hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
維持血液透析患者の骨密度に対する運動療法の適応と長期効果の検討

研究2(2年間縦断調査)では、研究1の対象者を身体活動量を一日平均5000歩以上であった群と未満であった群に分けて、Stiffnessの変化との関連を男女別に比較した.研究1,2の結果から、骨量と身体活動量との関連が認められ、とくに身体活動量を保つことによる骨量への長期効果が認められた。平成23年度は、本研究の初年度であるため、維持血液透析患者(HD)患者の骨密度ならびに骨代謝と日常の身体活動量との関連を横断的に調査した。対象は、外来通院が自立しているHD患者125例(66±8歳,男性63例,閉経後女性62例)とした。測定項目は、患者背景因子として年齢,性別,透析期間,dry weight,糖尿病の有無,ビタミンD製剤の服用の有無,カルシウム受容体作動薬の服薬の有無,副甲状腺摘出手術の既往の有無とした.血液生化学検査としてヘモグロビン値,血清アルブミン,血清カルシウム,血清リン,および副甲状腺機能の指標である血清intact-PTHを診療記録より調査した.骨代謝として骨形成の指標として骨型アルカリフォスフォターゼ,骨吸収の指標として血清I型コラーゲン架橋N-テロペプチドを診療記録より調査した.骨密度の指標として超音波骨密度測定器を用いて踵骨のStiffness indexを測定した.身体活動量として,加速度計付歩数計を一週間装着させ,一日あたりの歩数(steps/day)を求めた。解析方法は,骨密度を従属変数,患者背景因子,血液生化学検査および身体活動量を独立変数とした重回帰分析を行った.さらに,副甲状腺機能が正常なHD患者群,副甲状腺機能が低下しているHD患者群および副甲状腺機能が亢進しているHD患者群の3群に分類し,それぞれの群内において身体活動量と骨代謝および骨密度の相関関係を検討した.結果は、骨密度の規定因子として性別,透析期間,dry weight ,糖尿病の有無,i-PTHおよび歩数が抽出された(p<0.01).また副甲状腺機能が正常なHD患者群の身体活動量は骨代謝と骨密度と有意な正の相関を認めたが(それぞれp<0.05),副甲状腺機能が低下しているHD患者群および副甲状腺機能が亢進しているHD患者群では関連は認められなかった.平成23年度に予定した横断研究計画は、対象数ならびに測定項目の採取等、全て予定通り実施できた。さらに、同年度において、維持血液透析患者の運動機能の特徴を把握する研究を並行して実施できた。このため、次年度の運動機能介入に向けた具体的な内容を検討できる段階にある。平成24年度に予定していた縦断調査については、対象数ならびに測定項目は予定通り実施できた。また、結果として、身体活動量の変化が骨密度の変化にも関連をするという、平成23年度の横断的調査に引き続き、骨密度に与える要因をリハビリテーションの領域から介入できる証拠を見出すことができた。さらに、平成24年度では、対象数は少ないが、身体活動量が一日平均5,000歩以上か否かで、骨密度に与える影響が異なることも、見出すことができた。これゆえ、平成25年度では、これらの活動量の歩数のポイントを介入および指導内容として設定し、これらの運動指導が骨密度に与える影響を検討することの方向性も示すことができたと思われる。来年度(最終年度)は上記の内容を検討して、長期効果の検討を行うことにする。平成23年度の横断研究で得られた対象者から、平成24年度から実施する介入研究に参加できる患者の選定を行う予定。また、運動療法の介入方法を具体的に選定する予定。具体的な介入法については、個々の症例の運動機能を定期的に評価しているため、その結果をもとに、安全で継続可能な運動種目と指導法方法を検討する。とくに、平成24年度においては、運動療法介入群として、15例30例を選定する。運動療法については6ヶ月間以上可能な種目と方法を個々の運動機能に応じて処方する。6ヶ月間の間は、外来にてフォローアップして、安全性に努めるとともに、継続出来るような指導を実施する。身体活動量を調査するために必要な測定機器(ライフコーダー、スズケン)をさらに20個程度追加購入する予定である(約25万円程度)。
環境調和型プロセスの実現を目指したナノ多孔質膜の開発と共存水蒸気の影響の解明

新しい前駆体として、ミモザ由来のタンニンを試みた。タンニンの薄膜を多孔質セラミックス表面にコーティングできたが、焼成時のタンニン層の収縮が大きいため、炭化膜には大きなクラックが生じた。コーティングや焼成条件を変えても、クラックの無い膜は形成できなかった。一方、タンニンにオルガノソルブリグニンを加えたところ、欠陥が無く、分子ふるい的な透過性能を示す炭素膜が得られた。また、オルガノソルブリグニンから作成した膜と同様に、コーティング液に鉄を加え、低温焼成条件を用いることで、水素透過性は維持しつつ、水素選択性が向上した。さらに、タンニン前駆体に由来すると思われる、二酸化炭素の得意な吸着性が発現した。ミクロ多孔質な膜では、単成分試験で得られる透過性の比から推測する分離性と、二成分分離での分離性が大きく異なる場合がある。そこで、CO2/N2、CO2/CH4の二成分混合ガスの分離試験を行った。CH4透過性は極めて小さく検出限界程度であったため、CO2/N2系で操作条件(圧力、流速)の影響を検討した。CO2/N2分離性能は操作圧力の低下に伴い増加し、供給側2気圧、透過側1気圧の条件で、分離係数190を示した。これは、単成分の透過性比から計算した分離係数よりも5倍以上大きい値であった。膜細孔に二酸化炭素が選択的に吸着することで、窒素の透過を阻害したことが示唆される。また、膜は空気中の水蒸気を吸着し、ミクロ細孔が水により閉塞するため、透過性が著しく減少した。吸着した水の除去は、室温での減圧では不十分で、110°C程度の加温が必要であった。低温焼成しているため、膜が親水的な可能性がある。実験室の再編のため、実験機器の使用が予定外に限られてしまい、透過試験が遅れている。高い性能を示す膜が選定できたので、透過試験を中心にして行う。膜分離法は分離工程の省エネルギー・省スペース化や、反応と分離を複合化した新規なプロセスの基盤技術として期待されており、様々な膜の開発研究が進んでいる。例えば、ナノ多孔質な無機膜の一種である炭素膜は、極めて高い水素分離性能を示す反面、水素の透過性が低い課題がある。そこで本研究では炭素膜の水素透過性の向上を、炭素膜の前駆体への鉄添加と焼成温度の調整により行うことを試みた。H29年度は、酢酸鉄を添加したオルガノソルブリグニン前駆体で、管状の多孔質セラミック支持体の外表面をコートしたのちに、窒素雰囲気下で焼成して炭素膜を得た。同様の手法で作製した自立炭素膜中の鉄の分布をEPMAとTEM-EDSで分析し、鉄元素が炭素材料全体にほぼ均一に分布していることを明らかにした。これまでに報告されている金属や無機粒子を添加した炭素膜の多くは、炭素膜中に数数十nmの大きさの金属や無機の粒子が分散した構造をしている。また、それら粒子の特異な吸着性を利用して、膜の分離性能の向上を試みたものが多い。これに対し、本研究では、数nm以下のサイズの非結晶性とみられる鉄が分散した膜を得ることができた。このような微小な鉄粒子の添加により、炭素膜は水素透過性を維持したまま、水素選択性が大きく向上した。同様の傾向が、オルガノソルブリグニン前駆体に限らず、汎用的なフェノール樹脂前駆体でも見られることを見出した。微小な鉄粒子により、ウルトラミクロ孔(<0.7nm)の径が狭まり、ネック構造の細孔を形成した可能性が考えられた。H29年度に予定していた、1.鉄の添加量や焼成条件等を変化させて、炭素膜を製膜する。2.鉄を含む膜の構造を分析し、鉄を含まない場合と比較する。3.操作条件(温度・圧力)を変えて乾燥ガスの透過測定を行う。2.の分析結果と併せ、膜の微細構造や透過性に与える鉄の影響を明らかにする。4.水蒸気を含むガスの透過試験装置を製作する。を行った。さらに、H30年度に予定していたリグニン以外の前駆体への展開も行い、本コンセプトが有効であることを見出した。CO2/N2

