hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
光誘起ドーピングされたトポロジカル絶縁体のデバイス応用探索

H2O雰囲気下において、わずかに炭素で汚染されたBi2Se3にSeの内殻準位を励起するのに十分エネルギーの高い光を照射すると試料にホールがドープされる。このホール注入の活性サイトは最外層Seと1層目Biの間で、3つのBiの重心位置に吸着した酸素であり、ドーパント形成サイトは表面上に吸着したエチレン分子であることを明らかにした。また、同様の光誘起ドーピングがBi2Te3やTlBiSe2でも確認されたことから、この手法の普遍性も明らかにした。光誘起ドーピングは研究代表者が所有するスピン・角度分解光電子分光装置と国内外の放射光施設で行なった。ホール注入はトポロジカル絶縁体のディラック点の束縛エネルギー変化から求め、ドーパントおよびドーパント形成サイトに関する情報は内殻光電子分光、光電子回折と走査トンネル顕微鏡より得た。ドーパントの吸着サイトはO 1s内殻準位からの光電子回折パターンをシミュレーションで得たパターンと比較することによって求め、ドーパント形成サイトは試料の劈開に用いたスコッチテープからの放出ガス成分を質量分析器より求めた結果と走査トンネル顕微鏡と第一原理計算より得た結果を比較することで明らかにした。光誘起ドーピングの安定性に関しては、超高真空中で光誘起ドーピングした試料を一度大気圧下に置き、12時間以上後に真空槽に戻すことで確認した。また、主課題以外にも、本新学術領域に参加することで新しく始めた金ナノ粒子の電子状態解明に関する共同研究において、ナノ粒子では5d軌道の電子状態が金のバルク固体と大きく異なることを明らかにした。今年度は、平成29年度に得た成果を基盤に課題を発展させるとともに、電気伝導測定によるトポロジカル絶縁体の半導体スピントロニクスデバイスへの応用を探索する。具体的には、ドーパント形成の活性サイトである炭素に関するより詳細な知見を得るために、まずは我々の用いる手法において炭素の供給源であるスコッチテープから放たれる気体分子を詳細に調べる。それと平行し、極低温走査トンネル顕微鏡を用いて炭素分子のBi2Se3上の吸着構造を明らかにし、走査トンネル分光によって吸着炭素分子からの距離に依存した電子状態を測定する。これらの実験結果からドーパント形成のメカニズムを明らかにする。また、これら得られた実験結果を用いてドーパントとその形成サイトが試料の物性に与える理論的考察を連携研究者である金沢大学の小田竜樹教授が中心となって行う。佐賀県立九州シンクロトロン光研究センターにてマスキングしたBi2Se3試料に光を照射し、絶縁体領域と金属領域をパターニングした試料を作製する。その試料を真空封入して千葉大学に搬送し、連携研究者である青木伸之准教授の協力のもと、電気伝導測定を行って同試料を用いた半導体スピントロニクスデバイスの実用化に向けた指針を示す。平成29年度に開始した金ナノ粒子の共同研究に関しては、これまで得られたデータを精査・解析した後、連携研究者の小田竜樹教授の助けを借りて同ナノ粒子の電子状態に関する理論的考察を行う。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
京阪神大都市地域における明治以降の都市化過程のミクロ分析

1.山田は大縮尺地形図を世いて,昭和戦前期現代における大阪・京都・神戸の都市化の進展状況を明らかにすることを試みた。その結果,大阪・神戸における戦災の影響とその後の復興の地域別遅速,京阪神全体における主要工業業種の転換時期,阪神間・京阪間のコナ-ベ-ションの時期などに関して,若干の新知見を得た。2.青木は異なるスケ-ル下での地域変化研究の方法について理論的検討を行ったが,なお研究継続中である。3.小長谷は大阪市中心部の建造環境をとりあげ,昭和60年建築床面積調査における「建造物の建設年代別延べ床面積」デ-タを資料として,(1)大正以前,(2)戦前昭和期,(3)昭和2・30年代,(4)昭和40年代,(5)昭和50年代の5つについて,小長谷一之(1990)に示す方法で立体地図を作成した。4.藤井は堺を中心に,近代以降の業務地区の土地利用および市街地拡大に関して,戦前の地価や土地区画整理をはじめとする資料収集を継続するとともに,昨年度に地図化した(藤井正,1991)堺とその周辺における市街地化に関して,ポリゴン型のデ-タベ-ス作成を試みた。5.須原・香川・古賀は,前年度に行った京都西南郊における住宅地化の進展状況に関するデ-タベ-ス作成を,京都東南郊,さらに京阪奈地域へと拡大した。その結果,(1)住宅地の拡大における鉄道線の存否,およびその鉄道が国鉄か私鉄かという点の重要性,(2)駅からの徒歩圏内での住宅地化が飽和状態になると,バスや自転車・バイク利用圏が住宅地化するが,これにも沿線別に遅速(京阪間と阪奈間は早く,京奈間は遅い)があること,(3)昭和50年代60年代には,住宅地化の早かった地域では住宅地の増加が沈静化し,相対的に地価が低い地域(例えば京阪間の駅から遠い地域や京奈間など)で住宅地化が遅展したこと,などが明らかとなった。
売買単位集約を目的とした株式併合の増加と株価・流動性への影響

株式併合は、単元未満株発生の問題や過去の実施企業の株価が下落傾向であるという市場の経験則があり、企業と投資家の双方から嫌厭されていた政策であった。しかし、東証が2018年10月を目標に進めた「売買単位100株への集約」によって、売買単位が100株を超えていた銘柄の株式併合が急増している。本研究では、近年における株式併合の実施が株価と流動性に与えた影響を検証する。とくに、投資家、上場会社、取引所の3者が株式併合によって受けるメリットとデメリットを実証結果から解明し、売買単位集約化政策の是非を示す。
マイクロ波エネルギービームと電離層プラズマの非線形相互作用に関する研究

