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生体高分子とコソルベントが操る水分子ネットワークの分子情報論的解明

極限環境に生息する生物の細胞内には、アミノ酸や糖など、様々な有機低分子(コソルベント)が高濃度で共存している。本研究は、コソルベントが水分子の性質や、生体高分子の機能に及ぼす効果を分子レベルで解明することを目的としている。分子動力学シミュレーション法と液体統計力学を組み合わせて用い、コソルベントが高温などの環境ストレスからタンパク質の立体構造を保護する微視的機構の一部を明らかにした。水、生体分子そしてコソルベント(エクトインなどのアミノ酸モノマー誘導体や、トレハロースなどの糖分子、その他細胞中に共存する低分子)が織り成す超多自由度システムを計算機の中に構築し、生体高分子周囲の水分子集団のダイナミクスと、それらが形成する水素結合ネットワークの分散協調現象を分子レベルで解明することを目的としている。当該年度の研究成果を以下に記す。(1)液体の統計物理学理論として知られるKirkwood-Buff(KB)(カークウッドーバフ)理論に着目し、これを生体高分子などの巨大分子系に適用するための一般化を試みた。その結果、生体高分子の形状を考慮した溶媒和構造解析法「表面Kirkwood-Buff法」を考案し、環境ストレス調節分子「エクトイン」水溶液中のタンパク質に適用した。その結果、コソルベント水溶液中のタンパク質安定化について、重要な要因となる選択的水和現象にたいして、分子レベルの微視的な理解を深めた。この成果については、Journal of Physical ChemistryBに公表し、北京で行われた第3回アジア太平洋国際理論計算化学会議(The 3rd Asian pacific Conference of Theoretical and Computational Chemistry(APCTCIII))にて、ベストポスター賞を受賞した。(2)異分野融合研究については、ニューラルネットの一種である自己組織化マップ(SOM)法を用いた生体分子ダイナミクスおよび構造活性相関の可視化を推進している。当該年度は、より大規模な分子構造データを用いて、その実施例を拡充した。さらに、現在までの研究成果の総括として、開発した手法の数学的解釈をより拡充させた論文化を進めた。細胞内に水分子と共に存在する様々な溶媒分子(コソルベント)は、生体高分子の立体構造や機能発現に重要な影響を与えている。本研究は不明な部分の多いコソルベントの作用機構を、分子レベルで解明することを目的としており、より現実的な細胞内環境における生体分子の機能解析に有用と思われる。研究手法として、コソルベント水溶液中のタンパク質を対象系とした分子動力学(MD)シミュレーション法を用いた。さらに、液体の統計物理学理論であるKirkwood-Buff(KB)(カークウッドーバフ)理論に着目し、これを生体高分子などの巨大分子系に適用するための一般化と、MDシミュレーションとの併用を試みた。その結果、(1)環境ストレス調節分子「エクトイン」のタンパク質安定化と、変性剤である「尿素」の作用メカニズムについて、分子レベルの有用な知見が得られた。また、(2)タンパク質の重要な熱力学量である「部分モル体積」の空間分布を、KB理論を用いて調査する事で、立体構造変性にともなう部分モル体積変化の物理化学的起源を明らかにした。これらの成果は、物理化学分野の主要国際誌にて発表した。その他、研究によって生じる膨大な多変量データの特徴を、効果的に抽出し、可視化することを目的として、(3)自己組織化マップ(SOM)を用いた分子立体構造分類法の開発を進めた。これについては、開発した手法の数学的解釈を拡充させた論文化を進め、数学分野の国際誌にて発表した。細胞内は、生体高分子と水分子以外にも、アミノ酸や糖など、様々な有機低分子(コソルベント)が高濃度で共存している。本研究は、コソルベントと水分子が、生体分子の立体構造や動的挙動に及ぼす効果を、分子動力学シミュレーションと液体統計力学によって、原子レベルで解明することを目的としている。本年度は深海に生息する生物が、細胞内に多く蓄積する有機低分子:TMAO(trymethylamin N-oxide)に着目し、TMAO水溶液中における蛋白質の挙動を、分子動力学シミュレーション法を用いて調査した。また、得られた原子の位置情報を平均化し、蛋白質周囲のTMAOの3次元分布をAレベルの空間解像度で解析した。これらのデータから、選択的溶媒和〔水以外の共存する溶媒分子が、タンパク質表面などに水分子よりも過剰に結合(または排除)される現象〕が、タンパク質表面のどのような部位で発現するかを調査した。これと並行して、系を高圧に制御した分子動力学シミュレーションを実行し、TMAOが、高圧条件下における蛋白質の構造安定性を、どのように変化させるかを調査した。蛋白質立体構造の圧力依存性を決定する最も重要な物理量は部分モル体積である。本年度は、Kirkwood-Buff(カークウッド-バフ)理論〔溶質周囲の液体分子の分布状態から、熱力学量を計算する液体の統計力学〕と、分子動力学シミュレーション法を組み合わせて用いることで、実験的には長時間平均量として観測される蛋白質部分モル体積の、ピコ秒オーダーの動的挙動や3次元分布を純水中およびTMAO水溶液中で解析した。これらの研究を通じて開発した手法により、コソルベントの添加効果を分子レベルで3次元的に可視化することが可能となった。
1型糖尿病の根治を目指した新規膵β細胞誘導物質の同定と創薬展開

