hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
肝細胞オートファジーの調節機構解析とその栄養学への寄与

1.肝臓オートファジーの栄養生理的役割:肝臓の定常状態でのオートファジー性タンパク質分解は代謝回転速度を反映する。食事タンパク質の質がこれに影響を与えるか調べるため、カゼイン、大豆タンパク質、米タンパク質、小麦タンパク質、ポテトタンパク質、オボアルブミン(各CP17%)などについて検討した。結果は、一般的に動物性タンパク質が植物性タンパク質よりも高い値を示したが、米タンパク質については例外的に高い速度を示した。2.肝細胞オートファジー形成段階の調節機構:(1)肝細胞膜上のアミノ酸'受容体'の探索:ロイシンをモデルに、膜不透過性誘導体Leu_8-MAPを合成し、ASA化とビオチン化を行い、膜タンパク質とPhotoaffinity-labelingにより結合させ、標的タンパク質を濃縮・精製している。現在までにロイシンに特異的なタンパク質(103kDa)がほぼ単一に精製・濃縮されつつある。(2)アミノ酸によるシグナリング機構:アミノ酸の最下流のターゲットとしてオートファジー関連タンパク質LC3のI型からII型への変換反応に注目し、アミノ酸の効果を調べた。単離肝細胞で、アミノ酸混合、単独アミノ酸いずれでもすみやかに変換反応が抑制され(10分)、候補として強い可能性が示された。また、より上流でのタンパク質リン酸化ERK1/2の関与を調べたところ、培養肝ガンH-4-II-E細胞と単離肝細胞、灌流肝臓でオートファジーの抑制にERK1/2の関与が認められず、シグナリングに細胞特異性があることが見いだされた。3.肝細胞オートファジー成熟段階の調節機構:オートファゴソームとリソソームのヘテロタイプ融合をin vitroで検出すべく、細胞質酵素Betaine homocysteine methyltransferase(BHMT)の部分フラグメント(p32)をプローブとして利用した。その結果、リソソーム画分を用いたin vitro系で短時間で融合反応が検地することに成功した。本補助金により、今年度得られた研究成果は以下の通りである。[A]肝臓オートファジーの栄養生理的役割:食事タンパク質の質が肝臓のオートファジー性タンパク質分解速度に影響を与えるか、カゼインと大豆タンパク質に続き、米タンパク質、小麦タンパク質、ポテトタンパク質、オボアルプミンなどに拡張して調べた。その結果、現在までのところ、動物性タンパク質の方が植物性タンパク質よりも高い速度を示した。けれども米タンパク質は例外的に動物性タンパク質よりさらに高い速度を示した。従って、タンパク質め質は明らかに定常状態における分解速度、つまり代謝回転速度に影響を与えることが明らかになった。[B]肝細胞オートファジー形成段階の調節機構:主要な生理的調節因子としてのアミノ酸による調節機構を明らかにすることを目指して、以下の2通りのアプローチを行った。a)肝細胞膜上のアミノ酸受容体の探索...ロイシンをモデルに膜不透過性誘導体Leu_8-MAPを合成し、ASA化とビオチン化を行い、ASA基と膜タンパク質とをPhotoaffinity labelingにより結合させ、ビオチン基をアビジン処理樹脂に結合させて標的タンパク質を濃縮・精製している。現在まで、ロイシンに特異的な親和性を示す分子量10万のタンパク質が濃縮されつつある。b)アミノ酸によるシグナリング機構...アミノ酸シグナルの最下流の候補として、オートファゴソーム関連タンパク質のひとつであるLC3に注目した。細胞分画したところ、サイトゾル画分にのみLC3のI型(前駆体型)とII型(活性型)が共存した。肝細胞実験でアミノ酸の添加により、このI型からII型への変換の抑制が明確に認められた。

この変換は刺激後わずか5分で検出され、オートファジー形成の抑制というアミノ酸の生理作用を考える上で、オートファゴソーム近傍でのターゲットであることが強く示唆された。この反応はLeu, Tyr, Glnなどの単独のアミノ酸によっても再現できた。[C]肝細胞オートファジー成熟段階の調節機構:オートファゴソームとリソソームのヘテロタイプ融合をin vitroで検出すべく、前回の課題で見つかった細胞質酵素のBetaine-homocysteine methyltransferase(BHMT)の部分フラグメント(p32)をプローブとして利用することを検討した。その結果、リソソーム画分を用いたin vitro系で反応10分という短時間内では直線的な融合反応が検出され、この反応はATPとサイトゾルタンパク質に依存すること、サイトゾル中のGTP結合タンパク質やNSFタンパク質が関与していることが明確に示された。さらに、サイトゾルの栄養的影響を検討したところ、摂食直後のサイトゾルでは、この融合反応が約30%阻害されることが明らかになった。これはオートファゴソーム・リソソームのヘテロタイプ融合の性質を初めて明らかにしたものである。本補助金により、今年度得られた研究成果は以下の通りである。[A]肝臓オートファジーの栄養生理的役割:食品タンパク質の質が、肝臓オートファジーを調節する可能性を再確認した。特に米タンパク質の促進作用が顕著であった。結果の再現性を確保するため、食事の摂取条件、摂取リズム、食事タンパク質レベル等について検討した。[B]肝細胞オートファジー形成段階の調節機構:a)肝細胞上のアミノ酸'受容体'の探索:肝細胞膜画分にLeu8-MAPとphotoaffinity labellingできるタンパク質(分子量10万)が認められた。今年度はそのタンパク質のシークエンス解析のための十分量を蓄積させる作業を行った。b)細胞内情報伝達因子の探索:アミノ酸作用を再現する細胞内低分子物質の同定の作業として、抽出物のacid phosphatase処理を行ったところ、そのアミノ酸擬似作用は消失したことから、リン酸基の存在が予想された。また、抽出物の有機溶媒抽出の際、アミノ酸が含まれるアルカリ性画分には活性がなく、全くアミノ酸のない酸・中性画分に活性が見られた。この酸・中性画分をLC-MSで解析したところ、分子量m/z=132に活性と同調する物質が認められた。c)アミノ酸によるシグナリング機構:アミノ酸によるシグナリング機構:細胞内シグナルでの最下流ターゲットとしてオートファジー関連タンパク質LC3のI-型からII-型への変換反応に注目し、アミノ酸の効果を調べた。単離肝細胞でこの反応はアミノ酸混合、単独アミノ酸(Leu, Tyr, Trp, Gln)で共に速やかに抑制され(10分)、候補として強い可能性が示された。
単純ヘルペスウイルス感染現象におけるリン酸化制御機構のさらなる解析

