hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
細菌性感染症における、ハ-ゲマン因子・カリクレイン・キニン系の生体防御的役割

従って、この連鎖系の活性化からみると、細菌性プロテアーゼは、ハーゲマン因子のみを活性化するもの、ハーゲマン因子とプレカリクレインを共に活性化するもの、及び、両者を活性化しないがキニノーゲンから直接キニンを遊離するものの3種に、暫定的に分類されることが明かとなった。血漿プロテア-ゼ前駆体であるハ-ゲマン因子(HF)が、活性化されてHFaになると、血漿プレカリクレイン(PK)をカリクレイン(kal)に活性化し、更にkalは、血漿高分子キニノ-ゲン(HMWKgn)に作用して生理活性物質ブラディキニン(BK)を遊離することが、in vitroの実験により知られている。この連鎖反応が、in vivo、特に皮内血管外組織においても発現し、結果として血管透過性亢進が惹起されることが、薬理学的手法、及び、免疫学的にPKを除去したモルモットを用いた今回の研究により、まず明らかになった。また、この透過性亢進は、血漿中の巨大なプロテア-ゼインヒビタ-であるα2マクログロブリン(α2MG)を、局所血管外組織に動員するが、このα2MGが逆に局所のHFaを抑制することにより透過性亢進を終息させていることが、免疫学的にα2MGを除去したモルモットに透過性亢進延長を認めることにより示唆された。このHF-PK-BK系に対する活性化因子として、病原微生物等由来の11種のプロテア-ゼについて検討した。今回、セラチア菌培養上清中から精製した73Kプロテア-ゼを含め、9種のプロテア-ゼがin vivo及びin vitroにおいてHFを活性化し、うち3種は直接PKをも活性化した。活性化しなかった2種も、HMWKよりBK様分子を遊離して透過性を亢進させた。従って、HF-PK-BK系は広範な微生物性プロテア-ゼにより活性化され、透過性亢進を引き起こすことが明かとなった。この透過性亢進により動員されたα2MGは、上記の負のフィ-ドバック系として関与しているのみならず、侵入細菌に由来する組織破壊性プロテア-ゼを阻害することが十分に期待できる。従って、HF-PK-BK系は、侵入細菌由来のプロテア-ゼの存在をモニタ-し、組織破壊を阻止するという生体防御的役割を持つ系であることが、今回の研究を通して強く示唆された。
半導体デバイスを利用した生体膜相分離構造のアクティブ制御

生体膜は数種類の脂質からなる多元系で、体内の環境に応じて「相分離」し、ドメイン構造を形成する。我々は、膜タンパク質のバイオセンサーへの応用として、また構造解析に有用な二次元結晶化の手法として、固体基板上脂質二重膜におけるドメイン構造の凝集、輸送のアクティブ制御の実現を目標としている。本研究では、最初に外部からの光刺激によって、相分離ゲル相ドメインの優先形成制御を試みた。さらにこの優先形成のメカニズムを解明するともに、この現象を利用することで、このドメイン密集領域の位置、サイズ場制御、最終的には輸送制御を試みた。昨年度までに光照射によるゲル相ドメインの優先形成制御に成功してたので、本年度はさらにそれを発展させて、以下のことを行った。・ゲル相ドメイン密集領域を一種のパターンに見立てることで、光照射と温度制御の組み合わせにより、ゲル相ドメインパターンの書き込み、消去、パターン位置の輸送を、その場アクティブ制御で実現した。・光照射スポットサイズによりパターンサイズの制御を実現した。・実際の生体においては、ゲル相ドメインではなく、ラフト構造と呼ばれるコレステロールを含む相分離構造が重要な役割を果たしている。そこで、PSM-DOPC-Cholesterol系において、人工的にラフト構造を再現し、そこに光照射を行うことで、ゲル相ドメインと同様に優先形成に成功した。・光照射だけでなく、電圧印加による相分離ドメインの制御も行った。基板には、化学酸化で表面にSiO_2を形成したSi基板を用いた。脂質にはDMPC/DOPC/TexasRed-DPPE(=50/50/1)を用い、ベシクル展開法により脂質二重膜を形成した。試料全体の温度制御はペルチエステージで、局所加熱は顕微鏡に付随する水銀ランプによる光照射で行った。観察は蛍光顕微鏡で行った。その結果、以下の知見を得た。・光照射によって、相分離したゲル相ドメインが優先形成されることを見出した。・光照射位置を変化させることで、ドメイン形成位置の制御に成功、さらに、ドメイン密集領域が移動させることにも成功した。・これらの優先形成のメカニズムは次のとおりである。ドメイン構造の増加はDMPC組成の増加を意味する。光照射により膜が局所加熱されると、熱膨張により局所的に歪みが生じる。それを緩和するため、光照射部に占有面積の小さいDMPCが拡散、流入し、ドメインが優先的に形成される。これらのメカニズムは、基本的に温度が深く関与している。そこで、次段階に向け、局所的加熱装置の開発と、AFMへの組み込みも行った。本年度は出版済みの論文はないが、投稿中である。
ヒトの触知覚特性に対応したリアルタイム因子抽出に基づく遠隔触覚伝達法

