hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
網羅的O型糖タンパク質定量プロファイル法の開発

本研究は、微量の生体試料中のO型糖鎖結合部位を網羅的に定量プロファイル解析する技術の開発に基づく、がん特異的O型糖鎖修飾タンパク質の同定と分子生物学的機能解明を目的としている。前年度までに至適条件検討を行った基盤技術である新規O型糖タンパク質定量プロファイル法を用いて様々なモデルタンパク質の分析を行った。モデルタンパク質としてO型糖鎖修飾部位を複数持つことが知られているウシフェツインを用いた実験では、非常に高い糖ペプチドの濃縮効率を達成し、未報告の新規O型糖鎖付加部位を複数同定することができた。本手法をより複雑な試料である培養細胞抽出液に適用するために、ペプチドのラベル化およびストレプトアビジンビーズを用いたラベル化ペプチドの濃縮ステップの改善を行った。ストレプトアビジン、およびその誘導体を固相化した種々の市販のビーズを検討した結果、疎水性ビーズにストレプトアビジンを固相化したビーズが最も濃縮効率が良いことが明らかとなった。開発した手法を使用し、子宮頸がん細胞株や肺がん細胞株、前立腺がん細胞株など、様々な癌細胞株のO型糖鎖修飾タンパク質の網羅的解析を行った。解析の結果、ムチンやNF-κBなど、がんに関連する分子に実際にO型糖鎖修飾が起こっていることを確認した。さらにHeLa細胞抽出物を用いた解析では、既存の手法で解析した場合と比較して5倍ものO型糖鎖付加部位を同定することに成功した。生体サンプル内で存在量の少ないO型糖タンパク質を網羅的に捕捉する新規技術の確立に向けて順調に進展している。タンパク質のO型糖鎖修飾は多くの生理機能を持つことが知られている。特にがんでは特異的な糖鎖構造異常が高頻度に見られ、がん細胞の浸潤、転移、微小環境構築などに関わるだけでなく腫瘍マーカーとしても利用されている。しかしO型糖鎖修飾の変化を付加部位ごとに、定量的に、かつ網羅的に調べる技術は存在せず、O型糖鎖が持つ生理機能はごく限られた断片的な知見しか得られていない。そこで本研究では、微量の生体試料中のO型糖鎖結合部位を網羅的に定量プロファイル解析する技術の開発を目指している。平成29年度は、まずはモデル糖タンパク質を用いて新規O型糖タンパク質定量プロファイル法の核となるβ脱離反応、糖鎖付加部位のラベル化反応の条件決定を行い、本法用にLC-MS分析パラメータを至適化した。モデルタンパク質としてO型糖鎖修飾部位を複数持つことが知られているウシフェツインを用いた。O型糖鎖修飾ペプチドの濃縮を行い、LTQ-Orbitrap-Fusion Lumos質量分析計(Themo Scientific社)にて分析を行った。その後取得した質量分析データをExpressionistプロテオームデータベースサーバー(Genedata社)に転送し、必要なデータ処理後にO型糖鎖付加部位の同定を行った。その結果、これまでに報告のない新規付加部位18か所を含む、24か所のO型糖鎖付加部位が同定された。さらに、HeLa細胞総抽出液を用いて、網羅的に生体試料中のO型糖鎖結合部位を同定する技術を確立することを試みた。現在数百か所のO型糖鎖付加部位が同定されており、さらなる高感度化を目指している。ウシフェツインを用いた実験において、非常に高い糖ペプチドの濃縮効率を達成した。トリプシン消化物をそのまま質量分析計で測定した場合、O型糖鎖修飾のある糖ペプチドは全ペプチドの0.4%しか存在が確認できなかった。しかし本法を用いることにより、サンプル中の含有率が76%まで上昇した。これにより、従来の報告の4倍もの新規なO型糖鎖付加部位を同定することに成功した。また、細胞総抽出液という複雑な試料からもO型糖鎖付加部位が多数同定できており、新規技術の確立に向けて順調に進展している。HeLa細胞総抽出液からも多数のO型糖鎖付加部位がすでに同定されているが、2000か所を目標として、さらなる条件の至適化を行う。さらに平成30年度は、開発した手法を用いて糖転移酵素GALNT

6の膵癌細胞内における内在性基質を網羅的に同定し、最も高頻度にGALNT6から糖鎖修飾を受ける基質タンパク質について付加糖鎖構造の決定、癌細胞の増殖や運動能に対する機能解析を実施する。
縞状トゥファを用いた温帯〜亜熱帯の陸域古気候解析

温帯亜熱帯地域の陸域古気候を定量的しかも高解像度で解析するために,淡水成炭酸塩堆積物であるトゥファを題材に,堆積場において採集した水や堆積物試料を分析・観察した.その結果,1)縞状組織は水温変化を反映した方解石の沈殿速度の季節的変化が原因で発達することが明らかになった(Kano et al.,2003).また,2)農業用水や地下ダムの建設などの人為的改変がトゥファの組織に記録されることも解った.上記の研究成果を受けて,岡山県新見市・高梁市・鹿児島県喜界島・沖縄県宮古島などから採集した試料を用いて気候解析が実践された.まず,3)酸素炭素安定同位体比について検討した結果,水温の季節変化との相関性が一般的であり,近年の地球温暖化傾向をも記録していることが解った.次に,4)トゥファから降雨イベントの回数と時期が読み取れることを見出した(Kano et al.,2004).岡山県新見市のなどの縞状トゥファ試料には「年縞」のほかに,褐色を呈する幅0.1mmオーダーのバンドが認められる.この褐色バンドはX線マイクロアナライザーの線分析で得られたSiやAlのX線強度曲線のピークと一致し,粘土鉱物に富む部分であることがわかった.また,5)褐色バンド形成のメカニズムを理解するために,降雨イベントから5日間,新見市の堆積場で水質の連続観測を行ったところ,水に含まれる懸濁粘土が,降雨後の増水時には通常の7倍程度増加することも判明した.さらに,6)中国山西省の古トゥファについての解析も行ない,酸素同位体ステージ3(約5万年前)では現在よりも降水量が多かった事も示唆した(狩野ほか,2004).以上の研究により,トゥファの生成条件,縞状組織の生成機構,古環境解析法について,新たな知見が数多く得られ,「トゥファ古気候学」とも呼ぶべき,新たな研究分野が提案出来た.温帯亜熱帯地域の陸域古気候を定量的しかも高解像度で解析するために,淡水成炭酸塩堆積物であるトゥファを題材に,堆積場において採集した水や堆積物試料を分析・観察した.その結果,1)縞状組織は水温変化を反映した方解石の沈殿速度の季節的変化が原因で発達することが明らかになった(Kano et al.,2003).また,2)農業用水や地下ダムの建設などの人為的改変がトゥファの組織に記録されることも解った.上記の研究成果を受けて,岡山県新見市・高梁市・鹿児島県喜界島・沖縄県宮古島などから採集した試料を用いて気候解析が実践された.まず,3)酸素炭素安定同位体比について検討した結果,水温の季節変化との相関性が一般的であり,近年の地球温暖化傾向をも記録していることが解った.次に,4)トゥファから降雨イベントの回数と時期が読み取れることを見出した(Kano et al.,2004).岡山県新見市のなどの縞状トゥファ試料には「年縞」のほかに,褐色を呈する幅0.1mmオーダーのバンドが認められる.この褐色バンドはX線マイクロアナライザーの線分析で得られたSiやAlのX線強度曲線のピークと一致し,粘土鉱物に富む部分であることがわかった.また,5)褐色バンド形成のメカニズムを理解するために,降雨イベントから5日間,新見市の堆積場で水質の連続観測を行ったところ,水に含まれる懸濁粘土が,降雨後の増水時には通常の7倍程度増加することも判明した.さらに,6)中国山西省の古トゥファについての解析も行ない,酸素同位体ステージ3(約5万年前)では現在よりも降水量が多かった事も示唆した(狩野ほか,2004).以上の研究により,トゥファの生成条件,縞状組織の生成機構,古環境解析法について,新たな知見が数多く得られ,「トゥファ古気候学」とも呼ぶべき,新たな研究分野が提案出来た.今年度は試料採集と現世トゥファの分析に重点を置き,岡山県新見市・沖縄県宮古島など国内数カ所に加えて,中国四川省・雲南省などで現世トゥファ・古トゥファ試料の採集と水質の分析を行なった.特に,岡山県新見市では縞状組織の保存状態の現世堆積物試料および古トゥファ堆積物を採集することが出来た.採集した堆種物は各々半分に切断し,1つを樹脂で固め,試料の研磨薄片を作成した.薄片の作成に際して,設備備品として購入した薄片作成機(ヒリキスト社製)が大いに役立ち,出来の良い薄片を短時間で制作する環境を整えることが出来た.研磨薄片は組織の観察と写真撮影を行った後で,X線マイクロプローブを用いて,CaやSiなどの元素含有量の線分析に用いた.さらに,残りの半分の試料は縞伏組織に平行な面で0.2mmごとに削り,安定同位体比や微量元素の分析を行っている段階である.これらのデータは次第に揃いつつあり,その処理のために購入したパソコンは研究効率を大いに高めている.予察的には,トゥファ中のSiやAl含有量が降水イベント直後の増水時に地下から懸濁した粘土鉱物の沈着を反映していることが解り,これら元素のX線強度と気象観測所の降水量記録の対応関係を検討中である.

