hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Gタンパク質共役型受容体のリガンド多様性に関する構造的基盤の研究

非ペプチド性アンタゴニスト結合型ETB受容体の構造解析を行った。臨床薬として用いられているボセンタンなど,非ペプチド性アンタゴニストと受容体の相互作用を明らかにするため,複合体結晶構造解析を行った.ボセンタンを含む複数の非ペプチド性薬剤とETB受容体の複合体の結晶化を得ることに成功したが,10-20 μmと非常にサイズが小さかったため,単一の結晶からデータ収集を行うことが困難であった.そこで,薬剤との複合体の結晶約100個程度からそれぞれ5-10度ずつの回折データ収集を行い,それらのデータをマージすることで構造解析を行った.過去に報告したエンドセリン-1結合型の結晶構造を用いて分子置換法を行い,ボセンタンおよびその誘導体であるK-8793の結合した結晶構造の決定に成功した.ボセンタン骨格を持つ薬剤はいずれもがスルフォアミドの負電荷が受容体側の正荷電性アミノ酸によって認識され,周囲の疎水性置換基が結合ポケットを埋めるようにして受容体側のアミノ酸と相互作用していた.興味深いことに,この相互作用はアゴニストであるペプチド性リガンドのエンドセリン-1に対する相互作用の一部を模しており,ペプチド性アゴニストと小分子アンタゴニストにおける予想外の類似性を見出すこととなった.一方で,小分子アンタゴニストでは活性化に直接関わると考えられる6番目の膜貫通ヘリックスの内側への動きを阻害するように置換基が配置されており,受容体の活性化を抑えるための性質がうまく説明できるものであった.当初予定されていた非ペプチド性アンタゴニスト結合型ETB受容体の構造解析では臨床薬として用いられているボセンタンだけでなく,その誘導体のK-8794の構造解析にも成功し,アンタゴニストの機構解明にとどまらず受容体のサブタイプ選択性に関しても一定の知見を得ることに成功した.さらにK-8794結合型の結晶構造は2.2 Åという非常に高分解能で行うことができたため,GPCRにおいて保存されたNa+結合サイトにおける詳細の水素結合ネットワークにおける変化を含めた受容体活性化機構の解明に至った.これらの結果は,エンドセリン受容体は他のclassA GPCRとは少し異なる活性化機構を持つことを示唆しており,新規の知見を得るに至った.さらに,非ペプチド性アンタゴニストと受容体の相互作用は,アゴニストであるペプチド性リガンドのエンドセリン-1に対する相互作用の一部を模しており,ペプチド性アゴニストと小分子アンタゴニストにおける予想外の類似性を示していた.これらの結果は論文としてまとめてNature Structural and Molecular Biologyに掲載された.ETB,ETA受容体は異なるペプチド異性体に対して異なる選択性を示す.このサブタイプ選択性の分子基盤を明らかにするために,複数のペプチド異性体と受容体との複合体結晶構造解析を行う.過去の結晶構造解析と同様に,熱安定性を向上させたETB受容体のコンストラクトを用いて,ETB受容体に対する特異性の高いエンドセリン-3との複合体の構造解析を行う.予備的な結晶は既に得られており,結晶化条件の検討を行うことで結晶のサイズなどを向上させ,構造解析を行う.さらにETA受容体とエンドセリン-1との複合体の構造解析を行い,これらの構造を比較することによってサブタイプ間の違いを明らかにする.野生型のETA受容体で結晶が得られない場合は,ETB受容体で熱安定を向上させた変異と同じ部位に変異を導入することで,熱安定化ETA受容体コンストラクトを作製して結晶化を行う.非ペプチド性アンタゴニスト結合型ETB受容体の構造解析を行った。臨床薬として用いられているボセンタンなど,非ペプチド性アンタゴニストと受容体の相互作用を明らかにするため,複合体結晶構造解析を行った.ボセンタンを含む複数の非ペプチド性薬剤とETB受容体の複合体の結晶化を得ることに成功したが,10-20 μmと非常にサイズが小さかったため,単一の結晶からデータ収集を行うことが困難であった.そこで,薬剤との複合体の結晶約100個程度からそれぞれ5-10度ずつの回折データ収集を行い,それらのデータをマージすることで構造解析を行った.過去に報告したエンドセリン-1結合型の結晶構造を用いて分子置換法を行い,ボセンタンおよびその誘導体であるK-8793の結合した結晶構造の決定に成功した.ボセンタン骨格を持つ薬剤はいずれもがスルフォアミドの負電荷が受容体側の正荷電性アミノ酸によって認識され,周囲の疎水性置換基が結合ポケットを埋めるようにして受容体側のアミノ酸と相互作用していた.興味深いことに,この相互作用はアゴニストであるペプチド性リガンドのエンドセリン-1に対する相互作用の一部を模しており,ペプチド性アゴニストと小分子アンタゴニストにおける予想外の類似性を見出すこととなった.一方で,小分子アンタゴニストでは活性化に直接関わると考えられる6番目の膜貫通ヘリックスの内側への動きを阻害するように置換基が配置されており,受容体の活性化を抑えるための性質がうまく説明できるものであった.当初予定されていた非ペプチド性アンタゴニスト結合型ETB受容体の構造解析では臨床薬として用いられているボセンタンだけでなく,その誘導体のK-8794の構造解析にも成功し,アンタゴニストの機構解明にとどまらず受容体のサブタイプ選択性に関しても一定の知見を得ることに成功した.さらにK-8794結合型の結晶構造は2.2 Åという非常に高分解能で行うことができたため,GPCRにおいて保存されたNa+結合サイトにおける詳細の水素結合ネットワークにおける変化を含めた受容体活性化機構の解明に至った.

これらの結果は,エンドセリン受容体は他のclassA GPCRとは少し異なる活性化機構を持つことを示唆しており,新規の知見を得るに至った.さらに,非ペプチド性アンタゴニストと受容体の相互作用は,アゴニストであるペプチド性リガンドのエンドセリン-1に対する相互作用の一部を模しており,ペプチド性アゴニストと小分子アンタゴニストにおける予想外の類似性を示していた.これらの結果は論文としてまとめてNature Structural and Molecular Biologyに掲載された.ETB,ETA受容体は異なるペプチド異性体に対して異なる選択性を示す.このサブタイプ選択性の分子基盤を明らかにするために,複数のペプチド異性体と受容体との複合体結晶構造解析を行う.過去の結晶構造解析と同様に,熱安定性を向上させたETB受容体のコンストラクトを用いて,ETB受容体に対する特異性の高いエンドセリン-3との複合体の構造解析を行う.予備的な結晶は既に得られており,結晶化条件の検討を行うことで結晶のサイズなどを向上させ,構造解析を行う.さらにETA受容体とエンドセリン-1との複合体の構造解析を行い,これらの構造を比較することによってサブタイプ間の違いを明らかにする.野生型のETA受容体で結晶が得られない場合は,ETB受容体で熱安定を向上させた変異と同じ部位に変異を導入することで,熱安定化ETA受容体コンストラクトを作製して結晶化を行う.
高密度路網のための舗装路面による雨水の誘導排水効果に関する研究

