hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
抗肥満作用を示すラズベリーケトンの骨代謝に及ぼす影響について

平成16年度では、抗肥満作用のあるラズベリーケトンがin vitroで、retinoic acid共存下では骨芽細胞の分化・増殖促進に何らかの影響があることが示される結果が得られた。そこで、平成17年度では、ラットにラズベリーケトンを摂食させることにより、In vivoでの骨代謝への影響を検討した。条件は、9週齢のラットをovariectomy(OVAX)群とsham群に分け、各群を更にラズベリーケトン(RK)投与群、非ラズベリーケトン(非RK)投与群に分け、計4群で行った。術後すぐ投与を始め、10週間飼育し、骨密度や骨代謝マーカーなどを測定して検討を行った。1.体重変化は、術前では、OVAX群、sham群ともにあまり差がみられなかったが、10週間後には、OVAX/非RK>OVAX/RK>sham/RK>sham/非RKという体重結果になった。sham群ではラズベリーケトンによる体重抑制はみられなかったが、OVAX群では僅かながら体重抑制がみられた。また、子宮周辺の脂肪量(湿重量)も同様な結果であった。2.投与10週間後の大腿骨の骨密度測定を行ったところ、骨全体の平均は、sham/RK、sham/非RKはほぼ変わらなかった。OVAX/非RKやOVAX/RKではsham群より若干低く有意差こそ出なかったが、OVAX/RKの方がOVAX/非RKよりも僅かに骨密度が高い傾向があった。また、OVAX/非RKやOVAX/RKにおいて大腿骨の骨端部と骨幹部を比較したところ、骨端部ではOVAX/RKのほうがOVAX/非RKよりも骨密度が高い結果となった。以上より、ラズベリーケトンのin vivoでの骨吸収の抑制による骨代謝の影響が示唆される結果となった。本研究は、骨芽細胞と脂肪細胞が同じ未分化間葉系細胞より分化することや両者が相反する関係であることが知られていることに基づいて、抗肥満作用を示すラズベリーケトンが骨芽細胞の分化・増殖にどのような影響があるかを検討するものである。平成16年度は、in vitroにおける検討を行う目的で、マウス由来未分化間葉系細胞のC3H10T1/2を用い、脂肪細胞への分化条件下におけるラズベリーケトンの作用と、骨芽細胞への分化を起こす物質共存下でラズベリーケトンの骨芽細胞への分化促進作用について行った。脂肪細胞への分化を引き起こす条件として、isobutylmethyxanthine、dexamethasone、insulinを併用して用いた。これにラズベリーケトンを添加すると、添加しないものに比べて明らかに脂肪細胞の数と中性脂肪量の増加が見られる一方で、骨形成マーカーのアルカリフスファターゼ活性の増加もみられた。ラズベリーケトンの脂肪細胞への分化抑制作用はみられなかったが、この条件下において脂肪細胞および骨芽細胞両者への分化促進作用が起きることを明らかにした。さらに形態学的な観察により、脂肪細胞へ分化したと思われる中性脂肪の取り込んだ細胞がアルカリフォスファターゼ染色にも染まるという現象を確認した。この現象のメカニズムをさらに調べることで、骨芽細胞と脂肪細胞との関係を詳細に知ることが出来うると考えられた。一方、骨芽細胞への分化を引き起こす条件としてretinoic acidを用いたところ、ラズベリーケトン添加で、よりアルカリフォスファターゼ活性の増加をみた。これは、ラズベリーケトンの濃度に依存して活性は増加した。骨芽細胞分化の過程で出現する発現マーカーを半定量的なRT-PCRで詳細に調べたところ、I型コラーゲンおよびオステオカルシンの発現がラズベリーケトンの濃度依存性に増加していることがわかった。
広域高密交通圏解析を対象とした空間的離散および連続モデルの比較研究

わが国の大都市圏の構造的特徴は、高密度な都市空間が連続的に広域化している点にある。このような地域を対象とした場合、従来の交通量配分ではデ-タ作成や演算処理に要する時間と経費が膨大なものとなるため、効率的な配分手法の開発・改良が求められている。特に(1)既存のネットワ-ク分析法の効率化(離散型モデル)、(2)ネットワ-クならびに地域を連続空間として取り扱うモデル(連続体モデル)、は既に研究が進められている。しかし、実用的な見地からみたこれらのモデル特性は、現在のところ必ずしも明らかでない。本研究の目的は、広域化した高密な都市圏を対象とした巨視的な交通のフロ-解析を行うための離散型モデルを連続体モデルを体系的に整理し、それらの構造的特徴、パフォ-マンスを比較分析するとともに、新たに大規模道路網に対する交通流解析、特に交通流配分のためのモデルを構築することにある。本研究で得られた主な知見を以下に記す。1.離散型モデルにおいては、ネットワ-クをいくつかのブロックに分割して境界上に集約ノ-ドを設けるという方法(バンドリング法)によって計算時間の短縮が可能である。2.連続体モデルは、離散型モデルほどには詳細なネットワ-ク情報を必要としないので、モデル構築に要する手間が少ない。3.計算時間についても、連続体モデルは大幅な効率化を可能とする。4.連続体モデルの計算結果は、二次元的に表示することによって視覚的検討が容易である。5.幹線を離散型ネットワ-クで、細街路を連続体モデルで表現すること(2レベルネットワ-ク表示)によって、計算精度の確保と計算時間の短縮を同時に達成することが可能である。そのために戦略レベルの交通解析、代替案の定性的評価を短時間、低コストで行うには、(1)離散型モデルの当算簡略化、あるいは(2)連続型モデルの適用、のいずれかが必要となる。本研究は特に交通量配分のための、これらのモデルの開発・改良、ならびにそれらの構造的特徴・パフォーマンスを比較検討することを目的としている。本年度の研究成果をまとめると以下のようである。1.離散型モデルの改良離散型モデルの簡略化の方法の1つに、ネットワークをいくつかのブロックに分割し、ブロック毎に最短経路探索を行うことによって計算時間の短縮をはかる、ネットワークの分割・階層化がある。しかし最短経路探索のアルゴリズムを改良することにより単純にネットワーク分割を行っただけでは、必ずしも効果は期待できないことが判明した。そこで、ブロックの境界上に集計化した境界ノードを作成する、バンドリングによる方法を提案し、計算時間の短縮に効果のあることを確認した。2.連続型モデルの開発連続型モデルは、交通流を都市空間における連続的な二次元流と見なし、個々のリンク交通量ではなく、任意地点における交通強度を求めようとするアプローチである。本研究では走行費用関数を地点ごとの交通フローの線形関数とすることによって、利用者均衡配分を変分問題として定式化した。そして数値解法として、ボテンシャルを変数とする双対問題を有限要素法により解く方法を提案した。数値計算の結果連続型モデルは、モデル構築に要する情報が少なく、計算に要する時間の点でも大幅に効率化を図ることが可能であることが明らかになった。さらに計算結果を二次元的に表示することにより、視覚的な検討が容易になった。わが国の大都市圏のように、高密度な都市空間が連続的に広域化している地域を対象とする交通量配分モデルの開発が本研究の目的である。そのために、(1)離散型モデル、(2)連続型モデルの開発・改良、ならびにそれらの構造的特徴・パフォ-マンスの比較検討を行う。昨年度は基本モデルを構築し、仮想的な高密都市圏に対する適用計算を試行した。

