hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新規な多孔質感温性ゲルを用いた余剰活性スラッジの脱水システムの開発

3.ゲルの強度および安定性:多孔質化に伴ってゲルの弾性率は低下するが、膨潤・収縮試験を繰り返し行ってもゲルが壊れることはなく、数ヶ月間水中に保存しておいても膨潤特性の変化は全く見られなかった。4.課題および今後の予定:実用化に際しては転移温度の制御も重要であり、この点については更に検討していく必要がある。また、来年度は、有機資源として期待されながら機械的脱水の困難な高濃度洗米廃水の脱水試験を行い、この種の多孔質感温性ゲルを用いた脱水システム構築のための課題を抽出する予定である。本年度は、昨年度の知見を基に、主モノマーにN,N-ジエチルアクリルアミドを用いて様々な条件で多孔質感温性ゲルを合成し、内部構造の定量的評価、膨潤挙動の解析、および高濃度洗米廃水の脱水試験を行い、本研究で提案した多孔質感温性ゲルを用いた余剰活性スラッジの新規な脱水システム構築の可能性について検討した。1.多孔質構造の定量的評価:合成温度を高くすると多孔質化が進むことは昨年度定性的に明らかにしているが、本年度は種々の分子サイズの親水性高分子およびラテックスを用いて細孔径分布の測定を行い、合成温度と細孔径分布の関係を定量的に検討した。その結果、合成温度3540°Cにかけて多孔質構造が著しく発達すること、合成温度が40°C以上になると、数百nm以上のマクロポアを持つ多孔質構造が形成されることを明らかにした。2.親水性高分子溶液中での膨潤挙動:ゲルの膨潤速度および平衡膨潤度はゲル中への高分子の取り込み量と密接に関係した。ゲルの合成条件と取り込み量の関係は上記の細孔径分布からほぼ推定可能となった。また、多孔質ゲルは剪断弾性係数が小さいために膨潤時に容易に変形するが、多孔質構造が十分発達したゲルは水の移動抵抗が小さいために逆に変形を伴わずに膨潤し、膨潤速度は均質ゲルと同様にゲルの大きさの2乗に反比例した。3.高濃度洗米廃水の脱水試験:約70000ppmの高濃度の有機物を含む洗米廃水(初期含水率約93%)400mLを、合成温度50°C、合成径3.4mmのゲル約100個を用いて脱水試験を行った。50°Cで収縮させたゲルを10°Cで1530分間吸水させ、この操作を5回繰り返すと、含水率は約70%まで低下した。4.総括:多孔質ゲルの合成条件と内部構造の関係、これらと膨潤挙動との関係をそれぞれ定量的に検討した結果、ゲルの合成条件を選ぶと、本研究で提案した新規な脱水システム構築の可能性があることが明らかとなった。
全身性エリテマトーデスの発症のメカニズムと女性のX染色体キメリズム

自己免疫疾患は全身性エリテマトーデス(systemic lupus erythematosus;SLE)に代表されるように女性に多い。近年、個体における自己抗原のキメリズムが自己免疫疾患の病因に関与する可能性が指摘されている。そこで、本では男女の本質的な相違である性染色体の発現に着目した。女性の個々の体細胞においては2つのX染色体のうち一方は不活化され発現しない。そこで、「胸腺内の抗原提示細胞で極端なX染色体不活化が生じた場合、一方のX染色体遺伝子産物を自己抗原と学習することなく末梢に移行し、末梢ではじめてその遺伝子産物を認識したときに活性化し、慢性移植片対宿主反応の様式で自己免疫病態を惹起する。」という仮説のもとに検討した。蛍光プライマーを用いたPCR法によりアンドロゲンレセプター遺伝子の多形性を定量的に解析し、不活化X染色体の比率を算定するシステムを確立した。末梢血単核細胞のX染色体の不活化パターンはSLE患者と健常者に差異はなかった。しかし、同じ抗原提示能を持つ単球とBリンパ球それぞれの細胞サブセットにおけるX染色体の不活化パターンを検討してみると、健常者ではほとんど差異がないのに対し、SLE患者では明らかな差があるものが見られた。すなわち、X染色体遺伝子産物に着目すれば、その提示抗原が異なっている可能性が示唆された。さらに、SLE患者由来の自己反応性T細胞株の中には、同一患者に由来する異なるX染色体が不活化された2種類のEBウイルス形質転換B細胞株に対する反応性に相違のあるものがあり、いずれかのX染色体遺伝子産物のみを選択的に認識していると考えられた。さらに、differential display法により解析を進め、認識自己抗原のクローニングを進めている。
イオン液体の溶媒和とクラスター構造

