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HIV-1プロテアーゼにおける阻害剤耐性機構の解明および新規阻害剤の創製

平成19年度において、私はHIV-1プロテアーゼのM36I変異が阻害薬耐性に関与する機構ついて詳細な解析を行った。M36Iは、HIV-1プロテアーゼの薬物結合部位active siteの外側(non-active site)で生じる変異であるが、プロテアーゼ阻害薬、特にネルフィナビル(NFV)に対する耐性に関与する耐性変異として知られている。私は、M36I変異の影響を解明するため、分子動力学法を適用し、コンピューター上でM36I変異プロテアーゼ・NFV複合体の構造を予測した。M36Iプロテアーゼ・NFV複合体とWild typeプロテアーゼ・NFV複合体の構造を比較することにより、M36I変異のNFVの結合への影響を解析した。解析の結果、M36I変異は、HIV-1プロテアーゼの構造に顕著な変化は与えないものの、NFVとプロテアーゼ間で重要な相互作用のひとつである、D30-NFV間相互作用に影響を与えることが分かった。さらに私は、NFV耐性変異であるD30N変異とN88S変異の出現率が、M36I変異の存在によって変化するかについても調査した。結果、M36I存在下で、D30N変異は出現に不利に、逆にN88S変異は出現が有利になることが示唆された。これらの変化は、上記したD30/N30-NFV間相互作用の変化に起因するものであった。さらに、昨年度に研究を進めた多剤耐性変異L90Mプロテアーゼに対し効果を持つ阻害薬の設計に基づき、有機実験において設計した阻害薬の合成を行った。平成17年度において、私はHIV-1プロテアーゼのL90M変異による阻害薬耐性機構ついて詳細な解析を行った。L90Mは、HIV-1プロテアーゼのactive siteの外側(non-active site)で生じる変異であるが、複数のプロテアーゼ阻害薬に対し耐性を示す他剤耐性変異として知られている。私は、L90M変異による耐性機構を解明するため、分子動力学法を適用し、コンピューター上でL90M変異プロテアーゼ・阻害薬複合体の構造を予測した。阻害薬として、最もL90Mによる耐性に関係深いSQVおよびNFV、逆にL90M変異ひとつだけでは耐性を示さないLPVを用いた。さらに、プロテアーゼの基質のひとつであるPRRTとL90M変異プロテアーゼ複合体の構造予測も同時行った。これらのL90Mプロテアーゼ・阻害薬複合体とWild typeプロテアーゼ・阻害薬複合体の構造を比較することにより、L90Mによる阻害薬耐性機構の解明を行った。解析の結果、L90M変異は、SQVまたはNFVと結合する際、active siteでの構造変化、特にflap領域や80sループにおける構造変化を引き起こすことにより耐性を示すことが分かった。この構造変化は、non-active siteでの90M側鎖と25D主鎖間の相互作用変化が、active siteでの25D側鎖の移動および84I側鎖の回転により生じたものであった。一方、LPVやPRRTが結合したL90M変異プロテアーゼでは、これらの構造変化が見られなかった。このことから、25Dと相互作用する阻害薬のP1/P1'部位の構造が大きくL90Mの耐性に関与することも示唆した。平成18年度において、私はHIV-1プロテアーゼのN88S変異による阻害薬耐性機構ついて詳細な解析を行った。N88Sは、HIV-1プロテアーゼの薬物結合部位active siteの外側(non-active site)で生じる変異であるが、プロテアーゼ阻害薬、特にネルフィナビル(NFV)、アタザなビル(ATV)に対し耐性を示す耐性変異として知られている。私は、N88S変異による耐性機構を解明するため、分子動力学法を適用し、コンピューター上でN88S変異プロテアーゼ・阻害薬複合体の構造を予測した。N88Sプロテアーゼ・阻害薬複合体とWild typeプロテアーゼ・阻害薬複合体の構造を比較することにより、N88S変異による阻害薬耐性機構の解明を行った。同時に、N88S変異がHIV-1の種間で、その出現率を変化させる機構の解明を行った。解析の結果、N88Sプロテアーゼは、D30側鎖の水素結合の相手を変えることで、阻害薬に耐性を示すことが分かった。Wild typeプロテアーゼ・阻害薬複合体においては、阻害薬-D30側鎖間水素結合が形成されるが、N88Sが導入されることにより、D30側鎖-S88側鎖間に新たな水素結合を形成され、阻害薬-D30側鎖間水素結合が形成されなくなった。また、この水素結合の変化は、M36Iという変異と共存することで、より顕著となり、HIV-1の種間でのN88Sの出現率の差にM36Iという変異が寄与していることも示唆した。さらに、昨年度において研究を進めた多剤耐性変異L90Mの耐性機構の解析をもとに、L90Mプロテアーゼに対し効果を持つ阻害薬の設計をコンピューター上で行った。この阻害薬は、ロピナビル(LPV)の基本骨格を鋳型に両端のP2およびP2'位を別の官能基で置換した。同時に、有機実験においてロピナビルの基本骨格を4段階で合成した。

M36Iは、HIV-1プロテアーゼの薬物結合部位active siteの外側(non-active site)で生じる変異であるが、プロテアーゼ阻害薬、特にネルフィナビル(NFV)に対する耐性に関与する耐性変異として知られている。私は、M36I変異の影響を解明するため、分子動力学法を適用し、コンピューター上でM36I変異プロテアーゼ・NFV複合体の構造を予測した。M36Iプロテアーゼ・NFV複合体とWild typeプロテアーゼ・NFV複合体の構造を比較することにより、M36I変異のNFVの結合への影響を解析した。解析の結果、M36I変異は、HIV-1プロテアーゼの構造に顕著な変化は与えないものの、NFVとプロテアーゼ間で重要な相互作用のひとつである、D30-NFV間相互作用に影響を与えることが分かった。さらに私は、NFV耐性変異であるD30N変異とN88S変異の出現率が、M36I変異の存在によって変化するかについても調査した。結果、M36I存在下で、D30N変異は出現に不利に、逆にN88S変異は出現が有利になることが示唆された。これらの変化は、上記したD30/N30-NFV間相互作用の変化に起因するものであった。さらに、昨年度に研究を進めた多剤耐性変異L90Mプロテアーゼに対し効果を持つ阻害薬の設計に基づき、有機実験において設計した阻害薬の合成を行った。
空間曲率摂動による宇宙の構造形成

