hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
膵β細胞で発現する新規BRG1遺伝子の機能と糖尿病の成因としての意義に関する研究

BRG1遺伝子はマウス膵β細胞株に高発現を示す遺伝子として単離された。課題1では、BRG1のアミノ酸配列から作成したペプチドを家兎に免疫して得られた抗体を用いて膵島における局在を検討した。2型糖尿病のモデルマウスであるdb/dbマウスの膵島を用いて検討した結果、光顕蛍光免疫法で膵α細胞に一致して強く染色されたが、肝や腎などの非ホルモン分泌臓器でははっきりとした染色性は示さなかった。また、電顕免疫法でBRG1は膵α細胞内のグルカゴン願粒に一致して染色されることが判明した。膵β細胞株は多かれ少なかれ、脱分化を起こしているため、膵β細胞株から単離されたBRG1抗原のペプチド抗体が膵α細胞で発現する抗原を認識していた可能性がある。すなわち、BRG1はグルカゴン顆粒内でグルカゴンとは異なる、ホルモン分泌に関連する蛋白であると考えられた。課題2および課題3では、糖尿病の成因と関連する遺伝子の解析を行った。すなわち、1型糖尿病、2型糖尿病、GAD抗体陽性2型糖尿病患者、および健常者からゲノムDNAの提供を受けた。この検体を用いて、細胞のアポトーシスに関連が考えられ、HLA遺伝子領域に存在するIKBL遺伝子のSNP解析を行った。その結果、IKBL遺伝子がHLA遺伝子とは独立した新たな1型糖尿病の疾患感受性遺伝子であることが判明した。また、GAD抗体陽性2型糖尿病患者のゲノムDNAを用いたHLA遺伝子の解析では、GAD抗体陽性2型糖尿病患者が1型糖尿病の特徴を強く有していることが判明した。膵β細胞のインスリン分泌能や細胞内シグナル伝達との関連において、膵β細胞で高発現し、グルコースに応答性を示す新規遺伝子の構造と機能の解明をし、糖尿病の成因としての検討を行うことが本研究の目的である。我々はマウス膵β細胞において膵α細胞に比し高発現を示し、グルコースに反応して発現の増加する遺伝子(BRG1)の単離に成功した。ノーザンブロットでみると、BRG1はmRNAで約14kbという巨大な遺伝子であった。BRG1ホモロジー検索から、BRG1は細胞内においてCaイオンのセカンドメッセンジャーであるカルモジュリンに結合活性を示す蛋白であると考えられる。今年度の研究では、BRG1のアミノ酸配列から、ペプチド抗体を作製し、組織染色を行った。正常マウス膵島でははっきりとした染色がみられなかった。ところが、遺伝性糖尿病マウスであるdb/dbマウスの膵島では、膵島内の細胞質に染色性がみられた。二重染色によってみたところ、膵α細胞では染色がみられず、膵β細胞に一致していることが判明した。また、肝においては、核が染色されていた。また、BRG1の特異抗体を用いて、MIN6の培養系において、インスリン分泌に及ぼす影響を検討している。今年度、インターネット上で、マウスゲノムのドラフトシークエンスが発表された。したがって、BRG1のゲノム解析はインターネット上で行うこととした。それによると、我々のradation hybridを用いた解析結果に一致して、BRG1遺伝子はヒトでは染色体1番、マウスでは染色体4番に位置していた。また、ヒトにおける成因としての検討のため、新たに1型糖尿病、2型糖尿病の患者の液からDNA検体の抽出を開始している。我々はマウス膵β細胞株に高発現を示すBRG1遺伝子の単離に成功し、その遺伝子の機能的側面を研究している。今年度の研究では、BRG1のアミノ酸配列から、ペプチド抗体を作製し、この抗体が認識する抗原を正常マウス膵島や遺伝性糖尿病マウスであるdb/dbマウスの膵島で組織染色を行い、その特徴を解明することを主眼とした。正常マウス膵島でははっきりとした染色がみられなかったが、遺伝性糖尿病マウスであるdb/dbマウスの膵島では、膵島内の細胞質に染色性がみられた。

当初、二重染色ではdb/dbマウスの膵β細胞に一致していると考えられたが、その後の詳細な検討により、膵α細胞内のグルカゴン顆粒に一致して染色されることが判明した。しかし、グルカゴン顆粒の全てが染色されるわけではないので、グルカゴン顆粒内でグルカゴンとは異なる抗原を認識しているものと考えられた。db/dbマウスの膵島は過形成を起こし、膵α細胞も良く保持されるため、染色されやすかったと思われる。膵β細胞株は多かれ少なかれ、脱分化を起こしているため、膵β細胞株から単離されたBRG1抗原のペプチド抗体が膵α細胞で発現する抗原を認識していた可能性がある。このペプチド抗体は膵α細胞における新たな抗原を認識しているという点で非常に興味深い。今後は、他のアミノ酸配列からの抗体を作成し、やはり膵α細胞を認識するのか否かを解明し、BRG1遺伝子の機能を明らかにする予定である。一方、ゲノムレベルからの解析として、本年度は1型糖尿病患者のゲノムDNAを収集し、1型糖尿病関連遺伝子と考えられるIKBL遺伝子のSNP解析を開始している。BRG1遺伝子はマウス膵β細胞株(MIN6細胞、βTC細胞)に高発現を示す遺伝子として単離された。しかし、BRG1のアミノ酸配列から作成したペプチドを家兎に免疫して得られた抗体は膵α細胞内のグルカゴン顆粒に一致して染色されることが判明した。膵β細胞株は多かれ少なかれ、脱分化を起こしているため、膵β細胞株から単離されたBRG1抗原のペプチド抗体が膵α細胞で発現する抗原を認識していた可能'性がある。すなわち、BRG1はグルカゴン顆粒内でグルカゴンとは異なる、ホルモン分泌に関連する蛋白であると考えられた。2型糖尿病のモデルマウスであるdb/dbマウスの膵島では膵α細胞に一致して強く染色されたが、肝や腎などの非ホルモン分泌臓器でははっきりとした染色性は示さなかった。一方、ゲノムレベルからの糖尿病との関連を検討するために、1型糖尿病、2型糖尿病、GAD抗体陽性2型糖尿病患者、および健常者からゲノムDNAを採取した。今年度は、この検体を用いて、細胞のアポトーシスに関連が考えられ、HLA遺伝子領域に存在するIKBL遺伝子のSNP解析を行った。その結果、IKBL遺伝子がHLA遺伝子とは独立した新たな1型糖尿病の疾患感受性遺伝子であることが判明した。また、GAD抗体陽性2型糖尿病患者のゲノムDNAを用いたHLA遺伝子の解析では、GAD抗体陽性2型糖尿病患者が1型糖尿病の特徴が強く有していることが判明した。
癌微小環境を標的とした肺癌治療の開発

