hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マダガスカル島における鳥類の社会進化の研究-オオハシモズ類を中心として

前年度に引き続きAmpijoroa特別保護区のJardin A及びその周辺部を含む約1平方キロにおいてアカオオハシモズの社会構造を調査研究した。40繁殖グループを確認し、このうち24グループについてはその構成とすべてのメンバーを個体識別した。昨年度確認された1歳以上の68個体のうち54個体(=79%)を再確認した。巣立ち雛30個体のうち、16個体(=53%)を再確認した。1歳雌12個体のうち、2個体のみが本年つがいを形成した。1歳雄3個体のうち、2個体は出自なわばりに留まり親の繁殖を手助けし、1個体は他のなわばりへ分散し他の繁殖グループへ加わった。4グループにおいて繁殖雄ないしはα雄が消失し、一方8グループにおいて繁殖雌が入れ代わった。雄が複数いるグループについては個体追跡観察を行った。雄間には順位関係が認められた。繁殖初期には(産卵期から抱卵期まで)、優位雄(α雄)は劣位雄(β雄)が雌や巣に近づいた場合頻繁に攻撃した。雌は両方の雄から給餌を受けるが、交尾はα雄との間でのみ観察された。育雛期にはα雄の攻撃は少なくなり、β雄や雌と同程度に雛への給餌を行った。グループのメンバー間の血縁関係を明らかにするために、血液サンプルを持ち帰りDNAマイクロサテライト多型分析を進めている。現在のところ、2種類のプライマーを開発するのに成功した。また、雄の糞中のホルモンレベルを測定している。これにより、劣位雄の性的活性が優位雄の存在によって抑制されているかどうかを明らかにできる。オオハシモズ類の比較解剖:オオハシモズ類の系統分類解明のために、Ampijoroa研究林の近辺において、アカオオハシモズ、ハシナガオハシモズ、カギハシオオハシモズを捕獲した。標本は顎筋の形態の比較解剖学的研究を行うために、液浸標本として日本へ持ち帰った。また、一部の標本は剥製として、チンバザザ動植物園に保管される。ミトコンドリアDNAのチトクロームb領域の塩基配列の比較によるオオハシモズ類の系統の解明:現在までにオオハシモズ類14種中11種類についてそれぞれ26塩基対の遺伝子配列が明らかにされた。それに先祖種とされるヤブモズやカブトモズの同領域の配列も加え、オオハシモズ類の起源及び系統進化が近々に明らかになりそうである。アンピジヨロア調査区でアカオオハシモズ14グループの繁殖を確認し、このうち12グループの26巣を発見し、個体識別した後ヒナも含めて採血した。一夫一妻ペアが8グループ、一夫一妻ペアに亜成鳥雄(1歳で前年その巣で巣立った子供である可能性がある)のヘルパー付きが3グループ、二夫一妻が2グループ、二夫一妻に亜成鳥雄のヘルパー付きが1グループであった。成鳥2雄の二夫一妻と考えられるグループにおいては雄間に順位が認められ、優位雄(α雄)は、繁殖ステージ初期には劣位雄(β雄)の巣や雌への接近を妨害する行動が観察された。ヒナの孵化後はβ雄の巣への接近を許容するようになり、β雄もヒナへの給餌と巣の防衛を分担して行った。α雄とβ雄が同一雌と交尾した例も1例観察された。今回の調査の結果、アカオオハシモズの共同繁殖様式に大きな種内変異が存在することが明らかになった。また各グループ内の構成員の繁殖への関わり方についても詳細に資料を得ることができた。今後、採集した血液標本のDNA分析の結果が出れば、この大きな種内変異の意味付けも可能となろう。繁殖期の混群の核種はアカオオハシモズであり、混群の中でも順位が観察され、アカオオハシモズ>ルリイロマダガスカルモズ=マダガスカルオウチュウ>テトラカヒヨドリ>ニュートンヒタキ=マダガスカルサンコウチョウの順であった。他種の存在の有無による各種の採餌効率は、撮影したビデオテープを解析することによって明らかになる予定である。頭骨と顎筋の解剖学的所見から、オオハシモズ科の分類学的考察をするために、カギハシオオハシモズ、アカオオハシモズ各1羽を調査地外で採集持ち帰り、現在検討中である。また、オオハシモズ科の生化学的系統分類をするために、チンバザザ動植物園の仮剥製標本の皮膚を、1cm^2ほど、12種にわたり持ち帰り、現在ミトコンドリアDNAのチトクロームb遺伝子の領域を比較分析中である。前年度同様アンピジヨロアの約1平方キロの調査区で、アカオオハシモズの社会構造を調査した。前年度成鳥33、幼鳥14個体に標識し、それぞれ29(88%)、3(21%)個体が生残していた。本年度新たに82(成鳥51、幼鳥31)個体から採血した後に標識して放鳥した。この地域内で38グループの繁殖を確認し、そのうち29グループの巣を発見して、メンバー構成を明らかにした。一夫一妻ペアが18グループ、一夫一妻ペアに亜成鳥雄のヘルパーつきが4グループ、二夫一妻が6グループ、二夫一妻に亜成鳥3個体のヘルパーつきが1グループであった。前回の調査でアカオオハシモズの変異に富んだ共同繁殖の実体があきらかになったが、今回の調査ではさらに多くの知見が得られた。すなわち、前年生まれの雄は親元に留まりヘルパーとなった。

