hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
赤血球寄生原虫集団の分子生態学的研究と生物学的多様性獲得機序の解明

牛小型ピロブラズマ原虫(Theileria orientalis)感染においては、ピロプラズマ主要表面蛋白質(MPSP)の遺伝子型を異にする多種類の原虫集団が持続感染経過で交互に出現する現象が観察される。個体レベルでの混合感染あるいは単独感染における原虫集団動態の解析は、病態解析や疾病制御上極めて重要な情報を提供する。本研究では効率的に原虫集団解析を行う技術を開発することにより、原虫の免疫回避現象や持続感染機序を解明し、個体内に存在する原虫相の解析を行うことを目的に本計画を実施した。MPSPの遺伝子型を効率的に区別できる変性ゲル電気泳動法について各種条件について検討を行い、C型原虫亜集団の解析が可能な系を確立した。さらに複数種の混在が予想される感染材料(牛あるいはスイギュウ)について、リボソーマルRNA遺伝子を標的とするPCRにより、感染血液中に存在するタイレリア原虫種の同定し、T.buffeliなど4種の混在状態を確認した。また、T.parva感染リンパ球に由来するcDNAライブラリーを解析し、461クローンの部分塩基解析を行い、いくつかの遺伝子について染色体上にマッピングすることに成功した。また、ダニ/宿主/原虫の3者が接触する場面であるダニ唾液(腺)に焦点を当て研究を行った。唾液腺に存在する分子の性状を免疫・蛋白質化学あるいは分子生物学的に分析し、数種類の唾液腺分子(セメント蛋白質、蛋白分解酵素ならびにその阻害因子など)についてその性状を明らかにすることができた。これらの中には宿主の特異、非特異的生体防御系と反応し、原虫感染を助長すると考えられる因子が存在した。まず、一宿主内での多種原虫遺伝子の混在を確認するために変性勾配ゲル電気泳動を行った。そこでまずサンプルより18SリボゾームRNA遺伝子をPCRにより増幅し、増幅産物のクローニングを行った後に、各遺伝子クローンから18SリボゾームRNA遺伝子のV4領域を増幅して10-40%ホルムアミド存在下で変性勾配ゲル電気泳動を行った。泳動像を解析した結果、一個体由来試料から移動度の異なるバンドが検出され、これは標的遺伝子の塩基配列の違いを反映しているものと考えられた。この結果、一感染宿主内に異なった原虫種あるいは遺伝的に異なる“株"の混在が一般的であることが明らかにできた。また、同じ試料からピロプラズマ主要蛋白質遺伝子(MPSP)のPCRによる増幅を試みたところ、いくつかの新規MPSP遺伝子が見出された。それらの塩基配列の系統進化学的比較から、タイレリアは大きく3群(良性群、悪性群、中間群)に分けられた。また、タイで分離された良性タイレリア原虫のMPSP遺伝子には、塩基挿入とこれによるフレームシフトが認められ、他の良性群原虫MPSPとは大きく異なる構造を持っていることが明らかになった。今後、系統発生的に近い分類群内での表面抗原遺伝子組換によって、その抗原多様性が生まれてくるのか、MPSP遺伝子の構造を詳細に解析することによって明らかにする必要がある。また、原虫表面抗原に対する宿主の免疫学的な選択を明らかにするために、MPSPのオーバーラップ合成ペプチドを作製し、T細胞のエピトープマッピングを行う。またMPSP型間でのエピトープの差異を検討する計画である。ホルムアミド/尿素を変性剤として含む濃度勾配ゲル電気泳動法(DGGE)によって、Theileria sergentiピロプラズマ表面抗原遺伝子(MPSP)の多型性および変異解析を行った。まずPCRによって、国内各地で得られた牛感染血液材料から千歳型/池田型MPSP遺伝子をそれぞれ増幅し、0-40%ホルムアミド濃度勾配ゲル電気泳動でPCR産物を分析したところ、移動度の異なるバンドが観察された。ある試料からは複数のバンドが得られ、本手法が原虫集団解析ならびにMPSP遺伝子の多型性解析に極めて有効な手段であることが明らかとなった。

持続感染時に牛体内でMPSP遺伝子の変異が起きるか否かを、クローン化原虫(千歳株)感染牛血液試料を用いて検討した。本原虫は牛で血液継代3代繰り返したもので、それぞれの牛について複数の寄生ピークで出現する原虫の遺伝子解析を行った。その際、MPSPを標的とするPCR反応の産物をTベクターにクローニング後、再度PCRを行った産物をDGGE分析した。その結果、移動度の異なるバンドが出現したが、多くはTaqポリメラーゼによる複製エラーによるものと考えられた。そこで既知MPSPクローンについてPCRと再クローニングを行い、その塩基配列解析から複製エラーによる変異出現頻度を求め、その数値に対する補正を行った結果、クローン化原虫において持続感染時にMPSP遺伝子の点突然変異が起きている可能性が明らかにされた。住血微生物感染症、特にTheileria,Babesia,Anaplasmaなど赤血球を寄生部位とする感染症はわが国や周辺アジア諸国のみならず世界的にも広く分布し、それらによる経済的損害は甚大であり、その防圧が緊急課題である。特に個体レベルでの混合感染あるいは単独感染における原虫集団動態の解析は、病態解析や疾病制御上極めて重要な情報を提供する。これに関連して牛小型ピロプラズマ原虫(Theileria orientalis)感染においては、ピロプラズマ主要表面蛋白質(MPSP)の遺伝子型を異にする多種類の原虫集団が持続感染経過で交互に出現する現象が観察される。本研究では効率的に原虫集団解析を行う技術を開発することにより、原虫の免疫回避現象や持続感染機序を解明し、さらに野生動物をも対象として、個体内に存在する原虫相の解析を行う。11年度はMPSPの遺伝子型を効率的に区別できる変性ゲル電気泳動法について各種条件(PCRプライマーの設計および増幅条件、変性剤濃度と勾配、泳動時間など)について見検討を行い、C型原虫亜集団の解析が可能な系を確立した。本年度は複数種の混在が予想される感染材料(牛あるいはスイギュウ)について、リボソーマルRNA遺伝子を標的とするPCRにより、感染血液中に存在するタイレリア原虫種の同定し、T.buffeli,T.mutans,T.sp,T.veliferaの存在を確認した。T.parva感染リンパ球に由来するcDNAライブラリーを解析し、461クローンの部分塩基解析を行い、いくつかの遺伝子について染色体上にマッピングすることに成功した。
計算機代数のための高速アルゴリズムの実用化の研究とソフトウェアの開発

