hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
パターンマッチング法により求めた頚椎年齢を成熟度指標とする下顎骨成長予測法の確立

本研究の目的は、成熟度指標としての「頚椎年齢」の確立と,頚椎年齢を用いた下顎骨成長予測式を作成することである.まず,715歳の女子200枚のセファロを用い,セファロ上の第3および第4頚椎椎体に8つの部位を計測した.それらの計測値の比率をパラメータとして,頚椎年齢を求めるための重回帰式を求めた.回帰式は以下の通りである.頚椎年齢=0.80+6.05×第3頚椎前部高(AH)/前後径(AP)+9.63×第4頚椎AH/AP次に,求めた重回帰式の信頼性を検討するために,別資料である女子66名のセファロおよび手部X線写真を用いた.頚椎年齢および骨年齢を算出し,頚椎年齢と骨年齢,頚椎年齢と暦年齢の相関係数を求め,各相関係数間の比較を行った.その結果,頚椎年齢と骨年齢との相関係数は,頚椎年齢と暦年齢との相関係数よりも有意に高かった.したがって,頚椎年齢は有用な生理的年齢であると考えられた.第三に,下顎骨残余成長量の予測に対する検討を行った.初診の暦年齢が712歳であり,成長終了後の資料が存在しており,顎整形力を適用していない女子21名のセファロを用い,初診時の頚椎年齢と下顎骨全体長(Cd-Gn)を測定した.その結果から,下顎骨残余成長量を目的変数に,頚椎年齢を説明変数にして以下の下顎骨残余成長量予測式を完成させた.下顎骨残余成長量=-2.63+36.85×頚椎年齢最後に,パターンマッチングを頚椎年齢の自動評価に応用するための技術的な検討をするため,手部X線写真からの骨年齢自動推定の検討を行った.その結果,この技術が頚椎年齢の推定に応用できることが確認された.本研究の目的は、成熟度指標としての「頚椎年齢」の確立と,頚椎年齢を用いた下顎骨成長予測式を作成することである.まず,715歳の女子200枚のセファロを用い,セファロ上の第3および第4頚椎椎体に8つの部位を計測した.それらの計測値の比率をパラメータとして,頚椎年齢を求めるための重回帰式を求めた.回帰式は以下の通りである.頚椎年齢=0.80+6.05×第3頚椎前部高(AH)/前後径(AP)+9.63×第4頚椎AH/AP次に,求めた重回帰式の信頼性を検討するために,別資料である女子66名のセファロおよび手部X線写真を用いた.頚椎年齢および骨年齢を算出し,頚椎年齢と骨年齢,頚椎年齢と暦年齢の相関係数を求め,各相関係数間の比較を行った.その結果,頚椎年齢と骨年齢との相関係数は,頚椎年齢と暦年齢との相関係数よりも有意に高かった.したがって,頚椎年齢は有用な生理的年齢であると考えられた.第三に,下顎骨残余成長量の予測に対する検討を行った.初診の暦年齢が712歳であり,成長終了後の資料が存在しており,顎整形力を適用していない女子21名のセファロを用い,初診時の頚椎年齢と下顎骨全体長(Cd-Gn)を測定した.その結果から,下顎骨残余成長量を目的変数に,頚椎年齢を説明変数にして以下の下顎骨残余成長量予測式を完成させた.下顎骨残余成長量=-2.63+36.85×頚椎年齢最後に,パターンマッチングを頚椎年齢の自動評価に応用するための技術的な検討をするため,手部X線写真からの骨年齢自動推定の検討を行った.その結果,この技術が頚椎年齢の推定に応用できることが確認された.本研究の目的は,側面頭部X線規格写真(以下,セファロ)上に撮影されている頚椎の画像から,パターンマッチングの手法を用いて客観的に頚椎の生理的年齢である“頚椎年齢"を求め,成熟度指標として用いられている手部X線写真などの新たな被曝なしに顎骨の成熟度を評価し,下顎骨の残余成長量を求める手法を確立することである.そこで本年度は,データベース資料として本学附属病院矯正科に所蔵する資料の中から,男女それぞれの成長期にある患者のセファロ,手部X線写真を収集し,各セファロから頚椎の画像を透過光対応イメージスキャナーを用いてコンピュータに入力し,パターンマッチングによって選び出すための頚椎画像データベースの作成を行った.また,この頚椎画像データベース資料とは別に,自動的に頚椎を抽出して解析するアルゴリズムの基礎的検討資料として,成長終了後の資料も存在している患者のセファロの縦断資料を本学附属病院矯正科に所蔵する資料の中から選択し,セファロ全体の画像をコンピュータに入力を行った.この資料には,下顎前突症を含む各種の顔面パターンを示す患者を含んでいる.これらの資料をもとに,セファロ全体から頚椎を自動抽出する際の領域の抽出および位置や傾きの補正方法,パターンマッチングを行うための前処理である画像処理として,画像の圧縮,階調変換,背景の除去の方法などについて検討を開始した.今後,頚椎の画像データベースを完成させ,画像処理方法を確立させることにより次段階へ進める予定である.

本研究の目的は,個体の成熟度指標として側面頭部X線規格写真(セファロ)上に撮影されている頸椎の画像を元に,パターンマッチングの手法を使って自動的に頸椎の生理的年齢(頸椎年齢)を求め,下顎骨の成長予測パラメータとしての信頼性について明らかにするとともに,下顎骨の残余成長量を求める新たな手法を確立することである.前年度は,頚椎画像データベース資料および下顎骨成長予測検討資料の収集と,パターンマッチングのための画像処理方法についての基礎的検討を行った.今年度は,データベース資料として前年度収集した本学歯学部附属病院矯正科に所蔵する成長期にある女子718歳の患者のセファロを用い,セファロ上の頸椎画像の解析を行った.具体的には,パターンマッチングを行うための前段階として,マニュアルによってセファロ上から切り出した頸椎画像において計測点の設定を行ったうえで,コンピュータを用いて様々な距離・角度計測を行い,経年的な変化の大きい計測部位を調べた.その結果,成長によるセファロ上の頸椎画像の変化についての特徴的な知見が得られつつある.これと同時に,下顎骨の成長を予測するための検討資料の収集を前年度に引き続き行った.また,この資料についてもセファロ上の頸椎画像への計測点の設定による様々な計測を行い,データベース資料の解析から徐々に得られている知見の確認を行った.まだマニュアルによる頚椎年齢の検討段階ではあるが,現在のところ良好な結果が得られている.自動処理を目指したパターンマッチングのためのアルゴリズムに関しては,前年度から引き続き検討中である.本年度は,計測学的手法による頸椎年齢の確立とパターンマッチングを用いた手部X線写真からの骨年齢の自動推定を行った.(1)計測学的手法を用いた頸椎年齢の確立成長期の女子のセファロを用い,画像上の頸椎の各部を計測し,その計測値それぞれに対する比率を求めた.求められた比率をパラメータとして,頸椎年齢を求めるための重回帰式を求めた.求めた重回帰式を検討するために,別資料のセファロおよび手部X線写真を用い,頸椎年齢および骨年齢を算出し,頸椎年齢と骨年齢,頸椎年齢と暦年齢の相関係数を求め,各相関係数間の比較を行った.その結果,頸椎年齢と骨年齢との相関係数は,暦年齢との相関係数よりも有意に高かった.次に,下顎骨残余成長量の予測に対する検討を行った.初診の暦年齢が712歳であり,成長終了後の資料が存在しており,顎整形力を適用していない女子のセファロを用い,初診時の頸椎年齢と下顎骨残余成長量を求めた.その結果から,下顎骨残余成長量を目的変数に,頸椎年齢を説明変数にして下顎骨残余成長量予測式を完成させた.(2)パターンマッチングを用いた手部X線写真からの骨年齢の自動推定パターンマッチングを頸椎年齢に応用するために技術的な検討をするため,手部X線写真からの骨年齢の自動推定の検討を行った.橈骨と第3基節骨を対象として骨端骨と骨幹の画像を抽出した.骨年齢の推定は,骨年齢の未知な手部X線写真の画像と,参照パターンとのパターンマッチングによる類似性の比較によって行った.参照パターンは,骨年齢が専門家によって予め付与されている大量の画像によって構成した.その結果,個々の骨による骨年齢推定実験では,最もデータ数の多い913歳にかけて良好な結果が得られ,2個の骨による骨年齢推定実験を行った結果,さらに推定精度が向上した.この技術が頸椎年齢の推定に応用できることが確認された.
システム安全としてのリチウムイオン電池の安全設計手法の構築

