hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
神経因性疼痛における非損傷ニューロンの役割

神経線維に障害を受けた後に生ずる神経因性疼痛の発生メカニズムの一つとして、直接障害を受けなかった一次知覚神経細胞が機能亢進に陥るという仮説を裏付けるために、近年炎症状態の脊髄後角でのシナプス伝達亢進に重要とされる一次知覚神経細胞由来のBrain derivedneurotrophic factorの発現を神経因性疼痛モデルにおいて調べた。そしてなぜ直接障害を受けていない一次知覚神経細胞がこれらの分子の発現を増加させるメカニズムの解明のため、NGFとGDNFの定量を後根、後根神経節、脊髄神経で検索し、次のような結果が明らかとなった。ELISA法を用いてNGFの定量化を行うと、L5脊髄神経の結紮により、L4後根神経節、脊髄神経において、NGF蛋白の増加が観察された。しかし、NGFmRNAの増加は非損傷のL4後根神経節では観察されなかった。同様にELISA法を用いてGDNFの定量化を行うと、L5脊髄神経の結紮により、L4後根神経節、脊髄神経において、GDNF蛋白の増加が観察された。しかし、GDNF mRNAの増加は非損傷のL4後根神経節では観察されなかった。さらに、同じ知覚神経系の三叉神経系において、眼窩下神経切断による三叉神経第三枝領域の疼痛過敏モデルを用いて、非損傷ニューロンにおけるサブスタンスpの増加という新しい所見も見いだした。以上の結果はニューロパチックペインモデルにおいて、非損傷ニューロンにおいてNGF及びGDNFの2種類の成長因子蛋白の増加が、非損傷ニューロンにおける標的遺伝子の一つであるBDNFやSPなどの発現調節に関与していることを示唆している。そしてなぜ直接障害を受けていない一次知覚神経細胞がこれらの分子の発現を増加させるメカニズムの解明のため、NGF(nerve growth factor)の定量を後根、後根神経節、脊髄神経で検索した。その結果、次のような結果が明らかとなった。1.ChungモデルのL4DRGにおけるBDNFの発現の変化2.ChungモデルのL4.5DRG、L4脊髄神経、坐骨神経でのNGF蛋白の定量化ELISA法を用いてNGFの定量化を行うと、L5脊髄神経の結紮により、L4後根神経節、脊髄神経において、NGF蛋白の増加が観察された。3.NGF中和抗体投与によるChungモデルの疼痛行動の抑制と、L4 DRGにおけるBDNF発現の抑制NGF抗体を神経傷害部に投与し、疼痛行動に対する変化を調べると、有意な疼痛過敏状態の抑制が観察されたが、L4後根神経節におけるBNDFの増加に対しては有意な効果を示さなかった。以上の結果はニューロパチックペインモデルにおいて、非損傷ニューロンにおいて有意な変化が生じていることを示しているが、その制御メカニズムは多彩であり、今度とも研究が必要であることを示唆している。この結果は、Journal of Neuroscienceに発表した。

そしてなぜ直接障害を受けていない一次知覚神経細胞がこれらの分子の発現を増加させるメカニズムの解明のため、NGF(nerve growth factor)とGDNF(glia-derived neurotrophic factor)の定量を後根、後根神経節、脊髄神経で検索した。その結果、次のような結果が明らかとなった。1.ChungモデルのL4 DRGにおけるBDNFの発現の変化2.ChungモデルのL4,5DRG、L4脊髄神経、坐骨神経でのNGF蛋白の定量化ELISA法を用いてNGFの定量化を行うと、L5脊髄神経の結紮により、L4後根神経節、脊髄神経において、NGF蛋白の増加が観察された。しかし、NGFmRNAの増加は非損傷のL4後根神経節では観察されなかった。3.ChungモデルのL4,5DRG、L4脊髄神経、坐骨神経でのGDNFの定量化ELISA法を用いてGDNFの定量化を行うと、L5脊髄神経の結紮により、L4後根神経節、脊髄神経において、GDNF蛋白の増加が観察された。しかし、GDNFmRNAの増加は非損傷のL4後根神経節では観察されなかった。以上の結果はニューロパチックペインモデルにおいて、非損傷ニューロンにおいてNGF及びGDNFの2種類の成長因子蛋白の増加が、L4非損傷ニューロンにおける標的遺伝子の一つであるBDNF発現調節に関与していることを示唆している
アナロジーによって学習と認知を支援する知的CAIに関する研究

高度に個別化された学習環境を実現し、学習者を適切に指導するためには、一人一人の学習者の時々刻々変化する理解状態を推定して学習者のモデルを構築し、学習者の理解が適切でない場合には、症状に応じて指導方法を計画する必要がある。我々は指導方略を次の4つの側面から決定することを提案し、実現方法を明らかにした。1.教授パラダイム:注意喚起、誤りの生じた場所を示す、誤りの内容を提示する、誤解している知識の性質について質問する、性質について反論する、単純化した質問をする、単純化した反例を提示する、単純化した例を用いて解法を説明する、解法を説明するの内、一つを選定する。2.応答対象のテーマ:学習者が間違えた題材そのものを用いて誤り原因を指導するか、あるいは間違いに気づき易くするために、より易しい題材を生成して指導するかを決定する。3.テーマの扱い:具体的な数値などを捨象した知識を用いて一般的に指導するか、対話中の問題に即して具体例で指導するかを決定する。4.抽象レベル:指導の対象になっている誤り原因を、どの程度の抽象度で表現するかを決定する。そのために我々が提案した適応指導と呼ぶ方法を用いる。以上4つの側面を考慮して指導方略を決定する要素としては、学習者の理解状態、教材の対象領域、学習者の教授パラダイムに対する適性がある。理解状態とは、学習者がすでに正しく理解している知識は何か、どの知識のどの部分をどの様に誤解しているかに関する情報である。しかし、これらの要素と適切な指導方略を予め対応付けることは、誤り原因や誤解内容の多様さ等の理由から困難である。我々は一人一人の学習者モデルを集計して平均的な学習者モデルを構築し、適切な指導方略をシステムが学習する方法を提案した。
ビアスイッチを用いた再構成可能チップの設計時動作検証および製造後テスト手法の確立

