hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
付属肢の進化・多様性の分子メカニズム

ショウジョウバエ成虫肢の付節形成過程では、3齢幼虫初期には転写因子BarとDacが隣り合って発現するが、その後、NubやRn、Apといった転写因子のタイムリーな発現によりBarとDacの発現が変化することで5つの付節が形成されることが明らかになった。さらに、カイコ幼虫肢の形成過程では、Nub、Rn、Apなどの転写因子が発現せず、BarとDacの発現が発生初期から変化しないことで付節は1つしかできないことも明らかとなった。これらのことから、上記転写因子の発現のタイミングにより様々な種での付節の数が決定されると考えられる。現在までに、ショウジョウバエなどのモデル生物については、その形作りについての遺伝子レベルでの理解が著しく進んできた。その結果、Hox遺伝子や主要なシグナル伝達系などは生物種問で非常によく保存されており、様々な生物種は、遺伝子レベルでみればそれほど違いはないことがわかってきた。しかし一方で、地球上に存在する様々な生物種は、それぞれ変化に富む多種多様な形態を有することで、それぞれの生活環境に適応している。生物共通の基本的メカニズムについての研究が高い注目を集め著しい理解の向上を果たす一方で、様々な生物種の多様性やその進化に関する遺伝子レベルでの研究はそれほど進んでおらず、これからの生物学おける重要な課題の一つである。本研究は、昆虫の形態の中でも付属肢、特に歩脚に着目して、その発生メカニズムの様々な昆虫種間での比較により、付属肢の進化・多様化の分子メカニズムの理解を目指すものである。2008年度は、主にコクヌストモドキやカイコガについて、ショウジョウバエ成虫肢形成に重要である遺伝子のクローニングおよび、肢の発生過程におけるそれらの遺伝子の発現パターンの解析を試みた。しかし、両者ともに、幼虫肢を構成する細胞の一部あるいはほぼ全部が変化して成虫肢を形成し、幼虫肢を形成している状態ではクチクラに覆われているために組織染色は非常に困難であり、現在までのところ、in situハイブリダイゼーションによるRNAの発現解析についてはあまり進んでいない。抗体によるタンパク質の発現解析の方がうまくいき始めたため、現在、各種遺伝子がコードするタンパク質について、なるべく広い範囲の種で使用可能になるような抗体の作成を始めている。今後、これらの抗体を用いた染色とともに、in situハイブリダイゼーションによる染色の実験系を早急に確立し、各種肢形成過程に重要な遺伝子の発現パターンの解析を行う予定である。その結果、Hox遺伝子や主要なシグナル伝達系などは生物種間で非常によく保存されており、様々な生物種は、遺伝子レベルでみればそれほど違いはないことがわかってきた。2009年度は、昨年度に引き続き、主にコクヌストモドキやカイコガについて、ショウジョウバエ成虫肢形成に重要であることがわかっている遺伝子の発現パターンの解析を試みた。また、前年度で抗体染色の方がin situハイブリダイゼーションによるRNAの発現解析よりも組織染色の可能性が高かったことから、ショウジョウバエで付属肢形成に関与する遺伝子産物に対して、種間で保存されている部分のペプチドを作成し、それを抗原とすることで、様々な昆虫種で使用可能な抗体を作成した。しかし、クチクラに覆われている幼虫肢の組織染色は難しく、ソニケーションやキチナーゼの利用によってクチクラの透過性を上げる試みなどを繰り返しているが、相変わらず難航している。今後も、これらの抗体を用いた染色とともに、in situハイブリダイゼーションによる染色の実験系を早急に確立し、各種肢形成過程に重要な遺伝子の発現パターンの解析を行う予定である。地球上に生息する生物は、種によって実に多様な形態を有している。本研究では、昆虫の肢の発生メカニズムを様々な昆虫種間で比較することにより、昆虫肢の進化・多様化の分子メカニズムの理解をかいして、生物種間における形態の多様性をもたらすメカニズムを理解することを目標としている。昆虫肢の先端部分である付節は、種によって15つの分節にさらに分割されている。

ショウジョウバエでは付節は5つの分節から構成されるが、発生過程においては、初めはBarとDacの2つの転写因子が隣り合って発現しており、多くても2つの領域にしか分かれておらず、その後の組織の増殖に伴い、Dacの発現が強い部分、弱い部分、DacとBarのどちらも発現しない部分、Barの発現の弱い部分、強い部分といったように5つの分節に分割される。この時、NubやRn、Apといった転写因子が、順次発現を変化させることが5つの分節領域の形成に重要であることを突き止め、これらの遺伝子の発現のタイミングが、付節の分節数の決定に重要である可能性を見出した。一方、カイコの幼虫の肢では付節は1つの分節しかなく、DacとBarの発現は、ショウジョウバエの成虫肢形成過程における初期の状況と同様に隣り合って発現したまま変化しないことがわかった。Nub、Rn、Apなどの転写因子のオーソログをクローニングして、それらの発現を解析した所、Nubはショウジョウバエと同様にその発現が変化していたが、RnとApについては、発現していなかった。このことから、カイコ幼虫肢の発生過程では、ショウジョウバエの発生初期に相当する状態のまま、その後の遺伝子カスケードが動かないことで、付節は1分節しか形成されないことが考えられた。
フキノール酸の生合成に関する生物有機化学的解析

標識されたフキノール酸、クロロゲン酸、ジカフェオイルキナ酸のNMR分析により、フキノール酸のフキ酸部分がチロシン、酢酸を取り込み、コーヒー酸部分が、フェニルアラニンをそれぞれ選択的に取り込むことを明らかにした^<1)>。また、フェニルピルビン酸、フェニル乳酸はフキ酸、コーヒー酸両方に取り込まれることを明らかにした。さらに、植物体の各部位(根、葉柄、葉身)での取り込みの比較を行い、根の部分が最も高く標識されており,葉柄,葉身へ行くにしたがって標識率は下がることが明らかになった。葉身、葉柄、地下茎、根いずれの部位にもフキノール酸が分布すること、葉柄では、クロロゲン酸、ジカフェオイルキナ酸の含有量が低いのに対して、フキノール酸含有量が高いことが見出された。これに対応してフキ酸部分の生合成に関わるTAT活性が葉柄では高いことが示された。一方、PAL活性は、どの部位でも平均的に活性が見出され、TAL活性は検出されなかった。酢酸緩衝液中に浸漬した植物体切片は、葉身を用いた場合のみフキノール酸含有量が3倍に上昇し、なおかつフキ酸側鎖のC2単位に酢酸が取り込まれた。セルフリー実験では、酢酸存在下、フキ酸およびフキノール酸の合成は起こらなかった。PAL活性、TAT活性は、酢酸緩衝液で処理した植物体では、対照区として行ったリン酸緩衝液処理した植物体に較べ、低くなっていた。上記、酢酸緩衝液、リン酸緩衝液処理した植物体のタンパクを抽出し、二次元電気泳動にかけたところ、両者に共通しない複数のスポットが確認できたが、再現性が悪く、未知タンパクスポットの分析に至らなかった。フキノール酸生合成に関わるタンパクの特異的標識および分析のためのラベル試薬として、チロシンのアナログであるニトロチロシン投与による、植物体からのニトロチロシン代謝物、ニトロチPシン結合タンパクの存在を調べたが、ニトロチロシンがフキ植物体内にほとんど取り込まれず、代謝物、結合タンパク両方とも存在しなかった。標識されたフキノール酸、クロロゲン酸、ジカフェオイルキナ酸のNMR分析により、フキノール酸のフキ酸部分がチロシン、酢酸を取り込み、コーヒー酸部分が、フェニルアラニンをそれぞれ選択的に取り込むことを明らかにした。さらに、植物体の各部位(根、葉柄、葉身)での取り込みの比較を行い、根の部分が最も高く標識されており,葉柄,葉身へ行くにしたがって標識率は下がることが明らかになった葉身、葉柄、地下茎、根いずれの部位にもフキノール酸が分布すること、葉柄では、クロロゲン酸、ジカフェオイルキナ酸の含有量が低いのに対して、フキノール酸含有量が高いことが見出された。一方、PAL活性は、どの部位でも平均的に活性が見出され、TAL活性は検出できなかった。酢酸緩衝液中に浸漬した植物体切片は、フキノール酸含有量が3倍に上昇し、なおかつフキ酸側鎖のC2単位に酢酸が取り込まれた。しかしながら、セルフリー実験では、酢酸存在下、フキ酸およびフキノール酸の合成は確認できなかった。

