hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ディープコンピュテーショナルフォトグラフィ

画像認識の分野ではディープニューラルネットワーク(DNN)が盛んに用いられ,物体認識やシーン理解,画像復元などにおいて,従来のモデルベースの特徴量や学習手法を凌駕している.しかし,従来はデジタル画像として計測された後の画像認識パイプラインのデジタル層にのみ,DNNによる学習が用いられているにすぎなかった.本研究では,特徴量や認識器と共にハードウェア設計も学習により求める新しいフレームワークを提案し,ディープコンピュテーショナルフォトグラフィ(DCP)と名付ける.学習による最適化を画像認識パイプライン全体に適用することで,最適な画像特徴を求めるのみならず,光線情報をどのように計測するかという視覚システムの本質を探究することである.生物界では多様な視覚システムがその生物の生存環境やタスクがもたらす進化の結果として発現しているが,本研究は同様に人工視覚システム設計にそれを持ち込むものである.DCPでは,従来の画像特徴抽出のためのCNNのさらに下に,画素の時間露光タイミングを表現するサンプリングCNN層と集光特性を表現する物理CNN層をさらに加える.これらの画像認識パイプライン全体をDNNで表現し,シーンとラベルセットにより学習することで従来の認識および画像特徴が学習されると共に,カメラハードウェア設計をサンプリングCNN層および物理CNN層から学習により得る.その学習結果を基にカメラハードウェア試作を行い,学習によるカメラ設計の有用性を検証する.具体的には,圧縮ビデオセンシング単一画像からの人の行動認識を事例タスクとして設定し,このタスクに最適化したカメラシステムを実現した.具体的な応用として,DCPのアイデアを圧縮ビデオセンシングに適用することで,学習により最適な露光パターンを求めた.このパターンと同時学習された動画生成デコーダを用いることで,生成された動画像の品質が従来に対して1dB以上の改善をもたらした.この成果を国際会議に投稿し,コンピュータビジョンのトップ会議のひとつである,ECCV2018に投稿して採録された.また,同様のDCPのフレームワークを行動認識に適用した.その結果,シミュレーションではあるが符号化画像一枚からの行動認識が行えることを確認した.今後は,シミュレーションで実証した行動認識の応用に関して,実カメラによる実証を行い実現性をさらに実証する.また,モーションブラー復元など他の応用に関しても同様に実証を行い,DCPのフレームワークの一般性や有用性を示す.画像認識の分野ではディープニューラルネットワーク(DNN)が盛んに用いられ,物体認識やシーン理解,画像復元などにおいて,従来のモデルベースの特徴量や学習手法を凌駕している.しかし,従来はデジタル画像として計測された後の画像認識パイプラインのデジタル層にのみ,DNNによる学習が用いられているにすぎなかった.本研究では,特徴量や認識器と共にハードウェア設計も学習により求める新しいフレームワークを提案し,ディープコンピュテーショナルフォトグラフィ(DCP)と名付ける.学習による最適化を画像認識パイプライン全体に適用することで,最適な画像特徴を求めるのみならず,光線情報をどのように計測するかという視覚システムの本質を探究することである.生物界では多様な視覚システムがその生物の生存環境やタスクがもたらす進化の結果として発現しているが,本研究は同様に人工視覚システム設計にそれを持ち込むものである.DCPでは,従来の画像特徴抽出のためのCNNのさらに下に,画素の時間露光タイミングを表現するサンプリングCNN層と集光特性を表現する物理CNN層をさらに加える.これらの画像認識パイプライン全体をDNNで表現し,シーンとラベルセットにより学習することで従来の認識および画像特徴が学習されると共に,カメラハードウェア設計をサンプリングCNN層および物理CNN層から学習により得る.その学習結果を基にカメラハードウェア試作を行い,学習によるカメラ設計の有用性を検証する.具体的には,圧縮ビデオセンシング単一画像からの人の行動認識を事例タスクとして設定し,このタスクに最適化したカメラシステムを実現した.具体的な応用として,DCPのアイデアを圧縮ビデオセンシングに適用することで,学習により最適な露光パターンを求めた.このパターンと同時学習された動画生成デコーダを用いることで,生成された動画像の品質が従来に対して1dB以上の改善をもたらした.この成果を国際会議に投稿し,コンピュータビジョンのトップ会議のひとつである,ECCV2018に投稿して採録された.また,同様のDCPのフレームワークを行動認識に適用した.その結果,シミュレーションではあるが符号化画像一枚からの行動認識が行えることを確認した.今後は,シミュレーションで実証した行動認識の応用に関して,実カメラによる実証を行い実現性をさらに実証する.また,モーションブラー復元など他の応用に関しても同様に実証を行い,DCPのフレームワークの一般性や有用性を示す.実験機材の購入が間に合わず,次年度に繰り越したため.
低機能自律移動端末群システムの新モデル提案および問題解決能力の解析

低機能自律移動端末群システムはprogrammable matterのモデルのひとつで,例えば複数の自動車やドローンなどで構成されるシステムを適用範囲とするモデルである.本研究では,既存モデルで表現困難な微小粒子集合体を容易に表現可能な新モデルを構築し,そのモデル上での可解性の解明と理論的知見の蓄積を目指す,さらに,微小粒子集合体による創発現象の発生機序の解明につながる知見を得る.低機能自律移動端末群システムはprogrammable matterのモデルのひとつで,例えば複数の自動車やドローンなどで構成されるシステムを適用範囲とするモデルである.本研究では,既存モデルで表現困難な微小粒子集合体を容易に表現可能な新モデルを構築し,そのモデル上での可解性の解明と理論的知見の蓄積を目指す,さらに,微小粒子集合体による創発現象の発生機序の解明につながる知見を得る.
微細周期構造形成による放射線検出用蛍光体の高性能化を目指した基礎研究

