hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
DNAメチル化模様の形成に、ヒストン分子の翻訳後修飾が果たす役割

Dnmt3aはゲノムに新たにメチル化模様を描く酵素である。生殖細胞や初期胚では、N末219アミノ酸残基を欠くアイソフォーム、Dnmt3a2が高発現する。Dnmt3aに特異的なN末端領域に、強いDNA結合活性が存在し、これが細胞内での局在化やDNAメチル化活性に寄与することを示した。また、DNA複製時にメチル化模様を維持する酵素のほぼ全長の立体構造を明らかにし、反応時に構造変化する可能性を示した。1.ヒストンH3K9のメナル化修飾かDNAメナル化活性に与える影響これまでに、ヒスンH3K9のメチル化修飾とDNAメチル化とに正の相関があることが、生体を用いて、遺伝学的手法により明らかにされている。私は、分子機構を明らかにする目的で、生化学的手法を用いて、ヒストンH3K9のメチル化修飾がDNAメチル化活性に与える影響を、試験管内で調べてきている。本年度は、解析をさらに詳細に行った。この反応には、再構成したヌクレオソームをとしている。私たちの研究から、酵素は裸のDNAを好んで基質にすることが分かっているため、再構成されずに残存する、または再構成後にはずれたDNAの混入を除外しないと正確に効果を評価できない。そのため、メチル化反応後に、裸のDNAを除去するプロセスを加えたものの、安定的に促進効果を再現することが困難であった。現在、その原因をさらに検討している。ひとつの可能性として、DNAメチル化反応が生じた際には、ヌクレオソーム構造が不安定になり、結果として、DNAを除去する際に用いるヌクレアーゼにより、容易に分解されるのではないかと考えている。そのため、より強い促進効果が得られる条件の探索を開始しはじめた。2. DNAメチル化維持機構の解析一旦、ゲノムDNAに、DNAメチル化模様が形成されると、細胞分裂過程でDnmt 1という酵素により、そのメチル化模様は安定に維持される。Dnmt 1は約200kと大きな分子量を持つ蛋白質であり、まだ機能の明らかになっていない領域がある。中でもそのN末端には、独立なドメイン構造が存在することを以前に私たちは報告した。本年度は、その領域をリン酸化する酵素を同定し、リン酸化によりDNA結合活性が低下することを発表した(Sugiyama et al., 2010)。DNAメチル化とヒストン化学修飾には関連性があることがよく知られているが、まだ分子レベルでの解析が充分ではない。本研究では、DNAメチル化模様の形成に、ヒストン分子の翻訳後修飾が果たす役割を生化学的に解析することを目的にした。まず、遺伝子発現抑制に関与しDNAメチル化と関連性があることがよく知られているヒストンH3の9番目のリシンのメチル化に注目し、解析をおこなった。酵素学的に、9番目のリシン残基(K9)に特異的にメチル化修飾を導入したヒストンH3分子を用意した。なお、その修飾状態は、トリメチル化であることを質量分析などの方法を用いて確認した。このメチル化ヒストンH3を用いて試験管内でヌクレオソームを再構成し、DNAメチル化酵素の基質に用い、ヒストン分子の化学修飾がメチル化酵素の活性を促進するかしらべた。しかしながら、これまでのところ、高い促進効果を見いだすことはできなかったため、少なくとも組換え体を用いた実験系では、予想に反して直接的な認識はないものと考えられた。そのため、実験条件を、より生理的な条件に近付け、解析する必要があると考えた。DNAメチル化酵素と結合すると共に、K9がメチル化されたヒストンH3の両方に結合する分子として、ヘテロクロマチン蛋白質(HP1)がある。それが、介在者として関与するのではないかど考えた。これまで、HP1は、ヒストンH3分子のN末端領域のペプチドとの結合はよく調べられているが再構成ヌクレオソームに対しては、最近報告が出始めているものの、まだ解析が充分でないため、その詳細な結合特性を調べはじめている。生体を維持するには,遺伝子発現が適切に制御される必要がある。真核生物においてDNAは裸の状態でなく、ヒストン分子の上に巻き付いだ形でしまいこまれている。ヒストン分子ほ、様々修飾を受け、中には遺伝子制御に関わるものもある。一方、DNAがメチル化修飾を受けることもよく知られており、それは一般的に遺伝子サイレンシングに関与している。研究遂行の過程で、DNAメチル化の維持に関与するDNAメチル化酵素(Dnmt1)を昆虫細胞で発現・精製し、その性質を調べていたところ、幸運なことに立体構造を解析するのに充分な純度と量を得ることかできた。結晶構造解析により、Dnmt1は幾つかの独立したドメイン構遥を持つことを明らかにし、ドメインの分子内配置についても詳細に記載した。

中でも、N末端調節領域は、C末端触媒領域に頭を埋めており、触媒反応の過程でなんらかの手段で触媒領域に基質DNAか結合可能とする機構が存在するという仮説を立てた。その作業仮説について、酵素反応速度論的な解析を行ったところ、Dnmt1N末端の領域が触媒反応の活性化エネルギー上昇させという結果が得られ、結晶構造から予想ざれる反応特性を支持する結果となった。にの知見は、概念的に新規であり、DNAメチル化反応の制御を分子レベルで考える上で重要なものとなった。
動的カテゴリー論における構文の通時的発展研究

(1)sit, stand, lie等姿勢動詞とその補語の発展を、通時的観点から検討した。元来は静的姿勢に付加詞的・副詞的役割を果たしていた分詞形(よって分詞構文の変種だった)が、次第に情報価値を担うようになり、形容詞や時には名詞もその補語として許容されるようになる推移が、言語発達・変化に対し近年提唱されるUsage-Based Modelによって説明できることを検討。また、その他の動詞においても形容詞を伴う場合はsit, stand, lieに準じるような静的な意味を得るべく「主体的」な解釈がなされていることを考察。この研究の一部は専門雑誌『英語青年』にて発表。(2)"red-haired,""fresh-laid"などの、過去分詞から作り出されるハイフンつきの臨時形容詞の成立について、その歴史的発展と共時的なカテゴリー拡張とを合わせて考察、Usage-Based Modelの枠組みで説明を検討。成果の一部は国際認知言語学会(カリフォルニア大学サンタバーバラ校)にて発表。(3)英語HAVE構文の通時的発展の研究。補文構造が形容詞から分詞形、動詞原形へと徐々に発展すること、動詞haveもその推移に先立って経験を表す抽象的な意味へと発展を見せること、また形式の類似する知覚動詞構文及び使役構文との類推に基づき構文全体の意味が発展したことを、Usage-Based Modelで説明。更にこの構文の言語習得過程の可能性についても検討した。この成果は近く出版される予定の共著にも組み込んでいる。(4)以上の(1)-(3)の内容を含む単著を2002年3月時点で執筆中である。(1)sit,stand,lie等姿勢動詞とその補語の発展を、通時的観点から検討した。成果は論文の形で現在投稿中。(2)英語HAVE構文の通時的発展の研究。この成果は第1回日本認知言語学会のワークショップにて発表し、近く出版される予定の共著にも組み込んでいる。(3)"red-haired,""fresh-laid"などの、過去分詞から作り出されるハイフンつきの臨時形容詞の成立について、その歴史的発展と共時的なカテゴリー拡張とを合わせて考察、Usage-Based Modelの枠組みで説明を検討中。成果はきたる7月の国際認知言語学会で発表予定。*尚、研究活動はすべて戸籍名ではなく通称である「早瀬尚子」の名称で行っている。
網膜変性症の修飾因子としての視細胞特異的カルシウム結合タンパクの役割

