hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マウス卵細胞質の脂肪滴の可視化と生理機能に関する研究

脂肪滴はリン脂質の一重層からなる膜と中性脂肪を中心部に含んだ構造体である。脂肪滴は中性脂肪を単に蓄えるだけではなく、多様な生理機能を持つオルガネラである。ほ乳動物の卵細胞質には多量の脂肪滴が含まれているが、その生理機能はよく分かっていない。本研究は、特に受精前後の脂肪滴に着目して、脂肪滴の動態や蓄積に関わる分子機構の一端を明らかにするのが目的である。本研究によって、卵細胞質に蓄積された脂肪滴は受精前後に劇的にその局在を変化させることが明らかとなった。また、受精後の脂肪滴は、細胞内のリパーゼによって分解されるだけでなく、受精直後に活発に起こるオートファジーによる選択的分解が関与する可能性がある。脂肪滴は、ほとんどすべての細胞に観察される構造体であり、近年の研究から脂質代謝や細胞内シグナリングなど多様な生理機能を担うオルガネラの1つであることが知られている。一方で、ほ乳動物の卵細胞質には多量の脂肪滴が存在するが、その存在意義などは未だよく分かっていない。本研究では、マウス卵細胞質の脂肪滴に着目して、卵成熟過程や受精後の初期胚発生過程における脂肪滴の詳細な動態観察および脂肪滴の分解機構を検討することで、卵細胞質における脂肪滴の必要性を明らかにするのが目的である。平成27年度は、本研究に先駆けて作製した脂肪滴可視化マウス(全身の脂肪滴が緑色蛍光タンパク質(GFP)で標識されるマウス)由来の卵細胞を用いて、これまで限られた時間と時期しか観察されなかった脂肪滴の動態を詳細に観察するための実験系の構築および観察された脂肪滴と周囲のオルガネラとの時空間的な関係性について解析した。まず、脂肪滴可視化マウス由来の卵細胞を生きたまま蛍光イメージングするために、アステック社のリアルタイム培養細胞観察システム(CCM-MULTI)を用いて、受精後の卵細胞を数日間培養しながら蛍光観察ができる条件検討を行い、蛍光観察を行わない一般的な培養装置で培養した体外受精卵と同等の発生が可能な条件構築に成功した。次に、構築した条件下で、受精直後の1細胞から胚盤胞期までの脂肪滴の動態観察を行った。その結果、受精前の卵細胞質で凝集している脂肪滴は、受精直後に分散し、発生の後半で再合成されるような動態を示すことが分かった。また、当初は受精しなかった未受精卵の脂肪滴の動態変化は少ないと予想していたが、今回の観察では、未受精卵でも脂肪滴は活発に変化することが新たに明らかになった。ただし、受精卵と比較すると、未受精卵の脂肪滴は凝集傾向が高く、受精刺激が脂肪滴凝集の分散に関与している可能性が高いと予想される。本年度計画した研究の大半はほぼ計画通り遂行し新規の知見が得られた。一方で、一般的な培養細胞と異なり卵細胞質は蛍光照射の影響を受けやすく、生きたまま脂肪滴を観察するための条件検討に時間を費やす結果となった。そのために当初計画していた他のオルガネラとの時空間的な関係性の検討については、次年度以降に実施する予定である。脂肪滴は細胞質に普遍的に含まれる構造体(オルガネラの1つ)である。本研究では初期発生、特にマウスの卵子や受精卵に含まれる脂肪滴の動態観察や機能解析を通してその生理学的意義を明らかにするのが最終的な目的である。脂肪滴の含有量は動物種ごとに異なるが、マウスやヒト卵は比較的少なく発生過程における動態をより鮮明に観察できるメリットもある。これまでの研究期間内に、受精によって脂肪滴はダイナミックにその形態や局在を変化させることを明らかにした。特に受精前は一つ一つの脂肪滴が集合体を形成する傾向が強く、受精によってこれらの集合体が分散することを初めて明らかにした。今年度は、脂肪滴の「オートファジーによる分解」に焦点を当てて研究を遂行した。一般的にオートファジーは選択性のない分解系であるが、アダプター分子を介した選択的分解が起こることが近年報告されている。そこで、オートファジーによる卵細胞質内の脂肪滴分解の可能性について検討した。その結果、受精後のマウス初期胚では、一般的なリポリシスによる脂肪滴分解が主要な分解経路として優先的に機能しているが、脂肪滴の一部はオートファジー依存的かつ選択的に分解されることが明らかとなった。また、オートファジーのアダプター分子を脂肪滴に局在させることで、オートファジーによる選択的な脂肪滴分解(リポファジー)を人工的に誘導できることも分かった。さらに、オートファジーによって脂肪滴の含量が低下した受精卵は、その後の胚発生能が低下することも明らかになった。これらの結果は、卵細胞質に含まれる脂肪滴の分解に受精後のオートファジーが新たに関与しうる可能性があるだけでなく、卵細胞質の脂肪滴の含有量を一定に保持することが卵細胞質の品質維持に関与することを示唆していると考えられる。当初の計画通り研究を遂行することで、予想された結果と共に新たな分子メカニズムを見出すことができ、新規の着想に至っている。一方で、研究成果を公開するための論文執筆に遅れが生じている。これらを総合的に考えて、「おおむね順調に進展している」という区分を選択した。今年度は、卵細胞質に蓄積された脂肪滴の受精後の分解機構に焦点を当てた。

受精直後から活発にオートファジーが誘導されるため、まずはオートファジー阻害条件下における脂肪滴の動態観察を行い、さらにオートファジーの選択的基質を介したオートファジーによる脂肪滴の選択的分解(リポファジー)の可能性についても検討を加えた。受精後のオートファジーを特異的に阻害すると、8細胞期までに胚発生は停止するが、この際に脂肪滴の大規模な蓄積は観察されなかった。電子顕微鏡を用いた観察からも、オートファジー欠損下における明確な脂肪滴の蓄積は観察されなかった。そこでリパーゼ阻害剤で受精卵を処理すると、発生に伴い脂肪滴が蓄積することが明らかとなった。このことから、受精後に起こる脂肪滴の分解は、主にリパーゼが担っていると考えられる。次に、受精後に活発に起こるオートファジーによって脂肪滴を人工的に分解させることで、オートファジーによる脂肪滴の選択的分解の可能性を検討した。この目的のために、オートファジーの選択的アダプターを脂肪滴上に発現させたところ、卵細胞質中で分散していた脂肪滴が凝集し、細胞膜の近傍へ移動することが明らかとなった。電子顕微鏡を用いた解析から、細胞膜近傍に運ばれた脂肪滴の周辺には多数のリソソームが局在することが分かった。これらの結果は、脂肪滴の表面上にオートファジーアダプターを発現させるだけで、内在性のオートファジーの活性によって脂肪滴が選択的に分解されることを示唆しており、受精直後のオートファジーによって脂肪滴の品質管理が行われる可能性も考えられる。なお、我々はこのようなオートファジーを利用して脂肪滴を分解させる機構をForcedリポファジーと名付けた。脂肪滴はリン脂質の一重層からなる膜と中性脂肪を中心部に含んだ構造体である。脂肪滴は中性脂肪を単に蓄えるだけではなく、多様な生理機能を持つオルガネラである。ほ乳動物の卵細胞質には多量の脂肪滴が含まれているが、その生理機能はよく分かっていない。本研究は、特に受精前後の脂肪滴に着目して、脂肪滴の動態や蓄積に関わる分子機構の一端を明らかにするのが目的である。本研究によって、卵細胞質に蓄積された脂肪滴は受精前後に劇的にその局在を変化させることが明らかとなった。また、受精後の脂肪滴は、細胞内のリパーゼによって分解されるだけでなく、受精直後に活発に起こるオートファジーによる選択的分解が関与する可能性がある。平成28年度以降の実験計画として当初予定していた脂肪滴の合成などに関わる遺伝子群を網羅的に卵特異的に遺伝子破壊したノックアウトマウス作製が難航している。理由の1つはゲノム編集技術を用いた人工遺伝子の目的領域への挿入効率が低く期待された通りのゲノム編集マウスの作製が難しい点である。この課題を克服するために、候補とする遺伝子のうちすでに目的とする遺伝子改変マウスが入手可能な場合には譲渡を依頼することを考えている。また、昨年度までに実施した予備的実験から、脂肪滴の分解経路を活性化することで細胞内の脂肪滴含量が低下することを見出しており、分解系を人工的に活性化することで、当初の目的であった脂肪滴を欠損させた卵が作出できないかどうか検討する予定である。今後の研究に関しては、基本的には当初計画した通り進める予定であるが、これまでの研究期間に見出した新しい分子機構はさらに追求する必要性もある。特に脂肪滴のオートファジーによる選択的分解に関わる機構は、未だ多くが不明である。さらにマウス受精卵に固有のプロセスで起こっている可能性もある。
アジア蒸暑地域における建築専門工事に従事する外国籍労働者の実態

