hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
カルパインによる特異的プロテオグリカン分解マーカー抗体の作成と臨床への応用

我々は現在まで,関節リウマチや変形性関節症などの病的関節において,滑膜や軟骨から関節液中に中性システインプロテアーゼであるカルパインが分泌され,In vitroにおいて強力なプロテオグリカン分解活性を持つことを報告し,カルパインが関節変性疾患において関節軟骨のマトリックス分解に関与することを生化学的に明らかにしてきた.さらに,カルパインによるプロテオグリカン切断部位の解析の結果,カルパインは関節軟骨マトリックス中のプロテオグリカンコア蛋白の特異的な部分を複数切断し,この切断部位のアミノ酸配列は他のマトリックス分解酵素による切断部位とは異なることが判明した.今研究においてわれわれは,カルパインによるプロテオグリカンコア蛋白の特異的切断端のみを認識する抗体の作成に成功した.この独自に開発したモノクローナル抗体を用いて,分解された産物を特異的に検出解析することが可能となり,関節軟骨破壊にカルパインが関与することを証明した(現在海外論文投稿中).本法の利点は酵素の産生を測定するに比して,阻害物質の影響を受けることなく,実際にin situで分解された産物を特異的に検出しうることにある.さらに,カルパインに対する特異的モノクローナル抗体と,われわれの開発したカルパインの分解産物を特異的に認識するモノクローナル抗体を用いて,牛軟骨組織培養系における炎症性サイトカインの影響を調べた.その予備実験の結果,炎症性サイトカインを添加することにより,細胞内から細胞外へ放出されるカルパインの量,そしてカルパインにより切断される細胞外基質(分解産物)の量は増加した.今研究補助金によりわれわれは,カルパインの分解産物を特異的に認識するモノクローナル抗体の一つを開発し,カルパインが関節炎における関節軟骨破壊に実際に関与することを証明した。関節軟骨破壊に関与するmatrix metaroproteinases (MMPs)やaggrecanase(ADAMTS-4,5)などのマトリックス分解酵素では、基質の切断部位のアミノ酸配列を認識する特異抗体によって軟骨破壊の分解産物が定量できる。マトリックス分解酵素としての研究が始まったばかりのカルパインでは、このような特異抗体がこれまで作成されていなかった。しかし我々は予備実験で、カルパインはコア蛋白の特異的な部分を切断することを同定し,一方monoclonal antibodyを作成する技術を獲得した。それにより人土的に合成したアミノ酸配列を抗原として用いて新しいsite specific anti peptide monoclonal antibodyを完成させた。この抗体を用いてウシ軟骨アグリカンをカルパインで分解した分解した後のfragmentが同定され酵素基質比の変化によってアグリカンコア蛋白の分解されるsiteが変化することや、アミノ酸配列によって切断されやすいsiteの特徴があり、この特徴は種によってよく保存されていること等を確認した。またウシ関節軟骨組織より抽出したアグリカンfragment内にこの抗体で同定されるfragmentの存在も確認した。ことから,in vivoにおいてもカルパインは作用しており、それによって分解されたfragmentが存在することを証明した。これらの結果より変形性関節症や関節リウマチのような疾患において軟骨組織が崩壊してゆく過程でカルパインが作用している可能性が示唆された。われわれは現在まで,関節リウマチや変形性関節症などの病的関節において,滑膜や軟骨から関節液中に中性システインプロテアーゼであるカルパインが分泌され,In vitroにおいて強力なプロテオグリカン分解活性を持つことを報告し,カルパインが関節変性疾患において関節軟骨のマトリックス分解に関与することを生化学的に明らかにしてきた.さらに,カルパインによるプロテオグリカン切断部位の解析の結果,カルパインは関節軟骨マトリックス中のプロテオグリカンコア蛋白の特異的な部分を複数切断し,この切断部位のアミノ酸配列は他のマトリックス分解酵素による切断部位とは異なることが判明した.今研究においてわれわれは,カルパインによるプロテオグリカンコア蛋白の特異的切断端のみを認識する抗体の作成に成功した.

この独自に開発したモノクローナル抗体を用いて,分解された産物を特異的に検出解析することが可能となり,関節軟骨破壊にカルパインが関与することを証明した(現在海外論文投稿中)・本法の利点は酵素の産生を測定するに比して,阻害物質の影響を受けることなく,実際にin situで分解された産物を特異的に検出しうることにある.さらに,カルパインに対する特異的モノクローナル抗体と,われわれの開発したカルパインの分解産物を特異的に認識するモノクローナル抗体を用いて,牛軟骨組織培養系における炎症性サイトカインの影響を調べた.その予備実験の結果,炎症性サイトカインを添加することにより,細胞内から細胞外へ放出されるカルパインの量,そしてカルパインにより切断される細胞外基質(分解産物)の量は増加した.今研究補助金によりわれわれは,カルパインの分解産物を特異的に認識するモノクローナル抗体の一つを開発し,カルパインが関節炎における関節軟骨破壊に実際に関与することを証明した。
ポリホスファゼン誘導体の相転移と分子運動に関する研究

1.フェノキシ及びベンジルオキシ誘導体を側鎖に有するポリホスファゼンを合成しDSC及び誘電測定によって相転移と分子運動を調べた。フェノキシ誘導体を側鎖に有するポリホスファゼンは誘電測定においてβ及びγ^1緩和が見出された。β緩和は主鎖のミクロブラウン運動に起因しγ^1緩和は吸収した水に起因すると考えられる。ベンジルオキシ誘導体を側鎖に有するポリホスファゼンにおいてはβ緩和とγ緩和が現れた。2.-SC_6H_5を側鎖に有するポリホスファゼンの合成を試みたが85%が導入されたのみであった。3.-OCH_2CF_3-OCH_2(CF_2)_nCF_2H(N=2、4、6)及び-CH_2(CF_3)_2を側鎖に有するポリフルオロアルユキシホスファゼンを合成し誘電及びDSC測定によって相転移と分子運動について調べた。-OCH_2CF_3及び-OCH_2(CF_2)_6CF_2H_1(PHDFHP)を側鎖に有するポリマ-はそれぞれ233K(ΔS=13.5JK^+g^+)及び260K(ΔS=7.2JK^+g^+)に見出された。これらの温度の誘電率の大きなとびとエントロピ-は相転移が1次の性格を有し、又高度に乱れていることを示唆する。PHDFHPにおいてはα緩和(ΔH=105kJmol^+)が見出されこれは主鎖の回りの側鎖の合体回転に起因すると考えられる。4.コレステロ-ルを側鎖に有するポリホスファゼンの合成を試みたが3%のコレステロ-ルが導入されたのみであった。5.シアノバイフェノ-ル及び4-デシロキシバイフェノ-ルを側鎖に有するポリホスファゼンの合成を試みた。前者は成功したが後者は成功しなかった。前者のポリマ-は偏光顕微鏡観察において液晶を示さなかった。前駆体である三量体は前者は単変的ネマティック相を後者はスメクティックC相を示した。6.α-D-グルコ-スを側鎖に有するポリホスファゼンの合成を試みたが、5%だけ側鎖が置換されただけであった。1.側鎖としてR=-OCH_2CF_3(PtFEP), JAO1KA【*KA*】(PmMPP)及びJAO2KA【*KA*】(PpCIPP)の3種のベンゼン誘導体を含むポリホスファゼン[R_2PN]を合成し誘電及びDSC測定等により相転移及び分子運動を検討した.誘電測定の結果これ等3種のポリホスファゼンには共通にβ緩和が室温以下に見出された. β緩和の活性化エンタルピーは約200kJmol^<-1>と大きくオンサーガーの式から求めた双極子モーメントの大きさは3種のポリホスファゼンに対し約6Dである.またβ緩和がDSCより求めたガラス転移の直上に存在することからこの緩和は側鎖を含む主鎖のミクロブラウニアン運動の凍結に起因するものである.さらにPtFEPにはγ緩和が見出されその活性化エンタルピーは30kJmol^<-1>と小さく-OCH_2JAo4.KA【*KA