数式の計算の基礎となる基本演算を高性能化するための開発と実証実験を進め,これに基づく新たな式の表現法を提案し性能評価を行った.具体的には,大量のデータを扱う行列やベクトルを対象とし,その基本演算機能の汎用的な効率化を目指して開発と改良を行った.第一に,行列乗算の漸近的高速算法に見られる著しい高速性に着目し,行列要素がどのような形の場合に高速化するか,何に起因するのか,どのような量が計算量的な指標となるか,を計算機実験を繰り返して検討を重ねた.その結果,計算時間が,算術演算の回数による一般的な計算量よりも,比較やメモリアクセスの回数といった情報処理的な計算の複雑さに依存し,巨視的には空間計算量に密接に関連することがわかった.経験則として,Strassen流の高速乗算算法は,行列要素どうしの乗算が加減算よりも高価で,かつ,加減算が式の形や性質をあまり変化させず結果の乗算を複雑化しない場合に著しい効果の得られることを会得した。密な多項式や多倍長整数がその典型例であり,数式処理で多用される法の元での演算も同様の傾向を示す.第二に,高速算法がより多くの場面で活用されるべくライブラリとして整備することの必要性を認識し,法演算における基本線形演算ライブラリを定義し実験的な実装を行った.実装においては汎用的な方法による高速化の可能性を探った.その手法として,予め計算した値の表を用いる等,除算を除去するための技法を開拓し,また,ストリーミングデータ向けのショートベクターSIMD命令の活用を試みた.これらに関しては,内外の研究者らと情報や意見の交換をしながら開発を進めた.各種技法の性能はハードウェアに大きく依存することが判明し,それ以上のチューニングは行っていない.これらの実験を通してStrassen流の高速乗算算法は疎行列には適さないことを理解したが,これを機に疎行列の表現法についても検討し実験を行った.その結果,行列の表現に2次元配列を用いることは数式処理では必然でないことが判明し,数式処理向けの行列の表現法の検討が第三の及び今後の検討課題となった.分担者の野呂は,数式処理システムRisa/Asirの保守と改良を行う一方,グレブナー基底計算機能の一層の効率化,有限体上の多項式因数分解算法の開発と実装等,より高機能な代数算法の開拓と効率的な実装法の研究を行った.数式の計算の基礎となる基本演算を高性能化するための開発と実証実験を進め,これに基づく新たな式の表現法を提案し性能評価を行った.具体的には,大量のデータを扱う行列やベクトルを対象とし,その基本演算機能の汎用的な効率化を目指して開発と改良を行った.第一に,行列乗算の漸近的高速算法に見られる著しい高速性に着目し,行列要素がどのような形の場合に高速化するか,何に起因するのか,どのような量が計算量的な指標となるか,を計算機実験を繰り返して検討を重ねた.その結果,計算時間が,算術演算の回数による一般的な計算量よりも,比較やメモリアクセスの回数といった情報処理的な計算の複雑さに依存し,巨視的には空間計算量に密接に関連することがわかった.経験則として,Strassen流の高速乗算算法は,行列要素どうしの乗算が加減算よりも高価で,かつ,加減算が式の形や性質をあまり変化させず結果の乗算を複雑化しない場合に著しい効果の得られることを会得した。密な多項式や多倍長整数がその典型例であり,数式処理で多用される法の元での演算も同様の傾向を示す.第二に,高速算法がより多くの場面で活用されるべくライブラリとして整備することの必要性を認識し,法演算における基本線形演算ライブラリを定義し実験的な実装を行った.実装においては汎用的な方法による高速化の可能性を探った.その手法として,予め計算した値の表を用いる等,除算を除去するための技法を開拓し,また,ストリーミングデータ向けのショートベクターSIMD命令の活用を試みた.これらに関しては,内外の研究者らと情報や意見の交換をしながら開発を進めた.各種技法の性能はハードウェアに大きく依存することが判明し,それ以上のチューニングは行っていない.これらの実験を通してStrassen流の高速乗算算法は疎行列には適さないことを理解したが,これを機に疎行列の表現法についても検討し実験を行った.その結果,行列の表現に2次元配列を用いることは数式処理では必然でないことが判明し,数式処理向けの行列の表現法の検討が第三の及び今後の検討課題となった.分担者の野呂は,数式処理システムRisa/Asirの保守と改良を行う一方,グレブナー基底計算機能の一層の効率化,有限体上の多項式因数分解算法の開発と実装等,より高機能な代数算法の開拓と効率的な実装法の研究を行った.初年度である本年度は,まず本研究計画で用いる計算機環境とソフトウェア環境の整備を行った.本格的な行列計算の実験を行い適切な設計を行うための,充分な処理能力と大量のメモリを実装した計算機として,実験を個人的な環境で行うためのパーソナルコンピュータを導入した.これを用いて,行列乗算の高速化算法の実効性能の実測とどのような行列に対して有効で,また逆に悪影響がでるかについて一定の知見を得ることができた.

これに関しては,その裏付けとなる詳細な理論的解析も行い概ね一致する結果も得られているが,そのような解析では通常は考慮されない処理内容が計算時間に影響を及ぼすことも判った.この高速算法を用いることにより同様の高速化をもたらす行列式の展開や逆行列の計算法に関しては理論的考察にとどまった.但し,逆行列計算・線形方程式の解法に関しては,Wiedemannのアルゴリズムと必要な部品を整備し,実用的であること確かめている.これらプログラム部品の開発では,応用計算への適合と数式処理システムRisa/Asir上に整備することを考慮に入れ,実装をすすめている.開発の方法と状況,及び,実験結果については研究会等で発表を行い,他の開発者らとの協議も進めた.併せて,将来副プログラム群を整理して検索システムを用いて管理することを考えているが,その方法についても検討を進め,XML形式のデータベースの作成および運用の方式の実験を行った.分担者でありRisa/Asirの開発の中心人物である野呂は,因数分解等に関して新たなアルゴリズムをに開発し,同時にRisa/Asirへの新たな機能として追加すること開発を進めている。今後,それらの新機能との調整をとることも予定している.前年度までの準備と実績を踏まえ、行列の基本演算に関するアルゴリズムの解析と実装・開発をすすめた。まず、数式処理、特にそのシステムの記述において必要となる基本機能を定義し、実験的な実装を試みた。この開発にあたっては、数値計算において行列演算の核となるサブルーチン集であるBLASを参考としているが、数式処理固有の特徴と操作を明確にした機能を実現している点が特徴であり、欧米でも開発がすすめられている同種のプログラム集との違いを特徴づける点である。また、この開発は数式処理システムへの実装や並列分散処理のコミュニケーションツールであるBLACSとの整合性も考慮したものである。開発をすすめたプログラムライブラリでは複数の精度に対して同一の演算機能を準備するため、同種のプログラムが複数存在することになるが、保守性を考慮したいくつかの実装法と技法を試みた。また、当初全く予定していなかったことだが、表を用いた計算法を導入しすることで、非常に小さなオーバーヘッドで効率を大きく改善できることがわかり、その方法を用いた実装も行った。この方法は従来の方法に比べ23倍の高速化を望むことができる。その結果、更に、今日のプロセッサの多くが実装しているマルチメディア処理のための命令体系を有効に活用することも視野に入ってくることとなり、その実装も試みた。実証実験では、常に大きな効果を期待することはできないが、数倍の高速化が達成される場合があることも示した。このように、当初の予定になかった新たな技法を利用した開発もすすめたため、より応用に近い高機能な部品の開発まですすめるこができなかったが、ここで得られた技法は望外の成果であり、特に実用上大きな意味をもつことになるであろう。多機能かつ類似の機能のサブルーチンを多く含んだライブラリを開発する場合、機能の検索などの利用者補助の機能も必要となる。その基本的な技法として、XMLで記述されたデータベースの検索方法についても検討をすすめた。分担者であり、本研究で利用する主要なソフトウェアRisa/Asirの開発者である野呂は、同ソフトウェアの改良・開発・保守を従来どおりすすめている。代数方程式系の解法において、多項式を表現するデータ構造の変更も含めた詳細な改良と開発を進め、世界レベルの機能と性能・速度を有するソフトウェアへと発展させている。また、素イデアル分解の特殊な場合について、既に提唱済みであった効率のよいアルゴリズムを実装し、その有効性を実証している。
スペクトル拡散パケット通信方式に関する研究