癌を取り巻く間質や細胞は、腫瘍の微小環境に寄与し、腫瘍の進展に深く影響している。我々は、癌細胞とその微小環境との関わりを標的とした癌治療の開発を目的とした研究を進めてきた。上皮細胞が極性を失って運動性が亢進し間葉系の形質を獲得する上皮間葉転換EMTに注目し、肺癌細胞は、腫瘍間質や成長因子によってEMTが誘導され、浸潤・転移能を獲得し、さらに抗癌剤や分子標的薬への耐性を獲得することを発見した。中でも、TGF-betaおよびIL-6のシグナル系が癌間質におけるEMTに重要な役割を担っていることを明らかにし、肺癌に対する新たな分子標的に成りえることを示した。癌微小環境を標的とした肺癌治療を考案することを目的として、本研究を計画した。癌細胞の悪性転化・癌幹細胞様形質獲得における線維芽細胞や炎症細胞の役割を明らかにし、そのシグナル伝達経路を制御することで癌細胞の悪性化を抑制できるかを検討する。今回、われわれは肺癌細胞と癌周囲線維芽細胞とのクロストークを解析し、その制御を試みた。肺癌細胞は線維芽細胞培養上清によりEMTが誘導され、抗癌剤へ耐性となり、幹細胞様形質を獲得した。これらの変化はTGF-βシグナル阻害(受容体特異的キナーゼ阻害剤SB-431542)により抑制された。また肺癌組織由来線維芽細胞は正常肺由来線維芽細胞に比してSMA・FAP発現が高く、より強くEMTを誘導した。動物共移植モデルでは線維芽細胞の存在により腫瘍増大を認め、これらの変化もTGF-β阻害により抑制された。また、線維芽細胞は肺癌細胞と共培養することで活性化し、IL-6を含むサイトカインを産生し互いのTGF-βシグナルを増強した。以上より癌間質におけるサイトカインの過剰産生によりTGF-βシグナルが増強し、癌細胞は生存に有利な環境を形成する可能性がある。臨床検体の解析では、術前治療により腫瘍間質が増加し、活性化した線維芽細胞が間質全体に分布している症例では有意に再発率が高かった。また間質でのTGF-β・IL-6を含むサイトカイン増加と癌細胞のEMTマーカーの上昇に相関を認めた。従って放射線化学療法による腫瘍間質の変化が肺癌細胞のEMT誘導に関与しており、再発を規定する因子になる可能性が示唆された。癌と間質の相互作用によって誘導されるEMTが、癌の悪性化・生存機構に影響していると考えられた。サイトカインを中心とした癌周囲微小環境を標的とした癌治療は、腫瘍をdormancyの状態に維持するといった新しい癌治療につながる可能性がある。抗サイトカイン療法を確立することで癌微小環境を制御できれば、癌進展を抑制できると考えている。肺癌周囲微小環境を標的とした固形癌治療を考案することを目的として、本研究を計画した。

サイトカインを中心とした癌周囲微小環境を標的とした癌治療は、腫瘍をdormancyの状態に維持するといった新しい癌治療につながる可能性がある。癌を取り巻く間質や細胞は、腫瘍の微小環境に寄与し、腫瘍の進展に深く影響している。我々は、癌細胞とその微小環境との関わりを標的とした癌治療の開発を目的とした研究を進めてきた。中でも癌周囲の炎症に注目し、間質細胞が産生する炎症性サイトカインが肺癌腫瘍悪性度におよぼす影響を解析した。肺癌細胞は、肺癌関連線維芽細胞株CAFや肺由来正常線維芽細胞との共培養によって、上皮様形態からSpindleな細胞に変化し、E-cadherinなどの上皮系マーカーは減少しN-cadherinやVimentinなどの間葉系マーカーが上昇した。浸潤・転移能は上昇し、さらに抗癌剤や分子標的薬への耐性を獲得した。手術標本から腫瘍周囲の癌関連線維芽細胞CAFを初代培養し、癌細胞株と共培養したところ、EMTが誘導された。この現象は、同時期に初代培養で得られた正常肺線維芽細胞NFの共培養よりもEMT誘導が迅速であり、CAFから分泌される炎症性マーカーの方が、NFに比してEMT誘導効果が強いことが示された。癌細胞との共培養によって肺線維芽細胞は活性化し、IL-6、TGF-bの遺伝子発現を促進し、実際に培養上清への産生を高めた。これらのシグナルを、各阻害剤によって抑制することで、線維芽細胞の活性化を抑制、さらに癌細胞におけるEMT、癌幹細胞形成獲得を部分的に抑制した。動物共移植モデルでは、肺線維芽細胞の存在により、腫瘍増大速度の上昇、血管新生促進、抗癌剤耐性化、幹細胞マーカー高発現を認め、これらはIL-6、TGF-bシグナル阻害によって抑制された。また、実際の臨床検体を用いた検討では、放射線化学療法後に肺切除を施行した症例では、残存腫瘍内で線維芽細胞が増生し、IL-6発現が増加している症例の予後が不良であった。活性化した肺癌関連線維芽細胞の増殖や活性を抑制するために、抗炎症効果をもつ薬剤がEMT経路を通して抗癌作用を持つことが判明した。肺癌EMTシグナルを制御することで肺癌をdormantな状態に維持し、癌幹細胞様形質獲得を抑制することができれば、外科治療や放射線治療といった局所治療だけでなく、全身治療による抗癌剤に加える有用な癌治療法になると考えられる。したがって、達成目標として、次の二点を挙げた#1癌微小環境を調節するEMTの関連シグナル分子を明らかにし、癌細胞のEMTを制御する方法を考案すること。#2 EMTと癌幹細様形質転換についての関連を明らかにし、癌の治療抵抗性についての分子機構を明らかにすること。#1に関連して、IL-6およびTGF-βシグナルが癌細胞と癌関連線維芽細胞のクロストークで重要であることが判明し、さらにTGF-βreceptor阻害剤であるSB431542やIL-6 receptor中和抗体により、このクロストークを抑制することを示した。動物モデルを用いて、TGF-βやIL-6を制御するとされる薬剤や抗体を応用し、抗癌剤耐性化を抑制することを示した。本成果はすでに平成25年度に日本外科学会(シンポジウム)や世界肺癌学会総会(口演)、日本癌学会(ポスター)で報告した。さらに、論文として英文雑誌Lung Cancerに掲載された。#2に関して、肺癌細胞A549・NCI-H358と肺癌組織・正常肺由来線維芽細胞を用いて、共培養または動物共移植モデルでEMT制御機構を解析した。
光受容タンパク質に着目した脳内光受容の解析

