hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
薬物依存の基礎を成す神経回路再編成とグリア細胞の関与

研究代表者は、モルヒネ慢性投与時における新規神経回路網構築の解析とこれに対するグリア細胞の関与と活性化機序、また脳部位特異性を明らかにすることで、薬物依存形成・維持を標的とした新しい治療薬の開発と薬物依存形成機構の統合的理解を図った。以下のような事実を明らかにしつつある。1)モルヒネ依存におけるグリア細胞活性化とその役割の解明。この解析では、モルヒネ慢性投与時に、脳内の特異的領域においてミクログリアの活性化が観察された。また、ミクログリア阻害剤であるミノサイクリンの脳室内投与やリポソームに閉じこめたクロドロネートの全身投与により、モルヒネ鎮痛耐性や依存性形成が阻害された。2)モルヒネ依存とBDNFとの関連。以前の代表者らの研究では、モルヒネを培養ミクログリアに作用させたとき、rufflingなどの形態変化とともにBDNF遺伝子発現上昇が観察された。今回の研究成績では実際に蛋白質レベルでも確認された。この現象がモルヒネ耐性・依存性形成と関連するか否かを解析した。モルヒネによるBDNF発現上昇作用は、培養ミクログリアのみにかんさつされ、培養神経細胞やアストロサイトにおいては観察されなかった。マウスにモルヒネを慢性投与した時、実際にミクログリアが活性化され、BDNF発現上昇もその細胞で観察された。ところが、発現上昇する大半のBDNFは神経に見出された。このことから、モルヒネ処置したミクログリア培養上清を培養神経に作用させると、神経細胞においてBDNFの発現上昇が観察された。一方、BDNF、抗体をモルヒネ慢性投与後に適用したとき、モルヒネ耐性は著明に抑制された。以上の事実から、モルヒネをマウスに慢性投与したとき、まずミクログリアが活性化され、BDNF産生を引き起こすが、同様に未同定の液成因子を分泌し、神経細胞に働きBDNFを産生させ、おそらく神経回路再構築やNMDA受容体発現上昇することで、モルヒネ耐性・依存性形成を行っているという仮説が成立した。
高分子の結晶成長における「分子量依存性」の解明と「理想的構造・物性」の追求

高分子の結晶化過程の過冷却度依存性を明らかにするためには、平衡融点の決定が不可欠である。ポリエチレンでは、これまでHoffmanらにより決定された平衡融点^<1)>と、Wunderlichによる融点^<2)>とがあり、どちらが正しい平衡融点を与えるかについては、決着が付けられていなかった。本研究では、高圧結晶化によって生成したポリエチレンの伸びきり鎖単結晶を六方晶から斜方晶へ固相転移させ、これの融点を調べるというWunderlichの方法により、ポリエチレンの平衡融点の分子量依存性を決定した。ポリエチレンは生成する結晶のモルホロジーの違いにより、type Aとtype Bと呼ばれる2種類の結晶モルホロジーが知られている。結晶化速度の過冷却度依存性を決定することによりポリエチレンのtype A,type B両結晶の過冷却度依存性について議論する。実験に用いた試料はNISTの高分別試料であり、数平均分子量11,400,28,900と100,500の3種類である。これらをそれぞれ、11k,29k,100kと呼ぶことにする。平衡融点の決定に用いた伸びきり鎖単結晶は、0.5GPaで生成した伸びきり鎖単結晶を固相転移させたものである。得られた融点Tm(ECSC)より、これらの単結晶のラメラ厚が1μmであることを考慮に入れ、Tm^0=Tm(ECSC)+0.3Kにより各試料の平衡融点を決定した。常圧結晶化の観察は、偏光顕微鏡を用いて行い、得られたビデオ画像の解析より、沿面成長速度Vを決定した。得られた平衡融点の分子量依存性は、Wunderlichのデータに近く、Hoffmanらが決定した分子量依存性よりもかなり低いものであった。常圧結晶化過程において観察される結晶のモルホロジーは、11K,29KについてはtypeA結晶の生成する温度領域とtypeB結晶の生成する温度領域とではっきり区別できるほどに異なっていた。一方、100Kについては結晶化のごく初期から多結晶化が起こっているようで、11K,29K程にモルホロジーの変化を確認することは出来なかった。typeA,typeB両結晶の生成するどちらの温度領域においても沿面成長速度VはV=Aexp(-B/TcΔT)の式でよく近似された。ここで、Tc,ΔT=lTm^0-Tclはそれぞれ結晶化温度、過冷却度を表す。typeA,typeB両領域どちらにおいてもAは分子量の増大につれ減少したが,Hoffmannによって提唱されている分子量に対する逆比例関係は得られなかった。Bの値については、いわゆるregime理論によれば、2つの領域でのBの値がtypeA領域とtypeB領域で2倍の差があるとされているがそのような結果は得られなかった。

Bの値については、いわゆるregime理論によれば、2つの領域でのBの値がtypeA領域とtypeB領域で2倍の差があるとされているがそのような結果は得られなかった。
一般住民における身体組成が心血管病発症および死亡に与える影響：久山町研究

