hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
地域熱供給計画支援都市熱環境シミュレーターの開発

本研究で開発した建築-都市-土壌連成系モデルは、建築伝熱・熱負荷計算サブモデル、芝生植栽・緑被サブモデル、土壌蒸発フラックスサブモデル、都市大気サブモデルおよび建物外皮からの蒸発フラックスモデルから構成され、完全連成系として取り扱うことができる都市熱環境シミュレーターである。これにより、都市のエネルギー消費密度や地表面被覆状態、建築形態など、建築熱環境および都市熱環境の設計上重要と思われる要因が都市高温化に及ぼす影響を定量的に評価する。先ず、都市高温化に関連する因子を網羅的に取り上げたバリエーションスタディを行い、気温については、特に空調システムの因子内水準差が突出して大きな値を示した。この結果から、特に気温と空調排熱量に影響を及ぼす8因子を選び、実験計画法に基づく直交表を用いた数値実験を行い、自然地被率が増加するほど気温は低下すること、蓄熱槽を有する場合と水熱源ヒートポンプによる地域冷暖房の場合、日最高気温を低下させることが認められた。顕熱フラックスに関しては、その日最高と日平均に対し、特に地被状態、内部発熱および空調システムの要因効果が大きく、日最低に対してはグロス容積率のみが有意であった。この直交表に基づく数値実験の結果、キャノピー空間の気温に特に大きな影響を及ぼすことが確認された空調システムに関して、3種類の個別熱源方式が混在する標準ケース、蓄熱槽を導入した場合、地域冷暖房を導入した場合の合計5種類を想定し、排熱高さの異なる3通りについて計算を行った。その結果、同じ空調システムであっても、屋上で排熱する場合と地表付近で排熱する場合では、大きな気温差が生じた。1.土壌表層を1点集中定数化近似し、その水分収支を解くことで、土壌の濡れ具合を動的に考慮する簡易モデルとして、土壌蒸発フラックスサブモデルを構築した。モデル上必須となる蒸発比-正規化含水率特性、重力透水フラックス-含水率特性および水分拡散フラックス特性を数種の土壌種について実験的に同定した(現在審査付論文投稿中)。2.実在建物外表面熱収支の長期測定を行い、降水後の人工被覆面からの蒸発量を簡易に評価する人工被覆面過渡蒸発フラックスサブモデルを構築した。モデルでは降水後の過渡的状況下の蒸発フラックスをいわゆる蒸発比により評価し、その減衰を考慮する点が最大の特徴である(現在審査付論文投稿中)。3.高さが同一または異なる2種類の直方体模型群を整形または千鳥に配置して合計16種類の都市キャノピーを模擬し、地表面近傍平均風速およびキャノピー内外風速の3次元的特徴を風洞実験により明らかにした。実験から得られた平均風速鉛直分布をもとに都市大気サブモデルである1次元キャノピーモデルの適用性を検証した(2000年3月発表)。4.福岡市の天神地区を高層高密都心の一例として模型化し、街路、オープンスペースなど複雑地表面における風速分布の3次元的特徴を風洞実験により調べた。また、同市の建物属性データベースを用い、1次元キャノピーモデルにあって建物の建て込み密度、高度分布を表す2つのパラメータに着目し、それらの都心から郊外への分布を調べた(2000年3月発表)。これらによりAUSSSMを構成する1次元キャノピーモデルの実在都市域への適用可能性や実在都市を模擬するモデルパラメータの妥当性を検討した。5.これまでシステムCOPだけで一元的に表現されていた建築空調設備の取り扱い法について改良を加え、AUSSSMへ接続する建築空調設備・都市熱源システムサブモデルのフレームを作成した。考案モデルは、負荷率や大気側条件により変動する各種熱源機器のCOP動特性を考慮し、蓄熱槽や地域冷暖房システムも対応したものであり、システムCOPの変動特性および排熱の廃棄場所を介してAUSSSMへ接続される。当該サブモデルは地域連携企業との密接な研究協議により得られた成果である。建築-都市-土壌連成系モデル(AUSSSM)におけるサブモデルの改良および更なるサブモデルの接続を行い、モデルとしての完成を目指すとともに、それによる一連の数値実験を行った。1.高さの異なる2種類の直方体模型群の整形配列および千鳥配列について、風洞実験により模型周辺気流を3次元メッシュ状に測定し、キャノピー内外の風ベクトルと乱流エネルギーの水平面内分布および平均風速と乱れの鉛直プロフィールの特徴を明らかにした。2.上記1.および実在高層高密都心の風洞模型実験結果に、粗度体積密度の関数として表現されるラフネスパラメーターを用いたキャノピーモデルを適用し、市街地上空のみならずキャノピー層内、地表面付近における街区の平均風速が精度よく予測できることを確かめた(査読付論文投稿中)。3.コンクリートスラブ面、アスファルト舗装面およびアスファルトシート防水面での長期実測データから積算蒸発量と積算降水量との関係、蒸発比と表面正規化水分量との関係を求め、昨年度に構築した降水後の人工被覆面からの蒸発量予測簡易モデルを改良した(査読付論文投稿中)。4.昨年度構築した土壌蒸発フラックスサブモデルに関連し、二相系熱水分同時移動方程式に基づく詳細モデルの数値計算により、砂と埴壌土の厚10cm,20cm,30cmの場合について、蒸発比-正規化含水率特性、重力透水-重量含水率特性および水分拡散-重量含水率特性を明らかにした。5.建築空調設備・都市熱源システムサブモデルをシステムCOPの変動特性および排熱の廃棄場所を介してAUSSSMへ接続し、蓄熱槽や地域冷暖房システムを含む19の空調システムに関し、キャノピー内気温および排出熱量を特性値とするバリエーションスタディを行った。