*】CH_3(PpMPP)及び-OCH_2【*KA*】JAo4.KACl(PpClPP))を合成しその分子運動と相転移を誘電測定及びDSC測定等により検討した.GPC測定より求めたポリホスファゼンの分子量は約50000,分子量分布は約Mw/Mn=4であった.誘電測定の結果PBPとPpMPPにはβ緩和が見出された.これはDSCにより検出されたガラス転移の高温側により主鎖の分子運動の凍結に起因するものである.またこれ等3種のポリホスファゼンにはいずれもγ緩和が見出されたがこの緩和の活性化エンタルピーは約30kJmol〓でありPtFEPのγ緩和とほぼ等しく側鎖の局所的分子運動に起因するものである.これはCH_2基の導入により側鎖の柔軟性が増大したためであると考えられる.3.側鎖に-S【*KA*】JAo5KA誘導体を有するポリホスファゼンの合成を試みた. ^<31>PNMRにより反応を追跡した結果約1週間で85%の側鎖の置換が最高であった.更に合成溶媒にTHF以外のものを用いて検討を重ねる意図である.1.側鎖としてR=CH_2CF_2CF_3、-CH_2(CF_2)_nCF_2H(n=2,4,6)及びR=(CH_2-(CF_3)_2の5種のポリビスフルオロアルコキシホスファゼンR_2P=N_nを合成し、誘電及びDSC測定等により相転移及び分子運動について検討した。R=CH_2CF_2CF_3及び-CH_2(CF_2)_6CF_2Hには新たに相転移がそれぞれ233K(ΔS=13.5Tg^<-1>)及び260K(ΔS=7.2Jg^<-1>)に見いだされた。これらの転移温度において誘電率は大きなとびとなり、また転移エントロピーが大きいことから相転移において側鎖と主鎖のならび変えが同時におきていると考えられる。さらに誘電測定においてR=-CH_2(CF_2)_6CF_2Hではα緩和(ΔH=105kJmol^<-1>)とβ緩和(ΔH=47kJmol^<-1>)が-CH_2(CF_2)_2-CF_2H及び-CH_2(CF_2)_4CF_2HにおいてはΔH=50KJmol^<-1>及び34kJmol^<-1>のβ緩和がまた-CH_2CF_2CF_3においてはγ緩和(ΔH=28kJmol^<-1>)が見出された。α緩和は主鎖と側鎖の大きな並び変えに起因し、β緩和は主鎖のミクロブラウニアン運動の凍結に起因し、そしてγ緩和は側鎖の局所的分子運動に起因するものと考えられる。2.側鎖としてR=-0CH_2OCH_2CH_3及び-0(CH_2)_2CH_2CH_3を導入したポリホスファゼンを合成した。誘電測定及びDSC測定の結果液晶転移は見いだされなかった。しかしいずれもβ緩和(ΔH=60RJmol^<-1>)とγ緩和(ΔH=30kJmol^<+1>)を室温以下に見いだした。3.側鎖にコレステロールを導入したポリホスファゼンの合成を試みた。31PNMQのスペクトルの面積強度比から約3%のコレステロールが導入されただけであった。今後合成条件を変えてさらに多くのコレステロールを側鎖に導入することを検討する。1.それ自身で液晶相転移を有する4-cyano-biphyl誘導体を側鎖に有するpolyphosphazeneを合成し、誘導率、DSC及び偏光顕微鏡等の手段によりその液晶性を調べたが液晶相は見出されなかった。しかしその前駆体としてのhekisaris〔4-(4-cyano)biohenoxy〕cyclotriphosphagwlには冷却方向において529Kから488Kの間にmonotropicな液晶相が見出されその液晶相は偏光顕微鏡観察よりS=±1/2及び±1のディスクリネ-ションを有するNematic相であることが明らかとなった。
新規NF-κB活性阻害薬(DHMEQ)を用いた炎症性腸疾患の新しい治療

