hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
微分方程式による曲率の特徴付け

plethysmとは一般線形群の既約表現の一種の合成積であり、その分解公式を具体的に求めることは表現論・不変式論における重要な未解決問題の一つである。今年度の研究においては、その中で{m}x{3},{m}x{21},{m}x{1^3},{AB}x{2},{AB}x{1^2}という形のものに限定して今までに知られていた非常に複雑な分解公式を簡略化することに成功した。例えばplethysm{AB}x{2}の場合、この分解に表れる既約成分は6つの基本的な分割の一次結合として表される。この公式を用いると{AB}x{2}に表れる既約成分の個数をA, Bの4次の多項式として表すことが可能となる。また分解公式を母関数の形に書き直すこともでき、それの特別な場合として既約成分の個数を係数としてもつ母関数も非常に単純な形の式として得られる。このような結果をLittlewood-Richardsonの公式だけから得るのは困難なことと思われる。さらにこの分解公式を用いると、分割{AB}に対応する一般線形群GL(N, C)の既約多項式表現空間が2次の不変式を持つための必要十分条件がA, Bについての条件として簡単に表現される。またこれは未証明の予想式の段階のものではあるが、plethysm {m}x{4}およびテンソル積{ABC}^2についても、同様の母関数による分解公式が計算機による膨大なデータをもとにして得られた。これらの「公式」を証明することは、今後の重要な課題である。曲率を微分方程式で特徴付けるためには、1階微分方程式について考察するだけでは不十分であり、更に高階のものを考慮に入れる必要がある.主バンドルの構造群が半単純の場合、2階までの微分方程式を考えれば十分であることが知られていることもあり、今年度は特に2階の微分方程式、及びそれに関連する課題として多様体上の内在的微分についての研究を行った.1.構造群のリー環が2-step nilpotentの場合について、1階の微分方程式のときと同様ある線形写像の像の定義方程式という形で2階の微分方程式を捕らえる枠組みを構成した.これにより原理的にはすべての2階微分方程式を得ることが可能になった.その一つの応用として、いくつかのリー環について独立な2階微分方程式の個数を計算した.(例えばハイゼンベルグリー環の場合、多様体の次元nが5以上のとき、その個数はn(3n^3-2n^2-23n-10)/8個となる.)2.曲率の満たすべき2階の微分方程式を具体的に表示するには、多様体の座標系の選び方に依存しない微分作用素、つまり内在的微分作用素が必要となる.1階の微分方程式の場合は、そのような微分作用素として外微分を考えるだけで十分であったが、2階の場合にはそれ以外の新たな(非線形)内在的微分作用素が必要になる.この課題に関しテンソル空間における表現論、特にヤング図形に関わる組合せ的表現論の理論を基礎にしてある種の消去法を実行することにより、5次元以上の多様体において、2形式に作用しある種のテンソル空間に値をとる2階の非線形な微分作用素の存在を確認することができた.その具体的な形についてはまだわかっておらず、それを求めることが今後の課題である.
複数の通信経路を弾力的に活用する高速大容量無線ネットワーク機構

本研究では,多様な通信品質の要求に対応可能な複数の通信経路を活用する新しい高速大容量無線ネットワーク機構を確立することを目的としている.2018年度は,複数経路を用いる無線ネットワークがアプリケーションに与える影響について検討した.具体的なアプリケーションとして,主に動画像ストリーミングにおける体感品質に着目して研究に取り組んだ.具体的には,主に以下の二つのサブテーマに取り組んだ.1)アプリケーションレベルでのスケジューリング方式:本サブテーマでは,アプリケーションレベルで動画の内容に応じて要求する動画品質を適応的に選択する手法について検討した.具体的には,各動画フレーム間でのシーンの動きの大きさに着目したアダプティブストリーミング手法を考案した.さらに,クライアントのバッファ容量と動画品質の変化回数に着目したアダプティブストリーミング手法を考案した.2)ネットワーク状態がアプリケーションに与える影響:本サブテーマでは,前年度に行った実際の測定結果を用いた無線ネットワークのスループット変動モデルをネットワークエミュレータで再現し,考案した各種アダプティブストリーミング手法を実験により評価した.動画停止時間,動画品質の変化回数等に関して,変動するネットワーク環境において,提案手法がユーザの体感品質向上に有効であることを確認した.さらに,複数経路環境がアプリケーションに与える影響について検討した.本研究は,多様な通信品質の要求に対応可能な複数の通信経路を活用する新しい高速大容量無線ネットワーク機構を確立することを目的としている.初年度の平成27年度は複数の通信経路を活用する広域無線ネットワークの大容量化の課題に取り組んだ.本課題では,複数の通信経路(メディア)を同時に利用し,データを複数経路に分散送信することで無線ネットワークの大容量化を図る手法を見いだすことが目的である.具体的には,以下の三つのサブテーマに取り組んだ.1)遅延時間差のある複数経路を活用するマルチパスTCP:本サブテーマでは,WiFiとセルラ通信のような遅延時間の異なる複数経路を用いるマルチパスTCPにおいて,データ送信者がデータ到達通知(ACK)に記載された受信可能データ量の情報をもとにデータ受信者の受信バッファサイズの圧迫を検知し,遅延の大きなTCPフローの送信ウィンドウサイズの制御を行うことで,スループットを向上させる方式を提案した.2)ネットワーク状態予測に基づくトランスポートプロトコル:本サブテーマでは,ミリ波の特質を考慮したミリ波切断後の通信再開までの時間を短縮する方式を提案した.提案方式は,再送タイムアウトの原因がネットワークの輻輳かミリ波の切断によるものなのかを判断し,ミリ波の切断によるものと判断した場合は再送タイムアウト時間を変更しないことで,ミリ波の切断からの復旧後の通信再開にかかる時間を短縮する.3)アプリケーションレベルでのスケジューリング方式:本サブテーマでは,高品位な動画配信において,ネットワークの状況をアプリケーションレベルで活用し,動画エンコードレートを動的に制御することで,ユーザの体感品質(QoE)を向上する手法について検討した.これまでに,各種手法を提案し基礎評価を行っている.マルチパスTCPおよびミリ波の特質を考慮したトランスポートプロトコルのサブテーマにおいては,ネットワークシミュレータns-3上に提案手法を実装し,性能評価を行っている.遅延時間差のある複数経路を活用するマルチパスTCPにおいては,二つの経路の帯域が等しく遅延時間差が大きな(フロー1の遅延がフロー2の10倍)場合に,最大で約58.9%のスループット改善の効果が得られることを確認した.また,ネットワーク状態予測に基づくトランスポートプロトコルに関しては,再送タイムアウトの原因がネットワークの輻輳かミリ波の切断によるものなのかを判断する手法として,通信経路の往復の伝搬遅延(RTT)を用いる手法を考案し,単一経路使用時においてミリ波の切断からの復旧後の通信再開にかかる時間を短縮できることを基礎評価により確認した.さらに,アプリケーションレベルでのスケジューリング方式に関しては,各種QoEを考慮した動画エンコードレート選択法を考案し,実験用ネットワークを構築して基礎実験を開始している.本研究は,多様な通信品質の要求に対応可能な複数の通信経路を活用する新しい高速大容量無線ネットワーク機構を確立することを目的としている.平成28年度は複数経路の前段階として,単一経路環境下(特にミリ波帯を用いる無線ネットワーク)におけるトランスポート層プロトコルの構築等の研究に取り組んだ.さらに,具体的なアプリケーションとして動画像ストリーミングにおけるユーザの体感品質向上に関する研究に取り組んだ.具体的には,主に以下の二つのサブテーマに取り組んだ.1)ネットワーク状態予測に基づくトランスポートプロトコル:本サブテーマでは,昨年度に引き続き,無線ミリ波帯の特質を考慮したミリ波切断後の通信再開時間までに要する時間を短縮するトランスポートプロトコルについて検討した.提案プロトコル自体は昨年度にほぼ出来上がっており,今年度は計算機シミュレーション環境をより現実的なモデルへの拡張し,遮蔽等により無線通信が一時的に断続するようなミリ波の特質を勘案した提案方式の詳細の評価を行い,提案方式がミリ波による通信切断時間をトランスポートレベルで短縮できることを確認した.2)アプリケーションレベルでのスケジューリング方式:本サブテーマでは,階層符号化を適用したストリーミングにおいて,ユーザの体感品質(QoE)を向上する方法について検討した.今年度は,あらかじめサーバ上に用意した複数品質の動画から,測定したネットワークスループットに応じて,適切な品質の動画をダウンロードするアルゴリズムを構築した.昨年度に引き続き,各種手法を提案し性能評価を行なっている.ミリ波の特質を考慮したトランスポートプロトコルのサブテーマにおいては,再送タイムアウトの原因をミリ波の切断かネットワークの輻輳か判断し,ミリ波の切断が原因だと判断した場合タイムアウト時間を変更せず保持することで,ミリ波の切断による通信不能時間を短縮する方式を検討している.ネットワークシミュレータns-3上に提案プロトコルを実装し,性能評価した.評価環境としては,まずミリ波の特質を明らかにすることからスタートした.

