hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
塩害を受ける鉄筋コンクリート構造物の安全性・使用性の時系列照査

本研究では,二年間の研究期間のうちに,海水が直接接触する環境,または塩化物イオンが飛来する環境下において供用される鉄筋コンクリート構造物の,性能劣化過程を数値シミュレーションにより予測する技術的枠組みの開発と,予測システムに組み込む種々のモデルの開発を行った.予測システムは,かぶりコンクリート中の水分,塩分,酸素移動の解析,コンクリート中の鉄筋の腐食過程の解析,鉄筋が腐食した鉄筋コンクリート構造の耐荷性状の解析を行う部分より成り,それぞれの部分には,研究の進展に応じて最新のモデルが導入できるようになっている.本研究期間中には,以下の改良を加えた.1)水分,塩分,酸素移動に対し,コンクリートの細孔構造に基づく,熱力学的に整合の取れた物理モデルを開発し,導入した.不飽和,部分飽和,乾湿繰返し条件下に対し,汎用的に適用できるものである.ただし,曲げひび割れを精密に考慮することについては,研究途上である.2)コンクリート中の鉄筋の腐食モデルについては,腐食反応の電気化学に立脚したモデルの開発に取り組んだ.まだ改良の余地はあるものの,酸素拡散律速と濃度分極とが現象に立脚して考慮できるものとなっている.3)鉄筋の腐食した鉄筋コンクリートの力学性状については,系統的な室内実験を行い,有益な知見を蓄積した.現行で組み込まれているモデルがほぼ妥当であることを確認するとともに,さらに信頼性の高いモデルを将来開発するに十分な情報を得た.4)連続繊維シートを構造物表面に接着する補修補強工法の効果を合理的に表せるようにした.物質遮蔽効果と引張補強材としての効果を,予測システムの該当部分に導入した.以上を組み込んだ数値解析プログラムを用いて,種々の環境条件,構造寸法,使用材料,補修補強工法を想定してコンクリート構造物の寿命予測(力学性能の経時変化)を行った.平成11年度は,塩害による構造物の劣化過程を予測する統合プログラムの開発とプログラム中に用いる個別の現象モデルの開発を平行して進めた.統合プログラムは,構造物の劣化過程のみならず,供用期間中に施した補修・補強の影響を考慮できるフレームとすることを念頭に,開発に取り組んだ.プログラムは,(1)かぶりコンクリート中の,水分,塩分,酸素の移動,(2)コンクリート中の鉄筋の腐食過程,(3)腐食ひび割れの発生・進展,(4)鉄筋が腐食した鉄筋コンクリート構造の力学性状,のモジュールにより構成される.補修・補強工法として,かぶりコンクリートの脱塩処理,連続繊維シートの接着を取り上げた.連続繊維シートの効果は,外界からの腐食促進物質の遮蔽と,部材中における引張力の負担の双方が期待される.それらを現実に即して考慮していることが特徴である.上記の各モジュールに用いる個別の現象モデルについて,実験とメカニズムの考察に基づき,開発を進めている.以下の課題に取り組んでいる.(1)腐食物質の移動では,曲げひび割れの存在に着目し,ひび割れ幅,健全なコンクリート部分の双方の影響を総合的に考慮した,かぶりコンクリート中の物質移動の評価(2)腐食過程の予測では,電気化学的知見に立脚し,塩分濃度,酸素供給量,pHを変数とした腐食速度モデルの開発(3)腐食ひび割れに関しては,複数の鉄筋の配置,鉄筋に沿った腐食状態の不均一性を考慮できるひび割れ幅予測モデルの開発平成12年度には,各モジュールに最新モデルを組み込み,さらにデータの入出力の視覚化を計画している.完成したプログラムは他の研究者に提供し,批判を仰ぐ予定である.本研究では,二年間の研究期間のうちに,海水が直接接触する環境,または塩化物イオンが飛来する環境下において供用される鉄筋コンクリート構造物の,性能劣化過程を数値シミュレーションにより予測する技術的枠組みの開発と,予測システムに組み込む種々のモデルの開発を行った.予測システムは,かぶりコンクリート中の水分,塩分,酸素移動の解析,コンクリート中の鉄筋の腐食過程の解析,鉄筋が腐食した鉄筋コンクリート構造の耐荷性状の解析を行う部分より成り,それぞれの部分には,研究の進展に応じて最新のモデルが導入できるようになっている.本研究期間中には,以下の改良を加えた.1)水分,塩分,酸素移動に対し,コンクリートの細孔構造に基づく,熱力学的に整合の取れた物理モデルを開発し,導入した.不飽和,部分飽和,乾湿繰返し条件下に対し,汎用的に適用できるものである.ただし,曲げひび割れを精密に考慮することについては,研究途上である.2)コンクリート中の鉄筋の腐食モデルについては,腐食反応の電気化学に立脚したモデルの開発に取り組んだ.まだ改良の余地はあるものの,酸素拡散律速と濃度分極とが現象に立脚して考慮できるものとなっている.3)鉄筋の腐食した鉄筋コンクリートの力学性状については,系統的な室内実験を行い,有益な知見を蓄積した.現行で組み込まれているモデルがほぼ妥当であることを確認するとともに,さらに信頼性の高いモデルを将来開発するに十分な情報を得た.4)連続繊維シートを構造物表面に接着する補修補強工法の効果を合理的に表せるようにした.物質遮蔽効果と引張補強材としての効果を,予測システムの該当部分に導入した.以上を組み込んだ数値解析プログラムを用いて,種々の環境条件,構造寸法,使用材料,補修補強工法を想定してコンクリート構造物の寿命予測(力学性能の経時変化)を行った.
多様体のKO-群およびJ-群と関連分野の研究

研究代表者を中心にして、学内における5名の研究分担者、8名の研究協力者が課題名の研究を行った結果、今年度において次の様に列挙される研究実績(学術論文6篇、図書2冊、口頭発表17件)を得た。1.玉村は法2p懸垂萎縮レンズ空間のKO-群およびJ-群の構造を用いて、2つの法2p懸垂萎縮レンズ空間が同じ安定ホモトピー型を持つための必要条件と十分条件を与えた。2.橋爪は無限グラフの構造とスペクトルについて研究した。3.渡辺(守)は、平面上に置かれた互いに交差しない線分の端点を結んでできる多角形、道、木に関する研究、Mirzaianの予想に関する反例とそれから発生する新しい問題について研究した。4.兵頭は、ある種の分解能2n+1の2^m-BF計画の特徴づけと分解能Vp,qのS^m-BFF計画の分散分析・仮設検定をおこなった。5.藤井は、大きさn=18、制約数m=7、3シンボル、強さt=2の直交配列は従来1通りしか知られていなかったが、同型を除いて3種類ある事と具体的な配列を示した。6.坂本はマルチメデアによる数学研究や、Postcriptによって組糸の図形処理のアルゴリズムを開発した。7.引田は前線形階位空間におけるTaylorの定理において微分係数の対称性の仮定が不要である事を示し、更にその応用例を示した。8.須藤はgeneralized Kac-Moody環に対する旗多様体・線束を構成し、その大域断面の空間に実現されるLieの表現がいかなるものであるかを示した。9.船倉は教養としての数学を数学的論理思考の面から考察した。10.中川は対称式算法を利用し、標本歪度および標本尖度の分布導出をおこなった。11.中本は環の有限正規拡大の素イデアルと片側素イデアルについての関連性を示した。12.渡辺(寿)は確率偏微分方程式の超汎関数解について考察した。13.中岡は多様体上の不動点定理の定性的理論を研究した。
新規白血病治療薬としてのトキシン結合顆粒球コロニー刺激因子の開発に関する研究

