の慣行について検討し、それらと現行の奨学方法との連続性・非連続性を明らかにすることに努めた。(4)さらに、計画経済体制下での大学生に対する奨学方法の形成と定着の過程を実証し、近年の市場経済体制への移行に伴って生じてきた奨学方法上の変容状況を明らかにし、その成果を「中国における人民助学金制度の定着過程」と題する論文にまとめるとともに、訳書『中国の高等教育改革』の本代表者による解説部分でも部分的に言及した。
食物ポリフェノールによる米澱粉消化抑制機構の解明

アズキ種子フラボノイド画分に含まれているタキシフォリン、ケルセチンおよびヴィグナシアニジン(シアニジン-カテキン複合体)は、白飯澱粉の消化を抑制できること、また、その抑制効果は、タキシフォリン<<ケルセチン<ヴィグナシアニジンの順であることを明らかにした。さらに、この三者の疎水性も同じ順で大きくなることから、アズキフラボノイドによる澱粉消化抑制効果は、その疎水性に依存すると推定した。食物は胃を通過して腸に達する。そのため食物成分は胃腔で口腔由来の亜硝酸と反応できる。そこで、亜硝酸処理をしたアズキ種子フラボノイド画分の澱粉消化抑制について調べた。その結果、ケルセチンとヴィグナシアニジンによる澱粉消化の抑制効果は、亜硝酸処理によって低下したが、ヴィグナシアニジンと亜硝酸との反応産物も、澱粉消化の抑制に関与できることを明らかにした。次に、米の加工品である上新粉を用いて、上新粉澱粉の消化に対するアズキ抽出物の影響を調べた。アズキ抽出物は、上新粉澱粉の消化を抑制した。その抑制は、アズキ抽出物と澱粉粒子から遊離した澱粉との結合によるものであった。上のフラボノイドは、アズキと米との炊飯に伴って、飯澱粉に非共有結合で結合し、そのフラボノイドと澱粉のグルコースとのモル比1:1万1:100万であった。このモル比から、非共有的に結合したフラボノイドのアズキ飯澱粉消化に対する抑制効果は小さいと考えた。他方、アズキのプロシアニジン類は、加熱に伴って、タンパク質や澱粉に共有的に結合できる。このことから、プロシアニジン類がアズキ飯の澱粉消化抑制に関与していると考え、実験を行った。その結果、プロシアニジン類は飯澱粉のグルコースとのモル比、1:10002500で飯澱粉に結合していた。このことは、アズキ飯の澱粉の低消化性は、アズキのプロシアニジンおよびその酸化産物と澱粉との結合によるものであることを示唆している。アズキ種子に含まれているフラボノイドが、飯澱粉と結合することにより飯澱粉消化を抑制することを確かめてきた。さらに、アズキ種子に含まれているフラボノイド類は、飯澱粉に非共有的に結合しており、疎水性の高いフラボノイドほど澱粉消化を抑えやすいことを見出した。平成30年度は、アズキに含まれるプロシアニジンに着目して研究を進めた。その結果、アズキ飯の澱粉が消化されにくいのは、アズキに含まれているプロシアニジンが飯澱粉に強く結合していたためと推定できた。そして、これらアズキ種子中に含まれるフラボノイド類は、澱粉中のアミロースと結合しやすく、澱粉消化を抑制できることを示唆した。飯澱粉中のアミロースとの結合を確認する予定だったが、平成30年末の異動に伴う次年度の所属機関変更の準備業務で多忙のため、計画に遅延が生じた。実際にアズキ種子中のフラボノイド類の飯澱粉中のアミロースとの結合を確認するために、高アミロース米を用いて飯澱粉消化の抑制を確認する。さらに、この三者の疎水性も、タキシフォリン<<ケルセチン<ヴィグナシアニジンで大きくなることから、アズキフラボノイドによる澱粉消化抑制効果は、その疎水性に依存すると推定し、また、その抑制は澱粉の疎水的領域に結合によるためであると推定した。食物は必ず胃を通過して腸に達する。そこで、亜硝酸処理をしたアズキのフラボノイド画分の澱粉消化抑制について調べた。この処理によってフラボノイド画分による澱粉消化の抑制効果は、部分的に低下した。また、ケルセチンとヴィグナシアニジンによる澱粉消化の抑制度は、亜硝酸処理によって小さくなり、ヴィグナシアニジンと亜硝酸との反応産物も、澱粉消化の抑制に関与できることを明らかにした。次に、精白米にアズキ種子を加えて炊飯したアズキ飯の飯を用いた実験を行った。このアズキ飯の飯の色は保温保存に伴って変化した。この変化に伴ってアズキ飯の飯に含まれるルチンとケルセチンの含有量の変化は小さかったが、ヴィグナシアニジンは大きく減少した。この色の変化は、ヴィグナシアニジンの酸化によるものと予測した。アズキ種子のフラボノイド画分に含まれるフラボノイド種の同定を行い、その中でヴィグナシアニジンが澱粉と非常に結合しやすい事が分かった。この化合物は、米澱粉の疎水領域に結合して、アミラーゼによる澱粉消化を抑えた。さらに、ヴィグナシアニジンと結合した飯を胃腔条件で亜硝酸と反応させると、ヴィグナシアニジンが酸化され、ヴィグナシアニジンによる澱粉消化抑制度が小さくなった。