単純ヘルペスウイルス(HSV)は、様々な疾患をヒトに引き起こす。HSVは自己の増殖に適した細胞内環境を生み出すため、リン酸化制御機構を利用してきた。しかしながら、我々の知識は限定的でしかなかった。本研究において、我々はリン酸化プロテオーム解析により、VP26とUs8Aのリン酸化部位を同定した。VP26 Thr-111のリン酸化は、VP26および結合相手であるVP5の細胞内局在を制御することで、SK-N-SH細胞における細胞間感染とHSV増殖、マウスモデルにおける神経病原性に必要であった。Us8A Ser-61のリン酸化は、末梢組織から中枢神経系へのウイルス侵入の制御に必要であった。申請者は、先行研究において独自に開発した信頼できるHSV PK試験管内リン酸化反応系と超高感度リン酸化プロテオーム解析を駆使し、HSVの病態発現機構におけるリン酸化現象の重要性を示唆してきた。これらの後続研究である本研究は、これらの技術的基盤及び独自の知見を活用し、(i) HSV病態発現能を制御するリン酸化現象のさらなる解明、(ii)超高感度リン酸化プロテオーム解析より得たリン酸化情報のデータベースの量的・質的な拡充、以上の2点を目的とした。(i)に関する実績:超高感度リン酸化プロテオーム解析により得られた新規リン酸化部位の生物学的意義を解明するため、先行研究に引き続き順次、リン酸化部位特異的なアラニン置換体を作製し、培養細胞系におけるウイルス増殖およびマウス感染モデルにおける病態発現への影響の解析を継続した。その結果、UL12、VP26及びVP5に、3つの機能性リン酸化部位を見い出した。これらのうち、UL12 Tyr-371及びVP26 Thr-111に関して、各分子の機能発現機構への詳細な影響も解析し、国際学術誌であるJ. Virol. 88:10624-34. (2014)及びJ. Virol. (in press) (2014)に報告した。(ii)に関する実績:HSV-1感染細胞を対処とした超高感度リン酸化プロテオーム解析は、上皮系細胞、血球系細胞において報告されていたが、神経系細胞では未報告であった。HSV-1は神経指向性ウイルスであることからも、神経系細胞におけるリン酸化情報は重要であると考えられる。申請者は、HSV-1感染神経芽腫瘍細胞を超高感度リン酸化プロテオーム解析に供し、200ヶ所を超える新規リン酸化部位を同定した。申請者らは、新規抗HSV剤やHSVワクチン開発の基盤構築のため、昨年に続き、HSV蛋白質新規リン酸化部位の生物学的意義の解明を実施した。今期、得られた主な知見は以下である。HSVが属するα-ヘルペスウイルス亜科のゲノムは、β-およびγ-ヘルペスウイルス亜科にも保存されるUnique long (UL)領域に加え、unique short (Us)領域をもつ。Us領域には、a-ヘルペスウイルスに特異的な遺伝子がコードされており、その大部分はウイルス増殖には非必須である一方、生体内における効率的な病態発現能に寄与すると考えられている。最近、ヘルペス性角膜炎患者由来の複数のHSVゲノムを比較検討した研究において、Us8AがUs領域において最も保存性が高い遺伝子であることが見出された。本知見は、Us8AがHSVの病態発現に関与することを示唆する。しかしながら、Us8Aの病態発現における役割は不明であった。そこで、申請者らは、HSVマウスモデルを用いて、Us8Aおよび、超高感度リン酸化プロテオーム解析により同定されたUs8A Ser-61リン酸化の病態発現能における役割を解析した。その結果、Us8AはHSVの効率的な神経病原性および神経侵襲性を、Us8Aリン酸化は、少なくとも三叉神経節におけるウイルス増殖を司ることを明らかとした。申請者らは、本知見を国際学術誌であるJ. Virol. (in press)に報告した。本研究は、(i) HSV病態発現能を制御するリン酸化現象のさらなる解明、(ii)超高感度リン酸化プロテオーム解析によるリン酸化情報に基づくデータデースの量的・質的な拡充、の2点を目標とし、その2点ともに順調に推移している。(i)に関しては、研究実績の概要の記載通り、Us8AというこれまでHSV病態発現能における役割が全く不明だったウイルス因子が、HSV病態発現因子であること、Us8Aのリン酸化制御機構が、少なくとも三叉神経節における効率的なウイルス増殖に関わることを解明した。Us8Aの変異は三叉神経節へのウイルス侵入あるいは三叉神経節におけるウイルス増殖を低下させることから、Us8Aの改変は、HSVの潜伏能を低下させたHSVワクチン開発への応用が期待させる。(ii)に関しても、HSV-1感染上皮系細胞を、ラージスケールの超高感度リン酸化プロテオーム解析に供する準備が完了した。申請者らは、新規抗HSV剤やHSVワクチン開発の基盤構築のため、昨年、一昨年に続き、HSV蛋白質新規リン酸化部位の生物学的意義の解明を実施した。生命の設計図ともいえるDNAの遺伝情報を正確に保持することは、ほぼ全ての生物にとって重要である。ウラシルDNAグリコシラーゼ(UNG)は、DNAに誤混入したウラシルを取り除くため、必須な核酸代謝酵素であり、多様な生物に広く保存される。申請者は、超高感度リン酸化

プロテオーム解析により、HSV蛋白質におけるリン酸化部位を新たに約300ヶ所同定した。これらのリン酸化部位の内、全てのヒト・ヘルペスウイルスに保存される部位は、viral UNG (vUNG)の新規リン酸化部位のみであった。本リン酸化は、vUNGの酵素活性に極めて重要であり、マウスモデルにおける効率的なHSV病態発現にも必要であった。そして、我々が同定した本リン酸化部位は、塩基配列情報が公開されている全てのUNGにも保存されており(以下、Conserved Serineと記載)、基質であるウラシルとヒトUNG(hUNG)の共結晶解析より、加水分解反応における吸核反応の開始部位と考察されたHistidineと極めて近接していた。現在、Conserved SerineのDNA情報の維持機構におけるさらなる知見の集積を試みている。また、上述の通り、vUNGの新規リン酸化修飾は、HSVの病態発現に関与することから、本リン酸化制御の詳細な解明は、抗HSV剤開発の糸口となることも期待される。本研究は、(i) HSV病態発現能を制御するリン酸化現象のさらなる解明、(ii)超高感度リン酸化プロテオーム解析によるリン酸化情報に基づくデータベースの量的・質的な拡充、の2点を目標とし、その2点とも計画当初の目標をほぼ達成していることから、おおむね順調に進展していると考えられる。(i)に関しては、研究実績の概要の記載通り、vUNGのリン酸化制御機構の解明に至った。また、本リン酸化部位は、現在までに同定されているウイルス蛋白質のセリン・スレオニンリン酸化部位の中で、唯一全てのヒト・ヘルペスウイルスに保存されていることからも、その重要性が伺われた。本研究課題では、少なくとも3つの機能的新規リン酸化部位の同定を目標としていたことから、UL12、VP26、Us8Aに加え、vUNGの新規リン酸化部位が見出されたことから、目標は十分に達成されたと考えられる。(ii)に関しても、HSV-1あるいはHSV-2感染上皮系細胞を、ラージスケールの超高感度リン酸化プロテオーム解析に供し、その新規リン酸化情報を、大幅に拡充できた。本研究は、(i) HSV病態発現能を制御するリン酸化現象のさらなる解明、(ii)超高感度リン酸化プロテオーム解析によるリン酸化情報に基づくデータベースの量的・質的な拡充、の2点を目標とし、その2点とも計画当初の目標を達成した。(i)に関して:本研究課題では、申請時、少なくとも3つの機能的新規リン酸化部位の同定を目標としていた。現在までに、UL12、VP26、Us8A、vUNGおよびUL51、計5つの新規機能性リン酸化部位の同定に至ったことから、目標は十分に達成されたと考えられる。これらの知見は、国際学術誌に発表した(J. Virol. 90: 5622-5635. , J. Virol. 89: 6141-6147., J. Virol. 88: 10624-10634.)。UL51に関しては、ウイルス粒子形成における新たな役割の同定につながり、現在、論文作成中である。また、vUNGに関しても、ウイルス病態発現における興味深い知見が蓄積しており、順次、論文化していく予定である。
切断端部の筋電信号特性と運動・生理学的分析による筋電義手操作基準に関する研究

