hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
プレート収束境界における岩石組織形成と流体発生プロセスの解明

近年の地球物理学的観測により、沈み込み帯や地殻における静的な流体の分布は明らかにされつつある。しかし、実際に岩石と流体が関与する脱水反応、加水反応のプロセスとそれに伴うダイナミックな流体圧の変化などは未だによくわかっていない。本課題では、天然の岩石(変成岩、蛇紋岩)と人工的に作成した岩石の組織を定量的に解析し、機械学習技術を使ってフォーワードモデルと結びつけることで反応プロセスの抽出と支配パラメータの推定にチャレンジしている。本年度は、岩石ー水相互作用の実験により、玄武岩の熱水変質過程が流通する溶液の化学組成によって、反応経路が時間空間的に変化すること、また、それにより、特徴的なざくろ石の形成、斜長石の空隙、緑泥石の全体的な置換など特徴的な組織を示すことを明らかにした。また、よりシンプルな系であるかんらん岩のシリカ交代作用の実験では、交換モンテカルロ法と交差検証という機械学習の手法を使って複雑な反応系のカイネティックパラメータの推定と反応表面のモデル選択を行うことに成功した。沈み込み帯のマントルウェッジ条件での蛇紋岩の脱水分解実験では、細粒の2次かんらん石が脈状に形成することを示し、流体流動と鉱物析出の強い関係性が示唆された。一方、モンゴルのオフィオライトのかんらん岩では、多段階の蛇紋岩化作用、交代作用の中で、直方輝石を置き換えてかんらん石が生成する組織を初めて見出した。また、三波川帯、モンゴルの高圧変成岩のざくろ石のX線CTによる結晶サイズ分布の解析を進めており、今後、核形成ー成長プロセスについてのフォーワードモデルの逆解析を行う中で、流体の発生・移動現象を明らかにしていく。また、脱水反応。加水反応は大きな体積変化を引き起こし、特徴的な亀裂が発生する。このような破壊ー流体流動現象についてのモデリングと逆解析を進めている。本年度は、玄武岩の水熱反応実験、蛇紋岩の脱水実験、様々な変成岩組織データの収集、および流体流動と反応組織形成についてのモデリングを進めた。水熱反応実験では、流通式超臨界水熱反応装置を用いて、玄武岩ー水系実験と比較するため、玄武岩ー塩水、玄武岩ー人工海水系の実験を行った。どの系においても、初期には火山ガラスの溶解によるSi濃度の増加が観察された一方、異なった生成物ができることを明らかにした。玄武岩ー水の系では、Caザクロ石と灰長石が生成し、曹長石成分が溶脱したポアが形成された。一方で、海水の実験では、無水石膏が析出し、さらに、海水中のMg成分が玄武岩と反応して、全体的に緑泥石が生成した。このような異なった反応経路を岩石学的、溶液化学的アプローチで解析を進めている。また、かんらん岩のシリカ交代作用の実験をモデル化し、強力な機械学習の方法である交換モンテカルロ法と交差検証を用いることで、複雑な反応系のカイネティクスの逆解析とモデル選択を行い、その手法についてはすでに論文化している。蛇紋岩の脱水実験を昨年度よりも高温で行い、実験物の前後で同じ場所をSEM-EBSDによる詳細な解析を行った。その結果、ブルース石脈における細粒のかんらん石粒子が核形成と、そこから派生したかんらん石脈が観察された。このような脈は、マントルウェッジ条件での流体発生ー移動プロセスの直接的な流路になり得る。天然の変成岩研究では、モンゴルのオフィオライトの2次かんらん石が特徴的な流体の流入に伴い直方輝石から生成したことを示した。さらに、モンゴルのチャンドマン地域のエクロジャイトと三波川変成帯の様々な岩石(泥質片岩、塩基性片岩、エクロジャイト)について、X線CTを取得し、結晶サイズ分布を取得し、また、その結晶サイズ分布をつくるフォーワードモデルを作成中である。天然の変成岩、蛇紋岩と人工的に作成した岩石組織の解析を、主に粒子サイズ分布に着目して進める。天然の岩石では、三波川変成帯とモンゴルのチャンドマンエクロジャイトのざくろ石の解析を進める。その上で、天然と実験的に作成された2次カンラン石、また、水熱実験で作られたざくろ石やマグネタイトについても解析を試みる。解析としては、まず、核形成、結晶成長、またオストワルド成長を考えた結晶サイズ分布をつくるフォーワードモデルをつくる。結晶成長がサイズに依存するものとしないもの、また、空間分布まで考慮するモデルなど複数のモデルが提唱されているが、はじめからどれかにしぼるのではなく、できるだけ多くのモデルをつくる。その上で、機械学習の技術を使って逆解析とモデル選択を行う。現時点では、すでに、蛇紋石の交代作用で試みた交換モンテカルロ法と交差検証を組み合わせた方法か、近似ベイズ計算を用いるものを検討する。さらに、流体流動と岩石反応との関係には必要不可欠な、脱水反応および加水反応に伴う亀裂や間隙の形成過程についての解析とモデリングを行う。対象としては、海洋底のかんらん岩とはんれい岩の加水反応、地殻の超臨界条件での岩石ー水相互作用、沈み込み帯での脱水花穂反応などである。これらの反応に伴って形成する亀裂ネットワークを定量的に評価する方法を確立するとともに、反応過程を明らかにしながら、破壊ー流体流動ー反応のフィードバック過程について、離散要素法を用いたモデリングを行う。天然とモデリングのパターンを機械学習を用いて結びつけることで、天然岩石からの情報抽出を試みる。