これらの結果は初年度に計画した目的におおよそ達していると考えている。これらの実験データは学術雑誌に掲載された。さらに、アズキと精白米を炊飯したアズキ飯の飯を用いて実験を行った結果、ヴィグナシアニジン等が米澱粉に結合することが分かり、炊飯したアズキ飯を炊飯器中での保温に伴い、結合したヴィグナシアニジン量の減少が観察された。この結果から、アズキ飯の色調の変化にはヴィグナシアニジンの酸化が関与していると予測した。これらの結果を論文としてまとめる予定である。アズキ種子フラボノイド画分に含まれているタキシフォリン、ケルセチンおよびヴィグナシアニジン(シアニジン-カテキン複合体)は、白飯澱粉の消化を抑制できること、また、その抑制効果は、タキシフォリン<<ケルセチン<ヴィグナシアニジンの順であることを明らかにした。さらに、この三者の疎水性も、タキシフォリン<<ケルセチン<ヴィグナシアニジンで大きくなることから、アズキフラボノイドによる澱粉消化抑制効果は、その疎水性に依存すると推定した。食物は胃を通過して腸に達する。そのため食物成分は胃腔で口腔由来の亜硝酸と反応できる。そこで、亜硝酸処理をしたアズキのフラボノイド画分の澱粉消化抑制について調べた。その結果、ケルセチンとヴィグナシアニジンによる澱粉消化の抑制効果は、亜硝酸処理によって低下した。さらに、ヴィグナシアニジンと亜硝酸との反応産物も、澱粉消化の抑制に関与できることを明らかにした。次に、精白米にアズキ種子を加えて炊飯したアズキ飯の飯を用いた実験を行った。このアズキ飯の飯の色は保温保存に伴って変化した。この変化に伴ってアズキ飯の飯に含まれるルチンとケルセチンの含有量の変化は小さかったが、ヴィグナシアニジンは大きく減少した。この色の変化は、ヴィグナシアニジンの酸化によるものと予測した。次に、米の加工品である上新粉を用いて、上新粉澱粉の消化に対するアズキ抽出物の影響を調べた。アズキ抽出物は、上新粉澱粉の消化を抑制した。その抑制は、アズキ抽出物と澱粉粒子から遊離した澱粉との結合によるものであることが示唆された。さらにアズキ抽出物中のケルセチンとヴィグナシアニジンは、澱粉粒子の澱粉の遊離を抑え、遊離された澱粉の分解を抑制した。また、アズキ抽出物中には脂肪酸も含まれている。脂肪酸は、アミロースの遊離と遊離したアミロースの分解を抑制した。試料として白飯を用いて研究を進めてきたが、白飯の複雑な構造を均質化するのに困難を要したため、米の加工品である上新粉を用いて、上新粉澱粉の消化に対するアズキ抽出物の影響を調べた。そして、その抑制には、アズキ抽出物による澱粉粒子の遊離と遊離された澱粉の結合が示唆された。これらの実験データは、論文としてまとめている。また、平成29年度に液体クロマトグラフ用PDA検出器とポンプを購入させて頂いた。この購入のおかげで、移動相の濃度勾配が出来るようになり、分析が容易になり、なおかつ新規物質の検出につながった。さらに、この三者の疎水性も同じ順で大きくなることから、アズキフラボノイドによる澱粉消化抑制効果は、その疎水性に依存すると推定した。そこで、亜硝酸処理をしたアズキ種子フラボノイド画分の澱粉消化抑制について調べた。
水素結合ネットワークを形成した有機顔料の光学的性質

1.ジケトピロロピロール(DPP)誘導体の結晶構造と電子構造の相関関係5種類の顔料の固体状態における色調を励起子結合効果の立場から検討した。これらの顔料は溶液状態ではほぼ同じような吸収スペクトルを示すが、固体状態では純度の高い赤から黄色味を帯びた赤に到るまで様々な色調を示す。この色調の変化が励起状態における相互作用(励起子結合効果)に起因するとの視点から検討を行った。これらの顔料の結晶構造を基礎に励起子バンドの計算から、固体の吸収スペクトルをほぼ半定量的に説明出来る事が明らかになった。2.分子間水素結合を形成したインジゴ顔料の電子構造水素結合系顔料としてインジゴ、キナクリドン(QA)やピロロピロール(DPP)が知られている。QAとDPPは溶液状態では淡い黄色であるが、固体状態では鮮やかに赤に発色する。これに対し、インジゴは溶液でも青に着色しており、結晶化に伴う吸収バンドの長波長化の程度はQA,DPPに比べると格段に小さい。このメカニズムを解明する目的でインジゴの電子構造を分子構造、結晶構造、分子間相互作用の立場から検討した。光励起により分子上に出現する遷移モーメントの方向は、インジゴでは長軸方向にあり、QAとDPPでは逆に短軸方向にあることが判った。インジゴの長軸方向は光励起に伴う電子の移動が容易で空間的にも広く分布できることから、溶液状態では可視域に吸収バンドを示し青色を呈する。また、固体状態では遷移モーメント間の相互作用(励起子結合効果)が重要で、QAやDPPの結晶構造では典型的な"head-to-tail"型の配置を可能となるので大きな長波長化が期待できる。しかし、インジゴ分子はこのような配置をとらず、結晶化に伴う吸収バンドの長波長化が小さいことが明らかになった。3.ピロロピロール誘導体の単結晶育成と結晶構造DPPの1つのカルボニル基を硫黄原子で置換したモノチオピロロピロール(MTPP)ならびにフェニル環のメタ位にシアノ基のついたm-CN DPPの単結晶を気相から育成し、構造解析を行なった。
原子衝突イオン化による分子クラスター表面の電子状態の研究