本研究の目的は、SPSや電力衛星で用いるマイクロ波ビームと宇宙プラズマの非線形相互作用に関する計算機実験を行うことである。過去に行われたロケット実験の結果や計算機実験の結果と比較しながら計算機実験を行う。本研究ではまず、一次元計算機実験により三波共鳴の過程における親波のエネルギー損失に関する考察を行い、約半分のエネルギーが失われるという結果を得た。続いて二次元計算機実験も行い、外部磁場が放射電界の進行方向に対して斜めである場合(斜め伝搬)についてプラズマ加熱の外部磁場に沿った伝搬、励起静電波の減衰といった点に着目して解析を行った。二次元計算機実験ではこれまで行われたことのない、位相制御方式のアンテナを用いて三波共鳴の再現を行った。その結果、斜め伝搬の場合、本来ならば外部磁場に平行であるE_x成分のみが現れる励起静電波のE_x成分が発生することが明らかになった。E_x成分は、励起静電波により加熱された電子が励起静電波の伝搬方向ではない磁場方向に沿って流れていくために、励起静電波の一部だけが減衰を受け、空間的に位相速度差を持ってしまうことによって発生されると説明できる。最後に静電波の励起に関して外部磁場角度の観点から考察を行ったが、計算機実験では外部磁場角度に対して垂直、平行な静電波が特に強く励起されるといった結果は得られず、分散関係から実際の宇宙実験に対する一予測を立てるにとどまった。これは今後の研究課題である。本研究の目的は、SPSや電力衛星で用いるマイクロ波ビームが宇宙プラズマに及ぼす現象の1つであるポンディロモ-ティブ力によるプラズマの穴開き現象の定量評価を行うことである。さらにプラズマの穴あき現象のみならず、マイクロ波とプラズマの非線形相互作用全般に関する計算機実験を行う。本研究では(1)マイクロ波や宇宙プラズマ、電離層プラズマの実パラメータを用いて、非線形相互作用に関する理論計算を行い、定量評価を行う。(2)実パラメータに近いパラメータを用いて計算機実験を行い、現象の詳細な研究を行う。そうしてSPS等でのプラズマ現象を評価し、逆にマイクロ波ビームに求められるパラメータを提言する。平成9年度は3次元電磁粒子コードを用いたマイクロ波ビームと電離層プラズマとの非線形相互作用に関する計算機実験を行うために、1次元及び2次元での計算機実験を行った。今年度は特に三波共鳴による静電プラズマ波の励起が起こるマイクロ波パラメータ及びプラズマパラメータをサーベイし、静電プラズマ波の励起を確認できた。特に2次元の計算機実験の際に、計算機内のプラズマ空間内でのマイクロ波ビームの形成及び無反射境界の設定を行い、マイクロ波ビームの存在によるプラズマの挙動に関するデータを取得しつつある。この成果を用い、来年度は3次元電磁粒子コードを用いた計算機実験を行い、プラズマとマイクロ波との非線形相互作用に関して詳細に研究を進める。
プリオン蛋白遺伝子転写制御領域のエピジェネティクス

PrP遺伝子は、組織特異的な様式で様々なレベルで発現しているが、PrP遺伝子のエピジェネティクスは不明なままである。本研究では、遺伝子発現の調節に重要な役割を果たしているDNAメチル化に焦点を当てて研究を行なった。PrP遺伝子のプロモーター領域を含むCpGアイランドは、全ての組織において非メチル化にあることを示した。一方でCpGアイランド上流のメチル化は、組織ごとに種々な頻度で起こっていた。これらの結果は、PrP遺伝子は、ハウスキーピング遺伝子と結論づけるものであり、CpGアイランド上流のメチル化が、組織特異的なPrP遺伝子発現を決定することを示唆している。【背景と目的】プリオン蛋白(PrP)遺伝子は、様々な組織で発現し、発現レベルは組織ごとに異なっていることが知られる。これまで各組織での発現レベルを決定する要因についての報告はない。一般にプロモーターとその周辺のCpGメチル化は、転写の抑制につながることが知られている。本研究では、マウスを用い、PrP遺伝子プロモーターと考えられる領域について各組織ごとに詳細なメチル化パターンを明らかにすることを目的とした。【材料と方法】C57BLマウスおよびBalb/cマウス各組織からDNAを抽出し、Bisulfite Sequencing PCR法によってメチル化頻度を調べた。解析領域はPrP遺伝子のエクソン1を含む上流域749 bpおよび下流域280 bp (イントロン1の一部)である。CpG配列に上流から1-46番の番号を付した。【結果】9-43番目のCpG配列は、CpGアイランドに属した。マウスで推定されるプロモーター領域には、13-23番目のCpG配列が含まれた。1および2番目のCpG配列では、すべての検体においてメチル化が認められた。3および4番目では、精巣のみが非メチル化状態であった。5-7番目では、一部の組織に低い頻度のメチル化が認められたが、ほとんどの組織は非メチル化状態であった。8-46番目では、すべての組織で非メチル化状態であった。【考察】PrP遺伝子プロモーター領域だけでなくCpGアイランドを含む8-46番目のCpG配列では、すべての検体で非メチル化状態であった。このことは、PrP遺伝子発現がON状態を示唆し、ほとんどすべての組織で発現しているとするこれまでの見解を強く支持する結果となった。一方、1-7番目のメチル化状態は組織によって様々なパターンを示したことから、これらのCpG配列のメチル化頻度が、PrP遺伝子発現レベルの制御に関与していると考えられた。「研究目的」プリオン蛋白(PrP)遺伝子は、様々な組織で発現しているが、発現レベルは組織ごとに異なっている。しかしながら、各組織での発現レベルを決定する要因についての報告はない。本研究では、遺伝子発現の制御に深く関与しているDNAのメチル化に注目し、PrP遺伝子プロモーター領域を含む遺伝子部分についてマウス各組織および株化細胞における詳細なメチル化パターンを明らかにすることを目的とした。「具体的内容」C57bLマウス各組織(32組織)および5種の株化培養細胞からDNAを抽出し、Bisulphite Sequencing PCR法によってメチル化頻度を調べた。解析領域に含まれるCpG配列に上流から1-46番の番号を付けた。9-43番のCpG配列は、CpGアイランドに属した。マウスで推定されるプロモーター領域には、13-23番の配列が含まれた。1および2番のメチル化頻度は、株化細胞C1300およびN18において非メチル化状態を示したが、その他すべての検体においてメチル化(4.3-100%)が認められた。3番については、精巣、株化細胞NIH3T3およびC1300のみが非メチル化状態であった。4番目については、精巣、C1300のみが非メチル化状態であった。5-7番においては、一部の組織に低い頻度のメチル化が認められたが、ほとんどの組織・株化細胞で非メチル化状態を示した。8-46番目については、すべての組織および株化細胞で非メチル化状態であった。「意義・重要性」PrP遺伝子プロモーター領域だけでなくCpGアイランドを含む8-46番目のCpG配列が、すべての検体で非メチル化状態であった。このことは、PrP遺伝子発現がON状態を示唆し、ほとんどすべての組織や細胞で発現しているとするこれまでの予想を強く結論付ける結果となった。【研究の目的】昨年度までに、マウス各組織におけるプリオンタンパク質(PrP)遺伝子のDNAメチル化状態について解析し、すべての組織においてPrP遺伝子プロモーター領域を含むCpGアイランドは非メチル化状態であることを明らかにした。

