hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マイクロチップを用いた多重極限条件下熱測定開発

本研究では、微細加工した比熱・熱容量測定用マイクロチップを用いて外的な環境制御下での交流熱測定を行うことを目指した開発研究を行った。チップカロリメターの極微性、温度レスポンスの速さ、高い検出感度を生かし1.0 μgオーダーまでの分子性化合物の極微単結晶の熱力学的な測定を行うとともに、低温、強磁場が組み合わさった外的環境制御下での測定による分子性超伝導体、磁性体の物性研究を行った。同時に、圧力制御下での測定についても進めた。本研究は、分子性化合物の極微サイズの単結晶に対して、磁場、圧力など様々な外的環境を制御した条件下での熱測定を高感度で行うために微細加工したサーマルチップを使った多重極限下での測定開発を行うことを目的としている。平成24年度は、前年度に引き続き、有機超伝導体κ-(BEDT-TTF)2Cu(NCS)2,量子スピン液体的な基底状態を形成するκ-(BEDT-TTF)2Cu2(CN)3に関する実験に加え、アニオン部の3d電子による磁性と有機分子によるπ電子が相互作用をおこし磁性と超伝導の競合、協奏効果によって各種の物性が発現するκ-,λ-(BETS)2FeX4 X=Cl, Brを対象にμgオーダーでの熱物性研究を展開した。まず、これまでの実験で用いていたTCG3880において、センサー部とヒーター部が離れていることから、温度変調をおこす励起電流を比較的低い周波数にせざるを得ないことが問題になっていたため、両者の距離が14μm程度と近いXEN-39393というタイプのチップセンサーの性能評価を行った。TCG3880チップでは試料の温度変化に対する時定数が、104 Ks-1だったが、それが二ケタ程度改善されているため、より高感度の応答があることが判明した。その結果、κ-(BEDT-TTF)2X系の超伝導転移とガラス転移をともに検出することに成功するとともに、測定可能な周波数領域が直流から25 Hz付近まで広がりBEDT-TTF分子のエチレン基の配座の凍結によるガラス転移の周波数依存性に関する情報を得ることができた。数μm程度の薄片状の試料になる重水素化したκ-(BEDT-TTF)2Cu2(CN)3において6 K付近に生じる電荷の自由度による熱異常の検出も行った。さらに、κ-(BETS)2FeBr4の面内の様々な角度から磁場印加した状態での磁気転移点とエントロピーの変化の議論に成功した。平成25年度は、前年度に引き続きTCG3880の試料部をより微細化・集積化したXEN-39393チップ、XEN-39390チップの性能評価を行った。試料部位が小さくなることによって測定に適正な周波数領域が高周波となり10-30Hzでの測定が適正であることが判明した。しかしながら温度差検出部の小型化によって低温領域での熱伝堆感度が減少することがわかり液体ヘリウム温度領域ではTCG3880の方が検出感度という点では、有効であることが判明した。これらのチップを用いて、アクセプター分子であるPd(dmit)2の電荷移動錯体であるEtMe3Sb[Pd(dmit)2]2の交流熱容量を測定し、カチオン部の配向に関連すると思われる熱異常を観測した。磁場下、圧力下の外的環境を制御した条件下でのチップ特性の評価も同時に行い、TCG3880については8T,1K付近までの低温、高磁場下で十分に感度をもっており、k-(BETS)2FeBr4の磁場による影響を評価し、緩和型熱容量測定装置で得られた結果と定性的によく似た挙動を見出した。この系は磁性アニオン上の大きなモーメントをもつスピンの3次元的な相互作用がπ電子を介して発現する。しかし、面内から磁場を平行に引加することによって、磁性アニオンの配列に仕方と関係する低次元的な磁気構造が現れることが明らかになった。一方、圧力下での使用すると媒体の影響でチップの劣化が激しくなるため、圧力媒体としてヘリウム気体を用いたところ、室温付近では安定した周波数変調をかけられることがわかった。本研究では、微細加工した比熱・熱容量測定用マイクロチップを使って、外的な環境制御下での熱測定を行うことを目指した測定開発とそれを用いた物性研究を行うことを目的としている。平成23年度は、微小チップの極薄基板上に二次元性の強い微少単結晶を平面性良く固定できるメリットを生かし、二次元層状構造をもつ有機電荷移動塩に対して最大7Tまでの磁場を平行方向に印加した状態で、面内磁場異方性に関する情報を得るための実験を行った。対象物質としては、有機超伝導体であるk-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Brと低温で磁気秩序を示さずスピン液体的な基底状態を形成するk-(BEDT-TTF)2Cu2(CN)3を取り上げた。