本研究は、外国籍労働者が多く建設工事に従事するアジア蒸暑地域を対象に、設備・建築外皮専門工事の労働体制および外国籍の出稼ぎ労働者(いずれ母国に帰る可能性が高い労働者)の域内移動による技術伝播メカニズムを解明し、専門工事に従事する外国籍労働者の能力向上の為の方策を検討する。研究は、対象都市の法的枠組みや社会システムの概観を把握した後、労働体制に関するフィールド調査から専門工事労働者の能力確保システムを明らかにし、工事経験で得た施工技術の伝播の可視化を試みる。本研究は海外からの建設労働力に依存せざるをえない日本が、今後検討すべき外国籍労働者の能力構築に寄与する。
東南アジア島嶼部の高地社会におけるコーヒー栽培と貨幣経済に関する歴史人類学的研究

2018年8月よりポルトガルのリスボン大学社会科学研究所に客員研究員として所属し、東ティモールにおけるポルトガル政庁の通貨政策と税制度の経緯について調査をおこなうべく準備を進めている。それに先立ち、この10年程度のあいだに発表された東ティモールに関連する研究論文、なかでもコーヒー栽培農民に関連する論文を中心に読み進める作業をおこなってきた。例えばKelly Silva(2016)は、Administrando pessoas, recursos e rituais: Petagogia economica como tatica degoverno emTimor-Leste.のなかで、ティモールの伝統的資源管理の監修を、儀礼における家畜供与に適応し、一定期間の儀礼を禁止するという地方政府主導の試みについて、ガバナンスという視座から分析をおこなった。Chiristopher Sheperd(2014)は、その著書Development and Environmental PoliticsUnmasked: Anthority, Participation and equity in East Timorのなかで、コーヒー栽培を含む農作物の東ティモールへの導入の歴史的経緯を、ポルトガル時代に遡り考察している。こうした先行研究のなかで、コーヒー栽培導入の歴史的背景、そして現在のコーヒー栽培農民を取り巻く政治経済状況に関する研究が進んでいることができた。他方で、ポルトガル時代の貨幣と税制の導入と伝統経済の変化との関連で、コーヒー栽培導入を論じている研究はないようであることも、改めて確認できた。リスボン大学社会科学研究所に所属しつつ、この十年あまりの東ティモール研究の進捗について確認することができたこと、同研究所に所属することで、英語圏、ポルトガル語圏の東ティモール研究者と交流することが可能になったこと、アーカイブ調査の足がかりが可能になった点から、おおむね順調に調査研究が進展していると判断する。2019年度も引き続き、8月までリスボン大学社会科学研究所に所属し調査研究を進める予定である。過去10年の研究論文の読み込み終了後、アーカイブにおける史料調査を開始する。6月末には同研究所にて、7月にはオランダのライデン大学にて研究成果の発表を予定している。8月末に一時帰国したのち、9月に東ティモール・エルメラ県における現地調査を予定している。現在、年度をまたぐかたちで海外調査研究に従事しており、最終的な支出額が確定していないことから、次年度使用額が生じている。
受動形制振機構の数値最適化に関する研究

1.受動形ジャイロ制振機構の数値最適化では,機構的な非線形性により励振トルクが強くなると線形近似の誤差が増加する問題がある。そこで,本研究ではまずフォッカープランク方程式を導き,ガラーキン法による定常応答解析に基づき主系角分散を最小化するパラメータ最適化問題としての定式化を採用し,ジンバルばねとジンバル減衰の設計について調べた。外乱が弱い場合,計算精度はかなり高いことが判明した。しかし,非線形性の考慮が効果的な強い外乱においては同時に誤差が増加し,精度を保つため項数を増やすと連立方程式の次数が高くなり過ぎるなどの問題が生じた。しかし,実用的な精度の領域においても線形近似設計と比較して主系角分散が約15%減少する場合が認められた。2.モンテカルロ最適化に関連していえば次のような中間結果となっている。成形フィルタを用いる場合など,拡大系が複雑になると決定論的な方法では解析や最適設計が困難になる。擬似乱数によるシミュレーション,すなわち、モンテカルロ法で分散値を推定すると,決定論的な手法のように計算量が激増することはなく,穏やかに増加するに過ぎない。そこで,最近、新たな最適化手法として注目集めている遺伝的アルゴリズムとモンテカルロ法を組み合わせることにより一種のモンテカルロ最適化を実現し,上記の解法と同様に受動形ジャイロ制振機構の不規則励振のもとでのパラメータ最適化に適用した。その結果,同一の計算条件において同等の分散値を示す最良解が得られた。解法の特長として,(1)外乱のつよさに解析上の制約がなく,(2)トランスピュータなどの並列計算機による計算効率が高いところが確認された。遺伝的アルゴリズムは(3)組合せ論的な制約が扱い易く,本解法は一般的な最適設計問題への適用可能性も高い。
史料としての「使琉球詩」の研究

