hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
細胞内膜系コンパートメントを介するがん増殖制御機構

がん細胞の増殖は、がん原遺伝子の変異による増殖シグナル経路の制御破綻によって加速する。本研究は、リソソーム膜上の足場タンパク質p18を経由するがん増殖シグナル経路、MAPK経路およびmTOR経路、の意義と制御機構を解明することを目的として行った。主にp18を欠損する細胞およびマウス個体を用いた解析より、p18がmTORC1の活性化を担う制御複合体をリソソーム膜上で形成し、細胞の増殖・分化、およびがん増殖の促進に必須の役割を担うこと、また、p18-mTORC1経路による転写因子FoxO3aを介する細胞周期およびリソソームを介する物質代謝の制御機構を明らかにしたがん細胞の増殖は、がん原遺伝子の変異による増殖シグナル経路の制御破綻によって加速する。主にp18を欠損する細胞およびマウス個体を用いた解析より、p18がmTORC1の活性化を担う制御複合体をリソソーム膜上で形成し、細胞の増殖・分化、およびがん増殖の促進に必須の役割を担うこと、また、p18-mTORC1経路による転写因子FoxO3aを介する細胞周期およびリソソームを介する物質代謝の制御機構を明らかにしたがん増殖における後期エンドソーム脂質ナノドメイン上のp18を経由するシグナル経路の役割を明らかにするために、以下の解析を行った。1)後期エンドソームを中心とした膜融合反応におけるp18の役割を解析し、オートファゴソームとリソソームの融合反応においてp18が必須の役割を担うことを明らかにした。現在、その反応に関わる標的蛋白質の同定を進めている。2) p18に依存するERK基質転写因子と標的遺伝子の同定と、MAPK経路以外のシグナル経路の寄与を検討した。その結果サイクリンD1が増殖と関連したERK標的であることが明らかとなった。また、DNAマイクロアレイによりp18に依存して発現変動する遺伝子を検索し、種々の特異的因子を同定した。現在それぞれの性質の解析を進めている。さらに、p18がmTORC1経路の活性化にも必須の役割を担うことが見いだされ、p18の細胞の成長シグナル経路における意義が明らかとなった。3) p18のリン酸化がSrcの後期エンドソームへの集積に関わることを見いだしているので、その生理的意義を解析した。その結果、リソソームでのSrcの分解にp18が関与することが示唆された。4)表皮細胞特異的なp18KOマウス(K5-Creマウスとの交配)の表現型の解析を行い、p18KOマウスが表皮細胞の増殖や細胞間接着機能に重篤な異常を呈して生後間もなく死亡する原因として、細胞間接着を担うE-cadherinの膜提示の異常による接着結合の機能不全が同定された。現在、膜蛋白のターンオーバー機構におけるp18の機能解析を進めている。本研究では、がん原遺伝子の活性化による細胞増殖促進機構の全容解明を目指して、細胞内膜系コンパートメントを足場とする新たなシグナル伝達経路の機能解析を進めている。近年我々は、後期エンドソームの脂質ナノドメインに局在する膜アダプター蛋白質p18(LAMTOR1と改名)がMAPK経路のMEK1およびmTORC1経路の足場蛋白質として機能することを明らかにし、さらにSrcやK-Rasなどのがん原遺伝子活性化によるがん増殖促進にLAMTOR1が必須の役割を担うことを見いだした。そこで本課題では、LAMTOR1および後期エンドソーム脂質ナノドメインの機能をさらに分子レベルで解析することによって、がん増殖に直結したLAMTOR1経由のシグナル経路の実体とその制御機構を明らかにすることを目的とした研究を行い以下の成果を得た。1)LAMTOR1欠損細胞を用いた解析より、LAMTOR1-mTORC1経路が細胞増殖の制御において必須の役割を担うことを明らかにし、その標的としてPI3K-Akt-FOXO3a経路を特定した。2)マイクロアレイ解析によりLAMTOR1-mTORC1経路を介して発現制御される遺伝子群を同定した。3)LAMTOR1-mTORC1経路がリソソームの成熟過程においても重要な役割を担うことを明らかにした。4)表皮特異的なLAMTOR1欠損マウスの解析から、LAMTOR1経路が表皮バリア形成においても必須の役割を担うことを見いだした。そのメカニズムとしてLAMTOR1-mTORC1経路が、オートファジーの制御やセラミドなどの脂質成分の合成や分泌に関わる可能性が示された。5)Srcによるがん化に伴うmiRNAの発現変動により、mTORおよびその制御因子の発現が制御されることを見いだし、がん化におけるLAMTOR1-mTORC1経路の意義が示された。我々が新たに同定したリソソーム膜アダプター蛋白質p18の細胞増殖制御における役割解明を目指した研究を継続して行った。p18はリソソームおよび後期エンドソームのラフトに限局して存在するアンカー分子であり、MAPK経路のMEK1およびmTORC1も活性化を担うRag GTPaseと複合体を形成することにより、それらの増殖シグナルを制御することが明らかになっている。これまでに、p18の欠損により細胞増殖能が著しく低下し、SrcやRasなどのがん遺伝子によるがん化に抵抗性を示すことを見いだしているが、本研究ではその分子機序の解析を行った。

その結果、細胞周期制御に関わるCyclin Dやp27/p21の発現制御に関わる転写因子FOXO3aの発現や安定性、およびSGK1キナーゼによるリン酸化を介する核移行をp18-mTORC1が制御することを明らかにし報告した。また一方で、p18-mTORC1がリソソームの成熟過程の制御を担うことを見いだした。線維芽細胞の解析から、p18欠損により一次リソソームと後期エンドソームの融合が阻害され、エンドサイトーシスにより取り込んだ物質の分解が遅滞することが観察された。また、表皮特異的なp18欠損マウスでは、リソソームを介するオートファゴソームやグリコゲンなどの生体物質の分解不全が生じ、その結果、角質層への終末分化が進行しないことが見いだされた。これらの結果から、リソソーム上のp18-mTORC1経路が、細胞増殖のみならずリソソームの機能制御にも重要な役割を果たすことが明らかとなり、リソソームが細胞の恒常性の制御する中心的なシグナルプラットフォームとして機能することを報告した。我々が新規に見いだしたリソソーム膜アダプター蛋白質p18の細胞増殖制御における役割解明を目指した研究を行った。p18はリソソームおよび後期エンドソームのラフトに限局して存在するアンカー分子であり、MAPK経路のMEK1およびmTORC1も活性化を担うRag GTPaseと複合体を形成することにより、それらの増殖シグナルを制御することが明らかになっている。これまでに、p18の欠損により細胞増殖能が著しく低下し、SrcやRasなどのがん遺伝子によるがん化に抵抗性を示すことを見いだしているが、本研究ではその分子機序の解析を行った。その結果、細胞周期制御に関わるCyclin Dやp27の発現制御に関わる転写因子FOXO3aの発現や安定性、および細胞内局在をp18-mTORC1が制御することを明らかにした。現在、FOXO3aの制御に関わるmTORC1の標的分子の同定を進めている。これらの結果から、リソソーム上のp18-mTORC1経路が、細胞増殖のみならずリソソームの機能制御にも重要な役割を果たすことが明らかとなり、リソソームが細胞の恒常性の制御する中心的なシグナルプラットフォームとして機能することが示唆された。後期エンドソーム上のLAMTOR1-mTORC1経路が細胞の増殖制御において必須の役割を担うことが明確になってきており、今後さらにその多様な機能を統括的に理解することにより、新たながん治療標的の開拓へと発展する素地が固まりつつあると判断している。25年度が最終年度であるため、記入しない。当初の目標であるがん増殖の制御機構解明に繋がる新たな経路として、リソソーム膜上のアダプター蛋白質p18を介するmTORC1-FOXO3a-p27/p21経路を初めて同定することに成功した。この経路の詳細を明らかにすることにより、細胞増殖制御機構の新しいメカニズムが提案できることが期待される。
微細MOSFET統計的モデル化手法の開発