本研究の目的は、筋電電動義手使用者の断端部の筋電電極位置決定と筋電義手操作訓練方法の基準化を行うことであった。方法は、健常者および切断者を対象に二次元表面筋電図計にて電極位置や出力方法を検討すること、また筋電義手操作訓練指標の課題(運動課題・作業課題・バーチャル課題)の有効性を検討することであった。その結果、有効な筋電極の位置と筋電出力方法が明らかとなった。また筋電義手操作法としては、作業課題が優位に筋電義手の制御・操作能力の向上が確認でき、作業活動を用いたトレーニング方法が有効であることが示唆された。今後は、対象者と訓練課題の拡大を図り、臨床応用につなげていきたい。筋電義手ハンドのコントロールに最も適した筋の箇所を選定することとその筋電位特性を解明することを目的に実験を行った。その結果、最大筋電位の採取位置は、ハンドを閉じるための尺側手根屈筋では前腕部最大周径位置より近位27mm位部であり、ハンドを開くための橈側手根伸筋では前腕部最大周径位置より54mm遠位部となった。現在、手関節運動方法や手指の形状と運動方法について追加の研究を実施して、分析を行っているまた肘関節屈曲角度の増加により筋電位の発生も増加することが分かり筋電義手トレーニングの筋電電極位置の特定に至った。これについても肘関節角度の違いにおける筋電位の分析を行っている以上より、筋電信号をより多く発生させるためには、手関節運動に伴い指の屈伸運動を実施することが効果的であることがわかった。今年度はさらに手関節と指と肘関節角度の関係性について実験・分析を行う本研究の目的は、筋電電動義手使用者の断端部の筋電信号採取部位決定方法と運動・生理学的分析による筋電義手操作訓練方法の基準化を行うことであった。方法は、二次元筋電分布で測定する表面筋電図計にて、切断者および健常者データの集積分析および義手操作訓練方法実態調査を実施すること、筋電義手訓練に関する調査を行うこと、筋電義手操作訓練指標の選定のため運動課題、バーチャル課題、作業課題についてSOUTHAMPTON HAND ASSESSMENT PROCEDURE・BOX AND BLOCK TESTを使用した訓練効果判定データの蓄積をを行うことであった。その結果、最大筋電位採取位置は、尺側手根屈筋では前腕最大周径糸より近位27mm部位、橈側手根伸筋では前腕最大周径糸より遠位54mm部位であった。肘角度、指のフォームと手関節の運動については、尺側手根屈筋では肘角度0度(伸展位)、手指伸展位であり、橈側手根伸筋では、肘角度屈曲120度、手指運動が最も筋電位量が多いことが分析により判明した。筋電義手訓練に関する調査では、訓練を担当するセラピストは筋電極設置個所の選定および筋電制御に関して困難さを感じ課題があることがわかった。筋電義手訓練の成果を判定においては、運動課題やバーチャル課題よりも作業活動を用いた訓練方法が有効であることが示唆された。今後は、筋電義手訓練プロトコールを作製し、その検証を行うことが望まれる。リハビリテーション当初予定の実験は実施が終了しており、さらなる分析を実施中であるため。その他に今後は追加の実施の可能性はあるが、スケジュール通りに進行している実施後の研究をもとに手関節と指と肘関節角度の関係性について実験・分析を行う臨床場面での検証についてパイロット的に調査を行い、今後の課題を抽出したい実験結果を基に追加の実験が必要と考えられたこと、また臨床的な効果や課題について調査の必要性が発生したため追加の実験および分析、臨床における作業療法士などへの研究結果と課題に関する調査と協力依頼を行う
精神障害の親を持つ子どもの自尊心回復に向けたアプローチ-訪問型家族支援の導入-

精神障害の親を持つ子どもの多くは、家庭内で親の障害について語られたことがなく、大人の隠す態度から子どもも「隠さなければいけない」と学習し、それが子どもの自尊心に影響を及ぼし、成人後も生きづらさを抱えることが多い。本研究の目的は、こうした親子が暮らす家庭に訪問し、1親・子、それぞれの思いを把握し、2障害や互いを理解しあう介入(心理教育等)を行うことで、家族機能や子どもの自尊感情がどのように変化するのかを明らかにすることである。これらの結果から子どもの自尊心回復に働きかける親子への介入方法を検討、導入を目指す。親・子(家族全体)に働きかけ、同時に支援していくところに本研究の独創性がある。
内向き整流Kチャネルの電位依存性開閉機構と細胞内スペルミンによるブロック

