hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ナノシリカ粒子を充填したシリコーンゴム複合材料の力学的特性に及ぼす中間層の影響

その結果,中間層は20 nm程度の厚さであり,温度上昇とともに減少することがわかった.このようなことはエポキシ樹脂などの他の材料でも確認された.さら複合材料の引張試験を実施し,大変形を示す材料の変形特性を測定するために,画像処理により試験片表面のマーカーの変位を測定することにより試験片の縦ひずみおよび横ひずみを測定するシステムを構築した.また,き裂進展試験を実施し,き裂先端が大きな変形を示し,鈍化することを明らかにした.当初,計画していた複合材料の評価および形成される中間層の評価について,作製された複合材料について,-100から200 °Cのガラス状態からゴム状態の温度域の粘弾性特性の測定を行い,粘弾性特性から得られるガラス転移温度についてナノ粒子充填によるガラス転移温度から母材ゴムの分子の絡み合いに変化が生じるのかどうかについて確認した.特に中間層がガラス状態にある母材で形成されていることを明らかにしたことは重要な結果である.これを前提として,母材がゴム状態にあるときの粘弾性特性の変化を説明することが可能となり,複合則を逆算することで中間層厚さを推定することが可能となった.平成30年度以降の研究方向性を明確にしたことで今年度の結果は十分なものといえる.引張変形特性,き裂進展特性の測定については,ゴム材料であるために大変形を示すために従来の金属材料に対する試験とは特別な配慮が必要であり,特に破断,破壊特性を測定するために非接触で測定を行う日知洋画生じた.平成29年度においては,この問題を克服するための検討に注力した.その結果,試験片上の適切な描かれたマーカーの変位を画像処理により測定することで可能とした.その方法により引張試験およびき裂進展試験を実施した.以上のことから,深刻な研究計画に遅れが生じることなく,おおむね順調に進展しているものと判断される.ナノシリカ粒子を充填したシリコーンゴム複合材料の変形特性,強度特性,破壊特性などの力学的特性について,充填ナノシリカ粒子表面に特有に形成される中間層が及ぼす効果を明らかにすることを目的としている.変形特性,強度特性,破壊特性に生じる充填粒子の粒径依存性の相違を利用して,ナノシリカ粒子充填によりシリコーンゴム複合材料の力学的特性を独立に制御することが可能となる材料設計方法を提案することを目的とした.作製した複合材料についてガラス状態からゴム状態に至る温度範囲である-100から200°Cにおける粘弾性特性に対して温度・時間換算則を適用してシフトファクタより得られる活性化エネルギが粒子充填の影響を受けないことから,粒子充填により母材ゴムの組成に影響を及ぼさず母材ゴムの分子と絡み合うことでガラス状態にあり中間層が形成されることを確認した.シリカ粒子充填シリコーンゴム複合材料の破壊試験を実施した.このとき測定される荷重ー変位線図は線形関係を示し予き裂からき裂進展し試験片が破断した.同時にき裂開口変位を測定しき裂先端の距離の平方根に開口変位が比例することが明らかにあり線形破壊力学を適用して臨界応力拡大係数を破壊靭性して結果を整理した.粒子充填率が上昇するとともに破壊靭性が増加することを確認した.さらに粒径200 nmのナノシリカ粒子を充填した破壊靭性が粒径1.5 μmのシリカ粒子を充填した材料より破壊靭性がむしろ低くなることが判明した.
分泌型タンパク質の翻訳後修飾の解析とｍａｎｎｏｓｙｌｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅの同定

本年度は、C-mannosylationされる新たな候補タンパク質としてhyaluronidase1 (HYAL1)に着目し、C-mannosylationされているか否かの解析、及びその機能に与える影響を解析した。HYAL1は細胞外マトリクスのヒアルロン酸を分解することで細胞の運動性を向上させることから、HYAL1の過剰発現は癌の悪性化に関与している。HYAL1にはTrp130及びTrp321の2カ所のC-mannosylation予測部位がある。そこでHYAL1の過剰発現細胞を樹立し、その培養上清及び細胞抽出液よりHYAL1を精製した。それらを質量分析により解析した結果、培養上清より精製したHYAL1はC-mannosylationされていなかったが、細胞抽出液より精製したHYAL1はTrp130においてC-mannosylationされていることを明らかにした。以上の結果から、HYAL1はC-mannosylationされることで分泌が抑制されていることが示唆された。次に、HYAL1がヒアルロン酸分解酵素であることから、その活性に与える影響を評価した。質量分析の結果から、細胞内のHYAL1はC-mannosylationされているものとされていないものの2種類が存在することが示されたが、この2種類のHYAL1を分離することは困難であった。そこで、コンピュータシミュレーションによりC-mannosylationがHYAL1の酵素活性に与える影響を評価した。現在報告されているHYAL1のX線結晶構造に対し、シミュレーションソフト上でHYAL1のTrp130にマンノースを付加し、基質であるヒアルロン酸をドッキングさせ、構造の最適化を行った。その結果、HYAL1がC-mannosylationされることにより、HYAL1の活性中心であるGlu131は基質であるヒアルロン酸より遠位に存在することが示された。以上の結果から、HYAL1の酵素活性はC-mannosylationにより負に制御されていることが示唆された。HYAL1は癌悪性化因子であることから、C-mannosylationによる機能制御という今回の新たな発見は、新たな分子標的薬の開発につながると考えられる。26年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、R-spondin1 (Rspo1)のC-mannosylationの役割について解析することを目的としていた。Rspo1は、Wntシグナルを増強するWntアゴニストとしての活性を有している、分泌型タンパク質である。Wnもシグナルは、癌悪性化に関与することが知られているシグナルであるため、Rspo1は癌悪性化因子であることが示唆されている。また、C-mannosylationは糖鎖修飾の一種であるが、他の糖鎖修飾とは異なり、未だその機能はほとんど知られていない。Rspo1にはTrp^<153>及びTrp^<156>の2カ所のC-mannosylation予測部位があった。そこで、Rspo1がC-mannosylationされているか否か、及びその役割について解析を行った。まず、Rspo1遺伝子にmyc及びhis_6のタグを付加したベクターを作製し、Rspo1の過剰発現細胞を作製した。次に、その過剰発現細胞よりリコンビナントRspo1を粗精製し、質量分析法を用いてC-mannosylationの有無を確認することとした。Rspo1は分泌型タンパク質であるため、細胞培養上清より粗精製することが適切であると考えられた。しかし通常の培養下では、Rspo1の分泌は一切確認されなかった。以前の報告でRspo1は細胞外のヘパラン硫酸に結合していることが示唆されていた。そこで培地中にヘパリンを加えたところ、Rspo1を培地中に分泌させることに成功した。そこで、Rspo1過剰発現細胞を大量培養し、培養上清よりNi-NTA agaroseを用いてRspo1を粗精製した。粗精製時はヘパリンを加えたことにより、Ni-NTAへのアフィニティーの減少が確認されたが、種々条件検討の結果、尿素を加えてタンパク質を変性させることでNi-NTAへのアフィニティーが上昇し、精製に成功した。そのサンプルを質量分析により解析したところ、Rspo1はTrp^<153>及びTrp^<156>の2カ所でC-mannosylationされていることが示された。