われわれは遺伝子組み換え技術を用いて、顆粒球コロニー刺激因子(granulocyte colony-stimulating factor; G-CSF)のカルボキシル末端に細胞膜結合領域を欠失した緑膿菌外毒素(40 kD fragment of Pseudomonas exotoxin; PE40)を融合させたキメラトキシン(G-CSF-PE40)を大腸菌で産生させ、G-CSF受容体選択的な細胞毒性を示す生理活性物質として精製することに成功した。しかしながら、われわれが用いた大腸菌BL21(λDE3)株とpET発現ベクターの組み合わせではせいぜい12μg/L程度のキメラトキシンしか回収できず、研究室レベルの培養で動物実験に必要な量を調整することは不可能であった。そこで、G-CSFcDNAの上流に大腸菌アルカリフォスファターゼのシグナル配列をコードする塩基配列を挿入したところ、産生量が数十倍に増加した。また同時に、大部分のキメラトキシンは可溶性分画に回収できたのでカラム操作の前にrefoldingを行う必要がなくなった。こうして得られた精製G-CSFト-PE40を正常BDF_1マウスへ3日間連続投与したところ、投与終了後2日目をピークとして一過性の高度な好中球減少症が観察されたが、約7日目には元のレベルに回復した。次に、SJL/Jマウス由来の放射線誘発性急性骨髄性白血病(AML)細胞L103を同系マウスへ静注し、白血病死させる実験においてキメラトキシンの効果を検討した。L103静注後の平均生存期間でみると、コントロール群(3匹)の17日に比較して100ng/bodyのG-CSF-PE40を投与した詳(4匹)では30日と有意に延長していた。このキメラトキシンの毒性は標的細胞上のG-CSF受容体の発現レベルに依存することから、正常マウスでは比較的発現レベルの高い好中球優位に効果を発揮し、一方G-CSF感受性の高いL103細胞の移植実験においては白血病発症までの期間を延長したものと考えられた。いっぽう、ヒトIL3のN末瑞側に酵素活性を有する25kDのPEドメインIIIを融合させたIL3トキシン(PE25-IL3)を作製した。このキメラトキシンのC末端には細胞質局在シグナルであるKDEL配列を置いた。IL3は分子内にS-S結合を1対しか持たず、またPEドメインIIIにはCysがないため、このIL3トキシンは大腸菌において可溶性の活性蛋白質として産生させることが可能であり、G-CSFトキシンのように変性・リフォールディングが不要である。生物活性は現在検討中であるが、IL3も血球選択性の高いサイトカインであり、白血病治療への応用を検討したい。

顆粒球コロニー刺激因子(G-CSF)は抗癌剤投与後の好中球減少症からの回復を促進する目的で広く使用されており、投与時の副作用はほとんどない。またそのレセプターの発現は骨髄系細胞に限局している故、毒素を融合しても他臓器への障害が最も少ないサイトカインであろう。われわれはG-CSFとPE40のハイブリッド毒素[G-CSF-PE40;G-CSFトキシン]を遺伝子組み換え技術を駆使して作製し、これまでに若干の基礎検討を行ってきた。G-CSFトキシンはG-CSFレセプターに結合してそのシグナルを活性化したが、細胞内に侵入後致死作用を示した。また、その効果はG-CSFレセプターの発現に依存しており、かつ用量依存的であった。しかしながらG-CSFのN末端数アミノ酸をコードする塩基配列がGC-richであるため、われわれの用いたpETべクターと大腸菌BL21(λDE3)の組み合わせでは産生量が極めて少なかった。また、大腸菌由来G-CSFトキシンは物理的に不安定で速やかに失活したが、これはG-CSFのCys^<17>を介して重合が起こるためと考えられた。そこで、まずG-CSFトキシンの産生量と安定性を増すため遺伝子レベルで改良を加えた。改変の要点は以下の通りである。[a]G-CSFトキシンの発現量を改善し、また可溶性蛋白質として回収するため大腸菌アルカリフォスファターゼ(phoA)のシグナル配列をG-CSFのN末端に付加した。[b]重合体形成をおこさないようにG-CSFのCys^<17>をSerに置換した。[d]G-CSFトキシンの細胞質移行を促進するためPE40のC末端に位置する細胞質内滞留シグナル(REDLK)をKDELに置換した。改変は主として変異を導入したオリゴヌクレオチド・プライマーを用いてPCR法で行ったが、単一の変異を導入したものから4つの変異を導入したものまで複数のプラスミドの構築を行った。われわれは遺伝子組み換え技術を用いて、顆粒球コロニー刺激因子(granulocyte colony-stimulatingfactor; G-CSF)のカルボキシル末端に細胞膜結合領域を欠失した緑膿菌外毒素(40 kD fragment ofPseudomonas exotoxin;PE40)を融合させたキメラトキシン(G-CSF-PE40)を大腸菌で産生させ、G-CSF受容体選択的な細胞毒性を示す生理活性物質として精製することに成功した。しかしながら、われわれが用いた大腸菌BL21(λDE3)株とpET発現ベクターの組み合わせではせいぜい12μg/L程度のキメラトキシンしか回収できず、研究室レベルの培養で動物実験に必要な量を調整することは不可能であった。そこで、G-CSFcDNAの上流に大腸菌アルカリフォスファターゼのシグナル配列をコードする塩基配列を挿入したところ、産生量が数十倍に増加した。また同時に、大部分のキメラトキシンは可溶性分画に回収できたのでカラム操作の前にrefoldingを行う必要がなくなった。こうして得られた精製G-CSFト-PE40を正常BDF_1マウスへ3日間連続投与したところ、投与終了後2日目をピークとして一過性の高度な好中球減少症が観察されたが、約7日目には元のレベルに回復した。次に、SJL/Jマウス由来の放射線誘発性急性骨髄性白血病(AML)細胞L103を同系マウスへ静注し、白血病死させる実験においてキメラトキシンの効果を検討した。
増殖因子による上皮細胞の細胞間接着と運動性の制御

