hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
口腔バイオフィルム・唾液のメタボローム解析で拓く「口腔疾患リスク指標」

口腔バイオフィルムおよび唾液を対象としたCE-TOFMS分析計を用いたメタボローム解析法を確立した。本手法によって、糖代謝系に加え、これまで不明であったアミノ酸代謝系の解析が可能となった。また、口腔バイオフィルムに較べ代謝物濃度が1/100程度の唾液においても測定が可能となった。さらに糖アルコールやフッ化物の影響の解析を通して、口腔バイオフィルムにおける糖代謝とアミノ酸代謝の連携が示唆された。齲蝕においては糖代謝プロファイル、歯周炎・口臭においてはアミノ酸代謝プロファイルを比較検討することで、メタボローム解析結果を口腔疾患リスク指標に応用できる可能性が示された。代表的口腔バイオフィルムとして歯肉縁上歯垢を用い、含まれる代謝産物、代謝中間体を対象として、CE-TOFMSシステムによる網羅的微量定量法を確立・発展させた。Carbon metabolism(解糖系・クエン酸回路・ペントースリン酸回路)に限定されていたこれまでのメタボローム解析に、Nitrogen metabolism(アミノ酸代謝系)のメタボローム解析を加えることで、糖質代謝からアミノ酸・タンパク質代謝といった口腔バイオフィルムで生じていると推測される広範なメタボローム解析が可能となった。Nitrogen metabolismのメタボローム解析に必要な口腔バイオフィルム試料の前処理は、Carbon metabolismのそれと同等であり、簡便なメタボローム解析が可能となった。2.口腔バイオフィルムのメタボローム解析の応用実際のin vivoでの口腔バイオフィルムの代謝が口腔内の環境変動でどのような影響を受けるのか、さらにその影響がin vitro研究で予測されたものと同じか否かを検討した。口腔バイオフィルムの代謝に影響を及ぼすものとしてフッ化ナトリウム及びキシリトールを対象とし、これらを洗口する前後に歯肉縁上歯垢を採取し、Carbon metabolismについてメタボローム解析を行った。フッ化ナトリウム洗口ではエノラーゼ阻害が見られるとともに酸産生が有意に減少するなど、これまでin vitroで得られた知見がin vivoでも生じていることが確認された。一方、キシリトール洗口では、酸産生の減少はもとより糖代謝阻害はまったく見られず、これまでのミュータンスレンサ球菌を用いたin vitro研究で推測されてきた代謝阻害は、in vivoではほとんど生じないものと考えられた。これまで歯肉縁上歯垢を用いたメタボローム解析手法を確立したが、本年度は、対象を唾液に拡大し、その分析方法の確立を行った。主にアミノ酸やCentralcarbon metabolism(解糖系・クエン酸回路・ペントースリン酸回路)の代謝中間体を対象に唾液からの検出を試みた。いずれの物質も検出可能であったが、プラークと比して単位体積当たりの量は100分の1程度と低く、唾液に含まれる塩濃度によっては測定の妨げになる可能性が示唆されたことから、測定対象物質により濃縮あるいは希釈を行う必要があることが分かった。2.口腔バイオフィルムのメタボローム解析の展開(アンモニア定量方法の確立)In vivoでの口腔バイオフィルムの代謝について、本年度はアミノ酸代謝に関わる物質を中心に分析を進めた。アミノ酸の主要分解産物であるアンモニアはCE-TOFMSによって検出できないため、微量試料の測定が可能なアミチェックメータを用いて解析を試みた。結果、アミノ酸添加によって、口腔バイオフィルム中の各種アミノ酸及びアンモニアなどが変動することが明らかになり、口腔バイオフィルム内では、糖だけでなくアミノ酸がなんらかのエネルギー源として利用されていることが示された。とくに口腔バイオフィルム内ではグルタミン酸が多く、またグルタミンやグルタミン酸からのアンモニア産生量も多かったことから、これらのアミノ酸が口腔バイオフィルム内で利用されやすいことが示唆された。本研究成果の一部は、日本生化学会や歯科基礎医学会などで発表した。1.口腔バイオフィルムのメタボローム解析の展開:これまで、口腔バイオフィルムの糖(糖アルコールを含む)およびアミノ酸代謝の概要について明らかにしたが、実際の口腔内では糖とアミノ酸が同時に利用されることが多いことが想定されることから、糖(糖アルコールを含む)代謝とアミノ酸代謝の相互関連を検討した。その結果、グルコースなどの発酵性糖では、糖代謝とともにアミノ酸代謝が促進されたが、糖アルコールではその種類によって、促進されるものと抑制されるものに峻別できることが判明した。2.口腔バイオフィルム構成細菌メタボローム解析プラットフォームの構築:これまでの研究から、口腔バイオフィルム構成細菌は、糖代謝とアミノ酸代謝の相互作用など、これまで考えられていたよりも遙かに複雑な代謝を行っていることが明らかになっており、個々の構成細菌の代謝について、再度、詳細な検討が必要となった。そこで、糖代謝優位菌としてStreptococcus mutans、アミノ酸代謝優位菌としてPorphyromonas gingivalis、二次代謝優位菌としてVeillonellaを対象として、メタボローム解析プラットフォームを構築しつつある。Veillonellaについては既知の乳酸代謝だけではなく、特徴的なアミノ酸代謝を行っていることが明らかになった。本研究結果の一部は、国際歯科研究学会(IADR)、歯科基礎医学会等で発表した。

1.口腔バイオフィルムのメタボローム解析の展開(アミノ酸代謝動態):昨年度までに、in vivoでの口腔バイオフィルムの代謝について、糖に加えアミノ酸がエネルギー源として利用されていることを明らかにしたが、本年度はより詳細なアミノ酸の代謝動態について検討した。各種アミノ酸を口腔バイオフィルムに添加したときのアンモニア産生量はグルタミンからが最も多く、アスパラギン、アルギニン、セリン、グルタミン酸、アスパラギン酸、システインと続いた。また、アンモニアの産生と共に、グルタミンからグルタミン酸が、グルタミン酸から2-オキソグルタル酸が、システインからセリンが、セリンからピルビン酸が、アスパラギン酸からフマル酸が、アルギニンからシトルリンやオルニチンが特徴的に産生され、各種アミノ酸が、口腔バイオフィルム中でそれぞれ特徴的な代謝によって分解・利用されていることが明らかとなった。2.口腔バイオフィルムのメタボローム解析の展開(糖アルコール代謝動態):さらに齲蝕予防効果があるとされる糖アルコールを用いた研究に着手した。ソルビトール代謝前後での口腔バイオフィルムおよびミュータンスレンサ球菌のメタボローム解析を行い、グルコース代謝時の変化との比較検討などを行った。この点については、他の糖アルコールも含め、次年度において検討を加えていく予定である。3.ライブラリーデータの充実化:検出対象となる各物質の同定・定量をより迅速に正確に行うため、それらの物質の標準試薬を用いて、必要なライブラリーデータ(各物質のCEによる検出時間並びにTOFMSによる精密質量(m/Z)に関するデータベース)の整備を進めた。この結果、口腔バイオフィルム内で機能している代謝経路、代謝酵素の推定が容易になった。本研究結果の一部は、国際歯科研究学会(IADR)、歯科基礎医学会、日本歯科医学会総会などで発表した。東日本大震災による施設や機器の損傷により、当初予定していた研究計画の実施が遅れたため。25年度が最終年度であるため、記入しない。東日本大震災による遅れを取り戻し、当初予定していた研究計画が実施されているため。東日本大震災にて遅れている研究を可及的速やかに進め、申請時の「研究の目的」に沿って本課題を推進する。基本的に申請時の「研究の目的」に沿って本課題を推進する。とくに糖代謝に関しては、齲蝕予防効果が期待される糖アルコール等の代用甘味料を含めた様々な糖質の口腔バイオフィルムによる代謝を検討し、齲蝕との関連性を検討して行く。
細胞内Ｈｓｐ９０のＦＲＥＴ型バイオセンサーの構築とその阻害剤探索への応用