しかしながら、PAL活性、TAT活性は、酢酸緩衝液で処理した植物体では、対照区として行ったリン酸緩衝液処理した植物体に較べ、低くなっていた。上記、酢酸緩衝液、リン酸緩衝液処理した植物体のタンパクを抽出し、二次元電気泳動にかけたところ、両者に共通しない複数のスポットが確認できた。チロシンのアナログであるニトロチロシン投与による、植物体からのニトロチロシン代謝物、ニトロチロシン結合タンパクの存在を調べたが、ニトロチロシンがフキ植物体内にほとんど取り込まれず、代謝物、結合タンパク両方とも存在を確認できなかった。標識されたフキノール酸、クロロゲン酸、ジカフェオイルキナ酸のNMR分析により、フキノール酸のフキ酸部分がチロシン、酢酸を取り込み、コーヒー酸部分が、フェニルアラニンをそれぞれ選択的に取り込むことを明らかにした^<1)>。また、フェニルピルビン酸、フェニル乳酸はフキ酸、コーヒー酸両方に取り込まれることを明らかにした。さらに、植物体の各部位(根、葉柄、葉身)での取り込みの比較を行い、根の部分が最も高く標識されており,葉柄,葉身へ行くにしたがって標識率は下がることが明らかになった。葉身、葉柄、地下茎、根いずれの部位にもフキノール酸が分布すること、葉柄では、クロロゲン酸、ジカフェオイルキナ酸の含有量が低いのに対して、フキノール酸含有量が高いことが見出された。これに対応してフキ酸部分の生合成に関わるTAT活性が葉柄では高いことが示された。一方、PAL活性は、どの部位でも平均的に活性が見出され、TAL性は検出されなかった。酢酸緩衝液中に浸漬した植物体切片は、葉身を用いた場合のみフキノール酸含有量が3倍に上昇し、なおかつフキ酸側鎖のC2単位に酢酸が取り込まれた。セルフリー実験では、酢酸存在下、フキ酸およびフキノール酸の合成は起こらなかった。PAL活性、TAT活性は、酢酸緩衝液で処理した植物体では、対照区として行ったリン酸緩衝液処理した植物体に較べ、低くなっていた。上記、酢酸緩衝液、リン酸緩衝液処理した植物体のタンパクを抽出し、二次元電気泳動にかけたところ、両者に共通しない複数のスポットが確認できたが、再現性が悪く、未知タンパクスポットの分析に至らなかった。フキノール酸生合成に関わるタンパクの特異的標識および分析のためのラベル試薬として、チロシンのアナログであるニトロチロシン投与による、植物体からのニトロチロシン代謝物、ニトロチロシン結合タンパクの存在を調べたが、ニトロチロシンがフキ植物体内にほとんど取り込まれず、代謝物、結合タンパク両方とも存在しなかった。
児童養護施設退所者の大学進学に関する実証的研究

大学に進学した児童養護施設入所経験者の実態について明らかにし、彼らに対する支援策を検討するため、児童養護施設入所経験者を積極的に受け入れている私立X大学にてアンケート調査とインタビュー調査を実施した。調査の結果、彼らの大学進学における困難が、学習、金銭、進路選択等の問題として浮かび上がってきた。児童養護施設入所経験者たちが大学を卒業するためには、丁寧かつ長期的なサポートが必要とされている。児童養護施設への入所経験のある者のうち、大学等の高等教育機関に進学する者は約1割である。経済的問題や学力的問題をクリアし、大学に進学した者たちは、望ましい成長を遂げた者として捉えられており、これまで研究の対象とされることはほとんどなかった。しかし、彼らもまた経済的、精神的困難を抱え、支援を必要としている。そこで、本研究では、大学に進学した児童養護施設入所経験者の実態を明らかにすることを目的に、彼らを対象とした質問紙調査とインタビュー調査を計画した。平成25年度は、児童養護施設入所経験者を積極的に受け入れている私立A大学にて、児童養護施設入所経験者を対象とした質問紙調査を実施し、36名から回答を得ることができた。また、比較検討のため私立A大学に通う一般家庭出身の学生、私立A大学と同県に所在する同程度の偏差値の私立B大学の学生、国立C大学の学生に対しても質問紙調査を実施し、回答を得ることができた。インタビュー調査については、私立A大学に通う児童養護施設入所経験者13名から大学生活の様子を聞くことができた。平成25年度中に、これらの調査結果の一部について検討を行い、そこからは以下の点が明らかになった。1他のボーダーフリー大学に通う学生と比べると、私立A大学に進学した児童養護施設入所経験者は授業外の学習時間が長く、高校時代の自分の成績がよかったと位置づける傾向にある。2私立A大学に進学した児童養護施設入所経験者の多くは、高校の時に施設職員の紹介によって進学を決めていた。3私立A大学に進学した児童養護施設入所経験者の約8割は、私立A大学を選んだ理由として、奨学金制度が充実している点を挙げていた。平成26年度については、引き続き、調査結果の分析を行うと共に、そこから得られた知見を学会等を通して報告する予定である。平成26年度については、大学に進学した児童養護施設入所経験者を対象としたインタビュー調査を継続する共に、平成25年度に実施したアンケート調査及びインタビュー調査の分析を行った。分析の結果、彼らの大学進学における困難が、学習、金銭、進路選択等の問題として浮かび上がってきた。例えば、「施設の優等生」として育ちながらボーダーフリー大学の授業にのぞむこと、これまで持ったことのない大金を管理すること、アルバイトと勉強を両立させること、進路の一つとして児童養護施設職員という職業を客観的にみつめること等、彼らが大学卒業までにクリアしなければならない課題は数多い。その一方で、彼らに対する支援が十分ではないこと、具体的には、施設職員の離職や信頼関係が構築できていない等の理由からアフターケアが成立しにくい様子も確認できた。児童養護施設退所者たちが大学を卒業するためには、彼らに対する丁寧かつ長期的なサポートが必要とされる。臨床心理士やソーシャルワーカーの大学への配置や継続的な児童養護施設のアフターケアが欠かせない。児童養護施設ではない。だからといって、就職して働くほどの社会の厳しさを味わわなくてもよい、そんな自立のための準備期間として大学在学期間を位置づけることが求められている。なお、本助成金による研究実績は、『児童養護施設退所者の大学進学に関する実証的研究』(平成2526年度科学研究費助成事業成果報告書)としてまとめている。教育社会学平成25年度は、大学に進学した児童養護施設入所経験者を対象とした質問紙調査とインタビュー調査の計画・実施を予定していた。質問紙調査については、計画通り、児童養護施設入所経験者を積極的に受け入れている私立A大学、私立A大学と同県に所在する同程度の偏差値の私立B大学、国立C大学の3大学にて実施することができた。また、インタビュー調査については、当初予定していた20名には達しなかったものの、大学に進学した児童養護施設入所経験者13名から話を聞くことができた。平成26年度は、平成25年度に実施した質問紙調査、インタビュー調査の結果について分析を行い、その内容を学会等にて報告する予定である。また、大学に進学した児童養護施設入所経験者に対する支援の在り方を総合的に考察し、報告書等にまとめる。インタビュー対象者の都合がつかず、当初予定していた数のインタビュー調査を平成25年度中に実施することができなかった。そのため、平成25年度の旅費と人件費・謝金の使用額が予定より少なくなっている。平成25年度中に予定していたインタビュー調査を平成26年度のできるだけ早い時期に実施する。そのインタビューに必要な旅費、謝金及びインタビューの文字起こしの費用として平成25年度に使用できなかった助成金を使用する計画である。
屍体標本を用いたシミュレーションに基づく母指関節運動における主動筋相互作用の解明