さらに前年のヘルパーであった雄のいくらかは2歳になっても独立せず、親元に留まりヘルパーのままであった。しかし、1歳時と異なり、羽毛が成鳥と同じになったためにしばしば親の攻撃を受けていた。前年の幼鳥のうち調査地で確認できた雌は1個体のみで、親のなわばりから分散してつがいを形成していた。成鳥2雄の二夫一妻のグループでは雄間に順位が認められ、優位雄(α雄)は劣位雄(β雄)をしばしば攻撃した。しかし、攻撃性の程度はグループによって差が大きかった。前回調査では、α雄とβ雄が同一雌と交尾した観察例も1例あった。今回少なくとも二夫一妻の2グループは両親と息子から構成されており、これらのグループでは優位雄(父親)の劣位雄(息子)への攻撃は観察されたが、交尾は優位雄のみで観察された。今後は1グループ内に複数雄が存在する場合の血縁関係が重要であり、採集した血液標本のDNAのマイクロサテライトの分析から、最終年度には、婚姻システムのこの大きな種内変異の意味づけが可能になるであろう。前年度に引き続きAmpijoroa特別保護区のJardin A及びその周辺部を含む約1平方キロにおいてアカオオハシモズの社会構造を調査研究した。40繁殖グループを確認し、このうち24グループについてはその構成とすべてのメンバーを個体識別した。昨年度確認された1歳以上の68個体のうち54個体(=79%)を再確認した。巣立ち雛30個体のうち、16個体(=53%)を再確認した。1歳雌12個体のうち、2個体のみが本年つがいを形成した。1歳雄3個体のうち、2個体は出自なわばりに留まり親の繁殖を手助けし、1個体は他のなわばりへ分散し他の繁殖グループへ加わった。4グループにおいて繁殖雄ないしはα雄が消失し、一方8グループにおいて繁殖雌が入れ代わった。雄が複数いるグループについては個体追跡観察を行った。雄間には順位関係が認められた。繁殖初期には(産卵期から抱卵期まで)、優位雄(α雄)は劣位雄(β雄)が雌や巣に近づいた場合頻繁に攻撃した。雌は両方の雄から給餌を受けるが、交尾はα雄との間でのみ観察された。育雛期にはα雄の攻撃は少なくなり、β雄や雌と同程度に雛への給餌を行った。グループのメンバー間の血縁関係を明らかにするために、血液サンプルを持ち帰りDNAマイクロサテライト多型分析を進めている。現在のところ、2種類のプライマーを開発するのに成功した。また、雄の糞中のホルモンレベルを測定している。これにより、劣位雄の性的活性が優位雄の存在によって抑制されているかどうかを明らかにできる。オオハシモズ類の比較解剖:オオハシモズ類の系統分類解明のために、Ampijoroa研究林の近辺において、アカオオハシモズ、ハシナガオハシモズ、カギハシオオハシモズを捕獲した。標本は顎筋の形態の比較解剖学的研究を行うために、液浸標本として日本へ持ち帰った。また、一部の標本は剥製として、チンバザザ動植物園に保管される。ミトコンドリアDNAのチトクロームb領域の塩基配列の比較によるオオハシモズ類の系統の解明:現在までにオオハシモズ類14種中11種類についてそれぞれ26塩基対の遺伝子配列が明らかにされた。それに先祖種とされるヤブモズやカブトモズの同領域の配列も加え、オオハシモズ類の起源及び系統進化が近々に明らかになりそうである。
分子間相互作用予測を目指したタンパク質複合体結合部位の幾何形状解析

単体の蛋白質の立体構造データから結合する分子の種類、結合する場所を予測することを最終目標として研究を進め、蛋白質表面の結合部位の候補を認識するプログラムGHECOMを開発した。このプログラムはモルフォロジーという画像処理技術を使用し、様々な深さのマルチスケールなポケットを同時に認識することができ、その深さから結合する分子の種類などの情報を推定できる。プログラムはフリーウエアとして一般公開している。本研究では単量体の蛋白質構造からの結合分子の種類や結合力、結合部位の推定を最終目標とする。本年度は、開発を進めているモルフォロジーを利用したポケット認識プログラムghecomを用いて、以下の三つの研究を行った。(1)ポケット部に結合する分子を予測するため、同一分子が結合する既知結合部位のタンパク質の原子配置がどの程度類似しているか、調査を行った。PLP, FAD, ADPについて調査したところ、進化的に関係のない別のスーパーファミリーに属するタンパク質では、類似性が高くはないが、最近接原子のみに注目すると、ランダムレベルに比べ有意に類似していることがわかった。この成果は日本蛋白質科学会年会において発表した。(2)ポケット部の機能的重要性を調べるため、病因性のnsSNPに注目し、中立なnsSNPのサイトと、ポケットの深さに違いがあるかどうか調べた。病因性のサイトはより深いポケット部に多いことがわかった。配列保存度や溶媒露出度など他の特徴量と組み合わせることで、より高精度に病因性のサイトを識別できることがわかった。この成果は日本生物物理学会にて発表した。(3)これまで、ポケットの定義をメチル基の大きさのプローブ球が進入できる空間に限定していたが、より現実の分子に近づくよう、ベンゼン、アデニンなど非球状の任意形状のプローブに対応できるようなアルゴリズムを拡張した。これにより、計算時間は増大するが、特にヘム結合部位の結合部位予測の性能向上が見られた。本研究では、単量体の蛋白質構造からの結合分子の種類や結合力、結合部位の推定を最終目標とした。最終年度にあたる本年度は、これまで開発を進めてきたモルフォロジーを利用したポケット認識プログラムghecomのアルゴリズムを投稿論文としてまとめるため、その理論的な根拠を整理した。本アルゴリズムでは、「小球Sは入れるが大球Pは入れない蛋白質X外の空間」をポケットとして定義している。ここで、大球Pの大きさはポケットの深さ(狭さ)を規定するパラメータであり、いくつかの大きさを試して比較検討することが望ましい。そこで本研究ではK種の異なる大きさの大球{P_1,P_2,...,P_K}を用意し、それぞれの大球によるポケットを同時に高速計算するアルゴリズムを開発した。このアルゴリズムは「大きな大球で定義されたポケットは小さな大球で定義されたポケットを含む」という性質に基づいている。この性質は一見自明であるが、これまできちんと証明されたことはなかった。本年度は、モルフォロジー理論に基づくシンボル操作によりこの性質を厳密に証明することに成功した。また、このアルゴリズムにより蛋白質上に結合している分子の各原子の「深さ」を測ることが可能となった。既知の複合体立体構造データの統計により、分子種により固有の深さの偏好があること、同一分子種の各原子にも深さの偏好が見られ、分子の結合姿勢に偏りがあることが観察された。これらの知見は、結合ポケットの同定だけではなく、その「深さ」から、結合分子の絞り込みや、結合分子の結合姿勢の推定に寄与できることを示唆した。本成果で開発したアルゴリズムについては既に投稿済みであり、現在審査中である。
タンパク質分子を会合制御する結晶化装置の製作