直接拡散およびチャープをベースとしたスプレッドアロハ通信方式に関する並行的な検討を実施した。直接拡散をベースとしたスプレッドアロハ方式に関しては、複数のパケット信号を同時に受信した状態を想定して、熱雑音状況下におけるビット誤り率の理論的導出ならびにシンボルタイミングとキャリアの再生方式を検討した。前者に関しては、理論値と標準ガウス近似に基づき算出した結果との比較も行い、特定の回線状態より悪い場合に対して、近似値が適用可能であることを明らかにした。後者に関しては、パケットの先頭部にプリアンブルを付加し、マッチドフィルタによる逆拡散後の直交する同信号に対して巡回加算を施し、雑音による影響を大幅に低減する方式を提案した。キャリア再生に対しては、プリアンブル後のパケットデータも利用してなお一層の高精度化を達成した。伝送効率に関しては、パケットを構成する各ビットがチップタイミングに同期して発生する状態と非同期に発生する状態を想定して、チャネルトラヒック特性とスループット特性を評価尺度とした検討を実施した。その結果、信号対雑音電力比が小さい伝送状態において、スプレッドアロハ方式がピーク送信電力の低減という観点から有利なることが明らかになった。一方、チャープをベースとしたスプレッドアロハ方式に関しては、システム実現上、必要となる信号処理アルゴリズムを明らかにし、設計パラメータの導出を行った他、熱雑音状況を想定して、ビット誤り特性、耐干渉特性などに関する各種特性を取得・評価した。なお、マルチパス・フェージング状況下において両方式を評価した結果、熱雑音を対象とした上記構成では、予想以上の劣化が生じることが明らかになり、今後の課題として残った。1.直接拡散をベースとしたスプレッド・アロハ方式複数のパケット信号を同時に受信した状態を想定して、熱雑音状況下におけるビット誤り率の理論的導出法ならびにパケット検出部の設計法を確立した。特に、復調側の準同期検波において発生する周波数オフセットとパケット検出部の設計パラメータとの関係について検討を加え、同期加算回数を一定値以上に設定すれば、周波数オフセットの影響を低減できることを、理論解析ならびに計算機シミュレーションにより明らかとした。また、伝送効率の観点から、従来のスペクトル拡散を用いないアロハ方式との比較・検討を行っ結果、信号対雑音電力比が小さい伝送状態において、スプレッド・アロハ方式が有利となることが明らかになった。更に、マルチパス・フェージングに対しては、熱雑音を対象とした構成では、位相オフセットの推定が不可能との結論が得られ、今後の課題として残った。2.チャープをベースとしたスプレッド・アロハ方式理想的なビット・タイミング再生とパケット検出を想定し、主に計算機シミュレーションを用いて、熱雑音状況下における各種特性を取得した。次に、パケット検出部の構成を考案し、設計パラメータの導出を実施した。また、同一の構成を用いて、マルチパス・フェージング状況下における特性を取得したが、予想以上の劣化が生じることが明らかになり、新たな考えの導入が必要である。その結果、信号対雑音電力比が小さい伝送状態において、スプレッドアロハ方式がピーク送信電力の低減という観点から有利になることが明らかになった。

一方、チャープをベースとしたスプレッドアロハ方式に関しては、システム実現上、必要となる信号処理アルゴリズムを明らかにし、設計パラメータの導出を行った他、熱雑音状況を想定して、ビット誤り特性、耐干渉特性などに関する各種特性を取得・評価した。なお、マルチパス・フェージング状況下において両方式を評価した結果、熱雑音を対象とした上記構成では、予想以上の劣化が生じることが明らかになり、今度の課題として残った。
民法750条(夫婦同氏)の夫婦平等観と現代的課題

改正民法の法的家族像は欧米の近代家族である。民法750条は「婚姻の際に定めるところに従い、夫または妻の氏を称する」とし、夫婦に平等を保障しているようにみえる。しかし、結果的には、長期にわたって、98%の女性が夫の姓を称してきたのである。私たちが行った夫婦別姓に関する調査(東京都女性財団助成)でも、夫の姓を名乗る女性は夫の意向と社会の慣習を主たる理由として夫の姓になっていた。750条の条文は氏姓について夫婦の平等を制度的に保障しているにもかかわらず、実際には有名無実化している。その出発点に関心を持った。民法制定にたずさわった学者や法務省の担当官らは当初からそうなることを見越していた。一方法制局(LS)局長オプラーは「個人主義にもとづく家族の問題が注意深くとり扱われるべき」と考え、進歩派の勝利に勇気づけられたという。改正民法の制定過程で夫と妻の平等をめざしながら、そこに男性優位性を保障してしまう(制度的)メカニズムを明らかにすることが本研究の目的であった。民法改正に携った人々とLSの担当官との意識や認識のギャップ、民法改正にたずさわった人々の中での進歩派と保守派の勢力関係やオプラーらの見解をどう受け止めたかなどがメカニズムの中核を担っていることは間違いない。それを明らかにするために、民法制定過程にかかわった人々の家族観、夫婦観、男女平等観をさぐることとしたが、平成6年度は資料収集に終始する結果となった。それらは、衆参両院議会本会議・各種委員会の議事録、我妻栄、中川美之助、川島武宣、来栖三郎らの著書・論文、GHQ/LSやGS(民政局)のオプラー、ブレイクモアらのGHQ文書、および関連論文等、世論調査研究所や時事通信社の世論調査などである。
制度の創造・変革を担うリーダーシップに関する理論的・経験的研究

