hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
革新的対流伝熱促進の数理と実践

まず,理想的な壁面からの吹き出し/吸い込みを制御入力として,その時空間分布の最適化を行った.更に,得られた制御入力を詳細に解析することによって,単純なプレディターミンド制御による非相似伝熱促進を実証すると共に,最適な進行波入力のスケーリングを明らかにした.次に,上記の手法を発展させることにより,複雑伝熱面の形状最適化手法を構築した.レベルセット関数により伝熱面形状を表現し,その空間分布を最適化するよう定式化することにより,任意の複雑3次元伝熱面の最適化を実現し,その有効性を実証した.現実の熱交換器で用いられる複雑形状を数値的に再現し、その最適化を行うことで、圧力損失と伝熱特性を同時に考慮しつつ、形状最適化が可能であることを確認しており、本研究で構築した計算手法を検証した。また、低次元の設計空間において最適化された伝熱面形状に対して、本手法を適用することによって、更なる性能向上が確認されていることからも、本手法の有効性が確認できた。また、これまでは定常流のみを対象としていたが、非定常流における形状最適化アルゴリズムを新たに開発し、コードへの実装が完了しており、今後、乱流などの幅広い流れ場への適用の可能性が拡がった。以上より、当初の計画通り順調に進展していると言える。27年度が最終年度であるため、記入しない。熱流体工学既に、最適化を行った熱交換器に関して、初期形状と最適化された形状における熱流動場を比較することによって、形状変化による性能向上のメカニズムの解明を行う。具体的には、局所の熱伝達率や流動抵抗を比較することによって、それらと形状変化の関係を明らかにする。また、共同研究者、及び企業と共同して、最適化された伝熱面の実験実証を引き続き継続する。また、非定常性を有する乱流場において、本手法を様々な伝熱面に適用し、その有効性を確認する。能動制御に関しては,壁面吹き出し/吸い込み分布の時空間分布の最適化計算を行い,様々な流動条件や制御入力の強度において普遍的な制御指針を抽出することができた.また,能動制御に関しては,複雑な3次元界面形状を目的に応じて最適化する新たなアルゴリズムを構築した.まずは,2次元伝熱面に対して,従来の手法と今回新たに提案した方法で形状最適化を行ったところ,両者は全く異なる最適化手法であるにも関わらず,得られた最適形状は良い一致を示すことが確認され,今回提案した最適化アルゴリズムの妥当性が確認された.更に,今回の手法は容易に3次元形状最適化へと拡張することが可能であり,既にいくつかの3次元伝熱面形状の最適化を行い,性能向上が得られている.以上より,当初の計画通り順調に進展している.27年度が最終年度であるため、記入しない。複雑形状の最適化アルゴリズムの開発において、想定していなかった興味深い結果が得られたため、その詳細を調査するために時間を要し、当初予定していた試作、実験実証、および学会発表を延期したため。
運動ニューロンの多様性から探るALS脆弱性・耐性の分子生理学的基盤

神経変性疾患である筋萎縮性側索硬化症(ALS)には、運動ニューロンのみが特異的に変性し、感覚ニューロンや介在ニューロンは変性し難い、といった特徴的な変性の選択性がある。ニューロンに備わるこのようなALS脆弱性やALS耐性のメカニズムの多くが現在未解明である。本研究は、中枢神経系をリアルタイムに、かつ、サブセルラーの解像度で解析することが容易なゼブラフィッシュをモデルに用いて、主に、タンパク質分解に着目しながら、ALS脆弱性・ALS耐性を規定する分子生理的メカニズムを解明することを目指す。
行動科学に基づく身体活動・運動促進プログラムに活用する教材の開発

本研究は、我が国の中年者および高齢者を対象に、生活習慣病予防あるいは介護予防を目的として、行動科学に基づく身体活動・運動促進プログラムに活用するための教材開発を行い、その有用性を確認することを目的とした。初期には、中年者および高齢者における身体活動・運動習慣の関連要因を明らかにするための大規模な調査研究を行った。その結果、性や年齢を問わず、運動を継続するための自信(セルフ・エフィカシー)や、運動することに伴うメリットとデメリットの自覚(意思決定バランス)などが、身体活動・運動の習慣化にとって重要な関連要因となっていることが明らかになった。また、介護予防において特に注目されている筋力トレーニングのような特定の活動についても関連要因の検討を行っている。以上の基礎研究の結果を基に、中期には中年者および高齢者における身体活動・運動促進プログラムで活用するための教材(コンテンツ)開発を行った。特に、行動科学の考え方を活かし、印刷教材、ビデオ教材、携帯電話のメール機能などを利用した教材のコンテンツを提案する際に、目標設定やセルフ・モニタリング等に代表される行動変容技法を盛り込んだものに工夫した。後期には、これらの教材を用いて、対面式、非対面式の身体活動・運動促進プログラムの効果検証を試みている。プログラム参加者による様々な教材を用いた身体活動介入に対する評価は、おおむね良好であることが分かった。また、これら教材を用いた介入によって、日常生活における身体活動量(特に、歩行)が増加するとともに、介入のターゲットである修正可能な関連要因(特に、セルフ・エフィカシー)の高まりも確認されている。本研究で提案したコンテンツを応用し、様々な伝達手段によって身体活動・運動の促進プログラムを展開していくことが可能になると考えられる。今年度は、行動科学に基づいた教材開発のための基礎研究として、高齢者の身体活動・運動習慣を規定する要因の解明に関する研究を実施した。得られた結果は以下のようにまとめられる。1)高齢者の運動行動の変容ステージと心理的、社会的、環境的要因との関係地域在住高齢者約3000名を対象に、運動行動の変容ステージの分布について調べた。その結果、無閧心期28%、関心期17%、準備期28%、実行期4%、維持期24%であった。心理的要因としての運動セルフ・エフィカシーおよび運動に関する意思決定のバランス、社会的要因としての運動ソーシャルサポート、環境的要因としての自宅周辺運動環境の認知と運動行動の変容ステージとの関係について検討したところ、すべての指標について変容ステージによる差異がみられた。無関心期に属する高齢者は他のステージと比較して、すべての指標において有意に評価が低かった。一方、維持期に属する人は反対の傾向を示した。運動行動を定着させる効果的な介入を行うためには、変容ステージを考慮に入れる必要があることが分かった。2)高齢者の客観的に測定された身体活動量(歩数)を規定する要因70歳以上の高齢者約140名を対象に、1年間にわたって歩数を継続的に測定し、健康日本21で示された歩数の数値目標を満たす者の割合を調べた。その結果、約47%が数値目標を満たしていることが明らかになった。また、運動セルフ・エフィカシーを高く評価している者、あるいは自宅周辺が運動しやすい環境だと認識している高齢者ほど、歩数の数値目標を満たしていることが分かった。以上の結果から、高齢者を対象に介護予防のための行動科学に基づいた身体活動介入を行う際に活用する教材は、変容ステージごとに作成する必要があること、セルフ・エフィカシーや自宅周辺環境の認知を高めるような内容を盛り込む必要があることが明らかになった。今年度前半は、前年度に引き続き、行動科学に基づいた教材開発のための基礎研究として、高齢者の身体活動・運動習慣、特に筋力トレーニングに着目し、その実施割合や関連要因の解明に関する研究を実施した。今年度後半には、1617年度の基礎研究の結果に基づき、保健医療従事者が、身体活動・運動促進のための介入プログラムに活用するための行動科学に基づいた印刷教材を作成した。得られた成果は、以下のようにまとめられる。1)高齢者の筋力トレーニング実施割合とその特徴地域在住高齢者約3,000名を対象に、筋力トレーニングの実施割合について調べたところ、少なくとも週に1回以上実施している高齢者は約15%に過ぎなかった。また、これら筋力トレーニングを実施している高齢者は、運動実施に対するセルフ・エフィカシーが高い、運動実施の際に多くのソーシャルサポートを有している、運動することに対するメリットを強く感じている一方、デメリットをあまり感じていない等の特徴があることが分かった。2)高齢者の身体活動・運動促進プログラムに活用する行動科学に基づいた印刷教材の開発高齢者の運動行動の変容ステージ、日歩数、筋力トレーニングの関連要因に関する研究から得られた結果を基に、保健師等の保健医療従事者が介入プログラムで利用するための行動科学に基づいた印刷教材の試用版(運動開始前用、運動開始後用)を開発した。具体的な内容としては、セルフ・モニタリングや目標設定、刺激統制、逆戻り予防といった行動技法を採用し、介入プログラム参加者がセルフ・ヘルプ教材を読むことによって行動的スキルを獲得できるよう目指した。同時に、保健医療従事者がその印刷教材を活用することによってライフスタイル変容のための行動カウンセリングを上手に進めることができるよう配慮した。