平成11年度は、内向き整流Kチャネル(IRK1)遺伝子の野生型(WT)、D172N変異体、およびこれらを直列に連結した四量体(WT-(D172N)2-WT)をCOS1細胞に導入し発現させ、単一チャネル電流を記録し、細胞内スペルミンの作用を検討した。今年度は、これを継続するとともに、以下の検討を加えた。(1)細胞内Mgイオンやスペルミンの結合部位として、今までにD172とE224が知られている。ほかの結合部位をさがすため、IRK1-3では負の電荷を持つが,強い内向き整流特性を示さないROMK1では中性である205番めのアミノ酸に注目し、D205G変異体を作製した。この変異体が発現した細胞では、WTを発現させた細胞と同様に、K平衡電位の正側から負側に細胞内電位を変えると、内向きの全細胞電流がゆっくり活性化した。また、外向き単一チャネル電流の開確率は、強い電位依存性を示し、低濃度の細胞内Mg存在下で、単位電流の1/3を単位とするサブレベルを認めた。したがってこの部位に細胞内Mgやスペルミンは結合せず、内因性開閉機構にも関与しないと結論した。(2)細胞内液pH調節のため用いるHEPESが、IRK1チャネルを電位依存性にブロックし内向き整流特性を起こすと報告された。このため、5mM HEPESの代わりにPO_4 bufferを用いて細胞内液を作り、inside-out法で、WTの外向き単一チャネル電流を記録した。開確率は、HEPESを用いた時と同様に、強い電位依存性を示し、+50mV以上での開口は見られなかった。本研究では内向き整流Kチャネル(IRK1 ; Kir2.1)遺伝子の野生型(WT)、D172N変異体、およびこれらを直列に連結した四量体(WT-(D172N)2-WT)をCOS1細胞に導入し、発現させたチャネルの外向き単一チャネル電流を記録し、細胞内スペルミンの抑制効果を検討した。今までWTチャネルについては脱分極パルス中の平均電流をもとめ、その減衰時間を計測していたが、平成13年度は、D172NおよびWT-(D172N)2-WTチャネルで行ったのと同様に、膜電位を+42mVに保持し、定常状態で外向き電流を記録した。開時間ヒストグラムは1つの指数関数でfitでき、平均開時間は、コントロール時53.1msであった。閉時間ヒストグラムのfittingには2つの指数関数が必要で、時定数は速い方が1.1-1.3ms、遅い方が130-345msであった。細胞内スペルミン存在下で、開時間は37.8ms(1nM)、11.7ms(10nM)に減少するとともに、零電流時間は著明に延長した。100nMスペルミン存在下では+40mVで定常状態で外向き電流は記録できなかった。コントロール時、1つの開状態(O)と2つの閉状態(C_1,C_2)があり、細胞内スペルミンによる抑制状態(blocked state ; B)が加わることが示唆される(B⇔O⇔C_1⇔C_2)。このモデルに基づき、それぞれの平均開時間より、OからC_1へのclosingrate 18.8 s^<-1>、blocking rates 7.7 s^<-1>(1nM)、66.7 s^<-1>(10nM)をもとめた。100nMでのblocking rateは平均電流の減衰の時定数からもとめた(526.3 s^<-1>)。blocking ratesは、ほかの2つのチャネルでもとめた値に近かった。
ナノ磁性構造制御による磁気ストレージの超高密度化に関する研究

本研究の目的は、垂直磁気記録方式を用いた磁気ディスクストレージの超高密度化である。現在の磁気ディスクの記録磁性層は微細結晶粒子から成っているが、複数個の粒子が磁気クラスタと呼ばれる集団的な挙動を示し大きな揺らぎの要因となっている。揺らぎは信号品質を著しく劣化させるため、その構造の明確化や低減が高密度化のための第一の課題である。揺らぎの低減には粒径の微細化が効果的であるが、これは熱安定性の確保や飽和記録特性の維持という磁気記録において極めて基本的な要求と互いにトレードオフの関係にあり、現行技術による高密度化は困難になりつつある。そのため、現行の連続型媒体(CLM)に加えてリソグラフィー加工を用いて物理的にトラックを形成するディスクリートトラック媒体(DTM)やビットを物理的に形成するパターンド媒体(BPM)などの新たな構造を有する媒体についても検討され始めている。本研究では、将来の垂直磁気記録媒体として可能性のあるこれら3種類の媒体においてノイズ源となりうる全ての揺らぎ要因を実験的に抽出し、十分に解析して特徴化・定量化した。その結果、現行のCLMではトラックエッジにおける磁気クラスタサイズがトラック中央と比べて2倍程度に増大していることや、DTMやBPMで課題となる加工揺らぎは現状では磁気的揺らぎと比べて小さい一方、長周期の揺らぎが大きいなどのナノ磁性構造を定量的に明らかにした。更に磁気クラスタ構造や加工揺らぎをモデル計算により再現し、これらの揺らぎモデルを統合して各媒体の計算モデルを構築した。これにより各媒体の最適設計指針を導出し、高密度化を実現するために最低限満たさなければならない許容揺らぎ量を数式化した。本研究は、垂直磁気記録方式を用いた磁気ディスクストレージの高面記録密度化を目的とする。磁気ディスク媒体の記録磁性層は微細結晶粒の集合から成っており、粒子間磁気分離などのナノ磁性構造が記録分解能やSN比などの信号品質に大きな影響を及ぼすことが知られているが、現在の垂直磁気記録ヘッド・ディスクにおいて具体的に設計指針は必ずしも明らかでなく高密度化に必要なパラメータの提示は重要な課題である。特に、現在の垂直磁気記録方式では複数の磁性結晶粒が互いに結合して集団的な磁化反転を起こす磁気クラスタが形成されており、このクラスタの解消がディスクノイズを改善する方策として期待されている。このために、磁性粒子の微細化とともにSiO_2などの非磁性材料の粒界への析出により磁性粒の孤立化を促進することが試みられているが、記録再生特性の解析からその効果を検証して定量的な改善目標を設定することが必要である。本研究では、非磁性材料であるSiO_2の添加量が異なるCoPtCr-SiO_2垂直二層膜媒体について、その再生波形を時間軸上で詳細に解析することにより媒体ノイズをナノ構造に基づく要因に応じて分離した。その結果、低密度と高密度では媒体ノイズの構成比(逆磁区性ノイズとジッタノイズ)が大きく変化し、高密度でのSN比は転移性ノイズによって決定されることを定量的に明らかにした。さらに、エラーレート評価も行って高線密度におけるエラーレートの制限要因となっているノイズ(転移ジッタ)を実験的に特定した。磁性粒子の微細化・孤立化は、一方で記録ビットの熱的な安定性を損なうことが知られており、これらのデバイスパラメータに関するバランスの取れた設計指針の提示について、更に検討を進める予定である。本研究は、垂直磁気記録方式を用いた磁気ディスクストレージの超高密度化を目的とする。磁気ディスクの記録磁性層は微細結晶粒子から成っており、現状のヘッド・媒体では複数の磁性結晶粒子が集団的な磁化反転を起こす磁気クラスタが形成されて磁化転移近傍でノイズの主要因となっている(転移性ノイズ)。そのため、磁性粒子の微細化と共に非磁性材料であるSiO_2などの非磁性材料の粒界への析出により磁性結晶粒子を孤立する努力がなされているが、これは一方で記録されたビットの熱安定性の劣化を招くため、バランスの取れたデバイスの設計指針を提示することが重要な課題である。本研究では、粒子の孤立化の熱安定性への影響について調べるため、SiO_2の添加量が異なるCoPtCr-SiO_2垂直二層膜媒体を用いて再生波形の経時変化を時間軸解析により詳細に解析した。その結果、特にSiO_2添加量の多い媒体では記録直後のSN比は高いものの、熱安定性の劣化から記録した向きとは逆向きの磁区(逆磁区)が発生し、信号振幅の減衰、及び逆磁区ノイズの増大を招く傾向が確認された。しかし、垂直磁気記録の特長である磁化転移近傍での反磁界の減少の効果により、粒子の孤立性を高めた媒体においても転移近傍や高記録密度では比較的安定であり垂直磁気記録を用いた磁気ストレージの更なる高密度化の可能性が示唆された。また、高記録密度化のために重要な課題である高トラック密度化のため、トラック端やトラック幅方向への信号品質に関しても検討した。その結果、トラック端においてもトラック中央と同様に磁気クラスタ形成によるノイズが問題であることを明らかにした。これらの成果を取りまとめて本年5月に米国で開催される国際会議(Intermag 2006)において3件の発表が決まっている。