医療分野で癌の診断などに用いられる陽電子放射断層撮像法(PET)の研究開発では,次世代型のTOF(Time of Flight)-PETが注目されており,TOF-PET用シンチレータとして,Lu2SiO5:Ce (LSO)結晶が多く用いられている。本研究では,簡便かつ高スループットが期待できる,二光束干渉露光法を含んだ独自の作製プロセスを用い,ミクロンオーダーの周期を持つ微細周期構造をLSOシンチレータ結晶の表面に形成することで,放射線照射時に発生する蛍光の,結晶内部での全反射の抑制を試みる。これにより,シンチレーション検出器の光センサーへの蛍光の到達光量や到達時間の改善が見込まれ,LSO結晶を用いたシンチレーション検出器の時間分解能の向上が期待できる。即ち,本研究の目的が達成されれば,TOF-PETの診断画像の画質の向上につながり,薬剤投与量の削減や検査時間の短縮,感度及び特異度の向上が期待できる。今回は,LSOに見立てた発光材料として,酸化亜鉛(ZnO)薄膜(膜厚約1μm)をSi基板上にスパッタリング法で成膜し,更にその試料の表面に,簡便な二光束干渉露光法およびリフトオフ法を組み合わせた独自のプロセスにより,ZnOスパッタ膜からなる一次元微細周期構造(周期:約1.4μm)を,凹凸の深さ約100nmとして形成した。この微細周期構造の効果を確認するため,作製した試料のフォトルミネッセンス(PL)スペクトルを,励起光源としてHe-Cdレーザー(波長325nm)を用いて測定したところ,微細周期構造の有無にかかわらず波長400420nm付近に発光ピークが観測され,微細周期構造が有る場合は,無い場合に比べ,観測される発光ピーク強度が約1.7倍に向上することを確認できた。即ち,微細周期構造の付与により,ZnO薄膜表面と空気との界面における全反射を抑制できることが確認できた。二光束干渉露光法を用いた微細周期構造作製プロセスにおいて,従来,リフトオフ法の適用は難しいとされていたが,フォトレジストの厚さや露光条件(露光強度及び露光時間),ZnOスパッタ膜の膜厚などを最適化することでこれを実現した点が大きな進展である。その一方で, LSO結晶の表面に付与するためには,数cmの面積で微細周期構造を均一に形成する必要があるが,均一性については不十分であることも確認しており,その点が新たな課題となっている。前述のように,LSO結晶の表面に微細周期構造を付与するための均一性が,現時点では不十分である。今後,その課題を解決すべく,作製プロセスの最適化を進めていく。更に,LSO結晶の表面への微細周期構造の形成を試みるとともに,実際にLSOシンチレーション検出器の光センサーへの蛍光の到達光量や到達時間が改善されるか検証していく予定である。

更に,LSO結晶の表面への微細周期構造の形成を試みるとともに,実際にLSOシンチレーション検出器の光センサーへの蛍光の到達光量や到達時間が改善されるか検証していく予定である。
マーケット・インパクトを考慮した株価変動モデルとその派生証券価格付けへの応用

東証個別株式の終値の時系列から推定したマーケット・インパクトの大きさを売買代金に回帰すると回帰式が成立する.一方,本発表の進展と時期を同じくして公開販売されたティック・データによると,その推定されたマーケット・インパクトは,単なるスプレッド以上の別の成分を含んでおり,これは,終値の取引に現れる特殊なマーケット・マイクロストラクチャに起因すると考えられる.大証での日経225オプション価格のボラティリティの時系列に強い負の相関が観測された.この負の相関はスプレッドに起因すると考えるには大きすぎる.GARCHモデルを用いて,日経225オプションの仮想売買を行ったところ,極めて大きな収益を上げうることが判明した.この結果は,2つの意味で重要である.1.GARCHモデルによりオプション価格を推定すると,通常のヒストリカル・ボラティリティから推定したオプション価格よりも市場価格のよい近似を与えることが知られている.しかし,香港市場ではこのフィットがかなりよいのに対し,大証ではこのフィットがあまりよくないことも分かっている.本研究の結果は,この原因が大証の価格付けのアノマリーに起因するものである可能性を示している.2.もしそうなら,従来困難とされていた株価時系列ヒストリカル・ボラティリティからオプション価格を推定する可能性が示唆される.以上の派生研究として「小選挙区制が2大政党制を導く」というDuvergerの法則を説明する空間的モデルの定式化を行うことができた.このモデル化は,長年の未解決問題であり,本体の研究と同様以上の重要な意味を持つものである.東証個別株式の終値の時系列から推定したマーケット・インパクトの大きさを売買代金に回帰すると回帰式が成立する.一方,本発表の進展と時期を同じくして公開販売されたティック・データによると,その推定されたマーケット・インパクトは,単なるスプレッド以上の別の成分を含んでおり,これは,終値の取引に現れる特殊なマーケット・マイクロストラクチャに起因すると考えられる.大証での日経225オプション価格のボラティリティの時系列に強い負の相関が観測された.この負の相関はスプレッドに起因すると考えるには大きすぎる.GARCHモデルを用いて,日経225オプションの仮想売買を行ったところ,極めて大きな収益を上げうることが判明した.この結果は,2つの意味で重要である.1.GARCHモデルによりオプション価格を推定すると,通常のヒストリカル・ボラティリティから推定したオプション価格よりも市場価格のよい近似を与えることが知られている.しかし,香港市場ではこのフィットがかなりよいのに対し,大証ではこのフィットがあまりよくないことも分かっている.本研究の結果は,この原因が大証の価格付けのアノマリーに起因するものである可能性を示している.2.もしそうなら,従来困難とされていた株価時系列ヒストリカル・ボラティリティからオプション価格を推定する可能性が示唆される.以上の派生研究として「小選挙区制が2大政党制を導く」というDuvergerの法則を説明する空間的モデルの定式化を行うことができた.このモデル化は,長年の未解決問題であり,本体の研究と同様以上の重要な意味を持つものである.東京証券取引所の個別株価日次時系列データについて,Kalman Filterで推定されたスプレッドと取引高の間とに比較的はっきりとした反比例関係があることが確認された.併せて,n日ごとにサンプリングした株価時系列での株価変動の分散V(n)について,近似的に,の関係があることも確認された.式(1)はスプレッドの存在と整合的であるが,Kalman Filterから推定された取引高は,式(1)でのaの大きさを部分的にしか説明できないことも確かめられた.この理由を明らかにするため,価格変動を日中と夜間とに分けて時間間隔を変えながら相関を計測すると,時間間隔をおいた相関の存在が観測され,これらの相関が直接の原因となっていることが分かった.この過程で,いくつかの株価変動の性質も明らかにされた.これらの事実は,オプションの価格付けやリスク管理に重要な意味を持つと考えられる.予備的な考察として,VaRの分布を計測しているが,現時点では,これらと結びつけられる明瞭な結果は得られていない.これは2年目の課題として残されている.東京証券取引所における日経225採用主要個別銘柄について,Rollのモデルから推定されるマーケット・インパクトを計測し,マーケット・インパクトと相関を持つと考えられる諸量(売買代金等)に回帰してみると,整合的な明瞭な関係が認められた.従って,マクロ的には,Rollのモデルから導かれるマーケット・インパクトは,実際のマーケット・インパクトを説明していると考えられる.この意味で,マーケット・インパクトの存在を考慮した株価変動モデルは,現実の株価変動をより正しく表現していると考えられる.この事実は,素朴なVaRの計測値の信頼性にも,ある程度の影響を与える.大阪証券取引所における日経225オプションでのボラティリティの日次系列には,マーケット・インパクトでは説明しきれない極めて強い負の系列相関がある.過去の時系列からGARCH-Mモデルに基づくオプション価格推定を行って仮想取引を行うと,大きな超過収益を上げることが出来る.これらの結果は,一般論と並んで,マーケット・マイクロストラクチャの研究の必要性を強く示唆している.
Early Brian Injuryに対するスタチン・エダラボンの効果

