hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
グルタチオンS-トランスフェラーゼπの細胞内局在の分子機構

我々は、従来、主に細胞質に局在するとされてきたGSTπが、多くのがん細胞で核にも存在すること、その核に存在するGSTπが細胞の抗がん剤感受性を規定する因子のひとつであることを明らかにしてきた。そこで、本研究課題では、GSTπの核移行に及ぼす酸化ストレスの影響と酸化的DNA損傷の防御における核GSTπの役割について検討した。過酸化水素(H_2O_2)の暴露によって、時間的及びH_2O_2の濃度依存的に核GSTπの蓄積量が有意に増加した。人為的に核GSTπの存在量を低下させた状態では、H_2O_2の暴露によって、アポトーシスが顕著に誘導されることを見出した。さらに、核GSTπが低下した状態では、核膜の脂質過酸化由来の高反応性アルデヒドによる核酸塩基の酸化的修飾が顕著に起こること、GSTπが存在する場合は、アルデヒドがGSTπの酵素活性によってGSH抱合を受けるためにその反応性を失い、核酸塩基の酸化的修飾が抑えられることを見出した。つまり、核GSTπが、酸化ストレスから核を防御する因子の一つであることを明らかにした(Free Radical.Biol.Med.2004)。さらに、婦人科癌における核GSTπの臨床的意義についても検討した。我々は、卵巣癌、子宮体癌、子宮頚癌の臨床検体の免疫組織染色を実施し、核GSTπの存在と患者の予後との相関に関して解析した結果、核GSTπが陰性の場合と比較して、核GSTπが陽性の場合は予後が著しく不良であることを見出した。また、化学療法後に核GSTπが陽性に転化した症例を高頻度に見出した。これらの研究成果から、核GSTπの存在と薬剤抵抗性との間には、正の相関があることが示唆された。婦人科癌治療において抗がん薬を選択する上で、核GSTの存在の有無が重要な指標となる可能性があると考えられた(Clinical Oncology, 2005)。研究の目的申請者らは、がん細胞の薬剤感受性に深く関与するグルタチオンS-トランスフェラーゼπ(GSTπ)が、核内にも存在することを見出した。しかし、GSTπには既知の核移行シグナルが認められない為、どのような機構によって核移行するのか不明である。また、GSTπがミトコンドリアにも存在することが判明したが、どのような機構により移行するのか不明である。そこで、GSTπの核移行機構、ミトコンドリア移行機構を明らかにすることを目的とした。研究成果大腸癌細胞のGSTπの核蓄積を阻害すると、過酸化水素対する薬剤感受性が著しく増加し、アポトーシスが誘導されることを見出した。酸化ストレス暴露時には、リノール酸過酸化に由来して生成されるアルデヒドが核酸の塩基を修飾することが明らかとなったが、核GSTπは、この塩基の修飾を抑制することで酸化ストレスから核を防御していることを明らかにした(Free Radical.Biol.Med.2004)。また、臨床検体の免疫組織化学的検討により、核内にGSTπが存在する卵巣癌、子宮体癌、子宮頸癌患者は、細胞質にのみ存在する患者より、予後が不良であること、抗がん剤治療後、核GSTπが陰性から陽性に転化する症例でも、予後が不良であることを見出した(Clinical Oncology、2005, in press)。GSTπの核移行シグナルはC末端領域(182-210)であることが明らかとなった。現在、この領域のどのアミノ酸が重要であるか解析中である。

また、GSTπは、ミトコンドリアの膜間腔に存在することを明らかにした。GSTπのN末端領域(1-84)がミトコンドリアへの移行に必須であることが明らかとなった。現在、この領域のどのアミノ酸が重要であるか解析中である。研究の目的申請者らは、がん細胞の薬剤感受性に深く関与するグルタチオンS-トランスフェラーゼπ(GSTπ)が、核内にも存在することを見出した。しかし、GSTπには既知の核移行シグナルが認められない為、どのような機構によって核移行するのか不明である。また、GSTπがミトコンドリアにも存在することが判明したが、どのような機構により移行するのか不明である。そこで、GSTπの核移行機構、ミトコンドリア移行機構を明らかにすることを目的とした。研究成果GSTπの核移行シグナルは、C末端領域の195-208のアミノ酸であることが明らかとなった。この領域は既知のシグナルとは異なり、全く塩基性アミノ酸を含まないユニークなものであることが判明した。現在、このアミノ酸領域とinteractionするタンパク質の同定を進めている。GSTπのミトコンドリアへの移行には、N末端領域の1-20と71-84の二つのアミノ酸配列が必須であることが明らかとなった。加えて、この二つのアミノ酸領域中に存在するアルギニンが重要であることが明らかとなった。現在、このアミノ酸領域とinteractionし、GSTπをミトコンドリアへ輸送するタンパク質の同定を進めている。さらに、臨床検体の免疫組織化学的検討により、核内にGSTπが存在する卵巣癌、子宮体癌、子宮頸癌患者は、細胞質にのみ存在する患者より予後が不良であること、抗がん剤治療後、核GSTπが陰性から陽性に転化する症例でも、予後が不良であることを見出した(Clinical Oncology、2005)。
膀胱の感染防御機構の研究;細菌のリセプターとしての尿路上皮複合糖質の意義

大腸菌typel線毛とP線毛のそれぞれのリセプターを含む、Mannose-α-(1, 6)-[Mannose-α-(1, 3)-Mannose-α及びGalactose-α-(1, 4)-Galactose-β-(1, 4)-N-acetylglucosamine-βを金コロイドで標識し、これを細菌のadhesineに付着させtypel線毛とP線毛を電子顕微鏡下に検出し得た。尿路感染症起炎大腸菌23株を検討した結果、adhesineは線毛の先端等の特定の部位には局在せず、細胞表層にも分布していることが観察された。本法の結果は、従来の血球凝集試験やラテックス凝集試験による線毛の検出結果とも相関し、更に鋭敏に個々の細菌について検出可能であった。ラットの尿道、両側尿管を結紮した閉鎖膀胱に、細菌培養液を作用させ走査電顕にて観察した結果、菌体がなくとも細菌由来のエンドトキシンなど種々の生理活性物質を含む培養濾液のみで、白血球の膀胱腔内への遊走、粘膜superficialの膨化・剥離、intermediate cellの露出といった膀胱炎に特徴的な反応が惹起されることが確認された。また、膀胱上皮最上層のmucous layerを形態学的に捉える目的で、膀胱内に空気を0.20.3ml注入、glutaraldehydeで開腹生体固定後摘出するという独自に考案した方法で観察し、濾液処理膀胱では1時間後の早期よりmucous layerは広範に欠損し、上皮が露呈してくることを確認した。さらに、炎症初期より見られる膀胱壁内での白血球の血管外遊走のメカニズムを明らかにするため、グラム陰性菌外膜の糖脂質で、エンドトキシンの本態であるLipopolysaccarideをラット膀胱に作用させ、サイトカイン、接着分子に着目して検討中である。
大学経営における総合的問題の分析と解決を促進する情報基盤の構築

