hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
廃棄物産業連関分析に基づくマテリアルフロー分析モデルの動学化とその応用

製品ライフサイクルに関わる国民経済全体における多元マテリアルフローを記述する多部門数理モデルを開発した.このモデルを用いることで,非鉄製錬副産物として得られる貴・希少金属の生産過程を考慮したリサイクル可能性,リサイクルにおける多元素混合によるスクラップ品質劣化などを産業連関分析の枠組みで行うことが可能になる.日本におけるポリ塩化ビニールフローの同定,鉛フリーハンダ普及の銀資源への含意,易分解ネジとスクラップ品質の温暖化ガス効果,について応用分析を行った.製品ライフサイクルに関わる国民経済全体における多元マテリアルフローを記述する多部門数理モデルを開発した.このモデルを用いることで,非鉄製錬副産物として得られる貴・希少金属の生産過程を考慮したリサイクル可能性,リサイクルにおける多元素混合によるスクラップ品質劣化などを産業連関分析の枠組みで行うことが可能になる.日本におけるポリ塩化ビニールフローの同定,鉛フリーハンダ普及の銀資源への含意,易分解ネジとスクラップ品質の温暖化ガス効果,について応用分析を行った.金属、特に非鉄金属の生産においては、多くの副産物が得られる.よく知られた例が銅や鉛製錬の副産物としての銀生産である.実際、我が国で生産される銀の大半は製錬副産物起源であり、この傾向は世界的にも当てはまる.銀においてはメキシコなどにおける銀鉱山からの生産も存在するが、ビスマスに至っては専ら鉛製錬から得られている.従って.金属資源のMFAにおいては、金属生産のこの著しい性質を的確に反映することが現実に妥当する分析を行うために必要である.現状のMFAは特定のマテリアル/物質のみを扱うことが殆どであるので、この点を考慮することが出来ない.一方、環境配慮の面から銀を用いる「鉛フリーハンダ」の普及が進んでおり、銀需要の増加が予想され、この種の分析への要請が高まっている.本年度は銅/鉛/亜鉛生産における副産物としての金銀生産過程を金蔵製錬についての技術的知見と統計データからモデル化した.一見複雑に見える非鉄金属生産過程を、(1)主生産物と生産プロセスの同定、(2)閉鎖系にある複数プロセスの垂直統合、によって簡素化した.更に、副産物をマイナス投入方式で計上することにより、非鉄金属生産過程を廃棄物産業連関の枠組みに取り込めることを明らかにした.廃棄物産業連関データを金・銀・錫までも含むように拡張してモデル分析を行い、鉛フリーハンダ(SAC型)普及により銀精鉱需要が相加する結果が得られた.更に、WIO-MFA手法によって製品に含まれる銀資源量を推定したところ、自動車に最も含まれるとする結果が得られた.これら成果を各種の国際学会で発表した.マテリアルフロ-解析(MFA)は製品ライフサイクルを通じた希少資源の体系的管理を行うための有効な手段である.その場合,スクラップからの目的物質の効率的回収が極めて重要である.スクラップの主たる発生源は土木・建築物,家電機器や自動車など耐久財である.ある時点において発生するスクラップのマテリアル組成は,これら耐久資本財(資本ストック)ののマテリアル組成によって決められている,産業連関表の付帯データとして得られる「設備投資マトリックス」にWIO-MFA手法を用い,従来,経済学者によって金額ベースでのみ推定されていた資本ストックについて,そののマテリアル組成と重量を(金属とプラスチックについて)求めた.その結果,設備投資のマテリアル組成が部門によって大きく異なる事,及び金額あたりの重量も大きく異なる事を見いだした.ちなみに,設備投資の100万円平均重量(金属・プラスチック)は518kgであるが,鉄を主たる組成として持つ水上輸送が最大で1280kgであるのに対し,非鉄金属を主たる組成とする航空輸送は240kg/.これらの情報は金額ベース資本ストックからは得ることが出来ないものである.耐久財組成を所与としたとき,そこから得られるスクラップの品質は回収・選別技術によって大きく左右される.徹底した選別を行えば純度の高い良質なスクラップを得ることが出来るであろうが,経済性故に実現は困難である.これを技術的に解決する有効な方法が易分解設計(DfD)である. DfDの具体化として,水素吸収合金を用いた自己解体ネジ(ADF, Ishihara-Yamasue(2003))の家電機器への装着が及ぼす環境効果についてWIOモデルを用いた予備的分析を行った.水素吸収合金の生産,解体工程における水素・熱投入を勘案しても,スクラップ品質の向上による負荷軽減効果が生じるとの結果を得た.鉄鋼は金属材料の中でも最も使用量が多くかつ電炉によるリサイクルも広範に行われている.しかし,鉄鋼製品の内容は多岐にわたっており,多くの場合に機能を発揮するために各種の合金元素が使われている.典型的な例がステンレスに使われるCrやNiである.リサイクルにおけるこれら合金元素のベースメタルスクラップへの混合は合金元素の散逸を生じると共にベースメタルの一次材による希釈をも必要とするので二重の意味で環境負荷を生じている.混合を防ぐ分別によりこの問題は解決できるが,フェライト系ステンレスの場合には磁力選別が有効でなく,実際,60%強は個別回収されずに炭素鋼スクラップに散逸している.ここで重要なのが易分解設計である.水素吸収合金を用いた易分解ネジ(Active Disassembly Fastener, ADF)について廃棄物産業連関分析を用いた実装システムのLCA評価を行った.現状技術ではスクラップへの混入が生じるため混入度によっては電炉において一次材による希釈が必要であるが,ADFを用いると混入を回避できるので希釈は不要である.

一方,ADF生産にはミッシュメタルが必要であるし,その活性化には水素と追加的熱供給が必要である.LCAを実施するために電炉技術及び冷蔵庫・洗濯機への実装を特定化した.鉄スクラップは電気・電子製品においてごく限定的にしか利用されていないので,電炉生産を機能単位に計上しないとリサイクル需要が考慮できない.希釈が必要な場合,機能単位に計上される電炉生産もその分だけ多くなる.ADFを使用した場合も同量の電炉生産を計上することで機能単位を統一化し,評価を可能にした.ただし,ADFの場合には銑鉄ではなく混合の無いスクラップが使用できるとした.WIOを用いた解析により,ADF導入により化石燃料起源CO2を現状に比べて有意に減少できるとする結果が得られた.
組織カリクレイン前駆体の活性化機構とその調節機構に関する研究