1.中間モデルを用いたMOSFETの統計的モデル化手法LSI設計過程では、トランジスタ特性を種々の詳細度でモデル化している。本研究では、詳細度の異なる各種モデルに対し、共通の土台の上で統一的にばらつきの特性を表現する方法を開発した。具体的には、プロセス変動による統計的な特性変動の表現が容易で、かつ、LSI設計に用いられている各種モデルと共通の構造を持つ統計的特性モデル(中間モデル)を設計した。中間モデルと各種モデルの対応を明らかにし、中間モデルで表現した統計的な特性変動を各種モデルに変換する方法を開発した。提案手法の有効性を0.3μmCMOSプロセスにおけるトランジスタ特性のばらつきをBSIM3v3モデルを用いてモデル化した実験により確認した。2.レイアウトを考慮したCMOS回路の比精度解析比精度解析のためのトランジスタ特性のモデル化手法を検討した。モデル化にあたり、トランジスタゲートの仕上がり寸法に大きく影響するマイクロロ-ディング効果のモデル化も行った。モデルパラメータを抽出するためのTEG構造を明らかにし、実際に抽出実験を行った。3.コマンド言語による統計解析CADの開発本研究で開発した微細MOSFETの統計モデルを実設計の中で活用するために、ばらつき解析や統計的処理を設計者の要求に合わせて柔軟に定義できるCAD環境を開発した。1.統計的特性モデル化手法開発における到達目標の設定LSI設計の各種段階で用いられるMOSFETモデルの種類と詳細度について調査し、統計的モデル化の対象とすべきモデルの選定を行なった。回路シミュレータSPICEにて用いられているモデルを対象とすることとした。また、各設計段階での統計的設計最適化を行う際の必要となる特性ばらつきモデルの統計的モデル化精度に対する要求仕様を明確化した。2.共通モデルの設計統計的なばらつき特性を表現するための共通モデルを設計した。各種MOSFETモデルへのばらつき情報の変化を容易に行うために、共通モデルの構造は、必要な最小限の複雑さを持つものとした。共通モデルの作成を検討したMOSFETの特性は、閾値電圧、有効電流利得、飽和電圧、飽和電流、チャネル長変調、基板電流である。共通モデルにおける変動パラメータは、キャリアの移動度、チャネル長、チャネル幅、チャネル表面のイオン濃度、酸化膜厚である。3.共通モデルパラメータ抽出手法の開発MOSFETの実測特性より、共通モデルにおける各種パラメータを抽出する手法を検討した。物理的意味に裏付けられたパラメータについては、出来る限り解析的な方法でパラメータ値を抽出する。共通モデルにおけるばらつき情報は、モデルパラメータの分布関数やパラメータ間の相関を表す結合確率密度関数で表現する。1.ワ-ストケースパラメータの抽出法の開発実設計における統計的解析の第一段階は、ワ-ストケース解析である。このために必要なワ-ストケースパラメータを導出する手法を確立した。回路特性の変動を物理パラメータ変動の一次で表現し、ワ-ストケースを与える物理パラメータを求め、この値よりワ-ストケースのモデルパラメータ値を計算した。ワ-ストケース解析の結果は、モンテカルロ解析の結果と良い一致を見た。
精密金属錯体の分子設計と生体機能

本研究者らはこの基盤研究を現在最も活発に研究活動を行っている中堅の教授・助教授で組織し、1)精密金属錯体の合成、2)精密金属錯体の機能評価、3)精密金属錯体の機能解析、の3点に焦点を絞り、重点領域研究への発展を期して企画調査を行った。具体的方針として、生体機能を発揮する事を目的として配位子の合成および金属錯体の調整を行い、それらを培養細胞、生体組織、酵素系に応用し、その機能を評価する。さらに機能発現の作用機構を解析し、得られた知見を分子設計にフィードバックすることを目的に、研究企画を行った。その結果、この様な多分野にまたがる研究は従来の固定した領域の研究者だけではなし得ないものであり、共同研究により初めて実りあるものとなる事が明らかとなった。テーマとしては遺伝子機能に関する研究、活性酸素・フリーラジカルに関する研究、金属酵素関連疾病に関する研究を取り上げた。これらの成果に基づき、さらにこの分野を発展させるべく平成10年度発足の特定研究への申請を行った。
化学反応の統計性・選択性と相空間構造

反応過程において、その統計性の起源と、選択的な反応の可能性は、互いにコインの裏表のような関係にある。この二つの問題において共通して鍵となるのは、分子内振動エネルギー再分配(Intramolecular Vibrationalenergy Redistribution、略してIVR)のダイナミックスをどのように理解するか、という課題である。IVRは、振動励起された分子において、必ずしも反応座標と直接に結合していないモードから、直接結合しているモードへとエネルギーが移動していく過程である。このような、振動エネルギーの移動過程が存在することと、考えている系のハミルトニアンが非可積分であることは、本質的に関係している。従って、IVRがどのように起こるかを知るには、非線形共鳴が起こる領域が、状態空間において、どのようにつながっているかを調べれば良い。力学系の分野では、一般に、非線形共鳴が起こる領域が編みの目状となることが知られており、アーノルドの編みの目(Arnold web)と呼ばれる。よって、具体的な分子に対して、アーノルドの編みの目の構造を解析することから、IVRの統計性の程度、あるいは逆に、選択的な反応の可能性に関して、指針が得られるのではないかと推測される。具体的な分子を対象として、このような解析を行うためには、例えば、分子振動に対する実効ハミルトニアンであるDunham展開を利用すれば良い。このようなアイデアに基付いて、アセチレンを対象に、Dunham展開に対応する古典的なハミルトニアンを考え、振動モード間の非線形共鳴が起こる場所の分布を調べた。その結果、アセチレンの点群による対称性のために、多くの非線形結合が禁止され、系が非エルゴード的であること、即ち、反応過程のダイナミックスが、系の初期条件に依存する可能性があることが分かった。これは、アセチレンの反応過程における選択性を示唆する。また、このことから、分子振動におけるカオスにおいて、系の対称性を考慮することの重要性が示された。
マクロ量子系におけるマクロ量子コヒーレンスの研究