脊椎動物Opn3がどのGタンパク質を活性化するのかについて、当初の計画ではゼブラフィッシュの生体内でOpn3がどのようなGタンパク質と共局在するかを解析する研究も含まれていたが、前年度から引き続き、培養細胞でゼブラフィッシュOpn3を発現させ、Gタンパク質の活性化についての解析を中心に行った。これまでの解析で、ゼブラフィッシュの野生型Opn3を発現させた細胞において、光依存的な細胞内cAMP濃度変化、細胞内カルシウム濃度変化を測定したが、光依存的な反応は見られなかった。そこで、複数種類の培養細胞を用いて、多様な測定条件おいて、ゼブラフィッシュOpn3が引き起こす光依存的な細胞応答を捉えられないか、さらに詳細に検討した。複数種類のセカンドメッセンジャーの光依存的な増減を解析した結果、野生型ゼブラフィッシュOpn3を発現させた培養細胞において、光依存的なセカンドメッセンジャーの上昇を捉えることに成功した。これは、野生型Opn3が光依存的にGタンパク質を活性化することを示す初めての結果と考えられる。さらに、Gタンパク質のサブタイプ特異的に活性を調節する毒素や薬剤を用いて、上述の光依存的な反応を解析した結果、ゼブラフィッシュの野生型Opn3が光依存的に活性化するタンパク質サブタイプをある程度予測することができた。現在、これら候補Gタンパク質サブタイプをCRISPR/Cas9法により破壊した培養細胞を作製し解析を進めており、近い将来において脊椎動物Opn3が活性化するGタンパク質を明らかにできると考えている。29年度が最終年度であるため、記入しない。試験管内で直接Gタンパク質の活性化を測定できるGTPγS結合解析を行うために、まず培養細胞でのOpn3の発現条件の検討を行った。さまざまな条件において発現させたゼブラフィッシュOpn3を精製し、分光学的に収量・純度の測定を行った結果、COS1細胞でPEIトランスフェクションを用いる条件により、最も多量のゼブラフィッシュOpn3が得られることがわかった。上述により決定した条件により、他の動物のOpn3についても、解析を行ったところ、ニワトリOpn3で光照射前後の差吸収スペクトルに変化があり、ニワトリOpn3はゼブラフィッシュOpn3と同様に青色光受容体であることがわかった。この結果から、脊椎動物Opn3グループが青色光受容体であることが示唆された。上述の発現条件を用いて、ゼブラフィッシュOpn3を大量発現し、精製した。その精製Opn3を用いてGTPγS結合解析により、脊椎動物Opn3のホモログであるTMTオプシンや無脊椎動物Opn3が共役するGi型Gタンパク質の活性化を調べた。その結果、この条件ではゼブラフィッシュOpn3による光依存的なGi型Gタンパク質の活性化は検出されないことがわかった。また、ゼブラフィッシュOpn3上流配列下でGFPを発現する遺伝子導入ゼブラフィッシュの作製を試みた。ゼブラフィッシュOpn3上流配列3.1 kbp下にGFPを繋いだコンストラクトをゼブラフィッシュの受精卵にインジェクションし、GFPのシグナルが得られるか調べた。その結果、明瞭なGFPのシグナルは得られなかったが、Gal4-UASシステムによる増感を試みたところ、脳や体の一部でGFPのシグナルが得られた。平成28年度の研究は、予定よりやや遅れている。培養細胞で発現させたOpn3を用いて、Opn3が活性化するGタンパク質を明らかにすることが、本年度の目標であったが、これまで行った解析では、活性化するGタンパク質を明らかにすることはできなかった。精製したOpn3を用い、試験管内で直接Gタンパク質の活性化を測定するGTPγS結合解析を行った。脊椎動物Opn3のホモログと同様にゼブラフィッシュOpn3がGi型Gタンパク質を活性化するか調べた。しかし、ゼブラフィッシュOpn3による光依存的なGi型Gタンパク質の活性化は検出されないことがわかった。過去の解析で、Gi、Gs、Gq、G12型Gタンパク質の活性化を調べたが、ゼブラフィッシュOpn3による光依存的なGタンパク質の活性化は測定できていない。Opn3はGs、Gi、Gq、G12といった大別されるグループの中で更に細分化されたサブグループを特異的に活性化する可能性が考えられた。また、本年度はOpn3上流配列下でGFPを発現する遺伝子導入ゼブラフィッシュを作製する予定であった。その結果、明瞭なGFPのシグナルは検出できなかった。原因はGFPの発現量が少ないからではないかと考え、GFPの発現量を増やすために、Gal4-UASシステムによる増感を試みた。その結果、脳や体の一部でGFPのシグナルが見られた。現在、Gal4-UASシステムを用いて、遺伝子導入ゼブラフィッシュを作製予定である。

そこで、複数種類の培養細胞を用いて、多様な測定条件おいて、ゼブラフィッシュOpn3が引き起こす光依存的な細胞応答を捉えられないか、さらに詳細に検討した。複数種類のセカンドメッセンジャーの光依存的な増減を解析した結果、野生型ゼブラフィッシュOpn3を発現させた培養細胞において、光依存的なセカンドメッセンジャーの上昇を捉えることに成功した。これは、野生型Opn3が光依存的にGタンパク質を活性化することを示す初めての結果と考えられる。さらに、Gタンパク質のサブタイプ特異的に活性を調節する毒素や薬剤を用いて、上述の光依存的な反応を解析した結果、ゼブラフィッシュの野生型Opn3が光依存的に活性化するタンパク質サブタイプをある程度予測することができた。現在、これら候補Gタンパク質サブタイプをCRISPR/Cas9法により破壊した培養細胞を作製し解析を進めており、近い将来において脊椎動物Opn3が活性化するGタンパク質を明らかにできると考えている。昨年度に引き続き、Opn3が活性化するGタンパク質を明らかにする。そのために、TGFα切断解析を行う。Opn3はGs、Gi、Gq、G12といった大別されるグループの中で更に細分化されたサブグループを特異的に活性化する可能性が考えられる。TGFα切断解析は共発現させるGタンパク質を変えることで、網羅的なGタンパク質の活性化を調べることができるので、脊椎動物Opn3によるGタンパク質の活性化をサブグループごとに細かく調べる。また、Gal4-UASシステムを用いて、Opn3発現細胞をGFPで標識する遺伝子導入ゼブラフィッシュを作製し、ゼブラフィッシュOpn3の発現場所を特定し、In situ hybridizationや免疫組織化学的な手法を用いて共発現するGタンパク質を解析する。Opn3が活性化するGタンパク質を明らかにできたら、Opn3発現神経細胞での情報伝達を考察し、光受容で細胞に何が起こるのか予測する。神経応答への関与が予想される場合は、Gal4-UASシステムを用いてOpn3発現細胞にGCaMPを発現するゼブラフィッシュを作製し、カルシウムイメージングを行う。細胞の形態変化など神経応答への関与以外が予想される場合は、Opn3発現細胞をGFPで標識したゼブラフィッシュを用い、Opn3発現神経細胞の投射や数が青色光照射で変化するか解析する。いずれの場合でもCRISPR/Cas9システムを用いてOpn3遺伝子をノックアウトしたゼブラフィッシュを作製し、同様の解析を行い、Opn3による脳内光受容が関わる機能を明らかにする。29年度が最終年度であるため、記入しない。
蛍光マウスと定量的PCR法を用いたミクロキメリズム解析

