hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
脳血管反応性および受容体分布からみた脳の発達および進化過程の解明

この研究は、様々な内因性血管活性物質の脳血管への反応性を魚類から哺乳類に至る動物で検討するものであり、爬虫類であるヘビの脳血管反応、哺乳類であるブタの静止張力維持機構およびウマのブラジキニン反応を検討し下記の結果を得た。1.5-HTは、クサリヘビ科のハブの脳血管を収縮させ、それには5-HT_2は関与せず、5-HT_1のみ介していることが示唆された(第142回日本獣医学会(山口)にて発表)。2.鳥類のブロイラーでも同様に、5-HTの脳血管反応性を調べた。その結果、ハブと同様に5-HT_2は関与せず、5-HT_1のみ介していることが示唆された。3.両生類のウシガエルでも脳血管反応性を検討した。ノルアドレナリンでは弱い収縮を示したが、α作動薬であるフェニレフリンではより大きな収縮を、β作動薬であるイソピロテレノールでは大きな弛緩反応を示した。このことより、ウシガエル脳血管には、α受容体もβ受容体も存在しそれぞれ収縮および弛緩に機能していることが示唆された。アセチルコリンは脳血管を用量依存性に収縮させた。4.哺乳類のウマのブラジキニン反応を検討した。ブラジキニンは一般に血管弛緩物質としてしられるが、ウマでは5-HTやヒスタミン、ノルアドレナリンより大きな収縮反応を示した。この反応はB_1およびB_2拮抗薬でも抑制されず、ウマにおけるブラジキニンの新たな生理的役割がある可能性が示唆された(第142回日本獣医学会(山口)にて発表)。5.哺乳類のブタで脳血管反応性を検討した。静止張力は、内皮細胞から遊離するNOと主に平滑筋から遊離するTXA_2でバランスが保たれている。今回、培養内皮細胞を使ってNOおよびCOXを阻害した場合のTXA_2およびNOの産生量を検討した。その結果、COX阻害によりNO産生量は増加し、NO合成阻害によりTXA_2産生は検出限界以下から有意に増加した(Vascular Pharmacol.,46,85-90,2007)。ヘビに関する実験は、ヘビ特有のBK([Val^1,Thr^6]-BK)で追加実験を行い、内皮依存性の弛緩反応を得た(Comp.Biochem.Physiol.,2007,in press)。今後、順次コイおよびウシガエルの脳血管反応、トリの脳血管反応、ウマのブラジキニン反応について論文発表を行う予定である。これまで哺乳類のウシ、ブタ、ウマの脳血管を用いて、血管作動物質(ノルアドレナリン、アセチルコリン、ヒスタミン、セロトニン)に対する反応を検討し、同じ哺乳類でもその反応性は異なり、その原因として受容体分布に違いがあることを明らかにしてきた。また、血管内皮細胞の関与の有無が、反応の違いの大きな要因と考えられた。

この観点から、今回、爬虫類から進化したと考えられている鳥類および最も原始的な脊椎動物である魚類の脳血管を摘出し、マイクロマグヌス管にセットして血管作動物質に対する血管反応性を検討した。(1)鳥類としてニワトリを用いた。摘出脳血管は、ノルアドレナリンに対し低用量で弱い弛緩反応を高用量では用量依存性の収縮反応を起こした。アセチルコリンはこの収縮した脳血管を用量依存性に弛緩した。上記の反応は、哺乳類の中ではウマと類似していた。(2)ヒスタミンに対しては、静止張力でも弱い弛緩反応がみられたが、収縮下ではよりはっきり用量依存性の弛緩反応がみられた。セロトニンに対しては用量依存性に収縮した。セロトニン反応は哺乳類の反応と同様であったが、ヒスタミン反応は上記の哺乳類では見られない特有のものであった。(3)魚類としてコイまたはアジを用いた。コイでは、ノルアドレナリンもアセチルコリンも摘出脳血管を収縮させた。魚では摘出大動脈(アジ)で、ノルアドレナリンに対して弛緩反応をアセチルコリンに対して収縮反応を示し、哺乳類とは全く逆の反応を示すのを考えると、脳血管反応は、大動脈と異なり特異な役割を持つことが推察された。以上、鳥特有のヒスタミンに対する血管反応、魚特有のノルアドレナリンとアセチルコリン共に収縮反応を示すことなど、哺乳類には見られない種特異的な血管反応が明らかとなった。この研究は、様々な内因性血管活性物質の脳血管への反応性を魚類から哺乳類に至る動物で検討するものである。前年の結果に加え、爬虫類であるヘビの脳血管反応、哺乳類であるブタのアンジオテンシンに対する血管反応等を検討し下記の結果を得た。1.名瀬保健所よりハブの脳血管を入手した。ノルエピネフリン(NE)およびセロトニンは、ハブ脳血管を収縮させたが、アセチルコリンおよびブラジキニンはその収縮を弛緩させなかった。ヒスタミンの反応は弱いか殆どみられなかった。2.アンジオテンシン(Ang)IIは、ブタ脳血管を収縮させた。AT_1受容体拮抗薬のロサルタンはその収縮を用量依存性に抑制し、AT_2受容体拮抗約のPD123319は用量依存性に増強した。内皮細胞の除去は、ロサルタンの作用に有意な影響を及ぼさなかったが、PD123319の作用を消失させた。培養ブタ脳低動脈内皮細胞にAngIIを処置すると有意なNO産生がみられた。この産生はNO合成酵素阻害剤であるL-NAおよびPD123319で抑制された。以上のことより、ブタ脳低動脈平滑筋細胞にはAT_1受容体があり収縮に、内皮細胞にはAT_2受容体があり、NOを介して弛緩方向に作用していることが明らかとなった(Miyamoto, A. et al. Life Sci,2006)。3.魚のコイの脳血管は、AngIIに対し収縮反応を示した。また、NEで弛緩反応がみられたが、β受容体拮抗薬であるプロプラノロールを処置すると収縮に転じ、さらにα受容体拮抗薬であるフェントラミン処置によりその収縮は抑制された。このことより、コイの脳血管にβおよびα受容体の存在が示唆された。4.鳥類のニワトリの脳血管でみられるヒスタミンによる弛緩反応は、H_1受容体拮抗薬であるジフェンヒドラミンの影響は弱く、H_2受容体拮抗薬であるシメチジンで有意に抑制された。このことより、ニワトリの脳血管にH_2受容体の関与が示唆された。現在、両生類であるカエルの脳血管の実験、哺乳類であるウマの脳血管の実験も進行中である。
フェムト秒時間分解光熱変換分光法による電極界面での電荷移動過程の研究

