hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
メダカの成長率における反緯度勾配変異に関する研究

緯度や高度といった環境勾配に沿った表現型の地理的変異パターン形成において,countergradient variation(CnGV)という現象が注目されている.CnGV(反勾配変異)とは,ある形質への遺伝的影響が環境による影響と逆行するような遺伝子型の地理的分布パターンのことである.魚類の成長率をコードする遺伝子型の緯度間でのCnGVをドキュメントするため,日本列島を南北に広く分布する淡水魚メダカ(Oryzias latipes)をモデルシステムとして,共通環境実験を行った.昨年度の調査地である,青森,茨城,兵庫,鹿児島,および沖縄の5地点に加え,岩手,新潟,および福井の3地点を加えた計8地点から本種成魚を採集し,実験室内で繁殖個体群として飼育した.各繁殖個体群から得られた稚魚の成長を20,25,28,32,および35°Cの5段階の水温のもとで追跡し,成長率の水温に対する反応基準を各個体群毎に測定・比較した.その結果,昨年度同様,高緯度の個体群ほどどの温度のもとでも成長が速いことがわかった.成長を遅らせる寒冷な高緯度環境ほど高い成長率の遺伝子型が偏って分布するというパターンは,まさにCnGVの典型例である.また,成長率が最大になる温度は,どの個体群とも28°Cで同じであることもわかった.これらの結果は,本種は北方に地理的分布を拡大する過程で,高緯度の寒さ自体には対抗せず,短い成長シーズンを補うべく効率よく成長を終えるよう適応進化を遂げたことを意味する.また,レントゲン撮影による骨格の形態解析の結果,高緯度の個体群ほど脊椎骨数が多くなる傾向も明らかになり,脊椎骨数と成長能力の機能的関係が示唆された.緯度や高度といった環境勾配に沿った表現型の地理的変異パターン形成において,countergradient variation(CnGV)という現象が注目されている.CnGV(反勾配変異)とは,ある形質への遺伝的影響が環境による影響と逆行するような遺伝子型の地理的分布パターンのことである.魚類の成長率をコードする遺伝子型の緯度間でのCnGVをドキュメントするため,日本列島を南北に広く分布する淡水魚メダカ(Oryzias latipes)をモデルシステムとして,共通環境実験を行った.2000年5月から8月にかけ,本種成魚を様々な緯度(青森,茨城,兵庫,鹿児島,および沖縄)から採集し,実験室内で繁殖個体群として飼育した.各繁殖個体群から得られた稚魚の成長を20,25,28,32,35°Cの5段階の水温のもとで追跡し,成長率の水温に対する反応基準を各個体群毎に測定・比較した.その結果,高緯度の個体群ほど遺伝的に速い成長能力を有することがわかった:青森メダカはどの温度のもとでも最も速い成長を示した一方,沖縄メダカの成長は最も遅かった.成長を遅らせる寒冷な高緯度環境ほど高い成長率の遺伝子型が偏って分布するというパターンは,まさにCnGVの典型例である.また,成長率が最大になる温度は,どの個体群とも28°Cで同じであることもわかった.これらの結果は,本種はローカルな季節性に対して適応しており,各緯度の平均水温には適応していないことを示唆する.すなわち,本種は北方に地理的分布を拡大する過程で,高緯度の寒さ自身には対抗せず,短い成長シーズンを補うべく効率よく成長を終えるよう進化を遂げたものと考えられる.緯度や高度といった環境勾配に沿った表現型の地理的変異パターン形成において,countergradient variation(CnGV)という現象が注目されている.CnGV(反勾配変異)とは,ある形質への遺伝的影響が環境による影響と逆行するような遺伝子型の地理的分布パターンのことである.魚類の成長率をコードする遺伝子型の緯度間でのCnGVをドキュメントするため,日本列島を南北に広く分布する淡水魚メダカ(Oryzias latipes)をモデルシステムとして,共通環境実験を行った.昨年度の調査地である,青森,茨城,兵庫,鹿児島,および沖縄の5地点に加え,岩手,新潟,および福井の3地点を加えた計8地点から本種成魚を採集し,実験室内で繁殖個体群として飼育した.各繁殖個体群から得られた稚魚の成長を20,25,28,32,および35°Cの5段階の水温のもとで追跡し,成長率の水温に対する反応基準を各個体群毎に測定・比較した.その結果,昨年度同様,高緯度の個体群ほどどの温度のもとでも成長が速いことがわかった.成長を遅らせる寒冷な高緯度環境ほど高い成長率の遺伝子型が偏って分布するというパターンは,まさにCnGVの典型例である.また,成長率が最大になる温度は,どの個体群とも28°Cで同じであることもわかった.これらの結果は,本種は北方に地理的分布を拡大する過程で,高緯度の寒さ自体には対抗せず,短い成長シーズンを補うべく効率よく成長を終えるよう適応進化を遂げたことを意味する.また,レントゲン撮影による骨格の形態解析の結果,高緯度の個体群ほど脊椎骨数が多くなる傾向も明らかになり,脊椎骨数と成長能力の機能的関係が示唆された.
流動履歴効果を利用した多段変形による液晶高分子の配向制御

分子が配向状態となる液晶高分子の成形流れでの挙動を解明し,配向制御法の開発を目指して,本年度は液晶高分子の過渡流動時の構造変化を以下の実験により検討した。まず、基本的な流れ場である単純せん断(クエット)流動場において,液晶高分子に一定強さのせん断流れを加え、停止後再スタートさせる過渡流動時の応力応答をレオメーターにより調べた。この時,せん断応力だけでなく液晶高分子の挙動を知る上で重要となる法線応力の応答を同時に測定することを目指した。また、この実験と並行して、同様の流れ場における過渡流動により生ずる配向状態の変化を偏光板により可視化し,デジタルCCDカメラで撮影した。これまでに、せん断応力に見られる特異な応答と、映像の明暗から予測される分子のタンブリング運動には明確な相関があることが明らかになった。さらに同じクエット流れ場において、停止後再スタートさせる流れを最初の流れの方向に対し直角方向に変化させる実験を行い、その際の可視化結果から上述の同方向の流れを加える場合と比較し全く異なったタンブリング現象が生じることを明らかにした。しかし、法線応力の測定に関しては現在測定方法の改善中であり、次年度に中心的に調査する予定である。また、成形流れに近い流れ場として平行二円板を用い,まず二円板間に円周方向の回転流れを生じさせ,その流動停止後にスクイーズ流れを生じさせる実験も行った。この場合には流れ方向の変化に伴う、液晶分子の配向方向の変化過程が光学的模様の変化としてとらえられた。これらの結果から,ある流動状態の液晶高分子に流れ方向とは異なる変形を加えることにより,液晶高分子の配向状態を変化、制御できる可能性が高いことが明らかになった。
映画におけるデジタル映像技術の応用-創造的価値と歴史的位置づけについて