6.法定容積率500-800%の商業地域350×230m^2を対象とし、空調方式別の廃熱位置およびグロス容積率と粗度体積密度、表面積密度との関係を調査し、実在都市のモデルパラメーターを検討した。本研究で開発した建築-都市-土壌連成系モデルは、建築伝熱・熱負荷計算サブモデル、芝生植栽・緑被サブモデル、土壌蒸発フラックスサブモデル、都市大気サブモデルおよび建物外皮からの蒸発フラックスモデルから構成され、完全連成系として取り扱うことができる都市熱環境シミュレーターである。これにより、都市のエネルギー消費密度や地表面被覆状態、建築形態など、建築熱環境および都市熱環境の設計上重要と思われる要因が都市高温化に及ぼす影響を定量的に評価する。先ず、都市高温化に関連する因子を網羅的に取り上げたバリエーションスタディを行い、気温については、特に空調システムの因子内水準差が突出して大きな値を示した。この結果から、特に気温と空調排熱量に影響を及ぼす8因子を選び、実験計画法に基づく直交表を用いた数値実験を行い、自然地被率が増加するほど気温は低下すること、蓄熱槽を有する場合と水熱源ヒートポンプによる地域冷暖房の場合、日最高気温を低下させることが認められた。顕熱フラックスに関しては、その日最高と日平均に対し、特に地被状態、内部発熱および空調システムの要因効果が大きく、日最低に対してはグロス容積率のみが有意であった。この直交表に基づく数値実験の結果、キャノピー空間の気温に特に大きな影響を及ぼすことが確認された空調システムに関して、3種類の個別熱源方式が混在する標準ケース、蓄熱槽を導入した場合、地域冷暖房を導入した場合の合計5種類を想定し、排熱高さの異なる3通りについて計算を行った。その結果、同じ空調システムであっても、屋上で排熱する場合と地表付近で排熱する場合では、大きな気温差が生じた。改良を加えた建築一都市一土壌連成系モデルを用いて3種類の数値実験を行い、都市高温化の定量的要因解析を行った。1.都市高温化に関連する因子を網羅的に取り上げたバリエーションスタディを行い、気温については、特に空調システムの因子内水準差な突出して大きな値を示した。空調排熱量については、グロス容積率に加えて、熱負荷に影響を及ぼす窓面積率、内部発熱、空調設定温度および空調方式、排熱特性に関わる空調システムが因子内水準差の上位を占めた。2.上記バリエーションスタディの結果、特に気温と空調排熱量に影響を及ぼす8因子を選び、実験計画法に基づく直交表を用いた数値実験を行い、自然地被率が増加するほど気温は低下すること、蓄熱槽を有する場合と水熱源ヒートポンプによる地域冷暖房の場合、日最高気温を低下させることが認められた。3.前項の直交表に基づく数値実験の結果、キャノピー空間の気温に特に大きな影響を及ぼすことが確認された空調システムに関して、3種類の個別熱源方式が混在する標準ケース、蓄熱槽を導入した場合、地域冷暖房を導入した場合の合計5種類を想定し、排熱高さの異なる3通りについて計算を行った。
腸内細菌撹乱マウスの母乳解析に基づく仔の脳発達を促進する物質の網羅的探索

研究代表者が確立した「母体腸内細菌撹乱モデル」においては仔が行動の変容を呈す。このモデルの母親マウスと対照群の母親マウスの母乳を採取した。仔が生後9日目に達する時点での母乳におけるタンパク量とトリグリセリド量を測定したところ、明白な差異は認められなかった。ついで、研究分担者に依頼し、糖質分析によく用いられるHigh Performance Anion Exchangechromatography-Pulsed Amperometric Detection法(HPAEC-PAD)法により母乳中のオリゴ糖解析を行った。その結果、一部のオリゴ糖の母乳含有量が腸内細菌撹乱群で低下していることを見いだした。ただし、母乳中のラクトース濃度は変化していなかった。また、同じく生後9日目の母乳を用いてGC-MSを用いた母乳含有化合物の網羅的解析を行った。50種類強の化合物が検出されたが、一部の化合物を除き、両群間の明白な差異は認められなかった。明白な差異が認められた化合物も必ずしも子が依存する栄養素とは考えにくいものであり、対照群と母体腸内細菌撹乱群の母乳の間で明白な質的な違いを示す含有物はオリゴ糖のみであった。オリゴ糖入手が可能であったため、オリゴ糖を母体腸内細菌撹乱モデルの仔へ生後5-14日目にかけて経口投与する介入試験を実施した。母体腸内細菌撹乱モデルの仔の腸内細菌叢については多様性の低下という特徴があることが分かっているが、腸内細菌叢の網羅的解析の結果、部分的ながら仔の腸内細菌叢の多様性が上昇する結果を得ている。Lactobacillus属を初めとして、いくつかの細菌属の占有率に変化が観察された。また、母体腸内細菌叢撹乱モデルの仔の行動には低活動や過度に壁沿いを好む空間嗜好性などの特徴があるが、仔への行動実験の結果、一部の行動に限っては顕著に正常な方向へ変化する結果を得た。仔を出生後の母親マウスから麻酔下で、オキシトシン投与による母乳採取の方法を確立した。搾乳器などを用いるより、手で乳房を揉む手法が最も確実に、かつ母親への負担が少なく母乳を採取できることが明らかになった。仔を出生後3日、9日目、16日目などの母乳採取を試みたが、出生後日数を経るにつれて採取が容易になり、1匹より採取可能な母乳量も増えることが明らかになった。その上で、研究代表者が確立した「母体腸内細菌撹乱モデル」の母親マウスと対照群の母親マウスの母乳を採取した。結果は現在解析中であるが、一部の化合物で両群間の差異が観察されている。また、オリゴ糖の入手が可能であったため、オリゴ糖を母体腸内細菌撹乱モデルの仔へ生後5-14日目にかけて経口投与する介入試験を実施している。もともとの母体腸内細菌撹乱モデルの仔の腸内細菌叢については多様性の低下という特徴があることが分かっているが、腸内細菌叢の網羅的解析の結果、部分的ながら仔の腸内細菌叢の多様性が上昇する結果を得ている。また、母体腸内細菌叢撹乱モデルの仔の行動には低活動や過度に壁沿いを好むなどの特徴があるが、仔への行動実験の結果、一部の行動については正常な方向へ変化する結果を得ている。母体腸内細菌撹乱モデルの対照群と腸内細菌撹乱群の母乳について、タンパク、トリグリセリド、糖に関し比較は完了した。またGC-MSによる母乳含有化合物の網羅的解析を行っており、その結果の解析を進めている。母体腸内細菌撹乱モデルの母乳において、対照群の母乳に比べ、一部の母乳オリゴ糖濃度の減少も見いだしている。本研究開始時点で、マウス母乳採取法から、マウス母乳の成分などの情報が殆ど無かった点から見ると、研究は順調に進展していると考えている。また、オリゴ糖の比較解析の結果を基に、オリゴ糖を仔に投与し、その腸内細菌叢や行動を観察する実験もすでに開始している。その点でも順調に進展していると考えている。

50種類強の化合物が検出されたが、一部の化合物を除き、両群間の明白な差異は認められなかった。明白な差異が認められた化合物も必ずしも子が依存する栄養素とは考えにくいものであり、対照群と母体腸内細菌撹乱群の母乳の間で明白な質的な違いを示す含有物はオリゴ糖のみであった。オリゴ糖入手が可能であったため、オリゴ糖を母体腸内細菌撹乱モデルの仔へ生後5-14日目にかけて経口投与する介入試験を実施した。母体腸内細菌撹乱モデルの仔の腸内細菌叢については多様性の低下という特徴があることが分かっているが、腸内細菌叢の網羅的解析の結果、部分的ながら仔の腸内細菌叢の多様性が上昇する結果を得ている。Lactobacillus属を初めとして、いくつかの細菌属の占有率に変化が観察された。また、母体腸内細菌叢撹乱モデルの仔の行動には低活動や過度に壁沿いを好む空間嗜好性などの特徴があるが、仔への行動実験の結果、一部の行動に限っては顕著に正常な方向へ変化する結果を得た。現在進めているオリゴ糖による母体腸内細菌撹乱モデルの仔への介入試験を完了し、糞便解析を進め、オリゴ糖による脳発達促進効果を確認する作業を行う予定である。その結果を基に論文を発表したいと考えている。また、母体腸内細菌撹乱モデルにおいては仔に行動の変化が観察される。さらに、その仔にオリゴ糖を用いた介入をすることで、腸内細菌叢の変化に伴い行動の変化(正常化)が観察されている。これらのメカニズムについて、脳の組織学的比較を行い、明らかにしていきたいと考えている。具体的には、アストロサイト、オリゴデンドロサイト、ミクログリアなどの分布や数を指標に比較を行い、またc-fos陽性細胞による脳の活性化部位の可視化などの方法で比較を行っていきたいと考えている。解析が順調に進み、初年度に計画していた解析自体の費用そのものは圧縮できた。ただし、大学の設備状況から、次年度に予定していた組織学的解析などにおいて、複数の機器が新たに必要になり、消耗品も本来の計画より多く必要となることを認識した。そのため、次年度におけるそれらの購入費用に初年度の費用を一部使用することにした。
安曇野における滞在型グリーンツーリズムと地域活性化

