hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
淡水産鰓類の適応と系統進化

2年間の調査研究のうち,平成4年度は予備的な調査による淡水産板鰓類の情報収集,平成5年度は現地調査を通して資・試料の入手に努め,以下のような研究成果を得た.1.種類:サメはオオメジロザメCarcharhinus leucas1種が各地で採捕された.メキシコの太平洋岸とカリブ海につながる河川湖沼域とその河口部で得られた標本の形態測定値,脊椎数などの形態的特徴の比較,ミトコンドリアDNA解析による系群や個体群レベルでの異同を検討中である.さらに,前回の国際学術研究により入手したオーストラリアとパプアニューギニアのオオメジロザメと今回入手した同種の標本間の形態的・遺伝的な相違の有無も検討している.エイはノコギリエイPristis perottetiがニカラグア湖で1尾採集されたにとどまった.本種は東南アジアやオーストラリア・パプアニューギニアから報告されているP.microdonと同種とされていたが,検討を加えた結果少なくとも吻の両端に並ぶ棘数に違いが認められた.しかし,採集標本数が1尾であるため他の文献からの資料も用いて分類学的再検討を加える予定である.また,遺伝学的解析による異同も検討中である.2.分布:今回の調査と文献上の出現報告から見ると,オオメジロザメとノコギリエイはメキシコからパナマまでの太平洋岸とカリブ海および河川湖沼域に広く分布することが判明した.本調査では,メキシコ湾に注ぐウスマシンタ川の本流域とそれに連なる礁湖から5尾のオオメジロザメを採集した.本流域から得られた4尾は小型の生後間もないサメであったが,礁湖のサメは210cmに達する成熟した雄で,従来淡水域で採集されたサメのなかでは最大であった.ノコギリエイはニカラグア湖から1尾しか採集できなかったが,広範囲の聞き込み調査から本種はコスタリカの太平洋側に注ぐいくつかの河川に分布することが乾燥したのこぎり状の吻により確認された.しかし,文献に出現記録があるメキシコの太平洋側の河川には現在ノコギリエイは分布しないと結論された.3.生息状況:メキシコの太平洋岸のテアカパンにおける調査から近年オオメジロザメの資源は激減しているものと推定された.ウスマシンタ川とその河口近くの沿岸域では従前ほどではないが,漁獲量は比較的安定しているとの情報を得た.しかし,過去に多数の板鰓類が分布していたという報告があるニカラグア湖とサンフアン川,その分枝であるコロラド川では資源は著しく減少しているものと推測された.特にニカラグア湖では短期間ではあったものの集中的に調査したにも関わらず,サメの捕獲はなくわずかにノコギリエイが1尾採捕されたにとどまった.聞き込み調査からの近年板鰓類は激減しているとの情報と併せて考えると,ニカラグア湖の板鰓類は絶滅状況にあるものと推察される.コスタリカの太平洋側での聞き込み調査でも,特にノコギリエイの資源は激減しているとの情報を得た.総じて中米の淡水産板鰓類の生息状況は危機に追い込まれていると判断される.4.生態:採集尾数がきわめて少なかったため,生態についての知見はほとんど得られなかった.オオメジロザメの年齢と成長に関する報告に基づけば,ウスマシンタ川の小型のサメは生後1年未満で,大型のサメは5歳と年齢を推定したにとどまった.湖のサメの胃内からティラピアの頭骨が出現した.なお,脊椎骨中のストロンチウム含量分析による淡水生活の履歴期間の推定は現在検討中である.ニカラグア湖とサンフアン川で得られた消化管内の寄生虫は現在種を査定中である.5.生理:浸透圧の調節とイオン組成及びその濃度を検討するため,血清を日本に持ち帰り分析を行った.まず,ウスマシンタ川で採集したオオメジロザメでは尿素濃度は海産のそれの3分の1,浸透圧は海産のそれの約3分の2であった.ニカラグア湖及びサンフアン川流域で採集したオオメジロザメおよびノコギリエイの浸透圧とイオン濃度は現在分析中である.また,過剰なイオンの排出器官である直腸腺の形状や機能については組織学的手法を用いて分析中である.2年間の調査研究のうち,平成4年度は予備的な調査による淡水産板鰓類の情報収集,平成5年度は現地調査を通して資・試料の入手に努め,以下のような研究成果を得た.1.種類:サメはオオメジロザメCarcharhinus leucas1種が各地で採捕された.メキシコの太平洋岸とカリブ海につながる河川湖沼域とその河口部で得られた標本の形態測定値,脊椎数などの形態的特徴の比較,ミトコンドリアDNA解析による系群や個体群レベルでの異同を検討中である.さらに,前回の国際学術研究により入手したオーストラリアとパプアニューギニアのオオメジロザメと今回入手した同種の標本間の形態的・遺伝的な相違の有無も検討している.エイはノコギリエイPristis perottetiがニカラグア湖で1尾採集されたにとどまった.本種は東南アジアやオーストラリア・パプアニューギニアから報告されているP.microdonと同種とされていたが,検討を加えた結果少なくとも吻の両端に並ぶ棘数に違いが認められた.しかし,採集標本数が1尾であるため他の文献からの資料も用いて分類学的再検討を加える予定である.また,遺伝学的解析による異同も検討中である.