具体的には,ミリ波無線の第2層の再送処理が第4層にどの程度遅延の揺らぎとして影響するかのシミュレーション実験を行い,その実験結果を使って遅延時間を確率的に与えるネットワーク環境設定を行った.評価結果より,提案方式は1秒間のリンク切断が生じた場合において,通信不能時間を約400ミリ秒短縮できることを明らかにした.また,アプリケーションレベルでのスケジューリング方式のサブテーマでは,主なQoEの低下要因である急激な動画品質の低下と頻繁な動画品質の変動の二つに着目した提案方式を提案した.まずは,基本的な実験用ネットワークの構築をし,基礎実験を行った.これらに加えて,局所的実時間高信頼性無線通信の実現に向けた調査を行った.本研究は,多様な通信品質の要求に対応可能な複数の通信経路を活用する新しい高速大容量無線ネットワーク機構を確立することを目的としている.平成29年度はミリ波帯を含む複数経路を用いる無線ネットワークにおけるトランスポート層プロトコルの研究に取り組んだ.さらに,具体的なアプリケーションとして動画像ストリーミングにおけるユーザの体感品質向上に関する研究に取り組んだ.具体的には,主に以下の二つのサブテーマに取り組んだ.1)ネットワーク状態に基づくトランスポートプロトコル:本サブテーマでは,無線ミリ波帯の特質を考慮したミリ波切断後の通信再開までに要する時間を短縮するトランスポートプロトコルについて検討した.今年度は,複数経路使用時においてミリ波リンクの切断時に他リンクに与える影響に関して,ミリ波リンクの通信切断時にミリ波リンクおよび他リンクの両方の通信経路で通信再開までに要する時間を計算機シミュレーションで評価した.その上で,両リンクの通信再開時間までに要する時間を短縮する方式を提案し,その性能をシミュレーション評価した.2)アプリケーションレベルでのスケジューリング方式:本サブテーマでは,引き続き階層符号化を適用した動画像
歯肉増殖症歯肉におけるTNF-α変換酵素とそのインヒビターの役割

カルシウム拮抗薬剤性歯肉増殖症罹患歯肉中における、TNF-αconverting enzyme (TACE)と、その特異的インヒビターであるTIMP-3の遺伝子発現解析を分子生物学的に解明すること、またその組織内局在について免疫組織化学にて明らかにし、薬剤性歯肉増殖症におけるTACEおよびTIMP-3の関与を究明することを目的とし、本年度は以下のように研究計画を実施した。1.試料採取慢性歯周炎患者、及び歯肉増殖症患者各10名より、歯肉組織を採取した。ただし、採取した組織の大きさが十分でなく、免疫染色用の試料はまだ不足している。2.RT-PCR解析採取した歯肉組織よりtotal RNAを抽出し、逆転写酵素反応によりcDNAを合成した。TACE,TIMP-3、β-actinについて、特異的プライマーを用いてquantitative RT-PCR(qRT-PCR)を行った。comparative threshold cycles(Ct法)にて相対定量を行った。3.免疫組織学的解析パラフィン包埋された組織を5μmの厚さに薄切し、パラフィン連続切片を作成した。現在TACE及びTIHP-3の免疫組織化学を行っているが、染色の条件設定中でまだ十分な結果が得られていない。今後解析を進めていく。4.結果の統計解析現在RT-PCRの結果を解析中である。現時点では、慢性歯周炎と歯肉増殖症歯肉との比較で、TIMP-3は歯肉増殖症で有意に高く発現しており、TACEは、歯肉増殖症で高い傾向にあることを明らかにした。TIMP-3は歯肉組織の破壊をもたらす酵素の阻害という役割を有しており、歯肉増殖症で高く発現するという今回の結果は、TIMP-3による歯肉線維化の亢進が歯肉増殖症の病態であることを示唆した。また、TIMP-3はTACEとの相互作用について現在研究が進められている酵素であるため、さらにTACEのPCR解析、及び免疫組織学的解析をすすめていき、学会発表及び論文作成を行っていく予定である。
ナノサイズTiN被覆Si_3N_4の放電プラズマ焼結と高導電性セラミックスの作製