粗さ感・摩擦感・硬軟感を含む複数の触覚因子を統合したマスタ・スレーブ型触感伝達システムを開発した.このシステムでは,スレーブ側の触覚センサで,状態をリアルタイムに推定し,マスタ側に伝達する.その結果,複数の布素材やエンボス紙をほぼ識別できること,因子数を増やすほど識別率が向上することを確認した.また,触覚遠隔伝達のニーズ調査を行った結果,一般には触りにくいものを触るというニーズが大きいことを明らかにした.粗さ感・摩擦感・硬軟感を含む複数の触覚因子を統合したマスタ・スレーブ型触感伝達システムを開発した.このシステムでは,スレーブ側の触覚センサで,状態をリアルタイムに推定し,マスタ側に伝達する.その結果,複数の布素材やエンボス紙をほぼ識別できること,因子数を増やすほど識別率が向上することを確認した.また,触覚遠隔伝達のニーズ調査を行った結果,一般には触りにくいものを触るというニーズが大きいことを明らかにした.触覚遠隔伝達のための要素技術として以下の実績を得た。前野は、ヒトの指腹部と同等のサイズの分布触感検出用柔軟皮膚型触覚センサを開発した。表面には指紋上の凹凸を設けると共に、皮下には複数のセンサを埋め込んだ。また、本センサにより触感の基本因子である凹凸感、硬軟感、摩擦感を検出できること、刺激の方向識別も可能であることを確認した。また、超音波振動子と力覚提示装置を用いた触感ディスプレイの基本デザインを行い、凹凸感、硬軟感、摩擦感を複合的にヒトに提示できることを確認した。昆陽は、マスタ・スレーブ型の粗さ感伝達システムを対象として、ヒト模倣型触覚センサを利用して、対象物の波長をリアルタイムで推定する手法を提案し、通信遅れがある状況でもマスタ側で粗さ感を時間遅れなく呈示する手法を提案した。また、触感伝達のための基礎実験として、触運動と触刺激の間の時間遅れの影響を心理物理実験によって評価した。これにより、触刺激に遅れていることに気づく検知限の前に、遅れてはいないが触感が変化することに気づく検知限が存在することを確認した。さらにヒト指腹部有限要素モデルにより、剛体平板との接触時の摩擦係数と触覚受容器活動との関係を調べ、振動刺激による摩擦感の呈示法を提案した。超音波振動を利用した触角ディスプレイのために、パラレル配置した圧電バイモルフの共振を利用した小型の超音波振動子の設計も行った。以上のように、初年度は計画通り、触覚遠隔伝達実現のための基本要素技術に関する成果を得た。まず,昨年度提案した振動刺激を用いた摩擦感呈示法について,皮膚の固着・滑り振動を詳細に観測し,固着・滑り運動を疑似的に生成する摩擦を伴う1次振動系モデルを実装し,刺激生生成の精度を向上させた.これにより触速度,押し付け力に応じた自然な摩擦感の呈示が可能となった.また,FFTを用いた表面波長のリアルタイム推定を用いて粗さ感の伝達手法を改良し,触覚伝達システムの性能評価を詳細に行った.これにより,特にジッタを含む通信遅延時に,物理パラメータ伝達による触感伝達法の有効性が明らかになった.さらに,通信遅延が触感に及ぼす影響を評価し,触運動と皮膚感覚の時間的不整合が,触運動の抵抗感などの深部感覚の知覚にも影響を及ぼす可能性を示した.また、触覚遠隔呈示システムのNEEDSに関する研究を行った。すなわち、マインドマップやブレインストーミングに基づき、触覚研究の必要性を徹底的に洗い出した。調査やブレインストーミングなどは、30名を超える多くの専門家および学生を対象とした。学生は、理工学系のみならず、医療福祉系の学生も交えた。その結果、皮膚感覚提示技術の用途を洗い出し,同技術が創出する価値を詳細に分析した。すなわち,皮膚感覚提示技術の価値を,(1)皮膚感覚の役割,(2)五感提示技術の価値,(3)他感覚との比較の3つの観点から分析することによって,皮膚感覚提示技術のニーズを明確にした。また、皮膚感覚の役割は、状態の識別(識別感覚/意識/手指)、周囲の変化の把握(識別感覚/意識/全身)、作業の補助(識別感覚/無意識/手指)、周囲の不変を把握(識別感覚/無意識/全身)、能動的な快感の取得(原始感覚/快/手指)、受動的な快感の取得(原始感覚/快/全身)、触対象の危険の感知(原始感覚/不快/手指)、自身の危険の感知(原始感覚/不快/全身)であることを明らかにした。粗さ感・摩擦感・硬軟感を含む複数の触覚因子を統合したマスタ・スレーブ型触感伝達システムを開発した.このシステムでは,スレーブ側の触覚センサで,物理因子(振動の波長と振幅,動摩擦係数,ばね定数)をリアルタイムに推定し,マスタ側に伝達する.マスタ側では,伝達された物理因子と,操作者の触運動から触刺激を生成するローカルモデルを触覚因子ごとに実装し,統合した.その結果,複数の布素材やエンボス紙を6090%程度で識別できること,因子数を増やすほど識別率が向上することを確認した.また,触覚伝達の通信遅延が触感に及ぼす影響を心理物理実験により調査した.触運動時に触覚フィードバックに遅延を設けると,その検知限は60ms程度であるが,それよりも短い40ms程度の遅延で,遅延ではないが触感の変化として知覚される領域が存在することを明らかにした.さらに,マスタ・スレーブシステムのアプリケーション例を探るために,ブレインストーミングやマインドマップを用いて触覚遠隔伝達のニーズ調査を行った.

また,その結果を分類した.その結果,一般には触りにくいものを触るというニーズが大きいことを明らかにした.これを検証するために,生きたカメと剥製のカメをマスタ・スレーブシステムを介して触る実験を行った。その結果,生きたカメを触った時の方が,より好奇心を満たされること,力覚のみを提示する場合と比べて,本システムを用いて触覚を提示したときのほうがより満足度が高いことなどを明らかにした.
テラヘルツ・スタンダードコム内蔵型周波数カウンターの開発

本研究では、独自に開発した『多周波ヘテロダイン光伝導検出』を用い、マイクロ波帯からテラヘルツ(THz)帯の広帯域に亘り絶対周波数が高確度に値付けされた『THz周波数の物差し』を生成し,これを内蔵する超精密なTHz周波数カウンターの開発を行った。装置は小型・安定・ロバスト等の実用性を重視しファイバーレーザーを光源として用いた。装置評価では、2.4*10^<-11>の測定精度、1THzの測定帯域、数百nWのパワー検出限界を確認出来良好な結果を得た。本研究では、絶対周波数が高確度に値付けされた『THz周波数の物差し(PC-THzコム)』を生成し,これを内蔵する超精密なTHz周波数カウンターの開発を行う。ここで、レーザー光源にモード同期ファイバーレーザーを用いることにより、光源部分の小型化が可能になる。さらに、レーザーとTHz検出用光伝導アンテナを光ファイバーで直接カップリングすることにより、計測装置に小型・ロバスト・メンテナンスフリー等の特徴を付与することが可能となる。そこで、本研究では、THz周波数カウンターの光源にファイバーレーザーを用いる。今年度は、まず、現有のエルビウム・ファイバーレーザーの安定化制御装置の開発を行った。モード同期周波数の20次高調波成分を検出し、これをルビジウム原子時計に位相同期することにより、ルビジウム原子時計と同程度に安定(10^<-12>@1秒)なTHzコムの生成に成功した。また、被測定CW-THz波の絶対周波数を測定するためには、CW-THz波とのビート信号を生成しているコムモードの次数を決定する必要がある。そこで、次数決定のためのモード同期周波数掃引機能をファイバーレーザに追加し、良好な結果を得た。次に、サブTHz帯テストソースとPC-THzコムとのビート信号をRF帯スペクトラム・アナライザーで観測し、光伝導ミキシングに関する特性調査を行った。特に、光伝導アンテナで電磁波を受信する際のノイズ特性の結果から、最適な光伝導アンテナを決定した。そこで、本研究ではTHz周波数カウンターの光源にファイバーレーザーを用いる。今年度は、昨年度作成を行ったルビジウム原子時計基準の周波数目盛りであるPhotoCarrier(PC)-THzコム生成部に続きTHz電磁波の検出部の開発を行った。検出部の構成は高感度検出が可能なボウタイ型GaAs光伝導アンテナとファイバーレーザーと直接カップリングが可能な1.5μ帯波長に感度を有するInGaAs光伝導アンテナを用いた2種とした。評価用テストソースには、ルビジウム原子時計基準の逓倍発振器(75110GHz)と中赤CWレーザのフォトミキシングによるソース(120GHz)を用いた。開発された装置を前者のソースにより評価した結果、絶対周波数が2.4×10-11の高確度で決定出来る事が分かった。又、両テストソースの周波数変動を実時間でモニタリングを行い、THz帯光源の実時間での周波数振る舞いを初めて観測した。本研究では、絶対周波数が高確度に値付けされた『テラヘルツ(THz)周波数の物差し』を生成し,これを内蔵する超精密なTHz周波数カウンターの開発を行う。さらに、レーザーとTHz検出用光伝導アンテナを光ファイバーで直接カップリングすることにより、計測装置に小型・安定・ロバスト・メンテナンスフリー等の特徴を付与することが可能となる。今年度は、THz周波数カウンターの周波数帯域を確認するため、サブTHzTHz領域において広帯域な櫛の歯状超離散マルチ・スペクトルを有する電磁波THzコムの計測を行った。電磁波THzコムは、別途準備したフェムト秒ファイバーレーザーから出力された光コムを、非線形光学結晶で波長変換した後、THz発生用光伝導アンテナに入射することにより発生させた。測定の結果、開発したTHz周波数カウンターが少なくとも3THzまではスペクトル感度を有することを確認した。また、サブTHz帯CW-THz光源を用いてパワー検出限界の評価を行い、数十nWのCW-THz波の計測が可能なことを確認した。次に、THz周波数カウンターの応用計測として、マイクロ波原子時計に位相同期したTHzシンセサイザーの基本特性評価に適用した。THzシンセサイザーから出力されたCW-THz波のスペクトル振る舞いをTHz周波数カウンターで詳細に調べた結果、THzシンセサイザーがスペクトル線幅600kHz、周波数不確かさ10^-12を有していることを確認した。
筋萎縮性側索硬化症とTDP-43:その病理像の全貌と分子病態機序の解明

