hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
炭素の表面化学と水質汚染物質の吸着・分解メカニズムの解明

活性炭はフェノールなど水中の微量汚染物質の吸着除去に広範に使われているが,その表面状態と吸着能力の関係については良く判っていない。本研究では炭素表面の化学状態をさまざまに変化させ有機汚染物質や重金属イオンなどの吸着除去性能を実験的に評価した。その結果,グラファイト表面の一部に酸素や窒素などのヘテロ原子を導入することにより重金属イオン吸着にも有利となり,吸着の起こり難い酸性溶液でも重金属イオンの吸着除去ができることが確かめられた。椰子殻チャーにKOHを浸みこませて不活性ガス中で昇温パターンを変えることにより高表面積の活性炭を得ること(賦活)ができた。さらに,水蒸気により高温で処理することにより,表面積が3000m2/g以上,口径20mm以上の細孔の表面積が1700m2/g以上の活性炭を得ることができ,水中の不純物吸着量の大幅な向上が確かめられた。牛糞堆肥にZnCl_2を浸みこませて500°C程度で処理することにより,市販の活性炭と同等の炭化物が得られた。竹を500°Cで炭化,つづいて300°C以下で空気処理する方法を最適化することにより,表面積が400m^2/g程度の炭素を調製することができた。表面積の拡大には,竹の灰分が主に寄与していることが確かめられた。活性炭表面にカルポキシル基として酸素を導入すると,重金属イオンの吸着はイオン女換で進行するのに対して,炭素表面の酸性官能基をHeガス気流中で除去した場合には,重金属イオンとグラフティト上のπ電子の分子間力により吸着がおこると推定した。また,分子間力により吸着する場合には,重金属イオンの化学種がMe^<2+>ではなく,Me(OH)^+で吸着が起こることを実験的に示すことができた。活性炭、をアンモニア処理することで,表面に窒素原子を導入すると,銅イオンの吸着能力が向上することが示された。酸性官能基が存在しない活性炭上では,水溶液中でクロロフェノールから常温常圧で,脱塩素反応が起こり,塩化水素が分離し,pHが低下することが観測された。活性炭上の官能基の影響を調べたところ,カルポキシル基,ニトロ基のような電子吸引基が存在すると脱塩素反応は進行せず,官能基が存在しないか,アミノ基のような電子供与基が存在すると反応が進行することが確認された。また,脱塩素反応は0-あるいはp-クロロフェノールでは進行するがm-クロロフェノールでは進行しないことも明らかとなった。牛糞堆肥から製造した活性炭への重金属イオンの吸着を調べた結果,鉛イオンは表面酸素官能基やπ電子により選択的に,銅イオンは表面窒素に選択的に吸着することが推定された。市販の活性炭を酸化処理することにより酸素官能基を導入し,その後,アンモニアガスで高温処理すると重金属イオン(主に陽イオン)の吸着に不利な酸性領域でも銅イオンの吸着することが確かめられた。表面分析および吸着実験の結果,特にニトリル・アミン窒素が酸性域での吸着に有効に作用していることが推定された。窒素含有率の高いポリアクリロニトリルを空気酸化した後に,賦活により活性炭素繊維(ACF)を実験室的に調製する方法を確立した。調製したACFは,空気酸化温度を変えることにより,中性付近の液性では,窒素を含有しないACFや活性炭と比べて,優れたカドミウムイオンの吸着性能を示すことを見出した。また,活性炭表面にマグネシウムを導入することによっても水溶液中からのカドミウムの除去が効率的にできることを発見した。炭素を酸化して表面酸素を導入することにより重金属イオンの吸着性能が向上することが確かめられているが,酸化したことによる有機汚染物質(ニトロベンゼン)の吸着を主に速度の観点から調べた結果,酸性官能基により水クラスターが活性炭内に生成し,吸着物質の拡散を阻害することが裏付けられた。また,酸性官能基が存在しないときにはニトロベンゼンの分子面と炭素グラファイト面は平行に吸着するが,酸性官能基の導入により表面が水クラスターで極性を示し,ニトロベンゼンの吸着がグラファイト面と直角になることが推定された。地下水の汚染物質として問題となっている硝酸イオンの活性炭による除去についても酸性官能基が少ないほど,除去性能が高くなることを見出した。さらに,活性炭表面を高温処理することにより常温常圧でクロロフェノールの脱塩化水素反応が進行するが,溶存酸素が必要なこと,二量体と思われる生成物が検出されたことから,2つのクロロフェノールの酸化カップリングにより脱塩化水素が進行すること考えられた。孟宗竹,ウバメ樫を原料として塩化亜鉛による処理をさまざまなケースで検討した結果,特定の昇温パターンでメソ孔以上の細孔の比率が高い活性炭の製造が可能となり,タンニン酸など嵩高い分子の吸着容量の大幅な向上を実証した。一方,単環の芳香族化合物に対しては,メソ孔増加の影響は吸着容量と吸着速度の両方に影響がないことが明らかになった。特に工業的に重要な吸着速度に関しては,粒子径のみに依存するという結果が得られた。

表面に酸性宮能基が存在すると吸着形態が変化して,吸着容量と吸着速度の両方に影響を及ぼすことが判った。常温常圧,水溶液中で進行する塩素を含有する芳香族化合物の脱塩化水素反応では,炭素表面で酸素が還元され過酸化水素が発生し,さらに分解によって生成したヒドロキシラジカルと塩素化合物が活性炭上で反応して塩化水素が発生するメカニズムが妥当であることを実験的に示した。また,炭素骨格内にピロール・ピリジンタイプの窒素原子を導入することにより脱塩化水素反応が促進された。2価の重金属陽イオンの吸着でも,炭素上のピリジンタイプの窒素原子が吸着量の増加に寄与すると推測された。特にポリアクリロニトリルから調製した窒素含有活性炭素繊維では,低濃度から吸着し難いカドミウムイオンを吸着除去できることが実証された。陰イオンとして硝酸イオンとリン酸イオンの活性炭への吸着特性を調べた結果,炭素表面の塩基性サイトのプロトン収容能力が吸着に大きく寄与し,イオン種の変化するリン酸イオンではイオン種と表面の電荷の関係で中性から弱酸性で吸着が最も進行することが確かめられた。硝酸イオン吸着では酸性側が有利で,他の共存陰イオンの吸着阻害を受けるサイトと受けないサイトの2種類が存在することが示唆された。
EPAによる残余リスク介入のための分子機構解明とそれを応用した患者層別化法の開発