イオン液体中の酸素分子拡散と三重項緩和ダイナミクスのキャラクタリゼーション(過渡吸収と電子スピン共鳴分光)、イオン液体中の回転拡散とラジカル回転相関時間の異常な粘度依存性の解明(電子スピン共鳴分光)、蒸発イオン液体のカチオン-アニオンイオン対構造の決定(極低温マトリックス単離IR分光)、イミダゾリウム系及びピリジニウム系イオン液体蒸気の電子スペクトル測定(薄膜と気相キャビティリングダウン吸収分光)、フェニルアゾ置換基をもつ新規イオン液体の創製とそのフォトクロミック反応の解析等に関する研究を展開し、様々な知見を得ると同時に、イオン液体の溶媒和とクラスターの一般的構造モデルを提唱した。初年度は、イオン液体中の溶媒和を探る目的で有機ラジカルや三重項分子を対象にESR分光研究を行った。いくつかの対象種で有意義な情報が得られ、溶媒和機構や溶媒和した分子の回転運動の検討を開始した。またイオン液体中の部分構造を形成する可能性のあるクラスターについて、レーザー脱離法によるクラスターイオン観測を検討した。ベンゾフェノンは溶媒からの水素引き抜きでベンゾフェノンケチル(BPK)ラジカルが生成する。このBPKは明瞭なESRスペクトルを与え、超微細構造定数(hfcc)をもとにBPKに対する溶媒和を議論できる。イオン液体中で観測したBPKのFT-ESRスペクトルのシミュレーションからhfccを決定した。イオン液体中のアニオンがBPKのOH基に溶媒和し、その強さはアニオンの電子ドナー性で決まることがわかった。しかし、Cl^-のイオン液体では、BPK-Cl^-水素結合錯体に対するhfccからの推定構造と量子化学計算からの構造がOH基周辺で異なった。このような実験と計算の違いは分子性溶媒ではほとんど無く、Cl^-を含むイオン液体ではBPKに対する溶媒和にイオン液体に特徴的な機構が働いている可能性がある。イオン液体は粘性が極めて高いため、その中での分子回転は遅い。従って、三重項ESRが観測されると期待される。三重項はμ秒以上の長い寿命を持ち、かつESRスペクトルに現れる異方性の効果が回転運動と関係する。従ってイオン液体中の三重項のESR分光が、μ秒以上の遅い回転のプローブになると考えた。この観点から、時間分解ESR法でイオン液体中の三重項の観測を試みた。分子配向が観測時刻の500nsでもある程度保存することを示し、回転が極めて遅い可能性を示唆する。^<(3)>この他、三重項について数例の観測に成功し、イオン液体の溶媒和と分子回転の関係の考察を開始している。レーザーによる瞬間的な加熱を利用したイオン液体の気化およびその質量分析を行い、イオン液体のクラスター構造についての観測を行った。イオン液体に炭素などのナノ粒子を混合し、レーザー脱離で気化した際のカチオンモード質量スペクトルを測定した。BmimX(X:アニオン)の場合、[Bmim_2X]^+のようなイオン液体クラスターが観測されたが、これより大きなものは得られなかった。アニオンモードでも同様で、[BmimX_2]^-がほぼ最大のクラスターであった。ラジカルや三重項のESR分光研究ではイオン分子を中心に並進拡散に対する知見を得ることを目指した。イオン液体に溶質を溶解する際になるべくイオン液体のカチオンとアニオンのネットワーク構造を破壊しないようにするため、イオン液体の構成イオンと構造が近いラジカルイオン種としてBmimCProxylを合成し、これを用いた計測を行った。BmimCProxylをBmimPF_6に溶解させる場合、一部のPF_6アニオンがCProxylアニオンに置き換わるのみである。このようなサンプルでCProxylのEPR観測を行い、スピン交換速度と線幅の関係からCProxylの並進拡散速度定数k_<dif>の決定を試みた。CProxylのEPR線形の濃度依存性である。高濃度域では高速の分子間電子スピン交換が起き、歳差運動寿命が短くなることで線幅が細くなっている。この濃度依存性からCProxylのk_<dif>を求め、その温度依存性からアレニウスパラメータを決定した。活性化エネルギーは8[kJ mol^<-1>]となり、粘性の温度依存から求めた並進拡散の活性化エネルギー43[kJ mol^<-1>]よりもはるかに小さくなった。イオン液体中の回転相関時間τ_cの測定を行った。比較的大きな分子であるポルフィリンイオンの三重項では、SEDの予測よりも遅い回転が示唆された。またラジカルの回転では、溶質を溶解する際にイオン液体のカチオンとアニオンのネットワーク構造の破壊を避けるため、イオン液体構成イオンと構造が近いBmimCProxylを新規合成し、EPRスペクトル中で、N核スピンによる3本ピークが遅い回転の影響で非等強度で観測された。

この強度比(h_i)と線幅(H_<pp>(0))をKivelson理論で解析し、様々な温度でτ_cを決定した。いくつかのイオン液体でτ_cの温度依存性がSEDの理論でうまく再現できないことがわかった。SEDの修正式として、τ_c=4πr^3/3KB(T/η)^<-t>を導入し、パラメータtによりSED理論のずれ(t=1が通常理論)を評価した。イオン液体中では溶質分子の回転運動を支配するミクロ環境場がShearviscosityから矛測できず、分子がスリップしながら回転している描像が考えられる。Tf_2N塩の気体への蒸発分子がいかなる構造をしているか調べるため、赤外やレーザー分光計測を行った。加熱気化したEmimTf_2Nを極低温Neマトリックス中に閉じ込めて測定した赤外スペクトルでTf_2N振動モードが観測された。気化する温度が高い方が、液体の赤外スペクトルに近いバンドが現れている。このことは、気化するイオン対の構造が気化温度で異なることを示唆しており興味深い。このようなイオン対の構造についての量子化学計算とあわせ赤外スペクトルの解析を進めているイオン液体の気化と気相での構造に関する分光学的な知見を得るためレーザー脱離気化法を利用して気相イオン液体の質量分析を行った。TFSI塩ではクラスターがほとんど観測されず、TFSI塩は例外的に蒸気圧を持つ事が示された。この研究を受けイオン液体を加熱して気化する装置の開発と気相イオン液体の分光計測を計画し基礎的な2つの分光のデータを得た。極低温赤外分光TFSI塩を蒸発させて生成した気体状態分子がいかなる構造をしているか調べるため、加熱によって気化したイオン液体を極低温下でNeマトリックス中に閉じ込め、気相イオン液体成分と同じ分子種と考えられるイオン対の赤外スペクトル測定を行った。気化する温度が高いと液体の赤外スペクトルに近いバンドが現われる。気化するイオン対の構造が気化温度で異なることを示唆し、イオン対の構造を決定するため、赤外スペクトルの解析・構造に関する量子化学計算も併せて行った。可視紫外分光TFSI塩が蒸気圧を持つので、300°C程度まで可能な石英製ガスセルを製作し、気化したTFSI塩の可視紫外吸収分光を行い、BmimTFSIのスペクトルで紫外域にイミダゾリウム環のππ^*吸収と同定されるブロードな吸収帯が観測された。分子吸光係数・気体の状態方程式を仮定し、蒸気圧曲線を作成、得られた曲線はClausius-Clapeyronの式に従い、蒸発熱135 KJ/molで実験結果が説明できる。この値は通常の有機分子より大きく、分子間のクーロン引力の影響が大きい。スペクトルや蒸気圧曲線はTFSI塩でも得られ、今後はより正確な蒸気圧の見積もりに基づいた蒸発熱の議論を行い、気化の過程についての理解を深めたい。レーザーによる超高感度吸収分光法と超音速ジェットを組みあわせた装置を現在製作中、これによってイオン液体蒸気の高分解能で極低温気相紫外吸収スペクトルの観測を試み、電子スペクトルからも気相イオン対の構造についての知見を得ることを目指す。イオン液体の気化と気相での構造に関する分光学的な知見を得るためレーザー脱離気化法を利用して気相イオン液体の質量分析を行った。
戦犯釈放をめぐる戦後日本外交