年度当初に立てた研究計画ではカルシウム結合タンパク質の変異が網膜変性にどのような影響を及ぼすかを遺伝子改変動物の作成ならびにRNA技術を用いた遺伝子発現抑制によって検討することであったが、この研究の準備を進める段階でヒト網膜色素変性モデル動物に対するカルシウム拮抗薬の視細胞保護効果を明らかにする必要性が新たに生じたため、まず第一に後者の実験を行うこととした。カルシウム拮抗薬による視細胞内のカルシウムイオンの変化がカルシウム結合タンパク質などを介した視細胞保護効果を持つかどうかを明らかにすることの方が臨床研究上より重要であると判断したためである。この実験においてヒト網膜色素変性モデル動物としてrds(retinal degeneration slow)マウスを入手した。このマウスは視細胞特異的な構造タンパクであるペリフェリン・rdsをコードする遺伝子の変異を持ち、ホモ接合体では視細胞外節の形成異常から網膜変性をきたす。そのヘテロ接合体は非常に緩徐な視細胞変性をきたし、ヒト常染色体優性網膜色素変性のモデルとされる。まず、rdsマウスとbalb/cマウスとの間にrdsヘテロ接合体を作成し、そのヘテロ接合体が経時的に緩徐な網膜変性をきたすことを観察した後、このマウスに生直後から腹腔内にニルバジピン(カルシウム拮抗薬の一種)を連日投与した。薬物投与群と非投与群(対照群)の網膜変性の進行度を網膜電図のa波、b波の振幅から比較検討したところ、投与群の方が統計学的に有意に網膜変性の進行が遅延していた。この結果、rdsマウスヘテロにおいてもカルシウム拮抗薬の視細胞変性抑制効果がみられることが明らかになった。次に、カルシウム拮抗薬投与による網膜内の遺伝子発現の変化をみるためマイクロアレイ法を用いた検索を行った。現在その結果を解析検討しており、次のカルシウム結合タンパク質の遺伝子変異を導入したモデル動物の作成を準備している段階である。網膜変性には遺伝性網膜変性疾患や様々な眼内疾患に続発して発生するものなど多彩な臨床病態がある。これまで我々は主として遺伝性網膜変性疾患とくに網膜色素変性についてその遺伝子レベルでの原因検索と視細胞変性機構の解明および新しい薬物治療の可能性について研究を進めてきた。それらの研究の結果、網膜色素変性の原因遺伝子とその臨床像には高い異質性がみられることが明らかにされてきた。しかし原因遺伝子と表現型の異質性にもかかわらずこの疾患群で共通する変性機構は視細胞のアポトーシスであり、アポトーシスを起こす視細胞や網膜色素上皮の最初の引き金が各種の遺伝子変異であることが分かってきている。さらに同一の遺伝子の同一の変異であるにもかかわらず臨床像に違いがみられることがあり、その現象を説明するひとつの要因としてわれわれは分子レベルでの修飾因子の存在を想定して研究を進めている。2004年度にわれわれは視細胞特異的カルシウム結合タンパクであるグアニレートシクラーゼ活性タンパク2(GCAP2)の遺伝子変異を持つ常染色体優性網膜色素変性家系を3家系報告した(Sato M, Nakazawa M, et al.)。その結果、この遺伝子変異をもつ患者の臨床像が非常に多彩であったため、その現象を説明するひとつの可能性としてGCAP2変異が視細胞変性の進行を修飾する因子として働き、患者個人個人でその重要度が異なるのではないかとの仮説を立てた。本研究においては実験的に動物でGCAP2異常状態を作成し、網膜光傷害におよぼすGCAP2異常の影響として解析することとした。そしてGCAP2異常状態としてトランスジェニック動物とRNA干渉法の2通りを考案した。初年度はトランスジェニック動物作成の前段階としての遺伝子変異DNAの作成とin vivo(網膜硝子体)でのRNA干渉の効果について基礎実験を行っている。具体的にはsiRNAを動物の硝子体中に注入し網膜への効果を観察している段階である。
オルソロガスクラスターを用いた新規系統樹作成法の開発とシアノバクテリアの系統解析

・系統樹の同一判定プログラムの改良本研究ではゲノム配列が決定している生物を対象とし、それらの生物の全てのORFを用いて可能な限り多くのオーソログの系統樹を作成し、その系統樹同士の形を比較し、最も多くの系統樹によって樹形が支持される系統樹を検出した。改良前のプログラムでは、各分岐点における支持率を計算していなかったため、各分岐点における支持率を把握できなかった。今回の改良では、比較元の系統樹のある分岐点の分岐パターンと比較対象の系統樹の分岐点の分岐パターンを比較し、矛盾していない分岐点を持つ数を各分岐点ごとにカウントした。また、本解析では比較するOTUの数は系統樹によってまちまちなので、分岐点を比較する際、比較すべきOTUが揃わない事がある。よって、比較すべきOTUが揃った回数で分岐パターンが一致した回数を割ることにより、分岐点の評価の向上を試みた。この支持率をブートストラップ検定の結果と比較した。また、各分岐点の支持率が最大になる系統樹を探索し、全てのオーソログの連結系統樹と比較した。・進化シミュレーションによる方法の評価Simprotを用いて進化シミュレーションを行い、本解析法の精度を確認した。シミュレーションの基準は以下に示すとおりである。1.アミノ酸長は解析に用いたオーソログの平均値を用いた。2.初期モデル系統樹には全てのオーソログの連結系統樹を用いた。3.アミノ酸置換行列にはJTTモデルを採用した。・オルソロガス遺伝子クラスターデータセットの作成及びその改良NCBI (National Center for Biotechnology Information:米国)のCOG (Clusters of Orthologous Groups)データベースを元にオルソロガス遺伝子クラスターデータセットを作製した。このデータセットでは遺伝子水平移行と予想される遺伝子群を除く等、独自の基準を設けている。しかし、そのあとのマルチプルアラインメントの一部に問題があることが明らかになったため、データセットの改良を進めている。・上記のデータセットを用いたマルチプルアラインメントの作製と系統樹の作製データセットに含まれる全てのORFについてclustalwを用いてマルチプルアラインメントを行なった。その結果から、ギャップの入ったサイトを様々なパターンで除去し、互いの結果を比較した。しかし、同一COGに含まれる遺伝子間の相同性が低いため、正しいマルチプルアラインメントの結果が得られなかった。したがって、マルチプルアラインメントの結果を用いて作製された系統樹も問題がある。・系統樹の同一判定プログラムの開発系統樹同士の形を比較し、最も良く現われる系統樹を検出するために系統樹の同一判定プログラムを開発した。このプログラムにより従来出来なかった、OTUの数や種類が異なる系統樹間の比較が可能になった。この比較により、互いに矛盾しない系統樹数を個々の系統樹について算出することも出来る。近年、世界の各地で様々な生物のゲノムプロジェクトが進行し、その生物が持つ全てのタンパク質のアミノ酸配列を推定出来るようになった。また、様々な生物に共通して存在するオーソログを検出し、その系統関係を調べることが出来る環境が整いつつある。一方、遠縁の生物間の系統関係、たとえば真正細菌の全体の系統樹や古細菌と真正細菌の関係などは単一の分子配列を行った解析では信頼性の問題で限界があった。より多くの遺伝子データが利用可能になった今、それを活用して今まで決められなかった系統関係を明らかにすることには意義がある。本解析では、まずゲノムプロジェクトが終了している生物(現在分かっている原核生物のすべての門より一種ずつ選んだ17種、)の推定されている全てのオーソログを用いて系統樹を作成した。このとき、よりよいオーソログセットの候補を選別するために、MBGD(MicroBiol Genome Database)より得たデータセットを用いてマルチプルアライメントを行い、その編集を行った。比較する系統樹の生物種と数が同じ場合の比較プログラムは以前から広く使われてきたが、異なる場合の比較プログラムは存在しなかったので、新に自動で樹形比較するためのプログラムを開発した。そして得られたの系統樹の比較を行い、最も矛盾しない樹形を持つ系統樹を多く持つ系統樹を検出した。現在、それぞれの枝の分岐パターンの重要性を統計的に評価するプログラムを開発中であり、これを適応することで信頼性の高い種の系統樹を得ることができると考えている。