我々は光反射配置のフェムト秒過渡反射法を用いて、これまで観測された例のない超高速な電荷移動過程を見いだしてきた。この過程は、フェムト秒光パルスにより電極内部に生成した非平衡状態の高エネルギー電子が関与していると考えられる。より詳細な検討のためには、電子を受容するような化学種等で電極を修飾する等の実験が有効である。しかし、これまでの光反射配置では、高い表面精度が求められるために化学修飾電極等の測定が困難であった。そこで本研究では、高い表面精度が必要なく、電極表面での電子移動・エネルギー移動過程などを高感度に測定できる新規な分光分析手法としてフェムト秒表面熱レンズ分光法を開発した。フェムト秒表面熱レンズ分光法では、フェムト秒時間分解を得るためにポンプープローブ法を用いている。本手法では、過渡反射法など従来の時間分解分光法と異なり、ポンプ光とプローブ光の間に数十ミクロンのピント差を与え制御する必要がある。このためのレンズ対を設計して導入した。また、時間分解能を向上させるために群速度分散を補償するプリズム対も導入した。以上の工夫により、350フェムト秒の時間分解で電極溶液界面を計測できる分光法を開発できた。表面精度のよくない高分子基板上の単結晶金薄膜から、従来の反射法以上の信号雑音比で非平衡状態の電子を観測できた。従来法では、溶液の本質的な揺らぎが原因で溶液中の光路長は5mm以下にする必要があり実験上の制約となっていたが、本手法では、溶液中の光路長を40mm以上としても問題なく電極表面を計測できた。測定感度についても、従来の反射法と比較して2桁から3桁ほど向上した。本研究で開発に成功したフェムト秒表面熱レンズ分光法は、様々な形態の電極に適用でき、電極上の電荷移動・エネルギー移動を高感度に計測できるため我々の発見した超高速電荷移動過程の詳細を検討する上でおおきな利点をもつ手法である。
小麦アレルゲンにおける共通抗原性を有する糖鎖に関する研究

今日、植物性アレルゲンは数多く見出され、より複雑化している。しかし、一方では、複雑な様相を示すアレルゲンの間には相互に交差性が見られるということから、共通抗原性なる考え方が提案されている。この一つにアスパラギン結合型糖鎖が存在する。私たちはこれまで、大豆主要アレルゲンGly m Bd 28K及び小麦アレルゲンTri a Bd 17Kの糖鎖部分がアレルゲン性を示すことを明らかにしてきた。本研究では、特に小麦主要アレルゲンTri a Bd 27Kの性質について詳細に検討した。分析にあたり、本アレルゲンのモノクローナル抗体を作成して、小麦における本アレルゲンをSDS-PAGEにおける2次元電気泳動により分析した結果、等電点および分子量の異なる複数のバンドが認められた。これらのスポットを切り出し、N末端アミノ酸分析を行ったところ、Tri a Bd 27Kに所属し、いくつかのアミノ酸残基が異なる多形態で存在していることが明らかになった。また患者血清と反応性を示すのはヒイオチャワンタケのフコースと反応するレクチンに陽性のアスパラギン結合型糖鎖を有するスポットのみであり、ペルオキシダーゼの糖鎖に対する抗体を用いても同様な結果を得た。さらに、糖鎖を有するTria Bd 27Kをゲルから切り出し、糖組成分析した結果、マンノース、N-アセチルグルコサミンが検出されたほか、ガラクトース、フコース及びキシロースの存在が示された。また、本アレルゲンを大腸菌にて発現させた組み換え型タンパク質と患者血清との間には反応性は認められなかった。以上の事実を総合すると、Tri a Bd 27Kが患者血清中の本アレルゲンと特異的に反応するIgE抗体の大半が、本アレルゲンに結合しているアスパラギン結合型糖鎖と反応することを示すものである。小麦においては15種類のアレルゲンを見出しており、そのうち、Tri a Bd 17K、Tria Bd27 KならびにTri a Bd 36Kが主要なアレルゲンであることを既に明らかにしている。しかも、これらはいずれもアスパラギン結合型糖タンパク質である。また、Tri a Bd 17Kはα-アミラーゼインヒビターCM16であることならびにTria Bd 36Kはペルオキシダーゼであることが判明している。本年度においては、Tri a Bd 17KとTri a Bd27 Kについて研究を遂行した。本アレルゲンの糖鎖の構造を明らかにするためには、それを大量に確保することが必要なので、Qセファロースクロマトグラフィー、クロマトフォーカシング、HPLCを用いる大量調製法を検討し、その条件設定を行った。また、精製された本アレルゲンの糖鎖の性質について現在検討しているところである。本アレルゲンの分布を明らかにするために、それに対する3種類のモノクローナル抗体を作製した。次いで、小麦における塩可溶性タンパク質画分について2次元電気泳動を行った後、これらの抗体を用いるイムノブロットにより本アレルゲンについて分析したところ、これらの抗体と反応する4種類のタンパク質成分が認められ、そのうち、2つのタンパク質が患者血清と反応することが明らかになった。これらの反応性の違いが糖鎖とどのように関連しているかについて、現在検討しているところである。小麦は食物アレルギーを誘発する代表的なアレルギー食品のひとつである。本研究においては、Tria Bd 27Kのアレルゲン性ならびにその糖鎖がアレルゲンにどのように関与しているかについて検討を行った。まず、すでにクローニングしたcDNAを用いて、大腸菌にて発現させた発現タンパク質でマウスに免疫し、モノクローナル抗体を作製した。

得られた抗体を用いて、小麦タンパク質を2次元電気泳動により、本アレルゲンは等電点および分子量の異なる役10種類の多形体で存在することが示された。この多形体は、アスパラギンやグルタミンの脱アミドによる酸性化あるいはカルバニレーションによる酸性化することによるが、糖鎖分析により、多形体の要因のひとつとして、複雑な糖鎖の存在によることが明らかになった。さらに、これら多形体と患者血清との反応性を検討した結果、フコースを含有した糖鎖のみが患者血清中のIgE抗体と反応することが示された。この結果は、既に、大豆における主要アレルゲンGly m Bd 28Kにおける糖鎖が同様な性質を示すことを私たちは明らかにしている。また、最近、アスパラギン結合型糖鎖がアレルゲン性に深く関与しているという報告がいくつか報告されている。本研究結果は、これらの事実と深くかかわる問題であり、アスパラギン結合型糖鎖が共通抗原性として働くという、今日、提唱されている興味ある仮説を支持する強力な根拠を提示するものである。しかしながら、本研究で示したように、フコースあるいはキシロースがIgE抗体と反応するには必要であるという間接的なデータが得られているものの、糖鎖のどのような構造がIgEとの結合に関与するのかという基本的な課題は、未だ解決されておらず、間接的なデータしか得られていない。したがって、糖鎖の構造を解明し、構造とIgE抗体との反応性の解明が緊急に解決することが望まれる。今日、植物性アレルゲンは数多く見出され、より複雑化している。しかし、一方では、複雑な様相を示すアレルゲンの間には相互に交差性が見られるということから、共通抗原性なる考え方が提案されている。この一つにアスパラギン結合型糖鎖が存在する。私たちはこれまで、大豆主要アレルゲンGly m Bd 28K及び小麦アレルゲンTri a Bd 17Kの糖鎖部分がアレルゲン性を示すことを明らかにしてきた。本年度は、小麦主要アレルゲンTri a Bd 27Kの性質について詳細に検討した。分析にあたり、本アレルゲンのモノクローナル抗体を作成して、小麦における本アレルゲンをSDS-PAGEにおける2次元電気泳動により分析した結果、等電点および分子量の異なる複数のバンドが認められた。これらのスポットを切り出し、N末端アミノ酸分析を行ったところ、Tri a Bd 27Kに所属し、いくつかのアミノ酸残基が異なる多形態で存在していることが明らかになった。また患者血清と反応性を示すのはヒイオチャワンタケのフコースと反応するレクチンに陽性のアスパラギン結合型糖鎖を有するスポットのみであり、ペルオキシダーゼの糖鎖に対する抗体を用いても同様な結果を得た。さらに、糖鎖を有するTria Bd 27Kをゲルから切り出し、糖組成分析した結果、マンノース、N-アセチルグルコサミンが検出されたほか、ガラクトース、フコース及びキシロースの存在が示された。また、本アレルゲンを大腸菌にて発現させた組み換え型タンパク質と患者血清との間には反応性は認められなかった。以上の事実を総合すると、Tri a Bd 27Kが患者血清中の本アレルゲンと特異的に反応するIgE抗体の大半が、本アレルゲンに結合しているアスパラギン結合型糖鎖と反応することを示すものである。
喉頭における呼吸調節機能の中枢制御機構の解明