最新のデジタル視覚効果を多用した現代の映画作品が、「見せること」(スペクタクル性)と「物語ること」(ストーリー性)との微妙なバランスの上で成立している点は、映画誕生以前の視覚装置・見世物、つまりパノラマやジオラマなどと共通していることが判明した。また技術的に「新しい」イメージを用いたフィルムには、見る者にアプローチする方法は、ストーリーテリングの機能が未発達な初期映画との共通点が少なからず認められる。本年度は、先行研究事例が乏しい研究テーマゆえに、初期映画から、ハリウッド黄金期、最新のデジタル視覚効果を使用した最新公開映画作品まで、制作年度を問わず、可能な限りあらゆる作品を網羅酌に見た上で、たとえば「パニック映画」などさまざまなジャンル分類、または写真という他メディアに関連する作品群、など、研究対象となる膨大なコーパスを整理し、各作品の詳細な分析を進めていった。分析結果のデータベース化は引き続き進行中であり、先鋭的かつ生産的な視点、切り口を持った論文にまとめてゆく準備段階をほぼ達成できたと言えよう。ただし、当初画期的な作品分析ツールとして仏ポンピドゥー・センターで開発された「タイムラインは、映像研究ツールとして、アプリケーションの安定性、汎用性の観点から、まだまだ多くの問題点を抱えていることが判明し、本研究とは別枠で再検討・再開発の余地があることは認めざるを得なかった。一方、研究代表者がその準備・開催に関与し、所属する機関で開催された、日本初の携帯電話のビデオ機能のみで制作された映像作品の映画祭では、作品上映と様々なディスカッションを通して、新たなメディアがもたらす真の創造的可能性とこれまで映画史において浮上したテーマや問題点(出現と消滅、語りの主体性、見る者の同一化など)を改めて考察する絶好の機会となった。研究者自身も携帯電話によって2時間あまりの長編作品を2月末に完成させ、海外の映画祭で客観的な作品評価を問うともに、実作をひとつの実験として得られた創作上の経験的データをもとに、日常的なデジタルモバイル機器が、表象芸術の歴史的スパンの中で、どのように位置づけられるか、改めて考察し、今年度の研究計画、活発な論文執筆、へと継続して取り組んでゆく方針である。研究初年度、初期映画からハリウッド古典作品、最新デジタル視覚効果を多用した作品を可能な限り見た上で、進めていった各作品の分類・分析をもとに、今年度は映画と写真、絵画など、その他の表象芸術、映画誕生以前の視覚装置などとの関連性を探求していった。映画以前のスペクタクルであったパノラマ、ジオラマと今日の映画のスペクタクル性のみに注目した両者の類似性の指摘は、すでになされてきた。しかし、パリ国立図書館にて、それらの視覚装置が公開された当時の文献資料を調査した結果、見物客は描かれた光景にまつわる詳細なストーリーと、目線をガイドする矢印が記されたパンフレットを手にしていたことが判明した。つまり最新デジタル映像を駆使した映画作品が、「見せること」(スペクタクル性)と「物語ること」(ストーリー性)の危うい均衡上に成立しているように、映画以前の視覚装置も「見せること」だけで成立していたのではなく、物語性によって見物客をイリュージョンの世界に引き込んでいったことが分かる。また米映画研究者Tom Gunningが指摘する20世紀初頭、説話的機能が未発達で視覚的にインパクトの強いアクションを披瀝した「アトラクションの映画」と現代映画の観客を作品世界に取り込もうとするアプローチには、類似性が確認された。技術的に「新しい」イメージによる映画作品と、映画誕生以前の視覚装置や古典的フィルムの間には作品と観客との関係において、時代を超えた共通点が見出される。現在最も身近なデジタル映像技術のひとつである、携帯電話のビデオ機能による映画的創造性を探る試みとして制作した、115分の長編フィクション作品『SPYDER』は、第38回ロッテルダム国際映画祭に正式招待され、映画の新たなあり方として評価された。
プロテオミクス技術を用いたケタミンの新規治療ターゲットの探索

グルタミン酸受容体の一つであるNMDA受容体拮抗薬ケタミンは、治療抵抗性うつ病に対して、即効性の抗うつ効果を示すが、未だ詳細な作用機序は明らかでない。現在、多くの研究者がケタミンの作用機序解明の研究を進めている。これまで、ケタミンの光学異性体を用いた研究から、NMDA受容体への親和性が弱いRケタミンが、親和性の強いS-ケタミンより抗うつ効果が強いことを報告した(Yang et al. Tranls Psychiatry 2015)。今回、R-ケタミンの抗うつ効果に関わる分子を探るために、R-ケタミンあるいはS-ケタミンを投与した後のマウス脳サンプルのiTRAQ解析およびRNA-seq解析を実施した。これまでに両異性体の投与で発現が異なるタンパクや遺伝子を幾つか同定し、現在、詳細な実験を継続している。一方、2010年に米国エール大学の研究グループから、ケタミンの抗うつ作用にはmTOR系が重要であることが報告されたが(Li et al. Science 2010)、その後の研究では否定した論文も多い。理由として、これまでの研究はラセミ体を使用していることも挙げられると推測される。今回、ケタミンの両異性体を用いた実験を実施した結果、R-ケタミンの抗うつ作用にMEK-ERK系が関与し、S-ケタミンの抗うつ効果にはmTOR系が関与していることを見出し、論文発表した(Yang et al. Biol Psychiatry in press)。このように、ケタミンの抗うつ効果に関わる細胞内シグナル系の役割を一部明らかにすることが出来た。しかしながら、プロテオミクス技術で見出した候補タンパクや候補遺伝子については、詳細な実験を行うことは出来なかった。今後、引き続き、研究を進めていく予定である。29年度が最終年度であるため、記入しない。現在、グルタミン酸受容体の一つであるNMDA受容体拮抗作用を有する麻酔薬ケタミンは、治療抵抗性うつ病患者に対する即効性の抗うつ作用を有するため、海外では注目されている。しかしながら、ケタミンの抗うつ作用の機序は、未だ不明である。我々は、ケタミンの光学異性体R-ケタミン(NMDA受容体への親和性が弱い)の方が、NMDA受容体への親和性が高いSーケタミンより抗うつ作用が強いことを発表した(Yang et al. Transl. Psychiatry 2015)。今回、R-ケタミンの作用機序を解明するために、R-ケタミンあるいはS-ケタミン投与後の脳組織をプロテオミクス技術で解析し、発現の異なる幾つかのタンパク候補などを得た。現在、これらの候補タンパクがRーケタミンの抗うつ作用に関わっているかを検討している。さらに、うつ病の社会的敗北ストレスモデルを用いて、R-ケタミンあるいはS-ケタミン投与後の前頭皮質と海馬歯状回における発現の異なる遺伝子を網羅的に解析するRNA-seq解析を実施し、現在解析中である。さらに、ケタミンの抗うつ作用機序に関して、昨年、ケタミンの抗うつ作用は、ケタミン自身でなく、R-ケタミンの最終代謝物(2R,6R)-hydroxynorketamine (HNK)が寄与していることが、NATURE誌に掲載され、大きな話題になった。しかしながら、我々は、代謝物(2R,6R)-HNKの抗うつ作用はRーケタミンと比較して非常に弱く、R-ケタミン自身の抗うつ作用が重要であることを見出し、論文はBiological Psychiatry誌に掲載された。治療抵抗性うつ病にも抗うつ作用が期待されているR-ケタミンの作用機序を解明するために、R-ケタミンあるいは抗うつ作用が弱いS-ケタミン投与後の脳組織をプロテオミクス技術で解析し、発現の異なる幾つかのタンパク候補を得た。2016年5月にケタミンの抗うつ作用は、ケタミン自身でなく、R-ケタミンの最終代謝物(2R,6R)-hydroxynorketamine (HNK)が寄与していることが、NATURE誌に掲載された。しかしながら、我々は、代謝物(2R,6R)-HNKでなく、R-ケタミン自身の抗うつ作用が重要であることを報告し、研究成果はインパクトファクターの高いBiological Psychiatry誌にアクセプトされた。以上のことから、現在までの進捗状況は、おおむね順調に進んでいる。

