hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
紫外共鳴ラマン分光法によるヘム蛋白質高次構造変化の検出と蛋白質機能制御機構の解明

そのHbの酸素平衡曲線を測定し、リガンド結合による構造変化を1H-NMR、可視/紫外共鳴ラマン、near-UV CD,で調べた。αのFe-His結合を欠くHbは、O2親和性の異なる2つのヘムが存在する2相性の酸素結合曲線を与え、協同性は示さなかった。一方βのFe-His結合を欠くHbは酸素親和性の高いへム1種の存在を示し協同性は示さなかった。分光学的測定結果は、リガンド結合による四次構造変化が起こらない事を示した。αのFe-His結合の消失はHbをTに凍結させるが、βのそれはαのO2親和性を高める事がわかった。2)可溶性グアニレートシクラーゼ(sGC)モデルとしてのバクテリアHNOXの共鳴ラマンスペクトル: NOセンサーであるsGCのラマンスペクトルはHbとはかなり異なる。それが蛋白のTyr-Ser-Arg (YxSxR)トリプレットモチーフとヘム側鎖との相互作用のためと想像されている。バクテリアHNOX蛋白がそのモチーフをもち、sGCに似たラマンスペクトルを与える。特異な相互作用を持つ蛋白のヘムの入れ替えは化学的にはできないので、自分でヘムを合成できない大腸菌、RP523株にHNOXを発現させる遺伝子ペクトルを作り、RP523株によるHNOX合成に成功した。それに外部からメソヘムを加えてHNOXが正しくできたので、その共鳴ラマンスペクトルを測定した。26年度が最終年度であるため、記入しない。生物物理化学26年度が最終年度であるため、記入しない。ヘモグロビンの紫外共鳴ラマンについては3報の論文を国際誌に発表し、ガスセンサー蛋白のNPAS2やHemArについても国際誌に成果を発表した。シトクロム酸化酵素をはじめ、他の金属酵素による酸素活性化機構に関する共鳴ラマン分光の研究成果が数多く得られ、この点に関して当初計画以上に進展した。トリプトファン残基の近紫外円二色性(CD)と紫外共鳴ラマンスペクトルの関係を詳しく調べ、J. Phys. Chem.に発表した.ガスセンサー蛋白のsGCのラマンスペクトルの解析のために、そのヘム結合部位モデルとなるH-NOX蛋白の発現系を大腸菌に準備して26年度が最終年度であるため、記入しない。NOセンサー蛋白の可溶性グアニレートシクラーゼ(sGC)及びそのモデル蛋白について詳しく調べると共に、ヒトヘモグロビンのFe-His結合を持たないcavity mutantについて、紫外共鳴ラマンでリガンド脱着によるサブユニット界面の構造変化を詳しく調べる。本年度は、NOセンサー蛋白の可溶性グアニレートシクラーゼ(sGC)及びそのモデル蛋白であるバクテリアのH-NOXの共鳴ラマンスペクトルを調べる.そのH-NOX蛋白に同位体ラベルへムを挿入出来るシステムを作り、ラマンバンドの帰属を確立する.実際的には、中国、吉林大学のXu, HaoranがsGCのβのモデルとなる、バクテリアのH-NOX蛋白の発現に成功し、それを兵庫県立大学に持参して共鳴ラマンスペクトルを測定するという共同研究を進めるために、旅費を多めに確保した。重水素化ラベルヘムを蛋白に再構成する実験が予定どおり進まなかったことにより、次年度使用額が発生した。次年度は、中国、吉林大学のYeubin Zhang博士がsGCのβ(#1-185)とβ(#1-385)及びsGCのβのモデルとなる、バクテリアのH-NOX蛋白を兵庫県立大学に持参し、その共鳴ラマンスペクトルを測定するという共同研究を進める。
非断熱性を取り入れた原子価結合局在電子波束法による動的化学結合理論

局在電子波束に立脚した新しい動的化学結合理論の確立を目指す。局在電子波束と原子価結合理論を組み合わせた独自の理論によって、分子内電子ダイナミクスを記述する手法の開発を進める。基礎理論の深化と共に、数値計算手法を効率化させて応用の可能性を広げる。原子核ダイナミクスの波束理論と組み合わせることにより、電子と原子核の非断熱結合と動的相関を記述する理論の構築を試みる。例えば、高強度レーザー場に誘起された電子ダイナミクス、金属クラスター中の水素拡散における電子とプロトンの非断熱的結合、液体水素などの量子液体における電子と軽原子の動的結合などへ応用する。
現代方言に基づくアクセント類別語彙の研究

