hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ランダム変異導入によるセルロース合成酵素の構造・機能相関解析

セルロースは複数本の分子鎖が束ねられたミクロフィブリルとして存在する。セルロース合成酵素は、糖転移反応によるグルコースの重合と、合成された高分子セルロース鎖をミクロフィブリル構造にまとめる構造制御の2つの過程を含む。この2段階過程を精査するために、以下の実験に取り組んだ。重合過程については、組換え体セルロース合成酵素によるセルロース大腸菌合成系を使い、セルロース合成酵素の構造・機能相関分析や、試験管内合成反応系得られる人造セルロースの構造解析を行った。構造制御過程については、モデル生物である酢酸菌を用いて検討を進めた。ヘミセルロースの共存化でセルロース成させることにより、様々なセルロース・ヘミセルロース複合体を調製し、その形成過程ならびに酵素分解過程を精査することにより、セルロース分子の集合あるいは分解過程におけるヘミセルロースの影響を明らかにした。以上の方針に沿って、研究成果を3編の論文にまとめている。また継続中の課題についてはさらに引き続き研究を進め、追加実験等を追加することにより最終的位に論文に取りまとめる予定である。植物細胞壁を模倣した複合材料については、バクテリアセルロースを木材由来のヘミセルロース存在下で静置培養することにより作成した。針葉樹材スプルース(マツ科トウヒ属)由来のガラクトグルコマンナンと広葉樹材ブナ(ブナ科ブナ属)由来のキシランを添加物に加えた場合のバクテリアセルロースのモルフォロジーについて、高分解能放射光X線小角散乱により精査した。小角散乱強度プロフィールのフィッティングには様々なレベルの階層状の構造を仮定することが不可欠であった(複雑さの証明でもあると考える)。これらの現象については、未乾燥の水分を多く含む場合と乾燥後で比較を行い、階層状構造の高次側の構造に大きな変化があることを証明したのを始め、乾燥後のサンプルについては走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡、さらには赤外線吸収スペクトロスコピーなどを用いてその固体構造を解析した。特筆すべき点としては、ヘミセルロースが存在することにより、バクテリアセルロースのIα成分が減少することと、セルロースミクロフィブリルの断面の大きさが減少することが示された。このことは、ヘミセルロースがセルロースミクロフィブリルの構造形成、特にフィブリル束に成長する際の充填様式に影響することを示すものである。このヘミセルロースによるいわばミクロフィブリルの形成制御はガラクトマンナンよりもキシランにおいて顕著であるとともに、いずれの場合もヘミセルロースの濃度が高まるにつれて及ぼす影響も大きいことが示唆された。リグノセルロースから燃料やバイオケミカルスを生産するにあたって、酵素分解効率は極めて重要な因子である。特にバイオマスにおいてはその高次構造(リグニン、ヘミセルロースによって被覆されたセルロースミクロフィブリル)がボトルネックであり、その界面を制御して酵素にセルロース表面を暴露することによって、飛躍的な酵素糖化性能の向上が期待出来る。そのモデル実験として、ヘミセルロース存在下で合成したバクテリアセルロースを調べたところ、キシランの吸着したセルロースに比べ、ガラクトマンナンに被覆されたセルロースは酵素糖化を受けにくいことを見出した。またその高分解能放射光X線小角散乱による検討から、ナノスケールの構造変化があることがわかった。このように、ヘミセルロース共存下で合成したバクテリアセルロースを市販酵素により酵素分解を行い、その加水分解挙動の変化を広角回折と小角散乱の時系列測定(高輝度放射光実験施設Spring-8の2015B公募課題)により行った。同時に重水素化したサンプルを調製して中性子線小角散乱J-PARCの実験計画を立てたが、残念なことに2度とも課題が受理されなかった。結果的には、報告者の次の受け入れ先(Institut Laue-Langevinグルノーブルにある中性子実験施設)において、本実験を継続検討する予定である。これらの実験を通して、ヘミセルロースによるセルロース表面の被覆や酵素糖化率のヘミセルロース依存性などを明らかにする予定である。セルロースは、複数本の分子鎖が束ねられたミクロフィブリルとして存在する。この2段階過程を精査するために、セルロース合成酵素によるセルロース合成反応を直接の観察対象として実験を行う必要がある。重合過程の研究については、組換え体セルロース合成酵素によるセルロース大腸菌合成系を使い、変異導入セルロース合成酵素の合成活性を測定し、既報の構造モデルとの比較から、セルロース合成酵素の構造・機能相関分析を行っている。また、その相補実験として、試験管内合成反応系で、各種条件を厳密に制御したうえで試験管内合成を行い、得られるセルロースの構造解析を行った。これ迄に物理的な刺激である重力(遠心力)が合成産物にどのように影響するかについて実験を取りまとめ、国際誌(Carbohydrate Polymer)に発表した。構造制御過程については、天然のモデルセルロース合成生物である酢酸菌を用いて検討を進めている。樹木細胞壁のヘミセルロースの共存化でセルロース合成させることにより、様々なセルロース・ヘミセルロース複合体を調製した。その形成過程ならびに酵素分解過程を精査することにより、セルロース分子の集合過程において特定のヘミセルロースが影響することが明らかとなった。高輝度放射光実験施設(SPring-8)の2015B期公募課題が採択され、セルロースの試験管内合成過程で生じるセルロースの高次構造変化を調査した。すなわち、試験管内セルロース合成反応系において、広角回折と小角散乱の時系列測定を行い、合成反応の進行による回折・散乱プロファイルの変化を追跡した。

