hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
テストステロン曝露による前立腺エピゲノムの攪乱とその分子機構の解明

初年度である本年度は、まず、3種類のラット前立腺がん細胞株(PLS10, PLS20, PLS30)の脱メチル化剤処理により発現が上昇する遺伝子をマイクロアレイで解析し、それらの中から、正常前立腺では非メチル化状態であるが、前立腺がんではメチル化されている遺伝子を合計5個(Aebp1, Amn1, Mmp23, Nkx3.1, Tgfbr2)同定した。オスF344ラットの皮下にテストステロンプロピオネートを充填したシリコンチューブを6週齢から5週間おきに埋め込むことによりテストステロンを投与、6、11、16、26、36、46、56の各週齢において前立腺、精巣、血液を採取した(各N=6)。同定した5個のマーカー遺伝子のプロモーター領域のメチル化状態を、高感度・定量的なDNAメチル化解析法(Real-time MSP法)により、浸潤性のがんの発生母地となる前立腺背側葉において解析した結果、Amn1およびMmp23でDNAメチル化異常の増加が認められた(最大0.9%および2.5%)。本研究により、DNAメチル化異常の誘発要因として、テストステロンが関与していることが初めて明らかになった。今後、テストステロン曝露によるエピゲノムの攪乱の予防という新たなコンセプトに基づくがん予防に発展する可能性がある。平成24年度および25年度にかけて、テストステロン過剰状態によるDNAメチル化異常誘発機構の解析を行う計画であった。そのために本年度は、(1)メチル化標的遺伝子の転写レベルおよびメチル化領域のヒストン各種メチル化修飾のテストステロン投与前後の変化についての解析、(2)前立腺の病理解析および各種炎症細胞マーカー・各種炎症性サイトカインの発現解析、を行った。(1)については、テストステロン投与によりメチル化が誘発された2個のマーカー遺伝子についてはテストステロン投与前における遺伝子発現が他のメチル化が誘発されなかったマーカー遺伝子に比べて低いことを明らかにした。また、各種DNAメチル基転移酵素の遺伝子発現を解析したところ、テストステロン投与による顕著な発現変動は認められないことを示した。ヒストン修飾の解析においては、H3K4me3およびH3K27me3の解析を行った結果、前立腺がんでメチル化異常が認められる5個のマーカー遺伝子においてはH3K27me3レベルが高いことを認めたものの、テストステロン投与による変動は特に認められなかった。以上の結果より、テストステロン過剰状態によるメチル化異常誘発には、標的遺伝子の転写レベルが重要であることが示唆された。(2)については、テストステロン投与により経時的にリンパ球、好中球の浸潤が増加し、一部の炎症関連遺伝子(Cxcl2, Il1b, Nos2 and Tnf)がメチル化レベルと並行して発現上昇することを明らかにした。慢性炎症は重要なメチル化誘導機構として知られており、テストステロン過剰状態により前立腺において慢性炎症に類似した状態が誘導され、DNAメチル化異常を誘発した可能性が強く示唆された。以上の通り、研究は計画通りに順調に推移している。
確率分布の発展に着目した進化的計算アルゴリズムの構成

本研究では目的関数値のみを用いて最適化計算を行う手法として,遺伝的アルゴリズム(Genetic Algorithm, GA)に着目し,遺伝的アルゴリズムにおける多数の探索点を用いる最適化過程プロセスを確率分布の展という視点から捉え,類似の手法探索アルゴリズムである分布推定型最適化アルゴリズム(Estimation of Distibution Algorithm, EDA)との比較検討を含めて最適化手法としての高度化を進めた。GA遺伝的アルゴリズムとEDA分布推定型アルゴリズムの比較検討については、個体群を用いる確率的探索法についての評価法を検討し,任意の確率的探索過程について擬似突然変異成分と擬似交叉成分とを求める手法を提案した。そして、実際に同指標を用いて単純GA,スピングラス型GA,熱力学的GA等の各種GAの構成法とEDAの主要な実装であるベイジアン最適化アルゴリズム(BOA)の多様性維持特性について比較研究行った。また、分布の発展という視点から周期関数の最適化についても超球面をユークリッド空間に埋め込んで交叉を行う方法により周期関数の最適化に適した実数値GAの交叉の拡張方法を提案し、数値実験によりその有効性を確認した。このほか,GAはノイズの重畳した関数の最適化にも適用が可能であることから,乱数を用いた計算機シミュレーションにより評価値を得ながらシステムを最適化するシミュレーションベースの最適化への適用を考え,GAによるエレベータシステムの運行制御系の最適設計への応用を行った.さらに、そこでのGAによる意思決定メカニズムの実装方法として,システムの特徴量から"定変数への写像を例題ベースでおこなうExemplar Based手法を考案し,エレベータ制御系最適化に適用し高い性能を確認した。本研究では連続変数を対象とし,目的関数値のみを用いて最適化計算を行う最適化手法として,実数値遺伝的アルゴリズムに着目し,遺伝的アルゴリズムにおける多数の探索点を用いる最適化プロセスを確率分布の発展という視点から捉え,類似の探索アルゴリズムである分布推定型最適化アルゴリズムとの比較検討を行おうというものである.平成14年度にはそれぞれ,これまでに種々の提案がなされている両手法についての調査を行うとともに,計算機実験を高速に行うために,複数台のパーソナルコンピュータを並列に用いる数値実験システムの構築を進めた.今後,両アルゴリズムの計算機プログラムへの実装と最適化対象とするテスト関数群などの整備を行い,数値実験を中心に研究を進める予定である.また,これら目的関数値のみを用いて最適化計算を行う最適化手法は「直接法」と呼ばれ,勾配など最適化すべき関数の微分情報を用いないこと,最適化すべき関数にノイズが重畳している場合にも最適化が行えることなどから,実システムを稼動させながら,その評価値の計測に基づくオンライン最適化や複雑な計算機シミュレーションにより評価値を得ながらシステムを最適化するシミュレーションベースの最適化など計算機の性能向上と低廉化により可能になった最適化手法の応用として重要である.これらに点について,特にノイズを含む関数の最適化と交通システムの最適化への応用について併せて検討を行った.本研究では目的関数値のみを用いて最適化計算を行う手法として,遺伝的アルゴリズムに着目し,遺伝的アルゴリズムにおける多数の探索点を用いる最適化プロセスを確率分布の発展という視点から捉え,類似の探索アルゴリズムである分布推定型最適化アルゴリズムとの比較検討を行おうというものである.平成15年度には個体群ベースの確率的探索手法の評価法を検討し,遣伝アルゴリズム(GA)に基づいた比較手法として,任意の確率的探索過程について擬似突然変異成分と擬似交叉成分とを求める手法を提案し,実際にこの指標を用いてGAと分布推定アルゴリズムの特性について比較研究を行った.