2.分布:今回の調査と文献上の出現報告から見ると,オオメジロザメとノコギリエイはメキシコからパナマまでの太平洋岸とカリブ海および河川湖沼域に広く分布することが判明した.本調査では,メキシコ湾に注ぐウスマシンタ川の本流域とそれに連なる礁湖から5尾のオオメジロザメを採集した.本流域から得られた4尾は小型の生後間もないサメであったが,礁湖のサメは210cmに達する成熟した雄で,従来淡水域で採集されたサメのなかでは最大であった.ノコギリエイはニカラグア湖から1尾しか採集できなかったが,広範囲の聞き込み調査から本種はコスタリカの太平洋側に注ぐいくつかの河川に分布することが乾燥したのこぎり状の吻により確認された.しかし,文献に出現記録があるメキシコの太平洋側の河川には現在ノコギリエイは分布しないと結論された.3.生息状況:メキシコの太平洋岸のテアカパンにおける調査から近年オオメジロザメの資源は激減しているものと推定された.ウスマシンタ川とその河口近くの沿岸域では従前ほどではないが,漁獲量は比較的安定しているとの情報を得た.しかし,過去に多数の板鰓類が分布していたという報告があるニカラグア湖とサンフアン川,その分枝であるコロラド川では資源は著しく減少しているものと推測された.特にニカラグア湖では短期間ではあったものの集中的に調査したにも関わらず,サメの捕獲はなくわずかにノコギリエイが1尾採捕されたにとどまった.聞き込み調査からの近年板鰓類は激減しているとの情報と併せて考えると,ニカラグア湖の板鰓類は絶滅状況にあるものと推察される.コスタリカの太平洋側での聞き込み調査でも,特にノコギリエイの資源は激減しているとの情報を得た.総じて中米の淡水産板鰓類の生息状況は危機に追い込まれていると判断される.4.生態:採集尾数がきわめて少なかったため,生態についての知見はほとんど得られなかった.オオメジロザメの年齢と成長に関する報告に基づけば,ウスマシンタ川の小型のサメは生後1年未満で,大型のサメは5歳と年齢を推定したにとどまった.湖のサメの胃内からティラピアの頭骨が出現した.なお,脊椎骨中のストロンチウム含量分析による淡水生活の履歴期間の推定は現在検討中である.ニカラグア湖とサンフアン川で得られた消化管内の寄生虫は現在種を査定中である.5.生理:浸透圧の調節とイオン組成及びその濃度を検討するため,血清を日本に持ち帰り分析を行った.まず,ウスマシンタ川で採集したオオメジロザメでは尿素濃度は海産のそれの3分の1,浸透圧は海産のそれの約3分の2であった.ニカラグア湖及びサンフアン川流域で採集したオオメジロザメおよびノコギリエイの浸透圧とイオン濃度は現在分析中である.また,過剰なイオンの排出器官である直腸腺の形状や機能については組織学的手法を用いて分析中である.本年度はメキシコと中米における淡水産板鰓類の情報の収集と調査許可手得のために、現地で予備的な調査を行った。メキシコでは文献に出現の記録がある3河川を訪れ、漁業者や研究者から情報を集めた。プラシディオ川とバルサス川での調査結果では、現在は両河川に板鰓類は分布していないという結論を得た。ウシマシンタ川では、漁業者から本流および礁湖にサメが分布するときき、捕獲を試みたが、装備が不十分であったため、採集はできなかった。本流での巻刺網漁業者への聞き込み調査では、乾期の終りである5-6月にブルシャークを遡上することが判明した。グアテマラのイサバル湖とドゥルセ川、ベリーズのベリーズ川でも同様に5-6月にサメが遡上するという情報を得た。ニカラグアではニカラグア湖とそこから流れ出るサンファン川で現地調査を実施した。
東北巨大地震断層近傍の応力状態：「ちきゅう」による日本海溝掘削からのアプローチ

地震断層の滑り挙動と断層近傍並びに周囲母岩の応力状態との関連性を解明するために、東北地震の震源断層掘削プロジェクトJFASTなどにおいて、応力状態の解明研究、応力計測技術の高度化研究、断層滑りに密接に関係する熱物性の研究などを行った。その結果、1)東北地震の震源域である日本海溝の近くで行った科学掘削JFAST孔内の応力分布を得ることができ、2)日本海溝と東南海・南海地震の震源域である南海トラフとの応力状態を比較検討し、また、3)JFASTコア試料の熱物性を決定することができた。これらの成果はプレート境界型巨大地震の断層滑り挙動の解明に寄与した。東北地方太平洋沖巨大地震は、比類の無い大きな津波を引き起こした。その津波を巨大化した直接原因は、日本海溝付近のプレート境界断層が50mにも及ぶ、前例のない程大きくすべったことである。断層のすべりを決定する主要な要素の1つは断層近傍の応力状態である。平成24年度、地球深部探査船「ちきゅう」による「東北地方太平洋沖地震調査掘削(略称JFAST)」は、日本海溝付近の、東北地震時に断層が最も大きくすべった海域において、プレート境界断層を貫通する掘削を行った。研究代表者は、断層近傍の応力状態を決定するためにこの研究航海に参加して、船上で非弾性ひずみ回復(ASR)測定等を行うとともに航海後詳細解析用の貴重な掘削コア試料と検層データの配分を受けた。本研究は、この掘削コア試料等を用いて様々な実験研究を行い、掘削孔内、特にMw9.0の巨大地震時にすべった断層近傍の応力状態を正確に決定することを目的としている。研究内容は、応力解析モデルの最適化検討を行ったうえ、コア試料を用いて各種必要物性パラメーターを実験的に求めて、船上で実施したASR測定のオリジナルデータと組み合わせて三次元応力状態を決定することである。平成25年度にはまず、1.検層データから応力の絶対値を決定するためのモデル(Morh-Coolumbやmodified Wieboles-Cook)を検討し結果、中間主応力の効果を考慮した後者のモデルを用いることが望ましいことが判明した。次に、2.ASR船上測定に用いたコアの方位を古地磁気測定により決定し、ASRによる応力方向の途中結果を得た。さらに、3.ASR船上測定のひずみデータを応力値に換算するために、粘弾性定数を実験的に求める測定システムの構築と試運転を終え、次年度早々から本格的な実測実験ができるようになった。また、平成25年度に関連する成果の発表も行った。東北地方太平洋沖地震に伴った津波が巨大化した直接原因は、日本海溝付近のプレート境界断層が50m以上も、極めて大きくすべったことである。断層のすべりを決定する主要な要素の1つは断層近傍の応力状態であるため、研究代表者はこの応力状態を決定するために、研究航海に参加して船上で非弾性ひずみ回復(ASR)測定等を行うとともに航海後詳細解析用の貴重な掘削コア試料と検層データの配分を受けた。本研究は、JFASTの掘削コア試料と近接海域である下北沖の掘削コア試料を用いて様々な実験研究を行い、掘削孔内、特にMw9.0の巨大地震時に滑った断層近傍の応力状態を正確に決定することを目的とする。平成26年度には前年度に引き続き、検層データから応力の絶対値を決定するためのモデル(Morh-Coolumbやmodified Wieboles-Cook)を検討した結果、中間主応力の効果を考慮したmodified Wieboles-Cookモデルを用いることが望ましいという結論を得て、学会で発表した他、ジャーナル論文を公表した。本研究計画で使用するすべてのコア試料(JFASTのコア試料と下北掘削のコア試料)について、方位を決定するための古地磁気測定を終えたほか、船上測定のASRひずみデータを応力値に換算するための粘弾性定数を測定する実験を継続している。また、このASRによる応力測定手法の高度化研究として、代表的な岩石試料の非弾性ひずみ回復の特性に関する実験研究を行い、国際ジャーナルで論文発表を行った。さらに、平成26年度にはJFASTのコア試料を用いたその他の関連物性の研究成果発表も行った。東北地方太平洋沖地震に伴った津波が巨大化した直接の原因は、日本海溝付近のプレート境界断層が50mという、前例のない大きさですべったことである。平成27年度は前年度に引き続き、ASR船上測定のひずみデータを応力値に換算するために必要な、長時間を要する粘弾性定数を測定する実験が概ね終了した。また、研究分担者