次に、HYAL1がヒアルロン酸分解酵素であることから、その活性に与える影響を評価した。質量分析の結果から、細胞内のHYAL1はC-mannosylationされているものとされていないものの2種類が存在することが示されたが、この2種類のHYAL1を分離することは困難であった。そこで、コンピュータシミュレーションによりC-mannosylationがHYAL1の酵素活性に与える影響を評価した。現在報告されているHYAL1のX線結晶構造に対し、シミュレーションソフト上でHYAL1のTrp130にマンノースを付加し、基質であるヒアルロン酸をドッキングさせ、構造の最適化を行った。その結果、HYAL1がC-mannosylationされることにより、HYAL1の活性中心であるGlu131は基質であるヒアルロン酸より遠位に存在することが示された。以上の結果から、HYAL1の酵素活性はC-mannosylationにより負に制御されていることが示唆された。HYAL1は癌悪性化因子であることから、C-mannosylationによる機能制御という今回の新たな発見は、新たな分子標的薬の開発につながると考えられる。26年度が最終年度であるため、記入しない。細胞培養上清からの精製はヘパリン処理により困難であったがその精製に成功し、さらにRspo1が2カ所共にC-mannosylationされていることを証明出来たため。Rspo1は分泌型タンパク質であるため、C-mannosylationが分泌に与える影響を検討する。また、Wntシグナルアゴニストとしての活性も有しているため、活性に与える影響も評価する。さらに、Rspo1の2カ所のC-mannosylationを行っている責任酵素の同定を試みる。
銀河系内宇宙線起源の解明

現在、観測される10^16eVまでの一次宇宙線は銀河系内起源であり、10^19eV以上の超高エネルギーのものは、銀河系外起源と考えられている。本研究では、特に一次宇宙線のエネルギースペクトルと質量組成を測定し、この系内から系外に切り替わるエネルギー領域を確定し、宇宙線起源天体、加速機構、伝播機構を解明すること目的としている。エネルギースペクトルの測定結果の全体は、一次宇宙線のエネルギーEのべき関数で表せるが、10^15.6eVにおいて、べき値の変化が観測された。また、最終結論ではないもののエネルギーが10^15.6eVより高くなるにつれて鉄などの重核から軽核成分に変化していることがわかった。宇宙線(粒子線)が宇宙における最も激烈な現象と関連していることは疑いようもないが、1013eVを超す高エネルギー宇宙線の起源はいまだに解明されていない。そこで,本研究では,1016eV以上の宇宙線のエネルギースペクトルおよび質量組成を南米ボリビア・チャカルタヤ山宇宙物理学研究所で測定し,特に,質量組成における急激な変化(銀河系内起源の鉄から銀河系外起源の陽子への変化が期待されている)を観測することにより,銀河系内起源宇宙線のエネルギー上限を確定する。そこで,平成23年度は,観測装置の製作および設置場所の確定を行った。観測装置は,測定容器,光電子増倍管,高電圧装置と測定記録装置で構成され,予算を有効に使うため,できる限り手持ちの物品を再利用し,これを全7台製作した。製作過程においては,各装置の動作テスト,および性能確認を行うとともに,シミュレーション計算で考慮すべき基礎パラメータの測定を行った。また,測定装置を制御するデータ収集ソフトの開発を行い,実機を用いた動作テストを遂行し,完成させた。一方,製作した装置を南米ボリビア・チャカルタヤ山空気シャワーアレイ内に配置する必要があるが,そのために,現地に常定助教(研究協力者)を派遣し,シミュレーション計算によりあらかじめ想定した設置場所の確認を行い,確定した。以上の経過に関して,平成24年3月に研究協力者を含めて全7名を東工大に招集して検討を行い,順調に研究目的が達成されていることを確認した。また,以上の成果は,日本物理学会にて口頭発表し,また,成果の一部は学士論文としてまとめた。本研究の観測実施場所である南米ボリビア・チャカルタヤ山宇宙物理学研究所に,昨年度,空気シャワーチェレンコフ光観測装置を設置した.引き続き,観測装置の動作テスト,較正データの取得を行い,その後,予備観測を実施した.本年度は,東工大助教常定芳基,理化学研究所技師田島典夫,東工大D1勝谷龍一,同M2三森結を派遣し,本装置の一部改良と動作確認を行った後,本観測を実施した.本観測実施期間は8月27日より10月12日までで,月のない晴天夜を選び観測を実施した.この結果,観測時間は163時間(duty cycle 14.4%)であった.これにより得られたデータと同期した空気シャワーデータは現在,解析中である.これと平行して,観測データと比較すべきシミュレーション計算を実施している.以上の結果は平成26年3月に開催された日本物理学会にて口頭発表した.本年度実施目標は,昨年度作成した観測装置を南米ボリビア・チャカルタヤ山宇宙物理学研究所に輸送・設置し,動作テスト,較正データの取得,予備観測を行うことなどである.そこで,昨年5月に船便にて装置の発送を行い,8月中旬に現地での受領が完了した.一方,7月から10月にかけて,研究協力者である常定芳基東工大助教,勝谷龍一東工大修士課程1年生,田島典夫理化学研究所技術職員を派遣した.これにより,発送荷物到着までは,現地での設置準備を行い,到着後は直ちに検出装置の設置を開始した.即ち,空気シャワーアレイ内の7カ所50m間隔に検出器を設置し,観測小屋からそれぞれの検出器まで電源ケーブルとインサーネットケーブルを敷設し,データ収集回路を設置することであり,9月中旬までに完了した.その後,各装置ハード,ソフト両面での動作チェックを行い,また,各検出器の測定性能データと較正用データの取得を9月下旬までに完了した.この結果,当初の予定どおりの動作および測定精度を達成していることを確認した.最後の作業として,9月下旬から10月上旬にかけて予備観測を実施した.本観測は,空気シャワーに伴って発せられる微弱な空気チェレンコフ光を測定することであり,月のない(新月を挟む2週間)晴天夜に実施する必要があり,本派遣期間中,唯一の機会であった.残念ながら,天候には恵まれなかったものの,数時間の観測が実施でき,空気シャワーに同期した信号の観測・記録に成功した.帰国後のデータ解析の結果,5イベントについて,記録された信号が同時に観測された空気シャワーを起源とするものであることを確認した.また,イベント数も観測時間を考慮すると予想どおりの数であることも確認した.以上により,本年度実施課題について順調に成果を達成することができた.また,年度末に研究協力者を含む11名を招集し,本年度の成果について報告・討論を行った.本年度は,研究代表者である垣本のほかに,研究協力者である常定芳基(東工大助教),勝谷龍一(東工大D2),中山慧介(東工大M1)を観測場所であるボリビアに派遣し,観測装置の再配置,および観測データの蓄積を行った.