銀河、銀河団等の構造形成の理論と宇宙背景放射の非等方性の観測との間の対応関係を調べることは、宇宙論のもっとも重要な仕事の一つであるが、1992年のCOBEのかそくによる温度揺らぎの検出により、新たな発展の時期を迎えつつある。当研究においては、1992年度、理論と観測の間の矛盾を解決すべく、従来の、断熱密度揺らぎ以外の揺らぎの1つとして、不規則な空間曲率の摂動によってひき起こされる2次的な密度揺らぎに注目し、振舞いを調べた。その結果および上記の観測から、空間曲率摂動の役割は、空間的に小規模の密度揺らぎに対して有効であることがわかった。1993年度においては、前年度に引き継いで、空間曲率の摂動による密度揺らぎ、および、反ニュートン近似に基づく非一様宇宙モデルの導出を行なった。また、同時に、新たな活動として、次の2つの研究活動を行なった。1.上記の密度揺らぎによって引き起こされる構造の観測的意義について研究、および、QSOの大規模な集団化についての観測にともなう重力レンズ効果、銀河の明るさ自身および内部のダスト(宇宙塵)による(後方の天体に対する)隠蔽効果についての研究。QSOの形成に関しては、赤方変移z2で形成されるとするCDM理論とz>5で形成されると考える'高赤方変移ブラツクホール'の理論がある。後者が成り立つためには、(観測的には少ない)z>3のQSOを見えなくする上で、ダスト(宇宙塵)の役割が重要である。これらの問題の解決のために、これらの研究を行なった。2.構造形成特、特に高赤方変移の天体(QSO)の形成、および、重力レンズ効果についての理論と観測を比較的に研究するため、小研究会を開催(平成5年12月6、7、8日、参加者数約25名、基礎物理学研究所にて)。重力レンズ天体MACHOが発見されて間もなくであったので、研究討論は、熱中し大いに有意義であった。従来の重力不安定性理論で用いられてきた線型の断熱摂動や等曲率摂動とは異なった摂動として空間曲率摂動からの密度摂動の発生と成長をとりあげた。これは、例えば、重力波のような曲率の変動をもつが、密度摂動をもたない摂動をもとにし、一般相対論的非線型効果によって、2次的に密度摂動をもたらすものである。観測的には、1992年に宇宙背景放射の大角度非等方性が、アメリカのCOBE衛星によってみつけられ、密度摂動の存在が明らかになってきた。しかし、小角度(10度以下の角度)については、上限値しかみつかっておらず、密度摂動の源、性質は、まだ明らかではない。小角度の摂動は、大角度のすでに測定されているものを延長したものと考えると、上限値はきつすぎるようで、このため、大角度のものとは、別の種類のものである可能性がある。上記の空間曲率摂動は、このような別種の摂動の一つとして考慮されるベきものである。今年度のこの摂動の基本的性質に関する研究を行ない、かつ、研究会、学会で発表し、学術雑誌へも投稿して、掲載がみとめられている。今後は、より堅固な基盤にのせて発展させるため、基礎的研究を続けていくつもりである。これまで、かなり密度摂動に注目して研究を進めたが、非線型重力不安定性理論の中の一部分を占めるものである。

この理論全体の定式化によって、より充実した理論ができるので、この方面にも力を入れたいと思う。銀河、銀河団等の構造形成の理論と宇宙背景放射の非等方性の観測との間の対応は、宇宙論のもっとも重要な研究であるが、1992年のCOBEの観測による温度揺らぎの検出により、新たな発展の時期を迎えつつある。当研究においては、理論と観測の間の予盾を解決すべく、従来の、断熱密度揺らぎ以外の揺らぎの1つとして、不規則な空間曲率の摂動によってひき起こされる密度揺らぎに注目し、振舞いを調べてきたが、その役割は、空間的に小規模の密度揺らぎに対してでありそうである。今年度においては、前年度に引き継いで、空間曲率の摂動による密度揺らぎ、および、反ニュートン近似に基づく非一様宇宙モデルの導出を行なった。また、同時に、新たな活動として、次の2つの研究活動を行なった。1.上記の密度揺らぎによって引き起こされる構造の観測的意義について研究した。また、QSOの大規模な集団化についての観測にともなう重力レンズ効果、銀河の明るさ自身および内部のダスト(宇宙塵)による(後方の天体に対する)隠蔽効果についても調べた。QSOの形成に関しては、赤方変移z2で形成されるとするCDM理論とz>5で形成されると考える'高赤方変移ブラックホール'の理論がある。後者が成り立つためには、(観測的には少ない)z>3のQSOを見えなくする上で、ダスト(宇宙塵)の役割が重要である。これらの問題の解決のために、上記の研究を行なった。2.構造形成、特に、高赤方変移の天体(QSO)の形成、および、重力レンズ効果についての理論と観測を比較的に研究するため、小研究会を開催した。(平成5年12月6、7、8日、参加者数約25名、基礎物理学研究所にて)。重力レンズ天体MACHOが発見されて間もなくであったので、研究討論は、熱中し大いに有意義であった。
病的活性化好中球に起因する内皮細胞の機能・形態変化から見た多臓器不全症の病態解析

外科手術後の腹腔内感染症などに起因する多臓器不全は、重篤な転帰をもたらす事より、病態成立の機序解明が急務となっている。今回我々は、ET血症の中でも特に激しい炎症細胞浸潤伴い、高率に多臓器障害を来す事で知られるrabbit Shwartzman反応を作製し、臓器傷害機序解明を試みた。1)0.04mg/kgのLPSを36h間隔で2回静注し、Rabbit前身性Shwartzman反応を作製した。各時相において(1)肝臓・肺臓の組織所見、分離した好中球の(2)血管内皮細胞への接着能(3)好中球の表面抗原(CD11a,b,CD18)発現(4)組織血管内皮の表面抗原(ICAM-1)発現をフローサイトメトリー、及び免疫組織染色にて測定し、ET1回投与(E1)群と2回投与(E2)群との相違を解析した。2)さらに好中球の接着抗原CD11bに対するモノクローナル抗体(MAb)M1/70を2mg/kg2回目のLPS投与10分前に静注し、このMAb投与群とShwartzman反応群との組織所見・各好中球機能を比較した。2)好中球の血管内皮細胞に対する接着能は、E1群182+60%,E2群295+74%とE2群で著名に亢進していた。3)好中球表面の接着抗原CD11a,CD11b,CD18の発現量はE1群E2群共に高値を示した。4)組織血管内皮のICAM-1発現はE1群E2群共に増強していた。5)抗CD11bMAb投与により、臓器への好中球の集積・出血壊死いずれも阻止された。MAb投与群における好中球の接着能は178+29%とE1軍のレベルまで抑制された。今回の実験では、E2群において好中球は血管内皮接着能が有意に増強していた。この好中球は接着分子Mac-1が、血管内皮はICAM-1がそれぞれ発現の増強を認めた。そこでM1/70を用いて接着能を特異的に抑制すると組織傷害が阻止できた。すなわち、Shwartzman反応においては好中球・血管内皮の過剰な接着が、好中球の病巣への遊走を防げ、正常組織を傷害している可能性が示唆された。
北東アジアのツングース系諸民族住居に関する歴史民族学的研究