2007年に福岡県久山町の生活習慣病予防健診を受診した40歳以上の3271名を対象に,身体組成と心血管病および死亡の関連を検討した.まず,体重あたりの除脂肪割合あるいは体脂肪率と心血管病の有病率を横断的に検討した結果,除脂肪割合が多いほど心血管病の有病率は有意に低かった.体脂肪率と心血管病有病率の関連はなかった.続いて,対象者の健診受診日から平成25年4月7日までの追跡調査の成績を用いて,全身の除脂肪度(筋肉量/身長の二乗)と総死亡および死因別死亡の関係を検討したところ,全身の除脂肪度は総死亡,循環器死亡,悪性腫瘍死亡,呼吸器死亡の独立した危険因子であった.体脂肪率は死亡と関連しなかった.平成24年度は,全身の筋肉量および体脂肪率と総死亡の関連を前向きに検討した.平成19年の久山町循環器健診を受診し,身体組成や他の解析項目に不備の無い2928名(男性1270名,女性1658名)を対象とした.追跡期間は対象者それぞれの健診受診日から平成25年4月7日までとした.追跡期間に144例の総死亡をみた.統計解析にはCox比例ハザードモデルを用い,多変量解析の調整因子には年齢,性別,収縮期血圧,降圧薬服用,糖尿病,総コレステロール,BMI,心血管病の既往歴,喫煙,飲酒,定期的な運動とした.その結果,全身の筋肉量が多いほど総死亡のハザード比は有意に低く,多変量調整後も変わりなかった.一方,全身の体脂肪率と総死亡には関連を認めなかった.全身の筋肉量と死亡の関連の層別解析を行った結果,高齢者,男性,有疾患者において全身の筋肉量の影響はより強いが,危険因子の有無にかかわらず全身の筋肉量と死亡の間に統計的有意な負の関連を認めた.平成25年度は全身の筋肉量と死因別死亡の関連を検討した.平成19年の久山町循環器健診を受診し身体組成や他の解析項目に不備のない2928名から,心血管病および悪性腫瘍のない2284名(男性943名,女性1341名)を解析対象とした.これまで,筋肉量の絶対値を解析に使用し体格の影響が考慮されていなかったことから,筋肉量を身長の二乗で除した筋肉度を用いて死亡との関連を検討した.筋肉量の分布は性・年齢階級に関わらず正規分布を示した.死因はICD10により循環器死亡(I00I99),悪性腫瘍死亡(C00C97),呼吸器死亡(J00J99.8),その他の死亡に分類した.追跡期間は対象者それぞれの健診受診日から平成25年4月7日までとした.追跡中に82例の死亡をみた.性・年齢調整した総死亡のハザード比は筋肉度が高い群ほど有意に低下した(p<0.0001).多変量解析で年齢,性,収縮期血圧,降圧薬の服用,糖尿病,総コレステロール,BMI,喫煙,飲酒,定期的な運動を調整してもこの関連は変わりなかった(ハザード比:0.66,95%信頼区間:0.51-0.86,p<0.002).死因別にみると,その他の死亡を除く全ての死因において,筋肉度が高い群ほど死亡リスクが有意に低下した.2007年に福岡県久山町の生活習慣病予防健診を受診した40歳以上の3271名を対象に,身体組成と心血管病および死亡の関連を検討した.まず,体重あたりの除脂肪割合あるいは体脂肪率と心血管病の有病率を横断的に検討した結果,除脂肪割合が多いほど心血管病の有病率は有意に低かった.体脂肪率と心血管病有病率の関連はなかった.続いて,対象者の健診受診日から平成25年4月7日までの追跡調査の成績を用いて,全身の除脂肪度(筋肉量/身長の二乗)と総死亡および死因別死亡の関係を検討したところ,全身の除脂肪度は総死亡,循環器死亡,悪性腫瘍死亡,呼吸器死亡の独立した危険因子であった.体脂肪率は死亡と関連しなかった.平成23年度は全身の筋肉割合と心血管病およびその危険因子との関連を横断的に検討した。平成19年の久山町の生活習慣病予防健診を受診した40歳以上の3271人(受診率76.0%)のうち、身体組成が評価できた2937人(男性1274人、女性1663人)を対象とした。全身の筋肉割合の平均値±標準偏差は男性75.5±5.3%、女性65.6±7.0%であり、いずれも正規分布を示した。また、男女それぞれの年齢を10歳ごとに5区分(40-49歳、50-59歳、60-69歳、70-79歳、80歳以上)した場合、男女の筋肉割合は年齢が上昇するとともに有意に減少した。次に、筋肉割合を男女別に4分位し、筋肉割合のレベル別に年齢調整した心血管病有病率および心血管病危険因子を比較した。その結果、筋肉割合のレベルが上昇するほど男性の心血管病の有病率は有意に減少した(傾向性p<0.001)。加えて、男女の筋肉割合のレベル上昇に伴い、収縮期血圧、拡張期血圧、降圧薬服用、糖尿病、総コレステロール、肥満は有意に減少し、HDLコレステロールは有意に増加した(全ての傾向性p<0.01)。

一方、筋肉割合は心電図異常、現在の喫煙、現在の飲酒、および定期的な運動習慣と関連しなかった。以上の結果から、全身の筋肉割合は、年齢とは独立して男性の心血管病有病率と男女の心血管病危険因子、特に血液生化学所見と関連することが示唆された。本年度は横断的な検討であるため、全身の筋肉割合と心血管病およびその危険因子の因果関係は明らかにできない。そのため、平成19年に設定された追跡調査を本年度も継続した。この追跡調査では、生活習慣病予防健診の未受診者および転出者に対するアンケート調査を実施し、久山町周辺の病院における診療記録や画像診断等の臨床情報を収集し、剖検による死因の同定を行った。当初の研究計画通り、平成19年度の久山町生活習慣予防健診の受診者を対象とした5年間の追跡調査より、全身の筋肉量および体脂肪率と総死亡の関係について結果を示した。また、今年度の生活習慣予防健診でも身体組成のデータ収集を行い、身体組成の経年変化に関する解析準備を進めることが出来た。当初の研究計画通り、久山町の生活習慣予防健診にて身体組成の計測を行い、心血管病発症例および死亡例の情報収集、データ整備が行えている。しかし、身体組成と心血管病発症および死亡の詳細な検討を行うにはこれらの症例数が不十分であるため、引き続き追跡調査が必要である。平成24年度は40歳以上の全住民の約80%以上に生活習慣病予防健診を実施するため、体組成計やその関連機器を追加購入した。また、既存の体組成計と新たに購入した体組成計との計測値の妥当性を確認した。身体組成の研究に関する情報収集を行うため、第66回日本体力医学会大会に参加し、様々な研究者と意見交換を行った。まずは今年度の解析データセットにより、全身の筋肉量または体脂肪率と死因別死亡および心血管病発症との関連を解析する。次に、追跡調査を継続して症例を集める。さらに、得られた研究成果を研究分担者・統計専門家と協議し、その後、国内外の学会で発表するとともに、論文化を目指す。身体組成の他の測定データ(四肢別の筋肉量や体脂肪率など)と心血管病危険因子の横断的な解析を継続する。また、追跡調査を継続し追跡データセットの整備を行う。さらに、得られた研究成果を研究分担者・統計専門家と協議し、その後、国内外の学会で発表するとともに、身体組成に関する最新情報を収集する。1)心血管病発症および死亡の情報収集のため、引き続き追跡調査を実施する。その一環として、平成25年度も生活習慣病予防健診を実施し、臨床検査の情報を収集する。生活習慣病予防健診では、医師や訓練されたスタッフによる問診や測定(脳・心血管病、悪性腫瘍を含めた生活習慣病の発症に関する情報やその他の疾患の既往歴、家族歴、飲酒・喫煙・運動・食習慣などの生活習慣)、医師による診察身体計測(身長、体重、身体組成、腹囲/腰囲)、血圧測定、心電図、胸部エックス線検査、呼吸機能検査、眼底検査、血液検査(血計、血明生化学、HbA1cなど)、検尿、75g経口糖負荷試験を行う。前年度と同様に、生活習慣病予防健診の未受診者、転出者へのアンケート調査、久山町周辺の病院への定期的な訪問調査、心血管病発症や死亡に関する情報を収集する。また、死亡例については、病理解剖の承諾を得るよう努力し、死因を精査する。2)得られた研究成果は、国内学会および国際学会での発表、英文誌への投稿を予定している。また、九州大学大学院医学研究院環境医学分野のホームページ(http://www.med.kyushu-u.ac.jp/envmed/index.html)に研究成果を掲載し、広く情報を発信する。その一環として、平成24年度も生活習慣病予防健診を実施し、臨床検査の情報を収集する。
イオン輸送蛋白質の4次元構造解析