測定データの詳細な分析を行ったが生成物の濃度が十分でなかったため、小角散乱のシグナルが十分に得られず、合成産物の孤立形態、形状、集合状態、表面構造などに関する逐次情報を明らかにするには至らなかった。一方、ヘミセルロース存在下で酢酸菌を培養することにより調製されるバクテリアセルロース・ヘミセルロース複合体の小角散乱を行った。当初の計画では、バクテリアセルロースを気体透過性の高いチューブ内で合成させることにより、セルロースミクロフィブリルが配向したセルロース・ヘミセルロース複合体を調製できる予定であった。それはヘミセルロース添加による構造変化の異方性、すなわちミクロフィブリルの長さ方向と幅方向の変化を調べるためである。しかし、予想に反して配向度は向上せず、結果として小角散乱強度が十分に得られなかった。そのため散乱強度を全周積分することにより測定データの分析を行い、合成されたセルロースミクロフィブリルの平均的な構造がヘミセルロースにより受ける影響について考察した。さらに、次年度の実験に向けて、バクテリアセルロース・ヘミセルロース複合体の重水素化物の調製に関して予備実験を行った。また、バクテリアセルロース・ヘミセルロース複合体の酵素分解について予備実験を行った。セルロースは複数本の分子鎖が束ねられたミクロフィブリルとして存在する。セルロース合成酵素は、糖転移反応によるグルコースの重合と、合成された高分子セルロース鎖をミクロフィブリル構造にまとめる構造制御の2つの過程を含む。この2段階過程を精査するために、以下の実験に取り組んだ。重合過程については、組換え体セルロース合成酵素によるセルロース大腸菌合成系を使い、セルロース合成酵素の構造・機能相関分析や、試験管内合成反応系得られる人造セルロースの構造解析を行った。構造制御過程については、モデル生物である酢酸菌を用いて検討を進めた。ヘミセルロースの共存化でセルロース成させることにより、様々なセルロース・ヘミセルロース複合体を調製し、その形成過程ならびに酵素分解過程を精査することにより、セルロース分子の集合あるいは分解過程におけるヘミセルロースの影響を明らかにした。以上の方針に沿って、研究成果を3編の論文にまとめている。また継続中の課題についてはさらに引き続き研究を進め、追加実験等を追加することにより最終的位に論文に取りまとめる予定である。植物細胞壁を模倣した複合材料については、バクテリアセルロースを木材由来のヘミセルロース存在下で静置培養することにより作成した。針葉樹材スプルース(マツ科トウヒ属)由来のガラクトグルコマンナンと広葉樹材ブナ(ブナ科ブナ属)由来のキシランを添加物に加えた場合のバクテリアセルロースのモルフォロジーについて、高分解能放射光X線小角散乱により精査した。小角
畜産排水処理施設から水環境中への窒素流出および薬剤耐性菌の伝搬とその制御

河北潟流域の水質調査を行った結果,干拓地内の畜産関連施設および農地からの栄養塩の流出の影響が高いことが示された.一方で,有機物濃度の増加には上流域に点在するため池や調整池の富栄養化が影響していると推定された.さらに,硫黄サイクルを活用した畜産関連排水処理施設排水処理方法を提案して,実験的検討を行った結果,その適用可能性が示された.一方,同流域の薬剤耐性菌の分布と季節変動を調査した結果, STとTCに対する耐性菌は糞便汚染と関連があり,畜産関連施設排水が排出源の一部であると推定された。さらに,湖沼環境中においても,条件が整うと,薬剤耐性菌の耐性発現が誘導される可能性があることが示された。河北潟周辺には畜産関連施設が多く存在し,湖沼水質,特に窒素濃度に大きな影響を与えていると推定される。一方,畜産における抗生物質の使用により排水中には薬剤耐性菌が多く存在していると推定され,排水処理過程で薬剤濃度による選択圧や耐性遺伝子の水平伝播が行われ,環境中に放出されている可能性がある。本研究では,まず,1河北潟周辺の畜産関連施設の排水,水路,湖沼の調査を行うことにより,畜産関連施設の窒素および薬剤耐性菌の影響を把握し,2畜産排水処理への嫌気無酸素好気生物ろ床による窒素除去法の適用性を明らかにするとともに,3排水処理に伴う薬剤耐性菌・耐性遺伝子の挙動を解析することにより,窒素および薬剤耐性菌の両面からの制御方法を検討するものである。河北潟内5地点,流入河川5地点,干拓地内排水路1地点および,畜産関連施設の排水が流入する水路3地点を調査を行った結果,畜産関連施設排水中の窒素濃度が高く,河北潟の水質に影響を与えていると推定された。また,干拓地内の農地からの窒素や難分解性物質の流入の影響も高いことが示された。一方,大腸菌濃度と抗生物質耐性菌の季節変動を調べた結果,河北潟一帯でアモキシシリン(AMP)とカナマイシン(KM)に対する耐性率が高く検出され,キノロン系の抗生物質(CIPとNFX)に対する耐性率は低かった。地点AとFでは,サルファメトキサゾール(ST)とテトラサイクリン(TC)に対する耐性率が他の抗生物質より比較的高くなっていた。地点AとFでは,大腸菌濃度とアンモニア濃度が比較的高かったことから,対象水域において,STとTCに対する耐性菌は糞便汚染と関連があることが示唆された。河北潟およびその流域計14か所の定期モニタリング調査を継続した結果,一定の傾向が認められることが明らかとなった.窒素および有機物の起源推定を重回帰分析およびEEM解析を用いて行った結果,栄養塩は,干拓地農地の影響を大きく受けていること,有機物は,河川上流部から夏季に増加する傾向があり,流域全体で富栄養化が進行していることが示された.さらに,農地排水および畜産関連施設の排水の調査によって,その影響について検討を行った.一方,嫌気無酸素好気法による畜産関連排水処理を想定して,室内実験を継続した結果,無酸素槽において,アナモックス微生物と硫黄脱窒微生物が共存可能であることが示された.実排水の水質調査を行った結果,C/N比が予想よりも高く,また硫酸塩がほとんど含まれていなかったことから,排水組成の見直しを行い,運転を継続している.同水域の計6地点を対象として,大腸菌濃度と抗生物質耐性菌の季節変動を2015年5月まで月2回行った。その結果,2015年度においても昨年度同様に次の傾向が確認された。(1)河北潟一帯でアモキシシリン(AMP)とカナマイシン(KM)に対する耐性率が高く検出され,キノロン系の抗生物質(CIPとNFX)に対する耐性率は低かった。(2)地点AとFでは,サルファメトキサゾール(ST)とテトラサイクリン(TC)に対する耐性率が他の抗生物質より比較的高く,糞便汚染と関連があることが示唆された。また,上記調査で単離した大腸菌株16株を用いて,ノルフロキサシンを対象として湖水における低濃度の抗生物質暴露による耐性誘導の可能性を調べた結果,汚染された表流水でしばしば見られる10-100 ng/L程度のノルフロキサシンによる暴露において,最小生育阻害濃度が上昇し,耐性が誘導される可能性が示唆された。平成26年から開始した有機物,窒素の定期モニタリングを継続し,1年間の調査から一定の傾向を把握することができた.室内実験装置による排水処理実験も順調に進んでいる.定期モニタリングによる対象水域における薬剤耐性菌の分布の把握についても終了し,水環境中における耐性誘導による抗生物質耐性菌の動態変化についても一定の成果が得られ,順調に進捗している。昨年度までの調査結果から,河北潟流域の有機物の多くが河川由来であると考えられたことから,その起源を探るために,津幡川流域を対象として,詳細調査を行った.その結果,夏季において,上流部から溶存態有機物濃度が上昇することが明らかになった.そこで,EEMーPARAFAC解析により,解析を行った結果,上流部に点在するため池の富栄養化が要因である可能性が高いことを示した.一方,宇野気川流域においては,アンモニアや溶存態有機物が時折増加するのは,養豚場の影響が高いと推定された.畜産排水処理施設などから流出した糞便由来細菌の薬剤耐性が,湖沼環境中においてどのように変化しうるかを調べた。

