hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
レスベラトロールによるUV障害緩和機構-アポトーシス及びオートファジーへの影響-

我々は抗酸化作用のあるレスベラトロールが、ヒト表皮角化細胞等においてUV曝露によるDNA損傷等の抑制効果があるか否かをピリミジンダイマー及び6-4光産物、過酸化由来の細胞死等の因子を調べることにより明らかにした。すなわち、レスベラトロール投与によりUV曝露によるDNA損傷能が大幅に緩和することを明らかにした。さらにフローサイトメトリー等の解析により、UVによるオートファジー由来のアポトーシスによる細胞死がレスベラトロール添加でmTORのリン酸化が増加することにより抑制されていることが明らかになった。抗酸化作用のあることで著名なレスべラトロールの経口摂取により肥満の抑制,長寿遺伝子であるSirt1の活性化および過酸化脂質産生抑制等の効果があることがこれまで報告されている。一方UV曝露における皮膚癌の増加,白内障,免疫能の低下および成長阻害等が実験研究および疫学的研究から明らかにされているが,トコフェロール等の防御効果では完全にこれを抑制することが困難である。今回,我々はレスベラトロールの効果が,UV曝露による皮膚のDNA損傷および酸化ストレス増大の抑制効果にも及んでいるのではないかとの着想を得,ヒト表皮角化細胞及び水晶体上皮細胞を用いてUV照射におけるピリミジンダイマー生成,過酸化物質生成および過酸化由来の細胞死に及ぼすレスベラトロールの抑制機構の解明を本研究の目的とした。本年度はレスベラトロールの細胞に対する曝露量を決めるためにPC12細胞にレスベラトロールを0.550 μMの範囲で曝露し、アポトーシスを誘導する曝露量および抗酸化作用を発揮する濃度範囲を明らかにした。また、ヒト表皮角化細胞に240 nmから310 nmの範囲のUV波長を10 nm単位で照射し、DNA損傷の指標であるピリミジン二量体および6-4光産生物量の免疫抗体法を用いた測定を行ない、細胞に対して250280 nmの範囲のUV照射が、他の波長の照射に比べてこれらの二量体生成が多くなっていること等、基本的なDNA二量体生成に関する動態を明らかにした。その際における長寿遺伝子Sirt1および2、エピゲネチック因子のリアルタイムPCR法あるいはアポトーシス因子および抗酸化因子等のウェスタンブロット法を用いた測定が可能か否かを確かめ、その全てにおいて有効なデータを得られることを確かめた。予定に記したもののうち殆どを当該年度に行っている。すでにヒト表皮角化細胞にレスベラトロールを曝露した時の細胞生残率、細胞内SH量などの測定も済ませている。また、次年度に行う予定であったピリミジン二量体および6-4光産生物の免疫抗体法を用いた測定法確立も既に行った。ただ、ブタ水晶体上皮細胞に付いてはその取得が遅れておりヒト表皮角化細胞で予定よりも進んでいる分やや遅れがみられる。抗酸化作用のあることで著名なレスべラトロールの経口摂取により肥満の抑制、長寿遺伝子であるSirt1の活性化および過酸化脂質産生抑制等の効果があることがこれまで報告されている。一方UV曝露における皮膚癌の増加、白内障、免疫能の低下および成長阻害等が実験研究および疫学的研究から明らかにされているが、有効な防御法は未だ明確には確立されていない。今回、我々はレスベラトロールが、UV曝露による皮膚のDNA損傷および酸化ストレス増大の抑制効果があるのではないかとの着想を得、本研究において、ヒト表皮角化細胞及び水晶体上皮細胞を用いてUV照射におけるピリミジンダイマー生成、6-4光産物、過酸化物質生成および過酸化由来の細胞死に及ぼす影響を指標にレスベラトロールの抑制機構の解明を目的とした。27年度計画で積み残した、水晶体上皮細胞を用いた研究に対して、直接紫外線に晒される角膜上皮細胞を用いるべきではないかと考え、ヒト角膜上皮細胞の培養条件等の検討を行なった。さらに27年度に行なったヒト正常皮膚角化細胞で行ったのと同様のUV照射実験を行ないUV照射に関する域値(半数致死照射量)を310nmおよび290nmで求めた。併せてシクロブタン型ピリミジン二量体生成量および6-4光産物生成量を測定できることを確かめた。また、正常ヒト表皮角化細胞を用いたウェスタンブロット法等の手法を用いた実験では、レスベラトロールの前投与及び後投与の双方投与でシクロブタン型ピリミジン二量体生成量および6-4光産物生成量を軽減する効果があること、前後別々の投与では前投与の方がより効果的であることを確認した。さらにアネキシンVを用いたフローサイトメトリー解析によると、紫外線照射を受けた正常ヒト表皮角化細胞は、単純なアポトーシス反応を起こしているのではなく、オートファジーからアポトーシスに進んでいることが確かめられた。本研究における実験対象の細胞を水晶体上皮細胞から角膜上皮細胞に変更したが、その培養条件の検討、紫外線照射による半数致死照射線量の策定、シクロブタン型ピリミジン二量体および6-4光産物の測定なども順調に進み、現在、レスベラトロール添加による影響を測定できる目前までこぎつけている。また、フローサイトメトリーを専門としている研究者からノウハウを得て、細胞死に至る過程で、正常ヒト表皮角化細胞においてはオートファジー系が絡んでいることが確かめられ、それに関連したウェスタンブロティング法も既に始められており、最終年度に向けて順調に予定を消化している。

一方UV曝露における皮膚癌の増加、白内障、免疫能の低下および成長阻害等が実験研究および疫学的研究から明らかにされているが、有効な防御法は未だ明確には確立されていない。今回、我々はレスベラトロールが、UV曝露による皮膚のDNA損傷および酸化ストレス増大の抑制効果があるのではないかとの着想を得、本研究において、ヒト表皮角化細胞及び水晶体上皮細胞を用いてUV照射におけるピリミジンダイマー生成、6-4光産物、過酸化物質生成および過酸化由来の細胞死に及ぼす影響を指標にレスベラトロールの抑制機構の解明を目的とした。28年度にヒト角膜上皮細胞の培養条件を決定しUVに対する応答を調べたので、そのUV照射条件におけるピリミジンダイマー生成、6-4光産物、過酸化物質生成を明らかにした。また、その損傷はレスベラトロールの投与により大幅に緩和すること、レスベラトロール投与はUV照射の前投与あるいは後投与のいずれかがより効果的かを合わせて調べたところ前後に併用することが一番効果が高いことが明らかになった。さらにアネキシンVを用いたフローサイトメトリー解析によると、正常ヒト表皮角化細胞と同様に角膜上皮細胞でも、単純なアポトーシス反応を起こしているのではなく、オートファジーからアポトーシスに進んでいることが確かめられた。またこれらの知見はオートファジー系のmTORのリン酸化が紫外線照射でリン酸化が低減し、レスベラトロール添加で上昇する傾向からも推察が可能になっている。我々は抗酸化作用のあるレスベラトロールが、ヒト表皮角化細胞等においてUV曝露によるDNA損傷等の抑制効果があるか否かをピリミジンダイマー及び6-4光産物、過酸化由来の細胞死等の因子を調べることにより明らかにした。すなわち、レスベラトロール投与によりUV曝露によるDNA損傷能が大幅に緩和することを明らかにした。さらにフローサイトメトリー等の解析により、UVによるオートファジー由来のアポトーシスによる細胞死がレスベラトロール添加でmTORのリン酸化が増加することにより抑制されていることが明らかになった。遅れているブタ水晶体上皮細胞に関して、細胞培養法の確立と基本的なUV照射によるDNA二量体生成量あるいはサーチュイン遺伝子のリアルタイムPCRおよび抗酸化因子等のウェスタンブロットを行ない、基本データの取得に本年度前半は主力を注ぐ予定である。またすでに系を確立したヒト表皮角化細胞に関しては240310 nmの範囲のUV照射を10 nm単位、強度5100 mJ/cm2を行ない、レスベラトロール曝露の有無による、アポトーシス関連因子、サーチュイン因子等の測定を進めデータの取得に努める。最終年度において目的としたUV曝露による皮膚あるいは眼球細胞における障害をDNA損傷、過酸化脂質生成量、ピリミジンダイマー及び6-4光産物生成量を指標に培養細胞系を用いて評価すること、レスベラトロールによる障害指標に対する抑制効果を評価し、UV波長に対する作用曲線を決定することはすでに75%程度達成している。また、レスベラトロールによるUV曝露軽減効果の機構を、DNA損傷能およびサーチュイン等のエピゲネチック因子発現への影響を指標に調べ、細胞死の機構をオートファジーへの関与を調べることで明らかにすることに関しては、現状角膜上皮細胞のデータが遅れているがすでにある程度の目算は立ち始めている。
昆虫ー植物の相互進化(アゲハ類の吸蜜過程における社会生物学的研究)

