hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
オスダニ精巣由来分子を用いた抗ダニワクチンの開発

Amblyomma hebraeum(キララマダニ)のオスダニ精巣から2つの因子(voraxin)が遺伝子同定され、組換えvoraxinを用いたワクチン試験では強力にメスダニの吸血を阻害することが報告された。これら2つの因子(voraxinαおよびβ)は交尾時にオスダニからメスダニに伝達される因子と考えられ、オスからメスに受け渡されると、メスダニの吸血を促進する機能が明らかとなっている。そこで本研究ではアフリカ大陸の東南部に分布しているRhipicephalus appendiculatus(コイタマダニ)からオスダニ由来因子を同定し、抗ダニワクチンへと応用することを試みた。コイタマダニは主に牛に寄生して生活環を形成し、非常に致死率の高い東海岸熱を引き起こす病原体(Theirelia parva.parva)などを媒介することから、ダニのコントロールが重要であると考えられている。voraxinの塩基配列を基にPCRプライマーを設計し、ウサギに吸血させたオスダニの精巣cDNAを鋳型としてPCR法を行ったところ、voraxinαおよびvoraxinβと相同性の高い遺伝子断片が得られた。これらの遺伝子断片からRACE法で遺伝子全長のクローニングを試みた。その結果、全長759bpの類似遺伝子が得られ、voraxinαとの予測アミノ酸配列相同性は80%と高率に類似していた。また、voraxinβと相同性の高い遺伝子断片は現在5'末端を解析中であるが、353bpの類似配列がクローニングされた。mRNA発現解析ではvoraxinα類似遺伝子はオスのコイタマダニ精巣だけでなく、唾液腺や神経内分泌細胞でも発現が認められた。また、オスだけでなくメスダニや幼ダニ、若ダニでも吸血中のmRNA発現が認められたことから、オスダニのみならず、ダニの吸血に必要とされる因子ではないかと推測された。現在、得られた類似遺伝子の組換えタンパク質を大腸菌発現系にて作製し、組換え体をメスダニに投与して吸血に対する影響を検討している。また、実際にマダニの吸血を阻害し、メスダニの産卵量を減少させることが可能か、動物を用いたワクチン試験を計画している。吸血中のコイタマダニ精巣から候補抗原を探索するため発現遺伝子解析法(Expressed Sequence Tag: EST法)を行った。得られた塩基配列はデータベースに登録されている塩基配列と比較し、精巣内での発現遺伝子の網羅的解析を行った。また、キララマダニ(Amblyomma hebraeum)でメスダニに対して吸血促進効果が報告されている精巣由来分子、Engorgement Factorを標的として相同性クローニングを行った。コイタマダニの精巣cDNAライブラリーから得られた遺伝子を解析したところ、シカダニ(Ixodes sulcatus)のオス特異遺伝子(Is5)に類似したcDNAが1クローン得られた。この遺伝子(RAMF)は吸血中のオスダニ精巣に特異的に発現しており、予測アミノ酸配列からシグナル配列と糖鎖付加部位が推測されたため、交尾時のオスダニで精包に分泌されている分子であると考えられた。組み換えRAMFを作成
温暖化による局地的豪雨の頻発化を想定した人為的豪雨抑制手法に関する数値実験的研究

本研究は,地球温暖化進行時の豪雨頻発化を念頭に,クラウド・シーディングを用いた人為的豪雨抑制手法の開発とその効果的な実施条件について検討を行うものである.メソ気象モデルを使用して雨域面積や時間降水量の変化などの複数の観点からシーディングによる降水システムへの影響の有無や大小を解析するとともに,シーディングに伴う氷晶数濃度や霰の増減などに着目して抑制効果のメカニズムを解析した.その結果,シーディングにより積算降水量のピーク領域の面積や時間最大降水量が効果的に抑制され得ることなどが確認され,また,風下側への降水粒子の移動・拡散がシーディングによる豪雨抑制の重要な要因であることなどが示された.本研究は,地球温暖化進行時の豪雨頻発化を念頭に,クラウド・シーディングを用いた人為的豪雨抑制手法の開発とその効果的な実施条件について検討を行うものである.平成24年度は,昨年度に引き続き,線状対流系や都市型豪雨などの豪雨事例を対象としてメソ気象モデルMM5による数値実験を行い,シーディングによる豪雨抑制効果の有無や大小を調査するとともに,抑制効果が得られた場合の詳細なメカニズムについて解析を行った.その結果,実施条件によっては,シーディングにより領域平均降水量や領域最大降水量が減少するケースが少なくないことや,それらが減少しなかったケースにおいても強雨域の面積が減少するなど一定の抑制効果が得られる場合があることを確認することができた.感度分析の観点からは,積雲の発達初期に降水粒子の成長が著しい領域に対して集中的にシーディングを行った場合に抑制効果が得られやすいなど,シーディングの効果的な実施条件について一定の知見を得ることができた.また,シーディングにより豪雨が抑制されたケースでは,雨域の分布が風下側へと移動・拡大する傾向が確認され,その要因について解析したところ,シーディングによって過大に生成された氷晶が降水粒子の成長を抑制する効果を持つために,雪片等の落下速度の小さい降水粒子が上空の風に流されて風下方向へ移流・拡散し,その結果,上記のような雨域の移動や豪雨の抑制がもたらされた可能性が示唆された.今年度はさらに,次世代型のメソ気象モデル(WRF,CReSS)や温暖化進行時の大気条件を使用したシーディングの数値実験,最新の降雨レーダ(XーMP,COBRA)を用いた局地的豪雨のメカニズム解析などの課題にも取り組み,いずれもいくつかの基礎的知見を得ることができた.次年度は引き続きこれらの課題に取り組むことで,豪雨抑制手法の実用性や信頼性に関する検討を行う予定である.本研究は,地球温暖化進行時の豪雨頻発化を念頭に,クラウド・シーディングを用いた人為的豪雨抑制手法の開発とその効果的な実施条件について検討を行うものである.最終年度の平成25年度は,主にメソ気象モデルWRFを用いてシーディングによる豪雨抑制効果の評価・検証を行った.雨域面積や時間降水量の変化といった新たな観点からシーディングによる降水システムへの影響の有無や大小を解析するとともに,シーディングに伴う氷晶数濃度や霰の増減などに着目して抑制効果のメカニズムを詳細に解析した.その結果,シーディングにより12時間積算降水量のピーク領域の面積や時間最大降水量が効果的に抑制され得ることなどが確認され,感度分析の結果からは,積雲が発生し雨が降り始める時刻より雲頂上部または雲頂下部でシーディングを行ったケースにおいて顕著な減少傾向が見られた.また,シーディングにより豪雨が抑制されたケースでは,シーディングを行った直後に氷晶数濃度が増加するとともに,潜熱の影響によって高高度で上昇気流が発生し,鉛直上方に広がっていることが確認された.その氷晶が風上側から風下側へ流されていることから,降水粒子の移動・拡散がシーディングによる豪雨抑制の重要な要因と考えられる.一方,上記の積雲成長期におけるシーディングとは別に,積雲発生初期(雨が降り始める前の状態)のシーディングについてもその有効性を検討したところ,より短時間かつ狭域のシーディングにより,比較的大きな豪雨抑制効果が得られることが明らかとなった.この手法は,積雲の発生初期にシーディングを行うことで降水粒子の併合過程を抑制する効果を持つことが確認されたが,シーディングを用いた豪雨抑制手法の実用性・信頼性を大幅に向上させる可能性を秘めていることから,次期ステージでは本手法に関するさらに詳細な数値実験に取り組む予定である.本研究は,地球温暖化進行時の豪雨頻発化を念頭に,クラウド・シーディングを用いた人為的豪雨抑制手法の開発とその効果的な実施条件について検討を行うものである.メソ気象モデルを使用して雨域面積や時間降水量の変化などの複数の観点からシーディングによる降水システムへの影響の有無や大小を解析するとともに,シーディングに伴う氷晶数濃度や霰の増減などに着目して抑制効果のメカニズムを解析した.その結果,シーディングにより積算降水量のピーク領域の面積や時間最大降水量が効果的に抑制され得ることなどが確認され,また,風下側への降水粒子の移動・拡散がシーディングによる豪雨抑制の重要な要因であることなどが示された.近年,局地的集中豪雨の多発や水資源の偏在化による旱魃など,地球温暖化に起因すると思われる異常気象災害が地球規模で頻発している.我が国においても,都市域を中心に,局地性が極めて強い短時間豪雨(いわゆるゲリラ豪雨)による人的・経済的被害が多発しており,近年の温暖化傾向が継続・進展した場合には,従来の安全基準で整備された都市社会システムにおいて豪雨による被害がさらに拡大するであろうことは容易に想像される.

