hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
熱エネルギー領域における^<12>C核生成断面積の測定

天体の中で、核融合反応によって水素に始まって次々と重い元素が合成される過程は、宇宙の元素の存在比や星の進化を考える上で極めて重要である。しかし、関与する原子核の運動エネルギーが熱エネルギー程度と大変に低いので、これらの核融合反応を実験室で直接に測定するのは容易ではない。一連の融合反応のうち、それより重い元素の存在量を左右すると言う意味で重要なのが、ヘリウム(質量数4)から出発する反応である。質量数5および8には安定な原子核が存在しないという事実から、これまで広く受け入れられてきたのが、ヘリウム原子核^4Heが多量に存在する高密度状態において、短寿命の^8Beがまず生成され、それが崩壊する前に^4Heが捕獲されて^<12>Cが作られるという筋書きである。(^4He+^4He→^8Be,^8Be+^4He→^<12>C^*(O^+_2,7.654MeV)→^<12>C+γ(e+e-))この反応を直接測定するのは、きわめて難しい。ところが、この筋書き以外に、3つの^4He核が一度に融合して^<12>C^*が生成される道筋も有り得る。化学ポテンシャルを用いた、エネルギー差だけに基づいた簡単な見積では、高温・高密度状態にある^4Heからは、後者の筋道に従った方が10倍程度多くの^<12>C^*を生み出すことがわかる。実際には^<12>C^*(O^+_2,7.654MeV)状態がどれだけ3つの^4He核からなる状態を含んでいるかによって、後者の反応が重要かどうかが決まる。本研究では、この^<12>C^*状態の核構造をさぐるため、崩壊過程崩^<12>C^*(O^+_2,7.654MeV)→^4He+^4He+^4Heが、競合する過程^<12>C^*(O^+_2,7.654MeV)→^8Be(O^+,g.s.)+^4Heとどのくらいの分岐比で起こるかを測定する。これまでに、3つの^4He核を同時に測定出来るような、きわめて効率の高い検出器系(個々の粒子の位置とエネルギーが高精度測定できるもの)の設計を、モンテカルロ・シミュレーションに基づいて行った。さらにその中心に位置する半導体位置検出器(16strip PSD,50mm×50mm)の性能テストを行った。
遺伝子発現の人為制御系の導入による膜リン脂質のDNA複製における役割の解明

1.リン脂質合成酵素遺伝子の発現誘導系の構築:[遺伝子の単離]:枯草菌のリン脂質合成にかかわる主要三酵素の遺伝子のうち,ホスファチジルセリンシンターゼ遺伝子(pss)はクローン化を済ませた。ホスファチジルグリセロリン酸シンターゼ遺伝子は大腸菌の同酵素遺伝子欠損突然変異を相補するクローンを分離したが,これは酸性リン脂質含量の回復を示さず,gene dosage効果等により酸性リン脂質欠損障害を克服する未知の因子の遺伝子を単離したものと思われる。更に相同遺伝子プローブによる単離を検討中である。[発現制御系の構築]発現誘導系は大腸菌を宿主とする系のみを構築した。即ちlacプロモーター下流に枯草菌のpss遺伝子を組込み,膜フォスファチジルエタノールアミン含量の人為的昂進を可能とする系を構築した。2.大腸菌リン脂質合成欠損突然変異の導入によるdnaA突然変異体の温度感受性の変化:本研究計画は枯草菌を主として大腸菌を従とするものであったが,標記現象を見いだした為,大腸菌を主な材料として検討することとし,以下の成果を得た。dnaA177突然変異株の温度感受性は,酸性リン脂質含量を著しく低下させるホスファチジルグリセロリン酸シンターゼ欠損突然変異pgsA3の導入により緩和され,逆にホスファチジルエタノールアミン含量が低下し酸性リン脂質レベルが上昇するホスファチジルセリンシンターゼの温度感受性変異pssA1の導入により著しく高まった。また野生型pgsA遺伝子を持つプラスミドの導入により,酸性リン脂質レベルを上昇させた場合も温度感受性を増大させた。oriCプラスミドpSY317は,pssA1dnaA二重変異株では著しく不安定となり,細胞が示した温度感受性の変化は,DNA複製開始過程の現象を反映するものであることを示唆していると考えられる。これらの結果は,in vivoで実際に,膜中の酸性リン脂質レベルがDNA複製開始機構に関与していることを初めて示唆したものである。
高齢者施設におけるケアスタッフの夜勤帯の連続する排泄介助に伴う腰痛に関する研究

