hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高熱負荷急速加熱時における金属壁の溶融再凝固に関する動的挙動の研究

他方、遠赤外線ランプを熱源とした再凝固模擬実験装置を設計製作し、模擬実験を行い、数種類の低融点金属片を急加熱させたときの溶融・再凝固状態を観察し、写真撮影を行なった。熱流束に分布がある場合、熱流束の低い側へ溶融金属が移動することが観察された。しかし、再凝固面の凹凸の形成過程の解明は今後の課題である。トカマク型核融合炉におけるプラズマディスラプション時の金属壁の溶融蒸発・再凝固を模擬実験・数値解析の両面から検討し、特に再凝固後の表面変形の原因を解明することを目的としている。今年度は、再凝固模擬実験装置を用いて、液層表面の一部分を加熱し、流体層(シリコンオイル)にアルミニウム粉末を混入し、溶融層の流れの可視化を行なった。液層表面の温度分布の差が、表面張力の差を生じ表面張力の大きい方へ流動が起こることが観察された。このとき、急加熱の場合には、流動が激しくなり、自由表面の波立ちが観察された。また、液層の厚さによって流動様式が異なることが分かった。次に、数値解析によって溶融金属層内の流動を模擬した。溶融層厚さの薄い(高アスペクト比)2次元矩形領域の表面の一部分に熱流束を与え、渦度・流れ関数法を適用して、トランスピュ-タ4台を用いた並列処理による数値解析を行なった。プラントル数,レイリ-数,マランゴニ数,アスペクト比,熱流束分布形状等による溶融金属層内の流動様式の変化をシミュレ-トした結果、次のことが明らかになった。表面から加熱された流体は安定成層であるが、表面張力の温度係数の影響により、鉛直方向に循環流が形成される。表面張力の温度係数が正の場合の循環は負の場合の循環と反対になる。そのため低温壁からの流体の上昇があり、それに伴う表面低温部からの移流の冷却効果がある。そのため表面においては、水平方向の温度勾配が減少するので、流動は抑えられるということが分かった。また、マランゴニ数が正では、レイリ-数が大きい程循環が抑制されたが、これは浮力が下向流と逆方向に作用するためと考えられる。トカマク核融合炉のプラズマディスラプション時に、第一壁は溶融・凝固現象を伴い、表面変形を生ずる。そこで、急速に高熱負荷で加熱される金属壁について、実験及び数値解析によってその溶融・再凝固の挙動を研究することを目的とする。現在までの模擬実験、急速加熱実験により、再凝固時の表面形状は金属の種類やステンレス鋼の組成によって大きく異なるが、いずれも溶融層の移動が生じ凹凸のある表面となることを示した。本年度は、はじめに、金属溶融に着目し、短時間に高熱負荷を加えたときの溶融層厚さを熱伝導のみの場合と溶融層内の流動を考慮した場合に対して数値解析し、実験値と比較検討した。その結果、溶融現象において、溶融開始時間および吸収熱量が小さいときの溶融は、熱伝導を考慮するだけで予測可能であるが、吸収熱量が大きくなるにつれて、溶融層厚さは実験値より小さくなり、特に熱伝導率が小さいときには、その差が顕著であることを示した。次に、材質による再凝固層の表面形状の違いを検討するために、あらかじめ溶融した一様厚みの薄い溶融層に対して、表面張力流による自由表面形状の時間的変化を、二次元非定常問題として数値解析した。その結果、瞬時に高熱負荷を加えた場合、溶融層表面に大きな温度勾配がつくために、マランゴニ効果による表面張力流が生じ、溶融層厚さが薄い程、凹凸が顕著になる傾向が示され、模擬実験の結果が再現された。また、このときの表面形状の違いは、表面張力の温度勾配の正負に依存することを示した。表面張力の温度勾配が正の場合は、表面張力差により低温部から高温部へ流動が発生し、さらに局所的に温度勾配のつく結果となり、溶融層表面全体にわたって凹凸の起伏が顕著になるとの知見を得た。
米軍占領下の都市再建に関する地理学的研究-場所の政治と空間の生産をめぐって-

本研究の主な成果は、先の戦争で大規模な被害を受けた日本の都市が、戦後に連合軍が進駐して、事実上、米軍の占領下に入るという特異な条件のもとで、いかにして都市の再建・復興を成し遂げたのか、そしてその過程に米軍がどのように介在したのかを分析し、当時の都市建設・復興(都市再建)に固有の理念と空間的な論理の一端を明らかにしたことである。本研究では、H・ルフェーブルの「空間の生産」概念にもとづいて、とりわけ戦後沖縄の都市復興(那覇)を事例に、戦後都市形成の歴史地理を考察した。その結果として明らかになったのは、那覇の都市建設における首都的性格という特異性と、米軍統治下という状況に固有の形成過程という二つの側面があることである。すなわち、首都であるがゆえに空間管理の徹底を旨とする都市計画と、人口流入という社会的趨勢に応じた、なかば自然発生的な市街地形成とがところによってはモザイク状に入り組み、現在の景観を成り立たせている過程を浮き彫りにすることができた。1.理論的展望本研究の目的は、先の戦争で大規模な被害を受けた日本の各都市が、戦後、連合軍が進駐し、事実上、米軍の占領下に入るという特異な条件のもとで、いかにして都市の再建・復興を成し遂げたのか、そしてその過程に米軍がどのように介在したのかを分析し、当時の都市建設・復興(都市再建)に固有の理念と空間的な論理を地理学的な観点から明らかにすることである。今年度は、都市をフィールドとする「空間の生産」論ならびに「場所の政治(学)」に関する基本的な論点、すなわちM・ド・セルトー、D・ハーヴェイ、H・ルフェーブル、そしてJ・ジェイコブズの都市・空間論を展望した。2.フィールドワークの成果今年度は那覇に関する資料の収集に著しい進展があり、東京がそれに次いだ。さらに、宜野湾・浦添.コザの都市計画に関する資料も得ることができた。具体的には、那覇の神里原、栄町、桜坂、そして辻の成立過程を詳細に明らかにし得るだけの言説を集めている。3.研究実績別記するように、日本地理学会秋季大会(於:琉球大学)で成果の一部を発表した。また、今年度に出版した『敗戦と赤線』の第7章では、那覇の復興都市計画に関して仮説を提起し、占領下.統治下における都市形成のあり方について、いくばくかの知見を提示した次第である。本研究の目的は、先の戦争で大規模な被害を受けた日本の各都市が、戦後、連合軍が進駐し、事実上、米軍の占領下に入るという特異な条件のもとで、いかにして都市の再建・復興を成し遂げたのか、そしてその過程に米軍がどのように介在したのかを分析し、当時の都市建設・復興(都市再建)に固有の理念と空間的な論理を地理学的な観点から明らかにすることである。今年度は、最終年度にあたるため、前年度の成果を踏まえつつ、主として沖縄を対象とした資料収集・調査を行ない、理論的な側面を実証する成果をいくつか得ることができた。まず、別記する理論的成果として、H・ルフェーブルの空間概念にもとづく議論を発表し、戦後沖縄の都市復興に際して著しい特徴を示した市場と歓楽街の関係に関して、理論的な展望を開くことができた。また、前年度までは那覇を中心とした研究に終始していたものの、より幅広い地政的ないし地理歴史的な文脈、すなわち軍事基地建設期の沖縄という全体性を踏まえた研究へと展開するべく、宜野湾市・沖縄市の調査を進めると同時に、基地とは直接的に関係なく都市が形成された地域にも着目し、都市形成の歴史地理を考察した。
筋ジストロフィー生検筋細胞で発現低下する新規プロテアーゼRAMPの機能解析