この3年間、以下のような作業を続けてきた。1)中国正史東夷伝にみえる住居・建築関係記載の修正2)中国東北地方およびロシア極東地域における新石器時代金代の発掘住居址に関する資料集成3)民族誌にみえる中国東北地方およびシベリア地方におけるツングース系諸族および古アジア系諸族の住居に関する資料集成以上の作業により、北東ユーラシア地域における住居の変遷について、現段階で可能なかぎりの資料が収集できた。現在、その成果を報告書として編集中である。中国正史の東夷伝および北狄伝にみえる建築関係の記載については、すでに集成を完了し、論文を発表した(浅川「正史東夷伝にみえる住まいの素描」「文化財論叢II」奈良国立文化財研究所40周年論文集、1995年:p.795-819)。馬韓、勿吉、靺鞨などが土葺きの竪穴住居をもち、特に勿吉・靺鞨系の竪穴住居は屋上から刻み梯子で出入りするタイプの竪穴住居で、アリューシャン列島のアレウト族、カムチャッカ半島のカムチャダール族、北米のトンプソンインディアンなどの竪穴住居とほぼ同じものと思われる。一方、東夷伝における倭の記載に竪穴住居の記載はまったくないが、『風土記』にみえる「土蜘蛛の土窟」という描写や、各地で発見されている焼失住居からみて、日本各地にも土葺き屋根をもつ竪穴住居が存在したのはあきらかで、馬韓、勿吉、靺鞨との連続性を確認できた。また、南方的な文化要素とみなされがちな高床建物についても、「晋書」粛慎伝と「随書」室韋伝に夏の家としての「巣居」、「三国志」高句麗伝には高床倉庫の描写があり、北方的な視点から系譜を再考する必要のあることがわかった。昨年度から継続している中国東北地方・ロシア極東地方の発掘住居址関係資料の収集をほぼ完了し、その成果の一部を『住宅総合研究財団研究年報』23号に投稿した。今年は、発掘遺構よりも、北東アジア少数民族建築の資料収集に重点をおいた。とくに中国東北地方に居住する満州族、エヴェンキ族、オロチョン族、ナーナイ族などのツングース系諸民族およびそれらの民族と係わりの深い朝鮮族の居住・集落に関するデータを集積した。
個人追跡法による日本人児童・生徒の身体発育の総合的分析

19791995年にわたる児童・生徒の身体成長の縦断的研究,小城成長研究(Ogi Growth Study)ののべ11,256名のデータから12年間の個人追跡データを持つ男女児174名づつを選び出して日本人の思春期の身体成長の総合的分析をおこなった。分析の対象とした身体計測項目は身長,下肢長,座高,上肢長,肩峰幅,腸骨稜幅,体重である。個人追跡データに三重ロジスティック曲線をあてはめるソフトウェアAUXAL3のBTT法を援用した。その結果以下の知見を得た。1)思春期スパートのタイミングは身体各部で一様ではない。下肢長が先行してスパートしそれに座高が続いていく。また,体重は一番遅れてスパートすることが明らかになった。2)各計測項目の成人に達した時の大きさはその途中経過の思春期のタイミングや思春期開始時,思春期時の成長速度は無関係であることが分かった。3)長径項目では,思春期開始時,思春期時の晩熟傾向と思春期スパートの大きさのあいだに強い関係がある。4)女児の腸骨稜幅と男児の肩峰幅の成長パターンには特徴的な傾向がある。5)成長曲線のパラメータの因子分析は思春期スパートに関連した因子として,タイミング関連因子,サイズ関連因子,スパート量関連因子の存在を示唆した。同時に,男女で腸骨稜幅に関連した因子および女児で座高に関連した独自の因子をも示唆した。身体各部の成長速度曲線からとくに思春期スパートに関する成長パラメータの標準値を作成する目的のために,小城成長研究のデータを縦断的に解析した。被験者は1979年から1996年にわたって計測した,佐賀県小城町の公立小,中,高等学校の児童・生徒の男子881人,女子907人(のべ11,256人)である。計測項目は国際生物学プログラム(1969)に基づき,30項目のリストから,身長,体重,座高,上肢長,下肢長,肩峰幅,腸骨稜幅をとりあげた。はじめに縦断的データを編集した。UnixシステムのThe GNU Plotting Utilities(Version 2.4.1,2000)を中心にしたプログラムを自作して,7項目について1,788人の個人追跡データを現量値曲線として描いた。この編集過程でデータの記録ミス,入力ミス,計測ミスなどによる明らかな外れ値を修正した。修正できない外れ値は欠測値として処理した。編集が終わったデータは成長速度曲線のパラメータを求めるためにAUXALコンピュータプログラム(1994)で解析した。身長をAUXALの三重ロジスティック曲線を当てはめて個人の成長曲線とそのパラメータを推定するBTT法で解析した.十分な縦断的データをもつ男子190名,女子266名(女子の88%で12回;男子の30%で12回,61%で13回の計測)に計算時のコマンドERRORの引数は省略時の値であるSD=1.0を男女共に与えた.その結果,1)思春期スパートの開始年齢は男子で10.0±0.72歳,女子で8.5±0.歳,2)身長最大増加年齢は男子で12.7±0.79歳,女子で11.0±0.69歳,3)同時点での速度(身長最大増加速度)は11.0±1.10cm,女子で10.0±0.97cmであることが明らかになった。

計測項目は国際生物学プログラム(1969)に基づき,30項目のリストから,身長,体重,座高,上肢長,下肢長,肩峰幅,腸骨稜幅をとりあげた。7項目をAUXAL3(2002)の三重ロジスティック曲線を当てはめて個人の成長曲線とそのパラメータを推定するBTT法で解析した.12ないし13年間の縦断的データをもつ男子174名,女子174名に計算時のコマンドERRORの引数は省略時の値であるSD=1.0を男女共に与えた.その結果,1)身長最大増加年齢は男子で13.16±0.88歳,女子で11.10±0.77歳,2)下肢長最大増加年齢は男子で12.40±0.88歳,女子で10.87±0.72歳,3)座高最大増加年齢は男子で13.21±0.84歳,女子で11.60±0.73歳,4)上肢長最大増加年齢は男子で12.55±0.84歳,女子で11.00±0.62歳,5)肩峰幅最大増加年齢は男子で13.18±0.79歳,女子で11.52±0.65歳,6)腸骨稜幅最大増加年齢は男子で12.58±0.84歳,女子で11.50±0.66歳,7)体重最大増加年齢は男子で13.40±0.97歳,女子で12.28±1.17歳,であるとが明らかになった。
エアー浮上式精密ベルト研削法の開発