<目的>昨年度は,高齢者モデル4人を連続しておむつ交換した結果,人数を重ねるごとに腰部前傾角度が減少し,所要時間が増加する変化が腰痛歴のある1名にみられた.今年度は,夜勤帯の連続したおむつ交換として10人を想定し,4人連続との違いについて検討した.<研究方法>1.対象:被験者は,研究協力の得られた高齢者のおむつ交換に熟練し,腰痛歴のある看護師.高齢者モデルは,研究に同意し寝たきりランクC2を想定した看護学生.2.方法:被験者は,通常用いる作業姿勢で高齢者モデルを10回連続しておむつ交換した.腰部前傾角度は,光ベルコム製関節角度測定センサー(DIANGLE)を用いて測定した.体幹前傾・膝屈曲角度は,デジタルビデオカメラを用いて撮影し,動作解析ソフト(Bless Pro)で解析した.主観的な反応として,1回ごとに負担の有無・部位・内容などを確認した.<結果>1.腰部前傾角度は,67.6度から62.5度と4人目までは平均角度が減少した.しかし徐々に増加して6人目68.4度をピークに再び減少し,8-10人目に約65度を維持した.2.体幹前傾角度は,53度から64.9度へとゆるやかに増加した.同様に膝屈曲角度も148度から168.2度へとゆるやかに増加した.3.主観的な反応として,1人目から腰部の痛み,4・5人目から背中に広がる痛み,8人目以降には下肢後面の痛みがみられた.その反面,「背中を伸ばせば楽になる」とし,終了後には,「腰は痛いけどまだやれる.座ったら楽になる」と述べた.<考察>今回を通じて,連続4人目以降10人目までのおむつ交換は,回数を重ねるごとに身体を起こし再び前傾姿勢を保つこと,また,膝関節や下腿の筋群に力を入れて腰部負担を軽減していると考えた.そのため,角度だけでなく,筋電図等の指標と一緒に捉える必要性が示唆された.<目的>高齢者施設におけるケアスタッフの夜勤帯の連続する排泄介助に伴う腰部負担を明らかにするため,本年度は実験室において1人で4人連続して行うおむつ交換時の腰部前傾角度と所要時間を測定し,連続回数と腰部負担との関連を検討した.<研究方法>1.対象:被験者は,研究協力の得られた高齢者のおむつ交換に熟練する看護師2名と介護福祉士2名(女性,年齢31.3±2.6歳,身長163.0±2.Ocm,体重52.1±2.Okg).腰痛歴のある看護師2名のうち1名は腰痛ベルトを使用.高齢者モデルは,研究協力が得られ,寝たきりランクC2(一日中ベッド上で過ごし、自力で寝返りもうたない)を想定した看護学生7名(身長157.0±7.2cm,体重49.1±7.4kg).2.方法:被験者は,高さ50cmのベッドにおいて,通常用いる作業姿勢で高齢者モデル4人を連続しておむつ交換した.被験者の腰部に光ベルコム製関節角度測定センサー(DIANGLE)を装着して前傾角度を測定し,おむつ交換時の各動作や所要時間はデジタルビデオカメラを用いて撮影した.終了後,被験者に腰痛の有無や程度など主観的な反応を確認した.<結果>1.4人連続するおむつ交換の所要時間は約9-16分であり,腰痛歴のない2名と腰痛ベルト使用した1名は一人あたりの所要時間が約3分とほぼ変わらないのに対し,腰痛歴のある1名は,1人目は約3分,4人目には4分と回数を重ねるごとに所要時間を多く要した.2.各動作に伴う平均角度は,腰痛歴のない2名と腰痛ベルト使用した1名は一人あたりのおむつ交換において約10度の幅でゆるやかに変化し,回数を重ねてもほぼ変わらないのに対し,腰痛歴のある1名は約30度の幅で変化し,回数を重ねごとに各動作の平均角度が約5度ずつ減少した.主観的な反応では,2人目までは「腰がだるい感じ」と共通し,3・4人目と人数を重ねるにつれて腰痛歴のある2名に強い腰部負担がみられた.<考察>4人連続するおむつ交換時の前傾角度と所要時間は,腰痛ベルト使用や腰痛歴のない場合と腰痛歴のある場合に違いがみられた.今後はより多様な状況の臨床場面を検討したいと考える.<目的>昨年度は,高齢者モデル4人を連続しておむつ交換した結果,人数を重ねるごとに腰部前傾角度が減少し,所要時間が増加する変化が腰痛歴のある1名にみられた.今年度は,夜勤帯の連続したおむつ交換として10人を想定し,4人連続との違いについて検討した.<研究方法>1.対象:被験者は,研究協力の得られた高齢者のおむつ交換に熟練し,腰痛歴のある看護師.高齢者モデルは,研究に同意し寝たきりランクC2を想定した看護学生.2.方法:被験者は,通常用いる作業姿勢で高齢者モデルを10回連続しておむつ交換した.腰部前傾角度は,光ベルコム製関節角度測定センサー(DIANGLE)を用いて測定した.体幹前傾・膝屈曲角度は,デジタルビデオカメラを用いて撮影し,動作解析ソフト(Bless Pro)で解析した.主観的な反応として,1回ごとに負担の有無・部位・内容などを確認した.<結果

>1.腰部前傾角度は,67.6度から62.5度と4人目までは平均角度が減少した.しかし徐々に増加して6人目68.4度をピークに再び減少し,8-10人目に約65度を維持した.2.体幹前傾角度は,53度から64.9度へとゆるやかに増加した.同様に膝屈曲角度も148度から168.2度へとゆるやかに増加した.3.主観的な反応として,1人目から腰部の痛み,4・5人目から背中に広がる痛み,8人目以降には下肢後面の痛みがみられた.その反面,「背中を伸ばせば楽になる」とし,終了後には,「腰は痛いけどまだやれる.座ったら楽になる」と述べた.<考察>今回を通じて,連続4人目以降10人目までのおむつ交換は,回数を重ねるごとに身体を起こし再び前傾姿勢を保つこと,また,膝関節や下腿の筋群に力を入れて腰部負担を軽減していると考えた.そのため,角度だけでなく,筋電図等の指標と一緒に捉える必要性が示唆された.
放射線誘導型の内因性ワクチン効果と癌由来cfNA・mtDNAに関する研究

腫瘍免疫解析の進歩により、放射線治療に伴う抗腫瘍免疫応答が誘導されていることを示す報告は増加した。北里大学病院では、高線量となる組織内照射により、外科的完全切除が困難とされる超ハイリスク前立腺癌症例においても優れた制癌効果を確認している。この効果は、高線量率の放射線治療による抗腫瘍免疫応答が誘導されていると推測された。申請者らはこれまで、当院で放射線治療を実施した前立腺癌患者での活性化T細胞の増加など治療に伴う免疫系細胞の動態変化を確認し、放射線治療によって誘導され得る内因性ワクチン効果の可能性を推測してきた。しかしながら、これらの抗腫瘍免疫応答の詳細な誘導メカニズムは明らかになっておらず、申請者らは放射線治療を実施した患者で観察されたT細胞活性化の機序には樹状細胞の活性化が鍵であると考え、放射線照射が誘導した細胞死で放出されたcell-free nucleicacid(cfNA)やミトコンドリアDNA(mtDNA)が内因性のdangersignalまたはアジュバントとして抗原提示細胞がもつToll様受容体を介し、T細胞活性化を惹起している可能性を予測した。当該研究は放射線治療によるT細胞活性化の機序解明を目的として、放射線治療によるcfNAやmtDNAの血漿中量やT細胞活性化との関連性について検討した。その結果、治療によるcfNA量の変化が認められる患者はいるものの、T細胞活性化との関連性については明確化されなかった。また、酸化修飾されたcfNAの検出については、現在も検討を続けている。ここまで、内部照射を実施した症例数の蓄積は順調に推移していたが、外部照射を実施した症例数も蓄積を重ねたため、外部照射と内部照射の比較が可能となり解析を進めている。治療による免疫動態の変化については、T細胞活性化だけでなくNK細胞サブセットの増加が認められるなど新たな知見も得られた。腫瘍免疫解析の進歩により、放射線治療に伴う抗腫瘍免疫応答誘導の可能性が近年報告されてきている。申請者らのこれまでの検討においても、通常診療にて放射線治療を実施した前立腺癌患者での活性化T細胞の経時的な上昇が確認されており、放射線治療によって誘導される内因性ワクチン効果の存在を示唆している。しかしながら、これまでの先行研究におけるT細胞活性化の誘導機序の詳細は未だに明らかではない。そこで本研究は、放射線治療によるT細胞活性化の機序解明を目的として、放射線治療によって誘導放出されたcell-free nucleicacid(cfNA)やミトコンドリアDNAが樹状細胞を活性化させ得るのか検証することとした。まず、放射線治療を実施した前立腺癌患者末梢血を用いてT細胞活性化に関与する樹状細胞サブセットの動態について解析を行った。ヒトのミエロイド系樹状細胞は大きくCD1c陽性のBDCA-1とCD141陽性のBDCA-3サブセットに分けられる。特にBDCA-3は細胞傷害性T細胞の誘導に関与すると言われている。解析の結果、ヨウ素125永久挿入密封小線源療法(LDR)を実施した患者で、BDCA-1サブセットは治療に伴い大きな変化は認められないものの、BDCA-3サブセットは治療開始後150日まで一旦減少する傾向であったが、それ以降再び上昇してくる傾向を認めた。活性化T細胞の動態は治療に伴い徐々に上昇しており、この上昇とBDCA-3の変化の関与が示唆された。現在、これらの患者血漿中のcfNAについて解析を実施している。これまでの解析で前立腺癌患者ではcfNAが高値に検出されるようだが、治療法の違いによってもcfNA値が異なる可能性を示唆している予備的な結果も得られている。放射線治療を実施した前立腺癌患者末梢血より治療前後の樹状細胞サブセットBDCA-1, BDCA-3の解析を実施し順調に進行している。また、血漿も同時に分離し、保存していたものも含めて順次cell-freenucleicacid(cfNA)を測定しており、これらの解析に関しては概ね順調に進展していると思われる。当初平成28年度に計画していた酸化修飾された循環8-Oxyguanine含ミトコンドリアDNAのドットプロット解析については、実験系を確立してる途中にあり、こちらの方は当初より若干遅れている。放射線治療技術は、治療機器の進歩はもちろんコンピューターソフトの開発が進んだこともあり、格段に向上している。そのため我々の病院施設では、外科的完全切除が困難とされる超ハイリスク前立腺癌症例においても、イリジウム192高線量率組織内照射やヨウ素125永久挿入密封小線源療法などの組織内照射で優れた治療効果を確認している。悪性腫瘍に対する放射線治療効果は、直接的な殺細胞効果はもちろんであるが、放射線治療が施されなかった転移巣が縮小する現象が確認されるなど、何かしらの免疫応答の誘導が惹起されていることが想起される。そこで我々は、これまでにヨウ素125永久挿入密封小線源療法を実施した前立腺癌患者から末梢血を採取し、末梢血中の白血球サブセット動態を経時的にフローサイトメーターを用いて解析してきた。その結果、治療後の活性化T細胞の有意な上昇だけでなく、それに反して骨髄由来免疫抑制細胞の減少、活性化T細胞/制御性T細胞比の増大が認められることなどを新たに明らかにした。放射線治療誘導型の抗腫瘍免疫応答の詳細は不明であるが、免疫応答の惹起には放射線治療に伴って腫瘍細胞から血漿中に放出されるcell-free nucleicacid(cfNA)がdanger signalあるいはアジュバントとして関与していると考え、末梢血採取時に保存してある血漿を用いてcfNA濃度も併せて経時的に測定した。

