hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
植民地朝鮮における学校教員史の再検討

元教員への聞き取り調査は、調査対象者の病気や死去によってやむを得ず断念したこともあったが、日本・韓国の両国で各1回の調査を実施することができ、本研究を進めるうえで重要な当事者の証言を得ることができたため、研究計画・遂行に特段の変更や問題は生じていない。また、聞き取り調査の際に個人所蔵の資料(教案、児童の作成物、写真等)を閲覧・収集できた点も大きな収穫であった。また、平成23年度中の研究成果の一部(朝鮮初等教育研究会を中心とした教員による教育研究活動の内容)は、平成23年12月に出版した『植民地朝鮮の学校教員初等教員集団と植民地支配』(九州大学出版会)に収められており、研究成果の公表という点においても、おおむね順調に進展している。補助事業期間の2年目となる平成24年度は、日本と韓国にて引き続き資料の収集・分析や聞き取り調査を行なうとともに、その成果を学会等にて発表し、論文を執筆する作業に重点を置く。学会等での研究成果の発表は、日本国内だけでなく、韓国においても行なう。また、聞き取り調査の対象者については、19101945年の期間内に朝鮮の教員であった人々に限定せず、当時朝鮮の学校に通った人や、教員の家族、教員と交流があった人々から幅広く話を聞く機会を設ける。これは、平成23年度の調査の際、朝鮮で教員を務めた方の家族から多くの情報が得られたためである。植民地朝鮮で教員だった人々の高齢化が進む中、当人だけではなく、その人のことを知る周りの人々からの幅広い情報収集が今後は重要となる。「現在までの達成度」欄にも記載したとおり、平成23年度は聞き取り調査を予定していた対象者の病気・死去により、海外への調査回数が予定よりも少なくなった。そのため、次年度に使用する予定の研究費が生じた。今後はこの研究費を活用し、韓国での聞き取り調査を可能な限り増やす予定である。その際、上記のとおり、情報提供者の幅を広げて調査を行なう予定である。平成23年度に生じた次年度に使用する予定の研究費と平成24年度に請求する研究費を合わせ、次年度はおもに次のような研究費の使用を計画している。(1)海外での資料調査および学会への参加費、(2)国内での調査活動・研究成果発表の費用、(3)植民地教育史関係図書の購入費、(4)論文の印刷・製本費、(5)資料整理に必要な備品・消耗品費次年度(平成24年度)は、平成23年度に比して、研究の成果を発表する機会が増加する予定である。したがって、国内外での学会・研究会に参加するための費用や論文投稿・掲載にかかる費用、印刷・製本のための費用等が必要となる。平成23年度に生じた次年度に使用する予定の研究費は、おもにこうした費用に充てる計画である。
統合失調症患者に対する精神科看護師の「褒める声掛け」に関する科学的検証

今年度の研究成果として「褒めることによる行動変容について」、国内の学会において研究発表を行った。その研究成果として、褒められた統合失調症患者は、自尊感情を回復し、次の行動に向けて意欲を高めるといった行動変容に繋がることが「褒め」の効果としてみられることが示唆された。精神科看護師のインタビューからその実態がつかめたことにより、褒めることの重要性が示された。褒められた時の脳血流量と意欲の関連を精神科看護師の視点、統合失調症患者の視点、脳生理学的な視点で検討することにより、「褒める声掛け」の利点や方法が導き出せると考えている。現在までの研究実施状況として、研究協力施設への予備調査(統合失調症認知機能簡易評価尺度:BACS)を実施している。しかしながら、本調査までは、基礎的な認知機能の調査(統合失調症認知機能簡易評価尺度:BACS)に時間がかかり、現在は2割程度の進捗である。そのため、調査回数を増やすことや調査協力者にも対象者を検査できるような仕組みも検討している。当該年度に終了した調査として、調査プロトコールの作成や統合失調症患者との比較・検討のために、健常者へ「褒める声掛けによるNIRSでの血流量」の調査を実施し、27名の健常者データ収集は終了している。おおむね、当初の仮設通りの結果が得られ、褒める声掛け時の脳血流量の変化は現れた。現在、得られたデータをさらに分析・検討し2019年の看護系学術学会での研究発表へ向けて準備している。調査協力施設での調査を実施中であるが、対象者への認知機能調査に時間がかかり本調査であるNIRSでの脳血流量の調査までは行えない状況である。その理由として、入院患者を対象にしているため、実施中の精神状態の変化や体調に左右されることもあり、検査を中断しなければならないことが多々あるためである。今後は、正確な調査結果に影響しない範囲で、実施日の対象者の様子を判断し、より効率よく調査できる工夫を考えていく。現在、研究計画において必要な30名のうち10名の認知機能調査が終了している。今後は2019年8月までに認知機能調査を終了し、順次、褒める声掛け時の脳血流量の本調査にむけて活動していく。また、調査施設を増やし、幅広く調査協力者を募っていくことも考えている。長期の入院している統合失調症患者を対象にしているが、その条件では、統合失調症認知機能簡易評価尺度(BACS)の実施が困難な患者も多く、対象を広げ、「過去に1年以上入院していた入院歴のある統合失調症入院患者」とすることも検討している。BACSでの調査は短時間で可能といわれているが、認知機能を評価するため、マニュアル通りの実施が困難な対象者も多い。例えば、記銘力を問う調査では、質問の意味が理解されない場合も多く、途中で中断しなければならないこともある。統合失調症患者の長期入院は社会問題となっており、退院支援に関する対策が急務である。今日までの申請者の研究では、精神科看護師は患者へ地域での生活イメージを持たせることで、退院意欲が高まることを明らかにしてきた。また、患者を「褒める」ことで治療意欲の維持・向上に効果的であることも報告されており、前頭葉の機能低下が意欲低下に影響していることを考えると、看護師の「褒める」行為は患者の前頭葉機能に働きかけ、意欲の向上に貢献できる可能性がある。そこで、本研究は精神科看護師の「褒める声掛け」をすることによる統合失調症患者の変化を脳血流量検査や認知機能検査により科学的に検証することを目的とする。平成29年度の研究実施計画では、研究I「褒める声掛け」が前頭葉血流量の増加に影響するのかを検証するために、NIRS(HOT1000:HITACHI)を用いて実験デザインの検討を行い、予備実験へ繋げるための準備である。統合失調症患者を対象に行う予備実験のために、まずは日本保健医療大学の倫理審査委員会の承認を得て、健常者40名に対してNIRSを用いた認知課題の実験を行った。健常者を対象とした今回の実験結果から、「褒める」ことによる左前頭葉の血流量の増加がみられ、「褒め」の影響があることが確認された。しかしながら、被験者による個人差も大きく認められたため、より詳細に実験デザインの検討を重ねていく必要が考えられた。1研究1の進捗状況について「研究I」目的「褒める声掛け」が前頭葉血流量の増加に影響するのかを検証する。1)先行する研究の検討・整理、研究成果の公表現在進行中の「精神科看護師の意欲を引き出す声掛けの研究」と健常者を対象とした「認知課題の思考中の前頭葉血流量の変化に関する研究」の2つの研究成果を整理し公表していく予定であった。精神科看護師の意欲を引き出す声掛けの研究」はヒューマンケア研究学会へ投稿し受理された。しかし、健常者を対象とした研究成果の公表は今年度の予定となった。その理由として実験デザインの検討に大幅な時間が必要となり、それにともない予備実験の開始も今年度になる見込みである。脳血流量の測定には様々な刺激が影響するため、実際にNIRSでの測定を精神科病棟内で実施するためには、実験デザインの大幅な修正が必要であった。しかしながら、健常者を対象にした実験結果から、「褒める」ことによる血流量の変化が確認されたため、臨床現場での調査に向けて進行中である。