今回の申請は、安曇野が持っている豊かな自然環境や文化的な土壌を活かして、グリーンツーリズムあるいはエコツーリズムという視点で観光産業を発展させ、地域の活性化を図ろうとするものであった。特に、この地域では多くの方々が同じ思いで、独自の取組をされているが、それらがなかなか有機的に結びついていないという欠点を持っていた。それを大学という学術的な面での拠点を活かして、人と人とを結びつけ、新たな事業展開を図ることを一つの大きな目標にしていた。この点に関しては、2度の集いを開催し、各回70名を越える参加者を得ただけではなく、参加者自らが情報ネットワークを構築して、互いの情報交換を頻繁に行おうというところまで進展させることが出来た。参加者同士での知識や技術の交換も行われ、こうした方向性に参加された多くの方々が意を強くされた集会となった。一方で、安曇野が持つ観光資源をさらに広い視野で捉えようと、国内においては、産地直送や安全安心をテーマとした都市と農村の交流を活性化させることや、ユニバーサルデザイン化された観光地という視点での問題点洗のい出し、さらには環境を重視した世界的な取組などを、地域の方々と連携しながら学ぶ中で、これからの安曇野観光を共に考える機会が持てたと思われる。また、行政との連携という視点では、安曇野観光ネットワーク推進協議会やそれがさらに発展した、安曇野ブランドデザイン会議の進展などの成果があり、その後も大学と国営アルプスあづみの公園などが連携して、地域住を巻き込んだ健康づくりの活動も進んできている。また団塊の世代を対象とした、エコツーリズムのプランも旅行業者や地元観光業界などとの提携で、順調な足取りを踏み出して来ている。(1)安曇野における観光の組織化:安曇野において、それぞれの関係する分野で活躍している方々は大勢いるが、それを纏め上げるリーダーシップが求められていた。この役割を果たすために、各個人から話を聞きながら、課題を探るという調査・研究活動を行った。それは、年度末に行った2回にわたるシンポジウムとして結実した。お互いの経験を出してもらいながら、困っていること、セールポイントなどを率直に示していただけたので、7080名の参加者が顔見知りになれたこと、そしてインターネットを通した交流の場を設定できたことも大きな成果といえる。(2)行政との連携:安曇野市の各種団体を中心とした、「信州安曇野観光ネットワーク推進協議会」が設立され、市長を会長に、私が副会長に就任して、観光施策の五年計画を策定することになった。ここがまとめたプランは、国土交通省が支援する「観光地づくり実践プラン」において、全国9つのうちの一つに選定された。その後、会内にいくつかの分科会が組織され、安曇野観光の推進部隊として、そして産・官・学連携のモデルケースとして、前向きな取組が開始されている。(3)都市と地方の交流について:安曇野の景観(アルプスや田園風景)を守ることは、直ちに農業の活性化と不可分につながっている。都市部との交流を通した、りんごの木オーナー制度や農業体験など農業を活性化する方策を探りながら、観光とも結びついたグリンツーリズムの展開で、副収入も得ていく方向が模索された。(a)厚木にある湘北短大との交流授業も、都市と農村の交流推進の一環であり、私のゼミの学生が中心となって「若者とグリーンツーリズムの将来性」などへの考察(雑誌「学友」に卒論が掲載)もなされている。また、旧豊科町と姉妹提携していた武蔵野市にも出かけ、交流を通じた農業振興についても探求した(近い将来、調査報告集が出る予定)。昨年度の実績を踏まえ、今年度は安曇野に観光客を集めるという視点から研究を進めた。(1)エコ・ビレッジ講演会:環境に配慮したまちづくりと観光振興エコツーリズムの理論的深化を図るために、海外での取組を学ぼうと、国際的に活躍されている方々によるシンポジウムを開催した(益山

代利子氏が主に担当)。現在講演会の概要を翻訳し、公開する準備を進めている。(2)安曇野でのUD観光を目指して:台湾からの身障者受け入れユニバーサルデザイン(UD)化され、誰もが楽しめる観光地・安曇野を目指すために何が課題となるかを調査を行った。台湾から障害を持った方々が訪問するという機会を捉え、改善点を探った。宿泊、トイレ、輸送、言葉など多くの点が認識できた(尻無浜博幸准教授の協力を仰いだ)。これをもとに、松本市政施行100周年を記念した、松本UDネットワーク研究会(会長:住吉広行)が担当する行事において、報告発表する準備を進めている。(3)美術をテーマとした観光振興の調査・研究:取手市/直島の視察エコ・ツーリズムという視点では、安曇野にあるアートラインを安曇野観光に、もっと生かすにはどうすれば良いのかについて、他の取組からも学ぼうと視察を行った(山根宏文氏が担当した)。一つは取手市で、もう一つは直島である。(4)安曇野市観光ネットワーク推進協議会顧問:観光プラン作成昨年度から引き続き、安曇野市の観光による地域活性化の一翼を担う、協議会の顧問としての活動に加わった(住吉広行が担当)。ワーキング・グループでは、道祖神めぐりを中心にした、サイクリングマップの作成などに成果をあげている。また来年度は、安曇野市と松本大学の間で正式な協定を結んで協力していくことになった。
バセドウ病眼症皮膚症におけるHSP70およびTSH受容体の遺伝子工学的検討