リチウムイオン電池のライフサイクルを考慮した安全設計手法の開発のために、製品事故事例を調査を行った。最も事故例の大きい内部短絡事象について故障の木解析(FTA)による安全性分析と熱化学的現象シミュレーションを行った。短絡時の電極材料の不動態化のような本質安全設計の重要性を明らかにした。リチウムイオン電池の設計者のための安全設計アクティビティモデルを示すとともに、電池製造者、製品製造者、使用者が異なるというステークホルダー間の複雑性を考慮した制御構造モデルを提示し、各ステークホルダーの安全対策行動を明確にする提案を行った。リチウムイオン電池(以下LIB)の安全設計のための手法構築に向けた基礎的検討として、製品評価技術基盤機構などが調査・発行している製品事故事例データベースを調査し、これまでに起こっているLIBの事故事例を調査分析した。内部短絡による発熱事故が多いことが明らかになった。ただし、内部短絡事象が発生する本質的原因は明確ではなかった。安全対策の定量的評価のために、内部短絡事故に対して、内部で起きる熱化学的現象をシミュレーションモデルで表現した。内部短絡抵抗や放熱状況を様々に変化させて、内部での発熱と温度の時間変化をシミュレーションすることが可能になった。安全対策の評価手法の構築のために、事例調査分析の結果と文献調査結果から、フォールトの木解析(FTA)を実施し、製品発火事故の要因を抽出し、可視化した。シミュレーションの結果、LIBの安全性を確保するためには内部短絡などの事故においても、熱暴走に至らない本質安全を目指すべきであることが明らかになった。初年度に計画していた、手法構築に向けた基礎的検討としての事故事例-データベースや論文調査、学会報告調査から事故事例調査とその分析を行った。リチウムイオン電池内部での化学反応について文献調査を行い、そこで得られた情報から熱化学挙動解析のためのシミュレーションモデルの構築に着手できた。事故事例調査結果から、フォールトの木解析(FTA)による発火事故の要因の連鎖・連動の可視化を実施できた。リチウムイオン電池(以下LIB)のライフサイクルを考慮した安全設計手法の開発のために、特に使用後の処理過程を対象として、安全性と環境負荷の両面からの評価を行った。使用後の処理技術としては、希少資源を含む電極材料のリサイクル、および太陽光発電や風力発電などの不安定な再生可能エネルギー発電の蓄電池としてのリユースが提案されている。各シナリオについてライフサイクルモデルを構築し、環境影響をライフサイクルアセスメント(LCA)によって評価した。リサイクルについては、処理プロセスにおける安全性リスクとしてLIBの発火、電解液の溶出、感電が考えられるが、今回は最も発生時の被害が大きいと考えられる電池の発火に注目し、事故に至る基本事象の分析・抽出を行い、フォールトの木解析(FTA)を行った。基本事象の発生確率が不明であったため、FTA構造から安全性に関わる重要度が決定される構造重要度を用い、電解液の着火という重要事象を抽出した。さらに、電解液への着火を防ぐ対策案として、電解液へ難燃材を添加する技術、水系電解液を用いる技術を対象に、新規技術導入による環境負荷と安全性の変化を評価し、難燃剤使用による環境負荷の増加に対し、安全リスクの大きな低下という効果が得られることを示し、難燃性電解液技術の有効性を示した。以上のような事例分析から、LCAによる環境影響評価手法とFTAによる安全性分析手法を適用し、環境面、安全面からLIB処理技術導入の選択を支援できる手法を構築した。前年度からの基礎検討をさらに進めると共に、計画に沿ってライフサイクルを考慮した安全対策の評価手法の構築に着手した。今年度は、リチウムイオン電池のライフサイクルの中でも安全性評価事例が少ない、使用後の処理プロセスに着目し、環境負荷評価とフォールトの木解析を行うことができた。また、環境面、安全面からLIB処理技術導入の選択を支援できる手法の提案を行うことができた。しかし、製品の構造上の問題やヒューマンエラーといった要因間の相互関係を明確にすること、各要因事象の確率を推算することは、事故事例データの不足などにより十分に進捗しなかった。前年度に続き、リチウムイオン電池(以下LIB)事故の特徴を特定するために事故情報の分析を行い、2つの課題を明らかにした。(1)LIBは、使用時も事故時も多くの化学反応を伴い、複雑なメカニズムをもつため、各事故要因に対し安全対策を提案する必要がある。(2)LIBは、電池製造者、製品製造者、使用者が異なるというステークホルダー間の複雑性をもつため、各ステークホルダーの安全対策行動を明確にする必要がある。課題(1)について、各事故要因に対し安全対策を提案するため、フォルトツリー解析(FTA)により事故発生条件の特定を行った。安全対策はFTA図上で各事象に対し次のように対策を提示することができる。(1)条件を追加し、事象が発生しても上流で防護する。セパレータの強度を上げ、短絡しないようにする。(2)事象そのものの発生を防ぐ。例えば、リコールにより不具合製品の使用を停止する。課題(2)について、ステークホルダーの安全対策行動を明確にするため、制御構造図を導入した。制御構造図は、システム内の機器、組織、環境を要素とし、要素間の相互作用として制御行動と情報を示すものである。安全対策に必要な行動には次の2通りがある。(1)既存の相互作用を強化する。例えば、消費者が事故通報を確実にするため、行政や製造事業者が消費者に事故通報制度を周知する。(2)新規の相互作用を構築する。