新ナノデバイスであるビアスイッチを再構成可能チップ(FPGA)のスイッチ回路に利用することで、従来FPGAと比較して動作速度、消費電力の大幅改善が期待される。本研究では、ビアスイッチFPGAの実用化のために技術確立が不可欠となっている設計時動作検証技術および製造後チップテスト技術を開発する。ビアスイッチFPGAでは回路構造に起因して意図しないビアスイッチのプログラミングが発生する可能性があり、この現象はスニークパス問題と呼ばれる。この対策技術として、スイッチのプログラミング順を調整してスニークパス問題を回避する手法を確立した。本手法は信号配線の接続状況を表す接続木と呼ぶグラフ構造を利用する。本手法により、ループを含まない実用上全てのコンフィギュレーションに対応可能になった。FPGAではコンフィギュレーションを変更して回路機能の更新を実現するが、従来技術においては、コンフィギュレーションの変更時に旧コンフィギュレーションのスイッチを全て消去した後に新コンフィギュレーションのスイッチを全て書き込んでいた。この方法では、本質的には書き換え不要であるビアスイッチについても書き換えが発生する。そこで本研究では、接続木を利用してスニークパス問題を回避しつつ、旧コンフィギュレーションと新コンフィギュレーションの非共通部分のみを部分的に書き換える手法について検討した。本手法はプログラミング回数の削減によるビアスイッチの長寿命化および再構成時間の削減に貢献する。その他にも、平成30年度の研究では、ビアスイッチFPGA全体のプログラミング動作のトランジスタレベル検証、巡回セールスマン問題を利用したチップテスト時のプログラミング回数の最小化手法の検討、ビアスイッチFPGAの故障回避手法の検討に取り組んだ。ビアスイッチFPGAのプログラム変更時に意図しないビアスイッチを書き換えてしまう現象であるスニークパス問題への対策技術を確立した。スニークパス問題はFPGAの根本動作である再構成を阻害する重大な問題であり、その対策技術がビアスイッチFPGAの実用化のために必要不可欠であった。信号配線の接続状況を表した接続木と呼ぶグラフを用いてスニークパスを回避する書き換え順を求める手法を考案し、実用上全てのプログラム変更に対応可能となった。また、FPGAのプログラム更新時に接続木を用いることで、従来技術で発生していた不要なスイッチ書き換えをなくし、スニークパスを避けつつ新旧プログラムの非共通部分のみを部分的に書き換える手法を開発した。それを発展させ、チップテスト時のテスト順序の調整を巡回セールスマン問題に定式化し、書き換え回数を最小化する手法も検討した。これらの手法は書き換え回数の削減によるビアスイッチの長寿命化および再構成時間の削減に貢献する。さらに、ビアスイッチFPGA全体の書き換え可能性を定量的に評価するためのトランジスタレベル動作検証、FPGA内の故障箇所を回避して正常動作させる方法に関する検討なども実施した。上記の研究成果については、分野最高峰を含む国内外の会議で発表している。以上のように、着実に研究成果を挙げており、おおむね順調に研究が進展している。ビアスイッチFPGAの実用化のために技術の確立が不可欠となっている製造後チップテスト技術の開発に取り組む。製造後のチップテストでは、ビアスイッチを含めたFPGA全体の故障の有無を検査することが目的となる。また、ビアスイッチ特有の課題であるプログラミング可能回数の上限(1000回)の制約や新ナノデバイスで問題になる信頼性などへの対応も必要である。チップテスト時のプログラミング回数を低減する方策やビアスイッチが故障した場合の対応策を検討する。本研究では、回路機能の変更が可能なFPGAの利点に着目し、再構成によってFPGA上にテスト用の回路を実現する組み込み自己テスト技術(BIST)を応用したビアスイッチFPGAに適するチップテスト技術を開発する。FPGAはCLBと呼ばれる再構成可能な単位回路をアレイ状に敷き詰めた規則的な構造を持つため、各CLBを被テスト回路とテスト用回路に分けて再構成し、FPGA自身に自らを検査させる。今後の研究では被テスト回路とテスト用回路のCLBを各々どのような機能の回路に再構成すればよいか、またどのようなテスト信号を回路に流せばよいか等のテスト構成を具体的に決定する。その際、故障シミュレーション等で故障検出率を評価しながらビアスイッチFPGAに最適なテスト構成を明らかにする。また、チップテスト時のプログラミング回数の削減に取り組む。テスト構成の各シーケンスの独立性を利用し、巡回セールスマン問題に置換してシーケンスを並べ替えることでプログラミング回数を低減する手法を考案する。各シーケンス間の再構成には現在までに提案した部分的再構成手法を用いる。さらに、FPGA内のビアスイッチが部分的に故障した場合にも正常に動作させる手法についても検討する。故障箇所を回避して動作させる際の課題点を十分に抽出し、解決策を考案する。新ナノデバイスであるビアスイッチを再構成可能チップ(FPGA)のスイッチ回路に利用することで、従来FPGAと比較して動作速度や消費電力の大幅改善が期待される。ビアスイッチFPGAの実用化のためには設計時の動作検証技術および製造後のチップテスト技術の確立が不可欠である。平成29年度の研究では、主に設計時の動作検証として、ビアスイッチFPGAの回路構造に起因して発生する特有の現象であるスニークパス問題の発生条件について検討し、その対策技術を考案した。ビアスイッチFPGAでは、縦方向と横方向の信号配線の交点にビアスイッチを配置したクロスバー回路によって信号のルーティングが実現される。クロスバー回路内のビアスイッチのオン・オフ状態を書き換えることで縦方向配線と横方向配線の接続・非接続状態の切り替えが可能である。通常、ビアスイッチを書き換える際は1個ずつスイッチにプログラミング信号を与え、順番にスイッチの状態を変更していく。しかし、複数のビアスイッチが同一の信号配線を共有するクロスバー回路の構造上、スイッチのオン・オフ状態によってはプログラミング信号が回り込むことで意図しないスイッチの書き換えが発生する可能性がある。