スタチン投与はプラーク安定化および退縮効果をもたらすため標準療法としてガイドラインで推奨されている。しかし充分なスタチン療法を行っても心血管イベントが発症する、いわゆる残余リスクが大きな問題となっている。残余リスクに関しては、腎機能障害、貧血などさまざまなリスク因子が挙げられるが、その機序は不明である。エイコサペンタエン酸(EPA)は、残余リスク介入において最も期待される薬剤である。スタチンにEPAを追加することにより心血管イベントが抑制されることが本邦から報告されているため、EPAは残余リスク介入において最も期待されている薬剤の一つであるが、心血管イベント抑制効果の機序は不明であった。EPAの多面的な抗動脈硬化作用のうち、マクロファージ(Mφ)及びMMP-9抑制がプラーク安定化のkeyと推察されるが、生体内のMφおよびプラーク局所の炎症性活動性評価方法が無く詳細は不明である。一方、光干渉断層法(OCT)は菲薄化した線維性被膜やMφを生体で評価可能であり、我々はOCTを用いた生体内Mφ定量評価法およびプラーク局所の炎症性マーカーの評価法を開発した。本研究の目的は、網羅的に炎症マーカーを探索し、スタチンの残余リスクに関しての、EPAによるプラーク安定化効果のkeyであることを明らかにし、前向き臨床試験から炎症の評価などを用いた患者層別化がEPAのプラーク安定化効果を予測できるかを検討することである。症例の登録はおおむね順調である。また、一部ヘリコバクターピロリや貧血などの測定からの解析が終了し、日本循環器病学会などでの発表を行った。しかし、菲薄化した線維性被膜やMφなどの形態的な評価を行っているが網羅的な炎症マーカーの探索に難渋している。今後、患者情報の選択を詳細に行い、各種バイオマーカーについてさらに解析を行う予定である。今後もそのほかのデータを収集し、学会、文献等で情報を得たのち、解析を行う予定である。研究代表者の移動によりやや症例登録に遅れが生じたが、再度症例登録を行っている。過去に研究共同者の西口がスタチンのプラーク安定化に対する論文が発表になり、それに伴いスタチン以外のプラーク安定化に対する残余リスク介入を行っている。今回学会発表で、貧血のリスク因子を検討しているが、さらにプラークの安定化すなわち急性冠症候群の発症に対する予防に、総合的なアプローチで行う予定である。残余リスクに関しては、腎機能障害、貧血などさまざまなりリスク因子が挙げられるが、その機序は不明である。本年3月までの登録はおおむね順調である。また、ヘリコバクターピロリなどの採血検体の測定も随時行っている。現在はデータを収集し、中間解析を行う予定である。

症例の登録はおおむね順調である。また、一部ヘリコバクターピロリや貧血などの測定からの解析が終了し、日本循環器病学会などでの発表を行った。しかし、菲薄化した線維性被膜やMφなどの形態的な評価を行っているが網羅的な炎症マーカーの探索に難渋している。今後、患者情報の選択を詳細に行い、各種バイオマーカーについてさらに解析を行う予定である。今後もそのほかのデータを収集し、学会、文献等で情報を得たのち、解析を行う予定である。分担研究者の西口が筆頭著者となって、スタチンのプラーク安定化に対する論文が発表になり、それに伴いスタチン以外のプラーク安定化に対する残余リスク介入が必要になっている。炎症マーカー、貧血など採血による網羅的なリスク因子を検討し、プラークの安定化すなわち急性冠症候群の発症に対する予防に、総合的なアプローチから、さらに症例数を増やして集積する予定である。研究代表者の移動によりやや症例登録に遅れが生じたが、再度症例登録を行っている。過去に研究共同者の西口がスタチンのプラーク安定化に対する論文が発表になり、それに伴いスタチン以外のプラーク安定化に対する残余リスク介入を行っている。今回学会発表で、貧血のリスク因子を検討しているが、さらにプラークの安定化すなわち急性冠症候群の発症に対する予防に、総合的なアプローチで行う予定である。(理由)網羅的な炎症マーカー、カテーテルなど研究の遅れから物品購入が今年度は当初の予定より少なくなっている。時間的都合から、旅費等も少なくなっている。(使用計画)引き続き症例登録を行い、データの収集を行う。そのために、物品費、人件費を利用する。その後結果の解析、検討を行い、国内外の学会で議論を行う。その後、学術誌での発表を行うことで、研究発表のために旅費、学会参加費、論文構成費が必要である。実験で使用する試薬は今年度は購入しなかったこと、解析を行う際の人件費も今回は使用しなかったため安くなった。また国際学会に参加しなかったため、旅費も少なかった。今後、実験で使用する追加試薬や解析費用、海外を含めた学術集会への参加、論文作成のための構成費用などを予定している。
戦後日本における学校評価制度理論の展開

主に、GHQ占領期の日本における学校評価論の展開について、学校の質保障施策としての観点から分析してきた。特に1946年から1948年にかけての学校の設置基準を中心とした時期と、1950年から51年にかけての学校評価を中心とした時期を検討した。1946年から立案が始まった学校教育法・高等学校設置基準の制定により、最低限の学校設置基準による地方自治的な学校設置管理行政の構造が形成されてきた。CIEはこの最低限の学校基準を踏まえた学校設置管理行政構造の上に積み重ねる形で、非政府機関による専門的自治による学校認証(accreditation)、すなわち学校評価を構想していた。文部省側もこの構想に理解を示し、中等学校を対象とする全国的な評価計画を打ち立て、そのための手引を作成する委員会を1950年8月に立ち上げている。しかし、学校基準政策が思うように進まず、この構想を後押ししていたCIEが文部省の政策から手を引くにつれ、学校評価構想は変化していく。文部省による『中学校・高等学校学校評価の基準と手引(試案)』(1951年6月)は、中等学校の基準を定立することを目的とし、学校基準政策の不備を補完することが意図されていた。しかし、そこに示された人的・物的教育条件基準は、高等学校設置基準の示した基準をさらに引き下げる等問題もあった。このように、当初目指された、最低基準を超える中等学校の質を更に高めていく、非政府機関による学校認証制度は、ほとんど実現できなかった。しかしながら、『基準と手引』の学校評価構想は、学校基準政策の欠缺であった中等学校設置基準や、高等学校設置基準において抽象的に示されていたに過ぎない教育条件基準をより具体的に補完する基準を提示した点、及び、評価結果に対応するべき義務を教育行政機関に課し、より実質的に学校教育の質保障を担わせていく仕組みを内在していた点に意義がある。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、主に、占領期の日本における学校評価制度理論の展開について、特に民間情報教育局(CIE)がいかなる意図でアメリカの学校評価を日本に実現しようとしたのか、そしてそれを文部省側がいかに受容したかを視点に分析してきた。日本に学校評価を導入したのは、CIEの教育課職業教育班に所属するネルソン(Ivan Nelson)であった。彼は、1950年春、第4回教育長等講習の農業班による報告書『教育の協同評価』(文教書院)の作成監修をし、農業高校のみならず、様々な職業高校・普通高校への学校評価の普及を意図した。同報告書の学校評価論の特徴は、農業高校の教育活動から教育条件に至るまでを含む包括的な評価対象であること、そして、行政的基準として定立するより先に、その基準の設定を実際に農業教育に携わる教師集団である農業班に委ねたことに見出される。こうしたネルソンの提起を引き継ぐように、1950年夏より、文部省初等中等教育局中等教育課の所管の下、学校評価基準作成協議会が設けられ、中等学校における学校評価手続きと評価基準が議論され、1951年6月に『中学校・高等学校学校評価の基準と手引(試案)』(実教出版)が発表された。この手引も、前述の農業班の報告書と同様に、包括的な評価対象を含んでいた。このような占領期の学校評価制度理論における評価対象の広範さと具体性は、学校基準の欠缺を埋め、それを代位するものとして捉えることができる。これらの知見は、現代の教育活動や学校経営に焦点化した学校評価制度理論に対して、占領期においては教職員の質や学習環境までを含む広範な学校基準を内在させていたことを指摘し、学校評価制度理論の意義を問い直すものといえる。