そこで本研究では,メソ気象モデルによる数値実験をベースに,クラウド・シーディングを用いた人為的豪雨抑制手法の開発とその効果的な実施条件についての検討を行う.線状対流系や都市型豪雨などの局地性の強い降水システムを対象として,特定地域への降水の集中を緩和・抑制するためには,どのようなタイミングで,どの場所に,どの程度の規模のシーディングを実施すればよいのかについて感度分析の観点から検討するとともに,豪雨抑制効果が得られた場合の物理的なメカニズムについて調査・解析を行った.その結果,実施条件や対象とする豪雨事例によっては,シーディングにより領域平均降水量や領域最大降水量が減少し降水抑制の効果が得られるケースが少なくないことが確認された.感度分析の結果からは,積算降水量が多い地点を含む領域の高高度にシーディングを行った場合に領域最大降水量が減少傾向を示すことなど,抑制効果が得られやすいシーディング条件について一定の知見を得ることができた.シーディングにより豪雨が抑制されたケースでは,積雲の分布位置が風下側へと移動する傾向が確認され,このような降水粒子の風下方向への移動・拡散が豪雨抑制の一つの要因ではないかと考えられる.今後も引き続き,様々な豪雨事例を対象としてシーディングの最適な実施条件について調査・検討を行うとともに,複数のモデルを用いた結果の信頼性の検証に取り組む予定である.平成24年度は,昨年度からの継続課題(下記1および2)と今年度の新規課題(下記35)のそれぞれに取り組み,いずれも一定の成果を得ることができた.進捗状況はおおむね計画通りであるが,次年度に残された課題として,今後はシーディングによる抑制効果の事後検証や事前のリスク評価など実際にシーディングを実行する際の技術的な課題に関する調査・検討に取り組む予定である.1「豪雨抑制に適したシーディング実施条件に関する感度分析」:積雲の発達初期に降水粒子の成長が著しい領域に対して集中的にシーディングを行った場合に抑制効果が得られやすいなど,シーディングの効果的な実施条件について一定の知見を得ることができた.2「シーディングによる豪雨抑制効果に関するメカニズム解析」:シーディングにより過大に生成された氷晶が降水粒子の成長を抑制し,雪片等の落下速度の小さい粒子が上空の風に流されて風下方向へ移流・拡散したことが豪雨抑制の要因である可能性が示唆された.3「次世代型メソ気象モデルを使用したシーディングの数値実験」:次世代型のメソ気象モデルにおいてもシーディングの数値実験が実施できるようモデルの改良を行うとともに,数値実験の結果,旧タイプのモデルと同様に豪雨抑制効果が得られることを確認した.4「温暖化進行時の大気条件を使用したシーディングの数値実験」:人工的に作成された大気条件とGCM20ベースの大気条件を用いた数値実験により,温暖化進行時に発生しうる極端な集中豪雨に対してシーディングの抑制効果がどの程度期待できるのか検討した.5「最新の降雨レーダを用いた局地的豪雨のメカニズム解析」:豪雨発生時における降水粒子の分布構造および大気場の解析を目的とし,XバンドMPレーダによる上空の雨滴粒径の推定,降水粒子の判別およびGPV情報による豪雨発生前の大気場の考察を行った.今年度(平成23年度)は主に,本研究の核となる以下の2つの課題に取り組み,それぞれ下記の成果を得ることができた.
IgA腎症における、口蓋扁桃胚中心B細胞によるAPRILを介した免疫異常の解明

