hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
心臓リハビリテーションにおける非侵襲的心機能評価法の開発：力‐心拍数関係の応用

3 bpm, p < 0.001 ).そして,このFFRの傾きを予測する独立変数はBMIであった(r = ー0.53, p < 0.01).相関は負であるから,BMIが大きいと心拍数増加に対するWD1の増加は少ない結果となった.次に,心臓リハビリテーションへの応用を鑑みて,まず健康な対象者において,有酸素運動を1日30分60分,週3回,4週間行い,このFFRの傾きがどのように変化するかの検証を行った.12名(22.1 ±2.1歳,男性11名)のFFRの傾きは運動終了5日以内では有意に増加していたが2週間後には運動前と変わらない結果となった.運動中の心機能の評価方法として,Force-Frequency Relation (FFR:心拍数増加に伴う心収縮性の増加)を,超音波エコー法と運動負荷という非観血的な方法で測定した.延べ対象者数は142名,このうち検査の再現性を検証するため3回測定した被験者が20名あった.この20名の2回分を差し引き102名でFFR解析を行った.再現性は臨床での使用に妥当な範囲内の数値であった.心拍数増加に対して心収縮性(WD1)は直線的に増加した.男女別では男性が女性より傾きが大きかった. FFRの傾きの大きさを予測する独立変数はBMIで,BMIが大きいとFFRの傾きは小さくなる結果となった.1若年者でのデータ数増加した.2測定の再現性を確認するために20人を対象に同一被験者および験者で3回測定を行い,検証した.循環器運動療法20歳代後半以降の年代の測定.運動負荷試験以外の運動負荷テスト試験でのFFR測定の試み平成25年度の計画は,若年対象者によりForce-Frequency Relation (FFR)の計測法の妥当性を検討することであった.これに基づき若年対象者を対象にして心肺運動負荷試験中の頚動脈Wave Intensityを34名に対して行い,FFR測定が可能か否かの検証を行い,測定が可能であろうとの結論を得た.また,FFRの現れ方に個人差が生じていたため,これに関しても解析を行い,BMIと中等度の相関を有していたことも検証した.よって,計画目標はほぼ達成し,さらに新たな検証を行っているため,概ね順調と判断した.共同研究者より使用金額の主旨説明を受けていたが,実際は来年度繰越額が生じていた.若年対象者での計測を追加して行うとともに,10年毎の各年齢層で心疾患の診断の無い中高齢者を対象として(各年齢層20名を目処に)FFRを測定する.平成26年は,主として25歳50歳代を対象とする.研究の実験関連費用に当てることとした.共同研究者泉唯史教授は,職場の転勤に伴い,当初予定通りの研究参加が困難となった.さらに,年度末の学会出張時に研究に関する情報交換を行うため,この学会出張費用に充てる予定であったが,本人より次年度に使用したいと申し出があった.平成26年度は,20歳台後半以上の年齢を対象としてもデータ収集を開始する.これに際しての情報交換やデータ採取に協力いただくための費用とする.
網膜色素変性に対するカルパイン分子標的を応用した新規治療法