測定に用いた試料は、ともに1μg程度の薄片状の単結晶を選び、基板の試料部に固定して半定量的な交流熱測定によって熱異常を検出することを行った。前者の二つの塩においては、磁場印加によってTcは大きく変化しないものの、ピークの大きさがボルテックスの侵入によって抑制される層状超伝導体の磁場依存性が検出された。また後者の塩では、5.7 K付近に二量体内での電荷の揺らぎによる誘電異常とそれに誘引される格子熱容量のブロードな異常があることが知られている。マイクロチップデバイを用いて、BEDT-TTF分子の末端エチレン基を軽水素体のもの、重水素体に置換したものに対して実験を行ったところ、面内磁場の大きさ、方向による変化がなくこの熱異常はスピンそのものに関する秩序化ではないことを明らかにした。さらに、平成23年度はこのような物性測定と並行するかたちで、各種のマイクロ熱測定チップTCGシリーズの特性の評価とそれを用いた装置の開発も行った。TCG3990シリーズではセンサー部がより微小化され熱電対とチップ抵抗がより近い位置にあるため高い熱的な応答が観測された。平成24年度の研究計画とした進めたXEN-39393チップの性能評価とそれを搭載するプローブ等の装置開発の結果、各種の分子性導体、磁性体、強相関物質の物性研究がより高感度に行うことが可能であることが分かった。現在、15 Tまでの強磁場印加によってκ-(BETS)2FeBr4の磁場有機金属相、磁場有機超伝導相の探索にむけた実験が進行中である。この塩の面内異方性の詳細な実験によって、アニオン相内のFe原子間の相互作用に1次元的な異方性が存在し、その方向に磁場を印加すると三次元的の相互作用が抑制され、磁気転移点よりも低温側にスピンの内部構造の揺らぎによるhump構造が出現することがこの磁場下での測定で明らかになっている。この点をさらに追跡するため、強磁場下での実験を行う必要があるが、温度計の補正と、ノイズレベルの上昇が現状において課題としてあらわれており、現在、ノイズの少ないクライオスタットの作成を進めている。強磁場領域での二次元面内に平行に磁場を印加した状態で進めていけば、磁場有機超伝導、3d電子による外部磁場の補償効果についての情報を得ることができ、π-d電子系の理解に対して有益な情報を得ることが出来る。平成24年度の成果は、日本熱測定学会,日本物理学会で部分的に発表するとともに、熱測定関係の国際学会であるICCT2012においても発表を行っており、次年度へ継続可能な成果があがった。希釈冷凍機温度までの実験整備は、今年度の課題として着手していたが、現在、極低温でのクライオスタットのテストが進行中であり、次年度にも継続する予定である。圧力印加下でのマイクロチップを用いた実験についても、現在、開発中である。平成24年度の試行実験によって試料部分をエポキシでコートすることで素子の破損を防ぐことを検討しており次年度にむけてより安定した測定開発を進めることで目的を達成できる。平成23年度の装置開発、物性測定に関する実験の展開によって、マイクロチップを用いた熱計測測定を比較的強磁場領域、極低温を組み合わせた開発課題の達成は十分に可能であるという判断に至ることができた。特にスプリット型超伝導磁石と組み合わせて二次元的な層状構造をもつ有機超伝導体の超伝導転移と、局在スピンをもつMott絶縁体で面平行状態での角度分解磁場依存性の実験装置のセットアップと、微弱信号の高感度増幅を行うことで、熱容量の温度依存性に対する正確な情報を引きだすことにはある程度は成功した。分子磁性体に関しては、面内の磁場容易軸の方向まで決定することができた。
π電子系機能物質化学の革新を招く供与性π結合エンジニアリング

本研究では、ホウ素-窒素原子間に形成される供与性π結合のエンジニアリングという観点から、(1)「無機シクロブタジエン(CBD)」の機能化学の開拓に取り組むとともに、(2)無機CBDを前駆体とした「無機ポリアセチレン」の創製を目指す。供与性π結合の自在な操作を可能にする分子技術により、供与性π結合の「形成を制限する」「方向を制御する」といったπ電子系の新たな制御技術開発を目指す。
トリチウムシミュレーターを用いた生物照射実験とトリチウム生物影響の評価

トリチウムシミュレーターの性能-装置の概要と制御系および線量測定-について。本装置設計の基本的考え方は、予定される生物種が多種にわたるため(動物,酵母,培養細胞,植物など)、トリチウムに対する感受性も巾が広いので、線量範囲、とくに低線量域を広範囲でカバーできること、第2にトリチウムの生物種によって異なる生物学的半減期に対応できるよう、種々の径時的減少をする照射線量率が得られること、第3に照射が長時間にわたるため、安定した自動運転と非常時の安全確保が可能であることである。線源はCs-137の20Ciと1Ciの2種類として水平回転する線源容器に対称位置に装着して、いずれか1種の線源が照射孔に出る様にした。全体は格納容器に収納した。照射線量率を連続的に変化させるために、格納容器の照射孔前面にフィルター(上端20mm、下端2mmの鉛)を設置し、これを上方から下方へ動かすことによる方法と、照射試料を線源側から移動させる方法を採用した。試料移動の方法は床にレールを敷き、この上に試料台車をのせてモーター駆動のチェーンで引いて微速度運転をする。試料台車牽引のモーターの駆動はコンピューター制御方式を採用した。この結果牽引速度は毎分1mから24時間で1mm以下まで正確に自動制御が可能となった。またさらにトリチウムの生物学的半減期に対応した照射線量の曲線的減少も制御可能である、線源からの直線的線量率分布は、Ionex線量計(Type 2500/3)によって測定した結果、20Ci,1Ciのいずれの線源を用いた場合にも非常に良好な直線性が得られた。この2種類の線源で得られる線量率範囲は、線源より1mから5mの間で15R/minから0.0003R/minであった。散乱線や線質の変動については現在測定中である。マウス腸障害(クリプト幹細胞死を指標)について本装置を用いた照射実験が行はれ、固定した組織の観察と集計整理が進行中である。
エクジソン20-水酸化酵素遺伝子の単離と発現調節に関する研究