試行錯誤によらない、合理的な過程でタンパク質結晶を調製するための装置を試作した。この装置は、溶液経路内をタンパク質溶液が循環する方式を採用しており、動的光散乱装置でタンパク質分子の会合状態をモニターしながら、結晶化に最適な状態に会合状態を誘導することが可能である。この装置を用い、試験タンパク質を高品質な単結晶に成長させられることを確認した。タンパク質をはじめとする生体高分子の立体構造を解析することは、生命科学研究や創薬研究において重要な役割を果たしている。その解析には主にX線結晶構造解析の手法が用いられるが、現在でも良質な単結晶を調製することが最大の難関である。従来法では、結晶化に関係すパラメータを組み合わせ、膨大な条件を絨毯爆撃的に検索することにより結晶化条件を検索するが、平均的な成功確率が数%程度しかないため、構造解析の試みはほとんどこの段階で挫折してしまうのが現状である。そこで申請者は、タンパク質分子の溶液中での挙動を直接制御し、合理的な過程により目的結晶を調製する手法の確立に取り組んできた。まず、タンパク質分子の会合状態をモニターしつつ、溶液組成を変化させることが可能な結晶化装置試作機を製作した。この装置により、試験タンパク質としてリゾチウムおよびグルコースイソメラーゼを用いて、結晶化実験を行った。その結果、タンパク質分子が単分散状態に維持されるように結晶化過程を制御した際に、良質な単結晶が得られた。一方、結晶化の初期段階で多分散状態であっても、適切な制御により分散状態を単分散に回復させ、結晶を調製可能である事も見出した。これらの結果については、学術論文として出版することができた(Miyiatake, et. al. Crystal Growth & Design, 12, 4466-4472 (2012)).今後は、現在の結晶化装置試作機を改良し、より少量のタンパク質で結晶化実験を可能にする予定である。タンパク質のX線結晶構造解析は、生命科学研究や創薬研究に重要な役割を果たしている。しかしその際には、目的タンパク質の結晶化が最大の難関となってきた。従来の試行錯誤的な結晶化方法(蒸気拡散法、バッチ法など)では、膨大な結晶化条件を検索しても、本質的に結晶化の成功率は数%ほどしかないため、X線結晶構造解析による構造研究のほとんどは結晶化の段階で頓挫してしまっているのが現状である。そこで本研究課題においては、溶液中でのタンパク質分子の会合状態を、結晶化に関わるパラメーターを変化させつつリアルタイムでモニターし、結晶化に最適な状態に誘導することにより、合理的に単結晶を調製する方法の確立を目指している。平成24年度は、結晶化装置プロトタイプを完成させ、主に試験タンパク質としてリゾチウムを用いて、様々な条件下で結晶化実験を行った。その結果、沈殿剤を急速に溶液サーキット中に注入した直後に、リゾチウムの初期結晶核が生成した。その後、リゾチウム分子の単分散を維持しながら、リゾチウム、沈殿剤濃度とも同時に上昇させた場合に、良質な単結晶が生成することが観察された。この結晶をSPring-8で回折測定したところ、1Å程度の原子分解能の回折点が得られることが分かった。これは、従来知られているリゾチウム結晶の分解能のうち、上位一方、溶液サーキット中に、沈殿剤を緩和に注入した場合には、リゾチウムの初期結晶核は生成せず、その後、タンパク質、沈殿剤濃度を上昇させても結晶は生成しなかった。これらの結果は、タンパク質結晶を合理的に調製する際に、タンパク質分子をナノレベルで会合制御することが、高品質結晶化に有効であることを示唆しており、原著論文として発表することもできた。結晶化装置プロトタイプを用いて、モデル試料であるリゾチウムの結晶化過程を、合理的に制御できることを示せた。係る内容について、原著論文も発表することができた。しかし、H24年度において、結晶化装置プロトタイプの完成が当初の予定より遅れたために、リゾチウム以外での実験については未達となっている。リゾチウム以外の試験タンパク質(グルコースイソメラーゼ、トリプシン、サウマチン、等)を用いて、より一般的な結晶化制御法方法を検討する。更に、新規タンパク質について、結晶化装置プロトタイプを用いて結晶化を試みる。更に、装置の溶液サーキットを小容量化できれば、新規タンパク質を使用した実験も行いやすくなるので、今年度は装置全体の小容量化を推進する。また、外国の専門家との情報交換を行うために、国内だけでなく、国外での学会発表なども積極的に行っていく予定である。H24年度は、結晶化装置のプロトタイプの製作に当初の予定よりも時間がかかり、完成が遅れたために、予算の未執行が発生した。今年度は、H24年度に予定していた、試験タンパク質についての結晶化実験を進める。また、実験をより効率的に進めるために、結晶化装置の以下の改良も行う。結晶化装置を小容量化するために、溶液サーキットをチップ化する。チップ中のタンパク質溶液の分散状態を非接触的に測定するために、現在の動的光散乱測定装置を改造または新規装置に置き換える。

そのために、H25年度は、前年度繰越金も使用して、小容量チップ、新型動的光散乱装置の開発のために、250万円程度の研究費使用を予定している。学会発表費等については、50万円程度の予算使用を予定している。その他、20万円程度を、論文発表費用とする。
屈折現象を伴う波動伝播に対する空間遠方での漸近解析とその散乱理論への応用

代表者である門脇と分担者の渡邊道之は、協力者の磯崎の助言を参考に、屈折現象が伴う波動伝播に対するヘルムホルツ方程式の解の空間遠方での漸近解析とそれに基づく散乱理論を研究し、成果を得た。具体的には2層媒質からなる3次元無限領域に散乱体(異物)を仮定し、そこでの波動伝播に対して目的の成果を得た(口頭発表および最終年度に論文投稿に至る)。そして、この研究で得られた知見に基づき地震波のモデルである自由境界付き3次元半空間における弾性波動伝播に対して同様の解析を行い、目的に至るために欠かせない成果を得た(口頭発表)。また、渡邊道之は非線形シュレディンガー方程式に対する逆散乱問題の研究も行った。特に外力ポテンシャルがないハートリー・フォック方程式の散乱解から相互作用ポテンシャルを決定する逆問題に関する成果を得た(口頭および論文発表)。分担者の中澤は摩擦項を伴う波動方程式から導かれる定常問題の解の評価の研究を行い、成果を得た(口頭および論文発表)。最終年度には摩擦項の係数関数の小ささを仮定せずに通常の重み付き空間におけるリゾルベント評価が得られるかどうかを研究し、一定の結果を得た(口頭発表)。同じく分担者の渡辺一雄はリーマン多様体上のマクセル方程式の解に対する界面上の正則性を研究し、成果を得た(口頭および論文発表)。最終年度はさらに一般化に向けた考察を行い、それを口頭発表した。協力者の磯崎は格子上および多様体上のシュレディンガー作用素のスペクトル・散乱理論を研究し、成果を得た(口頭および論文発表)。最終年度は格子上のシュレーディンガー作用素のS行列から格子欠損やポテンシャルを定める逆問題を解決した(口頭および論文発表)。同じく協力者の田中は振動工学分野での研究で成果を得た(口頭発表)。最終年度では超音波による検査と音響固有振動計測に関する研究で成果を上げた(口頭発表)。代表者である門脇は、分担者の渡邊道之との協議と連携者の磯崎の助言に基づき、2層媒質からなる3次元無限領域での音響型波動伝播に対するヘルムホルツ方程式の解の漸近解析を、臨界角近傍を含めた形で行った。そして、これを用いて、滑らかさを仮定しない散乱体による波動伝播の様子が2層媒質を反映した球面波によって記述されることを示し、散乱振幅の導出・決定を行った(口頭発表)。なお、得られた結果は、数値計算を行う際の数学的な後ろ盾にもなりうるものである。さらに、渡邊道之は、門脇との協議と磯崎の助言を基に3次元半無限領域での弾性波動伝播問題に対しても類似の結果を得た(口頭発表)。関連して、分担者の中澤は、ヘルムホルツ方程式の解に対する一様リゾルベント評価式の導出およびその応用として対応する時間発展方程式の解の平滑化評価式の導出を行った。特に2次元外部領域における一様リゾルベント評価式を初めて確立した(口頭発表)。また、分担者の渡邊一雄は、超曲面を界面とするリーマン多様体におけるある微分形式の正則性に関する結果を得た(論文発表)。そして、連携者の磯崎は、摂動された格子上のシュレーディンガー作用素のスぺクトル散乱現象を解析し、散乱の順問題を扱った(論文発表)。さらに散乱の逆問題、特に格子中の欠損の同定を行った。取り扱い得る格子としては六角格子等の個体物理学における重要な例が含まれる(投稿中)。また、連携者の田中は、1点加振では固有振動の励起困難な大型構造物を対象として、複雑な制御を用いずに固有振動を励起し振動特性を計測する振動試験手法を開発した(口頭発表)。2層媒質からなる3次元無限領域での音響型波動伝播のヘルムホルツ方程式の解に対する臨界角近傍における漸近解析の方法を確立したことに加えて、懸案の1つであった散乱体に滑らかさを仮定しない設定での解析方法も確立できた。そして、研究実績の概要で述べた通りの結果を得た。これにより当初の研究目的の1つを達成した。この研究過程で開発された解析方法は、研究対象である3次元の半無限領域での弾性波動伝播問題にも適用でき、その結果、この波動伝播に対して、研究目的として掲げた結果よりも弱いものではあるものの目的に準ずる成果を得るに至った。以上より、平成28年度研究計画については概ね完成の域まで到達した。なお、これらの結果については、現在投稿準備中である。ただし、並行して行う予定であった計算機による散乱振幅の導出については、手つかずとなっている。代表者である門脇と分担者の渡邊道之は、連携者の磯崎の助言のもと、散乱体によって摂動された2層媒質からなる3次元無限領域での音響型波動伝播および3次元半空間での弾性波動伝播に対するヘルムホルツ方程式の解の空間遠方での漸近解析・展開をアグモン・ヘルマンダー位相などで行い、さらにその結果に基づく散乱理論を研究した。特に弾性波動伝播に対して、P波,S波およびレイリー波をアグモン・ヘルマンダー位相で一様にかつ同時に記述することに成功した。そして一連の成果を口頭および論文発表により公表した。関連する結果・研究として、分担者の渡邊道之は非線形シュレーディンガー方程式の非線形項が任意の大きさの散乱データから再構成できることを示した(論文発表)。さらにレイリー・プラトー不安定性を記述する微分方程式の解を、擬解析関数の理論を用いて厳密に構成を行った(口頭発表)。