本研究の目的は、制度派組織論に立脚しながら、制度の創造や変革を担うリーダーシップを探求することにあった。この目的のもと、第一に、近年の制度派組織論で議論されてきた制度的実践という概念を中心に、制度の創造や変革のメカニズムを考察した。第二に、旧制度派組織論に遡り、制度的リーダーシップを考察した。本研究を通じて、これまで制度の創造や変革の根拠として制度外生的な要因を密輸入し、制度から人々の行為を説明するという理論前提との間で矛盾を抱えてきた制度派組織論に対して、内生的に制度の創造や変革を捉える視座を提示するとともに、制度的リーダーシップを制度的実践の中に再定位した。本研究の目的は、制度の創造や変革を担うリーダーシップを理論的・経験的に検討することにあった。具体的には(1)制度派組織論を中心とする文献レビューを通じた理論枠組みの構築と(2)経験的な調査研究を通じた実践的な含意の追求を目的としてきた。こうした目的のもと(1)制度派組織論の文献レビューに関しては、初年度である平成24年度より行ってきた制度的実践(institutional work)の考察を継続して行うことで理論枠組みを検討した。具体的には、制度による組織の硬直化という制度派組織論が抱えてきた理論的課題を中心に検討した。本研究では、とりわけ制度派組織論が制度の原型としての官僚制を表現する際に用いた「鉄の檻」に代表されるメタファーに注目しながら、制度概念で見失われてきた理論的内包の検討を行った。(2)経験的な調査研究を通じた実践的含意の追求に関しては、第一に、上記の検討を通じて構築された理論枠組みをもとに、シャープ株式会社の緊急プロジェクトの分析を行った。その結果、緊急プロジェクトには、これまで組織を硬直化させると考えられてきた官僚制の原則が組み込まれていたが、その官僚制の原則こそが幾多のイノベーションを生み出してきたことが明らかになった。本研究では、これらの事例をもとに官僚制がイノベーションを生み出すメカニズムの検討を行った。第二に、初年度より調査を行ってきた鋼鈑メーカーにおける人事制度改革の分析を行った。具体的には、第一にマネージャーによって人事制度改革が推進されてきたプロセス、第二に人事制度改革を通じた従業員に求められる役割の変容という二つの観点からの分析を行った。その結果、同社の人事制度改革はHRM固有の考え方によって駆動されていたことが明らかになった。平成25年度は、以上の理論的検討の上で行われた二つの分析に関する論文が学術雑誌にて公刊された。初年度にあたる本年度は、上記の目的のもと、まず、(1)制度派組織論の文献レビューに関して、制度の働き(institutional work)という概念を検討すべく、文献レビューを進めるとともに共同研究者と研究会や研究打ち合わせを重ねてきた。この検討をもとに、以前、調査を行った株式会社NCネットワークとシャープ株式会社の緊急プロジェクトを対象に分析を行うことで実践的含意を追求するとともに、さらなる理論的な研鑽をはかってきた。この成果に関して、株式会社NCネットワークを分析した論文については平成24年度中に公刊され、シャープ株式会社の緊急プロジェクトを分析した論文については平成25年度に公刊される予定である。次に、(2)調査研究は平成25年度以降に開始する予定であったが、予定を前倒しして東洋鋼鈑株式会社のフィールドワークを行った。このフィールドワークでは、同社で行われた人事制度改革を中心に、第一にマネージャーによって制度改革が推進されてきたプロセス、第二に制度改革を通じた従業員に求められる役割の変容という二つの観点から調査を行った。この成果に関しては、平成24年度中にケースとして公刊されている。このケースを理論的な考察をもとに深耕し、平成25年度以降、学会誌への投稿を通じて論文として公刊していく予定である。経営組織論のなかで、制度の創造や変革のメカニズムを理論的に検討しようとしてきたのが制度派組織論である。しかし、未だその理論枠組みが十分に整えられていない状況にある。こうした現状に対して(1)制度派組織論を中心とする文献レビューを通じた理論枠組みの構築と(2)経験的な調査研究を通じた実践的な含意の追求を目的としてきた。(1)文献レビューに関して、本研究では近年の制度派組織論で注目を集める制度的実践に関する体系的なレビューと、旧制度派と呼ばれる古典的な研究に遡った制度的リーダーシップの再検討を予定していた。平成24年度から平成25年度にかけて制度的実践を中心に考察し理論枠組みを構築するに至ったことから、本年度は制度的リーダーシップを中心に考察を行った。その結果、制度的リーダーシップに求められる役割は、第一に組織を取り巻く利害にかなうように組織目標を掲げ、利害を言語的に統制していくことに求められる。しかし、組織目標が掲げられ利害関係が調整されたはずの組織も、いったん制度化されてしまえば、そこに新たな利害が見出される。それゆえに、第二に、誰を利害関係者と認め、その利害関係者と、どのような関係と取り結ぶのかという、再制度化に向けた臨界的決定を必要とされていることが示された。

(2)経験的な調査研究に関しては、上述の理論枠組みのもと、今日ではオフィスやビルのファシリティマネジメントを手がける明豊ファシリティワークス株式会社の事業転換プロセスの分析を行った。具体的には、経営者によって掲げられた組織目標が、いかなる利害を触発することで事業転換が促されてきたのか。こうした事業転換のなかで、経営者による、いかなる臨界的決定によって再制度化が果たされてきたのかを分析した。本研究の目的は、制度の創造や変革を担うリーダーシップを理論的・経験的に検討することにあった。経営組織論の中で制度の創造や変革を理論的に検討してきたのが制度派組織論であるが、理論枠組みが十分に整えられてこなかった。それに対して、第一に、制度派組織論の体系的なレビューを通じた理論枠組みの構築。第二に、経験的な研究を通じた実践的な含意を追求してきた。上記目的のもと、平成24年度から平成26年度にかけて、制度的実践と制度的リーダーシップという概念を中心に検討することで、制度の創造や変革、さらに、それらを担うリーダーシップに関する理論枠組みを構築した。その理論枠組みのもと、企業が営む事業(制度)の創造と企業内の制度変革という二つの観点から経験的な研究を行い、成果をケース、および、論文として公刊してきた。当初に予定していた経験的な研究は平成26年度までに遂行し終えたことから、平成27年度は当初の計画通り新たなサイトを探し調査を行った。具体的には、制度の創造という観点から、ベンチャー企業を2社、起業を支援するインキュベーション施設1社の調査を行い、それぞれケースとして公刊した。韓国においても社会的企業を担うベンチャー企業、それらを支援する中間組織や政府機関の調査を行い、成果を論文として公刊した。制度変革という観点からは、238社の回答を得られたアンケート調査をもとに人事施策に関する分析を行い、論文として公刊した。また、これまでの分析の途上で方法論についてより深く検討する必要が見出されていた。そこで、制度派組織論の方法論を補完すべく批判的経営研究の検討に取り組んだ。その成果は上述の韓国の調査に基づいた社会的企業の論文に含まれている。批判的経営研究の体系的なレビューには至れていないが、その検討は制度派組織論の枠組みを大きく超えるものでもあり、今後の課題として継続的に取り組んでいきたい。本研究の目的は、制度派組織論に立脚しながら、制度の創造や変革を担うリーダーシップを探求することにあった。この目的のもと、第一に、近年の制度派組織論で議論されてきた制度的実践という概念を中心に、制度の創造や変革のメカニズムを考察した。第二に、旧制度派組織論に遡り、制度的リーダーシップを考察した。本研究を通じて、これまで制度の創造や変革の根拠として制度外生的な要因を密輸入し、制度から人々の行為を説明するという理論前提との間で矛盾を抱えてきた制度派組織論に対して、内生的に制度の創造や変革を捉える視座を提示するとともに、制度的リーダーシップを制度的実践の中に再定位した。当初の計画では、平成25年度に制度の創造に関する研究を遂行し、本年度は制度の変革に関する研究を遂行する予定であった。
差分方程式の解の研究を動機とする差分代数の理論構築