上皮増殖因子(EGF)、肝細胞増殖因子(HGF)などの増殖因子は、細胞の増殖や運動性を制御することにより、組織の形成と維持に働いている重要な生理活性物質である。また、増殖因子は癌で見られる異常な細胞増殖や、転移における癌細胞の運動性の促進においても関与することが考えられている。EGF、HGFはいずれもチロシンキナーゼ型の受容体への結合を介して作用を発現することが明らかになっている。さらに、受容体結合後の増殖促進の細胞内情報伝達経路についても研究が進んでいるが、細胞運動促進機構の解明は遅れている。本研究では上皮系のヒト胃癌細胞株(高分化型MKN74,低分化型TMK-1)を使用して、EGF、HGFが運動性を促進する機構を研究し、以下の結果を得た。(1)これら胃癌細胞は細胞同士が強く結合し、細胞集塊を形成しているが、EGF、HGF処理により集塊の分散が観察された。(2)EGF、HGF共に、E-カドヘリンの機能を制御しているbeta-カテニンのチロシンリン酸化を引き起こした。E-カドヘリンは上皮細胞間の接着を制御しており、これらの増殖因子はこのリン酸化を惹起することにより細胞間の脱着を起こしたと考えられる。(3)Boyden chamberassayにより細胞運動性を調べたところ、いずれの増殖因子も運動性の促進作用を示した。また、コラーゲン、フィブロネクチンなどの細胞マトリックスへの細胞接着実験により、EGF、HGFは共に、細胞の細胞外マトリックスへの接着を促進することがわかった。さらに、細胞外マトリックスへの接着に伴って起きるFocal adhesion kinaseのチロシンリン酸化が、これら増殖因子により引き起こされた。以上の結果から、EGF、HGFにより細胞運動が促進される一つの理由は、増殖因子により細胞のコラーゲンなどへの接着性が促進されるためであることが明らかになった。
遷移金属触媒によるオレフィンからビニルシラン類の一段合成法の確立

ビニルシラン類は、種々の機能性材料の一つの原料として多用されている。例えば、酸素分離膜用のトリメチルビニルシラン重合体、フォトレジスト基板用のトリアルコキシビニルシラン重合体、ガラス、セラミックス表面機能化のためのトリハロまたはトリアルコキシビニルシランなどである。現在、工業的に行われているビニルシラン類の製造法は、アセチレンを原料とし、ヒドロシランを付加させる反応に基づいている。この方法は、無置換アセチレンとトリクロロシランとの組合わせ以外には、反応性と経済性の面で実用性に欠けるという問題点をかかえている。本研究は、当グル-プで創出したオレフィン類を原料とする新反応を用いて、実用性の高いビニルジラン類の製造法を確立することを目的とした。目的とする反応に適合する反応基質の検索を行なった。その結果、オレフィンの構造と触媒の種類に反応が大きく依存することが明かとなった。例えば、スチレンには鉄族カルボニル錯体が高い触媒活性を示した。特に、Fes(CO)_<12>を用いると副生成物であるアルキルシランは全く得られずビニルシランの選択性は100%であった。1,5ージエン類では、ウィルキンソン錯体が有効であることを見い出した。アクリロニトリルやアクリルアミドでは、良い触媒系を見い出ることができなかった。今後の課題であろう。スチレンとトリエトキシシランとの反応において、ルテニウム系触媒について種々の配位子の検討を行ない、反応機構解明のための知見を集積した。まとめると、オレフィンと触媒の組み合わせが効率的なビニルシラン合成には重要であることがわかった。そして、23の系でビニルシランの実用的合成法の確立のめどがついた。今後の課題であろう。ビニルシラン類は、各種機能材料の原料、シランカップリング材、単独重合および共重合モノマ-などとして、多彩な用途を有する化合物である。現在、工業的に行われているビニルシラン類の製造法は、アセチレンを原料としこれに対しヒトロシラン類を付加させる反応にもとずいている。この方法は、無置換アセチレンとトリクロロシランとの組合わせ以外には、反応性と経済性の面で実用性に欠けるという問題を有している。本研究は、当グル-プで創出したオレフィニ類を原料とする新反応を用いて、きわめて効率の高いビニルシラン類の新製造法を確立することを目的とした。目的とする反応に適合する反応基質、オレフィン、の検索を行なった。その結果、オレフィンの構造と触媒の種類に反応が大きく依存することがわかった。例えば、スチレンではルテニウム触媒が効果的であり、アクリル酸エステルではコバルト触媒、1.5ーヘキサジエンではロジウム触媒が有効であることを見い出した。ルテニウム系触媒について種々の配位子の検討を行ない、反応機構解明のための知見を集積した。ロジウム系触媒を用い、種々の非共役ジエン類について目的とするビニルシラン合成の可否を検討した。そして、オレフィンの位置がひじょうに重要であることを見い出した。例えば、1,3ーあるいは1,4ー,1,6ージエン類では、複雑な結果を与えたが、1,5ージエン類は高収率で対応するビニルシランを与えた。まとめると、オレフィンと触媒の組合わせか効率的なビニルシラン合成には重要であることがわかった。そして、2,3の系でビニルシランの実用的合成法の確立のめどがついた。

ビニルシラン類は、酸素富化膜などの機能性材料の原料、シランカップリング剤、単独重合および共重合モノマ-として、多彩な用途を有する化合物である。現在、工業的に行われているビニルシラン類の製造法は、アセチレンを原料とし、ヒドロシランを付加させる反応に基づいている。この方法は、無置換アセチレンとトリクロロシランとの組合わせ以外には、反応性と経済性の面で実用性に欠けるという問題点をかかえている。本研究は、当グル-プで創出したオレフィン類を原料とする新反応を用いて、きわめて効率の高いビニルシラン類の新製造法を確立することを目的とした。今まで行ってきた予備的実験からオレフィンの構造と触媒の種類に反応が大きく依存することがわかっている。例えば、スチレンからのビニルシラン合成では、ルテニウムがすぐれていた。そこで、鉄族のカルボニル錯体の検討を行ったところ、鉄カルボニル錯体とオスミウムカルボニルも高い触媒活性を示すことが明らかとなった。特に、Fe_3(CO)_<12>を用いると副生成物であるアルキルシランは全く得られずビニルシランの選択性は100%であった。ヒドロシランとしてシロキシシランを用いて検討を行った。これは、生成物の材料としての利用を意識したためである。アクリロニトリル、アクリロアミドなどの基質を用いて、ビニルシラン合成の検討を行った。これに関しては、反応条件の検討が必要である。
超高圧処理による牛乳アレルゲンの低アレルゲン化と経口免疫寛容の誘導