本課題は、日本の大学における大学経営の総合的問題を分析するための情報基盤の構築を目標としており、(1)情報技術の観点から、大学情報を効率的に収集するモデルの形成と情報基盤の構築、(2)大学行政の観点から、大学経営における総合的問題に対する多角的分析を行い、それを情報システム化することを目的として研究を行った。情報基盤構築の成果として、データウェアハウスと効果的な連携を行うオーサリングシステム、および、大規模な組織で情報共有をしつつ中期計画の進捗管理を行う文書管理システムの2つの情報システムを提案した。大学行政の分析においては、近年注目されている機関調査という概念について、大学評価の観点から調査研究を行った。この調査結果から、機関調査という活動が本研究課題でテーマとして掲げている「大学経営における総合的問題の分析と解決」に有効な手法である事を確認した。さらに、機関調査を定着させる為に、この活動を主体的に推進する人材の育成について調査研究を行った。また、機関調査の必要性について、我が国の国立大学法人ではどのように捉えているか、理事および担当者を対象としたアンケート調査を行った。これらの研究成果の公開と機関調査の普及、および関係者の交流を目的として、機関調査と機関マネジメントをテーマとした国際会議および国内向け研究集会を開催した。この研究は、日本の大学における大学経営の総合的問題を分析するための情報基盤の構築を目指しており、(ア)情報技術の観点から、大学情報を効率的に収集するモデルの形成と情報基盤の構築をおこなうこと、(イ)大学行政の観点から、大学経営における総合的問題を多角的に分析するためのシステムの構築を行うことの2つが研究の主な目標である。平成22年度は主に(ア)の構築を重点的に行った。学務情報と教員情報を中心として大学情報を収集し、機関調査の情報源としてのデータウェアハウス(DW)を構築した。また、大学評価で問われる評価事項を整理し、評価項目毎に量的データをDWから自動的に取得する大学評価ウェアハウス(EW)を構築した。EWには、テキストデータ(PDF、ワードなど)を添付して蓄積する文書管理機能が配備されているが、蓄積された文書をファイルの形式を問わず検索できるような検索エンジンを構築した。また、DWから直接データを取得するにはSQL言語を使用してデータ処理をする必要があるが、今年度は中間サーバ(クエリ管理システム)を構築し、管理者が作成したSQLプログラムを共有することができるWebAPIを配備した。これによって、URLと簡単なパラメータを指定するだけで分析データを取得できる。このWebAPIは人間がデータを効率的に取得できるだけでなく、他のWebデータベースとの連携を容易に行うことができるものである。本研究課題の目的は、情報科学の観点から、大学情報を効率的に収集するモデルの形成と情報基盤の構築〔情報基盤構築研究班〕することと、大学行政の観点から、大学経営に置ける総合的問題を多角的に分析する手法とシステムの提案〔大学行政分析研究班〕をすることの2点である。平成23年度は次の3つの課題について研究を進めた。(1)国内の大学(特に国立大学法人)が抱える評価情報収集に関する課題の明確化、(2)大学経営の問題分析に対する情報基盤の役割と機能の明確化、(3)情報収集と分析ツールの情報システムモデルの提案、である。日本国内の大学評価制度は複数あるが、自己点検・評価が制度の基礎となっており、教育研究についての点検項目には共通部分が多い。その共通部分である評価項目ごとに根拠データを蓄積し、自己点検・評価活動を効率的に行う大学評価ウェアハウスとそのバックエンドデータベースである大学情報データウェアハウスを構築した。また、機関調査活動を効率的に行う為に、マッシュアップ技術で上述のデータウェアハウスを組織的に共有する情報技術を提案した(研究課題(3))。また、大学行政分析研究班は、次の3つの研究を行っている。まず、国立大学法人の法人評価の報告書と評価結果を見比べ、その現状を分析した。さらに、大学自身が大学の質をどのように捉えているかを、大学評価を通して分析を行った。これらの分析と、所属している大学評価情報室での業務を踏まえ、大学の現場と高等教育を取り巻く社会の視点から、大学情報データベースのあり方について一つの提案を行った(研究課題(1))。

さらに、大学経営の問題分析、即ち機関調査を担当する全国の国立大学法人の理事およびを対象に、この問題にかかわる情報基盤に対する意識についてアンケート調査した(研究課題(2))。本課題は、日本の大学における大学経営の総合的問題を分析するための情報基盤の構築を目標としており、1情報技術の観点から、大学情報を効率的に収集するモデルの形成と情報基盤の構築、2大学行政の観点から、大学経営における総合的問題に対する多角的分析を行い、それを情報システム化することを目的として研究を行った。情報基盤構築の成果として、データウェアハウスと効果的な連携を行うオーサリングシステム、および、大規模な組織で情報共有をしつつ中期計画の進捗管理を行う文書管理システムの2つの情報システムを提案した。大学行政の分析においては、近年注目されている機関調査という概念について、大学評価の観点から調査研究を行った。この調査結果から、機関調査という活動が本研究課題でテーマとして掲げている「大学経営における総合的問題の分析と解決」に有効な手法である事を確認した。さらに、機関調査を定着させる為に、この活動を主体的に推進する人材の育成について調査研究を行った。また、機関調査の必要性について、我が国の国立大学法人ではどのように捉えているか、理事および担当者を対象としたアンケート調査を行った。これらの研究成果の公開と機関調査の普及、および関係者の交流を目的として、機関調査と機関マネジメントをテーマとした国際会議および国内向け研究集会を開催した。上記、9.研究概要に述べたように、研究の目的に沿って本年度予定していた3つの研究課題については、目的を達成し一定の成果を得た。よって、研究計画の実施はおおむね順調に進捗している。24年度が最終年度であるため、記入しない。情報基盤構築研究班は、大学情報データウェアハウスに実装した分析クエリ(数値分析プログラム)を、その分析を説明する自然言語による記述とともに管理する事で、過去の分析を効率的に利用できるクエリ検索システムを提案する。大学行政分析研究班は、第2期の大学評価にあげられている評価項目とこれまでの事例調査から、学生の個人修学記録やアンケート調査の分析手法の提案をする。また、これまでの研究課題の成果を踏まえ、平成24年9月にシンポジウム「大学情報・機関調査研究会」を開催する。
ストレスに伴う消化管運動異常に対する新規概念構築:排便中枢におけるグレリンの役割