1.「使琉球詩」の収集・歴代冊封正使・副使そして彼ら従客たちの残した漢詩などを可能な限り網羅的に収集する作業を継続した。・国内では沖縄県立図書館、国外ではシドニー大学図書館など、各地の図書館を訪ね、所蔵する「使琉球詩」関連の漢籍の原本・写本、原刊本・再刻本などの確認、また複製を入手する作業を行った。・作品集のほか、使琉球録に掲載された詩、沖縄各地に残された書跡など、既知の史料はもちろんのこと、未知の作品集などの発掘に努めた。2.「使琉球詩」の分析・初年度・昨年度に引き続いて、申請者の発見した徐葆光『奉使琉球詩』の検討を行うとともに、蕭崇業と謝杰の『皇華唱和詩』、胡靖の『中山詩集』、汪楫の『観海集』、など他の冊封使の作品集について分析を継続した。・嘉慶5年(1800)の冊封正使趙文楷の詩集『槎上存稿』と副使李鼎元の詩集『師竹斎集』を対象として、李鼎元の残した使琉球録や、琉球側の史料との比較・検証作業を行った。その結果、世上広く読まれている李鼎元『使琉球記』に日時の記載誤りの少なくないことなどを明らかにし、使琉球詩の史料としての有用性を示した。・李鼎元『使琉球記』の記載日時と内容について史料批判を行い、正しい日時の下に再編成する作業を行った。3.「使琉球詩」データベースの構築・収集した「使琉球詩」を原本に使用された文字の通りに入力し、さらにさまざま属性を与えて、研究支援データベースを構築する作業を継続した。・原本に忠実に作成された電子テクストを活用するためどのようなデータベースソフトを活用するのがよいか、いくつかのデータベースソフトを用いてデータベースを仮構築し、比較検討した。1.「使琉球詩」の収集・歴代冊封使やその従客の残した漢詩作品集を可能な限り網羅的に収集する作業を行い、次のような史料を収集した。蕭崇業・謝杰『皇華唱和詩』、胡靖『中山詩集』、汪楫『観海集』、徐葆光『奉使琉球詩』、周煌『海山存稿』、王夢樓『海天遊草』、趙文楷『槎上存稿』、李鼎元『師竹斎集』。・以上の作品集のほか、使琉球録に掲載された詩、沖縄各地に残された書跡など、既知の史料はもちろんのこと、未知の作品集などの発掘に努め、下記の冊封使やその従客の作品を収集した。胡靖、汪楫、林麟〓、海宝、徐葆光、全魁、周煌、王夢樓、趙文楷、李鼎元、寄塵、陳邦光、齊鯤、費錫章、林鴻年、高人鑑など漢詩を収集した。2.「使琉球詩」の分析・2003年に発見した徐葆光『奉使琉球詩』は、質・量ともに「使琉球詩」の代表というべきものであって、この作品集を突破点とすべく、詳細な検討を行った。使琉球録はもとより琉球側の史料と比較・検証を行うなど、史料批判を徹底することによって史料としての有用性を示す作業を進め、有益な示唆を得ることができた。3.「使琉球詩」データベースの構築・収集した「使琉球詩」を原本に使用された文字の通りに入力し、さらにさまざま属性を与えて、研究支援データベースを構築することを目標にデータ入力作業を遂行した。作品集については、蕭崇業・謝杰『皇華唱和詩』、胡靖『中山詩集』、汪楫『観海集』、徐葆光『奉使琉球詩』、周煌『海山存稿』、王夢樓『海天遊草』、趙文楷『槎上存稿』のデータ入力をほぼ完了し、残る李鼎元『師竹斎集』は次年度に入力する予定である。また作信州以外の漢詩については、収集にあわせて入力作業を進めた。・研究支援データベース構築のためにどのような属性をもたせるべきか、さまざまな視点から検討した。国内では沖縄県立図書館を中心に国会図書館、東京大学史料編纂所、国外ではシドニー大学図書館など、各地の図書館を訪ね、所蔵する「使琉球詩」関連の漢籍の原本・写本、原刊本・再刻本などの確認、また複製を入手する作業を行った。2.「使琉球詩」の分析・初年度に引き続いて、申請者の発見した徐葆光『奉使琉球詩』の検討を行うとともに、蕭崇業と謝杰の『皇華唱和詩』、胡靖の『中山詩集』、汪楫の『観海集』、など他の冊封使の作品集について詳細な分析を行った。・残された使琉球録はもとより琉球側の史料と比較・検証を行うなど、史料批判を徹底することによって史料としての有用性を示すことに努めた。・徐葆光が那覇の上天妃宮と下天妃宮に残した聯は、両者の沿革はもとより、琉球王国における外交機能の変遷を考えるのにきわめて有益な史料であることを見いだした。

従来の説を根本的に見直す作業を行っている。3.「使琉球詩」データベースの構築・収集した「使琉球詩」を原本に使用された文字の通りに入力し、さらにさまざま属性を与えて、研究支援データベースを構築する作業を継続した。・原本に忠実に作成された電子テクストを活用するためどのようなデータベースソフトを活用するのがよいか、いくつかのデータベースソフトを用いてデータベースを仮構築し、比較検討した。1.「使琉球詩」の収集・歴代冊封正使・副使そして彼ら従客たちの残した漢詩などを可能な限り網羅的に収集する作業を継続した。・国内では沖縄県立図書館、国外ではシドニー大学図書館など、各地の図書館を訪ね、所蔵する「使琉球詩」関連の漢籍の原本・写本、原刊本・再刻本などの確認、また複製を入手する作業を行った。・作品集のほか、使琉球録に掲載された詩、沖縄各地に残された書跡など、既知の史料はもちろんのこと、未知の作品集などの発掘に努めた。2.「使琉球詩」の分析・初年度・昨年度に引き続いて、申請者の発見した徐葆光『奉使琉球詩』の検討を行うとともに、蕭崇業と謝杰の『皇華唱和詩』、胡靖の『中山詩集』、汪楫の『観海集』、など他の冊封使の作品集について分析を継続した。・嘉慶5年(1800)の冊封正使趙文楷の詩集『槎上存稿』と副使李鼎元の詩集『師竹斎集』を対象として、李鼎元の残した使琉球録や、琉球側の史料との比較・検証作業を行った。その結果、世上広く読まれている李鼎元『使琉球記』に日時の記載誤りの少なくないことなどを明らかにし、使琉球詩の史料としての有用性を示した。・李鼎元『使琉球記』の記載日時と内容について史料批判を行い、正しい日時の下に再編成する作業を行った。
面領域の表面性状測定機を対象とした校正・測定標準面の製造と国際標準規格化