【クラスターのペニング電子分光】ペニング電子分光法は、準安定励起原子A*と分子Mとの衝突反応(A*+ M→A + M+ + e-)で放出される電子の運動エネルギーを測定する手法である。本研究のねらいは、真空中の孤立クラスターや生体分子の電子構造を研究することである。これらは極微量であることが多く、従来型の電子分光器では測定できないため、電子の捕集効率を極限的に上げた電子分光器を開発した。平成30年度は、アミノ酸に対する系統的な研究を実施し、多環芳香族炭化水素(PAH)のペニングイオン化反応の理論解析を行った。【アミノ酸のペニング電子分光】側鎖にOH, SH基を有するアミノ酸、ならびに、C6H5, C6H4OH基を有するアミノ酸のペニング電子分光を行い、分子内水素結合とフェニル基π電子系による電子構造の変化をそれぞれ研究した。いずれの場合も回転異性体が多く含まれ、それらの安定性を理論計算で確定することにより、ペニング電子スペクトル(PIES)の帰属を行うことができた。カルボキシル基とアミノ基の非結合性軌道がHOMO近傍にエネルギー準位を持ち、分子表面外に広がる電子密度のため大きな反応断面積を示すことが明らかとなった。【トラジェクトリ解析】ペニングイオン化過程は、粒子どうしの接近に伴うイオン化過程であり、分子の配向と重心間距離に依存したイオン化確率が反映される。イオン化確率が分子表面外の電子密度に比例するとしたExterior Electron Density (EED)モデルは、アミノ酸とPAHの実験スペクトルの相対強度を良好に反映することが分かった。また、準安定励起原子A*が分子Mに近づくトラジェクトリ(軌跡)に応じてイオン化確率を求める理論計算も行った。PAHのひとつであるナフタレンのイオン化動力学を明らかにすることができた。【ペニング電子分光装置の高強度・高分解能化】平成28年度の前期にアミノ酸のペニング電子分光を実施し、後期にクラスターの実験に進むことができた。アミノ酸のような難揮発性分子を真空槽に導入するには、固体試料の拡散による真空装置の汚染が大きな問題となるが、非磁性の衝突室を設置し、固体試料遮蔽板、液体窒素トラップを設置することにより解決した。また、難揮発性分子の場合試料の密度を圧力計で見積もることが難しいが、この問題はHe*ビームの下流にファラデーカップを設置しHe*ビーム強度の減衰率で判定できるようにして解決した。クラスターの実験では、クラスター生成用真空槽の開発をほぼ終了し、ペニング電子分光装置と併用することにより(CO2)nクラスターを使った予備実験に成功した。【表面電子と粒子間相互作用】分子内回転を有するベンゼン誘導体やアミノ酸などの系についてペニング電子分光を実施し、実測スペクトルと量子化学計算で分子内回転の安定性を調べた。分子内回転に非共有電子対が関与するベンゼン誘導体では、安定性に対する分子軌道の役割を明らかにした。アミノ酸の研究では、構造安定性に内部エネルギーだけではなくエントロピーが寄与していることを示した。ペニングイオン化の反応断面積は、励起原子He*が近づくことのできる分子表面外により拡がっている分子軌道で大きくなる傾向がある。表面に張り出した電子密度を量子化学計算で見積もるモデルで、上記の系の実測スペクトルはおおむね良好な再現された。ただし、糖類の単量体であるグルコースの結果は、このモデルでは再現されないことが分かった。【クラスターの質量分析】ランタノイドを含む原子分子クラスターの質量分析実験と量子化学計算を行い、正・負イオンクラスターのペニング電子分光を平成29年度以降に行うための知見を得た。【ペニング電子分光装置の高強度・高分解能化】本研究課題の目的の一つは、高次構造を有する生体分子・機能分子多量体(オリゴマー)・気相クラスターの原子衝突実験を行い、表面電子分布と反応過程を解明することである。平成28年度は装置改良を行うことにより特にこれらに注力し、上記の研究対象のうち機能分子多量体を除く全ての系で成果が得られたことから、順調に進展していると判断される。しかし、当初計画されていた、追加励起によるHe*の高強度化と積算回路の改良による分解能の向上に関しては、経費の問題で十分実施できなかった。【表面電子と粒子間相互作用】アミノ酸3種類と糖類1種についてペニング電子分光と量子化学計算で構造を議論し、さらに、分子内電荷の偏りが大きいと考えられる所謂プッシュプル型分子2種類について、興味深い成果が得られた。プッシュプル型分子では表面電子分布が偏っていることが特徴といえるが、これがスペクトル強度に顕著に現れるという新規な結果が得られた。当初予定していた核酸と多環芳香族炭化水素についての実験は、先行研究と重なることが判明したため行わなかった。これらについてはある程度結果が予期されるが、プッシュプル型分子の実験は予想外の結果であり物理学的な新規性が相対的に高い。【クラスターの質量分析】クラスターの質量選別の実験については、平成29年度に予定されていた実験を実施することができ、当初計画を上回る進捗状況にある。また、クラスターの構造と反応性を解析するために行った量子化学計算では、予定されていなかった計算手法であるAFIR法を新たに採用した。計算方法を最先端とすることができたことは、次年度以降に有用と考えられる。