1.アミノ酸長は解析に用いたオーソログの平均値を用いた。2.初期モデル系統樹には全てのオーソログの連結系統樹を用いた。3.アミノ酸置換行列にはJTTモデルを採用した。
トキソプラズマ原虫の急性感染および潜伏感染における宿主細胞制御の解明

トキソプラズマ原虫は宿主との境界である寄生胞膜を、潜伏感染期特異的にさらに嚢虫壁(シスト壁)と呼ばれる構造体で裏打ちして宿主と隔てられる。本年度の研究では潜伏感染時に宿主との相互作用を変化させる要因として原虫の形成するシスト壁に注目し、この形成を調節する原虫因子の同定および制御機序の解析を行った。cAMPシグナルがシスト壁形成において両方向の制御を担っていることが既報で示唆されており、本研究ではProtein Kinase A (PKA)ファミリーのうち、Toxoplasma gondii PKA catalytic subunit 3 (TgPKAc3)がシスト壁形成の抑制方向のシグナルを制御していることを明らかにした。TgPKAc3がどのようにシスト壁形成を制御しているかを明らかにするために、免疫沈降法にて相互作用因子の同定を行った。ヒットしたタンパク質の中で、典型的なPKA基質配列を持った遺伝子を絞り込んだところ、Glycogen Phosphorylaseと相同なタンパク質(TgGP1)が見つかったため、この因子の解析を進めた。TgGP1ノックアウト原虫およびリン酸化されないTgGP1S25Aでは原虫細胞はAmylopectinを過剰に貯留し、TgGP1遺伝子が機能的であることおよびリン酸化位置が重要な役割を担っていることが明らかになった。リン酸化状態であるTgGP1S25Eでは野生型原虫細胞がAmylopectinを貯留する潜伏感染期においてもAmylopectin貯留が非常に少ないことがわかった。潜伏感染に至った原虫は厚いシスト壁を形成してしまい、宿主からのエネルギー獲得に不利益が生じると考えられる。TgPKAc3によるTgGP1の制御はシスト壁の生成とアミロペクチンとしてのエネルギー貯蔵が調和を持って制御されている仕組みの一つであると示唆された。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。1潜伏感染誘導効果を効率よく評価できる実験系の確立。急性⇔潜伏感染の状態変化を効率的に評価する系をルシフェラーゼシステムにより測定する系を確立した。また、この系を用いて、潜伏感染期状態を誘導もしくは、誘導阻害する影響因子について、低分子化合物ライブラリのスクリーニングの進めている。2潜伏感染と急性感染を同じ培養条件で示す原虫株の開発トキソプラズマ原虫の潜伏感染および急性感染における宿主細胞制御を明らかにするには、同じ培養条件下で急性感染で増殖する原虫株(甲)と潜伏感染で増殖する原虫株(乙)の影響を比較することが重要である。甲株については従来の研究室株を用いればよいが、乙株については、これまで報告されていない。TgMAPK1を阻害することで、潜伏感染状態の遺伝子発現が亢進することを利用して、TgMAPK1遺伝子の阻害を行える原虫株を乙株とするために作製した。この株を用いたTgMAPK1の詳細な解析により原虫の細胞分裂様式の制御に必要であることが分かった。また細胞分裂の制御が崩れている原虫は自然状態の潜伏感染状態を模しているとはいえないため、代替となる乙株の作成を検討した。cAMPシグナルが潜伏感染および急性感染の切り替えに関与している先行研究を参考にし、トキソプラズマ原虫におけるcAMP依存性プロテインキナーゼ(TgPKA)について解析および、ノックアウト原虫作成を行った。トキソプラズマ原虫が保有する3つのTgPKAのうち、TgPKA1のノックアウト原虫においてストレス刺激がない中でシスト壁を形成する組み換え原虫を得ている。これは、シスト壁というブラディゾイトを決定づける特徴に伴った宿主原虫の相互作用の解析には非常に有用である道具である。