高圧下でペプシン処理することで、β-ラクトグロブリン(β-LG)の分解と、特異的マウスIgG1への結合の低下が顕著に認められた。また、高圧下ペプシン処理したβ-LG分解物のマウスへの投与では、皮膚アナフィラキシーと全身性アナフィラキシーの誘導が顕著に低下した。さらに、β-LG分解物をマウスに経口投与することにより経口免疫寛容が誘導された。高圧を利用したペプシン処理法が経口免疫寛容誘導能を保持したまま低アレルゲン化する方法につながることが期待される。本研究では主要な牛乳アレルゲンであるβ-ラクトグロブリン(β-LG)を高圧下酵素処理することにより、低アレルゲン化の検討を行った。β-LG水溶液にペプシンを添加し、400 MPaまたは600 MPaで高圧処理した。BALB/cマウスに2週間ごとにβ-LGをAlumアジュバントと共に腹腔内に2回注射した。β-LGを免疫したマウスを用いて皮膚アナフィラキシー応答を検討した結果、ペプチドへの顕著な分解が認められた高圧下ペプシン処理β-LGの投与による皮膚アナフィラキシー応答の強度は、未処理のβ-LGの投与に比較して有意に低下し、アレルゲン性の軽減が認められた。また、β-LGを免疫したマウスにβ-LGを腹腔投与することにより誘導した全身性アナフィラキシーに伴う体温低下を検討した結果、高圧下ペプシン処理β-LGでは体温低下が認められず、低アレルゲン化が確認された。これらの複数のアレルギーモデルの結果から、高圧下ペプシン処理により、β-LGの低アレルゲン化が可能なことが示された。さらに、これらの低アレルゲン化β-LGをマウスに経口投与することにより経口免疫寛容が誘導できるかどうか検討した結果、アジュバント免疫後のマウスリンパ節細胞の増殖応答およびサイトカイン産生において抑制が認められた。β-ラクトグロブリン(β-LG)は主要な牛乳アレルゲンである。これまでに、高圧下でタンパク質分解酵素の処理を行うことによる様々なアレルゲンタンパク質の低アレルゲン化が報告されているが、β-LGにおける手法は確立されていない。本研究では超高圧下酵素処理によるβ-LGの低アレルゲン化の検討を行った。β-LG水溶液に各種タンパク質分解酵素を添加し、超高圧処理した。最初のAlum免疫から28日目の血清を用いてβ-LG特異的IgG1との結合度を競合ELISA法によって測定した。また、皮内アナフィラキシー応答についても検討した。トリシンSDS-PAGE解析の結果、高圧下でペプシン処理した場合、β-LGの顕著な分解が認められたが、パンクレアチン処理ではβ-LGが残存した。さらに、逆相HPLC解析の結果、400 MPaで5分のペプシン処理では認められたβ-LGの残存が、400 MPaで20分及び600 MPaで5分の処理では認められなかった。一方、競合ELISA法による解析の結果、400 MPaで20分及び600 MPaで5分酵素処理したβ-LGでは400 MPaで5分酵素処理したβ-LGと比べてβ-LG特異的IgG1への結合度が顕著に低下していた。また、皮内アナフィラキシー応答の強度を比較した結果、未処理のβ-LGに比較して600 MPaで5分の処理では有意に低下し、抗原性の軽減が認められた。これらの結果から、600 MPaで5分の超高圧下ペプシン処理により、β-LGの低アレルゲン化が可能なことが示唆された。また、低アレルゲン化β-LGに対する抗原特異的T細胞のサイトカイン産生応答についても検討を行った。本研究ではこれまでに、主要な牛乳アレルゲンであるβ-ラクトグロブリン(β-LG)を高圧下ペプシン処理することにより、タンパク質の断片化による低アレルゲン化と、経口摂取後の経口免疫寛容の誘導が可能であることを示してきた。本年度は高圧下ペプシン処理における処理時間が低アレルゲン化に及ぼす影響を詳細に解析した。β-LG水溶液にペプシンを添加し、400 MPaまたは600 MPaで5、10、20分間高圧処理してペプシン分解物を得た。BALB/cマウス腹腔内にAlumアジュバントと共にβ-LGを2週間ごとに2回注射した。β-LGを免疫したマウスにβ-LGを腹腔投与後、30、60、120分における直腸温を測定し、投与後のマウスの様子を観察した。誘導されたアナフィラキシーショックによる体温低下と、アナフィラキシーショック症状のスコアを指標として低アレルゲン化したβ-LGの安全性を評価した。

未処理β-LG投与では体温が投与30分後に4.0±1.4°C、60分後には6.0±3.1°C低下した。一方、400 MPaまたは600 MPaで5、10、20分間ペプシン処理したβ-LG投与後には有意な体温低下は認められず、処理時間による違いも認められなかった。また、観察されたショック症状のスコアからも、いずれの処理時間でペプシン処理した場合でも、β-LG分解物投与ではアナフィラキシーショックが誘導されなかった。これらのことから、本研究で検討した高圧下ペプシン処理のいずれの条件でもβ-LGの低アレルゲン化が可能であること、アナフィラキシーショック症状の抑制効果に低アレルゲン化の処理条件の違いによる差はないことが示唆された。食品科学平成25年度では、前年度までにペプシンと高圧処理条件を組合せることで十分な分解とアレルゲン性の低下が示唆された高圧下ペプシン処理β-LGについて、2つの異なるアナフィラキシーモデルを用いてアレルゲン性を検討した。その結果、皮膚アナフィラキシー応答での解析に加えて、全身性のアナフィラキシー応答における低アレルゲン性の評価も実施できた。これらにより、アレルゲン特異的抗体との結合とヒスタミンなどの化学伝達物質の放出に起因する、局所での血管透過性および体温低下などの全身性ショックを誘導するアレルゲンとしての活性が低下していることを確認することができた。さらに、平成25年度以降実施計画のうち、低アレルゲン化したβ-LGの経口投与による経口免疫寛容の誘導についても検討することができた。低アレルゲン化を確認したβ-LGを経口投与したマウスにおいて、アレルゲン特異的T細胞の増殖応答とサイトカイン産生が抑制されていることを明らかにした。平成24年度実施計画については、β-ラクトグロブリン(β-LG)の超高圧処理だけではタンパク質の構造変化が十分ではないことが示唆されたため、超高圧下でのタンパク質分解酵素処理を検討した。その結果、適切な酵素と高圧処理条件を組合わせることにより、十分な分解とアレルゲン性の低下が示唆された。アレルギーモデルマウスは経口投与による発症については検討していないが、皮内アナフィラキシー応答での解析を実施できた。また、抗原特異的T細胞応答の解析も実施できた。一方、平成25年度実施計画のうち、β-LG特異的抗体に対する超高圧処理β-LGの結合性の解析を実施できた。β-LGの高圧処理または適切な酵素処理と組合わせた高圧処理についてさらに検討し、低アレルゲン化および経口免疫寛容の誘導能への影響を検討する。アレルゲン性の評価は、アレルギー発症モデルでの解析とともに、培養細胞を用いたアレルゲン性評価モデルの構築も検討する。また、低アレルゲン化β-LGに含まれるペプチドについての解析も行う。さらに、高圧処理単独での低アレルゲン化についても検討する。β-ラクトグロブリン(β-LG)の超高圧処理または適切な酵素処理と組合わせた超高圧処理についてさらに検討し、アレルゲン性軽減への効果を確認する。アレルゲン性の評価は、経口投与によるアレルギー発症モデルについて解析するとともに、培養細胞を用いたアレルゲン性評価モデルの構築も検討する。これらの解析から得られた低アレルゲン化β-LGを用いて、β-LGに対する経口免疫寛容を誘導できるかについて検討する。アレルギーモデルのマウスを用いた試験に変更があり、マウスの使用数が計画よりも少なかったこと、T細胞応答の解析を行うにあたり細胞調製用磁気ビーズを用いない方法を採用したため、その購入がなかったこと、遺伝子発現の解析を実施しなかったことなどから当該研究費が生じた。
消化管複合糖質の組織化学的解析

