hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
強い外場中での量子電気力学

この二年間の研究で得られた主要な成果は次の4点にまとめられる。1.我々自身が開発したボゾン化されたQEDという新しい枠組みを整備しこの準古典的解析がどの程度有効であるかを水素株原子という具体的な物理系において分析した。またこの枠組みを非自明なトポロジーを持った背景場の下での電弱統一理論に拡張した。2.巨大電荷のまわりでの超臨界真空の構造を明らかにした。それは巨大電荷のまわりに電子の雲が湧き出し部分的に電荷を遮蔽している状態であるが我々の枠組みの下では一種のソリトン状態として記述される。3.通常真空から超臨界真空への相転移の構造を明らかにした。この転移をボゾン化されたQEDの枠内で見直すと一次相転移としての性格がうかびあがってきた。有効ポテンシャルは障壁でへだてられた二つの井戸の形をしているのでZを変化させるとZ_cを越えたあたりで通常真空は偽の真空となってしまい、真の真空つまり超臨界真空へと崩壊する。この過程は偽の真空中に生じた新の真空の泡の彫張という形で記述される。解放された潜熱はこの泡の壁が持去る事になるがこの壁こそ自発的に生成される陽電子に他ならない。4.超臨界真空中での励気状態の解析を行ない、通常真空にはみられない新しい荷電中性の準安定状態が存在する事を示した。それらは湧き出しうた電子雲の準安定な振動モードであり我々の枠組みの内ではソリトン的基底状態のまわりの微小振動として把えられる。今の所二種類のモードが見出されていてそれぞれ電荷密度、角運動量密度の振動として理解できる。それらは1.6MeV程度のエネルギーを持ち、Z依存性はゆるやかで適当な条件の下で110KeV程度の狭い幅を持っているのでGSI(西独重イオン研究所)実験で観測されている電子・陽電子のエネルギー分布のピーク構造を説明できる有力候補であると考えられる。今年度に得られた具体的成果は主要なものとしては次の二点であった.第一にはボゾン化されたQEDによってボーア半径軽度の大きさを持つ"大きな"原子が作られる事が確かめられた事にある.第二にはボゾン化されたQEDにおける電子・陽電子対発生の計算の準備として,簡単化された1+1次元での模型(ティリング理論またはサイン・ゴルドン理論)でのソリトン・反ソリトン対発生過程の計算が実行された事である.第一点に関してはこの事によってボゾン化されたQEDの準古典的な取扱いがもとのフェルミ場の量子論の持つ量子効果を正しく取込んでいる事を示し,準古典近似での電子・陽電子対発生の計算に支持を与えるものである.ただコヒーレント状態近似の枠内では期待されたS波状態とP波状態との分離が起らず,この問題は量子ソリトン状態のより深い理解を必要とする事が明らかにされた.第二点に関する成果は,対発生振巾を計算する枠組み,即ちコヒーレント状態生成座標法が実際に計算に使え,かなりの所まで適当な近似の範囲で振巾が解析的に計算できるようになった事である.これは量子ソリトン理論においても何らかの意味を持つと期待される.とりわけ物理的に興味深いのはソリトンの運動量分布にピーク構造があらわれる事,外場の時間依存性についての瞬間近似の下でピークのエネルギー値が弱く(Z1)外場の強さに依存する事などである.これらの特徴はGSIでの重イオン衝突実験で観測された電子・陽電子運動量分布にみられたピーク構造の振舞とよく似ている.

ただ問題は,我々の計算で得られたピークの巾が充分狭くはなくこの点での実験データの特徴は未だ理解されないままに終わっている.1.Z>Zc(臨界値)の強外場の下で形成される超臨界相での励起モードの解析を実行し通常の摂動論的真空中には存在しない準安定な荷電中性状態が存在する事を示した。超臨界相の基底状態については前年度までの研究によってそのソリトン的構造が明らかになっている。今年度はこの理解に基づいて対称性の特によいパリティ不変な基底状態のまわりの微小振動として励起状態の解析を行なった。この結果1.6MeV程度のエネルギーを持ちZにゆるやかな依存性しか持たない望ましい性質を持った準安定状態が存在することが判明した。今の所二種類のモードが存在することがわかっていてそれぞれ電荷密度、角運動量密度の振動という物理的意味を持つことが明らかになっている。即ち超臨界状態に存在する真空から湧き出した電子雲は多様な振動モードを持つ訳である。適当な条件の下でこれらの状態の幅は110keVとGSIでの重イオン衝突実験で観測されているピーク構造を説明するのに充分狭い事も示されている。2.通常真空から超臨界相への相転移の構造を明らかにした。超臨界真空への転移をボゾン化されたQEDの枠内で見直すと一次相転移としての性格がうかびあがってきた。有効ポテンシャルは障壁でへだてられた二つの井戸の形をしているのでZを変化させるとZcを越えたあたりで通常の真空は偽の真空となってしまい、真の真空つまり超臨界真空へと崩壊する。この過程は偽の真空中に生じた真の真空の泡の膨張という形で記述される。解放された潜熱はこの泡の壁が持去る訳であるがこの壁こそトポロジカル・反ソリトンとしての陽電子に他ならない。3.ボゾン化されたQEDの枠組みを非自明なトポロジーを持った背景場の下での電弱統一理論に拡張した。P波源の問題についても二、三の重要な点を明らかにし、最終的な段階にある。
中部日本の扇状地における農業的土地利用の時間的・空間的変動に関する地理学的研究

この研究の課題は,中部日本の扇状地を取りあげ,明治期以降の農業的土地利用の時間的・空間的変動を明らかにし,それが生ずる地域的条件とメカニズムを明らかにすることである。昨年度分析した1930年代と1980年代に加えて,1960年代の扇状地の土地利用を検討したほか,土地利用の地域差を扇状地の規模と傾斜,集水面積と扇状地面積の比率といった自然条件から考察した。また,昨年度は戸谷らの基準による113の扇状地を取り上げたが,よい厳密な定義がなされている斉藤享治の最近の研究に基づいて,中部地方の133の扇状地を対象とすることにした。1930年代には水田が卓越する扇状地が76で全体の57%を占め,さらに桑畑と林地が卓越する扇状地がそれぞれ44と13を数えた。1960年代になると桑畑や林地が水田や普通畑,果樹園に転換された扇状地が多くなり,さらに1980年代になると宅地化された扇状地が増加した。1930年代以降の扇状地の土地利用変化を類型化すると,水田が継続的に卓越している「水田継続型」と,桑畑や林地が水田や果樹園,普通畑に変わった「農業的土地利用集約型」と都市的土地利用が圧倒的に多くなった「都市的土地利用転換型」の3つに分けられ,それぞれ日本海岸と中央高地太平洋岸に主にみられた。「水田継続型」は64扇状地,「農業的土地利用集約型」は50,「都市的土地利用転換型」は19を数えた。各類型を代表する黒部川扇状地と甲府盆地(特に日川扇状地),大井川扇状地で,土地利用の時間的・空間的変動を規定する条件を考察した。自然条件としては扇状地の規模と傾斜,積雪の有無が重要であることがわかり,歴史的条件としては藩政期における支配関係,そして経済的条件としては大都市への近接性の高さが特に大きな意味をもっていることがわかった。
高次精度適合格子法による爆熱爆轟遷移現象の数値解析