分離性能は操作圧力の低下に伴い増加し、供給側2気圧、透過側1気圧の条件で、分離係数190を示した。これは、単成分の透過性比から計算した分離係数よりも5倍以上大きい値であった。膜細孔に二酸化炭素が選択的に吸着することで、窒素の透過を阻害したことが示唆される。また、膜は空気中の水蒸気を吸着し、ミクロ細孔が水により閉塞するため、透過性が著しく減少した。吸着した水の除去は、室温での減圧では不十分で、110°C程度の加温が必要であった。低温焼成しているため、膜が親水的な可能性がある。実験室の再編のため、実験機器の使用が予定外に限られてしまい、透過試験が遅れている。引き続き、炭素膜の形成や透過性能に与える金属添加の影響を検討する。加えて、無機ナノ多孔質膜の実用化の検討の基盤となる、水蒸気の影響に関する知見を獲得する。必要に応じて、表面修飾による水蒸気の影響の低減法を開発する。高い性能を示す膜が選定できたので、透過試験を中心にして行う。成果発表を、2018年度の国際学会(Euromembrane 2018年7月9-13日バレンシア、スペイン)で行うこととした。この為、2017年度に予定していた旅費の一部を2018年度に用いることとした。
ＩｇＧ４関連疾患における耳鼻咽喉科領域からの病態解析アプローチ

今回我々は、IgG4関連疾患患者における耳鼻咽喉科領域の新たな臨床像、嗅覚障害の全貌を明らかにすること、またその背景因子について検討すること、さらにモデルマウスにおいてその実態を検討することを目的として研究を行った。IgG4関連疾患患者に嗅覚検査を施行したところ一般的な成人に対し、非常に高い割合で嗅覚障害を認めた。その背景因子については、アレルギー性鼻炎、副鼻腔炎、病変の多寡にはよらなかった。また、モデルマウスにおいても嗅覚障害が発現していることを行動実験によって証明した。マウスの嗅上皮は特異的な変化は見られず、ターンオーバーの障害が原因と考えられた。今後は上流の調節機構の解明が必要である。平成25年3月1日平成26年3月31の間、産前産後の休暇および育児休業により研究を中断した。平成24年度においては、IgG4関連疾患の耳鼻咽喉科領域における唾液腺疾患以外の臨床像とくに鼻副鼻腔疾患との関連性を明確にし、その中で、特に嗅覚障害がIgG4関連疾患の固有の症状として出現するのか、アレルギー性鼻炎などの鼻閉を呈する疾患の二次症状として出現するのかを明らかにすることを目的に、臨床的組織学的に検討を行った。16例の患者における検討では、約半数の割合で嗅覚障害を認めた。その背景因子として、嗅覚障害のある群とない群において、総IgE値の違いは有意差を認めず、さらに年齢、血清IgG4値、副鼻腔炎の程度、多臓器病変の程度なども有意差を認めなかった。さらに、下鼻甲介粘膜におけるIgG4陽性細胞浸潤について、アレルギー性鼻炎患者と比較検討したところ、IgG4関連疾患患者では有意に陽性細胞浸潤を認めた。しかし、下鼻甲介のIgG4陽性細胞浸潤の程度と嗅覚障害は一致しなかった。これらの結果により、IgG4関連疾患患者においては固有の組織学的変化により嗅覚障害があるのではないかと予測しているが、嗅粘膜の検討が必要と思われた。さらに、IgG4関連疾患として診断が確定している慢性硬化性唾液腺炎と鼻副鼻腔疾患生体組織における病理像を中心に、病態の差を解明することを目的に、EBVの発現について鼻副鼻腔および顎下腺組織の両方がそろっている検体においてEBERsの局在をin situハイブリダイゼーションを用いて検討した。4例中1例に顎下腺組織において陽性細胞を認めた。鼻腔組織においては弱い染色性がみられたものの、結果についてはさらなる検討が必要である。顎下腺と鼻副鼻腔の病態は異なる可能性があるものの、IgG4関連疾患において、EBVの関与が示唆される重要な結果と言える。IgG4関連疾患患者の鼻副鼻腔組織に対し引き続きEBERsの局在をin situハイブリダイゼーションを用いて検討したが、10例中1例のみであった。当初はEBVの関与を検討するため実験をすすめていたが、結果的には関与するとは言い難いという結果であった。そこで、平成24年度において明確となった嗅覚障害について、さらに調査をすすめることとした。モデルマウスを入手したことから、その組織学的行動学的な裏付けを得るべく、検討をすすめた。、IgG4関連疾患モデルマウスと野生型マウスにおいて嗅刺激性行動実験を行った。結果、野生型は全例で正答率100%であった一方、モデルマウスでは18%で正答率100%を認めるのみであった。モデルマウスでは野生型と比較し,有意に正答率が低かった。嗅上皮を組織学的に検討し厚さの比較を行ったところ、モデルマウスでは野生型と比較し優位に厚さの変化を認めた。また、成熟嗅神経細胞のマーカーであるOMPと幼弱な神経細胞のマーカーであるGAP43の免疫染色を行ったところ、モデルマウスでは野生型と比較し、どちらも陽性細胞数が優位に少なかった。その他、IgG4関連疾患に特異的な所見である繊維化や形質細胞浸潤、閉塞性静脈炎などの所見は認めず、非特異的な変化のみであった。この結果により、嗅粘膜においては、直接の障害が起こっているというよりもターンオーバーが障害されていると考えられた。鼻科学平成25年3月1日平成26年3月31の間、産前産後の休暇および育児休業により研究を中断した。平成24年度に予定していた。慢性硬化性唾液腺炎と鼻副鼻腔疾患生体組織における病理像を中心に、病態の差の解明において、TLR、AIDの局在を検討中であるため。当初の25年度に行う予定であった課題を行う。具体的にはIgG4関連疾患とEBV・AID・TLRの発現について鼻副鼻腔および顎下腺組織において局在を検討の継続、およびサイトカインによるAIDの発現調節の解明についてEBウイルスモデルを用いて解析である。