デュシャンヌ型筋ジストロフィー(DMD)患者では、年齢依存的に骨格筋の変性が進行し、結合織と脂肪で置換されていく。心筋、横隔膜の変性も進行し、若年で短い一生を終えるきわめて悲惨な病気である。一方、DMDの実験動物モデルであるジストロフィン欠損マウスmdxでは、高い筋再生能によって壊れた骨格筋繊維が再生するため、運動能の重篤な低下や心筋梗塞には至らない。DMD患者には筋萎縮や筋力低下をもたらす因子が存在すると推察される。そこで、このような因子を同定する為に、mdxマウス骨格筋で発現高進している複数の分泌性タンパク質を同定した。その中で、新規プロテアーゼRAMP(Regeneration-associated muscle protease)に注目し、機能解析を行っている。これまで、筋芽細胞株を用いてRAMPの強制発現やsiRNAによりRAMPの発現抑制を行ったが、細胞の増殖や分化には影響が見られなかった。次に、常法に従ってマウスRAMP遺伝子を欠失するノックアウトマウスを作出した。RAMP(-/-)マウスは、胎生9.5日までにすべて致死となった。胎生8.5日ステージで存在したRAMP(-/-)マウス胚では、神経外胚葉の形成はおこっていたが、胚本体は著しく小さく体節形成が遅延しているように観察された。この結果は、RAMPが筋再生だけでなく胚発生にも必須な役割を果たす可能性を示唆する。予備的実験であるが、whole mount in situ hybridizationによりRAMP mRNAは10.5日胚の肢芽に強く発現することが明らかになった。今後、胎生期におけるRAMP mRNAの発現を詳細に調べて、これを手掛かりとして、死因の特定と基質の探索を行う予定である。デュシェンヌ型筋ジストロフィー(DMD)は新生男児の3500人に1人の高頻度で見られる。DMDは年齢依存的に進行していくため、DMD患者には筋萎縮や筋力低下をもたらす他の因子も存在していると推察される。このような因子を同定するために、我々は正常マウスとDMDのモデルマウスであるmdxマウスの骨格筋由来の細胞株をそれぞれ作製し、mdx変異により発現変動する遺伝子をマイクロアレイ解析により探索した。その結果、mdxマウス細胞株で発現が低下している新規の分子、RAMP(regeneration-associated muscle protease)を得た。RAMPが骨格筋の再生過程に働き、その発現低下はヒトDMDの病態進行に関与するかどうかを明らかにするためにRAMPの機能解析を行っている。RAMPトランスジェニックマウスを作成し、カルジオトキシン処理により人為的に筋再生をおこしたところ、RAMP-Tgと野生型マウスでは筋再生過程に違いは見られなかった。また、RAMP-Tgとmdxマウスを交配させ、ジストロフィン欠損による筋損傷、壊死をRAMPが阻止あるいは重篤化するかどうか検討した。筋損傷のマーカーである血清中のクレアチンキナーゼ活性を比較したが、mdxマウスとmdx/RAMP-Tgでは差がなかった。また、骨格筋の組織切片を作成したが、RAMPによる影響は観察出来なかった。現在RAMPノックアウトマウスを作成中であり、本マウスにより筋再生過程におけるRAMPの機能を明らかにしたい。また、RAMPにプロテアーゼ活性があるかどうかを検討するために、COS7細胞を用いてRAMP recombinant蛋白質を精製した。現在、活性を測定中である。さらに、本年度はRAMPペプチドを用いてポリクローナル抗体を作成した。今後、抗体を用いてRAMP蛋白質の発現解析を行う予定である。
先端技術産業で用いられる感作性金属の生体影響に関する研究

1.ベリリウム胸腔投与モルモットの生体影響に関する検討250300g雄性モルモットを用い、10μg及び100μgのBeO(純度99.9%)を1mlの1%寒天懸濁液に混ぜ、モルモットの右胸腔内に投与した。投与後6,8週間目に屠殺して、血液、血清検査並びにLTTを実施した。[実験成績]BeO投与6週間目では、100μg投与群において対照群と比べ、補体C3の有意な低下が認められた。C4においては増加傾向を示しが、CH50では変化を認めなかった。また免疫グロブリン中Ig Gの有意な上昇が認められた。ALT,LDHにおいては増加傾向を認めたが他の血清検査では変化を認めなかった。血液検査では白血球数の有意な増加を認めた。赤血球数、ヘモグロビン濃度には変化が認められなかった。LTTにおけるSI値は100μg投与群で対照群より増加を認めたが、両者間には有意差はなかった。一方、10μg群では変化を認めなかった。投与8週間目では、補体系並びに血液検査では変化は認めなかった。血清検査ではALTで有意な上昇を認め、AST、LDHにおいては増加傾向を示した。またLTTにおいては対照群と比べて変化を認めなかった。2.スズ化合物の経口投与による母体内スズの分布有機スズ(C_6H_5)_3SnClと無機スズSnCl_2を妊娠ラットに経口投与し、母体内分布について検討した。[実験成績]母体内分布では有機スズでは肝、腎に高値であり、無機スズでは骨、肝に高値であった。また脳内移行については有機スズで認められたが、無機スズでは認められなかった。
高耐熱B-C-X系硬質膜を用いた難削材の高効率加工に関する研究