バクテリオロドプシンは高度好塩菌に見出された光駆動プロトンポンプで、構造・機能が最も解明された生体ポンプである。研究代表者らは、バクテリオロドプシンの反応中間体の構造解析を基に、「バクテリオロドプシンは水分子の輸送をも司る"水分子/プロトン対輸送体"である」という仮説を提唱した。"水分子/プロトン対輸送体説"の裏付けを取るため、今年度においては以下の研究を行った。1)高圧キセノンガス存在下でのバクテリオロドプシンの構造および光化学反応を調べ、プロトン取り込み経路近くに存在する空隙にキセノン1原子が特異的に結合するとM中間体の寿命が短くなることを見出した。2)高度好塩菌Halorubrum sp.aus-2に見出された光駆動プロトンポンプ(アーキロドプシンー2(aR-2))の六方晶(空間群P321)を作成し、その結晶構造を2.1Åの分解能で求めた。この結晶はaR-2の三量体が蜂の巣格子上に配置されてできた平面膜が積層してできていること、第2の色素であるバクテリオルベリンが三量体構造に取り込まれて存在していること、などを明らかにした。3)海洋性真正細菌由来の光駆動プロトンポンプであるプロテオロドプシンの3次元結晶を作製した。4)塩素イオンポンプであるハロロドプシンをバクテリオロドプシン欠損株に導入した後、UV照射により突然変異を誘導し、ハロロドプシンを多量に産出する変異株を得た。4)イカ・ロドプシンの結晶化条件の精密化を行い、2.8Å分解能のX線回折データを基に構造モデルを構築した。1)「物質輸送には蛋白質内の遊びの空間が必要である。」との考えの妥当性を示すため、高圧キセノンガス存在下での構造および光化学反応を調べた。膜融合法により得たバクテリオロドプシンの良質な結晶にキセノンなど希ガスを封入しX線結晶構造解析を行い、プロトン取り込み経路近くに存在する空隙にキセノン1原子が特異的に結合することを明らかにした。このキセノン結合は始状態の構造に影響を及ぼさないものの、ミリ秒域の反応キネティックスに大きな影響を及ぼすことを見出した。2)高度好塩菌Halorubrum sp.aus-1およびaus-2に見出された光駆動プロトンポンプ(アーキロドプシン-1(aR-1)および-2(aR-2))のX線結晶構造解析を行い、それぞれ3.4Å、2.5Åの分解能で求めた。バクテリオロドプシンとの構造比較から、プロトン輸送にとって本質的に重要な役割を果たすと考えられる水分子やタンパク質内空隙を絞り込むことができた。3)新規プロトンポンプ、デルタロドプシン(dR)を大腸菌で発現させると、レチナールの添加で紫色に色づいて、大腸菌の細胞膜中で機能的に発現する事を発見した。4)イカ・ロドプシンの結晶化を行い、4Å分解能のX線回折データを収集した。

バクテリオロドプシンは高度好塩菌に見出された光駆動プロトンポンプで、構造・機能が最も解明された生体ポンプである。研究代表者らは、バクテリオロドプシンの反応中間体の構造解析を基に、「バクテリオロドプシンは水分子の輸送をも司る"水分子/プロトン対輸送体"である」という仮説を提唱した。"水分子/プロトン対輸送体説"の裏付けを取るため、今年度においては以下の研究を行った。1)高圧キセノンガス存在下でのバクテリオロドプシンの構造および光化学反応を調べ、プロトン取り込み経路近くに存在する空隙にキセノン1原子が特異的に結合するとM中間体の寿命が短くなることを見出した。2)高度好塩菌Halorubrum sp. aus-2に見出された光駆動プロトンポンプ(アーキロドプシン-2(aR-2))の六方晶(空間群P321)を作成し、その結晶構造を2.1Åの分解能で求めた。この結晶はaR-2の三量体が蜂の巣格子上に配置されてできた平面膜が積層してできていること、第2の色素であるバクテリオルベリンが三量体構造に取り込まれて存在していること、などを明らかにした。3)海洋性真正細菌由来の光駆動プロトンポンプであるプロテオロドプシンの3次元結晶を作製した。4)塩素イオンポンプであるハロロドプシンをバクテリオロドプシン欠損株に導入した後、UV照射により突然変異を誘導し、ハロロドプシンを多量に産出する変異株を得た。4)イカ・ロドプシンの結晶化条件の精密化を行い、2.8Å分解能のX線回折データを基に構造モデルを構築した。
γ線バーストのプロンプト放射および残光観測によるバースト中心天体の解明

SGRは数十ミリ秒のバーストを繰り返し起こすことが知られているが、放射メカニズムは解明されていなかった。我々はHETE-2衛星が捉えた55個のバーストのデータを用いて系統的な研究を行った。その結果、1)軟X線と硬X線の放射には2.2±0.4ミリ秒の「時間の遅れ」が存在すること、2)エネルギースペクトルのモデルは二温度黒体放射(4keV、11keV)が尤もらしいこと、3)放射メカニズムは地震や太陽フレアと類似していることを明らかにした。成果はPASJ誌に掲載した。SGRとAXPは定常的にX線を放射しているが、放射メカニズムは解明されていない。SGRとAXPは磁気エネルギーの散逸によって、X線・ガンマ線のエネルギーを放出すると考えられている。もしこれが本当ならば、X線定常放射のエネルギースペクトルは、バーストで尤もらしかった二温度黒体放射でよく再現されるはずである。そこで我々は既知のSGRとAXPのX線定常放射についてエネルギースペクトル解析を行い、バーストと比較した。その結果、低温度と高温度の比はX線定常放射とバーストによらず0.4で一定であることを明らかにした。これは、X線定常放射とバーストが自己相似的な放射メカニズムを持つことを示唆する。本研究はPASJ誌で査読中である。「すざく」衛星を用いたGRB060904のX線残光の研究はPASJ誌、他研究機関との共同でのXRF040916の研究はPASJ誌、GRB070616の研究はMNRAS誌に成果を掲載した。本年度は「すざく」衛星(Astro-EII衛星)を用いてX線残光を観測するための準備、および実際に観測を行った。観測を効率的に行うために、Swift衛星が捉えたGRBのX線残光が十分な明るさかどうか、「すざく」衛星が観測可能な天空で発生したかどうかを自動的に判定し、携帯電話等へ速報するシステムを構築し、2005年12月より運用を始めた。2006年1月5日にSwift衛星が捉えたGRB060105は「すざく」衛星が観測可能な天空で発生し、我々はX線残光の観測をGRB発生から5時間後に行った。残念ながらX線残光中に金属輝線は見付からなかったが、打ち上げから半年後の時期にわずか5時間後(過去最短)に観測を行ったのは快挙であり、我々の監視・観測体制が良好に機能している証拠である。HETE-2衛星を用いたプロンプト放射の研究も行った。HETE-2衛星は本年度は9個のGRBの位置を決定した。その中で代表的なものは2005年7月9日に捉えた継続時間が短いGRB(GRB050709)である。我々HETE-2チームは発生後すぐに位置を決定し世界中の研究者へ速報した。地上の望遠鏡の観測により、継続時間が短いGRBとしては世界で初めて可視光残光が検出された。GRB050709より以前にSwift衛星が捉えたGRB050509Bにより、継続時間が短いGRBの一部は中性子星の合体が起源という説が有力となっていたが、GRB50709の残光観測によって決定的なものとなった。また、GRB050709のプロンプト放射に続いて、160秒の間10keV以下に放射が見られ、これはX線残光の始まりだと考えている。このような10keV以下の研究はHETE-2衛星のみに出来ることである。HETE-2衛星によるGRB050709の観測結果はNature誌に掲載された(Villasenor et al.2005)。ETE-2衛星が2005年10月22日に捉えたγ線バースト(GRB)の解析を行った。このGRBは発生から僅か45秒後に位置が全世界へ報告されたにも関わらず可視光での残光が検出されない、いわゆる「可視光で暗いGRB」である。母銀河の観測によりz=0.8と測定されており、母銀河の星形成率が高いことが報告されている。我々は、プロンプト放射からX線残光にかけて一定の吸収(約1.5×10^<22>cm^<-2>)があることを見出し、これは外部衝撃波が発生する領域よりも外にある物質(たとえば分子雲)による吸収を示唆している事を見出した。この結果はPASJ誌に掲載された(Nakagawa et al. 2006, PASJ, 58, L35-L39)。昨年度、「すざく」衛星を用いてSwift衛星が2006年1月5日に捉えられたGRBのX線残光のToO観測を行った。X線残光を0.4-600keVという広帯域で観測したのは世界初であり、発生から僅か5.3時間後に観測を開始したのはToO観測としては最速である。本年度は「すざく」衛星とSwift衛星により得られた観測データの詳細な解析を行い、これまでに無い初期段階での「ジェットブレーク」を見出した。この結果はPASJ誌に掲載された(Tashiro et al. 2006, PASJ, 59, pp.S361-S367)。本年度は、短いガンマ線バーストと関連性があると考えられている、軟ガンマ線リピータの「短いバースト」の解析も行った。