今後,過去の降水イベントを高精度で読みとることが可能であり,古気候研究分野でのインパクトのある研究成果を提示することが期待できる.また,鹿児島県徳之島のトゥファに関する記載論文を地質学雑誌に,トゥファ中の年縞の発達過程についてまとめた論文を国際誌に掲載した.今年度は,岡山県新見市・沖縄県宮古島など国内数力所に加えて,中国山西省・湖北省に発達する現世トゥファ・古トゥファを調査対象とし,堆積物試料と水質の分析を行なった.持ち帰った試料の中で特に縞状組織の発達の良いものを選択し,安定同位体比と粘土含有量の高精度分析を行い,気象記録との対応を考察した.採集した堆積物は各々半分に切断し,1つを樹脂で固め,試料の研磨薄片を作成した.研磨薄片は組織の観察と写真撮影を行った後で,X線マイクロプローブを用いて,CaやSiなどの元素含有量の線分析に用いた.さらに,残りの半分の試料は縞状組織に平行な面で0.2mmごとに削り,安定同位体比の分析を行った.現時点では新見市と宮古島の試料について解析が終了し,国内外の学会で発表する事が出来た.最大の成果は,トゥファ中のSi含有量の局所的な定量に成功し,酸素同位体比でSi含有量ピークの時間が見積もれたことである.Si含有量と気象観測所の降水量記録の対応は良好で,新見市の試料では総降水量50mm以上,宮古島の試料では総降水量200mm以上の降水イベントが記録されている事が判明した.また,山西省の古トゥファについても,酸素安定同位体比と第四紀の気候を関連づけることが出来た.研究成果として,新見市のトゥファに関する論文と,トゥファ中の年縞の発達過程についてまとめた論文を国際誌に掲載したほか,3編の論文を学術雑誌に投稿中である.今年度は,既に試料を採集していた岡山県新見市と中国山西省に発達する現世トゥファ・古トウファに加え,新たに岡山県高梁市などで採集した現世トゥファの分析を進めた.具体的には,特に縞状組織の発達の良い試料について,安定同位体比と粘土含有量の高精度分析を行い,気象記録との対応を考察した.採集した堆積物は各々半分に切断し,1つを樹脂で固め,試料の研磨薄片を作成した,研磨薄片は組織の観察と写真撮影を行った後で,X線マイクロプローブを用いて,CaやSiなどの元素含有量の線分析に用いた.さらに,残りの半分の試料は縞状組織に平行な面で0.2mmごとに削り,安定同位体比の分析を行った.得られた酸素同位体比変動曲線は水温の季節的変化に依存したサインカーブを描くので,高解像度の時間軸を提供する.研究成果の多くは国内外の学術誌で公表することが出来た.特に,新見市の試料で得られたSi含有量と降水量記録の良好な対応関係は,国際的に評価の高いGeology誌に掲載されている.この試料では,総降水量50mm以上の降水イベントの90%が記録され,酸素同位体曲線から見積もった降水イベントの時期と実際の時期とのずれが1か月以内に収まる.この様な,正確かつ高解像度の降水記録は,他の研究対象からは得られないので,トゥファの古気候研究における重要性が高まった.また,山西省の古トゥファについても,酸素安定同位体比と第四紀の気候を関連づけることが出来た.なお,岡山県高梁市での研究成果は,学術雑誌に投稿中である.
分化シグナルによる細胞周期制御機構

