hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
下肢血行再建時の循環血液中サイトカイン濃度変動と白血球活性化について

当科で1995年に施行した腹部大動脈瘤手術患者を対象に術中,術後の循環血液中のサイトカイン濃度を測定した.血液採取はIt radial arteryから行い,採取時期は(1)麻酔導入後,(2)腹部大動脈遮断中,(3)遮断解除30分後,(4)1時間後,(5)3時間後,(6)6時間後,(7)12時間後,(8)24時間後,(9)48時間後の9点とした.測定項目はTNF,IL-1,IL6,IL8,IL-10,GCSFの各サイトカイン濃度,およびPMN elastase濃度であり,加えてWBC数とその分画も経時的に測定した.結果2)IL-6,IL-8は大動脈遮断解除後6時間前後に血中濃度がピークとなり以後消褪していった.PMN elastaseもIL-8の動きとよく似た動きを示し,IL-8の濃度とPMN elastaseの濃度との間には相関関係が認められ,血中PMNの活性化とIL-8との間には関連があることが予想された.3)IL-10は腹部大動脈遮断解除1-3時間後の比較的早期の血中濃度はピークとなった.4)G-CSFは遮断解除6時間前後に血中濃度がピークとなったが,血中の実際のPMN数は腹部大動脈遮断解除直後から増大し大動脈遮断解除後早期のPMN増加はG-CSF以外の,たとえばLT,TXなどが関与している可能性があるものと思われた.当科で1995年に施行した腹部大動脈瘤手術患者を対象に術中,術後の循環血液中のサイトカイン濃度を測定した.血液採取はIt radial arteryから行い,採取時期は(1)麻酔導入後,(2)腹部大動脈遮断中,(3)遮断解除30分後,(4)1時間後,(5)3時間後,(6)6時間後,(7)12時間後,(8)24時間後,(9)48時間後の9点とした.測定項目はTNF,IL-1,IL6,IL8,IL-10,GCSFの各サイトカイン濃度,およびPMN elastase濃度であり,加えてWBC数とその分画も経時的に測定した.結果2)IL-6,IL-8は大動脈遮断解除後6時間前後に血中濃度がピークとなり以後消褪していった.PMN elastaseもIL-8の動きとよく似た動きを示し,IL-8の濃度とPMN elastaseの濃度との間には相関関係が認められ,血中PMNの活性化とIL-8との間には関連があることが予想された.3)IL-10は腹部大動脈遮断解除1-3時間後の比較的早期の血中濃度はピークとなった.4)G-CSFは遮断解除6時間前後に血中濃度がピークとなったが,血中の実際のPMN数は腹部大動脈遮断解除直後から増大し大動脈遮断解除後早期のPMN増加はG-CSF以外の,たとえばLT,TXなどが関与している可能性があるものと思われた.
GeVガンマ線検出器のための光電子増倍管読み出しフロントエンド回路の開発

本研究では、前年度に開発したVLSIチップを塔載するための専用のフロントエンド回路(FEC)基板を製作し、そのテストを行った。このFEC基板は、64チャンネルのマルチアノード光電子増倍管(MAPMT)1本に対して、4枚の基板が1組となって、VLSIを2チップと16ビットのADCを塔載している。このFEC8組分を1枚のバス基板に取り付けた読出しユニットを製作し、それをVME計算機上のインターフェイスに接続して、512チャンネル分のデータを1kHzの速度で取り込むことができるシステムを完成した。総合的な読出しノイズは、VLSIチップのノイズ0.8fC(カタログ値)に近い1.3fCという値が得られ、初年度の既存のFEC基板を流用した場合の12fCよりも格段に改善された。その結果、目標のダイナミックレンジ3000に到達していることを確認した。このFEC読出しユニットを使用したシンチファイバー検出器に、電子、陽子、μ粒子のビームを照射するテストを78月にCERNで行った。その結果、200GeVの電子シャワーに対して、6radiation lengthにおけるシンチファイバーの最大輝度が、ダイナミックレンジの57分の1に収まっていることを確認した。ビームテストまでは汎用のVMEインターフェイスを利用し、FEC読出しユニットとの通信は、外付けの回路を製作した。本研究の最後に、読出しユニットの複数化にも対応できるように、通信ユニット4台分までを収容するVME規格のインターフェイスボードの開発、製作を行った。本研究では、加速器実験用のシリコン検出器の読み出しのために開発された、32チャンネル分の前置増幅器、波形整形増幅器、およびサンプルホールドを有するVLSIであるVA32hdr2(IDEAS社)を、マルチアノード光電子増倍管(MAPMT)の読み出しのために最適する開発を行った。VA32hdr2をもとにMAPMT読出し用に改良されたVA32hdr11は既に存在するが、今回開発したチップは、このVA32hdr11をさらにMAPMTのダイナミックレンジが最大になるゲインで読出せるように最適化したものである。今年度の開発はこのチップの製作までを予定していたが、限られた予算規模と迅速性を重視して、既存のVLSIテクノロジーの範囲内での改良を研究方針としたことで、チップの完成が予想以上に早まった。そこで次年度に行う予定の新チップのための新しいフロントエンド回路の開発を行う前に、既存のフロントエンド回路にこの新チップを塔載し、MAPMT8本分(512チャンネル、16チップ分)の読み出しユニットを用いてテストを行った。ノイズはカタログ値である0.8fCよりも大きい12fC(rms)であった。この読み出しユニットを取り付けたビームテスト用シンチファイバー(SciFi)検出器を用いて、2003年9月に欧州原子核共同研究所(CERN)において、電子、陽子、μ粒子によるビーム照射実験を行った。シャワー画像を取得したところ、100GeVの電子のシャワー極大でも信号が飽和しないことを確認した。シャワー画像について、電子陽子を選別する手法である全エネルギー損失に対するシャワー軸から5mm以内でのエネルギー損失の割合の分布を求めたところ、50GeVの電子と150GeVの陽子についてシミュレーションとビーム実験の結果が良く一致した。既存のフロントエンド回路を使ったためノイズが大きいという問題点があったが、100GeVの電子によるシャワーのコアの部分でも信号が飽和しないことを確認できた。新しいフロントエンド回路でノイズを低減することができればさらにダイナミックレンジが広がることが期待される。
空間情報の処理を担う神経ネットワークの動作原理の解明