STZ処理により糖尿病化したマウス及びob/obマウスを用いて同定した化合物を様々な濃度やタイムポイントで糖尿病マウスの脂肪組織または尾静脈に注入し糖尿病の改善効果を確認した。継時的血糖値測定を行った結果、血糖が低下し糖尿病改善効果を得ることができた。さらに、マウスに糖を経口投与し、血糖値及びインスリン量の変化によりグルコース応答性を調べた結果、投与前に比較してグルコース応答性も改善していることが明らかとなった。英文現在までにインスリン分泌細胞の分化誘導に関する研究は異なる細胞種、方法を用いて多数報告されている。現時点で最高の分化誘導法として考えられている4step分化誘導法(ActivinA, Wnt3A, FGF10,KAAD-CYC等を用いた誘導法)は確かにES細胞やiPS細胞をインスリン産生細胞へ誘導することは可能であるが、誘導効率が低いことや分化誘導に時間がかかること(約1ヶ月)などまだまだ改善点が多数存在する。これらの問題点を回避するために我々は新たな膵臓β細胞の分化誘導系の開発に取り組むこととした。我々は比較的危険が少ない状態で多量に採取出来る脂肪組織由来間葉系幹細胞をMin6(マウス由来のインスリノーマ細胞株)の培養上清で培養することによりたった3日でインスリン陽性細胞を作成することに成功している(論文投稿中)。しかしながらこれほど強くインスリン陽性細胞を誘導する成分は未だ未知であり、その解明は糖尿病の新たな細胞療法にとって重要な課題である。そこで、Min6細胞に含まれる強力な未知のインスリン産生細胞誘導物質を同定し、試験管内(マウス細胞、ヒト細胞)、及び将来臨床応用につなげる小動物実験によるインスリン産生細胞の誘導法の確立、さらに製剤化へ向けたPMDAコンサルトまで繋げることを目的とし研究を行っている。現在までにインスリン分泌細胞の分化誘導に関する研究は異なる細胞種、方法を用いて多数報告されている。現時点で最高の分化誘導法として考えられている4step分化誘導法(ActivinA, Wnt3A, FGF10, KAAD-CYC等を用いた誘導法)は確かにES細胞やiPS細胞をインスリン産生細胞へ誘導することは可能であるが、誘導効率が低いことや分化誘導に時間がかかること(約1ヶ月)などまだまだ改善点が多数存在する。そこで、Min6細胞に含まれる強力な未知のインスリン産生細胞誘導物質を同定し、試験管内(マウス細胞、ヒト細胞)、及び将来臨床応用につなげる小動物実験によるインスリン産生細胞の誘導法の確立、さらに製剤化へ向けたPMDAコンサルトまで繋げることを目的とし研究を行った。英文Min6培養上清に含まれる膵β細胞誘導物資の同定に向けた検討は概ね順調に進んでいる。Min6の培養上清からエキソソームを抽出し、エキソソーム内に含まれる核酸を次世代シークエンサーによりシークエンスした。シークエンスの結果培養上清中に多く含まれる核酸を同定し、得られた核酸を様々な組み合わせで脂肪組織由来間葉系幹細胞に添加し培養することで効果的に膵β細胞を誘導する最適な組み合わせの検討を行った。その結果数種類の核酸の組み合わせにとりβ細胞への分化誘導効果が見られることが明らかとなった。またこれらの核酸を用いて誘導した膵β細胞の機能を検討するため、誘導した細胞を糖尿病モデルマウス(Akitaマウス)腎皮膜下に移植して、血糖値測定により糖尿病改善効果を調た。結果として血糖値改善効果が見られているが、次年度以降はより良いβ細胞誘導法の確立を目指す予定である。消化器外科学平成26年度に同定した核酸を様々な組み合わせやタイムポイントで糖尿病マウスの脂肪組織または尾静脈に導入し糖尿病の改善効果を確認する。糖尿病モデルマウスはSTZ処理により糖尿病化したマウス、ob/obマウス(糖尿病自然発症マウス)、Akitaマウスを用いる予定である。血糖値測定により糖尿病改善効果を調べ、脂肪組織の組織切片を作製することで分化率、遺伝子発現、インスリン分泌能を比較検討する予定である。さらに、マウスにグルコースを経口投与し、血糖値及びインスリン量の変化によりグルコース応答性を調べ、生体内における機能を比較検討する。また、ヒト細胞での効果確認のためにヒト組織由来間葉系幹細胞(手術検体より入手)の培養上清中に同定した物質を添加することによりヒトでの膵β細胞誘導効果を検討する。動物実験及びヒト細胞での効果確認が終了次第、革新的糖尿病根治薬の開発を目指してPMDAへコンサルトに行き創薬を目指す予定である。
ポジトロニウムを用いた超微粒子表面の研究

多くの酸化物微粒子において、ポジトロニウム仕事関数が負であるために,微粒子間隙の自由空間に放出されたポジトロニウムは、微粒子バルクに戻ることができず,表面の原子とのみ選択的に相互作用する。本科研費では、この事を利用し、1.酸化物超微粒子表面の表面常磁性中心の研究と、2.時間分解運動量測定装置の作成およびそれを用いたシリカ超微粒子表面の電子状態の研究を行った。1.表面に常磁性中心が存在すると、オルソ・ポジトロニウムがスピン転換してパラ・ポジトロニウムに変化し、2光子自己消滅する。これを利用すると、選択的に、表面常磁性中心が検出できる。まず、シリカ超微粒子を、低温で高速陽電子照射しながら、陽電子消滅2光子角相関と陽電子寿命を測定する実験を行った。この結果、生成した表面常磁性中心が、ポジトロニウムで検出可能なこと、表面常磁性中心は、室温では不安定であることがわかった。ひきつづき、低温でシリカ、アルミナ超微粒子を紫外線で照射する実験を行った。陽電子照射を行ったときと同じく、表面常磁性中心の生成が確認された。表面常磁性中心の成因は、表面のOH基やCH_3基のHがとれることに帰せられる。2.表面に常磁性中心が存在しないとき、オルソ・ポジトロニウムの2光子消滅は表面電子とのピックオフ消滅である。時間分解運動量測定により、オルソ・ポジトロニウムしか存在しない時間領域を選び、表面電子の運動量分布を測定した。その結果、製造されたままのシリカ・エアロゲルと800°Cで熱処理したものとの間には、観測された運動量分布に顕著な差があることが見いだされた。これは、熱処理によって表面のOH基やCH_3基が遊離したためと思われる。本年度は,時間分解運動量測定装置の製作と,微粒子表面の常磁性中心の研究を行った。時間分解運動量測定装置はほぼ完成し調整段階にある。表面常磁性中心に関して得られた成果について以下に説明する。アモルファス・シリカを放射線照射すると種々の常磁性中心が生成することが知られている。それらの研究は通常ESRを用いて行われている。ただし,微粒子を試料とした場合,バルク部分だけではなく表面にも欠陥が生成していると思われるが,ESRの実験では必ずしも表面からの信号を他から明確に区別して取り出すことはできない。本研究で用いた方法は,シリカのポジトロニウム仕事関数が負であること,およびオルソ・ポジトロニウムが常磁性中心とスピン交換反応をしてパラ・ポジトロニウムに転換することを利用する新しい方法である。負の仕事関数のために,ポジトロニウムは微粒子間の自由空間にのみ存在し,微粒子バルクに侵入することができないので,表面常磁性中心を選択的に観測できる。今回は,シリカ・エアロゲル(アモルファス・シリカの超微粒子が3次元的ネットワーク構造をした集合体)を試料として,陽電子消滅2光子角相関,陽電子寿命スペクトル,ドップラー広がり法などによる測定を行った。その結果,低温で十分陽電子照射すると表面に常磁性中心が生じることを見いだした。また,この常磁性中心の焼鈍特性を観測し,それが150Kで不安定になること見いだした。このことから,これはおそらくNBOHC(非架橋酸素正孔中心)であると思われる。シリカのポジトロニウム仕事関数は負であるために,微粒子間隙の自由空間に放出されたポジトロニウムは、微粒子バルクに戻ることができず、表面の原子とのみ選択的に相互作用する。