本研究においては,B_4Cを骨格構造とする高耐熱B-C-X系硬質膜を切削工具にコーティングし,需要が高まる難削材の高効率加工の実現を目的とする.平成18年度は,DCマグネトロンスパッタリング法によるB-C-X系硬質膜創成に関する基礎的知見集積を目指して実験を行い,以下のことが明らかとなった.1.反応ガスとしてCH_4ガスを用いてB-C系硬質膜を創成することにより膜中の炭素含有量および水素含有量を制御し,摩擦係数を0.2程度まで低下させることが可能であった.2.B_4CターゲットとCターゲットを用いた二元スパッタリング法において,炭素含有量を最適化することにより高硬度かつ低摩擦特性を示すB-C系硬質膜の創成が可能であることがわかった.平成19年度は,実際の切削工具にTi-B-C薄膜をコーティングし,難削材の一つであるTi合金の旋削実験を行った.その結果,以下のことが明らかとなった.1.Ti添加量の増減により,Ti-B-C薄膜の密着力の制御が可能となった.また,反応ガスとしてCH_4ガスを用いることにより無潤滑下でのTi-B-C薄膜の摩擦係数を0.2程度まで低下させることができた.2.超硬合金製スローアウェイチップにTi-B-C薄膜をコーティングすることにより,Ti合金のドライ切削においても切削抵抗が低下し,被削材(Ti合金)の表面平滑性は向上した.上記の結果は,我々が高性能化を進めてきたTi-B-C薄膜を工具上にコーティングすることにより,生産性向上に繋がるドライ環境下での難削材加工が実現可能であることを示すものであり,当初の研究目的を達成することができたと言える.本研究においては,B_4Cを骨格構造とする高耐熱B-C-X系硬質膜を切削工具にコーティングし,需要が高まる難削材の高効率加工の実現を目的とする.平成18年度は,DCマグネトロンスパッタリング法によるB-C-X系硬質膜創成に関する基礎的知見集積を目指して実験を行い,以下のことが明らかとなった.1.反応ガスとしてCH_4ガスを用いてB-C系硬質膜を創成することにより膜中の炭素含有量および水素含有量を制御し,摩擦係数を0.2程度まで低下させることが可能であった.2.B_4CターゲットとCターゲットを用いた二元スパッタリング法において,炭素含有量を最適化することにより高硬度かつ低摩擦特性を示すB-C系硬質膜の創成が可能であることがわかった.平成19年度は,実際の切削工具にTi-B-C薄膜をコーティングし,難削材の一つであるTi合金の旋削実験を行った.その結果,以下のことが明らかとなった.1.Ti添加量の増減により,Ti-B-C薄膜の密着力の制御が可能となった.また,反応ガスとしてCH_4ガスを用いることにより無潤滑下でのTi-B-C薄膜の摩擦係数を0.2程度まで低下させることができた.2.超硬合金製スローアウェイチップにTi-B-C薄膜をコーティングすることにより,Ti合金のドライ切削においても切削抵抗が低下し,被削材(Ti合金)の表面平滑性は向上した.上記の結果は,我々が高性能化を進めてきたTi-B-C薄膜を工具上にコーティングすることにより,生産性向上に繋がるドライ環境下での難削材加工が実現可能であることを示すものであり,当初の研究目的を達成することができたと言える.B_4Cを骨格構造とする高耐熱B-C-X系硬質膜を切削工具にコーティングし,難削材の高効率加工の実現を目指す本研究において,平成18年度は,これまで進めてきたB_4Cターゲットを用いた薄膜形成に関する研究を発展させ,B-C-X系硬質膜創成に関する基礎的知見を集積することを目指して以下の実験を行った.1.反応ガスとしてCH_4ガスを用いたDCマグネトロンスパッタリング法によるB-C系硬質膜の創成CH_4ガス導入を変化させることにより膜中の炭素含有量および水素含有量を制御し,摩擦係数を0.2程度まで低下させることが可能であった.2.B_4CターゲットとCターゲットを用いた二元スパッタリング法によるB-C系硬質膜の創成現有のDCマグネトロンスパッタリング装置に二つ目のターゲットを装着し,それぞれのターゲットを独立に制御できるように改良を行った.その後,標記の2種類のターゲットを用い,水素を含まず炭素含有量が異なるB-C系硬質膜を創成した.その結果,炭素含有量を最適化することにより20GPa以上の硬度を有するとともに,摩擦係数0.2程度の低摩擦特性を示すB-C系硬質膜の創成が可能であることがわかった.3.高耐熱低摩擦A1-B-C膜の創成低摩擦化を図った上記B-C系硬質膜の耐熱性を向上させる目的で,各種ターゲットを用いてAl-B-C膜を創成した.現時点では得られたAl-B-C膜の硬度は10GPa程度であるが,組成および結合状態を制御することにより,大気中-500°Cにおいてほとんど酸化の進行しない膜を創成することが可能であった.本研究においては,B_4Cを骨格構造とする高耐熱B-C-X系硬質膜を切削工具にコーティングし,需要が高まる難削材の高効率加工の実現を目的とする.

平成19年度は,これまで進めてきたDCマグネトロンスパッタリング法によるTi-B-C薄膜形成に関する研究を発展させ,実際の切削工具にコーティングし,難削材の一つであるTi合金の旋削実験を行った.その結果,以下のことが明らかとなった.1.Ti添加量の増減により,Ti-B-C薄膜の密着力の制御が可能となった.また,反応ガスとしてCH_4ガスを用いることにより無潤滑下でのでTi-B-C薄膜め摩擦係数を0.2程度まで低下させることができた.2.超硬合金製スローアウェイチップにTi-B-C薄膜をコーティングすることにより,Ti合金のドライ切削においても切削抵抗が低下し,被削材(Ti合金)の表面平滑性は向上した.3.切削距離1000mにおいて,スローアウェイチップ(すくい面)上のTi-B-C薄膜は一部剥離した.上記の結果は,我々が高性能化を進めてきたTi-B-C薄膜を工具上にコーティングすることにより,生産性向上に繋がるドライ環境下での難削材加工が実現可能であることを示すものであり,当初の研究目的を達成することができたと言える.ただし,Ti-B-C薄膜の耐久性(密着力)には改善の余地がある.この対策として,工具とTi-B-C薄膜との間に中間層としてTi膜を形成することを検討しており,その効果を確認している.今後はこの中間層形成によるTi-B-C薄膜の密着性向上に関する検討を系統的に行い,Ti合金切削用工具に展開していく予定である.
板書型講義のための高精細低容量な講義アーカイブシステム

本研究では、一般に行われている黒板板書型授業を撮影し、電子的にアーカイブし再配信を行うe-learningシステムの開発を行った。本システムでは、黒板を高精細なデジタルスチルカメラ画像で撮影し、黒板と教師を含む全体像をビデオカメラで撮影して組み合わせることで、黒板の見易さと臨場感の伝達の両立を図った。また、これらにより増大する配信容量を削減し低容量のインターネットでも配信可能となるような圧縮方法の開発を行った。システム開発のための要素技術として、一般教室及び板書文字サイズ等の物理的な計測を行い必要解像度等の妥当性の検討を行った。次に、黒板画像の切り出しと背景抽出技術を開発し、講師動画からの講師の抽出及び位置あわせ技術等を開発した。これらを用い、デジタルカメラによる高精細黒板画像とDVカメラからの講師動画を組み合わせた基礎的な実証システムを構築した。本実証システムを利用して、ネットワーク配信するための帯域に大きな影響を与える高精細黒板画像の更新フレームレート、講師動画の解像度やフレームレートについて検討を行った。また、本実証システムを用いて実際に学生(被験者)の自習用として評価実験を行い、アンケート等から、本システムの実用性及び問題点について検討を行った。昨年度までにおいて、システム開発のための要素技術として、板書文字サイズ等の物理的な板書条件の計測を行い、基礎的な実証システムを構築を行った。本実証システムは、黒板画像の切り出しと背景抽出技術や、講師動画からの講師の抽出及び位置合わせ技術等の要素技術開発からなるものである。しかし、いくつかの部分において人手によるパラメータ調整や操作を必要とするもので、実用化に向けては自動化されることが必要であった。そこで、本年度においては、これら実証システムを実用化レベルに近づけるため、各種パラメータの設定や操作を自動化する開発を行った。次に、閲覧者の利便性向上のための閲覧ソフトウェアの開発を行った。これら2点の開発により、簡便な操作においてシステムが利用可能となった。また、本システムを用いて、いくつかの実講義について実証実験を行い、被験者へのアンケートを通じ評価を行った。その結果、板書の可読性は通常の講義を上回るという評価を得た。また、説明箇所の認識性や講義への集中度においても、通常の講義と同程度であることが確認できた昨年度までにデジタルスチルカメラによる黒板映像と講師用カメラによる講師動画を組み合わせることによる基礎的なシステムを構築し、評価実験を行ってきた。本年度は、昨今普及してきたハイビジョンカメラ1台を利用することで、前述のデジタルスチルカメラと講師用カメラの機能を代替するシステムの構築を行った。この結果、カメラ1台による利便性や講師合成の親和性は高いものの、1000万画素など高解像度が著しいデジタルスチルカメラに比べると、150200万画素相当のハイビジョンカメラによる画像では解像度として十分とはいえないという結論を得た。また、カメラワーク代替機能の有効性評価実験を行った。カメラワーク代替機能とは、視聴者が部分拡大や自由に視点を変更できる機能である。この結果、カメラワークには個人差があることがわかり、テレビ放送のような画一的な部分拡大や視点切り替えでの映像提供は、学習用システムとしては向かないということがわかり、カメラワーク代替機能の有効性が検証された。また、実用性を高めるための、各種作業の自動化、ユーザインターフェースの改良についても開発を行った。
デングウイルス感染における抗フラビウイルス感染増強抗体の役割の解析