例えば、リコール情報を確実に伝えるために、製造事業者が消費者を介さず、IoT技術を応用し製品に直接リコール情報を表示する技術が提示される。以上のように、FTAと制御構造図の分析を統合し、LIBの安全設計支援手法を構築した。FTAで安全対策を提案し、制御構造図で必要な行動と実施者を提案することができ、制御構造図で提案された行動をFTAに導入することで安全対策を分析できる。研究成果を化学工学会第83年会で発表した。リチウムイオン電池のライフサイクルを考慮した安全設計手法の開発のために、製品事故事例を調査を行った。最も事故例の大きい内部短絡事象について故障の木解析(FTA)による安全性分析と熱化学的現象シミュレーションを行った。短絡時の電極材料の不動態化のような本質安全設計の重要性を明らかにした。リチウムイオン電池の設計者のための安全設計アクティビティモデルを示すとともに、電池製造者、製品製造者、使用者が異なるというステークホルダー間の複雑性を考慮した制御構造モデルを提示し、各ステークホルダーの安全対策行動を明確にする提案を行った。文献調査などによってシミュレーションモデルの精緻化とそれを用いたシミュレーションによる電極材料や電池構造、セル接続方法など電池設計にかかわるシナリオ分析を行う。当初計画では予定していなかったが、使用後の廃棄やリサイクルを含めたライフサイクル全体における安全リスクを分析すること、およびライフサイクル環境影響も評価し、安全評価との統合を行っていく。最終的には安全性評価手法とシミュレーションによるシナリオ分析、さらにライフサイクル環境影響評価手法を統合し、これらの評価結果に基づいたリチウムイオン電池の安全設計手法をアクティビティモデルとして提示する。課題申請時に連携研究者としていた上原恵美が退職し、本研究課題の遂行に加わることができなくなった。代表者ともう一名の連携研究者で計画に沿った研究遂行を実施するとともに、大学院生1名を本研究課題の遂行に参加させる。文献調査や専門家へのヒアリングなどによりさらに技術情報を収集し、シミュレーションモデルの精緻化を行い、要因間の相互関係を分析し、リチウムイオン電池のライフサイクル全体での安全評価と環境影響評価を可能にする。今年度着任した助教に連携研究者として研究に参画させ、学生1名にも本課題研究の遂行に参加させる。ライフサイクル工学国際学会での発表と論文執筆を計画していたが、発表可能なレベルまでは研究が進捗せず、発表しなかった。一方シミュレーションモデル構築とシミュレーション実施のためのワークステーションやデータ記録装置の導入を先行した。計画通りの研究遂行を行うとともに、前年度までの研究成果の取り纏めを行い、学会や論文での成果発表を行う。
高齢弱者居住空間への日常ケアと被災時救援の為のボランティア活動支援のシステムの研究

本研究で得られた成果を要約すると次のようになる。1.近年の主要な被害地震における災害弱者の被災、特に居住空間に関わる事例、防災ボランティア活動の実態を、調査報告者や新聞記事等から集約し、住環境特性と被害発生と社会的対処の過程の相互関係をフローチャートによって体系的に表示した。2.東京都の墨田・世田谷の2区において、高齢者の日常ケアに関わる行政・ボランティア団体・介護者に対する訪問聞き取り調査を行い、日常ケアの実態・非常時へ備え・問題点の所在を明らかにした。3.最近発生した三陸はるか沖地震と兵庫県南部地震の被災調査とその後の対処・復旧状況の追跡調査を現地での訪問聞き取りによって行い、住宅及び居住空間の被害と人的被害発生との関連、高齢弱者関連の被災発生状況、福祉関係の行政・施設・近隣住民やボランティア等の地域社会の対処を具体的に把握した。4.以上の結果より、非常時における対処の立ち遅れを明らかにするとともに、多くの事例から、日常ケアの存在、それを介した事前の危険予測と備えの重要性と有用性を示し、主として定性分析によって、部分的には定量評価して、その効用の因果関係を示した。5.以上の成果に基づいて、ボランティアが日常ケアとして行う活動に役立つ「現況に応じて危険の診断ができるカルテ」「弱者の存在と住環境特性に応じて提供される安全化の対策メニュー」、また彼等の被災時の救援活動に役立つ「被災状況を的確に把握するためのジャッジ」「被災状況に応じて提供される有効な対処行動マニュアル」の4種の支援機能を持つパソコンベースの支援システムの基本構想を提示した。
建物群を対象としたLCC予測に基づくLCM手法に関する研究