本研究では、この事を利用し、微粒子表面の研究を行っている。本年度は,1.シリカ超微粒子表面の表面常磁性中心の研究の継続と、2.時間分解運動量測定装置の調整およびそれを用いたシリカ超微粒子表面の研究を行った。1.表面に常磁性中心が存在すると、オルソ・ポジトロニウムがスピン転換してパラ・ポジトロニウムに変化し、2光子自己消滅する。これを利用すると、選択的に、表面常磁性中心が検出できる。本年度は、シリカ超微粒子を、低温で紫外線照射し、陽電子寿命を測定する実験を行った。陽電子照射を行ったときと同じく、表面常磁性中心の生成が確認された。この表面常磁性中心は200K以上では不安定であることもわかった。2.表面に常磁性中心が存在しないとき、オルソ・ポジトロニウムの2光子消滅は表面電子とのピックオフ消滅である。時間分解運動量測定により、オルソ・ポジトロニウムしか存在しない時間領域を選び、表面電子の運動量分布を測定した。その結果、製造されたままのシリカ・エアロゲルと800°Cで熱処理したものとの間には、観測された運動量分布に顕著な差があることが見いだされた。これは、熱処理によって表面のOH基やCH_3基が遊離したためと思われる。
分子性導体の構造対称性と電子物性

分子性導体や有機電荷移動錯体の物性研究では,金属や無機物に比べ結晶構造の研究の比重は大きい。これは,結晶中の有機分子間の相互作用が「異方的」であり,しかも「分子間隔に大きく依存する」ため,詳しい結晶構造の情報が,物性の理解を助けるためである。これを言い替えると構造と物性との相関関係が強いということになる。相互作用が異方的であること,構造と物性の構造との相関が強いことが重なって,有機錯体では,特異な構造変化が極低温下で起こり,その結果物性も大きく変化する。このとき物性変化と構造対称性(空間群)とは密接な関連があることが多い。このため,分子性導体の構造対称性と電子物性との相関について調べることは重要である。本研究では,構造対称性をX線の削減則を使って詳しく調べ,物性変化との相関について研究をおこなった。まず,削減則を低温で調べるためにヘリウム冷凍機と回転機構および上下機構を組み合わせ,極低温用X線ワイセンベルグカメラを作成した。有機錯体(BEDR-TTF)_3CuBr_4は60Kで磁気的性質が大きく変化するが,その原因は不明であった。我々は,室温では観測されないX線微弱信号を,長時間X線露光により新たに60K以下で検出することに成功した。この微弱信号は(BEDT-TTF)_3 CuBr_4の空間群(構造対称性)が60K以下でP2_1/cからPcに変化していることを示している。引き続いておこなった詳しい構造解析の結果,60K以下では3個のBEDT-TTF分子が,ごくわずか近接することにより分子三量体を形成している解を発見した。電荷移動量から考えて,BEDT-TTF3分子あたりホールが2ヶ存在することになるが、この分子三量体化により,2個の1/2スピンが磁気一重項状態になると考えると,上に述べた磁性の異常が理解できる。
ゼオライトを用いた均一分散技術による高熱耐力 石英レーザー材料の開発とその産業応用

熱的耐久性に優れた石英ガラスをレーザー媒質として開発することを目的とした。得られた有効な結果をまとめる。(1)従来の石英レーザー材料の問題となった蛍光消光は活性元素のクラスタ化であることを明確にした。(2)石英中における蛍光活性元素の均一分散法を確立した。ゼオライト結晶中に予備配置された活性元素原子間の隔離を保持し、ゾルゲル石英製造法と結合することにある。ネオジウムを混入した石英ガラスの量子効率は数倍に向上し、蛍光寿命は500マイクロ秒に達した。(3)レーザー材料としての光学特性改善法を明確にした。試料の発泡現象に関して検討し、コロイダルシリ力を用いるゾルゲル法において粒子の選択、ゾルゲル製造過程の前駆体の処理、焼結温度履歴、雰囲気制御などの効果を示した。(4)ゼオライト結晶の応用的利用法を示した。ゼオライトを用いた各種元素の副ドーピング効果、燐化合物による被毒の利用でネオジウムの発光特性改善の効果を示した。ゼオライト結晶を利用したときのみに発光するビスマスの新しい発光過程の解析や、銅の発光も発見した。(5)石英レーザー材料の開発の為に必要な測定技術について開発した。レーザーガラスの基本特性である量子効率の非常に簡便な測定方法を開発した。本課題の研究目的は、石英を母材とした新規蛍光材料とりわけ耐熱性レーザー材料を創成しようとするものである。従来より塩化化合物をベースとして、ゾルゲル法や高温溶融法によって直接石英中に添加しようとするものであった。ネオジウムを対象として実施された石英への希土類元素の添加の研究は、いずれもネオジウムのクラスター化による蛍光寿命の極端な低下をきたすか、または数%を超える相当量の添加修飾イオンの導入によってネオジウムの酸素配位を制御しようとするものであって、石英の本来の特徴を低下させていた。本研究で明らかにしつつある方法は、蛍光元素の均質分散を達成する新手法である。添加元素を、まずゼオライト結晶の構造的ボイド中に制御して封入し、その後石英母材中にゾルゲル法もしくはベルヌ-イ法によって混入させるものである。ゼオライトは石英としての焼結過程で崩壊し、その内部に制御配位された対象元素はその原子間隔を維持しつつ石英中に存在する。その結果クラスター効果は消失し添加元素は適度な原子間隔で配列される。蛍光寿命はYAGなどの結晶中に存在するものに比べても十分長い値を示し、量子効率も大幅に改善された。ゼオライトの主構成物はシリコンとアルミニウムである。前処理におけるゼオライト中の添加濃度は30%程度になり、目的元素を数%添加する場合には、石英へのゼオライト添加によるゼオライト構成物は十分な低濃度となる。本手法は希土類に限定されず、他の蛍光元素にたいしても制御された分散添加効果を発揮し、新材料創成技術として期待できる。
腸内細菌由来OMVの生理・病理的役割の解明