湖水およびTS培地を栄養源として,石川県河北潟にて単離した大腸菌株16株を用いて,ノルフロキサシンを対象とした低濃度の抗生物質暴露による耐性誘導の可能性を調べた。培養条件は,河北潟の夏と冬の水温(夏:25°C,冬:5°C,)を模擬し,湖水の滞留時間は5日間とした。その結果,低濃度薬剤曝露による最小生育阻害濃度(MIC)の変化率は,温度が高い方が大きく,また,湖水よりTS培地の方が大きかった。このことから,低濃度薬剤曝露による耐性誘導は,より増殖に適した条件で起こりやすいことが分かった。これらのことから,湖沼における薬剤耐性誘導の抑制には,(1)湖水中の抗生物質汚染の抑制,(2)湖水中の有機物濃度の低減,(3)夏場による厳格な排水水質管理・湖沼水曝露管理が必要と考えられた。河北潟流域の水質調査を行った結果,干拓地内の畜産関連施設および農地からの栄養塩の流出の影響が高いことが示された.一方で,有機物濃度の増加には上流域に点在するため池や調整池の富栄養化が影響していると推定された.さらに,硫黄サイクルを活用した畜産関連排水処理施設排水処理方法を提案して,実験的検討を行った結果,その適用可能性が示された.一方,同流域の薬剤耐性菌の分布と季節変動を調査した結果, STとTCに対する耐性菌は糞便汚染と関連があり,畜産関連施設排水が排出源の一部であると推定された。さらに,湖沼環境中においても,条件が整うと,薬剤耐性菌の耐性発現が誘導される可能性があることが示された。調査は6月からはじめ,水質調査は月2回,耐性菌の調査は月1回の頻度でおおむね順調に推移している。当初窒素同位体比測定を行う予定であったが,これについてはうまくいっていないが,難分解性有機物の測定が流入起源解析に有効であったことから,本方式を用いて,農業および畜産関連施設の影響について解析し,良好な結果を得ている。一方,連続処理装置の運転もおおむね順調にすすんでいる。今年度は,耐性菌については,定期モニタリングによる対象水域における薬剤耐性菌の分布を把握する計画であり,予定通り進んでいる。河北潟および流域の窒素,有機物の起源を明らかにするために,発生源の詳細な調査と,EEMーPrafac解析を実施するとともに,薬剤耐性菌の起源推定法を確立する.排水処理に関しては,室内実験を修了しベンチプラントの設置をめざす.薬剤耐性菌に関しては,湖水条件下における耐性誘導について株数を増やしてデータの確度を高めることと,薬剤耐性を持つ大腸菌の遺伝子型を潟内と畜産関連処理施設から単離した株とで比較し,起源推定を行う。28年度が最終年度であるため、記入しない。環境工学流域調査を継続し,年間の調査を行う予定である。窒素同位体比の測定については困難であったが,難分解性有機物を指標としたほうが多くの情報が得られたことから,引き続き難分解性有機物に着目した調査を継続する。畜産関連施設のうち,食肉センターの排水の調査を行った結果,排水量も多く高濃度であることから,本排水をターゲットとして,嫌気無酸素好気法の適用を試みる。この際,調査結果から硫酸塩濃度が比較的低かったことから,人工排水の組成を見直して,処理実験を継続する計画である。また,アナモックス微生物を培養し,これを指標微生物とすることで,微生物解析を実施していく予定である。さらに,畜産排水処理施設の調査を継続し,その適用性を検討する。薬剤耐性菌については,平成27年度は,5月まで定期モニタリングを続け,その後,キノロン系耐性遺伝子に着目して,その分布と季節変動を明らかにする。
ディリクレ形式によるレヴィ型確率過程の研究

