hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
線虫と哺乳類精子に存在する免疫グロブリン様タンパク質を含む配偶子間融合装置の同定

申請者は,線虫精子上でマウスIZUMOのような免疫グロブリン(Ig)様タンパク質が真の融合因子(fusogen)と結合していると考え,オス特異的なF28D1.8遺伝子を同定した.さらにこの遺伝子の欠失(KO)変異体を調べた結果,KO雌雄同体では配偶子間融合が観察されなかった.また,Igドメイン領域をマウスIZUMOと交換したF28D1.8のキメラ遺伝子が部分的にKO線虫をレスキューしたので,F28D1.8タンパク質(CeIZUMO)がマウスIZUMO様の分子であることが示唆された.本研究の目的は,CeIZUMOと結合している分子を同定した後,その結合分子の変異体を解析することで,線虫精子上の配偶子間融合装置を同定することである.CeIZUMOは膜貫通ドメイン以外に疎水性領域をもつので,CeIZUMO自身がfusogenとして直接膜融合を引き起こす可能性も考えられた.そこで本年度は,CeIZUMOの疎水性領域を欠失したタンパク質をコードするトランスジーンを使い,KO線虫のレスキュー実験を行った.その結果,KO変異体の受精能はほとんどレスキューされなかったので,CeIZUMOの疎水性領域がこのタンパク質の機能に重要である可能性が示唆された.さらにこの結果は,CeIZUMO自身がfusogenである可能性も示唆している.一方,CeIZUMOの線虫精子における局在を明らかにする目的で,Igドメインに対応する組換えタンパク質を大腸菌で発現させ,ウサギに免疫している.しかし,現在のところ,CeIZUMOと特異的に反応する抗体は得られていない.申請者は,線虫精子上でマウスIZUMOのような免疫グロブリン(Ig)様タンパク質が真の融合因子(fusogen)と結合していると考え,オス特異的なF28D1.8遺伝子を同定した.さらにこの遺伝子の欠失(KO)変異体を調べた結果,KO雌雄同体では配偶子間融合が観察されなかった.また,Igドメイン領域をマウスIZUMOと交換したF28D1.8のキメラ遺伝子が部分的にKO線虫をレスキューしたので,F28D1.8タンパク質(CeIZUMO)がマウスIZUMO様の分子であることが示唆された.本研究の目的は,CeIZUMOと結合している分子を同定した後,その結合分子の変異体を解析することで,線虫精子上の配偶子間融合装置を同定することである.CeIZUMOは膜貫通ドメイン以外に疎水性領域をもつので,CeIZUMO自身がfusogenとして直接膜融合を引き起こす可能性も考えられた.そこで本年度は,CeIZUMOの疎水性領域を欠失したタンパク質をコードするトランスジーンを使い,KO線虫のレスキュー実験を行った.その結果,KO変異体の受精能はほとんどレスキューされなかったので,CeIZUMOの疎水性領域がこのタンパク質の機能に重要である可能性が示唆された.さらにこの結果は,CeIZUMO自身がfusogenである可能性も示唆している.一方,CeIZUMOの線虫精子における局在を明らかにする目的で,Igドメインに対応する組換えタンパク質を大腸菌で発現させ,ウサギに免疫している.しかし,現在のところ,CeIZUMOと特異的に反応する抗体は得られていない.
NF-κB/活性酸素種による造血制御機構の解析と造血不全の新たな治療法の開発

マウスIL-3依存性細胞株Ba/F3に造血因子受容体を発現させ、更に優性阻害型NF-κB(IκBSR)を誘導的に発現させると、低濃度のIL-3、EPO依存性増殖が抑制された。更に、IκBSRは、IL-3除去によるBa/F3細胞のアポトーシスを増強した。この際、IκBSR導入クローンではMockクローンに比べてミトコンドリア膜電位(Δψm)が低下していた。Δψmは活性酸素種(ROS)によっても制御されることから、IκBSRがIL-3除去後のROSの蓄積に及ぼす影響をFACSで検討した。MockクローンではIL-3除去後12時間でROSが軽度蓄積したが、IκBSR導入クローンではIL-3除去前からROSが過剰に蓄積し、IL-3除去後もそれ以上は増加しなかった。次に、ROSを消去するMnSOD、TRXをIκBSR導入クローンに過剰発現させたところ、IκBSRによるアポトーシスの増強はほぼ完全に回避された。以上の結果より、Ba/F3細胞におけるIκBSRによるIL-3除去によるアポトーシスの亢進にはROSが関与していることが示された。マウス造血幹/前駆細胞(Lin^-Sca1^+細胞)にIκBSRを発現させたところ、各種サイトカイン存在下でもアポトーシスが誘導された。IκBSR導入細胞では、Δψmが低下しており、ROSの蓄積も認められた。ROS蓄積の原因としては、IκBSR導入細胞では、細胞内グルタチオン濃度が減少し、MnSOD、GPX、TRXの発現が抑制されていた。また、IκBSRによるアポトーシスは、H2O2代謝剤であるMCI、NAC、TRXにより回避されたが、O2^+代謝剤であるMnTBAPはほとんど効果を示さなかった。以上の結果から、IκBSRは正常造血幹/前駆細胞において、ROS(特にH2O2)の蓄積を介してアポトーシスを誘導すると考えられた。マウスIL-3依存性細胞株Ba/F3に優性阻害型NF-κB(IκBSR)を恒常的に発現させると、IL-3除去によるアポトーシスが増強された。この際、MockクローンではIL-3除去後12時間で活性酸素種(ROS)が軽度蓄積したが、IκBSR導入クローンではIL-3除去前から著名なROSの蓄積が認められた。ROSを消去するMnSOD、TRXをIκBSR導入クローンに過剰発現させたところ、IκBSRによるアポトーシスの増強はほぼ完全に回避された。マウス正常造血幹/前駆細胞にレトロウイルスを用いてIκBSRを発現させたところ、サイトカイン存在下でもアポトーシスが誘導された。また、IκBSRは、CFU-Mix、BFU-E、CFU-GMなどすべての系統のコロニー形成を抑制した。IκBSR導入細胞では、Mock細胞と比較してROSの蓄積が認められた。その原因としては、IκBSR導入細胞では、ROSのスカベンジャーである細胞内グルタチオン濃度が減少し、MnSOD、GPX、TRXの発現が抑制されていた。