これまでに両異性体の投与で発現が異なるタンパクや遺伝子を幾つか同定し、現在、詳細な実験を継続している。一方、2010年に米国エール大学の研究グループから、ケタミンの抗うつ作用にはmTOR系が重要であることが報告されたが(Li et al. Science 2010)、その後の研究では否定した論文も多い。理由として、これまでの研究はラセミ体を使用していることも挙げられると推測される。今回、ケタミンの両異性体を用いた実験を実施した結果、R-ケタミンの抗うつ作用にMEK-ERK系が関与し、S-ケタミンの抗うつ効果にはmTOR系が関与していることを見出し、論文発表した(Yang et al. Biol Psychiatry in press)。このように、ケタミンの抗うつ効果に関わる細胞内シグナル系の役割を一部明らかにすることが出来た。しかしながら、プロテオミクス技術で見出した候補タンパクや候補遺伝子については、詳細な実験を行うことは出来なかった。今後、引き続き、研究を進めていく予定である。昨年度に見出したケタミン両異性体投与で異なるタンパク、遺伝子について、さらに詳細に調べて、R-ケタミンの抗うつ作用に関わる機序を明らかにする。29年度が最終年度であるため、記入しない。
ANCA関連血管炎の早期診断法の確立と中耳炎発症機構の解析

ANCA(抗体好中球細胞質抗体)関連血管炎は全身をめぐる血管のうち主に細い血管に炎症をきたす結果、生命に危険をおかす臓器障害を生じる疾患である。しばしば、不可逆性の難聴や顔面神経麻痺を合併するような難治性中耳炎や、鞍鼻(鼻が低くなる)をきたすような鼻粘膜の壊死病変など耳鼻咽喉病変で初発する。しかし、初期の段階では診断に有用なANCAが陰性であり診断に難渋することが少なくない。今回、我々は様々なANCA測定方法を用いて、本疾患の早期診断のための検査方法のアルゴリズムを作成し提案した。また、病態解明のために本疾患の発症トリガーとなる中耳への細菌感染の関与について証明する研究を行った。早期診断及び病態解明のため、29名の患者血清を用いて抗原固相方式の異なるのELISAキットを用いたPR3, MPO-ANCAの測定、minor ANCAの測定、抗LAMP-2抗体の測定を行った。臨床検査でPR3, MPO-ANCA陰性であっても、異なる試薬で陽性となる症例や、BPI-ANCAやelastase ANCAといった、minor ANCAが陽性となる症例が存在した。また、患者血清中の抗LAMP-2抗体をELISAで測定し、正常コントロール血清や臨床的に活動期と非活動期で値を比較したところ、抗LAMP-2抗体は、ANCA関連血管炎患者で有意に高値で、疾患活動期において有意に高値となることが明らかとなった。臨床的にANCA陰性であっても抗原固相方式の異なるELISA試薬で陽性となる症例や、minor ANCAが病態に関わっている可能性のある症例が存在することが明らかとなった。本研究は、順調に進展している。ANCA(Antineutrophil cytoplasmic antibody)関連血管炎の発症には、上気道への細菌やウイルス感染が引き金となることや、再燃例に黄色ブドウ球菌キャリアが多いことが報告されている。ANCA関連血管炎性中耳炎(Otitis media with ANCA associated vasculitis; OMAAV)に関しても、中耳における感染が発症機序に関与していることが推察される。さらに症例を集積し、血清学的検討とともに中耳貯留液を用いた細菌やサイトカインの解析を進める。また、実験動物においてANCA関連血管炎性中耳炎モデルを樹立し、中耳腔内での免疫誘導について組織学的、細胞生物学的解析を行い、慢性アレルギー炎症下における持続感染の誘導機序を明らかにする。本年度行った実験に用いた試薬等は、研究室に在庫があったため新たに購入しなかった。また、国内旅費は大学出張費より請求し、データ解析用パソコンは次年度購入予定としたため繰り越し額が生じた。ANCA関連血管炎性中耳炎患者より採取した中耳貯留液の解析のため、ヒトサイトカインTh17アッセイキット、リアルタイムPCR用試薬(呼吸器系感染症起因ウイルス、細菌検出キット)を購入する。
高歪み化合物テトラヘドランの官能基化及び物性解明

シクロブタジエンは、ヒュッケル則により反芳香族分子に分類されその分子構造、電子物性は古くから興味が持たれている。最近の理論研究では、シクロブタジエンは電気伝導性だけでなくスピンフィルター効果を発現することが予想されるなど、分子エレクトロニクス分野においてもその物性に関する知見は重要である。本研究では種々の官能基化シクロブタジエン誘導体を合成し、構造、電子物性に及ぼす置換基効果を解析することで4π反芳香族分子の性質の系統的解明を目的とした。本年度は、アリール基により複数のシクロブタジエン部位を連結した誘導体の合成を行い環状4π電子系の共役拡張により現れる特性について考察した。メタフェニレン基で2つのテトラヘドリル基を連結した誘導体へ300 nm以上の光を照射すると、対応するシクロブタジエン誘導体を定量的に合成することに成功した。生成物は各種NMRにて構造を帰属し、溶液状態において閉核一重項長方形構造を有していることが示唆された。一方、パラフェニレン基で2つのテトラヘドリル基を連結した誘導体の光反応を検討したところ、新規なビラジカル種の合成・単離に成功した。生成物のX線結晶構造解析から、中心ベンゼン環及びシクロブタジエン部位の結合長には顕著な結合交替が見られ、それぞれキノジメタン、アリルラジカル構造を有していた。ESRスペクトル測定、理論計算から生成物は基底一重項ビラジカル種としての性質を有していることを明らかとした。また温度可変UVスペクトル測定から、溶液状態においてビラジカル構造とシクロブタジエン構造間での平衡の存在を明らかとした。上記の結果は、メタフェニレン基で2つのシクロブタジエニル基を連結した誘導体とは大きく異なる結果であり、シクロブタジエンを繋ぐ架橋子により生成物のスピン多重度が変化することを明らかとした。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
糖尿病を伴う虚血性疾患の細胞障害メカニズム