本年度においては、さらに個々の細胞レベルでの遺伝子発現とメチル化状態を明らかにするため、マウス由来株化培養細胞を用いて解析を行った。【研究の内容】マウス由来株化細胞(8種類)より、定量RT-PCRおよびBisulfite Sequencing PCR法によって、PrP遺伝子発現量とDNAメチル化状態を調べた。DNAメチル化解析領域はPrP遺伝子のエクソン1を含む上流域749 bpおよび下流遺伝子発現量およびメチル化状態をそれぞれの細胞株について調域280 bp (イントロン1の一部)とした。解析領域に含まれるCpG配列を上流から1-46番の番号を付した。【研究の成果】PrP遺伝子発現は、調べたすべての細胞株で認められ、神経芽細胞株C-1300で一番高い発現を示したが、大脳の発現と比較すると約6分の1であった。RAW264.7細胞株の発現が一番低く、C-1300の約35分の1であった。DNAメチル化解析より、すべての細胞株において、CpGアイランドを含む9-46番目のCpGにおいて、非メチル化状態を示した。一方で、1ー8番目のメチル化頻度(%)は、細胞株ごとに様々であった。【意義および重要性】PrP遺伝子のメチル化状態を初めて明らかにした。PrP遺伝子プロモーター領域を含むCpGアイランドにおいて、調べたすべての組織および細胞株で非メチル化状態を示した。これらのことは、すべての組織や細胞において、PrP遺伝子が発現している結果と一致する。一方で発現量は様々であり、組織、細胞特有な上流部のメチル状態が、転写に影響を与えていると考えられる。微生物学現在までおおむね順調に研究は進行中であり、成果について学会発表を行ったが、本研究内について学術論文としての準備がやや遅れている。今年度中に学術論文としての発表をこなし、さらに得られるであろう成果についてまとめていく。これまでの申請者らによるプリオン蛋白(PrP)の機能研究の過程において、調べてきた20種類以上の株化培養細胞およびマウス各臓器において、発現レベルに差があるもののPrP遺伝子が発現していることがわかっている。そこで本研究では、これまで行なってきたプリオン蛋白の機能解析の研究を踏まえて、平成24年度にマウス各臓器およびマウス由来株化細胞におけるPrP遺伝子発現制御領域のメチル化頻度について詳細に解析を行なうことを目的とした。その結果、C57bLマウス各組織(32組織)および5種の株化培養細胞におけるPrP遺伝子上流部に含まれる46か所のDNAメチル化頻度が明らかとなった。PrP遺伝子プロモーター領域だけでなくCpGアイランド全体において、すべての検体で非メチル化状態であることが明らかとなった。このことは、PrP遺伝子発現がON状態を示唆し、ほとんどすべての組織や細胞で発現しているとするこれまでの予想を強く結論付ける結果となった。このことはプリオン病における主要な実験動物であるマウスにおいて重要な知見を得たと考えられる。研究計画書に記述した「マウス各臓器およびマウス由来株化細胞におけるPrP遺伝子転写制御領域におけるメチル化頻度の解析]はほぼ達成できたと考えられる。
中枢神経系高次機能に及ぼす食物由来オリゴ核酸化合物の新規生理活性

核酸とアミノ酸を含むサケ白子抽出物を正常マウスに摂取させた時の記憶学習能への影響を調べた。サケ白子抽出物を2.5%含む餌を14日間与えたのち、新規物体認識試験(NORT)および空間認識試験(SRT)を行い、既知および新規物体に対する探索時間を調べたところ、普通餌(対照群)においては既知物体と新規物体の探索時間に差がなかった一方、サケ白子抽出物を与えた群では新規物体の探索時間が有意に延長したことから、サケ白子抽出物に記憶学習を高める成分が含まれることが示された。その成分を明らかとするため、サケ白子抽出物に含まれる核酸成分とアミノ酸成分のみをそれぞれ2.5%含む餌を同様に摂取させたところ、ともに新規物体の探索時間が有意に延長した。したがって、核酸とアミノ酸の両方が記憶学習能を高めることが示唆された。核酸による記憶学習メカニズムを解明する目的で、核酸塩基、ヌクレオシド、デオキシヌクレオシド、デオキシヌクレオチドの合計19種類の核酸化合物の脳海馬中濃度を測定したところ、cytosine, cytidine, deoxycytidineのサケ白子抽出物摂取後の濃度が普通餌と比べて高く、核酸による効果を裏付けた。さらに、海馬における遺伝子発現を検討したところ、摂取開始2日後には、神経幹細胞のマーカーNestin、グリア細胞のマーカーGFAP、ミクログリアのマーカーCD11b、オリゴデンドロサイトのマーカーMBP1, MBP2、未分化細胞のマーカーSOX2の発現が普通餌に比べて有意に高く、4日後には神経細胞のマーカーSynapsin1, βIII tubulinの発現が高い傾向にあった。また海馬由来初代培養神経幹細胞にサケ白子抽出物や核酸成分を添加すると細胞増殖が促進した。したがって、核酸は神経幹細胞の増殖や分化を促進する可能性が示された。前年度に確立したマウス初代培養神経幹細胞での細胞増殖の評価系、ならびに種々の塩基、ヌクレオシド、デオキシヌクレオシド、デオキシヌクレオチドなど核酸化合物の一斉分析系を駆使し、核酸の生理的役割について、その一部を解明することができた。特に、血漿中と脳海馬中の濃度測定は、多数の生体内因性物質による影響や妨害も懸念されたが、カラムや移動相等の分離条件の改善により克服することができた。また、記憶学習能を評価するNORTやSRTも確立できたため、脳機能改善効果をin vivoで測定することが容易になった。さらに、来年度に向けてトリ核酸の神経幹細胞増殖および分化促進能に関する評価系も確立できた。現在、64種類のトリ核酸を入手しており、これらの生理活性について検討中である。したがって、来年度に向けた準備も着々と進みつつあり、今後研究計画に沿った実施とその成果が期待できる。(1)記憶学習能の向上作用を示すトリ核酸の選別と評価を行う。64種類のトリ核酸をマウス脳海馬由来神経幹細胞に添加し、増殖促進と神経新生作用を指標に、最も効果の強いものを選別する。選別されたトリ核酸(対照として溶媒)をマウスに経口投与し、血漿と海馬組織中のトリ核酸濃度をLC-MS/MSで測定するとともに、NORTやSRTを実施し記憶学習能を調べる。濃度と効果の関係から、記憶学習能向上に必要なトリ核酸濃度を推定する。海馬対血漿中濃度比の絶対値から、脳への移行性を評価する。(2)トリ核酸の消化管吸収と脳移行機構を調べる。(1)で評価したトリ核酸をマウスに経口投与後、経時的に血漿を、最終点で海馬組織を採取し、トリ核酸濃度を測定する。投与量は(1)で効果の得られた近辺に設定する。対照として静脈内投与を行い、両投与経路での血漿中濃下面積(AUC)を比較することで生物学的利用率を評価する。静注データから全身クリアランスと分布容積を算出し、体内動態の特徴付けを行う。生体内因性の核酸の影響を除外するため、重水素標識体や蛍光標識体を用い同様の解析を行う。記憶学習能に及ぼす核酸の効果が混餌投与で見られる点に着目し、トリ核酸の混餌投与後でも同様な検討を行う。体内に投与された核酸は一般に不安定であると考えられているが、混餌投与では比較的安定な可能性が考えられるため、経口投与と混餌投与後のAUCを比較することでこの点を解明する。消化管吸収機構を特徴づけるため、小腸上皮モデル細胞Caco-2を単層培養し、刷子縁膜側から基底膜側への経細胞輸送を評価する。濃度依存性、Na依存性、pH依存性、各種膜輸送体阻害剤の影響等を検討することにより、輸送機構の特徴付けを行う。血液脳関門透過機構を解明するため、脳血管内皮細胞モデルhCMEC/D3を用いCaco-2と同様の解析を行う。核酸化合物の添加による神経細胞の成熟、神経幹細胞の増殖および神経新生に及ぼす影響を明らかにするため、初年度はその実験系確立と全体像把握を試みた。一種類のヌクレオチドからなるトリヌクレオチド化合物とランダム合成によるトリヌクレオチド化合物の計5種類を合成した。マウス初代培養神経細胞に種々の濃度で添加し、シナプス形成のマーカーであるsynapsin Iと神経細胞のマーカーであるβIII tubulinおよびMAP2の発現量をwestern blotで、synapsin IとMAP2の局在を免疫染色でそれぞれ検討した。