本研究は、日本語アクセント史研究及び日本語方言アクセント研究において非常に重要な位置を占めるアクセント類別語彙を、現代の京阪式(中央式)諸方言のアクセントの観点から検討したものである。アクセント類別語彙に含まれる各語の方言間の対応、馴染み度や使用頻度などについて考察を加えた。また、現代の共通語では使われない語も扱うために、京阪式アクセント諸方言の方言辞典のアクセント記述についても検討を行った。さらにアクセント研究者以外が作成した各種アクセント資料がどのようなアクセント観(段階観・方向観)に基づくものであるかについても研究を行い、各資料の有用性について考察を行った。前年度に引き続き、今年度も京阪式(中央式)諸方言に関する従来のアクセント調査報告から、(1)類別語彙を中心とする少数語彙を扱うもの、(2)辞典形式の多量語彙を含む資料の両者について、資料収集及び整理を進めた。とくに(2)について作業を進展させた。今年度はとくに(2)のうち、方言辞典・方言集に関して考察を進めた。方言辞典・方言集を、(a)資料として問題なく使えるもの、(b)部分的に利用できるもの、(c)利用不能のものの3種に分類し、(a)(b)については各資料のアクセント記号の特徴、正確さ、どの程度まで利用できるのかなどを考察し、類別語彙の抜き出しも進めた。さらに、方言辞典・方言集はアクセントに関して予備知識がない人が作成することも多いので、一般人がアクセントを記録する際に用いる記号について、インターネット上のQ&Aサイトに見られるものと対照し、以下の事柄を明らかにした。(イ)英語アクセントの記述方式を日本語にそのまま当てはめるものが多いが、これは東京式アクセントにはそれなりにうまく機能するものの、京阪式に関しては無理であること。(ロ)漠然と上がる・下がる・平らとするものも目立つこと。(ハ)音の高低には触れず、問題とする語と同じ型の語をあげることで理解させようとするものも多いこと。そして、上記(b)(c)タイプの方言辞典・方言集の多くも、(イ)またはその影響を受けたと思われる方式を採用していること。また、記録の正確さについて、一般的日本語な母語話者や外国人日本語学習者のアクセント型知覚に関する諸研究の調査結果との相関関係についても考察した。そして京阪式の場合、高起式の3モーラ目以降に核がある型どうしの知覚が難しい場合があることから、(b)タイプの方言集でもこれらの型の記録が不十分な場合が目立つことを明らかにした。私自身の調査資料についても若干の整理を行うことができた。京阪式(中央式)諸方言に関する従来のアクセント調査報告のうちから、(1)類別語彙を中心とする少数語彙を扱うもの、(2)辞典形式の多量語彙を含む資料の、両者について、資料収集および若干の整理を行った。このうち、(1)類別語彙にほぼ限定される資料については、近畿から四国にかけてのアクセント調査報告の、網羅的な収集をすすめるとともに、いくらかの整理を行った。(2)方言辞典については、当該年度において、各地の方言辞典で、アクセント記号が付けられているものについて整理を行った。方言辞典によっては、一応アクセント記号が付けられてはいるものの、すべてのアクセント型を区別していない、不完全な記付け付しかなされていないものもあった。これらは、以前ならば資料価値が低いとして利用せずにすませることになったであろうが、方言語彙の衰退が顕著な昨今、新たな調査が困難な語彙も多く、こういった資料も貴重である。そのため、可能な限りこういったものも利用する方向で整理を進めた。近世以前のアクセント資料についても、このような不完全な記号付けがなされた資料もあるわけで、アクセント記号付けにおいて、どのような問題が生じがちなのか、なぜそのような記号づけがなされるのかという問題を考える上でも有用な資料となる。さらに、方言を扱った文献に断片的にアクセントに言及するものもあるが、そういったものも、できるだけ収集するように努めた。ただし、当該年度においては、整理された資料を基にした考察はほとんどできなかった。また、私自身が以前行った調査の整理については着手はしたものの、未だ本格的な整理には至らなかった。新たな臨地調査については、わずかに京都方言について行ったにとどまった。今年度は、まず第1に、前年度以前から行ってきた先行諸資料の検討のうち、中央式諸方言の方言辞典・方言集のアクセント記述の考察をさらに進め、調査報告論文としてまとめることができた。とりわけ、資料として完全ではないが部分的に利用できるものを詳細に検討し、その資料の著者の中央式アクセントに関するアクセント観を探り、また方言アクセント研究史上の位置付けを行った。一例として、方言辞典では中央式アクセントの最初の記録である田中萬兵衛(1934)の検討を行った。

方言辞典・方言集にみられる中央式アクセントのアクセント観に関しては、ほとんどが段階観(高低2段階がほとんどだが高中低の3段階のものが一つあった)によるものであって、方向観と段階観の両方が含まれるものが若干あった。上記田中(1934)は、方言アクセント研究の初期のものであって、方向観と段階観の両方が未整理な形で共存しているものであることを明らかにした。方向観のみによる記述はまったく存在しなかった。第2に、これまでアクセント類別語彙として収集されてきた個々の単語が、現代語においてどの程度基本的なものであるかを、天野他1999『日本語の語彙特性』(三省堂)及びTono他(2013) A Frequency Dictionary of Japanese (Routledge)の、馴染み度・頻度を参照して検討した。その結果、2拍体言および動詞・形容詞については各類にかなりの数の基本的な語が含まれるが、3拍体言・1拍体言は各類に必ずしも十分な数の基本的な語が含まれていないことが明らかになった。これは、とくに3拍体言において諸方言間のアクセント対応が不明確な場合が目立つことと無関係ではないと思われる。日本語学当初計画では25年度には辞典類の整理と、そこから類別語彙を網羅的に抜き出す作業を行う予定であった。これについても若干のデータ整理は進めることができたが、網羅的な語彙の抜き出し作業には至らなかった。また、臨地調査についてもほとんど実施できなかった。これらの点については達成度が低いと言わざるを得ない。その反面、26年度に予定していた俚言を扱ったアクセント記号付きの方言辞典・方言語彙集からの語彙の抜き出し作業と、方言辞典・方言語彙集のアクセント記号の考察を、前倒しで進めた。方言辞典・方言語彙集のアクセント記号の考察を先行させたのは、機械的な語彙の抜き出し以前に、記号の吟味が必要な資料がいくつかあったためである。その結果、いくつかの方言集のアクセント記述方法について解明することができた。それに付随して、当初の計画とは少し範囲が広がるが、方言辞典・方言集の作成者のみならず、一般人によるアクセント記録の方法やアクセント知覚の問題点についても考察をした。そしてその考察の中に、方言辞典・方言集のアクセント記号を位置付けることができた。ただし、今年度中に研究成果を公開できなかったのは遺憾である。当初の研究計画においては、当該年度につき、類別語彙を中心とする少数語彙を対象とする先行調査報告を中心に扱うとしていた。そして、それに従って、10種類前後の資料の整理を進めた。なお、個別の資料の整理の段階にとどまっており、全体を俯瞰しする段階にまでは至らなかった。しかしながら、当該年度においては、資料整備の面に関しては、これだけでなく、多くの語彙を含む、方言辞典形式の先行文献についてもいくらか整理を進めることができた。具体的には、中央式方言関係2文献と全国的な方言調査報告の1文献を処理することができた。いまだ考察には至っていないものの、この点は当初の計画よりもかなりの進展が見られたと判断する。反面、私自身の調査結果の整理については、申請時の計画よりも遅れている。
自己免疫疾患における自己抗原反応性T細胞の分子生物学的解析

我々は今まで自己抗体で認識される自己抗原のエピト-プの検索を進めてきた結果、多くの患者血清は、一つの自己抗原上の複数のエピト-プと強いアフィニティ-で反応することが分かり、これらの患者には自己抗原に反応するT細胞が存在しなければならないと考えられた。この様なT細胞が証明できれば、これを解析することで自己抗体の産生機序や免疫寛容破綻の機構を検討し、将来的には、これらの免疫異常を是正する方向に進み得ると考えられる。我々が従来蛋白発現に用いていた大腸菌プラスミドベクタ-は不溶性の融合蛋白として発現するので、この産物をリンパ球の培養系に加え難いことから、可溶性蛋白発現ベクタ-を種々試みた結果、マルト-ス結合蛋白との融合蛋白として発現するpMALーCベクタ-が使えることが判明した。そこでnRNP自己抗体の標的抗原の一つであるU1snRNP・A蛋白を規定する全長cDNAをこのベクタ-に組み換えた。次に大腸菌可溶化物中の発現蛋白をアミノレンジカラムで精製することで95%以上の純度の可溶性蛋白を得た。コントロ-ルはベクタ-が産生するマルト-ス結合蛋白のみを用いた。次に末梢血リンパ球とこのリコンビナント抗原を試験管内で培養し、7日後に^3Hーチミジンをパルスし細胞への取り込みを測定する系を作ることで以下の結果を得た。すなわち、坑A蛋白自己抗体を持っている患者のリンパ球はstimulationindexで2以上の結果を示したが、抗体陰性の自己免疫疾患患者や健常人のリンパ球は2以下であった。活性化され増えてくるリンパ球はCD4陽性のT細胞であり、坑CD4抗体により活性化は抑制された。限界希釈法にて反応T細胞の頻度を検討すると、数千個に一個程度となり、かなり高頻度であることが分かった。現在これらの反応性T細胞の性状をより詳細に検討中である。
「表面相互作用が機能性アミロイド線維伸長に及ぼす影響」