解適合格子に基づく反応流体解析手法を開発し,爆燃爆轟遷移(DDT)現象を数値的に解析した.それにより,空間内に置かれた障害物の配置や形状が火炎伝播からDDTに至るまでに与える影響について調べた.特に,自由空間に障害物がある場合のDDT現象を再現し,火炎伝播がその伝播方向によって速度や加速が異なること, DDTが特定の方向で早く発生することを明らかにした.解適合格子に基づく反応流体解析手法を開発し,爆燃爆轟遷移(DDT)現象を数値的に解析した.それにより,空間内に置かれた障害物の配置や形状が火炎伝播からDDTに至るまでに与える影響について調べた.特に,自由空間に障害物がある場合のDDT現象を再現し,火炎伝播がその伝播方向によって速度や加速が異なること, DDTが特定の方向で早く発生することを明らかにした.障害物が爆燃,爆轟およびその遷移過程に与える影響について調べるため,障害物のあるチャネル内における爆轟伝播および障害物群における爆燃爆轟遷移の解析を行った.チャネルのケースについては,障害物によって爆轟波が消滅するケースであっても,障害物間隔を狭めてゆくと消滅しないだけでなく,爆轟波の背後に二次的な衝撃波が爆轟波と同じ速度で伝播することが新たに見出された.この二次的な衝撃波の発生メカニズムが障害物間で発生する爆轟によって既燃気体内に放射される衝撃波(retonation)であることを示した.その考えを基に,先行する爆轟波と二次衝撃波との間隔を予測する式を導出し,予測結果が妥当であることを数値解析結果から検証した.また,障害物群内における爆燃爆轟遷移(DDT)の解析においては,千鳥格子状に障害物を配置した場合に火炎面のフロントが円形ではなく凹型を組み合わせた形状になることが発見された.更にこの原因が,障害物配置によって運動量損失が火炎伝播方向あるいは流速方向に大きく依存するためであることも明らかになった.また,運動量損失が大きい方向では同時に圧加変動も大きくなり,結果的にそういった方向でDDTの発生が生じることも見出された.障害物群でのDDTに関しては実験結果も少ない上に測定が困難で,従来これほど詳細な現象は明らかにされていなかった.上記の結果から,障害物配置と形状が爆燃および爆轟に大きく影響を与えることがわかったため,当初計画していた乱流混合によるDDT解析の計画を一部変更し,現在使用している流体解析プログラムの拡張に時間を費やした.具体的には,従来のプログラムでは直交格子の格子線に沿う壁面形状しか取り扱うことができなかったが,Embedded boundary法を導入することによって任意形状の壁面を掲載で再現できるようにした.これにより,次年度以降は任意形状の障害物の任意の配置でのDDT解析が可能となった.昨年度実施した障害物群内における爆燃爆轟遷移現象の数値解析結果は,その後,解析結果を更に詳しく調べ,遷移に至るまでの火炎伝播の状況,遷移のメカニズム,爆轟の伝播形態を明らかにした.その結果を学会発表するとともに雑誌論文として投稿した.これまでの障害物はソルバーの制限から全て四角形柱を用いてきたが,障害物群内を円筒状に火炎が伝播する状況を解析する場合,火炎の伝播方向によって角柱に対する迎角が異なるため,障害物の影響が把握しづらい.また,爆轟遷移も迎角の影響を受ける.そこで,昨年度,任意壁面形状を扱えるように機能拡張したソルバーを用い,円柱群内における爆燃爆轟遷移解析を行った.その結果,方向によって火炎加速に違いが生じる点,爆轟遷移が火炎加速が遅い方向で生じる点など角柱による解析結果と共通した現象が確認できる反面,火炎加速が遅くなる方向に違いが見られた.円柱の配列が火炎加速に与える影響をより明確に観察する目的から,チャネル内にある角度で傾けて配列させた円柱群を配置し,そこに火炎を平面的に伝播させるという過去に研究例のない条件設定を考案して解析を行った、その結果,円柱の大きさや密度が同じであるにもかかわらず,円柱群を傾ける角度によって火炎加速が影響を受けることが示された。これにより,障害物群内を円筒状に伝播する火炎が方向によって火炎速度が異なるメカニズムを明らかにできることが期待される.任意壁面形状を扱えるように機能拡張したソルバーを用い,円柱群内を火炎が円筒状に広がる場合の爆燃爆轟遷移解析を行った.その結果明らかになった火炎面加速の様子や爆轟遷移について学会発表を行った(第16回計算工学講演会,23rd ICDERS).関連して,任意壁面形状を扱うため手法を用いて非圧縮性流体解析を行った結果についても学会発表を行った(第16回計算工学講演会).円筒状に火炎伝播する場合の爆燃爆轟遷移については,伝播する方向によって障害物から受ける影響が異なる.そこで,初期に平面である火炎を円柱群内を伝播する爆燃爆轟遷移解析を行った.これを効率的に実現するためにはスパン方向に周期壌界条件を用いる必要があるが,AMR用ライブラリには標準で実装されていないため,ライブラリの内部を大幅に修正して周期境界条件の実装を行った.解析結果から,円柱の径や間隔は同一でありながら,火炎が伝播する方向が異なるだけで火炎表面積の増加に大きく影響すること,その結果,火炎伝播速度にも違いが生じることが明らかになった.また,特定の角度では爆轟が発生せずに高速爆燃状態となるのに対し,他の角度では爆轟が発生することがわかった.

この成果については学会発表(第25回数値流体力学シンポジウム)および論文投稿を行った(Computers and Fluids).また,これまで用いてきた簡易総括一段反応燃焼モデルの検証を行うため,様々な強さの衝撃波背後における層流火炎速度と反応遅延時間をそれぞれ実験結果および詳細反応モデルと比較を行った.その結果,若干のずれはあるものの,簡易モデルは実際の燃焼特性を概ね再現できることが明らかになった.本件は昨年度投稿し査読中であった論文に追記し,掲載された(J. of Loss Prevention).
多元素同位体比によるレアアース泥の時空間分布と地球表層環境変動の因果律の解明

