hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
微小なノイズがもたらす進化への大きなインパクトに関する理論的研究

群れを作る動物で、どのような場合に群れ個体間で協力して外敵を追い払うのかを調べるため、進化ゲーム理論やコンピュータシミュレーションを用いて解析を行った。2対1の状況で個体の強さが異なるときに、勝ち取った資源をグループメンバー間で均等に分け合う時にはペアの力がほどほどに釣り合っている時に協力が起こるが、強い方が多く分け前をもらえる状況では弱い方の協力が得られにくく、協力が起こるための条件がよりシビアになることが分かった。一方で努力量に応じて分け前が増える時には、弱いペアからの協力が得られやすく、ほとんど単一で敵に対峙する状況が生まれないことも分かった。同一空間に棲息する個体間では資源の奪い合いが生じ、その結果個体間でのサイズ差が生じることがある。特に魚類では1個体だけ大きくなったり、等間隔サイズが維持されたりなど、様々なサイズ構造が現れる。これを理解するために個体間での餌獲得競争とサイズ成長を組み合わせたシミュレーションモデルを構築し、個体間での攻撃の構造とその結果生じるサイズ構造との関係を調べた。結果、各個体が同様な成長を見せる場合、一個体だけが大きくなる場合、等間隔サイズが維持される場合の3つが現れることが分かったが、特に等間隔サイズは上位の者が自分より下位の者をいじめる「弱い者いじめ」によって起こる可能性があると分かった。またサツマイモの害虫であるアリモドキゾウムシのフェロモントラップの有効範囲を拡散モデルを用いて推定した。これまでフェロモントラップの有効範囲は数十メートルと推定されてきたが、狭い実験場を用いたにもかかわらず実験での捕獲率は低く、本当にそのように広い有効範囲の推定値が正しいのかは疑問である。アリモドキゾウムシのオスの一部がまれに一日に数百メートルも飛んで移動することもあることを考慮した結果、フェロモントラップの有効範囲はもっと狭いと予想された。動物の群れでは外敵が侵入した際に積極的に外敵を追い払う個体と、あまり積極的ではないものが出てくる。群れ内での力関係の優劣が存在する時に、どのような条件で群れの個体間での協力関係が成り立つのかを調べるため、個体がいつからいつまで戦うかを戦略として選ぶことができ、闘争中に各プレイヤーがケガを負うリスクを持つとするといった要素を加えた拡張型消耗戦ゲームモデルを構築して調べた。プレイヤーの強さに違いがあり、それによってケガのリスクが異なるとして2対1のシミュレーションを行うと、2個体でペアの弱い方のプレイヤーがしばしばパートナーに頼って闘争に参加しない状況が現れたが、全く戦わない、あるいは、最初はパートナーに任せてしばらく様子を見た後で戦いに参加するという2つの行動が見られた。またペアの2個体が協力して戦う状況はパートナー同士の強さが同等であり、なおかつ、対戦相手も同程度の強さを持っている時に限られることが分かった。すなわち、同程度の強さのペアがいたとしても対戦相手の強さによって協力関係が崩れる可能性があることが分かった。また水槽に入れられたゼブラフィッシュの行動を撮影し、エサや捕食者などの刺激を提示したときや、装置を用いて人工的に水流を調節して様々な流速を用いた場合の魚の遊泳パターンを解析している。群れ形成と捕食者回避行動の関係性についても調べるため、複数個体を用いた群れ形成の有無も実験条件を変えて観察し、捕食者と餌とを同時に提示された葛藤的状況が生じた場合に、魚が単体である場合と複数個体存在する場合の行動の違いについて現在解析中である。群れを作る動物で、どのような場合に群れ個体間での協力関係が成り立つのかを調べるため進化ゲーム理論やコンピュータシミュレーションを用いて解析を行った。本年度は2対1の状況で個体の強さが異なるときに、勝ち取った資源を仲間で均等に分け合う場合、強い者が多くとる場合、努力量に比例して受け取る場合とで仲間内での協力がどの程度起こるかを比較した。均等に分け合う時にはペアの力がほどほどに釣り合っている時に協力が起こるが、強い方が多く分け前をもらえる状況では弱い方の協力が得られにくく、協力が起こるための条件がよりシビアになる。またゼブラフィッシュを用いて葛藤的状況における行動実験および理論モデル研究を行った。餌と捕食者を同時に提示され葛藤的状況に置かれた時、餌が以前そこにあったことを知っている魚は捕食者が視認できていても活発に動き回り、捕食者の存在を先に知っていた魚は餌が目に入っていても避難行動をとった。このような記憶メカニズムを取り込んだ物理モデルを用いて葛藤的状況下での適応的な行動について考察を進めた。同一空間に棲息する個体間では資源の奪い合いの結果、1個体だけ大きくなったり、等間隔サイズが維持されるなど、様々なサイズ構造が現れる。これを理解するために個体間でのいじめのゲームとサイズ成長を組み合わせたシミュレーションモデルを構築して解析した。結果、各個体が同様な成長を見せる場合、一個体だけ大きくなる場合、等間隔サイズが維持される場合の3つが現れることが分かったが、特に等間隔サイズは上位の者が自分より下位の者をいじめる「弱い者いじめ」によって起こる可能性があると分かった。

2対1の状況で個体の強さが異なるときに、勝ち取った資源をグループメンバー間で均等に分け合う時にはペアの力がほどほどに釣り合っている時に協力が起こるが、強い方が多く分け前をもらえる状況では弱い方の協力が得られにくく、協力が起こるための条件がよりシビアになることが分かった。一方で努力量に応じて分け前が増える時には、弱いペアからの協力が得られやすく、ほとんど単一で敵に対峙する状況が生まれないことも分かった。同一空間に棲息する個体間では資源の奪い合いが生じ、その結果個体間でのサイズ差が生じることがある。特に魚類では1個体だけ大きくなったり、等間隔サイズが維持されたりなど、様々なサイズ構造が現れる。これを理解するために個体間での餌獲得競争とサイズ成長を組み合わせたシミュレーションモデルを構築し、個体間での攻撃の構造とその結果生じるサイズ構造との関係を調べた。結果、各個体が同様な成長を見せる場合、一個体だけが大きくなる場合、等間隔サイズが維持される場合の3つが現れることが分かったが、特に等間隔サイズは上位の者が自分より下位の者をいじめる「弱い者いじめ」によって起こる可能性があると分かった。またサツマイモの害虫であるアリモドキゾウムシのフェロモントラップの有効範囲を拡散モデルを用いて推定した。これまでフェロモントラップの有効範囲は数十メートルと推定されてきたが、狭い実験場を用いたにもかかわらず実験での捕獲率は低く、本当にそのように広い有効範囲の推定値が正しいのかは疑問である。アリモドキゾウムシのオスの一部がまれに一日に数百メートルも飛んで移動することもあることを考慮した結果、フェロモントラップの有効範囲はもっと狭いと予想された。
ドライエッチングによる磁性ガ-ネット膜の損失増加とその抑制に関する研究