三次元の表面性状測定機の校正や測定性能を検証するための測定標準面の設計指針並びに実量器の製造及び複製技術の開発を行った。慣習的な触針式表面粗さ測定機を対象に、二次元及び三次元の不規則凹凸データを新規の数学モデルで生成させ、超精密加工機による除去加工で実量器を製作した。また、電鋳及びナノインプリント技術により金型の複製を試み、実用化のための基礎的技術資料を得た。さらに、光学式表面性状測定機の測定性能を検証するため、最大傾斜を一定とする擬似的なチャープ信号波形を集束イオンビーム加工機で創製した。これらの標準面実量器に対して、不確かさを考慮した値付けを試み、使用法の指針を明らかにした。最終的に、本研究課題で得られた知見を総合してISO/TC213 WG16での規格草稿案に新規項目として盛り込む事ができた。矩形面領域で繰返し連結が可能な3次元ランダム表面凹凸データに表面波長レンジを設定できるより汎用的なパッケージソフトウェアを完成させた.入力条件の自己相関関数に付帯条件を付加し,さらに計算時間の大幅な短縮化を図った.また,超精密5軸制御加工機の工具軌跡導出のアルゴリズムを改良し,金型材上のNi-Pめっき層に測定標準面(ランダム表面凹凸)を創製する加工システムの体系化を完了させた.続いて,標準面実量器を上記の標準面から複製することを前提に,1次電鋳試料を安定かつ高精度に製造する技術開発を行った.実験計画法(タグチメソッド)を適用,内部応力制御技術、液組成の最適化、離形処理技術、水素ガスの脱離技術などを開発することができた.ただし,電鋳では標準面に損傷を与える危険性があることが判明したため,樹脂材によるナノインプリント複製技術を代替技術とした.同じく実験計画法に基づいて最適な加工条件を導出した.標準面の損傷は皆無であったが複製品に収縮と巨視的なひずみが生じることが分かった.その定量化が可能なことを明らかにし,標準面実量器の値付けに反映させることで解決策とした.一方でEBによるレジストへのランダム面創製を試行したが,不確定要因が多いため高精度の標準面製作が非現実的なものであることを認識した.Si鏡面のFIB加工に際して,表面凹凸データからNC加工データに変換するためのアルゴリズムを開発し,ソフトウェア化を図った.具体的に表面波長スパンが1μmで面領域の二乗平均平方根粗Sqが約0.1μmのランダム標準面(数十μm平方)を製作した.また,本標準面にも上記のナノインプリント技術を適用し,樹脂材の複製標準面が容易に製作できること,光学反射膜のスパッタリングも可能であることが分かった.表面性状測定機の校正や測定性能を定量化するための測定標準面の設計指針を明確にした。すなわち、通常の校正作業にはステップ状の段差形状及び間隔標準面が適用されること、表面波長に対する振幅応答特性には凹凸面の最大傾斜が同一のチャープ信号波形面が合理的であること、表面性状パラメータの校正には表面波長及び傾斜の帯域幅を限定したランダム不規則凹凸面が必要であることを試作例に基づいて実証した。測定標準面の複製品が要求されることから、原型がNi-Pめっき層などの場合は原型の表面損傷を避ける目的から一次複製を樹脂基板とし、二次複製を電気鋳造技術により製造する技術開発を行った。多数の繰り返し製造が十分な精度で行えることを確認した。ただし、熱収縮と微細形状部分の転写不完全性があるため表面性状パラメータの値付けには不確かさ値の付記が必須条件となることを提示した。光学式表面性状測定機において高倍率の測定性能を検証するためのチャープ信号波形を集束イオンビーム加工により試作した。加工後の表面凹凸データをフィードバック機能付きのAFMで測定し、設計データと相対比較した結果、適用した集束イオンビーム加工技術が十分な実用性を有していることが分かった。さらに、樹脂基板にナノインプリント技術で安定的に複製するための最適条件を確立することができた。若干の転写不良箇所も観察されたが、市販の光学式測定機の振幅応答特性を把握する上では支障がないことを確認した。前年度に目的を達成できなかった電子ビーム加工によるレジスト面の凹凸形状創製を放射状の段差創製に変更し、光学式測定機の回折限界付近の測定挙動実験に供することとした。最大傾斜を一定とした擬似的なチャープ信号波形を集束イオンビーム加工装置で安定的に製作するための設計データ処理と加工条件の選定規範を明確化させた。

これにより、傾斜及び波長の範囲をパラメータとする段階的な標準面の工業的供給が可能となり、光学式表面性状測定機の性能検証が一般化する。特に短波長側の振幅応答特性が容易に得られることから、異機種間での測定データの相関性について解析が可能となった。また、急傾斜部において異常測定値となる原因を実験と理論の両面から究明を試みた。光学式測定機を対象とした検証はアスペクト比とデューティ比が一定となる矩形波のスター形標準面を用いて行い、電磁場のベクトル解析により現象を定性的に説明できることが分かった。これらの問題点に対して当面は画像データ処理の技法で異常値補正を行う必要があるに留める。ランダム標準面実量器の値付けはサンプリング条件及びネスティング指標に著しく依存することから、ソフトゲージデータの正当性を再検討した。源波形の生成条件に傾斜範囲を追加する必要性を提示し、計算アルゴリズムの改良並びに演算実験を試みた。マスター標準面は基準面積の繰り返し構造が適していることを再確認し、ネスティング指標の観点から少なくとも4面を要するとした。ISO/TC213 WG16での草稿案(DIS25178シリーズ)における測定機の横方向像分解能の用語と定義に一貫性が欠けることを見出し、光学と計測学の両面から新たな定義づけが必要となることを明示した。同じくISO/TC213で制定した三次元の表面性状パラメータ(統合パラメータと形体パラメータを重視)の算出アルゴリズムを本研究課題の最終検討項目に掲げ、市販のソフトウェアと研究代表者らが開発したソフトウェアを対象に前記のソフトゲージデータに基づいて実験解析を行い、JIS化に際しての問題点を明らかにした。
バイオマス由来超分子ポリマーの創製と超分子構造による生分解性制御

非可食バイオマス由来のフルフラールを出発物質として、新規バイオマス由来生分解性高分子を創生し、その物性および生分解性を評価した。また、末端に相補的相互作用を有する官能基を合成した2種類のバイオマスから合成できる生分解性高分子を合成した。末端官能基間の相補的相互作用によって自己集合をさせることで、高次構造が制御された超分子構造を有する生分解性高分子を創生した。自己集合挙動は、NMRスペクトル測定(DOSYスペクトル)および示差走査熱量測定によって証明した。また、外部刺激を加えることで、超分子構造が崩壊することを確認し、環境中での生分解制御に向けた基本的な知見を得た。本研究課題の主目的は「バイオマス由来の新規生分解性高分子の創成」と「超分子ポリマーによる生分解性の制御」である。昨年度終了後に「創成した新規バイオマス由来ポリエステルの生分解性を微生物学的手法を用いて詳細な評価」と「超分子ポリマーとして、生分解性ポリエステルに相補的相互作用を有する様々な機能団を導入し、その相互作用を制御することでの生分解性制御」を本年度の研究推進方針として策定しし、本年度はその推進方針に基づいて研究を進めた。創成した生分解性ポリエステルの分解微生物をクリアゾーン法によって評価し、微生物の遺伝学的解析・分解性評価などを通じて、その微生物学的特徴を明らかにし、分解酵素の正体を推測できるに至った。バイオマス由来の生分解性高分子であるポリ乳酸の末端機能団同士の相補的相互作用による超分子ポリマー形成を検討した。本年度は末端機能団を有するポリ乳酸の簡易合成方法として、動的共有結合を用いた交換反応を開発した。これにより、様々な機能団を有するポリ乳酸を容易に合成できるようになり、機能団の違いによる影響をより詳細に評価できるようになった。それを用いることで機能団の大きさやポリ乳酸の方向性および分子量の影響などの詳細を評価した。新たなテーマとして、超分子ポリマーの分野で注目されている動的共有結合を生分解性制御に利用することを検討した。生分解性高分子主鎖中に動的共有結合性官能基を導入し、動的共有結合の開裂制御による生分解性の制御を行った。その結果、外部環境を制御することで、生分解性のオン・オフが自在にできる生分解性高分子の開発に成功した。本年度の研究から下記の成果を得た。【非可食バイオマス資源から柔軟性に富む新規生分解性ポリエステルの合成と生分解性評価】非可食バイオマス由来化合物であるフルフラールから化学合成によって、オキサビシクロ骨格を有する新規バイオマス由来ポリエステルを得た。ホットプレス法によりプレス成形することで、透明で柔軟なフィルムを得た。バイオマス由来ポリエステルの生分解性評価は生化学的酸素要求量(BOD)法によって評価した。その結果、バイオマス由来ポリエステルは柔軟性に富んでおり、オキサビシクロ骨格を有するポリエステルが生分解性を有することを明らかにした。また、既存の生分解性ポリエステルとの共重合化により、強度と柔軟性が優れたバイオマス由来共重合ポリエスエルを得るに至った。【ポリ乳酸末端への機能団の導入と相補的相互作用による超分子ポリマー形成】生分解性高分子であるポリ乳酸の超分子ポリマー化の第一段階として、ポリ乳酸末端機能団同士の相補的相互作用による超分子ポリマー形成を検討した。ポリ-L-乳酸末端とポリ-D-乳酸末端のそれぞれに、相補的相互作用を有する機能団を導入した。その結果、機能団同士の相補的相互作用によって自己集合的にポリ乳酸ステレオコンプレックスを形成することを実証した。その過程において、機能団の大きさやポリ乳酸の方向性が、相補的相互作用によるポリ乳酸の自己集合にとって重要な役割を果たしていることを明らかにした。昨年度までに、テーマ1.新規バイオマス由来生分解性ポリエステルの創成、テーマ2.官能基間の相補的相互作用を利用した自己集合によるバイオマス由来生分解性高分子の創成、テーマ3.生分解性高分子への動的共有結合の導入と、外部刺激制御による生分解性の制御を実施した。本年度は、1の生分解性を詳細に解明するとともに、2と3における超分子構造の証明と外部刺激応答性の評価を行った。下記に2と3の詳細を記載する。テーマ2.ポリ-L-乳酸の末端にカルボン酸を導入し、ポリ-D-乳酸の末端に塩基性官能基(ピリジル基、アミノ基)を導入した。溶液中で混合させることで、末端官能基の酸塩基の自己集合が起こり、ポリ乳酸の見かけの分子量が倍になることをDOSY測定による拡散係数の値から確認した。