本研究は,太平洋の深海堆積物及び魚類の歯の多元素同位体比(Nd, Sr, Pb等)を分析することで,(1)レアアース泥を含む南鳥島周辺海域の深海堆積物を構成する起源成分を明らかにし,(2)超高濃度レアアース泥の生成機構と海洋環境変動の関連を解明することを目的としている.2018年度は,南太平洋の2地点の全岩化学分析データセットを解析し,堆積物試料を選出するとともに,既存のデータセットを拡充するために,南鳥島周辺海域における追加試料選出を行った.2018年度に研究対象とした南太平洋の2地点の堆積物コアから,各20層準ずつ分析対象層準を選定した.それらの層準から分取した計40試料の全岩堆積物試料に対してNd-Sr同位体分析を実施した.さらに,その中の8試料においては,魚類の歯の取り出しを行い,Nd-Sr同位体分析に供した.また,南鳥島周辺海域における追加試料として,魚類の歯試料7試料,マンガンノジュール試料8試料を採取し,Nd-Sr同位体分析を実施するとともに,堆積物試料25試料から砕屑物成分の分離を行い,化学分析の実施に向けた準備を実施した.なお,Nd-Sr同位体比分析は,海洋研究開発機構(JAMSTEC)内の表面電離型質量分析計(Thermal Ionization Mass Spectrometry; TIMS)を使用した.また,分析前の試料の前処理は,JAMSTECクリーンルーム,東京大学大学院工学系研究科システム創成学専攻内の実験室で実施した.さらに,千葉工業大学次世代海洋資源研究センタークリーンルームの立ち上げに携わり,新規にPb同位体分析を可能とした.2018年度の間に,堆積物試料,魚類の歯及びマンガンノジュール試料計63試料のNd-Sr同位体分析及び堆積物試料25試料の分離作業を実施し,実験室作業を計画通りに進めている.また,筆頭研究者として,国内学会2回,国際学会1回の口頭発表を行うとともに,論文1本を地球化学分野の国際誌に投稿し,定期的に研究内容の発表を実施している.以上のことから,問題なく研究が進展していると考えられる.引き続き,新規太平洋コア3本の全岩化学分析データセットの解析を進め,堆積物試料計60試料を選出する.選出した堆積物試料に関しては全岩Nd-Sr同位体分析及び魚類の歯の採取を進める.また,これまでに得られた南太平洋及び南鳥島周辺海域の堆積物試料,魚類の歯及びマンガンノジュール試料のデータの再解析を行い,必要に応じて,新規試料の追加分析を実施することで,太平洋全域の深海堆積物の起源成分及び南太平洋の海洋循環の変遷の解明につながるデータセットの構築を目指す.以上のように取得されたデータは,適宜,国内外の学会にて発表するとともに,論文化を進め,地球化学分野の主要な国際誌への投稿を目指す.さらに,研究対象海域における研究航海への乗船を通じて,研究内容に対する理解を深め,研究者として必要な技術の研鑽に励む.本研究は,太平洋の深海堆積物及び魚類の歯の多元素同位体比(Nd, Sr, Pb等)を分析することで,(1)レアアース泥を含む南鳥島周辺海域の深海堆積物を構成する起源成分を明らかにし,(2)超高濃度レアアース泥の生成機構と海洋環境変動の関連を解明することを目的としている.2018年度は,南太平洋の2地点の全岩化学分析データセットを解析し,堆積物試料を選出するとともに,既存のデータセットを拡充するために,南鳥島周辺海域における追加試料選出を行った.2018年度に研究対象とした南太平洋の2地点の堆積物コアから,各20層準ずつ分析対象層準を選定した.それらの層準から分取した計40試料の全岩堆積物試料に対してNd-Sr同位体分析を実施した.さらに,その中の8試料においては,魚類の歯の取り出しを行い,Nd-Sr同位体分析に供した.また,南鳥島周辺海域における追加試料として,魚類の歯試料7試料,マンガンノジュール試料8試料を採取し,Nd-Sr同位体分析を実施するとともに,堆積物試料25試料から砕屑物成分の分離を行い,化学分析の実施に向けた準備を実施した.なお,Nd-Sr同位体比分析は,海洋研究開発機構(JAMSTEC)内の表面電離型質量分析計(Thermal Ionization Mass Spectrometry; TIMS)を使用した.また,分析前の試料の前処理は,JAMSTECクリーンルーム,東京大学大学院工学系研究科システム創成学専攻内の実験室で実施した.さらに,千葉工業大学次世代海洋資源研究センタークリーンルームの立ち上げに携わり,新規にPb同位体分析を可能とした.2018年度の間に,堆積物試料,魚類の歯及びマンガンノジュール試料計63試料のNd-Sr同位体分析及び堆積物試料25試料の分離作業を実施し,実験室作業を計画通りに進めている.また,筆頭研究者として,国内学会2回,国際学会1回の口頭発表を行うとともに,論文1本を地球化学分野の国際誌に投稿し,定期的に研究内容の発表を実施している.以上のことから,問題なく研究が進展していると考えられる.

引き続き,新規太平洋コア3本の全岩化学分析データセットの解析を進め,堆積物試料計60試料を選出する.選出した堆積物試料に関しては全岩Nd-Sr同位体分析及び魚類の歯の採取を進める.また,これまでに得られた南太平洋及び南鳥島周辺海域の堆積物試料,魚類の歯及びマンガンノジュール試料のデータの再解析を行い,必要に応じて,新規試料の追加分析を実施することで,太平洋全域の深海堆積物の起源成分及び南太平洋の海洋循環の変遷の解明につながるデータセットの構築を目指す.以上のように取得されたデータは,適宜,国内外の学会にて発表するとともに,論文化を進め,地球化学分野の主要な国際誌への投稿を目指す.さらに,研究対象海域における研究航海への乗船を通じて,研究内容に対する理解を深め,研究者として必要な技術の研鑽に励む.
マウス乳癌プロウイルスの自己スーパー抗原としての生物学的意義

○新しいマウス乳癌プロウイルス(Mtv-48,50,51)を見いだし、Mtv-48がVβ2T細胞のdeletionと、Mtv-50がVβ6/8.1T細胞のdeletionとco-segregateすることを明らかにした。さらに、Mtv-48およびMtv-50の末端反復配列の塩基配列により、C末端にVβ特異性を決定する領域があることが推定された。次に、個体発生における胸腺内での自己スーパー抗原反応性T細胞のclonal deletionの時期とMtv遺伝子発現の時期を比較したところ、Mtv-50の発現の遅れに伴って、Vβ6/8.1T細胞の胸腺内clonal deletionが遅れることが明らかとなった。CS及びII-TES由来の母乳より、外来性マウス乳癌ウイルスを同定し、これらが、Vβ2及びVβ14T細胞を選択的に増殖させた後に細胞死に陥らせることを明らかにした。CD4 knockoutマウスでは、これら外来性乳癌ウイルスの感染症は起こらず、CD4^+T細胞が感染症の進展に重要であることが明らかとなった。○AIDSのマウスモデルであるMuLV感染症において、Vβ11T細胞が選択的にclonal anergyに陥っていることを見いだし、レトロウイルス感染症において、スーパー抗原が病態形成に重要な役割を担っている可能性が考えられた。
補強土工法によるため池の革新的改修技術の開発