脳梗塞や心筋梗塞など虚血性疾患を発症する患者は、生活習慣病である糖尿病を基礎疾患としてもつことが多く、周術期管理は難しい。糖尿病における細胞・組織障害のメカニズムの一つとして、糖化最終産物(advanced glycation end products : AGEs)とその受容体(receptor for AGEs : RAGE)の強い関与が示唆されている。虚血、低酸素状態でのAGEsによる神経細胞や心筋細胞の細胞障害メカニズムを検討する。また、脳卒中モデルラットへのAGEs投与により脳卒中が増悪するか検討する。
アスパルテーム合成の効率化を目的とするサーモライシンの蛋白質工学と反応制御工学

サーモライシン(TLN)は高い活性と広い基質特異性をもつ中性金属プロテアーゼである。好熱性酵素であり、至適温度は70°C、熱失活のT_<50>は87°Cである。好塩性酵素でもあり、TLN活性は高濃度の中性塩の濃度増大に対し活性は指数関数的に増大し、4MNaClでは13倍になる。TLNはアスパルテーム合成に利用されてきたが、さらなる活性と安定性の向上が望まれている。1.TLNの分子表面にあり活性部位から離れた位置にある7個のSerを個別にAspに変換し負電荷を導入した。7種の変異体の活性は野生型TLN(WT)に匹敵し、うち6種では4MNaClでの活性が17-19倍となった。10mMCa^<2+>存在下、85°Cで30分間処理したとき、WTの残存活性は51%であるが、Ser53とSer65をAspに変換したS53DとS65Dでは78と63%であり、変異導入により熱安定性が増大した。S53Dは熱変性の活性化エンタルピー変化の増大、S65Dは活性化エントロピー変化の減少により安定化されたことが示された。2.WTは100mMCa^<2+>存在下にS53DやS65Dと同程度の安定性を示したことから、低Ca^<2+>濃度でのS53DとS65Dの高安定性は、Ca^<2+>がAsp53や65に結合することに起因すると判断した。活性部位底のLeu144をSerに変換したL144S、N末端にS-S結合を導入した三重変異体G8C/N60C/S65P、両変異を包含した四重変異体G8C/N60C/S65P/L144SはWTに比べて5-10倍活性化し、熱安定性も増大した。四重変異体の安定化は個別にもたらされた安定化の相加として解釈できた。3.TLNの自己消化部位をGly154-Leu155と同定した。Leu155をAlaに変換したL155Aでは90°Cでの失活時間が4倍増大した。4.4MNaCl存在下でのTLNの結晶構造解析を行ったところ、NaCl非存在下の構造に比べて、NドメインとCドメインが1.5Å開いた構造を取っていた。5.TLN生産菌変異株から低分子基質分解に優れたTLN変異体A73Vと蛋白質基質分解に優れたV140Aを分離した。A73VはAPM合成に優れた成績を示した。以上の5点の研究から、安定性と活性に優れたTLNを創出でき、所期の目的を達成できた。

以上の5点の研究から、安定性と活性に優れたTLNを創出でき、所期の目的を達成できた。サーモライシン(以下TLNと略す)は高濃度の塩の添加により十数倍も活性が上昇する。低塩濃度下での低活性型から高塩濃度下での高活性型に移行する分子機構を検討するため、4M NaCl存在下でのX線結晶解析を行なった。大きい構造変化は認められなかったが、NドメインとCドメインの間がやや開くことが認められ、これが活性化に関与する可能性が示された。われわれはTLNの天然型変異体としてTa(Val140Ala)とTb(Ala73Val)を見出している。変異型Taで140位のバリンがアラニンに変換されている。これは、野生型TLNに比べ、好塩性とZAPM合成能が上昇した。Tbでは73位のアラニンがバリンに変換されており、これは野生型酵素に比べZAPM合成能が低下した。蛋白質分解活性はTaで低下、Tbで上昇した。このような基質特異性の変化をもたらす構造因子を解明し、TaとTbの構造を野生型TLNの構造と比較するためにX線結晶解析を行なった。三者の間に明確な構造上の差異を見出せず、酵素機能の発現が極めて微小の構造変化に支えられていることを確認した。われわれは、活性部位にあるZnから20Å以内で水との接触率が20%以上のセリン残基8個をアスパラギン酸またはリジンに変換し、電荷を導入し、好塩性に対する分子表面静電場の効果を検討した。Ser53AspおよびSer65Asp変異体は高い熱安定性を示した。分光学(吸光度、蛍光、円二色性スペクトル)を用いて、この安定化の原因を検討した。さらにTLN分子表面と活性部位残基の改変による活性の増強、アスパルテーム合成反応中における原料と生成物の安定化を目的にTLNの至適pHの酸性域への拡大、TLNの長時間の活性保持を目的に自己消化の抑制と安定化を達成した。低塩濃度下での低活性型から高塩濃度下での高活性型への移行に関する分子機構を検討するため、4M NaCl存在下でTLNのX線結晶解析を行なった。大きい構造変化は見られないが、NドメインとCドメインの間隙がやや開き、これが活性化に関与する可能性がある。このことは、4MNaCl存在下において観測されたTrp残基の溶媒露出度とANS結合度の増大によく対応した。TLNの大量かつ効率的な精製法の確立を目的として、アフィニテイークロマトグラフィー用ゲルを開発した。基材としてToyopearl HW-65を用い、これに炭素(あるいは酸素)原子数2、11、13個のスペーサーを介し、各種リガンドを導入した。樹脂に対するTLNの結合定数と最大吸着量を比較したところ、スペーサー長は13原子分で、リガンドGly-D-Pheを持つ場合が最も効果的であることが示された。従来TLNの大腸菌内で発現では、発現させたプレプロ体を自己触媒的に活性化し成熟体を得るが、変異酵素では特異性の変化や活性低下によりプレプロ断片がうまく除去できず、変異酵素を調製できないことがある。今回、プレプロ配列と成熟配列を別々かつ同時に大腸菌発現させ、従来法では得られなかった変異酵素を得る方法を開発した。TLNに[G8C/N60C/S65P/L144S]の4重変異を導入し、活性と安定性が顕著に増大した変異型酵素を作出した。TLNに各種二糖類を添加したところ安定性が増大し、とくにトレハロースにより熱変性温度は17°Cも上昇し、T50は85°Cであった。TLNの初発自己消化点L155-I156に変異を導入した[L155S/I156N]あるいは[L155S/I156V]では自己消化が完全に抑制されており、使用安定性の高い酵素が得られた。サーモライシン(以下TLN)は高活性と広い基質特異性をもつ金属プロテアーゼである。また、好熱性酵素であり、至適温度は70°C、熱失活のT50は87°Cである。高濃度の中性塩の添加により、活性は指数関数的に増大し、4M NaC1存在下では13倍活性化が起す。
生体リズムを手がかりにした若者の健康支援～からだを通じて見えない心を理解する