<1.カルシウムイメージングによる神経細胞の活性測定>について、別々のカメラ等で同時に撮影した多色蛍光の動画像を、カメラの出力のまま変換せずにまとめて扱う中間形式を開発し、4Dイメージングの画像解析におけるデータ容量を1/3程度まで削減することに成功した。また取得した神経活動の時系列データについて、自発的な活動がどこまで予測可能か確かめた。予測には人工ニューラルネットワークの一種であるConvolutional Neural Network法か、Cross Embedding法などで利用されるk近傍法と変数選択法を組み合わせた方法かのいずれかを用いた。2000フレームのデータのうち最後の200フレームを予測用として除き、前半900フレームを学習用、後半900フレームを検証用として、それぞれ10時点先を予測させた。いずれの方法も、塩刺激に応答するような神経の活動は比較的容易に予測できたが、それ以外の自発的な活動については予測が困難であった。またk近傍法については、ICA法などでは見落とされやすい、相対的に小さな変化であっても、時系列予測に役立つ特徴を抽出できることがわかった。<2.実験データに基づいた数理モデルの作成>について、前年度までに作成した酸素走性のモデルを援用して、塩濃度変化に伴うDAGレベルの変化をもとに、塩走性行動の数理モデルを作成した。この数理モデルは現時点ではピルエット機構による塩走性しか再現できないが、風見鶏行動の数理モデルと適切に結合させることで、両者の機構を同時に表現できる数理モデルの基盤とすることができる。線虫は特定の塩濃度の領域へ向かう性質があり、進行方向および垂直方向の塩濃度勾配に対してそれぞれピルエット機構と風見鶏機構という異なる行動戦略を用いている。その際神経ネットワークにおいては塩濃度勾配の方向の情報が時間的に多重にコードされていると考えられる。本研究では、多重にコードされた空間情報を分離・抽出する機構を同定し、その動作原理の解明を目指している。本年度は特に<1.カルシウムイメージングによる神経細胞の活性測定>について研究を進めた。線虫の神経ではCa2+レベルの緩やかな変化によって信号を伝えているが、感覚神経の平時のCa2+レベルは既存のCa2+プローブの検出下限を下回っており、線虫の行動時に生じる小さな神経活動を正しく検出できないことがわかっている。親和性が向上した最新のCa2+プローブを用いると小さな神経活動を十分なS/N比で検出できたが、応答速度が非常に遅いため、測定した神経活動は不正確になってしまった。一方、膜電位感受性蛍光プローブは小さな神経活動についても正確に測定できると考えられるので、3種類の膜電位プローブを感覚神経に発現させたが、いずれも十分な蛍光輝度が得られなかった。また、ある神経細胞についてはプローブの特異的な発現を誘導することが困難だと判明したので、4Dイメージング観察技術によりこうした神経を測定できるよう、得られた画像データを解析するためのプログラムを作成した。このプログラムを用いて、22個の感覚神経にCa2+を発現させた線虫の4Dイメージングデータを解析したところ、塩濃度変化に応答する感覚神経が少なくとも9種類にのぼることが明らかになった。新たに応答が確認された神経が塩走性行動にどのように関わっているかは不明だが、何らかの情報処理を行っている可能性もあり、今後のさらなる研究が必要である。本年度は特に<1.カルシウムイメージングによる神経細胞の活性測定>と<2.実験データに基づいた数理モデルの作成>について研究を進めた。線虫の神経ではCa2+レベルの緩やかな変化によって信号を伝えているが、既存のCa2+プローブではCa2+との親和性や応答速度が不足しているため、線虫の行動時に生じる小さな神経活動を正しく検出できない可能性があった。最近、親和性・応答速度の両面で改良が進んだ新しい構造のCa2+プローブが発表された。実際に線虫に導入したところ、前年度まで用いていた高親和性のCa2+プローブと比較して、同程度の親和性を維持しつつも応答速度が約2倍速くなったことが確認できた。また4Dイメージング観察により得られる画像データを解析するためのプログラムの作成と改良を進め、幾つかの介在神経についても活動を定量できるようになった。さらに、外部刺激と感覚神経の活動の関係の数理モデル化の手法を検討した。匂い刺激や温度刺激とその受容神経の活動の関係については、実データに基づいた数理モデル化の手法が最近報告されたので、これらを基礎として様々な拡張を検討した。様々な濃度の酸素刺激を受容神経に与えた際の応答について予備的に解析したところ、従来の数理モデルに非線形性フィルタを追加することで数理モデルの性能が向上することがわかった。塩濃度刺激とその需要神経の応答の関係についても同様の手法の適用を進めている。研究計画の<1.カルシウムイメージングによる神経細胞の活動測定>に際して、今年度導入したCa2+プローブにより、線虫の行動時に生じる小さな神経活動を正しく検出できる可能性が高まった。また4Dイメージング法により得られた画像データを解析するためのプログラムの作成と改良を進め、より多くの種類の神経活動を同時に測定できるようになった。<2.実験データに基づいた数理モデルの作成

>では、実際に外部刺激と感覚神経の活動の関係の数理モデル化を行うフレームワークを作成できた。さらにCa2+プローブの特性の違いをモデルに組み込むことで、複数種類のCa2+プローブを組み合わせた測定結果から、より正確に神経活動が推定できることがわかった。これらの知見はいずれも神経回路における情報処理を先入観なく・正しく理解する上で重要であり、これらの知見が得られたことで今後の研究の着実な進展が期待できるようになった。線虫は特定の塩濃度の領域へ向かう性質があり、進行方向および垂直方向の塩濃度勾配に対してそれぞれピルエット機構と風見鶏機構という異なる行動戦略を用いている。その際神経ネットワークにおいては塩濃度勾配の方向の情報が時間的に多重にコードされていると考えられる。本研究では、多重にコードされた空間情報を分離・抽出する機構を同定し、その動作原理の解明を目指している。本年度は特に<1.カルシウムイメージングによる神経細胞の活性測定>と<2.実験データに基づいた数理モデルの作成>について研究を進めた。<1.>については、4Dイメージング画像の解析プログラムを改良し、論文として発表した。この方法により、塩濃度勾配の情報を処理している神経を含む、線虫頭部の中枢神経群について同時にCa2+レベルを測定できるようになり、これらの神経群が線虫の動きと同期した自発的活動を示すことがわかった。この自発的活動は外部刺激による神経活動を覆い隠すほど強く、また広範囲に渡っていた。外部刺激に依存した神経活動を抽出するためには、多数の個体を観察して比較し、自発的活動を除外する必要があるので、個体間の比較に必要な、細胞の対応付け(同定)のための技術開発と線虫株の作成を進めている。<2.>については、塩濃度刺激とその受容神経の応答の関係について、通常用いるステップ状の刺激と、ランダムな刺激を与えて応答を測定したところ、後者のほうが予測性能が高いモデルを作成できることがわかった。この方法によって、塩を受容する神経の応答を様々な濃度範囲で予測できる数理モデルを作成することに成功した。また、単一神経の活動と線虫の行動とを同時に測定できるトラッキングステージ付き蛍光顕微鏡によって、塩濃度刺激時の神経活動と行動の同時測定データが得られたので、ARXモデルを用いて解析を進めている。研究計画の<1.カルシウムイメージングによる神経細胞の活動測定>に際して、4Dイメージング法により得られた画像データを解析するためのプログラムの作成と改良を進め、論文として発表した。この方法により、線虫頭部のほぼすべての中枢神経の活動を同時に測定できるようになった。また当初想定していなかった強い自発的活動が見つかったことは、神経回路の情報処理に新たな視点を与える成果であるといえる。
非一様な媒質中を伝播する無衝突衝撃波中の磁場生成機構の解明