スペクトルおよびタイミング解析により、スペクトルは「二温度黒体放射」が尤もらしいことを見出し、また活発な時期ほど明るいバーストが起きていることを示唆する結果を見出した。これらの結果はPASJ誌に掲載予定である(Nakagawa et al. 2007, PASJ Accepted)。SGRは数十ミリ秒のバーストを繰り返し起こすことが知られているが、放射メカニズムは解明されていなかった。我々はHETE-2衛星が捉えた55個のバーストのデータを用いて系統的な研究を行った。その結果、1)軟X線と硬X線の放射には2.2±0.4ミリ秒の「時間の遅れ」が存在すること、2)エネルギースペクトルのモデルは二温度黒体放射(4keV、11keV)が尤もらしいこと、3)放射メカニズムは地震や太陽フレアと類似していることを明らかにした。成果はPASJ誌に掲載した。SGRとAXPは定常的にX線を放射しているが、放射メカニズムは解明されていない。SGRとAXPは磁気エネルギーの散逸によって、X線・ガンマ線のエネルギーを放出すると考えられている。もしこれが本当ならば、X線定常放射のエネルギースペクトルは、バーストで尤もらしかった二温度黒体放射でよく再現されるはずである。そこで我々は既知のSGRとAXPのX線定常放射についてエネルギースペクトル解析を行い、バーストと比較した。その結果、低温度と高温度の比はX線定常放射とバーストによらず0.4で一定であることを明らかにした。これは、X線定常放射とバーストが自己相似的な放射メカニズムを持つことを示唆する。本研究はPASJ誌で査読中である。「すざく」衛星を用いたGRB060904のX線残光の研究はPASJ誌、他研究機関との共同でのXRF040916の研究はPASJ誌、GRB070616の研究はMNRAS誌に成果を掲載した。
燃焼場に関連した微粒子群のレーザ計測法の研究

ディーゼル燃料噴霧の特性を測定する為には高速噴霧を任意の時間間隔で記録できるツインパルスホログラフィ装置が開発され、高速度な噴霧粒子が2画像記録、再生出来るようになった。この装置を用いてディーゼルヂ噴霧の大気中での変化が測定された。パルスルビーレーザを光源とする画像記録法と急速圧縮装置によるディーゼル噴霧および噴霧燃焼火炎中の個体微粒子を焦点影写真法で撮影に成功し、ディーゼル火炎先端部にすす粒子の生成域が存在する事を確認した。その結果、影写真法で噴霧の空間分布、蒸発、燃焼、すす粒子生成までの一連の燃焼現象を測定可能となった。前方と後方からの2方向光散乱法に画像処理法を併用しディーゼルの高濃度撚料噴霧の粒径およ濃度の空間分布定量測定法を確立した。また同時に2方向光散乱法で噴霧の局所の粒径および濃度の実時間空間分布測定法を確立した。光回折法による粒径測定装置をリアルタイム計測が可能なシステムに改良し、高温雰囲気中での火炎内粒子測定に光回折法の適用を試みた。またコンピュータトモグラフィ法により噴霧断面の粒子情報取得を行っている。ホログラフィ法によってディーゼル噴霧の背圧下での噴霧特性測定、撚料の粘性による噴霧特性を測定し、噴霧核部と粒子分散域の大きさ、微粒化状況を把握した。また、インラインホログラム画像のレーザスポット回折パターンによる粒径測定法を開発し、高速飛翔粒子群の空間粒径分布の測定の検討をおこなった。光散乱法と光透過法を併用し非接触ですす粒子径と屈折率の同時測定法を開発し従来の方法に比べて高い精度ですす粒子測定が出来た。その結果、火炎内では屈折率が変化する事が確認された。電子スペックル計測ほうが開発され微粒子群の計測、屈折率分布が迅速に行えるようになった。このシステムを用いて定常火炎の屈折率測定、粒子径、位置、速度等の情報入手をはかるソフトウエアー開発が行われた。
釧路地方における霧の多重散乱計測