本研究では、デングウイルス(DENV)による出血熱発症メカニズムを免疫学的に解析し、デング熱の重症化リスクファクターおよび出血熱の病態を解明することを目的とする。具体的には、FcγR発現細胞を用いてフラビウイルス患者血清における抗体依存性感染増強(ADE)活性を検討した。デングウイルスおよび日本脳炎ウイルス(JEV)患者またはJEVワクチン被接種者から経時的に採取した血清を用いてADE活性を検討した。DENV患者の急性期血清においては、ADE活性が認められた。しかし、後期の血清には中和活性が認められた。さらに、JEV患者血清を用いてDENVと同じフラビウイルス科に属するJEVによるDENVに対する免疫応答を検討した。JEV患者血清では、DENVに対するADE活性が認められたが、DENVに対する交叉中和活性が認められなかった。さらに、JEVワクチン被接種者から採取された検体を用いたところ、DENVに対する中和活性は認められなかった。以上の結果により、DENVと同じフラビウイルス科であるJEVによる感染およびJEワクチン接種による誘導された抗体は、DENVに対しADE能を有するが示唆された。しかし、DENVに対する交叉中和能が認められなかった。以上の結果により、デングウイルスと交叉反応を示す抗フラビウイルス抗体はDENV感染において重要な役割を有することが示唆された。本研究では、FcγR発現細胞を用いてフラビウイルス患者における抗体依存性感染増強活性(ADE)に注目し、デングウイルス(DENV)による出血熱発症メカニズムを免疫学的に解析し、デング熱の重症化リスクファクタおよび出血熱病態の解明することを目的とした。デングウイルスおよび日本脳炎ウイルス(JEV)感染後またはJEVワクチン接種後に経時的に採取した患者検体を用いてADE活性の解析を行うことによりデングウイルスに対する免疫応答の解析が可能となる。デング出血熱に関与するADE活性または防御に関与する中和活性を有する抗体解析の手段としては、FcγR発現細胞にて新規中和アッセイおよびADEアッセイで感染増強レベルまたは中和レベルの測定により、生物的に意義のある抗体活性のレベル測定が可能となる。その結果、DENV感染後の患者の急性期検体においては、ADE活性が認められ、後期の検体においては中和活性が確認された。DENVと同じフラビウイルス科に属するJEVによるDENVに対する免疫応答を比較するのに、JEV患者検体を用いた。JEV患者では、DENVに対するADE活性が認められたがDENVに対する中和活性は確認できなかった。同様に、JEVワクチン接種者84人の検体を用いてもDENVに対する中和活性が認められなかった。DENVと同フラビルイス科のJEV感染およびJEVワクチン接種による誘導された免疫応答は、DENVの感染を増強させることが可能であるが、誘導された中和・感染増強活性のレベルはDENV感染後の免疫応答と異なった。我々はDENVおよびJEV感染に誘導された抗体がADE活性を有することを証明した。さらに、本研究の結果から中和活性が低いまたは存在しない条件下においては、ADE活性がDENV感染症の重症化に重要に関与することが示唆された。デング熱一次感染に誘導された非中和交叉抗体は再感染時に異なる血清型のウイルス感染を増強させる。この抗体依存性感染増強という現象(antibody-dependent enhancement, ADE)が重症化の一要因と考えられている。そこで、我々は本研究室で確立した新規ADEアッセイ(FcγR発現BHK細胞)および非FcγR発現BHK細胞を用いて抗フラビウイルス抗体における感染増強活性を検討した。さらに、抗体および接種ウイルス濃度の両パラメーターを検討し、ADE活性を測定した。この2つのパラメーターをADEアッセイにて検討したところ、抗体濃度がウイルス:抗体比率より重要であることが示唆された。従来のADE活性測定アッセイに用いられたFcγRを有する細胞はウイルス血清型およびウイルスstrainとの間の感染感受性に差があることから、inoculation doseに相違が生じたため、患者血清および抗体におけるADE活性評価および標準化が困難であった。よって、我々はFcγR発現細胞を用いた新規ADEアッセイによりADE活性測定のパラメーターおよびADE測定へ影響を及ぼすファクターを同定することを試みた。

本研究で確立したADEアッセイはフラビウイルス感染によって引き起こされた免疫応答の解析に有用であることが示唆された。さらに、本研究により有効なワクチン開発の評価が可能となる。抗フラビウイルス抗体はデングウイルスに対する感染増強(ADE)活性を保有する可能性があることが知られている。そこで、我々はヒト血清および抗フラビウイルス抗体におけるADE活性を測定する方法(プロトコール)確立することを試みた。さらに、二つパラメーター(1)抗体濃度(2)ウイルス濃度を検討した。階段希釈した抗フラビウイルス抗体4G2抗体(1E-1 - 1E-4)を階段希釈したデングウイルス2型(1E2 - 1E6PFU/ml)と反応させ、感染増強活性を検討した。本研究で樹立したADEアッセイは、inoculation doseの1E2 - 1E6PFU/ml感染増強活性の測定が可能であることが明らかとなった。さらに、両パラメーターを検討したところ、本ADEアッセイにおいては抗体ーウイルス比率よりもウイルス濃度がADE活性の決定パラメーターであることが示唆された。ADE活性の主な決定パラメーターが抗体濃度であることが、我々のFcγR発現細胞を用いたADEアッセイによって明らかとなった。このADEアッセイおよび新規プロトコールを用いて、デング熱患者血清および他のフラビウイルス患者血清におけるADE活性を検討する。さらに、日本脳炎ウイルスワクチン被接種者の血清におけるデングウイルスに対するADE活性を検討する。得られたデータにより、フラビウイルス感染によって引き起こされた免疫応答および感染時におけるフラビウイルス抗体の役割解明が可能となり、さらに、デング熱発症機序解明につながることが期待される。次年度の本研究は、抗フラビウイルス抗体における感染増強活性実験用消耗品の購入に使用する予定である。さらに、本研究より得られた成果を社会に発信するため、一部の研究費は国内・外学術誌の印刷料および学会参加費として使用する予定である。
循環フィジオームの推進-冠微小循環、心筋アクチン・ミオシン架橋連関を中心に-