バセドウ病眼症の手術時に後眼窩より脂肪組織を採取し、RNAを抽出しRT-PCRを行いHeat shock protein(HSP)70 mRNAを測定したところ、甲状腺組織と比較してかなり多量にHSP70 mRNAを発現していることが判明した。また患者組織より線維芽細胞を培養しHeat shockを加え、正常皮膚線維芽細胞と比較検討を行ったところ43度2時間という比較的強力なheat shockでは正常細胞との差を認められなかった。すなわち線維芽細胞そのものにおいてはかなり多量にHSP70を産生する能力を有することが判明した。次にこのような線維芽細胞のにおけるHSP70遺伝子の発現を抑制する物質を検索ため比較的緩やかな条件(42度1時間)でheat shockを加えHSP70のmRNAを測定した。他の細胞でHSP70の発現を抑制することが報告されているQuercetinは明らかな抑制作用は認められなかったが皮膚線維芽細胞においてヒアルロン酸の産生を抑制すとされるall-trans-retinoic acidの前処理によりHSP70mRNAの産生が抑制される事が判明した。また、遺伝子発現による影響を検討するためHSP70遺伝子に対するAntisense mRNAを発現するようにVectorに組み込んだものとヌクレアーゼに耐性であるS化で修飾を行ったAntisense Oligonucleotideを作成した。これらを用いてHSP70遺伝子発現を抑制すると甲状腺細胞の分化機能を促進し細胞増殖を抑制することが可能であった。さらにこの方法を用いて患者後眼窩線維芽細胞のプロテオグリカン産生が抑制できるか検討を行っているところである。
大腿骨頭の局所血流量を評価する新たな磁気共鳴パラメータ開発

頭側の総腸骨動脈に対しSaturation pulseを印加した場合と印加しなかった場合とでT2緩和時間を比較検討した。Saturation pulseを印加しない場合では、T2緩和時間は77.6±4.4 msecであったが、大腿骨頭の上下にsaturation pulseを印加した場合は、75.6±5.2msecと、T2緩和時間は2msec程度短縮した。(p<0.05)しかしこの差は小さく、T2緩和時間の2.5%程度であり、計算上は有意差を認めたが、画像から視覚的に両者の差を判断することは困難であった。(方法)頭側の総腸骨動脈に対しSaturation pulseを印加した場合と印加しなかった場合とでT2緩和時間を比較検討した。(結果)(考察)血液のT2緩和時間は比較的長いと考えられるので、Saturation pulse印加によって流入する血液のSignal intensityが低下したために、全体としてT2緩和時間の短縮が生じたと推定される。したがって、動脈の上流側へのSaturation pulse印加の有無によるT2緩和時間の違いは、血流量を推定するパラメータとして利用できる可能性が考えられる。しかし、T2緩和時間の差は1.5%程度と、僅かであり、現在の方法のままでは臨床への応用は困難と考えられ、計測方法の改良を重ねている。一案として、心臓で使われているBlack blood imagingを応用し、血液のT1緩和を利用して血液の信号を抑制する方法の有無によるT2緩和時間の違いやSignal intensity自体の違いを利用する方法について検討を始めている。
定理自動証明に基づくプログラム変換システムの研究

定理自動証明や計算モデルで広く利用されている項書き換えシステムの理論に基づいて、プログラム自動変換を実現するための基礎理論と実験システムを開発した。研究成果としては、プログラム変換のための変換パターン自動抽出アルゴリズムの提案と実験システムの構築、高階プログラムの新しい停止性証明法の提案、書き換え帰納法のための補題自動導入アルゴリズムの提案と実験システムの構築、分割統治法による項書き換えシステムの合流性自動判システムの開発を行った。変換パターンに基づくプログラム変換を多くのプログラム変換に適用するためには、変換パターンの蓄積が必要である。そこで、具体的なプログラム変換やより一般的でない変換パターンから、より一般的な変換パターンを抽出する方法について検討を進めた。2階の一般化アルゴリズムを提案し、その健全性の証明を与えた。一般化アルゴリズムに基づき、変換パターン抽出実験システムを構築し、変換パターンの抽出実験を行った。現在のアルゴリズムでは変換に利用するには不適当なパターンも多数同時に抽出してしまう。そこで、変換に利用可能なパターンの抽出を容易にするためのヒューリスティクスについて検討を行い、いくつかの変換パターンの抽出に成功した。また、プログラム変換をより広いクラスに適用するためのS式書き換えシステムのための停止性証明法について検討を進めた。プログラム変換の正当性検証時に必要な書き換え帰納法を強化するために、書き換え帰納法の高度化の研究を進めた。特に反証機能つきの書き換え帰納法に適した補題自動導入法について検討を行った。発散鑑定法を改良し、健全性を持つ発散鑑定法を提案した。実験システムを実装するとともに証明システムのベンチマークとなる例題集を抽出し、他の書き換え帰納法に基づく定理証明器との比較実験を行った。また、プログラム変換の正当性検証や反証付き書き換え帰納法を利用するために必要な合流性を保障する方法について検討を進めた。停止性の検証器は多数提案されているのに対して、合流性の検証器の提案はあまりなされていないため、合流性の自動検証法について実験システムを構築し検討を行った。合流性の十分条件を満たさない項書き換えシステムについて分解手法を用いる判定法を利用することの検討を行い、分解手法を利用した合流性検証器の提案を行った。(i)プログラム変換をより広いクラスに適用するためには、関数引数の取り扱いを可能とする高階関数型言語への拡張が不可欠である。そこで、高階関数型言語の計算モデルであるS式書き換えシステムの停止性について解析し、非常に簡明な停止性の証明方法を与えた。さらに、その結果に基づいて従来よりも強力な停止性判定方法を提案した。(ii)プログラム変換の正当性検証や反証付き書き換え帰納法を利用するためには、本研究の計算モデルである項書き換えシステムの合流性を保証することが必要となる。そこで、与えられた項書き換えシステムの合流性を自動的に判定する方法を提案し、それにもとづく合流性自動判定システムのプロトタイプを実装した。本システムの特徴は、項書き換えシステムを部分システムに分解して合流性を判定する分割統治法を利用している点である。多くの文献から抽出した例題をもちいて合流性自動判定の実験を行い、本判定システムの有効性を示した。なお、合流性の自動判定システムの本格的な開発は本研究が世界初であり、ここで得られた実験データは高機能なプログラム変換システムの開発に不可欠である。(iii)プログラム変換の正当性検証時に必要な書き換え帰納法を強化するために、反証機能つきの書き換え帰納法に適した補題自動導入法について検討を進めた。具体的には、従来知られていた発散鑑定を改良し、健全性を持つ発散鑑定法を開発した。さらに、実験システムの改良を進めるとともに、システムのベンチマークとなる例題集を充実させ、他の証明システムとの比較実験をとおして提案手法の有効性を明らかにした。現存のアルゴリズムでは変換に利用するには不適当なパターンも多数同時に抽出してしまう。そこで、変換に利用可能なパターンの抽出を容易にするためヒューリスティクスについて検討を行い、とくつかの変換パターンの抽出に成功した。

停止性の検証器は多数提案されているのに対して、合流性の検証器の提案はあまりなされていないため、合流性の自動検証法について実験システムを構築し検討を行った。合流性の十分条件を満たさない項書き換えシステムについて分解手法を用いる判定法を利用することの検討を行い、分解手法を利用した合流性検証器の提案を行った。
河道横断構造物護床工下流部の洗掘機構の解明と環境・防災機能の分析・評価

