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古代メソポタミア北部における歴史時代の物質文化の研究ー日本隊の発掘資料を中心にー

本研究は、メソポタミア北部(イラク北部とシリア北東部)の前21千年紀(古バビロニア新アッシリア時代)の遺跡において我が国の調査隊(東京大学、古代オリエント博物館、国士舘大学)が実施した発掘調査によって出土した豊富な考古資料を包括的に研究する。以下の5分野の研究班により研究を実施しており、本年度の大きな研究成果を下記する。1シリア、テル・タバン考古資料研究:国士舘大学で管理している97,98年度の調査で出土した古バビロニア時代とミタンニ時代(前1815世紀)の約400点の様々な土器の実測、観察、写真撮影、トレースを実施した。特に古バビロニアの土器の正確な年代は解っており、本資料がこの時代の土器研究の標準になるのは確実である。出版用の図版作成までの作業を行った。2019年度には出版予定である。2シリア、テル・ルメイラ考古資料研究:古代オリエント博物館に保管されている中期青銅器時代(前1916世紀)の土器の分析、及び観察、写真撮影、製図作業を含む一連の作業を実施した。3イラク、テル・サラサート考古資料研究:東大総合研究博物館に保管されているテル・サラサート1号丘出土の古バビロニア時代の土器の分析及び観察、写真撮影、製図作業を行った。約100点の資料のトレースは完了した。4イラク、ヤシン・テペ考古資料研究:本年度は本格的な発掘調査は実施せず、過去2回の調査で発見した同地域初の新アッシリアの大規模な公共的建物跡や未盗掘地下式煉瓦造墓等から出土した大量の土器や様々な注目すべき遺物の整理分析、保存修復を行った。その結果、青銅製のペンダントに楔形文字の銘文が刻まれていたことが明らかになった。銘文内容から同建物跡の年代と機能の特定が期待される。5テル・タバン楔形文字資料研究:テル・タバンから出土した古バビロニアの粘土板文書と中期アッシリアの楔形文字資料の詳細な解読分析を実施した。国内の三研究機関に保管されている資料の研究調査は上述のように支障なく遂行できている。特に国士舘大学沼本研究室で保管しているシリア、テル・タバン遺跡出土の古バビロニア時代とミタンニ時代の土器の大半の整理・分析が完了した点は今年度の大きな進展といえる。今年度以降は中期・新アッシリア時代の出土資料を重点的に整理・分析したい。イラク、クルド人自治区のヤシン・テペ遺跡の発掘調査は、年度初めは現地が政情不安で渡航が危惧されたが、情勢が回復したため予定どおり現地調査を実施することができた。今回の調査は、主にこれまでに出土した遺物の整理分析・保存修復を行った。その結果、同地域初の上述の文字資料を発見した点は特筆したい。今年度の調査は多大な成果をあげることができた。本研究は上述の5分野の研究班により研究を遂行している。三研究機関に保管されている土器資料の整理分析の進捗具合は、現状では足並みが揃っているとは言えない。東大とオリエント博物館の資料分析がやや遅れており、今年度以降は重点的に研究を推進させたい。特にシリア、テル・タバンと同地域に所在するイラク、テル・サラサートの資料は、メソポタミア北部の土器編年を確立するうえで極めて重要で、今後は古バビロニア時代からミタンニ時代の土器群の更に精細な整理分析を実施したい。今年度のヤシン・テぺ調査では新アッシリア時代の楔形文字の銘文が刻まれた青銅製ペンダントが発見されたことから、今後の調査で更なる文字資料の発見が期待される。今後の調査も同時代の公共的建物跡と地下式墓の発掘に焦点を置き粘土板文書、碑文等の発見を目指したい。今後は早急に各研究班の研究成果を相互に比較検討・総括し、北メソポタミアの未解明の土器編年と文化編年の確立を急ぎたい。4イラク、ヤシン・テペ考古

資料研究:本年度は本格的な発掘調査は実施せず、過去2回の調査で発見した同地域初の新アッシリアの大規模な公共的建物跡や未盗掘地下式煉瓦造墓等から出土した大量の土器や様々な注目すべき遺物の整理分析、保存修復を行った。その結果、青銅製のペンダントに楔形文字の銘文が刻まれていたことが明らかになった。銘文内容から同建物跡の年代と機能の特定が期待される。5テル・タバン楔形文字資料研究:テル・タバンから出土した古バビロニアの粘土板文書と中期アッシリアの楔形文字資料の詳細な解読分析を実施した。国内の三研究機関に保管されている資料の研究調査は上述のように支障なく遂行できている。特に国士舘大学沼本研究室で保管しているシリア、テル・タバン遺跡出土の古バビロニア時代とミタンニ時代の土器の大半の整理・分析が完了した点は今年度の大きな進展といえる。今年度以降は中期・新アッシリア時代の出土資料を重点的に整理・分析したい。イラク、クルド人自治区のヤシン・テペ遺跡の発掘調査は、年度初めは現地が政情不安で渡航が危惧されたが、情勢が回復したため予定どおり現地調査を実施することができた。今回の調査は、主にこれまでに出土した遺物の整理分析・保存修復を行った。その結果、同地域初の上述の文字資料を発見した点は特筆したい。今年度の調査は多大な成果をあげることができた。本研究は上述の5分野の研究班により研究を遂行している。三研究機関に保管されている土器資料の整理分析の進捗具合は、現状では足並みが揃っているとは言えない。東大とオリエント博物館の資料分析がやや遅れており、今年度以降は重点的に研究を推進させたい。特にシリア、テル・タバンと同地域に所在するイラク、テル・サラサートの資料は、メソポタミア北部の土器編年を確立するうえで極めて重要で、今後は古バビロニア時代からミタンニ時代の土器群の更に精細な整理分析を実施したい。今年度のヤシン・テぺ調査では新アッシリア時代の楔形文字の銘文が刻まれた青銅製ペンダントが発見されたことから、今後の調査で更なる文字資料の発見が期待される。今後の調査も同時代の公共的建物跡と地下式墓の発掘に焦点を置き粘土板文書、碑文等の発見を目指したい。今後は早急に各研究班の研究成果を相互に比較検討・総括し、北メソポタミアの未解明の土器編年と文化編年の確立を急ぎたい。
沈み込み帯における水の構造と物性の変化