次に、ES細胞から血液細胞を発生させるOP9システムにおいて、分化過程の様々な段階でIκBSRを発現させた。hemangioblastの段階でIκBSRを発現させると、造血幹細胞の発生がROS蓄積によるアポトーシスのため阻害された。また、造血幹細胞の発生後にIκBSRを発現させると、赤芽球系、巨核球系、好中球系それぞれの最終分化過程でROS蓄積によるアポトーシスが誘導された。以上の結果からNF-κBファミリー分子は血液細胞の様々な発生段階でROS(特にH2O2)を消去し、アポトーシス回避に必須の役割を担うと考えられた。マウスIL-3依存性細胞株Ba/F3に造血因子受容体を発現させ、更に優性阻害型NF-κB(IκBSR)を誘導的に発現させると、低濃度のIL-3、EPO依存性増殖が抑制きれた。更に、IκBSRは、IL-3除去によるBa/F3細胞のアポトーシスを増強した。この際、IκBSR導入クローンではMockクローンに比べてミトコンドリア膜電位(Δψm)が低下していた。Δψmは活性酸素種(ROS)によっても制御されることから、IκBSRがIL-3除去後のROSの蓄積に及ぼす影響をFACSで検討した。MockクローンではIL-3除去後12時間でROSが軽度蓄積したが、IκBSR導入クローンではIL-3除去前からROSが過剰に蓄積し、IL-3除去後もそれ以上は増加しなかった。次に、ROSを消去するMnSOD、TRXをIκBSR導入クローンに過剰発現させたところ、IκBSRによるアポトーシスの増強はほぼ完全に回避された。以上の結果より、Ba/F3細胞におけるIκBSRによるIL-3除去によるアポトーシスの亢進にはROSが関与していることが示された。マウス造血幹/前駆細胞(Lin^-Scal^+細胞)にIκBSRを発現させたところ、各種サイトカイン存在下でもアポトーシスが誘導された。IκBSR導入細胞では、Δψmが低下しており、ROSの蓄積も認められた。ROS蓄積の原因としては、IκBSR導入細胞では、細胞内グルタチオン濃度が減少し、MnSOD、GPX、TRXの発現が抑制されていた。また、IκBSRによるアポトーシスは、H2O2代謝剤であるMCI、NAC、TRXにより回避されたが、O2^+代謝剤であるMnTBAPはほとんど効果を示さなかった。以上の結果から、IκBSRは正常造血幹/前駆細胞において、ROS(特にH2O2)の蓄積を介してアポトーシスを誘導すると考えられた。
リボソームユビキチンコードの分子機構とその普遍性の解明

正確な遺伝子発現は生命現象の根幹であり、その破綻や異常は様々な疾患の原因となります。細胞の保持する品質管理機構は、異常な遺伝子産物を認識し排除することで遺伝子発現の正確性を保証しています。タンパク質はmRNAを鋳型にしたリボソームによる翻訳反応によって合成されます。リボソームは、正確なコドン認識と高効率なペプチド結合を担うタンパク合成の中心装置であるだけでなく、様々な因子と相互作用し遺伝子発現に必須な機能を果たします。遺伝子発現の根幹であるタンパク質合成装置であるリボソーム機能の低下は、不良タンパク質の蓄積やオルガネラの損傷など、広範な細胞機能障害を引き起こすため、個体寿命の短縮の原因になると考えられます。しかしながら、リボソーム機能低下が細胞老化・個体機能低下を引き起こす過程はいまだ不明のままでした。研究代表者は、翻訳停止に起因する品質管理機構を世界に先駆けて発見し分子機構の解明を進めてきました。これまでに、翻訳伸長反が途中で停止した場合に、合成途上のポリペプチド鎖のユビキチン化とプロテアソームによる迅速な分解が起こることを世界に先駆けて報告しました。さらに、異常リボソームは様々な発現異常の原因となるため、細胞は機能欠損リボソームを認識し排除する品質管理機構を解析しました。その結果、リボソームタンパク質uS3のユビキチン化が必須であることを示し、関与するE3ユビキチンライゲース群の同定に成功しました。異常リボソームは様々な発現異常の原因となるため、細胞は機能欠損リボソームを認識し排除する品質管理機構を解析しました。この研究成果により、細胞の持つ新たな品質管理の仕組みが分子レベルで明らかになるだけでなく、リボソーム機能欠損に起因する遺伝病であるリボソーム病の理解に大きく貢献することが期待されます。また、異常タンパク質の産生が原因となる様々な異常タンパク質の合成を効率的に抑制する治療薬の開発にも貢献する事が期待されます。今回の研究成果は、これらの疾患の発症機構の理解につながる重要な発見であるため概ね順調に進んでいると考えます。翻訳停滞に起因する品質管理機構RQCと、正確なコドン識別能を欠損した異常リボソームの品質管理機構であるNRDにおける「リボソームユビキチンコード」を、出芽酵母と高等真核生物で解明します。【目的1】H30年度中に、翻訳品質管理機構RQCにおけるリボソームユビキチンコードについては、RQCの標的配列が同定できました。従ってH31年度は、1E3ユビキチンライゲースによる停滞リボソームの認識、2ユビキチン化リボソームのサブユット解離の解明を、細胞内在性の配列を用いて分子機構の解明を目指します。またRQCによる制御の生理的意義を明らかにします。【目的2】機能欠損リボソーム品質管理NRDにおけるリボソームユビキチンコードの解明については、出芽酵母における18S NRDに必須なE3ライゲースMag2が同定できました。従ってH31年度は、Mag2による機能欠損リボソーム認識機構を解明します。また、ヒト培養細胞における機能欠損リボソーム品質管理NRDの検証を進めます。

翻訳停滞に起因する品質管理機構RQCと、正確なコドン識別能を欠損した異常リボソームの品質管理機構であるNRDにおける「リボソームユビキチンコード」を、出芽酵母と高等真核生物で解明します。【目的1】H30年度中に、翻訳品質管理機構RQCにおけるリボソームユビキチンコードについては、RQCの標的配列が同定できました。従ってH31年度は、1E3ユビキチンライゲースによる停滞リボソームの認識、2ユビキチン化リボソームのサブユット解離の解明を、細胞内在性の配列を用いて分子機構の解明を目指します。またRQCによる制御の生理的意義を明らかにします。【目的2】機能欠損リボソーム品質管理NRDにおけるリボソームユビキチンコードの解明については、出芽酵母における18S NRDに必須なE3ライゲースMag2が同定できました。従ってH31年度は、Mag2による機能欠損リボソーム認識機構を解明します。また、ヒト培養細胞における機能欠損リボソーム品質管理NRDの検証を進めます。
中国における日系地域統括会社のペアレンテイング・モデル