グレリンは、胃から主に放出されるペプチドホルモンで、成長ホルモン分泌亢進など中枢に対する作用がよく知られている。作用発現には脂肪酸修飾が必要であることがグレリンの構造上の特徴であり、脂肪酸修飾を持たない型をデスアシルグレリンという。これまでに申請者の所属研究室では、中枢からの消化管運動への影響も検討できるin vivoの実験系を用い、非ペプチド性グレリン受容体アゴニストが脊髄排便中枢に作用し大腸運動を亢進させることを報告した。この結果に基づき申請者は、ペプチド性グレリンは脊髄排便中枢への投与により用量依存性に大腸運動を亢進させること、また、デスアシルグレリンは単独投与によっては大腸運動に変化は起こさないものの、グレリンの効果に対しては抑制効果をもつことをこれまでに明らかにした。さらに脊髄におけるグレリンおよびグレリン受容体のmRNA発現が確認され、グレリンが神経伝達物質として作用する可能性が示唆された。前述の結果をふまえ、申請者は当該年度、グレリンの大腸運動亢進作用をさらに詳細に検討し、脊髄から大腸運動を亢進させるに至る経路が骨盤神経であることを特定した。また、この脊髄を介するグレリンの大腸運動亢進作用は、大腸内腔圧を上昇させることにより誘発される蠕動亢進には必須ではないことを明らかにした。本研究の最終的な目的であるグレリンと病態との関与について検討するために、覚醒下の実験条件の検討を行い、無麻酔下のラットへのグレリンの脊髄腔内投与方法を確立した。また、ストレス下の状況は既存のコルチコトロピン放出ホルモン投与による手法を用いた。グレリンとストレス、そして消化管運動の相互関係について確定的な結論を導くまでの結果は得られなかったが、予備的な実験は進んでおり、近い将来に結論が導かれ、過敏性腸症候群などの消化管疾患の病態解明に寄与すると期待される。これまでに申請者の所属する研究室では、中枢からの消化管運動への影響も検討できるin vivoの実験系を用い、非ペプチド性グレリン受容体アゴニストが脊髄排便中枢に作用し大腸運動を亢進させることを報告した。この結果に基づき、申請者はこれまでに、グレリンの脊髄排便中枢への投与は大腸運動を亢進させるが昭、デスアシルグレリンによっては大腸運動に変化がないという結果を得た。本研究の目的は、グレリンを脊髄で作用する神経伝達物質としてとらえ、その脂肪酸修飾の比率変動により大腸運動が調節されるという新規概念の構築である。前述の結果をふまえ、申請者は当該年度においてこれらペプチドの相互作用について解析し、単独では大腸運動に影響を与えなかったデスアシルグレリンが、グレリンで亢進させた大腸運動に対しては抑制することを明らかにした。この結果により、作用点における両者のバランスが大腸運動の調節に関与している可能性が示唆された。例えばストレスなどの中枢からの指令により、この大腸運動調節機序が影響を受け下痢や便秘といった病態がおこりうるとも考えられ、本研究の成果は近年問題となっている過敏性腸症候群などの器質的変化のない消化管疾患の病態解明に寄与すると考えられる。また、グレリンを脊髄排便中枢で産生され作用する神経伝達物質として定義づけるため、脊髄におけるグレリンの産生および局在を検討した。RT-PCRによりmRNAの発現が確認され、現在免疫組織学的手法を用いて検討を行っている。グレリン応答性神経の有無についても、新生ラット脊髄半裁標本を用いた電気生理学的実験により現在検討中である。

グレリンとストレス、そして消化管運動の相互関係について確定的な結論を導くまでの結果は得られなかったが、予備的な実験は進んでおり、近い将来に結論が導かれ、過敏性腸症候群などの消化管疾患の病態解明に寄与すると期待される。
肺内フロロカーボン留置人工呼吸法の研究開発

1.本年度は本研究の最終年度として,肺内フロロカーボン留置人工呼吸法の臨床応用を想定した大動物による慢性実験を施行し,本呼吸法の呼吸維持能力の評価,全身への影響及び臨床使用上の留意点の検討を行った.2.実験方法:体重50Kgの成山羊を用いて片肺呼吸不全モデル(オレイン酸を使用)を作成した.このモデルに対して両肺に計30ml/Kgのフロロカーボンを経気管的に注入,留置し60分間のPartial Liquid ventilationを施行した.麻酔覚醒後に抜管し,以後自発呼吸にて管理した.4週間後に犠死せしめた.3.結果:(1)本呼吸法施行中の血行動態,呼吸状態を検討したが,特に変動を認めず,管理に難渋する点は認められなかった.(2)血液ガス分析所見上は,本呼吸法開始5分後に軽度の動脈血酸素分圧の低下を認め,以後徐々に低下を認めたが,臨床的には十分許容しうる範囲内に留まっていた.抜管後も良好に維持しえた.(3)本呼吸法施行中,施行後の血液生化学的検討を行った.白血球数,免疫グロブリン,補体は肺障害の範囲内の推測される範囲内の変化にとどまった.赤血球数,ヘモグロビン濃度も特に著変は認めなかった.肝腎機能上においてもLiquid ventilationによると推測される変化は認めなかった.その他実験後4週間の管理中に全身所見の上で特記すべき異常所見を認めなかった.(4)病理学的検討:剖検時マクロ所見では全身の臓器に特記すべき所見は認めなかった.4.総括:大動物を使用したPartial Liquid ventilationの慢性実験を施行した.血行動態,呼吸状態その他全身の状態の面で特に問題なく管理しえた.今後は臨床使用に向けて更なる作用機序の解明,長期間のLiquid ventilationの安全性や適応とする疾患,患者の状態に関して多方面からの検討が重要であると考えられる.1.本年度は本研究の最終年度として,肺内フロロカーボン留置人工呼吸法の臨床応用を想定した大動物による慢性実験を施行し,本呼吸法の呼吸維持能力の評価,全身への影響及び臨床使用上の留意点の検討を行った.2.実験方法:体重50Kgの成山羊を用いて片肺呼吸不全モデル(オレイン酸を使用)を作成した.このモデルに対して両肺に計30ml/Kgのフロロカーボンを経気管的に注入,留置し60分間のPartial Liquid ventilationを施行した.麻酔覚醒後に抜管し,以後自発呼吸にて管理した.4週間後に犠死せしめた.3.結果:(1)本呼吸法施行中の血行動態,呼吸状態を検討したが,特に変動を認めず,管理に難渋する点は認められなかった.(2)血液ガス分析所見上は,本呼吸法開始5分後に軽度の動脈血酸素分圧の低下を認め,以後徐々に低下を認めたが,臨床的には十分許容しうる範囲内に留まっていた.抜管後も良好に維持しえた.(3)本呼吸法施行中,施行後の血液生化学的検討を行った.白血球数,免疫グロブリン,補体は肺障害の範囲内の推測される範囲内の変化にとどまった.赤血球数,ヘモグロビン濃度も特に著変は認めなかった.肝腎機能上においてもLiquid ventilationによると推測される変化は認めなかった.その他実験後4週間の管理中に全身所見の上で特記すべき異常所見を認めなかった.(4)病理学的検討:剖検時マクロ所見では全身の臓器に特記すべき所見は認めなかった.4.総括:大動物を使用したPartial Liquid ventilationの慢性実験を施行した.血行動態,呼吸状態その他全身の状態の面で特に問題なく管理しえた.今後は臨床使用に向けて更なる作用機序の解明,長期間のLiquid ventilationの安全性や適応とする疾患,患者の状態に関して多方面からの検討が重要であると考えられる.平成7年度には、以下の研究成果を得た。今後実験数を重ね発表を行ってゆく予定である。(1)液体呼吸中のフロロカーボン(PFC:使用したPFCはPFOB)の血中・組織移行について,検討した。3時間の液体呼吸終了直後に動物(家兎)を犠死させ,血中及び組織内(心筋,肝,腎,脾,脂肪組織)のPFC濃度をガスクロマトグラフィーで計測した。血中及び組織内に移行したPFCは感度以下であった。(2)PFCの肺内留置量(ERV)を検討した。実験数は少なくまだ確定的ではないが,正常家兎での検討では最もガス交換効率のよいERVは、フロロカーボン注入時に気道圧をゼロとする量(機能的残液量と定義:FRCL)であると考えられる。この量では全く同じ換気条件で,通常のガス呼吸時とPFC留置時においてほぼ同一の血液ガスデータであった。(3)続いて,慢性実験による評価を現在行っている。PFC留置呼吸を行った後26週間に家兎を犠死させ,血中及び組織内濃度の検討,および肺組織の病理学的検討を行った。血中及び組織内でのPFC残存量は感度以下であった。肺組織には比較的多量のPFCが残存するのが認められた。肺の病理学的検討はまだ結果は出ていない。肺内留置フロロカーボン量の最適量同定のため、8羽の家兎(日本白色兎)を用いて肺内フロロカーボン留置人工呼吸を行った。