本研究は、日本人戦犯釈放をめぐる戦後日本外交の政策と対応を一次資料にもとづいて分析するものである。研究代表者は、これまで戦犯釈放問題に関して、対日講和条約発効(日本の主権回復)の前と後に分けたうえで「連合国側の行動」を分析した。これに対して、本研究が取り組んだのは、1950年代の日本外交が戦犯釈放問題でどのような行動をとったのか、この問題に関する事実を解明することである。そして、この「日本側の行動」は上記の「連合国側の行動」と統合され、研究代表者の「日本人戦犯釈放史」が完成することとなる。本研究計画の初年度にあたる平成21年度は、もっぱら一次資料の調査収集作業に専念した。なお本研究の実証的な性格上、一次資料の調査収集活動は、すべての研究期間において継続される予定である。平成21年度においては、靖国偕行文庫(東京都千代田区)所蔵の『井上忠男文書』の調査を通じて、日本側対応の詳細について、いわば「肉付け」となるようなディティール的情報を多数入手することができた。文書館の性格上、旧帝国陸軍という行為主体の動向が中心となるが、それ以外にも日本側が戦犯釈放のために派遣したミッションの経緯や内実がかなりわかってきた。たとえば、1953年、法務省の附置機関である中央更生保護審査会が欧米6カ国を歴訪し、米・英・蘭・仏の拘禁国側とは釈放問題での懇談を行ない、同じ立場に置かれるドイツでは同国外務省の担当者と情報交換を行ない、ローマ法王庁にも戦犯問題で訪問し、その2年後にも同じルートでの渡欧をしていること。この二つの使節は、それぞれ吉田茂内閣時と、政権交代した鳩山一郎内閣時という点で異なっており、とくに後者の場合、戦犯釈放問題に対する内閣の圧力が強まり、重光葵外相に対する渡欧報告がオランダの戦犯釈放問題につながる成果をもたらした模様であるという情報が得られた。以上に述べたように、初年度においては、ほぼ予定どおりに計画を推進することができた。次年度以降は、国立公文書館に所蔵される厖大な法務省資料の調査を開始することを予定している。このことによって、さらに重要な知見が多く得られるものと期待される。本研究は、日本人戦犯の釈放をめぐる戦後日本外交の政策決定とその効果について実証的に分析するものである。この研究計画のために、平成22年度は、一次資料の調査収集活動を合計5回にわたって実施した。本研究の実証的な性格上、こうした資料調査収集活動は、本研究計画の最終年度にいたるまで継続する予定である。平成22年度は、靖国偕行文庫(東京都千代田区)や外務省外交史料館(東京都港区)に所蔵される公文書を集中的に閲覧、調査することで、貴重な情報を多数、入手することができた。とりわけ平成22年度には外務省外交史料館によって沖縄返還・日米安保条約等に関するいわゆる「密約」関係文書が立て続けに公開されたが、そのなかに「BC級戦犯問題」「豪州政府保管B、C級戦犯」その他の件名になる戦犯裁判関連文書も含まれていた。これらを入手できたのは年度当初には予想しなかった成果であった。特に後者は、高度成長期の一九六五年に作成された文書であり、日本が要求したBC級戦犯裁判記録の提供について、オーストラリア政府が「事柄の性質上、慎重な検討を要する」として回答を先延ばしにして、容易に応じなかったことがわかる。この頃には日豪関係が経済を中心に好転していた。しかし、それにもかかわらず、関係政府が裁判記録の提供に躊躇していたことは、改めて戦争犯罪裁判の「性質」の特殊性を示し、価値の高い情報といえる。平成22年度は、以上のような新しい発見という成果を得て、ほぼ予定どおりに計画を実施した。残る平成23年度と24年度においても、分析作業の本格化と並行して、一次資料の調査を継続し、情報の収集に努める予定である。本研究の目的は、日本人戦犯の釈放をめぐる戦後日本外交の政策決定とその効果について実証的に分析し、新しい事実を解明することである。この研究計画を推進するために、第一に、平成23年度は東京における一次資料の調査収集活動を合計4回実施し、その結果、貴重な情報を多数、入手することができた。第二に、収集した資料については、逐次、解読、分析を加えた。具体例をあげれば、戦犯釈放の最終段階で、既決戦犯は減刑(この場合、服役した期間までに刑期を短縮すること)による刑期満了というかたちをとることになるのだが、日本外務省は「減刑方好意的配慮」を求める目的を「A級戦犯十名......の社会的地位回復のため」と内部文書に明示している。これは「人道的配慮」といった観点とは異なり、日本政府が戦犯裁判をどのように評価していたかに関わるもので、きわめて重要な問題である。研究実施計面に提示した第三点は、本研究計画に関連する先行研究等をサーヴェイすることであった。

この点については、第二次大戦中の戦犯裁判処罰政策を含む国際人道法、国際刑事法に関して、近年、欧米の研究が多数刊行されているため、これらを対象として本研究計画の客観化と情報追加をはかった。本研究計画は、日本人戦犯の釈放をめぐる戦後日本外交の政策決定とその効果について実証的に分析するものである。平成24年度は、この計画を実施する最終年度に当たる。年度当初の研究実施計画に示したように、第1に、今年度も従来と変わらず、もろもろの公文書館における一次資料の調査収集活動は重点的に行なわれた。その結果、必要な情報がかなり集まった。そして年度終了間際の平成25年3月に外務省の外交記録が公開され、そのなかに本研究計画にとって重要な情報が多々含まれていたことは実に貴重であった。第2に、先行研究やマスメディア情報等のサーヴェイと併せて、資料を系統的に整理し、分析を加えた。連合国側は自らが実施した戦犯裁判の刑と正当性を守ることを重視し、日本側は受刑者の早期釈放をめざした。日本人戦犯の釈放過程は、占領期と主権回復後の二つに大まかに分かれる。占領期にGHQの仮釈放制度が創設され、主権回復後もその方式が踏襲される。その両者をつなぐのが、戦犯赦免に関するサンフランシスコ講和条約の第11条であるが、これまで前段の「裁判(判決)を受諾する」という文言の具体的意味が資料的に不明確であった。その点、上記の外交記録には、連合国の戦犯裁判の「国際法上の適法性」について日本側が異議を申し立てず、主権回復後も判決の効力を認め、日本側が刑を執行すると外務省が解釈していたことが示されている。これだけで第11条解釈が決着するわけではないが、従来にない重要な情報であると判断される。平成24年度の研究計画は、こうした新しい知見の獲得も含めて、予定通りに進められた。その成果の一部は研究代表者の単独論文「戦犯処罰と国際秩序」(平成25年刊行予定『グローバル・ガバナンスと日本』[仮題、中央公論新社]所収)に示される。年度初めの計画をほぼ予定どおりに執行できたため。24年度が最終年度であるため、記入しない。来年度は、本研究計画の最終年度にあたるので、関連する研究のサーヴェイも行いつつ、本格的な分析を推進して報告書の完成に努める予定である。
グローバリゼーション下の対外国人意識-マルチレベル分析による形成メカニズムの解明