今年度の研究成果として「褒めることによる行動変容について」、国内の学会において研究発表を行った。その研究成果として、褒められた統合失調症患者は、自尊感情を回復し、次の行動に向けて意欲を高めるといった行動変容に繋がることが「褒め」の効果としてみられることが示唆された。精神科看護師のインタビューからその実態がつかめたことにより、褒めることの重要性が示された。褒められた時の脳血流量と意欲の関連を精神科看護師の視点、統合失調症患者の視点、脳生理学的な視点で検討することにより、「褒める声掛け」の利点や方法が導き出せると考えている。現在までの研究実施状況として、研究協力施設への予備調査(統合失調症認知機能簡易評価尺度:BACS)を実施している。しかしながら、本調査までは、基礎的な認知機能の調査(統合失調症認知機能簡易評価尺度:BACS)に時間がかかり、現在は2割程度の進捗である。そのため、調査回数を増やすことや調査協力者にも対象者を検査できるような仕組みも検討している。当該年度に終了した調査として、調査プロトコールの作成や統合失調症患者との比較・検討のために、健常者へ「褒める声掛けによるNIRSでの血流量」の調査を実施し、27名の健常者データ収集は終了している。おおむね、当初の仮設通りの結果が得られ、褒める声掛け時の脳血流量の変化は現れた。現在、得られたデータをさらに分析・検討し2019年の看護系学術学会での研究発表へ向けて準備している。調査協力施設での調査を実施中であるが、対象者への認知機能調査に時間がかかり本調査であるNIRSでの脳血流量の調査までは行えない状況である。その理由として、入院患者を対象にしているため、実施中の精神状態の変化や体調に左右されることもあり、検査を中断しなければならないことが多々あるためである。今後は、正確な調査結果に影響しない範囲で、実施日の対象者の様子を判断し、より効率よく調査できる工夫を考えていく。研究1について、平成30年度の後半には結果のまとめを行い、関連学会へのエントリー、もしくは学術誌へ投稿できるよう努力する。また、NIRSの実験デザインを修正し、認知機能検査などとの関連も調査しより適した方法を検討していく。平成30年度の後半までには予備実験を開始し、データの解析、関連学会での発表ができるように努める。現在、研究計画において必要な30名のうち10名の認知機能調査が終了している。今後は2019年8月までに認知機能調査を終了し、順次、褒める声掛け時の脳血流量の本調査にむけて活動していく。また、調査施設を増やし、幅広く調査協力者を募っていくことも考えている。長期の入院している統合失調症患者を対象にしているが、その条件では、統合失調症認知機能簡易評価尺度(BACS)の実施が困難な患者も多く、対象を広げ、「過去に1年以上入院していた入院歴のある統合失調症入院患者」とすることも検討している。BACSでの調査は短時間で可能といわれているが、認知機能を評価するため、マニュアル通りの実施が困難な対象者も多い。例えば、記銘力を問う調査では、質問の意味が理解されない場合も多く、途中で中断しなければならないこともある。実験デザインが決まらなかったため、予備実験や臨床現場への打ち合わせが必要なく、旅費が大幅に変更されたためである。次年度以降に増加が必要であり、今年度は繰越しが必要であった。調査協力施設への打ち合わせを行った時期が遅れてしまい、実際に施設へ調査を行った回数が少ないため、旅費等が大幅に繰り越しとなってしまった。
流通系における水-岩石相互作用(化学平衡論からのアプローチ)

雨水起源の熱水が3種類の異なる岩石と300°Cで反応した場合に生ずる熱水の化学組成と変質鉱物組み合わせを水/岩石比=∞1までの間で化学平衡を仮定して計算を行った.雨水の化学組成として平均的な日本の雨,岩石の組成として日本の平均的な玄武岩,安山岩,流紋岩の化学組成を用いた.また,比較のため海水起源の水が同じ温度で岩石と反応した場合についても計算を行った.雨水起源の熱水は溶存成分に乏しいため,岩石を変質させても岩石中から溶出する陽イオン成分を溶液中に保持できない.このため熱水の化学組成は少量の岩石と反応しただけで定常状態になってしまうことが明らかになった.これは海水起源の熱水が反応した場合に比べて特徴的である.熱水の組成が定常状態になるまでに必要な岩石の量は岩石中のSiO_2成分が増加するほど少量で済むこと,熱水のpHを決めている変質鉱物組み合わせが流紋岩が反応する系においてはカリウムを含む鉱物の組み合わせであり,玄武岩と安山岩の場合ナトリウムを含む鉱物組み合わせであることが明らかになった.生じる熱水変質鉱物は,いずれの岩石と雨水起源の熱水が反応した場合も石英が量的に一番多く,岩石がSiO_2成分に富むほどにその量が多くなり流紋岩では石英が圧倒的に多いことが判った.変質鉱物組み合わせで流紋岩が雨水を反応する場合にのみカリウム長石が生じることが明らかになった.また,岩石を加える量が増えていった場合,結果的に変成反応をモデル化したことになったが,最終的に定常状態の鉱物組み合わせになる水/岩石比は熱水の化学組成が定常状態になる水/岩石比よりも小さいことが予測された.雨水起源の熱水が3種類の異なる岩石と300°Cで反応した場合に生ずる熱水の化学組成と変質鉱物組み合わせを水/岩石比=∞1までの間で化学平衡を仮定して計算を行った.雨水の化学組成として平均的な日本の雨,岩石の組成として日本の平均的な玄武岩,安山岩,流紋岩の化学組成を用いた.また,比較のため海水起源の水が同じ温度で岩石と反応した場合についても計算を行った.雨水起源の熱水は溶存成分に乏しいため,岩石を変質させても岩石中から溶出する陽イオン成分を溶液中に保持できない.このため熱水の化学組成は少量の岩石と反応しただけで定常状態になってしまうことが明らかになった.これは海水起源の熱水が反応した場合に比べて特徴的である.熱水の組成が定常状態になるまでに必要な岩石の量は岩石中のSiO_2成分が増加するほど少量で済むこと,熱水のpHを決めている変質鉱物組み合わせが流紋岩が反応する系においてはカリウムを含む鉱物の組み合わせであり,玄武岩と安山岩の場合ナトリウムを含む鉱物組み合わせであることが明らかになった.生じる熱水変質鉱物は,いずれの岩石と雨水起源の熱水が反応した場合も石英が量的に一番多く,岩石がSiO_2成分に富むほどにその量が多くなり流紋岩では石英が圧倒的に多いことが判った.変質鉱物組み合わせで流紋岩が雨水を反応する場合にのみカリウム長石が生じることが明らかになった.また,岩石を加える量が増えていった場合,結果的に変成反応をモデル化したことになったが,最終的に定常状態の鉱物組み合わせになる水/岩石比は熱水の化学組成が定常状態になる水/岩石比よりも小さいことが予測された.
ストリームデータのための圧縮索引と知識発見への応用