フロロカーボンとして比重1.92、蒸気圧10.5mmHg、表面張力18.2dyne/cmのperfluorooctylbromideを用いた。最適な肺内留置フロロカーボン量を決定するために、肺内留置フロロカーボン量を機能的留置量(フロロカーボン注入時に気道圧をゼロとする留置量)+40ccまで10ccづづ変化させ肺内フロロカーボン留置人工呼吸を行い、血液ガス、混合静脈血酸素飽和度を計測した。肺内留置フロロカーボン量の増加に伴い、動脈血二酸化炭素分圧は平均45mmGから57mmHgに有意に上昇、混合静脈血酸素飽和度は67%から50%に有意に減少したが、動脈血酸素分圧は200mmHg近辺で推移し有意な変化は見られなかった。この結果より、肺内留置フロロカーボン量を機能的留置量と同一とすることで、より良好なガス交換が行えることが判明した。肺内フロロカーボン留置人工呼吸による肺組織への残留度および病理学的検討を行うため、8羽の家兎に対して1時間、肺内フロロカーボン留置人工呼吸を行った。その後、気管チューブを抜去し、空気呼吸に戻し26週間後に犠死せしめ肺組織を摘出、ガスクロマトグラフィにて残留フロロカーボン量の計測と光学顕微鏡による評価を行った。残留フロロカーボン量は0.001mg/g以下であったが、肺胞内にマクロファージと思われる細胞集積を認めた。1.本年度は本研究の最終年度として,肺内フロロカーボン留置人工呼吸法の臨床応用を想定した大動物による慢性実験を施行し,本呼吸法の呼吸維持能力の評価,全身への影響及び臨床使用上の留意点の検討を行った。2.実験方法:体重50Kgの成山羊を用いて片肺呼吸不全モデル(オレイン酸を使用)を作成した。このモデルに対して両肺に計30ml/Kgのフロロカーボンを経気管的に注入,留置し60分間のPartial Liquid ventilationを施行した。麻酔覚醒後に抜管し,以後自発呼吸にて管理した。4週間後に犠死せしめた。3.結果:(1)本呼吸法施行中の血行動態,呼吸状態を検討したが,特に変動を認めず,管理に難渋する点は認められなかった。(2)血液ガス分析所見上は,本呼吸法開始5分後に軽度の動脈血酸素分圧の低下を認め,以後徐々に低下を認めたが,臨床的には十分許容しうる範囲内に留まっていた。抜管後も良好に維持しえた。(3)本呼吸法施行中,施行後の血液生化学的検討を行った。白血球数,免疫グロブリン,補体は肺障害の範囲内の推測される範囲内の変化にとどまった。赤血球数,ヘモグロビン濃度も特に著変は認めなかった。肝腎機能上においてもLiquid ventilationによると推測される変化は認めなかった。その他実験後4週間の管理中に全身所見の上で特記すべき異常所見を認めなかった。(4)病理学的検討:剖検時マクロ所見では全身の臓器に特記すべき所見は認めなかった。4.総括:大動物を使用したPartial Liquid ventilationの慢性実験を施行した。血行動態,呼吸状態その他全身の状態の面で特に問題なく管理しえた。今後は臨床使用に向けて更なる作用機序の解明,長期間のLiquid ventilationの安全性や適応とする疾患,患者の状態に関して多方面からの検討が重要であると考えられる。
極低温燃料タンク用CFRPの繰返し負荷下における損傷挙動とガス漏洩特性の解明

宇宙輸送機用極低温燃料タンクへの炭素繊維複合材料(CFRP)の適用性評価を目的として、タンク構造に作用する荷重(引張及び面外荷重)を想定した繰返し荷重下におけるCFRP内の累積損傷挙動把握と燃料漏洩量との関連を実験的に調査した。微視的損傷などの発生・累積挙動を把握すると共に、致命的な燃料漏洩が生じる閾値を見出し、CFRPタンクが健全に製造されれば、ある程度の荷重や繰り返し数までは、安全性を保てることを示した。宇宙輸送機用極低温燃料タンクへの炭素繊維複合材料(CFRP)の適用性評価を目的として、極低温環境でも優れた性能を発揮する高靭性エポキシを用いたCFRP供試体を製作し、タンク構造に作用する引張荷重を模擬した繰返し引張荷重を試験片に付与し、誘発されるCFRP内の損傷累積挙動と燃料漏洩の関係に関して実験的な評価を実施した。非破壊検査によりCFRP内に累積する損傷状態を詳細に把握し、荷重付与後の損傷を有する状態でのCFRPのガス漏洩評価を実施し、マトリックスクラックなどのCFRP固有の損傷と損傷を経路とする燃料漏洩との関連を明らかにした。繰り返し引張荷重により、CFRP内の層レベルの微視的損傷であるマイクロクラックが累積し、繰り返し数の増大とともに各層にマイクロクラックが累積することにより、漏洩経路を誘発しうることを実験的に確認した。しかしながら、低い荷重レベルでは、微視的損傷(マイクロクラック)は発生・累積するものの、CFRP内の全層に累積することはなく、その結果、安全性を損なうまでの燃料漏洩は生じないことも確認した。また、より高い安全性を確保するため、全層にマトリックスクラックが累積しない、もしくは、累積しにくい積層方法についての検討も実施した。本年度のこの成果は、CFRPタンクが健全に製造されれば、ある程度の荷重や繰り返し数までは、安全性を保てることを示しており、極低温燃料タンクへのCFRPの適用性が高まったことを示唆しており、宇宙輸送機の高性能化への有意義な知見が得られた。宇宙輸送機用極低温燃料タンクへの炭素繊維複合材料(CFRP)の適用性評価を目的として、極低温環境でも優れた性能を発揮する高靭性エポキシを用いたCFRPに対し、極低温タンク固有の荷重である熱荷重(常温極低温)を繰り返し与える実験を行うと共に、CFRPの損傷が発生しやすい面外衝撃荷重についても繰り返し衝撃試験を実施し、その際のCFRPの損傷挙動の把握とガス漏洩量を計測した。X線探傷や超音波探傷などによる非破壊検査により、熱荷重だけでは損傷が観察されず、ガス漏洩を引き起こすこともないことが判明したが、面外衝撃荷重により、CFRP中に層間剥離や繊維破断などが観察され、エネルギレベルや繰り返し数によっては致命的なガス漏洩が生じることがわかった。特に、面外衝撃荷重の場合は、内部に発生する層間剥離だけではガス漏洩は生じず、付与する衝撃エネルギレベルが高くなり、表裏層に繊維破断が生じると、致命的なガス漏洩が起こることをつきとめた。昨年度の繰り返し引張負荷下における結果もふまえ、総合的に判断すると、CFRPタンクが健全に製造されれば、高いエネルギレベルの面外衝撃に対し、対策は必要となる場合はあるが、ある程度の荷重や繰り返し数までは、安全性を保てることを示した。本研究により、CFRPの極低温燃料タンク構造へ適用する場合の損傷メカニズムに関する知見が得られたと同時に、極低温燃料タンクへのCFRPの適用性が高まったこと考えられ、宇宙輸送機の高性能化への有意義な知見が得られた。
糖尿病病態における肺粘膜免疫系異常と八味丸による改善作用の解析