野外で活動中の蝶類の糖濃度選好性を調べるため、三重県津市周辺と長野県白馬地区でナミアゲハとキアゲハ、モンシロチョウ、スジグロシロチョウ、モンキチョウを捕獲した。捕獲個体は、直ちに、あらかじめ成分・濃度を数段階に設定しておいた糖溶液を3分間与え、その間の吸飲量を測定した。アゲハ類では20%糖溶液が最も好まれ、蒸留水は少ししか吸飲されなかった。日令の進んだ成虫ほど吸飲量は多く、雌の方が雄よりも多く吸飲した。一方、シロチョウ類でも20%糖溶液が最も好まれていた。モンシロチョウは糖濃度の違いの感受性が低く、スジグロシロチョウが高かった。また、モンキチョウは蒸留水をかなり吸飲することが分った。しかしシロチョウ類では、日令の違いによる吸飲量の差は得られなかった。これらの結果をそれぞれの種の生息地選択の観点から考察した。室内ではナミアゲハの雌を羽化させ、濃度を数段階に設定した糖溶液をそれぞれ1日1回3分間ずつ与えて吸飲量を調べた。雌は室温で常時三角紙内に静置するか室内のケ-ジ、戸外の網室で飼育した。20%糖溶液を与えた雌の寿命が最も長くなった。また、実験に供した雌を様々な日令で解剖し、保有していた卵数を数えた。これらの雌はすべて未交尾のまま保ち、産卵をさせなかったところ、低濃度の糖溶液を与え続けた雌では日令が進むと成熟卵の再吸収が認められた。「水」のみを与えた個体は絶食させたが個体よりも寿命が延びることも分かった。脂肪体の減少傾向は糖摂取量の少ない個体ほど強く、多い個体ほど弱かった。保有している成熟卵数は高濃度の糖溶液を吸飲した個体ほど多かった。この傾向は日令が進むほど顕著となっている。これらの結果を比較すると、摂取された糖は成虫の体を維持すりばかりでなく、卵成熟のためのエネルギ-源として使われていたことがわかった。野外で活動中の蝶類の糖濃度選好性を調べるため、三重県津市周辺と長野県白馬地区でアゲハ類(主としてナミアゲハ)とシロチョウ類(主としてモンシロチョウとスジグロシロチョウ、モンキチョウ)の捕獲を行なった。捕獲個体は、直ちに、あらかじめ成分・濃度を数段階設定しておいた糖溶液を3分間与え、その間の吸蜜量を測定した。いずれの類でも20%糖溶液を最も多く吸飲した。しかし、その選好性は、成虫の羽化後の日令や捕獲時間帯などによって異なっていた。一般に雌の方が雄よりも多く吸飲した。また、シロチョウ類の雌の吸飲量には日周期性が認められている。一方、どの種の雄も、日令の進んだ個体では糖を全く含まない蒸留水をかなり吸飲することが分かった。室内でナミアゲハの雌を羽化させ、濃度を数段階に設定した糖溶液をそれぞれ1日1回3分間ずつ与えて吸飲量を調べた。

これらの雌はすべて未交尾のまま保ち、産卵をさせなかったところ、日令の進んだ雌では成熟卵の再吸収が認められた。しかし、20%糖溶液を与えた雌が成熟卵を最も多く持っていたという傾向は変わらない。なお、この時、「水」のみを与えた個体は絶食させた個体よりも寿命が延びることも分かった。しかしこれらの個体はほとんど成熟卵を作り出せなかった。これらの結果は、野外において蝶類の吸蜜源となっている花の蜜濃度と対応していると考えられるので、平成2年度は主として花の蜜濃度の日変化や種間の差異を調べる予定である。野外で活動中の蝶類の糖濃度選好性を調べるため、三重県津市周辺と長野県白馬地区でナミアゲハとキアゲハ、モンシロチョウ、スジグロシロチョウ、モンキチョウを捕獲した。捕獲個体は、直ちに、あらかじめ成分・濃度を数段階に設定しておいた糖溶液を3分間与え、その間の吸飲量を測定した。アゲハ類では20%糖溶液が最も好まれ、蒸留水は少ししか吸飲されなかった。日令の進んだ成虫ほど吸飲量は多く、雌の方が雄よりも多く吸飲した。一方、シロチョウ類でも20%糖溶液が最も好まれていた。モンシロチョウは糖濃度の違いの感受性が低く、スジグロシロチョウが高かった。また、モンキチョウは蒸留水をかなり吸飲することが分かった。しかしシロチョウ類では、日令の違いによる吸飲量の差は得られなかった。これらの結果をそれぞれの種の生息地選択の観点から考察した。室内でナミアゲハの雌を羽化させ、濃度を数段階に設定した糖溶液をそれぞれ1日1回3分間ずつ与えて吸飲量を調べた。雌は室温で常時三角紙内に静置するか室内のケ-ジ、戸外の網室で飼育した。20%糖溶液を与えた雌の寿命が最も長くなった。また、実験に供した雌を様々な日令で解剖し、保有していた卵数を数えた。これらの雌はすべて未交尾のまま保ち、産卵をさせなかったところ、低濃度の糖溶液を与え続けた雌では日令が進むと成熟卵の再吸収が認められた。「水」のみを与えた個体は絶食させた個体よりも寿命が延びることも分かった。脂肪体の減少傾向は、糖摂取量の少ない個体ほど強く、多い個体ほど弱かった。保有している成熟卵数は高濃度の糖溶液を吸飲した個体ほど多かった。この傾向は日令が進むほど顕著となっている。これらの結果を比較すると、摂取された糖は成虫の体を維持するばかりでなく、卵成熟のためのエネルギ-源として使われていたことがわかった。
レドックス活性なマンガン酸化物系層状ナノコンポジットの電気化学形成