これまでに、マウスIgA腎症の病態に上気道粘膜上のTLR9の活性化が関与していることが報告されている。一方、我々は、IgA腎症患者で扁桃の胚中心におけるAPRIL(a proliferation-inducing ligand)発現が、慢性扁桃炎患者の扁桃と比較して極めて増強し、疾患重症度と相関することを近年報告した。TLR9はB細胞上に発現が認められることから、『IgA腎症患者扁桃B細胞が過剰なTLR9の活性化を介し、APRILおよびそのレセプター(TACI: cyclophilin ligand interactor、BCMA: the B-cellmaturation antigen)の発現を増強し、IgA腎症の増悪に関与している』と仮説を立てた。これまでに、慢性扁桃炎患者の扁桃より、FACSARIA(BD Pharmingen)にてナイーブB細胞を抽出し、in vitroでTLR9のリガンドであるCpG-ODNによる刺激を行い、B細胞上のAPRIL、TACI、BCMAの発現が増強することを確認した。一方、IgA腎症患者血清では、ヒンジ部O型糖鎖にガラクトースが欠損(Galactose deficient IgA1: Gd-IgA1)しているIgA1が増加していることが知られている。近年我々は、Gd-IgA1に特異性のあるモノクローナル抗体"KM55"を開発し、これを用い腎糸球体の免疫染色を行い、IgA腎症においてメサンギウム領域に沈着しているIgAは確かにGd-IgA1であることを証明した。このKM55抗体を使った免疫染色により、Gd-IgA1は、IgA腎症患者及び慢性扁桃炎患者の扁桃に存在することを確認した。本年度はこのGd-IgA1の局在に両者で差異を認めるかを詳細に検討する。IgA腎症患者及び、慢性扁桃腺患者の扁桃に関して、解析に必要な検体数を確保することができ、Gd-IgA1モノクローナル抗体KM55で免疫染色を行った。十分なN数を確保できたことから本年度はこの検体の解析を詳細に行っていく。誘導性胚中心B細胞誘導系を用いてIgA陽性B細胞の誘導系を確立することができたため、IgA腎症モデルマウス及び野生型マウスの脾臓よりナイーブB細胞を単離し、IgA陽性B細胞へのクラススイッチを誘導し、その頻度に差が生じるかを検証中である。また培養上清中のIgA抗体価をELISA法にて確認している。同時にこの上清中IgA抗体の糖鎖に修飾異常があるかも検証中である。マウスナイーブB細胞からIgA陽性B細胞へのクラススイッチする誘導系は確立したため、現在ヒトナイーブB細胞からも同様にIgA陽性B細胞を誘導する培養系を探索している。我々は、先行研究でIgA腎症患者の扁桃には、糖鎖異常IgAの産生に寄与する可能性がある異常B細胞が存在することを示している。ヒトのIgA陽性B細胞誘導系が確立された後に、IgA腎症患者及び慢性扁桃炎患者より抽出したナイーブB細胞をIgA陽性Bにクラススイッチさせ、誘導後のIgA抗体に糖鎖修飾に差が生じるかを確認する。これまでに、慢性扁桃炎患者の扁桃より、FACS ARIA(BD Pharmingen)にてナイーブB細胞を抽出し、in vitroでTLR9のリガンドであるCpG-ODNによる刺激を行い、B細胞上のAPRIL、TACI、BCMAの発現が増強することを確認した。また、IgA腎症患者血清では、ヒンジ部O型糖鎖にガラクトースが欠損(Galactose deficient IgA1: Gd-IgA1)しているIgA1が増加していることが知られている。本年度は、扁桃がGd-IgA1産生B細胞を誘導する組織であることを確認するために、IgA腎症患者扁桃をKM55で免疫染色したが、確かにGd-IgA1が存在することが証明された。現在、慢性扁桃炎患者の扁桃も同様に免疫染色を行い、IgA患者と比較検討している。IgA腎症患者及び、慢性扁桃腺患者の扁桃をGd-IgA1モノクローナル抗体KM55で免疫染色を行ったが、N数を集めることに当初の予定より時間がかかった。これ以上に研究計画に遅れが生じれば、共同研究という形で、他施設に協力を仰ぐことを考慮する。

また、IgA腎症及び、慢性扁桃炎患者よりナイーブB細胞を抽出し、APRILにて、刺激し培養上清中の糖鎖異常IgA抗体の産生量の差異を確認することを試みているが、in vitroでのIgAを誘導することが困難で、APRIL単独では糖鎖異常IgA量を解析するだけの、十分なIgA量が採取できない。IL4を添加することでIgAをより誘導できるとの報告はあるが、ヒトIgA1抗体ヒンジ部の糖鎖修飾は、IL4によって修飾されてしまうことが報告されているため、IL4を添加することは好ましくない。よって、糖鎖修飾に影響を与えることのない培養系を確立する必要があり、IgAをvitroで誘導可能な培養系を再検討する必要がある。これまでに、マウスIgA腎症の病態に上気道粘膜上のTLR9の活性化が関与していることが報告されている。一方、我々は、IgA腎症患者で扁桃の胚中心におけるAPRIL(a proliferation-inducing ligand)発現が、慢性扁桃炎患者の扁桃と比較して極めて増強し、疾患重症度と相関することを近年報告した。TLR9はB細胞上に発現が認められることから、『IgA腎症患者扁桃B細胞が過剰なTLR9の活性化を介し、APRILおよびそのレセプター(TACI: cyclophilin ligand interactor、BCMA: the B-cellmaturation antigen)の発現を増強し、IgA腎症の増悪に関与している』と仮説を立てた。これまでに、慢性扁桃炎患者の扁桃より、FACSARIA(BD Pharmingen)にてナイーブB細胞を抽出し、in vitroでTLR9のリガンドであるCpG-ODNによる刺激を行い、B細胞上のAPRIL、TACI、BCMAの発現が増強することを確認した。一方、IgA腎症患者血清では、ヒンジ部O型糖鎖にガラクトースが欠損(Galactose deficient IgA1: Gd-IgA1)しているIgA1が増加していることが知られている。近年我々は、Gd-IgA1に特異性のあるモノクローナル抗体"KM55"を開発し、これを用い腎糸球体の免疫染色を行い、IgA腎症においてメサンギウム領域に沈着しているIgAは確かにGd-IgA1であることを証明した。このKM55抗体を使った免疫染色により、Gd-IgA1は、IgA腎症患者及び慢性扁桃炎患者の扁桃に存在することを確認した。本年度はこのGd-IgA1の局在に両者で差異を認めるかを詳細に検討する。IgA腎症患者及び、慢性扁桃腺患者の扁桃に関して、解析に必要な検体数を確保することができ、Gd-IgA1モノクローナル抗体KM55で免疫染色を行った。十分なN数を確保できたことから本年度はこの検体の解析を詳細に行っていく。誘導性胚中心B細胞誘導系を用いてIgA陽性B細胞の誘導系を確立することができたため、IgA腎症モデルマウス及び野生型マウスの脾臓よりナイーブB細胞を単離し、IgA陽性B細胞へのクラススイッチを誘導し、その頻度に差が生じるかを検証中である。また培養上清中のIgA抗体価をELISA法にて確認している。同時にこの上清中IgA抗体の糖鎖に修飾異常があるかも検証中である。マウスナイーブB細胞からIgA陽性B細胞へのクラススイッチする誘導系は確立したため、現在ヒトナイーブB細胞からも同様にIgA陽性B細胞を誘導する培養系を探索している。我々は、先行研究でIgA腎症患者の扁桃には、糖鎖異常IgAの産生に寄与する可能性がある異常B細胞が存在することを示している。
食品加工プロセスにおける汚れの洗浄過程の解析とその効率化