再帰的な相対論的安定過程の臨界性についてファインマン-カッツ汎関数の可積分性と関連付けて議論した。特に、このマルコフ過程の生成作用素とポテンシャルをグリーン緊密的加藤クラスにした場合のシュレディンガー作用素に関する調和関数を構成することに成功した。また、ポテンシャルのサポートがコンパクトである場合には、その正の調和関数が正の定数よりも一様に大きいことを示すことができ、このことからこの場合におけるスペクトル関数の微分可能性が示されることが期待される。桑江一洋氏との共同研究において、二種類のグリーン緊密的な加藤クラスの同値性を証明し、竹田雅好氏によって証明されたマルコフ半群のコンパクト性とあるコンパクト埋め込み定理を拡張することができた。これまでは基礎となるマルコフ過程に既約性とレゾルベント強フェラー性を仮定して議論されていたが、グリーン緊密的な加藤クラスの同値性に関しては対称特別標準過程という一般的な枠組みの中で証明し、コンパクト性についてはレゾルベント強フェラーよりも弱い条件である、マルコフ推移関数が基礎となる測度に関して絶対連続であるという条件のもとで証明した。つまり、本研究課題であるレヴィ型過程の範疇でコンパクト性が成り立つことが証明され、この研究を基礎として前年度までに行ってきた加法的汎関数の大偏差原理をかなり一般的な設定のもと、さらにこれまでに考えてこなかった種類の加法的汎関数に関しても証明できると期待される。研究テーマである対称レヴィ型過程を含むような一般的な対称マルコフ過程において、ディリクレ形式理論を用いてマルコフ半群のコンパクト性、二種類のグリーン緊密的な加藤クラスの同値性を証明することができた。本来はレヴィ型過程だけを対象としていたが、ディリクレ形式理論の範疇ではさらに一般化できることがわかり、予想よりもいい結果を得ることができた。前年度までの埋め込みのコンパクト性の研究では、レヴィ型過程でレヴィ核にある種の条件が必要であったが、今年度の研究においてはレヴィ過程だけではなく一般のマルコフ過程に関してコンパクト性を拡張することができた。さらに、本研究によって初めて考察することが可能となる、拡散過程とジャンプ過程の両方の例を構成することができ、シュレディンガー作用素に対する加藤クラスの意義をある意味で特徴付けることに成功した。再帰的な相対論的安定過程に対する臨界性の研究についてはその内容をまとめて論文にし雑誌に投稿した。そのとき、査読者の指摘により気づかなかった部分を埋めることができ、ファインマン-カッツ汎関数の可積分性と関連づけることによりさらに見通しのよい結果となったのが予想以上であった。特に、局所的に調和な関数を構成するのはコンパクト性を用いるが、それを全体に拡張する際にファインマン-カッツ汎関数の可積分性と対応するディリクレ形式の下からの評価が必要となる点を明確にすることができた。その後その雑誌から採録が決定された。一つ目は再帰的レヴィ型過程と非局所的ポテンシャルをもつシュレディンガー作用素の臨界性について研究していく。再帰的なマルコフ過程に関するシュレディンガー作用素の臨界性の研究、さらに非局所的、つまりジャンプ型ファインマン-カッツ半群に対するシュレディンガー作用素の臨界性の研究はほとんどない。非局所的ポテンシャルの場合はギルサノフ変換を通じて局所的ポテンシャルに変換して議論を行うことが標準的であり、そのため変換前後の作用素の挙動を調べることが必要となる。また、現在までこれに関連する研究では、対称安定過程、相対論的安定過程の二つしか行っていなかったが、今後はさらに広いクラスの再帰的対称レヴィ型過程に関してそのシュレディンガー作用素の臨界性を研究していく。二つ目は加法的汎関数の大偏差原理について、これまでは滑らかな測度から生成される連続加法的汎関数と二変数の関数から生成されるマルコフ過程がジャンプしたときだけ変動する純不連続加法的汎関数の大偏差原理だけを扱ってきたが、それに加えて、ディリクレ形式理論で福島分解において現れるエネルギーゼロの加法的汎関数の大偏差原理を研究していく。この加法的汎関数は有界変動ではない加法的汎関数であり、これに関するファインマン-カッツ半群についての研究がいくつかあり、それらと私がこれまで行ってきた研究を用いて研究を推進していくことになる。さらに、この研究において新しく加わる例を構成していく。Z.-Q.Chen氏との共同研究において、対称レヴィ型過程の中で指数が変動する対称安定型過程、相対論的安定型過程を含むマルコフ過程に対する拡張されたディリクレ空間からそのグリーン緊密な加藤クラスの測度から作られる2乗可積分な関数空間への埋め込みがコンパクトであることを証明することができた。このことより、このような対称レヴィ型過程に関するシュレディンガー作用素に関する調和関数を構成することが可能となった。この結果の応用としてスペクトル関数の微分可能性を証明することができた。同じ研究の中で、かなり一般的な設定で加法的汎関数の大偏差原理を証明することができた。具体的にはルジン空間上の対称ボレル右過程と呼ばれるマルコフ過程のクラスにおいて、連続型加法的汎関数と不連続型加法的汎関数の結合過程の大偏差原理を証明することができた。ルジン空間上の対称ボレル右過程には準正則ディリクレ形式が1対1に対応するので、ディリクレ形式の理論を用いて証明を行なった。今までの加法的汎関数の大偏差原理は比較的低い次元のユークリッド空間上の対称マルコフ過程でしか証明できていなかったが、ルジン空間はユークリッド空間を含んでいて、さらにこの研究では次元に依存しない形で証明したので、基礎となるマルコフ過程のクラスはかなり広がった。

また不連続型加法的汎関数を構成する関数のクラスが今まではかなり制限されたクラスであったが、本研究においてグリーン緊密な加藤クラスにだけ関連するクラスに拡張することができた。ルジン空間は無限次元空間の場合も含むので無限次元空間上のマルコフ過程の場合の研究にも道が開けてきたことがわかった。本研究では、対称レヴィ型過程の解析を目標としているが、現在までにかなり多くの場合を含むようなレヴィ型過程に対してのシュレディンガー作用素の固有関数の挙動、埋め込みのコンパクト性、加法的汎関数の大偏差原理が証明できた。特に、当初目的とした埋め込みのコンパクト性については、フェラー性などマルコフ過程のよい性質を用いず、レヴィ型過程を特徴づけるレヴィ核だけの条件だけで証明できたので、広いクラスのレヴィ型過程に対して証明することができたのは当初の予想より進んだ結果を得た。また加法的汎関数の大偏差原理に関しては、予想をはるかに超えた設定で証明することができた。当初はユークリッド空間上のレヴィ型過程だけを考えていたが、それをはるかに超えた無限次元空間やリーマン多様体なども含むルジン空間上のレヴィ型だけではなく、一般の対称マルコフ過程で証明できたのは予想以上であった。また、連続だけではなく不連続な加法的汎関数も込める形で結果を得ることができた。そして、それらの結果をまとめて論文にしジャーナルに投稿することができた。また、再帰的な相対論的安定過程に対するシュレディンガー作用素の臨界性の議論も少し研究が進んだ。再帰的な場合はグリーン関数が存在しないので、シュレディンガー作用素の臨界性の研究は非再帰的な場合と比べて難しいが、対称安定過程で得られている結果と有界領域上の臨界性の議論を用いて調和関数の構成を考えることができた。再帰的な相対論的安定過程の臨界性についてファインマン-カッツ汎関数の可積分性と関連付けて議論した。特に、このマルコフ過程の生成作用素とポテンシャルをグリーン緊密的加藤クラスにした場合のシュレディンガー作用素に関する調和関数を構成することに成功した。また、ポテンシャルのサポートがコンパクトである場合には、その正の調和関数が正の定数よりも一様に大きいことを示すことができ、このことからこの場合におけるスペクトル関数の微分可能性が示されることが期待される。桑江一洋氏との共同研究において、二種類のグリーン緊密的な加藤クラスの同値性を証明し、竹田雅好氏によって証明されたマルコフ半群のコンパクト性とあるコンパクト埋め込み定理を拡張することができた。これまでは基礎となるマルコフ過程に既約性とレゾルベント強フェラー性を仮定して議論されていたが、グリーン緊密的な加藤クラスの同値性に関しては対称特別標準過程という一般的な枠組みの中で証明し、コンパクト性についてはレゾルベント強フェラーよりも弱い条件である、マルコフ推移関数が基礎となる測度に関して絶対連続であるという条件のもとで証明した。
無機ナノゼオライトホストによる導電性高分子の高秩序配列化と新物性