カチオン性の強電解質ポリマー(ポリジアリルジメチルアンモニウム塩化物,PDDA)あるいは弱電解質ポリマー(ポリアリルアミン塩酸塩,PAH)をインターカレートした層状マンガン酸化物ナノコンポジットを電気化学的手法によって多結晶白金板上に薄膜として合成した。そのプロセスは電解質ポリマー存在下でMn^<2+>水溶液を定電位酸化(+1.0V vs Ag/AgCl)することによる。PDDAは完全に解離しているため,Mn酸化物層の負電荷を効率良く補償し,密にパッキングしたコンポジットをもたらす。層間距離は0.97nmと見積もられた。一方,PAHは正に帯電したサイト(-NH_3^+)の他に中性サイト(-NH_2)をもつ。さらに正荷電サイトの一部はCl^-とイオン対を形成していることが分かった。その結果,電荷補償に必要なポリマー含有量が大きくなり,層間の広がった生成物を与え,その層間距離は1.19nmであった。いずれのコンポジットにおいても層間ポリマーは液相の小サイズカチオンとイオン交換しない。PDDA/Mn酸化物をKCl水溶液中で還元すると密にパッキングされた層間に電荷補償のためにK^+イオンの挿入されることで層間が広がり,やがて層構造が崩壊した。一方,PAH/Mn酸化物は層構造を維持したままMn^<3+>/Mn^<4+>の酸化還元による良好な電気化学応答を示した。この応答は電解液のpHに依存した。X線光電子分光法によると,還元によるMn酸化物層の負電荷の増加は層間PAHの-NH_3^+Cl^-サイトから遊離したプロトンによって電気的にバランスされる。このとき,Cl^-は不要になり,層間から液相に放出される。酸化過程ではこの逆が起こると考えられる。
リゾホスファチジン酸受容体3を介した神経突起分岐形成の分子機構解明

神経突起の分岐は生後の神経ネットワーク形成に取って必須であるがその機構は未だ不明である。今回我々はリゾホスファチジン酸(LPA)が新規情報伝達経路を介して神経分岐を促進することを示した。神経系細胞にLPA_3受容体を発現させ、LPAで刺激をすると神経分岐の形成が生じた。この作用はG_qシグナル経路の阻害により抑制された。さらに単量体型G蛋白質であるRnd2/Rho7やその効果器であるrapostlinの抑制性変異体を導入してもLPA_3を介した神経分岐形成が阻害された。LPA_3アゴニストの2(S)-OMPTやLPAは初代培養海馬神経細胞の分岐形成を引き起こしたが、この作用もG_qやRnd2の経路の阻害、あるいはLPA_3のノックダウンにより抑制された。これらの知見はLPA_3、G_qおよびRnd2を包括する新規情報伝達経路が神経ネットワーク形成に重要な役割を果たしていることを示唆している。リゾホスファチジン酸(LPA)は細胞の増殖や形態変化などに関与する細胞外シグナル伝達脂質である。LPAをリガンドとする受容体は現在までに8種類(LPA16、GPR87、P2Y10)が同定されている。LPAは神経系において、突起の退縮を促進すること、この作用はLPA3、GPR87、P2Y10を除く受容体を介して生じることが知られている。LPA3遺伝子は脳において発現していることが報告されているが、神経系における作用は明らかではない。本研究ではLPA3を介した神経系細胞の形態変化とそれに関わる細胞内情報伝達を検討した。LPAに対して形態変化を示さないラット由来神経腫瘍細胞(B103)にLPA3を発現させ、その神経突起形態を観察した。LPAやLPA3アゴニストである(2S)-OMPTで刺激すると、神経突起の分岐数が22.5倍に増加した。薬理学的手法を用いて、LPA3を介した神経突起の分岐形成に関与する細胞内情報伝達について検討したところ、Gq-PLCを介したイノシトールリン脂質シグナル伝達系の関与が明らかになった。また、単量体Gタンパク質のRnd2およびそのエフェクターであるRapostlinを介して、分岐形成が促進されることも示された。実際にLPA3活性化によりRnd2が活性化されることを、新たに確立したプルダウン実験法により確認した。また、LPA3はマウス海馬初代培養神経細胞の軸索分岐形成に関与していることを見出した。本研究よりLPA3を介して神経突起の分岐形成が促進されること、その細胞内情報伝達においてGq-PLCおよびRnd2-Rapostlinが関与していることが明らかになった。LPA3は発達期の海馬において神経ネットワークが活発な時期に発現していることから、脳神経系におけるネットワーク構築に関与していることが示唆される。LPAをリガンドとする受容体は現在までに6種類(LPA16)が同定されている。LPAは神経系において、突起の退縮を促進すること、この作用はLPA3を除く受容体を介して生じることが知られている。本研究では前年度に引き続きLPA3を介した神経系細胞の形態変化とそれに関わる細胞内情報伝達を検討した。LPA3アゴニストである(2S)-OMPTでマウス海馬初代培養神経細胞を刺激すると軸索分岐形成が促進された。この作用は単量体Gタンパク質Rnd2やそのエフェクターであるrapostlinの阻害分子を発現させた時にはみられなかった。またLPA3に対するshRNAを導入した細胞においても2(S)-OMPTによる分岐形成作用は認められなかった。本研究よりLPA3を介して神経突起の分岐形成が促進されることが明らかになった。

LPA3遺伝子は脳において発現していることが報告されているが、神経系における作用は明らかではない。本研究では前年度に引き続きLPA3を介した神経系細胞の形態変化とそれに関わる細胞内情報伝達を検討した。LPA3アゴニストである(2S)-OMPTでマウス海馬初代培養神経細胞を刺激すると軸索分岐形成が促進された。この作用はラミニン基質上で培養された海馬神経細胞や大脳皮質神経細胞においても認められた。shRNAプラスミドを用いてLPA3やRnd2の発現をノックダウンした神経細胞においては2(S)-OMPTの分岐形成作用が観察されなかった。新たにRapostlin分子に対する抗体を作成し、その細胞内局在を調べた。蛍光二重免疫染色法によりLPA3とRapostlinが神経成長円錐やバリコシティー部に共存することが明らかとなった。これまでの研究成果よりLPA3を介したシグナルは脳神経系におけるネットワーク構築に関与していることが示唆された。
代謝シグナルの流れにより変化するエピゲノムと生活習慣病の関連性の解明