本研究では、高密度路網時代の適正な林地の維持管理のために、舗装路面による雨水の誘導排水効果について検証を行った。法面や路面からの流出量の観測を行った結果、法面からの全流出率は、平均値で1995年度が5.46(%)、1996年度が8.30(%)という結果になった。本研究では、重回帰分析の結果、林道の法面からの流出においては、1時間最大雨量強度が流出率に大きく関与していることが明らかになった。先行降雨の有無の偏回帰係数も有意であり、先行降雨があった場合の方が、法面からの流出率が高くなることも示された。流出成分別に見ると、中間流の流出はかなり不規則であり、1996年度はほとんど流出しなかった。地表流の流出率を、地表流の観測法面から尾根までの矩形斜面(5m×30m)への降雨量に対する流出率でみると、その平均は0.045(%)と極めて低かった。一方、林道路面からの流出率は概ね20(%)50(%)で、平均すると39.4(%)であった。法面の全流出率に比べると、路面の流出率の値は概ね高くなった。林値における水の流れをタンクモデルによってモデル化し、コンピュータシミュレーションによって解析した結果、舗装、未舗装の違いによって路面からの流出量は大きく異なっていた。舗装の有無に比べると、側溝の有無による路面からの流出量の違いは比較的小さく、路面による雨水の誘導排水を考えた場合、舗装を行うことが有効であることが示された。側溝はたびたび土砂で埋まり、それによって水が思わぬ場所・方向へ排水される危険性があることから、舗装した林道の路面で誘導排水を行えば側溝は必要がないと言える。本研究では、降雨により林道上を流れる水の流れをシミュレーションにより再現する必要がある。平成7年度はその基礎データとして、林道法面からの林道への水の流入量を実測するこを主目的とした。具体的に行ったことは、調査プロットの設置および継続的観察、そして次年度の準備としてシミュレーションのための適切なモデルの検討である。林道法面からの水の流出を観測するために、京都大学芦生演習林、京都大学和歌山演習林、岐阜県内の民有林に調査プロットを設定した。観測されるべき項目は、(1)林道法面上の斜面から林道に流入する水の量、(2)林道法面から林道に流入する水の量、そして(3)直接の降雨により林道上を流れる水の量である。これらの水量を別個に見積もることができるように、プロットを隣接する二つの部分に分け、一つのプロットでは(1)と(2)の総量を観測し、もう一つのプロットでは法面上部斜面からの水の流れと法面への直接降雨を遮断することにより(1)と(2)を分離して観測した。(3)については、プロットに隣接した開放地で直接降雨量を計測することにより見積もることとした。プロットの設置と予備観測に数カ月を要したため、平成7年度には7月から11月までの観測結果が得られた。ただし、上で述べた(1)と(2)の分離観測プロットについて、強度の降雨があったときに直接現場で分離のための水の遮断が正しく行われているかどうかを十分に確認すること(集中観測)はできなかった。この集中観測については次年度に行う予定であり、その結果を懸案した上で本年度のデータとあわせて公表する。法面や路面からの流出量の観測を行った結果、法面からの全排出率は、平均値で1995年度が5.46(%)、1996年度が8.30(%)という結果になった。

本研究では、重回帰分析の結果、林道の法面からの流出においては、1時間最大雨量強度が流出率に大きく関与していることが明らかになった。先行降雨の有無の偏回帰係数も有意であり、先行降雨があった場合の方が、法面からの流出率が高くなることも示された。流出成分別に見ると、中間流の流出はかなり不規則であり、1996年度はほとんど流出しなかった。地表流の流出率を、地表流の観測法面から尾根までの矩形斜面(5m×30m)への降雨量に対する流出率でみると、その平均は0.045(%)と極めて低かった。一方、林道路面からの流出率は概ね20(%)50(%)で、平均すると39.4(%)であった。法面の全流出率に比べると、路面の流出率の値は概ね高くなった。林地における水の流れをタンクモデルによってモデル化し、コンピューターシミュレーションによって解析した結果、舗装、未舗装の違いによって路面からの流出量は大きく異なっていた。舗装の有無に比べると、側溝の有無による路面からの流出量の違いは比較的小さく、路面による雨水の誘導排水を考えた場合、舗装を行うことが有効であることが示された。側溝はたびたび土砂で埋まり、それによって水が思わぬ場所・方向へ排水される危険性があることから、舗装した林道の路面で誘導排水を行えば側溝は必要がないと言える。
均一液相法による複酸化物系機能性セラミックスの微構造制御

機能性セラミックスでは複数種類の金属元素を含む複酸化物とすることによって、優れた機能性が実現されてきた。本研究では金属イオンの種類に限定されない適用範囲の広い均一液相法を創出し、機能を複合化した大きな格子定数をもつ超格子からなる新規な層状化合物や、微構造を制御したナノ複合材料などの機能性セラミックスを創製することを研究目的とし、以下のような研究実績を挙げた。(1)金属硝酸塩混合水溶液にクエン酸を添加、熟成して得られるゲルを350°Cで焼成すると燃焼合成反応することを見出した。この合成手法を用いることによって、固相反応では1000°C以上の高温焼成が必要な層状化合物である透明導電体(ZnO)_3In_2O_3やバリウムフェライト磁性体の粒径約100nmの微粉体が得られた。なお、合成プロセス中に金属塩の加水分解を生じて不均一化しやすい場合には、水溶液中での溶存状態を安定化するEDTAやアセチルアセトナートなどの錯体とすることが、複酸化物を均一に生成するうえで有効であった。またこのクエン酸燃焼合成法は、ジルコニア微粒子を被覆したアルミナ粉など、複合粒子の生成にも適用できた。(2)金属塩混合水溶液を凍結する際に、落下塔や航空機を用いて微小重力場を導入すると、氷の樹枝状晶が急速に生成した。凝固体を凍結乾燥して観察すると、ZrOCl_2・8H_2OやAICl_3・6H_2Oなどの塩では結晶構造を構成する錯イオン鎖の配列が規則化して正方晶のhh0回折線の相対強度が強くなった。また、氷の樹枝状晶の微細なすき間に晶出した金属塩は、1G下で凍結乾燥した場合に比べて混合の均一性が高いことが、金属塩を焼成して得た酸化物の生成状態から推察された。機能性セラミックスでは複数種類の金属元素を含む複酸化物とすることによって、優れた機能性が実現されて来た。本研究では金属イオンの種類に限定されない適用範囲の広い均一液相法を創出し、機能を複合した大きな格子定数をもつ超格子からなる新規な層状化合物や、微構造を制御したナノ複合材料などの機能性セラミックスを創成することを研究目的とした。本年度には、クエン酸法および微小重力場法を、混合する原料塩の溶解度がかなり異なる物質系として高温超伝導体La_2 Ca_<n-1>Cu_n O_<2n+2>および透明伝導体(ZnO)_m In_2 O_3を、ともに溶解度の高い系として高強度材料ZrO_2-Al_2 O_3系に適用した。先ずこれらの系について原料となる金属塩の混合水溶液に対して、クエン酸を添加して加熱熟成してゲル化したのちに焼成した。X線回折やEXAFSおよびラマン分光などによって構造を検討すると、水溶液中における均一混合状態が保たれるまま複酸化物に転換していることが明らかにした。また落下塔による微小重力環境化において、混合塩水溶液を急速に予備凍結したのちに凍結乾燥機によって乾燥すると、1G下に比べて析出する金属塩の混合状態は均一であり、結晶性が向上することが明らかになってきている。(1)航空機を用いて発生できる約20秒間の微小重力場中において、ZrOCl_2・8H_2O/YCl_3・6H_2OおよびZrOCl_2・8H_2O/AlCl_3・6H_2Oの各0.5M濃度の混合水溶液1ccを、熱電素子を用いて冷却凍結した。