この現象はスニークパス問題と呼ばれ、FPGAの正常な再構成を阻害する重大な問題であるため対策が必須である。研究を進めることで、クロスバー回路内のビアスイッチを書き換える順番がスニークパス問題の有無に影響を与えるという新たな事実を発見した。そこで、スイッチの書き換え順の調整によってスニークパス問題の回避が可能であるかを検討した。スニークパス問題が発生する回路状況を精査し、それを踏まえてスニークパス問題を回避する書き換え順の決定アルゴリズムを考案した。提案手法によりループが存在しない実用上のすべてのコンフィギュレーションにおいてスニークパス問題が防止できることを明らかにした。ビアスイッチFPGA内のクロスバー回路において発生するスニークパス問題は、FPGAの根本動作である再構成を阻害する重大な問題であり、ビアスイッチFPGAの実用化のためにその対策技術が不可欠である。研究の進展により、クロスバー回路内のビアスイッチの書き換え順序を調整することでスニークパス問題が回避できるという有益な新事実を発見し、書き換え順序を決定するアルゴリズムを考案した。提案手法により、既存の対策手法と比較して対応可能なコンフィギュレーション数が大幅に増加し、実用上すべてのコンフィギュレーションについてスニークパス問題なく正常な再構成を実現できるようになった。その他にも、SAT符号化や数学的帰納法を用いたスニークパス問題の検証にも取り組み、様々な観点からのアプローチで研究を進めた。これらの研究成果については、国際的に評価の高い論文誌や国内会議で発表し、また分野最高峰を含む複数の国際会議に投稿している。以上のように、良好な研究成果を挙げており、当初の計画以上に研究が進展している。新ナノデバイスであるビアスイッチを再構成可能チップ(FPGA)のスイッチ回路に利用することで、従来FPGAと比較して動作速度、消費電力の大幅改善が期待される。本研究では、ビアスイッチFPGAの実用化のために技術確立が不可欠となっている設計時動作検証技術および製造後チップテスト技術を開発する。ビアスイッチFPGAでは回路構造に起因して意図しないビアスイッチのプログラミングが発生する可能性があり、この現象はスニークパス問題と呼ばれる。この対策技術として、スイッチのプログラミング順を調整してスニークパス問題を回避する手法を確立した。本手法は信号配線の接続状況を表す接続木と呼ぶグラフ構造を利用する。本手法により、ループを含まない実用上全てのコンフィギュレーションに対応可能になった。
組織接着剤併用リン酸オクタカルシウムコラーゲン複合体の組織再生能解析

本研究では骨再生材料埋入部に血液が固まる作用を応用した生理的な組織接着剤を併用し骨再生材料を安定させ骨再生能を最大限発揮させることを目的とした。当該研究を開始するにあたりまず必要物品の購入を行った。(ラットを用いた動物実験時に用いる麻酔薬、局所に用いる被覆材など)外科的手技に用いる器具については既存のもので対応可能であった。また動物実験の手技確認のための予備実験を行った。ラット頭蓋冠に臨界骨欠損を作成しオクタカルシウムフォスフェート・コラーゲン複合体を埋入、同部にベリプラストPコンビセットを噴霧し閉創する手技を確認した。オクタカルシウムフォスフェート・コラーゲン複合体は形態をを保持しつつ、ベリプラストPコンビセットによって留置されていた。処置後のラットの全身状態は大きな問題を認めず、局所的にも重篤な感染所見等はみられなかった。動物実験手技については確認できた。またと殺後の頭蓋骨標本のエックス線学的評価についても、単純エックス線でも一定の骨造成の評価が可能であることを確認した。研究アイディアの想起として、オクタカルシウムフォスフェート・コラーゲン複合体の形態や臨界骨欠損のサイズについては再評価の余地もあると思われた。具体的には厚さ、直径を変化させてみて、実際の臨床応用時の発展性がより拡大できればと思われた。総合的評価としては、次年度の実験計画の進行および今後の学会発表などの学術的進歩につながる内容であったと考える。研究開始への準備は早期に達成できていたが動物実験のエフォートを今後は増やしていき、今年度は速やかに成果報告できるよう努力して参りたい。動物実験の基本的方策はこれまでの研究により確立されていたが、本研究で使用するベリプラストPについてはラットのモデルにおいては初めてであり、噴霧方法や材料の埋入方法、形状については更なる向上の余地もあると思われる。そのため漫然を研究を持続するのではなく、自己の手技や研究プランについては常に改善の余地がないか模索が必要と考える。その継続により本研究が推進されていくと思われるため、今後は適正なn数設定後に本実験をスタートさせ、エックス線写真より骨形成の面積評価を行う。またCT撮影より骨量、骨質を三次元的に評価する。組織標本はH-E染色により骨様組織の組織学的評価を行う。また材料評価としてST-2細胞による細胞増殖能、SEMによるOCP/Col組織接着剤境界部性状、ALP活性の評価を行う。成果が確認できれば国内外の学会に発表を行い、可及的速やかに国際誌への学術論文投稿を行うことを当面の目標とする。本年度より本格的に動物実験が開始となるため、飼育経費や材料経費が必要となるため。
ヒト増殖細胞核抗原の構造と機能の解析

ヒト増殖細胞核抗原(PCNA)の構造-機能相関の解明を目的として、蛋白質工学的手法により作製したヒトPCNA変換体とRF-C(複製因子C)およびDNAポリメラーゼδとの相互作用を調べた。以下に、本研究によって得られた新たな知見等の成果を示す。1.T7RNAポリメラーゼ系を用いたヒトPCNA発現用プラスミドを構築し、大腸菌内でヒトPCNAを大量発現させた。各種カラムクロマトグラフィーを用いて精製し、培養液1L当たり約30mgのPCNA蛋白質を得ることができた。2.PCR法を応用した部位特異的変異法により、ヒトPCNA遺伝子に変異を導入した。標的部位は生物間で高いホモロジーを示す29種の酸性または塩基性アミノ酸とし、これらをすべてアラニンに変換した。上記と同様の方法で、これらPCNA変換体を得た。3.RF-CおよびDNAポリメラーゼδとの相互作用を調べたところ、以下のことが示された。(1)C末端のLys254Glu259からなる領域はRF-CのATPase活性を促進するのに重要であった。(2)いくつかの酸性または塩基性アミノ酸はDNAポリメラーゼδのDNA合成活性の促進やRF-CのATPase活性の促進に関与していた。このうち9個所の塩基性アミノ酸残基(Lys13、Lys14、Lys20、Lys77、Lys80、Arg146、Arg149、Arg210、Lys217)は、予想されたリング状構造の内側のα-ヘリックス領域にほぼ一致しており、DNAと相互作用すると推定された。しかしながら、上記の活性が完全に失われたPCNA変換体を得ることはできなかった。すなわち、PCNAの複数のアミノ酸残基がDNAポリメラーゼδ、RF-CあるいはDNAと協同的に相互作用している可能性が考えられた。
光量差分三次元画像解析法による脳内老化促進機構の研究