光アイソレータ等の非相反素子を製作するために有望な材料である磁性ガ-ネット膜は、スパッタエッチングを施してリブ導波路を製作すると極めて大きな損失を有し、光の導波が困難となる。導波路形素子実現のため、膜の特性を損なわない三次元加工プロセスを一刻も早く確立することが望まれる。そこで、本年度は、磁性ガ-ネット膜の損失増加の機構を調べること、及び損失増加を抑制するための新しい導波路製作方法の確立を目的として研究を行った。それぞれについて、以下にその成果を述べる。1.損失増加の機構の分析磁性ガ-ネット膜に金属マスク上からスパッタエッチングを施し、膜表面に存在する構成元素の結合状態の変化を共同利用のX線光電子分光装置により分析した。結果より、イオン衝撃を受けた金属マスク下部の鉄イオンの結合エネルギーのピークが低エネルギー側にシフトしており、鉄イオンの価数が通常の三価から二価に還元されていることが分かった。二価の鉄イオンは、ガ-ネット膜の吸収損失を増加させることが知られている。2.損失増加を抑制するための製作過程の確立金属マスクの代わりに、私達が提案している導波路形光アイソレータにおいてクラッド層として用いるSiO_2をマスクとしてガ-ネット膜をスパッタエッチングするように製作過程を改良した。SiO_2に導波路パターンを転写するときには、CHF_3ガスによる反応性イオンエッチングを採取した。この過程により製作した直線リブ導波路は低損失であり、実際の素子製作に用いることができる。
ラット小脳一酸化窒素合成酵素の連続反応の解析

一酸化窒素合成酵素は(NOS)は、アルギニンを基質として水酸化アルギニンを中間代謝物とする2段階の連続反応を触媒し、シトルリンと一酸化窒素(NO)を産生する。本研究では、(1)反応迅速停止法によるNOSの2段階連続反応の制御機構の解析と(2)EPR法によるヘム鉄第6配位子近傍の基質結合部位の構造の解析、の2点に焦点を絞った。このような物理化学的測定は多量の精製酵素を必要とするため、前年度までに確立した大腸菌で発現したラット小脳nNOSの大量精製システムを、FPLCを用いた自動化システムに改良し,1回の精製(3日間)で80mgのNOSが500μMの高濃度で回収できるようにした。(1)反応迅速停止法を用いて10°CでnNOSの反応を解析した。その結果と定常状態で得られる反応速度を用い、各素反応の速度定数を決定した。アルギニンから水酸化アルギニンへの変換速度と水酸化アルギニンからシトルリンへの変換速度には大差はないが、最終精製物であるシトルリンの酵素からの解離が非常に遅く律速段階になっていることが判明した。この結果はnNOSへのカルモデュリン結合による反応の調節機構のとの関連から非常に興味深い。(2)EPR法を用いて、基質をもたないnNOS、アルギニン、水酸化アルギニン、シトルリン、N-ニトロアルギニンが結合したnNOSのヘム鉄の近傍の構造を解析した。基質を持たないnNOSとシトルリンは第6配位子にH2Oをもつ低スピン型のEPR吸収を示したが、他の基質あるいは基質類似物質の結合したNOSは第6配位子を持たない高スピン型のEPR吸収を示した。さらに基質結合部位の構造を調べるため還元型のヘム鉄にNOが結合した時のEPR吸収を測定すると共に、酸化型ヘム鉄に結合したNOを極低温で光解離した時のEPR吸収を測定した。その結果から基質の結合していないnNOSにはNOが自由に出入りできる空間があるが、基質あるいは類似物質が結合するとその空間がかなり束縛されることが分かった。
テキスト結束性の程度が理解と記憶におよぼす効果

文章の理解・記憶過程において、首尾一貫した内的表現を形成するためには、各文からの情報が統合され、文脈的に体制化されることが必要である。今回は、この情報統合にかかわる要因の一つである「因果的結束性」の効果を実験的に検討した。たとえば「太郎は新車を買った」「それで、定期預金を解約した」という二文は、「太郎はニュ-スを聞いた」、「それで定期預金を解約した」という二文よりも、結束性が高い。実験では、(1)こうした原因文と結果文の二文の因果的結束性が、4レベルにおいて異なるように、予備実験によって標準化した素材を、(2)パ-ソナル・コンピュ-タのディスプレイ上に呈示し、大学生の被験者に、その理解と記憶を求める課題を行なわせた。その際、(3)各文の読み(反応)時間を測定・記録し、-通り読み終わった後、各文の記憶(再生・再認)のテストが行われ、また、(4)読みの過程中の眼球運動の測定・記録が行なわれた。今回は、本研究費で調えた竹井機器製メガネフレ-ム式眼球運動デ-タ処理システムを中心にシステムを組んだが、文字レベルで眼球運動を正確にとらえるためには、技術的に困難が多く、この測定と分析のための方法論的検討に多くの時間とエネルギ-を費さざるを得なかった。試行錯誤の末、現在、どうやら一応の標準的を方法が確立できた感じである。それに従って鋭意分析中であり、まだまとまった結果を発表できる段階ではないが、(1)同じ反応時間を示す読みであっても、その内的処理のパタ-ンは多様であることが、眼球運動の軌跡から知られる。(2)文処理における各個人のストラテジ-の違いが大きい。など、眼球運動の測度が含む情報量は期待通り大きいものであることが示唆されている。
新生児脳グルコース欠乏に伴う一酸化窒素の動態とその役割に関する研究