本研究では、発生工学的手法と遺伝学的手法を用いることが容易なショウジョウバエをモデル実験系として用い、増殖シグナルによるDNA複製関連遺伝子の発現誘導の機構と、分化シグナルによる発現抑制の機構を、分子生物学的、細胞生物学的及び遺伝学的手法を用いて解明し、増殖と分化を統合的に制御するシステムを明らかにすることを目的とした。研究期間中にショウジョウバエの転写因子DREFの標的遺伝子として新たに、eIF4a遺伝子とskpA遺伝子を同定した。eIF4aは翻訳開始因子であり、またSkpAはユビキチンリガーゼを制御するSCF複合体の構成因子である。このことは、増殖に伴うタンパク質代謝回転の活発化にDREFが重要な役割を果たしていることを示唆する。一方DREF結合配列(DRE)をおとりとして、酵母one-hybridスクリーニングを行ない、DREに結合する因子のcDNAクローニングを試みた。その結果DREFの他にCutが結合因子として同定された。Cutは3つのホメオドメインと1つのCutドメインというそれぞれ独立して機能しうる4つのDNA結合ドメインを持つユニークな転写因子であり、形態形成過程における細胞運命決定因子のひとつとしても知られている。Cutがin vitroでDREに結合しうることを、ショウジョウバエKc細胞核抽出液と抗Cut抗体を用いたゲルシフトアッセイにより示した。ショウジョウバエS2細胞に二本RNAを導入してDREFをノックダウンするとPCNAプロモーター活性が低下するが、Cutをノックダウンすると逆にPCNAプロモーター活性が上昇した。このことはCutが、DREFに対して拮抗的に作用し、PCNAプロモーター活性に抑制的に働いていることを示唆する。また抗DREF抗体と抗Cut抗体を用いたクロマチン免疫沈降法により、増殖中の細胞では、主としてDREFがゲノム上のPCNAプロモーター領域に結合し、一方βエクダイソンにより増殖停止して分化が誘導された細胞では主としてCutがPCNAプロモーター領域に結合していることが示唆された。この細胞分化に伴うDREFからCutへの乗り換え現象は、増殖と分化の切り換えの仕組みを考える上でも重要な発見である。山口はショウジョウバエDNA複製関連遺伝子の転写制御エレメント、URE配列とDRE配列の間に存在する新規の転写調節エレメント(PRE配列)を見出し、それを標的とした酵母one-hybridスクリーニングを行い、新規の転写因子のcDNAをクローン化した。この因子はRFXドメインを持つことからdRFX2と名付けた。またこの因子のDNA結合ドメインをショウジョウバエ複眼原基特異的に発現させると複眼形態異常をもたらすことがわかった。また、ショウジョウバエDNA複製関連遺伝子を共通に制御する転写因子DREFと相互作用する因子としてホメオドメインタンパクDistal-lessとクロマチンリモデリング因子Mi-2が新たに同定された。DREFをショウジョウバエの複眼原基で過剰発現させると、成虫の複眼が形態異常を示すが、この遺伝子導入ハエ系統とDistal-less突然変異系統あるいはMi-2突然変異系統とを交配すると、この形態異常を増強することから、Distal-lessとMi-2はDREF機能に抑制的に働いていることが示唆された。松崎はMirandaの局在を指標に、ショウジョウバエ神経幹細胞の非対称分裂に異常をきたす致死突然変異を系統的にスクリーニングし、数種類の責任遺伝子を同定した。その中には、がん抑制遺伝子や、細胞分裂期の収縮環形成に関与する遺伝子等が含まれている。転写因子DREFと遺伝学的相互作用する因子としてdRFC140とCG15636を同定した。

RFCは、複製関連因子のひとつであるPCNAのローディング因子(クランプローダー)として働く五量体のATPascで、5つのサブユニットのうち最も大きなサブユニットがRFC140である。哺乳動物のRFC140はまた、BRCA(Breast Cancer Susceptibility)1遺伝子にコードされるBRCA1と、ATM(Ataxia Telangiectasia Mutated)遺伝子にコードされるATMを含む複合体BASC(BRCA1-Associated genome Surveillance Complex)を形成し、DNAダメージのセンサーとしても働くといわれている。dRFC140遺伝子量を半減させると、DREFが誘導する複眼形態異常が抑圧される。またdRFC140遺伝子5'上流域に複数のDRE配列が存在していることから、dRFC140遺伝子はDREFの標的遺伝子のひとつであると考えられる。一方CG15636は、ヘテロクロマチン結合タンパク質HP1ファミリータンパク質等に見られるchromo shadow domainを持ち、106個のアミノ酸から構成されている。この構造的な特徴から染色体高次構造制御に関与する可能性が考えられるが、その機能はまだ明らかにされていない。CG15636遺伝子量を半減させると、DREFが誘導する複眼形態異常が抑圧される。またCG15636遺伝子の5'上流域にも複数のDRE配列が存在している。さらに唾腺染色体を抗DREF抗体を用いて免疫染色すると、CG15636遺伝子座である第二染色体25A1領域にDREFの局在が観察された。これらのことから、CG15636遺伝子もDREFの標的遺伝子のひとつであると考えられる。ショウジョウバエのDNA複製関連遺伝子を統合的に転写制御するエレメントとして、DRE(DNA複製関連エレメント>、E2F結合サイト、CFDD結合サイト等が存在している。これらのエレメントには、DREF(DRE-結合因子)、E2F・DP複合体、CFDD(複製遺伝子/DREF遺伝子共通制御因子)等の転写因子がそれぞれ結合する。このうちDRE/DREF制御システムは、細胞周期制御因子サイクリンAやシグナル伝達因子Rafの発現をも制御しており、ショウジョウバエの複製・増殖関連遺伝子のマスター制御因子のひとつである。DREFをショウジョウバエ複眼原基で過剰発現させると、異所的なDNA合成とアポトーシスの誘導、そして光受容細胞の分化を阻害し、成虫複眼の形態異常(rough eye表現型)を引き起こす。このrough eye表現型を抑圧または増強する突然変異をスクリーニングすることにより、DREFと遺伝学的相互作用する因子として複製起点認識複合体(ORC)の構成因子のひとつであるdORC2を同定した。
水中気泡内プラズマを用いた小型液体処理装置に関する研究

本研究は代表的な難分解性有機フッ素化合物であるペルフルオロオクタンスルホン酸(PFOS)を水中に生成したプラズマを用いて無害化することを目的とし,より実用化を見据えた分解システムの構築について様々な角度から検討を行った。従来実用化を妨げていた点としてプラズマ生成用電源の電源効率,分解処理容量,消費ガス流量の3つを挙げ,この問題を解決した分解システムとして, 21個のプラズマを水中に生成可能な21並列プラズマリアクタを開発した。本研究で開発した多並列プラズマ生成の技術を用いることで,分解処理容量に応じて発生させるプラズマ数を容易に増大させることができるため,分解処理容量の大幅な改善を達成した。また,リアクタ排気ガスを再びプラズマ生成に再利用するガス循環機構を設けることで,使用ガス流量を90%以上削減することを達成すると共に,従来プラズマを安定に生成するために損失となっていたバラスト抵抗損失を,キャパシタをバラストとしたインバータ駆動交流高周波プラズマを用いることで,電源回路効率を従来の30%程度から95%に改善することに成功した。さらに,次年度の予定としていたPFOS分解システムのシミュレーションモデルの開発も前倒しで行い,非線形負荷であるプラズマを受動回路素子と理想スイッチの組み合わせで表現し,プラズマによるPFOS分解をコンピュータ上でシミュレーション可能なリアクタモデルを開発した。このシミュレーションモデルを用いて実際の分解結果とのフィッティングを行った結果,プラズマによるPFOS分解の分解過程を定量的に導くことに成功し,従来未検討であった分解副生成物を含めたPFOS分解過程を導出することに成功した。本研究課題は平成27年度の交付申請を辞退するため、記入しない。
ゲーム理論による農民参加型灌漑管理組織の持続可能性条件の解明