γ線バースト(GRB)とは、数秒から数100秒の間、γ線が突発的に観測される宇宙最大の爆発現象で、その起源天体は未解明である。GRB本体の放射後、数日から数年間かけて、X線から電波帯域の残光が観測される。残光は、中心天体の爆発から生じた相対論的速度で広がる爆風波(相対論的衝撃波)で加速された電子の放射である。つまり、残光はGRBの解明に必要な情報を与える。しかし、相対論的衝撃波での磁場生成機構や高エネルギー粒子の生成機構、残光放射機構は未だ謎である。残光の観測を説明するには、衝撃波下流の広い放射領域で、星間空間の平均磁場3μGを衝撃波圧縮した値のさらに約100倍程度まで増幅された磁場が必要だが、理論的に説明出来ていない。これまで、磁場増幅機構の一つにワイベル不安定性が有力視されてきた。ワイベル不安定性とは、プラズマが温度非等方性をもつ際に磁場が生成される過程である。先行研究では、Particle-in-Cell(=PIC)シミュレーションを用いて、ワイべル不安定性による磁場増幅過程が調べられてきた。しかし、一様媒質中を伝播する相対論的衝撃波では、ワイベル不安定性で生成された磁場は、衝撃波面付近ですぐに減衰し、GRB残光の観測を説明できていない。ただし、現実の星間空間には密度揺らぎがある。採用第2年度では、非一様(一次元的)な電子陽電子プラズマ中を伝播する相対論的衝撃波の2次元PICシミュレーションの結果の解析をした。その結果、一様分布に比べ、長波長磁場が生成され、下流での減衰が非常に弱まった。長波長磁場の生成には、プラズマ慣性長より3桁も大きな空間スケールの密度揺らぎが寄与していた。また衝撃波と密度波の衝突で、エントロピー波と下流へ伝播する音波が生じた。非熱的粒子粒子の拡散で、数%の温度非等方性が生じ、これは、観測が示唆する磁場を生成するには十分な自由エネルギーである。採用第2年度では、衝撃波伝播方向にのみ構造を持つ、非一様な電子陽電子プラズマ中を伝播する相対論的衝撃波の2次元PICシミュレーションの結果の解析を行った。その結果、一様な場合と比べて、長波長な磁場が生成され、下流での減衰が非常に弱くなった。長波長磁場の生成は、プラズマ慣性長より3桁も大きな空間スケールの密度揺らぎが寄与していた。また、衝撃波と上流の密度波の衝突で、エントロピー波と下流へ伝播する音波が励起された。これは、流体計算でも示されている結果と一致し、無衝突プラズマ系でも、衝撃波下流の磁場で散乱される熱的粒子が、エントロピー波と音波を安定に存在させることがわかった。さらに高エネルギー粒子の拡散によって数%の温度非等方性が生成された。この温度非等方性が持つ自由エネルギーの値は、GRB残光の観測を説明するのに必要な磁場を作るのに十分であった。現実の上流は、多次元な密度構造で背景磁場があるはずである。この時、乱流の生成、乱流ダイナモによる磁場増幅と磁気リコネクション、乱流加速などが期待できる。乱流ダイナモによる磁場増幅を主張する流体計算は過去にある。しかし、私が昨年度までに示した結果によると、プラズマ温度が等方だと仮定する流体計算は、粒子拡散によるエネルギー散逸から生じる、粒子の加熱や加速、そして運動論的プラズマ不安定性による磁場増幅の物理過程を解けない。そこで、2019年度は、上流が多次元な密度構造で背景磁場が有る場合の衝撃波の2次元,3次元PICシミュレーションを行う。γ線バースト(GRB)とは、数秒から数100秒の間、γ線が突発的に観測される宇宙で最も明るい爆発現象で、その起源天体は未解明である。残光の観測結果を説明するには、衝撃波下流の広い放射領域で、星間空間の平均磁場3μG (=0.3 nT)を衝撃波圧縮した値のさらに約100倍程度まで増幅された磁場が必要であるが、理論的に説明出来ていない。先行研究では、Particle-in-Cell(=PIC)シミュレーションを用いて、ワイベル不安定性による磁場増幅過程が調べられてきた。しかし、一様媒質中を伝播する相対論的衝撃波では、ワイベル不安定性で生成された磁場は、衝撃波面付近ですぐに減衰し、GRB残光の観測を説明できないことがわかってきた。ただし、現実の星間空間には密度揺らぎが存在する。採用第1年度の研究では、非一様(一次元的)な電子陽電子プラズマ中を伝播する相対論的衝撃波の2次元PICシミュレーションを行った。その結果、下流の密度揺らぎは下流へ伝搬する音波で生成されることがわかった。温度非等方性は、高エネルギー粒子の拡散によって下流広域で生成され、一様な場合よりも高い値で維持された。

この温度非等方性により、残光の観測が要求するような衝撃波下流の広い領域で磁場が生成すると期待される。非一様媒質中を伝播する相対論的衝撃波下流では、空間的に非等方な密度構造が形成され、さらに非等方な速度分布が生成される。これより、衝撃波下流の広い領域でワイベル不安定性によって磁場生成が起きるという、新たな磁場増幅モデルを我々は提案した。採用第1年度では、我々のモデルを検証するために、まず簡単な一次元的に非一様な電子陽電子プラズマ中を、伝播する相対論的衝撃波の2次元PICシミュレーションを行った。その結果、下流の密度揺らぎは下流へ伝搬する音波で生成されることがわかった。温度非等方性は、高エネルギー粒子の拡散によって下流広域で生成され、一様な場合よりも高い値で維持されていた。この温度非等方性によって、残光の観測が要求する衝撃波下流の広い領域で磁場が生成すると期待される結果が得られた。以上の結果について、現在論文執筆中である。また上記のシミュレーション研究の成果が認められ、天文台のスパコンCray XC50で、より大規模計算が可能になる利用カテゴリに昇格した。γ線バースト(GRB)とは、数秒から数100秒の間、γ線が突発的に観測される宇宙最大の爆発現象で、その起源天体は未解明である。GRB本体の放射後、数日から数年間かけて、X線から電波帯域の残光が観測される。残光は、中心天体の爆発から生じた相対論的速度で広がる爆風波(相対論的衝撃波)で加速された電子の放射である。つまり、残光はGRBの解明に必要な情報を与える。しかし、相対論的衝撃波での磁場生成機構や高エネルギー粒子の生成機構、残光放射機構は未だ謎である。残光の観測を説明するには、衝撃波下流の広い放射領域で、星間空間の平均磁場3μGを衝撃波圧縮した値のさらに約100倍程度まで増幅された磁場が必要だが、理論的に説明出来ていない。これまで、磁場増幅機構の一つにワイベル不安定性が有力視されてきた。ワイベル不安定性とは、プラズマが温度非等方性をもつ際に磁場が生成される過程である。先行研究では、Particle-in-Cell(=PIC)シミュレーションを用いて、ワイべル不安定性による磁場増幅過程が調べられてきた。しかし、一様媒質中を伝播する相対論的衝撃波では、ワイベル不安定性で生成された磁場は、衝撃波面付近ですぐに減衰し、GRB残光の観測を説明できていない。ただし、現実の星間空間には密度揺らぎがある。採用第2年度では、非一様(一次元的)な電子陽電子プラズマ中を伝播する相対論的衝撃波の2次元PICシミュレーションの結果の解析をした。その結果、一様分布に比べ、長波長磁場が生成され、下流での減衰が非常に弱まった。長波長磁場の生成には、プラズマ慣性長より3桁も大きな空間スケールの密度揺らぎが寄与していた。また衝撃波と密度波の衝突で、エントロピー波と下流へ伝播する音波が生じた。非熱的粒子粒子の拡散で、数%の温度非等方性が生じ、これは、観測が示唆する磁場を生成するには十分な自由エネルギーである。採用第2年度では、衝撃波伝播方向にのみ構造を持つ、非一様な電子陽電子プラズマ中を伝播する相対論的衝撃波の2次元PICシミュレーションの結果の解析を行った。その結果、一様な場合と比べて、長波長な磁場が生成され、下流での減衰が非常に弱くなった。長波長磁場の生成は、プラズマ慣性長より3桁も大きな空間スケールの密度揺らぎが寄与していた。
実用化に向けたリンゴ樹の栄養診断法及びスマートフォン連携型簡易測定デバイスの開発