最近の機械の性能は,構成部品の加工精度に大きく左右される.したがって,経済的に機械部品を高精度に加工できる加工法を開発すうことには大きな意義がある.本研究は良好な仕上面粗さと面だれのない仕上面を高能率に加工できる精密ベルト研削技術の構築と装置の開発を目的としている.ベルト研削で問題となる形状精度の低下を,可撓性の研削ベルトを空気圧で浮上させ,回転する被削材との理想的な干渉状態を創りだすことで解決し,形状精度の高い仕上面の創成を可能にした.さらに形状精度の高い仕上面を得るためには,プラテン上の圧力分布と仕上面粗さおよび形状精度との関係を知ることが不可欠である.最初に可能なかぎり均一な実験条件を得るために,エアータンク,プラテン,圧力測定板および加工系機構を自作した,今回,圧力測定板を用いて測定したプラテン上の圧力分布を詳細に調べ,CFDによる結果と比較した.また,アルミナ研削ベルトによるSS400鋼のエアー浮上式精密ベルト研削を実施し,仕上面創成状態について調べた.研削速度は15m/s.エアータンク内圧力は15kPaである.この方法で従来の研削ベルトでは得られなかった高精度加工面を得るごとが出来た.得られた結果は以下のとおりである.1)プラテン上の圧力分布は中央部が高く,端部にいくほど低くなる.CFDによる結果は実際の圧力分布と定性的に一致しており,最適な圧力分布をもつプラテンの設計・製作に有用である.2)被削材の仕上面粗さは研削初期に急速に小さくなり,その後一定値(Ra30nm)に近づく.最近の機械の性能は,構成部品の加工精度に大きく左右される.したがって,経済的に機械部品を高精度に加工できる加工法を開発すうことには大きな意義がある.本研究は良好な仕上面粗さと面だれのない仕上面を高能率に加工できる精密ベルト研削技術の構築と装置の開発を目的としている.ベルト研削で問題となる形状精度の低下を,可撓性の研削ベルトを空気圧で浮上させ,回転する被削材との理想的な干渉状態を創りだすことで解決し,形状精度の高い仕上面の創成を可能にした.さらに形状精度の高い仕上面を得るためには,プラテン上の圧力分布と仕上面粗さおよび形状精度との関係を知ることが不可欠である.最初に可能なかぎり均一な実験条件を得るために,エアータンク,プラテン,圧力測定板および加工系機構を自作した,今回,圧力測定板を用いて測定したプラテン上の圧力分布を詳細に調べ,CFDによる結果と比較した.また,アルミナ研削ベルトによるSS400鋼のエアー浮上式精密ベルト研削を実施し,仕上面創成状態について調べた.研削速度は15m/s.エアータンク内圧力は15kPaである.この方法で従来の研削ベルトでは得られなかった高精度加工面を得るごとが出来た.得られた結果は以下のとおりである.1)プラテン上の圧力分布は中央部が高く,端部にいくほど低くなる.CFDによる結果は実際の圧力分布と定性的に一致しており,最適な圧力分布をもつプラテンの設計・製作に有用である.2)被削材の仕上面粗さは研削初期に急速に小さくなり,その後一定値(Ra30nm)に近づく.本研究は面だれが少なく良好な仕上面粗さを有する加工面を、高能率に加工できる精密ベルト研削技術の構築と装置の開発を目的としている。高精度な仕上面を形成するためには、プラテン表面の圧力分布を正確に把握する必要があるとの観点から、最初にプラテン噴出孔から吹出すエアーの圧力と流量が測定できるように、エアータンクの改良を行った。タンク上部の側面に4箇所の圧力測定穴を設け、デジタル圧力計によりコンプレッサー圧力を変化させても4点間の圧力差が無くタンク上部の圧力分布は常に均一であることを確認した。また実験中の圧力設定は、タンク上面のバックプレッシャーバルブにより調整した。次に電子流量計を用いて圧力を5,10,20kPaに切換えて,タンク上部の16個のエアー噴出孔の流量測定を行った。平均流量と各エアー噴出孔との誤差は約2.0%と良好な結果が得られた。次にプラテン噴出孔を4×4列としたエアーシャワー式プラテンを新たに設計・製作した。前述のタンク噴出孔とシリコンチューブで連結させた後、個々のプラテン噴出孔からのエアー圧力と流量を測定し、それぞれの誤差が5.0%以内であることを確認した。研削ベルトがプラテン表面から0.1mm浮上したと仮定し、プラテン上の81点の圧力分布を速やかに測定するために、自作の圧力測定板,圧力切替弁とデジタル圧力計を組合わせた測定システムを構築した。測定結果として、プラテン中央部の圧力が高くなることが確認された。これは有限要素法による4×4列のエアー噴出孔を有するプラテン表面の圧力分布のシミュレーション結果と、定性的に一致している。また、デジタル測長器による加工量測定系の製作は終了している。レーザー変位測定器を用いた貼付板の回転振れの測定系は現在製作中である。本研究は面だれが少なく良好な仕上面粗さを有する加工面を、高能率に加工できる精密ベルト研削技術の構築と装置の開発を目的としている。高精度な仕上面を形成するためには、プラテン表面の圧力分布を正確に把握する必要がある。