新規NF-κB阻害剤DHMEQは、2つの炎症性腸疾患モデル(DSS誘発腸炎、TNBS腸炎)において著明な腸炎抑制効果を認めた。炎症性腸疾患に有用である可能性が考えられ、新規IBD治療薬として臨床応用への可能性を大いに期待させる結果であった。一方で、更に効力の強い新規NF-κB阻害剤の開発を模索し3-[(dodecylthiocarbonyl)methyl]glutarimide(DTCM-G)を得た。DTCM-Gにおいても、2つの炎症性腸疾患モデルにおいて著明な腸炎抑制効果を認め、新規IBD治療薬として臨床応用への可能性を大いに期待させる結果であった。DTCM-Gの作用機序をRAW264.7細胞において検討しAKTおよびGSK-3β活性抑制との関係が考えらえた。これまでに我々はin vitro studyにおいて新規NF-κB阻害剤DHMEQ(Dehydroxymethylepoxyquinomicin)が、大腸癌細胞株HT29からの炎症性サイトカインであるIL-8産生とRAW264.7マクロファージ類似細胞株からのIL-6およびTNF-αの産生を有意に抑制することを示した。また、マウス薬剤誘発炎症性腸疾患モデル(DSS腸炎モデル)を用いた同剤のin vivo studyにおいて治療群は非治療群と比較して臨床所見(血便・下痢・体重など)、大腸浮腫、組織障害の有意な改善を認め、作用幾序としてDHMEQはF4/80陽性マクロファージ・CD4陽性Tリンパ球の浸潤を抑制し大腸組織の炎症性サイトカインであるTNFα、IL6、ILI7、IFN-γの発現抑制効果を有することを示した。更に、マウスハブテン誘発IBDモデル(TNBS腸炎モデル)においても、DHMEQ治療群は非治療群と比較して有意な体重減少、大腸浮腫、肉眼所見、組織障害の改善を認めていた。また、DHMEQの抗炎症作用についてより直接的な作用幾序を解明するために、DSS腸炎モデルを用いた腸管組織の免疫染色を行い腸管免疫細胞および腸管粘膜上皮細胞におけるNFκBの細胞内分布について検討したところ、DHMEQがNFκBの核内移行を抑制する事を確認できた。また、DSS腸炎モデルにおける既存の炎症性腸疾患治療薬である5-Ainosalicylic acid(5-ASA)との比較試験において、DHMEQはより効果的にDSS腸炎モデルの腸炎を抑制することが示され、DHMEQの臨床応用への可能性を大いに期待させた。本年は、以上の実験結果をまとめ、また追加実験を行い、英文ジャーナルJournal of Crohn and Colitisに投稿し2012年3月に掲載された。我々はこれまでに、新規NF-κB阻害剤DHNEQ(Dehydroxymethylepoxyquinomicin)において、新規IBD治療薬として臨床応用への可能性を大いに期待させる結果を得ている。今後は、小動物、大動物を用いた毒性試験、薬物動態の解析を通じて臨床応用の準備を進める。一方で、更に効力の強い新規NF-κB阻害剤の開発を模索したところ、RAW264.7マクロファージに対する抗炎症効果を発揮する新規薬剤3-[(dodecylthiocarbonyl)methyl]glutarimide(DTCM-glutarimide)を得た。DTCM-glutarimideは、炎症性転写因子AP-1の核内移行を抑制することが分かっている。近年、IBD患者の腸管で、AP-1の持続的な活性化が確認されており、AP-1活性の抑制により、NF-κBと同様に炎症性連鎖反応をごく初期の段階で抑制し、より確実な抗炎症効果を得ることが可能であると考えられる。したがって、DHMEQに加えてDTCM-glutarimideの臨床応用を目指し、動物モデルにおけるDTCM.glutarimideの効果検討を行った。既にDSS誘発IBDモデルを用いた予備実験においては、DTCM-glutarimideの腸炎抑制効果を確認された。今後は、マウスTNBS誘発IBDモデル、DSS誘発IBDモデルにおいて、DTCM-glutarimide投与による大腸炎抑制効果を、臨床所見、局所所見、組織所見により比較する。また、分子生物学的、組織学的手法を用いて炎症の評価および抗炎症の機序を検討していく。更に、in vivo/in vitrostudyにおいて生化学、分子生物学的手法を用い、分子レベルでの薬物作用機序を検討する。我々は、TNBS腸炎、DSS腸炎の2つのマウスIBDモデルを用いてDTCM-GのIBD治療への可能性を検討した。

TNBS腸炎においては、体重減少、下痢、血便スコア、大腸閉塞、大腸肉眼炎症スコア、MPO活性、大腸病理組織診で評価し、DTCM-G 40 mg/kg投与群で有意に改善を認めた。組織免疫染色、単離腸管粘膜単核球(LPMC)の解析で評価すると、炎症の早期相(2日目)でマクロファージ/リンパ球中心、炎症のピーク(4日目)で好中球中心の細胞浸潤を認め、DTCM-Gは炎症の早期相で有意にマクロファージの浸潤を抑制した。これに伴って、DTCM-Gは腸管における炎症性因子(TNF-α、MCP-1、IL-6)のmRNA発現を有意に抑制した。また、DSS腸炎モデルにおいても、DTCM-G40 mg/kg投与は、4-10日目における病勢スコア(DAI)を有意に軽減させ、10日目の組織像を軽快させた。以上のように、DTCM-GがIBDモデルにおいてマクロファージの浸潤/活性化を抑え、腸炎を抑制することを示した。続いてマウスのマクロファージ様細胞株RAW264.7を用い、炎症抑制の機序解析を進めた。我々はまず、DTCM-GがLPS刺激によるRAW264.7細胞のIL-6、TNF-α産生を抑制する事を実証した。続いて、DTCM-Gの抗炎症作用がPI3-kinase/AKT/GSK-3βカスケードを介するものではないかと仮説を立て、western blot法によりこの経路のリン酸化抑制作用を検討した。結果、DTCM-GはAKTserine 473のリン酸化を抑制したが、同時にGSK-3βのリン酸化を亢進させていた。炎症抑制の機序解析については今後更なる研究を進める必要がある。当初予定していた大動物実験は未施行の状態であるが、新規薬剤を用いた小動物実験において成果が期待できる為24年度が最終年度であるため、記入しない。DHMEQにおいては、小動物、大動物を用いた毒性試験、薬物動態の解析が今後の課題であり、今後施行を予定する。また、新規薬剤DTCM-Gを用いた研究においては、マウスTNBS誘発IBDモデル、DSS誘発IBDモデルにおいて、DTCM-G投与による大腸炎抑制効果を血便・下痢・体重減少といった臨床所見、局所所見、組織所見を比較する事で行う。作用機序の解明においては、組織学的手法および単離大腸粘膜免疫細胞の検討により、DTCM-Gの抗炎症ターゲットとなる免疫細胞を検討する。また、大腸粘膜におけるサイトカインの産生抑制効果を検討することで、抗炎症性作用の質的評価を行う。更に、in vivo/in vitrostudyにおいて生化学、分子生物学的手法を用い、分子レベルでの薬物作用機序を検討する。小動物モデルにおいての、既存薬剤(5-ASA、ステロイド)との比較試験、小動物、大動物を用いた毒性試験、薬物動態の解析を通じて臨床応用の可能性を探る。24年度が最終年度であるため、記入しない。
外傷後侵入性想起の病態解明を目指した基礎的研究:情動記憶と扁桃体体積の検討