分担者の中澤は摩擦項を伴う波動方程式やシュレーディンガー方程式に対するヘルムホルツ方程式の解の評価(一様リゾルベント評価)とその応用について研究した。分担者の渡邊一雄は3次元マクセル方程式の解の界面における正則性定理を一般化して、リーマン多様体でも同様の定理が成り立つことを報告した(口頭発表)。連携者の磯崎はS行列から多様体を再構成する問題を2次元漸近的双曲多様体の場合に解決した(論文発表)。さらにユークリッド空間内のある曲面の構成問題に関して、再構成可能な曲面の特徴づけをスペクトル逆問題の手法によって与えた(論文発表)。その他、格子上などのシュレーディンガー作用素のスペクトル順および逆問題を研究した(口頭発表)。連携者の田中は、大振幅超音波を構造物に入力した際に起こる接触部における非線形相互作用に関する現象に関する研究を行った(口頭発表)。2層媒質からなる3次元無限領域での音響型波動伝播に関する研究は完成した。そして、その研究成果と経験に基づいて3次元半空間での弾性波動伝播に対しても完成の域に到達している。しかし、ともに論文としてまとめる作業に非常に手間取っている。理由は、音響型波動でさえ、その証明において入射、反射および屈折波ごとに煩雑な場合分けを行う必要であるためである。ましてや、弾性波動に対してはP波,S波およびレイリー波の存在から、さらに煩雑な場合を分けを必要とする。現段階(平成29年度末)で音響型波動については、論文としてほぼまとまりつつある。この論文の投稿後に弾性波についても論文としてまとめることにしている。以上のように研究そのものは、概ね順調に進んでいるが、研究成果を論文としてまとめて投稿という意味ではかなり手間取っている状況である。また、散乱振幅の数値計算による導出についても、論文投稿準備を優先した結果、研究は進んでいない状況である。代表者である門脇と分担者の渡邊道之は、協力者の磯崎の助言を参考に、屈折現象が伴う波動伝播に対するヘルムホルツ方程式の解の空間遠方での漸近解析とそれに基づく散乱理論を研究し、成果を得た。具体的には2層媒質からなる3次元無限領域に散乱体(異物)を仮定し、そこでの波動伝播に対して目的の成果を得た(口頭発表および最終年度に論文投稿に至る)。そして、この研究で得られた知見に基づき地震波のモデルである自由境界付き3次元半空間における弾性波動伝播に対して同様の解析を行い、目的に至るために欠かせない成果を得た(口頭発表)。また、渡邊道之は非線形シュレディンガー方程式に対する逆散乱問題の研究も行った。特に外力ポテンシャルがないハートリー・フォック方程式の散乱解から相互作用ポテンシャルを決定する逆問題に関する成果を得た(口頭および論文発表)。分担者の中澤は摩擦項を伴う波動方程式から導かれる定常問題の解の評価の研究を行い、成果を得た(口頭および論文発表)。最終年度には摩擦項の係数関数の小ささを仮定せずに通常の重み付き空間におけるリゾルベント評価が得られるかどうかを研究し、一定の結果を得た(口頭発表)。同じく分担者の渡辺一雄はリーマン多様体上のマクセル方程式の解に対する界面上の正則性を研究し、成果を得た(口頭および論文発表)。最終年度はさらに一般化に向けた考察を行い、それを口頭発表した。
慢性肉芽腫症の遺伝子治療の基礎的研究

我々慢性肉芽腫症患者で欠損しているNADPHoxidaseの各構成蛋白について研究しており、モノクローナル抗体作成、無細胞系での活性測定、患者病型分類や遺伝子解析など臨床的な調査を行ってきた。また同時に遺伝子治療の基礎的研究として、アデノウイルス、レトロウイルス等の試みをしてきた.今後、マウスを用いてこのウイルスベクターの有用性と安全性を確認していこうとしている我々慢性肉芽腫症患者で欠損しているNADPHoxidaseの各構成蛋白について研究しており、モノクローナル抗体作成、無細胞系での活性測定、患者病型分類や遺伝子解析など臨床的な調査を行ってきた。また同時に遺伝子治療の基礎的研究として、アデノウイルス、レトロウイルス等の試みをしてきた.今後、マウスを用いてこのウイルスベクターの有用性と安全性を確認していこうとしている
酸化的ストレスに対するメラトニンの生体防御機構の解明