引き続き当初の研究計画に従い継続していくとともに、疾患モデルマウスを入手したため、病態解明におけるさらなる組織学的検討が可能となった。今後はモデルマウスの繁殖を行い、嗅粘膜も含めた組織学的検討により、さらなる病態解明へのアプローチが可能となる予定である。平成25年3月1日平成26年3月31日の間、産前産後の休暇および育児休業により研究を中断したため。研究計画に従って細胞培養関連、ELISAキット、PCR試薬、免疫染色抗体の購入に使用する予定である。効率的な予算執行により端数が生じ、平成24年度は¥8,420の未使用額が発生した。引き続き当初の計画通り物品購入、研究発表などを行い、適正に使用を行う予定である。
プルーフチェッカーを用いた超並列演算器の設計検証

「ロジック」の問題に関して,演算回路を数学的定義に基づいて設計し,設計検証と動作の正しさをプルーフチェッカー(Proof Checker)を用いて証明する方策について検討した.回路を定義していくための数学的概念は,回路の構造として,回路内の全信号点を表す状態空間,入出力信号間の写像で定義される演算子,演算に必要な入力信号点を表す演算子から信号点への写像,および演算結果を表す演算子から出力信号点への写像,といった4つの空間と写像の対として定義する,多ソート代数構造を用いた.これは,従来のシミュレーション手法などで用いている,狭い条件下での演算子,信号線,遅延情報の組とは異なり,信号点の状態空間を0/1の値だけをとり得る2値空間だけでなく,ハイインピーダンス状態や連続空間など,様々な空間で回路を定義できることを示す.この構造を基に,入力信号により出力信号が一意に決定できる演算子を一つだけ持つような演算回路を定義した.この結果,演算子が当該回路の入出力信号点の間を写像する関数として正当か,結果が一意に定まる関数が存在するか,入力信号点の状態が変化した場合,演算結果が安定となるか,などの重要な性質が数学的に証明可能であることを示した.次に,演算回路の合成について定義する.合成後の回路は,上述の構造における各空間・写像の和をとったものであり,この合成回路に関しても,結果が一意に定まるか,演算結果が安定となるか,などの性質が証明可能となった.本研究の目標は,現在有力視されている代数計算モデルのうち,多ソート代数モデルを取り上げ,正当性の証明をプルーフチェッカーを用いることにある.更に,検証済みの計算モデルをVHDL(ハードウェア記述言語)などへ自動変換し,FPGA(Field Programmable Gate Array)などの試作用デバイスを用いて並列演算器の実装の行い,動作の検証を行う必要がある.それにより,設計検証方法による動作原理の違いを明確にし,信頼性の高い演算器実装に関する数理的手法を確立する.本年度は,次の2つの展開研究を並行して進めた.(1)計算モデルを基にした回路から,ゲートアレイ配置配線ソフトウェアによりターゲットデバイス用の配置配線情報を生成した。各プロセッサ要素には,計算モデル上で動作の正当性を検証済みの高速加算・減算器,並列配列型乗算器などを搭載している.これにより,動作時における動的再構成などが容易なマルチコンテクスト・ハードウェアの構成が可能となった(2)「多ソート代数モデル」による並列演算器の計算モデルを昨年度作成したが,この拡張として,高速演算性を実現するためのキャリー先見回路やキャリーモニタ回路を有した超高速加算器などの数学モデルを構築した。定義は数学的帰納法を用い,自然数Nのオーダーで計算モデルを作成した。その後、プルーフチェッカーで証明可能とした.「ロジック」の問題に関して,演算回路を数学的定義に基づいて設計し,設計検証と動作の正しさをプルーフチェッカー(Proof Checker)を用いて証明する方策について検討した.回路を定義していくための数学的概念は,回路の構造として,回路内の全信号点を表す状態空間,入出力信号間の写像で定義される演算子,演算に必要な入力信号点を表す演算子から信号点への写像,及び演算結果を表す演算子から出力信号点への写像,といった4つの空間と写像の対として定義する,多ソート代数構造を用いた.これは,従来のシミュレーション手法などで用いている,狭い条件下での演算子,信号線,遅延情報の組とは異なり,信号点の状態空間を0/1の値だけをとり得る2値空間だけでなく,ハイインピーダンス状態や連続空間など,様々な空間で回路を定義できることを示す.この構造を基に,入力信号により出力信号が一意に決定できる演算子を一つだけ持つような演算回路を定義した.この結果,演算子が当該回路の入出力信号点の間を写像する関数として正当か,結果が一意に定まる関数が存在するか,入力信号点の状態が変化した場合,演算結果が安定となるか,などの重要な性質が数学的に証明可能であることを示した.次に,演算回路の合成について定義する.合成後の回路は,上述の構造における各空間・写像の和をとったものであり,この合成回路に関しても,結果が一意に定まるか,演算結果が安定となるか,などの性質が証明可能となった.本研究の目標は,現在有力視されている代数計算モデルのうち,多ソート代数モデルを取り上げ,正当性の証明をプルーフチェッカーを用いることにある.更に,検証済みの計算モデルをVHDL(ハードウェア記述言語)などへ自動変換し,FPGA(Field Programmable Gate Array)などの試作用デバイスを用いて並列演算器の実装を行い,動作の検証を行う必要がある.それにより,設計検証方法による動作原理の違いを明確にし,信頼性の高い演算器実装に関する数理的手法を確立する.本年度は,次の2つの準備的な研究を並行して進めた.(1)「多ソート代数モデル」による並列演算器の計算モデルを作成した.高速演算性を実現するために,キャリー先見回路やキャリーモニタ回路が必要だが,ここでは自然数Nのオーダーで計算モデルを作成し,プルーフチェッカーで証明可能とする.一方,並列性実現のため「パイプライン」メカニズムを説明する計算モデルとして,ペトリネットなどの並列表現可能なモデルを導入した.これはメッセージパッシング的なモデルのため,計算論的な解析のための詳細化が必要であった.(2)計算モデルのVHDL自動変換への準備として,市販パーソナルコンピュータ(intel PentiumIII-1.3GHz搭載)にゲートアレイ配置配線ソフトウェアを導入し,計算機シミュレーション・システムを作成した.