本研究は,カイコの非休眠卵を用いてミクロソーム型電子伝達系を構成しているNADPHチトクロームP450還元酵素とエクジソン20-水酸化酵素の遺伝子を単離し,これらの酵素の発現パターンからカイコ卵における20-ヒドロキシエクジソンの生合成機構を解析しようとするものである.(1) NADPHチトクロームP450還元酵素遺伝子の単離:すでに知られている昆虫のNADPHチトクロームP450還元酵素遺伝子の保存された塩基配列を基にしてRT-PCR法によりcDNA断片を得た.さらに,これをプローブとしてcDNAライブラリーのスクリーニングを行い,得られたクローンの塩基配列を決定した.現在,この配列の一部をpET28ベクターを用いて大腸菌に組み込み,目的蚕白質を発現させ,その蛋白質のポリクローナル抗体を作製中である.(2)エクジソン20-水酸化酵素の遺伝子の単離:エクジステロイド誘導性細胞(EcR293細胞)のエクジステロイド応答配列の下流にルシフェラーゼをコードする遺伝子を導入した.このような細胞の中から,20-ヒドロキシエクジステロイド誘導/非誘導値が1000倍以上のものを単離し株化した(LucEcR293細胞と命名).LucEcR293細胞の各種エクジステロイドに対する反応性を調べた結果,25-デオキシエクジソンには反応しないが25-デオキシ-20ヒドロキシエクジソンには濃度依存的に反応することが明かとなった.現在,非休眠卵より調製したcDNAフラグメントをほ乳類発現ベクターpSV-SPORTに組み込み,NADPHチトクロームP450還元酵素遺伝子と共にLucEcR293細胞に導入し,25-デオキシエクジソンの存在下でルシフェラーゼアッセイを行うことにより,エクジソン(25-デオキシエクジソン)20-水酸化酵素遺伝子のスクリーニングを行っている.本研究は,カイコの非休眠卵を用いてミクロソーム型電子伝達系を構成しているNADPHチトクロームP450還元酵素とエクジソン20-水酸化酵素の遺伝子を単離し,これらの酵素の発現パターンからカイコ卵における20-ヒドロキシエクジソンの生合成機構を解析しようとするものである.(1) NADPHチトクロームP450還元酵素遺伝子の単離:すでに知られている昆虫のNADPHチトクロームP450還元酵素遺伝子の保存された塩基配列を基にしてRT-PCR法によりcDNA断片を得た.さらに,これをプローブとしてcDNAライブラリーのスクリーニングを行い,得られたクローンの塩基配列を決定した.現在,この配列の一部をpET28ベクターを用いて大腸菌に組み込み,目的蚕白質を発現させ,その蛋白質のポリクローナル抗体を作製中である.(2)エクジソン20-水酸化酵素の遺伝子の単離:エクジステロイド誘導性細胞(EcR293細胞)のエクジステロイド応答配列の下流にルシフェラーゼをコードする遺伝子を導入した.このような細胞の中から,20-ヒドロキシエクジステロイド誘導/非誘導値が1000倍以上のものを単離し株化した(LucEcR293細胞と命名).LucEcR293細胞の各種エクジステロイドに対する反応性を調べた結果,25-デオキシエクジソンには反応しないが25-デオキシ-20ヒドロキシエクジソンには濃度依存的に反応することが明かとなった.現在,非休眠卵より調製したcDNAフラグメントをほ乳類発現ベクターpSV-SPORTに組み込み,NADPHチトクロームP450還元酵素遺伝子と共にLucEcR293細胞に導入し,25-デオキシエクジソンの存在下でルシフェラーゼアッセイを行うことにより,エクジソン(25-デオキシエクジソン)20-水酸化酵素遺伝子のスクリーニングを行っている.
偏波FM-CWレーダによる土壌中埋没物体の高精度検出

この研究は、深さ1m程度の土壌に埋もれた物体を検出できる偏波FM-CWレーダ装置を開発し、遺跡探査用の道具に資することを目標とした。昨年度までの研究により地中レーダとして適当と思われる周波数250-1000MHzを選定し,レーダの原形が作成できたので,今年度はアンテナから放射される電波を効率よく地表面に入射させるため,整合の理論的な検討を行った。250-1000MHzという超広帯域にわたり、均一なアンテナの放射特性を得ることは非常に難しいが、システムの最終的な性能はアンテナの特性に依存してくる。従ってアンテナの性能がシステム性能を決めると言っても過言ではない。今年度は地表面からある高さにホーンアンテナを設置した状態で、どの程度入射電界が変化するかを境界要素法によって解析した。計算機シミュレーションにより周波数を一定とした場合,地表面からの高さによって,最大で10dB程度の入射電界強度の変化があることが確かめられた。モデル実験によっても同様の傾向が得られ,地上に設定するアンテナの最適な高さ(我々のシステムでは約30cm)があることが実証された。この結果を元に,実際の遺跡現場で試作したレーダによる埋没物探査実験を行った。場所は新潟県小千谷市真人原遺跡と新潟県東蒲原郡三川村吉ケ沢遺跡である。しかし,長雨の影響で地面の含水率が多く,電波の減衰のため,良い検出実験成果は得られなかった。その後,大学構内の砂地で偏波を組み合わせた検出実験によって埋没物の傾き,形状などを検出することができ,かなり大きな成果を得ることができた。今後,偏波の理論的な検討を加え,さらに有効な埋没物検出レーダシステムを構成する予定である。
Ｔｈｏｍａｓｓｅｎ予想とクローフリーグラフの２因子の研究