タンパク質の化学修飾は生命現象の解明や医薬品開発のための基盤技術として期待されています。例えば、タンパク質に蛍光色素などを修飾すると、タンパク質の動態解析などが可能となる。しかし、既存の方法では天然タンパク質を修飾できない、本来の細胞環境を乱してしまうなどの問題がある。そのため、遺伝子工学技術を用いずタンパク質を細胞環境で有機化学的に修飾できるリガンド指向性化学が注目されている。本手法で天然タンパク質の化学修飾が可能になってきたが、これまでのラベル化剤は反応速度が遅く反応効率も低いため、修飾したタンパク質の機能解析は限られていた。そこで、より迅速かつ高効率なタンパク質化学修飾法の開発に取り組み、新たにN-アシル-N-アルキルスルホンアミド(NASA)構造を反応基とする、リガンド指向性NASA化学を開発した。また、これまでタンパク質の動態や機能解析のツールとして応用されてきた化学修飾法をタンパク質の機能制御に応用し、がん治療の創薬標的として注目されているHsp90の不可逆阻害剤開発に展開した。Hsp90の結晶構造の知見を基に、既存のリガンドPU-H71に適切な長さのリンカーとNASA反応基を連結したPU-NASAを合成した。Hsp90はがん関連タンパク質を安定化するシャペロンとしての機能を有するので、PU-NASAがこのシャペロン活性を不可逆的に阻害するか評価した。その結果、PU-NASAを処置した乳がん細胞ではPU-H71に比べ、タンパク質が顕著に分解されていることがわかった。このことから、PU-NASAはHsp90と共有結合を形成するため、細胞洗浄操作によりHsp90から解離せず、強い阻害活性を示し、一方、PU-H71は細胞洗浄操作によりHsp90から解離するため、阻害活性が低下していることがわかった。リガンド指向性化学の反応基が不可逆阻害剤の反応基に応用可能であることを示し、リジン残基を標的とする初めてのHsp90不可逆阻害剤の開発に成功した。従来の不可逆阻害剤開発は主にリガンド結合サイト近傍にシステイン残基を有するタンパク質を対象に行われてきたので、今後は、NASA反応基がリジン残基と反応する特徴を有するため、標的タンパク質を拡張できることが期待できる。そこで、これまであまり標的とされてこなかったタンパク質間相互作用の不可逆阻害剤開発に取り組む。
中学ならびに高校運動部経験が人格発達に及ぼす影響の検討

本年度は、中学運動部員の自我発達の一般的特徴を明らかにすることを目的とした。まず、中学運動部員2・3年生402名を対象に、Loevingerらの文章完成テスト実施し、自我発達と競技レベルの関係について検討を加えた。競技レベルを低・中・高の3群に分割し、3群の自我発達得点を比較した。その結果、男子では低競技レベル群の自我発達得点が最も低く、高競技レベル群の自我発達得点が最も高かった。また、自我発達得点が高い群(上位25%、高自我発達群)と低い群(下位25%、低自我発達群)を抽出し、両群の試合での実力発揮度を比較した。その結果、有意水準には達しなかったが、男女ともに高自我発達群の方が実力発揮度が高かった。これらの結果より、自我発達に支えられながら競技レベルが上昇していくことが推測された。さらに、どのような領域でのどのような体験が自我発達を促進するのかを明らかにするために、「チームメイトとの関係」などの4つのスポーツ領域での事象と、「勉強」などの6つの日常生活領域での事象を設定し、個々の事象に対する「悩みの程度」・「解決のための努力の程度」と自我発達との関連について検討を加えた。その結果、男女ともに、全体的には高自我発達群が低自我発達群よりも悩みの程度と努力の程度が高い傾向が見られた。そして、男子では特にスポーツ領域として取り上げられた事象において、一方、女子では特に対人関係にかかわる事象において、高自我発達群が低自我発達群よりも悩みの程度と努力の程度が高かった。これらのことから、必ずしも運動部経験のみによって自我発達が促進されるとは限らないが、中学運動部員にとって時間的な関与が多い部活動での危機経験ならびに危機解決に向けた努力が自我発達を促進すると推測された。本年度は、高校運動部員の自我発達の一般的特徴を明らかにすることを目的とした。まず、高校1・2年生、運動部員(436名)、非運動部員(154名)を対象に、Lovingerらの文章完成テスト実施し、学年別・性別に運動部員と非運動部員の自我発達得点を比較した。その結果、2年生の女子を除くと運動部員の方が非運動部員より自我発達得点が高いことが示された。次に、競技レベルと自我発達の関係を明らかにするために、運動部員の競技レベルを低・中・高の3群に分割し、男女別に3群の自我発達得点を比較した。その結果、男女ともに3群の自我発達得点に顕著な差は見られなかった。また、実力発揮と自我発達の関係を明らかにするために、自我発達得点が高い群(上位25%、高発達群)と低い群(下位25%、低発達群)を男女別に抽出し、両群の実力発揮度を比較した。その結果、男女ともに高発達群の方が低発達群よりも実力発揮度が高かった。さらに、高校運動部のどのような体験が自我発達を促進するかを検討するために、「チームメイトとの関係」などの4つのスポーツ領域での事象と、「勉強」などの8つの日常生活領域での事象を設定し、個々の事象に対する「悩みの程度」と「解決のための努力の程度」を調査し、自我発達との関連について検討を加えた。その結果、男子においては自我発達の高発達群が低発達群よりも、全般的に悩みの程度と努力の程度が高かった。一方、女子においては、全般的には両群の悩みの程度は両群でほほ同水準であったが、努力の程度においては高発達群が低発達群よりも高得点を示していた。これらのことから、運動部生活での危機事象における解決に向けた努力の程度、すなわちエリクソンの言う危機事象に対する高い相互性が高校運動部員の自我発達を促進すると推測された。
認知症予防・介護予防に向けた高齢難聴者の生活支援プログラムの開発