凍結過程をCCDカメラによって観察すると共に、試料の凍結状態を保持したまま実験室に持ち帰り真空乾燥した後の混合金属塩を調べた。過冷却状態の水溶液に微小重力場を導入すると、氷の微細な樹脂状晶が急激に成長した。微小重力状態が継続している間はあまり変化が無く、終了すると樹脂状晶の成長が再開した。それにつれて金属塩結晶の析出する様子が見られた。真空乾燥した後の混合金属塩を、TG-DTAにて1000°Cまで加熱した。ZrOCl_2・8H_2O/YCl_3・6H_2O系では均一な混合状態を反映して、大部分は安定化ジルコニアであった。またZrOCl_2・8H_2O/AlCl_3・6H_2Oでは、生成するジルコニアの粒成長を阻害するようにアルミナが均一に被覆するために、臨界粒子径よりも小さな粒径をもつ正方晶ジルコニアであった。(2)Ba(NO_3)_2/Fe_2(NO_3)_2=1/12混合水溶液にクエン酸を添加し熟成ゲル化した後、350°Cで焼成して得られる生成物を調べた。水溶液中においてBa^<2+>およびFe^<3+>イオンは均一に混合しており、均一状態を保ったままゲル化したと考えられるにも関わらず、焼成して得られた生成物はα-Fe_2O_3、BaCO_3、BaFe_2O_4の混合物であった。水溶液濃度やクエン酸量などを変化させて自己燃焼に伴う温度上昇を調べると、650°C程度の到達温度が熱電対で検出され、反応温度をさらに高めるとともに高い反応温度を長時間持続させる、さらには反応を試料の部分を問わず均一化することが必要なことが判った。(3)クエン酸法によってLiMn_2O_4スピネル作製すると、通常の固相反応に比べて反応温度が低温であるために、17m^2/g程度の比表面積をもつ微粒子が得られた。これを酸処理するとLi^+イオンを除去した微粒のλ-MnO_2が生成し、アルカリ金属イオンの取り込み反応が見かけ上加速されることが明らかになった。またλ-MnO_2のLi^+イオン取り込み反応速度はOH^-による還元によって支配されるために、pHが高いほど速いことも明らかになった。(1)硝酸亜鉛と硝酸インジウムの混合水溶液に、クエン酸をはじめとするカルボン酸系の有機化合物を添加したのちに熟成して得られるゲルを350°Cで焼成すると、自己燃焼反応が起こり透明導電体(ZnO)_mIn_2O_3の粒径100nm程度の微結晶が生成することを前年度までに見出した。しかし、この生成物では一次粒子の凝集が激しかった。そこで酢酸水溶液に浸潰して溶出反応を調べたところ、反応開始から30分間で亜鉛が選択的に溶出して更に高導電化できる可能性が拓けるとともに単分散化することが明らかになった。(2)上記と同様な自己燃焼反応によって、バリウムフェライトBaFe_<12>O_<19>の合成を試みた。硝酸鉄を鉄源とすると、水溶液中で生成するアコ錯体が加水分解するためか、焼成後の生成物はα-Fe_2O_3とBaFe_2O_4の混合物であった。そこで鉄EDTA錯体又は鉄アセチルアセトナート錯体を鉄源とすると、バリウムフェライトの単一相が生成した。生成物の結晶子径は約100nmでほぼ単磁区粒子となる臨界径に近かった。750900°Cでアニール処理することによって、飽和磁化58.5emug^<-1>、保磁力5.5kOeに最適化できた。(3)水酸化ナトリウム水溶液に対して、硝酸マグネシウムと硝酸アルミニウムのモル比2:1混合水溶液をpH=10に保ちながら滴下して、ハイドロタルサイト様混合水酸化物の単一相を得た。逆に水酸化ナトリウムを滴下して得られる生成物に比べて結晶性が高く、またアモルファス部分を伴わないためにBET表面積も大きく14m^2/gであった。
地盤定数が軟弱地盤の地震応答に与える確率論的評価

東北地方太平洋沖地震など近年の地震では、多くの強震記録が得られ、その周辺の構造物被害が明らかになっている。各地点で観測される地震動は、震源、伝播経路、サイトエフェクトによって決まる。このうち、表層の増幅特性に関連するサイトエフェクトが、地震ハザードを予測する上で極めて重要である。サイトエフェクトは様々な要因に影響されるが、その支配要因は必ずしも統一的に評価されていない。また、非線形サイトエフェクトを評価する上での解析ツールが不足している。本研究では、軟弱地盤のサイトエフェクトとそれを支配する要因の理解を深めるため、以下について検討し、成果を収めた。1.共同研究者のCarltonは、カリフォルニア大学バークレイ校の博士論文で、軟弱地盤の設計地震動スペクトルを予測するためのモデルを構築しており、本研究ではその妥当性を実測記録との比較検討により検証、その有効性を示した。2.限られた情報から地盤のS波速度を予測するモデルを既往のデータベースの回帰分析に基づいて構築し、その有効性を既往のデータベースを用いて検証した。3.地震時に地盤内に発生する最大せん断歪みを地盤情報と入力地震動のみから簡便に予測する方法を経験式、回帰分析などに基づき開発、その有効性を確認した。4.大地震後にS波速度の減少と回復が生じることを実測記録に基づいて明らかにした。5.これまで地表で観測された超非線形地震動から路頭基盤波を予測する手法がなかったが、本研究では、新たな理論に基づいて地表で観測された超非線形地震動から路頭基盤波を予測する手法を開発、その妥当性を実測記録に基づいて検証した。6.室内要素試験に基づいて、長時間継続した地震動と本震の30分後に生じた最大余震が液状化に与えた影響の定量的評価を試みた。26年度が最終年度であるため、記入しない。
外来遺伝子導入により作成された顔面奇形を持つミュ-タントマウスの解析