揺らぎは信号品質を著しく劣化させるため、その構造の明確化や低減が高密度化のための第一の課題である。揺らぎの低減には粒径の微細化が効果的であるが、これは熱安定性の確保や飽和記録特性の維持という磁気記録において極めて基本的な要求と互いにトレードオフの関係にあり、現行技術による高密度化は困難になりつつある。そのため、現行の連続型媒体(CLM)に加えてリソグラフィー加工を用いて物理的にトラックを形成するディスクリートトラック媒体(DTM)やビットを物理的に形成するパターンド媒体(BPM)などの新たな構造を有する媒体についても検討され始めている。本研究では、将来の垂直磁気記録媒体として可能性のあるこれら3種類の媒体においてノイズ源となりうる全ての揺らぎ要因を実験的に抽出し、十分に解析して特徴化・定量化した。その結果、現行のCLMではトラックエッジにおける磁気クラスタサイズがトラック中央と比べて2倍程度に増大していることや、DTMやBPMで課題となる加工揺らぎは現状では磁気的揺らぎと比べて小さい一方、長周期の揺らぎが大きいなどのナノ磁性構造を定量的に明らかにした。更に磁気クラスタ構造や加工揺らぎをモデル計算により再現し、これらの揺らぎモデルを統合して各媒体の計算モデルを構築した。これにより各媒体の最適設計指針を導出し、高密度化を実現するために最低限満たさなければならない許容揺らぎ量を数式化した。
比較保全ゲノミクスに基づくニューカレドニアの生物多様性創出機構解析と保全

ニューカレドニアにおける生物多様性の実態と創出メカニズムを明らかにするために、ニューカレドニアにおいて、多様な形質を示す30種程度に種分化しているOxera属(シソ科)を解析対象分類群として、保全ゲノミクス的解析を行った。RNA-seqによって翻訳されている塩基配列情報を解読・解析することで、種分化や環境適応に関与している可能性のある遺伝子座を推定した。Oxera属のほぼ全種について網羅的なサンプリングを行い、縮約ゲノム情報を元に、有効な保全策につなげるために、種間関係、種内の遺伝的分化、種内個体群の分岐時期と有効サイズなどを明らかにした。四国程度の狭い面積にもかかわらず、多くの固有種が生育するニューカレドニアは生物多様性創出機構を解析する上で掛け買いの無い場所であるが、日本にも大量に輸出されているニッケル鉱石の採掘によって存続の危機にある。本年度は、ニューカレドニアにおいて種分化が進み、20種もの多様な形態を示す固有種が生育するOxera属(シソ科)を対象に、(1)現地調査・試料採集、(2)RNA塩基配列解読、(3)DNA塩基配列解読によるゲノム情報の縮約解読を行った。(2) RNA抽出用に採集した6種のOxeraから量・質共に十分なものを外部委託してRNAseqを行い、バイオインフォマティクス処理の結果、6万座を超えるトランスクリプトーム情報を得た。また、ジョージア大学のJim Leebens-Mack教授より、Oxera pulchellaとOxera neriifoliaのトランスクリプトーム情報の供与を受けた。(3)種内の遺伝的多様性、空間的遺伝構造について、ほぼ全体をカバーできるサンプリングを達成したOxera baladica, O. pancherii, O. rugosaについては、ゲノム全体を縮約解読し、空間的遺伝構造や、種間関係の解析を行った。Oxera属植物3種(O. baladica、O. pancheri、O. rugosa)を対象に、次世代シーケンサーを用いた一塩基多型(SNP)分析による集団遺伝学的解析を行った。O. baladicaは島の北中部にも分布するが、本研究では島南部の3集団のみからほぼ全個体の試料を採取し、合計76個体を対象とした。O. pancheriとO. rugosaは島南部の限られた場所にしか分布しないため、既知の全集団から全個体の試料を採取し、それぞれ7集団120個体および3集団36個体を対象とした。これらのサンプルに対してゲノムワイド変異探索を行い、遺伝的空間構造と集団動態履歴の解析を行った結果、3種でそれぞれ明瞭な遺伝的分集団が検出され、それらは各集団の地理的な位置によく対応していた。またABC法による集団動態推定では、O. rugosaは近年に地域集団が分断化した可能性が推定された。以上の結果から、各種の地域集団はそれぞれ別の保全単位として保全すべきこと、O. rugosaは人為による絶滅リスクが高いことが示された。したがって、O. rugosaの各地域集団は特に優先度の高い保全対象であると考えられた。Oxerarobusta, O. inodora, O. pancheri,O. microcalyx, O. inodora (neirifolia)の5種について、葉などの複数の組織由来の発現遺伝子の網羅的解析を行った。各種から得られた約4,500万塩基の配列情報を元にアセンブルを行った結果、約7万のコンティグにまとまった。そのうち、系統関係がはっきりしている4種(O. neirifolia以外)について、種間の塩基多型を検出し、同義置換、非同義置換の比を計算し、102座の正の自然選択のかかった遺伝子を検出した。ニューカレドニアにおける植物解析試料の採集は、現地の共同研究者の協力によりきわめて順調に進んでいる。ゲノムレベルの塩基配列情報に基づく保全遺伝学的解析は現存する野生個体が100個体未満の絶滅危惧種2種および、ニューカレドニア全体に分布する種1種について実施することができ生物保全上有益な情報を得ることができた。mRNAの包括的解読によるトランスクリプトーム解析を5分類群について行い、種分化に伴って正の選択が働いた可能性があるゲノム領域の推定を行うことができた。ニューカレドニアにおいて植物試料採集を行った2015年11月には、現地で本プロジェクトで主要な解析対象としているOxcera baladicaについて、保全に関わる研究集会を開催した。ニューカレドニアにおいて生物保全に関わっている研究機関、行政機関、NGOなどが参加し、本プロジェクトの研究成果を発表した。ゲノム情報を活用した適切かつ効果的な保全策の社会還元という本プロジェクトの目的の一つをある程度達成できたと考えている。ニューカレドニアに生育するシソ科Oxera属は、植物体のサイズ(10cmから数m)、生活型(ツル、矮低木、灌木)、花の位置(頂生、幹生、地上生)、花色、花型、生育地の土壌など著しい適法放散を行っている。本年度は、これらの分類群の実体を明らかにする事を目的として、まず、井鷺、陶山、内山および大学院生がニューカレドニアの共同研究者と共に、ニューカレドニア中・南部において、遺伝解析試料の採集を行った。また、トランスクリプトーム解析のために、現地研究機関に植栽されている個体からもRNA抽出用の試料採集・処理を行った。