現時点で、活性化T細胞の動態とcfNA濃度に明らかな相関関係を認めていないが、治療に伴う増減を観察している。今後も引き続き患者末梢血の白血球サブセット動態を解析すると共に、cfNA濃度測定とROSによる酸化修飾された循環8-Oxyguanine含ミトコンドリアDNAについても解析を行う予定である。本研究に同意して研究参加いただいた全体の症例数は概ね順調ではあるが、治療法別の比較に関しては症例数に偏りが認められる。この理由は、本臨床研究はランダマイズされたものではなく、治療法の選択は患者と治療に携わる医師によって治療方針が選択されるためである。しかしながら、今年度も新たに17名の新規患者が登録されており計画は進展している。また、研究計画の進捗状況に関しては、末梢血の白血球サブセットの動態解析とcfNA濃度測定は概ね順調に進んでいるが、ROSによる酸化修飾された循環8-Oxyguanine含ミトコンドリアDNAの解析と樹状細胞活性化の検討については実験系の立ち上げが若干順調に進展しなかったため、この点について少し遅れ気味と考えている。腫瘍免疫解析の進歩により、放射線治療に伴う抗腫瘍免疫応答が誘導されていることを示す報告は増加した。北里大学病院では、高線量となる組織内照射により、外科的完全切除が困難とされる超ハイリスク前立腺癌症例においても優れた制癌効果を確認している。この効果は、高線量率の放射線治療による抗腫瘍免疫応答が誘導されていると推測された。申請者らはこれまで、当院で放射線治療を実施した前立腺癌患者での活性化T細胞の増加など治療に伴う免疫系細胞の動態変化を確認し、放射線治療によって誘導され得る内因性ワクチン効果の可能性を推測してきた。しかしながら、これらの抗腫瘍免疫応答の詳細な誘導メカニズムは明らかになっておらず、申請者らは放射線治療を実施した患者で観察されたT細胞活性化の機序には樹状細胞の活性化が鍵であると考え、放射線照射が誘導した細胞死で放出されたcell-free nucleicacid(cfNA)やミトコンドリアDNA(mtDNA)が内因性のdangersignalまたはアジュバントとして抗原提示細胞がもつToll様受容体を介し、T細胞活性化を惹起している可能性を予測した。当該研究は放射線治療によるT細胞活性化の機序解明を目的として、放射線治療によるcfNAやmtDNAの血漿中量やT細胞活性化との関連性について検討した。その結果、治療によるcfNA量の変化が認められる患者はいるものの、T細胞活性化との関連性については明確化されなかった。また、酸化修飾されたcfNAの検出については、現在も検討を続けている。ここまで、内部照射を実施した症例数の蓄積は順調に推移していたが、外部照射を実施した症例数も蓄積を重ねたため、外部照射と内部照射の比較が可能となり解析を進めている。治療による免疫動態の変化については、T細胞活性化だけでなくNK細胞サブセットの増加が認められるなど新たな知見も得られた。平成28年度計画の継続遂行ならびに治療後のcell-free nucleic
小学校体育科教育における投力向上の教材開発