しかしながら、『基準と手引』の学校評価構想は、学校基準政策の欠缺であった中等学校設置基準や、高等学校設置基準において抽象的に示されていたに過ぎない教育条件基準をより具体的に補完する基準を提示した点、及び、評価結果に対応するべき義務を教育行政機関に課し、より実質的に学校教育の質保障を担わせていく仕組みを内在していた点に意義がある。26年度が最終年度であるため、記入しない。交付申請書の「研究の目的」に記した資料収集は実施した。収集した資料の分析について、先行研究の収集状況により、国レベルの政策に関わるものから行ったため、予定していた理論史研究ではなく、政策史研究の方が計画以上に進展した。よって、計画通りではないものの、おおむね順調に進展していると言える。次年度は、今年度に引き続き、占領期を中心に、学校評価政策分析と、当時の学校評価制度理論の分析を行う。占領期に焦点を当てるのは、それが日本における学校評価制度の黎明期に当たるとともに、学校評価論を導入しようとしたCIEとそれを受けとめる側の文部省との間においてどのような学校評価制度構想上の共通点・相違点があったのかを明らかにすることができるからである。学校評価政策は、国会や教育刷新委員会などの表舞台ではなく文部省内部において進められていたため、日本側の政策過程の資料が非常に少ないが、今年度収集したCIEレポートを用いてCIE側からみた文部省の動きを明らかにしたい。また、学校評価理論は、学校評価そのものを論じているものは多くないが、戦前の学校調査・教育調査論や戦後の教育課程や教育条件などをめぐる学校基準論などを幅広く検討していくことで、米国由来の学校評価論がどのように日本で受け止められたのかを考察する。こうした分析を経て、次年度中に、占領期における学校評価制度理論の展開について論文化をする予定である。
劇症1型糖尿病患者血清の解析による新規インスリン様分子の同定

劇症1型糖尿病は、発症時より内因性インスリンが枯渇するため、血糖管理に難渋する。少量の外来性インスリンにて血糖コントロールが良好な稀有な劇症1型糖尿病患者の血清中に、未知のインスリン様物質が存在する、という作業仮説を立て、その分子の同定を試みた。予備実験として、組み換えインスリン受容体とインスリンとのタンパク質間相互作用分析を行い、最終産物中のインスリンの確認を試みたが、期待した結果が得られなかった。血清中のインスリン様物質を,タンパク質間相互作用分析の手法を用いて検出するために,組換えインスリン受容体を作成した.FLAGエピトープタグを付けたインスリン受容体(rIR-FLAG)のcDNAを,BHK細胞株に,遺伝子導入用カチオン性脂質(Lipofectamine 2000; Invitrogen^R)を用いて遺伝子導入した.薬剤選択にて増殖が得られたコロニーをピックアップし,培養上清中のrIR-FLAGの発現を確認しながら継代し,安定発現クローンを得た.最終的に,rIR-FLAGが培養上清中にmg/Lのオーダーで分泌される安定発現細胞株を得ることができた.rIR-FLAG安定発現BHK細胞を,血清フリーの培地(DMEM)で24時間以上インキュベーションし,上清を回収,100倍に濃縮し,rIR-FLAGタンパクとして-80°Cで保存した.2.タンパク質間相互作用分析予備実験として,rIR-FLAGとインスリンによる免疫共沈降(Co-immunoprecipitation; Co-IP)を検討した.インスリンをrIR-FLAGと抗FLAGM2抗体(Sigma^R)でCo-IPし,ウエスタンブロットにて最終産物におけるインスリンの確認作業を行うものであるが,インスリンのバンドは得られなかった.この結果を踏まえて,Co-IP以外のタンパク質間相互作用分析(アフィニティークロマトグラフィー,ファー・ウエスタンブロット等)も加えて,血清中のインスリン様物質の検出に最適な分析方法を検討中である.また,野生型のヒトインスリン受容体を過剰発現したCHO-IR細胞の細胞可溶化物を作成したので,これをbaitとする予備実験も同時並行で行っていく.BHK細胞株に遺伝子導入したrIR-FLAGの分泌タンパクを得ることが出来たため、これを培養し、上清を100倍に濃縮した。しかし、100倍濃縮後でも、rIR-FLAGの濃度は0.1mg/ml程度であった。BaitとしてのrIR-FLAGは1mg/ml以上必要であることが判明したため、rIR-FLAGのplasmid vectorを組み込んだ組み換えウイルスを作製し、カイコ幼虫に感染させてその体液から大量にrIR-FLAGを回収するという方法を試みた。感染カイコ幼虫の体液中で、rIR-FLAGのmRNAレベルの発現は確認できたが、タンパクの発現には至らなかったため、は1mg/ml以上のrIR-FLAGを得ることは出来なかった。2.タンパク質間相互作用分析インスリンとrIR-FLAGとのタンパク質間相互作用分析の予備実験を、アフィニティークロマトグラフィー、Far-Westernプロット法、Pull-down法を用いて行った。アフィニティークロマトグラフィー、Far-Westernプロット法ではインスリンの確認は不可であった。抗FLAG M2affinitybeadsを用いてインスリンとrIR-FLAGをpull-downしたところ、最終産物におけるインスリンの確認が、インスリンが高濃度である際には成功することもあったが、再現性のある結果は得られなかった。予備実験の結果を踏まえて、当該患者血清を使用してのタンパク質間相互作用分析にまでは至っていない。
エージェントモデリングを用いた計算歴史学・考古学の構築