申請者らは、これまでに侵入性想起(望んでいないにも関わらず突然甦り、繰り返し侵入的に想起される異常に強力で情動的な記憶)を有する乳がん生存者は、それを有さないものに比して、海馬と扁桃体が小さいことを報告した(Nakano et al.,2002;Matsuoka et al.,2003)。しかし、海馬と扁桃体の体積の小ささと侵入性想起の間に観察された関連が、数年にわたり持続した侵入性想起による神経毒性の結果なのか、それとも元から小さな海馬と扁桃体を有する女性が不快ながん体験の後侵入性想起を発現したのかという因果関係が分からなかった。ただ、Gilbertson et al.(2002)が、一卵性双生児を用いた研究で戦闘体験を経験していない健常な双子の一方の海馬体積が、戦闘体験を経験しPTSDを発症した双子のもう一方のPTSD重症度と正の関連があることを報告した。そこで、本研究では、海馬と扁桃体体積を事前に計測した健常女性27名を対象とし、彼女たちに11枚の写真とナレーションから構成される情動刺激スクリプト(Cahill and McGaugh,1995)を提示した。そして1週間後に被験者にとっては想定外の内容に関する記憶テストを行い、脳体積と情動性記憶との関連を検討した。その結果、左海馬体積は、年齢、教育暦、頭蓋内容積、認知機能、遅延再生記憶機能、神経症的性格で補正後も1週間後の情動性記憶を有意に予測していた(r=-0.407,p=0.035)。この所見は、負の刺激を与えられたとき、強い情動反応を示す女性は、元から小さな左海馬体積を有する可能性を示唆するものである。従って、侵入性想起を有した乳がん生存者で認められた小さな海馬は、持続的な症状の毒性というより、がん体験以前から有していた脆弱性を示す因子である可能性が支持された。また本研究は、Gilbertsonらの観察研究を実験的に傍証したという意義もあった。本研究は、PTSDに特徴的な症候である侵入性想起(外傷体験に関連した刺激によって誘発され、本人が望んでいないにも関わらず突然甦り、繰り返し侵入的に想起される異常に強力で情動的な記憶)の病態を、情動の中枢である扁桃体の形態、機能両面から検討し、症状の発現起序を明らかにするための基礎的実験研究である。検証する仮説は「侵入性想起をもつ群は持たない群に比して、扁桃体は小さいにもかかわらず、情動記憶の保持が強い」である。当該年度前半においては、本実験に向けての予備実験を行い、後半に本実験を開始した。本研究は施設の倫理審査委員会が承認した後、本人から文書同意を得て行われた。予備実験の対象者は、PTSDの生涯診断のつくPTSD群女性6名(49±8才)と年齢と居住地をマッチさせた健常女性6名(51±7才)であった。刺激課題は、第2章が情動喚起物語となる全3章から構成されている(Cahill et al.,1995)。実験初日、刺激課題をモニター呈示し、安静時から課題呈示終了後まで心拍数を連続的に記録した。そして1週間後、刺激課題の内容に関して不意の記憶検査を行った。その結果、予期状態(刺激呈示前20秒間)における心拍数に示されるアドレナリン作動系の活動性と、1週間後の情動性記憶の保持量に正の相関関係がみられ、さらにその関連性は、PTSD群においてのみ示された。これは、アドレナリン作動系の過活性が情動を伴う出来事記憶の長期記憶の増強に関与するという見解(Cahill et al.,1994)を支持し、その関連性がPTSD群においてのみ示されたことは、記憶増強の過程におけるアドレナリン作動系の関与がより強固なものとして残ることが示唆された。以上より、実験の妥当性に問題ないことが確認できたため、本実験を開始するとともに、扁桃体体積の測定も開始した。なお、現時点で20名の調査を終えた。当該年度は、昨年度に引き続き本実験を行い、計51名の調査を終了した。対象者は、がん生存者で侵入性想起の過去診断のつく群11名(IR+:51.8±4.0歳)、侵入性想起の診断がつかない群20名(IR-:51.9±7.8歳)と年齢と居住地をマッチさせた健常女性20名(control:52.1±6.4歳)が参加した。刺激課題は、第2章が情動喚起物語となる全3章から構成されている(Cahill et al., 1995)。

仮説は記憶増加量Δ(2章-1章)がIR+>IR-=controlであったが、結果はIR+=control>IR-で仮説を支持しなかった。IR+群とcontrol群は2章(情動を喚起する章)が1章(中立章)に比して有意に記憶保持量が多かったが、IR-群においては、1章と2章に記憶量の有意な差がなかった。以上から、過去に侵入性想起を有していたか否かによって、情動的刺激に関する記憶形成に相違がみられることが示唆され、そのメカニズムとして、抑制系機能の働きの相違が推測された。申請者らは、これまでに侵入性想起(望んでいないにも関わらず突然甦り、繰り返し侵入的に想起される異常に強力で情動的な記憶)を有する乳がん生存者は、それを有さないものに比して、海馬と扁桃体が小さいことを報告した(Nakano et al.,2002;Matsuoka et al.,2003)。しかし、海馬と扁桃体の体積の小ささと侵入性想起の間に観察された関連が、数年にわたり持続した侵入性想起による神経毒性の結果なのか、それとも元から小さな海馬と扁桃体を有する女性が不快ながん体験の後侵入性想起を発現したのかという因果関係が分からなかった。ただ、Gilbertson et al.(2002)が、一卵性双生児を用いた研究で戦闘体験を経験していない健常な双子の一方の海馬体積が、戦闘体験を経験しPTSDを発症した双子のもう一方のPTSD重症度と正の関連があることを報告した。そこで、本研究では、海馬と扁桃体体積を事前に計測した健常女性27名を対象とし、彼女たちに11枚の写真とナレーションから構成される情動刺激スクリプト(Cahill and McGaugh,1995)を提示した。そして1週間後に被験者にとっては想定外の内容に関する記憶テストを行い、脳体積と情動性記憶との関連を検討した。その結果、左海馬体積は、年齢、教育暦、頭蓋内容積、認知機能、遅延再生記憶機能、神経症的性格で補正後も1週間後の情動性記憶を有意に予測していた(r=-0.407,p=0.035)。この所見は、負の刺激を与えられたとき、強い情動反応を示す女性は、元から小さな左海馬体積を有する可能性を示唆するものである。従って、侵入性想起を有した乳がん生存者で認められた小さな海馬は、持続的な症状の毒性というより、がん体験以前から有していた脆弱性を示す因子である可能性が支持された。また本研究は、Gilbertsonらの観察研究を実験的に傍証したという意義もあった。
地域づくりにおける三職種の連携・協同の実践モデルの構築に関する実践的研究