研究の二年目にあたり、2年間の成果をまとめ公表する努力をした。代表的論文は邦文綜説二篇、邦文論文二篇、国際誌英文論文二篇である。このうち邦文綜説二篇では、レクチンの細胞化学の方法論について、特に染色法として超薄切片染色法を中心に、親水性LowicrylK4M樹脂を用い、マーカーとしては主としてコロイド金を用いた方法についてラット胃、結腸を材料にその方法論的確立を期した。国内外の研究者でレクチンを用いた研究をしている者は多いが、用いたレクチンの種類の多さでは我グループは国の内外をとわずトップランクにあると思われるが、それぞれのレクチンの至適決定条件を検討しほぼその条件を確立した。これらの条件の下に主として三つの成果を得た。一つは胃底腺副細胞に関するものであり、種々のレクチンの染色の結果、この細胞は主細胞との中間型細胞、主細胞の三種類の細胞の中で最も標識密度が高く、レクチンで標識される部位はPA-TCH-SP染色でも染色される事、またこれら三種類の細胞が共にpepsinogenIで染色される事から副細胞の前駆細胞であると結論した。次に結腸粘液細胞を用いゴルジ装置を中心としてglycosylation sitesを検討した。HPA、DBA、SBAはゴルジ装置のcis側を、RCA-1、PNAはtrans側を、LIFA-1、LFAはtransmost側を染める事を確認し、ラジオオートグラフィーで云われていたglycosylation sitesをそれより分解能の高いレベルで確認しえた。さらにラット胃底腺の発生に伴うレクチン染色の結果についてGSA-IIレクチンを用いて研究した。胎生後期被覆上皮と腺底部がこのレクチンで染色されるが、生後は胃底部のみ染まり、それが腺の伸長と共に陽性部位が上方に移動し、成獣では幹細胞直下の副細胞域のみを染める事を見い出し、発生に伴うレクチンの染色部位に変化のある事、また成獣ではGSA-IIレクチンが副細胞のマーカーとなりうる事を明らかにした。消化管のうち,主に胃底腺と結腸に焦点を合せその複合糖質の組織化学的研究を行なって来た.このうち胃底腺に関しては,特に副細胞に焦点を合せ種々研究しているが,この粘液細胞顆粒はGSA-IIレクチン, HPAレクチン, PNAレクチン, RCA-1レクチンにコロイド金を標識したコンジュゲートで瀰慢性に染色され,一方主細胞はこれらいずれのレクチンコンジュゲートによっても染色されない事が確認された.PAS反応の電顕レベルでの染色であるPA-TCH-SP染色でも副細胞顆粒は瀰慢性に染るが主細胞顆粒は染色されない.副細胞と主細胞の中間域に二相性構造を有する顆粒を持つ細胞が存在し,レクチンコンジュゲート, PA-TCH-SP染色共,その顆粒の電子密度の低い部を染める.また,これら三種類の細胞にはペプシノーゲン活性が免疫細胞化学的に証明されている事を踏え,我々は副細胞が主細胞の前駆細胞であるとの結論に達した(解剖学雑誌63:11-18,1988).また,発生学の立場から胃底腺の副細胞を追求するとHPALレクチン同様GSA-IIレクチンがこの細胞のマーカーとして,この細胞の分化を追求するのに適している事が判明した(Am.J.Anit修正稿投稿中).

一方,結腸では近位結腸の腺底部粘液細胞がよく発達したゴルジ装置を有し, terminal glycosylationの場をコロイド金標識レクチンで追求するよりモデルとなりうる.LowicylK4M包埋の超薄切片に染色を試みるとeisからtransに向ってSBAレクチン, PNAレクチン, UEA-1レクチン, LFAレクチンと云った一定の標識場所が見られ, turminal glycosylationの様式が解明できた.我々の仕事は第92回日本解剖学会総会(1987,4),第72回日本電顕学会シンポジウム(1987,10)でシンポジストに選ばれた他,第8回国際組織細胞化学会のミニシンポ(1988,8),第33回日本電顕学会シンポジウム(1988,10)でもシンポジストに内定する等国内外からも客観的評価を受けていると考えている次第である.研究の二年目にあたり、二年間の成果をまとめ公表する努力をした。代表的論文は邦文綜説二篇、邦文論文二篇、国際誌英文論文二篇である。このうち邦文綜説二篇では、レクチンの細胞化学の方法論について、特に染色法として超薄切片染色法を中心に、親水性Lonicryl K4M樹脂を用い、マーカーとしては主としてコロイド金を用いた方法についてラット胃、結腸を材料にその方法論的確立を期した。国内外の研究者でレクチンを用いた研究をしている者は多いが、用いたレクチンの種類の多さでは我グループは国の内外をとわずトップランクにあると思われるが、それぞれのレクチンの至適決定条件を検討しほぼその条件を確立した。これらの条件の下に主として三つの成果を得た。一つは胃底腺副細胞に関するものであり、種々のレクチンの染色の結果、この細胞は主細胞との中間型細胞、主細胞の三種類の細胞の中で最も標識密度が高く、レクチンで標識される部位はPA-TCH-SP染色でも染色される事、またこれら三種類の細胞が共にpepsinogenIで染色される事から副細胞を主細胞の前駆細胞であると結論した。次に結腸粘液細胞を用いゴルジ装置を中心としてglycosylation sitesを検討した。HPA、DBA、SBAはゴルジ装置のcis側を、PCA-1、PNAはtrans側を、UFA-1、LFAはtransmost側を染める事を確認し、ラジオオートグラフィーで云われていたglycosylation sitesをそれより分解能の高いレベルで確認しえた。さらにラット胃底腺の発生に伴うレクチン染色の結果についてGSA-IIレクチンを用いて研究した。胎生後期被覆上皮と腺底部がこのレクチンで染色されるが、生後は胃底部のみ染まり、それが腺の伸長と共に陽性部位が上方に移動し、成獣では幹細胞直下の副細胞域のみを染める事を見い出し、発生に伴うレクチンの染色部位に変化のある事、また成獣ではGSA-IIレクチンが副細胞のマーカーとなりうる事を明らかにした。
協奏機能型触媒が拓くサステイナブルな直截型反応群の開発