本研究では変成岩のざくろ石などの特徴的な変成鉱物の組織(特にサイズ分布)を機械学習などを用いて解析して、沈み込み帯における変成反応と流体発生・移動のダイナミクスをあきらかにすることを目的としている。本年度は、その礎となる人工的な変成岩の作成実験において、実験装置の開発から、予察的な実験を行うことに成功した。また、累進変成作用に伴う水圧破砕についての組織形成のシミュレーションを行い、すでに国際誌に掲載されている。実験においては、400C, 30 MPa以上の条件に耐えるチタン製の反応容器を作成し、超臨界流通実験に成功した。玄武岩の粉末を用いて、1ヶ月におよぶ反応実験を行うことで、ざくろ石、緑泥石、角閃石、黒雲母などの代表的な鉱物を含む変成岩を人工的に作成することに成功した。とくに、玄武岩の石基部分において、5ミクロンメートル程度のざくろ石集合体が形成されており、今後、そのサイズ分布を解析する予定である。また、溶液組成の時間変化と流路に沿った反応生成物の変化を明らかにし、それをもとに熱力学的な解析を行ない、同じ対象を解析する場合でも、固体(鉱物間の平衡)を取り扱う方法と、溶液(溶存種の平衡)を扱う際の食い違いを明らかにした。これらの結果を統合しながら、新しい岩石学的アプローチを作っていきたい。また、蛇紋岩の脱水実験をおこない、こちらも蛇紋石とブルー石が同時に分解することでかんらん石ができる反応プロセスを、結晶方位の詳細解析により見出している。ざくろ石が累進変成作用において形成する反応を離散要素法を用いてモデリングして、脱CO2反応よって水圧破砕が起こること、その亀裂の方向は、粒界形状と差応力によって支配され、流体流動の異方性を生み出すことを明らかにした。さらに、天然のざくろ石を含む変成岩試料は野外調査によって進めており、結晶サイズ分布の逆解析を進めていく予定である。本年度の中心となる達成目標は、超臨界条件に耐えうる流通式実験装置を開発して、玄武岩ー水系の実験を実施することであった。耐腐食性の高いTi合金を用いて、シール部分に試行錯誤をすることによって、410C, 35MPaで長期間に耐える実験装置を開発することに成功した。この実験装置をもちいて、玄武岩とはんれい岩の粉末を用いた1ヶ月に及ぶ流通式の実験に成功し、上流部の玄武岩の石基部分から本研究の基礎となるCaに富むざくろ石(5ミクロメートル)の集合体を作成することに成功した。さらに、溶液組成の時間発展データと流路に沿った反応物の空間変化が起こることを明らかにし、熱力学的、統計的な解析を進めている。天然の変成岩については、三波川帯のエクロジャイト、泥質変成岩のざくろ石を含む試料採取を行い、モンゴルのチャンドマンエクロジャイトと合わせて、結晶サイズ分布の解析に適した試料の準備が進められた。また、固体圧試験機を用いて蛇紋岩の高温高圧反応実験を行い、蛇紋石とブルース石の境界のみに脱水反応が進行して、2次的なカンラン石が形成する様子を観察し、結晶方位や組織の解析を進めている。脱水に起因する破壊組織について離散要素法を用いたモデリングを行い、三波川帯のメタチャートに含まれるスケルタルざくろ石が脱CO2ガス反応によって破壊を生じてできたこと、また、応力によって水圧破砕の仕方が異なることを明らかにし、国際誌Contributions to Mineralogy and Petrologyに掲載された。
シナプス前カイニン酸型グルタミン酸受容体による海馬苔状線維シナプス伝達の強化

イオンチャンネル共役型グルタミン酸受容体のうちAMPA型受容体は興奮性シナプス伝達に、NMDA型受容体はシナプス可塑性に必須な分子であることが明らかになったが、カイニン酸型受容体の機能については不明な点が多い。本研究では海馬スライス標本においてシナプス伝達とシナプス前終末内Ca^<2+>動態の電気生理的及び光学的同時計測を行い、CA1野シナプスでのシナプス前カイニン酸型受容体の作用機序について検討を行った。海馬スライス標本に低濃度(1μM)のカイニン酸を投与するとCA1野シナプスでのEPSPが可逆的に抑制された。このとき二発刺激による促通(paired-pulse facilitation;PPF)が増大したことから、カイニン酸の作用はシナプス前性の変化(伝達物質放出の減少)を伴うものと考えられた。さらに、このシナプス前カイニン酸受容体の作用機序を明らかにする目的でシナプス前終末内Ca^<2+>動態に対するカイニン酸の効果を調べた。スライス標本において入力線維層に蛍光Ca^<2+>指示薬のAM誘導体(rhod2-AMなど)を局所的に注入するとシナプス前部だけに選択的に蛍光Ca^<2+>指示薬を負荷することが可能である。このような標本において計測したシナプス前終末へのCa^<2+>流入を反映する蛍光強度変化もカイニン酸によりEPSPと同様の時間経過で抑制された。このときEPSPとCa^<2+>流入の抑制の程度は同様にシナプス性にシナプス伝達を抑制すると考えられる低Ca^<2+>液中で測定されたものとほぼ等しかった。このことからカイニン酸は主にシナプス前終末へのCa^<2+>流入を抑制することによりCA1野シナプス伝達を抑制するものと考えられた。
脳血管障害におけるオピオイドペプチドの新しい働き:ヘモルフィンの関与

・正常ヒトアストロサイトの培養系を用い,オピオイドペプチドLVV-hemorphin-7(LH7)で刺激したアストロサイトにおけるplasminogen activator inhibitor-1 (PAI-1)遺伝子の発現を検討した。逆転写PCR(RT-PCR)法及び定量PCR(real-time PCR)法によりmRNA発現を,酵素免疫(ELISA)法によりタンパク質発現の解析を行った。いずれの方法においてもLH7刺激アストロサイトにおけるPAI-1遺伝子発現の誘導を確認した。また,アンギオテンシンIV受容体に対する拮抗阻害薬Nle^1,Leu^3-angiotensin IV,並びに,安定な作動薬Nle^1-angiotensin IVを用いた刺激実験を行い,LH7の作用がアンギオテンシンIV受容体を介することを確認した。LH7はアストロサイトのPAI-1分泌を高め,脳内細胞外基質の再構成に寄与している可能性があると考えられた。その作用機序の詳細についての解明は今後の検討課題である。・LH7刺激アストロサイトにおけるPAI-1以外の遺伝子発現をRT-PCR法及びreal-time PCR法により検討した。細胞間接着分子(ICAM-1),神経成長因子(NGF)及び血管内皮増殖因子(VEGF)についてmRNAの発現誘導が認められた。これらの遺伝子のタンパク質レベルでの発現検討は今後の課題に残された。虚血を想定した低酸素の影響については,その遺伝子発現に対する明確な効果は認められなかった。・これに先立ち条件検討を進めていた低酸素培養正常ヒトアストロサイトにおけるVEGF及びNGF発現に関する成果をまとめた(Brain Res 2002;944:65-72及びMol Brain Res 2005;133:95-101)。・アストロサイトは中枢神経系を構成する主要なグリア細胞である。正常ヒトアストロサイトの培養系を用い,オピオイドペプチドLVV-hemorphin-7刺激によるアストロサイトにおけるplasminogen activator inhibitor-1 (PAI-1)の発現を検討した。LVV-hemorphin-7はヘモグロビンβ鎖由来のフラグメントであり,脳のアンギオテンシンIV受容体に結合する内因性リガンドでもある。PAI-1は線溶抑制ばかりでなく間質保護にも関与しているらしいといわれる。LVV-hemorphin-7刺激アストロサイトにおいて,PAI-1のmRNA及びタンパク質発現の誘導を,逆転写PCR(RT-PCR)法及び酵素免疫(EUSA)法により測定した。LVV-hemorphin-7刺激により時間・濃度依存的にアストロサイトのPAI-1発現が増加した。LVV-hemorphin-7はアストロサイトのPAI-1分泌を高め,脳内細胞外基質の再構成に寄与している可能性がある。・現在,アンギオテンシンIV受容体に対する拮抗阻害薬Nle^1,Leu^3-angiotensin IVを安定な作動薬Nle^1-angiotensin IVとともに入手できたので,上記のLVV-hemorphin-7の作用がはたしてアンギオテンシンIV受容体を介するか否かについて検討中である。・今後,虚血を想定した低酸素の影響や腫瘍細胞株U251における発現について検討を進める予定である。・これに先立ち条件検討を進めていた,低酸素培養実験では,脳虚血・炎症に伴い増加することが知られている血小板活性化因子が正常ヒトアストロサイトにおける血管内皮増殖因子の産生を増強することを明らかにした(Brain Research 2002;944(1,2):65-72)。・正常ヒトアストロサイトの培養系を用い,オピオイドペプチドLVV-hemorphin-7 (LH7)刺激によるアストロサイトにおけるplasminogen activator inhibitor-1 (PAI-1)の発現をさらに検討した。昨年度の逆転写PCR (RT-PCR)法及び酵素免疫(ELISA)法による検討に加え,定量PCR (real-time PCR)法によるmRNA発現の解析を行った。この方法においてもLH7刺激アストロサイトにおけるPAI-1 mRNA発現の誘導を確認した。また,アンギオテンシンIV受容体に対する拮抗阻害薬Nle^1,Leu^3-angiotensin IV,並びに,安定な作動薬Nle^1-angiotensin IVを用いた刺激実験を行い,LH7の作用がはたしてアンギオテンシンIV受容体を介するか否かについて検討した。しかし,肯定的な結果は得られていない。LH7はアストロサイトのPAI-1分泌を高め,脳内細胞外基質の再構成に寄与している可能性があると考えられたが,その作用機序の解明は今後の検討課題である。今後,これらの遺伝子のタンパク質レベルでの発現検討を行う。また,虚血を想定した低酸素の影響や腫瘍細胞株U251における発現について検討を進める予定である。・これに先立ち条件検討を進めていた低酸素培養正常ヒトアストロサイトにおけるVEGF発現に関する成果をまとめた(International Congress Series 2003;1251:81-6)。逆転写PCR(RT-PCR)法及び定量PCR(real-time PCR)