in vivoで形成されるAmyloid β(Aβ)アミロイド線維は、in vitroで形成されるアミロイド線維とは異なり、放射状に伸長した形態を示す。生体内に於けるAβアミロイド線維形成には、糖質や脂質、共存蛋白質との相互作用が関連し、これらの因子との相互作用が線維の形態に影響を及ぼすと考えられる。我々は、これまでに、ポリマーにより修飾した石英基板を用いて、表面相互作用がAβ(1-40)アミロイド線維に与える影響について明らかにした。今年度の研究では、より生命体に近い条件である脂質二重膜を使い、膜構成成分が、Aβ(1-40)アミロイド線維伸長に与える影響について調べた。研究は、脂質二重膜を構築した石英基板上でのAβ(1-40)アミロイド線維を全反射蛍光顕微鏡と蛍光色素ThTで観察することにより行った。観察の結果、Aβ(1-40)線維伸長は、脂質の構成成分に大きく依存することが解った。年度の途中から、米国カリフォルニア工科大学に於いて、機能性アミロイド線維の機能部位を担うタンパク質OPA1の研究を進めている。OPA1は、ダイナミン様GTPaseタンパク質であり、ミトコンドリアの内膜融合を促進する。これまでに大腸菌を使った発現系を構築し、OPA1の大量発現に成功した。これらの発現したOPA1は、良好なGTPase活性を示した。また発現したOPA1は、塩濃度依存的に、他のダイナミン様GTPaseと同様に、凝集体を形成することを明らかにした。さらに電子顕微鏡観察から、それらの凝集体は細繊維状の形態を示すことが判った。これらの結果から、大腸菌を使った系でも、活性を持つOPA1の大量発現に成功したことが明かになった。来年度は、引き続き、OPA1の物性を研究すると共に、OPA1を機能部位とした機能性アミロイド線維の形成・伸長反応についての研究を始める予定である。in vivoで形成されるAmyloidβ(Aβ)アミロイド線維は、in vitroで形成されるアミロイド線維とは異なり、放射状に伸長した形態を示す。またin vitroに於ける原子間力顕微鏡や蛍光顕微鏡観察の結果から、観察基板との相互作用が、線維の形態や伸長速度に影響を与えることが報告されている。しかしながら、表面相互作用のアミロイド線維伸長への影響については、体系的な研究例が少ないことから曖昧な点が多く残されている。今年度の研究では、疎水性相互作用と静電相互作用に注目し、これらの相互作用がAβ(1-40)アミロイド線維伸長に与える影響について調べた。研究は、主に表面特性の異なる石英基板上でのAβ(1-40)アミロイド線維伸長を全反射蛍光顕微鏡と蛍光色素ThTで観察することにより行った。観察の結果、Aβ(1-40)線維伸長は基板の表面特性に大きく依存することが解った。疎水性基板やプラス電荷を帯びた基板上では、線維伸長が阻害されたのに対し、マイナス電荷を帯びた基板上では、線維伸長が促進された。ポリマーを吸着させた基板表面で線維伸長が爆発的に促進された。より詳細な伸長機構を調べるために、リアルタイム観察を行ったところ、ポリマー表面での伸長は、石英表面とは異なり、溶液中から起こることが明らかになった。さらに共焦点レーザー走査顕微鏡観察の結果から、マイナス電荷を帯びた基板上で伸長した線維は、既に報告されているinsulinアミロイド線維から構成されるspherulite状のクラスターを形成することが明らかになった。このクラスター内に含まれる線維と石英基板上で伸長した線維を、伸長速度解析と電子顕微鏡観察で調べたところ、これらの線維が同一の線維であることが示唆された。またQCM測定より、マイナス電荷を持つ基板上でのモノマー及び線維の粘弾性が、他の基板上よりも低いことが分かった。以上の結果より、モノマー及びseedの基板への吸着の度合いが、アミロイド線維の形成及び伸長に大きく影響を与えることが示唆された。またspherulite様の線維の形態や大きさが、アルツハイマー病患者脳内に蓄積した老人班とよく似ていることから、spherulite様線維の形成機構を解明することにより、老人班の形成機構の理解が深まると考えられる。

OPA1は、ダイナミン様GTPaseタンパク質であり、ミトコンドリアの内膜融合を促進する。これまでに大腸菌を使った発現系を構築し、OPA1の大量発現に成功した。これらの発現したOPA1は、良好なGTPase活性を示した。また発現したOPA1は、塩濃度依存的に、他のダイナミン様GTPaseと同様に、凝集体を形成することを明らかにした。さらに電子顕微鏡観察から、それらの凝集体は細繊維状の形態を示すことが判った。これらの結果から、大腸菌を使った系でも、活性を持つOPA1の大量発現に成功したことが明かになった。来年度は、引き続き、OPA1の物性を研究すると共に、OPA1を機能部位とした機能性アミロイド線維の形成・伸長反応についての研究を始める予定である。
山地開発に伴う斜面崩壊の特徴とその防災について