井鷺は、広域分布種であるOxera baladicaと未記載の局所固有種を対象に、RAD-seqでゲノムの縮約解読を行うことで得られたSNPs (一塩基多型)をもとに、分類群および集団の遺伝的多様性、分類群間、集団間の遺伝的分化、分岐時期、有効集団サイズなどの推定をおこなった。陶山は自ら開発・改良したゲノム縮約解読技術を駆使して、これまで本研究で採集してきた全サンプルを対象とした網羅的な系統解析を行い、各分類群の相互関係、未記載種の系統的位置づけに関する解析を行った。内山は、トランスクリプトーム解析によって、発現遺伝子の網羅的解析を行い、種分化に関わる遺伝子の検出を試みた。RNA-seqデータのアセンブルの結果、得られた約7万のコンティグのうち、種間の塩基多型が認められた約3万の遺伝子に対して、同義置換、非同義置換の比を計算した。その結果、解析対象とした4種の種分化の過程で、70個の遺伝子で有意な正の自然選択起こったことが推定された。これらの遺伝子には金属や硫酸塩などの輸送に関わると予想される遺伝子が複数含まれていた。NCは超塩基性土壌が島内全域に複雑に貫入していることが知られており、本属の種分化に土壌環境に対する適応が重要な役割を果たしている可能性が示唆された。ニューカレドニアにおける生物多様性の実態と創出メカニズムを明らかにするために、ニューカレドニアにおいて、多様な形質を示す30種程度に種分化しているOxera属(シソ科)を解析対象分類群として、保全ゲノミクス的解析を行った。RNA-seqによって翻訳されている塩基配列情報を解読・解析することで、種分化や環境適応に関与している可能性のある遺伝子座を推定した。Oxera属のほぼ全種について網羅的なサンプリングを行い、縮約ゲノム情報を元に、有効な保全策につなげるために、種間関係、種内の遺伝的分化、種内個体群の分岐時期と有効サイズなどを明らかにした。現地におけるサンプリングはInstitue Agromonique Neo-Caledonienの協力を得ることができた。特にInstitue Agromonique Neo-Caledonienの研究員Gateble氏はOxera属のスペシャリストであり、新種の記載や系統の見直しを行っているほか、既知の種の分布情報、各種の生態特性に詳しい。この様な現地研究者の協力を得て、きわめて順調に進んでいる。DNA塩基配列解読によるゲノムの縮約情報解読や、RNA塩基配列解読については計画通りに進捗している。ゲノムの縮約情報を活用することで、Oxera baladicaのように広域に分布し、様々な土壌に適応しているメカニズムを解析できることも期待される。RNA塩基配列解読に基づく種間比較も、計画通り進む見込みである。引き続き、ニューカレドニアにおける共同研究者の協力を得て現地で試料採集を行う。昨年度に採取したO. baladicaについて北部の地域集団を含めた集団遺伝学的解析を行う。また、採取済みの他種との遺伝的関係を明らかにする。分布環境の異なるOxera属2種から新たに発現遺伝子情報を取得し、前年度までの結果と合わせて、自然選択の働いた遺伝子を検出する。また、全ての情報を元に、急速に種分化した同属の種分化の過程をたどる進化系統解析を行う。28年度が最終年度であるため、記入しない。保全遺伝学1年目は計画通りに進捗した。2年目以降も予定通り研究を進める。
消化器癌に対する新たな細胞免疫治療への基礎的検討

今回の研究は当大学消化器内科、無菌治療部において倫理委員会の承認を受けて臨床試験が行われている、手術不能膵癌症例に対する骨髄非破壊的末梢血造血幹細胞移植(ミニ移植)の治療効果を基礎的に検討する目的で開始されている。今年度の具体的な研究内容としては、まず新規細胞免疫治療として期待されるこのGVT療法のマウスモデルを作製し、1.大腸癌、膵癌細胞に対する抗腫瘍効果の評価、2.重篤な合併症であるGVHDに対する分子標的治療の可能性についての検討である。1治療効果の検討移植による治療効果はドナーリンパ球移植群において非移植群に比較して有意に増強し、これは臨床におけるDonor Lymphocyte Infusionの抗腫瘍効果を反映するものと考えられた。組織学的検討においても癌組織へのドナーリンパ球をGFPトランスジェニックマウスのリンパ球を用いることで可視化し、腫瘍組織へのその浸潤を確認しえた。さらにIn situ TUNEL assayにより腫瘍細胞に対するアポトーシス誘導も検出しえた。そのGVT機序に伴って癌組織における分子の発現を検討するためにcDNAマイクロアレイによる検討を行った。GVT効果が見られるドナーリンパ球移植群の腫瘍組織ではインターフェロンγなど炎症性サイトカインの発現が増加しており、Th1免疫応答の賦活が示唆された。今年度の研究ではGVT効果のエフェクター細胞であるCTLの殺細胞効果がFasLとTRAILの協調的作用により発揮されることを見いだした(投稿中)。2 GVHDに対する分子標的治療の可能性についての検討ミニ移植においてもGVHDの合併は完全に軽減されるわけではなく、重篤な合併症であるGVHDへの対策は以前から大きな課題である。今回GVHDの病態にP38の活性が与える影響をノックアウトマウスを用いた実験系で検討した。今年度の研究成果より、ドナーにおけるP38の発現低下が腸管GVHDを悪化させることを見いだした(in press)。組織学的検討においても癌組織へのドナーリンパ球をGFPトランスジェニックマウスのリンパ球を用いることで可視化し、腫瘍組秘のその浸潤を確認しえた。今回GVHDの病態にP38の活性が与える影響をノックアウトマウスを用いた実験系で検討中である。今回の本研究の中間結果はすでに国内外の学会において発表してきた。