また、マウス初代培養神経幹細胞に種々の濃度で添加後の細胞増殖を細胞塊面積の測定とMTT assayにより、神経分化をβIII tubulinとグリア細胞のマーカーであるGFAPの免疫染色後、それぞれの細胞のpopulation比の測定により、それぞれ検討した。いずれにおいても核酸化合物による作用が見えつつあるものの次年度において再現性を確認する必要があると考えられた。一方で、実験系においてどの核酸化合物がどの程度存在するかを定量するため、塩基、ヌクレオシド、デオキシヌクレオシド、デオキシヌクレオチドの一斉分析系の確立を、LC-MS/MSを用いて試みた。種々の検討の結果、adenine、thymine、uracil、guanine、cytosine、adenosine、uridine、guanosine、cytidine、deoxyadenosine、thymidine、deoxyuridine、deoxyguanosine、deoxycytidine、dAMP、dTMP、dUMP、dGMP、dCMPを、二種類の分析方法を組み合わせることで一斉分析する系を確立し、実験に供することが可能となった。マウス初代培養神経細胞に添加後の神経細胞の成熟と、マウス初代培養神経幹細胞に添加後の細胞増殖ならびに神経新生に及ぼす影響を定量的に解析する実験系を確立することができた上、いくつかの核酸化合物による影響を予備的に検討することができた。したがって、次年度はこの系を使って、濃度依存性や阻害剤による効果などを解明することが可能であり、研究期間内に成果の得られる可能性が極めて高くなった。さらに、ヌクレオチド化合物は分解しやすいことから、本研究においては、どの化合物が効果を示しているかを解明することが成功の鍵となる。本年度は、種々の塩基、ヌクレオシド、デオキシヌクレオシド、デオキシヌクレオチドなどの核酸化合物の一斉分析系を確立することができたため、次年度はこの系を使って、培地中の核酸の存在様式を定量的に明らかにすることが可能となり、どの化合物が作用しているかを推定することが容易になった。核酸とアミノ酸を含むサケ白子抽出物を正常マウスに摂取させた時の記憶学習能への影響を調べた。サケ白子抽出物を2.5%含む餌を14日間与えたのち、新規物体認識試験(NORT)および空間認識試験(SRT)を行い、既知および新規物体に対する探索時間を調べたところ、普通餌(対照群)においては既知物体と新規物体の探索時間に差がなかった一方、サケ白子抽出物を与えた群では新規物体の探索時間が有意に延長したことから、サケ白子抽出物に記憶学習を高める成分が含まれることが示された。その成分を明らかとするため、サケ白子抽出物に含まれる核酸成分とアミノ酸成分のみをそれぞれ2.5%含む餌を同様に摂取させたところ、ともに新規物体の探索時間が有意に延長した。したがって、核酸とアミノ酸の両方が記憶学習能を高めることが示唆された。核酸による記憶学習メカニズムを解明する目的で、核酸塩基、ヌクレオシド、デオキシヌクレオシド、デオキシヌクレオチドの合計19種類の核酸化合物の脳海馬中濃度を測定したところ、cytosine, cytidine, deoxycytidineのサケ白子抽出物摂取後の濃度が普通餌と比べて高く、核酸による効果を裏付けた。
固相拡散接合における窒化珪素/金属界面構造の接合面方位による制御

窒化珪素の各構成原子間の結合は共有結合性が強く,結晶構造も複雑であるために,拡散や反応の速度に強い結晶方位依存性が期待される.本研究では,この異方性を利用して窒化珪素と高融点金属(チタンやニオブなど)との固相拡散接合界面組織を制御できるかを検討することを目的としている.窒化珪素の互いに直交する3種類の面,(0001),(101^^-0),(1^^-21^^-0),に対してチタンあるいはニオブを固相拡散接合し,その接合界面組織を電子プローブ微小分析,X線回折,高分解能透過電子顕微鏡観察によって分析した.接合は10^<-3>Paの真空雰囲気中で,昇温速度:1.2K/s,接合温度:1473K,1573K,1673Kの3種類,圧力:64MPa,保持時間:3.6ks,14.4ksの2種類,冷却速度:0.3K/sの条件で行った.窒化珪素(0001)面に対してチタンを接合した場合,いずれの温度においても界面で反応が起こり,2種類の化合物相,Ti_5Si_3とTiN,が層状に窒化珪素/Ti_5Si_3/TiN/チタンの配列で形成される.1473K,3.6ksの条件で作成した接合体では,TiN層は厚さ20μm,層内の個々の結晶粒径は平均18μmに成長し,Ti_5Si_3層は厚さ3.2μm,平均粒径は0.25μmに成長している.Ti_5Si_3とTiNならびにTiNとチタンの界面からは,特定の方位関係は見出されなかったが,窒化珪素とTi_5Si_3の界面では窒化珪素(0001)面に対してTi_5Si_3(31^^-2^^-1^^-)面が平行となるように配列している結晶粒が多く観察されている.しかし,面内での配向は見られなかった.一方,窒化珪素(101^^-0),(1^^-21^^-0)面に対してチタンを固相接合した場合,Ti_5Si_3とTiNが同様な形態で形成されるが,1473K,3.6ksの条件で作成した接合体において,Ti_5Si_3層は厚さ3.2μm,平均粒径は0.20μmであり,窒化珪素(0001)の場合よりも平均粒径が少し小さい.また,窒化珪素とTi_5Si_3の界面にも明確な面方位関係が見られない.窒化珪素の各構成原子間の結合は共有結合性が強く,結晶構造も複雑であるために,拡散や反応の速度に強い結晶方位依存性が期待される.本研究では,この異方性を利用して窒化珪素と高融点金属(チタンやニオブなど)との固相拡散接合界面組織を制御できるかを検討することを目的としている.窒化珪素の互いに直交する3種類の面,(0001),(101^^-0),(1^^-21^^-0),に対してチタンあるいはニオブを固相拡散接合し,その接合界面組織を電子プローブ微小分析,X線回折,高分解能透過電子顕微鏡観察によって分析した.接合は10^<-3>Paの真空雰囲気中で,昇温速度:1.2K/s,接合温度:1473K,1573K,1673Kの3種類,圧力:64MPa,保持時間:3.6ks,14.4ksの2種類,冷却速度:0.3K/sの条件で行った.窒化珪素(0001)面に対してチタンを接合した場合,いずれの温度においても界面で反応が起こり,2種類の化合物相,Ti_5Si_3とTiN,が層状に窒化珪素/Ti_5Si_3/TiN/チタンの配列で形成される.1473K,3.6ksの条件で作成した接合体では,TiN層は厚さ20μm,層内の個々の結晶粒径は平均18μmに成長し,Ti_5Si_3層は厚さ3.2μm,平均粒径は0.25μmに成長している.Ti_5Si_3とTiNならびにTiNとチタンの界面からは,特定の方位関係は見出されなかったが,窒化珪素とTi_5Si_3の界面では窒化珪素(0001)面に対してTi_5Si_3(31^^-2^^-1^^-)面が平行となるように配列している結晶粒が多く観察されている.しかし,面内での配向は見られなかった.一方,窒化珪素(101^^-0),(1^^-21^^-0)面に対してチタンを固相接合した場合,Ti_5Si_3とTiNが同様な形態で形成されるが,1473K,3.6ksの条件で作成した接合体において,Ti_5Si_3層は厚さ3.2μm,平均粒径は0.20μmであり,窒化珪素(0001)の場合よりも平均粒径が少し小さい.また,窒化珪素とTi_5Si_3の界面にも明確な面方位関係が見られない.
ナトリウムイオン駆動型鞭毛モーターの受動回転に対する特異的阻害剤フェナミルの効果