1.A県内の4つの介護予防リハビリテーション施設に通所する高齢者を対象とした研究:研究への新規登録者は、平成29年の1回目調査では195名、平成30年の2回目調査では109名の合計304名であった。そのうち、1名が認知機能検査を受けておらず、26名が調査票未提出である。対象者は女性が195名で男性が108名であった。認知機能低下者の割合は女性(70%)と比べて男性(79%)が多かった。ロジスティック回帰分析により性年齢の影響を調整した認知機能低下と聴力との関連を示す。男性と比べて女性では、認知機能低下がある者が有意に少なかった(OR=0.47)。また、年齢が上がるほど認知機能低下がある者が多く、56-78歳を基準として、85歳以上では4.46倍であった。本年度は、平成31年3月に追跡調査のみを実施し、77名の同意を得ている。結果返却準備と入力作業を進めているが、調査票の提出がまだのものもおり、解析については調査票の提出完了後となる予定である。2.離島で生活する高齢者を対象とした研究:平成29年度に引き続き、平成30年10月29日-11月2日に調査を実施した。約650世帯に配布し、92人の申し込みがあった。実際の調査には74人が参加した。昨年度からの追跡対象者は29人、新規登録者は45人であった。右聴力の健聴の高齢者は、全体で27.4%であった。中程度難聴と高度難聴は全体で71.2%であった。重度難聴は1.4%であった。左聴力の健聴の高齢者は、全体で36.1%であった。中程度難聴以上の人は、全体で63.9%であった。この研究については、今後もコホートを継続する予定である。地域で生活する高齢者を対象としてベースラインとなる聴力と認知機能、生活機能を調査するために、今年度は、文献検討や他研究機関の研究者の助言を得て、具体的な研究プロトコルを作成した。また、調査項目に応じて尺度の使用許可の申請や調査員の研修(ファイブ・コグテスター、オージオメーターの使用方法など)を実施した。さらに、調査地域として鹿児島県の離島であるA町および兵庫県内のデイケア運営会社に研究協力を打診し、調査に向けた調整を進めている。A町には8月に訪問して調査概要を説明し、具体的な調査時期、内容、調査地区などについて調整を進めている。デイケア運営会社とは11月から具体的な調整を開始している。運営会社は7カ所のデイケア施設を運営しているが、全ての施設で同時に調査を実施することが困難であるため、12カ所を選定し、平成27年6月頃から調査を開始する予定である。産前産後の休暇又は育児休業による中断:平成27年5月9日平成28年6月19日平成27年6月に地域で生活する高齢者を対象としてベースラインとなる聴力と認知機能、生活機能を調査する予定であったが、平成27年の5月から1年間の研究中断により協力施設からベースライン調査の延期を求められた。平成27年4月は調査資料の印刷・物品の梱包など調査の準備を実施した。また、研究中断中であるが協力施設との調整を行い、平成28年度9月にベースライン調査を実施する予定である。6月にベースラインの調査予定であったが、協力施設から研究者の研究再開後に調査を実施するよう要望を受けたためベースライン調査が遅れている。地域で生活する高齢者を対象として聴力と認知機能、生活機能との関連を明らかにするために、平成29年3月にA県内にある4つのリハビリテーションセンターでベースライン調査を行った。調査対象者は地域で生活する要支援要介護1の高齢者とした。調査内容は、リオンのオージオメーターを用いた聴力検査(500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz)、Moca-J聴取(認知機能検査)をリハビリテーションセンターで実施し、生活状況に関しては自記式質問紙を配布し、後日回収することとした。194名の高齢者から調査協力が得られ、現在、聴力検査結果、認知機能検査結果については入力作業中であり、自記式質問紙については回収途中である。今後は、データ入力が完了次第、聴力と認知機能、生活機能との関連について分析を進める予定である。平成28年7月に育児休業から復帰し、研究を再開した。対象施設との調整をすすめる中で研究計画の変更があり、研究計画の修正が必要になった。修正した研究計画について倫理審査委員会での承認を得る必要があり、ベースライン調査の開始が遅れた。地域で生活する高齢者の聴力と認知機能、生活機能との関連を明らかにするために、2つのコホート研究を計画し、調査を実施した。1.今年度は新たに離島で生活する高齢者を対象に、聴力と認知機能(ファイブ・コグ)、生活機能(自記式質問紙、ロコモ度チェック)を調査した。コホートの新規登録者は、男性23人、女性42人の計65名であった。平均年齢は、男性74.9(±6.5)歳、女性76.4(±6.9)歳であった。

右耳の聴力レベルが中重度難聴であるものは29.3%で、左耳の聴力レベルが中重度難聴であるものは30.8%であった。中重度難聴者のうち、同意が得られた6名には家庭訪問を行い、生活上の困難や難聴不自由度、認知機能検査(MocCa-J)などの聞き取り調査を実施した。現在、データ入力、対象者への結果返却を終えている。今年度は、調査依頼文書を配布し、調査協力の意向がある高齢者からの返信により対象者を登録し、さらに、調査実施の1ヶ月前に調査日時の案内文書を送付した。しかし、調査時に対象者の方々から、調査に協力するための手続きが煩雑であること、調査日時の案内が1ヶ月前では早すぎるなどの意見があった。次年度は地域の特性に合わせて、協力者の募集や調査日時の案内方法などを検討する必要がある。2.昨年度に引き続き、A県内の4つのリハビリテーション施設に通所する要支援高齢者を対象に聴力と認知機能(MoCA-J)、生活機能(自記式質問紙)を調査した。今年度の新規登録者は122名で、追跡対象者は55名であった。現在は、対象者への結果返却作業および入力作業中である。対象者の登録は今年度で終了し、昨年度と今年度の新規登録者のデータをベースラインデータとして解析する予定である。離島で生活する高齢者を対象としたコホート研究を開始し、中重度難聴者への訪問調査を実施できたが、登録者が少ないため、次年度以降も登録者を募集する必要がある。A県内の4つのリハビリテーション施設に通所する要支援高齢者の調査では、今年度で新規登録は終える予定であるため、ベースラインデータの解析は実施できるが、今年度の新規登録者が122名いたため、それらを含めた追跡1年後のデータ解析が実施できない。1.A県内の4つの介護予防リハビリテーション施設に通所する高齢者を対象とした研究:研究への新規登録者は、平成29年の1回目調査では195名、平成30年の2回目調査では109名の合計304名であった。そのうち、1名が認知機能検査を受けておらず、26名が調査票未提出である。対象者は女性が195名で男性が108名であった。認知機能低下者の割合は女性(70%)と比べて男性(79%)が多かった。ロジスティック回帰分析により性年齢の影響を調整した認知機能低下と聴力との関連を示す。男性と比べて女性では、認知機能低下がある者が有意に少なかった(OR=0.47)。また、年齢が上がるほど認知機能低下がある者が多く、56-78歳を基準として、85歳以上では4.46倍であった。本年度は、平成31年3月に追跡調査のみを実施し、77名の同意を得ている。結果返却準備と入力作業を進めているが、調査票の提出がまだのものもおり、解析については調査票の提出完了後となる予定である。2.離島で生活する高齢者を対象とした研究:平成29年度に引き続き、平成30年10月29日-11月2日に調査を実施した。約650世帯に配布し、92人の申し込みがあった。実際の調査には74人が参加した。昨年度からの追跡対象者は29人、新規登録者は45人であった。右聴力の健聴の高齢者は、全体で27.4%であった。中程度難聴と高度難聴は全体で71.2%であった。重度難聴は1.4%であった。左聴力の健聴の高齢者は、全体で36.1%であった。中程度難聴以上の人は、全体で63.9%であった。この研究については、今後もコホートを継続する予定である。研究プロトコルの作成や尺度の使用許可などに時間を要したこと、離島を含めて調査対象地域を拡大したことで、調整に時間がかかったことが研究進捗の遅れに影響していると考える。平成28年9月にベースライン調査を実施し、半年ごとに追跡調査を実施する予定である。
細胞周期制御における転写因子hDREFの機能とSUMO化の役割の解析