地球内部の水は、いわゆる超臨界状態になっていて、その中に多くのケイ酸塩成分を溶かし込んでいる。その水の物性を理解するために以下の実験を行なった。(1)放射光X線を用いた高温高圧ラジオグラフィーによる、マグマと水の間の第2臨界点の決定。三部賢治東京大学助手と神崎正美岡山大学助教授らと共同で行った私達の一連の実験によると、様々な岩石と水の間の不溶領域は2.5-4万気圧(GPa)で消失し、その圧力よりも深いところではマグマと水を区別できことが判明した。一部は印刷されたが、残りは投稿準備中である。(2)アルカリ塩化物水溶液のラマン分光を高圧力条件で観察した。結果は、塩濃度とともにラマンのピーク周波数が高くなることがわかった。これは、「水素結合の距離が長くなる、または、水素結合の強さが弱くなる」と解釈できる。周波数の圧力依存性を詳しく見ると、高い濃度の水溶液では、各ピーク周波数の圧力依存性はほぼ一定であったが、薄い水溶液(特にNaC172H20)では、純水で見られた0.4GPa付近での折れ曲がりを確認した。海水程度のNaCl溶液では純水で見られたのと同様な構造の変化が低圧から高圧にかけて起こるようだ。続いて、分子動力学計算プログラム(東京工業大学河村雄行、MXDORTO、2006年版)を用いて、純水とNaCl水溶液に関して分子動力学計算を行った。水素結合距離、水素結合している水分子の数、およびパワースペクトルを得ることができた。塩濃度が増えると、水分子間の水素結合数が減少し、計算された振動周波数は塩濃度が増えると高くなり、分光実験結果と調和的である。分子動力学計算結果は、水溶液中では純水に比べ、水分子間の水素結合数が減少することを示していて、水素結合距離が長くなることは示していない。そのため、分光実験の結果は、塩が加わると水分子間での水素結合の強さが弱くなることを示している。現在投稿論文を準備中である。三部賢治東京大学助手と神崎正美岡山大学助教授らと共同で行った私達の一連の実験によると、様々な岩石と水の間の不溶領域は2.5-4万気圧(GPa)で消失し、その圧力よりも深いところではマグマと水を区別できことが判明しつつある。この圧力条件では、これまでに以下のことが起こることが知られていた:(A)水に溶け込むケイ酸塩成分のマグネシウムとシリコンの比が急激に変化する。3万気圧(GPa)よりも低圧ではシリカに富んでいたのに、より高圧では1よりも高い。つまりは、マントルを構成する鉱物に近くなる。(B)水とマントル鉱物の化学組成が似ているので、水とマントル鉱物は濡れやすくなり、水が移動できるようになる。一連の実験についての報告は、アメリカ地球物理連合秋季大会で、三部賢治東京大学助手と川本が2つの講演を行った。従来までの想像を超える結果であったため、受け入れる研究者は少なかった。

多くの質疑がなされたが、私たちはこの全く新しい手法によって得られた結果が正しいのではないかと感じている。なぜなら、私たちの提案する圧力は従来の古典的岩石学から予想される圧力値の半分であるが、実際の沈み込みたいの直下のスラブの深さに対応しているからである。現在、三部賢治東京大学助手が主著者として論文を投稿しているほか、2編の投稿を準備している。(2)マントル構成鉱物と水の間での2面角の測定のための高温高圧実験を温度一定のもと1-5GPaの範囲で行なった。現在、実験生成物の組織を解析を試みているが、2面角の測定が想像以上に難しいことが判明した。次年度の宿題としたい。(3)水の構造が圧力とともに変化している可能性が知られているが,私達はラマン分光法を用いて、高温度高圧力条件で水溶液をその場観察した。その結果、水において観察されたラマン周波数の圧力依存性の変化は、実験に用いた水溶液では観察されなかった。現在,追加実験をおこなっている。この実験結果については2006年7月の国際鉱物学会で、川本・熊谷で報告する。本年度は2つの実験に関して新しい知見が得られたので報告したい。なお、理学部4年生の熊谷仁孝氏と岡山大学地球物質科学センターの神崎正美助教授に助力いただいた。まず、高圧条件で分光実験を行った。ダイアモンドアンビルセル中に、アルカリ塩化物の各水溶液を圧力標準のルビーとともに封入し、各圧力でラマン散乱を測定した。結果は、塩濃度とともにラマンのピーク周波数が高くなりことがわかった。これは、「水素結合の距離が長くなる、または、水素結合の強さが弱くなる」と解釈できる。周波数の圧力依存性を詳しく見ると、高い濃度の水溶液では、各ピーク周波数の圧力依存性はほぼ一定であったが、薄い水溶液(特にNaCl72H20)では、純水で見られた0.4GPa付近での折れ曲がりを確認した。海水程度のNaCl溶液では純水で見られたのと同様な構造の変化が低圧から高圧にかけて起こるようだ。続いて、分子動力学計算プログラム(東京工業大学河村雄行、MXDORTO、2006年版)を用いて、純水とNaCl水溶液に関して分子動力学計算を行った。水素結合距離、水素結合している水分子の数、およびパワースペクトルを得ることができた。塩濃度が増えると、水分子間の水素結合数が減少し、計算された振動周波数は塩濃度が増えると高くなり、分光実験結果と調和的である。分子動力学計算結果は、水溶液中では純水に比べ、水分子間の水素結合数が減少することを示していて、水素結合距離が長くなることは示していない。そのため、分光実験の結果は、塩が加わると水分子間での水素結合の強さが弱くなることを示している。
口内環境が頭頸部・食道癌の発生・再発に与える影響の解析

近年、口腔内細菌叢が多量のアセトアルデヒドを産生するとの報告がされているが、頭頸部・食道癌の発生および再発におよぼす影響、またアセトアルデヒドのみならず口腔内細菌による代謝産物の影響についても十分な解析がなされていない現状がある。本研究は、口腔内細菌叢のメタゲノム解析および口腔内代謝産物のメタボローム解析を用いて頭頸部・食道癌発生および再発に口腔内フローラおよび口腔内代謝産物がもたらす影響を明らかにすることを目的とする。本研究により、将来的に口腔内細菌叢をターゲットにした新規治療法の開発と頭頸部・食道癌発生、進展および再発阻止に寄与する癌予防医学への貢献が期待される。
イオン液体中の過剰電子,溶媒和および電子移動反応