固体状態においては、自己集合により、ポリ-L-乳酸とポリ-D-乳酸が近傍に配置することで、ポリ-L-乳酸とポリ-D-乳酸のステレオコンプレックス形成を促進させることに成功した。また、外部刺激を加えることで、その相互作用が自在に開裂可能であることを証明し、外部刺激によって生分解性制御が可能であることを示した。テーマ3.動的共有結合を導入した生分解性高分子に外部刺激を与える前と後での生分解性を評価した。外部刺激を加える前は生分解を全くしないが、外部刺激を加えることで構造が変化し、その変化によって生じた化合物が微生物によって分解されることを確認した。高分子化学本研究課題の主目的は「バイオマス由来の新規生分解性高分子の創成」と「超分子ポリマーによる生分解性の制御」である。バイオマス由来の新奇生分解性高分子の創成は昨年度でほぼ完結しており、本年度はその生分解性の詳細な評価を行った。その結果、その分解微生物として数種類を特定することができ、その遺伝学的・微生物学的分類分けから、分解酵素としてクチナーゼ様の酵素が働いていることを見出した。超分子ポリマーによる生分解性制御をとして本年度は、バイオマス由来の生分解性高分子であるポリ乳酸末端への機能団の導入と相補的相互作用による超分子ポリマー形成の詳細を明らかにした。この成果は、生分解性高分子に超分子ポリマーの概念を導入した数少ない例である。本年度の研究推進方針であげた上記2つに加えて、新たな生分解性制御方法として、超分子ポリマーの研究分野で注目されている動的共有結合を用いた生分解性制御を行った。その結果、本研究の最終目標である超分子結合の制御による生分解性制御を立証できた。すなわち、「バイオマス由来の新規生分解性高分子の創成」と「超分子ポリマーによる生分解性の制御」という主題に関する本年度の課題は、おおむね順調に進展していると言える。本年度は、非可食バイオマス資源から柔軟性に富む新規生分解性ポリエステルの合成と生分解性評価を行い、ポリ乳酸末端への機能団の導入と相補的相互作用による超分子ポリマー形成を行った。一方で、平成24年度の当初計画で分子設計を行ったブロックポリマーの合成には至っていない。研究を進めていく過程において、「ポリアニリンとのブロックポリマーではなく、ポリ乳酸と結合した機能団間の相補的相互作用を利用することで超分子ポリマーを創成すること」が、本研究を遂行する上で、物性改善および生分解性制御において優れていると考えたからである。実際にその研究結果から、「機能団の大きさ」と「ポリ乳酸の方向性」が、超分子ポリマー形成にとって重要であるという新たな科学的知見を得るに至った。これはポリ乳酸を基本骨格とする超分子ポリマーの機能制御にとって重要な知見であり、次年度以降の研究として超分子ポリマーの構築と崩壊による生分解性制御が可能になると考える。また、生分解性高分子の基本骨格としてオキサビシクロ骨格が利用できることを初めて証明した。
高度問題解決のための定理証明技法の研究

高度問題解決における推論手続きを一階述語論理定理証明器上で実現する方法を開発し、いくつかの高次推論系に適用できることを確認した。本年度の研究実績は以下の通りである。1.本研究においてベースとした一階述語論理定理証明器は、モデル生成方式に基づく高速なボトムアップ型証明器であるMGTPである。このMGTPの性能をさらに向上させるため、トップダウン的なゴール情報を取り入れた探索制御方式(ノンホーン・マジックセット、NHM)の検討を行った。NHMが充足不能性判定問題に対して健全かつ完全であること、およびPrologのSLD導出を用いるSATCHMOREと等価であることを証明した。本NHMは以下に述べる推論処理系の効率化にとって非常に重要である。2.各種高次推論体系(とくに各種様相理論系と各種非単調推論系)から一階述語論理への等価変換方式を検討し、各種論理から一階述語論理へのコンパイラを開発した。またいくつかの実験を通じてシステムの評価を行い、さらなる改良点について検討した。3.様相論理系では、証明すべき様相論理式をMGTPの入力節に変換する様相節変換法とその拡張方式を開発した。様相節変換法は、様相体系に応じた可能世界間の到達可能関係の性質をMGTP節として記述することにより、様々な様相体系の定理証明器に拡張可能である。またボトムアップに到達可能関係を計算した場合の無限ループを回避するために、上記NHMを応用し、到達可能関係の計算をトップダウン制御する方式を考案した。4.非単調推論系では、拡張論理プログラムに基づく知識システム(デフォルト推論、閉世界仮説、矛盾除去、アブダクションへ応用可能)、矛盾を局所的に取り扱う多値論理に基づく拡張選言的データベース、選言付論理プログラミングにおける否定情報の推論(特に極小モデル意味論と可能世界意味論)、等の計算手続きとして、MGTPへのコンパイルが可能であることを示した。
キシロースからファインケミカルズを直接製造する固体触媒の開発