ヒトが生命活動を維持していく上で、外界からの栄養摂取は欠かせないものである。エネルギー摂取不足は、当該世代のみならず次世代への悪影響も懸念されている。エネルギーの不足を反映する因子としてケトン体が挙げられる。ケトン体は飢餓時に脂肪酸酸化により産生されるグルコースの代替エネルギー源である。ケトン体が必要な組織・細胞へ必要な量供給されることは生存戦略上重要であるが、その調節機構は不明である。本研究では、ケトン体の分配に着目して検討を行った。ケトン体の産生は、組織細胞ごとに異なるとともに、ケトン体代謝酵素の発現量も組織ごとに異なることが明らかとなった。つまり、ケトン体を組織として、どんな環境下でどのように利用するかは組織ごとに異なることが考えられる。また、細胞内・外のケトン体の輸送には、10種類以上のトランスポーターが関わっており、このトランスポーターの発現量および活性も組織・細胞ごとに異なっている。また、ケトン体の輸送は、細胞外のエネルギー基質(グルコース、ピルビン酸、グルタミン酸、脂肪酸等)の濃度により変動する。また、糖尿病モデルマウスの膵島では、ケトン体代謝酵素の発現異常が見られ、膵β細胞株モデルにこの発現異常を再現すると、インスリン分泌能の低下とともにストレスに対する抵抗性の減弱が見られた。これらのことから、ケトン体は細胞内・外の濃度調節機構を有するだけでなく、その利用も含めたケトン体代謝の流れは厳密に制御されており、その異常は細胞の機能異常に関連することが推察される。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。胎生期の栄養状態とエピゲノム変化の関連性における重要な発見は、成人病胎児期発症説に代表される、胎生期の栄養環境が、成人期以降の疾病発症に影響を及ぼすことの発見である。すなわち、胎生期に低栄養状態に曝されることにより何らかのエピゲノム変化を生じ、加えて出生後にマイナスの環境要因が負荷されることで、後天的に糖尿病などの生活習慣病の発症リスクを増大させる。しかしながら、その分子基盤は不明である。グルコースをTCAサイクル代謝する過程で産生されるα-ケトグルタル酸やアセチルCoAがヒストン修飾を調節する(Science 2009)など、エピゲノム変化は、低分子代謝物量の変化と密接に関連している。我々は細胞内グルコースが枯渇した場合の代替エネルギー源となるケトン体に着目した。実験の結果、ケトン体の一つであるβ-ヒドロキシ酪酸がヒストンメチル化の修飾を変化させた。ミトコンドリアに局在するβ-ヒドロキシ酪酸デヒドロゲナーゼ(BDH)1をノックダウンした細胞では、ヒストンのメチル化が増加し、反対に細胞質に局在するBDH2をノックダウンした細胞では、ヒストンのメチル化が減少するなど、同じ化合物であっても代謝の流れの方向の違いによりヒストン修飾作用が変化した。ケトン体代謝酵素は複数あり、その発現量は組織ごとに異なるため、各組織では異なるケトン体代謝の流れが生まれ、代謝産物の協調的変化を介して、組織特異的なエピゲノム修飾や細胞機能制御と関連することが考えられる。HEK293細胞はβヒドロキシ酪酸添加によりヒストン修飾が変化することが報告されているため(Science 2013)モデル細胞として利用した。しかしながら、我々の用いたHEK細胞ではβヒドロキシ酪酸添加によるヒストン修飾がみられなかった。細胞ごとに異なる変化を詳細に理解するため、現在は様々な細胞株におけるケトン体代謝産物量および、糖・アミノ酸代謝産物量の計測を実施している。生体内におけるケトン体代謝の役割を理解するために、ケトン体合成酵素の過剰発現モデルの作製を実施している。現在、培養細胞を用いたケトン体代謝酵素の活性測定系を立ち上げており、その結果をもとにマウス系統を作成する予定である。エピゲノム修飾の変化による遺伝子発現制御機構は、細胞の機能制御だけでなく、分化・増殖や癌化などに必須の過程である。エピゲノム修飾の調節には、ATPやアセチルCoAなど様々な低分子代謝産物が密接に関連している。細胞の栄養状態は低分子代謝産物の変動を介してエピゲノム修飾を変化させる。エピゲノム修飾の変化は転写される遺伝子を特異的に制御し、合成されるタンパク質量とその機能を調節することで結果的に細胞の機能を統御する。本研究では、低エネルギー状態で合成量が増加するケトン体のエピゲノム修飾調節作用について検討した。ケトン体合成量および合成されたケトン体の代謝の流れは肝細胞と線維芽細胞、腎臓細胞など細胞ごとに異なっている。様々な細胞株におけるケトン体合成量を解析した結果、ケトン体合成能の高い細胞株を見出すことができた。

しかしながらケトン体合成量とエピゲノム修飾の関連性はこれまで報告されたもの(Science. 2013 Jan 11;339(6116):211-4)とは異なっていた。肝臓の細胞におけるケトン体合成の基質は、脂肪細胞からの脂肪分解により供給される脂肪酸である。一方で本細胞は、基質としての脂肪酸の有無に関わらず、ケトン体を合成することが可能であった。すなわち、ケトン体合成を含むケトン体代謝は、それぞれの代謝酵素の発現量が組織ごとに異なるだけでなく、ケトン体合成に使用される基質も細胞・組織ごとに異なることが明らかとなった。ケトン体合成は、細胞の栄養環境に依存することが明らかとなった。本研究で予定していたケトン体合成酵素の過剰発現では、生体内ケトン体合成濃度を簡便に制御できないことが明らかとなった。そのため、ケトン体合成に必要な細胞内の代謝過程を明らかにすることを目的に今後の研究を推進していく予定である。細胞は外部の環境の影響を受け、その機能を制御している。外部環境により変化する細胞内の低分子代謝産物は、エピゲノム修飾の変化等を介して遺伝子発現を制御し、細胞の分化・増殖や癌化および機能の制御に関与している。本実験では、細胞内の栄養素等の低分子代謝産物が細胞の機能や、機能を調節する上で重要な遺伝子発現に及ぼす影響を明らかにするために、ケトン体を含む低栄養状態に応じて産生の増加する代謝産物と、それによる細胞への影響に着目した。肝細胞、線維芽細胞、腎臓由来細胞、腸管上皮細胞等の様々な細胞におけるケトン体合成量を検討した結果、それぞれの細胞種において、ケトン体の合成と利用、そのバランスにより制御される細胞内・外のケトン体濃度が異なっている事が明らかとなった。ケトン体の一つであるbeta-hydroxybutyrateは細胞の分化・増殖を調節するbutyrateと類似した構造を有し、同様の作用を有することが報告されている。そこで、ケトン体濃度の調節のされ方を検討した結果、ケトン体濃度は、各細胞におけるケトン体代謝関連酵素の発現量の違いと、ケトン体輸送担体の機能の違いにより調節されていることが示唆された。ケトン体合成酵素の発現の高い細胞ではケトン体酸化に関する酵素の発現が低いこと、加えて、特に、細胞内・外のケトン体濃度は、外部の栄養環境の違いにより、能動的に制御されることを見出した。細胞内・外のケトン体輸送担体の詳細な機能解析を行うことで、ケトン体のような低分子化合物の代謝の流れを理解することが可能になると考えられる。低分子代謝産物の代謝の流れとその細胞機能における役割を理化するために、ケトン体代謝をモデル系として研究を進めている。ケトン体代謝の調節機構がケトン体代謝関連酵素の発現量の違いと、ケトン体輸送担体の機能の違いにより調節されていることを示唆する結果が得られたため、ケトン体輸送担体の機能について検討している。ケトン体輸送担体はケトン体以外の他の低分子化合物も輸送するため、結果の解釈が困難であり、実験方法に工夫が必要である。そこで、タンパク質の網羅的解析など、別の手法を用いて解析を試みたが、有力な情報は得られなかった。現在、細胞系で輸送担体の機能欠損を検討するために研究材料を作成している。
末梢血行動態無侵襲計測システムの開発と健康管理への応用