多数の施設を保有する企業や大学には、「適切な時期での建物の修繕・改修・改築による建物の長寿命化」と「年度ごとの修繕・改修・改築投資の平準化」という相互に関わりつつ矛盾する要求がある。本研究では、建物群を対象とし、建物の一生に必要な費用(Life Cycle Cost : LCC)の予測手法を開発し、予測結果にもとづく修繕・改修・改築時期の最適化(Life Cycle Management : LCM)手法を提案した。加えて、提案したLCM手法の自動化へとつながる研究として、Building Information Modeling(BIM)データを活用したLCCの自動算定手法を開発した。1.事前調査と入手資料のデータベース化:ランニングコストの中でも特に修繕・改修工事に焦点を当てたLCC及びLCM研究に関して、論文やその他文献を中心に調査を実施した。分析対象とする大手通信事業者から得た工事実績データを整理し、後の研究行程で活用する準備を行った。同時に、入手データの基礎的分析を行った。2. LCC予測式の提案と評価:前フェーズで作成した実績データに基づき、LCC予測式を提案した。具体的には、入手した実績データの回帰分析と、建築保全センターの精算法及びBELCA建材データベースから算定した回帰分析の併用により予測式を構築した。手始めとして、運用管理上重要である外壁・屋根を予測式の対象部位とした。精度向上のため、道連れ工事などの実際の工事行程やデータ提供者の保有施設の特殊性などを考慮した。実在する建物を対象に予測式を用いてLCCを算出し、実績値との比較・検証を行った結果、十分に実用に耐えることが明らかとなった。3.建物群を対象としたLCM手法(プロトタイプ)の提案:LCM手法確立の第一のステップとして、投資金額の平準化と予防保全を中心とする計画的工事実施を目的とし、建物群を対象とした工事時期及び工事部位のマネジメント手法を構築した。「物理的な不具合を生じさせないで、建物群の保全工事への単年度投資金額を平準化する」という単純なルールに基づく平準化手法を数パターン構築した。ケーススタディーとして、構築した平準化手法を大手通信事業者が所有する一部の建物群を対象に適用し、平準化率から評価した。1)建物群を対象としたLCM手法の改良:前年度に提案した、施設群を対象とした修繕・更新費用の単年度投資額平準化手法を改良した。FM実践での利用に耐えうるものに進化させるため、ケーススタディー対象である大手通信事業者内営繕部門の実際の施設維持管理の様態をLCM手法に反映させた。具体的には、修繕・更新費平準化のための投資額配分の基本手順を確立するとともに、投資の先延ばし、前倒しに関して詳細な条件を導入し、それら条件の組合せによって全48パターンを提案した。2)提案したLCM手法の評価:提案したLCM手法を評価した。具体的には、修繕・更新費の単年度投資額を平準化率という観点から定量的に評価した。修繕・更新の先延ばし・前倒し条件の組合せの全48パターンに対して、各パターンの平準化率と施設維持管理業務上の長所、短所を一体的に評価した。評価対象データは、大手通信事業者から入手したデータ群の中の基本施設管理単位とした。また、ここでの評価結果を大手通信事業者内営繕部門のFM実務者数名に提示し、その妥当性について簡単なヒアリングを実施した。3)LCM手法の改良:ヒアリング結果に基づき、単年度投資額平準化手法の条件を一部改良した。それにより、大手通信事業者内営繕部門のFM業務特性に合致した単年度投資額平準化手法を確立することができた。また、前年度に提案したLCC予測式の推定精度を向上させるため、予測式適用判断条件を増やし予測式を追加した。1提案したLCM手法の他対象への適用による評価:前年度に提案した生涯修繕・更新費用(LCRC)の単年度投資額平準化手法を様々な角度から評価する一環として、当該手法を大学キャンパス施設に適用した。結果として、平準化の手順については変更なく適用できたが、平準化条件に大幅な改良が必要となった。理由としては、前年度まで研究対象としてきた大手通信事業者組織と今年度の評価で研究対象とした大学組織では、施設維持予算の獲得方法に大きな違いがあったためである。この研究により、提案したLCM手法の一般化の可能性と限界について明らかにすることができた。2BIMを導入したLCC算定手法の開発と評価:LCM支援システム構築の際のデータベース開発に寄与する研究として、BIMに対応した建築専用オブジェクト指向3DCADを活用したLCRC算定手法に関する研究に本格的に着手した。建物の3Dデジタルモデルから面積や部材数量を拾い出すことで、従来ひとの手で図面を対象に行っていた拾い出し作業の自動化と拾い出された数値根拠の明確化が期待できる。

具体的には、デジタルモデルから面積数量を拾い出し積み上げる精算法を自動化した方法と、予測式をデジタルモデルに組み込み、最小限の与条件からLCCを推定する方法の2つを提案した。評価の結果、使用目的に応じて2つの手法を使い分ける必要があることが判明した。3LCM支援システムの開発に向けたウェブBIMデータ表示システムの検討:LCM支援システムのインターフェース部分に関する研究として、BIMモデルの部材情報を3Dモデルと関連させながらウェブ上に表示するインターフェースを開発した。将来的には、BIMモデルをデータベースの一部としたLCM支援ウェブシステムを開発する予定である。
超原子価ヨウ素酸化を基盤とする多機能ハイブリッド型有機触媒の創製と利用

2, 2, 6, 6-tetramethyl-1-piperidinyloxyl(TEMPO)とヨードベンゼンを両者が空間的に近くなるようにフタル酸を用いて連結してハイブリッド型触媒を合成した。そして,共酸化剤として安価で大量に入手可能で,環境への負荷の小さい過酢酸を用いてアルコール類の酸化反応を検討した。その結果, TEMPOとヨードベンゼンをそれぞれ触媒として用いる場合より,反応の加速が見られ,第1級アルコール類を高収率でカルボン酸類へと酸化することが分かった。このようなハイブリッド型有機触媒の例はこれまでほとんどなく,本手法は今後の多機能有機触媒創製に広く展開されると期待される。一つの分子に複数の異なった触媒機能を持たせ、複数の触媒反応をワンポットで行うことが可能となれば、反応の効率の向上が見込まれる。超原子価ヨウ素酸化剤を基盤として、次の2つのタイプのハイブリッド型触媒を創製する。1)複数の連続する反応を触媒するハイブリッド型触媒2)一つの反応に含まれる複数の触媒サイクルを回すハイブリッド型触媒上記2つのタイプの反応の可能性を検討した結果,現在のところ,2)の反応の可能性を見出した。すなわち、触媒量のニトロキシルラジカルである2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxyl(TEMPO)を用いる第1級アルコールのアルデヒドへの酸化反応について,超原子価ヨウ素を共酸化剤に用いる方法について検討した。超原子価ヨウ素それ自体が高価であるため,より安価な酸化剤をもちいて超原子価ヨウ素も触媒量でよい方法の開発を目指した。p-ニトロベンジルアルコールを基質として,触媒量のTEMPOおよびヨードベンゼン存在下での、種々の酸化剤の使用を検討した。その結果、複数の酸化剤がその可能性を示し、反応は長時間を要するものの,高収率で対応するアルデヒドを与えた。また,ヨードベンゼンが存在しないと反応が進行しないこともわかった。このことは,ヨードベンゼンが共酸化剤により酸化されて,超原子価ヨウ素へと変換された後,このものがTEMPOを酸化して,触媒的TEMPO酸化を実現したものと考えられる。現在,より効率のよい酸化剤ならびに反応条件を検討すると共に,TEMPOとヨードベンゼンの結合したハイブリッド型の触媒の創製を検討中である。超原子価ヨウ素酸化剤を基盤として、次の2つのタイプのハイブリッド型触媒を創製することが本研究の目的である。1)複数の連続する反応を触媒するハイブリッド型触媒2)一つの反応に含まれる複数の触媒サイクルを回すハイブリッド型触媒上記2つのタイプの反応の可能性を検討している。22年度は,2)のタイプの新規触媒を合成し,その反応性を検討して,触媒作用を確認することができた。すなわち,ニトロキシルラジカルである4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxyl(4-OH-TEMPO)とp-置換ヨードベンゼン類をフタル酸を用いて連結した2つの触媒4-(2-(4-iodobenzyloxycarbonyl)benzoyloxy)-2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxyl(1a)および4-(2-(4-iodophenyloxycarbonyl)benzoyloxy)-2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxyl(1b)を合成した。触媒量の1と第1級アルコール類を過酢酸存在下反応させると,対応するカルボン酸類がほぼ定量的に得られ,触媒が容易に回収された。また,触媒1bを用いると,TEMPOおよびヨードベンゼンを共に触媒として用いる場合より酸化反応が速くなり,ハイブリッドの効果が確認された。本反応では,まず過酢酸が1のヨードベンゼン部を酸化して超原子価ヨウ素種が生成し,これが分子内のTEMPO部位を酸化してN-オキソアンモニウムイオンを発生し,それがアルコールを酸化して酸化生成物を与えたと考えられる。すなわち,1は2つの異なった触媒をあわせ持つ,これまでにほとんど例のないユニークなハイブリッド型酸化触媒となった。超原子ヨウ素酸化剤を基盤として、次の2つのタイプのハイブリッド型触媒を創製することが本研究の目的である。1)複薮の連続する反応を触媒するハイブリッド型触媒2)一つの反応に含まれる複数の触サイクルを回すハイブリッド型触媒上記2つのタイプの反応の可能性を検討している。