本研究の目的は、鞭毛モーターのトルク発生のメカニズム解明の手がかりを得るため、受動回転したときのモーターの発生トルクを見積もる事である。実験にはVibrio alginolyticusを用い、単極毛を駆動するNa^+駆動型鞭毛モーターについて解析した。菌体をスライドグラスに固定し、高輝度暗視野顕微鏡で観察しながら粘性溶液を流し、らせん形の鞭毛に力を加え、鞭毛モーターを受動回転させた。鞭毛の回転数は鞭毛の観察像から、溶液の流速は、溶液中の微小粒子の動きから計測し、それらからモーターの発生トルクを見積もった。その結果、共役イオンであるNa^+や、特異的阻害剤phenamilの有無に関わらず2x10^<-19>Nmのトルクを加えると、鞭毛が回転する事が分かった。また、鞭毛モーターは野生株では時計回りと反時計回りの両方の回転をするが、常に時計回りしかしない変異株、及び常に反時計回りしかしない変異株についても測定したが、野生株と同様の結果を得た。ところが、受動回転は外力によりモーターが破損したためではないことを確認するために、受動回転後に溶液を鞭毛モーターが自ら回転するような条件のものと交換しても、一部の例外を除きモーターは回転しなかった。この原因を調べた結果、非常に強い強度の光により菌体が何らかの影響を受けている事が分かった。そこで、まず光源に紫外線吸収フィルターを入れたところ、ある程度は効果があったものの、実験に十分な条件は作れなかった。そこで、他の可能性を検討した結果、強い光により活性酸素が発生し、それが菌体に悪影響を及ぼしている可能性が考えられた。その影響を除外するためには活性酸素の発生を抑えるために溶液中に還元剤を加えたり、酸素を消費する酵素を働かせるなどの方法が有効である事が分かったが、実験的に検討するところまでは至らなかった。本研究の結果はおおむね信用して良いと思われるが、まだ最後のおさえが必要である。
活性汚泥法からの脱却・21世紀の超低コスト型新規下水処理システムの創成〜インドからの逆技術移転・世界標準化を目指して〜

先進国において下・廃水処理プロセスの主流は、活性汚泥法である。しかし開発途上国においては、活性汚泥法は受けいれられていない。活性汚泥法は途上国にとって、省エネ・低コスト型で維持管理の容易なシステムとは思っておらず、途上国は自国に適した下水処理システムを模索している。そこで、本研究グループは途上国に適した下水処理システムについて長年研究し、カーテン型DHS (Downflow hanging Sponge-curtain)リアクターを開発した。DHSに対して先進国で要求されるような良好な処理水質は期待していなかったが、超低コスト型にも係わらず長期連続処理運転において、余剰汚泥発生ゼロであり、処理水質は活性汚泥法と同等以上であることが次第に明らかになってきた。すなわち、途上国仕様に開発してきたDHSリアクターであるが、先進国にも適用可能な、活性汚泥法に代わる21世紀型の素養を秘めたシステムとして期待できる。そこで本研究は、上向流スラッジブランケット(UASB)反応器とカーテン型DHSリアクターを組み合わせ、途上国に適用可能な超低コスト型新規下水処理システムを先進国に逆技術移転し、活性汚泥法から脱却した21世紀の下・排水処理の技術体系を創成することを目的に、インドで稼働しているパイロット・プラントによる長期連続処理調査の継続および長岡市の下水処理場に設置したミニチュアのプラントの室温での連続処理実験を実施した。また、DHSリアクターを用いた窒素除去、リン除去・回収、溶存メタン回収技術を考案した。本研究の結果、UASBとDHSリアクターのシステムは、先進国にも適用できる性能を有することが明らかとなった。先進国において下・廃水処理プロセスの主流は,活性汚泥法である。途上国が活性汚泥法を採用しない理由が歴然とある。活性汚泥法は途上国にとって,省エネ・低コスト型で維持管理の容易なシステムとは思っておらず,途上国は自国に適した下水処理システムを模索している。そこで、本研究グループは途上国に適した下水処理システムについて長年研究し、カーテン型DHS(Downflow hanging Sponge-curtain)リアクター(特開平10-263578)を開発した。DHSに対して先進国で要求されるような良好な処理水質は期待していなかったが,超低コスト型にも係わらず長期連続処理運転において,余剰汚泥発生ゼロであり,処理水質は活性汚泥法と同等以上であることが次第に明らかになってきた。すなわち,途上国仕様に開発してきたDHSリアクターであるが,先進国にも適用可能な,活性汚泥法に代わる21世紀型の素養を秘めたシステムとして期待できる。そこで本研究の目的は、上向流スラッジブランケット(UASB)反応器とカーテン型DHSリアクターを組み合わせ、途上国に適用可能な超低コスト型新規下水処理システムを先進国に逆技術移転し,活性汚泥法から脱却した21世紀の下・排水処理の技術体系を創成することにある。本年度はインドで稼働しているパイロット・プラントによる長期連続処理調査を継続し、余剰汚泥発生がゼロであることを実証するとともに、水量・水質変動に対する処理性能の安定性を評価し、技術的フィージビリティが高いことを明らかにした。また、長岡市の下水処理場にミニチュアのプラントを設置し、室温での実下水連続処理実験を開始し,低温下でも良好な先進国仕様の水質が得られるような運転条件を検討した。