外国人を排除する意識の規定要因を、個人レベルと地域レベルの変数を同時に用いた分析により明らかにした。個人レベルの変数では、接触経験は外国人一般に対する排外性を弱める一方、「日本人」の純粋性を求める心情が排外性を強めることが示された。地域レベルの変数では、中国人や南米諸国の居住比率が高い地域では中国人や南米諸国の人々の増加に否定的な態度が増えるが、韓国人については地域居住比率に否定的な影響がないことが明らかとなった。平成20年度は、本研究の目的である日本における種々の外国人に対する様々な意識の現状とその規定要因の解明のために平成21年度に行う本調査に向けての予備的な研究を行った。具体的には、これまでの研究成果の整理として以前おこなった調査データを用いて対外国人認知と排他性に関する基礎的な分析を行い、その成果を「「日本人」の外国好感度とその構造の実証的検討-亜細亜主義・東西冷戦・グローバリゼーション」(『社会学評論』59(2))として発表した。また地域間比較のための地域特性を検討するため、対象地域へ赴き、その実態を調査し、必要な資料集めを行った。具体的には、対象地である浜松市、小樽市、大阪市生野区など現地に出張し、その状況を観察・調査した。また地域変数の中でも行政制度を確認するため、当該地区の市役所・区役所等を取材した。その中で生野区のような共生の歴史の長い地域や居住者の多い浜松市では外国人向けのサービスが整いつつあるのに対し、小樽市などは「居住者」としての外国人をそもそも想定していない様子などが明らかになった。また上記に平行して予備調査用の調査票作りを行った。基本的には「特別研究員研究奨励費」で行った調査の調査票をベースとし、その上で被説明変数となる排外性項目の洗練と、排外性の規定要因として重要と考えられる諸変数を追加した。その調査票を用い、2度の予備調査を行った。1度目は平成20年12月より主要調査項目の質問形式の決定と調査票のレイアウトその他の確定のためである。当初計画では平成20年度の間に調査票の作成・完成を目指していたが、調査内容に政党支持意識や政治関連の項目が含まれるため、政党再編の可能性を考慮し、平成21年度の選挙日程確定後の8月より、主に政治意識関連についての第2次予備調査を行った。その調査結果を踏まえ、21年9月に本調査用調査票を完成させ、その印刷を行った。さらに成果公開用Webページを作成し、その公閉を開始した。平成21年度は、本研究の目的である日本における対外国人意識の現状とその規定要因の解明のため、日本全国を対象とした郵送調査を実施した。そのためまず昨年度の予備調査を分析し、調査項目の最終調整を行った。(その成果の一部は"An Exploratory Analysis of National Prestige Scores"として公表した)実査は、まず対象となる市町村区について、外国人居住率が全国平均より高い地域、平均の半分から平均未満の地域、平均の半分未満の地域に層化した上で、各層より6地点ずつを抽出した。続いて抽出した18市区の選挙人名簿閲覧の許可を得て、合計5550サンプルの抽出作業を行った。その抽出5550サンプルに対して郵送で調査票を送付した。またインターネットによる回答も可能とするため、回答用Webサイトを構築した。加えて回収率向上のために、調査開始から2週間後に督促状を送付し、その時点よりインターネットでの回答を可能とした。郵送調査とインターネット回答を併用した結果、合計2632票を回収した。転居や住所不明などの理由で調査票が届かなかった対象を除いて計算した回収率は49.3%で、その数字は郵送調査としては比較的高い結果であった。続いて回収票の入力とコーディング・クリーニングを行い、分析可能なデータを作成した。研究協力者との研究会を2度開催し、その助力を得つつ、調査対象者向け報告書を作成して希望者に送付し、同内容の報告書をWebサイト(http://www.iss.u-tokyo.ac.jp/tanabe/JICPPS.html)でも公開した。その知見としては、例えば、若年層ほど外国人の増加に賛成であり、さらに外国人との交流経験がある場合にはない場合よりも、外国人の増加に肯定的になる傾向があるなど、基礎分析の段階では先行研究に準じた結果が確認されている。さらに、平成22年度中に『日本の対外国人意識と政治行動』(仮題)として出版することを目標とし、データの分析と研究論文の執筆を進めている。平成22年度は、前年度に行った調査データの分析に基づく研究を進めた。その中で全7回に渡る研究会を行い、本補助金により購入した文献による先行研究の確認とともに、昨年度得たデータ分析に基づく成果の報告や議論を行った。それら分析と研究会の成果として、平成23年2月に勁草書房より『外国人へのまなざしと政治意識』という書籍を出版した。

その具体的な知見として例えば、現在日本では「国を愛すべし」と考える愛国主義は主として社会階層的には上層にいる人々が強く表明するナショナリズムであり、他方比較的階層が低い人々は愛国主義の主張にはあまり賛同せず、外国人の増加に反対する排外主義を主体としたナショナリズムを抱く傾向があることを示した。また排外主義は、愛国主義や権威主義との結びつきがそれほど強くなく、現代日本の排外主義が権威主義のような伝統性や保守性には還元できない要素を含むこと、一方で「日本人」の純粋性を求める純化主義と排外主義の結びつきは強いことから「日本人」という境界線を強く意識する心情が外国人を排除する意識と関連しやすいことが明らかになった。また本研究の主題である外国人への排外性の規定要因のマルチレベル分析の成果についての分析を進めた。その知見として、まず個人レベルの変数としては、個人的な接触は外国人の出身国にかかわらず否定的な態度を弱める効果を持つこと、一方純化主義が強いことはどんな国籍であれ外国人一般に対する否定的な態度を強めることが明らかになった。また地域レベルの変数としては、中国人や南米諸国の人々の比率が高い地域では中国人や南米諸国の人々の増加に否定的な態度が増えるが、オールドカマーの多い韓国人については地域の韓国人比率が否定的な態度を高める影響がないことを明らかにした。
ライブイメージング技術に立脚した即時型アレルギー抑制／増悪成分探索系の構築と検証