(I)Ti(O-i-C_3H_7)_4の加水分解から生成したTiO_2の窒化によるTiN被覆Si_3N_4粒子の作製Ti(O-i-C_3H_7)_4に14倍モルの安定化剤2-メトキシエタノールを加えた溶液を無水2-プロパノールに溶解し後還流し、Ti-前駆体溶液を調製した。このTi-前駆体溶液をH_2O含有2-プロパノール液に音波分散したSi_3N_4粒子へ滴下し、加熱後TiO_2をSi_3N_4粒子に被覆することに成功した。このTiO_2被覆Si_3N_4粒子をNH_3気流中、800°Cで窒化して、TiN/Si_3N_4複合粒子を作製した。この複合粒子の圧粉体をN_2気流中、1600°Cでプラズマ焼結して、相対密度>96%の焼結体を作製した。この焼結体の電気抵抗率を測定した結果、10^<-4>Ω・cmのオーダの非常に低い電気抵抗率を持つTiN/Si3N4焼結体が得られた。この焼結体を放電加工することで、精密な穴あけ加工を行うことが可能となった。(II)TiN/β-サイアロン粒子複合粒子への適用TiN/Si_3N_4複合粒子の作製法を確立した後、この手法をβ-サイアロン粒子に適用したTiCl_4とTi(O-i-C_3H_7)_4溶液を使用し、サイアロン粒子にTiO_2粒子を被覆する溶液濃度、温度・時間などの最適条件を求め(I)と同様な手順でTiN被覆サイアロン複合粒子を作製し、放電プラズマによって、緻密な焼結体を作製した。(I)TiCl_4の加水分解から生成したTiO_2の窒化によりTiN被覆Si_3N_4複合粒子の作製塩酸水溶液にTiCl_4を滴下し、尿素、α-Si_3N_4粒子(平均粒径:0.5μm)を加えて超音波分散し、窒素中40-110°Cで加熱加水分解した。尿素の分解でpHが上昇し、TiCl_4はTiO_2へ変換し、Si_3N_4粒子上に付着した。この時の加熱制御と加熱によるpH変化が重要であるので、pH値を高温pHメータで追跡した。pH変化に伴う被覆挙動を説明するため、α-Si_3N_4粒子とTiCl_4から作ったTiO_2のゼータ電位を測定した。TiO_2の被覆状態をTEM-EDX,XRDで評価した結果、ナノサイズのTiO_2がSi_3N_4粒子を均一に被覆していることが明らかとなった。モレキュラーシーブで脱水したNH_3雰囲気中、800-1000°CでSi_3N_4粒子上に被覆した、TiO_2を窒化しTiNへ変換して、TiN被覆Si_3N_4粒子を作製するのに成功した。TiNへの変換と粒子サイズをTEM-EDX,XRDで確認した。(II)TiN/Si_3N_4複合粒子の放電プラズマ焼結と焼結体の評価(I)で作製したTiN/Si_3N_4複合粒子をCIP成型し、BNとTiNの混合粉末で成型体を覆い、グラファイトダイスに入れ、14001600°Cで放電プラズマ焼結を保持時間020分間で行い、相対密度が97%以上の緻密なTiN/Si_3N_4複合焼結体を作製した。この焼結体のTiN/Si_3N_4、Si_3N_4/Si_3N_4、TiN/TiN粒界の高分解能電子顕微鏡観察から、緻密化を、前者2粒子間では液相が関与し、後者では粒子の直接接触から説明できた。
既知因子によるヒト体細胞核の初期化

拒絶反応のない幹細胞治療を行うために、患者自身の遺伝情報を待つ多能性幹細胞の作成法が求められている。これらの問題を克服するために、現在までに2種類の方法が開発されてきた。1つめは患者由来の体細胞核を卵子に注入し、そこから多能性幹細胞を樹立する技術である。この方法では拒絶反応は起きないが、卵の使用が問題となっている。2つめの方法は多能性を持つES細胞と体細胞を融合させることにより、患者自身の遺伝情報を含む多能性幹細胞を作製する方法である。この方法ではES細胞由来の遺伝情報が細胞に含まれるため、拒絶反応が心配される。今回、私たちは第3の方法として、マウスから取り出した皮膚細胞に、特定の4因子(Oct3/4,Sox2,Klf4,c-Myc)を導入するとこにより、神経細胞や筋肉細胞といった様々な細胞に分化することができる多能性幹細胞を作製する技術を開発した。この細胞は、形態、増殖能、遺伝子発現や分化能力において多能性幹細胞の代表格であるES細胞に類似していた。そこで、この人工的に誘導した多能性幹細胞を誘導多能性幹細胞(induced Pluripotent Stem cell; iPS細胞)と命名した。この方法では、これまで問題になっていた卵の使用を回避することが出来ると期待される。また疾患モデルマウス由来のiPS細胞を用いることで、薬剤スクリーニングの効率化が図れると考えられる。現在、ヒト細胞での成功を目指した研究を進めている。
反応性高周波マグネトロンスパッタリングによる機能性コーティング

硬質でしかも基板への密着性の高い機能性膜,すなわち,SKD11基板上にWCからTiNへ成分を変化させる傾斜機能コーティングを高周波マグネトロンスパッタリングで作成し,その膜の評価を各種の比較実験および解析で行い,以下を明らかにした.(1)傾斜機能コーティング膜では最下層でSKD11基板に最初にスパッタ蒸着されるWCは,WCターゲット材の稠密六方構造ではなくNaCl構造のβ-WC1-xとなった.ターゲットと異なる構造をもつ理由としてはWCの融点に比べ低い基板温度によるWCの急冷作用とCのSKD基板への拡散などが挙げられる.(2)SKD11基板上にスパッタ蒸着されたβ-WC1-xは(111)および(200)に集中した配向をとり(200)でX線回析強度が最高となる.(3)傾斜機能コーティング膜中の傾斜層には,(WTi)C1-xおよびC0.3N0.7Tiの存在の可能性がある.傾斜層のX線回析の半価幅の大きさからかなり結晶が歪んでいることが示唆され,これに伴い,格子定数も上下の単一層より傾斜層のほうが大きい.(4)傾斜機能コーティング膜は(111)面方位が最高強度となりWC層の最高強度の(200)面方位から変化していた.この配向の変化の原因は傾斜層にあり,(111)から(200)へ最高強度を示す回析面の変化は傾斜層において起きている.(5)走査電子顕微鏡により傾斜機能膜の断面観察を行い,TiN層,傾斜層,WC層を確認でき,その構造はかなり緻密であることがわかった.一方TiN層はSKD基板上では隙間の多い荒い構造をとり,傾斜層上の構造とは全く異なった.また,基板とWCとの界面は強固に付着している様子が伺えた.(6)オージェ電子分光分析により,傾斜機能コーティングの膜成分は予想通りであることを確認した.Cの成分変化からSKD基板にC原子が拡散,固溶したため,急冷に加えWCがβ-WC1-xの形で発生した影響もあることを実証した.硬質でしかも基板への密着性の高い機能性膜,すなわち,SKD11基板上にWCからTiNへ成分を変化させる傾斜機能コーティングを高周波マグネトロンスパッタリングで作成し,その膜の評価を各種の比較実験および解析で行い,以下を明らかにした.(1)傾斜機能コーティング膜では最下層でSKD11基板に最初にスパッタ蒸着されるWCは,WCターゲット材の稠密六方構造ではなくNaCl構造のβ-WC1-xとなった.ターゲットと異なる構造をもつ理由としてはWCの融点に比べ低い基板温度によるWCの急冷作用とCのSKD基板への拡散などが挙げられる.(2)SKD11基板上にスパッタ蒸着されたβ-WC1-xは(111)および(200)に集中した配向をとり(200)でX線回析強度が最高となる.(3)傾斜機能コーティング膜中の傾斜層には,(WTi)C1-xおよびC0.3N0.7Tiの存在の可能性がある.傾斜層のX線回析の半価幅の大きさからかなり結晶が歪んでいることが示唆され,これに伴い,格子定数も上下の単一層より傾斜層のほうが大きい.(4)傾斜機能コーティング膜は(111)面方位が最高強度となりWC層の最高強度の(200)面方位から変化していた.この配向の変化の原因は傾斜層にあり,(111)から(200)へ最高強度を示す回析面の変化は傾斜層において起きている.(5)走査電子顕微鏡により傾斜機能膜の断面観察を行い,TiN層,傾斜層,WC層を確認でき,その構造はかなり緻密であることがわかった.一方TiN層はSKD基板上では隙間の多い荒い構造をとり,傾斜層上の構造とは全く異なった.また,基板とWCとの界面は強固に付着している様子が伺えた.(6)オージェ電子分光分析により,傾斜機能コーティングの膜成分は予想通りであることを確認した.Cの成分変化からSKD基板にC原子が拡散,固溶したため,急冷に加えWCがβ-WC1-xの形で発生した影響もあることを実証した.[装置改良]本年における装置の改良点は以下である.(1)真空度を上げるために,真空排気系の容量を増し,さらに,充分なベーキングを行えるようにした.(2)基板取り付け部を回転できるようにし,背面から800°Cまで輻射加熱できるようにした.[結果]反応性ガスの窒素雰囲気下における高周波マグネトロンスパッタリングによって,SKD11基板上にWCからTiNへ成分比を変化させる傾斜機能コーティングを実施し,以下を明らかにした.(1)最下層でスパッタ蒸着されるWCはターゲット材の稠密六方構造でなくNaCl構造のβ-WC_<1-x>となった.この理由として急冷効果とCの基板への拡散などが挙げられる.(2)傾斜層は(WTi)C_<1-x>,C_<0.3>N_<0.7>からなり,混合効果により結晶はひずみ,格子常数は最下層,最上層より大きい.(3)結晶方位は最下層の(111)面方位から最上層の(200)方位へと変化していた.

