hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新しいミクログリア細胞群を切り口とした神経障害性疼痛の慢性化メカニズムの解明

神経障害性疼痛はモルヒネも著効しない慢性疼痛で,その慢性化機序は依然不明で特効薬もない。代表者は,同疼痛モデル動物を用いて脊髄ミクログリアが痛みの発症に重要であることを示してきた。現在,脊髄でのミクログリアは疼痛発症期に相関した即時的な活性化を示すと理解されている。本研究では,疼痛の慢性期から活性化し始める新しいタイプのミクログリア細胞群(CD11c陽性)の神経障害性疼痛における役割を解明するため,H30年度は以下の項目を検討した。<2> CD11c陽性ミクログリア細胞発現分子を標的にする:前年度に引き続き,神経障害性疼痛におけるCD11c陽性ミクログリア発現分子の役割を検討し,X遺伝子欠損マウスの脊髄後角において,神経損傷後に出現するCD11c強陽性ミクログリアの細胞数が有意に減少することを明らかにした。また,CD11c陽性ミクログリア選択的な転写因子(以降「Y」と表記する)遺伝子欠損マウスを作製し,CD11c陽性ミクログリアの出現および神経障害性疼痛の慢性過程を検討したところ,Y欠損マウスにおいて神経障害性疼痛の回復が有意に遅延した。また,脊髄後角のCD11c強陽性ミクログリアの数がY欠損マウスで有意に少なかった。項目4 CD11c陽性ミクログリアの異種細胞種間構造・機能的相互作用CD11c陽性ミクログリアの三次元電顕観察を行い,神経損傷側のCD11c陽性ミクログリア1細胞当たりの貪食ポイントが多数観察された。さらに,損傷した一次求心性神経線維を蛍光標識し,蛍光物質を含んでいるミクログリアを解析したところ,CD11c陽性ミクログリアで蛍光物質を含んでいる割合が高かった。これらの結果から,同ミクログリアサブセットが高い貪食能を有している可能性が示唆された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では,疼痛の慢性期から活性化し始める新しいタイプのミクログリア細胞群(CD11c陽性)の神経障害性疼痛における役割を解明するため,H27年度は以下の項目を検討した。項目1ミクログリアがCD11c陽性となる活性化メカニズムの解明<1> CD11c陽性ミクログリア出現に関与する損傷神経の特定:神経障害性疼痛モデルにおけるCD11c陽性ミクログリアの出現は脊髄後角の表層からやや深層(第III層)にかけて主に観察された。TRPV1陽性神経を破壊したマウスでは,神経損傷後の同細胞の出現に変化は認められなかった。<2>CD11c陽性となるミクログリアの由来細胞の特定:放射線照射後にCD11c-Venusマウスの骨髄細胞を移植した骨髄キメラマウスを作成し,神経損傷後のVenus陽性細胞を免疫染色やフローサイトメーターにて解析した。その結果,神経損傷により常在性ミクログリアの活性化は認められたが,Venus陽性細胞数に変化はなかった。また,クロドロネート処置マウスでも検討したが,結果は同様であった。したがって,神経損傷後に脊髄で出現するCD11c陽性細胞は常在性ミクログリア由来である可能性が示唆された。項目2 CD11c陽性ミクログリア遺伝子プロファイルと獲得細胞機能の特定:CD11c陽性ミクログリアが発現する遺伝子群を特定するため,脊髄CD11c陽性細胞をセルソーターにより分取し,マイクロアレイにて網羅的に解析し,同細胞で特徴的な分子群をリストアップした。今年度の実施項目として計画した内容をほぼすべて遂行することができた。本研究では,疼痛の慢性期から活性化し始める新しいタイプのミクログリア細胞群(CD11c陽性)の神経障害性疼痛における役割を解明するため,H28年度は以下の項目を検討した。セルソーターで分取した脊髄CD11c陽性細胞の遺伝子発現解析の結果,細胞貪食に関与する分子の発現が増加していた。また,リアルタイムPCRでの検証においても当該分子の発現増加を確認した。さらに,磁気ビーズを用いたMACS法により神経損傷CD11c-Venusマウスの脊髄からミクログリア細胞を分取し,リアルタイム培養細胞イメージング装置でCD11c陽性細胞のイメージングを行った。<1> CD11c陽性ミクログリア細胞を除去する:神経障害性疼痛におけるCD11c陽性ミクログリアの役割を明らかにするために,CD11cプロモーター制御下にジフテリア毒素受容体(DTR)を発現するマウス(CD11c-DTR-EGFPマウス)を用いて検討した。神経損傷2週間後にジフテリア毒素を脊髄くも膜下腔内投与し,その2日後にCD11c陽性細胞がほぼ完全に消失した。

しかし,その一週間後にCD11c陽性ミクログリア数がわずかに回復したため,ジフテリア毒素を1週間ごとに投与することで数週間にわたり同細胞を除去する至適条件を決定した。今年度の実施項目として計画した内容をほぼすべて遂行することができた。神経障害性疼痛はモルヒネも著効しない慢性疼痛で,その慢性化機序は依然不明で特効薬もない。代表者は,同疼痛モデル動物を用いて脊髄ミクログリアが痛みの発症に重要であることを示してきた。現在,脊髄でのミクログリアは疼痛発症期に相関した即時的な活性化を示すと理解されている。本研究では,疼痛の慢性期から活性化し始める新しいタイプのミクログリア細胞群(CD11c陽性)の神経障害性疼痛における役割を解明するため,H30年度は以下の項目を検討した。<2> CD11c陽性ミクログリア細胞発現分子を標的にする:前年度に引き続き,神経障害性疼痛におけるCD11c陽性ミクログリア発現分子の役割を検討し,X遺伝子欠損マウスの脊髄後角において,神経損傷後に出現するCD11c強陽性ミクログリアの細胞数が有意に減少することを明らかにした。また,CD11c陽性ミクログリア選択的な転写因子(以降「Y」と表記する)遺伝子欠損マウスを作製し,CD11c陽性ミクログリアの出現および神経障害性疼痛の慢性過程を検討したところ,Y欠損マウスにおいて神経障害性疼痛の回復が有意に遅延した。また,脊髄後角のCD11c強陽性ミクログリアの数がY欠損マウスで有意に少なかった。項目4 CD11c陽性ミクログリアの異種細胞種間構造・機能的相互作用CD11c陽性ミクログリアの三次元電顕観察を行い,神経損傷側のCD11c陽性ミクログリア1細胞当たりの貪食ポイントが多数観察された。さらに,損傷した一次求心性神経線維を蛍光標識し,蛍光物質を含んでいるミクログリアを解析したところ,CD11c陽性ミクログリアで蛍光物質を含んでいる割合が高かった。これらの結果から,同ミクログリアサブセットが高い貪食能を有している可能性が示唆された。平成28年度に計画している各項目に従って順次予定通り進めていき,分子から細胞,個体レベルで包括的に研究を実施していく。平成29年度の交付申請書の各項目に従って順次予定通り進めていき,分子から細胞,個体レベルで包括的に研究を実施していく。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
α6β4インテグリンによる癌の生存戦略機構の解明