昨年度の圧力測定では、圧力測定板(アクリル製)のエアー圧力による変形とプラテンに対する位置決め精度が測定誤差の一要因となっていた。本年度は圧力測定板を厚さ10mmの鋼製とし、プラテンとの位置決めをピンで調整するように改良し圧力分布測定の正確さを向上させた。圧力タンク内のエアー圧力を12、15kPa(ゲージ圧)とし、圧力測定板とプラテンの隙間を0.06mmおよび0.10mmと変化させた場合のプラテン上の81点の圧力分布測定を行った。エアー噴出孔上部の圧力が高いこと、プラテン中央部の圧力が高くなることや隙間が大となるにつれ平均圧力が低下することが明らかとなった。また実際の圧力分布と有限要素法による4×4列のエアー噴出孔を有するプラテン表面の圧力分布のシミュレーション結果との対応でも、両者が定性的に良く似た特性を示すことが確認された。プラテン上に置いた重錘の3点の浮上量を測定し浮上姿勢を調べた結果、測定位置で浮上量に10%の差があったので、可能な限り均一な浮上量が得られるように工夫を重ねた。誤差の主要因の一つである加工系関連部のクリアランスを極力少なくする作業を続けていたが、スライドベアリングを使用した設計が完了した。次年度は装置を製作し、延性材料であるSS400鋼に対する精密ベルト研削を行い、研削特性を明らかにする。本研究は良好な仕上面粗さと面だれのない仕上面を高能率に加工できる精密ベルト研削技術の構築と装置の開発を目的としている.ベルト研削で問題となる形状精度の低下を,可撓性の研削ベルトを空気圧で浮上させ,回転する被削材との理想的な干渉状態を創りだすことで解決し,形状精度の高い仕上面の創成を目指した.詳細なプラテン上の圧力分布特性を求めるために,平成18年度と同様の手法で測定実験を引き続き行った.タンク内圧力を12,15kPa(gage圧)に設定し、プラテンと圧力測定板のクリアランスを変化させた場合の圧力分布を求めた.いずれの場合も,全体の圧力分布形状としては,中央部が高く端部に近づくにつれて圧力が低下する.またクリアランスが大きくなるにつれ,全体的に圧力が低下し,中央部と端部との圧力差が小さくなることが確認された.次に誤差の主要因の一つである加工系関連部のクリアランスを極力少なくするための、スライドベアリングを使用した加工系を製作した.加工系の浮上姿勢を測定しながら実験装置の性能向上のための改良と調整を行った.この装置を用いて、アルミナ研削ベルト(A#600)によるSS400鋼(直径120mm)の乾式エアー浮上式精密ベルト研削を実施し,仕上面創成状態について調べた.実験条件は研削速度15m/s,被削材回転速度42rpm,押付荷重28.1Nである.まず被削材の前加工としてWA100I7V砥石による平面研削を実施し,仕上面粗さRa=150nmの初期面を得た。研削初期には前加工面の凸部を削除しながら仕上面粗さは急速に小さくなり,その後一定値に近づく傾向を示すことが分かった.得られた仕上面粗さは,研削距離18000mにおいてRa=30nmである.
レートを最小化する予測器を用いた画像データの可逆圧縮に関する研究

1.可逆符号化方式の実装と評価レートを最小化する予測器を用いた可逆符号化方式を開発し,その性能評価を行った.前年度の検討より,レートを最小化する予測器を設計するには,予測誤差の分散の逆数で重み付けされた2乗誤差和を最小化すれば良いことが明らかになっている.この予測誤差の分散は一般に未知であるため,近傍画素のコンテクストモデリングによってその値を推定しているが,予測誤差を符号化する際もこの分散値に基づいて画素単位で可変長符号を切り替えることにより適応的なエントロピー符号化が可能となる.実際にこのアルゴリズムをC言語で実装し,多数のテスト画像を対象として符号化性能の評価を行った.その結果,提案方式は国際標準方式のJPEG-LS方式に対して約0.30bits/pel低い符号化レート達成するなど,可逆符号化方式として極めて高い水準の性能を有していることが実証された.2.カラー画像符号化への応用RGB3信号で構成されるカラー画像は各色信号間に高い相関を有しているため,これらを効率良く符号化するためには,何らかの方法で上記相関を除去することが必要である.非可逆符号化の場合,RGB信号を別の色空間に色座標変換する方法が一般的であるが,可逆符号化では色座標変換に伴う歪の発生が問題となる.本研究では,ラダー回路網を用いた可逆変換法に着目し,可逆符号化のための色座標変換アルゴリズムを開発した.予測誤差の情報量が最小となるように予測器とラダー回路係数を交互に最適化することにより,RGB信号を直接符号化する場合に比べて0.151.90bits/pel符号化レートが削減された.また,JPEG-LSと比較して0.682.31低い符号化レートを達成するなど,カラー画像の可逆符号化に関しても提案方式の有効性が明らかとなった.1.予測符号化における情報量の定式化可逆符号化の国際標準方式であるJPEG-LS等に広く用いられている予測符号化技術の高性能化を図るため,予測誤差の情報量という新しい概念の定式化を試みた.その結果,予測誤差信号の分布がガウス関数で近似できる場合,予測誤差の情報量は2乗誤差に比例することが分かった.これは,予測器の最適化手法としてしばしば用いられる最小2乗法が,上記のような定常信号に対して有効であることを意味している.しかし,通常の画像では予測誤差の分散がエッジ等の影響により大きく変動することが知られており,これらの非定常信号を効率良く符号化するためには適応的なエントロピー符号化の導入が必須となる.このような前提条件の下で更に考察を加えた結果,予測誤差の情報量は予測誤差の分散の逆数で重み付けられた2乗誤差によって定式化できることが判明した.2.レートを最小とする予測器の設計法の開発予測誤差の符号化レートを最小化し得る予測器の設計手法について検討した.また,画像のテクスチャやエッジ成分の変動に対処するため,ブロック単位のクラス分類に基づいた適応予測手法の導入を図った.このときブロック毎のクラス判定とクラス毎の予測器の設計を,予測誤差の情報量をコスト関数として繰り返し実行することで,画像毎に最適なクラス分類と予測器の組を同時に決定することが可能となる.計算機シミュレーションの結果,提案手法により設計された予測器は,2乗誤差をコスト関数として同一手順により設計された予測器に対し,符号化効率の点で常に優れた性能を示すことがわかった.このことは,従来の最適化手法で一般に用いられる2乗誤差規範が可逆符号化の場合には最良ではないことを意味しており,今後高能率な可逆符号化を開発してゆく上で重要な知見が得られたといえる.1.可逆符号化方式の実装と評価レートを最小化する予測器を用いた可逆符号化方式を開発し,その性能評価を行った.前年度の検討より,レートを最小化する予測器を設計するには,予測誤差の分散の逆数で重み付けされた2乗誤差和を最小化すれば良いことが明らかになっている.この予測誤差の分散は一般に未知であるため,近傍画素のコンテクストモデリングによってその値を推定しているが,予測誤差を符号化する際もこの分散値に基づいて画素単位で可変長符号を切り替えることにより適応的なエントロピー符号化が可能となる.実際にこのアルゴリズムをC言語で実装し,多数のテスト画像を対象として符号化性能の評価を行った.その結果,提案方式は国際標準方式のJPEG-LS方式に対して約0.30bits/pel低い符号化レート達成するなど,可逆符号化方式として極めて高い水準の性能を有していることが実証された.2.カラー画像符号化への応用RGB3信号で構成されるカラー画像は各色信号間に高い相関を有しているため,これらを効率良く符号化するためには,何らかの方法で上記相関を除去することが必要である.非可逆符号化の場合,RGB信号を別の色空間に色座標変換する方法が一般的であるが,可逆符号化では色座標変換に伴う歪の発生が問題となる.本研究では,ラダー回路網を用いた可逆変換法に着目し,可逆符号化のための色座標変換アルゴリズムを開発した.予測誤差の情報量が最小となるように予測器とラダー回路係数を交互に最適化することにより,RGB信号を直接符号化する場合に比べて0.151.90bits/pel符号化レートが削減された.また,JPEG-LSと比較して0.682.31低い符号化レートを達成するなど,カラー画像の可逆符号化に関しても提案方式の有効性が明らかとなった.
トリプルネガティブ乳癌の革新的治療戦略の構築