我々は、臨床病理学的並びに免疫組織化学的に筋萎縮性側索硬化症剖検例を検討し、孤発性ALS、は広汎な部位の神経細胞及びグリア細胞の双方を侵すTDP-43プロテイノパチーであることを示した。また、TDP-43遺伝子改変マウスを作製し、ヒト患者凍結脳と併せ分子生物学的解析を行った結果、ALSは"TDP-43の機能としての他の遺伝子に対する選択的スプライシングの異常、あるいはTDP-43自身への選択的スプライシングの異常"によって引き起こされる可能性を示唆する今後に向けた予備的データを得ることができた。本年度は、筋萎縮性側索硬化症(ALS)におけるTDP-43異常と臨床病理について、多くの剖検例を対象とした免疫組織化学的検討を行った。1.臨床病理学的に孤発性ALSと診断された35症例(人工呼吸器使用有;ARS^+、無;ARS^-、使用例は10年以上生存)を対象に、抗TDP-43抗体を用いた免疫組織化学的検討を行った。その観察結果は、孤発性ALSは広汎な部位の神経細胞及びグリア細胞の胞体内にTDP-43の異常蓄積を認めるプロテイノパチーであることを示していた。統計学上、TDP-43陽性神経細胞胞体内封入体の分布は2つの型に分けられた。1型は脳幹・脊髄中心型、2型は脳幹・脊髄に加え、大脳にも広汎に分布する型であった。ARS^-およびARS^+のいずれの症例も同じ1あるいは2型に分類され、2型は認知症と有意な相関を示した。2.下位運動ニューロン症状のみを認め、長期間生存し得た孤発性ALSの5例を対象に、同様の免疫組織化学的検討を行った。通常の孤発性ALS群に比し、これらの症例ではTDP-43陽性神経細胞内封入体の数は明らかに少なく、その分布も限局性であった。また、アストロサイトと思われるグリア細胞内における異常TDP-43の蓄積は通常のALSより目立ち、とくに変性の強い脊髄前角において著明であった。このような臨床型のALSは、TDP-43の動態から見ても通常のALSとは異なっていた。以上、ALSはTDP-43を指標とした場合、多系統変性症であり、病理学的には2つの型に分類可能であること、また、その病理型は、人工呼吸器による長期生存の影響を受けないことが示された。さらに、ALSには、TDP-43異常が軽度で、臨床経過の長い亜型の存在が明らかとなった。これらの研究は、今後のALSの基礎と臨床を考える上で、極めて重要な知見を提供したといえる。本年度は、筋萎縮性側索硬化症(ALS)におけるTDP-43異常の臨床病理と実験病理について、以下の研究を行った。I.長期生存ALS症例におけるTDP-43の異常人工呼吸器を使用し、長期生存し、臨床的にtotally locked-in stateへ移行した孤発性ALS 1剖検例の組織学的並びに免疫組織化学的検討を行った。上位・下位運動ニューロン系の変性は高度で、多くの部位の非運動ニューロン系でも高度であった。本例では、運動ニューロン系を含む多くに部位にTDP-43陽性神経細胞胞体内封入体を認めた。それら個々の部位の変性の程度は強いが、TDP-43陽性神経細胞胞体内封入体と神経細胞脱落の分布は孤発性ALSのtype 2に相当した。つまり、本来type 2のTDP-43陽性神経細胞胞体内封入体の分布を示す症例は人工呼吸器の導入後に本例のような多系統高度神経変性とtotally locked-in stateへ移行しえるものと考えられた。遺伝性神経疾患のポリグルタミン病のひとつであるMJD 10例を対象に脊髄・脳幹についてTDP-43の異常発現を免疫組織化学、生化学的に検討した。その結果、MJDの下位運動ニューロン胞体内のみに、選択的にTDP-43が蓄積することが判明した。生化学的には、孤発性ALSで認められる断片型TDP-43は検出されなかった。ALSにおける運動ニューロン変性・死におけるTDP-43の病的メカニズムを考察する上で重要な新知見と考えられた。III.TDP-43遺伝子改変マウスの神経病理孤発性ALSと同一の病理所見をもつ家族性ALSにて見いだされた変異型TDP-43、Q343R変異を導入したノックインマウスを作製した。12ヶ月齢において,マウスは明らかな神経症状は示さず、また病理学的検索にても,神経細胞脱落や,異常凝集体を認めなかった。この結果より,変異型TDP-43による神経症状発症のためには,変異に加え,他の要因が必要であると考えた。今後24ヶ月例の検索,また異常リン酸化の有無につき、更に検討を加える予定である。

本年度は、筋萎縮性側索硬化症(ALS)におけるTDP-43異常について、以下の分子病理学的研究を行った。(1)ALS患者剖脳におけるTDP-43スプライシングバリアントの解析:TDP-43のエクソン内でのスプライシングは、このエクソン内に、2カ所にイントロンを形成することで制御されている。主なものは1、5番であり、1番はナンセンス依存性分解機構で分解される。最初のイントロン1のスプライシングが極めて多様性に富むが、ここが正確なアクセプター、ドナーサイトを使用しない場合、イントロン2のスプライシングがおこらず、ナンセンス依存性分解機構が惹起されず、結果として、C末の異なるTDP-43が産生される。患者剖検例の脊髄由来cDNAを検討し、これらC末の異なるTDP-43由来のmRNAの存在することを確認した。(2)TDP-43のスプライシングを制御する因子の検討:mRNA前駆体のスプライシングはmRNA前駆体への抑制因子と促進因子の結合のバランスで制御されている。促進因子の代表的なものとしてSC35、抑制因子としてはhnRNPが挙げられる。TDP-43のエクソン6はこれらの因子の結合領域を多く含む。元来TDP-43はhnRNP結合蛋白であり、スプライシング抑制因子としての役割が推定されている。そこで我々は、TDP-43そのものがTDP-43のスプライシングに寄与すると考えた。KOマウスのヘテロ結合体にてTDP-43のmRNA量が減少していないこと、このマウスの線維芽細胞でスプライシングバリアントの構成が変化していることを確認した。(3)TDP-43により卿御されるSKAR、U12依存性遺伝子産物のスプライシング異常の検討:ALSでは、TDP-43自身のスプブイシンク異常をきっかけとして、TDP-43の機能喪失により神経障害がおこると推察した。実際、我々が作製したTDP-43のKOマウスは胎生致死であり、またNSE-creマウスと交配させた神経細胞での選択的KOマウスも2週までに死亡した。このことはTDP-43が神経細胞の維持に重要な役割を担っていることを示していた。TDP-43の喪失によりスプライシング異常がおこる遺伝子としてSKARを単離した。以上、本年度に得られた分子生物学的データを基に、今後、TDP-43のスプライシング異常の存在をターゲットにALSの分子病態機序の解明に迫る研究を継続していく所存である。
寄生バチMelittobiaにおける死を伴う雄間闘争の進化