研究は現在進行中であり、今後も継続して進めることになっているが、中央自動車斜面崩壊事故('82.8.2)、西川新倉林道崩壊事故('88.8.16)、採石場崩壊事故('85.10.4)、御岳昇仙峡有料道路斜面崩壊事故('88.10.11)等は何れも山梨県で発生した斜面崩壊事故である。これらの事故について降雨の解析をおこない、ハイエトグラフの特徴、タンクモデル等による斜面内保水量と斜面崩壊の関係等についてまとめた。また、法面安定に関係の深かった地質性状は、(1)断層破砕帯、(2)平行節理が発達した粘板岩及び妙岩、(3)スレーキングをおこしやすい泥岩や凝灰角礫岩、(4)斜面上の不安定な第4世紀堆積物であるローム土や崖錐などが主である。また、斜面崩壊事故数例を示し、その法面で施工された効果的な防災対策工法についての検討を行なった。山地斜面、特に岩盤を対象とした斜面の安定性判定のためには、亀裂、節理、層理、断層といった不連続面の力学的評価を付与した考察が必要とされる。本研究では、現段階までに提案されている多数の斜面安定解析手法の整理とそれら各種手法の特徴や相互関係、さらに適用限界等について総合的位置付を行なった。また、転落型落石に関与する諸要素を考慮した現場調査を実施し、そのデータの数量化分析から採点法における新たな採点基準を提案した。この採点基準と他の採点法における採点基準を用いて林道における落石斜面の危険度評価を行い、その妥当性と適用性を検討した。他方、これらの落石、斜面崩壊を防止し環境保全の面からグラスカーペット(植生帯)の研究も取り上げ、発芽・育成実験を通じてグラスカーペットの持つ特徴を定量的に確かめた。これによって、緑化工の実験・分析を一歩進めるための基礎がためが出来た。
網膜光受容体メラノプシンの分子解析から迫る哺乳類の行動・生理の光制御機構

哺乳類の光応答反応は「見ること」である視覚と「視覚以外の光応答」である非視覚応答の2種に大別される。実験マウスMus musculusを使用した研究により、数%の網膜神経節細胞に青色光感受性のオプシンであるメラノプシンが発現し、視細胞層の桿体・錐体に加えて第三の光受容細胞として機能することが明らかになってきた。メラノプシン発現網膜神経節細胞は自身が感受した光のみならず、桿体・錐体からの光情報を統合して脳に伝達し、概日時計の位相調節、睡眠、瞳孔収縮、および夜行性生物のマウスでは光回避行動などの非視覚応答を担う。メラノプシンは桿体・錐体のオプシンと比べて明るい光に反応し、活性を持続するユニークな光受容体である。メラノプシンは桿体・錐体の光受容体とは異なり、無脊椎動物のオプシンに類似してると考えられている。視覚応答・非視覚応答を理解するために、メラノプシン発現網膜神経節細胞内で光情報がいかに制御されているのかの解明に取り組んだ。メラノプシンが光刺激後にリン酸化され、アレスチンを介して不活性化されること、およびこの過程に必要な細胞内アミノ酸残基を見出した。具体的には、メラノプシンはGPCRファミリーの中でも長い細胞内C末端を保有しており、そのC末端領域内に種間で保存されているセリンスレオニン領域を見出した。その領域のアレスチンによるリン酸化が光応答の終了スピードを規定していること、さらには、βArrestin 2とβArrestin 1の両者がメラノプシン細胞に発現し、光応答終了過程とメラノプシン再生に寄与することを、それぞれの遺伝子破壊マウス等を用いて明らかにした(Cell Reports 2018)。さらに、ラットと同程度の重量の小型昼行性霊長類であるコモンマーモセットCallithrix jacchusを用い、概日時計研究を開始した(論文投稿中)。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。哺乳類の目において、1ー2%の網膜神経節細胞に青色光感受性の光受容タンパク質であるメラノプシンが発現しており、メラノプシン発現網膜神経節細胞と呼ばれる。メラノプシン発現網膜神経節細胞は自身で光を感じると共に桿体・錐体からの投射も受け、概日時計の位相調節や瞳孔の開閉などの非視覚応答を制御する。つまり、哺乳類の網膜においては桿体・錐体に加え、メラノプシン発現網膜神経節細胞が第三の光受容細胞として機能する。視覚応答・非視覚応答を理解するために、メラノプシン発現網膜神経節細胞内で光情報がいかに制御されているのかを解明したい。本年度はメラノプシンの性質を明らかにするためランダムミュータジェネシスおよび特定の領域を狙った変異体の作製を同時並行させた。哺乳類の培養細胞を暗黒条件下で維持し、メラノプシン変異体を細胞に発現させ、青色光の照射によるカルシウム濃度の変化、つまりメラノプシンの光応答をin vitroで測定した。数種類の光応答変異体を単離することに成功し、得られた変異体を組換えアデノ随伴ウィルスベクター用いてマウスの網膜神経節細胞に発現させて非視覚応答を測定し、in vivoで変異部位の意義を評価した。C末端細胞内部位の一部であるSer/Thr領域がアレスチンを介したリン酸化と(未発表)、それに伴う光応答終了に寄与していることを明らかにした(Neuron 2016)。当初の計画ではメラノプシンの様々な変異体の作製を進める予定であり、実際にそれを遂行して細胞に発現させることで機能を評価し、in vivo実験に持ち込む候補分子を得ることが出来た。また、網膜神経節細胞への導入方法を確立することができた。このように研究は計画通り順調に進んでいる。そのためメラノプシンの機能障害は片頭痛や睡眠障害などの光による悪化の一因であると考えられる。コンピューターのモニター画面のような人工的な光源から発せられるブルーライトや夜遅くまでの光照射環境はヒトの概日リズムを乱す原因であり、概日時計の乱れはメタボリックシンドローム、肥満、癌、冠状動脈性心疾患や認知症などの疾病を引き起こす可能性を高めることが疫学的に知られている。このように非視覚光応答は非常に重要な生理機能を担うにも関わらず、その研究は視覚応答と比べ大幅に遅れている。特に、霊長類での研究はほとんど行われておらず、その解析が待たれている。