(4)走査電子顕微鏡観察により,傾斜機能コーティング膜がTiN単層,WC単層,WC・TiN混合層より緻密であることがわかった.(5)オージェ電子分光分析により,膜成分の確認を行い,さらにCの基板への拡散を見いだした.(6)反応性ガスが膜へ付着することにより,膜性能はさらに向上していた.(7)結晶構造の類似性,ほぼ同一の格子常数,Cの基板への拡散,反応性ガス窒素の付着により所望の高機能性被膜を得ることができた.硬質でしかも基板への密着性の高い機能性膜,すなわち,SKD11基板上にWCからTiNへ成分を変化させる傾斜機能コーティングを高周波マグネトロンスパッタリングで作成し,その膜の評価を各種の比較実験および解析で行い,以下を明らかにした。(1)傾斜機能コーティング膜では最下層でSKD11基板に最初にスパッタ蒸着されるWCは,WCターゲット材の稠密六方構造ではなくNaCl構造のβ-WCl-xとなった。ターゲットと異なる構造をもつ理由としてはWCの融点に比べ低い基板温度によるWCの急冷作用とCのSKD基板への拡散などが挙げられる。(2)SKD11基板上にスパッタ蒸着されたβ-WCl-xは(111)および(200)に集中した配向をとり(200)でX線回折強度が最高となる。(3)傾斜機能コーティング膜中の傾斜層には,(WTi)Cl-xおよびC0.3N0.7Tiの存在の可能性がある。傾斜層のX線回折の半価幅の大きさからかなり結晶が歪んでいることが示唆され,これに伴い,格子定数も上下の単一層より傾斜層の方が大きい。(4)傾斜機能コーティング膜は(111)面方位が最高強度となりWC層の最高強度の(200)面方位から変化していた。この配向の変化の原因は傾斜層にあり,(111)から(200)へ最高強度を示す回折面の変化は傾斜層において起きている。走査電子顕微鏡により傾斜機能膜の断面観察を行い,TiN層,傾斜層,WC層を確認でき,その構造はかなり緻密であることがわかった。一方,TiN層はSKD基板上では隙間の多い荒い構造をとり,傾斜層上の構造とは全く異なった。また,基板とWCとの界面は強固に付着している様子が伺えた。オージェ電子分光分析により,傾斜機能コーティングの膜成分は予想通りであることを確認した。Cの成分変化からSKD基板にC原子が拡散,固溶したため,急冷に加えWCがβ-WCl-xの形で発生した影響もあることを実証した。
ムギ類における出穂期不安定性の遺伝機構の解明

ムギ類における出穂期不安定性の遺伝機構を明らかにするために、本年度は下記に示す遺伝解析を中心として研究を実施した。コムギ系統「超極早生」の出穂期不安定性に関わると考えている新規早生遺伝子(exh-1)の3つの同祖遺伝子のうち、3B染色体長腕末端のexh-B1遺伝子がPCL1(PHYTOCLOCK 1)遺伝子を含む445Kbの領域に座乗することを明らかにした。ただし、マッピング集団の親系統である「超極早生」と「きぬいろは」の2系統においてPCL1遺伝子配列の存在を確認できたが、その両側の周辺配列が「きぬいろは」において欠失していることが判明した。そこで、IWGSCの遺伝子予測により当該領域に座乗するとされた8遺伝子候補配列についてRNA-seq法により「超極早生」における発現の有無を確認したところ、PCL1以外は発現していないことが確認された。さらに、PCL1配列は両親系統間で異なり、「超極早生」において翻訳開始コドンを含む第1エキソンの一部が欠失していることから、exh-1の原因遺伝子はPCL1であると結論づけ、現在、投稿論文を準備しているところである。「超極早生」がもつもう一つの早生遺伝子exh-2については、「超極早生」×「Geurumil」の雑種後代を用いて、DArT-seq法を利用したゲノムワイドなバルク分離分析を行った。その結果、新規早生遺伝子(exh-2)の座乗領域の候補となり得るゲノム領域を複数個検出することができた。オオムギの日長反応性遺伝子HvPhyC及びPpd-H1が出穂期不安定化に及ぼす効果と両遺伝子の相互作用を解明するために、HvPhyCとPpd-H1の遺伝子型が異なる4種類のNILsの育成を進めた。また、「Golden Promise」の形質転換能を有する「春播型早木曽2号」NILsの育成を進めた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では,環境条件により出穂期が不安定化しやすいコムギ・オオムギ品種を供試し,出穂期不安定性の遺伝機構を解明するために以下の研究を行っている.本年度の研究成果は下記の通りである.1)コムギ系統「超極早生」がもつ早生遺伝子exh-B1のファインマッピング;「超極早生」はわが国西南暖地の基幹品種である農林61号よりも2週間程度早く出穂する極早生品種であるが,暖冬年にはその差が4週間程度に拡大する出穂期不安定性系統でもある.これまでの研究により「超極早生」が3B染色体の末端部に劣性の早生遺伝子exh-B1をもつことを明らかにしてきた.本研究において,大規模分離集団を展開してファインマッピングした結果,exh-B1の座乗領域をX3B-psm54とXcfp1822に挟まれた約1.4Mbの領域に絞り込むことができ,概日時計遺伝子の1つであるPHYTOCLOCK 1(PCL1)が本領域に含まれることを明らかにした.さらに,PCL1がコムギの出穂期に及ぼす効果を明らかにするために,「超極早生」×「きぬいろは」DH集団のPCL1遺伝子型を決定するとともに,圃場出穂日を記録し,早生遺伝子exh-B1, exh-D1の出穂促進効果を解析中である.2)コムギ系統「超極早生」がもつ早生遺伝子exh-2の解析;「超極早生」×「Geurumil(韓国品種)」のF4, F5集団を栽培して圃場出穂日の分離を確認するとともに,各種マーカーを用いた連鎖解析を実施しているところである.3)オオムギ日長反応性遺伝子が出穂期不安定化に及ぼす効果の解析;光受容体遺伝子HvPhyCと概日時計遺伝子Ppd-H1の対立遺伝子の組合せが異なる4種類のNILsを育成しているところである.コムギ系統「超極早生」がもつ早生遺伝子exh-B1の座乗領域をX3B-psm54とXcfp1822に挟まれた約1.4Mbの領域に絞り込むことができた.本領域には14個の遺伝子配列が存在すると推定されるが,概日時計遺伝子の1つであるPHYTOCLOCK 1が含まれており,順調に有力な候補遺伝子を特定できていると考える.また,オオムギについても,HvPhyCとPpd-H1の対立遺伝子の組合せが異なる4種類のNILs育成が順調に進められており,進捗状況は計画通りである.ムギ類における出穂期不安定性の遺伝機構を明らかにするために,本年度は下記に示す系統育成及び遺伝解析を中心として研究を実施した。コムギ系統「超極早生」の出穂期不安定性に関わると考えている新規早生遺伝子(exh-1)の3つの同祖遺伝子のうち,3B染色体長腕末端のexh-B1遺伝子について座乗領域の絞り込みを行った。「超極早生」×「きぬいろは」RILs系統(CKRIL-54)と「超極早生」を交雑して作出した雑種後代を供試して,圃場出穂日の分離分析を行うとともに,3B染色体の参照配列(IWGSC)に基づき新規に開発したSSR及びSNPマーカー遺伝子型との対応に基づき,候補領域を約0.7Mbのゲノム領域に絞り込んだ。