花粉症などの即時型アレルギーは、マスト細胞の分泌顆粒中の化学伝達物質が開口放出されることが引き金となる。それゆえ脱顆粒を制御する物質の探索・同定は重要であり、本研究では脱顆粒制御物質の探索に資する新たな脱顆粒評価法の構築を、顕微鏡でのライブイメージング技術に着目して試みてきた。前年度までに、分泌顆粒のpHをモニターできる、あるいは分泌顆粒の内容物と相互作用する各種蛍光色素に着目して脱顆粒イメージングへの利用可能性を検討してきたが、各蛍光色素に分泌刺激特異性・刺激応答性・蛍光強度いずれかの面での懸念があった。そこで本年度はさらに、脂質二重膜に相互作用する各種蛍光色素の利用可能性を検討し、1つのFM色素が上記の問題をほぼクリアすることを見出した。この色素を培地に添加して分泌刺激を与えると、抗原刺激・非抗原刺激どちらの添加時にも細胞内へ色素が侵入してそこで蛍光を発し続け、脱顆粒軌跡らしき形態を可視化した。その蛍光強度増大のタイムコースは従来のベータヘキソサミニダーゼの酵素活性を指標とした生化学的脱顆粒評価法と同様であった。さらに、脱顆粒関連遺伝子(Munc13-4やMunc18-2など)の発現抑制下では、色素の細胞内侵入と蛍光強度増大が顕著に制限された。また、一連の検証過程において、分泌刺激の種類によって脱顆粒様式が変化していることを示唆する結果も得られた。この色素は、脱顆粒を起こした分泌顆粒の膜を可視化し続けていると考えられ、蛍光プレートリーダーを用いた脱顆粒度合の評価、加えて共焦点レーザー顕微鏡を用いた脱顆粒様式の解析に極めて有用であると判明した。食物アレルギー・花粉症・気管支喘息等の即時型アレルギーは、マスト細胞の分泌顆粒中の化学伝達物質が開口放出(脱顆粒)されることが引き金となる。それゆえ、脱顆粒をコントロールすることが即時型アレルギー抑制の鍵であり、アレルギー反応を増悪させる物質の同定と除去、抗アレルギー活性を有する物質の同定と利用は、医療上・産業上重要な課題である。そのような物質のスクリーニングには多検体解析を容易とする手法が求められる。本研究では、脱顆粒イメージング技術に立脚した多検体解析系を構築・検証している。[1]細胞外液に添加したpH感受性蛍光プローブ(酸性条件下で緑色蛍光を発し中性条件下で蛍光が消失する)をラットマスト細胞株RBL-2H3に取り込ませ内部が酸性環境である分泌顆粒を蛍光ラベルした。分泌刺激を与えると蛍光顕微鏡観察では蛍光消失が確認できた(分泌顆粒内の蛍光プローブが、脱顆粒の結果、中性の細胞外液に触れることで蛍光が消失)。そこで96-wellプレートにRBL-2H3細胞を撒種し蛍光色素を取り込ませたのち分泌刺激を与え、蛍光プレートリーダを用いて蛍光量変化を観察したところ、脱顆粒の継時的なモニターが容易に可能であることが明らかになった。しかしwell毎の蛍光強度のバラツキ等の問題点も生じた。[2]分泌顆粒内の基質との相互作用で強い赤色蛍光を発する色素を細胞外液に添加し分泌刺激を与えると、細胞膜との膜融合が生じた分泌顆粒由来の構造が蛍光ラベルされることを蛍光顕微鏡観察にて確認済である。これも96-wellプレートに撒種した細胞と蛍光プレートリーダを用いて継時的に蛍光量変化をモニターできることが明らかになった。well毎の蛍光強度のバラツキは[1]で用いた手法よりは少なかった。[1], [2]ともに多検体解析へ向けた更なる最適化が必要である。蛍光プローブと蛍光プレートリーダを用いた脱顆粒時の蛍光量変化の測定系は96-wellプレートを用いた多検体解析に適用可能であることが確認できた。また、二つの蛍光プローブで同時に蛍光量変化を測定することも可能であり、これはfalse-positiveの可能性を低減させる等、スクリーニングの信頼性の向上性に資することができると思われる。また、スクリーニングによって見出された物質の作用特性に関する情報も得られる可能性がある。加えて、マスト細胞脱顆粒メカニズムの解析といった基礎研究においても、二つの蛍光プローブを組み合わせた同時測定系で、従来の生化学的な脱顆粒度合の測定法では得られない新規かつ有益な情報が得られることが示唆された。花粉症などの即時型アレルギーは、マスト細胞の分泌顆粒中の化学伝達物質が開口放出(脱顆粒)されることが引き金となる。それゆえ、脱顆粒を抑制する物質の探索・同定には大きな社会的ニーズがあると考えられ、本研究では、脱顆粒制御物質の探索に資する多検体解析が容易な脱顆粒評価法の構築を、脱顆粒イメージング技術に立脚して試みている。[1]前年度、pH感受性蛍光プローブ(酸性条件下で蛍光を発し中性条件下で蛍光が消失する)を用いて分泌顆粒を蛍光ラベルし、脱顆粒による蛍光強度減少(中性の細胞外液に触れることによる)を定量する系を作成した。本年度は、脱顆粒関連遺伝子の過剰発現あるいはノックダウンによって脱顆粒度合を様々に変化させ、この系の検証を行った。その結果、この系の感度は従来のβ-ヘキソサミニダーゼの酵素活性を指標とする生化学的評価系よりも優れていないことが明らかになった。その後、分泌顆粒をラベルする数種類の蛍光プローブを検討したが目立った改善は見られなかった。

[2]前年度、分泌顆粒内の基質との相互作用で蛍光を発するプローブを細胞外液に添加し、脱顆粒による蛍光強度増強(細胞膜との融合により分泌顆粒内部へ細胞外液が侵入することによる)を定量する系を作成した。本年度は、[1]と同じ手法で、この系の検証を行った。その結果、この系の感度は従来の生化学的評価系よりも優れていることが明らかになった。しかし、このプローブが発する蛍光は非常に強く、強い分泌刺激のもとでは継時的測定中に蛍光強度が飽和する。この問題を別の蛍光プローブを用いて緩和することができた。分泌顆粒をラベルする蛍光プローブを用いた脱顆粒評価系(上記[1])、細胞膜と融合した分泌顆粒をラベルする蛍光プローブを用いた評価系(上記[2])ともに、系の改善・最適化へ向けそれぞれ数種類の蛍光プローブを試す必要性が生じ、これに予想以上の時間を費やした。また当初、スクリーニングの信頼性向上に資することを目的として2種類の蛍光プローブを同時に用いた脱顆粒評価系の構築を企図していたため、蛍光プローブの相性を考えながらの作業であったことも、時間を費やす要因となった。花粉症などの即時型アレルギーは、マスト細胞の分泌顆粒中の化学伝達物質が開口放出されることが引き金となる。それゆえ脱顆粒を制御する物質の探索・同定は重要であり、本研究では脱顆粒制御物質の探索に資する新たな脱顆粒評価法の構築を、顕微鏡でのライブイメージング技術に着目して試みてきた。前年度までに、分泌顆粒のpHをモニターできる、あるいは分泌顆粒の内容物と相互作用する各種蛍光色素に着目して脱顆粒イメージングへの利用可能性を検討してきたが、各蛍光色素に分泌刺激特異性・刺激応答性・蛍光強度いずれかの面での懸念があった。そこで本年度はさらに、脂質二重膜に相互作用する各種蛍光色素の利用可能性を検討し、1つのFM色素が上記の問題をほぼクリアすることを見出した。この色素を培地に添加して分泌刺激を与えると、抗原刺激・非抗原刺激どちらの添加時にも細胞内へ色素が侵入してそこで蛍光を発し続け、脱顆粒軌跡らしき形態を可視化した。その蛍光強度増大のタイムコースは従来のベータヘキソサミニダーゼの酵素活性を指標とした生化学的脱顆粒評価法と同様であった。さらに、脱顆粒関連遺伝子(Munc13-4やMunc18-2など)の発現抑制下では、色素の細胞内侵入と蛍光強度増大が顕著に制限された。また、一連の検証過程において、分泌刺激の種類によって脱顆粒様式が変化していることを示唆する結果も得られた。この色素は、脱顆粒を起こした分泌顆粒の膜を可視化し続けていると考えられ、蛍光プレートリーダーを用いた脱顆粒度合の評価、加えて共焦点レーザー顕微鏡を用いた脱顆粒様式の解析に極めて有用であると判明した。[1]本測定系のより多検体解析へ向けた最適化を行う(他の蛍光プローブの適用可否も検討する)。[2]脱顆粒メカニズムの各ステップに働く遺伝子をノックダウンあるいはゲノム編集することにより、脱顆粒が抑制・促進された場合の蛍光強度変動パターンを把握しプロファイルする。[3]既に報告されている抗アレルギー活性物質を用いて本測定系の実用性を検証する。脱顆粒評価系は、分泌顆粒をラベルする蛍光プローブを用いる系(上記[1])が思わしくないため、細胞膜と融合した分泌顆粒をラベルする蛍光プローブを用いる系(上記[2])に一本化する。
後頂連合野における刺激顕在性地図の形成過程