移植臓器の生着のメカニズムを解析し,その臨床応用,特に,臓器生着の成否を判定する診断基準として移植免疫寛容とミクロキメリズムの関連は極めて,重要な問題として提起され今日に至っている。これまでもっぱらPCR法を中心とした,遺伝子情報のみに依存してきた解析に加え,本研究で使用した緑色蛍光蛋白トランスジェニックマウスの移植への応用,特に,臓器移植後の,ミクロキメラ細胞の細胞動態を直接顕微鏡下でトレース出来る可能性は,ミクロキメリズムと移植免疫寛容のメカニズムの大いに貢献できるものと考えられる。本研究では,主に緑色蛍光蛋白トランスジェニックマウスをドナーとして,非蛍光マウスへの皮膚移植を行い。移植皮膚片の解析を行った。結果,緑色蛍光マウス蛋白は,明らかな抗原性を有し,移植皮膚片をほぼ全例(66.5±1.4日)拒絶する事が判明した。また拒絶動物にはMHC拘束性の緑色蛍光蛋白特異的キラーT細胞が誘導される事が明らかとなった。ミクロキメラ細胞の解析には,これまでの雌雄の差を利用した,性決定遺伝子SRYで解析を行った如く,レポーター遺伝子そのものに,免疫応答がない事が,この種の解析には必須である。緑色蛍光蛋白をレポーターとする遺伝子解析を生体内にて解析する事,即ちin vivoに応用するためには,緑色蛍光蛋白そのものに対して,遺伝的に無反応を示すマウス或いはラットなどの小動物を新たに見いだす必要があることが判明した。蛍光蛋白質(Enhanced Green FIuorescein Protein)を,赤血球以外の有核細胞内サイトゾールに発現している,所謂EGFP-transgenic mouseの移植免疫寛容とミクロキメリズム解析に応用するための基礎実験を行った。in vivoに於いて,EGFP蛋白の抗原性並びに免疫原性を検討する為に,正常B6マウスにEGFP-transgenic mouseからの皮膚移植を行い,その生着率について検討を行った。更に骨髄細胞培養によって得られる特殊な抗原提示細胞・樹状細胞(Dendritic Cells:DC)の蛍光蛋白発現率の解析をin vitroに於いてFlow Cytometry法によって行った。緑色蛍光蛋白質を発現しているトランスジェニックマウスからの皮膚を移植された,正常B6マウスの大半(103例中78例)は同皮膚片を生着させたが,一部(25例:2割強)のマウスでは,移植後1ヶ月から2ヶ月を経過した段階で,同移植皮膚片を拒絶するものがあった。また,EGFP-transgenic mouseの骨髄細胞培養によって得られる樹状細胞は,細胞内EGFPの発現が,自家蛍光レベルまで減少している事が観察された。本結果は,レポーター遺伝子としてのEGFPがin vivoに於いて,免疫原性を有している事を示している。従って、ミクロキメリズム解析の為の長期間にわたる緑色蛍光細胞を観察・追跡する為には,更に検討を要する。
動物変異細胞を用いたペルオキシソーム欠損症病因遺伝子のクローニング

Zellweger症候群をはじめとしたペルオキシソーム欠損症は重篤な中枢神経障害を来す予後不良の遺伝性疾患で、我々はその病体解明を目的として、遺伝的相補性解析、CHO変異細胞によるペルオキシソーム形成遺伝子のクローニング、そしてペルオキシソーム欠損モデルマウスの作成を目指している。既に1つの相補性群(F群)についてはその病因遺伝子PAF-1のcDNAクローニングに成功して患者における変異部位も明らかにしており、さらに本研究は以下のように発展している。1、ペルオキシソーム欠損症の遺伝的相補性群は日米、欧、豪州の患者細胞を集積して検討した結果、10個の相細性群(A-G、2、3、6群)に分類された。2、F群以外にC、E群でも同じ相補性群に属するCHO変異細胞が分離されており、現在この細胞にラットやヒト肝臓より作成したcDNAライブラリーをトランスフェクションして機能的スク-リングを行っている。3、PAF-1についてはそのヒトゲノム遺伝子をクローニングし、コーディング領域についてはイントロンが介在していないこと、またFISH法によりヒト8番染色体長腕(8q21.1)に座位する事が明らかになった。4、現在、マウスのゲノム遺伝子をクローニングしており、さらにジーンターゲッティングによりPAF-1遺伝子を破壊してペリオキシソーム欠損モデルマウスを作成して胎生期より個体レベルで生化学的、病理学的に検討することにより、中枢神経障害をはじめとする本症の病態を解明するとともに、将来は遺伝子導入後の病態の推移を観察し得る遺伝子治療のモデルとしても開発を進めたいと考えている。
脊髄介在神経系の成長円錐の誘導機序の器官培養法による解明

年度前半で、脊髄外植体の培養条件の決定、年度後半に直視下での経時観察を行うことを目標に研究を進めたが、結果的には培養条件の決定に手間取り、直視下観察までは至らなかった。外植体の培養条件の決定:培養条件を様々に設定し、孵卵3日から4日のニワトリ胚の脊髄を取り出して1日から1日半培養し、組織の状態や神経経路の発生の具合を検討した。外植体を埋め込むコラーゲンゲルは規程の濃度から2倍希釈まで試したが、適度な濃度は1.5倍希釈前後が適当であることがわかった。培養液はF12の無血清培地に各種の栄養素を添加したものとF12に馬血清を5%ほど加えたものを試したが、神経系の発達に対する違いは見られなかった。しかしどちらの培養液でも神経管の両側の間葉組織中に培養一日目でかなりの細胞死がみられることから、さらにニワトリ胚抽出液などを加えることが必要であると思われる。培養一日後の取り出された神経組織は、外見は概ねその構造を維持しているように見られたが、組織切片の精査の結果、神経管の底板領域の変形が脊策を取り去った例に多く見られた。神経経路の発達を見るためにDilや抗チュブリン抗体で染色したところ、ほぼ正常と見られる成長円錐を伴った軸索像が見られ、培養条件下でも軸索伸展は起きているものと思われた。しかしながらその発達度合は生体内のものと比べて遅れていた。また底板領域で軸策の伸長が止まっているような所見が得られた。おそらく底板領域の微妙な構造の変化が成長円錐の底板領域の通過に影響を与えているものと思われる。今後もさらに培養条件の検討が必要であるとともに、観察対象をもう少し遅い時期にするような工夫も必要であると思われる。直視下経時観察:培養条件の決定と平行して共焦点顕微鏡による経時的観察の方法を検討した。コラーゲンゲルに埋まった外植体は液浸レンズを装着した共焦点顕微鏡で観察が可能であった。Dilを注入された外植体には2-3時間後には標識された成長円錐が観察された。数時間後に再び観察をすると、軸索が伸展した像も見られたが、いっぽう軸索の縮退したような像も見られた。これはおそらく観察時の低温やレーザー光によって傷害されたものと考えられる。今後さらに傷害を防ぐような工夫が必要と思われる。
レーザ加工と切削加工の統合によるガラス材料加工技術の開発