IWGSCの遺伝子予測に基づくと,候補領域に座乗する遺伝子は3個であり,このうちの1つがexh-B1の原因遺伝子であると考えられた。「超極早生」がもつもう一つの早生遺伝子exh-2については,「超極早生」×「Geurumil」の雑種後代を用いて,DArT-seq法を利用したゲノムワイドなバルク分離分析を行った。その結果,新規早生遺伝子(exh-2)の座乗領域の候補となり得るゲノム領域を複数個検出することができた。日本のオオムギ品種の早生化に大きく寄与した光受容体遺伝子HvPhyCと概日時計遺伝子Ppd-H1について,出穂期不安定化に及ぼす効果および両遺伝子の相互作用を解明するために,「春播型早木曽2号」の遺伝的背景をもち,HvPhyCとPpd-H1の対立遺伝子組合せが異なる4種類のNILsを育成しており,本年度はB2F1個体の中から目的の遺伝子型をもつものを選抜し,戻し交雑を行った。また,遺伝的背景が「春播型早木曽2号」であり,「Golden Promise」の形質転換能を有するNILsを育成することを目的とし,両品種を交雑してF1個体を育成した。コムギの新規早生遺伝子(exh-1)については,3B染色体長腕末端のexh-B1遺伝子の座乗領域を約0.7Mbのゲノム領域に絞り込むことに成功した。本領域に座乗する遺伝子は3個であることから、研究期間内に原因遺伝子を特定できると考えている。第2の早生遺伝子exh-2については、DArT-seq法を利用したゲノムワイドなバルク分離分析により,座乗領域の候補となり得るゲノム領域を複数個検出することができていることから、研究期間内にゲノム領域を特定できると考えている。オオムギについても系統育成が順調に進んでおり、これらの材料を用いた出穂期の解析も進行中であることから、当初の研究目的を達成できると考えている。ムギ類における出穂期不安定性の遺伝機構を明らかにするために、本年度は下記に示す遺伝解析を中心として研究を実施した。コムギ系統「超極早生」の出穂期不安定性に関わると考えている新規早生遺伝子(exh-1)の3つの同祖遺伝子のうち、3B染色体長腕末端のexh-B1遺伝子がPCL1(PHYTOCLOCK 1)遺伝子を含む445Kbの領域に座乗することを明らかにした。ただし、マッピング集団の親系統である「超極早生」と「きぬいろは」の2系統においてPCL1遺伝子配列の存在を確認できたが、その両側の周辺配列が「きぬいろは」において欠失していることが判明した。そこで、IWGSCの遺伝子予測により当該領域に座乗するとされた8遺伝子候補配列についてRNA-seq法により「超極早生」における発現の有無を確認したところ、PCL1以外は発現していないことが確認された。さらに、PCL1配列は両親系統間で異なり、「超極早生」において翻訳開始コドンを含む第1エキソンの一部が欠失していることから、exh-1の原因遺伝子はPCL1であると結論づけ、現在、投稿論文を準備しているところである。「超極早生」がもつもう一つの早生遺伝子exh-2については、「超極早生」×「Geurumil」の雑種後代を用いて、DArT-seq法を利用したゲノムワイドなバルク分離分析を行った。その結果、新規早生遺伝子(exh-2)の座乗領域の候補となり得るゲノム領域を複数個検出することができた。オオムギの日長反応性遺伝子HvPhyC及びPpd-H1が出穂期不安定化に及ぼす効果と両遺伝子の相互作用を解明するために、HvPhyCとPpd-H1の遺伝子型が異なる4種類のNILsの育成を進めた。また、「Golden Promise」の形質転換能を有する「春播型早木曽2号」NILsの育成を進めた。今後の研究予定は下記の通りである.
メタボリックシンドロームと耐糖能異常の発症要因と予後に関する研究