山本裕二氏(高知大学)や研究協力者高橋学氏(産業技術総合研究所)の協力のもと、コア方位決定のための古地磁気測定結果の検討・とりまとめや、関連物性の計測を行った。その結果の速報として、国際と国内の学会でそれぞれ発表した。また、東海沖海域の海洋掘削のコア試料を用いて、ASR法による応力測定を実施した結果を国際学術誌Marine and PetroleumGeologyに投稿して、出版された。日本海溝プレート境界断層の先端部の地震後応力状態(平成24年JFAST掘削時)と、南海トラフのプレート境界断層先端部の応力状態(平成20年の南海トラフ掘削時)を取りまとめ、比較検討を行った。その成果を国際学術ジャーナルTectonophysicsに投稿して、採択された。非弾性ひずみ回復(ASR)の船上測定のひずみデータを応力値に換算するための粘弾性定数を測定する実験などが概ね終了した。さらに、日本海溝プレート境界断層の先端部の地震後応力状態(平成24年JFAST掘削時)と、南海トラフのプレート境界断層先端部の応力状態(平成20年の南海トラフ掘削時)を取りまとめ、比較検討を行った。したがって、本研究は当初の計画以上に進展している。このように、各種データ解析とコア試料測定は、当初予定よりも早く進捗し、断層近傍の応力状態を決定することができたため、実験に使用する消耗品等が削減でき、未使用額が生じた。平成28年度は取得した応力データと東北地震の断層すべりとの関係解明をより精緻に達成すべく、これまでの測定データの信頼性を高める目的で追加する実験を実施する予定である。東北地方太平洋沖地震に伴った津波が巨大化した最大の要因は、日本海溝付近のプレート境界断層が50mにも及ぶ、前例のないくらい大きくすべったことである。地震時の断層すべり量は、断層物質のすべりに対する摩擦抵抗の大きさのほか、断層近傍の応力状態ならびに地震時の応力変化によって大きく左右される。また、断層およびその周辺母岩の浸透特性、熱物性、岩石の構造(特に空隙構造)特性も間接的に断層のすべり挙動に影響を及ぼす。本研究においては、平成28年度に各種地震断層関連の掘削コア試料などを用いて、地震断層のすべり挙動を大きく左右する応力状態の決定(非弾性ひずみ回復法による掘削コア試料の応力測定)、古地磁気測定によるコア試料の定方位付け、岩石試料の構造特性の測定(空隙寸法の分布)、関連する各種物性の解明ならびにその計測手法の研究を行った。研究分担者の山本裕二氏(高知大学)や、連携研究者の谷川亘氏(国立研究開発法人海洋研究開発機構)、木下正高氏(東京大学)、研究協力者のTimothy Byrne(米国コネティカット州立大学)、高橋学氏(国立研究開発法人産業技術総合研究所)、研究代表者林為人の指導する修士課程の大学院生である杉本達洋氏(京都大学)の協力のもと、以上の内容に関する研究の成果を得ることができた。
アミノ酸残基環境ファクターとリガンド相互作用形成能の相関解析

創薬研究において新規阻害剤を得るためにはSBDDは有効なアプローチである。この時リガンド結合部位環境の結合に関与する残基の推定はドッキング計算によるコンフォメーションの判断、絞り込みに重要である。そこで本研究では、結合に重要な残基を予測法構築のためにアミノ酸残基情報や複数個のプローブ分子のエネルギーの項目等を記述子とした予測モデルを構築した。PDBの由来の2つのデータセットを用いた検証で結合部位予測と阻害活性値との相関向上効果について検討し、良好な予測精度を持つ汎用的なモデルが構築できた。平成26年度は主にデータの収集と予測モデル構築を行った。リガンドと結合しやすいアミノ酸残基予測用のトレーニングセットは実験構造既知のタンパク質立体構造を選別して作成した。Support Vector Machine(SVM)、Random Forest(RF)等の機械学習法を判別に用い、記述子選定及び予測精度測定を同時に行い、最適な予測モデルの構築を試みた。この時、各記述子の予測精度への影響、物理化学的現象との関連性を検討した。まず既存タンパク質-リガンドデータの準備をおこなった。本研究の機械学習用データセットは主に、PDBに登録されたX線結晶構造解析により得られたタンパク質-リガンド座標を収集した。アミノ酸配列類似性に基づきクラスタリングし、複数の閾値を設定、低分子の抽出を行いタンパク質及びリガンドのデータを得た。これらのデータセットを基に相互作用残基の抽出及び記述子の計算をおこなった。またキナーゼやプロテアーゼ等のよく知られたターゲットについてその阻害剤のデータをChEMBLから収集した。相互作用しやすい残基の定義と記述子の決定及び計算判別モデルの構築と性能評価をおこなった。タンパク質ーリガンド結合情報を受容体及びリガンドの原子タイプを参考にし「結合」の定義を行い、その後結合しやすい残基の選定を行った。この時、タンパク質側は主鎖の原子由来のタイプとリガンド原子は既存のファーマコフォアを参考にして、総当たりで距離を計算し、結合距離が一定距離にあるならば相互作用残基とした。相互作用ペアーごとに予測モデルを構築し、予測性能の分布を調べた。記述子としては、PSSM、ASA等を用い、ROCスコアを指標とし予測精度を測定した。平成27年度は創薬への適用を目指すには阻害活性値との関連がある構造を用いるのが望ましいと考え、Ki値等の実阻害活性と立体構造のデータベースであるBinding MOADをデータセットに用い、前年度と同様の記述子を用いモデルを構築した。水素結合及び疎水結合のスコア(01の範囲をとる)に応じて結合を分類しそれぞれについてモデルを構築した。適用例としてタンパク質リガンド間相互作用の評価関数としてLondon dG(MOE(Chemical Computing Group社)の実装を使用)とpKi、pKd値との相関係数で評価した。予測された結合に重要な残基を用いた場合と、全残基を含めた場合の相関係数で比較し、複数の系で性能向上がみられた。この中で例えばEC番号1.7.3.4及び2.4.2.30のターゲットでは水素結合と疎水結合の閾値をそれぞれ0.8、0.6以上とした予測モデルを適用した場合において、実験値との相関がみられるようになった。また本グループに含まれる実験構造において予測された残基のリガンド分子との水素結合、疎水結合への関与が確認できた。研究期間全体として、受容体構造の環境及びプローブ分子のエネルギー値等を記述子とした予測モデルを構築した。PDBのデータセットを用いた場合では結合部位予測に有効であり、Binding MOADのデータセットを用いた検証では2種の結合種類の予測モデルを構築し、リガンド相互作用予測やドッキングスコアと実験値との相関向上への有効性を示した。SBDDにおいて新規に創薬研究を実施する際に重要視すべき残基を予測できる可能性のあるモデルを構築できた。今回構築したモデルは汎用的にどのタンパク質に対しても適用可能であるが、今後はリガンド構造由来の記述子を加え、相互作用の特徴を増やす事でさらなる精度向上につながると考えている。平成26年度は主にデータ収集とモデル構造の精度向上を目標とした。まず、データセットの準備をおこなった。2014年4月時点のPDBに登録されていたタンパク質のX線結晶構造を入手した。これは数万個の低分子を含んでおり、このうち溶媒分子等は除した。次にアミノ酸配列類似性によるクラスタリングを行い、40%を閾値とした場合は9,687クラスタ、95%では14,773クラスタをえた。この数は機械学習モデル作成に十分であると考えた。結合の定義では、タンパク質側は主鎖の原子由来の4つのタイプとリガンド原子は水素供与性原子,水素受容性原子,芳香性原子、塩基性原子、酸性原子等のタイプに分類し、結合距離が一定(一例として3.6A)以内であればPositive残基とした。それ以上の距離ある場合をNegative残基とした。また機械学習モデル作成では、計算速度は試行回数に影響があった。