本研究課題では、グラム陰性細菌が放出する膜小胞Outer membrane vesicle (OMV)の生理的・病理的な役割の解明を目指し、大腸菌由来OMVの生体内への侵入経路、体内動態、標的組織を明らかにすることを目的としている。また、大腸菌由来OMVが高脂肪食摂取マウスや次世代型アルツハイマー病モデルマウスの病態の発症や進行に及ぼす影響を検討し、OMVの観点から、腸内細菌と慢性炎症・代謝性疾患・神経変性疾患との関連およびその分子機構について新知見を得る。平成30年度は大腸菌由来OMVの標的組織と体内動態の同定を試みた。大腸菌由来OMVまたはLPSを投与したマウスから各種臓器を採取し、抗LPS抗体による免疫組織染色を実施した。その結果、LPSを投与したマウスでは肝臓、腎臓、脾臓においてLPSが検出された。一方、OMVを投与したマウスでは肝臓において僅かながらLPS陽性細胞が観察された。また、LPSを投与したマウスでは免疫細胞由来の細胞外小胞が血液中で顕著に増加することを見出した。さらに、高脂肪食を投与したAPPノックインマウスの行動試験を実施した結果、高脂肪食摂取による認知機能への影響は認められなかった。また、野生型マウスと比較してAPPノックインマウスで認知機能の低下が観察されなかった。以上のことから、OMVは血流を介して肝臓に輸送される可能性が考えられた。今後、再現性実験を行う共に、OMVの標的細胞の同定を試みる。また、LPSと同様にOMVが血中の免疫細胞由来細胞外小胞を増加させるか検討する。平成30年度は、大腸菌由来OMVが血流を介して肝臓に輸送される可能性を見出した。また、LPSを投与したマウスでは免疫細胞由来細胞外小胞が血液中で増加することを発見した。さらに、高脂肪食投与がAPPノックインマウスの認知機能に影響を及ばさないことを確認した。したがって、総合的にはおおむね順調に進展しているものと考えられる。当初の計画では、1大腸菌由来OMVを測定する実験系の構築、2大腸菌由来OMVの標的組織と体内動態の同定、3大腸菌由来OMVと慢性炎症の関連解析、4大腸菌由来OMVがアルツハイマー病モデルマウスの病態に与える影響の検討を実施する予定であった。1のOMVを測定する実験系の構築に関しては、血中成分の影響を回避することができず、測定系の確立には至らなかった。また、4のアルツハイマー病モデルマウスの病態に与える影響の検討については、予想に反して8ヶ月齢のAPPノックインマウスで記憶学習能の低下が認められなかった。したがって、1と4の計画を中止し、2大腸菌由来OMVの標的組織と体内動態の同定、3大腸菌由来OMVと慢性炎症の関連解析に焦点を絞り研究を推進させる。平成29年度は血中OMVの体内動態を検討するために、大腸菌由来OMVを測定する実験系の構築を試みた。組換え実験に使用される大腸菌株の培養上清を回収し、超遠心法によりOMVを単離した。OMVの表面に存在する分子に対する抗体を用いてELISAを構築した。その結果、OMVに対する濃度依存的なシグナルが検出された。次に、構築した実験系を用いてマウス血清中に添加したOMVの検出を試みた結果、OMV添加を示すシグナルは検出されたが、シグナル強度は低く、血清中の成分により抗体抗原反応が強く阻害されているものと考えられた。今後、詳細な条件検討と最適化が必要であることが分かった。一方、本課題ではアルツハイマー病モデルマウスにOMVを投与する実験を予定しており、今年度は繁殖と系統維持を行った。また、アミロイドβの沈着を免疫組織染色及びELISA法で確認し、病態を評価するための実験系を確立した。平成29年度は、大腸菌由来OMVを測定する実験系の構築を計画していた。この計画に従い、大腸菌の培養上清から単離したOMVを用いてELISAの構築を試みた。OMVの表面に存在する分子に対する抗体を用いることにより、実際にOMVを濃度依存的に検出することに成功した。しかしながら、血清中のOMVを検出し、定量的に測定するには条件検討と最適化が必要であることが明らかになった。当初の計画では、OMVを投与したマウスの血中OMVの測定も予定していたが、実施するに至らなかった。一方、平成30年度以降に予定しているアルツハイマー病モデルマウスを用いた実験のために、病態を評価するための実験系の構築を前倒しで実施することができた。また、大腸菌由来OMVが高脂肪食摂取

マウスや次世代型アルツハイマー病モデルマウスの病態の発症や進行に及ぼす影響を検討し、OMVの観点から、腸内細菌と慢性炎症・代謝性疾患・神経変性疾患との関連およびその分子機構について新知見を得る。平成30年度は大腸菌由来OMVの標的組織と体内動態の同定を試みた。大腸菌由来OMVまたはLPSを投与したマウスから各種臓器を採取し、抗LPS抗体による免疫組織染色を実施した。その結果、LPSを投与したマウスでは肝臓、腎臓、脾臓においてLPSが検出された。一方、OMVを投与したマウスでは肝臓において僅かながらLPS陽性細胞が観察された。また、LPSを投与したマウスでは免疫細胞由来の細胞外小胞が血液中で顕著に増加することを見出した。さらに、高脂肪食を投与したAPPノックインマウスの行動試験を実施した結果、高脂肪食摂取による認知機能への影響は認められなかった。また、野生型マウスと比較してAPPノックインマウスで認知機能の低下が観察されなかった。以上のことから、OMVは血流を介して肝臓に輸送される可能性が考えられた。今後、再現性実験を行う共に、OMVの標的細胞の同定を試みる。また、LPSと同様にOMVが血中の免疫細胞由来細胞外小胞を増加させるか検討する。平成30年度は、大腸菌由来OMVが血流を介して肝臓に輸送される可能性を見出した。また、LPSを投与したマウスでは免疫細胞由来細胞外小胞が血液中で増加することを発見した。さらに、高脂肪食投与がAPPノックインマウスの認知機能に影響を及ばさないことを確認した。したがって、総合的にはおおむね順調に進展しているものと考えられる。今後の推進方策として、1大腸菌由来OMVを測定する実験系の構築、2大腸菌由来OMVの標的組織と体内動態の同定、3大腸菌由来OMVと慢性炎症の関連解析、4大腸菌由来OMVがアルツハイマー病モデルマウスの病態に与える影響を検討する予定である。平成30年度は、13を計画している。これまでの経験から、血中OMVを定量的に測定するELISAの構築には困難を要することが予想させる。その場合は、ELISA以外の方法も検討する。また、2の標的臓器の同定や3の慢性炎症との関連解析を優先して実施することも検討する。当初の計画では、1大腸菌由来OMVを測定する実験系の構築、2大腸菌由来OMVの標的組織と体内動態の同定、3大腸菌由来OMVと慢性炎症の関連解析、4大腸菌由来OMVがアルツハイマー病モデルマウスの病態に与える影響の検討を実施する予定であった。1のOMVを測定する実験系の構築に関しては、血中成分の影響を回避することができず、測定系の確立には至らなかった。また、4のアルツハイマー病モデルマウスの病態に与える影響の検討については、予想に反して8ヶ月齢のAPPノックインマウスで記憶学習能の低下が認められなかった。したがって、1と4の計画を中止し、2大腸菌由来OMVの標的組織と体内動態の同定、3大腸菌由来OMVと慢性炎症の関連解析に焦点を絞り研究を推進させる。当初の計画では、OMVを投与したマウスの血中OMVの解析も予定していたが、実施するに至らなかった。その為、それらの実験に必要な実験動物や物品の購入を延期したため、次年度使用額が生じた。
大動脈遮断・解除及び二酸化炭素の脳・脊髄微小血管及び肺血管に与える影響