糖尿病では呼吸器感染症の難治・重篤化が臨床で問題になっている。Streptozotocin誘発I型糖尿病モデルマウスの肺組織ではE/P-selectinの発現低下が起こり、肺組織へのT/Bリンパ球のリクルートが著明に抑制されている可能性が示され、八味丸はP-selectinの発現低下の改善を惹起し、加えて補体第一成分の遺伝子発現も増強した。一方、肺組織でのAngiotensinII受容体(AT1a)のmRNA発現が八味丸の投与により著明に増強されたが、本糖尿病モデルマウスの肺へのウイルスRNA(PolyI:C)の接種により惹起される肺炎を八味丸の投与が強く抑制できることが示唆された。実験的I型糖尿病モデルの作製では高用量(150-250 mg/kg)のstreptozotocin (STZ)の単回投与を用いる毒性型糖尿病モデル以外に近年よりマイルドな作製法として低用量(40 mg/kg)のSTZの複数回(通常5回)を投与する自己免疫型モデルが用いられるようになってきた。そこで、本自己免疫型高血糖モデルにおいても毒性型高血糖モデルと類似の作用を八味丸が示すかについて検討を試みた。雄性C57BL/6Jマウス(8週齢)にSTZ (40 mg/kg)を5日間連日腹腔内投与することにより作成した自己免疫型高血糖モデルマウスでは、300-400 mg/dlの中程度の高血糖値を示した。本モデルへ八味丸を投与した結果、上気道でのIgA抗体価の上昇は毒性型と同様に起こっていたが、毒性型では認められた肺での総抗体価の上昇は本モデルでは認められず、また、八味丸煎剤の投与は上気道および肺での総抗体価を逆にさらに上昇させることが判明した。肺組織での免疫学的変化を定量PCRにより検討したところ、毒性型モデルと同様に持続的高血糖での炎症性免疫因子の大きな変化は認められなかったが、IL-6 mRNAの発現抑制とTNF-αの発現増強が煎剤投与で毒性型と同様に起こっていた。一方、八味丸投与群では毒性型と異なり、肺へのBリンパ球の集積に加え、Th1, Th2およびTh17リンパ球の集積が増強し、さらに好中球の集積の増強も観察された。また、煎剤投与群では組織修復に関与するmatrix metalloprotease 9 (MMP9) mRNAの発現上昇とIV型コラーゲンmRNAの発現上昇が観察された。加えて、八味丸煎剤投与による肺でのangiotensin II受容体(AT1a)の発現上昇も毒性型モデルと同様に観察され、肺での障害の進行と修復を八味丸煎剤が促進している可能性が想定された。軽度糖尿病モデルマウスでの肺粘膜免疫異常に対する八味丸煎剤の作用の詳細を明らかとすることができた。一部の作用については重度糖尿病モデルマウスと異なるが、angiotensin II受容体(AT1a)に対する発現調節作用は軽度と重度糖尿病モデルで共通していることも明らかにすることができた。昨年度までの検討で毒性型ストレプトゾトシン誘発高血糖マウスおよび自己免疫型ストレプトゾトシン誘発高血糖マウスへの八味丸の投与でリンパ球上のアンジオテンシンII受容体タイプ1 (AT1a)が発現増強し、本増強が八味丸の肺免疫異常に対する作用に関与する可能性が推定された。そこで、AT1a受容体発現の変化したリンパ球の機能変化を解析することを目的に、健常なC57BL/6マウスに1-3週間八味丸を投与することによる脾臓リンパ球のAT1a受容体および制御性Tリンパ球マスター分子(Foxp3)のmRNA発現変化を解析したが、用いた投与期間でのこれらの分子mRNAの八味丸投与による有意な発現増強は認められず、AT1a受容体の発現変化には高血糖の環境圧力が必要であることが強く示唆された。一方、高血糖マウスへの八味丸投与によるAT1a受容体の発現増強の病態への影響について検討を行うことを目的に、毒性型高血糖モデルマウスへ八味丸、アンジオテンシン変換酵素阻害剤(ACE阻害剤、カプトプリル)もしくはAT1a受容体阻害剤(ARB、テルミサルタン)の単独投与、および八味丸とこれらの阻害剤の2剤併用による肺粘膜免疫系の変化について解析を行った。その結果、ACE阻害剤と八味丸の併用投与群で肺でのIgG抗体価の有意な増強は観察されたが、ARBとの併用では大きな変化は認められなかった。また、Bリンパ球やTリンパ球の肺への移送については併用による大きな変化は認められなかった。これに対し、肺組織での制御性Tリンパ球のマスター分子(Foxp3)のmRNA発現はこれらの薬剤の単独投与群に比べ、八味丸との2剤併用群のいずれにおいても有意な発現上昇が認められ、アンジオテンシン系と制御性免疫機能との間に何らかの関係がある可能性が考えられた。リンパ球上のAT1a受容体の機能解析を目的に八味丸投与によりAT1a受容体の発現が上昇したリンパ球を調製する方法の構築を試みたが、健常マウスではAT1a受容体発現上昇リンパ球を誘導できないことが示唆されてしまった。