本研究ではβ4インテグリンに付加されたN結合型糖鎖の癌細胞増殖および悪性化への影響を調べるため、野生型およびN結合型糖鎖欠損β4インテグリンを発現させた癌細胞株を樹立し、それらを用いた検討をおこなった。その結果、β4インテグリンのN結合型糖鎖は癌細胞の増殖や生存、運動、浸潤、腫瘍形成、またそれらに関わるPI3Kシグナル活性化に関与していることを見出した。さらに、β4インテグリン上のβ1,6GlcNAc糖鎖とガレクチン3の結合がそれらシグナルに重要であることを明らかにした。平成25年度に実施した研究の主な成果としては、下記の二つが挙げられる。1. β4インテグリンに付加されたN結合型糖鎖の癌細胞増殖への影響:癌細胞の増殖におけるβ4インテグリン上N結合型糖鎖の寄与を調べるために、N結合型糖鎖欠損β4インテグリン発現細胞を用いた検討をおこなった。そのために野生型β4インテグリンおよびN結合型糖鎖欠損β4インテグリン発現ベクターをβ4インテグリン欠損ケラチノサイトに導入し、それらの発現細胞を樹立した。さらにそれら細胞に癌遺伝子RasおよびIκBを発現させることで癌化させた細胞株も樹立した。それら細胞表面のβ4インテグリンの発現量をFACSにより調べたところ、N結合型糖鎖の有無に関わらず同程度の発現であることが確認された。その一方、N結合型糖鎖欠損β4インテグリン発現細胞は野生型β4インテグリン発現細胞に比べ、細胞増殖能が有意に低下していた。これらの結果はβ4インテグリン上N結合型糖鎖が細胞の増殖になんらかの影響を及ぼしていることを示唆する結果である。2.癌におけるβ4インテグリン上N結合型糖鎖の同定:癌細胞と正常細胞のβ4インテグリン上N結合型糖鎖の糖鎖構造の違いについて検討をおこなった。細胞はヒトケラチノサイトおよび癌遺伝子RasおよびIκBで癌化させたケラチノサイトを用いた。それら細胞のβ4インテグリンを、抗β4インテグリン抗体を用いた免疫沈降により単離し、異なる糖鎖を認識するレクチンを用いたレクチンブロットにより、それぞれの細胞が発現しているβ4インテグリン上の糖鎖について解析をおこなった。その結果、癌化させたヒトケラチノサイトのβ4インテグリンにおいてL4-PHAレクチンの反応が高かった。このことはすなわち、細胞の癌化に伴いβ4インテグリン上にβ1,6GlcNAc糖鎖が増加したと考えられる。平成26年度に実施した研究の主な成果としては、下記の二つが挙げられる。1. β4インテグリンに付加されたN型糖鎖の癌細胞の増殖および運動への影響:癌細胞の運動および増殖におけるβ4インテグリン上N型糖鎖の寄与を調べるために、新たにN型糖鎖欠損β4インテグリン発現癌細胞の樹立を試みた。β4インテグリンを発現していないヒトメラノーマ細胞株MDA-MB435SにlacZ(コントロール)、野生型β4インテグリンおよびN型糖鎖欠損β4インテグリン発現ベクターを導入し、それらの発現細胞を樹立した。樹立した細胞の細胞増殖および運動について調べたところ、コントロール細胞およびN型糖鎖欠損β4インテグリン発現細胞は野生型β4インテグリン発現細胞に比べ、細胞増殖および運動能が有意に低かった。これらの結果はβ4インテグリンのN型糖鎖が細胞の増殖や運動に重要な役割を果たしていることを示唆する結果である。2. β4インテグリン上N型糖鎖がα6β4インテグリン依存的シグナルに与える影響:α6β4インテグリンはPI3Kシグナルを活性化し、癌の悪性化を促進することが知られている。α6β4インテグリンが誘導するPI3Kシグナル活性化に対するβ4インテグリン上N型糖鎖の寄与を調べるために、上記1で樹立した細胞間のAkt活性化の度合いについて調べた。その結果、野生型β4インテグリン発現細胞に比べ、N型糖鎖欠損β4インテグリン発現細胞はAktのリン酸化レベルが低下していた。N型糖鎖欠損β4インテグリン発現細胞にPI3Kの活性型サブユニットを発現させたところ、Aktのリン酸化レベルの上昇とともに、細胞増殖および運動能が野生型β4インテグリン発現細胞と同程度まで回復した。この結果から、β4インテグリン上N型糖鎖はα6β4インテグリンが誘導するPI3Kシグナル活性化に関与していることが明らかとなった。平成27年度に実施した研究の主な成果としては、下記の二つが挙げられる。1. β4インテグリンに付加されたN型糖鎖の腫瘍形成能、癌細胞の増殖および浸潤能への影響:昨年度樹立した野生型およびN型糖鎖欠損β4インテグリン発現癌細胞を用いて、β4インテグリンに付加されたN型糖鎖が腫瘍形成能、癌細胞の増殖および生存、浸潤能に与える影響について調べた。その結果、コントロール細胞(β4インテグリン未発現)およびN型糖鎖欠損β4インテグリン発現細胞は野生型β4インテグリン発現細胞に比べ、in vivoでの腫瘍形成能や増殖能、in vitroでの細胞増殖および生存、浸潤能が有意に低下していた。これらの結果はβ4インテグリンのN型糖鎖が癌細胞の増殖や浸潤に重要な役割を果たしていることを示唆する結果である。2.癌の悪性化に関与するβ4インテグリン上N型糖鎖構造の同定および糖鎖を介した癌悪性化