まず年度はじめに既に報告されている均一系触媒および固体酸触媒による反応の検証を行った。その後、1.ゼオライト触媒開発、2.メソポーラス物質触媒開発、3.触媒反応条件の検討を並行して進めた。具体的には2.それらに対し、酸点の発現に起因するヘテロ原子の種類(Al、Fe、Ga、Bなど)と触媒反応特性の関係を検討した結果、Alが最も良い結果を示した。3.ゼオライトを用いた触媒プロセスではゼオライトの粒子サイズ、形態は重要な因子である。そこで粒子サイズの影響を検討したところ、小さい粒子の触媒がより高い活性を示すことが分かった。4.様々なタイプのスルホ基(-SO_3H)含有有機-無機ハイブリッド型メソポーラス物質、また、Al含有メソポーラス物質の調製を行い、これらを触媒として用い、検討したところAl含有メソポーラス物質は、本反応に対し上記のゼオライトには劣るが、活性を示すことを見出した。
レシ-バ関数インバージョン法によるオーストラリア大陸地殻の地震波速度構造の研究

1.オーストラリア大陸の広帯域地震波形にレシ-バ関数インバージョン法を適用し,観測点下の地殻および最上部マントルの地震波速度構造を推定した.得られた速度構造を地質構造の異なる地域間で比較し,それらがどのように違うのかを明らかにし,その結果に基づき,オーストラリア大陸東部の古生代褶曲帯における地殻の進化に関する議論を行った.2.レシ-バ関数インバージョンにおいて新しいインバージョン法を開発した.遺伝アルゴリズム(Genetic Argolithm)に局所探索の手段として焼きなまし法(Simulated Annealing)を組み込んだハイブリッドアルゴリズムを用いた結果,インバージョンの性能が格段に向上し,レシ-バ関数の観測波形と理論波形の合致が良い,すなわち残差の小さい速度構造モデルを求めることができた.3.得られた速度構造モデルに関して以下のような特徴を挙げることができる.(1)褶曲帯の中心部において,地殻・マントル境界が深く,その遷移層が厚くなる(10km以上).地殻・マントル境界がはっきり認められない場合もある.(2)褶曲帯の縁辺部では,地殻・マントル境界は,おおむねシャープである.速度に飛びをもつ不連続面であるか,遷移層を伴っていてもその厚さは薄い(5km以下).我々は,このような結果に基づき,オーストラリア大陸東部の古生代褶曲帯における地殻の成長過程に関して,次のようなシナリオを考えた.(1)褶曲帯の中心部においては,マントル物質の下部地殻への貫入が盛んに起こり,地殻が厚くなる.(2)貫入したマントル物質は,変形や再結晶等により下部地殻の岩石と混ざり合い,地殻・マントル境界は遷移的になる.(3)このような過程が繰り返し起こって,現在の地殻が形成された.1.オーストラリア大陸の広帯域地震波形にレシ-バ関数インバージョン法を適用し,観測点下の地殻および最上部マントルの地震波速度構造を推定した.得られた速度構造を地質構造の異なる地域間で比較し,それらがどのように違うのかを明らかにし,その結果に基づき,オーストラリア大陸東部の古生代褶曲帯における地殻の進化に関する議論を行った.2.レシ-バ関数インバージョンにおいて新しいインバージョン法を開発した.遺伝アルゴリズム(Genetic Argolithm)に局所探索の手段として焼きなまし法(Simulated Annealing)を組み込んだハイブリッドアルゴリズムを用いた結果,インバージョンの性能が格段に向上し,レシ-バ関数の観測波形と理論波形の合致が良い,すなわち残差の小さい速度構造モデルを求めることができた.3.得られた速度構造モデルに関して以下のような特徴を挙げることができる.(1)褶曲帯の中心部において,地殻・マントル境界が深く,その遷移層が厚くなる(10km以上).地殻・マントル境界がはっきり認められない場合もある.(2)褶曲帯の縁辺部では,地殻・マントル境界は,おおむねシャープである.速度に飛びをもつ不連続面であるか,遷移層を伴っていてもその厚さは薄い(5km以下).我々は,このような結果に基づき,オーストラリア大陸東部の古生代褶曲帯における地殻の成長過程に関して,次のようなシナリオを考えた.(1)褶曲帯の中心部においては,マントル物質の下部地殻への貫入が盛んに起こり,地殻が厚くなる.(2)貫入したマントル物質は,変形や再結晶等により下部地殻の岩石と混ざり合い,地殻・マントル境界は遷移的になる.(3)このような過程が繰り返し起こって,現在の地殻が形成された.
軽い中性子過剰不安定核の構造と中高エネルギー重イオン破砕反応

中性子過剰核の構造について、芯核と複数個の中性子からなる系と仮定し、クラスター軌道を用いた定式化をし、^<11>Li及びHeアイソトープへ適用した。^<11>Liの場合^9Liと中性子との相互作用についての不確定さはあるが、ハロー構造で特徴づけられる空間的に広がった密度分布が得られた。中性子間の相関をより良く考慮する配位の重要性が示された。Heアイソトープについても同様な分析を行い、^6Heの主要な構造を理解することができた。クラスター軌道による解析は、芯核と中性子間との電気的双極子モーメントを通じて中性子過剰核を励起するソフトモードにも適用された。^<11>Liについて得られた双極子強度から、鉛標的核にたいする(^<11>Li,^9Li)中性子離脱反応の断面積は600-700mbと大きな値が得られた。^6Heについての分析からも同様な結果を得、一般に雫線に近い中性子過剰核は安定核に比しクローン分解の確立が非常に大きくなることが結論された。中性子過剰核の破砕反応や弾性散乱において、緩やかに束縛した中性子は容易にはがれ連続状態へbreakupの効果が重要になる。アイコナール近似と断熱近似を用いることによって^<11>Liの連続状態へのbreakupを考慮した有力な4体反応理論ができることを示した。これは^<11>Liの相互作用断面積、中性子離脱反応断面積、弾性散乱断面積など種々の断面積の計算に威力を発揮した。この定式化はbreakupによって光学ポテンシャルが変化する効果の評価を可能にし、それによって^<11>Liの弾性散乱の角度分布異常性を説明することができた。また相互作用断面積や中性子離脱反応断面積のような包含反応からは、核のサイズ叉は表面付近の密度はわかるが、核構造の詳細な情報を引き出すことは困難であることを示した。一方、(^<11>Li,^9Li)反応の^9Liの運動量分布はハロー中性子の波動関数に非常に敏感であることを明確にした。^6He,^<11>Li等の中性子過剰核の構造と、それらが入射した場合の反応機構について以下に記すような成果をあげた。(1)^6Heに対して^4He+n+nの三体構造を仮定して、クラスタ-軌道殻模型を用いて弱結合系としての^6Heの束縛機構、2中性子の相関、ハロ-構造の密度等を調べた。また、Soft dipole modeの分析により47MeVの低励起エネルギ-領域に強い電気双極子強度布が期待されること、それは( ^6He, ^4He)反応の断面積の標的核依存性によって支持されている事が結論された。(2)中性子ハロ-構造は中性子雫線上の原子核において見いだされてきたが、通常の原子核でもアイソスピンが高い状態として中性子や陽子からなるハロ-構造が存在しうる可能性を簡単な質量公式を用いて指摘した。特にA=11の原子核について励起エネルギ-や幅の予想を行い、発見するための実験的示唆を与えた。(3)核子当り800MeVの高エネルギ-で^<11>Liが入射した場合の相互作用断面積、全反応断面積、2核子離脱反応断面積の詳細な分析をGlauber模型を用いて行なった。