糖尿病有病率は、男性と高齢者に多く,肥満とともにやせで多かった。前糖尿病期への3ヶ月間の介入試験では、介入前にHbA1cが高く、身体活動量が増加した人ほど効果的であったので、身体活動を増加させることが糖尿病予防に重要である。DXA法により,体重減?では、脂肪量とともに徐脂肪量も有意に減?しており,筋肉での脂肪減?が示唆された。プロトンMR法により肝臓細胞内脂肪、筋肉細胞内外脂肪はそれぞれ減?しており、インスリン抵抗性の改善には肝細胞内脂肪の減少最も関連していた。雲南市(掛合町、三刀屋町)と出雲市(佐田町)において糖尿病、メタボリックシンドロームの有病率を解析した。メタボリックシンドローム有病率は、雲南市男性16%(40歳代14%、50歳代15%、60歳代16%、70歳代16%)、女性7%(40歳代2%、50歳代6%、60歳代6%、70歳代8%)であった。出雲市は男性12%、女性7%で壮年者が多いためにやや低率であった。国民栄養調査2004年で20歳以上において、メタボリックシンドロームは、男性21%、女性11%であった。4074歳でみると、男性24%、女性12%であった。雲南市のメタボリックシンドローム有病率は、全国より低率であった。糖尿病(治療中または空腹時血糖126mg/dl以上)を判定後の非糖尿病者について前のメタボリックシンドローム有病率を判定した。メタボリックシンドローム有病率は雲南市男性では10%(40歳代12%、50歳代11%、60歳代9%、70歳代11%)、女性5%(40歳代2%、50歳代6%、60歳代5%、70歳代5%)であった。出雲市は男性8%、女性7%で壮年者が多いために男性がやや低率であった。壮年はメタボリックシンドロームが多く、60歳以上では糖尿病が多くなっていた。メタボリックシンドローム群は男女ともBMIが正常群や糖尿病群より有意に高かった。一方、糖尿病群は男性では正常群と有意な差を認めなかったが、出雲市の女性では有意にBMIは高かった。メタボリックシンドロームでは肥満を伴うが、糖尿病群は高齢者が多く、必ずしも肥満を伴わなかった。1.雲南市2280人(掛合町、三刀屋町、大東町、加茂町)と出雲市609人(佐田町)の40歳以上の住民を対象に、HbAlcと薬物治療歴から糖尿病の管理状態を解析した。糖尿病有病率(HbAlc6.5%以上または薬物治療を行っている)は、雲南市6.3%(男9.4%、女4.8%)、出雲市8.0%(男9.1%、女6.1%)であり、特に農山村地域である雲南市の65歳以上の高齢女性で、糖尿病有病率が有意に低率であった。2.雲南市においてHbAlc5.2-6.4%の希望者188人に対して、3ヶ月間の教育介入試験を実施した。摂取エネルギーは介入前の1881kcalから1655kcalに減少し、炭水化物と脂質の減少が著しかった。身体活動量は、都市生活者と異なり、日常生活と歩行の活動量がほぼ同じであった。集団全体としては、体重が0.8kg有意に減少したが、HbAlcは変化しなかった。HbAlcの減少した群では、介入前にHbAlcが高く、身体活動量が増加した人が多かったが、体重は増加した人が多かった。これらのことから、前糖尿病期では、身体活動低下が重要であり、身体活動を増加させる取り組みが糖尿病予防に重要であることが明らかになった。1.島根県農村住民3840人について、性・年齢・肥満度別に空腹時血糖とHbAlcの関連を解析した。HbAlc6.1%以上または薬物治療を行っていたのは、男性,高齢者に多く,女性ではBMIとともに増加したが,BMI18.4%以下ではBMI18.5-22.9%よりも多かった。空腹時血糖値とHbAlcの関係は,40-59歳ではよい正相関を示すが,60歳以上では空腹時血糖正常でHbAlc高値が多くおり,高齢者では非肥満の食後高血糖が多いことが示唆された。2.プロトンMR法により非侵襲的に肝臓と筋肉細胞内の脂肪量とインスリン抵抗性と関連を糖尿病および耐糖能異常の17名に対し、3ヶ月間の生活習慣変容プログラム前後で検討した。

体重は2.5kg有意に減少し,部位別体組成では体幹脂肪(0.89kg)、体幹徐脂肪(0.49kg)、四肢脂肪(0.43kg)、四肢徐脂肪(0.40kg)が有意に減少した。肝臓細胞内脂肪、筋肉細胞内外脂肪はそれぞれ減少したが、有意な差はなかった。耐糖能では、HbAlc(-0.21%)、空腹時血糖(-7.2mg/dl)、インスリン(-1.5MU/ml)、HOMA-IR(-0.4)、Matsuda Index(5.2)の有意な変化を認めた。線形回帰分析では、介入前のインスリン感受性は介入前の体幹脂肪量と肝細胞内脂肪の少なさ、筋肉細胞外脂肪の多さが関連していた(R2乗0.85)。介入による空腹時血糖の改善には体幹脂肪および体幹徐脂肪の減少(R2乗0.61)、インスリン抵抗性の改善には肝細胞内脂肪の減少が関連していた(R2乗0.28)。軽度肥満を伴う耐糖能異常者では、インスリン抵抗性には筋細胞よりも肝細胞の脂肪量が関与していることが示唆された。
骨軟部における組織形成の外科的管理に関する基礎的臨床的研究

基礎的研究の結果、以下のことがわかった。(1)創外固定器を用いて家兎下腿骨に持続的に回旋荷重を加えることにより骨幹部に骨の連続性を保ったまま捻転を生じさせることができた。この時、骨膜性及び骨内膜性の層状骨は減少したが、osteonal boneの増加がみられた。回旋荷重に対してはosteonal remodelingが亢進することがわかった。(2)骨癒合を促進する条件を知るため家兎の下腿に創外固定器をつけ、骨切りを行い、骨切り部に振幅1mmの圧縮または引っ張り運動を加えた。骨片に加える運動は骨癒合を促進する効果があったが、圧縮運動と引っ張り運動の間には差がなかった。(3)マウスの長趾伸筋を最大伸長位に保持し、筋節長の変化を調べた。筋節長は次第に短縮し、伸長後7日で短縮が停止した。この時の筋節長は伸長しない長趾伸筋の筋節長と同じであった。脚延長術で骨格筋が新しい脚長に適応するのは筋節が元の長さを回復するためである。臨床的研究の結果は以下のとおりである。(1)高精度駆動式創外固定器を作成し、臨床応用可能なものとした。(2)延長仮骨の骨密度をDualEnergy X-ray Absorptiometry(DXA)で経時的に評価した。1日1mmの延長速度では大腿骨の方が下腿骨より仮骨形成がよかった。(3)下腿延長速度と足関係の拘縮との関係については、延長速度が大きいほと拘縮がおこりやすい。また、延長速度を小さくするだけでは拘縮は予防できない。(4)下腿延長と神経伝導速度との関係については、1日0.5mm未満の延長速度では神経の伝導障害はおきにくい。また、1日0.5mm以上の延長速度でも1日2回に分けて延長するより、1日1440回に分けて延長する方が神経の伝導障害はおきにくい。実用型の張力センサ-付高精度駆動創外固定器を完成した。これにより、軟部組織とくに筋膜等の線維性結合織の組織形成を推定することが可能となり、また定長組織延長だけでなく定荷重組織形成が可能となった。この創外固定器は、振幅6ミクロン単位で周期的に運動させることも可能であって、定常荷重だけでなく周期的荷重が骨組織および軟部組織の形成におよぼす影響を観察することができる。骨組織の形成は仮骨にふくまれる骨塩量の測定により、くりかえし荷重が骨塩沈着を促進することを証明した。皮膚の組織形成は、表皮上に色素を塗布して長さと面積とを観察し、脚延長時の皮膚形成が一定の様式の分布をもつことを明らかにした。末梢神経の組織形成は、神経学的検査と電気生理学的検査とによって推定し、脚延長中は運動能力が低下していないように見えていても神経伝達速度が低下することおよび延長停止後に比較的急速に回復することを明らかにした。組織血流および四肢の動静脈血流量を測定し、組織の張力荷重また周期的運動によりこれらが変化することおよび血流変化が神経回路を経て発現していることを明らかにした。動物実験では、2種類の駆動創外固定器を作成し骨の運動が骨形成におよぼす影響を観察した。