末梢血管レベルでの動脈硬化や加齢による血管弾性の変化の定量的評価および末梢の血行動態を指標とした物理的環境刺激の生体影響の客観的総合的評価を可能とするような計測システムを確立するため、計測システムの製作および測定に関する基礎実験を実施した。まず、二波長のLEDとフォトダイオードを使用した従来の血液量センサーを改良し、指など末梢において加圧用荷重の圧を増減しながら、そのセンサーからの信号を組織SO_2・Hbモニター(改良型)により計測するためのシステムを構成した。具体的には、全血液に関係する800nmなどの2波長の発光ダイオード(LED)を使用した血液量センサーの改良を行い、指など末梢血管レベルで血液量の定量的評価を可能とした。また、末梢血管床の弾性の計測についての基礎的検討では、カフを装着した圧迫(血圧測定の原理)とは根本的に異なる発想で、荷重変化に対する末梢血管床の応答を定量的に評価することにより、血管床周囲の組織弾性の定量計測を可能とした。さらに、末梢用カフを指の基節部に装着しカフ圧コントローラーで圧を制御しながら末梢部で血液量、弾性特性以外の末梢血圧、組織血液量、末梢血管抵抗、組織代謝指標(酸素飽和度、末梢組織酸素消費量など)の同時計測あるいは短時間内の計測を可能とした。臨床診断やスクリーニングへの応用に供するために健常人を対象とした末梢血管床の弾性特性計測を中心に基礎的検討を行った。その結果、血圧測定時の脈波AC成分からの最高血圧、平均血圧の特定だけでなく、脈波DC成分の観察を通じて、最高血圧、平均血圧、最低血圧、毛細血管圧、静脈圧といった血行力学的なターニングポイントで圧-容積関係が変わっていくという血管固有の非線形特性に関する新たな知見が得られた。具体的には、(1)全血液に関係する800nmなどの2波長の発光ダイオード(LED)を使用した血液量センサーの改良を行った。(2)指など末梢血管レベルで血液量の定量的評価を試みた。また、末梢血管床の弾性の計測についての基礎的検討では、カフを装着した圧迫(血圧測定の原理)とは根本的に異なる発想で、荷重変化に対する末梢血管床の応答を定量的に評価し、血管床の弾性特性の定量計測について検討した。さらに、末梢用カフを指の基節部に装着しカフ圧コントローラーで圧を制御しながら末梢部で血液量、弾性特性以外の末梢血圧、組織血流量、末梢血管抵抗、組織代謝指標(酸素飽和度、末梢組織酸素消費量など)の同時計測についても検討した。以上の基礎的検討を踏まえ、加齢に伴う動脈硬化性変化や物理的環境刺激の末梢血行動態への影響の観察に応用していく予定である。

まず、二波長のLEDとフォトダイオードを使用した従来の血液量センサーを改良し、指など末梢において加圧用荷重の圧を増減しながら、そのセンサーからの信号を組織SO_2・Hbモニター(改良型)により計測するためのシステムを構成した。具体的には、全血液に関係する800nmなどの2波長の発光ダイオード(LED)を使用した血液量センサーの改良を行い、指など末梢血管レベルで血液量の定量的評価を可能とした。また、末梢血管床の弾性の計測についての基礎的検討では、カフを装着した圧迫(血圧測定の原理)とは根本的に異なる発想で、荷重変化に対する末梢血管床の応答を定量的に評価することにより、血管床の弾性特性の定量計測に可能とした。さらに、末梢用カフを指の基節部に装着しカフ圧コントローラーで圧を制御しながら末梢部で血液量、弾性特性以外の末梢血圧、組織血流量、末梢血管抵抗、組織代謝指標(酸素飽和度、末梢組織酸素消費量など)の同時計測あるいは短時間内の計測を可能とした。臨床診断やスクリーニングへの応用に供するために健常人を対象とした末梢血管床の弾性特性計測を中心に基礎的検討を行った。その結果、血圧測定時の脈波AC成分からの最高血圧、平均血圧の特定だけでなく、脈波DC成分の観察を通じて、最高血圧、平均血圧、最低血圧、毛細血管圧、静脈圧といった血行力学的なターニングポイントで圧-容積関係が変わっていくという血管固有の非線形特性に関する新たな知見が得られた。この結果を手がかりに、今後加齢に伴う動脈硬化性変化等の客観的評価法を具体化していく。
DNAを用いた金ナノ粒子の3D規則配列とファノ共鳴効果

表面プラズモンはセンシング、エネルギー捕捉そして波長限界を超えたイメージングなど多様な応用が期待されている。複雑なナノ構造(例えばナノ金属体の集団構造やパターン化されたナノ構造)では、一つあるいは2つのナノ粒子からなるプラズモン共鳴がさらに多数共鳴する状態が現れる。これらは、"bright"と"dark"モードと分類される。対称形の高いナノ粒子の配列化は、"bright"と"dark"プラズモンが干渉し、ファノ共鳴といわれる非常にシャープな共鳴スペクトルを与えることが知られている(Nano Lett. 2010, 10, 3184)。このスペクトルは構造体周辺の誘電率に敏感であるため、高感度なセンサーや、レーザースイッチ、非線形遅延光デバイスなどへの応用が期待されている。これまでに、FDTD計算によって3D八面体ナノクラスターが高効率でファノ共鳴効果を示すことが確認されている。本研究では、DNAを用いて金ナノ粒子の3D規則配列化を行い、高効率なファノ共鳴効果を実証することを目的とした。金ナノ粒子の集合体形成については数多くの報告があるが、3D八面体の形成は容易でなかった。そのため、本年度はまず金ナノ粒子の結晶面選択的な修飾および結晶成長の制御に取り組んだ。その結果、三角形の金ナノプレートにおいて、PVPなどを用いることで上面および側面を選択的に修飾・保護し、それぞれの結晶面で特異的に結晶成長を誘起できることを発見した。これにより、金ナノプレートのサイズおよび厚さの制御が可能になり、また部位特異的な修飾への知見が得られた。今後、金ナノプレートのDNA修飾、ハイブリダイゼーションを通した3D配列化を経て、ファノ共鳴効果を活用したデバイスの開発へと展開するための基礎的成果が得られた。(抄録なし)本研究は、金属ナノ粒子をDNAで修飾し、DNAのハイブリダイゼーションを利用してナノ・クラスター構造を構築することを目的としている。金属のナノクラスター構造は、ラマン散乱や蛍光を増強する効果が報告されており、ナノクラスター構造を制御することで高感度センサーとしての応用が期待できる。また、金属のナノクラスターはファノ共鳴効果を備えていることもFDTD計算によって証明されている。ナノ粒子間距離がファノ共鳴効果へ与える影響について調べることは科学的な面からも重要である。そこで、本年度は計画通り「ナノクラスター構造を形成するためのDNA提示金属ナノ粒子の合成」に取り組んだ。さらに、「DNAのハイブリダイゼーションを利用した2種の金属ナノパーティクルの集合体形成」について実験を行った。(1)DNA提示金属ナノ粒子の合成では、塩化銀懸濁液に一本鎖DNAを添加し、紫外線を照射することによってone-stepで銀ナノ粒子を合成することに成功した。DNAの塩基の種類、pHやNaCl濃度の検討を行い、銀ナノ粒子のサイズ制御について調べた。また、反応の動力学解析を行うことによって反応メカニズムの追求を行った。DNA以外の高分子を用いた場合と比較し、DNAを用いると単分散かつ安定性が高い銀ナノ粒子が形成できることがわかり、銀ナノ粒子の形成方法として非常に有用な方法であることを明らかとした。また、形成した銀ナノ粒子は使用したDNAを表面に提示していることも確認できた。(2)(1)で検討した条件を基に、サイズの異なるDNA提示銀ナノ粒子を用いてナノクラスター構造の形成について検討を行った。融点測定の結果から、DNAのハイブリダイゼーションによって集合体が形成されていることが確認され、粒子間距離を制御したナノクラスター構造の形成への基礎技術が確立できた。現在までに、金属ナノクラスター構造を形成するためのDNA提示銀ナノ粒子の形成とハイブリダイゼーションを利用した集合体形成に成功しており、ほぼ計画通りに進行している。