ため池の改修技術として、補強土工法を用いた技術開発を実施している。今年度の研究成果は、数値解析と実験に関わるものである。実験による耐久性評価については、特殊な大型土嚢を用いた高耐久性ため池の耐久性を確認するために農村工学研究所の3次元震動実験装置を用いて震動実験を実施した。震動実験のモデル堤体の高さは2.2m、天端幅は1.7m、斜面勾配は1:1.15である。堤体はシルト質砂を用いて作成し密度をDr90%に設定した。土嚢には、建設廃材であるリサイクル骨材を使用した。堤体の中には、加速度計や変位計、土圧計などの計測装置を設置して、振動中の挙動を把握している。入力した地震動は、周波数f=3.8Hzとして、最大加速度を5段階に設定した。最大加速度はそれぞれのステージでamax=300gals ; amax:500gals ; amax=700gals ; amax=1000gals ; amax=1200gals.である。ため池堤体のモデルはいずれの地震動に対しても安定性を保っており、天端の沈下量についても十分抑制されていることが明らかとなった。数値解析の成果としては、有限要素法による動的応答解析と簡便な解析方法としてニューマーク法による解析を実施した。有限要素法による解析はニューマーク法よりも精度よく堤体の変形を予測することができ、堤体の詳細解析として有力なツールとなることが明らかとなった。ニューマーク法は、簡便な解析として1次設計に用いることができる。有限要素法によって得られた堤体の変形は震動実験結果と極めてよく一致している。これらの解析結果から、ため池堤体を代表するたった1つの材料物性、すなわち弾性から塑性に至る物性の変化を考慮した特性を用いることによって実際のモデルの挙動を適切に再現できることが明らかとなった。特に堤体の天端の沈下量や斜面先部分の変形などの破壊現象に密接に関係する点で満足のいく整合性が取れている。以上のように今回提案している土嚢を用いたため池堤体の構築技術は、既設のため池の改修にも適用可能で地震時の安全性のみならず、集中豪雨による洪水が堤体を越流する場合にも極めて高い安全性を有していることが明らかとなった。平成16年度の調査の結果を受けて決定した対象とするため池の規模をべースとして、大型土のうを用いたため池の補強モデルを策定した。基本モデルに使用するため池堤体の補強には、新たに開発した大型土のうを用いることとして、土のう積層体の強度・変形特性について力学試験を実施し、中につめる材料と土のう材の相互作用が積層体の限界荷重に大きな影響を及ぼしていることを解明した。この結果に基づいて、現場適用が可能な技術として、大型土のうにつめる土質材料とその施工方法を確定した。また、実規模のため池堤体模型を農業工学研究所内の実験フィールドに築堤し、施工方法と安全性に関する実証試験を実施した。さらに、大型土のうを用いたため池の補強モデルの地震時の安全性を解明するために、3次元振動実験を実施し土のう積層体の崩壊メカニズムを明らかにした。この結果、補強モデルは、兵庫県南部地震と同じ地震動に対して、十分な安全性を有しており、壊滅的な崩壊は発生しないことが明らかとなった。今回、使用した大型土のうは、土のう本体とこれに連結するシート部分がため池堤体の内部に挿入されるので、堤体と土のう積層部分が完全に一体化するため極めて高い補強効果を発揮している。一方、このモデルは、崩壊パターンが従来の堤体と異なるため、一般的な解析方法ではその安全性を評価することができず、新たな数値解析モデルの開発が必要であった。このため、振動実験によりため池内に発生するすべり面の形状や位置が明らかとなったので、懸案となっている崩壊メカニズムを確定しニューマーク法による数値解析モデルを開発した。実際のため池に対する具体的な数値解析については、平成18年度に実施して最適な補強断面の策定を行う。

有限要素法による解析はニューマーク法よりも精度よく堤体の変形を予測することができ、堤体の詳細解析として有力なツールとなることが明らかとなった。ニューマーク法は、簡便な解析として1次設計に用いることができる。有限要素法によって得られた堤体の変形は震動実験結果と極めてよく一致している。これらの解析結果から、ため池堤体を代表するたった1つの材料物性、すなわち弾性から塑性に至る物性の変化を考慮した特性を用いることによって実際のモデルの挙動を適切に再現できることが明らかとなった。特に堤体の天端の沈下量や斜面先部分の変形などの破壊現象に密接に関係する点で満足のいく整合性が取れている。以上のように今回提案している土嚢を用いたため池堤体の構築技術は、既設のため池の改修にも適用可能で地震時の安全性のみならず、集中豪雨による洪水が堤体を越流する場合にも極めて高い安全性を有していることが明らかとなった。
^<13>Cラベル化ポルフィリンの合成と構造解析への応用

1)テトラフェニルポルフィリン、ドデカフェニルポルフィリン及びその反磁性金属錯体を合成し、^<13>CNMRスペクトルのすべてのピークをC-HCOSYの測定によって帰属した。2)1の結果から^<13>Cケミカルシフトはポルフィリンの違い、あるいは中心金属のちがいにより鋭敏に変化することが判明した。特にテトラフェニルポルフィリンとドデカフェニルポルフィリンではポルフィリン骨格が平面から歪んだ構造に変化しており、^<13>Cケミカルシフトはこの歪みにより変化したものと考えられる。3)次に^<13>C-^<13>Cスピンスピンカップリング(Jcc)を測定するために^<13>Cでラベルしたテトラフェニルポルフィリンとドデカフェニルポルフィリンを合成した。市販の^<13>Cでラベルされた安息香酸(Ph^<13>COOH、^<13>C99%以上)をLiAIH_4で還元しPh^<13>CH_2OHとしたのち、PCCで酸化し^<13>Cラベルしたベンズアルデヒド(Ph^<13>CHO)を70%の収率で得た。このアルデヒドとピロールを反応させることにより、4個のメソ位が^<13>Cでラベルされたテトラフェニルポルフィリンを合成した。同様にPh^<13>CHOとジフェニルピロームを反応させ4個のメソ位が^<13>Cでラベルされたドデカフェニルポルフィリンを合成した。4)^<13>Cでラベルしたポルフィリンの^<13>CNMRスペクトルを測定することにより、何箇所かのJccを得ることができた。このうちピロールalpha炭素とメソ炭素との間の^1Jcc、フェニルの付け根の炭素とメソ炭素との間の^1Jccはポルフィリンのちがいにより変化した。5)4の結果からJccもポルフィリンの違いにより鋭敏に変化することが判明した。これはポルフィリン環の歪みにより、結合距離、結合次数あるいは結合のsp_2性が微妙に変化したことに対応していると考えられる。現在、中心金属の違い、ポルフィリンの違いによりどのうよに変化するかを、系統的に調べている。
熟練運動スキルを促進する運動学習原理の解明と新たなトレーニング法の開発

プロのアスリートや音楽家が保持する熟練運動スキルは練習してもあまり向上しない(天井効果).熟練運動スキルをさらに向上させるためには,天井効果を脱却する科学的なトレーニング法を考案する必要がある.運動学習の基本原理として,1運動のゴールと知覚した運動結果のエラーを小さくするフィードバック誤差学習,2試行錯誤的に様々な運動を実行し(探索行動),報酬が大きな動作を学習する強化学習,3過去の運動や感覚を反復するように次の運動がバイアスを受ける使用依存性学習(教師なし学習の一種がある.本研究では,これら3つの学習原理に基づき熟練運動スキルをさらに高める最適なトレーニング法を同定する.プロのアスリートや音楽家が保持する熟練運動スキルは練習してもあまり向上しない(天井効果).熟練運動スキルをさらに向上させるためには,天井効果を脱却する科学的なトレーニング法を考案する必要がある.運動学習の基本原理として,1運動のゴールと知覚した運動結果のエラーを小さくするフィードバック誤差学習,2試行錯誤的に様々な運動を実行し(探索行動),報酬が大きな動作を学習する強化学習,3過去の運動や感覚を反復するように次の運動がバイアスを受ける使用依存性学習(教師なし学習の一種がある.本研究では,これら3つの学習原理に基づき熟練運動スキルをさらに高める最適なトレーニング法を同定する.
グラム陽性細菌のクォーラムセンシングを標的とした新奇抗菌剤の開発