食品製造工程やバイオプロセスにおいては、必ず装置表面に付着残存する汚れ成分を除去するための洗浄操作が実施されている。本研究では、洗浄操作の最適化を最終目的として、その基礎となる溶質のステンレス表面への付着・脱離現象の解明を行った。モデル汚れ成分として、β-ラクトグロブリンを取り上げた。溶質の付着特性と洗浄特性を精度よく調べるために、比表面積の大きなステンレス微粒子を用いた。タンパク質の付着量に及ぼす、付着時間、pH、温度、蛋白濃度の影響を調べた。温度が50°C以下では、その最大付着量は単分子層が形成される量にほぼ一致したが、β-ラクトグロブリンの変性温度である65°C前後から急激に増加し、単分子層の数倍程度となった。付着量はpHに強く依存した。β-ラクトグロブリンの等電点である5.1以下では付着量は急激に増加したが、これは負に帯電しているステンレス表面と正に帯電しているタンパク質との間の静電的相互作用によるものであることが判明した。また、未変性タンパク、予め変性したタンパク、及びSH基を修飾したタンパク質を用いて吸着実験を行った結果、β-ラクトグロブリンは、静電気的相互作用、及び疎水結合によりステンレス表面に付着し、その後タンパク質間でS-S結合の形成や交換反応により付着が進行することが明らかになった。洗浄特性に関しては、申請者らが開発した汚れの付着したステンレス粒子充填カラムを用いるステップ応答法を用いた。アルカリ洗浄と、プロテアーゼを用いる酵素洗浄に着目して比較検討した。酵素法では、アルカリ洗浄に比較してより低いpHで、洗浄が可能であり、しかも残存付着量も少ないことが判明した。また、アルカリ洗浄ではタンパク分子、あるいはその凝集体の形で、一方、酵素洗浄では分解ペプチドの形で、表面から脱離することが示唆された。
γδT細胞の機能を決定するTCR シグナル経路の解明

本研究では、IL-17産生型gdT細胞の分化を制御する動作原理の理解を目指し、gdTCR下流で機能するチロシンキナーゼであるZap70とSykの役割について解析を行った。これまでの研究成果から、Syk欠損マウスの胸腺ではIL-17産生型gdT細胞が全く検出されないことから、IL-17産生型gdT細胞の分化にはSykが重要な役割を果たしていることが明らかにされた。しかし、Syk欠損マウスは新生仔致死であるため、末梢gdT細胞におけるSykの役割については解析が及んでいない。そこで、最終年度では、リンパ球系列特異的Syk欠損マウス(Syk cKO)を作成し、末梢gdT細胞のサイトカイン産生能などについて解析を行った。Syk cKOマウスの胸腺では、gdT細胞の細胞数がわずかに減少していた。PMAとイオノマイシン刺激によってサイトカイン産生能を解析したところ、これまでの結果と一致して、IL-17産生型gdT細胞はほとんど検出されなかった。一方、IFNg産生型gdT細胞の絶対数に変化は認められなかった。また、抗体によってTCR刺激を誘導した結果、Sykの欠損によってERKやAKTのリン酸化の減弱が観察された。次に、末梢組織におけるgdT細胞について解析を行った。脾臓および肺ではIL-17産生型gdT細胞数が顕著に減少し、IFNg産生型gdT細胞数に大きな変化は認められなかった。また、皮膚に局在するVg5Vd1陽性gdT細胞も野生型と同等に検出された。腸管上皮に局在するVg7陽性gdT細胞もまた大きな変化は認められなかった。Syk cKOマウスの樹立により、Syk欠損時における末梢gdT細胞を解析することが可能になり、今後疾患との関わりについて検証することが可能となった。T細胞は胸腺にて分化し、細胞表面上のT細胞レセプター(TCR)によってαβT細胞とγδT細胞に分けられる。これまでにαβT細胞の分化メカニズムはよく研究されてきたが、γδT細胞の分化メカニズムや生理学的重要性は十分に理解されていない。γδT細胞は胸腺にてIL-17を産生するγδT17細胞に分化し、細胞表面上に発現するTCRVγ鎖に応じて異なる組織へ移行する。本研究ではγδT細胞のTCRシグナル伝達に関与する分子を同定し、γδT17細胞の分化メカニズムの解明を目的とした。γδT細胞のTCRシグナル伝達における重要な因子を同定するために、Zap70とSykに着目した。Zap70とSykは構造上相同な分子であり、前者はαβTCR直下で、後者はB細胞受容体や自然免疫受容体直下で機能するキナーゼである。新生仔胸腺から精製したγδT細胞にTCR刺激を誘導し、抗リン酸化チロシン抗体を用いて免疫沈降を行った結果、TCRシグナル依存的にZap70とSykがリン酸化されることがわかった。次に、Zap70とSykのγδT細胞におけるTCRシグナル伝達への関与を解析するために、各々の欠損マウスを作製した。Zap70を欠損するγδT細胞ではTCRシグナル伝達はほぼ正常であったが、Sykを欠損するγδT細胞では、TCRシグナル伝達が著しく障害されていた。そこで、γδT17細胞数を解析した結果、Zap70欠損マウスでは半減程度であったが、Syk欠損マウスではほとんど検出されなかった。以上の結果から、γδT17細胞の分化はSyk依存的TCRシグナルが必要であることが解明された。これまでαβTCR直下のキナーゼはZap70であると理解され、当初はγδTCRについても同様の動作原理によってTCRシグナルが伝達されると予測されていた。しかし、本研究成果から、γδT細胞では、主要なキナーゼはZap70ではなくSykであることが、遺伝子改変マウスの解析から明らかにされ、これまでのTCRシグナル伝達経路の理解を一変させうる発見に繋がった。現在のところ、γδTCR複合体内にZap70またはSykが会合していることを証明できておらず、今後の課題である。また、Sykが同定されたことで、γδT細胞の機能獲得とTCRシグナルとの関連性が明らかにされつつあり、IL-17だけでなく、他のサイトカインや機能分子についても解析の必要性が生じた。したがって、今後の研究を発展させるための重要な基礎データを構築することができたといえる。Syk欠損マウスは新生仔致死であるため、維持や実験に用いる個体数の確保が難しいが、ゲノム編集法の活用によって、Zap70欠損マウスやSyk欠損マウスを効率よく作製することができた。したがって、大幅な時間削減を実現し、予定通りのスケジュールで遺伝子改変マウスの表現型解析ができた。初年度の研究から、Zap70とSykはともにTCR刺激依存的に活性化されるが、遺伝子欠損マウスの解析からSykがgdTCRシグナル伝達を担う重要なチロシンキナーゼであることが示唆された。