最近数十年の有機合成化学の精緻化は,天然物,医薬品,およびファインケミカル類の合成に必要不可欠な「立体化学を精密に制御した有機分子構築法」を刷新し,合成可能な分子のスペクトルを飛躍的に拡充した。しかしながら,生成物の高収率性を最高解とする発展を遂げたため,使用する活性化試薬類に付随して目的生成物以上の廃棄物を必然的に伴う反応例も未だ多く,実用性・環境負荷のファクターを考慮すると決して満足できるレベルにはない。本研究計画では,「この反応には試薬が必要」という常識を打ち破り,触媒デザインにより広範な有機合成反応群を試薬フリーで具現し,21世紀の有機分子構築法の一般概念として強く世界に認識させることを目標として掲げている。ソフトLewis酸(softLA)/ハードブレンステッド塩基(hardBB)協奏機能型触媒はソフトLewis塩基性基質を強力に活性化し,活性化試薬無しに廃棄物フリーで反応を駆動する。特に,最近申請者が見出した7-アザインドリンアミドは,本触媒系によりE型からZ型に異性化・活性化され,低酸性度のアミドでありながら円滑な触媒的エノラート生成が進行する非常に希有な例である。前年度にさらに-OR,-X(ハロゲン)基を導入した基質においても円滑な反応が進行することを見出した。本年度は,求電子剤を変更し不斉4置換炭素構築型反応を集中的に検討し,より付加価値の高いキラルビルディングブロック群の迅速合成を達成した。また,アキラルチオアミドを第2配位子として活用する立体選択性向上戦略も奏功し,チオアミド官能基の新たな一面を開拓することができた。特殊ヘテロ環を擁するアミド触媒は第2世代型触媒の開発に成功し,グローバルなサプライヤーからの市販化を達成した。本触媒構造検討中に新規な蛍光団骨格の同定に至り,市販化合物から1工程で合成可能な汎用性蛍光物質として発表することができた。数多くの環境調和型不斉触媒反応の開発に成功し,国際学術誌に論文投稿を果たした。また,特殊ヘテロ環を擁するアミド化触媒はグローバルなサプライヤーからの市販化を果たすことができた。さらに,研究過程で予想外の新規蛍光団を発見することができ,論文化し広く世界に公表した。本年度は,さらなる合成化学的応用性を指向し,本アミドの特色を生かして系中発生させたエノラートを触媒量のIr(III),Ru(III)錯体の可視光励起により一電子酸化してラジカルカップリングさせる反応系への応用展開も図り,特異な触媒的アミドエノラート発生技術の合成化学的有用性を追求する。同時に,特殊ヘテロ環B3NO2骨格を特徴とするDATB触媒を用いる反応開拓も進める。本骨格の官能基許容性と高い堅牢性を鑑み,連続促進型反応における応用可能性を幅広く探索していく。本研究計画は,触媒の合理的デザインを基盤として,試薬の援用を徹底排除した原子効率100%の有用触媒反応群の開発を目指すものである。複数の触媒機能の同時発現に由来する協奏機能型触媒の強力な基質活性化機構を駆使することで,従来は活性化試薬の援用に頼っていた低反応性基質間の反応を原子効率100%で達成し,廃棄物フリーの21世紀型分子構築技術として確立させる。新奇な分子骨格・原子配列を有するエキゾチック分子の触媒機能を追求し,他分野への波及効果も視野に入れた新しい分子活性化モードを模索することで,基礎研究としての協奏機能型触媒を次世代の触媒設計指針として一般化させる。アミドの直接エノラート化を鍵とする触媒的不斉付加反応の開発では、アミドのα-置換基として合成化学的に有用な酸素系官能基やビニル基の導入が可能となった。この成功により光学活性生成物の有用性が大幅に高まり、様々な医薬品に繋がる有用なキラルビルディングブロックを高原子効率で得ることができた。固体不斉触媒によるニトロアルドール反応ではα-トリフルオロメチルケトンへの付加反応が高立体選択的に進行する事を明らかにし、種々の光学活性3級アルコールを与える有用反応として確立した。B3NO2骨格を有するDATB触媒では、今まで困難とされていたペプチド合成においても高い触媒効率を発揮することを明らかにし、生物活性ペンタペプチドの触媒的合成を報告した。当初の想定通りに研究が進んでいる。

本研究計画では,「この反応には試薬が必要」という常識を打ち破り,触媒デザインにより広範な有機合成反応群を試薬フリーで具現し,21世紀の有機分子構築法の一般概念として強く世界に認識させることを目標として掲げている。ソフトLewis酸(softLA)/ハードブレンステッド塩基(hardBB)協奏機能型触媒はソフトLewis塩基性基質を強力に活性化し,活性化試薬無しに廃棄物フリーで反応を駆動する。特に,最近申請者が見出した7-アザインドリンアミドは,本触媒系によりE型からZ型に異性化・活性化され,低酸性度のアミドでありながら円滑な触媒的エノラート生成が進行する非常に希有な例である。前年度にさらに-OR,-X(ハロゲン)基を導入した基質においても円滑な反応が進行することを見出した。本年度は,求電子剤を変更し不斉4置換炭素構築型反応を集中的に検討し,より付加価値の高いキラルビルディングブロック群の迅速合成を達成した。また,アキラルチオアミドを第2配位子として活用する立体選択性向上戦略も奏功し,チオアミド官能基の新たな一面を開拓することができた。特殊ヘテロ環を擁するアミド触媒は第2世代型触媒の開発に成功し,グローバルなサプライヤーからの市販化を達成した。本触媒構造検討中に新規な蛍光団骨格の同定に至り,市販化合物から1工程で合成可能な汎用性蛍光物質として発表することができた。数多くの環境調和型不斉触媒反応の開発に成功し,国際学術誌に論文投稿を果たした。また,特殊ヘテロ環を擁するアミド化触媒はグローバルなサプライヤーからの市販化を果たすことができた。さらに,研究過程で予想外の新規蛍光団を発見することができ,論文化し広く世界に公表した。アミドエノラートの反応スコープの拡充とDATB触媒のメカニズム解析、構造修飾による更なる機能改善を進める。本年度は,さらなる合成化学的応用性を指向し,本アミドの特色を生かして系中発生させたエノラートを触媒量のIr(III),Ru(III)錯体の可視光励起により一電子酸化してラジカルカップリングさせる反応系への応用展開も図り,特異な触媒的アミドエノラート発生技術の合成化学的有用性を追求する。同時に,特殊ヘテロ環B3NO2骨格を特徴とするDATB触媒を用いる反応開拓も進める。本骨格の官能基許容性と高い堅牢性を鑑み,連続促進型反応における応用可能性を幅広く探索していく。
短寿命励起三重項状態における磁気的相互作用と電子構造