DHSに対して先進国で要求されるような良好な処理水質は期待していなかったが、超低コスト型にも係わらず長期連続処理運転において、余剰汚泥発生ゼロであり、処理水質は活性汚泥法と同等以上であることが次第に明らかになってきた。すなわち、途上国仕様に開発してきたDHSリアクターであるが、先進国にも適用可能な、活性汚泥法に代わる21世紀型の素養を秘めたシステムとして期待できる。そこで本研究の目的は、上向流スラッジブランケット(UASB)反応器とカーテン型DHSリアクターを組み合わせ、途上国に適用可能な超低コスト型新規下水処理システムを先進国に逆技術移転し、活性汚泥法から脱却した21世紀の下・排水処理の技術体系を創成することにある。本年度はインドで稼働しているパイロット・プラントによる長期連続処理調査を継続し、安定的な処理性能を実証した。また、長岡市の下水処理場に設置したミニチュアのプラントの室温での連続処理実験においても良好な水質が得られることが明らかとなった。さらにDHSリアクターは、有機物除去に加え硝化・脱窒能力にも優れており、窒素除去率は約50%にも達し、これを究明するために、スポンジ内の流速と酸素取り込み速度の定量的な関係を調べた。先進国において下・廃水処理プロセスの主流は、活性汚泥法である。しかし開発途上国においては、活性汚泥法は受けいれられていない。活性汚泥法は途上国にとって、省エネ・低コスト型で維持管理の容易なシステムとは思っておらず、途上国は自国に適した下水処理システムを模索している。そこで、本研究グループは途上国に適した下水処理システムについて長年研究し、カーテン型DHS(Downflow hanging Sponge-curtain)リアクター(特開平10-263578)を開発した。また、長岡市の下水処理場に設置したミニチュアのプラント連続処理実験において、UASB槽内での汚泥の挙動を調べ、冬季の低温下でも良好な水質が得られることが明らかとなった。さらにUASB槽からの流出水中の溶存メタン量を測定し、溶存メタンがDHSリアクターから大気に放散される現象を明らかにし、この溶存メタンを回収する方法を考案した。先進国において下・廃水処理プロセスの主流は活性汚泥法である。
精神保健ボランティアに関する基礎的研究

長野県精神保健センターで講座を開催し、養成された精神保健ボランティアを調査対象者として、精神保健ボランティア活動について、自己表記式のアンケート調査を,郵送法により実施した。精神保健ボランティアに応募した動機として、他のボランティアと同様な「人に尽くしたい」という希望が多く、精神障害者に対する抵抗は少なかった。また、精神保健ボランティア活動を継続して、さらにカウンセリングの勉強は必要と思う者が多かった。一方、別の精神保健ボランティア活動についても調査対象を広げた。長野県北部にある木島平村は10年前に、精神障害者小規模共同作業所を設置したが、婦人会のボランティア活動をしている人に、精神保健ボランティア活動を依頼しているが、その人達にもアンケート調査を実施した。動機として、やはり「人に尽くしたい」と、「村から依頼されて」という回答も多かった。また、精神保健ボランティア講座を受講した人も少なく、カウンセリングの勉強は必要と思う者は多くはなかった。以上のように、精神保健ボランティアのための教育を受けた者と、受けない者について比較したが、精神障害者との接触体験に関する意識の変化は、両者ともに好ましい結果が得られている。両者の異なる精神保健ボランティアではなるが、精神障害者小規模共同作業所で活躍する精神保健ボランティア活動は有意義であると思われる。さらに、精神保健ボランティア活動と精神科医療との接点が、どこで可能かを知ることが今後の課題であるが、精神病院の訪問ボランティア、末期癌患者の精神的ケア、「いのちの電話」の自殺防止活動にも、本研究の成果が活用できることがわかった。そこで、精神保健ボランティア活動の基礎的研究をもとに、地域住民の理解と協力を得るための出版物を計画している。終わりに、社会精神医学的なテーマに科学研究費を補助して頂き、深甚の謝意を表わしたい。
環境影響と減量・リサイクルを考慮した産業廃棄物と同処分場の新しい分類法の研究

長岡市宮本・小千谷市外山の両産業廃棄物処分場環境影響調査を、92年7月95年11月、94年11月95年6月に、それぞれ詳細に行った。この結果を踏まえ、生産工程で出来るだけ廃棄物量を減らし、法の厳密な解釈と強化を実施した上で、以下のように廃棄物と処分場それぞれを分類し、お互いを組み合わせることを提案した。この提案は、現行制度を踏まえつつ、産廃を有機性のものと無機性のものにまず分けたことに特色がある。1.産業廃棄物を「有機性」・「無機性」の2種に区分し、現行19分類は廃止する。即ち、まず一般有機物量の多寡で産廃を区分する。両者の境は様々な考えができるが、たとえば熱灼減量15%で区分する。2.「有機性」・「無機性」の何れも有害物量試験を行う。有害物としては重金属と有機塩素化合物(TOX)を考える。含有濃度が測定されることが望ましいが、現行の溶出試験、或いはこれに準じたものでも構わない。3.2の試験で無害と判定された無機性産廃は、現行の「安定型処分場」に投棄する。有害と判定された無機性産廃は、無害化処理を行い専用の管理型処分場(防水シートと排水処理施設を有す。「有害無機物管理型処分場」と命名)に投棄する。4.2の試験で無害と判定された有機性産廃は、有機物の分解促進と浸出液対策を施した処分場(防水シートと排水処理施設を有す。「有機物管理型処分場」と命名)に投棄する。又は焼却等により無機性産廃に変えて2に戻る。有害と判定された有機性産廃は、無害化処理を行い専用の有機物管理型処分場(「有害有機物管理型処分場」と命名)に投棄するか、焼却等により無機性産廃に変えて2に戻る(無害化よりは焼却の方が望ましい)。5.無害化処理が出来ないか、有害性が高く隔離保管が適当な産廃(ダイオキシン・PCBなどを含むもの)は、現行の「遮断型処分場」に隔離する。本研究の目的は、(1)産廃性状及び産廃処分場の実態調査を行なった上で、(2)様々な生産活動から排出される廃棄物を環境影響と減量・リサイクルの観点から分類し、(3)(1)と(2)に基づき処分場を新たに分類し、各処分場が持つべき構造上の要件を整理する、ことにある。これらを踏まえ、平成6年度は以下の作業を行った。(1)産業廃棄物の種類、物理的・科学的及び環境影響特性の把握どんな種類の産廃があるか、夫々の産廃はどのような物理的・化学的特性と環境影響特性をもっているか、事業所及び産廃処分場に出向き調べ、産業廃棄物を新分類するための基礎資料作りを行なった。(2)産業廃棄物処分場における産廃廃棄の現状把握と、種々の環境影響の整理主に管理型と安定型の処分場において、どんな廃棄物がどの様な状態で捨てられているか、それが環境にどんな影響を与えているか調べ、産廃処分場を新分類するための基礎資料作りを行なった。平成4年度より調査を開始ししている長岡市の大規模安定型産廃処分場について、廃棄物の種類と排出水の水質特性について調査・整理した。