光イオン化によりイオン液体中で溶媒和電子を生成する方法を確立し,溶媒和電子と種々の溶質との電子移動反応ダイナミクスを明らかとした。溶媒和電子は近赤外域に幅広い光吸収バンドがあった。イオン液体中でのイオンの反応は,クーロン遮蔽の影響を強く受けることを見出した。2段レーザーパルス励起法により,イオン液体中での電子励起ラジカルの反応ダイナミクスを詳細に検討した。負イオン同士の反応におよぼすイオン液体の影響について検討した。具体的にはI_2^-イオン同士の反応速度を過渡吸収分光法により調べた。I^-イオンを光励起・イオン化する事によりI_2^-イオンを生成した。イオン液体には、N,N-Diethyl-N-methyl-(2-methoxyethyl)ammoniumbis(trifluoromethanesulfonyl)imide(DEME・TFSI)およびN,N-Diethyl-N-methyl-(2-methoxyethyl)ammonium tetrafluoroborate(DEME・BF4)を用いた。I_2^-+I_2^-の反応は溶媒の誘電率に敏感であり、水中では大きな比誘電率を反映して比較的速く反応が進行するが、誘電率がさほど大きくないアルコール中ではI_2^-同士は互いに接近できず、水中に比較して反応は遅い。イオン液体DEME・TFSIとDEME・BF4中で決定した速度定数は、どちらのイオン液体中でも水中における反応速度とメタノール中でのそれとの中間の値であった。このことから、イオン液体中では、I_2^-イオンは、クーロン斥力が働くにもかかわらず比較的容易に接近できると考えられる。I^-イオンを光イオン化することにより放出された電子は、既往の結果から判断すると、イオン液体中ではおそらく溶媒和された電子(e-)_sあるいはポーラロンとして存在すると考えられる。この溶媒和電子とBMImとの反応を測定した。2次反応速度定数として3.9x10^8m^<-1>s^<-1>(2.7x10^8M^<-1>s^<-1>)を得た。DEME・TFSIの粘度を考慮すると拡散律速反応速度定数は約5x10^7M^<-1>s^<-1>であるが、ここで求めた反応速度はイオン液体の粘度から予想される拡散律速反応よりも1桁速いことが明らかとなった。イオン液体中でヨウ素イオンを光イオン化することにより,水中あるいは有機溶媒中と比較して効率よく電子を生成できることが分かった。「イオン液体の海」に飛び出したドライ電子は周囲のイオン液体との静電的互作用などによりエネルギーを失い熱化して,最終的にはイオン液体が作るポテンシャルの井戸に補足されて溶媒和電子が形成されると考えられる。248nmエキシマーレーザーによる溶媒和電子生成の量子収率は,TMPA-TFSI中で0.34であり,水中での収率0.29よりも高いことが分かった。また,イオン液体中では溶媒和される前の電子つまり「ドライ電子」が,イミダゾリウムカチオンと非常に効率よく反応することを見いだした。イオン液体中で、イミダゾウリウムカチオンがドライ電子などと効率よく反応するという実験事実は、イオン液体の様々なセンサーやデバイスへの応用などで考慮しなければならない特徴と考えられる。色素増感太陽電池ではヨウ素イオンがレドックスとして用いられている。3班の渡邊正義らが報告しているヨウ素イオン間のGrotthuss型交換反応の可能性をより明らかにするため、「負イオン同士」の反応であるヨウ素ダイマーアニオン間におよぼすイオン液体の影響について、前年度に引き続き検討した。種々のイオン液体中で測定したヨウ素ダイマーアニオン間の速度定数は,意外にも,イオン液体の粘度から計算した「中性分子」の拡散律速反応速度とよく一致することが分かった。この結果より,イオン液体中では,イオン反応体間の電荷は効率よく遮閉されており,クーロン斥力による反発を受けずに容易に接近できることが示唆された。イオン液体に溶解したヨウ素イオンのCTTSバンドを光励起することにより,効率よく電子を生成できることが分かった。ここで,e^-_hは運動エネルギー過剰の「ホットな電子」であり,「イオン液体の海」に飛び出したe^-_hは周囲のイオン液体との静電的互作用などによりエネルギーを失い熱化して,最終的にはイオン液体が作るポテンシャルの井戸に補足されて溶媒和電子e^-_sが形成される。248nmエキシマーレーザーによる溶媒和電子生成の量子収率は,TMPA-TFSI中で0.34であり,水中での収率0.29よりも高いことを明らかとした。また,イミダゾリウムカチオンのC2位をメチル化すると,ドライ電子との反応性は低下することを見出した。イオン液体中に二酸化炭素が極めてよく溶解するという性質に着目し、ハロゲン化芳香族の電解カルボキシル化反応による二酸化炭素の固定化を行った。

生成物はイブプロフェンなどの抗炎症剤となる。反応を効率よく進行させるために必要な種々の条件(イオン液体の種類,電極材料,電位,温度,圧力)の最適化を行った。溶融塩中では2つの電子が一つのトラップサイトに補足された電子2量体が安定に存在することが知られている。溶融塩が作るイオン場により得られる静電引力が電子間のクーロン斥力を上回るために電子2量体は安定に存在できる。シミュレーションでも,その存在は予測されている。これらの事実から,イオン液体中でも電子2量体が存在する可能性がある。もし電子2量体が存在するならば,その光吸収バンドを励起することにより,電子がトラプサイトから飛び出して,以下の式のように2つの溶媒和電子を生成出来るのではないかと考えた。あるいは逆に,光励起により溶媒和電子の生成が観測されるならば,電子2量体が存在することの実験的事実となる。そこで, 2台のパルスレーザー(エキシマーレーザーとNd-YAG)をシンクロナイズさせた体系を組んで,生成した溶媒和電子をさらに励起する実験を行った。予想に反して,溶媒和電子を532nmあるいは1064nmのパルスで励起すると励起パルス幅内で減衰する永続的なブリーチングが観測された。観測波長を最長1400nmまで行ったが,ブリーチングのみが観測された。したがって,少なくとも本実験の時間分解能で観測される時間領域では,そのような反応は生じていないといえる。しかしながら,規格化したブリーチ量が観測波長に依存することが分かった。本来,単一化学種(今の場合,溶媒和電子)のみがブリーチされるのならば,規格化したそのブリーチ量は,波長に依存しないはずである。したがって,一つの可能性はこれまでに観測された溶媒和電子の吸収スペクトルは,溶媒和電子のみでなく,何か別の化学種による吸収が重なっている可能性があることが,示唆された。本年度は,以下の項目に着目した研究を進めた。1)イオン液体中に生成した溶媒和電子周囲の低温での溶媒和ダイナミクス,2) 2色レーザーパルスによる励起ラジカル種の拡散律速反応,3)シリル基を側鎖に持つイオン液体中での光誘起電子移動反応。まず,イオン液体P14-TFSAを用いて,溶媒和電子周囲の溶媒和ダイナミクスを,室温から-60°Cまでの温度範囲で過渡吸収実験により測定した。1000nmより長波長側では吸収信号は時間とともに減少するが,1000nmよりも短波長側では吸光度は時間とともに増大した。このような過渡吸収信号の波長依存性は,吸収スペクトルが時間的にブルーシフトするために生じる。つまり,光イオン化後の電子周囲の溶媒和の緩和を表している。その結果,溶媒緩和の時定数は,双極性プローブを用いて行なわれた結果とは異なる温度依存性を示すことを見出した。また,2色のダブルパルスレーザーを用いて,イオン液体中に生成したベンゾフェノンケチルラジカルを生成させ,このケチルラジカルを532nmレーザーパルスにより励起すると,四塩化炭素と反応することを見いだした。また,励起ケチルラジカルからの蛍光寿命と蛍光スペクトルの測定に成功した。蛍光スペクトルの寿命は5nsで,アセトニトリル中でのそれと近い値であった。
忌避学習・嫌悪記憶や認知記憶の形成におけるアセチルコリン-PAKシグナルの解明

本研究では、PAK基質の包括的探索を行うことで、神経細胞内におけるアセチルコリンの作用機序を解明すると共に、忌避学習・嫌悪記憶や認知記憶の形成におけるアセチルコリン-Rac-PAKシグナルの役割を明らかにすることを目的としている。そのため、2019年度は、1)アセチルコリン下流におけるPAK基質の包括的探索を行い、2) PAK基質及びそのリン酸化部位を同定し、3)アセチルコリン-PAKシグナル伝達解析を行う。2020年度は、1)個体内における樹状突起スパインの形態解析を行い、2)マウスの忌避学習・嫌悪記憶及び認知記憶の解析を行う。
多価不飽和脂肪酸合成酵素における生産性と生産物制御機構の解明