本研究に使用した顔面奇形を有するトランスジェニックマウスは、熊本大学医学部遺伝医学研究施設細胞遺伝部門、山村研一教授により、家族性アミロイドポリニュ-ロパシ-のモデルとしてヒト異型トランスサイレチン(TTR)遺伝子を導入することにより作製されたものである。このマウスでは、口吻の前方への突出が著しく悪く、上唇中央部(人中部)の裂溝が深い。また、上顎が左または右に偏位しているなどの特徴が認められる。そこで本研究では、以上のような顔面奇形が胎生期のいつ頃から現れ、どの様に進行していくのかを、同腹の正常胎児と比較しつつ走査電子顕微鏡、実体顕微鏡、及び光学顕微鏡で観察を行った。その結果、胎齢11.5日の走査電子顕微鏡、及び光学顕微鏡による観察からは、顔面奇形の有無は確認できなかった。しかし、胎齢13.5日より実体顕微鏡下で、顔面奇形を有する胎児では、正常胎児に比べ全身が小さく、また口吻の前方への突出が悪く、上唇中央部の裂溝が深いことが観察された。これらの点は胎齢を経ても同様に認められた。さらに光学顕微鏡による観察からも顔面奇形を有する胎児では、胎齢13.5日より上唇部の膨らみが少なく、胎齢15.5日以降は鼻骨、上顎骨、下顎骨、筋が低形成であることが確認された。以上のことから、本研究で使用したマウスは、胎齢13.5日ですでに顔面奇形の徴候を示していること、その奇形の特徴は成獣のものとほぼ共通していることが明かとなった。また口吻の劣成長や、骨、筋の低形成は、それらの組織を発生する第1鰓弓、あるいは神経堤細胞に由来する顔面の間葉細胞の増殖、分化、前方への移動が正常に行われなかったことに、起因するものと考えられる。さらに上顎の偏位は、離乳後の咀嚼運動が虚弱な骨や筋の組織の許容運動量を超えるために生じるものではないかと推測された。家族性アミロイドポリニュ-ロパシ-の疾患モデルマウスを作成するために、この疾患の発症原因である異型トランスサイレチン(TTR)遺伝子を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ところ、上顎の劣成長(胎仔期)と側方への著しい偏位(出生後)等の顔面形成異常を有するミュ-タントマウスが発見された。このマウスには異型TTR遺伝子が組み込まれており、その子孫を検索した結果、この形成異常は常染色体性優性遺伝であり、外来遺伝子が13番目の染色体上に挿入されたために起こったものと考えられる。この形成異常のメカニズムを知るために、本年度は、発生過程のどの時期に、どの組織に異常が現れ、どのように進行していくのか、形態学的に解析した。その結果、胎齢11.5日の実体顕微鏡、光学顕微鏡、走査電子顕微鏡による観察からは顔面奇形の有無は確認できなかった。しかし、胎齢13.5日では顔面奇形を有する胎仔は正常胎仔に比べ全身が小さく、口吻の前方への突出が悪く、上唇中央部の裂溝が深いことが、実体顕微鏡下で観察された。これらの点は、胎齢を経ても同様に認められた。さらに光学顕微鏡による観察からも、顔面奇形を有する胎仔では、胎齢13.5日より上唇部の膨らみが少なく、胎齢15.5日以降は鼻骨、上顎骨、下顎骨、筋が低形成であることが確認された。

以上のことから、本研究で使用したミュ-タントマウスは、胎齢13.5日ですでに顔面奇形の兆候を示していること、その奇形の特徴は成獣のものとほぼ共通していることが明かとなった。このような口吻の劣成長や、骨、筋の低形成は、それらの組織を発生する第一鰓弓において、間葉細胞の増殖、分化、前方への移動が正常に行われなかったことに起因する可能性が示唆された。本研究に使用した顔面奇形を有するトランスジェニックマウスは、熊本大学医学部遺伝医学研究施設細胞遺伝部門、山村研一教授により、家族性アミロイドポリニュ-ロパシ-のモデルとしてヒト異型トランスサイレチン(TTR)遺伝子を導入することにより作製されたものである。このマウスでは、口吻の前方への突出が著しく悪く、上唇中央部(人中部)の裂溝が深い。また、上顎が左または右に偏位しているなどの特徴が認められる。そこで本研究では、以上のような顔面奇形が胎生期のいつ頃から現れ、どの様に進行していくのかを、同腹の正常胎児と比較しつつ走査電子顕微鏡、実体顕微鏡、及び光学顕微鏡観察を行った。その結果、胎齢11.5日の走査電子顕微鏡、及び光学顕微鏡による観察からは、顔面奇形の有無は確認できなかった。しかし、胎齢13.5日より実体顕微鏡下で、顔面奇形を有する胎児では、正常胎児に比べ全身が小さく、また口吻の前方への突出が悪く、上唇中央部の裂溝が深いことが観察された。これらの点は胎齢を経ても同様に認められた。さらに光学顕微鏡による観察からも顔面奇形を有する胎児では、胎齢13.5日より上唇部の膨らみが少なく、胎齢15.5日以降は鼻骨、上顎骨、下顎骨、筋が低形成であることが確認された。以上のことから、本研究で使用したマウスは、胎齢13.5ですでに顔面奇形の微候を示していること、その奇形の特徴は成獣のものとほぼ共通していることが明かとなった。また口吻の劣成長や、骨、筋の低形成は、それらの組織を発生する第1鰓弓、あるいは神経堤細胞に由来する顔面の間葉細胞の増殖、分化、前方への移動が正常に行なわれなかったことに、起因するものと考えられる。さらに上顎の偏位は、離乳後の咀嚼運動が虚弱な骨や筋の組織の許容運動量を超えるために生じるものではないかと推測された。
海洋性微細藻類における微量元素セレンの利用戦略