本研究ではネットワークやセンサデータからとめどなく流れてきて増え続けるデータであるストリーム型のテキストデータを圧縮領域の作業領域で圧縮しながら,その圧縮データ上で圧縮された瞬間からリアルタイムにキーワード検索可能な索引を構築することを目的としている.この問題は1ストリームデータを流れてきた瞬間に高速に圧縮領域の作業領域で小さく圧縮することと2その圧縮されたデータ構造上でリアルタイムにキーワード検索することに分けられ,以下の成果を得られた.1に関して,1の要件を満たしかつ世界最小の作業領域で動作する文法圧縮であるSOLCAを開発し,ESA2017という国際会議にて研究発表をした.実用的にSOLCAは従来の圧縮領域の作業領域で構築可能な文法圧縮の速度を保ったまま,30%程度のメモリ使用量で動作することを可能としている.さらに1の要件を満たす圧縮領域で構築可能なOnline RLBWTと呼ばれるテキストデータ圧縮の高速化をして,IWOCA2017という国際会議にて研究発表した.従来手法より作業領域が1.3から8.7倍かかってしまったが,約60倍の速度で圧縮可能にしており,実用的である.SOLCAとOnline RLBWTの構築の効率化によって,これらの圧縮法を2の要件を満たす圧縮索引に発展させることが今後の課題である.29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない。
高次制御レドックス反応場の構築とその触媒機能発現

生体内システムでは、高次制御された電子移動過程および反応場によって効率的かつ特異的な反応を実現している。このようなシステムを人工的に制御することができれば、環境調和を配慮した反応系の開発が可能となる。本研究では「高次制御レドックス反応システムの開発」を目的とし、以下に示す研究を行ってきた。1、バナジウム触媒を用いた酸化的ハロゲン化反応臭素化化合物は有機合成において重要な前駆体であり、多数の研究者らによってさまざまな臭素化手法が報告されている。前年度までの研究では、バナジウム触媒、ルイス酸、臭化物塩、および酸素を用いることにより、触媒的臭素化反応が進行することを見出している。この手法は、過酸化水素が必要不可欠なバナジウムブロモペルオキシダーゼの酵素機能を卓越しており、環境調和を指向した臭素化反応として非常に興味深い。申請者は今年度の研究において、本臭素化反応をバナジウムNMRで追跡し、バナジウムのレドックスが本反応に関与していることを見出した。バナジウムが臭化物イオンを酸化して臭素カチオン様活性種を生じ、これが基質を臭素化していると推測している。また、本臭素化反応は芳香族、アルケンおよびアルキンに対してのみならず、ケトンやβ-ケトエステルに対しても有効であり、対応する一臭素化物または二臭素化物が得られることを見出した。さらに、臭化物塩の代わりに塩化物塩やヨウ化物塩を用いたところ、対応する塩素化化合物およびヨウ素化化合物が得られることを見出した。2、銅触媒を用いた酸化的臭素化反応の開発上記臭素化法は、高収率かつ高選択的に臭素化物を得ることができる一方で、多量の添加剤を必要とする。申請者は今年度の研究で、銅触媒、臭化水素酸および酸素のみを用いたアトムエコノミー的に有用な臭素化反応の開発に成功した。芳香族、アルケン、アルキンならびにケトンから高い変換率をもって臭素化が進行することを見出した。1、バナジウム触媒による酸化的臭素化反応の開発とその応用臭素化化合物は有機合成において重要な前駆体であり、さまざまな臭素化手法が研究されてきた。今回の研究では、バナジウム触媒、ルイス酸、臭化物塩、および酸素を用いることにより、触媒的臭素化反応が進行することを見出した。さらに、本臭素化反応系を用い、2-シクロヘキセンノンに対して反応を行ったところ、酸化的芳香族化が進行し、工業的に重要なフェノールが得られることが判明した。2、高次制御反応場の構築を指向したバナジウム錯体の設計合成効率的な触媒反応を開発するにあたり、スムーズな電子授受システムを構築することが重要である。高次制御反応場の構築に取り組むにあたり、モデル錯体の合成を行った。今後は、レドックス活性分子であるフェニレンジアミン誘導体を導入したバナジウム錯体の設計合成とその機能発現について研究を行っていく予定である。
プレニルトランスフェラーゼの酵素活性発現機構