ドコサヘキサエンサン(DHA)やエイコサペンタエン酸(EPA)などの多価不飽和脂肪酸(PUFA)の新規供給源として微生物による発酵生産が期待されている。DHAについては微細藻類によるDHA生産が検討されているが、EPAの大量発酵生産系はなく、その開発が望まれている。上述の微細藻類はポリケチド合成酵素に似たPUFA合成酵素によりDHAを生合成するため、合成酵素の生産物制御機構に基づいた機能改変できれば、EPAの大量発酵生産が可能である。しかし、その制御機構は未解明である。そこで本研究ではPUFA合成酵素の生産物制御機構を明らかにすることを目的として、DHAとEPA合成酵素の機能解析を行った。大腸菌を異種宿主としたin vivo PUFA生産系を用いてDHAとEPA合成酵素遺伝子及び触媒ドメインの交換実験を行い、β-ketoacyl synthase (KS)/Chain length factor (CLF)ドメインが生産物の炭素鎖長制御に関与することを明らかとした。次に、PUFA合成酵素を構成する各触媒ドメインの精製酵素を取得し、有機合成基質を用いてin vitro PUFA合成システムを再構築した。この解析系を用いて制御ドメインの機能解析を行い、KS/CLFドメインがDHA生合成経路における最後の縮合反応を触媒し、その基質特異性の違いによって最終生産物の炭素鎖長が制御されていることを明らかとした。また、構築したin vitro解析系を用いてPUFA合成酵素の2つのDehydratase (DH)ドメインの機能解析を行い、2つのDHドメインはそれぞれ基質の炭素鎖長によって異なる基質特異性を示し、生産物のcis二重結合形成に関与することを明らかとした。本年度ではPUFA合成酵素を構成する各触媒ドメインと合成中間体を用いたin vitro PUFA合成システムの構築を目標に(1)制御ドメインKS/CLFの精製酵素の取得、(2)中間体基質の有機合成、(3)精製酵素の活性確認の検討を行った。さらに、次年度に予定していたin vitro解析系を用いた制御ドメインの機能解析に取り組み、KS/CLFドメインがDHA生合成経路における最後の縮合反応を触媒し、その基質特異性の違いによって最終生産物の炭素鎖長が制御されていることを明らかとしており、当初の計画以上に研究が進展していると判断できる。前年度までの研究でin vitroPUFA合成システムを再構築し、制御ドメインKS/CLFのin vitro機能解析を行い、DHA合成酵素由来制御ドメインKS/CLFが炭素鎖長20から22への縮合反応を触媒することが明らかとした。そこで、平成31年度では次の3点について検討を行い、詳細な生産物制御機構を解明する。(1) KS/CLFの生産物制御に関与するアミノ酸残基の同定、(2) KS/CLFの諸性質の解析、(3)最終生産物のリリース機構の解明(1)DHA及びEPA合成酵素のKS/CLFドメインのマルチプルシーケンスアライメントを用いて、各ドメインに特異的に保存されるアミノ酸残基を選定する。選定されたアミノ酸残基についてDHA合成酵素KS/CLFにEPA合成酵素の配列となるように変異を導入後、その合成活性を評価し、生産物制御に関与するアミノ酸残基を同定する。(2)これまでの研究からPUFA合成酵素のKSとCLFドメインの両方が最終産物の制御に重要であることがわかっており、KSとCLFドメインがヘテロ多量体を形成し、縮合反応を触媒している可能性が示唆されている。そこで、KS/CLFのゲルろ過クロマトグラフィー分析を行い、KS/CLFの4次構造を明らかとする。(3)KS/CLFドメインによって炭素鎖長20から22への縮合反応が触媒され、炭素鎖長22の生成物が形成されるが、最終生産物がどのようにアシルキャリアプロテインからリリースされるか明らかとなっていない。そこで、既に構築済みの大腸菌を異種宿主としたin vivo PUFA生産系を用いて最終生産物のリリースに関与するドメインを同定する。その後、そのドメインについて、in vitro機能解析を行い、生産物のリリース機構を明らかとする。

また、構築したin vitro解析系を用いてPUFA合成酵素の2つのDehydratase (DH)ドメインの機能解析を行い、2つのDHドメインはそれぞれ基質の炭素鎖長によって異なる基質特異性を示し、生産物のcis二重結合形成に関与することを明らかとした。本年度ではPUFA合成酵素を構成する各触媒ドメインと合成中間体を用いたin vitro PUFA合成システムの構築を目標に(1)制御ドメインKS/CLFの精製酵素の取得、(2)中間体基質の有機合成、(3)精製酵素の活性確認の検討を行った。さらに、次年度に予定していたin vitro解析系を用いた制御ドメインの機能解析に取り組み、KS/CLFドメインがDHA生合成経路における最後の縮合反応を触媒し、その基質特異性の違いによって最終生産物の炭素鎖長が制御されていることを明らかとしており、当初の計画以上に研究が進展していると判断できる。前年度までの研究でin vitroPUFA合成システムを再構築し、制御ドメインKS/CLFのin vitro機能解析を行い、DHA合成酵素由来制御ドメインKS/CLFが炭素鎖長20から22への縮合反応を触媒することが明らかとした。そこで、平成31年度では次の3点について検討を行い、詳細な生産物制御機構を解明する。(1) KS/CLFの生産物制御に関与するアミノ酸残基の同定、(2) KS/CLFの諸性質の解析、(3)最終生産物のリリース機構の解明(1)DHA及びEPA合成酵素のKS/CLFドメインのマルチプルシーケンスアライメントを用いて、各ドメインに特異的に保存されるアミノ酸残基を選定する。選定されたアミノ酸残基についてDHA合成酵素KS/CLFにEPA合成酵素の配列となるように変異を導入後、その合成活性を評価し、生産物制御に関与するアミノ酸残基を同定する。(2)これまでの研究からPUFA合成酵素のKSとCLFドメインの両方が最終産物の制御に重要であることがわかっており、KSとCLFドメインがヘテロ多量体を形成し、縮合反応を触媒している可能性が示唆されている。そこで、KS/CLFのゲルろ過クロマトグラフィー分析を行い、KS/CLFの4次構造を明らかとする。(3)KS/CLFドメインによって炭素鎖長20から22への縮合反応が触媒され、炭素鎖長22の生成物が形成されるが、最終生産物がどのようにアシルキャリアプロテインからリリースされるか明らかとなっていない。そこで、既に構築済みの大腸菌を異種宿主としたin vivo PUFA生産系を用いて最終生産物のリリースに関与するドメインを同定する。その後、そのドメインについて、in vitro機能解析を行い、生産物のリリース機構を明らかとする。
炭素・窒素安定同位体トレーサー法を用いたサンゴ-褐虫藻共生系の代謝解析