歴史学・考古学の研究を進める際には、数少ない史料・資料をもとに、さまざまな考察を行い、仮説を設定する作業が必要となる。本研究では、これに、エージェントモデルに基づくシミュレーションを中心とした計算機主導型の方法論を導入する。そして、情報科学者と人文科学者が協調して研究を進められるような新たな学術領域としての計算歴史学・考古学の構築をはかる。本提案では、このための方法論とツールを提供することを目的とする。研究の第1年度としては、次の3点について研究を実施した:(1)九州地区の縄文時代から弥生時代への移行期において、人種の交代がいかに行われたかに関する仮説を生成する方法論を構築し、エージェントシミュレーションによって仮説の反証可能性について分析した。この結果をヨーロッパ考古学会において発表した。(2)提案する方法論の拡大をめざして、モデルに基づく政策決定手法の提案を行い、これを筑波大学で開催した知識システム科学に関する国際会議において発表した。(3)エージェントシミュレーション手法の改善を目的に、新しい実数型進化計算のアルゴリズムを提案し、これを、宮崎で実施した、IEEE SMC国際会議で発表した。以上により、少数の歴史的・考古的情報をもとに、エージェントモデルのパラメタを変化させ、計算機シミュレーションによって、複数かつ多様な仮説を生成して、その妥当性を既存情報との照合によって確認するとともに、非線形な複雑系のパラメタを進化計算アルゴリズムによって最適化することが可能となった。さらに、本テーマに関連する複数の研究発表を行った。業績リストに示した通り、第1年度にもかかわらず、縄文時代から弥生時代の考古学的仮説に関する研究の進展、政策意思決定領域への本手法の拡大、ならびに、情報科学的な側面からの新しいアルゴリズムの開発の3つの成果を挙げることができたことから、当初の計画以上の進展が見られたと考える。当初の研究計画にそって、考古学・歴史学の分野での仮説生成妥当性検討を可能とする新たな適用例を研究するとともに、情報科学的な観点から、進化的計算手法の拡張をはかり、本提案手法を他の関連分野へ適用する予定である。研究代表者寺野の所属先変更に伴う研究環境の変化により、前年度導入予定のPCの購入を見合わせ、新年度に導入することとしたため、物品費の使用計画を変更したことによる。
梯子状ポリエーテル化合物と膜タンパク質との相互作用解析

本研究では梯子状ポリエーテル(LSP)が相互作用するタンパク質構造の解明を目的とし、申請時までにLSPの一つであるイェッソトキシン(YTX)誘導体固定化樹脂を用いたアフィニティ精製により、YTXに特異的結合性を示すタンパク質バンドを電気泳動上で検出していた。その後、このバンドに対し酵素消化ならびに質量分析を行ったところ、Rap1Aを始めとした種々のRasスーパーファミリータンパク質の混合物である事が分かった。これらの存在はウェスタンブロッティングによっても確認した。続いて、表面プラズモン共鳴(SPR)を用いてRap1AおよびH-RasについてYTXとの相互作用評価を行ったところ、これらが解離定数で10^<-6>M程度の親和性で直接相互作用することが明らかとなった。以上の結果は、YTXがRas様のタンパク質を共通に認識する事を示唆している。Rasは細胞の増殖・分化・アポトーシスの制御など、様々なシグナル伝達に関わっており、ヌクレオチド(GTPおよびGDP)の結合に依存したコンフォメーション転換を行う事でシグナル伝達を制御する。このうち活性化は、グアニンヌクレオチド交換因子(GEF)によって引き起こされる。続いてYTXの結合がRasに与える影響を調べるため、GEFによるRasの活性化機構に着目して蛍光測定およびSPR測定を行った。その結果、YTXがRasとGEFとの相互作用を阻害する事が明らかとなり、YTXがRasのGEF結合部位に結合していることが示唆された。YTXの代表的な生理活性にアポトーシス誘導活性があるがその標的タンパク質は明らかとなっていない.Rasを介するシグナルが抗アポトーシス作用を誘起することが知られており、YTXがRasとGEFの相互作用を阻害することで、Ras活性化を抑制し、結果としてアポトーシスを誘導している可能性が示唆された。
農業活動が盛んな流域における水物質循環の健全性評価に関する研究

果樹栽培が盛んな紀の川流域に注目して,農業活動が盛んな流域の豊かな水環境の構築に関する学問的基礎の確立を目指した.本研究ではまず,分布型モデルを用いた水流出解析を紀の川流域で実施して,農業用水利用が灌漑期の河川流量に多大な影響を与えていることを示した.続いて,支川の貴志川流域からの窒素排出量を算定して,流域では果樹園からの肥料由来の窒素排出量が非常に多く,特に秋の施肥時期にその多くが流出する可能性が高いことを示した.果樹栽培が盛んな紀の川流域に注目して,農業活動が盛んな流域の豊かな水環境の構築に関する学問的基礎の確立を目指した.本研究ではまず,分布型モデルを用いた水流出解析を紀の川流域で実施して,農業用水利用が灌漑期の河川流量に多大な影響を与えていることを示した.続いて,支川の貴志川流域からの窒素排出量を算定して,流域では果樹園からの肥料由来の窒素排出量が非常に多く,特に秋の施肥時期にその多くが流出する可能性が高いことを示した.本研究は,農業活動が盛んな流域(農業集水域)に注目して,水環境変化の原因となる水量・水質,および結果となる水辺生態系の因果関係を明らかにし,農業活動が盛んな流域の持続可能で豊かな水環境の構築に関する学問的基礎の確立を目指す.対象は稲作とともに蜜柑,柿,桃などの果樹栽培が盛んな和歌山県北部の紀ノ川流域である.平成18年度には,次の2つのテーマを中心に研究を進めた.1.河川水環境調査農地,特に樹園地からの肥料成分の流出が紀ノ川の水環境に与えている影響を明らかにするために,果樹園が広く分布する地域で河川水量・水質調査を定期的に実施した.その結果と国や県市などが保有する既存データを使った分析により,紀の川本流のリン濃度と支流・貴志川の窒素濃度に特徴的な変化が見られることを明らかにすることができた.そこで,平成19年度には,これらの濃度変化に影響を与えている要因,流域内の農業活動由来かどうかの検討を,現地調査だけでなく,汚濁負荷量解析も利用して行う.2.農業集水域に適した水物質循環解析モデルの開発農地からの肥料成分流出量の低減や渇水時の瀬切れ防止を目指すには,流域内の水と物質の循環を空間的かつ動的に解析する必要がある.そこで,農業集水域に適した水・物質循環解析モデルを開発して,紀ノ川流域と支流の貴志川流域に適用した.平成18年度中に,流域特性の空間分布を考慮できる分布型水流出モデル,および汚濁負荷解析用のマクロモデルのプログラミングが終了したので,平成19年度には,両モデルの解析精度の向上,および紀の川流域の水・物質循環特性の解明を行う.本研究は,農業活動が盛んな流域(農業集水域)に注目して,水環境変化の原因となる水量・水質,および結果となる水辺生態系の因果関係を明らかにし,農業活動が盛んな流域の持続可能で豊かな水環境の構築に関する学問的基礎の確立を目指す.対象地は稲作とともに蜜柑,柿,桃などの果樹栽培が盛んな和歌山県北部の紀ノ川流域である.平成19年度には,次の2つのテーマを中心に研究を進めた.1.紀の川中流部における全リン濃度上昇の要因解明国土交通省の水質モニタリングデータによると,紀の川中流部では,全リン濃度が1990年代後半から2000年代前半の数年間のみ大きく上昇していた.対象区間の最下流地点には農業用取水堰があることから,平成19年度には内部生産の影響を検討するために河川水質調査を実施した.しかし,野外調査から内部生産の影響を示す具体的なデータは得られなかった.そこで,汚濁負荷量解析を実施して,過去10年間に流域から排出された窒素とリンの量(排出負荷量)を算定した.その結果,1990年代後半から2000年代前半にかけて,この地域では産業系全リン排出負荷量が大幅に増えており,河川中の全リン濃度が上昇していた時期と一致した.2.農業集水域に適した水物質循環解析モデルの開発農地からの肥料成分流出量の低減や渇水時の瀬切れ防止を目指すには,流域内の水と物質の循環を空間的かつ動的に解析する必要がある.そこで,農業集水域に適した水・物質循環解析モデルの開発を行った.その結果,農業用水取水によって紀の川の流量は大きく変化していることが推察された.また,農地からの栄養塩物質(窒素とリン)の流出は秋の施肥時期に多いことが推察された.本研究は,農業活動が盛んな流域(農業集水域)に注目して,農業活動が盛んな流域の豊かな水環境の構築に関する学問的基礎の確立を目指した,対象地は稲作とともに蜜柑,柿,桃などの果樹栽培が盛んな和歌山県北部の紀ノ川流域である.瀬切れを起こさない流域一体となった水利用体制を確立するためには,空間的かつ動的に変化する水文流出過程を理解することが重要である,そこで,農業集水域に適した水流出解析モデルを構築して紀の川流域に適用し,農業用水利用が灌漑期の水量に与える影響を評価した,その結果,稲作および蜜柑,柿,桃などの果樹栽培の盛んな紀の川流域における, 6月から9月の灌漑期の流量変化の傾向もおおむね再現することができた,また,紀の川の低水水量にはダムや頭首工の影響が強く表れていることが示唆された.