性比調節(雄と雌の子供をどのような割合で産むべきか)の問題は、進化・行動生態学の中で、最も成功をおさめてきた分野のひとつである。しかし、この分野の問題のひとつに、理論研究は出生時の性比を予測するのに対し、実証研究では研究者が雌雄を見た目で区別できるようになったときの性比が測られている点があげられる。本研究では、これまでの理論よりも極端な雌偏向性比を示す寄生バチMelittobiaの性比調節行動について検討した。本属のハチは、幼虫期の行動についてはこれまで不明であったが、雄の成虫どうしは殺し合いの闘争を行うため、羽化時の性比は産卵時の性比よりも雌に偏る可能性が示唆されている。そこで、マイクロサテライトDNAマーカーを用いて産卵時の性比を調べたが、羽化時の性比と変わらず、母親が極端な雌偏向性比で産んでいることが明らかになった。また、様々なタイミングで産卵中の母親を取り除き、雌雄の生産スケジュールを調べたところ、産卵の初期に雄を1卵産み、その後はコンスタントなタイミングで、間隔をあけて少数の雄を産んでいた。性比の分散はランダムな二項分布による分散よりも有意に小さく、母親が正確に雌雄を産み分けていることが明らかとなった。このような雌雄の産み方と性比は、動的ゲームモデルを用いて既存の理論に雄成虫の闘争の効果を組み込んだモデル(Abe et al.2008)の予測に一致し、母親は後から羽化する殺されやすい雄をあまり産まず、雄間闘争を避けるように進化したものと考察された。1.雄間闘争が性比調節に与える影響を検討するため、ダイナミックシミュレーションモデルを作成した。本モデルでは、雄の羽化順序によって雄間闘争の強さが決定される。これまでの性比調節モデルでは、雄の配偶競争能力はすべての雄間で等しいと暗黙に仮定されていたが、雄問闘争により雄間の競争能力に非対称性を生じさせることにより、進化的に安定な性比は既存のモデルによる予測値から大きく偏ることが示された。この結果は、非常に激しい殺し合いの雄問闘争を示す寄生バチMelittobiaにおいて、これまでの理論では説明できなかった極端な雌偏向性比を説明するものと期待される。2.寄生バチMelittobiaにおいて、未交尾雌の繁殖戦略について検討した。膜翅目昆虫は単数倍数性による性決定機構を持つため、未交尾雌であっても未受精卵で雄を産むことが可能である。これまでに、未交尾雌が単独で産卵する場合、少数の雄を生産し自分の息子と交尾した後、通常の交尾雌と同様の産卵を行うことが知られていた。本研究では、未交尾雌が交尾雌と同じ寄主に産卵するときに、どのような産卵を行うのかについて検討した。予測では、未交尾雌の息子は交尾雌の娘と交尾することができるため、未交尾雌は息子間の配偶競争に備え、単独で産卵するときよりも多くの雄を生産しると考えられる。しかし、マイクロサテライトDNAマーカーによって、未交尾雌と交尾雌の息子を区別して測定したところ、未交尾雌は単独で産卵するときよりも多くの雄を生産するものの、予測された息子数よりははるかに少なく雄を生産することがわかった。この結果は、未交尾雌が多くの息子を生産したとしても、激しい雄間闘争により息子が殺されるため、雄間闘争を避けるように雄を少なく生産すると解釈された。3.今後の野外調査で必要なマイクロサテライトDNAマーカーの開発を試みた。一般的に有性生殖を行う動物は、交配を行わないと次世代を残すことはできない。しかし、ハチやアリなどの昆虫は、半数倍数性の性決定様式を持つため、交尾を行わなかった処女雌であっても、半数体の雄のみは生産することができる。寄生バチMelittobiaでは、母バチが単独で産卵するとき、少数の雄卵のみを生産し、自らの息子と交尾した後、正常に雌雄を産卵することが知られていた。処女雌が交尾雌と同じ寄主に産卵するときは、単独で産卵するときよりも統計的に有意に多くの息子を産卵することを、今回初めて明らかにした。この処女雌の産卵調節行動は、数理モデルによって予測された進化的に安定な戦略とも定性的に一致し、自然選択の結果適応的に進化したものと考えられる。数理モデルによる予測では、処女雌は実際よりもさらに多く雄を生産すると予測されたが、この定量的なずれの原因として、本属特有に見られる雄間闘争が関与している可能性が考えられた。Melittobia母バチは500以上の卵を2から3週間にわたって産み続ける。息子と娘の生産スケジュールを調べた結果、母親は少数の息子をコンスタントに少しずつ生産していることがわかった。この雌雄の生産スケジュールは、一定の確率に従ってランダムに雌雄を産み分けていると仮定したときの分散(2項分布に従う分散)に比べ、統計的に有意に小さいものであった。この結果は、母バチが雌雄をランダムに産んでいるのではなく、あるスケジュールに従って正確に産み分けていることを示している。このような正確な産み分け能力が進化した原因として、雄間闘争を避けるように息子を産む間隔を正確に空けているためであると考えられた。

しかし、この分野の問題のひとつに、理論研究は出生時の性比を予測するのに対し、実証研究では研究者が雌雄を見た目で区別できるようになったときの性比が測られている点があげられる。本研究では、これまでの理論よりも極端な雌偏向性比を示す寄生バチMelittobiaの性比調節行動について検討した。本属のハチは、幼虫期の行動についてはこれまで不明であったが、雄の成虫どうしは殺し合いの闘争を行うため、羽化時の性比は産卵時の性比よりも雌に偏る可能性が示唆されている。そこで、マイクロサテライトDNAマーカーを用いて産卵時の性比を調べたが、羽化時の性比と変わらず、母親が極端な雌偏向性比で産んでいることが明らかになった。また、様々なタイミングで産卵中の母親を取り除き、雌雄の生産スケジュールを調べたところ、産卵の初期に雄を1卵産み、その後はコンスタントなタイミングで、間隔をあけて少数の雄を産んでいた。性比の分散はランダムな二項分布による分散よりも有意に小さく、母親が正確に雌雄を産み分けていることが明らかとなった。このような雌雄の産み方と性比は、動的ゲームモデルを用いて既存の理論に雄成虫の闘争の効果を組み込んだモデル(Abe et al.2008)の予測に一致し、母親は後から羽化する殺されやすい雄をあまり産まず、雄間闘争を避けるように進化したものと考察された。
ＳＰＥ膜技術で発生する電解酸素を用いた新しい藻類増殖抑制手法の開発

