hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
産卵制御の分子機構

2.下垂体後葉ホルモンの内、アルギニンバソトシン(AVT)は放卵誘起作用があり、血中値も放卵時に一致して増加する。この放出は種々の要因によって促されるが、子宮筋収縮に反応して放出されることが判明した。AVTは視床下部で産生され、そこから走行する神経軸索内を通って下垂体後葉に貯蔵される。AVT産生ニューロンの脳内局在を免疫組織化学法で検討したところ、AVTニューロンは終脳領域の視索前野では脳軟膜直下に、第三脳室周囲部では上衣直下に多数の細胞体が分布している。それらは23×15μm程度の大型ニューロンであり、室周囲部のAVTニューロンは極性を示し、デンドライトは脳室側に見られる。電顕観察で上衣細胞に接するAVT陽性デンドライトが明らかとなった。ニワトリの後葉ホルモンの内AVTについてその塩基配列を決定し、このcDNAをプローブとし約700bpの視床下部AVTmRNAを同定した。同mRNA量は4日間の絶水処理により4倍以上増加した。また、その局在部位を同定するため、in situハイブリダイゼーションを行なったところ、とくに視床下部の傍室核において著しい発現がみられた。AVTは視床下部のみならず、様々な末梢組織においても産生されることが明らかとなっているが、本研究では、排卵前の卵胞壁細胞においても産生していることが、免疫的研究とDNA組換え技術法によって明らかとなった。3.後葉ホルモンが子宮筋に対し、生理的に作用する第一のステップは、子宮筋特異的レセプターとの結合であり、標的器官レベルで放卵が調節される可能性がある。この意味において子宮筋AVTレセプター動的解析を行なったところAVTレセプターのKd値もBmax値も放卵時に著しく減少し、放卵後2時間には回復した。さらにAVTレセプターcDNAクローニング計画では、(1)子宮筋の可溶画分を抽出し、電気泳動解析を行ない、AVTレセプター画分を採取した。現在、アミノ酸シーケンシングする段階に来ている。(2)ヒト及びラット後葉ホルモンレセプターcDNA塩基配列をもとにオリゴヌクレオチドプライマーを合成し、産卵鶏子宮筋の全RNAをもとにPCR処理を行なった。452bpcDNA産物を得て、これをプローブとして産卵鶏子宮筋全RNA中に5.6、4.0及び2.1kbのAVTレセプターmRNA分子種を同定した。以上のように本研究の大要は、(1)卵巣プロスタグランジンの産生部位の特定と放卵調節への関与、(2)下垂体後葉ホルモンの中枢及び末梢組織における産生部位の特定(タンパク質レベル及び遺伝子分子生物学的解析)、発現機序と放出機序、(3)AVTレセプターの動的解析とcDNAクローニング及びアミノ酸シーケンシングによる構造解析を行ない、国の内外の研究者による共同研究として世界的にも極めて質の高い新しい事実発見を提供することができた。このプロジェクトによる外国研究者訪問と内国研究者との緊密性と協力性が将来の研究にも大きな弾みとなったことも見逃せない成果であり、文部省関係者に深謝申し上げたい。鳥類における放卵の調節機構は、視床下部一下垂体後葉系(中枢機構)と卵巣一卵管(子宮)系(末梢機構)の二つの系から成ると考えられる。前者は、視床下部で産生されるアルギニンバソトシン(AVT)がメディエーターとして一旦、下垂体後葉に貯蔵されるが、ある刺激によって血中に放出され、子宮筋収縮を促進し放卵を誘起する。一方、後者は、卵巣で産生されるプロスタグランジン(PG)をメディエーターとして子宮筋収縮を促進する。
妊娠・分娩による長期マイクロキメリズムと免疫寛容:移植への展開

【背景と目的】輸血がもたらす免疫修飾の誘導に、ドナー由来細胞の生着が候補として考えられている。また、妊娠・分娩によってもマイクロキメリズムが母体とその児に成立し、特異的な免疫寛容が成立することもある。妊娠・分娩や輸血による同種免疫とマイクロキメリズムの関連を明らかにすることを目的とした。【研究方法】1.男性Y染色体に存在するSRY遺伝子とHLA-DRB1を標的とするマイクロキメリズムの検出:nested PCRによる検出感度の向上。2.妊娠・分娩既往女性と非妊娠女性におけるマイクロキメリズム検索。3.腎移植待機患者の同種免疫感作の測定。4.妊娠による血小板抗原免疫感作の検索。5.未熟新生児の輸血抗原と母体抗原にたいする同種免疫感作。【結果】1.マイクロキメリズムの検出感度:SRY遺伝子を標的に用いると、全血1mlに存在する男性細胞15個を可能だが、HLA-DRB1を標的とすると感度は10100分の1程度になる。2.SRY遺伝子を用いると、男児妊娠女性の84%(16/19)に、非妊娠女性では3%(1/37)に胎児由来と考えられるマイクロキメリズムが成立している。3.腎移植待機患者の17%(117/693)が同種抗体を保有し、暴露歴があると20%に上昇する。4.妊娠女性の0.9%(223/24,630)が同種血小板抗原に対し、感作を獲得している。5.未熟新生児は輸血同種抗原や母親抗原に対し、感作を得ていない(0/52)。【考察】SRYを標的としたマイクロキメリズム検出は感度に優れ、HLA-DRB1と比べ、10100倍の感度があり、微量の細胞を検出できる。妊娠既往女性の8割が胎児由来のマイクロキメリズムを形成している。腎移植待機患者の17%がHLA同種免疫を、妊娠女性の0.9%が血小板同種免疫を獲得しているが、未熟新生児は同種免疫を獲得しがたい。【背景と目的】輸血による免疫修飾誘導の機序にドナー細胞生着によるmicrochimerismの成立が有力視されている。妊娠によって長期マイクロキメリズムが成立することが言われている。相互排他的に存在するであろう同種抗原感作と免疫寛容にはmicrochimerismの成立が重要な役割を演じているとの仮説の下に研究を行なった。【研究方法】1.Y染色体特異的遺伝子増幅法の基礎的検討:男性血液を女性血液に混じて,最高感度で検出できるnested PCR条件を設定した。2.妊娠既往女性のY染色体マイクロキメリズム:Y染色体をマーカーに男児妊娠女性(16名)と非妊娠女性(22名)の末梢血中の男性由来DNAを増幅して、評価した。3.HLAクラスI抗体:13名のりンパ球に対するリンパ球細胞毒試験によって測定した。2.男児妊娠既往女性:男児妊娠既往女性の15名(94%)にY染色体DNAが検出された。一方,妊娠既往の無い女性は1名(4.5%)だけ検出された。3.HLAクラスI抗体は妊娠既往女性の誰からも検出されなかった。【考察】