本研究は,主として老化促進マウス(モデル動物)のうち行動生理学的障害を特徴とする学習記憶障害型SAM-P8,脳萎縮型SAM-P10および対照群であるSAM-R1を対象として,その行動学的,形態学的変化の特徴,最新の超高速神経画像解析法や微量元素測定を適用して老化過程における脳内神経伝達機構の動態を具体的に明らかにすることをめざした.研究成果は,以下のごとく4点に要約される.1)外観上の変化(神山,高倉)生後1,5,9,14,1922カ月齢の外観上の比較を行い,SAM-R1に比しSAM-P10は9カ月齢より,SAM-P8は14カ月齢より顕著な脱毛,皮膚の萎縮が観察された.2)体重,行動量および摂職量の変動(神山,斉藤健)SAM-P8はSAMR-1に比し,9カ月齢,13カ月齢では昼夜ともに行動は有意に減少,13カ月齢で食物摂取量は有意な増加,体重は6カ月齢,9カ月齢,13カ月齢で有意な減少が認められた.SNA-P10はSAMR-1に比し,4カ月齢より体重,食物摂取量ともに差異が拡大する傾向が認められた.それらの時系列解析では安定した指数スペクトルが共通して認められ,オカス特性の存在が示唆された.3)神経画像解析(斉藤健,高倉)脳電位光量差分三次元画像解析法は,実験過程では高い組織活性を維持したサンプルを確保し,短時間で種々の処理を行わねばならない難点があるが,マウス海馬の脳スライスの興奮過程を時間経過に合わせ三次元画像として可視化し,従来に比し画像情報を豊富に提供することが明らかとなった.なお,ストレス負荷影響は画像解析上は明確ではなく,今後さらに検討が必要と考えられた.4)脳内微量元素濃度(斉藤健,斉藤和雄)SAMP-10はSAMR-1に比し,9カ月齢,12カ月齢で大脳皮質における亜鉛濃度は有意な低下,6カ月齢,9カ月齢,12カ月齢で銅濃度は有意な低下,モリブデン濃度は有意な増加をそれぞれ示した.本研究は,主として老化促進マウス(モデル動物)のうち行動生理学的障害を特徴とする学習記憶障害型SAM-P8,脳萎縮型SAM-P10および対照群であるSAM-R1を対象として,その行動学的,形態学的変化の特徴,最新の超高速神経画像解析法や微量元素測定を適用して老化過程における脳内神経伝達機構の動態を具体的に明らかにすることをめざした.研究成果は,以下のごとく4点に要約される.1)外観上の変化(神山,高倉)生後1,5,9,14,1922カ月齢の外観上の比較を行い,SAM-R1に比しSAM-P10は9カ月齢より,SAM-P8は14カ月齢より顕著な脱毛,皮膚の萎縮が観察された.2)体重,行動量および摂職量の変動(神山,斉藤健)SAM-P8はSAMR-1に比し,9カ月齢,13カ月齢では昼夜ともに行動は有意に減少,13カ月齢で食物摂取量は有意な増加,体重は6カ月齢,9カ月齢,13カ月齢で有意な減少が認められた.SNA-P10はSAMR-1に比し,4カ月齢より体重,食物摂取量ともに差異が拡大する傾向が認められた.それらの時系列解析では安定した指数スペクトルが共通して認められ,オカス特性の存在が示唆された.3)神経画像解析(斉藤健,高倉)脳電位光量差分三次元画像解析法は,実験過程では高い組織活性を維持したサンプルを確保し,短時間で種々の処理を行わねばならない難点があるが,マウス海馬の脳スライスの興奮過程を時間経過に合わせ三次元画像として可視化し,従来に比し画像情報を豊富に提供することが明らかとなった.なお,ストレス負荷影響は画像解析上は明確ではなく,今後さらに検討が必要と考えられた.4)脳内微量元素濃度(斉藤健,斉藤和雄)SAMP-10はSAMR-1に比し,9カ月齢,12カ月齢で大脳皮質における亜鉛濃度は有意な低下,6カ月齢,9カ月齢,12カ月齢で銅濃度は有意な低下,モリブデン濃度は有意な増加をそれぞれ示した.本研究の目的は,脳電位光量差分三次元画像解析法を用いて,老化促進マウス(モデル動物)の脳内海馬,視床などにおける高次神経活動を可視化し,老化過程における神経伝達機構の動態を具体的に明らかにすることである.研究計画の初年度の平均7年度は,当初の計画に従い研究推進に必要な機材整備を計るとともに実験動物の飼育を開始し,基礎データの収集を実施した.それらの内容は,以下の3点に集約される.すなわち,1)画像記録及び解析用機材の整備(神山,高倉)現有設備(光量差分三次元画像解析装置,生体アンプ,データレコーダ,誘発電位装置,パソコン等)の他,画像記録および解析用機材(ハイビジョン画像記録システム)として,3CCDカラーカメラおよびコントローラ,ベータカムSPレコーダ,ハイビジョンカメラシステム,対物レンズを新規購入し研究環境を整えた.2)実験動物の飼育(高倉,斎藤健)学習障害型といわれる老化促進マウス(SAM・P10)および対照群(SAM・R)の実験動物を飼育し,外観的な老化指標の出現,行動変容の特徴などを観察した.3)基礎データの収集(神山,斎藤健)

実験動物の脳切片を用いて,海馬を中心とした超精細静止画および動画の映像記録を行い,ハイビジョン画像記録システムによる鮮明な画像記録と,光量差分画像解析装置の超高速記録画像の時間経過に伴う三次元処理との結合が技術的に可能であることが確認された.したがって,ハイビジョン画像記録システムは,従来の画像装置に比し高画質な画像情報を提供することが明らかとなったが,本システムは機器操作が煩雑で習熟に時間を要する難点があり,次年度にかけて操作方法等を慣熟していく必要がある.また,実験過程では,高い組織活性を維持したサンプルを確保し,短時間で種々の処理を行わねばならないため,この点についても繰り返し実験を行い,技術の向上を計ることが重要である.本研究の目的は,脳電位光量差分三次元画像解析法を用いて,老化促進マウス(モデル動物)の脳内高次神経活動を可視化し,老化過程における神経伝達機構の動態を具体的に明らかにすることである.研究計画の最終年度である平成8年度の研究経過は,以下の3点に集約される.すなわち,1)ストレス負荷実験の実施と画像解析(斎藤健,高倉)老化促進マウスとコントロール群を対象として,それぞれストレス負荷群と非負荷群に分け,各群の脳スライスにおける神経伝播過程について画像記録を行った.脳電位光量差分三次元画像解析法は,機器操作が煩雑で習熟に時間を要し,実験過程では高い組織活性を維持したサンプルを確保し,短時間で種々の処理を行わねばならない難点があるが,海馬を中心とした各部位における電気刺激による興奮過程の具体的状況を時間経過に合わせ三次元画像として可視化し,従来の画像装置に比し高画像な画像情報を豊富に提供することが明らかとなった.そのサンプルについては微量元素濃度を測定し,大脳皮質の萎縮が著明なP10群は亜鉛,銅濃度の低下,モリブデン濃度の増加を確認した.なお,ストレス負荷影響は画像解析上は明確ではなく,今後さらに検討が必要と考えられた.2)老化促進マウスの自発行動量に関する時系列解析(神山,斎藤健)老化促進マウスとコントロール群について自発行動量,食物摂取量の時系列変動解析を行い,老化促進過程に伴い早期からこれらの指標に影響が出現している状況を確認した.3)全体のまとめおよび報告書の作成(神山,斎藤和雄)上記の成績は,本研究の当初の目的はほぼ達成されたことを示す.そこで,得られた知見を抽出し,今後の課題等についても検討を加え研究内容をまとめた.
あるパターンにおける待ち時間の分布とその応用について