ハロ-で特徴づけられる広がった密度を持つ中性子過剰核に対して、キュムラント展開の最低次だけをとってphase shift関数を近似するのは20%程の過大評価になることを示した。また、標的核を励起する過程が励起しない過程に比べてより重要であることがわかった。(4)核子当り50MeV200MeVの中間エネルギ-での中性子過剰核の反応は、結合エネルギ-が小さいためにbreakupの効果を取り入れることが極めて重要になる。^<11>Liの反応に対しては四体模型による扱いが必要になる。断熱近似とアイコナ-ル近似はともに良く成り立つと期待されるが、これを用いることによりbreakupを含んだ簡明な反応理論を定式化できることを示した。重陽子散乱にこの理論を適用しその有効性を実証した。更に、弾性散乱のみならず破砕反応断面積や光学ポテンシャルを容易に計算できることを示した。中性子過剰核の構造について、芯核と複数個の中性子からなる系と仮定し、クラスター軌道を用いた定式化をし、^<11>Li及びHeアイソトープへ適用した。^<11>Liの場合、^9Liと中性子との相互作用についての不確定さはあるが、ハロー構造で特徴づけられる空間的に広がった密度分布が得られた。中性子間の相関をより良く考慮する配位の重要性が示された。Heアイソトープについても同様に分析を行い、^6Heの主要な構造を理解することができた。クラスター軌道による解析は、芯核と中性子間との電気的双極子モーメントを通じて中性子過剰核を励起するソフトモードにも適用された。^<11>Liについて得られた双極子強度から、鉛標的核にたいする(^<11>Li、^9Li)中性子離脱反応の断面積は600-700mbと大きな値が得られた。^6Heについての分析からも同様に結果を得、一般に雫線に近い中性子過剰核は安定核に比しクーロン分解の確率が非常に大きくなることが結論された。中性子過剰核の破砕反応や弾性散乱において、緩やかに束縛した中性子は容易にはがれ連続状態へのbreakupの効果が重要になる。アイコナール近似と断熱近似を用いることによって、^<11>Liの連続状態へのbreakupを考慮した有力な4体反応理論ができることを示した。これは^<11>Liの相互作用断面積、中性子離脱反応断面積、弾性散乱断面積など種々の断面積の計算に威力を発揮した。この定式化はbreakupによって光学ポテンシャルが変化する効果の評価を可能にし、それによって^<11>Liの弾性散乱の角度分布異常性を説明することができた。また相互作用断面積や中性子離脱反応断面積のような包含反応からは、核のサイズ叉は表面付近の密度はわかるが、核構造の詳細な情報を引き出すことは困難であることを示した。一方、(^<11>Li,^9Li)反応の^9Liの運動量分布はハロー中性子の波動関数に非常に敏感であることを明確にした。
脂肪酸代謝異常に関連する死亡原因の究明方法の開発

突然死は心臓血管系疾患、中枢神経系疾患、呼吸器系疾患等の種々の原因で生じるが、高度脂肪肝を伴う例がある。脂肪肝はアルコール摂取、内分泌疾患、薬剤、高度の栄養障害等のさまざまな原因で生じるが、脂質代謝異常により生じる場合がある。特に乳幼児突然死の症例においては、脂肪酸代謝異常を伴う突然死が知られており、臨床ではタンデム質量分析による血清・血漿アシルカルニチンの新生児マススクリーニングが実施されている。一方、成人においても高度脂肪肝を伴う突然死例があり、その原因が不明である例も数多く存在する。我々は、高度脂肪肝を伴う乳児の突然死症例に遭遇し、解剖検査、死後画像検査や病理組織学検査から高度脂肪肝を伴う内因性急死と判断し、イメージング質量分析を用いた脂肪酸解析を行い、その結果に基づいて責任遺伝子を調べ、脂肪酸代謝遺伝子の新規変異を見出した(Takahashi Y, Kubo R,et al. Forensic Sci Int, 244:e34-e37, 2014)。この経験に基づき、さらに高度脂肪肝を伴う突然死例に対して、短時間で集約的な検査を行い、死因を究明するプロトコールを確立することを目標としている。具体的には、高度脂肪肝を伴う突然死例にすべてにおいて、肝臓に蓄積された脂肪酸の解析をメージング質量分析及び液体クロマトグラフィー質量分析(LC-MS/MS)を用いて行い、その原因遺伝子の探索を行った。これらの分析方法は臨床で行われている血清・血漿アシルカルニチンより直接的に蓄積している脂肪酸が検出されることが予想され、病因の解明に役立つと思われる。死後画像検査や病理組織学的検査から脂肪肝が明らかであった症例において、1)イメージング質量分析による肝臓に蓄積している脂質の同定の試み、2)蓄積している脂質に関する情報に基づき、脂肪酸代謝関連酵素の遺伝子解析、3)死者の罹患疾患、服用薬物、体温、死亡前の症状等の情報収集等を実施し、遺伝子解析結果や生前情報の統合に基づき、脂肪酸代謝異常の原因を解明することを予定していたが、今年度は高度脂肪肝による突然死症例がなかった。そこで、内因性急死症例や乳幼児症例を用いて解析を行い、基礎的なデータ収集に努めた。また、高度脂肪肝ではイメージング質量分析に必要な凍結切片の作成が難しい症例が多いため、LC-MSやGC-MSでの分析を優先させた。得られた結果と死因の因果関係を検討中である。高度脂肪肝伴う症例の分析において、肝臓の保存方法がかなり重要でることが結果から示唆された。そのため、解剖から分析までの検体の保存方法を検討する必要がある。また、さまざまな因果関係を検討するために、脂肪肝以外の突然死の症例や年齢や性別などを比較できるようなコントロールの分析も行う予定である。さらに、解剖時に採取された血液からDNAを抽出し、アシルCoA-シンテターゼ、カルニチンパルミトイル基転移酵素I、カルニチン・アシルカルニチントランスロカーゼ、カルニチンパルミトイル基転移酵素II等の脂肪酸代謝関連酵素等の遺伝子解析を様々な症例で検討していく。

そのため、解剖から分析までの検体の保存方法を検討する必要がある。また、さまざまな因果関係を検討するために、脂肪肝以外の突然死の症例や年齢や性別などを比較できるようなコントロールの分析も行う予定である。さらに、解剖時に採取された血液からDNAを抽出し、アシルCoA-シンテターゼ、カルニチンパルミトイル基転移酵素I、カルニチン・アシルカルニチントランスロカーゼ、カルニチンパルミトイル基転移酵素II等の脂肪酸代謝関連酵素等の遺伝子解析を様々な症例で検討していく。
海馬神経興奮に伴ったシアル酸分子種脱離のインビボ解析と記憶形成における役割の解明