すなわち、骨接合部の骨新生は従来説えられてきたような骨片間の圧縮力または圧縮方向への周期運動によって促進されるだけでなく、骨片を引き離す方向への周期運動によっても促進されることおよびこの促進効果の発現に必要な運動の回数が従来説えられてきたような数百回以上である必要はなく5回以下の回数で充分であることを明らかにした。これらの研究に用いる実験用創外固定器は、電動式のものと気動式のものとを作成し、それぞれ動物の日常動作を妨げない大きさまで小型化したことにより上述のような観察が可能となった。作成した高精度連続組織駆動装置を脚延長術と骨接合術に使用し、その骨・軟部組織の状態を、骨密度定量装置・張力測定装置・神経伝導速度測定装置により測定した。脚延長中の骨密度については、延長速度により仮骨の骨塩量・骨密度分布が異なることがわかった。すなわち、延長速度1mm/日では仮骨骨塩量はほぼ一定、仮骨骨密度は経週的に減少、仮骨骨密度分布は延長部上下端で最高値で中心部にむかって徐々に低下するパタ-ンであったが、延長速度0.5mm/日では仮骨骨塩量は経週的に増加、仮骨骨密度は一定か軽度増加、仮骨密度分布は延長部上下端より中心部にむかって低下する途中に一部高値を呈する部分があるパタ-ンであった。脚延長中の軟部組織の形成の指標となる張力変化については日中と夜間で差があることがわかった。すなわち、一日2回延長をおこなうと延長時の張力の上昇は午前のほうが午後を上回っている。脚延長中の神経伝導速度は低下するが、腓骨神経と脛骨神経では異なることがわかった。すなわち、腓骨神経では延長率30%より神経伝導速度が正常値以下になる例があるのに対し、脛骨神経では延長率80%より正常値以下になる例がある。また大腿骨遷延治癒骨折3例に対し、0.5Hz、振幅1mm、1分間または2秒間の刺激を25ー30日間おこない機械的骨誘導をおこなった。3例とも1カ月後に仮骨の増加がみられた。動物実験では仮骨形成の至適機械条件を明らかにするため、さまざまな刺激条件(運動の大きさ、頻度、時間間隔)で対象を増やしている。作成した高精度連続組織駆動装置を脚延長術に使用し、その骨・軟部組織の状態を、骨塩量測定装置・張力測定装置により測定した。骨組織の状態については大腿骨と下腿骨での仮骨形成の程度の差異を知るために、1.0mm/dayの速度で延長した大腿骨と下腿骨の骨塩沈着量の推移を経週的に調べた。結果は延長部の仮骨骨塩総量は大腿骨例では経週的に明かな増加があったが、下腿骨では延長の経過中ほぼ一定であった。仮骨延長法における仮骨形成能(特に骨塩沈着)は大腿骨が下腿骨を上回っていた。骨組織のみの条件では、大腿骨の延長速度は下腿骨の延長速度より大きくできる。軟部組織の状態については0.7μm/分の自動延長と0.5mm×2回/日の段階的延長での張力変化を比較した。張力の日内変化については、段階的延長では張力は延長直後に急峻な上昇を示し、その後は時間経過とともに緩和する。自動延長では張力基線はほぼ定常的に推移した。張力の経日変化については、張力は延長の初期に延長量に対して直線的に増加した。直線限界を越えると、増加、減少を繰り返し漸増した。単位延長量あたりの張力増加は延長部位によって、また成人と小児で異なっていた。張力の増加は関節拘縮の悪化、骨変形の発生および延長骨に隣接する関節内圧の増加などの重大な合併症に関与するので、張力増加を抑制するためには延長部位や症例によって延長速度を管理する必要がある。張力上昇を抑制するような延長速度の定量的な管理、また張力の過上昇に由来する合併症を予防する張力の基準設定は症例が22と限られているためできなかった。基礎的研究
AIを用いた包括的評価による血栓監視センサシステムの開発

人工心肺や透析等に用いる体外血液循環回路において,最適な抗凝固管理に向けた血栓監視センサシステムが求められている.この実現のためには,血栓形成リスクをもつあらゆる場所に設置可能な小型センサと,センサから得られる情報から血栓形成を正しく判断するための判定アルゴリズムが必要である.本研究では,血栓形成リスクのある様々な場所に設置可能な超小型血栓センサの開発と,AIによる異常診断手法を利用した血栓形成判定アルゴリズムの確立を目指す.人工心肺や透析等に用いる体外血液循環回路において,最適な抗凝固管理に向けた血栓監視センサシステムが求められている.この実現のためには,血栓形成リスクをもつあらゆる場所に設置可能な小型センサと,センサから得られる情報から血栓形成を正しく判断するための判定アルゴリズムが必要である.本研究では,血栓形成リスクのある様々な場所に設置可能な超小型血栓センサの開発と,AIによる異常診断手法を利用した血栓形成判定アルゴリズムの確立を目指す.
高血圧ラットにおける血液脳関門障害の検討