今回の研究は当大学消化器内科、無菌治療部において倫理委員会の承認を受けて臨床試験が行われている、手術不能膵癌症例に対する骨髄非破壊的末梢血造血幹細胞移植(ミニ移植)の治療効果を基礎的に検討する目的で開発されている。今年度の具体的な研究内容としては、まず新規細胞免疫治療として期待されるこのGVT療法のマウスモデルを作製し、1.大腸癌、膵癌細胞に対する抗腫瘍効果の評価、2.重篤な合併症であるGVHDに対する分子標的治療の可能性についての検討である。1治療効果の検討移植による治療効果はドナーリンパ球移植群において非移植群に比較して有意に増強し、これは臨床におけるDonor Lymphocyte Infusionの抗腫瘍効果を反映するものと考えられた。組織学的検討においても癌組織へのドナーリンパ球をGFPトランスジェニックマウスのリンパ球を用いることで可視化し、腫瘍組織へのその浸潤を確認しえた。さらにIn situ TUNEL assayにより腫瘍細胞に対するアポトーシス誘導も検出しえた。そのGVT機序に伴って癌組織における分子の発現を検討するためにcDNAマイクロアレイによる検討を行った。GVT効果が見られるドナーリンパ球移植群の腫瘍組織ではインターフェロンγなど炎症性サイトカインの発現が増加しており、Th1免疫応答の賦活が示唆された。今年度の研究ではGVT効果のエフェクター細胞であるCTLの殺細胞効果がFasLとTRAILの協調的作用により発揮されることを見いだした(投稿中)。2 GVHDに対する分子標的治療の可能性についての検討ミニ移植においてもGVHDの合併は完全に軽減されるわけではなく、重篤な合併症であるGVHDへの対策は以前から大きな課題である。今回GVHDの病態にP38の活性が与える影響をノックアウトマウスを用いた実験系で検討した。今年度の研究成果より、ドナーにおけるP38の発現低下が腸管GVHDを悪化させることを見いだした(accepted)。
気相反応制御によるTiO2/Cナノ複合材料の効率的製造手法の確立

本研究では、TiO2の担持量の大きいTiO2/Cナノ粒子を製造するプロセスと粒子径の小さなTiO2と多孔質炭素中に担持するプロセスの二種類の効率的なプロセスを開発した。前者は、窒素を流通した高温の反応管(800°C)にTi源と炭素源の混合溶液をパルス状に導入することで実施され、TiO2系負極材料として高いLi貯蔵容量が得られ、高安全性のリチウムイオン電池の負極材料への利用が期待できる。後者は、多孔質炭素を設置した脱気状態の反応管(200°C)にTi源を液パルス状に導入することで実施され、極めて優れた高速充放電特性とサイクル特性を有しているため、Li+キャパシタの電極材料としての利用が期待できる。平成28年度は主にチタンイソプロポキシドを液体のまま反応管にパルス状で導入することで、熱分解による炭素とTiO2の同時析出による複合体の製造を行った。反応管の温度によらずTiO2は高い収率で得られたが、炭素析出量は反応温度に大きく影響を受け、600°C以下の反応温度ではほとんど炭素が析出しなかった。また、1000°C以上ではTiO2が電極材料として使いやすいアナターゼ型からルチル型に相転移してしまうため、800°C程度の製造温度が適していた。本手法で得られる複合体はTiO2ナノ粒子に炭素を被覆した構造をしており、この複合粒子のサイズはキャリアガス流量に影響され、最小で粒径約40 nm複合体が得られた。これらの試料のリチウムイオン電池負極特性の評価を行ったところ、1.7 V(vs. Li/Li+)で充電した。この電位はアナターゼ型のTiO2へのリチウムイオンの挿入反応が生じると報告されている電位と一致すため、複合体中のTiO2は電気化学的に反応していることが確認された。しかし、これらの複合体の放電容量は120 mAh/g程度であり、市販のTi系負極材料よりも低かった。十分の容量が得られなかった原因として炭素によるTiO2への導電パスが十分形成できていなかった可能性が考えられるため、複合体中の炭素含有量を増加させる必要性が考えられた。そこで、原料溶液に炭素源として有機溶媒を添加することにより、複合体中の炭素含有率を増加させることに成功した。この炭素含有量の多い複合体は市販のTi系負極材料よりも高い180 mAh/g程度の放電容量が得られた。しかも、この複合体は100サイクル程度では容量の低下がほとんど見られず、高いサイクル特性を有していることも判明した。本研究において気相における反応制御が難しい原料であるチタンアルコキシドから目的としていた均一なナノ粒子を製造することに成功し、さらにTiO2析出と炭素析出の反応速度の差を利用してTiO2ナノ粒子の外表面に炭素層を積層させることに成功した。得られた複合体は当初予定した電気化学的な応用に必要な炭素の導電パスが十分導入されていたため、ほぼ目的の物質の製造に成功したと判断できる。このため、今年度の進捗状況として「おおむね順調に進行している」と判断した。昨年度の成果からチタンイソプロポキシド(TTIP)を800°C程度の高温の反応管に液パルス状で導入することにより、TiO2/Cナノ複合体の効率的な製造、および製造条件の調節による構造制御に成功した。この複合体はTiO2担持量が大きく、TiO2負極材料として高い容量が得られたが、TiO2のサイズは40 nm程度までしか小さくできないため、高速充放電特性を向上させることは困難であった。そこで、平成29年度は高速充放電特性の高いTiO2負極材料を製造するために、予め用意した炭素担体に粒径の小さなTiO2ナノ粒子を担持するための化学気相成長(CVD)技術の開発に取り組んだ。炭素担体は原料ガスが内部まで拡散可能であることに加えて、安価である市販の多孔質炭素を複数種類使用した。多孔質炭素の細孔内へTiO2を均一に担持するために、あらかじめ減圧状態にした反応管へTi源であるTTIPを液パルス状に導入した。このCVD条件にすることで多孔質炭素内への原料ガスの拡散を促進することに成功し、細孔径が約150 nmのマクロポーラスな多孔質炭素の内部に約4 nmの微小なTiO2ナノ粒子を均一に担持することに成功した。また、真空ポンプによる排気を常に継続したことで、余剰なガスは円滑に排出され、多孔質炭素外表面への担持は最小限に抑えることができた。担持されたTiO2は多孔質炭素担体による導電パスが十分行き届いており、効率的にTiO2のLi貯蔵容量を活用でき、非常に高い高速充放電特性が得られた。さらに、10000サイクルの充放電後にも80%の容量を保持しており、サイクル特性も優れているいことも確認された。このため、本材料はリチウムイオンキャパシタの負極材料などの用途への利用が期待できる。