1.ラットの脳における組織カリクレインの分布を調べたところ,酵素活性を示す活性型カリクレインは脳内に一様に分布していたが,その前駆体であるプロカリクレインには部位特異的な分布が認められ,松果体視床下部,臭脳,海馬,線条体,中脳,大脳皮質,間脳,小脳の順に高値を示した。また,松果体おける組織カリクレインの生合成量(活性型カリクレイン+プロカリクレイン)は他の部位に比べ,10倍以上であった。2.松果体におけるプロカリクレインと活性型カリクレインの存在比は20:1であり,腎臓(存在比,1:1)に比べ,プロカリクレインから活性型カリクレインへの変換に関与する酵素は少ないものと考えられる。3.低食塩飼料で飼育したラットでは,血中アルドステロン濃度の上昇に伴って腎臓の組織カリクレイン量が増加したが,松果体の組織カリクレイン量に変動はみられなかった。また,松果体の組織カリクレイン含量には性差も認められなかった。したがって,松果体では,腎臓とは異なった機構により組織カリクレインの生合成が調節されていると考えられる。4.免疫組織化学的手法により,松果体では特殊なカリクレイン産生細胞が存在することを確認することができた。現在,この細胞の同定に関する実験を遂行している。
直下型地震を受ける建築構造物群のハイブリッド逆問題による統合的性能設計

本研究の目的は,有限要素でモデル化される既知剛性の層状表層地盤上に,直接基礎・杭基礎を含む種々の形式の基礎構造で支持される隣接建築構造物群に対して,直下型地震を想定した水平・上下同時入力の基盤面設計用スペクトル適合地震動群に対する各上部構造物の応答が,指定した分布と一致するような各構造物の部材剛性・強度を決定するための合理的な新しい設計法を展開することにある。本年度において以下の成果を得た。1.地盤と杭の変位適合を満足する2次元有限要素地盤-杭系で支持された2次元構造物群モデルの混合型逆固有モード問題に対する理論を展開した。有限要素地盤の側方境界条件としては,周期境界条件を採用した。本理論に基づき,基盤面水平地震動入力を受けるモデルについて,各上部構造物の平均最大局所応答分布が指定分布と一致するようなモデルの剛性パラメターを決定する逆問題型剛性設計法を展開した。地盤特性に関する力学的性能制約設計解列を定義し,それらが上部構造物群の設計に及ぼす効果を明らかにした。特に,表層地盤1次固有周期と上部構造1次固有周期が近接する領域での応答増幅特性を明らかにした。2.根入れ基礎を有する構造物では,構造物-地盤相互作用と共に地下階剛性が上部構造物の応答に及ぼす影響を無視することができない。地下階部分を上部構造物と地盤の境界要素として認識すると,その有限要素モデルは,上部構造物と地盤の間に複数の境界節点が存在するモデルてして設定できる。本研究代表者が根入れ部を有しない構造物と地盤の連成系モデル(上部構造物と地盤の境界を単一インターフェイスで表現)に対して展開したレベル1地震動に対する地震時応答制約剛性設計法を,根入れ部において複数インターフェイス節点を有する構造物と地盤の連成系モデルに対して拡張した。
天然ガスを含むクラスラシル鉱物の生成機構に関する研究

天然ガス分子を含む特殊なシリカ鉱物(クラスラシル)について、その結晶化学的性質と、形成環境の解明を目的に、研究を遂行した。従来、クラスラシル鉱物としてメラノフロジャイトと千葉石の2種類が知られていたが、千葉石と共生するもう一種類のクラスラシル鉱物について、化学組成や結晶構造などの記載データを取り揃えて国際鉱物学連合の小委員会に申請を行い、新鉱物「房総石」として承認を受けた。また、世界で二例目となる千葉石の産出を長野県で確認し、それらクラスラシル鉱物の晶出順序や共生鉱物などを詳細に調査した。本研究課題では、天然ガス分子を含む特殊なシリカ鉱物(クラスラシル)について、その結晶化学的な性質と、地球科学的な視点での形成環境、天然ガス分子の起源について明らかにすることを目的とする。2年目となる平成25年度は、前年度に長野県から発見された、世界で二例目となる千葉石について、重点的な調査を行った。原産地の千葉県では、付加体上部の砂泥互層を切る断層に沿って、千葉石を含む石英・方解石脈が見られたが、長野県での産状は全く異なっており、安山岩質火山岩の亀裂を充填する石英・方解石脈中に産出する。それらの亀裂は石英や結晶質方解石の他に、しばしば炭酸塩岩質の砂岩で充填されており、その中にはフランボイダルパイライトが多数確認された。フランボイダルパイライトは、還元的土壌(泥)中でバクテリアの作用が存在する時にのみ形成される、特徴的な組織である。そして、堆積起源の砕屑物を含むことと岩石の破砕状況から、この火山岩は未固結の海底堆積物に貫入したハイアロクラスタイトであることが判明した。千葉石の成分であるシリカと天然ガスは、どちらも堆積岩起源であり、火山岩は単なる熱源として作用している。これらの調査結果は日本鉱物科学会の2013年年会にて発表した。また、クラスラシルに関するレビュー論文を執筆した。千葉県から発見された、もう一種類のクラスラシル鉱物については、物理化学データの測定を終え、国際鉱物学連合の新鉱物命名分類委員会に、新鉱物としての申請書を提出した。本研究課題では、天然ガス分子を含む特殊なシリカ鉱物について、その結晶化学的な性質と、地球科学的な視点での形成環境、天然ガス分子の起源について明らかにすることを目的とする。1年目となる平成24年度は、放射光X線と実験室での単結晶X線回折実験、予備的な炭素同位体測定、およびフィールド調査を行った。単結晶X線回折実験では、千葉石と、もう一種類の新鉱物候補の常温での構造解析に成功した。また、千葉石は、2030°C付近で相転移を起こし、高温では立方晶系、低温では正方晶系の結晶構造をとることが確認された。炭素同位体測定に関しては、十分な量の試料を確保することが難しいことから、予備的な結果に留まるが、少量の千葉石を含む石英脈の測定を行い、-33.4±2.0 permilとの値を得た。この値は、メタン生成菌由来(-50から-110permil)より熱分解起源のメタンの値(-25から-50 parmil)に近く、地質環境から推察された成因を支持する。ただし、石英を含めた試料全体の測定であるため、試料中の炭素含有量が非常に少なく、現段階では誤差が大きい。また、石英中の流体包有物等の影響や、結晶が1000°C程度の高温まで安定であるために、燃焼法では全てのガスが乖離していない可能性が排除できない。こうした問題点については、合成試料を用いた比較実験も合わせて、今後検証を行う予定である。フィールド調査に関しては、千葉県に次いで、長野県内から、世界で2番目となる千葉石の産出を確認した。原産地(千葉県南房総市)の千葉石に伴って産出した未記載のクラスラシル鉱物について、化学組成や結晶構造などのデータを揃えて、国際鉱物学連合の新鉱物・命名・分類委員会に申請し、新鉱物「房総石(bosoite)」として承認された(申請番号IMA 2014-023)。房総石の理想化学組成はSiO2・nCxH2x+2と書くことができ、SiO2骨格が作るケージ状の空隙中にメタンやエタンなどの天然ガス分子を包有した結晶構造を持つ。小さなケージ2種類にはそれぞれメタンが、大きなケージには炭素数12前後の大きな分子ないし複数分子が含まれる。房総石は3種類の天然クラスラシル鉱物(メラノフロジャイト、千葉石、房総石)の中で最もサイズの大きなケージを持ち、より分子量の大きな天然ガス分子の存在下で形成されると考えられる。千葉石の単結晶構造解析では、原産地試料と長野県産試料で常温での対称性に違いがあることが判明した。原産地試料の大半は正方晶系であるが、長野県産試料は立方晶系であり、対称性低下の証拠は確認されなかった。