法によりmRNA発現を,酵素免疫(ELISA)法によりタンパク質発現の解析を行った。いずれの方法においてもLH7刺激アストロサイトにおけるPAI-1遺伝子発現の誘導を確認した。また,アンギオテンシンIV受容体に対する拮抗阻害薬Nle^1,Leu^3-angiotensin IV,並びに,安定な作動薬Nle^1-angiotensin IVを用いた刺激実験を行い,LH7の作用がアンギオテンシンIV受容体を介することを確認した。LH7はアストロサイトのPAI-1分泌を高め,脳内細胞外基質の再構成に寄与している可能性があると考えられた。その作用機序の詳細についての解明は今後の検討課題である。・LH7刺激アストロサイトにおけるPAI-1以外の遺伝子発現をRT-PCR法及びreal-time PCR法により検討した。細胞間接着分子(ICAM-1),神経成長因子(NGF)及び血管内皮増殖因子(VEGF)についてmRNAの発現誘導が認められた。これらの遺伝子のタンパク質レベルでの発現検討は今後の課題に残された。虚血を想定した低酸素の影響については,その遺伝子発現に対する明確な効果は認められなかった。・これに先立ち条件検討を進めていた低酸素培養正常ヒトアストロサイトにおけるVEGF及びNGF発現に関する成果をまとめた(Brain Res 2002;944:65-72及びMol Brain Res 2005;133:95-101)。
医療介護保険財政の包括的将来推計

本研究が主目的とする3つの課題のうち,本年度はこれらの課題全ての土台となる,以下の2つの基礎的な将来仮定値の設定のため,過去の実績データに基づく推計を行った。第一は,諸制度についての加入者割合の将来仮定値の設定である。複数の医療保険制度および介護保険制度の加入者割合,さらにその背後にある生活保護制度の対象者割合は,短期的な経済状況および長期的な経済構造の変化の影響を受ける。これらについて,将来推計においては定常的な仮定値を設定する必要があるため,過去の実績データを疑似パネルデータとして取り扱った分析を行うことで,一時的な変動部分を排除するとともに,遠い将来には定常状態に至るという前提の下,将来の構造的な仮定値を,地域別×年齢階級別に推計した。第二は,将来における医療費および介護費用の1人当たり単価の地域別の伸びについての設定である。都道府県別医療費に関しては,第3次医療費適正化計画について,外来医療費と入院医療費についての地域差を縮小する目標値が立てられており,目標値の設定については今後も更新される予定となっている。現行の目標値の設定の仕組みについて利用可能な情報をできる限り利用することで,将来の1人当たり医療費単価の伸びについて都道府県単位での仮定値を推計した。介護費用に関しては,現在単価の地域差についての現状把握が当局によって進められているところであり,最新の状況について情報の確認を行った。なお,上記以外にも,医療介護保険財政の包括的将来推計の精緻化のために必要となる細かい将来仮定値設定に向けたその他の推計のための準備も進めた。本研究では,研究課題として,(1)制度間・保険者間での既存の財政調整制度およびその改革が各制度・各保険者の保険財政にもたらす影響についての解明,(2)現在観察される医療・介護サービス単価の地域差についての今後の動向とそれらの相関性が医療・介護保険財政にもたらす変化の定量的把握,(3)医療・介護保険費用負担を将来にわたって平準化するような制度改革が各制度・保険者にもたらす影響の考察,の3つを設定している。これらの研究課題は相互に関係し合っている部分があるため,可能なものから随時,同時並行的に研究を遂行している。そのため,各研究課題の進捗状況について濃淡はあるものの,全体としては当初予定していたペースで研究が進められている。これらの研究課題はいずれも将来推計に関わるものであり,現在進行中の医療・介護保険制度改革の今後の行方によって,予期できない推計方法等の変更を迫られる可能性がある。そのような場合には,可能な限り最新の状況を踏まえた将来推計となるような改良を加える予定である。次年度は,今年度に設定したメインの将来仮定値以外で,長期推計に必要となる様々な将来仮定値設定のための推計を終え,3年間の研究計画全体の目標である包括的将来推計のためのシミュレーションモデルの構築を進めるとともに,学術的な研究成果の公表に向けた準備に取りかかる。なお,その前段階として,長期推計のベースとなっている諸仮定値の推計方法および長期推計本体のモデル構造について,学術誌あるいはディスカッションペーパー等,何らかの形での公表を図る。現時点では研究計画の変更の予定はなく,また,研究を遂行する上での課題等も存在しない。

これらの研究課題はいずれも将来推計に関わるものであり,現在進行中の医療・介護保険制度改革の今後の行方によって,予期できない推計方法等の変更を迫られる可能性がある。そのような場合には,可能な限り最新の状況を踏まえた将来推計となるような改良を加える予定である。次年度は,今年度に設定したメインの将来仮定値以外で,長期推計に必要となる様々な将来仮定値設定のための推計を終え,3年間の研究計画全体の目標である包括的将来推計のためのシミュレーションモデルの構築を進めるとともに,学術的な研究成果の公表に向けた準備に取りかかる。なお,その前段階として,長期推計のベースとなっている諸仮定値の推計方法および長期推計本体のモデル構造について,学術誌あるいはディスカッションペーパー等,何らかの形での公表を図る。現時点では研究計画の変更の予定はなく,また,研究を遂行する上での課題等も存在しない。当初の想定よりも物品調達費用が少なくて済んだため,より効率的な研究遂行をもたらすパソコン周辺機器のさらなる充実のための物品調達に使用する予定である。
部分電離プラズマ中の宇宙線加速機構の解明と初期宇宙への応用