視覚応答・非視覚応答を理解するために、メラノプシン発現網膜神経節細胞内で光情報がいかに制御されているのかを解明したい。本研究ではメラノプシンの性質を明らかにするためミュータジェネシスおよび特定の領域を狙った変異体の作製を同時並行させている。コモンマーモセットCallithrix jacchusはラットと同程度の重量の小型霊長類である。活動・摂食・飲水の量や時間帯を自動計測する系が存在していなかったため、そのセットアップに取り掛かり、基本的な概日リズムやパラメータを計測することが出来るようになった。昼行性であり、また、外界の光環境の入力を排して行動リズムの周期を測定したところ、非常に強固な概日時計の発振系を有していることを明らかにした。並行してメラノプシンの様々な変異体の作製を進め、細胞に発現させることで機能を評価し、in vivoマウス実験に持ち込む候補分子を得ることが出来た。C末端細胞内部位の一部Ser/Thr領域がアレスチンを介したリン酸化と、それに伴う光応答終了へ寄与していることを明らかにした(投稿中)。哺乳類の光応答反応は「見ること」である視覚と「視覚以外の光応答」である非視覚応答の2種に大別される。実験マウスMus musculusを使用した研究により、数%の網膜神経節細胞に青色光感受性のオプシンであるメラノプシンが発現し、視細胞層の桿体・錐体に加えて第三の光受容細胞として機能することが明らかになってきた。メラノプシン発現網膜神経節細胞は自身が感受した光のみならず、桿体・錐体からの光情報を統合して脳に伝達し、概日時計の位相調節、睡眠、瞳孔収縮、および夜行性生物のマウスでは光回避行動などの非視覚応答を担う。メラノプシンは桿体・錐体のオプシンと比べて明るい光に反応し、活性を持続するユニークな光受容体である。メラノプシンは桿体・錐体の光受容体とは異なり、無脊椎動物のオプシンに類似してると考えられている。視覚応答・非視覚応答を理解するために、メラノプシン発現網膜神経節細胞内で光情報がいかに制御されているのかの解明に取り組んだ。メラノプシンが光刺激後にリン酸化され、アレスチンを介して不活性化されること、およびこの過程に必要な細胞内アミノ酸残基を見出した。具体的には、メラノプシンはGPCRファミリーの中でも長い細胞内C末端を保有しており、そのC末端領域内に種間で保存されているセリンスレオニン領域を見出した。その領域のアレスチンによるリン酸化が光応答の終了スピードを規定していること、さらには、βArrestin 2とβArrestin 1の両者がメラノプシン細胞に発現し、光応答終了過程とメラノプシン再生に寄与することを、それぞれの遺伝子破壊マウス等を用いて明らかにした(Cell Reports 2018)。さらに、ラットと同程度の重量の小型昼行性霊長類であるコモンマーモセットCallithrix jacchusを用い、概日時計研究を開始した(論文投稿中)。今後は選定した候補分子を各種生物のin vivoにおいて評価する。そのための行動・生体レベルでの評価系の構築に取り掛かる。明暗環境をコントロールできる動物飼育環境のセットアップ、瞳孔収縮測定の構築、そのための暗室などを整える。選定した候補分子をマウス個体において評価する。複数の有力な候補を得ることができたので、順次解析を進める。あわせてメラノプシンの霊長類におけるin vivoの機能を明らかにするべく瞳孔収縮の測定方法など、様々な非視覚応答の測定系を検討している。安定性が高く、かつ動物の苦痛度が最も低い方法を最優先させる。
イオン・光・蛍光分布を同時検出可能なバイオイメージセンサの実現と応用

近年,トランジスタの集積度が1824ヵ月で倍増するという"ムーアの法則"が限界に差しかかっている.そこで,LSI(Large Scale Integration)にセンサなどを組み入れて多機能化し,付加価値を与える"More thanMoore"技術の開発が注目されている.また,医療,環境,食品などの分野では,生化学現象を検出するバイオセンサが注目されている.こういった分野では,様々な側面から現象を解析することが重要であり,複数の現象を検出できる多機能なセンサの開発が注目されつつある.本研究は,LSI技術とバイオ技術を融合することで,これまでにない価値を有する高機能,多機能で独創的なセンサシステムを提案するものである.これまでの研究によって,化学現象を計測するうえで重要な情報の一つであるpH(水素イオン濃度の指標)および光強度を2次元でリアルタイムに画像化するイメージセンサを実現した.本研究では,これらの機能に加えて蛍光(特定波長の光強度)を検出すること機能を付加したバイオイメージセンサを提案・実現する.蛍光反応は,取り扱いが容易なうえ情報量が多く,生化学などの分野において重要な計測技術である.一般的に蛍光の検出には,蛍光標識および蛍光スキャナを使用する.しかし,蛍光スキャナには光学フィルタや光源,バンドパスフィルタが必要となるため装置が大型化してしまう.そのため,蛍光検出とpH検出を可能にするイメージセンサの実現には,光学フィルタや顕微鏡などの光学系が不要なセンサ構造を実現する必要がある.当初予定していた,イオン・光・蛍光マルチモーダルイメージセンサのプロセス開発およびセンサ試作・基礎特性の評価を行うことができた.また,蛍光検出の精度および限界を向上させるため,新たなセンサ構造の提案およびプロセス開発を行った.イオン・光・蛍光マルチモーダルイメージセンサの基礎評価および応用を検討する過程で;感度および画素バラつきが不十分であることが判明した.これらの問題点は,プロセスおよび回路設計により改善することが見込まれる.今後は,実際に細胞観察などの基礎研究を並行して行い,改善点を見つけていく必要がある.本研究では,同一センサでイオン濃度,光強度,励起光/蛍光比を同時検出可能なバイオイメージセンサを実現し,生化学分野において破骨細胞など,活動メカニズムが解明されていない細胞の原理を明らかにすることを最終目標としている.この目標を達成するために本年度は,同一センサで複数現象を観察する際の技術的問題点を把握し,その原因を明らかにし克服することで,提案する原理の多機能センサを実現することを短期目標とした.特に時間分解能が低下する問題,イオン信号と光信号が相互干渉する問題を克服した.具体的な内容を下記に記す.1.イオン検出と光検出を交互に行った場合,時間分解能が低下するために高速な検出動作が困難になる.そこで本研究では,電子と正孔を信号電荷として用いることで,2つの検出動作を同一画素で全く同時に可能なセンサを実現した.本センサの基本原理は,イオン・光検出以外の物理-化学現象の検出への応用も期待できる.2.同一画素でイオン検出および光検出を行う場合,それらが相互干渉を起こし,独立した信号を取得するのが困難になる.そこで本研究では,偽信号を除去するセンサ構造を実現した.これにより,ほぼすべての相互干渉を除去できることを確認した.なお,これらの問題点を克服するために,イオン・光・蛍光マルチモーダルイメージセンサのプロセス開発およびセンサ試作・基礎特性の評価を行った.センサの設計,試作,パッケージおよび評価をすべて本学エレクトロニクス先端融合研究所内の固体機能デバイス研究施設で行った.近年,トランジスタの集積度が1824ヵ月で倍増するという"ムーアの法則"が限界に差しかかっている.そこで,LSI(Large Scale Integration)にセンサなどを組み入れて多機能化し,付加価値を与える"More thanMoore"技術の開発が注目されている.また,医療,環境,食品などの分野では,生化学現象を検出するバイオセンサが注目されている.こういった分野では,様々な側面から現象を解析することが重要であり,複数の現象を検出できる多機能なセンサの開発が注目されつつある.本研究は,LSI技術とバイオ技術を融合することで,これまでにない価値を有する高機能,多機能で独創的なセンサシステムを提案するものである.これまでの研究によって,化学現象を計測するうえで重要な情報の一つであるpH(水素イオン濃度の指標)および光強度を2次元でリアルタイムに画像化するイメージセンサを実現した.本研究では,これらの機能に加えて蛍光(特定波長の光強度)を検出すること機能を付加したバイオイメージセンサを提案・実現する.蛍光反応は,取り扱いが容易なうえ情報量が多く,生化学などの分野において重要な計測技術である.一般的に蛍光の検出には,蛍光標識および蛍光スキャナを使用する.しかし,蛍光スキャナには光学フィルタや光源,バンドパスフィルタが必要となるため装置が大型化してしまう.そのため,蛍光検出とpH検出を可能にするイメージセンサの実現には,光学フィルタや顕微鏡などの光学系が不要なセンサ構造を実現する必要がある.当初予定していた,イオン・光・蛍光マルチモーダルイメージセンサのプロセス開発およびセンサ試作・基礎特性の評価を行うことができた.また,来年度の目標である生化学分野への応用に向け,細胞観察に向けた基礎研究に取り掛かることができた.当初予定していた,イオン・光・蛍光マルチモーダルイメージセンサのプロセス開発およびセンサ試作・基礎特性の評価を行うことができた.また,蛍光検出の精度および限界を向上させるため,新たなセンサ構造の提案およびプロセス開発を行った.