また、原産地試料では正方晶系と立方晶系との相転移温度が室温付近にあることなどが明らかになった。千葉石と房総石の実際のSiO2骨格は何れも、結晶構造解析により決定した平均構造よりも歪んでおり、平均構造は、局所歪みの平均を観察している結果であることが示唆された。これらの研究成果について、ヨハネスブルクで行われた国際鉱物学連合の第21回総会、熊本で開催された日本鉱物科学会2014年年会などで報告を行った。鉱物学千葉石、及びもう一種類のクラスラシル鉱物の結晶構造解析については、ほぼ計画通りに進んでいる。フィールド調査に関しては、新たな産地が発見でき、当初計画を大きく上回る成果を上げている。炭素同位体測定については、試料及び測定法の制約から、予備的なデータしか得られていないが、詳細な地質調査により、天然ガスの起源に関する追加的データが得られている。結晶構造解析については、ほぼ計画通りに進んでいる。炭素同位体測定に関しては、初年度の予備的測定に関しては計画通り目的を達したが、試料、および測定法の両方の制約から、より厳密な議論を行う上では、より一層の工夫や検証実験が必要である。一方、フィールド調査に関しては、新たな千葉石産地が発見できたことで、研究試料を大幅に拡充できる見通しが立った。新産地の地質は、原産地とは大きく異なっており、千葉石自体も、含まれるガス組成の比率や、相転移温度、結晶外形などにおいて、原産地のものと違いが見られる。そのため、結晶化学的議論においても、天然ガス分子の起源や、形成環境の解明に関しても、当初計画に比べて、「多様性と共通性」をより鮮明にできるはずである。次年度は、長野県産千葉石について、詳細な結晶構造解析を行い、原産地試料との比較を行う。また、これまで行ってきた地質調査と結晶構造解析の結果を論文にまとめる。今年度は長野県のフィールド調査を重点的に行い、可能な限り試料を確保するとともに、周辺地質の調査を行う。長野県産千葉石は、露出が非常にローカルな火山岩体中の亀裂を充填するように産出する。しかし、火山岩中に多量のメタンが含まれたとは考えにくく、火山岩が未固結の堆積岩に貫入した際に、堆積岩由来の有機物と火山岩の熱により、千葉石が形成されたと推察される。そのため、火山岩体の周辺も含めた調査を行う。また、長野県産試料のラマン分光分析や単結晶構造解析、炭素同位体測定などを進める予定である。当該年度に30万円の支出を見込んでいた、試料採取にかかる作業が予定予算を下回った一方で、次年度の国際学会参加費が当初見込みを上回ったため。これまでの研究成果を国際鉱物学連合の会合(IMA2014)で発表する予定であり、その旅費に50万を要する。その他、国内の地質調査と学会参加の旅費に20万円、英文校閲費や消耗品費に30万円を見込んでいる。地質調査において、大型試料のサンプリングを業者に依頼する費用として約30万円、旅費として30万円、消耗品費・その他に50万円を見込んでいる。
代謝経路解析による細胞競合の分子メカニズムの解明

細胞競合現象へのさらなる理解のため、細胞競合の初期段階で機能する分子をリン酸化SILACスクリーニングにより網羅的に探索した。その結果、正常細胞と変異細胞の混合培養時特異的にリン酸化が大きく亢進するタンパク質として、AHNAK2を同定した。AHNAK2は中央に特徴的なリピートドメインをもつ分子量170kDa(Dog)のタンパク質である。リン酸化SILACにより同定されたAHNKA2のリン酸化部位はリピートドメイン中の配列であり、この配列はヒト、マウスからゼブラフィッシュに至るまで脊椎動物の大半で保存されていることから、同定されたリン酸化部位は進化学的に重要であると考えられるが、AHNAK2とそのリン酸化部位の機能や意義に関しての報告は未だなされていない。これらの理由より、細胞競合におけるAHNAK2の機能に着目し、解析を行うことで細胞競合現象の包括的な理解を目的として研究を行った。その結果、AHNAK2のリン酸化の上流パスウェイとして、メカニカルな力を介した細胞内カルシウムレベルの増加、また、これに伴うPKCの活性化の上昇を明らかにした。これらの結果より、正常上皮細胞とがん原変異細胞はシグナルタンパク質などの化学的なシグナルだけではなく、物理的な刺激を介した情報伝達を行っており、これにより上皮細胞層に生じた異物を認識していることが明らかになった。これは、細胞競合における細胞間の認識機構を明らかにするとともに、普遍的な細胞間認識メカニズムのひとつとして、メカニカルな力を介していることを示した点で非常に意義深い研究である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。発がんの超初期段階を模倣した系において、正常な細胞層に生じた変異細胞が管腔側へと排除される現象の分子メカニズムを代謝変化の観点から解明しようと試みた。その結果、周囲を正常細胞に囲まれた変異細胞においてミトコンドリア代謝の低下、解糖系代謝の亢進というWarburg effect様の代謝変化が起きることを明らかにした。また、これらの代謝変化を引き起こしている分子としてPDK4を同定し、これを抑制すると変異細胞の排除が起きなくなることから、PDK4を介した代謝変化が変異細胞の排除に重要であることが明らかとなった。さらに、当研究室で以前報告した現象であるEDACとの関与を検討した。EDACとは変異細胞に隣接した正常細胞が変異細胞を認識し、細胞骨格タンパク質であるFilaminやVimentinなどを集積させることで変異細胞を積極的に排除しようとする機構である。そこで周囲の正常細胞でFilaminをノックダウンすると変異細胞内で上述の代謝変化が起きないということから、代謝変化が周囲の正常細胞によって引き起こされるということを明らかにした。また、細胞競合モデルマウスを用いたin vivo解析を行った結果、マウスの生体内においてもPDK4を介した代謝変化が変異細胞の排除に重要であることが明らかになった。これらの結果より、従来考えられていたがんの後期でがんの進行を促進するというWarburg effectとは全く異なり、発がんの超初期段階で引き起こされるWarburg effect様の代謝変化が前がん細胞の排除を促進しているという現象を世界で初めて明らかにした。また、この現象を筆頭著者の一人としてNature Cell Biologyに報告した(Kon, Ishibashi et al., Nature Cell Biology, 2017)。当初計画していたとおり、周囲を正常細胞に囲まれた変異細胞におけるミトコンドリア代謝の低下、解糖系代謝の亢進というWarburg effect様の代謝変化が起きることを明らかにした。このような代謝変化の上流に存在する分子メカニズムの一部を明らかにし、細胞競合モデルマウスを用いたin vivo解析も行った。さらに、この現象を筆頭著者の一人としてNature Cell Biologyに報告した。以上より、本研究課題は当初の計画以上に進展していると考えている。AHNAK2は中央に特徴的なリピートドメインをもつ分子量170 kDa(Dog)のタンパク質である。これらの理由より、細胞競合におけるAHNAK2の機能に着目し、解析を行うことで細胞競合現象の包括的な理解を目指す。はじめに、リン酸化SILACスクリーニングにより同定されたリン酸化部位を抗原とする抗体を作製し、免疫染色法により混合培養時のAHNAK2の挙動に関する検討を行った。その結果、正常細胞の単独培養時、変異細胞の単独培養時と比較して、それらの細胞の混合培養時における正常細胞内でAHNAK2のリン酸化が大きく亢進していた。次に、細胞競合による変異細胞の排除へのAHNAK2の寄与を検討するために、AHNAK2をノックダウンした正常細胞株を樹立し、変異細胞の排除効率を検討した。その結果、AHNAK2ノックダウン細胞に囲まれた変異細胞の管腔側への逸脱が有意に抑制された。これらの結果より、発がんの超初期段階を模倣した系において、変異細胞と共培養した正常細胞内でAHNAK2がリン酸化されることが変異細胞の排除に重要であることが明らかとなった。