品質の良いリンゴを生産するためには、圃場や樹体の栄養状態に応じた最適な施肥管理技術の重要性が益々認識されていて、その中で特に、樹体の窒素や葉緑素の測定管理が高品質果実の安定生産にとって欠かせないものとなっている。現状でも、それらが樹体栄養診断のための指標の一つとして用いられているが、慣行の化学分析や最新の分光計測やリモートセンシングによる方法ともに費用や時間がかかるため、圃場レベルでの実施がほとんど行われていない。そこで本研究は、実用化に向けたリンゴ樹の栄養診断法の再構築および、それを実装したスマートフォン連携型簡易測定デバイスシステムの開発を目指すものとする。
核磁気共鳴法による受精周辺期の卵代謝に関する研究

哺乳類の受精卵の呼吸代謝を無侵襲で計測する目的で各磁気共鳴法(NMR)を用いて,受精周辺期の卵の呼吸代謝の基礎的検討を行った.すなわち,家兎の胚盤胞においてNMR信号検出が可能となった成績を基に, ^<31>P-NMRのスペクトル検出を試み,受精卵の障害なきpH測定の試みを目指した.1.微小電極法による初期胚細織内酸素濃度をゴールデンハムスターを用いて検討した.その結果,微小電極法で初めて受精前後,初期卵割卵の細胞内PO_2測定に成功し,初期卵割卵なり卵細胞内PO_2が上昇することを認めこの時期より呼吸代謝活性が賦活化されている可能性が示唆された.2.胚盤胞の薬物代謝を検討し,性ステロイドホルモンの取り込みを認めた.3.NMRによる胚盤胞の代謝の基礎的検討を行った.その結果,胚盤胞で哺乳動物としては初めて,無機リンのスペクトルを検出することができた.4.哺乳動物受精卵よりNMR信号を検出するためにはその質量が不十分なため,試料の集積が必要となり,そのため凍結融解技術が必要となった.今回,未受精卵および受精卵の生存性の高い凍結融解法を確立することに成功した.5.微小電極法による細胞内pH測定を用いて,受精前後の卵細胞内呼吸代謝を検討した.その結果受精卵の細胞内pH W未受精卵に比し,有意に上昇していることが確認された.6.^<31>P-NMRによる排卵周辺期の家兎卵巣におけるエネルギー代謝を検討したHCG投与後30分から16時間の間にα-, β-, α-ATP, Pi, DMEの計測が可能となり,今後排卵周辺期における^<31>P-NMRによる細胞内pH測定の可能性が明らかとなった.以上に記した研究成果から,所期の目的の実験系の確立に関する基礎的な部分は達成されたと思われる.今後,これらの成績をふまえ,受精卵の無侵襲的な計測の検討を加えていく必要がある.その成績も徐々に蓄積されており近い将来公表予定である.哺乳類の受精卵の呼吸代謝を無侵襲で計測する目的で各磁気共鳴法(NMR)を用いて,受精周辺期の卵の呼吸代謝の基礎的検討を行った.すなわち,家兎の胚盤胞においてNMR信号検出が可能となった成績を基に, ^<31>P-NMRのスペクトル検出を試み,受精卵の障害なきpH測定の試みを目指した.1.微小電極法による初期胚細織内酸素濃度をゴールデンハムスターを用いて検討した.その結果,微小電極法で初めて受精前後,初期卵割卵の細胞内PO_2測定に成功し,初期卵割卵なり卵細胞内PO_2が上昇することを認めこの時期より呼吸代謝活性が賦活化されている可能性が示唆された.2.胚盤胞の薬物代謝を検討し,性ステロイドホルモンの取り込みを認めた.3.NMRによる胚盤胞の代謝の基礎的検討を行った.その結果,胚盤胞で哺乳動物としては初めて,無機リンのスペクトルを検出することができた.4.哺乳動物受精卵よりNMR信号を検出するためにはその質量が不十分なため,試料の集積が必要となり,そのため凍結融解技術が必要となった.今回,未受精卵および受精卵の生存性の高い凍結融解法を確立することに成功した.5.微小電極法による細胞内pH測定を用いて,受精前後の卵細胞内呼吸代謝を検討した.その結果受精卵の細胞内pH W未受精卵に比し,有意に上昇していることが確認された.6.^<31>P-NMRによる排卵周辺期の家兎卵巣におけるエネルギー代謝を検討したHCG投与後30分から16時間の間にα-, β-, α-ATP, Pi, DMEの計測が可能となり,今後排卵周辺期における^<31>P-NMRによる細胞内pH測定の可能性が明らかとなった.以上に記した研究成果から,所期の目的の実験系の確立に関する基礎的な部分は達成されたと思われる.今後,これらの成績をふまえ,受精卵の無侵襲的な計測の検討を加えていく必要がある.その成績も徐々に蓄積されており近い将来公表予定である.〔目的〕:哺乳類の受精卵の呼吸代謝を無侵襲で計測する目的で核磁気共鳴法(NMR)を用いて、受精周辺期の卵の呼吸代謝の基礎的検討を行った。〔方法):雌ウサギ(Japanese White)を過排卵交配し、交配後6日目の着床直前の直径0.1-0,3mmのblastocystを使用した。一羽から平均2040個採取したblastoCystの中、1021個を内径5mm高さ20mmのNMR用特徴ガラス管へ入れ、銅コイル内に固定後【^(31)P】-NMRにてPのスペクトル測定を行った。装置は、FT-270HT FT NMRを用い、室温にて109.25MHzで0.398秒に1回積算にて行った。15分(1790回)、30分(3115回)、110時間まで各1時間隔で行い、16時間(115,200回)で終了た。さらに、NMRに使用しないblastocystの培養らびに凍結保存による生存性の検討も行った。〔成績〕:1.無機リンは30分後(3115回)から増加傾向を示し、2時間後(14,418回)かスペクトルは明瞭となり、16時間後(11,520回)には無機リンのみとなった。