本年度は主に二つの事柄について研究した。一つは、ポワンカレの乗法公式が定義する関数についての研究で、有理関数による近似関数列を構成した。この近似関数列は単純な方法で作られ、局所一様収束する。有理関数のグラフを描くことはできるから、結果、関数のグラフの概形が得られる。ポワンカレの乗法公式は連立有理的q差分方程式に条件を付加したものと捉えられる。また、この方程式群には分解可能拡大の意味で既約なものが多く、その意味で新しい関数を定義していると言える。応用として、いくつかのqパンルヴェ方程式は適当に変形するとポワンカレの乗法公式になることが確認できる。このことから、qパンルヴェ方程式のいくつかの解に対して、そのグラフの概形が得られる。もう一つの研究では、一階有理的差分方程式をみたす関数達の代数的独立性を判定する簡便な方法を得た。関数達が多変数代数方程式をみたさないとき、代数的独立であると言う。今回の判定法は方程式の有理式部分の次数のみを用いる。この場合の次数とは、分子の次数と分母の次数の最大値である。例えば、x、指数関数、ワイエルシュトラスのペー関数の倍角公式の有理式部分の次数は、それぞれ1、2、4と異なっているから、これらは複素数体上代数的独立である、といった具合である。一階有理的差分方程式の解は定義より必ず分解可能拡大に属し、また、有理式部分の次数が2以上のものは決して可解でないため、それらの間の違いが見えにくかったが、判定法により、次数を用いてクラス分けできるということがわかった。
粒界工学に基づく対応粒界分散ネットワーク構築による高耐粒界腐食性材料の開発

オーステナイト系ステンレス鋼の粒界腐食は、高温でCr炭化物が粒界析出するため粒界近傍のCr濃度が著しく低下する粒界鋭敏化が原因で生じる。粒界析出の生じ易さが粒界ナノ構造に依存し、低エネルギー構造を持つ対応粒界ではCr炭化物が析出し難いことから、対応粒界が高密度で広く均一分散した粒界ネットワーク組織をオーステナイト系ステンレス鋼中に創出し、304型オーステナイト系ステンレス鋼を加工熱処理による粒界制御により、耐粒界腐食性が通常母材に比べて4倍以上向上することを示した。そこで、316型オーステナイト系ステンレス鋼に対して粒界制御を試みた結果、同手法で対応粒界が高密度で広く均一分散した粒界ネットワーク組織を創製できることが明らかになった。さらに、最適粒界制御した316型ステンレス鋼の場合も通常の同種ステンレス鋼に比べて4倍以上耐粒界腐食性が優れていることが明らかになった。その粒界工学制御効果を304ステンレス鋼の粒界型応力腐食割れ、過不働態粒界腐食、溶接熱影響部腐食試験により評価した。まず、沸騰水型原子炉の使用環境を模擬した高温水中で三点曲げにより応力腐食割れ試験を行った結果、未制御材料が典型的な粒界型応力腐食割れを示したのに対して、粒界制御材は非常に僅かな粒内型応力腐食割れのみしか見られず、高い耐応力腐食割れ性が確認された。次に、過不働態粒界腐食特性を評価するためにHNO_3+Cr^<6+>熱酸浸漬腐食試験を実施した結果、粒界制御材の過不働態粒界腐食速度は未制御材の約2/3以下とかなりの抑制効果が認められた。さらに、アーク溶接を行い、溶接熱影響部の粒界腐食(ウェルドディケイ)をEPRおよび硫酸・硫酸第二鉄腐食試験により評価したところ、未制御材は典型的な鋭敏化による激しい粒界腐食を示したのに対して、粒界制御材での鋭敏化はかなり抑制され、高い耐溶接部腐食性が確認された。最近の申請者らの研究などから、粒界析出の生じ易さが粒界ナノ構造(粒界での原子配列)に依存し、低エネルギー構造を持つ粒界、例えば対応格子理論に基づいた対応粒界ではCr炭化物が析出し難いことが明らかになっている。さらに、焼鈍過程で生じる高エネルギー粒界からの双晶発生がその部分のエネルギーを低下させる粒界構造変化を利用して、対応粒界が高密度で広く均一分散した粒界ネットワーク組織をオーステナイト系ステンレス鋼中に作り出し、鋭敏化し難く粒界腐食に強いステンレス鋼の試作に成功した。本研究では、この粒界工学的プロセスの最適化と一般化を目指して、対応粒界分散ネットワークをオーステナイト系ステンレス鋼中に効率よく構築するため手法を明らかにすることを目的とする。本研究グループは、304型オーステナイト系ステンレス鋼を加工熱処理による粒界制御により、低エネルギー粒界の存在率が極めて高く、かつ均一に分布した最適粒界構造分布制御が実現し、耐粒界腐食性が通常母材に比べて4倍以上向上することを報告した。

そこで、今年度は、304型より耐腐食性が高くより過酷な腐食環境下で使用されることの多い316型オーステナイト系ステンレス鋼に対して同様な加工熱処理による粒界制御を試みた結果、304型ステンレス鋼とはわずかに最適化条件は異なるものの、基本的には同手法で粒界構造分布の最適化が可能で、316型オーステナイト系ステンレス鋼に対しても対応粒界が高密度で広く均一分散した粒界ネットワーク組織を創製できることが明らかになった。さらに、腐食試験の実験結果から、最適粒界制御した316型ステンレス鋼の場合も通常の同種ステンレス鋼に比べて4倍以上耐粒界腐食性が優れていることが明らかになった。オーステナイト系ステンレス鋼の粒界腐食は、高温でCr炭化物が粒界析出するため粒界近傍のCr濃度が著しく低下する粒界鋭敏化が原因で生じる。最近の筆者らの研究などから、粒界析出の生じ易さが粒界ナノ構造(粒界での原子配列)に依存し、低エネルギー構造を持つ粒界、例えば対応格子理論に基づいた対応粒界ではCr炭化物が析出し難いことが明らかになっている。さらに、焼鈍過程で生じる高エネルギー粒界からの双晶発生がその部分のエネルギーを低下させる粒界構造変化を利用して、対応粒界が高密度で広く均一分散した粒界ネットワーク組織をオーステナイト系ステンレス鋼中に創出し、鋭敏化し難く粒界腐食に強いステンレス鋼の試作に成功した。今年度は、その粒界工学制御効果を304ステンレス鋼の粒界型応力腐食割れ、過不働態粒界腐食、溶接熱影響部腐食試験により評価した。まず、沸騰水型原子炉の使用環境を模擬した高温水中で三点曲げにより応力腐食割れ試験を行った結果、未制御材料が典型的な粒界型応力腐食割れを示したのに対して、粒界制御材は非常に僅かな粒内型応力腐食割れのみしか見られず、高い耐応力腐食割れ性が確認された。次に、過不働態粒界腐食特性を評価するためにHNO_3+Cr^<6+>熱酸浸漬腐食試験を実施した結果、粒界制御材の過不働態粒界腐食速度は未制御材の約2/3以下とかなりの抑制効果が認められた。さらに、アーク溶接を行い、溶接熱影響部の粒界腐食(ウェルドディケイ)をEPRおよび硫酸・硫酸第二鉄腐食試験により評価したところ、未制御材は典型的な鋭敏化による激しい粒界腐食を示したのに対して、粒界制御材での鋭敏化はかなり抑制され、高い耐溶接部腐食性が確認された。以上のように、オーステナイト系ステンレス鋼の種々の粒界腐食現象に対して粒界工学制御が顕著な抑制効果を有することが明らかになった。
間接的なアミノアシルtRNA合成経路におけるtRNAチャネリングの構造基盤