メカニズム:ヒト皮膚扁平上皮癌および正常皮膚組織切片におけるN結合型糖鎖発現の解析をおこなうために、異なる糖鎖を認識するレクチンおよび抗β4インテグリン抗体を用いた蛍光二重染色をおこなった。その結果、正常皮膚組織に比べ、扁平上皮癌組織においてL4-PHAレクチンの反応が高くなっているとともに、β4インテグリンとの共局在が観察された。このことより、細胞の癌化に伴いβ4インテグリン上のβ1,6GlcNAc糖鎖が増加した可能性が考えられた。実際に癌化後のケラチノサイトや上記癌細胞においてβ4インテグリン上でのβ1,6GlcNAc糖鎖の増加が観察された。β4インテグリン上のβ1,6GlcNAc糖鎖にはガレクチン3が結合しており、その結合の阻害は癌細胞の運動や浸潤、増殖、生存、腫瘍形成能の低下を引き起こした。これらのことより、β4インテグリン上のβ1,6GlcNAc糖鎖とガレクチン3の結合がα6β4インテグリン依存的な癌細胞シグナルに重要であることが明らかとなった。樹立したN型糖鎖欠損β4インテグリン発現癌細胞を用いて、腫瘍形成能や形成した腫瘍内癌細胞の増殖についてin vivoでの検討を行うことにより、本研究命題であるβ4インテグリン上N型糖鎖と癌細胞の増殖に関しての関係をクリアにすることができた。また、癌の増殖に関与するβ4インテグリン糖鎖構造としてβ1,6GlcNAcを同定するとともに、ガレクチン3がβ1,6GlcNAcに結合し、架橋することで、癌の増殖に関与するβ4インテグリンシグナルを増強していることが証明できた。β4インテグリン上糖鎖とアポトーシスや薬剤耐性との関連に関する解析は計画通りに進んでいないが、これは増殖に関しての研究が予想以上に進んだため、そちらを優先したためである。したがって、現段階において研究はおおむね順調に進行しているといえる。平成28年度に実施した研究の主な成果としては、下記の二つが挙げられる。1. β4インテグリンN型糖鎖が誘導するPI3Kシグナルの腫瘍形成能への影響:平成26年度のin vitroの結果を受けて、本年度は、β4インテグリンのN型糖鎖が誘導するPI3Kシグナルの、ヌードマウス皮下における腫瘍形成能への影響について調べた。具体的には、N型糖鎖欠損β4インテグリン発現MDA-MB435S細胞にPI3K活性型フォームの遺伝子を導入し、in vivoでの腫瘍形成能や増殖能について調べた。その結果、N型糖鎖欠損によるそれら能力の低下が、PI3K活性型の発現によりレスキューされた。これらの結果はβ4インテグリンのN型糖鎖が誘導するPI3Kシグナルが、in vivoにおけるβ4インテグリン依存的腫瘍形成や増殖に重要な役割を果たしていることを示唆する。2.表皮扁平上皮癌A431細胞におけるβ4インテグリン/ガレクチン3コンプレックスの存在:昨年度の研究で、野生型β4インテグリン発現MDA-MB435S細胞において、β4インテグリンがガレクチン3とコンプレックスを形成していることを明らかにした。この一般性を確かめるために、β4インテグリンを内在的に発現している表皮扁平上皮癌A431細胞におけるβ4インテグリン/ガレクチン3コンプレックスの存在について調べた。その結果、A431においてもそれらのコンプレックスが確認された。また、それらコンプレックス形成がβ1,6GlcNAcを介しているかについて検討するために、A431細胞にGnT-III遺伝子を導入した細胞を樹立した。GnT-III遺伝子導入A431
高速作動-高容量Mg水素貯蔵材料を目指した内包MgH2生成機構の解明

高速作動-高容量Mg水素貯蔵材料を目指すため、バルクMg中に生成する内包MgH2の生成メカニズムを明らかにすることを目的とした。具体的な成果として、インサート材として開発を進めていたTi系合金の触媒能を有機化学反応や表面分析を進めることによって、明らかにすることができた。また、最終年度では、特に内包MgH2生成への反応ギブズエネルギーの影響を明らかにすることができた。インサート材として用いるTi系合金は、Ti-(0-1)mol%Pd合金を用い、表面分析によって表面上でPdがTi酸化皮膜直下で濃化していることを明らかにした。また、H2O2処理を進めることによって、表面のTi酸化物を溶出することができ、水素化能が上がることを報告した。これらの触媒能については様々な有機物変換反応を適用することで明らかにし、特に水素化-微粉化による活性能の向上についても明らかにすることができた。これらの結果から、水素吸蔵-放出の高速作動用キッカーとしての役割を果たすことが期待される。反応ギブズエネルギー(ΔrG)が及ぼす内包MgH2生成への影響については、ΔrGを水素圧力で制御し、印加範囲を-4.15kJ mol-1-8.31 kJ mol-1とした。分析には、表面近傍で生成したMgH2(sur)とバルク金属内部で生成したMgH2(int)(内包MgH2)をそれぞれ光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡を用いて評価した。その結果、ΔrGが小さいほどMgH2(int)の平均粒径とMgH2(sur)の平均厚さが大きくなった。試料表面がMgH2(sur)の最小値がゼロ以上になった時間を、試料表面全体が全てMgH2(sur)で被覆された時間とみなして評価すると、ΔrGが小さいほど覆われる時間が長時間になる傾向がみられた。Mgは資源的な偏在が無く、豊富に存在し、比較的安価に水素化物(MgH2)を形成するため、魅力的な水素貯蔵材料である。理論容量は7.8mass%、作動温度は300°Cと容量-作動温度バランスが優れた材料である。申請課題では、コアーシェルタイプの水素化物を形成するMgに対し、シェル部に形成されるMgH2の他に、内包MgH2の生成が観察されたことから、この内包MgH2の生成機構を明らかにするk十を目的としている。初年度は内包MgH2生成に及ぼすMg結晶粒界の影響を明らかにすることを目的に研究を進め、Mgの結晶粒径の制御および表層のMgH2(sur)および内包MgH2(int)生成の解析を行った。結晶粒径は50μm100μmまで制御した。これらのMg試料を用いて水素化処理を行ったところ、次の知見が得られた。母材のMg結晶粒径の低下と共にMgH2(sur)の厚さは低下することがわかった。また、MgH2(int)の単位面積当たりの生成数は増加することがわかった。研究計画で、初年度にMgの結晶粒径を制御し、結晶粒径と生成したMgH2(int)およびMgH2(sur)との関係から、内包MgH2生成に及ぼすMg結晶粒界の影響を明らかにすることを目的としていた。当初の予定通り、Mgの結晶粒径の制御およびMgH2(int)およびMgH2(sur)の生成、成長過程からMgH2(int)の生成過程を明らかにすることができたため、概ね順調に進んでいるものと評価した。