一方,水質総量規制や水質汚濁などの質的課題に取り組むには,流域からの汚濁排出量を算定し,河川の水質に与える要因を特定することが重要である,そこで,原単位法とマクロモデルを利用した汚濁負荷量解析モデルを構築して支川の貴志川流域に適用し,窒素排出量を算定することで,流域内の農業活動,特に果樹園が河川水質に与えている影響を評価した,その結果,貴志川流域では果樹園からの窒素排出量が最も多く,約半分を占めていることがわかった,また月別負荷量からは,施肥量と降水量がともに多い秋季に排出量が最も多くなることが示唆された.
新規精神疾患関連分子の生理機能解析および臨床利用の可能性

近年、覚醒剤精神病モデル動物の脳内から新規N-アセチル転移酵素Shati(別名Nat8l)が見出された。しかし、その機能的役割はほとんど明らかにされていない。そこで、本研究では、Shatiの生理的機能を明らかにするとともに、臨床利用への可能性を検討した。遺伝子改変マウスを用いた神経科学的解析により、ShatiがmGluR3を介してグルタミン酸作動性神経システムを機能調節し、情動性に重要な役割を果たしていることを明らかにした。さらに、ヒト末梢血由来ゲノムDNAを用いた分子生物学的解析により、Shatiプロモーター領域のメチル化解析が、精神疾患の診断に利用できる可能性が示唆された。近年、覚醒剤精神病モデル動物の脳内において遺伝子発現量が増加する分子としてShatiが見出された。しかしながら、Shatiの生理的機能やその役割については、ほとんど明らかにされていない。そこで、本研究では、各種Shati遺伝子改変マウスを用いて、その機能的役割を明らかにするとともに、精神疾患の診断や遺伝子治療の可能性を検討する。我々の海外共同研究グループは、ShatiがN-acetylaspartate(NAA)の合成酵素であること、更にNAAはN-acetylaspartylglutamate(NAAG)へと縮合されることを報告した。そこで、本年度はまず、各種Shati遺伝子改変マウスにおけるNAAおよびNAAG含量を測定した。Shati欠損マウスの脳内では、NAA含量が有意に減少し、NAAGはほとんど検出されなかった。アデノ随伴ウイルスベクターを用いた側坐核または海馬Shati過剰発現マウスでは、各脳部位におけるNAAおよびNAAG含量が有意に増加していた。次に、NAAGが代謝型グルタミン酸受容体3(mGluR3)の神経伝達物質であることに着目して、行動薬理学的、生化学的および電気生理学的検討を行った。その結果、昨年度に見出した各種Shati過剰発現マウスにおける行動学的異常が、mGluR3拮抗薬の投与によって改善された。さらに、野生型マウスの側坐核におけるドパミン基礎遊離量は、NAAG処置またはNAAG分解酵素阻害剤の投与によって、側坐核Shati過剰発現マウスと同様に有意に減少した。また、野生型マウスの海馬スライスへのNAAG処置は、海馬Shati過剰発現マウスでの認知機能亢進を支持し、シナプス可塑性(長期増強)の有意な増加が観察された。以上のことから、Shatiは、mGluR3を介したグルタミン酸作動性神経システムを機能調節することによって、情動性や学習記憶に重要な役割を果たしていることが明らかとなった。近年、覚醒剤精神病モデル動物の脳内において遺伝子発現量が増大する分子としてShatiが見出された。しかしながら、Shatiの生理機能や役割については、ほとんど明らかにされていない。本年度は、主に各種遺伝子改変マウスにおける行動薬理学的検討を行った。Shati遺伝子の欠損は、不安様行動の減少や探索行動意欲の増加を誘発した。一方、Shati遺伝子の過剰発現は、社会性行動の減少を誘発した。次に、アデノ随伴ウイルスベクターを用いて、背側線条体、側坐核または海馬に特異的にShatiを発現させたマウスを作製した。背側線条体にShatiを発現させた(dSTR-Shati)マウスではうつ様行動の増加が観察されたが、側坐核にShatiを発現させた(NAc-Shati)マウスでは変化が見られなかった。dSTR-ShatiおよびNAc-Shatiマウスではともに、社会性行動の減少が観察された。また、新規環境下での行動量測定では、dSTR-ShatiおよびNAc-Shatiマウスにおいては顕著な行動量の変化が見られなかったが、海馬にShatiを発現させた(Hip-Shati)マウスにおいては環境への慣れ学習による行動量の低下が観察された。物体認知能力試験では、dSTR-ShatiおよびNAc-Shatiマウスでは変化がみられず、Hip-Shatiマウスでは認知機能の亢進が観察された。さらに、Hip-Shatiマウスでは、連合学習におけるエピソード記憶の書き換えが亢進していた。以上のことから、Shatiは、各脳部位においてそれぞれ異なる神経システムを機能調節していることが明らかとなった。