低連結ライングラフの2因子の成分数の上限をグラフの最大独立数で評価する研究を行い次のような結果を得た。「3連結claw-freeグラフは、連結成分数が高々2α/5であるような2因子を持つ(但し、αは最大独立数)」.一方、Thomassen予想のみならず、グラフの多くの未解決問題に対する重要な族である3正則グラフに対する研究では、Bondy予想、すなわち「適当な定数t_0が存在し、すべてのcyclically4辺連結3正則グラフの最長サイクルの長さはt_0n以上になる(ただし、nはグラフの位数)という予想が正しければ、Thomassen予想を弱めた主張が成り立つことを示した.低連結ライングラフの2因子の成分数の上限をグラフの最大独立数で評価する研究を行い次のような結果を得た。「3連結claw-freeグラフは、連結成分数が高々2α/5であるような2因子を持つ(但し、αは最大独立数)」.一方、Thomassen予想のみならず、グラフの多くの未解決問題に対する重要な族である3正則グラフに対する研究では、Bondy予想、すなわち「適当な定数t_0が存在し、すべてのcyclically4辺連結3正則グラフの最長サイクルの長さはt_0n以上になる(ただし、nはグラフの位数)という予想が正しければ、Thomassen予想を弱めた主張が成り立つことを示した.claw-freeグラフとはK_{1,3}を誘導部分グラフとして含まないグラフであり、線グラフの一般化になっている.本研究では、線グラフのハミルトン性についてのThomassen予想について考察を行った.ハミルトンサイクルとは、全ての頂点を通過するサイクルで、Thomassen予想とは4連結グラフはハミルトンサイクルを持つという予想である.2因子とは全ての連結成分がサイクルであるような全域部分グラフで、ハミルトンサイクルを一般化した概念になっている.本研究では、2または3連結といった低連結のclaw-freeグラフの2因子の連結成分数の上限についての研究を行った.22年度は、まずRyjacek教授を招へいし、小関氏らと共同研究を行い、連結成分数の上限をグラフの最大独立数で評価する研究を行い次のような結果を得た。「3連結claw-freeグラフは、連結成分数が高々2α/5であるような2因子を持つ(但し、αは最大独立数)」.この主張から、claw-freeグラフの最大独立数の上限を計算することにより、3連結claw-freeグラフの2因子の成分数の上限が2n/(5δ+10)で押さえられることがわかる(但し、nはグラフの位数、δは最小次数).この結果は本研究者らによるこれまでの上限を大幅に改良している.さらに、Cada博士を招へいし、千葉氏らと共同研究を行い、2連結claw-freeグラフが全ての連結成分がδ頂点以上であるような2因子の存在を証明した.証明は、Faudree教授や小関氏らとの共同研究によって得られた「最小次数が7以上の線グラフは全ての連結成分が3頂点以上からなる完全グラフであるような全域部分グラフを持つ」を一般化した主張を応用している.本年度は、主にThomassen予想と同値な主張についての研究を行った。Thomassen予想とは、任意の4連結ライングラフはハミルトンサイクルを持つという主張である。一方、1992年にJacksonはThomassen予想を強めた、次の予想を提唱した。「2辺連結グラフGは適当な閉トレイルC(Tutte閉トレイル)を持ち、G-V(C)の任意の連結成分Dに対して、DとCを結ぶ辺は高々3本となるように出来る。」この予想が正しければ、Thomassen予想が正しいことは容易に示すことが出来る。本年度、Cada、千葉、小関、Vrana氏との共同研究により、Jackson予想とThomassen予想が同値であることを示した。Thomassen予想はライングラフという非常に限られたグラフの族についての予想であるが、P-NP予想との関係が分かっており、今回更に、2辺連結グラフという、ほぼ全てのグラフが、Tutte閉トレイルという非常に強い性質を持つというJackson予想と同値であることが示されたことは非常に重要で、本研究者が本年度3月にアメリカ・メンフィス大学訪問において行った共同研究でも、重要なテーマになった。本年度は、更にJackson予想に関連するKaiser-Skerekovski予想について共同研究を行い、その反例を構成することに成功した。このことは、Jackson予想を強めることが一般に難しいことを示唆しており、更にTutte閉トレイルを持つという性質が、局所的な性質ではなさそうだという予見を与えた。Jackson予想の別の方向への拡張として閉トレイルの極大性についての研究がある。即ち極大な閉トレイルがTutte閉トレイルになるかという問題である。この研究については、最長サイクルが必ずしも支配的サイクルにならないと予想されているのと同様、否定的なグラフの構成に成功した。Thomassen予想、すなわち「4連結ライングラフL(H)はハミルトンサイクルを持つ」という予想を解決するために、そのプレイメージグラフ(ライングラフの元のグラフH )の研究と低連結ライングラフの構造の研究を行った。プレイメージグラフHが4辺連結ならば、そのライングラフは4連結になる。しかしその逆は成り立たない。しかし、いくつかの標準的なグラフの変換によって、プレイメージグラフをessenailly4辺連結グラフに置き換えることができる。さらに次数4以上の頂点に対してFleishner変換(適当な2辺を剥がす)ことによって3正則グラフを得ることができる。3正則グラフは四色問題やサイクル二重被覆問題などグラフ理論の重要な問題と関係する最も重要なグラフの族の一つである。

したがって、これまでも多くの研究がなされている。本研究では、Cada博士(研究協力者)らとの共同研究によって、3正則グラフの最長サイクルの長さとの関係について研究を行い、3正則グラフの著名な予想であるBondy予想、すなわち「適当な定数t_0が存在し、すべてのcyclically4辺連結3正則グラフの最長サイクルの長さはt_0n以上になる(ただし、nはグラフの位数)」という予想が正しければ、「適当な定数t_1が存在し、すべての4辺連結ライングラフの最長サイクルの長さがt_1n以上になる」という予想が正しいことを示した。さらにこの主張を最小次数5以上の4辺連結ライングラフの族に制限することによって、位数の線形( t_1n )以上の長さのサイクルの存在が、ハミルトンサイクルの存在を保証することを示した。その逆は明らかに成り立つので、最小次数が5以上ならば、ハミルトンサイクルの存在と位数の線形の長さのサイクルの存在が同値であることが分かった。平成24年度は、Thomassen予想「4連結ライングラフはハミルトンサイクルを持つ」の解決を目指し、Tutte閉トレイルと偶部分グラフの研究を行った.Tutte閉トレイルとは、ライングラフのTutte閉路に対応する、ライングラフのプレイメージグラフにおける閉トレイルで、本研究者は昨年度チェコのCada氏、Vrena氏、小関氏、千葉氏との共同研究で、Thomassen予想が、Tutte閉トレイルに関するJackson予想「任意のBridge-lessグラフはTutte閉トレイルをもつ」と同値であることを示した.平成24年度は更にTutte閉トレイルの性質についての研究を行った.本研究者はJackson教授と「任意のessentially 3-edge-connectedグラフは全ての成分が位数5以上であるような全域偶部分グラフをもつ」ことを示し、この下限5が最良である無限個の例を構成した.従って、一般にこの主張を改良することは出来ない.そこで本研究者は、上記Cada氏らとプレイメージグラフの辺を全て支配するdominating偶グラフの研究を行い、「essentially 3-edge-connectedcubicグラフは、dominating偶部分グラフで、全ての成分が位数6以上のものをもつ」ことを示した.また、平成24年6月にアメリカ・バンダービルト大学で開催されたグラフのサイクルについての国際会議で、本科学研究費補助金によるこれまでの研究結果を発表し、Plummer教授ら多くの研究者からの知見をえた.
要介護認定情報登録システムの構築を通した福島県での要介護認定率の急増要因の探索