本研究では心身の生体リズムを媒介とする心と体の揺らぎの共鳴効果がもたらすストレスの軽減効果について検討した。呼吸や心拍リズムを意識化したマインドフルネス呼吸により、介入後は学生らの心理的不安が有意に低減した。とりわけ健康行動の阻害要因であるエゴグラムの順応した子ども(AC)の自我状態の高群では、若者特有の過敏性やストレスの低減効果が認められた。心身の調和が促される統合的なセルフコントロールにより、身体的な失体感傾向の高い群においても不安の低減とリラクセーションが促された。生体リズムを意識化する身体性への気づきは、情報化が進む現代において必要不可欠な資質であり、今後とも検討が必要である。本年度は学生らが日常生活の上でどのような健康的でない習慣に悩み、変えたいと思っているか、その内容を具体的に調査し、それらの行動変容について検討した。習慣的行動は内在的なからだのリズムを伴い、ほとんどの場合意識されずに繰り返される。そのためこれらの行動変容には、心理的生理的レベルでの抵抗が伴いやすい。その反発をいかに回避し、望ましい行動変容へと結びつけてゆくか、その探索が初年度の課題であった。大学生132名(男性50名,女性82名)を対象に実態調査を行った結果、変容したい事柄は、時間的なルーズさ、無駄遣い、問題を先延ばしにする傾向、朝起きられない癖、さらに対人コミュニケーション、学業、食習慣などの身近な問題があげられ、いずれも習慣的な行動を含み、日常の生活と深く関わっていた。介入一ヶ月の期間の後、変容がみられた群では、否定的な気持ちを否定しない(受容)、自分がやりたいことを行う(自律性、能動的態度)、現状からはじめる、小さく丁寧にスタートする、継続性をもって行動する、目的に自我関与するなどがあげられた。一方の不変群では、外的要因に依る目標設定、価値観と合わない具体性を欠いた観念的な構え、抵抗的でネガティブな感情がわき上がることなどがあげられた。変容群と不変群では、自律性の問題が深く関わっており、これらは内在的な目に見えない心やからだのリズムを理解する本研究課題と関連する結果であり、今後の検討事項であると考えられた。日内リズムの乱れは抑うつや様々な身体疾患と関連するとの指摘があるが、自律神経系活動をはじめとする内在的な生体リズムは無意識レベルであるため、普段は意識化することがほとんどなく、意志の力による変容が難しい。生活習慣のリズムも内在的なからだのリズムを伴い、ほとんどの場合意識されないまま過去の行動が繰り返されている。大学生の生活リズムの乱れも修正には困難がともなう。前年度の生活習慣の行動変容の準備状態をつくるコンディショニングでは、常態的に繰り返されている習慣的行動を意識的に捉え直すことで無自覚的な行動リズムの再構成を図った。またその具体的な行動変容では、小さくても個人の歩幅に合った変容を促し、リズムが定着するまで身体行動レベルでこれらを繰り返すことにより一定の効果が認められた。しかし一方では、このような習慣的行動の変容に抵抗する心の声や評価や分析がしばしば阻害的に働き、変容のマイナス要因となることが明らかとなった。本年度は“いまここでの経験に評価や判断を加えることなく能動的に意識を向ける"マインドフルネスの構えに着目し、その心的構造の枠組みを、心身症研究で使用されるエゴグラムから検討を行った。その結果、マインドフルネスはACと負の相関を示し、外的準拠枠に沿った意志の力による適応努力(がんばり)はむしろ否定的な作用をもたらす一方で、NP、Aの自己受容的でバランスのとれた心理状態は行動変容に肯定的に作用することが示唆された。マインドフルネスは乱れた生体リズムを修正する心理的な準備状態をつくる上で望ましいマインドセットであると考えられる。今後これらの生体リズムと健康指標との関連を検討し、生体リズムを調える心理生理学的な方法について検討を進める予定である。大学生の健康阻害因子としてストレス反応を調べた結果、感情的訴えの割合が身体的愁訴や行動的愁訴に比べて高いという特徴が示された。感情面の内容は気分が沈む、自己嫌悪、不安、自信がもてない、クヨクヨするなどであった。行動面では集中力や根気に欠けるイライラする、また身体面では疲れやすい、肩凝り、腹痛、頭痛などといった愁訴が認められた。そこで若者のストレス反応とマインドフルネスの関連を検討したところ、両者には統計的に有意な関連性がみとめられた。特に感情的、身体的ストレス反応に対し、マインドフルネスのobserving(観察する態度)が若者のストレスの意識化を促し、あわせてエゴグラムのFCがこれに関与することが示された。行動面のストレス反応については、さらにnonreactivity(反応せず受けとめる態度)が有効であった。一方でdescribing(描写する態度)については本年度の調査で関連は見い出されず、今後の健康生成段階における検討課題と考えられる。これらの結果から、ストレスによって起こる健康障害の初期段階においては、ストレス反応を受けとめ、これを意識化することが重要であり、健康生成を促す要因を明確にした点で本研究の意義がある。これらの知見をもとに、今後マインドフルネスの態度を育成する健康教育的介入について精神生理学的な生体リズムのバイオフィードバックなど体感的アプローチの検討に基づいて行う。現在までのところ、若者の健康支援として、1青年期に特徴的な心身のストレス反応と関連するマインドセットの特定、2若者の健康生成を育成する健康教育的アプローチの探索を行った。