23は, 2)のタイプの新規触媒における触媒活性に対するリンカーの効果について検討し,本触媒中の2つの触媒部位が分子内で反応している可能性を確認するとともに,新たな固定化触媒への展開の可能性を示すことができた。すなわち,ニトロキシルラジカルである4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy1(4-OH-TEMPO)とP-ヨードフェノールを種々のジカルボン酸類をリンカーとして用いて連結した触媒を合成し,その触媒反応を検討した。その結果,P-ジカルボン酸置換体であるテレフタル酸をリンカーとして用いると,TEMPO部とヨードベンゼン部が距離的に遠くなることが予想され,反応が遅くなるものと思われたが,予想に反して,フタル酸を用いた結果とほぼ同じであることが分かった。しかし,リンカーに4-4'一ジカルボキシビフェニルを用いて両触媒部をより立体的に遠くすると,反応は急激に遅くなり,P-ベンゾイルオキシヨードベンゼンとTEMPOを用いた分子間触媒系を用いた場合と同様になった。このことはフタル酸を用いる触媒の反応において両触媒部が分子内で反応している可能性を示唆している。他のリンカーを調べた結果,コハク酸を用いる場合が最も反応性が高くなった。リンカーとの結合をアミド結合にしても反応性には影響がみられなかった。2つのカルボン酸をメチレン8つの距離を持つ場合にも反応性の低下はあまり見られなかったことから,触媒の回収を容易にするため,ポリエチレングリコールをリンカーとして高分子固定化触媒への展開を検討中である。
人工羊水中胎児保育装置の開発

人工羊水中胎児保育装置の開発を目的として、装置及び管理方法の改良を行いながらヤギ胎仔を対象とした動物実験を行ってきた。平成2年度において新たに安定したincubationを行う為のsystem構築を行い、平成3年度より、胎仔の各生理的パラメーターの厳密な観測に基づいた胎仔保育実験を続行した。その結果、子宮外保育中の胎仔の状態悪化が、未熟動物を対象とした体外循環による生命維持systemに本質的なものではなく、むしろ、胎仔の活発な生命活動に起因する可能性が高いことが示唆された。これを証明する目的で平成4年度に胎仔の胎動抑制による長期間子宮外保育実験を行い、これまでの記録を大幅に延長する20日間以上の安定した子宮外保育とそれに続く肺呼吸への移行を実現した。これにより、我々の開発してきたsystemが、未熟個体の長期間の維持に適したものであることが示され、今後の臨床応用の可能性が示唆された。現在の周産期医療では救命不可能な未熟児・病児の保育を可能にする「人工羊水中での胎児保育装置(人工子宮)の開発」を目的とする。我々はarterioーvenous extracorporeal membrane oxygenation(AーV ECMO)による胎仔子宮外保育装置を開発し、ヤギ胎仔の子宮外保育を行なってきた。既に200時間以上の子宮外保育が可能になっている。我々のシステム下のヤギ胎仔はある程度の安定した状態を維持しているが、今後の臨床応用を考える上で必要なのは、子宮外保育中の胎仔の状態変化(循環・代謝・内分泌・酸素消費等)を詳細に検討し,胎仔にとってよりストレスが少なく、安定した環境を提供するための条件を知ることである。平成2年度は以下の機器を購入した。(1)コ-ニング血液ガス分析装置Mー170(2)電磁流量計MFVー3100(3)インフュ-ジョンポンプMODEL22(4)クリ-ンベンチ(5)人工子宮用インキュベ-タ(特製)人工子宮開発のためのこれまでの基礎的なデ-タから、来年度の新システムを用いた実験の実施の準備を行なった。ヤギ胎仔子宮外保育実験を20回行なった。その結果、以下のことが明らかになった。(1)胎仔の長期保育に際して、循環負荷となる頻回を採血、輸血は胎仔の循環を急速に悪化させる。(2)胎仔脳波の周期性は子宮外保育中も安定して保持されている。(3)胎仔の呼吸様運動をはじめとする胎児期独特の運動は子宮外保育中も保持されている。装置の改良については、平成2年度で設計をほぼ完了するところまで進んでいる。問題点はすでに検討が終っており、3年度には、臨床応用のためのデ-タを整理することの容易な装置が完成する予定である。胎児の子宮外保育を安定して行なうための基礎実験をヤギ胎仔を対象として16回にわたって行なった。今年度は循環条件を安定させ、ガス交換が十分に行なわれている状態での内分泌代謝系の変動をモニタ-の中心とした。またきわめて未熟な児を保育することができるかどうかを検討する目的で体重1000g未満の胎仔の長時間保育を試みた。その結果、以下の結果がえられた。(1)血液の酸素飽和度を連続モニタ-するOXIFIETRIX-3を購入し、これと既存の電磁流量計をくみあわせることで、胎仔のガス交換状態、酸素消費の状態を連続的にモニタ-することが可能となった。(3)胎令95日(満期148日)、体重500gのヤギ胎仔を188時間にわたって子宮外保育することに成功した。これにより、いわゆる超未熟児を子宮外保育する可能性が開けた。本システムによる管理に要する労力は少ないものではないが、500gの超未熟児を人工呼吸器を用いて管理するよりは容易であると思われる。また胎仔自身の状態を考慮しても、人工羊水中で保育する方が短期的には状態の安定がよりはやく得られる。この結果は本システムの臨床応用の可能性を示唆するものである。本年度は、これまでの研究成果をふまえ、体外循環による未熟動物胎仔の長期間にわたる安定した保育方法の開発を第一目標とした。これまでの検討から、体外循環による酸素供給を受け、人工羊水中で保育されているヤギ胎仔の状態が悪化する原因として以下の点が考えられた。(1)腎機能の異常と過剰な羊水嚥下による水分貯留。(2)胎仔の活発な体動による循環系の過剰な変動。

以上の問題を解決するために、胎仔に筋弛緩剤を投与し、嚥下行動を含む体動を抑制し、厳密な水分出納管理のもとでの人工羊水中子宮外保育を試みた。その結果、2頭のヤギ胎仔を対象としてそれぞれ493時間(20日間)と542時間(22日間)、安定した子宮外保育実験を持続することができた。これらの胎仔は長期間の体外循環による保育の後、人工呼吸器補助による肺呼吸で、それぞれ704時間(29日間)と169時間(7日間)、生存を維持することが可能であった。この結果は、本研究における胎仔の子宮外保育方法が、長期にわたる安定した保育にとって有効な方法であることを証明している。本研究の最終的な目標であった2週間を越える子宮外保育が実現したことによって、本方法が今後臨床的な観点からもさらに検討するに値するものであることが示されたと考えられる。本年度はさらに、子宮外保育下の未熟胎仔の循環動態の変動を明らかにする方法を開発する目的で、thermodilution法による心拍出量測定方法及び、colored microsphereを用いた臓器血流量測定方法の確立のための予備研究をヤギ胎仔6頭を用いて行いその有用性を確認した。
動脈硬化研究のためのトタランスジェニックウサギ・モデルの開発