このほか,セルラー型GAの一種であるスピングラス型遺伝アルゴリズム(Spin Grass Genetic Algorithm;SGGA)の基本的な構成について検討し,交叉・突然変異・選択の3種類の遺伝演算子を定義するとともに,SGGAの定性的な解析としてGAの問題点を解決するために提案された分布推定アルゴリズムと探索性能および統計的性質についての比較実験を行い,提案手法の有効性を確認した.さらに,GAは最適化すべき関数にノイズが重畳している場合にも最適化が行える手法であることから,乱数を用いた計算機シミュレーションにより評価値を得ながらシステムを最適化するシミュレーションベースの最適化への適用を考え,GAによるエレベータシステムの運行制御系のシミュレーションベースの最適設計への応用を行った.本研究では目的関数値のみを用いて最適化計算を行う手法として,遺伝的アルゴリズムに着目し,遺伝的アルゴリズムにおける多数の探索点を用いる最適化プロセスを確率分布の発展という視点から捉え,類似の探索アルゴリズムである分布推定型最適化アルゴリズムとの比較検討を行おうというものである.平成16年度には平成15年度に引き続き,個体群ベースの確率的探索手法の評価法を検討し,遺伝アルゴリズム(GA)に基づいた比較手法として,任意の確率的探索過程について擬似突然変異成分と擬似交叉成分とを求める手法を提案し,実際にこの指標を用いて単純GA,スピングラス型GA,熱力学的GA等のGAの構成法と分布推定アルゴリズムの主要な実装であるベイジアン最適化アルゴリズム(BOA)の発展に伴う多様性維持特性について比較研究を行った.このほか,GAは最適化すべき関数にノイズが重畳している場合にも最適化が行える手法であることから,乱数を用いた計算機シミュレーションにより評価値を得ながらシステムを最適化するシミュレーションベースの最適化への適用を考え,平成15年度に引き続きGAによるエレベータシステムの運行制御系のシミュレーションベースの最適設計への応用を進めている.そこでのGAによる意思決定メカニズムの実装方法として,システムの特徴量から決定変数への写像を例題ベースでおこなうExemplar Based手法を考案し,いくつかの例題への適用でその効果を確認するとともに,エレベータ制御系シミュレータとの連携の実装を進めた.本研究では目的関数値のみを用いて最適化計算を行う手法として,遺伝的アルゴリズムに着目し,遺伝的アルゴリズムにおける多数の探索点を用いる最適化プロセスを確率分布の発展という視点から捉え,類似の探索アルゴリズムである分布推定型最適化アルゴリズムとの比較検討を行おうというものである.平成17年度には平成16年度に引き続き,個体群ベースの確率的探索手法の評価法を検討し,遺伝アルゴリズム(GA)と分布推定型最適化アルゴリズムの代表的手法であるベイジアン最適化アルゴリズム(BOA)の発展について比較研究を行った.また、工学的応用領域の広い周期関数の最適化についても確率分布の発展という視点から周期関数の最適化に適した実数値GAの交叉の拡張方法を提案し、数値実験によりその有効性を確認した。
ミセルや核酸など生体関連分子の反応速度に及ぼす微視的環境の影響

1.ミセル溶液中で、1,8ービス(ジメチルアミノ)ナフタレン(PS)のプロトン付加体(PSH^+)と水酸化イオンとの反応で起こるプロトン移動反応を速度論的に研究した。アニオン性ミセル中では、主としてミセル相(スタ-ン相)に分配されたPSH^+とバルク水相に在る水酸化イオンが反応し、しかもこの異相間反応の起こる界面ミセル中心から約30Aであると結論した。また、界面における反応速度定数は、バルク水相での値の約1/10であった。一方、カチオン性ミセルでは、反応物はすべてミセル相の最外側であるグイ-チャップマン層にあると考えられ、均一相での反応であると解釈できた。このようにプロトン移動反応がミセル反応場の影響を強く受ける様子を定量的に明らかにした。2.Ni(II)やCo(II)イオンとニトロサリチリ酸との錯形成反応のミセル添加効果では、イオン電場の影響は顕著に観測されたが、定量的な解析には至っていない。3.AUGCAUの塩基配列を有する自己相補的RNAの3′位にダングリング・エンドXn(n=1ー3)を付けたとき、形成される二重らせんは、コアRNAに比べてより安定化するように作用し、その程度はプリン基の方がピリミジン基より大きかった。また、DNAではRNAに比べて、ダングリングの影響がはるかに小さかった。また、nを増すと安定化が促進された。これはダングリング・エンドのスタッキングが安定化の大きな要因であることを示している。4.dA_<10>ーdT_<10>ーdT_n(n=4ー8)系での二重らせんおよび三重らせん形成の条件と熱力学的諸量を求めた。三重らせんは、NaCl溶液では0.1mol/dm^3の濃度でも形成しないが、MgCl_2溶液では0.05mol/dm^3でも形成した。また、三重らせん形成には三番目の鎖長がn≧5であることを要した。三重らせん中のワトソン-クリック塩基対の安定性は三番目の鎖長には依存しなかった。また、三重らせんの形成速度はdT_nの鎖長が短いほど速かった。
触れ合いFog Boxによる共創表現の遠隔支援