本研究は、小学校4年生に対して投能力改善のための学習プログラムを実践し、学習前後の遠投距離の比較、動作分析、感想文のテキストマイニングからその有効性をみた。その結果、以下のことが明らかになった。1)遠投距離において、学習前後の有意差が見られた。これは、学習プログラムの実践から運動感覚を身に付けることで遠投距離を伸ばすことが可能であることが明らかになった。2)初速度と遠投距離の相関は、男女とも初速度水準が高いほど遠投距離も高いという結果が得られた。3)テキストマイニングからは、段階的な学習課題を提示し動きの習得が伴えば、児童の自己効力感を生み達成を予見できることにつながると予測できた。平成25年度に実施した研究は、調査協力校における投力向上に関する授業実践を基に、「小学生の投力向上を意図した体つくり運動の実践的研究」を試み、学会発表および研究論文を執筆した。具体的内容は、投力向上の運動内容について調査協力校の教員と検討を重ね、投力向上の運動プログラム(以下、プログラム)を開発した。このプログラムをマラソン授業後の20分間に取り入れ、同校が課題としてきた投力向上を試みた。プログラムは全6回の授業に組み込み、ボールを投げる運動を多様な動きづくりとした学習を行い、そこから派生する投動作の効果を指導前後の動作分析とそれに対する児童個々の感想文のテキストマイニングから、児童の思いを定量的に見いだし、効果的な体つくり運動の基盤づくりに活かすことを目的とした。研究の意義は、学習指導要領に示された全学年実施の体つくり運動の必要性を見いだすために、投動作や児童の思いの変容を数値的に追究し、体つくり運動の効果を提示できたことにある。これらは、ベースボール型の授業づくりや基礎的な投げ方の学習に活用できると推測されるため、さらに活用しやすいプログラム内容の検証が必要である。研究の考察として、動作分析では投距離については指導前後の有意差が見られ、投動作に関する体重移動やリリースポイントを含む投げる運動を繰り返すことで投距離が伸びることが判明した。テキストマイニング分析からは、難しさを感じる投げ方においても段階的な技能の習得に楽しさや嬉しさを感じていることが判明した。これらの結果から、投動作を本格的に学習することも大切であるが、中学年においては短時間でも主運動前などに投げる運動を含む遊びや基礎運動を取り入れ、それらの回数をなるべく多くする試みを今後の年間学習計画に繰り込み、様々な運動のカリキュラムを展開していく際に考慮しても良いのではないかと思われる。研究の全体構想として、小学生の体育授業に投力向上を意図した多様な動きづくりを実践し、映像合成分析・感想文の分析・投力測定結果をもとに投力向上に結びつく段階的な体つくり運動の教材を開発する。授業実践およびデータ収集の具体的内容は、調査協力校(T大学附属小学校)において投力向上を意図した体育授業を実践し、基礎データを収集した。対象は、小学校第3学年(男子22名、女子32名、計54名)、第4学年(男子14名、女子23名、計37名)とした。体育授業は、第3学年12回、第4学年8回実施し、小学校学習指導要領解説体育編を基にした多様な動きをつくる運動内容を取り入れた。授業実践は、持久走の授業後に15分間、投力向上を意図した運動内容を教具などを用いて実践した。投力測定は、新体力テストの測定方法(文部科学省)に準じてソフトボール投げを実施した。映像データは、ビデオカメラ(VICTOR社製;GZ-MG980-S,三脚使用;Velbon社製使用)を用いて、直径2mの円内でソフトボール(1号級)を投げる動作を円から4m離れた箇所から側面撮影した。投力測定時(初回・最終回の2回)に映像データを収集した。また、感想文は毎回の授業直後に「ボール投げをやって気がついたこと」などについて、自由記述文(50字程度)をデータ用紙に記入させ回収した。このように、平成24年度は体育授業の実践、投力測定、映像データ収集、感想文データの収集などを確実なデータとして保存し、分析準備を万全に整えた。研究実践の意義、重要性は、持久走の授業後の時間を有効活用するために、同小学校で課題とされている投力向上を意図した運動を授業に取り入れた。結果として、投力が向上した児童が増加したので、25年度以降は数値的に検証し、測定記録の変化までの一貫した基礎研究の基盤を確立できれば非常に特色のある研究になると思われる。本研究は、投能力向上を意図した動きづくりを実践し、遠投距離、動作分析、自由記述の検証をもとに学習プログラムを開発し、投能力向上の実現に大きく寄与することを目的とした。学習プログラムは、S市小学校第3学年および第5学年において予備調査を行うとともに、先行研究の技術的手法を考慮し、学習プログラムの信頼性を高めた。

学習プログラムの試技内容は、1.肩、肘、手首の一連の動作と上体のひねりを加えた投げ方、2.体重移動および投射角度を意識した投げ方、3.ステップを加えた投げ方とした。これらの学習プログラムを同市小学校第4学年に3ヶ月間に3回(45分/1回)実施し、有効性を検証した。遠投距離の測定結果を、学習前後の平均値の差を統計的に分析した結果、男女とも1%水準で有意な差が認められた。これは、学習プログラムを実践する過程で動作感覚が身に付き、有効に作用したものと考えられる。結果、投動作習得の初期段階では肩、肘、手首の動かし方、体重移動やステップ法の学習に中心をおくことで遠投距離が伸びる可能性があると考えられた。動作分析では、遠投距離と初速度との関係が強いことが確認され、遠投距離の数値が高くなるほど、初速度の数値も向上するという結果を得られた。すなわち初速度を高めるための学習に効果があったことが明らかになった。しかし、遠投距離に相関が高い他の2要因(投射高、投射角度)については、相関が見られなかった。感想文のテキストマイニングからは、段階的な学習課題を提示し動きの習得が伴えば、児童の自己効力感を生み達成を予見できることにつながると予測できた。本研究で用いた学習プログラムは、改善の余地があるものの、全体的には遠投距離を向上させるのに有効であることが明らかになった。本研究の知見は、こうした客観性の高い研究への重要な手がかりになると考えられる。尚、学習プログラムはデジタル化し配布準備を整えた。保健体育科教育学研究の成果を2学会で口頭発表した。第一に、「小学生の投力向上を意図した投げる運動の実践的研究ー第4学年の児童を対象としてー(日本教科教育学会開催:岡山大学)について、第二に、「小学生の投力向上を意図した体つくり運動の実践的研究(日本体育学会開催:立命館大学)について発表した。また、研究論文では、「小学生の投力向上を意図した体つくり運動の実践的研究」を執筆した(常葉大学教育学部研究紀要)。さらに、投力向上のプログラム開発を基に、「投能力を高めるデジタル体育教材」の開発を済ませ(2本目)、静岡県の小・中学校に配布した。なお、教員および児童生徒に対し、操作性・学習内容・学習理解などについてアンケートを求めた。これらのアンケート結果を基に、より、投力向上の体育学習に活用しやすいデジタル教材の開発を試み、全国に発信する計画である。前述の研究実績の概要に示したように、小学生の体育授業に投力向上を意図した多様な動きづくりを実践し、映像合成分析・感想文の分析・投力測定結果から投力向上に結びつく段階的な体つくり運動の教材を開発することにある。そのために、以下の3点を計画的に実践してきた。I.体つくり運動に投力・捕球力向上を意図した多様な動きづくりを実践するとともに、指導前後の投動作の撮影データを取得した。現在、児童の投動作を分析中である。II.指導後において、児童の意見感想文のテキストデータを収集した。現在、収集データをもとに、児童の思いをテキストマイニング分析中である。III.I、IIの成果を踏まえた投力・捕球力を向上させるための体育教材を作成し、小学校現場で利用しやすいようにデジタルイラストや教材用の動画を作成中である。
スキル偏向的技術進歩の労働市場への影響と都市システムの関係性についての理論研究