また、気相イオン化反応の動力学をさらに効率的に研究することを念頭に、画像観測実験についての解説記事を出版した。【アミノ酸の原子衝突電子分光】生体分子やクラスターの測定を可能にするため超高感度のペニングイオン化電子分光器の開発を行った。その実験結果と対比しながら、回転異性体の安定構造に関する知見を得た。アミノ酸としてアラニン,セリン,システインを対象とし、異性体の安定性においてエントロピーの効果が重要であることを見出した。実測したペニングイオン化電子スペクトル(PIES)と、計算された内部エネルギーまたは自由エネルギーをもとにボルツマン分布で重ね合わせたスペクトルを0 , 298 , 400 Kで比較した。実測PIESは最安定構造EQ0のみの理論スペクトルでおおむね再現されるが、異性体に由来するピークが含ま出ることが分かった。生体分子としては、代表的な糖であるグルコースについて実験を行うことができた。【アミノ酸の異性体探索計算】そこで異性体探索を行うと、例えばアラニンでは、EQ 11個、TS 31個が見出され、温度の上昇に伴いエントロピーの寄与で安定構造が反転することを見出した。この反転は、分子内水素結合と密接に関係していると結論付けられる。システイン、セリンに関しても同様の結果が得られた。【金属分子クラスターの質量分析】チタンとランタノイドにケトン類が結合したクラスターを対象に、質量スペクトルと量子化学計算で金属分子相互作用を研究した。金属試料にはTiO2粉末を固めたものや棒状のTi, La, Er, Smを用い、配位子にはアセトン(CH3COCH3, AC)やメチルエチルケトン(CH3COC2H5)を用いた。質量スペクトルには、縮合反応によると思われる生成物の系列が観測されたため、反応経路探索を実行した。また、太陽電池に関連しTiOn(AC)m (n=02)の結合エネルギーを求めるとTiO2(AC)n TiO(AC)n ,Ti(AC)nの順に高いことが分かった。【アミノ酸の原子衝突電子分光】平成29年度は装置を安定に運用することができ、これまで測定されていなかった3種のアミノ酸のPIESを測定することができた。He*ビームの強力化については、本研究課題で購入したピコアンメーターを用いて放電条件の最適化を進めた。つまり、高感度ペニングイオン化電子分光装置は順調に開発されていると言える。クラスターの実験については、(CO2)nに対する予備実験を終え、ノズル冷却用の液体窒素トラップの設計を進めた。信号積算回路について、現状の分解能を4倍にするための仕様策定を終え、必要な電子部品をほとんど購入し終えた。ただし、マイクロチャンネルプレート検出器の感度が落ちていると疑われ、その口径も約20 mmと小さいことが測定感度の点で問題であることが判った。【アミノ酸の異性体探索計算】平成29年度は、アミノ酸の異性体探索計算を順調に行うことができた。特に、本研究で用いたGRRMプログラムに実装されているLarge-ADD-Following (lADDF)法やFixed Bond法が必須であることが確認され、異性体の安定化を調べるためには、自然結合軌道(NBO)解析が有用であることが分かった。
固体表面機能を活用した脂質二重膜の構造・物性・非対称性制御とその評価

固体基板上に支持された脂質二重膜の構造・物性に固体表面が及ぼす影響について原子間力顕微鏡および蛍光顕微鏡を用いて詳細に調べた。水溶液中でも安定な、原子ステップとテラス構造からなるTiO2表面およびその上での平面脂質二重膜の調整方法を確立した。脂質二重膜の形状変化および膜内の相分離構造に表面-脂質間相互作用と基板表面原子スケール構造が強く関わることを明らかにした。本研究の目的は固体表面上の二重膜"supported planar bilayer(SPB)"において基板表面とSPB間の相互作用を明らかにすることである。今年度の目標は大きく分けると2つ、SPBの物性測定技術の確立と試料調整方法の確立であった。前者についてはSPBの流動性を評価するための蛍光退色後回復(FRAP)および、粘弾性を測定するための原子間力顕微鏡(AFM)を用いたフォースカーブ測定(FC)の実験系を構築した。後者については、ルチル型TiO_2単結晶低指数表面の調製とSPB形成を再現性良く行う条件を求めた。FRAP測定は光学顕微鏡のしぼりを用いてSPBの一部を退色させ、回復の時間経過を追跡するためのシステムを構築することができた。表面親水性を制御したSiO_2表面上のSPBについて拡散係数(D)を測定したところ、SPBの形成速度は表面親水性によって著しく変化するものの、一度full-coverageのSPBが形成されるとDの値はSiO_2表面の親水性に依らずほとんど同じであった。FC測定については実験系と解析のためのプログラムはほぼ完成したが、探針がSPBに接触・穿孔を繰り返す際に分子吸着によって探針状態が変化し、非常にばらつきの大きい値しか得ることが出来なかった。探針表面の清浄化と表面状態の制御が次年度の課題である。TiO_2(100),(110),(001)表面についてHF水溶液処理と酸素下の焼成によってシングルステップと平坦なテラスからなる表面を調製し、ベシクル展開法によるSPB形成を再現性良く行うことに成功した。TiO_2(100)表面上のSPBは基板のステップ構造に倣った階段状の構造をとっており、二相混合SPBの相分離ではドメインエッジが基板のステップに沿って走っているのが観察された。