微細藻類が環境中に極微量しか存在しない必須元素セレン(Se)を効率よく利用するため編み出した、Se輸送体の同定を試みた。現在まで、亜セレン酸に特異的な輸送体の報告はなく、今回は同定のための活性測定系の構築を目指した。本藻の塩基配列がGCに偏っていることと、輸送体が膜タンパク質であることを考慮し、無細胞系による発現解析を試みた。その結果、リポソームを足場とすることで、膜タンパク質を合成することが出来た。また、種々の微細藻類が持っているSe化合物に共通性がある可能性を見出した。そのため、遺伝子操作が可能な藻類を用いた、ノックダウンによるSe輸送体の同定も活性測定と共に進める予定である。本研究は、微細藻類が環境中に極微量しか存在しない必須元素セレン(Se)を効率よく利用するため編み出した、Se輸送体及びSe蓄積代謝系を明らかにすることが目的である。Se輸送体を同定するため、発現解析より得られた亜セレン酸輸送体候補遺伝子8つの全長配列を決定した。このin vitro合成系では、膜タンパク質を輸送活性測定に使用するため、リポソームを添加して行った。この際、14C-Leucineを用いリポソーム画分に8つ全ての膜タンパク質の合成を確認した。現在は、輸送活性測定系を調整中である。現在まで、亜セレン酸に特異的な輸送体の報告はなく、本研究により同定できた時は世界初の知見となりえる。次に、Se含有化合物を同定するため、放射性セレンでエミリアニアのSe含有化合物をラベルした。この際、比較対象としてSeを要求するマミエラとSeを要求しないイソクリシス、マミエラのSe含有化合物も同様に薄層クロマトグラフィーを用い分析した。その結果、エミリアニアとSeを要求するマミエラから5つのスポット(LMW15)が検出された。一方、Seを要求しない2種では、LMW4が主な割合を占めていた。このことは、微細藻類におけるSe代謝系が似通っている可能性を示唆している。これらLMW15を同定するため、薄層プレートより削り出し同定を試みたが、不純物が多く同定には至っていない。また、LC/MSやCE/MSを用いた同定も試みたが、量的な問題や解析プログラムの問題から同定には至らなかった。近年マグロの血液からセレノネインという新規Se含有化合物が発見されており、LMW15の中にも新規Se含有化合物が含まれていることが期待できる。また、微細藻類のSe含有化合物は、魚へのSe供給源と考えられるため、LMW15を同定することで海洋生態系におけるSe循環を知る手がかりとなることが期待できる。当該年度は、円石藻Emiliania huxleyiの亜セレン酸輸送体を同定することを目指すと共に新規Se再利用系を解明することを目的とした。まず、1.亜セレン酸輸送体候補遺伝子9つについて、in vitro合成系の構築、2.放射性亜セレン酸でSe蓄積化合物をラベルし、Se蓄積化合物の放射性亜セレン酸をトレースすることでその動態の解明、及びそれら化合物の同定を目指した。項目1については、候補遺伝子9つのうち8つについて全長配列を決定した。その後、in vitro合成系やカエルの卵母細胞を用いた発現系に使用するベクターに組み込む、候補遺伝子の配列をクローニングした。次に、それぞれのベクターに候補遺伝子を組み込み、発現系の構築を試みる予定である。項目2については、E. huxleyiの細胞内成分を放射性のセレンでラベルした後、薄層クロマトグラフィーを用い、蓄積化合物を分離した。少なくとも5つの化合物(LMW15)がスポットとして検出された。また、動態を調べるトレース実験より、LMW4と5が蓄積プールとなっており、Se欠乏時に利用される形態であることが推定された。そのため、LMW4、5が新規Se再利用系の解明に重要な化合物であると考えられる。そこで、これらLMWを薄層プレートより削り出し同定を試みたが、不純物が多く同定には至らなかった。また、液体クロマトグラフィーを用い、これら化合物の分離を試みているが、成功には至っていない。項目1については、亜セレン酸輸送体の候補遺伝子の全長配列を決定後、全長配列を増幅するのが予想以上に困難であったため、断片配列を増幅後全長配列を構築する等予定外の手間がかかったため。項目2については、LCとMSの間でサンプルを分岐させ、RI検出器を設置することで放射性Seでラベルした蓄積Se含有化合物を効率よく検出するシステムの構築が困難であったことから、それぞれを別々に行っているため。項目1の亜セレン酸輸送体の同定については、候補遺伝子の発現系構築を全力で行う。

亜セレン酸輸送活性の評価は、in vitro合成系では候補遺伝子を発現したリポソーム内への放射性亜セレン酸の取り込みで行う。カエルの卵母細胞を用いた発現系では、電気生理学的に評価する。更に、プロトン勾配の影響を見るためpHを変化させたり、競合阻害剤としてリン酸や亜硫酸のを用いることで、より詳細に申請者が明らかにした特性と比較する。項目2の蓄積Se含有化合物の同定及び動態の解析については、LC/MSを用いた蓄積Se含有化合物の同定を試みる。また、薄層プレートから削り出した蓄積Se含有化合物それぞれを細胞に添加し、何に代謝されるかトレース実験を行う。in vitro翻訳用試薬、放射性亜セレン酸、分離用カラムの購入に使用する予定である。
動物リボソームRNAの機能ドメインとそのタンパク質認識・高次構造

翻訳過程におけるrRNAのはたらきが明らかにされつつある。我々はrRNAの多様かつ動的な機能構造の実体を解明することを研究の大きな目的にしている。これまで、ペプチド鎖伸長因子の作用部位となり機能面で協調していると考えられる、2つのドメイン,“GTPaseドメイン"と“毒素ドメイン"に注目してきた。両RNAドメインとも切り離された断片においてもリボソームタンパク質等の各種リガンドとの結合能を保有し、構造解析のサンプルとして使用できることを示してきた。平成6年度は両ドメインとリガンドとの結合性を詳細に解析し、以下のような新しい知見が得られた。1.GTPaseドメイン-リボソームタンパク質間相互作用の保存された性質.GTPaseドメインに直接結合するリボソームタンパク質(ラットではL12,大腸菌ではL11)は両種のRNAドメインと近似の結合性を示し、GTPaseドメインとリボソームタンパク質間相互作用が高度に保存されていることが示された。2.GTPase活性阻害物質の種特異性に関わる構造エレメント抗生物質チオストレプトンは原核生物のGTPaseドメインと特異的であり、抗28S自己抗体は真核生物のドメインと特異性を示す。この特異的結合に原核生物23SrRNA塩基A-1067と真核生物28SrRNAの対応位置の塩基G(ともにelongation factor EF-G/EF-2の作用部位)の違いが関与することを塩基置換の実験から証明した。3.毒素ドメインに結合するタンパク質の同定毒素ドメインを含む130ヌクレオチドのRNA断片に大腸菌リボソームタンパク質L6が特異的に結合することを明らかにした。L6はリボソーム粒子中でGTPaseドメインの結合タンパク質L11と隣接する位置関係にあることから、両ドメインがリボソーム中で隣接していることが示唆された。
運動によるサルコペニア予防・改善に関わるエピジェネティクス制御機構の解明