本研究では、取水堰や落差工などの河道横断構造物護床工下流部の流れの遷移特性や洗掘穴の発達機構を解明し、その安全で合理的な設計法を確立することを目的として、実際河川の資料収集と調査・観測及び系統的な水理実験や数値解析の結果から、構造物周辺の流れと洗掘機構及びその環境・防災機能について詳細な検討を行った.主要な成果を以下にまとめる。岡山県百間川二の荒手堰堤の構造やその歴史的変遷、洪水による被災履歴などの資料を収集し、洪水時に生じる堰堤下流部の局所洗掘に対する構造上の問題点を明らかにするとともに、現況の河道断面や河床材料の調査を行い、洪水時の流況や河床変動量を観測する準備を行った。また、現地河道の力学的相似模型を用いた水理実験を行い、その結果から堰を越流する流れによる下流河床の洗掘特性とその支配要因を明らかにするとともに、洗掘軽減対策としての護床工の様式と合理的な施工範囲について検討した。護床工のモデルとしては、3種のイボ型粗度(6脚ブロック、半球粗度及びホロースケアブロック)と蛇籠工を用い、護床工粗面固定床から移動床への流れの遷移特性、最大洗掘深とその発生位置の時間変化などの河床の変動特性及び護床工による洗掘軽減効果に関して考察を行った。さらに、これらの実験結果を検証するために、移動一般曲線座標系を用いた流れ及び河床変動の平面二次元数値計算を行い、その適合性を評価するとともに、現地スケールの現象に対するモデル定数の同定や適切な境界条件の設定など、実河川における局所洗掘量の予測精度の向上を試みた。本研究は、取水堰や落差工などの河道横断構造物護床工下流部の流れの遷移特性や洗掘穴の発達機構を解明し、その安全で合理的な設計法を確立することを目的として、実際河川の資料収集と調査・観測及び系統的な水理実験や数値解析の結果から、構造物周辺の流れと洗掘機構及びその環境・防災機能について詳細な検討を行うものである.平成14年度では、岡山県百間川二の荒手堰堤の構造やその歴史的変遷、洪水による被災履歴などの資料を収集し、洪水時に生じる堰堤下流部の局所洗掘に対する構造上の問題点を明らかにするとともに、現況の河道断面や河床材料の調査を行い、洪水時の流況や河床変動量を観測する準備を行った。本研究は、取水堰や落差工などの河道横断構造物護床工下流部の流れの遷移特性や洗堀穴の発達機構を解明し、その安全で合理的な設計法を確立することを目的として、実際河川の資料収集と調査・観測及び系統的な水理実験や数値解析の結果から、構造物周辺の流れと洗掘機構及びその環境・防災機能について詳細な検討を行うものである.平成15年度では,昨年度に引き続き以下の研究を行った。1)岡山県百聞川二の荒手堰堤の構造やその歴史的変遷、洪水による被災履歴などの資料を収集し、洪水時に生じる堰堤下流部の局所洗掘に対する構造上の問題点を明らかにするとともに、現況の河道断面や河床材料の調査を行った.

2)現地河道の力学的相似模型を用いた水理実験を行い、その結果から堰を越流する流れによる下流河床の洗掘形状と水面形の変化過程及び最大洗掘深とその発生位置の時間変化などの河床の変動特性に関して検討した。また、譲床工ブロック間の空隙からの砂の吸い出し現象に関して、浸透流速と吸い出し量及び河床変動特性との関係を明らかにした。さらに、これらの実験結果を換証するために、移動一般曲線座標系を用いた流れ及び河床変動の平面二次元数値計算を行い、その適合性を評価するとともに、現地スケールの現象に対するモデル定数の同定や適切な境界条件の改定など、実河川における局所洗掘量の予測精度の向上を試みた。3)護床工の浄化作用に関して、実河川(瀬戸川)での水質調査及び模型実験からその指標となる再ばっき係数を評価するとともに、再ばっき係数と護床工の様式や洗掘形状との相関関係及び流れ特性、特に鉛直方向の乱れ強度との関連性について検討した。4)以上の結果に基づいて、環境機能を含めた洗掘現象の合理的な解析手法を提案する。
骨格筋の代謝の可塑性に基づくサルコペニアの病態解明と応用

多くの疫学研究でサルコペニアと高齢者の死亡率・介護リスクや老年病症候群は密接な因果関係があることが示されている.筋量・筋力の低下(myopenia)ではサルコペニア前期・早期の病態を評価することは難しく、筋の機能低下(dynapenia)や質的変化に着目した評価法が必要である.申請者は健康で若い筋の筋線維タイプは可塑的に変化するが、様々な原因による筋萎縮では不可逆的な線維タイプ変化が誘導され、筋の代謝変換を伴うことに着目した.サルコペニア前期・早期に起きる代謝変換を伴う筋の質的変化との関連性で、運動も食事も共に筋の代謝活性の可塑的で律動的変化を誘導することに着目して研究を遂行する.多くの疫学研究でサルコペニアと高齢者の死亡率・介護リスクや老年病症候群は密接な因果関係があることが示されている.筋量・筋力の低下(myopenia)ではサルコペニア前期・早期の病態を評価することは難しく、筋の機能低下(dynapenia)や質的変化に着目した評価法が必要である.申請者は健康で若い筋の筋線維タイプは可塑的に変化するが、様々な原因による筋萎縮では不可逆的な線維タイプ変化が誘導され、筋の代謝変換を伴うことに着目した.サルコペニア前期・早期に起きる代謝変換を伴う筋の質的変化との関連性で、運動も食事も共に筋の代謝活性の可塑的で律動的変化を誘導することに着目して研究を遂行する.
アトピー性皮膚炎の痒みに関連した因子の単離、同定および機能解析