1.ネコ疑核内において内喉頭筋運動ニューロン(Mn:motoneuron)と同定できたものにおいて、高CO2血病によってそのニューロン活動になんらかの変化が認められたニューロンを、主として吸息相にそのニューロン活動に変化が認められたものをI-Mn、主として呼息相にそのニューロン活動に変化が認められたものをE-Mnと分類した。2.各ニューロンにおいて、安静呼吸時及びCO2負荷時の反回神経刺激に対する逆行性応答のピーク潜時の変動を呼吸位相別に解析した。その結果、I-Mnでは安静時において吸息相のピーク潜時は呼息相に比べわずかに短いが、大きな差は認められなかった。しかし、高CO2血症時には呼息相におけるピーク潜時は安静時に比べ著明に延長し、吸息相との差が顕著となった。またE-Mnでは、安静時においてそのピーク潜時は吸息相のほぼ中央で最も延長し、その後、呼息相の終末にかけて次第に短縮した。一方、高CO2血症時には吸息相におけるピーク潜時は安静時に比較して延長し、呼息相においては、その中期においてピーク潜時の著明な短縮が認められた。3.このように自発発射の認められない内喉頭筋運動ニューロンにおいても、潜在的に呼吸周期に同期した興奮性の変動が認められた。すなわち、呼吸に同期した興奮性の入力により、声門閉鎖筋の運動ニューロンは呼息相において興奮性が高まり、声門開大筋の運動ニューロンは吸息相において興奮性が高まっているものと考えられる。さらに高CO2血症時には、このような周期的興奮性の変動は増強され、吸息相と呼息相におけるこれらの運動ニューロンの興奮性の相対的差はより顕著になる傾向が認められた。4.この結果から、喉頭は、呼吸困難のような特殊な条件下では積極的に呼吸の調節に関与している事が示唆された。
定期借家方式による民家再生システムの実用化に関する研究

(1)空家活用システム及び民家再生事例の比較分析と評価全国の空家活用システムの事例収集により、主要事例(島根県・山口県・鹿児島県)の資料収集・ヒアリング・住まい方調査を行った。これを基に提案システムの適用可能性と有効性を検討し、定期借家方式を組み込んだ空き家活用システムを提案した。また定期借家方式を採用した事例を収集し、契約方式・費用分担・家賃設定方式・設計施工契約等に関し、提案方式との比較分析と実用化に向けたシステムの提案を行なった。(2)伝統木造住宅の構造解析と耐力壁の開発伝統的木造住宅(農家住宅)の水平加力実験と解析を行った。また、伝統民家の実測調査と固有周期の計測により、初期剛性データベースを構築し、伝統民家の構造耐力の算定と理論化を行った。さらに二重板壁による木造耐力壁の構造実験により、筋交いと同等の壁倍率を有す耐力壁を開発し、民家改修に適用しその効果を確認した。(3)断熱改修効果の分析と改修指針の策定リフォーム住宅の冬季と夏季の熱環境の実測を行い、断熱改修居室(床下断熱+ペアガラス建具・太鼓障子)の冬季夜間における熱損失抑制効果を確認するとともに、伝統的な土壁・単板ガラス建具仕様の非断熱居室の問題点を明確にした。また、低コストの温水式床暖房システムを開発し、室内模型実験によりその効果を検証するとともに、新システム導入した新築及び改修民家の事例を対象に、自然対流場における垂直方向温度分布と暖房効果の計測と解析を行い、実家屋での冬季における暖房効果を検証した。以上より、伝統民家の改修指針として、床・天井面・開口部の断熱と床暖房の組み合わせの有効性を明らかにした。(1)空家活用システム及び民家再生事例の収集(分担:中園)全国の空家活用システムの事例収集・ヒアリングを行い、データベースを構築した。また定期借家方式による民家再生事例として、島根県・山口県を対象に契約方式・リフォーム内容・住まい方等の詳細調査を行い、データの収集分析を行った。(2)伝統民家の耐力壁実験と固有周期データベースの構築(分担:藤田)伝統的木造住宅の構造性能改善効果を適切に評価するため、伝統的工法(落とし込み板壁)による柱・梁・軸組みとこれに板壁落とし込んだ耐力壁について、6体の水平繰り返し加力試験を実施し、板壁の耐力、変形性能を実測した。また立体解析が可能な詳細な伝統民家の構法・構造部材の実測調査と常時微動計測を行い、立体解析のためのデータ収集を行った。(3)伝統民家の断熱性能評価(分担:中村)リフォーム実験住宅の断熱改修室(DK)及び天井高の高い畳居室(続間座敷)の床下・居室・天井裏の年間連続熱環境測定を行いデータベースを蓄積した。また山口県産業技術センターの実験設備を用いて、銅の熱伝導特性を活用した新たな床暖房システムの性能評価実験を実施した。さらに床暖房を設置した新築及び改修民家の熱環境計測を行い、断熱改修・床暖房効果に関する基礎資料を収集した。(1)空家活用システム及び民家再生事例の比較分析と評価(分担:中園)全国の空家活用システムの事例収集により、主要事例(島根県・鹿児島県)の資料収集・ヒアリング・住まい方調査を行った。これを基に提案システムの適用可能性と有効性を検討した。また定期借家方式を採用した事例収集を継続し、契約方式・費用分担・家賃設定方式・設計施工契約等に関し提案する方式との比較分析を行った。(2)伝統的木造住宅の水平加力実験と立体弾塑性解析手法の開発(分担:藤田)平成16年9月に山口県下の伝統的木造住宅(農家住宅)の水平加力実験を実施した。実験結果の解析を限界耐力計算法及び立体弾塑性地震応答解析手法により行った。また、固有周期の民家実測を継続し、伝統民家の初期剛性データベースを構築した。