心臓が統合的に機能を発揮するためには、アクチン・ミオシン(AM)架橋の形成と解離と冠微小循環の動態が正常に機能する必要がある。そこで、AM挙動はSPring-8放射光を用いて摘出灌流心(ラット)のX線回折像によって解析し、心筋微小循環は高倍率/高速CCDビデオ顕微鏡で可視化観測した。その結果、AM架橋と微小血管の相互作用が心機能と流れの維持にとって重要であることが示された。これらの結果をフィジオミックに評価するため心筋と冠血管のクロストークを考慮した冠循環のモデルを作成し、モデル論的解析を行った。心臓が統合的(フィジオミック)に機能を発揮するためには、ナノマシンであるアクチン・ミオシンクロスブリッジの形成と解離が協調的に行われることが必要であり、そのためには心筋のすみずみまで酸素を運搬する冠循環が正常に機能する必要がある。本研究では、クロスブリッジのナノ挙動と冠微小循環動態の実測実験を行うとともにシミュレーションにより実験結果を統合的に理解しようとした。アクチン・ミオシンのナノ挙動は、SPring-8の高輝度放射光を用いてランゲルドルフ潅流心(ラット)のX線回析像より解析した。クロスブリッジの形成・解離のうち形成過程は心筋各部で協調的に行われたが、解離過程は心内膜側に比して外膜側心筋で延長を示した。また、筋線維格子間隔は、心外膜側心筋が心内膜側に比して狭く、外膜側心筋繊維が伸延されていることが窺われた。一方、ミクロトレーサーおよび高速ビデオ顕微鏡を用いて冠細動脈血流を可視化した結果、心外膜側では収縮・弛緩期を通して流れがみられるのに対し、心内膜側の血流は拡張期のみに限られ、収縮期には2相性の逆流をみた。そこで、冠血流とクロスブリッジ動態を統合的に考察すると、拡張期における心内膜側の早いクロスブリッジの解離は、冠血管に対するメカニカルストレスの解除を意味し、その流入を促進しうるものと思われた。一方、収縮期のクロスブリッジの動態に貫壁性の差がみられなかったことから、収縮期に心内膜側血流が阻止される主たる要因は、クロスブリッジ形成自身によるアクティブなストレスではなく、左室圧上昇などに伴う局所心筋内静水圧上昇が寄与しているものと考えられた。以上の結果に基づき、心筋収縮・弛緩のミクロモデルおよび毛細管を含む冠血管モデルを構築して、局所心筋のひずみ・応力および冠微小血管動態のシミュレーションを行い、心筋と冠血流動態の基本特性をフィジオミックに評価することが可能であることを示した。心臓が統合的に機能を発揮するためには、ナノマシンであるアクチン・ミオシンクロスブリッジの形成と解離による心筋細胞の収縮・弛緩と心臓ミトコンドリアへの酸素供給路である冠毛細管のヘモダイナミクスが正常に機能する必要がある。アクチン・ミオシンのナノ挙動はSPring-8放射光を用いてランゲンドルフ灌流心(ラット)のX線回析像によって解析した。毛細管を含む心筋微小循環は我々が開発した高倍率/高速CCDビデオ顕微鏡で可視化観測した。心筋細胞と冠毛細管のクロストークをみると、アクチン・ミオシン架橋形成による心管細胞の単縮と毛細管方向への膨隆が、細動脈から毛細管への流入を阻碍するとともに毛細管から細静脈への血液の移動を促した。心筋への負荷の増減は、特にアクチン・ミオシン架橋の解離を変化させるが、それとともに毛細管への拡張期流入血流動態が変化することが窺われた。心筋への圧負荷は、活性酸素増加を促し、微小循環におけるNO機能を障害するが、毛細管の機能維持にとって重要なグリコカリックス層も障害し、毛細管の白血球・血小板の接着を増加させたり、機能障害を生じるとともに心筋と毛細管のクロストークに影響を及ぼしうることが示された。これらの実験結果をフィジオミックに評価するため「心臓拍動動態のナノからミクロに至るモデル」を作成するとともに、心筋と冠血管のクロストークを考慮した冠循環のシミュレーションを用い、本モデルによって、冠動脈と冠静脈の流れの基本的特性の解析が可能であることを示した。アクチン・ミオシンのナノ挙動はSPring-8放射光を用いてランゲンドルフ灌流心(ラット)のX線回折像によって解析した。毛細管、細動脈、細静脈を含む心筋微小循環は我々が開発した高倍率/高速CCDビデオ顕微鏡で可視化観測した。併せてSPring-8放射光でのイメージングも行った。

心筋については、アクチン・ミオシン架橋形成、ミオシン格子間隔変化に伴う心管細胞の単縮と左室圧変化が記録できた。冠血管では、心筋細胞の短縮と毛細管方向への膨隆が、細動脈から毛細管への流入を阻碍するとともに毛細管から細静脈への血液の移動を促した。心拍数の増加は、X線回折像より得られるアクチン・ミオシン架橋形成を低下させるが、毛細管への拡張期流入血流および毛細血管からの収縮期流出血流動態を変化させることが窺われた。心筋への圧負荷は、活性酸素増加を促し、微小循環におけるNO機能および毛細管の機能維持にとって重要なグリコカリックス層も障害するが、内皮依存性過分極因子EDHFはロバストな代償機能を持つことが示された。この際の心筋機能障害にとって心筋と毛細管のクロストークが重要であることが示された。これらの実験結果をフィジオミックに評価するため心筋と冠血管のクロストークを考慮した冠循環のモデルを作成した。すなわち、動脈系、静脈系の分枝形状をモデル化するとともに、それぞれにキャパシタンスとコンダクタンスを実装した。ついでに、冠循環系と心筋とのクロストークを行うことによって、心外膜側と心内膜側の冠動脈と冠静脈の流れの基本的特性の解析が可能であることを示した。心筋クロスブリッジ動態と冠微小循環についてフィジオミックな研究を行い以下の結果を得た。1.異なるメカニカルストレス下における細動脈、毛細管血行動態のin vivo可視化とその階層的制御に関する解析肺高血圧右心室(モノクロタリンラット)小動脈(100200μm)、細動脈(<100μm)におけるアセチルコリン(Ach)に対する血管反応性は、いずれのサイズの微小血管でも減弱したが、特に細動脈での反応減少が大きかった。この血管階層性による反応の差異は、NOの障害が大きいのに対して過分極因子の機能が代償的に保たれて優れていることに起因した。2.術中ヒト冠微小血管の可視化川崎医大胸部外科教室(種本教授)との共同研究で、ヒト術中冠小静脈(130±9μm)、細静脈(60±8μm)の可視化に始めて成功し、ニトログリセリン(NTG)に対する血管反応を調べた。いずれの血管でも約10%の有意な血管拡張がみられ、NTGは流出抵抗の低下による毛細管血流増強作用があることが窺われた。3.心筋アクチン・ミオシン(AM)クロスブリッジ動態と冠循環動態我々は心拍数が増加して拡張期が短くなると心筋灌流が不十分になることを示している(Circulation 1999)。そこで心拍数を増加させたときのAMクロスリッジをSPring-8X線解析でみたところ、Ca^<++>作用時間短縮とともにAMクロスブリッジ形成量が減少し、心筋からの冠血流収縮期搾り出し効果の減少、拡張期吸入効果の減弱が分子レベルで示唆された。4.モデルシミュレーション解析東京大学(久田、杉浦教授グループ)との共同で冠循環の流体相と心筋の固体相からなる多相混合体冠循環モデルを作成した。このモデルを用いて心臓拍動に伴う冠血流のシミュレーションを行い、冠循環の基本的現象を再現した。
葉緑体の無細胞スプライシング系の開発