中等度好熱性細菌Bacillus stearothermophilusのプレニルトランスフェラーゼの一種,ファルネシル二リン酸(FPP)合成酵素の遺伝子クローニングを行い,その塩基配列を決定して,大腸菌内でこの耐熱性酵素を大量に産生する系を確立した.大腸菌の全タンパク量の約20%にまで産生されるようになったFPP合成酵素は,55°Cで1時間の熱処理とブチルトヨパールおよびMonoQの2種のクロマトグラフィーにて,単一に精製される.大量に純化した酵素を用いて結晶化を試みたところ,蒸気拡散法,ハンギングドロップ法のいずれでも結晶を得る事が出来た.現在,東京工業大学の三木研究室との共同研究として,このFPP合成酵素のX線結晶構造解析を進行中である.この酵素の遺伝子の塩基配列に基づいて推定される酵素の一次構造を,既にクローニングされている6種のプレニルトランスフェラーゼ(FPP合成酵素4種,ゲラニルゲラニル二リン酸合成酵素1種,ヘキサプレニル二リン酸合成酵素1種)の一次構造と比較した結果,プレニルトランスフェラーゼには生物の種を越えてよく保存されている7つの領域(A-G)が存在する事が分かった.C末端部にあるG領域には塩基性アミノ酸が多く保存されているが,この部分に点変異を導入し,酵素活性の変化を解析した結果,この領域は基質イソペンテニル二リン酸(IPP)の結合部位に近い位置に存在している事が分かった.このことはさらに,G領域の上流部分に存在するCys-289とIPPの結合部位と推定されているB領域に存在するCys-73(このFPP合成酵素にはCysはこの2個のみである)への点変異導入の結果とも符合した.すなわち,この2つのCysは酵素活性発現には必須ではないが,Cys-289の点変異体ではIPPに対するKm値が野生型の酵素より著しく大きくなった.また,この酵素は酸化的条件下で容易にジスルフィド結合を形成する事も明かとなった.中等度好熱性細菌Bacillus stearothermophilusのプレニルトランスフェラーゼの一種,ファルネシル二リン酸(FPP)合成酵素の遺伝子クローニングを行い,その塩基配列を決定して,大腸菌内でこの耐熱性酵素を大量に産生する系を確立した.大腸菌の全タンパク量の約20%にまで産生されるようになったFPP合成酵素は,55°Cで1時間の熱処理とブチルトヨパールおよびMonoQの2種のクロマトグラフィーにて,単一に精製される.大量に純化した酵素を用いて結晶化を試みたところ,蒸気拡散法,ハンギングドロップ法のいずれでも結晶を得る事が出来た.現在,東京工業大学の三木研究室との共同研究として,このFPP合成酵素のX線結晶構造解析を進行中である.この酵素の遺伝子の塩基配列に基づいて推定される酵素の一次構造を,既にクローニングされている6種のプレニルトランスフェラーゼ(FPP合成酵素4種,ゲラニルゲラニル二リン酸合成酵素1種,ヘキサプレニル二リン酸合成酵素1種)の一次構造と比較した結果,プレニルトランスフェラーゼには生物の種を越えてよく保存されている7つの領域(A-G)が存在する事が分かった.C末端部にあるG領域には塩基性アミノ酸が多く保存されているが,この部分に点変異を導入し,酵素活性の変化を解析した結果,この領域は基質イソペンテニル二リン酸(IPP)の結合部位に近い位置に存在している事が分かった.このことはさらに,G領域の上流部分に存在するCys-289とIPPの結合部位と推定されているB領域に存在するCys-73(このFPP合成酵素にはCysはこの2個のみである)への点変異導入の結果とも符合した.すなわち,この2つのCysは酵素活性発現には必須ではないが,Cys-289の点変異体ではIPPに対するKm値が野生型の酵素より著しく大きくなった.また,この酵素は酸化的条件下で容易にジスルフィド結合を形成する事も明かとなった.
ラットSec6/8複合体の構造・機能解析による,膜融合制御機構の解明

オルガネラ間の物質輸送は小胞を介して行われる.目的の部位に到達した小胞は,標的膜と融合することによって積荷を受け渡す.繋留因子は,膜融合の初期段階で,小胞とその標的膜とを特異的に繋留することによって輸送の特異性を保証する.繋留因子は,3-8個のサブユニットから構成されるタンパク質複合体であり,低分子量GTPaseとの相互作用によってヌクレオチド依存的に制御されている.本研究では,開口放出で働くExocyst複合体の立体構造をX線結晶構造解析あるいは電子顕微鏡によって決定し,繋留の物理的機構とその制御機構を明らかにする.さらに,変異体をつかって細胞レベル,in vitroでの解析を行い,機能の面からの裏付けを行う.今年度は,ほ乳類のExocyst複合体の電子顕微鏡による解析と,酵母のExocyst複合体と結合するSec4のGEFであるSec2のX線結晶構造解析を行なった.Exocyst複合体は,ブタ脳あるいはラット脳から精製し,電子顕微鏡をつかって,酢酸ウラニルによる負染色像を観察した.当初は,粒子の均一性に問題があったが,調製方法を改善することにより,Exocyst複合体全体と考えられる約150Åの大きさの粒子を多く観察できるようになった.しかしながら,解離した複合体と考えられる約60Åと120Åの大きさの粒子が依然として残っており,解析の妨げとなっている.粒子の均一性を高めることにより,単粒子解析が可能な試料調製法を確立することが,今後の課題である.また,Exocyst複合体と相互作用するRalのGTPase活性化タンパク質を新規に同定した.in vitroでの活性測定を終え,現在は,細胞レベルでの解析を行なっている.一方,Sec2については,Sec4との相互作用領域の結晶構造を3.0Å分解能で決定した.Sec2のSec4結合領域は,200Åの長さをもつトロポミオシン様のcoiledcoilを形成していた.現在,立体構造にもとづいてin vitroでの機能解析を進めている.膜小胞を介するオルガネラ間の物質輸送では,最終的に,膜小胞が目的のオルガネラと融合することによって,積荷が受け渡される.脂質二重膜の融合は,小胞膜と標的膜とが可逆的に「ゆるく」繋ぎ留められる「繋留」と呼ばれる段階を経た後,小胞膜上のSNAREタンパク質と,それと対になる標的膜上のSNAREタンパク質が,特異的な複合体を形成し,膜と膜とが近づけられることによって不可逆的に進行すると考えられている.本研究課題では,開口放出で働く繋留因子であるexocyst(Sec6/8)複合体に注目し,繋留の物理的機構と,RabやRalなどのsmall GTPaseの結合によるGTP依存的な繋留の制御機構を解明することを目的として,X線結晶構造解析および低温電子顕微鏡によるexocyst複合体,および,それらと相互作用するsmall GTPase群の構造・機能解析を計画した.現在までのところ,昆虫細胞Sf9とバキュロウイルスの発現系をもちいて,exocyst複合体の二つのサブユニットを含む複合体の大量発現に成功しており,精製条件の検討を行っている.並行して,GTP結合型Ralをbaitとして,ヒト血小板からのexocyst複合体の精製を小スケールで行った.今後,精製スケールを上げて,低温電子顕微鏡による解析が可能な量の調製を行う.また,精製したexocyst複合体をもちいて,結合するsmall GTPaseに対するGAP活性あるいはGEF活性の検討を行う.一方,酵母のexocyst複合体の制御因子であるSec4と,そのGTP-GDP交換因子(GEF)であるSec2について,Sec2のGEFドメインおよびSec4・Sec2 GEFドメイン複合体の予備的な結晶化に成功している.特にSec2の結晶については,回折測定に十分な大きさの結晶を得ており,今年度中に構造を決定できると考えている.オルガネラ間の物質輸送は小胞を介して行われる.目的の部位に到達した小胞は,標的膜と融合することによって積荷を受け渡す.繋留因子は,膜融合の初期段階で,小胞とその標的膜とを特異的に繋留することによって輸送の特異性を保証する.繋留因子は,3-8個のサブユニットから構成されるタンパク質複合体であり,低分子量GTPaseとの相互作用によってヌクレオチド依存的に制御されている.本研究では,開口放出で働くExocyst複合体の立体構造をX線結晶構造解析あるいは電子顕微鏡によって決定し,繋留の物理的機構とその制御機構を明らかにする.さらに,変異体をつかって細胞レベル,in vitroでの解析を行い,機能の面からの裏付けを行う.今年度は,ほ乳類のExocyst複合体の電子顕微鏡による解析と,酵母のExocyst複合体と結合するSec4のGEFであるSec2のX線結晶構造解析を行なった.Exocyst複合体は,ブタ脳あるいはラット脳から精製し,電子顕微鏡をつかって,酢酸ウラニルによる負染色像を観察した.当初は,粒子の均一性に問題があったが,調製方法を改善することにより,Exocyst複合体全体と考えられる約150Åの大きさの粒子を多く観察できるようになった.しかしながら,解離した複合体と考えられる約60Åと120Åの大きさの粒子が依然として残っており,解析の妨げとなっている.粒子の均一性を高めることにより,単粒子解析が可能な試料調製法を確立することが,今後の課題である.また,Exocyst複合体と相互作用するRalのGTPase活性化タンパク質を新規に同定した.