本研究で得られた知見。X_1,X_2,...が独立なベルヌ-イ試行であるとき、長さkの1の連が起こるまでの待ち時間の分布(オーダーkの幾何分布)を求めるときに使用した、条件付き確率母関数によるアプローチが、X_1,X_2,...が{1,2,...n}のn個の値をとる独立で同分布に従う確率変数列のとき、連を含むような一般のパターンが起こるまでの待ち時間の分布を求めるときにも適用が出来ることがわかった。具体的には、m個の異なったパターンが起こる事象をA_1,A_2,...A_mとすると、A_1,A_2,...A_mのうち、いずれかが最初に起こるまでの待ち時間の問題(first occurrence problem)や、A_1,A_2,...A_mのうちr個の事象が起こるまでの待ち時間の問題(r-th occurrence problem)を条件付き確率母関数によるアプローチで解くことができることを示した。今後のこの研究の展開。本研究で行った独立同分布に従う確率モデルによる一般のパターンによる待ち時間の問題を、従属な確率モデル(具体的には、higher-order Markov dependent model)での一般のパターンにおける待ち時間の問題に拡張し、同様の待ち時間の分布を条件付き確率母関数によるアプローチで求めることができると考えられる。この問題を解決することにより、より複雑な統計モデルを仮定することができ、さらにそのモデルのexactな確率分布を求めることができ、より高度な統計解析が実現できるものと期待している。
牛肉スープストックの味と生理機能に及ぼすコラーゲン由来物質の影響

食肉を熱水中で加熱してスープストックを調製する場合、肉から溶出するコラーゲン成分はストックの味にこくを与えると言われる。そこで、牛肉スープストックの調製時にコラーゲンの分解物質であるゼラチンを添加してスープを調製し、その味への影響について検討した。牛肉使用量はストック量の30%ととし、ゼラチンの添加量は0、0.1、1、3%の4段階とした。ゼラチンを添加して調製したスープストック中の溶出タンパク質量は大きく増加し、牛肉のみで3時間加熱して調製した(ゼラチン0%)ストックでは約2mg/mlであるのに対し、ゼラチン3%添加ストックでは約22mg/mlの溶出量であった。しかし、ゼラチンのみを加熱した場合の溶出量との比較の結果、ゼラチン添加により逆に肉からのタンパク質の溶出が抑えられる傾向にあることが認められた。ゼラチン添加スープストック中のタイプIコラーゲンの存在について、ウェスタンブロッティングにより検出を行った結果、肉から溶出しているタイプIコラーゲンとゼラチン由来のタイプIコラーゲンでは分子量に違いが見られた。牛肉スープストックに0.05、0.25、0.5%ゼラチンを添加して調製したスープストックの官能検査よる比較においては、0.25%以上の添加で、牛肉スープストックと有意に識別され、ゼラチン添加ストックが無添加ストックより有意に嗜好された。しかし、3時間および6時間加熱スープストックにゼラチンを加えて調製したスープストックの味覚センサによる分析では、それぞれの添加ストックの味に変化は認められなかった。牛肉スープストックの調製におけるコラーゲン由来物質の溶出と味への影響について、ポリアクリルアミドゲル電気泳動法(PAGE)、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)、官能検査等を用いて検討した。また、コラーゲン由来物質の影響をより明確にするため、コラーゲンを多く溶出する牛骨スープストックについても同様の分析を行い比較検討した。加熱調製時間の影響について見ると肉スープストック、骨スープストックとも1時間から6時間の範囲で加熱時間の増加に伴い溶出タンパク質量および低分子のペプチド量(5%TCA可溶性成分)の増加がみられたが、骨スープストックでは、特に顕著に増加した。溶出タンパク質のPAGEパターンは、肉ストックと骨ストックで異なっていた。このゲルを転写した後タイプIコラーゲン抗体を用いて行ったウェスタンブロッティングパターンは、ほぼ同様の分子量のバンドパターンを示し、コラーゲンが分解して生じたゼラチン成分のパターンに大きな差は認められなかったが、加熱時間が長くなると骨ストックの溶出パターンでより低分子化したバンドが認められた。一方、タイプIIコラーゲン由来物質は骨ストックで分子量60000のバンドが確認された。1、3、6時間加熱して調製した肉スープストック中のタンパク質・ペプチド成分をHPLCにより分画後、電気泳動、タイプIコラーゲン抗体によるウェスタンブロッティングを行った結果、コラーゲン由来成分を多く含む画分の経時的増加が認められた。肉スープストックおよび骨スープストック、肉と骨を合わせて調製したスープストックの3種を用いた食味官能検査においては、肉と骨を合わせて調製したスープストックが最も好まれていた。

しかし、ゼラチンのみを加熱した場合の溶出量との比較の結果、ゼラチン添加により逆に肉からのタンパク質の溶出が抑えられる傾向にあることが認められた。ゼラチン添加スープストック中のタイプIコラーゲンの存在について、ウェスタンプロッティングにより検出を行った結果、肉から溶出しているタイプIコラーゲンとゼラチン由来のタイプIコラーゲンでは分子量に違いが見られた牛肉スープストックに0.05、0.25、0.5%ゼラチンを添加して調製したスープストックの官能検査よる比較においては、0.25%以上の添加で、牛肉スープストックと有意に識別され、ゼラチン添加ストックが無添加ストックより有意に嗜好された。しかし、3時間および6時間加熱スープストックにゼラチンを加えて調製したスープストックの味覚センサによる分析では、それぞれの添加ストックの味に変化は認められなかった。
初期き裂長さによる歯車表面状態および曲げ疲労強度評価に関する研究