灌漑投資と農村コミュニティや水利組合による灌漑システムの管理の成否は農業生産に大きな影響を及ぼす。本研究では、オストロムの制度設計の原理とゲーム理論に基づいて、ネパールとインドネシアの3つの灌漑管理の実態を明らかにし、これを評価した。制度設計の原理が満たされている水利組合では、灌漑システムの維持管理のパフォーマンスが高かった。しかし、こうした制度が不在の水利組合では、チキンゲームの構造をもち、下流農家の自発的な努力によって灌漑システムが維持されていた。今後、維持管理費用が増加するにつれ、ゲームの構造は保証ゲームへと変化し、灌漑システムが退化することが危惧された。昨年同様、ネパールカトマンズ盆地のサク村の農村調査を実施した。2012年にこの村の水路が壊れ、改修が行われた。この改修の担い手は、村のボランティアであった。サク村には、農業水利組合が存在しないため、農民の水路改修への出役義務はない。水路改修への出役農民の特徴は以下のとおりであった。(1)農業への生計への依存度が高い農家である。(2)水路の中流部ないしは下流部に農地を保有している農家が主流を占める。(3)数十年前より、確固としたリーダーの役割を果たす農民が存在する。(4)農村開発委員会から補助を受けている。補助金は、農業水路を改修に必要な資材費に充当されている。こうした事例から、灌漑水の配分は上流優位、水路の維持管理は、最も水を必要として農民が自発的に担っていることが明らかになった。さらに、フォーマルな制度や組織がなくても、自発的な農民の努力がなされ、外部からの補助が存在しているうちは、かろうじて水利施設の維持か可能であるといえる。組織そのものの維持に要する管理費用は皆無に等しいが、将来的には、リーダーの不在や維持管理資金の不足などが予測されるため、水利施設の維持管理は安泰とはいえない。総受益者協力型のフォーマルな水利組合と自発型のインフーマルな水利組織の長所と短所が明らかになった。また、下流部においては、収益性の高いトマトの栽培が拡大していた。農家の記録からトマト栽培の収益性の高さとともにリスクの高さが明らかになった。ネパールの農民管理型灌漑システムの調査を実施した。調査対象水利組合は、ネパール・シンドパルチョーク郡シカルVDCの農村のプチャール水路ジャルキネ水道利用組合である。この水利組合は、昨年まで調査を行ってきた、サク村のインフォーマルな灌漑管理活動と異なり、どちらかといえばフォーマルな水利組合がその担い手である。灌漑水供給に果たす水利組合の役割、受益者による費用負担の実態を明らかにした。この組合の水利施設は約30年前に現在の水利組合長ほか3名によって建設された。長さ約3kmの幹線水路を有する。組合長を含めた11名の有力農家がボード委員会を設立し、この水利組合の運営に携わっている。この組合では水利施設の維持管理のための労働供給と水利費の支払いが制度化されていた。水利組合が定めたルールの違反者にはペナルティが課せられる。水の配分方法も水資源が乏しい36月にはローテーションシステムが取り入れられていた。このような水配分の履行者は、村の農民から雇用された水路管理人である。このような組合長に代表される有力農民は、村の中でも比較的大きな権力を有し、一般農民をリードしてきた。彼らの存在は、灌漑システムの維持管理に関して一定の秩序を与えるものであり、灌漑システムへのただ乗りを防止する要因となっていた。このように本調査によって、組合長を中心とした有力農家のリーダーシップが水利組合の制度や活動内容に影響を与えていたことが明らかになった。灌漑システムのモデル化に際しては、村落のリーダーの説得や威嚇などの役割を組み込むことの重要性が示唆された。本研究は、ネパールの農村を念頭に置きながら、農民参加型灌漑システムの存立条件を明らかにすることを目的としている。ネパールの首都カトマンズの中心部から東へ約16kmに位置するサク村の灌漑システムを定点観察している。この村の農業に関しては、高度に組織化された水利組合が形成される気配はなく、上流優位の水配分が行われている。水利施設の維持管理においても、中・下流部の比較的大規模な農家が担っている。現時点においても、「米ー夏馬鈴薯ー冬馬鈴薯」の作付けパターンが支配的である。しかし、現在では、米を全く栽培せず、雨よけハウスを利用したトマト栽培に特化する農家が十数戸見られる。この村で初めて、販売を目的にトマトを導入したのはインドの野菜・果物の販売人である。彼はトマト栽培の収益性が高いということから、村の農地を借り受けトマト栽培を開始した。

また、トマト栽培への新規参入者として、村の外からやってきたタマン人が多い。村内の古くからの住民は少ない。彼らは、やはり借地によってトマト栽培を営んでいる。このように、サク村では、雇用労働力に依存した夏馬鈴薯の収益性が農業雇用労働賃金率の急激な上昇によって悪化しつつあり、灌漑に依存しなくても高収益をあげることのできる換金作物の栽培が進展している。総ての農民が力を結集して、灌漑水を確保し、これを農民間で平等に配分するための、水利組合の形成を目標とするのではない。サク村での各農家の行動は、自分自身が可能な範囲内で、恵まれない水配分に対処するというものである。上流と下流の相互依存関係が欠如しているため、高度に組織化された水利組合が形成されないと考えられる。すなわち、上流農家は、下流への水配分の平等性を補償しなくても、何ら失うものがなく、営農の独立性が高いのである。ネパール統計局のNepal livingstandard surveyを用い、傾向スコアマッチング法によって、ネパールの馬鈴薯と野菜について灌漑の効果を明らかにした。灌漑は、乾季の馬鈴薯や野菜作の作付けによって農業所得を高めることが明らかになった。また、ゲーム理論に依拠しながら、小規模重下式灌漑システムの維持管理問題について分析した。灌漑システムの維持管理や水配分問題は、囚人のジレンマゲーム、チキンゲーム、保証ゲームに大別できる。このような非協力ゲーム理論は、農家間の協力関係の形成を説明できるため、灌漑システムの維持管理の分析に適している。本研究の事例調査から示唆される点は以下のとおりである。1ゲームの利得構造を変えることによって、農民同士の協力解を得られる可能性あることが明らかになった。すなわち、ゲームの構造を変えることが重要なのだが、では一体、誰がこの条件を変えるのかということが問題になる。政府系の第三者機関が想定されがちであるが、農民参加型の灌漑組織であるならば、結局、農民同士がお互いにモニターし、ルールを守らないものに対しては制裁を加える仕組みが必要だという点で振り出しに戻ってしまう。2水利組織が有効に機能していない灌漑システムでは、上下流間の水配分、維持管理費用の負担は、チキンゲームの構造をとりながら、下流農家の費用負担によって、システムが維持されているのではないかということが推察された。これは、オストロムらが提示している共有資源管理の成功条件の1つであるコングルエンス条件と必ずしも整合性を有していない。これは、新しい論点であり、さらなる実証分析が必要である。3灌漑システムがチキンゲーム型の利得構造であれば、下流農家だけで灌漑システムを支えきれなくなったとき、灌漑システムそのものが、持続不可能となる危険性がある。農業経済学サク村における農民の協力関係の形成という枠組みに関する論点が明確になった。一律に水利組合の形成といってもその中身は、いろいろなレベルやタイプが存在することが明らかになった。水利施設の維持管理や水配分を担う組織はインフォーマルなのか、それとも、フォーマルなのか、また、農民の自発的地域公共財の供給機能に多くを依存しているか否かによって、ゲーム理論の適用条件が異なることが明確になった。
ハビタブル惑星探査時代に向けたスペースコロナグラフ技術の開発