昨年度に引き続き、初期宇宙での宇宙線加速について理論的に調べた。昨年度は、宇宙線が衝撃波上流に作る磁場を仮定して、宇宙線の加速を議論した。2018年度は、宇宙線が衝撃波上流に作る磁場を見積もることに成功した。加速された宇宙線が衝撃波上流に作る磁場は、ワイベル不安定性を仮定すると、宇宙線が作る電流を評価することで評価することができることに気が付いた。その結果、最初の星が超新星残骸を作る際に、宇宙線陽子がz=20ごろに0.1-3GeVまで加速されることを明らかにした。またその初代宇宙線が、周囲へ広がっていく際に、磁場を生成することができることを明らかにした。最初の星が超新星残骸を作る際に、宇宙線電子の場合は、0.3-3GeV程度まで加速できることがわかった。同じz=20程度の時期に生じる構造形成に伴う衝撃波は、電離度が非常に低い衝撃波となるため宇宙線を加速することができないことも判明した。z<10の時期になると、構造形成に伴う衝撃波でも衝撃波上流が電離されるようになり、宇宙線を加速することが可能になるが、クーロン散乱によるエネルギー損失が効いて、系から逃げ出す前に宇宙線はエネルギーを失う。そのため、構造形成に伴う衝撃波で加速された宇宙線陽子は、周囲の磁場を増幅したり、周囲を加熱したりと周囲に影響を与えることができないことも明らかにした。一方宇宙線電子の場合は、クーロン散乱によるエネルギー損失が無視できるため、4MeV程度まで加速され、周囲に影響を及ぼすことができることがわかった。目標とする、初期宇宙での宇宙線加速についての理論的研究の成果があった。また、宇宙初期の宇宙線による磁場の生成機構についても新しい機構を発見した。一方で、それらの成果を論文にすることと国際学会発表ができなかった。これらを総合して、概ね順調であると判断した。論文を執筆し、国際学会発表を行う。部分電離プラズマ中を伝搬する無衝突垂直衝撃波(磁場の向きと衝撃波法線の向きが垂直)の3次元シミュレーションを世界で初めて行った。衝撃波の下流領域から上流に染み出した水素原子が電離したのち陽子となり、再び伝搬してきた衝撃波と相互作用することで非常に効率よく加速されることを示した。たった100ジャイロ周期程度の間に陽子の運動エネルギーを最高で1万倍にまで加速した。これは、これまでの無衝突衝撃波のシミュレーションの中で、最も高いエネルギーであり、陽子のパイ中間子を生成してガンマ線を放射することができるエネルギースケールである。第一原理的なプラズマ粒子シミュレーションの結果と超新星残骸のガンマ線観測の結果を直接比較する研究の幕開けでる。また、シミュレーションで再現された粒子加速効率は、超新星残骸で宇宙線を1PeV程度まで加速できることを示しており、これまで困難と思われていた1PeVスケールまでの加速が実際に起きうることを示した。これまでは、垂直衝撃波では荷電粒子を衝撃波加速過程に注入することは困難であると思われていた。しかし今回のシミュレーション結果により、部分電離プラズマ中を伝搬する衝撃波の場合は、従来の考え方とは違って垂直衝撃波でも多くの粒子が効率よく加速されることを示した。さらに、下流から染み出した水素原子が電離した際に生成される陽子の強い温度非等方性によって、アルフヴェン波動が励起されること、その非線形性によって衝撃波上流で密度揺らぎが生成されること、それらが衝撃波と相互作用することで、衝撃波下流に強い乱流が駆動され、磁場が増幅することを示した。予定通り、計算コードの改良が進んだだけでなく、3次元シミュレーションを世界で初めて実行し、多くの新しい発見があった。部分電離プラズマ中を伝搬する無衝突平行衝撃波(磁場の向きと衝撃波法線の向きが平行)の2次元プラズマ粒子シミュレーションを世界で初めて行った。垂直衝撃波の時と同様に、電荷交換反応により生じた下流の高温の水素原子が上流に向かって染み出すこと、それらが電離したのちに上流プラズマと相互作用することで衝撃波構造を変えることを示した。垂直衝撃波とは異なり、衝撃波上流では共鳴型不安定や非共鳴型不安定が励起されることを発見した。また、電離度が非常に低い(fi=0.1)場合の部分電離プラズマ中を伝搬する無衝突垂直衝撃波(磁場の向きと衝撃波法線の向きが垂直)の2次元プラズマ粒子シミュレーションを世界で初めて行った。電離度が0.5程度の場合と同程度の水素原子の上流への染み出しが生じることを示した。一方で電離度は非常に低いので、上流のプラズマ成分は非常に少くなる。その結果、衝撃波構造の変化は非常に大きくなり、宇宙線の加速には適さなくなることが明らかになった。宇宙線を加速するには電離度として0.5程度必要であることが明らかになった。宇宙線加速について電離度の制限が存在することを世界で初めて示した。また、初期宇宙での宇宙線加速について理論的に調べた結果、最初の星が超新星残骸を作る際に、宇宙線がz=20ごろに60GeVまで加速されることを明らかにした。平行衝撃波のシミュレーションと低電離度の垂直衝撃波のシミュレーションの実行、原始宇宙線の加速時期とその最高エネルギーの発見と計画以上の成果があった。これらを総合して、順調であると判断した。

昨年度に引き続き、初期宇宙での宇宙線加速について理論的に調べた。昨年度は、宇宙線が衝撃波上流に作る磁場を仮定して、宇宙線の加速を議論した。2018年度は、宇宙線が衝撃波上流に作る磁場を見積もることに成功した。加速された宇宙線が衝撃波上流に作る磁場は、ワイベル不安定性を仮定すると、宇宙線が作る電流を評価することで評価することができることに気が付いた。その結果、最初の星が超新星残骸を作る際に、宇宙線陽子がz=20ごろに0.1-3GeVまで加速されることを明らかにした。またその初代宇宙線が、周囲へ広がっていく際に、磁場を生成することができることを明らかにした。最初の星が超新星残骸を作る際に、宇宙線電子の場合は、0.3-3GeV程度まで加速できることがわかった。同じz=20程度の時期に生じる構造形成に伴う衝撃波は、電離度が非常に低い衝撃波となるため宇宙線を加速することができないことも判明した。z<10の時期になると、構造形成に伴う衝撃波でも衝撃波上流が電離されるようになり、宇宙線を加速することが可能になるが、クーロン散乱によるエネルギー損失が効いて、系から逃げ出す前に宇宙線はエネルギーを失う。そのため、構造形成に伴う衝撃波で加速された宇宙線陽子は、周囲の磁場を増幅したり、周囲を加熱したりと周囲に影響を与えることができないことも明らかにした。一方宇宙線電子の場合は、クーロン散乱によるエネルギー損失が無視できるため、4MeV程度まで加速され、周囲に影響を及ぼすことができることがわかった。目標とする、初期宇宙での宇宙線加速についての理論的研究の成果があった。また、宇宙初期の宇宙線による磁場の生成機構についても新しい機構を発見した。一方で、それらの成果を論文にすることと国際学会発表ができなかった。これらを総合して、概ね順調であると判断した。磁場の増幅過程は2次元シミュレーションで調べることが可能だが、垂直衝撃波での粒子加速過程は3次元シミュレーションを行わないと調べられないことが判明したため、目的に応じて2次元と3次元をうまく使い分ける必要がある。3次元シミュレーションは、非常に計算コストがかかるため、粒子加速に関するパラメター探査は、当初の予定よりも多くはできないので、電離度依存性のみをまずは調べることにする。多くのことを明らかにしたので、まずは論文を執筆し、国際学会発表を行う。初期宇宙での宇宙線加速を調べるためのシミュレーションコード開発を開始する。論文を執筆し、国際学会発表を行う。イスタンブールで行われる予定であった国際会議COSPAR2016に出席し、研究成果発表及び情報収集を行うため約35万円を確保していたが、イスタンブールでテロが発生し国際会議の開催が中止になったため。使用していた計算機システムが急に混雑したことによって、シミュレーションが終了するのに要する時間が予想以上にかかったため、論文執筆と成果発表のための国際会議発表ができなくなった。そのため、論文投稿料と国際学会参加費用が余った。当初の予定に加えて、論文を2本多く投稿し、次年度に研究成果発表及び情報収集を行うために国際会議に参加する。また、計算結果が膨大なデータとなるため、データ保存用のHDDを購入する。現在、研究成果を論文として投稿中である。
ヒト神経幹細胞の解析によるニューロン分化機構の解明