2.培養したblastocystは、4時間後はほとんど全部生存していたが、16時間後にすべて死滅していることが、この条件下で生生染色により判明した。3.30%glycerol+0.25M sucroseを用いて、5分間平衡後、-170°Cで5分間保存し、-196°Cの液体窒素中に入れ保存する急速凍結法を行った。凍結組の0.5M sucroseによる一段階希釈による融解後の生存性は認められなかった。〔考察〕:1.受精現象による細胞内PHの変化はウニ卵で試みられているが、未だ結論が出ていない。一方、哺乳類動物卵の細胞内呼吸代謝は全く試られていかった。本研究で、4時間まで生存しているblastocystで哺乳類動物卵としては初めて、無機リンのスペクトルを検出することができた。2.ATPのスペクトルと区別が不明瞭の点から、測定法の改良が必要である。3.0.10.3mm径の大きなblastocystの凍結は急速凍結法は不適当な可能性があり、他の凍結融解法の選択が必要であることが示唆された。
漢族と周辺諸民族における民俗宗教の比較研究-納西族・イ族と日本民俗宗教の比較民俗学的考察-

I.研究の意義(1)従来の日中の比較文化は照葉樹林文化論に基づく物質文化論がその主流を占め、民俗信仰方面の比較研究は体系的になされていなかったが、その基礎資料として納西族・彝族の民俗信仰をモノグラフで提示した。(2)民族・民俗周圏論東アジアの民族文化を考える際,菠民族の民俗文化との相互交渉史は必須であり、菠族の中ですでに衰滅したものが、周辺民族の民俗に認められる事例やその変容過程の一端を提示しえた。(3)民族宗教の比較研究納西族の東巴、彝族のビモ、日本の修験道の比較-菠板の祝言に位置し、それぞれ文字を持つ三民族の自然崇拝、ソ-ヤ-マニズム成立宗教(チベット仏教、道教、密教を中心)を融合した民族、民俗宗教の実態を東巴,ビモ、修験道の実態、その活動を中心とした宗教民族認を我が国で初めての現地調査で作成し体系化を試みた。(4)共同研究の方法論の開拓日中の合同民俗調査の相術的な研究視角により、三民族の菠化・菠族化の様相が明示され、それぞえの民俗文化の特質の一端を具体的に示すことができた。II.研究成果の具体的内容平成9年度の研究成果公開促進費を申請しているが、その内容は大きく四つの柱からなる。(1)西南中国納西族・彝族居住地域の風土と歴史・地理的環境-小宇宙をなす盆地に堆積的に展開する民俗文化を歴史的に分析。また、牧畜社会から農耕社会への展開を生態史の方法で記述する。・民俗遷移と民俗適応(ニッチ)-民族移動を神話、他界観などを含めて考察し、定住化を生態・民俗適応として把える。(2)宗教民族認・納西族の東巴、彝族のビモ、儀礼の種別とその内容の調査記録。・東巴の祭文儀礼、ビモの馬郭儀礼の実地調査によう正確なモノグラフ。・納西族、彝族のシャーマンであるスニ,サニ(蘇尼)の活動内容と成巫過程セアンスのモノグラフ。・東巴,ビモの基本的性格がプリ-スト(祭司)であることを提示。・納西族,彝族の祖先祭祀,自然神祭祀(星・山・木)と岩石,樹木崇拝の性格の記述と分析。(3)社会組織と習慣法・彝族社会における家支制度・奴隷制度・徳古制度についての実地調査による事例提示と定説の再検討。・納西族における婚姻制度と殉情死の背景分析。(4)比較民俗研究の可能性の提示・東巴(納西族),ビモ(彝族),修験道(日本)をそれぞれの民族の民俗文化を表徴するものとして比較検討する。・民俗宗教の重層構造と各民族の自然観・他界観など、民俗文化の特質を描出する。以上を内容とした『西南中国納西族・彝族の民俗文化』を次の構成で考えている。序説・納西族と彝族の住居環境と歴史1.地理的環境と生態適応、2.民族の移動と民族史第1部納西族の民俗文化1.農耕文化と牧畜文化2.社会組織と儀礼3.経済生活-住居と生活〓-4.穀物起源神話の諸相5.サンド信仰と民族の遷移伝説第2部彝族の民族文化1.家支制度と習慣法2.焼畑文化の展開と牧畜文化3.民家建築と自然観4.葬送儀礼と他界観第3部宗教民俗認1.東巴・ビモ儀礼2.祖先祭祀の構造3.スニとシャーマニズムI.研究の意義(1)従来の日中の比較文化は照葉樹林文化論に基づく物質文化論がその主流を占め、民俗信仰方面の比較研究は体系的になされていなかったが、その基礎資料として納西族・彝族の民俗信仰をモノグラフで提示した。・民俗遷移と民俗適応(ニッチ)

-民族移動を神話、他界観などを含めて考察し、定住化を生態・民俗適応として把える。(2)宗教民族認・納西族の東巴、彝族のビモ、儀礼の種別とその内容の調査記録。・東巴の祭文儀礼、ビモの馬郭儀礼の実地調査によう正確なモノグラフ。・納西族、彝族のシャーマンであるスニ,サニ(蘇尼)の活動内容と成巫過程セアンスのモノグラフ。・東巴,ビモの基本的性格がプリ-スト(祭司)であることを提示。・納西族,彝族の祖先祭祀,自然神祭祀(星・山・木)と岩石,樹木崇拝の性格の記述と分析。(3)社会組織と習慣法・彝族社会における家支制度・奴隷制度・徳古制度についての実地調査による事例提示と定説の再検討。・納西族における婚姻制度と殉情死の背景分析。(4)比較民俗研究の可能性の提示・東巴(納西族),ビモ(彝族),修験道(日本)をそれぞれの民族の民俗文化を表徴するものとして比較検討する。・民俗宗教の重層構造と各民族の自然観・他界観など、民俗文化の特質を描出する。以上を内容とした『西南中国納西族・彝族の民俗文化』を次の構成で考えている。序説・納西族と彝族の住居環境と歴史1.地理的環境と生態適応、2.民族の移動と民族史第1部納西族の民俗文化1.農耕文化と牧畜文化2.社会組織と儀礼3.経済生活-住居と生活〓-4.穀物起源神話の諸相5.サンド信仰と民族の遷移伝説第2部彝族の民族文化1.家支制度と習慣法2.焼畑文化の展開と牧畜文化3.民家建築と自然観4.葬送儀礼と他界観第3部宗教民俗認1.東巴・ビモ儀礼2.祖先祭祀の構造3.スニとシャーマニズムI東巴関係調査-(1)麗江博物館・東巴文化研究所の経典・神路図・木牌の資料化(2)東巴のライフヒストリーの聞き書き(3)東巴儀礼の観察記述II民俗調査-八村落実施(大平、木都、東文、龍泉、大来、美自良、汝寒泙、余楽村)一次資料を記述、信仰を中心にした民俗誌を作成III学術交流-雲南民族学院・雲南大学・雲南省博物館・蔵学研究所(1)納西族宗教構造の重層的性格の実態調査・サニ(巫女)とソプヒ(蠱毒)、北斗七星信仰(佐野賢治)・家の神と農耕儀礼の構造(飯島吉晴)・納西族の霊魂観と祖先崇拝、人生儀礼と霊魂観(巴莫阿衣)(2)東巴文化の実態調査・東巴の祭天・祭龍・祭風儀礼における樹木の象徴的意味(郭大烈)・東巴のライフヒストリーの資料化(巴莫曲布膜)・東巴儀礼にみられる道教的要素(丸山宏)・東巴儀礼と東巴経典の相互関係(研究協力者、習〓華)(3)納西族の牧畜民性と農耕民性・穀物起源神話と納西族起源神話(白庚勝)・家畜飼養と社会集団、竜泉村の馬方習俗とチベット交易(松岡正子)、北方遊牧民族史における納西族(研究協力者・田中通彦)(4)納西族村落の民俗誌・汝寒泙村の社会組織と墓制(小熊誠)・汝寒泙村の物質文化(研究協力者、李錫)・汝寒泙村の口承文芸にみられる神話的要素(李子賢)(5)納西族における漢化・漢族化・麗江古城の町割りと風水思想、巴格図と八掛図の関係、八字門と照壁など民家建築における風水、納西族の風水師(陶立潘)・納西族の病因論と民間療法、漢方医療(周星)、納西語における漢語表現(矢放昭文)・民族政策と納西族のアイデンティティ(研究協力者・上野稔弘)[西南中国民俗研究会]1995/8/21筑波大学歴史・人類学系にて、第3研究会として「摩族社会の史的展開に見る発展」(田中通彦)、「麗江納西族自治県太安郷汝寒坪村調査報告」(松岡正子)の二発表を行う。[中国納西族・摩族民俗調査]1995/9/89/30(1)麗江納西族民俗調査太安郷汝寒坪村・天紅村・花音村にて生業・宗教・年中行事・社会組織・人生儀礼を中心に補充調査実施。
アルプス地域と聖アントニウス崇敬―聖アントニウス伝図像サイクルの考察から