・対象は雑種成犬21頭。全例、麻酔導入、気管内挿管後PaCO2の値が30mmHg程度となるよう人工呼吸を行った。前足動脈より観血的動脈圧ライン、外頚静脈より右室駆出率測定用肺動脈カテーテルを挿入した。左頭頂部にClosed Cranial Windowを作成し、各種血行動態、右心機能パラメータ、脳血管径を測定した。対象を3群に分け、二酸化炭素負荷を行い、PaCO2の値が約30mmHg(I群,n=7),40mmHg(II群,n=6),50mmHg(III群,n=8)となるようにした。開胸後、横隔膜直上にて大動脈遮断可能にし、各群において大動脈遮断前、遮断解除前、遮断解除後5分、15分、30分、60分で各種血行動態、右心機能パラメータ、脳血管径を測定した。・肺動脈圧は各群とも大動脈遮断遮断解除後5分には遮断解除前に比べ上昇した(I群16mmHg→28mmHg,11群15mmHg→25mmHg,III群16mmHg→27mmHg)。遮断解除後15分にはI群、II群ではほぼ遮断解除前の値に戻ったが、III群では24mmHgとやや高い傾向がみられた。遮断解除後30分、60分では各群ともほぼ遮断解除前の値に戻った。右心機能の指標である右室駆出率は、各群とも大動脈遮断解除前に比べ、大動脈遮断解除後5分に減少した(I群39%→28%,II群38%→31%,III群41%→30%)。また、遮断解除後15分にはI群、II群ではほぼ遮断解除前の値に戻ったが(I群37%、II群36%),III群では32%と減少したままであった。これら一連の右室駆出率の変化は右室後負荷である肺動脈圧の上昇による、右心機能の低下が原因であると推察された。脳血管径の変化は個体によってばらつきがあり一定の傾向は判明していない。
安全な低エネルギー電子線照射によるレジン系歯科補綴物の無害化

本研究は、補綴治療で高頻度に使用するメチルメタクリレート系材料の残留モノマーを低減する目的で、材料の変性や破壊を起こすことなく、ラジカル重合反応を効果的に促進するために最適な低エネルギー電子線の照射条件を明らかにする3年間の研究計画(試料の選定、電子線照射、残留モノマー溶出試験、原子間力顕微鏡観察、分子量分布測定、硬度測定)を立案した。最初の2年間は、外部の大型低エネルギー電子線照射装置を使用し、各種メチルメタクリレート系材料に残留するMMAモノマー溶出量の低減に最適な照射条件(加速電圧、照射線量)を調べた。さらに、MMA試料の選定、残留モノマー溶出試験に加えて、分子量分布測定、原子間力顕微鏡観察を行った。これらの実験結果を踏まえ、最終年度は、提案した低エネルギー電子線の照射条件下でメチルメタクリレート系材料から溶出するMMAモノマーが有意に減少し、MMA分子量分布測定データからも同様の効果を確認できた。電子線照射による試料表面の性状の変化がないことも原子間力顕微鏡で確認した。本研究では、電子線照射を外部委託し、実験を行ってきた。この間に小型電子線照射装置の開発が進み、その性能を調査した結果、我々が確立した照射条件を適用できる機種を選定するまでに至った。これらの研究実績から、基盤研究(B)の研究課題「低エネルギー電子線は超高齢社会での補綴物の安全性を向上し、滅菌コストを削減する」にて着手する歯科専用の小型電子線照射装置の開発計画につなげることができた。初年度は、メタクリレート系材料に残留するモノマーの溶出量を低減するために適する低エネルギー電子線の照射条件を明らかにした。さらに、MMA系材料および分析する試料の種類(加熱重合レジンおよび常温重合レジン)を増やし,低エネルギー電子線の照射が各種メチルメタクリレート系材料に残留するMMAモノマー溶出量の低減に及ぼす効果を調べた。溶出量測定およびMMA分子量分布測定については、外部の試験所に委託した.次年度は原子間力顕微鏡観察を行い、低エネルギー電子線照射後の試料表面の性状の変化について観察する予定である。平成19年度は試料の選定、電子線照射、残留モノマー溶出試験に加えて、分子量分布測定、原子間力顕微鏡観察を行った。我々が提案した低エネルギー電子線の照射条件下では、メチルメタクリレート系材料から溶出するMMAモノマーは有意に減少し、検出限界値以下を示し、MMA分子量分布測定データからも同様の効果が確認できた。さらに、電子線照射による試料表面の性状の変化がないことを原子間力顕微鏡で確認した。以上の研究成果は「12th Meeting of the International College of Prosthodontists」福岡9月、「日本歯科理工学会第49回学術大会」札幌5月において公開した。
アジアの高学歴失業問題に関する調査研究

アジアの多くの国では中等・高等教育卒業者の失業率が低学歴者の失業率より高い現象が普通にみられる。人材養成は長期の時間と多額の費用を必要とする。多くの資源を投入して人材の開発を行なった結果が人材の未使用、または不十分な活用であれば、人材の浪費であり、また、人材開発以外にも使用できたはずの貴重な資源の浪費であるといえる。その原因、解決策は一般的には次のようにまとめられる。(1)需給のアンバランス:(1)教育拡大と経済拡大のスピードの差;(2)景気変動と教育の定常性;(3)専門のミスマッチ;(4)人材需要の予測困難性;(5)就職情報の不足;(5)人口増加、平均年齢の伸長による労働力の増加;(7)出生率の低下、婦人労働力の増加(2)高学歴の価値:(1)教育拡大の理念、圧力団体;(2)市場メカニズムの不機能;(3)大きな賃金格差;(4)失業する余裕;(5)必要コスト以下の教育費負担;(6)形式的な学歴の需要;(7)大きな公共部門;(8)近代部門への移動可能性インドネシアでは高等教育機関卒業者の増加は、産業別労働者の学歴構成を大きく変化させた。高学歴者は以前のようには社会的に尊敬される職業につける保証はなくなったが、そのような職業は高学歴者によって占められることになった。1997年に始まった経済危機とそれに続く政治危機によって、労働力市場は混乱した。1996年には5.4%であった完全失業率は1998年半ばには17.5%まで上昇し、週15時間未満労働者も9.6%から20.0%へと増加した。1997年には12%だった貧困者層は1998年半ばには39.1%となった。学校段階が上がるほと、収入が就学率に与える影響は大きく、就学率は低下した。しかし、社会構造が変わらない限り、経済が回復基調に向かえば、長期的には今後とも、主として私立大学の拡充によって、インドネシアの若い大卒労働力は労働市場に急速にその参加人数を増加させ、高学歴取得者の就職難は解消しないと思われる。インドネシアの失業率は極めて低い。しかし、学歴別にみれば、失業率の差は大きい。1980年代半ばまでは大ざっぱに言えば高校卒、中学卒、短大、大学卒、小学卒の順に失業率が高い。しかし、短大・大学の普及拡大にともなって、事情が変わってきた。1986年以降は、失業率の高い順に高校卒、大学、短大卒、中学卒、小学卒の順になっている。最近の全体的な傾向としては、高校以下では失業率が減少傾向なのに対して大学卒では増加傾向にあり、1993年度の失業率は普通高校卒12.38%に対して、大学卒は12.50%と、わずかながらその位置が逆転したことが分かる。全体の失業率を1とした時に、大学卒の失業率は1982年の1.64から1993年の4.53へ急増している。その他に相対的な失業率が増加した学歴区分は、短大計卒の1.79から2.60だけである。