基板表面の原子レベル構造が脂質膜の組織化に影響を与えることが示された。本研究の目的は固体表面上の脂質二重膜(supported planar bilayer=SPB)において、基板表面とSPB間の相互作用を明らかにすることである。今年度は基板として原子ステップとテラスからなるTiO_2(100)表面を用い、SPBへの固体表面の原子レベル構造の影響について調べることを目標とした。TiO_2(100)表面上での吸着ベシクルからSPBへの形状変化の過程において、実験条件次第で吸着ベシクルが、平面膜形成および安定吸着状態への変化、の2つの不可逆な経路を取りうることや、熱的には安定な吸着ベシクルを光誘起で領域選択的に平面膜へと形状変化させることなど、ステップ&テラスTiO_2表面に特異的な新規現象を見出した。固体基板と脂質膜間の相互作用エネルギーを詳細に計算し、SiO_2等に比べて著しく大きなvander Waals(VDW)引力がTiO_2上で働くことが原因であると結論した。TiO_2(100)表面の原子ステップは脂質膜の相分離構造に影響を及ぼすだけでなく、ゲル相ドメインの核生成がテラス上で選択的におきるなど、相分離の初期仮定にも影響していることを見出した。非常に強いVDW力のため、TiO_2(100)上のSPBにはベシクルや2層目の脂質膜が容易に吸着し、これらからの蛍光が障害となって蛍光退色後回復によって脂質分子の拡散係数(D)を求めることができなかった。そこで方針を変更し、1分子蛍光追跡(SMT)によるD測定を試みた。通常のSMT法はエバネッセント光を利用するためガラス基板上でしか行うことができないが、励起光の斜め照射を行うための試料セルを作製し、不透明なTiO_2基板上でのSMT測定に成功した。SMTの解析では統計処理を行うため、系によっては1000点以上のデータ点数が必要とされており、解析用プログラムの改良など効率の良い解析方法の確立が次年度の課題である。最終年度となる今年度は、これまでに基板および平面膜調製方法を確立した原子ステップ&テラスTiO_2表面上のSPBについて1分子蛍光追跡法(SMT)による分子拡散のその場観察を行った。従来のSMT法では基板がガラスや石英に限られていたが、励起光の斜照射によって基板の透明度・屈折率に依らずにSMT測定を行うことに成功した。この手法について再現性と確実性を高め、精度の高い実験手法として確立した。分子拡散係数(功を比較するための参照

試料として不透明なSi(100)基板上の熱酸化SiO_2上に形成したSPBについて斜入射法によるSMT観察を行い、フォスファチジルコリン(DPoPC)-SPB中の蛍光標識脂質(Rb-DOPE)について拡散距離の平均二乗変位よりD=1.52μm_2/sと求めることができた。マクロな測定手法である退色後蛍光回復(FRAP)法により得られた値は歩2.38μm_2/sであり、良いオーダーの値が得られている。ステップ&テラスTiO_2(100)上に形成したDPoPC-SPB中でのRb-DOPEの拡散係数はD=1.42μm_2/sであった。SMT解析から刀を求める際には100-400本の拡散軌跡について統計処理を行っており、そのための解析プログラムも自作のものを用いた。異なる種類の色素標識脂質(BODIPY-H-PC)を用いた場合もTiO_2(100)上での分子拡散はSiO_2/(Si(100))上に比べて遅いことが示された。これはTiO_2上で非常に大きく作用するファンデルワールスカに起因するものであると結論した。本研究課題によって固体表面構造とSPB中の分子挙動について原子・分子レベルでアプローチするための試料調整法と方法論の基礎を確立できた。しかし、当初計画していた二重膜内での非対称性や複雑組成の脂質膜における物性計測にまで至らなかったため、今後の研究における課題としたい。
プラスチック光ファイバセンサを用いた携帯イオン計測装置の試作

近年、環境ホルモンやダイオキシン汚染、酸性雨等地球環境に関する問題が注目されている。そのため環境計測技術は、人間の生命をも左右する重要な役割を担うようになってきた。この様な背景の元、酸性雨等の影響を無侵襲にかつ多点計測が可能なようにプラスチック光ファイバイオンセンサーの開発を行った。従来のpH測定は、もっぱら化学試薬や電気電極に頼ってきた。これらは広範囲に渡る同時測定や多点計測には不向きである。そこで針状端末プローブを2本張り合わせ最適な蛍光出力が得られるよう端末長を最適化した。その結果、pH値とエタノール濃度を測定できた。次にセンサーの機械的強度を増強して携帯可能にするために、2芯構造を1芯構造に作り替えて同様な実験を行った。更に色素ゲル膜の劣化を防ぐことと、pHの測定範囲を広げる為に、光重合を用いて化学反応による侵食に強い光ファイバセンサーを開発した。これまでの光ファイバ分子イオンセンサは、光源にArレーザを使用し,マルチチャンネル光検出器を用いたシステムで光ファイバからの蛍光スペルトルを計測していた。そのため容易に持ち運びができず様々な場所で使用できなかった。一方光源にバッテリ-駆動可能なLEDを用いた装置では、蛍光検出部にロックインアンプを使用するなど回路が複雑なので多点計測には不向きであった。