非常に高い確率で母親に胎児細胞が生着し、マイクロキメリズムが成立していることが判明した。抗体が検出されていないことから免疫寛容が成立していると推定されるが,さらに詳細な解析が必要である。【背景と目的】輸血による免疫修飾誘導機序にドナー由来細胞生着によるmicrochimerismが有力視されている。また,妊娠によってmicrochimerismが成立する場合があると言われている。同種抗原感作と免疫寛容は相互排他的に存在するが,microchimerismの成立がどちらに誘導するのか重要な役割を演じているとの仮説の下に研究を行なった。【研究方法】1.HLAクラスII:異なるクラスIIアリル(DR4,またはDR15)を標的にしてnested PCR法を用いて検出限界microchimerismを探索した。2.妊娠既往女性のY染色体microchimerism : Y染色体をマーカーに男児妊娠既往女性と非妊娠女性の末梢血中の男性由来DNAを増幅して、microchimerismを評価した。【結果】1.HLAクラスII遺伝子増幅法:全血100μLより抽出したDNAを蒸留水20μLで溶解し,10μLを使用した。DR4をDR12,14保有者にパルスした場合の検出感度は0.00001であった。同様にDR15をDR9,14にパルスした場合の感度も0.00001であった。理論上1ml血液のなかに15個の細胞を検出できる感度となる。Y染色体SRYを標的とした場合より約10倍感度が落ちる。2.男児妊娠既往女性:男児妊娠既往女性の15/18名(83%)にY染色体DNAが検出された。一方,妊娠既往の無い女性には1/28名(3.6%)からだけ検出された。【考察】SRY標的PCR法は非常に感度良く検出できるが,HLAクラスIIを標的とした場合は更なる感度向上が必要である。SRYを指標にすると高率で母親に胎児細胞が生着し、マイクロキメリズムが成立していることが判明した。【研究の背景と目的】輸血がもたらす免疫修飾を誘導にドナー由来細胞の生着によるマイクロキメリズムが候補として考えられている。また、妊娠・分娩によってもマイクロキメリズムが母体とその児に成立し、特異的な免疫寛容が成立するといわれている。母体は児由来細胞に表現されている同種抗原に対して、同種免疫を獲得することもある。【研究方法】1.HLAクラスIIと男性Y染色体に存在するSRY遺伝子を標的としたマイクロキメリズム測定:異なるクラIIアリルとSRY遺伝子を標的としてnested PCR法を用いてマイクロキメリズム測定感度を高める。2.妊娠女性と非妊娠女性におけるマイクロキメリズム検索3.腎移植待機患者の同種免疫感作評価:リンパ球細胞毒性試験による。4.母体同種免疫感作による新生児血小板減少症【結果】1.マイクロキメリズムの測定感度:SRY遺伝子を標的とすると、全血1mL中に存在する男性細胞15個から検出しうる。HLAクラスII遺伝子を標的とすると、1mL中に15個ほど必要で、SRYを標的とするよりも感度が落ちる。2.SRY遺伝子は非妊娠女性の37名中1名(2.7%)、男児妊娠経験女性の18名中15名(83%)に検出された。3.腎移植待機患者693名中117名(17%)に同種HLA抗体を検出した。4.24630人の妊婦中、223名(0.9%)が血小板抗体を産生した。【考察】
高圧水素漏えいにおける水素拡散領域縮小と水素滞留防止を実現する障壁の検討

「82MPa高圧水素ガス設備における離隔距離8m」の代替措置として、“大漏洩時における水素の移流を遮へいし"かつ“小漏洩時における水素の滞留を抑止する" 2つの効果を有する障壁を提案し、離隔距離の短縮を目指す。本研究では、多孔やスリットを有する障壁による噴流遮へい効果を用いて、距離規制の代替措置としての有効性を評価する。過去の研究において、水素ステーション等にコンクリートで固められた障壁を置くことで、ジェット火炎による熱被害領域を縮小する効果が示されている。しかしながら、障壁を隔てた漏洩側の領域に水素が滞留するため、障壁を設置することで爆発事故の頻度が著しく上昇すると考えられる。また、蓄圧器等の高圧水素ガス設備の格納庫への収容が検討されているが、格納庫を完全な閉鎖空間にした場合、水素滞留による爆発頻度の上昇が懸念される。このような背景において、格納庫の壁面に隙間を設けることで“水素拡散領域の縮小"と“水素滞留の防止"を同時に実現できると考えられる。大流量漏洩時には、壁面部において運動量による水素の移流を遮へいすることができ、水素拡散領域が縮小すると予想される。一方、小流量漏洩時には、隙間からの換気によって滞留が防止されると予想される。本研究では、82MPaの高圧水素をφ0.2mmのノズルから噴出した場合における、自由噴流と障壁衝突噴流の1PIVによる空間速度分布計測、2多点濃度測定による空間水素濃度分布計測、3強制着火による火炎影響領域計測を行い、障壁による可燃濃度領域と火炎影響領域を比較する。さらに、数値シミュレーションによって、82MPa以上の圧力条件や、0.2mm以上の開孔からの噴出における可燃濃度領域と火炎影響領域を示し、障壁の効果を評価する。2年目実施の82MPa水素噴出実験に向け、まずは、低圧噴流を障壁に衝突させた場合の流動挙動を可視化する模擬実験を行い、噴流の遮へい効果を確認した。この実験では、1MPa以下の圧縮空気にオイルミストを混入させてノズルから噴出し、噴流軸にレーザーシートを入射することで流れを可視化した。その結果、障壁に衝突後、壁に沿って拡散する流れと、開口部から障壁を通過する流れを確認し、予想通りの遮へい効果が得られていることがわかった。さらに、PIVによって、障壁の上流側と下流側の流速を測定した。その結果、障壁の上流側では、自由噴流における理論と同様の軸上速度分布、半値幅となっており、障壁の下流側では急激に減速するものの、軸上速度分布と半値幅は、係数が異なるものの、上流側と同関数で示されることがわかった。上記の実験と並行して、数値シミュレーションにより、82MPaの高圧水素がφ0.2mmのノズルから噴出した場合における自由噴流と障壁衝突噴流の可燃濃度体積を比較した。その結果、障壁衝突噴流の場合には、可燃濃度領域が短縮された。上記のように、当初に予定していなかった低圧噴出実験において、障壁による噴流遮へい効果を得ることができた。さらに、障壁の開口率によって水素濃度分布を予測する式を得ることができると予想され、2年目の研究における学術的な期待が高まった。まずは、低圧噴出実験において、障壁の開口率によって水素濃度分布の予測式を得ることを目指す。得られた予測式から、82MPaの高圧水素をφ0.2mmのノズルから噴出する本実験に向けて、想定結果を予測する。本実験では、自由噴流と障壁衝突噴流の1PIVによる空間速度分布計測、2多点濃度測定による空間水素濃度分布計測、3強制着火による火炎影響領域計測を行い、障壁による可燃濃度領域と火炎影響領域を比較する。続いて、数値シミュレーションによって、82MPa以上の圧力条件や、0.2mm以上の開孔からの噴出における可燃濃度領域と火炎影響領域を示し、障壁の効果を評価する。まずは、本実験と同条件でのシミュレーションを実施し、実験結果と比較することでシミュレーションの妥当性を示す。