本研究では,空気シャワーに伴って放射される空気チェレンコフ光の到着時間分布波形観測を行っているが,空気シャワーの規模に応じて最適な観測位置が異なってくる.このため,観測装置を再配置することにより,より高エネルギー宇宙線に対して,より高品質なデータが得られるようにした.観測自体は,月のない晴天夜に実施するため,現地が乾期になる前の4月中に再配置をすませ,観測自体は5月から10月まで実施した.これにより,1昨年度からの観測総時間は約700時間となり,ほぼ計画通りに進んでいる.さらに,最終結果を得るためには,観測結果と比較すべきシミュレーション計算による空気シャワーイベントを種々の条件で生成しておく必要がある.これには,膨大な計算時間を要し,非現実的ある.そこで,一部計算を簡略化することにより,観測データと比較する上では計算精度を損ねることなく,効率よく計算できるように工夫をした.現在,所有の計算機アレイを用いてシミュレーテッド空気シャワーイベントの蓄積に努めている.以上の途中結果については,秋と春に開催された日本物理学会にて口頭発表した.また,観測装置の開発および性能に関する成果を学術論文誌(Nuclear Instruments and Methods)に掲載した.本年度は,研究協力者である常定芳基(助教),勝谷龍一(D3),中山慧介(M2)を観測場所である南米ボリビア・チャカルタヤ山宇宙物理学研究所に派遣し,空気シャワーに同期した空気チェレンコフ光到着時間波形観測データの蓄積に専念した.観測は,現地が乾期となる5月から10月末までの月の無い晴天夜に行い,昨年度までの観測時間数700時間に対して,本年度は450時間を達成した.また,無線LAN環境を整備し,無人での観測が可能となった.観測データは直ちに日本に移送し,解析を行った.さらに,同期した空気シャワーデータ解析プログラムの解析精度の向上を行った.これにより,特に,宇宙線到来方向決定精度が向上した.また,観測した波形データから得られる一次宇宙線質量組成解析結果と比較すべきシミュレーション計算結果の蓄積も行った.このシミュレーション計算には,膨大な計算時間を要するため,実際には適切な近似措置を講じる必要がある.従って,計算実施前に,適切な近似の最適化の検討を行った.以上の途中結果については,春に開催された日本物理学会にて口頭発表した.現在、観測される10^16eVまでの一次宇宙線は銀河系内起源であり、10^19eV以上の超高エネルギーのものは、銀河系外起源と考えられている。本研究では、特に一次宇宙線のエネルギースペクトルと質量組成を測定し、この系内から系外に切り替わるエネルギー領域を確定し、宇宙線起源天体、加速機構、伝播機構を解明すること目的としている。エネルギースペクトルの測定結果の全体は、一次宇宙線のエネルギーEのべき関数で表せるが、10^15.6eVにおいて、べき値の変化が観測された。また、最終結論ではないもののエネルギーが10^15.6eVより高くなるにつれて鉄などの重核から軽核成分に変化していることがわかった。本年度の観測は,観測場所であるボリビアが乾期となる5月から10月まで実施することができた.これに先立ち,観測装置の設置位置を移動し,より効率よく観測データが得られるように改善した.以上により,当初の予定通り観測データの蓄積が達成できた.一方,観測データと比較すべきシミュレーション計算を実施し,計算時間の軽減のための工夫(thining, dethining法)することにより効率よく計算データの蓄積を行うことができた.27年度が最終年度であるため、記入しない。
タンパク質の凝集や失活をふせぐ溶液デザイン法の確立

本研究では溶液に添加する低分子化合物をデザインすることで、タンパク質の熱による凝集の抑制や、リフォールディングにともなう凝集の抑制する方法を試みた。リゾチームを対象に調べたところ、熱にともなう凝集の抑制に最良の添加剤はアミノ酸アルキルエステルやポリアミンだった。本研究ではあらたにアミノ酸アミドを見いだした。効果はアミノ酸アルキルエステルと同等だが、加水分解をうけにくいために応用範囲が広がる。またポリエチレングリコールを加えておくと、アルギニンやアミノ酸誘導体の凝集抑制能が相乗的に増加することを見いだした。リフォールディングにともなう凝集と熱にともなう凝集にたいして効果のある化合物を網羅的に探索した。その結果、前者にはウレイド基やグアニジウム基を持つ化合物が、後者にはアミノ酸の主鎖骨格を持つ化合物が候補にあがった。タンパク質の熱凝集という速度論的な過程は、平衡論的な溶解度という概念で記述できることがわかった。ホフマイスター系列中、溶解度を低下させるタイプの塩は、タンパク質凝集速度を増加させる相関がみられたが、アンモニウム塩は例外的に凝集を高度に抑制した。タンパク質溶液には、経験的に塩化ナトリウムなどの塩を添加することが多いが、凝集を抑制するというデザインを考えるならモル表面張力増加率の低いカチオンとアンモニウムイオンを組み合わせた塩(例えばチオシアン酸アンモニウムやヨウ化アンモニウム)が好ましいことを意味する。タンパク質の熱に対する耐性を向上させる溶液をデザインするために、溶液に添加する新しい化合物を探索した。これまでに得られていた最良の化合物はアミノ酸アルキルエステルやポリアミンだったが、リゾチームの熱凝集をモデルに調べたところ、アルギニンアミドを新しい添加剤として見いだした。アルギニンアミドはアルギニンエチルエステルと比較して、加水分解をうけにくいこと、凝集抑制能がアルギニンエチルエステル以上の効果を示すこと、リフォールディング添加剤としても優れた効果があることが判明した。ただしアルギニンアミドは高価だという欠点が残されている。さらにリゾチームをモデルタンパク質に熱失活耐性を向上させる添加剤を探索したところ、アルギニンアミドに限らずアミノ酸アミドに広く効果がみられることがわかった。0.1Mほど添加すると熱に対して完全に凝集を抑制するバリンアミドやメチオニンアミドは、タンパク質溶液をデザインする上であたらしい選択肢になるだろう。熱凝集を抑制する溶液とリフォールディングを助ける溶液は、タイプが違うことも分かってきた。例えばタンパク質の熱凝集抑制剤であるポリアミンはリフォールディング収率を上げない。アルギニンタイプの化合物にリフォールディング収率を増加させる効果があるのではないかと考えて、次年度に系統的に調べていく必要があると考えている。タンパク質の熱による凝集という速度論的な現象が、溶解度という平衡論的な指標で評価できることが分かりつつある。さまざまな塩を添加した溶液でのリゾチームの加熱凝集を調べたところ、溶解度を低下させる塩は凝集を促進する。タンパク質溶液にはふつう、塩を添加するので、理想的な塩が存在するのかどうかについても、さらに系統的に調べていき、タンパク質の凝集や失活を抑制する溶液デザイン法を確立していきたい。
子どもの体力・身体活動と生活習慣、学力、意欲、家庭環境との関係性の検討