(3)断熱改修効果の分析と改修指針の策定(分担:中村)リフォーム住宅の冬季における熱環境改善効果の年間継続実測を行った。また、民家改修における暖房方式として、低コストの温水式床暖房設備の導入事例を対象に、床暖房を設置した新築及び改修民家の熱環境計測を行い、自然対流場における垂直方向温度分布と暖房効果の解析を行った。(1)空家活用システム及び民家再生事例の比較分析と評価全国の空家活用システムの事例収集により、主要事例(島根県)の資料収集・ヒアリング・住まい方調査を行った。これを基に提案システムの適用可能性と有効性を検討し、定期借家方式を組み込んだ空き家活用システムを提案した。また定期借家方式を採用した事例収集を継続し、契約方式・費用分担・家賃設定方式・設計施工契約等に関し提案する方式との比較分析と、実用化に向けたシステムの提案を行なった。(2)伝統的木造住宅の構造解析伝統的木造住宅(農家住宅)の水平加力実験結果の解析を限界耐力計算法により行った。また、固有周期の民家実測を継続し、伝統民家の初期剛性データベースを構築した。さらに伝統構法による柱脚接合部の引っ張り強度試験を行なった。(3)断熱改修効果の分析と改修指針の策定リフォーム住宅の熱環境の年間継続実測を行った。また、低コストの温水式床暖房設備の導入事例を対象に、床暖房を設置した新築及び改修民家の、自然対流場における垂直方向温度分布と暖房効果の解析を行った。
霊長類の採食戦略に適応した胃内消化酵素ペプシンの分子機能とゲノム進化

本研究では霊長類の胃内消化酵素ペプシンについて、少数のアミノ酸の特異的な置換がおこったときに酵素の機能が大きく変わることを明らかにした。ペプシンの活性中心に位置するS1とS1'の役割が大きいと考えられることから、ヒトペプシンを主体に、S1'について集中的な解析を進め,Tyr189とMet289が活性の制御に極めて重要なアミノ酸であることを明らかにした。またオランウータンではペプシノゲン遺伝子の重複が急速におこったことを明らかにし、類人猿に特徴的な遺伝子進化について明らかにした。本研究では霊長類の胃内消化酵素ペプシンについて、旧世界ザルのコロブス類、新世界ザル、原猿について肉食(昆虫食)あるいは葉食など特徴的な食性をもつ代表的サル類を選び、胃内消化酵素ペプシンについて生化学的・分子生物学的手法による様々な成分のcDNAクローニングによる構造解析、塩基配列比較による分子進化的解析、酵母での発現系とsite-directed mutagenesisによる分子機能解析、さらに染色体マッピングなどゲノム解析の側面から解析を進めていく。19年度では新世界ザルの4種(ワタボウシタマリン、ヨザル、リスザル、フサオマキザル)についてcDNAクローニングと性質の解析を進め、既に報告しているコモンマーモセット成分との比較をおこなった。これらの種については化石や形態と、遺伝子レベルでの分類の違いが指摘されてきたが、ペプシンの分析ではヘモグロビンなどの遺伝子分析と同様、マーモセットとクマリン、リスザルとフサオマキザルがそれぞれ近縁である結果が得られた。19年度繰越研究ではペプシンのcDNAクローニングおよび胃から酵素の抽出についてオランウータン保存試料を用いて研究を進め、遺伝子重複がニホンザルなど旧世界ザルに比べ進んでいることを明らかにした。これらの種については化石や形態と、遺伝子レベルでの分類の違いが指摘されてきたが、ペプシンの分析ではヘモグロビンなどの遺伝子分析と同様、マーモセットとタマリン、リスザルとフサオマキザルがそれぞれ近縁である結果が得られた。20年度では各霊長類種のペプシンについてペプチド基質を用いて機能の解析を進め、種間でみられるアミノ酸置換が酵素の機能にどのように影響するのか詳細な分析をおこなった。1-2個の少数のアミノ酸の重要な置換がおこったときに酵素の機能が大きく変わることが明らかとなり霊長類の進化の過程で食性変化と酵素の機能変化との対応を明らかにした。本研究では霊長類の胃内消化酵素ペフシンについて、旧世界サルのコロフス類、新世界サル、原猿について肉食(昆虫食)あるいは葉食など特徴的な食性をもつ代表的サル類を選び、胃内消化酵素ペプシンについて生化学的・分子生物学的手法による様々な成分のcDNAクローニングによる構造解析、塩基配列比較による分子進化的解析、酵母での発現系とsite-directed mutagenesisによる分子機能解析、さらに染色体マジピングなどゲノム解析の側面から解析を進めた。21年度では前年度に続いて、各霊長類種のペプシンについてペプチド基質を用いて機能の解析を進め、種間でみられるアミノ酸置換が酵素の機能にどのように影響するのか詳細な分析をおこなつた。1-2個の少数のアミノ酸の重要な置換がおこったときに酵素の機能が大きく変わることがらかとなり霊長類の進化の過程で食性変化と酵素の機能変化との対応を明らかにした。ペプシンの活性中心は7つのサブサイトから構成されており、中心に位置するS1とS1'の役割が大きいと考えられる。本研究ではヒペプシンを主体に、活性中心のS1'について集中的な解析を進め,Tyr189とMet289が活性の制御に極めて重要なアミノ酸であることを明らかにした。
全身性エリテマトーデスにおけるＭＡＩＴ細胞減少の病因的意義の解明