その結果、性や年齢を問わず、運動を継続するための自信(セルフ・エフィカシー)や、運動することに伴うメリットとデメリットの自覚(意思決定バランス)などが、身体活動・運動の習慣化にとって重要な関連要因となっていることが明らかになった。また、介護予防において特に注目されている筋力トレーニングのような特定の活動についても関連要因の検討を行っている。以上の基礎研究の結果を基に、中期には中年者および高齢者における身体活動・運動促進プログラムで活用するための教材(コンテンツ)開発を行った。特に、行動科学の考え方を活かし、印刷教材、ビデオ教材、携帯電話のメール機能などを利用した教材のコンテンツを提案する際に、目標設定やセルフ・モニタリング等に代表される行動変容技法を盛り込んだものに工夫した。後期には、これらの教材を用いて、対面式、非対面式の身体活動・運動促進プログラムの効果検証を試みている。プログラム参加者による様々な教材を用いた身体活動介入に対する評価は、おおむね良好であることが分かった。また、これら教材を用いた介入によって、日常生活における身体活動量(特に、歩行)が増加するとともに、介入のターゲットである修正可能な関連要因(特に、セルフ・エフィカシー)の高まりも確認されている。本研究で提案したコンテンツを応用し、様々な伝達手段によって身体活動・運動の促進プログラムを展開していくことが可能になると考えられる。
超弦理論から導かれる４次元有効理論についての研究

標準模型は極めて優れた有効理論であるものの、説明できないいくつかの現象、暗黒物質の存在、宇宙のバリオン数非対称性、自然性の問題などを持つ。これらのうち、標準模型に簡単な暗黒物質を入れた際のヒッグスポテンシャルへの影響を考察した。具体的には、標準模型の弱い相互作用に関係するゲージ群SU(2)に荷電したスカラー暗黒物質とフェルミオン暗黒物質をいれた模型を扱った。これらの模型は量子効果をつうじてヒッグスポテンシャルに影響を与える。そして、昨年度研究したヒッグスインフレーションがこの拡張模型でも有効であるためには、暗黒物質の質量や量子数が制限されることが分かった。これらは将来実験で検証可能な予言である。バリオン数生成についてもこれまで知られていたものとは異なる新しいバリオン数生成の機構を提唱した。重い粒子の崩壊ではなく、標準模型粒子の散乱によりバリオン数を生成するので、既存の理解に比べて広い範囲の模型やパラメーターで観測と整合的なバリオン数生成が可能であることが示せた。自然性問題に関して、通常の局所的作用でなく多重局所的作用から出発して解決可能であることを議論した。多重局所的作用では理論のパラメータは単なるパラメータではなく、力学的に決定される変数となる。これを用いれば標準模型とアインシュタイン重力の問題点である宇宙項問題、gauge hierarchy問題、strong CP問題といった自然性問題に答えることが可能である。今年度から最大エネルギーを13TeVへと増強し、稼働したLHCにおけて750GeVでの新粒子の存在が示唆された。いまだ統計的に十分ではないものの2光子へと崩壊するシグナルの存在が示唆されている。私はこの最新の実験結果にいち早く対応し、標準模型を拡張して2光子シグナルを説明しつつ重力のスケールであるプランクスケールまで有効な最小模型を構築する研究を行った。27年度が最終年度であるため、記入しない。今年度は超弦理論から導かれる4次元有効理論についての研究という研究課題のもと、超弦理論の模型からのトップダウン的に標準模型を出す試みと近年のヒッグス粒子発見からのボトムアップ的な高いスケールへの考察を行った。まず、トップダウン的な研究としては、私は交差するD-ブレーン模型という超弦理論の模型において、ニュートリノ質量の現れるパターンについて考察した。結果として、この種の模型においては理論には世代を回すZ3対称性が残っており、この対称性がニュートリノ質量の現れ方を強く制限することが分かった。特に、ニュートリノ質量混合行列はtri-maximalという形になり、これは実験と完全に一致はしないものの第一近似としては悪くない形である。次に、ボトムアップ的な研究について報告する。昨年度の研究において観測されたヒッグス粒子の質量の情報をもとに、理論をくりこみ群という手法を用いて高エネルギーまで外挿すると、ちょうど重力が重要になるスケールであるプランクスケール付近において、ポテンシャルがフラットになることを明らかにした。今年度はそれに引き続き、このフラットなポテンシャルを利用すれば、ヒッグス粒子が宇宙初期のインフレーションを引き起こす源となれることを指摘した。この可能性は最近のBICEP2による重力波観測も説明することができ、非常に魅力的なシナリオである。また、超対称性模型においてR対称性を破ることで超対称性も破る模型における宇宙論的な制限を調べた.結果として、最も軽い超対称性粒子が現在の暗黒物質のエネルギー密度を超えてはならないという条件から、理論のパラメーターに大きな制限がつくことが分かった。昨年度の研究により、ヒッグス粒子発見に伴い高いスケールにおいて標準模型のヒッグスポテンシャルが非常にフラットになることが判明した。今年度はこのポテンシャルを利用してヒッグスインフレーションを引き起こす具体的な機構を提案した。また、この機構が実現するためにはヒッグスポータル暗黒物質の質量が非常に制限されることが分かった。この予言は将来の暗黒物質探索実験において検証可能である。その他に、電弱スケールがなぜプランクスケールに比べて非常に小さいのか、という階層性問題の新しい解決法として重力の非摂動効果を用いたものを考えた。この方法で確かに階層性問題が解決できることが分かった。また、暗黒物質の候補とフレーバー対称性が結びついている可能性を模索し、近年判明した0でないθ13を実現しつつ、右巻きニュートリノが暗黒物質となる模型を調べた。