要介護認定率が福島県で急増している原因を明らかにするため、要介護認定情報の収集を実施した。本年度までに15自治体の情報収集が完了し、悉皆性のあるデータベースを構築した。要介護認定情報と健診情報を突合できた双葉町のデータを用い、高血圧、糖尿病、脂質異常症、肥満、脳卒中の既往、心疾患の既往の有無別に要介護2以上の新規認定リスクを検討した。人口寄与危険度割合は高血圧が最も高く33.1 %であり、震災前後で対象者の高血圧の有病割合が45.7 %から56.2 %と急増していることから、被災自治体の一つである双葉町における震災後の要介護認定率の急増には高血圧が大きく寄与した可能性がある。本研究課題は、福島県内の要介護認定の情報を収集し、1)要介護認定情報データベースを構築すること、2)構築したデータベースを既存の健診などのデータと突合し、被災地域の中でもなぜ福島県の沿岸部で震災後の要介護認定率が急増しているのかその要因を個人レベルから明らかにすることを目的としている。二年計画の初年度は、要介護認定情報のデータベースの構築を進めた。要介護認定は各自治体の介護認定審査会で判定を行っている。そのため、要介護認定の情報は自治体が保有しており、本年度はデータ提供について各方面と福島県立医科大学医学部疫学講座との間で協定を結ぶなど調整を行った。その結果、市町村からの委託という形でデータ収集が可能となった。また、データについては要介護認定の情報だけでなく健診データも併せて提供頂けることになった。当初は提供された要介護認定の情報に、福島県「県民健康調査」のデータを突合する方法を今年度検討する予定であった。しかしながら、あらかじめ健診データを含んだ状態でデータ提供を受けられることになったため、既存のデータとの突合作業を省略することが可能となった。データは福島県の全59市町村から提供頂くことを視野に入れつつ、少なくとも現時点で10市町村からデータ提供を受ける予定である。以上より、初年度は次年度に福島県における震災後の要介護認定率の急増要因を個人レベルから明らかにするための基盤を構築した。所属機関を異動し、自治体など各方面との調整に時間がかかった。本研究課題は、福島県内の要介護認定の情報を収集し、1)要介護認定情報データベースを構築すること、2)構築したデータベースを既存の健診などのデータと突合し、要介護認定率の急増要因を個人レベルから明らかにすること、を目的としている。二年計画の最終年度は、福島県内の各自治体から個人レベルの健診データ、要介護認定情報、レセプトデータを後期高齢者および国保のデータベースから順次収集した。現在、13自治体について平成24年度分以降のデータを、内5自治体については平成23年度以前(最長平成20年度)のデータも格納している。次に、データの突合が完了した東日本大震災の被災自治体である双葉町のデータを用いて、震災後の新規要介護認定のリスクを検討した。20112012年に健診を受けた者(1,228人)を解析対象者とし、生活習慣病(高血圧、糖尿病、脂質異常症、肥満)の有無と要介護2以上の認定リスクの関係をCox比例ハザードモデルより算出した。追跡完了日は2017年3月31日である。要介護2以上の認定リスクは高血圧有で1.60 (95%信頼区間: 0.52-4.97)、糖尿病有で1.31 (95%信頼区間: 0.62-2.79)であった。人口寄与危険度割合はそれぞれ33.1%、9.8%であった。また、福島県「県民健康調査」より震災前後で双葉町の高血圧の有病割合は45.7%から56.2%、糖尿病の有病割合は13.9%から9.7%とそれぞれ上昇/減少している。従って、福島県における震災後の要介護認定率の急増には高血圧が大きく寄与していることが明らかとなった。最終年度は、東日本大震災後に福島県の要介護認定率が急増した要因を個人レベルから明らかにすることを目的とする。上記の理由により当初の計画よりは少し遅れているものの、市町村の委託という形で要介護認定情報と健診データが揃ったデータセットを4月より順次頂けることになっている。これによりデータの突合などデータセットを整備する手間が大幅に軽減されるため、現在の遅れは十分にカバー可能である。本年度は市町村から提供を受けるデータセットを用いて解析を進めていく。肥満・高血圧・糖尿病・脂質異常症の有無別に震災前および震災後の要介護発症リスクをそれぞれCox比例ハザードモデルより交絡因子を調整して算出する。また、算出したハザード比を用いてそれぞれの人口寄与危険割合を推定する。これにより、福島県において要介護認定率が震災前後に急増した要因が明らかとなる。

疫学本年度データを収集し、既存のデータと突合してデータベースを作成する予定だったが、先述の理由によりデータの収集が完了しなかった。そのため、データ入力やクリーニングのための人件費が発生しなかった。また、このデータベースを格納するためのPCとネットワークの構築費用を計上していたが、上述の理由によりこれらの費用は発生しなかった。今年度の成果によりデータの突合作業は必要なくなったが、その他の上述の作業は次年度発生するため、繰り越した分をそのまま次年度行う作業に使用する。また、所属機関を異動したため、研究実施場所への旅費に一部充てる。
AAAタンパク質によるタンパク質アンフォールディングと脱凝集の分子機構の解析

p97は小胞体関連分解や膜融合、タンパク質凝集抑制など様々な細胞機能に関与するAAAファミリータンパク質である。p97はN末端ドメインと2つのAAA型ATPaseドメイン(D1およびD2)から構成され、ホモ6量体のリング構造を形成する。D1はほとんどATPase活性を示さないため、D2でATPを加水分解して機能すると考えられているが、ドメイン間およびサブユニット間でどのように協同して働いているかは不明である。そこでp97の動作原理を明らかにするため、線虫由来p97ホモログCDC-48.1を題材に、p97のATP加水分解機構を調べた。D1のヌクレオチド結合能を欠損させるとD2のATPase活性は完全に消失した。またD1の触媒残基に変異(E311Q)を導入しATP加水分解能を消失させると、D2のATPase活性は野生型の20%程度だが、E311Qに加えさらにD1のセンサー1やアルギニンフィンガーへ変異を導入すると、D2のATPase活性は野生型の80%程度まで回復した。これらの結果から、D2のATPase活性はD1のヌクレオチド結合状態によって変化し、D1がADP結合型の時、D2が活性型になると考えられた。これはD1のATPase活性を促進させるとD2のATPase活性が減少するという結果とも一致した。また、D2のATPase活性はHill係数が1.6を示し、わずかなATPアナログを添加するとATPase活性が強く阻害されることから、サブユニット間においては正の協同性をもって働いていることが分かった。FtsHは膜結合型のプロテアーゼであり、不要タンパク質や細胞調節因子を分解またFtsHの基質分解のアンフォールディングと分解のメカニズムを明らかにするた、安定性を変化させた大腸菌およびAnabaena由来のflavodoxonを基質としてFtsHによる分解効率を調べた。その結果、基質の分解効率は基質の安定性と良い相関がみられ、FtsHの基質は基質構造の安定性に依存することが証明された。本研究では、神経変性疾患を引き起こすタンパク質ミスフォールディングや凝集形成に対する生体防御機構の解明を目標として、AAAタンパク質によるアンフォールディング作用および脱凝集・脱会合機構を明らかにすることを目的として研究を進めた。研究対象とするAAAタンパク質は線虫由来p97および大腸菌由来FtsH、ウニ由来kataninである。線虫由来の2種類のp97(CDC-48.1およびCDC-48.2)をバキュロウィルス-昆虫細胞系で発現・精製した。CDC-48.1およびCDC-48.2は同程度のATPase活性を示し、ともに安定な6量体構造を形成した。線虫由来p97の凝集抑制作用を調べるため、ハンチントン舞踏病の原因タンパク質であるハンチンチンエキソン1(長いポリグルタミン配列含む)とGSTとの融合タンパク質を作製した。まずpull down assayによりp97はハンチンチンと直接相互作用することが明らかになった。また結合にはD1およびD2ドメインが重要な役割を果たしていると考えられた。さらにポリグルタミン凝集反応にp97を加え、濁度測定およびfilter trap assayにより凝集形成を追跡すると、明らかにポリグルタミンの凝集形成を遅延させることが分かった。また原子間力顕微鏡により凝集体の形態を調べたところ、p97を添加した場合には、線維状の凝集体がほとんど観察されなかったことから、p97は線維形成を特異的に抑制していることが示唆された。また大腸菌由来FtsHに関して、アンフォールディング活性を生み出す構造特性を明らかにするため、高いアンフォールディング活性をもつFtsHをrandom mutagenesisにより作製し変異導入部位の解析から構造特性を明らかにすることを試みた。スクリーニング系を確立したので、今後スクリーニングを行う。FtsHは膜結合型のプロテアーゼであり、不要タンパク質や細胞調節因子を分解またFtsHの基質分解のアンフォールディングと分解のメカニズムを明らかにするた、安定性を変化させた大腸菌およびAnabaena