転写因子hDREFは細胞周期進行に重要であることが示されていたが、細胞増殖における役割は不明であった。そこで、hDREF強制発現とノックダウンの実験を行い、hDREFが細胞増殖を正に制御することを示した。さらに、hDREFはリボソームタンパク質遺伝子のプロモーターによく保存されているBox Aと名づけられた配列に結合し、それらの細胞周期依存的な発現調節を行っていることを明らかにした。また、hDREFの標的遺伝子であるリボソームタンパク質が十分な量発現することが細胞増殖に必要であることも示した。これらの事実から、hDREFの細胞増殖制御機構の一端はhDREFによるリボソームタンパク質遺伝子発現調節にあることを示唆した(Yamashita et al. Mol.Cell.Biol.)。次にhDREFのhATCドメインとその機能を詳細に解析した。hATCドメインは、少なくとも26種類存在する哺乳類のhATトランスポゼースファミリーにおいて保存されるドメインであるが、その機能は不明であった。私は様々な変異体を用いた解析により、hATCドメインは自己会合(self-association)を担う領域であり、このドメインを介した多量体形成は、hDREFの核蓄積とDNA結合能に必要であることを示した。また、hATCドメインを有する別のヒトZBED4タンパク質においても、hATCドメインはその核蓄積に必要であることを示した。このことから、hATファミリーの核蓄積においてhATCドメインは保存された機能を持つことを明らかにした(Yamashita et al. J.Biol.Chem.)。また、私はhDREFがSUMO化されることを見出した。SUMO化領域の欠失変異体は核に蓄積しないことから、hDREFのSUMO化はその核蓄積に重要な役割を担っていることが示唆された。hDREFは細胞増殖関連遺伝子の発現を調節する転写因子であることが示唆されていたが、細胞増殖における役割については不明であった。私は細胞増殖におけるhDREFの役割を検討するためにhDREFノックダウン細胞が示す表現型の詳細な解析を行った。その結果、hDREFノックダウンにより、M期マーカーであるヒストンH3のリン酸化の程度が減少し、M期に細胞質から核に移行するサイクリンB1が細胞質に蓄積した状態で細胞周期が停止することを見出した。この結果はhDREFの細胞周期における作用点の一つがG2/M期の移行にあることを示唆している。また、hDREF結合配列が21種類のリボソームタンパク質遺伝子のプロモーター領域に存在することを見出し、実際にhDREFがいくつかのリボソームタンパク質遺伝子の転写制御を行っていることを証明した。このことは、これまで未知であった細胞周期依存的なリボソームタンパク質遺伝子の発現調節機構の解明にも大きく貢献すると考える。細胞増殖制御におけるhDREFの重要性は示されたが、hDREFの構造と機能調節については不明であった。そこで私は、hDREFのさまざまな変異体を作成し、hDREFの機能を調節する領域を検討した。その結果、520-551アミノ酸を含む領域に酸性アミノ酸から構成される古典的核局在化シグナルを同定した。また、hDREFはカルボキシル末端にあるhATCドメインを介して自身と相互作用し、細胞内で多量体を形成することを見出した。さらに、この相互作用はhDREFの核局在化、DNA結合活性、およびSUMO化に必要であることを見出した。以上のことから核局在化シグナルとhATCドメインを介した自身との相互作用によってhDREFの機能が調節されていることが示された。
一般確率論に基づく情報理論の構築と量子力学の原理的特徴付けへの応用

本研究では,操作主義的に最も一般的な確率論(以後,一般確率論)に基づく情報理論の構築,並びに,量子力学の情報理論的特徴づけを目的としている.本年度は,主に下記研究に着手した:1)昨年度から継続して,状態空間非対称性の情報理論的起源(松本啓史教授(NII)との共同研究)を発展させている.我々はすでに,状態空間の点非対称性と情報取得量の定量的関係にたどり着いているが,今年度は特に,情報取得量と通信路容量との関係を明らかにし,情報取得量の操作主義的な意味づけに近づいている.また,古典や量子系で成り立つ,情報取得量と最大識別状態数の等号条件の特徴づけや最大混合状態の特徴付けを行った(投稿準備中,ArXiv:1802.01162),2)近年我々が導入した「誘導エントロピー法」は,四角形モデルにおいて,従来異なるエントロピーを結ぶという興味深い性質を発見している.今年度は,この関係の一般化を試み,六角形モデルにおいて同様の関係が成り立つ証拠を数値的に得た.現在は,この関係の可否を解析的に証明することを試みている.その他関連する研究として,下記研究を行っている.3)真空から抽出したエンタングルメントの量子テレポーテーションへの応用の研究として,加速度系への一般化を行った(投稿準備中),4)GKLSマスター方程式の緩和時間の普遍即として,Lindlbad演算子が正規な場合への拡張を行った.現在,任意のGKLSマスター方程式への一般化を試みている.研究自体は順調に進んでいるが,論文投稿にまで至っていないためやは遅れている.今年度は論文作成のための時間を確保して進めたい.本年度は,一般確率論の通信路符号化定理を確立する準備として,我々の導入した情報取得量と通信路符号化定理の関係を明らかにすること,合成系のテンソル積の位置づけを議論するため,局所量子系の調査を行う.本研究宇では,操作主義的に最も一般的な確率論(以後,一般確率論)に基づく情報理論の構築,並びに,量子力学の情報理論的特徴づけを目的としている.特に,一般確率論の相関や大域的測定の調査に基づき,独立同一状態(分布)に基づく漸近論を展開し,情報源符号化や通信路符号化定理の一般化を目指している.本年度は,主に下記研究に着手した:1)状態空間非対称性の情報理論的起源(松本啓史教授(NII)との共同研究)古典や量子の状態空間は,(量子)ビット系を除き点非対称性があることは良く知られている.我々は,この性質があらゆる確率モデルで成立,特に「物理系に情報を符号化する量を多くするほど,状態空間が歪まざるを得ない」こと示した(投稿準備中,ArXiv:1802.01162),2)我々は既に「誘導エントロピー法」を導入(2016)することで,あらゆる一般確率モデルにおける情報取得量の上限を導出した(Holevo定理の一般化).現在,Woottersらの手法を参考に,情報取得量の下限の拡張を行っている.既に,対称二次元モデルにおいて,一般確率論のSubエントロピーを導入することで,情報取得量の下限の導出に成功した(物理学会2018春で発表).その他関連する研究として,下記研究を行っている.1)真空から抽出したエンタングルメントの量子テレポーテーションへの応用(Physical Review Aに投稿中:arXiv:1804.01183)2)疑似確率とBell定理の関係(投稿準備中),3)情報因果律や通信複雑性に基づく量子相関限界の導出,4)GKLSマスター方程式の緩和時間の普遍則(Open Systems and Information Dynamicsに掲載)などおおむね順調に進展している.既に論文にできる内容も十分にあるため,今後は論文作成に重点を置きたい.本研究では,操作主義的に最も一般的な確率論(以後,一般確率論)に基づく情報理論の構築,並びに,量子力学の情報理論的特徴づけを目的としている.本年度は,主に下記研究に着手した:1)昨年度から継続して,状態空間非対称性の情報理論的起源(松本啓史教授(NII)との共同研究)を発展させている.我々はすでに,状態空間の点非対称性と情報取得量の定量的関係にたどり着いているが,今年度は特に,情報取得量と通信路容量との関係を明らかにし,情報取得量の操作主義的な意味づけに近づいている.また,古典や量子系で成り立つ,情報取得量と最大識別状態数の等号条件の特徴づけや最大混合状態の特徴付けを行った(投稿準備中,ArXiv:1802.01162),2)近年我々が導入した「誘導エントロピー法」は,四角形モデルにおいて,従来異なるエントロピーを結ぶという興味深い性質を発見している.今年度は,この関係の一般化を試み,六角形モデルにおいて同様の関係が成り立つ証拠を数値的に得た.現在は,この関係の可否を解析的に証明することを試みている.その他関連する研究として,下記研究を行っている.3)真空から抽出したエンタングルメントの量子テレポーテーションへの応用の研究として,加速度系への一般化を行った(投稿準備中),4)GKLSマスター方程式の緩和時間の普遍即として,Lindlbad演算子が正規な場合への拡張を行った.現在,任意のGKLSマスター方程式への一般化を試みている.研究自体は順調に進んでいるが,論文投稿にまで至っていないためやは遅れている.今年度は論文作成のための時間を確保して進めたい.