系外惑星(太陽以外の恒星を公転する惑星)の微弱な光を直接とらえるためには、明るい主星の光を強力に除去する観測技術(「高コントラスト観測技術」とよぶ)が必要不可欠である。系外惑星からの光を直接とらえることができれば、スペクトル分析などの詳細な解析により、バイオシグナチャー(生命活動の痕跡)を発見できる可能性を秘めている。本研究課題では、このような究極の科学目標を掲げた将来のスペースミッション時代において、我が国が重要な技術的貢献を果たすため、これまでにない性能を誇る強力な高コントラスト観測システムを実現することを目標としている。
核磁気共鳴を用いた遍歴電子系酸化物の磁気ゆらぎ・磁気量子臨界現象の研究

本研究では、絶対零度でおこる相転移である量子相転移、およびその近傍にある量子臨界領域での振る舞いを明らかにすることを目的としている。ペロブスカイト型ルテニウム遍歴酸化物Sr3Ru207は、そのメタ磁性1次転移の臨界点を絶対零度に調節することが可能であり、メタ磁性量子臨界点が実現する。18年度は、量子臨界点と古典臨界点の違い、およびSr3Ru207の遍歴メタ磁性の特色について議論した。学会誌等への発表1において、古典的な1次転移臨界点が存在する磁場印加方向である、RuO2面に平行な磁場方向で170-NMR(核磁気共鳴)実験を発表した。前年度の量子臨界点近傍の結果との比較では、磁気ゆらぎの温度依存性に明確な違いが見られた。両者のメタ磁性において、古典臨界点ではフェルミ液体的である一方、メタ磁性量子臨界点では絶対零度に向かって磁気ゆらぎが発散していく様子が観測されている。次に、学会誌等への発表3において、170-NMRのナイトシフトと電場四重極勾配の異方性から酸素2pπ軌道における局所スピン磁化率と局所ホール占有率を決定した。これらの値はRu-O結合の非イオン結合性(共有結合性)の強さを反映して、非常に大きな値になっていることが判明した。また、類似物質(Sr2RuO4,SrRuO3)との比較から、ペロブスカイト型ルテニウム遍歴酸化物における遍歴磁性の多様性に酸素軌道の共有結合性が非常に深くかかわっている可能性を議論し、発表した。本研究では、Sr3Ru207のメタ磁性における量子臨界現象を170-NMRを用いて研究し、1)量子臨界的な磁気ゆらぎの温度依存性をメタ磁性臨界点で初めて観測し、2)この系の遍歴磁性の発現に、微視的には酸素2pπ軌道の役割が大きいことを見出した。また本研究では、強相関系のNMRに適したNMR装置を構築した。特徴は、構成の柔軟性が大きく、きわめて短い繰り返し間隔に耐え(1ms)、デッドタイムが小さく、感度が非常によい(NF=0.3dB)ことである。この成果は出身研究室の他の研究課題にも反映される予定である。本研究の成果は、学位論文にまとめられている。絶対零度でおこる相転移である量子相転移、その近傍にある量子臨界領域での振る舞いを研究している。ペロブスカイト型ルテニウム遍歴酸化物Sr_3Ru_2O_7のメタ磁性1次転移において、系を支配している磁気ゆらぎから新しい量子臨界現象であるメタ磁性量子臨海現象を解明することを目的とする。Sr_3Ru_2O_7の酸素サイトを核スピンを持つ170で置換した試料を用い、核磁気共鳴(NMR)を用いて量子臨界点に近いc軸方向に磁場を印可したときの磁気状態を0.3Kの極低温まで調べた。NMRシフトとスピン格子緩和時間T1の関係から、高温では2次元的な強磁性的ゆらぎが支配的である事、メタ磁性に近づくに従い電子有効質量が発散していく事、メタ磁性磁場において1/T1Tが絶対零度に向って発散する事、量子臨界点付近での支配的なゆらぎが反強磁性的である事を明らかにした(Physical Review Letters誌、95号127001頁2005年)。さらに、NMRの信号/雑音比(SN比)を大幅に改善する事を目的とし、技術開発を行った。物性研究のNMRに最適な、HF帯の広帯域かつ低回復時間の前置増幅器を、格子整合型高電子伝導度トランジスタを液体窒素温度に冷却する事により実現した。当分野において一般的に使用されている、等価熱雑音温度100K以上の前置増幅器にくらべ、30Kと大幅に改善することに成功した。これにより従来の1/3の測定時間で実験が可能である。

また、類似物質(Sr2RuO4,SrRuO3)との比較から、ペロブスカイト型ルテニウム遍歴酸化物における遍歴磁性の多様性に酸素軌道の共有結合性が非常に深くかかわっている可能性を議論し、発表した。本研究では、Sr3Ru207のメタ磁性における量子臨界現象を170-NMRを用いて研究し、1)量子臨界的な磁気ゆらぎの温度依存性をメタ磁性臨界点で初めて観測し、2)この系の遍歴磁性の発現に、微視的には酸素2pπ軌道の役割が大きいことを見出した。また本研究では、強相関系のNMRに適したNMR装置を構築した。特徴は、構成の柔軟性が大きく、きわめて短い繰り返し間隔に耐え(1ms)、デッドタイムが小さく、感度が非常によい(NF=0.3dB)ことである。この成果は出身研究室の他の研究課題にも反映される予定である。本研究の成果は、学位論文にまとめられている。
サブミクロンサイズの超徴小材料における強化機構の開発

次世代型マイクロマシンで使用される部品のサイズはミクロン以下になることが予想されており、そのような微小材料の機械的性質を知ることが、マイクロマシンの実用化のためには重要となる。しかしながら、材料の寸法をサブミクロンのオーダーまで小さくした時の機械的性質については、有効な評価法が現存せず、そのため、そのような材料の機械的性質がどのように変化するかについては、現在のところまったく知られていない。本研究では、サブミクロンサイズの金属材料に対して有効な機械的性質の評価法、特に繰返し負荷を与えた時の耐久性が評価できる装置を開発し、その機械的性質や疲労特性を明らかにするとともに、超微小材料に対する有効な強化機構の提案を行うことを目的としている。平成10年度では、超微小寸法試験片に対する機械的性質を評価するため試験装置の開発を試みた。そこで、平成11年度においては、実際に超微小試験片を作成し、機械的性質の測定を行い、本試験法の有効性について考察した。試料にはマイクロマシン用材料としての応用が期待されているアモルファス合金薄膜を用いた。用いた試料はAl-Mg合金上に無電解メッキにより成膜した厚さ12μmのNi-Pアモルファス合金薄膜で、これより収束イオンビーム加工機を用い、幅10μm、厚さ12μm、長さ50μmの片持ち梁試験片を作製した。さらにこの試験片に対して切欠を導入して、疲労試験ならびに破壊靭性試験を行った。その結果、このような微小試験片に対して、疲労き裂伝播抵抗、破壊靭性値評価を行えることができた。したがって、本研究で開発した試験法を用いることによって、今後マイクロマシン用超微小サイズ部材の強化機構について検討することが可能となった。そこで、平成10年度では、超微小寸法試験片に対する機械的性質を評価するため試験装置の開発を試みた。ミクロン以下の微小材料の機械的性質や疲労特性を測定するためには、10μN程度の荷重分解能、0.01μm程度の変位分解能が必要とされる。そこで、試験片に変位を与えるアクチュエータとしては、変位分解能が0.01μmの磁歪素子を用い、それと荷重分解能が10μN圧電素子型ロードセル組み合わせた微小試験片用疲労試験機を開発した。試料にはマイクロマシン用材料としての応用が期待されているNi-P系アモルファス合金を用いた。これより、収束イオンビーム加工機を用い、幅30μm、厚さ10μm、長さ50μmの片持ち梁試験片を作製した。この試験片に一定変位の繰返し負荷を与えた結果、疲労により破壊できることを確認した。また、破面観察を行った結果、破面上には疲労で破壊したことを示すストライエーションが観察された。したがって、本試験装置は微小試験片の疲労特性ならびに耐久性の評価にきわめて有用である。
高社会性げっ歯類を用いた痛みの社会的修飾メカニズムの解明