本年度は実用化に向けた研究を行い、以下のような成果をあげた。〔1.実用化に向けてのモデル改良〕連続型モデルは、モデル構築に要する手間と計算時間の大幅な節約が可能である。という大きな特長を有する。しかし(1)要素内を均質と仮定することが誤差を大きくする場合があり、(2)詳細なリンクフロ-は得られない、という短所を有する、そこでより実用的な方法として、細街路を連続体に近似(下位ネットワ-ク)し、幹線道路は通常のネットワ-ク(上位ネットワ-ク)として表示した2レベルネットワ-クを用いる方法を提案した。上位、下位ネットワ-ク間はダミ-リンクによって統合され、同時に配分計算を行う。この方法によれば、連続体の各要素内の均質性は増し、幹線道路のリンクフロ-も同時に得ることができる。〔2.現実規模の広域高密交通圏を対象とした適用計算〕まず、下位ネットワ-クの要素通過時間関数のパラメ-タを、ランダムな離散型ネットワ-クを用いたシミュレ-ションによって決定した。そして現実規模を有する格子型ネットワ-クを設定して、2レベルネットワ-ク表示による方法の適用計算を行った。ここで得られた結論は以下の通りである。(1)細街路を削除するわけではないので、細街路が配分結果に与える影響を考慮しつつ、計算精度の確保と計算費用の大幅な節減を同時に達成できる。(2)対象とする細街路が密になっても適用が可能である。(3)要素レベルのフロ-と、幹線道路の詳細リンクフロ-を同時に求められる。
膜貫通α-ヘリシクス構造の蛍光プローブを用いての膜中の会合要因の評価

膜タンパク質の構造と機能の研究が活発に展開されていが、それらの膜中での会合様式の要因は未だはっきりしていない。そこで、我々はまずα-へリックスについて膜中の会合要因を定量的に調べる事とした。膜タンパク質の膜貫通部分の会合要因としては、脂質-膜貫通セグメント間の特異的相互作用、及びα-へリックス貫通ペプチド間の水素結合、静電結合、双極子-双極子相互作用等が考えられる。そこで、今研究の2年間にわたって、一回膜貫通型のα-へリックスモデルペプチドを基に、色々な相互因子を導入してそれらを定性、定量的に評価した。モデルペプチドとしては、その膜との結合状態がよく調べられているP24を用い、これをホストとして種々の側鎖をもった以下の4種類の置換アナローグをデザインした。蛍光性アミノ酸XxxとしてTyr(Trpのindole基間のエネルギー移動がよく研究されている),及びpyrene含有アミノ酸Pya(pyrenyl-L-alanine)(蛍光強度が強く、蛍光寿命が長く、会合するとエキシマー発光を示す)を用いた。初年度は、全てのペプチドが固相自動合成と逆相高速液体クロマトグラフィーで、適当な収量で合成された。今年度はそれを用いて、CDを用いてDPPC,DPPGなどの脂質二分子膜の存在下でのペプチドのconformationを調べたところ、全てが期待したとおりα-へリックス構造を取っていた。又P24-W、P24-Pya間に強いエネルギー移動が観察された。また静電相互作用を評価するためP24-EW、P24K-Pyaの間にエネルギー移動効率を測定したところ、P24-W、P24-Pya間に観測されたエネルギー移動のそれとの間に顕著な差は、みられなかった。このことは、脂質存在下での両ペプチド間の相互作用は、静電相互作用などに関係なく存在し、このことは、脂質二分子膜中では膜貫通型のα-へリックス構造は相分離を起こして自発的に強く会合することを意味する。近年、膜タンパク質の構造と機能の研究が、遺伝子工学的手法を用いての部位特異的変異タンパク質の合成などを通じて活発に展開されており、その情報が少なからず蓄積されている。しかしながらそれらの膜中での会合様式の要因は未だはっきりしていない。そこで、今回我々は下記手法を用いて、まずα-ヘリックスについて膜中の会合要因を定量的に調べる事とした。膜タンパク質の膜貫通部分の会合要因としては、脂質-膜貫通セグメント間の特異的相互作用、及びα-ヘリックス貫通のペプチド間の水素結合、静電結合、双極子-双極子相互作用等が考えられる。そこで、一回膜貫通型のα-ヘリックスモデルペプチドを基に、上記相互作用因子を導入してそれらを定性、定量的に評価することとした。膜中の会合挙動は螢光アミノ酸を別々にホストペプチドに導入しその間のエネルギーの移動やエキシマーの形成をもとに調べる。モデルペプチドとしては、その膜との結合状態がよく調べられているP24を用い、これをホストとして下記の種々の側鎖をもった置換アナローグをデザイン、合成した。蛍光性アミノ酸XxxとしてTyr(Trpのindole基間のエネルギー移動がよく研究されている),及びpyrene含有アミノ酸Pya(pyrenyl-L-alanina)(蛍光強度が強く、蛍光寿命が長く、会合するとエキシマー発光を示す)を用いた。全てのペプチドが固相自動合成と逆相高速液体クロマトグラフィーで、適当な収量で合成された。

CDを用いてDPPC,DPPGなどの脂質二分子膜の存在下でのペプチドのconformationを調べたところ、全てが期待したとおりα-ヘリックス構造を取っていた。又P24-W、P24-Pya間に強いエネルギー移動が観察された。現在P24-EW、P24K-Pyaの間にエネルギー移動効率を測定中である。得られる結果よりペプチド間の距離を評価、比較してペプチド-ペプチド間の静電相互作用を検討する。膜タンハク質の構造と機能の研究が活発に展開されていが、それらの膜中での会合様式の要因は未だはっきりしていない。そこで、我々はまずa-ヘリックスについて膜中の会合要因を定量的に調べる事とした。膜タンパク質の膜貫通部分の会合要因としては、脂質-膜貫通セグメント間の特異的相互作用、及びα-へリックス貫通ペプチド間の水素結合、静電結合、双極子一双極子相互作用等が考えられる。そこで、今研究の2年間にわたって、一回膜貫通型のα-へリックスモデルペプチドを基に、色々な相互因子を導入してそれらを定性、定量的に評価した。モデルペプチドとしては、その膜との結合状態がよく調べられているP24を用い、これをホストとして種々の側鎖をもった以下の4種類の置換アナローグをデザインした。蛍光性アミノ酸XxxとしてTyr(Trpのindole基間のエネルギー移動がよく研究されている),及びpyrene含有アミノ酸Pya(pyrenyl-L-alanine)(蛍光強度が強く、蛍光寿命が長く、会合するとエキシマー発光を示す)を用いた。昨年度は、全てのペプチドが固相自動合成と逆相高速液体クロマトグラブイーで、適当な収量で合成された。今年度はそれを用いて、CDを用いてDPPC,DPPGなどの脂質二分子膜の存在下でのペプチドのconformationを調べたところ、全てが期待したとおりα-ヘリックス構造を取っていた。また静電相互作用を評価するためP24-EW、P24K-Pyaの間にエネルギー移動効率を測定したところ、P24-W、P24-Pya間に観測されたエネルギー移動のそれとの間に顕著な差は、みられなかった。このことは、脂質存在下での両ペプチド間の相互作用は、静電相互作用などに関係なく存在し、このことは、脂質二分子腹中では膜貫通型のα-ヘリックス構造は相分離を起こして自発的に強く会合することを意味する。
癌遺伝子関連タンパク質発現程度と宿主側反応から見た乳癌転移機序に関する検討