本研究では、視覚探索課題を複数の刺激条件下でサルに遂行させ、頭頂間溝外側壁領域(LIP野)からニューロン活動を記録した。刺激条件は大きく異なるが、平均サッカード潜時が同一になる2種類の刺激条件に、特に、着目し解析した。その結果、ニューロン活動によって目標刺激が判別される時刻は2種類の刺激条件間で異なることを見出した(目標識別からサッカード開始までの期間は一定ではなく、刺激輝度に依存して変化した)。この結果は、目標選択と運動準備/起動が独立した2つのプロセスの逐次的推移とするモデルでは説明できず、2つのプロセスが連続的に推移していることを示唆する。視覚的選択が行われる過程では、周囲刺激と異なる刺激は視覚的顕著性が強くなり、我々の自動的に注意を惹きつける(ボトムアップ型注意)。もし探索したい物体の視覚的顕著性が高ければ、その物体を素早く探し出すことができる大脳皮質には複数の視覚領野が存在するが、各領野は得意とする特徴次元が異なるため、異なる特徴次元で目立つ刺激は異なる視覚領野群で表現される。このため、各視覚領野で処理された色、形、動きなどの特徴次元ごとの信号が、唯一存在するsaliency mapに統合されることによって特徴次元に依存しない視覚的顕著性地図が形成されると考えられている。本研究では、単独の特徴次元(色、または形)、及び複数の特徴次元(色&形)でポップアウトする刺激へのニューロン活動を後頭頂葉から記録し、各条件での応答を比較することによって、個々の特徴次元における視覚的顕著性信号から複数特徴次元の視覚的顕著性信号がどのような加算様式を経て統合されているのかを明らかにすることを目的とする。2頭のサルに単独の特徴次元(色、または形)、及び複数の特徴次元(色&形)でポップアウトする刺激を視覚探索する行動課題を訓練した。行動データを解析したところ、色と形を組み合わせることにより、目標刺激の視覚的顕著性が増大することが実験的に見出された。Laterモデルを用いて、色と形の単独次元、及び両方を組み合わせたときの顕著性信号強度を定量化した。その結果、2つの特徴次元の加算は線形加算で予測される強度の6割程度に留まっていることが新たに判明した。しかしながら、信号の分散強度は、予測される値よりも大きくなっていた。これらの結果は、単純な線形加算では説明できない非線形な統合過程が存在することを示唆している。本研究では、単独の特徴次元(色、または形)、及び複数の特徴次元(色&形)でポップアウトする刺激へのニューロン活動を後頭頂葉(LIP野)から記録し、各条件での応答を比較することによって、個々の特徴次元における視覚的顕著性信号から複数特徴次元の視覚的顕著性信号がどのような加算様式を経て統合されているのかを明らかにすることを目的とする。昨年度は、単独の特徴次元(色、または形)、及び複数の特徴次元(色&形)でポップアウトする刺激を目標とする視覚探索課題を訓練した2頭のサルLIP野からニューロン活動を記録した。その結果、目標刺激のある刺激条件で活動が増大するニューロン群と、目標刺激のないキャッチ刺激条件で活動が増大するニューロン群を見出した。従来の研究では、前頭前野でしか報告されていないニューロン活動であり、LIP野の機能的意義を考える上で重要な神経生理学的知見と考えられる。もし探索したい物体の視覚的顕著性が高ければ、その物体を素早く探し出すことができる。「Saliency map仮説」注意モデルの研究において、視覚的顕著性にもとづいて物体を選択するためには、特徴次元に関係なく各物体の視覚的顕在性を表現する脳内地図(saliency map)が必要であることが指摘されている。大脳皮質には複数の視覚領野が存在するが、各領野は得意とする特徴次元が異なるため、異なる特徴次元で目立つ刺激は異なる視覚領野群で表現される。

本研究では、単独の特徴次元(色、または形)、及び複数の特徴次元(色&形)でポップアウトする刺激へのニューロン活動を後頭頂葉から記録し、各条件での応答を比較することによって、個々の特徴次元における視覚的顕著性信号から複数特徴次元の視覚的顕著性信号がどのような加算様式を経て統合されているのかを明らかにすることを目的とする。2頭のサルに単独の特徴次元(色、または形)、及び複数の特徴次元(色&形)でポップアウトする刺激を視覚探索する行動課題を訓練した。行動データを解析したところ、色と形を組み合わせることにより、目標刺激の視覚的顕著性が増大することが実験的に見出された。しかしながら、定量的な解析を試みたところ、2つの特徴次元の加算は線形加算で予測される強度の6割程度に留まっていることが新たに判明した。注意・視覚探索の工学モデルでは、視覚的顕在性にもとづいて物体が選択され、その物体位置に注意や視線が向けられると考えられている(Koch & Ullman, 1985; Itti & Koch, 1999)。このモデルが正しいとすれば、視覚刺激が呈示されてからサッカード眼球運動が生じるまでの潜時は、「刺激特徴を利用して目標を選択するための期間(pre-discrimination interval)」と「選択した目標に対してサッカードを起動させるための期間(post-discrimination interval)」に分割できるはずであり、前者の期間は探索難易度に応じて変化するが、後者の期間は刺激に関係なく一定時間になる。実験の結果、我々はBlight-DifficultとDim-Easyの2条件においてpost-discrimination intervalの長さが異なることを見出した。このことは、目標選択と眼球運動準備に関わる神経プロセスが独立でないこと、さらに、post-discrimination intervalの長さが刺激特徴(輝度)にもとづいて変化することを示唆する。これらの結果は、サッカード潜時が同じであっても、脳内において目標選択が生じる時刻が必ずしも一致しないことを示唆している。神経生理学(1)2頭のサルに対して、視覚探索課題の訓練を施し、探索課題を習熟させた(2)課題を遂行しているサルから眼球運動による行動データ(サッカード潜時の分布データ)を記録した。実験条件によるサッカード潜時分布データと理論モデル(LATER model)を組み合わせることにより、視覚的顕著性信号の統合過程の推察を行い、新たな知見を得た。(3)課題を遂行しているサルの頭頂間溝外側壁領域からニューロン活動の記録実験を開始した。(1)2頭のサルに対して、視覚探索課題の訓練を施し、課題を遂行しているサルの頭頂間溝外側壁領域(LIP野)からニューロン活動の記録実験を開始した。(2)LIP野においては、従来報告されていなかったニューロン活動を見出した。(3)得られた知見を公表するために投稿論文の作成に着手した。
既設宅地造成盛土の地震時安全性の定量的評価手法の研究