SPE膜技術で発生する電解酸素を用いた新しい藻類増殖抑制手法の開発を目的にSPE膜を用いた電解酸素発生装置の改良および植物プランクトン増殖抑制効果に関する検討を行った。その結果、様々な藻類に対しても電解酸素曝気環境は増殖抑制効果を有すること、有毒物質産生藍藻類が産生し放出した有毒物質が分解されること、有毒物質産生に関与する遺伝子発現を抑制することが判明した。さらに、これらの効果が、酸素と共に生成される活性酸素種(OHラジカルおよびオゾン)による可能性が高いことが示された。また、これまで一般的に電極素材として使用されている白金の代わりに、低コストのイリジウムが使用可能なことを明らかにした。本研究は、申請者が開発中の電解酸素発生装置(Oxygen Productive Electrode;OPE)システムで、1なぜ植物プランクトン増殖抑制が認められるのかについてその詳細な機構を培養実験と分子生物学的手法を用いた遺伝子発現解析から明らかにすること、2OPE電極の更なる効率化(耐久性、コスト)の検討を行い二酸化炭素をほとんど放出しないシステム構築を通じ水源池および浄水場での安価で安定的な酸素供給・藻類増殖抑制技術の開発と適用実現を目指すこと、を目的に実施するものである。H25年度は、藻類増殖抑制機構の解明に関する培養実験による検討、およびOPE電極から発生する活性酸素種の確認実験を行った。増殖抑制機構の解明においては,OPE電極の使用場所候補である植物工場内に繁茂する藻類を集積培養の後、OPE曝気系、純酸素曝気系、空気曝気系、コントロール系(曝気無)の各曝気条件下で室内培養実験を行い、経時的に分析用藻類試料を分取し、細胞数およびクロロフィル濃度測定から藻類の増殖について計測した。その結果、OPE曝気系で植物工場で繁茂する藻類に関しても増殖抑制が認められた。また、各種活性酸素種の確認実験から、OPE電極曝気系でのみオゾンおよびOHラジカルの発生が認められ、これら活性酸素種が藻類の増殖抑制に寄与していることが強く示唆された。2年間の研究期間において、白金に代わるOPE電極素材候補の検討を行い、代替金属候補の目途がたったこと、これまで確認していた藍藻類以外の藻類である緑藻類や植物工場内で繁茂する藻類群集といった藻類全般に対する増殖抑制効果を確認したこと、藻類増殖抑制の原因物質について活性酸素種である可能性が高いことを明らかにしたこと、などの成果を得ることが出来た。H24年度は、植物プランクトン増殖抑制機構の解明に関する培養実験による検討、およびOPE電極の装置構造改良ならびに電極素材の検討を行った。増殖抑制機構の解明においては,OPE曝気系、純酸素曝気系、空気曝気系、コントロール系(曝気無)の各曝気条件下でのラン藻類および緑藻類を用いた室内培養実験を行い、経時的に分析用藻類試料を分取し、細胞数およびクロロフィル濃度測定から各藻類の増殖について計測した。その結果、OPE曝気系でラン藻類のみならず緑藻類でも増殖抑制が認められることが判明した。ただし、実験開始から増殖が抑制される時間については、藻類種により異なる可能性が示された。また、藻類細胞からゲノムDNAおよびRNAを抽出し定量PCRによる遺伝子発現解析に用いるための試料を得た。OPE電極の改良においては,電極材料の検討を行い、白金に代わる電極素材についての目処をつけた他、耐久性を上げる為の改良を実施した。本研究申請の研究目的は、申請者が開発中の電解酸素発生装置(Oxygen Productive Electrode;OPE)システムで、1なぜ植物プランクトン増殖抑制が認められるのか、その詳細な機構を培養実験と分子生物学的手法を用いた遺伝子発現解析から明らかにする、2OPE電極の更なる検討(耐久性、コスト)を行いエネルギー消費が最小のシステムを構築し、水源池や浄水場での安価で安定的な酸素供給・藻類増殖抑制技術の開発と適用実現を目指す、である。H24年度は、これまでにデータを得ていたラン藻類以外の緑藻類に対してもOPE曝気系で増殖抑制効果が認められること、藻類種により増殖抑制効果が現れる時間が異なる可能性があること、OPE電極のコストダウン及び耐久性向上に関する知見蓄積ができたこと、など研究目的に掲げた内容に関して順調にその結果を蓄積出来た、と判断している。

研究最終年であるH25年度は,H24年度より継続しOPE電解酸素供給がなぜ植物プランクトン増殖抑制効果を発揮するのか、にについて培養実験と分子生物学的手法を用いた遺伝子発現解析から明らかにする。また、開発した新OPE電極を用いたOPE酸素供給装置の評価を行い、低エネルギーで運用可能な水浄化システム構築に資するデータを集積し、二酸化炭素をほとんど放出しないシステム構築を通じ、水源池および浄水場での安価で安定的な酸素供給・藻類増殖抑制技術の開発と適用実現を目指す。「該当なし」
超伝導の整流素子への応用に関する基礎的研究

超伝導マグネットの電源として使用することを目的とした磁気式超伝導スイッチに関して、スイッチの試作し、実験及び理論的に基本特性を把握した。研究成果の概要を以下に示す。1.設計と試作:スイッチ用超伝導線材の条件は、大臨界電流密度、高臨界温度、低臨界磁場である。その条件より、超伝導材を調査し、比較的に入手が容易なNbー1%Zr/CuーNiをスイッチ用線材とした。また、磁界発生用超伝導マグネットはリアクタンスが小さく均一磁界を発生させる必要があるため、二重ソレノイド型を採用した。2.基本特性実験:試作超伝導スイッチを用いて、定ゲート電流特性実験とスイッチング過渡特性実験を行った。定ゲート電流特性実験より、超伝導スイッチのオフ抵抗値や磁界発生用マグネットのリアクタンスが、事前に行った理論計算と一致することを確かめた。スイッチング過度特性実験は、スイッチと並列に抵抗を接続した回路を電流源で駆動する簡単な回路で行った。特に注目すべき結果は、スイッチのターンオン現象であり、その時のスイッチの電流は、電流源電流や並列抵抗値に依存せず、スイッチ上の磁界のみに依存することである。この顕著な例として、ターンオンに失敗した場合はスイッチ初期電流に依存せず、常に同じ電流値となる。3.理論:液体ヘリウムの冷却特性とスイッチの熱発生の平衡条件から、ターンオン過度時においてスイッチが部分的に常電導であることが推定された。そこで、スイッチの臨界特性、液体ヘリウムの熱伝達特性、スイッチ含浸用のエポキシ樹脂の熱伝導特性を求め、それらを総合した理論計算により、この特性が把握され、理論計算と実験結果がよく一致した。また、以上の理論計算を用いて、ターンオン時のスイッチング損失理論計算を行い、実験結果とよく一致した。
SUMO化によるクロマチン構造制御複合体の機能変換