集合体形成にDNAを用いた場合、DNAの配列を制御することによってナノ粒子間距離を制御することが期待できる。そのため、今後は、引き続き北海道大学居城教授のご指導のもと金属ナノクラスター集合体の距離の制御などを行いながら、プラズモンや光学的な機能の効果的な発現などについて、カリフォルニア大学Riverside校のYadong Yin教授の協力を得ながら検討を行っていく予定である。(抄録なし)
水稲養分の吸収に及ぼす根圏土壌の物理化学的変化の影響

各区画毎に土壌溶液採取用のホローファイバーと酸化還元電位測定用の白金線をリゾボックスを作成しヒノヒカリを栽培した。栽培には、北陸農業試験場のAl-モンモリロナイト主体の水田土壌と、熊本農業研究センターのAl-腐植複合体とアロフェンを主体とする水田土壌を用いた。土壌溶液の採取は一週間毎に行い、NH^+_4濃度、Fe^<2+>濃度、有機態C,無機質C(CO^+_2HCO^<2->_3)を測定した。NH^+_4吸収様式は、土壌のコロイド組成によって異なっていた。スメクタイト質土壌の場合、PhaseIにおいてもPhaseIIにおいてもマスフローが中心であった。これは拡散中心の吸収であると結論した伊藤(1992)の結果に反している。また、PhaseIIにおいては根圏のpH低下に伴うECECの減少が、NH^+_4の移動を促進していることが示唆された。一方アロフェン質土壌の場合は、PhaseIではマスフローが中心で、PhaseIIでは一転して、拡散による吸収が中心であった。また、夏季にヒノヒカリを栽培した場合には、PhaseIにおいて根圏近傍でNの有機化が進行し、PhaseIIでは無機化が進行していることを示唆するデータを得た。この結果は水稲が根圏土壌をNの貯蔵庫として利用していることを示唆している。経時的に根圏土壌を採取できるリゾボックスの作成を試みた。その結果、有機態Nプロファイルは、土壌のコロイド組成によって異なっていた。スメクタイト質土壌よりも黒ボク水田で、根近傍の有機態N濃度変化が大きかった。しかし、生育10日後以降、水補給孔のガラス繊維ろ紙に、糸状菌が大増殖したため、透水係数が極度に低下し、リゾボックス下部からの水供給が行えなくなってしまった。そこで、根圏における有機態Nの変化が、現実の圃場を再現できずに終わってしまった。各区画毎に土壌溶液採取用のホローファイバーと酸化還元電位測定用の白金線をリゾボックスを作成し、前期は網室においてヒノヒカリを、後期はファイトトロン(25°C,RH75%)でコシヒカリを栽培した。土壌溶液の採取は一週間毎に行い、NH_<4+>濃度、Fe^<2+>濃度、有機態C、無機態C(CO_2^+HCO_3^<2->)を測定した。NH_<4+>吸収様式は、土壌のコロイド組成によって異なっていた。スメクタイト質土壌の場合、Phase IにおいてもPhase IIにおいてもマスフローが中心であった。また、Phase IIにおいては根圏のpH低下に伴うECECの減少が、NH_<4+>の移動を促進していることが示唆された。一方アロフェン質土壌の場合は、Phase Iではマスフローが中心で、Phase IIでは一転して、拡散による吸収が中心であった。また、夏季にヒノヒカリを栽培した場合には、Phase Iにおいて根圏近傍でNの有機化が進行し、Phase IIでは無機化が進行していることを示唆するデータを得た。しかし、後期にコシヒカリを用いた実験では、こうした傾向は得られなかった。そこで平成10年度は、この点をまず最初に確認する必要がある。

根圏土壌は口径50umと25umのプランクトンネットで各区画を分別し、田面より2cmの深さに埋設し、それ以深には水稲根が侵入できないように設定した。このリゾボックスを用いて、前期は網室においてヒノヒカリを、後期はファイトトロン(25°C,RH75%)でコシヒカリを栽培した。栽培には、北陸農業試験場のAl-モンモリロナイト主体の水田土壌と、熊本農業研究センターのAl-腐植複合体とアロフェンを主体とする水田土壌を用いた。根圏土壌は10日に一度の割合で採取し、1:5水抽出液のNH4_+濃度と、pH7.0リン酸緩衝液抽出の有機態Nを測定した。NH4_+濃度プロファイルは、土壌のコロイド組成によって異なっていた。スメクタイト質土壌よりも黒ボク水田で、根近傍のNH4_+濃度変化が大きかった。しかし、前期の栽培では、生育10日後以降、水補給孔のガラス繊維ろ紙に、糸状菌が大増殖したため、透水係数が極度に低下し、リゾボックス下部からの水供給が行えなくなってしまった。そこで、根圏における有機態Nの変化が、現実の圃場を再現できずに終わってしまった。その後、リゾボックスの改良に試行錯誤を重ね、水補給孔を新規に作成した。しかし、後期のファイトトロン(25°C,RH75%)においても、同様の困難が生じ、有機態Nに対する昨年度の仮説を証明することが出来ずに終わってしまった。現在、この問題を回避する方法を模索している。
森林床が酸性雨による土壌環境の変化に及ぼす影響の定量的評価とモデル化に関する研究