研究代表者と研究分担者は,中国における日系企業とその地域統括会社の機能と役割,日本本社による事業統括とそのマネジメント,また中国ビジネスと新たな事業システム作りについて,併せて中国行政諸機関が展開する各種の経済開発区における投資誘致政策などの実態調査や,中国研究者との意見交換会やビジネス経験者とのシンポジューム等を実施した。以下に,これらの調査や交流から得られた知見の要点を示す。1.「日系地域統括会社の法的側面とその実態」と「日系地域統括会社の機能」内国民待遇が受けられる「傘型企業(投資性会社)」や,「取扱商品の拡大,貿易,内販権を与えることにより,より大きな投資誘致」を目指し外資に対し「地域本部」を中国政府は認定してきた。日本企業も中国の現地の状況(地域特性)に合わせ,管理性会社を含めた地域統括会社を設置してきた。それら地域統括会社の機能モデル(投資,統治,販売・生産・物流など)についての知見を得た。2.日本企業の対中戦略の概観産業集積サイクルの好循環を迎え,『生産基地(「個別開発区」から「複数開発区」への点から面への展開)』から『巨大化した市場(販売・サービス・ブランド構築といった網への展開)』へ中国ビジネスは進化している。なお,以下のような日本企業の中国シフトに向けた事業システムが現状では見られる。「(1)コスト削減型」,「(2)市場追求型」,「(3)棲み分け型/分業型」,「(4)資源活用型/戦略提携型」,「(5)市場創出型」,「(6)グローバルソーシング型」,「(7)価値創出型」など。参考:3年間に亘るインタビュー調査などの訪問地域(1)中国沿海岸地域(1)香港・深釧(2)北京・天津(3)北京・広州(4)大連(5)上海・杭州(6)海南省・海口など(2)日本国内(1)東京(2)小倉・福岡・長崎(3)名古屋(4)大阪など研究代表者と研究分担者は,中国における日系企業とその地域統括会社の機能と役割,日本本社による事業統括とそのマネジメント,また中国ビジネスと新たな事業システム作りについて,併せて中国行政諸機関が展開する各種の経済開発区における投資誘致政策などの実態調査や,中国研究者との意見交換会やビジネス経験者とのシンポジューム等を実施した。参考:3年間に亘るインタビュー調査などの訪問地域(1)中国沿海岸地域(1)香港・深釧(2)北京・天津(3)北京・広州(4)大連(5)上海・杭州(6)海南省・海口など(2)日本国内(1)東京(2)小倉・福岡・長崎(3)名古屋(4)大阪など本年度研究代表者と研究分担者は、中国における日系地域統括会社(香港と深せん)の役割と機能および日本本社(九州)の統括上の役割と機能等に関する、インタビュー調査に主力を注いだ。これらの調査から得られた知見と、今後の研究の方向を記すと、次の通りである。1.中国における日系地域統括会社の実態中国における日系地域統括会社が、地域的に統括している会社は、(1)統括会社の内部にある、日本本社のカンパニーの営業部、(2)関連事業会社であって、統括会社が投資し直接関係のある会社、そして(3)統括会社が投資をしていないが、本社がその地域で事業を展開している会社の三種類である。日系統括会社は、直接指揮し営業に関与する度合いを、これら三種類の会社によって使い分けており、また本社機能として、コンプライアンスへの遵守などリスクマネジメントを行い、そして新規投資と撤退面で一定の権限をもっている。2.日本本社の統括上の役割と機能の実態日本本社は、中国へ進出する企業が増大するにつれて、進出企業間の利益の調整を日系地域統括会社に委ねざるを得なくなっている。本社の各カンパニーが実権を持っている場合、そのカンパニーの本部と進出企業との関係は強力であるが、それでも上記コンプライアンスへの遵守や総務・人事・経理・財務の本社機能を、またカンパニー間の現場での利益調整を、中国における日系統括会社に委ねる動きが見られる。

3.今後の研究の方向性-統括会社と日本本社の役割の照合、統括会社の競争戦略-今後は、さらに調査を重ね、日系地域統括会社と日本本社との間の役割と機能の照合を行い、日本企業のグローバル経営の特色を明示したい。さらに、日系地域統括会社の資源特性に関連づけて、物流面を含めた日本企業の競争優位の戦略を究明していきたい。昨年度に引き続いて中国(北京,天津,広州など)における日系地域統括会社の役割と機能,および日本本社(東京)の統括上の役割と機能,併せて中国行政機関が展開する投資誘致政策に関するインタビュー調査や,上海・復旦大学管理学院との学術交流に力を注いだ。これらの調査や交流から得られた知見と,今後の研究の方向を以下に示す。1.「地域統括会社」や新たに認定された「地域本部」の実態とその動向内国民待遇が受けられる「傘型企業(投資性公司)」としての誘致を推進していた中国・商務省は,新たに「地域本部」を認定し,外資に対して「取扱商品の拡大,貿易,内販権を与えることにより,より大きな投資誘致」を図りつつある。日本企業においても中国での事業統括を拡充することでグループ企業運営の効率化を目指しつつ,現地の状況に合わせて新規投資の可否を素早く意思決定できる「地域本部」を申請する動きが見られる。2.日本企業の対中戦略の概観「集積」が「集積」を呼ぶ産業集積サイクルの好循環を迎え,「世界の生産基地」から「一大市場」へと進化している中国ビジネスにおける,日本企業の中国シフトに向けた事業システムについては,次のように集約できよう。「(1)コスト削減型」,「(2)市場追求型」,「(3)棲み分け型/分業型」,「(4)資源活用型/戦略提携型」,「(5)市場創出型」,「(6)グルーバル戦略型」,「(7)価値創出型」など。3.今後の研究の方向性今後とも現地実態調査を重ね,日本企業のグローバル経営の特色を産業別にも明示していきたい。さらに,物流面,情報管理でのITケーパビリティ面を含めた日本企業の競争優位の戦略を究明していきたい。一昨年,昨年に引き続き中国(大連市,上海市・杭州市,海南省海口市など)における日系企業とその地域統括会社の機能と役割,日本本社による事業統括とそのマネジメントについて,併せて中国行政諸機関が展開する投資誘致政策などの実態調査や,中国研究者との意見交換会やビジネス経験者とのシンポジューム等を実施した。以下に,これらの調査や交流から得られた知見を示す。1.「日系地域統括会社の法的側面とその実態」と「日系地域統括会社の機能」内国民待遇が受けられる「傘型企業(投資性会社)」や,「取扱商品の拡大,貿易,内販権を与えることにより,より大きな投資誘致」を目指し外資に対し「地域本部」を中国政府は認定してきた。日本企業も中国の現地の状況(地域特性)に合わせ,管理性会社を含めた地域統括会社を設置してきた。それら地域統括会社の機能モデル(投資,統治,販売・生産・物流など)についての知見をえた。2.日本企業の対中戦略の概観産業集積サイクルの好循環を迎え,『生産基地(「個別開発区」から「複数開発区」への点から面への展開)』から『巨大化した市場(販売・サービス・ブランド構築といった網への展開)』へ中国ビジネスは進化している。なお,以下のような日本企業の中国シフトに向けた事業システムが現状では見られる。「(1)コスト削減型」,「
炎症性皮膚疾患の病態解明の新たなパラダイムとしての発汗障害