1については感情的ストレスが特徴的であり、これにはマインドフルネスの態度が有効であることが示された。とりわけ健康生成を育む初期段階としては自らの状態をobserving(観察する態度)が有効であった。observingは身体や五感など内部感覚への気づきを示し、これらは行動面、身体面、感情面すべてのストレス反応に気づく鋭敏な感覚でストレス対処の有効なリソースと捉えられる。従来より心身症者の特徴としてAlexithymia(失感情)があるが、observing(観察する態度)は、ストレスに意識的であるという点で、これとは対照的な健康資源であると考えられる。内臓などの内部感覚は自律神経と関連が深く、生体情報を知覚可能な情報に変換し提示するバイオフィードバックを用いることによって、言語や感情、気分などに比べてより直接的な生体変化のobservingを行うことができる。これらはまた本研究課題である“からだを通じて見えない心を理解する"健康支援と関連が深い。従来からストレス対処法としては呼吸などが活用されてきたが、本研究では2について、通常の呼吸法とは異なる意識的呼吸を活用したアプローチをとる予定である。心拍変動を高めるとされるこれらの呼吸法は高血圧、喘息などの改善にも効果的とされる。過年度は実験の協力組織代表者の交代等により未検討の研究課題がある。今後、健康生成効果をもたらすマインドフルネス呼吸と心拍変動との関連についてさらに検討を進め、研究の精緻化を図りたいと考えている。ストレスによる生理的リズムの乱れがもたらす健康障害が問題になっている。体の内部情報に気づきにくい失体感はストレス関連疾患の心身症の基本概念であるが、現代の情報化社会に生きる若者においても例外でない。身体との内部対話の乏しさは、自律神経などの生体リズムの軽視、また身体の変調への気づきにくさを増幅する。本年度の研究では、心身のリズムを意識化する心と体の揺らぎの共鳴効果がもたらすストレスの軽減効果について検討した。調査の結果、学生らのストレスは当初予想されたより高くSTAIの状態不安が高かった。呼吸や心拍のリズムに気持ちを向けるセルフコントロールにより、介入後はこれらの不安が有意に低下した。特にエゴグラムの順応した子どもの自我状態(AC)の高い群ではより大きな不安の低減効果が示された。また失体感傾向の高い対象者においても不安の低減とリラクセーションが促された。心身の調和が促されるマインドフルネスな呼吸により、若者特有の過敏性やストレスが低減された。心と体の共鳴を促すからだを通じた心身統合アプローチは、自己理解や対人共感力を高める健康意識の向上に有用であった。また内臓感覚などへの気づきが促されたことにも注目された。言葉で説明しずらい身体からの情報(gut feeling)への気づきは、ストレス低減に効果的であると考えられる。近年注目されるマインドフルネスは、これらの身体性と協応した人体の智慧と考えられる。自らの身体のリズムを意識化する体験は学生達にとって驚きを伴う新鮮な体験となる。生体リズムを観察する健康意識の向上、身体を通じた生命への気づきは、情報化が進む現代において必要不可欠な資質であり、今後の検討が必要である。
針葉樹種子の遺伝子発現制御機構の解明ー貯蔵mRNAの役割についてー

マツの乾燥休眠種子の胚にはmRNAが存在している。前年度までに,これらの貯蔵型mRNAからcDNAを作成し,発芽過程に消失する貯蔵型mRNAのcDNAクロ-ンとして,pPS1,pPS5,pPS13を得ている.本年度は,7年間および14年間乾燥貯蔵したクロマツ種子を用いて,貯蔵型mRNAが極めて長期間維持されていることを明らかにした。上記のcDNAクロ-ンをプロ-ブとして,種子胚から抽出したRNAとノ-ザンハイブリダイゼ-ションをおこなった。新しい種子と同様に古い種子でもcDNAと対合する分画が認められ,mRNAが貯蔵されていることが示唆された。次いで,長期間貯蔵されているmRNAがどこに存在するかを調べた。蔗糖密度勾配遠心法によってリボソ-ム画分を分画し,沈降係数の異なる分画からそれぞれRNAを抽出し,上記のcDNAクロ-ンをプロ-ブとしてノ-ザンハイブリダイゼ-ションをおこなった。その結果,沈降係数の大きいポリソ-ム画分(〉80S)に貯蔵型mRNAが存在することが明らかになった。遊離状態の貯蔵型mRNAの沈降係数は10S前後であり,リボソ-ムが結合しているためポリソ-ム画分に存在している可能性が考えられる。そこで,ピュ-ロマイシンによって,mRNAからリボソ-ムを解離させる処理をおこなったところ,貯蔵型mRNAは沈降係数がおよそ45Sの画分に移行した。この結果から,貯蔵型mRNAにはリボソ-ムの他にも何らかの分子が結合していることが明らかになった。この結合した状態で,翻訳活性があるかを調べるため,ウサギ網状赤血球ライセ-トを用いて,<in>___ー<vitro>___ーの翻訳実験をおこなった。この<in>___ー<vitro>___ーの系にオ-リントリカルボン酸を加え,新しい翻訳開始を阻害すると,貯蔵型mRNAのポリソ-ム画分は翻訳を進行させずアミノ酸の取り込みをおこなわない。一方、正常なポリソ-ムは翻訳を進行させる。したがって,貯蔵型mRNAは鋳型活性が抑えられた状態で維持されていると思われる。休眠状態のクロマツ乾燥種子の胚に含まれるRNAを抽出し、mRNAの鋳型活性があるかどうかを検討した。まず、乾燥種子から胚を摘出し、トリス緩衝液とフェノールでRNAを抽出した。オリゴdTカラムに抽出したRNAを流し、ポリA^+RNAを分離した。mRNAには、ポリARNA部分が存在する。クロマツの休眠種子の胚には、ポリAを含むRNAが存在していることが確かめられた。このポリA^+RNAに、mRNAとしての鋳型活性が存在するかどうか、in vitroの蛋白生合成実験を行なった。実験系として、ウサギ網状赤血球ライセートとコムギ胚抽出液の二つの系を用い、mRNAとして、上記のポリA^+RNAを使った。二つの実験系いずれも、マツのポリA^+RNAを鋳型として、蛋白を形成した。しかし、休眠状態のマツ種子には、鋳型活性がなく、フェノール抽出によって、はじめてmRNAの鋳型活性が発現する。したがって、休眠中のクロマツ種子に含まれるmRNAは、何らかの形で不活性化した状態にある。休眠種子に含まれるmRNAの翻訳産物をSDS-ポリアクリルアミドゲル電気泳動で分離すると、ウサギおよびコムギのいずれの系においても多数の蛋白のバンドが検出される。したがって、抽出したmRNAは多数の混成種から成ることがわかる。また、蛋白の種類が多いため、蛋白から解析を進めることは難しい。これらの結果より、mRNAおよび対応するcDNAによって、解析を進めることにした。ポリA^+RNAを鋳型として、dATP、dGTP、dTTP、dCTPおよび^<32>P-dCTP、オリゴdTTプライマーに、逆転写酵素を加え、一本〓のcDNAを作り、プローブとした。さらに、二本〓のcDNAを作り、大腸菌のpUC8プラスミドに組込み、cDNAライブラリーを作った。今後、ライブラリーとプローブを用いて、貯蔵mRNAの動態、解析、同定を行なっていく。(1)クロマツ乾燥種子および発芽過程のメバエの子葉に存在するmRNAのcDNAライブラリ-を用い、発芽初期に特異的に存在するmRNAを検索した。まず、cDNA作成と同様の方法で、^<32>Pでラベルした一本鎖のcDNAプロ-ブを作り、デファレンシャルコロニ-ハイブリダイゼ-ションにより、乾燥種子胚に多く存在する可能性のあるmRNA(貯蔵型mRNA)のcDNAクロ-ンを選抜した。さらに、選抜したクロ-ンからDNAを抽出し、サザンハイブリダイゼ-ションによって、二次選抜をおこなった。これらの実験の結果、乾燥種子に含まれる貯蔵型mRNAはほとんど、子葉では消失または減少していることも明らかにされた。(2)乾燥種子胚、低温湿層処理中の種子胚、発芽過程の胚など、異なった生長段階の胚からmRNAを抽出し、電気泳動後、典型的な貯蔵型mRNAのcDNAをプロ-ブとして、ノ-ザンハイブリダイゼ-ションをおこなった。この結果、低温湿層処理から発芽初期にかけて消失するmRNAのcDNAクロ-ン(_pPS1)、湿層処理中に増加し、発芽初期に急速に消失するmRNAのcDNAクロ-ン(_pPS13)、さらに、湿層処理中に増加し、発芽段階にしだいに減少するmRNAのcDNAクロ-ン(_pPS5)の三つを検出した。