本研究は,光散乱に現れる様々な現象を利用した霧・雲の動態および構造解析法を開発することを目的としている.本年度は,標準微粒子(ポリスチレンラテックス球)の検濁液の濃度および粒径をパラメータとして,光散乱で現れる偏光依存パターン(Polarization anisotropy)の比較を行った.その際には,昨年度からの課題となっている濃度情報と粒径情報の分離のため,偏光依存パターンの詳細な画像解析および透過光の観察を行った.その結果,両者の分離を行うためには,光学的な厚さを減らした状態を実現し,単散乱の情報を併せて測定する必要があることが分かった.多重散乱現象下での単散乱成分のみの情報抽出は今後の課題となる.さらに,散乱体の局所的な濃度に注目した場合には,後方散乱光を単散乱・多重散乱の区別をすることなく観測することにより,散乱光強度と散乱体濃度との関係を導出することが出来る.本研究では,この方法を用いることにより霧濃度計の試作を行った.その結果,開発した装置を用いることにより,任意の場所での霧濃度測定が可能となった.さらに,昨年度作製したレーザ光の消散を利用した霧動態の観測システムに関しては,試作品を用いた実験において光学系のいずれに起因するデータ精度の問題が見つかり,この点に対するシステムの改良を行った.現在は,後方散乱光を用いた霧濃度計システムと消散を用いた霧動態の観測システムとを比較することにより,両者の対応関係を明らかにし,さらに多重散乱成分のみを観測する計測手法を開発している.今後は,本研究で開発したシステムを用いて,霧動態のリアルタイム観測を行う予定である.本研究は、強調後方散乱(Back scattering enhancement)や偏光依存パターン(Polarization anisotropy)などの多重散乱に特有な現象を利用した霧・雲の動態・構造解析法を開発する事を目的としている。初年度である平成10年度は、霧と同程度の濃度の微粒子検濁液による多重散乱現象を実験室内で観察し、散乱ピークの幅、偏光依存パターンなどの各種パラメータの実験室レベルでの計測を行った。研究の初期段階では標準微粒子(ポリスチレンラテックス球)検濁液からの多重散乱現象を粒径および濃度をパラメータとして変化させて観察した。これらの実験は後方散乱パターンの偏光依存性の特徴を明らかにする事を目的として行ったもので、霧計測時にはこれらの結果を基に霧粒径・濃度などを推定する予定である。これらの実験の結果、偏光依存パターンの観察できる濃度範囲の粒径への依存性が明らかになった。また、異なる粒径・濃度の組み合わせで同様の偏光依存パターンが現れる事も視覚的に確認されたため、両者の区別を行う必要が出てきた。今後は定量的な評価法を導入することにより、散乱パターンの高精度解析を行う必要がある。また、上述の実験室レベルでの研究と並行して、レーザ光の消散を利用した霧動態の計測システムの開発を行った。このシステムは、大気中にレーザ光を伝播させるとその減衰量が霧などの大気中の散乱体量に依存することを利用し霧濃度を測定するものであり、同時に気象データを測定することにより、霧の客観的な観測データを取得することが可能となる。現在はこのシステムをつかって霧動態の観測を連続して行っている。本研究は,光散乱に現れる様々な現象を利用した霧・雲の動態および構造解析法を開発することを目的としている.本年度は,標準微粒子(ポリスチレンラテックス球)の検濁液の濃度および粒径をパラメータとして,光散乱で現れる偏光依存パターン(Polarization anisotropy)の比較を行った.その際には,昨年度からの課題となっている濃度情報と粒径情報の分離のため,偏光依存パターンの詳細な画像解析および透過光の観察を行った.その結果,両者の分離を行うためには,光学的な厚さを減らした状態を実現し,単散乱の情報を併せて測定する必要があることが分かった.多重散乱現象下での単散乱成分のみの情報抽出は今後の課題となる.さらに,散乱体の局所的な濃度に注目した場合には,後方散乱光を単散乱・多重散乱の区別をすることなく観測することにより,散乱光強度と散乱体濃度との関係を導出することが出来る.本研究では,この方法を用いることにより霧濃度計の試作を行った.その結果,開発した装置を用いることにより,任意の場所での霧濃度測定が可能となった.さらに,昨年度作製したレーザ光の消散を利用した霧動態の観測システムに関しては,試作品を用いた実験において光学系のいずれに起因するデータ精度の問題が見つかり,この点に対するシステムの改良を行った.現在は,後方散乱光を用いた霧濃度計システムと消散を用いた霧動態の観測システムとを比較することにより,両者の対応関係を明らかにし,さらに多重散乱成分のみを観測する計測手法を開発している.今後は,本研究で開発したシステムを用いて,霧動態のリアルタイム観測を行う予定である.
電子ラマン散乱及び変調分光法による酸化物超伝導体の超伝導ギャップの研究

電子ラマン散乱及び変調分光法により酸化物超伝導体の超伝導ギャップ及び常伝導相における電子状態の性質をいくつか明らかにすることが出来た。そのうち多くは論文として投稿中または準備中である。以下に具体的な成果を記する。1.Bi系超伝導体単結晶のab面からの電子ラマン散乱スペクトルを広い温度範囲にわたって測定した。その結果散乱強度の再分布が超伝導相で生じることを確認した。説伝導相で観測されるブロ-ドなピ-クのエネルギ-の温度変化を精密に測定した結果、相対的温度変化が超伝導ギャップの温度変化を反映していることが明かとなった。この温度変化はBCS理論からの予想とは一致せず、強結合理論の可能性を示唆しているものと考えられる。2.Bi系超伝導体においてc軸方向の偏光成分を持つ電子ラマン散乱を初めて観測した。電子ラマンスペクトルは著しい異方性を示し、これは酸化物超伝導体の電子構造の異方性を反映したものと考えられる。3.NdーCe系超伝導体単結晶のab面及びac面からの電子ラマン散乱スペクトルを観測し、Bi系と同様に電子構造の異方性を見いだした。超伝導ギャップの観測に関しては今後の課題である。4.変調分光法をBi系、Y系等の超伝導体の適応してみた。その結果超伝導ギャップの大きさを測定するにはそれほど適当な方法とは言えないことがわかった。しかし超伝導相でも信号が観測されることから、超伝導状態の動的性質を解明するには優れた方法と考えられる。しかしこの様な研究には技術的に工夫が必要になると思われる。5.研究課題に直接関係しないが東北大学との共同研究として角度分解逆光電子分光実験をBi系超伝導体単結晶について行い、常伝導相において2本のバンドがフェルミ準位を横切ることを確認した。
自傷行為の機能によるアセスメント方法の開発と学校における支援の実践

本研究では,思春期・青年期の自傷行為に対する,学校現場で実施可能な支援方法の開発を行う。自傷行為に対しては、自傷行為を代替行動によって置き換えようとする支援が一般的に行われる。しかし、代替行動を選定する際に重要となる「自傷行為によって当事者がどのような良い結果を得ているのか」という自傷行為が持つ機能のアセスメントはこれまで十分になされてこなかった。本研究では,本邦の思春期・青年期における自傷行為の機能を明らかにし,そのアセスメントツールを開発する。その上で自傷行為の機能に合わせた支援方法の最適化を図り,特に支援ニーズの強い学校現場での実践を通してその効果および実用性の評価を行う。
生体計測ESRを用いた脳における酸化的ストレス可視化システムの確立