本年度においては、最後の年度ということで、これまでの研究の総括を行った。具体的には、量子多体系におけるマクロなコヒーレンスを検出するための良い指標をいくつか定義するとともに、それらの相互関係を整理して、それぞれのメリット、デメリットを明らかにした。また、その指標が、他の物理的性質とどのように関連しているのかを明確にすることにより、量子計算、量子情報、物性理論への応用を意識した。例えば、部分系にCP操作を行ってマクロな重ね合わせをつくることを考えた場合、アクセスする部分系の大きさと、そのCP操作の成功確率、そしてマクロな重ね合わせの指標との間にはトレードオフの関係が成り立つことを示した。さらに、系の安定性とマクロな重ね合わせの指標との関係についても議論した。特に、ノイズに対する安定性、局所測定に対する安定性について、その指標は密接な関係があることが分かり、マクロな重ね合わせの安定性を定量的に評価することができるようになった。マクロな重ね合わせは量子計算において重要な働きをしているため、この安定性との関係は量子計算機の安定的実現という点からも非常に重要である。最後に、マクロな重ね合わせの構造を直感的に理解するために、準同時確率分布を提唱し、それを使って具体的に可視化を行うとともに、その準同時確率分布の物理的性質を調べた。特に、相関の測定、POVMの推定、weak measurementと密接に関係していることが明らかになった。マクロ量子系におけるマクロ量子コヒーレンスの研究をするために、まず初めに、量子多体系に現れるマクロコヒーレンスを可視化するためにマクロオブザーバブルの粗視化された準同時確率分布を導入した。量子多体状態が与えられたとき、適切なマクロオブザーバブルを二つ選び、その準同時確率分布をプロットすれば、その状態を可視化できる。適切なマクロオブザーバブルはそれほど大きくない行列を対角化するだけで効率的に求めることができる。可視化の例として、2次元XYモデルと2次元Heisenberg反強磁性体の基底状態、Shorの素因数分解アルゴリズムとGroverの検索アルゴリズムの途中に出てくる状態に対し$Xi$をプロットし、それらの状態に含まれるマクロに異なる状態の重ね合わせを可視化してみた。この準同時確率分布はWigner分布関数のように負の値もとり得るが、粗視化の幅を十分大きくすれば非負になる。Nを系のサイズとするとき、一般的な傾向として、粗視化の幅がO(N)であればNを大きくすればで準同時確率分布は非負になるようである。粗視化の幅がO(N^0)やO(sqrt{N})だとNを大きくしても準同時確率分布が非負にならない場合があることも分かった。今後は、連続対称性のある系の厳密基底状態と、対称性の破れた状態とのエネルギー差がo(N^O)であることを、無限距離相互作用XYモデルで示したい。また、マクロ量子コヒーレンスを作る時間発展も考える。スピンが同じ方向を向いた状態から局所相互作用ハミルトニアンで時間発展させて、マクロ量子コヒーレンスのつくられていく様子を確認したい。量子多体系に現れる量子的性質の研究を進めていく上で、多体系特有の困難として、直感的な理解が難しいという問題がある。実際、量子光学や量子カオス系などの少数粒子系においてはWigner分布関数や伏見表示などのように状態を可視化する手法が古くから存在し、少数粒子系の量子的性質を直感的に理解する助けになっていた[e.g.,E.Wigner Phys.Rev.40,749(1932)]が、多体状態を可視化する方法は存在せず、多体状態を直感的に理解することを難しくしていた。そこで我々は多体状態を可視化することによりその量子的性質を直感的に理解する方法を考案した(研究業績の[3])。多体系の場合、物理量の数が指数関数的に多いためくどういう物理量で可視化するかというのも悩ましい問題である。我々は、可視化するのに適した物理量を多項式時間で見つける方法も開発した。具体的に、磁性体の基底状態や、量子計算に現れる状態を可視化し、その量子的性質を理解した。このように可視化することにより、量子計算においてどういう量子的性質が現れているのか、それは量子計算でどう働くのか、等を直感的に理解することができて非常に便利である。

最後に、マクロな重ね合わせの構造を直感的に理解するために、準同時確率分布を提唱し、それを使って具体的に可視化を行うとともに、その準同時確率分布の物理的性質を調べた。特に、相関の測定、POVMの推定、weak measurementと密接に関係していることが明らかになった。
卵巣癌特異的な細胞性遺伝子治療の試み