(3)この3クロ-ンをプロ-ブにして、発芽初期におけるmRNAの存在様式を検討した。未発芽種子胚および発芽初期段階の胚からミクロゾ-ム分画を分離し、蔗糖密度勾配遠心法によって分画した各画分よりRNAを抽出し、プロ-ブとノ-ザンハイブリダイゼ-ションをおこなった。その結果、未発芽胚では、上記三つのmRNAはモノマ-リボゾ-ム画分に存在し、発芽初期にはポリゾ-ム画分に存在していることが認められた。貯蔵型mRNAは発芽初期に活性があることを示唆しているが、さらに、実験を進め、機能や乾燥種子での存在形態を明らかにしていく。マツの乾燥休眠種子の胚にはmRNAが存在している。前年度までに,これらの貯蔵型mRNAからcDNAを作成し,発芽過程に消失する貯蔵型mRNAのcDNAクロ-ンとして,pPS1,pPS5,pPS13を得ている.本年度は,7年間および14年間乾燥貯蔵したクロマツ種子を用いて,貯蔵型mRNAが極めて長期間維持されていることを明らかにした。上記のcDNAクロ-ンをプロ-ブとして,種子胚から抽出したRNAとノ-ザンハイブリダイゼ-ションをおこなった。新しい種子と同様に古い種子でもcDNAと対合する分画が認められ,mRNAが貯蔵されていることが示唆された。次いで,長期間貯蔵されているmRNAがどこに存在するかを調べた。蔗糖密度勾配遠心法によってリボソ-ム画分を分画し,沈降係数の異なる分画からそれぞれRNAを抽出し,上記のcDNAクロ-ンをプロ-ブとしてノ-ザンハイブリダイゼ-ションをおこなった。その結果,沈降係数の大きいポリソ-ム画分(〉80S)に貯蔵型mRNAが存在することが明らかになった。遊離状態の貯蔵型mRNAの沈降係数は10S前後であり,リボソ-ムが結合しているためポリソ-ム画分に存在している可能性が考えられる。そこで,ピュ-ロマイシンによって,mRNAからリボソ-ムを解離させる処理をおこなったところ,貯蔵型mRNAは沈降係数がおよそ45Sの画分に移行した。この結果から,貯蔵型mRNAにはリボソ-ムの他にも何らかの分子が結合していることが明らかになった。この結合した状態で,翻訳活性があるかを調べるため,ウサギ網状赤血球ライセ-トを用いて,<in>___ー<vitro>___ーの翻訳実験をおこなった。この<in>___ー<vitro>___ーの系にオ-リントリカルボン酸を加え,新しい翻訳開始を阻害すると,貯蔵型mRNAのポリソ-ム画分は翻訳を進行させずアミノ酸の取り込みをおこなわない。一方、正常なポリソ-ムは翻訳を進行させる。したがって,貯蔵型mRNAは鋳型活性が抑えられた状態で維持されていると思われる。
新世紀3高半減コンパクト高炉の基礎科学に関する調査研究

現行高炉の使用エネルギー量(炭酸ガス排出量)、製品不純物(P、Si、S)量、スラグ排出量の3つを半滅させる新しい、、コンパクトな高炉をつくるための基礎科学について共同調査を行った。10大学5高炉会社の研究者18人が、(1)原燃料反応性の2向上(反応性)、(2)劣質鉱石の低燃費接合(改質接合)、(3)還元鉄溶融温度の150°C低下(操業低温化)、(4)スラグ融点の100°C低下(スラグ設計)、および、(5)コンパクト高炉の数字シュミレーション(数学モデル)、の5テーマを担当して、文献調査、補足実験、共同討論などを行った。反応性については、酸化鉄還元と炭素ガス化をカップリングさせることによって、反応温度の250°C低下と燃料の25%減少が実現可能であると結論された。またそのためには、電子、原子レベルからみた反応の材料学的微細機構の研究が重要であると指摘された。改質接合については、現行の融液過多な溶融凝固型接合に替え、少量の融液を介した拡散型接合に切替えるべしとの提案がなされた。これにより、原鉱石の高反応性を維持しつつ低燃費塊成化が実現できる。このためには、酸化物接合の界面現象の研究が必要である。操業低温化については、還元鉄浸炭の高速化が必要で、それには還元鉄表面の清浄化に関連して、金属表面の高温性状を多方面から解明することが必須である、と結論された。スラグ融点低下に必要なスラグ設計は最も困難な課題であり、適当な成分系が見つからない。今後、融点、輸送定数の計算を多成分系に拡大して進める計画である。数学モデルについては、従来の多流体モデルを一層進めることで達成可能と確認された。以上から、革新的高炉を実現するには先進的な新境界領域の構築が不可欠と結論された。
氷表面における炭素，窒素，酸素原子の吸着・拡散活性化エネルギーの第一原理計算