in vitroでの活性測定を終え,現在は,細胞レベルでの解析を行なっている.一方,Sec2については,Sec4との相互作用領域の結晶構造を3.0Å分解能で決定した.Sec2のSec4結合領域は,200Åの長さをもつトロポミオシン様のcoiledcoilを形成していた.現在,立体構造にもとづいてin vitroでの機能解析を進めている.
生物の新規鉄結合蛋白質Dprを介した酸素耐性機構の解明及びDprの起業化への試み

今日まで、生物の酸素障害防御の立役者は、カタラーゼ[乳酸菌においては、カタラーゼの代わりに2成分性パーオキシダーゼ(AhpR)が存在する]及びスーパーオキシドディスムターゼ(SOD)とされてきたが、申請者らは、乳酸菌Streptococcus mutans及びStreptococcus thermophilusに両酵素が全く関与しない新規鉄結合蛋白質Dpr(Dps like peroxide resistance)を介した酸素耐性機構の存在を世界に先駆け発見した。そして、Dpr欠損株における酸素感受性が細胞内におけるフリーの鉄イオン存在下でフェントン反応で発生する[・OH]に起因するものである事実を世界に先駆け発見した。Dprが属するDpsファミリーの蛋白質では、DNAとの非特異的な結合が報告されており、DNAとDps蛋白の強固な結合自体がDNAを過酸化水素から保護しているとされているが、DprにはDNAとの結合能は認められなかった。SOD活性やSynechococcusのDpsAで報告されているカタラーゼ活性も認められなかったことから、Dpr分子の酸素耐性能は、鉄結合能に由来すると考えられ、案際に鉄イオンに依存したヒドロキシルラジカルの産生を効果的に抑えることができた。この結果は、一連のdpr欠損株の好気条件下での生育阻害が、ヒドロキシルラジカル由来するとした我々の前報の仮説を支持するものである。そこで、S.mutansの野性株ならびにDpr変異株における酸素非存在下と存在下での細胞内のフリーの鉄イオンの変動を検討した結果、酸素非存在下では、両者一定の鉄濃度(225300μM)を示した。野性株では、一時間空気にふれると細胞内のフリーの鉄イオン濃度は、22μMに激減した。ところが、変異株では、300μMのままに止まった。そして、菌の生存率が1/1000と激減した。又、変異株においてのみ、DNAの急速な分解が起きていた。これらのことから、乳酸菌における細胞内フリーの鉄イオンのDprによる濃度制御が細胞の酸素耐性を決定していることが明らかになった。乳酸菌の一種であるStreptococcus mutansから、新たに過酸化物耐性因子dpr (Dps like peroxide resistance gene)遺伝子を見出した。Dpr分子がどのようにS.mutansに酸素耐性を付与しているか明らかとするため、dpr遺伝子産物の取得と解析を行った。好気的に培養したS.mutansの菌体約10gから、ハイドロキシアパタイトを用いたバッチ法と3種のカラムクロマトグラフィーを用いて、精製度で約50倍、精製標品として約2.4mgのDpr蛋白質を得た。Dpr分子は、SDS-PAGEで20kDa、沈降平衡法で223kDa、動的光散乱法で292kDaの分子量を示したことから、約12量体からなる複合体を形成していると考えられた。また、このDprの複合体は直径約9.2nmの球状の粒子として顕微鏡で観察され、鉄結合蛋白質であるフェリチン(直径12.5nm)と類似した形状であった。ICP-MASSを用いて、金属元素種の同定と定量を行った結果、精製したDpr分子には複合体当たり鉄と亜鉛がそれぞれ27.8、10.5個含まれていた。Dpr精製標品の鉄および亜鉛との結合能について調べた結果、その最大積載量は鉄が複合体当たり480個、亜鉛が11.4個であった。また、Dprは球状のフェリチン様の12量体を形成する分子であった。
iPS因子によるカチオンチャネルの転写制御とチャネル発現異常による疾患