様々な環境変化に対するサンゴと褐虫藻の応答を正確に評価するためには、その共生メカニズムについて正しく理解する必要があるが、細胞内共生という代謝プロセスの複雑さゆえに、十分な研究が進んでいないのが現状である。本研究の目的は、造礁サンゴとその細胞内に共生する褐虫藻との間の複雑な代謝構造を、炭素・窒素安定同位体トレーサー法を用いて解析することである。造礁サンゴー褐虫藻共生系は主に二つの栄養源を持つ。一つは褐虫藻の光合成で生産される有機物、もう一つはサンゴによる動物プランクトンの捕食である。平成26年度はまず前者によって獲得された炭素・窒素の代謝に注目した実験を行った。沖縄本島周辺海域に多く生息するPorites cylindricaとMontipora digitataを実験対象としてそれぞれ25片程度採取し、琉球大学熱帯生物圏研究センター瀬底研究施設内の流水型水槽で数日数週間養生させた。実験開始時に13Cで標識された炭酸水素ナトリウムと15Nで標識された硝酸カリウムを閉鎖系の飼育水槽に添加し、その中で対象となる造礁サンゴ片を24時間培養した。その後、サンゴは採取した海域に戻し、0、2、10、20、30日目に回収した。回収したサンゴの有機組織は遠心分離器で褐虫藻と動物体サンゴに分け、それぞれの画分に含まれる有機炭素・窒素の安定同位体比を測定した。測定の結果、褐虫藻の窒素安定同位体比は時間経過とともに徐々に減少するが、動物体サンゴでは徐々に増加し、両者の値は近づく傾向を示した。これは窒素が共生系内で循環していることを示唆する。一方、炭素安定同位体比は両方の画分で減少傾向を示し、窒素とは異なる代謝経路を持つと考えられる。今後はこれらの代謝速度を詳細にモデル化することを試みる。造礁サンゴ-褐虫藻共生系は主に二つの栄養源を持つ。

今後はこれらの代謝速度を詳細にモデル化することを試みる。予定していた実験は順調に終了し、サンプルの分析も終了した。現在はデータの解析、代謝モデルの作成に取り組んでいる。当面はサンゴと褐虫藻の間の炭素・窒素代謝モデルを作成することに専念する。平成26年度の残額を0円にする予定だったが、年度末に消耗品を購入する際に見積もり額が予想以上に安く、次年度使用額が生じた。消耗品を購入する。
次世代三次元形状の高精度化のための三次元計測における不確かさ推定手法の実用化

本研究では2つのテーマとして,(1)三次元測定機による寸法測定および半導体の寸法測定を対象とした不確かさ推定理論の体系化とシミュレーションソフトウエアの構築,(2)2種類の光学的三次元形状測定システムの開発とその不確かさ推定手法の確立および不確かさを小さくするための手法の開発を行った.まず,三次元測定機による寸法測定では,ステップゲージおよびボールプレートの基本的なゲージを測定し,その測定における不確かさの推定を行った.推定結果は,実験による不確かさ評価とよく一致した.また,使用したシミュレーションソフトウェアの評価を行うことができた.さらに,半導体の寸法測定では,シリコン格子を基準として透過型電子顕微鏡による半導体計測に適用した.この測定では10ナノメートル程度の寸法をサブナノメートルの不確かさで測定する手法について,不確かさ推定を行うことができた.つぎに,光学的三次元測定システムでは,本研究で開発したオートコリメータと回転テーブルを用いたシステムと,外部機関が開発したオートコリメータを利用したシステムの2種類の測定システムに不確かさ推定手法を適用した.角度測定に使用するオートコリメータの系統誤差を,自己校正手法によって校正する方法を開発し,サブナノメートルの不確かさで形状測定が可能なことを実験的に実証した.以上のように,精密計測における次世代三次元形状の高精度化のために,不確かさ推定手法を実用化でき,不確かさの小さい高精度測定を実現することができた.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。以下の2つの研究テーマに関して,研究を実施した.1.不確かさ推定理論の体系化とシミュレーションソフトウェアの提供三次元計測における不確かさ推定理論の体系化を行った.標準を利用した測定機の校正作業により,測定機の運動学パラメータの不確かさが推定される.この理論体系を実際の三次元計測に適用した.構築した体系に対応するシミュレーションソフトウェアを構築した.特定の測定機器(CMMおよびSEM)に対応した,不確かさシミュレーションソフトウェアの開発指針を明らかにし,不確かさを推定するだけでなく,不確かさを小さくするための方法をソフトウェア上でテストできるプラットホームの基礎部分を作成した.2.光学的三次元形状測定の応用実験新しい光学的手法を利用したナノ三次元測定に関して,角度測定による三次元測定システムを適用対象として,より高精度な測定と,その不確かさの評価手法の実用化を目指した.回転するステージとオートコリメータを組み合わせることで,高精度化とステージの誤差の分離,オートコリメータの自律校正を可能にするシステムが構築できた.このシステムを三次元計測の実施例として開発し,理論的な不確かさ推定と合わせてシステム全体の不確かさ評価を理論的および実験的に行った.まず,不確かさ推定理論の体系化とシミュレーションソフトウェアの提供に関しては,三次元計測における不確かさ推定理論の体系化を行い,標準を利用した測定機の校正作業により,測定機の運動学パラメータの不確かさが推定のためのソフトウェアの開発が実現できた.特に,構築した体系に対応するシミュレーションソフトウェアを構築し,特定の測定機器(CMMおよびSEM)に対応した,不確かさシミュレーションソフトウェアの開発指針を明らかにできた.つぎに,光学的三次元形状測定の応用実験に関しては,新しい光学的手法を利用したナノ三次元測定に関して,角度測定による三次元測定システムを適用対象として,より高精度な測定と,その不確かさの評価手法の実用化の基本部分が実現できた.1.不確かさ推定理論の体系化とシミュレーションソフトウェアの提供の継続三次元計測における不確かさ推定理論の体系化を行った.標準を利用した測定機の校正作業により,測定機の運動学パラメータの不確かさが推定される.この理論体系を実際の三次元計測に適用した.構築した体系に対応するシミュレーションソフトウェアを構築した.特定の測定機器(CMMおよびSEM)に対応した,不確かさシミュレーションソフトウェアの開発指針を明らかにし,不確かさを推定するだけでなく,不確かさを小さくするための方法をソフトウェア上でテストできるプラットホームの基礎部分を作成した.さらに,現実のシステムとしてマルチプローブシステムを用いた三次元形状測定への適用を引き続き行った.これらのシステムの不確かさシミュレーション結果は,実際の不確かさとよく一致した.2.光学的三次元形状測定の応用実験の継続新しい光学的手法を利用したナノ三次元測定に関して,角度測定による三次元測定システムを適用対象として,より高精度な測定と,その不確かさの評価手法の実用化を目指した.回転するステージとオートコリメータを組み合わせることで,高精度化とステージの誤差の分離,オートコリメータの自律校正を可能にするシステムが構築できた.このシステムを三次元計測の実施例として開発し,理論的な不確かさ推定と合わせてシステム全体の不確かさ評価を理論的および実験的に行った.さらに,これまでの成果である非球面形状の測定結果を他の手法の測定結果と比較することで,不確かさ推定手法の評価を行った.また,オートコリメータの系統誤差を自律校正する手法を開発し,基礎的な検討を行った.この手法により,不確かさの小さい形状測定の可能性を示せた.まず,不確かさ推定理論の体系化とシミュレーションソフトウェアの提供に関しては,三次元計測における不確かさ推定理論の体系化を行い,標準を利用した測定機の校正作業により,測定機の運動学パラメータの不確かさが推定のためのソフトウェアの開発が実現できた.特に,構築した体系に対応するシミュレーションソフトウェアを構築し,より広い対象(CMM,SEMおよびマルチセンサーシステム)に対応した不確かさシミュレーションソフトウェアの開発指針を明らかにでき,実際の適用を行った.