母指の3次元的な関節運動に対する外在筋(EPL, FPL, APL, EPB)と内在筋(APB, OP, FPB, ADP)の関与を調べるために新鮮凍結屍体を用いて母指の3次元的な運動解析を行った.それぞれの内在筋に0,100,200,300,400,または500gの錘により静荷重を加えた状態で,外在筋を2.0mm/secで駆動した.外在筋だけでみるとAPLを除き関節固定が指尖部の軌跡に与える影響は小さいが,内在筋については関節固定が指尖部の軌跡に大きな影響を与えることが分かった.そのため,外在筋と内在筋による指尖部の可動領域は関節固定により元々の30%程度にまで制限されることが分かった.屍体手の固定方法と駆動方法を検討した.母指の関節運動を阻害しないように,第二中手骨と尺骨にピンを打ち,これらを独自に開発した治具でクランプすることで屍体手を計測装置の基盤に固定する方法を採用した.運動計測装置を用いて関節運動を計測するには,各骨に最低3点の運動計測用マーカを固定する必要がある.CM関節は鞍形状を持つ複雑な関節である.また,手関節の運動は手節間関節のそれに比べて小さい.手関節を構成する大菱形骨と舟状骨についても十分な計測精度が保証できるように,掌側からピンを打つなどの工夫を施した.固定方法を決定した後に,筋の駆動方法を検討した.外在勤については手関節周辺の腱組織に絹糸を縫合することで,駆動装置を用いて外部から引張できるようにした.内在筋については,元々の作用方向を保持できるように,筋の付着部に方向した絹糸を,人工的なプーリ(ピン)を経由して手関節付近へと導出するようにした.以上ので全ての外在筋と内在筋に絹糸が縫合できたことになる.外在筋と外在化した内在筋を駆動するための筋駆動装置については,暫定的に示指を対象とした前研究で使用していた装置を流用することとした.この装置は,位置・力制御が可能なサーボモータと,筋の張力を計測するためのテンションゲージから構成される.予備実験として,内在筋に一定荷重をかけつつ外在筋を独立に一定速度で駆動する実験を行った.また,関節固定の影響を明らかにするために,同様の実験を関節固定後の屍体手に対しても実施した.二系統の実験を実施した.一つが解剖学的に正確な母指の運動学を明らかにするための実験であり,もう一つが正中神経麻痺や変形性CM関節症に対する適切な手術方法を検討するための実験である.いずれの実験においても,マーカを設置した後にCTを用いて屍体の画像を撮像し,骨とマーカの位置関係をモデル化した.前者の実験では,関節に変形がない未固定屍体標本を用いて,内在筋の活動レベルが外在筋による母指の関節運動に与える影響を計測した(例えば,短母指屈筋と長母指屈筋の関係など).後者の実験では,いくつかの対立再建法,CM関節固定,そして大菱形骨除去など,様々な術式を施した未固定屍体標本を用いて,母指の関節運動を計測した.正常屍体との比較が容易になるように,内在筋の活動レベルと外在筋の駆動距離については最初の実験と同じ設定を使用した.全ての屍体に対して解剖学的に同じ意味を持つ座標系で運動を記述できるように,CTから復元した骨の形状と計測した運動を用いて基準座標系を決定した.例えば,固定された尺骨の第一慣性主軸方向がx軸,長母指屈筋による最大屈曲位の末節骨重心からx軸におろした垂線方向がy軸のような座標系を定義することで,屍体間で運動の比較が厳密に行えるようになった.計画通りに研究を実施できた.筋駆動装置については,前研究で使用したものを流用した.追加実験を実施するために,これと並行して力制御可能な新規駆動装置の開発も行った.昨年度までに構築した筋腱駆動装置を用いて,CM関節固定が母指尖端の可動域に与える影響を実験的に検証した.具体的には未固定屍体6体を用いてCM関節固定前後での関節運動の変化を調査した.母指の関節運動に関与する内在筋(APB,OP,FPB,またはAP)に重錘(0,100,200,300,400,または500g)をかけ,筋腱駆動装置を用いて外在筋(EPL,FPL,APL,またはEPB)を一定速度(2mm/秒)で牽引し,それにより生じる母指の3次元的な運動を光学式モーションキャプチャシステムを用いて計測し,関節固定前後のデータを比較検討した.母指の指尖が描く軌跡は,CM関節固定前に比べて固定後には約3割に減少していた.またその制限される領域は,おもに手掌に近い部分であることが明らかになった.さらに,屍体から取得した形状データを参照して,母指を含む手の筋骨格モデルを構築した.このモデルと,外力と指先力の力学バランス,指先力と筋聴力の力学バランス,そして指先に滑りが発生しないという3つの制約条件を導入することで,母指の姿勢を与えた時に,筋張力の二乗の総和が最小になるような,接触力と筋張力を計算するための静力学ソルバを構築した.