これを用いれば標準模型とアインシュタイン重力の問題点である宇宙項問題、gauge hierarchy問題、strong CP問題といった自然性問題に答えることが可能である。今年度から最大エネルギーを13TeVへと増強し、稼働したLHCにおけて750GeVでの新粒子の存在が示唆された。いまだ統計的に十分ではないものの2光子へと崩壊するシグナルの存在が示唆されている。私はこの最新の実験結果にいち早く対応し、標準模型を拡張して2光子シグナルを説明しつつ重力のスケールであるプランクスケールまで有効な最小模型を構築する研究を行った。本年度は昨年度に引き続きヒッグスポテンシャルの構造を及びその拡張模型にて調べ、ヒッグスインフレーションに関する新たな知見を得ることができた。その他、暗黒物質や階層性問題に関する研究も順調に進展し、計8本の論文を出版することができた。27年度が最終年度であるため、記入しない。本年度はこれまでに得られた知見をもとに超対称性を持たない超弦理論からの現象論の展開を行う。このもとで、宇宙論を展開する。具体的には、インフレーション、バリオン数生成、暗黒物質の物理を対象とする。当初の予定通り、現象論的に完全とはいかないまでもかなりよいフレーバー構造を持つ模型を構築できた。さらに、最近の光子宇宙背景放射の観測の発展をもとに、ヒッグス粒子がインフラトンである可能性がとてももっともらしいことも指摘できた。今後も超弦理論から標準模型を出すトップダウン的なアプローチと実際の現象を説明するために超弦理論の模型にどんな性質が要求されるかを調べるボトムアップ的なアプローチの2点に取り組む.特に,前者においては超弦理論から軽いヒッグス粒子をいかに導き出すかを、後者についてはインフレーションや暗黒物質、バリオン数生成の理解を目指す。
遺伝子操作マウスとPG質量分析を用いた難治性小腸潰瘍症の病態解明と治療法探索

CEAS患者の診断についてはSLCO2A1蛋白の蛍光免疫染色法による簡易診断技術を確立した。患者に認められるSLCO2A1変異蛋白の機能解析についてはアフリカツメガエル卵母細胞による遺伝子導入系を立ち上げPGの輸送実験の行った結果、完全に機能喪失する変異と部分的にしか機能低下を認めない変異が存在することが明らかとなった。さらに女性ホルモンがPG輸送能に影響を及ぼすことが示された。血管内皮特異的SLCO2A1欠損マウスを樹立するとともに、マウス小腸におけるPG代謝解析系の質量分析法を確立した。これにより遺伝子改変マウスをはじめとした各小腸潰瘍モデルにおけるPG代謝変化が観察可能なった。1.非特異性多発性小腸潰瘍症患者で認められる変異型SLCO2A1のin vitro機能解析については患者変異型SLCO2A1強制発現細胞株の樹立し、ラジオアイソトープでラベルしたPGEの取り込み機能の低下を証明した。さらにGFP-SLCO2A1融合蛋白の発現解析から患者で認められるエクソン7以下が欠落した変異ではSLCO2A1蛋白が膜上に発現できないことが示された。SLCO2A1組織内発現部位についてはin situ hybridization法や免疫組織化学の結果、小腸粘膜内血管内皮細胞に発現していることを明らかにした。患者小腸生検組織を用いた免疫染色の結果、患者で認められる変異型の多くで免疫組織化学で発現をdetectできないことが示され免疫組織化学が補助診断として有用であることが示された。以上の結果は、Umeno J, Hisamatsu T, Matsumoto T. A, et al. PLoSGenetics 2015 Nov 5;11(11):e1005581.に発表された。2.血管内皮特異的Slco2a1欠損マウス(非特異性多発性小腸潰瘍症モデルマウス)の作成についてはCre/loxpシステムを用いてVE-カドヘリン-Creとの交配により血管内皮特異的にSLCO2A1が欠損したマウスモデルの作成に着手し、2015年夏に樹立に成功した。現在、実用化を目指して交配中である。3.小腸粘膜内の脂質代謝メディエーターの測定系確立。PGの代謝の変化が小腸潰瘍症の原因であることが予想され組織内の代謝状況を把握することが病態解明につながることが期待された。そのため、慶應義塾大学医学部医化学研究室と共同で、質量分析法(LC ESI-MS/MS)を用いた解析系の樹立を目指している。すでに、インドメタシン誘発マウス小腸潰瘍モデルにおいて測定系が機能することを確認した。疾患遺伝子を同定しその機能欠落、小腸発現部位を含めて論文化されたこと。さらに、この発見が契機となり非特異性多発性小腸潰瘍症がChronic Enteropahty Associated with SLCO2A1(CEAS)という新たな疾患概念として提唱され、難病指定され研究班が立ち上がるなど社会的貢献もなしえた。病態解析と治療薬開発に不可欠な動物モデルとして血管内皮特異的SLCo2A1欠損マウスの樹立に成功した。小腸鏡などの発達により小腸疾患の実態が明らかになりつつある。特に小腸潰瘍症はNSAIDの内服患者増加とともに大きな問題となっている。我々は原因不明の希少難病である非特異性多発性小腸潰瘍症の原因がプロスタグランジン(PG)輸送蛋白をコードするslco2a1遺伝子の変異であると同定し、chronic enteropathy with SLCO2A1(CEAS)という新たな疾患概念を提唱した。SLCO2A1分子が小腸潰瘍の原因として同定されたことは、NSAID誘発小腸潰瘍を含めた小腸潰瘍の病態解明に大きなヒントとなる。我々は小腸生検組織を用いた抗SLCO2A1抗体を用いた蛍光免疫組織化学法が変異型SLCO2A1発現のスクリーニングに有用であることを見出した。倫理委員会の承認も得て全国からの免疫染色の依頼に対応する体制を構築したSLCO2A1蛋白の機能解析として質量分析を用いた小腸粘膜のアラキドン酸代謝物の網羅的解析を試みた。アラキドン酸代謝物は代謝速度が速くこれまで質量分析による網羅的解析は困難であったが、研究分担者の杉浦らの協力により測定系の確立に成功した。インドメタシン誘導小腸潰瘍モデルマウスにおいてPGおよびLTEを含んだアラキドン酸代謝物の網羅的解析が可能であることを確認している。現在までにインドメタシン誘発小腸潰瘍ではPGの低下、LTEの上昇が起こり、免疫不全マウス(NOGマウス)では小腸潰瘍が誘発されないこともつかんでいる。さらにslco2A1欠損マウスのも樹立しその解析も開始した。少なくとも本マウスでは未刺激では小腸潰瘍は生じないことが判明している。現在、インドメタシンに対する感受性を含めて解析中である。さらにアフリカツメガエル卵母細胞にSLCO2A1蛋白を発現させる系を確立した。これにより基質や変異蛋白の機能解析がより詳細に行うことが可能となった。免疫染色による簡易診断法を確立し全国からの依頼に対応できる体制の構築済み。インドメタシン誘発小腸潰瘍マウスモデルにおいて小腸粘膜のアラキドン酸代謝産物の質量分析法の確立と免疫不全マウスでの新たな治験の発見。slco2a1欠損マウスの樹立と質量分析による小腸粘膜の解析の開始。