iPS因子であるSox2やKlf4をHEK細胞に強制発現させ、TRP型カチオンチャネルに対する発現調節機構について検討した。その結果、Sox2の発現によりTRPC6、TRPM1、TRPM2、TRPM6、TRPV2の発現量増加、TRPA1の発現減少が観察された。一方、Klf4の発現によりTRPC5、TRPC6、TRPM2、TRPM4、TRPM6、TRPV2の大きな発現上昇、TRPC1の発現減少が観察された。以上のことから、iPS因子であるSox2やKlf4はイオンチャネルの遺伝子発現も制御していることが明らかとなった。本研究では、カルシウム透過性のカチオンチャネルであるTRP(transient receptor potential)チャネルについて、強力な転写因子として機能しうるiPS因子を用い、ほとんど明らかになっていないTRPチャネルの転写調節機構を明らかにすることを目的とする。H26年度には、iPS因子の強制発現により数種のTRPチャネルが発現増加することを見出した。とくにiPS因子と同定されているKlf4, SOX2, Oct3/4のうち、Klf4がもっとも強力にTRPチャネルの発現を増強させた。そこでKlf4に蛍光タンパクのGFPを付加したKlf4-GFPを作成し、その細胞内挙動の観察を開始した。現在、実験条件の最適化を進めており、実験条件の確定後、様々な生理的刺激および病態時の刺激によりKlf4-GFPがどのように変化するか可視化解析を行う予定である。またTRPチャネル遺伝子中のiPS因子結合部位の同定に関しては、ルシフェラーゼアッセイに使用するための各TRPチャネルプロモーター(遺伝子長が転写開始領域から500、1000、2000bp上流まで)の作成が完了した。TRPA1およびTRPV4に関して、ルシフェラーゼアッセイを進めている。またヒト末梢神経細胞が神経型に分化するとTRPチャネルの遺伝子発現が増加することも見出しており、1)この発現変化にiPS因子が関与するか否か、2)このヒト神経細胞にKlf4を強制発現させるとTRPチャネルの発現および機能が変化するか、などを今後検討し、本研究の進展に役立てたい。本研究では非選択生カチオンチャネルであるtransient receptor potential (TRP)チャネルについて強力な転写因子として機能するiPS因子がその発現を変化させるか明らかにすることである。TRPチャネルの転写調節機構についてはまだ不明な点も多く、研究の意義は大きい。H27年度は、H26年度に見出したヒト神経細胞におけるTRPM3チャネルの神経分化過程における発現増強について詳細に検討した。その結果、約20%の細胞で神経型細胞への分化によりTRPM3が発現増強することを見出した。またこの発現増強により、神経細胞は神経ステロイドに感受性となり、神経ステロイド投与により細胞内Ca濃度が上昇した。遺伝子発現プロファイルの解析結果から、TRPM3-9型のTRPM3チャネルの発現上昇が関与している可能性が示唆された。なおこの研究の過程で、ヒトTRPM3チャネルが非ステロイド性抗炎症薬(NSAIDS)の一つであるジクロフェナクの標的となることも見出している(論文発表済み、Suzukiら2016)。最終年度のH28年度には、この神経分化誘導性のTRPM3発現上昇に、iPS因子がどのように関与するのか、また他のTRPチャネルの発現誘導との関係も含めて検討する予定である。H26年度の検討により、Klf4の強制発現がTRPM3チャネルの発現上昇を引き起こすことを見出しており、H27年度の結果から、神経分化とKlf4発現上昇、TRPM3発現増加が結びつく可能性が高い。iPS因子のひとつであるSox2をHEK細胞に強制発現させることにより、TRPC6、TRPM1、TRPM2、TRPM6、TRPV2のmRNA発現量の増加が観察された。また、Sox2を強制発現させることにより、TRPA1のmRNA発現量の減少が観察された。一方、TRPM1は低酸素刺激により発現上昇したが、Sox2強制発現は、この発現上昇を有意に減少させた。このことから、Sox2によるチャネル発現調節に低酸素刺激により活性化される低酸素誘導因子との相互作用が存在することが示された。またiPS因子のひとつであるKlf4をHEK細胞に強制発現させることによりTRPC5、TRPC6、TRPM2、TRPM4、TRPM6、TRPV2のmRNA発現が大きく上昇した。またTRPM3、TRPV1、TRPV3、TRPA1のmRNA発現量も増加した。一方、Klf4の強制発現で、TRPC1のA発現量は減少した。TRPM2は低酸素刺激により発現上昇したが、Klf4強制発現は、この発現上昇を有意に減少させた。また低酸素刺激で減少したTRPC3とTRPC4発現はKlf4強制発現でその減少が回復した。さらに、低酸素刺激で変化しなかったTRPM4、TRPM6、TRPV2発現が、細胞にKlf4を強制発現させると有意に減少した。このことから、Klf4によるチャネル発現調節にも低酸素刺激により活性化される低酸素誘導因子との相互作用が存在することが明らかとなった。またその制御機構については、Sox2との相互作用よりも複雑で、チャネル特異性が低いことも判明した。現在、iPS因子と低酸素誘導因子の相互作用について、検討を進めている。その結果、Sox2の発現によりTRPC6、TRPM

1、TRPM2、TRPM6、TRPV2の発現量増加、TRPA1の発現減少が観察された。一方、Klf4の発現によりTRPC5、TRPC6、TRPM2、TRPM4、TRPM6、TRPV2の大きな発現上昇、TRPC1の発現減少が観察された。以上のことから、iPS因子であるSox2やKlf4はイオンチャネルの遺伝子発現も制御していることが明らかとなった。iPS因子により発現が大きく変化するTRPチャネルを見つけることができたため。またヒト末梢神経細胞が神経型に分化するとTRPチャネルの遺伝子発現が増加することも見出しており、この変化にiPS因子が関与する可能性もあるため。神経分化がKlf4を介してヒトの神経細胞においてTRPM3チャネルの発現を増加させることを、以下の実験で示したい。1.神経分化によりKlf4が増加すること、2.Klf4の遺伝子導入がTRPM3のタンパク発現およびチャネル機能発現を誘導すること、3.Klf4のTRPM3遺伝子上の結合部位の同定、などを進めたい。薬効解析学iPS因子により発現が大きく変化するTRPチャネルを見つけることができたため、このTRPチャネルに絞って解析を進める予定である。また偶然見つかったヒト末梢神経細胞の分化とTRPチャネルの発現変化にiPS因子が関与するか検討する論文掲載料の支払いが4月以降になったため次年度使用額が発生した。購入予定の試薬に関して、試薬メーカーに当該品の国内在庫がなく、年度内に購入できなかったため次年度使用額が生じた。論文掲載料が確定し4月末から5月中旬には事務処理が完了する予定である。H28年度分に関しては、細胞等の購入を予定しており、計画通り支出を終了する予定である。平成27年度に改めて購入予定の試薬を発注して、繰越額を使用する予定である。
低体温導入及び復温に伴う心筋蛋白質リン酸化（脱リン酸）の網羅的プロテオミクス解析