Pump-Probe法と高速度カメラを組み合わせたイメージングシステムを構築し,低パルス数においてフィラメンテーションが生じ,材料深部にまで電子励起領域が形成されている様子を観察した.また,レーザ照射の度に応力波が材料内外に伝搬していることを示した.材料深部まで形成された電子励起領域を効率的に使用し,なおかつ応力波の形成頻度を減らす加工法として,フェムト秒レーザ誘起加工法を提案した.この手法では,1発のフェムト秒レーザで材料深部まで,電子励起領域をフィラメント状に形成する.その領域にのみ,選択的に連続波レーザ光を吸収させる.ガラスに対して透過波長であり,フィラメントにのみ吸収される高出力連続波レーザを用いることで,狭い領域を局所的に加熱することを狙った加工手法である.従来であれば,深さ約0.1 mmの加工穴の形成に,200 msを要していたが,提案手法では,0.04 msで同等の深さの穴が形成できることを明らかにした.このように従来比5000倍の超高速加工を実現した.また,加工穴近傍において,従来手法で多量に形成されていたクラックが,提案手法では抑制された.従来であれば,フェムト秒レーザパルスを照射するたびに応力波が伝搬し,その際に形成される引張応力によってクラックが形成されていたが,提案手法では,応力波が一度しか伝搬しないために破壊が抑制された.以上のように,提案手法により,従来のフェムト秒レーザ加工の微細性を維持したまま,超高速加工と精密加工を同時に実現した.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。提案手法の有効性を評価するためには,超短パルスレーザをガラスに照射した際の加工現象を鮮明にとらえることのできる光学システムを構築する必要があると考え,Pump-Probe光学システムを構築した.この光学システムでは,レーザ光を加工用のPump光と照明用のProbe光に分岐し,Pump光によって引き起こされる加工現象を,ガラス試料を透過するProbe光によって影絵として撮影する.Pump光とProbe光のガラス試料への到達時刻の差を変化させることで,加工部周辺におけるピコ秒からナノ秒の経時変化を観察した.この結果から,衝撃により空気中及び試料中に疎密波が伝搬していることがわかる.また疎密波の伝搬形状から,その発生位置が加工穴先端であることを明らかにした.実験で得られた結果をもとに有限要素解析を行い,衝撃による応力分布変化を計算した.その結果,衝撃が加わった後,圧縮応力と引張応力の波が円弧状に材料内部に伝搬する.その速度は実験で観察された粗密波の速度と同程度であった.また,穴先端の表面においては,最大で15 GPa程度の引張応力が発生することを示した.また,新たに選択的レーザ援用切削加工法を提案した.この手法では材料表面にレーザスポット径よりも小さな黒体材料を塗布し,ガラスを透過し,黒体塗料に吸収される波長のレーザを用いてレーザを照射する.そうすることで,熱影響領域を最小限に抑え,焦点位置がずれてもレーザからのエネルギを材料に吸収させることを可能とした.提案手法により加工溝の表面性状が改善し,表面粗さは従来手法と比べ,74%改善した.ガラスに超短パルスレーザを照射した際の加工現象の解明と,新たなレーザ援用切削加工法の提案及び有効性の評価に取り組み,おおむね順調に研究が進展した.超短パルスレーザ照射時の加工現象の解明に関しては,サブピコ秒の現象を捉えることのできる光学システムの構築と材料内部の電子密度及び応力分布を推定できる数値計算システムの構築を行った.実験に関しては,学外を含む多数の研究室を訪問し,どのような実験系を組むことが有効か,吟味した.計算に関しては,電子の挙動に関する研究を行っている研究者と定期的に打ち合わせを行うことで,随時アドバイスをいただき,誤った計算を行わないように導いていただいた.実験と解析を駆使することで,これまで知られていなかった加工時の物理現象の理解へとつながった.実験と解析の両面において,自ら勉強するだけではなく,一流の研究者の下へアドバイスを得るために訪問したことが,順調な進捗の助けとなったと考えている.またレーザ援用切削加工法に関しては,新しく選択的レーザ援用切削加工法を提案しその有効性を示すことができた.ガラスにフェムト秒レーザが照射された際に材料内に生じるダメージの形成メカニズムを実験とシミュレーションに基づき調査した.実験ではPump-Probe光学システムと高速度カメラを組み合わせることによりレーザ光照射直後の励起電子の挙動と衝撃波の挙動がレーザパルス照射毎に変化していく様子を観察した.その結果,加工開始後数パルスまでは穴下部に高電子密度領域が不規則に形成されるものの,レーザを数10パルス以上照射し加工が進行していくと穴入口に特徴的な直線状の高電子密度領域が形成されることを示した.この穴入口付近の高電子密度領域の温度分布を計算すると,この領域で材料が高温となり変性を起こしていることが明らかとなった.また穴底部からは衝撃波が材料内外に伝播し,材料内部に衝撃波が伝播する際に形成される引張応力は材料の理論強度以上であることが明らかとなった.ダメージ形成メカニズムの検証のために,通常のガラスと化学強化により圧縮応力を材料表面に,引張応力を材料内部に加えたガラスに対し加工し,ダメージ形成形態を比較した.

その結果,化学強化ガラスにおいて,穴入口には圧縮応力が形成されているにも関わらず通常のガラスとダメージに違いが見られなかった.一方で,穴壁面及び底部のダメージは圧縮応力領域で低減の傾向があり,引張応力領域で拡大する傾向が見られた.以上の結果から穴入口のダメージが熱変性であり,穴壁面及び底面のダメージは破壊によるクラックであることが明らかとなった.ガラスへのフェムト秒レーザ加工時に生じるダメージ形成メカニズムを明らかにすることができた.これにより,そのメカニズムの発現しないような新たな加工法を提案することで,ダメージを抑制した精密加工への道が開けることが期待できる.さらにダメージ形成メカニズムをより詳細に評価するための技術習得に向け,米国マサチューセッツ工科大学に6ヶ月間留学し,材料内部で引き起こされる超高速現象の実験による定量評価に取り組んだ.当初の計画においてはレーザ援用切削こそが最も優れた加工法であると考えていたが,材料へのダメージメカニズムを考慮した際,レーザ援用切削加工よりもさらにダメージ抑制に適しているであろう加工法を考案するに至った.新提案手法の有効性を評価するための実験装置の構築が完了したため,今後その加工方法の有効性を評価していく.Pump-Probe法と高速度カメラを組み合わせたイメージングシステムを構築し,低パルス数においてフィラメンテーションが生じ,材料深部にまで電子励起領域が形成されている様子を観察した.また,レーザ照射の度に応力波が材料内外に伝搬していることを示した.材料深部まで形成された電子励起領域を効率的に使用し,なおかつ応力波の形成頻度を減らす加工法として,フェムト秒レーザ誘起加工法を提案した.この手法では,1発のフェムト秒レーザで材料深部まで,電子励起領域をフィラメント状に形成する.その領域にのみ,選択的に連続波レーザ光を吸収させる.ガラスに対して透過波長であり,フィラメントにのみ吸収される高出力連続波レーザを用いることで,狭い領域を局所的に加熱することを狙った加工手法である.従来であれば,深さ約0.1 mmの加工穴の形成に,200 msを要していたが,提案手法では,0.04 msで同等の深さの穴が形成できることを明らかにした.このように従来比5000倍の超高速加工を実現した.また,加工穴近傍において,従来手法で多量に形成されていたクラックが,提案手法では抑制された.従来であれば,フェムト秒レーザパルスを照射するたびに応力波が伝搬し,その際に形成される引張応力によってクラックが形成されていたが,提案手法では,応力波が一度しか伝搬しないために破壊が抑制された.以上のように,提案手法により,従来のフェムト秒レーザ加工の微細性を維持したまま,超高速加工と精密加工を同時に実現した.これまで,超短パルスレーザをガラスに照射したときの現象をPump-Probe光学系を組むことで観察してきた.しかし,Pump-Probe光学系では,原理的に,再現性のある現象しか捉えることができない.
コラーゲン代謝からみた膝関節靱帯と周囲組織との生化学的類似性についての研究