また、リンパ球上のAT1a受容体の機能を探る別の手法としてACE阻害剤やARBと八味丸との併用での検討を行い、本検討ではACE阻害剤やARBの共存による肺粘膜免疫系の大きな負の変化を期待したが、逆に制御性リンパ球の誘導促進が観察され、併用による正の効果として現れてしまい、他の手法を探索する必要が示唆されたため。雄性C57BL/6Nマウスでの自己免疫型I型糖尿病モデルマウスに八味丸料エキス(1 g/kg)を連日48日間経口投与後(1日1回)、肺組織を採取した。本肺組織を用い、免疫関連因子群の遺伝子発現解析を行った結果、正常マウスと比べ高血糖モデルマウスの水投与群でTリンパ球(CD3e mRNA)およびナイーブBリンパ球マーカー(B220 mRNA)の発現低下が認められ、八味丸煎剤投与によって有意な回復が観察された。さらにTリンパ球の移送に関与する接着分子の発現を検討した結果、P-selectin (CD62P) mRNAの有意な発現増強が観察された。また、先天性感染防御因子群についての検討から補体第一成分(C1q)のmRNA発現の増強は認められたが、SurfactantDなどの他の因子のmRNAの発現の著明な変化は観察できなかった。一方、一般に炎症性に働くとされるAngiotensinII受容体(AT1a)のmRNA発現が八味丸煎剤投与群でより顕著に増強されていることが明らかとなった。そこで、自己免疫型高血糖モデルマウスの解剖3日前からウイルスRNA(PolyI:C)を25μg/mouseにて肺接種した高血糖のウイルス性肺炎症モデルマウスを作製し、得られた肺組織及び気管支肺胞洗浄液(BALF)を用いた検討を試みた。その結果、BALF中の好中球マーカーのmyeloperoxidase (MPO)活性は水投与群で有意に上昇し、八味丸煎剤投与で有意に抑制され、肺への好中球の浸潤による肺炎が改善された可能性が考えられた。さらに、肺組織を用いた免疫関連因子の遺伝子発現変化についての検討から、感染防御に関係するとされるTNF-α, IL-1β, IFN-γやG-CSFのmRNA発現は顕著に八味丸煎剤投与群で上昇していた。糖尿病では呼吸器感染症の難治・重篤化が臨床で問題になっている。Streptozotocin誘発I型糖尿病モデルマウスの肺組織ではE/P-selectinの発現低下が起こり、肺組織へのT/Bリンパ球のリクルートが著明に抑制されている可能性が示され、八味丸はP-selectinの発現低下の改善を惹起し、加えて補体第一成分の遺伝子発現も増強した。一方、肺組織でのAngiotensinII受容体(AT1a)のmRNA発現が八味丸の投与により著明に増強されたが、本糖尿病モデルマウスの肺へのウイルスRNA(PolyI:C)の接種により惹起される肺炎を八味丸の投与が強く抑制できることが示唆された。毒性型高血糖マウスではマウスの疲弊度が高く、八味丸の経口投与によるストレスなどがマウス肺粘膜免疫系に対して秋保影響をお予ボス可能性が危惧されていたが、疲弊度の低い自己免疫型高血糖マウスでも類似の作用が認められたことから、今後の検討は自己免疫型モデルを用いることとした。本モデルマウスでは八味丸の投与によるIL-6 mRNA発現上昇に対する改善作用が認められたことから、気管支肺胞洗浄液や肺組織ホモジネートでのIL-6タンパクの量の検討を行うと共にsurfactant Dやdefensin量の測定を行う。また、肺への集積が八味丸投与で促進されたGr-1陽性細胞は好中球ではなく、制御性マクロファージに帰属される可能性もあることから、マーカー分子のTIE-2やMRC2分子の発現変化や血管内皮細胞上のVCAM-1やselectin類の発現変化の解析を行う。さらに、高血糖マウスへのpoly(I:C)の下気道投与による肺炎症モデルを作製し、八味丸投与による感染誘発性の肺炎症病態の変化を解析する。
嘔吐毒素セレウリドの付加カチオン置換速度の評価とその細胞毒性への影響

セレウス菌の産生する嘔吐毒素セレウリドには、カリウムイオン(K+)とアンモニウムイオン(NH4+)が強いアフィニティで配位し、他の1価陽イオンは安定して配位しないことが質量分析の結果から明らかになった。また、ナトリウムイオン(Na+)が過剰の環境でインキュベートした場合、ナトリウムイオンが配位したセレウリドは確認できなかったものの、HEp-2細胞への毒性が顕著に低下した。以上の結果から、嘔吐毒素セレウリドの毒素活性は産生された場所のカチオン濃度に影響をうけることが示唆された。今後は食中毒との関連から検討をすすめたい。平成25年度は研究環境の整備を中心に、嘔吐毒素cereulideの効率的な精製系の構築を行った。本研究により導入したHPLCなどの装置を駆使することにより、以前より効率的かつ高濃度なcereulideの精製が可能となった。本年度の到達目標のひとつであったセレウリドのカチオン種の置換速度について、ナトリウムイオンとカリウムイオンが置換しうることが機器分析、ならびに細胞毒性の両面から示唆された。特に、当初はナトリウムイオン付加体がカリウムイオン付加体に置換にするためには数日程度の時間がかかると考えていたものが、溶媒置換を行う事で1日以内に容易に置換する事が明らかになった。以上より、本研究課題の最重要項目のひとつであった、カチオン種の置換が実際に起こりうることがはじめて確認された。速度についてはより詳細な研究が必要であるが、この成果については当該分野における重要性が高いため、速報(短報)での論文を作成中である。培養環境中のカチオン種比率が、合成されるcereulideのカチオン種に与える影響について、培地成分のカチオン種を変更しても菌の培養速度自体にはあまり影響を与えない事を確認した。現在、精製されるcereulideのカチオン種比率を測定している。また、培養環境が菌の増殖に与える影響について詳細な検討が必要であると考えられたため、異なる培養条件における菌の増殖状態をより詳細に記述するために比較プロテオーム解析をおこなった。この結果も現在論文執筆中であり、平成26年度中に投稿する予定である。平成26年度は嘔吐毒素cereulideに付加するカチオンの種類と細胞への毒性の関係について相関があることが明確に示唆された。K+以外のイオン種が優勢な環境では細胞にあたえる毒性が著しく低下することが示された。したがって、本課題で提示した仮説が支持される結果が得られた。一方で、質量分析計で測定する場合、cereulideの溶液に含まれるイオンが観察されるスペクトルに影響を与えることが示唆された。即ち、測定の条件によって観察される結果が影響されるアーティファクトの可能性が示唆された。そこでアーティファクトを排除するために、測定前のcereulideの精製法に改良を加え、なるべく観察結果に影響を与えない測定手法を確立した。以上の結果から得られた新しい知見として、これまでcereulideによく付加すると考えていたK+以外のイオン種として、Na+ではなく、NH4+が優勢であることがわかった。さらに本研究の副次的な産物として、生物活性を効率的に観察できる細胞の染色法を見出した。本知見は短報として学術雑誌へ投稿中である。これに加え、cereulideの産生に関わるB. cereusの増殖におけるタンパク発現についてもプロテオーム解析を行い、嘔吐毒素の産生にどのようなタンパク発現調節が関わっているのかを観察した。本知見も学術雑誌への投稿のため、原稿を作成中である。本研究により得られた結果をまとめ、第88回日本細菌学会総会において一般演題として発表を行い、議論を深めた。学術雑誌への投稿原稿を作成中であるが、以上のように数点の新しい知見が得られたため、執筆が予定より遅れている。このため研究機関の延長を申請している。セレウス菌の産生する嘔吐毒素セレウリドの中心には1価のカチオンが配位している。セレウリドはポタシウムイオノフォアとしてはたらき、ミトコンドリアの膜電位を脱分極することで毒性を示すと考えられている。そこでセレウリドにはどのような種類のカチオンが配位することができるのか、またその場合に細胞に対する毒素活性はどのように変化するのか検討した。本研究の結果から、セレウリドにはカリウムイオン(K+)およびアンモニイウムイオン(NH4+)が安定的に配位することが質量分析の結果から示唆された。また毒素活性について、アンモニウムイオンが配位したセレウリドは、カリウムイオンが配位したものに比べ毒素活性が著しく減少する傾向が観察された(論文投稿中)。最終年度はさらに細胞内のセレウリドの挙動について研究を行った。セレウリドと共培養した細胞の細胞内小器官、特にミトコンドリアを分離しセレウリド濃度を比較しようと試みたが、安定した結果が得られなかった。この原因として細胞培養に関する手技的な問題、およびセレウリドのさらなる高純度な精製が必要であると考えられる。他の研究グループにより、セレウリドには数種の構造的なバリアントがある可能性が示唆されている。現在はセレウリドそのものの検出に難しい点があるため合成遺伝子のPCRによる検出が汎用的に行われているが、毒素の存在量も含め、毒素活性の評価がさらに重要性を増すと考えられる。従って今後もセレウリドの毒素活性に関わる研究を進める予定である。