これを用いて,筋張力の二乗の総和が最小になるような把握姿勢を探索する最適化プログラムを実装することで,コンピュータ上で仮想的に把握姿勢や運動機能の変化が予測できるようになった.母指の3次元的な関節運動に対する外在筋(EPL, FPL, APL, EPB)と内在筋(APB, OP, FPB, ADP)の関与を調べるために新鮮凍結屍体を用いて母指の3次元的な運動解析を行った.それぞれの内在筋に0,100,200,300,400,または500gの錘により静荷重を加えた状態で,外在筋を2.0mm/secで駆動した.外在筋だけでみるとAPLを除き関節固定が指尖部の軌跡に与える影響は小さいが,内在筋については関節固定が指尖部の軌跡に大きな影響を与えることが分かった.そのため,外在筋と内在筋による指尖部の可動領域は関節固定により元々の30%程度にまで制限されることが分かった.ほぼ計画通りに研究を実施することができた.ただし,筋駆動装置については前研究で使用したものを流用しており,本実験の前に早急に新規筋駆動装置を開発する必要がある.正中神経麻痺や変形性CM関節症に対する適切な手術方法を検討するために,いくつかの対立再建法,CM関節固定,そして大菱形骨除去など,様々な術式を施した未固定屍体標本を用いて,母指の関節運動を計測する.同一の屍体に対して,なるべく多くの手術が行えるように,その順番を最適化する(例えば,大菱形骨除去を行うと元には戻せないので,この手術は最後に行う必要があるなど).計測したデータを先の実験と同じ方法で解析する.この後に正常屍体と手術を施した屍体に対する実験結果を比較することで,ヒトを特徴付ける対立運動を最も良く再建できる術式や,CM関節固定や大菱形骨除去が関節運動域に与える影響を定量化する.また,構築した母指の運動学モデルを用いることで,与えられた筋活動に対する関節運動を計算できるようにする.このモデルに対して,上記手術と同じ拘束条件を設定し,実験から得られた最適な術式や,関節運動域に与える影響が予測できるように,計測データに対するモデルの整合性を高める.最後に,運動学モデルの構築に使用していない計測データとの比較シミュレーションを実施することで,その予測精度を検証する.28年度が最終年度であるため、記入しない。バイオメカニクス新たな筋駆動装置を開発した上で,2系統の実験を実施する.一つが解剖学的に正確な星の運動学をあきらかにするための実験であり,もう一つが正中神経麻痺や変形性CM関節症に対する適切な手術方法を見当するための実験である.いずれの実験においても,運動計測用のマーカを屍体手に固定した後に,CT画像を撮像することで,骨とマーカの位置関係をモデル化できるようにする.制御系の構築に留めたため,筋駆動装置のモータを1式しか購入しなかったため.28年度が最終年度であるため、記入しない。新規の筋駆動装置を開発しなかったため.追加実験を実施する前に,必要自由度数のモータを購入する.28年度が最終年度であるため、記入しない。本実験に入る前に新しい筋駆動装置を開発する.次年度使用額については,本装置の開発に充当する.28年度が最終年度であるため、記入しない。
双極性障害発症における脂質代謝酵素ジアシルグリセロールキナーゼηの役割と機能

今年度は、「1.ジアシルグリセロールキナーゼ(DGK) η-ノックアウト(KO)マウスのマイクロアレイ解析」、「2. DGKηの欠損がセロトニン系に与える影響」、「3. DGKη欠損が脳のPA分子種量に与える影響」という課題に取り組んだ。1.では、DGKηの欠損により複数遺伝子の発現量が変化する系の同定を行った。その結果、向神経活性リガンド-受容体相互作用系、炎症性腸疾患系、血液凝固・補体系、グリセロリン脂質代謝系の4つが該当した。そこで、これらの系で変化が生じている遺伝子について検討を行ったところ、「セロトニン系」、「多価不飽和脂肪酸(PUFA)代謝系」という2つのキーワードが浮上した。これらは、昨年度までの研究結果を支持する結果と言える。2.では、セロトニントランスポーター(SERT)により脳内からセロトニンが放出される「血中」と、セロトニンの95 %以上が産生される「小腸」のセロトニン濃度を測定した。その結果、血中では濃度上昇が見られたものの、小腸では変化が見られなかった。これらの結果と昨年度までの結果を合わせて考えると、DGKηの欠損により生じる異常はセロトニンの単純な増減ではなく、その循環の変調であることが考えられる。こうした循環の変調が局所的な濃度異常を引き起こし、DGKη-KOマウスのそう様行動を惹起している可能性があると考えられる。3.では、DGKη-KOマウスの脳のPA分子種量の測定を行った。その結果、PUFAを含有するPA分子種が減少することが明らかとなった。これは昨年度に得られていた神経芽細胞腫由来のNeuro-2a細胞を用いた実験の結果と一致する結果であった。双極性障害(BD)の有力な原因遺伝子として脂肪酸不飽和酵素が同定されていることからも、DGKηがこうしたPUFAの代謝を介して、BDに関与している可能性があると考えられる。29年度が最終年度であるため、記入しない。今年度の研究においては、「1.ジアシルグリセロールキナーゼ(DGK) ηの双極性障害(BD)に対する寄与の証明」、「2. DGKη-ノックアウト(KO)マウスのそう様行動の原因の解明」、「3. DGKηのDG分子種選択性の解析」という3点で進展が得られた。まず、1.に関しては、DGKη-KOマウスの示すそう様行動が、BD治療薬であるリチウムによって緩和されることが明らかとなったことから、BDと同様の原因によって生じている可能性が高いことが示唆された。現在までのBDのモデルマウスは、BDに有効な薬剤から考えられたモデルマウスであるのに対して、我々のマウスは、遺伝子研究よりBDへの関与が示唆されている遺伝子を欠損させたマウスであるため、より正確なBDのモデルマウスである可能性が高いと考えられる。次に、2.に関しては、DGKη-KOマウスの大脳皮質で、セロトニントランスポーターの異常活性化が起こっていることが明らかになり、シナプス間隙におけるセロトニンの濃度異常がDGKη-KOマウスのそう様行動の原因である可能性が示唆された。最後に、3.に関しては、DGKηをノックダウンした神経芽細胞腫由来のNeuro-2a細胞では、生体内に豊富に存在するジアシルグリセロール(DG)分子種の内、34:3 (含有する脂肪酸の炭素数の和:含有する脂肪酸の不飽和度の和) -, 36:5-, 36:4-, 36:3-DGといった「中程度の長さ」と「高い不飽和度」を持つDG分子種を選択的に代謝することが明らかとなった。また、DGKη-KOマウスの血中では、これらのDG分子種に由来すると考えられる18:2-, 20:5-リゾホスファチジン酸(LPA)が減少していることも明らかとなった。このことから、DGKηの発現変化を伴うBDの診断にLPA測定が有用である可能性が示唆された。共同研究先で行われている、DGKηが過剰発現したDGKη-トランスジェニック(TG)マウスの作製が成功していない影響で、当初の予定とは順番が変更になった部分があるが平均化すれば、おおむね順調に進展していると考えられる。まず、「個体レベルでのDGKηの機能解析」については大幅に遅延している。当初の予定では、現時点でDGKη-TGマウスの行動解析や、視床下部-脳下垂体-副腎系刺激時のDGKηの発現量の確認が終了している予定であったが、TGマウスの作製の遅延により、これらの研究は行われておらず、DGKη-KOマウスのLiClによるレスキュー実験のみしか終わっていない。次に、「組織レベルでのDGKηの機能解析」は、研究内容に変更はあったものの、順調に進行している。「脳におけるDGKηの免疫染色が他の研究室により行われてしまったこと」や、「DGKηの欠損により、神経の成熟に顕著な変化は見られなかったこと」から当初の予定していた研究は行っていないが、「セロトニン神経系に異常があること」、そして、「セロトニントランスポーターの異常活性化が生じていること」が明らかとなったことから、ほぼ計画通りに進んでいるといえる。最後に、「分子レベルでのDGKηの機能解析」は当初の予定よりも大幅に進んでいる。