腸球菌Enterococcusfaecalisの病原因子の一つと言われるゼラチナーゼの生産は、GBAPと命名された環状ペプチドをオートインデューサーとしたクォーラムセンシング(QS)により制御されている。GBAPとその生合成酵素FsrB、GBAPのセンサーキナーゼFsrCはfsr遺伝子群にコードされており、このQS制御系はfsr制御系と呼ばれている。本研究は、(1)FsrBによるGBAPの生合成、(2)FsrCによるGBAPのシグナリング、この2つを阻害のターゲットポイントとする新しいタイプの抗感染症剤を開発することを目指している。(1)についてはFsrBの変異導入実験により、膜貫通領域2番目と3番目の間の細胞内ドメインに位置する、Arg-67,Gly-71,His-73,Cys-80がGBAPの生合成に必須であることを見出し、FsrBはシステインプロテアーゼ様の活性によりGBAPプロペプチドFsrDのプロセシングおよび環化を行っていることを示唆した。FsrBに相同性を示すタンパク質は、ブドウ球菌、リステリア菌、クロストリジウム菌にも存在し、FsrBの阻害剤はこれらのグラム陽性菌の病原性を広く抑えることのできる薬剤として期待される。実際に、本年度はリステリア属細菌の環状ペプチドの構造解析にも成功している。(2)についてはGBAPのアンタゴニストがターゲットとなる。現在、協同研究者の永田博士らのグループとFsrCの結晶構造解析を行なっている。現在までに5.5オングストロームのX線回折斑点を得ている。また、GBAPのNMR溶液構造解析にも成功し、GBAPは溶液中で特定の立体構造をとらず、インデューストフィット型の受容体との相互作用を示すことを示唆している。また、GBAP類縁体による構造活性相関研究を進め、GBAPの環部分の二つの芳香族アミノ酸が活性に重要であることを明らかにした。また、天然物を対象にfsr制御系の阻害剤のスクリーニングを行ない、放線菌の二次代謝産物であるシアマイシンがfsr制御系をμM以下の濃度で阻害することを見出している。以上の知見はfsr制御系を標的とする抗菌剤の開発に重要な知見を与えるものである。腸球菌、Enterococcus faecalisの病原因子の一つと言われるゼラチナーゼの生産は、GBAPと命名された環状ペプチドラクトンをオートインデューサーとしたクォーラムセンシング(QS)により制御されている。GBAPとその生合成酵素FsrB、GBAPのセンサーキナーゼFsrC、レスポンスレギュレーターFsrAはfsr遺伝子群にコードされており、このQS制御系はfsr制御系と呼ばれている。本研究は、fsr制御系を標的とした新しいタイプの抗感染症剤を開発することを目標としている。我々は、(1)FsrBによるGBAPの生合成、(2)FsrCによるGBAPのシグナリング、この2つを阻害のターゲットポイントとして研究を進めている。(1)についてはFsrBの触媒残基と予想されるHis-73とCys-80をAlaに置換するとGBAPの生合成能が喪失することが確認され、FsrBのシステインプロテアーゼ様の活性によりGBAPプロペプチドFsrDのプロセシングおよび環化が行なわれていることが示唆された。

FsrBに相同性を示すタンパク質は、ブドウ球菌、リステリア菌、クロストリジウム菌にも存在し、FsrBの阻害剤はこれらのグラム陽性菌の病原性を広く抑えることのできる薬剤として期待される。(2)についてはGBAPのアンタゴニストがターゲットとなる。現在、協同研究者の永田博士らのグループとおいてFsrCの立体構造解析を行なっている。九州大学においてはGBAP類縁体による構造活性相関研究を進めている。すでにGBAPのN末端2残基のテール領域のペプチド鎖がGBAPの活性に重要で、その側鎖は活性には重要でないことを突き止めた。今後、これら両者の研究結果を基にGBAPアンタゴニストをドラッグデザインすることを計画している。同時に、本研究では、天然物を対象にfsr制御系の阻害剤のスクリーニングを行なっている。その結果、放線菌の二次代謝産物であるシアマイシンがfsr制御系を阻害し、腸球菌のGBAP生産およびゼラチナーゼ生産をμM以下で阻害することを見出した。腸球菌Enterococcusfaecalisの病原因子の一つと言われるゼラチナーゼの生産は、GBAPと命名された環状ペプチドをオートインデューサーとしたクォーラムセンシング(QS)により制御されている。GBAPとその生合成酵素FsrB、GBAPのセンサーキナーゼFsrCはfsr遺伝子群にコードされており、このQS制御系はfsr制御系と呼ばれている。本研究は、(1)FsrBによるGBAPの生合成、(2)FsrCによるGBAPのシグナリング、この2つを阻害のターゲットポイントとする新しいタイプの抗感染症剤を開発することを目指している。(1)については:FsrBの変異導入実験により、膜貫通領域2番目と3番目の間の細胞内ドメインに位置する、Arg-67,Gly-71,His-73,Cys-80がGBAPの生合成に必須であることを見出し、FsrBはシステインプロテアーゼ様の活性によりGBAPプロペプチドFsrDのプロセシングおよび環化を行っていることを示唆した。実際に、本年度はリステリア属細菌の環状ペプチドの構造解析にも成功している。現在、協同研究者の永田博士らのグループとFsrCの結晶構造解析を行なっている。現在までに5.5オングストロームのX線回折斑点を得ている。また、GBAPのNMR溶液構造解析にも成功し、GBAPは溶液中で特定の立体構造をとらず、インデューストフィット型の受容体との相互作用を示すことを示唆している。また、GBAP類縁体による構造活性相関研究を進め、GBAPの環部分の二つの芳香族アミノ酸が活性に重要であることを明らかにした。また、天然物を対象にfsr制御系の阻害剤のスクリーニングを行ない、放線菌の二次代謝産物であるシアマイシンがfsr制御系をμM以下の濃度で阻害することを見出している。以上の知見はfsr制御系を標的とする抗菌剤の開発に重要な知見を与えるものである。
心筋収縮調節因子PLNと相互作用するユビキチンリガーゼの同定および機能解析