TgPKAc3によるTgGP1の制御はシスト壁の生成とアミロペクチンとしてのエネルギー貯蔵が調和を持って制御されている仕組みの一つであると示唆された。本年度の研究計画において1本研究においては、原虫の潜伏感染を効率的に評価できる系の確立2宿主細胞の培養条件に変化を与えずに、原虫に潜伏感染を誘導できる系以上の2つの確立を目指した。1については、急性⇔潜伏感染の状態変化を効率的に評価する系をルシフェラーゼシステムにより測定する系を確立しており、課題が計画通りに進展している。さらに確立した系を用いて、潜伏感染期状態を誘導もしくは、誘導阻害する影響因子について、低分子化合物ライブラリのスクリーニングを進めており、次年度以降の計画を先取りして推し進めている。2については、当初使用する予定であった、TgMAPK1遺伝子の阻害ができる原虫株において、TgMAPK1が潜伏感染への制御以外に原虫の細胞分裂様式の制御に必要であることが分かった。細胞分裂の制御が崩れている原虫は自然状態の潜伏感染状態を模しているとはいえないため、代替となる原虫株の作成を進めた。cAMPシグナルが潜伏感染および急性感染の切り替えに関与している先行研究を参考にし、トキソプラズマ原虫におけるcAMP依存性プロテインキナーゼ(TgPKA)について解析および、ノックアウト原虫作成を行った。トキソプラズマ原虫が保有する3つのTgPKAのうち、TgPKA1のノックアウト原虫においてストレス刺激がない中でシスト壁を形成する組み換え原虫を得ている。この株を用いることで、急性感染および潜伏感染時の原虫が果たす宿主への影響を培養条件を変化させることなく観察ができる。今年度達成する計画が順調に進んていると言える。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。潜伏感染に影響を与えるシグナルの推定を行うために、潜伏感染の評価が迅速に行えるレポーター原虫を用いて、低分子化合物ライブラリをスクリーニングし、潜伏感染を誘導する化合物の同定を目指す。TgPKA1ノックアウト原虫において観察された潜伏感染制御の崩れが、TgPKA1の活性に由来するものであるのかを確認するために、TgPKA1相補原虫を作製し、性状を確認する。シスト壁の構築が通常の潜伏感染をどの程度摸しているのかを評価するために、TgPKA1ノックアウト原虫および親株の遺伝子発現変動についてRNA-seq法にて解析を行う。TgPKA1以外のPKAシグナルの影響を解析するために、TgPKA2およびTgPKA3についてもノックアウト原虫の解析を進めていく。TgPKA1ノックアウト原虫においては、シスト壁が通常の培養条件で検出されており、宿主と寄生虫との間のインターフェースが急性感染時と異なることが予想される。シスト壁を介した潜伏感染時の宿主間原虫相互作用の解析を行うために、親株およびTgPKA1ノックアウト株感染時の宿主細胞の遺伝子発現変動についても解析を進める。これまでの研究にてcAMPシグナルの経路においてTgPKA1が潜伏感染と急性感染の制御を担うことを明らかにしているが、その分子機序は明らかにはなっていない。TgPKA1の下流シグナルを明らかにするために、PKAの基質配列を認識する抗体で免疫沈降したペプチドを用いた解析を用いる。
炭化ケイ素系繊維/ムライト界面でのグラファイトの生成と機能

Si-Ti-C-O非晶質繊維をムライトマトリックスに入れ、窒素雰囲気中で加圧焼結すると繊維の熱分解が抑制され、その界面にグラファイト層が形成される。これにより熱的、力学的特性の差に基づく複合材の内部応力が緩和され、繊維の引き抜きが促進されると期待される。一方、同積層材にノッチを入れると非線形破壊挙動を示し、構造材料としての信頼性に優れている。しかし、繊維の体積率が増すと(1)破壊強度が低下し、(2)織物層の湾曲が生じて織物/ムライト層間の剥離が生じる。脆性材料の強度は材料内の残留応力と初期欠陥に依存する。本研究ではビッカース圧痕法を用い、上記積層材における残留応力を測定し、弾性論による評価値と比較した。この結果、層方向の残留応力成分は積層理論による評価値と一致した。一方、積層理論では予想されない、層に垂直な不均一応力分布が存在し、これは織物層の曲げによる内部応力形成のモデルにより説明できる。この方向に残存する引張り応力は繊維層に近いほど大きくなった。層に垂直な方向に残存する圧縮応力は繊維層に近付くと引張り応力に転じた。織物繊維強化積層材では、一軸配向材と比較して大きな引張り残留応力が認められた。また、この積層材の破壊確率をセラミックスの強度統計理論に基づいた信頼性評価プログラムにて計算した結果、線形破壊した積層材の焼成残留応力を考慮したFEM応力解析結果を用いれば、ワイプル統計によって整理できることが示唆された。さらに、繊維とマトリックスの熱膨張係数の接近と界面への応力緩和機構の導入をめざし、Si-Ti-C-O非晶質繊維織物/ムライト積層体に繊維前駆体のポリチタノカルボシラン溶液を含浸し、無機化合物へ熱分解させるプロセスについても検討を行った。するとこの材料は高い破壊エネルギーを有し、繊維/マトリックス界面相の生成に原料繊維表面相が影響していると考えれられた。
早産の原因の一つ、ウレアプラズマの子宮胎内感染と胎児への影響のメカニズムの解明

わが国での早産率は約6%で、早産児は呼吸器障害、神経障害などの合併症を伴うことがある。その原因の約半数に細菌感染や、病理的な絨毛膜羊膜炎(CAM)が認められる。流早産胎盤におけるUreaplasma spp.の分離頻度は42%であり、CAMの起因微生物として最も重要な細菌の一つである。今回の研究でU. parvumは細胞にクラスリン依存性のエンドサイトーシスで侵入し、初期エンドソームから後期エンドソームへと移動している事が明らかになった。感染細胞では細胞の増殖抑制が引き起こされており、U. parvumに感染した細胞ではミトコンドリアの構造異常とROSの産生が上昇している事も示された。わが国では年間6万人余りが早産(妊娠22週から37週未満)で出生し、早産率は約6%である。早産児は呼吸器障害、神経障害などの合併症を伴うことがあるが、その原因の約半数に細菌感染や、病理的な絨毛膜羊膜炎(CAM)が認められる。感染性早産は臨床的に抗菌薬の効果は低くその制御は今尚困難である。当センター流早産胎盤におけるUreaplasma spp.の分離頻度は42%であり、CAMの起因微生物として最も重要な細菌の一つである(Namba et al., Ped Res, 2010)。今回の検討でUreaplasma parvum (U. p.)は感染後、宿主細胞内で主に核周囲に局在し、感染後1週間の検討では宿主細胞内で増殖し通性細胞内寄生細菌としての性質を示した。また、U. p.は、宿主細胞にクラスリン依存性のエンドサイトーシスで取り込まれ、初期エンドソームや後期エンドソームと共局在した。エンドサイトーシス阻害剤を用いるとU. p.の細胞内侵入が抑制された。感染したHeLa細胞では、ミトコンドリア構造異常が観察され、またROSの産生も増加していた。このことは、宿主側細胞は従来常在菌とも言われていたU. p.を何らかの方法でU. p.を感知し、ROSを動員して対抗していることを示唆している。今回の検討で宿主細胞内に取り込まれたUreaplasma parvum (U. p.)はクラスリン依存性のエンドサイトーシスで取り込まれ、初期エンドソームを通って後期エンドソームに局在しているのが観察された。細胞内に侵入したU. p.は時間の経過とともに核周囲に集積しているのが観察された。感染細胞の増殖速度について調べたところ、非感染細胞よりも感染細胞で増殖速度が抑えられている結果が得られた。これらの結果は、以前に感染細胞でミトコンドリアの構造異常やROSの産生が上昇していた結果からU. p.が感染することで細胞に傷害を与え、増殖速度が抑えられていると考えられる。さらに、リサイクリングエンドソームのマーカーであるRab11との関係について調べたところ、U. p.とRab11の共局在が観察された。これらの結果から細胞内に侵入したU. p.はエンドソームによって核周囲に運ばれ、リサイクリングエンドソームによって細胞膜まで移動している事が示唆された。わが国での早産率は約6%である。早産は感染により惹起された胎盤局所の炎症によるサイトカイン産生が子宮収縮を引き起こすことが知られている。CAMの起因微生物としてUreaplasma spp.の重要性を見出してきたが、Ureaplasma spp.はマイコプラズマ科に属するヒト病原細菌でβラクタム系の抗菌薬が無効であり、子宮内におけるサイトカインストームの抑制は困難である。大阪府立母子保健総合医療センターでの流早産胎盤におけるUreaplasma spp.の分離頻度は42%であり、わが国の周産期医療現場で最も重要な細菌感染症の一つといえる(Namba et al., Ped Res, 2010)。

