hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
電線燃焼における定常・非定常性をわける理論の構築と検証

電気ケーブルを模擬した金属導体に薄いポリマー(ポリエチレン)被覆を施した試料の燃焼過程の定常性を評価するため,電線燃焼試験および理論構築を試みた.燃焼過程の高速度画像から簡略モデルを採用することが適切と判断されたため,導体がある場合でもB定数理論が成立し得るかどうかの評価を行った結果,その有効性を確認することに成功した.実験結果からは溶融部体積の非定常性を含めた熱バランスを検討し,定常状態がどのような条件で達成されるのかを解明した.以上の研究成果より,定常性が発現する物理過程を見出すことに成功した.電気ケーブルを模擬した金属導体に薄いポリマー(ポリエチレン)被覆を施した試料の燃焼過程の定常性を評価するため,電線燃焼試験および理論構築を試みた.燃焼過程の高速度画像から簡略モデルを採用することが適切と判断されたため,導体がある場合でもB定数理論が成立し得るかどうかの評価を行った結果,その有効性を確認することに成功した.実験結果からは溶融部体積の非定常性を含めた熱バランスを検討し,定常状態がどのような条件で達成されるのかを解明した.以上の研究成果より,定常性が発現する物理過程を見出すことに成功した.熱的に薄い材質の燃焼進行速度,すなわち火炎燃え広がり速度は,一般的な熱理論により定常となることが見出されている.しかしながら,ところが,申請者は低圧場という特殊な空間での火災物理現象(=低圧火災と呼ばれる新分野)を探究する過程において,電線燃焼では燃料が熱的に薄くても系が非定常(あるいは準定常)となり,一般に系の固有値として与えられるべき燃え拡がり速度が定義できないことを見出した.また溶融しながら燃焼するその挙動そのものが重要であることを過去の研究で指摘してきた.本研究では,特に溶融部の形成過程までを考慮に入れることで,この燃え広がり現象の定常・非定常性を分ける臨界条件を支配する要素を理論的に示すことを目的とする.初年度にあたる平成21年度においては,溶融部の時間的挙動を正確に把握するため高速度カメラシステムを導入して内部流動を可視化すると共に,溶融部サイズの時間変化を様々な電線種において調べた.また電線燃焼理論モデルの構築のため,対比となる液滴燃焼との違いに着目してデータ整理を行った.その結果,溶融部内部の挙動は著しく複雑であり,当初考えられていた回転流動のような単純な動きではないことがわかった.本計測システムにより気泡の発生位置やサイズを調べることが可能になり,加熱状態を気泡の可視化を通じて可能であることを確認した.溶融部サイズはどの電線においても基本的には時々刻々と変化し,電線燃焼は本質的に非定常(より正確には準定常)であることがわかった.電線種によって時間依存の挙動が異なり,本研究の最終目的である定常・非定常をわける条件が理論上かならず存在することが確認した.ポリマー燃焼と液滴燃焼との違いがあるものの,熱流入および熱分解を適切にモデルすることで,液滴燃焼との類似性は保持される.次年度は,本年度得られた実験データを基に,電線燃焼理論モデルの構築を目指す.熱的に薄い材質の燃焼進行速度,すなわち火炎燃え広がり速度は,一般的な熱理論により定常となることが見出されている.しかしながら,ところが,申請者は低圧場という特殊な空間での火災物理現象(=低圧火災と呼ばれる新分野)を探究する過程において,電線燃焼では燃料が熱的に薄くても系が非定常(あるいは準定常)となり,一般に系の固有値として与えられるべき燃え拡がり速度が定義できないことを見出した.また溶融しながら燃焼するその挙動そのものが重要であることを過去の研究で指摘してきた.本研究では,特に溶融部の形成過程までを考慮に入れることで,この燃え広がり現象の定常・非定常性を分ける臨界条件を支配する要素を理論的に示すことを目的とする.前年度から引き続き検討してきた溶融部の非定常性については,特に溶融部体積がどのような要因によって増加し続けるのかを緻密な画像処理をしながら検討した結果,もともと溶融速度とガス化速度とが不釣合いになることが原因であることがわかった.すなわち電線燃焼では溶融部への熱輸送過程が常に過剰になるために「本質的に」非定常であるということになる.数学モデルとして,火炎直径Rを変数にして溶融速度ならびにガス化速度をRの関数として与えることで,それらが等しいとした際,Rが実数解を持つかどうかが定常解を与えるかどうかの理論的な裏づけとなることを見据え,理論構築を行った.一方で,溶融部体積の落下が頻繁にあっても火炎進行速度はほぼ一定を保ちながら進行する事実を踏まえ,この速度を予測するために一次元伝熱モデルを提案し,thermally-thinの仮定を外すことで2つの無次元数(Pe数と半径方向伝熱量を示す無次元数A)によって幅広いスケールにおいて延焼速度を予測できることを示した.最終年度である次年度においては,数値解析による電線燃焼シミュレーションを実施し,これらの理論の検証を行う.最終年度の本年度は,溶融部の成長を考慮した準定常モデルとしての燃え拡がり速度の予測式の構築を主な目標とし,電線燃え拡がり時における金属線の温度分布を微細熱電対によって計測して得られる熱流束値を基に非定常性を与える直接要因と延焼過程との関係について調査した.その結果,金属線の熱伝導率が低い場合,溶融部からのガス化には金属線を通じた熱流入が主に寄与し,火炎からの熱流入は主に予熱部への熱流入として寄与し得ることがわかった.

従って,もともと観察された溶融部のサイズの非定常変化とは,火炎形状が変わっても火炎から未燃部への熱流入量に大きな変化がなく主に「溶融部からのガス化速度」を変化させるものと考えると,電線を通じた熱伝導によって影響を受けると結論できる.すなわち,溶融部サイズが変化しても燃え拡がり速度が殆ど定常的な振る舞いを示すのは,通常重力場においては浮力流れが火炎からの熱流束を一定にしているからであり,溶融部サイズと燃え拡がり速度とがさほど強く関係つけられないことが要因であり,一方で微小重力場になると火炎の位置が溶融部からのステファン流れで決まるために非定常性が強く現れると結論できる.この成果は,電線燃焼で世界で初めて試みられて成功した電線内部の温度計測により可能になったことであり,本成果が今後の研究発展にもたらす功績は大きい.なお,上記実験に加え,溶融部のサイズ変化がもたらす落下による火災被害の拡大,溶融部形成に関する相変化を含めた自由界面追跡を可能にした非定常シミュレーションも実施し,総合的に電線燃焼の非定常性を議論できる環境の整備を行った.これらを利用することで,今後はより詳細な検討を展開をすることが可能であることも大きな成果として評価されるに値する.加えて,溶融部の数値シミュレーションは火災研究としては世界に数例もないことは強調しておく.
細胞培養による小腸再形成とくに絨毛形成におよぼすコラゲン線維の影響