ヒト不全心筋では、ユビキチン化タンパク質の過剰な蓄積が認められることから、心不全増悪時に高発現もしくは活性化されるユビキチン転移酵素(ユビキチンリガーゼ)が存在すると考え、ユビキチンリガーゼの探索ならびに心機能に及ぼす影響を調べた。まず、心不全増悪時にユビキチン化が増加しているタンパク質の一つとして心収縮能調節因子であるホスホランバン(PLN)に着目し、そのユビキチン化を促進しているユビキチンリガーゼの同定を試みた。その結果、低酸素誘導因子(HIF-1α)を負に制御しているユビキチンリガーゼであるvon Hippel-Lindau(VHL)が、PLNのユビキチン化に寄与していることを見出した。実際に、心不全モデルマウス(TgPLNR9C, NHE1-Tg)の心臓では、VHLの発現量が野生型マウスと比較して増加しており、また、VHLとPLNの結合も顕著に増加していることが観察された。さらに、心不全病態ではダメージを受けたミトコンドリアの蓄積が多く観察されることから、ミトコンドリア脱共役剤(cccp)を作用させたPLN発現HEK293細胞でVHLとPLNの結合を観察したところ、両者の結合が顕著に増加している一方で、PLNの総発現量は減少していた。これらの現象は、活性酸素種(ROS)スカベンジャー(NAC)を前処理することにより抑制された。VHLによるPLN分解系への影響をさらに調べるために、PLN発現HEK293細胞のVHL遺伝子をノックダウンしたところ、正常および酸化ストレス環境下において、PLNの発現は増加した。以上より、PLNをユビキチン化しているユビキチンリガーゼの一つとして、新たにVHLの寄与を示すことができ、PLN分解系の一端を担っていることが明らかになった。心不全病態の改善や治療法の向上を目指す上で、VHLを標的とした新たな治療戦略を構築できる可能性を示した。ヒト不全心筋では、ユビキチン化タンパク質の過剰な蓄積が認められることから、心不全増悪時に高発現もしくは活性化されるユビキチン転移酵素(ユビキチンリガーゼ)が存在するという仮定のもと、ユビキチンリガーゼの探索ならびに心機能に及ぼす影響を調べた。まず、心不全増悪時にユビキチン化が増加しているタンパク質の一つとして心筋小胞体カルシウムポンプ(SERCA2a)の制御因子であるホスホランバン(PLN)に着目し、PLNのユビキチン化を促進しているユビキチンリガーゼの同定を試みた。その結果、低酸素状態で誘導されてくる低酸素誘導因子(HIF-1α)を負に制御しているユビキチンリガーゼであるvon Hippel-Lindau(VHL)が、PLNのユビキチン化に寄与していることを明らかにした。実際に、二種類の遺伝学的背景の異なる心不全モデルマウス(tgPLNR9C, tgNHE1)の心臓では、両モデルマウスともにVHLの発現量が野生型マウスと比較して増加しており、さらに、VHLとPLNの結合も顕著に増加していることが観察された。以上の結果より、心収縮能調節因子であるPLNをユビキチン化しているユビキチンリガーゼの一つとして、新たにVHLの寄与を示すことができ、PLN分解系の一端を担っていることが明らかになった。将来的にVHLを標的とした治療戦略を立てることを目標としており、心不全症状の改善や治療法の向上を目指す上でとても意義があると考えられる。心不全症状の重篤度によって、ユビキチンリガーゼであるVHLと心収縮能調節因子であるPLNの結合、およびPLNのユビキチン化がどの程度変動するのかを明らかにする為に、ミトコンドリア膜電位を低下させる脱共役剤(CCCP*)を作用させたPLN強発現HEK293細胞、ならびに遺伝学的背景の異なる二種類の心不全モデルマウス(PLNR9C変異発現マウス(tgPLNR9C)、Na+/H+交換輸送体発現マウス(tgNHE1))の心臓を用いて研究を進めた。*心不全増悪時には、障害を受けたミトコンドリアからの活性酸素種(ROS)の産生亢進が起こるため、CCCP処理によりミトコンドリアに障害を与え、このような活性酸素種がPLNの分解系に影響しているかどうか検討する目的で行った。CCCP処理したPLN強発現HEK293細胞では、VHLとPLNの抗体を用いた免疫沈降実験により両者の強い結合が観察され、その結合は、ROSスカベンジャーとして用いたN-アセチルシステイン(NAC)により減弱した。一方、二種類の心不全モデルマウスの心臓では、ともにVHLの発現量が野生型マウスと比較して増加しており、さらに、VHLとPLNの結合も顕著に増加していることが観察された。重篤な心不全ではPLNの発現量が減少することが知られているが、その一因として、心不全で発現の増加してくるVHLがPLNを標的としてユビキチン化の亢進、ならびに分解促進の一端を担っていることが示唆された。以上の結果より、心収縮能調節因子であるPLNをユビキチン化しているユビキチンリガーゼの一つとして、新たにVHLの寄与を示すことができ、心不全症状を呈する場合には、PLN分解系の亢進にも寄与していることを見出した。

まず、心不全増悪時にユビキチン化が増加しているタンパク質の一つとして心収縮能調節因子であるホスホランバン(PLN)に着目し、そのユビキチン化を促進しているユビキチンリガーゼの同定を試みた。その結果、低酸素誘導因子(HIF-1α)を負に制御しているユビキチンリガーゼであるvon Hippel-Lindau(VHL)が、PLNのユビキチン化に寄与していることを見出した。実際に、心不全モデルマウス(TgPLNR9C, NHE1-Tg)の心臓では、VHLの発現量が野生型マウスと比較して増加しており、また、VHLとPLNの結合も顕著に増加していることが観察された。さらに、心不全病態ではダメージを受けたミトコンドリアの蓄積が多く観察されることから、ミトコンドリア脱共役剤(cccp)を作用させたPLN発現HEK293細胞でVHLとPLNの結合を観察したところ、両者の結合が顕著に増加している一方で、PLNの総発現量は減少していた。これらの現象は、活性酸素種(ROS)スカベンジャー(NAC)を前処理することにより抑制された。VHLによるPLN分解系への影響をさらに調べるために、PLN発現HEK293細胞のVHL遺伝子をノックダウンしたところ、正常および酸化ストレス環境下において、PLNの発現は増加した。以上より、PLNをユビキチン化しているユビキチンリガーゼの一つとして、新たにVHLの寄与を示すことができ、PLN分解系の一端を担っていることが明らかになった。心不全病態の改善や治療法の向上を目指す上で、VHLを標的とした新たな治療戦略を構築できる可能性を示した。次年度以降に、実際にVHLがPLNを介して心機能へ及ぼす影響を明らかにする為に、VHL遺伝子をノックアウト(KO)したiPS細胞から分化誘導させた心筋細胞を用いて、ユビキチン化PLNレベルの変動、ならびに心筋細胞収縮能を測定する。また、心不全の種類や重症度によってVHLがどの程度PLNのユビキチン化および分解に関与し、心機能を制御しているかを明らかにしていくことが出来れば、既存の改善策や治療薬で効果が見られない際に、VHLを標的とした治療戦略を立てることが期待でき、心不全根治を目指す新しい原因療法の一つとして有望であると考える。当該年度は、心不全モデルマウスを用いた実験計画が当初予定していたよりもスムーズに進行し、十分な実験結果が得られたため、マウス飼育費を抑えることが可能となった。次年度は、引き続きマウス飼育費、培養細胞関連試薬(培地、血清、添加物等)、研究成果発表のための学会参加費、論文校正費・投稿料などに使用させていただく予定である。
グルタミン酸ラセマーゼの構造、機能に関する生化学的分子生物学的研究