申請時の目標であった「代謝経路解析を用いて細胞競合の分子メカニズムを明らかにする。」という点に関しては、Nature Cell Biology誌に論文を報告するという成果を得ることができた。それに加え、昨年度は細胞競合の初期段階において異種の細胞が互いの違いをどのように認識しているのかという、細胞競合の本質に迫りうる研究を開始することができたため、当初の計画以上に進展していると考えている。細胞競合現象へのさらなる理解のため、細胞競合の初期段階で機能する分子をリン酸化SILACスクリーニングにより網羅的に探索した。その結果、正常細胞と変異細胞の混合培養時特異的にリン酸化が大きく亢進するタンパク質として、AHNAK2を同定した。AHNAK2は中央に特徴的なリピートドメインをもつ分子量170kDa(Dog)のタンパク質である。リン酸化SILACにより同定されたAHNKA2のリン酸化部位はリピートドメイン中の配列であり、この配列はヒト、マウスからゼブラフィッシュに至るまで脊椎動物の大半で保存されていることから、同定されたリン酸化部位は進化学的に重要であると考えられるが、AHNAK2とそのリン酸化部位の機能や意義に関しての報告は未だなされていない。これらの理由より、細胞競合におけるAHNAK2の機能に着目し、解析を行うことで細胞競合現象の包括的な理解を目的として研究を行った。その結果、AHNAK2のリン酸化の上流パスウェイとして、メカニカルな力を介した細胞内カルシウムレベルの増加、また、これに伴うPKCの活性化の上昇を明らかにした。これらの結果より、正常上皮細胞とがん原変異細胞はシグナルタンパク質などの化学的なシグナルだけではなく、物理的な刺激を介した情報伝達を行っており、これにより上皮細胞層に生じた異物を認識していることが明らかになった。これは、細胞競合における細胞間の認識機構を明らかにするとともに、普遍的な細胞間認識メカニズムのひとつとして、メカニカルな力を介していることを示した点で非常に意義深い研究である。今後は、周囲を正常細胞に囲まれた変異細胞で起きるWarburg effect様の代謝変化によってどのように変異細胞の排除が引き起こされるのかについて、ATPなどのエネルギー産生、他の代謝変化との関与に着目して検討していく。本年度は、リン酸化SILACスクリーニングにより同定された細胞競合の初期段階で機能する分子であるAHNAK2の機能解析を行う。具体的には、混合培養条件におけるAHNAK2のリン酸化の重要性を検討するために、CRISPR-Cas9システムにより内在性のAHNAK2にFlagタグを付加し、AHNAK2の発現量の変化を検討するとともに、リン酸化部位の変異体(wild type/A mutant/D mutant)を発現する細胞株を樹立し、表現系の解析を行う。また、免疫沈降法により、それぞれに結合するタンパク質の同定を行うことで、リン酸化時特異的にAHNAK2に結合するタンパク質を同定し、機能を解析する。
生体内におけるプトロン:電子相互作用系のダイナミクス解析

レチナール蛋白質においては、「特異な非局在電子系」が「特異な水素結合系」のダイナミクスを制御し(逆も然り)、高度な機能を発現している。本研究においては、レチナールの非局在電子系の制御のもと、4ナノメータの生体膜間でプロトンを輸送するバクテリオロドプシン、蛋白質蛋白質問相互作用によって情報伝達を行うロドプシンの赤外分光法による研究を行い、以下の成果を得た。バクテリオロドプシンの異性化に伴う蛋白質の側の構造情報を得るため、偏光赤外分光法を初期異性化過程に対して適用した測定系を構築した。その結果、異性化反応に伴う発色団の構造変化によって、水分子を含む水素結合ネットワークに大きな歪みが生じていることがわかった。一方、バクテリオロドプシンがプロトン輸送の方向性を発現するためには、蛋白質内部に方向性を規定するスイッチのようなものが過渡的に生じることが必要であろう。我々は最も大きく構造変化をした中間体であるN中間体における水分子の構造変化を測定することに成功し、後期プロトン移動に関与していると考えられる水分子の水素結合変化を解析した。さらにN中間体に対する偏光赤外分光から、スイッチに伴う蛋白質骨格の構造変化に現れる新しい振動バンドを見出した。さらにシステインのS-H伸縮振動が他の振動から離れた領域に存在することに着目し、水素結合ネットワークの動的な構造変化のプローブとして、システインの導入を提案した。視覚の光センサーであるロドプシンは、超高速異性化を行う結果高い光感度を得ていることが知られている。我々はフェムト秒アップコンバージョン法を用いて、ロドプシンからの蛍光をはじめて実時間で捉えることに成功した。また赤外分光法を用いて活性中心や細胞質側領域に水分子が存在することを明らかにした。視物質であるロドプシンの機能は、光によってG蛋白質を活性化することである。我々は複合体の形成に伴う赤外スペクトルの変化を捉えることに成功し、さらにトランスデューシンにおける相互作用部位であるC末端のペプチドを用いて同様の測定を行うことにより、ロドプシンとトランスデューシンに由来する信号を帰属した。
オミクスを活用した革新的青果物品質評価・品質管理システムの開発