ラット内頚動脈穿通によるくも膜下出血モデル作成を行った。手技に先立って左頭部穿頭を行い、左前頭葉へ脳圧センサー先端を挿入、留置してくも膜下出血作成前から持続的に脳圧をモニタリングしている。作成したラットくも膜下出血モデルに対して治療群を作成、24時間後に安楽死を行い検討を行った。アポトーシスの検出としてTUNEL染色およびカスパーゼ3、さらに抗ラジカル染色を追加した。血管脳関門の破綻についてはMMP-9をELISAにて測定、エダラボンにて有意差を持って治療効果が得られた。脳底動脈血管面積測定にて評価を行ったところ、エダラボン治療群にて有意に攣縮治療効果が認められた。SD雄ラット(体重300-350g)を用いた。全身麻酔後に経口挿管・人工呼吸器へ接続後、外頚動脈stumpから3-0ナイロン糸相当のタングステンワイヤーを内頚動脈へ挿入し、穿通によってくも膜下出血を作成した。計画では4ー0ナイロン糸による穿通予定であったがくも膜下出血作成が不良であったためタングステンワイヤーへ変更した。また、この手技の前に頭部穿頭、ICPモニターを脳内に挿入し、持続的に脳圧をモニタリングを行っている。本年度はN=90のラットに対して手技を試行、手術直後の死亡率は約30%であった。タングステンワイヤーによる穿通後、くも膜下出血による脳圧亢進は50-200nnH2Oであったが、脳圧が120mmH2Oを超えた場合は効率に死亡した(全例蘇生処置試行)。Sham群にて開頭、くも膜下出血は良好に作成されていた。くも膜下出血作成時の死亡率低減が今後の課題である。作成したくも膜下出血モデルに対してTUNEL染色及びBrain water content測定を行ったところ、TUNEL染色にてアポトーシスが確認できた。くも膜下出血モデルによるEarlybrain injuryの証明がなされた。くも膜下出血の量との相関や、脳圧亢進の程度とアポトーシスの相関は現在検討中である。また、Brain water content測定では有意差はないもののくも膜下出血モデルでの脳浮腫傾向が確認できた。現在、くも膜下出血モデルに対するラジカット等の治療薬投与群を作成中である。昨年度はN=90、本年度はN=60のラットに対して手技を施行、くも膜下出血作成直後の死亡率は約20-30%であった。くも膜下出血作成後の脳圧更新は40-200mmHgであったが、脳圧が120mmHgを超えたラットは高率に死亡した。作成したラットくも膜下出血モデルに対して、本年度はSham群、くも膜下出血群の他に、くも膜下出血後エダラボン治療群を作成、24時間後に安楽死を行い、以下の検査項目につき検討を行った。アポトーシスの検出としてTUNEL染色およびカスパーゼ3をELISAにて測定し、さらに抗ラジカル染色を追加した。脳圧亢進の比例してアポトーシスが増加し、Early brain injuryの発生が確認できた。いずれの項目においてもエダラボン治療群において有意差は得られなかった。脳浮腫については脳乾燥法による重量測定を行ったが、エダラボンによる治療効果は明らかにはできなかった。酸化ストレスd-ROMを末梢血から測定したところ、エダラボンによる治療効果が確認できた。Earlybrain injuryに伴う脳血管攣縮とその治療効果につき脳底動脈血管面積測定にて評価を行ったところ、エダラボン治療群にて有意に攣縮治療効果が認められた。以上の結果の総括から、くも膜下出血後のEarlybrain injuryは脳圧亢進に相関すること、エダラボンの治療効果は、とくに血管脳関門破綻抑制によって効果が認められたこと、機序は不明であるが、脳血管攣縮の治療効果も得られたこと、が挙げられる。当初の計画から種々の変更点はあったものの、くも膜下出血モデルの作成および脳圧モニタリングが可能となったことから、その後のエダラボン治療効果の実験が可能となった。くも膜下出血後灌流固定、生標本摘出後、抗体染色やELISAについてもほぼ予定通り進行した。計画中、脳浮腫評価におけるEvans染色漏出試験が断念されたが、今後代替検査をELISA以外にも試行予定である。なお、実験前仮説ではEBIに対する治療効果はアポトーシス改善によると予想していたが、結果からは血管脳関門破綻抑制のみで有意であった。SD雄ラット(400-450g)を用いた。全身麻酔後に経口挿管し、外頚動脈stumpから3-0ナイロン糸相当のタングステンワイヤーをシースとともに内頚動脈へ挿入、ワイヤーによる内頚動脈分岐部穿通にてくも膜下出血を作成した。この手技に先立って左頭部穿頭を行い、左前頭葉へ脳圧センサー先端を挿入、留置してくも膜下出血作成前から持続的に脳圧をモニタリングしている。くも膜下出血作成直後の死亡率は約20-30%であった。くも膜下出血作成後の脳圧更新は40-200mmHgであったが、脳圧が120mmHgを超えたラットは高率に死亡した(人工呼吸器へ接続のうえ、全例蘇生処置施行)。

Sham群にて穿通後に開頭術を施行、くも膜下出血が良好に作成されていることを確認した。くも膜下出血作成時、特に脳圧亢進が著しいラットにおける死亡率は低減の工夫が今後の課題である。作成したラットくも膜下出血モデルに対して、Sham群、くも膜下出血群の他に、くも膜下出血後エダラボン治療群を作成、24時間後に安楽死を行い、以下の検査項目につきそれぞれ生標本、灌流固定標本を取り出し検討を行った。まず、アポトーシスの検出としてTUNEL染色およびカスパーゼ3をELISAにて測定し、さらに抗ラジカル染色を追加した。脳圧亢進の比例してアポトーシスが増加し、Early brain injuryの発生が確認できた。一方、いずれの項目においてもエダラボン治療群において改善傾向は認めたものの、有意差は得られなかった。脳浮腫については脳乾燥法による重量測定を行ったが、エダラボンによる治療効果は明らかにはできなかった。血管脳関門の破綻についてはMMP-9をELISAにて測定、エダラボンにて有意差を持って治療効果が得られた。ラット内頚動脈穿通によるくも膜下出血モデル作成を行った。手技に先立って左頭部穿頭を行い、左前頭葉へ脳圧センサー先端を挿入、留置してくも膜下出血作成前から持続的に脳圧をモニタリングしている。作成したラットくも膜下出血モデルに対して治療群を作成、24時間後に安楽死を行い検討を行った。アポトーシスの検出としてTUNEL染色およびカスパーゼ3、さらに抗ラジカル染色を追加した。脳底動脈血管面積測定にて評価を行ったところ、エダラボン治療群にて有意に攣縮治療効果が認められた。ラット内頚動脈穿通によるくも膜下出血モデル作成は、計画では4ー0ナイロン糸による穿通予定であったがくも膜下出血作成が不良であったため試行錯誤の後にタングステンワイヤーへ変更した。また、当初計画にはなかったが、くも膜下出血作成が確実になされているか確認するため、このくも膜下出血作成手技の前に頭部穿頭、ICPモニターを脳内に挿入し、持続的に脳圧をモニタリングを行うこととなった。機器操作と手技の安定に相当の時間を要した。本年度はN=90のラットに対して手技を試行、手術直後の死亡率は約30%であったが、実験開始当初は死亡率は50%に上った。手技が安定して30%となったものの、さらなる低減に努力が必要である。作成したくも膜下出血モデルに対してTUNEL染色及びBrain water content測定を行ったところ、TUNEL染色にてアポトーシスが確認できた。くも膜下出血モデルによるEarlybrain injuryの証明がなされた。本年度は上記の如く、くも膜下出血モデル作成に時間を要したため、治療群作成の前段階までの結果となった。結果の総括から、くも膜下出血後のEarlybrain injuryは脳圧亢進に相関すること、エダラボンの治療効果は、とくに血管脳関門破綻抑制によって効果が認められたこと、機序は不明であるが、脳血管攣縮の治療効果も得られたこと、が挙げられる。くも膜下出血直後からのエダラボン投与の有効性が示唆された。
神経伝達物質測定によるレボドパ誘発ジスキネジアの解明