人工知能のような汎用技術が都市システムに与える影響を解析的に分析するためのモデルを構築し、理論的な分析を進めた。汎用技術が持つ様々な影響の中でも、先行研究で十分に分析されていない市場アクセスの視点に着目し、技術進歩が外生的に与えられるベンチマークと研究開発と都市・企業の技術導入が相互依存関係を持つ内生的な技術進歩の拡張モデルのそれぞれのケースにおいて、経済活動の空間分布と技術進歩・選択の相互依存関係を明らかにし、人口の都市間分布や都市間の所得格差等や汎用技術の発展の可能性と限界についての含意を整理した。先行研究とは全く異なるメカニズムにより先行研究が示すような都市の成長と衰退のダイナミクスが生じることを示した一方で、その含意・解釈は先行研究と大きく異なることも明らかにした。汎用技術の進歩についての空間経済学的な分析が十分に蓄積されていない中で、先行研究を補完する新しい視点を提供している点で本研究の意義がある。加えて、多数の都市や都市間人口移動と技術進歩・選択の相互作用といった複雑な設定にも関わらず解析的に扱えるモデルを開発した点においても本研究は当該分野に貢献していると言える。これらの分析と並行して、学会とセミナーで発表を行っている。その過程で得た討論者からの有益なコメントを基にモデルの開発及び分析内容を改善している。また、研究成果を論文に整理し、国際学術誌(総合誌)に投稿した。分析のためのモデルの開発とその解析に想定以上の時間を要したことが遅延の理由である。研究目的の通り解析的に分析を行うことができるモデルの開発が完了したが、そのために様々なモデルの定式化を検討しており、想定以上に時間を要することとなった。加えて、学会討論者や学術雑誌査読者のコメントを反映するために、当初想定していた以上の解析作業を行うこととなった。今後の研究は2つの内容を進めていく。一つは、平成30年度に実施した研究成果を国際学術誌に投稿するための作業である。現在、総合誌に投稿を完了しており、今後審査への対応を進める。もう一つは、平成30年度に開発したベンチマークモデルをより現実に適する形で拡張したモデルの開発と分析を行うことである。具体的には、労働者・企業といった経済主体の異質性を明示的に考慮したモデルを開発する。汎用技術が持つ様々な影響の中でも、先行研究で十分に分析されていない消費サイドのメカニズムに着目し、技術進歩が外生的に与えられるベンチマークモデルと研究開発と都市・企業の技術導入が相互依存関係を持つ内生的な技術進歩の拡張モデルを構築した。その上で、外生的な技術進歩のモデルを使って、事実解明的分析と規範的分析を行った。事実解明的分析では、技術進歩率と輸送費の水準に依存して複数均衡が生じるなど、市場均衡の性質が変化することが示された。規範的分析では、技術進歩率と輸送費の水準に依存して、市場均衡が効率的である場合とそうでない場合の両方が存在することを示し、汎用技術の黎明期における不確実性と期待の役割を都市の盛衰や経済成長に関連付ける形で整理した。先行研究では生産サイドに着目した分析が中心であること、また、都市経済学の文脈では消費サイドの視点の重要性が指摘されていることから、本研究は先行研究を都市経済学的に重要な形で補完するものであると言える。加えて、解析的に分析できる新しい空間経済モデルを提示している点も本研究の意義である。研究テーマの性質上、モデルが複雑になる傾向があり、問題の本質的要素を特定していかに必要最小限のモデルを構築するかの試行錯誤が必要になるが、この点において非常に時間を要した。具体的には、扱う対象が人工知能(汎用技術)であり社会経済に多面的な影響をもたらすことから、それをモデルの中でどのように表現するか、何を扱い、何を捨象するかで様々なモデルを構築して計算することになり、当初の予定よりもベンチマークモデルの構築に時間を要したことが原因である。

研究目的の通り解析的に分析を行うことができるモデルの開発が完了したが、そのために様々なモデルの定式化を検討しており、想定以上に時間を要することとなった。加えて、学会討論者や学術雑誌査読者のコメントを反映するために、当初想定していた以上の解析作業を行うこととなった。技術進歩が内生的である場合について事実解明的分析及び規範的分析を行い、技術進歩が外生的である場合との比較を行う。これらの分析が完了し次第、論文を執筆し国際雑誌に投稿する。また、上記の分析と並行する形で、数量的・実証的な動学的一般均衡モデルの開発と分析を行う。今後の研究は2つの内容を進めていく。一つは、平成30年度に実施した研究成果を国際学術誌に投稿するための作業である。現在、総合誌に投稿を完了しており、今後審査への対応を進める。もう一つは、平成30年度に開発したベンチマークモデルをより現実に適する形で拡張したモデルの開発と分析を行うことである。具体的には、労働者・企業といった経済主体の異質性を明示的に考慮したモデルを開発する。モデル開発に時間を要し分析が予定よりも遅れた結果、国内外の学会・ワークショップ等での研究報告を行うことができなかったこと、論文投稿ができなかったこと(英文校正料や投稿料が発生しなかったこと)が次年度使用額が生じた理由である。次年度における研究報告や論文投稿のために使用する予定である。分析のためのモデルの開発が当初の予定よりも遅れたため、当初予定していた学会発表を行うことができなかったことが原因である。次年度においては、残されたプロジェクトの実施のための研究費、学会発表のための旅費として使用することを計画している。
神経細胞におけるイノシトール五リン酸・六リン酸の生理的役割:単一細胞での解析

神経伝達物質放出機構におけるInsP5・InsP6の生理的役割を明らかにするため、副賢髄質クロマフィン細胞用い以下のような研究成果を得た。ジギトニン透過クロマフィン細胞においてカルシウム刺激に伴い細胞質中に[3H]InsP5・InsP6が遊離した。その時間経過は刺激後15秒をピークとし1分後には元に戻るという急速なもので、カテコラミン(CA)分泌反応に先だって起こる現象であった。さらに、この反応はカルシウム刺激によりシナプトタグミンC2Bドメインに結合していた[3H]InsP5・InsP6が、遊離したものであり、シナプトタグミンのC2Aドメインの抗体処理により、完全に抑制された。これらの結果は、イノシトール多リン酸がシナプトタグミンのC2Bドメインに結合することによりカテコラミンの分泌を抑制的に制御している可能性を強く支持するものである。InsP5・InsP6の開口分泌における役割を無傷単一細胞で明らかにするため、単一細胞からのCA分泌を微小炭素繊維電極を用い電気化学的に測定する実験系をセットアップした。細胞内にInsP6を細胞内微量注入するとニコチンによるスパイク出現が著明に抑制されたが、InsP6と同様のイオン極性とホスファターゼ抑制作用をもつイノシトール六硫酸には有意な作用はなかった。この結果は、無傷の細胞においてInsP5・InsP6がCA分泌を上記の様な機構で抑制的に制御していることを強く支持している(論文投稿中)。さらに、スパイク形状の分類およびスパイクの立ち上がりの速度や高さ等を解析し、開口放出の様式やカイネテイクスに及ぼすInsP6の作用について検討した。InsP6の細胞内微量注入によりスパイクの立ち上がり速度が増加する傾向が認められ、開口分泌速度を遅延させる可能性が示唆された(論文投稿準備中)神経伝達物質放出機構におけるInsP5・InsP6の生理的役割を明らかにするため、副賢髄質クロマフィン細胞用い以下のような研究成果を得た。InsP6の細胞内微量注入によりスパイクの立ち上がり速度が増加する傾向が認められ、開口分泌速度を遅延させる可能性が示唆された(論文投稿準備中)申請者は無傷培養牛副腎髄質クロマフィン細胞において、従来、受容体刺激等で生成が変動しないと考えられていたイノシトール五リン酸(InsP_5)、イノシトール六リン酸(InsP_6)が、各種刺激に伴い急速に生成される事を発見したが、それらの生成経路や生理的意義は不明であった。最近、申請者らは、ジギトニン透過培養クロマフィン細胞において、InsP_5・InsP_6などのイノシトール多リン酸がシナプトタグミンのC2-Bドメインに結合することにより分泌顆粒とシナプス前膜の結合を抑制し、神経伝達物質の分泌を抑制的に制御している可能性を示唆した。本研究課題では、無傷の単一細胞においてInsP_5・InsP_6の開口分泌における役割を明らかにするため、InsP_5・InsP_6を細胞内にマイクロインジェクションする実験系を確立した。更に、単一細胞からのカテコラミン分泌は、微小炭素繊維電極を用い電気化学的に検出測定する手法を取り入れ安定した実験結果の得られる新たな測定系を確立した。細胞内にInsP_6をマイクロインジェクションするとカテコラミン分泌は著明に抑制されたが、InsP_6と同様のイオン極性とホスファターゼ抑制作用をもつイノシトール六硫酸には有意な作用はなかった。以上の結果は、無傷の細胞においてシナプトタグミンのC2Bドメインに結合しているInsP_5・InsP_6がカテコラミン分泌を抑制的に制御しており、Ca^<2+>流入によって抑制的制御が解除され、カテコラミン分泌が進行することを示するものでる。申請者は無傷培養牛副腎