さらに、数値シミュレーションによって、82MPa以上の圧力条件や、0.2mm以上の開孔からの噴出における可燃濃度領域と火炎影響領域を示し、障壁の効果を評価する。2年目実施の82MPa水素噴出実験に向け、まずは、低圧噴流を障壁に衝突させた場合の流動挙動を可視化する模擬実験を行い、噴流の遮へい効果を確認した。この実験では、1MPa以下の圧縮空気にオイルミストを混入させてノズルから噴出し、噴流軸にレーザーシートを入射することで流れを可視化した。その結果、障壁に衝突後、壁に沿って拡散する流れと、開口部から障壁を通過する流れを確認し、予想通りの遮へい効果が得られていることがわかった。さらに、PIVによって、障壁の上流側と下流側の流速を測定した。その結果、障壁の上流側では、自由噴流における理論と同様の軸上速度分布、半値幅となっており、障壁の下流側では急激に減速するものの、軸上速度分布と半値幅は、係数が異なるものの、上流側と同関数で示されることがわかった。上記の実験と並行して、数値シミュレーションにより、82MPaの高圧水素がφ0.2mmのノズルから噴出した場合における自由噴流と障壁衝突噴流の可燃濃度体積を比較した。その結果、障壁衝突噴流の場合には、可燃濃度領域が短縮された。上記のように、当初に予定していなかった低圧噴出実験において、障壁による噴流遮へい効果を得ることができた。さらに、障壁の開口率によって水素濃度分布を予測する式を得ることができると予想され、2年目の研究における学術的な期待が高まった。まずは、低圧噴出実験において、障壁の開口率によって水素濃度分布の予測式を得ることを目指す。得られた予測式から、82MPaの高圧水素をφ0.2mmのノズルから噴出する本実験に向けて、想定結果を予測する。本実験では、自由噴流と障壁衝突噴流の1PIVによる空間速度分布計測、2多点濃度測定による空間水素濃度分布計測、3強制着火による火炎影響領域計測を行い、障壁による可燃濃度領域と火炎影響領域を比較する。続いて、数値シミュレーションによって、82MPa以上の圧力条件や、0.2mm以上の開孔からの噴出における可燃濃度領域と火炎影響領域を示し、障壁の効果を評価する。まずは、本実験と同条件でのシミュレーションを実施し、実験結果と比較することでシミュレーションの妥当性を示す。
磁場制御環境下での内部摩擦の歪み振幅依存性計測による圧力容器鋼の材質劣化診断

原子炉圧力容器および機器構造物の照射脆化の非破壊診断への適用を念頭においた強磁性材料の内部摩擦の基礎研究で、以下に項目ごとに研究実績をまとめる。(1)装置開発片持ち共振式内部摩擦測定システムとコンポジット型縦振動共振内部摩擦測定システムの開発・改良を行い、強磁性体の磁場環境下での内部摩擦測定を行った。(2)模擬材実験自由振動方式による計測により、Fe-Cu合金熱時効材の内部摩擦測定の振幅依存性および温度依存性を明らかにした。並行して、電磁超音波共鳴計測を行い、圧延・未圧延Fe-Cu合金の減衰特性の熱時効温度依存性を明らかにした。(3)機構解明強磁性体の内部摩擦・減衰特性に影響を与える磁区の観察を実施した。ローレンツ電顕および偏光顕微鏡による中性子照射模擬材の磁区の直接観察を実施し、転位ループが磁壁移動のピン止め源になること、照射条件により磁区構造自体が変化することを、初めて明らかにした。(4)照射材実験照射材測定は実施できなかったが、ベルギーBR2炉で中性子照射した板型試験片の仕分けを済ませ、東北大金研ホットラボを利用した内部摩擦計測が今後できる体制を整えた。項目別に研究実績をまとめる。(1)装置開発(磁場制御環境下・計測システムの構築および最適化)既存の弾性特性測定装置をベースに改造することで、小型試験片に対応した片持ち共振式の内部摩擦計測システムを開発する計画に沿って予備実験を行ったが、磁場制御環境下で振動減衰に関して磁場に対する優位な差を検知できなかった。(3)の国際会議において、コンポジット型装置が有効であるという情報を得ることができ、帰国後その装置開発のための情報収集を新た.に行った。また、内部摩擦の温度依存性を検討するために、低温試験ができるように引張試験機を改造した.(2)模擬材実験脆化模擬材としてCu析出物を含むFeCu合金の等温焼鈍材について、自由振動方式による内部摩擦の振幅依存性の詳細な検討を行った。あわせて、同じ試料の磁区観察に成功した。(3)機構解明第15回内部摩擦国際会議(ペルージャ)に出席し、内部摩擦の振幅依存性の研究を行っている内外の研究者と情報交換・議論を行った。項目ごとに研究実績をまとめる。(1)内部摩擦の振幅依存性の計測装置開発コンポジット型計測装置が専門の研究者および圧電材料関連企業との間で情報交換を進め、X-18.5°カット単結晶水晶を用いたコンポジット型内部摩擦測定システムに関する情報収集を行った。その後、専用の単結晶水晶を購入するとともに、共振周波数領域で大電圧印加可能なバイポーラ電源を新たに導入し、それらを組み合わせた内部摩擦測定システム開発を進めた。磁場環境下での計測には至っておらず、次年度の課題とした。(2)照射模擬材実験および機構解明前年度に引き続き、FeCu合金を系統的に等温焼鈍して自由振動方式による内部摩擦を計測した。振幅依存性データを微小塑性理論により解析して変形応力を評価し、マクロ塑性と微小塑性が逆の挙動を示すことを示し、その原因について考察した。(3)照射材実験ホットラボを有する東北大学金属材料研究所量子エネルギー材料科学国際研究センターの関係者と打ち合わせを行った。中性子照射材の内部摩擦測定を実施する上で必要な装置搬入・設置方法等について検討した。
ミトコンドリアがオートファジーを制御する新機構と老化随伴疾患代謝物の探索