ただしこの欠損マウスは小腸潰瘍を自然発症するわけではないことが明らかとなったため低用量インドメタシンなどによる誘導が必要と考えられる。新たにアフリカツメガエル卵母細胞を用いたSLCO2A1蛋白のトランスポーター機能解析にも着手。我々は非特異性多発性小腸潰瘍症はプロスタグランジントランスポーターをコードするSLCO2A1遺伝子の複合へテロ接合体が原因で発症することを報告、chronicenteropathy associated with SLCO2A1(CEAS)という疾患名を提唱した。同定されたについて患者に認められた各変異型でのプロスタグランジン輸送能をアフリカツメガエル卵母細胞を用いて解析した。その結果、膜貫通部分が欠損するものや電位変化を伴うアミノ酸置換型変異において機能低下を認めた。いかし、その輸送能の低下の度合いは変異のタイプによって異なっており、臨床症状や重症度、発症年齢と関係している可能性があり現在解析を進めている。マウスインドメタシン誘発小腸潰瘍モデルの小腸粘膜のプロスタグランジン代謝産物を質量分析で解析したところプロスタグランジン系の低下とともにロイコトリエン系の増加が潰瘍形成に関与している可能性が示唆された。また本症は女性に多く認められ、いっぽう同じSLCO2A1遺伝子を原因とする肥厚性皮膚骨膜症は男性に多い。このことから何らかの性ホルモンの影響を受けていると推測されが、上記輸送能解析実験において、女性ホルモンがSLCO2A1蛋白によるプロスタグランジン輸送を促進させる働きがあることが明らかとなった。またSLCO2A1は腎メサンギウムにも発現しているが、SLCO2A1欠損マウスと野生型マウスの腎臓における産生物質について質量分析をおこなったところ、雄マウスにおいていくつかの物質の産生が大きく異なっていることが明らかとなった。臨床的には蛍光免疫染色による小腸生検組織からのCEAS診断法を確立した。現在、厚労省難治性炎症性腸管障害調査研究班を介して他施設からの依頼により診断補助を目的とした免疫染色を受注するに至っている。CEAS患者の診断についてはSLCO2A1蛋白の蛍光免疫染色法による簡易診断技術を確立した。患者に認められるSLCO2A1変異蛋白の機能解析についてはアフリカツメガエル卵母細胞による遺伝子導入系を立ち上げPGの輸送実験の行った結果、完全に機能喪失する変異と部分的にしか機能低下を認めない変異が存在することが明らかとなった。さらに女性ホルモンがPG輸送能に影響を及ぼすことが示された。血管内皮特異的SLCO2A1欠損マウスを樹立するとともに、マウス小腸におけるPG代謝解析系の質量分析法を確立した。これにより遺伝子改変マウスをはじめとした各小腸潰瘍モデルにおけるPG代謝変化が観察可能なった。学会発表などを通じてCEASの疾患概念を広め、日本における患者実態を明らかにする。治療薬開発のためにまず、SLCO2A1欠損マウスを用いて質量分析による小著粘膜内PG代謝産物の解析を行う。
カルシウム透過性AMPA型グルタミン酸受容体のもつ機能的意義の解明

筆者らは、海馬ニューロンで、大部分のニューロンのAMPA受容体が外向き整流性、Ca^<2+>不透過性であるのに対して、一部のニューロンは内向き整流特性と高いCa^<2+>透過性を示すAMPA受容体(II型受容体)のみをもつことを明らかにし、前者をI型ニューロン、後者をII型ニューロンと呼んだ。本研究の目的は、II型AMPA受容体をもつニューロンの分布とその機能的意義を明らかにすることであった。研究の成果は以下の通りである。1)ラットの海馬および大脳皮質において、II型AMPA受容体を発現するニューロンの分布:海馬では、多数の非錐体ニューロンがII型ニューロンの性質を示したが、内向き整流特性とCa^<2+>透過性がII型ニューロンほど強くない中間型ニューロンも多数存在した。一方、大脳皮質では典型的なII型ニューロンはほとんど存在せず、後頭葉II/III層の小型ニューロンの41%がI型、58%が中間型であった。中間型ニューロンには、Ca^<2+>不透過性およびCa^<2+>透過性AMPA受容体が混在すると考えられた。2)海馬ニューロンのAMPA受容体のサブユニット構成に関する定量的解析:中間型ニューロンが多数存在することから、単一ニューロンレベルでGuluR1-4サブユニットの発現量を定量的に測定する方法が必要になった。このための、競合的逆転写遺伝子増幅法(competitiveRT-PCR法)を確立した。3)II型AMPA受容体のもつ機能的意義に関する研究:ラット海馬および大脳皮質II型ニューロンおよび中間型ニューロンでは、Ca^<2+>透過性AMPA受容体が興奮性シナプス伝達を担う受容体として機能することを明らかにした。4)II型AMPA受容体に対する選択的阻害剤の研究:ポリアミン誘導体である合成女郎蜘蛛毒と1-ナフチルアセチルスペルミンがII型AMPA受容体を選択的に阻害することを明らかにした。筆者らは、ラット海馬ニューロンで、大部分のニューロンのAMPA受容体が外向き整流性、Ca^<2+>不透過性であるのに対して、介在ニューロン様の形態をもつ一部のニューロンは内向き整流特性と高いCa^<2+>透過性を示すAMPA受容体(以下ではII型AMPA受容体と略す)のみをもつことを明らかにし、前者をI型ニューロン、後者をII型ニューロンと呼んだ。本研究の目的は、高いCa^<2+>透過性を示すII型AMPA受容体のもつ機能的意義を解明することである。このためには、II型AMPA受容体に特異的に作用する薬物の探索が重要である。今年度は、ラット培養海馬ニューロンのII型AMPA受容体に対する2種類のポリアミン誘導体の特異的阻害作用について調べた。1)II型AMPA受容体に対する合成女郎蜘蛛毒(JSTX-3)の作用:JSTX-3は、外向き整流特性を示しCa^<2+>透過性をもたないI型AMPA受容体には作用を示さず、II型AMPA受容体のみを選択的に阻害した。阻害は使用依存性かつ膜電位依存性であった。阻害作用の膜電位依存性はきわめて顕著であり、1μMのJSTX-3はII型AMPA受容体反応を-80mVではほぼ完全に抑制したが、+40mVでは抑制効果は全く見られなかった。