概要1)ナノサイズホージャサイト型ゼオライトの合成を文献に基づきその手法を確立した。そのナノゼオライトをネオジム交換し、さらにフッ素アルキル基を含むスルホニルアミド(PMS)を配位子として、ネオジム錯体をゼオライト細孔内に合成した。このゼオライトは、(Nd(PMS)-n-FAU)は、ジメチルスルホキシド中に安定に分散することが、DLS測定ならびに吸収スペクトルから明らかとなった。吸収スペクトルには、ネオジムに起因のf-f遷移がみられた。未処理のものはほとんど分散しないことことから、PMSはn-FAU粒子の外表面を化学的に修飾することにより、分散を促進していることがわかった。吸収スペクトルから、均一に溶解したと仮定したジメチルスルホキシド中のネオジム濃度は8.7mMと計算された。発光スペクトルには、ネオジムの遷移に帰属される近赤外領域の発光が観測された。寿命は22msで一次減衰であった。吸収スペクトルの形状からネオジムは、対称性の高い環境に存在しすることがわかった。重水素化ジメチルスルホキシド中の発光量子収率は有機媒体中における最高値9.5%と、錯体溶液の値、3.3%の3倍にも向上したことから、ゼオライトは低振動ホストとして優れていると結論できる。この値は、有機溶媒中におけるネオジムからの発光として最高値である。2)ナノサイズホージャサイト型ゼオライトをユーロピウムで交換し、かつそのスーパーケージ内に2-アセチルビフェニルを取り込むと、2-アセチルビフェニルからの三重項増感によるユーロピウム発光が大きく促進されることがわかった。この現象は、ユーロピウムイオンと増感剤がゼオライトの閉じこめ効果により、強制的に接近して配置されるためと考えられる。3)直線上の細孔を有するL型ゼオライトにビフェニルを取り込むことにより、ビフェニルの発光が長波長に大きくシフトする。この発光は、フリーの分子とは異なる長波長に吸収を有するビフェニルに起因し、細孔壁のカチオンとの特殊な相互作用を反映していると理解される。
細胞内イオン環境の光制御のための新規光感受性イオンチャネルの創製

本研究では、非侵襲な光での細胞内イオン環境制御による細胞機能の操作を目指して、光照射で活性が制御される新規光感受性イオンチャネルを創製することを目的としている。本年度は、新規光感受性イオンチャネルの構成要素である光感受性タンパク質(PAC)の構造機能相関の解明と、得られていた候補となる青色光感受性キメラチャネルの特性を調べた。下記に詳細を記す。1.光刺激によってcAMPを生産するタンパク質であるPACの特定の領域を欠損した変異体は、野生型と比べて低い光強度で活性を示した。このことから、この領域が光刺激に依存した活性制御に重要な部位であることが明らかとなった。よって、光感受性チャネル作製時にはこの領域に変異を導入することで、光感受性を変化できる可能性があることがわかった。2.特定のアミノ酸を標的とする蛍光色素を用いた標識実験により、PACの特定の領域が光照射時と暗所静置時で標識の度合いが明らかに異なる、つまり構造状態が異なることがわかった。このことから、この領域の光依存的な構造変化を利用してイオンチャネルを光制御できる可能性があることが示唆された。3.これまでに得られていた候補となる青色光感受性キメラチャネルを精製し、電気生理学的手法により活性の光依存性を調べた。しかしながら、今回検討した光強度では光依存性は見られなかった。今後、光強度や照射時間を詳細に検討し、光依存性の有無を再度調べる予定である。本年度実施した研究により、光感受性キメラチャネルの構成要素である光感受性タンパク質PACの構造相関に関する情報が得られ、光感受性を持ったキメラチャネルを作製するための手掛かりとなる情報が得られた。今年度得られた情報をもとに新たなキメラチャネルを作製し、その光感受性を調べる。また、これまでに得られている候補となるキメラチャネルの光依存性の詳細を引き続き調べる。下記に詳細を記す。本研究で用いているタンパク質の新たな性質が明らかとなり、計画していたキメラタンパク質の設計を再度検討し直す必要が生じたため。
抗血小板薬の薬効確認に有効な血小板凝集能解析方法の確立

透過光法による血小板凝集能検査は先天性出血性疾患の診断や抗血小板薬の効果確認に有用な検査である。全自動で測定可能なCS-2100i(以下CS)での血小板凝集能検査の基礎評価と新規搭載された抗血小板薬の効果確認指標PAL(Platelet'Aggregation Level)について、既存の専用装置ヘマトレーサー804(以下ヘマトレーサー)の効果確認指標であるNSR-IIとの比較検討を行った。CSの同時再現性は、ADPとコラーゲンによる最大凝集率、PAL共にCVが7.0%以内であった。オンボード試薬安定性はADPとコラーゲン共に10時間まで安定であった。PALとNSR-IIの相関性はADPでy=0.88x+1.16、r=0.90、コラーゲンでy=0.95x+0.17、r=0.89であった。ヘマトレーサーではNSR-IIにより薬効が3分類(低;過度・中;適度・高;軽度)に判定される。PALにおいても同様に3分類できるよう数値を設定し、PALとNSR-IIの判定一致率を求めたところ、ADPを用いた場合のPALでは88.0%、コラーゲンを用いた場合のPALでは84.4%であった。大きな乖離は認めず、概ね同等の結果が得られた。PALは良好な基礎性能を有し、既存のNSR-IIと同等の薬効確認性能を有することが確認できた。CSは既に多くの施設で凝固線溶系ルーチン項目の測定装置として使用されていること、検体および惹起物質の分注が自動化され測定の煩雑さの軽減が図れることより、血小板凝集能検査の普及と標準化に貢献できると考えられる。
年輪セルロースの酸素・水素同位体比による降水同位体比の広域マッピング法の確立