この時,上記(1)の計算モデルに基づき,各演算用のクラスライブラリを作成すると同じに,回路情報と計算モデルとのマッチングを行うための方策を検討した.「ロジック」の問題に関して,演算回路を数学的定義に基づいて設計し,設計検証と動作の正しさをプルーフチェッカー(Proof Checker)を用いて証明する方策について検討した.回路を定義していくための数学的概念は,回路の構造として,回路内の全信号点を表す状態空間,入出力信号間の写像で定義される演算子,演算に必要な入力信号点を表す演算子から信号点への写像,および演算結果を表す演算子から出力信号点への写像,といった4つの空間と写像の対として定義する,多ソート代数構造を用いた.これは,従来のシミュレーション手法などで用いている,狭い条件下での演算子,信号線,遅延情報の組とは異なり,信号点の状態空間を0/1の値だけをとり得る2値空間だけでなく,ハイインピーダンス状態や連続空間など,様々な空間で回路を定義できることを示す.この構造を基に,入力信号により出力信号が一意に決定できる演算子を一つだけ持つような演算回路を定義した.この結果,演算子が当該回路の入出力信号点の間を写像する関数として正当か,結果が一意に定まる関数が存在するか,入力信号点の状態が変化した場合,演算結果が安定となるか,などの重要な性質が数学的に証明可能であることを示した.次に,演算回路の合成について定義する.合成後の回路は,上述の構造における各空間・写像の和をとったものであり,この合成回路に関しても,結果が一意に定まるか,演算結果が安定となるか,などの性質が証明可能となった.本研究の目標は,現在有力視されている代数計算モデルのうち,多ソート代数モデルを取り上げ,正当性の証明をプルーフチェッカーを用いることにある.更に,検証済みの計算モデルをVHDL(ハードウェア記述言語)などへ自動変換し,FPGA(Field Programmable Gate Array)などの試作用デバイスを用いて並列演算器の実装の行い,動作の検証を行う必要がある.それにより,設計検証方法による動作原理の違いを明確にし,信頼性の高い演算器実装に関する数理的手法を確立する.本年度は,次の2つの展開研究を並行して進めた.(1)計算モデルを基にした回路から,ゲートアレイ配置配線ソフトウェアによりターゲットデバイス用の配置配線情報を生成した。各プロセッサ要素には,計算モデル上で動作の正当性を検証済みの高速加算・減算器,並列配列型乗算器などを搭載している.これにより,動作時における動的再構成などが容易なマルチコンテクスト・ハードウェアの構成が可能となった(2)「多ソート代数モデル」による並列演算器の計算モデルを昨年度作成したが,この拡張として,高速演算性を実現するためのキャリー先見回路やキャリーモニタ回路を有した超高速加算器などの数学モデルを構築した。定義は数学的帰納法を用い,自然数Nのオーダーで計算モデルを作成した。その後、プルーフチェッカーで証明可能とした.
大学カリキュラムのハタヨガの導入法とハタヨガによる心身への長期的効果について

本研究は、大学の授業にヨガを導入することの先駆的な試みとして、その精神生理学的な効果と被験者(学生)の主観的な反応を調べることを目的とした。被験者は本学心理学専攻学生53名(男子13名、女子40名)であり、全員が必修科目の中でヨガを体験した。手続きは、脈拍と血圧についてヨガ実施前に3回のベースラインを測定した後、ヨガ実行中および終了後に合計3回の測定を行った。また、ヨガ終了後はその時点での気分とリラックスの度合いを評定させた。ハタヨガの実施時間は約1時間15分であった。その結果、ヨガ実施前と実施後の脈拍の平均値をt検定で比較したところ、有意にヨガ実施後の低下が見とめられた。血圧や、各変数間の相関では有意な結果は得られなかった。このことより、授業という状況の中でヨガを実行することによる身体的な効果はある程度認められたと考えることができる。これは、ほとんどが初心者で、しかもヨガに対する動機づけが必ずしも高くないという状況であっても、ヨガによる変化を体験することができることを示している。但し、授業の中での実践はあくまでヨガの紹介やきっかけ作りという側面が強いため、本研究を踏まえて、今後はより継続的な実践のための長期的なプログラムを検討していく必要があると思われる。
患者個人に適応した慢性心不全に対する安全な運動療法の本格的実用システムの開発

慢性心不全は、自律神経系の異常(交感神経の緊張、迷走神経の減弱)が病態を進行させる主要因である。そのため、治療戦略には自律神経異常の是正が有効である。しかしながら、現行の薬物治療では自律神経異常の是正が不可能であるため、治療原理の異なる非薬物療法、特に、運動療法が注目を集めている。運動療法は自律神経異常を是正し(交感神経の緊張の減弱、迷走神経活動の亢進)、慢性心不全への治療効果が期待されている、しかしながら、慢性心不全の治療戦略としての運動療法は臨床において本格的な実用に至っていない。その理由は、運動療法の効果が定性的であること、方法が画一的であること、安全性が担保されていないこと、作用機序が不明であることが考えられる。そこで、本研究はこれらの問題点を解決し、患者個人に適応した慢性心不全に対する安全な運動療法の本格的実用システムの開発を目的とした。本研究の根幹を担う長期間埋め込み型電極を用いた交感神経活動の記録が、実験手技の未成熟、およびハード面の未整備によって、計画当初想定外の困難を極めた(麻酔下、および短期間の交感神経活動記録には成功を収めた)。1ヶ月間にもおよぶ交感神経活動の慢性記録は、国内外をみても成功を収めている研究者は少なく、今後さらなる実験手技の向上、技術改良等が今後の検討課題となった。運動療法の作用機序の解明を目的として、病態および運動療法が心臓自律神経系に及ぼす影響について検討した。運動療法によって心拍数から推測される自律神経トーヌスは有意に変化し、交感神経の減弱、迷走神経の減弱が観察された。しかしながら、伝達関数を用いて評価した自律神経の電気刺激に対する心拍数応答に運動トレーニングによる変化は観察されなかった。また、慢性心不全モデルや高血圧モデル動物においても、神経刺激に対する心拍応答特性にも変化は認められなかった。これらの結果を総合的に解釈すると、運動療法によって生じる心拍変動の変化は、神経終末と心臓との間で生じている末梢側の適応ではなく、中枢性に神経活動が変容している可能性を示唆している。さらに、循環器疾患に観察される心拍変動からみた交感神経の緊張および迷走神経の減弱においても、末梢側(心臓)の神経活動に対する心拍応答の変容よりも、中枢性の神経活動の変化に起因している可能性を示唆するものである。運動療法がこれら病態モデル動物における心拍応答特性に及ぼす影響に関しては今後の検討課題である。慢性心不全は,自律神経系の異常(交感神経の緊張,迷走神経の減弱)が病態を進行させる主要因である。運動療法は自律神経異常を是正し,慢性心不全への治療効果が期待されている。しかしながら,治療戦略としての運動療法は,運動に対する自律神経応答の量的・時間的動態が,慢性心不全患者のみならず,健常人においても曖昧である等の理由で,臨床において本格的な実用に至っていない。本年度は,運動療法が心臓自律神経系機能に及ぼす効果について健常動物モデルを対象に定量的に明らかにすることを目的とした。