前年度に引き続き、グループIIイントロンに着目して、タバコ葉緑体無細胞(in vitro)スプライシング系の開発に主眼をおき研究を進めた。前年度の成果により、タバコの葉緑体を用いた無細胞スプライシング系の調製、活性の検出に成功していたため、本年度はさらにスプライシング効率を高めるための条件検討、および、in vitro系を用いてスプライシング効率に影響を与えるシス配列の同定を行った。1、葉緑体抽出液の調製とスプライシング系の開発および改良葉緑体mRNAのスプライシング活性を指標として、タバコの育成条件、調製条件の検討を行い、スプライシング活性を安定させることに成功した。さらにin vitro反応時の塩濃度、基質濃度、反応時間等、様々な条件の検討によって、2種類の遺伝子mRNAについて、効率よくスプライシングされる反応条件を決めた。2、イントロンの保存配列の機能ドメインの同定イントロン配列中の配列を改変した前駆体mRNAをin vitro系で反応させることによってスプライシングに関わる配列を同定する事ができた。これを2種類のmRNAで比較したところ、同一種類のシス配列にも関わらず、スプライシング効率への影響が両者で異なっていることが判明した。この結果はスプライシング反応に関わるタンパク質因子の種類が異なっていることを示唆している。3、イントロン配列に結合する蛋白質因子を検出基質RNAに結合する因子の検出を試みたが、現在までのところ安定した結果は得られていない。1,trnL遺伝子のグループIイントロンの配列上の特徴づけラン藻とタバコ葉緑体のtrnL遺伝子の塩基配列をアライメントしてタバコグループIイントロンのコア領域(P1-P9)を同定、2次構造予測を行った。スプライシング活性に重要なP3,P7,P8は両者で類似性が高いが、P8ループがタバコで長いことや、P2,P6,P9の塩基配列は類似性が低いことが明らかになった。しかし、形成する2次構造には大きな違いがなかった。2,ラン藻とタバコのスワップ鋳型の作成とセルフスプライシング実験タバコをベース配列として、個々のコア領域をラン藻のそれに入れ替え、セルフスプライシング実験を行った結果、どのRNAでもスプライシングしなかった。ラン藻をベース配列としたP3,P7,P8のスワップRNAではスプライシング活性が激減した。他の領域でもスプライシング速度の遅延等の変化が見られた。次年度はこれらの領域に結合する因子の有無を検討する。3,葉緑体無細胞スプライシング系を調製する緑葉の条件検討様々な生育段階、及び明・暗条件下で育成したタバコの葉より抽出したRNAを用いてRT-PCR法でtrnLRNAの有無を調べた。その結果、trnLRNAの蓄積には明・暗条件は影響がないことが判明した。またスプライシング活性には生育段階の影響も少ないことが明らかになった。4,葉緑体抽出液の調製、無細胞スプライシング系の開発と検出法の検討スプライシング活性の検出法について検討した。コントロール実験の結果から、切り出されたイントロンへの[α-^<32>P]GTPの取り込みを指標とする方法が最も感度よくスプライシングを検出することが可能であった。現時点で、スプライシング活性を有する葉緑体抽出液の調製には至っておらず、来年度、引き続き葉緑体抽出液の調製法、反応条件の検討を行う予定である。本年度は、今まで研究に従事していた葉緑体のグループIイントロンのみでなく、グループIIイントロンに着目して、タバコ葉緑体in vitroスプライシング系の開発に主眼をおき研究を進めた。グループIIイントロンの正確なスプライシングには5'および3'エキソンがどこまで含まれていればよいのかはっきりと分かっていないため、1つの遺伝子のイントロンにつき、数パターンの基質RNAが準備できるような転写鋳型DNAを作製した(tRNA遺伝子を除く、10種類の遺伝子)。2 RIを使用しないタバコ葉緑体in vitroスプライシング系(グループIIイントロン)の開発長年、多くの研究グループで取り組まれていたにも関わらず成功していなかった、「グループIIイントロンのin vitroスプライシング系」の調製に成功した。これは本年度の最も大きな成果である。また、スプライシング産物の検出には安全面や施設面で煩雑性を伴うラジオアイソトープを用いた方法ではなく、RT-PCR法を用いた。これにより、非RI条件下でスプライシング活性の検出が可能であり、この検出方法を用いれば、今後、多くの研究室でこの系が利用可能である。本年度は葉緑体のひとつの遺伝子のRNAを用いて、in vitro系の開発、および、反応条件の至適化、葉緑体エクストラクトの抽出条件の検討を行った。しかし、これらに関してはまだ検討の余地があり、来年度の課題の1つとして引き続き継続する。また、他の遺伝子RNAに関してもスプライシング活性の有無を検定したが、反応至適条件を決定した遺伝子RNAのスプライシングの条件と異なる事が予想されるため、これについても引き続き検討を行う予定である。

1、葉緑体抽出液の調製とスプライシング系の開発および改良葉緑体mRNAのスプライシング活性を指標として、タバコの育成条件、調製条件の検討を行い、スプライシング活性を安定させることに成功した。さらにin vitro反応時の塩濃度、基質濃度、反応時間等、様々な条件の検討によって、2種類の遺伝子mRNAについて、効率よくスプライシングされる反応条件を決めた。2、イントロンの保存配列の機能ドメインの同定イントロン配列中の配列を改変した前駆体mRNAをin vitro系で反応させることによってスプライシングに関わる配列を同定する事ができた。これを2種類のmRNAで比較したところ、同一種類のシス配列にも関わらず、スプライシング効率への影響が両者で異なっていることが判明した。この結果はスプライシング反応に関わるタンパク質因子の種類が異なっていることを示唆している。3、イントロン配列に結合する蛋白質因子を検出基質RNAに結合する因子の検出を試みたが、現在までのところ安定した結果は得られていない。
熱帯における遷移型アグロフォレストリーの導入普及条件と持続可能性に関する国際研究