本研究は、教育と福祉のサービスを地域レベルで提供している諸機関(公民館、地域包括支援センターなど)の連携構築を図りつつ公民館のプラットホームとしての役割の意義と具体的な実践的手法を開発することにある。130年度は、前年度に来仙し研究や交流を継続している国立インドネシア教育大学の研究者グループ及び同大学の学生・院生とともに、インドネシア・バリ島の小村にあるコミュニティセンターや小学校・中学校、高校を共同調査した。当地は、バリ・ヒンズー宗教を生活の中心におき、伝統を重んじる文化色の強い地域であり、また学校教育においても地域の伝統的な舞踊・楽器演奏の継承を重視していることなど、コミュニティ・キャパシティ開発としての伝統芸能や観光の価値・効用等、優れた実践事例として調査することができた。インドネシアの研究グループは、現在インドネシアが、保育及び学童保育(学校外教育)分野の養成への関心が大きく、地域のコミュニティ・ラーニング・センターは複合的な施設として職員の専門性との研修への関心が高いが、訪問したセンターでは実際には保育・教育領域ではなく、トレーニングセンターとしての役割は、英語学習や接客・接遇など、観光分野を中心としていたことなどが判明した。24月中旬に広島県福山市のNPO法人「地域の絆」が経営する福祉施設(県内7か所)の責任者7人を対象としてインタビュー調査を実施した。インタビュー場所としては5人は法人本部に用向きのある日時を組んだ(代表者である中島氏は不在中)。また、市内の2か所は、その施設内で実施した。各施設の調査の終了後に、代表者との調査を行い、本研究におけるNPO「地域の絆」の全調査を終えた。不足の資料の送付や代表との再度の聞き取りも東京の会合での機会を得て実施した。本研究の目的は、地域づくりの方法論であるコミュニティ・キャパシティを高めるために必要な教育、福祉、健康に関する三つの職種の協同関係の構築の方法的戦略と、そのための職員の専門性の内実と養成のカリキュラム、研修方法を開発することにある。日本の地域社会の抱える諸問題として、高齢化にともなう介護予防や、健康づくりなどの課題がある。この問題を解決するには、社会福祉の機関による個別アプローチだけでなく、地域にある公民館等の教育機関との連携、すなわち教育的アプローチが必要となる。本研究では、教育と福祉のサービスを地域レベルで提供している諸機関(公民館、地域包括支援センターなど)の連携構築を図りつつ公民館のプラットホームとしての役割の意義と、具体的な実践手法を開発する。27年度は、コミュニティ・キャパシティ開発に関する内外の研究・実践報告を集中的に検討するとともに、岡山市で実施されtユネスコのESDの国際会議に出席し、実践的な研究者からの知見を得た。また、仙台市の鶴ヶ谷地区をフィールドにして、市民活動団体と連携し実践活動及び調査を行った。1予定していた広島県のNPO法人の調査を実施することができなかった。法人理事長のヒアリングを東京で実施したのみであった。2地域における市民団体との連携による講座開講の企画・実施に労力を要し、研究全体に影響を及ぼした。本研究は、教育と福祉のサービスを地域レベルで提供している諸機関(公民館、地域包括支援センターなど)の連携構築を図りつつ公民館のプラットホームとしての役割の意義と、具体的な実践手法を開発することにある。28年度は、コミュニティ・キャパシティ開発に関する内外の研究として、インドネシア・バンドン市にある国立インドネシア教育大学を3月に訪問し、そこで本研究の課題である地域づくりの方法論であるコミュニティ・キャパシティを高めるために必要な教育・福祉・健康に関する3つ職種の共同関係の構築にかかわる方策とそのための職員の専門性の研修について報告した。特に福祉の領域では、インドネシアでは保育及び学童保育(学校外教育)分野の要請が大きく、地域のコミュニティ・ラーニング・センター(CLC)は、複合的な施設として、職員の専門性の研修への関心は高く、日本における公民館の役割に関心が集まり、教育と福祉サービスを地域レベルで提供する意義を深めた。その継続的な研究関係をもちえたことから、インドネシア教育大学から女性教員が東北大学に研究員として来仙した。そこで、28年度は仙台市内にある比較的規模の大きな高砂市民センター(保育所、地域包括センター、保健センター、図書館、健康福祉センター併設)を中心に正規職員、嘱託職員のヒアリング調査を行った。国際比較の視点というよりも、センターの役割や地域住民との協力関係、職員の専門性の養成、またインドネシアでは季節的に洪水が多く、自然災害の防災や減災の知識・認識を地域住民にどのように培うかなど、同国のCLCの発展的な実践モデルとしてセンターの機能に注目した。1国立インドネシア教育大学のシンポジウムのための報告準備と同大学からの派遣研究員(女性)との仙台市内の市民センター等の調査に時間がかかってしまった。2予定していたNPO法人(広島県)の代表者が多忙であり、中々調査の実施予定がとれず、結局のところこのNPO法人をひとまず対象団体から外して、別の地域のNPO団体(兵庫県)に調査をいらし実施したので調査時期がかなり遅れてしまった。したがって、調査計画に沿った調査の実施が重要であるが、後で述べるように個人的な事情もあり、29年度の研究実績は以下のようなレベルにとどまった。29年度は、前年度に続いてコミュニティ・キャパシティ開発に関する研究を視野に置く、国立インドネシア教育大学の研究者グループが来仙した。

インドネシアでは、保育及び学童保育(学校外教育)分野の養成が大きく、地域のコミュニティ・ラーニング・センターは複合的な施設として職員の専門性との研修への関心が高いので、本学における保育者養成課程、及び系列校の幼稚園・小学校における時間外教育・保育の状況を紹介した。懸案だった広島県のNPO団体を対象とした調査では、代表者との東京での予備的な調査ができたことにより、今年度は4月末から5月に向けて調査を開始することになっている。また、長野県東御市のNPO「普通の暮らし研究所」調査については、昨年度からの共同研究者の高橋満東北大学教授(70171527役割:学習過程の分析、エフォート10%)が、同会の理事2名に面談し組織の沿革や財務等を含めた資料等を得て、2018年度の調査実施を依頼した。今回の調査においては、本NPOが東御市の出資による公設民営といえる保育所の専門職者である保育士を調査対象に加えて、地域における高齢者や身障者をも利用者として包摂しているNPOにおける対人支援の専門性や連携について実践的な場から考察を深めまとめる予定である。1研究代表者の個人的な状況によることが大きかったが、今年度は状況が一変している。2年度始めの実施予定が、年度の終わり近くになって可能になったことが、研究の遅れを大きなものとした理由でもあったが、年度終わりになって翌年の計画も明確になったので、何とか遅れを取り戻そうと考えている。上記の計画は、今後の研究の推進方策に詳細に記した。本研究は、教育と福祉のサービスを地域レベルで提供している諸機関(公民館、地域包括支援センターなど)の連携構築を図りつつ公民館のプラットホームとしての役割の意義と具体的な実践的手法を開発することにある。130年度は、前年度に来仙し研究や交流を継続している国立インドネシア教育大学の研究者グループ及び同大学の学生・院生とともに、インドネシア・バリ島の小村にあるコミュニティセンターや小学校・中学校、高校を共同調査した。当地は、バリ・ヒンズー宗教を生活の中心におき、伝統を重んじる文化色の強い地域であり、また学校教育においても地域の伝統的な舞踊・楽器演奏の継承を重視していることなど、コミュニティ・キャパシティ開発としての伝統芸能や観光の価値・効用等、優れた実践事例として調査することができた。インドネシアの研究グループは、現在インドネシアが、保育及び学童保育(学校外教育)分野の養成への関心が大きく、地域のコミュニティ・ラーニング・センターは複合的な施設として職員の専門性との研修への関心が高いが、訪問したセンターでは実際には保育・教育領域ではなく、トレーニングセンターとしての役割は、英語学習や接客・接遇など、観光分野を中心としていたことなどが判明した。24月中旬に広島県福山市のNPO法人「地域の絆」が経営する福祉施設(県内7か所)の責任者7人を対象としてインタビュー調査を実施した。インタビュー場所としては5人は法人本部に用向きのある日時を組んだ(代表者である中島氏は不在中)。また、市内の2か所は、その施設内で実施した。
哺乳類大脳新皮質に見出した新規局所軸索投射パターンの領野間多様性とその機能的意義