つぎに,光学的三次元形状測定の応用実験に関しては,新しい光学的手法を利用したナノ三次元測定に関して,角度測定による三次元測定システムを適用対象として,より高精度な測定と,その不確かさの評価手法の実用化の基本部分が実現でき,自律校正の手法の開発が行えた.1.不確かさ推定理論の体系化とシミュレーションソフトウェアの提供の継続昨年度までのシミュレーションソフトウェアの検証作業に基づいて,三次元計測における不確かさ推定理論の体系化を行った.標準を利用した測定機の校正作業により,測定機の運動学パラメータの不確かさが推定される.この理論体系を実際の三次元計測に適用し,シミュレーションソフトウェアを構築した.特定の測定機器(CMMおよびSEM)に対応した,不確かさシミュレーションソフトウェアの検証作業の結果をフィードバックして,ソフトウェアの更新を行った.このソフトウェアは,不確かさを推定するだけでなく,不確かさを小さくするための方法をソフトウェア上でテストできることを実証した.さらに,現実のシステムとして三次元測定機によるゲージの校正における不確かさ推定への適用を引き続き行った.これらのシステムの不確かさシミュレーション結果は,実際の不確かさとよく一致した.2.光学的三次元形状測定の応用実験の継続角度測定による三次元測定システムを適用対象として,より高精度な測定と,その不確かさの評価手法の実用化を目指した.回転するステージとオートコリメータを組み合わせることで,高精度化とステージの誤差の分離,オートコリメータの自律校正を可能にするシステムが構築できた.このシステムを三次元計測の実施例として開発し,理論的な不確かさ推定と合わせてシステム全体の不確かさ評価を理論的および実験的に行った.さらに,他の研究機関等が開発している角度測定による非球面形状測定機への適応を行い,不確かさ推定手法の評価を行った.また,角度測定機の系統誤差を自律校正する手法を開発し,基礎的な検討を行った.この手法により,不確かさの小さい形状測定の可能性を示せた.まず,不確かさ推定理論の体系化とシミュレーションソフトウェアの提供に関しては,三次元計測における不確かさ推定理論の体系化を行い,標準を利用した測定機の校正作業により,測定機の運動学パラメータの不確かさが推定のためのソフトウェアの開発および適用を引き続き実現できた.特に,構築した体系に対応するシミュレーションソフトウェアを構築し,より広い対象(CMM,SEMおよびマルチセンサーシステム)に対応した不確かさシミュレーションソフトウェアを開発し,実際の適用を行った.さらに,他の手法との比較評価が行えた.つぎに,光学的三次元形状測定の応用実験に関しては,角度測定による三次元測定システムを適用対象として,より高精度な測定と,その不確かさの評価手法の実用化の基本部分が実現でき,自律校正の手法の開発が行えた.
原始惑星系円盤のNバンド分光観測

まず、本研究で用いる中間赤外線領域の分光装置の高性能化のため、赤外線検出器をより感度の高いものに置き換えた。この分光器を用い、アメリカ合衆国のアリゾナ大学スチュワ-ト観測所のレモン山望遠鏡とビゲロウ山望遠鏡を使用して、観測を遂行した。観測はレモン山望遠鏡で12月10日から15日まで、ビゲロウ山望遠鏡で17日から19日まで行った。レモン山望遠鏡では新しく検出器を交換してからの初めての試験観測を兼ねて、質量放出を行っている明るい天体の中で13ミクロン放射をもつものの観測を行った。ビゲロウ山望遠鏡は、レモン山望遠鏡よりも高精度であるため、可視光では見えない若くて惑星形成過程にあると考えられる天体の観測ができるものと考えていたが、分光器が不調になり、雑音レベルが上がったため、目的とする天体をより明るいものに変更することにした。そして、レモン山望遠鏡での観測に引き続いて13ミクロン放射をもつ明るい天体の観測を行った。この13ミクロン放射は星周ダストが起源と考えられる放射で、Oxygen RichなAGB星の約半数には見られるものでありながら、これまでは観測精度がわるいこともあって同定がなされていないものである。今回の観測で約20個の天体を観測することができたので、これをもとにこの放射の形状とシリケイトなどの他のダスト放射との関係を見出していくために、観測データの解析を進めている。また、惑星形成過程にあると考えられる天体の観測もこれから進めて行くために3月にはアメリカ合衆国のハワイ島マウナケア山にある英国赤外線望遠鏡(UKIRT)に我々の分光装置をとりつけて試験観測を行う。
オペラビリティ・スタディ自動解析システム