L-dopa誘発ジスキネジア(LID)の発症機序の解明と対策の確立のため、パーキンソン病モデルラット(PDラット)とLIDモデルラット(LIDラット)の淡蒼球内節でin vivoマイクロダイアリシス法によりGABAを測定した。LIDラットではPDラットに比較して淡蒼球内節でのGABA放出が増加していることを確認した。またPDモデルの淡蒼球内節にGABAA受容体アゴニスト(muscimol)を注入することによってジスキネジアを誘発されることを確認した。さらにL-dopaを投与したLIDモデルラットの淡蒼球内節にGABAA受容体アンタゴニスト(bicuculline)を直接注入することによってジスキネジアがを抑制されることを確認した。以上の結果より淡蒼球内節へのGABA放出異常がLID発現の原因であると考えられた。淡蒼球内節(GPi)におけるGABA放出異常がL-DOPA誘発ジスキネジア(LID)を引き起こしていることを、パーキンソン病モデルラット(PDラット)を用いて検討した。PDモデルラット作成: 10週齢の雄ウィスターラットの右内側前脳束に6-hydroxydopamine(6-OHDA)を注入し.右側の完全ドーパミン脱神経を行った.ドーパミン脱神経は6-OHDA注入2週間後にアポモルフィンの皮下注、(0.05mg/kg)によって確認した.LIDモデルラット作成:アポモルフィンテストの2週後に6-OHDAラットを2群に分け、1群には生食を(パーキンソンモデル)、もう1群にはL-DOPA(50mg/kg)とベンセラジド(12.5mg/kg)を1日2回朝夕に連続14日間腹腔内投与を行った(ジスキネジアモデル)。淡蒼球内節でのGABA遊離測定最終投与翌日の夕にstereotaxicに右淡蒼球内節(GPi)上部へガイドカニューレを挿入し、その2日後の夕にダイアリーシスプローブを挿入。その翌日の朝から還流を開始した.還流液はIn vivoマイクロダイアリシス法を用いて還流開始6時間後から20分毎に240分回収した.回収開始100分後にL-DOPA50mg/kg+ベンセラジド12.5mg/kgを腹腔内投与した. HPLCを用いて還流液中のGABAを測定した。プローブ挿入確認還流終了後にラットをと殺し,冠状断切片を作成。プローブ痕が淡蒼球内節内にあったものを解析の対象とした。結果: LIDモデルラット(n=5)ではPDモデルラット(n=5)に比較して1.定常時の淡蒼球内節細胞外GABA濃度が高い。2. L-DOPA投与後の細胞外GABA濃度が高い。3. L-DOPA投与後のGABA遊離の増加量が大きい。PDモデルラット作成:10週齢の雄ウィスターラットの右内側前脳束に6-hydroxydopamine(6-OHDA)を注入し.右側の完全ドーパミン脱神経を行った.ドーパミン脱神経は6-OHDA注入2週間後にアポモルフィンの皮下注(0.05mg/kg)によって確認した.LIDモデルラット作成:アポモルフィンテストの2週後に6-OHDAラットを2群に分け、1群には生食を(パーキンソンモデル)、もう1群にはL-DOPA(50mg/kg)とベンセラジド(12.5mg/kg)を1日2回朝夕に連続14日間腹腔内投与を行った(ジスキネジアモデル)。淡蒼球内節へのGABA_A受容体アゴニスト局注:PDモデルとLIDモデルラットの淡蒼球内節にstereotaxicに特製注入プローブ(エイコム)を刺入し、GABA_A受容体アゴニスト(muscimol 0.16μmol)あるいは生食を直接微量注入し誘発される回転運動数とジスキネジア(Eur J Neurosci.1998;10:2694)を記録した。以上の実験よりパーキンソン病モデルラットで、淡蒼球内節へのGABA_A受容体アゴニストの注入でジスキネジアを誘発されることを確認した。
カンキツ果実のカロテノイド集積におけるカロテノイド代謝分解酵素の機能解析