全身性エリテマトーデス(SLE)患者におけるMucosal-associated invariant T (MAIT)細胞の減少には活性化誘導死が関わっており、その活性化の理由として単球のMAIT細胞活性化能が亢進していること、血清で増加しているIL-18やIFNαなどのサイトカインがMAIT細胞の活性化に関与していることを示した。MAIT細胞はSLE病態の悪化に作用するのかループスマウスモデルを用いて検証を行った。MAIT細胞が存在しないマウスでは自己抗体産生の減少、生存率の改善、腎炎の軽症化傾向が見られた。一方で、ループス皮膚炎に対しMAIT細胞は病態抑制的に作用することが明らかとなった。Mucosal-Associated InvariantT細胞(MAIT細胞)は腸管に多く存在する自然リンパ球として知られていたが、近年ヒトの末梢血T細胞の5%を占めることが明らかとなり免疫応答に重要な生理的役割を担うことが示唆されている。我々は全身性エリテマトーデス(SLE)患者において末梢血中MAIT細胞が著しく減少しており、その一因がMAIT細胞の活性化誘導細胞死である可能性を示してきた。本研究では、SLE患者MAIT細胞の活性化の原因を解明するため、まず患者血清中のサイトカイン濃度をBioplex法およびELISA法を用いて網羅的に解析し、MAIT細胞の数や活性化状態と関連がみられるサイトカインを同定した。患者血清中で増加していたサイトカインについてはMAIT細胞の活性化状態へ及ぼす影響を検証した。さらにSLEにおいては抗原提示細胞によるMAIT細胞の活性化能が亢進していることを明らかにした。次に、MAIT細胞はループス病態の抑制に作用するのか、それとも悪化に働くのかを明らかにするためループス自然発症系モデルであるFcγRIIB-/-Yaaマウスを用いた研究を開始した。MAIT細胞を欠損するMR1欠損マウスおよびMAIT細胞を過剰発現するVα19iTCRトランスジェニック(Vα19iTg)マウスをそれぞれFcγRIIB-/-Yaaマウスと交配し、ループス病態におけるMAIT細胞の機能解析に必要な準備を行った。Mucosal-Associated InvariantT(MAIT)細胞など自然リンパ球は他の免疫担当細胞に作用することで免疫応答の調節に関与すると考えられている。MAIT細胞はヒトの末梢血T細胞の5%を占めることが明らかとなり、ヒトの免疫応答において重要な生理的役割を担うことが推測されている。我々は全身性エリテマトーデス(SLE)患者において末梢血中MAIT細胞が著しく減少しており、その一因が活性化誘導細胞死である可能性を示してきた。患者検体およびループスモデルを用い、MAIT細胞の活性化の理由やループス病態への影響を明らかにすることを目的とした。患者および健常者末梢血から抗原提示細胞をソーティングし、MAIT細胞の活性化能を比較した。健常者に比較し、SLE患者では単球のMAIT細胞活性化能が亢進していることが明らかとなった。SLE患者MAIT細胞の活性化状態についてフローサイトメーターを用いて解析し、血漿中サイトカイン濃度をBioplex法とELISA法を用いて測定した。SLE患者MAIT細胞の活性化状態と血漿サイトカイン濃度、疾患活動性の関連性を調べたところ、MAIT細胞の活性化マーカーと相関関係にある炎症性サイトカインが明らかとなり、また疾患活動性とも関連していることが示された。以上の結果より、SLE患者におけるMAIT細胞の活性化は、抗原提示細胞の機能亢進と疾患活動性に関連して増加する炎症性サイトカインの関与が考えられた。ループス病態におけるMAIT細胞の役割を解明するため、ループス自然発症系モデルであるFcgRIIB-/-YaaマウスとMAIT細胞を欠損するMR1ノックアウトを交配し臨床所見や自己抗体価について解析を行った。MR1の欠損によりループス病態の軽症化傾向がみられた。MAIT細胞が過剰に存在するVα19iTCRトランスジェニックマウスを用いた実験についても同様の解析を進めた。ループス自然発症モデルであるFcgRIIB-/-YaaマウスとMAIT細胞を欠損するMR1欠損マウスを交配し、ループス病態へのMAIT細胞欠損の影響を調べた(計画1)。生存率、関節炎所見、皮膚症状、腎炎所見、血清自己抗体価などについてFcgRIIB-/-Yaa MR1欠損マウスと同腹のFcgRIIB-/-Yaaマウスで比較した。生存率や自己抗体価からはMR1欠損によるループス病態の軽症化傾向がみられた。現在MAIT細胞を過剰発現するVa19iTCRトランスジェニックマウスについても同様の解析を行う為、FcgRIIB-/-Yaaマウスとの交配を進めた。MAIT細胞T細胞受容体に対するモノクローナルの作製についても計画を進めているが、モノクローナル抗体が得られない場合を考えMR1分子テトラマー作製のためのデザインを開始した(計画2)。SLE患者由来の抗原提示細胞によるMAIT細胞活性化能の検証(計画3-2)については、単球、B細胞、樹状細胞について解析を行った。磁気ビーズおよびフローサイトメーターを用いてそれぞれの抗原提示細胞を単離し、MAIT細胞と共培養し、MAIT細胞上に誘導される活性化マーカーの発現量の違いを比較した。健常者と比較し患者由来の単球との共培養では、より強くMAIT細胞上の活性化マーカーの発現が見られた。その活性化

メカニズムを解明するため培養上清中のサイトカインの解析を行ったが、健常者検体との差は見られなかった。MAIT細胞と疾患活動性、血漿中のサイトカインレベルの関係について、BioplexとELISA法を用いて網羅的に解析を行った(計画3-3)。疾患活動性とMAIT細胞の活性化マーカーが正の相関にあることが明らかとなった。さらに患者血漿中のIL-18濃度とMAIT細胞の活性化マーカーにも相関関係が見られた。抗原提示細胞の機能亢進と、疾患活動性と関連して上昇するIL-18がMAIT細胞の活性化に関与している事が示唆された(計画3-4)。SLE患者の腸管常在細菌叢の解析のため便サンプルの収集を開始した。Mucosal-Associated InvariantT(MAIT)細胞など自然リンパ球は他の免疫担当細胞に作用することで免疫応答の調節に関与すると考えられている。MAIT細胞はヒトの末梢血T細胞の5%を占めることが明らかとなり、ヒトの免疫応答において重要な生理的役割を担うことが推測されている。我々は全身性エリテマトーデス(SLE)患者において末梢血中MAIT細胞が著しく減少しており、その一因が活性化誘導細胞死である可能性を示してきた。本研究では、患者検体およびループスモデルを用い、MAIT細胞の活性化の理由やループス病態への影響を明らかにすることを目的とした。患者および健常者末梢血から抗原提示細胞をソーティングし、MAIT細胞と共培養することにより活性化能を比較した。健常者に比較しSLE患者の単球はMAIT細胞活性化能が亢進していた。SLE患者MAIT細胞の活性化状態は血漿中のIFNα、IL-18などのサイトカインと関連しており、またこれらのサイトカインによりMAIT細胞は活性化することをin vitroの系で明らかにした。以上の結果よりSLE患者では、抗原提示細胞の機能や生体内で上昇しているサイトカインがMAIT細胞の活性化に寄与している可能性が示唆された。次に、ループス病態におけるMAIT細胞の役割を解明するため、ループス自然発症マウスモデルを用いて解析を行った。MR1の欠損によりループス発症マウスの生存率は改善し、抗dsDNA抗体価と糸球体沈着IgG量は低下した。一方で皮膚炎についてはMR1欠損により症状の悪化が見られた。MAIT細胞はループスマウスモデルにおいて、自己抗体産生と腎炎の促進、皮膚炎には抑制的に作用する可能性が示唆された。ヒトのSLE病態においても抗dsDNA抗体価と腎炎の活動性は関連しているが、臓器障害の重症度と皮膚症状とは必ずしも相関しないことが知られている。そのため、それぞれのループス病態についてMAIT細胞の関わりを調べることが重要であると考えられた。全身性エリテマトーデス(SLE)患者におけるMucosal-associated invariant T (MAIT)細胞の減少には活性化誘導死が関わっており、その活性化の理由として単球のMAIT細胞活性化能が亢進していること、血清で増加しているIL-18やIFNαなどのサイトカインがMAIT細胞の活性化に関与していることを示した。
ヌーナン症候群におけるRas-MAPKシグナル経路の役割に関する研究