我々は過去に成体ラット脳由来の神経幹細胞網膜に移植し生着と神経への分化を確認した。しかし、網膜神経の分化に最適な環境である胎児網膜に移植しても脳由来の神経幹細胞から視細胞を分化誘導することはできなかった。そこで、眼球組織から神経幹細胞/神経前駆細胞を海馬由来神経幹細胞と同様の条件で培養した。ラット胎児網膜からは効率よく視細胞に分化する神経前駆細胞がneurosphereの形で得られた。また、成体ラットの毛様体色素上皮や虹彩上皮を同様の条件で培養して分裂増殖する神経前駆細胞を得、さらに視細胞に特異的なホメオボックス遺伝子を導入することによって視細胞のマーカーであるロドプシンやリカバリンを発現させることができた。海馬由来神経幹細胞ではロドプシンの発現はみられなかった。次いで京都大学医の倫理委員会の承認を受けて、ヒト胎児脳および網膜から神経幹細胞/神経前駆細胞を培養した。ヒト胎児脳からは神経幹細胞のクローンが得られ、網膜からはneurosphere法にて神経前駆細胞が得られた。それぞれ神経およびグリアに分化する多分化能を有することが確認された。また、ラット虹彩細胞と同様にヒト虹彩細胞からも視細胞様細胞が分化するか確認するため、通常の緑内障手術で廃棄される虹彩組織を用いて虹彩上皮細胞の培養を行い、ヒトでも虹彩上皮細胞の培養増殖が可能となった。ラットで神経幹細胞が組織特異性を示したのと同様にヒト胎児脳由来の神経幹細胞も前脳、中脳、菱脳それぞれの由来によって分化してくる神経のphenotypeや発現している遺伝子に差がみられ、組織特異性があると考えられた。
食品安全性情報が生鮮食料の需要に与える影響の理論的・実証的分析

(1)POS週次データと新聞記事データベースを利用して,1996年に発生した狂牛病騒動とO157食中毒事件が牛肉の小売需要に及ぼした影響を数量的に分析すること,(2)O157食中毒事件以後の現地の対応を調査し,食品安全性の確保対策の問題点を検討することを目的とした.関東地区の量販店の生鮮肉POSデータと主要全国紙の関連記事データに需要体系モデルを適用・計測し,狂牛病およびO157食中毒事件に伴う消費者不安の高まりが小売段階の国産牛肉と輸入牛肉,他の生鮮肉の需要に及ぼした影響を検討した結果,狂牛病騒動による不安醸成は輸入牛肉の需要のみを減少させたのに対し,O157食中毒事件のそれは輸入牛肉,和牛肉を除く国産牛肉の需要を減少させ,和牛肉,国産豚肉,鶏肉の需要を増大させる効果を有したこと,各事件による不安がピークに達した週次と対前年同期の間の各生鮮肉均衡支出比率を比べると,狂牛病騒動の不安増大的情報効果は輸入牛肉の均衡支出比率減少の75%を,O157食中毒事件のそれは輸入牛肉,和牛肉を除く国産牛肉の均衡支出比率減少の75%,65%を,和牛肉,国産豚肉,鶏肉の均衡支出比率増加の90%,65%,40%を説明することが,ことが明らかとなった.大阪中央卸売市場ではO157食中毒事件の後,貝割れの販売が完全にストップし,それ以後事件前のレベルには回復していないこと,市場内での安全管理には限界があること,また,堺市教育委員会ではO157集団食中毒事件の後処理に多大の支出を強いられたこと,安全面だけではなく学童の精神面でのケア,保護者の理解を得るためにも多くの時間をかける必要があったこと,安全性を高めるためにドライキッチンシステムに換える必要があるが多額の予算が必要となること等が明らかになった.学校給食の安全性を高めるための給食費追加負担に関し,保護者の支払意思額について今後明らかにする必要がある.本年度は,(1)食品安全性情報の生鮮食料に及ぼす影響を分析する枠組みを構築し,1996年に発生した狂牛病騒動とO157集団食中毒事件の生鮮食肉・生鮮野菜消費への影響を数量的に分析すること,(2)O157食中毒事件への現地の対応を調査し,今後の食品安全性対策のあり方を検討することを目的とした.1.生鮮食料需要を,価格・所得と当該食料に関し家計が知覚している安全性の関数にモデル化した上で,家計の主観的な安全性レベルを利用可能な安全性/健康リスク情報の関数と想定し,当該情報量を全国紙の狂牛病およびO157集団食中毒の報道量によって代用・測定した.以上のモデルに基づいて牛肉とレタスの家計需要に対する安全性情報効果を計測した結果,当該月の報道記事数とその累積数で捉えた外部情報の量的側面と,特定年月のダミー変数で捉えた外部情報の質的側面の両者が,これらの品目需要に有意なインパクトを与えたことが確かめられた.2.堺市教育委員会において,O157集団感染の経緯とその後の対策について聞き取り調査を実施し,O157食中毒の発生後給食施設の改良を行っているがドライ・キッチン施設にするためには多額の費用が必要で,地方政府レベルのみでは十分な対策が講じられ得ないこと,また,長野県経済連における調査から,堺市での中毒発生後一時的に,長野産生鮮野菜の市場価格が下落し風評被害を受けたが,影響は半年後には消失し,被害額は直接原因食品として取りざたされたカイワレほど大きくなかったことがわかった.(1)POS週次データと新聞記事データベースを利用して,1996年に発生した狂牛病騒動とO157食中毒事件が牛肉の小売需要に及ぼした影響を数量的に分析すること,(2)O157食中毒事件以後の現地の対応を調査し,食品安全性の確保対策の問題点を検討することを目的とした.関東地区の量販店の生鮮肉POSデータと主要全国紙の関連記事データに需要体系モデルを適用・計測し,狂牛病およびO157食中毒事件に伴う消費者不安の高まりが小売段階の国産牛肉と輸入牛肉,他の生鮮肉の需要に及ぼした影響を検討した結果,狂牛病騒動による不安醸成は輸入牛肉の需要のみを減少させたのに対し,O157食中毒事件のそれは輸入牛肉,和牛肉を除く国産牛肉の需要を減少させ,和牛肉,国産豚肉,鶏肉の需要を増大させる効果を有したこと,各事件による不安がピークに達した週次と対前年同期の間の各生鮮肉均衡支出比率を比べると,狂牛病騒動の不安増大的情報効果は輸入牛肉の均衡支出比率減少の75%を,O157食中毒事件のそれは輸入牛肉,和牛肉を除く国産牛肉の均衡支出比率減少の75%,65%を,和牛肉,国産豚肉,鶏肉の均衡支出比率増加の90%,65%,40%を説明することが,ことが明らかとなった.大阪中央卸売市場ではO157食中毒事件の後,貝割れの販売が完全にストップし,それ以後事件前のレベルには回復していないこと,市場内での安全管理には限界があること,また,堺市教育委員会ではO157集団食中毒事件の後処理に多大の支出を強いられたこと,安全面だけではなく学童の精神面でのケア,保護者の理解を得るためにも多くの時間をかける必要があったこと,安全性を高めるためにドライキッチンシステムに換える必要があるが多額の予算が必要となること等が明らかになった.学校給食の安全性を高めるための給食費追加負担に関し,保護者の支払意思額について今後明らかにする必要がある.
エルニーニョ影響下の太平洋熱帯域における沿岸生態系群集構造:水産基盤の検討