そこで複数の機械学習法の検討を行った。試行した結果、RFは速度計算速度がSVMに比べて速かったためRFを用いた。PSSMやASA等の記述子を計算し、機械学習モデルの作成にはRを用いた。各原子間結合ペアーについての5分割したデータセットを用いたテストでは良好なROCスコアをもつモデルを複数得ることができた。またこの結果から、物理化学的に意味のある予測結果をえるためには、さらに物理化学的な記述子を含め、各記述子の影響を明らかにする必要があると考えた。次年度において低分子ドッキング時のスコア関数等の指標と実験値との相関の改善等により本モデルの有用性を示す事を計画している。そこで、相関への影響を調べるエネルギー測定用の分子を残基周辺に発生させ、分子力場による相互作用エネルギーを計算するプログラムを作成した。この組み合わせにより、今後の予測モデルの質の向上を期待している。生物分子設計平成27年度は前年度に構築した予測法を用い、計算によって得られるドッキングスコア等の相互作用スコアの各評価項目について重み付け等の再検討を実施する。これは計算値とKi値等の阻害活性を示す実験値との相関係数の変化を指標として行う予定である。さらに前年度に作成した物理化学的記述子をくわえ、本予測法の性能向上を目指す。また相互作用に関与する残基及び予測された重要度の妥当性を検討し、本手法の有用性を示していく。まず前年度の予測モデルに物理化学的記述子を加える事から、それらの性能に及ぼす影響を調べる。エネルギー計算に使われる分子については複数の報告がある事から、計算に用いる分子種を選定する必要があるが、これは前年度に用いた性能の指標を用い予測精度に及ぼす影響を考慮して決定する。ドッキングスコア等の計算値と実阻害活性値等の実験値との相関向上研究の実施では、実験的に立体構造が得られているタンパク質を対象としてChEMBL等から収集した既知阻害剤のデータセットを用いて実施する。この時、各スコア評価項目に対して結合しやすい残基に応じた重み設定が可能か検討する。一例として、前年度に収集したタンパク質について予測精度検証を行い、本研究で構築した手法が既存のタンパク質-リガンド間相互作用予測方法へ与える影響を示す。また結合しやすい残基周辺にさらに原子が配置できる空間がある場合、そのリガンドの活性向上の余地を持つ可能性が考えられる。そこでそれらリガンドの選定を行い、新規の創薬ターゲット候補の提案を行う。これは前年度に得たPDB及びChEMBL等のデータセットに対して予測モデルを適用する事により実施し、結合しやすい残基の結合部位における分布等を考慮しておこなう。これらにより本手法による予測法の有用性を示していきたい。計算機の入札等の結果、想定より安価な値段で計算機を入手した等の理由により端数が生じたため。残額が小さいので、特に使用計画に変更はない。BD-R等の外部記憶装置の代金として使用する。
プラスチド局在型葉酸によるデンプン合成抑制機構の解明

プラスチドはアミロプラストなどのデンプン蓄積型プラスチドと、エチオプラストなどのデンプン非蓄積型プラスチドに大別できる。本研究の目的は、デンプン非蓄積型プラスチドがデンプンを蓄積しない機構の解明にある。申請者は、エチオプラストにデンプンを蓄積する変異体の単離に成功した。変異体の解析から、デンプン非蓄積型プラスチドでは、葉酸によってデンプン合成が抑制されていることを明らかにした。しかし、葉酸の詳しい作用機作は解明できていない。そこで、葉酸の制御を受けるデンプン合成関連遺伝子やタンパク質の網羅的同定とその機能解析を計画した。得られる知見は、デンプン増産に向けた技術への応用が期待できる。
肥満に伴う難治性喘息と好酸球体内動態及びその制御

脂肪細胞の肥大に伴いまずNK細胞を含む1型自然リンパ球群(group1-ILC)が活性化し、これらが産生するIFN-γが炎症性M1マクロファージの誘導など脂肪組織の慢性炎症を起こす。さらに2型自然リンパ球(ILC2)活性化とIL-5産生を抑制することで好酸球が減少しさらに脂肪炎症が進行する可能性が考えられる。NK細胞の活性化はNK受容体NCR1依存性であることが報告されている。脂肪肥大に伴い脂肪細胞上にNCR1を活性化するリガンドが発現するがその本態は依然不明である。不飽和脂肪酸であるリノール酸を多く含んだ高脂肪食と飽和脂肪酸であるステアリン酸を多く含んだ高脂肪食を給餌したマウスを比較検討した。リノール酸を多く含んだ高脂肪食を摂食させたところ、通常の餌やステアリン酸を多く含んだ高脂肪食に比較して顕著な体重増加、脂肪組織内のM1やCD8+T細胞群の増加を伴う脂肪炎症の増悪が観察された。脂肪炎症の初期変化を検討するべく摂食期間1週間のマウスを解析した。体重増加にまだ大きな差が出ていない状況にて、リノール酸を多く含んだ高脂肪食群では脂肪組織中のNK1.1+細胞(NK細胞及びILC1細胞)が有意に増加すること、NK1.1+細胞分画中で活性化の指標の一つであるCD11b+細胞の割合が増加することを見出した。NK受容体が脂質を認識する場合も知られており、不飽和脂肪酸代謝物による脂肪細胞膜タンパク質の修飾とNK細胞活性化能の関係について検討を進めている。リノール酸代謝物による細胞表面タンパク質の修飾がNK細胞活性化に関与するかどうか検討中である。これまでに知られていない脂肪組織内の恒常性維持機構、NK細胞の活性化分子機構と脂肪炎症の病態形成機構との関連解明を試みている。我々が開発したIL-5遺伝子座にVenus遺伝子を挿入したレポーターマウスを用いカロリー制限時の皮下脂肪でILC2の活性化、IL-5産生誘導を検討したが、個体によるバラツキが大きくカロリー制限による有意な活性化の検出には至っていない。ILC2やIL-5を介さない神経性の好酸球動員機構及び活性化経路の存在も考えられる。脂肪内の好酸球減少機構を解明:不飽和脂肪酸を主体とする餌を摂取した場合、脂肪組織内のNK細胞活性化が飽和脂肪酸主体の餌よりも顕著であるという独自の予備知見を利用し、NK細胞活性化及び増殖誘導因子の本態を探索する。活性化NK細胞等が産生するIFN-γがILC2活性化とIL-5産生を抑制することで脂肪組織内の好酸球が減少しさらに脂肪炎症が進行する可能性があり、IFN-γ受容体を欠損するIL-5レポーターマウスを用いこれを検証する。肺組織での好酸球増加の分子機構:脂肪組織での好酸球減少と肺組織での好酸球動態の関係を明らかにする。肥満誘導時に肺組織の好酸球動態が脂肪組織での好酸球動態とどのように連動するのかを検討する。末梢血中の好酸球動態との関連を明らかにする。それぞれの組織のILC2動態や活性化状態の変化を解析する。定常状態ではILC2は各組織内で維持増幅されるとされているが、脂肪環境の変化に伴う組織間移行の可能性について検討する。また肺組織での好酸球制御機構解明の一環として、免疫抑制剤サイクロスポリンが肺組織内ILC2を減少させ、アレルゲン暴露時の活性化及びIL-5産生を抑制することを明らかにした。この抑制はRAG2欠損で起こらず、ILC2試験管内培養でも観察されないことから間接的な抑制と考えられる。