膝間接の靱帯再建術には、周囲の自家組織(腱、筋膜など)を用いる種々の手術法が考案されているが、良好な成績を維持するためには、再建しようとする靱帯の物理的・生化学的特性に最も適合した組織を選択することが重要である。このことから、膝関節の各種靱帯の組織学的検索、および主要な構成成分であるコラーゲンの生化学的検索を行った。(結果)組織学的検索では、前十字靱帯(ACL)は、光顕像にて、靱帯長軸方向に走る太いコラーゲン線維束の間に、小さな線維束が縄のように捻れながら走っており、これらが靱帯の線維束を結合させていると推察された。生化学的検索では、各種靱帯のコラーゲン含有量は、内、外側々副靱帯(MCL,LCL)および後十字靱帯(PCL)では、乾燥重量の90-95%であるのに対し、ACLでは、83%と低値であった。またコラーゲン線維の可溶性を比較すると、可溶性コラーゲン量は、MCL,LCL,PCLでは1.5-2.2%にすがなかったが、ACLでは7.5%と多く、他の靱帯組織を上まわる弾性を有することが示唆された。次に各種靱帯のコラーゲン線維をペプシン処理した上で、尿素を含むSDS-ポリアクリルアミド電気泳動を行ったところ、いずれの靱帯組織からもI型コラーゲンのみが検出され、III型コラーゲンは認められなかった。次にコラーゲン線維をNaB3H4にて還元し加水分解後、AminexA-5カラムにて還元性架橋結合を分析したところ、ACLでは硬組織コラーゲンにみられるダイハイドロキシリジノノルロイシンが、MCL,LCLでは、他の組織ではまれなリジノノルロイシンが、またACLでは、ハイドロキシリジノノルロイシンが主要な架橋として存在しており、各種靱帯組織では、I型コラーゲンのみが合成されているにもかかわらず、コラーゲンの線維配列は、各々が異なった架橋結合により形成されており、各々の靱帯がわずかずつ異なった機能をもつために要求されたものと判断された。
多形を持つ生理活性物質の固相内および液相内転移に関する研究

アミノ酸としてグリシン(Gly、C_2H_5NO_2、分子量57)を、また医薬品としてインドメタシン(IMC、C_<19>H_<16>CINO_4、分子量358)を取り上げ、標題の検討を行った。1.Glyではa形(準安定)とγ形(安定、望まし)、また、IMCではa形(準安定)とγ形(安定、望まし)、β形(擬多形)について、溶解度およびみかけの溶解熱を求めるとともに、結晶の同定と含有比の測定をGlyではIR、IMCではDSC、XRDで行った。2.IMCのγ形からβ形への固相内転移に及ぼず溶媒(EDC)ならびに混合結晶中の初期β形含有比Γ_<β,0>の影響を5°C、Γ_<β,0>=00.7溶媒含有率η_<EDC>=8050%の条件で検討した。(A)β形含有の増大とともにγ形からβ形への転移が速やかに起こる、(B)Γ_<β,0>=0.3のとき転移速度はη_<EDC>=60%で最大値をもつ(C)転移速度はAvrami-Eroffeevの2次元式に従う、ことがわかった。これらのことから、この固相内転移は一種の溶媒媒介転移で、両多形の結晶界面で自触反応的に進行することが考察された。3.(1)Gly/水とIMC/EtOH系での種々の条件の過飽和溶液からのa形とγ形の晶折挙動を検討し、次の結論を得た。(A)いずれも飽和度の高い領域では、準安定のa形が発生した。(B)両多形の溶解度の比,ζが小さいほど、温度が高いほど、両多形が選択的に析出する領域の境界の過飽和度,S_<α,b>が小さいことがわかった。(C)撹拌速度大、冷却速度大ほど、S_<α,b>が小さいことがわかった。(D)S_<α,b>を該化速度および、二次元該式長速度の理論式から展開して求めたが、実測値の傾向と一致した。(2)準安定と安定形の溶解度の間の濃度領域で、溶媒媒介転移を検討した。成長速度と溶解速度の速度式を独立して測定し、両式を合成することで溶媒媒介転移中の濃度の経時変化を求めた。実測値の傾向が得られることがわかった。
AL技術を活かした社会システムのアクティブコントロールに関する研究

本研究の主な成果は次のようにまとめられる。1.地震災害から身を守るためには時々刻々と変化する状況に対応したリアルタイム情報が必要となる。そこで、本研究では、各種の情報や計算機などの先端技術を、オンラインかつリアルタイムに駆使することによって被害軽減対策を実現していくための考え方を提案するとともに、その事例を紹介した。さらに人々の行動をも考慮に入れた「社会システムのアクティブコントロール」の問題についても述べた。2.東京ガスの地震動モニタリングシステムの展開と、それからの地震動情報に基づく警報システムの開発を行った。情報をリアルタイムに処理するため、GIS上に各種データベースを構築したので、被害推定、震源推定、スペクトル評価、意志決定は容易に行える。さらに、マグニチュード、震源距離、被害に関する経験則を求めているので、地震直後に被害を概略的に知ることができる。3.避難行動の新しい解析法として、バーチャルリアリティ(VR)を応用した解析システムを開発し、これを用いた避難行動解析を実施した。実験の結果、VRによる疑似避難体験が実際の避難行動において訓練効果として現れること、VRを用いて避難時の行動特性を再現し得ることなどを確認できた。VR避難解析システムは今後の応用において大きな可能性をもつ。4.既設橋の地震防災対策事業実施の優先順位を合理的に設定するため、橋の地震防災上の重要度の評価手法を実務的な観点から提案した。道路の路線・区間としての重要度と橋の被災時の影響度の2種類の因子の組み合わせにより、橋の防災上の重要度を新たに定義・分類した。この提案手法を東京都の道路網に適用した結果、実用性のあることがわかった。1)都市ガスの供給ブロック内にセンサーをどのように適正に配置すれば、地盤震動や供給施設の被害状況を推定できるかを検討した。特に、地盤ゾーニングや供給ネットワークの特性を活かし、推定精度を高めるように、空間的な場の変動を考慮したセンサー配置法を提案した。さらに、観測データの送信不能や異常値の発見にも対処できるような監視システムとして、Krigingによる効率的な推定法を開発した。2)1)で得られた地盤震動の情報に基づき、どの地域にどの程度の被害が発生したかをリアルタイムに予測するシステムを開発した。すなわち、地盤条件、地盤震動分布や都市ガス施設の配置およびその構造特性などの入力情報と地震被害の因果関係を明らかにするように、ニューラルネットワークモデルを構成した。ただし、対象の特徴が反映され、かつ汎化的な情報処理となるように、計算手法の効率化を図っている。3)拠点施設周辺の被害情報を収集できる信頼性の高いテレメータシステムを整備した。これとともに、2)の被害推定結果を併せて、緊急時に大ブロックを遮断するのに必要な措置判断指標について検討した。すなわち、供給ブロック内のどこにどれくらいの被害がありそうか、あるいは地盤震動になっているかどうかを調べ、ブロック化の情報を整理した。また、緊急措置判断のための望ましい情報収集・伝達のあり方についても検討した。4)発災時の交通秩序の維持や、救助および緊急輸送路を確保するため、信号制御や緊急広報用路側通信システムなどを活用した防災型交通制御監視システムについて検討した。このシステムでは、集中制御式信号機や車両感知器などの時間的・空間的配置の適正化を図るとともに、リアルタイム情報処理を行うために、カルマンフィルターに基づく効率的な交通管制システムの高度化を目指している。1.地震災害から身を守るためには時々刻々と変化する状況に対応したリアルタイム情報が必要になる。