グルタミン酸ラセマーゼの構造と機能の関係を明らかにし、本酵素の特異的阻害剤を開発することを目的として以下の研究を行った。P. pentosaseus及びE. coliのグルタミン酸ラセマーゼのアミノ酸一次配列において、保存性の高い領域に対応するDNAプライマーを合成し、PCR法によって対応する領域を増幅させた。その結果、Bacillus cereusなどにグルタミン酸ラセマーゼ活性は認められないものの、いずれもグルタミン酸ラセマーゼ遺伝子をもち可能性が示された。E. coliのD-グルタミン酸要求株、WM335のD-グルタミン酸要求性を相補する遺伝子をB. cereusから単離したところ、グルタミン酸ラセマーゼ遺伝子であることが確認された。モノマーであるP.pentosaseusの酵素が2個の必須システイン残基を有するのに対し、E. coli酵素は二量体で各々のサブユニットからシステイン残基を出しあって活性中心を形成する“composite active-site"型をとると考えられる。この点を明らかにするために、部位特異的変異法によりE. coli酵素のシステイン残基をアラニンに置換し、その諸性質を調べた。また、グルタミン酸ラセマーゼはセリンO-スルフェートに作用し、そのα,β-脱離反応を触媒すると共に、自らは不可逆的に失活する酵素自殺基質反応を触媒する。活性に必須な2個のシステイン残基を両者アラニン残基に置換すると、α,β-脱離反応を触媒できないが、いずれか一方が残存していればこの反応を触媒できる。ところが、グルタミン酸のラセミ化は触媒できないことから、本酵素の2塩基機構と基質α-水素の引き抜きにおけるシステイン残基の役割が明確になった。D-グルタミン酸は細菌細胞壁ペプチドグリカンの必須構成成分であり、D-アミノ酸トランスアミナーゼあるいはグルタミン酸ラセマーゼにより生合成されると考えられている。しかし、前者はBacillus属細菌に、また後者は乳酸菌にのみ見いだされており、他の細菌のD-グルタミン酸生合成経路は不明である。本研究では、グルタミン酸ラセマーゼの構造と機能の関係を明らかにし、本酵素の発現調節機構を明らかにするとともに、本酵素の特異的阻害剤を開発することを目的としている。P.pentosaseus及びE.coliのグルタミン酸ラセマーゼのアミノ酸一次配列において、保存性の高い領域に対応するDNAプライマーを合成し、PCR法によって対応する領域を増幅させた。その結果、Staphyrococcus aureusやBacillus cereus、Pseudomonas aeruginosaにグルタミン酸ラセマーゼ活性は認められないものの、いずれもグルタミン酸ラセマーゼ遺伝子をもつ可能性が示された。E.coliのD-グルタミン酸要求株、WM335のD-グルタミン酸要求性を相補する遺伝子をBacillus cereusから単離したところ、グルタミン酸ラセマーゼ遺伝子であることが確認された。モノマーであるP.pentosaseusの酵素が2個の必須システイン残基を有するのに対し、E.coli酵素は二量体で各々のサブユニットからシステイン残基を出しあって活性中心を形成する"composite active-site"型をとると考えられる。この点を明らかにするために、部位特異的変異法によりE.coli酵素のシステイン残基をアラニンに置換し、その諸性質を調べた。

P. pentosaseus及びE. coliのグルタミン酸ラセマーゼのアミノ酸一次配列において、保存性の高い領域に対応するDNAプライマーを合成し、PCR法によって対応する領域を増幅させた。その結果、Bacillus cereusなどにグルタミン酸ラセマーゼ活性は認められないものの、いずれもグルタミン酸ラセマーゼ遺伝子をもつ可能性が示された。E. coliのD-グルタミン酸要求株、WM335のD-グルタミン酸要求性を相補する遺伝子をB. cereusから単離したところ、グルタミン酸ラセマーゼ遺伝子であることが確認された。モノマーであるP. pentosaseusの酵素が2個の必須システイン残基を有するのに対し、E. coli酵素は二量体で各々のサブユニットからシステイン残基を出しあって活性中心を形成する“composite active-site"型をとると考えられる。この点を明らかにするために、部位特異的変異法によりE. coli酵素のシステイン残基をアラニンに置換し、その諸性質を調べた。また、グルタミン酸ラセマーゼはセリンO-スルフェートに作用し、そのα,β-脱離反応を触媒すると共に、自らは不可逆的に失活する酵素自殺基質反応を触媒する。活性に必須な2個のシステイン残基を両者アラニン残基に置換すると、α,β-脱離反応を触媒できないが、いずれか一方が残存していればこの反応を触媒できる。ところが、グルタミン酸のラセミ化は触媒できないことから、本酵素の2塩基機構と基質α-水素の引き抜きにおけるシステイン残基の役割が明確になった。
全脳虚血後障害からの回復過程へのストレス蛋白質の関与とその治療法への応用

1.小動物に於いて全脳虚血モデルの作製:現在犬などの中動物を脳虚血実験に使用するのが困難になってきている。そこでモルモットで完全全脳虚血モデルを作製することとした.径2mmワイヤーをL字型(長軸100mm短軸20mm)に曲げた"吊り上げ鈎"を作製し、これを第2肋間胸骨右縁より小切開孔より縦隔へ挿入し、短軸部を大動脈起始部背側に滑り込ませ、鈎を吊り上げると共に胸骨を指にて背側に圧迫し、大動脈を鈎短軸部と胸骨で圧迫し閉塞させ血流を遮断する方法を考案した.この方法にて血圧のほぼ0での平坦化、脳波・脳血流量の消失、組織学的検索にて脳細胞の脱落が示され、全脳虚血モデルとしての有用性が証明された。2.虚血によるストレス蛋白(HSP)とアポトーシスの発現について:(1)腎虚血におけるアポトーシス:マウス腎動静脈を一時遮断する虚血負荷により、虚血時間に比したアポトーシスの発現(TUNEL法による測定)が認められた。またアポトーシスの発現頻度と尿細管障害の程度とは相関が認められた。このアポトーシス発現がFas-Fas Ligand遺伝子欠損マウスに於いて著しく少なく、腎臓における虚血誘導性アポトーシス発現にFas-Fas Ligand系が関与していることが示唆された。(2)脳虚血におけるアポトーシス:マウスに一過性中大脳動脈閉塞梗塞モデルを作製し検討した。閉塞時間30分より、視索前野・線状域に限局する梗塞が出現、拘束時間の延長と共に拡大した。主としてそのペナンブラ域に閉塞時間に比例したアポトーシス発現が認められた。Fas-Fas Ligand遺伝子欠損マウスに60分の閉塞を行うと、正常マウスよりアポトーシスの発現は少なかった。従って梗塞領域の決定にFas-Fas Ligand系が関係したしたアポトーシスの関与が示唆された。さらに好中球にもアポトーシス発現が認められた。(3)脳虚血とHSP:(2)のモデルで現在検討中である。安定した多数の動物供給が可能で、脳の生体還流固定がよく容易に行え、かつ種種の試薬の使用量を少なくするため、小動物モルモットによる全脳虚血モデルを作製することとした。モルモットでは、これまで血管結紮による脳部分虚血モデルはあるものの、全脳虚血モデルは全く作られていない。我々は、ワイヤーを用い直径2mmのL型鈎を作製し、これを右第2肋間より挿入し、鈎のL型部分で上行大動脈をひっかけつり上げ胸骨との間にはさむことにより、大動脈を遮断する法を考案した。モルモットにハロセンを吸収させ麻酔し、直ちに気管切開しチューブを挿管、筋弛緩薬投与下で人工呼吸とし、0.5%ハロセンで麻酔維持した。大動脈にカニュレーションして動脈圧を測定、頭蓋骨に骨窓をあけドプラー血流計にて脳血流を測定、さらに脳波(EEG)、心電図(ECG)モニターした。