平成26年度は,これまで単離および発現解析を行ってきたCitCCD4b遺伝子の機能解析を行った。CitCCD4b遺伝子は,βーシトラウリン生合成に関わるCitCCD4aの近傍のゲノム配列上にコードされていることが明らかとなっている。しかし,その遺伝子発現パターンはCitCCD4aとは大きく異なっており,主に葉において高いレベルが認められた。このCitCCD4b遺伝子の機能を明らかにするために,CitCCD4bのcDNAを発現ベクターにライゲートし,カロテノイドを集積する大腸菌を用いた機能解析およびリコンビナントタンパク質を用いたin vitroにおける機能解析を行った。しかし,カロテノイドを集積する大腸菌を用いた機能解析およびin vitroにおける機能解析いずれも,CitCCD4bによる生成物は確認されなかった。従って,CitCCD4aのみが,βークリプトキサンチンおよびゼアキサンチンの二重結合を酸化開裂する反応を触媒し,βーシトラウリンを生成することが明らかとなった。26年度が最終年度であるため、記入しない。カロテノイドは,自然界に700種類以上も存在する色素群の総称である。カロテノドは,CCD(Carotenoid cleavage dioxygenase)により,様々なアポカロテノイド(カロテノイドの代謝産物)に代謝分解される。これまで,カンキツ果実からも複数のCCD遺伝子が単離されているが,そのほとんどの遺伝子の機能が未知である。今年度は,これまで単離した機能未知のCitCCD4について,大腸菌を用いてリコンビナントタンパク質を作成し,CCDの基質特異性などの酵素学的性質を調査した。カロテノイドを集積する大腸菌を用いた機能解析では,in vivoおよびin vitroにおける実験を行った。カロテノイドに関わる酵素遺伝子は,in vitroにおいて酵素活性を測定することが非常に困難である。そこで,まず,カロテノイドを生成する大腸菌を用いたin vivoにおける実験から行った。機能未知のCitCCD4遺伝子をゼアキサンチンを集積する大腸菌に導入した。遺伝子を導入した大腸菌を凍結乾燥後,抽出溶媒を用いてカロテノイドを抽出し,HPLCを用いてCitCCD4による生成物を検出した。その結果,生成物としてβ-シトラウリンが認められた。In vitroにおける実験では,CitCCD4のリコンビナントタンパク質を作成し,β-クリプトキサンチン,ゼアキサンチン,ビオラキサンチンを基質として反応溶液に添加し,CitCCD4がどのカロテノイドを代謝分解するかを,HPLCを用いて確認した。その結果,CitCCD4は,β-クリプトキサンチンおよびゼアキサンチンを代謝分解し,β-シトラウリンを生成する反応を触媒することが明らかとなった。カロテノドは, CCD (Carotenoidcleavagedioxygenase)により,アポカロテノイド(カロテノイドの代謝産物)に代謝分解される。これまで,カンキツ果実から複数のCCD遺伝子が単離されているが,そのほとんどの遺伝子の機能が未知である。これらのCCD遺伝子の中には,昨年度,機能を明らかにした赤色色素のβーシトラウリンの生合成に関わるCitCCD4も含まれる。本研究では,カンキツ果実における機能未知のCCDについて,それらの機能を明らかにすることにより,カロテノイド集積にどのような影響を与えるか調査することを目的とする。本年度は,昨年度に機能解析を行いβ一シトラウリン生成に関与することが明らかとなったCitCCD4遺伝子に関する研究を継続して行った。カンキツのゲノムデータベースから,これまで機能解析を行ってきたCitCCD4(以下CitCCD4aとする)とは別のタイプのCitCCD4遺伝子(以下CitCCD4bとする)が,ゲノム配列上にコードされていることが明らかとなった。そこで本年度は, βーシトラウリンを蓄積するウンシュウミカンの`山下紅早生'と蓄積しない'宮川早生'から, CitCCD4b遺伝子の全鎖長をクローニングし,塩基配列を決定した。CitCCP4bの塩基配列は, CitCCD4aと92%の相同性であった。また,両品種の塩基配列は同一であった。CitCCD4bを, '宮川早生'と'山下紅早生'の様々な組織において発現解析を行ったところ,葉において最も高いレベルを示した。また,両品種間では,発現レベルに大きな差は認められなかった。CitCCD4b遺伝子を発現ベクターにライゲートし,カロテノイドを集積する大腸菌を用いた機能解析を行った。ルテインを集積する大腸菌に, CitCCD4bを導入し,形質転換した大腸菌から,カロテノイドを抽出し, HPLCを用いて生成物を調査したところ, 2つの未知のピークが得られた。今後,これらのピークについて,どのようなアポカロテノイドか物質の同定を行うことにより, CitCCD4bの機能を明らかにしていきたい。

このCitCCD4b遺伝子の機能を明らかにするために,CitCCD4bのcDNAを発現ベクターにライゲートし,カロテノイドを集積する大腸菌を用いた機能解析およびリコンビナントタンパク質を用いたin vitroにおける機能解析を行った。しかし,カロテノイドを集積する大腸菌を用いた機能解析およびin vitroにおける機能解析いずれも,CitCCD4bによる生成物は確認されなかった。従って,CitCCD4aのみが,βークリプトキサンチンおよびゼアキサンチンの二重結合を酸化開裂する反応を触媒し,βーシトラウリンを生成することが明らかとなった。26年度が最終年度であるため、記入しない。今年度は,機能未知であったCCDのうちのCitCCD4が,カンキツに特有に集積するβ-シトラウリンの生成を触媒することがin vivoおよびin vitroにおいて証明することができた。この成果は,カンキツ果実におけるβ-シトラウリンの集積メカニズムを解明する大きな前進であるため、当初の計画以上に研究が進展していると考える。今年度の研究計画では, CitCCD4bを'宮川早生'と'山下紅早生'から単離し,機能解析を行う計画とした。研究成果として,機能解析をほぼ9割程度行い,さらに,遺伝子発現解析を行ったことから,研究全体として,おおむね順調に進展していると評価できる。今年度は,CitCCD4のカロテノイド代謝分解における機能の一端を明らかにした。今後は,CitCCD4の細胞内の局在性の調査や発現解析を行うことにより,さらなるCitCCD4の機能を明らかにする予定である。また,機能未知のCCDは,他のタイプのものも報告されていることから,カンキツからそれらのCCD遺伝子の単離および機能解析を行い,カンキツ果実におけるカロテノイド代謝分解にどのように関わっているか明らかにしていきたい。本研究課題の今後の推進方策として,まず, CitCCD4bの機能を明らかにすることが必要である。研究実績の概要でも述べたが,ルテインを集積する大腸菌に, CitCCD4bを導入し,形質転換した大腸菌から,カロテノイドを抽出し, HPLCを用いて生成物を調査したところ, 2つの未知のピークが得られた。これらのピークについて,物質の同定を行うことにより, CitCCD4bの機能を明らかにする必要がある。
川崎病の病態・合併症におけるVWF-ADAMTS13軸の解明及び新規治療薬の開発

川崎病患者における血流下血栓可視装置を用いた血小板血栓形成能評価を終え、川崎病急性期における血小板活性化は、「血栓形成開始が早まること」として表れ、「血栓強度が強くなること」としては表れない可能性があることがわかった。流血下の血栓形成動態を考慮すると、欧米では川崎病冠動脈障害のリモデリングに寄与するとの報告もあるGPIIb/IIIa阻害薬の有効性が期待される。ADAMTS13などの因子が川崎病における病勢、合併症に関与するかどうかを統計学的に解明し、川崎病治療前において、ADAMTS13活性は低下し、VWF:Agの上昇とも相乗して、VWF:Ag/ADAMTS13活性比は上昇していた。これらは治療経過とともに改善した。ADAMTS13:Acは治療1週間後において、タンパク、アルブミン、ナトリウムと相関、FDP、CRPと逆相関した。VWF:Ag/ADAMTS13:Ac比は治療前・1週間後とも白血球数と逆相関し、アルブミン、ナトリウムと相関した。ADAMTS13:Ac、VWF:Ag/ADAMTS13:Ac比共にアルブミン、ナトリウムといった血管透過性亢進・血管内皮障害を示唆するパラメータと相関していた。またマルチマー解析・IEFの解析を行うことで、ADAMTS13の中でもbindingしたものとfreeのものをわけて評価し、ADAMTS13の形態が川崎病治療の反応性に関わっていることがわかった。これらのことからADAMTS13の相対的低下は川崎病血管炎・冠動脈病変の病勢に影響している可能性がある。以上の結果をまとめ、論文掲載された。ADAMTS13などの因子が川崎病における病勢、合併症に関与するかどうかの検討について、ようやく論文掲載に至ったが、多くの追加実験を要し、時間を要してしまった。川崎病モデルマウスの作成に当たって情報を集めているが、見込みの立つモデルがまだ見つかっていない。Flow chambersystem・循環ポンプシステムの動作不良のため度々実験を中断せざるを得ない状況である。血流下血栓可視装置についての検討を早急に論文化する。川崎病モデルマウス作成の知見を集め、Flow chambersystem・循環ポンプシステムを安定して使用できるように努める。今年度の実験計画に遅れがあった。次年度内に実験計画が追いつける予定であり、川崎病モデルマウスやFlow chambersystem・循環ポンプシステムへの使用を計画している。
BP230とBP180のリコンビナント蛋白を用いた自己免疫水疱症の解析