動脈硬化研究のためのトランスジェニックウサギ・モデルの開発を目的にこの研究を着手し、最終年度である平成10年末までに初期の目的であったヒトアポ蛋白(a)並びにリポ蛋白リパーゼ(LPL)遺伝子を導入したトランスジェニックウサギの作製に成功した。ヒトアポ蛋白(a)トランスジェニックウサギ(TGウサギ)の作製:ヒトアポ蛋白(a)遺伝子導入受精卵の卵管移植により、これまでに93羽の子ウサギが生まれ、そのうち11羽がTGウサギであった。9羽のうち3羽はすぐに死亡し、5羽には血清中にアポ蛋白(a)の発現はなかったが、残りの3羽には血清中にそれぞれ1.8mg/dl(A01line)、3.4mg/dl(A46line)、4.5mg/dl(A47line)の発現がELISAにより確認された。A01lineのF1ならびにF2TGウサギを使用し、次の結果を得た。ヒトアポ蛋白mRNAは主として肝臓と腎臓に発現していた。肝では肝細胞に発現していることを免疫染色並びにin situ hybridizationにより確認した。血清中ではヒトアポ蛋白(a)はヒトと同様にpre-β部位に泳動した。マウスでの報告と異なり、80%のアポ蛋白(a)は血清中でLDLと結合し、ヒトにおけると同様にリポ蛋白(a)を形成していた。このことはこのTGウサギが本来ヒトとサルにしか発現が知られていないリポ蛋白(a)を発現した新規の動物モデルであることを示す重要な知見である。繁殖をくり返し、複数のF1ウサギを作製し、コレステロール食飼育による大動脈並びに冠状動脈硬化について病理学的に検索を開始しているところである。リポ蛋白リパーゼ(LPL)TGウサギの作製:現在までに全身にヒトLPLを発現するβ-chikenactinpromoterのTGウサギ3羽とマクロファージに特異的に発現するscavenger recepter promoterのTGウサギ4羽の作製に成功している。現在これらのTGウサギの解析と繁殖を行っている。ヒトアポ蛋白(a)[Apo(a)]並びにリポ蛋白リパーゼ(LPL)トランスジェニック・ウサギfounder lineの作製を行った。Stanford大学Dr.Lawnから提供されたApo(a)cDNAにmouse transferrin promoterをligateし、トランスジェニックベクターpTfHa17ほ作製した。100羽のドナーウサギよりホルモン惹起性に1981個の受精卵を採取し、それにpTfHa17をmicroinjectionし、そのうちの1142個の受精卵を41羽の仮親ウサギの卵管に移植した。生まれた43羽の仔ウサギの組織をサザーンブロット法並びPCR法で検索し、導入遺伝子を同定したところ、4羽にApo(a)遺伝子が組み込まれていた。導入遺伝子のコピー数はそれぞれ1、20、50、100であった。現在の4羽のトランスジェニックウサギのうち2羽が生存している。トランスジェニックウサギのヒトApo(a)蛋白の分子量はヒトと同じ60kDで、血清の濃度は薬0.5mg/dlであった。発現が低いため、さらに高発現founderの作製を行っている。一方、LPLトランスジェニックウサギの作製に関しては、150羽のドナーより得た2985個の受精卵に東京大学第3内科山田信博氏より提供を受けたヒトLPLベクターをmicroinjectionし、そのうち1645個を57羽の仮親の卵管に移植した。85羽の仔ウサギが生まれ、そのうち3羽にLPL遺伝子が組み込まれていた。しかし、残念なことに3羽とも出生直後に死亡した仔ウサギであった。

現在、生存したトランスジェニックウサギを得るべく、努力を重ねているところである。リボ蛋白(a)[Lp(a)]は動脈硬化発症・進展の独立した危険因子として注目されているが、その存在は霊長類にしか確認されておらず、Lp(a)の機能及び動脈硬化発生における意義に関しては不明の点が多い。そこで、本研究ではヒトLp(a)の特異的構成蛋白であるアポ蛋白(a)を過剰発現するトランスジェニックウサギの開発を行った。ヒトアポ蛋白(a)cDNAを肝臓で発現するようにmouse transferrin promoterにligateし、トランスジェニックベクター(pTfHa17)をcloningした。卵胞刺激ホルモン注射によって100羽のドナーウサギから2838個の受精卵を採取し、それにpTfHa17をマイクロインジェクションした。マイクロインジェクションした1142個の受精卵を86羽の偽妊娠ウサギの卵管内に移植した。その結果、全部で96羽の仔ウサギが生まれた。そのうち、ヒトアポ蛋白(a)遺伝子が組み込まれていたトランスジェニックウサギは7羽で、全体の陽性率は7.3%であった。生後すぐに死亡した2羽を除いた5羽のうち1羽にアポ蛋白(a)の発現があったが、残りの4羽には発現は認められなかった。この1羽のトランスジェニックウサギの血漿リポ蛋白を超遠心法で分離し、SDS-PAGE並びにアガロースゲルで分析した後、さらにimmunoblotを行い、アポ蛋白の発現状況を検討した。血清のヒトアポ蛋白(a)の濃度は約0.5mg/dlで、アガロースゲル電気泳動ではヒトと同じくpre-βに位置し、ほとんどのアポ蛋白(a)はLDLと結合しており、Lp(a)を形成していると考えられた。以上の結果は、本研究が、ヒトLp(a)を発現するトランスジェニックウサギの開発に初めて成功したことを示している。現在、Lp(a)を高発現するfounderの作製を進めるとともに、トランスジェニックウサギのF_1を用いてホモ動物の作製やWHHLウサギとの交配を行っている。動脈硬化研究のためのトランスジェニックウサギ・モデルの開発を目的にこの研究を着手し、最終年度である平成10年末までに初期の目的であったヒトアポ蛋白(a)並びにリポ蛋白リパーゼ(LPL)遺伝子を導入したトランスジェニックウサギの作製に成功した。ヒトアポ蛋白(a)トランスジェニックウサギ(TGウサギ)の作製:ヒトアポ蛋白(a)遺伝子導入受精卵の卵管移植により、これまでに93羽の子ウサギが生まれ、そのうち11羽がTGウサギであった。9羽のうち3羽はすぐに死亡し、5羽には血清中にアポ蛋白(a)の発現はなかったが、残りの3羽には血清中にそれぞれ1.8mg/dl(A01line)、3.4mg/dl(A46line)、45mg/dl(A47line)の発現がELISAにより確認された。A0llineのF1ならびにF2TGウサギを使用し、次の結果を得た。ヒトアポ蛋白mRNAは主として肝藏と腎藏に発現していた。肝では肝細胞に発現していることを免疫染色並びにin situ hybridizationにより確認した。
細胞内代謝調節によるT細胞分化制御機構の解明