これまでに得られた成果の論文投稿を行うことを優先する.研究は,合成系の特徴づけ,特に,最小テンソル積と最大テンソル積の間の位置づけの情報理論的特徴づけを調査し,情報源符号化並びに通信路符号化定理の構築準備を行いたい.本年度は,一般確率論の通信路符号化定理を確立する準備として,我々の導入した情報取得量と通信路符号化定理の関係を明らかにすること,合成系のテンソル積の位置づけを議論するため,局所量子系の調査を行う.当初予定より成果が早く出たために,すみやかに国際会議で発表するために前倒し支払いの必要性が生じた.すみやかに国際会議で発表するため
発光衛星精密追尾システムの開発

本年度は衛星位置探索方法に関する考察と行うことにより飛翔体追尾システムの性能向上を計った。FITSAT-1の観測経験で得られた知見を整理した結果、観測対象となる衛生の出現時刻及び位置はNORADOのデーターに基づく予測から大きくずれるが、それにはある傾向があることを見出した。即ちズレは方位角方向(衛星の移動方向)に大きく、仰角方向には少ないということが分かった。従って、観測者は予測される仰角で待ち構え、観測視野内に衛星が出現するのを待ち構え、衛星を捉えた瞬間から補足追尾する方法が最も合理的であると考えられる。以下に、飛行速度の空気抵抗等による減速に起因する出現予測位置と実際の位置のズレの解析の概要をまとめる。衛星の運動方程式から速度が⊿v減速した場合、これによる軌道高度の低下⊿rは2×(r^(3/(2 ))⊿v)/√GMと算出された。但し、rは軌道半径、Gは万有引力丁数、Mは地球の質量である。これに対して、一周回後の飛行方向の変化は⊿xは2π×(r^(3/(2 ))⊿v)/√GMと算出された。その結果N周回後では⊿x=Nπ×⊿rとなり、通常の観測ではNは10以上となるため⊿x≫⊿rとなることが明らかとなった。即ち、研究開始当初予定したように、仰角方向及び方位角方向に均等に望遠鏡を走査するのではなく、方位角方向の走査は最小限に止め、衛星の出現を確実に捉える手法が有効であることが分かった。この解析結果は、NORADOからの情報に基付く衛星位置の発見方法に大きな指針を与え、発見確率の向上に結びけることが期待できる。追尾速度の高速化を目的として、既存の天体観測用のステッピングモータードライブの経緯台を、DCモータードライブに改造した。方位角と仰角の主軸を回転させるウオームギアとウオームホイルの接触が適当な接触圧になるように、モーター取り付け架台に機械加工を行った。その結果、回転主軸のバックラッシュを0.01度程度以下に保ちながら、回転摩擦力を軽減させることができた。制御対象は大きな慣性負荷を持つが、定常的な負荷は摩擦力のみである。制御対象が動き出す瞬間は大きな静止摩擦力に打ち勝つトルクを発生する必要があり、また運動の方向を変える時には大きな慣性力を必要とし、これが大きな慣性負荷となり、大きなトルクを必要とする。この様な理由で、本システムは非線形要素を有することが分かった。そのため、システムのステップ応答は極端なハンチングを示した。追尾対象の位置検出には、既存の画像処理装置(キーエンス社、CV-3000)を用いた。この装置は、種々の便利な機能を持っているが、画像処理に時間を要することがこれまでの経験から分かっていたので、その処理時間を測定するシステムを試作し、これを用いて測定したところ、画像処理に約50ミリ秒を要することが分かった。この画像処理に長い時間を要することが、システム全体の応答時間が遅くなることの主な原因になっていることがわかったため、制御方法のアルゴリズムを改良することにより、この問題の改善を行った。即ち、みかけの現在の位置情報(実際には50ミリ秒前の位置情報)をそのまま用いるのではなく、一ステップ前の(過去の)位置情報とみかけの現在の位置情報から時間遅れを補正した真の現在の位置情報を一次線形近似で算出し、より確からしい現在の位置情報を得るという手法である。この方法により、上述のハンチングはほぼ出なくなり、安定な制御が可能となった。本年度は、衛星追尾装置の追尾性能の向上を図った。まず最初に、CCDカメラで追尾対象物の位置を取得し、その情報をもとに望遠鏡が設置された経緯台の垂直軸及び水平軸の角度制御を行う場合、大きなハンチング現象(目標値の付近で振動が発生し目標値に収束しない現象)を示し、目標の追尾性能が得られないという問題に直面した。ハンチングの原因として、回転主軸のウォームギア部での機械的摩擦により、制御系が非線形になっていることが疑われたので、この制御系を力学的にモデル化し簡単な計算機シミュレーションを行い、ハンチングの現象を再現することを行った。このシュミレーションを通して、直流モーターを電流制御するのではなく電圧制御することにより摩擦力を含む非線形系であっても、ハンチングを抑えることが出来ることがわかったので、実機においても電流制御から電圧制御に変更した。その結果ほぼ完全にハンチングを抑えることが出来、振動の無い安定な追尾が出来るようになった。ISS(国際宇宙ステーション)の追尾観測を何度か試みたが、本年度の冬場は天候の悪い日が多く、十分な観測日を確保できなかった。これに変えて、福岡空港に着陸する旅客機が、実験室近くのベランダから西方約10km所を頻繁に飛んでゆくので、これを追尾対象として実験を行った。この旅客機の見かけの飛行速度はISSとほぼ同じである。焦点距離1200mm、口径250mmの望遠鏡を追尾装置に搭載し、ディジタルカメラで追尾対象物(飛行機)の画像を取り解析した結果、望遠鏡鏡筒の機械的振動に起因する微小な振動は残るものの、ハンチングによる振動は見られず、ほぼ初期の目的とする追尾性能を達成したことを確認した。追尾装置のフィードバック制御系で発生するハンチング現象の原因を究明し、その原因を取り除くことに成功したので。