大脳皮質内に存在する神経回路構築の共通性および多様性の解明は、大脳皮質を機能的に理解する上で重要な研究課題である。従来の研究により、細胞構築などの多様性は明らかにされてきたが、皮質内局所回路における軸索構築の多様性という問題は、未だに解析が遅れている。本研究課題では、マウス一次体性感覚野(S1)に存在する皮質2/3層興奮性細胞由来軸索の持つ特徴的な局所軸索構築「バレルネット」に焦点を絞り、大脳皮質局所回路がもつ共通性および多様性の解析と、その機能的意義についての解析を行なった。当該年度では、前年度に見出した「対側バレルネット」が、従来の「(同側)バレルネット」と同様な形成過程を持つか検討した。子宮内電気穿孔法を用いてマウスあるいはラットS1の2/3層神経細胞にGFPを導入し、生後12週目の脳を用いてGFP標識された細胞体とは対側のS1を観察したところ、同側S1と対側S1との間で、4層のGFP陽性軸索の形成過程に特徴的な共通点および相違点が存在する事を見出した。即ち、「ネット」様軸索構築の形成タイミングが同側および対側のS1で共通であったのに対して、同側S1で「ネット」様軸索構築形成以前に観察される「非選択的軸索形成」の過程は対側S1には存在しなかった。さらに免疫組織化学を用いた解析から、同側皮質で特異的に観察された「非選択的軸索」の分布パターンが、放射グリアの分布によって規定されている可能性を見出した。以上の結果は、げっ歯類S1における2/3層由来軸索構築の形成過程には、皮質内局所軸索と交連性軸索との間で特筆すべき共通点および相違点が存在することを示唆しており、大脳皮質内神経回路パターンの理解に寄与すると考えられる。皮質内局所投射および交連性投射という、異なる種類の皮質内軸索投射が、形成過程において特徴的な共通点および相違点を持つこと実証しており、皮質内神経回路が持つ基盤的構築の理解に寄与していると考えられる。さらに研究成果は国際学術雑誌に受理されており、研究は順調に推移しているといえる。本研究課題では、マウス一次体性感覚野(S1)に存在する皮質2/3層興奮性細胞由来軸索の持つ特徴的な局所軸索構築「バレルネット」に焦点を絞り、大脳皮質局所回路がもつ共通性および多様性の解析と、その機能的意義についての解析を行なっている。当該年度では、マウス大脳皮質において皮質2/3層興奮性細胞の「ネット」様軸索構築が、局所軸索投射に特異的か検討した。子宮内電気穿孔法を用いてマウスあるいはラットS1の2/3層神経細胞にGFPを導入し、GFP標識された細胞体とは対側のS1を観察したところ、GFP陽性の交連性軸索もまた対側S1の4層においてVGLUT2陽性の視床皮質軸索と相補的な分布を示すことを見出した。この結果は、対側由来の交連性軸索も、同側由来の局所軸索(バレルネット)と同様な「ネット」構造を示すことを示唆したため、対側由来軸索のパターンを「対側バレルネット」と名付けた。また、シナプスマーカータンパクを用いた解析から、バレルネットと同様に、対側バレルネットにもシナプスが存在することを示唆するデータを得た。以上の結果は、「ネット」様軸索構築が、げっ歯類バレル野において2/3層由来の皮質内局所軸索および交連性軸索に共通した回路パターンである可能性を示唆しており、大脳皮質内神経回路パターンの共通性および多様性の理解に寄与すると考えられる。

以上の結果は、げっ歯類S1における2/3層由来軸索構築の形成過程には、皮質内局所軸索と交連性軸索との間で特筆すべき共通点および相違点が存在することを示唆しており、大脳皮質内神経回路パターンの理解に寄与すると考えられる。皮質内局所投射および交連性投射という、異なる種類の皮質内軸索投射が、互いによく似た軸索構築を持つことを実証しており、皮質内神経回路が持つ基盤的構築の理解に寄与していると考えられ、研究は順調に推移しているといえる。皮質内局所投射および交連性投射という、異なる種類の皮質内軸索投射が、形成過程において特徴的な共通点および相違点を持つこと実証しており、皮質内神経回路が持つ基盤的構築の理解に寄与していると考えられる。さらに研究成果は国際学術雑誌に受理されており、研究は順調に推移しているといえる。今後、同側及び対側バレルネットの発達過程に着目し、両者の共通点および相違点の解析を行う。すでに予備的な結果として、生後1週目の軸索構築について、細胞体に対して同側のバレル野と対側のバレル野において、軸索構築の顕著な違いを見出しており、現在その違いが生まれる機構を探索している。生後1週目から2週目にかけてのバレル野では、4層バレルの成熟、放射グリアの段階的な減少/分化など、組織構築に種々の大きな変化が起こることが知られている。今後は、これらのうちのどのような要素(あるいはその変化)が、同側および対側バレルネットの発達過程の違いに対応しているか、免疫組織染色を用いた方法等で検討する予定である。仮に、特定の要素との対応関係が明らかになった場合、子宮内電気穿孔法や新生仔への電気穿孔法を用いた遺伝学的操作を通じて、より具体的な機構の解明につなげたいと考えている。研究代表者は、すでに上記の技術について導入に成功している。
ラット,ウサギ,サル後部帯状皮質と視床との線維連絡の解剖学的解析

ラットでは,後部帯状皮質(29野)から視床前核群および視床背外側核への投射の部位対応関係を明らかにした.29野から視床前核群への投射には,29野吻側部は両側性に視床前核群尾側部に対応し,29野尾側部は同側性に視床前核群吻側部に対応するといった部位対応関係があることがわかった.29野から背外側核への投射は同側性で,29野吻側部は背外側核腹内側部に,29野尾側部は背外側核のより背外側の領域に対応することがわかった.ウサギでは,後部帯状皮質の一部である乏顆粒性膨大後皮質(29d野)の皮質視床投射を解明した.29d野は,内側前核および腹側前核腹側部,前腹側核吻側部,外側腹側核背側部,背外側核腹内側部,外側後核腹側部,外側中心核に投射する.このうち,内側前核への投射が両側性である他はすべて同側性であった.これらの投射のうち視床前核群および前腹側核への投射には,29d野の吻-尾軸がそれらの視床核の尾-吻軸に,また,背外側核,外側後核,外側腹側核への投射には,29d野の吻-尾軸がそれらの視床核の腹内側-背外側軸に対応するような部位対応関係があることがわかった.サルでは,後部帯状皮質尾腹側部に位置する尾腹側23b野と,その領野に隣接し脳梁より背側に位置する背側23b野と,29/30野それぞれの領野の視床皮質投射および皮質視床投射を検索した.尾腹側23b野は,視床前核群,背外側核,外側腹側核,内側枕核と相互結合する.背側23b野もほぼ同様の視床核と相互結合する.一方,29/30野は主として視床前核群と相互結合する.以上の結果,尾腹側23b野と背側23b野はともに辺縁系性視床核および多感覚性視床核と結合するのに対し,29/30野は主として辺縁系性視床核と結合することがわかった.本研究で解明したこれらの線維連絡は,学習・記憶といった高次神経機能の解剖学的基盤をなすものと考えられる.ラットでは,後部帯状皮質(29野)から視床前核群および視床背外側核への投射の部位対応関係を明らかにした.29野から視床前核群への投射には,29野吻側部は両側性に視床前核群尾側部に対応し,29野尾側部は同側性に視床前核群吻側部に対応するといった部位対応関係があることがわかった.29野から背外側核への投射は同側性で,29野吻側部は背外側核腹内側部に,29野尾側部は背外側核のより背外側の領域に対応することがわかった.ウサギでは,後部帯状皮質の一部である乏顆粒性膨大後皮質(29d野)の皮質視床投射を解明した.29d野は,内側前核および腹側前核腹側部,前腹側核吻側部,外側腹側核背側部,背外側核腹内側部,外側後核腹側部,外側中心核に投射する.このうち,内側前核への投射が両側性である他はすべて同側性であった.これらの投射のうち視床前核群および前腹側核への投射には,29d野の吻-尾軸がそれらの視床核の尾-吻軸に,また,背外側核,外側後核,外側腹側核への投射には,29d野の吻-尾軸がそれらの視床核の腹内側-背外側軸に対応するような部位対応関係があることがわかった.サルでは,後部帯状皮質尾腹側部に位置する尾腹側23b野と,その領野に隣接し脳梁より背側に位置する背側23b野と,29/30野それぞれの領野の視床皮質投射および皮質視床投射を検索した.尾腹側23b野は,視床前核群,背外側核,外側腹側核,内側枕核と相互結合する.背側23b野もほぼ同様の視床核と相互結合する.一方,29/30野は主として視床前核群と相互結合する.以上の結果,尾腹側23b野と背側23b野はともに辺縁系性視床核および多感覚性視床核と結合するのに対し,29/30野は主として辺縁系性視床核と結合することがわかった.本研究で解明したこれらの線維連絡は,学習・記憶といった高次神経機能の解剖学的基盤をなすものと考えられる.今年度は,サルによる実験では,後部帯状皮質の一領域で脳梁膨大の下側に位置する後内側小葉(CML)から視床へ投射する線維の終止野,およびCMLへ投射する視床ニューロンの分布を検索した.順行性トレーサーとしてはビオチン化デキストランアミン(BDA)あるいは小麦胚結合過酸化酵素を,逆行性トレーサーとしては小麦胚結合過酸化酵素,コレラ毒素Bサブユニット(CTb)あるいは蛍光色素(Fast Blue,Diamidino Yellow)を使用した.背側視床内での順行性標識終末と逆行性標識細胞の分布はほぼ重複していた.標識は,内側前核,腹側前核,背外側