近年、Ureaplasmaが細胞内で生存しているとの報告があるが、その細胞内増殖性については未だ議論の分かれるところである(Marques L. M. et al., BMC Microbiol 2010)。本研究ではUreaplasmaの細胞内取り込み機構と細胞内動態解析を行い、感染した宿主細胞内でのUreaplasmaの挙動について調べた。Ureaplasmaは感染後、宿主細胞内で核周囲に集積することが示された。クラスリンの機能阻害やsiRNAの実験結果からUreaplasmaは、宿主細胞にクラスリン依存性のエンドサイトーシスで取り込まれ、一部はERやGolgiに到達していると考えられた。クラスリン依存性のエンドサイトーシスの阻害薬であるCPZがUreaplasma細胞内侵入の予防薬としての可能性を示す結果であったが、応用にはさらなる研究が必要である。早産児由来のU. p.臨床分離株の細胞への侵入メカニズムについて調べた。蛍光DilラベルしたU. p.は感染後3時間で、宿主細胞内で核周囲に集積することが示された。U. p.の細胞内への取り込みは、蛍光免疫染色、阻害剤やsiRNA等の実験により宿主細胞にクラスリン依存性のエンドサイトーシスで取り込まれていることを明らかにした。宿主細胞内に取り込まれたU. p.の細胞内動態解析を行ったところ、初期エンドソームのマーカーであるEEA1と共局在している事が示された。さらに後期エンドソームとの局在について明らかにする為に後期エンドソームのマーカーであるrab7遺伝子のクローニングを行いEGFP-Rab7が安定発現する細胞株を樹立し、U. p.との関係について観察を行った。その結果U. p.はRab7と共局在している事が示され、さらにLAMP1とも共局在している事がしている事が明らかになった。この結果は宿主細胞内に侵入したU. p.は初期エンドソームから後期エンドソームに移動している事を示唆した。In vitro実験において、エンドサイトーシス阻害剤(chlorpromazine)はU. p.の細胞内侵入を抑制し、本感染症制御の可能性を示唆した。また、宿主細胞内に取り込まれた蛍光ラベルしていないU. p.を透過型電子顕微鏡で観察したところ、蛍光顕微鏡観察で認められた蛍光ラベルしたU. p.と同様に宿主細胞の核周囲に局在し、また細胞内小器官の観察ではミトコンドリアの膨化やクリステの構造異常が認められた。さらに、感染細胞におけるROSの産生について調べたところ、U. p.感染細胞ではROSの産生が増加している事が明らかとなった。ウレアプラズマの細胞への侵入メカニズムについて調べる為に、ウレアプラズマの細胞膜を蛍光ラベルし培養細胞へ感染させどのようにして細胞に侵入していくかを明らかにした。蛍光ラベルしたウレアプラズマは感染させてから0.5時間で細胞内に侵入していることが明らかになり、経時的に核周囲にウレアプラズマが集積しているのが観察された。また感染した細胞の生存率についても調べたところ、ウレアプラズマが感染した細胞はコントロール細胞に比べ細胞数が減少していた。ウレアプラズマの細胞への侵入経路について調べたところ、ウレアプラズマはクラスリン依存性のエンドサイトーシス由来の経路で細胞内に取り込まれていることが示された。さらに、ウレアプラズマのクラスリン依存性のエンドサイトーシスによる細胞内小器官への移動について調べたところ、一部のウレアプラズマは小胞体とゴルジ体との局在が一致していた。
イネ科S-Z型自家不和合性の分子機構の解明