本研究では,霧空間を互いが出会い,つながりあう場所とすることにより,遠隔地間での共創表現の実現を目指した.そのために,霧呈示,映像メディア呈示,遠隔通信の機能を1つにパッケージ化したポータブルな霧ディスプレイ装置(Fog Box)と,ドーム形状の霧を噴出し,そこに映像メディアを呈示するMassive fog displayを開発した.そして,霧空間の媒介によって,互いに触れ合っている感覚が強められることや,感性が触発されて身体表現の共創出が促されることなどを実験により明らかにし,これらが共創表現の遠隔支援に有効であることを示した.平成26年度は,身体の動きやイメージを引き出したり,共存在空間を創出したりできる霧ディスプレイの実現を目指して, 2種類の新しい霧噴出機構のプロトタイプを開発した.まず,1層状に整流して霧を噴出するユニットと拡散して霧を噴出するユニットを組み合わせた霧噴出機構を開発した.これにより,拡散霧と層状霧の噴出位置の関係や,霧の高さ,濃度分布などを操作可能な150×200×250[mm]の霧メディア空間を生成することに成功した.さらに,2セル状に16分割された各セルの霧の噴出速度を個別に操作可能とした霧噴出機構(Massive fog display)を開発した.これにより,390×390×150[mm]のドーム形状のマッシブな霧メディア空間を生成するとともに,ドーム高さを任意に変化させることに成功した.さらに,上記の霧噴出機構に,距離画像センサとサーモカメラを用いた映像メディアの生成・呈示機能を組み込んだ.開発した霧ディスプレイに映像を投影した結果,層状霧ディスプレイと比較して,拡散霧と層状霧を併用した場合に映像の奥行感が強まることが確認できた.とくに,Massive fog displayでは,2次元のCG映像を投影しているにもかかわらず,あたかもその映像が3D映像のように見えることを発見した.さらに,相手の存在感や,相手との3次元的な身体的インタラクションの創出支援を目指して,霧ディスプレイに投影されている相手の身体像の動きに応じて,1における霧の濃度分布や,2におけるディスプレイ面(霧の表面)形状を変化させることを試みた.加えて,2において,体験者同士の手と手を線で結び,その軌跡を描線として残すメディアを開発した.その結果,「描線が3次元的にみえるので、身体との一体感や、相手とのつながり感が増す」などのコメントが得られ,霧メディア空間に場を生成できる見通しを得た.以上より,遠隔地に存在する相手との身体表現の共創を可能にするFog Boxの設計指針を得た.平成27年度は,前年度の研究をさらに発展させ,感性を触発し,出会いの場の生成を促すFog BoxとMassive fog displayの設計開発に挑戦した.そのために,霧そのものが有する自然性を活かした表現メディアの開発を目指すことにした.具体的には,霧の動きによって体験者のイメージや動きを引き出すことができるパーソナル型の装置(Fog Box)を開発した.開発した装置(325×292×218mm)は,霧生成部と拡散霧噴出部から構成されている.この際,勾配をつけた霧の噴出面の角度をサーボモータにより操作することで,霧の自然な流れの変化を実現した.そして,身体運動(手の動きや姿勢変化)と霧の噴出面角度,さらにはFog Boxに投影する映像メディア(波メディア)の動きとを関連づけることにより,霧メディア空間との身体的インタラクションを実現した.その結果,「波を色々な方向に動かしたくなった」,「霧の流れが変わることで,波に対するイメージが変化した」などのコメントが得られ,霧に自然な流れを与えることで身体の動きやイメージを多様に引き出せることを示した.さらに,昨年度開発したMassive fog displayを複数台用いて,霧の海のような空間を創り出し,この空間に自然感を有する映像メディアを投影することを試みた.具体的には,身体動作や外界の変化により霧形態が変化する霧メディア空間を創り出すとともに,この空間内でシャボン玉遊びを可能とする映像メディアを新たに開発することによって,霧メディア空間に共創による表現の場を生成できることを示した.以上より,遠隔地間での身体表現の共創を可能にする霧ディスプレイの設計には,霧の自然性と身体性を取り込んだ映像メディア空間の生成が有効であることや,それによって,従来の映像メディアでは実現が困難であった,場の感性の触発が起こる可能性があることなどを考察した.本研究では,霧空間を互いが出会い,つながりあう場所とすることにより,遠隔地間での共創表現の実現を目指した.そのために,霧呈示,映像メディア呈示,遠隔通信の機能を1つにパッケージ化したポータブルな霧ディスプレイ装置(Fog Box)と,ドーム形状の霧を噴出し,そこに映像メディアを呈示するMassive fog displayを開発した.そして,霧空間の媒介によって,互いに触れ合っている感覚が強められることや,感性が触発されて身体表現の共創出が促されることなどを実験により明らかにし,これらが共創表現の遠隔支援に有効であることを示した.平成26年度は,当初の研究計画どおり,拡散霧と層状霧を組み合わせた霧ディスプレイとMassive fog displayの開発に成功し,身体の動きやイメージを引き出したり,共存在空間(場)を生成したりできる霧ディスプレイを実現するための手がかりが得られたため.共創システム平成26年度の研究で得られた成果を踏まえて,霧ディスプレイシステムを小型化,モバイル化し,いつでもどこでもネットワークに接続できる機能を実装したFog Boxの開発を行う.そして,Fog Boxを複数台製作し,身体性メディアを双方で通信しあうことによって,共創表現の遠隔支援に向けた研究を推進していく.

次年度使用額は,1000円程度であり,当初の使用計画どおりに予算を執行した.平成27年度は,前年度に得られた知見を踏まえて,Fog Boxの実機を開発するための物品費,ならびに,本研究の成果を学会で発表するための旅費などに,本年度請求額と次年度使用額を使用する.
テラヘルツ電磁波を用いた高分解能イメージングシステムの構築

昨年度の研究では、金属フォトニック結晶の新たな作製方法として汎用カラープリンターを用いた方法の提案と、Si_3N_4球で構成された誘電体球アレイフォトニック結晶の透過特性について研究を行なった。後者の研究成果は該当分野の研究者から高く評価され、同時期に二つのVirtual Journalに掲載された。本年度の研究ではまず、汎用カラープリンターを用いて作製した一次元金属フォトニック結晶構造を持つワイヤーグリッドと二次元金属フォトニック結晶構造を持つメッシュフィルターの透過特性をテラヘルツ時間領域分光法で詳細に測定した。研究の結果、従来の方法よりも安価で簡単な手法により、市販の光学素子とほぼ同等の特性を持つ光学素子を作製出来ることを見出した。本研究成果は応用物理学会において講演奨励賞を受賞した。次に、Si_3N_4球アレイフォトニック結晶と同じ球径と配列構造を持つテフロン球アレイフォトニック結晶の透過特性をテラヘルツ時間領域分光法で測定した。テフロン(n1.44)はSi_3N_4(n2.99)に比べて小さな屈折率を持っている。透過電磁波波形においてはSi_3N_4球アレイフォトニック結晶の場合にのみ、一旦フォトニック結晶に閉じ込められたモードが徐々に染み出ている様子を時間領域で測定することに初めて成功した。また、両者のフォトニックバンド構造を比較したところ、テフロン球アレイフォトニック結晶の場合には、単一テフロン球における局在モードの特徴は見られず、その透過特性はテフロンスラブの導波モードにより近似的に理解出来ることが分かった。一方、Si_3N_4球アレイフォトニック結晶の場合には、単一Si_3N_4球における局在モードに起因した、分散の小さなフォトニックバンドが形成されていることが分かった。これらの結果は、誘電体球から成るフォトニック結晶において、屈折率によって透過特性が質的に変化することを実験的に明確に示した最初の例であり、光領域でのフォトニック結晶の開発に重要な知見を与えるものと考えられる。
ミトコンドリアにおけるＡＩＦの生理機能および細胞死誘導の分子機構の解析