1.腐植物質共存下での土壌酸性化に関する実験的検討森林土壌にフルボ酸およびフミン酸を含む模擬酸性雨を用いたカラム実験の結果、土壌有機酸は模擬酸性雨による土壌からのアルミニウムの溶出に影響を与え、流出液pHが高い実験初期から連続的にアルミニウムが溶出することを示した。2.森林生態系での諸プロセスを考慮した土壌酸性化の将来予測これまでに申請者らが構築した修正SMARTモデルをさらに発展させ、O層とA層の2層で構成される2層モデルを新たに構築するとともに、モデル中に酸の負荷・緩衝に関する森林生態系の諸反応プロセスを組み込み、カラム実験に供試した対象土壌の今後100年間での酸性化の将来予測を行った。日本の森林のおける種々の報告値を参考に、森林生態系において酸の負荷、緩衝に関与する諸プロセス(有機態窒素の無機化、アンモニア態窒素の硝酸化成、窒素と塩基性陽イオンの根からの取り込み、有機酸の生成)に関するパラメータ値を設定した。設定した各パラメータ値を基本とし、森林生態系の各プロセスによる土壌酸性化が平均的に進む、最も遅く進む、最も早く進むの3パターンのシナリオを設定した。酸性降下物量についても4パターンのシナリオを設定した。両シナリオを組み合わせ、合計12タイプのシナリオについて、今後100年間の土壌酸性化を予測した。その結果、生態系の各プロセスによる土壌酸性化が平均的、最も遅い、とシナリオ設定したとき、酸性降下物中の硝酸、硫酸濃度が増加しても、土壌の酸性化はおこらず、アルミニウムの溶出も見られなかった。これは、O層の交換性陽イオンによる酸緩衝の寄与が大きいと考えた。生態系の各プロセスが土壌酸性化を最も速く進めると設定したシナリオでは、今後100年間に土壌酸性化は進行し、アルミニウムの溶出が見られた。1.腐植物質共存下での溶液中Alの存在形態に関する検討アルミニウムと市販のフミン酸ナトリウムおよび日本腐植物質研究会頒布の標準腐植物質(フミン酸、フルボ酸;褐色森林土より抽出)との混合液をサンプルとし、ポストカラム誘導化法によってアルミニウムの形態分析を行った。その結果、腐植物質濃度の増加に伴い、溶液中で植物毒性の強いAl^<3+>濃度は低下すること、溶液系では土壌より抽出したフミン酸の代用とした市販のフミン酸ナトリウムを用いてAlの存在形態を推定することが可能であること、フミン酸とフルボ酸では、フミン酸の方がアルミニウムに対して毒性を低下させる働きが強いこと、等の知見を得た。2.フミン酸が森林土壌の酸性化に及ぼす影響に関する検討京都府北桑田郡京北町の杉林にて採取した森林土壌(A層)を対象に、フミン酸ナトリウムを添加した模擬酸性雨による溶出実験(バッチ実験、カラム実験)を実施した。その結果、模擬酸性雨に含まれるフミン酸ナトリウム濃度が高いほど、流出液中アルミニウム濃度の急激な上昇が始まるところでの流出液pHが低くなること、模擬酸性雨に含まれるフミン酸ナトリウム濃度が高くなっても、流出液中の塩基性陽イオン濃度の変化傾向に明確な差異は見られないこと、流出液中でフミン酸と錯体を形成したと考えられるアルミニウム濃度は流出液pHの影響を受けること、等の知見を得た。3.森林床の存在を考慮した土壌酸性化評価モデルの構築

模擬酸性雨を用いた土壌カラム系への適用の妥当性がある程度検証されている岸野のモデルを本研究のカラム実験に適用し、バッチ実験で得た知見を基に簡便な2通りのモデル(アルミニウムの錯体形成率が溶液pHに依存するとするモデルAと溶液中錯体アルミニウム濃度が溶液pHに依存するとするモデルB)を作成し、フミン酸と錯体を形成するアルミニウム濃度を推定した。その結果、カラム実験結果とシミュレーション結果とを一致させるにはfBC0を変化させる必要があること、多くの場合シミュレーション結果はアルミニウムについて過大評価すること、等を示した。新たに構築したO層モデルの中で、本研究で実施したカラム実験に適用できるプロセスのみを抽出したモデルを再構築し、O層の模擬降雨実験に適用した。その結果、O層モデルによる計算結果は実測結果との良い一致を示したことから、本研究で構築したO層モデルはO層内での物理化学的酸性化過程を評価できると結論づけた。さらに修正SMARTモデルをさらに発展させ、O層とA層の2層で構成される2層モデルを新たに構築するとともに、モデル中に酸の負荷・緩衝に関する森林生態系の諸反応プロセスを組み込み、カラム実験に供試した対象土壌を今後100年間での酸性化の将来予測を行った。日本の森林における種々の報告値を参考に、森林生態系において酸の負荷、緩衝に関与する諸プロセス(有機態窒素の無機化、アンモニア態窒素の硝酸化成、窒素と塩基性陽イオンの根からの取り込み、有機酸の生成)に関するパラメータ値を設定した。設定した各パラメータ値を基本とし、森林生態系の各プロセスによる土壌酸性化が平均的に進む、最も遅く進む、最も早く進むの3パターンのシナリオを設定した。酸性降下物量についても4パターンのシナリオを設定した。両シナリオを組み合わせ、合計12タイプのシナリオについて、今後100年間の土壌酸性化を予測した。その結果、生態系の各プロセスによる土壌酸性化が平均的、最も遅い、とシナリオ設定したとき、酸性降下物中の硝酸、硫酸濃度が増加しても、土壌の酸性化はおこらず、アルミニウムの溶出も見られなかった。これは、O層の交換性陽イオンによる酸緩衝の寄与が大きいと考えた。生態系の各プロセスが土壌酸性化を最も速く進めると設定したシナリオでは、今後100年間に土壌酸性化は進行し、アルミニウムの溶出が見られた。
PDDによる生活障害評価尺度の開発に関する研究

自閉症など広汎性発達障害(PDD)児・者に適切な療育・福祉サービスを提供するには、個別的な支援ニーズ評価の方法が確立される必要がある。そこで、ある入所施設における観察調査と、全国の自閉症専門施設を対象とする郵送調査を実施した結果、既存の定型的な評価尺度では、PDD固有の障害特性を反映した評価は困難であることが示された。また現実の福祉場面では、観察による情報に基づく合議により障害評価・ニーズ判定を行っており、情報収集と判定のプロセスをシステム化することが有効と考えられた。自閉症などの広汎性発達障害(以下PDD)は、発現する障害の個別性が高く、その生活上の障害を定性的・定量的に評価することは困難であるが、日常的な支援や将来の自立へ向けた支援のためには、PDD児・者の生活場面における生きにくさ、すなわち生活障害を適切に評価する必要がある。平成19年度の本研究においては、自閉症者療育施設に入所する成人男性15名を対象する観察調査および、入所者の支援担当職員3名からの聞き取り調査を実施した。観察された行動上の課題は、ADLに関する大項目6(中項目11)項目と、社会生活に関する大項目7(中項目12)項目に分類された。ADLに関連した項目のほとんどは、観察による定型的な評価が可能と考えられたが、社会生活に関連した項目のうち、自閉症固有の障害特性であるこだわりに関連した行動上の問題や情動のコントロールに関したは、対象者に合わせた個別性の高い対応が必要とされ、定型的な評価ではなく、個別になされる支援の観点からの評価の必要性が示された。PARSなど既存尺度との比較検討の結果、情動のコントロールやこだわりに関する問題については該当する既存項目がなく、新たに評価項目を設定する必要が認められた。以上の結果から、既存の評価尺度に基づく定型的評価に加えて、現在検討が進められているSISによる障害評価のように、支援者からのケアマネジメントの観点に基づく個別的な評価方法が必要であることが示唆された。自閉症などの広汎性発達障害(PDD)は、発現する障がいの個別性が高く、障がい程度を定性的・定量的に評価することは困難であるが、日常的な支援や自立へ向けた支援のためには、PDD児・者の生活場面における生きにくさ(生活障害)を適切に評価する必要がある。平成19年度の本研究において、自閉症者療育施設に入所する成人男性15名を対象とする観察調査および支援担当職貝3名からの聞き取り調査を実施した結果、既存の評価尺度に基づく足型的評価に加えて、ケアマネジメントの観点に基づく個則的な支援ニーズの評価方法が必要であることが示唆された。この結果を受けて、平成20年度は当初、SIS(Supports Intensity Scale)やICFを参照し、年代別評価尺度を試作する予定であったが、SISの尺度構成が複雑で使用に習熟を要すること、ICFは分類・記述の指標で現状ではニーズ評価に不向きであること、またPDD児者の支援を行っている機関・施設の支援ニーズ把握方法の実態が不明であることから、評価尺度の構成要件を検討するために、実際のニーズ評価とくに支援者との関係性に配慮した評価の実態と、既存尺度に関する経験知を集約する必要があると判断した。そのため全国の発達障害者支援センター(以下センター)および全国自閉症施設協議会加盟施設(以下自閉症施設)へ調査票を郵送し、実態調査を実施した。有効回収率は、センター43.5%(69施設中30施設)、自閉症施設27.8%(54施設中15施設)であった。障害判定のために、PEP-R, AAPEP, WISC-III, WISE-IIIが広く便用され一部施設ではPARSも使用していた。支援ニーズに関しは面接・聞き取りを心にケース会議等で判定を行っており、複数め尺度による障害判定と(個別的な情報の組み合わせでニーズ判定が行われている現状が示された。「障害程度区分」に対して発達障害特有の障がいを評価できないとの意見が多く、PARS、ICFについても改善すべき点が指摘された。「関係性」を適切に評価できる既存尺度はなく、ケース会議による評価が不可欠であるごとが示唆された。調査票への回答および送付いただいた独自尺度を参照して、支援ニーズ尺度に必要な構成要件を抽出した。
大規模地震に対するマルチ塑性ヒンジ構造物の非線型動的特性の解明に関する研究