SUMOは細胞周期・染色体組換え・分配・クロマチン動態・遺伝子発現・核輸送などに関わる種々のタンパク質を翻訳後修飾することで発生・増殖・老化などに関与する。こうした多彩なSUMO修飾システムを理解するためには、シグナル伝達網におけるSUMO化基質の位置付けを明確にすることが重要である。我々は、多彩なSUMO修飾システムの全容を理解する事を最終目標として、分裂酵母をモデル生物にプロテオミクス的手法によりSUMO化基質タンパク質の同定を行なっている。その過程で、クロマチン構造制御複合体に関与する重要な因子群がSUMO化修飾を受けることを見いだした。それらの主なものは、ヒストン脱アセチル化酵素:Clr6、クロマチンリモデリングRSC複合体構成因子、FACT(Spt16-Pob3)複合体、及びヒストンメチル化転移酵素Set1複合体であった。今回、そのうちの一つであるクロマチンリモデリングRSC複合体のSUMO化修飾について解析を進めた。真核生物の染色体DNAは、核内で高度に折り畳まれたクロマチン構造をとっているため、遺伝子発現にはクロマチンリモデリング因子やヒストン修飾などによるクロマチンリモデリングが重要である。RSCクロマチンリモデリング複合体は、ATPの加水分解を伴って染色体構造の再編を行なう生育に必須なクロマチンリモデリング因子である。我々は、分裂酵母のRSCクロマチンリモデリング複合体に含まれると予想されるRsc1及びRsc8が、in vivo及びin vitroにおいて実際にSUMO化修飾を受ける事を明らかにした。また、分裂酵母RSC複合体の精製により、実際にRsc1とRsc8が複合体形成をしている事がわかり、さらに分裂酵母RSC複合体のその他の構成因子に関する情報も得られた。
情動的ストレス状況下において「花」が人にもたらす生理的・神経科学的効果

花や緑の存在によって私たちは"安らぎ"を感じるが、この時、ヒトの脳と身体の中でどのような変化が生じているのかはこれまで検証されてこなかった。本研究では実験的に作り出された精神的ストレス状況下で「花の写真」を提示された条件と「花以外の写真」を提示された条件における血圧、ストレスホルモン、脳血流量を比較・検証した。「花」は精神的ストレスによって生じた扁桃体周辺領域の過活動を低減させることで近接する視床下部を抑制する。その結果、交感神経系の活動が抑制され、血圧の低下(安定)やストレスホルモン値の減少を生じさせることが示唆された。フィールド研究では数週間生活空間に切り花を飾ってもらうことで、闘病中の患者の無気力感が低下し、家族のメンタルヘルスが向上した。花や緑の存在によって私たちは"安らぎ"や"活力"を感じる。本研究の目的はこのような花き類のもつ効果とそのメカニズムを医学・生理学・神経科学の各側面から明らかにし、その利用法を開発することである。花や緑の存在によって私たちは"安らぎ"を感じることができる。本研究ではストレス状況下において花の写真を提示した場合の心臓血管系(血圧・心拍)の変化を測定し、花によるストレス軽減効果を検証した。実験開始前の段階において、被験者の血圧はやや高い値を示していた(平均血圧100.8mmHg :収縮期130.6mmHg、拡張期82.3mmHg)。その後、精神的なストレスを引き起こす不快画像(国際情動喚起システム: IAPS, Langet al., 1999)を提示(6秒間)することで血圧はさらに上昇し、不快画像が消えると減少に転じた。不快画像が消えた後に「(1)花の写真」を6秒間提示した条件と、「(2)花のモザイク写真」、「(3)固視点」を提示した条件において血圧の変化を比較した結果、「(1)花の写真」を提示した条件では他の2条件に比べて血圧値が有意に低いことが示された。「(1)花の写真」と他の条件との平均血圧値の違いは最大約2mmHgであった。心拍数については条件間で有意な差は認められなかった。本研究の結果は、花の写真がストレスによって上昇した血圧を効率的に低下させる(血圧回復性を促進する)ことを示唆している。「健康日本21(厚生労働省)」では、国民の収縮期血圧が平均2mmHg低下すると循環器疾患全体で2万人の死亡が予防できると試算している。職場や家庭に花を飾り、ストレスによってもたらされる血圧上昇を緩和することは、心身の健康の維持に重要な役割を果たす可能性がある。【目的】平成20年度の検証によって、ストレスによる交感神経系の過活動(血圧の上昇)は花の写真を見ることで効率的に抑制されることが明らかとなった。本年度は同様のストレス軽減効果を内分泌系の指標(唾液中に含まれるストレスホルモン:コルチゾール)を用いて検証した。【方法】健常な18歳以上の男性21名(平均年齢21.4歳)が本実験に参加した。4分の休憩の後に被験者に対して情動的なストレスを与え(恐怖・嫌悪などの不快情動を喚起させる画像を順次8枚提示)、その後に花の写真を見る条件と花以外の写真(花のモザイク写真)を見る条件を設けた。ストレスホルモンである唾液中コルチゾールはイベントの生起から約20分後に最大値を示すことから、実験開始より約20分後(pre)と36分後(post)に唾液サンプルを採取した。【結果とまとめ】花の写真を提示した条件においてのみストレス生起前(pre)に比べ実験後の値(post)が有意に低下したことが示された(P<0.05)。本研究結果は花を見ることによって得られるストレス軽減効果が内分泌系の働きにも影響を与えることを示唆している。【目的】平成20から21年度の検証によって、ストレスによる交感神経系の過活動は花の写真を見ることで効率的に抑制されることが明らかとなった。ストレスを受けて上昇していた被験者の血圧やストレスホルモン(コルチゾール)は花(一重のスプレー菊)の写真を見ることによって効率的に低下した。そこで本年度は同様のストレス軽減効果を脳活動の視点から検証し、花による自律神経系の脳内制御機構の検証を行った。【方法】健常な18歳以上30歳以下の男女16名が本実験に参加した。情動的なストレスを与えた(恐怖・嫌悪などの不快情動を喚起させる画像を提示)後に花の写真を提示する条件と花以外の写真(花のモザイク写真)を呈示する条件を設け、fMRIによる脳活動の計測を行った。