当初の予定では、1年目にこの領域の進展はない予定であったが、「DGKηが細胞内で、生体内に豊富に存在するDG分子種の内、中程度の長さと高い不飽和度を持つDG分子種を選択的に代謝すること」、「DGKη-KOマウスの血中では、18:2-, 20:5-LPAが減少すること」を明らかにしており、当初の計画より大幅に進行しているといえる。今年度は、「1.ジアシルグリセロールキナーゼ(DGK) η-ノックアウト(KO)マウスのマイクロアレイ解析」、「2. DGKηの欠損がセロトニン系に与える影響」、「3. DGKη欠損が脳のPA分子種量に与える影響」という課題に取り組んだ。1.では、DGKηの欠損により複数遺伝子の発現量が変化する系の同定を行った。その結果、向神経活性リガンド-受容体相互作用系、炎症性腸疾患系、血液凝固・補体系、グリセロリン脂質代謝系の4つが該当した。そこで、これらの系で変化が生じている遺伝子について検討を行ったところ、「セロトニン系」、「多価不飽和脂肪酸(PUFA)代謝系」という2つのキーワードが浮上した。これらは、昨年度までの研究結果を支持する結果と言える。2.では、セロトニントランスポーター(SERT)により脳内からセロトニンが放出される「血中」と、セロトニンの95 %以上が産生される「小腸」のセロトニン濃度を測定した。その結果、血中では濃度上昇が見られたものの、小腸では変化が見られなかった。これらの結果と昨年度までの結果を合わせて考えると、DGKηの欠損により生じる異常はセロトニンの単純な増減ではなく、その循環の変調であることが考えられる。こうした循環の変調が局所的な濃度異常を引き起こし、DGKη-KOマウスのそう様行動を惹起している可能性があると考えられる。3.では、DGKη-KOマウスの脳のPA分子種量の測定を行った。その結果、PUFAを含有するPA分子種が減少することが明らかとなった。これは昨年度に得られていた神経芽細胞腫由来のNeuro-2a細胞を用いた実験の結果と一致する結果であった。双極性障害(BD)の有力な原因遺伝子として脂肪酸不飽和酵素が同定されていることからも、DGKηがこうしたPUFAの代謝を介して、BDに関与している可能性があると考えられる。「DGKηの欠損がセロトニントランスポーターの活性化に寄与するメカニズムの解明」、「DGKηの代謝するDG分子種の供給経路の解明」を中心に研究を推進していく。まず、当初予定していたDGKη-TGマウスを用いた実験に関しては、現段階でDGKη-TGマウスの作製が成功したとしても、実験に使えるようになるまで時間がかかる。従って、引き続きDGKη-TGマウスの作製には取り組むが、本プロジェクト中に、この領域における研究で多くの結果を出すことは難しい。こうした経緯から、本プロジェクトは、細胞レベル、分子レベルでのDGKηの機能解析に力を入れていく。具体的には、「DGKηの欠損がセロトニントランスポーターの活性化に寄与するメカニズムの解明」、「DGKηの代謝するDG分子種の供給経路の解明」の2つをプロジェクトの中心課題とする。まず、「DGKηの欠損がセロトニントランスポーターの活性化に寄与するメカニズムの解明」に関しては、1年目の研究により「DGKηとセロトニントランスポーターの関連」が示唆されたことから、細胞レベルでの実験を行い、最終的にはDGKηがセロトニントランスポーターにどのような形で影響を与えているのかについて明らかにし、未だ明らかではないBDの病態の解明へと発展させていく予定である。
歯性感染による非アルコール性脂肪性肝炎病態増悪メカニズムの解明と歯科治療の効果