現在の耐震設計では,マルチヒンジ系構造物でありながら,複数箇所の塑性ヒンジの動的相互作用がよくわかっていないという理由で,主たる塑性ヒンジのみを考慮し,その他の塑性ヒンジは無視した耐震設計法がよく採用されている.本研究では,このような耐震設計法では構造物の非線形応答を正しく評価できないことを,ゴム系支承によって支持された橋梁構造物を対象に解析した.このような構造系においては,複数の構造要素で塑性ヒンジ化するため,全体系には各構造要素の変形の影響により大きな変形が生じ,全体系の変形から求められる全体系応答塑性率に基づいて弾性地震力を低減すると,設計地震力を過小評価することが明らかとなった.また,一方の塑性化が主で他方の塑性化が従であるようなマルチヒンジ系構造物に対する解析を行うためには,両者の降伏耐力比が重要である.この点を明らかにするために,免震支承と橋脚,また杭基礎と橋脚のように2カ所で塑性化するマルチヒンジ系構造物を例にとって,非線形動的解析により2カ所の塑性ヒンジの降伏耐力比と吸収エネルギー比の関係を明らかにするとともに,複数の橋脚で支持されたラーメン橋を対象に一方の塑性ヒンジ化が他方の塑性ヒンジ化に及ぼす影響を検討した.さらに,こうした解析ではプッシュオーバーアナリシスが有効であるため,杭基礎-橋脚系構造物およびラーメン橋を対象として漸増荷重の載荷経路がマルチヒンジ化に与える影響を明らかにした.以上の結果は,兵庫県南部地震クラスの強震動が作用した場合の複数の構造要素の塑性ヒンジ化が全体構造系の応答にどのように影響するかについて検討したものであり,現行の耐震設計の枠組みを洗練化させていく上で重要な知見を与えるものである.現在の耐震設計では,マルチヒンジ系構造物でありながら,複数箇所の塑性ヒンジの動的相互作用がよくわかっていないという理由で,主たる塑性ヒンジのみを考慮し,その他の塑性ヒンジは無視した耐震設計法がよく採用されている.本研究では,このような耐震設計法では構造物の非線形応答を正しく評価できないことを,ゴム系支承によって支持された橋梁構造物を対象に解析した.このような構造系においては,複数の構造要素で塑性ヒンジ化するため,全体系には各構造要素の変形の影響により大きな変形が生じ,全体系の変形から求められる全体系応答塑性率に基づいて弾性地震力を低減すると,設計地震力を過小評価することが明らかとなった.また,一方の塑性化が主で他方の塑性化が従であるようなマルチヒンジ系構造物に対する解析を行うためには,両者の降伏耐力比が重要である.この点を明らかにするために,免震支承と橋脚,また杭基礎と橋脚のように2カ所で塑性化するマルチヒンジ系構造物を例にとって,非線形動的解析により2カ所の塑性ヒンジの降伏耐力比と吸収エネルギー比の関係を明らかにするとともに,複数の橋脚で支持されたラーメン橋を対象に一方の塑性ヒンジ化が他方の塑性ヒンジ化に及ぼす影響を検討した.さらに,こうした解析ではプッシュオーバーアナリシスが有効であるため,杭基礎-橋脚系構造物およびラーメン橋を対象として漸増荷重の載荷経路がマルチヒンジ化に与える影響を明らかにした.以上の結果は,兵庫県南部地震クラスの強震動が作用した場合の複数の構造要素の塑性ヒンジ化が全体構造系の応答にどのように影響するかについて検討したものであり,現行の耐震設計の枠組みを洗練化させていく上で重要な知見を与えるものである.本研究の初年度にあたる平成9年度には、2塑性ヒンジ系の代表として、免震支承と同時に橋脚基部に塑性ヒンジが形成される免震橋を取り上げ、免震支承と橋脚基部の2カ所で塑性ヒンジ化する場含の塑性ヒンジ間の動的相互作用を検討した。本解析の結果、主たる塑性ヒンジ(免震支承)とサブの塑性ヒンジ(橋脚基部の塑性ヒンジ)の塑性化の度合いは、両者の履歴特性、特に2次剛性によって大きく異なることが明らかとなった。一番基本的な両者が完全弾塑性バイリニア型の履歴特性を有する場合には、両者の降伏耐力が重要であり、これが塑性ヒンジの相対卓越度を規定する。したがって、降伏耐力の小さい方の塑性ヒンジの塑性化が進展し、降伏耐力の大きい方の塑性ヒンジ化は進展しない。これに対して、主たる塑性ヒンジが正の2次剛性を有するバイリニア型の履歴特性を持ち、サブの塑性ヒンジが完全弾塑性バイリニア型の履歴特性を有する場含には、サブの塑性ヒンジの降伏耐力が主たる塑性ヒンジの降伏耐力よりも大きければ、応答の当初には主たる塑性ヒンジの塑性化の方がサブの塑性ヒンジよりも進展するが、やがて主たる塑性ヒンジに生じる応答変位がある程度大きくなると2次剛性のために、主たる塑性ヒンジの復元力の方が、サブの塑性ヒンジの復元力よりも大きくなり、主たる塑性ヒンジではなくサブの塑性ヒンジの塑性化が進展するようになる。すなわち、主たる塑性ヒンジの入れ替わりが生じ、塑性ヒンジの相対卓越度が著しく減少することがあることを明らかにした。これは、免震橋における免震支承の剛牲を規定する場含等のように、2ヒンジ系の基本的な特性を表すために重要であり、耐震設計にいろいろな形で用いることが可能である。