松果体から分離された生理活性アミン誘導体メラトニンの、生体における酸化的ストレスに対する抗酸化作用の機序を解明することを目的とした。まず最初に、in vitro(試験管内)でメラトニンが活性酸素消去作用を示すか否かを検討した。ヒポキサンチン-キサンチンオキシダーゼ(XOD)系で活性酸素を産生し、Luminol試薬による化学発光で測定した。XOD系で産生された活性酸素に対しメラトニンを添加しても、対照との間に有意差は認められなかった。これに対し、6-ヒドロキシメラトニンは用量依存的に活性酸素の消去作用を示した。一方、生体内において、活性酸素の影響を減弱させるメラトニンの効果を調べるために、シスプラチン誘発腎毒性について検討した。シスプラチンは制ガン剤として臨床的に広く使用されている薬剤であるが、副作用として重度の腎障害を引き起こす。この腎障害の発生は、活性酸素種の産生による細胞傷害によるものと考えられている。そこでメラトニンおよびメラトニンの代謝産物である6-ヒドロキシメラトニン投与によるシスプラチン誘発腎障害の軽減効果をラットを用いて検討した。雄性ラットを用い、シスプラチンを7mg/kg体重で投与し、3日後および5日後に血中クレアチニンおよび尿素窒素値、腎組織中の還元型および酸化型グルタチオン値、脂質過酸化物量、グルタチオンペルオキシダーゼ活性を測定した。また、腎組織中のプラチナ残存量を測定した。メラトニンおよび6-ヒドロキシメラトニンは5mg/kg体重をシスプラチン投与30分前に投与し、連日投与とした。シスプラチン単独投与および6-ヒドロキシメラトニン併用投与では、1日目より有意に体重減少を起こし、血中クレアチニンおよび尿素窒素値も有意に上昇した。メラトニン併用投与では3日目まで同様の変化が見られたが、その変化幅はシスプラチン単独投与より有意に低く、5日目では対照群との差はみられなかった。腎組織中の還元型および酸化型グルタチオン値はシスプラチン単独投与ではともに有意に上昇したが、メラトニンおよび6-ヒドロキシメラトニン併用投与では変化なかった。また、シスプラチン単独投与ではグルタチオンペルオキシダーゼ活性の有意低下および脂質過酸化物の有意増加を示したが、メラトニンおよび6-ヒドロキシメラトニン併用投与ではともにどちらも変化なかった。組織学的所見では、シスプラチン単独投与において尿細管の壊死像が高度に認められたが、メラトニン併用投与ではその変化が軽度であった。腎の残留プラチナ量の測定ではメラトニン併用投与でシスプラチン単独投与より有意低値を示した。メラトニンの投与によりシスプラチン誘発腎障害は明らかに軽減された。この効果は脂質過酸化物の蓄積量の違いから、活性酸素の産生量低下あるいは消去量増加に由来するものと考えられた。さらに、メラトニン投与により、グルタチオンペルオキシダーゼの活性化および腎排泄機能が維持されることにより、活性酸素の影響を減弱させることが示唆された。また6-ヒドロキシメラトニンもメラトニンと同様の効果を示すが、その程度は低いと判断された。

組織学的所見では、シスプラチン単独投与において尿細管の壊死像が高度に認められたが、メラトニン併用投与ではその変化が軽度であった。腎の残留プラチナ量の測定ではメラトニン併用投与でシスプラチン単独投与より有意低値を示した。メラトニンの投与によりシスプラチン誘発腎障害は明らかに軽減された。この効果は脂質過酸化物の蓄積量の違いから、活性酸素の産生量低下あるいは消去量増加に由来するものと考えられた。さらに、メラトニン投与により、グルタチオンペルオキシダーゼの活性化および腎排泄機能が維持されることにより、活性酸素の影響を減弱させることが示唆された。また6-ヒドロキシメラトニンもメラトニンと同様の効果を示すが、その程度は低いと判断された。【緒言】シスプラチン(Cis)は制がん剤として臨床的に広く使用されている薬剤であるが、副作用として重度の腎障害を引き起こす。この腎障害の発生機序はいまだ明らかではないが、その一つに活性酸素種の産生による細胞障害が考えられている。一方、メラトニン(Mel)は生物時計に関与し、種々の生理作用を有する松果体から分泌されるホルモンであるが、活性酸素種の消去作用も有することが明らかとなってきた。そこでMel投与によるシスプラチン誘発腎障害の軽減効果をラットを用いて検討した。【方法】雄性Sprague-Dawleyラットを用い、Cisを7mg/kg体重で投与し、3日後および5日後に血中クレアチニン(Cr)および尿素窒素(BUN)値、腎組織中の還元型・酸化型グルタチオン(GSH.GSSG)値、脂質過酸化物量、および抗酸化酸素であるグルタチオンペルオキシダーゼ(GSH-Px)活性を測定した。Mel投与は25mg/kg体重をCis投与30分前に投与し、連日投与した。【結果】Cis単独投与では、3日および5日目で有意に体重減少を起こし、CrおよびBUN値も有意に上昇していた。Mel併用投与でも対照群と比し同様の変化が見られたが、その変化幅はCis単独投与より有意に低かった。腎組織中のGSH、GSSG値はCis単独投与ではともに有意に上昇し、Mel併用投与でもほぼ同様の変化が見られた。しかし、GSH-Px活性はCis単独投与では有意低値を示したが、Mel併用投与では変化なく、またCis単独投与では脂質過酸化物の有意増加を示したが、Mel併用投与では変化なく、Cis単独投与より有意に低値を示した。組織学的所見では、Cis単独投与において尿細管の壊死像が高度に認められたが、Mel併用投与ではその変化が軽度であった。【考察】Melの投与によりCis誘発腎障害は明らかに軽減された。この効果は脂質過酸化物の蓄積量の違いから、活性酸素の産生量低下あるいは消去量増加に由来するものと考えられ、GSH-Pxの活性化に関与することが示唆される。in vitro(試験管内)でメラトニンが活性酸素消去作用を示すか否かを検討した。また、メラトニンの体内代謝産物である6-ヒドロキシメラトニンの活性酸素消去作用についても同様に検討した。活性酸素はヒポキサンチン-キサンチンオキシダーゼ(XOD)系で産生し、その活性酸素産生量をLuminol試薬による化学発光で測定した。
ネットワークを利用した映像視聴とスキーマに関する実験研究