4分割し異なる条件で光照射処理されたキャベツの中心部分の試料について、次世代シーケンサーを用いた網羅的遺伝子発現解析(RNA-Seq)を実施した。このデータをマイクロアレイデータ解析ソフトウエア(GeneSpring、アジレント)に取り込み、遺伝子発現プロファイリングを実施した。また、同一部位から採取した試料について、クロロフィル含有量を調査し、クロロフィル含有量を高める光照射条件を明らかにした。さらに定量的リアルタイムPCR(qRT-PCR)を実施し、関与遺伝子を特定するとともに、クロロフィル蓄積のモデルを構築した。エダマメについて、網羅的遺伝子発現解析結果に基づき、品質調査結果と関連する遺伝子の探索・抽出を行った。抽出された遺伝子を含む複数遺伝子についてqRT-PCRを実施し、鮮度定価指標となることが報告されているラフィノース系オリゴ糖であるスタキオースの蓄積に直接的に影響を及ぼすと考えられる遺伝子を特定した。異なる包装条件で振動処理したブロッコリー試料について、マイクロアレイを用いて網羅的遺伝子発現解析を実施し、GeneSpringによるプロファイル解析を行った。また、レタスを対象に、接触刺激応答遺伝子の発現解析を行い、モデル植物シロイヌナズナの接触刺激応答との比較を行なった。異なるガス条件で貯蔵したブロッコリー花蕾のRNA-Seqを行った。Gene ontology解析、代謝経路解析を行なった。さらに、メタボロミクスソフトウェア(MS-DIAL)、MATLABのStatistics and Machine Learning ToolboxやBioInfomatics Toolboxを導入して、遺伝子発現プロファイルと網羅的代謝産物解析で得られたデータを用いて相互関係を解析するためのデータクレンジング法の検討を行い、数理モデル開発における基礎的知見を収集した。各種環境条件で処理されたキャベツ、エダマメ、ブロッコリーに関する網羅的遺伝子発現解析解析を実施し、プロファイル解析を行い、処理により特徴的な発現変動を示す遺伝子群の抽出が行われた。また、キャベツとブロッコリーに関しては、網羅的代謝産物解析も実施し、重要成分の動態を明らかにすることができた。これによって、網羅的遺伝子発現解析結果と、網羅的代謝産物解析結果について、相関関係を解析するための準備が整った。キャベツの光照射に関しては、クロロフィル蓄積に有効な条件の解明と蓄積のモデル化を実施するとともに、クロロフィル合成に係わる遺伝子の特定とその定量発現解析を行い、クロロフィル蓄積との関係性についてもモデル化した。エダマメに関しては、網羅的遺伝子発現解析と同時に実施した品質評価により、鮮度低下の指標として報告されているスタキオースの生成開始と生成速度が、包装内の酸素濃度に依存することを明らかにした。遺伝子発現プロファイル、網羅的代謝産物解析等で得られたデータを用いた、相互関係の解析に関しては、メタボロミクスソフトウェア(MS-DIAL)、MATLABのStatistics and Machine Learning ToolboxやBioInfomatics Toolboxを導入して、網羅的データのクレンジング法の検討を行い、数理モデル開発における基礎的知見を収集した。このように、当初予定していた青果物の品質評価へのオミクス手法の導入と、それによる品質評価の高度化、品質予測技術の実現が射程に入っている。なお、H30年度に解析を予定していた品目のうち、ピーマン、ネギ、ハクサイは予備的検討にとどまっていることを考慮すると、全体としては、概ね順調に進展していると判断される。H30年度に解析を予定していたピーマン、ネギ、ハクサイに加えて、他の研究課題で本研究に活用できるデータが取得できているトマトなどを研究対象として追加する。これらの青果物を種々の環境下に保存し、ガス代謝測定、網羅的遺伝子発現解析、網羅的代謝産物解析、重要品質の評価を実施する。網羅的遺伝子発現解析には、マイクロアレイ解析、mRNA-Seqを適用する。網羅的代謝産物解析には、CE、LC、DART、GCの各質量分析(MS)等を適用する。重要品質については、色調やつや等の外観品質(見た目)、万能引張圧縮試験機による力学特性(食感)、HPLCによる主要化学成分(味・機能性)、GC-MSによる香気成分(風味)を指標として定量的な評価を実施するとともに、重要遺伝子の発現変動を定量解析する。さらに、本研究を通じて得られる複数の網羅的データ、品質情報について、相互の関連性を解析し、青果物の品質および代謝に関する数理モデルを構築する。エダマメ、キャベツ、ブロッコリーを対象試料とした。異なる包装条件で振動処理を施したブロッコリーについて、処理直後および25°Cで3日間保存した試料花蕾のRNAを抽出し、BrassicaオリゴDNAマイクロアレイ(Agilent)を用いて、また異なる包装条件で10°Cに保存したエダマメのRNAを抽出し、ダイズオリゴDNAマイクロアレイ(Agilent)を用いて、それぞれ網羅的遺伝子発現解析を実施した。さらに異なるガス組成下に保存したブロッコリーの保存前および保存後の花蕾試料のRNAを次世代シークエンサー(NGS)による網羅的遺伝子発現解析および、磨砕試料の網羅的代謝産物解析(CE-MS、LC-MS)を外注実施するとともに、gene ontology解析や、特定の代謝経路についても解析を行なった。1/4分割のキャベツに光照射条件の異なる処理を行い、中心部分の試料について、NGSによる網羅的遺伝子発現解析、および磨砕物の網羅的代謝産物解析(CE-MS、LC-MS)を外注実施した。得られた網羅的解析情報から、品質に係わる重要情報を抽出した。また、光照射処理条件の異なる多種類のキャベツ試料からRNAを抽出し、NGSによる網羅的遺伝子発現解析を独自に実施し、gene ontology解析、代謝経路解析の準備を進めた。他方、これら試料について、品質変動に関するデータを解析し、網羅的解析と品質変化との関連を解析するための基礎データを得た。また、データマイニングや機械学習手法を用いた解析を行うためのソフトウェアの調査および評価を行った。

さらに、タマネギ鱗茎やコマツナ中に含まれる糖やカルボニル化合物のHPLCクロマトグラムを説明変量、貯蔵日数を目的変量とした多変量回帰分析を行い、収穫後の時間経過と共に変動するピークの同定法など、数理モデル開発における基礎的知見を収集した。エダマメ、キャベツ、ブロッコリーについて、予定していた振動、ガス組成、光照射条件などの異なる試料を得て、マイクロアレイおよびNGSを用いた網羅的遺伝子発現解析を実施できて。また、キャベツとブロッコリーについては、CE-MS、LC-MSを用いた網羅的代謝産物解析を実施できた.エダマメでは、RNA抽出条件の検討に時間を要し、マイクロアレイによる網羅的遺伝子発現解析の実施が年度末となったが、キャベツ、ブロッコリーと比べた遅れは軽微であり、H30年度早期の取組で挽回できる。網羅的遺伝子発現解析、網羅的代謝産物解析を実施したエダマメ、ブロッコリー、キャベツの一部の試料について、注目すべき遺伝子の定量的リアルタイムPCRを実施した。得られた網羅的遺伝子発現データを専用ソフトウエア用いることで、品質変化と関連付けした解析を実施できた。また、網羅的遺伝子発現解析データと網羅的代謝産物解析データとの相互解析のための、データマイニングや機械学習手法を用いた解析を行うためのソフトウェアの調査および評価を行い、適切な解析のための準備が整った。4分割し異なる条件で光照射処理されたキャベツの中心部分の試料について、次世代シーケンサーを用いた網羅的遺伝子発現解析(RNA-Seq)を実施した。このデータをマイクロアレイデータ解析ソフトウエア(GeneSpring、アジレント)に取り込み、遺伝子発現プロファイリングを実施した。また、同一部位から採取した試料について、クロロフィル含有量を調査し、クロロフィル含有量を高める光照射条件を明らかにした。さらに定量的リアルタイムPCR(qRT-PCR)を実施し、関与遺伝子を特定するとともに、クロロフィル蓄積のモデルを構築した。エダマメについて、網羅的遺伝子発現解析結果に基づき、品質調査結果と関連する遺伝子の探索・抽出を行った。抽出された遺伝子を含む複数遺伝子についてqRT-PCRを実施し、鮮度定価指標となることが報告されているラフィノース系オリゴ糖であるスタキオースの蓄積に直接的に影響を及ぼすと考えられる遺伝子を特定した。異なる包装条件で振動処理したブロッコリー試料について、マイクロアレイを用いて網羅的遺伝子発現解析を実施し、GeneSpringによるプロファイル解析を行った。また、レタスを対象に、接触刺激応答遺伝子の発現解析を行い、モデル植物シロイヌナズナの接触刺激応答との比較を行なった。
ヒトがん細胞のパラクライン因子とがん増殖の免疫生物学的研究