老化に伴う多くの疾患はミトコンドリア機能、オートファジー機能,血中NAD量低下が関与すると考えられているがその詳細な分子機構は明らかでない。我々が作成した、ミトコンドリア機能不全マウスの解析から心筋特異的ノックアウトマウスでは拡張型心筋症を早期に呈することを見出し、寿命は約500日に減少することを突き止めた。このマウスの心臓を用いて様々な解析を行った。メタボローム解析を行い、ミトコンドリア機能不全マウスではNAD量が減少していることがわかった。さらにNAD合成酵素の発現を確認すると軒並み減少していた。特にsalvage経路の発現に大きな変化が確認できたので、NAD合成酵素のうちNmnatに着目してその活性を測定するとやはり減少していた。オートファジー関連因子についても発現を調べるとp62、p62リン酸化とLC3のタンパク質レベルでの発現は増加していた。心臓組織の免疫染色でもこれらのオートファジーマーカータンパク質の局在に変化が確認できた。したがってこのミトコンドリア機能不全マウスではオートファジーを抑制してると考えられる。ではオートファジーのどの経路に影響を及ぼしているのか。心臓組織の電子顕微鏡解析で確認するとオートファジーの特にリソソーム形態に異常がみられた。以上の結果よりミトコンドリア機能不全が引き金となり、NAD合成量とそのNAD合成酵素発現量の低下、オートファジーの特にリソソーム形態異常、が確認できた。心臓組織での解析はおおむね終了したため、培養細胞において詳細なメカニズムの解析を行う。そのための様々な条件検討もおおむね終了した。ノックアウト心筋組織、及び樹立MEF細胞内NAD+、NADH、NADP、NADPHの量を研究室内の質量分析器LC/MS/MS、GC/MS/MSにおいて定量した。NAD合成系(de novo合成系、サルベージ系)に関与する酵素(Nampt、Nmnat-1、-2、-3、Qaprt、Naprt、NADsyn1) 8種類の遺伝子発現プロファイル、Nmnat活性測定など、NAD合成に関して心臓組織でできる機能解析は全て終了した。またオートファジーに関するRNA、タンパク質、の発現確認、組織染色や電子顕微鏡解析により形態異常も確認できた。組織で行う予定であった実験はほぼ終了した。今後はさらなるメカニズム解明に向けて培養細胞での解析を行う予定である。そのために必要な細胞も作製した。さらにNAD合成阻害剤を用いた実験を行うための条件検討も行っている。阻害剤の濃度、添加時間は決定している。細胞を用いてリソソームの機能解析を主に行う予定なので、LysotrackerRed、pHセンサー、などの試薬の検討やリソソームの精製方法の確立、その活性測定の方法、などの検討も行った。これらの検討を基に実際にデータをとっていく予定である。すでに条件検討はできているので、培養細胞を用いてリソソーム機能解析を行う。ミトコンコリア機能低下によって引き起こされるNAD合成量低下が原因となりリソソーム機能が低下することを証明する。阻害剤を用いてNAD合成を止めるとリソソーム機能低下を引き起こすことをLysotrackerRed、pHセンサーをもちいて検証する。また阻害剤を添加した時のRNAやタンパク質発現を確認、免疫染色によって形態変化があるのか、そのことがオートファジー機能低下につながるのか、検証する。さらにリソソームを精製して実際に活性を測定する。メタボローム解析によりp32cKO及びp32 / ATG5ダブルノックアウトマウスの代謝産物を測定する。当教室にはすでに質量分析器が稼働しており、中央代謝系、脂質を中心に約300種類の代謝物の解析が可能である。20週齢のマウスの心臓組織を単離しエタノール抽出後LC/MS/MS、GC/MS/MSを用いて代謝物を測定する。解析結果から、オートファジー不全、リソソーム不全の予測マーカーの探索を試みて、実際に老化に伴うオートファジー疾患のマーカーになりうるのか、その意義、妥当性を検証し病態検査、治療効果判定など実臨床に応用する。

心臓組織での解析はおおむね終了したため、培養細胞において詳細なメカニズムの解析を行う。そのための様々な条件検討もおおむね終了した。ノックアウト心筋組織、及び樹立MEF細胞内NAD+、NADH、NADP、NADPHの量を研究室内の質量分析器LC/MS/MS、GC/MS/MSにおいて定量した。NAD合成系(de novo合成系、サルベージ系)に関与する酵素(Nampt、Nmnat-1、-2、-3、Qaprt、Naprt、NADsyn1) 8種類の遺伝子発現プロファイル、Nmnat活性測定など、NAD合成に関して心臓組織でできる機能解析は全て終了した。またオートファジーに関するRNA、タンパク質、の発現確認、組織染色や電子顕微鏡解析により形態異常も確認できた。組織で行う予定であった実験はほぼ終了した。今後はさらなるメカニズム解明に向けて培養細胞での解析を行う予定である。そのために必要な細胞も作製した。さらにNAD合成阻害剤を用いた実験を行うための条件検討も行っている。阻害剤の濃度、添加時間は決定している。細胞を用いてリソソームの機能解析を主に行う予定なので、LysotrackerRed、pHセンサー、などの試薬の検討やリソソームの精製方法の確立、その活性測定の方法、などの検討も行った。これらの検討を基に実際にデータをとっていく予定である。すでに条件検討はできているので、培養細胞を用いてリソソーム機能解析を行う。ミトコンコリア機能低下によって引き起こされるNAD合成量低下が原因となりリソソーム機能が低下することを証明する。阻害剤を用いてNAD合成を止めるとリソソーム機能低下を引き起こすことをLysotrackerRed、pHセンサーをもちいて検証する。また阻害剤を添加した時のRNAやタンパク質発現を確認、免疫染色によって形態変化があるのか、そのことがオートファジー機能低下につながるのか、検証する。さらにリソソームを精製して実際に活性を測定する。メタボローム解析によりp32cKO及びp32 / ATG5ダブルノックアウトマウスの代謝産物を測定する。当教室にはすでに質量分析器が稼働しており、中央代謝系、脂質を中心に約300種類の代謝物の解析が可能である。20週齢のマウスの心臓組織を単離しエタノール抽出後LC/MS/MS、GC/MS/MSを用いて代謝物を測定する。解析結果から、オートファジー不全、リソソーム不全の予測マーカーの探索を試みて、実際に老化に伴うオートファジー疾患のマーカーになりうるのか、その意義、妥当性を検証し病態検査、治療効果判定など実臨床に応用する。今年度は既に研究室にある物品、試薬、機械、を用いることができたため予算使用額が予定より少なかった。今年度は新たな系を立ち上げるため、試薬と物品が多く必要になる。また学会発表や論文作成などを行う予定であるため、今年度の方が多く予算が必要となる。
フードシステムの自己組織化過程に関する比較制度研究