また小千谷市内の小規模安定型処分場の廃棄物の性状と環境影響について調査を行った。本研究の目的は、(1)産廃性状及び産廃処分場の実態調査を行なった上で、(2)様々な生産活動から排出される廃棄物を環境影響と減量・リサイクルの観点から分類し、(3)(1)と(2)に基づき処分場を新たに分類し、各処分場が持つべき構造上の要件を整理する、ことにある。これらを踏まえ平成7年度は、新潟県内、特に中越地方(長岡とその近傍の地域)を主たる研究フィールドとして、以下の作業を行った。1.産業廃棄物の種類、物理的・化学的及び環境影響特性の把握:廃棄物々性の計測・聞き取り・基礎資料の収集を行った。2.産業廃棄物処分場における産業廃棄物の現状把握と、種々の環境影響の整理:長岡市にある大規模処分場と、小千谷市にある小規模処分場の調査を中心に行った。特に前者直下の地形が平成7年夏期の豪雨により改変され、廃棄物の流出が見られたので、この点の調査に力を注いだ。3.リサイクル・減量を考慮した産業廃棄物と同処分場の分類作業:廃棄物と処分場の分類に加え、これらと不可分の関係にある基準値はいかにあるべきかの検討を行った。
膵島移植の臨床応用に向けて-マイクロダイゼクションを用いた膵島増殖因子の解析-

2004年4月国内で初めての膵島移植が2例施行された。今後移植医療がさらに発展するためにはドナー膵島の確保が必要である。そのためには採取した膵島細胞をin vitroで増殖させる、幹細胞より膵島細胞を分化増殖させるなどの方法が考えられる。我々は、従来の膵β細胞がインスリン分泌を保ちながら増殖するモデルとして90%膵臓を摘出したマウスの系に改良を加え、新たなマウス膵島再生モデルを開発した。この系ではインスリン分泌は保たれ、糖尿病は発症しない。また通常の約10倍の大きさの膵島が出現し、さらにIslet Cell Clasterの増加が確認され、既報の方法より効率よく膵島の再生を誘導できることが確認された。この膵島再生モデルにおいて、無処置マウスの膵島細胞と膵切マウスの著明に増殖した膵島細胞より顕微鏡下でマイクロダイゼクション法を用いて選択的にmRNAを抽出し、遺伝子の発現量および質の違いを比較解析しDNAマイクロアレイを用い、再生膵島特異的に発現している遺伝子のプロファイリングを行った。その結果、再生に伴い約40遺伝子の発現が増加し、約30遺伝子の発現が低下することが明らかとなり、個々の遺伝子について詳細な検討を行った。その結果、ある遺伝子がin vitroでのインスリン産生細胞分化誘導の系にも関与することが示唆され、この遺伝子は、膵島の分化・再生において何らかの重要な役割を果たしているものと考えられた。現在、この遺伝子の膵島の発生過程における発現および機能解析を勧めている。この研究成果により、いままでin vitroの実験では解明できなかった治療に応用することが必要である膵β細胞がインスリン分泌を保ちながらさらに増殖できる過程が明らかになることで、移植膵島の不足を根本的に解決する方法の糸口となり、膵島移植の発展に多大な貢献をもたらすと考える。最近、1型糖尿病の21世紀の新しい治療として膵島移植が脚光を浴びている。しかし1人のレシピエントに23人分のドナー膵島を必要とするため、移植膵島の十分な供給源を確保する必要がある。そのため採取した膵島細胞をin vitroで増殖させ、移植することが試みられているが、膵島細胞を増殖させればさせるほどインスリンの分泌が減少していくため、実用化していない。移植膵島の不足を根本的に解決するためには、膵β細胞がインスリン分泌を保ちながら増殖する機序を解明し、治療に応用することが必要である。

現在、この遺伝子の膵島の発生過程における発現および機能解析を勧めている最近、1型糖尿病の21世紀の新しい治療として膵島移植が脚光を浴びている。しかし1人のレシピエントに23人分のドナー膵島を必要とするため、移植膵島の十分な供給源を確保する必要がある。そのため採取した膵島細胞をin vitroで増殖させ、移植することが試みられているが、膵島細胞を増殖させればさせるほどインスリンの分泌が減少していくため、実用化していない。移植膵島の不足を根本的に解決するためには、膵β細胞がインスリン分泌を保ちながら増殖する機序を解明し、治療に応用することが必要である。我々は、従来の膵β細胞がインスリン分泌を保ちながら増殖するモデルとして90%膵臓を摘出したマウスの系に改良を加え、新たなマウス膵島再生モデルを開発した。この系ではインスリン分泌は保たれ、糖尿病は発症しない。また通常の約10倍の大きさの膵島が出現し、さらにIslet Cell Clasterの増加が確認され、既報の方法より効率よく膵島の再生を誘導できることが確認された。この膵島再生モデルにおいて、無処置マウスの膵島細胞と膵切マウスの著明に増殖した膵島細胞より顕微鏡下でマイクロダイゼクション法を用いて選択的にmRNAを抽出し、遺伝子の発現量および質の違いを比較解析しDNAマイクロアレイを用い、再生膵島特異的に発現している遺伝子のプロファイリングを行った。その結果、再生に伴い約40遺伝子の発現が増加し、約30遺伝子の発現が低下することが明らかとなり、個々の遺伝子について詳細な検討を行った。その結果、ある遺伝子がin vitroでのインスリン産生細胞分化誘導の系にも関与することが示唆され、この遺伝子は、膵島の分化・再生において何らかの重要な役割を果たしているものと考えられた。現在、この遺伝子の膵島の発生過程における発現および機能解析を勧めている
ビタミンD受容体を中心とする骨代謝調節因子の遺伝子解析に関する研究