2,2'-ビピリジンの最低励起一重項状態から最低励起三重項状態への項間交差(ISC)に対するプロトン付加および反磁性金属イオンとの錯体形成の影響を,時間分解ESRの実験を行って研究した.その結果, 2,2'-ビピリジンのISCは主として短軸方向の副準位に起るが,プロトンが付加すると分子面内における異方性が小さくなり, Zn(II)錯体では長軸方向の副準位に起ることがわかった.また,代表的な含窒素芳香族塩基であるキノリン,イソキノリンについてもISCの副準位選択性に対するプロトン付加の影響を調べ,キノリンの場合,プロトン付加に伴いISCの副準位選択性が長軸方向副準位から短軸方向副準位へと大きく変化することがわかった.4,4'-ジアザスチルベンの励起三重項状態は無りん光性かつ短寿命であるため,時間分解ESR法が唯一の研究手段である.エキシマーレーザーを光源に用いた時間分解ESRの実験を行い, △Ms=±1遷移の信号を観測することに成功した.また,延伸高分子膜法を用いてこれらの信号の帰属を行った.その結果,最低励起一重項状態から最低励起三重項状態へのISCは分子面内の二軸方向の副準位にほぼ1:1で起り,分子面外方向の副準位には最も起りにくいことがわかった.従って,最低励起三重項状態において,平面に近い構造をとるという結論が得られている.種々のニトロおよびジニトロナフタレンの最低励起一重項状態から最低励起三重項状態へのISCの副準位選択性およびゼロ磁場分離定数を時間分解ESRの実験を行って研究した.その結果,短寿命のために従来の定常状態ESR測定からは得られなかった1, 4-ジニトロナフタレンのすべての共鳴磁場が観測され,ゼロ磁場分離定数が求められた.得られた寿命およびゼロ磁場分離定数は近接する^3ππ^※と^3nπ^※状態間に強い振電相互作用があることを示している.2,2'-ビピリジンの最低励起一重項状態から最低励起三重項状態への項間交差(ISC)に対するプロトン付加および反磁性金属イオンとの錯体形成の影響を,時間分解ESRの実験を行って研究した.その結果, 2,2'-ビピリジンのISCは主として短軸方向の副準位に起るが,プロトンが付加すると分子面内における異方性が小さくなり, Zn(II)錯体では長軸方向の副準位に起ることがわかった.また,代表的な含窒素芳香族塩基であるキノリン,イソキノリンについてもISCの副準位選択性に対するプロトン付加の影響を調べ,キノリンの場合,プロトン付加に伴いISCの副準位選択性が長軸方向副準位から短軸方向副準位へと大きく変化することがわかった.4,4'-ジアザスチルベンの励起三重項状態は無りん光性かつ短寿命であるため,時間分解ESR法が唯一の研究手段である.エキシマーレーザーを光源に用いた時間分解ESRの実験を行い, △Ms=±1遷移の信号を観測することに成功した.また,延伸高分子膜法を用いてこれらの信号の帰属を行った.その結果,最低励起一重項状態から最低励起三重項状態へのISCは分子面内の二軸方向の副準位にほぼ1:1で起り,分子面外方向の副準位には最も起りにくいことがわかった.従って,最低励起三重項状態において,平面に近い構造をとるという結論が得られている.種々のニトロおよびジニトロナフタレンの最低励起一重項状態から最低励起三重項状態へのISCの副準位選択性およびゼロ磁場分離定数を時間分解ESRの実験を行って研究した.その結果,短寿命のために従来の定常状態ESR測定からは得られなかった1, 4-ジニトロナフタレンのすべての共鳴磁場が観測され,ゼロ磁場分離定数が求められた.得られた寿命およびゼロ磁場分離定数は近接する^3ππ^※と^3nπ^※状態間に強い振電相互作用があることを示している.本研究の主要な実験である時間分解ESRにおいて、光源に主として用いるエキシマーレーザーについては、昭和61年10月中旬科学研究補助金配分内定の通知を受けると直ちに発注し、納入後308nm発振(Xecl)の調整を完了した段階である。本研究課題に関係した研究としては、(E)-1,2-ビス(2-ピリジル)エチレンの最低励起三重項状態について、窒素レーザーを光源に用いた時間分解ESRの実験を行っている。現段階においては、FF80ms=±1遷移の信号の極性を観測し、最近励起一重項状態から最低励起三重項状態のいずれのスピン副準位にどのような比率で項間交差が起っているか検討した。そのために、マイクロコンピューターにより時間分解ESRスペクトルのシミュレーションを行ない、半定量的にそれぞれのスピン副準位における分布を求めた。また、分子軌道法を用いたゼロ滋場分離定数の計算を行ない、その結果を参考にしてスペクトル線の歸属を行なった。その結果、上記の項間交差によるスピン副準位の選択性については、Ty準位(yは分子面内で中央のC=C二重結合に垂直に近い方向)への遷移が支配的であるという結論が得られている。

本研究の主要な実験である時間分解ESRにおいて,パルス光源として使用するエキシマーレーザーを前年度に購入した.今年度当初に波長308nm(XeCl)および249nm(KrF)における発振調整を完了した.また,トランジェントメモリーと今年度に購入したマイクロコンピューターを組み合わせて,時間分解ESR信号の平均加算処理システムを完成し,スペクトルのS/N比の向上が可能になった.(E)ー1,2ービス(4ーピリジル)エチレンの励起三重項状態は無りん光性かつ短寿命であるため,時間分解ESR法が唯一の研究手段である.本研究では,エキシマーレーザーを光源に用いた時間分解ESRの実験を行い, △Ms=±1遷移の信号を観測することに成功した.また,延伸高分子膜法を用いてこれらの信号の帰属を行った.その結果,最低励起一重項状態から最低励起三重項状態への項間交差(ISC)は分子面内の二軸方向の副準位にほぼ1:1で起こり,分子面外方向の副準位には最も起こりにくいことがわかった.従って,最低励起三重項状態において,平面に近い構造をとるという結論が得られている.2.2′ービピリジンのISCに対するプロトン付加および反磁性金属イオンとの金属錯体形成の影響を,時間分解ESRの実験を行って研究した.その結果, 2,2′ービピリジンのISCは主として短軸方向の副準位に起こるが,プロトンが付加すると分子面内での異方性が小さくなり, Zn(II)錯体では長軸方向の副準位に起こることがわかった.また,キノリンについてもISCの副準位選択性に対するプロトン付加の影響を調べ,プロトン付加に伴いISCの副準位選択性が長軸方向副準位から短軸方向準位へと大きく変化することがわかった.
火山豆石の生成機構と火砕物の噴出様式との関係