被験者はストレス画像を提示された時とそれ以外の画像(花、モザイク)を提示された時に主観的不快度を毎回ボタン押しによって報告するよう求められた。【結果とまとめ】情動的なストレス写真を提示されると被験者の主観的不快度は一様に上昇した。その後、花の写真を提示された条件の方が花以外の写真を提示された条件に比べて不快度は有意に減少した(P<0.05)。また、花の写真を提示した条件では花以外の写真を提示した条件に比べて扁桃体の活動が低く抑えられていた(P<0.05)。扁桃体は情動の生起に関わる脳領域であり、とくに強い不快感情を抱くと活動が増加することが知られている。本研究結果は情動的なストレスによって増加した扁桃体の過活動が花の写真によって効率的に抑えられることを示唆している。【目的】平成20から22年度の検証によって、ストレスによる交感神経系の過活動は花の写真を見ることで効率的に抑制されることが示された。ストレスを受けて上昇していた被験者の扁桃体の過活動は花の写真を見ることによって効率的に低下し、血圧やストレスホルモン(コルチゾール)も低下した。本年度は花のもつストレス軽減効果を日常生活で検証するために、介護や闘病などで慢性的なストレスを感じている患者および家族に生花を提供し、メンタルヘルスへの影響を検証した。【方法】脳卒中や外傷性脳損傷患者を対象に季節の生花を用いたフラワーアレンジメントを実施し、自ら製作したアレンジメントを自宅に飾る群((1))と、生花の代わりに木棒で創作活動を行った群((2))において、介入の前後1週間における患者の気力(やる気スコア)と患者家族のメンタルヘルス(一般精神健康質問紙:GHQ)を用いて調査した。【結果とまとめ】患者に実施したやる気スコアでは(1)群において有意に得点が低下して無気力感が低減したが(P<0.05)、(2)群では得点の有意な変化は認められなかった。家族に実施したGHQでは(1)群の得点は実施前に比べ実施後に有意に低下したのに対し(P<0.05)、(2)群では有意な変化を示さなかった。本研究の結果より、生花を病院や施設で利用し、また家庭に飾ることによって患者の意欲を増大し、家族の心理的ストレスを低減することが示唆された。
Pincer型カルベンをリガンドとする新規ニッケル触媒反応の開発

前年度に引き続き,精密な触媒設計を目的として,立体的・電子的に多様性を持つN-heterocyclic carbene(NHC)由来pincer型ニッケル錯体群の合成とその触媒活性の評価についての研究を遂行した.まずはじめに,前年度に合成法を確立した,立体的性質の異なる4種のニッケル錯体に加え,リガンドのイミダゾリン環上に電子供与基あるいは求引基を導入した5種のニッケル錯体群を合成し,それらの触媒活性を調べた.その結果,芳香族ハライドとボロン酸との鈴木-宮浦カップリング反応において,リガンドの立体的・電子的性質の違いにより,それぞれの錯体が異なる触媒活性を示すことを明らかにした.今回の結果は,pincer型リガンドがその立体的・電子的性質を変化させることで,金属錯体自体の反応性を容易に制御することができることを示すものであり,精密な触媒設計を行う上で非常に有用な知見が得られたと考えている.続いて,実用的な有機合成を指向したクロスカップリング反応の開発を目的として,pincer型ニッケル錯体を用い,芳香族またはアルケニルトシレー卜およびメシレートの鈴木-宮浦カップリング反応を行った.詳細な検討の結果,pincer型ニッケル錯体存在下,"DMEあるいはdioxane中,120°C"という反応条件を用いることで,種々の芳香族トシレートおよびメシレートとボロン酸との反応が円滑に進行することを見出した.加えて,同様あるいはより穏和な反応条件下,アルケニルトシレートの反応も収率よく進行した.今後,トシレートやメシレートを基質とする広範なクロスカップリング反応への適用により,本触媒系の実用性をさらに向上できると考えている.これまでの検討により,N-heterocyclic carbene (NHC)由来pincer型新規ニッケル錯体を合成し,Heck反応,鈴木-宮浦カップリング反応,および熊田-玉尾-Corriuカップリング反応において,本錯体が高い触媒活性を有することを見出している.本研究では,pincer型ニッケル錯体の構造の違いが反応性に及ぼす影響についてのさらなる調査を目的として,立体的・静電的に幅広い性質を持つニッケル錯体群の合成とその触媒反応への応用について検討を行った.はじめに,メタラサイクルの環の大きさおよびイミダゾール環上の置換基を変化させた4種の新規ニッケル錯体を調製し,それらを触媒として用いて,鈴木-宮浦カップリング反応を行った.詳細な検討の結果,"K_3PO_4存在下,sBuOH中,100°C"という条件を用いることで,幅広い置換基を有する芳香族ブロミドおよびクロリドのアリールボロン酸あるいはビニルボロン酸との反応が円滑に進行し,高収率で目的とするカップリング成績体を得ることができた.またこのとき,メタラサイクルの環の大きさが反応速度に影響を及ぼすことも明らかとなった.加えて,幅広い置換様式を持つpincer型ニッケル錯体群の合成についても現在検討中である.さらには,それらを種々のクロスカップリング反応に適用することで,合成した錯体の反応性や安定性といった性質を明らかにすると同時に,錯体構造と触媒活性の相関を詳細に調べ,その結果を精密触媒設計を実践するための材料として活用していきたいと考えている.前年度に引き続き,精密な触媒設計を目的として,立体的・電子的に多様性を持つN-heterocyclic carbene(NHC)由来pincer型ニッケル錯体群の合成とその触媒活性の評価についての研究を遂行した.まずはじめに,前年度に合成法を確立した,立体的性質の異なる4種のニッケル錯体に加え,リガンドのイミダゾリン環上に電子供与基あるいは求引基を導入した5種のニッケル錯体群を合成し,それらの触媒活性を調べた.その結果,芳香族ハライドとボロン酸との鈴木-宮浦カップリング反応において,リガンドの立体的・電子的性質の違いにより,それぞれの錯体が異なる触媒活性を示すことを明らかにした.今回の結果は,pincer型リガンドがその立体的・電子的性質を変化させることで,金属錯体自体の反応性を容易に制御することができることを示すものであり,精密な触媒設計を行う上で非常に有用な知見が得られたと考えている.続いて,実用的な有機合成を指向したクロスカップリング反応の開発を目的として,pincer型ニッケル錯体を用い,芳香族またはアルケニルトシレー卜およびメシレートの鈴木-宮浦カップリング反応を行った.詳細な検討の結果,pincer型ニッケル錯体存在下,"DMEあるいはdioxane中,120°C"という反応条件を用いることで,種々の芳香族トシレートおよびメシレートとボロン酸との反応が円滑に進行することを見出した.加えて,同様あるいはより穏和な反応条件下,アルケニルトシレートの反応も収率よく進行した.今後,トシレートやメシレートを基質とする広範なクロスカップリング反応への適用により,本触媒系の実用性をさらに向上できると考えている.
フルクトース過剰摂取に起因した脂肪性肝炎と機能性食品成分によるその発症予防