イネ科植物の自家不和合性には独立二遺伝子座(S、Z)支配のユニークな遺伝機構が見出されている。本研究では、オオムギ野生種(Hordeum bulbosum)において、未知の花粉側(雄性)S遺伝子の単離・同定を目的とした。すでに同定された雌ずい側(雌性)S遺伝子のオルソログ(相同遺伝子)を基点として、オオムギおよびコムギのゲノムデータベースを解析し、S遺伝子座相同ゲノム領域の境界範囲を明らかにした。最終的に、この境界範囲内に存在するオオムギ野生種オルソログの中から、雌性S遺伝子との物理的連鎖、配列多型性、花粉優先的発現パターンなどに基づき、花粉側S遺伝子のきわめて有力な候補を同定した。オオムギ近縁野生種Hordeum bulbosumにおいて、花粉と雌ずいのトランスクリプトーム比較解析を行うことで、花粉側S遺伝子候補のスクリーニングを試みた。雌ずいおよび花粉のトランスクリプトームデータから得られた計48,589個のコンティグのうち、花粉特異的コンティグとして11,924個が選抜された。このうち、Sハプロタイプ特異的コンティグとして1,553個(S1特異的632個、S3特異的921個)が選抜され、これらを予測コードタンパク質別にみると、トランスポゾン様配列を除き、874種類にグループ化された。花粉側S遺伝子候補のスクリーニングには、まず花粉のS1およびS3特異的コンティグのうち、それぞれリード比上位50番以内のコンティグを対象として推定アミノ酸配列の比較解析を行った。これら100個のコンティグのうち、S1、S3ハプロタイプ間で相同なコンティグが15種類(計30コンティグ)認められた。その他70個のコンティグのうち、41個は他方のSハプロタイプのリード比50番目以降に相同なコンティグが存在し、残りの29個は一つのSハプロタイプに特異的であった。これらリード比上位のコンティグの予測タンパク質の中には、タンパク質間相互作用ドメインを含む膜アンカー型タンパク質や種々のレセプター様プロテインキナーゼなど、自家不和合性認識反応への関与が期待されるものが見出された。オオムギ近縁野生種Hordeum bulbosumにおいて、前年度までに花粉と雌ずいのトランスクリプトーム比較解析によって、S1およびS3ハプロタイプ特異的花粉発現コンティグのそれぞれリード比上位50番以内のコンティグを花粉側S遺伝子候補としてスクリーニングした。これらのうち、配列多型可能性、花粉発現特異性、推定座乗染色体(S遺伝子座との仮想連鎖)、推定コードタンパク質の分類・機能などの観点から、8つのコンティグを花粉側S遺伝子の候補としてさらに絞り込んだ。これらのコンティグにおいて、S1, S3両ハプロタイプの対立遺伝子の全長配列を決定し、推定アミノ酸配列の比較解析を行った。次に、イネ科の他の2つの自家不和合性種(ライムギおよびペレニアルライグラス)において、オオムギ野生種の雌蕊側S遺伝子(HPS10)オルソログの同定に成功した。これらのハプロタイプ間多型性および雌蕊特異的発現性から、HPS10遺伝子がイネ科共通の雌蕊側S遺伝子であることが強く裏付けられた。一方、自家和合性のコムギとその近縁種のHPS10オルソログには品種・系統間でほとんど多型性のないことを発見し、この雌蕊側S遺伝子オルソログを基点として、コムギとその近縁種ゲノムにおけるシンテニー領域を同定した。本研究では、雌性S決定因子(HPS10)の同定に続き、オオムギ野生種の花粉側(雄性)S遺伝子の単離・同定を達成し、雌雄S決定因子間の自他(ハプロタイプ特異的)認識機構を明らかにすることを目的としている。本年度は、花粉トランスクリプトームからの花粉側S遺伝子候補の絞り込みをさらに進めることができた。ただし、当初計画した機能証明実験に供するほど有力な最終候補遺伝子の特定には到っていない。一方、第二の研究目的として掲げた、オオムギ野生種で同定した雌蕊側S遺伝子がイネ科共通の自家不和合性遺伝子であることの検証には大きな進展が得られた。ライムギおよびイタリアンライグラスにおける多型性HPS10オルソログの同定は、イネ科全体の自家不和合性研究を加速させるきわめて重要な成果と考えられる。オオムギ近縁野生種Hordeum bulbosumにおいて、前年度までに、花粉と雌蕊のトランスクリプトーム比較解析によってスクリーニングし、花粉発現特異性、推定座乗染色体(S遺伝子座との仮想連鎖)、推定コードタンパク質の分類・機能などの観点から花粉側S遺伝子候補を絞り込んだ。これらの遺伝子の概ね全長領域について、S1, S3ハプロタイプの対立遺伝子配列・推定アミノ酸配列を比較したが、S遺伝子の認識特異性をもたらすような高度なハプロタイプ間多型性を示す候補遺伝子は見出されなかった。さらに、アセンブル精度の向上したオオムギ(栽培種H. vulgare)の未公開ゲノム配列を用いて、当該候補遺伝子のマッピングを行った結果、オオムギ1H染色体上のS遺伝子座相同領域の範囲内に座乗すると予測される候補遺伝子は存在しなかった。以上の結果から、オオムギ野生種のトランスクリプトーム解析より得られた候補遺伝子は花粉側S遺伝子ではない公算が高いと考えられた。

本年度の研究過程において、オオムギ野生種においてこれまでに獲得した花粉側S遺伝子候補のゲノム位置情報の再解析の結果、当初の想定に反し、S遺伝子座領域内に座乗する候補遺伝子が存在しないことが判明した。当初申請計画では、本年度(最終年度)までに、花粉側S遺伝子候補の機能証明実験を実施し、当該遺伝子の同定を達成する見込みであったが、再度新たな花粉側S遺伝子候補を探索する必要が生じている。一方、雌蕊側S遺伝子の解析においては、オオムギ野生種で同定したHPS10遺伝子がイネ科共通の雌蕊側S遺伝子であることが強く裏付けられ、順調な進展が得られている。これまでの解析から、オオムギ野生種(Hordeum bulbosum)で同定した雌蕊側S遺伝子(HPS10)が、イネ科共通の自家不和合性遺伝子であることが強く裏付けられた。この雌蕊側S遺伝子オルソログを基点として、オオムギ(H. vulgare)およびコムギ(Triticum aestivum)において新たに整備・公開されたゲノムデータベースの塩基配列情報を用いて、S遺伝子座とシンテニー関係を示す領域を解析した。さらに、自家不和合性のイネ科牧草ペレニアルライグラス(Lolium perenne)において精密マッピングにより特定されたS遺伝子座境界ゲノム領域の新情報を参照することで、オオムギ1H染色体、ならびにコムギ1A、1Bおよび1D染色体におけるS遺伝子座相同ゲノム領域の境界範囲を明らかにすることに成功した。次に、遺伝子の比較解析から、このS遺伝子座の境界範囲内に共通に存在する一遺伝子のオオムギ野生種オルソログが、花粉側S遺伝子の有力候補として選抜された。この候補遺伝子は、雌蕊側S遺伝子(HPS10)に隣接して存在することに加え、Sハプロタイプ間で高い配列多型性を示す可変領域を有すること、および花粉優先的な発現を示すことから、花粉側S遺伝子の要件を満たすことが確認された。最後に、この候補遺伝子が自家不和合性の認識特異性を決定するかどうかを明らかにするため、花粉バイオアッセイ法を用いた機能証明実験の検討を行い、花粉側S遺伝子であることを支持する予備的データを得た。イネ科植物の自家不和合性には独立二遺伝子座(S、Z)支配のユニークな遺伝機構が見出されている。本研究では、オオムギ野生種(Hordeum bulbosum)において、未知の花粉側(雄性)S遺伝子の単離・同定を目的とした。すでに同定された雌ずい側(雌性)S遺伝子のオルソログ(相同遺伝子)を基点として、オオムギおよびコムギのゲノムデータベースを解析し、S遺伝子座相同ゲノム領域の境界範囲を明らかにした。最終的に、この境界範囲内に存在するオオムギ野生種オルソログの中から、雌性S遺伝子との物理的連鎖、配列多型性、花粉優先的発現パターンなどに基づき、花粉側S遺伝子のきわめて有力な候補を同定した。本研究では、雌性S決定因子(HPS10)の同定に続き、オオムギ野生種の花粉側(雄性)S遺伝子の単離・同定を達成し、雌雄S決定因子間の自他(ハプロタイプ特異的)認識機構を明らかにすることを目的としている。本年度実施した花粉と雌ずいの比較トランスクリプトーム解析から、Sハプロタイプ特異的な花粉発現遺伝子(コンティグ)をリスト化でき、この中には有望な花粉側S遺伝子候補が含まれていると予測される。第二の研究目的として、オオムギ野生種で同定されたS遺伝子が他のイネ科自家不和合性種においてもS決定因子の要件を満たすかどうかの検証がある。
アフリカの理科と数学における関数的考え方の文脈依存性改善に関する実証的研究