子どもの体力低下問題は未だピークには及ばず継続的取組が必要である。一方で「運動促進=体力向上」といった一側面の取組には限界があり、体力や身体活動の二極化などの問題も見られる。近年では、生活習慣や学力、意欲・関心、家庭環境等との関係性も検討する研究が見られている。そこで、本研究では子どもの体力・運動能力、身体活動、生活習慣、学力、意欲・関心、家庭環境等に関し、運動・身体活動を中心とした要因間の相関関係、因果・循環構造、影響の順序性等を総合的に分析検討することを目的とする。分析結果に基づき今後の幼少期の運動促進の指針をまとめ、発育発達期におけるますますの運動促進を目指す。
造血幹細胞の分化多能性維持とmidbodyの動態

MgcRacGAP(MRG)は細胞質分裂時に2つの娘細胞をつなぐ構造物であるmidbodyのマーカーである。造血幹細胞の非対称分裂とmidbodyの非対称分配との関係性を研究するために、造血系特異的にMRG-hmKO2(midbody蛍光マーカー)を発現するマウスを樹立した(以後、MRGレポーターマウスと呼ぶ)。マウスはメンデルの法則に従い出生し、成熟後も顕著な異常は認められず正常であったが、MRGレポーターマウスの骨髄におけるMRG-hmKO2の発現をフローサイトメーターで確認すると検出限界以下であった。次に、骨髄から造血幹細胞(CD150+CD48-cKit+Sca1+Lineage marker negative細胞)を採取し顕微鏡下でMRG-hmKO2の発現をタイムラプスライブセルイメージングにより観察したところ、一部の細胞でしか発現が確認できなかった。また、蛍光が非常に弱くレポーターとしては失敗であることが判明した。次の対策として、マウスMRG遺伝子座にレポータータンパクを融合タンパクとして発現できるようにノックインしたマウスを作製することにした。現在、ターゲッティングベクターを作製が完了し、ES細胞を用いてマウスを作製中である。また、ノックインマウス作製と並行して、レトロウイルスベクターを用いてMRG-hmKO2を遺伝子導入した造血幹細胞を培養し、in vitroにおける造血幹細胞から成熟細胞への細胞系譜とmidbodyの継承・非継承との関係性を検証した。Midbodyを放出(非継承)した娘細胞の方が、midbodyを継承した娘細胞よりも分化多能性を維持している傾向があることが判明した。今後は、ノックインマウス作製が完了し次第、in vivoの実験に取り組む予定である。本年度は、Cre-inducibleなMgcRacGAP-hmKO2マウスの作製・解析を中心に研究を行った。具体的には、5'UTRを含むMgcRacGAPとhmKuOの融合遺伝子をRosa26遺伝子座にSTOPカセット(loxP-Neo-Stop-loxP)と共にノックインし、Creによってその発現を誘導できるマウスを作製した。造血系特異的にMRG-hmKO2レポーターを発現させる目的で、造血系特異的にCreを発現するVav-Creマウスとの交配を行い、造血系特異的にMRG-hmKO2を発現するマウスを樹立した(以後、MRGレポーターマウスと呼ぶ)。また、蛍光が非常に弱く残念ながらレポーターとしては失敗であることが判明した。現在、ターゲッティングベクターを作成中である。Cre-inducibleなMgcRacGAP-hmKO2マウスのMgcRacGAp-hmKuO融合タンパク質の発現が弱くレポーターとして機能しなかったため。現在、新しいレポーターマウス作製のための予備実験を行っている。具体的には、マウスMgcRacGAP遺伝子座にいくつかの蛍光タンパク質(mVenus, mCherryなど)を融合タンパクとして発現するようにノックインし、その蛍光強度が最大になるものを選定中。マウス作製期間中は、レトロウイルスベクターによりMgcRacGAP-hmKuOmを造血幹細胞に導入し、マウスに移植する移植モデルで実験を行う予定。当初計画していたレポーターマウスの作製に失敗したため、予定していた実験が先送りになった。

また、新しいレポーターマウスの作製をおこなう必要が出てきたため。本年度は新しいレポーターマウス作製を研究費仕様の主な目的とする。新しいレポーターマウス作製後に、当初予定していた実験を行う。また、マウス作製期間中はMgcRacGAPレポーターをレトロウイルスにより導入した造血幹細胞を使って実験を進めていく予定である。
ヒト正常及び粥状硬化動脈内の抗凝固性タンパクの局在と機能発現の検討

uPA抗原量は全体に低値(対照群0.002±0.003ng/mL(平均±標準偏差);動脈硬化群0.030±0.05ng/mL)で、抗原量、活性とも対照群と動脈硬化群間、あるいは内膜病変と中膜間に有意差は認められなかった。uPAの局在については内膜および中膜平滑筋細胞の細胞表面に弱陽性に認められた。tPAの抗原量と活性はuPAに比べ高値であったが対照群と動脈硬化群間に有意差は見られなかった。しかし、内膜病変と中膜を比べると、内膜病変内のtPAは抗原量(2.105±0.872ng/mL)、活性(0.145±0.047IU/mL)とも、中膜(抗原量1.027±0.366ng/mL、活性0.076±0.019IU/mL)に比し、有意(p<0.01)に高かった。局在については内皮細胞以外にtPAをはっきり認めることは出来なかった。TMも全体に多量に存在していたが、対照群(788±424ng/mL)、動脈硬化群(1298±367ng/mL)あるいは内膜病変、中膜間に有意差は認められなかった。TMの活性は全例で検出し得なかった。免疫電顕によるTMの局在の観察では、内皮細胞は細胞膜上にTMを発現していたが、中膜平滑筋細胞では光顕による観察と同様、細胞質内と細胞膜上に局在を認めた。これらの結果は、uPAは動脈壁内にびまん性に少量しか存在しないが、tPAは動脈壁内で恒常的に発現しており、主に動脈の生理的現象に関与するだけでなく、粥状硬化内膜病変形成にも関与していることを示唆している。tPAの局在を形態学的に確認することが出来なかったのは、主として用いた抗体の感度の問題と考えられる。またTM活性が検出できなかったのはTMのプロテインC補助因子活性が非常に不安定であることが解っている(Hayashi T et al.Blood 1992;79:2930-2936)ので、組織処理のいずれかの過程で失活したものと思われる。
肝臓疾患保有患者における薬物代謝能,薬物相互作用の予測に関する研究