東京大学工学部の鈴木博士との共同研究により、質量分析を用いてtRNA^<lle>_2の修飾のタイミングを解析した結果、アミノアシル化の始まる前の、まだ長いヌクレオチド配列が3'CCA末端に結合した前駆体の状態でリシジンへの修飾が始まっていることを明らかにした。このように、tRNA^<lle>_2が前駆体の状態でリシジンの修飾が入ることで、CCA末端にメチオニンが先に付加されることが抑制され、誤翻訳を免れていることが明らかになった。さらに、このような長い前駆体から、どのようにtRNA^<lle>_2部分だけを切り出して厳密に認識するかを明らかにするため、TilSとtRNA^<lle>_2の複合体の結晶構造を決定した。その結果、tRNAの結合に伴ってC末端ドメイン2つが大きく構造変化し、その一方がtRNAのアミノ酸受容ステムを結合することが契機となって、TilSのドメイン間接触が徐々に変化し、tRNAを端から認識しながら、最終的にC34を触媒トンネルに提示させる機構を解明した。(Nature,2009,461,1144-1148)。また、2分子のロイシルtRNAを用いて環状ジペプチドを合成する、新規の酵素CdpSの結晶構造を2.0A分解能で決定したところ、アミノアシルtRNA合成酵素の触媒ドメインと酷似していることが判明した。さらに変異体解析の結果、tRNAのリボースの水酸基を真似して、CdpSのセリン残基が活性化されたロイシンを共有結合し(中間状態をトラップすることに成功した)、これにグルタミン酸が一般塩基触媒として働くことで、環状ジペプチドが形成されることを明らかにした。現在、著名な海外誌への論文投稿を目指している。古細菌において、GlnおよびCysは間接的な経路によりアミノアシルtRNAが合成されタンパク質に組み込まれる。すなわち、Glu-tRNA^<Gln>、Sep-tRNA^<Cys>がそれぞれGatDEおよびSepCysSによりGln-tRNA^<Gln>、Cys-tRNA^<Cys>に変換される。本研究では、GatDEとND-GluRSのチャネリング複合体、SepRSとSepCysSのチャネリング複合体の単離と結晶化を試みた。いずれもゲルシフトでは複合体が形成されるものの、ゲル濾過では複合体の形成は見られず、複合体として精製してくることは困難であった。このため、それぞれ精製した高濃度のタンパク質同士を混合・反応させて、結い晶化を試みている。一方、真核細胞のtRNAは核内で転写された後、アミノアシル化されたもの、されないものが別のexportinによって細胞質へ輸送される。我々は、酵母由来のtRNA exportinであるCcal(CCA付加酵素、tRNAを運搬)、Loslp(aa-tRNAを運搬)の遺伝子をクローニング師、大腸菌で大量発現する系を構築した。現在大量調製したタンパク質を用いて結晶化スクリーニングを行っている。さらに、tRNA^<Ile2>のアンチコドン1字目のC34にリジンを付加してL34(リシジン)を合成する修飾酵素TilSに関して、tRNAとの複合体の結晶構造を3.65A分解能で決定することに成功した。tRNA^<Ile2>は未修飾のままではMetRSにより認識されMe-tRNA^<Ile2>になるが、これがさらにリシジン化されるとIleのコドンがメチオニンに翻訳されてしまう。TilSはtRNA前駆体を効率よく修飾することで、Met-tRNA^<Ile2>の合成を防いでいることを明らかにした(論文投稿中)CAUをアンチコドンに持つtRNA^<Ile>_2のアンチコドン1字目に修飾塩基リシジン(L)を導入し、tRNAのコドンとアミノ酸の両方の特異性をメチオニンからイソロイシンに変換するTilSに関して、tRNA^<Ile>_2の複合体の結晶構造を決定することに成功し、tRNAの結合に伴ってC末端ドメイン2つが大きく構造変化し、その一方がtRNAのアミノ酸受容ステムを結合することが契機となって、TilSのドメイン間接触が徐々に変化し、tRNAを端から認識しながら、最終的にC34を触媒トンネルに提示させる機構を解明した。また、tRNA^<Ile>_2が5'末端、3'末端に余計な配列を持っ前駆体の状態でリシジンの修飾が入ることで、CCA末端にメチオニンが先に付加されることが抑制され、誤翻訳を免れていることが明らかになった(Nature,2009)。また、2分子のアミノアシルtRNAを用いて環状ジペプチドを合成する、新規の酵素CdpSの結晶構造を2.0A分解能で決定したところ、アミノアシルtRNA合成酵素の触媒ドメインと酷似していることが判明した。現在、反応機構を明らかにするため、低分子基質やtRNAとの複合体の結晶化、ならびに質量分析を用いた反応中間体の同定を行っている。

このように、tRNA^<lle>_2が前駆体の状態でリシジンの修飾が入ることで、CCA末端にメチオニンが先に付加されることが抑制され、誤翻訳を免れていることが明らかになった。さらに、このような長い前駆体から、どのようにtRNA^<lle>_2部分だけを切り出して厳密に認識するかを明らかにするため、TilSとtRNA^<lle>_2の複合体の結晶構造を決定した。その結果、tRNAの結合に伴ってC末端ドメイン2つが大きく構造変化し、その一方がtRNAのアミノ酸受容ステムを結合することが契機となって、TilSのドメイン間接触が徐々に変化し、tRNAを端から認識しながら、最終的にC34を触媒トンネルに提示させる機構を解明した。(Nature,2009,461,1144-1148)。また、2分子のロイシルtRNAを用いて環状ジペプチドを合成する、新規の酵素CdpSの結晶構造を2.0A分解能で決定したところ、アミノアシルtRNA合成酵素の触媒ドメインと酷似していることが判明した。さらに変異体解析の結果、tRNAのリボースの水酸基を真似して、CdpSのセリン残基が活性化されたロイシンを共有結合し(中間状態をトラップすることに成功した)、これにグルタミン酸が一般塩基触媒として働くことで、環状ジペプチドが形成されることを明らかにした。現在、著名な海外誌への論文投稿を目指している。
炭酸固定を触媒する脱炭酸酵素群の分子特性解明とCO_2変換プロセスへの応用