TICADを踏まえた安倍イニシアティブでは,アフリカの成長を担う人材育成が注目されており,理数科教育が果たす役割は大きい.本研究では,ザンビア中等教育における理科と数学における関数的考え方の違いによる文脈依存性を乗り越えるための授業を開発し,両教科の学力の向上を目指す.昨年度の理論的考察の結果を踏まえ,今年度は,文脈依存性と学習方略との関連性に関する実態調査,国民学校理数科における理科と数学を関連付けた授業の考察,ザンビア共和国の教員を対象とした理科と数学の関連付けの実態調査を行った.文脈依存性と学習方略との関連性を明らかにするために,ザンビア共和国の公立高等学校5校に在籍する第12学年の生徒計535名に対して,出題の文脈は理科と数学で異なるが数値と解法は同一の問題とPISA2003における14項目から成る学習方略の質問紙を実施した.調査の結果,各生徒群によって使用する学習方略が異なることが浮かび上がった.さらに,文脈依存性を乗り越えるための一方策として,多様な学習方略を用いることが有効であることが示唆された.次に我が国の教育制度上,教科の統合を行った国民学校理数科に着目し,理科と数学を関連付ける際に考慮すべき点を考察した.その結果,1理数科の統合原理,2理数科の指導理念,3理数科の編成,4理数科の実践について考察を行う必要があることが浮かび上がった.さらに,アフリカにおいて授業開発を実施するには,現地教員の協力が必要不可欠である.そこで,ザンビア共和国の理科と数学の教員を対象として,理科と数学の概念のつながりの調査と,理科と数学の関連付けに関する意識調査を行った.その結果,教授歴が長くなるにつれて教科間のつながりに気づきにくくなることが浮かび上がった.したがって,理科と数学を関連付けた授業を実施するには,両教科の教員の協働が必要であることが浮き彫りとなった.27年度が最終年度であるため、記入しない。27年度が最終年度であるため、記入しない。TICADを踏まえた安倍イニシアティブでは,アフリカの成長を担う人材育成が注目されており,理数科教育が果たす役割は大きい.本研究では,ザンビア中等教育における理科と数学における関数的考え方の違いによる文脈依存性を乗り越えるための授業を開発し,両教科の学力の向上を目指す.申請者は,ザンビアの生徒が,理科と数学における出題の文脈の違いによって異なった解答をし,一方の文脈でのみ正答すること(文脈依存性)を明らかにした.さらにその要因として(1)両教科で指導される公式の違い,(2)両教科での関数的考え方の違いを突き止めた.これまでの研究から要因(1)に対する指導法は知られているが,要因(2)に対する指導法は依然報告されていない.今年度は関数的考え方における文脈依存性を乗り越えるための授業を開発する上での基盤となる,理科と数学の関連付けの理論的考察と生徒の実態把握を行った.科学哲学者ポパーの3世界理論と客観的知識の成長過程を手掛かりとした科学と数学の特徴として,科学では思考(世界2)を介した世界1と世界3の相互作用によって,より洗練された暫定的理論(世界3)と問題(世界1)が生み出され,他方数学においては,思考(世界2)を介した世界3内での相互作用によって,より洗練された暫定的理論(世界3)と問題(世界3)が生み出されていくことが明らかとなった.さらに,関数領域に焦点を当てた理科と数学の特徴として,理科では関数の内容や考え方を用いる対象として,物理的対象の世界(世界1)が重視されており,数学ではその対象として客観的知識の世界(世界3)が重視されていることが浮かび上がった.ザンビアの生徒の実態把握として,達成度と概念のつながりと文脈依存性の調査を実施した.その結果,両教科の関連付けを促進するために,概念を形成するための指導の工夫と共通性を見出す働きかけが必要なことが浮き彫りとなった.TICADを踏まえた安倍イニシアティブでは,アフリカの成長を担う人材育成が注目されており,理数科教育が果たす役割は大きい.本研究では,ザンビア中等教育における理科と数学における関数的考え方の違いによる文脈依存性を乗り越えるための授業を開発し,両教科の学力の向上を目指す.昨年度の理論的考察の結果を踏まえ,今年度は,文脈依存性と学習方略との関連性に関する実態調査,国民学校理数科における理科と数学を関連付けた授業の考察,ザンビア共和国の教員を対象とした理科と数学の関連付けの実態調査を行った.文脈依存性と学習方略との関連性を明らかにするために,ザンビア共和国の公立高等学校5校に在籍する第12学年の生徒計535名に対して,出題の文脈は理科と数学で異なるが数値と解法は同一の問題とPISA2003における14項目から成る学習方略の質問紙を実施した.調査の結果,各生徒群によって使用する学習方略が異なることが浮かび上がった.さらに,文脈依存性を乗り越えるための一方策として,多様な学習方略を用いることが有効であることが示唆された.次に我が国の教育制度上,教科の統合を行った国民学校理数科に着目し,理科と数学を関連付ける際に考慮すべき点を考察した.その結果,1理数科の統合原理,2理数科の指導理念,3理数科の編成,4理数科の実践について考察を行う必要があることが浮かび上がった.さらに,アフリカにおいて授業開発を実施するには,現地教員の協力が必要不可欠である.そこで,ザンビア共和国の理科と数学の教員を対象として,理科と数学の概念のつながりの調査と,理科と数学の関連付けに関する意識調査を行った.

その結果,教授歴が長くなるにつれて教科間のつながりに気づきにくくなることが浮かび上がった.したがって,理科と数学を関連付けた授業を実施するには,両教科の教員の協働が必要であることが浮き彫りとなった.ザンビア共和国における現地調査において、学校が突然休みになったり、生徒が退学になったり等、予期せぬ事態に直面し、計画以上に時間がかかってしまった。27年度が最終年度であるため、記入しない。初期の計画通り、教材開発を進めると共に、個別探究及び他者との協同を通した授業実践とその効果を測定する。
降雨の作用を受ける補強土構造物の耐震性能評価に関する研究