全身麻酔下のラットに軽度(30°C)、高度低体温(23°C)を導入して心筋蛋白リン酸化、心機能および自律神経機能の変化を解析し常温群(37°C)、復温群と比較した。心筋プロテオミクス解析により、317個のリン酸化ペプチドを同定し、このうち確度の高いリン酸化ペプチッドは27個であった。これらはミオシン-6,-7など心収縮、クレアチンキナーゼなどエネルギー産生、ヒートショックプロテインなどシャペロンに関連していた。左室収縮能解析では心拍数の減少とともに心収縮能の亢進を認めたが、これはタンパク質リン酸化の変動と対応していた。同様の機序は低体温の保護作用についても予想され、今後の重要な研究課題と考えられた。ラットを全身麻酔下に冷却・復温する過程での1)心機能変化、2)自律神経機能活動変化、3)心筋蛋白質リン酸化(脱リン酸)の網羅的解析を行い、3者の関連を探る中で低体温の心臓に与える影響を検討する研究である。低体温・復温は、表面冷却・復温法と体外循環を用いた中心冷却をそれぞれ用いる計画である。平成24年度は、ラットを全身麻酔下に表面冷却・復温して、その過程の心機能変化、自律神経活動変化について検討を行い、実験最後にラット心筋を採取してリン酸化を中心したプロテオミクス解析に備えた。その結果を以下に示す。2)自律神経活動変化、心筋蛋白質のリン酸化を中心とした網羅的解析については現在データを解析中である。3)ラット人工心肺装置の開発は、当初の予定を早めて開始したが、十分なフローが出せないため、現在改良を行っている。本研究計画は実験動物としてラットを用いて全身麻酔下に冷却・復温する過程で、1)心機能変化、2)自律神経活動、3)心筋蛋白リン酸化(脱リン酸)の網羅的解析を行い、三者の関連を探る中で低体温(冷却)・復温が心筋蛋白リン酸化と心機能の関連にどのような影響を与えているかを探る研究である。初年度(前年度)はラット全身麻酔下に表面冷却を行い低体温による心機能変化をコンダクタンスカテーテル法により解析し、30°C低体温で有意に心収縮能の増加を認めた。またラット人工心肺では十分なフローが出せず改良が必要となった。平成25年度の研究実績を以下に示す。1)リン酸化蛋白の回収率が不良であると判断して、当初より予定していたiMACによるリン酸化ペプチド濃縮を行うも効果なく、抗脱リン酸剤を用いて試みるも十分な効果が得られなかったため、現在TiO2を用いた方法を試みている。3)自律神経活動解析は現在解析方法の細部を検討中である。本研究計画はラットを用いた動物実験により、全身麻酔下に冷却・復温する過程で、1)心機能変化、2)自律神経活動、3)心筋蛋白リン酸化(脱リン酸)の網羅的解析を行い、三者の関連を探る中で低体温(冷却)・復温が心筋蛋白リン酸化と心機能の関連にどのような影響を与えているかを探る研究である。これまでの13個のpeptideにおいて信頼性の高いリン酸化部位を特定しラット心機能変化についても解析できたが、自律神経機能評価はバラツキが大きく傾向を評価できていない。平成26年度の研究実績を以下に示す。1)ラット用人工肺の障害が判明したが、担当企業の協力が得られず開発を断念した。2)方針を変更して臨床使用されている人工心肺回路を用いてブタを用いた低体温人工心肺実験を立案し、ブタを用いた人工心肺実験を現在継続中である。計画はブタ22頭を用い、1)sham, 2)常温coating人工心肺、3)高度低体温(22°C)coating人工心肺、4)常温non-coating人工心肺に割り付け、2時間の人工心肺、1時間の大動脈遮断を行い、大動脈遮断前後の心機能変化をコンダクタンスカテーテルと心エコー法により解析し、合わせて網羅的プロテオミクス解析を行い、心筋蛋白質のリン酸化と心機能の関連を探る予定である。現在ブタ実験を継続中であり、すべての実験を終了後にまとめてプロテオミクス解析を行う予定である。3)臨床サンプルを用いた研究では心筋(右房壁)のプロテオミクス解析でリン酸化peptideを特定できており、これまでの知見より臨床的意義の高い蛋白質の新しいリン酸化部位について現在、western blottingなどでvalidationを進めている。これは低体温によってもたらされる虚血に対する心保護効果に関する新しい機序の解明につながる可能性があり、共同研究者と打ち合わせしながら検討を継続している。26年度が最終年度であるため、記入しない。心臓血管外科学26年度が最終年度であるため、記入しない。心機能の解析は予定通りである。

自律神経活動変化、蛋白質リン酸化解析は平成25年度前半に集中的に行う予定である。ラット人工心肺回路の開発は必要な対策を講じているところであり、最終的には計画通りに進むものと考えている。ラット人工心肺の運転については、送血、脱血の問題だけでなくラット用人工肺自体の問題も判明した。ガス交換が十分でなく、容易に人工肺内中空糸が血栓閉塞した。Priming volumeを少なくするため口径の小さな中空糸を用いたためと推定されたが、共同開発企業の協力が十分に得られず、独自のラット用人工肺開発を一旦断念した。26年度が最終年度であるため、記入しない。ラット人工心肺回路の改良について、企業側の協力を得て進めていきたい。また自律神経活動解析についても新しい解析法を外部の研究者と共同で進めている。ラット心機能解析はコンダクタンスカテーテルを用いて解析に成功したが、さらに心臓超音波法でも解析を行う予定としている。今後は、実験動物をラットからブタに変更して、小型のブタを用いて臨床使用されている人工心肺装置を用いて低体温人工心肺を導入し、低体温の効果を検討する方向で現在準備を行っている。さらにラット用人工心肺装置についても別の企業の協力を得る予定である。実験のための薬品が当初の予定より少ない量で済んだため、追加購入の必要がなく繰越金が発生した。次年度、ラット動物実験にかかわる費用、心筋蛋白質のリン酸化を中心としたプロテオミクス解析費用、ラット人工心肺回路購入・開発費用などに充てる予定である。計画中止とした実験のため次年度施行
トレハロースによる結膜癒着防止効果の検討

トレハロースを使用した家兎眼の緑内障手術において、術後に有意な炎症や感染兆候はみられなかった。偏光網膜光干渉計の検査でもトレハロースを使用した緑内障手術では経過観察中に明らかな輝度の上昇を認めなかった。この結果から、緑内障手術においてトレハロースは結膜下の維性増殖を抑え、組織癒着を軽減できる可能性がある。機材および薬剤の購入、借入はすでに完了している。また動物実験施設の使用許可も得ている。しかし、術者の確保ができなかったため動物実験は施行できていない状況である。本研究では、ラットを用いてトレハロースの癒着防止効果について検討を行った。家兎に線維柱帯切除術を施行し、術中5分毎に術野にトレハロース溶液を噴霧した(トレハロース群)。対照群には、トレハロースの代わりに術中5分毎に生理食塩水を噴霧し手術を施行した。術後7日、1、2ヶ月に細隙灯顕微鏡検査、前眼部光干渉断層計、および前眼部偏光光干渉断層計によって評価した。トレハロース群および対照群では、細隙灯顕微鏡検査で全ての家兎眼において有意な炎症や感染兆候はみられなかった。前眼部光干渉断層計では、術後両群間に明らかな輝度の差はみられなかったが、前眼部偏光光干渉断層計で対照群は術後2ヶ月で輝度(偏光位相差)の変化を認めたが、トレハロース群では経過観察中に明らかな偏光位相差の上昇を認めなかった。偏光位相差は組織内部のコラーゲン線維の密度や配向性の変化をとらえるため、トレハロース使用によって前眼部偏光光干渉断層計の位相差の変化がみられないことは、術後の内部組織の瘢痕化が抑制できる可能性があることが示唆された。これまでのトレハロースを用いた緑内障手術の研究は、術野の瘢痕化を組織学的に評価したものがほとんどで、前眼部光干渉断層計や前眼部偏光光干渉断層計を用いて生体眼を経時的に観察した報告はない。現行の緑内障手術は線維芽細胞増殖抑制剤であるマイトマイシンC(MMC)を術中塗布することで瘢痕癒着を防止し長期的な眼圧下降を目指すものであり、トレハロース併用緑内障手術の瘢痕癒着の経時的変化を観察した本研究は、トレハロース併用緑内障手術が2ヶ月時点で瘢痕癒着が軽度であり、MMCの代用薬剤となる可能性が示唆された。緑内障手術、硝子体手術緑内障手術を施行するにあたって、当初予定していた術者の確保ができなかったため。術者を確保できたため、早急に動物実験を行う。動物実験の術者が確保できておらず、動物の購入や管理に至らなかったため。動物実験の術者の確保ができたため、動物の購入、手術の施行をすすめ、データ解析および学会発表を早急にすすめていく予定である。
筋収縮過程の非線形特性を考慮したニューロマスキュラーシステムのモデリング