前述の方法にて適切な部位にワイヤーが挿入され大動脈がつり上げられると、動脈圧波型は平坦となり79mmHgの血圧が示され、脳虚血は200ml/min前後より直ちに20ml/min前後とほぼ0となりEEGが1020秒で平坦となり、全脳完全虚血を成立が示された。ECGでは、先ず頻拍が出現、次いで時に5分前後でA-Vブロックが出現するものもあり、ごくまれに6分以後に心室細動となるものもあった。遮断解除後はエホチール投与と閉胸心マッサージで蘇生を行った。5分と8分の遮断を試みたが、5分群ではほぼ全例が1060秒で蘇生に成功したが、8分群では最大2分の蘇生時間を要した。遮断解除後1時間で麻酔を止め、自発呼吸として抜管し、気管切開口を残したまま観察した。回復の良好なものは34時間後より自力飲水を始め、1週間以上の生存が得られた。この時点で、再度麻酔をかけ、ホルマリンで脳還流固定を行い、凍結保存を行い、組織標本にて虚血変化の程度を、目下検討中である。今年度は、モルモットにおける全脳虚血モデル作製に成功した。全脳虚血後脳障害の回復機構に、細胞障害からの防御、修復機能に重要な意味を有するとされるストレス蛋白(HSP)が関与するか否かを検討し、さらに完全全脳虚血に対する高圧酸素療法の有効性とHSPとの関係を調べるべく、本研究を行った。従来我々は完全全脳虚血モデルを犬で完成し、種々の薬物療法、低体温法、高圧酸素療法、等の有効性につき検討し成果を上げてきたが、今回HSP測定のためには、抗原-抗体反応による組織学的方法を用いるため、犬では大きすぎ脳還流固定が難しくまた高価なHSP抗体を大量に用いることになること、最近犬の安定した供給が難しいことのために、小動物を用いなければならなくなった。そこでモルモットを用いての完全全脳虚血モデル(これまでに報告がない)作製にとりかかり、ようやく我々独自の方法を完成した。即ち、ワイヤーにてL型釣り挙げ鈎を作り、これを小孔を通し第二肋間胸骨右縁より縦隔に挿入し大動脈背側に滑り込ませ釣り挙げることにより、大動脈を胸骨と鈎の間で圧迫し遮断し完全全脳虚血とする法である。この方法にて、レーザードプラー法にて脳血流が無くなり脳波が平坦化して完全全脳虚血となること、組織学的にも海属領域を中心に脳虚血状態が出現する事を証明した。さらにこのモルモットは数日-1週間の生存が可能である。この成果は第13回日本蘇生学会総会(平成6年)で発表した。現在このモデルを用い、5分間の虚血負荷を行い、治療を行わない群、虚血後高圧酸素療法群(3気圧、1時間:当日1回、次日2回)、虚血負荷をせずSham手術のみの群、にてHSP25,60,70,の検出を行っており、各群数例終了したところである。
HBs抗原/抗体両陽性のHBVキャリアにおけるリンパ球感染HBVの遺伝子解析

HBs抗原/抗体両陽性の成人HBVキャリアにおいて,HBs抗原をコードするS遺伝子やpre-S1/S2領域に変異を持つHBVのリンパ球感染が,ウイルスの持続感染源に関与しているかを明らかにする目的で,そのようなHBVキャリア3例においてリンパ球と血清から抽出したゲノムのシークエンス解析を行った.1.リンパ球と血清から抽出したウイルスゲノムのpre-S1/S2領域では,3例とも欠失を認めた.その範囲は,pre-S1/S2領域では,preS1 57-117/pre-S2 1-5deletion,pre-S1 56-119/pre-S21-5,preS1 57-117であった.S領域では,126番目のアミノ酸Ile/ThrからSerへの変異を2例を認めた.これらの変異がHBs抗体存在下で持続感染に関与している可能性が考えられた.2.リンパ球と血清から抽出したウイルスゲノムのシークエンスは,3例ともpre-S1/S2領域,S領域で殆ど一致したことから,リンパ球感染が,血清からの吸着である可能性が示唆された.また,HBVのリンパ球感染が持続感染のための再感染源にもなりうることが考えられた.6カ月以上HBs抗原/抗体が両陽性の成人HBVキャリア15例を対象とし、各症例の血清からHBV-DNAを抽出した。pre-S/S領域をPCR法で増幅し、精製したPCR産物をDye-Terminator法にてdirect sequencingを行った。S遺伝子a領域にアミノ酸変異を持つ変異株が,15例中3例に検出された(20%)。S遺伝子141番目アミノ酸のリジンからスレオニンへの変異を持つ株を1例,S遺伝子126番目アミノ酸のイソロイシン/スレオニンからセリンへの変異を持つ株を2例に認めた。しかし,これら3例の血中HBs抗原のタイターは,他の野生株のそれと同等で,これらのアミノ酸変異によるHBs抗原の抗原性変化は少ないと考えられた。現在,同一症例のpre-S領域の塩基配列を解析中である。HBs抗原/抗体両陽性の成人HBVキャリアにおいて,HBs抗原をコードするS遺伝子やpre-S1/S2領域に変異を持つHBVのリンパ球感染が,ウイルスの持続感染源に関与しているかを明らかにする目的で,そのようなHBVキャリア3例においてリンパ球と血清から抽出したゲノムのシークエンス解析を行った.1.リンパ球と血清から抽出したウイルスゲノムのpre-S1/S2領域では,3例とも欠失を認めた.その範囲は,pre-S1/S2領域では,preS1 57-117/pre-S2 1-5deletion,pre-S1 56-119/pre-S21-5,preS1 57-117であった.S領域では,126番目のアミノ酸Ile/ThrからSerへの変異を2例を認めた.これらの変異がHBs抗体存在下で持続感染に関与している可能性が考えられた.2.リンパ球と血清から抽出したウイルスゲノムのシークエンスは,3例ともpre-S1/S2領域,S領域で殆ど一致したことから,リンパ球感染が,血清からの吸着である可能性が示唆された.また,HBVのリンパ球感染が持続感染のための再感染源にもなりうることが考えられた.