この阻害作用の膜電位依存性を定量的に解析することにより、JSTX-3の結合部位は、II型AMPA受容体チャネルの細胞内開口部の近傍にあることが推定された。2)1-ナフチルアセチルスペルミン(NASPM)の作用:合成アシルポリアミンのうち、NASPM(C_<22>H_<34>N_4O=370.5)はJSTX-3(C_<27>H_<47>N_7O_6=565.7)より単純な分子構造にもかかわらず、甲殻類のグルタミン酸性シナプス伝達を抑制することが知られている。NASPMはJSTX-3と同様にII型AMPA受容体のみをを選択的に阻害した。NASPMの作用は基本的にはJSTX-3と同様であったが、阻害部位への結合速度はJSTX-3より数倍速かった。筆者らは、海馬ニューロンで、大部分のニューロンのAMPA受容体が外向き整流性、Ca^<2+>不透過性であるのに対して、介在ニューロン様の形態をもつ一部のニューロンは内向き整流特性と高いCa^<2+>透過性を示すAMPA受容体(II型AMPA受容体)のみをもつことを明らかにし、前者をI型ニューロン、後者をII型ニューロンと呼んだ。本研究の目的は、高いCa^<2+>透過性を示すII型AMPA受容体をもつニューロンの分布とその機能的意義を明らかにすることである。今年度は以下の研究を行った。1)ラット海馬および大脳皮質におけるII型AMPA受容体を発現するニューロンの分布:海馬では、多数の非錐体ニューロンがII型ニューロンの性質を示したが、内向き整流特性とCa^<2+>透過性がII型ニューロンほど強くない中間型ニューロンも多数存在した。これに対して、大脳皮質では典型的なII型ニューロンはほとんど存在せず、後頭葉II/III層の小型ニューロン223個のうち、41%がI型ニューロン、58%が中間型ニューロンであった。中間型ニューロンには、Ca^<2+>不透過性およびCa^<2+>透過性AMPA受容体が混在していると結論された。2)海馬ニューロンのAMPA受容体のサブユニット構成に関する定量的解析:中間型ニューロンが多数存在することから、単一ニューロンレベルでGluR1-4サブユニットの発現量を定量的に測定する方法が必要になった。このための、競合的逆転写遺伝子増幅法(competitive RT-PCR法)を確立した。3)II型AMPA受容体のもつ機能的意義に関する研究:ラット海馬および大脳皮質のII型ニューロンおよび中間型ニューロンでは、Ca^<2+>透過性AMPA受容体が興奮性シナプス伝達を担う受容体として機能することを明らかにした。しかし、シナプスの可塑性変化との関連については、結論を得るに至っていない。
大学教員の教授力向上のための自己訓練システム

本研究の目的は大学教員の教授力向上のために、教員のスピーチ能力向上を目標とした「音声認識技術を活用した自習可能な口話評価システム」を開発することである。マイクに向かって発せられた音声(UV data)は大小・高低・早遅・間合い・滑舌という5つのパラメータを抽出され、お手本音声(GE data)と比較し評価される。評価の結果は直感的な理解を促す顔型ユーザーインターフェースを通して表示される。従来の自習システムと違い、録音された自分の音声を何度も聞き返すことなく、客観的な評価を得ることができる。我々の研究は、大学教員の教授力向上のために、言語的・非言語的コミュニケーション能力を成長させる事を目標とした「音声認識技術を活用した自習可能な口話システム」を開発する事である。従来あるビデオ撮影による授業改善と違い、録音した自分の講義を全て視聴せずとも評価を受ける事ができる。また口話の評価に用いる音声認識技術を使うため、自習者自身による主観評価でなくソフトウェアによる客観的評価を得られる。開発にあたり我々はプロジェクトを1スピーチモノマネシステムの構築2音声データベースの構築3顔型ユーザーインターフェースの構築という3段階にわけて開発する事を計画し、平成24年度は2の音声データベースの構築と3顔型ユーザーインターフェースの構築の一部に取り組んだ。手本となる日本語話し方音声コーパスから任意で男性32名・女性29名の音声データをを取り出し、5名の評価者(教員)により主観評価を行った。主観評価にあたってはルーブリック指標を作成し、評価尺度の平準化を図った。これらと並行して、ベクターデータで顔グラフの表示パターンを90種類ほど作成し、音声の大小や高低などの変化に対応させる部位を検討したフェイスグラフマップを作成した。レーダーチャートで示していた結果から、顔型ユーザーインターフェースで表示するためのルール作りを検討した。システムを統合するための構成要素に着手し、最終年度で行う開発の準備を整える事ができた。近年、大学教育の「質」に対する社会的要請が高まってきている。文部科学省は「学士力」を定義し、大学の組織的なファカルティ・ディベロップメント(FD)活動、教員の自己研鑽を求めている。本研究では、大学教員の教授力向上のために教員のスピーチ能力向上を目標とした「音声認識技術を活用した自習可能な口話評価システム」を開発することである。3年目となる今年度は、顔型グラフの表示ルールを確立し、顔型ユーザーインタフェースを開発した。顔型グラフは音声の大小、高低などが人相の変化として現れる。バランスの良い話し方をすると人相のバランスは整い、良くない話し方をすると崩れる。また、顔型グラフはGE Dataと話し方が近くなると笑顔になり、遠ざかると困った顔になる。音声特性の変化を顔グラフのどのパーツに対応させ、GE Dateとの比較においてどのように反映させるかの検証を繰り返した。今年度は「教員の為のスピーチ評価システム」を考案し、顔形ユーザーインターフェースのルール作りの検討とそれに従ったシステム構築を行った。結果として開発者が定めた通り音声特性が反映され、話者のスピーチ能力を判定した。今回は音声信号から4つの特徴を抽出し、リアルタイムで顔型グラフを生成するアルゴリズムを構築し、プロトタイプシステムを実装した。プロトタイプシステムは問題なく動作したが、今後は音声認識による明瞭さの抽出アルゴリズムと、それらをリアルタイムに顔形グラフに反映させるシステムの構築をすすめていく。我々の研究は、大学教員の教授力向上のために教員の話し方、特に言語的・非言語的コミュニケーション能力を成長させることを目標とした「音声認識技術を活用した自習可能な口話システム」を開発する事である。また自習者自身による主観的評価でなく、口話の評価に用いる音声認識技術を使うため、ソフトウェアによる客観的評価を得られる。またこれらを開発には、安価なノートPCとマイクの組み合わせを使用し、音声認識技術・波形解析・画像生成をシームレスに行う。この組み合わせであれば、研究室内でも利用可能であり自習システムとして適当である。また教室内へ持ち込み授業内で活用することも可能である。開発にあたり我々はプロジェクトを(1)スピーチモノマネシステムの構築(2)音声データベースの構築(3)顔型ユーザーインターフェースの構築という3段階にわけて開発する事を計画をし、平成23年度は(1)に取り組んだ。このシステムは、手本となる音声(GE)と被験者の音声(UV)からそれぞれ音声波形データを抽出し、比較・評価するものである。まずGEとなる教員の講義やアナウンサー音読から音声データを収集した。収集した音声データと実験者の音声データから、音声認識率と波形スペクトラムを音声認識ソフトを使用して比較し評価を行った。最終の評価結果をレーダーチャートで表示し、客観的な評価を発話練習に活用できた。(理由)2年目の研究計画は「手本音声データベースの構築」と結果の直感的理解のために「顔型ユーザーインターフェースの開発」であった。