我々は既に、卵巣癌特異的プロモーターを導入したoncolytic adenovirus, AdE3-IAI.3Bを作成し、これがin vitroおよびin vivoにおいて卵巣癌特異的に強力な増殖抑性効果を示すことをすでに明かにした(Cancer Research,2003)。AdE3-IAI.3Bによる治療で問題とされるのは、治療後30日前後に腫瘍は一時的に消退してもさらに2-3週間後にはすべて再発することである。これは、局所の腫瘍にvectorを注射しても急速に全身にvectorが移行してしまい、vectorの局所における停滞率が少なく、停滞時間が短いことが原因と推察される。このため、従来からアデノウイルス産生細胞として知られてきた293細胞、A549細胞をキャリアー細胞として用いてAdE3-IAI.3Bを感染させた後、IAI.3Bpromoter活性の高い卵巣癌細胞株RMG-1のヌードマウス皮下腫瘍モデルに局所投与したところ両細胞株とも腫瘍は完全に消失し、再発することはなかった。アデノウイルスの問題点として、抗体産生による2回目投与以降の感染抑制がある。このため、抗体存在下におけるキャリアー細胞を用いたAdE3-IAI.3Bの増殖抑性効果を検討したところ、AdE3-IAI.3B単独では抗アデノウイルス抗体により感染は完全に抑制されたが、293およびA549にAdE3-IAI.3Bを感染したところ、坑アデノウイルス抗体による感染抑制は完全に取り除かれ増殖抑制効果も認められた。このキャリアー細胞による抗体感染抑制解除の機構には、直接的な細胞間の接触およびcell fragmentによるものが関与していることが考えられるため、これを実証するために、抗体存在下でAdE3-IAI.3B感染A549キャリアー細胞を標的卵巣癌細胞株HEYにin vitroにおいて投与し、電子顕微鏡で検討したところ、cell lysisが起こっていないキャリアー細胞では、標的卵巣癌細胞に対し直接的に細胞膜を通してアデノウイルスが感染し、閣内に移行していることが明らかとなった。cell lysisが起こった直後のキャリアー細胞では、アデノウイルス粒子を含んだcell fragmentが細胞内より細胞外に遊離し、細胞内物質により表面がmicrocapsuleのように覆われ、標的細胞に接触した後、アデノウイルスが感染することが明らかとなった。我々は既に、卵巣癌特異的プロモーターを導入したoncolytic adenovirus, AdE3-IAI.3Bを作成し、これがin vitroおよびin vivoにおいて卵巣癌特異的に増殖抑性効果を示すことを明かにした(Cancer Research, 2003)。AdE3-IAI.3Bによる治療で問題とされるのは、一時的に腫瘍は消退しても一定期間後にはすべて再発することである。このため、キャリアー細胞としてHT-IIIを用いてAdE3-IAI.3Bを感染させた後、IAI.3B promoter活性の高い卵巣癌細胞株PA-1のヌードマウス皮下腫瘍モデルに投与したところ腫瘍は完全に消失し、再発することはなかった。今回の研究で、キャリアー細胞としてもっとも相応しい細胞を検索するため、約50種類の癌細胞、正常細胞を用いて比較検討した。標的細胞には、アデノウイルス受容体の少ないHEY卵巣癌細胞を用いた。

これら細胞のスクリーニングにおいてin vitroにおいて最も良好な増殖抑性効果を示したのは、293、A549、SW626、HT-IIIの順であった。さらに、アデノウイルスの産生量を表すPFU assayを行ったところ、293は2x10^4/cell、A549は1.8x10^4/cell、SW626は5x10^3/cell、HT-IIIは3x10^3/cellであった。アデノウイルスの問題点として、抗体産生による2回目投与以降の感染抑制がある。このため、抗体存在下におけるキャリアー細胞を用いたAdE3-IAI.3Bの増殖抑性効果を検討したところ、AdE3-IAI.3B単独では抗アデノウイルス抗体により感染は完全に抑制されたが、293およびA549にAdE3-IAI.3Bを感染したところ、坑アデノウイルス抗体による感染抑制は完全に取り除かれ、標的細胞をHEYで検討したところそのIC50は293で4000cellであり、A549では3000cellでありむしろ抗体存在下ではA549の方が強い増殖抑性効果を示した。このキャリー細胞による感染抑制解除の機構を検討するため、millicell membrane chamberを用いて検討したところ、0.4umでは増殖抑性効果は認められず、8umでは50%の増殖抑性効果が認められた。このため、キャリー細胞による抗体感染抑制解除の機構には、直接的な細胞間の接触およびcell fragmentによるものが関与していることが示唆された。正常の細胞においても、少数ながら細胞融合が生じることが知られているが、AdE3-IAI.3Bを感染させると293細胞では非感染細胞においては多核細胞が0.5%認められたのに対し、AdE3-IAI.3B感染細胞では2%と40倍の多核細胞が認められ、直接的な細胞融合もキャリアー細胞による抗腫瘍効果に関与していることが示唆された。我々は既に、卵巣癌特異的プロモーターを導入したoncolytic adenovirus, AdE3-IAI.3Bを作成し、これがin vitroおよびin vivoにおいて卵巣癌特異的に強力な増殖抑性効果を示すことをすでに明かにした(Cancer Research, 2003)。AdE3-IAI.3Bによる治療で問題とされるのは、治療後30日前後に腫瘍は一時的に消退してもさらに2-3週間後にはすべて再発することである。これは、局所の腫瘍にvectorを注射しても急速に全身にvectorが移行してしまい、vectorの局所における停滞率が少なく、停滞時間が短いことが原因と推察される。このため、従来からアデノウイルス産生細胞として知られてきた293細胞、A549細胞をキャリアー細胞として用いてAdE3-IAI.3Bを感染させた後、IAI.3B promoter活性の高い卵巣癌細胞株RMG-1のヌードマウス皮下腫瘍モデルに局所投与したところ両細胞株とも腫瘍は完全に消失し、再発することはなかった。
化学進化から探る銀河と巨大ブラックホールの共進化