AIFの細胞死誘導機構に関して細胞死誘導の引き金となる膜からの解離機構について理解するため大腸菌発現系を構築し、大腸菌膜との結合様式について詳しく解析した。その結果、AIFは低イオン強度下では膜に結合しているが、高イオン強度下では膜から解離することからのAIFの膜への結合はイオン結合に依存していることが示唆された。またAIFの表面電荷(正電荷)が消えるアルカリ条件下では膜への結合能が顕著に低下することが示されたことから、AIFは膜貫通タンパク質ではなく自身の塩基性アミノ酸の正電荷と膜表面のリン脂質の負電荷によるイオン結合を介して膜表面に結合する膜表在性タンパク質であることが予想された。Apoptosis inducing factor (AIF)がミトコンドリアから放出される機構に関して、当初、ピキア酵母にマウスのAIF(mAIF)を遺伝子導入したものを用いて解析を進めてきたが、ピキア酵母にはAIFのホモログが多数存在すること、また利用可能な抗体が少なく解析が困難なことから、発現系をピキア酵母から出芽酵母(Saccharomyces cerevisiae)へ変更した。S. cerevisiaeもAIFホモログを持っているが1種類のみであり、この酵母AIFは哺乳類と同じ酸化ストレスによりミトコンドリアから核内へ移行することが明らかになっている。現在、野生株およびAIFノックアウト株でmAIFの発現系を構築し、内在性AIFおよび外来性AIFの生育に対する影響、ミトコンドリア呼吸鎖電子伝達系の影響、および細胞死誘導刺激によるAIFの細胞内での挙動について解析している。また、AIFの膜からの解離機構に関して、NADH結合時の構造変化が重要であるという報告があるが、実際に基質の結合や酸化還元の違いで膜から解離するかを調べるため、大腸菌における発現系を構築し、膜からの解離機構について解析している。さらに最近、AIFのN末端領域と相同性が高く同様にNADH結合時に構造変化を起こすNADH脱水素酵素(NDH-2)がAIFと同じく細胞死誘導刺激によってミトコンドリアから解離するという報告があるため、同様に大腸菌膜からの解離機構についても解析を進めている。NDH-2については精製酵素を用いた解析から、NADHが酸化されない酸素非存在下で反応中間体が形成され安定な構造変化を起こすことが示されたが、AIFは酸素存在下でも安定な構造変化を起こすことから、NADH結合時の反応中間体と酸素との反応性がNDH-2よりも十分に低いために安定な構造変化を起こし膜から解離すると予想される。Apoptosis-inducing factor (AIF)の生理機能に関しては、出芽酵母を用いて内在性AIFおよび外来性AIF(マウス由来)の生育に対する影響に注目して解析してきた。内在性AIFを欠損させた株では野生株に比べ生育速度が若干抑制されるが、欠損株に内在性もしくは外来性AIFを遺伝子導入することで生育速度が野生株と同じレベルに回復した。このことはAIFがエネルギー生成系もしくは生合成経路への炭素源の供給に何らかの影響を与えていることを示唆しているが、AIFを発現誘導した培地条件では細胞内のミトコンドリアが少ないため電子伝達系への影響を直接観察することは出来なかった。AIFの細胞死誘導機構に関しては細胞死誘導の引き金となる膜からの解離機構について理解するため大腸菌発現系を構築し、大腸菌膜との結合様式について詳しく解析した。その結果、菌体を懸濁・破砕する際の緩衝液が低イオン強度(I = 8 mM)の場合、AIFは90%程度膜に結合していた。一方、高イオン強度下(I = 300 mM)ではAIFは膜から解離し可溶性画分に移行したが、同じ浸透圧のマンニトールを加えても膜からは解離しないことから浸透圧の影響はほとんど受けないことが示された。この結果から、AIFの膜への結合は膜貫通ドメインに依存せず、イオン結合に依存していることが示唆された。事実、AIFの結晶構造においてAIFの表面電荷は非常に正電荷が多いことから、次にpHを変化させた際の膜への結合能を調べたところ、正電荷が消えるアルカリ条件下では膜への結合能が顕著に低下することが示された。これらの結果から、AIFは膜貫通タンパク質ではなく自身の塩基性アミノ酸の正電荷と膜表面のリン脂質の負電荷によるイオン結合を介して膜表面に結合する膜表在性タンパク質であることが予想された。Apoptosis inducing factor (AIF)がミトコンドリアから放出される機構に関して、当初、ピキア酵母のミトコンドリアにマウスのAIF(mAIF)を遺伝子導入したものを用いて解析を進めてきたが、ピキア酵母にはAIFのホモログが多数存在すること、また利用可能な抗体が少なく解析が困難なことから、発現系をピキア酵母から出芽酵母(Saccharomyces cerevisiae)へ変更した。

S. cerevisiaeもAIFホモログを持っているが1種類のみであり、この酵母AIFは哺乳類と同じ酸化ストレスによりミトコンドリアから核内へ移行することが明らかになっている。またAIFのノックアウト株が販売されていることから、野生株およびノックアウト株でmAIFの発現系を構築した。その結果、ミトコンドリアにおいてmAIFが内在性AIFと同様に発現することが確認された。平成23年度の研究計画の第一段階が予定通り終了したことから、現在、内在性AIFおよびmAIFの有無によるミトコンドリア呼吸鎖電子伝達系の影響を調べている。また、AIFの膜からの解離機構に関して、NADH結合時の構造変化が重要であるという報告があることから、AIFのN末端領域と相同性の高く、AIFと同様に構造変化を起こすNADH脱水素酵素(NDH-2)を用いて、どのような条件下で構造変化を起こすかを詳細に調べた。その結果、NADHが酸化されない酸素非存在下で反応中間体が形成され安定な構造変化を起こすことが示された。この反応中間体は酸素存在下でも短時間形成されるが、NADHの酸化活性の強い変異体では確認されなかった。一方、AIFは酸素存在下でも安定な構造変化を起こすことから、NADH結合時の反応中間体と酸素との反応性がNDH-2よりも十分に低いために安定な構造変化を起こしていることが考えられる。当初、「AIFの膜からの解離機構」として酵母S. cerevisiaeを用いて解析する予定であったが、AIFを発現誘導する培地での培養では生化学的解析に用いるミトコンドリアの量が少なく、解析が困難であったことから大腸菌での発現系を構築した。これまでにAIFの大腸菌での発現実験は数多く報告されてきたが、本来膜タンパク質であるAIFが可溶性画分に発現しており、膜からの解離機構について調べることは出来なかったが、今回我々が作成した大腸菌発現系においてはAIFが一部膜に結合しているため、大腸菌膜を使った生化学的解析が可能になった。以上のことから「膜からの解離機構」の解析は順調に進行していると考えている。また計画には入っていなかったが、AIFの膜からの解離機構を調べる上で今後重要になってくるAIFの構造変化の条件を我々が以前より研究しているNDH-2を使って検討した。この結果は平成25年度に予定しているAIF自体の機能解析に直接的に反映できることから、ミトコンドリアの呼吸活性測定といった面で若干の遅れはあるが、おおむね順調に計画は進行していると考えている。当初、「哺乳類AIFの機能解析のための発現系」としてピキア酵母を用いる予定であり、実際に発現系を構築したが「研究実績の概要」で述べた理由によりS. cerevisiaeを用いた発現系に変更した。S. cerevisiaeは分子遺伝学、細胞生物学のモデル生物であり、ORF発現株ライブラリーや遺伝子破壊株ライブラリーが豊富で、内在性AIFのノックアウト株を購入することが出来たため、平成23年度の研究目標の一つである哺乳類AIFだけをミトコンドリアに発現させた系を構築することが出来た。現在、この組換え酵母からミトコンドリアを調整し呼吸活性を測定中である。また平成23年度の計画には入っていなかったが、AIFの膜からの解離機構を調べる上で今後重要になってくるAIFの構造変化の条件をNDH-2を使って検討した。
磁性ナノ粒子を内包した自励振動ゲルの時空間制御によるエネルギー変換システム