髄質クロマフィン細胞において、従来、受容体刺激等で生成が変動しないと考えられていたイノシトール五リン酸(InsP_5)、イノシトール六リン酸(InsP_6)が、各種刺激に伴い急速に生成される事を発見したが、それらの生成経路や生理的意義は不明であった。最近、申請者らは、ジギトニン透過培養クロマフィン細胞において、InsP_5・InsP_6などのイノシトール多リン酸がシナプトタグミンのC2-Bドメインに結合することにより分泌顆粒とシナプス前膜の結合を抑制し、神経伝達物質の分泌を抑制的に制御している可能性を示唆した。本研究課題では、無傷の単一細胞においてInsP_5・InsP_6の開口分泌における役割を明らかにするため、InsP_5・InsP_6等を細胞内にマイクロインジェクションし、単一細胞からのカテコラミン分泌を微小炭素繊維電極を用い電気化学的に測定測定する実験系をセットアップした。本実験系では一つの分泌顆粒の開口放出過程が一つのスパイクとして検知される。細胞内にInsP_6をマイクロインジェクションするとニコチンによるスパイク出現が著明に抑制されたが、InsP_6と同様のイオン極性とホスファターゼ抑制作用をもつイノシトール六硫酸には有意な作用はなかった。この結果は、無傷の細胞においてInsP_5・InsP_6がカテコラミン分泌を上記の様な機構で抑制的に制御していることを示唆している(論文投稿中)。更に、スパイク形状の分類およびスパイクの立ち上がりの速度や高さ等を解析し、開口放出の様式やカイネチクスに及ぼす各種イノシトールリン酸の作用についても検討中である。
蒸気前駆物質を用いた蛍光ナノ粒子の気相燃焼合成と粒子サイズ制御に関する研究

本研究では,蒸気前駆物質を利用した蛍光ナノ粒子の気相燃焼合成法において,合成された粒子の形状特性及び蛍光発光特性について検討を加えた.また,噴霧液滴前駆物質を利用した気相燃焼合成法についても実施した.測定・分析ではTEM,・SEM観察,XRD分析及び蛍光分光計測を実施した.結果,蒸気前駆物質を利用した際には,粒子サイズは前駆物質蒸気分圧,合成火炎温度及び合成燃焼場圧力の各条件に依存するが,蛍光発光強度は合成火炎温度のみに依存することが分かり,この発光の依存性は合成火炎温度の違いによる結晶構造の変化に起因していることが明らかとなった.また,噴霧液滴前駆物質を利用した際には,ナノ粒子のサイズは噴霧液滴径と濃度にのみ強く依存することが明らかとなった.本研究では,蒸気前駆物質を利用した蛍光ナノ粒子の気相燃焼合成法において,合成された粒子の形状特性及び蛍光発光特性について検討を加えた.また,噴霧液滴前駆物質を利用した気相燃焼合成法についても実施した.測定・分析ではTEM,・SEM観察,XRD分析及び蛍光分光計測を実施した.結果,蒸気前駆物質を利用した際には,粒子サイズは前駆物質蒸気分圧,合成火炎温度及び合成燃焼場圧力の各条件に依存するが,蛍光発光強度は合成火炎温度のみに依存することが分かり,この発光の依存性は合成火炎温度の違いによる結晶構造の変化に起因していることが明らかとなった.また,噴霧液滴前駆物質を利用した際には,ナノ粒子のサイズは噴霧液滴径と濃度にのみ強く依存することが明らかとなった.本研究では、蒸気前駆物質を用いた気相燃焼合成法により蛍光発光特性を有するナノ粒子を合成し、その粒子サイズ制御法について検討を行った。本年度は研究実施の初年度に該当し、合成手法の確立と粒子サイズ制御法の模索に重点を置いて研究を実施した。合成試験は、昨年度の若手研究(スタートアップ)にて作成した装置を利用した。合成する粒子は、近赤外励起・可視蛍光の特徴を持つY_2O_3 : Yb, Erとし、前駆物質にはY(C_<11>H_<19>O_2)_3、Yb(C_<11>H_<19>O_2)_3、Er(C_<11>H_<19>O_2)_3の混合蒸気を使用した。気相燃焼には、メタン・酸素同軸二重円管拡散火炎を用い、燃料のメタンを窒素希釈することで燃焼温度を24003000Kの範囲で制御した。合成された粒子に対しては、TEMによる形状観察、XRDによる結晶構造分析、半導体レーザ(波長: 980nm)励起による蛍光分光測定を行った。結果として、前駆物質蒸気濃度が低いと、合成される粒子のサイズは小さくなり、また、燃焼温度が低い場合にも粒子サイズは小さくなることが明らかとなった。さらに、前駆物質蒸気濃度・燃焼温度と粒子サイズの関係について系統的に整理し、これら2つの合成条件による粒子サイズの制御法を確立した。また、合成容器全体を減圧する機構を組み込み、合成場(燃焼場)圧力を変化が合成粒子にどのような影響を与えるかについても検討した。その結果、合成場圧力が低下すると合成粒子サイズも小さくなり、今回の試験では、粒子径を5nm程度まで微小化することに成功した。粒子の結晶構造は、燃焼温度が高温(>2750K)であれば単斜晶となり、低温(<2750K)の場合には立方晶となることが明らかとなった。蛍光発光特性は、粒子サイズに関わらず波長600nm付近の赤色発光を示すが、粒子サイズの微小化に伴い発効強度が低下することが確認された。本研究においては、蒸気前駆物質を用いた気相燃焼合成法により蛍光発光を有するナノ粒子の合成を行い、粒子サイズ制御及び蛍光発光特性向上の点から合成条件について検討を加えた。昨年度までの実績を踏まえ,本年度は,様々な蛍光材料に対する広範囲な粒子サイズの制御,蛍光発光強度の向上を目指した合成条件の最適化に重点を置いて研究を実施した合成試験には、昨年度までと同様の装置を使用することに加え,比較的大きなサイズ(数百nm)のナノ粒子を合成するための新たなスプレー式気相燃焼合成装置を作成・使用した.気相燃焼には、メタン・酸素又は水素・酸素同軸二重円管拡散火炎を用い、燃料を窒素希釈することで燃焼温度を15003000Kの範囲で制御した。合成された粒子に対しては、TEMによる形状観察、XRDによる結晶構造分析、蛍光分光光度計による蛍光発光スペクトルの測定を行った。結果として、前駆物質濃度を変化させることにより合成される粒子のサイズを任意に変化させることが可能であり,特に蒸気前駆物質による合成では5nm100nm程度のサイズ範囲の粒子を,スプレー気相燃焼合成法では100nm1μm程度のサイズ範囲の粒子を容易に合成できることが分かった.また,燃焼時の火炎温度の相違によって合成粒子の結晶構造は変化し,その結晶構造に応じて蛍光発光スペクトルも変化するため,高蛍光発光強度を得るための最適な燃焼合成条件は蛍光材料の種類によって異なることが明らかとなった.尚,今回の研究ではY_2O_3:Yb,Er,Y_2O_3:Eu,Y_2O_3:Tb,及びGd_2O_3:Euの4種類の蛍光粒子について合成を行い,母体がY_2O_3の場合は添加剤の種類(Eu,Tb等)によらず約3050K,Gd_2O_3の場合は約1730Kの火炎温度を使用した際に最も良好な蛍光発光輝度が得られた.
発現系を用いたタイラーウイルスL^*蛋白の機能解析