ビタミンD受容体遺伝子欠損マウス(VDRKO)は、離乳後から顕著な低カルシウム(Ca)血症を示す。そのため、骨組織では、骨端の肥大化、骨端成長板の伸長、類骨量の増大などが認められ、くる病所見を呈す。VDRを介する1α,25-dihydroxyvitamin D3の遺伝子発現作用に関して、動物レベルでは不明な点が多く残されており、一定の見解が得られていなかった。そこで、骨形成過程における骨代謝調節因子の遺伝子発現の挙動を生体レベルおよび組織レベルで解明することを目的とした。また,高Ca飼料で飼育したVDRKOの骨組織の変化を調べ、VDRの役割について検討した。1.VDRKOの成長過程における骨中のオステオカルシン(OC)およびオステオポンチン(OP)mRNAの発現量を定量したところ,VDRKOの大腿骨におけるOC mRNA発現量は,Wildに比べ3週齢で有意差はないものの低い傾向が認められ,7週齢では有意に低かった。VDRKOの大腿骨および椎体骨のOP mRNA発現量は,3週齢,7週齢ともにWildと差異が認められなかった。2.VDRKOの脛骨中のOCおよびOPの発現部位をmRNAレベルとタンパクレベルで組織化学的に観察したところ,OCは類骨層,OPは肥大軟骨細胞,類骨層などで強く発現していた。3.高Ca飼料で飼育したVDRKOの骨組織像は、異常が改善され、類骨の石灰化が認められたが、肥大軟骨細胞の大きさは巨大なままであった。しかし,ALP、TRAPともに強く染色され、骨形成および骨吸収ともに促進していた。また,OPの発現量はWildと差異は認められず、OCのmRNA発現量は、Wildに比べ若干高い傾向が認められたビタミンD受容体遺伝子欠損マウス(VDRKO)は、離乳後から顕著な低カルシウム(Ca)血症を示す。また,OPの発現量はWildと差異は認められず、OCのmRNA発現量は、Wildに比べ若干高い傾向が認められた急速な高齢化社会を迎えて、骨粗鬆症や変形性関節症などの加齢性疾患の増加が問題となってきている。これらの疾患の基礎となるものは骨の形成及び吸収の異常によって引き起こされるものであり、骨形成及び骨吸収のバランスの機構を生体レベル及び細胞レベルでの解明が重要である。そこで、骨代謝調節因子の遺伝子発現の挙動を生体レベルで解明することを目的とした。1正常動物における骨代謝調節因子の挙動ラットの骨は雌雄ともに成長期にあたる生後13カ月で最も活発に形成され、骨密度は急速に増加することを確認するとともに骨密度を効率的に上昇させる方法について検討した。また、この時期の血漿中活性型ビタミンD濃度は高く、これに伴い小腸のCa吸収能は充進し、血漿中のビタミンD依存性骨基質蛋白質であるオステオカルシンなどの濃度が上昇する。そこで,骨におけるオステオカルシン及びその他の骨代謝調節因子の発現量について、Northarn Blot法あるいはcompetitive RT-PCR法の条件を検討した。2ビタミンD受容体(VDR)欠損マウスにおける骨代謝調節因子の挙動ビタミンD作用が完全に失われたVDR遺伝子欠損マウス(VDRKO)の骨は,離乳後に脛骨・大腿骨が徐々に短くなり,やがて骨端が肥大して,くる病症状を示すことが知られている。しかし,VDRKOの骨については,骨代謝調節因子の発現量など骨形成過程に関して未だ不明な点が多い。そこで,VDRKOの骨におけるオステオカルシンmRNAの発現量を調べることにより,骨成長におけるVDRの役割について検討した。その結果,7週齢のVDRKOの大腿骨におけるオステオカルシンmRNAの発現量は,Wildの約40%に低下しており,VDRKOの骨形成因子は遺伝子レベルで低下していることが示された。ビタミンD作用が完全に失われたVDR遺伝子欠損マウス(VDRKO)の骨については,骨代謝調節因子の発現量など骨形成過程に関して未だ不明な点が多い。そこで、骨代謝調節因子の遺伝子発現の挙動を生体レベルおよび組織レベルで解明することを目的とした。

1.VDRKOの大腿骨および椎体骨中の骨代謝調節因子mRNA発現量の成長に伴う変化:VDRKOの成長過程における骨中のオステオカルシン(OC)およびオステオポンチン(OP)mRNAの発現量をcompetitive RT-PCR法で定量することにより,骨成長におけるVDRの役割について検討した。その結果,(1)VDRKOの大腿骨におけるOC mRNA発現量は,Wildに比べ3週齢で有意差はないものの低い傾向が認められ,7週齢では有意に低かった。(2)VDRKOの椎体骨におけるOC mRNA発現量は,Wildに比べ3週齢で有意差は認められなかったが,7週齢では高い値を示した。しかし,WildおよびVDRKOともに大腿骨に比べ発現量が低いことから,椎体骨におけるOCの骨形成への関与は大きいものではないことを示した。(3)VDRKOの大腿骨および椎体骨のOP mRNA発現量は,3週齢,7週齢ともにWildと差異が認められなかった。2.VDRKOの脛骨中の骨代謝調節因子mRNA発現量の組織化学的観察:マウスの脛骨中のOCおよびOPの発現部位をmRNAレベルとタンパクレベルで観察するため,In situ hybridization法および免疫組織染色法の条件を検討した。さらに,7週齢のVDRKOの脛骨を用いて発現部位を調べたところ,OPは肥大軟骨細胞,石灰化軟骨細胞,類骨層などで強く発現していた。今後は,1と対比させて成長に伴う変化を調べるとともに,レスキューの可能性について検討する予定であるビタミンD受容体遺伝子欠損マウス(VDRKO)は、離乳後から顕著な低カルシウム(Ca)血症を示す。そのため、骨組織では、骨端の肥大化、骨端成長板の伸長、類骨量の増大などが認められ、くる病所見を呈す。VDRを介する1α,25-dihydroxyvitaminD_3の遺伝子発現作用に関して、動物レベルでは不明な点が多く残されており、一定の見解が得られていなかった。そこで、正常Ca飼料および高Ca飼料で飼育したVDRKOの骨組織を用いて、FISH法や免疫組織染色法などの組織化学的な手法によりVDRの役割について検討した。1.VDRKOの骨組織像:正常Ca飼料で飼育したVDRKOの骨組織は、骨端成長板の伸長、類骨量の増大などWildと比較すると顕著な異常を示した。一方、高Ca飼料で飼育したVDRKOの骨組織では、上記の異常は改善され、類骨の石灰化に改善が認められた。しかし、肥大軟骨細胞の大きさは巨大なままであった。2.VDRKOにおける骨芽細胞および破骨細胞の形成:正常Ca飼料で飼育したVDRKOでは、Wildと比較するとALPが強く染色され、TRAPの染色には差が認められず、骨形成が促進しているにもかかわらず、石灰化不全のため類骨量が顕著に増大していた。また、高Ca飼料で飼育したVDRKOでは、ALP、TRAPともに強く染色され、骨形成および骨吸収ともに促進していた。3.VDRKOにおける骨基質タンパク質の発現:正常Ca飼料で飼育したVDRKOでは、オステオポンチン(OP)のmRNA発現量およびタンパク質発現量ともにWildとの間に差異が認められず、肥大軟骨細胞に発現していた。さらにWildでは一次海綿骨、VDRKOでは類骨層にも広く発現していた。