本研究提案は,磁性ナノ粒子を内包した自励振動ゲルを創製し,誘導電流を生成するための工学的システム構築に応用することを目標としている。平成30年度は磁性ナノ粒子を内包する自励振動ゲルを形成してゲルの位置を磁場で制御し、化学的な振動反応であるBelousov-Zhabotinsky(BZ)反応で発生する定期往復運動の方向性を制御する研究を進めた。従来、自励振動ゲルで観察できる化学波の進行方向はゲルの形状制御によって行われていたが、この方法では化学波の電波方向が単一に固定されるため、反応中のin situに伝播方向を変更することはできない。今回は、BZ基質水溶液および2種類の水に不溶な有機溶媒(比重>1および比重<1)を用いて、ハイドロの形状制御なしで化学波の伝播方向を制御できることを見出した。具体的には,有機溶媒とBZ気質溶液を層上に重なった溶液多重層を製作し,その中にゲルを入れ,磁場を利用してゲルの位置を調節することにより、化学反応波の進行を制御した。この方法を通じて希望する時間に望む方向に進行されるファハクパを生成することができ、このような結果は、国際学術誌に原著論文1件として公開された平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。従来の電磁誘導の研究例では磁性体の動的移動または磁場の変化を発生させるために受動性と外部動力が要求される。一つの例に、外部磁場によって配列された磁性ナノ粒子流体に外部から注入した水滴の移動で磁性ナノ粒子の配列を変化させ、電磁誘導に応用した事例もあるが、この場合、磁場変化は、外部動力によって発生された水滴の受動的な動きによって発生している。これと異なり、本研究ではそのものが磁石の役割をする磁性ナノ粒子を自励振動ゲル内部に内包させて自発的な化学的変化によって発生する周期的な往復運動を利用して能動的で外部動力が必要ないエネルギー変換システムを目標にしている。これを実現するために実験に使用される磁性ナノ粒子(ハードフェライト)を専門会社を通じて入手しており、磁性ナノ粒子が内包された自励振動ゲルを形成した。ゲル形成の段階で入手した磁性ナノ粒子が疎水性表面を持っているために、一般的なゲル化方法では、磁性ナノ粒子の沈殿を防止することができなかった。そのため、共重合体の化学的結合を利用した新しいゲル化方法をデザインし、共重合体を使用してゲルを形成した。このゲルは、外部磁場を利用することで凝集及び固定が可能であり、これに関連した内容で国際学会で発表した。本研究に適した磁性ナノ粒子を国内博覧会に参加して専門会社とのミーティングを通じて入手した。この磁性ナノ粒子を利用し、磁場に応答する自励振動ゲルを形成することができた。一方で、形成された自励振動ゲルの最適化作業及び各種パラメータに対する作業が完了していないため、これに対する補完が必要である。本研究提案は磁性ナノ粒子を内包した自励振動ゲルを創製し、誘導電流を生成するための工学的システム構築へと応用することを目標にしている。平成29年度は28年度に引き続き、磁性ナノ粒子を内包する自励振動ゲルを形成及びその分析を進め、特に磁性ナノ粒子がハイドロゲルの内部に配置された時の構造的な分析をした。また、化学的振動反応であるBelousov-Zhabotinsky(BZ)反応で発生する定期往復運動の方向性を制御する研究を進めた。自励振動ゲルの周期往復運動の方向性を制御するためには化学波の伝播方向の制御が重要である。化学波の伝播方向の制御はハイドロゲルの形状制御によって行われることが知られており、この方法を用いると効果的に伝播方向を制御することができる。しかし、この方法では伝播方向は単一に固定されるため、反応中にin situで伝播方向を変更することはできない。具体的には、有機溶媒とBZ基質溶液を層状に重ねた溶液多重層を作製してその中にゲルを入れ、磁場を利用してゲルの位置を調節することで化学反応波の進行方向を制御した。この成果により国内学会で3件のポスター発表を行っており、特に高分子年次大会では優秀ポスター賞を受賞する成果を得られた。また、国際学術誌に原著論文を1本投稿中である。今年度当初計画に合わせた研究は進められており、システム構築を目標にして研究を進めている。また、既存の研究を進めながら得た結果をもとに、自省を利用して自発振動制御を目標に他の研究を進めており、これに対する研究を期待しているところだ。

今回は、BZ基質水溶液および2種類の水に不溶な有機溶媒(比重>1および比重<1)を用いて、ハイドロの形状制御なしで化学波の伝播方向を制御できることを見出した。具体的には,有機溶媒とBZ気質溶液を層上に重なった溶液多重層を製作し,その中にゲルを入れ,磁場を利用してゲルの位置を調節することにより、化学反応波の進行を制御した。この方法を通じて希望する時間に望む方向に進行されるファハクパを生成することができ、このような結果は、国際学術誌に原著論文1件として公開された新しいゲル化方法で形成されたゲルは磁性ナノ粒子を内包しているが、磁性ナノ粒子の表面は疎水的であるため、凝集された状態で自励振動ゲルに内包されてしまう。これを防止するため、磁性ナノ粒子の表面のコーティングを通じて、この問題を解決する予定である。まずこれまで得られた結果に関する考察を深めるため、系統的な検討を進めて、年次計画に合わせてシステム構築に対する研究も進める予定だ。また、これまでの自励振動特性はゲルの形状制御およびBZ基質濃度を制御する方法で行われてきた。しかし、磁性ナノ粒子を内包するハイドロゲルは磁場内で磁性ナノ粒子の間の凝集によってハイドロゲルのネットワーク変化を通じた間接的な体積変化を期待できる。そこで、磁性によって自励振動の体積振動を制御して、多様な動きを持つ機能性材料へと展開する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
動物用ポジトロン断層法による脳血流・代謝画像を用いた随意運動中枢機構の解明