本研究において、一夫一婦制を営む(特定のパートナーと生涯を共にする)げっ歯類がパートナーを失うと、不安行動が増し、機械的刺激や熱刺激に敏感になった。さらに、脳内オキシトシン回路の痛み刺激に対する反応性が低下することも示唆された。これらの結果より、社会心理的ストレスにより不安と痛み関連行動が増悪し、その発症メカニズムに脳内オキシトシン回路の機能変調が関与することが示唆された。1.雌雄間で強い絆を形成するげっ歯類において、絆形成後にパートナーと同居を維持した群(維持群)と別離させた群(ロス群)に分けて、不安レベル、皮膚熱刺激に対する逃避反射の閾値および炎症誘発時の疼痛関連行動を解析すると、維持群とロス群間で有意差が検出された。また、不安レベルと皮膚熱刺激に対する逃避反射閾値には負の相関が検出された。絆を形成しなかったペアとの多群比較により、パートナーの存在により不安レベルが減少し、パートナーロスにより痛み行動が増悪することが明らかになった。これらのことから、パートナーと強い絆を形成するげっ歯類において、パートナーの存在により不安と痛み行動が修飾されることが明らかになった。身体的要因が全く関与しない心理的要因のみに依存する痛みの社会的修飾モデルを確立した。2.痛みの社会的修飾作用の脳内メカニズムを探索する目的で、1のモデルにおける脊髄および疼痛関連脳領域の痛み刺激への反応性を解析した。最初期遺伝子fosのタンパク発現を指標に炎症性疼痛誘発時における神経活性度をロス群と維持群で比較した結果、脊髄後角の浅層(I-II層)と深層(IV-VI層)ともに維持群に比べてロス群でFos発現量が有意に多く、疼痛関連脳領域においては、内側前頭前野と側坐核(核部、殻部とも)でロス群に比べて維持群で有意にFos発現量が多かった。脊髄後角は末梢からの痛み刺激が最初に入力する部位であり、脊髄後角において維持群よりロス群で活性度が高いことは、1の行動結果を支持するものである。また、内側前頭前野と側坐核は中脳皮質辺縁系ドパミン回路の構成領域であり、近年、内因性疼痛抑制系として機能することが注目されている。維持群の方がロス群に比べて、これらの領域が痛み刺激に対して強く活性化していたことから、パートナーによる痛みの修飾に中脳皮質辺縁系ドパミン回路が関与している可能性が示唆された。雌雄間で強い絆を形成するげっ歯類の痛み行動が、パートナーの存在により修飾されることを行動学的にとらえることに成功した。この現象は、一夫一婦制を営まないマウス・ラットでは実現困難であり、身体的要因が全く関与しない心理的要因のみに由来する点、情動行動の変化を伴う点で、痛みの社会的修飾メカニズムを解明するよい動物モデルとなる。痛みの社会的修飾作用の脳内メカニズムを探索すべく、脊髄やペインマトリックスにおける活性領域マッピングもほぼ計画通りに実施でき、中脳皮質辺縁系ドパミン回路がこの現象に関与している可能性が示唆された。当初の計画のうち、視床下部のオキシトシン・バゾプレッシンニューロンの活性度解析が未完了であるが、この解析については、免疫染色も終了し顕微鏡写真も撮影済みであり、近日中に終了できる。前年度において、パートナーと強い絆を形成するプレーリーハタネズミにおいて、パートナーの存在により不安行動と痛み行動が修飾される痛みの社会的修飾モデルを確立した。雌雄ペアリング前に雄の体内に超小型バッテリー内蔵型データロガーを腹腔内に埋め込み、パートナーロス期間中における深部体温の24時間連続計測を行った。その結果、ロス群はパートナーロス直後から体温が上昇し、その上昇はロス2週間以上継続した。さらに、ホルマリンの足底皮下投与により炎症性疼痛を誘発した際に、ロス群では維持群に比べて深部体温がわずかしか上昇しなかった。また、パートナーロス1週間後に心臓採血を行い、維持群・ロス群における血中コルチコステロン濃度をELISA法により測定した。その結果、維持群に比べてロス群の血中コルチコステロン濃度が高かった。さらに、前年度に疼痛誘発時にFos発現の差が検出された内側前頭前野と側坐核は、オキシトシン・バゾプレッシンの主要な投射領域でもあり、プレーリーハタネズミにおける絆の形成にも重要な領域でもある。そこで、視床下部におけるオキシトシン・バゾプレッシンニューロンにおける痛み刺激への反応性についてFos発現を指標に維持群とロス群で比較解析を行った。その結果、オキシトシン・バゾプレッシンニューロンともに、ホルマリンによる炎症性疼痛で有意にFos発現が増加し、特にオキシトシンニューロンにおいて、ロス群で維持群よりFos発現の低下がみられた。これらの結果より、パートナーロス群において、心理的ストレスにより視床下部ー下垂体ー副腎皮質系(HPA axis)が活性化し、さらにはストレス性高体温症を発症し、疼痛誘発時における自律神経反応を低下させることが示唆された。すなわち、パートナーロスにより痛み行動が増強されるメカニズムとして、心理的ストレスによる自律神経機能の変調が関与する可能性が示唆された。今年度は、前年度に確立したパートナーロスモデルにおいて、新たに自律神経機能の変調を示唆する結果を加えることができた。慢性痛患者においても自律神経機能の変調が痛みを増悪させることが知られていることから、本研究のモデルが痛みの社会的修飾モデルとして有用であることを支持することができた。さらに今年度は、パートナーロスにより視床下部オキシトシンニューロンの痛み刺激に対する反応性が低下する可能性を示唆した。