1.エルニーニョ現象の影響下にある太平洋の西部域と東部域で水産活動の基盤を成す沿岸生態系に関するデータを集めた。また、群集構造や種間関係に関して熱帯域との比較のために、亜熱帯的な生態系を成す九州西岸天草海域での調査を同時におこなった。西部太平洋熱帯沿岸域では特にサンゴ礁生態系の構造に関する基本データを得るために、インドネシア東部の沿岸生態系調査を行い、東部太平洋熱帯亜熱帯域では過去に強いエルニーニョの影響を受けたペルー中部域の沿岸帯で生態系調査をおこなった。また、これらの沿岸生態系に関する既存データの収集と整理をおこなった。2.インドネシア東部のサンゴ礁魚類群集の調査から、400種以上が記録され、空間的な群集の変異に関する情報を得た。このデータに伴い、種類数の多い群集における種数推定法の検討を行い、新たな方法を開発した。また、魚市場調査により沿岸零細漁業に関するデータを得た。3.太平洋東岸熱帯域の沿岸調査として、ペルー中部において沿岸生物群集、特に岩礁性ベントスの空間スケール分布動態と高次捕食者としてのヒトデ類の個体群生態・食性パターンに関するデータを得た。高次捕食者」個体群の変動データにつき時系列解析をおこない、エルニーニョとの関連を検討した。また、潮間帯および潮下帯の数箇所にデータロガーを設置し、長期的なデータを得る予備調査をした。マイクロハビタット間の温度パターンの違いについて有意義な結果を得た。また、沿岸零細漁業に関するデータの収集整理をおこなった4.亜熱帯沿岸海洋生物の種間関係の例として、固着性ベントスであるCapitulumとSeptiferの共存関係を調べたほか、移動性ベントスである潮間帯性魚類における種間関係を実験的に明らかにした。1.本年度は研究初年度なので、海外におけるデータ収集のロジスティクスを整えることを第一の目標として研究作集を進めた。2.研究代表者および海外研究協力者であるインドネシア・サムラトランギ大学のティオホ氏を中心として、スラウェジ北部の沿岸生態系の調査を、2002年9月から10月にかけて総勢10人程でおこなった。3.西部太平洋熱帯沿岸域に特徴的なサンゴ礁生態系の構造に関する基本データを得るために、スラウェジ北部のサンゴ礁域に調査地を設け、スキューバダイビングによる定量観察を実施した。トランゼクト法とコドラート法を併用して、リーフエッジから礁原にかけてのサンゴ群衆の変異性を表すデータを得るとともに、同じ地点で現れる魚類群集に関するデータを得た。4.沿岸魚種の利用に関するデータを得るために水産市場調査を行う準備を行い、現地調査員のアシスタントを得て、データ収集が現在進行中である。写真データのインドネシアからの転送処理をどう進めるかが今後の課題である。5.太平洋東岸熱帯域の沿岸調査として、ペルーにおける予備調査を2003年1月に行った。沿岸域潮間帯下部の表面水温の変異性を把握するために、ペルー国立サンマルコス大学の研究者と協力して、沈水型水温ロガーの設置をおこなった。また、沿岸生物群集に関する生態観察とデータの収集をおこなった。6.水産データの収集に関し、ペルー海洋研究所の研究者と協議をおこなった。その結果、未公表データを含めた沿岸魚種に関する資料の整理を始めることで合意し、現在その準備をおこなっている。1.西部太平洋熱帯沿岸域に特徴的なサンゴ礁生態系の構造に関する基本データを得るために、スラウェジ北部の沿岸生態系の調査を、インドネシア・マナドポリテクニク大ダウド氏とサムラトランギ大学のパルンツ・ティオホ両氏の協力を得て、2003年9月から10月にかけておこなった。2.前年度と同じくスラウェジ北部のサンゴ礁域に調査地を設け、スキューバダイビングによる定量観察を実施した。