イオン・光・蛍光マルチモーダルイメージセンサの基礎評価および応用を検討する過程で,感度および画素バラつきが不十分であることが判明した.これらの問題点は,プロセスおよび回路設計により改善することが見込まれるため,今後改善していく.また同時に,当初の目標である細胞観察に向けた基礎研究も推進していく.イオン・光・蛍光マルチモーダルイメージセンサの基礎評価および応用を検討する過程で;感度および画素バラつきが不十分であることが判明した.これらの問題点は,プロセスおよび回路設計により改善することが見込まれる.今後は,実際に細胞観察などの基礎研究を並行して行い,改善点を見つけていく必要がある.
消化管における水及び電解質輸送の制御機構に関する研究

生体内での水及び電解質の恒常性維持は、生命維持に必要不可欠な機構である。最近、生体における水及び電解質の恒常性維持に、消化管が重要な役割を果たしていることが、明らかにされつつある。これらの制御機構は基本的には、消化管に存在する神経系により制御されている。消化管は、脳や他の実質臓器と異なり、水及び電解質を分泌あるいは吸収する上皮細胞、それを制御している壁内神経系などが消化管それ自体に存在し複雑な系を構成している。従って、消化管での水及び電解質の制御機構を解明するためには、実際に水及び電解質を分泌する上皮細胞での細胞内情報伝達系の解析から上皮細胞を支配している神経系の制御機構をも含め、消化管全体を一つのシステムとしてとらえる巨視的な、研究思考が必要となる。本研究は、上述の観点から、神経解剖学、神経生理学、分子生理学など、各分野の専門家を集めて総合的に消化管での水及び電解質の神経性制御機構を解明することを意図して企画した。平成4年-5年度における国際学術共同研究により、現在までのところ、フランス側、及び日本側の共同研究者らにより、電子顕微鏡レベルでの水及び電解質の制御機構に関与する神経伝達物質の同定がほぼ完了しつつある。すなわち、消化管での電解質あるいは水の輸送調節に重要な意味を持つ、神経伝達物質であるアセチルコリンと神経ペプチドであるVIP(血管作動性ペプチド)、あるいはSubstance Pが1個の神経細胞中に共存することを、パリ第6大学のDrs.S.TsujiおよびP.Angladeとの共同研究により電子顕微鏡レベルで明らかにしたことは特筆すべき点である。また、代表者は1993年ドイツ連邦共和国ニーダーザクセン州立ペプチド研究所からの招請により、本研究の分子レベルでの制御機構を解析するため渡独し、細胞内情報伝達系に極めて重要な役割を演じている細胞内カルシウム濃度の測定を行なった。すなわち、細胞内情報伝達物質であるカルシュウムのsubstance Pによる上昇には少なくとも2種類以上の機構が関与していることをDr.G.Rechkemmerとの共同研究で明らかにした。さらに、実際に同定された化学伝達物質により、どのように消化管での水及び電解質の輸送が制御制御されているかを検討し、2種類以上の化学伝達物質が同時に、あるいはある一定の時間差をもって効果器細胞に作用することにより、効果器細胞の効果が著明に増強されることを見いだした。これら共同研究成果の重要性は、1930年代に、1個の神経細胞は1種類の化学伝達物質しか含まないという説で、ノ-ベル賞を受賞したDr.Daleの考え方を覆す生理学的データを提供した点にある。また、共同研究の成果の一部は、フランス及び中華人民共和国で開催された国際会議に代表者が招待され、発表した。その過程で、我々の研究成果がドイツ及びフランスの国立衛生研究所の研究者らの目に留まり、共同研究の申込があった。さらに、本研究遂行中に上述のVIPと極めて類似している神経ペプチドが視床下部より発見され、pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide(PACAP)と命名された。PACAPは遺伝子構造解析の結果から38個のアミノ酸より成り、VIPと極めて高い類似性を有することが報告されたため、PACAPの消化管粘膜イオン輸送調節機構のおける役割を検討した。その結果、PACAPは漿膜側への適用により、VIPと同様に、容量一依存性に漿膜側から粘膜側への電流量を増大させ、これが、クロライド・イオンの分泌によるものであることを明らかにした。PACAPによるクロライド・イオンの分泌は、神経遮断薬であるテトロドトキシンの前処置により完全に消失した。これらの結果は、PACAPによるクロライド・イオンの分泌がすべて壁内神経系を介して制御していることを示唆しており、VIPによる分泌反応の制御機構とは異なることを示した点は重要である。また、PACAPによるクロライド・イオンの分泌機構にコリン一作動性神経系および非一コリン作動性神経系の両者が関与していることも明らかにした。さらに、VIP受容体とPACAP受容体の相同性に関する研究により、VIP受容体およびPACAP受容体は、一部その認識機構を共有するが、一方で、それぞれが独自の受容認識機構を有することを明らかにした。両者の受容体のクローニングは、現在フランスとの共同研究で進行中である。