手本音声データベースについては、話し方の善し悪しを主観評価するためルーブリック評価を取り入れ、日本語話し方音声コーパスを活用して手本音声の収集を行う方法を確認した。音声データの比較に使用する5項目のうち、音声認識技術を用いて抽出する「明瞭さ・滑舌」値の最適化が遅れており、現在は暫定的に4項目で開発を進めている。顔形ユーザーインターフェースについては、音声の時間的変化に擬似的に対応したプロトタイプを作成し、表示の妥当性についてアンケートを実施した。直感的な合否判定においては期待通りの結果が出たが、改善点の理解は他のグラフに劣る結果が出た。そこで顔型グラフの表示ルールを見直し改良版を作成している。1年目の研究計画は「2つの音声データを比較しその差について評価する」というものであったが、データの採取やシステムの開発、結果報告の発表などにおいて、研究はおおむね順調に進展している。アナウンサーや学生から採取した音声データから音声波形の解析を行い、音声認識を行う際の精度による「明瞭さ・滑舌」指標と音声スペクトラムの解析による「話すスピード」「声の大小」「声の高低」「間合い」指標をパラメータとして文字データと結びつけた。さらに最終の結果をレーダーチャートで表示した。また、この結果を参照しながら練習の回数を重ねた。良い手本となる音声データ(GE)を聞きながら発話練習をすることで、話し方が改善される事が音声波形データの比較から解り、客観的な評価ができた。手本音声データベースに集積された音声データより、音声認識技術を用いて「明瞭さ・滑舌」値を取得し、「声の大小」「声の高低」「話す速さ」「間合い」とあわせて音声パラメータとしてスコア化したものを最適値を設定する事で使用する。新たに音声認識技術の協力者に依頼を予定している。現在作成した顔型ユーザーインターフェースのプロトタイプを改良し音声特性値と関連づけ、システムとして完成させる。また最終的には3次元モデリングの顔型グラフUIにより表現し、評価の臨場感を向上させる。また、実際の講義での使用や話し方テストでの簡易利用を想定した実地テストを行い結果の妥当性について検証する。音声特性分析システムを構築するために「話すスピード」「声の大小」「声の高低」「間合い」指標を音声パラメータとしてスコア化したものを頻出キーワードと相関付けし、最適値を設定する事で使用する。また評価に必要なスコア化手法を開発する為に、アナウンサーなど専門家からの知識提供を予定している。それらの評価に用いる音声特性データベースの完成させる為、講義禄や音声データを収集・データ解析をする必要がある。またレーダーチャートで表していた評価結果を直感的に理解させるインターフェースの工夫が必要である。チャーノフ(1973)により提案された顔型グラフを表示に導入し、判定結果の理解を支援する。
平面、奥行および3次元運動知覚における色メカニズムの寄与