本研究では、地球上に普遍的に分布する樹木の年輪に含まれるセルロースの同位体比、特にその酸素・水素同位体比に着目し、過去数百数千年間に亘る世界各所における気候変動、特に降水過程など水循環の変動を、高い時間・空間分解能で明らかにする方法論の確立を目指している。平成17年度には、北海道各地や中国において、年輪と環境水の同位体比の関係を解析し、また道北のミズナラ年輪を用いて、過去230年間の気候変動の復元を行った。平成18年度には、以下のように、ロシア・カムチャッカ及び日本の本州での年輪同位体比の長期変動の解析に取り組んだ。樹木年輪は、気候情報を年単位の解像度で復元できる媒体であるが、復元の対象は樹木が成長する夏季の気候に限られていた。しかし、カムチャッカのような積雪域の土壌中では融雪水が夏季まで残存することに着目し、カラマツ年輪の酸素・水素同位体比から積雪(冬季の降水)の同位体比を介して冬季の気候情報を復元することを試みた。その結果、当地では年輪のd-excess値が、2,3月の気温と強い負の相関を示すことが分かり、その経年変化から、過去150年間において当地の冬季気温がグローバルな地球温暖化と同調して増大してきたことが明らかとなった。一方、日本のような高温多湿の地域では、気温や降水量が樹木成長を制限することは少なく、年輪幅による古気候の復元は、殆ど行われていない。本研究では年輪酸素同位体比が夏季の相対湿度の精度の高い指標になることに着目し、長野県南部のヒノキ年輪を用いて、過去250年間のその復元を試みた。復元した江戸時代後期における夏季相対湿度の年々変動は、大阪の古日記記録から解析された梅雨期の降水量変動と極めて良い一致を示し、日本においても、高齢木や埋没木、考古学試料などを組み合わせることで、過去数百数千年間に亘る水循環変動の復元が、実際に可能であることが明らかになった。セルロース同位体比の変動に影響を与える主な過程は、(1)葉面での水の蒸散に伴う葉内水の同位体比の上昇、(2)樹幹部でのセルロース合成時における有機物と導管水(土壌水に由来)の間の酸素・水素の交換である。このうち、(2)の交換の割合を一般に「f値」と呼ぶ。本研究では、このf値の変動メカニズムを、主に観測的方法で明らかにすることにより、異なる複数の樹種の年輪の酸素・水素同位体比の季節・経年変化を組み合わせて、降水などの環境水の同位体比を数理的な方法で復元することを目指している。初年度に当たる今年度は、次の年輪試料からセルロースを抽出し、その酸素・水素同位体比の測定と、その気候要素との関係の解析等を行った。1)苫小牧と美唄のカラマツ年輪の季節・経年変化試料、2)北大低温研周辺のアカナラ、ヤマナラシ年輪の季節変化試料、3)北大天塩研究林のミズナラ、エゾマツ年輪の長期経年変化試料、4)中国甘粛省の山岳氷河末端の河畔木年輪の経年変化試料、5)同山岳地域のビャクシン年輪の経年変化試料、6)中国内蒙古の砂漠地域の胡楊、タマリスク年輪の経年変化試料などである。このうち、1)では、北海道のカラマツの年輪

セルロースの酸素・水素同位体比が、共に夏季の相対湿度を反映して変化するものの、冬季降雪の影響を大きく受ける日本海側と太平洋側の間で降水同位体比の差を反映した顕著な経年変化パターンの相違があること、2)では、アカナラとヤマナラシは全く異なる樹種であるにもかかわらず、その年輪同位体比の季節変化パターンは対比可能であり、主に相対湿度の季節変化を反映していること、一方でf値には顕著な差が認められ、両樹種の組み合わせにより、数理的に降水同位体比と相対湿度を算出できる可能性があること、3)天塩研究林のミズナラには、過去数百年間に亘る北海道地域の水循環変動の周期性に関する情報が記録されていることなどが、明らかとなった。本研究では、地球上の陸面に普遍的に分布する樹木の年輪に含まれるセルロースの同位体比、特にその酸素・水素同位体比の情報に着目し、過去数百数千年間に亘る世界各所における気候変動、特に降水過程など水循環の変動を、高い時間・空間分解能で明らかにする方法論の確立を目指している。樹木年輪は、一般に、古気候情報を年単位の解像度で復元できる媒体であるが、通常、復元の対象は樹木が成長する夏季の気候に限られている。しかし、ロシア・カムチャッカ半島のような積雪地域の土壌中では融雪水が夏季まで残存していることに着目し、年輪の酸素・水素同位体比(δ^<18>O及びδD)から、積雪(冬季の降水)の同位体比を介して冬季の気候情報を復元することを試みた。その結果、カムチャッカの中央低地では、年輪のd-excess値(δD-8xδ^<18>O)が、2,3月の気温と強い負の相関を示すことが分かり、このd-excess値の経年変化から、過去150年間においてカムチャッカ半島の冬季気温がグローバルな地球温暖化と同調して増大してきたことが明らかとなった。一方、日本のような高温多湿の地域では、元来、気温や降水量が樹木成長の制限因子になることは少なく、年輪幅の計測による古気候学の研究は、ほとんど行われて来ていない。本研究では、年輪セルロースの酸素同位体比が夏季の相対湿度の極めて精度の高い指標になることに着目し、長野県南部のヒノキ試料を用いて、過去250年間の相対湿度の復元を試みた。復元した江戸時代後期における夏季相対湿度の年々変動は、大阪の古日記記録から解析された梅雨期の降水量変動と極めて良い一致を示し、高齢木や埋没木、考古学試料などを組み合わせることで、過去数百数千年間に亘る年輪セルロースの酸素(水素)同位体比からの日本の水循環変動の復元が、実際に可能であることが明らかになった。
ヒト脊柱腰椎の生体力学的不安定性に関する三次元的動態解析-実験学的および臨床的研究-