研究代表者は歯車の歯元表面に初期き裂が存在していると仮定し,初期き裂長さをパラメーターとして,破壊力学に基づく強度評価法を提案した.本研究の目的は初期き裂の物理的意味を解明し,初期き裂長さと表面状態の関係を明らかにすることである.今年度は計画通り,FIB(Focused Ion Beam)加工用歯車支持装置を試作し,歯元に微小切欠きを導入して歯車の曲げ疲労実験を行い,切欠き深さによる曲げ疲労強度の変化を調べた.FIB加工は微小な切欠きを導入することが可能であり,また,切欠き部に機械或いは放電加工のような熱と残留応力を与えないので,切欠きを人工初期き裂と見なすことができると考える.これまでには,浸炭歯車の歯元表面に幅10μm,長さ50μm,深さ1550μmの微小切欠きを導入することに成功し,それらの歯車を用いて曲げ疲労実験を行った.本研究の最終の目的である表面状態と初期き裂の関係の確立に達するには更に実験を重ねる必要あると思われるが,今年度で得られた実験結果によれば,切欠き深さは20μm以下では疲労強度の低下は見らず,切欠き深さは20μm以上になると深さの増加に伴って曲げ強度は低下し,特に35μm以上になると疲労強度の低下は急激になることが分かった.したがって,本実験歯車の表面に長さ約20μmの初期き裂が存在していることが考えられよう.今後は引続き異なる表面処理歯車を用いて実験を行い,初期き裂長さと表面状態の関係を明らかにし,破壊力学に基づく強度評価法の実用化を進めるつもりである.研究代表者は歯車の歯元表面に初期き裂が存在していると仮定し,初期き裂長さをパラメーターとして,破壊力学に基づく強度評価法を提案した.本研究の目的は初期き裂の物理的意味を解明し,初期き裂長さと表面状態の関係を明らかにすることである.今年度は計画通り,FIB(Focused Ion Beam)加工用歯車支持装置を試作し,歯元に微小切欠きを導入して歯車の曲げ疲労実験を行い,切欠き深さによる曲げ疲労強度の変化を調べた.FIB加工は微小な切欠きを導入することが可能であり,また,切欠き部に機械或いは放電加工のような熱と残留応力を与えないので,切欠きを人工初期き裂と見なすことができると考える.これまでには,浸炭歯車の歯元表面に幅10μm,長さ50μm,深さ1550μmの微小切欠きを導入することに成功し,それらの歯車を用いて曲げ疲労実験を行った.本研究の最終の目的である表面状態と初期き裂の関係の確立に達するには更に実験を重ねる必要あると思われるが,今年度で得られた実験結果によれば,切欠き深さは20μm以下では疲労強度の低下は見らず,切欠き深さは20μm以上になると深さの増加に伴って曲げ強度は低下し,特に35μm以上になると疲労強度の低下は急激になることが分かった.したがって,本実験歯車の表面に長さ約20μmの初期き裂が存在していることが考えられよう.今後は引続き異なる表面処理歯車を用いて実験を行い,初期き裂長さと表面状態の関係を明らかにし,破壊力学に基づく強度評価法の実用化を進めるつもりである.
赤色蛍光蛋白質を応用した遺伝子機能解析技術の開発

本年度の主要な3つの研究計画である、1)DsRed変異体の作成による検出系の高感度化およびマルチカラー化、2)様々な蛋白質への系統的な応用、3)in vivoへの応用、のうち、1)については、予定した技術開発目標を完全に達成することができた。第1の成果として、相互作用を起こしていない状況下でのバックグラウンドレベルでの蛍光を検出限界以下にできる変異体の開発に成功したため、従来の方法よりも極めて高感度に相互作用を検出できるようになった。第2の成果として、異なる波長特性を持ちながら野生型と同様に相互作用検出に使用できるカラー変異の作成にも成功し、従来の赤い蛍光に加えて、緑の蛍光としてもタンパク質間相互作用の検出が可能となり、マルチカラー化に成功した。2)については、転写因子への応用に関して新たに3種類の相互作用の可視化に成功し、さらに10種類以上の転写因子への応用が進行中である。中でもbZip因子群に属するjun-Fosファミリーに関しては、1)の成果であるマルチカラーシステムの応用にも成功し、複数のタンパク質間でのオルタナティブな相互作用の可視化にも成功した。また膜タンパク質の相互作用解析に関しては、野生型DsRedが4量体を形成するのに対し、2量体までしか形成しないが同様に相互作用解析に用いることができる変異体の開発を進め、とりあえず検出は可能になったが、バックグラウンドレベルの蛍光が高いため、更なる改良を進めている。もう一つのテーマであったin vivoへの応用に関しては、上記の成果を踏まえた後に着手したため、現在も作成が進行中である。当初予定していた1)開発した安定型RFPのin vivoへの応用、2)RFPを応用した蛋白質間相互作用可視化技術の開発、の2つのテーマに関して、1)いくつかの共同研究により、単純にTD-DsRedをマウス細胞に発現させると細胞毒性が見られる場合も存在することが明らかとなった。その原因として、TD-DsRed蛋白質の凝集が考えられたので、蛋白質凝集を防ぎつつ、同程度の蛍光強度や波長特性を維持した変異体の作成を進行中である。2)蛋白質間相互作用を可視化するためのモデル系として取り上げた、転写因子であるNF-kBとRUNXにおいて、1)フローサイトメトリーを用いた定量的な計測により、蛋白質間相互作用を赤い蛍光として検出するシステムの構築に成功した。2)蛍光顕微鏡を用いた細胞内動態の観察によって、細胞内に単量体のままのタンパク質とヘテロ2量体化したタンパク質が混在するときに、ヘテロ2量体のみの細胞内局在を赤い蛍光によって検出することを可能にできた。多くのタンパク質において、他のタンパク質との相互作用により細胞内局在が変化し、そのことが機能上非常に重要であることを考えると、幅広い追うようが期待できる。また、多くの遺伝子に応用するための、一連のベクターシリーズを完成させることができた。
早期に臨床応用が可能な放射線増感剤～PARP阻害剤の研究