さらに、IL-17産生型gdT細胞の分化はSyk依存的に誘導されることがわかった。初年度の解析結果に基づき、Syk依存的TCRシグナルが制御する下流分子の同定を試みた。B細胞おいて、SykはPI3K/Akt経路の活性化に必要であることから、gdT細胞におけるPI3K/Akt経路の役割に着目した。Sykを欠損するgdT細胞ではTCR刺激依存的なAKTのリン酸化が有意に減少したが、Zap70を欠損するgdT細胞では正常であった。また、PI3K阻害剤であるIC87114存在下で胎仔胸腺を培養した結果、IL-17産生型gdT細胞の絶対数は劇的に減少したが、IFNg産生型gdT細胞の絶対数に変化は認められなかった。IL-17産生型gdT細胞におけるPI3Kの役割をより詳細に検討するために、PI3K触媒サブユニットであるp110d/p110g二重欠損マウスをCRISPR/Cas9法によって作成した。このマウスから得たgdT細胞はTCR刺激依存的なAKTの活性化が減弱していたがERKのリン酸化は概ね正常であった。胸腺内のgdT細胞の分化を解析した結果、gdT細胞の総数に変化は認められなかったが、IL-17産生型gdT細胞が完全に消失していることがわかった。一方、IFNg産生型は増加することがわかった。以上の結果から、gdT細胞ではSykがPI3K/Aktを活性化し、gdT細胞のIL-17産生能獲得に必須であることが明らかにされた。Sykの下流分子としてPI3K/Aktに着目し、PI3K欠損マウスの解析や阻害剤を用いた解析を完了させた。その結果、SykおよびPI3KがgdT細胞の重要な制御因子であることを明らかにすることができた。したがって、当初の目的であったgdT細胞の機能を決定づけるTCRシグナル経路について高い解像度をもって解析することができた。本研究ではCRISPR/Cas9法を用いることによって、迅速かつ高効率にPI3K二重欠損マウスを作成することができたため、大幅に時間短縮することができ、余裕を持って研究に取り組むことができた。本研究から、gdT細胞の分化を制御する抗原受容体シグナルは、abT細胞におけるTCRシグナル経路よりも、B細胞抗原受容体シグナルに類似している可能性が示唆された。このような非典型的TCRシグナル経路は現在までマウスでは報告されておらず、今後さらなる研究が必要であると考えられる。本研究では、IL-17産生型gdT細胞の分化を制御する動作原理の理解を目指し、gdTCR下流で機能するチロシンキナーゼであるZap70とSykの役割について解析を行った。これまでの研究成果から、Syk欠損マウスの胸腺ではIL-17産生型gdT細胞が全く検出されないことから、IL-17産生型gdT細胞の分化にはSykが重要な役割を果たしていることが明らかにされた。しかし、Syk欠損マウスは新生仔致死であるため、末梢gdT細胞におけるSykの役割については解析が及んでいない。そこで、最終年度では、リンパ球系列特異的Syk欠損マウス(Syk cKO)を作成し、末梢gdT細胞のサイトカイン産生能などについて解析を行った。Syk cKOマウスの胸腺では、gdT細胞の細胞数がわずかに減少していた。PMAとイオノマイシン刺激によってサイトカイン産生能を解析したところ、これまでの結果と一致して、IL-17産生型gdT細胞はほとんど検出されなかった。一方、IFNg産生型gdT細胞の絶対数に変化は認められなかった。また、抗体によってTCR刺激を誘導した結果、Sykの欠損によってERKやAKTのリン酸化の減弱が観察された。次に、末梢組織におけるgdT細胞について解析を行った。
微小環境における腫瘍細胞の悪性誘導機序の解析と制御

腫瘍細胞は生体内の微小環境にいて生体内因子に応答して悪性形質を発現していると考えられる。AH66細胞はin vivoでシスプラチン(CDDP)耐性を示す。そこで、対照細胞としてAH66から分離されたAH66F細胞を用い、AH66細胞のin vivo耐性の機序を検討した。AH66F細胞のin vitroにおけるCDDP感受性は、腹水の添加によってもIL-1β、IL-6、TNF-αの添加によっても全く変化しなかったが、AH66細胞のCDDP感受性は、腹水の添加だけでなく、IL-1β、TNF-αにより有意に低下した。そして、この感受性の変化は、PKC阻害剤で抑制できたが、PKA阻害剤の影響を受けなかった。細胞内メチロチオネイン(MT)含量を測定したところ、AH66F細胞ではいずれの処置によってもMT含量は変化することはなかったが、AH66細胞は、腹水中で培養することによりMT量が著しく増加することが明らかとなった。さらにAH66細胞を腹水中で培養することによりCDDP取り込み量が低下することも見出した。これに伴い、細胞外へのCDDP排出量が増加した。CDDPはグルタチオン抱合した後、アニオントランスポーターにより細胞外へ排出されるため、AH66細胞に発現しているアニオントランスポーターを検索したところ、MRP、cMOATの他数種類のトランスポーターの発現を確認した。しかし、腹水により発現量が変化したのはcMOATのみであった。対照細胞のAH66Fでは、CDDP取り込み量はAH66細胞より著しく高く、上記のような処理によっても細胞内CDDP量には変化がなかった。また、AH66F細胞はMRPを発現していたが、cMOATmRNAの発現は確認できなかった。以上のように、in vitroでは検知し得ないin vivo薬剤耐性を提示できたこと、この様な現象が生体内での癌細胞の増殖環境で起こっていることを示したことは意義深いものと考える。
雌性生殖細胞系列の全分化過程を体外培養下で再現可能にする生理活性物質群の同定

1)卵形成:卵巣の中の卵は「受け身」の存在で卵胞細胞によって制御されていると考えられてきた。しかし、本研究の成果により卵子を見る目が変わりつつある。卵子は生理活性物質を分泌し、卵巣内現象を「能動的」に調節していることを明らかにした。卵丘のグリコサミノグリカン産生は卵子の分泌する蛋白によって促進され、卵胞周囲の血管形成や卵の生存を促進し、排卵へと導く。一方、卵丘のヒアルロン酸は、CD44を介して卵成熟を促進する。また、哺乳類の卵形成の選択性は血管形成の偏りにもとずくことや卵の死滅にかかわるfas-fasリガンドの役割を明らかにした。2)卵成熟:性腺刺激ホルモンがMPFを活性化するメカニズムには、哺乳類独特のものがあることを明らかにした。成熟卵は第二減数分裂中期で休止し、排卵され、精子を待つが、この休止に、c-mos遺伝子産物のかかわることをノックアウトマウスを用いた実験で明らかにし、さらにc-mos欠損マウスでは受精しても減数分裂から脱出できないことを示した。EGFを含む卵成熟誘起培養液を開発した。卵胞液から卵成熟に伴う卵丘膨化に係わる因子を同定した。3)受精:精子卵子の接着から融合に至る過程の解析は、透明帯を除去した多数の卵の必要であったり、同調化が難しかったりして、解析が困難であった。本研究では、これらの困難を克服し、受精の膜融合時に、卵子のインテグリン分子が直接精子と結合し、さらに精子結合部位へのインテグリン分子の集合や細胞骨格蛋白の凝集が誘導されることを明らかにしている。4)初期発生:受精卵を培養すると動物種や系統に特有のステージで発生がブロックされることが多い。培養液からリン酸を除くとブロックは解除される。私達はAKR/Nマウスにおいて2細胞期で発生がブロックされる現象を解析し、リン酸がcdc2の脱リン酸を抑え、MPFの活性化を抑制することを示した。なお、リン酸除去培地で培養した胚は正常に産子へと発育した。生殖細胞系列の全分化過程を体外で再現し、「独立生命体」として生殖細胞系列を成立・維持することを目的として実験を行い、今年度、つぎのような成果を得た。1)卵母細胞の選択的発育に血管網および血管増殖因子(EGF、グリコサミノグリカン)が関与することを明らかにした。2)卵巣における退化卵母細胞の除去にFSHおよびマクロファージが関与することを明らかにした。3)プロジェステロンによる単為発生誘起と紡錘体の動向の関連を明らかにした。4)AKR/Nマウス胚の2-cell Blockが燐酸によって誘導され、この誘導にcdc2 kinaseが関与することを明らかにした。また、燐酸除去培地で培養した胚が正常に発育することを示した。5)卵成熟に伴って誘導される膨化卵丘のグリコサミノグリカン構成を解析し、卵子由来因子がヒアルロン酸合成を促進することを示した。7)MAPキナーゼの導入により卵核胞崩壊が誘導できることを示した。8)マウス胎仔の内部構造を非破壊的に観察するMRI法を開発した。9)卵巣の血管像を軟部組織を残したまま観察するレクチンアンジオグラフィー法を開発した。