平成12、13年度文部省科学研究費補助金において17例の臓器・組織の一部摘出を受ける患者より自由意思のもと提供された臓器・組織(転移性肝癌8例、肝細胞癌8例、生体肝移植レシピエント1例)を試料として、各種肝疾患と薬物代謝酵素活性の変動に関して代表的なCYP分子種の基質8種を用いて検討した。平成12年度には11例の手術材料(転移性肝癌4例、肝細胞癌7例)について、病態によるCYP酵素各分子種に対する影響を検討した。転移性肝癌試料では、正常部位におけるCYP各分子種の活性は、米国NDRIより供給されたヒト肝プールドミクロソームと比較して、CYP2C19で著明な低値を示し、一方、CYP2D6で約4倍、CYP2C9で約2倍の高値を示した以外は、平均20%から50%程度の低値を示した。一方、原発性肝癌試料では、前述と同様にCYP2C19で著明な低値を示し、約半数の例でほぼ完全な活性の消失が認められた。また、CYP2C9で約2倍の高値を示した以外は、平均20%から50%程度の低値を示した。肝細胞癌患者より提供された試料は、CYP2E1を除き転移性肝癌患者の試料と比較し、若干活性低下が著しい可能性が示された。癌患者で特に変動が著しかったCYP2C19の活性低下に関してその発生機構の解明を目的として、平成13年度に新たに6例の患者より提供を受け詳細な検討を試みた。その結果、6例中3例の試料ではCYP2C19活性の著しい低下が示され、酵素タンパク発現機構に傷害が発生している可能性が示された。そこで、酵素発現の遺伝的欠損の可能性に着目し、CYP2C19遺伝子変異の有無に関して検討を行った。その結果、酵素活性の低下が認められた3例においては、CYP2C19遺伝子中、EXON 5にホモ型の変異が認められた。この事は、癌患者におけるCYP2C19活性の低下が主にCYP2C19遺伝子欠損に由来している事を示しており、癌患者における高頻度の遺伝子欠損の可能性が示された。以上の結果より、担癌患者ではCYP2C19が著しく低下する可能性が高く、癌患者特有の現象そある事が示唆された。また、CYP2C19欠損と発癌の関連性の可能性も同時に示唆された。昨年度本研究事業において、肝硬変・肝癌患者における肝薬物代謝酵素の活性変動に関して検討した。その結果、肝疾患により肝薬物代謝酵素のうちチトクロームP4502C19(CYP2C19)活性が著しく低下していることを明らかにした。しかし、CYP2C19は日本人を含む東洋人では約20%が遺伝的に欠損していると言われており、癌患者より提供された試料での低活性が遺伝的な酵素欠損によるものかあるいは癌病態に起因するものであるのかに関しては不明であった。

本年度は、昨年度の結果より示された結果が遺伝的な要因によるものかあるいは病態に起因するものであるのかを明らかにする事を目的として6例の患者より肝臓試料の提供を受けて検討した。本研究に対する肝臓試料は、自由意思に基づく提供であること、提供に同意した後でもいつでも同意を撤回できること、撤回しても以後の診療に一切の不利益を被らないこと、プライバシーが守られることなどを明記した説明文書および口頭による説明を行った後、文書による同意が得られた試料のみを使用した。本研究計画は、昭和大学医学部医の倫理委員会の審査承認を得て実施した。酵素活性の評価は、代表的なCYP2C19の基質であるS-メフェニトインを使用し、HPLC法にて行った。遺伝的酵素欠損の評価は、RFLP-PCR法、酵素タンパクの発現はWestern blot法にて行った。本検討に供された6検体の肝臓試料において、CYP2C19活性は3例で著明な低値を示し、他の3例ではほぼ対照値を示した。また、遺伝的多型に関する検討を行った結果、CYP2C19遺伝子のExon5における変異は3例で認められ、前述の活性低下とほぼ一致した。さらに酵素タンパク量の変動についてWestern blot法による検討を行った結果、ほぼすべての酵素試料で、抗体認識タンパクが検知された。これらの結果より、今回の検討で認められたCYP2C19活性の低下は、癌・肝硬変のような病因や病態に起因する内因性物質による阻害や酵素タンパクの発現低下による可能性よりはむしろ、癌患者における遺伝子変異によることが明らかとなった。
確率微分方程式の近似解の精度の研究

確率微分方程式は通常の微分方程式にランダムな変動としてブラウン運動の微分(ホワイトノイズ)の項を加えたもので,コンピュータシミュレーションによって理工学を始め経済学にも広く応用されている.その解は確率積分と呼ばれるブラウン運動の積分を使って表されているため,シミュレーションによる実際の応用には真の解の代わりに何らかの方法で構成された近似解が用いられる.そのため,真の解と近似解の誤差を評価する必要がある.特に、シュミレーションでは確率変数の代わりに擬似乱数を用いるが、これは代数的な計算によって構成されるため、擬似乱数から構成された近似解の精度が大きな問題となっている。擬似乱数は分布の精度と独立性について多くの問題を有している.研究代表者(金川)は、ドンスカ-型不変原理に於ける収束の速さを求める方法を応用して、正規擬似乱数の分布が真の正規分布からずれている時に、Euler-丸山の近似解と真の解との誤差を評価した.さらにこの方法を改良して、Milsteinの方法で構成された近似解についても同様に誤差の評価を行った.今後の問題として、保険数学などのファイナンスの問題で、非常に希に起こる現象の解析が注目されているので、この方面からも研究を行う.そこで、大域偏差の解析(large deviation)の方法を用いて近似解の精度の解析を行う.また従来の方法を改良して、例えばブートストラップ法を応用することによって、より少ない乱数から精度の高い近似解が構成できないか考えていきたい.確率微分方程式は通常の微分方程式にランダムな変動としてブラウン運動の微分(ホワイトノイズ)の項を加えたもので,コンピュータシミュレーションによって理工学を始め経済学にも広く応用されている.その解は確率積分と呼ばれるブラウン運動の積分を使って表されているため,シミュレーションによる実際の応用には真の解の代わりに何らかの方法で構成された近似解が用いられる.そのため,真の解と近似解の誤差を評価する必要がある.特に、シュミレーションでは確率変数の代わりに擬似乱数を用いるが、これは代数的な計算によって構成されるため、擬似乱数から構成された近似解の精度が大きな問題となっている。擬似乱数は分布の精度と独立性について多くの問題を有している.研究代表者(金川)は、ドンスカ-型不変原理に於ける収束の速さを求める方法を応用して、正規擬似乱数の分布が真の正規分布からずれている時に、Euler-丸山の近似解と真の解との誤差を評価した.さらにこの方法を改良して、Milsteinの方法で構成された近似解についても同様に誤差の評価を行った.今後の問題として、保険数学などのファイナンスの問題で、非常に希に起こる現象の解析が注目されているので、この方面からも研究を行う.そこで、大域偏差の解析(large deviation)の方法を用いて近似解の精度の解析を行う.また従来の方法を改良して、例えばブートストラップ法を応用することによって、より少ない乱数から精度の高い近似解が構成できないか考えていきたい.
Ｒａｓの局在と活性化機構から問うリサイクリングエンドソームの新しい機能