トリプルネガティブ乳癌(以下TNBC)は内分泌療法や抗HER2療法の適応とならず予後が悪い。未だ明確な治療の標的を同定できていないことがTNBCにおける最大の問題点である。その要因はTNBCがheterogeneousな疾患群であること、すなわち根底にある異常が症例間で極めて多様であることにあると考えられる。我々の先行研究において、TNBCでは未分化な表現型や遺伝子発現様式は共通するものの、エピゲノム、特にスーパーエンハンサーの分布様式に多様性を認めることを明らかにしてきた(Cell Rep, 2015)。本研究ではTNBCに対する新規治療戦略を構築するための基盤データを創出することを目的に、TNBCサブクラス内でのエピゲノム多様性とその意義についての検証を試みた。初めにLuminal型、HER2型、Basal型の各種乳癌細胞株26株を用いてATAC-seq法を施行し、オープンクロマチン領域のプロファイリングを行なった。ゲノムワイドなオープンクロマチン領域による層別化では、ER陽性あるいはHER2陽性細胞は均一なパターンを示したのに対し、TNBC株のそれは多様なパターンを呈した。その多様性を解明すべく、次にオープンなエンハンサー領域のモチーフ解析を施行したところ、各サブタイプや各細胞株に固有な転写因子モチーフを同定することができた。さらにそれら転写因子やエピゲノム因子のノックダウンとATACseq解析を組み合わせることにより、転写制御機構の細胞株ごとの多様性や各領域での多様性の一部を明らかにすることができた。これらの過程で同定された転写因子Xに関しては、公共データのTNBC症例の解析において発現量と予後との相関が認められたことから、TNBCの層別化に有用なマーカーとなりうる可能性が示唆された。これまでEGFRやVEGFR等を標的とした分子標的治療が試みられているが、いずれも良い結果は得られておらず、未だ明確な治療の標的を同定できていないことがTNBCにおける最大の問題点である。TCGAなどの大規模プロジェクトにおいても、ドライバーとなる特異的な異常は同定できておらず、その要因はTNBCがheterogeneousな疾患群であること、すなわち根底にある異常が症例間で極めて多様であることにあると考えられる。本研究ではTNBCに対する新規治療戦略を構築するための基盤データを創出することを目的に、TNBCサブクラス内でのエピゲノム多様性とその意義についての検証を試みている。具体的にはLuminal型、HER2型、Basal型の各種乳癌細胞株パネルに対しATAC-seq法を施行し、オープンクロマチン領域のプロファイリングを行なった。予想された通り各サブタイプ間ではプロファイルに明確な違いを認めたが、Basal型のサブタイプ内においてもその分布様式に多様性を認め、各株の異なる病態が反映されている可能性が示唆された。次にモチーフ解析により各細胞株で活性化している転写因子を推定し、TNBCのエピゲノム多様性に関与しうる転写因子の候補を同定した。また公共データベースの解析を施行し、TNBC症例におけるこの転写因子の発現と予後が関連することを見出した。以上よりこの遺伝子はTNBC症例を層別化するための診断マーカーや新規治療標的の候補になりうると考えられた。トリプルネガティブ乳癌の多様性、不均一性をエピゲノムの観点から評価する目的で、近年開発されたATAC-seq法の施行と改良を試みた。ATAC-seq法は手法が極めてシンプルであるため、微量の検体からでも安定した結果が得られることを確認した。得られるデータはノイズが少なく、既存のChIP-seq法と比較し、エピゲノムに関するより多くの情報を得られることが分かった。またバイオインフォマティクスの手法を駆使することにより、モチーフ解析や転写制御ネットワークの予測など、多くの情報を引き出すことが可能である。本研究を推進する上での解析プラットフォームは確立できたと考える。また実際にこの手法を用いることで、TNBCの一部サブタイプに重要と思われる転写因子の候補を同定できた。よって本研究は現在までおおむね順調に進展していると考えている。

さらにそれら転写因子やエピゲノム因子のノックダウンとATACseq解析を組み合わせることにより、転写制御機構の細胞株ごとの多様性や各領域での多様性の一部を明らかにすることができた。これらの過程で同定された転写因子Xに関しては、公共データのTNBC症例の解析において発現量と予後との相関が認められたことから、TNBCの層別化に有用なマーカーとなりうる可能性が示唆された。これまでに同定したTNBCの一部サブタイプに重要と思われる機能未知の転写因子に関して、分子細胞生物学的手法や生化学的手法によりその機能や病理学的意義について解析を進め、新規治療標的となりうるかの検証を行う。また実際の臨床検体においてその転写因子の発現を免疫染色等で検出することができるか、診断マーカーとして用いることが可能か検証を行う。またATAC-seq法は微量の検体から安定して簡便にオープンクロマチン領域をゲノム網羅的に同定できる手法であり、臨床検体のエピゲノム解析にもっとも適していると考えられる。そこで実際のトリプルネガティブ乳癌検体を用いてエピゲノム解析を行い、各症例における病態を正確に評価し、その情報を元にした症例の層別化可能かどうかの検証を行いたい。本年度はATAC-seq解析や公共データベース解析によるスクリーニング解析を中心に施行した。ATAC-seq解析のプロトコールの改良や、次世代シークエンサーでの解析の工夫を行うことにより、想定よりも低コストで研究を推進できた。その余剰分を次年度に行う機能解析や臨床検体の解析に充てる計画である。
MR microscopyを用いたニューロパチーの非侵襲的な神経病理学的検討