本年度は,追尾対象をより高速の飛翔体に変更しそれに伴う追尾装置の高性能化を目標とした.そのため, DCモータの減速ギアを外し,立ち上がり時間を短くすることで高速化を計った.しかし,DCモータの発生トルクが低下し静止摩擦力の影響により,経緯台を駆動させるために最低限必要なモータ印加電圧が,信号電圧を上回る弊害が生じた.さらに,動摩擦力に変わると目標値に過剰な力で収束しハンチングが起こった.そこで,出力電圧の操作量とモータ電圧印加時間を変化させることによりハンチングを防ぎ,装置やプログラムの改良を行った.さらに、モータ電流をインパクト化することにより、追尾装置の駆動力をインパクト化し、静止摩擦と動摩擦の差に起因する不連続な動きをを低減することに成功した。インパクト化で効果を発揮するためにには電流発生のduty比を下げて(即ち電流の発生時間を短くして、発生していない時間を長くする)電流のピーク値を大きくする必要がある。現在使用している電源の定格電圧は24Vと低く後者の要求を十分に満足すことができないので、電源の定格電圧を2倍の48Vに上げることは来年度の課題となる。さらに現在使用している電源の定格電流は27Aであるが、本年度の実験の結果電流は5A程度で十分であることが分かった。これらの改良・改造の結果、スペック上様々な余裕があるものの、追尾対象を室内実験に限りではあるが、ほぼ安定に追尾できるようになり、来年度に向けての必要な準備が整った。当初予定していた計画にほぼ沿って進捗している。一部計画に変更はあるものの、当初は予定していなかった新しい方式、例えばモータ駆動電流のインパルス化等、が新たに試みられ、駆動装置のなめらかな運転に有効であることが明らかとなり、全体としては順調な進捗状況と判断できる。低軌道衛生の補足と追尾について考察し、有益な知見を得た。低軌道衛星がNORADOの衛星位置予測情報から大きくズレる傾向を解析した結果、方位角方向のずれが仰角方向のずれと比較して、遥かに大きな値を示すことがわかった。この結果は衛星の軌道力学的に解析した結果と定性的に一致したので、発光衛星を補足・追尾する上で大きな方針を得ることができた。すなわち、観測の望遠鏡を仰角方向に走査することはせず、予測される仰角で、衛星出現時刻より前から待受、衛星が望遠鏡の視野に入った時(補足した時)から追尾する方法が最も合理的であることがわかった。これまでは、衛星の捜索空間を二次元的に考えていたが、このことにより遥かに単純な方法で発光衛星の探索が可能になることが期待できる。さらに実験的な面での進展としては、追尾装置を改良し上述のような単純な動きのみならず、上下左右への複雑な動き(例えばUFOやトンボ)に対しても対応できるようにした。改良点としては水平及び垂直の主軸のウオームギアとウオームホイルの接触圧力を調整し許容できつ範囲のバックラッシで、最大限にトルク伝達損失を減らす機械的調整を行った。その効果を実際の飛行体で確認するために、体育館でドローンを飛行させ、左右上下にすばやく変動する飛行をさせ、ドローンの機体の発光LEDを追尾し追尾モニターの動画を解析した結果、定性的ではあるが、高速追尾に成功していることが分かった。予想より遅れている点現実の発光LED衛星に適応されていない。理由:我々が2012年に打ち上げたFITSAT-1に続くLED発光衛星がない、もしくは行ったグループからの観測依頼がない、ので実際の発光衛星での実験はされていない。
海洋表層における高分子溶存有機物の分解過程-微生物,地球化学的アプローチ

海洋中の溶存有機物は、陸上植生、土壌有機物と並んで、地球上の3大有機炭素リザバ-のひとつの数えられている。その変動は、グローバルな炭素フラックス、さらには、大気中最大の温室効果気体である二酸化炭素の年-100年スケールでの変動にも影響を及ぼしうる.本研究の目的は、海洋における溶存有機物の蓄積メカニズムを、微生物生態学と地球化学を融合させた学際的なアプローチを用いて実験的に解明することである。生体ポリマーとして最も重要な成分である、タンパク質を材料とし、海水中における、膜、可溶性タンパク質の分解過程に関する実験的な解析を行った。新たに開発した2重標識トレーサー法を用いて、微生物分解速度定数の違いを求めたけった、膜タンパク質の分解速度定数を溶存タンパク質のそれに比した著しく低いことが始めて実験的に証明された。また、膜の除去により、タンパク質の分解速度定数が高まることも示された。これらの結果は、膜・壁成分による立体障壁が、海水中のタンパク質の保存機構として重要であることを強く示唆している。また、近年、地球化学的な観測により見出された。海水中に膜たん白質が多量に蓄積しているという現象もよく説明できると考えられる。さらに、分解の時間変化の解析から、膜一タンパク複合体を破壊するために、海洋細菌が多様な加水分解酵素を合成することも示された。以上の知見は、海洋における溶存有機物の変動をモデル化するうえで重要な意義を有する。海洋の表層水に蓄積する緩分解性(Semi labile)溶存有機物は、大部分が高分子の有機複合体を形成しているもの考えられる。従って、本研究の最大の目的である、緩分解性溶存有機物の分解過程の解明においては、細菌の細胞外加水分解酵素による高分子有機複合体の分解機作とその速度論を明らかにすることが極めて重要である。本年度の研究においては、現場の溶存有機物を高感度で測定する技法(HPLCを用いたアミノ酸分析)の検討を進めるとともに、細菌群集による高分子有機複合体の分解過程の解析を行った。その結果、以下のような成果が得られた。1。OPA法を用い、溶存アミノ酸の高感度分析システムを構築した。本システムの構築により、現場の低濃度の溶存有機物を高感度、かつ、高分解能で解析することが可能になった。2。タンパク質を放射標識した細菌菌体を、膜画分と溶存画分に分離し、それぞれをモデル基質としてもちいた、高分子溶存有機物分解アッセイ系を構築した。それぞれの画分を異なる核種(14Cと3H)で標識することにより、高分子の存在状態に依存した分解速度定数の変動を、高感度に検出することが、初めて可能になった。3。上に述べたアッセイ系を用い、タンパク質の分解速度定数の変動と、その存在状態の関係を解析した。その結果、タンパク質が膜成分と複合体を形成することにより、その分解速度定数が著しく減衰することが示された。この新しい知見は、現場における緩分解性溶存有機物の蓄積メカニズムを理解するうえで極めて重要な意義を持っている。海水中の溶存有機物は、陸上植生、土壌有機物と並んで、地球上の3大有機炭素リザバ-のひとつに数えられている。その変動は、グローバルな炭素フラックス、さらには、大気中最大の温室効果気体である二酸化炭素濃度の年-100年スケールでの変動にも影響を及ぼしうる.本研究の目的は、海洋における溶存有機物の蓄積メカニズムを、微生物生態学と地球化学を融合させた学際的なアプローチを用いて実験的に解明することである。新たに開発した2重標識トレーサーを用いて、微生物分解速度定数の違いを求めた結果、膜タンパク質の分解速度定数が溶存タンパク質のそれに比して著しく低いことが初めて実験的に証明された。