本研究の目的は、末梢および中枢神経系における痒みに関連する因子の検索を行い、アトピー性皮膚炎に見られる慢性的な激しい痒みの機序を明らかにし、最終的にはその痒みの制御方法を検討することにある。前年度の研究成果により、自然発症的にアトピー性皮膚炎に類似した皮膚炎を呈するNCマウスが痒み関連行動としての引っ掻き動作を慢性的に示すことと、大脳皮質内の転写因子MEF2Cが増加が痒みの感覚あるいは知覚の形成に関連していることが明らかになった。そこで、アトピー性皮膚炎の痒みを抑制する新たな薬物探索を今年度の目的とし、ターゲットとして種々の和漢薬に着目した。ヒトのそう痒症に処方される漢方方剤のうち22種を選び、それらの煎液エキスの抗そう痒活性をpreliminaryに且つ効率的にスクリーニングするために、substance PをICRマウスに皮内投与して惹起される一過性の掻き動作をモデルとして検討した。各漢方方剤エキスを200mg/kgの用量で経口投与した結果、白虎加人参湯が有意に掻き動作を抑制した他、加味逍遥散、当帰飲子、荊芥連翹湯、温経湯も抑制傾向を示した。次に、これら5方剤の200mg/kgでの経口投与による、NCマウスの掻き動作に対する効果を調べたところ、白虎加人参湯と加味逍遥散がそれぞれ対照群の53.8%、60.7%にまで抑制した。この2方剤の投与による、大脳皮質内のMEF2CmRNAの変化をRT-PCR法で検討したが、いずれも場合も変化は認められなかった。ヒトのそう痒症に対する効能が知られる生薬37種を選び、それらのメタノール抽出エキスの抗そう痒活性を、substance P誘発の痒みモデルに200mg/kgの用量で経口投与し検討したところ、敗醤根、蛇床子、連翹、升麻、玄参に有意な痒み抑制効果が認められた。現在、これらのエキスを更に分画し、抗そう痒活性成分の同定を行っている。本研究の目的は、末梢および中枢神経系における痒みに関連する因子の検索を行い、アトピー性皮膚炎に見られる慢性的な激しい痒みの機序を明らかにすることである。まず、アトピー性皮膚炎に伴う痒みの動物モデルを確立するために、自然発症的にアトピー性皮膚炎に類似した皮膚炎を呈するNCマウスに着目し、痒み関連行動としての引っ掻き動作を観察対象とした。無人下でのビデオ観察の系を用いてNCマウスの引っ掻き行動を定量した結果、皮膚炎を発症したマウスでは慢性的な激しい引っ掻き行動が見られることが明らかになった。また、NCマウスのうち激しい引っ掻き行動を示す個体の、引っ掻き部位の皮膚、後根神経節、脊髄、脳核部位の組織を摘出し、引っ掻き行動を示さない個体を対照郡としたDifferential Display法を行った。発現量に差の認められた279クローンの解析の結果、引っ掻き行動群の大脳皮質中で転写因子のMEF2C mRNAが増加していることが示され、このことはRT-PCRによる定量実験によっても確認できた。正常マウスの皮内にセロトニンを投与すると一過性の引っ掻き行動が見られるがこの際には大脳皮質内のMEF2C mRNA増加は認められなかった。MEF2Cの引っ掻き行動に対する関与をさらに調べるために引っ掻き行動を示しているマウスの脳室内にMEF2C mRNAに対するアンチセンスオリゴマーを投与し、大脳皮質内のMEF2C mRNA発現量を減少させた場合の引っ掻き行動への影響を検討した。MEF2Cは脳内では大脳皮質特異的な発現を示すことが明らかになっているため、脳室内投与でも他の部位への影響を考えずに行えると判断した。生理食塩水やミスマッチオリゴマー投与の対照群と比較して、アンチセンス投与群では引っ掻き行動が有意に抑制された。アンチセンス投与による鎮静や運動失調は見られなかったため、このMEF2Cの減少による引っ掻き行動の抑制は、運動系の抑制を介した結果というよりは、痒みの感覚・知覚の抑制によるものだと推測される。以上の結果から、NCマウスが慢性的な痒みのモデル動物となること、大脳皮質における慢性的な痒みの感覚・知覚の機序にMEF2Cが関与していることが示唆された。

次に、これら5方剤の200mg/kgでの経口投与による、NCマウスの掻き動作に対する効果を調べたところ、白虎加人参湯と加味逍遥散がそれぞれ対照群の53.8%、60.7%にまで抑制した。この2方剤の投与による、大脳皮質内のMEF2CmRNAの変化をRT-PCR法で検討したが、いずれも場合も変化は認められなかった。ヒトのそう痒症に対する効能が知られる生薬37種を選び、それらのメタノール抽出エキスの抗そう痒活性を、substance P誘発の痒みモデルに200mg/kgの用量で経口投与し検討したところ、敗醤根、蛇床子、連翹、升麻、玄参に有意な痒み抑制効果が認められた。現在、これらのエキスを更に分画し、抗そう痒活性成分の同定を行っている。
ポーラスシリコンを用いた太陽光動作光触媒素子の開拓

本研究では水素原子を終端したシリコン完全結晶表面をポーラスシリコンの理想モデルと見なして単純な平坦面から凸凹なポーラス面に至る試料について順次光電気化学的特性を解析し、光触媒効果を原子的素過程として解明する。即ち光照射によりシリコン内部で励起された電子が表面に吸着する水素と電荷の授受を行い、分子として脱離する過程を電気化学分光、電子分光、赤外分光などの測定技術を駆使して詳細に解析することを目的とした。初年度に光電気化学セルを作製し、2年度に引き続いて電解液中の電気化学測定と走査トンネル顕微鏡、原子間力顕微鏡測定並びにラマン散乱分光による反応過程のその場観察を行った。また赤外分光、超高真空走査トンネル顕微鏡と高分解能電子エネルギー損失分光の組み合わせ装置により、反応中間体や生成物の同定を試みてきた。3年次において以下の結果と結論を得た。1.シリコンは表面を水素で終端することにより、還元電位より卑であれば電機化学的に極めて安定であることがわかった。これにより良質なショットキ障壁が形成される。2.H+がHに還元される反応では表面を終端する水素は脱離することなく結合し、安定な電極として働くことが重水素をつかった赤外分光測定で明らかになった。3.更にこの反応において電解液中のHは表面のみならず内部にまで侵入し、表面準位を形成することがわかった。この表面準位が電気化学反応の効率に重要となることがわかった。これに表面の凸凹が加わると表面積を増やすことのみならずに反応活性点も増加し、極めて高効率の電極になることが始めて理解されるに至った。本研究では水素原子を終端したシリコン完全結晶表面をポーラスシリコンの理想モデルと見なして単純な平坦面から凸凹なポーラス面に至る試料について順次光電気化学的特性を解析し、水素発生などの光触媒効果を原子的素過程して解明することを目的とした。先ず主要設備として光電気化学セルを設計、制作した。これを用いて電解液中の電気化学測定とラマン散乱分光が同時に行えるその場観察可能な装置を組み上げた。本装置を用いて、(100),(110),(111)面を持つシリコン電極について塩酸を電解液として光照射下での電気化学的測定を行った。初年度は平坦面についての基礎測定を中心に実験を進めた。弗酸処理して水素を終端したn型シリコンを陽極酸化し、厚さ数十から数百ナノメータの表面をポーラ化した試料を得た。この試料について、光起電力、ボルタモグラム、インピーダンス測定を行って水素発生に至る電気化学的過程を追跡した。始めに、n型にするための不純物を燐として電子濃度は10^<13>10^<18>/ccにした。インピーダンス測定からシリコン表面と電解液との間に誘起される微分容量を調べたところ、試料のフェルミ準位から0.2eVのところに表面状態が存在することがわかった。この表面状態を経由して電気化学反応が進行すること、表面状態の数は不純物濃度、ポーラス表面の厚さに比例することもわかった。この結果から、表面状態は燐原子によるもので、水素と複合体を作ることで化学反応が進行すると解釈した。本研究では水素原子を終端したシリコン完全結晶表面をポーラスシリコンの理想モデルと見なして単純な平坦面から凸凹なポーラス面に至る試料について順次光電気化学的特性を解析し、光触媒効果を原子的素過程として解明することを目的とした。即ち光照射によりシリコン内部で励起された電子が表面に吸着する水素と電荷の授受を行い、分子として脱離する過程を電気化学分光、電子分光、赤外分光などの測定技術を駆使して詳細に解析した。主要設備として初年度に光電気化学セルを作製し、電解液中の電気化学測定とラマン散乱、トンネル分光等と組み合わせた測定により反応過程のその場観察を行った。これによりシリコンの電極触媒としての性能を評価した。先ずシリコン表面が光照射下において水素原子の吸着、解離を効率よく進行させる反応場として理想的であることに着目し、電解液中の水素発生反応を追跡した。実験として水素終端シリコン平面から出発し、反応活性の最も高い複雑なポーラス面に至る試料について実験を行った。これにより、対称性の高い平坦な結晶表面からテラスやステップ、キンクの密度を次第に増加することによる表面の粗さを関数として反応機構を物理的・化学的両面から追跡した。次にシリコンのポーラス化及びポーラス層の厚さを段階的に増やし、硫化水素を分解して水素を発生させる反応の効率測定と最適化を行った。更にp型シリコンを用いた還元反応による水素発生と逆にn型シリコンを用いた酸化反応による酸素発生についても反応効率と安定性を調べた。これによりp型とn型シリコンを組みあわせて水の光分解までを試み、シリコンの光触媒としての性能を評価した。