インドネシアの学歴別失業状況は中間の学歴の失業率が高く、両端の学歴が低い、いわゆる逆U字型と、学歴が高い方が失業率が高い右上がり型の中間と考えられていた。しかし、年令を考慮すれば、右上がり型に非常に近いことが了解される。1519才ではまだ短大・大学卒は労働市場にほとんど出ていないため、高校卒をピークとする右上がり型を示す。2024才では基本的には大学卒の45.5%の失業率をピークとする右上がり型である。2529、3034の年令ブロックでも大学卒の失業率が最も高く、高学歴失業の状況が強く見られる。高学歴者の失業率がなぜ高いか、人的投資の結果がなぜ社会的に活用されないかについては、来年度十分な分析が必要である。インドネシアの高等教育の発展(就学率の上昇)はめざましいものがある。しかし、高等教育の発展のめざましいマレーシア、シンガポールなどには高学歴者の失業問題は見られない。これらの国については、過去にそのような問題がなかったか、なぜ現在問題がないかについて分析を深めることが必要である。これらについても次年度の課題とする。社会全体の失業率は経済状況によって変わるであろうが、教育が能力開発や勤労精神、訓練可能性を意味するならば、個々人のレベルでは高学歴者の方が低学歴者よりも失業率が低いはずである。しかし、アジアの多くの国では中等・高等教育卒業者の失業率が低学歴者の失業率より高い現象が普通にみられる。この傾向は最近になってもなくならない。人材養成は長期の時間と多額の費用を必要とする。多くの資源を投入して人材の開発を行なった結果が人材の未使用、または不十分な活用であれば、人材の浪費であり、また、人材開発以外にも使用できたはずの貴重な資源の浪費であるといえる。投入できる資源の限られている発展途上国にとっては、これは特に深刻な問題である。また、高学歴者の失業は大きな政治的、社会的問題ともなっている。政治的基盤の比較的弱い発展途上国では政治的安定を脅かすことにもなりかねない。高学歴者の失業問題は他の途上国でも普通に見られる事態である。その原因、解決策は一般的には次のようにまとめられる。(1)需給のアンバランス1)教育拡大と経済拡大のスピードの差;2)景気変動と教育の定常性;3)専門のミスマッチ;4)人材需要の予測困難性;5)就職情報の不足;6)人口増加、平均年齢の伸長による労働力の増加;7)出生率の低下、婦人労働力の増加(2)高学歴の価値1)教育拡大の理念、圧力団体;2)市場メカニズムの不機能;3)大きな資金格差;4)失業する余裕;5)必要コスト以下の教育費負担;6)形式的な学歴の需要;7)大きな公共部門;8)近代部門への移動可能性インドネシアでは高等教育機関卒業者の増加は、産業別労働者の学歴構成を大きく変化させた。高学歴者は以前のようには社会的に尊敬される職業につける保証はなくなったが、そのような職業は高学歴者によって占められることになった。しかし、長い教育期間と多額の費用を費やしても、学歴に見合う仕事が必ずしもあるわけではない。完全失業率は1980年代まで低い水準に維持されたが、1990年代に入って、農業部門の就業者が絶対数でも減少傾向を見せると同時に、規制緩和策の進展で製造業、建設業の雇用が上昇した。同時に中東教育水準の労働力が急増する中で、完全失業率が急上昇するに至り、高学歴失業問題が深刻化している。
燃焼現象のレーザ計測とモデリング

〔1〕研究概要総括班は、研究の実施にあたって、研究の総括的運営をはかり、研究成果の効果的フィードバックにより各研究課題における研究活動の有機的な結びつきの強化をはかった。総括班は、基準となる燃焼機器として、標準エンジン3台、標準スプレイ発生器9台、標準バーナ20台を用意して、その有効な利用をはかる目的で、課題担当者に分与した。本年度には、これら標準機器の操作条件を定めて得られた測定データの相互チェックを試みた。昨年度に引続き、重点課題による下記シンポジュウムを開催した。ア.第4回『流れと火炎構造』(7月22日および23日)イ.第5回『標準機器による火炎解析』(10月7日および8日)ウ.第6回『燃焼の化学ならびにトピックス』(2月3日および4日)また、国内ならびに国外において進行している関連のプロジェクト研究との相互交流をはかるため、次の国際会議に積極的に参加し討議を行うとともに外国の研究者の交流を深めた。ア.IEA(国際エネルギ機構)のプロジェクト研究の課題担当者会議イ.内燃機関におけるレーザ計測とモデリング(COMODIA85東京)日本からの研究発表の33編のうち20編は本研究組織からであった。ウ.燃焼シンポジューム(12月11日13日広島)発表論文147編の内3分の1は本研究組織からであった。さらに研究計画の円滑の推進のために7月23日(第5回)2月4日(第6回)の全体会議ならびに総括班会議を開催した。この間、18回の幹事会を開催し研究の推進を図った。総括班は、研究活動を公知させるためのニュースレターを4回、研究成果報告集、同報告書、研究組織の紹介(英文)を発行した。
モデル・制御・性能のトリプレット構造の解明によるＪＩＴ適応型内部モデル制御の構築