8週齢SDラットを用いて,中・高強度(走速度:1826m/min;傾斜15°)の強制トレッドミル運動を1日60分,週5日,1213週間行わせた。その結果,運動耐用能は対照群(n=8)と比較して運動群(n=12)において有意に増大していた(20±4vs.33±6min)。覚醒下における安静時心拍数は,対象群と比較して,運動群で有意に低値を示した(337±17vs.297±16bpm)。薬理的な自律神経トーヌス測定では,交感神経トーヌスに群間に差は認められなかったが(101±25vs.94±19bpm),迷走神経トーヌスは運動群で増大傾向にあった(43±19vs.60±13bpm)。心拍変動解析では,高周波(0.753.3Hz)のパワーが有意に高値を示した(50.8±9.Ovs.77.7±10unit)。交感神経トーヌスの指標である,LF/HFは有意に低値を示していた(1.0±04vs.0.3±0.2unit)。次に,麻酔下において,交感および迷走神経刺激に対する心拍応答を測定し,伝達関数を用いたシステム解析を行い,心臓自律神経系への効果を検討した(対照群:n=8,運動群=n3)。その結果,交感およ.び迷走神経刺激に対する心拍応答システムには,運動療法の効果は認められなかった。慢性心不全に代表される循環器疾患は、自律神経系の異常(交感神経の緊張、迷走神経の減弱)が病態を進行させる主要因である。本年度は、循環器疾患が心臓自律神経系機能に及ぼす影響について定量的に明らかにすることを目的とした。評価方法は、麻酔下動物を対象に、交感および迷走神経刺激に対する心拍数応答を測定し、伝達関数を用いたシステム解析を用いた。循環器疾患のモデル動物には、冠状動脈結紮による慢性心不全ラット、本態性高血圧ラット(Wister Kyoto)、および加齢ラット(SD系雄、2023ヶ月齢)を用いた。その結果、いずれのモデル動物においても、交感神経刺激に対する心拍応答の伝達関数は、先行研究同様、2次遅れ低域通過特性で近似できた。しかしながら、正常動物の固有振動周波数(0.07±0.01Hz)と比較して有意な変容は観察されなかった。また、利得にも有意な差は観察されなかった。迷走神経刺激に対する心拍応答の伝達関数は、1次遅れ低域通過特性で近似できたが、正常動物に観察される遮断周波数(0.11±0.06 Hz)と比較して有意な変容は観察されなかった。また、利得においても変化は有意な変化は観察されなかった。これらの結果は、循環器疾患に観察される心拍変動からみた交感神経の緊張および迷走神経の減弱が、末梢側(心臓)の神経活動に対する心拍応答の変容よりも、中枢性の神経活動の変化に起因している可能性を示唆するものである。運動療法がこれら病態モデル動物における心拍応答特性に及ぼす影響に関しては今後の検討課題である。
大型サケ科魚類によるサケ稚魚放流地点への蝟集パターン

近年サケ稚魚の多くが河川でも減耗することが指摘され、高次捕食者による捕食の影響が懸念されている。本研究では北海道石狩川水系千歳川を舞台に、高次捕食者である大型のサケ科魚類が、サケ稚魚が大量に放流される地点に蝟集することを超音波テレメトリーによる行動追跡で明らかにする。同時に、胃内容物を定期的に調べることでサケ稚魚の捕食状況を確認する。捕食者の蝟集要因がサケ稚魚の存在であるという仮説を検証するために、稚魚の飼育・放流状況と捕食者の行動の関係を明らかにすることに加え、サケ稚魚由来の化学的な刺激に捕食者が誘引されるかどうかを飼育実験で調べる。
無機ヒ素の無毒化処理技術を用いた慢性ヒ素中毒の予防と改善の研究

現在、無機ヒ素(iAs)の飲料水や土壌汚染からの大規模な慢性ヒ素中毒がアジア諸国で発生している。中毒の原因であるiAsの無毒化は、慢性ヒ素中毒の予防や根絶に寄与すると推測している。社会普及に繋がるiAsの無毒化技術を検討した。本研究から、酸化チタン光触媒、酢酸の存在下、光照射により、iAsは無毒化ヒ素であるアルセノベタイン(AsB)に変換された。この手法はヒ素汚染土壌や水の浄化に応用が期待される。海洋投棄モデルとしてAsBの海水中での挙動を検討した結果、短時間で海水中ヒ素濃度(2ppb)に安定的に到達し、この結果は究極の低コストプロセスとしてのAsBの海洋投棄の可能を示唆するものである。アジア諸国の慢性ヒ素中毒の現状は歴史的に例を見ない規模で発生し、被害者は約6,000万人に達し、その原因は、自然由来の無機ヒ素による井戸水汚染である。中毒の改善が進まない最大の要因は、井戸水から除去した無機ヒ素を適切に最終処理できない技術不足が存在する。筆者は猛毒な無機ヒ素を人工的に無毒のヒ素であるアルセノベタイン(AsB)に変換処理し、安全な保管や自然還元を検討している。無機ヒ素の無毒化処理の知識と技術は、国際的にも初めてである。慢性ヒ素中毒は無機ヒ素暴露を軽減・停止することにより症状の改善が先行研究で明らかとなり、すなわち、無機ヒ素の毒性が維持した隔離・放置の方法ではなく、毒性を消去する新たな発想が当該問題に寄与すると考え、無機ヒ素の人工的AsBへの合成法と安全性を検討した。無機ヒ素(iAs)からAsBの合成について、これまでの検討の結果、ビタミンB12とアミノ酸からトリメチルアルシンオキシド(TMAO)に変換し、引き続き、アミノ酸存在下、ヨード酢酸で処理することにより、AsBを合成することに成功した。また、ビタミンB12、酸化チタン、メチル基供与剤から成る触媒システムにより、iAsからTMAOのメチル基転移反応について、高率の触媒サイクルを実現することに成功した。すなわちアミノ酸、ビタミンB12を必要としない、究極の低コスト化の無毒化システムを検討した。さらに、酸化チタンと酢酸存在下、光照射によりヒ素化合物が無毒のAsBに変換される条件も明確にした。合成AsBや中間体ヒ素の毒性試験をヒト子宮頸がん細胞、ヒト前白血病由来細胞を用いて細胞毒性試験(アポトーシス、DNA損傷、活性酸素種、コロニー形成法、微少核形成法等)を行った結果、陽性対象の三酸化ヒ素に比較して顕著に減毒されていた。世界各国では飲料水や土壌、農作物への無機ヒ素汚染による大規模な慢性ヒ素中毒が歴史的に例を見ない規模で発生し、WHOの推測による被害者は4,000万人に達している。中毒の改善が進まない最大の要因は、中毒の原因となる無機ヒ素を適切に最終処理できない問題が存在する。本研究は、無機ヒ素を人工的に無毒のヒ素であるアルセノベタイン(AsB)に変換処理し、安全な保管や自然還元を達成することが、ヒ素により健康被害の予防や改善に効果があるかなどについて検討した。無機ヒ素からAsBの合成について、ビタミンB12とアミノ酸からトリメチルアルシンオキシド(TMAO)に変換し、これにアミノ酸存在下、ヨード酢酸で処理することによりAsBの合成を可能とした。さらに、AsB合成の高率化を検討した結果、酸化チタンと酢酸存在下、光照射によりヒ素化合物をAsBに変換される条件を明らかにした。人工合成したAsBや中間物のTMAO等について、急性毒性試験(経口、経皮、吸入)、皮膚刺激、眼刺激試験を実施した結果、全ての試験において無毒の物質(無毒化ヒ素)であることが示された。本研究が提案している無機ヒ素の無毒化処理が自然界の試料にて実施された場合、アルキル金属としての中毒事例を持つ水銀、鉛、錫について検討を行った。無機ヒ素へのメチル化条件を水銀、鉛、錫について検討した結果、いずれの金属もメチル化しないことを明確に確認した。本研究で明らかにした無機ヒ素のメチル化による無毒化処理の方法は、無機ヒ素のみならず、除草剤として大量に使用されたジメチルアルシン酸(カコジル酸)へも応用できることも確認され、ヒ素による環境汚染防止や改善に効果や期待できることを明らかにした。