[対象と方法]1981年より10年間,170例の乳癌手術症例のパラフィン固定標本から、原発巣と転移リンパ節巣を用い、腫瘍側要因としてPCNA,c-erbB-2、宿主側要因としてlaminin,typeIV collagen(C4)の計4種につき免疫組織染色を行い,臨床病理学的所見や予後を検討した。PCNA染色は染色良好な部位で腫瘍細胞約500個以上を観察し、染色陽性細胞数の割合を標識率(LI)として表示した。[結果]PCNAによる原発巣とリンパ節転移巣での検討で、原発巣のLI値は転移巣に比べ全般に高値で、原発腫瘍径tの増大と共に増加したが,転移巣では逆にtの増大と共に若干低下した。Kaplan-Meier法を用いたLI値と原発巣と転移巣との発現率の差を、転移巣のLI値が原発巣より大以上A群と未満B群に分け検討したが、両群の生存率に著差はみられなかった。c-erbB-2染色では、原発巣では、陽性群の生存率は陰性群に比べp=0.05で有意に不良であった。リンパ節の染色でも陽性群の生存率は陰性群に比べp=0.16で不良な傾向であった。原発巣でのlaminin染色では、組織学的stageの低い症例,n0症例および乳頭腺管癌で陽性となる頻度が高い傾向を認めた。C4染色は,laminin染色に比べ陽性となる頻度が低く、他の予後因子との間には有意の相関はみられなかった。C4とlaminin染色で、原発巣とリンパ節転移巣を比較すると、染色陽性となる頻度はいずれも転移巣で高い傾向を示した。また、リンパ節転移程度nlαとnlβ以上群につき原発巣とリンパ節転移巣間で比較検討すること、原発巣ではC4染色とlaminin染色の陽性率に著差はみられなかったが,リンパ節転移巣ではnlβ以上群でlaminin染色の陽性率がわずかに高くなる傾向が観察された。現在抗癌剤に対する治療成績との関連をみるために組織内のThimidine phosphorylase(PyNPase)とPCNA,C4,lamininとの関連を検討中である。癌細胞周辺のPyNPaseの発現と予後の間に関連が見られ、宿主側の反応の重要性が認められている。
組織的知識獲得過程に関する計算機モデル作成およびシミュレーション

[研究実績の内容]本研究の目的は、一つの組織を情報処理体と見なし、その情報環境で、各エージェントがいかにして情報や知識を獲得したり意思決定していくかを計算機上でモデル化することにある。ここでは、具体的なシステムとして複数のエージェントが協調し合いながら、動的環境の中で目標地点までのルートを作成する計算機モデル(実際には移動用ロボットに搭載することを念頭において)を作成した。各エージェントはそれぞれ環境認識機構をもち、自分に必要な精度と範囲で地図やルート作成のための情報を生成する。これらのエージェント間には基本的には階層関係が存在するが、それは基本的は上位のエージェントが生成した情報を下位のエージェントがリソースとして利用することによるもので、意思決定の独自性と並列性は保たれている。上位のエージェントが作成した大まかなルートは、より細かい、精度の高いルートを作成する下位のエージェントに影響を与えるが、下位のエージェントは環境情報に基づき独自の判断を加えて、より具体的なルートを作成する。また、各エージェントは過去のルート作成での経験を個別に知識として蓄えられるようになっている。なお、この研究の一部はAI学会誌で発表されている。また現在、本研究をマン・マシンインターフェースに応用できないかという点が検討されている。計算機上の複数のエージェントが計算機外のエージェント、つまりユーザである人間の作業をサポートするようなシステムとその枠組みについてである。具体的には複雑なルート設定を人間が行うとき、計算機プログラムが協調して、それをサポートするというモデルを現在念頭におきながら開発を始めている。さらに、試験的にこのような協調型インターフェースが教育工学へ応用できるかという点についても調査を行っている。
ベトナムにおけるASEAN高等教育調和化と外国モデル大学の相互作用に関する研究

5月、ASEANの一角であるミャンマーの高等教育調和化に関する論文1編を公表し、ミャンマーから日本への人の移動に関する学会発表を1回行った。同月、ホーチミン市において外国モデル大学2校、国内大学3校、他の教育機関を対象に高等教育調和化と外国モデル大学の位置付けについてヒアリングを行った。6月には、ASEANの中で高等教育国際化・調和化を主導するタイにおいて、留学生を多く受け入れている国内大学4校を訪問し、高等教育国際化の最新状況についてヒアリングを行った。同月、ベトナムと韓国のトランスナショナル高等教育に関する論文1編を公表し、ベトナムの外国モデル大学について学会発表を1回行った。7月、外国モデル大学である越独大学(VGU)を支援するドイツの政府機関、大学コンソーシアム・大学3校においてVGUの運営方針、学生支援などに関するヒアリングを行い、10月には、ハノイで外国モデル大学3校、国内大学1校、日本の政府機関、日本語学校に対し、高等教育調和化と外国モデル大学の動向についてヒアリングを行った。11月から12月にかけて、ベルリンで開かれたドイツ学術交流会(DAAD)主催のトランスナショナル高等教育会議に出席した後、VGUの協力大学でヒアリングを行った。その後、パリで、外国モデル大学であるUSTH(越仏大学)の前学長に加え、ユネスコ、OECDで高等教育専門家にヒアリングを行った。1月、ベトナム人の日本への移動を中心にした論文を1編公表し、2月には、高等教育におけるASEAN域内人の移動の事例としてのタイのミャンマー人留学生を多く受け入れている大学において、同留学生を対象としたヒアリング・質問紙調査を海外共同研究者と共に行った。以上、ASEAN高等教育調和化と外国モデル大学の相互作用に関し、関係国で多面的でバランスの取れた情報収集を行い、また成果発信を行うことができた。1年目の遅れを取り戻すべく現地調査を進めたため。最終年度の2019年度は、アメリカなどにおける調査を行い、成果は国内外の学会で発表し、論文化を進める。前半は、研究計画、調査項目、実施方法の確認とともに、先行研究・調査その他の文献収集・レビューを行い、移民政策学会と日本比較教育学会大会においても研究課題に関する情報収集に努めた。また、比較目的で、東京に所在する外国大学分校において日本における外国大学の位置付けと課題に関するインタビューを行った。ASEAN高等教育調和化に関しては、日本比較教育学会で発表を行った他、ミャンマー・ヤンゴンにおいて大学、政府機関、国際交流機関などを訪問し、日本留学の影響、帰国後のキャリア形成、ミャンマーにおける日本語教育の現状、ITの教育分野への応用、遠隔教育大学の改革などに関しインタビューを行った。後半は、ベトナム中部にあるダナン大学の英国研究教育研究所を訪問し、越英大学設立に向けたこれまでの動きと今後の計画についてインタビューと資料収集を行った。またダナン大学質保証室、ダナン大学経済大学、ダナン職業短大においても質保証、国際交流、キャリア教育、ダナンにおける人材ニーズなどの状況についてインタビューと資料収集を行った。予定していたハノイとホーチミン市調査は相互の日程が合わずできなかったため。30年度は、予定のドイツ、アメリカ、オーストラリアに加え、ハノイとホーチミン市においても調査を行い、研究成果を国内と国外の学会で発表する。当初予定していたハノイとホーチミン市における調査ができなかったため。30年度は、予定のドイツ、アメリカ、オーストラリアに加え、ハノイとホーチミン市においても調査を行う。少額の次年度使用額が出たが、これは旅費が予定より少なくなったためである。次年度は、予定している調査の旅費に充当したい。
レーザラマン分光法によるシリコン単結晶の応力評価