研究課題1痒疹群、遠心性紅斑、類乾癬、環状肉芽腫などの炎症性皮膚疾患における発汗障害の解析進捗痒疹;解析は完了し,論文投稿を終えリバイス中である。環状肉芽腫;解析を終え,論文作中である。コリン性じんましん;解析中である。これらの疾患では発汗障害があり,基礎発汗が外用治療で回復すると改善することを明らかにした。研究課題2発汗障害関連皮膚疾患(AD等)に対する最適外用治療法の確立健康人とアトピー性皮膚炎患者を対象にワセリン,ステロイド軟膏,保湿剤外用部位の基礎発汗の解析を終え,論文作成中である。タクロリムス軟膏外用について解析中である。健康人で基礎発汗を促進する外用剤と促進しない外用剤を明らかにし,基礎発汗障害があるアトピー性皮膚炎で基礎発汗障害を改善させることで,治療に結びつけることができた。研究課題3皮膚マイクロバイオームとの関連について,1次調査を終えて解析中である。その結果をもとに,検討部位を絞りNを増やす予定である。マイクロバイオームの検体の解析を海外研究室に委託していた部分が,先方の都合で遅れている。現在は,再開されている。予定通り推進させる予定である。炎症性皮膚疾患(痒疹,アミロイド苔癬)における発汗障害の解析をimpression mold法で行った。中でも痒疹を対象にしたstudyでは,27名(男性9人女性18人)を対象に,基礎発汗と温熱発汗を調査した。結節性痒疹は,汗腺汗管からの汗の漏れをダーマシジン染色で確認することができた。外用治療で発汗障害を改善させたところ,痒疹が軽快したことより,われわれの研究成果は,発汗障害が皮疹形成の要因であることを明らかにしている(論文投稿中)。これらの結果をもとに,結節性痒疹治療の適正化を提唱することができると考えている。また,症例解析の過程で,Strongestステロイド外用剤を長期使用している患者の中にステロイド抵抗性痒疹群があること,共通した臨床所見,組織所見を見いだした。使用を中止し,適切な外用剤で治療を行うことで改善を得たので,Steroid resistance prurigo nodularisをclinical variantとして捉えることを提唱した(論文投稿中)。ウイルス感染症(帯状疱疹後)に発汗障害が生じることはすでに報告されているが,発汗障害のある部位に,上記疾患が発症しやすいことを見いだした。非常に稀な症例であるが,皮疹部位の発汗障害があり,外用療法で改善させることが皮疹の消失に結びついたので,発汗障害が原因で発症していること,ウイルス感染との関係を検討することができた(論文投稿中)。健康人を対象とした,発汗状態と皮膚細菌叢の解析は,サンプルを収集完了した。今年度解析を行う。予定通り,順調に進展している。発汗障害の対象疾患を増やすこと,アトピー性皮膚炎に対する外用療法の適正化に関する研究を行っていく。分子標的薬による,発汗障害の検討は患者のリクルートから行う必要がある。予算よりも,試薬を安く購入することができたので,次年度に繰り越し計画通りに使用することとした。
天然の筋肉構造にヒントを得た再構成分子モーター繊維の作成と滑り運動の解析

ミオシンロッドをもつキネシンキメラ分子とキャッチンを共重合させて長いキネシン繊維を再構成し、その上で微小管の滑り運動実験をおこなうことができる。この再構成キネシン繊維上ではキネシン頭部の向きがよくそろっているとかんがえられている。本年度は、さまざまなキネシンキメラの変異体をもちいて、再構成キネシン繊維上での微小管滑り速度の解析をおこなった。その結果、キネシンのネック部位がそこなわれていないばあいは、微小管の運動速度は運動方向によらず一定であるが、ネック部位に欠失があるばあいは、微小管が再構成キネシン繊維の中央にむかう方向の運動速度が、その反対方向(すなわちキネシン繊維の中心から離れる方向)の運動速度よりも、わずかに、しかしながら統計的に有意におおきいことがわかった。この結果は、キネシンの柔軟性、とくにその頭部め柔軟性にかんしてえられた重要な知見である。この研究結果をまとめた論文は現在投稿中である。一方、これまでに行われた分子モーターの揺らぎ解析実験によってわかった性質、すなわち、「無負荷条件では分子モーターはシンクロナイズするが、高負荷条件では分子モーターは独立にはたらくこと」を説明する理論を確立するために、これまでに他の研究グループが撰案したいくつかの理論モデルの計算機シミュレーションをおこなった。その結果、これまでに提出されたモデルでは過去の揺らぎ解析実験を説明できないことがわかった。この研究結果は、研究論文としてJournal of Physical Chemistry Bに発表した。天然の筋肉に存在するミオシン繊維の構造を参考にして、ミオシンロッドを持つキネシンキメラ分子とキャッチンを共重合させて長いキネシン繊維を再構成した。この再構成キネシン繊維上ではキネシン頭部の向きが良く揃っているが、キネシン頭部は非常に柔軟であって、微小管をあらゆる方向にまったく同じ速度で運動させることができる。本年度は、この再構成キネシン繊維を用いた揺らぎ解析を行った。その結果、微小管すべり運動の揺らぎの大きさを表す拡散係数は、微小管の長さに依存せず一定であることが分かった。この結果は、無負荷条件における滑り運動において、多数のキネシン分子モーターが独立に働いておらず、シンクロナイズしている可能性を示唆している。これまでに行われた分子モーターの揺らぎ解析によって分かった性質、すなわち、「無負荷条件では分子モーターはシンクロナイズするが、高負荷条件では分子モーターは独立に働くこと」、を説明する理論を確立するために、これまでに他の研究グループが提案したいくつかの理論モデルの計算機シミュレーションを行った。これらのモデルは、ある特定の条件において多数の分子モーターがシンクロナイズして細胞骨格繊維を滑り運動させる性質を持っている。この計算機シミュレーションの結果、多数の分子モーターがシンクロナイズして働く場合には滑り距離の揺らぎの大きさを示す拡散係数が繊維の長さに依存しないことを確かめた。しかしながら、これら従来のモデルでシンクロナイゼーションがおきる条件は実験とあっていないので、新たなモデルを構築する必要がある。現在、これまでの計算機シミュレーション研究について論文を作成した(平成20年内に出版予定)。また、英国の研究協力者と共に、分子モーターの統計物理学的モデルを作成した。
顎関節症の病態解明に関する研究ー特に顎関節造影及び関節液の生化学的分析

本研究では顎関節症における関節液検査の臨床的意義、さらには近年、その効果が注目されているヒアルロン酸ナトリウム製剤(生化学工業社製アルツ)の注入療法の薬理学的メカニズムについて検討した。研究方法:関節液の採取は顎関節症III型もしくはIV型患者の上関節腔パンピングまたはアルツ注入療法時に行った。採取した関節液についてヒアルロン酸の分子量分布、ラジカル消去能を生化学的に検索した。研究結果:1.HAの分子量分布(日本分光社製HPLC糖分析システムによる測定)採取関節液では6症例17検体、いずれでも分子量70150万に1つのピークが認められた他、分子量数万にピークを認めた。また、一部の症例では分子量300500万のピークを有するものがあった。アルツ注入療法後の関節液中HAの分子量分布の変化には一定の傾向が見られなかった。今後は症例の重症度による分子量分布の相違、アルツ注入後の変化について症例を重ねて検討する必要があると考えられた。2.関節液のラジカル消去能(ESRスピントラッピング法による測定)HPX-XOD系では関節液添加によりスーパーオキシドアニオンラジカル(O^・_2^-)は16検体中8検体で抑制された。また、Fe(II)-H_20_2系では15検体中14検体でヒドロキシラジカル(・OH)の抑制がみられた。アルツ注入療法によるラジカル消去能の変化には一定の傾向が認められなかった。1%キシロカインの洗浄で得られた関節液では0^・_2^-、・OHとも高い抑制が見られた。これはキシロカインそのものにも双方のラジカル抑制能が認められ、HAとキシロカインの相加的作用によるものであると考えられた。今後はさらに症例を重ね、関節液中HAの存在が生体防御能のパラメーターとなるか、また、薬理学的効果から見たアルツ注入療法の適応の基準などを重点的に検討していく必要があると考えられた。
新生児血中ステロイド硫酸抱合体の検索〜生合成機序の解明と病態解析への応用を目指して〜