これらの結果は、膜・壁成分による立体障壁が、海水中のタンパク質の保存機構として重要であることを強く示唆している。また、近年、地球化学的な観測により見出された、海水中に膜たん白質が多量に蓄積しているという現象もよく説明できると考えられる。さらに、分解の時間変化の解析から、膜-タンパク複合体を破壊するために、海洋細菌が多様な加水分解酵素を合成することも示された。以上の知見は、海洋における溶存有機物の変動をモデル化するうえで重要な意義を有する。
受容体応答を指標とした遺伝子転写活性のリアルタイム計測法の研究

従来、遺伝子の転写調節機構は、その5'端上流にある転写制御領域の下流にβ-GAL、CAT、Luciferase等酵素の遺伝子をレポータとして繁いだDNAを外来性に導入し、発現した酵素活性や抗原性を検出して解析されてきた。しかし、これらの方法では、転写活性を検出した細胞について生理的機能を解析することができない。イオンチャネルは、生細胞で実時間で電気的に定量しうる膜蛋白であり、特に受容体チャネルはアゴニスト依存性に開き、細胞内イオン濃度変化を蛍光指示薬等により非侵襲的に測定できる。当研究ではホヤ胚割球をモデル系として、チャネルの翻訳領域を各種遺伝子の転写制御領域に連結して発現させ、細胞の応答を電気-光学的手法により検出し、非侵襲的に転写活性を定量するシステムを開発する。(1)外来性に発現させる遺伝子として、ホヤ幼性Naチャネル自身を用いるために、その全塩基配列を決定した。このNaチャネルはTTX非感受性であり、それはss2部の陰電荷のアミノ酸の点変異によることが示唆された。(2)RSVヴィルスのプロモータによるイオンチャネル遺伝子の発現が再現性に乏しいので、原因を探るためcDNAよりmRNAを合成して発現させた。(3)従来、ホヤ胚でのmRNA注入による発現は困難とされていたが、thymidine-kinase-mRNAの5'端を連結すると高効率でβ-galactosidaseを発現することがわかった。そこで(4)同じ5'端をホヤNaチャネルに連結した結果、チャネルの発現量が安定し、ホヤ胚細胞においてNaチャネル遺伝子がレポータとして有用であることがわかった。(5)ホヤ神経割球で内因性Naチャネルと区別するため、アミノ酸配列を変換してTTX感受性としたNaチャネルを作成し、これより合成したmRNAを注入した。従来、遺伝子の転写調節機構は、その5'端上流にある転写制御領域の下流にβ-GAL,CAT,Luciferase等酵素の遺伝子をレポータとして繋いだDNAを外来性に導入し、発現した酵素活性や抗原性を検出して解析されてきた。当研究ではホヤ胚割球をモデル系として、チャネルの翻訳領域を各種遺伝子の転写制御領域に連結して発現させ、細胞の応答を電気的・光学的手法により検出し、非侵襲的に転写活性を定量するシステムを開発する。平成5年度の成果(1)外来性に発現させるイオンチャネル遺伝子として、先ずホヤ幼生Naチャネル自身を用いるために、その全塩基配列を決定した。このNaチャネルはTTX非感受性であり、ラット脳Naチャネル等と比較してss2部の陰電荷のアミノ酸の点変異によることが示唆された。ホヤ神経割球では内因性Naチャネルと区別するため、アミノ酸配列を変換してTTX感受性にすることを計画している。(2)得られた内因性神経特異的Naチャネル遺伝子をホヤアクチン遺伝子の転写調節領域の下流に連結した。これを本来Na電流のないホヤ予定筋割球へ微小注入し、Na電流が出現するか否かを調べている。筋細胞にNa電流を発現するためのFactorが存在しない可能性も考えられるので、(3)RSVヴィルスのプロモータの下流に連結したものも対照として作製した。(4)受容体チャネルをレポータ遺伝子として適用するため、ホモオリゴマーで機能し、且つCa透過性をもつラットグルタミン酸受容体GluR1遺伝子をアクチン遺伝子の転写調節領域あるいはRSVプロモータに連結したレポータ遺伝子を作製中である。

従来、遺伝子の転写調節機構は、その5'端上流にある転写制御領域の下流にβ-GAL,CAT,Luciferase等酵素の遺伝子をレポータとして繋いだDNAを外来性に導入し、発現した酵素活性や抗原性を検出して解析されてきた。しかし、これらの方法では、転写活性を検出した細胞について生理的機能を解析することができない。イオンチャネルは、生細胞で実時間で電気的に定量しうる膜蛋白であり、特に受容体チャネルはアゴニスト依存性に開き、細胞内イオン濃度変化を蛍光指示薬等により非侵襲的に測定できる。当研究ではホヤ胚割球をモデル系として、チャネルの翻訳領域を各種遺伝子の転写制御領域に連結して発現させ、細胞の応答を電気-光学的手法により検出し、非侵襲的に転写活性を定量するシステムを開発する。平成6年度の成果(1)RSVヴィルスのプロモータあるいはホヤアクチン遺伝子の転写調節領域の下流に連結したイオンチャネル遺伝子をもちいたホヤ胚での発現は再現性に乏しいので、原因を探るためcDNAよりmRNAを合成して発現させることにした。(2)従来,ホヤ胚でのmRNA注入による発現は困難とされていたが,thymidine kinase mRNAの5'端を連結すると高効率でβ-galactosidaseを発現することがわかった.そこで(3)同じ5'端をホヤNaチャネルに連結した結果、チャネルの発現量が安定し,ホヤ胚細胞が発現系として有用であることがわかった.(4)ホヤ神経割球で内因性Naチャネルと区別するため、アミノ酸配列を変換してTTX感受性としたNaチャネルを作成し、これより合成したmRNAを注入している。(5)Ca透過性をもつラットグルタミン酸受容体GluR1遺伝子をアクチン遺伝子の転写調節領域あるいはRSVプロモータに連結したレポータ遺伝子を作製中である。
第三脳室腹側前部のADH分泌制御機構における興奮性アミノ酸とPGの機能連関の解明