レーザラマン分光分析による応力評価法は光学フォノン振動数変化と応力の比例関係をその測定原理としている。本研究では,その測定原理である光学フォノン振動数の変化と応力の関係を,応力の多軸性も含めて理論と実験の両面から調査した。平成10年度はシリコン単結晶の(100)面を,平成11年度は(110)面を対象にラマンピークシフト量と応力状態の関係を理論と実験の両面から研究した。(110)面はもっとも力学的異方性の高い面であり,ラマン活性のある偏光配置の計算やラマンピークシフト量と応力状態の理論的関係は過去にまったく研究されていない。以下に得られた結果を示す。(1)(100)面の後方散乱配置時のラマンシフト量は,応力の方向には依存せず,第1不変量であるσxx+σyyに比例することが,理論と実験の両面から導き出された。また,せん断応力は後方散乱配置では計測できないことが解った。(2)(110)面の後方散乱配置時のラマンシフト量は,結晶方位と応力成分の関係および入射散乱の偏光配置に依存することが理論解析の結果から導かれ,実験結果からもその傾向が確認された。すなわち,ラマンシフト量が応力の大きさだけでなく応力の方向と測定時の偏光方向により異なることが解った。また,種々の方向に引帳負荷を加えたときのラマンシフト量と応力の比例係数を,種々の偏光配置について理論的に求めた。この結果は単にラマンスペクトルを測定することで応力の大小を判断できないことを示しており,応力評価における重要な注意事項である。(3)(110)面では2つの固有原子振動数を適当な偏光配置を採用することがわかった。しかし,一般的な3つの応力成分を分離することはできない。レーザラマン分光法による応力評価に関して,ラマンスペクトルのピーク位置の変化量と結晶中の応力の関係を与える理論は提案されているが,その妥当性および適用性は明瞭でない.そこで本研究では,デバイスの主要基板材料であるシリコン単結晶について,ラマンスペクトルと応力状態の関係を理論的に導き,ラマンスペクトルのシフト量から応力成分を分離する可能性について理論と実験の両面から探った.(1)ラマンシフトと応力成分の関係(理論)測定可能な光学フォノン振動数は最大で3つであるが,その内の2つ以上を求めることができれば応力成分の分離の可能性がでてくる.入射・散乱光の電場ベクトルの方向の組み合わせ(偏光配置)により,縮退の解けた3つの振動モードのそれぞれを選択的に測定できるか理論的に調べた.その結果,(100)面・後方散乱配置の場合については,偏光方向にかかわらずラマンシフトが面内主応力の和の関数であり応力の方向によらないことがわかった.すなわち,せん断応力成分を測定することは不可能であることがわかった.また,せん断応力成分は斜め入射により観測されるラマンピークに影響を及ぼすが,2つのラマンピークが重なるため,実際には計測は不可能と考えられる.(110)面・後方散乱配置については同じ応力状態でも偏光配置によってラマンシフトが異なることがわかった.(2) (100)面のラマンスペクトル計測即底面を{100},引帳応用方向をそれぞれ8<100>方向から0度,15度,30度,45度方向とする4種類のシリコン単結晶短冊形試験片を用意し,45段階の引張応力を加えて,後方散乱配置・顕微ラマン分光法でラマンスペクトルを測定した.その結果,ラマンシフトは負荷方向に依存しておらず,理論結果に一致した結果がられた.

レーザラマン分光分析による応力評価法は光学フォノン振動数の変化(ラマンシフト)と応力の比例関係をその測定原理としている.本研究では,この測定原理である光学フォノン振動数の変化と応力の関係を,応力の多軸性も含めて理論と実験の両面から調査した.そして以下の結果を得た.(1)(100)面の後方散乱配置時のラマンシフト量は,応力の方向に依存せず,第1不変量であるσxx+σyyに比例することが,理論と実験の両面から導き出された.また,せん断応力は後方散乱配置では計測できないことが解かった.(2)(110)面の後方散乱配置時のラマンシフト量は,結晶方位と応力成分の関係および入射散乱の偏光配置に依存することが理論解析の結果から導かれ,実験結果からもその傾向が確認された.すなわち,ラマンシフト量が応力の大きさだけでなく応力の方向と測定時の偏光方向により異なることが解かった.また,種々の方向に引張負荷を加えたときのラマンシフト量と応力の比例係数を,種々の偏光配置について理論的に求めた.この結果は単にラマンスペクトルを測定することで応力の大小を判断できないことを示しており,応力評価における重要な注意事項である.(3)計画していた2軸応力負荷装置の試作については,十字型試験片など複雑なSi結晶試験片をつくることがまず困難であること,および,既知のせん断応力を比較的広い範囲に与える小型の負荷装置の設計が困難なことが判明したため,有限要素法解析を併用した方法について今後研究を進めていく.
酵母核機能におけるユビキチン経路の役割り