本研究課題では運動知覚のメカニズムを明らかにすることが目的である.特に,色度情報によって定義される運動刺激を検出するメカニズムがどのような役割を持っているのかを様々な方向の運動について調べることにより,色運動知覚メカニズムを明らかにする.本研究では主に心理物理学的手法と計算モデルによるアプローチを行った.研究代表者による研究を含めた複数の先行知見においては,2次元平面色運動の知覚には2つの異なるメカニズムが寄与していることが報告さている.それら2つのメカニズムは運動を検出するために用いる情報が異なることが刺激の特性に運動検出メカニズムの感度が依存することから示されている.しかし,その生理学的,心理物理学的機序は十分明らかになっているとは言えない.そこで本研究課題では,まず,平面色運動の検出メカニズムのそれらについて調べた.心理物理学実験の結果は,1次統計量で定義される色運動を検出するメカニズムは従来の初期視覚情報処理過程ではなく,新たな処理経路により媒介されていることが示唆された,さらに計算モデルによる解析結果はこれを支持する結果となった.これらの知見は既に論文誌上並びに国際会議において報告されている.奥行運動知覚のメカニズムは運動検出メカニズムだけでなく,奥行検出メカニズムも関与している.そこで,局在する窓枠によって生じる運動方向の曖昧性(一般に窓枠問題とよばれている)を含む時の奥行運動知覚について心理物理学実験を行った.その結果,2次元運動における拡大成分が3次元運動方向に関して曖昧であるが,両眼視差変化による奥行運動と2次元運動の統合により,その曖昧性を抑制することで運動方向の知覚が行われていることが明らかとなった.これらの結果も既に論文誌上並びに国際会議において報告されている.本研究課題では運動知覚のメカニズムを明らかにすることが目的である.特に,色度情報によって定義される運動刺激を検出するメカニズムがどのような役割を持っているのかを様々な方向の運動について調べることにより,色運動知覚メカニズムを明らかにする.本研究では主に心理物理学的手法と計算モデルによるアプローチを行った.研究代表者による研究を含めた複数の先行知見においては,2次元平面色運動の知覚には2つの異なるメカニズムが寄与していることが報告さている.それら2つのメカニズムは運動を検出するために用いる情報が異なることが刺激の特性に運動検出メカニズムの感度が依存することから示されている.しかし,その生理学的,心理物理学的機序は十分明らかになっているとは言えない.そこで本研究課題では,まず,平面色運動の検出メカニズムのそれらについて調べた.心理物理学実験の結果は,1次統計量で定義される色運動を検出するメカニズムは従来の初期視覚情報処理過程ではなく,新たな処理経路により媒介されていることが示唆された,さらに計算モデルによる解析結果はこれを支持する結果となった.これらの知見は既に論文誌上並びに国際会議において報告されている.奥行運動知覚のメカニズムは運動検出メカニズムだけでなく,奥行検出メカニズムも関与している.そこで,局在する窓枠によって生じる運動方向の曖昧性(一般に窓枠問題とよばれている)を含む時の奥行運動知覚について心理物理学実験を行った.その結果,2次元運動における拡大成分が3次元運動方向に関して曖昧であるが,両眼視差変化による奥行運動と2次元運動の統合により,その曖昧性を抑制することで運動方向の知覚が行われていることが明らかとなった.これらの結果も既に論文誌上並びに国際会議において報告されている.本年度の研究計画である2つの項目について経過を報告する.まず,実験システムの構築については,光学系ミラーとCRTモニタを刺激提示系とするシステムを構築し,観測系の校正を行なった.実験刺激として等輝度刺激を用いるため,輝度に関する校正は高精度に行なった.また,多くの実験は閾値実験であるため,'両眼視差の提示に関わる光学系ミラーについても高精度の校正を行なった.平面色運動と奥行色運動の実験であるが,本年度は平面色運動メカニズムと奥行き運動知覚の窓枠問題に関する心理物理的アプローチを行なった.その結果,平面色運動については1次運動と2次運動を検出する2つのメカニズムが異なる生理学的機序であることを示唆する結果が得られた.また,1次色運動検出処理には色情報を処理するメカニズムだけではなく,輝度情報を処理するメカニズムが関与し,後者を選択的に抑制したときに前者が運動検出に主な役割を果たしていることが,それらの時間特性の比較より明らかになった.この点についての誌上での報告は来年度の国際会議と学術誌において行なわれる.脳磁計測による色運動検出メカニズムとその機能的特性の解明は来年度に行なう.特に,2次色運動検出メカニズムは1次色運動検出メカニズムと異なり,純粋な色チャンネルであることが我々の先行研究より予想されるため,総合的に色運動検出メカニズムの解明に貢献すると考えられる.本研究課題では運動知覚のメカニズムを明らかにすることが目的である.特に,色度情報によって定義される運動刺激を検出するメカニズムがどのような役割を持っているのかを様々な方向の運動について調べることにより,色運動知覚メカニズムを明らかにする.昨年度は平面色運動メカニズムと奥行き運動知覚の窓枠問題に関する心理物理的アプローチを行ない,平面色運動については1次運動と2次運動を検出する2つのメカニズムが異なる生理学的機序であることを示唆する結果が得た.そこで,本年度は,1次色運動検出メカニズムに注目し,その時間的特性を計算モデルにより推定し,生理学的および心理学的知見と比較検討することにより,生理学的機序との照合を行った.その結果,1次色運動は従来報告されている初期視覚過程である色チャンネルや輝度チャンネルではなく,別の処理経路によって検出されていることが示唆された.

これは,霊長類の電気生理学実験で得られた知見と一致している.一方,3次元運動知覚メカニズムについては,昨年度得られた窓枠問題における運動方向の知覚メカニズムの知見をさらに発展させ,本年度は運動によって得られる構造知覚について考察した.運動情報は対象の運動知覚だけではなく,3次元の構造知覚にも寄与している.今回の心理物理学実験の結果から,剛体から生成される運動情報であっても,剛体運動の生成モデルによる予測に適合しない場合は非剛体運動として知覚されることが明らかとなった,このことは,対象運動が与える情報は運動検出器による単純な解析だけではなく,内部モデルとの比較またはモデルからの予測などの拘束条件によって異なる知覚が生成されること示唆しており,本研究により3次元運動知覚メカニズムの特性の一面が明らかになった.なお,これらの知見は既に論文誌上または国際会議において報告されている.
超遠縁作物間の雑種胚における染色体脱落機構の解明

コムギにトウモロコシの花粉を交雑すると、トウモロコシの雄核はコムギの卵細胞と受精し、雑種胚を形成する。その原因を調べるため本研究を行った。まず、雑種胚を形態を保ったままで観察するため組織切片をつくり、それにトウモロコシのゲノムDNAをプローブとして蛍光インシチューハイブリダイゼーシヨン(FISH)を行い、トウモロコシ染色体を識別して、その行動を明らかにすることを試みた。しかし、パラフィン包埋による切片では、微量な染色体DNAのシグナルを検出できなかった。凍結切片も試したが、十分な質をもつ切片を得るのは困難であった。そこで、透水性樹脂であるテクノビット7100で組織を包埋し、それにFISHする方法を開発した。その結果、細胞内において特定の染色体の存在を明らかにする事ができるようになった。次に、切片をつくるのではなく、胚嚢を摘出し、これに対してFISHする方法を試行した。その結果、固定方法やハイブリダイゼーション液の変更によって、シグナルを確実に得る方法を見いだした。また、シグナルをデコンボリューション顕微鏡や共焦点レーザー顕微鏡にて、立体的に観察する方法も確立できた。この方法によって、実際にコムギとトウモロコシの受精卵と初期発生を調査した。その結果、1.トウモロコシの雄核はコムギの卵細胞と合体後、核融合を行うこと、2.融合した核内ではトウモロコシ染色体もDNA複製を行うこと、3.第一分裂の前期で、トウモロコシ染色体は赤道面への移動が遅れること、4.その結果、後期でトウモロコシ染色体の多くが取り残されること、を見いだした。また、αチューブリン抗体を用いた免疫抗体法によって、トウモロコシ染色体の異常行動を調査したところ、トウモロコシ染色体の動原体は狭窄をもつにもかかわらず、紡錘糸が付着していないことがわかった。何らかの動原体タンパク質が動原体に欠損しているためであると考えられた。コムギにトウモロコシの花粉を交配すると、トウモロコシの雄核はコムギの卵細胞と受精し雑種胚を形成する。しかし、胚発生初期にトウモロコシ染色体が完全に脱落し、コムギの半数体が形成される。本研究は、脱落過程を細胞学的に観察し、その原因を解明し、その知見に基づいて脱落を抑制する方法を見いだし、トウモロコシの遺伝資源をコムギ育種に利用する道を開くものである。本年度は、脱落過程の観察のために2つの方法を考案した。1.テクノビット包埋切片による蛍光in situ hybridization法、2.ホールマウント・ゲノミック・in situ hybridization。1に関しては、これまでmRNAの所在を調べるために用いられてきたが、より高感度を必要とする染色体DNAに対するFISH検出法をインキュベーション前処理を検討することにより可能にした。2では、これまで困難とされていた植物での全組織FISHをプローブ標識法を検討し、感度の低いゲノミッククローンでもシグナル検出可能な方法に改良した。トウモロコシ花粉を交配したコムギの雌蘂から、初期胚を摘出し、押しつぶすことなくそのままトウモロコシのゲノムDNAをプローブとしてハイブリダイズした。その結果、トウモロコシ染色体の行動を3次元的に観察できた。また、雑種初期胚を右チューブリン抗体で調べ、トウモロコシ染色体の脱落は、動原体に紡錘糸が付着しないためであることを起こることを明らかにした。方法1については、論文にまとめ、2については、現在論文作成中である。