我々が先にヒト血清中に見出し同定確認した新規ステロイド16-デヒドロプレグネノロン(16-DHP)の抱合形式とその生合成部位を検索する目的で本研究を行った。血清から遊離型ステロイドをジクロロメタンで抽出し抱合型ステロイドを含む残渣について、さらにメタノールで抽出後、我々の合成した16-DHP3-サルフェート標準品の溶出する画分をHPLCで分画、アリルスルファターゼで加水分解後さらに16-DHP標準品の溶出する画分をHPLCで分画しGC/MSおよびGC/FT-IRで分析、いずれの結果も標品の16-DHPと一致したことから、16-DHPは3位の硫酸抱合体であると同定・確認した。16-DHP3-サルフェートが胎児性副腎皮質で生合成されているとすれば胎児性副腎皮質を多く保持したまま出生してくる未熟児で、血中16-DHP3-サルフェートが高くなると考えられる。そこで、HPLC法、GC/MS法による血中16-DHP定量法を開発し、正常新生児12例、未熟児35例について出生時体重および在胎週数と血中16-DHP3-サルフェート(16-DHPとして測定された結果を16-DHP3-サルフェートの値に換算した)の濃度との相関について検討した。その結果、正常新生児では出生時体重、および在胎週数と血中16-DHP3-サルフェートとの間に相関は認められなかった。しかし、未熟児ではこれらの間に有意の逆相関が認められた。以上の結果は、16-DHP3-サルフェートが胎児性副腎皮質で生合成されていることを強く示唆するものである。我々が先にヒト血清中に見出し同定確認した新規ステロイド16-Dehydropregnenolone(16-DHP)の抱合形式を検索する目的で研究を進めた。1.血清から遊離型ステロイドをジクロロメタンで抽出し、抱合型ステロイドを含む残渣についてさらにメタノールで抽出後HPLCで分画、アリルスルファターゼで加水分解後HPLCで分画し、GC/MSおよびGC/FT-IRで分析、いずれの結果も標品の16-DHPと一致したことから、16-DHPは3位の硫酸抱合体であると同定・確認した。2.HPLCによる血中16-DHP定量法を開発し、正常新生児53例、未熟児19例、成人16例の血清中16-DHP 3-sulfateを測定した。すなわち、血清から16-DHP 3-sulfateを抽出してアリルスルファターゼで加水分解後HPLCに適用し測定した結果、成人では1例を除いて感度以下、正常新生児に比して未熟児では約3倍以上高値がえられた。従って、16-DHP 3-sulfateは胎児性副腎皮質組織で生合成され、未熟児では胎児性の組織を多く残したまま出生してくるであろうと考えられる。3.抱合形式の確認のため16-DHP 3-sulfateを合成し、この標品と未熟児血清から抽出したものとをHPLCで分析したところ、リテンションタイムは一致せず標品より抽出物の極性が高いことが認められたたので、予備実験の結果硫酸抱合体にさらにリン酸が結合していることが示唆され、今後はこの抱合形式の確認が大きな課題であると考えている。我々が先にヒト血清中に見出し同定確認した新規ステロイド16-Dehydropregnenolone(16-DHP)の抱合形式とその生合成部位を検索する目的で研究を進めた。1.血清から遊離型ステロイドをジクロロメタンで抽出し、抱合型ステロイドを含む残渣についてさらにメタノールで抽出後HPLCで分画、アリルスルファターゼで加水分解後HPLCで分画し、GC/MSおよびGC/FT-

IRで分析、いずれの結果も標品の16-DHPと一致したことから、16-DHPは3位の硫酸抱合体であると同定・確認した。2.HPLC法、GC/MS法による血中16-DHP定量法を開発し、正常新生児12例、未熟児35例について出生時体重および在胎週数と血中16-DHP 3-sulfate(16-DHPとして測定された結果を16-DHP 3-sulfateの値に換算した)の濃度との相関について検討した。その結果、正常新生児では出生時体重および在胎週数と血中16-DHP 3-sulfateとの間に相関は認められなかった。しかし、未熟児ではこれらの間に有意の逆相関が認められた。このことは、16-DHP 3-sulfateが胎児性副腎皮質で生合成されていることを示唆している。すなわち、未熟児では胎児性副腎皮質を多く残したまま出生してくるため、在胎週数が短いほど血中16-DHP 3-sulfateは高いと考えられた。3.抱合形式については、昨年度までの結果から硫酸抱合体以外の抱合形式の存在が推測されていたが、我々が合成した16-DHP 3-sulfateを用い、さらに検討した結果、標品の16-DHP 3-sulfateのHPLC溶出位置に一致する分画に検体で16-DHP 3-sulfateを同定することができた。この結果は上記1項で得られた結果と一致した。
生細胞における細胞内蛋白質輸送の新たなリアルタイム可視化法の開発

細胞内蛋白輸送の研究はGFPをはじめとする蛍光蛋白質の開発により飛躍的に発展した。しかしこれまでの方法では、細胞内のある特定の部位(オルガネラ)に局在する蛋白質が時間とともにどこに移動するかをリアルタイムで追跡することは事実上不可能であった。最近開発されたGFP変異体であるphotoactivatable(PA)-GFPは、400nm付近の光により初めて活性化されて蛍光を発するようになる。そこで本研究では、特定のオルガネラに局在するPA-GFPキメラのみを活性化し、その挙動を共焦点レーザー顕微鏡でタイムラプス観察することにより、生細胞における蛋白輸送のリアルタイム可視化の新技術を開発することも目的とした。新規に合成されたトランスフェリン受容体(TFR),LDL受容体(LDLR)はゴルジ体から細胞膜へと輸送され、その後細胞膜とエンドソームを循環するとされるがその動態は不明である。そこでその細胞内輸送をモニターするために、これらの蛋白質とPA-GFPとのキメラ蛋白(PA-GFP-TFR, PA-GFP-LDLR)を作成した。HeLa細胞に遺伝子導入されたPA-GFP-TFR, PA-GFP-LDLRはTFR、LDLRそのものと同様に細胞膜およびエンドソームに局在することを確認した。また、生細胞内であるオルガネラに局在するPA-GFPキメラ蛋白のみを活性化するためには、PA-GFPとは異なる自家蛍光を発する蛋白質が必要である。そのために、golgin97のトランスゴルジ網(TGN)局在を決定するドメインであるgripドメインとRFPとのキメラ蛋白grip-RFPを作成した。HeLa細胞に導入されたgrip-RFPは予想通りTGNに局在することを光顕・電顕にて確認した。PA-GFPは単光子レーザーより多光子レーザーによる励起の方が励起効率、励起される範囲の正確さ、細胞に与えるダメージの全てにおいて遊離であることを確認した。PA-GFP-TFR、grip-RFPを共発現したHeLa細胞を多光子レーザーにて励起し、生細胞における蛍光観察を行うことにより、PA-GFP-TFRはTGNからエンドソームを経て細胞膜へと向かうことが示唆された。現在論文作成中である。
チタン焼結体の歯科補綴への応用