フィードバック制御系の適切な制御性能を得るための制御器の実時間最適化が容易にできる手法の開拓を行った.特に対象の数式モデルも同時に得ることのできる内部モデル制御系の構成法,データを活用するジャストインタイム制御法,閉ループ同定法などを開発した.有効性の確認は数値シミュレーションだけでなく,空気圧人工筋肉,小型無人ヘリコプタ,カメラ-プロジェクタ画像処理などの実験を行って確認できた.フィードバック制御系の適切な制御性能を得るための制御器の実時間最適化が容易にできる手法の開拓を行った.特に対象の数式モデルも同時に得ることのできる内部モデル制御系の構成法,データを活用するジャストインタイム制御法,閉ループ同定法などを開発した.有効性の確認は数値シミュレーションだけでなく,空気圧人工筋肉,小型無人ヘリコプタ,カメラ-プロジェクタ画像処理などの実験を行って確認できた.本研究は,閉ループ調整に現れる「モデル-制御-性能」の相互依存性をトリプレット構造と呼び,この構造を最も活用する内部モデル制御を用いて,閉ループ観測データから所望の閉ループ性能を達成する制御器と対象の数式モデルを同時に求める問題を解き,トリプレット構造の理論的解析を行う.それと同時に,外部環境や対象の変化に応じて閉ループ系の自動調整が可能な適応型の内部モデル制御を構築することを目的とする.本研究の特徴は,閉ループ調整原理を内部モデル制御によって解明するという理論的側面と,制御系の設計と保守における圧倒的なコストダウンを狙いとする実践的側面とにある.本年度は,対象を線形時不変系に限定して同時獲得問題を定式化し,内部モデル制御のFRIT法に基づいた閉ループ調整によって同時獲得問題に取り組んだ.その結果,所望の制御仕様を表現する伝達関数を内部モデル制御に内包させることにより,与えた制御仕様を達成しうる制御器パラメータと制御対象を表現する適切なモデルを同時に獲得できることを確認した.さらに内部モデル制御が一般に難しい非最小位相特性を有する対象についてもラゲール基底関数を導入することにより,適切な制御器パラメータと制御対象の数式モデルを同時に獲得できることを確認した.また多入力多出力系として小型無人ヘリコプタを対象とした閉ループ同定実験を実施し,数式モデルと制御器パラメータ,達成しうる制御性能の関係を調べるための環境を整えた.なお,ジャストインタイム法を用いた内部モデル制御とベイズ推定理論に基づく閉ループ系の変化検出については十分に検討が行えず,次年度以降にその詳細を調べることとした.本研究は,閉ループ調整に現れる「モデルー制御ー性能」のトリプレット構造と呼ぶ相互依存性を活用する内部モデル制御を用い,閉ループ観測データから所望の閉ループ性能を達成する制御器と対象の数式モデルを同時に求める問題を解き,外部環境や対象の変化に応じて閉ループ系の自動調整が可能な適応型内部モデル制御を構築することを目的とする.平成25年度も線形時不変系に焦点をあて,内部モデル制御の拡張版である二自由度制御系のフィードフォワード制御と不安定系を扱える修正内部モデル制御系のチューニングにFRIT法を用いた閉ループ調整を適用するときのモデルと制御の同時獲得についての結果の考察や整理を行った.さらに,最適レギュレータの逆問題(ILQ)で求まる状態フィードバックゲインが対象のパラメータを用いて陽に表現されるという特長に着目し,これを活用した同時獲得の可能性について考察した.また,オブザーバを併合した状態フィードバックからなるサーボ系に対しても,同時獲得の可能性について考察を行った.さらに,小型無人ヘリコプタを対象として多入力多出力系の閉ループ同定実験環境を改良し,モーションキャプチャを用いた非接触位置姿勢計測系も導入し,自律飛行のための不安定多入力多出力系に対する数式モデルと制御器パラメータと達成可能な制御性能の関係を調査する環境を整えた.また,予測誤差型閉ループ部分空間同定法に関連する高次モデル同定法の逐次アルゴリズムより生成される検出信号の統計的性質を明らかにし,監視対象の動特性変化を検出するための統計学的検定論に基くオンライン変化検出法を開発した.ジャストインタイム法を用いた内部モデル制御については,小型無人ヘリコプタの姿勢制御,人型および車輪型ロボットの安定化制御,カメラ-プロジェクタを用いた画像処理系に加え,レンズ加工機という新たな機械系への適用可能性を検討した.本研究は,閉ループ調整に現れる「モデルー制御ー性能」のトリプレット構造と呼ぶ相互依存性を活用する内部モデル制御を用い,閉ループ観測データから所望の閉ループ性能を達成する制御器と対象の数式モデルを同時に求める問題を解き,外部環境や対象の変化に応じて閉ループ系の自動調整が可能な適応型内部モデル制御を構築することを目的とする.本年度は,対象を線形時不変系に限定して同時獲得問題を定式化し,前年度に引き続き内部モデル制御のFRIT法に基づく閉ループ調整による同時獲得問題とその理論解析に取り組んだ.とくに内部モデル制御の拡張版である二自由度制御系に着目して,制御対象のモデルと所望の制御仕様を表現する伝達関数を制御器内に内包させることにより,所望の制御仕様を達成しうる制御器パラメータと制御対象を表現する適切なモデルを同時に獲得できることを確認した.さらに,不安定系が扱える山田(群馬大)により提案された修正内部モデル制御系にFRIT法による閉ループ調整を適用し,限定された条件下ではモデルと制御器を同時に獲得できることを確認した.さらに,小型無人ヘリコプタを対象として多入力多出力系の閉ループ同定実験環境を改良し,モーションキャプチャを用いた非接触位置姿勢計測系も導入して,自律飛行のための不安定多入力多出力系に対する数式モデルと制御器パラメータと達成可能な制御性能の関係を調査する環境を整えた.

また,MOESP型閉ループ部分空間同定法に由来する逐次アルゴリズムを白色化フィルタとして用いて得られる検出信号から,監視対象の動特性変化を検出するための統計学的検定論に基くオンライン変化検出法を開発した.ジャストインタイム法を用いた内部モデル制御については,小型無人ヘリコプタの姿勢制御,人型および車輪型ロボットの安定化制御,カメラ-プロジェクタを用いた画像処理系への適用可能性を検討した.前年度までの成果を発展させる以下の成果を得た.1線形系における内部モデル構造を自然に拡張し,Hammersteinタイプの非線形モデルと所望の特性を制御器内に表現することを試み,所望の仕様を達成可能な制御器と制御対象の適切なモデルを同時に獲得できることをヒステリシス系の数値シミュレーションと空気圧ゴム人工筋肉の実験により確認した.また,ILQサーボ系の制御器ゲインが制御対象のパラメータで陽に表現されることに着目した同時獲得問題に取り組み,数値シミュレーションにより有効性を確認した.また,多入出力むだ時間系の内部モデル制御の制御器調整により,モデルと制御器が同時に獲得可能であることを解析し,有効性を数値シミュレーションで確認した.2不安定多入出力系である小型無人ヘリコプタの6自由度モデルを閉ループ同定実験で獲得し,最適レギュレータによる自律飛行制御系を設計し,モデルと制御器パラメータと制御性能の関係を調査した.その際,モデルに含まれる積分要素の推定誤差が出力予測に影響することを確認し,モデルが積分要素を持つことを先見情報とするグレーボックスモデリングに関する知見を同定実験を通して得た.また,監視対象の動的変化を検出するMOESP型閉ループ部分空間同定法に由来するオンライン変化検出法を導出した.3ジャストインタイム法の新しい解法を導出すると共にジャストインタイム内部モデル制御の実システムへの応用として,レンズ加工機では内部モデルを利用した制振制御器の実装に,カメラ-プロジェクタを用いた画像処理系では,モデル予測制御の機構を内部モデル制御系に等価変換し,むだ時間を補償する制御系の構築に成功した.いずれの実装例においてもモデルの質が制御性能に直結する適応型内部モデル制御系が構成でき,データ駆動型の適応パラメータ調整法が利用可能な制御系の実例を得たと考えられる.26年度が最終年度であるため、記入しない。制御工学26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的である,『内部モデル制御を用いて閉ループ観測データから所望の閉ループ性能を達成する制御器と対象の数式モデルを同時に求める問題を解き,閉ループ調整に現れる「モデル--制御--性能」の相互依存性を解析すること』が限定された条件下で行うことができた.ただし,限定条件を緩和することと,実験による検証などが十分でない.フィードバック制御系の自動調整法に関する研究を仮想参照
ユビキチンリガーゼFbw7の時空間特異的な基質分子制御機構の解明