世界各地で極端気象による災害が頻発し、気象変動に適応した頑健な持続型農業システムの構築が求められているなか、国際社会ではアグロフォレストリーへの期待が高まっている。しかし、アフリカ等の熱帯の発展途上国ではアグロフォレストリーの普及が進んでいない。本研究では、ブラジル・パラー州トメアスー日系入植地において内発的に開発された遷移型アグロフォレストリー(SAFTA)の発展経路とその要因を定量的根拠をもって解明し、その結果をもとに熱帯における持続型アグロフォレストリーの成立条件と展望を持続可能性の観点から理論的に再構築し、それをもってガーナにおけるSAFTA導入定着の条件を検証する。
底質改善と施肥の相乗効果によるアサリ成長促進と干潟の物質循環解析

本研究では,アサリをターゲットとして,尾道市浦崎干潟に固形肥料を漉き込み,それらの成長・生残を促す現場試験を行った.また,現場試験に先立ち,肥料の栄養塩溶出性能について,フラスコスケールの室内試験およびコンテナスケールでの疑似現場試験を行った.フラスコスケールでの溶出試験では,プレス機で作成した固形肥料(熟成鶏糞に鉄等必須元素を添加したもの)を小塊にして人工海水中で栄養塩を溶出させた.窒素,リン,鉄とも数日での溶出量が多く,一週間後の溶出量において,海域で利用するには最適なN/P/Fe溶出比が得られた.100Lコンテナを用いた溶出試験は2018年11月より開始し,窒素とリンについては,現在でも溶出が持続しているため,実験を継続中であり,2019年5月末に終了予定である.干潟での溶出試験は,9月に開始し,施肥材10個設置区,20個設置区,無施肥区の3区画で行っており,現在も継続中である.施肥材の設置とともに,3区画ともアサリ稚貝を平米当たり約300個体散布した.1ヶ月後の調査時に,強風と荒波のため,試験区が破損していたため,10月に再設定して現在に至っている.底泥間隙水中の栄養塩濃度は,施肥材の量に応じて高い値を示し,底泥表面のクロロフィル濃度も高い傾向にあり,期待通りの成果が得られている.また,現場に設置した圧力計,溶存酸素計,水中蛍光光度計,光量子計,塩分計などのデータは順調に記録されていた.圧力計のデータからは,干潮・満潮の時間が明らかであり,光量子計は現実の光量子の時間変化を確実に記録していた.また,溶存酸素量は水中では十分であるが,地中ではほぼゼロになることもしばしばあることが明らかであった.室内実験では,使用を予定した固形肥料から,期待通りのN/P/Fe元素比の溶出が得られ,溶出の持続性の点では,コンテナ試験において半年経ってもまだ持続していることから,極めて有効な施肥材であることが分かった.干潟でのアサリ増殖の実証試験は,9月から始まったところであるが,底泥中のN, P, Fe濃度は,設置した施肥材の量に依存して高くなる結果が得られ,底泥表面の微細藻の量(クロロフィル濃度)も施肥材の量に応じて高くなる傾向が得られた.干潟調査は,潮時に依存しており,10-12月は夜中に干潮を迎えるため,極めて寒くつらい中での調査であったが,所期の目的を達成した.実験開始が秋季からであり,波浪が大きく,9月に設定した試験区が破損したことにより,10月に再設定するという,現場調査では良くあることであるが,予期せぬ事態もあった.アサリ重量の解析結果がまだ出せていないため,「おおむね順調」と結論した.干潟では,地下水の流動があるため,調査を行った.これらの結果については,今後の調査も含めて解析する予定である.これら地下水,海水の流動と砂粒子の移動なども含め,干潟での物質循環について,数値モデル解析を今年度行う.これらはかなり高度な解析となるため,現在のところ,フレームワーク作りの段階である.一方,栄養塩の取り込みによる微細藻の増殖と,アサリによるそれらの摂食,アサリの排糞と分解などのプロセスについては,文献調査などを行い,ほぼ完成させた.また,底泥中の酸化還元反応系を組み込む計画であり,これらについてもだいたいのフレームワークはできてきている.以上を踏まえ,干潟での実測値を用いた数値モデル出力値との検証を行い,いくつかの項目についての感度解析を行うことで,最終的にはアサリ生産の不振に対する改善の提案を行う計画である.本研究では,アサリをターゲットとして,尾道市浦崎干潟に固形肥料を漉き込み,それらの成長・生残を促す現場試験を行った.また,現場試験に先立ち,肥料の栄養塩溶出性能について,フラスコスケールの室内試験およびコンテナスケールでの疑似現場試験を行った.フラスコスケールでの溶出試験では,プレス機で作成した固形肥料(熟成鶏糞に鉄等必須元素を添加したもの)を小塊にして人工海水中で栄養塩を溶出させた.窒素,リン,鉄とも数日での溶出量が多く,一週間後の溶出量において,海域で利用するには最適なN/P/Fe溶出比が得られた.100Lコンテナを用いた溶出試験は2018年11月より開始し,窒素とリンについては,現在でも溶出が持続しているため,実験を継続中であり,2019年5月末に終了予定である.干潟での溶出試験は,9月に開始し,施肥材10個設置区,20個設置区,無施肥区の3区画で行っており,現在も継続中である.施肥材の設置とともに,3区画ともアサリ稚貝を平米当たり約300個体散布した.1ヶ月後の調査時に,強風と荒波のため,試験区が破損していたため,10月に再設定して現在に至っている.底泥間隙水中の栄養塩濃度は,施肥材の量に応じて高い値を示し,底泥表面のクロロフィル濃度も高い傾向にあり,期待通りの成果が得られている.また,現場に設置した圧力計,溶存酸素計,水中蛍光光度計,光量子計,塩分計などのデータは順調に記録されていた.圧力計のデータからは,干潮・満潮の時間が明らかであり,光量子計は現実の光量子の時間変化を確実に記録していた.