脱炭酸酵素は一般的に逆反応で炭酸固定を触媒しないとされてきた。研究代表者らは、反応条件を制御すると効率的に炭酸固定を触媒する新しい脱炭酸酵素を見いだしてきた。また、フェノールなどの微生物嫌気代謝では炭酸固定を触媒する脱炭酸酵素が関与することが判明し、可逆的脱炭酸酵素群の存在が明らかとなってきた。この酵素群が触媒する一連の反応を化学工業への応用という観点で見ると、芳香族化合物へのカルボキシル基の位置選択的な導入として意義深い。そこで本研究では、新たな可逆的脱炭酸酵素を幅広く探索し、反応特性の解明と酵素一次構造の解析を進めるとともに、炭酸固定機能を評価した。ピロール-2-カルボン酸およびインドール-2-カルボン酸の脱炭酸酵素の酵素一次構造を決定し、数多くの微生物機能未知タンパク質と有意な相同性を示し、新しいタイプの脱炭酸酵素であることを明らかにした。また、新しい可逆的脱炭酸酵素の探索を進め、4-ヒドロキシ安息香酸脱炭酸酵素が細菌・放線菌・酵母に幅広く分布していることを見いだすとともに、26-ジヒドロキシ安息香酸脱炭酸酵素を見いだし、効率的に炭酸固定反応を触媒する新規酵素であることを示した。これらの脱炭酸酵素精製酵素を用いた反応特性解析と一次構造解析を進め、可逆的脱炭酸酵素群は大きく2つのグローブに分類されることを示した。いずれの脱炭酸酵素においても炭酸固定反応はCO_2源として炭酸水素カリウムを添加した系で進行し、カルボキシル化は位置選択的に進行することが判明した。H14年度は、炭酸固定機能を一次構造レベルで解析し、可逆的脱炭酸酵素群の存在の一般化を行った。Serratia grimesiiのピロール-2-カルボン酸脱炭酸酵素およびArthrobacter nicotianaeのインドール-2-カルボン酸脱炭酸酵素のN末端アミノ酸配列を利用し、酵素遺伝子全領域をクローニングした。決定した酵素一次構造と相同性を示すタンパク質をデータベースに検索した結果、2050%の相同性を示す微生物機能未知タンパク質が細菌のみならず、カビ・酵母などにも認められた。また、4-ヒドロキシ安息香酸脱炭酸酵素とも20%程度の相同性を示し、多くの機能未知タンパク質の中には芳香族カルボン酸の脱炭酸および逆反応による炭酸固定を触媒する酵素が潜在することが示唆された。一次構造のアライメント解析で、一次構造中央に保存配列が見られ、触媒機能に関与する残基が含まれると推定した。S. grimesiiおよびA. nicotianaeの可逆的脱炭酸酵素を大腸菌内で高発現させるため、発現ベクターpKK223-3に構造遺伝子を組み込み、培養条件および酵素遺伝子発現条件を検討した。酵素タンパク質は28°Cの培養で、1mMのIPTGを培養開始後12時間で添加した時に共に可溶性画分に著量に発現した。酵素活性レベルはS. grimesiiおよびArthrobacter nicotianaeでの活性レベルと同等であった。研究代表者らは、反応条件を制御すると効率的に炭酸固定を触媒する新しい脱炭酸酵素としてピロール-2-カルボン酸脱炭酸酵素、インドール-3-カルボン酸脱炭酸酵素を見いだしてきた。また、微生物によるフェノールの嫌気代謝には炭酸固定反応をも触媒する脱炭酸酵素が関与することが示されており、可逆的脱炭酸酵素群の存在が明らかとなってきた。

この酵素群が触媒する一連の反応は化学工業への応用の観点でみると、芳香族化合物への位置選択的なカルボキシル基の導入として意義深い。H15年度は、4-ヒドロキシ安息香酸および2,6-ジヒドロキシ安息香酸の可逆的な脱炭酸・炭酸固定反応を触媒する微生物を幅広く探索し、その反応特性を検討し、ピロール-2-カルボン酸脱炭酸酵素やインドール-3-カルボン酸脱炭酸酵素と比較解析した。4-ヒドロキシ安息香酸脱炭酸酵素は嫌気性微生物で知られていたが、詳細な微生物分布は報告されていなかった。そこで、酸素感受性を配慮したスクリーニングを行い、細菌・放線菌、酵母における幅広い活性分布を酵素活性レベルで明らかにした。酵素の誘導剤は菌株によって差異が認められたが、基質特異性はほぼ共通していた。いずれの菌株においても炭酸固定機能が認められた。2,6-ジヒドロキシ安息香酸を用いた集積培養からの分離菌株と研究室保存菌株を用いて、2,6-ジヒドロキシ安息香酸脱炭酸酵素を探索した。Agrobacteriumtumefaciens、Pseudomonas sp.、Alcaligenes sp.に活性が認められ、酵素を精製し、単一標品を得た。本酵素は既知の可逆的脱炭酸酵素に比べて安定性が高く、サブユニット分子量が大きく異っていた。また、A.tumefaciensの酵素遺伝子をクローニングし、酵素一次構造の解析も進めた。
物理的刺激による骨粗鬆症の新しい治療方法の開発