今年度は、60分間のラット一過性低酸素脳虚血モデルを作成し、低酸素虚血負荷と再潅流時における幼若ラット脳の線条体でのhydroxyl radical(OH・)の発生を測定し,高濃度酸素投与の影響とxanthine oxidase阻害剤であるアロプリノールによるその抑止効果について検討した.日齢7のラットの左線条体にLaser Doppler血流計とマイクロダイアリシスのプローブを留置したのち,左総頚動脈のクリッピングによる虚血と低酸素(8%O2)を60分間負荷した.負荷解除後21%O2を吸入させた群(NORMOXIA;n=7),100%O2を吸入させた群(HYPEROXIA;n=7),負荷前にアロプリノール(135mg/kg,i.c.)を投与し負荷後100%O2を吸入させた群(ALLO;n=6)の3群に分けた.線条体から経時的に採取した潅流液よりOH・濃度の測定を行った.OH・をサリチル酸にトラップさせた化合物である2,3-/2,5-dihydroxybenzoic acid(DHBA)の濃度をHPLCを用いて測定した.局所脳血流はLaserDoppler法で連続的にモニタリングした.低酸素虚血負荷により,線条体血流はいずれの群でも負荷前の約半分まで減少したが,負荷終了後には速やかに負荷前のレベルに回復した.2,3-/2,5-DHBA濃度は,NORMOXIA群では,徐々に上昇し再灌流60分後にようやくそれぞれ前値の131±47%,124±20%に達した.HYPEROXIA群では,再灌流直後速やかに有意な上昇を示し,再灌流10分後にはそれぞれ146±47%,141±30%に達した.ALLO群では,再灌流によるDHBA濃度の上昇を示さなかった.再灌流時の脳での活性酸素の産生は高濃度酸素投与によってさらに促されるが,アロプリノールにはその発生を抑制する効果があることが示唆された.今年度は、60分間のラット一過性低酸素脳虚血モデルを作成し、低酸素虚血負荷と再潅流時における幼若ラット脳の線条体でのhydroxyl radical(OH・)の発生を測定し,高濃度酸素投与の影響とxanthine oxidase阻害剤であるアロプリノールによるその抑止効果について検討した.日齢7のラットの左線条体にLaser Doppler血流計とマイクロダイアリシスのプローブを留置したのち,左総頚動脈のクリッピングによる虚血と低酸素(8%O2)を60分間負荷した.負荷解除後21%O2を吸入させた群(NORMOXIA;n=7),100%O2を吸入させた群(HYPEROXIA;n=7),負荷前にアロプリノール(135mg/kg,i.c.)を投与し負荷後100%O2を吸入させた群(ALLO;n=6)の3群に分けた.線条体から経時的に採取した潅流液よりOH・濃度の測定を行った.OH・をサリチル酸にトラップさせた化合物である2,3-/2,5-dihydroxybenzoic acid(DHBA)の濃度をHPLCを用いて測定した.局所脳血流はLaserDoppler法で連続的にモニタリングした.低酸素虚血負荷により,線条体血流はいずれの群でも負荷前の約半分まで減少したが,負荷終了後には速やかに負荷前のレベルに回復した.2,3-/2,5-DHBA濃度は,NORMOXIA群では,徐々に上昇し再灌流60分後にようやくそれぞれ前値の131±47%,124±20%に達した.HYPEROXIA群では,再灌流直後速やかに有意な上昇を示し,再灌流10分後にはそれぞれ146±47%,141±30%に達した.ALLO群では,再灌流によるDHBA濃度の上昇を示さなかった.再灌流時の脳での活性酸素の産生は高濃度酸素投与によってさらに促されるが,アロプリノールにはその発生を抑制する効果があることが示唆された.日齢7あるいは14ののSplague-Dawleyラット新生仔を用い、ウレタン麻酔下で脳を固定した状態で、マイクロダイアリシスプローブ、NO選択性微小電極とレーザードップラー血流計のマイクロプローブをそれぞれ線条体に挿入した。手術後、測定値の安定化を待ってマイクロダイアリシスの灌流液を10分毎に採取し,高感度分析システムを用いて細胞外グルコース濃度を経時的に測定した。レギュラーインスリン(50IU/kg)の腹腔内投与による低血糖負荷を行い,脳内グルコース濃度の変化を追跡したところ、投与後3時間の時点では、日齢7のラットでは投与前の7.0%(平均)、日齢14では投与前の5.8%(平均)まで著明に低下した。レーザードップラー血流計で測定した局所微小循環は、日齢7のでは投与前の114%(平均)、日齢14では121%(平均)まで増加した。これらの増加はいずれも統計的に有意であり、また、日齢14では日齢7と比べると有意に増加率が高いことがわかった。しかしながら、線条体局所でのNOの産生量をNO微小電極により電気化学的に測定したところ,低グルコース負荷によってもNOの産生に有意な変動は認められなかった。これらのことより、細胞外グルコース濃度の低下に伴って局所微小循環は増加するものの、その循環の増加はNOの産生の増加に伴うものではないと考えられた。

前年度に引き続き、日齢7あるいは14ののSplague-Dawleyラット新生仔を用い、ウレタン麻酔下で脳を固定し,マイクロダイアリシスプローブ、レーザードップラー血流計のマイクロプローブをそれぞれ線条体に挿入した。手術後、レーザードップラー血流計により局所血流をモニタリングすると共に、マイクロダイアリシス法を用いて脳灌流液を10分毎に採取した。今年度は、60分間のラット一過性低酸素脳虚血モデルを作成し、UV検出器とHPLCを用いて細胞外アデノシン、キサンチン、ヒポキサンチン濃度を経時的に測定した。低酸素虚血負荷により、線条体局所血流は負荷前の約50%から60%に減少し、負荷終了後には前値と同じレベルまで回復し、以後、漸減した。低酸素虚血負荷時にはアデノシンの細胞外濃度が上昇し、再酸素化ならびに再灌流時にはその代謝産物であるキサンチン,ヒポキサシチシ濃度が上昇し、そして高値を持続することが示された。キサンチンオキシダーゼによるプリン体の代謝の過程で、スーパーオキサイドやヒドロキシルラジカルなど活性酸素、フリーラジカルが発生することから、再灌流時には、N○のみならずヒドロキシルラジカルなど他の活性酸素が多量に発生することによっても神経細胞障害が引き起こされる可能性があると考えられた。今後、実際にヒドロキシルラジカルの局所産生の動態の評価、プリン代謝の阻害剤などの効果を検討する予定である。今年度は、60分間のラット一過性低酸素脳虚血モデルを作成し、低酸素虚血負荷と再潅流時における幼若ラット脳の線条体でのhydroxyl radical(OH・)の発生を測定し、高濃度酸素投与の影響とxanthine oxidase阻害剤であるアロプリノールによるその抑止効果について検討した.日齢7のラットの左線条体にLaser Doppler血流計とマイクロダイアリシスのプローブを留置したのち,左総頚動脈のクリッピングによる虚血と低酸素(8% O2)を60分間負荷した.負荷解除後21%O2を吸入させた群(NORMOXIA;n=7),100%O2を吸入させた群(HYPEROXIA;n=7),負荷前にアロプリノール(135mg/kg,i.c.)を投与し負荷後100%O2を吸入させた群(ALLO;n=6)の3群に分けた.線条体から経時的に採取した潅流液よりOH・濃度の測定を行った.OH・をサリチル酸にトラップさせた化合物である2,3-/2,5-dihydroxybenzoic acid (DHBA)の濃度をHPLCを用いて測定した.局所脳血流はLaserDoppler法で連続的にモニタリングした.低酸素虚血負荷により,線条体血流はいずれの群でも負荷前の約半分まで減少したが,負荷終了後には速やかに負荷前のレベルに回復した.2,3-/2,5-DHBA濃度は,NORMOXIA群では,徐々に上昇し再灌流60分後にようやくそれぞれ前値の131±47%,124±20%に達した.HYPEROXIA群では,再灌流直後速やかに有意な上昇を示し,再灌流10分後にはそれぞれ146±47%,141±30%に達した.ALLO群では,再灌流によるDHBA濃度の上昇を示さなかった.再潅流時の脳での活性酸素の産生は高濃度酸素投与によってさらに促されるが,アロプリノールにはその発生を抑制する効果があることが示唆された.
実用非水電析に向けたアディティブ・テクノロジーの創成：物質探索から機構解明へ