1.非転移性ヒト唾液腺癌細胞から分離した転移性クローンは、EGF、bFGFの産生を介して血管内皮細胞の増殖、遊走を刺激し、蛋白分解酵素産生を抑制した。2.膵管上皮癌細胞株による血管内皮細胞増殖刺激活性の産生は、TGFαとVECGFmRNA発現との関連が考えられ、本細胞移殖ハムスターに血管内皮細胞増殖抑制活性のあるAGM-1470を投与すると転移を抑制した。3.20例の非ホジキンリンパ腫細胞はRT-PCRではIL-6、、IL-6レセプター、gp130を極めて高率に発現したが相互の相関性は示さなかった。IL-6遺伝子導入SCIDマウスへのミエローマ細胞の生着は抗IL-6抗体投与で抑制された。4.肝癌患者では、血清中にTGF-β1の上昇と肝癌組織での発現の亢進を認め、培養肝癌細胞ではmRNAと蛋白レベルで過剰発現を認めたがTGF-β、感受性にはTGF-βレセプターのシグナル伝達の異常の関与が示唆された。5.胃癌細胞でもTGF-β感受性とレセプター発現の間に相関がなく、非感受性のp53蛋白発現陰性株にp53遺伝子を導入するとTGF-β感受性に変換した。CD4^+Tリンパ球のTGF-βによるIL-2反応性の低下にはp53の脱リン酸化が関与した。そのほか、IL-1レセプター細胞内ドメインのアミノ酸置換によるシグナル伝達への影響、IL-8抗体によるIL-8の好中球機能への影響、メラノーマにおけるマトリックスでのbFGF発現の解析、IL-1とIFN-γによるFGF刺激HUVECの増殖とFGF-レセプター発現への影響について、それぞれ解析した。これら研究を通じ、癌細胞の増殖、進展と宿主細胞とのサイトカインパラクランの相関を明らかにしつつある。
平面被覆予想の解決に向けた組織的研究

研究代表者である根上が1986年に提唱した「有限な平面的被覆を持つ連結グラフは射影平面に埋め込み可能であろう」という予想は国内外の位相幾何学的グラフ理論研究者によって支持され,「平面被覆予想」と呼ばれている。これまでの研究によって,K_<1,2,2,2>というグラフが有限な平面的被覆を持たなければ,その予想は正しいことがわかっている。1つの具体的なグラフとはいえ,その被覆は無限に存在し,その無限個の被覆の中に平面的なものが含まれていないことを証明することは容易なことではない。そこで,本研究では,平面的被覆が存在するかいなかを結論するための検索すべき被覆の個数を有限に抑えるという理論的根拠とその有限な検索空間を効率的に生成する手法を構築することを目指した。このような研究指針を「平面被覆予想の有限化」という。検索空間の生成に関しては,すでにK_<1,2,2、2>の(η-1)重平面的被覆の非存在が結論できていれば,それまでに生成したデータを引き継いで,O(n)時間でn重平面的被覆の存在・非存在が結論できるというアルゴリズムを構築した。しかし,メモリ空間が巨大になりすぎるため,パソコン上で単純にアルゴリズムを実装したのではすぐに破綻してしまうことが予想される。そのため,「持続可能なシステムの設計」という情報科学的な観点からの研究が必要となり,今後の研究に委ねざるをえない状況となった。検索空間を有限に抑えるための理論については,ある程度以上大きな平面的被覆は適当な分解を施した後に合成的被覆になるだろうという予想を検討することで研究を進めた。その結果,合成的被覆の理論と群論における原始的置換群の理論とを融合することで,かなりの頻度で期待した事実が成立することがわかり,有限群論の成果やグラフ内の閉路の母関数とも思えるゼータ関数の研究が有用だろうという知見を得た。その他にも本研究に触発されて,いくつかの位相幾何学的グラフ理論の成果を得ている。本研究の目的は,研究代表者である根上が1986年に提唱した「有限な平面的被覆を持つグラフは射影平面に埋め込み可能であろう」という予想の解決に向けて,組織的な研究を行うことである。その予想は国内外の位相幾何学的グラフ理論研究者によって支持され,「平面被覆予想」と呼ばれて研究が続けられている。そこで,今年度は,「平面被覆予想」に関連する国内外の研究動向を調査するとともに,グラフの平面的被覆を解析するために利用できそうな他分野の手法を収集することを目標とし,国内外の研究者と広く交流を持つことに力を注いだ。実際,韓国の項浦工科大学で開催されたグラフ理論の国際会議,関西グラフ理論研究集会,応用数学合同研究集会などに参加し,多くの研究者と情報交換を行った。また,2003年1月より横浜国立大学に客員研究員として滞在している米国研究者Dan Archdeacon氏に,米国の「平面被覆予想」に関する研究動向について講義していただいた。さらに,MathSciNetを利用して,本研究に関連しそうな論文の収集を行った。このような活動の結果,位相幾何学的グラフ理論におけるボルテージ・グラフの概念とトポロジーにおける被覆空間の概念を統合し,基本群と対称群を利用した代数的な議論が「平面被覆予想の有限化」の道を拓く可能性があること,また,三角形分割やグラフの再埋蔵の理論を利用することで,「平面被覆予想」の部分的な解決を与えられることなどの知見を得た。