本研究は,チタン粉末とバインダーとしてのワックスを混練したチタン-ワックス混合体から作製される多孔性チタン焼結体を歯科補綴に応用することを目的とし,純チタン粉末の粒径や各粒径の混合率を調整した5種類の試料体の物性を評価した.収縮率は2.5%14.2%であり,粒径の小さい試験体ほど収縮率は高かった.機械的強度は106428 MPaであり,気孔密度に影響されていた.チタン基材との接着強度では32100 MPaで粒型に依存していた.補綴装置への応用には寸法精度と機械的強度が重要であり,本法による多孔性チタン焼結体は材料設計によって適応有効であると考えられた.本研究は、我々がこれまでに開発した多孔性チタン焼結体の製作方法を歯科補綴に応用することを目的とする。この方法は、チタン粉末とバインダーとしてワックスを混練した混合体を任意の形態に形成し、そのまま焼結過程を経てチタン焼結体を製作するものである。本研究では、ワックスに混和するチタン粉末の粒径や各粒径の混合率を調整し、所定の機械的強度を有し、焼結収縮を制御できるような材料設計を探索する。試料とするチタン焼結体として、市販のチタン粉末(ニラコ社製、タイロップ社製、他)を遠心分離機で篩にかけ、粒径(45μm以下、150μm以下、150μm以上)ごとに分別した。我々が開発した方法における混練比率(チタン90%:ワックス10%)で混和した7種(1粒径45μm以下の円形、2粒径45μm以下の不正形、3粒径150μm以下、4粒径150μm・75wt%+45μm・15%、5粒径150μm・80wt%+45μm・10wt%、6粒径150μm以上の円形,7粒径150μm以上の不正形)の混合体を成形し、熱処理(大気中380°Cで脱脂、アルゴン雰囲気中1100°Cで焼成)によって試験片を作製した。SEM観察によって粒間の溶着の状態を観察した後、物性評価を行った。焼結による収縮率の測定では直径6mm×10mmの円柱状試験片の焼結前後の寸法比で算出した。収縮率は2.5%14.2%であり、粒径の小さい試験体ほど収縮率は高かった。気孔密度の測定には同試験片の水中浸漬による吸水率から算出し、17.7%38.5%であった。機械的強度では、4mm×7mm×20mmの短冊状試験片を曲げスパン15mm、クロスヘッドスピード1mm/minの破断荷重で曲げ強さを算出し、粒径の小さい45μm以下の群で高く、150μm以下の群でも小さい径を混和することで強度が増加することが分かった。本方法は、チタン粉末とバインダーとしてワックスを混練した混合体を任意の形態に形成し、そのまま焼結過程を経てチタン焼結体を製作するものである。よって、混和するチタン粉末の粒径や各粒径の混合率が物性、機械的強度に大きく影響することが考えられるが、実際に測定、評価はされていないため、先ず、粒度ごとの基本的物性を測定することを計画した。チタン粒径および形態ごとで7種類のチタン焼結体を製作し、SEMによる焼結状態の確認と基本的な物性である収縮率、気孔率を測定し、また、機械的強度としての曲げ試験、圧縮試験を行った。さらに、このチタンーワックスに特徴的な使用法としての既製チタンコンポーネントへの溶着を、チタン板に溶着させた焼結体の破断試験を行って評価した。チタンの粒度が小さいほど、収縮率は高く,補綴装置としての適合性には問題があるが、機械的強度は大きく、補綴装置としての要件に沿うものであった。一方、粒度の大きい群では、収縮率が低く、適合性には望ましいものであったが、機械的強度は有意に低かった。このように、チタンの粒度に影響される基本的物性を測定し、補綴装置に必要な所定の物性と比較することで、本方法の臨床応用への可能性を評価した。次のステップとして、この粒度ー物性の評価を基に、補償方法を検討していく。本研究は、我々がこれまでに開発した多孔性チタン焼結体の製作方法を歯科補綴に応用することを目的とする。

試料として、混練比率(チタン90%:ワックス10%)で混和した7種(1.粒径45μm以下の円形、2.粒径45μm以下の不正形、3.粒径150μm以下、4.粒径150μm・75wt%+45μm・15%、5.粒径150μm・80wt%+45μm・10wt%、6.粒径150μm以上の円形,7.粒径150μm以上の不正形)の混合体を各試験に対応するように成形し、熱処理(大気中380°Cで脱脂、アルゴン雰囲気中1100°Cで焼成)によって各試験片を作製した。収縮率は2.5%14.2%であり、粒径の小さい試験体ほど収縮率は高かった。気孔密度は17.7%38.5%であった。機械的強度では、粒径の小さい45μm以下の群で高く、150μm以下の群でも小さい径を混和することで強度が増加することが分かった。これらの基本的な物性評価から,歯科補綴に適応させるための収縮補償や補強効果を評価した。複数のインプラントレプリカを埋設した寸法規格化したモデル上で、チタン製コーピングを装着し、上部構造フレームをチタン-ワックスで焼結して製作し、その適合精度及び機械的強度を測定した。次いで、レーザー溶接を用いてチタンロッドをコーピング間に連結固定し、同様にチタン-ワックスを焼結しフレームを製作する補償方法を用い、適合精度及び機械的強度を測定し,補償法の有効性を検討した。本方法は、チタン粉末とバインダーとしてワックスを混練した混合体を任意の形態に形成し、そのまま焼結過程を経てチタン焼結体を製作するものである。よって、混和するチタン粉末の粒径や各粒径の混合率が物性、機械的強度に大きく影響することが考えられるが、実際に測定、評価はされていないため、先ず、粒度ごとの基本的物性を測定することを計画した。チタン粒径および形態ごとで7種類のチタン焼結体を製作し、SEMによる焼結状態の確認と基本的な物性である収縮率、気孔率を測定し、また、機械的強度としての曲げ試験、圧縮試験を行った。さらに、このチタンーワックスに特徴的な使用法としての既製チタンコンポーネントへの溶着を、チタン板に溶着させた焼結体の破断試験を行って評価した。チタンの粒度が小さいほど、機械的強度は大きく、補綴装置としての要件に沿うものであったが、収縮率は高く,補綴装置としての適合性には問題があった。一方、粒度の大きい群では、収縮率が低く、適合性には望ましいものであったが、機械的強度は有意に低かった。この粒度ー物性の評価を基に、歯科補綴に重要な適合精度に影響する収縮率や,補綴装置として求められる機械的強度を向上させるための収縮補償や補強効果を評価している。本研究は、我々がこれまでに開発した多孔性チタン焼結体の製作方法を歯科補綴に応用することを目的とする。この方法は、チタン粉末とバインダーとしてワックスを混練した混合体を任意の形態に形成し、そのまま焼結過程を経てチタン焼結体を製作するものである。ワックスに混和(チタン90%:ワックス10%)するチタン粉末の粒径や各粒径の混合率を変えた7種(1粒径45μm以下の円形、2粒径45μm以下の不正形、3粒径150μm以下、4粒径150μm・75wt%+45μm・15%、5粒径150μm・80wt%+45μm・10wt%、6粒径150μm以上の円形,7粒径150μm以上の不正形)の混合体を各試験に対応するように成形し、熱処理(大気中380°Cで脱脂、アルゴン雰囲気中1100°Cで焼成)によって各試験片を作製した。これらの基本的な物性評価から、歯科補綴に適応させるための収縮補償や補強効果を評価した。アバットメントレプリカを20mmの距離で平行に埋設した規格モデルを製作し、レプリカ上にチタン製コーピングを装着、機械的強度の高い粒径45μm以下のチタン-ワックスで上部構造フレームを焼結製作し、その適合精度及び機械的強度を測定した。次いで、レーザー溶接を用いてチタンロッドをコーピング間に溶着固定し、同様にチタン-ワックスを焼結しフレームを製作する補償方法を用い、適合精度及び機械的強度を測定した。チタンロッドを用いることで、適合精度及び機械的強度が明らかに向上することが確認できた。
核ゲノム情報を利用した葉緑体の増殖制御機構の解析