マウス胎仔小腸を細胞の単位に分散した後,高密度の状態で培養すると器官様構造(organoid)が再形成される.この培養中に絨毛が形成される過程を観察し,細胞外マトリックスのひとつであるコラゲン線維の働きを観察した.細胞塊のコラゲン量は培養5日から7日後でもつとも多くなり,この時期はもっともin vivoに近い器官様構造を示す時期と一致していた.以後培養を継続するとコラゲン量は低下した.AzCを添加し,コラゲン線維の合成を阻害すると細胞塊の表層に上皮の形成は起こらず小腸の再構築は見られなかった.この時,コラゲンは規則的な配列をとらず,コラゲン線維の量的な変化だけでなく,配列もまた器官の再形成およびその維持にとって重要であることが確認された.今回,コラゲンが器官の再形成およびその維持にとって重要であることが確認されたことから,コラゲン線維を合成する線維芽細胞の増殖に関わる,FGFとFGFRのmRNAの発現についても検討した.培養開始から培養2・3日までにFGF-1とFGF-2の発現に差がみられ,器官の再形成との関係についてreceptorを持つ細胞の検索とともにin situでさらに検討を進めたい.我々の用いているこの培養法は小腸の再構築過程におけるコラゲン線維の影響について観察することができ,今後,組織の再生や損傷治癒の過程におけるコラゲンの役割の解明に役立つものと思われる.マウス胎仔小腸を細胞の単位に分散した後,高密度の状態で培養すると器官様構造(organoid)が再形成される.この培養中に絨毛が形成される過程を観察し,細胞外マトリックスのひとつであるコラゲン線維の働きを観察した.細胞塊のコラゲン量は培養5日から7日後でもつとも多くなり,この時期はもっともin vivoに近い器官様構造を示す時期と一致していた.以後培養を継続するとコラゲン量は低下した.AzCを添加し,コラゲン線維の合成を阻害すると細胞塊の表層に上皮の形成は起こらず小腸の再構築は見られなかった.この時,コラゲンは規則的な配列をとらず,コラゲン線維の量的な変化だけでなく,配列もまた器官の再形成およびその維持にとって重要であることが確認された.今回,コラゲンが器官の再形成およびその維持にとって重要であることが確認されたことから,コラゲン線維を合成する線維芽細胞の増殖に関わる,FGFとFGFRのmRNAの発現についても検討した.培養開始から培養2・3日までにFGF-1とFGF-2の発現に差がみられ,器官の再形成との関係についてreceptorを持つ細胞の検索とともにin situでさらに検討を進めたい.我々の用いているこの培養法は小腸の再構築過程におけるコラゲン線維の影響について観察することができ,今後,組織の再生や損傷治癒の過程におけるコラゲンの役割の解明に役立つものと思われる.マウス胎仔(胎齢15.5日あるいは16日)の小腸を細胞の単位に分散した後、高密度の状態で培養すると器官様構造(organoid)が再形成される。上皮系の細胞は細胞塊の表層を覆う場合と、細胞塊の中層にvesicleを作る場合とがある。これらの間には平滑筋を含む間葉系の細胞が存在する。また、細胞間には細胞外マトリックスが存在する。細胞外マトリックスは種々のものが報告されているが、この中のひとつである、コラゲン線維について観察し、器官形成におよぼす影響を検討した。1,免疫染色によるコラゲン線維の確認: type I-collagenに対する免疫染色で確認すると細胞塊のなかに確認され、コラゲン線維が器官様構造の骨格になっていることが観察された。2,電子顕微鏡による形態的観察:培養23日後で線維状のコラゲンが観察された。3,コラゲン線維網を観察:組織塊から細胞を取り除き、コラゲン線維網のみにして走査電子顕微鏡で観察すると培養67日後ではvesicleを取り囲むように、あるいは細胞塊の辺縁や絨毛様構造の下では上皮の形態に相対する形態をしめし、やや太い束となった線維や、細い線維が確認された。これからの実験計画1,コラゲン線維網を各培養経過中の細胞塊について詳細に観察し、方向性や、太さについて解明する。2,コラゲン合成阻害剤を含む液で培養をして、器官様構造の形成変化をみる。3,器官様構造の形成後、細胞塊は暫時小さくなるので、このような時のコラゲンの合成・分解・吸収経過を観察する。4,コラゲンを合成する細胞,あるいは合成を促進する因子と器官様構造の形成にかかわる物質について分子生物学的に解明する。マウス胎仔の小腸を細胞の単位に分散した後,高密度の状態で培養すると器官様構造(organold)が再形成される.このときのコラゲン線維について観察し,コラゲン線維の器官形成や絨毛形成におよぼす影響を検討した.1.コラゲン量の測定:細胞塊のコラゲン量をSircol collagen(soluble)assayで測定すると培養1・2日後には培養開始前より少なくなるが暫時多くなり,培養7・8目が最も多くなり,さらに培養を継続すると減少した.2.コラゲン合成阻害剤の影響:コラゲンの合成を阻害するL-azetidine 2 carboxylic acid(AzC)を培養液に添加して観察すると,通常培養2日後には細胞塊の辺縁の一部に上皮の再形成が起こるが,AzCの添加では器官様構造の形成は認められなかった.培養を継続しても絨毛様構造はみられなかった.

3.コラゲン線維網の観察:細胞塊の断面あるいはNaOH処理(大谷法)によりコラゲン線維網にして観察すると線維状のコラゲンは培養12日後で観察され,培養78日後ではvesicleを取り囲むようにあるいは細胞塊の辺縁や絨毛様構造の下では上皮の形態に相対する形態を示し,やや太い束となった線維や,細い線維が観察された.4.コラゲンの分解について:MMP-1の存在は確認されたがMMP-1を合成する細胞の同定とコラゲンの分解およびその吸収経過を確認することはできなかった.5. FGFのmRNAの発現について:コラゲンを合成する細胞は線維芽細胞や平滑筋などが報告されている,今回は,FGFについて分子生物学的に比較すると,FGF-2,FGF-9はどの培養期間にも発現がみれたがFGF-1については培養8日には発現が認められたが培養0日では発現がみられなかった.コラゲン線維は器官あるいは細胞の力学的支持体として重要であるが,器官再形成時にもコラゲン合成なしには器官様構造をつくることはなかった.
疎水性相互作用を利用した高機能性分子による細胞内分子のリアルタイム機能制御