由来のflavodoxonを基質としてFtsHによる分解効率を調べた。その結果、基質の分解効率は基質の安定性と良い相関がみられ、FtsHの基質は基質構造の安定性に依存することが証明された。p97は小胞体関連分解や膜融合、タンパク質凝集抑制など様々な細胞機能に関与するAAAファミリータンパク質である。p97はN末端ドメインと2つのAAA型ATPaseドメイン(D1およびD2)から構成され、ホモ6量体のリング構造を形成する。D1はほとんどATPase活性を示さないため、D2でATPを加水分解して機能すると考えられているが、ドメイン間およびサブユニット間でどのように協同して働いているかは不明である。そこでp97の動作原理を明らかにするため、線虫由来p97ホモログCDC-48.1を題材に、p97のATP加水分解機構を調べた。D1のヌクレオチド結合能を欠損させるとD2のATPase活性は完全に消失した。またD1の触媒残基に変異(E311Q)を導入しATP加水分解能を消失させると、D2のATPase活性は野生型の20%程度だが、E311Qに加えさらにD1のセンサー1やアルギニンフィンガーへ変異を導入すると、D2のATPase活性は野生型の80%程度まで回復した。これらの結果から、D2のATPase活性はD1のヌクレオチド結合状態によって変化し、D1がADP結合型の時、D2が活性型になると考えられた。これはD1のATPase活性を促進させるとD2のATPase活性が減少するという結果とも一致した。また、D2のATPase活性はHill係数が1.6を示し、わずかなATPアナログを添加するとATPase活性が強く阻害されることから、サブユニット間においては正の協同性をもって働いていることが分かった。FtsHは膜結合型のプロテアーゼであり、不要タンパク質や細胞調節因子を分解またFtsHの基質分解のアンフォールディングと分解のメカニズムを明らかにするた、安定性を変化させた大腸菌およびAnabaena由来のflavodoxonを基質としてFtsHによる分解効率を調べた。
植物との細胞内共生を含む根粒菌の複雑な生活史の分子基盤の探索

アルファルファ根粒菌S.melilotiはシグマ因子σ^<32>ホモログをコードする遺伝子を二つ(rpoH_1、rpoH_2)有している。共生に関し、S.melilotiのrpoH_1変異株はNod^+Fix^-、rpoH_2変異株はNod^+Fix^+、rpoH_1rpoH_2二重変異株はNod^-Fix^-となる。このシグマ因子によって転写される遺伝子を探すために以下の実験を行った。各変異株、野生株の液体培養の温度を急上昇させ、その後の細胞内タンパク質合成パターンの変化を追跡した。その結果Hspは1)合成が特に顕著に誘導され、かつrpoHの機能に部分的に依存しているもの2)合成速度は温度上昇後10分で最大になり、かつrpoHに依存3)合成は30分で最大、rpoHに依存しないの3グループに類別された。グループ1はウェスタン解析により多重groEL遺伝子の産物、グループ2はA.tumefaciensの知見を参考にClpBとDnaK、とそれぞれ推定した。更に、熱ショック処理の前後や培養細胞・バクテロイド間において、5つのgroE、2つのclpB、及びdnaK各々のmRNA量の変化と転写へのRpoHの関与の有無を調べた。その結果、5つのgroEのうち少なくとも2つのmRNAが熱ショックにより増加し、一方はrpoH_1の機能に依存、他方はrpoH_1、rpoH_2に無関係であることを明らかにした。次に、RpoH_1、RpoH_2各々に対する抗血清を用いて、熱ショック処理や単生・共生の違いに伴う各タンパク質の細胞内濃度の変化を測定した。その結果、RpoH_1タンパク質の細胞内濃度は、熱ショック処理の前後や単生・共生の違いにかかわらず一定の高いレベルを示していた。RpoH_1の高い活性が必要でない細胞内では、RpoH_1分子の大半に転写過程への参加を妨げるような制御が働いていると考えられる。根粒菌はマメ科植物に根粒を形成させ、その宿主細胞内で共生窒素固定を行う。アルファルファ根粒菌Sinorhizobiummelilotiからクローン化した2つのrpoH(大腸菌熱ショック・シグマ因子σ^<32>遺伝子)rpoHI、rpoHII相同遺伝子の機能解析として、本年度は遺伝子破壊の影響や遺伝子産物の発現パターンに関する解析を行った。rpoHII遺伝子は、その破壊が増殖の温度感受性に及ぼす影響は微妙であったが、温度上昇後10分で合成速度が最大となる一群ショック蛋白質(hsp)の発現誘導に対し、必須の役割を有していることが判明した。更に、宿主植物における共生窒素固定にも必須であり、遺伝子破壊株を接種した植物には無効根粒の形成が観察された。一方rpoHI遺伝子については、その遺伝子単独の破壊で影響は全く観察されなかった。しかし、rpoHIrpoHII二重破壊はhspの発現誘導に対しrpoHII単独破壊より大きな影響が観察された。増殖期の細胞内におけるrpoHI、rpoHII及びsigA(主要シグマ因子)各遺伝子産物の定量の結果、RpoHIIはSigAと同様のレベル、RpoHIはその約1/10であった。また、RpoHIレベルが熱ショックにより上昇するのに対し、RpoHIIは熱ショック下や共生状態(バクテロイド)においてもほぼ一定のレベルを示した。
心停止ドナーからの肺移植実現をめざした体外循環装置中吸入療法による肺傷害修復実験