本研究の目的は,研究代表者である根上が1986年に提唱した「有限な平面的被覆を持つグラフは射影平面に埋め込み可能であろう」という予想の解決に向けて,組織的な研究を行うことである。その予想は国内外の位相幾何学的グラフ理論研究者によって支持され,「平面被覆予想」と呼ばれて研究が続けられている。今年度も「平面被覆予想」に関連する国内外の研究動向を調査するためにスロベニアで開催された位相幾何学的グラフ理論の国際会議への参加を予定していたが、年度当初のSARS騒動のために参加を断念した。そこで、それを補うために、米国におけるグラフ・マイナー理論の研究に詳しい河原林健一氏を招聘し、講義を行ってもらった。それに伴う共同研究によって、閉曲面上のグラフの部分構造に関する結果を得ている。また、前年度に得られた知見に基づいて、グラフの合成的平面的被覆の理論を構築し、予想の命題における「平面的被覆」を「二重被覆を経由する平面的被覆」に置き換えると、予想が成立することが明らかになった。また、その理論の代数的な側面を強化し、有限群論の成果と結びつけることで、新たな進展が得られるのではないかという感触を得た。それに付随して、グラフの被覆に対するゼータ関数とL-関数に関する代数的な理論を構築することができた。この部分に関しては、韓国の項浦工科大学のグループとの共同研究が進行しており、さらなる発展が期待される。さらに、ハミルトン閉路に注目することで、球面上の2つの三角形分割をつなぐ対角変形の手数の評価が既存の結果よりも飛躍的に改善できることが明らかになった。これは「平面被覆予想」と直接的には関係しないが、平面グラフの全体的な構造を調べることで「平面被覆予想」の解決の道を開こうという着想を示唆するものになっている。研究代表者である根上が1986年に提唱した「有限な平面的被覆を持つグラフは射影平面に埋め込み可能であろう」という予想は国内外の位相幾何学的グラフ理論研究者によって支持され,「平面被覆予想」と呼ばれている。これまでの研究によって,K_<1,2,2,2>というグラフが平面的被覆を持たなければ,その予想は正しいことがわかっている。1つの具体的なグラフとはいえ,その被覆は無限に存在し,その無限個の被覆の中に平面的なものが含まれていないことを証明することは容易なことではない。そこで,本研究では,平面的被覆が存在するかいなかを結論するための検索すべき被覆の個数を有限に抑えるという理論的根拠とその有限な検索空間を効率的に生成する手法を構築することを目指した。このような研究指針を「平面被覆予想の有限化」という。検索空間の生成に関しては,すでにK_<1,2,2,2>の(n-1)重平面的被覆の非存在が結論できていれば,それまでに生成したデータを引き継いで,O(n)時間でn重平面的被覆の存在・非存在が結論できるというアルゴリズムを構築した。しかし,メモリ空間が巨大になりすぎるため,パソコン上で単純にアルゴリズムを実装したのではすぐに破綻してしまうことが予想される。そのため,「持続可能なシステムの設計」という情報科学的な観点からの研究が必要となり,今後の研究に委ねざるをえない状況となった。検索空間を有限に抑えるための理論については,ある程度以上大きな平面的被覆は適当な分解を施した後に合成的被覆になるだろうという予想を検討することで研究を進めた。
ミエリン変異ラットを用いたミエリン修復・再生ダイナミックスの解明と治療戦略の構築

新規ミエリンミュータントVFラットの原因遺伝子Dopey1を発見した.Dopey1が,ミエリン形成時の細胞内輸送や,神経細胞・軸索とOL間の相互作用において重要であることを示した.dmyラットの病態解析を行い,オリゴデンドロサイトの分化に関わる転写因子(PDGFRa,Olig2,Nkx2.2)が減少し,オリゴデンドロサイトの分化・成熟・機能異常が生じ,ミエリン形成障害至る可能性を示した.新規ミエリンミュータントVFラットの原因遺伝子Dopey1を発見した.Dopey1が,ミエリン形成時の細胞内輸送や,神経細胞・軸索とOL間の相互作用において重要であることを示した.dmyラットの病態解析を行い,オリゴデンドロサイトの分化に関わる転写因子(PDGFRa,Olig2,Nkx2.2)が減少し,オリゴデンドロサイトの分化・成熟・機能異常が生じ,ミエリン形成障害至る可能性を示した.新規のミエリン異常ミュータントであるVFラットの遺伝子解析を行い,ホモ型ラットにおいて顕著な発現低下の認められた遺伝子Xにおいて,ナンセンス変異を発見した.免疫組織化学的解析によりVFラットの原因遺伝子産物は,オリゴデンドロサイトおよび神経細胞の細胞質に発現していることが確認された.一方,ホモ型ラットでは蛋白X発現細胞は認められなかった.中枢神経系のミエリン崩壊を特徴とするdmyラットの病態解析では,原因遺伝子MRS2が主に分布する神経細胞の病態に注目して解析した.6,7,8週齢のdmyラットのホモ型および対照ラット(野生型)の脊髄を腹索・灰白質・背索にわけて採材し,1Real-time PCR法により,各部位におけるオリゴデンドロサイトの分化に関わる転写因子のmRNA発現量を測定した.2抗ミトコンドリアCOXIV抗体を用いた免疫組織化学解析により,神経細胞におけるミトコンドリアの変化を比較した.3抗Golgi抗体,抗ユビキチン抗体を用いた免疫組織化学解析と,PLPに対するin situ hybridization法によって,腹索のオリゴデンドロサイトの染色性を比較した.1オリゴデンドロサイトの分化に関わる転写因子(PDGFR&#61537;,Olig2,Nkx2.2)は6,7,8週齢のホモ型ラットにおいて、特に灰白質で減少した.27,8週齢のホモ型ラットにおいて,神経細胞におけるミトコンドリアの免疫染色性が低下した.3ホモ型ラットの腹索においてみられる腫大したオリゴデンドロサイトの細胞質内にGolgiの免疫染色性の増強がみられ,また,ユビキチンの免疫染色性も増加した.以上より,神経細胞におけるミトコンドリアの異常に伴い,オリゴデンドロサイトの分化・成熟・機能異常が生じ,ミエリン形成障害がおこっている可能性が示された.【研究の目的】中枢神経系のミエリン病変を発症するミュータントラットを解析し,7週齢頃より急速に脱髄病変が進行するdmyラット,軸索周囲の空胞形成およびミエリン低形成がみられるVFラット,ミエリン形成初期からのミエリン低形成を特徴とするmvラットを調べた.本年度は主に,dmyホモ型ラットにおいて顕著な発現増加を示すある遺伝子(遺伝子X)に着目し,その発現動態をそれぞれのミエリン形成異常の病態と比較検討することにより,ミエリン崩壊のメカニズムを解明することを目的とした.【材料・方法】mvラットの白質と灰白質(4,6週齢),VFラットの白質と灰白質(4,10,20週齢), dmyラットの脊髄腹索,灰白質,背索(4,5,6,7,8週齢)よりmRNAを抽出し,real-time PCR法により遺伝子XのmRNA発現量を測定した.また,遺伝子Xの発現タンパク質に対する抗体を用いて,蛍光免疫染色法および免疫電顕法により,発現細胞の同定と詳細な細胞内局在を調べた.Western blotting解析により発現量を測定した.【結果・考察】dmyホモ型ラットでは,対照ラットと比較して,遺伝子XのmRNA発現の著しい増加が認められた.また,その発現は4週齢から8週齢まで病変の進行に伴い上昇し,特に病変形成の著しい腹索における発現上昇が最も顕著にみられた.一方,mvラットやVFラットでは軽度の発現上昇がみられた.これらの結果から,遺伝子Xは,dmyラットにおけるミエリン崩壊に関与すると考えられた.当研究室のこれまでの研究結果から,dmyラットの病変進行過程には酸化ストレスが関与していることが示唆されている.以上より,遺伝子Xはdmyラットにおいて,酸化ストレスにより引き起こされるミエリン崩壊の病理発生に関与している可能性が示唆された.これまで、中枢神経系の白質におけるミエリン崩壊を特徴とする自然発症ミュータントdemyelination (dmy)ラットの病態解析を行ってきた。dmyラットの原因遺伝子は、ミトコンドリア内のマグネシム流入に関与するMrs2遺伝子であるが、MRS2は主に中枢神経系の神経細胞に分布しており、神経細胞のミトコンドリア異常がどのようにミエリン形成細胞のオリゴデンドロサイトを障害し、ミエリン崩壊に至るかについては不明な点が多い。今回、dmyラットの病理発生を明らかにする目的で、特に神経細胞の病態に注目して解析した。6、7、8週齢のdmyラットのホモ型および対照ラット(野生型)の脊髄を腹索・灰白質・背索にわけて採材し、1Real-time PCR法により、各部位におけるオリゴデンドロサイトの分化に関わる転写因子のmRNA発現量を測定した。2抗ミトコンドリアCOXIV抗体を用いた免疫組織化学解析により、神経細胞におけるミトコンドリアの変化を比較した。