セレウス菌の産生する嘔吐毒素セレウリドには、カリウムイオン(K+)とアンモニウムイオン(NH4+)が強いアフィニティで配位し、他の1価陽イオンは安定して配位しないことが質量分析の結果から明らかになった。また、ナトリウムイオン(Na+)が過剰の環境でインキュベートした場合、ナトリウムイオンが配位したセレウリドは確認できなかったものの、HEp-2細胞への毒性が顕著に低下した。以上の結果から、嘔吐毒素セレウリドの毒素活性は産生された場所のカチオン濃度に影響をうけることが示唆された。今後は食中毒との関連から検討をすすめたい。研究内容としては申請した以上の知見が得られたため、良好であると評価できる。しかしながら学術論文としての報告が遅れているため、以上の評価と考えられる。微生物学予想以上の知見が得られたため、期間延長が認められれば学術論文の作成とその投稿を中心に研究を行う。また、学術論文の審査に際して追加実験を行う可能性も考えられる。比較的高額機器を整備する必要があったため調達に時間がかかり、そのぶん研究がやや遅れているが、その一方で以前より高効率な毒素精製系が確立できたため、今後の研究はより迅速に行う事ができると考えている。新たな知見が多数得られたため、学術雑誌への報告が遅れた。当初の目的のおおむね半分程度は達成できているので、計画通りカチオン種の違いと細胞毒性との相関関係に付いて検討を行い、学術論文として投稿する予定である。また、細胞内におけるcereulideの挙動を明らかにするために、顕微鏡による形態学的観察、ならびに細胞分画と機器分析を組み合わせてより詳細な検討を行う。学術雑誌への論文投稿について、すでに投稿中のものもあるが、現在作成中のものもあるため、延長申請が認められれば迅速に論文作成、投稿を行い、発表することを目的とする。また平成27年度当初から計画している通り、論文作成、投稿に付随して発生する追加実験(追試)等を行うために必要な物品購入も行う。なお、新たな旅行計画はない。報告のため、論文作成に関わる予算を平成25年度分に計上していたが、執筆が遅れたため次年度使用とした。平成25年度から繰り越した次年度使用分については、平成26年度に行う予定である論文作成、投稿に用いる。また26年度請求分については、当初の予定どおり形態観察や機器分析などの実験や、ここから得られた知見の報告(学会発表、論文発表など)に用いる予定である。
網羅的16SrDNA多型性解析による潰瘍性大腸炎原因菌の同定:病変局所からの検索

潰瘍性大腸炎(UC)は原因不明であるが、発症には腸内細菌が関与していると考えられる。我々は患者大腸粘膜の培養法からFusobacterium varium(F.varium)がUCの発症に関わることや、UC患者にF.variumを対象とした抗生剤によって大腸炎が有意に改善することを示した。しかし、UCの発症原因としては複数の腸内細菌が関与していると考えられるため、細菌の16SrRNA遺伝子多型性を利用した、UC大腸粘膜局所における細菌の同定方法を確立し、UC発症に関わる腸内細菌の同定を目指した。方法として、1.OCT compound包埋UC患者大腸粘膜凍結切片を用い、以下の手順による同定方法を検討し、確立した:(1)laser-captured microdissectionによる病変局所の採取とDNA抽出,(2)16SrDNAのPCR,(3)plasmid vectorへのクローニング、(4)半定量を行うための多数クローンの採取、(5)plasmidクローンのsequencing,(6)細菌データベースを用いた同定。2.さらに本方法を使ってUC患者大腸粘膜生検資料の陰か炎、大腸内腔側粘膜などから選択的に試料を得て、局在する細菌の同定を行った。結果として、(1)UC患者大腸粘膜の未固定凍結切片の病変部からmicrodissection法にて、正確に病変部を採取して、16SrDNAの上流域でPCRをかけ、DNA抽出kit及びPCR条件を検討して、非特異的細菌DNAは検出されずにかつ高いPCR感度を得ることができた。(2)連続凍結切かぶら陰か上皮を採取することによって、PCRで検出可能な細菌量を得て、細菌の同定かできた。(3)本方法によって3名のUC患者大腸生検組織からの細菌の同定を行い、多種類の場内細菌を同定し、そのクラスタリングを行った。以上より、微量のUC患者大腸粘膜病変からの網羅的な細菌探索・同定系を確立することができた。本方法を使って少数例の病変部に局在する細菌の同定を行い、大腸炎発症に関与する可能性のある候補菌を同定した。しかし、UCの発症原因としては複数の腸内細菌が関与していると考えられるため、細菌の16SrRNA遺伝子多型性を利用した、UC大腸粘膜局所における細菌の同定方法の確立を目指した。(2)連続凍結切片から陰か上皮を採取することによって、PCRで検出可能な細菌量を得ることができた。(3)Helicobacter pvlori, F.variumを使用して解析を行い、本実験系で半定量的な解析が可能であることを確認した。(4)UC患者大腸生体組織からの細菌の同疋を行い、プラスミドクローン数が多い細菌についてはその再現性を確認した。
脊椎動物型電位センサー分子ファミリーの比較解析による脊椎動物生理機能進化の研究