本研究では受光部に光電子増倍管(浜松ホトニクス製H5784-01)を用い、多点計測に応用発展可能なセンサシステムの構築を実現した。プラスッチックファイバのクラッド層を除去した後に、硫酸水溶液に浸けてコア表面を化学改良しフルオレセンイ色素ドープファイバと未ドープファイバ端末を突き合わせて接合した針状端末プローブを光ファイバセンサとして用いた。受光部として、蛍光スペクトル試験用にマルチチャンネル光検出器(浜松ホトニクス製PMA-11)、蛍光出力電圧取得用には光電子増倍管をそれぞれ用いてパーソナルコンピュータに信号を取り込み信号処理した。その結果蛍光スペクトルは、pH値の低い方から順にスペクトル強度が強くなっていった。光電子増倍管からの出力電圧は、pH値の低い方から順に電圧値が0.8V/pHで、大きくなっていくことがわかった。時間変化による電圧のゆらぎは、50mV以内と少ないので、安定したシステムだと考えられる。pH値と出力電圧の関係はほぼリニアになっており、蛍光強度と光電子増倍管からの出力電圧が比例していることから、本システムでpH計測が可能であると考えられる。光ファイバセンサの色素固定法を確立し,多種のイオン溶液、様々な環境で計測できるようにすることが課題である。これまで検討されてきたpHセンサ構造としては、透過吸収型光ファイバセンサや、途中のクラッド層を剥き出してエバネッセント波を利用する構造のセンサが開発されてきた。このゲル膜による方法は、色素膜の劣化、およびpHの測定範囲が狭いという問題点が挙げられる。本研究では、UV光源照射による光重合法によって、ファイバの表面上に重合ゲル膜を作り、化学反応の浸食に強い光ファイバセンサの製作に関する研究開発を行った。光ファイバセンサの色素にはフルオレセインを使用し、針状端末プローブを用いた。ファイバの先に重合前の処理液をつけて1日乾かし、重合液(色素なし)をセルに入れ、セル内部を窒素ガスで充満させることにより化学変化を生じ易くした。顕微鏡装着ビデオカメラの焦点をファイバの先端部にあわせ先端部の形状が観察出来る形で、UV光を照射する。次に、色素モノマル(色素入り重合液)をセルに入れ再びUV光を照射する。先端を顕微鏡装着ビデオカメラで撮影し、ゲル膜の形成をディスプレイ上でみながら作成し、ゲル膜の厚さを調整した。実験システムとしては、蛍光励起用光源にはArレーザを用い、受光部として蛍光スペクトル測定用にマルチチャネル光検器(浜松ホトニクス製PMA-11)を用いて、信号をパーソナルコンピュータに取り込み波形処理をしてスペクトル表示を行った。その結果、UV照射時間が短いほど、波長570nm付近での蛍光スペクトルが強いことがわかった。また、pH値の高い値の方が、蛍光スペクトルが強くなっていることがわかった。100回以上繰り返して使用しても蛍光出力強度は1回目の時と比べて変化しないことが分かった。このことより、重合を施すことに依りセンナの耐久性が向上したことが確認された。
多様な期待によるboom-bustサイクルの研究

金融から実体経済に加え、実体経済から金融への二つのフィードバックのメカニズムを解明するため、多様な期待を許容した不完備市場の一般均衡モデルを拡張し、生産活動を組み込んだ動学モデルを構築した。特に、投資について社会的に最適水準のあるモデルを考え、投資についてコーディネーションの問題が存在するモデルを構築した。期待の時系列的な変動がより大きく、空売り規制が存在しない場合、価格変動がより大きくなるものの、GDPの平均水準には単調性は、見られない。また、空売り規制が存在する場合、規制がより緩いほどGDPが大きくなるが、価格変動については単調な関係にはない。しかし、社会厚生は、規制が緩いほど低くなる。無限期間の標準的なOLGモデルに生産活動を誘導形で間接的に組み込み、Kurz (1994)の意味でのrational beliefのクラスに属する多様なbeliefを許容したモデルを構築した。当初の予定通り、Kurz and Motolese (2001)とNakata (2012)におけるOLGモデルをベースにしたものである。シミュレーションモデルを完成させ、様々なパラメータ設定の下、計算結果を蓄積した。特に重要な成果は、投資の効率性と社会全体の厚生との関係が単調ではなく、したがってGDPと社会全体の厚生との関係も単調ではないことが分かったことである。また、空売り規制がboom-bustサイクルを抑制し、特に多大な損失を被る者が出ないようにすることで、高水準の社会厚生を達成することが分かった。また、標準的なinfinite horizonモデルに生産活動を誘導形で間接的に組み込んだモデルのシミュレーションモデルの作成に着手した。具体的には、均衡を表現する条件式を線形化し、steady stateの周辺での振動を記述する標準的な手法をrational beliefを許容したモデルに用いる目処が立った。金融から実体経済に加え、実体経済から金融への二つのフィードバックのメカニズムを解明するため、多様な期待を許容した不完備市場の一般均衡モデルを拡張し、生産活動を誘導形で組み込んだ動学モデルを2種類、構築した。