これまでに知られていない脂肪組織内の恒常性維持機構、NK細胞の活性化分子機構と脂肪炎症の病態形成機構との関連を明らかにしつつあり、順調に進行していると言える。カロリー制限を行うと脂肪組織内の好酸球が増加すると報告されているが、詳細な分子機構は不明である。この点について、我々が開発したIL-5遺伝子座にVenus遺伝子を挿入したレポーターマウスを用いカロリー制限時の皮下脂肪でILC2の活性化、IL-5産生誘導を検討した。個体によるバラツキが大きく、現在のところカロリー制限による有意な活性化の検出には至っていない。ILC2やIL-5を介さない神経性の好酸球動員機構及び活性化経路の存在も考えられる。脂肪細胞の肥大に伴いまずNK細胞を含む1型自然リンパ球群(group1-ILC)が活性化し、これらが産生するIFN-γが炎症性M1マクロファージの誘導など脂肪組織の慢性炎症を起こす。さらに2型自然リンパ球(ILC2)活性化とIL-5産生を抑制することで好酸球が減少しさらに脂肪炎症が進行する可能性が考えられる。NK細胞の活性化はNK受容体NCR1依存性であることが報告されている。脂肪肥大に伴い脂肪細胞上にNCR1を活性化するリガンドが発現するがその本態は依然不明である。不飽和脂肪酸であるリノール酸を多く含んだ高脂肪食と飽和脂肪酸であるステアリン酸を多く含んだ高脂肪食を給餌したマウスを比較検討した。リノール酸を多く含んだ高脂肪食を摂食させたところ、通常の餌やステアリン酸を多く含んだ高脂肪食に比較して顕著な体重増加、脂肪組織内のM1やCD8+T細胞群の増加を伴う脂肪炎症の増悪が観察された。脂肪炎症の初期変化を検討するべく摂食期間1週間のマウスを解析した。体重増加にまだ大きな差が出ていない状況にて、リノール酸を多く含んだ高脂肪食群では脂肪組織中のNK1.1+細胞(NK細胞及びILC1細胞)が有意に増加すること、NK1.1+細胞分画中で活性化の指標の一つであるCD11b+細胞の割合が増加することを見出した。NK受容体が脂質を認識する場合も知られており、不飽和脂肪酸代謝物による脂肪細胞膜タンパク質の修飾とNK細胞活性化能の関係について検討を進めている。リノール酸代謝物による細胞表面タンパク質の修飾がNK細胞活性化に関与するかどうか検討中である。これまでに知られていない脂肪組織内の恒常性維持機構、NK細胞の活性化分子機構と脂肪炎症の病態形成機構との関連解明を試みている。我々が開発したIL-5遺伝子座にVenus遺伝子を挿入したレポーターマウスを用いカロリー制限時の皮下脂肪でILC2の活性化、IL-5産生誘導を検討したが、個体によるバラツキが大きくカロリー制限による有意な活性化の検出には至っていない。脂肪内の好酸球減少機構を解明:不飽和脂肪酸を主体とする餌を摂取した場合、脂肪組織内のNK細胞活性化が飽和脂肪酸主体の餌よりも顕著であるという申請者ら独自の予備知見を利用し、遺伝子発現の比較によりNK細胞活性化及び増殖誘導因子の本態を探索する。活性化NK細胞等が産生するIFN-γがILC2活性化とIL-5産生を抑制することで脂肪組織内の好酸球が減少しさらに脂肪炎症が進行する可能性がり、IFN-γ受容体を欠損するIL-5レポーターマウスを用いこれを検証する。
ナノ構造体の座屈変形を積極利用した革新的ナノデバイスの最適設計

本研究では外力を受けるナノ構造体の座屈挙動について、機械的側面および物性的側面から数値シミュレーションによる検討を行った。カーボンや窒化ホウ素ナノチューブを対象に、軸方向圧縮座屈や系方向圧縮座屈のメカニズムを原子構造不安定モード解析によって明らかにするとともに、座屈変形によって生じる物性変化を半経験的量子力学計算によって求め、座屈変形モードとの関連性を示した。さらに、強誘電体ナノ構造のマルチフィジックス解析のための原子モデリング手法の構築も行った。本年度は、中空円筒ナノ構造の代表格である炭素ナノチューブ(CNT)と窒化ホウ素ナノチューブ(BNNT)について、外圧下における構造不安定性を解析し、断面圧縮座屈および軸圧縮座屈のモード分岐過程を追跡した。カーボン系に対して従来適用されるAIREBO(Adaptive Intermolecular Reactive Bond Order)ポテンシャルを元に、多層ナノチューブの層間相互作用を支配するファンデルワールス項の最適化を行った。さらに、BNNTについては層間のクーロン相互作用が働くため、窒素原子およびホウ素原子に電荷を与えることでこれを模擬するモデルを構築した。径方向・軸方向それぞれの圧縮荷重に対して、荷重増加に伴う構造最適化および変形追跡を分子動力学計算によって行い、座屈モードの分類と座屈荷重条件同定を行った。さらに、準静的荷重条件では顕在化しない隠れたモード(潜在的不安定変形モード)を、原子構造不安定モード解析法により求め、荷重や構造パラメータとの相関性を明らかにした。これらの解析により、軸方向圧縮では構造パラメータ(半径・全長)の変化に伴って生じる座屈モードの遷移が、潜在的不安定モードのシフトによって生じるメカニズムが明確に示された。欠陥の影響により小径のナノチューブでは座屈モードが消失すること、大径のナノチューブでは座屈直前に欠陥周りに不安定モードベクトルの局在化が起こることなど、ナノチューブに特徴的な座屈メカニズムが明らかとなった。径方向圧縮座屈においては、ナノチューブのカイラリティによっては特異な皺状変形が生じうることが示され、そのための臨界内径・層数を潜在的不安定変形モード評価から予測することができた。変形に伴う物性変化予測については、強結合近似モデルを用いたシミュレーションに着手した。当初の計画通り、我々が提唱する原子構造不安定モード解析法を活用することによりナノチューブの座屈メカニズムの解明を進めることができた。軸方向圧縮においてはチューブのサイズ・アスペクト比により多様な座屈モードが現れるが、潜在的不安定モードの観点からこの現象を明確に説明することに成功している。点欠陥が不安定変形モードに及ぼす影響についても、欠陥の種類によっては座屈直前に欠陥近傍へのモード局在化が起こるなど、ナノ材料に特有な興味深い特性を明らかにすることができた。径方向座屈による皺状変形(radial corrugation)はこれまで連続体モデルによって予測されており原子論的アプローチが不足していたが、これについても原子構造不安定変形モード解析により高波数の皺状変形が起こる条件を予測することができた。このようにナノチューブの多様かつ特有な座屈メカニズムを明らかにすることができた。本年度は、中空円筒ナノ構造の代表格であるカーボンナノチューブ(CNT)の軸方向圧縮座屈挙動の詳細を明らかにすることを目的として、分子動力学解析および原子構造不安定モード解析を行った。また、座屈変形に伴うCNT物性変化を明らかにするため、座屈前後のフォノン状態密度および電子状態計算(バンド構造解析)を行った。電子状態解析には密度汎関数法に基づく強結合近似法(Density Functional-Based Tight-Binding Method)を用いた。単層CNTの座屈挙動は径と長さの比(アスペクト比)によってオイラー型(S字型)、キンクを伴うZ字型およびフィン構造を伴うI字型座屈変形が確認された。これによって生じる電子のバンドギャップ変化は、CNTのカイラル指数と座屈に伴う応力解放によってよく説明されうることが分かった。また、カイラル型(らせん型)CNTでは、らせん状の構造不安定モードに起因する特有な座屈挙動が現れることが示された。これに加え、多元系ナノ構造体であるPbTiO3等の強誘電体ナノ構造材料について、大規模計算を可能とするための電気双極子モデルによる原子間ポテンシャル構築に着手した。既存のポテンシャルとしてはシェルモデルによるものが広く知られているが、ナノワイヤに適用するとエッジ部の存在のため分子動力学計算が不安定化あるいは発散するという問題があった。この不具合を解消するなどポテンシャル構築は奏功しつつある。CNTの軸方向圧縮座屈のメカニズムを原子モデル解析、特に我々が提唱する原子構造不安定モード解析法を活用することで、詳細に明らかにすることに成功している。特に、カイラル型CNTにおける特異な座屈挙動を新たに発見するなど極めて興味深い知見が得られている。座屈変形に伴う物性変化についても、カイラル指数や座屈挙動によって様々なパターンが現れることが明らかになっており、新奇ナノデバイスの最適設計に向けた重要な知見が獲得されている。強誘電体等の多元系ナノ構造体についてのモデリング手法も確立しつつあり、研究はほぼ当初の計画通り順調に進展している。前年度までに明らかとなった炭素系・窒化ホウ素系中空円筒ナノ構造の座屈挙動について、さらに詳細な不安定モード解析を実施してその全容を解明した。ジグザグ型やアームチェア型の非カイラル型ナノチューブの変形挙動は、マクロな円柱のそれに類似したものと仮定して簡易的に連続体的取り扱いが行われることが多いが、その際に用いるべき材料パラメータを原子モデルから演繹的に導き出すことに成功した。