核外側部および後内側部,内側枕核内側部および背側部に見られた.なお,視床結合核と境界核には逆行性標識細胞のみが分布していた.以上のことは,サルCMLは辺縁系と多感覚性の情報を視床から受けると同時に,CMLからの情報も辺縁系と多感覚性の視床核へ送られることを示唆する.ラットによる実験では,後部帯状皮質(29野)から視床背外側核への投射の局所対応関係を,BDAとCTbの軸索輸送法により明らかにした.その結果,29野からLDへの投射線維は大部分は29野VI層の錐体細胞から起始し,同側性にLDに投射すること,およびその終止野は,29野吻側部はLD腹内側部に,尾側部はLDのより背外側の領域に対応するように投射することがわかった.以上のことは,29野およびLDはその部位によって異なった情報を処理している可能性を示唆している.本年度は.サル後部帯状皮質の一部で脳梁膨大の下に位置する尾内側小葉(CML)と,CMLに隣接する23野および29/30野との視床皮質投射ならびに皮質視床投射を比較することによって,CMLの領野区分を明らかした.まず,視床皮質投射を比較検討するために,CML,23野,29/30野に逆行性トレーサーである小麦胚レクチン結合過酸化酵素(WGA-HRP),蛍光色素,コレラ毒素Bサブユニットを注入し,それぞれの領域に投射する視床皮質投射ニューロン逆行性標識した.CML注入例では,標識細胞は主として注入と同側の,視床前核群,背外側核,外側腹側核,視床枕内側核に見られた.23野注入例でもほぼ同様の視床核に標識細胞が出現した.一方,29/30野注入例では,標識細胞は,視床前核群には多数見られたものの,背外側核および視床枕内側核には比較的少数の標識細胞がみられたのみで,それ以外の核にはほとんど標識細胞は見られなかった.次に順行性トレーサーであるWGA-HRPあるいはビオチン化デキストランを,CML,23野,29/30野に注入し,それぞれの領域から起始する皮質視床線維の終末を順行性標識した.CMLにトレーサーを注入した例では,順行性標識終末は主として注入と同側の,視床前核群,背外側核,外側後核,視床枕内側核に見られた.23野への注入例でも標識終末は同様な領域に見られた.29/30野に注入した例では,標識終末は,主として視床前核群,背外側核,視床枕内側核に見られたが,背外側核と視床枕内側核の標識終末はより限局して分布していた.以上の実験結果から,CMLの視床皮質投射の起始細胞の分布と皮質視床投射の終末分布は23野のそれと類似し,29/30野からのものとは異なることがわかった.このことは,CMLは23野の一部であると見なせる可能性を示唆する.本年度は,ウサギでは,乏顆粒性膨大後皮質(29d野)から背側視床への投射の解剖学的構成をインゲン豆レクチン(PHA-L)の順行性軸索標識法により明らかにした.29d野吻側部は,内側前核吻腹側部に両側性に強く投射する.同側性には,腹側前核吻腹側部,背外側核と外側後核両者の腹内側部,前腹側核吻側部,および外側腹側核背側部に強く投射する.また,中心外側核にも同側性の弱い投射があった.29d野尾側部は,29d野吻側部と同様の視床核群に投射するが,視床前核群および前腹側核ではそれらの領域内のより吻側に,背外側核,外側後核,外側腹側核ではより背外側に投射することがわかった.以上の結果,ウサギでは,29d野の吻-尾方向は前核群の尾-吻方向に,また背外側核の腹内側-背外側方向に対応するように投射することがわかった.サルでは,前年度までに行なった後部帯状皮質を構成する23野,29野,30野の視床皮質投射と皮質視床投射解明のための実験をさらに進め,脳梁膨大腹側に位置する尾内側小葉と視床との線維連絡は,脳梁背側に位置する23野と類似することがわかった.さらに,神経細糸Hの非リン酸化エピトープに対する抗体(SMI-32)を用いて免疫染色を行なうと,尾内側小葉内のSMI-32陽性細胞および線維の分布は,脳梁背側に位置する23野と類似することがわかった.すなわち,尾内側小葉は,29/30野というよりも23野と類似の皮質領野からなることが示唆された.ウサギとサルにおいてもラットと同様に,これらの皮質と視床とを結ぶ投射経路は,識別性回避行動の学習や聴覚性の記憶といった記憶・学習の基盤をなす神経回路の一部であると考えられる.
極小規模水力発電を可能にする新規エコ水車の開発