シアル酸の主要な分子種であるN-アセチルノイラミン酸(Neu5Ac)は脳内に豊富に存在し、記憶形成において重要な役割を担う。一方、マイナーなシアル酸分子種であるN-グリコリルノイラミン酸(Neu5Gc)について、脳内における作用は不明な点が多い。本研究では、ラット脳において、Neu5Gcの存在と分布、Neu5Gcと記憶の関係などを明らかにした。さらに、シアル酸を糖鎖構造から脱離させるシアリダーゼの作用に着目し、脳内におけるシアリダーゼ活性の分布や神経活動と連動した糖鎖構造からのNeu5Gc脱離などを明らかにした。シアル酸は、糖タンパク質やガングリオシドなどの糖鎖を修飾する酸性糖である。主要なシアル酸分子種として、N-アセチルノイラミン酸(Neu5Ac)やN-グリコリルノイラミン酸(Neu5Gc)が知られている。Neu5Acは脳に豊富に存在し、軸索伸長や神経伝達を調節することが報告されている。一方、神経機能におけるNeusGcの役割は不明な点が多く、脳内分布なども明らかにされていない。研究代表者は昨年度の研究実施計画に基づいて、Neu5Gcのラット脳内分布を検討した。はじめに、ラット脳内に含まれるNeu5Gcを液体クロマトグラム質量分析計により測定し、脳内にNeu5Gcが存在することを確認した。次に、高速液体クロマトグラフィーを利用して、脳内におけるNeu5Gcの分布を検討した。その結果、記憶形成に関与する海馬に豊富に存在することが明らかとなった。さらに、免疫組織染色を利用して詳細なNeu5Gcの脳内分布を検討した結果、Neu5Gcは海馬の神経細胞に高く集積していた。そこで、海馬におけるNeu5Gcの役割を明らかにする目的で、海馬神経活動に伴ったNeusGc含有糖鎖の構造変化を検討した。インビボマイクロダイアリシス法を利用し、神経活動に伴った海馬細胞外液中のNeusGc濃度変化を検討した。その結果、神経刺激時に細胞外Neu5Gc濃度が上昇することが明らかとなった。神経の興奮に伴って、糖鎖構造からNeu5Gcが脱離したことが考えられる。そこで、Neu5Gcの脱離酵素であるシアリダーゼの酵素活性の変化を検討した。シアリダーゼの人工基質である4MU-Neu5Acを利用して測定した海馬細胞外液中のシアリダーゼ活性は、神経興奮に伴って増加することが明らかとなった。以上の結果より、Neu5Gcによる糖鎖修飾が神経活動と連動していること、また、糖鎖修飾がこれまで知られていた以上に極めて早いタイムスケールで厳密に制御されていることが示唆された。そこで次年度では、神経興奮に伴ったNeu5Gc脱離が、記憶形成などの神経機能に及ぼす影響を明らかにすることを目標とする。研究代表者はこれまでに、シアル酸分子種であるNeu5Gcがラット脳内に微量に存在すること、また脳内においてNeu5Gcは記憶形成の場である海馬に比較的多く存在していることを見出した。しかし、記憶形成とNeu5Gcとの関連については不明な点が多い。そこで、昨年度の研究実施計画に従って、海馬におけるNeu5Gc高発現ラットを作製し、海馬依存性記憶に与えるNeu5Gcの作用を検討した。はじめに、Neu5GcやNeu5Gcの生合成前駆体であるN-glycolylmannosamine pentaacetate (ManNGcPA)をラット右側海馬に投与した。その結果、投与2日後において右側海馬におけるNeu5Gc含量は、人工脳脊髄液を投与した群と比較してNeu5Gc投与群で2.8倍、ManNGc投与群で51倍に増加した。同部位におけるNeu5Ac含量や左側海馬におけるNeu5Gc含量は変化しなかった。また、投与7日後においても、Neu5Gc含有量の増加は持続していた。そこで次に、ManNGcPAやNeu5Gcを両側海馬に投与し、投与2日後からモリスの水迷路を利用して海馬依存性の記憶能を評価した。その結果、人工脳脊髄液投与群や無手術群と比較して、ManNGcPA投与群やNeu5Gc投与群では記憶能が有意に低下した。また、Neu5Acの生合成前駆体をアセチル化したN-acetylmannosamine pentaacetateを投与した群では、学習能に有意な差は無かった。また、研究代表者は、Neu5Acに対するシアリダーゼの酵素活性が海馬神経興奮に伴って増加することを見出している。そこで、ラット海馬急性切片と人工基質である4MU-Neu5Acを利用して、神経興奮に伴うNeu5Gcに対するシアリダーゼ活性の変化を検討した。高濃度カリウム溶液で海馬神経を刺激した結果、シアリダーゼ活性は有意に増加した。

以上より、ManNGcPAやNeu5Gcを海馬に投与することにより、海馬おけるNeu5Gc高発現ラットを構築することが出来た。また、Neu5Gcは海馬において記憶能に影響を与えること、シアリダーゼの作用により神経興奮時に糖鎖構造から脱離することが示唆された。神経活動と連動したNeu5Gcによる糖鎖修飾の変化は、記憶形成など神経機能に大きな影響を与えることが考えられる。脳内における主要なシアル酸分子種としてN-アセチルノイラミン酸(Neu5Ac)があり、記憶形成において重要な役割を担う。申請者はこれまでに、マイナーなシアル酸分子種であるN-グリコリルノイラミン酸(Neu5Gc)がラット脳に微量に存在すること、脳内ではNeu5Gcが記憶形成の場である海馬に比較的多く存在すること、海馬でにおいてNeu5Gcを高発現したラットでは有意に記憶能が低下することなどを見出した。シアル酸分子種によって記憶への関与が異なることが示唆される。本研究では平成23年度の研究実施計画に基づき、Neu5Gcによる記憶能低下の原因解明を目的とした。はじめに、糖鎖からシアル酸残基を脱離させるシアリダーゼが記憶形成やシナプス可塑性(伝達効率の長期増強)に不可欠であることを見出した。そこで、Neu5Gcによる記憶能低下にシアリダーゼが関与するとの作業仮説のもと、Neu5AcとNeu5Gcに対するシアリダーゼの働きを比較検討した。シアリダーゼの人工蛍光基質である4MU-Neu5Acと4MU-Neu5Gcを利用して、ラット海馬における神経興奮と連動したシアリダーゼ活性の変化を測定した結果、Neu5Acに対する活性は神経興奮に伴い増加した。一方、Neu5Gcに対する活性は、神経興奮に伴い増加するものの、増加の割合は低かった。次に、シアリダーゼ活性染色用の人工基質であるX-Neu5AcやX-Neu5Gcを利用してラット脳内における活性分布をイメージングした。しかし、両者に大きな違いは観察されなかった。次に、血中に存在するNeu5AcとNeu5Gcの脳内移行性を比較検討した。はじめにNeu5AcとNeu5Gcをそれぞれアイソトープ標識し、精製した後、薄層クロマトグラフィーで純度を確認した。次に、^<14>C-Neu5Acまたは^<14>C-Neu5Gcをラットの尾静脈より投与し、脳内移行性を検討した。その結果、両者共に脳内に移行したが、^<14>C-Neu5Gcの方が脳内に比較的長く留まる傾向にあった。以上より、Neu5Gcによる記憶能低下の一因に、シアリダーゼに対する基質特異性の違いが寄与することが示唆された。