今後の研究は、次年度に予定していた、反応ギブズエネルギーが及ぼす内包MgH2の生成頻度および成長への影響を明らかにする。Mg+H2=MgH2の反応ギブズエネルギーは温度を653Kに一定とし、装置の許容耐圧環境を考慮して、-4kJ mol-1から-8 kJ mol-1を測定の対象とする。これらの反応ギブズエネルギーをあたえ、その際のMgH2(sur)およびMgH2(int)の組織解析により、内包MgH2の生成頻度および成長への影響を明らかにする。当初の計画では、顕微鏡の購入を検討していたが、レンズの更新に伴い必要が無くなったため、残額が生じた。その一方、試料の粉砕にもちいていた乳鉢が割れたため、粉砕用の器具を新たに購入する必要が生じた。また、圧力計も不具合が生じており、その更新も予定している。これらは発注から購入までにそれぞれ5週間と3ヶ月を要するため、早めに対応することで年度初めから研究がスタートできるようにした。
新規マウスモデルを用いたスギ花粉症疾患関連分子の網羅的検出と創薬展開

独自に開発したスギ花粉症モデルマウスを用いて、スギ花粉症の病態形成に関わる分子を同定し、新規治療法開発への基盤研究を行った。ノックアウトマウスを用いた検討から、共抑制シグナル分子であるBTLAは特異的なTh1応答を選択的に抑制した。網羅的解析から、Non-responderマウス(C57BL/6)と比較してResponderマウス(BALB/c)の顎下リンパ節には、IL-5やIL-13などのTh2サイトカインmRNAの有意な発現がみられた。顎下リンパ節除去マウスに対して点鼻感作を行ったところ、抗体産生、鼻粘膜内好酸球浸潤、症状に有意な変化はみられず、スギ花粉症モデルマウスの感作・発症における顎下リンパ節の意義は限定的である可能性が示唆された。マウススギ花粉症病態関連分子BTLAの役割スギ花粉症モデルにおけるResponderマウスとNon-responderマウスにおける鼻粘膜の分子発現の網羅的解析をマイクロアレイを用いて解析した。BALB/cマウスはアジュバントを用いないCry j 1の反復点鼻感作にてくしゃみおよび鼻かきを誘発し、Cry j 1-特異的IgE産生および鼻粘膜内好酸球浸潤を示し、スギ花粉症を発症した(Responderマウス)。一方C57BL/6マウスは同様のCry j 1点鼻感作を行っても症状は誘発せず、また特異的IgE産生や鼻粘膜内好酸球浸潤は誘導されず、Non-responderマウスであることが明らかとなった。点鼻感作後にこれら2系統のマウスの頸部リンパ節を摘出し、mRNAを抽出した。蛍光標識cDNAに変換した後、マイクロアレイにハイブリダイズした。2系統の間で2倍以上の発現亢進を認めた遺伝子、あるいは0.5以下に発現低下を認めた遺伝子を抽出した。その結果、ResponderマウスであるBALB/cマウスの頸部リンパ節ではNon-responderマウスであるC57/BL6マウスの頸部リンパ節と比較して、IL-5やIL-13などのTh2型サイトカインmRNAの発現が有意に高いことが示された。一方、C57/BL6マウスの頸部リンパ節はBALB/cマウスと比較して免疫制御に関わる分子のなかで発現が亢進するものを認めた。以上の結果は、抗原の点鼻感作に伴った頸部リンパ節における免疫応答がスギ花粉症の発症および不応答に関与する可能性が示唆された。これまでの本研究で、マウスは系統によりCry j1点鼻によりスギ花粉発症を発症する系(BALB/cマウス:Responderマウス)と発症しない系(C57/BL6マウス:Non-responderマウス)が存在することが明らかとなった。特にCry j 1点鼻による顎下リンパ節のmRNA発現は2系統で大きく異なり、顎下リンパ節における免疫応答がスギ花粉症の発症および不応答に重要な役割を担うことが示された。そこで本年度では、顎下リンパ節を除去したマウスにおいてスギ花粉症の発症が変化するのか解析を進めた。ケタミン麻酔下にBALB/cマウスの顎下リンパ節を両側除去し、生存せしめることが可能であった。創傷が回復した2週後より、スギアレルゲンCry j 1を従来のプロトコールに従い反復点鼻した。最終点鼻感作終了後に症状、血清中Cry j 1特異的抗体価、鼻粘膜好酸球浸潤について、シャム処理を行ったBALB/cマウスと比較した。顎下リンパ節除去を行ったBALB/cマウスではシャム処理を行ったマウスと比較して、くしゃみおよび鼻かき回数が低下したが、有意な差を認めなかった。血清中の抗原(Cry j 1)特異的IgEおよびIgGl抗体価についても同様であった。一方、IgG2a抗体価については同等であった。鼻粘膜浸潤好酸球数についても有意な差を認めなかった。以上の結果より、スギ花粉症マウスモデルの感作・発症における顎下リンパ節の意義は限定的である可能性が示唆された。
人工塩基対システムによる高機能核酸の創製