一つは、Overlapping Generations (OLG)モデルであり、もう一つは、Infinite Horizonモデルである。双方のモデルとも、投資について社会的に最適水準の存在する設定にし、投資についてコーディネーションの問題がある形になっている。OLGモデルについては、合理的期待の下でも均衡において、投資が社会的に最適な水準になることがないため、多様な期待によるコーディネーションへの影響を計測することに難があるが、Infinite Horizonモデルには、そのような問題はない。OLGモデルのシミュレーションの結果としては、空売り規制が存在しない場合、期待の変動が大きいほど、価格変動がより大きくなるものの、GDPの平均水準については単調な関係は見られない。それに対して、空売り規制が存在するときは、より緩い規制のとき、GDPの平均水準が高くなるが、価格変動について単調な関係は、ない。しかし、規制が緩いほど、社会厚生水準が低下する。したがって、GDPと社会厚生水準との関係に乖離が見られる。これは、より厳しい空売り規制を導入することにより、極端なポートフォリオが組まれる可能性を排除することで、極端に悪い投資収益に苛まされるケースがなくなることによるものである。Infinite horizonモデルについては、シミュレーションモデルを構築したが、現在、計算のアルゴリズムの詳細について確認作業を行っている。今後は、確認後、計算結果を蓄積し、OLGモデルの結果と対比していく方針である。理論経済学無限期間の標準的なOLGモデルによる取り組みについては、計算結果の蓄積が進み、予定よりも早い時期に学会発表することができた点。また、infinite horizonモデルは、技術的にクリアしなければならない要件が多数ある、より複雑なモデルであるため、当初の予定では、モデルの構築に着手するのは、2年目の予定であった。しかし、シミュレーションモデル構築の方針が定まり、前倒しでモデル構築に着手できたことにより、当初の計画以上に進展していると考える。無限期間の標準的なOLGモデルによる取り組みについては、さらに計算結果を蓄積・整理し、今年度後半以降、積極的にセミナー発表を行うことで論文を完成させる。Infinite horizonモデルによる取り組みについては、シミュレーションモデルを完成させ、計算結果を蓄積させることに注力する方針である。非常に順調に進んだ場合には、年度後半からセミナー発表を始める。なお、当初計画にあった解析的な有限期間モデルについては、基本的にinfinite horizonモデルに劣後するため、注力しない方針である。パソコンを購入予定であったが、既存のものを活用することにしたことで、物品費が不要になった。しかし、円安の影響もあり、旅費、特に海外での宿泊費が当初計画よりも膨らみ、物品費の減少分をほぼ相殺する形になった。旅費として使用する計画。
骨粗鬆症およびゲノム刷り込み関連遺伝子群の解明

骨粗鬆症を解明することを目的とし、最初にTGFB1遺伝子とその関連遺伝子6種に関する計117種のDNA多型を同定した。次いでそれらを用いて、4集団(NG-1:骨密度検診女性481名、HK:骨粗鬆症女性126名と対照女性131名、NG-2:骨粗鬆症患者108名と対照女性131名、HS:骨粗鬆症患者76名と対照76名)において、先天骨密度(BMD)調節遺伝子を候補とした相関解析を行った。8種の候補遺伝子SNPのアレル頻度を算出した後、NG-1集団の補正撓骨骨密度とSNPとの関連解析を行った。しかしLRP5を除き、TGEB1関連遺伝子では相関はみられなかった。LRP5では、21種SNPのハプロタイプ(HT)から1つのLDブロックを構築し、3種のタグSNPを同定した。この結果、NG-1女性481名における、ハプロタイプ14のうち、ハプロタイプ3を1コピー(ヘテロ接合体)もしくは2コピー(ホモ接合体)もつNG-1女性は有しないNG-1女性より、有意に撓骨骨密度値が低かった(p=0.023)また、LRP5-9のC/C遺伝子型女性はC/TやT/T(n=206)よりも有意に高いBMD値を示し(p=0.022)、LRP5-20のG/GおよびLRP5-21のC/Cは他の遺伝子型よりもBMDが高値であった(p=0.039、p=0.053)。HK集団における骨粗鬆症と対照女性間の関連解析を行った結果、LRP5-8およびLRP5-9において有意な相関を得た(p=0.001;p=0.009)。相関はさらにNG-2骨粗鬆症集団でも再現された(p=0.020;p=0.015)。また、NG-2集団ではLRP5-21も相関を示した(p=0.004)。しかし、HS集団での相関は陰性であった。これらの結果から、LRP5はBMD規定因子の1つであり、また骨粗鬆症の発症危険因子である。ヒトにおけるゲノム刷り込み領域である7q32、15q11-q13、11p15.5の刷り込み関連遺伝子の同定と分子病態の解明を行った。7q32ではMEST近傍に12種の遺伝子を同定し、15qでは脳特異的刷り込みまたはその解除遺伝子を同定した。多因子遺伝病である骨粗鬆症と自閉症について、(1)先天骨密度調節遺伝子を利用して骨粗鬆症関連遺伝子を同定し、(2)刷り込み領域から自閉症遺伝子を含むインプリンティング関連遺伝子を単離・同定し、各疾患の分子病態を解明することが本研究の目的である。