本研究では、身体活動量の増減による骨格筋での後天的な遺伝子発現制御(エピジェネティクス)に着目して検討した。そして、持久的トレーニングを課した骨格筋やギプス固定による萎縮筋では、エピジェネティクス制御に変化が認められ、身体活動の増減による遺伝子発現制御が変化する可能性を見出した。また、単離した筋サテライト細胞の筋分化能が加齢に伴い変化する際、筋分化のマスター転写因子のMyoDと筋サテライト細胞の未分化性維持に関わるPax7の発現が後天的な遺伝子発現制御によって調整されている可能性が示唆された。加齢に伴い骨格筋の筋肉量および筋力は低下する。しかし、この加齢性筋肉減弱症(サルコペニア)の発症メカニズムの詳細については十分に解明されていない。申請者らはこれまで、ヒトのサルコペニアと類似した表現型を示すサルコペニアモデルラットと実験モデル(筋損傷再生モデル)を用いて、筋再生に重要な役割を担う組織幹細胞である筋衛星(サテライト)細胞の増殖能および筋分化能が加齢に伴い変化することや、高齢期の再生筋では脂肪蓄積が顕著に認められることを報告してきた。本研究では、高齢期骨格筋で認められる筋損傷後の再生能の低下や脂肪蓄積に対する事前の運動トレーニングの予防効果について、サテライト細胞の後天的な遺伝子発現制御に着目して検討することを目的とした。平成24年度では、筋サテライト細胞を用いて遺伝子発現制御を検討するための培養条件の確立と筋サテライト細胞数を増加させる走トレーニング条件について若年期ラットを用いて検討した。走トレーニングは雄性ラットに週5日の頻度で10週間実施させ、トレーニング終了後、足底筋を摘出し、凍結切片を作成し、筋サテライト細胞(Pax7)やマクロファージ(ED1)を特異的に認識する抗体を用いて免疫組織化学染色を実施した。10週間の運動トレーニングによって、足底筋の筋サテライト細胞数が有意に増加した。しかし、免疫細胞であるマクロファージの数については、10週間の運動トレーニングの影響は認められなかった。初年度の研究成果より、筋サテライト細胞の遺伝子発現制御を検討するための培養条件やランニングトレーニングによって筋サテライト細胞数が増加するトレーニング条件(運動強度や運動時間)を確立できた。本研究では、高齢期骨格筋で認められる筋損傷後の再生能の低下や脂肪蓄積に対する事前の運動トレーニングの予防効果について、サテライト細胞の後天的な遺伝子発現制御に着目して検討することを目的としている。平成25年度では、加齢および身体活動量の減少がゲノム修飾(DNAメチル化、ヒストンアセチル化)に影響を及ぼすかについて検討した。具体的には、筋損傷後の回復過程における再生筋や走トレーニングした骨格筋、ギプス固定による萎縮筋を用いて、ヒストン脱アセチル化酵素(HDAC4、HDAC5、HDAC6、Sirt1)などのタンパク質の発現レベルを免疫染色およびウエスタンブロット法を用いて検討した。今年度は特に、骨格筋から細胞質等の成分をほとんど含めずに核タンパク質を抽出することに成功し、加齢や身体活動量がエピジェネティクス制御の分子メカニズムに及ぼす影響について評価できる手法が確立できた。高齢期骨格筋の特徴として、骨格筋量の低下と伴に、筋肉内脂肪量が増加することが知られている。本研究では、高齢期骨格筋で認められる筋損傷後の再生能の低下や脂肪蓄積に対する事前の運動トレーニングの予防効果について、骨格筋幹細胞である筋衛星(サテライト)細胞の後天的な遺伝子発現制御(エピジェネティクス)に着目して検討する。すなわち、運動習慣の有無が筋サテライト細胞にトレーニング効果として塩基配列の変化を伴わない遺伝情報として記憶(メモリー)されていることにより、筋再生能の改善に寄与するという仮説について分子、細胞、組織レベルで検討し、高齢者における運動機能の低下予防に役立てようとすることが本研究の主たる目的である。本年度は、持久的トレーニングが骨格筋のヒストン脱アセチル化酵素(HDAC)発現量に及ぼす影響を明らかにすることを目的とした。申請者らはこれまで、ヒトのサルコペニアと類似した表現型を示すサルコペニアモデルラットと実験モデル(筋損傷再生モデル)を用いて、筋再生に重要な役割を担う骨格筋幹細胞である筋サテライト細胞の増殖能および筋分化能が加齢に伴い変化することや、高齢期の再生筋では脂肪蓄積が顕著に認められることを報告してきた。本研究では、高齢期骨格筋で認められる筋損傷後の再生能の低下や脂肪蓄積に対する事前の身体活動の予防効果について、骨格筋および筋サテライト細胞の後天的な遺伝子発現制御(エピジェネティクス)に着目して検討することを目的とした。そしてこれまでに、持久的トレーニングを課した骨格筋やギプス固定による萎縮筋から核タンパク質を抽出し、ヒストン脱アセチル化酵素タンパク質(HDAC4)が身体活動の増減による遺伝子発現制御に寄与する可能性を見出した。

また、単離した筋サテライト細胞の筋分化能が加齢に伴い変化する際、筋分化のマスター転写因子のMyoDと筋サテライト細胞の未分化性維持に関わるPax7の発現が後天的な遺伝子発現制御によって調整されている可能性が示唆された。本研究では、身体活動量の増減による骨格筋での後天的な遺伝子発現制御(エピジェネティクス)に着目して検討した。そして、持久的トレーニングを課した骨格筋やギプス固定による萎縮筋では、エピジェネティクス制御に変化が認められ、身体活動の増減による遺伝子発現制御が変化する可能性を見出した。当初の予定では、初代培養技術を用いて、運動トレーニング後の若年期および高齢期骨格筋から摘出された筋サテライト細胞の増殖能や筋分化能、脂肪細胞への多分化能を検討する予定であったが、若年期における持久的トレーニングが骨格筋全体のゲノム修飾に及ぼす影響について明らかにすることに予定よりも時間と労力を費やしてしまった。27年度が最終年度であるため、記入しない。運動生理学今後は、専門のトレーニングを受けた研究支援者を1名雇用し、分析・解析技術の維持・発展をはかる。また、動物のトレーニングの実施に当たっては、大学院生の協力を得て円滑に遂行する。当初の予定では、初年度に高齢期の実験動物を用いて筋サテライト細胞の培養や走トレーニングを実施する予定であったが、培養やトレーニング条件の検討に時間を費やしてしまった。本年度は、加齢や身体活動量がエピジェネティクス制御の分子メカニズムに及ぼす影響について厳密に評価するために、骨格筋から細胞質等の成分をほとんど含めないように核タンパク質を抽出することに時間を要してしまった。そのため、当初の実験計画よりも進行が遅れてしまったが、今後の研究の発展には必要な過程であった。当初の予定では、運動トレーニング後の若年期および高齢期骨格筋から摘出された筋サテライト細胞の増殖能や筋分化能、脂肪細胞への多分化能を検討する予定であったが、持久的トレーニングが骨格筋全体のゲノム修飾に及ぼす影響を検討することに予定よりも時間と労力を費やしてしまったため、培養細胞技術やエピジェネティクス解析の専門のトレーニングを受けた研究支援者を雇用し、分析・解析を推進することができなかった。2013年4月から実験施設や研究環境の整った順天堂大学大学院スポーツ健康科学科に異動した。今後、初年度に確立した培養条件や走トレーニングを用いて、高齢期のラットに応用する。そして、高齢期骨格筋から摘出された筋サテライト細胞の増殖能や筋分化能、脂肪細胞への多分化能について分子、細胞、組織レベルで検討する。今後は、H25年度に確立した手法などを用いて、運動トレーニング後の高齢期骨格筋から摘出された筋サテライト細胞の増殖能や筋分化能、脂肪細胞への多分化能を検討することを予定している。
電界アシストを利用したスピン注入磁気メモリの研究