フードシステムを取り巻く与件の変化によってシステムは揺らぎを繰り返し、新たなシステムへと再編されるが,この過程を「自己組織化過程」とよぶことができる。これはゲーム理論的にはナッシュ均衡への収束過程であり,フードシステムを形成する各主体のとる戦略が相互に補完的になっている点に特徴がある。中・東欧の旧社会主義移行経済諸国のフードシステムは、民主化以前の計画経済から以後の市場経済へとその与件が大きく変化し、フードシステムも新たな組織化を余儀なくされた。そこは各国における農業の生産構造、土地所有構造、就業構造、消費構造などに規定された多様性な展開が見られる。これは各国の歴史の個性に起因するものである。以上,戦略的な補完性,歴史的経路依存性の2点に注目する必要性から,われわれの研究では比較制度論の手法をとることが有効であることを示した。社会主義体制下においても小規模土地所有・利用が認められていたポーランドでは、民主化以降農業生産の規模拡大が進まず、国内の経済発展に伴って西欧から進出してきた大手スーパーチェーンに対応できていない。しかし近年ごく少数の農家が土地を集積し、スーパーの物流センターに農産物を出荷する事例が見られるようになった。他方、ルーマニアにおいては、民主化以降にブカレストに青果物を供給するシステムを近代化させるため、周辺の青果物集積所および市内に卸売市場PGBを政府が整備した。しかし市内の量販店および小売店は卸売を必要とする段階になく、また逆に市場は西欧から進出してきたスーパーマーケットチェーンに対応できる規模ではない。しかし市内には国内スーパーマーケットチェーンに対応する物流拠点が市内に民間資本によって設立され、ルーマニア国内のハブとなっている。ルーマニア国内の食品流通は、前近代的小規模流通と近代的大規模流通が併存しており、今後の展開に注視する必要がある。1.中欧の旧社会主義計画経済諸国は,1990年代前半のほぼ同じ時期に市場経済システムを導入したのであるが,その後の展開は各国各様であり,青果物フードシステムにおいても多様性が認められる。2.その多様性を規定する要因として注目されるのは,「農業生産の発展段階(生産の集中)」,「卸売業者の構造(規模・運営)」,「卸売市場の構造(業者数)」,「小売企業の構造(スーパーのシェア)」,「消費者行動(まとめ買いの程度)」以上5点であった。3.各国の青果物フードシステムの特徴を述べるならば,チェコでは,市場経済導入後に,集団農場に集積されていた土地をもとの地主に返却されたが,耕作意思のない土地のほとんどは大規模借地農場に集積され,再び農業生産の集中が進展している。このため大規模生産者から卸を介してスーパーに青果物を供給するルートや生産者から直接スーパーに青果物を納入する事例もある。これを消費の側から支えるのがスーパーチェーンの発達であり,自家用車が一定程度普及している消費者のまとめ買い傾向である。4.他方,ポーランドでは計画経済当時から小規模生産者による農業生産が主流であり,またルーマニアにおいては,農地変換後に生産手段の再配分を受けられなかった小規模生産者による農業生産が一般的である。このような状態の中で,スーパーチェーンに対応するためには,生産者グループの形成や卸売業者の発達によって生産物を集積することが必須であるが,それらは未発達な状態にあり,スーパーチェーンの展開も低いレベルにとどまっている。5.これらの視点は,移行経済諸国のみならず先進経済諸国,また開発途上国においても援用可能な視点であると言える。今後はこれら機能に注目し調査研究を続ける。フードシステムでは各経済主体の活動が相互に作用しつつ様々な活動を繰り広げており、安定的なフードシステムは各経済主体の戦略がゲーム論におけるナッシュ均衡となっていると理解することができる。しかしフードシステムを取り巻く与件の変化によってシステムは揺らぎを繰り返し、新たなナッシュ均衡へと再編されてゆく。

その過程はフードシステムの自己組織化過程と呼ぶことができる。中・東欧の旧社会主義移行経済諸国のフードシステムは、民主化以前の計画経済から以後の市場経済へとその与件が大きく変化し、フードシステムも新たな組織化を余儀なくされた。そこは各国における農業の生産構造、土地所有構造、就業構造、消費構造などに規定された多様性な展開が見られる。社会主義体制下においても小規模土地所有・利用が認められていたポーランドでは、民主化以降農業生産の規模拡大が進まず、国内の経済発展に伴って西欧から進出してきた大手スーパーチェーンに対応できていない。しかし近年ごく少数の農家が土地を集積し、スーパーの物流センターに農産物を出荷する事例が見られるようになった。他方、ルーマニアにおいては、民主化以降にブカレストに青果物を供給するシステムを近代化させるため、周辺の青果物集積所および市内に卸売市場PGBを政府が整備した。しかし市内の量販店および小売店は卸売を必要とする段階になく、また逆に市場は西欧から進出してきたスーパーマーケットチェーンに対応できる規模ではない。しかし市内には国内スーパーマーケットチェーンに対応する物流拠点が市内に民間資本によって設立され、ルーマニア国内のハブとなっている。ルーマニア国内の食品流通は、前近代的小規模流通と近代的大規模流通が併存しており、今後の展開に注視する必要がある。
心筋機能不全発症における心臓内非心筋細胞との相互作用に関する研究