昨年度までの遺伝子改変マウスを用いた行動薬理学的、生化学的および電気生理学的検討により、ShatiがmGluR3を介するグルタミン酸作動性神経システムを機能調節し、情動性に重要な役割を果たしていることを明らかにした。そこで、本年度は、Shatiの分子構造的機能について解明するため、Shatiに結合するタンパク質の探索を行った。その結果、Shatiは細胞骨格である微小管を構成するα-およびβ-Tubulinと結合することが明らかとなった。しかしながら、その機能的意義については更なる検討が必要である。一方、昨年度の精神病モデル動物におけるShatiプロモーター領域のメチル化解析により、Shati遺伝子発現が少なからずゲノムDNAのメチル化により調節されており、脳組織と末梢血のメチル化率が連動していることが示唆された。そこで、本年度は、少数ではあるが富山大学附属病院精神科のご協力によって得られた統合失調症患者の血液サンプルを用いて、昨年度と同様のメチル化解析を行った。その結果、統合失調症患者の末梢血由来ゲノムDNAのShatiプロモーター領域における或るCpGユニットのメチル化率が、健常人と比較して低下していた。つまり、今後の詳細かつ大規模な解析が必要不可欠ではあるが、ヒトゲノムDNAにおけるShatiプロモーター領域のメチル化解析が、統合失調症の診断に利用できる可能性が示唆された。神経精神薬理学前述したように、本年度は、行動薬理学的、生化学的および電気生理学的手法によって、Shatiが調節する神経制御メカニズムを解明し、その機能的役割を明らかにした。また、精神病様症状を引き起こす覚醒剤投与によるShati遺伝子発現メカニズムをin vitroおよびin vivo実験で検討した。培養細胞を用いたShatiゲノムDNAのレポーター解析によって、Shatiプロモーター領域が推定されたため、in silico検索による転写因子結合配列の解析を行った。その結果、発現調節に重要と考えられる2つの配列を見出した。さらに、覚醒剤連続投与動物におけるShatiプロモーター領域のメチル化解析を行ったところ、対照群と比較して覚醒剤連続投与により側坐核および血中由来ゲノムDNAの同一箇所のメチル化率およびプロモーター領域全体の平均メチル化率が有意に減少していた。つまり、この結果は、Shati遺伝子発現が、少なからずDNAメチル化により調節されていることを明らかにするとともに、脳組織と血中のShati DNAメチル化率が連動している可能性を示唆した。そこで、本年度より、この現象を基に精神疾患の診断方法開発のために、富山大学附属病院精神科のご協力を得て、精神疾患患者からの血液サンプルの採集を開始した。以上のことから、本年度に予定していた実験計画のうち、各種Shati遺伝子改変マウスにおける行動学的神経機能変化を裏付けるための基礎実験は順調に遂行された。また、臨床応用のための礎となる基礎実験によって、その糸口を見出し、臨床実験に着手することができた。しかし、当初、予定していたShati相互作用分子の探索については、後述する研究施設の都合により着手することができなかった。
過酸化水素駆動型P450の分子設計

活性中心に鉄ポルフィリン錯体(ヘム)有するシトクロムP450(P450)は,アルカンなどの不活性有機基質の水酸化反応を触媒することから,高難度水酸化反応への応用が期待されている.しかし,P450は一般的に高価な還元剤(NAD(P)H)が必要であり物質合成への適用はコスト的に見合わないと考えられてきた.本研究では,安価な過酸化水素を酸化剤とする強力な酸化酵素系を開発することにより,不活性有機基質を高効率に水酸化するとともに高い位置立体選択的反応が可能なバイオ触媒システムを開発することを研究目的としている.過酸化水素駆動型シトクロムP450であるP450SPαは、長鎖脂肪酸の水酸化酵素であり長鎖脂肪酸以外の基質に対する活性は著しく低い。長鎖脂肪酸のカルボキシル基が過酸化水素を用いる酸化活性種の生成反応において、プロトンの受け渡しを行う一般酸塩基触媒として機能するため、長鎖脂肪酸に対して高い選択制を示す。過酸化水素駆動型P450によく保存されているヘム近傍のアルギニンをリジンに置換すると、長鎖脂肪酸以外の基質、例えば、スチレンやメトキシナフタレン、ベンゼンなどを酸化できるようになることを本研究で明らかにした。また、アルギニンをリジンに置換した変異体の結晶構造を明らかにすることに成功した。さらに、過酸化水素濃度を上げた長鎖脂肪酸の水酸化反応では、脂肪酸の脱炭酸反応が進行することなども見出した。過酸化水素駆動型P450のP450SPαとP450BSβのヘム近傍のアルギニンをリジンに置き換えることによって、過酸化水素を用いる酸化活性種生成が促進されることを明らかにした。生成された酸化活性種によって、スチレンのエポキシ化反応やベンゼンの水酸化反応が進行することも既に明らかにしている。結晶構造解析によりリジン側鎖の位置を確認することにも成功している。さらに、過酸化水素の分解反応が進行することなども新たに明らかにした。アルギニンをリジンに置換した変異体の結晶構造解析には成功したが、リジン側鎖の配置と酸化活性種生成の関連が明らかではない。生じた酸化活性種による蛋白質自体の酸化について引き続き調査する。また、過酸化水素の分解反応であるカタラーゼ活性を調べる必要性がある。R241K変異体は、弱いながらもベンゼンを水酸化可能であるので、二つ目の変異を活性部位周辺に施すことにより、ベンゼンやトルエンなどの芳香族化合物の水酸化の反応活性の改善を試みる。また、リジンをヘム近傍に導入する変異の一般性を確認するために、CYP152ファミリーに属する他のP450の対応する変異体を作成して、長鎖脂肪酸以外の基質に対する酸化活性を評価する。活性中心に鉄ポルフィリン錯体(ヘム)有するシトクロムP450(P450)は,アルカンなどの不活性有機基質の水酸化反応を触媒することから,高難度水酸化反応への応用が期待されている.しかし,P450は一般的に高価な還元剤(NAD(P)H)が必要であり物質合成への適用はコスト的に見合わないと考えられてきた.本研究では,安価な過酸化水素を酸化剤とする強力な酸化酵素系を開発することにより,不活性有機基質を高効率に水酸化するとともに高い位置立体選択的反応が可能なバイオ触媒システムを開発することを研究目的としている.過酸化水素駆動型シトクロムP450であるP450SPaは、長鎖脂肪酸の水酸化酵素であり長鎖脂肪酸以外の基質に対する活性は著しく低い。長鎖脂肪酸のカルボキシル基が過酸化水素を用いる酸化活性種の生成反応において、プロトンの受け渡しを行う一般酸塩基触媒として機能するため、長鎖脂肪酸に対して高い選択制を示すことが明らかになっている。本研究では、過酸化水素駆動型P450によく保存されているヘム近傍のアルギニンをリジンに置換すると、長鎖脂肪酸以外の基質を酸化できるようになることを明らかにしている。P450SPaのR242K変異体は、スチレンなどの基質を酸化することができる。結晶構造解析によって、P450SPaのR242K変異体の活性部位の構造を明らかにすることにも成功している。この結晶構造解析より得られた情報を元に、更なる高活性化と反応機構解明に取り組んでいる。過酸化水素駆動型P450のP450SPaとP450BSbのヘム近傍のアルギニンをリジンに置き換えた変異体によって、スチレンなどの酸素原子添加反応が進行することを明らかにするとともに、P450SPaについては、結晶構造解析に成功している。さらに、活性は弱いながらもベンゼンなどの芳香族環を直接に水酸化可能であることも見出しており、順調に研究が進展している。