Co超薄膜の作成では昨年度問題となったスカム除去プロセスを開発した.また,Co超薄膜の磁気特性を改善するため,Pt下地層厚依存性,MgO層とCo超薄膜層界面への極薄Pt層の挿入を検討した.これらの検討で良好な磁気特性が得られた膜構成:熱酸化膜付きSi基板/ Ta (3 nm) / Pt (2.0 nm) / Co (0.4 nm) / Pt (0.1 nm) / MgO (2 nm)をスパッタリング法により成膜し,これを細線と細線に直交方向に異常ホール効果検出電極を有する十字形状に加工した.この十字形状の上にAl2O3を100 nm,Pt電極を成膜し,電界印加中の磁気特性を観測できるような素子を作成した.電界非印加時のCo超薄膜は保磁力90 Oeを示したのに対し,1.5 MV/cmの電界を絶縁層に印加することで,保磁力が75 Oeに減少(約16%減少)することが分かった.本年度予定していたCo超薄膜の磁気特性への電界効果の測定を行う試料の作成および電界印加による磁気特性制御の原理実証を行うことができた.しかしながら,1.5 MV/cmの電界印加による垂直磁化Co超薄膜の保磁力の変調は15%程度に留まっている.デバイス応用に向けては数MV/cmの電界印加で100%近い保磁力変化を得られる試料を開発する必要があると考えられる.電界印加による磁気特性の変化が小さかった理由として,現時点ではMgOとCo超薄膜界面の極薄Pt層の影響,試料のCurie温度が室温に比べて非常に高いことを考えている.今後は極薄Pt層の最適化やCurie温度をより室温に近づけた試料の作成を行い,大きな電界印加効果を観測していく予定である.また,電界勾配による磁壁移動を観測するために,Co超薄膜に電界勾配を印加できるような素子構造に変更し,光学的な手法による磁壁移動の観測を試みる予定である.電界印加スピン注入素子の作成においては,メモリー層をCo/Pd多層膜としたCPP-GMR素子を作成し,上下磁性層の磁化方向変化に対応し,0.02 %程度の磁気抵抗変化が得られた.現時点で得られている磁気抵抗変化は小さく,膜構成の改善による磁気抵抗変化の増大が必要と考えられるが,現在の抵抗変化でも磁性層の磁化方向を判別する基礎的な検討は十分可能である.今後は電界アシスト効果を観測できるようメモリー層をCo超薄膜とした素子構造にするなどの検討を進めて行く.(1)Co超薄膜の磁気特性への電界効果の測定と電界勾配による磁壁移動Co超薄膜に数MV/cm程度の電界を印加した状態での磁気特性の変化を異常Hall効果または磁気光学Kerr効果により検出し,磁化,磁気異方性,保磁力,キュリー温度への電界印加効果を調べる.特にCo超薄膜のCurie温度や膜構造を最適化し,デバイス応用が可能となる大きな電界印加効果の観測を試みる.また,Co超薄膜上に電界勾配を印加できる素子構造を試作し,電界勾配に従って生じると予想される磁壁移動現象の検出を行う.(2)電界印加スピン注入素子の作成とスピン注入磁化反転Co超薄膜をメモリー層とするスピン注入素子を作成し,スピン注入磁化反転を確認する.絶縁膜を薄くすることでCo超薄膜に数MV/cm程度の電界を印加した時のスピン注入磁化反転を調べる.スピン注入磁化反転の反転電流密度の絶縁層厚依存性を調べ,電界アシストスピン注入磁化反転の基礎的知見を得る.研究遂行に必要な消耗品費にあてる.本年度はCo超薄膜に強い電界を印加した際の磁気特性の変化を調べる試料作成を行った.熱酸化膜500 nmが付いたSi基板上にスパッタリング法によりTa (3 nm) / Pt (1.1 nm)を作成し,Pt上にCo (0.4 nm) / MgO (2 nm)を成膜した.これをフォトリソグラフィー,Arイオンエッチングにより100 μm幅の細線と細線に直交方向に異常ホール効果検出電極を有する十字形状に加工した.さらにPt電極パッドをリフトオフ法により作成した.この試料の膜法線方向に磁界を印加し,100 μm幅の細線に10 μA 100 μAの電流を流すことで異常ホール効果を測定した.異常ホール効果測定から微細加工後の膜は微細加工前と同様,大きな垂直磁気異方性を有し,保磁力も300 Oe程度と,こちらも微細加工前と同程度の値を示した.次に電界を印加するためスパッタリング法によりZnO絶縁層を50 nm成膜後,電極パッドPt 100 nmを成膜した.まずはZnOのスパッタリング条件を検討し,低Ar圧で基板とターゲット位置にオフセットを設けることで,ZnO(002)配向性が高く,表面平坦性に優れるZnO膜が得られることを確認した.この高配向ZnOを絶縁膜とし,Co超薄膜への電界印加を試みたが,ZnO層を介したリーク電流を抑制する必要があることが分かった.リーク電流の原因はCo超薄膜の微細加工時に発生するスカムと考えられ,O2プラズマによるスカム除去等のプロセス検討が必要であることが分かった.