本研究では、グライム溶媒からの金属電析をモデルに、非水系電析環境でめっき添加剤として機能する物質を探索し、作用機構を整理しようとしている。電解浴の粘性改善や不純物(水など)除去など、非水溶液特有の課題を解決し得る物質も研究対象に加え、現在は水系に限られている添加剤科学を非水系へと拡張し、新たな体系構築をめざしている。本年度(平成30年度)は主としてAlCl3/G2(G2:ジグライム)浴からのアルミニウム電析に関して添加剤のスクリーニングを行った。添加剤としては、電極界面と相互作用することで電析物を平滑化し得るものに加え、支持電解質として浴の導電性改善に寄与し得るものも検討した。主として検討した添加剤は、TBACl(tetrabuthylammonium chloride)、BiCl3(塩化ビスマス)、DMAHCl(dimethylamine hydrochloride)、EMICl(1-ethyl-3-methylimidazolium chloride)である。その結果、TBAClとBiCl3には電析を抑制する効果があることがわかった。一方で、DMAHClを添加剤として用いた場合には、電析基板(カソード)に対する電析物の被覆率が改善することがわかった。すなわち、DMAHClは核発生の促進効果をもつことを確認した。また、DMAHClを添加することで、比較的水分含量が多い電解液からもAlの析出が可能となることがわかった。DMAHClは水分の影響を抑制する添加剤として使える。一方、EMIClを添加した場合、その添加量によってはAlの析出が抑制されることがわかった。これは、EMIClとG2の間になんらかの反応もしくは相互作用があるためである。EMIClのようなイオン液体成分を支持電解質として使用しようとする場合には注意を要するといえる。AlCl3/G2(G2:ジグライム)浴からのアルミニウム電析に関する添加剤のスクリーニングならびに作用機構の考察を一通り終えることができたことから、「おおむね順調に進展している」と判断した。なお、添加剤を活用した平滑Al電析に関しても、既に成功している。グライム溶媒からのリチウム電析に関して、同様に添加剤のスクリーニングと作用機構の考察を行う予定である。作用機構の考察では、当初の計画通り、電気化学QCMなどを活用し、添加剤物質がかかわる電気化学反応を調べる。また、XPSなどにより、電析Liならびにその表面(SEIなど)の化学状態も解析する予定である。次年度は、グライム溶媒からのリチウム電析に関して、同様に添加剤のスクリーニングと作用機構の考察を行う予定であり、助成金の残額はそれに必要な物品費や光熱費、ならびに成果報告のための旅費として使用する予定である。
科学技術を応用した近世芸能の基礎的研究

本年度は、前年度までの、のぞきからくりの所在確認と現存遺構の確認調査を踏まえて、さらに現存遺構の確認調査と、文献資料の調査をおこなった。三原市郷土資料館に所蔵されるのぞきからくり現存遺構は、同館に常設展示されているものであるが、からくりの機構と、遠近法にもとづく種絵を完備し、さらにのぞき節の音声記録までを併せて保存している希有な例であることを確認した。さらに大阪歴史博物館の協力を得て、同館がのぞきからくりを復元した際の参考資料を検討する機会を得、これを踏まえて、奄美大島に現存する遺構の調査を実施した。また、既存からくり関係展示施設である高山屋台会館および高山祭ミュージアムにおいての調査も実施した。文献資料については、歌舞伎台帳の舞台書等の調査により、遠近法を利用した書割に関する検証をすすめ、透視図法と遠近法を利用した視覚表現との関連性について考察をおこなった。これらについては小考をおもに口頭発表の形で発表した。さらに文献調査として、のぞきからくりの芸態資料を歌舞伎台帳「義臣伝読切講釈」(京都大学附属図書館蔵本)の中に見いだすを得た。この芸能資料は、従来ののぞきからくり研究に活用されたことがなく、今後さらに豊富な材料を提供しうるものと考える。以上のように、視覚表現と芸態の両面にわたる文献調査を行ったが、こうした作業は図らずも風俗資料としての歌舞伎台帳の卓越性をも確認することとなったことをも付言する。初年度である本年は、「のぞきからくり」の現存遺構の所在調査を中心に行った。福岡市の町屋博物館・福岡県立博物館、大阪市の人権博物館「リバティ大阪」、姫路市の兵庫県立博物館、京都市のからくり人形館、金沢市の大野からくり記念館等において、所在調査と現存遺構の確認調査を行った。「のぞきからくり」は呼称が一定せず、透視図法を用いた絵の板(種板)を交換して物語を展開する箱覗き式のもののほかに、のぞき眼鏡式の風景画鑑賞の装置をも「のぞきからくり」と称する事例が数多くある。箱覗き式のものでは、旧来の遺構を参考として、種板を交換する機構を復元再生したものと、旧来の遺構の内、外側の覗き窓の機能のみを再現して、種板ではなく映像による再生に切り替えたものとがあり、近世期に遺構の詳細を知るためには必ずしも有効ではない事例も少なしとしない。本年度はさらに、のぞきからくり遺構を入手し、所有するに至った。来年度以降、本遺構の調査をすすめ、欠損部を特定するとともに、補修復元することよって、遺構の再現を目指すことが可能となった。「のぞきからくり」をはじめとする芸能では、語り物が付随するのが常であり、本年度は語り物に関する基礎的資料を収集するとともに、「のぞき節」として「のぞきからくり」の物語を口承伝承している演者を招き、「不如帰」「地獄極楽」ののぞき節の実演記録を行うことができた。現在、「のぞきからくり」とともにのぞき節を伝承・実演している演者は全国的にきわめて稀れであり、貴重な記録保存となった。さらに来年度以降の基礎的資料として、歌舞伎の演出等の研究資料を複写・収集した。
20世紀前半における都市計画・地域計画と計画思想に関する英独比較