1.覚醒ラットのAV3Vに、GluのNMDA受容体や向代謝性受容体の作動薬(NMDA、t-ACPD)を注入すると、ADH分泌の促進と昇圧、頻脈反応が、用量依存性に生じた。NMDAは浸透圧、血糖、赤血球容積率も高めたが、t-ACPDは無効だった。NMDAの作用はMK-801の、t-ACPDの作用はMCPGの前投与で抑制された。2.PGE2のAV3V注入は、ADH分泌を強め、血圧、心拍を高めた。MK-801やMCPGを前投与すると、PGE2によるADH分泌が抑制され、昇圧・頻脈作用は変わらなかった。ヒスタミン阻害薬ピリラミンを前投与すると、PGE2の昇圧作用のみが抑えられた。cAMPの注入はPGE2様作用を示したが、PGE2に先立ち、cAMP産生阻害薬SQ22536を与えても、PGE2の効果は不変だった。3.高張NaClの静脈注入はADH分泌と血圧を漸次増加させた。MK-801をAV3Vに与えると、高張NaClによるADH分泌が選択的に抑制されたが、MCPG投与には効果がなかった。4.大腿動脈から血液を除去し、非降圧性及び降圧性出血を惹起した。降圧性出血によって(非降圧性出血は効果なし)ADH、アンギオテンシンII、浸透圧、血糖が増大した。出血前にMK-801をAV3Vに与えると、降圧性出血に伴うADH反応が抑制された。その他の因子の反応は変わらなかった。MK-801の脳室内投与やMCPGのAV3V投与は、出血によるADH反応に影響しなかった。5.一酸化窒素(NO)発生薬ニトロプルッシド(NP)をAV3Vに注入するとADH分泌が増加した。その作用は、NO捕捉剤ヘモグロビンの前投与で抑制された。NP注入前にメチレンブルー(NOによるcGMP産生促進を阻害)を与えてもADH反応は抑えられず、cGMPの注入はADH分泌を変えなかった。6.AV3Vの間質液をマイクロダイアリシスによって回収し、その中に含まれるPGE2濃度を調べると、高張食塩水の静脈注入も、降圧性、非降圧性の出血も、全て有意には影響しなかった。本研究の目的は、第三脳室腹側前部(AV3V)に存在する抗利尿ホルモン(ADH)分泌および心血管制御機構におけるグルタミン酸(Glu)受容体(R)の役割を、覚醒ラットを用いて追求することだった。研究は、本年度の交付申請書の記載に沿って進められ、次の結果を得た。(1)NMDA-R作動薬NMDAや、向代謝性Glu-R作動薬t-ACPDをAV3Vに局所注入すると、5分後に最大となる血漿(P)VP、動脈圧(AP)、心拍数(HR)の上昇が用量依存性に生じた。NMDA注入は更に、血漿浸透圧(POsm)、Na+、ヘマトクリットも高めたが、t-ACPD注入はこれらの効果を持たなかった。

同量のNMDAやt-ACPDを脳室内に与えた場合には、上記因子は変わらないか、AV3V投与の場合より毛小さな反応が認められた。(2)NMDA-R阻害薬MK-801(MK)のAV3V投与は、NMDAによる諸反応を抑えるとともに、高張NaClの静脈内注入やPGE2のAV3V注入で生じるPVP反応を抑制した。向代謝性Glu-R遮断薬MCPGのAV3V投与も、t-ACPDの諸効果に加え、PGE2によるVP反応を阻害した。しかし、高張NaClによるVP反応には効果がなかった。MK及びMCPGは、高張NaClによるPOsm、Na+、Cl-、APの上昇、或いはPGE2によるAP、HRの増大を抑えなかった。(3)一酸化窒素合成酵素(NOS)の基質であるL-ArgのAV3V投与は、PVP、AP、HRを上昇させ、それらの反応はNOS阻害薬L-NAMEの前投与で抑制された。しかし、L-NAMEのAV3V投与は、NMDAの諸効果を抑えず、PVPの反応はむしろ増加する傾向が認められた。以上の結果は、(1)AV3Vの向イオン性、向代謝性Glu-Rの刺激は、VP分泌と心血管機能を増強すること、(2)これらの受容体は浸透圧刺激やこれに関連するPGE2で惹起されるVP分泌において促進的に働くが、心血管反応には関与しないこと、(3)NMDA-Rの活性化で生じるVPその他因子の反応は、NO産生増加によって媒介されるものではないこと、を示唆している。本研究の目的は、第三脳室腹側前部(AV3V)の種々のグルタミン酸受容体が、体液成分や心血管制御等に果たす役割を調べ、それらがPGE2との機能的連関によって、抗利尿ホルモン(ADH)分泌に働く可能性を追求することだった。研究は、覚醒ラットを用い、交付申請書記載の如く行い、次の結果を得た。(1)体重1%の血液を大腿動脈から二度除去し(H1,H2)、非降圧性、降圧性の低容量を惹起した。H2後、血漿(P)ADH、アンギオテンシンII(ANGll)、浸透圧(Osm)、グルコース(Glc)が増大し、PK+は減少したが、H1は効果がなかった。NMDA受容体(R)阻害薬MK-801(MK)を出血前にAV3Vに与えると、H2後の動脈圧(AP)、ANGll、Osm、Glc等の反応は変わらずに、ADH反応のみが著しく減衰した。MKの脳室内投与や向代謝性GluR阻害薬MCPGのAV3V投与では、変化が生じなかった。(2)NMDAのAV3V投与は、PADH、AP、HRと共に、POsmとPGlcを一過性に上昇させた。後二者の変化は同じ時間経過を辿り、POsm上昇の32%はGlc上昇に因るものだった。PNa^+、K^+、Cl^-は変化しなかった。(3)PG産生阻害薬のAV3V注入は、H2や高張NaClの静脈投与によるPADH反応を抑制し、PGE2のAV3V投与によるPADHの増加は、MK又はMCPGの前投与で阻害された。しかし、AV3Vに植えた透析プローブによって集めた脳組織液中のPGE2濃度は、H1、H2、高張NaClの投与によって有意に変動しなかった。以上の結果から、(1)AV3VのNMDA受容体は、PGE2と協調して降圧性出血下のADH分泌に働くこと、(2)この受容体は、血糖上昇機能を有するが、降圧性出血下の血糖反応には寄与しないこと、等が考えられる。本研究の目的は、第三脳室腹側前部(AV3V)におけるGlu受容体とPGE2の機能的連関を追求することだった。研究は、今年度の交付申請書に記した通り行い、次の結果を得た。1.覚醒ラットAV3VへのPGE2注入は、血圧と心拍数を高め、ADH分泌を刺激した。血漿浸透圧やNa^+,K^+,Cl^-の濃度は不変だった。