銀河はその中心に太陽のおよそ1億倍もの質量に達する巨大ブラックホールを持つことが知られており、この巨大ブラックホールと銀河の質量の間には非常に明瞭な相関があることが近年の研究によって明らかにされました(マゴリアン関係)。これは、銀河と巨大ブラックホールが互いに影響を及ぼし合いながら進化してきたことを示す極めて重要な観測結果です。私はこの『銀河と巨大ブラックホールの共進化』の謎に迫るために、平成24年度において以下のような研究を進めました。これまで私が進めてきた研究によって明らかとなった、窒素輝線と巨大ブラックホールへの質量降着率の関係を応用して、銀河における星形成の活動性と巨大ブラックホールの成長の関係の調査を行いました。研究対象は窒素輝線超過クェーサーという窒素輝線が異常に強いクェーサー天体であり、これらはまさに巨大ブラックホールが急成長している段階のクェーサーであると期待される天体です。私はヨーロッパ南天天文台が所有するNTT望遠鏡により独自に取得した、窒素輝線超過クェーサーの分光データを解析しました。その結果、私は窒素輝線超過クェーサーは質量降着率の高い、すなわち巨大ブラックホールが急成長中であることを明らかにしました。本研究成果は現在、論文誌Astronomy & Astrophysicsへの投稿に向けて準備中です。また、本研究成果は研究会Metals in Tuscany 2012にて招待講演として発表しました。さらに私はKavli IPMUのJohn Silverman氏等との共同研究によって、高赤方偏移中光度クェーサーを用いた巨大ブラックホール質量推定方法の調査を行いました。すばる望遠鏡の多天体赤外分光観測装置FMOSによって得られた高赤方偏移中光度クェーサーの分光データを解析し、バルマー輝線を用いた巨大ブラックホールの質量推定を行った結果、高赤方偏移中光度クェーサーに対しても近傍宇宙におけるクェーサーと同様の質量推定方法が適用可能であることを明らかにしました(本研究成果は論文誌The Astrophysical Journalへ投稿済)。研究実施計画の中で予定していた、「窒素輝線超過クェーサーから探る銀河の星形成と巨大ブラックホールの成長の関係」および「高赤方偏移中光度クェーサーを用いた巨大ブラックホール質量推定方法の調査」に両者に関して既に研究成果を上げることができており、論文投稿も順調に行っていることから当初の計画通りに推進できていると言える。さらにソウル大学のJong-Hak Woo氏との共同研究によって銀河の星形成と巨大ブラックホール成長に関する新たな研究を展開しており、これらを考慮に入れると当初の計画以上に進展していると言える。「窒素輝線超過クェーサーから探る銀河の星形成と巨大ブラックホールの成長の関係」および「高赤方偏移中光度クェーサーを用いた巨大ブラックホール質量推定方法の調査」の論文化を早急に終わらせた後、これらの研究成果を生かして、銀河の星形成と巨大ブラックホールの成長の関係についてさらなる研究を進めて行く。窒素輝線超過クェーサーを用いた研究に関しては、本研究をさらに発展させた内容で現在ヨーロッパ南天天文台が所有する大型望遠鏡等へ観測提案を提出しており、順調に研究を拡張して『銀河と巨大ブラックホールの共進化』の謎に迫ることができている。銀河はその中心に太陽の1億倍もの質量を伴う巨大ブラックホールを持つことが知られており、この巨大ブラックホール(巨大BH)と銀河の質量の間には非常に明瞭な相関があることが近年の研究によってわかってきました(マゴリアン関係)。これは銀河と巨大BHが互いに影響を及ぼし合いながら進化してきたこと(銀河と巨大BHの共進化)を示唆する極めて重要な結果で、本研究計画における主たるテーマです。昨年度は銀河と巨大BHがいったいどのように進化してきたのかを調べるために、『大質量銀河(クェーサー天体)における光度-重元素量関係の物理的起源の解明』という研究計画を進めていきました。クェーサー天体の光度(巨大BHの質量とガスの降着率によって決まる観測量)と重元素量の間には正の相関があることが過去の研究によって知られています。しかしながら、この関係の物理的な起源はいったい何なのか、すなわち、巨大BHの質量と重元素量の関係なのか降着率と重元素量の関係なのかという部分は未だ解き明かされていない問題でした。今回、私はSloan Digital Sky Surveyで見つかった今から約110億年前のクェーサー天体(約2400天体)の分光データを用いることで、巨大BHの質量、降着率、及び重元素量の測定を行いました。それぞれの物理量を比較した結果、光度-重光素量関係の物理的起源は巨大BHの質量-重元素量関係であることがわかりました。これは、約110億年前(宇宙年齢は137億年)の宇宙において銀河と巨大BHの質量の間に既に明瞭な相関が存在していたことを示唆する結果です。つまり、宇宙初期の非常に短い期間に銀河と巨大BHが相互作用して現在のマゴリアン関係を築いたことを意味しています。この研究結果はヨーロッパの代表的な天文学・天体物理学分野の論文誌「Astronomy & Astrophysics」に掲載されました(Matsuoka et al. 2011, A & A, 527, A100)。これは、銀河と巨大ブラックホールが互いに影響を及ぼし合いながら進化してきたことを示唆する極めて重要な結果です。

私はこの銀河と巨大ブラックホールの共進化の謎に迫るために、平成23年度において以下のような研究を進めていきました。まず、私は「高赤方偏移中質量銀河(クェーサー天体)における銀河と巨大ブラックホールの共進化」という研究計画を進めてきました。本研究は数物連携宇宙研究機構(IPMU)に所属しているJohn Silverman氏との共同研究によって推進しているもので、COSMOS(Cosmic Evolution Survey)天域やCDF-S(Chandra Deep Field-South)天域等で見つかった中光度クェーサー天体の大規模分光観測によって進めています。これにより、これまで調査が困難であった遠方宇宙における中光度クェーサーのバルマー線を用いた巨大ブラックホールの質量及び質量降着率の測定が可能になりました。中質量銀河は大質量銀河と比べてこの宇宙での過半数を占めており、本研究によって、この宇宙における銀河と巨大ブラックホールの共進化の普遍的な姿をこれまでにない精度で調べることができます。私はこの大規模分光観測によって得られた莫大な観測データの解析を終え、巨大ブラックホール質量と質量降着率の測定を完了しました。現在、このデータセットを用いた遠方宇宙における中光度クェーサーの共進化について調査を進めています(論文誌『Astrophysics Journal』への投稿に向けて準備中)。また、巨大ブラックホールの成長と星形成活動の関係を調べるために窒素輝線が異常に強いクェーサー(N-loudクェーサー)に着目した研究も同時に進めています。N-loudクェーサーは巨大ブラックホールへの質量降着率が高い、すなわち巨大ブラックホールが激しく成長している天体です。N-10udクェーサーが示す窒素輝線強度の異常な強さは、中質量星からの窒素元素を豊富に含む質量放出によるものだと考えられます。つまり、N-loudクェーサーは中質量星からの質量放出が、巨大ブラックホールへの質量降着率の上昇に繋がっていることを示しています。巨大ブラックホール成長と星形成活動の関係性を明らかにすることは、銀河と巨大ブラックホールの共進化の理解にも繋がる極めて重要であり、つまりN-loudクェーサーの詳細な研究は必要不可欠です。私はこのN-loudクェーサーの物理状態を調べるために、すばる望遠鏡やチリ欄にある新技術望遠鏡(NTT)を用いた分光観測を行いました。現在、これらのデータ解析を進めているところです。銀河はその中心に太陽のおよそ1億倍もの質量に達する巨大ブラックホールを持つことが知られており、この巨大ブラックホールと銀河の質量の間には非常に明瞭な相関があることが近年の研究によって明らかにされました(マゴリアン関係)。これは、銀河と巨大ブラックホールが互いに影響を及ぼし合いながら進化してきたことを示す極めて重要な観測結果です。私はこの『銀河と巨大ブラックホールの共進化』の謎に迫るために、平成24年度において以下のような研究を進めました。
軟骨基質分解産物による軟骨、滑膜細胞代謝に対する影響-サイトカイン産生に関わる転写因子について-