本研究の最終年度の成果として、VOD(ビデオ・オン・デマンド)サーバの確立があげられる。まず、デジタルカメラで撮影した自作の映像の他に、既存のビデオライブラリをデジタル方式に変換し、また、8ミリフィルム、資料、写真などをデジタルカメラで録画することにより、視聴覚メディアのデジタル化を行った。これにより、すべての映像情報をコンピュータネットワーク上で利用できるようになる。次にこれらの画像ファイルを入力し、外部からアクセス可能なサーバに蓄積した。ユーザは、無償配布されている映像配信ソフトウェアを利用し、このサーバ内の画像ファイルを自由に視聴することができる。また、画像情報がデジタル化されているため、発信者、受信者双方に映像の修正、加工が非常に容易である。例えば、発信者が「見せたい」ところにマーキングをしたり、受信者が「見たい」ところをクローズアップしたりなどである。またその時々の目的、視聴環境、映像の内容などの状況によって「見せる」もしくは「見る」映像の順序や時間、内容を自由に編集することも考えられる。これらの活動は、一方通行、多義性という従来の映像の特性を補完するものであり、映像による教授・学習理論の新たな一歩であると考えられる。本研究では、このシステムを利用し、本学部周辺の四季折々の風景、研究内容、新館工事の様子などの映像を世界規模で配信した。この配信実験では、アメリカ、アルゼンチン、タイ、台湾の各国で受信されたことが確認された。ひきつづき、VODサーバを利用した映像実験を行うことにより、映像視聴過程を記述できるようになると考えられる。創造的活動によるスキーマや映像に関連する地域への関わりが映像視聴に影響を与えるという仮説をもとに実験をすすめている。本研究では、より多様性のあるスキーマを持つ被験者を得るために、インターネットを利用し、コンピュータネットワーク上で実験を行う。本年度は富山県下と大阪府下の小学生20名を対象に予備実験を行った。その結果、居住地域への関わりによる映像視聴の影響は顕著には見られず、事例として児童による映像の分類の違いを挙げるにとどまった。例えば「水のある風景」を見て、それを「川」であるか、「湖」であるか、「海」であるかは被験者のあらかじめ持っている概念によるものである。そのなかでも、富山県下の「海」に近い地域の被験者は、京都・嵐山の「渡月橋と桂川」を写した「水のある風景」をも「海」と認識した。これは「渡月橋⇔桂川」という嵐山に関するスキーマ(成人の場合、生育もしくは居住地域でなくともメディアを通して、また訪問するなどして形成される場合が多い)が作動しなかったと考えられる。来年度は、今年度の実験から得られた分類カテゴリーを利用し、実験者側からいくつかカテゴリーを提示し、実験映像がそのカテゴリーに適当であるかどうかを判断する実験を行う予定である。この実験より居住もしくは生育地域に関わりなく働くスキーマが導出され、また、創造的活動によるスキーマとの関連も明らかにすることができる。また、今後の技術の進歩を鑑み、WWWによるインターネット上での実験に加え、VOD(ビデオ・オン・デマンド)システムの利用も試みる。
ナトリウム冷却高速炉の自由液面からの渦によるガス巻き込み量定量評価に関する研究

現在我が国で設計が進められている高速増殖炉において、カバーガスの冷却材への巻込みが、検討課題の一つになっている。本研究課題は、自由液面からの渦型ガス巻き込みによるガス巻き込み量定量評価法確立を目的としている。試験流体を水およびシリコーンとし、内径100mm、高さ250mmの透明なアクリル樹脂円筒容器を試験部として、接線方向から液を流入させ、底面から液を流出させて試験容器内にくぼみ渦を形成させた。液流量、容器内液位を変えて、ガス巻き込み量を測定した。実験装置の作製を行った。試験部は透明アクリル樹脂製で、内径100mm、高さ250mmの円筒容器である。容器側面部に接線方向からの液の流入口、底面に液流出孔を持つ。容器内には旋回流が形成され、流出孔が底面に有ることからくぼみ渦が形成される。このくぼみ渦から生じるガス巻き込み量について調べた。試験流体には水を用いた。ガス巻き込み状況は、以下で分類される。1.くぼみ渦先端からの気泡のはぎ取りによるガス巻き込み。2.くぼみ渦が容器底面出口孔に達して生じるガス巻き込み。3.くぼみ渦の生成消滅があり、消滅時に気泡が液中に取り残され、流出孔から吸い出されるガス巻き込み。ガス巻き込み量測定は、以下によった。1.試験部下に位置する流れ可視部で流れを気泡流化させ、高速度カメラで撮影し、気泡径と通過気泡個数を求め、時々刻々のガス巻き込み量を求める。2.流れ可視部と循環ポンプの間に位置する気泡収集部に気泡を集め、その容器内時間あたり気相体積変化から時間平均ガス巻き込み量を求める。ガス巻き込み現象の観察、ガス巻き込み量の測定から、ガス巻き込み形態と容器内液位、吸い出し液流量、ガス巻き込み量の関係についてまとめた。上記1.くぼみ渦先端からの気泡のはぎ取り形態から、2.くぼみ渦が底面出口孔に達して生じるガス巻き込み形態、に遷移すると、出口管路内で気液相分離が生じ、一時的にガス巻き込み量が低下する、予期せぬ現象を見出している。ガス巻き込み量測定実験を行った。容器内には旋回流が形成され、底面流出孔に向かってくぼみ渦が形成される。ガス巻き込み現象の観察、ガス巻き込み量の測定から、ガス巻き込み形態と容器内液位、液流量、ガス巻き込み量の関係についてまとめた。上記1.くぼみ渦先端からの気泡のはぎ取り形態から、2.くぼみ渦が底面出口孔に達して生じるガス巻き込み形態に遷移すると、出口管路内流動状態はスラグ流となり、ガス巻込み量は急増する。高速増殖炉の究開発計画が進められている。経済性向上の方策の1つとして、出力に比してコンパクトな炉容器設計が課題となっている。炉容器サイズの減少は炉容器内冷却材速度の増加をもたらす。このことは、炉容器内で冷却材自由液面からカバーガス巻き込みの懸念を生じさせる。ガス巻き込みの発生は、炉心出力の不安定、および炉心冷却不全を生じる可能性を持つ。ガス巻き込み量の定量的把握が為される必要がある。本研究課題は、ガス巻き込み量を実験的に求め、ガス巻き込み量について調べることを目的とする。円筒容器内に周方向から水を流入させ、底部中央出口孔から水を流出させる。容器内にくぼみ渦が形成される。このくぼみ渦によりガス巻き込みが発生する。ガス巻き込み量測定は、(1)試験部下に位置する流れ可視部で流れを気泡流化させ、高速度カメラで撮影し、気泡径と通過気泡個数を求め、時々刻々のガス巻き込み量を求める。(2)流れ

可視部と循環ポンプの間に位置する気泡収集部に気泡を集め、その容器内時間あたり気相体積変化から時間平均ガス巻き込み量を求める。流量、および、試験容器液位をパラメーターとして、上記ガス巻き込み量の測定を行う。渦先端から気泡が剥ぎ取られ、出口管に運ばれていく場合は、ガス巻き込み量は少ないが(気泡状巻き込み)、出口管路内まで渦が侵入し、スラグ流、環状流状態でガス巻き込みが発生する状態になると(渦状巻き込み)、ガス巻き込み量は急増し、液流量の増加に伴いガス巻き込み量は増大する。容器内液位が低い場合は渦状巻き込みが発生しやすい。液位が高くなるに従い、気泡状巻き込みが発生し、次いで液流量の増加に伴い、渦状巻き込みが発生するようになる。
虚血性脊髄傷害におけるRhoキナーゼ阻害薬の脊髄保護効果