タイラーウイルスはマウスに急性灰白脳脊髄炎を引き起こすGDVII亜群と持続感染・脱髄を起こすDA亜群に分類される。L^*蛋白はDA亜群でのみ合成される蛋白であるため、持続感染・脱髄のキー蛋白の一つである。L^*蛋白非産生変異ウイルスDAL^*-1は、ウイルス持続感染に必須であるゲノムの維持(増殖)および宿主細胞死(アポトーシス)抑制ができないことから、L^*蛋白は持続感染に必須であると考えられている。しかしこれは'loss of function'の系であるので、本研究ではレンチウイルスの発現系を用いて、'gain of function'の系で上記現象の確認を試みた。まずL^*蛋白発現マクロファージ(J774-1およびP388D1)を作製した。L^*蛋白発現細胞にL^*蛋白非産生変異ウイルスDAL^*-1を感染させたところ、DAL^*-1はその増殖能を回復した(Virus Res 108:23-28,2005)。またDNAの断片化もcaspase-3の活性化も認められなかった(Microb Pathogenesis, in press,2005)。すなわちL^*蛋白は、マクロファージにおいてウイルス増殖を維持し、またそのアポトーシスを抑制することにより、持続感染に貢献していると推測された。L^*蛋白はタイラーウイルスDA株でのみ合成される蛋白で、持続感染・脱髄に重要な蛋白と考えられている。しかし今まで、特異抗体がないこともあり、詳細な性状解析はされていなかった。我々は世界に先駆けて、L^*蛋白合成ペプチドを用いて、特異抗体を作製した(Virology289 : 95-102,2001)。この抗体を用いて、初めてin vivoにおいて、L^*蛋白の発現を確認できた。急性期において、L^*蛋白は脱髄感受性マウス(SJL/J)においても、脱髄非感受性マウス(C57BL/6)においても等しく発現しており、L^*蛋白の発現のみで脱髄発症が規定されないことが示された。さらに二重染色により、急性期におけるL^*蛋白発現の局在は他のカプシド蛋白と同様にニューロンに限局していることが示された(Journal of Virology76 : 13049-13054,2002)。タイラーウイルスDA株の持続感染細胞は種々の報告から、monocyte/macropahge系の細胞と考えられている。もしそうであるならば、中枢神経のマクロファージとして知られているmicrogliaにおいて、持続感染するDA株と持続感染するGDVII株とではその増殖が異なるはずである。我々はmicroglia樹立細胞株であるRa2を用いて、持続感染するDA株のみが増殖し、持続感染に必要なウイルスゲノムの維持が可能であることを示した。またL^*蛋白非産生DAウイルスを用いて、このウイルス増殖にはL^*蛋白が重要な役割を果たしていることを示した(Neuroscience Letters327 : 41-44,2002)。レンチウイルスベクターにL^*蛋白の翻訳領域を組み込み、L^*蛋白導入レンチウイルスを作製した。このリコンビナントウイルスをマウスマクロファージ細胞であるJ774-1およびP388D1に感染させ、限界希釈法によりクローン化した。まずGFPをマーカーとして発現細胞を確認し、さらに抗L^*蛋白抗体を用いたウエスタン・ブロットにより、L^*蛋白の発現を確認した。L^*蛋白発現J774-1細胞にL^*蛋白欠損ウイルスDAL^*-1感染させた。コントロールのL^*蛋白非発現J774-1細胞では、L^*蛋白欠損ウイルスDAL^*-1の増殖は見られなかったが、L^*蛋白発現J774-1細胞においてはDAL^*-1ウイルスは増殖能を獲得した。すなわちL^*蛋白はマクロファージにおけるウイルスゲノムの維持に不可欠であることが示された。次にL^*蛋白発現P388D1細胞にL^*蛋白欠損ウイルスDAL^*-

1感染させた。コントロールのL^*蛋白非発現P388D1細胞では、L^*蛋白欠損ウイルスDAL^*-1により、DNAの断片化およびCaspase 3の活性化が認められた。しかしL^*蛋白発現P388D1細胞においては、L^*蛋白欠損ウイルスDAL^*-1感染させてもDNAの断片化もcaspase-3の活性化も認められなかった。すなわちL^*蛋白はタイラーウイルス感染によるマクロファージのアポトーシス誘導を抑制することが分かった。以上、タイラーウイルスはL^*蛋白を合成することにより、マクロファージにおける増殖能を獲得し、さらにアポトーシスを抑制することにより、同細胞に持続感染するものと推定された。タイラーウイルスはマウスに急性灰白脳脊髄炎を引き起こすGDVII亜群と持続感染・脱髄を起こすDA亜群に分類される。L^*蛋白はDA亜群でのみ合成される蛋白であり、持続感染・脱髄のキー蛋白の一つである。L^*蛋白非産生変異ウイルスDAL^*-1は、マクロファージにおいてウイルス持続感染に必須であるゲノムの維持(増殖)および宿主細胞死(アポトーシス)抑制ができないことから、L^*蛋白は持続感染に必須であると考えられている。昨年度、我々はL^*蛋白発現マクロファージ(J774-1)を作製し、L^*蛋白がJ774-1細胞におけるウイルスの増殖(ゲノムの維持)に必須であることを証明した(Virus Res 108:23-28,2005)。今年度はL^*蛋白遺伝子を組み込んだレンチウイルスベクターをマクロファージに感染させ、L^*蛋白発現マクロファージ(P388D1)を作製した。DAL^*-1ウイルス感染により、コントロールのL^*蛋白非発現P388D1細胞では、DNAの断片化およびCaspase3の活性化が認められた。しかしL^*蛋白発現P388D1細胞においては、DAL^*-1ウイルスを感染させてもDNAの断片化もcaspase-3の活性化も認められなかった。すなわちL^*蛋白はタイラーウイルス感染によるマクロファージのアポトーシス誘導を抑制することが分かった(Microb Pathogenesis, in press, 2005)。マクロファージにおけるL^*蛋白のアポトーシス抑制はウイルスゲノム維持に有利に働き、DA株の持続感染に重要な役割を果たしていると考えられる。
レプチンによる肝臓及び膵臓自律神経調節と糖代謝改善への応用