2史料『ジャン・ドゥ・モンシェニュの旅行記』編纂:本文は既に編纂を終えたが、共同編集者であるミシュレフスキー氏による序文が完成していない。2019年度中に必ず出版できるよう、引き続き調整を行っていく。3論文「宗教改革期までのアントニウス会ー歴史的概観とアントニウス会美術」の執筆:聖アントニウス図像研究を発表していくにあたり、邦語によるアントニウス会の基本的な紹介が殆ど無いことに気が付いた。宗教改革以降、アントニウス会が急速に衰退していくことから、宗教改革期までの当会の歴史的変遷や美術の特質を概観する論文を執筆している。本論文は、2019年度『清泉女子大学紀要』に投稿予定である。学位論文提出と重なったため、研究成果発表に十分に力を割くことが出来なかった。1ゴシック聖堂壁画の調査:9月にヨーロッパ調査を行う。昨年、担当者の不在で調査できなかったスーザ谷中部、加えて新しくバルドネッキア谷を踏査する。引き続き、アントニウス伝図像サイクル、アントニウス単独像の作例を収集したい。また、トリノ国立図書館、トリノ大学図書館、ミュンヘン中央美術史研究所、ミュンヘン大学図書館などで聖堂壁画に関する資料収集を行う。また、昨年度に知己となった現地の文化財保護団体とも引き続き交流を結ぶ。2史料『ジャン・ドゥ・モンシェニュの旅行記』編纂:共同編集者のミシュレフスキー氏の序文が完成次第、出版を行う。来年度の口頭発表、論文発表を目指し、史料の考察を行う。3執筆中の論文「宗教改革期までのアントニウス会ー歴史的展開とその美術」を仕上げ、2019年度『清泉女子大学紀要』に投稿する。2020年度投稿に向けて、「写本『聖アントニウス伝』ーフィレンツェ版とヴァレッタ版」の執筆に着手する。H29年度頭では、ピエモンテ地方全域を研究領域としていた。しかし、当初予定していたよりも研究費が少なかったこと、また文献を収集する中で、調査対象となる聖堂数がおおよそ明らかになったことから、本計画の全体的な見直しを行った。3年間という研究期間の中で網羅的な調査を確実に行うにあたり、本計画では、ピエモンテ地方の中でも、ドラ・リパリア河流域にあたるスーザ谷に焦点をあてることにした。流域から山岳・山麓地域を捉える手法は、内山節の思想、また報告者が所属するアルプス史研究会(7月に参加)の議論から想を得た。平地民からすれば山麓・山岳地帯は単に標高の高い地域を指すが、山の民の視点に立てば、谷という窪みの中に山の暮らしがある。行政区ではなく流域から広大なアルプス地域を捉えていくことは、かつての暮らしにより即していると考えた。2月3月に、スーザ谷のゴシック聖堂壁画調査、ならびにイタリア・ドイツにおける文献資料収集を行った。今回調査を行った6聖堂のいずれの聖堂壁画においても聖アントニウス像が認められ、報告者の予測通り、スーザ谷における篤い聖アントニウス崇敬が裏付けられた。また調査の過程で、スーザ司教座博物館から協力を得るなど、今後の研究の進展に重要なコネクションを作ることができた。アルプス地域の聖堂壁画にみられる聖アントニウス伝図像サイクルの伝播の元となった写本『聖アントニウス伝』(マルタ国立図書館)の全図像の分析を行った。史料『ジャン・ドゥ・モンシェニュの旅行記』編纂については、既に古文書の解読・ドイツ語への翻訳を終えた。ミシュレフスキー氏による序文が完成次第、Antoniter-Forum史料集第二巻としてオンライン出版を行う予定である。1研究が進展したことにより計画が具体化し、ピエモンテ地方のなかでも、ドラ・リパリア河流域のゴシック聖堂壁画を体系的に調査するという方針を固めることが出来た。2山の暮らしを考察した内山節の思想を援用することで、流域から山岳・山麓地域を捉えていくという、研究全体の思想的な基盤を固めることが出来た。3初年度の現地調査では、6つの聖堂を調査したが、いずれにおいても聖アントニウス像が確認できたことから、報告者の推定通り、アルプス地域において聖アントニウスが特に崇敬されていた可能性が高まった。4ドラ・リパリア河流域の美術を考察しているスーザ司教座博物館と交流を持ち、研究への支援を得ることが出来た。5写本『聖アントニウス伝』の全図像分析を終え、聖アントニウス伝図像サイクルの考察する基盤を固めることが出来た。6史料『ジャン・ドゥ・モンシェニュの旅行記』出版に向け、序文以外の部分の作業を終えることが出来た。1H29年度の研究成果(写本「アントニウス伝」の図像分析、ドラ・リパリア河流域のゴシック聖堂壁画調査)を発表していく。2H30年度のゴシック聖堂壁画の調査は、夏に行う。