すなわち、消化管での電解質あるいは水の輸送調節に重要な意味を持つ、神経伝達物質であるアセチルコリンと神経ペプチドであるVIP(血管作動性ペプチド)、あるいはSubstance Pが1個の神経細胞中に共存することを、パリ第6大学のDrs.S.TsujiおよびP.Angladeとの共同研究により電子顕微鏡レベルで明らかにしたことは特筆すべき点である。また、代表者は1993年ドイツ連邦共和国ニーダーザクセン州立ペプチド研究所からの招請により、本研究の分子レベルでの制御機構を解析するため渡独し、細胞内情報伝達系に極めて重要な役割を演じている細胞内カルシウム濃度の測定を行なった。すなわち、細胞内情報伝達物質であるカルシュウムのsubstance Pによる上昇には少なくとも2種類以上の機構が関与していることをDr.G.Rechkemmerとの共同研究で明らかにした。さらに、実際に同定された化学伝達物質により、どのように消化管での水及び電解質の輸送が制御制御されているかを検討し、2種類以上の化学伝達物質が同時に、あるいはある一定の時間差をもって効果器細胞に作用することにより、効果器細胞の効果が著明に増強されることを見いだした。これら共同研究成果の重要性は、1930年代に、1個の神経細胞は1種類の化学伝達物質しか含まないという説で、ノ-ベル賞を受賞したDr.Daleの考え方を覆す生理学的データを提供した点にある。また、共同研究の成果の一部は、フランス及び中華人民共和国で開催された国際会議に代表者が招待され、発表した。その過程で、我々の研究成果がドイツ及びフランスの国立衛生研究所の研究者らの目に留まり、共同研究の申込があった。さらに、本研究遂行中に上述のVIPと極めて類似している神経ペプチドが視床下部より発見され、pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide(PACAP)と命名された。PACAPは遺伝子構造解析の結果から38個のアミノ酸より成り、VIPと極めて高い類似性を有することが報告されたため、PACAPの消化管粘膜イオン輸送調節機構のおける役割を検討した。その結果、PACAPは漿膜側への適用により、VIPと同様に、容量一依存性に漿膜側から粘膜側への電流量を増大させ、これが、クロライド・イオンの分泌によるものであることを明らかにした。PACAPによるクロライド・イオンの分泌は、神経遮断薬であるテトロドトキシンの前処置により完全に消失した。これらの結果は、PACAPによるクロライド・イオンの分泌がすべて壁内神経系を介して制御していることを示唆しており、VIPによる分泌反応の制御機構とは異なることを示した点は重要である。また、PACAPによるクロライド・イオンの分泌機構にコリン一作動性神経系および非一コリン作動性神経系の両者が関与していることも明らかにした。さらに、VIP受容体とPACAP受容体の相同性に関する研究により、VIP受容体およびPACAP受容体は、一部その認識機構を共有するが、一方で、それぞれが独自の受容認識機構を有することを明らかにした。両者の受容体のクローニングは、現在フランスとの共同研究で進行中である。生体内での水および電解質の恒常性維持は、生命にとって必要不可欠な生理活動である。
蛍光蛋白質と遺伝子変異マウスを用いた、インスリン細胞内輸送動態の視覚的解析

我々は、低分子GTP結合蛋白質Rab27aおよびそのエフェクター蛋白質Granuphilinが、インスリン分泌顆粒膜に局在し、その開口放出に関与することを、主として膵β細胞培養細胞株の系で示してきた。そこで、Rab27a遺伝子に自然変異のあるashenマウス、新たに作製したGranuphilinノックアウトマウスの膵β細胞を解析したところ、両分子が、その作用機序は異なるものの、ともにインスリン顆粒の細胞膜ドッキング過程に関与することを明らかにした。次に生きているマウス膵β細胞で、インスリン顆粒の動態を明らかにすることを試みた。まず、顆粒膜局在蛋白質phogrinとGFPを融合した蛋白質を膵β細胞株に発現し、インスリン分泌顆粒を可視化し、この細胞にGranuphilinを過剰発現すると、分泌顆粒が形質膜近傍へ集積されることを見出した。しかしphogrinは、顆粒膜蛋白質であるため、顆粒の細胞内分布をモニターすることができても、その開口放出を観察することはできない。そこで顆粒内容物であるインスリンを蛍光蛋白質と融合させた分子を発現する系の構築を試みた。まず第一に、インスリンのCペプチド部分に変異dsRed1遺伝子を挿入した遺伝子を膵β細胞に発現させたトランジェニックマウスTimerを用いる系、第二に、インスリンC端にGFPを融合させた遺伝子をコードするアデノウィルスを作製し、それを単離膵β細胞に感染させる系、を立ち上げた。これまでの研究により、第二の系が、分泌顆粒の開口放出を観察するのに、より適していることを見出した。現在、この系を用いて、全反射顕微鏡により、インスリン分泌顆粒の開口放出を観察している。特に、ashenマウス、Granuphilin遺伝子欠損マウス膵β細胞におけるインスリン分泌顆粒の動態を解析している。我々は、顆粒膜局在蛋白質phogrinとGFPを融合した蛋白質を膵β細胞株に発現し、インスリン分泌顆粒を可視化する系を確立し、この細胞にRab27aのエフェクター蛋白質Granuphilinを過剰発現すると、分泌顆粒が形質膜近傍へ集積されることを見出した。このことからGranuphilinは分泌顆粒を形質膜にドッキングさせる作用を有すると考えられる。この機能は、GranuphilinのSyntaxin-laとの結合活性に依存し、さらにRab27a遺伝子の自然変異マウスashenの膵β細胞において、グルコースによるインスリン顆粒の形質膜へのドッキング過程が障害されることを見出した。本研究では、マウス膵島においてインスリン分泌顆粒を可視化する系の構築を目指している。まず第一に、インスリンのCペプチド部分に変異dsRed1遺伝子を挿入した遺伝子を膵β細胞に発現させたトランジェニックマウスTimerを用いる系、第二に、インスリンC端にGFPを融合させた遺伝子をコードするアデノウィルスを作製し、それを単離膵β細胞に感染させる系、を立ち上げている。これまでの研究により、第一の系は、時間経過と共に蛍光が緑色から赤色に変化することから、顆粒の生成時間と細胞内分布の関係を見るのに適しておりリ、第二の系は、分泌顆粒の開口放出そのものを観察するのに適していることを見出した。本年は、低分子GTP結合蛋白質のひとつRab27aをコードする遺伝子の異常を示すashenマウス(J.Clin.Invest.発表)や、そのエフェクター蛋白質Granuphilin遺伝子欠損マウス(J.Cell Biol.発表)で、インスリン分泌顆粒の細胞膜へのドッキングが障害されていることを示すことができた。これまで申請者らは、顆粒膜局在蛋白質phogrinとGFPを融合した蛋白質を膵β細胞株に発現し、インスリン分泌顆粒を可視化する系を確立し、この細胞にRab27aのエフェクター蛋白質Granuphilinを過剰発現すると、分泌顆粒が形質膜近傍へ集積されることを見出した。