また,溶存酸素量は水中では十分であるが,地中ではほぼゼロになることもしばしばあることが明らかであった.室内実験では,使用を予定した固形肥料から,期待通りのN/P/Fe元素比の溶出が得られ,溶出の持続性の点では,コンテナ試験において半年経ってもまだ持続していることから,極めて有効な施肥材であることが分かった.干潟でのアサリ増殖の実証試験は,9月から始まったところであるが,底泥中のN, P, Fe濃度は,設置した施肥材の量に依存して高くなる結果が得られ,底泥表面の微細藻の量(クロロフィル濃度)も施肥材の量に応じて高くなる傾向が得られた.干潟調査は,潮時に依存しており,10-12月は夜中に干潮を迎えるため,極めて寒くつらい中での調査であったが,所期の目的を達成した.実験開始が秋季からであり,波浪が大きく,9月に設定した試験区が破損したことにより,10月に再設定するという,現場調査では良くあることであるが,予期せぬ事態もあった.アサリ重量の解析結果がまだ出せていないため,「おおむね順調」と結論した.干潟では,地下水の流動があるため,調査を行った.これらの結果については,今後の調査も含めて解析する予定である.これら地下水,海水の流動と砂粒子の移動なども含め,干潟での物質循環について,数値モデル解析を今年度行う.これらはかなり高度な解析となるため,現在のところ,フレームワーク作りの段階である.一方,栄養塩の取り込みによる微細藻の増殖と,アサリによるそれらの摂食,アサリの排糞と分解などのプロセスについては,文献調査などを行い,ほぼ完成させた.また,底泥中の酸化還元反応系を組み込む計画であり,これらについてもだいたいのフレームワークはできてきている.以上を踏まえ,干潟での実測値を用いた数値モデル出力値との検証を行い,いくつかの項目についての感度解析を行うことで,最終的にはアサリ生産の不振に対する改善の提案を行う計画である.
統合失調症モデル動物における認知機能と神経変性に関する脆弱因子の探索

非競合的N-メチル-D-アスパラギン酸(NMDA)受容体拮抗薬のフェンシクリジン(PCP)は、ヒトに統合失調症と類似した情動・認知障害を惹起させる。PCP(10mg/kg/day)を14日間連続投与したマウスにおいて強制水泳ストレスによる無動状態(意欲低下)が増強され、水探索試験における潜在学習(認知機能)が障害された。これらの行動障害とグルタミン酸作動性神経機能の関与について調べたところ、PCP連続投与によりグリア細胞の活性化や神経細胞の萎縮が惹起され、前シナプス機能やNMDA-CaMKII情報伝達系の機能が阻害され、情動・認知障害が惹起されることが示唆された。Disrupted-in-schizophrenia 1(DISC1)は統合失調症関連遺伝子であり、神経発達期の大脳皮質において細胞移動および神経突起の伸長などの重要な役割を担っている。子宮内エレクトロポレーション法によりDISC1の発現を抑制するsiRNAを胎児期の脳内に遺伝子導入したマウス(KDマウス)を作製したところ、KDマウスでは神経発達過程において前頭前皮質におけるドパミン神経機能の低下が引き起こされ、これが生後56日目の認知障害の発現に関与していることを見出した。PC連続投与マウスの前頭前皮質におけるタンパク質発現変化を調べるため、fluorescence two-dimensional difference gelelectrophoresis(2D-DIGE)法を用いてプロテオーム解析を行った。コントロール群に比べて、PCP連続投与マウスでは7個のスポットの発現が増加し、逆に2個のスポットの発現が減少していた。これら発現に変化が認められたスポットについて質量分析装置を用いてタンパク質の同定を行った結果、細胞シグナル(5スポット)、タンパク分解(1スポット)、エネルギー代謝(1スポット)に関与するタンパク質であることが同定された。PCP連続投与マウスに認められる情動・認知障害の分子機序にこれらのタンパク質群が関与している可能性が示唆された。PCP(10mg/kg/day)を14日間連続投与したマウスにおいて強制水泳ストレスによる無動状態が増強(意欲低下の増強)され、水探索試験における潜在学習が障害(認知障害)される。これらの行動障害とグルタミン酸作動性神経機能の関与について調べたところ、強制水泳ストレス負荷後および水探索試験の訓練後、saline連続投与マウスの前頭前皮質におけるCa^<2+>/calmodulin kinaseII(CaMKII)リン酸化蛋白の発現は、非ストレスおよび非訓練saline連続投与マウスのそれに比べて有意に増加していたが、PCP連続投与マウスではそのような増加は認められなかった。一方、PCP連続投与マウスの前頭前皮質における細胞外グルタミン酸の基礎遊離量は、saline連続投与マウスのそれに比べて有意に減少していた。PCPの投与回数に依存して前頭前皮質のグリア細胞の活性化、グリア型グルタミン酸トランスポーターのGLASTの発現量の増加、神経細胞の萎縮が認められた。PCP連続投与マウスの前頭前皮質にグルタミン酸トランスポーター阻害剤やNMDA型グルタミン酸受容体グリシン部位の作動薬であるグリシンを注入すると、情動・認知障害や前頭前皮質のCaMKIIの活性の低下が緩解した。以上の結果からPCP連続投与によりグリア細胞の活性化や神経細胞の萎縮が惹起され、前シナプス機能やNMDA-CaMKII情報伝達系の機能が阻害され、情動・認知障害が惹起されるものと示唆される。

一方、胎生期の胎児の大脳皮質に子宮内電気穿孔法により統合失調症関連遺伝子の発現を抑制したマウスを作製し、行動解析を行った結果、認知障害が認められた。今後、情動行動についても検討し、行動障害の発症機構における細胞内情報伝達系の関与について検討する。非競合的N-メチル-D-アスパラギン酸(NMDA)受容体拮抗薬のフェンシクリジン(PCP)を14日間連続投与し,休薬4日後に潜在学習の指標となる水探索試験を行った.PCPを連続投与したマウスの水探索時間はsaline連続投与マウスのそれと比較し有意に延長し,潜在学習障害が認められた.Saline連続投与マウスにおける前頭皮質リン酸化caMK IIは,水探索試験の試行により有意に増加していたが,PCP連続投与マウスでは,そのような増加は認められなかった.また,PCP連続投与マウスの前頭皮質ではNR1のリン酸化率の低下が認められることから,NMDA受容体機能低下が下流のシグナルであるCaMKIIのリン酸化に障害をもたらしたものと考えられる.一方,PCP連続投与により神経変性が惹起されることを見出している.そこで,その脆弱因子として細胞死において中心的役割を果たしているミトコンドリアのmitochondrial permeability transition(MPT)poreを形成しているcyclophilin Dに注目'し,本年度はcyclophilin Dの遺伝子欠損マウスの学習機能について検討を行った.cyclophilinDの遺伝子欠損マウスはモリス水迷路試験における参照記憶,恐怖条件付け学習課題における連合学習に障害が認められた.さらに,PCP連続投与マウスの認知機能障害の原因タンパク質の網羅的解析を行った.二次元電気泳動によりPCP連続投与マウスの前頭皮質に発現するタンパク質とsaline連続投与マウスとそれを比較し,異なる発現が認められたスポットの質量分析(LC-MS/MS)によりアミノ酸配列を予測し,タンパク質を同定した.現在,同定タンパク質とPCPにより惹起される認知機能障害に対する関連を検討している.Disrupted-in-schizophrenia 1(DISC1)は統合失調症関連遺伝子であり、神経発達期の大脳皮質において細胞移動および神経突起の伸長などの重要な役割を担っている。そこで、子宮内エレクトロポレーション法によりDISC1の発現を抑制するsiRNAを胎児期の脳内に遺伝子導入したマウス(KDマウス)を作製した。生後28日目のKDマウスでは顕著な変化は認められなかったが、生後56日目のKDマウスにおいて認知障害と前頭前皮質のドパミン基礎遊離量の減少が認められた。したがって、KDマウスでは神経発達過程において前頭前皮質におけるドパミン神経機能の低下が引き起こされ、これが成熟後の認知障害の発現に関与していることを見出した。