日本での脳死ドナー不足は深刻であり、心停止ドナーからの肺移植が可能となれば、多くの患者の救命につながる。体外循環装置を用いた肺還流(Ex-vivo lung perfusion = EVLP)は、肺傷害を修復できる可能性を持っている。そこで、心停止ドナーから摘出したビーグル犬肺を体外で還流し、吸入療法を付加し温虚血による傷害を修復する実験を行った。EVLP中にプロカテロール(β-2 adrenoreceptor agonist )あるいは、サーファクタント吸入を行うことにより、温虚血傷害が優位に抑制されることが証明された。この結果は、心停止ドナーからの肺移植の可能性を示唆するものである。【背景・目的】肺移植において、reconditioningを目的としてEx vivo lung perfusion (EVLP)が導入されてきたが,薬剤投与手段としての使用に関する報告は少ない.EVLP中のプロカテロール投与がグラフト肺に及ぼす影響について移植モデルを用いて検討した.【方法】イヌ肺に150分温虚血を作成後, EVLP 120分施行し, EVLP中のネブライザーによる経気道的介入により2群(各n=5)を作成した.control群: control溶媒を経気道投与.beta群:プロカテロール1400 μgを経気道投与. EVLP終了後左肺を移植し,再灌流後240分において評価した.EVLP中と移植後の生理学的データを検討した.【結果】EVLP中の生理学的指標の変化量は, beta群が有意にcompliance低下の程度が少なく(p < 0.001),肺血管抵抗上昇の程度が少なかった(p < 0.001) .移植240分後は全例生存していたがbeta群が有意に酸素化能良好(p < 0.001) , compliance高値(p < 0.001) ,肺血管抵抗低値(p < 0.001) ,乾湿重量比低値(p < 0.001)と良好な結果であり、副作用としての頻脈は認めず、むしろcontrol群で有意に脈拍数が多かった(p < 0.001) .【結語】EVLP中の経気道プロカテロール投与により,長時間温虚血に起因する臓器障害抑制効果を認めた.またEVLP中に高用量のプロカテロールを問題なく投与可能であった.【背景・目的】肺移植において、reconditioningを目的としてEx vivo lung perfusion (EVLP)が導入されてきたが,薬剤投与手段としての使用に関する報告は少ない.EVLP中のプロカテロール投与がグラフト肺に及ぼす影響について移植モデルを用いて検討した.【方法】イヌ肺に150分温虚血を作成後, EVLP 120分施行し, EVLP中のネブライザーによる経気道的介入により2群(各n=5)を作成した.control群: control溶媒を経気道投与. beta群:プロカテロール1400 181gを経気道投与. EVLP終了後左肺を移植し,再灌流後240分において評価した.EVLP中と移植後の生理学的データを検討した.【結果】EVLP中の生理学的指標の変化量は, beta群が有意にcompliance低下の程度が少なく(p < 0.001),肺血管抵抗上昇の程度が少なかった(p < 0.001) .移植240分後は全例生存していたがbeta群が有意に酸素化能良好(p < 0.001) , compliance高値(p < 0.001) ,肺血管抵抗低値(p < 0.001) ,乾湿重量比低値(p < 0.001)と良好な結果であり、副作用としての頻脈は認めず、むしろcontrol群で有意に脈拍数が多かった(p < 0.001) .【結語】EVLP中の経気道プロカテロール投与により,長時間温虚血に起因する臓器障害抑制効果を認めた.またEVLP中に高用量のプロカテロールを問題なく投与可能であった.ビーグル犬を使用して心停止ドナー肺を摘出前に換気したり(Sakamoto, Transplantation 2011)、β-2 adrenoreceptor agonist吸入(Sakamoto, J Heart Lung Transplant 2012)させたりすることによって、肺移植後の肺傷害改善が認められることを報告してきた。そこで、26年ドンから27年度にかけては、心停止ドナーから摘出した肺を体外肺循環(EVLP)し、そのEVLP中にβ-2 adrenoreceptor agonist吸入を行うことによってドナー肺の傷害を修復しうるかどうかを検討した。EVLP後に左肺移植を行ったところ、EVLP中の経気道プロカテロール投与により,長時間温虚血に起因する臓器障害抑制効果を認めた.またEVLP中に高用量のプロカテロールを問題なく(副作用なく)投与可能であった.イヌ肺移植モデルを用いて、温虚血障害を受けたドナー肺がサーファクタント補充により回復し得るかを検討した。ビーグル犬に対してKClを用いて心停止を導入し、室温で安置した。ビーグル犬を生理食塩水の吸入を行う生食群(n = 7)とサーファクタント群(n = 5)の2群に無作為に分け、4時間後の換気再開と同時に吸入を施行した。5時間冷保存の後、左肺全摘・片肺移植を行い、ドナー肺を再灌流した。