単細胞紅藻Cyanidioschyzon merolae(通称シゾン)は、細胞核、葉緑体、ミトコンドリアを一つずつしか含まない単純な形態をした生物であり、細胞分裂とそれに伴うオルガネラ分裂を明暗周期により同調することができることから、オルガネラの増殖やその制御機構の解明に適した材料であるといえる。同調系を使用した観察から、葉緑体は分裂に先立ち、短期間に体積を増すことが示されている。様々な葉緑体構成タンパク質が集中的に葉緑体に蓄積すると考えられるが、この蓄積を制御するしくみは明らかではない。私は、リン酸饑餓により葉緑体体積が顕著に減少し、リン酸の再添加により回復するという現象を発見した。電子顕微鏡観察により、リン酸饑餓条件下の葉緑体は、正常な構造を保っていることがわかった。葉緑体はその機能を保ちつつ体積を変化させたと予測された。そこでこの系をモデルとして、集中的に葉緑体タンパク質を蓄積させるしくみを解析した。リン酸饑餓条件下の細胞に対してリン酸を再添加、経時的にサンプリングし、シゾンのマイクロアレイを用い、遺伝子の発現変化を解析した。結果、RuBisCoや葉緑体シャペロン等の多くの葉緑体関連遺伝子の発現変動が捉えられた。発現が変動した機能未知の遺伝子の中には植物、シアノバクテリアに保存性が高いものが多数存在し、これらの解析により、葉緑体形成に関わる新規の遺伝子も同定できると考えられる。なお、リン酸欠乏下において、長期間その増殖速度が通常条件下と同様であったことから、細胞内のリン酸のストックの存在が示唆された。本研究において、それらがリソソームのポリリン酸であることを示し、リソソームの細胞周期におけるダイナミックな増殖、分配課程も明らかとなった。葉緑体分裂に関わる因子としてシロイヌナズナのARTEMIS遺伝子がある。この遺伝子はYidC/Oxa1/Alb3ファミリーというそれぞれバクテリア、ミトコンドリア、葉緑体の膜に存在するtranslocaseファミリーに属する。この変異体においては葉緑体の分裂が最後にくびれ切れる段階で停止するという報告があったが、その局在や他の分子との関係は明らかにされていない。私は単細胞紅藻C.merolaeのゲノムのホモロジー検索により、葉緑体型と思われるホモログを1つ見い出し、このタンパク質の抗体を作製した。生化学的手法や間接蛍光抗体顕微鏡法等によりその局在を調べた所、このタンパク質が葉緑体膜タンパク質であることが分かった。また、その発現は葉緑体の分裂周期を通じてほぼ一定であった。このタンパク質はtranslocaseであるため、他の分裂装置の膜への組み込みを通して葉緑体分裂に関わっている可能性がある。変異体を作成し、他の分裂装置の局在変化等を解析するため、シゾンの遺伝子破壊の技術の開発に着手した。形質転換を行うには、形質転換された細胞を選択するための選択培地とマーカー遺伝子が必要である。幾種類かの抗生物質や除草剤を試した結果、真核生物のタンパク質合成を阻害するシクロヘキシミドが有効であった。また、この過程で自然発生のシクロヘキシミド耐性株を得た。シクロヘキシミド耐性の酵母においてリボソームタンパク質L29の40番目の残基がGlnからLysまたはGluに置換しており、テトラヒメナにおいても相当する残基(テトラヒメナにおいてはMet)を同様に置換すると耐性が得られるという報告があることから、L29遺伝子の配列を解読した所、40番目の残基Met(ATG)がLys(AAG)に置換しており、この変異が耐性を付与したと考えられた。現在、この変異遺伝子をマーカーとした形質転換系の開発を行っている。
原子膜ヘテロ構造系における境界面効果による新奇量子現象の理論的研究

炭素原子だけからなる一原子層膜「グラフェン」の発見以降、六方晶窒化ホウ素(h-BN)や、二硫化モリブデン(MoS2)に代表される遷移金属ダイカルコゲナイド系シートなど、原子スケールの厚みしかもたない原子膜の研究が活発に行われている。本研究課題の目的は、様々な原子膜ヘテロ構造系デバイスにおける境界面効果に着目し、そこで期待される新しい物理現象の発見、さらにそれらを利用した新しい動作原理に基づくデバイスの提案を行うことである。平成27年度は、種々の2次元原子膜におけるプラズマ波の遅延効果に着目し、理論解析をおこなった。2次元電子系のプラズマ波の分散関係は、遅延効果によって、長波長極限(q->0)において、√qの依存性から線形へとクロスオーバーすることが知られている。しかし、通常このクロスオーバーが起きる波数qは、とても小さい値であるため、実験的に観測するのは困難とされてきた。我々は様々な1次元および2次元電子系について、プラズマ波の遅延効果を系統的に調べ直し、高品質のグラフェンではこのクロスオーバーが実験的に観測できる可能性を示した。これはグラフェンの線形分散によるものであるが、同じ線形分散をもつトポロジカル絶縁体では内因的な乱れによる散乱が強く、観測は難しいと考えられる。このことから、グラフェンがテラヘルツ素子応用への最適な材料の一つであるということが理解される。本成果は、Physical Review Bに出版された。27年度が最終年度であるため、記入しない。
貧酸素水塊環境下にある堆積物の非破壊状態分析に基づく環境変動評価