(1-a)骨密度増加モデルマウスの作成:変異Tgfb1を導入したES細胞から相同組み換え体を分離し、現在、TGF-β1変異マウスを構築中である。(1-b)骨粗鬆症患者におけるTGF-β1シグナル伝達系に関わる遺伝子群のSNP解析:合成プライマーを用いて正常人16名をプールし、TGFB1、TGFBR、Smad遺伝子を増幅し、現在までにTGFB1中に13種、TGFBR1中に19種の新規SNPsを同定した。集団健診に訪れた被験者500名からインフォームドコンセントを得た後血液の提供を受け、DNAを抽出し、現在これらのSNPと骨粗鬆症との関連を調べている。(2-a)自閉症関連遺伝子の解析:自閉症座を含む7q32領域の刷り込み遺伝子の探索を行うため、最初に同領域の1.2MbのPAC/BACコンティグ、転写・発現地図を構築し、9個の新規遺伝子、6個の既知遺伝子、70個の新規STSを同定し、同領域の刷り込みドメインを確認した。(2-b)一方、雑種体細胞パネルを用いた7q32刷り込み関連遺伝子の系統的な単離の研究を開始し、3個の新規刷り込み遺伝子を同定・単離した。(2-c)現在、これらの新規刷り込み遺伝子内外のSNPを同定しつつある。(2-d)SNP関連解析に用いる自閉症の罹患同胞対はインフォムードコンセントの基、東京大学、札幌市の自閉症施設との共同研究で、現在20組の血液DNAを集積中である。この結果、NG-

1女性481名における、ハプロタイプ14のうち、ハプロタイプ3を1コピー(ヘテロ接合体)もしくは2コピー(ホモ接合体)もつNG-1女性は有しないNG-1女性より、有意に撓骨骨密度値が低かった(p=0.023)また、LRP5-9のC/C遺伝子型女性はC/TやT/T(n=206)よりも有意に高いBMD値を示し(p=0.022)、LRP5-20のG/GおよびLRP5-21のC/Cは他の遺伝子型よりもBMDが高値であった(p=0.039、p=0.053)。HK集団における骨粗鬆症と対照女性間の関連解析を行った結果、LRP5-8およびLRP5-9において有意な相関を得た(p=0.001;p=0.009)。相関はさらにNG-2骨粗鬆症集団でも再現された(p=0.020;p=0.015)。また、NG-2集団ではLRP5-21も相関を示した(p=0.004)。しかし、HS集団での相関は陰性であった。これらの結果から、LRP5はBMD規定因子の1つであり、また骨粗鬆症の発症危険因子である。ヒトにおけるゲノム刷り込み領域である7q32、15q11-q13、11p15.5の刷り込み関連遺伝子の同定と分子病態の解明を行った。7q32ではMEST近傍に12種の遺伝子を同定し、15qでは脳特異的刷り込みまたはその解除遺伝子を同定した。(1)TGFB1関連遺伝子群におけるSNPsの同定:TGFB1遺伝子領域内に11種類、TGFBR1内に21種類、TGFBR2内に22種類、SMAD2内に8種類のSNPを同定した。骨粗鬆症患者群と対照者群における連関解析:インフォームドコンセントの元に、約750名の骨粗鬆症患者・正常対象者を集積し、SNP(1946C/T,5352C/T,8752A/G,9151C/T,9358G/T)タイピングを行った。このうち、骨粗鬆症/osteopenia患者計236名と対照142名におけるTGFB1の5種のSNPについてassociation解析を行ったが、連関は否定的であった(χ2=0.584.14,p=0.770.14)。(2)モデルマウス:Tgfb1のR218C変異を、ジーンターゲテイング法によりマウスES細胞に導入し薬剤選択後、目的とする相同組換体を1クローンを得た。次いで、マウス胚に同クローンを移植し8匹のキメラ個体を得た。現在、ターゲテイングマウスを作製中である。(3)インプリンテイング関連遺伝子の解明:特定のヒト染色体領域を含むマウス・ヒト雑種細胞を用いて、7q32領域における刷り込みを受ける可能性のある遺伝子群を同定した。現在までに、刷り込みを証明、もしくは否定したのは、MEST、COPG2、COPG2IT1(CIT1)、KIAA0265、CPA3、CPA1の6種の遺伝子である。そのうち、MESTとCOPG2IT1は父性発現、CPA3(carboxypeptidase A3)は部分的母性発現する刷り込み遺伝子であった。変異Tgfb1モデルマウスの作成と解析:骨密度増加患者で同定されるR218C変異をマウスES細胞に導入し、目的とする相同組換体、次いでマウス胚に同組換体を移植し8匹のキメラ個体を得た。しかし、これらのマウスはすべて不妊であり、非キメラ変異個体を得ることができなかった。7q32刷り込み遺伝子の解析:マウス・ヒト雑種体細胞パネルにおけるEST発現をRT-PCRにて解析し、新規刷り込み遺伝子EST stSG46233(父性発現)とstSG21174,stSG8865,R30646(各々母性発現)を同定した。一方、MEST周辺の転写地図から、13遺伝子を新たにマップした。これらの遺伝子を胎児組織を用いて網羅的に解析し、同領域における刷り込み遺伝子を同定した。このうち、刷り込みを証明したのはCIT1とCPA3の2種であった。