肥満モデルマウス(KK-Ayマウス)に高スクロース食もしくは高フルクトース食を摂取させると、盲腸内の細菌叢に変化が起こり、特にビフィズス菌の減少が見られた。このような変化は高脂肪食でも見られるものであり、フルクトース過剰摂取に起因した脂肪性肝炎の発症に関係していると考えられる。ユーカリ抽出物を摂取させると腸管におけるフルクトース吸収が抑制され、高フルクトース食に起因した脂肪肝が抑制されるが、その活性成分としてテリマグランジンIを見いだした。また、ユーカリ抽出物以外に、バナバ、グァバ、オリーブ抽出物にもフルクトース吸収阻害活性があり、高フルクトース食に起因した脂肪肝の抑制に有効であった。ユーカリ葉抽出物中に含まれる腸管フルクトース吸収阻害物質について、23年度の研究でtellimagrandin Iを見いだした。tellimagrandin Iはユーカリ葉中に含まれる主要な加水分解性タンニン(エラジタンニン)であるので、他の加水分解性タンニンについても精製し他の加水分解性タンニンについても阻害活性を調べた。その結果、pedunculaginやtellimagrandin IIなどのエラジタンニンだけでなくガロタンニンであるpenta-O-galloyl-beta-glucoseにも阻害活性が見られた。したがって、ユーカリ葉抽出物に含まれる様々な加水分解性タンニン(エラジタンニン、ガロタンニン)がフルクトース吸収阻害に活性成分であり、スクロース・フルクトース過剰摂取に起因した肥満・脂肪性肝炎の予防に寄与しているものと考えられる。次に、スクロースを多量摂取に起因した脂肪性肝炎の発症に腸内細菌叢の変化が関係しているかについて検討した。具体的には、スターチ食(標準食)、高脂肪食、スクロース食、高脂肪スクロース食の4群に分けKK-Ayマウスを8週間飼育し、脂肪肝、肝臓障害、盲腸内細菌叢について調べた。その結果、スクロース食は高脂肪食と同様に脂肪肝が引き起こされており、さらに高脂肪スクロース食では脂肪蓄積量が増加していた。また、肝臓障害については血清ALT活性を指標として調べたところ、スクロース食、高脂肪スクロース食で有意なALT活性の上昇が観察された。さらに、盲腸内細菌叢の変動を明らかにする目的で盲腸内容物の短鎖有機酸(酢酸、プロピオン酸、酪酸)について検討したところ、スクロース食では高脂肪食同様にプロピオン酸、酪酸の減少が見られた。このことからスクロース食でも高脂肪食と同様に腸内細菌叢が悪化し、脂肪性肝炎の原因になっている可能性が示唆された。スクロースの多量摂取に起因した脂肪性肝炎の発症と腸内細菌叢の変化について検討した。スターチ食(標準食)、高スクロース食、高脂肪食を肥満・2型糖尿病モデルマウスであるKK-Ayマウスに摂取させ8週間飼育し、脂肪性肝炎の発症と腸内細菌叢について調べた。その結果、高スクロース食では高脂肪食と同様に脂肪肝を発症しており、肝臓障害のマーカーであるアラニンアミノトランスフェラーゼの上昇が見られた。盲腸内容物について調べたところ、高スクロース食では高脂肪食とは異なり、重量の減少は見られなかったが、有機酸組成に変化(プロピオン酸、酪酸の減少)は同様に起こっていた。さらに、Real-Time PCR法で盲腸内細菌叢を検討したところ、高脂肪食と同様に高スクロース食でBifidobacteriumの減少が見られた。したがって、スクロースを多量に摂取すると腸内細菌層が好ましくない方向に変化しており、高脂肪食の場合と同様に、脂肪性肝炎の発症に関与している可能性が示された。次に、高スクロース食摂取によるこのような腸内細菌叢の変化が、フルクトースによるものであることを確認するために、スターチ食(標準食)、高スクロース食、高グルコース食、高フルクトース食をKK-Ayマウスに4週間摂取させ、影響を調べた。その結果、盲腸内の有機酸組成を見ると、高フルクトース食では高スクロース食同様にプロピオン酸、酪酸ともに減少していたが、高グルコース食では減少が見られたのはプロピオン酸だけであった。また、Bifidobacteriumの減少も高フルクトース食では見られたが、高グルコース食では観察されなかった。したがって、フルクトースの過剰な摂取が腸内細菌叢の変化を起こし、脂肪性肝炎の原因の1つとなっていることが明らかとなった。ユーカリ葉抽出物の腸管フルクトース吸収阻害物質について、Caco-2小腸モデル細胞系によるアッセイシステムを用いて、各種カラムクロマトグラフィーにより精製した。その結果、加水分解性タンニン(エラジタンニン)の1種であるテリマグランジンIが主要な阻害剤として見出された。

その50%阻害濃度(IC50値)は5 μg/mLであり、比較として調べた没食子酸、エラグ酸、ケルセチン、カテキンの数10倍以上の阻害強度であった。なお、グルコースに対する阻害活性は見られず、フルクトースに高い特異性を示すことが明らかになった。様々な植物抽出液について腸管フルクトース吸収阻害活性をラットを用いたインビボアッセイで調べたところ、ユーカリ葉抽出物以外に、バナバ葉、オリーブ葉、グァバ葉、月見草、紅景天根茎、五加皮根茎の抽出液に阻害活性が見られ、特に紅景天根茎および五加皮根茎の抽出物はユーカリ葉抽出物に比べても強い阻害活性を示した。そこで、高フルクトース食にこれらの抽出物を1%添加した飼料を与えラットを2週間飼育したところ、バナバ葉、オリーブ葉、グァバ葉抽出物に脂肪肝抑制効果が確認された。さらに、ユーカリ葉抽出物の場合と同様に、フルクトース代謝(トリオキナーゼ)および脂肪酸合成(脂肪酸合成酵素、グルコース-6-リン酸デヒドロゲナーゼ)関連酵素の誘導が抑えられているとともに、肝臓障害のマーカーである血漿中アラニンアミノトランスフェラーゼ活性の上昇が有意に抑制されていた。本研究課題では、スクロースやフルクトース過剰摂取による脂肪肝・脂肪性肝炎(NASH)発症のメカニズムの解明を行うとともに、食品成分の機能性を応用した予防法の確立を目的として行うものである。研究代表者はすでにユーカリ葉抽出物に腸管フルクトース吸収阻害作用があり、スクロースやフルクトース過剰摂取に起因した脂肪肝を抑制することを報告している。23年度の研究で主要なフルクトース吸収阻害物質として加水分解性タンニンの1種であるtellimagrandin Iを見いだした。さらに、24年度にはpedunculaginなど他の加水分解性タンニンにもフルクトース吸収阻害活性が存在することを明らかにした。また、ユーカリ葉抽出物以外にもフルクトース吸収阻害作用を有する機能性食品素材を見いだしており(23年度)、フルクトース吸収阻害による脂肪肝・脂肪性肝炎予防機能を有する食品機能性に関する研究はほぼ完了した。一方、スクロース過剰摂取によぶ脂肪性肝炎発症のメカニズムの解明については、24年度の研究で、高脂肪食摂取時と同様にスクロース食摂取で腸内細菌叢が変化していることが示された。とりわけ、酪酸の生成量の減少が観察されたが、酪酸は大腸のエネルギー源であり腸管タイトジャンクションの維持に重要であると言われており、高脂肪食摂取の場合と同様に腸管からのエンドトキシン(リポ多糖)の流入が脂肪性肝炎発症に重要であることを示すことができた。今後、さらなる省内なメカニズムの解明が必要であるが、一応24年度までの予定はほぼ完了しているものと判断する。本研究課題ではフルクトースの過剰摂取に起因した脂肪肝、脂肪性肝炎発症の詳細なメカニズムの解明を行うとともに、食品成分の機能性を応用した予防法確立を目的として行うものである。研究代表者はすでに、ユーカリ葉抽出物に腸管フルクトース吸収阻害作用があり、ラットにユーカリ葉抽出物を与えるとスクロースやフルクトースの過剰摂取に起因する脂肪肝を抑制することを見出している。23年度はこれまでの研究を発展させることを中心に行い、ユーカリ葉抽出物中に含まれるフルクトース吸収阻害物質を同定した。