分子不活化ソフトマテリアルとして高機能性分子を作成し,レーザー光を照射することで細胞内分子をリアルタイムに不活化する手法を開発してきた.高機能性分子には疎水性相互作用を用いることで,細胞内セカンドメッセンジャーであるイノシトール3リン酸(IP_3)受容体に対し親和性の高いリガンドを作成し使用する.この手法開発により,生きた状態での細胞内高分子の作用の時間・場所を精密に制御した機能阻害が初めて可能となる.既にCALIのプローブとして細胞膜透過性の合成小分子を用いることで,高い不活性化効率を達成した.まず,レーザー光を当てる場所を調節して,神経細胞内の部位特異的にIP_3受容体活性を阻害できるかどうかを調べた.この結果,成長円錐においてのみIP_3受容体活性が効率よく阻害されることが示された.次に,IP_3受容体の関与が示唆されている容量性Ca^<2+>流入(capacitative calcium entry, CCE)について検討した.この現象は,刺激により小胞体のCa^<2+>が枯渇すると,細胞膜上のチャネル(store-operated channel, SOC)を介して,細胞外のCa^<2+>が流入する現象であるが,SOCとIP_3受容体の関係については議論が混沌としている.そこで,細胞膜透過性のためMGIP_3の親水性のリン酸基をPM(propionyloxymethyl)esterで保護した化合物(MGIP_3/PM)を用いて,IP_3受容体がSOCに関与するか検証した.DT40細胞をMGIP_3/PM-CALIで処理した後に,thapsigarginを用いて小胞体を枯渇させ,その後細胞外にCa^<2+>を加えCCEを誘導した.その結果CALIによってSOC活性には影響は見られなかった.以上の結果から,この条件において,IP_3受容体の不活性化はSOCの活性に影響を及ぼさないことが示された.生理的条件下,生細胞における小分子CALIMGIP_3の親水性のリン酸基をPM (propionyloxymethyl) esterで保護した化合物(MGIP_3/PM)を新規に合成した.MGIP_3/PMがCALIのプローブとして機能することを,培養B細胞(DT40)を用いて検討した.まず,高濃度のMGIP_3/PMを細胞外から加えたところ,細胞内Ca^<2+>濃度の上昇が観察された.この結果,MGIP_3/PMが細胞膜を透過しIP_3受容体に作用することが示された.次に,IP_3受容体関与のカルシウムオシレーションがCALIで影響を受けるか検討した.低濃度のMGIP_3/PMを負荷した細胞にlaserを照射し,その後,受容体刺激を行い細胞内にIP_3を生成させた.その結果,laserを照射した細胞においてオシレーションが顕著に阻害された.この結果MGIP_3/PM-CALIによって,IP_3受容体を介したシグナル伝達を抑制できることが示された.分子不活化ソフトマテリアルとして高機能性分子を作成し,レーザー光を照射することで細胞内分子をリアルタイムに不活化する手法を開発してきた.高機能性分子には疎水性相互作用を用いることで,細胞内セカンドメッセンジャーであるイノシトール3リン酸(IP_3)受容体に対し親和性の高いリガンドを作成し使用する.この手法開発により,生きた状態での細胞内高分子の作用の時間・場所を精密に制御した機能阻害が初めて可能となる.既にCALIのプローブとして細胞膜透過性の合成小分子を用いることで,高い不活性化効率を達成した.まず,レーザー光を当てる場所を調節して,神経細胞内の部位特異的にIP_3受容体活性を阻害できるかどうかを調べた.この結果,成長円錐においてのみIP_3受容体活性が効率よく阻害されることが示された.次に,IP_3受容体の関与が示唆されている容量性Ca^<2+>流入(capacitative calcium entry, CCE)について検討した.この現象は,刺激により小胞体のCa^<2+>が枯渇すると,細胞膜上のチャネル(store-operated channel, SOC)を介して,細胞外のCa^<2+>が流入する現象であるが,SOCとIP_3受容体の関係については議論が混沌としている.そこで,細胞膜透過性のためMGIP_3の親水性のリン酸基をPM(propionyloxymethyl)esterで保護した化合物(MGIP_3/PM)を用いて,IP_3受容体がSOCに関与するか検証した.DT40細胞をMGIP_3/PM-CALIで処理した後に,thapsigarginを用いて小胞体を枯渇させ,その後細胞外にCa^<2+>を加えCCEを誘導した.その結果CALIによってSOC活性には影響は見られなかった.以上の結果から,この条件において,IP_3受容体の不活性化はSOCの活性に影響を及ぼさないことが示された.
リーマン多様体とハウスドルフ距離

リーマン多様体族のハウスドルフ距離に関する極限として得られるアレクサンドロフ空間の幾何学の研究は従来の多様体上の幾何学を自然に包含し、世界各地で活発に研究が進められている。代表者はS.B.Myersによるコンパクト性定理を曲率0以上のアレクサンドロフ空間に対しても成立することを示し、更にこの方面の手引となるべき講義録をソウル国立大学のGeometry and Analysis Research Centerより出版した。アレクサンドロフ曲面上のコンパクト等分の切断跡の構造を詳しく調べ、それが局所的に樹の構造をもち、名道が求長可能なジョルダン孤であることを証明した。この切断跡は高々可算個の分岐点をもつジョルダン孤の高々可算個の素な和集合として表され、そのハウスドルフ次元は1である事が明らかになった。ある意味でのフラクタル集合と考えられる。更にコンパクト集合の等距離集合は測度0集合をのぞいて求長可能なサイクルの有限個の和となり、リーマンの場合と殆ど同じ現象が見られた。しかしながら、切断跡の端点の集合は連続体濃度の集合となり、従って切断跡への強変形レトラクトの存在はきわめて困難な問題として残された。この成果の応用として、開曲面上の無限遠点の切断跡の構造も同様の方法で研究出来る見通しを得た。白谷は有限ρ-進体のLubin-Tate形式群を用いてρ-進ゼータ関数を構成した。梶原は無限次元空間の領域に対して自乗可積分正則関数の作る空間で平行移動のノルムを評価した。吉田は1次元射影空間Ρの8点の配置の空間X(2,8)を定義域とする超幾何微分方程式E(2,8;1/4,...,1/4)のモノドロミー群が1-iを法とするGL(6,Ζ[i])]の合同部分群Γ(1-i)となることを組合せ論的手法を用いて示した。
砂ネズミの前脳虚血におけるドパミン代謝とミトコンドリア内酵素の変化について