ナイーブT細胞からの様々なエフェクターT細胞サブセットへの分化には、細胞内代謝の大きな変化(=代謝リモデリング)を伴うことが知られる。しかし、分化や活性化に伴う代謝リモデリングがT細胞の性質獲得にどのような意義を持つかはあまり明らかでない。本研究では、栄養シグナルアダプター分子であるFlcnによる代謝リモデリングがT細胞の分化や機能へ与える影響を個体レベルで明らかにすることを目指す。T細胞の代謝ネットワークをin vivoで選択的に変化させることで任意のエフェクターT細胞を誘導できれば、細胞代謝コントロールに基づく新しいがん免疫治療戦略への展開が可能となる。
好酸球が持つ食作用のアレルギ-性疾患への影響

好酸球の食物胞としての機能についてのまとめ1.好酸球の分離:末梢血よりPercoll比重勾配遠心法にて好酸球を単離することが可能となった。屈折計を併用することによって比重差による採取が正確かつ容易になった。この方法により測定したところ、健康人と気管支喘息者の発作時と非発作時の好酸球に比重分布差は認められなかった。2.附着能:ナイロン綿維法では好中球に比し劣っいた.3.運動能:ランダム運動能,走比能ともに好中球に比し劣っていた.血小板活性化因子(PAF)は好酸球に特異的走化因子ではなく,好中球にも作用し,好酸球よりまさっていた.4貧食・殺菌能:大腸菌黄色ブドウ球菌に対する殺菌率は好中球に比し劣っていたが,これは貧食率の低下のためで、殺菌能は同程度と思われる。5.活性酸素産生能(1).化学発光(CL):粒子(OZ)貧食による場合は好中球より低い発光量であったが,膜刺戟物質(PMA)では好酸球が亢進していた。(2) O^ー_2産生能:OZでは差がなかったがPMAでは好酸球が高かった。(3) H_2O_2産生能:PMA刺戟では好酸球が有意に高値を示した。(4)気管支喘息患者の発作時と非発作時での検討では発作時にO2,PMA刺戟とも高いCLを示した。H_2O_2交生能には差はみられなかった。好酸球はある一定の條件下では好中球より多量の活性酸素を産生し、しかも細胞内より細胞外に対して放出するようである、アレルギ-性疾患において好酸球の放出する活性酸素が組織障害の一因となっていると考えられる。(1)好酸球の分離:ヘパリン加血液にFicollーConreyを加え顆粒球層を分離し,Percoll比重勾配遠心法にて好酸球を単離することが可能となった。屈折計を合せ使用することによって比重と屈折率の標準曲線及び関係式を求め正確応をチェックした.この方法でhypodense cellとnormodense cellを分離することが可能となったが,好中球はhypodense cellと同じ比重を持つため,この方法のみでは好中球の混入を防ぐことは不可能である.従って以後の実験は,normodense cellについて食細胞としての機能を検討した.(2)検査成績:健康人及び気管支喘息者の好酸球比重分布には差が認められなかった.健康人の未梢血好酸球の比重は1.090g/mlのnormodense cellがピ-クを示し,喘息患者の発作時,非発作時の好酸球分布も1.088g/mlとほぼ同じピ-クを示した.(1)附着能:ナイロン線維を使用した附着率では好酸球が劣っていた.(2)運動能:ランダム運動能,走化能とも劣っていて,好中球の約6/10程度であった.血小板活性化因子(PAF)は好酸球に特異的走化因子ではなく,好中球にも作用し,やはり好酸球が劣っていた.(3)貪食・殺菌能:大腸菌,黄色ブドウ球菌を用いた実験で,好酸球も好中球と同様に貪食,殺菌能は操っているが,貪食率は好中球の約2/3であった.このため殺菌率も低下している結果となったと考察した.眞の殺菌率は好中球と同ごと推測している.(4)活性酸素

産生能:好酸球も好中球と同様に活性酸素を産生するが、細胞膜利戟激物質の種類によって大きな差がみられた。その機序の解明については次年度に行なう.1.好酸球の活性酸素産生能測定(1).正常人末梢血の好酸球と好中球の比較(2)O^-_2産生能:OZでは両者に有意差はみられなかったが,PMAでは好酸球の方が有意に高いO^-_2産生がみられた。(3)H_2O_2産生能:PMA刺激において好酸球が有意に高値を示した。(2)気管支喘息患児の発作時は非発作時の末梢好酸球の比較(1)化学発光測定:OZでは発作時と非発作時の好酸球では発作時が有意に高い発光強度を示した。PMAでも発作時のCLが高い傾向を示した。(2)H_2O_2産生能:発作時と非発作時に差はみられなかった。好酸球はある一定の條件下では好中球より多量の活性酸素を産生し,しかも細胞内より細胞外に対して放出する可能性が示唆された。アレルギ-性疾患において好酸球の産生する活性酸素が組織障害の一因になっていると考えられた。前年度報告した方法で好酸球を分離し,膜刺激物質でEPOを放出させ,同数の好酸球の全EPO量から放出量を算出した。EPO測量は,oーphenylenediamine dihydrochlorideとhydrogen peroxideで反応させ492nmの吸光度を測定した。この測定方法を確立し気管支喘息患児の発作時と非発作時のEPO放出率を検討中である。
抗癌剤トリプディオライト生産用植物細胞大量培養法に関する研究

本研究では、抗癌物質トリプディオライトを生産することが報告されているクロヅル(ニシキギ科、Tripterygium wilfordii)を実験材料とし、その細胞を懸濁培養させるためのバイオリアクター開発を指向した基礎実験を行なった。植物体は、福島県および群馬県の山間部より採取した。実験では、先ず外植片よりカルスの誘導を試みた。ハイポネックス,ココナツミルク,バナナ,MS培地を用い至適還境の選定を行なった所、MS培地が最も優れていることが分った。一方、ココナツミルク培地からは、植物の全能性に基付いて幼植物体を再生することができ、クロヅルの組織培養法を確立する上で極めて有用な結果を得た。次に、MS培地中の庶糖、ホルモンの組成を変え、それらがカルス生育に及ぼす影響を検討した。糖に関しては、2040kg/【m^3】へと濃度を高めるにつれてカルス誘導が促されるが、生育速度は逆に抑制されることが分った。ホルモンの効果については、NAAおよびカイネチンの添加量を0.20.5ppmの範囲で各々4通り変え、合計16通りのカルス誘導を試みた。その結果、カイネチンの割合を大きくすると黒い色素に覆われた細胞魂が導びかれ、反面、NAAの割合を上げると白い細胞魂が誘導されると言う注目すべき経験則を得た。さらに、植え付け時のカルス断片の大きさを小さくすることにより、対植え付け時のカルス生長量を25日間で約5.6倍に迄高めることができた。また、液量1lおよび0.1lの気泡塔型バイオリアクター(単孔、ガラス製)を試作し、酸素の液相物質移動容量係数KLa値を求めた。空気の空塔基準ガス流速を1.8m/hとした条件では、クロヅル細胞懸濁液は、培地と比較し、KLa値が約1/3に迄低下することが分った。さらにガス流速を1.73.74m/hの範囲で4とおり変え、21日間回分培養させて生育量を求めた。その結果、ガス流速に比例して生育量が増すことが分った。
イデアルの巨大基数公理的性質の研究