歯周病原因菌Porphyromonas gingivalis (P.g.)が非アルコール性脂肪性肝炎(NASH)に及ぼす影響について検討した。P.g.由来物質(リポポリサッカライド;LPS、鞭毛成分、DNA)は自然免疫経路(TLR2,4,5,9)を活性化し、サイトカインやインフラマソームの発現を上昇させた。TLR2発現が上昇した脂肪肝ではTLR2のリガンドであるP.g.-LPSに対する感受性が高まり強い病原性を発揮すると考えられた。またP.g.歯性感染NASHモデルマウスの感染除去が肝臓の炎症性サイトカイン発現や炎症を改善し、歯科治療がNASHの治療戦略の1つとなる可能性が示唆された。私はこれまでP.gingivalis歯性感染が高脂肪食誘導マウス脂肪肝において炎症や線維化を促進し,非アルコール性脂肪性肝炎(NASH)が病態増悪に関わることを明らかとした.その際,同モデルマウスの血中でリポポリサッカライド(LPS)濃度が上昇していたことから, P.gingivalis歯性感染による炎症,線維化の促進におけるP.gingivalis-LPSの役割を明らかにするために,以下の実験を行った.まず,ヒト肝細胞(HC3716-hTERT株)をパルミチン酸(肥満者の血中で上昇する代表的な遊離脂肪酸)で処理し,脂肪化肝細胞を作成した.非脂肪化肝細胞,脂肪化肝細胞のそれぞれにP.gingivalis-LPS刺激を加え,炎症性サイトカイン発現(IL-1β,IL-6,TNF-α,MCP-2)について調べた.脂肪化肝細胞ではP.gingivalis-LPS受容体であるTLR2発現が上昇し,P.gingivalis-LPS刺激による顕著な炎症性サイトカインmRNA発現の上昇を誘導した.さらに,ヒト肝筋線維芽細胞(NPC2-hTERT株)およびヒトマクロファージ(THP-1株)でも脂肪化によりサイトカイン発現が上昇することを明らかにした.一方, TLR4を受容体とするE.coli-LPSでは,このような脂肪化による炎症サイトカインの発現増強はみられなかった.よって,脂肪肝ではTLR2発現が増加し,肝構成細胞のP.gingivalis-LPSに対する感受性が高まり,顕著なサイトカイン産生を誘導することによってNASH病態増悪に関わるというP.gingivalisの特異性が明らかになった.平成24年度に引き続き、P.gingivalis歯性感染によるNASH病態増悪メカニズムを解明することを目的とし、1in vitroにおいてLPS以外のP.gingivalis由来病原因子であるフラジェリンおよびCpGODNによる刺激に対する肝構成細胞(ヒト肝細胞、ヒト肝筋線維芽細胞、ヒトマクロファージ)のサイトカインmRNA発現を検討した。2またin vivoの実験で、高脂肪食誘導脂肪肝モデルマウスにP.gingivalis歯性感染処置を行い、根尖病巣を誘導し、4週間後、1群に感染歯抜去処置による根尖病巣の除去(歯科処置)を行い、歯科治療群とした。治療後2週目の肝臓を回収し、1群に治療による肝臓の病理組織学的変化およびサイトカイン産生の変化を調べ、非治療群と比較検討した。その結果、1ヒト肝細胞、肝筋線維芽細胞およびマクロファージにおいて、フラジェリンやCpGODN刺激でもIL-1β、IL-6などの炎症性サイトカインmRNA発現上昇が誘導されたが、細胞および病原因子により反応性の違いが見られた。2治療群では、組織学的にマクロファージ、好中球の炎症細胞浸潤の減少を認めた。組織学的に良好な改善の見られた2例では炎症性サイトカイン(IL-1β)およびインフラマソーム関連遺伝子(NLRP3)mRNA発現の顕著な減少が認められた。以上の結果より、歯周病原細菌由来の様々な因子の誘導する自然免疫反応はNASHの病態進行に関わることが示唆された。また、歯科治療による感染巣の除去はNLRP3-IL-1β系の抑制を介し、NASHの病態を改善する可能性が示唆された。当初の計画における研究課題について,本年度予定の実験は終了し,現在,25年度に計画している実験に関しても既に着手しており,概ね計画通りに進展している.25年度が最終年度であるため、記入しない。in vitroの実験についてLPS以外の病原因子であるフラジェリン,CpG-DNA等のP.gingivalis由来病原因子について,パルミチン酸により脂肪化させた肝構成細胞における炎症性サイトカインおよびインフラマソームのmRNA発現を調べ,フラジェリンやCpG-DNA等の病原因子に対する脂肪化肝細胞の感受性の違いを検討することにより,歯性感染によるNASH増悪のメカニズムの解明について引き続き検討を進める.in vivoの実験について高脂肪食誘導

肥満モデルマウスに歯性感染させ,根尖病巣を誘導したNASH歯性感染モデルマウスを作成後,モデルの半数に対し、感染歯の抜去による根尖部病巣の除去を行い,歯科治療マウスモデルとする.感染歯抜去を行わない非歯科治療マウスモデルと肝臓における各種炎症性サイトカインのmRNAおよびタンパク発現レベルや組織計測学的解析(炎症細胞浸潤巣数や線維化のスコアリング)を比較検討するとともに血清中のLPS濃度や血清抗体価を調べることで,感染巣の除去によりNASH肝臓に改善が認められるかどうか,検討する.25年度が最終年度であるため、記入しない。
海洋生物資源の多次元計測に関する基礎研究

「いつ、どこで、どのくらい資源を利用して良いか」予測するためには、宇宙からの海洋計測である衛星リモートセンシングと、計量魚群探知機や光音響探査などの水中リモートセンシング、さらに定量生物採集装置によるダイレクトセンシングなどを組み合わせた、生物生産環境と生物資源の多次元(3次元、4次元)計測に関する新しい分野を開拓していくことが急務である。3周波型計量魚群探知機および曳航式トランスデューサを用いてスルメイカ資源を調査し、リアルタイム型曳航式CTD計により3次元海洋環境をモニタリングする。同時に、夜間可視画像よりスルメイカ漁船分布、海面温度画像より海面温度分布や海洋前線分布を調査することにより、スルメイカ漁場周辺における資源と環境との関係を多元的に解析する方法論を開発することを目的とする。本研究で得られた成果の主なものは次の3点である。(1)海上実験でリアルタイム型曳航式CTD計の計測可能範囲を明らかした。解析結果は,ワープ長300メートル、船速約10ノットで曳航して、約10メートルから約80メートルまでの水深で観測が可能であることを実証した。(2)ベーリング海における3次元観測実験を、2003年7月に実施し、キャニオン域においてグリッド観測をおこないリアルタイム型曳航式CTD計および3周波型計量魚群探知機EK500によるデータを同時に収集できた。可視化ソフトウェアAVSを用いて、これらの得られたデータセットの3次元可視化に関する方法を確立した。(3)襟裳岬沖合海域において、親潮第1貫入のフロント域観測に成功し、海色、海面水温の衛星情報を加えて3次元的な海洋環境と生物量分布との関係を解析した。その結果、親潮第1貫入の3次元微細構造を可視化できた。本研究では,3周波型計量魚群探知機および曳航式トランスデューサを用いてスルメイカ資源を調査し,リアルタイム型曳航式CTD計により3次元海洋環境をモニタリングする。同時に,夜間可視画像よりスルメイカ漁船分布,海面温度画像より海面温度分布や海洋前線分布を調査することにより,スルメイカ漁場周辺における資源と環境との関係を多元的に解析する方法論を開発することを目的とする。スルメイカは,動物プランクトンや仔稚魚で構成される音響散乱層に混在するため,音響的に動物プランクトンなどと識別することは難しい。そこで,動物プランクトン,仔稚魚,スルメイカの音響特性を調べるために,曳航式トランスデューサを用いた音響調査を実施した。調査海域は日本海で,本学練習船北星丸を用いて行った。採集具としては動物プランクトンと仔稚魚についてはFMTネット(フレーム式中層トロールネット),スルメイカについては自動イカ釣機を用いた。その結果,動物プランクトンについては,多層にわたる音響散乱層が観察され,それぞれの層の音響特性が異なり,またネットサンプリングにより構成生物に特徴があることが浮き彫りになった。スルメイカについては船底装備のトランスデューサとの組み合わせにより,そのエコーの抽出が可能であると思われた。英国より購入したリアルタイム型曳航式CTD計は本体と船上機器との接続に不具合が判明したため本格的に活用するのは来年度からに変更した。夜間可視画像により北海道周辺海域でスルメイカ漁船分布を解析した結果,日本海側では冷水域に,日高沖合海域では暖水側に漁場が形成されることが明らかになった。さらに,海面温度画像から海洋前線分布解析のために客観的な2値化抽出法を用いる手法を開発し、黒潮続流域の海洋前線ではおおよそ利用可能であることがわかった。既存の3次元可視化ツールAVSを用いて過去にグリッド観測したデータを用いて,海洋環境の3次元表示法を開発した。