出芽酵母温度感受性変異株to mlは高温下におくと細胞周期G2/M期で増殖を停止し、膨潤した核内に核小体が断片化するなど核構造異常が観察される。また、TOM1は核輸送にも関与している。TOM1遺伝子は分子量370KdのC末端にhectドメインを持つユビキチンライゲ-スをコードする。tom1変異株の詳細な表現型の解析、復帰変異株の単離、ターゲット蛋白の検索、サプレッサーの解析、蛋白と直接相互作用する蛋白の検索などにより、Tom1pによる蛋白のユビキチン化/分解という局面から核構造とその機能について分子レベルで研究することを目的としている。Tom1-hectドメイン融合蛋白はhectドメイン欠失株の温度感受性は相補したが、完全破壊株の温度感受性は相補できなかった。従って、hectドメイン以外の領域も遺伝子機能に必須であると言える。Tom1pの種々の領域と相互作用する因子を2-ハイブリッド法により単離したところ、プロテアソーム構成因子や、ユビキチン化基質の候補があった。さらに、tom1復帰変異として、フォスファターゼ2AのBサブユニットをコードするCDC55のベノミル感受性変異が単離されているが、これらはcdc20温度感受性変異を抑圧した。Cdc20pはM期インヒビターPds1pに対するAnaphase Promoting Complexの基質特異的活性化因子である。チェックポイントコントロール因子であるCdc55はAPCを不活化し、Pds1pを安定化することによってM期の進行を阻害すると考えられ、tom1変異株が細胞周期G2/M期で停止するのはスピンドル異常を感知してチェックポイントコントロールが働いた結果であると考えれた。
イノシトール燐脂質代謝を介するグリコフォリンの赤血球膜機能調節機構の解明

初年度は、本研究の要である赤血球膜機能測定装置の製作に主力を注いだ結果、レーザー光による赤血球及びゴーストの回折像を得ることが出来るようになった。変形の程度は、Deformability Index(DI)としてコンピューター処理により直ちにXYプロッターにて記録している。この装置を用いて、赤血球膜機能のうち変形能は、Shear Stressの増加に対するDIの増加で、又膜安定性は一定のShear StressのもとでのDIの減少で測定している。この測定法を用いて、まず、膜を介する情報伝達に重要な役割を担っているCa^<2+>とカルモジュリンの効果について検討した結果1)生理的濃度のカルモジュリン存在下でCa^<2+>(1μM以上)により膜安定性が調節されること2)高濃度のCa^<2+>(100μM以上)によりカルモジュリン非依存性に変形能が低下することを明らかにした。次いで3)植物凝集素で処理した赤血球の変形能が非処理赤血球に比べて著しく低下すること4)上記の処理赤血球から作成したトリトン殻には、非処理赤血球から作成したトリトン殻には認められないグリコフォリンAが残存していることを明らかにした。これらの結果は、グリコフォリンを介するトランスメンブランコントロールの存在を強く示唆している。現在、このコントロールが4.1蛋白を介するか否かについて、反転小胞及び精製したグリコフォリンを組み込んだリポソームと4.1蛋白の結合について検討している。又、当初予定していた4.1蛋白欠損赤血球の入手が困難であるため、抗4.1蛋白抗体を作成し、これを封入したゴーストをコントロール実験とする予定である。さらに、赤血球膜の内層のイノシトールリン脂質の定量については、従来の薄層クロマトグラフィーによる方法では、定量性に限界があるため、イノシトールリン脂質個々に対する抗体を用いた定量法を検討中である。
ゼオライトの細孔および分子ふるい効果の分子動力学シミュレ-ション

ゼオライトのミクロ細孔がもたらす分子ふるい効果および解媒反応における形状選択性は実用的にもまた基礎的にも最も重要かつ興味深い課題の一つである。一方、分子動力学法は、物質を構成する1つ1つの原子の運動方程式を解くことにより集合体の構造、性質を理解しようとする方法であるが、ゼオライトのミクロ細孔や固体表面、複合触媒系への適用例は世界的にみてもほとんどない。本研究では、ゼオライトのミクロ細孔構造および分子ふるい効果の機構を分子動力学シミュレ-ション法とコンピュ-タグラフィックスを併用することにより詳細に検討した。具体的には下記の成果を得た。1.ゼオライトなど種々の無機結晶の構造デ-タベ-スを作成し、コンピュ-タグラフィックス装置により目的とする材料の3次元立体原子集合体像を視覚化した。2.ZSMー5などゼオライトの構造を的確に表現する原子間ポテンシャル関数を決定した。3.メタロシリケ-ト、アルミノフォスフェ-トなどゼオライト様ミクロ多孔体についての原子間ポテンシャル関数を決定した。4.ゼオライトと吸着分子間の原子間ポテンシャル関数をいくつかの系について定めた。5.2.3.の結果を基に、種々のゼオライト、吸着分子の組み合せについて分子動力学計算を行った。6.5.の結果を画像化し、ゼオライトの分子ふるい効果をダイナミックな原子の運動として視覚化した。7.シミュレ-ションの有効性を実証する実験デ-タを得るために、ゼオライトへの各種分子の吸着実験、および電気伝導度測定実験を行った。
ガラス化の起源とメソスコピック輸送：ソフトマター物理の視点から