前者は、窒素を流通した高温の反応管(800°C)にTi源と炭素源の混合溶液をパルス状に導入することで実施され、TiO2系負極材料として高いLi貯蔵容量が得られ、高安全性のリチウムイオン電池の負極材料への利用が期待できる。後者は、多孔質炭素を設置した脱気状態の反応管(200°C)にTi源を液パルス状に導入することで実施され、極めて優れた高速充放電特性とサイクル特性を有しているため、Li+キャパシタの電極材料としての利用が期待できる。H28年度得られた複合体よりもさらにTiO2へ効率的な導電パスを導入するためには、TiO2のさらなるナノ粒子化が必要である。しかし、本年度行った手法では反応効率を維持したまま現状よりも大きく粒径を小さくすることは困難である。そこで、H29年度は当初計画していた通り、炭素材料を設置した反応器にTiO2前駆体を導入して炭素材料上にTiO2を被覆する方法を進めていく予定である。この手法ではTiO2のみが析出する条件に設定することが可能であるため、H28年度に用いた手法と比べTiO2の構造制御範囲の拡大が期待できる。化学工学H28年度は主に材料開発へ注力したため、電気化学特性評価についてはリチウムイオン電池負極としての基本物性の評価にとどまった。このため、当初予定していた詳細な電気化学特性評価に必要な測定用物品の購入予定が後ろ倒しになった。H29年度は新規材料開発と共にリチウムイオンキャパシタ評価など様々な電気化学特性評価を進めていく予定であるため、この測定用物品の購入に使用する予定である。
等高線地形モデルを用いた斜面崩壊・土石流・河道内土砂輸送の統合解析法構築

降雨が斜面に浸透して斜面崩壊が発生し、それによって生産された土砂が土石流となって流下する一連の過程を対象とした統合シミュレーションモデルが実現できれば、被害の予測・推定、下流部における河道設計、また降雨条件を元にした警戒避難に非常に有用と期待できる。この実現に向け、本研究は流域地形を1次元チューブの集合に分割できる等高線地形モデルを用いた数値モデルの構築と適用を目指すものである。2年目である2018年度は、飽和側方流を考慮した降雨流出モデルと、簡易Janbu法による安全率計算とDynamic Programmingによる最小安全率断面探査からなる斜面崩壊モデル、および高橋・中川(1985)の土石流モデルを、一つの解析プログラムにて一体的に計算できるシミュレーションモデルを構築した。これにより、降雨と地形条件から直接、水位、土砂濃度および堆積深さの時空間分布を推定可能となった。構築したプログラムは、昨年度等高線地形モデルの抽出を行った2017年九州北部豪雨の被災域である赤谷川流域に適用し、斜面部の崩壊・侵食プロセスと谷底部の堆積過程が適切に再現できることを確認した。また、追加して、九州北部での現地調査結果を用いた土砂を考慮した流出・氾濫モデルによるシミュレーションも実施した。こちらのモデルでは崩壊・土石流は考慮されないが、下流部における氾濫過程を土砂込で解析できるものであり、今後等高線地形分割ベースの解析モデルと結合することで、氾濫過程までの統合的シミュレーション手法の構築を計画している。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。豪雨時に発生する斜面崩壊、崩土の流動化による土石流の発生,土石流の発達・流下、および河道での水・土砂の流出は連続的な現象であるが,これまで別々に研究されてきたため連続解析手法は十分に確立されていない.したがって,平成29年九州北部豪雨による災害でも見られたような,斜面崩壊に起因した土石流や,生産土砂が河道部に堆積することで甚大化された洪水などの諸現象を雨から直接予測するのは困難である.連続解析が実現していない一因は,幅広い時空間スケールを持つ個々の現象群を,同一の地形モデル上で扱うことが困難なことにある.そこで本研究では流域地形を1次元のチューブの集合に分割できる等高線地形モデルを用いてこの問題を解決し,既存モデルを応用して斜面崩壊・崩土流動化・土石流流下の統合モデルを構築し,最終的には河道下流部での土砂移動までを含めた統合的解析手法の開発を目的としている.2017年度はその第一段階として,1対象流域の選定と現地調査,2対象流域を対象としたチューブ地形分割,および3既往の土砂移動モデルを利用した解析,に取り組んだ.1では2017年九州北部豪雨で被災した赤谷川を対象流域に選定して現地調査を行い,2にて赤谷川支川の乙石川での地形モデル抽出を行った.3では既往モデルとの比較検証を行うため,赤谷川と京都府宮津市の流域にて,既往モデルによる適用を実施した.次年度は解析モデルの構築に注力し,現地調査結果を元に適用を行い,解析結果を既往モデルでの結果と比較することで,妥当性や有効性の検証を行う予定である.2017年度はモデル開発の第一段階として,1対象流域の選定と現地調査,2対象流域を対象としたチューブ地形分割,および3既往モデルを利用した解析に取り組んだ.1対象流域の選定と現地調査:計画段階では,和歌山県那智川流域,兵庫県前山川流域を対象流域として検討していたが,2017年7月に発生した九州北部豪雨災害を受け,本研究の対象とする斜面崩壊,土石流および河道部での洪水までの一連の現象が発生した赤谷川流域を対象流域として選定した.2017年度は赤谷川流域を対象に,複数回現地調査を実施した.現地調査では計算結果の検証のための洪水痕跡と河床変動痕跡調査と,斜面土層,河床材料,および崩壊による生産土砂のサンプリングを行った.斜面土層サンプルに対しては飽和透水試験と保水性試験を,河床材料と生産土砂サンプルにはふるい分け試験を実施し,計算の入力条件として想定している斜面土層の透水係数,保水性,および河床材料と生産土砂の粒度分布の情報を得た.2対象流域を対象としたチューブ地形分割:赤谷川支川で甚大な斜面崩壊・土石流・洪水被害が生じた乙石川流域を対象として,チューブ地形分割を実施した.基礎データには,国土基盤地図情報10mメッシュのDEMデータをもとに作成した等高線を用いている.地形分割によって抽出された地形データを利用して,今後崩壊・土石流の解析を実施予定である.3既往モデルを利用した解析:赤谷川を対象とした予備解析として,申請者らがすでに開発している崩壊と水・土砂流出を統合したモデルによるシミュレーションを実施した.また,本研究で用いる等高線地形モデルは利用していないが,降雨流出・斜面崩壊と土石流を結合した解析手法を京都府宮津市の畑川流域にて実施した.今後以上の解析手法と,今後構築される等高線地形モデルを用いた解析を比較することで,モデルの検証と評価を行う予定である.降雨が斜面に浸透して斜面崩壊が発生し、それによって生産された土砂が土石流となって流下する一連の過程を対象とした統合シミュレーションモデルが実現できれば、被害の予測・推定、下流部における河道設計、また降雨条件を元にした警戒避難に非常に有用と期待できる。