本課題では、申請者らの人工塩基対の基盤技術を確立することにより、従来の核酸アプタマー(核酸抗体)などの機能性核酸をさらに高機能化する技術を創出した。その中で、第三の塩基対としてDNA複製に利用できる人工的なDs-Px塩基対を作り出し、これを核酸の進化工学の手法であるin vitroセレクション法(SELEX法)に応用して、従来よりも特異的かつ高い親和力で標的タンパク質に結合する人工塩基を含むDNAアプタマーを作成する技術を確立することが出来た。申請者らが独自に開発した人工塩基対による遺伝情報の拡張システムを、進化工学の手法であるin vitroセレクション法に組み込むことにより、従来法では作り出すことができなかった高機能化した核酸を創製する新たな基盤技術を開発する。従来の天然型の4種類の塩基のランダム配列をライブラリーとして用いるin vitroセレクション法では、全ての標的分子に対応する核酸アプタマー(標的分子に結合する核酸分子)を得ることができず、またアプタマーが得られたとしても標的分子との結合能が低い場合も多い。この問題を解決するために、申請者が開発研究を進めている人工塩基対技術を用いて、ライブラリーに人工塩基を介して種々の機能性の置換基を組み込むことにより、核酸ライブラリーの充実を図る。そしてこれを用いた新たなin vitroセレクション法を開発し、種々のターゲット分子に対応した新規高機能核酸アプタマーを作り出すための基盤を確立する。そのために、(1)in vitroセレクションに利用可能な人工塩基対システムを開発し、(2)これを用いてライブラリーを作成し、(3)in vitroセレクションを実施する。新規高機能性の核酸分子を創製するために、申請者らが開発した人工塩基対による遺伝情報の拡張システムを用いた新たな進化工学の基盤技術を創出する。具体的には、複製や転写で機能する人工塩基対を種々の機能性の置換基で修飾し、この修飾人工塩基を含む核酸のライブラリーを作成することにより、高機能核酸アプタマーを創出する新たなin vitroセレクション法を開発する。これを達成するために本年度は以下の3項目の研究を進めた。1) PCRにおいて高効率・高選択的に機能する人工塩基対の開発を進めた。申請者らが開発している人工塩基対を基にして、その部分構造を変えた数種類の人工塩基対をデザイン・合成し、それらの性能を評価した。そして、30サイクルのPCR増幅にも耐えられる人工塩基対を開発することが出来た。2)修飾人工塩基をPCR増幅によりDNAライブラリー中に導入するために、機能性の置換基として6種類の機能性分子を選んだ。これらを長さの異なるリンカー(2種類)を介して人工塩基に結合させ、PCR用の種々の修飾人工塩基基質(計8種類)を化学合成した。現在、これらの基質を用いてセレクション用のDNAライブラリーを作成しているところである。3) in vitroセレクションを行うための予備実験として、人工塩基を含むDNAライブラリーをPCRにより増幅した場合に人工塩基近傍の天然型塩基の配列に偏りが出るかを調べた。その結果、PCRで増幅されやすい人工塩基近傍の塩基配列が存在することを見出した。この結果は、in vitroセレクションの際にPCRによる選択圧が掛かってしまうことを示しているが、PCRで増幅されやすい配列が見つかったことから、人工塩基対を含む機能性DNAの新たな用途が開けてきた。これらの結果を踏まえて、高機能アプタマー作成のセレクションに研究を進めている。昨年度は、PCRにおいて高効率・高選択的に機能する人工塩基対(Ds-Px塩基対)に成功したので、本年度はこの人工塩基対の特性を詳細に調べることと、これを用いてin vitroセレクションの検討を進めた。その結果、DNA中に組み込まれたDs-Px塩基対は、この人工塩基に隣接する天然型塩基の種類によって、PCRの効率が変わることを見つけた(Nucleic Acids Res, 37, e14, 2009)。これはin vitroセレクション用のライブラリーを設計する上で重要な知見となる。これをもとにして、人工塩基に種々の機能性置換基を結合したライブラリーを作成した。このライブラリーを用いて種々のタンパク質をターゲットにして、in vitroセレクションを現在行っている。さらに、人工塩基対に隣接する天然型塩基の配列依存性を減らした新たな人工塩基対の設計・合成も進めている。また、この塩基配列依存性を解明するために、DNAポリメラーゼと人工塩基対を含む鋳型-基質の相互作用の研究も進めている。Ds-Px塩基対は現在、特定のDNAポリメラーゼで機能することが分かっているが、現在、ポリメラーゼの種類をさらに増やして、これらとDs-Px塩基対との相性も調べている。

新規高機能性の核酸分子を創製するために、申請者らが開発した人工塩基対による遺伝情報の拡張システムを用いた新たな進化工学の基盤技術を創出する。具体的には、複製や転写で機能する人工塩基対を種々の機能性の置換基で修飾し、この修飾人工塩基を含む核酸のライブラリーを作成することにより、ターゲットタンパク質に高い親和性で結合する核酸アプタマーを創出する汎用性の高い新たなin vitroセレクション法を開発する。本課題では、人工塩基対(Ds-Px塩基対)の開発を昨年度までに達成した。Ds-Px塩基対を組み込んだDNAは、30-40サイクルのPCRで10^8倍に増幅され、増幅後のDNA中にはDs-Px塩基対が97-99%保存される。そこで今年度は、人工塩基Pxに種々の置換基を結合し、これをPCRでDNA中に導入することにより、DNAアプタマーを作成するためのin vitroセレクション用のライブラリーの作成を進めた。さらに、ライブラリーの充実と本in vitroセレクション法を確立するために、ライブラリー作成のためのPCR増幅の条件を最適化した。これまでDs-Px塩基対が機能するDNAポリメラーゼは1種類しかなかったが、さらに良いDNAポリメラーゼも見つかり、ライブラリーの調製が容易になった。この方法を用いて、種々の機能性置換基を結合したPxを含むDNAライブラリーを作成し、現在、2種類のタンパク質をモデルにしてin vitroセレクションを実施しているところである。今年度は本基盤技術の知財を確保するために、研究発表よりも特許出願を優先した。具体的には、複製や転写で機能する人工塩基対を種々の機能性の置換基で修飾し、この修飾人工塩基を含む核酸のライブラリーを作成することにより、高機能核酸アプタマーなどを創出する新たな手法を開発する。これまでに、本手法用の人工塩基対が開発できたので、本年度はこの人工塩基対に機能性置換基を結合したものを用いて、進化工学用のライブラリーの増幅の条件検討、並びに、進化工学の手法を実施した。昨年度までに種々の機能性置換基を結合した修飾塩基を合成し、アプタマーの作成を実施し、種々の修飾塩基の中から、核酸アプタマーとしての機能を著しく向上させられる置換基を決定した。そして、この修飾人工塩基を用いた進化工学の手法を確立し、標的タンパク質に対する核酸アプタマーを作成する新たな系を創出することができた。さらに本課題の実施過程において、作成した人工塩基にチオールを結合した修飾塩基が強い蛍光性を示すことを見出し(JACS,132,4988,2010)、さらに、この塩基の相補塩基である人工塩基が消光基として機能することを発見した(JACS,132,15418,2010)。
聴覚障害学生に特化した自習用Eラーニングシステムの検討(行動・生理計測を用いて)