オキシトシンやバゾプレッシンはプレーリーハタネズミにおける絆形成に重要であり、さらに近年これらに鎮痛作用があることも明らかになっている。絆と痛みの脳内回路がオーバラップする部位である視床下部でパートナーロスの影響を明らかにできたことは、本研究の当初の仮説を支持する成果である。前年度において、パートナーと強い絆を形成したプレーリーハタネズミを、パートナーと別離させると(パートナーロス群)、炎症性疼痛時の視床下部オキシトシンニューロンのFos発現が低下し、脳内オキシトシンニューロンの痛み刺激に対する反応性の低下が示唆された。そこで、パートナーロスに伴う痛み行動の増悪に脳内オキシトシンが関与しているのか検証する目的で、パートナーロス期間中に、体内埋め込み型マイクロインフュージョンポンプシステム(iPRECIO SMP-300、プライムテック)を使用して、人口脳脊髄液(200nl)、人口脳脊髄液+オキシトシン(1ng/μl)、人口脳脊髄液+オキシトシン(1ng/μl)+オキシトシン受容体アンタゴニスト(10μg/μl)のいずれかを流速0.5μl/hrで側脳室へ投与し、各グループの炎症性疼痛時の痛み行動を解析した。その結果、人口脳脊髄液のみを投与したパートナーロス群に比べて、人口脳脊髄液+オキシトシン投与群では痛み行動が少なく、その痛み行動の減少はオキシトシン受容体アンタゴニスト投与群ではみられなかった。さらに、人口脳脊髄液+オキシトシン投与群とパートナー維持群の痛み行動を比較しても有意差は検出されなかった。パートナーロスに伴う痛み行動の増悪が、脳内へのオキシトシン投与によりパートナー維持群と同等レベルまで緩和されたことから、痛みの心理社会的修飾メカニズムに脳内オキシトシンが関与することが示唆された。本研究において、一夫一婦制を営む(特定のパートナーと生涯を共にする)げっ歯類がパートナーを失うと、不安行動が増し、機械的刺激や熱刺激に敏感になった。さらに、脳内オキシトシン回路の痛み刺激に対する反応性が低下することも示唆された。これらの結果より、社会心理的ストレスにより不安と痛み関連行動が増悪し、その発症メカニズムに脳内オキシトシン回路の機能変調が関与することが示唆された。今回の解析で神経活性差が検出された前頭前野と側坐核は中脳皮質辺縁系ドパミン回路の一部であり、この回路が延髄の下行性疼痛抑制系を介して内因性疼痛抑制系として機能することが近年注目されている。今年度において、延髄の下行性疼痛抑制系の痛み刺激に対する活性度もFosタンパクの発現を指標として解析を試みたが、維持群とロス群間で発現に有意差は検出されなかった。しかしながら、下行性疼痛抑制系を構成するセロトニンおよびノルアドレナリンニューロンの各マーカーとFos抗体の二重免疫組織化学染色において、各ニューロンともFosタンパクを発現していた割合はトータルニューロン数の1-2%であったことから、Fosタンパクよりもっと発現量の多いタンパクを指標に解析すると差を検出できる可能性がある。痛み刺激により下行性疼痛抑制系セロトニンおよびノルアドレナリンニューロンの30%がリン酸化ERKを発現し、さらにこの発現量が身体拘束ストレスにより変化するとの報告があるので、本研究の心理ストレスモデルにおいても同様に変化する可能性が高い。
血管新生とリンパ管新生におけるテトラスパニンの機能解析

我々は今までにインテグリンのパートナーであるテトラスパニン(CD9, CD151)について急性肺傷害やCOPDにおける機能解析をしてきた。本研究では癌の増殖や転移に重要な血管新生とリンパ管新生について検討を加えた。その結果CD151だけでなくCD9も血管新生に関わること、CD9はリンパ管新生にも関与することを見出した。テトラスパニンは癌の進展における役割が報告されてきたが、腫瘍微小環境におけるテトラスパニンの機能解明は、癌と血管・リンパ管におけるTM4を標的とした治療応用につながる。(1)臨床検体(肺癌とリンパ節)におけるtetraspaninsの発現肺癌の臨床検体を使用し、肺癌組織内の血管やリンパ管におけるCD9,CD81,CD151の発現を確認した。ヒト皮膚リンパ管内皮においてはintegrinだけでなく様々なtetraspanins(CD9,CD81,CD82,CD151)が発現していることを確認した。なかでもCD9は最も発現が強いことを確認した。さらにWestern blottingによりヒト皮膚リンパ管内皮におけるCD9やintegrinβ1の発現も確認した。実体顕微鏡下にbFGFを含むpelletを挿入し、リンパ管新生だけでなく血管新生を定量したが、有意な差を認めなかった。(5)局所腫瘍進展におけるCD9の役割以上よりリンパ管新生においてtetraspanin CD9は重要な役割をしていることを確認したが、今後メカニズムの解析も含めさらなる詳細な検討を行う予定である。血管新生については多くのことが研究され、抗血管新生薬の臨床応用が進んでいるが、リンパ管新生や癌のリンパ行性転移については詳しい機序がほとんど解明されていない。しかし最近になってようやくリンパ管内皮特異的なマーカーやリンパ管内皮の増殖因子やその受容体が同定され、リンパ管発生とリンパ管新生の研究分野は飛躍的に進みつつある。今後リンパ管新生のメカニズムを解明することが重要であり、それを制御する治療法の開発が期待される。Tetraspanins(TM4)はCD9, CD81, CD151などを含む細胞膜4回貫通蛋白でヒトでは32種類が報告されている。この蛋白ファミリーの特徴として膜蛋白と複合体を形成することにより接着、遊走、増殖、癌転移など様々な機能に影響を与える。TM4は血管内皮細胞だけでなく、リンパ管内皮細胞においても何らかの役割をしているのではないかと考えられる。実際ヒト皮膚リンパ管内皮(Human Dermal Lymphatic Endothelial cells : HDLEC)ではHUVECと比べintegrinやtetraspanin(CD9, CD81, CD151)の発現が増強していることを確認した。中でもCD9は他のtetraspaninsよりも発現が強く、さらにMatrigel上でのcable formationに抗CD9抗体は著明な影響を示した(未発表データ)。さらに様々な腫瘍組織でCD9とリンパ管内皮のマーカーであるLYVE-1の2重染色をしたころ、腫瘍の血管内皮とリンパ管内皮においてCD9の発現が確認された。以上のことよりTM4中でもCD9は、angiogenesisだけでなくlymphangiogenesisにも関与するのではないかと仮説をたてて、以下の実験を継続中である。CD9、CD151を含むテトラスパニンは、インテグリンやその他の膜蛋白と複合体を形成し増殖、アポトーシスや癌転移など様々な機能に影響を与える細胞膜4回貫通型蛋白ファミリーである。癌細胞におけるテトラスパニンは浸潤や転移に重要であることが報告されてきたが、宿主におけるテトラスパニンの役割は十分に解明されていない。我々はCD151が血管新生を促進することを報告してきたが、テトラスパニンのリンパ管新生における役割は未だ不明である。血管新生については精力的な研究の結果、血管新生阻害剤が臨床応用されるようになった。一方リンパ管新生は最近になってリンパ管特異的な分子や増殖因子が同定されようやく研究が始まったばかりである。さらにリンパ管新生は癌の転移のみならず炎症の制御や免疫反応にも関与することが明らかになり益々注目を集めている。そこでリンパ管内皮細胞におけるテトラスパニンの発現とCD9 Knockout (KO)マウスを用いたリンパ管新生におけるCDの役割についても解析した。まずヒト皮膚リンパ管内皮細胞におけるテトラスパニンの発現を解析したところインテグリンよりも強い発現を認めた。次にCD9 Knockout (KO)マウスから単離した内皮細胞は2次元や3次元における形態形成、走化性や増殖などのリンパ管新生に重要な機能の低下を認めた。さらにCD9の欠失によりリンパ管新生に必須のシグナル(VEGFR-3, p38, jnk)の減弱を認めた。その機序としてヒトリンパ管内皮細胞上では、CD)がリンパ管新生に必須の分子と会合し、CD9が欠失することによりこれらとの会合不全がおこることがリンパ管新生の低下のメカニズムであることが示唆された。
歯列・顎骨・顎関節形態のハイブリッド三次元解析による下顎位定量的決定法の臨床応用