1)卵形成:卵巣の中の卵は「受け身」の存在で卵胞細胞によって制御されていると考えられてきた。しかし本研究の成果により卵子を見る目が変わりつつある。卵子は生理活性物質を分泌し、卵巣内現象を「能動的」に調節していることを明らかにした。卵丘のグリコサミノグリカン産生は卵子の分泌する蛋白によって促進され、卵胞周囲の血管形成や卵の生存を促進し、排卵へと導く。一方、卵丘のヒアルロン酸は、CD44を介して卵成熟を促進する。また、哺乳類の卵形成の選択性は血管形成の偏りにもとずくことや卵の死滅にかかわるfas-fasリガンドの役割を明らかにした。2)卵成熟:性腺刺激ホルモンがMPFを活性化するメカニズムには、哺乳類独特のものがあることを明らかにした。性熟卵は第二減数分裂中期で休止し、排卵され、精子を持つが、この休止にc-mos遺伝子物産のかかわることをノックアウトマウスを用いた実験で明らかにし、さらにc-mos欠損マウスでは受精しても減数分裂から脱出できないことを示した。EGFを含む卵成熟誘起培溶液を開発した。卵胞液から卵成熟に伴う卵丘膨化に係わる因子を同定した。3)受精:精子卵子の接着から融合に至る過程の解析は、透明帯を除去した多数の卵が必要であったり、同調化が難しかったりして、解析が困難であった。本研究では、これらの困難を克服し、受精の膜融合時に、卵子のインテグリン分子が直接精子と結合し、さらに精子結合部位へのインテグリン分子の集合や細胞骨格蛋白の凝集が誘導されることを明らかにしている。4)初期発生:受精卵を培養すると動物種や系統に特有のステージで発生がブロックされることが多い。培溶液からリン酸を除くとブロックは解除される。私達はAKR/Nマウスにおいて2細胞期で発生がブロックされる現象を解析し、リン酸がcdc2の脱リン酸を仰え、MPFの活性化を仰制することを示した。なお、リン酸除去培地で培養した胚は正常に産子へと発育した。
サケの産卵回遊制御の分子形態学的基盤

申請者の研究グループがこれまでに塩基配列を解析してきたバソトシン,イソトシン,サケ生殖腺刺激ホルモン放出ホルモン(sGnRH),甲状腺刺激ホルモン放出ホルモン(TRH),副腎皮質刺激ホルモン放出ホルモン(CRH)などの神経ホルモンをコードする遺伝子それぞれの発現レベルの脳内各部域における変動を,成長から成熟にかけての時間軸に沿って採取したサクラマスおよび回遊経路に沿って採取したシロザケ試料のついて,主に定量的リアルタイムPCR法を用いて解析し,以下のことを明らかにした.i)これまでモデル系として,稚魚期から産卵期までの2年間にわたり下垂体ホルモンmRNA量の年周変動を解析してきたサクラマスの脳および脳下垂体について,5種類がクローニングされているGnRH受容体遺伝子の発現レベルの変動を明らかにした.それによって,sGnRH遺伝子,受容体遺伝子,および下垂体の生殖腺刺激ホルモン遺伝子の発現は,時間的によく対応のとれた関係にあることが示された.ii)産卵回遊途上の各段階のシロザケ脳内各部域における神経ホルモン遺伝子および下垂体ホルモンの発現レベルの変動を解析し,母川回帰にともなう視床下部-下垂体-生殖腺計の動態を明らかにする目的で,初夏と秋のベーリング海のシロザケから試料を採取することができた.それに加えて,石狩川水系のシロザケからも,母川遡上時の成熟の進行を追った試料を得ることができた.部分的な解析データは,モデル系であるサクラマスから得られているデータと対応がとれるものであった.iii)神経ホルモン遺伝子の発現調節機構,およびiv)標的細胞における神経ホルモンの作用機構を,光学的手法と分子生物学的方法を併用して解析した結果は,GnRHが他の中枢ニューロンの電気的活動を制御している可能性を示すものであった.申請者の研究グループがこれまでに塩基配列を解析してきたバソトシン,イソトシン,サケ生殖腺刺激ホルモン放出ホルモン(sGnRH),甲状腺刺激ホルモン放出ホルモン(TRH),副腎皮質刺激ホルモン放出ホルモン(CRH)などの神経ホルモンをコードする遺伝子それぞれの発現レベルの脳内各部域における変動を,成長から成熟にかけての時間軸に沿って採取したサクラマスおよび回遊経路に沿って採取したシロザケ試料のついて,主に定量的リアルタイムPCR法を用いて解析し,以下のことを明らかにした.i)これまでモデル系として,稚魚期から産卵期までの2年間にわたり下垂体ホルモンmRNA量の年周変動を解析してきたサクラマスの脳および脳下垂体について,5種類がクローニングされているGnRH受容体遺伝子の発現レベルの変動を明らかにした.それによって,sGnRH遺伝子,受容体遺伝子,および下垂体の生殖腺刺激ホルモン遺伝子の発現は,時間的によく対応のとれた関係にあることが示された.ii)産卵回遊途上の各段階のシロザケ脳内各部域における神経ホルモン遺伝子および下垂体ホルモンの発現レベルの変動を解析し,母川回帰にともなう視床下部-下垂体-生殖腺計の動態を明らかにする目的で,初夏と秋のベーリング海のシロザケから試料を採取することができた.それに加えて,石狩川水系のシロザケからも,母川遡上時の成熟の進行を追った試料を得ることができた.部分的な解析データは,モデル系であるサクラマスから得られているデータと対応がとれるものであった.iii)神経ホルモン遺伝子の発現調節機構,およびiv)標的細胞における神経ホルモンの作用機構を,光学的手法と分子生物学的方法を併用して解析した結果は,GnRHが他の中枢ニューロンの電気的活動を制御している可能性を示すものであった.本研究は脳内の神経ホルモン産生ニューロンによるサケの回遊の制御機構を,細胞・分子レベルで理解するために,以下のことを明らかにすることを目的としてスタートした.i)稚魚期から産卵期までのサクラマス脳内の神経ホルモン遺伝子の発現レベル変動を測定し,視床下部神経ホルモンと下垂体ホルモンの遺伝子発現のレベルでの対応を明確にする.ii)産卵回遊途上のシロザケ脳内各部域における神経ホルモン遺伝子および下垂体ホルモンの発現レベルの変動を解析し,母川回帰にともなう視床下部-下垂体系の動態を明らかにする.さらに,iii)神経ホルモン遺伝子の発現調節機構,およびiv)標的細胞における神経ホルモンの作用機構を,光学的な手法と分子生物学的な方法を併用して解析する.今年度はこれらの目的に対して次のような結果が得られている.i)サクラマスにおける神経ホルモン遺伝子の発現変動の解析:稚魚期から産卵期までの2年間にわたる下垂体ホルモンmRNA量の年周変動を解析してきたサクラマスの脳について,sGnRHをコードするmRNAのレベル変動を測定し,下垂体ホルモンの遺伝子発現の対応を明確にした.ii)回遊にともなう神経ホルモン遺伝子の部域特異的な発現変動の解析:北洋から日本に帰り着くまでに,シロザケの脳および脳下垂体の中で起きているホルモン遺伝子の発現変動を,時系列的に解析するための試料を,ベーリング海および千島列島東方で入手した.北海道沿岸および石狩川を回帰中のサケについても,きめの細かい時系列データを得るための試料が入手できた.神経ホルモン遺伝子の発現調節機構を解明するための一端として,バソトシンニューロンの活動を共焦点レーザー顕微鏡を用いたカルシウムイメージング法により解析し,細胞内カルシウムイオン濃度の調節にGnRHが関わっていることを明らかにした.また,バソトシン遺伝子の転写調節領域の構造を明らかにした.本年度は脳内の神経ホルモン産生ニューロンによるサケの回遊の制御機構を,細胞・分子レベルで理解するために,以下のことを明らかにすることを目的として研究を進めた.i)