20世紀前半のイギリスとドイツにおける都市計画から地域計画への発展の実態とその社会経済的および思想的背景を比較史的に探ることが本研究の課題である。そのためのひとつのアプローチとしてまず長期的な視点に立って19世紀20世紀全体を視野に収めて考察を進めた。イギリスでは、1932年に都市・農村計画法がはじめて制定されたことが示すように、この時期計画思想の普及とともに農村も計画の対象となったが、その過程が郊外化と重なって都市と農村の関係の緊密化と両者の変容をもたらした。すなわち、第一次大戦後に都市域がさらに拡大すると農村地域を含む地域計画が構想されるようになったが、農村が計画の対象になったのは、都市域の拡大により農村景観が損なわれはじめたためであった。都市圏の拡大は交通手段の発達を背景とする郊外化の帰結でもあり、20世紀後半には都市から農村への人口の逆流だけでなく、都市的な態度と行動が持ち込まれたことによる農村の変質をも引き起こした。ドイツでも郊外化はやや遅れたが、1920年代から都市と農村の関係の再編が始まり、地域計画が構想されるようになった。しかし、農村が「都市性」に解消されることはなく、「農村性」固有の価値もなお存続した。この研究の骨子を、2018年5月の社会経済史学会全国大会特別講演で「近現代史における都市と農村」として発表し、増補改訂のうえ『社会経済史学』に投稿した。また、イギリスやドイツにおける都市計画から地域計画への制度的・思想的発展が、同時期の日本における展開過程にどのような影響を及ぼし、どのような差異をもたらしたかを考察し、ドイツで2018年8月(レーゲンスブルク大学)および2019年3月(フンボルト大学)に開催されたドイツ都市史・都市化研究学会との国際ワークショップで報告した。報告の内容も拡充のうえ英文論文集に寄稿する予定である。平成30年度は、イギリスとの比較を念頭に置きながら、20世紀前半のドイツにおける都市計画から地域計画への発展の過程とその思想的背景を明らかにすることを主たる課題とした。具体的には、1920年代以降のドイツにおける地域計画の代表的事例であるルール炭鉱地区定住地開発組合(Siedlungsverband Ruhrkohlenbezirk)に注目した。国内では東京大学および京都大学の図書館で、国外ではバイエルン州立図書館およびミュンヘン大学図書館で関連文献を収集した。また、当初は想定していなかったが、地域計画が都市=農村計画とも言われるように、都市計画のたんなる拡張というよりも、農村を巻き込むことにより、都市と農村が新たな関係を構築するという側面の重要性に気が付き、郊外および農村を考慮する必要を認識した。さらに、国際共同研究に参加することで、欧米の都市計画・地域計画の展開が同時代の日本にどのような影響を与えたかという点にも注意するようになった。その意味で、研究対象に対する関心が広がって拡散したとも言えるが、地域計画の成立の意味をより立体的に把握できるようになったと考えている。平成31年度には、イギリスおよびドイツにおける都市計画から地域計画への発展の過程を、社会経済的側面を中心にして比較史的に解明することを引き続き進めるが、それと並んでその思想史的背景についても留意したい。具体的には、都市社会主義がイギリスおよびドイツにおいて一定の影響力をもったことが知られているが、他方で19世紀末以降の自由主義思想の変容が都市計画の成立にどのように作用したかどうかを探る必要がある。その場合、イギリスで言えば、トマス・アダムズ、レイモンド・アンウィン、パトリック・アバークロンビー、ドイツで言えばエルンスト・マイ、ロベルト・シュミットといった計画家がどのような思想をもっていたかに注目する必要がある。また、こうした過程が、欧米への留学や視察をつうじて官僚や学者によって同時代の日本にどのような影響を与えたかについても検討したい。研究方法としては、国内外の図書館に所蔵されている研究文献の収集・検討が基本となるが、当事者による同時代文献や国外、今年度はイギリスのBritish Library, London Metropolitan Libraryなどの機関に所蔵されている資料・文献の調査が必須である。ドイツとの関係・比較を念頭に置きながら、20世紀前半のイギリスにおける都市計画から地域計画への発展の実態と社会経済的背景、およびその思想的背景を明らかにするために、1イギリス最初の都市計画立法である1909年住宅・都市計画等法、2複数の地方自治体による合同都市計画委員会の設置を可能として事実上地域計画への道を開いた1919年住宅・都市計画等法、および31920年後半の市街地の拡大に伴う農村の土地利用や開発に対する関心の高まりを背景に成立した1932年都市・農村計画法の制定過程・内容を、これらの立法に基づき策定された、中部サリー地域計画スキーム、北部ノーサンプトンシャー地域計画スキームをはじめとするいくつかの都市・地域計画の事例と付き合わせながら検討した。また、これらの計画スキーム作成に関わり、イギリス都市計画協会初代会長でもあったトマス・アダムズの活動と思想に注目した。資料的には、国内では、東京大学、京都大学、東京芸術大学などの図書館に所蔵されている文献・資料を収集した。国外では、2017年8月と2018年2月にイギリスに渡航し、国立文書館(The National Archives)に所蔵されている地方行政庁(Local Government Board)および保健省(Ministry of Health)関係の未公刊行政文書を、大英図書館(British Library)に所蔵されている同時代文献・公刊資料を閲覧・収集した。

研究成果の発表としては、2017年10月に政治経済学・経済史学会秋季学術大会で「イギリス都市計画運動と1909年住宅・都市計画等法」という自由論題報告を行い、その前半部分を「イギリス都市計画運動の展開(19061907年):1909年住宅・都市計画等法成立前史」として、東京大学『経済学論集』に投稿した。20世紀前半のイギリスにおける都市計画から地域計画への発展の実態と社会経済的背景およびその思想的背景を明らかにするうえで、その起点となる1909年住宅・都市計画等法の制定過程や特質の解明は重要である。しかし、制定過程に関する行政文書および法律の内容をめぐる意見の対立や修正の過程を記録する議会文書は、同法がはじめて上程された1908年に異論が多く出て審議未了となり、1909年に再上程されたこともありきわめて膨大であり、それを一定の実証密度を備えた論文にまとめるには予想以上の時間が必要であることが分かった。さらに同時期に進行した自由党社会改革、財政改革との関連もあり、こうした問題に踏み込むとさらに時間を取られることが予想された。そのため、学会報告では問題全体の概略を示したが、成果の公刊に際してはまず前半部分をまとめることにした。ただし、この作業と並行して1909年法から1932年法に至る立法の展開過程と都市計画・地域計画の実態の関連について、細部よりも基本的傾向・特徴の摘出に重点を置いた論文および19世紀以降の英独を中心とする都市=農村関係の変化とその特質に関わる論文も準備中である。また、ドイツとの比較の視点は常に意識している。20世紀前半のイギリスとドイツにおける都市計画から地域計画への発展の実態とその社会経済的および思想的背景を比較史的に探ることが本研究の課題である。そのためのひとつのアプローチとしてまず長期的な視点に立って19世紀20世紀全体を視野に収めて考察を進めた。イギリスでは、1932年に都市・農村計画法がはじめて制定されたことが示すように、この時期計画思想の普及とともに農村も計画の対象となったが、その過程が郊外化と重なって都市と農村の関係の緊密化と両者の変容をもたらした。すなわち、第一次大戦後に都市域がさらに拡大すると農村地域を含む地域計画が構想されるようになったが、農村が計画の対象になったのは、都市域の拡大により農村景観が損なわれはじめたためであった。都市圏の拡大は交通手段の発達を背景とする郊外化の帰結でもあり、20世紀後半には都市から農村への人口の逆流だけでなく、都市的な態度と行動が持ち込まれたことによる農村の変質をも引き起こした。ドイツでも郊外化はやや遅れたが、1920年代から都市と農村の関係の再編が始まり、地域計画が構想されるようになった。しかし、農村が「都市性」に解消されることはなく、「農村性」固有の価値もなお存続した。この研究の骨子を、2018年5月の社会経済史学会全国大会特別講演で「近現代史における都市と農村」として発表し、増補改訂のうえ『社会経済史学』に投稿した。
X線結晶解析を指向したタンパク質結晶化の実用的支援法の開発