本研究で提案する「文脈追従型字幕」は,従来の字幕に対し有意に視線移動量が減少することが判った。また,ストレスには有意な差が認められなかった。理解度と視認性に対する主観評価には,統計的有意は認められなかった。今後,被験者属性との相関など,より詳細な検討を進めていく予定である。聴覚障害学生に特化した自習用Eラーニングを設計することが目的である。聴覚障害の学生に対する講義は健聴学生と比べて、情報保障によるロスが生じる分、講義で伝達できる内容が半分から3分の1という実感を持っている教員が多い。そのロスの補完のために自学自習が可能なEラーニングは有効であると予想される。しかし、代表的なEラーニングシステムは手話や字幕の表示領域が設定されておらず、聴覚障害に対する配慮がなされている物は無い。本研究では質問紙調査に加えてビデオ撮影・視線追跡などの行動観察、唾液中アミラーゼ計測などの生理計測の手法を用いて聴覚障害者のための自習用Eラーニングシステムのあり方を探った。結果的に本研究で提案したのは「文脈追従型字幕」である。従来のEラーニングシステムでは字幕の表示位置が画面下部に固定して表示されたが,話者の動きや指さしなどの動作に応じて字幕を表示する提案である。プロトタイプを作成し,29名の聴覚障害学生に呈示し,従来型字幕との比較を行った。その結果,従来の字幕に対し本提案では,有意に視線移動量が減少することが判った。理解度と視認性に対する主観評価は,従来型に好意的な傾向があったが統計的有意は認められなかった。本研究の目的は,聴覚障害学生に特化した自習用Eラーニングを設計することである。現状のEラーニングシステムは手話や字幕の表示領域は設定されておらず,聴覚障害に対する配慮がなされている物は無い。本研究では質問紙調査に加えてビデオ撮影・視線追跡などの行動観察,脳波計測や唾液中アミラーゼ計測などの生理計測の手法を用いて聴覚障害者のための自習用Eラーニングシステムのあり方を探ろうといている。それに先立ち,聴覚障害学生が映像コンテンツを見る際に,健聴者にとっての音声情報に該当する情報をどのように受容しているかの実態を探るための基礎実験を行った。音声,字幕,口形,手話が含まれている手話ニュースの映像を用い,それを視聴している際の視線計測実験とアンケート調査を行った。被験者20名に対して4分間程度の手話ニュースを視聴させ,その際の視線と内容理解のために手がかりにしている情報の比率の主観評価,その他,日常の情報受容に関するアンケートを行った。現在は解析作業を行っているところである。また情報収集活動として,月に1回,関係する研究会に参加し教育工学に関する情報交換を行った。2年間の計画で,初年度は聴覚障害学生の情報需要の基礎的データの収集と解析,最新の教育工学的知見の収集を目的としていた。解析作業については未達成であるが,全体計画の中でも長期間を要しない事項なので,概ね達成をしていると考える。前年度の解析作業については5月中に完了予定である。6,7,8,9月中にプロトタイプの作成,10,11,12月中に被験者実験によるプロトタイプの評価とマッシュアップ,1,2月中に完成,3月中に関連学会での成果報告を計画している。統計解析,視線解析用ソフトの購入,実験協力者に対する謝金,短期雇用者に対する謝金,情報収集のための関連勉強会・学会の参加費と旅費,成果発表のための旅費など。
慢性副鼻腔炎における予後不良因子の遺伝子発現制御機構に関する解析と臨床応用

慢性副鼻腔炎の治療においては少なからず予後不良例が存在しており、このような症例では何らかの予後不良因子の存在が推測された。慢性副鼻腔炎患者のうち難治症例として非アトピー性気管支喘息合併例(AIAを含む)と、対照として非合併例から手術時に採取した鼻組織由来の線維芽細胞を培養し、ウィルス由来二重鎖RNAを認識するレセプターであるToll-like receptor (TLR)3を介する応答性の違いについて検討を行った結果、TLR3のリガンドであるpolyI:Cで刺激を行うと、難治症例由来の細胞ではIP-10やI-TACを含むいくつかのインターフェロン(IFN)誘導性遺伝子の発現が減弱しており、各培養細胞に保存された遺伝子発現パターンの変化が慢性副鼻腔炎の難治化に関与している可能性を示唆した。TLR3を介したIFN誘導性遺伝子の発現についてはアダプター分子であるTRIFまたはIPS-1を介するシグナル伝達経路が知られている。そこで、難治症例の鼻副鼻腔粘膜に存在する線維芽細胞では、IFN誘導性遺伝子の発現を調節しているこれらのシグナル伝達因子に何らかの変異が存在し、IFN誘導性遺伝子の発現を減弱させているのではないかと考えた。本研究課題においては、同種細胞間においてこのような自然免疫の反応性の違いが生じる機序を解明することを目的として、炎症組織に存在する線維芽細胞のIP-10やI-TACなどのIFN誘導性遺伝子の発現過程におけるクロマチン構造の変化や転写制御を含めた遺伝子発現制御機構について検討を行った。さらに、これらの因子についで慢性副鼻腔炎の難治化への関与だけでなく、治療における新たな標的となり得るかについても検討を行った。既に、これまでの検討によって鼻組織由来線維芽細胞のウイルス感染に対する反応性の違いが慢性副鼻腔炎の予後に関与する可能性が示唆された。そこで、なぜこのような難治症例由来の細胞において自然免疫の反応性の違いが生じるのかという疑問を解明することを目的として、炎症組織に存在する細胞のクロマチン構造の変化や転写制御を含めた遺伝子発現制御機構に着目し、これまでの解析で抽出された予後不良因子についてそれぞれ検討を行った。まず、慢性副鼻腔炎患者を1.気管支喘息合併例、2.アスピリン喘息合併例、3.1および2の合併のない症例と分類して、鼻組織の遺伝子発現制御機構の解析について同意を得た後、1、2、3の病態群につきそれぞれ10例ずつより、手術中に鼻組織(具体的には鼻腔ポリープ)を採取し、線維芽細胞を培養した。その後、これまでの検討によって予後不良因子として抽出された遺伝子について、それぞれReal-time PCRで再度mRNA発現を確認した。その中でから再現性のあった遺伝子について、さらにELISAやWestern blotにて蛋白レベルで発現を確認した。ここまで発現の確認できた遺伝子の中から、文献的考察を加えた上で病態に関与していると思われる候補遺伝子を抽出し、その発現を制御する転写因子などの中でクロマチンリモデリングを生じていると考えられる因子について検討をおこなった。
抗サイトケラチン抗体を用いた胆嚢癌リンパ節微小転移の検出及びその臨床的意義

1.胆嚢癌リンパ節微小転移の臨床的意義:【目的】胆嚢癌におけるリンパ節微小転移の臨床的意義を解明する。【方法】根治切除された胆嚢癌63例を対象とした。リンパ節微小転移(以下、微小転移)の定義は、「H&E染色を用いた通常の組織検索では検出されず,CAM5.2を用いた免疫染色により初めて検出可能となるリンパ節転移」とした。郭清リンパ節計1136個から連続切片を作製し、H&E染色、抗サイトケラチン抗体(CAM5.2)を用いた免疫染色により転移を検索した。【成績】早期癌9例で微小転移は陰性であったが、進行癌(深度ss以上)54例中19例(35%)で微小転移が見られた。単変量解析では、微小転移(P<0.0001)を含め9因子が有意な予後因子であった。H&E染色によるリンパ節転移陰性36例、陽性27例の両群において微小転移は有意な予後因子であった(P=0.0002、P<0.0001)。多変量解析では、微小転移(P=0.0003)、根治切除術式(P=0.0044)が独立予後因子であった。微小転移はly、pn、遠隔転移と関連し、陽性例で遠隔再発が多かった。【結論】胆嚢癌根治切除例において、微小転移は独立した強い予後因子である。微小転移は悪性度を反映し、systemic diseaseの指標でもある。2.胆嚢mp癌に対しリンパ節郭清は必要か?:【目的】胆嚢mp癌に対するリンパ節郭清の有用性を検討する。【方法】mp癌25例(単純胆摘13例、郭清を伴う根治切除12例)を対象とした。計147個の所属リンパ節から連続切片を作成し、H&E染色、CAM5.2を用いた免疫染色により転移を検索した。【成績】lyが1例に陽性であったが、v、pnは全例で陰性であった。所属リンパ節に、転移および微小転移はみられなかった。全例の累積10年生存率は87%と良好であり、胆摘群と根治切除群の成績は同等であった(P=0.16)。【結論】胆嚢mp癌に対するリンパ節郭清の有用性は認められない。平成11年度には以下の如くの研究を行い、平成12年3月にその成果を英文誌に投稿した。【目的】「胆嚢癌において、リンパ節微小転移は独立した、かつ、最大の予後規定因子である」という仮説を検証する。【対象と方法】1993年以前に根治切除が施行された胆嚢癌63例を対象とした。5年以上の長期予後を検討するため、1994年以降の症例は除外された。