初年度に光電気化学セルを作製し、2年度に引き続いて電解液中の電気化学測定と走査トンネル顕微鏡、原子間力顕微鏡測定並びにラマン散乱分光による反応過程のその場観察を行った。また赤外分光、超高真空走査トンネル顕微鏡と高分解能電子エネルギー損失分光の組み合わせ装置により、反応中間体や生成物の同定を試みてきた。3年次において以下の結果と結論を得た。1.シリコンは表面を水素で終端することにより、還元電位より卑であれば電機化学的に極めて安定であることがわかった。これにより良質なショットキ障壁が形成される。2.H+がHに還元される反応では表面を終端する水素は脱離することなく結合し、安定な電極として働くことが重水素をつかった赤外分光測定で明らかになった。3.更にこの反応において電解液中のHは表面のみならず内部にまで侵入し、表面準位を形成することがわかった。この表面準位が電気化学反応の効率に重要となることがわかった。これに表面の凸凹が加わると表面積を増やすことのみならずに反応活性点も増加し、極めて高効率の電極になることが始めて理解されるに至った。
糸状菌のセルラーゼ誘導生産に与えるβ－グルコシダーゼ変異のインパクト

セルラーゼ高生産糸状菌Trichoderma reeseiにおいて菌体内のβ-グルコシダーゼII(BGLII)の変異によってセルラーゼの高生産化がもたらされることが明らかになっている。これは、変異BGLIIの糖転移活性によってセロビオースからセルラーゼの生産を促進する誘導物質の生産が強化/改変されていると考えられ、本研究はBGLIIの変異点が酵素活性に与える影響の解明、セルラーゼの誘導発現における意味を明らかにすることを目的としている。本研究の計画は<1>BGLIIの変異点(409番目のアミノ酸)を全てのアミノ酸に置換した変異ライブラリーの作製およびその酵素学的諸性質の解析<2>BGLII糖転移産物の同定<3>として<1>で構築したアミノ酸に置換した変異ライブラリーのT. reeseiにおける発現である。<1>大腸菌を用いた発現では野生型ではバリンである409番目のアミノ酸を他の19種類のアミノ酸に変異させた20種のうち、16種の発現に成功した。そのうち9種について可溶性画分に発現していたため単一にまで精製した。また、不溶性画分に発現したもののうち1種はタンパク質の再折りたたみ実験によって可溶化に成功し、別の1種は酵母において発現に成功した。得られた変異酵素について加水分解活性、糖転移活性等の解析を行ったところ、セリン、スレオニンに置換したものは野生型にくらべて加水分解活性および糖転移活性が増強されていることが明らかとなった。<2>セロビオースを基質とした糖転移産物の同定に関しては、糖転移産物の完全アセチル化およびリサイクルクロマトグラフィーによって5成分を分離することに成功した。糖転移産物は2糖から5糖まで種々のものが得られたが、それぞれがどのような糖なのかを同定するには至らなかった。<3>T. reeseiにおける19種の変異酵素の発現であるが、15種類の変異酵素発現株の構築まで成功した。そのうち、T型変異酵素の発現株が、F型変異よりも高い酵素生産性を示すことを明らかにした。セルラーゼ高生産糸状菌Trichoderma reeseiにおいて菌体内のβーグルコシダーゼII(BGLII)の変異によってセルラーゼの高生産化がもたらされることが明らかになっている。当初の計画では28年度29年度の2年間で<1>BGLIIの変異点(409番目のアミノ酸)を全てのアミノ酸に置換した変異ライブラリーの作製およびその酵素学的諸性質の解析<2>BGLII糖転移産物の同定を行う予定であった。<1>に関しては、大腸菌を用いた発現では野生型ではバリンである409番目のアミノ酸を他の19種類のアミノ酸に変異させた20種のうち、16種の発現に成功した。また、不溶性画分に発現したもののうち1種はタンパク質の再折りたたみ実験によって可溶化に成功し、それ以外および発現しなかった変異体を酵母において発現を試みたところ1種の発現に成功した。現在それらの物質の同定を進めている。また、平成29年度より開始する予定であったT. reeseiにおける19種の変異酵素の発現であるが、先行して着手し、15種類の変異酵素発現株を構築した。2829年度に計画していたものの内、<1>BGLIIの変異点(409番目のアミノ酸)を全てのアミノ酸に置換した変異ライブラリーの作製およびその酵素学的諸性質の解析に関しては、大腸菌発現における20種の変異ライブラリの作製を終了し、10種の変異酵素の解析を終了している。その中で、酵素の性能が強化されたものの取得に成功している。また、<2>BGLII糖転移産物の同定に関しては、糖転移産物を同定法についての基盤を整備できた。<1>の研究が順調であったため、29年度から開始する予定であったT. reeseiにおける19種のBGLII変異体について、前倒しで研究を開始し、15種類の変異体発現株の構築に成功した。セルラーゼ高生産糸状菌Trichoderma reeseiにおいて菌体内のβーグルコシダーゼII(BGLII)の409番目のアミノ酸Vがフェニルアラニン(F)へと変異することによってセルラーゼの高生産化がもたらされることが明らかになっている。28年度29年度の2年間で<1>BGLIIの変異点を全てのアミノ酸に置換した変異ライブラリーの作製およびその酵素学的諸性質の解析<2>BGLII糖転移産物の同定を行う予定であった。