筆者は猛毒な無機ヒ素を人工的に無毒のヒ素であるアルセノベタイン(AsB)に変換処理し、安全な保管や自然還元を検討している。これまでの研究から、無機ヒ素(iAs)からAsBの合成について、これまでの検討の結果、ビタミンB12とアミノ酸からトリメチルアルシンオキシド(TMAO)に変換し、引き続き、アミノ酸存在下、ヨード酢酸で処理することにより、AsBを合成することに成功し、また、ビタミンB12、酸化チタン、メチル基供与剤から成る触媒システムにより、iAsからTMAOのメチル基転移反応について、高率の触媒サイクルを実現することに成功し、さらに、現在は、アミノ酸、ビタミンB12を必要としない、酸化チタンと酢酸存在下、光照射によりヒ素化合物が無毒のAsBに変換を達成した。一方、過去に金属のアルキル化化合物は重大な中毒事件を発生させた経緯がメチル水銀、アルキル鉛、アルキル錫が知られる。この様な背景から、本無毒化システムについては、水銀、鉛、錫に対するメチル化能の有無について検証を試みた。水銀、鉛、錫のメチル化体は、無機体よりも毒性が高い。ヒ素がメチル化される条件で、水銀、鉛、錫(50ppb)のメチル化体の生成は認められなかった。本無毒化処理システムは、酸化チタン、酢酸と水を使用し、有害な副生成物を生成しない、ヒト、環境に対して安全な無毒化処理法であるといえる。無機ヒ素の無毒化ヒ素であるアルセノベタイン(AsB)の高率合成法の検討を行った結果、二酸化チタン、酢酸、紫外線の条件の組合せにより、無機ヒ素のAsBへの変換を可能とした。人工合成のAsBの細胞毒性試験から、明確に毒性の生じない結果を得た。25年度が最終年度であるため、記入しない。この無毒化システムにおいて他の金属をメチル化して、有害性が上昇する結果は避ける必要があった。そのために、過去の有名な中毒事例を参考に、水銀、鉛、錫を検証した。いずれの金属もアルキル化することはなく、毒性学的に安全性が確保された。今後の課題として、無機ヒ素のAsBへの変換に関して、可能な対象被験物を、汚染飲料水以外にも応用が可能かを検討する。ヒ素汚染土壌、ヒ素化合物半導体、ヒ素化学兵器等を考えている。また、無機ヒ素以外のメチルヒ素化合物にも応用が可能かを検討する。AsBへの変換後の物資が無毒化物になることから、このAsBの自然環境中での挙動を長期観察も重要課題と考え検討する。
マイクロプリンティングと断面分析の深化による次世代燃料電池電極創製基盤の確立