負荷心筋における代償性肥大は短期的には心機能を代償しうるが、構成蛋白質アイソザイムの変化や活性化された種々の成長因子による影響で、長期的には代償機構の破綻をもたらすと考えられている。近年、心不全における心筋機能不全の機序として、腫瘍壊死因子(TNF-α)などのサイトカインの関与が注目されている。これらのサイトカインは心筋細胞の近傍に存在する心筋細胞以外の細胞が分泌し、パラクリン的に心筋細胞が影響を受けていると考えられる。また逆に血行動態の変化などの刺激により心筋細胞自身から活性物質が分泌され、周囲の非心筋細胞の機能に影響を与えている可能性も高い。そこで本研究では、TNF-αが陰性変力作用とともに、心不全の病態に一義的に関与するかを検討するために、心不全の悪化に深く関わる心筋細胞肥大作用を有するかを検討した。生後12日のSDラットより得られた培養心筋細胞を48時間の無血清培地で培養後、TNF-αあるいは胎児牛血清(FCS)を投与して、24時間後の形態的変化とLowry法による総蛋白の変化、6時間後の^3H-フェニルアラニン(^3H-Phd)の取り込みの程度、24時間後に抽出したRNAを用いたノザンブロットにより、心房性ナトリウム利尿ペプチドおよびβミオシン重鎖mRNAの変化を検討した。同時に得られた非心筋細胞を2代希釈継代培養し、同様に^3H-Pheの取り込みを検討した。FCS(-)の対象群に比較してTNF-α10mg/mlで心筋細胞は肥大傾向を示し、FCS(+)に比べると卵円形を示した。総蛋白量は対照群に比較してTNF-α1、10ng/ml、およびFCS10%で1.24^*、1.18^*、および1.52^*倍であった(^*p<0.05 vs control)。^3H-Pheの取り込みは、対照群(FCS-)に比較して、TNF-α1、10ng/mlで1.92^<**>、207^<**>倍(^*p<0.005 vscontrol)であった。心筋細胞培養系における非心筋細胞の混在は、抗ミオシン重鎖抗体による免疫蛍光法でほぼ5%以下であったが、総蛋白量への非心筋細胞の寄与を評価するために^3H-Pheの取り込みを非心筋細胞で同様の方法で検討したところ、TNF-α1、10ng/mlで対照群(FCS-)に比較して1、24^*、1.36^*倍(^*p<0.05 vs control)であった。心筋細胞のほうが非心筋細胞に比較して約3倍の取り込みの上昇がみられ、TNF-αは非心筋細胞の増殖を活性化するものの、総蛋白量の変化は主に心筋細胞での蛋白合成の増加によると考えられた。この心筋肥大を転写レベルで検討するために、肥大の指標として現在最も再現性のある心房性ナトリウム利尿ペプチドおよび胎児型遺伝子であるβミオシン重鎖のノザンブロット解析を行い、TNF-αによるmRNAの発現の亢進を確認した。心不全や心筋症において血中TNF-αが高値を示すことが明らかになっているが、TNF-αによる心筋細胞肥大作用は、心不全の予後に関与する因子のひとつである可能性がある。慢性心不全患者の長期予後を改善した薬剤にTNF-αなどのサイトカイン産生抑制作用があることもそれを支持する事実と思われる。心筋細胞におけるTNF受容体R55、R75(R55>R75)の発現はすでに確認されており、TNF-αがこれらの受容体を介して様々な遺伝子の発現を調整していると考えられるが、現在のところ心筋細胞においての受容体以降のシグナル伝達については不明であり、さらに研究が必要である。

総蛋白量は対照群に比較してTNF-α1、10ng/ml、およびFCS10%で1.24^*、1.18^*、および1.52^*倍であった(^*p<0.05 vs control)。^3H-Pheの取り込みは、対照群(FCS-)に比較して、TNF-α1、10ng/mlで1.92^<**>、207^<**>倍(^*p<0.005 vscontrol)であった。心筋細胞培養系における非心筋細胞の混在は、抗ミオシン重鎖抗体による免疫蛍光法でほぼ5%以下であったが、総蛋白量への非心筋細胞の寄与を評価するために^3H-Pheの取り込みを非心筋細胞で同様の方法で検討したところ、TNF-α1、10ng/mlで対照群(FCS-)に比較して1、24^*、1.36^*倍(^*p<0.05 vs control)であった。心筋細胞のほうが非心筋細胞に比較して約3倍の取り込みの上昇がみられ、TNF-αは非心筋細胞の増殖を活性化するものの、総蛋白量の変化は主に心筋細胞での蛋白合成の増加によると考えられた。この心筋肥大を転写レベルで検討するために、肥大の指標として現在最も再現性のある心房性ナトリウム利尿ペプチドおよび胎児型遺伝子であるβミオシン重鎖のノザンブロット解析を行い、TNF-αによるmRNAの発現の亢進を確認した。心不全や心筋症において血中TNF-αが高値を示すことが明らかになっているが、TNF-αによる心筋細胞肥大作用は、心不全の予後に関与する因子のひとつである可能性がある。慢性心不全患者の長期予後を改善した薬剤にTNF-αなどのサイトカイン産生抑制作用があることもそれを支持する事実と思われる。心筋細胞におけるTNF受容体R55、R75(R55>R75)の発現はすでに確認されており、TNF-αがこれらの受容体を介して様々な遺伝子の発現を調整していると考えられるが、現在のところ心筋細胞においての受容体以降のシグナル伝達については不明であり、さらに研究が必要である。
性決定に関わる抑制性ヒストン修飾の役割

Ezh2はヒストンH3の27番目のリシン残基にメチル化を導入することで遺伝子発現を抑制する。この遺伝子発現の抑制が性決定に関与する可能性を検討するために、Ezh2のconditional KOマウスを胎児期の生殖巣でCreを発現するトランスジェニックマウスと交配し、Ezh2を生殖巣で欠損するマウスの作成を行った。予想通りこのマウスは正常に生まれて成熟した個体となったため、このKOマウスの精巣を回収して切片を作成し、解析を行った。しかしながら、このマウスにおいては精子形成が正常に起こっており、Ezh2の欠損のみでは性転換が起こらないことが分かった。このことから、Ezh2は直接性決定には関与していないことが示唆された。またEzh2の実験と並行してアデノ随伴ウイルスを用いた新規の精巣への遺伝子導入法を開発した。これまでの実験で使われているウイルスでは精細管を通過することが不可能であったが、アデノ随伴ウイルスは基底膜および血液精巣関門を通過して、生殖細胞および精巣体細胞へと遺伝子導入できることを示した。また、このウイルスを用いることによってKitl遺伝子を欠損するために先天的に不妊であるSteelマウスから正常な子孫を作成することに成功した。Steelマウスは生殖細胞がほとんど見られない精巣をもっており、ヒト疾患ではSertoli cell only syndromeに対応するモデルマウスとして知られている。過去にSteelマウスの遺伝子治療に成功した報告例はあるものの、生殖細胞への遺伝子導入が起こる可能性や、炎症を生じるなどの問題があり、ヒトには応用されていない。ところが今回生まれてきた個体にはアデノ随伴ウイルスの遺伝子挿入もなく、炎症像も見られないことが確認された。これらの実験結果からアデノ随伴ウイルスはヒトの不妊症でも治療に用いることができる可能性が生じた。予定していたEzh2の欠損マウスを作成することができたこと、またアデノ随伴ウイルスによる遺伝子導入法を開発できたため。Ezh2以外に抑制性のヒストン修飾に関与する分子の機能解析を行い、性決定への関与を検討する。
内耳疾患特異的iPS細胞を用いた新しい内耳病態解析モデルの確立