本研究では、糖尿病予防と治療への応用を目指して、摂食調節物質であるレプチンが脳・視床下部へ作用して肝臓及び膵臓自律神経を調節するメカニズムを明確にすることを目的とした。その結果、ラットとマウスを用いた実験でレプチンが視床下部の分子経路を介して肝臓自律神経を調節していることを見出し、レプチンによる糖代謝改善効果に自律神経系が関与する可能性を示唆した。これらの成果は、レプチンによる糖尿病治療の為の新規創薬戦略に応用できることが期待される。本研究は、糖代謝調節作用をもつレプチンが肝臓及び膵臓を支配する自律神経に及ぼす効果について検討し、その作用経路に視床下部のシグナル伝達機構がどのような役割をもつか着眼し、レプチンによる糖代謝調節の意義を明確にすることを目的とした。まず麻酔下ラットにレプチンを脳室内又は静脈内に投与すると、肝臓交感神経活動が濃度依存的に増え、弓状核へのレプチン微量投与でも増大した。またマウスでも同様にレプチン投与で肝臓交感神経活動が刺激され、レプチン受容体変異マウスであるdb/dbマウスにおいてはその作用が減弱した。従って、レプチンによる肝臓自律神経調節機序に視床下部のレプチン受容体カスケードの関与を認めた。ラット又はマウスにレプチンを脳室内投与すると、投与後15分で視床下部のERK,Aktのリン酸化レベルが亢進したことから、レプチンが視床下部に作用して細胞内シグナル伝達経路を活性化させることがわかった。次に電気生理学実験で、PI3キナーゼ阻害剤であるLY294002をラット又はマウスの脳室内に事前投与するとレプチンによる肝臓交感神経活動促進効果が消失した。さらに遺伝子組換えマウスを用いた実験では、PI3キナーゼの触媒サブユニット(p100α)を欠損したマウスにレプチンを投与しても肝臓交感神経活動は上昇しなかった。従って、レプチンによる肝臓交感神経活動調節には視床下部弓状核でのPI3キナーゼ経路の関与している可能性を示唆した。肝臓迷走神経活動への効果についても検討し、麻酔下ラットへのレプチン脳室内又は弓状核内への投与によって神経活動が同様に促進した。この作用には視床下部AMPキナーゼが関与することを認めた。従って、レプチンによる肝臓自律神経調節経路には、視床下部の分子経路(PI3キナーゼとAMPキナーゼ)が関与していることを新たに見出した。本研究では脂肪組織由来ホルモンであるレプチンが血糖調節に関与していることに着目して、血糖調節に重要な組織である肝臓と膵臓を支配する自律神経系へ及ぼすレプチン効果について検討を行った。麻酔下でラットとマウスの肝臓自律神経活動へ及ぼすレプチン脳室内投与効果を検討した。肝臓交感神経活動は濃度依存的にレプチン投与で増大した。また肝臓迷走神経活動もレプチン投与で増大した。さらにレプチン受容体変異マウスであるdb/dbマウスではレプチンを投与しても肝臓交感神経活動は変化しなかったことから、レプチンは脳・視床下部でのレプチン受容体シグナルを介して肝臓自律神経を調節していることが示唆された。さらに1レプチンを脳室内に投与するとPI3キナーゼのリン酸化基質であるAktのリン酸化レベルが視床下部で増大すること、2PI3キナーゼ阻害剤であるLY294002投与でレプチンによる肝臓自律神経促進反応が消失すること、3PI3キナーゼの組換えマウス(p110α933A/WTマウス)でレプチン投与による肝臓交感神経活動促進反応が抑制されたこと、4レプチンの視床下部弓状核への投与が肝臓自律神経反応を惹起すること、以上の結果からレプチンによる肝臓自律神経系調節には視床下部弓状核でのPI3キナーゼが関与する可能性を示唆した。次に麻酔下ラットの膵臓自律神経活動へ及ぼすレプチン投与効果を検討した。膵臓に投射する交感神経の同定については、膵臓を支配する動脈血管を同定し交感神経枝を同定することが非常に困難であった。10匹中、交感神経節抑制剤に反応する神経活動を計測できたのは1匹であった。従って、膵臓支配の交感神経を測定するのではなく、上流の腹腔交感神経活動を測定して、レプチン投与効果を検討した。その結果レプチン投与で神経活動が増大した。今後は迷走神経活動の計測に応用して、レプチン効果を検討する予定である。本研究では、レプチンが肝臓を膵臓を支配する自律神経系の脳内調節経路を明らかにすることを目的としている為、レプチンによる肝臓の自律神経調節経路に視床下部の細胞内シグナルカスケードや標的神経核を同定したことは、当初の目的に沿って研究を推進できている。従って研究が順調に進んでいると示唆される。

生理学今後は、膵臓を支配する自律神経系へ及ぼすレプチン投与効果をin vivo電気生理実験で明らかにし、その作用メカニズムを解明することが当面の目的となる。膵臓を支配する自律神経系の同定は困難を極めることが予想されるが、計測後に電気刺激を行い、血中の血糖調節ホルモン濃度が変化するか否かチェックし、ラット又はマウスの膵臓自律神経系測定システムの構築を目指す。次に、レプチンによる糖代謝調節における肝臓又は膵臓自律神経の役割を明確にする為に、外科的に肝臓又は膵臓自律神経を切除する動物を作製し、コントロールの偽手術動物でのレプチン投与による末梢臓器のグルコース取り込み反応を比較する。さらにレプチン投与が糖尿病モデル動物の糖代謝を改善させる効果があることから(Endcrinology, 154(9):3067-3076, 2013)、糖尿病モデル動物であるストレプトゾトシン誘発性I型糖尿病モデルラットやII型糖尿病モデル(高脂肪食性肥満ラット、OLETFラット及びKK-Ayマウス)の肝臓及び膵臓自律神経活動へ及ぼすレプチン投与効果を検討する。実験計画において、電気生理学実験と生化学実験にわけて予算執行を考えていたが、電気生理実験が当初の予定よりスムーズに進行し、物品費の使用額が高額な生化学実験が少し遅れている傾向があった。従って、次年度使用額が発生した。実験物品費として、ELISA測定キット、抗体、実験動物代を主な消耗品として計画している。旅費として、日本肥満学会、日本生理学会、北米神経科学会に執行することを計画している。