突然変異によるRas-MAPKシグナル伝達経路の恒常的な活性化は、いくつかのヒト悪性腫瘍や発達障害における重要な事象であると考えられている。Ras-MAPK経路構成因子の変異は、発育障害であるヌーナン症候群(NS)の原因で、この変異の多くは機能獲得性を示し、症例の約70%に影響を与える。本研究では、Ras-MAPK経路における変異が、悪性腫瘍ではなくNSの特異的な表現形にどのように寄与しているのかを理解することと新規候補遺伝子を探すことを目的とした。我々はNS患者群から肥大型心筋症(HCM)に関連する新しい原因遺伝子としてRAF1を報告した。NSにおけるHCMのメカニズムを明らかにするため、野生型RAF1、HCM関連、非関連の変異を有するRAF1を発現する心臓特異トランスジェニック(Tg)マウスの作出を試みた。しかし、変異RAF1を発現するTgマウスはそれぞれ1匹ずつしか得られず、また、野生型RAF1を発現するマウスは1匹も得ることができなかった。再度の試みでも得られなかった。同様の現象が他のアメリカの研究グループでも起こっている。そこで、Tgマウスの作出法を変えることとし、現在、Tet-ONシステムを基にした誘導発現が可能なプラスミドを構築中である。また、新しく12名の患者についてNSの原因遺伝子の検索を行い、既知の3つのRAF1変異を発見し、最近報告されたSHOC2に1つの新規変異を見つけたが、NRASでは見つからなかった。さらに、腫瘍形成のKras変異とは異なる、機能獲得型活性を有する新規のKras変異を発見した。他にも、新しい遺伝子変異を発見し、この機能解析によってNSにおける新しい役割が明らかになるだろう。同時に、これらの研究はNSにおけるRas-MAPK経路の新しい役割が確立できると考える。
アプタマー-核酸コンジュゲートの合成と抗がん活性評価

本研究はがん細胞への選択的な薬物送達により、副作用の少ないがん治療を目指した核酸医薬の開発を目的として、核酸抗体と呼ばれるアプタマーと抗がん剤の連結方法を確立し、実際にアプタマーによる標的化が機能しているかを評価するものである。アプタマーにはがん細胞のみに薬物を運搬し、その細胞の中へ入り込んで薬物を放出する性質を有するものがある。この性質を利用することで、これまでのがん治療薬の課題である、正常細胞への副作用を低減することができ、より治療効果の高い医薬品の創製が期待される。
青色発光SiCナノ粒子の高速大量合成とフラットパネル白色LEDの開発

従来法にない量産性と材料設計の高い自由度を兼ね備えた方法としてインフライトプラズマCVDを開発し,SiC量子ドットを大量合成することに成功した。反応時間によってナノ結晶のサイズを3-12nmで制御できること,さらに結晶サイズによってフォトルミネッセンスを900nmから650nmへ制御できることを実証した。カーボンナノチューブをマトリックスとして用い,量子ドットを分散させた薄膜を作成したが,量子ドットの酸化に起因してエレクトロルミネッセンス及び薄膜の良好な電気伝導性を得ることができなかった。シリコン系の量子ドットを発光デバイス等へ発展させるためには,完全に空気(水蒸気)が遮断された環境で量子ドットを取り扱う必要性があること,そのために必要なデバイス設計指針を明示した。内径3mmの反応器内に容量結合性プラズマを形成しSiCl_4をCH_4で還元することで,炭化水素基で終端された化学的に安定な青色発光(450nm)するシリコン量子ドットの合成に成功した。さらに,生産性の向上を目的として原料ガスの高濃度化を試みた。主な実験条件は次のとおりである:石英管内径, 3mm;全圧, 3kPa;電力, 50W(144MHz);全流量, 100cm^3min^<-1>;キャリアガス, He; SiCl_4, 1000ppm; CH_4, 2%。生成物はバイアルの中に直接デポジッションし,トルエンを添加してコロイド溶液として取り扱う。コロイド溶液は青色発光(470nm)を示し励起波長が長くなるに伴いPLスペクトルは長波長にシフトした。ATR-FTIRによる赤外吸収スペクトルから, C〓C(2226cm^<-1>), C-CH_2(2930cm^<-l>),〓CH(3050cm^<-1>)など炭化水素基に起因する吸収が確認できた。これらのピークは12時間,大気中で自然酸化させてもほとんど変化しなかった。一方,シリコン酸化物(O-Si-O)のピークは増大し, 1400cm^<-1>付近のC-CHに起因した吸収は消滅した。また, SiCに起因したブロードな吸収が780-800cm^<-1>付近に観察されなかったため, CH_4のフラグメントが効果的にシリコン量子ドットを終端していることが考えられる。透過型電子顕微鏡では約2nmのナノ結晶も同定できており, PLスペクトルから粒子サイズに対応したシリコンの量子サイズ効果による発光を確認した。内径3.5mm,外径6mmの石英ガラス菅を反応器として用い,その外周に一対の金属電極を設けて70MHzの高周波電源から電力を供給し,石英菅の中に容量結合性プラズマを発生させた。電極間距離は約20mmで,反応器体積は約200μ-literである。安全性の問題からSiH_4を使うことができないため,本研究ではSiCl_4を用いてSi-NPを合成した。SiCl_4はH_2によって還元され,脱塩素反応を経て原子状シリコンへと分解される。発光分光分析からマイクロプラズマの電子密度およびガス温度を見積もると,それぞれ10^<14>cm^<-3>,1500Kであることがわかった。生成物は反応器下流に設けたフィルターに捕集し,重量の増加分からSi-NPの収量(mg/h)を見積もった。その結果,供給したシリコン(SiCl_4)の40%-50%が粒子として捕集された。このシリコン量子ドットを用い,光吸収特性を調べたところ,400nm以下の光を強く吸収することが分かった。さらに,シリコン量子ドットを介した光-電気変換特性を調べるため,シリコン量子ドットとチタニアを積層した太陽電池型のデバイスを製作した。白色光を照射したところ,量子サイズ効果による光-電気変換量の増加(約5%)が確認された。光-電気変換が可能であることが検証できたため,引き続き電気-光変換による発光デバイスに関して研究を行う。従来法にない量産性と材料設計の高い自由度を兼ね備えた方法としてマイクロプラズマに着目し,シリコン量子ドットを連続的かつ大量合成するプロセスを開発した。従来技術(高真空ドライプロセス)と比較して,製造コストを大幅に低減できること,さらに連続処理であるためスケールアップ(大量合成)に対応しやすい,などの特徴があげられる。原料として四塩化ケイ素を用いており,これを水素プラズマで還元することでシリコン量子ドットを合成した。プラズマの反応時間を長くするほどナノ結晶のサイズが大きくなり,3nm-12nmでサイズ制御できることを実証した。結晶サイズを小さくするほどフォトルミネッセンスは900nmから650nmヘブルーシフトした。XRDの分析結果から,主としてSi(111)からなる微粒子が合成されていることを明らかにした。