SOD活性は、大脳皮質で虚血前の85%、線状体で67%まで低下し、再開通後1時間後まで有意な低下を認めた。ミトコンドリア膜のlipid peroxidationの評価としてのTBARMの産生量は、15分間虚血だけでは変化は認めなかったが、虚血後より増加を認め6時間後まで高値で推移した。一方、SOD活性は虚血後6時間には大脳皮質・線状体ともに正常化していた。以上、平成11年度と平成12年度の結果から、虚血により細胞外液中に放出されたDAは、MAO活性の低下と伴にDOPAC・HVAへと代謝されるdeaminationから、酸素を必要しないCOMTにより産生される3-MTへのo-methylationに代謝過程が変化していた。この変化は、MAO阻害剤のpargyline前投与で更に強調して認められた。また、このDA代謝の変化が、脳血流にも影響していることが示唆された。虚血後にミトコンドリア内のSOD活性の低下とTBARMの増加を認めたことより、DAの代謝過程で発生するフリーラジカルに対する防護機構の障害が示唆された。砂ネズミの一過性前脳虚血モデルを用い、microdialysis法で脳虚血中および虚血後のDAとその代謝産物であるDOPAC、HVA、そして3-MTの細胞外腔への放出状況を、MAO阻害剤であるpargylineの投与・非投与群で測定した。この2群間で実験条件を一定にするため砂ネズミの体血圧、直腸温、局所脳血流の測定を行ったが、体血圧、直腸温に関しては有意差は認められなかった。局所脳血流については、虚血中に差は認められなかったが、再開通後早期にpargyline非投与群では脳血流の一時的な回復を認めたが、pargyline投与では認められなかった。DAとその代謝産物のsamplingは虚血前2時間、虚血15分、再開後の15分、1時間、6時間後に行った。細胞外液中のDA量は、虚血前には線状体で0.082±0.06pmol/10μ1であったが、皮質では測定可能範囲以下であった。虚血開始後数分でDA量の増加を認め、この変化は皮質よりも線状体で著明であった。また、その増加は虚血後15分まで継続して認められた。pargyline投与群では、虚血前のDA量は非投与群と差を認めなかったが、虚血による増加は非投与群より著明となり、その変化は皮質で大きかった。3-MTは虚血と同時に上昇し、線状体・皮質ともに虚血後30分まで有意な上昇を認め、nor-malizationは虚血後1時間経ってからであった。pargyline投与群における変化は、非投与群より著明となり線状体・皮質ともに虚血後6時間まで上昇を認めた。DOPAC、HVAは、虚血により減少を認め虚血後15分まで有意に低値を示し続けた。pargyline投与群では、これらは虚血前より著明に低値を示し、虚血後6時間まで持続して低値で推移した。以上、脳虚血により惹起されるDA放出、MAO由来のDA代謝産物の減少、そして3-MTの蓄積がpargyline前投与により促進されるとともに、その状態が持続することが判明した。今後は、in vitroの実験で実験動物脳よりミトコンドリア内のMAO活性、SOD活性、lipid peroxidationを測定する。
太平洋中央域および東太平洋赤道域南北縦断間隙水化学成分のマッピング

中央太平洋および東太平洋湧昇域の南北縦断測線において,表層堆積物コアから間隙水を抽出し,生物起源のオパールおよび重晶石の溶解に起因するケイ酸塩および溶存バリウムの分布を調べた.海底から底層水に向かうこれら成分の拡散フラックスは,高緯度域および赤道域において高く,亜熱帯域では低かった.このような物質フラックスの変動は,海洋表層における生物生産の地理的変動の反映であることを強く示している.中央太平洋および東太平洋湧昇域の南北縦断測線において,表層堆積物コアから間隙水を抽出し,生物起源のオパールおよび重晶石の溶解に起因するケイ酸塩および溶存バリウムの分布を調べた.海底から底層水に向かうこれら成分の拡散フラックスは,高緯度域および赤道域において高く,亜熱帯域では低かった.このような物質フラックスの変動は,海洋表層における生物生産の地理的変動の反映であることを強く示している.本研究は,海底堆積物から底層水中へのケイ酸塩およびバリウムの溶出の実態を確かめるために,生物生産の高い海域と低い海域とを対比的に調べることを目的としている.本年度は,東太平洋赤道域を南北に縦断する測線(西経95度,北緯8度から南緯8度)においてマルチプルコアラーを用いて採取された8試料を重点的に分析した.1.間隙水中の化学分析結果赤道直下のコアにおける間隙水中ケイ酸塩は,表層の250μmol/lから下層に向かって急激に650μmol/lに増加し,それ以深において一様となる鉛直分布を示した.この赤道直下のコアを軸に,南北高緯度に向かって採取されたコア中の間隙水ケイ酸塩の濃度レベルは徐々に減少した.このことは,赤道湧昇によるケイ質プランクトンの生産の分布と良い対比をなしている.すなわち,間隙水中のケイ酸塩の濃度レベルの緯度変動は,表層から沈降して海底に堆積する生物起源オパールの堆積量を反映している事が明らかとなった.2.堆積物の前処理堆積物コア試料は,すでに船上にて0.5cmないしは1,0cmごとに各層に分取されたものを用いた.化学分析の前処理として凍結乾燥し,粉末状に調製した.このような化学分析のためのコア試料の前処理は,東太平洋赤道域の8コアの他に,太平洋中央域の北緯55度から南緯67度にかけて採取された17試料についても同様に粉末試料に調製した.3.堆積物中の重晶石の同定と定量粉末試料中の重晶石粒子(密度は約4g/cm^3)を定量するために,オーストラリアCentral Chemical Consulting PtyLtd製の重液(LST:タングステン酸塩の調整品.密度2.85g/cm^3)を入手し,X線マイクロアナライザーを用いて同定・定量する方法を開発中である.本研究の目的は,海底堆積物中の粒子と間隙水間における物質の変質と移動を明らかにして,古海洋環境のにおける生物生産変動のプロキシーとなる成分の地球化学的特徴を把握することにある.特に,生物起源ケイ酸塩およびバリウムの粒子に注目する.本年度の成果を以下に要約する.1.太平洋中央域における深海の表層堆積物コア中の間隙水の化学組成を調べた.高緯度域および赤道域においては,間隙水中のバリウムおよびケイ酸塩の濃度は底層水と比べて高く,また,他の中緯度海域の平均値と比較しても高かった.すなわち,生物起源のバリウムおよびオパールの粒子が堆積後に溶解し,それが底層水へ再生・回帰していると考えられる.2.太平洋中央域および東太平洋赤道域における堆積物粒子中の生物起源オパールおよびバリウムの含有量を測定した.予想されるように,高緯度や赤道域の生物生産の高い海底において,それらの成分は高含有量を示した3.海洋表層の生物生産に関係して重晶石粒子(硫酸バリウム)が形成すると考えられている.重晶石の比重(d)は4.5であり,カルサイト(d=2.7)やオパール(d=1.9-2.2),粘土鉱物(d=2.5-2.8)に比べて大きい.このことを利用し,重液を使うことによって重晶石と他の鉱物とを分離することが可能である.オーストラリアCentral Chemical Consulting Pty Ltd製の重液(LST:タングステン酸塩の調整品。密度2.85g/cm^3)を用いて重鉱物粒子を捕集した。この粒子群を走査電子顕微鏡によって観察したところ,米粒様の白色粒子であり,長径は数マイクロメートルであった.X線マイクロアナライザーを用いて元素組成を調べたところ,これらの粒子はバリウムとイオウからなる重晶石鉱物であると同定された.この方法によって,ピストンコアコア中の重晶石の分布を調べたところ,氷期に増加する傾向があり,最終氷期最寒期における重晶石の質量堆積速度は現在よりも低かったことがわかった.このような重晶石粒子の年代変動は古海洋生物生産のプロキシーと成りうることが示唆された.(1)間隙水を通した海底物質移動過程のモデル化太平洋中央域の南極海から北太平洋亜寒帯域に至る縦断測線において採取した表層堆積物コアを用い,沈積したオパール骨格の溶解に依るケイ酸塩の底層水に向かう拡散フラックス求めた.