トランゼクト法とコドラート法を併用して、リーフエッジから礁原にかけてのサンゴ群集の変異性を表すデータを得るとともに、同じ地点で現れる魚類群集に関するデータを得た。本年度は、場所の違いによる生態系構造の変異性をみるために、調査区域を広げ、ブナケン南部よりも潮流の影響の強いシラデン島東岸での調査に加え、北部のナイン島およびモンテハゲ島での観察をおこなった。3.サンゴ礁生態系では、本年度新たに、海草藻場と甲殻類に関する調査を加えた。後者では、分類作業が困難であるが、シンガポール大の協力を得てサンプルの処理を進めている。4.沿岸魚種の利用に関するデータを得るための水産市場調査を、現地調査員のアシスタントにより継続した。インドネシアでのカメラおよびコンピューター機器の不調等、度重なる不都合によりデータの処理転送が遅れていることが問題である。5.太平洋東岸熱帯域の沿岸調査として、ペルーにおける調査を2004年1月に行った。昨年度、沿岸域潮間帯下部の表面水温の変異性を把握するために設置した沈水型水温ロガーが故障しており、データを回収できない状態であったことが判明したので、代替のロガーを設置した。沿岸生物群集に関する生態観察とデータの収集をおこなった。6.以前の生態観察データ、特にアナログ映像データのデジタル化を進めた。1.西部太平洋熱帯沿岸域におけるサンゴ礁生態系の構造に関する基本データを得るために、スラウェジ北部の沿岸生態系の調査を2004年9月から10月にかけておこなった。調査に当たっては、インドネシア・マナドポリテクニク大ダウド氏とサムラトランギ大学のパルンツ氏の協力を得た。2.前年度と同じくスラウェジ北部のサンゴ礁域に調査地を設け、スキューバダイビングによる定量観察を実施した。本年度は調査期間中潮位が低い状況が続いたため、水深の浅いリーフエッジから礁原へかけての観察は困難なことが多く、トランゼクトによってはリーフエッジのみの観察にとどめる必要があった。昨年と基本的に同じ観察方法により魚類群集に関するデータを得た。魚種に関しては、大きな変化は見られなかった。また、水産市場調査から得られたデータの処理を進めた。3.本年度は調査の前半に水温が通常よりかなり低い期間があり、サンゴ礁生物群集に対する影響が懸念された。この期間の温度変化は幸いに昨年度ブナケン島南部に設置したデータロガーに記録が残ったため、貴重なデータとなった。データロガーは2機とも回収に成功し、新たに4機を設置した。このうち1機は、これまで設置したことのなかった潮流の強いシラデン島東岸リーフに設置した。4.北部のナイン島およびモンテハゲ島での調査では、昨年と比べ、オニヒトデAcanthaster planciの個体数が明らかに増えており、サンゴに対する食害が広がっている状況が観察された。これに伴い、特にナイン島近辺のリーフでは、魚類群集が貧弱化する傾向が見られた。5.太平洋東岸熱帯域の沿岸調査として、ペルーにおける調査を2005年1-2月に行った。昨年度潮下帯上部に設置した水中データロガー2機のうち1機のみ回収に成功した。
植物機能の理解と制御を目指した分子夾雑の合成化学

オーキシン受容体TIR1の機能は、冗長性のため遺伝学的手法による解析では困難であり、未解明な部分が多く残されていた。この課題を解決するため、我々はBump-Hole法(凸凹法)を用いることでオーキシンの作用を受容体レベルで制御する新技術を開発した。我々は、受容体TIR1のオーキシン結合ポケットに1アミノ酸の変異を導入し、天然オーキシンに結合しない改変型TIR1(凹TIR1)を作成した。そして、この凹TIR1へ選択的に結合する人工オーキシン(凸オーキシン)を合成した。凸オーキシンは、凹TIR1を発現させた植物でのみオーキシン応答(根の伸長阻害など)を起こすことから、凹TIR1ー凸オーキシンのペアが天然の仕組みとは独立に植物体内で機能することがわかった。これは個体レベルで凸凹法を実現した初の例である。本手法を用いると、解析対象とするオーキシン応答がTIR1を介したシグナル伝達であるか否かを明確にすることができる。実際に、凹TIR1を発現する植物に凸オーキシンを作用させたところ、黄化芽生えの迅速な伸長生長が確認された。すなわち、このオーキシン応答はTIR1を介して誘導されることが明らかになった。さらに、我々はこの手法を用いて、オーキシンによる根の可逆的な伸長抑制もTIR1を介して誘導されることを明らかにした。さらに、我々は本手法の将来的な農業応用を目指し、より低濃度で効果を示す凹TIR1ー凸オーキシンペアの開発を行った。凹TIR1に導入するアミノ酸置換や凸オーキシンの構造を検討することで、天然のオーキシンーTIR1ペアと比べて1万倍低濃度で相互作用を起こす凹TIR1ー凸オーキシンペアを見出した。この凹TIR1を花で特異的に発現するトマトに対して凸オーキシンを散布すれば、着果促進を選択的に誘起することが可能と考えられ、農業を効率化する新規植物成長調整剤としての応用が期待される。本課題は、概ね当初計画通りに進んでいる。これに加え、当初計画にはなかったauxin induced degradation (AID)法への新たな展開が見えてきている。TIR1のオーキシンへの結合は、さらに特定の配列を有するペプチド(デグロン)をもつタンパク質とTIR1との複合体形成を誘起し、そのユビキチン化を引き起こす。この植物特有の仕組みを他の生物種に導入することで、デグロン配列を導入した標的タンパク質を望みのタイミングで分解する手法(AID法)が、酵母、線虫、ヒト培養細胞などで幅広く用いられている。この方法の欠点の一つは、非常に高濃度(mM)のオーキシンを投与する必要がある点で、これが動物個体レベルへの応用の妨げとなっている。これに対し、我々の開発した凹TIR1ー凸オーキシンペアは、1万倍低い濃度でデグロンとの複合体形成を誘起することができ、AID法の広範な生物への応用を実現する画期的ツールになることが期待される。現在、こうした応用展開を海外および国内の研究グループと共同で進めており、有望な成果が得られている。また、デグロンをもつタンパク質群をオーキシン依存的に分解する仕組みは広く植物で保存されているため、これまでAID法を植物に適用することは不可能であった。この課題を解決するため、我々はデグロン配列とTIR1のデグロン認識部位に凸凹法を適用し、植物に内在するデグロンーTIR1とは直交的にはたらく凸デグロンー凹TIR1ペアを構築した。この凹TIR1をさらに凸オーキシンが結合するように改変した凹凹TIR1は、凸オーキシンの存在下で凸デグロンとの相互作用が誘起された。この凹凹TIR1ー凸オーキシンー凸デグロン系は植物内でも利用可能なAID法として期待される。これまでに開発したオーキシンのbump-holeペア、並びに本研究計画で開発するサイトカイニンやジベレリンのbump-holeペアをトマトや果樹などの実用植物で器官特異的に発現させ、実用化に向けた実証実験を行う。特に本課題では、果実の肥大化を選択的に誘起するため、子房で発現するプロモーターを用いる。子房特異的プロモーターの中でも、果実の形成に至る各段階で時期特異的に発現するプロモーターが存在する。本研究では、こうしたプロモーターをそれぞれ導入した改変型受容体遺伝子を植物に形質転換し、高品質な果実形成に適したプロモーターを探索する。このような果実形成の仕組みは植物学的に重要であるにもかかわらず、植物ホルモンが子房のどこで・いつ受容されると果実の形成に至るのかは不明な点が多い。本研究は、農業利用のみならず、こうした植物科学において謎とされている仕組みを解明するのに有効で、学術的にも幅広い波及効果が期待される。オーキシンは植物成長を制御する植物ホルモンのひとつである。古くから盛んに研究されているが、そのシグナル伝達機構には曖昧な点を多く残す。その主な要因は、オーキシン受容体TIR1(TRANSPORT INHIBITOR RESPONSE 1)の遺伝学的特色である。モデル植物として用いられるシロイヌナズナにはTIR1以外に5種類のファミリータンパク質が存在し、これらの受容体は互いに機能を補い合っている。そのため、遺伝学的にすべての受容体を欠損させないと明確な表現型が現れない(冗長性)。