また、カイラル型ナノチューブで生じる特異な座屈挙動を、構造不安定モードの立場から明らかにした。すなわち、カイラル型構造体ではらせん構造に伴う不安定変形モードが存在し、それが圧縮ひずみ印加によって活性化することでナノチューブ表面にらせん状の波型構造が現れ(第1次不安定)、その後さらにひずみを印加することによりナノチューブ全体の座屈(第2次不安定)が生じることが明らかとなった。このような系では、波型構造による物性変化と、座屈大変形による物性変化の2段階の機能性変化が期待できることが分かった。また、強誘電体ナノ構造材料について特にPbTiO3に対してモデリングを行い、電気双極子モデルによるポテンシャル関数を構築することで、これまで広く用いられているシェルモデルなどでは不可能であったナノワイヤ構造の分子動力学計算を安定的に行うことに成功した。圧縮変形に伴う分極構造の相変態にも成功し、第一原理計算と整合する結果が得られた。本モデリング手法を用いたシミュレーションにより、構造パラメータや表面方位を調整することで相変態を生じる圧縮ひずみを変化させることができることが分かった。本研究では外力を受けるナノ構造体の座屈挙動について、機械的側面および物性的側面から数値シミュレーションによる検討を行った。カーボンや窒化ホウ素ナノチューブを対象に、軸方向圧縮座屈や系方向圧縮座屈のメカニズムを原子構造不安定モード解析によって明らかにするとともに、座屈変形によって生じる物性変化を半経験的量子力学計算によって求め、座屈変形モードとの関連性を示した。さらに、強誘電体ナノ構造のマルチフィジックス解析のための原子モデリング手法の構築も行った。前年度に引き続き、中空円筒ナノ構造の代表格である炭素系や窒化ホウ素系のナノチューブ材料の座屈変形解析およびそれに伴う物性の解析を行い、座屈変形を利用したデバイス設計の指針を得る。より現実的なデバイス設計に寄与するため、様々な欠陥構造が座屈挙動に及ぼす影響についても検討し、座屈変形を生じるための臨界欠陥密度と構造パラメータの関係などを求める。強結合近似法(Tight-Binding法)によるバンド構造解析を実施し、座屈前および座屈後の構造において電子状態がどのように変化するかを明らかにすることで、座屈によってもたらされる機能性変化の予測およびそのメカニズムの解明を目指す。これに平行して、多元系ナノ構造体の原子モデリング解析に取り組む。強誘電体材料のナノワイヤやナノチューブ構造から着手する。構造内部における電荷移動や多極氏相互作用を考慮する必要があるため、それらを適切に表現するポテンシャル関数を用いた原子モデリング手法を確立する。分子動力学解析および原子構造不安定モード解析を実施し、強誘電体ナノ構造体に特有な座屈ならびに物性変化のメカニズムを解明する。中空円筒ナノ構造の代表格である炭素系・窒化ホウ素系ナノチューブ材料の座屈メカニズムが明らかになりつつあるため、さらに詳細な不安定モード解析を実施してその全容を解明する。
フェムト秒光電流測定を用いた二次元単層膜の励起状態ダイナミクスの全貌解明