1.感度および解像度の向上を目的として、[^2H]アセトンとアンモニアから重水素化carbamoyl-PROXYLおよびmethoxycarbonyl-PROXYLを合成した。これにより通常のXバンドESR測定条件において線幅が0.12mTから0.08mTまで減少し、シグナル強度が約1.5倍大きくなった。しかし、生体計測において使用しているモジュレーション(0.1mT)では1.35倍、L-バンド測定においては1.14倍にしかシグナル強度が増大しなかった。感度をあげる別なアプローチとして^<15>Nを用いたプローブ合成し、その性質を検討中である。2.脳に移行して酸化的ストレスでラジカルの変換されるヒドロキシルアルミン型スピンローブとしてcarbamoyl-PROXYLのヒドロキシルアミン体のアセチル体(ACP)を合成し、その体内動態および各臓器における代謝を調べた。マウスにACPを尾静脈内投与し、臓器中のニトロキシルはX-band ESR、ACPはHPLC、そしてヒドロキシルアミン体は酸化後にX-band ESRによって定量した。その結果、ACPは血液脳関門を通過して脳組織に移行するが、その後の加水分解は比較的遅く脳のイメージング剤として使用可能であることがわかった。一方、肝臓では移行及び加水分解が速く10分後にはほとんどがヒドロキシルアミン体となっていた。すなわち、臓器によってイメージングに適した時間が異なり、今後の使用に当たって注意すべき点であることが明らかになった。3.PROXYL骨格を有するスピンプローブの3位を各種修飾した誘導体を作り、マウス頭部における分布および滞留をin vivo ESRの強度を測定することにより調べた。その結果、ヒドロキシメチル体とアセトキシメトキシカルボニル体は比較的ゆっくりした信号強度の減少があったのに対し、メトキシカルボニル体は2相性の減少を示し、脳における分布・代謝が異なることが示唆された。感度および解像度の向上を目的として、重水素標識スピンプローブの合成を行った。重水素化アセトンとアンモニアを出発原料としてニトロキシル基の隣のメチル基が重水素化されたcarbamoyl-PROXYLおよびmethoxycarbonyl-PROXYL(MC-PROXYL)を得た。重水素化することにより通常のXバンドESRの測定条件において、carbamoyl-PROXYLでは線幅が0.12mTから0.08mTまで減少した。従って、シグナル強度も約1.5倍大きくなった。しかし、生体計測においては大きなモジュレーション幅を用いているため、イメージングにおいて使用しているモジュレーション(0.1mT)では1.35倍、L-バンド測定においては1.14倍にしかシグナル強度が増大しないことがわかった。すなわち、イメージングにおける感度向上は期待していたほど大きくはないことがわかった。感度をあげる別なアプローチとして^<15>Nを用いたプローブの合成を検討中である。生体内で発生したラジカルを捉えるために、脳に移行して酸化的ストレスでラジカルの変換されるヒドロキシルアミン型スピンローブの合成を行った。carbamoyl-PROXYLのヒドロキシルアミン体のアセチル体(ACP)を収率14%で合成することができた。マウスにACPを投与して肝臓のL-バンドESRを測定したところシグナル強度が経時的に増大し、iv投与では投与後3-4分で、またi.p.投与では投与後約10分でプラトーに達した。ACPの体内動態をHPLCを用いて調べるための条件を検討して決定した。

1.生体内で発生したラジカルを捉えるために、脳に移行して酸化的ストレスでラジカルの変換されるヒドロキシルアミン型スピンローブとしてcarbamoyl-PROXYLのヒドロキシルアミン体のアセチル体(ACP)を合成し、その体内動態および各臓器における代謝を調べた。すなわち、マウス(ddY雄、4週齢)にACPを尾静脈内投与し、臓器中のニトロキシルはX-band ESRにより、ACPはHPLCにより、また、ヒドロキシルアミンは一電子酸化後にX-band ESRによって定量した。その結果、ACPは血液脳関門を通過して脳組織に移行するが、その後の加水分解は比較的遅く、30-60分後にヒドロキシルアミン体になっていることが明らかになった。すなわち、ACPを脳のイメージング剤として使用可能であることがわかった。一方、肝臓では移行および加水分解が速く10分後ではほとんどがヒドロキシルアミン体となっていた。すなわち、臓器によってイメージングに適した時間が異なり、今後の使用に当たって注意すべき点であることが明らかになった。2.PROXYL骨格を有するスピンプローブの3位を各種修飾した誘導体を作り、マウス頭部における分布および滞留をin vivo ESRの強度を測定することにより調べた。その結果、ヒドロキシメチル体とアセトキシメトキシカルボニル体は比較的ゆっくりした信号強度の減少があったのに対し、メトキシカルボニル体は2相性の減少を示し、脳における分布・代謝が異なることが示唆された。3.感度および解像度の向上を目的として、^<15>N標識スピンプローブの合成を行ったが、その性質については現在検討中である。
離陸機の運用最適化に関する研究

航空需要の高まりとともに、航空機の燃料消費量の削減は喫緊の課題である。本研究では、離陸機を対象として、混雑空港における離陸までの地上運用の効率化、および、離陸後の上昇フェーズにおける燃料消費量削減手法の提案を目的とする。前者は、離陸予定時刻の正確な予測手法の確立、および、ある程度不正確であることを考慮したうえでの運用手法の提案を行う。後者は、研究代表者の提案する推力調整による燃料消費削減手法を、実際に運用するための問題点の解決を行う。
NMRによる強結合超伝導体におけるエネルギーギャップの異方性に関する研究

最近、A15化合物等の強結合超伝導体で重い電子系物質との関連性が指摘され、重い電子系物質同様超伝導エネルギーギャップの異方性が議論されている。私たちはA15化合物V_3Siの超伝導の起源を探る為NMR法を用いて、エネルギーギャップ異方性を反映する物理量であるスピン-格子緩和時間T_1およびナイトシフトの測定を^<51>V核に対して12MHzおよび6MHzで行なっている。T_C(17K)50Kの温度範囲では測定された1/(T_1T)が温度に依らず一定値をとり、50K300Kでは温度上昇とともに1/(T_1T)は急激に減少する。ナイトシフトにも対応した温度依存性が現われる。これらのデータを、フェルミ準位近傍にLorentzian型やGaussian型の狭い状態密度を持つ簡単なモデル計算と比較すると、フェルミ準位近傍に幅150K程度の狭い状態密度がある事が分かる。これはバンド計算より求められている幅の約1/3である。一方、T_C以下では通常BCS超伝導体においてT_C直下で見られる1/T_1の増大が観測されず、またT_C/3からT_Cまでの温度範囲で1/T_1が温度Tの3乗に比例している。このT^3則は、超伝導エネルギーギャップが異方性を持ちフェルミ面の赤道上で消失している場合に見られると考えられている。さらに1.5Kまでの測定では温度低下とともに1/T_1はT^3則からずれ、T^3則から予想される値より大きくなっている。この原因として系のT_1が渦糸中心での速い緩和に引きずられて短くなるスピン拡散の機構が考えられるが、12MHz,6MHzの測定データに明確な相違が見られない為、現在のところその寄与は不明である。結局、1/T_1の振る舞いがBCS超伝導体とは異なる事は明らかになったが、残念ながらどのようなギャップ異方性があるのかを特定するには至っていない。これらの結果をまとめた論文をJ.Phys.Soc.Jpn.に投稿し、vol.64に掲載決定している。今後の課題として、T_1評価のより容易な^<29>Si核の信号の測定や超伝導状態でのナイトシフト測定などを通してこの物質のエネルギーギャップ異方性についてさらに議論したいと考えている。
人工股関節周囲骨吸収像におけるODF及びOCIFの役割について