その結果,南極海から南太平洋亜熱帯域に向かっては,その値は700から80mmol/m^2/yrに減少し,赤道域では250-900mmol/m^2/yrと場所による変動が大きく,そして北太平洋亜熱帯から亜寒帯に向かっては750から1200mmol/m^2/yrに増加する傾向が得られた.重晶石の溶解に依る溶存バリウムの拡散フラックススの地理的変動もほぼ同様であった.(2)堆積物中の生物起源重晶石の測定表層堆積物コアを用いて,海底における重晶石の地理的変動を調べた.その結果,表層堆積物中の重晶石の分布は,南北の亜熱帯域で減少し,赤道域および高緯度海域において増加する傾向が認められた.このことは重晶石が海洋表層の生物生産にともなって形成し,海底に沈積することを示している.一方,過去60万年間の海洋変動を記録している東太平洋湧昇域から採取したピストンコア試料を分析・解析したところ,氷期に重晶石の堆積速度が増加する傾向を示していた.このことは.湧昇の規模が氷期に強勢・拡大し,表層の生物生産の増加と共に重晶石の沈積速度も増加したことを示す証拠であると考えられる.(3)研究の総括生物起源粒子であるオパールや重晶石の堆積後の変質と間隙水を経由したケイ酸塩と溶存バリウムの拡散フラックスの地理的変動を調べた.その結果,これらの物質の堆積と溶出は現在の海洋表層の生物生産量を反映していることが判った.加えて.氷期-間氷期サイクルにおける海洋変動の解明の一つの方法として,難溶性鉱物である重晶石は古海洋における生物生産量変動のプロキシーとして有用である事が示唆された.
フラーレンからアモルファスダイヤモンドへの衝撃誘起・転換機構と新物質合成

平成8年度の研究において、C_<60>フラーレンからアモルファスダイヤモンドという物質を、衝撃圧縮-急冷法によって合成し、その動径分布や転換プロセスを解析し、物性を測定した。これらの結果、衝撃圧縮条件を制御することにより、ナノメータサイズの結晶よりなる透明なダイヤモンドセラミックスを作製することが可能なことを示唆していた。ダイヤモンドも、数ナノメートル以下になると、表面エネルギーが高くなり、安定に存在できない。もし、ナノサイズの結晶からなるダイヤモンドセラミックスが存在するなら、それは炭素の結合状態の多様性を理解する上に重要な示唆を与えるばかりでなく、その物性の応用には大きな可能性が期待される。平成9年度の研究において、衝撃条件の最適化を図り、また、出発物質を薄膜化することにより、初めて真にナノメータサイズの結晶よりなる透明なダイヤモンドセラミックスの創製に成功した。この物質は一辺が約100μm,厚さは約5μmのプレートとして得られる。天然の単結晶ダイヤモンドにほとんど匹敵する光学吸収特性を呈し、また、硬度も通常の方法では測定できないほど高い。電子線回析により、ダイヤモンド構造が形成されていることが示され、また、電子線エネルギー損失スペクトロスコピー(EELS)により、sp2結合成分は含まれず、完全にsp3結合よりなることが示された。高分解電顕観察によると、個々の結晶子(2.3nm)は直接結合しているか、あるいは、極めて薄い乱れた23原子層を介して結合している。従って、この物質中の個々の結晶子はわずかに変形配列した粒界(表面)原子によって安定化していると考えられる。いずれの場合でも原子配列は基本的にはsp^3であり、このことがこの物質の硬さを裏付けている。また、この物質のナノ組織が単結晶に匹敵する光学吸収特性を実現している。アモルファスダイヤモンドという炭素新物質をC60フラーレンより既に合成し、本研究では、C60フラーレンよりの特異性をいかして、新たな機能性を発現させること、及び、更なる新物質を探査することが目的である。このためには本新物質がバンドギャップを始めとして如何なる物性をもっているかを明らかにする必要がある。本年度は、アモルファスダイヤモンドのバンドギャップを電子線損失スペクトル(EELS)の数値解析を行うことによって算定した。ギャップや状態密度分布の特徴をより明確にするために、天然結晶ダイヤモンド及びナノサイズダイヤモンドについても測定・解析を同時に行い比較検討した。EELSより得られるエネルギー損失関数をクラマ-ス・クローニッヒ解析し、誘電関数の虚数部分を算出し、バンドギャップを求めた。これによるとアモルファスダイヤモンドのギャップは3.5-4.5eVであり、結晶ダイヤモンドの5.5eVに比べると若干狭くなっている。また、状態密度は結晶に比べてブロードであった。誘電関数の虚数部分のプロファイルはγ点付近の遷移は顕著に現れているが、結晶に現れるX点及びL点における遷移は欠如あるいは極端に弱く、長距離オーダーの周期性の欠落を反映していると考えられる。このことは状態密度がブロードであることとも一致する。一方、ナノサイズダイヤモンドのギャップの大きさは、3.3-3.5eVと3者のうち最も狭く,状態密度は最もブロードであった。これは、ダイヤモンドは5nmよりサイズが小さくなると、表面エネルギーが高くなりそれ自身では不安定であり、何らかの形で安定化する必要がある。本ナノダイヤモンドの場合、純粋な炭素のみからなる物質であるので、有機基等でダングリングボンドを終端化するのでなく、不規則構造の炭素によって安定化されていると考えられる。このことは高分解能電子顕微鏡観察によって確かめられた。この不規則構造の炭素の存在によって、ダイヤモンドの5.5eVのギャップが大きくブロードニング化されていると解釈される。平成8年度の研究において、C_<60>