本研究課題では、申請代表者が得意とする動的光散乱法を用いて結晶化能の定量を行うことを中心として、結晶化の可能性が低いと判定されたものを改質(良)するための対処法の体系化を試みた。また、その結果得られた結晶化の戦略を実際に応用して、標的としたすべてのタンパク質の結晶化に成功し、以下の成果を得た。(1)植物の生体防御に関与するたばこ由来の抗菌性タンパク質PR-5dの結晶性を改良することにより、X線結晶構造解析を1.8Å分解能で行うことができた。そしてアミノ酸配列の相同性から構造が似ていると言われていた甘味タンパク質ソーマチンとの立体構造比較を行うことにより、PR-5dタンパク質の表面にある陰性荷電領域が抗菌性と関連している可能性を示唆することができた。(2)薬用植物の重要な二次代謝産物であるトロパンアルカロイドの生合成に関与するトロピノン還元酵素IIについて、生成物との複合体の結晶を調整することにより、分解能を格段に向上させることに成功するとともに、その立体構造をX線結晶解析することができた。また、得られた結晶は、白色X線を照射すると良質のラウエ回折像を与えることが判明した。(3)アスパラギン合成酵素の遷移状態アナログの合成に成功し、本アナログと酵素との複合体を結晶化してその立体構造を解析することに成功した。その結果、かねて期待されたように、遷移状態アナログとの複合体を調製することにより、結晶性が向上し分解能が格段に良くなることも判明した。(4)リンゴ銀葉病菌由来エンドポリガラクツロナーゼ、トウモロコシ由来ピルビン酸リン酸ジキナーゼの結晶化に初めて成功した。特に、ポリガラクツロナーゼの結晶は、0.95Å以上の分解能を与える極めて良質のものを得ることができた。(5)γグルタミルシステイン合成酵素の結晶化に初めて成功した。また、同酵素の遷移状態アナログ阻害剤合成し結晶性をさらに改良することを試みることにより、結晶性改良の要因を分析することができた。本申請課題の目的は、動的光散乱法を用いて結晶化能の定量を行うことを中心として、結晶化の可能性が低いと判定されたものを改質(良)するための対処法を体系化することにある。本年度得られた結果は以下の通りである。(1)動的光散乱法による結晶化の判定基準について検討した結果、新たに開発されたDYNALSプログラムを用いて散乱強度の分子サイズに対する分布をグラフ化することにより、判定基準を明確にすることができた。トロピノン還元酵素I Iについては、生成物との複合体の結晶を調整し、X線結晶を解析することができた。特に、微量セル装置の導入で極微量での判定が可能になった。また、新型顕微鏡の導入で詳細な画像の解析が可能になった。(2)いまだ結晶化することができていないγグルタミルシステイン合成酵素を結晶化するために、酵素と結合することで酵素の立体構造を均一化させることに寄与すると思われる遷移状態アナログを合成した。その化合物は6種類のジアステレオマー混合物であったため、さらに光学活性な化合物を作り分けた。(3)ルシフェラーゼの結晶化条件の改良を検討したところ、硫酸リチウムの代わりに塩化リチウムを用いることにより界面活性剤の添加なしの良質の結晶を作ることができた。

その結晶についてX線回折像を撮影したところ、空間群P2@S21@E22@S21@E22@S21@E2で、a=57.8,b=181.9,c=53.6Aであることが判明した。現在、分子置換法によるX線結晶解析を進めている。(4)X線結晶構造解析結果をもとにアスパラギン合成酵素の結晶化能の向上の理由の解明を行った。その結果、分子間相互作用、特に結晶格子中への分子の組み込まれ方と、変異導入部位との関係を解析して、結晶化能が向上した理由を考察した。その結果、Cys315は、二量体を形成する際に互いのサブユニットが接する付近にあることから、そのアラニンへの変更はサブユニット間相互作用に影響を与えたものと考えられた。また、アスパラギン合成酵素の遷移状態アナログの合成にも成功した。(5)上記成果と今後の研究計画について、本研究分野の先導的な役割を果たしているヨーロッパシンクロトロン放射光施設(フランス)およびマックスプランク分子生理学研究所(ドイツ)の研究者にレビューを受けるとともに成果について議論することができた。(1)たばこ由来の抗菌性タンパク質PR-5dは、甘味タンパク質ソーマチンと立体構造が類似していることが予想されているが、それらタンパク質の機能の違いと立体構造との関係は不明であった。そこでPR-5dのX線結晶構造解析を1.8Å分解能で行いソーマチンとの立体構造比較を行うことにより、PR-5dタンパク質の表面にある陰性荷電領域が抗菌性と関連している可能性を示唆することができた。(2)トロピノン還元酵素IIについて、生成物との複合体の結晶を調整することにより、分解能を格段に向上させることに成功するとともに、その立体構造をX線結晶解析することができた。また、得られた結晶は、白色X線を照射すると良質のラウエ回折像を与えることが判明した。(3)アスパラギン合成酵素の遷移状態アナログの合成に成功し、本アナログと酵素との複合体を結晶化して素の立体構造を解析することに成功した。その結果、かねて期待されたように、遷移状態アナログとの複合体を調製することにより、結晶性が向上し分解能が格段に良くなることも判明した。本申請課題の目的は、動的光散乱法を用いて結晶化能の定量を行うことを中心として、結晶化の可能性が低いと判定されたものを改質(良)するための対処法を体系化することにある。本年度得られた結果は以下の通りである。(1)動的光散乱法による結晶化の判定基準について検討した結果、新たに開発されたDYNALSプログラムを用いて散乱強度の分子サイズに対する分布をグラフ化することにより、判定基準を明確にすることができた。トロピノン還元酵素IIについては、生成物との複合体の結晶を調整し、X線結晶解析することができた。特に、微量セル装置の導入で極微量での判定が可能になった。また、新型顕微鏡の導入で詳細な画像の解析が可能になった。(2)いまだ結晶化することができていないγグルタミルシステイン合成酵素を結晶化するために、酵素と結合することで酵素の立体構造を均一化させることに寄与すると思われる遷移状態アナログを合成した。その化合物は6種類のジアステレオマー混合物であったため、さらに光学活性な化合物を作り分けた。(3)ルシフェラーゼの結晶化条件の改良を検討したところ、硫酸リチウムの代わりに塩化リチウムを用いることにより界面活性剤の添加なしに良質の結晶を作ることができた。
線虫の生殖と神経機能に関与する遺伝子のゲノムワイドなスクリーニング