神経疾患での病態把握、病因解明のために不可欠ではあるが、侵襲的である神経病理学的検査の代用となるMRを用いた高分解能イメージング(MR microscopy)による生体内での神経細胞や軸索などの変性・脱落を検出することが本研究の目的であった。原理的には、現在のMR装置を用いて10μmの単位での観察が可能である。まず、ニューロパチー症例についての生検顕微鏡的病理像と巨視的なMRI画像との比較を行った。この研究により病理像、特にオニオンバルブの形成あるいは脱髄の存在とMRI画像との間に相関が存在することが予想された。次に、1.5Tesla MRI装置を用いて、高分解能イメージングを試みたが、数10μm以下の構築物では、その周囲の血流(microcirculation)内に存在する赤血球の酸化還元反応に伴う磁場不安定性の影響があることが判った。このため、中枢神経内での鉄など磁場変化をもたらす金属の分布を計測する撮像法の研究を行い、成果を得たため現在投稿中である。また、神経細胞の活動を観察することにより機能的に解剖学的な構築物の位置を定めることを目的として、fMRIの手法を組み合わせて、脊髄あるいは神経根レベルでの非侵襲的な神経病理学的検討を行っている。この方法により通常のMRI画像では描出がしにくい、視路の一部である外側膝状体を高精度で描出することに成功した。従って、当初の目的である、10μmの単位での観察を行い得る高分解能イメージングそのものについては未完成であるが、将来的には成功するための基礎固めを行えたと考えている。次年度以降の研究では、脊髄あるいは神経根レベルでの実用化を行い、当初の予定とは逆順ではあるが末梢神経系への応用への手がかりとしたい。次に、1.5Tesla MRI装置を用いて高分解能イメージングを試みたが、数10μm以下の構築物では、その周囲の血流(microcirculation)内に存在する赤血球の酸化還元反応に伴う磁場不安定性の影響があることが判った。
植物ホルモン・ストリゴラクトン作用機構を利用した有用形質制御に資する分子基盤研究

植物ホルモン「ストリゴラクトン」は、植物の「枝分かれ」という、農業バイオマスに寄与する極めて有用な形質を制御している。本研究では、まだまだ未解明な点の多いストリゴラクトン情報伝達機構について、その全容解明を目指し、受容体タンパク質D14を起点に構造生物学的/生化学的アプローチを仕掛けている。得られた成果は、植物本来が持っている生長のための潜在能力を顕在化・活性化させるための知見・技術として利用できる。今年度は、以下のような成果が得られた。ストリゴラクトン情報伝達機構の構造基盤解明に向けて、D14とストリゴラクトン機能制御リード化合物の複合体構造解析、および展開中のアゴニスト/アンタゴニスト候補とD14の複合体結晶化スクリーニングを実施した。得られたいくつかの結晶について回折測定を行うとともに、より適切な結晶化条件の探索を進めた結果、良好な回折斑点を与える結晶を安定的に得られる条件を見出した。ここから多くの化合物とD14の複合体結晶を取得し、様々な複合体立体構造の決定に成功した。さらに、決定した結合モデルをべースにした、制御剤の構造活性相関研究(新規制御剤のデザイン・創製)を行い、デザインした新規制御剤を用いた植物生理実験を共同研究グループと実施した。いくつかの新規化合物については、デザインの期待通り、またそれ以上の活性を示すものも得られている。これらの活性/特異性の高い新規制御剤についても、現在D14との複合体構造解析を目指し結晶化スクリーニングを実施している。以上の通り、今年度は、本研究最大の目的の一つであった植物ホルモン機能制御剤の結合モデルを決定することに成功し、この構造情報とこれまでの生化学データ、また共同研究先のデータを合わせて著名な国際学術雑誌への掲載が複数実現された。本成果は、本研究分野の更なる発展に資することが大いに期待できる。植物ホルモン「ストリゴラクトン(SL)」は、植物の「枝分かれ」という、農業バイオマスに寄与する極めて有用な形質を制御している。本研究では、まだまだ未解明な点の多いSL情報伝達機構について、その全容解明を目指し、受容体タンパク質D14を起点に構造生物学的/生化学的アプローチを仕掛けている。SL反応機構を理解するため、D14について高濃度SL溶液ソーキングとクライオトラッピング法を組み合わせ、SL分解の中間状態を時分割で捕捉し、加水分解反応の追跡を試みた。基質の占有率の問題で、反応状態の同定が難しい条件も複数あるが、いくつかの条件では構造決定に成功した。より詳細な議論を行うため、さらなる条件検討を進めている。SLの正確な反応時結合様式情報が得られれば、周辺残基への変異導入等、SL結合の安定化(=情報伝達因子との結合安定化)にも応用することができる。また本グループが独自に開発している、SLアゴニスト/アンタゴニスト候補について、その作用機構を明らかにすべく、D14との共結晶化を進めた。条件検討を繰り返した結果、複数の化合物についてその複合体構造を明らかにすることに成功した。そのうちの一つの構造については、その成果をまとめ、現在国際誌に論文投稿中である。活性の作用点・結合様式の詳細を明らかにしたことで、さらなる新規制御剤のデザイン・創製への道が開かれた。以上の成果は、本研究計画の達成において欠かせないものであり、次年度の研究をさらに発展させる非常に有意義な結果である。交付申請書に記載した「研究の目的」の達成のため、本年度の研究実施計画に基づいて実験を遂行した結果、おおむね予定通りの成果が得られたため。

本研究課題は現在のところおおむね順調に進展しているため、今後の推進方策については、今年度の研究成果を踏まえ、次年度以降も、研究計画調書に記載した研究実施計画に沿って実施していく予定である。
視知覚と選択的注意における脳領域間信号伝達の方向性の解明