フラーレンからアモルファスダイヤモンドという物質を、衝撃圧縮-急冷法によって合成し、その動径分布や転換プロセスを解析し、物性を測定した。これらの結果は、衝撃圧縮条件を制御することにより、ナノメータサイズの結晶よりなる透明なダイヤモンドセラミックスを作成することが可能なことを示唆していた。ダイヤモンドも、数ナノメール以下になると、表面エネルギーが高くなり、安定に存在できない。もし、ナノサイズの結晶からなるダイヤモンドセラミックスが存在するなら、それは炭素の結合状態の多様性を理解する上に重要な示唆を与えるばかりでなく、その物性の応用には大きな可能性が期待される。平成9年度の研究において、衝撃条件の最適化を図り、また、出発物質を薄膜化することにより、初めて真にナノメータサイズの結晶よりなる透明なダイヤモンドセラミックスの創製に成功した。この物質は一辺が約100μm、暑さは約5μmのプレートとして得られる。天然の単結晶ダイヤモンドにほとんど匹敵する光学吸収特性を呈し、また、硬度も通常の方法では測定できないほど高い。電子線回折により、ダイヤモンド構造が形成されていることが示され、また、電子線エネルギー損失スペクトロスコピー(EELS)により、sp2結合成分は含まれず、完全にsp3結合よりなることが示された。高分解電顕観察によると、個々の結晶子(2-3nm)は直接結合しているか、あるいは、極めて薄い乱れた23原子層を介して結合している。従って、この物質中の個々の結晶子はわずかに変形配列した粒界(表面)原子によって安定化していると考えられる。いずれの場合でも原子配列は基本的にはsp^3であり、このことがこの物質の硬さを裏付けている。また、この物質のナノ組織が単結晶に匹敵する光学吸収性特性を実現している。
X線CT法を用いた土の応力-ひずみ関係同定システムの構築

本研究の目的は、産業用X線CT装置とCT装置専用の圧縮試験装置を用いて、圧縮応力下における地盤内の局所的な土の動きをX線CT装置で得られる3次元再構成画像より求め、その3次元的な土中内部挙動を用いて有限要素解析に基づく逆解析を行い、土の応力-ひずみ関係式を同定することである。また最終的には実験と数値解析を連動させたハイブリッド型同定システムを構築することである。本年度は昨年度の成果を踏まえて、以下について実施した。1)マーカーを用いた実験の実施実際の土を扱った実験を行う前に、まず若干大きめの粒状体(ビーズ等)をいくつか用意し、これらを対象としてすでに開発しているX線CT用実験装置を用いて載荷試験を行い、載荷重の変化に伴う粒状体群をCT装置で撮影した。またその結果の画像解析より各粒子の動きを把握することで、本研究で実施する方法論の有効性を確認した。2)実験結果の考察続いて、実際の豊浦砂を用いた圧縮試験を行い、その中に有限の微小なマーカーを混在させ、厚さ2mmごとのCT断面画像上でのそのマーカーの軌跡を載荷と共に追跡できる実験方法を確立した。以上より、2年間の研究成果を以下にまとめる。1)X線CT装置と模型載荷実験装置および圧縮試験装置を連動させて、圧縮下の土の挙動についてマーカーを用いることにより、その定量的評価を行った。2)上記挙動を対象として、変位データから応力-ひずみ関係を逆解析する手法の確立を行った。3)本研究で開発した手法については、弾性体を仮定した簡単なモデルに限定される。本研究の目的は、産業用X線CT装置とCT装置専用の三軸圧縮試験装置を用いて、圧縮応力下の土供試体内の局所的な土の動きをX線CT撮影で得られる3次元再構成画像より求め、その3次元的な土中内部挙動を用いて、コンピュータを用いた数値解析に基づく逆解析を行い、土の応力一ひずみ関係式を同定することである。本年度の研究実績は以下に示すとおりである。1)すでに申請者によって開発されたX線CT用三軸圧縮試験装置を用いて、豊浦砂を用いた三軸圧縮試験(排水)を行い、その中に有限の微小なマーカーを混在させ、厚さ1mmごとのCT断面画像上でのそのマーカーの軌跡を載荷と共に追跡できる実験方法を確立した。ここではマーカーとしての材料およびその大きさについて検討した。2)1)の結果より、初期およびいくつかのひずみレベルでのマーカーの位置を断面画像から直接コンピュータ上に取り込み、これらが頂点となる四面体構造を作成し、ひずみレベルと共に変化する四面体形状を逐次追跡させる画像解析システムを構築した。3)上記実験を異なる拘束圧について実施した。4)これらの実験結果により、X線CT画像上に現れる供試体内に点在させたマーカー位置の軌跡データ作成システムの構築を行なった。5)上記実験結果を用いた、応力-ひずみ関係式の同定として、最も簡単な構成式である弾性体を仮定した際の弾性定数の同定について、計算プログラムを作成して実施した。
生体膜脂質ドメインの構成とダイナミクスの分子解析

生体膜に於いて脂質はランダムに配列しているのではなく、脂質二重層の内層と外層の脂質組成は異なり、内層のみ、外層のみをとっても特定の脂質がドメインを形成している。しかし生体膜における脂質の詳細な分布状態はほとんど明らかになっていない。私たちは特定の脂質、あるいは脂質複合体や脂質構造体に特異的に結合するプローブを開発するとともに、それらのプローブを用い、超高解像蛍光顕微鏡、免疫電子顕微鏡法等さまざまな顕微鏡手法を用いて、脂質ラフトをはじめとする脂質ドメインの超微細構造を解析し、また細胞分裂や細胞接着等や種々の病態における脂質ドメインの動態を併せて観測することにより脂質ドメインの機能の解明を試みた。脂質ラフトの主要成分であるスフィンゴミエリンの膜中での分布状態の詳細を知る目的で、スフィンゴミエリンに特異的に結合する毒素であるライセニンとエキナトキシンの結合特性を解析した。われわれはこれまでにライセニンが5ー6分子のスフィンゴミエリンのクラスターを認識することを示しているが、これに対してエキナトキシンは「分散した」スフィンゴミエリンに良く結合することが明らかになった。フリーズフラクチャー免疫電子顕微鏡法によりライセニンによって認識されるスフィンゴミエリンのクラスターは半径24 nm程度の脂質ドメインを形成するのに対して、エキナトキシンが結合する分散したスフィンゴミエリンはドメインを形成しないことが示された。エキナトキシンとライセニンを異なったスフィンゴミエリンの分布状態の指標として用いることにより、細胞表面におけるスフィンゴミエリンクラスターの形成にはコレステロールが必要である、またスフィンゴミエリンクラスターの形成は糖脂質によって阻害されることが明らかとなった。さらに上皮細胞の先端側と基底膜側ではスフィンゴミエリンの存在状態が異なること、細胞分裂の際には中心体にスフィンゴミエリンのクラスターが集積すること、またリソソームのスフィンゴミエリナーゼの欠損症であるニーマンピックAでは、細胞表面のスフィンゴミエリンクラスターが欠損していることが明らかとなった。これらの結果は細胞膜におけるスフィンゴミエリン含量と分布状態が細胞のホメオスタシスや病態に重要な役割を果たしていることを示している。私たちは特定の脂質を認識するタンパク質やペプチドをスクリーニングし、それらをプローブとして生体膜の脂質の分布、動態、機能を明らかにすることを目的としている。本年度は二つのスフィンゴミエリン結合タンパク質が異なった脂質の分布状態を認識していることを明らかにし、この二つのタンパク質を用いてスフィンゴミエリン代謝異常の細胞における形質膜脂質ドメインの異常について明らかにした。またショウジョウバエ等の昆虫やトリパノソーマのような寄生虫における主要スフィンゴ脂質、エタノールアミンホスホセラミドに特異的に結合するタンパク質を発見し、このタンパク質を用いてトリパノソーマ感染によって引き起こされるアフリカ眠り病の簡易診断ができることを示した。本年度はまたこれまでに確立した脂質プローブと免疫電子顕微鏡法を組み合わせることによりナノメートルレベルでの脂質の非対称性を明らかにすることにも成功した。その結果赤血球では主要脂質は表側だけ、または裏側だけに局在すること、一方核を持った線維芽細胞や好中球では形質膜の内層にスフィンゴミエリンのドメインが存在することが明らかになった。さらにジアシルグリセロールのFRET検出プローブにオルガネラターゲッティングシグナルを結合させることで、膜の表側と裏側のジアシルグリセロールの動態を同時に検出することにも成功した。これまでに私たちは高速原子間力顕微鏡を用いて膜孔形成毒素の会合過程をナノメートルレベルでビデオレートで測定することに成功しているが、本年度はさらに毒素の結合による膜の再編成の過程の可視化に成功した。本研究では以下の3つの項目について明らかにすることを目的としている:1.細胞膜中にスフィンゴ脂質とコレステロールの複合体は存在するのか?存在するとしたらその複合体はどのような時間的、空間的分布を示すのか?2.何が脂質のクラスター化を引き起こすのか?3.スフィンゴ脂質は形質膜脂質二重層の外層に局在しているが、スフィンゴ脂質の裏側の脂質組成についてはよくわかっていない。脂質ラフトの裏側はどうなっているのだろうか?本年度はこのうち2.3.について研究を進めることができた。2.についてはクラスター状態と分散状態のスフィンゴミエリンを認識するタンパク質を解析することでスフィンゴミエリンクラスター形成のメカニズムの一端を明らかにすることができた。また、3についてはフリーズフラクチャー免疫電子顕微鏡法を用い、脂質の非対称性を詳細に調べる方法を確立した。1.については現在進行中だが、その過程で予期しなかったエタノールアミンホスホセラミドに結合するタンパク質の発見があった。今後1.について早急に論文をまとめ、研究の完成を目指す。スフィンゴミエリン(SM)のクラスター形成機構: SMはクラスター化することによりSM分子同士の水素結合に起因する特徴的なラマン散乱を示すことを見出した。特徴的なラマンスペクトルを指標に、SMはジオレオイルホスファチジルコリン中ではクラスターを形成し、ジパルミトイルホスファチジルコロイン中では分散して存在すること、またコレステロールはSMと相互作用することでSM間の水素結合を阻害することを見出した。カベオレの形成