本研究では二次元単層膜の励起状態ダイナミクスの解明を目的として、レーザー分光による研究を行った。誘電率の異なる基板上に作製した単層MoS2において、顕微分光による光学測定を行い、光学特性の制御に成功した。また、TFSI表面処理や紫外線オゾン処理による表面品質の改善に取り組み、従来は真空中や低温において発光量子効率が著しく減少したところ、低温・真空中でも量子効率を改善し励起子発光効率の上昇と荷電励起子および励起子発光の分離に成功した。理想的な二次元ナノ物質である遷移金属ダイカルコゲナイド半導体MX2単層膜は、光物性・電気物性・スピン物性が絡まり合い、バレートロニクスに代表される新物性発現の舞台として近年注目されている。しかしながら、空間閉じ込め効果に起因する強い多体キャリア間相互作用のため、励起子分子や荷電励起子の関与した光励起状態は極めて複雑になり、その全貌は未解明である。本研究では、MX2単層膜におけるユニークな光学特性の起源となる励起状態ダイナミクスを、異なる時間分解レーザー分光手法を組み合わせることで解明することを目的とした。特に、電気伝導とレーザー分光の融合させた新しい分光法を用い、光・電気伝導・スピンの相関に基づく物性の解明を目指して研究を進めている。研究初年度においては、対象とするMoS2単層膜試料の作製および評価を行った。SiO2/Si基板上に剥離法によって作製されたMoS2薄膜を、発光およびラマン分光によって評価し、単層膜が形成されていることを確認した。また、試料を様々な手法で処理することによって励起状態の長寿命化や発光スペクトルの狭帯域化などの特性改善が実現できることを見出した。作製および評価した単層膜に対して微小電極を作製し、電気伝導測定による評価を行ったほか、光電流の温度依存性など基礎的なデータの収集を行った。また、MoS2単層膜の励起状態ダイナミクスを解明する手法としてフェムト秒励起相関法による超高速光電流測定系の構築を行った。GaAs単結晶に対してこの手法を適用し、光励起状態の緩和ダイナミクスを光電流を用いて測定できることを確認した。単層膜試料の作製および評価は順調に進んでいる。特に、化学的処理によって単層膜の性質を改善する方法を得たことは、研究を進めていくうえで重要なステップとなった。また、レーザ分光によるフェムト秒時間分解測定系の開発も順調に進んだものの、使用しているフェムト秒レーザーに最近故障が相次いでいることから、今後は計画に支障が出る恐れがある。理想的な二次元ナノ物質である遷移金属ダイカルコゲナイド半導体MX2単層膜は、光物性・電気物性・スピン物性が絡まり合い、バレートロニクスに代表される新物性発現の舞台として近年多方面から注目されている物質群である。しかしながら、空間閉じ込め効果に起因する強い多体キャリア間相互作用のため、励起子分子や荷電励起子の関与した光励起状態は極めて複雑になり、その光物性の全貌は未解明である。本研究では、MX2単層膜におけるユニークな光学特性の起源となる励起状態ダイナミクスを、異なる時間分解レーザー分光手法を組み合わせることで解明することを目指した。特に、電気伝導とレーザー分光の融合させた新しい分光法を用い、光・電気伝導・スピンの相関に基づく物性の解明を進めた。今年度はまず、高品質な単層MoS2の作製を目指して、TFSI薬品処理による発光高効率化および金剥離法による大面積試料の作製を行った。前者の成果として、発光効率が従来の数百倍に改善させることに成功した。また、従来は数ミクロン程度の大きさの単層膜しか作製できなかったところ、金剥離法により100ミクロン程度の大面積単層膜試料の作製に成功した。これらにより、試料に電極を付けて電流及び光学特性の測定を同時に行うが容易になった。また、どの基板上にMoS2を作製するかによって単層MoS2の光学特性に違いが現れることを見出した。励起子発光のピークエネルギーは基板の誘電率が高くなるほど低エネルギー側にシフトした。これを誘電遮蔽効果によって議論した。これまでの研究は順調に進んでいる。今後も当初の計画通りに遂行する。光物性年度末頃に本研究で中核的な役割を果たすフェムト秒レーザー装置の故障が相次ぎ、修理が必要となる可能性があったため、一部光学部品の購入を見合わせて、レーザー故障時の修理対応が可能な態勢にしたため。現時点では修理の必要には至っておらず、問題がなければ計画通りに必要な光学部品の購入に充てる。
ロコモーティブシンドロームの運動機能検査の基準値の設定とリスク因子の解析

ロコモーティブシンドローム(以下ロコモ)の頻度および程度を調査した。ロコモと診断されたのは男性で10.2%(17/167人)女性で20.1%(48/239人)で、ロコモの割合は女性で有意に高かった(p<0.01)。男女別のロコモ該当者比率は60代で6.1%, 10.2%、70代で9.4%、24.7%、80代で37.5%、66.7%であった。男女別のロコモ25の平均スコアは60代で5.2点、6.8点, 70代で6.8点、10.0点、80代で15.3点、22.0点であった。中高齢者のロコモは女性に有意に多く(p<0.01)また、年齢とともに頻度および程度が増すことが明らかとなった。ロコモの指標として有用な運動機能別のロコモ基準値をROC解析を用いて求めた。男女別の基準値は3mTUGが6.7秒,7.5秒、開眼片脚起立時間は21秒,15秒、背筋力は78kg, 40kg、10m歩行時間は5.5秒、6.2秒、最大1歩幅は119cm, 104cm、握力は34kg,22kgであった。この結果を用いることにより、ロコモの診断がアンケートによる主観的な診断のみでなく、客観的運動機能データを含めたより確実な診断ができるようになった。また、各個人の運動機能別の能力・特性を把握・評価できるため、栄養・運動などのロコモ予防・脱却の介入をする際の具体的な目標や計画を定めることができるようになり、さらに各運動機能の改善・悪化度合いを具体的な数値で評価できるようになった。
せん断場下における強相関高分子混合系の空間秩序選択法則の解明

本研究課題ではせん断場による高分子多成分系の流動誘起構造変化に関して以下の項目について検討を行った。(1)2元ブロック共重合体ラメラ構造の流動配尚化に対する成分粘度の影響(2)ポリオレフィン混合系の流動誘起構造変化と結晶化に及ぼす流動の影響(3)モデル非相溶高分子混台系の流動誘起構造と粘弾性の関係(1)では2つの系の比較から、濃度揺らぎが同程度であっても、それにともなう粘弾性コントラストに差がある系では構造変化が顎著になること、(2)の非相溶系では、定常状態でも引き伸ばされた構造が安定に存在し、流動の停止により分裂することをすでに報告した。また結晶化に及ぼす流動履歴の影響は、分子量が2-3倍程の成分を10%添加して分子量分布を広げた系を主に検討した。その結果、流動の影響は試料のずり粘度に非ニュートン性の表れるずり速度から現れ、高ずり速度印加後の試料の結晶化度は添加した成分単独の場合と同等になることを見出した。(3)では分裂と凝集過程でえられるドメインサイズにヒステリシスが存在することをまず示した、次にドメインサイズに広い分布を与えた場合の分裂・凝集過程を検討した。重量比7:3の非相溶混含系を異なるずり速度で定常状態にした試料A、Bと、それらを重量比1:1で混合した試料Cを調整し低ずり速度での合一過程のドメインサイズの時間変化を求めた。長時問経過後の平均ドメインサイズはどの系も同じになるが、混合試料Cのドメインサイズの増加は、流動開始後約40分まで他より大きくなった。ドメインサイズのヒストグラム解析から、混合された小さいドメインの減少と共に、通常の合一過程でのドメインサイズ以上のサイズのドメインが増加していき、サイズ分布がいったん広がる、すなわち小さいドメインが大きなドメインに吸い込まれる形での合一がまず進み、初期の合一過程が加速されていると考えられる。室温で液体で、粘度比が1程度のモデル非相溶混合系として、ポリジメチルシロキサン/ポリイソプレン、3/7混合系を用い、高ずり速度で構造を小さくしておき、その後低ずり速度で合一させることにより、凝集過程の研究を行った。その結果、構造がずり速度によって規定できる範囲は、凝集過程の方がずり速度を増加させる分裂過程よりも広いこと、その差により流動誘起構造の大きさのずり速度依存性にヒステリシスが生ずることを明らかにした。特殊な相互作用のない非相溶モデル混合系として、ポリプロピレン/エチレンオクテン共重合体の3/7混合系を用い、流動下の中性子小角散乱により構造を検討した。流動方向並びに流動に垂直方向の結果をあわせて考えると、ずり速度数十までの範囲では非常に長く引き伸ばされたドメインが存在していると考えられる。混合系の異種高分子を末端で共有結合させたものに相当するブロック共重合体の、ミクロドメインの流動誘起配向化に対する粘度の影響を、ポリスチレンーポリ2ビニルピリジン二元ブロックと、ポリスチレン-ポリイソプレン二元ブロックを比較試料として、二成分間の相互作用パラメーターを共通の尺度として検討し、粘度の差が大きなもの、すなわち後者において、流動下での揺らぎの異方性が大きくなることを見いだした。また低分子量ブロック共重合体を界面活性剤的に用いると混合系の球状ドメインの安定性が良くなること、環状ブロック共重合体を利用した熱可塑性弾性体の物性を検討し、ループ鎖の割合により弾性率が直線的に低下することを実験的に明らかにした。