視知覚や注意において前頭領域から後部視覚領域へ向けた逆行性信号が重要な役割を果たすことがこれまでの研究から示唆されているが、その実体は実験的に証明されていない。本研究では研究代表者が独自に開発した磁気刺激誘発性脳電位を用いて、前頭領域から後方視覚領域へいたる逆行性信号伝達パターンの時系列変化を解析し、正常人における視覚認知、選択的視覚注意の動的側面を明らかにする。19人の健常人被験者を対象として、画面上の円内で50個程度の点が決められた一致度で同じ方向に動く視覚刺激を提示し、この方向をボタン押しにより報告させる課題を用いた。点の動き方向の一致度が高い試行(H)と低い試行(L)がpseudorandomに起こるよう試行系列を設定した。このうち半数の試行で、視覚刺激提示後66、166、あるいは266ミリ秒の時点で右前頭眼野に低強度の磁気刺激を加え、これによって誘発される後方視覚領域の脳電位変化を60チャンネルの脳波計により記録した。視覚刺激提示後66ミリ秒で磁気刺激を行った場合、磁気刺激と同側の右側頭葉付近の電極に、H条件とL条件で有意な誘発電位の差が認められた。一方、視覚刺激提示後166、266ミリ秒で磁気刺激を行った場合には有意な誘発電位の差は見られなかった。さらに前試行と現在の試行の視覚刺激情報量が変化した場合と、同じであった場合の磁気刺激誘発電位を比較すると、視覚刺激提示後66ミリ秒で磁気刺激を行った場合に有意な差が認められた。前試行において提示された視覚刺激情報が保持され、これを次の試行で提示された視覚刺激情報と比較するメカニズムが存在し、これによって前頭眼野から後部視覚領域の信号伝達パターンが変化したと考えられる。局所脳領域活動の解析に終始していた従来の研究にたいして、本研究はネットワークの結合強度の動的変化の解析へと発展させるものであるといえる。本研究は研究代表者が独自に開発した磁気刺激・脳波併用法を用いて、視覚領域間の信号伝達の方向性の変化を数十ミリ秒単位で解析し、視覚認知、選択的視覚注意の動的側面を明らかにすることを目的とする。健常人被験者を対象として、画面上の50個程度の点が決められた一致度で同じ方向に動く刺激(random dot motion)を提示し、この方向をボタン押しにより報告させる課題を用いた。視覚刺激提示後40、80、120ミリ秒の時点で前頭眼野に低強度の磁気刺激を加え、これによって誘発される後方視覚領域の脳電位変化を調べた。この電位変化は刺激部位から他の領域へと到る神経投射の信号伝達効率を反映していると解釈される。15人の被験者を対象とした実験では、視覚刺激提示後40ミリ秒の時点では動き方向の一致度による前頭葉信号伝達効率の差は見られなかったが、80、120ミリ秒では動き方向の一致度が低いほど前頭葉信号伝達効率が上昇するとの結果が得られた。これはエビデンスの乏しい感覚情報に対する判断において前頭葉からのバイアス信号が関与すること、そしてその時間的変化を始めて明らかにするものである。さらにこの課題において、先行する試行での動き方向判断が続く試行の判断に影響を与えるとの行動学的結果が得られたことから、そのメカニズムを検討すべく磁気刺激・脳波併用実験を行った。あいまい性の高い低い一致度のrandom dot motion刺激に対して動き方向を判断した際にはより強い前頭葉制御信号が発せられ、これによる脳領域間機能的結合が変化するとの仮説を検証中である。
直流送電電力ケーブル用高分子材料の絶縁性能向上に関する研究

次世代の電力輸送技術として直流送電システムが注目されている。本研究の今年度の目的は、電力輸送に用いられる可能性のある直流電力ケーブル用の絶縁材料である架橋ポリエチレンの絶縁破壊までの空間電荷分布測定を100°C以上の高温まで測定する測定装置を開発することであった。具体的な研究は、パルス静電応力法測定装置のセンターを高分子であったポリフッ化ビニリデンから温度に対して安定であるニオブ酸リチウムのセンサーに替え,かつ、高位置分解能の空間電荷分布測定を可能することが目的であった。この目標に対して、高精度な温度調節器の購入と分解能を向上させる目的で、研磨し薄膜化したセンサーの開発、および、そのセンサーの変更に伴う装置の改良を行い、目的の性能の装置を開発することができた。この開発した装置を利用して、ポリエチレンフィルムの絶縁破壊発生までの空間電荷分布測定を低温から100°Cの高温までの空間電荷分布測定を行った。測定結果からは、室温で、これまで電力ケーブルの導体近くに施される半導電材料部分からの不純物が高電界(数MV/cm)でポリエチレン内部に侵入することによるものと考えられる正極性の電荷の塊が陰極近傍に移動し、電界歪みを形成する段階で絶縁破壊に至る過程が観測された。100°C近い高温では、正の電荷塊の移動は、高電界でも観測されなかったが、半導電材料部分から連続的に注入される両極性の電荷による電界の歪みが絶縁破壊発生に関係していると考えられる現象が観測された。今後は、当初予定した来年度の目的である直流電力ケーブルの絶縁材料として開発されつつある他の高分子材料について評価を行い絶縁破壊と空間電荷分布の関係についての研究を遂行したいと考えている。
火山灰土壌中に含まれる小規模噴火噴出物解析に基づく火山活動度評価

本年度の調査では以下について調査・研究を行った。火山地域に分布する火山灰土壌の起源について検討するため,母材の第1候補である火山噴火によってもたらされた一次テフラについて記載を行い,それぞれの噴出物の特徴をおさえ,その結果をふまえて火山灰-火山灰間に挟まれる土壌層の構成物との比較・検討を行った。具体的な調査地域は霧島火山群と中国東北部・白頭山(中国名:長白山)であり,前者は鬼界アカホヤ火山灰(6.3Ka)以降,後者では10世紀噴火以降に形成された土壌層を対象とした。両地域とも土壌層の総層厚は火山から離れるに従い減少することから,黄砂に代表されるような大陸起源の風成塵のみで説明することは困難である。土壌の構成物を詳しく検討すると以前の噴火による一次テフラと同種の鉱物で大部分が構成されており,土壌層の生成に一次テフラ(再堆積を含む)が大きな役割を果たしていることが示唆される。一次テフラの直上の土壌層中では,テフラ層から離れるに従いテフラ構成物の量は減少することから,基本的には噴火直後には再堆積が活発に行われることで母材が供給されたと考えられる。一方,一次テフラ間の火山灰土壌層中で一次テフラと比して粘土の含有量が高くなる層準が認められる場合がある。これは,顕著な堆積物としては認識できないが,一次テフラの場合と同様に噴火直後の再堆積により濃集したためと考えられ,噴火の存在を間接的に示すといえる。従って以上のように露頭鉛直方向でのテフラ,及び土壌層の構成物量変化を検討することでテフラ噴出物として認識できない過去の小規模噴火の発生履歴をみいだすことができると考えられる。火山地域に分布する火山灰土壌の起源について知るために,最初にその母材の第一候補である火山噴火により直接もたらされた一次テフラの特徴について調べた。具体的には口之永良部島火山・霧島火山群・中国東北部白頭山(長白山)地域において,前者2地域では鬼界アカホヤ火山灰(6.3ka)以降,後者で10世紀噴火以降の火山灰層序を再検討した。同時に火山周辺域での火山灰土壌層の6.3ka以降の総層厚変化について調査を行い,口之永良部島火山では6.3ka以降に活動したと推定される古岳・新岳の2火山を中心とした同心円状の分布を示すことがわかった。口之永良部島火山の一次テフラの検討からは,ブルカノ式噴火の火山灰が多く認められるが,小規模な噴火の場合には地層として残されていない可能性が高い。従ってこのようなテフラが黄砂などの風成塵等と混濁して土壌化しているために一次火山灰と同様な分布を示したと考えられる。このような土壌中に含まれる火山噴火の痕跡について知るために現在,一次テフラ中の構成鉱物種と土壌中のものとの比較検討を行っているところである。白頭山地域に認められる土壌の検討からは,日之永良部島火山のような空間的な分布は明らかではないが,火山地域から離れるに従っで,テフラの層厚とともに介在する土壌層の層厚も薄くなる傾向がある。白頭山では10世紀以降に複数回の噴火記録が残されており,ここでも風成塵の効果よりも小規模噴火による寄与が大きいと考えられる。