落差2m未満の極低落差の水力エネルギーを利用して高効率に発電できる超小型エコ水車の開発を目的とした。本研究では、タービンと導水部形状、タービン表面の高機能化に着目し、発電効率向上研究に取り組んだ。滝用水車のタービン形状として、衝動型と貫流型を検討し、貫流型の方が高効率であり、運転可能な回転数範囲が広いことがわかった。次に、滝用水車の導水方法に曲面状の流路の使用を検討し、流量変化時においても水流落下位置を一定とでき、安定した発電が可能となった。最後に、サボニウスランナのブレード表面に親水性あるいは撥水性を付与した場合の発電効率を調べた。その結果、有意な差は認められず、ブレード表面性状は水車性能に顕著な影響を与えないことがわかった。申請者らは,落差2m未満の極低落差の水力エネルギーから高効率で発電できる超小型エコ水車の開発を目的とする.極低落差を利用する水車の研究において,市場ニーズに見合う水車効率,耐久性および経済性を実現することが課題の一つである.本研究では水車タービン材料表面の高機能化に着目した.流体機械の基本概念に,化学系ものづくりのアプローチを融合することにより,水車効率,耐久性,耐蝕性を向上することを目指している.市場ニーズを満たすエコ水車発電システムを実現するために,大きく分けて(1)発電効率向上研究と,(2)ランナーの耐久性向上研究に取組む.本年度は,機能性表面を導入する前のランナー形状についての最適化と,エコ水車ランナー用機能性表面の作製に取組んだ.ランナー形状については,ラボタイプの超小型水力タービンとして,開放型貫流ランナーの高効率化を実施した.エコ水車発電システムは農業用水路への適用を想定しており,例えば落差工や急流工など,その導入場所によってランナーに流入する水流の方向や位置が変化する.そのため,ブレードの曲率,取付角度などについて,想定される流況に合わせたランナー仕様を追求した.その結果,開放型貫流ランナーは流量変化に対して緩やかな特性変化を示し,10倍程度の流量変化においても5060%の水車効率を維持できることを明らかにした.エコ水車ランナー用機能性表面の作製については,二段階ドライプロセスにて,超はっ水基板を低コストで大量生産できる方法を確立した.申請者らは,落差2m未満の極低落差の水力エネルギーから高効率で発電できる超小型エコ水車の開発を目的とする.極低落差を利用する水車の研究において,市場ニーズに見合う水車効率,耐久性および経済性を実現することが課題の一つである.本研究では水車タービン材料表面の高機能化に着目した.流体機械の基本概念に,化学系ものづくりのアプローチを融合することにより,水車効率,耐久性,耐蝕性を向上することを目指している.市場ニーズを満たすエコ水車発電システムを実現するために,大きく分けて(1)発電効率向上研究と,(2)ランナの耐久性向上研究に取組む.本年度は,(1)に関して,ランナに流入する水流の方向制御手法の検討と,機能性表面のランナブレードへの導入,さらに,機能性表面を導入したランナにおける水車性能の評価を実施した.水流方向制御手法については,コアンダ効果を利用した手法の有効性が確認され,流路曲率半径が水車特性に与える影響を評価した.その結果,曲率半径が小さくなると水流の剥離が生じやすくなるものの,方向制御による水流速度の低下は最小となり,水車効率が高くなることがわかった.次に,ランナブレードへの機能性表面への導入について検討し,親水性およびはっ水性の導入に成功した.また,機能性表面が水車性能に及ぼす影響の検討においては,試作ランナの製作誤差が水車性能におよぼす影響を排除するために,一つの試作ランナに対して,機能性表面を導入した厚さ0.1mmのPETフィルムを貼りつけることではっ水時,あるいは親水時の水車性能を評価し,機能性表面未導入時との比較も実施した.その結果,抗力型あるいは衝動型水車については,機能性表面が水車性能におよぼす影響は認められなかった.申請者らは,落差2m未満の極低落差の水力エネルギーから高効率で発電できる超小型エコ水車の開発を目的とする。極低落差を利用する水車の実現に向けて,水車効率,耐久性および経済性を向上することが課題である。それらを達成すべく,最終年度は水車ランナへの水流導入方法を中心に検討した。落差工から落下する水流の到達位置は季節や天候で変化するため,水車ランナを固定した場合,落下水流と水車ランナとの相対位置の変化や,水流自由表面の変動が水車性能を大きく左右することになる。

したがって,安定した発電を実現するためには,流量が変化した場合でもランナと水流との相対位置を一定とする方法の確立や,水流の変動を抑制することが有効である。そこで,本研究では,超小型エコ水車への適用を考えた水流制御手法の可能性評価を実施し,その有効性を水車性能から調べた。実験は,ラボタイプの超小型開放型貫流ランナと落差工を利用した。曲板形状は,落差工下流端から四分円がはじまり,その延長に平板が鉛直下方向に正接するようにした。また,曲板のスパン方向からの空気の巻き込みによる水流のはく離を防ぐために,曲板を左右から挟むように側壁を設けた。水流の流量および曲板の曲率半径を主要パラメータとして,水車性能計測および水流の流下状況評価を実施した。得られた結果は以下のとおりである。(1)曲面流路を用いることで,水流のランナへの流入位置を固定することができる。曲率半径が小さな曲面流路の方が高い水車性能が得られる。(2)水流の流下時に,水路スパン方向に周期的な波状変形が観察され,流量の増大とともにその変形が顕著となる。この場合,落下水流が水車ランナへ入る位置が不適となり,水車性能が低下する。(3)曲面流路上を流下する水流エネルギーの一部は摩擦で損失するため,曲面流路を用いずにランナ位置を調整した場合よりも最大出力係数は若干低くなる。当初計画のうち発電効率向上に関する検討を実施した。具体的には,開放型貫流ランナへの水流導入方法の検討,エコ水車ランナブレードへの機能性表面の導入および機能性表面を有するラボタイプエコ水車ランナによる特性評価を実施し,水車の発電効率向上につながる一定の知見を得た。24年度が最終年度であるため、記入しない。機能性表面導入時のランナブレードの耐久性評価が未了であり,腐食性流体への浸漬試験と実施し,さまざまな水質に対する腐食やスケールの付着状況を調べ,表面高機能化の影響を評価する。
酵母のストレス応答性転写因子YAP-1の活性と局在性のredox制御機構の解析

出芽酵母Saccharomyces cerevisiaeの酸化的ストレス応答性の転写因子yAP-1のredox regulationについてチオレドキシンおよびグルタレドキシン欠損株(trxlΔ/trx2Δ,grx1Δ/grx2Δ)を用いて検討した。チオレドキシン欠損株では、yAP-1は恒常的に核に局在し活性化されており、チオレドキシンがyAP-1活性にネガティヴに作用することを見い出した。好気的条件下ではチオレドキシン欠損株の細胞内酸化度が野生株より約二倍高いことを明かとした。また、チオレドキシンとyAP-1の欠損が合成致死性を示した。さらに、チオレドキシンを再還元するチオレドキシンリダクターゼ欠損株(trr1Δ)についてもtrx1Δ/trx2Δと同様に、細胞内酸化度の上昇とyAP-1の活性化が観察された。しかしながら、大腸菌の場合とは異なり、S.Cerevisiaeのtrr1Δ株では、全てのチオレドキシンが酸化型として存在するわけではなく、ほぼ半分が依然として還元方で細胞内に存在することを確認した。また、trr1Δでは全チオレドキシン量も上昇していた。これはyAP-1標的遺伝子の一つであるTRX2遺伝子の発現活性化によるとものと考えられた。現在、yAP-1活性のredox regulationにおけるチオレドキシンのredox blanceとチオレドキン含量の影響について検討を行っている。