関節外科領域では関節リウマチを初めとする関節炎疾患に対する治療法の一つとして関節洗浄が臨床的に有効であるとされています。細胞外基質とそこにある細胞との関連が関節症疾患の慢性化の鍵を握ると考えました。細胞外基質またはその構成成分の状態が細胞に影響を与え、又は影響を修飾する事によって疾患の慢性化さらなる基質破壊が起こる機序を証明することを目的として本研究は行われました。本研究で我々は(1)各種関節炎で炎症性サイトカインによってコラゲナーゼ(MMP-1)、ストロメライシン(MMP-3)等軟骨分解系酵素が多量に産生されている事、関節基質分解産物を初めとする代謝物は関節症の進行を反映しうる事等を明らかにした(石黒ら、1999)。(2)転写因子NFκ-Bが骨芽細胞でTNF刺激により活性化、IL-6,IL-8,産生を招来する事が明らかとした。これは関節炎に伴う骨破壊に破骨細胞のみならず骨芽細胞も関与する可能性を示した(黒河内1998)。(3)転写因子NFκ-Bが軟骨細胞、滑膜細胞でTNF刺激により活性化機構が高分子ヒアルロン酸の添加によって影響を受ける事を明らかとした。一方フィブロネクチンの分解産物では転写因子NFκ-Bの活性化を伴う炎症性サイトカインの産生は見られなかった。(4)関節炎に関わる新たな遺伝子を検索するためにdiferential display法による検討を行いラットATPaseをクローニングした。(5)タイプ1コラーゲン合成で転写以後の制御機構の存在とこれがVit Dの影響を受けること、また異常コラーゲン合成下では分子シャペロンの働きが見られることを明らかとした。本研究を通じて細胞外基質とその分子量の変化が細胞の代謝に影響を与えることを分子生物学的に証明したことは今後の変形性関節症を始めとする慢性関節炎関節症の研究ににとって大きな可能性を提供したと思います。関節破壊に関わる酵素群とその分解産物を中心に検討し、これらと臨床検査法、患者stageとの対比を試み慢性関節リウマチ、変形性関節症共に結果を得た(現在投稿中)。関節軟骨基質ばかりではなく靱帯、半月板での変性過程でもmatrix metalloproteinaseが関与していることを明らかとした(現在投稿中)。人工関節の弛みにはさらにmacrophageのChemokine産生が大きく関与していることを明らかとした。現在問題となっている人工関節の弛みをマトリックス破壊の一つととらえ、この機序に新しい見方を加えた(J.B.M.R.に掲載)。タイプIコラーゲンの骨芽細胞での合成ではVitD_3がRNA遺伝子翻訳量の増加のみならず、RNA遺伝子翻訳後の蛋白合成の部分で細胞内小器官での転送を早めることにより合成量増加を行っていることを明らかとした(J.C.Bに掲載)。またタイプ1コラーゲンの異常による骨形成不全症では分子シャペロンであるHSP47がタイプ1コラーゲンと細胞小器官で同様な部位に分布していることを形態学的に検討した(J of Pathology in press)。ラットコラーゲン関節炎モデルを用いてDifferential Display法により新しい遺伝子をクローニングする事に成功し、これが従来関節炎での発現が報告されていないATPaseであることを明らかとした(Immunology、In press)。この研究は今後これを利用した関節炎治療の開発を予定している。

細胞外基質とそこにある細胞との関連が関節症疾患の慢性化の鍵を握ると考えました。細胞外基質またはその構成成分の状態が細胞に影響を与え、又は影響を修飾する事によって疾患の慢性化さらなる基質破壊が起こる機序を証明することを目的として本研究は行われました。本研究で我々は(1)各種関節炎で炎症性サイトカインによってコラゲナーゼ(MMP-1)、ストロメライシン(MMP-3)等軟骨分解系酵素が多量に産生されている事、関節基質分解産物を初めとする代謝物は関節症の進行を反映しうる事等を明らかにした(石黒ら、1999)。(2)転写因子NFκ-Bが骨芽細胞でTNF刺激により活性化、IL-6,IL-8,産生を招来する事が明らかとした。これは関節炎に伴う骨破壊に破骨細胞のみならず骨芽細胞も関与する可能性を示した(黒河内1998)。(3)転写因子NFκ-Bが軟骨細胞、滑膜細胞でTNF刺激により活性化機構が高分子ヒアルロン酸の添加によって影響を受ける事を明らかとした。一方フィブロネクチンの分解産物では転写因子NFκ-Bの活性化を伴う炎症性サイトカインの産生は見られなかった。(4)関節炎に関わる新たな遺伝子を検索するためにdiferential display法による検討を行いラットATPaseをクローニングした。(5)タイプ1コラーゲン合成で転写以後の制御機構の存在とこれがVit Dの影響を受けること、また異常コラーゲン合成下では分子シャペロンの働きが見られることを明らかとした。本研究を通じて細胞外基質とその分子量の変化が細胞の代謝に影響を与えることを分子生物学的に証明したことは今後の変形性関節症を始めとする慢性関節炎関節症の研究ににとって大きな可能性を提供したと思います。
リン脂質とタンパク質を介したオートファジー制御機構の解析

オートファジーは細胞内のバルクな分解系であり、オートファゴソームと呼ばれる膜構造の新規の形成を通じてその分解基質が包み込まれることで、分解基質の選抜が始まる。我々はオートファゴソームの形成機構のなかでも蛋白質と脂質の相互作用に注目して、以下の成果を得た。第一にホスファチジルイノシトール3リン酸が酵母オートファゴソームの形成に必要であり、実際に膜の成分として存在することを示した。これはオートファゴソーム膜の成分を同定した最初の例である。とくにその内膜に濃縮が見られることは極めて興味深い。第二にAtg8/LC3はユビキチン様蛋白質であり、ホスファチジルエタノールアミンと結合することで機能するが、Atg16正複合体が、このユビキチン様反応のE3に相当する機能を発現することを明らかにした。Atg16L複合体の成分Atg12がユビキチン様反応のE2であるATG3と結合することで、基質である膜複合体へと近接させる。第三にLC3の脂質化反応がオートファゴソームの形成の最終期で機能することを明らかにした。LC3のプロセシングプロテアーゼであるAtg4の活性不全型蛋白質を細胞内に大量発現させるとLC3と強固に結合することで、LC3の機能を阻害する。その結果最終的に閉じることのできないオートファゴソームが多数蓄積することが判明した。これらの結果は、脂質と蛋白質のダイナミックな相互作用によりオートファゴソームが形成されることを示している。オートファジーは細胞内の大規模な蛋白質分解機構であり新規にオートファゴソームと呼ばれる膜構造体が形成し分解基質を囲み込み、それをリソソームへ送り込むことで分解が起こる。オートファゴソームの形成機構においてAtg8/LC3系とAtg12系の2種のユビキチン様の反応が関与する。Atg12系の欠損はAtg8/LC3系のホスファチジルエタノールアミンへの共有結合反応を阻害するがその理由は永らく不明であった。今回我々は、Atg12とそのターゲットAtg5さらにそれらに結合すると共に自己会合することで800kDaの超複合体を形成するAtg16のそれぞれを動物培養細胞系でアデノウイルスベクター系を用い大量発現させると、Atg12とAtg16でLC3の脂質化反応を阻害することをみいだした。その分子機構の詳細を調べることで、Atg12-Atg5-Atg16複合体はAtg8/LC3系のE2酵素Atg3をターゲット膜ヘリクルートしそこで脂質化反応を起こさせる役割があることをみいだした。このことよりAtg12-Atg5-Atg16複合体は全く新しいタイプのユビキチン様反応におけるE3酵素であると見なせることが判明した。またPI3キナーゼがこの複合体のリクルートに重要な役割を担っていることも判明した。これはオートファジー最大の問題であるオートファゴソームの膜が何処から起因するかという疑問に直接的にアプローチすることを可能とする重要な知見である。
リチウム内包フラーレンと遷移金属との特異軌道相互作用を駆使した分子素子機能の開発