本研究では,3周波型計量魚群探知機および曳航式トランスデューサを用いてスルメイカ資源を調査し,リアルタイム型曳航式CTD計により3次元海洋環境をモニタリングする。同時に,夜間可視画像よりスルメイカ漁船分布,海面温度画像より海面温度分布や海洋前線分布を調査することにより,スルメイカ漁場周辺における資源と環境との関係を多元的に解析する方法論を開発することを目的とする。昨年英国より購入したリアルタイム型曳航式CTD計は、本体と船上機器との接続に不具合があったが、これが修理され、本格的に本計測器の利用を開始した。最初の調査海域は日本海として,2002年6月本学練習船うしお丸を用いて曳航実験を行った。対象魚をスルメイカにして、音響調査、現場データと夜間可視画像により得られた北海道周辺海域でスルメイカ漁船分布との比較解析を行った。この実験でリアルタイム型曳航式CTD計の計測可能範囲が明らかになった解析結果は,約10ノットで曳航して、約10メートルから約80メートルまでの水深で観測が可能であった。さらに,2002年9月に、3周波型計量魚群探知機EK500と曳航型トランスデューサを用いて襟裳岬沖合海域のサンマ漁場において動物プランクトンとスルメイカの資源量分布調査を実施した。この時、釣具、表層移動型流し網などを用いてサンマの採集を実施したが、カタクチイワシが採集され、その生物測定情報を取得した。ベーリング海における3次元観測実験は残念ながら時化のため実施できなかった。そこで、来年度もう一度実験をする予定である。昨年よりリアルタイム型曳航式CTD計は、本格的に利用を開始し、同様に調査海域は日本海として,2003年6月本学練習船うしお丸を用いて曳航観測を実施した。ベーリング海における3次元観測実験を、2003年7月に実施した。この実験では、キャニオン域においてグリッド観測をおこないリアルタイム型曳航式CTD計および3周波型計量魚群探知機EK500によるデータを同時に収集できた。さらに,2003年9月に、3周波型計量魚群探知機EK500と曳航型トランスデューサを用いて襟裳岬沖合海域のサンマ漁場において動物プランクトンとスルメイカの資源量分布調査を実施した。この時、釣具、表層移動型流し網などを用いてサンマの採集を実施し、その生物測定情報を取得した。昨年度および今年度の2回にわたり、襟裳岬沖合海域において親潮第1貫入のフロント域観測に成功し、海色、海面水温の衛星情報を加えて3次元的な海洋環境と生物量分布との関係を解析した。
下水道による雨水排水機能の解明と内水氾濫解析モデルの実験的検証

近年、豪雨によって頻発している内水氾濫を実験室で再現するため、内水氾濫実験装置を作成した。この装置を用いて内水氾濫を発生させ、数値解析モデルの結果と比較した。その結果、内水氾濫の発生の有無および浸水規模を規定する、地上と下水道管渠の雨水のやり取りを扱うモデルとして、従来の段落ち式と越流公式では両者の間の流量を過剰に評価してしまうことが明らかとなった。当面の措置として両公式中の流量係数の改正値を提案したが、今後は新たな定式化も視野に入れた更なる検討が必要と考えられる。本研究は、豪雨時の下水道が果たす雨水排水機能に着目し、模型実験を通して数値解析モデルの検証を行うための研究である。平成20年度はその準備期間に当たるが、以下にその成果をまとめる。■各地で発生した内水氾濫および下水道機構に関する調査平成20年は各地で氾濫災害が発生したが、大規模な都市での内水氾濫災害は発生しなかった。そこで、平成18年に発生した島根県松江市での内水氾濫災害について、降水量、河川水位、都市の浸水域・浸水深などの実績データとともに、松江市の下水道の諸元や位置、整備状況などの情報を収集した。また、建設コンサルタントなどで下水道の業務に従事する技術者から、都市の雨水排水機構の概要や問題点についての情報を収集した。さらに、国内の各研究者が開発した内水氾濫解析モデルについて詳細に調査し、意見交換を行った。■下水道による雨水排水機能の実験的研究豪雨時に都市域の下水道システムがどのように機能しているのか、下水道を含む模式化した都市域に実際に通水して調べるため、京都大学防災研究所宇治川オープンラボラトリー内に内水氾濫実験装置を製作し、設置した。この模型を用いることによって、地上や建物の屋上に降った雨が、排水口、雨水ますなどを経由して下水道管渠に排水される過程を定性的に再現できること、さらに下水道管渠の上流端からはポンプにより流量を与えることができ、下流端での管渠内水位を調節することができることを確認した。本年度の主要な研究成果は以下のとおりである。1)前年度に製作した模型を用いて、内水氾濫実験を行った。地上の降雨、下水道管渠の上流端での流量、下水道管渠の下流端での水位を変化させたさまざまな条件で実験を行った。その結果、かなり強い降雨(100mm/hr相当以上)を与えた場合でも、地上からの排水口、あるいは雨水ますで詰まって流下しにくくなる現象は見られなかった。また、下水道管渠の下流端の水位を上昇させた場合にのみ地上の内水氾濫が発生した。以上のことことから、内水氾濫が発生する仕組みとしては、下流水位の堰上げや、上流域からの大量の雨水流入など、何らかの原因で当該地点のピエゾ水頭が上昇することによるものと考えられる。ただしこの点については、地上からの排水口の面積を狭めてみたり、管渠径を細くしてみたり、雨水が流下しにくい条件と比較して確かめる必要がある。2)段落ち式と越流公式によって地上と下水道管渠を結合させた数値解析モデルを構築し、上記模型実験の再現計算を行った。その結果、数値解析モデルはいずれのケースにおいても、管渠のピエゾ水頭および地上の氾濫水深を精度よく再現することができ、本モデルの妥当性を検証することができた。ただし、今回の実験ケースはすべて定常状態での実験であったので、今後は非定常状態に拡大して、地上と下水道管渠の間の氾濫水の挙動をモデル化することが課題である。また、下水道の影響も考慮した氾濫解析モデルを構築し、名古屋市や松江市を対象とした豪雨による内水氾濫解析を行った。1)内水氾濫実験装置を用いて、非定常の内水氾濫実験を行った。地上への降雨強度および下水道管渠上流端からの流入流量を固定して、下水道管渠下流端の水位を上下に変動させる実験を行った。その結果、下水道管渠のピエゾ水頭が地表面の標高を越えた時点で下水道管渠から地上への雨水の噴出しが始まった。ただし、地上の氾濫水位は、ただちに下水道管渠のピエゾ水頭と同じ高さに達するのではなく、ピエゾ水頭の変動よりもかなりゆっくりとした速度で変動することがわかった。2)数値解析モデルによって、上記1)の実験の再現計算を試みた。その結果、解析モデルによって下水道管渠のピエゾ水頭の変動は適切に再現できていることがわかった。ただし、地上の氾濫水と下水道管渠内の雨水のやりとりを従来の段落ち式と越流公式によるモデルで解析したところ、地上の氾濫水位が管渠のピエゾ水頭にすばやく連動して上下する結果となり、実験で見られた現象とは異なっていた。