疾患特異的iPS細胞を用いた病態解析を内耳疾患の病態解明、治療法開発に応用するために、効率的な内耳細胞への分化誘導方法の検討を行った。過去の報告に比して、有毛細胞マーカー発現効率を向上させることができた。また、遺伝性難聴モデルとしてTRIOBP欠損マウスからiPS細胞を樹立し、分化誘導実験を施行した。今後の問題点として、より質の高い感覚毛を有する細胞への分化誘導があげられる。本研究では、iPS細胞技術を応用し、遺伝子異常による難聴モデルマウス由来iPS細胞を樹立し、内耳への分化誘導を行い、病態解析を行う方法を開発することを目的としている。平成22年度には、1)iPS細胞から内耳前駆細胞への分化誘導方法の至適化を図るために、Pax2発現を指標とした分化誘導に関する実験を行い、Pax2発現を確認した。各種誘導因子の濃度、曝露時間を変更し、最も再現性の高い条件を決定した。この条件をベースとして、ヒトES細胞およびiPS細胞でも同様の解析を行い、種間でかなり条件を変える必要があることが分かった。2)iPS細胞から誘導した内耳前駆細胞(Pax2陽性細胞群)を胎生期鶏卵形嚢由来間葉系細胞と共培養し、内耳細胞への分化誘導実験を行った。第一に、感覚上皮への分化誘導実験を行い、有毛細胞のマーカー陽性で感覚毛を有する細胞をえることができた。さらに、標的遺伝子産物の発現を確認し、有毛細胞を標的とした遺伝子異常モデルの解析に用いることができることを確認した。ラセン神経節細胞への分化誘導に関しては、これまでPA6細胞との共培養による神経分化誘導を用いていたが、液成因子にこれを置き換えて分化誘導する方法を用い、同様の分化誘導効率が得られることを確認した。血管条およびラセン靱帯をいった蝸牛外側壁構成細胞の分化誘導に関しては、種々の分化段階でのマーカーが明らかにされていないことから、生後1日目のマウス蝸牛外側壁の発現遺伝子の網羅的解析を行い、候補遺伝子を決定し、定量的PCRでの確認を行った。3)有毛細胞の感覚毛の根の発現タンパクであるTRIOBP遺伝子異常マウス皮膚繊維芽細胞から、iPS細胞を樹立した。1)iPS細胞から誘導した内耳細胞の機能評価:本研究では、iPS細胞から内耳細胞への分化誘導方法として、Oshima et al.2011の報告に準じた3段階からなる方法を基本とし、培養誘導方法の至適化のための研究を施行した。この分化誘導方法は、iPS細胞から外胚葉への誘導を浮遊培養で行う第1段階、bFGF存在下で接着培養を行いPax2陽性細胞を誘導する第2段階、幼鶏卵形嚢間葉系細胞との共培養による有毛細胞への分化を誘導する第3段階からなる。安定した割合でPax2陽性細胞を得ることを目的とし、第1,2段階の条件を検討したが、同じ由来の細胞を用いた場合でも大きなばらつきが生じ、コントロールとしてマウスES細胞牽用いた場合でも、安定性に欠ける結果が得られた。第1段階の培養期間を短縮することにより、結果のばらつきを小さくすることができないかを解析中である。第3段階である有毛細胞の分化誘導については、できるだけ多くの有毛細胞を得ることを目的とし、胎生期の内耳である耳胞を用いた実験を行った。結果、幼鶏卵形嚢間葉系細胞との共培養よりも通常のゼラチンコートでの培養の方が有毛細胞誘導効率が高く、有毛細胞の増加を誘導できる添加薬物の候補が分かった。現在、iPS細胞由来の細胞に対する効果を検証中である。2)難聴遺伝子変異マウス由来iPS細胞実験:TRIOBP変異マウス胎仔皮膚線維芽細胞にレトロウイルスを用い、4因子導入法にてiPS細胞を作製し、発現マーカーの確認を行った。奇形種形成を確認する移植実験施行中である。上記の第1,2段階の培養誘導実験を施行し、Pax2陽性細胞が誘導されることが認められた。3)in vivoとの比較による再現性評価:準備実験として、TRIOBP変異マウスにおける支持細胞、ラセン神経節細胞変性について解析したが、特異的といえる所見は認められなかった。疾患特異的iPS細胞を用いた病態解析の手法は、これまで組織採取が不可能であった内耳疾患の病態解明、治療法開発に有効な手段であることが期待される。内耳疾患特異的iPS細胞研究を具体的に内耳病態解析に用いるためには、効率的なiPS細胞から内耳細胞への分化誘導方法の確立が不可欠となる。この問題を解決するために、他施設から報告されたiPS細胞およびES細胞からの内耳への分化誘導方法の再現性評価、新規内耳分化誘導方法の開発を行った。他施設から報告されている方法として、Oshima et al., 2011のマウスES、iPS細胞からの内耳有毛細胞への分化誘導法、Chen et

al., 2012のヒトES細胞から内耳感覚上皮および神経細胞への分化誘導方法の再現性評価を行った。結果、それぞれの方法でマウスiPS細胞、ES細胞から、免疫組織学的に有毛細胞のマーカー陽性の細胞が誘導可能であることが確認できたが、誘導効率は低いことが分かった。胎生10日目の耳胞組織を用いた再現性評価でも同様の結果が得られた。独自の方法として、接着培養系を用い、IGF1、EGFにWnt作動薬を加えた条件下で培養する方法をマウスES、iPS細胞を用いて検討した。結果、有毛細胞のマーカー発現効率は改善した。難聴遺伝子変異マウスとしてTRIOBP遺伝子欠損マウスの皮膚線維芽細胞からiPS細胞を樹立することができたので、この方法を用いて分化誘導実験を施行した。結果、正常iPS細胞と比較して、有毛細胞のマーカーであるmyosin 7aやespinの発現効率に明らかな差は認められなかった。電子顕微鏡での形態解析では、形成される感覚毛様構造が不良であり、TRIOBP遺伝子欠損による感覚毛の脆弱性を証明することはできなかった。評価対象となる遺伝性難聴モデルマウスからのiPS細胞が樹立できており、問題となる内耳への分化誘導方法についても適格な材料を用いて、システマティックに条件の至適化が進行している。本研究で用いるモデルマウスでは、有毛細胞の感覚毛の基底部に特徴的な変化が出現するため、有毛細胞の分化誘導が最も重要となるが、一定数の有毛細胞の分化誘導はすでにできており、現在行っている培養条件の解析により、詳細な有毛細胞の解析が可能なサンプル数が確保できる見込みである。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、遺伝性難聴モデルマウスを用いて、疾患特異的iPS細胞を用い、感音難聴病態解析の可能性を明らかにすることを目的としている。計画通りに研究を進めることにより、マウスモデルでどこまで解析できるかを明らかにすることができると予測されるが、並行して、ヒトiPS細胞での基盤となる知見を獲得するために、進捗状況に応じて、ヒトiPS細胞を用いた実験にも着手する。
K^+チャネル開口薬の硬膜外投与による鎮痛作用の検討