まずBP180cDNAの4つの部分(細胞外部分全長をカバーする3部位およびNC16a部位)をコードするcDNAを、特異的プライマーと正常ケラチノサイトcDNAライブラリーを用いたPCR法により得た。それぞれのcDNAを大腸菌発現ベクターpGEXに組込み、大腸菌にトランスフェクトし、リコンビナントGST融合蛋白を誘導した。そのリコンビナント蛋白を用いた免疫ブロット法で水疱性類天疱瘡血清がN末端側(特にNC16a部位)に反応するのに対して瘢痕性類天疱瘡血清はC末端側に反応することをみいだした。この事実は抗体の反応部位の相違がこの2者の臨床像の違いに関与していることを示唆した。さらに、BP180のC末端から15番目のコラーゲン部位(C15)をコードするcDNAからリコンビナントGST蛋白を作製した。その蛋白を用いた免疫ブロット法で、線状IgA水疱性皮膚症の血清がこのリコンビナント蛋白に特異的に反応することを見いだした。この事実は、線状IgA水疱性皮膚症が、BP180分子上の特異的なエピトープに反応することを示唆した。同様に、全長のBP230分子cDNAをカバーするほぼ同じ大きさ(約3kb)の異なった3つのcDNAを得、そのリコンビナント蛋白を作製した。免疫ブロット法で、多くの水疱性類天疱瘡が各部位のリコンビナント蛋白、とくC末端部位に特異的に強く反応することが判明した。天疱瘡群患者血清の一部もこれらのBP230のリコンビナント蛋白にわずかに反応したが、その反応は水疱性類天疱瘡に比べて非常に弱いものであった。この事実はBP230が水疱性類天疱瘡特異的抗原であることを示唆した。さらに、以前作製したBP180NC16a部位のリコンビナント蛋白を用いたELISAを作製し、現在、水疱性類天疱瘡を含めた各種患者血清の反応を検討中である。今後従来の蛍光抗体法に代わる検査法になる可能性がある。培養ケラチノサイトから単離したmRNAを用いて作成したcDNAライブラリーをテンプレートとしたPCR法により、全長BP230をカバーする異なった3つcDNAを得て、それぞれを大腸菌発現ベクターpGEXに組込み、大腸菌XL1-Blueにトランスフェクトし、GSTとのリコンビナント融合蛋白を作製した。その蛋白を用いた免疫ブロット法で、水疱性類天疱瘡血清は高率に全ての部位に反応し、他の疾患血清は全く反応しないことが判明した。今後、この蛋白を用いた免疫ブロット法ないしELISA法は水疱性類天疱瘡の診断に有用なものとなると考えられる。また、腫瘍随伴性天疱瘡、疱疹状天疱瘡などの天疱瘡群の患者血清にも抗基底膜部抗体が存在することが示唆されているが、その抗体は水疱性類天疱瘡の病原抗体とは異なる可能性が示唆された。今後、得られたBP230の全長cDNAを用いて表皮基底膜部の接着に関するBP230の役割について検討したい。同様に、BP180の細胞外部位の全長をカバーする3つの部分をコードするcDNAをPCR法により作製し、それぞれのGSTリコンビナント融合蛋白を作製し、さらに1% Triton Tris-bufferで抽出後、グルタチオンカラムを用いて蛋白を精製した。その蛋白を用いた免疫ブロット法で、水疱性類天疱瘡、妊娠性疱疹血清は高率にN末端部に反応し、瘢痕性類天疱瘡血清はC末端部に特異的に反応することが判明した。

これらの蛋白を用いた免疫ブロット法ないしELISA法は水疱性類天疱瘡と瘢痕性類天疱瘡血清の鑑別に有用なものとなると考えられる。さらに、線状IgA水疱性皮膚症の血清はBP180のN末端のうち水疱性類天疱瘡特異的エピトープの存在するNC16aよりC末端部に特異的に反応することが示唆された。今後、線状IgA水疱性皮膚症の反応するエピトープをより詳細に検討し、その病因を解析したい。昨年度はBP180cDNAの4つの部分(細胞外部分全長をカバーする3部位およびNC16a部位)のリコンビナント蛋白を作製し、水疱性類天疱瘡と瘢痕性類天疱瘡の反応を検討した。本年度は、さらに、C末端から15番目のコラーゲン部位(C15)をコードするcDNAを、特異的プライマーと正常ケラチノサイトcDNAライブラリーを用いたPCR法により得た。そのcDNAを大腸菌発現ベクターpGEXに組込み、大腸菌にトランスフェクトし、リコンビナントのGST融合蛋白を誘導した。その蛋白を用いた免疫ブロット法で、線状IgA水疱性皮膚症の血清がこのリコンビナント蛋白に特異的に反応することを見いだした。この事実は、線状IgA水疱性皮膚症が、BP180分子上の特異的なエピトープに反応することを示唆した。同様に、特異的プライマーと正常ケラチノサイトcDNAライブラリーを用いたPCR法により、全長のBP230分子cDNAをカバーするほぼ同じ大きさ(約3kb)の異なった3つのcDNAを得た。そのcDNAを大腸菌発現ベクターpGEXに組込み、大腸菌にトランスフェクトし、GST蛋白とのリコンビナント融合蛋白を得た。その蛋白を用いた免疫ブロット法で、多くの水疱性類天疱瘡が各部位のリコンビナント蛋白、とくC末端部位に特異的にまた強く反応することが判明した。古典的天疱瘡や腫瘍随伴性天疱瘡患者血清の一部もこれらのBP230の部位特異的リコンビナント蛋白にわずかに反応したが、その反応は水疱性類天疱瘡に比べて非常に弱いものであった。この事実はBP230が水疱性類天疱瘡特異的抗原であることを示唆した。さらに、以前作製したBP180 NC16a部位のリコンビナント蛋白を用いたELISAを作製し、現在、水疱性類天疱瘡を含めた各種患者血清の反応を検討中である。今後従来の蛍光抗体法に代わる検査法になる可能性がある。
都市木造建築を実現するCLTパネルの高強度・高剛性接合法の開発と構造設計法