近年のゲノム解析技術の急速な進歩により、そこからもたらされる大量の未知遺伝子の機能を明らかにするための方法論が求ゆられている。線虫を用いて生殖と神経機能の2つの重要な生命現象を取り上げ、これらに関わる遺伝子を逆遺伝学の手法を取り入れてゲノムワイドにスクリーニングすることを試みた。1)生殖細胞形成に関わる遺伝子の検索cDNAサブトラクション法と小原らのcDNA high density gridフィルターを用いたディファレンシャル・ハイブリダイゼーションにより、生殖腺に特異的に発現する遺伝子を同定した。うち168遺伝子についてRNAi法による機能阻害を行った。この結果、約9%に当たる15遺伝子が不捻の表現型を示し、13遺伝子が胚致死、8遺伝子が幼虫致死を示した。2)神経可塑性のアッセイ系の構築と感覚神経機能に関わる遺伝子群の機能解析線虫の化学走性行動を指標に、各種の処理によって行動の可塑性が見られるかどうかを検討した。その結果、以下のような現象を見いだした。通常の線虫はNaClに対して正の化学走性を示す。ところが、NaCl存在下で飢餓を経験させるとNaClへの走性が顕著に低下し、逆にNaClを忌避するようになった。この変化はNaCl非存在下で飢餓を経験させても、NaClと餌が共に存在する状態に置いても起こらない。したがって、NaClと飢餓の組み合わせを学習する連合学習であると考えられる。さらに、化学走性のアッセイによりRas-MAPキナーゼシグナル伝達経路が嗅覚に関与していることを見いだした。匂い物質イソアミルアルコールを野生型の線虫に与えると、10秒以内に嗅覚神経でMAPキナーゼが活性化された。この活性化は環状ヌクレオチド依存性チャネルTAX-2/TAX-4や電位依存型カルシウムチャネルのサブユニットUNC-2の機能に依存していた。
喘息治療の応用を目指したPAR-2制御によるIL-33発現メカニズムの解明

IL-33は障害を受けた気道上皮から放出され、喘息における2型/好酸球性気道炎症において重要な役割を果たすが、IL-33の生理・病態的な産生メカニズムは不明な点が多い。真菌・Alternariaの刺激によりPAR-2を介してIL-33を放出するin vivoの報告はあるが、その発現機序は不明である。YKL-40は喘息患者の喀痰中濃度が重症度、気道リモデリング、非2型気道炎症と相関することが自他の検討で報告されている。本研究では、IL-33発現抑制を、レクチン・YKL-40の作用機序の観点から解明することを目的とする。得られた結果より、IL-33の産生メカニズムの解明、喘息での2型・非2型炎症の決定に重要な知見をもたらし、創薬につながると考えられる。今年度、我々は、microRNAiにてYKL-40発現を抑制した気道上皮細胞において、IL-33発現の上昇を見出した。更に、PAR-2を活性化する真菌・alternaria extractによるIL-33発現の増加をYKL-40が著しく抑制したことを見出した。これは、microRNAiにてPAR-2発現を抑制した気道上皮細胞ではIL-33の発現が増加した結果に一致した。従って、YKL-40によるIL-33発現抑制にPAR-2を介している経路が関与することが示唆された。この研究成果をWCP2018にて発表した。今後、PAR-2を介したIL-33発現抑制の経路にYKL-40がどのように関与するか等を検討する。YKL-40によるIL-33発現抑制にPAR-2を介している経路が関与することが示唆できたので、今年度の研究計画は、概ね進展している。IL-33発現誘導の経路にcAMPが関与している学会発表があり、PAR-2におけるcAMPの経路や、β刺激薬などによる経路との違いを検討する予定である。そこで現在、PAR-2過剰発現細胞を作製している。また、Gタンパク質の阻害剤やβ-arrestin経路の阻害剤によるIL-33発現への影響やYKL-40の抑制効果を検討する。更に、YKL-40のレクチン作用がPAR-2の活性化やIL-33発現に影響があるか、推定されるPAR-2の修飾糖鎖を合成し、阻害効果があるかを検討する。当初購入を予定していた、Real-time PCR関連試薬や細胞培養用培地などを一括購入し、費用が少なく済んだため。失活する可能性のある試薬などは実験ごとに購入するため、次年度に購入を予定したため。
神経回路発達を誘導するグリア細胞トランスポーター分子の制御メカニズム

自家開発した酵素光学デバイスにより培養初期のグリア細胞からGABA放出が観察され、一方培養後期のグリア細胞でGABA放出が著しく減弱した。インピーダンス顕微鏡を用い細胞膜直下のアクチン線維の安定性によるインピーダンスの変化を非接触で観察した。抗てんかん薬バルプロ酸の投与は、初期のグリア細胞からのGABA放出を増大し、早いATP放出を示し、プルキンエ細胞樹状突起の伸長を早めた。GABA-トランスポータ系が小脳発達を制御する可能性を示唆した。バルプロ酸の作用機序とHDAC阻害剤の関係は未だ不明だが、胎生期の特定時期での遺伝子発現への介入が、GABA放出と小脳発達に影響することが強く示唆された。平成24年度実施計画(1)発達期小脳で、GABAを合成している細胞について、培養小脳グリア細胞を用い、GABA放出の光学測定を行ったところ、神経細胞が共存しない環境においても培養初期(14日培養)のグリア細胞からGABA放出が観察され、一方GFAP発現した培養後期(21日培養)のグリア細胞では、GABA放出が著しく減弱した。また、GABA放出期のグリア細胞は、GABA合成酵素GAD65/67抗体で染色され、GABA合成能があることが確認できた。これらのことから、発生初期にはグリア細胞がGABAを合成し放出していると考えられる。さらに生きたグリア細胞に対し、VGATタンパク質のN-terminal認識抗体またはC-terminal認識抗体を結合させたところ、N-terminal抗体のみが結合した。いずれの抗体も化学固定後の細胞を染色した。生きた細胞では抗体が細胞膜を通過できないため、細胞外に露出した部位にのみ結合する。これらの結果から、GABA放出期のグリア細胞は、細胞膜にN-terminalを見せる向きで分布していることが確認された。これは、GABAを細胞内に取り込む向きと考えられ、VGATは発生初期の小脳において、グリア細胞にGABAを取り込む機能を持つことが示唆された。実施計画(2)GABAの取り込みと放出に強く関与するトランスポータータンパク質を、細胞膜に安定化させるメカニズムと制御因子を観察するため、インピーダンス顕微鏡を用いた細胞観察のフレームアップを整えた。C2C12細胞、及びC6グリオーマ細胞を用い、細胞膜直下のアクチン線維の重合・脱重合に伴うインピーダンスの変化、および、アクチン線維が収縮を示した際のインピーダンス変化を、細胞に非接触で観察した。また、タンパク質にマーカーとなる金属結晶を結合し、併せて観察することを試行した。小脳は、脳の皮質形成のモデル系として長く研究され、解剖学的、電気生理学的、組織化学的知見が十分に蓄積された研究対象である。申請者は小脳皮質の分化過程の研究で、グルタミン酸とγアミノ酪酸(GABA)の放出パターンを調べるために、伝達物質の酸化還元酵素を用い、発生する蛍光分子によって神経伝達アミノ酸の分布を観察するデバイスを自家開発した。これを用い、小脳神経回路発達に関与する伝達物質とそれを制御する分子の研究を進めたところ、未分化のグリア細胞からGABA放出が見られることを見いだした。グリア細胞の分化に伴い、GABA合成酵素GAD65/67の発現が低下し、同時にGABAトランスポータのVGATの発現が消失すること、これらの現象が細胞内リン酸化で制御されている可能性を発見した。グリア細胞からのGABA放出は、顆粒細胞の増殖を強く刺激することも観察されたが、神経回路形成への関与ははっきりしなかった。そこで、グリア細胞の情報伝達物質であるATPの時空間分布を可視化する新規の酵素光学法を開発した。酵素にグリセルアルデヒド3-リン酸脱水素酵素を用いてグルタミン酸刺激によるATP放出量を測定したところ、小脳プルキンエ層(PL)及び顆粒層(IGL)で、一過性のATP放出が観察された。小脳分化に対するGABAトランスポータの影響を調べるために、抗てんかん薬バルプロ酸を胎児期に投与したところ、出生仔の小脳で過剰なGABAの放出が観察された。GABAトランスポータの影響を調べるために、抗てんかん薬バルプロ酸を胎児期に投与したところ、出生仔の小脳で過剰なGABAの放出が観察された。GABAトランスポータの発現は抑制され、同時にプルキンエ細胞の樹状突起が早期から著しく発達していた。バルプロ酸投与動物では、ATPも早期から大量に放出され、神経回路発達に介入することが観察された。平成23年度実施計画(1)グリア細胞からの伝達物質放出メカニズムについて、培養小脳グリア細胞を用い、GABA放出の光学測定、および細胞内リン酸化の影響を検討した。