都市近郊に造られた宅地盛土の地震時安定性評価手法を研究するため、北海道、八戸、埼玉、神戸、鹿児島で造成に使われている土と、東日本大震災で被災した宅地の土を用い、物理特性,締固め特性や液状化特性などを試験した。その結果,液状化強度などは締固め度に大きく影響していることがわかった。次に,東日本大震災で被災した福島県と宮城県の盛土に,新しい地震時変形解析を適用してみた結果,これらの方法で解析して実被害を再現できることや,地下水位が盛土の変形に大きく関係することなどがわかった。また、常時に宅地や擁壁が変状している箇所は地震時も不安定なことが解析的に求められた。昨年度に引き続き,都市近郊に造られた造成宅地盛土および住宅の地震時変形・不同沈下量を求め危険度予測を行う方法を研究するため,全国各地の盛土材の材料特性を調べ,また,2種類の盛土の変形量推定を試みた。全国各地の盛土材としては,まず,2011年東日本大震災の際に宮城県と福島県の造成宅地で盛土が変状して住宅に被害を与えた箇所から採取した盛土材において,昨年度の残りの試料に対し物理特性,締固め特性や繰返しせん断強度特性,繰返し載荷後の静的せん断変形特性,動的変形特性を求める試験を行った。また,造成盛土材としてよく用いている北海道の火山灰砂質土,八戸のローム,神戸のまさ土,鹿児島のしらすを採取し,本年度はまず物理特性および締固め特性を求める試験を行った。その結果,東日本大震災で被災した盛土の締固め度は80%前後とかなり小さいことや,液状化強度および液状化後の変形特性は締固め度に大きく影響していることがわかった。次に,東日本大震災で被災した福島県の造成盛土地の2か所について,変形解析を適用してみた。解析法としては研究代表者達が従来から開発してきている変形解析プログラムのALIDと,最近開発した過剰間隙水圧を考慮したニューマーク法によるすべり量解析プログラムEXCESSを用いた。その結果,これらの方法で解析して実被害を再現できることや,地下水位が盛土の変形に大きく関係することなどがわかった。都市近郊に造られた造成宅地盛土および住宅の地震時変形・不同沈下量を求め危険度予測を行う方法を研究するため,全国各地の盛土材の材料特性を調べ,また,盛土の変形量推定を試みた。全国各地の盛土材としては,まず,2011年東日本大震災の際に宮城県と福島県の造成宅地で盛土が変状して住宅に被害を与えた箇所から採取した盛土材に対し物理特性,締固め特性や繰返しせん断強度特性,繰返し載荷後の静的せん断変形特性,動的変形特性を求める試験を行った。また,造成盛土材としてよく用いている北海道の火山灰砂質土,八戸のローム,神戸のまさ土,鹿児島のしらすを採取し,同様の試験を行った。次に,東日本大震災で被災した福島県の造成盛土地の2か所および宮城県仙台市の1か所について,変形解析を適用してみた。さらに,仙台市では地震前に擁壁の変状が見られていた箇所を対象に解析を行ったが,その結果,盛土を載荷した段階で擁壁に変状を起こすような緩さであったことが解析結果からも得られ,常時に擁壁などが変状している箇所では地震時に変状を起こしやすいことが示唆された。都市近郊に造られた造成宅地盛土の地震被害に対し,盛土および住宅の地震時変形・不同沈下量を求め危険度予測を行う方法を研究するため,本年度は首都圏と東北の盛土材の材料特性をまず調べ,盛土の変形量推定を試みた。首都圏では関東ロームが造成盛土材として良く使用される。そこで,実際に使用されている関東ロームを採取し,締固め度を変えて繰返し載荷後の静的せん断特性を求める試験などを行った。その結果,締固め度が大きくなるにつれて,せん断剛性や強度が急増することなどが分かった。そこで,代表的な造成宅地の断面を選び,地震時の変形量(宅盤面の沈下・傾斜量)に与える締固め度の影響を研究代表者達が開発してきている解析プログラムのALIDで解析を行った。その結果,宅盤面の上に立つ戸建て住宅に有害な傾斜を与えないためには,この断面では90%程度以上の締固め度が必要なことが分かった。

次に,2011年東日本大震災の際に宮城県,福島県,茨城県の多くの造成宅地で盛土が変状して住宅に被害を与えたため,これらの被災箇所を調査してまわり,代表地点から盛土材の試料を採取した。そして,締固め試験や繰返し載荷後の静的せん断変形特性を求める試験などを行った。また,造成前後の航空写真測量を行って盛土の厚さを調べた。その結果,変状を起こした盛土では締固め度が80%前後と緩かったことが分かった。また,被災した1箇所の断面を推定し,ALIDによる解析を行ったところ,実被害の変状を説明できることが分かった。なお,盛土材の採取は神戸でも行ったが,室内試験や解析は本年度は行っていない。昨年度は研究開始寸前に発生した東日本大震災で宮城県と福島県の造成宅地盛土が甚大な被害を受けたため,急遽計画を変えて被災箇所から試料を採取して試験を行った。これに対し,本年度は当初計画に戻し,札幌,神戸,鹿児島で盛土材を採取して試験を行うことができた。また,解析も東日本大震災で被災した箇所に対しほぼ予定通り研究を遂行できた。当初計画では首都圏,札幌,神戸,鹿児島あたりで盛土材を採取する予定であったが,研究開始寸前に発生した東日本大震災において宮城県,福島県,茨城県の造成宅地盛土が甚大な被害を受けたため,急遽,採取地点を少し変更した。それ以外は室内試験,解析ともほぼ予定通り研究を遂行できた。全国各地の試料に対する試験を継続していく。また,東日本大震災で被災した断面やモデル断面などで解析を実施する。さらに,常時の変形解析も加えて,常時の変状から地震時の被災程度を予測する方法を考案していく。全国の他地区で試料を採取し,試験を継続していく。また,解析方法としてALIDに加えNewmark法を適用し,東日本大震災における実被害と合わせて,解析方法の適用性を検討していく。室内土質試験のためのゴムスリーブや解析のためのパソコン関係の消耗品に使用する。また,成果の発表用の旅費に使用する。さらに,実験や解析の補助のために謝金に使用する。また,札幌などで土の試料採取を行うための旅費に使用する。
モンテ・カルロ法による超臨界流体に対する高沸点化合物の溶解度の計算機実験