ヒト新鮮屍体全腰椎を使用して腰椎構成要素の各種靭帯、椎間板、椎間関節の損傷モデルをつくり、各損傷状態における三次元動態解析実験の結果の解析を継続して行なった。この解析より腰椎部構成要素損傷後における不安定性の検討と評価を行ない、さらにこれらの結果より腰椎部における不安定性の新しい指標について検討を行なった。作成した腰仙椎部構成要素の損傷は、(1)後方靭帯と関節包の損傷、(2)椎間板損傷、(3)椎間関節損傷である。実験結果より、後方靭帯を損傷すると屈曲と回旋動態で損傷前後の可動域の増加率が最も大きくなり、椎間板を損傷すると回旋と側屈動態で損傷前後の可動域の増加率が最大となり、椎間関節を損傷すると回旋動態で同じく損傷前後の可動域の増加率が最大となった。各構成要素損傷時に最も不安定となる動態が実験的に解明された。腰椎部の不安定性を示す動態として、Neutral Zoneの概念(Panjabi)がある。今回の解析結果より、Neutral Zone(NZ)自体よりも、可動域(Range of Motion(ROM))中に占めるNeutral Zoneの割合(NZ/ROM^*100)が、腰椎の不安定性をより正確に示し得る新しい指標として示された。同じ可動域を示す構造体でも、可動域におけるNeutral Zoneの占める割合が大きい構造体の方がより不安定であるといえる。この新しい指標と損傷腰椎の動態や不安定性との関連について解析を行なった。ヒト脊柱腰椎の三次元的な生体力学的不安定性を解明するため次の実験的研究と臨床的研究を行なった。1。腸骨及び腰仙椎を含むヒト新鮮屍体全腰椎を使用し、三次元的な荷重偏位特性を解析し、全腰椎,腰仙椎,仙腸関節の生理的な三次元動態を求めた。全腰椎,腰仙椎の生理的な三次元動態解析は、国際学会及び国内の整形外科学会で発表した。仙腸関節の生理的な三次元動態についても解析した。2。腰仙椎構成要素の損傷状態における三次元動態解析実験を行ない,各構成要素損傷時の不安定性を上記項目(1)の正常状態の結果と比較して解析した。具体的には,腰仙椎を構成する腸腰靭帯,棘上,棘間靭帯や黄色靭帯などの後方靭帯など椎間関節包、椎間板、椎間関節の損傷モデルをヒト新鮮屍体を使用して作成し、各損傷状態における三次元動態実験を行なった。これにより,各構成体損傷時の不安定性について解析した。3。臨床的研究の基礎として,腰痛の既住のない正常人やスポ-ツマンなどの三次元腰椎動態解析を三次元脊椎動態解析装置(Computerized Anatometry Series、日本レダリ-社より貸与)により測定した。これにより,平成4年度に予定する各種疾患患者の腰椎不安定性評価のための基礎的デ-タを求めた。【総括】ヒト新鮮屍体全腰椎を使用して腰椎構成要素の各種靭帯、椎間板、椎間関節の損傷モデルをつくり、各損傷状態における腰椎不安定性の三次元的評価を行った。さらにこの実験結果より、腰椎部の不安定性を示す新しい指標を検討した。【方法と結果】次の腰仙椎部損傷を順次に作成し、各損傷状態で三次元動態解析を行い、各損傷の全腰椎動態に対する影響を検討した。(1)後方靭帯と関節包の損傷、(2)椎間板損傷、(3)椎間関節損傷。屈曲、伸展、側屈動態で最も腰仙椎部の可動域が増大したのは、椎間板損傷後であった。回施動態で最も可動域が増大したのは、椎間関節損傷後であった。実験学的に脊椎の動態を示す指標の一つにNeutral Zone(Panjabi)の概念がある。今回の実験では、Neutral Zone(NZ)の可動域(Range of Motion;ROM)に占める割合(NZ/ROM*100(%))を腰椎の不安定性示す新しい指標として検討した。Neutral Zone

そのものが脊椎不安定性の要素を含む概念で、同じ可動域を示す腰椎でも、その可動域中のNeutral Zoneの占める割合の大きい方が不安定性が大きいと考えられる。実験結果より、非損傷の正常腰椎ではこの新しい指標の値は20%以下で、上記の各損傷を加えるごとに各動態でこの値は統計学的に有意に大きくなっていった。今回の実験結果より、本指標は腰椎の不安定性を表し得る一つの指標であることが示された。この研究成果は、1992年米国シカゴ市で開催された国際腰椎学会で発表した。今後の研究の展開は、今回の研究成果より得られた脊椎不安定性を示す上記記載の指標と損傷された脊椎構成要素との関係の解析を継続し、さらにこの指標を臨床的に応用する方法を検討することである。ヒト新鮮屍体全腰椎を使用して腰椎構成要素の各種靭帯、椎間板、椎間関節の損傷モデルをつくり、各損傷状態における三次元動態解析実験の結果の解析を継続して行なった。この解析より腰椎部構成要素損傷後における不安定性の検討と評価を行ない、さらにこれらの結果より腰椎部における不安定性の新しい指標について検討を行なった。作成した腰仙椎部構成要素の損傷は、(1)後方靭帯と関節包の損傷、(2)椎間板損傷、(3)椎間関節損傷である。実験結果より、後方靭帯を損傷すると屈曲と回旋動態で損傷前後の可動域の増加率が最も大きくなり、椎間板を損傷すると回旋と側屈動態で損傷前後の可動域の増加率が最大となり、椎間関節を損傷すると回旋動態で同じく損傷前後の可動域の増加率が最大となった。各構成要素損傷時に最も不安定となる動態が実験的に解明された。腰椎部の不安定性を示す動態として、Neutral Zoneの概念(Panjabi)がある。今回の解析結果より、Neutral Zone(NZ)自体よりも、可動域(Range of Motion(ROM))中に占めるNeutral Zoneの割合(NZ/ROM^*100)が、腰椎の不安定性をより正確に示し得る新しい指標として示された。同じ可動域を示す構造体でも、可動域におけるNeutral Zoneの占める割合が大きい構造体の方がより不安定であるといえる。この新しい指標と損傷腰椎の動態や不安定性との関連について解析を行なった。
内因性一酸化炭素による脳梗塞時の代謝血流維持機構の解明