Rhoキナーゼ阻害薬が脳虚血後の組織傷害を軽減する可能性が示唆されている。本研究ではラット一過性脊髄虚血モデルを用い、Rhoキナーゼ阻害薬(ファスジル)の脊髄保護効果を検討した。ファスジル10 mg/kgの虚血前及び虚血後投与は、虚血7日後及び14日後の神経学的及び組織学的傷害を軽減した。虚血性脳傷害に対して脳保護効果を有することが報告されているファスジル(Rhoキナーゼ阻害薬)の脊髄保護効果を、ラット一過性脊髄虚血モデルを用いて神経学的及び組織学的に検討した。【対象と方法】雄性Sprague-Dawleyラット16匹を用い、自発呼吸によるハロタン麻酔下に、右大腿静脈(輸液・薬物投与用)、尾動脈(末梢側動脈圧測定用)、右総頚動脈(中枢側動脈圧測定・脱血用)にPE-50カテーテルを留置した。体温測定プローベを傍脊柱筋内に挿入し、37.5±0.3°Cに維持した。右総頚動脈からの脱血により中枢側平均動脈圧を40mmHgに低下させると同時に、右大腿動脈から挿入した2Fr.Fogartyカテーテルのバルーンを膨張させて一過性脊髄虚血を誘導し、末梢側平均動脈圧を10mmHg未満に維持した。10分後、バルーン虚脱と返血により再灌流を行った。ラットを2群に分け、対照群(n=8)には生理食塩水、ファスジル群(n=8)にはファスジル10mg/kgを、再灌流開始5分後から60分間かけて静脈内投与した。虚血1日及び7日後に下肢運動欠損スコア(0点:正常8点:下肢麻痺)を評価した。脊髄虚血7日後に脊髄を灌流固定し、第4腰髄の脊髄冠状切片をHE染色した後、光学顕微鏡で灰白質の前角正常細胞を観察した。統計的検定は、マン・ホイットニ検定とStudentのt検定で行った。【結果】虚血1日後及び7日後の下肢運動欠損スコア(中央値)は対照群5.5及び6、ファスジル群7.5及び6.5で、群間差はなかった。脊髄前角正常細胞数は、対照群10±7個、ファスジル群23±13個(平均±標準偏差)で、ファスジル群で有意に多かった。【結論】ラット一過性脊髄虚血モデルにおいてファスジル10mg/kgの虚血後投与は、組織学的傷害を有意に軽減した。【対象と方法】雄性SPrague-Dawleyラット27匹を用い、自発呼吸によるハロタン麻酔下に、右大腿静脈(輸液薬物投与用)、尾動脈(末梢側動脈圧測定用)、右総頚動脈(中枢側動脈圧測定脱血用)にPE_50カテーテルを留置した。右総頚動脈からの脱血により中枢側平均動脈圧を40mmHgに低下させると同時に、右大腿動脈から挿入した2Fr.Fogartyカテーテルのバルーンを膨張させて_過性脊髄虚血を誘導し、末梢側平均動脈圧を10mmHg未満に維持した。ラットを3群に分け、対照群(n=10)には生理食塩水、ファスジル群(n=12)にはファスジル10mg/kgを再灌流開始5分後から60分間かけて静脈内投与した。シャム群(n=5)にはカテーテル挿入のみを行い、薬物投与及び虚血再灌流は行わなかった。統計的検定は、マン.ホイットニ検定とStudentのt検定で行った。【結果】虚血1日後及び7日後の下肢運動欠損スコア(中央値)はシャム群0及び0、対照群5.5及び6、ファスジル群7及び6で、群間差はなかった。脊髄前角正常細胞数は、シャム群35±3個、対照群10±7個、ファスジル群21±10個(平均±標準偏差)で、対照群と比べシャム群とファスジル群で有意に多かったが、シャム群とファスジル群には差はなかった。【結論】ラット_過性脊髄虚血モデルにおいてファスジル10m9/k9の虚血後投与は、組織学的傷害を有意に軽減した。ラット一過性脊髄虚血モデルにおいてファスジル(Rhoキナーゼ阻害薬)虚血前投与の脊髄保護効果を検討した。【方法】低血圧と大動脈閉塞により雄性SDラットに脊髄虚血(10分間)を誘導した。

虚血開始前に30分かけて対照(C)群(n=10)では生食、ファスジル(F)群(n=10)ではファスジル10 mg/kgを静注した。シャム(S)群(n=5)には外科的処置のみ行った。虚血1日、7日後に下肢運動欠損スコア(0点:正常8点:下肢麻痺)を評価した。虚血7日後に脊髄を灌流固定後HE染色し、第4腰髄の前角正常細胞数と白質空胞形成率を調べた(1週間モデル)。更に同じモデルで(C群n=12、F群n=12、S群n=5)虚血1、7、14日後の神経学的、組織学的評価を行った(2週間モデル)。【結果】【1週間モデル】1日後[7日後]の下肢神経欠損スコア(中央値)はS群0[0]、C群5.5[6]、F群6[5.5]で、群間差はなかった。前角正常細胞数は、S群35±3個、C群10±7個、F群23±9個(平均±標準偏差)で、C群よりS群とF群で有意に多かった。脊髄白質障害はC群(32±20%)と比べF群(13±6%)で有意に少なかった。【2週間モデル】1日後[7日後][14日後]の下肢神経欠損スコアはS群0[0][0]、C群5.5[5][4]、F群5[4.5][3.5]で、群間差はなかった。14日後の前角正常細胞数は、S群35±3個、C群14±10個、F群26±6個で、C群よりS群とF群で有意に多かった。脊髄白質障害はC群(35±22%)と比べF群(19±8%)で有意に少なかった。【結論】ラット一過性脊髄虚血モデルにおいて、ファスジル10 mg/kgの虚血前投与は虚血7日および14日後の組織学的傷害を有意に軽減したが、7日後と14日後の保護効果は同程度であった。研究モデルは確立したので、期間内に目的を達成できるものと考える。24年度が最終年度であるため、記入しない。予定医通りファスジル虚血前投与、および虚血前後投与について検討を進める予定である。
妊娠糖尿病の母児の予後と植物ポリフェノールによる保護効果