標高の高い場所にある聖堂は、冬に調査ができないためである。ピエモンテ、もしくはフィレンツェのドイツ研究所にて、必要な文献を収集する。3ミシュレフスキー氏による序文が完成次第、史料『ジャン・ドゥ・モンシェニュの旅行記』の刊行を行う。これに伴い、史料を紹介する論文を執筆する。4アルプス史研究会にて成果を共有し、知見を交換する。スイス・メンドリジオのアルプス研究所との共同研究会を計画する。1ゴシック聖堂壁画の調査:9月にヨーロッパ調査を行う。昨年、担当者の不在で調査できなかったスーザ谷中部、加えて新しくバルドネッキア谷を踏査する。引き続き、アントニウス伝図像サイクル、アントニウス単独像の作例を収集したい。また、トリノ国立図書館、トリノ大学図書館、ミュンヘン中央美術史研究所、ミュンヘン大学図書館などで聖堂壁画に関する資料収集を行う。また、昨年度に知己となった現地の文化財保護団体とも引き続き交流を結ぶ。2史料『ジャン・ドゥ・モンシェニュの旅行記』編纂:共同編集者のミシュレフスキー氏の序文が完成次第、出版を行う。来年度の口頭発表、論文発表を目指し、史料の考察を行う。3執筆中の論文「宗教改革期までのアントニウス会ー歴史的展開とその美術」を仕上げ、2019年度『清泉女子大学紀要』に投稿する。2020年度投稿に向けて、「写本『聖アントニウス伝』ーフィレンツェ版とヴァレッタ版」の執筆に着手する。
高齢者・障害者配慮設計技術開発に向けて-加齢と指先の触知覚特性の関係

本研究では高齢者・障害者配慮設計技術の開発の際に必要な触知覚特性(五感の1つ)のデータを収集することを目的として,図記号の識別容易性,指先の触覚の基本特性に着目して,それらと加齢の関係を調べた.その結果,図記号の識別容易性について図記号のサイズが小さい場合に加齢効果が見られることがわかった.指先の基本機能(空間分解能・触圧感度)に関しては,加齢効果が見られた.また,視覚障害者は日常的に触覚を活用していることが関係しているためか顕著な加齢効果は見られなかった.これらのデータは,今後触覚を活用した関連規格の作成の際に有用な知見となるであろう.本研究では高齢者・障害者配慮設計技術の開発の際に必要な触知覚特性(五感の1つ)のデータを収集することを目的として,図記号の識別容易性,指先の触覚の基本特性に着目して,それらと加齢の関係を調べた.その結果,図記号の識別容易性について図記号のサイズが小さい場合に加齢効果が見られることがわかった.指先の基本機能(空間分解能・触圧感度)に関しては,加齢効果が見られた.また,視覚障害者は日常的に触覚を活用していることが関係しているためか顕著な加齢効果は見られなかった.これらのデータは,今後触覚を活用した関連規格の作成の際に有用な知見となるであろう.超高齢社会を迎え、既存の様々な製品の設計を見直し、高齢者・障害者に配慮した製品設計の技術の開発が緊急の課題となっている。そこで、本研究ではその設計技術の開発の際に必要な触知覚特性(五感の1つ)のデータを収集することを目的として、視覚障害者用の触知案内図や触覚サインに用いられている触知記号の識別容易性と加齢の関係を調べることにした。同時に、指先の基本特性についても加齢が及ぼす影響を調べることにした。初年度の平成19年度は、年齢と触知記号の識別容易性の関係を調べるために若年者と高齢者の触知記号の識別容易性を比較した。呈示刺激の形状は単純幾何学図形(丸・三角・四角(いずれも塗り漬し型))で、触知記号はエッジが明瞭な切削方式とエッジが不明瞭なスクリーン印刷方式により作製した。その結果、加齢により触知記号の識別容易性が低下することや、エッジの明瞭性の違いによって識別容易性が顕著に異なることが明らかになった。触知暦が触知記号の識別容易性に及ぼす影響についても評価した。具体的には、若年晴眼者と視覚障害者の触知記号の識別容易性を比較した結果、触知暦の長い視覚障害者の触知記号の識別容易性が顕著に高いことが明らかになった。触覚の基本特性についても、同様に年齢や触知暦と指先の基本特性(空間分解能・触圧感度)の関係も調べた。その結果,触知記号と同じ傾向の結果が見られた。次年度は、単純幾何学図形の輪郭型の触知記号についても同様な評価実験を行う予定である。また、触知記号の識別容易性と指先の基本特性の関係も調べる予定である。触知記号に関しては,触知案内図に用いられる基本形状や面パターンの識別容易性を実験により明らかにした.被験者群としては,晴眼者と視覚障害者による違いに加えて,加齢の影響を明らかにするために若年者のみならず高齢者の協力も得て実験を行った.面を表すストライプパターンについては,線間隔の違いによる識別特性を求めた結果,晴眼者の場合には加齢とともに識別特性が低下することが確認できた.一方,視覚に障害がある場合には,高齢者と若年者との間には顕著な違いが認められず,高齢者でも識別能力が衰えにくい傾向が明らかになった.また小型機器に付ける触知記号の有効性を評価するために,携帯電話の5のボタンに付ける凸ドット記号のサイズの検討を行った.実際の携帯電話のモックアップモデルを用いて,5のボタンに付けた凸ドット記号の高さが異なる場合の操作性を操作時間とエラー率を指標に評価した.高齢者群のデータを若年者群のデータと比較すると,操作時間については長く,またエラー率については高いという結果が得られた.しかし凸ドット記号の高さの違いによる識別性の違いを比較すると,高齢者群,若年者群の何れにおいても高さが0.3[mm]の場合に操作時間が有意に最短になり,エラー率も有意に最小になり,最も操作性が高いことがわかり,低すぎても高すぎても逆に操作性が低下する事が確認できた.振動の弁別特性に関しては実験装置を開発して振動知覚の閾値を計測した.その際に,振動子に触れるだけ(0.2[N]以下)の状態と,ある程度押しつけた(約4[N])状態とを比較した.実験の結果,特に振動知覚の閾値が小さいとされる高周波(250[Hz])振動刺激をかけた場合には,後者が小さくなった.現在,指先の指腹部に分布する振動刺激受容器や指腹部自体の粘弾性特性の加齢による変化を明らかにするために,高齢者を被験者とした実験を検討している.超高齢社会を迎え,既存の様々な製品の設計を見直し,高齢者・視覚障害者に配慮した製品設計の技術の開発が急務となっている.そこで,本研究ではその設計技術の開発の際に必要な触知覚特性のデータを収集することを目的として,様々な触知覚特性に着目して,それらと加齢の関係を明らかにする.これらの研究は,超高齢社会を目前に控えた現在,我が国の一つの基盤研究として地道ではあるが取り組んでおくべき課題である.