長鎖脂肪酸のカルボキシル基が過酸化水素を用いる酸化活性種の生成反応において、プロトンの受け渡しを行う一般酸塩基触媒として機能するため、長鎖脂肪酸に対して高い選択制を示す。過酸化水素駆動型P450によく保存されているヘム近傍のアルギニンをリジンに置換すると、長鎖脂肪酸以外の基質、例えば、スチレンやメトキシナフタレン、ベンゼンなどを酸化できるようになることを本研究で明らかにした。また、アルギニンをリジンに置換した変異体の結晶構造を明らかにすることに成功した。さらに、過酸化水素濃度を上げた長鎖脂肪酸の水酸化反応では、脂肪酸の脱炭酸反応が進行することなども見出した。過酸化水素駆動型P450のP450SPαとP450BSβのヘム近傍のアルギニンをリジンに置き換えることによって、過酸化水素を用いる酸化活性種生成が促進されることを明らかにした。生成された酸化活性種によって、スチレンのエポキシ化反応やベンゼンの水酸化反応が進行することも既に明らかにしている。結晶構造解析によりリジン側鎖の位置を確認することにも成功している。さらに、過酸化水素の分解反応が進行することなども新たに明らかにした。結晶構造解析には成功したが、ヘム近傍に配置したリジンがなぜ過酸化水素を利用する活性種生成反応を促進するのかが分かっていない。ヘム近傍のヘリックスが移動することで活性部位の空間サイズが小さくなっていることが一つの要因と考えているが、詳細は分かっていない。そこで、過酸化水素で処理した結晶の構造解析に取り組む。また、併せて、消化酵素による蛋白の断片化と質量分析により,リジン以外のアミノ酸が酸化されていないかなどを調べる。R241K変異体は、弱いながらもベンゼンを水酸化可能であることが分かってきたので、ベンゼンやトルエンなどの芳香族化合物の水酸化の反応条件の最適化を行う。アルギニンをリジンに置換した変異体の結晶構造解析には成功したが、リジン側鎖の配置と酸化活性種生成の関連が明らかではない。生じた酸化活性種による蛋白質自体の酸化について引き続き調査する。また、過酸化水素の分解反応であるカタラーゼ活性を調べる必要性がある。R241K変異体は、弱いながらもベンゼンを水酸化可能であるので、二つ目の変異を活性部位周辺に施すことにより、ベンゼンやトルエンなどの芳香族化合物の水酸化の反応活性の改善を試みる。また、リジンをヘム近傍に導入する変異の一般性を確認するために、CYP152ファミリーに属する他のP450の対応する変異体を作成して、長鎖脂肪酸以外の基質に対する酸化活性を評価する。
酵母転写因子GAL11と相互作用する基本因子の研究

遺伝子の転写活性は、基本転写因子、転写調節因子、それらの間を仲介するcoactivatorと呼ばれる因子の相互作用により制御されている。更に、遺伝子の基礎転写活性自身も幾つかの転写補助因子により制御されていることが明らかになりつある。本研究では、基礎転写の補助因子として機能する、酵母のGAL11遺伝子の遺伝子特異的な作用機構と、基本因子との相互作用について解析し以下の結果を得た。1.GAL11依存的と非依存的遺伝子の構造を比較し、様々な変異を導入した変異遺伝子の転写調節を解析した結果、GAL11はTATA boxに依存した転写のみを促進し、TATA-less構造の遺伝子には影響を与えないことを明かにした(原稿作製中)。2.無細胞転写系を用いて、GAL11タンパク(Gal11p)はDNA結合型の転写調節因子とは異なる機構により転写を制御することを示した(FEBSLett.351,176-180.1994)。3.Gal11pと相互作用する基本転写因子を免疫沈降実験により検索したところTFIIEが共沈した。更に、TFIIEと結合する領域をin vitro結合実験により調べた結果、その領域は、酵母内におけるGAL11の機能に必須である領域と一致した(原稿作製中)。これらの結果は、Gal11pが基本転写因子TFIIEに結合し、幾つかの遺伝子の基礎転写活性を促進する基礎転写の補助因子として作用することを示している。現在、基礎転写の活性を制御する因子に関する報告は少なく、GAL11は基礎転写補助因子のモデル系となり得る。
紀伊筋萎縮性側索硬化症における金属イオンと酸化的ストレス障害