フルクトース(Fru)過剰摂取により妊娠糖尿病様症状を呈した母ラットの授乳期にメリンジョ抽出物(MeE)を投与してサーチュインやAMP活性プロテインキナーゼ(AMPK)の発現や活性に及ぼす影響を検討した結果、Fru過剰摂取の母仔の肝でAMPKシグナル経路を介した糖代謝異常が生じたが、MeEは成長後の雌仔の肝AMPKを活性化した。妊娠期の肝臓をモデルとした培養肝細胞において、FruはAMPKの下流因子アセチルCoAカルボキシラーゼの活性を低下させて脂肪酸合成を抑制した。以上の結果から、妊娠糖尿病の児の糖代謝異常を植物ポリフェノールが肝AMPK活性化を介して改善する可能性が示された。近年増加しつつある妊娠糖尿病は、母親自身や児の将来の2型糖尿病発症のリスクを高める。ある種の植物ポリフェノール、例えばレスベラトロールは、長寿遺伝子として知られるヒストン脱アセチル化酵素サーチュインや糖・脂質代謝の中心的な調節因子であるAMP活性化プロテインキナーゼ(AMPK)を活性化し、2型糖尿病や肥満の予防改善に有効であることが知られているが、妊娠期の生体における作用は分かっていない。そこで本研究は、妊娠糖尿病の母児の予後に及ぼす植物ポリフェノールの影響を明らかにすることを目的としている。前年度までに、妊娠糖尿病の母ラットから出生した雌性仔ラットは肝Sirt1-AMPKシグナル経路を介した糖代謝異常を示すという知見が得られた。そこで本年度は、妊娠糖尿病ラットに植物ポリフェノールを投与し、出生した仔ラットの肝臓や視床下部におけるAMPKの発現や活性に及ぼす影響を検討した。妊娠ラットに出産までの3週間、10%(w/v)D-フルクトース溶液を自由摂取させ、自然分娩後は蒸留水を与え3週間授乳させた。授乳期には通常食(FC群)または0.1%メリンジョ由来ポリフェノール含有食(FM群)を与えた。離乳直後に仔ラットの一部を解剖し、残りの仔ラットは通常食で17週齢まで飼育し解剖した。離乳直後では、雌雄仔ラットのFM群は摂餌量が高値であり、摂食行動に関係している視床下部AMPKのリン酸化が亢進していた。肝AMPKのリン酸化は、雌性仔ラットのFM群で亢進していた。離乳後は全ての群に通常食を与えたにもかかわらず、17週齢の雌性FM群は血糖値が有意に低値であり、肝AMPKのリン酸化が亢進していた。以上のことから、妊娠期にフルクトースを過剰摂取した妊娠糖尿病モデルにおいて、メリンジョ由来ポリフェノールは離乳直後の仔ラットの視床下部AMPK活性化を介して摂食行動に影響を及ぼし、成長後の雌の肝AMPK活性化を介して糖代謝を改善することが示唆された。長寿遺伝子として注目されているサーチュインは、インスリンシグナル伝達系を制御して糖尿病に対して予防的に働くことが知られている。一方、サーチュイン活性化物質である植物ポリフェノールは、2型糖尿病の予防改善における有効性は知られているが、妊娠期の生体における効果は分かっていない。そこで本研究は、妊娠糖尿病の母児の予後に及ぼすサーチュインを介した植物ポリフェノールの影響を明らかにすることを目的としている。平成24年度は、妊娠ラットにフルクトースを過剰摂取させて妊娠糖尿病モデルラットを作製し、母ラットおよび仔ラットの各発育段階における肝臓のサーチュイン遺伝子発現と糖代謝関連因子の発現や活性を調べた。妊娠末期のフルクトース摂取母ラットは高血糖および高インスリン値を示し、肝Sirt1(サーチュインファミリーの一つ)発現は有意に減少していた。胎児の血糖値も有意に高値であった。出生した仔ラットの体重は雌雄とも母ラットのフルクトース摂取による増加は認められなかったものの、雌性仔ラットは3週齢時に血糖値およびインスリン値の有意な上昇を示した。肝臓でのSirt1発現および、糖・脂質代謝のキーとなるAMP活性化プロテインキナーゼ(AMPK)のリン酸化は有意に減少していた。肝糖新生の律速酵素であるグルコース-6-フォスファターゼ活性は有意に高かった。一方、雄性仔ラットにおいてはこれらの変化は認められなかった。以上のことから、妊娠糖尿病の母体は肝Sirt1発現が減少しており、仔においても、3週齢の雌性仔で、肝Sirt1-AMPKシグナル経路を介した糖代謝異常が生じることが示唆された。妊娠糖尿病は母親自身や児の2型糖尿病発症のリスクを高める。

ある種の植物ポリフェノール(PP)は、長寿遺伝子サーチュインや糖・脂質代謝の調節因子AMP活性化プロテインキナーゼ(AMPK)を活性化し2型糖尿病や肥満の予防改善に有効であることが知られているが、妊娠期の生体における作用は分かっていない。そこで本研究は、妊娠糖尿病の母児の予後に及ぼす植物PPの影響を明らかにすることを目的とした。平成24-25年度には、フルクトース(Fru)を過剰摂取させて妊娠糖尿病様とした母ラットから出生した雌性仔ラットは肝Sirt1-AMPKシグナル経路を介した糖代謝異常を示すが、授乳期にメリンジョ由来PPを与えると、離乳直後には肝及び視床下部AMPKが、成長後では肝AMPKが活性化し、糖・脂質代謝が改善する可能性が見出された。最終年度は、妊娠期の肝脂質代謝におけるFru過剰摂取、および高血糖状態の肝脂質代謝における植物PPの作用機序を調べるため、ヒト肝癌由来細胞株(HepG2)を用いた検討を行った。まず、妊娠期に胎盤から分泌されるヒト胎盤性ラクトゲン(PL)を添加したHepG2に010mMFruを同時添加し、培養48時間後のAMPK及びアセチルCoAカルボキシラーゼ(ACC)の発現とリン酸化、及び細胞内トリグリセリド(TG)量を評価した。その結果、PL存在下ではHepG2内のAMPK及びACCのリン酸化はFru濃度依存的に亢進し、細胞内TG量は減少した。よって妊娠期のFru過剰摂取は母体の肝脂質代謝に障害をもたらすことが示唆された。次に、生理的あるいは高濃度のグルコース存在下のHepG2に、010μg/ml赤タマネギ由来PPを同時添加して培養し同様に評価した。その結果、赤タマネギPPはHepG2内のAMPK活性化あるいはACC不活性化を誘導することが見出された。以上のことから、妊娠期のFru過剰摂取は妊娠糖尿病様の糖・脂質代謝異常を惹起し、植物PPは母体や子の肝AMPKを活性化して糖・脂質代謝を改善する可能性が示された。複合領域(生活科学・食生活学)本研究の目的は、妊娠糖尿病の母児の予後に及ぼす植物ポリフェノールの影響を明らかにすることである。現在までに、妊娠糖尿病モデルラットにレスベラトロールを含むメリンジョ由来ポリフェノールを投与すると、その仔ラットの肝および視床下部のAMPK活性が上昇することを明らかにした。このことから、植物ポリフェノールが母児の糖代謝改善に有効である可能性を見いだすことができた。加えて、平成26年度に植物ポリフェノールが糖代謝異常を改善する分子機構について培養細胞実験系を用いて明らかにするため、植物ポリフェノールを添加した肝細胞の最適培養条件の検討等を行った。したがって、本研究はおおむね順調に進展していると考えられる。本研究の目的は、妊娠糖尿病の母児の予後に及ぼすサーチュインを介した植物ポリフェノールの影響を明らかにすることである。初年度の平成24年度はまず、妊娠糖尿病モデルラットを用いて妊娠糖尿病の母体および出生後の雌性仔において肝Sirt1発現が有意に減少し、糖新生が促進していることを明らかにした。このことからサーチュイン活性化物質として知られる植物ポリフェノール(レスベラトロールなど)が、母児の糖代謝改善に有効である可能性を見いだすことができた。よって、本研究はおおむね順調に進展していると考えられる。