1.超臨界CO_2+ジメチルナフタレン系では固相は純ジメチルナフタレンと仮定し、固相のジメチルナフタレンのフガシティーは飽和蒸気圧データより与えた。気相中のジメチルナフタレンの残余化学ポテンシャルはWidomのテスト分子挿入法を改良した方法を用いて計算を行った。分子間ポテンシャルとしてCO_2は1サイト、ジメチルナフタレンは4サイト(ベンゼン環の大球×2+メチル基の小球×2)のLennard-Jones(12-6)ポテンシャルを用いた。ポテンシャルパラメータとして、メチル基に対してはJorgensenらによって提案された値を用いた。また、ベンゼン環に対するポテンシャルパラメータは、溶解度データをよく表現できるように最適化した値を用いた。溶解度の計算値は文献値とほぼ良好に一致し、ジメチルナフタレンの異性体の区別も良好に表現できることを明らかにした。2.超臨界CO_2+パラフィン系として超臨界CO_2+オクタコサン系および超臨界CO_2+トリアコンタン系の計算を行った。分子間ポテンシャルとしてはJorgensenらが提案したものを用い、気相中のパラフィンの残余化学ポテンシャルはKirkwood法を用いて計算した。CO_2とパラフィンの相互作用パラメータk_<12>を0.12とすることで良好な計算結果が得られた。また、パラフィンに対する超臨界CO_2の動径分布関数を計算したところ、超臨界CO_2の動径分布関数の第一ピークは超臨界エタンのそれに比較して低かった。これは、超臨界CO_2の方が超臨界エタンに比べて溶媒和しにくいためと思われる。さらに、超臨界CO_2中の方が超臨界エタン中に比べてパラフィンの平均二乗末端間距離が短かいことを明らかにした。これは、超臨界CO_2の方が超臨界エタンに比べて貧溶媒であることを定量的に示している。
コンドロイチン硫酸を中心とした糖鎖による神経活動の制御機構

コンドロイチン硫酸(CS)は、中枢神経系のマトリックスに豊富に存在することが知られ、神経可塑性の制御などに重要な役割を果たしていると考えられている。CSは、グルクロン酸とN-アセチルガラクトサミンが交互に繰り返した構造を基本糖鎖骨格にもち、その様々な部位が硫酸化修飾を受けて構造多様性を獲得する。我々は、CSの硫酸化パターンによって神経可塑性が調節されると考え、6位が硫酸化されたCSを多く発現するトランスジェニックマウスを作成した。その結果、脳においてCSは、硫酸化パターンの違いにより神経細胞の機能を調節することで、神経可塑性を制御することが明らかとなった。コンドロイチン硫酸(CS)は、外傷性障害を受けた成体脳において、再生軸索の伸長を阻害する主要な分子として知られる一方で、特定の硫酸化された構造をもつCSには、初代培養神経細胞の神経突起伸長を促進する働きがある。この一見矛盾した結果は、CSの硫酸化構造の違いに起因すると考えられる。最近、ペリニューロナルネット(PNN)に存在するCSと経験依存的可塑性の関連性が報告されているので、本年度は硫酸化構造を改変したマウスを用い、経験依存的可塑性にCSの硫酸化構造がどのように関わるのかを解析した。CS鎖はグルクロン酸とN-アセチルガラクトサミン(GalNAc)の二糖が数十回交互に繰り返し重合した直鎖状の糖鎖を基本骨格にもつ。生合成過程でGalNAc残基の大部分は、その6位もしくは4位が、コンドロイチン6-0-硫酸基転移酵素(C6ST-1)もしくは4-0-硫酸基転移酵素によって硫酸化される。我々は、脳の発生に伴うCS鎖の硫酸化パターンの変動を解析したところ、6硫酸化CSは発生初期に多く存在し発生に伴い減少するが、4硫酸化CSは発生に伴い増加し、結果として6硫酸化CSに対する4硫酸化CSの比率(4S/6S比)が顕著に増加することが分かった。マウス視覚野では、臨界期を挟んで、この4S/6S比の変動が起こることから、CS硫酸化パターンによって、臨界期が調節されるのではないかと考え、C6ST-1を過剰発現するトランスジェニック(TG)マウスを作成した。成体の野生型マウス視覚野では、ほとんどのPV細胞がWFAレクチン陽性のPNNによって覆われるが、C6ST-1 TGマウスでは、WFA陽性のPNN数が減少していた。さらに、C6ST-1 TGマウスは成体でも、眼優位性の可塑性を維持していた。したがって、発生に伴うCS鎖の硫酸化パターンの変動が、臨界期の終了に必要であることを示された。コンドロイチン硫酸(CS)は、外傷性障害を受けた成体脳において、再生軸索の伸長を阻害する主要な分子として知られる一方で、高硫酸化された構造をもつCSには、初代培養神経細胞の神経突起伸長を促進する働きがある。実際、CS-Eと呼ばれる高硫酸化CSバリアントをコートした基質上で海馬神経細胞を培養すると、軸索様の長い神経突起の伸長が促進されるが、高硫酸化CSバリアントであっても、CS-Eとは異なる硫酸化構造をもつCS-Dをコートした基質上では、短い神経突起が複数本観察されるに過ぎない。これらの観察から、神経突起の伸長がCSの硫酸化構造により厳密に制御されている可能性が示唆された。我々は、神経細胞上に発現する細胞接着分子であるcontactin-1(CNTN-1)がCS-Eを認識するレセプターとして機能し、CS-Eによる神経突起伸長がCNTN-1を介した細胞内シグナル伝達経路の活性化により引き起こされることを見出した。興味深いことに、CS-D及びCS-E基質上で培養した海馬神経細胞の形態は、未熟な神経突起から軸索または樹状突起への運命が決定される特定の極性形成過程の形態とそれぞれ酷似していた。そこで、CS-DとCS-Eを混合した基質を調製し、それらの基質上で培養した海馬神経細胞の形態を観察したところ、混合基質中に占めるCS-Dの割合が増加するにつれて、CS-E誘導性の長い神経突起の伸長が抑制され、複数本の神経突起をもつCS-Dに特有の形態に収束する傾向が観察された。また、CS-DやCS-Eに対する結合親和性を指標に、CSレセプター候補分子の探索を行ったところ、CNTN-1の類縁分子であるTAG-1、L1CAM、カドヘリンファミリー分子においても高硫酸化CSに対して結合性があることがわかった。コンドロイチン硫酸(CS)は直鎖状の多糖で、特定のコアタンパク質のセリン残基に共有結合したプロテオグリカンとして、脳の神経細胞表面や細胞外マトリックスに豊富に存在する。中枢神経系の損傷時にグリア細胞から分泌されるCSは、神経突起伸長を阻害することで神経機能の回復を妨げる因子として同定されている。しかし、CSは神経突起伸長が活発な胎生期の脳にも発現しており、CSの神経細胞への影響は阻害作用に限らない。そこで本年度は、神経発生におけるCSの機能をin vivoで解析した。胎生期の大脳皮質において、脳室帯と中間帯にはGalNAcの4位が硫酸化されたCSが、そして皮質板には硫酸化されていないコンドロイチンが局在していることを見出した。興味深いことにGalNAcの4位が硫酸化されたCSとその構造を合成するコンドロイチン4-O-硫酸基転移酵素-1の発現パターンには、正の相関性が観察された。