以前申請者は「一般連続体仮説の下では、cof(λ)<κの時はNS_<κλ>の飽和数はλ^+より大きい」ということを証明した。昨年申請者は筑波大学数学系の塩谷助手と「一般連続体仮説の下では、cof(λ)<κの時はNS_<κλ>はどんなstationary setに制限してもprecipitousとはならない」という以前の定理の拡張を得た。また最近「λがN_2以上の正則基数ならばNS_<κλ>の総和数はλ^+より大きい」と「一般連続体仮説の下では後続基数κとN_2以上のλに対してはNS_<κλ>はpresaturatedとはならない」ということを生成的超羃を使って証明した。イデアルIに対してPIとはI-positveな集合達の上に部分順序<を「X<YiffX<⊆Y」によって定義したものである。イデアルIがλ-properとはPIに関するgeneric extensionでは必ずP_<κ1>λ上のstationary setが保存されるという性質を意味する。申請者はλ-properなイデアルの存在より{α∈λ:cof(α)=ω}のstationaryな部分集合は必ずreflectすることを証明した。故にλ=δ^+ならばλ-properなイデアルの存在よりδでのbox principleの否定が得られる。そしてこれよりsingular strongの後続基数λでのλ-properなイデアルと可測基数の存在よりWoodin基数の無矛盾性が証明される。またこのようなλ-properなイデアルはsupercompact基数をLevy collapseして得られるモデルには必ず存在することを証明した。
黄色ブドウ球菌由来の鉄取り込み関連細胞壁結合型病原因子蛋白質Isdの構造機能解析

本研究課題では,高い病原性と薬剤耐性菌の出現により院内感染を引き起こすとして社会問題になっている,黄色ブドウ球菌の鉄獲得システムのひとつであるIsdシステムに着目し,Isdシステムの蛋白質中に存在するヘム結合ドメイン,NEAT(NEArTransporter)ドメインのヘム結合特性を解析した.その結果,1分子のIsdH-NEAT3が多分子のヘムと結合できることを見出した.この知見は,効率よくヘムを取り込むために発達した機能と推察される.本研究で解析したIsdH-NEAT3は,Isdシステムの最上流に位置する蛋白質であり,多分子のヘムを結合することで,系全体の効率の向上に貢献すると考えられる.本研究課題では,高い病原性と薬剤耐性菌の出現により院内感染を引き起こすとして社会問題になっている,黄色ブドウ球菌の鉄獲得システムのひとつであるIsdシステムに着目し,Isdシステムの蛋白質中に存在するヘム結合ドメイン,NEAT(NEArTransporter)ドメインのヘム結合特性を解析した.その結果,1分子のIsdH-NEAT3が多分子のヘムと結合できることを見出した.この知見は,効率よくヘムを取り込むために発達した機能と推察される.本研究で解析したIsdH-NEAT3は,Isdシステムの最上流に位置する蛋白質であり,多分子のヘムを結合することで,系全体の効率の向上に貢献すると考えられる.本研究では,黄色ブドウ球菌由来IsdHのNEATドメインの構造と機能を解析することを目的としている.昨年度までに,アポ状態のIsdH-NEAT3ドメインの構造解析は完了していたが,今年度は,IsdHのNEAT3ドメインのヘムとの複合体の立体構造を,分子置換法により1.9Åの分解能で決定した.ヘム分子は,IsdH-NEAT3ドメインの分子表面に結合し,Tyr642の側鎖の水酸基が中心の鉄原子に配位し,Ser563,Tyr646がヘムの側鎖と水素結合を形成していた.ヘム結合部位には,Ser563, Val564, Met565, Phe568, Tyr593, Trp594, Val635, Val637, Ile640, Tyr642, Tyr646, Val648が存在しており,比較的疎水的な環境となっていた.また,ヘムの結合により周辺に存在するβ-ターンが構造変化し,ヘムを挟み込む形で結合することが明らかになった.IsdH-NEAT3ドメインと結合したヘムの接触可能表面積は340A^2と算出され,表面の44%が露出していた.他のヘム結合蛋白質においては,このように大部分が露出した形で結合している例はなく,したがって,このようなヘム結合様式はIsdシステムに特徴的なものあるといえる.Isdシステムが,宿主からヘムを獲得し,黄色ブドウ球菌体内にヘムを輸送する機構であることを考えると,ヘムが蛋白質の表面に結合することは,次の分子へとヘムを受け渡すための分子機構であると推察される.これらの知見は,研究開始当初には得られていなかった知見であり,今年度の研究成果によりIsdシステムの解明が大きく前進したといえる.本研究課題では,高い病原性と薬剤耐性菌の出現により院内感染を引き起こすとして社会問題になっている,黄色ブドウ球菌の鉄獲得システムのひとつであるIsdシステムに着目し, Isdシステムの蛋白質中に存在するヘム結合ドメイン, NEAT(NEAr Transporter)ドメインのヘム結合特性を解析した.前年度までに得られたX線結晶構造解析の情報に加え,分析超遠心分離法,ゲルろ過クロマトグラフィーによる解析,等温滴定型熱量測定,分光光度計を用いたヘム結合解析により, 1分子のIsdH-NEAT3が多分子のヘムと結合できることを見出した. X線結晶構造解析では, 2分子のNEATドメインの間に結合したヘム分子がスタックして疎水性相互作用をしており,これは他のヘム結合蛋白質Sphによる多分子のヘム結合様式と類似していた.これまでに報告されたNEATドメインはいずれも1分子のヘムと結合することを示唆したが,本研究により得られた, 1分子のNEATドメインが多分子のヘムと結合できるという知見は,効率よくヘムを取り込むために発達した機能と推察される.本研究で解析したIsdH-NEAT3は, Isdシステムの最上流に位置する蛋白質であり,多分子のヘムを結合することで,系全体の効率の向上に貢献すると考えられる. Isdシステムの蛋白質は,黄色ブドウ球菌に対するワクチンとしての応用が期待されているが,本研究により,その分子特性を知ることができた.今後,これらの知見が,ワクチン薬の創成に応用されることを強く期待する.