リンパ節微小転移(以下、微小転移)の定義は、「H&E染色を用いた通常の組織検索では検出されず,抗サイトケラチン抗体(以下、CAM5.2)を用いた免疫染色により初めて検出可能となるリンパ節転移」とした。郭清された所属リンパ節、総計1136個から連続切片を作製し、H&E染色、CAM5.2を用いた免疫染色の両者を行った。【成績】早期癌(深達度m、pm)9症例に微小転移は見られなかったが、進行癌(深達度ss以上)54例中20例(37%)で微小転移が見られた。微小転移の存在は、腫瘍の生物学的悪性度指標(リンパ管浸潤、神経浸潤、他臓器浸潤、大動脈リンパ節転移、遠隔転移)と有意に相関した。単変量解析(log-rank検定)では、微小転移(P<0.0001)を含め10因子が有意な予後因子であった。多変量解析(Cox比例ハザードモデル)では、切除術式(P<0.0001)、微小転移(P=0.0002)が最大の独立した予後因子であった。通常の組織検索によりリンパ節転移陰性と判定された36例、陽性と判定された27例の両群において微小転移は有意な予後因子であった(各々P=0.0001、P<0.0001)。微小転移陽性例での再発は、主として遠隔部位に見られた。【結論】胆嚢癌切除例において、微小転移は生物学的悪性度を反映し、腫瘍側の因子としては最大の独立予後因子である。通常の組織検索によるリンパ節転移の有無に拘わらず、微小転移は有用な予後指標である。微小転移はsystemicdiseaseの一指標と考えられる。認められなかった。このことより、AQP8が大腸における水の吸収・分泌に大きく関与している可能性が示唆された。またこのことは、腸管における水分吸収・分泌の経路が、細胞間経路だけではなく、経細胞経路も存在することを提起している。1.胆嚢癌リンパ節微小転移の臨床的意義:【目的】胆嚢癌におけるリンパ節微小転移の臨床的意義を解明する。【方法】根治切除された胆嚢癌63例を対象とした。リンパ節微小転移(以下、微小転移)の定義は、「H&E染色を用いた通常の組織検索では検出されず,CAM5.2を用いた免疫染色により初めて検出可能となるリンパ節転移」とした。郭清リンパ節計1136個から連続切片を作製し、H&E染色、抗サイトケラチン抗体(CAM5.2)を用いた免疫染色により転移を検索した。【成績】早期癌9例で微小転移は陰性であったが、進行癌(深達度ss以上)54例中19例(35%)で微小転移が見られた。単変量解析では、微小転移(P<0.0001)を含め9因子が有意な予後因子であった。H&E染色によるリンパ節転移陰性36例、陽性27例の両群において微小転移は有意な予後因子であった(P=0.0002、P<0.000l)。多変量解析では、微小転移(P=0.0003)、根治切除術式(P=0.0044)が独立予後因子であった。微小転移はly、pn、遠隔転移と関連し、陽性例で遠隔再発が多かった。【結論】胆嚢癌根治切除例において、微小転移は独立した強い予後因子である。微小転移は悪性度を反映し、systemic diseaseの指標でもある。2.胆嚢mp癌に対しリンパ節郭清は必要か?:【目的】胆嚢mp癌に対するリンパ節郭清の有用性を検討する。【方法】mp癌25例(単純胆摘13例、郭清を伴う根治切除12例)を対象とした。計147個の所属リンパ節から連続切片を作成し、H&E染色、CAM5.2を用いた免疫染色により転移を検索した。【成績】lyが1例に陽性であったが、v、pnは全例で陰性であった。所属リンパ節に、転移および微小転移は見られなかった。全例の累積10年生存率は87%と良好であり、胆摘群と根治切除群の成績は同等であった(P=0.16)。【結論】胆嚢mp癌に対するリンパ節郭清の有用性は認められない。
高温プラズマジェットを用いた大気エアロゾルのリアルタイム気化システムの開発