本研究プロジェクトにおいて、私は過冷却液体の"流体"輸送異常における非局所なメソスコピック性と、その協同運動との関わりについて研究を行った。一連の研究では、波数に依存した流体輸送係数の直接的な解析によって、流体輸送そのものが有する時空階層性とそのスケーリング特性を数値的に明らかにした。さらに、これらのシミュレーション結果に基づいて、動的スケーリング理論を構築した。そこでは、過冷却液体の流体輸送異常が相関構造の協同拡散という物理描像によって自然に理解できることを論じた。申請者は、協同性とメソスコピック流体輸送の関連性という視点に立脚し、過冷却液体やガラス状物質の流体輸送における空間スケール依存性、時空階層性を明確に意識した数値実験的研究を展開してきた。これまでに、過冷却液体における流体輸送は、メソスコピックな長さスケールに顕著な非局所性(相関)を有し、この輸送の相関長において、ミクロ輸送からマクロ輸送へのクロスオーバーを示すことを明らかにしてきた。新たに本研究課題の取り組みにおいて、メソスケールに展開する動的な協同性が流体輸送に本質的な寄与をもたらしうることを議論した:(i)輸送異常および構造緩和が単一の動的相関長で特徴づけられることを数値的に見出した。特に脆いガラス形成物質の過冷却液体ではこれまでに認識されているよりも一般的なスケーリング関係が成立しうる。これは、ガラス転移点に向かって、急激に発散するマクロな流体輸送が、協同性の成長の仕方に強く関連することを示唆する。(ii)数値実験により得られたスケーリングの概念に基づき、ガラスのスローダイナミクスや種々の異常な動的効果について現象論的アプローチを展開した。特に、構造緩和時間が動的相関長の4乗で変化するという動的スケーリング則を得る。これは、クラスター的な粒子集団の協同拡散として捉えることができる。さらに、この物理描像に基づき、Stokes-Einstein則の破れが、自然に理解できることを示した。(iii)メソスケールに展開する粒子の協同的な配置換えとストレス緩和が直接的な関連を持つことを示し、このメソスコピックな性質はストレス自体の空間相関(静的特性)ではなく、緩和イベントの空間相関(動的特性)に由来することを明らかにした。これらは動的な協同性が輸送異常に直接的に関連することを強く示唆するものである。申請者は、ソフトマター物理の視点からガラス化の起源に迫ることを目的として、特に流体輸送の異常とその時空階層性に着目した研究を遂行してきた。これまでの研究において、3次元分子動力学シミュレーションによる流体輸送の詳細かつ系統的な解析により、(i)メソスケールに展開する構造緩和(粒子の協同的な配置換え)と流体輸送(粘性、密度拡散)が直接的な関連を持つことを示した。(ii)この構造緩和のメソスコピックな性質はストレス自体の空間相関(静的特性)ではなく、ストレス緩和イベントの空間相関(動的特性)に由来することを明らかにしてきた。平成24年度は、さらに研究を進めることにより、異常流体輸送および構造緩和が単一の動的相関長(輸送の相関長)で特徴づけられることを数値的に見出した。この結果は(i)(特に脆いガラス形成物質の)過冷却液体ではこれまで認識されているよりもより一般的かつ重要な動的スケーリング則が成立すること(ii)メソスケールに展開する動的な協同性が流体輸送に本質的な寄与をもたらすことを強く示唆する。多くの過冷却液体では、ガラス転移点に近づくに従い、Stokes-Einstein則は大きく破たんすることが知られている。このStokes-Einstein則の破れは、動的不均一性が直接的に関与する効果として引き合いに出されることが多いが、通常、語られる動的不均一性との関連は概念の域を出るものではない。また、モード結合理論をはじめとする既存の理論による明確な説明はなされていなかった。申請者はこの動的スケーリングの観点から、このStokes-Einstein則の破れが動的相関構造の協同拡散という見方により自然に理解できることを提示した。既存のアプローチにとらわれない研究を展開し、種々の独創的な成果を得ることができたと考えている:従来、多くの研究者に広く用いられてきた一般的なモデルガラス形成物質を全く新しい観点(流体輸送の時空階層性)から系統的に解析することにより、新奇な結果を得ることができた。さらに、動的スケーリングの概念を適用することで、過冷却液体のダイナミクスに本質的な理解を得た。多少、スピード感を持った取り組みを心掛けたいと考えている。現在、これまでに得た数値シミュレーションの成果をもとに、理論的な理解の深化を試みている。具体的には動的スケーリングの立場から過冷却液体のダイナミクスの現象論の構築を進めている。スローダイナミクスを示すモデルガラス形成物質は種々あり、従来、数値的にも盛んに研究が進められてきたのは脆いガラス呼ばれる物質系である。しかし、これとは異なる普遍性クラスに属すると考えられているガラス(強いガラス)が存在するが、これらの系のダイナミクスの様態の理解についても現在のアプローチの延長線上に求める。

異なる側面を持つ種々のガラス形成物質のダイナミクスを総合的に理解することにより、ガラス化の起源に迫る。解析のさらなるスピードアップや、シミュレーションの効率化を図るために、新たなワークステーションを導入する。
パッチクランプ法を用いた味覚のトランスダクション機構の解析

実験にはウシガエルを用い、脊髄と脳を破壊した後、舌を切ってディッシュ内に固定した。舌から茸状乳頭を切り取り、2mMEGTA液中で1015分間、さらに1mg/mlのコラゲナ-ゼとディスパ-ゼの酵素液中で2030分間インキュベ-トした後、ピペッテイングにより乳頭内の細胞を単離した。基底側細胞突起と受容膜部を含む細長い先端樹状突起とを持つ細胞を味覚受容細胞と同定した。パッチ電極を単離味細胞にあてて数ギガΩの高低抗接着を得た後、ピペット内に陰圧を加えて細胞膜を破り、whole cell記録を行った。単離味細胞から記録された静止膜電位は-70mV前後で、細胞が損傷されていないことが示された。細胞内を-70mVから脱分極させると-30mVで一過性の内向き電流を生じ、この電流は+10mVで最大となりピ-ク潜時は約6.5mSであった。-10mVから内向き電流に続く遅延外向き電流が発生し、脱分極とともにその振幅は増大した。活性化や時間経過の特徴から、一過性内向き電流は電位依存性Na^+電流であり、遅延外向き電流はK^+電流であると推察された。カエルで記録されたこれらの電位依存性イオン電流は、サンショウウオの単離味細胞から記録されたものと基本的には同様であるが、内向き電流が数nAと大きく、外向き電流が非常に小さいという特徴があった。記録中には先端樹状突起がはがれた場合には、内向き電流が消失し外向き電流のみが残ることから、Na^+チャネルは主として先端樹状突起部に存在すると考えられる。またwhole cell記録を行った後、細胞からピペットを引き離してアウトサイド・アウトパッチを得て単一チャネルの活動を検索した結果、側底膜のパッチから外向きの単一チャネル電流が記録され、電位依存性K^+チャネルが側底部に存在することが判明した。
高周波振動掘削機構に関する研究