SiH_4を用いる場合と比較して,同じ粒径のシリコン量子ドットを合成するために反応時間が約30倍長くなること,また,残留塩素に起因して1000倍以上の反応速度で酸化されやすいことを明らかにした。カーボンナノチューブをマトリックスとして用い,シリコン量子ドットを薄膜化したデバイスを作成し電気特性を評価したが,残留塩素の悪影響により良好な電気特性を得ることはできなかった。in situ赤外吸収分光分析の結果から,サンプルを大気に暴露しなければ,水素または塩素で終端されたシリコン量子ドットが合成されていることを明らかにした。今後,シリコン量子ドットを発光デバイス等へ発展させるためには,完全に空気(酸素及び水蒸気)が遮断された環境でシリコン量子ドットを取り扱う必要性があること,そのために必要なデバイス設計指針を明示することに成功した。
皮膚悪性腫瘍における予後予測因子としてのCADM1/TSLC1の役割

現在、CADM-1の免疫染色を行なっている。有棘細胞癌については100例、血管肉腫については30例、乳棒外パジェット病については30例ほど免疫染色を行えた。解析作業を行い、予後因子として最も関連がありそうなものは有棘細胞癌であった。CADM-1は独立した予後規定因子である可能性があり、現在、論文準備中である。希少がんであるメルケル細胞癌や汗腺腫瘍についてもCADM-1の染色を開始しており、概ね計画通りに進められている。免疫染色による解析を1年目の目標としていたが、概ね順調に研究は進行できている。有棘細胞癌について、予後規定因子である可能性が高く、今後、cell lineなどをもちいたin vivo, in vitroの研究を行えればと考えている。また、皮膚の希少がんについても免疫染色を重ねていく予定である。今年度は試薬が思いの外安く購入でき、残額が出たが、繰り越した金額は次年度の研究費とともにcell lineなどをもちいたin vivoの研究に使用する予定である。
高効率可視光水分解を目指した酸ハロゲン化物光触媒のバルク及び表面特性制御法の開発

人工光合成の1つである半導体光触媒を用いる水分解は、太陽光によるクリーンな水素製造技術として期待され、世界中で盛んに研究されている。層状酸ハロゲン化物Bi4NbO8Clはその特異なバンド構造から、新規水分解用光触媒材料群としての期待が高い。しかし現状その水の酸化、還元活性はいずれも低く、高活性化のための層状酸ハロゲン化合光触媒の設計指針は皆無と言っていい。これまでに新合成法の開発によるバルク性能向上を実現した。本研究ではその表面に着目し、本化合物群の光触媒特性の更なる高性能化、および光触媒としての設計指針の確率を目的とする。この目的の達成のために、光触媒粒子の結晶面制御や表面修飾を行う。
微生物を介した大腸炎寛解プロセスのシステム論的制御

本研究では、腸管の炎症抑制および腸上皮タイトジャンクションバリア機能の回復に寄与する腸内細菌を同定した。さらに、実験的腸炎マウスモデルを用いて、腸炎の寛解プロセスに寄与する腸内細菌および代謝産物のスクリーニングを行った。また、大腸陰窩における上皮細胞の増殖・分化機構の時空間的ダイナミクスを表現するシミュレーターの開発に成功した。腸管炎症に伴う環境変化および細菌叢の変化は、相互に関係し合う連続的なシステムである。このような複雑な系に対しては、要素還元的アプローチではなく、実験とシミュレーションを併用したシステム論的アプローチが有効である。本研究の最終目標は、「腸内環境-細菌群集-腸炎の病態」の三者のダイナミクスの数理的な解明を目指すことである。しかしながら、「腸内環境-細菌群集」という二者間の数理モデルも確率されていないのが現状である。平成23年度は、近年急速な進展を遂げている1H-NMK(nuclear magnetic resonance)を用いたメタボローム解析および次世代シーケンサー(Roche 454 GS-FLX)を利用して、腸管生態系における代謝産物および細菌叢についての網羅的な情報の取得を試みた。本年度は、腸内環境と細菌群集のプロファイルが大きく異なることが予想される「健常マウス」および「異なる腸炎の病態を呈するマウス」由来の糞便を解析試料として用いた。代謝産物および細菌叢の解析結果に対して主成分解析を行うことで、腸炎の病態に影響を与える代謝産物(糖類、アミノ酸、短鎖脂肪酸など)および細菌(Bacteroides, Escherichia, Lactobacillus, Proteusなど)をスクリーニングすることができた。これらは、数理モデルを構築する際に重要な環境因子となる。今後は、この網羅的情報を集約・統合することで、「腸内環境-細菌群集」数理モデルを構築を目指していく。また、これらの環境因子(細菌叢、代謝物)と病態の因果関係を明確にすることも今後の課題として挙げられる。本研究課題は、実験およびシミュレーションを併用するシステム論的アプローチを用いた効果的なプロバイオティクス治療戦略を実現することである。本研究では、複数の細菌との相互作用(エンドトキシン不応答期への誘導、抗炎症応答、腸上皮バリアの再構成など)が腸炎寛解プロセスに重要な役割を果たしていると考え、腸内細菌と腸上皮細胞の相互作用に着目した。本年度は、抗炎症能が見出された4菌種(Ruminococcus sp., Enterococcus cecorum, Bifidobacterium pseudocatenulatum, Bacteroides thetaiotaomicron)の培養上清を曝露したHT-29細胞のトランスクリプトームをGeneChipにより解析したところ、Ruminococcus sp.の培養上清を曝露したHT-29細胞は、他の3菌種の培養上清を曝露した場合とは大きく異なる遺伝子発現プロファイルを示した。特に、Ruminococcus sp.はMAPK経路を活性化していることが示唆された。また、Bifidobacterium属のいくつかの種において、炎症腸上皮のバリア機能の再生能が高いことを見出した。また、Bifidobacterium属と腸上皮細胞の共培養系の培養上清について、1H-NMRによるメタボローム解析を行ったところ、Bifidobacterium属は腸上皮細胞との相互作用により、腸上皮バリア機能の強化に関わる酢酸合成が著しく亢進していることが明らかとなった。腸内細菌由来の代謝産物には、炎症応答制御以外にも、腸上皮細胞や免疫細胞に対する様々な生理活性機能が潜在していることが期待される。さらに、個体間の相互作用からシステム全体の特性を表現できるIndividual-based modeling (IBM)を使って、大腸陰窩における上皮細胞の増殖・分化機構の時空間的ダイナミクスを表現するシミュレーターを開発に成功した。本年度は、腸上皮バリア機能再生に関わるプロバイオティクス探索を行った。腸上皮の慢性炎症の要因としては、細菌曝露によって粘膜固有層内マクロファージが産生するTNFαが挙げられる。TNFαが腸上皮細胞に作用すると、タイトジャンクションの分解促進(炎症の慢性化)や炎症細胞を遊走させるIL-8産生(炎症の重篤化)といった応答を見せる。よって、これら腸上皮細胞の炎症応答を抑制する機能を持つプロバイオティクスを導入できれば、スムーズに寛解状態へ移行させることができる。そこで、in vitro腸上皮炎症モデル実験法を用いて、ヒトおよびマウス糞便、ヨーグルトなどの乳製品からMRS培地およびBL培地を用いて、乳酸菌およびビフィズス菌の分離株ライブラリーから、腸上皮バリア機能再生に関わるプロバイオティクスをタイトジャンクションのバリア機能を簡便かつ最も感度よく検出する方法である経上皮電気抵抗( transepithelial electric resistance: TER)を指標として探索した。その結果、ビフィズス菌のいくつかの株において、タイトジャンクション関連タンパク質の発現亢進に伴う機能を有することが明らかとなった。また、ビフィズス菌由来の代謝産物(熱安定性、3kDa以下)には、炎症応答を強力に抑制する効果を有することが明らかとなった。抗炎症能効果については、ビフィズス菌以外のいくつかの腸内常在細菌においても見出した。