細胞内輸送(再回収)を制御するリサイクリングエンドソーム(RE)が、シグナル伝達にも関与していることが分かってきた。本研究では、1シグナル伝達の中心を担うRasタンパク質がREに安定的に局在するために必要なアミノ酸配列を決定した。また、2外部刺激を入力することでRas活性化因子がREにおいてRasと共局在し、REに局在するRasは活性化状態にあること、Ras活性化因子発現を抑制することでREでのRas活性が消失することを明らかにした。本成果から、細胞内輸送に留まらないREの新規な細胞小器官の機能を提唱すると共に、がん治療研究への新たなアプローチの提案に繋げたい。リサイクリングエンドソーム(RE)の新規な役割を提示するためにREへのRas局在条件の検討、REでのRas活性化機構の解明を目指した。前年度、H-Rasタンパク質の局在に重要なC末端20アミノ酸の中でも、特に脂質付加部位(181、184番システイン:C181、C184)周辺の6アミノ酸を置換した変異型Rasの局在を解析した。この結果、G180、S183、K185の変異はH-Rasの局在に影響しなかった。一方、C181Lはゴルジ体に局在し、N-RasのRE局在に必要なL184がH-Ras-C181の代替として機能しないこと、M182Aは細胞膜に集積できるがREに安定的に局在できないことが分かった。N-Ras-L184Sのゴルジ体への局在から、RE局在へのL184の寄与が確認できた。すなわち、Rasが安定的にREに局在するには、C181、M182に加えC184もしくはL184が必要であることを明らかにした。本年度は、Ras活性化因子であるRasGRP1に焦点を当てた。RasGRP1を発現したところREとゴルジ体に局在した。次に、血清飢餓細胞で野生型RasおよびH-Ras-C181Lと共発現すると、RasGRP1はH-RasおよびC181Lと共にゴルジ体で共局在した。これらゴルジ体に局在するRasはシグナル伝達下流のRaf-Ras結合領域(RBD)と結合できなかったため活性状態に無い。一方、血清飢餓細胞に血清を添加するとC181Lの局在は変化せずゴルジ体であったが、野生型H-RasはREに移行した。さらに、当該条件下でC181LにはRBDが結合できなかったがREに局在するH-Rasと結合した。また、RasGRP1のノックダウンによりREでのRasとRBDの結合は消失した。これらの結果は、RasGRP1がゴルジ体ではなくREでRasを活性化する事象を強く示唆する。本研究実績より、細胞輸送のみならずシグナル伝達の側面からREの重要性を指摘できる。RasがREに局在するための条件をアミノ酸レベルで解析し、また、Rasの活性化は細胞膜およびゴルジ体で主に行われるとされるこれまでの学説に対し、REの機能面から新規な論証を提案できる。リサイクリングエンドソーム(RE)発シグナル伝達機構の存在を示すために、REでのRas局在条件およびRas活性化機構を明らかにする。当該年度ではRasがREに局在するための条件決定を中心に研究を遂行した。RasがREに局在するための条件として、少なくとも181番のアミノ酸がシステインであること、184番がロイシンであることが必要だと分かった。L184存在下では立体構造が変化し、H-Ras-M182に見られるRE局在への機能性が低下していると考えられる。なお、作成したREに局在できない各変異型Rasは、次年度研究課題にてREでのRas活性化機構を調査する有用な道具となる。当該年度は、Rasタンパク質C末端アミノ酸が持つリサイクリングエンドソーム(RE)への局在情報を解読するため、当初計画した種類を超える変異型Rasを構築した。この結果、Rasが安定的にREに局在するための条件をアミノ酸配列レベルで絞り込むことができた。また、構築した変異型Rasのパルミトイル基脂質修飾についても生化学的に確認できた。一方で、N末端側からアミノ酸を欠失したRas、パルミトイル基の付加するシステイン残基の位置を変化させたRas、パルミトイル基以外の脂質修飾を持つRasの構築には至らなかった。しかしながら、当該年度にて構築した変異型H-Ras-M182Aは、他の変異型Rasとは異なる興味深い局在(細胞膜)を示した。次年度研究計画では、細胞膜とREでの活性化機構の違いにも踏み込んで行く予定であるため、REに局在できないが細胞膜に局在できるH-Ras-M182Aは研究遂行上利用価値の高い道具となりうる。

また、次年度において、Ras活性化因子RasGRPおよびRaf-Ras結合領域の利用を計画している。その準備段階として、RasGRPおよびRaf-Ras結合領域をコードする遺伝子のクローニングに成功しており、既に発現用ベクターの構築も終えている。これまでの進捗状況を踏まえて、現状では学術論文等で成果を公表できるには至っていないものの、申請書研究計画の下でおおむね順調に進展していると考えている。Ras活性化因子であるグアニンヌクレオチド交換因子RasGRPが、実際にREに運搬されRasを活性化する機構が存在するかどうか、に焦点を当てる。細胞を血清飢餓状態におき、上皮成長因子等を用いたシグナル入力後のRasGRPの局在を追跡する。活性型Rasの局在は、シグナル伝達経路下流に位置するRafタンパク質のRas結合領域の局在を見ることで確認する。Ras、RasGRP、Raf-Ras結合領域それぞれを、蛍光タンパク質との融合タンパク質として強制発現し、蛍光顕微鏡による局在解析を行う。また、photoactivate-GFP等を用いてRasの活性化を経時的に追う。この時、24年度で構築したREに局在できない変異型RasがRE活性化機構解明のための重要なコントロールとなる。一方で、強制発現の影響も考慮し、抗体を利用した内在性RasとRasGRPの局在解析、およびsiRNAを利用した内在性RasGRPノックダウン下におけるREと細胞膜でのRas活性化解析を行いデータの信頼性を高める。また、極性細胞を用いてRasGRPノックダウン下での成長・分化への影響を検証し(例えば神経細胞の神経突起形成で分化の観察が可能)、REと細胞膜からのRasシグナル伝達経路の差異を検証する。全ての実験では、顕微鏡観察による可視化データと免疫沈降やウエスタンブロッティングなどの生化学的データを共に取得し、実験結果を十分に裏付けする。また、細胞内に存在するRas不活性化因子(GTPアーゼ活性化タンパク質(GAP))の働きで、RasGRPにより活性化されたRasが不活性化を受けることも考えられる。GAPの影響から上記実験系データの正確性に支障が出る場合は、GAPのノックダウンを行うことでこれを回避する。また、24年度計画で構築できなかったいくつかの変異型Rasについても作成し、細胞内局在の解析を行う。該当なし
生体血圧の自動制御システムの開発