3抗Golgi抗体、抗ユビキチン抗体を用いた免疫組織化学解析と、PLPに対するin situ hybridization法によって、腹索のオリゴデンドロサイトの染色性を比較した。1オリゴデンドロサイトの分化に関わる転写因子(PDGFRalpha、Olig2、Nkx2.2)は6、7、8週齢のホモ型ラットにおいて、特に灰白質で減少した。27、8週齢のホモ型ラットにおいて、神経細胞におけるミトコンドリアの免疫染色性が低下した。3ホモ型ラットの腹索においてみられる腫大したオリゴデンドロサイトの細胞質内にGolgiの免疫染色性の増強がみられ、また、ユビキチンの免疫染色性も増加した。以上より、神経細胞におけるミトコンドリアの異常に伴い、オリゴデンドロサイトの分化・成熟・機能異常が生じ、その結果、ミエリン形成障害がおこっている可能性が示された。研究の目的:中枢神経系のミエリン病変を発症するミュータントラットを解析し,7週齢頃より急速に脱髄病変が進行するdmyラット,軸索周囲の空胞形成およびミエリン低形成がみられるVFラット,ミエリン形成初期からミエリン低形成を特徴とするmvラットを調べた.VFラットの病態解析【結果・考察】:VFラットの原因遺伝子Dopey1を同定し,その発現細胞,細胞内局在を詳細に調べた.その研究成果を国際専門誌であるGlia誌に発表した.各週齢のVFラット脊髄白質におけるオリゴデンドロサイト前駆細胞(OPC)の動態を経時的に解析した.VFラットのOlig2 mRNA発現量は,10週齢で有意な上昇が,Nkx2.2 mRNA発現量は全週齢において低下傾向を示した.Pdgfralpha mRNA発現量は,4週齢で増加,10週齢以降で低下した.Olig2に強陽性を示すOPC数は、10週齢以降で明らかに増加した.以上より,VFラットにおけるOLの成熟異常が示唆され,ミエリン低形成に関与していると考えられた.dmyラットとtremor (TRM)ラットの病態比較【結果・考察】17,8週齢のdmyラットの脊髄腹索においてNkx2.2陽性OPCが有意に減少した.このことからdmyラットではオリゴデンドロサイトの分化・成熟異常が起こっていることが示唆された.TRMラットではNkx2.2の免疫染色性に差は認められなかった.2dmyラットでは対照ラットと比較して,オリゴデンドロサイトのPLP mRNAの発現が減弱していた.TRMラットでは対照ラットと比較して,PLP陽性の突起の伸長が悪く,未熟な形態をしたオリゴデンドロサイトが多数認められた.このことからdmyラットでは成熟オリゴデンドロサイトの機能異常が起こっているのに対し,TRMラットでは成熟異常が起こっていることが示唆された.26年度が最終年度であるため、記入しない。獣医病理学26年度が最終年度であるため、記入しない。
早期接触が咀嚼筋活動に与える影響に関する実験的研究

不正咬合や顎関節症の病因のひとつに早期接触による顎の異常運動があげられる。これまでの研究から早期接触によって生じた歯根膜からの情報が咀嚼筋の興奮性に影響を及ぼしており、この反射の形成ならびに消失は比較的早期に行われていることが判明した。そこで、本研究では歯根膜に負荷する圧刺激の違いが咀嚼筋に与える影響について検討した。歯列咬合ならびに顎関節にとくに異常のない成人を対象とし、両側上下顎第一大臼、第一小臼歯、犬歯および上下顎右側中切断の14歯それぞれに頬側から舌側に、舌側から頬側に、さらに歯軸方向の3方向から、1秒間、約1kgの圧刺激を加えた際の咀嚼筋活動の変化を検討した。圧刺激負荷前の筋活動状態として安静時、5Kg、10Kg、15Kg噛みしめ時の4つの状態を設定した。安静時に歯根膜に圧刺激を負荷すると、ほとんどの歯で興奮性の筋放電が誘導された。10Kgの噛みしめ時に圧刺激を加えると筋放電の抑制が認められた。5Kg噛みしめ時には筋放電の誘導と抑制の両者が認められ、5Kg前後の噛みしめが歯に圧刺激を加えた際に興奮反射が抑制反射に切り替わる境界と考えられた。この逆転現象は、咀嚼時に咀嚼筋がまだ弱い咬合力しか出していない状態で歯根膜に圧刺激が加わるとより強く咬もうとし、すでに大きな咬合力を出している状態で圧刺激が加わると反射的に咀嚼筋の興奮を抑制するといった形で咀嚼運動を調節しているものと考えられる。一方、歯根膜反射の圧刺激の方向性に関しては、上顎の歯に舌側から圧刺激を負荷した場合、興奮反射は起こらず抑制反射のみが認められた。他方、下顎の歯に関しては舌側からの圧刺激に興奮反射が認められ、歯根膜には刺激方向性があることが判った。以上のことから、圧刺激による歯根膜からの情報が咀嚼筋の興奮性を変化させ、その結果、下顎運動にも影響を及ぼしている可能性があることが示唆された。不正咬合や顎関節症の病因のひとつに早期接触による顎の異常運動があげられ、その診断には従来から咬合紙、ワックスバイト、調節性咬合器あるいはマイオモニターや咬合音などを応用する方法も報告されている。しかし、これらの方法では、早期接触の存在の確認や、早期接触歯の同定にとどまり、顎運動に与える影響の解析あるいは早期接触解消後の筋機能の変化を知ることはできない。本研究では、歯根膜の圧迫刺激によって誘発される咀嚼筋の興奮を咀嚼筋筋電図法を応用して検出し、早期接触の咀嚼筋に与える影響を解明するとともに、早期接触を取り除いた後の機能変化、とくに筋機能の変化について検討するため以下の実験をおこなった。実験には成犬2頭を用い、下顎犬歯遠心面に接着性レジンで人為的に早期接触を付与した。早期接触による歯根膜反射が咀嚼筋に与える影響をみるため咬筋と側頭筋から筋電図を採録しながら、ロードセルを用い上顎犬歯に圧刺激を与えた。