リチウムイオン内包フラーレンの内部のリチウムイオンを,フラーレンの外側に配位した遷移金属フラグメントとの相互作用により制御するために,多様な金属フラグメントが内包フラーレンに配位した錯体の合成とそれらの性質の解明を目指して研究を開始した。既に報告している10族の白金の錯体および9属のイリジウムの錯体に続いて,今年度は8族のルテニウムの錯体の合成を検討した。クロリド,ニトロシルおよびホスフィン配位子を持つ中性の配位不飽和なルテニウム錯体とリチウムイオン内包フラーレンとを塩化メチレン中室温で反応させたところ,1個のルテニウムフラグメントがフラーレン骨格の2つの炭素に配位した錯体Aが,暗緑色粉末として高収率で得られた。錯体Aは,再結晶により黒色の良好な単結晶が得られたので,X線結晶構造解析を行った。その結果,錯体Aのルテニウムが配位したC=C結合は,対応する空のフラーレンの類縁錯体のC=C結合よりも長いが,白金のリチウムイオン内包フラーレン錯体の対応するC=C結合よりも短いことが分かった。これは,今回合成したルテニウム錯体からのC=C結合への逆供与が,空のフラーレンの錯体よりは強いが,白金錯体ほど強くないことを示している。このことは,室温での炭素-13NMRスペクトルで,白金錯体は多数の鋭いフラーレン骨格炭素のシグナルを示すが,ルテニウム錯体はルテニウムフラグメントの動的挙動に起因するブロードなシグナルを示すことからも支持される。錯体Aについては,現在ルテニウム上の配位子の引き抜きによる配位様式の変換,二つ目のフラグメントの配位の検討などを試みている。また,ルテニウム上にシクロペンタジエニル配位子とカルボニル配位子を持つフラグメントが配位した錯体の合成も検討し,質量スペクトルで複数個のルテニウムフラグメントがリチウム内包フラーレン骨格上に配位した錯体が生成していることを確認した。この研究は少人数の経験の少ない学部学生が中心になって推進されていること,リチウム内包フラーレンが高価であり少量ずつしか使えないこと等を考慮すると,当初は比較的順調に進んでいた。しかし,今年度の途中で,本研究に取り組んでいた学生の一人が休学してしまったため,研究の進度が極端に遅くなり,現在は予定よりやや遅れた状態である。2019年の4月から新たに,本理学研究科内の別の部署に,リチウム内包フラーレンの研究に熟達した研究者2名が加わった。彼らとは緊密に協力しながら研究を進めることで合意している。そのうちの1名は,研究代表者の研究室の出身で,リチウムイオン内包フラーレンを共に開発した仲間である。今後,研究代表者の研究室の学生の指導を依頼したり,共同研究も行う予定である。研究の効率を上げ,初年度の遅れを取り戻すために最大限の努力をする所存である。

そのうちの1名は,研究代表者の研究室の出身で,リチウムイオン内包フラーレンを共に開発した仲間である。今後,研究代表者の研究室の学生の指導を依頼したり,共同研究も行う予定である。研究の効率を上げ,初年度の遅れを取り戻すために最大限の努力をする所存である。本研究計画で研究を始めた学生の一人が,途中で不登校になった後に休学してしまったため,当該学生が行う予定だった実験がほとんど進まなかった。そのため,試薬,溶媒等の実験で使用する消耗品のための費用を,初年度は予定よりかなり少ない量しか使わなかったことが,次年度使用額が生じた主な理由である。幸い,休学した学生の代わりに本研究計画を行う学生が昨年末に決まり,現在研究を開始しているところである。次年度は,2019年4月から新たに本理学研究科に加わった,リチウム内包フラーレンの研究に熟達した研究者の協力も得て,多くの実験を行い,成果を挙げる予定である。
新しい合成戦略に基づいた硫酸化チロシンを含む大分子型ペプチドホルモンの合成

1.私達は,硫酸化チロシン含有ペプチドの新規合成法として,"safety-catch"型保護基を活用する方法論を開拓してきた。この合成法について,これまでの研究経緯をまとめて総説として発表した。2.1.の合成方法論を大分子型の硫酸化ペプチドホルモンに適用するため,"safety-catch"型保護基で保護された保護区分ペプチドをFmoc型固相法で汎用されるWang樹脂を用いて固相合成する方法を開発した。本法により得られる保護区分ペプチドを用いて,固相区分縮合によりマガイニン関連抗菌ペプチドの合成を行った。3."safety-catch"型保護基を活用して固相合成した保護フラグメントを用いる固相区分縮合により,ビッグガストリンに相当する34-ペプチドを効率よく構築できることを確認した。この保護ペプチド樹脂をハード酸処理することにより,高純度のヒト・ビッグガストリン-I(非硫酸化体)を得ることができた。また,同じ保護ペプチド樹脂から,ビッグガストリン-II(硫酸化体)への鍵中間体であるMsib/Msz基で部分的に保護されたペプチドを得,この鍵中間体からのガストリン-II(硫酸化体)への誘導を検討した。4.酸に極めて鋭敏な固相担体を用いて,Fmoc-Tyr(SO_3Na)を直接ペプチド鎖に導入するアプローチを検討した。2-クロルトリチル樹脂を用いた場合,2段階の酸処理により硫酸エステルを殆ど損なうことなく,好収率で硫酸化ペプチドを得た。この方法は,"硫酸化ペプチドの効率的固相合成法"として今後に展開できる。5.私達の合成してきた硫酸化ペプチドについてマススペクトルの測定を行ない,(i)constant neutral-lossscanningの手法により,ペプチド混合物から硫酸化ペプチドを選択的に検出できること,(ii)複数個の硫酸化チロシンを含むペプチドの特徴的なフラグメンテーション,を明らかにした。硫酸化チロシンを含むペプチドの化学合成は、従来のペプチド合成の方法論だけでは解決できない問題を含んでおり、その簡便な合成法を開発することは、合成化学的にも、また、チロシン硫酸化の意義を解明する上でも重要な研究課題と位置付けられる。以下に本課題研究に関して新潟薬科大学で行った研究の概要をまとめる。1.希酸でペプチドアミドを遊離できるCHA樹脂(5-Fmoc-aminodibenzosuberyl linker)や2-クロルトリチル樹脂が新しく開発され、コレシストキニン(CCK)のようなC端アミド構造をもつ硫酸化チロシン含有ペプチドのFmoc型固相合成が期待できるようになった。そこで、まずCHA樹脂を用い、大分子型CCK(CCK-22、CCK-33)のFmoc法による直接合成を試みた。硫酸化チロシン残基の導入にFmoc-Tyr(SO_3Na)-OHを用いる方法[Kitagawa et al.,Chem.Pharm.Bull.,41,376(1993)]でペプチド鎖を構築したのち、保護ペプチド樹脂を二段階の酸処理[25%TFA/CH_2Cl_2,r.t.,30min(樹脂からのペプチドの遊離);90%aq.TFA,4°C,5hr(全保護基の除去)]に付し、精製後、高純度のCCK-22(硫酸化体)に導いた。現在、このCHA樹脂を用いてCCK-33への延長を行うとともに、2-クロルトリチル樹脂の硫酸化ペプチドの合成への応用を検討している。2.“safety-catch"型保護基を活用して固相合成した保護フラグメントを用いて、固相上でのフラグメント縮合でビッグガストリンに相当する34-ペプチドを構築した。