子宮頚部腺癌細胞を用いて、PARP阻害剤オラパリブの放射線増感作用とオラパリブ濃度の関係を検討したが、放射線増感作用は、0.05μM程度の臨床上達成可能な低濃度でもみられた。放射線治療効果とDNA修復蛋白の発現の関係を検討したが、食道癌では、XRCC4低発現の癌細胞は、DNA二重鎖切断修復能が低いため、放射線治療が奏功する可能性が高いことが示唆され、食道癌は、PARP阻害剤による放射線増感効果が期待できる可能性が示唆された。オラパリブはPARP阻害剤で、DNA一本鎖切断の修復を阻害し、DNA複製分岐点を崩壊させDNA二重鎖切断を生成する。オラパリブ(PARP阻害剤)の放射線増感効果を検討し、放射線増感剤としての臨床応用への可能性を検討することを目的とした。(1)オラパリブの細胞毒性(殺細胞効果)について子宮頸部腺癌細胞株(CAC-1)を使用し、細胞生存率を求め、オラパリブによる細胞毒性(殺細胞効果)について調べた。オラパリブによる細胞毒性は、軽度であるがみられ、オラパリブ濃度及びオラパリブの細胞培養液への添加時間に依存した。0.051μMの濃度において用量依存的な細胞毒性を認めた。オラパリブによる細胞毒性の時間依存性に関しては、添加時間を3、6、24時間で検討したが、3時間と6時間では差はみられなかったが、24時間では、有意に毒性が大きかった。ちなみに、3時間の添加時間、1μMのオラパリブ濃度で、5%程度の細胞生存率の低下であった。また、24時間の添加時間、1μMのオラパリブ濃度で、8%程度の細胞生存率の低下であった。(2)オラパリブの放射線増感作用についてオラパリブの放射線増感作用とオラパリブ濃度の関係では、0.011μMの濃度で検討したが、放射線増感作用は、0.05μMでプラトーに達した。オラパリブの放射線増感作用とオラパリブの添加時間の関係では、添加時間3、6、24時間で検討したが、2Gyでは有意差はみられなかったが、6、8Gyと線量が高くなるに従い、添加時間が長いほど、放射線増感作用が増大する傾向がみられた。平成26年度で、PARP阻害剤オラパリブの放射線増感効果を細胞レベルで検討した。オラパリブの放射線増感効果は、DNA二重鎖切断の生成数の増加によると考えられる。臨床上、PARP阻害剤による放射線増感効果が期待できる癌の予測のためには、基礎データとして、放射線治療効果とDNA二重鎖切断修復の関係を検討することが必要である。そこで、免疫組織染色で、DNA二重鎖切断修復の非相同末端接合修復に関わる蛋白の発現と放射線治療成績の関係を解析した。放射線による細胞死では、DNA損傷の一つであるDNA二重鎖切断が重要であり、その主な修復機構の一つに非相同末端結合がある。これに関与する蛋白として、XRCC4、DNA-PKcs、Ku70、Ku86があり、これらの蛋白発現の強度と放射線治療成績の相関性を解析し、治療効果の予測因子となりうるかを検討した。対象は1999年から2008年において、扁平上皮癌と診断された92例で、病期分類は一期が22例、T4を除いた二期三期が44例、T4および四期が26例であった。放射線治療は、原発部位および転移リンパ節に対して60グレイの線量を目標とし、化学療法同時併用は80例で、シスプラチン5FUが20例、ネダプラチン5FUが56例、5FUのみが4例であった。治療前における、内視鏡的生検組織を用いて、前述した蛋白について免疫染色を行った。XRCC4の発現率は単変量、多変量解析にいずれの解析においても有意な、独立した予後因子であった。XRCC4の発現率では、60%以上の陽性率を示す症例は、全生存率、疾患特異的生存率、局所制御率、いずれにおいても有意に予後不良であった。医歯学我々の研究室では、ヒト大腸癌細胞(DLD-1)を使用して同様の研究を行ったが、その結果とほぼ一致した。癌の種類が異なるにも関わらず、オラパリブの放射線増感効果がみられたのは、PARP阻害剤であるオラパリブを臨床応用するために必要な特性の解析が進んだと考えられる。PARP阻害剤であるオラパリブを臨床応用するために必要な特性の研究をさらに進める。オラパリブが、臨床で達成可能な低濃度でも、放射線増感効果があることが子宮頸部腺癌細胞でも確認できた。様々な種類の癌細胞で、オラパリブの放射線増感について、検討する。また、放射線増感効果が期待できる癌を予測できないか、その予測法についても検討する。既に研究室にあった消耗品を使用して研究を行ったため、残額が発生した。
食品成分のプロテインチロシンホスファターゼ１Ｂの阻害を介した抗糖尿病作用の解析

グルコース取り込みを促進する香辛料としてブラックペッパーおよびホワイトペッパーの主辛味成分であるピペリンに着目し、グルコース取り込み促進作用の機序解明を行った。これまでにピペリンがインスリンシグナル経路ではなくAMPK経路を介してグルコース輸送担体であるGLUT4の膜移行を誘導することを明らかにした。そこで、当該年度はその上流域におけるピペリンの影響を検証した。CaMKKbeta阻害剤であるSTO-609およびカルシウムキレート剤であるBAPTA-AMによりAMPKのリン酸化がキャンセルされた。したがって、ピペリンはCaMKKbetaを介してAMPKを活性化する可能性が示唆された。また、マウスにおけるピペリンの効果についても検証をおこなった。ピペリンを単回経口投与した1時間後にグルコース負荷試験を行ったところ、血糖値低下作用が認められた。ピペリンを投与後1時間後に採取した筋肉ではAMPKの活性化が認められた。以上の結果より、ピペリンは生体内においてもAMPKの活性化を介して糖を取り込むことで血糖値低下作用を示すことが明らかとなった。褐色脂肪組織様の機能を有したベージュ化脂肪組織はエネルギーを消費し熱産生を行うため、抗肥満効果が期待されている。そこで、ピペリンによる白色脂肪組織のベージュ化を検討した。3T3-L1マウス線維芽細胞を脂肪細胞に分化させピペリンを24時間作用させたところ、ベージュ化のマーカータンパク質であるUCP-1やPRDM16の発現量が増加した。さらに、マウスにピペリンを混餌で1週間与えたところ、精巣上体脂肪組織において褐色脂肪細胞化マーカーであるUCP1の発現量が上昇した。したがって、生体内においてもピペリンが白色脂肪組織の褐色細胞化を誘導していることが示唆された。28年度が最終年度であるため、記入しない。2型糖尿病はインスリン分泌の低下とインスリン抵抗性が主因となって起こる代謝異常症であり、プロテインチロシンホスファターゼ1Bはインスリンシグナリングを負に制御することでインスリン抵抗性を惹起する。PTP1B阻害活性を有する食品成分は、既存の糖尿病治療薬が抱える副作用等の問題点を解決する新規な抗糖尿病食品としてその応用が期待されている。1現在までに申請者がPTP1B阻害活性を有することを明らかにしたサフラン中のPTP1B阻害活性成分の同定を行った。サフランをヘキサン、クロロホルム、メタノール、水で段階的に抽出し、各画分のPTP1B阻害活性を測定したところ、ヘキサンおよびクロロホルム画分において阻害活性が認められた。そこで、クロロホルム画分をGC/MSで解析したところ、サフランの主香気成分であるサフラナールが同定され、濃度依存的にPTP1Bを阻害することを明らかにした。また、サフラナールはグルタチオン存在下においてもPTP1Bを阻害した。2阻害機構として共役不飽和アルデヒド構造を持つサフラナールがPTP1Bの活性中心であるシステイン残基の反応性SH基とマイケル付加反応する分子機構が推定されたため検証を行ったところ、サフラナールとのインキュベートによりPTP1Bの反応性SH基の減少と、カルボニル基の生成が観察された。さらに、グルタチオンとのモデル反応物を解析することで、システイン残基のSH基とサフラナールがマイケル付加体を形成することが確認できた。3 C2C12筋肉細胞を用いて細胞内におけるサフラナールの効果を検証したところ、サフラナールは濃度依存的にインスリンシグナリングを活性化することが明らかとなった。以上の結果より、サフランおよびサフラナールは糖尿病を改善する新たな機能性食品,または治療薬として応用できる可能性が示唆された。本研究では、インスリン抵抗性を惹起するプロテインチロシンホスファターゼ(PTP1B)を阻害する食品成分を探索し、分子レベルでその阻害メカニズムを解明することで、科学的根拠に基づいた糖尿病を予防・改善する新たな機能性食品の創出を目的とした。食品成分によるPTP1Bの翻訳後修飾構造に対するマウスモノクローナル抗体の作製を検討した。サフラナールを付加させた抗原をBalb/cマウスに腹腔内投与し、十分に抗体価が上がったことを確認した後、脾臓を摘出しP3マウス骨髄腫細胞とフュージョンさせたが、抗体の作製はうまくいかなかった。サフラナールの体内動態を評価するために2型糖尿病モデルKK-Ayマウスに20 mg/kgbody weightのサフラナールを経口投与し、30分後に採取した血漿をGC/MSにより解析したところ、4.3 ±2.5 μMのサフラナールが検出された。つぎに20 mg/kgbody weightのサフラナールを2週間経口投与した。2週間後に実施した経口グルコース負荷試験(OGTT)の結果、サフラナール群においてグルコース負荷30分後の血糖値がコントロール群に比べ有意に減少した。これまでにブラックペッパーおよびホワイトペッパーの主辛味成分であるピペリンがAMPK経路を介してグルコース輸送担体であるGLUT4の膜移行を誘導することを明らかにした。AMPKの活性化にはLKB1を介する経路とカルシウムの濃度変化を介する経路が知られている。ピペリンを筋管細胞に作用させ、LKB1のリン酸化を検証したところ、リン酸化は認められなかった。一方、ピペリンのグルコース取り込み促進効果は、カルシウムキレート剤であるBAPTA-AMを共作用させることでキャンセルされた。したがって、ピペリンはカルシウムの濃度変化を変化させることでAMPKを活性化する可能性が示唆された。