人間を含む脊椎動物の運動学的振舞いの解析や理解及び医工学分野への応用を狙いとして,人間の運動制御系/筋収縮過程(ニューロマスキュラーシステム)のモデリングを行った。まず,骨格筋のモータモデルとして,クロスブリッジサイクリング機構と粘弾性力学モデル(2-Maxwell & 1-Voigt Motor Model)を組み合わせたモデルを提案し,等張性収縮試験,エネルギー遊離(energy liberation)及びslow stretch/release試験等の数値シミュレーションを行った。発生張力に比例して粘弾性係数の重みが変化するという仮説を導入することによって,非線形な荷重-速度関係を実現でき,またモータにエネルギー節減機能を付与することができる。また,slow stretch/release試験において「モータの発生可能な張力は外部から蒙った「正負の力積」に依存して増大又は低下する」と仮定すると,force enhancementとforce depression現象を統一的に説明し得ることを示した。さらに,筋収縮/張力発生過程のうち,これまで未完成であった筋小胞体モデルとして,入力を活動電位,出力をCa^<++>濃度とするシステムを「インパルス応答関数のたたみ込み積分」で表すことによって,骨格筋の「単縮」「加重」「強縮」現象を適切に表現することができた。そして,この筋小胞体モデルを,上述のモータモデルに接続し,入力を活動冠位,出力を力とするより完全な筋収縮過程モデルを作成した。そのシステムモデルに対して筋電位実測データを入力して張力発生の数値シミュレーションを行い,出力としての力の時間変化曲線を求めた。そして,5種類の力発生実験(等尺性最大張力の発生,急激で単発的な力の発生,急激で単発的な力の弛緩,ゆっくりした張力の増加と減少,単発的な力発生の繰返し実験)の実験結果とシミュレーション結果はよく一致することが確認できた。以上のように,本研究の完遂を通して,当初目的としていたヒト運動制御系/筋収縮過程(ニューロマスキュラーシステム)モデルを構築することができた。このモデルは,筋の速い収縮運動(動特性)のシミュレーションに対しても十分有効であり,今後医用生体工学・生体材料学分野等の発展に寄与できるものと考える。人間を含む脊椎動物の運動学的振舞いの解析と理解を目的として,ヒト運動制御系の筋収縮過程(ニューロマスキュラーシステム)のモデリングを行った。対象とした過程は筋小胞体のCa^<++>濃度変化過程とサルコメア内におけるATP分解-張力発生過程(クロスブリッジサイクリング機構)であり,既提案のサルコメア力学模型(2-Maxwell & 1-Voigt Motor Model)を組み合わせた筋収縮過程モデルを作成した。そして,このモデルの妥当性を検証するため,骨格筋の収縮特性を特徴的に現出し得る各種筋収縮試験の数値シミュレーションを行い,過去の実験データとの比較・検討を行った。対象とした仮想試験は主に等張性収縮試験とslow stretch/release試験である。その結果,筋自身が力のフィードバック機能を備え,クロスブリッジサイクリング機構の平衡係数がコントロールされるという仮説を導入することによって,生体筋が示す重要な非線形特性(荷重-速度関係)を説明できること,およびこの仮説は筋へのエネルギー節減機能の付与と等価であることを示すことができた。slow stretch/release試験においては,「発生張力は筋外部から蒙った"正負の力積"に依存して増大又は低下する」と仮定すると発生張力の負荷履歴依存現象(force enhancement/depression)を説明し得ることができた。

上記の理論研究と並行して,上腕二頭筋に対するslow release試験を行うための筋収縮試験装置の設計・製作を行った。人間の上腕二頭筋を強制的に等速で収縮させ,生きた筋におけるforce depression現象を測定するための装置であり,最終的には上述の「力積」仮説を検証するためのものである。油圧ユニットとシリンダーを用いた収縮速度制御機能を具備している。同装置の設計・製作を完了した。ヒト上腕二頭筋の随意運動時の基本収縮特性を実験的に調べ、その特徴について検討した。対象とした特性は、長さ-力関係、長さ-速度関係、力-速度関係の筋長依存性およびslow release特性であり、被験者の数は男女4名ずつ(いずれも20才)の計8名であった。長さとは二頭筋の相対長さであり、前腕屈曲角αが70゚(肘を伸ばした状態が0゚)のときL=1と定義した。αが小さいほどLが大きくなるという関係がある。(1)長さ-力関係:等尺性最大張力は男女2グループ間で大きな差があった(男1100-1600[N],女500-800[N])が、長さ-力関係はほぼ同じような傾向を示した。最大発生張力は前腕屈曲角αが70-90゚(L=1.0-0.815)の範囲で最大かつ一定であり、α<70゚ではαが小さくなるにつれてほぼ比例的に低下する。また、α>100゚(L<0.78)でも漸次低下する。この傾向は筋線維の実験結果と類似であるが、変化傾向は比較的なだらかであった。(2)長さ-速度関係:等張性収縮試験で荷重0のときの収縮速度V_0を筋の相対長さLに対してプロットすると長さ-速度関係が得られる。筋線維の実験ではV_0の筋長依存性はみられないが、本実験ではα=80-100゚(L=0.925-0.78)でほぼ一定であったが、α<70゚の範囲ではαの減少とともにやや低下する傾向がみられた。ただし、これは重力と前腕の質量の影響であり、上腕筋の本質的な特性ではないことを理論的に確認した。(3)力-速度関係の筋長依存性:上腕二頭筋の力-速度関係はL=1.0近傍でほぼ直角双曲線となり、αが小さくなるにつれて直線に近くなる、つまり非線形性が弱まるという傾向がみられた。このことは、長さ-速度関係と同じく重力と前腕の質量の影響および長さ-力関係に規定される最大発生張力の低下の影響の結果であることが確認できた。筋線維を用いた実験と同様、力-速度関係の筋長依存性はほとんどないといえる。(4)slow release特性:筋が受けた負荷履歴が発生張力の低下(force depression)を生じる「力の負荷履歴依存性」が生体中の筋肉でもみられるか否かを確認するための試験(slow release実験)を行い、筋線維と同様の現象が起きることが確認できた。