本研究では,固体高分子形燃料電池において電極触媒層と微細孔層を一括して扱い,連結した輸送経路をマイクロプリンティング技術により3次元構造構築する手法の確立を目指している.さらに,電極触媒層内のイオン,反応ガス,電子の輸送経路を把握するために,電極内高分子アイオノマーの空間分布を可視化する断面分析手法を開発し,次世代燃料電池電極創製のための基盤技術を確立することを目的としている.本年度は,これまでの研究において,マイクロ溝を有する電極触媒層の作製に成功し,発電特性向上への寄与が認められたことから,マイクロプリンティングにおける塗工間隔を125μm, 250μm, 500μmとしてマイクロ溝を形成した電極触媒層と従来手法(塗工法)との比較を行った.供給ガスの酸素分圧ならびに加湿条件を変化させて燃料電池の発電特性を調べ,高加湿条件では,高電流密度域での塗工間隔250μm,125μmのマイクロ溝付触媒層が従来手法で作製した均一な触媒層より性能が向上することを見出し,効率的な液水排出による濃度過電圧の低減によるものであることを実験的に明らかにした.さらに,マイクロ溝方向とガス流路方向についての検討を行い,良好な発電特性となる互いの空間配置について明らかにした.断面分析技術については,イオンミリング法と集束イオンビーム(FIB)加工法を用いた二段階加工法において,電極触媒層内に含有する物質に関してFIB加工時のエッチングレートが異なることを明らかにし,本手法により,電極触媒層内のアイオノマーを選択除去できることを示した.29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では,従来の各層ごとに構造形成したのちに熱圧着により積層する手法ではなく,電極触媒層と微細孔層を一括して扱い,連結した輸送経路をマイクロプリンティング技術により3次元構造構築する手法を提案している.さらに,電極触媒層内のイオン,反応ガス,電子の輸送経路を把握するために,電極内高分子アイオノマーの空間分布を可視化する断面分析手法を開発し,次世代燃料電池電極創製のための基盤技術を確立することを目的としている.これまでに,微細孔層懸濁液のマイクロインクジェットプリンティングの実現に関する検討を行った.懸濁液の配合割合と混合・解砕条件,さらに吐出条件について探索を行い,微細孔層懸濁液の安定吐出を実現する条件を見出した.その上で,吐出後の微細孔層懸濁液の挙動について高速度撮影を行い,基材面着弾後に懸濁液が飛散する様子を可視化することに成功した.加えて,基材面温度により懸濁液乾燥後にコーヒーリング現象が発生することを明らかにし,懸濁液の乾燥速度がマイクロプリンティングの描画精度に及ぼす影響について基礎的知見を獲得した.断面分析技術については,電極触媒層内高分子アイオノマーの除去技術ならびに材料分布解析技術の開発を行った.その結果,膜電極複合体の平滑断面を断面試料作製装置により取得するための加工条件を見出した.得られた平滑断面試料に対して,電子ビームまたは収束イオンビームを用いたアイオノマー除去について検討を行った.これにより,収束イオンビームを用いて適切な加工条件を設定することで電極触媒層内の高分子アイオノマーを選択的に除去できることを明らかにした.初年度は,インクジェットプリンターにより吐出可能な微細孔層懸濁液(インク)の調合と吐出条件の探索を行った.最初に,懸濁液中の固相成分(電極材料)と溶媒の配合割合についての検討を進めた.その上で,懸濁液の混合・解砕条件ならびに極性分散剤の影響について調べた.これにより,インクジェットプリンターにより吐出可能な微細孔層懸濁液の混合条件を見出し,ノズルヘッドに搭載されたピエゾ素子に印加する電圧条件の最適化を行った.その際,懸濁液内のカーボン粒子径およびゼータ電位を計測し,懸濁液の分散安定性の評価指標として有効であることを確認した.さらに,吐出後の微細孔層懸濁液の挙動について高速度撮影を行い,基材面着弾後に懸濁液が飛散する様子を可視化することに成功した.加えて,基材面温度により懸濁液乾燥後にコーヒーリング現象が発生することを明らかにし,懸濁液の乾燥速度がマイクロプリンティングの描画精度に及ぼす影響について基礎的知見を獲得した.以上の結果にもとづき,欠けのない安定した吐出を実現するための微細孔層懸濁液の配合割合と吐出条件を明らかにした.断面分析技術については,電極触媒層内高分子アイオノマーの除去技術ならびに材料分布解析技術の開発を行った.まず,膜電極複合体の平滑断面を断面試料作製装置により取得するための加工条件の探索を行った.その上で,走査型電子顕微鏡を用いた電子線照射による高分子アイオノマーの除去条件についての検討を行った.高分子電解質膜については電子線照射により除去可能であることが示されたが,多孔質電極内の高分子アイオノマーについては残留が確認されたため,収束イオンビーム加工による検討を進めた.その結果,適切な加工条件を選定することで,電極触媒層内の高分子アイオノマーが選択的に除去されることを明らかにした.本研究では,固体高分子形燃料電池において電極触媒層と微細孔層を一括して扱い,連結した輸送経路をマイクロプリンティング技術により3次元構造構築する手法の確立を目指している.さらに,電極触媒層内のイオン,反応ガス,電子の輸送経路を把握するために,電極内高分子アイオノマーの空間分布を可視化する断面分析手法を開発し,次世代燃料電池電極創製のための基盤技術を確立することを目的としている.

本年度は,これまでの成果を踏まえ,電極触媒層について,マイクロノズルより吐出可能な電極触媒層懸濁液の調合ならびに吐出条件の検討を行った.塗工間隔を250umと500umとしたマイクロ溝を有する電極触媒層の作製に成功し,塗工回数を調整することで触媒担持量の制御が可能であることを示した.その上で,塗工後の電極触媒層を電解質膜へ熱転写する過程においてもマイクロ溝の構造が保持できることを確認し,作製したマイクロ溝を有する膜電極複合体を用いて固体高分子形燃料電池における発電実験を実施した.その結果,塗工間隔250umの電極触媒層が塗工間隔500umの電極触媒層と比較して良好な発電特性を有することを示した.さらに,従来手法であるドクターブレード法により形成された電極触媒層と比較し,白金重量当たりの電池出力が大きい発電領域において,塗工間隔250umの電極触媒層において良好な発電特性が示されることを明らかにした.断面分析技術については,イオンミリング法で膜電極複合体の断面を形成した後に,集束イオンビーム(FIB)装置でガリウムイオン照射を行い,イオンビーム照射前後の触媒層平滑断面の画像を比較することで,電極触媒層中アイオノマー分布を解析する手法を開発した.FIB加工において,照射エネルギー量を調整することで,電極触媒層中のアイオノマーについて優先的除去が可能であることを示す実験結果が得られた.固体高分子形燃料電池の電極触媒層と微細孔層について,連通した輸送経路形成とそのための3次元構造構築に向けて,電極触媒層と微細孔層をマイクロプリンティング技術により構築するための研究が当初の計画以上に順調に進展している.
金属ナトリウムの相変態の研究

本研究の目的は組成ゆらぎのない単体な物質である金属ナトリウムの一次相変態の機構をミクロな立場で解明することであり、実験手段としてX線回折法及び中性子散乱法を主に用いた。その結果、1)bccから9R構造への相転移点(Ms=36K)直上ではTA_2フォノンモードの振舞いに対してまったく異常(ソフト化)が現われない事、2)Ms点直上の温度で一定に保持しておくと約2時間後に突然相変態するという新しい現象(この時間をインキュベーションタイムと呼ぶ)を見い出した事、3)母相のブラグ反射は変態後、著しく広がり歪みが導入された事、4)電気抵抗の温度変化からMsからの温度差増大に伴いインキュベーションタイムが長くなる事、が判った。これらの事実を基にさらに中性子小角散乱実験を行い、低温相構造をもつ領域の大きさを調べた。単結晶試料を10Kに保持し、充分な時間を経過した後の2次元の強度分布を測定し、諸補正を加えてフーリエ変換した。その解析によりクラスター自身の大きさは120A程度で最近接のクラスターとの距離はほぼ320Aと見積ることが出来た。比較のために、やはりマルテンサイト変態を示すIn-Tl合金に対しても同様な散乱実験を行い、相変態点直上でインキュベーションタイムを観測した。これらの結果・解析を基に金属ナトリウムの一次相変態は次の様に考えることが出来る。つまり、相変態点直上までは格子力学的に見てまったく変化が生じない事、古典的な相転移点よりわずか高い温度領域で遅延を伴う新しい相変態を見い出した事、一度変態すると結晶中にイントリンジックな歪みが入り元の状態に回復しない事が特徴である。今後この種の一次相変態機構のミクロ構造的な解明に対して温度だけではなく時間に対する応答の測定を行うことが非常に重要であることを提言出来たことは有益な研究成果であると信ずる。形状記憶効果を利用した合金は実用的に多く利用されている。この効果はマルテンサイト変態と呼ばれる結晶の構造相転移によって生ずることが判っている。しかし,肝心のマルテンサイト変態の詳細なメカニズムについては未だよく判っておらず,形状記憶効果の根本的な解明には至っていない。その変態機構の解明を妨げている最大の要因として物質中の組成ゆらぎが上げられる。本研究ではこの性質を持つ最も単純な物質であり,かつ単体であるために全く組成ゆらぎのない金属ナトリウム単結晶を用いてマルテンサイト変態の機構を調べることを目的とした。そのため,X線および中性子散乱法を利用しての散乱強度の温度変化を定量的に測定し,その解析を行なった。その結果を以下に述べる。1)二次相転移の場合に見られる相変態に関する前駆現象がTAフォノンの温度変化に現れるかどうかを中性子非弾性散乱法を用いて調べた結果,何の変化も見られなかった。2)相変態後には結晶の内部歪に起因したHuang散乱が観測された。この強度の散乱ベクトル依存性を利用して低温相のクラスターサイズを求め,約3nmと見積ることが出来た。3)相転移点Msより上の温度で一定にし約120分経過すると突然低温相の構造が出現するという新しい現象を見い出した。この時間をincubation timeと呼ぶ。一方,Msより下の温度では遅延せずにすぐに低温相が出現することが判った。以上の実験結果を基に,ミクロな立場での一次相変態の機構の解明を追求する予定である。