本研究は、脱落過程を細胞学的に観察し、その原因を解明し、その知見に基づいて脱落を抑制する方法を見いだし、トウモロコシの遺伝資源をコムギ育種に利用する道を開くものである。この研究を行うには、組織を崩すことなく両種の染色体の行動を調査することが必要である。昨年度は、そのために、親水性樹脂であるテクノビットに包埋した細胞に対する蛍光in situ hybridization法(FISH)を開発した。本年度は、さらに進めて、固定法を工夫し無包埋あるいはポリアクリルアミド包埋組織へFISH法を開発した。実際に、トウモロコシ花粉を交配したコムギの子房から、初期胚を摘出し、無包埋で押しつぶすことなく、トウモロコシのゲノムDNAをプローブとしてFISHし、さらにαチューブリン抗体による免疫学的手法で、紡錘糸を染色し、そのシグナルを共焦点レーザー顕微鏡で立体的に観察した。その結果、以下のことが明らかになった。1.コムギの卵細胞とトウモロコシの精細胞の核は受精後、核融合する。2.受精後、両親の核は、均等に混ざらないままに、第一分裂を開始する。3.第一分裂でトウモロコシ染色体が脱落する。4.脱落の原因は紡錘糸が動原体に付着しない事による。
ザゼンソウの発熱現象における新規UCP分子の機能解析

わが国の寒冷地に自生するザゼンソウは氷点下を含む外気温の変動にも関わらず発熱によりその花器の体温をほぼ一定に維持することができる発熱植物である。本研究においては、ザゼンソウの発熱現象にミトコンドリアにおける脱共役蛋白質(UCP)がシアン耐性呼吸酵素(AOX)とともに機能していることを明らかにすることができた。本研究の成果は、ザゼンソウのみならずハス等の他の発熱植物の熱産生メカニズムの理解にも大きく貢献するものと考えられる。一般に、植物の体温は外気温の変化とともに変動するものと考えられているが、驚くべきことに、ある種の植物には、自ら発熱し、その体温を積極的に調節できるものが存在する。例えば、我が国の寒冷地に自生し、早春に花を咲かせるザゼンソウ(Symplocarpus foetidus)は、氷点下を含む外気温の変動にも拘わらずその発熱器官である肉穂花序の温度を20°C内外に維持できるサトイモ科の発熱植物である。本研究においては、ザゼンソウの熱産生を制御する因子として、哺乳動物の非ふるえ熱産生に密接に関わっている脱共役タンパク質(UCP)に着目した研究を行った。従来、動物等で報告されているUCP分子は、6個の膜貫通ドメインを有していることが知られているが、ザゼンソウの発熱性肉穂花序から同定されたUCP分子(SfUCPBと命名)は、その第5番目の膜貫通ドメインが特異的に欠失した新規の分子構造を有していた。そこで、出芽酵母(UCP分子を有しない)においてザゼンソウ由来SfUCPB分子を発現させたところ、その発現量は対照として用いたラットUCP1のおよそ20分の1程度であったが、当該分子の機能の場であるミトコンドリアにターゲットされることが明らかとなった。さらに、フローサイトメーターを用いたミトコンドリア膜電位の解析により、SfUCPBを発現している出芽酵母においては、同分子が脱共役活性を有していることが判明した。また、SfUCPB蛋白質のin vitro合成を行い、数十マイクログラムオーダーで合成可能なシステムの構築に成功すると共に、HPLCによる同蛋白質の精製を行い、次年度以降の機能解析の進展のための重要な足がかりを得た。また、シロイヌナズナにおける同蛋白質の発現系の構築については、アグロバクテリウムを介したFloral dip法により遺伝子導入を行い、過剰発現体の選抜を進めているところである。一方、リンゴ小球形潜在ウイルス(ALSV)ベクターを用いたUCP遺伝子のサイレンシング効果を明らかにするための実験として、シロイヌナズナを用い、UCP遺伝子の特定領域をPCRで増幅後ALSVベクターに導入し、同遺伝子のサイレンシングの程度を解析したところ、mRNAレベルにおいて有意な遺伝子発現の抑制が起こっていることが明らかとなり、同実験系はザゼンソウ由来SfUCPBの機能解析等を行う上で有用であることが判明した。これらの結果の一部は原著論文として発表するとともに(Ito et al.,2006)、関連する論文を現在投稿中である。ザゼンソウは寒冷環境下でその肉穂花序と呼ばれる特異的な器官が発熱し、かつ、その体温を20度内外に維持できるサトイモ科の植物である。本研究においては、発熱植物ザゼンソウにおける熱産生メカニズムを明らかにすることを目的に、ミトコンドリアに存在する脱共役蛋白質(UCP)に着目した研究を行った。特に、今年度においては、ミトコンドリア膜電位と酸素消費量を同時に測定できる実験系の確立に成功し、ザゼンソウのUCP活性を精密に測定することが可能となった。また、ミトコンドリアにおける呼吸制御をより深く理解するため、UCP分子とともにシアン耐性呼吸酵素(AOX)の機能に関する解析も推進した。さらに、一般的に非発熱植物と見なされているタバコを用い、ウイルス感染における熱産生現象サーモグラフィーを用いて検証することを試みた。得られた成果は以下の通りである。新たに確立した実験系を用いることにより、ザゼンソウ肉穂花序の小花から調製したミトコンドリアは明確なUCP活性を有することが明らかとなった。また、UCP分子は特異抗体を用いたウエスタン解析により、SDS-PAGE上で29kDaに1本の明確なバンドとして検出された。これまで動植物で発現しているUCPは全てウエスタン解析において32kDaの移動度を示す分子として報告されていることから、ザゼンソウにおいてUCP活性を有する分子は、従来のUCPとは異なるタイプであることが強く示唆された。また、UCP活性を有するミトコンドリアにおいては、ピルビン酸により賦活化されうるAOXが発現していることが判明した。従って、ザゼンソウにおいては、29kDaの新規UCP分子とAOXの共発現が重要な機能を有している可能性が高い。一方、ある種のウイルスを感染させたタバコの葉は、特定の時期に明確な発熱現象を示すことが明らかとなった。現在、当該熱産生プロセスにおいて、ザゼンソウで機能しているUCPやAOXが関与しているかどうかを検討しようとしている。