しかしphogrinは顆粒膜貫通蛋白質であるため、顆粒の細胞内分布を観察できても、その開口放出を検知することはできない。そこで顆粒内容物のインスリンと蛍光蛋白質の融合分子を発現する系を構築した。すなわち1)インスリンのCペプチド部分に変異dsRed1遺伝子を挿入した遺伝子を膵β細胞に発現させたトランジェニックマウスTimerを用いる系、2)インスリンC端にGFPを融合させた遺伝子をコードするアデノウィルスを単離膵β細胞に感染させる系、により、インスリン顆粒を可視化した。これまでの実験により、後者の系が、インスリン顆粒の動態を観察するのに、より適していることがわかった。現在、この系を用いて、全反射顕微鏡による、ashenマウスおよびGranuphilin遺伝子欠損マウス膵β細胞におけるインスリン分泌顆粒の動態を、正常マウス膵β細胞のそれと比較して解析している。
鉄筋コンクリ-ト造開口壁の補強設計法に関する研究

開口の断面欠損による耐力低下に対する補強方法および耐震設計法を取りまとめる作業を行なった。昨年度までに、開口横の袖壁部分をX形配筋により補強した試験体の実験を終了し、X形配筋の耐力および変形能に対する有効性を検証したが、縦横にダブルで配筋された壁厚さにX形に配筋できる量には限界があり、断面欠損分を補填することは難しく、むしろ耐力を補うには耐震壁の厚さを厚くする必要があることがわかった。開口壁を含む構造物の耐震設計では、降伏機構の降伏部の設計(降伏機構設計)と、降伏しない部分の強度を確保する設計(機構保証設計)に分けて耐震設計を行なう方針とした。開口壁の破壊モ-ドとして、(1)壁脚の曲げ降伏あるいは浮き上がり回転(圧縮側開口横には機構保証設計で強度確保)、(2)並列耐震壁として、壁脚および開口上下の梁端で曲げ降伏(開口横の袖壁は2枚の耐震壁として設計)、(3)開口横の袖壁部分のせん断降伏(開口横の袖壁の上下端で曲げ降伏)、などを考えて設計方法を検討した。開口壁の配筋詳細を考慮して強度を評価するマクロ・モデルとして、塑性理論に基づく上界定理と下界定理を用いる方法を検討した。変形の適合条件に立脚する上界定理を用いて、せん断耐力に対する斜め補強筋の寄与とその補強限界を検討した。開口壁のせん断耐力の算定には、袖壁部分を取り出して反曲点位置を仮定する力の釣合条件に立脚した下界定理を用いると適合性がよいことがわかった。成果を取りまとめて報告書を刊行する作業を行なった。本年度は5月、7月、11月、2月の4回の会合を開き、研究計画の検討、研究経過の報告、研究成果の審議を行なった。東京大学では、開口耐震壁の開口横の部分を取り出し、壁縦補強筋の配筋をパラメータとして縮尺約1/3の試験体4体を製作し、水平力に伴って圧縮力と引張りを受ける場合のせん断耐力を調べる水平1方向の単調載荷試験を行なった。壁縦筋の配置のせん断耐力に及ぼす影響は少なかった。軸力が低くなる場合には曲げ圧壊を起こしたが、軸力が大きな場合には曲げ降伏後にせん断圧縮破壊を起こした。新潟大学では、開口の大きさと位置、開口周囲の補強、開口横の補強筋をパラメータとした縮尺約1/4の試験体4体を製作し、定軸力と水平繰返し力による実験を行なった。実験で測定された鉄筋の歪からせん断抵抗機構の検討を行なった。横浜国立大学では、開口の有無とその形状をパラメータとした縮尺約1/2.5の試験体3体を製作し、定軸力でせん断スパン比1.0とした水平繰返し力による実験を行なった。実験で得られた開口耐震壁の終局せん断強度は、開口横と袖壁に逆対称曲げ状態に対する塑性理論(下界定理)による算定結果と比較的よい対応を示した。無開口耐震壁の大変形レベルにおける強度は、コンクリートの圧縮有効強度を低減させることが実験と最も対応がよいことを報告した。千葉大学では、非線形有限要素法を用いて解析的に開口耐震壁のせん断耐力を検討してきたが、本年では計算機の演算量を合理化するために分布ひび割れモデルをプログラムに組込み、演算時間を大幅に低減することができた。昨年度までに本研究で行なった開口耐震壁の実験結果を解析的に模擬できることを示し、X形補強筋はせん断補強筋として耐力および靱性向上のために有効であることを解析的に確認した。
超音波ドプラ位相差トラッキング法による胎児血圧と循環系の非侵襲的評価の試み

本研究では,新しい超音波ドプラ原理に基づく「位相差トラッキング法」により経母体腹壁的に胎児心筋や血管壁の微小振動を高精度計測し,心筋の厚み変化や血管径変化波形から心駆出機能,血圧,末梢血管抵抗などの心循環系機能の評価を行うことを目的としている。初年度は,胎児循環動態ダイナミックに変動する臨床的モデルとして一絨毛膜双胎を対象にして,双胎の両児の心筋厚み変化を実測した。胎児心筋を0.75mmの層に分割して解析したところ,単胎正常胎児では右室壁の心筋壁の厚み変化速度が有意に高かったが,一絨毛膜双胎ではrecipient twinと推定される胎児で心筋の厚み変化速度が低下傾向にあった。また経時的に値が変化することが観察された。一絨毛膜双胎では胎盤のほぼ100%に両児間の血管吻合が存在し,何らかの原因で血液が一方に移動して循環動態のバランスが崩れることがある。Recipient twinに観察された心筋厚み変化速度の低下は,donor twinからの血液の移動による循環負荷,特に心の前負荷の上昇によるものと考えられる。同時に観察された心拍数基線の低下は循環負荷による動脈圧受容体反射機能の関与が推定される。過去に行われた圧カテーテルを用いた動物実験から,血管径変化波形と測定部位における圧波形が相似であることが知られている。さらに一絨毛膜双胎の胎児における血管径変化波形を位相差トラッキングで解析し、両児間でダイナミックに循環が変動することが確認された。母体腹壁から胎児の大動脈脈派波形を記録し、血管径変化波形が胎児心循環機能評価として応用できる可能性が示唆された。