目的.紀伊半島南部(K地域)で多発する筋萎縮性側索硬化症(ALS)の発症関連要因を検討した.方法.K地域ALS患者と住民の血清・頭髪の元素分析、酸化的ストレスマーカー(8-OHdG)の測定、飲用水の元素分析、生活習慣のアンケート調査を実施した.結果.当地ALS患者では血清Ca/Zn低値、尿中8-OHdG高値、頭髪で遷移元素の高値を認め、当地住民でも同様の傾向であった.飲用水はCaが低値であった.結論.当地ALS患者で低Ca状態と遷移元素の蓄積、酸化的ストレス増加が認められ、発症との関連が推察された.目的.紀伊半島南部(K地域)で多発する筋萎縮性側索硬化症(ALS)の発症関連要因を検討した.方法.K地域ALS患者と住民の血清・頭髪の元素分析、酸化的ストレスマーカー(8-OHdG)の測定、飲用水の元素分析、生活習慣のアンケート調査を実施した.結果.当地ALS患者では血清Ca/Zn低値、尿中8-OHdG高値、頭髪で遷移元素の高値を認め、当地住民でも同様の傾向であった.飲用水はCaが低値であった.結論.当地ALS患者で低Ca状態と遷移元素の蓄積、酸化的ストレス増加が認められ、発症との関連が推察された.筋萎縮性側索硬化症(ALS)は、原因不明の上位下位運動ニューロンを傷害する変性疾患である。紀伊半島の和歌山県牟呂地方では、1950年代から継続的に紀伊ALSの多発が報告されている。ALSは殆どが弧発性であるが、5-10%が家族性でありSOD1遺伝子異常等が明らかにされている。一方、弧発性ALSでは、遺伝的素因に環境要因が重畳し変性を来すと推察されている。紀伊ALSでは既報の遺伝子異常は現時点で否定され、環境要因の関与がより大きいと推察される。また、Guam島でのALS多発が現在では消失したことは、病態に環境要因の関与を強く示唆するものである。我々は1960年から2000年まで発症が無かった牟呂地方大島地区に最近新たに発症を認めたことに注目し、平成22年度の本研究を以下の通り行った。1)牟呂地区、特に紀伊大島地区における疫学調査2)牟呂地区、特に大島地区の飲用水中、河川水、井戸水の元素分析3)大島地区住民の血清元素分析4) Ca代謝障害を検討するためCa-sensing receptor (CaSR)抗体による患者脊髄組織の免疫染色を実施した。結果として以下の点が明らかになった。1)古座・古座川・串本地域の2000年-2009年の年平均粗発症率6.42/100,000人、大島地区25.5/100,000人で、日本の他地域に比して高値であった。2)大島、古座川・古座・串本の水道水Ca濃度は対照に比し低値(約1/4)であった。3)大島地区住民の血清元素分析では、CaとZnが対照に比し有意な低値を示した。4)大島のALS剖検例において、CaSR免疫染色で強い陽性を示す脊髄神経細胞を認めた。大島地区では、最近になって飲用水中Caが牟呂地方同様低値となったことが特徴であり、慢性Ca欠乏による血清Ca/Zn低値、相対的なCu高値による酸化的ストレス障害が考えられた。筋萎縮性側索硬化症(ALS)の多発地である和歌山県古座・古座川・串本(大島を含む)(K)地域において、当地域のALSの発症に関与する環境要因の検討のため、平成23年度は以下の検討を行った。1)近年、家族性ALSのみでなく弧発性ALSにおいても遺伝子異常が次々に報告され、ALSは不均一な疾患と考えられつつある。K地域で多発しているALSが均一な疾患かどうかを明らかにすることは多発の要因を明らかにする上で極めて重要と考えられる。K地域ALSの定義を検討するため、我々が従来から行っている当地域のALS症例の登録と追跡調査を継続実施し、登録記録から1950-2011年間の古座・古座川・串本地域出身ALS患者を抽出し、当地域ALS症例の臨床的特徴を明らかにした。結果.期間中に当地域出身ALS患者58例(男性33、女性25、男女比1.32)を認めた。発症時年齢は40歳代(若年発症)と60歳代(高齢発症)に2峰性のピークを示し、近年、若年発症が減少し高齢発症が増加した。家族歴は、パーキンソン病の家族歴を含めると24.1%に認め、臨床表現型はALS症状に認知症や精神症状、パーキンソン症状などを示す例が約26%認められた。このようにK地域ALSは、幅広い臨床スペクトラムを示し、臨床的に不均一な疾患を含むと考えた。また、近年の発症年齢の高齢化から環境要因の発症への関与が示唆された。2)昨年の本研究で、K地域では飲用水中Ca低値と住民・ALS症例の血清Ca/Zn低値、相対的Cu高値を認め、酸化的ストレス増大が考えられた。本年度はさらに、慢性Ca不足による有害元素の体内蓄積を検討するため、放射化分析による毛髪中元素分析を行った。放射化分析は京都大学原子炉実験所の研究用原子炉気送管Pn-1で熱中性子束を照射した。短寿命核種では2分間照射後直ちに測定、長寿命核種は120分照射、約1ヵ月の冷却後測定した。

ゲルマニウム検出器と波高分析器を用いて計測されたY線スペクトルからピーク面積をCovell法で算出、標準試料との比較法で定量した。結果.大島住民(27名)、K地域ALS患者(6例)、穂原PDC患者(4例)では、対照(12名)に比し有意なMg高値、vanadium高値を認め、K地域住民ではMgとHgの有意な高値を認めた(p<0.05)。慢性的Ca欠乏による有害元素の吸収増加や体内分布の変化など元素代謝障害が示唆され、酸化的ストレス増大との関連が推察された。筋萎縮性側索硬化症(ALS)の多発地である和歌山県古座・古座川・串本(大島を含む)(K)地域において、当地域のALS(K-ALS)の発症に関与する環境要因の検討のため、昨年までの本研究でK地域では飲用水中Ca低値、住民とK-ALS症例の血清中CaとZnの低値、相対的Cu高値、尿中8-OHdGの高値を認めた。また、放射化分析(NAA)でK-ALS症例とK住民の毛髪中遷移元素の高値を認め、これらによる酸化的ストレス増大が考えられた。H24年度は、遷移元素が毛髪に蓄積する要因を解明するため、毛髪中の元素濃度と生活習慣との関連を検討した。毛髪の元素分析を症例を増やして行い、さらにK地域の住民を対象に健診と生活習慣に関する2項選択によるアンケート調査を実施した。NAAは昨年度と同様の方法で、京都大学原子炉実験所の研究用原子炉気送管Pn-1で熱中性子束を照射し実施した。結果.頭髪のNAAは、パーマなどの処理をしていないK地域のALS症例(昨年と合わせて7例、以下同様)、対照(19例)、大島住民(86名)、K地域以外の弧発性ALS症例(10例)で検討した。K-ALS症例では対照に比し、毛髪中VとMnが高値を示した(p<0.05)。生活習慣との関連では、K地域住民で漬け物の摂取が多い者に有意に毛髪中VやMnが高く、また畑仕事が多い者に毛髪中Al高値が認められた。K地域でALSが最も多発していた1960年代と現在との生活習慣の変化についての質問では、1960年代にはK地域では卵料理、乳製品の摂取頻度が少なく、米飯、漬け物などを主とする食習慣であったが、現在は食品の欧米化、食品調達の広域化、重労働の軽減が認められた。1960年代の生活習慣が当地住民の酸化的ストレス増大に関与したと推察され、これが近年軽減されたこととALS発症率低下が関連するのか今後更に検討する必要がある。本研究の目的である、多発地ALSの発症に関する環境要因の検討のため、当地域の発症頻度の変化と臨床的特徴の年次推移を明らかにし、当地域のALSが均一な疾患ではない可能性を示唆した。これは当地域ALS症例の一部から遺伝子異常が発見され報告された(共著)ことからも支持されると考えられる。さらに、環境中の元素分析と住民・患者の血清元素分析から、発症要因として環境要因から起因する酸化的ストレスの重要性が示唆された。これらの結果は、平成23年度の国際シンポジウムや国内学会で報告し、平成24年度も国際シンポジウム、日本神経学会総会などで報告する予定である。24年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、本研究課題の最終年度であるため、第一にこれまでの結果をさらに確認し報告書を作成する。すなわち、元素分析は本年度も症例数を増やして実施する。慢性Ca不足による酸化的ストレス増大と神経細胞への障害については、抗CaSR免疫染色を含めまとめていく。さらに、本研究は我々が従来から継続して実施している課題であるため、今後も継続して行っていく予定である。特に、慢性Ca欠乏による金属代謝障害と神経障害について、パッチクランプ法による実験、慢性Ca食投与動物でのCaSRの発現分布の変化について学内での共同研究を計画している。