Co超薄膜の作成では昨年度問題となったスカム除去プロセスを開発した.また,Co超薄膜の磁気特性を改善するため,Pt下地層厚依存性,MgO層とCo超薄膜層界面への極薄Pt層の挿入を検討した.これらの検討で良好な磁気特性が得られた膜構成:熱酸化膜付きSi基板/ Ta (3 nm) / Pt (2.0 nm) / Co (0.4 nm) / Pt (0.1 nm) / MgO (2 nm)をスパッタリング法により成膜し,これを細線と細線に直交方向に異常ホール効果検出電極を有する十字形状に加工した.この十字形状の上にAl2O3を100 nm,Pt電極を成膜し,電界印加中の磁気特性を観測できるような素子を作成した.電界非印加時のCo超薄膜は保磁力90 Oeを示したのに対し,1.5 MV/cmの電界を絶縁層に印加することで,保磁力が75 Oeに減少(約16%減少)することが分かった.本年度予定していたCo超薄膜の磁気特性への電界効果の測定を行う試料の作成および電界印加による磁気特性制御の原理実証を行うことができた.しかしながら,1.5 MV/cmの電界印加による垂直磁化Co超薄膜の保磁力の変調は15%程度に留まっている.デバイス応用に向けては数MV/cmの電界印加で100%近い保磁力変化を得られる試料を開発する必要があると考えられる.電界印加による磁気特性の変化が小さかった理由として,現時点ではMgOとCo超薄膜界面の極薄Pt層の影響,試料のCurie温度が室温に比べて非常に高いことを考えている.今後は極薄Pt層の最適化やCurie温度をより室温に近づけた試料の作成を行い,大きな電界印加効果を観測していく予定である.また,電界勾配による磁壁移動を観測するために,Co超薄膜に電界勾配を印加できるような素子構造に変更し,光学的な手法による磁壁移動の観測を試みる予定である.電界印加スピン注入素子の作成においては,メモリー層をCo/Pd多層膜としたCPP-GMR素子を作成し,上下磁性層の磁化方向変化に対応し,0.02 %程度の磁気抵抗変化が得られた.現時点で得られている磁気抵抗変化は小さく,膜構成の改善による磁気抵抗変化の増大が必要と考えられるが,現在の抵抗変化でも磁性層の磁化方向を判別する基礎的な検討は十分可能である.今後は電界アシスト効果を観測できるようメモリー層をCo超薄膜とした素子構造にするなどの検討を進めて行く.(1)Co超薄膜の磁気特性への電界効果の測定と電界勾配による磁壁移動Co超薄膜に数MV/cm程度の電界を印加した状態での磁気特性の変化を異常Hall効果または磁気光学Kerr効果により検出し,磁化,磁気異方性,保磁力,キュリー温度への電界印加効果を調べる.特にCo超薄膜のCurie温度や膜構造を最適化し,デバイス応用が可能となる大きな電界印加効果の観測を試みる.また,Co超薄膜上に電界勾配を印加できる素子構造を試作し,電界勾配に従って生じると予想される磁壁移動現象の検出を行う.(2)電界印加スピン注入素子の作成とスピン注入磁化反転Co超薄膜をメモリー層とするスピン注入素子を作成し,スピン注入磁化反転を確認する.絶縁膜を薄くすることでCo超薄膜に数MV/cm程度の電界を印加した時のスピン注入磁化反転を調べる.スピン注入磁化反転の反転電流密度の絶縁層厚依存性を調べ,電界アシストスピン注入磁化反転の基礎的知見を得る.Co超薄膜の成膜条件の検討およびCo超薄膜上のMgO成膜によるCo超薄膜の酸化による磁気特性の劣化の回避検討に予想より多くの時間を費やし,本年度中に行う予定であった電界印加によるCo超薄膜の磁気特性変化,更には電界勾配を加えることによる磁壁移動の検出まで行うことができなかった.なお,現在は十分大きな垂直磁気異方性を示すCo超薄膜が安定に作成できており,異常ホール効果を用いた局所的な磁化曲線検出まで進んでいる.次年度はCo超薄膜の電界印加による磁気特性の変化や電界勾配印加による磁壁移動についての基礎的知見が得られるものと考えている.
糖尿病の運動療法に活用可能な簡易有酸素運動能力評価法と「基準値」の確立

糖尿病やメタボリックシンドロームの予防、治療手段として運動、日常活動量を増やすことが重要である。その際、対象者の活動量、体組成や有酸素運動能力を簡便に評価できる運動能力検査法を利用することが望ましい。日々の活動量は質問紙法のIPAC、体組成は生体インピーダンス法で、有酸素能力は8mシャトルウォークテストまたは連続立ち上がりテストが、それぞれの簡易評価法として使える。本研究は、呼吸・循環器疾患で信頼性・妥当性が検証された既存の簡易CRF測定法であるシャトルウォーキングテスト(shuttle walking test; SWT)を用いて、DM患者が理解しやすい歩行距離に基づくCRF測定法を作成し、同時にCRFと日常活動量、体組成との関係を踏まえながらCRFの基準値を確立することである。本年度は、第一段階として、1.簡易運動負荷テスト(SWTプロトコール)の改良と、2.歩行能力に影響を与える下肢筋量を推定するための体組成測定の予備調査を行った。1.SWTプロトコール改良日本人には速すぎる歩行スピード(30m142.2m/min、1から12ステージ)を最大114m/minに変更したプロトコールを作成し,健常者20名のCRFを測定した。一部対象者では呼気ガス分析装置(AT-1100)を用いて酸素摂取量増加の直線性と再現性を確認したが、SWT原法に比べ直線性は増すものの9から12ステージでは対象により直線性を維持できなかった。2回のテスト終了時の歩行距離,酸素摂取量の差は7%未満であった。2.下肢筋量を推定するための体組成測定生体インピーダンス法(bioelectrical impedance analysis; BIA)で下肢筋量推定が可能か否か、DM合併者を含む透析患者12名の体組成を測定(InBody430)した。維持透析前後の体水分量は透析量と経口摂取量の差をほぼ正確に反映し、下肢筋量に差はなく、活動量が低い者ほど下肢筋量が少ない傾向が認められた。SWTは、9m間隔の2本のコーンの間を往復するが、今回は有疾病者者向け歩行速度として、コーン間隔を7mとした変法(8mSWT)でも測定した。STSは、座面の高さ、立ち上がり頻度の漸増による負荷強度調整の長・短所から、中・高年有疾病者の膝関節へ過負荷を避けるため、立ち上がり頻度漸増法を採用した。SWTでは、歩行距離、AT及び10mSWTと8mSWT終了時の酸素摂取量等を健常成人及び糖尿病患者で測定した。STSでは、健常成人を対象に、立ち上がり回数、AT及び自転車エルゴメーターで求めたATとの差を検討した。同一対象に対する測定は12週間の間隔を空けて行った。その結果、10mSWTと8mSWT終了時の歩行距離、RPEに差は無かったが、8mSWTの方がAT判定が容易な傾向を示した。STSではAT判定が全例可能であったが、自転車エルゴメーターによるATより有意に低い値となった。SWS、STSは共に簡易CRF測定法として有用であるが、評価終了時の運動強度の低さ、AT判定率からSTSの方が望ましい可能性が示唆された。24年度が最終年度であるため、記入しない。