(はじめに)人工股関節周囲の骨吸収像には、活性化マクロファージからのサイトカイン産生を介した機序が推測されている。最近になり,破骨細胞の誘導分化にはosteoclast differerentiation factor(ODF)が必要であり,破骨細胞形成を特異的に抑制するosteoclastogenesis inhibilory factor(OCIF)が重要な働きをしていることが判明してきた。そこで我々は、病変局所でのこれらサイトカインの遺伝子発現について、RT-PCR法を用いて検索を行い、ODF及び相反するOCIFの発現について検討を行った。(方法)症例は1996年より1998年までの間に当病院及び当病院の関連施設において人工股関節再置換術を施行した41症例で、術前の単純X線像にてFocal osteolysisを認めた12症例に限定した。人工股関節再置換術時に人工股関節周囲より採取した膜様組織においてのODF及びOCIFの各m-RNA発現をRT-PCR法を用いて検索した。手術時に採取した膜様組織から,Acid guanidine-phenol-cjloroform(AGPC)法によりtotal RNAを抽出した。抽出した1μgのtotaIRNAよりODFおよびOCIFのPriemerを用いて94°C30秒の変性,60°C30秒のアニーリング,72°C30秒の伸展を30回繰り返して上記の各comlimentary DNA(cDNA fragment)を増幅した。増幅したこれらの各cDNA fragmentをTBE緩衝液中でポリアクリルアミドゲルにて電気泳動し,ethidium bromide染色の後,写真を撮影し,ODFおよびOCIFの発現を検討した。(結果)1.c-fos m RNAは主にマクロファージ様の細胞,線維芽細胞様の細胞,および多核巨大細胞の細胞質に発現しており,多核の破骨細胞様の細胞への分化につれc-fos遺伝子の発現量は低下していた。2.免疫組織学的検討では,c-fosおよびM-CSF蛋白の局在を検討した。その結果,c-fos蛋白はマクロファージ様の細胞、線維芽細胞様の細胞、および多核巨大細胞に発現しており、c-fos m RNAおよびc-fos蛋白陽性のマクロファージ様の細胞の一部はCD71陽性(GM型マクロファージ)であり、c-fos m RNAおよびc-fos蛋白陽性の線維芽細胞様の細胞の一部はCD14陽性のマクロファージ(M型マクロファージ)であった。一方、M-CSF蛋白も、マクロファージ様の細胞、線維芽細胞様の細胞、および多核巨大細胞に発現しており、特に多核巨大細胞の核に高率に発現しており多核の破骨細胞様の細胞への分化につれM-CSF蛋白の発現量は増加していた。さらにc-fosおよびM-CSF蛋白陽性のマクロファージ様の細胞の一部と多核巨大細胞はTRAP陽性,NSE陽性であった。
モノクローナル抗体のヒト大腸癌肝転移集積におけるIL-2の増強効果

【目的】本研究ではヌードマウスに作成したヒト大腸癌肝転移モデルを用いて、血管透過性を上昇させることが確認されているinterleukin-2(IL-2)のモノクローナル抗体(mAb)腫瘍周壁への影響を検討した。【方法】(1)肝転移モデルの作成:ヒト大腸癌株HT-29LMM3×106細胞をBALB/c雌ヌードマウス(以下マウス)の脾臓内に移植することにより実験的肝転移モデルを作成した.(2)MAb:HT-29LMM株に特異的なmAbH-15(マウスIgGl)を用い、chloramine-T法でI-125を標識した.(3)投与法:脾臓内移植4週間後に1μg/2μCiのI-125を標識したmAbH-15(0.5ml)を静脈内に注入する群をコントロールとして設定した(コントロール群:m=30).さらにIL-2低濃度(3μg)を静脈内に注入する群(IL-2-low群:n=30)と、高濃度(12μg)を注入する群(IL-2-hign群:n=30)を設定した.(4)Biodistribution:マウスはMAb投与直後、1時間、6時間、24時間、および72時間後に屠殺した.採血後、肝臓を摘出し、個々の肝転移巣を摘出した。血液、個々の肝転移巣、および正常肝組織は重量を測定した後に、gamma well counterで放射能を測定した.Percentinjected dose of mAb pergram of tissue(%ID/g)、肝転移:肝臓比、肝転移:血液比を計算した.【結果】3群間において、%ID/g、肝転移:肝臓比、ならびに肝転移:血液比を経時的に比較した結果では、IL-2の低濃度ならびに高濃度注入群がコントロール群に比較して高い傾向を認めたが、どのポイントにおいても有意差はなかった。【結語】今回の検討からはmAbの投与にIL-2を併用した場合の肝転移巣における集積増強効果は明らかではなかった。今後はIL-2の投与量ならびに投与スケジュールを変更しての詳細な検討が必要であると考えられた。
８回膜蛋白質ＴＭＥＭ１６Ｅの生理作用の解析

骨格筋、骨で発現しているTMEM16Eは、10回膜貫通領域を持つTMEM16ファミリーのメンバーであり、筋ジストロフィーや顎骨骨幹異形成症の患者で遺伝性変異が報告されている。しかし、その生化学的機能や生理的重要性は不明である。本年度はTMEM16Eの分子機能と生理的役割を解析した。まず、TMEM16Eの骨格筋での局在を解析したところ、細胞質内おそらく小胞体に局在していることを見出した。TMEM16Fの第4,5膜貫通領域間の35アミノ酸はスクランブリング活性に必要なドメイン(SCRD)を形成する。そこで、TMEM16Eの相当する配列をTMEM16Aの対応する領域に導入したところ、そのキメラ蛋白質は細胞膜に局在し、リン脂質スクランブラーゼ活性を示した。次に、生理的役割を解析するため、TMEM16E欠損マウスを樹立した。TMEM16E欠損マウスは筋ジストロフィーの症状を示さなかったが、雄の繁殖能力が低下していた。TMEM16Eはパキテン期以降の生殖細胞に強く発現していたが、TMEM16E欠損マウスの精巣、精巣上体、精子の形態などに異常は見られなかった。しかし、精子の運動性が顕著に減少しており、体外受精では透明帯をもつ卵子への受精率が著しく低下していた。以上から、小胞体でのTMEM16Eによるリン脂質スクランブリングが精子の運動性付与過程に関与している可能性があると結論付けた。27年度が最終年度であるため、記入しない。TMEM16Eは8回膜貫通領域を持つ分子である。これまでに、TMEM16Eは骨や骨格筋で特異的に発現していること、顎骨骨幹異形成症(GDD)、肢帯型筋ジストロフィー(LGMD2L)、非ジスフェルリン三好筋変性症(MMD3)といった骨や骨格筋の遺伝性疾患において、ヒトTMEM16E遺伝子の変異が報告されている。しかしながら、TMEM16Eの分子機能及び生理的役割は不明である。TMEM16Eは10個のメンバー(TMEM16AH, J, K)からなるTMEM16ファミリーに属している。TMEM16EとK以外の分子はカルシウム依存性クロライドチャネルまたはリン脂質スクランブラーゼである。TMEM16Eは細胞質内膜系に局在しているため、既存のアッセイ系では活性を測ることができない。そこで、TMEM16Eとの相同性が最も高く、細胞膜に局在するTMEM16Fとのキメラたんぱく質を設計し、細胞膜に局在させることを試みている。現時点では、細胞膜に局在するキメラたんぱく質は得られていない。TMEM16Eの骨格筋における生理的機能を解析するために、TMEM16Eノックアウトマウスを作製した。TMEM16Eノックアウトマウスはメンデルの法則に従って生まれる。まず、このマウスの骨格筋の細胞膜修復効率を解析するために、マウスをトレッドミルで走らせた後、血清中のクレアチンキナーゼ活性を計測した。結果、野生型と同程度であったため、細胞膜修復には関与していないと結論付けた。そして、TMEM16Eの筋繊維の再生への関与を調べるために、前脛骨筋に蛇毒であるカルジオトキシンを注射し、筋再生を継時的に観察した。しかし、差は得られず、骨格筋再生にも関与していないと考えられる。現時点では分子機能、生理的役割の解明に至っていない。しかし、TMEM16Eのキメラたんぱく質やノックアウトマウスを作製し、機能解析への前段階を着実に進めたと考えている。細胞膜に局在するキメラたんぱく質が得られた場合、当研究室で樹立したリン脂質スクランブリングアッセイ系でリン脂質スクランブリング活性を、パッチクランプ法でクロライドイオンチャネル活性を計測する。