当研究代表者らは,ヒトの随意運動の中枢制御とその障害機序に関する無侵襲的研究を行い,一次運動野および補足運動野の働きを明らかにしてきた.これらの運動制御のメカニズムを詳細に研究するため,動物モデルでの実験が重要であるが,そのための基礎的研究を行うことを本研究の目的とした.動物用ポジトロン断層法(PET)を用いて行う研究の大きな目的は,ヒトでは行えない侵襲的研究とヒトのPETデータの比較検討を行えることにある.われわれは京都大学と福井医科大学,浜松ホトニクスとの間で共同研究を行ってきた.この経験をもとに,新規に小動物用のPET装置の開発とその応用を行い,以下の成果をあげた.(1)小動物に使いやすいPET装置の開発:新しくPET装置(SHR7700L)を開発するにあたって,空間解像度の向上が重要で,断層面での空間解像度は3.5mm以下,Z軸方向が4.5mmとなるように検出器の幅を薄くした.またスキャナーのガントリーは回転しないようにした.(2)脳機能測定法の検討:脳ブドウ糖代謝率の測定方法で,動物脳ブドウ糖代謝率測定に最適な方法を検討した.また,齧歯類の前頭部下部にあるハーダー腺には,F18-フルオロデオキシグルコースの著しい集積があり,PETによる前頭葉ブドウ糖代謝率の正確な測定を妨害することが予測されたが,ハーダー腺除去ラットの前頭葉ブドウ糖代謝率は正常で,影響がないことを明らかにした.(3)脳賦活試験への応用:脳賦活試験の基礎的実験として,ネコやサルの四肢振動覚刺激による大脳皮質脳血流の増加を正確に測定する方法を開発した.これにより,脳神経活動の賦活にアセチルコリンとグルタミン酸が関与していることが明らかとなった.また,前脳基底核から大脳皮質に投射するアセチルコリン作動性神経系は,半対側の前脳基底核が大脳皮質へのアセチルコリン投射を代償し,また,神経成長因子も相互に関連性を示した。動物用PETを用いた研究は,ラットなどの小動物からサルまでさまざまな動物の脳機能について,脳血流,脳ブドウ糖代謝率,各種神経伝達物質とその受容体の画像化を行うことが主な目的である.本年度は,研究初年度でさまざまな機器の整備とその利用法について検討した.まず,サルの固定用に動物用PETに適合するモンキーチェアを作成した.また,サルの運動や各種感覚刺激に反応して生じる脳の電気生理学データをPETと同時測定するため,新たに運動の観察のためにビデオモニター装置とデジタル脳波計のデータを同時記録できる装置を開発した.これらによって,脳の電気生理学現象とPETによる脳血流の変化を同時に記録測定できることになった.かかる装置を用いることで,運動に関連した脳機能の詳細な記録研究ができるようになった.われわれは,大脳皮質の機能を脳血流測定によって研究することが買うのであるとする基本的な概念を支持するものとして,動物用PETにより動物(ネコ)を用いた足底刺激による知覚運動野の賦活現象に,大脳皮質に内在するコリン作動性神経が大きく関与していることを明らかにした.また,この現象がネコのみならず高等なサルにおいても見られることを明らかにした.したがって,ヒト脳においても同様の原理で局所脳血流の増加が起こっていることが推測される.ヒト脳の病理学的な研究では,致命的な部位の障害が生じないと神経症状を示さないが,PETの賦活試験では賦活試験に関連するすべての脳の部位の血流が増加する.したがって,賦活された部位相互の重要性の評価が困難である.

このギャップを埋めるには,サルのような高等動物にヒトの賦活試験と同等の試験を行い,賦活部位の破壊を加えることで,賦活された部位の関連性,重要性を明確にするとができると推測され,今後の重要な研究方法の一つになると考えている.本研究の目的は,動物を用いて脳血流,脳ブドウ糖代謝率を測定し,運動時の一次感覚運動野,大脳基底核,小脳など運動関連領域の血流代謝の変化と同時に記録される運動関連電位などの電気生理学的データを相互に記録してその関連性を調べ,運動時の諸部位の役割を明らかにすることである.また,動物用3次元PETによる小動物(ラット,ネコ)でのデータ収集とその定量性に関する検討も行った.動物用PETを用いて,サルにおいて,さまざまな強度による振動覚刺激で一次感覚運動野の刺激を行い,賦活時における脳血流を測定し,その増加がアセチルコリン阻害作用を有するスコポラミンで抑止され,しかも,アルツハイマー病治療に使われる可能性がある,タクリンなどアセチルコリンエステレース阻害薬で抑制されていた振動覚刺激による血流増加が復活することを明らかにし,動物用PETが将来の薬剤開発に有用であることを示した.小動物のブドウ糖代謝率の測定を容易に行えるような高解像度の小型PET(SHR7700L)を浜松ホトニクスと共同開発した.本装置はラット,ネコ専用に使用すること,そのためガントリ-は回転しないようにし,垂直に固定すること,設置面積を小さくすることを目標に開発され,完成した.本装置は動物の生理状態や電気生理学的なデータの収集にきわめて適した装置となった.2次元動物用PET(SHR2000)を用いて,ラットのブドウ糖代謝率の測定について詳細な検討を行った.ラットは前頭部下部にハーダー腺があり,デオキシグルコースの蓄積が脳以上に高い.したがって,前脳ブドウ糖代謝率の正確な測定に問題があることが指摘されていたが,ハーダー腺を除去したラットと正常ラットの前脳ブドウ糖代謝率の測定を行い,その影響がないことを明らかにした.また,ブドウ糖代謝率の測定で,ダイナミック法,スタティック法,パトラック法の3法を適応し,どの方法が最適な方法であるかも明らかにした.本研究の目的は,動物を用いて脳血流・ブドウ糖代謝率を測定し,運動時の運動関連領域の血流・代謝の変化と,同時に記録される運動関連電位などの電気生理学的データを相互に記録してその関連性を調べ,運動時の諸部位の役割を明らかにすることである.また,動物用3次元PETによる小動物(マウス,ラット,ネコ)でのデータ収集を行った.小動物のブドウ糖代謝率の測定を容易に行えるような高解像度の小型PET(SHR7700L)を浜松ホトニクスと共同開発・導入した.本装量はマウス,ラット,ネコ専用にし,設置面積を小さくすることを目標に開発され,完成した.本装置は動物の生理状態や電気生理学的なデータの収集にきわめて適した装置となった.また,GE横川メディカルの0.2テスラ核磁気共鳴装置(MRI)を導入し,正確な脳内の位置の同定が行えるようなシステムを構築した.脳機能測定法として,ブドウ糖代謝率の測定で,ダイナミック法,スタティック法,パトラック法の3法を適応し,どの方法が最適な方法であるか明らかにした.酸素15標識水静注法による脳血流測定法も確立した.ラットのブドウ糖代謝率の測定について詳細な検討を行った.
近代東アジアにおける異文化同化過程における翻訳の問題