これまでモデル系として、稚魚期から産卵期までの2年間にわたり下垂体ホルモンmRNA量の年周変動を解析してきたサクラマスの脳について,神経ホルモン遺伝子の発現レベルの変動を測定し,視床下部神経ホルモンと下垂体ホルモンの遺伝子発現のレベルでの対応を明確にする.ii)産卵回遊途上の各段階のシロザケ脳内各部域における神経ホルモン遺伝子および下垂体ホルモンの発現レベルの変動を解析し,母川回帰にともなう視床下部-下垂体系の動態を明らかにする.さらに,iii)神経ホルモン遺伝子の発現調節機構,およびiv)標的細胞における神経ホルモンの作用機構を,光学的なイメージングによる手法と分子生物学的な方法を併用して解析することを目指し,以下の知見を得ることができた.i)サクラマス脳内の終脳後腹部および視索前野にかけて分布するGnRHニューロンにおけるGnRH遺伝子の発現が,生殖腺の成熟が高まり始める春および最終成熟が進行する秋に上昇した.春の上昇は成長ホルモンおよびプロラクチン遺伝子の発現レベルがたかくなることに,秋の上昇は生殖腺刺激ホルモンサブユニット遺伝子の発現の上昇に対応していた.ii)石狩川に回帰してきたシロザケの脳内各部では,石狩湾沿岸域から千歳の孵化場への溯上にともないGnRH遺伝子の発現レベルが上昇するが,そのパターンには部域差が見られた.なお,イメージングによる解析で,GnRHによって,バソトシン産生細胞の[Ca^<2+>]_iの増加をともなう電気活動が高まることが示された.申請者の研究グループがこれまでに塩基配列を解析してきたバソトシン,イソトシン,サケ生殖刺激ホルモン放出ホルモン(sGnRH),甲状腺刺激ホルモン放出ホルモン(TRH),副腎皮質刺激ホルモン放出ホルモン(CRH)などの神経ホルモンをコードする遺伝子それぞれの発現レベルの脳内各部域における変動を,成長から成熟にかけての時間軸に沿って採取したサクラマスおよび回遊経路に沿って採取したシロザケ試料のついて,主に定量的リアルタイムPCR法を用いて解析し,以下のことを明らかにした.i)これまでモデル系として,稚魚期から産卵期までの2年間にわたり下垂体ホルモンmRNA量の年周変動を解析してきたサクラマスの脳および脳下垂体について,5種類がクローニングされているGnRH受容体遺伝子の発現レベルの変動を明らかにした.それによって,sGnRH遺伝子,受容体遺伝子,および下垂体の生殖腺刺激ホルモン遺伝子の発現は,時間的によく対応のとれた関係にあることが示された.ii)産卵回遊途上の各段階のシロザケ脳内各部域における神経ホルモン遺伝子および下垂体ホルモンの発現レベルの変動を解析し,母川回帰にともなう視床下部-下垂体-生殖腺計の動態を明らかにする目的で,初夏と秋のベーリング海のシロザケから試料を採取することができた.それに加えて,石狩川水系のシロザケからも,母川遡上時の成熟の進行を追った試料を得ることができた.部分的な解析データは,モデル系であるサクラマスから得られているデータと対応がとれるものであった.iii)神経ホルモン遺伝子の発現調節機構,およびiv)
画像解析と数値モデルに基づいた噴石の運動メカニズムの解明