本研究は,平成9年度平成11年度にわたり,岡山大学工学部システム工学科システム機能解析学とフィンランドVTT Automationとの共同研究により,知的情報処理を応用したHAZOP自動解析システム,およびダイナミックシミュレータを応用した危険評価システムを開発した.連続プロセスおよび回分プロセスに対するオペラビリティ・スタディ自動解析システムを開発した.このシステムを実プラントへ適用するためには,設備異常,操作エラー,物質影響を含めた情報の構造化を図り,解析能力を向上させる必要がある.すなわち,異常情報モデルの充実,プロセス内異常伝播構造モデルの詳細化,外部影響モデルの構築などいくつかの解決すべき課題があった.これらの問題に着目し,VTT側と議論及び情報交換を行い,システムの実用化を図った.高度情報化社会においては各種設計情報がネットワーク間で通信,交換される.安全評価情報についても例外とはならない.すなわち,危険情報,安全評価情報の表現,モデル化のための標準的枠組みが必要である.安全解析の結果は,解析対象固有の情報であるが,解析に利用した知識,情報,結果の一部は,一般に共通しているものも多数存在する.例えば,プロセス構成要素の故障とその結果生ずる出力の異常の関係に関するデータはいくつかの形態に分類することが可能である.すなわち,異常情報の構造化,標準化により,これらの情報をデータベースとして一般に供給し,共有化することも可能である.高度情報化社会に対応する安全評価支援システムについての議論と情報交換を行うとともに,ネットワークを通じての共同作業のための環境を開発した.さらに,反応器内の挙動についてはダイナミックシミュレータを構築するとともに,リスクの定量化について検討した.その結果,安全評価情報を基離とした安全保護系の設計とその評価が可能となった.本研究は,平成9年度平成11年度にわたり,岡山大学工学部システム工学科システム機能解析学とフィンランドVTT Automationとの共同研究により,知的情報処理を応用したHAZOP自動解析システム,およびダイナミックシミュレータを応用した危険評価システムを開発した.連続プロセスおよび回分プロセスに対するオペラビリティ・スタディ自動解析システムを開発した.このシステムを実プラントへ適用するためには,設備異常,操作エラー,物質影響を含めた情報の構造化を図り,解析能力を向上させる必要がある.すなわち,異常情報モデルの充実,プロセス内異常伝播構造モデルの詳細化,外部影響モデルの構築などいくつかの解決すべき課題があった.これらの問題に着目し,VTT側と議論及び情報交換を行い,システムの実用化を図った.高度情報化社会においては各種設計情報がネットワーク間で通信,交換される.安全評価情報についても例外とはならない.すなわち,危険情報,安全評価情報の表現,モデル化のための標準的枠組みが必要である.安全解析の結果は,解析対象固有の情報であるが,解析に利用した知識,情報,結果の一部は,一般に共通しているものも多数存在する.例えば,プロセス構成要素の故障とその結果生ずる出力の異常の関係に関するデータはいくつかの形態に分類することが可能である.すなわち,異常情報の構造化,標準化により,これらの情報をデータベースとして一般に供給し,共有化することも可能である.高度情報化社会に対応する安全評価支援システムについての議論と情報交換を行うとともに,ネットワークを通じての共同作業のための環境を開発した.さらに,反応器内の挙動についてはダイナミックシミュレータを構築するとともに,リスクの定量化について検討した.その結果,安全評価情報を基離とした安全保護系の設計とその評価が可能となった.岡山大学,VTTでこれまでに双方で開発したシステムについての技術情報の交換を行った.岡山大学では,オペラビリティ・スタディ自動解析システムの基本構造を決定し,知的情報処理ソフトを用いてシステムを構築した.ここで開発する自動解析システムは基本的には,一般知識ベース,プロセス固有知識ベース,推論機構から構成される.一般知識ベースにはオペラビリティ・スタディ自動解析のための一般的な知識として,対象プロセスとは独立して作成し,オペラビリティ・スタディ手法に関する知識(解析手順,規則等),オペラビリティ・スタディ解析用データベースから構成される.オペラビリティ・スタディ解析用データベースは構成要素,装置に関するデータ,化学物資,反応に関するデータベースから構成されている.構成要素,装置異常に関するデータを構造化,階層化しデータベースを構築した.さらに,これら要素はビジュアル化(アイコン化)した.プロセスにおいては反応器における異常反応,さらにその結果起こりうる火災,爆発等の事故,災害,また、品質異常は重大な問題である.したがって,これらの項目について自動解析可能とするために,化学物質データベース,化学反応データベース,異常反応データベースを構築のための基礎的な枠組みを決定した.VTT側で開発した異常情報知識と岡山大学側データベースの融合の可能性について検討した.今後,知識の表現方法,構造化の検討を行う.安全評価システムに関して,技術情報の交換を行うとともに,VTT側との共同研究により,連続プロセスおよび回分プロセスに対するオペラビリティ・スタディ自動解析システムを開発した.VTT側で開発したシステムについて検討し,システムの一部を改良し,回分プロセスへの対応を可能とした.このシステムは符号付き有効グラフでプロセス異常をモデル化しているが回分プロセスの解析は不可能であった.すなわち,回分プロセスの反応時については,運転が非定常であり,配管よりの反応物質の出入りがなく,連続プロセスのオペラビリティ・スタディとは全く異なる.冷却,加熱装置,撹拌装置,触媒供給装置などの周辺装置の異常,操作時刻の異常(遅れ,早すぎ)など回分プロセス特有の異常の伝播構造を考慮した解析システムを開発する必要があった.この問題に対して,符号付き有効グラフモデルを改良し,回分プロセスへの対応を可能とした.さらに,開発したシステムによりいくつかのプラントを対象として解析した.いくつかの例題に適用し,これにより実用上の問題点を明らかにした.連続プロセスでは,プラント配管内,設備を異常が伝播するが,異常の伝播構造のモデル化と異常伝播に基づく解析システムを開発した.

また,オペラビリティ・スタディ自動解析システムの解析能力は異常情報データベースに大きく依存するため,プロセス異常情報の構造化に焦点を置き議論を進め,システムを開発した.VTT Automationとの共同研究により,連続プロセスおよび回分プロセスに対するオペラビリティ・スタディ自動解析システムを開発した.このシステムを実プラントへ適用するためには,設備異常,操作エラー,物質影響を含めた情報の構造化を図り,解析能力を向上させる必要がある.すなわち,異常情報モデルの充実,プロセス内異常伝播構造モデルの詳細化,外部影響モデルの構築などいくつかの解決すべき課題があった.これらの問題に着目し,VTT側と議論及び情報交換を行い,システムの実用化を図った.高度情報化社会においては各種設計情報がネットワーク間で通信,交換される.安全評価情報についても例外とはならない.すなわち,危険情報,安全評価情報の表現,モデル化のための標準的枠組みが必要である.安全解析の結果は,解析対象固有の情報であるが,解析に利用した知識,情報,結果の一部は,一般に共通しているものも多数存在する.例えば,プロセス構成要素の故障とその結果生ずる出力の異常の関係に関するデータはいくつかの形態に分類することが可能である.すなわち,異常情報の構造化,標準化により,これらの情報をデータベースとして一般に供給し,共有化することも可能である.高度情報化社会に対応する安全評価支援システムについての議論と情報交換を行うとともに,ネットワークを通じての共同作業のための環境を開発した.
嗅覚電気刺激の惹起する刺激臭の脳内メカニズムの解明