本研究課題では星間分子雲における分子生成の解明するために、氷表面における原子の吸着エネルギーを高精度手法を用いて算出し、実験のみからでは得られない物理情報を獲得することを目的にしている。前年度までに氷表面のモデリングは完了したため、作成された氷表面に対するH原子の吸着エネルギーの構造依存性および量子効果、またO原子の吸着エネルギーを調べた。構造依存性は水分子の配列が規則的である結晶氷に比べて不規則であるアモルファス氷においては吸着エネルギーの平均値が高く、分布もより広がったものになった。原子核の量子効果を考慮した場合には吸着エネルギーが低くなった。また同位体効果を調べるために、D原子でも吸着エネルギーを計算した。その結果、D原子の吸着エネルギーはH原子よりも大きくなった。量子効果を考慮した場合にはゼロ点振動エネルギーによりポテンシャルエネルギーが高くなったために吸着エネルギーが低くなったと考えられる。特に質量の小さいH原子の方がゼロ点振動の影響が大きくなり、D原子に比べて吸着エネルギーが小さくなったと考えられる。O原子を吸着させた場合は一部の水分子の結合が切れてラジカルの生成が確認された。低温環境である分子雲においてもO原子結合によってラジカルが生成されれば大きな有機分子生成に大きく寄与すると考えられる。以上より私の研究は星間分子雲における有機分子等の生成に大きく貢献したものと自負している。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。氷表面における原子(炭素、窒素、酸素)の吸着、拡散は星間分子雲における分子生成に重要な過程であり、分子動力学計算等のモデル計算で積極的に調べられてきたが、そもそもモデル計算に必要なパラメーターである吸着エネルギー、および拡散活性化エネルギーの信頼できる値は存在しなかった。そこで、本研究ではこの2つのパラメーターを高精度の第一原理計算で導出することを目的としている。研究の準備として強誘電体ice XIと反強誘電体ice XIの2種類の結晶氷、およびアモルファス氷のモデリングをおこなった。結晶氷は単位格子に水分子を配置したのちに密度汎関数法による構造最適化を実行し作成した。アモルファス氷は分子動力学法により短距離秩序構造を保った状態で水分子を配置したのちに、構造最適化をおこない作成した。また、氷表面との比較のために数個の水分子(110個)から成るクラスターを作成した。各クラスターは最も安定な構造を取るように最適させた。氷表面における原子の吸着を研究する前に計算がより容易である分子(H2、CO、HF)の水クラスターにおける吸着エネルギーのクラスターサイズ依存性を調べた。その結果、大まかには水分子の個数とともに吸着エネルギーが増加したが、水分子が4個や8個などの対称性が良いクラスター表面においては吸着エネルギーが小さくなった。この原因を調べるために、エネルギー分割法により相互作用の成分を調べた。その結果、水分子が4個や8個のクラスターにおいてファンデルワールス力の静電場-静電場相互作用が他のクラスターと比べて小さくなっていることがわかった。これは対称性が高いクラスターは水分子の双極子をクラスター内で打ち消しあうことで、クラスター全体の双極子が小さくなっているためと考えられる。今年度は氷のモデリングを実行し、3種類の構造の異なる氷を作成した。また、数個の水分子(110個)から成るクラスターを作成し、氷表面における計算、および水クラスターのサイズ依存性を調べる準備が完了した。原子の吸着エネルギーを計算するための予備研究として、計算がより簡単である分子の水クラスターに対する吸着エネルギー依存性を調べた。その結果、対称性の良い水クラスターにおいて吸着エネルギーが低くなることがわかった。その原因として、対称性の良いクラスターは双極子モーメントが小さくなっているためであることを明らかにした。以上の成果より、おおむね順調に進展していると、自己評価をした。今後は作成した氷、およびクラスター表面における原子の吸着エネルギー、拡散活性化エネルギーを導出する。また、最終年度となるため、研究総括もおこなう。
三次元画像を用いた前立腺肥大症メカニズムの解析

前立腺肥大症患者に対する内服治療薬の代表薬であるα1ブロッカーの作用について、客観的且つ定量的に画像評価する方法は無く、治療効果を有する事は解っていてもそのメカニズムは解明されていないことに対し、千葉大学泌尿器科と工学研究科において、メカニズム解明に向けて、内視鏡画像から得られた情報を基に尿流シミュレーションシステムを開発し臨床応用を行った。尿流シミュレーションを施行することで、尿流のエネルギー解析に繋がり、治療前後でエネルギー効率が増加することが判明した。異なる作用点を持つα1ブロッカーを使用し相違なども確認できた。尿道内腔3次元構築法を用いることで、1α1ブロッカーの治療前後の尿道の拡張様式(及び拡張部位)、2尿流シミュレーションによる尿流速度・尿流圧の変化や尿流停滞部位の同定、尿流入部と流出部でのエネルギーロスの程度、3治療抵抗性及び治療感受性患者における尿道拡張様式の違い、4α1レセプターのサブタイプに対する親和性が異なるα1ブロッカーと尿道拡張様式の違いを検討する。上記を全研究期間内の目標に設定していたが、上記1と2に関しては、42症例を選出。画像集積し、得られた映像から3次元パノラマ画像を作成し尿道拡張作用を評価したところ、内服治療により精阜部近傍が最も拡張することがわかり、それらが排尿症状改善に寄与している可能性が示唆された。またコンピューターの仮想空間上にて再度立体構築した前立腺部尿道内腔立体モデルを作成し、内部に尿が流れているときの尿流シミュレーションを行い尿流の可視化を行った。これにより、尿流の減弱に大きく関わっていると考えている渦流頻発部位の同定が可能となった。その結果、渦流は精阜部12時側に多く発生していることが判明し、治療により渦流が減少することや、渦流が減少することが症状改善に寄与していることも示唆された。さらには、膀胱頚部と精阜部での尿流のエネルギーロスを計測し、治療前後でエネルギーロスが低下することが判明したため、当グループで海外の学会発表及び論文投稿を行い掲載された。上記3に関しては、現在も検討中である。上記4に関しては、シロドシン以外の塩酸タムスロシンとナフトピジルを用いた症例での検討を行い、作用点が異なる可能性が示唆された。尿道内腔3次元構築法を用いることで、1α1ブロッカーの治療前後の尿道の拡張様式(および拡張部位)、2流体シュミレーションによる尿流速度・尿流圧の変化や尿流停滞部位の同定、尿流入部と流出部でのエネルギーロスの程度、3治療抵抗性及び治療感受性患者における尿道拡張様式の違い、4α1レセプターのサブタイプに対する親和性が異なるα1ブロッカーと尿道拡張様式の違いを検討する。上記を全研究期間内の目標に設定していたが、上記1と2に関しては、初年度の目標症例数の30症例を超えて36症例を選出することができた。これらの症例から画像集積し、得られた映像から3次元パノラマ画像を作成し尿道拡張作用を評価したところ、内服治療により精阜部近傍の尿道が最も拡張することがわかり、それが排尿症状改善に寄与している可能性が示唆された。また、コンピューターの仮想空間上にて再度立体構築した前立腺部尿道内腔立体モデルを作成し、内部に尿が流れているときの尿流シュミレーションを行い、尿流の可視化を行った。その結果、渦流は精阜部12時側に多く発生していることが判明し、治療により渦流が減少することや、渦流が減少する事が症状改善に寄与していることも示唆された。尿道内腔3次元構築法を用いる事で、1α1ブロッカーの治療前後の尿道拡張様式(及び拡張部位)、2尿流シミュレーションによる尿流速度・尿流圧の変化や尿流停滞部位の同定、尿流入部と流出部でのエネルギーロスの程度、3治療抵抗性及び治療感受性患者における尿道拡張様式の違い、4α1レセプターのサブタイプに対する親和性が異なるα1ブロッカーと尿道拡張様式の違いを検討する。上記を研究目標と設定し、研究を行ってきた。上記1と2に関しては、46症例を選出し画像を集積した。これらから得られた映像から3次元パノラマ画像を作成し尿道拡張作用を評価し、内服治療により精阜部近傍が最も拡張することが判明し、それらが排尿症状改善に寄与している可能性が示唆された。またコンピューター上で、仮想空間を作成し、再度立体構築した前立腺部尿道内腔立体モデルを作成し、内部に尿が流れているときの尿流シミュレーションを行い尿流の可視化を行った。これにより尿流の減弱に大きく関わっていると考えている渦流頻発発生部位の同定が可能となった。