機構:膜の形状を変化させるタンパク質のスクリーニングを行った結果、ホスホリパーゼCベータ1(PLCb1)が酵素活性に依存せず、ホスファチジルエタノールアミン依存的に人工膜を管状に変化させることを見出した。細胞内で過剰発現したPLCb1および酵素活性を欠損したPLCb1の変異体はいずれも形質膜を管状に変化させた。またPLCb1を欠損した動物細胞変異株では細胞膜の特徴的な陥入構造であるカベオレが欠損していた。この結果はPLCb1がカベオレ形成に重要な役割を果たしていることを示唆している。脂肪滴形成におけるコレステロールの役割:遊離コレステロールの蓄積は非アルコール性肝炎において重要な役割を果たしている。本研究ではヒト由来の肝培養細胞を用いてアシルコレステロールアシルトランスフェラーゼ阻害剤により遊離コレステロールを蓄積させた際の脂肪滴の動態について解析した。その結果遊離コレステロールの蓄積は脂肪滴の肥大化、脂肪滴の主要タンパク質であるPLIN2の分解、さらに低分子量GTP結合タンパク質Rab18に依存した脂肪滴と小胞体との融合を引き起こすことが明らかになった。本研究では以下の3つの項目について明らかにすることを目的としている:1.細胞膜中にスフィンゴ脂質とコレステロールの複合体は存在するのか?存在するとしたらその複合体はどのような時間的、空間的分布を示すのか?2.何が脂質のクラスター化を引き起こすのか?3.脂質ラフトの裏側はどうなっているのだろうか?本年度はこのうち2.3.について研究を進めることができた。2.についてはスフィンゴミエリンのクラスターをラマン分光により解析する手段を見出した。また、3については脂質ラフトの一つといわれるカベオレの形成に形質膜裏側のホスファチジルエタノールアミンが重要な役割を果たしていることが示唆された。また、細胞へのコレステロールの影響を調べる過程でコレステロールが脂肪滴の分布、動態に大きく影響することを見出した。1.については新奇プローブの開発、利用について研究を進めている。動物細胞の主要スフィンゴ脂質であるスフィンゴミエリンとコレステロールの複合体にと特異的に結合する毒性のないタンパク質(ナカノリ、(中乗り、mid raft rider))を食用キノコであるマイタケより見出した。スフィンゴミエリンとコレステロールは特異的な脂質ラフトドメインを形成することが良く知られており、ナカノリを用いて脂質ラフトの分布、動態を可視化することが可能となった。ナカノリは細胞表面に結合するが、スフィンゴミエリナーゼにより細胞表面のスフィンゴミエリンを除いたり、メチルベータシクロデキストリンによりコレステロールを除くと、結合は見られなくなった。また、ナカノリはスフィンゴミエリンクラスターに特異的に結合するタンパク質、ライセニンが標識するドメインの一部に結合した。ナカノリによって標識される形質膜外層の脂質ドメインは形質膜内層のホスファチジルイノシトール4,5-二リン酸(PIP2)ドメインと共局在した。
トランスジェニック・マウスにおけるチロシナ-ゼ遺伝子発現の安定性

1、我々はすでにマウスチロシナ-ゼcDNAをクロ-ン化しており、一方においてマウスおよびヒトのゲノムチロシナ-ゼ遺伝子の5'側領域をクロ-ン化した。この両者の間には部分時に高い相同性がある。マウスのチロシナ-ゼcDNAとマウス遺伝子の5'側上流配列を融合して,アルビノマウスの受精卵に導入して,トランスジェニック・マウスを作製した場合には、メラノサイト特異的に遺伝子発現がおこることを観察しているが,さらにマウスのcDNAにヒト遺伝子の5'側上流配列を融合して,キメラ遺伝子を構築し、アルビノマウス受精卵へのマイクロインジェクションを行った。その結果有色に転換したトランスジェニック個体を得ることが出来た。又、そのファウンダ-をアルビノマウスと交配し、安定してメラニンを合成し、野生型に近い形質をあらわすラインを樹立することが出来た。このラインのマウスにおいてはすべての組織に導入遺伝子が組み込まれているにもかゝわらず、メラノサイトにおいてのみ細胞種特異的に発現していることが明らかとなった。又、メラノサイトが分化する部位も野生形メラノサイトと同様であった。この結果はヒト由来の調節領域がマウス由来のトランス因子に応答して働くことを示しているものと思われる。2.一方、マウスのチロシナ-ゼcDNAとマウスの遺伝子5'側上流域を融合したミニ遺伝子を導入する実験において,毛色にパッチ状パタンが生じることがあることが観察された。このような発現をしているマウスをアルビノマウスと交配することによって、この形質がメンデル式に遺伝することが明らかとなった。この結果は導入遺伝子が組み込まれた染色体の部位によっては細胞系譜的に不活性化することを示していると思われる。
成長ホルモンのLife Spanに及ぼす影響の分子機構の解明