再灌流45分後に右肺動脈を遮断し、再灌流240分後までの移植肺の評価を行った。温虚血中の吸入後、生食群の動肺コンプライアンスは変化しなかったが、サーファクタント群では有意に上昇した。再灌流後、生食群2例が75分後に重篤な肺水腫により死亡したが、サーファクタント群は4時間後まで全例生存した。再灌流4時間後の動肺コンプライアンス、肺酸素化能、A-aDO2、肺内シャント率、肺組織湿乾重量比はいずれもサーファクタント群で有意に改善した。肺組織中のATP含量はサーファクタント群で有意に高値であった。気管支肺胞洗浄液中のIL-8、TNF-αおよびタンパク量は共にサーファクタント群で有意に低値であった。MPO活性はサーファクタント群で有意に低値であった。組織学的に、サーファクタント群は生食群に比して、間質の浮腫・出血、好中球浸潤は軽度であった。結論として、温虚血中のサーファクタント吸入は、心停止ドナーにおける肺障害を緩和すると考えられる。日本での脳死ドナー不足は深刻であり、心停止ドナーからの肺移植が可能となれば、多くの患者の救命につながる。体外循環装置を用いた肺還流(Ex-vivo lung perfusion = EVLP)は、肺傷害を修復できる可能性を持っている。そこで、心停止ドナーから摘出したビーグル犬肺を体外で還流し、吸入療法を付加し温虚血による傷害を修復する実験を行った。EVLP中にプロカテロール(β-2 adrenoreceptor agonist )あるいは、サーファクタント吸入を行うことにより、温虚血傷害が優位に抑制されることが証明された。この結果は、心停止ドナーからの肺移植の可能性を示唆するものである。EVLP中のプロカテロール投与がグラフト肺に及ぼす影響について移植モデルを用いて検討した結果が次のように確認出来た。EVLP中の経気道プロカテロール投与により,長時間温虚血に起因する臓器障害抑制効果を認め、またEVLP中に高用量のプロカテロールを問題なく投与可能であった.我々は、心停止ドナー肺に対するサーファクタント吸入の有用性を、ラット肺灌流モデル(Ohsumi, PLosOne, 2013)および、ビーグル犬肺灌流モデル(Ohsumi, J Heart Lung Transplant 2012)で報告してきた。そこで、心停止ドナーから摘出した肺を体外肺循環EVLPし、そのEVLP中にサーファクタント吸入を行うことによってドナー肺の傷害を修復しうるかどうかを検討するために、平成28年度は、以下の二群の比較実験を行う。EVLP終了後、左片肺移植を行って、吸入療法の効果を検討する。サーファクタント吸入群(n = 8)心停止2時間後に摘出したドナー肺をEVLP回路にて、6時間の還流を行う。この間、ドナー肺に対して、サーファクタント吸入を行う。コントロール群(n = 8)上記と同じ設定で、吸入療法を行わない。28年度が最終年度であるため、記入しない。呼吸器外科生理学データの根拠を深めるため、移植モデル数を増やしていく。
ドレブリンファミリーを介したシグナル伝達によるシナプスアクチン再構築制御

本研究はドレブリンファミリー蛋白(ドレブリンE、ドレブリンA、SH3P7)を介したシグナル伝達機構を担う蛋白群を、ドレブリンに結合する蛋白あるいはドレブリンを修飾する蛋白として網羅的に同定し、次に、これらの蛋白群ネットワークによるアクチン細胞骨格再構築制御のメカニズムで解析し、スパイン内シグナル伝達の分子基盤を解明することを目的とする研究である。まず、イーストツーハイブリッドシステムを用いて、ドレブリンファミリー蛋白(ドレブリンE、ドレブリンA、SH3P7)と結合する蛋白のcDNAクローニングを行い、ドレブリン結合蛋白DRAP1を同定し、そのアミノ酸配列を明らかにした。また、生化学的解析により、DRAP1のN末端領域がドレブリンのN末端領域と結合することがわかった。また、GFP融合DRAP1を発現するベクターを作製し、これを用いて線維芽細胞を形質転換させて強制発現させるとDRAP1は細胞内小器官特異的に集積することがわかった。一方、初代大脳皮質神経細胞培養系に、アンチセンスオリゴヌクレオチド法を適用し、ドレブリンAの発現を抑制したところ、シナプス後部機能蛋白の神経活動依存的集積に変化が生じることを発見した。また、シナプス前部の機能蛋白の集積も減弱する事を見いだした。この発見は、ドレブリンを介したシグナル伝達が、シナプス前部ばかりでなくシナプス機能全体を調節している可能性を示した。本研究はドレブリンファミリー蛋白(ドレブリンE、ドレブリンA、SH3P7)を介したシグナル伝達機構を担う蛋白群を、ドレブリンに結合する蛋白あるいはドレブリンを修飾する蛋白として網羅的に同定し、次に、これらの蛋白群ネットワークによるアクチン細胞骨格再構築制御のメカニズムを解析し、スパイン内シグナル伝達の分子基盤を解明することを目的とする研究である。そこで、本年はまず、イーストツーハイブリッドシステムを用いて、ドレブリンファミリー蛋白(ドレブリンE、ドレブリンA、SH3P7)と結合する蛋白cDNAクローニングを行った。ドレブリンの機能が予測される部位をそれぞれ4カ所に分けて、それらをベイト(これと相互作用するタンパク質を探索する)にしてスクリーニングした結果、複数の陽性クローンが得られた。現在それらのタンパク質が実際にドレブリンとの結合能があるかどうかを検討している最中である。また、より確実なデータを得るために他の酵母の系を用いたスクリーニングも開始した。ドレブリンAの発現を抑制するとスパインの形態形成に影響が表れて、スパインの長さが短くなることが最近の我々の研究で明らかになりつつある。そこで、この系を用いて、ドレブリンAの発現が抑制されたときの、他のスパイン内機能蛋白の集積の変化を解析することによりドレブリンを含んだ蛋白ネットワークを明らかにすることを試みた。PSD蛋白には変化が現れなかったことから、ドレブリンを介したシグナル伝達にはPSDは関与していない可能性がある。今後さらに検討を進めていく予定である。昨年度イーストツーハイブリッドシステムを用いて、ドレブリンファミリー蛋白(ドレブリンE、ドレブリンA、SH3P7)と結合する蛋白DRAP1のクローニングを行った。本年どの研究により、DRAP1のN末端領域がドレブリンのN末端領域と結合する事が明らかになった。またDRAP1の各機能ドメインに対する抗体を作製に成功したので、免疫組織学およびウェスタンブロッティングによりDRAP1の分布が明らかにできる予定である。GFP融合DRAP1を線維芽細胞に遺伝子導入により強制発現させるとDRAP1は細胞内小器官特異的に集積することがわかった。また、初代大脳皮質神経細胞培養系に、アンチセンスオリゴヌクレオチド法を適用し、ドレブリンAの発現を抑制したところ、シナプス後部機能蛋白の神経活動依存的集積に変化が生じることを発見した。この発見は、ドレブリンを介したシグナル伝達が、シナプス後部ばかりでなくシナプス機能全体を調節している可能性を示した。