血液中の物質の脳への移行は限られており,血液脳関門という.血液脳関門は毛細血管内皮細胞やペリサイト,アストロサイトによって調節されている.それぞれの細胞をラットより分離培養し,実験モデルを作製し,高血圧や低酸素による変化を調べ,現在脳梗塞の治療に用いられている薬剤(抗酸化剤,血栓溶解剤,スタチン)の作用を評価した.低酸素・再酸素化によりバリア機能は低下し,抗酸化剤はそれを保護する作用がみられ.血栓溶解剤ではさらにバリア機能は低下した.スタチンはバリア機能を高める作用がみられた.血液中の物質の脳への移行は限られており,血液脳関門という.血液脳関門は毛細血管内皮細胞やペリサイト,アストロサイトによって調節されている.それぞれの細胞をラットより分離培養し,実験モデルを作製し,高血圧や低酸素による変化を調べ,現在脳梗塞の治療に用いられている薬剤(抗酸化剤,血栓溶解剤,スタチン)の作用を評価した.低酸素・再酸素化によりバリア機能は低下し,抗酸化剤はそれを保護する作用がみられ.血栓溶解剤ではさらにバリア機能は低下した.スタチンはバリア機能を高める作用がみられた.edaravoneは脳虚血においてフリーラジカルを抑制し.神経細胞の保護効果がある.エダラボンはフリーラジカルの血管内皮細胞に対する傷害にも効果があるとされている.今回,われわれは血液脳関門(Blood-brain barrier; BBB)in vitroモデルを用いて低酸素/再酸素化負荷におけるedaravoneの効果を検討した.2週令Wistarラットより脳毛細血管内皮細胞を分離し,Transwellに培養することにより,BBB in vitroモデルを作成した.低酸素キットを用いて6時間の低酸素負荷と3時間の再酸素化を行い,再酸素化と同時にedaravoneを投与した.エダラボン投与群と非投与群におけるTransendothelial electrical resistance(TEER)を測定した.内皮細胞は敷石状となりBBBの特徴であるclaudin-5, occludin, Z0-1などのtight junction蛋白を発現していた.また,Scavenger receptorを発現し,標識されたLDLは細胞内に取込まれた.低酸素/再酸素化によりTEERは低下しバリア機能の破綻が示唆されたが,edaravone投与群では非投与群に比しTEERの低下は軽減した.edaravoneはその抗酸化作用により低酸素/再酸素化による内皮細胞傷害を抑制し,BBB機能を維持させる効果がみられた.脳梗塞では虚血による神経細胞傷害に加え,BBB破綻による組織傷害性因子の漏出や脳浮腫により二次的に増悪する.edaravoneはBBB機能を維持させることで二次的増悪を軽減できると考えられた.tissue plasminogen activator (tPA)は血栓性脳動脈閉塞を再開通させ,超急性期脳梗塞に対して使用されている.一方で神経毒性が報告されている.スタチンは脂質の低下作用があり,高脂血症の治療薬として用いられているが,その他にも内皮細胞保護効果などの効果がある.血液脳関門(Blood-brain barrier ; BBB)in vitroモデルを用いてtPAの低酸素・再酸素化負荷におけるBBBに与える影響およびスタチンのBBBの効果について検討した.2週令wistarラットおよび高血圧ラットより脳毛細血管内皮細胞を分離し, Transwellに培養することにより, BBB in vitroモデルを作成した.低酸素キットを用いて6時間の低酸素負荷と3時間の再酸素化を行い, tPA投与群と非投与群におけるTransendothelial electrical resistance(TEER)を測定した.sodium fluoresceinおよびEvans blue albuminの透過性を測定した.内皮細胞は敷石状となりBBBの特徴であるclaudin-5, occludin, ZO-1などのtight junction蛋白を発現していた.また, Scavenger receptorを発現し,標識されたLDLは細胞内に取込まれた,低酸素・再酸素化によりTEERは低下しバリア機能の破綻が示唆された.tPA投与群ではTEERは低下し,物質透過性は亢進した.低酸素・再酸素化負荷でTEERは低下し.物質透過性は亢進した.さらに低酸素・再酸素化負荷にtPAを加えることでより物質の透過性は亢進した.スタチンの投与ではTEERは有意に上昇し, claudin-5が強く発現していた.tPAは脳毛細血管内内皮細胞に対して傷害性に作用し,脳梗塞の2次性増悪に関与し,スタチンは脳毛細血管内内皮細胞にclaudin-5の発現を亢進させ,バリア機能を高めることが明らかになった.
アクチン繊維と結合蛋白質の過渡的複合体形成の可視化

細胞内アクチン骨格の再編成は、細胞の運動、遊走、形態変化など細胞の動的活動を支える重要な役割を担っている。アクチン骨格は細胞内ではF-アクチンと多様な結合蛋白質との過渡的な複合体として存在し、この複合体形成により重合・脱重合や3次元構築が時空間的に制御されることによって、細胞運動や形態形成等の動的な細胞機能が実現される。本研究では、アクチン繊維の重合・脱重合やアクチン結合蛋白質との結合ダイナミクスを過渡的複合体形成ととらえ、これらを生細胞で可視化・定量化し、アクチン骨格の動的作用機構と細胞運動、形態形成における機能を解明することを目的として研究を行い、以下の結果を得た。生細胞内におけるG-アクチンの濃度変化を可視化、定量化するイメージング技術s-FDAP法を開発し、本法を用いて、アクチン重合阻害剤であるLatrunculinによる生細胞内アクチン単量体濃度変化を測定し、ニューレグリン刺激後に形成されるラメリポディアの退縮と同調して、数分以内に細胞内アクチン単量体濃度が上昇することを明らかにした。また、LIMキナーゼによるコフィリンの不活性化は、細胞内アクチン単量体濃度の減少を引き起こし、刺激依存的なアクチンの重合とラメリポディア形成を抑制することを見出した。また、コフィリンとアクチンの結合を可視化する蛍光プローブを作製し、この結合を阻害する低分子化合物を同定することに成功した。また、多点FDAP法の開発にも成功し、細胞内のアクチン単量体濃度の空間分布の測定にも成功した。これらの手法の活用により、これまで定量的解析がなされていなかった生細胞内におけるG-アクチンとアクチン結合蛋白質の過渡的複合体形成の定量的解析が可能となった。生細胞内のアクチン単量体濃度の時間的、空間的変化を解析するイメージング技術、連続FDAP法と多点FDAP法の開発に成功し、細胞内のアクチンとアクチン結合蛋白質の過渡的複合体形成を定量化することができるようになったので、おおむね順調に進展していると自己評価した。今後は、連続FDAP法や多点FDAP法をアクチン結合蛋白質や他の細胞骨格、細胞膜結合因子に応用すること、また、本法で得られた結果に基づいて、細胞運動、形態形成、極性形成におけるアクチン過渡的複合体形成の機能を解明することが今後推進すべき課題である。アクチン骨格は細胞内では単量体G-アクチンと繊維状F-アクチンとして存在しており、多様なアクチン結合蛋白質の作用によりアクチン繊維の重合・脱重合や3次元構築が時空間的に制御されることによって、細胞運動や形態形成等の動的で複雑な細胞機能が発現される。本研究では、アクチン繊維の重合・脱重合やアクチン結合蛋白質との結合ダイナミクスを過渡的複合体形成ととらえ、これらを生細胞で可視化・定量化し、アクチン骨格の動的作用機構と細胞運動、形態形成における機能を解明することを目的として研究を行った。H22年度は、生細胞内におけるG-アクチンの濃度変化をリアルタイムで可視化し、定量化する技術を開発し、細胞外刺激に対するG-アクチン濃度の経時変化を測定した。本法は、可逆的光活性化蛍光蛋白質であるDronpa融合アクチンの蛍光減衰曲線から拡散成分であるG-アクチンの局所濃度を連続して定量する方法である(s-FDAP法)。本法を用いて増殖因子による細胞運動時のG-アクチン濃度変化を解析し、G-アクチン濃度は刺激依存的なアクチン重合と細胞伸展を決定する重要なパラメーターであることが明らかにした。また、JasplakinolideによるG-アクチン濃度変化をs-FDAP法で解析し、数理モデル解析によって細胞内G-アクチン濃度、チモシン及びプロフィリンとG-アクチンの複合体濃度、F-アクチンの遊離重合端及び脱重合端濃度を推定した。H23年度(繰越し分)はコフィリンの不活性化やアクチン重合阻害剤によるG-アクチン濃度変化を測定した。また、多点FDAP法の開発にも成功した。本法の活用により、これまで定量的解析がなされていなかった生細胞内におけるG-アクチンとアクチン結合蛋白質の過渡的複合体形成の定量的解析が可能となった。