情報をリアルタイムに処理するため、GIS上に各種データベースを構築したので、被害推定、震源推定、スペクトル評価、意志決定は容易に行える。さらに、マグニチュード、震源距離、被害に関する経験則を求めているので、地震直後に被害を概略的に知ることができる。3.避難行動の新しい解析法として、バーチャルリアリティ(VR)を応用した解析システムを開発し、これを用いた避難行動解析を実施した。実験の結果、VRによる疑似避難体験が実際の避難行動において訓練効果として現れること、VRを用いて避難時の行動特性を再現し得ることなどを確認できた。VR避難解析システムは今後の応用において大きな可能性をもつ。4.既設橋の地震防災対策事業実施の優先順位を合理的に設定するため、橋の地震防災上の重要度の評価手法を実務的な観点から提案した。道路の路線・区間としての重要度と橋の被災時の影響度の2種類の因子の組み合わせにより、橋の防災上の重要度を新たに定義・分類した。この提案手法を東京都の道路網に適用した結果、実用性のあることがわかった。
インスリンによるグリコース取り込み促進作用に関する研究

これまでエレクトロポレーションにより細胞膜を透過性にしたラット脂肪細胞を用いた検討からGluT4のトランスロケーションにG蛋白が関与していることを明らかにしてきた。しかしGluT4は常に細胞内プールと細胞膜の間をサイクリングしているため、GluT4小胞の細胞内トラフィッキング経路のどのステップにどのようなG蛋白が関与しているのか不明である。そこで平成6年度は、GluT4のエキソサイトーシスとエンドサイトーシスを分離して測定する方法を確立し、それぞれの単方向輸送系におけるG蛋白の関与について検討した。(1)エキソサイトーシスの測定系:主要組織適合抗原(MHC)クラスl由来のペプチドであるD^k-(62-85)はGluT4のエンドサイトーシスをほぼ完全に抑制するため、D^k-(62-85)存在下ではGluT4のエキソサイトーシスのみを測定することが可能である。(2)エンドサイトーシスは細胞表面のGluT4をトリプシン処理することにより生じる35kDaフラグメントを抗GluT4抗体を用いたイムノブロット法により追跡することが可能である。以上の方法を用いた検討の結果、非水解性GTPアナログのGTPγSはGluT4のエキソサイトーシスを促進するとともにエンドサイトーシスを強く抑制すること、またGluT4のエンドサイトーシスはGTPによって促進され、GDPβSにより抑制されることなどが明らかになった。このことからGluT4のエンドサイトーシスにはGTPの水解が必要であるがエキソサイトーシスには必要としないことが示唆された。エレクトロポレーションにより細胞膜を透過性にしたラット脂肪細胞においてGTPγSおよびNaFを細胞内に投与すると、GLUT4の細胞膜上へのトランスロケーションが起こりグルコースの取り込みが促進することから、GLUT4のトランスロケーションにNaF感受性G蛋白の関与が想定される。最近の研究により、GLUT4は常に細胞内プールと細胞膜の間をリサイクルしていることが明らかになった。このことは細胞膜上のGLUT4の増加(トランスロケーション)はGLUT4のエキソサイトーシスの促進とエンドサイトーシスの抑制との総和で生じることを意味する。そこで平成5年度は、GTPγSおよびNaFの作用点に関して以下の検討を行った。脂肪細胞表面のGLUT4をトリプシンで処理することにより、本来のサイズである46kDaより小さい35kDaのGLUT4のフラグメントが出現する。この36kDaのフラグメントはGLUT4と同様にエンドサイトーシスされ、これをGLUT4のC末端に対する抗体で追跡することができる。この方法を用いてGTPγSおよびNaFの効果を検討したところ、GTPγSおよびNaFによってGLUT4のエンドサイトーシスが強く抑制されることが明らかになった。逆にGTPによりGLUT4のエンドサイトーシスは著明に促進された。このことから、(1)GLUT4のエンドサイトーシスの過程にNaF感受性GTP結合蛋白が関与していること、また(2)GLUT4のエンドサイトーシスにはGTPの水解が必要なことが示唆された。しかしGluT4は常に細胞内プールと細胞膜の間をリサイクリングしているため、GluT4小胞の細胞内トラフィッキング経路のどのステップにどのようなG蛋白が関与しているのか不明である。(1)エキソサイトーシスの測定系:主要組織適合抗原(MHC)クラス1由来のペプチドであるD^k-(62-85)は

GluT4のエンドサイトーシスをほぼ完全に抑制するため、D^k-(62-85)存在下ではGluT4のエキソサイトーシスのみを測定することが可能である。(2)エンドサイトーシスは細胞表面のGluT4をトリプシン処理することにより生じる35kDaフラグメントを抗GluT4抗体を用いたイムノブロット法により追跡することが可能である。以上の方法を用いた検討の結果、非水解性GTPアナログのGTPγSはGluT4のエキソサイトーシスを促進するとともにエンドサイトーシスを強く抑制すること、またGluT4のエンドサイトーシスはGTPによって促進され、GDPβSにより抑制されることなどが明らかになった。このことからGluT4noエンドサイトーシスにはGTPの水解が必要であるがエキソサイトーシスには必要としないことが示唆された。
古海洋環境変遷に関連した円石藻(石灰質ナンノ化石)の化石化過程の研究