本研究は噴石の運動メカニズムについて画像解析と数値計算技術を駆使して解析を行い、重要な知見を得ること、それを防災対策に結び付けることが目的であった。数値モデルを、地形効果を考慮できるように改良し、このモデルを用いて行ったミュレーションの結果を観測された噴石のインパクトクレータの分布と比較することによって、噴出時の方向、角度、速度と着地時の速度およびエネルギーを明らかにすることができた。使用された数値モデルは、共同研究者らの要望もあり、ソフトウェア"Ballista"とし、Web上で公開した。Ballistaは防災研究やハザードマップの作成など実際の防災の現場において活用されている。本研究は火山噴火における噴石と呼ばれる火山噴出物の挙動とその運動メカニズムを、画像解析技術と数値モデルを用いて過去の噴火の痕跡などから解明し、それらを応用してコンピュータシミュレーションを行い、防災対策を推し進めるための基礎的な技術を開発することを目的とした研究である。特に1画像解析技術を用いた粒子(噴石)の堆積空間分布等をもとめる技術の確立、2数値モデルの改良とその利用による粒子運動メカニズムの解明、3噴石のハザードマップ作製と防災対策への応用の働きかけ、を目指している。2014年に起きた御嶽山の噴火を例に、噴石の堆積空間分布等を写真などから求めることを目指していたが、写真画像等のデータの精度があまり良くなかったため、数値モデルの改良を先に行った。その結果、数値モデルには地形データを取り込むことができるようになり、さらに噴出方向の傾きなどを考慮してシミュレーションを行えるようになった。この改良された数値モデルを用いて、第一次情報として得られた噴石の大まかな分布から、噴石の噴出速度や噴出角、着地速度、着地時のエネルギーなどの推定を行った。既存の画像データを用いた解析の部分では、画像データの精度があまり良くなかったために苦戦している。しかし、一方で数値モデルの改良を行うことにより、噴石の堆積分布の精度があまり良くない状況でも噴出角度や噴出速度の推定を行うことができるようになった。また、上空からの撮影、フィールドワークは日数と条件が非常に限られたものであったが、実施した。よって、平成28年度に行う部分を平成27年度に前倒しして行い、成果を得た部分との差し引きを考えると、順調に進展していると考えられる。本研究は火山噴火における噴石と呼ばれる火山噴出物の挙動とそのメカニズムを、画像解析技術と数値モデルを用いて過去の噴火の痕跡などから解明し、それらを応用してコンピュータシミュレーションを行い、防災対策を推し進めるための基礎的な技術を開発することを目的とした研究である。御嶽山の2014年の噴石についての噴出速度などを推定する研究を通じてシミュレータを改良し、地形効果を含めた計算が行えるようになった。このシミュレータはさらにグラフィカルユーザーインタフェースを作成し、これを用いて、ニュージーランドにおいて科学者を対象としたワークショップを行った。現在は、ニュージーランドの研究者と共同研究で、多くの人に使ってもらえるようにソフトウェア化を行っている。さらに、阿蘇山において2015年の噴火の際に取得したビデオ画像から噴石の軌跡を解析し、爆発の深度についての推定や、軌跡をシミュレーション結果と照らし合わせることで噴石の運動メカニズムの解明を進めた。御嶽山の2014年噴火における噴石の解析で開発、改良されてきたシミュレータは、グラフィカルユーザーインタフェース(GUI)を作成して、夏にニュージーランドで科学者に使用してもらうワークショップを行った。GUIを用いたシミュレータはかなり好評であったと共に、ワークショップ中に行った計算だけでも、重要な知見を得ることができた。科学者達からも数値モデルの公開を求める声が上がっているので、公開するための論文を準備中である。これまでは噴石の堆積分布等の静的な情報から噴出速度等の推定を行ってきたが、実際に動く噴石を観測することで静的な情報では得られない運動メカニズムを探る必要がある。阿蘇山では2015年に本質岩片を噴出するようなストロンボリ式噴火があり、その際にビデオ観測を行って動画を取得した。この噴火については画像解析によって個々の噴石の軌跡を時間とxyの関数として抽出した。そして、抽出した軌跡を噴石のシミュレーション結果と比較することで、噴石の周辺のガスの速度を推定する解析を行った。また軌跡のカーブから噴火の爆発深度についても推定を行った。この解析についてワークショップで発表したところ、空振データなどを解析した他の研究者から噴石の噴出に関連した知見を得ることができた。今後はこの画像解析をさらに進め、空振の解析結果と絡めて研究を進めたい。また、画像解析を用いてシミュレーションの逆解析(インバージョン)から噴出条件などを求めるインバージョンのモデルを構築することについては、さらに他の研究者と議論を進めている。今後2016年に起こった阿蘇山の水蒸気噴火についても野外調査とデータ収集を進め、モデルを作成するためのステップとして静止画像と動画、両方の画像解析を進めたい。阿蘇山のストロンボリ式噴石に関する論文についても秋には投稿予定である。よって、おおむね順調に推移していると考えられる。本研究は御嶽山の2014年の噴火で大きな被害を出した噴石の運動メカニズムについて画像解析のデータおよび技術を駆使して解析を行い、重要な知見を得ること、そしてそれを防災対策に活かせる形にすることが目的であった。本研究では御嶽山における野外調査や写真等から噴火当時の状況を把握した。また、数値モデルを改良して、地形によって噴石の着地地点の分布が異なる様子を再現できるようになった。

この、改良された数値モデルを用いて行ったミュレーションの結果を観測された噴石のインパクトクレータの分布と比較することによって、噴出時の射出角、報告、噴出速度などを明らかにすることができた。また、2015年には阿蘇山においてストロンボリ式噴火における噴石の運動をビデオと空振・地震によって観測し、御嶽山などの水蒸気噴火とは違うマグマ噴火の噴石の運動メカニズムを調べることができた。この際にも画像解析の技術を駆使することで、噴火が起こっている際の噴石の運動をとらえる技術を開発することもできた。開発された数値モデルは、ニュージーランドの共同研究者らの要望もあり、グラフィックユーザーインターフェース(GUI)を付けたソフトウェア"Ballista"とし、Web上で公開している。このソフトウェアを用いたワークショップが2015年にニュージーランド(NZ)のトンガリロで行われ、NZ全国から研究者が集まって使い方を学ぶとともに、噴石を放出するような噴火においてどのような野外調査を行い、Ballistaを活用していくべきかの議論が行われた。そしてNZや日本において、Ballistaは防災研究やハザードマップの作成など実際の防災の現場において活用されている。本研究は噴石の運動メカニズムについて画像解析と数値計算技術を駆使して解析を行い、重要な知見を得ること、それを防災対策に結び付けることが目的であった。数値モデルを、地形効果を考慮できるように改良し、このモデルを用いて行ったミュレーションの結果を観測された噴石のインパクトクレータの分布と比較することによって、噴出時の方向、角度、速度と着地時の速度およびエネルギーを明らかにすることができた。使用された数値モデルは、共同研究者らの要望もあり、ソフトウェア"Ballista"とし、Web上で公開した。Ballistaは防災研究やハザードマップの作成など実際の防災の現場において活用されている。平成28年度は27年度に苦戦した画像データの解析の部分を主に進めていきたい。苦戦はしたものの、調査や議論を行うことにより、技術的なサポートを見つけられたため今後は進展が期待できる。さらに、より精度の良い堆積分布のデータが得られれば、再び数値モデルとの比較もしくはインバージョンを行って、あらためて噴出速度や着地速度の推定を行いたい。また、噴石のリスク評価を行うため、建物被害、人的災害のデータを収集を行う。今後は公開予定の数値モデルを整備し、パラメータスタディを行って論文とSource Codeを同時に公開する予定である。また、阿蘇山の噴石については、噴石が飛来中に取った動画から噴石の爆発時のエネルギー、および飛来中のガスの流れの影響等に関する情報を導き出したいと考えている。特に噴石の密度については、気泡等による凹凸の激しい岩石について3Dスキャナーを用いた体積測定を行い、非破壊で求める手法を確立したい。さらに、阿蘇山では2016年に水蒸気噴火が起きている。