本研究は、過去に発生した貧酸素水塊の履歴が直下の堆積物に記録されているものと捉え、堆積物を鉛直方向に化学分析することで、過去の貧酸素水塊の履歴を明らかにすることを目的とする。強い貧酸素水塊が観測される千葉県幕張沖を調査海域とし、浚渫窪地および平場において堆積物を採取した。堆積年代別に得られた試料について、メスバウアー分光法、X線吸収微細構造法を用いて非破壊状態分析を行った結果、浚渫窪地内が特異的な環境であること、貧酸素水塊の規模が縮小していることが判明した。また、酸化還元状態に鋭敏な元素の相対的な濃度変化に着目し、堆積当時の酸化還元環境を明らかにした。本研究は、過去に発生した貧酸素水塊の履歴が直下の堆積物に記録されているものと捉え、堆積物を鉛直方向に採取し堆積年代別に元素の化学状態の変化を分析することで、過去数十年間の貧酸素水塊の履歴を明らかにすることを目的とする。分析に供した堆積物は東京湾で最も強い貧酸素水塊が発生することで知られる幕張沖浚渫窪地および隣接する比較参照点(平場)より不撹乱柱状採泥器を用いて採取した。堆積物は採取から速やかに前処理を行い、^<57>Feメスバウアー分光法によって堆積物中に含有する鉄の化学種分別を、^<210>Pb年代決定法によって各分画の堆積年代を決定した。その結果、浚渫窪地および平場すべての層において、粘土鉱物(Fe^<3+> clay)および珪酸塩(Fe^<2+> sihcate)の鉄化学種を観測した。しかし、浚渫窪地の試料中1980年、1987年、2008年に堆積した層についてはFe^<3+>であるhematiteと同定できる特徴的なスペクトルを観測したが、それ以外の層では検出されない興味深い結果が得られた。採取地点の堆積環境下で最適化した鉄に対するpH-Ehダイアグラムで堆積当時の堆積環境を検討した結果、hematiteの生成は直上の貧酸素水塊の規模が縮小している証拠であることが明らかになった。また、X線吸収微細構造(XAFS)法を用いることにより、浚渫窪地内堆積物ではコア全体でSO_4^<2->やSO_3^<2->と比較して相対的にS^<2->の存在比が極めて高い特徴があることがわかった。浚渫窪地から数百m程度離れた凌渫窪地外の試料と同様の比較をしても、浚渫窪地内の特異的な環境が明らかになった。さらに現在、還元環境下で生息する硫酸還元菌の生息数を鉛直方向に明らかにすることによって、生化学的な観点からも過去の貧酸素水塊の強度の指標を得る計画が進行中である。本研究は、東京湾奥で特に夏期に強く発生する貧酸素水塊の挙動がその直下の堆積物に記録されているものと捉え、海洋堆積物を鉛直方向に採取し、堆積年代別に元素濃度や化学状態の変動を様々な手法で分析することによって、水質の調査だけでは把握することができない範囲や年代に貧酸素水塊の評価を広げていくことを目的とする。調査海域は貧酸素水塊が強く発生する東京湾の中でも、建設土砂の採掘によって生じた広大な浚渫窪地が存在する千葉県幕張沖を前年度と引き続き対象とした。本年度は幕張沖の浚渫窪地および平場において複数回調査船上から堆積物の採取および水中カメラによる海底面の観察を行い、過去の貧酸素水塊の発生について堆積年代別の機器中性子放射化分析法、57-Feメスバウアー分光法、X線微細吸収構造(XAFS)法、X線粉末回折法による詳細な分析を行った。幕張沖の堆積物は有機物含有率が高くヘドロ状であるため、堆積物の鉛直方向の分割、すなわち高時間分解の分析には非常に困難があった。そのため、これまでの分析では数年単位の平均値として貧酸素水塊の挙動を評価せざるを得ず、年単位で変動する貧酸素水塊の評価には改善の余地があった。本年度はこの点について改善を行い、特に過去数年の間に堆積した最表層部分について、約半年単位というこれまでにない高時間分解で堆積した堆積物の分取に成功した。その結果、FeやMnといった対象海域では比較的堆積環境を反映しにくい元素でも、浚渫窪地と平場の間で明らかな濃度差が生じ、堆積物表層では貧酸素水塊の還元的な影響を特に強く受けていることが明らかになった。また、青潮の発生に強く関与する堆積物中のSについては季節単位の影響が表層部のみならず、少なくとも下層30cm程度まで浸透していることが明らかになった。

このことは夏期および冬期に採取された堆積物に存在した硫酸還元菌数の差異とも関連性があるものと考えられる。本研究は、過去に発生した貧酸素水塊の履歴が直下の堆積物に記録されているものと捉え、堆積物を鉛直方向に化学分析することで、過去の貧酸素水塊の履歴を明らかにすることを目的とする。調査海域は貧酸素水塊が強く発生する東京湾の中でも、建設土砂の採掘によって生じた広大な浚渫窪地が存在する千葉県幕張沖を引き続き対象とし、浚渫窪地および平場において複数回調査船上から堆積物を採取した。堆積年代別に得られた57-Feメスバウアースペクトルを解析したところ、浚渫窪地および平場の全ての層において、maghemiteが観測された。maghemiteは酸化的環境下で生成するので、平場のみならず浚渫窪地も酸化的環境になり得ることが示唆された。また、平場および浚渫窪地の中・下層部において、還元的環境下で生成するpyriteが観測され、中・下層部は全体的に還元的であったことが示唆された。機器中性子放射化分析(INAA)法により、U, Th, Ceの濃度を求め、Th/U, Ce/U比を算出したところ、浚渫窪地、平場とも表層でこれらの比が大きくなる傾向が見られた。Th, Ceは酸化的であるほど、Uは還元的であるほど沈殿を生じる傾向があるので、当該底質の表層は比較的酸化的であり、中・下層部は還元的であったことが示唆された。これはメスバウアースペクトルにおけるpyriteの割合に関する結果と整合的であった。また、本研究では元々堆積年代の推定のために210Pbと137Cs濃度を測定していたが、今回、福島第一原子力発電所事故により拡散された放射性セシウムが、東京湾沿岸域の海底堆積物中でどのような濃度変化を示しているかについて、浚渫窪地と平場との違いに着目して、併せて検討を行った。調査海域は貧酸素水塊が強く発生する東京湾の中でも、建設土砂の採掘によって生じた広大な浚渫窪地が存在する千葉県幕張沖を前年度に引き続き対象とした。本年度は、幕張沖の浚渫窪地および平場において複数回調査船上から堆積物の採取および水中カメラによる海底面の観察を行い、採取した底質コアを鉛直方向に可能な限り細かく裁断し、有機物の段階的酸化分解に強く関与する元素(主にFe, Mn, S)の定量と状態分析を行った。分析手法としては、機器中性子放射化分析(INAA)法、57-Feメスバウアー分光法、X線吸収微細構造(XAFS)法、X線粉末回折法などを用いた。INAA法によりFe, Mnの元素濃度を求めた結果、夏期に採取した浚渫窪地2地点の底質において、表層でFe, Mnの元素濃度が明らかに小さくなる傾向が見られた。両元素は酸化的であるほど沈殿を生じる傾向が知られており、水質が還元的である夏期に両元素の濃度が表層で小さいという測定結果は妥当なものであるといえる。また、XAFS法によりS(-II)/S(VI)価数別分析を行ったところ、水質の変化は底質中の硫黄には直ちに反映せず、2-3ヶ月程度遅れて酸化還元状態に影響を及ぼすことが示唆された。本年度はさらに、redox-sensitiveな元素としてU, Th, Ceに着目し、それらの元素の鉛直分布を測定した。各元素単独の鉛直分布では変化が見にくくても、酸化的であるほど沈殿を生ずるTh, Ceを分子、還元的であるほど沈殿を生ずるUを分母に取り、Th/U比とCe/U比を求めることにより、鉛直方向の変化が観測できた。