一方でオーキシン応答は植物の成長に必須であるため、TIR1ファミリー全てを欠損させると植物が育たず、解析を行えない(致死性)。このようなジレンマのため、従来のTIR1の機能解析は6個ある受容体のうち2個もしくは3個を欠損させた変異体を用いて行われており、曖昧な結果しか得られていなかった。こうした遺伝学の根本的な問題を解決すべく、我々はオーキシン受容体の機能を明確に解析できる新たな手法の開発を目指した。我々は凸凹法(bump-and-hole approach)を適用することで、既存の植物科学の限界を乗り越えた。TIR1に点変異(フェニルアラニン→グリシン)を導入することで結合ポケットを拡大した人工TIR1(凹TIR1)を作り、対応する位置にアリール基を導入した人工オーキシン(凸オーキシン)を合成した。in vitroでの結合評価の結果から、天然のオーキシンは凹TIR1に結合しない。一方で凸オーキシンは天然型TIR1に結合しないが、凹TIR1に結合することが明らかとなった。この凹TIR1を導入した組換え植物に凸オーキシンを与えたところ、野生型植物に天然型オーキシンを与えた際と同様の生理応答が見られた。以上のことから、内在の系とは独立に、人工オーキシンでのみ作動する人工TIR1経路の確立に成功した。我々はこの系を用いて、オーキシン誘導性の伸長成長の機構解明に取り組んだ。植物をオーキシンで処理すると、数分以内に急激な伸長が観測される。こうした迅速な伸長成長はオーキシンの代表的な生理作用であるが、その詳細な機構は明らかになっていない。特にその受容体に関しては長い間議論が続いており、過去の知見からこの経路にはTIR1以外の未知の受容体が関与すると信じられてきた。そこで、申請者は開発した凸凹オーキシンー受容体ペアを用いて、伸長成長におけるTIR1の関与を調査した。野生株と凹TIR1を発現させたシロイヌナズナに対して、それぞれ凸オーキシンを作用させた結果、野生株ではほとんど伸長が見られなかったが、凹TIR1を発現する植物では明らかな伸長が観測された。これにより、オーキシンによる伸長成長にTIR1が関与していることが明らかとなった(Nat. Chem. Biol. 2018, 14, 299.)。本結果は現代の植物生理学の常識を覆す、まさに教科書を書き換える発見であると同時に、開発した凸凹ペアが植物科学における強力な研究ツールになることを明確に示している。オーキシン受容体TIR1の機能は、冗長性のため遺伝学的手法による解析では困難であり、未解明な部分が多く残されていた。この課題を解決するため、我々はBump-Hole法(凸凹法)を用いることでオーキシンの作用を受容体レベルで制御する新技術を開発した。我々は、受容体TIR1のオーキシン結合ポケットに1アミノ酸の変異を導入し、天然オーキシンに結合しない改変型TIR1(凹TIR1)を作成した。そして、この凹TIR1へ選択的に結合する人工オーキシン(凸オーキシン)を合成した。凸オーキシンは、凹TIR1を発現させた植物でのみオーキシン応答(根の伸長阻害など)を起こすことから、凹TIR1ー凸オーキシンのペアが天然の仕組みとは独立に植物体内で機能することがわかった。これは個体レベルで凸凹法を実現した初の例である。本手法を用いると、解析対象とするオーキシン応答がTIR1を介したシグナル伝達であるか否かを明確にすることができる。
心肥大の退縮を担う分子の探索とその分子メカニズムの解明

心肥大には、Gタンパク質共役型受容体(GPCR)を介したシグナルの活性化が強く関与しており、その活性化は、GPCRに共役するGタンパク質ファミリーのGqとG13によって担われる。この心肥大は心臓への圧負荷がなくなると退縮するが、その退縮メカニズムは不明である。近年、DREADDシステムという、Gタンパク質を介したシグナルのON/OFFを自在に制御できるシステムが開発された。そこで、このDREADDシステムを心筋細胞に適用することで、心肥大の退縮を担う分子を探索し、その分子メカニズムの解明を目指す。
光線力学的治療法を用いた動脈硬化病変の新規安定化治療の開発

急性冠症候群などの重篤な心血管イベントは、動脈硬化プラークの血管内腔面を覆う線維性被膜の障害、すなわちプラークの破綻(rupture)あるいはびらん(erosion)と同部位での閉塞性血栓の形成が主因となって発症する。近赤外線を用いた光診断技術が進歩し、これらを用いた我々の成果を含む最近の研究によって、近い将来に急性冠症候群の発症に繋がる可能性の高い“不安定プラーク"を臨床的に同定できる可能性が示されてきた。しかし現状では、不安定プラークを高い精度で診断して、臓器への急性血流障害を発症する前に局所病変を治療する方法はいまだ確立されていない。本研究では、光干渉断層法(OCT)および近赤外線分光法(NIRS)を用いて急性心血管イベントの差し迫った病変を高い精度で同定すること、さらに光線力学治療的アプローチによって動脈硬化巣の安定化と心血管イベント発症を予防する先制医療的治療法を確立することを目的として実施している。以上、本年においては光線力学的治療法の標的となる病変形態を臨床的、組織学的に同定し、大動物での検討に移す基礎データを得ることができた。上述のように昨年度までの研究は比較的順調に遂行できている。本年度においては、1)昨年度までに行って基礎となる研究成果を論文化してまとめること、2)ビーグル犬を用いた大動物の実験系を確立して、臨床応用のための基礎的データを収集する予定である。平成29年度においては、基礎的な検討として、冠動脈疾患患者における高度狭窄を示す責任冠動脈硬化病変を対象として、光干渉断層法(Optical Frequency Domain Imaging)を用いて詳細に観察し、同部位を方向性冠動脈粥種切除術(Directional Coronary Atherectomy)を用いて切除、摘出した組織サンプルに関する検討を行った。本研究では10例の冠動脈疾患患者から同意を得て摘出した動脈硬化病変17か所を解析した。その結果、病理組織学的には非破裂の動脈硬化巣であっても約70%においてプラーク内の出血が存在、さらに同部位のOFDI所見では動脈壁内の層状を示す所見、強いattenuationを伴う線状高輝度帯を特徴とすることが明らかになり、光線力学的治療法の標的となる病変形態を組織学的、臨床的に同定することができた。今年度においては、平成29年度に行った検討結果に基づいて光線力学治療的アプローチによって動脈硬化巣の安定化と心血管イベント発症を予防する先制医療的治療法を確立することを目的として研究活動を継続する。具体的な到達目標は、1)摘出動脈硬化病巣に対して免疫組織学的染色法を含めたさらに詳細な検討を行い、光線力学治療のターゲットとなる細胞、組織をさらに絞り込むこと、2)1)で同定される特定の細胞・組織に特異的かつ効率的に取り込まれる光増感物質のスクリーニングを行うこと、3)細胞内に取り込まれた光増感物質の励起を行うためのレーザー照射機器の開発と指摘条件の設定、4)WHHLウサギの大動脈に発生する動脈硬化巣を用いた実験系において光線力学治療の効果を実験的、病理学的に検討することである。

研究内容の進捗状況のうち、免疫組織学的検討が予定より遅れていることにより次年度の使用額が増加した。次年度使用額は30年度交付額と合わせて光線力学的研究内容に使用する予定である。次年度使用額が1288823円と比較的大きくなっているが、次年度においては大型動物を用いた実験を計画しており、適切に使用する予定である。