本研究は嗅覚電気刺激が及ぼす心理,神経,脳への効果を脳活動計測機を利用して,検証するものである.本年度は嗅覚電気刺激が惹起する臭いの質の自由度を得るために,様々な時間パターンを持った電気刺激を印加し,刺激と嗅覚の質の対応をとる予備実験を行った.また,嗅覚電気刺激が神経に及ぼす効果の検討として,電気刺激時に分泌される体液の計測を行うための実験セットアップを行った.嗅覚電気刺激によって惹起される嗅覚の脳内表象を解明するためのfMRIを使った実験に関しては,嗅球や嗅覚野が前頭部にあり,眼窩等の空間によって撮像データにノイズが含まれる可能性を懸念して,他の電気刺激中に脳画像撮像を先に行い,電気刺激に起因するノイズとその際の前頭部のデータを確認するという、事前実験を行った.本年度の研究によって,被験者数が非常に少ない予備実験のレベルであるが,刺激臭の範囲であればいくらか臭いの質を変化させられる可能性を持った刺激波形を構築する事が出来た.また,電気刺激後の主観的な報告では,鼻水などの体液の分泌がやや増したという報告があり,電気刺激を利用した分泌系の操作が可能な刺激手法の一つとして嗅覚電気刺激を活用する事も可能となる可能性が出てきた.以上より,本年度の成果としては,嗅覚の質の変化を引き起こせる電気刺激手法に目途が当たったこと,嗅覚電気刺激中の脳活動計測に関してセットアップを行い,頭頂部から後頭部にかけての脳活動計測であれば十分に計測可能な状態を作ることができたこと,嗅覚電気刺激によって体液の分泌が促進される可能性があるという新たな知見が得られたことといえる.本年度は研究課題の初年度であったが,電気刺激印加中のfMRI撮像実験をスムーズに実施する事が出来たこと,嗅覚電気刺激によって体液の増加がみられる可能性があるという新たな知見が得られたことから,おおむね順調であるとした.今後は,嗅覚電気刺激を行いながら,fMRIによる脳活動計測を行う.また,その際に前頭部に含まれるノイズを除去できるような解析を行っていく予定である.また,被験者の数を十分に確保した状態での臭質変化手法に関する実験を行い,その心理効果並びに神経系への効果を明らかにする.本研究は嗅覚電気刺激が及ぼす心理,神経,脳への効果を脳活動計測機を利用して,検証するものである.本年度は嗅覚電気刺激が惹起する臭いの質の自由度を得るために,様々な時間パターンを持った電気刺激を印加し,刺激と嗅覚の質の対応をとる予備実験を行った.また,嗅覚電気刺激が神経に及ぼす効果の検討として,電気刺激時に分泌される体液の計測を行うための実験セットアップを行った.嗅覚電気刺激によって惹起される嗅覚の脳内表象を解明するためのfMRIを使った実験に関しては,嗅球や嗅覚野が前頭部にあり,眼窩等の空間によって撮像データにノイズが含まれる可能性を懸念して,他の電気刺激中に脳画像撮像を先に行い,電気刺激に起因するノイズとその際の前頭部のデータを確認するという、事前実験を行った.本年度の研究によって,被験者数が非常に少ない予備実験のレベルであるが,刺激臭の範囲であればいくらか臭いの質を変化させられる可能性を持った刺激波形を構築する事が出来た.また,電気刺激後の主観的な報告では,鼻水などの体液の分泌がやや増したという報告があり,電気刺激を利用した分泌系の操作が可能な刺激手法の一つとして嗅覚電気刺激を活用する事も可能となる可能性が出てきた.以上より,本年度の成果としては,嗅覚の質の変化を引き起こせる電気刺激手法に目途が当たったこと,嗅覚電気刺激中の脳活動計測に関してセットアップを行い,頭頂部から後頭部にかけての脳活動計測であれば十分に計測可能な状態を作ることができたこと,嗅覚電気刺激によって体液の分泌が促進される可能性があるという新たな知見が得られたことといえる.本年度は研究課題の初年度であったが,電気刺激印加中のfMRI撮像実験をスムーズに実施する事が出来たこと,嗅覚電気刺激によって体液の増加がみられる可能性があるという新たな知見が得られたことから,おおむね順調であるとした.今後は,嗅覚電気刺激を行いながら,fMRIによる脳活動計測を行う.また,その際に前頭部に含まれるノイズを除去できるような解析を行っていく予定である.また,被験者の数を十分に確保した状態での臭質変化手法に関する実験を行い,その心理効果並びに神経系への効果を明らかにする.
分子標的薬に対して高感受性を示すがん微小環境の研究

EGF受容体チロシンキナーゼ阻害薬(以下EGFR-TKI)は、EGFR遺伝子変異を有する肺腺癌の治療に使われており、臨床的にも一定の効果が確認されている。しかしEGFR遺伝子変異を有していても、約20%の症例では初回治療に抵抗性を示すことが知られている。この初期耐性の原因として、がん細胞の周囲に存在する線維芽細胞の関与が報告されてきた。我々は、肺癌切除検体より採取した線維芽細胞を用いた研究過程で、肺腺癌細胞のEGFR-TKI感受性を増強する線維芽細胞の亜集団を見出した。本研究の目的は、上記線維芽細胞の生物像を解明し、EGFR-TKI感受性を増強する分子機構を解明することである。2016年度、2017年度は、上記現象を引き起こすCD200分子発現CAFsの同定を行った。2018年度は、1)癌細胞側に引き起こされる分子機構の解明、2)CD200分子発現CAFsの病態解析、を行った。定常状態では、PC-9細胞にはCD200R mRNAの発現は認められない。そこでEGFR-TKI投与中に、CD200R分子の発現誘導が起こるかどうかを検討したが、CD200R発現の誘導を認めなかった。以上より、PC-9細胞には、CD200R以外のCD200に対する受容体が発現している可能性が示唆された。また、CD200発現CAFsは、肺腺癌18検体中5検体に認められた。しかしながら、これら肺腺癌に特徴的な臨床病理像を見出すことは出来なかった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。EGFR変異陽性の肺腺癌細胞株であるPC-9は、EGFR-TKI添加により20%程度しか生存できない。一方、PC-9は、通常のCAFsと共培養することにより、40%程度が生存可能となった(EGFR-TKI抵抗性の獲得)。しかしながら、EGFR変異陰性肺腺癌より採取した1種類のCAFsは、EGFR-TKI投与後のPC-9生存細胞数を10%以下にまで著減させた。このことは、本CAFsが、EGFRシグナルとの合成致死性を示すシグナルをがん細胞に伝えていることを意味している。cDNAmicroarrayを用いた結果、CAFs-intensifierにはコントロールCAFsと比較してCD200mRNAが有意に高発現していた。次に、sh-RNA法を用いてCAFs-intensifierにおけるCD200をノックダウンした結果、PC-9にapoptosisを高頻度に引き起こす現象はキャンセルされた。さらに、CD200をコントロールCAFsに過剰発現させると、PC-9に対するapoptosisの頻度は亢進した。ヒト肺腺癌切除症例を用いた検討より、CD200陽性CAFsを認めた症例では、EGFR-TKI投与後のPFSが長い傾向を示した。以上より、CAFsに発現しているCD200は、EGFR-TKI感受性を亢進することが示された。今後は、この合成致死分子機構の解明を行い、EGFR変異陽性肺腺癌患者に対する新しい治療法の提案に向けた分子基盤の確立を目指す。CAFsに発現している責任分子の同定を行った。今後は、癌細胞側にどのような分子機構が働いているのかを検討する。本年度は、昨年度に引き続き、1)癌細胞側に引き起こされる分子機構の解明、2)この現象が、抗がん剤を用いた時にも起こりうる現象かどうか、およびその分子機構の解明、を試みる。当初の仮説を検証するため、がん細胞側に発現している候補分子(CD200R)を検討した。しかしながら、上記受容体は、RNAレベルでの発現を認めたものの、細胞表面の蛋白レベルでの発現を確認できなかった(FACSにより検討した)。以上の結果より、他受容体の候補分子も検討中である。