成長ホルモンのLife Spanに及ぼす影響の分子機構を解明するため、寿命の延長を呈する成長ホルモン受容体欠損マウス(Ghr-/-マウス)と成長ホルモン受容体欠損でフォークヘッド転写因子Foxo1ヘテロ欠損マウス(Ghr-/-Foxo1+/-マウス)を比較することにより成長ホルモン作用の欠如における延命効果において、Foxo1がその下流にあるかどうか解析することを試みた。まず、本マウスの基本的な性状を確認する目的で成長と糖代謝について検討した。成長について解析するため体重を比較したところGhr-/-マウスに対してGhr-/-Foxo1+/-マウスは、有意な体重増加を示し、成長ホルモン欠損マウスのインスリン様成長因子低下に伴う成長障害にFoxo1が関与している可能性を示唆した。次に糖代謝を比較した。絶食時の血糖値を経時的(2,4,6か月齢)に測定したところ雄ではGhr-/-マウスに対してGhr-/-Foxo1+/-マウスは、2か月齢において若干ではあるが有意に低い値を示し、他の月齢においても平均値は若干低かったが、雌においてはほぼ同等の値を示した。また、6ヵ月齢での摂食時の血糖値は、Ghr-/-マウス、Ghr-/-Foxo1+/-マウス間には雌雄ともに違いが見られなかった。しかし、血漿インスリン濃度は、雄ではGhr-/-Foxo1+/-マウスの方が有意に低くインスリン感受性が亢進していたが、雌ではほぼ同等の値を示した。この結果は、Foxo1のヘテロ欠損がおよぼすインスリン感受性亢進作用に雌雄差があることを示した。今回の研究で確認された、Ghr-/-とGhr-/-Foxo1+/-マウスとの違い(体重増加と雄におけるインスリン感受性の亢進)が加齢によりどうなるのか、または、寿命に及ぼす影響については、マウスの寿命が数年と長いため、今後の検討課題である。コロンビア大学Argiris Efstratiadis博士より供与されたGhr+/-マウスとコロンビア大学Domenico Accili博士より供与されたFoxo1+/-マウスを交配することにより、Ghr+/-,Foxo1+/-マウスを得、さらにそれらを交配することによりGhr-/-Foxo1+/-マウスを作製することに成功した。3.各genotypeの分析それぞれのGenotypeの体重を測定したところGhr-/-及びGhr-/-Foxo1+/-マウスは、それ以外のマウスに比べて雌雄ともに著しい成長障害を示したが、Ghr-/-Foxo1+/-マウスは、Ghr-/-マウスに比べて若干その成長障害が抑制される傾向を示した(12週齢時の平均体重、Ghr-/- ♂10.12g(n=4),♀9.29g(n=4):Ghr-/- Foxo1+/- ♂11.03g(n=4),♀9.98g(n=2))。この結果は、成長ホルモン欠損マウスのIGF-1低下に伴う成長障害にFoxo1が関与していることを示唆するものであった。また、軟骨細胞株ATDC5において、Foxo1の発現を確認し、この結果はFoxo1の骨成長への関与を示唆するものであると考えている。

2.各genotypeの分析体重を測定したところ雄では、生後3040日にかけてGhr-/-に対してGhr-/- Foxo1+/-は、優位な体重増加を示したが、雌では平均値が若干増加する程度であった。また、絶食時の血糖値を経時的(2,4,6ヶ月)に測定したところ雄ではGhr-/-に対してGhr-/- Foxo1+/-は、2ヶ月齢において若干ではあるが優位に低い値を示し、他の月齢においても平均値は若干低かったが、雌においてはほぼ同等の値を示した。また、6ヶ月齢での摂食時の血糖値は、Ghr-/-、Ghr-/- Foxo1+/-間には違いが見られなかったが、血漿インスリン濃度は、雄ではGhr-/- Foxo1+/-の方が優位に低くインスリン感受性が亢進していたが、雌ではほぼ同等の値を示した。Foxo1のヘテロ欠損がおよぼすインスリン感受性亢進作用に雌雄差が確認された。Foxo1は、エストロゲンシグナル伝達系の下流に存在するとの報告もあることから、今回確認された雌雄差に、エストロゲンホルモンが関与していることが考えられた。
プロスタグランジンD_2によるアデノシン遊離の調節機構の解明

前年度までに,アデノシンをイノシンへ代謝するアデノシンデアミナーゼ(ADA)がラット脳のくも膜に特異的に発現し,脳実質に比べ20-50倍のADA活性を示すことが明らかになった。さらに,ADA阻害剤であるコホルマイシンをクモ膜下腔へ投与した結果,睡眠物質であるアデノシンの投与局所における細胞外濃度が上昇することがわかった。クモ膜ADAを阻害することによりノンレム睡眠が選択的に誘発される脳波・筋電位の測定と同時にコホルマイシンをラットの前脳基底部クモ膜下腔へ連続微量注入を行い,クモ膜ADAの阻害による睡眠パターンへの影響を調べた。夜間(活動期)にコホルマイシン投与(400 pmol/0.4 mL/min)を5時間続けたところ,投与期間におけるノンレム睡眠の総量が増加することがわかった。この時,ノンレム睡眠の出現頻度には差がなく,エピソードの平均持続時間が延長していることが明らかになった。また,ノンレム睡眠時の脳波スペクトルを解析したところ,実験前日と投与時では大きな差は認められなかったが,深い睡眠の指標であるデルタ波(0.5-4Hz)の成分がわずかに増加していた。これらの結果は,前脳基底部クモ膜下腔におけるADA阻害によってノンレム睡眠が選択的に誘発されることを示す。クモ膜におけるアデノシン合成酵素5'-ヌクレオチダーゼ(5'-NT)の局在ラット脳およびクモ膜を用いて,アデノシンの合成酵素である5'-NTの脳内分布をノザンハイブリダイゼーションによって調べたところ,クモ膜において5'-NT mRNAが脳実質各部位に対して1.3-2.8倍強く発現していることがわかった。また,5'-NT活性測定においても,クモ膜は脳実質各部位に対して1.9-3.4倍高い活性を示した。これらの結果は,クモ膜では脳実質に比べアデノシンの代謝がより活発に行われていることを示している。