なぜなら,高齢者・障害者配慮の製品設計技術の開発が火急の課題として求められており,そのためには本研究のようなヒトの感覚特性のデータが不可欠である.その開発を通じてISO/IECガイド71の提案国である我が国が,福祉分野あるいはアクセシブルデザインの分野における国際的なリーダーとなることが期待されているからである.機器の操作スイッチに凸記号表示として用いられている凸ドットや凸バー等の触知記号の識別特性に関して,適切な記号の形状やサイズの実験用触知サンプルを製作し,高さや先端の曲率半径ならびに加齢による影響を評価するための実験を行った.実験の結果より,加齢の影響によって操作時間やエラー率に関してパフォーマンスが低下する傾向が認められた.また年齢に依らず,凸点については高さが支配因子であり,凸バーについては長辺と短辺の差が識別容易性に影響を及ぼすことがわかった.また具体的な事例として,携帯電話の5キーに付す凸点の影響を明らかにするために,片手操作のみならずしばしば高齢者が行う両手操作にも着目し,若年者のみならず高齢者の協力も得て評価実験行った.その結果,それぞれの操作様式において特徴的な操作性の違いが明らかになった.これらの結果は,若年者に限らず高齢者も日常一般的に用いる機器に付される凸記号に関する国内外の規格を策定する際の貴重な参考データとして期待される.
結晶構造に基づくヘムオキシゲナーゼによるヘム分解機構の検討

ヘムオキシゲナーゼ(HO-1)は、分子状酸素(O_2)とNADPH-シトクロムP450還元酵素(CPR)から供給される電子を消費してヘムを分解する。本研究において、我々はHO-1について次のことを明らかにした。(1)表面プラズモン共鳴法によってHO-1とCPRの相互作用を検討した結果、HO-1とCPRとの会合がNADA(H)添加によって5倍増強することが知られた。HO-1/CPRドッキングモデルによって、HO-1のArg185のグアニジン基はNADA(H)の2'-リン酸基と水素結合を形成できる位置にあること、一方HO-1のLys149はCPRのFMN結合部位である酸性アミノ酸残基のクラスター近傍に位置していることから、Arg185とLys149は、両蛋白間の電子伝達が最も効率よく行われるように両蛋白の結合の方向性を決定づけていることが知られた。(2)CPRからHO-1への電子伝達経路を探るために、FMN欠失CPRを用いてHO反応を検討した。第1反応(ヘム→ヒドロキシヘム)、第2反応(ヒドロキシヘム→ベルドヘム)および第4反応(ビリベルジン鉄錯体→ビリベルジン)に要求される電子はFMN経由で供給されるが、第3反応(ベルドヘム→ビリベルジン鉄錯体)では、FMNを経由しない経路から電子が供給される可能性が示唆された。(3)酸化型および還元型のヒドロキシヘムがベルドヘムに転換される過程をラピッドスキャン-ストップトフロー法で検討した。中性pHにおいては酸化型ヒドロキシヘムは速度定数4x10^5M^<-1>_S^<-1>で酸化型ベルドヘムに変換されたが、酸性pHでは速度定数が低下した。このことは、O_2が直接ヒドロキシヘムのπ-neutral radicalを攻撃するという従来の説を強く支持する。還元型のヒドロキシヘムとO_2の反応は、415と815nmに吸収を示す中間体を経る2段階反応であり、その速度定数はそれぞれ68と145_S^<-1>であった。ヒドロキシヘムの還元速度が1_S^<-1>以下であることを考慮すると、生理的条件下では酸化型ヒドロキシヘムが直接ベルドヘムに転換されると思われる。ヘムオキシグナーゼ(HO)は、基質であるヘムが自触的にO_2を活性化し、3段階の酸素添加反応(ヘム→α-ヒドロキシヘム→ベルドヘム→ビリベルジン)によってヘムを開環し、ビリベルジン・Fe・COを生成する。HOによるヘム分解の研究は過去数年間で著しく進展した。とりわけ第1の水酸化反応における活性酸素種がferric peroxideであることが明らかにされ、他のヘム酵素の触媒機構とは大きく異なることが知られた。我々は、HOの種々の結晶構造解析から、以下のことを明らかにした。第2反応では、電子要求性について内外の研究者間で議論されていたが、α-ヒドロキシヘムからベルドヘムへの転換がO_2のみで起こり、生成されたベルドヘムは2価であること、電子要求性についての研究者間の不一致は、結合体の調製方法と用いる還元系の違いによることを明らかにした。

一方我々は、HO・ヘム結合型の結晶構造から、もっともヘム鉄に接近しているGly139、Gly143の主鎖が関与する第1反応のメカニズムを提唱し、アポ型の構造からヘムの結合が「誘導適合」されることを明らかにした。ヘム-N_3結合型の結晶構造から、第1反応においては、酸素原子間の結合はinversed heterolysisによって解裂されることを提唱した。CO結合型酵素の構造から、HOが目ら生成するCOによって反応阻害を受けない構造的基盤を明らかにし、HO-ビリベルジン鉄錯体の構造から、ビリベルジンがHOから遊離するメカニズムを推定した。ヘムオキシゲナーゼ(HO)は,基質であるヘムが自触的にO_2を活性化し、3段階の酸素添加反応(ヘム→α-ヒドロキシヘム→ベルドヘム→ビリベルジン)によってヘムを開環し,ビリベルジン・Fe・COを生成する。我々は,結晶構造解析から,第1の水酸化反応における活性酸素種がFerric peroxideであることを明らかにし、酸素原子間の結合はinversed heterolysisによって解裂されることを提唱した。第2反応の電子要求性については,α-ヒドロキシヘムからベルドヘムへの転換がO_2のみで起こり、生成されたベルドヘムは2価であること明らかにした。CO結合型酵素の構造から,HOが自ら生成するCOによって反応阻害を受けない構造的基盤を明らかにした。一方、HOと電子供給系であるNADPH-cytochrome P450 reductase(CPR)との相互作用について、表面プラズモン共鳴法を用いて検討した。野生型HOとCPRは、NADP^+が存在すると、そうでない場合に比べて約5倍強く結合することが知られた。K149A変異酵素では、CPRとの結合が約7倍低下していたが、野生型酵素と同程度のNADP^+添加効果がみられた。R185A変異酵素ではCPRとの結合が約20倍低下していた。この変異酵素ではNADP^+の添加効果はみられなかった。コンピュータモデリングと併せて検討した結果、K149は、CPR内のFMN結合ドメイン近傍のacidic clusterを介して、R185は、CPRに結合したNADPHを介して、それぞれCPRとの相互作用に関与していることが示唆された。ヘムオキシゲナーゼ(HO)は,基質であるヘムが自触的にO_2を活性化し3段階の酸素添加反応(ヘム→α-ヒドロキシヘム→ベルドヘム→ビリベルジン)によってヘムを開環しビリベルジン・Fe・COを生成する。我々は,平成17年度,HO反応について次の2点を明らかにした。(1)シトクロムP450還元酵素(CPR)からの電子伝達経路を探るためにFMN欠失CPRを作成し,HOによるヘムおよびベルドヘムの分解を比較検討した。FMN欠失CPRは,ヘムからの分解を全くサポートしなかったが,ベルドヘムはビリベルジン鉄キレートまで分解された。このことから,HO反応の最初の電子はFMNから供給されるが,ベルドヘムのビリベルジン鉄キレートへの転換反応には,FADあるいはNADPHから直接電子が供給されうるという,dual electron pathwayの存在が示唆された。(2)酸化型および還元型α-ヒドロキシヘムの分解反応のO_2依存性をストップトフローで検討した。酸化型α-ヒドロキシヘムは,中性pH(pH7.4)では,O_2と4x10^5 M^<-1>s^<-1>の速度常数で反応した。