我々は、二成分の粘度がほぼ等しいスチレン-d_8-2-ビニルピリジン2元ブロック共重合体(DP)溶液を用いた定常ずり流動実験によって、ODTから適度にquenchされた秩序状態では、第一法線応力差(N_1)のずり速度依存性が1乗から2乗へと変化するが、ODT近傍ではほとんど変化しないこと、対応する流動下の中性子小角散乱実験から、前者ではずり速度依存性に変化が起きるあたりからミクロドメイン構造の配向の度合いが良くなること、後者ではあまり配向が進まないこと、さらに無秩序状態では濃度揺らぎの抑制のみが起きることなどを報告した。一方スチレン-イソプレン2元ブロック共重合体溶液では、無秩序状態においても定常ずり流動によりミクロ相分離・配向化が起きることが報告されていた。そこで両者の違いをより定量的に比較するために、スチレン-d_8-イソプレン2元ブロック共重合体(DI)溶液のODT近傍でDPとほぼ同一の実験条件で測定した。用いた試料は、組成比が1:1で、分子量約12万、溶媒はフタル酸ジオクチル(DOP)である。その結果、DIではODT濃度(27.5wt%)より低い、26wt%でもODT濃度より高い27.8wt%から行った場合と同程度の配向を起こすこと、より低濃度でも濃度揺らぎに異方性が存在することがほぼ明らかになった。両者の相互作用パラメータの比較から、DIには格段に広い揺らぎの領域が存在し、さらに成分間の粘弾性コントラストが強いためにこのような違いがおきることが明らかになった。また、混合系については、ドメインサイズに二様分布のある試料で、分裂と合一がともに起きると考えられる条件で粘度測定と構造観察を行った。今のところ小さなドメインが大きなドメインに吸収される過程が優先的におきているように思われるが、詳細は現在解析中である。本研究課題ではせん断場による高分子多成分系の流動誘起構造変化に関して以下の項目について検討を行った。(1)2元ブロック共重合体ラメラ構造の流動配向化に対する成分粘度の影響(2)ポリオレフィン混合系の流動誘起構造変化と結晶化に及ぼす流動の影響(3)モデル非相溶高分子混合系の流動誘起構造と粘弾性の関係(1)では2つの系の比較から、濃度揺らぎが同程度であっても、それにともなう粘弾性コントラストに差がある系では構造変化が顕著になること、(2)の非相溶系では、定常状態でも引き伸ばされた構造が安定に存在し、流動の停止により分裂することをすでに報告した。また結晶化に及ぼす流動履歴の影響は、分子量が2-3倍程の成分を10%添加して分子量分布を広げた系を主に検討した。その結果、流動の影響は試料のずり粘度に非ニュートン性の表れるずり速度から現れ、高ずり速度印加後の試料の結晶化度は添加した成分単独の場合と同等になることを見出した。(3)では分裂と凝集過程でえられるドメインサイズにヒステリシスが存在することをまず示した。次にドメインサイズに広い分布を与えた場合の分裂・凝集過程を検討した。重量比7:3の非相溶混合系を異なるずり速度で定常状態にした試料A、Bと、それらを重量比1:1で混合した試料Cを調整し、低ずり速度での合一過程のドメインサイズの時間変化を求めた。長時間経過後の平均ドメインサイズはどの系も同じになるが、混合試料Cのドメインサイズの増加は、流動開始後約40分まで他より大きくなった。
個別化医療を目指した難治性循環器疾患である肺動脈性肺高血圧症の遺伝子解析

(平成23年度分)肺動脈性肺高血圧症ではBMPR2のエキソン欠失が報告されて以来、10kbpsの部分欠失は優性遺伝し成人期に発症する疾患の原因として近年注目されている。我々は、肺動脈性肺高血圧症および関連疾患を含めて131名分の検体採取を実施し遺伝子解析を施行した。患者内訳は、特発性肺動脈性肺高血圧症患者41名、家族性肺動脈性肺高血圧症患者4名、膠原病に合併した2次性肺高血圧症が17名、慢性肺血栓塞栓症が38名、アイゼンメンジャー症候群が2名、肺静脈閉塞症が2名、肺性心が2名、その他が20名である。特発性または家族性肺動脈性肺高血圧症患者45名において、BMPR2遺伝子に関して、6名の特発性肺動脈性肺高血圧症患者および2名の家族性肺動脈性肺高血圧症患者の姉妹に6種類のpointmutation変異と1種類のmissense変異を検出した。また、2名の家族性肺動脈性肺高血圧症患者の親子にエキソン1-3の欠失を、1名の特発性肺動脈性肺高血圧症患者にエキソン10の欠失を認めた。なお、エキソン1-3が欠失している親子については、Alu-Yが切断点であることが判明した。ENG遺伝子に関しては、1名にミスセンス変異を認めたものの、エキソン欠失は認めなかった。ALK-1遺伝子では変異、また欠失のいずれも検出されなかった。膠原病性肺高血圧症や慢性肺血栓塞栓症等の2次性肺高血圧症の患者にはBMPR2、ENG、ALK-1遺伝子の機能を大きく損なうと予想される変異、また欠失のいずれも検出されなかった。(平成24年度分)平成24年4月より米国に留学のため、自らの手による研究計画の継続は中断せざるを得なかった。また25年2月に至り、留学期間の延長が認められたので、本研究を廃止することとなった。そのため、本年度は平成23年度までの実績を論文として公表することに努めた。ヒト難治性疾患の遺伝子解析では、変異の検出に多くの方法が考案されてきた。しかし、kbp単位の欠失については、その存在と検出法は、従来あまり考慮されておらず、見逃されていた可能性が高い。肺動脈性肺高血圧症ではBMPR2のエキソン欠失が報告されて以来、10kbpsの部分欠失は優性遺伝し成人期に発症する疾患の原因として近年注目されている。患者内訳は、特発性肺動脈性肺高血圧症患者41名、家族性肺動脈性肺高血圧症患者4名(うち2名は姉妹、残り2名は親子)、膠原病に合併した2次性肺高血圧症が17名、慢性肺血栓塞栓症が38名、アイゼンメンジャー症候群が2名、肺静脈閉塞症が2名、肺性心が2名、その他のエチオロジーの患者が20名である。その結果、特発性または家族性肺動脈性肺高血圧症患者45名において、BMPR2遺伝子に関して、6名の特発性肺動脈性肺高血圧症患者および2名の家族性肺動脈性肺高血圧症患者の姉妹に6種類のpointmutation変異と1種類のmissense変異を検出した。