また、予備実験として、TMEM16Eを持つプロテオリポソームを用いて上記のアッセイを行うことも検討している。TMEM16Eが骨格筋組織以外で生理的役割を担っている可能性があるため、TMEM16Eの発現組織をリアルタイムPCRで網羅的に解析する。もしTMEM16Eを発現する組織が存在すれば、表現型を観察することを検討している。27年度が最終年度であるため、記入しない。
変動光環境における光合成機能制御

フォトトロピンからLHCSR3遺伝子発現までの青色光シグナル伝達因子を調べるため、フォトトロピン欠失変異株を利用し、まず強光耐性を回復する抑圧変異株を複数取得した。得られた抑圧変異株には、CUL4型E3ユビキチンリガーゼのサブユニット変異株ddb1およびdet1が含まれていた。さらに得られた抑圧変異株の解析を進め、DDB1、DET1、CUL4が互いに複合体を形成していること、これらの抑圧変異株では、LHCSR3タンパク質ばかりでなく、qEクエンチングを引き起こすもうひとつの重要タンパク質であるLHCSR1タンパク質の遺伝子合成も誘導され大きなNPQを実現することなどを明らかにした。これにより、青色光からのシグナルはフォトトロピンによって受容されたのち、E3ユビキチンリガーゼであるCUL4-DDB1-DET1複合体を経てLHCSR1遺伝子やLHCSR3遺伝子の合成をもたらすことが明らかになった。藻類が強すぎる光から身を守るしくみの根幹部分としてCUL4-DDB-DET1が同定されたが、これらの遺伝子セットは陸上植物では芽生え時などの発生段階で重要な役割を果たすことが知られておりし、また、ヒトなどの動物においても保存されており、失われるとがん化を引き起こすなど細胞分化、発生等で重要である。今回、CUL4-DDB1DET1は藻類において動物とも陸上植物とも異なる役割を果たしていることが初めて明らかとなったが、藻類は植物が進化し多様化していくなかで最も古く分岐したと言われていりことから、動物・植物が分かれる以前の「祖先真核生物」がもともとCUL4-DDB1DET1を備えていたと考えられる。平成29年度が最終年度であるため、記入しない。2つの光化学系(光化学系I,光化学系II)の連携は光合成反応全体の効率を左右する重要な問題であり、そのコンセプトは“ステート遷移"と呼ばれ,その詳細をめぐっては多くの研究・議論が行われてきた。本研究では、中性子ビームを単細胞緑藻クラミドモナス細胞に当ててその小角散乱を測定し,ステート1では整然としていたチラコイド膜の規則構造がステート2では崩れること,細胞の円偏光吸収スペクトルを調べ,光化学系IIの全体構造がステート遷移の前後でほぼ保存されること,そして分光学的測定により光化学系IIの集光能力が大きく低下する一方光化学系Iの集光能力はわずかしか増強されないことを明らかにした。さらに、ステート遷移を含む光合成光環境適応機構の不明な点を明らかにするため新たな変異株の単離を試みた。ニトロソグアニジンで処理したクラミドモナスの細胞をクロロフィル蛍光イメージング測定装置を用いて選抜した結果、ステート変異系統が1株、ステート固定株が2株が得られた。フォトバイオリアクターを用いて屋外型変動光環境を再現し,ステート遷移とNPQの鍵因子であるSTT7,LHCSR3の役割をそれぞれの欠損株を用いて調べた結果,定常光環境では野生株と比べ生育に差が見られなかったどちらの欠損株も、変動光環境では生育が阻害されることがわかった。高等植物におけるNPQエフェクターPSBSと異なり、藻類のNPQエフェクターであるLHCSRは強光誘導される因子である。これらの遺伝子の発現誘導を詳しく調べた結果、光合成のためのクロロフィルによる光の吸収が誘導すること、カルモジュリン-Ca系が関与することが明らかとなった。一方、LHCSR1遺伝子はいずれの阻害効果も殆ど見られなかった。ステート遷移の非侵襲解析については、国際強力が功を奏し予想以上に研究が進み、従来の捉え方を一新する結果が得られた。一方、さらに詳細を調べるために行った変異株のスクリーニングにおいては、想定外の技術上の問題により、戦略を練り直す必要が生じた。そのため、計画の一部を次年度に繰り越さざるを得なかった。しかし、繰り越した部分は次年度に予定通り進んだため、その分の遅れは解消された。LHCSR遺伝子の発現制御解析に関しては、定評のある戦略を取り、予定通りに進行した。以上を押し並べれば、「おおむね順調に進展している」と評価することができる。光受容は、光合成の閾値のはるか下の値から、光合成による二酸化炭素固定に必要な値を超える値までの何桁もの光強度にまたがる。過剰な光は、主要な光防御応答であるqEクエンチングによる熱散逸の亢進によって予防される過程である酸化的損傷や細胞死を引き起こす。今年度は、qEエフェクタータンパク質LHCSR3の調節にはフォトトロピンのLOVドメインを介した青色光受容、およびフォトトロピンのキナーゼドメインを介したLHCSR3の誘導、そしてLHCSR3を介した光化学系IIにおける光散逸が必要であることを示した。これにより、フォトトロピンがqEエフェクタータンパク質LHCSR3の発現を強光下で誘導することでqEを調節していることが明らかとなった。このことは、光感受およびその利用、そして光の散逸は協調した過程であり、緑藻クラミドモナスにおいては光受容、光合成、そして光防御が分子レベルで連関していることを示唆している。・光環境適応変異株の解析ー平成27年度までに取得した変異株の戻し交配系統を確立するとともに、これらの変異株ゲノム地図を元にした変異座マッピングを行い、原因遺伝子3つを特定した。・野外変動光環境における光合成機能解析ー野外藻類培養施設を模したePBR(環境条件型フォトバイオリアクター)を用いたクラミドモナス野生株および平成27年度までに得られたクラミドモナス変異株の表現型を解析した。