また、29年度からは<3>として<1>で構築したアミノ酸に置換した変異ライブラリーをT. reeseiにて発現させ、その影響を明らかにすることを計画していた。<1>に関しては、大腸菌を用いた発現では野生型ではVである409番目のアミノ酸を他の19種類のアミノ酸に変異させた20種のうち、16種の発現に成功している。得られた変異酵素について加水分解活性、糖転移活性等の解析を行い、セリン(S)、スレオニン(T)に置換したものは野生型にくらべて加水分解活性および糖転移活性が増強されていることを明らかにした。<2>セロビオースを基質とした糖転移産物の同定に関しては、糖転移産物の完全アセチル化およびリサイクルクロマトグラフィーによって5成分を分離することに成功した。現在それらの物質の同定を進めている。<3>T. reeseiにおける19種の変異酵素の発現であるが、15種類の変異酵素発現株の構築まで成功した。そのうち、T型変異酵素の発現株が、F型変異よりも高い酵素生産性をしますことを明らかにした。2829年度に計画していたものの内、<1>BGLIIの変異点(409番目のアミノ酸)を全てのアミノ酸に置換した変異ライブラリーの作製およびその酵素学的諸性質の解析に関しては、大腸菌発現における20種の変異ライブラリの作製を終了し、10種の変異酵素の解析を終了している。その中で、酵素の性能が強化されたものの取得に成功している。また、<2>BGLII糖転移産物の同定に関しては、糖転移産物の完全な同定には至っていないものの、複数の糖転移産物を生産していることを明らかにしており、引き続き解析を進めている。<3>のT. reeseiにおける19種のBGLII変異体について、15種類の変異体発現株の構築に成功した。セルラーゼ高生産糸状菌Trichoderma reeseiにおいて菌体内のβ-グルコシダーゼII(BGLII)の変異によってセルラーゼの高生産化がもたらされることが明らかになっている。これは、変異BGLIIの糖転移活性によってセロビオースからセルラーゼの生産を促進する誘導物質の生産が強化/改変されていると考えられ、本研究はBGLIIの変異点が酵素活性に与える影響の解明、セルラーゼの誘導発現における意味を明らかにすることを目的としている。本研究の計画は<1>BGLIIの変異点(409番目のアミノ酸)を全てのアミノ酸に置換した変異ライブラリーの作製およびその酵素学的諸性質の解析<2>BGLII糖転移産物の同定<3>として<1>で構築したアミノ酸に置換した変異ライブラリーのT. reeseiにおける発現である。<1>大腸菌を用いた発現では野生型ではバリンである409番目のアミノ酸を他の19種類のアミノ酸に変異させた20種のうち、16種の発現に成功した。そのうち9種について可溶性画分に発現していたため単一にまで精製した。また、不溶性画分に発現したもののうち1種はタンパク質の再折りたたみ実験によって可溶化に成功し、別の1種は酵母において発現に成功した。得られた変異酵素について加水分解活性、糖転移活性等の解析を行ったところ、セリン、スレオニンに置換したものは野生型にくらべて加水分解活性および糖転移活性が増強されていることが明らかとなった。
魚類の生体防御・免疫応答ネットワークシステムの分子レベルでの解明

細胞性免疫に重要であり、生体防御・免疫ネットワークシステムの基点となるT細胞の表面抗原認識分子であるT細胞レセプターについてヒラメを用いて解析を行い、魚類においても4タイプ全ての遺伝子が存在することを世界で初めて明らかにするとともに、ゲノム上での構造についても明らかにした。さらに、免疫ネットワークシステムを制御している免疫・生体防御に関連する遺伝子の転写制御因子であるC/EBPファミリーに属するC/EBPεおよびβについて、ヒラメよりそのcDNAをクローン化し、構造を明らかにした。さらに、これらの転写因子が発現している臓器がそれぞれ異なり、遺伝子発現の特異性があることがわかった。魚類の生体防御・免疫ネットワークシステムを詳細に解明するために、これまでにヒラメよりクローン化した871種類(371種類の機能未知遺伝子を含む)の異なるcDNAをスポットしたマイクロアレイを用いてヒラメの遺伝子発現解析を行った。ヒラメの腎臓細胞をLPSで1時間刺激したところ、スポットした遺伝子の約3%に当たる25種類の遺伝子において発現の増減が確認された。さらに、同じ刺激で6時間後には約6%に当たる51種類の遺伝子において発現量の変化が見られた。ConA/PMAで刺激した場合、刺激1時間後では62種類の遺伝子の発現が、刺激6時間後では26種類の遺伝子の発現が変化した。発現量が変化した遺伝子としてサイトカインやそれらの転写因子等が見られた。機能未知遺伝子においても、発現量に変化が見られた遺伝子が存在した。また、刺激が異なると発現に変化が見られる遺伝子の種類にも違いが見られた。魚類の免疫応答ネットワークシステムを解明するために、ヒラメラブドウイルス(HRV)に対するDNAワクチンを接種により、どのような遺伝子の発現に変化が見られるかを、ヒラメcDNAマイクロアレイにより解析した。HRVのG-protein遺伝子あるいはN-protein遺伝子発現プラスミドをヒラメに接種後1、3、7、14および28日のヒラメの腎臓において、ベクタープラスミドのみを接種したものと比べて、G-protein遺伝子接種魚では、全体の2.5%、N-protein遺伝子接種魚では、全体の2.6%の遺伝子の発現量が2倍以上増加していた。G-protein遺伝子接種魚とN-protein遺伝子接種魚において共通に発現している遺伝子は30%で、残りの70%は異なる遺伝子であり、抗原となるタンパク質の違いにより、免疫応答ネットワークシステムの働きが異なることが明らかとなった。また、DNAワクチンとして有効であるG-protein遺伝子接種後7日目において、種々のインターフェロン誘導タンパク質の発現上昇が顕著であることがわかった。魚類おいて、病原微生物の初期感染時に起こる非特異的な生体防御機構と感染の進行に伴って起こる特異的な防御システム(免疫応答)機構について遺伝子レベルでの解明を目的として、今年度は免疫関連遺伝子の構造解析を行なうとともに、生体防御、免疫関連遺伝子発現量の定量ならびに遺伝子発現パターンの大規模解析法を確立した。ヒラメのT細胞はα/β型とγ/δ型が存在し、細胞内への抗原認識シグナル伝達に関与するCD3分子にはγ/δとεが存在することがわかった。免疫関連遺伝子の発現を調節している転写因子CEBP遺伝子の構造およびその発現について解析した。ヒラメの白血球および腎臓細胞をマイトジェンあるいは細菌内毒素であるリポ多糖で刺激した場合に、抗原提示・認識関連遺伝子(免疫グロブリンMおよびD、主要組織適合抗原、T細胞レセプター、CD3、CD8等)、サイトカイン関連遺伝子(インターロイキン1、腫瘍壊死因子、ケモカイン、それらのレセプター等)および転写制御因子関連遺伝子(IRF、NF-κB等)の発現の変化をリアルタイムPCRにより定量した。これらの遺伝子は刺激の種類や刺激後の時間で、その発現量が変化していることが明らかとなった。また、発現量の変化は数倍から数千倍まで、遺伝子によって異なった。さらに、遺伝子の発現ネットワークを明らかにするために、827種類の遺伝子をスポットしたマイクロアレイにより同様の実験を行なったところ、遺伝子の発現パターンは刺激の種類やその時間によって異なることが明かとなった。また、より多くの種類の遺伝子の発現が活性化されるのは、マイトジェンや細菌内毒素による刺激よりもウイルスの感染であることも明かとなった。今年度に確立した技術を用いることにより、今後はヒラメの免疫、生体防御遺伝子発現ネットワークシステムの解明が行えると考えられた。