近代東アジアにおいて異文化はいかに受容され、各文化圏の相互影響のもといかなる近代的諸概念や訳語を生み出していったのか。こうした問題意識に立脚して、まずは、近代日本における訳語の成立、近代的諸概念の成立に焦点をあて、調査、考察を試みた。近代日本の翻訳文学を戦前と戦後の連続と非連続の相においてとらえることによって、あるいは、日中、日韓の文化交流の諸相を具体的に辿ることによって、こうした視座の有効性が確認できた。本研究は、近代東アジアにおける異文化受容の諸相を、その相互影響のプロセスに着目しつつ、近代日本における訳語の成立、近代的諸概念の成立に焦点をあて、調査、考察するものである。平成18年度は、まず、研究の基盤構築のために、基礎的な文献の収集に努めた。さらに、代表者である井上が、国際日本文化研究センターの共同研究「近代東アジアにおける知的空間の形成--日中学術概念史の比較研究」(代表者=孫江)および「出版と学芸ジャンルの編成と再編成--近世から近現代へ」(代表者=鈴木貞美)に参加、発表して、内外の研究者との連携を強化した。本研究の視野を広げるために、平成18年11月には、東京大学駒場キャンパスにおいて、国際比較文学会会長ドロシー・フィゲイラ氏ほかを招いて比較文学講演会「比較文学研究の最前線--南米・インド・日本」を開催した。リース・モートンは、平成18年7月、南フランスのAlet-les-BainsのAcademie du Midiのシンポジウムに参加、発表した。以上の研究活動によって明らかになってきたのは、東アジア文化圏における、西洋近代の用語や概念の成立過程は、日中韓の三国、三言語文化圏の相互交渉、相互影響が深く関わってくるがゆえに、ことのほか錯綜としたものであるということである。中国を訪れたキリスト教の宣教師によって伝えられ、漢字に翻訳された西洋近代の語彙が、日本に伝えられて、従来から存在した漢学系の語彙にまじって、蘭学や洋学の用語に転用・定着され、さらには中国に逆輸出されていった過程一つをとってみても、その実相を解明していくためには、比較文学比較文化研究の方法を駆使しつつ、東アジア各国研究者の緊密な協力関係の下に、作業を進めていく必要がある。その一方で、明治期日本における学術概念・用語の成立過程の、さらなる綿密な調査と分析が必要なことは言うまでもない。本研究は,近代東アミアにおける異文化受容の諸相を,その相互影響のプロセスに着目しつつ,近代日本における訳語の成立,近代的諸概念の成立に焦点をあて,調査,考察するものである。平成18年度は,まず,研究の基盤構築のために,基礎的な文献の収集に努めた。さらに,代表者である井上が,国際日本文化研究センターの共同研究「東アジアにおける知的システムの近代的再編」(平成19年から平成20年,研究代表者-鈴木貞美)に参加し,欧米,東アジア,国内各分野の研究者と交流,討議し,研究テーマのさらなる深化を追求した。平成19年11月には,モートンが第17回ニュージーランド国際学会に出席し,発表した。平成19年10月には,劉岸偉が近代東福岡ユネスコ協会創立60周年記念国際文化セミナーで,近代日本の知識人の心的構造について,比較文学比較文化の視点から分析する講演をした。代表者およきび分担者は適宜会合をもって,テーマの掘り下げに努めるとともに,最終年度の研究計画についても議論を重ねた。その過程でさらに明らかになってきたのは,東アジア文化圏における,西洋近代の用語・概念の成立過程を,比較文学比較文化の研究方法を駆使しつつ,より多角的,立体的に把握していくことの必要性である。平成20年度には,研究の集大成のひとつとして,われわれと重なり合うテーマで研究している東アジアの研究者や,欧米の日本研究者などとの共同作業を,シンポジウムやワークショップなどの形態を通じて推進していくことになる。明治日本の洋書や翻訳書の調査をまとめるための体制構築への取り組みも開始したとこきろである。本研究は、近代東アジアにおける異文化受容の諸相を、その相互影響のプロセスに着目しつつ、近代日本における訳語の成立、近代的諸概念の成立に焦点をあて、調査、考察せんとするものである。平成20年度は、当該分野の必須文献の収集を進めるとともに、研究成果の一端を世に問うものとして、2つのシンポジウムを開催した。まず第一は、代表者である井上が、組織し、司会を務めた、日本比較文学会60周年記念第46回東京大会(清泉女子大学、平成20年10月)のシンポジウム「戦後文学の連続と非連続:1950年代の海外文学との関係を中心に」である。このシンポジウムは、井上が編者を務めた『比較文学研究』第91号(東大比較文学会、平成20年6月)の《戦後日本文学》特集と連動して、本研究の成果を発信する場として企画されたものである。

これらにおいて井上は研究分担者と議論を重ねっっ、翻訳出版点数はほぼ倍増したこの時期に、戦争で中断を余儀なくされた欧米文学熱が再燃し、大規模な世界文学全集が刊行され始めたこと、それら世界文学全集には、1920年代半ばから1930年代に訳出されていた「世界文学」(同時代文学にしてモダニズム文学の記念碑的作品)が相当数含まれていた事実にまず着目した。大正期・昭和初期に、観念的、ユートピア的に語られた「世界文学」が、東洋の視座からするその「近代主義」的限界への捉え返しも含めて、現実的なものとして、あらためて浮上してきたのである。翻訳文学における異文化同化のプロセスを、戦前と戦後の連続と非連続の相においてとらえ、それを東アジア文化圏に広げていく視座の有効性が確認できたという点で有効な試みであった。もう一つの成果発表の試みは、研究分担者である菅原が中心になって企画し、司会を務めた、シンポジウム「金素雲生誕百周年記念シンポジウム《金素雲を今いかに語るか》」(東京大学駒場キャンパス、平成20年10月)である。以上の研究活動によって明らかになったのは、東アジア文化圏における、西洋近代の用語や概念の成立過程は、日中韓の三国、三言語文化圏の相互交渉、相互影響が深く関わってくるがゆえに、ことのほか錯綜としたもので、それを解明するには、近現代日本における学術概念・用語の成立過程の、さらなる綿密な調査と分析が必要であるということである。
廃用性筋萎縮を最小限にとどめる新たな栄養学的手法の開発 -機能性脂質に着目して-