生体の平均血圧を自動制御するシステムを開発することを目的として、研究を行ない、以下のような成果を得た。1.アンギオテンシンIIやカンシル酸トリメタファン等の各種昇圧剤に対する血圧の応答を測定し、応答モデルを作成した。2.医師の知識を基に、血圧を制御するための制御則を作成し、シミュレ-ションを行った。3.犬によるアンギオテンシンIIを用いた昇圧制御の動物実験を行ない良好な制御結果を得た。4.制御性能をオンラインで評価することによって、測定間隔を自動的に調節するファジイ制御アルゴリズムを開発した。5.Ratを用いて血圧の測定間隔を自動調節しながら血圧をファジイ制御する物動実験を行ない、このアルゴリズムが有効に機能することを確認した。6.臨床応用における血圧の連続測定のために指先血圧計を購入し、これを利用して臨床用の制御システムを構築した。これによっても、血圧測定時の患者の負担を低減することができた。7.作成したシステムを用いて、血圧の昇圧制御について数例の臨床応用を行ない、本研究のアルゴリズムによって良好な血圧制御が行なえることを確認した。本研究の目的は、生体の平均血圧を自動制御するシステムを開発することである。この目的を達成するために、生体血圧の薬剤応答特性および自動制御に関する研究を行ない、本年度は以下のような実績をあげることができた。1.アンギオテンシン11やカンシル酸トリメタファン等の各種の昇圧剤や降圧剤に対する血圧の応答特性を、犬による動物実験によって測定した。この結果を基に、薬剤の注入速度を入力、平均血圧を出力とする1入力1出力の応答モデルを作成した。2.医師の血圧調節の知識を参考にして、血圧をファジイ制御するプログラムを作成した。さらに、1で作成したモデルを用いてファジイ制御のシミュレ-ション実験を行ない、制御ル-ルやパラメ-タの微調節を行なった。3.シミュレ-ションの結果に基づいて、生体血圧のファジイ制御を行なうプログラマを実行機であるパ-ソナルコンピュ-タ上に作成した。その際、医師の使い勝手をも考慮した。4.3で作成したプログラムを用いて、昇圧剤としてアンギオテンシン11を使用した犬による動物実験を行なった。平均血圧を平常値から目標値まで上昇させ、その値で維持することができた。さらに、麻酔によって外乱を与えた場合にも、十分対応できることが示された。5.測定間隔の自動調節アルゴリズムについても基本設計を終了し、さらに詳細な検討を開始した。6.臨床応用については来年度に検討する予定である。平成元年度までの研究によって、ファジイ制御による生体の血圧制御の基本的な方式は確立することができた。この成果をふまえて、平成2年度は以下のような研究を行なった。1.制御制能をオンラインで評価することによって、測定間隔を自動的に調節するフィジイ制御アルゴリズムを開発した。これによって、血圧の測定回数を全体として減らし、患者の負担を軽減することができるようになった。2.Ratを用いて血圧の測定時隔を自動調節しながら血圧をファジイ制御する動物実験を行ない、このアルゴリズムが有効に機能することを確認した。3.臨床応用における血圧の連続測定のために指先血圧計を購入し、これを利用して臨床用の制御システムを構築した。4.作成したシステムを用いて、血圧の昇圧制御について数例の臨床応用を行ない、本研究のアルゴリズムによって良好な血圧制御が行なえることを確認した。
2次元ウィグナー結晶のマイクロ波吸収の理論

1.Si-MOSなどの半導体へテロ接合の界面に存在する2次元電子系は、不純物の影響を受け局在-非局在転移を起こすことが指摘されている。われわれは、電子がウィグナー結晶状態のとき結晶のフォノンの分散関係は長波長の極限でエネルギーギャップを持ち、このため電子が局在状態になることを経路積分法によって示した。またマイクロ波吸収の形状はウィグナーフォノンの状態密度を反映して、ローレンツ型ではなく非対称になることを示した。2.河野らは液体He3上の準2次元的電子系のプラズマ共鳴吸収を極低温で測定し、共鳴線の位置はあまり変わらず線幅が温度にほぼ比例することを見出した。われわれは2次元電子系がウィグナー結晶を作り、液体Heの表面波(リプロン)と相互作用しているとして、経路積分法によって得られた線形ac伝動度の表式を用いて、プラズマ共鳴の線幅を計算した。その結果、線幅は温度に比例し、実験と良い一致を見た。この温度依存性は散乱相手のリプロンの数に比例するためである。1.液体He3上の準2次元的電子系のプラズマ共鳴最近,河野らは液体He3上の準2次元的電子系のプラズマ共鳴吸収を極低温(0.4mKまで)で測定し,共鳴線の位置はあまり変わらず線幅が温度にほぼ比例することを見出した(プレプリント).われわれは有限温度の経路積分法によって得られた線形ac-伝動度の表式より出発して,2次元電子系がウィグナー結晶を作り,液体Heの表面波(リプロン)と相互作用しているとして,プラズマ共鳴の線幅を計算した.その際,ウィグナー結晶の縦波フォノン(プラズモン)の分散は自己無撞着に定めた.その結果,線幅は温度に比例し,実験と良い一致を見た.この温度依存性は散乱相手のリプロンの数に比例するためである.この結果は近日物理学会で発表の予定である.2. 2次元ウィグナー結晶のフォノンの分散関係に対する不純物散乱の影響Si-MOSなどの半導体へテロ接合の界面に存在する2次元電子系は,不純物の影響を受け局在-非局在転移を起こすことがクラフチェンコらによって指摘されている.われわれは以前,電子がウィグナー結晶状態のとき,結晶のフォノンの分散関係は長波長の極限でエネルギーギャップを持ち,このため電子が局在状態になることを経路積分法による計算によって指摘した.しかしながら,ギャップは強い温度依存性を持つという不思議な結果であった.そこでこの結論正しいかどうかを見るために,別の方法(グリーン関数法)を用いて再評価を試みた.温度グリーン関数法による結果は経路積分法の結果と同じである事がわかった.絶対零度については予備的な結果が得られているが,現在解析中である.1.Si-MOSなどの半導体へテロ接合の界面に存在する2次元電子系は、不純物の影響を受け局在-非局在転移を起こすことが指摘されている。1.Si-MOSなどの半導体ヘテロ接合の界面に存在する2次元電子系は,不純物の影響を受け局在-非局在転移を起こすことがクラフチェンコらによって指摘されている.われわれは,電子がウィグナー結晶状態のとき,結晶のフォノンの分散関係は長波長の極限でエネルギーギャップを持ち,このため電子が局在状態になることを経路積分法によって示した.またマイクロは吸収の形状はウィグナーフォノンの状態密度を反映して,Lorentz型ではなく非対称になることを示した.2.河野らは液体He3上の準2次元的電子系のプラズマ共鳴吸収を極低温で測定し,共鳴線の位置はあまり変わらず線幅が温度にほぼ比例することを見出した.われわれは2次元電子系がウィグナー結晶を作り,液体Heの表面波(リプロン)と相互作用しているとして,経路積分法によって得られた線形ac-伝動度の表式を用いて,プラズマ共鳴の線幅を計算した.その結果,線幅は温度に比例し,実験と良い一致を見た.この温度依存性は散乱相手のリプロンの数に比例するためである.
ToF-SIMSを用いた樹木細胞壁成分のケミカルマッピング