火山豆石の内部構造は同心円構造が発達したもの(CONC)と、これが認められず不規則なもの(RAND)の2群に大別される。いずれが含まれるかは各火砕物固有の性質である。火山豆石が形成されるとき、構成粒子を結びつける膠着剤が氷の場合がCONC、水の場合がRANDになると考えられる。この推定は後者の場合について、1991年雲仙火山で降下した火山豆石の研究で立証された。火山豆石の内部構造の観察、直径・形状・間隙率・比重の測定を行い詳細に検討した結果、これらの性質と火砕物の噴出様式の差、すなわち降下堆積物(fall)/火砕流堆積物(flow)/ベースサージ堆積物(surge)の別とは密度な関係があることが明らかになった。CONCにはfallとflowの双方が、RANDにはfallとsurgeの場合がある。また、RANDはCONCよりも、間隙率と直径が小さい/見かけ比重が大きい/結晶と岩片が多くガラス片が少ない、という傾向が認められる。沖縄島呉我の火砕物には、一般的な例と異なりCONCとRANDの双方の火山豆石が共存している。含まれるガラスの化学組成を比較すると、基質はRANDと一致しCONCとは異なる。このことから、CONCは別の噴煙柱で生じ、火山豆石だけがこの火砕物に混入したものと推定される。火山豆石は火砕物中に頻繁に産出するので、個々の火砕物を理解するにあたって重要で、豆石の内部構造と諸性質を詳しく調べることによって、火砕物の生成機構が推定できる。雲仙岳では1991年6月8日の夕方、火砕流に伴って高と500mほどの噴煙が生じた。これは折からの南西の風に流され、火山灰とともに火山豆石が北東の山麓に降下・堆積した。噴火のあと、現地の計42地点で火山豆石層の層厚の計測と試料採集を、室内で計1000個の火山豆石試料について直径と歪度の計測を、それぞれ行なった。また、地形図上に層厚・直径・歪度の等値線図を作成した。測定の結果、層厚は最大16mm、火山豆石が確認できた場所での最小は2mm、平均7.6mm/直径は最大8.2mm、最小1.0mm、平均2.4mm、採集地点ごとの直径の平均値は最大3.8mm、最小1.5mm/歪度(cーa)/aの採集地点ごとの平均値は最大0.32、最小0.10、平均0.21である。ここに、cは最大直径、aは最小直径である。層厚・直径・歪度に火口からの距離を加えた計4変数の中から2変数をとって直交座標上での相関をみると、多くの組合せでは相関が弱いが層厚ー歪度の間には他より明瞭な負の相関が認められる。等値線図を見ると層厚と直径で極大となる地点にずれが見られる。このことは火山豆石が大きくなる条件と多数生じる条件とが異なっていることを示唆している。他の変数の組合せよりも相関がよかった層厚と歪度は、等値線図でも頻度傾向がほぼ一致する。このことは火山豆石が多量にできるときは歪んだ形態のものになり易いことを推測させる。薄片を作り内部構造を観察すると規則性が認められない。この火山豆石が低い噴煙から降下したことから判断して、火山豆石を構成する火山灰粒子の膠着剤となったH_2Oは水(液体)だったと考えられる。すなわち水を膠着剤として形成された火山豆石は内部構造に規則性が生じないことを今回の研究結果は示している。沖縄島北部呉我(ごが)には上部鮮新統下部更新統とされている呉我礫層が分布しており、この最下部に厚さ2mほどの白色凝灰岩層がある。この中から火山豆石が発見された。

この凝灰岩層は露出が小範囲に限られ塊状無層理である。凝灰岩にはガラス・軽石・斜長石・石英・ホルンブレンド・磁鉄鉱と少量の黒雲母が認められる。昨年度の本補助金により購入したアイソダイナミックセパレーターを用いてホルンブレンドを分離し、K-Ar年代測定を行った結果2.45Maが得られた。これと同時代の火砕物はこの周辺には認められないが、5060km離れた、島の南部に分布する島尻層群中には多数存在する。取り出した250個の火山豆石について測定した直経は3mmと8mm付近に極大値、約6mmに極小値をもつbimodalな分布を呈する。昨年度の本補助金により購入したプレパラップを用いてプレパラートを作成し豆石の内部構造を観察したところ、小さい方のグループ(豆石S)は不規則構造、大きい方のグループ(豆石L)は同心円構造を呈することが分った。このように内部構造の異なる2種の豆石が1つの火砕物中に確認される例は他に知られていない。火山豆石の内部構造が同心円構造か不規則構造かで領域が明瞭に分れる(直径)-(間隙率)図で他の豆石と比較すると、豆石Sは不規則構造の領域に、豆石Lは同心円構造の領域にプロットされ、調和的である。このことを、不規則構造の火山豆石は低い噴煙柱で水を膠着剤として、同心円構造の豆石は高い噴煙柱で氷を膠着剤として形成された、とする筆者の考えにもとづいて考察すると、呉我豆石S・Lはほぼ同時に形成された低・高2つの噴煙柱でそれぞれ形成されたと考えられる。火山豆石の内部構造は同心円構造を持つものと不規則なものとがある。この違いが生じた原因は火山灰粒子の膠着剤の差であり、前者は高い噴煙柱内で氷を膠着剤として形成されたのに対して、後者は低い噴煙柱内で水を膠着剤として形成された、とする筆者の主張が成立することが、後者の場合にって雲仙火山で1991年6月8日に降下した火山豆石の調査で確認された。以上の筆者の考えにもとづけば、1つの火砕物に含まれる火山豆石の内部構造は同心円か不規則のいずれか一方であるはずであるが、火山豆石を詳しく調査していく過程で、沖縄島中部、呉我の火砕物中から、大きさと内部構造の異なる2種の豆石を発見した。これは2つの異なる噴煙柱内で別個に生じた火山豆石が、噴煙柱を構成していた他の火砕物と共に、噴煙柱崩壊から堆積までのいずれかの過程で混合し、見掛け上1つの火砕物として堆積したものを筆者は推定した。これを検証するため火山豆石を構成しているガラス片の化学分析結果をMgO/FeO^*-K_2O/CaO図上で比較すると、両者は一部重複するものの明瞭に異なる領域を占める。このことは2種の豆石は異なるマグマに由来する異なる噴煙で生じたことを強く示唆し、上記の推定が正しいことを示している。以上の研究は、従来詳しい観察が行われなかった火山豆石を詳細に調べることによって、火砕物の成因を解明できる場合があることを示している。
フェロモン記憶の分子生理学的研究

交尾を契機に雌マウスに形成される雄フェロモンの記憶は、妊娠の成立に不可欠である。この記憶を支えるシナプスの可塑的変化は、鋤鼻系の最初の中継部位である副嗅球に起こる。副嗅球の中継ニューロンであるグルタミン酸作動性僧帽細胞は副嗅球に内在するGABA作動性顆粒細胞との間に、樹状突起同士の相反性相互シナプスを形成している。交尾刺激により賦活されたノルアドレナリン神経の働きを引き金として、種々の情報分子が関わり、僧帽細胞から顆粒細胞への興奮性シナプスに超微形態学的変化が生じることをわれわれは示してきた。今回、この相反性相互シナプスの特性及びその可塑性を電気生理学的に検討した。第1の実験では、マウス副嗅球のスライス標本を作製し、nystatin穿孔パッチによるホールセル法を用いて僧帽細胞に発生する抑制性シナプス後電流(IPSC)を膜電位固定下で解析した。IPSCは僧帽細胞樹状突起と顆粒細胞樹状突起との間の相互作用に起因し、この発生に顆粒細胞樹状突起のNMDA受容体が重要な役割を果たしていることが判明した。第2の実験では、僧帽細胞樹状突起から顆粒細胞樹状突起への興奮性シナプス伝達とその可塑性について解析した。僧帽細胞の軸索(外側嗅索、LOT)を電気刺激すると副嗅球の外叢状層において2峰性の誘発陰性フィールド電位が記録された。第2番目の電位の発生はCNQXによって抑制され、第1番目の電位の発生は、CNQXにもAP5にも影響されず、TTXによって抑制されたことから、第1番目の電位は僧帽細胞の逆行性興奮を、第2番目の電位は顆粒細胞樹状突起に発生した興奮性シナプス後電位(フィールドEPSP、fEPSP)を表わしている。LOTを比較的低頻度で長時間(10Hz、20発、3分間隔で4回)刺激すると、fEPSPの長期増強(LTP)が誘導された。