大気エアロゾル質量の大きな画分を占める有機酸の大気中挙動の把握は,環境動態解析学分野の重要な課題であるが,エアロゾル相の有機酸を高感度かつリアルタイムに計測する手法の確立には至っていない.この背景を基に,本研究では,(i)高温プラズマジェットを用いた大気エアロゾルの高感度リアルタイム質量分析法の開発,(ii)大気中揮発性有機化合物の網羅的定量質量分析法の開発,および(iii)北米西部のバイオマス燃焼から発生する揮発性有機化合物の化学特性評価を行った.大気エアロゾル質量の大きな画分を占める有機酸の大気中挙動の把握は,環境動態解析学分野の重要な課題であるが,エアロゾル相の有機酸を高感度かつリアルタイムに計測する手法の確立には至っていない.研究代表者はこれまで,気相の有機酸の高感度リアルタイム計測に有効な精密コロナ放電イオン化質量分析法を確立してきた.この手法をエアロゾル相に含まれる有機酸の計測に応用するために,本研究では,精密コロナ放電に高温ガス流を組み合わせることで発生するプラズマジェットを用いたエアロゾル気化システムを開発することを目的とする.平成27年度は以下の研究項目を遂行した.1.高温プラズマジェットを用いた気化システムの構築2.気化システムと精密コロナ放電イオン化質量分析計の接続および性能評価1では,コロナニードル配置を精密調整するためのXYZステージの構築,質量分析装置のイオン導入管に装着可能なステンレス製リング電極,および高温ヘリウムガス流上流側に設置可能なグリッド電極を作製した.2では,1で作製した種々の部品を精密コロナ放電イオン化質量分析計に接続した.その後,プラズマジェットの発生と凝縮相の試料に由来する脱プロトン化分子の検出感度に関係する放電因子(すなわち,イオン導入孔の中心軸に対するコロナニードルの角度,対向電極の設置配置,および対向電極・ニードル・イオン導入孔間の距離)を質量分析計に導入される試料の脱プロトン化分子の量が最大になるよう最適化した.その結果,ニードル角度は90度,対向電極の配置はガス流上流側,対向電極とニードル間の距離は6 mm,ニードルとイオン導入孔間の距離は4 mmが最適であることを見出した.また,高温ガス流としてヘリウムを用いる代わりに,アルゴンを用いても高感度リアルタイム計測が可能になることを見出した.本成果については特許出願を行った.交付申請書に記載した「研究実施計画」に従い,平成27年度に遂行すべき研究項目は達成された.すなわち,高温プラズマジェットを用いた気化システムと精密コロナ放電質量分析計の接続に関する実験条件は最適化された.また,高感度リアルタイム計測をもたらす高温ガス流として,ヘリウムに代わりアルゴンも使用可能であることを見出した.大気エアロゾル質量の大きな画分を占める有機酸の大気中挙動の把握は,環境動態解析学分野の重要な課題であるが,エアロゾル相の有機酸を高感度かつリアルタイムに計測する手法の確立には至っていない.今年度は,昨年度に最適化した高温ヘリウムガス流気化システムと精密コロナ放電イオン化質量分析計を用い,プラズマジェット内で起こる凝縮相試料(アミノ酸)のイオン化特性を評価した.イオン化特性は以下のようにまとめられる.a.プラズマジェット内で主に生成するイオン種は(脱)プロトン化分子である.その他,酸素原子付加イオン,水素原子脱離イオン,大気成分由来の正負イオンの付加体,フラグメントイオン等が発生する.b.ジェット内で生成するイオン強度は,ジェットが発生しない場合と比較して,51000倍増加する.強度の増加率は,試料に依存する.c.ジェット内で発生する大量の励起ヘリウムは,試料の過剰なフラグメンテーションを起こさない.その他,化学イオン化質量分析法の一つであるプロトン移動反応質量分析(PTR-MS)法による,大気中の揮発性有機化合物(VOC)の包括的定量測定法を確立した.現在は,米国立海洋大気庁地球システム研究所化学領域(NOAA ESRL, CSD)が主催する野外観測プロジェクト(FIREX)に参画している.ここでは,精密コロナ放電イオン源による高感度リアルタイム測定法と包括的定量測定法を利用し,森林火災で発生する種々の化学物質(有機酸やVOC)の大気中挙動の解明に取り組んでいる.昨年度の実施状況報告書に記載した今後の「研究推進方策」に従い,平成28年度に遂行すべき研究項目は達成された.すなわち,気化システムを組み合わせた精密コロナ放電イオン化質量分析法のイオン化特性を調査し,凝縮相試料の高感度測定に有用であることが見出された.また,研究計画内容以外にも,PTRーMS法によるVOCの包括的測定法をも確立することができた.森林火災から発生する揮発性有機化合物(VOC)は,その地域の環境汚染や気候変動に多大な影響を与えるとされ,その化学特性評価や予測モデルの構築は,大気化学における近年の重要な課題となっている.平成29年度は,前年度に参加した国際プロジェクトFIREX*で得られたVOCデータを解析した.ここでは,高分解能プロトン移動反応質量分析法と自身が開発したVOCの網羅的定量法を組み合わせ,北米西部に生息する種々の植物が燃焼した際に一次放出される550種類以上のVOCを同定・定量し,VOCの全発生量の90%以上を説明することに成功した.さらにこのデータを用いて数値解析した結果,燃焼中の瞬間的なVOC発生量に関して以下の新規の事象を発見した:1.北米西部に生息する植物の燃焼に由来するVOCの瞬間的発生量は,2つのマススペクトルの組み合わせで,85%以上の精度で評価できる.2.本マススペクトルを構成するVOCの種類とその相対量は,北米西部の植物の種類に依存しない.

さらに,本マススペクトルにはそれぞれ,植物の葉や茎,幹,枝等を構成する高分子(セルロースやヘミセルロース,リグニンなど)の高温熱分解または低温熱分解で発生するVOCが主に含まれる.3.有炎燃焼を主な期限とするCO2の瞬間的な発生量は,VOCの瞬間的発生量と相関しない.ゆえに,CO2とCOから決定づけられる燃焼効率MCE(= ΔCO2/(ΔCO2+ΔCO))は本来,VOC発生量の評価や予測に適さない.本結果より,VOCの発生量を評価・予測するにあたり,植物の分解・燃焼温度が,これまで使われてきたMCEに代わるパラメーターになると示唆された.*FIREX:米国立海洋大気庁地球システム科学研究所化学領域が主導する国際研究機関連携型プロジェクト.北米西部に多発しているバイオマス燃焼の化学特性評価と気候変動への影響調査を目的としている.大気エアロゾル質量の大きな画分を占める有機酸の大気中挙動の把握は,環境動態解析学分野の重要な課題であるが,エアロゾル相の有機酸を高感度かつリアルタイムに計測する手法の確立には至っていない.この背景を基に,本研究では,(i)高温プラズマジェットを用いた大気エアロゾルの高感度リアルタイム質量分析法の開発,(ii)大気中揮発性有機化合物の網羅的定量質量分析法の開発,および(iii)北米西部のバイオマス燃焼から発生する揮発性有機化合物の化学特性評価を行った.来年度は,今年度に構築した気化システム(高温ヘリウムガス流または高温アルゴンガス流)+精密コロナ放電イオン化質量分析計で観測される試料のイオン種とその生成機構を詳細に調査する.系統的に調査するために,試料として種々の化学的性質を有する数種のアミノ酸を用いる.本研究で得られる知見は,大気エアロゾルを気化・イオン化した際に得られるマススペクトルを解釈するための基礎となる.来年度は,これまでの研究で得られた手法を活用し,森林火災で発生する化学物質の大気中挙動の解明に取り組む.具体的には,高温の燃焼状態から低温の煙状態への変化に伴い,(a)どのような化学物質が発生するのか,(b)ヒドロキシラジカルとの反応性および二次有機エアロゾルの生成能はどのように変化するのかを追究する.質量分析学,大気化学「研究実施計画書」に記載したように,2015年9月より,米国立海洋大気庁にて研究を行っている.本渡米の最終的な開始日程により,計画書申請当時に参加予定であった国際会議日程の都合がつかなくなった.よって,本会議への参加をキャンセルしたため,当該助成金が生じた.米国立海洋大気庁での実験が順調に進み,イオン源を改良する段階に至った.米国での研究を効率良く行うために,研究費を前倒しした.米国立海洋大気庁が所有する質量分析計の構造は横浜市立大学で使用していた装置と異なり,イオン検出の高感度化や気流の流れを調整するための部品が必要となることが判明した.このような部品を設計・構築するために,当該助成金を有効活用したい.米国立海洋大気庁が所有する質量分析計に適合するイオン源部品の改良に利用する.