本研究の目的は、生体分析において新しい分析手法である飛行時間型二次イオン質量分析(ToF-SIMS)を用いて、樹木細胞壁において、細胞壁構成成分であるリグニンや多糖、さらに心材などにおける抽出成分の分布を明らかにすることである。樹木細胞壁において、細胞壁構成化学成分の細胞レベルでの空間的分布や、抽出成分の蓄積分布過程を検出する手法は限られており、いまだ十分に解明されていない。ToF-SIMSは、金などの一次イオン照射によって、試料表面から放出された二次イオンを測定する表面分析法であり、特定分子イオンの分布可視化が可能な分析機器である。特別研究員採用後3年目は、ToF-SIMSを用いて、主に樹木細胞壁に分布するリグニンと無機イオンさらに、心材抽出成分に焦点を当てた。今回、ToF-SIMSを用いた広葉樹試料におけるリグニンの分布可視化において、化学分解法による結果と照合することにより、ToF-SIMS分析の信頼性を実証され、また、細胞の種類の違いによるリグニンモノマー分布の不均一性が明らかになった。これらリグニンの結果は、論文にまとめ、国際学会誌The Plant Journalに掲載された。さらに、無機イオンも網羅的に分布解析した結果、カエデに多いと言われるアルミニウムが局所的に分布することが示唆された。現在、これらの結果考察を論文にまとめており、今後学術雑誌に投稿予定である。また、心材の直前の移行材から心材にかけて、特定の抽出成分ヒノキニンが、細胞レベルでどのように蓄積しているか、木口、柾目、板目切片を用いてToF-SIMSマッピングを行った。これらToF-SIMSイメージと同じ部分の電子顕微鏡(SEM)写真を撮影し、詳しい組織構造を解析した。これらの結果を合わせて、心材形成に伴う抽出成分の蓄積を明らかにし、心材形成の解明につなげることを目標とする。現在、これまでの結果を論文にまとめており、学術雑誌に投稿予定である。本研究の目的は、飛行時間型二次イオン質量分析(ToF-SIMS)を用いて、樹木細胞壁におけるリグニンや多糖などの細胞壁構成成分の分布と化学構造の関連を明らかにすることである。ToF-SIMSは、近年生体試料への適用が発展しているが、いまだ植物試料にはほとんど適用されていない。今回、樹木細胞壁の主要成分のひとつであるリグニンへのToF-SIMSの適用可能性を詳細に判定し、さらに、ToF-SIMSによってリグニンの不均一分布を明らかにすることを試みた。まず、広葉樹カエデのリグニン分析において、ToF-SIMSの結果と、別手法であるチオアシドリシス化学分解法の結果を比較した結果、連続した年輪における早材と晩材のシリンギル(S)とグアイアシル(G)の比(S/G比)の推移において、高い相関がみられた。これにより、ToF-SIMSの結果がより信頼性の高いものであることが示された。今後、木材特性の迅速な評価や、木質バイオマスにおけるリグニン除去後の評価に、ToF-SIMSが貢献することが期待される。また、カエデにおける連続した4つの年輪において、グアイアシルとシリンギルリグニンのToF-SIMS分布可視化の結果、木繊維については、早材のS/G比はどの部位もほぼ一定でシリンギルリッチであったのに対し、晩材のS/G比は低く、グアイアシルリッチであることが示された。さらに、ToF-SIMSとチオアシドリシスによるリグニン濃度解析の結果から、晩材においてはSリグニンが激減することが原因で、見かけ上グアイアシルリグニンリッチであることが示唆された。これに対し、道管の分布では、晩材と早材で重要な相違はなかった。以上により、ToF-SIMSによって、より詳細なリグニンの分布が顕微的に得られることが示された。本研究の目的は、生体分析においていまだ適用例の少ない新しい分析手法である飛行時間型二次イオン質量分析(ToF-SIMS)を用いて、樹木細胞壁におけるリグニンや多糖、抽出成分などの細胞壁成分の分布と化学構造を明らかにすることである。今回、ToF-SIMSを用いた広葉樹試料におけるリグニンと無機イオンの分布可視化において、化学分解法による結果と照合することにより、ToF-SIMS分析の信頼性を実証した。これにより、木材特性を表す重要なファクターのひとつであるS/G比の簡便測定にToF-SIMSが適用可能であることが示された。また、カエデにおける連続した4つの年輪において、ToF-SIMSマッピングの結果、木繊維細胞と道管といった、細胞の種類の違いによって、リグニン分布のパターンに違いがみられるという興味深い結果が得られた。以上により、ToF-SIMSによって、より詳細なリグニンモノマー組成だけでなく、同時に無機イオンの分布が顕微的に得られることが示された。現在、これらの結果考察をまとめて論文にし、海外雑誌に投稿中である。

樹木細胞壁において、細胞壁構成化学成分の細胞レベルでの空間的分布や、抽出成分の蓄積分布過程を検出する手法は限られており、いまだ十分に解明されていない。ToF-SIMSは、金などの一次イオン照射によって、試料表面から放出された二次イオンを測定する表面分析法であり、特定分子イオンの分布可視化が可能な分析機器である。特別研究員採用後3年目は、ToF-SIMSを用いて、主に樹木細胞壁に分布するリグニンと無機イオンさらに、心材抽出成分に焦点を当てた。今回、ToF-SIMSを用いた広葉樹試料におけるリグニンの分布可視化において、化学分解法による結果と照合することにより、ToF-SIMS分析の信頼性を実証され、また、細胞の種類の違いによるリグニンモノマー分布の不均一性が明らかになった。これらリグニンの結果は、論文にまとめ、国際学会誌The Plant Journalに掲載された。さらに、無機イオンも網羅的に分布解析した結果、カエデに多いと言われるアルミニウムが局所的に分布することが示唆された。現在、これらの結果考察を論文にまとめており、今後学術雑誌に投稿予定である。また、心材の直前の移行材から心材にかけて、特定の抽出成分ヒノキニンが、細胞レベルでどのように蓄積しているか、木口、柾目、板目切片を用いてToF-SIMSマッピングを行った。これらToF-SIMSイメージと同じ部分の電子顕微鏡(SEM)写真を撮影し、詳しい組織構造を解析した。これらの結果を合わせて、心材形成に伴う抽出成分の蓄積を明らかにし、心材形成の解明につなげることを目標とする。現在、これまでの結果を論文にまとめており、学術雑誌に投稿予定である。