本研究の目的は組成ゆらぎのまったくない単体な物質である金属ナトリウムの一次相変態の機構をミクロな立場で解明することであり、実験手段としてX線回折法および中性子散乱法を主として用いている。前年度では1)相変態点(Ms=36K)直上ではそのフォノン;振舞に対してまったく異常が現われないこと、2)相変態点直上の温度で一定に保持しておくと約120分後に突然相変態するという新しい現象(この時間をインキュベーションタイムと呼ぶ)を見い出した。本年度は前年度の結果をふまえて、電気抵抗の測定や中性子小角散乱実験を行った。その結果、電気抵抗・温度・時間変化からMsからの温度増大に伴いインキュベーションタイムは長くなることが判った。一方、中性子小角散乱実験ではまず単結晶試料を10Kに保持し、充分の時間を経過した後の2次元的な散乱強度図形を測定した。その後、実験データに対して各種諸補正を加えた強度分布をフーリエ変換し、相変態終了後の低温相のクラスターに関する距離分布関数を求めた。その解析によると、クラスター自身の大きさは120Åで最近接のクラスターとの距離は320Åと見積ることが出来た。ここ2年間の実験結果、解析から当初の目的を遂行することが出来、前駆現象のない一次相変態に現われたインキュベーションタイムを通じてそのミクロな構造変化を理解することが可能になったと思われる。
新たな染色体分配因子の運動と機能の分子機構解析

染色体分配の過程では、DNA複製装置により新規合成されたDNA鎖が一時的に接着し、次いで、細胞の両極方向に向かって運搬されてゆく。大腸菌で新生DNA鎖が一時的に接着する分子機構は不明だったが、代表者らはダイナミン相同蛋白質CrfCが、新生DNA鎖上に結合したまま残っているDNAポリメラーゼDNA結合サブユニット(クランプ因子)に結合し、「かすがい」のような働きで新生DNA鎖同士を接着させることを明らかにした。同時に、CrfCはDNAの運搬先である細胞クォーター部位にも局在していることがわかった(Ozaki et al., Cell Reports, 2013)。細胞クォーター部位には染色体分配に重要なコンデンシン機能をもつSMC蛋白質MukBも局在している。本年度は、当初の計画と昨年度の成果に基づき、まず、CrfCの機能構造解析を進めた。CrfCはN末にクランプ結合部位とGTPアーゼドメインがあるが、C末ドメインの重要性は不明であった。昨年度はC末ドメインの体系的な欠失変異解析により、染色体分配に必須な領域を特定した。本年度は、特定した領域において種間保存性の高い残基に着目して、体系的に部位特異的変異を導入して解析した。その結果、C末の特定の残基が、CrfCの細胞クォーター部位への局在と染色体の均等分配に必要であることがわかった。さらに、CrfCのGTPアーゼ活性を再現性よく定量できる条件を確立し、GTPアーゼが活性化する条件を見出した。CrfCは、ダイナミン同様、多様なサイズの多量体を形成するが、ゲル濾過法と合わせて解析すると、CrfCのGTPアーゼ活性が多量体サイズによって制御されていることが示唆された。加えて、CrfC結合因子の網羅的探索からは数種の候補因子が得られ、有望な因子について個々に機能解析を進めた。そのうち1種はCrfCの染色体分配機能に関わる可能性がある。26年度が最終年度であるため、記入しない。大腸菌では、染色体DNA複製と共役して、染色体分配が進行する。つまり、姉妹レプリソームにより合成された新規DNA鎖が一時的に接着し、その後、両極方向へ運搬される。真核細胞でも新生DNA鎖の接着が起こるため、生物に共通する基盤分子機構としてこの過程は重要である。代表者は、大腸菌のDNAポリメラーゼIIIホロ酵素のDNA結合サブユニット(クランプ因子)と特異的に結合し、新生DNAの接着と染色体分配に必須となる、新たな蛋白質因子を発見しCrfC(Colocalization of the replication fork DNA by the clamp)と命名した。CrfCは、運動蛋白質ダイナミンのホモログであった。実際、精製CrfCは幅広い分子数からなる多様な多量体を形成した。細胞内でCrfC-GFPは、細胞中央(複製フォーク部位)および、細胞クウォーター部位(核様体の分配部位)に局在した。以上のような独自の成果に基づき、CrfCは、染色体分配に必須な運動マシナリーを形成する因子であると考えられる。本研究はCrfCの基盤的分子機構を解明することを目的とし、本年度(初年度)は、CrfCの機能構造解析、生化学的機能解析、および相互作用因子探索を進めた。具体的には、まず多数の部分欠失変異、および、アミノ酸置換変異を体系的に作成して、無核細胞(分配欠損)の出現頻度とCtfCの細胞内局在等を詳細に解析した。その結果、染色体分配に必須な領域と細胞内局在性に必要な領域をある程度、限定することができた。さらにCrfCのクランプとの相互作用様式やGTPアーゼ活性の解析などの生化学的解析を進めた。また、プロテオミクスを適用した網羅的解析を進めた。そして、これらの成果の一部とこれまでの成果をまとめ、論文(Cell Reports誌)発表を行なった。

CrfCは、ダイナミン同様、多様なサイズの多量体を形成するが、ゲル濾過法と合わせて解析すると、CrfCのGTPアーゼ活性が多量体サイズによって制御されていることが示唆された。加えて、CrfC結合因子の網羅的探索からは数種の候補因子が得られ、有望な因子について個々に機能解析を進めた。そのうち1種はCrfCの染色体分配機能に関わる可能性がある。26年度が最終年度であるため、記入しない。論文(Cell Reports誌)発表に加え、CrfCの機能構造解析、生化学的機能解析、および相互作用因子探索がほぼ計画通りに進行しているため。CrfCの機能構造解析については、今後、欠失変異解析から、アミノ酸置換変異体の解析に重点を移してゆく。生化学的機能解析については、変異体解析とも連係して進め、機能ー構造相関を詳細に明らかにしてゆき、CrfCの分子機構に迫ってゆく。相互作用因子については見出された候補因子を個々に解析してゆく。