脳でヘムオキシゲナーゼ-2 (HO-2)により産生される一酸化炭素(CO)の役割を明らかにすることを目的とした。まず網羅的代謝解析と生体イメージングにより、野生型マウスとHO-2欠損マウスの脳血流代謝を比較することで、COは定常状態の脳でエネルギー代謝と血流を抑制していることを示唆する知見を得た。また脳虚血モデルマウスを用い、脳梗塞時には健常側においてもHO-2が機能しないとエネルギー代謝が大きく損なわれることを予測させる証左を得た。これらの知見によりCOは定常時にエネルギー代謝および血流を抑制することで、脳虚血に対応するための予備能を備える役割を担っている可能性を示した。本研究課題は脳でヘムオキシゲナーゼ-2 (HO-2)によって産生されている一酸化炭素(CO)の役割を明らかにすることを目的とする。先行研究の成果から、HO-2遺伝子欠損(KO)マウスの脳のアデノシン3リン酸(ATP)濃度は、野生型マウスと比較して皮質や海馬において高いことが示唆されている。そこでまずATPの主要な産生系であるグルコース代謝を含めた、物質代謝におけるCOの役割を検証するため、HO-2 KOマウスの脳の網羅的代謝解析を行った(野生型マウス:n=9, H0-2 KOマウス:n=9)。そのクラスター解析の結果、定常状態においてグルコース6-リン酸やフルクトース6-リン酸を初めとした解糖系、またイソクエン酸や2-オキソグルタル酸といったクエン酸回路の代謝産物が、野生型マウスと比較してHO-2 KOマウスで高値を示すクラスターに含まれることが分かった。このことからCOは定常状態において解糖系やクエン酸回路の流速を抑制していることが予想された。一方でHO-2 KOマウスの脳のATPが高値を示す要因のひとつとして、CO産生の減少による脳血流量の増加が原因であることも考えられた。この仮説を検証するため、多光子レーザー顕微鏡を用い、マウスの大脳皮質の前毛細血管細動脈の血流速度を測定した(野生型マウス:n=9, HO-2 KOマウス:n=9)。その結果、野生型マウスと比較して、HO-2 KOマウスでは血流速度が速いことを示すデータが得られ、COが脳局所において血流を抑制する働きをしていることが示唆された。HO-2から産生されるCOは低酸素時における予備能を付与する役目を担っていることが先行研究の結果から予見されているが、今回得られた知見はこのメカニズムの全貌を明らかにするための重要な布石となるという意義を持つと考えられる。当該年度は「定常時の脳では、COはグルコースの代謝経路を阻害することでATP産生を抑制すると同時に、脳血流を抑制している。」という仮説の正否を明らかにすることを目標とした。HO-2 KOマウスの脳のメタボローム解析の結果から、CO産生酵素であるHO-2の欠損マウスの脳では、野生型マウスと比べて、解糖系やクエン酸回路において、グルコースの代謝が亢進していることを示唆する知見が得られた。また、HO-2 KOマウスの局所における脳血流の測定から、COが脳血流を減弱させている可能性が示された。これらの知見は、仮説を否定するものではないと言える。またCOが脳血流を減弱させるメカニズムとして、COがグルコースの代謝産物であり血管拡張因子である二酸化炭素(CO2)の産生を抑制していることを予想しその検証を行っている。未だこの検証は終了していないものの、この仮説を裏付けるデータも得られつつあることから、現在までの進捗状況はおおむね順調に進展していると考えられる。脳でヘムオキシゲナーゼ-2 (HO-2)により産生される一酸化炭素(CO)の脳虚血時における役割の解明を目的とする。前年度の結果から、定常状態のマウスの脳では、HO-2から産生されるCOは、定常状態においてグルコース代謝や血流を抑制していることが示唆された。この結果を踏まえ、脳局所でのグルコースや酸素低下時における予備能をCOが担っている可能性について検証した。まずメタボローム解析によってマウス左中大脳動脈梗塞(MCAO)モデルでの脳局所虚血60分における代謝物の動態を、野生型マウス(n=10)とHO-2 KOマウス(n=8)とで比較した。クラスター解析の結果、野生型マウスよりもHO-2 KOマウスで、虚血時に大きく減少している代謝物のクラスターには、ATPなどの高エネルギーリン酸化合物が含まれていた。このことから虚血時にHO-2がエネルギー代謝に関与する代謝物を維持する役割を担っていることが示唆された。さらに、野生型マウスとHO-2 KOマウスとで、MCAOによりエネルギー代謝が障害を受けている部位の大きさを比較するため、エネルギー代謝物の定量的質量イメージングを施行した。その結果、MCAOによってATPが低下し、ADP、AMPが上昇している部位は、野生型マウスと比較してHO-2 KOマウスでは広範に及ぶことがわかった。これらの結果から、脳でHO-2から産生されるCOは脳虚血時にATP濃度の減少を抑制することで、梗塞による障害を軽減する役割を担っている可能性が示唆された。当該年度は「定常状態でのCOのグルコース代謝の抑制が梗塞時では解除されることで、梗塞時の脳のエネルギー代謝と血流の低下を防いでいる。」という仮説の正否を検証することを目標とした。

脳梗塞時のHO-2 KOマウスの脳のメタボローム解析の結果から、HO-2の欠損マウスの脳では、野生型マウスと比べて、非梗塞側のATPなどの高エネルギーリン酸化合物が高いレベルで保たれていた。このことから、COは梗塞巣のみならず、非虚血部位でも脳保護的に働くことが予測された。また、質量分析イメージングの結果からATPが1.6μmol/g tissue未満のエリアの割合が、野生型マウスと比較してHO-2 KOマウスでは広範であることを示すデータが得られた。これらの知見は、仮説を否定するものではないと言える。またHO-2の脳梗塞時における血流を保つ働きの有無を検証するため、マウス総頸動脈結紮モデルで、多光子レーザー顕微鏡を用いた脳血流の測定を行っている。未だこの検証は終了していないものの、仮説を裏付けるデータも得られつつあることから、現在までの進捗状況はおおむね順調に進展していると考えられる。最終年度はマウスの脳における一酸化炭素(CO)による二酸化炭素(CO2)の産生制御、及び脳虚血時の血流維持の可能性について検証した。まず定常状態の野生型マウスとCO産生酵素ヘムオキシゲナーゼ-2 (HO-2)欠損マウスの脳のCO2濃度をガスクロマトグラフ質量分析計を用いて測定した。13C標識グルコース投与10分後、野生型マウスと比較してHO-2欠損マウスの脳では13CO2の濃度が高い傾向が見られ、定常状態でCOは解糖系のfluxを抑制することでCO2産生を低値に保っている可能性が示唆された。次に左中大脳動脈閉塞による局所脳虚血モデルにより、脳梗塞時におけるHO-2のCO2産生に及ぼす影響について検討を加えた。13Cグルコースを投与したHO-2欠損マウスの13CO2濃度は、特に非虚血側において野生型マウスと比較して約75%に減少していた。このことから脳梗塞時にはHO-2は非虚血部位においてもCO2産生を一定のレベルに保つ役割を担っていることが示唆された。さらに研究期間全体を通して多光子レーザー顕微鏡による局所脳血流の測定を行い、最終年度は脳虚血時にHO-2によって保たれていることが予想されるCO2が脳血流を維持する可能性について検証した。マウスの総頸動脈に遠隔操作可能な血管結紮用のデバイスを設置し、多光子レーザー顕微鏡で全脳虚血前後の脳局所血流を測定した。結果、脳全体が虚血に陥った場合ではHO-2によるCO2の産生制御は脳血流の維持には寄与しない可能性が示された。これら最終年度に得られた知見は研究期間前半で得られたCOによるグルコース代謝制御と、その脳虚血時の役割をより詳細に示した意義を持つ。また脳のエネルギー代謝制御におけるHO-2による低酸素応答のin vivoでの検討結果は、虚血モデルの選択などの課題を示唆した点においても重要な知見であると考えられる。脳でヘムオキシゲナーゼ-2 (HO-2)により産生される一酸化炭素(CO)の役割を明らかにすることを目的とした。まず網羅的代謝解析と生体イメージングにより、野生型マウスとHO-2欠損マウスの脳血流代謝を比較することで、COは定常状態の脳でエネルギー代謝と血流を抑制していることを示唆する知見を得た。また脳虚血モデルマウスを用い、脳梗塞時には健常側においてもHO-2が機能しないとエネルギー代謝が大きく損なわれることを予測させる証左を得た。これらの知見によりCOは定常時にエネルギー代謝および血流を抑制することで、脳虚血に対応するための予備能を備える役割を担っている可能性を示した。