本研究の実施に当たっては、まず掘削速度がどの程度になるか、並びに必要となる駆動源の所要入力の把握を理論解析によって行い、これに基づいて高周波数振動掘削装置本体部分の設計を実施した。そしてこの設計により部品の調達と製作を実施した。平成24年度末までにこれらの部品の調達と製作が完了したので、組み立てて作動確認試験をしたところ、時として何かにぶつかったかのように固着して動かなくなることがあった。この原因はなかなかつかめなかったが、平成25年6月になって各部品の動きの図上解析からようやくこの原因が判明した。それは「二つのベアリングにあるコロが同期して回転していれば滑らかに運転できるが、この同期がずれると固着して動かなくなる」というものである。そこで、コロの同期が確保できる機構を考案・導入して高周波数振動掘削装置に組み入れ、常に滑らかに運転できることを確認した。これを踏まえて実際に掘削実験を行うために必要となる外枠や掘削装置の直進ガイドなどの設計を進めたが、その際、平成26年度に予定しているコアバーレル等の延伸機構も同時に必要なことが判明したので、同予算を前倒しして掘削実験に直ちに取り掛かれる状態にまで準備した。運転時の固着現象が原因で初年度内に掘削実験を行う計画ができなくなり、さらに全体を組み立てないと実験できないシステムであったことなどから、当初計画とは異なった研究実績となってしまった。しかし、強力な高周波振動を発生する機構が出来上がったので、今後その活用についてさらに研究を進めていく所存である。本研究開始前の前年度までの検討結果を踏まえて、平成24年度はドリルパイプ先端部掘削機構のプロトタイプの製作を実施した。具体的には、関連部品の購入と機構部品の設計・製作である。出来上がった部品を組み立てている最中に、常に円滑に作動するのではなく、時としてスティックすることが判明した。その原因究明に時間がかかり、年度末になってようやくその原因と対策が明確になってきた。この原因とは、二組のスラストベアリングが同期して回転することを前提に機構を設計しているが、時としてこの同期がずれることがあるためである。このため、この同期ずれ防止機構を組み込むこととなり、その設計を実施した。また、この遅れのためにコンクリート塊等への掘削はできなかったが、掘削するための支持構造の設計は終了している。日本地球掘削科学コンソーシアム主催の会合に出席し、参加している海洋研究開発機構、石油天然ガス・金属鉱物資源機構、産業技術総合研究所、大学の研究者と意見を交換している。研究実績の概要でも述べたが、作動が時としてスティックすることがあり、この原因究明に時間がかかって、当初計画していたコンクリート塊による掘削試験をすることができなかった。現在までの達成度は、関連部品・機構部品はすべて入手済みであり、問題となった同期ずれ防止機構も設計が完了している。掘削のための全体の支持構造の設計も終了している。同期ずれ防止機構の製作が完了すれば直ちに掘削実験に進む。上記同期ずれ防止機構の製作完了後直ちにコンクリート塊を含め種々の岩石を対象に掘削試験を実施する。この試験結果を踏まえ、また試験後のベアリングの摩耗の程度の確認を踏まえ、材質の再吟味と環境調和型機構への変更を試み、その性能の変化を確認して、要すれば対応策を講ずる。昨年度中に設計が完了している同期ずれ防止機構と全体支持構造の製作を行い、種々の岩石を対象に掘削試験を実施する。この試験結果を見て、機構部品の改善、とりわけベアリングレースの表面処理の適否を判断し、要すれば熱処理等を行う。また環境調和型を目指して、ベアリング類を潤滑油環境内ではなく、真水や海水、あるいは掘削用泥水環境下での運転を試み、その性能の変化を確認する。次年度の研究費は、上記の同期ずれ防止機構並びに全体支持構造の製作と、ベアリング表面処理や環境調和型への対応に用いる。
適応構造システムによる宇宙用展開アンテナの高精度化

昨年度はアンテナ1/6要素モデルに対し,単一の誤差モードを扱った最適設計ならびに実験検証を行った.一方,実際には,複数の誤差モードに対応できる必要があるとともに,光学上の要求から特定の誤差モードを除去できるアンテナシステムを設計することが求められる,そこで今年度は,アンテナ全体モデルに対して特定かつ複数の誤差モードを除去可能な最適設計方法の検討ならびに実験検証を行った.最適設計方法の検討では,特定かっ複数の誤差モードを除去可能な最適設計方法の定式化を行った.複数の誤差モードを除去可能にするため,除去すべき各誤差モードの寄与分が明確となる残留誤差ベクトルを導入した.また,構造制御同時最適化の計算効率を向上させるため,アクチュエータ配置に対する制約条件を提案した.以上の結果,提案したアクチュエータ配置の制約条件を用いることによって,最適化の計算効率を向上できることが示されたとともに,最適設計に対するアクチュエータ配置の影響が大きいことが明らかとなった.実験検証では,直径300mmのアンテナ鏡面を6本のアクチュエータで制御するアンテナシステムを想定し,上記の最適設計方法を用いた設計ならびに形状制御実験を行った.最適設計では,誤差モードとしてZernike多項式のランダムな組み合わせ5パターンを仮定し,鏡面誤差を目的関数とした設計を行った.また,設計で得られたアンテナシステムを製造し,実験を行った結果,設計時に解析した形状と実験で得られた形状がほぼ一致したため,最適設計したアンテナシステムの実現性を検証することができた.(抄録なし)宇宙用アンテナの鏡面を高精度に維持するためには,適応構造システムによる鏡面形状制御が必要不可欠である.本年度は,文献調査,適応構造システムを有するアンテナの概念,最適設計ならびに実験検証を行った.文献調査の結果,近年のミッションで要求される鏡面精度を達成するためには,シェル若しくはソリッド鏡面が必要不可欠であることが明らかとなった.適応構造システムを有するアンテナ概念の検討では,シェルとリブによって構成されるアンテナシステムを提案した.これは,剛性の高いリブの位置にアクチュエータを配置することによって,変形がグローバルとなるため,少ないアクチュエータ本数によって形状制御が可能になるとともに,剛性の低いシェルを鏡面に用いることによって,小さいアクチュエータ出力によって形状制御が可能となるアンテナシステムである.最適設計ならびに実験検証では,単一の誤差モードを仮定するとともに,リブーシェルアンテナ鏡面の回転対称性を仮定した1/6要素モデルに対する検討を行った.最適設計では,鏡面誤差を目的関数,リブ/シェルの厚みならびにアクチュエータ配置を設計変数とし,それらを同時に最適化するプログラムを構築した.その結果,同時最適設計で得られる鏡面誤差は,それらを個別に最適化した鏡面誤差よりも十分に小さくなったため,同時最適化の有効性が示された.また,最適設計したものを実際に制作し,形状制御実験を行った結果,設計時の数値解析結果と実験結果がほぼ一致したため,最適設計の実現性可能性が示された.昨年度はアンテナ1/6要素モデルに対し,単一の誤差モードを扱った最適設計ならびに実験検証を行った.一方,実際には,複数の誤差モードに対応できる必要があるとともに,光学上の要求から特定の誤差モードを除去できるアンテナシステムを設計することが求められる,そこで今年度は,アンテナ全体モデルに対して特定かつ複数の誤差モードを除去可能な最適設計方法の検討ならびに実験検証を行った.最適設計方法の検討では,特定かっ複数の誤差モードを除去可能な最適設計方法の定式化を行った.複数の誤差モードを除去可能にするため,除去すべき各誤差モードの寄与分が明確となる残留誤差ベクトルを導入した.また,構造制御同時最適化の計算効率を向上させるため,アクチュエータ配置に対する制約条件を提案した.以上の結果,提案したアクチュエータ配置の制約条件を用いることによって,最適化の計算効率を向上できることが示されたとともに,最適設計に対するアクチュエータ配置の影響が大きいことが明らかとなった.実験検証では,直径300mmのアンテナ鏡面を6本のアクチュエータで制御するアンテナシステムを想定し,上記の最適設計方法を用いた設計ならびに形状制御実験を行った.最適設計では,誤差モードとしてZernike多項式のランダムな組み合わせ5パターンを仮定し,鏡面誤差を目的関数とした設計を行った.また,設計で得られたアンテナシステムを製造し,実験を行った結果,設計時に解析した形状と実験で得られた形状がほぼ一致したため,最適設計したアンテナシステムの実現性を検証することができた.予定した研究計画通りに成果を出すことができたため.今年度はアンテナの1/6要素モデルに対して単一の誤差モードを扱った研究である.一方,実際はアンテナ全体に対して特定かつ複数の誤差モードを制御する必要があるため,来年度取り組んでいきたい.(抄録なし)
手・腕・胴・脚の協調動作のバイオメカニクスに関する研究