地球環境にやさしくサステナブルな都市を実現するために、新しい木質材料であるCLT(Cross Laminated Timber)を用いて中高層ビルなど都市建築物を実現するために、CLTパネル同士を接合し大規模建築を構成するための接合部を開発する。鋼板とボルトを用いて、施工性に優れ、地震国日本の建築に必要な強度・剛性を有する接合部とすることを目標に、要素実験、及び、CLT壁の実験を行い、構造性能評価法・構造設計法を開発する。これにより、低炭素・再生可能社会に適する都市建築の普及に貢献する。
新規網羅的配列解析手法を用いた抗体レパトア総体の明示と逆遺伝学的抗体分子発現

次世代シークエンサーを用いて個体内で発現する抗体分子群のRNA配列を網羅的に取得し、抗体のV(D)J再構成により形成される抗原認識多様性の空間、すなわち抗体レパトア空間の全体像を可視化してその動態を記述する新規解析システムを構築した。マウス個体内で形成される抗体レパトアの発生過程、抗原刺激による抗体レパトア動態力学の全視野的解析、新規抗体分子配列の遺伝子合成による逆遺伝学的発現とウェット実験による抗原結合性確認、レパトア形成におけるプレB細胞受容体の役割、などの研究を通して多くの重要な新知見を得た。新興感染症に対する抗体医薬開発や新規ワクチン開発などに応用できる。世界に先駆けて確立した次世代シークエンサを用いた独自の手法によりマウス免疫系に発現するH鎖およびL鎖のV領域配列を網羅的に解析する手法をさらに改良した。1)「新規手法を用いた網羅的VDJ配列解析」の解析手法の開発:次世代シークエンサを用いた新手法で得られる配列情報は、cDNA上のVH上流非翻訳領域に始まりCH1領域のN末側数十塩基を含む長さで、VDJ配列の重複を除いたユニーク配列として約10万リード得られる。こ約の10万のレパトア配列を効率的に解析するバイオインフォマティクス手法を開発して改良した。各VHファミリーへの分類の精度についてIgBLASTを含む新しいパイプラインを構築した。これにより高速で高精度にVH、JH、DHの各配列のアノテーションができるようになった。また、体細胞突然変異(SHM)の評価方法、VDJ配列の系統樹解析などについて、既知の方法を参考にして独自に開発した。2)骨髄および脾臓のV領域レパトアの網羅的配列解析:骨髄におけるランダムなVDJ配列の発生と末梢(脾臓)におけるVDJレパトア構成の成立過程を解析した。5個体の野生型C57BL/6マウスを用い、ランダムなVDJの発生、ポジティブ選択、ネガティブ選択、末梢でのレパトア・パタンの個体差を見てレパトア形成の共通点と相違点について解析を進めている。3)骨髄におけるVDJレパトア選択機序の解析:プレB細胞受容体を形成しないノックアウトマウス(Lambda5-KO)におけるVDJレパトアの網羅的配列解析を行い野生型同腹子と比較した。両者の特徴的な構造について解析し、その概略を理解した。現在、その選択圧の作用機作について検討している。今後、計算分子生物学的な手法およびVドメインの立体構造モデリング、代替軽鎖の立体構造モデリングと分子間相互作用の解析などを行って、分子構造学的な理解を目指す。これまでに確立した方法論を適用する事により、概ね順調に解析が進んでいる。しかし、現行で使用している次世代シークエンサー装置(Roche454システム)がサポート中止となる事を受けて、他のメーカの装置(Illumina社MiSeqシステム)を用いた方法に改変する必要があり、それに時間を費やした。Illumina社MiSeqシステムへの移行は順調に行うことができた。この改良により、一度の実験で解析できる配列が約50万リードとなり、解像度が飛躍的に上がった。今後、MiSeqシステムを用いて集中的に実験を進めて行く。我々が独自に開発した次世代シークエンサによる抗体レパトア網羅的解析手法を用いて以下の成果を得た。今年度は、次世代シークエンサ機種をIllumina_MiSeqシステムに更新し、解析プロトコールもさらに改良した。1)抗体VDJ領域レパトアの網羅的配列解析:骨髄におけるVDJ配列の発生と末梢(脾臓)におけるVDJレパトア構成の成立過程を解析した。骨髄におけるVDJ再構成のマウス個体間の相関性を検討した結果、高度な類似性を示したことから、骨髄における抗体レパトア発生がランダムなものではなく、ある決定論的なメカニズムにより進行することを示した。2)ノンランダムVDJレパトア発生機序の解析:プレB細胞受容体を形成しない代替軽鎖遺伝子欠損マウスの複数個体の骨髄および脾臓(末梢)の抗体レパトアは、野生型のレパトアとは異なるノンランダムなパターンに収束した。このことは、野生型の抗体レパトア構成にプレB受容体が関与していること、しかし、プレB細胞受容体がなくても各個体が独立に同じVDJレパトア・パターンに収束することを示している。レパトア・パターンを収束させる因子が、遺伝子(抗体遺伝子座)制御であるのか、自己抗原反応抑制であるのかを今後検討する必要がある。3)抗原応答抗体レパトア・パターン全体像の解析:NP-CGG抗原の免疫による末梢VDJ応答パタンの全体像を把握した。複数個体のマウスで応答抗体のパターンを比較し、応答レパトアの共通成分を抽出する新規統計解析手法を確立した。この手法によって検出したVDJ配列を人工遺伝子合成し、抗原との反応性をELISA法で測定し、レパトア全体像から応答抗体レパトアを検出する手法の有用性を確認した。この結果は、学術誌に論文発表した。4)B細胞亜群VDJレパトアの解析:末梢B細胞をソーティングして各B細胞亜群の特徴的レパトア・パターンについて解析を進めている。現在までの進捗状況:計画した実験内容について、概ね順調に研究が進んでいる。