当該年度は香辛料成分の生体内における効果について検討することを目標としており、おおむね計画通りに進んだと考えている。細胞内におけるサフラナールとPTP1Bの修飾機構を明らかにするため、マウスにサフラナール付加タンパク質を腹腔内投与し、サフラナール付加タンパク質抗体の作製に取り組んだ。また、サフラナールをマウスに経口投与すると体内に吸収されることを明らかにした。経口グルコース負荷試験の結果、サフラナールが耐糖能を改善することが確認できたため、サフラナールが抗糖尿病効果を有することが示唆された。さらに、ブラックペッパーおよびホワイトペッパーの辛味成分であるピペリンのグルコース取り込み促進作用の機序解明を行った。ピペリンを筋管細胞に作用させるとカルシウムの濃度変化を介してAMPKのリン酸化を引き起こし、グルコース取り込みを促進することを明らかにした。サフラナール付加タンパク質抗体については今後も検討する必要があるが、サフラナールの生体内における効果を示し、ピペリンのグルコース取り込み促進作用の機序を詳細に検証した点から、研究に進展があったと評価する。グルコース取り込みを促進する香辛料としてブラックペッパーおよびホワイトペッパーの主辛味成分であるピペリンに着目し、グルコース取り込み促進作用の機序解明を行った。これまでにピペリンがインスリンシグナル経路ではなくAMPK経路を介してグルコース輸送担体であるGLUT4の膜移行を誘導することを明らかにした。そこで、当該年度はその上流域におけるピペリンの影響を検証した。CaMKKbeta阻害剤であるSTO-609およびカルシウムキレート剤であるBAPTA-AMによりAMPKのリン酸化がキャンセルされた。したがって、ピペリンはCaMKKbetaを介してAMPKを活性化する可能性が示唆された。また、マウスにおけるピペリンの効果についても検証をおこなった。ピペリンを単回経口投与した1時間後にグルコース負荷試験を行ったところ、血糖値低下作用が認められた。ピペリンを投与後1時間後に採取した筋肉ではAMPKの活性化が認められた。以上の結果より、ピペリンは生体内においてもAMPKの活性化を介して糖を取り込むことで血糖値低下作用を示すことが明らかとなった。褐色脂肪組織様の機能を有したベージュ化脂肪組織はエネルギーを消費し熱産生を行うため、抗肥満効果が期待されている。そこで、ピペリンによる白色脂肪組織のベージュ化を検討した。3T3-L1マウス線維芽細胞を脂肪細胞に分化させピペリンを24時間作用させたところ、ベージュ化のマーカータンパク質であるUCP-1やPRDM16の発現量が増加した。さらに、マウスにピペリンを混餌で1週間与えたところ、精巣上体脂肪組織において褐色脂肪細胞化マーカーであるUCP1の発現量が上昇した。したがって、生体内においてもピペリンが白色脂肪組織の褐色細胞化を誘導していることが示唆された。PTP1B阻害活性を有する食品素材を探索し、その活性成分を同定した。
湖沼の物質循環に影響をおよぼす生物的要因の評価

仁科三湖のひとつ木崎湖では、1970年代後半より富栄養化にともなう生物相の変化(アナベナ,藻食性アメーバの増殖)や、人為が関係するいくつかの侵入種(ブラックバス,ソウギョ,コカナダモ,など)が起因する生態系の変化が報告されている。本研究では、こうした生物主導の変化に着目し、湖沼生態系の物質循環に影響をおよぼす生物的要因の評価を試みるものである。得られた主な成果は次のとうりである。1.ブラックバス,ソウギョなどの侵入魚種の評価:ブラックバスの増加は、小型魚種の激減を引き起し、さらに、食物連鎖を通じて動・植物プランクトン組成まで影響をおよぼしている可能性が示された。また、ソウギョについては、多量の水生植物を摂食していることが明らかにされており、その影響の評価も試みた。これらの長期的な影響についてはさらに追跡中であるが、自然湖沼への放流魚種についての問題点も指摘された。2.コカナダモ帯の評価: 1979年に木崎湖での侵入が認められたコカナダモは、その後沿岸帯に繁茂し、在来植物を駆遂しマット状をなしている。この群落は、カゲロウ,トビケラ,トンボ,ユスリカ類など、7080種の水生動物の成育場所となっていることが明らかとなった。これらの季節変動はコカナダモの消長と密接に関連している。また、コカナダモによる栄養塩類のトラップとその再放出の機構についても検討された。3.沖帯生物群集の評価:定期観測により動・植物プランクトン,バクテリア,などの変動パターンが明らかにされた。これらと栄養塩類の変動とは密接に関連しており、現状では湖内生物生産はPが制限要因となっていることが明らかとなった。以上の諸現象は、いずれも相互に関連しており、さらに人為的な水利用や栄養塩負荷との関連も検討されている。