神経細胞が共存しない環境においても培養初期(14日培養)のグリア細胞からGABA放出が観察され、一方GFAP発現した培養後期(21日培養)のグリア細胞では、GABA放出が著しく減弱した。さらに、グリア細胞をジブチリルcAMP処理して細胞内リン酸化を進めたところ、約60分で長期間の培養と同等のGABA放出能の低下がみられた。長期培養、リン酸化処理のいずれにおいても、GABA放出の減弱とともに、小胞性GABAトランスポーター(VGAT)の減少が観察され、グリアからのGABA放出にVGATが深く関与していることが示唆された。実施計画(2)新規ATP放出量観察デバイスの開発について、ATP要求性の脱水素酵素を利用した細胞外ATP分布の光学測定システムを新たに開発した。従来のルシフェリンールシフェラーゼを用いたものに比べ圧倒的に光量があり、空間分布だけでなく、小脳組織内でのATP濃度の時間変化をCCDを用いて観察することができた。現在特許申請中である。実施計画(3)測定精度の向上のための担持方法・酵素を改良において、従来酵素のN-末端でガラス面に共有結合していたため、酵素種によっては十分な効果が得られなかったものがあったが、C-末端で結合する技術を開発した。これにより、酵素の固定化方向を制御することが可能になり、より効率的な測定デバイスを構成することができる。実施計画(4)高感度16ビットCCDカメラによる高感度・高速撮影では、成熟した小脳皮質および大脳皮質からの、酵素光学法を用いた伝達物質放出の観察に成功した。今後神経回路形成の過程までを追跡可能な技術として利用できる。平成24年度に計画した研究計画のうち、(1)発達期小脳で、GABAを合成している細胞を特定するについては、GABAの合成,放出、制御タンパク質の分子方向性を確認し、十分達成できた。研究計画の(2)GABAの取り込みと放出に強く関与するトランスポータータンパク質を、細胞膜に安定化させるメカニズムと制御因子を確認するについては、音響インピーダンス顕微鏡を用いた細胞レベル観察が可能になり、アクチン線維の動的な変化が観察できるところまで進行してきた。この過程で、抗てんかん薬バルプロ酸が小脳の初期発生に大きな影響をもつことを発見した。バルプロ酸を胎児期に投与されたラットでは、発生初期にグリア細胞からのGABA放出が増大し、GLAST、GLT-1などトランスポータタンパク質の発現が変化した。平成25年度にはこれを重要な実験ツールとして、グリア細胞からのGABA放出制御のメカニズムを測定することができると考えている。平成23年度に計画した研究計画のうち、(1)グリア細胞からのGABA放出メカニズムと制御因子を確定するについては、5つの小課題中4課題が達成できた。特にATP放出の新規測定法の開発は、十分な光量と時間分解能を持つ測定系を開発することに成功した。さらに培養グリア細胞を用いたGABA放出の研究では、細胞内の状態変化とGABA放出メカニズムの動的な相関を得ることに成功し、一部平成24年度の研究内容まで進めることができた。
精神疾患死後脳バンクのネットワークを用いた研究の推進

研究代表者は、シンポジウム開催準備のため平成18年10月初旬に渡米し、(1)シンポジストの一人、University of Central Floridaの菅谷公伸教授の幹細胞研究室において、ヒト線条体の非アミン作動性芳香族アミノ酸脱炭酸酵素ニューロン(D-ニューロン)と神経幹細胞について講演し、(2)アトランタ米国神経科学会に参加して脳バンク関係者との意見交換を行った。「第1回ブレインバンクシンポジウム」は、平成18年10月22日、福島のホテル辰己屋において、「精神疾患脳研究におけるニューストラテジー」のテーマで、脳バンクのニーズに応え、研究を発展させることを目標として開催した。シンポジストとして、海外から2名、オランダ王立科学芸術アカデミーのRivka Ravid博士、University of Central Floridaの菅谷公伸教授、国内から11名、すなわち理化学研究所の加藤忠史(敬称略)、横浜市立大学法医学の西村明儒、東北大学大学院の富田秋博、東京工業大学の一瀬宏、京都大学大学院の宮川剛、岡崎生理学研究所の瀬藤光利、札幌医科大学の橋本恵理、家族会の上森得男、福島県立医科大学の丹羽真一、國井泰人、池本桂子が発表を行った。内容は、脳バンクの構築や倫理上の問題、脳研究の成果、遺伝子の後生的調節や神経幹細胞の治療への応用など、精神医学への寄与が期待できる領域、質量解析顕微鏡、遺伝子改変動物の網羅的行動解析からの統合失調症脳研究など新たな手法と発想の紹介などであった。研究者や関係者が計40名参加し、討論と意見交換を行った。多方面の人材の交流が得られ、福島精神疾患脳バンクの維持と発展のニーズに対応した大型グラント申請への協力の申し出を含め、脳バンクの試料を用いた研究の今後の発展への足がかりとなるネットワーク形成の準備段階における有用な機会となった。英文および邦文の抄録集は、学術誌に掲載した。