怪我や故障などによる身体活動量の低下にともない骨格筋は萎縮する。スポーツ選手にとってこのような廃用性筋萎縮は、現場復帰の遅れやパフォーマンスの低下につながるため、最小限にとどめることが重要となる。本研究では、特徴的な機能を有する「機能性脂質」を活用した新たな廃用性筋萎縮の予防法の開発を目指した。その結果、通常の脂肪酸よりも炭素数が少ない中鎖脂肪酸と呼ばれる機能性脂質の摂取により、筋タンパク質の分解系が抑制され、ギプス固定や除神経に伴う廃用性筋萎縮が一部軽減される可能性が示された。筋萎縮を予防するための様々な方法が検討されているが、食事は毎日必ず行うことであり、その中で筋萎縮を抑制できる栄養成分を摂取することができれば、無理なく筋萎縮を予防することが可能となる。脂質は三大栄養素の一つであるが、スポーツ選手にとっては体重増加につながる有害物質として扱われる場合が多い。しかしながら、近年の研究により、体脂肪の蓄積予防やガンの発症抑制など有用な生理活性を持つ「機能性脂質」と呼ばれる脂質が存在することが明らかとなっている。本年度の研究では、通常の食用油(長鎖脂肪酸油)よりも炭素数が少ない中鎖脂肪酸油と呼ばれる機能性脂質が、廃用性筋萎縮を抑制できるか否かについて実験動物を対象として検討を行った。片方の脚にギプス固定を施したラットに対して、長鎖脂肪酸油もしくは中鎖脂肪酸油を配合した特殊飼料を摂取させ、廃用性筋萎縮の進行がどの程度抑制できるかを評価した。その結果、長鎖脂肪酸油を摂取したラットに比べて、中鎖脂肪酸を摂取したラットでは、ギプス固定による筋重量および筋タンパク質量の減少が一部抑制されることが明らかとなった。さらに、中鎖脂肪酸油を摂取したラットの骨格筋では、骨格筋タンパク質の分解に関与するユビキチンリガーゼの一つである、MuRF-1の発現量の増加が抑制されていた。以上の結果から、中鎖脂肪酸油の摂取はMuRF-1の発現抑制を介して廃用性筋萎縮を一部軽減できる可能性が示唆された。本年度は中鎖脂肪鎖油による筋萎縮抑制効果について検討を行い、さらにそのメカニズムの一部を解明することができた。研究は当初の計画通り順調に進んでいると思われる。昨年度の研究において、通常の食用油に多く含まれる長鎖脂肪酸を摂取した場合に比べて、機能性脂質の一つであり、炭素数が少ない中鎖脂肪酸を摂取した場合には、ギプス固定による後肢骨格筋の萎縮を一部抑制できることが明らかとなった。本年度は、中鎖脂肪酸よりもさらに炭素数が少ない短鎖脂肪酸による廃用性筋萎縮抑制効果について検討した。まず、ラット由来の骨格筋培養細胞(L6 myotube)を、短鎖脂肪酸の一つである酪酸とともに3日間培養することで、L6 myotubeのタンパク質含量が増加すること、すなわち酪酸には骨格筋のタンパク質代謝に対する好ましい効果がある可能性が示唆された。この結果に基づいて、実際の生体内においても酪酸によってタンパク質代謝に対する同様の効果が認められるのかについてマウスを対象として検討した。坐骨神経を切除(除神経)したマウスに対してトリグリセライド型の酪酸であるトリブチリンを1週間摂取させたが、除神経にともなう後肢骨格筋の筋萎縮を抑制することができなかった。以上の結果から、中鎖脂肪酸とは異なり、短鎖脂肪酸による廃用性筋萎縮抑制効果はあまり大きくない可能性が示唆された。本年度は、必ずしも短鎖脂肪酸によるポジティブな結果を得ることはできなかったものの、ここまで2年間の研究において、おおむね当初の計画通り機能性脂質が廃用性筋萎縮に及ぼす影響・効果に関して十分な検討を行うことができていると言える。昨年度までの研究により、機能性脂質のうち、短鎖脂肪酸では明確な効果は認められなかったものの、中鎖脂肪酸の摂取によりギプス固定にともなう廃用性筋萎縮を一部抑制できることが明らかとなった。これまでのスポーツ栄養学のガイドラインでは、怪我などによる廃用性筋萎縮を軽減するためには、骨格筋の直接的な材料であるたんぱく質の摂取量を増やすことが勧められている。そこで、本年度の研究においては、たんぱく質の摂取量を増やすことと中鎖脂肪酸の摂取を組み合わせることで、廃用性筋萎縮に対する相加効果・相乗効果が得られるかどうか検討することとした。片脚の座骨神経を切除し、廃用性筋萎縮を生じさせたWistar系ラットに対して、1)普通食、2)高たんぱく質食、3)中鎖脂肪酸配合食、4)高たんぱく質+中鎖脂肪酸配合食のいずれかを1週間摂取させた。その結果、高たんぱく質食、中鎖脂肪鎖配合食のそれぞれによって除神経にともなう廃用性筋萎縮が一部軽減され、さらに、高たんぱく質食と中鎖脂肪酸を組み合わせた飼料(高たんぱく質+中鎖脂肪酸配合食)を摂取した群では、それぞれ単独で摂取した場合に比べても廃用性筋萎縮に対する高い抑制効果が得られた。

以上の結果から、機能性脂質の一つである中鎖脂肪酸を摂取することで、ギプス固定や除神経にともなう廃用性筋萎縮を一部軽減できること、また、高たんぱく質食と組み合わせることで、さらなる抑制効果が得られる可能性が示唆された。怪我や故障などによる身体活動量の低下にともない骨格筋は萎縮する。スポーツ選手にとってこのような廃用性筋萎縮は、現場復帰の遅れやパフォーマンスの低下につながるため、最小限にとどめることが重要となる。本研究では、特徴的な機能を有する「機能性脂質」を活用した新たな廃用性筋萎縮の予防法の開発を目指した。その結果、通常の脂肪酸よりも炭素数が少ない中鎖脂肪酸と呼ばれる機能性脂質の摂取により、筋タンパク質の分解系が抑制され、ギプス固定や除神経に伴う廃用性筋萎縮が一部軽減される可能性が示された。次年度は、中鎖脂肪酸油に比べてさらに炭素数の短い短鎖脂肪酸の摂取による廃用性筋萎縮抑制効果について検討していく。実験手法は、飼料に配合する脂質の種類を変える以外はこれまでとほぼ同じ手法を用いる予定であり、研究が順調に進むものと期待している。また、中鎖脂肪酸および短鎖脂肪鎖以外にも、廃用性筋萎縮の抑制効果が得られそうな機能性脂質が見つかった場合には、その効果の検証も行う予定である。来年度(最終年度)は、中鎖脂肪酸による廃用性筋萎縮に対する予防効果のメカニズムを追うとともに、中鎖脂肪酸と他の栄養素、特に骨格筋のタンパク質代謝に対して好ましい影響を及ぼすことが知られているアミノ酸とを組み合わせた場合の効果に関して検討を行う予定である。特に、分岐鎖アミノ酸の一つであるロイシンが筋萎縮の抑制に効果的であるといわれており、このロイシンと中鎖脂肪酸の組み合わせが、不過活動によって生じる廃用性筋萎縮に及ぼす影響について検討を行っていく予定である。スポーツ栄養学本年度は、これまでに研究を数多く行ってきた中鎖脂肪酸油の効果に関して検討を行ったため、研究が順調に進んだ。しかしながら次年度は、取り扱った経験がまだ少ない短鎖脂肪酸の効果を検討する予定であることから、研究費を本年度に使いきることなく、次年度に持ち越し、万が一の場合に備えることとした。次年度使用額(約15万円)を用いて、まずは実験条件(短鎖脂肪酸の投与量、配合量など)の予備検討を行い、その結果をもとに、2016年度使用予定の研究費を用いて本実験を開始する予定である。