古海洋環境を復元するために化石群集の持っている海洋情報をどのようにして引き出すかが焦点となる.そこで,円石藻(石灰質ナンノ化石)に着目して,浅海層,中層,深海層から採取されたセジメントトラップ試料を用いて,各深度において季節変化に伴う円石藻群集の変化を明らかにし,海洋における沈降過程での群集の変移を明確にする.さらに,化石群集の持つ情報について,セジメントトラップ地点の海底表層堆積物中の遺骸群集を解析し,群集の季節変化や経年変化,鉛直輸送過程や溶解過程との関係を明らかにすることを目的とした.中緯度域の北西太平洋での深度1371mと4787mに設置したセジメントとラップ実験結果から以下のことが明らかとなった.この海域で優勢種となるEmiliania huxleyi,Gephyrocapsa oceanica,Florisphaera profundaのタクサは,セジメントトラップの年間の解析から,平均化された群集となっていることがわかった.したがって,この海域の堆積物中のこれらのタクサによる環境解析では,その海域の表層水の年平均の環境を反映しているとみるのが妥当であることが判明した.一方,Coccolithus pelagicusは,トラップでは,4月から5月に増加していることが認められているため,堆積物中の同種は,4月から6月にかけての生物生産量の高い時期を表していることが判明した.低緯度域の赤道太平洋における円石藻の沈降過程の季節変動と海底堆積物との関係については,同海域でのセジメントとラップ実験から,栄養塩の供給時にOolithotus fragilisの増加が確認されたので,この種に着目して,過去25万年前以降の環境変遷について詳細な解析を行った.同種の産出頻度の増加は,酸素同位対ステージ1,3,5と5/6境界に認められた.この種のトラップ実験による増加時期は冬季に限定されていることから,コアにみられたこの種の増加は,より冬季の影響を反映していた結果と推測された.このように,季節変化に関する円石藻群集の特徴を沈降過程も考慮した結果に基づくと,海域によってプロキシー種の特性も異なることが明らかとなり,古海洋環境変化の詳細な解析を可能にした.古海洋環境を復元するために化石群集の持っている海洋情報をどのようにして引き出すかが焦点となる.そこで,円石藻(石灰質ナンノ化石)に着目して,浅海層,中層,深海層から採取されたセジメントトラップ試料を用いて,各深度において季節変化に伴う円石藻群集の変化を明らかにし,海洋における沈降過程での群集の変移を明確にする.さらに,化石群集の持つ情報について,セジメントトラップ地点の海底表層堆積物中の遺骸群集を解析し,群集の季節変化や経年変化,鉛直輸送過程や溶解過程との関係を明らかにすることを目的とした.中緯度域の北西太平洋での深度1371mと4787mに設置したセジメントとラップ実験結果から以下のことが明らかとなった.この海域で優勢種となるEmiliania huxleyi,Gephyrocapsa oceanica,Florisphaera profundaのタクサは,セジメントトラップの年間の解析から,平均化された群集となっていることがわかった.したがって,この海域の堆積物中のこれらのタクサによる環境解析では,その海域の表層水の年平均の環境を反映しているとみるのが妥当であることが判明した.一方,Coccolithus pelagicusは,トラップでは,4月から5月に増加していることが認められているため,堆積物中の同種は,4月から6月にかけての生物生産量の高い時期を表していることが判明した.低緯度域の赤道太平洋における円石藻の沈降過程の季節変動と海底堆積物との関係については,同海域でのセジメントとラップ実験から,栄養塩の供給時にOolithotus fragilisの増加が確認されたので,この種に着目して,過去25万年前以降の環境変遷について詳細な解析を行った.同種の産出頻度の増加は,酸素同位対ステージ1,3,5と5/6境界に認められた.この種のトラップ実験による増加時期は冬季に限定されていることから,コアにみられたこの種の増加は,より冬季の影響を反映していた結果と推測された.このように,季節変化に関する円石藻群集の特徴を沈降過程も考慮した結果に基づくと,海域によってプロキシー種の特性も異なることが明らかとなり,古海洋環境変化の詳細な解析を可能にした.1)セジメントトラップ試料の分析海洋構造解析データとこれらの円石藻データとの関係を明らかにして,同時間での異なる深度間での比較から群集がどのくらい変化しているのか,あるいは共通性があるのかを解明するために,シャツキーライズ近海に1998年8月1999年7月にかけて約1年間係留された深度約1,000mと約4,000mの二つの深度のトラップ試料について,円石藻のフラックスと構成種の季節変化を分析した.その結果,浅層トラップは,円石藻フラックスのピークは,1998年12月および1999年1月であったのに対して,深層トラップは,1999年5月6月と1998年11月にピークがみられた.一見すると両トラップの円石藻フラックスの変動パターンは,逆相関をしていた.一方,各トラップの円石藻群集パターンは,比較的類似しており,浅層と深層との間で粒子の移流が考えられるものの,その群集としては,表層海域を反映した結果であった.2)海底堆積物試料の分析

シャツキーライズで採取された海底表層堆積物試料について,石灰質ナンノ化石群集解析を行うとともに,堆積物への化石としての保存状態について,各種の選択的溶解の程度について詳細に観察を行った.その結果,炭酸塩の溶解に強い寒冷種の頻度がトラップ試料での頻度より10倍近く増加していた.さらに,この海域で最も産出量の多いものの,溶解に弱い種はトラップ試料に比較してその割合が減少していた.一方,温暖種は,比較的に保存状態はよく,トラップ群集とほぼ同様の占有率であった.シャツキーライズ近海の異なる深度に設置されたトラップ試料について,円石藻のフラックスと構成種の季節変化を最初に分析する.海洋構造解析データとこれらの円石藻データとの関係を明らかにして,同時間での異なる深度間での比較から群集がどのくらい変化しているのか,あるいは共通性があるのかを解明を行った,その結果,1371mと4787mの深度における円石藻群集は,4月6月について占める頻度が異なったことが判明した.深度1371mの年間の特徴あるいは年平均にもっとも影響を与える年間で最も高いフラックスになる時期が4787mで減少しており,海底堆積物における円石藻化石(石灰質ナンノ化石)の群集と表層水の海洋環境を議論する際に,堆積物のE.huxleyiとG.oceanicaやF.profundaのタクサは,平均化された群集となっていることを考慮する必要があることが解った.したがって,この海域の堆積物中のこれらのタクサの環境解析では,その上層の表層水の環境の年間平均を反映しているとみるのが妥当と考えられる.一方,堆積物中のC.pelagicusは,より4月から6月の生物生産量の高い時期を反映した群集であることが明らかとなった.また,シャツキーライズとヘスライズの柱状堆積物の解析の結果,H.carteriと有機炭素量との関係では,25万年前以降の両者の変動パターンには,強い正の相関が認められた.Ziveri et al.(1985)は,サンタバーバラ海盆域におけるセジメントラップ試料の解析からH.carteriは円石藻フラックスの高い時期となる冬季に高いフラックス値を取っていたと報告している.今回の同種の変動は,冬季の生物量のパターンをしめす有効なプロキシーになりうる可能性が示唆された.