電位感受性酵素VSPの相同遺伝子をウニ、ゼノパス、鳥、ラット、マウス、ヒトからクローニングし、分子機能の解析を行い、これまでのカタユウレイボヤとゼブラフィッシュのVSPと比較した。鳥までのVSPはゲート電流を明確に示し、電位を感知することが明らかになったが、哺乳類のVSPはゲート電流を示さず明確な電位感受性が確認できなかった。さらに酵素ドメインの性質をマラカイトグリーンアッセイにより調べたところゼブラフィッシュはホヤと類似していることが明らかになった。ホヤとゼブラフィッシュのVSPの電位依存性の違いについて検討した結果、S4の陽性チャージの数と位置の違いで説明できることがわかった。それ以外の動物の酵素活性については現在検討中である。VSP以外に電位センサーをもちポアドメインを持たない分子を検索した結果、電位センサードメインのみからなるタンパクを同定し発現実験を行ったところ、プロトンチャネルの活性を示すことを明らかにした。細胞内外pHに依存した電位依存性活性化特性と亜鉛などの重金属感受性から、この分子は長い間分子実体が明確にされてこなかった貪食機能での活性酸素生成に関わるプロトン輸送経路でることが明らかになった。現在ウニ、ホヤ、マウス、ヒトの相同分子をクローニングし、現在特性の比較と組織発現様式を解析している。尾索動物ではEST解析を目的としてウミタルとオタマボヤのサンプルを採集した電位感受性酵素VSPの相同遺伝子をウニ、ゼノパス、鳥、ラット、マウス、ヒトからクローニングし、分子機能の解析を行い、これまでのカタユウレイボヤとゼブラフィッシュのVSPと比較した。尾索動物ではEST解析を目的としてウミタルとオタマボヤのサンプルを採集した
中性子星・ブラックホール連星の合体に対する数値的研究

完全に一般相対論的なシミュレーションを系統的に実行して、ブラックホールと中性子星からなる連星の合体前の状態、中性子星が合体前に潮汐破壊される条件、合体過程、合体後誕生する天体の特徴、放射される重力波の波形、合体後に誕生するブラックホール周りの降着園パンの性質などを明らかにした。特に、合体後にブラックホールと降着円盤からなる系が誕生する条件を明らかにし、また中性子星が潮汐破壊される場合には、破壊時に放射される重力波の波形から中性子星の半径に対して制限を与えることが可能であることを示した。中性子星とブラックホールからなる連星の合体は、近い将来重力波検出器で観測されるであろう重力波を放射する強力な重力波源の1つである。またその合体時は、短時間に大量にγ線を発生する天体現象であるγ線バーストの母天体としても有力視されている。これらの理由のため、合体現象を解明することが理論宇宙物理学者に求められている。合体現象解明のためには、一般相対論的な数値流体シミュレーションが不可欠であるが、我々の研究以前にそのようなシミュレーションが実行されたことはなかった。本研究課題では、それを世界で初めて実行し、合体現象を明らかにすることを目的としている。特に中性子星が潮汐破壊される場合に着目し、どのような特徴の重力波が放射されるのか、および合体後降着円盤は形成されるのか、を明らかにすることを目的に研究を行った。19年度は特に、ブラックホールと中性子星が共にスピンを持たない場合に着目した。中性子星の質量を太陽の1.3倍として、ブラックホールの質量と中性子星の半径を変化させながらシミュレーションを行い、以下のような結果を得た。(1)中性子星の半径が12-15kmでブラックホールの質量が太陽の4倍程度であれば、中性子星は合体前に潮汐破壊される。潮汐破壊後、多くの物質はブラックホールに飲み込まれるが、太陽質量の1-15%程度の物質は降着円盤をブラックホール周りに形成する。降着円盤の質量は中性子星の半径に強く依存し、半径が小さいほど円盤の質量は小さい。(2)降着円盤形成時に渦状の腕構造が現れるが、腕同士が巻き込みを起こし衝突する結果、衝撃波加熱が起き、円盤の温度は100億度以上に上昇する。また密度も1兆グラム毎立方センチメートル程度と大変大きくなる。(3)潮汐破壊までは、軌道運動に伴う準周期的重力波が放射されるが、破壊時に重力波の振幅は急激に減衰する。ただし、減衰起こる際の重力波の周波数は、潮汐破壊開始時の周波数とは一致せず、その約1.2から1.4倍の値になる。これは、潮汐破壊が始まってもしばらくは中性子星が単体としてのコヒーレントな構造を保ちながらブラックホールに接近し、大きな振幅を持つ重力波を放射するからである。(4)合体後は、ブラックホールの準固有振動に付随した重力波が放射されるが、潮汐破壊が起こる場合には、その振幅は小さい。具体的には、合体開始時の振幅の10%程度の大きさであり、観測は難しそうである。これらの結果をまとめた論文はすでに掲載が決まっている(M. Shibata and K. Taniguchi, Physical Review D, 2008)。本研究の目的は、ブラックホールと中性子星からなる近接連星の時間進化と合体の様子を数値シミュレーションにより解明することである。今年度はまず適合多層格子を用いた新しいコードSACRAの開発を進めた。その結果、これまでよりも格段に少ないコンピュータ資源でこれまで以上の分解能の計算が可能になった。SACRAコードの性能についてまとめた論文はすでに発表済みである。その後、SACRAコードを用いてブラックホール-中性子星連星の合体のシミュレーションを系統的に実行した。その結果、以下のようなことが明らかになった。(2)中性子星が合体前に潮汐破壊される条件は、中性子星の半径に強く依存するが、一般的にはブラックホールの質量が軽い場合に限られる。例えば、太陽の1.35倍の質量を持つ中性子星を考える場合、その半径が14kmなら、ブラックホールの質量が太陽の約4倍以下の場合にのみ潮汐破壊が起こる。半径が12.5kmであれば、この閾値が太陽の3倍程度までさらに下がる。(2)潮汐破壊後、中性子星の物質はブラックホール周りにばら撒かれるが、大部分は最終的にはブラックホールに飲み込まれる。太陽の0.01倍以上の降着円盤がブラックホール周りに誕生する条件は非常に厳しく、例えば、質量が太陽の1.35倍、半径が14kmの中性子星を想定する場合、ブラックホールの質量が太陽の約3倍以下である必要がある。仮に中性子星の半径が11km程度であれば、このような円盤は、ブラックホールの質量が太陽の2.7倍でも誕生しない。(3)潮汐破壊が起こる場合、放射される重力波の振幅は急激に減衰する。潮汐破壊時の重力波の周波数は、中性子星の半径に強く依存するので、質量の小さいブラックホールと中性子星の合体時の重力波を観測することが出来れば、中性子星の半径に制限を与えることが可能である。

以上の結果をまとめた論文を平成20年12月に投稿し、現在査読中である。その他にも、久徳らと、ブラックホール・中性子星の平衡形状に関する研究を行い、これに関しては、現在論文作成中である。
アストロサイトを切り口とした恐怖条件下における感覚鋭敏化メカニズムの解明

申請者のこれまでの研究から、脳のノルアドレナリン神経およびアストロサイトと呼ばれるグリア細胞が、軽度の機械刺激に対して過敏応答を誘発するメカニズムを明らかにした。しかし、この感覚鋭敏化メカニズムの生理学的意義は依然として不明である。感覚の鋭敏化は、敵に遭遇した際など身に危険が迫った際に周囲環境の変化を捉え、適切な行動を選択するために重要であると考えられる。また、このような恐怖・不安とノルアドレナリンは密接に関与している。そこで本研究では、恐怖・不安時のノルアドレナリン神経及びアストロサイトの感覚鋭敏化における役割の解明を行う。