得られた研究結果の一部(NGSを用いた網羅的VDJレパトア解析手法の開発、抗原応答レパトアを検出する新規統計手法の確立、この手法により予測された抗体遺伝子の人工合成とその発現による抗原結合性の測定)について論文をまとめ、学術誌に発表した(論文受理は年度をまたいで平成29年5月となった)。未発表部分の研究結果(骨髄におけるレパトア形成機構とプレB細胞レセプターの役割、各B細胞亜群のレパトア特性の解析)について論文を作成しており、学術誌に投稿する準備を進めている。本研究で確立した方法を、ヒトの抗体レパトア解析に応用して実用化し、感染症対策に役立てるための研究を続けている。我々が独自に開発した次世代シークエンサによる抗体レパトア網羅的解析手法を用いて以下の成果を得た。最終年度は、次世代シークエンサ機種をIllumina_MiSeqシステムに更新し、解析プロトコールもさらに改良した。1)抗体VDJ領域レパトアの網羅的配列解析:骨髄におけるVDJ配列の発生と末梢(脾臓)におけるVDJレパトア構成の成立過程を解析した。骨髄におけるVDJ再構成のマウス個体間の相関性を検討した結果、高度な類似性を示したことから、骨髄における抗体レパトア発生がランダムなものではなく、ある決定論的なメカニズムにより進行することを示した。2)ノンランダムVDJレパトア発生機序の解析:プレB細胞受容体を形成しない代替軽鎖遺伝子欠損マウスの複数個体の骨髄および脾臓(末梢)の抗体レパトアは、野生型のレパトアとは異なるノンランダムなパターンに収束した。このことは、野生型の抗体レパトア構成にプレB受容体が関与していること、しかし、プレB細胞受容体がなくても各個体が独立に同じVDJレパトア・パターンに収束することを示している。レパトア・パターンを収束させる因子が、遺伝子(抗体遺伝子座)制御であるのか、自己抗原反応抑制であるのかを今後検討する必要がある。3)抗原応答抗体レパトア・パターン全体像の解析:NP-CGG抗原の免疫による末梢VDJ応答パタンの全体像を把握した。複数個体のマウスで応答抗体のパターンを比較し、応答レパトアの共通成分を抽出する新規統計解析手法を確立した。この手法によって検出したVDJ配列を人工遺伝子合成し、抗原との反応性をELISA法で測定し、レパトア全体像から応答抗体レパトアを検出する手法の有用性を確認した。この結果は、学術誌に論文発表した。4)B細胞亜群VDJレパトアの解析:末梢B細胞をソーティングして各B細胞亜群の特徴的レパトア・パターンについて解析を進めている。次世代シークエンサーを用いて個体内で発現する抗体分子群のRNA配列を網羅的に取得し、抗体のV(D)J再構成により形成される抗原認識多様性の空間、すなわち抗体レパトア空間の全体像を可視化してその動態を記述する新規解析システムを構築した。マウス個体内で形成される抗体レパトアの発生過程、抗原刺激による抗体レパトア動態力学の全視野的解析、新規抗体分子配列の遺伝子合成による逆遺伝学的発現とウェット実験による抗原結合性確認、レパトア形成におけるプレB細胞受容体の役割、などの研究を通して多くの重要な新知見を得た。新興感染症に対する抗体医薬開発や新規ワクチン開発などに応用できる。1)初年度で得られたデータを解析してまとめ、論文発表を行う。
作物根における活性酸素の消去能ならびに生成抑制能と耐塩性との関係

塩ストレス条件におかれた植物では,発生した活性酸素により細胞障害を受けることが報告されている.塩ストレス下の根の機能維持はNa吸収抑制に重要とされるが,根の活性酸素障害から耐塩性を検討したものはない.前年度の実験において,イネの耐塩性程度には根のO_2^-生成量が密接に関係しており,その消去酵素活性ならびにシアン耐性呼吸の増大は,耐塩性向上に貢献すると考えられた.そこで,本年度は,活性酸素の影響によるNa吸収過程について検討するとともに,種間における耐塩性の差の原因について検討した.イネ品種に塩処理を行ったところ,耐塩性品種では茎葉部のNa含有率が低かった.また,耐塩性品種では,塩条件下での根の活性酸素消去酵素であるカタラーゼとアスコルビン酸ペルオキシダーゼの活性が高かった.根の根端細胞を調べたところ,感受性品種では,根の細胞死が起こっていた.このため,Naによって引き起こされた活性酸素の消去能が低いと細胞死が引き起こされ,Na吸収量が増大すると考えられた.また,オオムギとイネの耐塩性程度を調べたところ,オオムギでは,活性酸素の消去酵素であるグルタチオンレダクターゼの活性がイネより高いことが認められた.一方,シアン耐性呼吸をオオムギとイネで比較したところ,塩処理下におけるオオムギのシアン耐性呼吸は高まらなかった.このことから,オオムギの耐塩性が高いのは,活性酵素の生成抑制能ではなく,活性酸素の消去能が高いことが重要と考えられた.塩ストレス条件におかれた植物では,発生した活性酸素により細胞障害を受けることが報告されている.塩ストレス下の根の機能維持はNa吸収抑制に重要とされるが,根の活性酸素障害から耐塩性を検討したものはない.また,塩ストレス下での活性酸素障害の回避には,活性酸素の消去系酵素群の強化が重要と指摘されているが,活性酸素の生成抑制については検討されていない.そこで本研究では,イネ根の活性酸素の生成と耐塩性との関係を品種間および耐塩性程度を変化させる処理間で調べるとともに,活性酸素の消去系酵素活性と,その生成抑制に関わると予想されるシアン耐性呼吸について調べた.耐塩性程度の異なる5品種を用い,塩処理を行ったところ,根のH_2O_2生成量は,塩処理により低下する傾向にあったが,品種間差異は認められなかった.一方,O_2^-生成量には品種間差異があり,O_2^-生成量の多い品種では茎葉部Na含有率が高かった.SOD活性とAPX活性はいずれの品種においても塩処理により高まったが,耐塩性程度との間に一定の関係は認められなかった.また,耐塩性程度を高める各種処理を行った場合においてもH_2O_2生成量はNa含有率と一定の関係が認められなかったが,O_2^-生成量が高い処理区では茎葉部Na含有率も高かった.また,SOD活性と茎葉部Na含有率との間に一定の関係は認められず,これらの結果は品種間で比較した場合と一致した.そこで耐塩性を向上させるNa順化処理を行ったところ,SOD活性とシアン耐性呼吸の割合および速度が高まった.シアン耐性呼吸速度の増大は,活性酸素の生成抑制に関わると考えられることから,耐塩性の向上にも関与すると考えられた.以上より,イネの耐塩性程度には根のO_2^-生成量が密接に関係しており,その消去酵素活性ならびにシアン耐性呼吸の増大は,両塩性向上に貢献すると考えられた.塩ストレス条件におかれた植物では,発生した活性酸素により細胞障害を受けることが報告されている.塩ストレス下の根の機能維持はNa吸収抑制に重要とされるが,根の活性酸素障害から耐塩性を検討したものはない.前年度の実験において,イネの耐塩性程度には根のO_2^-生成量が密接に関係しており,その消去酵素活性ならびにシアン耐性呼吸の増大は,耐塩性向上に貢献すると考えられた.そこで,本年度は,活性酸素の影響によるNa吸収過程について検討するとともに,種間における耐塩性の差の原因について検討した.イネ品種に塩処理を行ったところ,耐塩性品種では茎葉部のNa含有率が低かった.また,耐塩性品種では,塩条件下での根の活性酸素消去酵素であるカタラーゼとアスコルビン酸ペルオキシダーゼの活性が高かった.根の根端細胞を調べたところ,感受性品種では,根の細胞死が起こっていた.このため,Naによって引き起こされた活性酸素の消去能が低いと細胞死が引き起こされ,Na吸収量が増大すると考えられた.また,オオムギとイネの耐塩性程度を調べたところ,オオムギでは,活性酸素の消去酵素であるグルタチオンレダクターゼの活性がイネより高いことが認められた.一方,シアン耐性呼吸をオオムギとイネで比較したところ,塩処理下におけるオオムギのシアン耐性呼吸は高まらなかった.このことから,オオムギの耐塩性が高いのは,活性酵素の生成抑制能ではなく,活性酸素の消去能が高いことが重要と考えられた.