歯列・顎骨・顎関節形態のハイブリッド型3次元計測法を用い、操作性のよい下顎位の定量的決定法を開発することを目的として、以下の研究を実施した。1.既に開発した画像デ-タベ-スシステムにはエンジニアリングワ-クステ-ションを接続しているので、その画像解析機能を高度化し、操作性の向上を図った。顎関節側面断層規格写真において、Morphological Close/Open Filterを用いたマ-カ-位置の自動検出法ならびにパタ-ンマッチングを用いた内外側各5層の撮影間の被写体移動回転の半自動補正法により断層像の重ね合わせを高速に精度良く行えるようになった。また、局所領域内コントラスト最適化処理による画質改良により、顎関節部の骨輪郭線の検出と計測を容易に行えるようになった。その際、増設メモリ-ボ-ドにより、処理速度の高速化を図った。2.現有の3次元座標測定装置を用い、歯列石膏模型、種々のスプリント等を計測する方法について検討した。その際、半調節性咬合器の座標系と模型等の座標系の対応関係を知ることが出来るように工夫した。3.歯列・顎骨・顎関節形態のハイブリッド解析システムを臨床応用するためのシステムのコンピュ-タアルゴリズムの検討を行った。1)歯列・顎骨・顎関節形態の統合的三次元計測法のコンピュ-タアルゴリズムは、ミニコンピュ-タ上で開発しているのでエンジニアリングワ-クステ-ションに移植し、操作性を向上させた。2)すでに開発した歯列・顎骨・顎関節形態の3次元計測法と、従来のセファログラム分析法、歯列模型分析法とを統合した総合的分析のためのコンピュ-タアルゴリズムについて検討した。この際、咬合器分析も組み込み、下顎および下顎頭の適切な位置への誘導を、定量的に行える方法について検討した。3)より操作性のよい、システムへの発展を課題として、さらに本研究の成果を発展させる予定である。
褐色脂肪細胞制御による新たなウシ肥育技術開発に向けた基礎研究

成牛の脂肪組織中でも褐色脂肪細胞のマーカー遺伝子であるUcp1が発現していた。Ucp1発現レベルは、濃厚飼料を多給されたウシの皮下脂肪において高かった。褐色脂肪前駆細胞(HB2)の分化に対して、インスリンが第一義的に必要な因子であった。褐色脂肪前駆細胞の分化は、TGF-βならびにアクチビンAによって抑制された。白色脂肪前駆細胞株である3T3-L1細胞を定法の脂肪細胞分化プロトコールに加えてサイロキシン、ロシグリタゾン、イソブチルメチルキサンチンを長期処理することにより、Ucp1陽性脂肪細胞に分化した。効率的な牛肉生産を考える上で問題となるものの一つに、肥育後期における肥育効率の低下が挙げられる。本研究は、『肥育に伴って、褐色脂肪細胞による熱産生が増加し、肥育効率が低下するのではないか?』との仮説の下、肥育牛の白色脂肪組織における褐色脂肪細胞の存否、給与飼料が褐色脂肪細胞活性に及ぼす影響、さらには、褐色脂肪細胞分化ならびに活性調節機構の解明を目的としている。研究初年度に、肥育牛の白色脂肪組織中に褐色脂肪細胞は存在することを明らかにしているので、本年度は、α-トコフェロール含量ならびにβ-カロテン含量の高いTMR飼料を給与した肥育牛の白色脂肪組織中の褐色脂肪細胞関連遺伝子の発現を検討した。その結果、褐色脂肪細胞特異的なUcp1の遺伝子発現は調べた脂肪組織ー皮下脂肪、腸管膜脂肪、腎周囲脂肪、筋周囲脂肪、ならびに筋内脂肪ーいずれにおいても検出された。UCP1遺伝子発現に関して、いずれの部位においても給与飼料間で有意な違いは認められなかったが、腸間膜脂肪におけるCIDEA, PRDM16およびTfamといった褐色脂肪組織において高発現する遺伝子の発現はTMR区の方が有意に低く、COX7a1やCOX8bもTMR区の方が低い傾向を示すことが明らかになり、TMR飼料摂取によって、潜在的に褐色脂肪細胞分化が抑制されている可能性が示唆された。また、白色脂肪前駆細胞株である3T3-L1細胞を定法の脂肪細胞分化プロトコールに加えてサイロキシン、ロシグリタゾン、イソブチルメチルキサンチンの長期処理により、Ucp1陽性脂肪細胞に分化することが示され、白色脂肪前駆細胞は条件次第で褐色脂肪細胞になり得ることが明らかになった。研究初年度に、肥育牛の白色脂肪組織中に褐色脂肪細胞は存在することを明らかにしているので、本年度は、黒毛和種去勢牛を用いてホールクロップサイレージ飼料給与の影響を検討した。10-31ヶ月齢まで稲もしくは大麦ホールクロップサイレージと市販濃厚飼料、あるいは、チモシー乾草と市販配合飼料を給餌した。31ヶ月齢で屠殺し、白色脂肪組織(腰部皮下、腸間膜、腎周囲、最長筋周囲、ならびに最長筋内)を採取し、褐色脂肪細胞関連遺伝子群の発現を検討した。その結果、褐色脂肪細胞のマーカー遺伝子であるUCP1発現はいずれの部位においても給与飼料間で差はなかった。ミトコンドリア生合成を促進するPGC-1&#61537;発現に関しても給与飼料の影響はなかった。一方、褐色脂肪細胞分化を誘導する転写因子PRDM16、ならびに褐色脂肪細胞で高発現するCIDEAの腎周囲脂肪における発現はホールクロップサイレージ飼料給与により増加あるいは増加傾向を示した。また、褐色脂肪細胞株HB2の分化に必須の因子の同定、ならびにTGF-βファミリーの内TGF-βとアクチビンAに褐色脂肪細胞分化抑制活性があることを明らかにした。この期間の肥育効率の改善により、肥育期間を短縮できる。褐色脂肪細胞は褐色脂肪組織を構成する細胞であり、熱産生に重要である。従来、ヒトやウシの褐色脂肪組織は成長に伴い消失することから、起源、分化調節、ならびに、機能制御に関して研究は進められてこなかった。最近、白色脂肪細胞が褐色脂肪細胞に分化転換し得ること、ならびに筋細胞系の細胞(筋芽細胞)も褐色脂肪細胞になり得ること、白色脂肪細胞から褐色脂肪細胞への分化転換の程度は、動物の生理条件や環境要因によって可変的であることが明らかになった。