本年度は,平成4年度に構築した人間の各肢協調動作運動解析に適した計測解析システムに,新たに評価システムを加えた.さらにこのシステムに力学シミュレーションを可能とするソフトウェアをインピリメントした上で,全てシステムによる基礎実験を行った.運動実験の例としては,手・腕の協調が主となる弦楽器演奏,全身の協調が必要とされるウェイトリフティングを採りあげた.具体的内容を以下に示す。1.弦楽器演奏右腕ボーイング動作決定のための評価基準を求めるため,ボーイング動作中の右腕上肢各関節の角躍度(角加速度の時間微分),およびトルクの総和を求めた.その結果,熟練者は,動作の滑らかさを表わす指標である角躍度を最小にするように動作を決定していることが明らかとなった.2.ウェイトリフティング人体矢状面投影骨格リンクモデルを構築した上で,モデルに基づく力学演算部ならびに入力角度パターン生成部から成る矢状面動作シミュレーションシステムを作成した.そのシステムを,スナッチ種目における全身運動に適用してシミュレーションを行なった結果,バーベル加速を運動初期に行うことで必要エネルギを軽減できること,競技者個人の体形差によって各関節トルクの負担が異なっていることなどが明らかとなった.またこれらの結果より,ウェイトリフティング動作における効果的な練習方法の指針の作成を行った.本年度は,平成4年度に構築した人間の各肢協調動作運動解析に適した計測解析システムに,新たに評価システムを加えた.さらにこのシステムに力学シミュレーションを可能とするソフトウェアをインピリメントした上で,全てシステムによる基礎実験を行った.運動実験の例としては,手・腕の協調が主となる弦楽器演奏,全身の協調が必要とされるウェイトリフティングを採りあげた.具体的内容を以下に示す。1.弦楽器演奏右腕ボーイング動作決定のための評価基準を求めるため,ボーイング動作中の右腕上肢各関節の角躍度(角加速度の時間微分),およびトルクの総和を求めた.その結果,熟練者は,動作の滑らかさを表わす指標である角躍度を最小にするように動作を決定していることが明らかとなった.2.ウェイトリフティング人体矢状面投影骨格リンクモデルを構築した上で,モデルに基づく力学演算部ならびに入力角度パターン生成部から成る矢状面動作シミュレーションシステムを作成した.そのシステムを,スナッチ種目における全身運動に適用してシミュレーションを行なった結果,バーベル加速を運動初期に行うことで必要エネルギを軽減できること,競技者個人の体形差によって各関節トルクの負担が異なっていることなどが明らかとなった.またこれらの結果より,ウェイトリフティング動作における効果的な練習方法の指針の作成を行った.
ダニ主要アレルゲンのシステインプロテアーゼ活性に依存するIgE産生誘導現象の解析

アレルゲン活性およびシステインプロテアーゼ活性を保持した高純度の組換ダニ主要グループ1アレルゲン(rDer p 1,rDer f 1)を調製して(Takai et al.,J Allergy Clin Immunol,2005;BBRC,2005)、免疫応答、組織バリア破壊誘導、細胞刺激活性のシステインプロテアーゼ活性依存性を解析し、以下の新知見を得た。1.マウス投与実験において、不可逆的システインプロテアーゼ阻害剤処理によりrDer p 1のIgEおよびlgG誘導能は顕著に減弱する(Kikuchi et al.,J Immunol,2006)。以上より、ダニ主要グループ1アレルゲンの酵素活性は、少なくとも3つの方法、すなわち、組織バリア破壊による抗原侵入の促進、ケラチノサイトや気道上皮細胞の活性化、免疫系の修飾、によってlgE産生に至る感作に関与することが示唆された。生体はプロテアーゼインヒビターによってこれに拮抗するが、後天的あるいは先天的にこの防御システムに機能低下が起きた場合にはアレルギー発症要因となる可能性がある。近交系マウスに投与する系で簡便にかつ比較的短期間の投与で高濃度のIgE産生を誘導できる実験系を構築した。血中抗体濃度アッセイ系及び免疫動物の脾臓細胞を使用したin vitroリンパ球刺激実験系を構築した。本年度はアラムを用いた腹腔内投与の系を採用した。これらの系を利用して、組換Der f 1及びDer p 1の免疫におけるIgE誘導が自身のプロテアーゼ活性に依存することを、不可逆的システインプロテアーゼ阻害剤E-64で処理した組換体との比較によって示した。組換Der f 2及び卵白アルブミンでは、阻害剤処理による影響は見られなかった。有意差及び再現性を確認し、本現象の実在を明瞭に示した。天然型Der p1の阻害剤処理の効果を検討した過去の報告(Gough et al.,J Exp Med,1999)ではIgE産生が約1/3-1/2程度までしか低下せず、IgG産生には影響がないのに対し、我々の系ではIgE誘導能がほとんど消失しており、IgG産生にも顕著に影響した。本実験系は組換Der f 1/Der p1のシステインプロテアーゼ活性に依存するIgE/Th2誘導現象の解析に非常に有用であると考えている。2.プロテアーゼ活性を修飾した改変体の発現、調製条件検討、及び諸性質の予備的解析プロテアーゼ活性の触媒中心等に変異を導入した変異体を設計し、組換体の発現及び精製を行い、次年度以降の実験の準備を整えた。一部、検討を開始し、阻害剤処理と同様の明瞭な結果を得た。1.プロテアーゼ活性を修飾した改変体のマウスin vivo投与実験Der f1改変体精製標品を調製しマウス投与実験を行った。IgE及びIgG抗体誘導能の消失はプロテアーゼインヒビターE-64を使用したときよりも明瞭であった。2.遺伝的背景が異なる近交系マウスへin vivo投与したときの応答の相違改変体のIgE, IgG抗体誘導能の消失の現象は他の遺伝的背景を有するマウスについても同様であった。ただしプロテアーゼ活性を保持した組換Der f 1に対する応答性の強弱において各系統間で差があった。3.Der f 1/Der p1のプロテアーゼ活性を消去する生体内インヒビターの探索皮膚由来試料としてヒト汗を用いて皮膚におけるインヒビターを探索しcystatine Aと同定した。cystatine Aの添加によってDer f 1/Der p1のプロテアーゼ活性によるヒト培養ケラチノサイトの活性化が抑制された。1及び2は本アレルゲンのプロテアーゼ活性が抗原性の付与に重要であることを意味している(基礎的側面)。本実験系はその解析に有用である。ヒトへの感作についても関連が推測される(臨床への示唆)。プロテアーゼ活性を欠いたDer f1改変体はアレルゲンワクチンとして有望かもしれない。予防効果及び治療効果について検討を開始している(応用的側面)。3はケラチノサイトが本アレルゲンの酵素活性依存的に活性化されることを初めて示した。アトピー性皮膚炎に至るアレルゲン感作の初期ステップを考える上で興味深い。生体内のインヒビターが過剰な応答を抑制する「生化学的バリア」として機能することを、新たな概念として提唱した。