現在までに、腸炎の寛解移行期における腸内環境(細菌群集構造あるいは腸管内代謝物)の動態に関する知見は乏しい。そこで本年度は、腸炎モデルマウスの大腸内に起こる一連の環境因子と細菌群集の動態を解析し、腸炎寛解過程に重要な役割を担う細菌群集あるいは代謝産物を特定することを目的とした。本研究では、大腸炎の自然寛解過程を解析できるデキストラン硫酸塩(DSS)誘導腸炎モデルを用いて、正常期、腸炎進行期、腸炎寛解期の各フェーズの大腸内のメタ16S rRNAライブラリー解析およびメタボローム解析を行った。IonPGMシーケンサーを用いたメタ16S rRNAライブラリー解析の結果、いずれのステージにおいてもLactobacillaceae科細菌が最優占であったが、腸炎の進行に伴い、Bacteroidaceae科やErycipelotrichaceae科の細菌が増加することが明らかとなった。一方、腸炎寛解移行期では、Lactobacillus murinusが顕著に増加していた。1H NMRを用いたメタボローム解析の結果、細菌叢解析の結果と同様、腸炎進行期と腸炎寛解期で代謝物プロファイルが異なっていた。特に、腸炎進行期から腸炎寛解期への遷移に伴い顕著に乳酸とコハク酸が増加していることを特定した。また、腸炎寛解モデルマウスから単離に成功したL. murinusとB. acidifaciensは、それぞれコハク酸と乳酸産生能を持つことがわかった。しかしながら、腸炎寛解期において乳酸の増加と乳酸菌(Lactobacillaceae科)の顕在化は相関するものの、コハク酸の産生主であるBacteroides属細菌は減少傾向であった。そこでコハク酸量と正の相関を持つ細菌を統計学的に検索したところ、L. intestinalisが腸炎寛解期におけるコハク酸産生に関連している可能性が示唆された。26年度が最終年度であるため、記入しない。生物工学26年度が最終年度であるため、記入しない。メタ情報からの腸的環境因動のスクリーニングに関する方法論を確立するために時間を要したが、数理モデルを構築する上で着月すべき環境因子は見出すことができた。腸内細菌による抗炎症応答および腸上皮バリア機能の再生のメカニズムについて明らかになりつつある。In vitro腸炎モデル実験系を用いて、抗炎症および腸上皮バリア機能の再生に関わる腸内細菌をスクリーニングすることができた。平成23年度に確立した腸内環境因子のスクリーニングに関する方法論をもとに、正常マウスの腸管を胃、十二指腸、空腸、回腸、盲腸、結腸とセグメント化し、各セグメントの腸管内容物および細菌群集の網羅的なデータを収集する。そのデータを基に、消化管を連続多段バイオリアクターと仮想して、各スナッブショットから数理モデルを構築するさらに、腸炎の寛解に関わる宿主-細菌の相互作用こ関する実験的情報も集約
一面せん断試験による繰返し凍結・融解履歴を受けた粘性土の変形・強度特性

研究目的寒冷な地域では冬季の地盤中において、凍結(凍上)・融解が毎年繰り返されて、斜面の表層が下方へ移動、または崩壊する事例が報告されている。既存使用の一面せん断試験機の温度制御部分を改良し、省力化して凍結(凍上)・融解を繰返し受ける履歴の有無の挙動を視ることを目的とした。研究方法試料は笠岡粘土とファインサンドを重量比1:1で混合し、これを液性限界の約2倍のスラリー状にし、鉛直応力98kPaで一次元予圧密した。供試体は、直径6cm、高さを4cmに整形し、飽和させてせん断箱内へ挿入する。圧密は鉛直応力12.2kPa(終始一定)を加え、上端面を4°Cに下端面を0°Cで約20時間保持する。吸排水は上面がらの大気圧である。繰返し凍結融解履歴は、供試体下端面ヘサーマルショックを与えて氷核を形成し、凍結過程の下端面の初期温度は-0.5°Cとし上端面は4°Cにて、両端面ともに-0.2°C/hにて24時間で供試体上端まで凍結(凍上)させた。融解過程はこの後、両端面ともに+0.4°C/hにて上端面が20°Cに達したら、両端面ともに20°Cに20時間以上一定とした。この履歴を各1、2、3、4サイクルと与えた。せん断は、各サイクルの最後とこの履歴無を、同じ鉛直応力で定圧一面せん断試験(変位速度0.02mm/min、変位6mm)を実施した。研究成果凍上量は、1サイクル時の平均13.5mmから2サイクル時の平均12.3mmの僅かな減少があり、これ以降は同じとなった。この後の融解は、1サイクル時は元の供試体と同じ高さに戻るが、2サイクル時は平均0.6mm沈下して、3、4サイクルで元の高さへ戻る傾向となった。せん断時の垂直変位は、履歴無より各サイクルは大きく、サイクルが増える毎に小さくなり、3、4サイクルで同じとなった。せん断強さについては、2サイクルは他より大きくなったが、他は履歴の傾向は視られない結果となった。