実験結果と解析結果の比較から、従来の段落ち式と越流公式によるモデルでは、下水道管渠から地上への噴出し流量、ならびに地上から下水道管渠への排水流量を過剰に評価していることがわかった。そこで、これら両公式で用いる流量係数を試行錯誤的に調整してみたところ、従来モデルで用いていた流量係数の値よりも約1/101/100程度まで小さくしなければ実験結果に近い結果が得られないことがわかった。以上のことから、内水氾濫の発生の有無および浸水規模を規定する、地上と下水道管渠の雨水のやり取りを扱うモデルとして、従来の段落ち式と越流公式では両者の間の流量を過剰に評価してしまうことが明らかとなり、当面の措置として両公式中の流量係数の改正値を提案したが、今後は新たな定式化も視野に入れた更なる検討が必要と考えられる。
劣化をともなう触媒反応場の分子反応工学

本研究では、以下の成果が得られた。(1)ジベンゾチオフェンの水素化脱硫反応に対するアルミナ担持モリブデン窒化触媒の初期と中期以降の劣化機構を、XPSによる触媒表面の組成分析と反応時に導出した劣化関数の種々パラメータから研究した。反応初期における急激な活性低下は窒化物上への炭素堆積が、中期以降の緩慢な活性低下は窒素の脱離が主原因であることを見出した。さらに973K窒化触媒の触媒寿命は623K硫化触媒の4倍以上長いことも示唆された。(2)メタン燃焼における活性低下は、二つの項からなる次の劣化関数が極めて小さいカイ二乗値を示し、実験データに良く適合した。φ=rt/rt_0=r_1[1/(1+α_1・t)]^<n1>+r_2[1/(1+α_2・t)]^<n2>ここで、rtは燃焼速度、rt_0は初期燃焼速度である。本実験条件で第1項がPdOの金属化に起因する劣化、第2項がPdOの粒子成長に起因する劣化と評価した。触媒寿命への第2項の寄与が大きいことから、触媒寿命はPdOの粒子成長に大きく影響を受け、粒子成長が少ないLa_2O_3・Nd_2O_3-PdO/Al_2O_3触媒が長寿命と考えられた。(3)水素化脱硫反応速度式に第一種フレッドホルム式積分に適用した。973K窒化Mo/Al_2O_3触媒においては、一次反応定数で0.4-1.5と0.0-0.1の2つの領域の強度分布を持つ活性点がそれぞれ0.509と0.782の割合で触媒表面上に存在することが示唆された。(4)973K-1173Kで窒化処理した触媒のフラクタル次元はBET表面積との異なる傾向が示された。カルバゾールの水素化脱窒素反応に対してはフラクタル次元と係数1.00の相関関係が成り立ち、モリブデン窒化物結晶のgrain boundary上で進行する。脱窒素反応はフラクタル次元と弱い相関関係が成り立ち窒素欠陥サイト上で進む。ジベンゾチオフェンの水素化脱硫反応において、873K1073K窒化処理12.5wt%MoO_3/Al_2O_3触媒および673K硫化触媒は、反応初期の急激な活性低下と中期以降の緩慢な活性低下がみられた。窒化処理触媒に関して、反応時間03時間で反応速度は原子比N/MoおよびS/Moとの間には正の相関性、原子比C/Moに対して負の相関性があった。したがって、反応初期では窒化物中の窒素の脱離および炭素堆積により触媒は劣化し、硫化度が高いほど初期劣化は抑制されると考えられた。しかしながら、3時間以降においては反応速度は原子比N/MoおよびS/Mo比に負の相関性が観察されるがC/Mo比では観察されなかった。このことは、中期以降の緩慢な劣化は窒素の脱離と硫化物形成によると考えられた。Mo種の価数分布はMo種のうちMo^<2+>(およびMo^0)は窒化処理温度の上昇とともに高くなり、TOF(反応速度およびCO吸着量より算出)と同じ挙動を示し、このことはジベンゾチオフェンの水素化脱硫の反応初期ではMo^<2+>(およびMo^0)(Mo窒化物)上で進行すると考えられる。窒化触媒と硫化触媒について、劣化関数を用い、劣化度の経時変化にフィッティングさせ、劣化定数(α_1:初期劣化,α_2:中期以降)を求め、初期段階と中期以降の段階で劣化原因を検討した。劣化定数α_1と3時間の原子比C/Moの関係および劣化定数α_2と14時間の原子比S/Moの関係から、上記の初期および中期以降の触媒劣化と窒素の脱離、炭素堆積および硫化物形成との関係の妥当性を確認した。また973K12.5wt% MoO_3/Al_2O^3窒化処理触媒は673K硫化触媒および他の窒化処理触媒よりも転化率10%に到達する時間が長く、水素化脱硫反応に対して長寿命触媒であるが示された。(1)種々の劣化関数の検討(2)フラクタル解析によるモリブデン窒化物表面の評価触媒表面の反応特性を理解するために、種々の吸着質(N_2,メタン,プロパン,イソブタン,ネオペンタン)の吸・脱着実験(重量法)から求めたフラクタル次元と、カルバゾールの水素化脱窒素反応に対するモリブデン窒化物の表面不均一性との関係をN_2吸着から求めた表面特性(比表面積)とフラクタル次元との関係から検討した。さらに、カルバゾールの水素化脱窒素反応に対するモリブデン窒化物触媒の水素化脱窒素活性とフラクタル次元との関係を考察した。(3)触媒表面への吸着分子挙動分子シミュレーション(Cerius2)により一酸化炭素やジベンゾチオフェン等のモリブデン窒化物・炭化物(硫化物)表面への吸着挙動を調べ、水素化脱硫反応に対する触媒活性点を検討している。

さらに973K窒化触媒の触媒寿命は623K硫化触媒の4倍以上長いことも示唆された。(2)メタン燃焼における活性低下は、二つの項からなる次の劣化関数が極めて小さいカイ二乗値を示し、実験データに良く適合した。φ=rt/rt_0=r_1[1/(1+α_1・t)]^<n1>+r_2[1/(1+α_2・t)]^<n2>ここで、rtは燃焼速度、rt_0は初期燃焼速度である。本実験条件で第1項がPdOの金属化に起因する劣化、第2項がPdOの粒子成長に起因する劣化と評価した。触媒寿命への第2項の寄与が大きいことから、触媒寿命はPdOの粒子成長に大きく影響を受け、粒子成長が少ないLa_2O_3・Nd_2O_3-PdO/Al_2O_3触媒が長寿命と考えられた。(3)水素化脱硫反応速度式に第一種フレッドホルム式積分に適用した。973K窒化Mo/Al_2O_3触媒においては、一次反応定数で0.4-1.5と0.0-0.1の2つの領域の強度分布を持つ活性点がそれぞれ0.509と0.782の割合で触媒表面上に存在することが示唆された。(4)973K-1173Kで窒化処理した触媒のフラクタル次元はBET表面積との異なる傾向が示された。カルバゾールの水素化脱窒素反応に対してはフラクタル次元と係数1.00の相関関係が成り立ち、モリブデン窒化物結晶のgrain boundary上で進行する。脱窒素反応はフラクタル次元と弱い相関関係が成り立ち窒素欠陥サイト上で進む。