この保護ペプチド樹脂をTFAで処理することにより、ビッグガストリン-ll(硫酸化体)への鍵中間体:Msib/Msz保護ペプチドを得た。現在、鍵中間体をジメチルホルムアミド-三酸化硫黄錯体/エタンジチオールで処理し(チロシンへの硫酸化と同時にスルホキシドを含むMsib/Msz基の還元)、次いで還元により酸に鋭敏となった保護基を除去して硫酸化体へ導くことを検討している。硫酸化チロシン含有ペプチドの簡便な合成法を開発することは,合成化学的にも,蛋白質中のチロシン硫酸化の意義・機能を解明する上でも重要である。平成6年度から2年間にわたり,硫酸化チロシン含有ペプチドの合成に関して本課題研究を行ったが,研究期間途中(平成6年12月)で大学を移動したため,十分な研究成果を挙げ得たとはいいがたいが,以下に平成7年度に行った研究の概要をまとめる。1.私達は,Fmoc-Tyr(SO_3Na)-OHを合成ユニットに用いて硫酸化ペプチドを合成する場合に,硫酸化チロシンの分解を最小限に抑制できる最終酸脱保護条件を見いだしている[Kitagawa et al.,Chem. Pharm. Bull.,41,376(1993)]。しかし,このアプローチでは樹脂からのペプチドの遊離が不完全なため,目的ペプチドが低収率でしか得られないという課題が残った。そこで,極めて酸に鋭敏な2-クロルトリチル樹脂をCCKおよびガストリン関連ペプチドの合成に適用することを検討したところ、上記の問題点を解決することができた。この方法は,簡便で,かつ極めて効率的に硫酸化チロシン含有ペプチドを直接固相合成できる方法であり,今後に展開できる。2."safety-catch"型保護基を活用して固相合成した保護フラグメントを用いて,固相上でのフラグメント縮合でビッグガストリンに相当する34-ペプチドを構築し,この保護ペプチド樹脂からビッグガストリン-II(硫酸化体)への鍵中間体であるMsib/Msz基で部分的に保護されたペプチドを得た.この鍵中間体からのガストリン-II(硫酸化体)への誘導を検討した。現在,反応条件の最適化とスケールアップを検討中である。3.硫酸化チロシン含有ペプチドのマススペクトルに関しては,現在でも情報が不足している。私達の合成してきた硫酸化ペプチドについて,新しいイオン化法やイオン検出法でマススペクトルの測定を行い,(i)constantneutral-loss scanningの手法により,ペプチド混合物から硫酸化ペプチドを選択的に検出できること,(ii)複数個の硫酸化チロシンを含むペプチドの特徴的なフラグメンテーション,を明らかにした。こうした新知見は,今後,合成硫酸化ペプチドの構造確認や,天然硫酸化蛋白質の構造解析に有用である。
サブサハラ・アフリカにおける耕地化と資源保護の相克に関する環境農学的研究

今後30年間のサブサハラ・アフリカ諸国における急激な人口増加に対応した食料の増産を、資源の持続性が保障される範囲内で行うための基本的枠組みとして、「潜在可耕地」の概念を明確化し、自然環境、農業開発の進展が異なる、カメルーン、マラウイ、ザンビア、モザンビークの現地調査分析にもとづき、システム・ダイナミクスの手法をもちいて、森林資源保護と、農業開発を融合させたモデルを提出する。アフリカ熱帯雨林の保全は、地球温暖化の抑制と、生態系サービスの向上手段として国際的関心を集めている一方で、サバンナ草原、疎開林は生態系サービスの提供者として重要であるにもかかわらず、農業開発が優先され、地域によっては大規模農業開発の対象となっている。このような「開発と保全」に関して、国内におけるセクター間の調整が必要であるばかりでなく、生態環境の異なるアフリカ諸国間で、土壌、自然資源の長期的利用の観点に立った「潜在可耕地」の概念を共有する必要に迫られている。初年度においては、マラウイ北部州ムシンバ県において調査地を設定し、ドローン空撮による植生、微地形調査と、現存量評価を行なった。同地域において土壌調査、農業形態の調査にもとづく土地利用区分を行なった。モザンビークナンプラ州において、GPSによる地形分布、植生、土地利用現況調査、土壌調査をおこなったほか、森林資源調査資料、国センサスデータを入手した。システム・ダイナミクスツールである、STELLA iThink Ver.10を購入し、モデルを構成する基本要素の検討とシミュレーションを行なった。以上の資料を総合して、今後必要とされるデータを検討し、また次年度に計画されている、カメルーン、ザンビアにおける調査の基礎資料とする。科研費受託の後、予算案に対応した調査対象地域の縮小変更を行ない、4国(カメルーン、マラウイ、モザンビーク、ザンビア)、4調査地域に人員配置を集中することができたため、今後2年間の研究計画がほぼ確定された。調査国の政治、経済状態は安定しているために、大規模な自然災害がおこらない限り、研究計画の遂行は可能と考えられる。2年目に、ザンビア、カメルーンにおける基礎資料を収集したのち、4国、4調査地を比較する共通した指標の抽出、スケールの選択をおこない、システム・ダイナミクスを用いたシミュレーションをおこなう。その結果を考慮して、最終年度3年目にはギャップフィリングデータの収集、モデルの改良を行なう計画である。