本研究は,物理的な刺激が骨支配の自律神経を介して骨量を増やす可能性を検討し,骨粗鬆症の予防・治療に寄与することを目的とした.平成27年度には麻酔下ラットで大腿骨支配の交感神経活動を記録することに成功した.この神経は動脈に沿って栄養孔から大腿骨に入る枝で,その活動の特性から交感神経血管収縮神経と考えられた.しかし,この枝は非常に短いため刺激も記録も難しく,慢性的に刺激をしたり,この神経活動への物理的刺激の効果を調べることを断念し,方針を変更した.平成28年度には骨粗鬆症モデルラット(卵巣除去+無カルシウム食)で一側の大内臓神経を切除し,8週間後に左右の大腿骨の乾燥重量を調べたが,左右差は認められなかった.この原因として,副腎髄質カテコールアミンが影響を及ぼした可能性と,無カルシウム食摂取下では骨量が増加しづらい可能性が考えられた.これらの結果を踏まえ,平成29年度には骨粗鬆症モデルラット(卵巣除去)で大腿骨支配交感神経の両側除去(腹腔神経節除去)及び副腎髄質交感神経叢の両側除去の効果を調べた.骨量の増加を促すために長期的にトレッドミル走行を行い,大腿骨の湿・乾燥重量を調べたが,神経除去群と非除去群で有意差は認められなかった.平成30年度は,平成29年度に摘出した大腿骨をさらに解析し,骨塩量,骨面積(骨幅),骨密度を計測したところ,神経切除群では骨塩量が有意に増加していた(p<0.05).本研究により1大腿骨支配の交感神経が血管収縮神経であることが示唆され,2骨粗鬆症モデルラット(卵巣除去)に長期的運動をさせる条件下で,大腿骨支配交感神経を除去すると骨量増加を促進することが明らかになった.これらの結果は,骨支配交感神経活動を低く保ち,適度な運動をすることが骨粗鬆症の予防・改善に有効であることを強く示唆する.現在,これらの成果を公表するために論文を執筆中である.骨量の神経性調節について,交感神経は骨量を低下させ,副交感神経は増加させることが薬理学的に示唆されている.しかし,薬は全身の様々なところに作用するため,骨に分布する自律神経が本当に骨量を調節しているか疑問がある.本研究は健常及び骨粗鬆症モデルラットを用い,物理的刺激が自律神経を介して骨量増加を誘発しうるかを明らかにすることを目的としている.これまでに骨支配の自律神経活動を記録したという報告はないことから,平成27年度はまず,健常ラットで骨を支配する自律神経を生理学的に同定することにチャレンジした.実験には麻酔した人工呼吸下のラットを用いた.腹側からアプローチして大腿部の皮膚を切開し,実体顕微鏡下で大腿動脈周囲の筋を注意深く分離して大腿動脈から分枝して大腿骨に向かう動脈を捜し,これに沿って走行する神経を見出した.この神経を血管から分離し,なるべく大腿骨に近い部位で切断し,切断末梢端を電極にのせて遠心性活動を記録することに成功した.その結果,記録した神経は自発性活動を示し,その活動は昇圧剤(ノルアドレナリン)を投与して血圧を上昇させると低下した.さらにこの神経の活動は,呼吸を一時的に2030秒間停止させると増加し,自律神経節遮断薬(ヘキサメソニウム)を投与すると消失した.これらの特性はこれまでに報告されている交感神経活動の特性と一致することから,骨支配の交感神経活動を記録できた可能性が高い.今後,次の段階として組織学的手法(大腿骨への逆行性トレーサーの投与)により,この神経が交感神経であることを確定する.さらに同じ手法で骨支配の副交感神経の経路も同定し,その活動を記録して骨支配副交感神経の特性を明らかにする.その上で,物理的刺激がこれらの骨支配自律神経を介して骨量に及ぼす影響を健常及び骨粗鬆症ラットで解明する.平成27年度は「In vivoで骨支配自律神経を生理学的に同定する」という計画を立て,交感神経と副交感神経の両方を同定する予定で研究を進めた.これまでに,栄養血管に沿って大腿骨に向かう神経活動の記録に成功し,その活動特性を調べた結果,交感神経である可能性が高いことを明らかにすることができた.しかし,大腿骨に分布する副交感神経については,実体顕微鏡下で神経を捜したが見出せていない.平成27年度は,大腿骨を支配する交感神経の活動を記録することができた.先行研究において,薬理学的手法により,骨支配の交感神経活動は骨量を低下させ,副交感神経活動は骨量を増加させることが報告されている.平成28年度は,骨支配交感神経活動を記録し,体性感覚刺激の効果を調べることを試みたが,機械的な非侵害及び侵害刺激により,明瞭な反応は得られなかった.この理由としては,大腿骨支配の交感神経が体性感覚刺激にたいして反応性が低い可能性もあるが,記録条件の問題も考えられる.この交感神経は,深部を走行しており,周囲の組織から分離できる距離が非常に短いため,安定した記録状態を維持するのが難しい.安定した記録をできるようにするために多くの時間を費やしたが,難航した.このため,一度方針を転換し,骨粗鬆症モデルラットを用いて,大腿骨支配の自律神経の役割を,外科的手法で検討することにした.

まず,骨粗鬆症モデルラットを作製するため,麻酔下で45週齢の雌性ラットから両側の卵巣を摘出後,麻酔から覚醒させ,低カルシウム食で48週間飼育した.その結果,普通食を与えた対象群と比べ,低カルシウム食群では,大腿骨重量(乾燥重量)が約30%低下することを確認した.次にこの骨粗鬆症モデルラットにおいて,外科的な交感神経切除の影響を調べるため,骨粗鬆症モデルラットを作製する際に,卵巣摘出と同時に一側の大内臓神経(交感神経)を切除し,切除側と健側の大腿骨重量(乾燥重量)を比較した.まだ例数が少ない段階であるが,切除側と健側で明瞭な差は認められていない.平成28年度は,麻酔下のラットで大腿骨支配交感神経活動を記録し,体性感覚刺激の効果を調べることを試みた.しかし,大腿骨支配の交感神経は体内の非常に深いところを走行しており,また周囲の組織から分離できる距離も非常に短いため,安定した記録状態を維持するのが難しく,これに多くの時間を費やし難航した.骨粗鬆症の治療に寄与することを目指して,体性感覚刺激が骨支配の自律神経活動に及ぼす効果を調べることを目的とした.平成27年度には麻酔ラットを用いて大腿骨に分布する交感神経の自発性放電活動を記録することに成功した.しかし,骨に分布する神経束の枝は非常に短く,体性感覚刺激の効果を調べることは困難であったため,方針を転換し,骨粗鬆症モデルラットを作成し,自律神経切除の効果,及び体性感覚刺激の効果を調べることにした.平成28年度に卵巣除去による骨粗鬆症モデルラットを作成し,一側の大内臓神経(交感神経)切除の効果を調べたが,大腿骨重量への影響は認められなかった.この理由として,副腎髄質から分泌されるカテコールアミンが交感神経の代替として働いた可能性が考えられる.そこで,平成29年度は両側の大内臓神経を切除した骨粗鬆症モデルラットにおいて,トレッドミル運動(傾斜ー7°,1416m/min,1hr/day)が上腕骨と大腿骨に及ぼす影響を調べた.両側の大内臓神経切除により,大腿骨交感神経を除去するだけではなく,副腎髄質カテコールアミン分泌機能を低下させることができる.骨粗鬆症モデルラットを1神経無傷+非運動,2神経無傷+運動,3神経切除+非運動,4神経切除+運動の4群に分けた.セボフルラン麻酔下で手術を行い,両側の卵巣を除去し,大内臓神経を切除(あるいは偽切除)した.ラットが手術から回復するのを待ち,68週間のトレッドミル運動(あるいは非運動)を行った後,ペントバルビタールを過剰投与して安楽死させ,両側の上腕骨と大腿骨を摘出した.その結果,摘出した骨の湿重量・乾燥重量には,群間で明瞭な差は認められなかった.今後,摘出した骨のカルシウム含有量を測定する予定である.大腿骨支配の自律神経を除去するために,薬理的手法(神経毒の局所投与等)を試みたが,不確実であったため断念した.また覚醒状態でブラッシングや筋への低周波電気刺激を行うために,ラットを拘束する方法を検討した.なるべくストレスをかけないで拘束できるように,様々な装置の作成を試みた.しかし,ストレスの少ない状態で刺激を行うのは難しく,最終的にトレッドミル運動の効果を調べることにした.このように実験方法の検討に時間を費やしたため,進捗が遅れた.本研究は,物理的な刺激が骨支配の自律神経を介して骨量を増やす可能性を検討し,骨粗鬆症の予防・治療に寄与することを目的とした.平成27年度には麻酔下ラットで大腿骨支配の交感神経活動を記録することに成功した.この神経は動脈に沿って栄養孔から大腿骨に入る枝で,その活動の特性から交感神経血管収縮神経と考えられた.しかし,この枝は非常に短いため刺激も記録も難しく,慢性的に刺激をしたり,この神経活動への物理的刺激の効果を調べることを断念し,方針を変更した.