本研究では,降雨浸透を受ける補強土壁の地震時性能を評価するために,遠心力場加振実験を実施した。その結果,裏込め地盤内の締固め密度が実地盤より小さく,かつ地下水位が高いにもかかわらず,地震時変形量は小さく,この種の補強土壁の耐震性が高いことが確認できた。特に,施工時にはタイバーに緊張力を作用させて補強領域を拘束することが重要であることが分かった。また,排水補強パイプによるメンテナンスを想定したモデル実験では,排水効果による壁面近傍の水位低下効果によって,地震時の変形量を小さく抑えることができた。一般に,補強土構造物は耐震性が高いと言われていたが,設計・施工時の不備が長期的に顕在化して,浸透した雨水を適切に排除できない状態で地震動を受けると,時に修復さえ不可能な大変形に至ることが報告されている。土構造物の設計が性能規定型に移行しつつある中で,長期的なこの種の構造物の性能を示すことは重要である。本研究では,遠心力場加振実験により,降雨浸透を受けるアンカー式補強土壁の地震時性能を検証した。この際,盛土表層から飽和領域が拡大するような時間雨量100mmの豪雨と,盛土内に浸透流が発生するような長期的降雨の2つのタイプの降雨を再現した。なお,遠心力場における浸透現象を適切に再現するために,間隙流体の粘性を調節しており,地震動は振幅2m/sec2程度,周波数1Hzの正弦波を20波与えている。豪雨タイプでは,最上部の補強材をたるみの影響を調べることとし,浸透流タイプでは,盛土の締固め密度を変化させて液状化現象の再現を試みた。これらの一連の模型実験の結果,降雨浸透を受けている補強土壁の耐震性は低くないことが改めて確認された。すなわち,相対密度75%程度でしか締め固めていない裏込め地盤が地下水を有していても,壁面の倒れが3.7%程度であった。一方で,表層から飽和度が拡大するような豪雨浸透を受ける場合は,最上部の土被り圧の小さな補強材設置層で,補強材にたるみがあると適切な補強効果を発揮できずに,変形の要因になることを指摘した。また,地下水を有する場合,裏込め地盤の締固め度が適切でなければ,地震時の過剰間隙水圧増加に伴う補強効果の低下によって,大変形に至ることが明らかになった。本研究では,降雨の作用を受けるアンカー式補強土壁の耐震性能を調べるために,地下水が高い状態にある補強土壁の地震時挙動に関する遠心力場振動台実験を実施した。裏込め地盤には豊浦砂を採用し,湿潤締固め法により相対密度が40,65%になるように模型地盤を作製した。これらの実験結果より,裏込め地盤密度が通常の施工と比較して極端に小さくても,アンカープレートの引抜きが生じずに,アンカープレートと壁面材で挟まれる補強領域が一体となって挙動することが分かった。このことから,補強土壁の耐震性が高いことが改めて確認できた。また,相対密度40%で作製した模型地盤に排水パイプをモデリングした不織布を挿入した実験ケースでは,排水効果による壁面パネル近傍の水位低下効果とこれに伴う壁面土圧の抑制を確認することができた。この場合,低下した地下水の分だけ補強領域の自重が軽くなるため,地震時の慣性力が小さくなることから,地震時の変形が小さく抑えられた。このことから,補強土壁の維持管理のための排水パイプの重要性を指摘した。一方,補強土壁の地震時性能をさらに詳細に検討するため,橋台取付け部に採用されるような両面壁を対象とした遠心力場加振実験を行った。ここでは,道路幅員によって,アンカープレートの位置が交差したり,タイバーを緊結したりするケースを想定し,補強領域が独立する通常のタイプとの挙動の違いを検証した。実験の結果,タイバーを緊結したケースでの変形は確認できなかった。独立式では,やはりアンカープレートの引抜きが観察されず,補強領域が一体となって滑動したことが観察された。このことは,補強領域が交差する場合は変形が抑えられることを示唆するが,実験結果はその通りとなった。また,アンカープレートが交差する長さを変えてみても,地震時挙動に大きな違いは見られず,補強領域が結合するような効果を指摘した。昨年度,計画通以上に進んだため,今年度は対策工の検証まで行うことができた。さらに,両面壁を対象にした実験では,地震時挙動を詳細に検証することができた。以上のことから,当初の計画以上に進展している。本研究では,降雨の作用を受けるアンカー式補強土壁の耐震性能を調べるために,地下水が高い状態にある補強土壁の遠心力場振動台実験を実施した。裏込め地盤には,豊浦砂を採用し,湿潤締固め法により,相対密度が40,65%になるように模型地盤を作製した。また,排水補強パイプをモデリングして,地下水低下の効果を検証する実験も実施した。これらの実験結果より,裏込め地盤密度が緩い場合においても,地盤内に過剰間隙水圧が発生することはなかった。むしろ,補強領域背面では,負の過剰間隙水圧が観察されたことから,地震動に対して補強領域が一体となって滑動したことが示唆された。すなわち,アンカープレートの引抜き抵抗が適切に発揮されれば,通常の施工と比較して極端に小さない締固め密度の裏込め地盤でも,修復可能な範囲の変形におさまることが分かった。このことから,この種の構造物の耐震性能の高さを改めて示すことができた。

一方で,排水補強パイプによるメンテナンスを想定したモデル実験では,排水効果による壁面近傍の水位低下効果によって,壁面土圧上昇を抑制することによって安定性が向上したことと,補強領域自体の自重増加の抑制に伴い地震時慣性力の増加を抑えられたことから,変形量が小さくなったものと考えられる。ここで,排水補強パイプの長さが補強領域から背後地盤へ出ないような場合は,それ自体の補強効果よりも,地下水を低下させることによる地震時安定性の効果が顕著であった。本研究では,降雨浸透を受ける補強土壁の地震時性能を評価するために,遠心力場加振実験を実施した。その結果,裏込め地盤内の締固め密度が実地盤より小さく,かつ地下水位が高いにもかかわらず,地震時変形量は小さく,この種の補強土壁の耐震性が高いことが確認できた。特に,施工時にはタイバーに緊張力を作用させて補強領域を拘束することが重要であることが分かった。また,排水補強パイプによるメンテナンスを想定したモデル実験では,排水効果による壁面近傍の水位低下効果によって,地震時の変形量を小さく抑えることができた。当初の計画では,平成26年度は研究タイトルの準備的な研究として,遠心力場加振システムおよび計測システムの確立としていたが,前年度までの準備が順調に進み,今年度は前倒しでパラメトリックな模型実験を実施することができた。その際,補強土壁は耐震性が高いという評価の通り,実際の施工条件よりも密度が小さな裏込め地盤であっても液状化現象を観察することができなかった。このことから,模型地盤の締固め密度を現実よりさらにゆるく設定するだけで液状化現象の再現を行えたので,計画していた研究が順調に進んだ。さらに,散水シミュレーションのノウハウが効率よく活用できたことで,実験的研究が進み,対策工を施さなくても,適切な施工により地震時変形を生じさせないことが分かった。したがって,その次のフェーズである対策工の検証をクリアすることができた。以上のことから,当初の計画以上に進展している状況である。これまでに,降雨の作用を受ける補強土構造物の耐震性について,変形メカニズムの検証および対策工の効果について調べてきた。今後は,補強材の拘束効果に着目し,これが地震時性能に与える影響を調べていく。地盤工学今後は,当初の計画から前倒しで対策工の効果の検証を行っていく。裏込め地盤の液状化対策は,施工当初の排水工の機能維持に加えて,補強材設置位置に排水工を施してその効果を検証する。さらに,維持管理の観点から,既設構造物の排水機能向上のための排水パイプ挿入による液状化対策工の効果の検証を試みる。昨年度までに順調に研究が進んだこともあり,本年度以降は,幾つかの排水設備をモデリングしてその効果を検証していく。本年度の研究が順調に進んだため,研究補助者への謝金を使用しなかった。本年度の研究が順調に進んだため,物品費が当初の予算を下回った。翌年度分として請求した助成金と合わせて,当初の計画通りの実験的研究を進めていく。翌年度分として請求した助成金と合せて,当初想定していた以上のパラメータを設定した実験的研究を進めていく。