1,実験方法:ペントバルビタール麻酔下で体重350-450gのSDラットの腰部硬膜外腔にポリエチレンカテーテル(PE-10)を留置し,回復後テイルフリックテストを用いて抗侵害作用を評価した。投与薬物としては,(1)ATP感受性K^+チャネル開口薬であるニコランジルあるいはレブクロマカリム,(2)モルヒネ,(3)ATP感受性K^+チャネルブロッカーであるグリベンクラミドをそれぞれ単独あるいは併用で硬膜外投与した。2,結果:(1)ニコランジルおよびレブクロマカリム単独は,10100mcgの投与量で明らかな抗侵害効果を示さなかった(%MPE<20%)。(2)モルヒネは1mcgでは明らかな抗侵害効果を示さなかった(%MPE=-3%)が,10100mcgでは用量依存性に抗侵害効果を示した(各々の%MPE=46,66%)。(3)ニコランジル(100mcg)およびレブクロマカリム(100mcg)は,モルヒネ(1mcg),の抗侵害効果を有意に増強した(各々の%MPE=40,47%)。(4)この抗侵害増強作用はグリベンクラミドによって拮抗された(各々の%MPE=-5,7%)。(5)ニコランジル100mcgの硬膜外投与時には脈拍数や血圧の変化はみられなかった。3,考察:硬膜外投与されたATP感受性K^+チャネル開口薬は硬膜外モルヒネの鎮痛効果を増強することが示された。以上の結果から,脊髄中枢神経系においてATP感受性K^+チャネルは疼痛伝達に関して抑制的に作用すると考えられ,今後の臨床面におけるATP感受性K^+チャネル開口薬の疼痛治療への応用の可能性が示唆された。
脱穀理論の構築とこれに基づく新型脱穀法に関する研究

自脱コンバインに使用される穂先供給式の脱穀機(以下自脱という)は動力消費が少なく,脱穀品質は優れているが,稲以外の作物への適用性が乏しく,大型化しにくいことが欠点である。本研究は制御技術をフルに活用することにより穂先供給式脱穀機の欠点を改善し,汎用性があり,しかも動力消費の少ない脱穀法の開発を目的にしている。汎用性の高低の検討のため,稲と麦を本研究の対象作物として,稲は麦の物理特性を実測した。稲の穂先は多数に分岐した柔らかな枝梗に質量のある穀粒がついた形状をしている。この稲の振動特性を解析するため,分岐系の振動解析に適した伝達マトリクス法によるプログラムを開発し振動解析を行った。また,質量,茎,枝梗の剛性にばらつきによる振動特性の変動を線形偏差解析法により解析し,ばらつきによる影響は少ないことを確認した。次に,先に報告した脱穀理論に基づいて,自脱に制御を加えた場合の性能向上の可能性について検討した。この結果自脱は制御対象として適しておらず,自脱に制御機能を加えても多くの性能向上は望めないことを明らかにした。このため,新たに制御を実施することにより,汎用性と処理能力の向上が計れる脱穀機を構想し,これに基づいてこれを実現するための新型脱穀法の研究とセンシングデバイスの開発を兼ねて円盤型脱穀機を試作して実験を行った。この結果,理論的に自脱と同条件を与えれば自脱と同性能の脱穀が行えること,実験機段階では正常な脱粒の場合と,穂切れにような異常な現象が生じた場合の検出が可能であり,センシングデバイスとしての役割が果たせることが確認できた。また,この時作用する力については,実測値と計算値が一致することも確認でき,脱穀理論に基づいて脱穀機の設計が行えることを明らかにした。本研究により今後開発を予定している実機の開発に必要な多くの知見を得た。脱穀機の脱粒過程を信頼性工学に使用される故障率の考え方を適用して解析し、自脱の脱粒過程については、1つのパラメ-タの変更により品種、供給量などの脱穀条件が変化した場合の脱粒分布が表現できるワイブル分布が適用できることを検証した。脱穀機を、脱穀機への作物の供給量を入力、こぎ胴軸トルクを出力とする1つの動的システムと考え、こぎ胴軸トルクをこぎ歯が茎と衝突する際に発生するトルクと、脱粒に要するトルクに分けて考え、こぎ歯が茎と衝突するトルクは供給量に比例し、脱粒に要するトルクはワイブル分布に比例すると考えて、脱穀機の負荷システムを高階非線形連立差分方程式により記述し、脱穀機の有する履歴現象を解析した。次に同定実験により品種、供給量が変化し場合の差分方程式のパラメ-タの変化により脱穀機の負荷を評価した。これに基づき脱穀機の制御政策を立案し、これを実現するための新型脱穀法の研究とセンシングデバイスの開発を兼ねて円盤型脱穀機を試作して実験を行った。これにより、実験機段階では正常な脱粒の場合と、穂切れのような異常な現象が生じた場合の検出が可能であり、センシングデバイスとしての役割が果たせることが確認できた。また、この時作用する力については、実測値と計算値が一致することも確認できた。

円盤型脱穀機の駆動は油圧モ-タとサ-ボ弁を用いて行い、サ-ボ弁制御用電子回路の製作して、パソコンからの指令によりサ-ボ弁を制御してこぎ歯の回転角速度を制御した。平成2年度に計画した目標については、予定通り終了することができた。平成3年度では、実用化に近い改良型2号機を製作し実験を継続する予定である。脱穀機には欧米で用いられる投げ込み式の脱穀機と日本で発達した脱粒難の稲に最適な穂先供給式の脱穀機がある。投げ込み式脱穀機と比較して,穂先供給式は動力消費が少なく,脱穀品質は優れているが,稲以外の作物への適用性が乏しく,大型化しにくいことが欠点である。本研究は穂先供給式脱穀機の欠点を改善し,汎用性があり,しかも動力消費の少ない脱穀法の開発を目的として,平成2年度に制御に適した脱穀機を構想し,これの実現に必要な事項を確認するための円盤型脱穀機を試作し脱穀理論の確認実験を行った。制御を行うことを前提とした脱穀機の具現化のためには,対象作物の物理特性をこれまで以上に正確に把握する必要がある。稲の穂先は多数に分岐した柔らかな枝梗に質量のある穀粒がついた形状をしている。このため,分岐系の振動解析に適した伝達マトリクス法による振動解析プログラムを開発し,稲の穂先の振動解析を行い,電子油圧サ-ボ加振機を用いて確認実験を行った。また,稲はこぎ室内でこぎ歯から衝撃作用を受けるため,こぎ室内でのこぎ歯の作用による稲の応答は過渡応答となるが,伝達マトリクス法は一般に過渡応答解析が困難である。本研究では有限要素法に用いられ慣性項に逐次積分法を適用することにより伝達マトリクス法過渡応答解析を可能にした。また,稲の質量や茎の剛性のばらつきのため振動特性が変化することが予想されるが,線形偏差解析法により質量のばらつきにたいする振動特性への影響を解析した。さらに,麦について振動特性を実測して,線形偏差解析法にて茎の剛性のばらつきによる振動特性に及ぼす影響量を解析した。この結果と平成2年度に試作した円盤型脱穀機にて得られたデ-タを基に,稲と麦の物理特性の相違による脱穀時の挙動の現象に違いを考察し,頭書の目的を達成するための知見を得た。