ユビキチン-プロテアソーム系によるタンパク質分解機構は増殖、分化など種々の細胞機能を制御し、その破綻はがん、神経変性疾患を含む多くの病態の原因となる。Fbw7は、がん遺伝子産物を特異的にユビキチン化し分解を誘導することやヒト腫瘍で不活性型変異が高頻度に認められることから、がん抑制遺伝子であると考えられてきた。しかしながら、Fbw7の生理的な基質と機能、Fbw7の不活性化に伴う発がん機構についてはこれまで明らかにされていない。そこで本研究ではFbw7コンディショナルノックアウトマウスを用いて、Fbw7の生理的な基質分子の同定と機能解析を行った。Fbw7の増殖と分化に果たす機能を明らかにするため、表皮細胞における解析を行った。Fbw7欠損表皮細胞では、胎仔線維芽細胞の場合と異なり、Notchに加えて、Mycの発現量が亢進し、Mycの発現量増加に依存して増殖が促進していた。また、分化の促進も認められ、これはMycとNotchの相加的効果に起因することが判明した。一方、がん遺伝子ras依存性の発がん実験から、Fbw7欠損細胞はin vitroでの増殖促進活性とは逆に、in vivoにおける腫瘍増殖能はNotchの機能亢進に依存して低下することが明らかになった。以上より、Fbw7は表皮細胞においてMycおよびNotchの特異的分解を介し、増殖と分化を協調的に制御する腫瘍増殖促進因子であると考えられた。胎仔線維芽細胞と表皮細胞という二種類の細胞種の解析からFbw7欠損時に蓄積する基質分子には細胞種特異性が存在し、また蓄積した分子の細胞種に応じた機能や蓄積する複数の基質の相互作用によってFbw7は細胞種・組織・分化段階特異的な機能を持つことが明らかとなった。ユビキチン-プロテアソーム系によるタンパク質分解は基質特異性を持つことが特徴であり、その特性を担っているのはユビキチンリガーゼである。Fbw7はこれまで生化学的解析から、c-Myc、Notchなど細胞増殖を促進する分子を特異的に分解へ導くユビキチンリガーゼであることが知られている。また、多数の癌においてFbw7遺伝子の不活性型の変異が認められており、Fbw7が癌抑制遺伝子であることを強く示唆している。そこで、Fbw7の生理的基質分子を同定し、臓器特異的な機能を明らかにすることを目的として、胎仔線維芽細胞(MEF)および表皮角化細胞におけるFbw7コンディショナルノックアウトマウスの表現型を解析した。Fbw7欠損状態では細胞増殖促進因子が分解異常のため過剰に蓄積し、細胞増殖が促進するとの予想に反し、Fbw7欠損MEFでは著しい増殖障害を呈した。Fbw7欠損MEFにおいては、これまで報告のある基質分子の中で、特異的にNotch1のみが著しい発現量増加を示した。さらにNotch1の機能抑制によりFbw7欠損時の増殖障害が解消された。すなわちMEFにおいてFbw7はNotch1の分解を誘導することを通じて正常な細胞増殖・生存に必須の因子であると結論づけられた。Fbw7欠損表皮細胞では、MEFの場合と異なり、Notch1に加えて、c-Mycの発現量が亢進し、c-Mycの発現量増加に依存して増殖が促進していた。さらにFbw7の発癌における寄与を明らかにする目的から、Fbw7欠損表皮細胞をヌードマウスの皮下に移植し、腫瘍形成能を調べた。癌遺伝子である活性化型Ras遺伝子を強制発現した条件下においてFbw7欠損細胞は高率に腫瘍を形成した。すなわちFbw7は表皮における癌抑制遺伝子であることが強く示唆された。
コリン作動性神経分化を誘導する細胞内因子の構造と機能

我々はこれまで、グリア細胞株の分泌する蛋白性因子(GCM)やレチノイン酸が神経系株化細胞培養系においてコリン作動性神経分化を誘導することを見いだして、GCMとレチノイン酸に共通な細胞内信号伝達系を解析してきた。その結果、GCMとレチノイン酸は共にC-キナーゼの基質になる分子量約27kDの蛋白を誘導することを明らかにした。さらにこの27kD蛋白がアセチルコリン合成酵素(ChAT)誘導能を持つことを27kD蛋白標品を未処理の細胞に導入することにより確かめた。そこで本研究においては、初代培養交感神経(SCGニューロン)およびNG108-15細胞におけるレチノイン酸によるChAT-mRNA誘導機構を解析した。1.SCGニューロンにおけるレチノイン酸によるChAT-mRNA誘導:SCGニューロンは得られる細胞量が限られており、またそこに発現するChAT-mRNAも低レベルである。そこで[^<32>P]dCTPと内部標準としてアクチンを用いたRT-PCRによりChAT-mRNA定量法を確立した。その結果、培地中に加えた10^<-11>M以上のレチノイン酸によりChAT-mRNA誘導が起こることが明らかになった。TPA処理により細胞内PKCを枯渇させるとレチノイン酸によるChAT-mRNAの誘導は抑制された。ChAT-mRNAには5'上流域のエクソンの違いによる種々の分子種が存在することが知られているが、SCGニューロンにおいてはレチノイン酸によりRおよびMエクソンより始まる2種のmRNAの発現が誘導されることが示された。2.トランスフェクション法によるChAT遺伝子プロモーター活性の測定:Rエクソン上流域1.8kbおよびMエクソン周辺の3.4kbのプロモーター領域をルシフェラーゼ遺伝子に結合したプラスミドベクターを作製し、NG108-15細胞に燐酸カルシウム法を用いてトランスフェクションした。その結果、いずれのベクターを導入した場合においても、レチノイン酸によるルシフェラーゼ活性の誘導が観察された。今後この2つのプロモーター領域におけるレチノイン酸感受性部位の同定を行う予定である。
エレクトロニクス技術を利用した繊維集合体のぬれおよび水浸透速度の動力学的研究

液体が織物などの多孔性物質中の空気を置換しながら移動していくいわゆる毛管浸透ぬれ現象の定常特性は勿論、他の方法では測定できなかった過渡特性も含めて測定できる測定装置の開発と、この装置を用いて繊維集合体のぬれに関する一般的な理論を確立し、繊維物性を全く新しい観点から見直すことを目的に行った結果、次のような成果が得られた。1.2枚の平行平板電極の間に多孔性試料を詰めたものは等価的に誘電体を含むコンデンサーと見なすことができる。これを水に接触させた場合、コンデンサーの電気容量は水の上昇にともなって直線的に変化する。従って電極間容量の経時変化を測定すれば、水位の上昇を正確に追跡できることに着目し、専用の電気容量(水位)測定装置を開発した。この方法は電気容量を測定するものであるから精度がよく、特に解像力にすぐれ、かつ応答速度も極めて速いので過渡現象に適した装置であった。2.OPアンプの高級化、メモリー速度の高速化により、これまでの測定法では不可能であった秒以下での動的挙動をとらえることができた。すなわち繊維集合体のぬれ特性を左右するのは0.20.8秒であることが明らかとなった。3.毛管浸透現象について、Washburnの理論式、さらにこれを補正した理論式を検討し、今回の繊維試料を用いて得られた結果について分析考察した。織物などの浸透ぬれ現象は、瞬間的な水のとり込み(up take)から、0.10.2秒における過渡状態、その後の定常状態を経て平衡に達していくものと結論された。4.毛管浸透現象におよぼす界面活性剤の吸着層の効果は、極めて低濃度の界面活性剤でも著しく、この系においても過渡状態は0.10.2秒付近で、定常態がそれに続くことが明らかになった。