遺伝性網膜変性疾患における網膜視細胞変性の進行過程で網膜内にカルパインの活性が上昇することを以前我々の研究室にて明らかにした。さらに最近我々はカルパインのサブタイプのうちミトコンドリアカルパインー1の活性を特異的に競合阻害するペプチド(カルパイン阻害ペプチド)を同定し、これが網膜変性ラットへの点眼投与によって網膜視細胞へ送達され、その部位で視細胞変性を阻害することを示した。そこで本研究課題ではカルパイン阻害ペプチドが遺伝性網膜変性モデルラットにおいて視細胞保護効果を示すかどうかを光干渉断層計(OCT)、網膜電図、組織所見および電子顕微鏡所見などを用いて解析することとした。とくに初期の点眼投与では煩雑な点眼作業を要し、手技そのものがあまり現実的ではないとの反省に立って、当該年度においてはカルパイン阻害ペプチドを除放するデバイスを作成して、これをラット眼球結膜下に埋植してその安全性と有効性とを検証することとした。当該年度に行った研究では、第一にカルパイン阻害ペプチド除放デバイスが実際にラット眼球結膜下に埋植できるかどうか、第二に埋植した除放デバイスの安全性に問題はないかの2点に絞って実験を遂行した。その結果、生後20日のRCSラットの上方眼球結膜下に顕微鏡手術によってカルパイン阻害ペプチド除放デバイスを確実に埋植できることとと、デバイス埋植後4週間後でも埋植された野生型RCSラット眼球は非埋植の対照眼と比較して、何ら埋植そのものによる有害事象は確認されず、デバイス埋植の安全性が確認された。その視細胞保護効果については本研究に引き続く研究課題に引き継がれることとなった。細胞死に関与する因子のひとつであるカルパインのうち、ミトコンドリアカルパインー1を特異的に阻害するペプチドについて、ラット眼球を用いてペプチドを点眼することで網膜や視神経乳頭への送達の動態を免疫組織化学法およびERISA法を用いて定性的および定量的に解析した。その結果、野性型ラットにおいてはペプチド点眼後1時間にて網膜および視神経乳頭にまで到達しているこのが明らかとなり(4.48マイクロM)、以後急速に量は減少するものの6時間後でも網膜内濃度は0.29マイクロMと、本ペプチドのIC50と考えられる197nMを十分に上回っていた。このことからラットのような齧歯類の場合、本ペプチドのような分子量2,000程度の分子であれば6時間毎の点眼にても十分に網膜視細胞層まで、有効濃度を維持できる可能性が示唆された。また、網膜変性の指標として光干渉断層法(OCT)の所見を参考にする目的から、RCSラット、ロドプシンP23HおよびS334terトランスジェニックラットにおける網膜変性の自然経過をOCTにて経時的に観察し、そこで観察された異常所見が視細胞のどのような病理所見に対応するものであるかを光学顕微鏡所見と電子顕微鏡所見ならびに網膜電図などの所見と照合することで解析した。その結果、それぞれの特異的遺伝子変異に対応してOCT所見による視細胞内節および外節層の所見の変化や外顆粒層の厚さの変化などに特徴的所見を認めた。遺伝子変異の違いによりOCT所見と網膜電図の関連性にも特徴的な差異がみられることが判明した。今後、各遺伝子変異動物によるペプチド投与による視細胞保護効果をOCTにより検討するに当たって基礎となるデータを得ることができた。研究立案の頃は動物用OCTによる網膜断層撮影の方法にやや困難を感じていたが、試行錯誤を繰り返すことで次第にそのノウハウを習得できた。現在ではかなり明瞭な画像を得ることができるようになっている。また、新規に取得した動物用網膜電図計の使用方法にも慣れ、安定した波形を得ることが出来るようになっている。さらに、光学顕微鏡標本や電子顕微鏡標本の作製に当たって、当初は網膜剥離は不可避的に発生していたが、これも専門家にアドバイスをもらい、眼球の固定法に問題があったことが判明して試行錯誤を繰り返した結果、現在では網膜剥離の発生は激減している。平成29年度はペプチドを実際に変性動物に投与して実際にOCT上でどのような変化が観察されるのかを中心に研究を進めることができる状態にある。網膜色素変性に代表される遺伝性網膜変性に対する新規治療法の開発を目指した研究として、網膜視細胞死を抑制することで視細胞保護を図ることを本研究課題にて申請している。とくに視細胞死においてカルパインが重要な役割を演じていることから、カルパインを阻害するペプチドを用いて視細胞死を抑制することができるかどうかについて研究を行っている。これまでの予備的研究から網膜色素変性のモデルラットに対して、カルパインペプチドの点眼投与によって視細胞が抑制されることを示した。当該年度においてはカルパイン抑制ペプチドの網膜への持続的送達を目的としてペプチドを徐放性に投与できるデバイスの作成に主眼をおいた研究を行った。その結果、ペプチドの徐放デバイスを作成できたので次年度にその効果を検証できる段階になった。それと並行して、網膜変性の進行度合いの評価を光干渉断層計(OCT)を用いて非侵襲的に形態評価を行えるようになることを目的として、各種の網膜色素変性ラットやマウスの網膜変性過程をOCTにて追跡し、実際の組織所見を光学顕微鏡所見と電子顕微鏡所見にて解析して、OCTでの異常所見を定性的および定量的に解析した。

その結果、視細胞変性過程のうち、視細胞外節や同内節の病的変化はOCTにおける視細胞内節外節層の一様な高輝度像として捉えられることと、視細胞の核の部分にあたる外顆粒層の菲薄化はOCT像のsegmentation解析により評価できることが明らかになり、ペプチド徐放デバイスの効果判定の基礎的な準備を整える事が出来た。網膜変性のOCTによる進行評価が確実に行えるようになったと言える。このため、目的とするカルパイン抑制ペプチド投与持の網膜変性進行の形態面での評価が容易になった。遺伝性網膜変性疾患における網膜視細胞変性の進行過程で網膜内にカルパインの活性が上昇することを以前我々の研究室にて明らかにした。さらに最近我々はカルパインのサブタイプのうちミトコンドリアカルパインー1の活性を特異的に競合阻害するペプチド(カルパイン阻害ペプチド)を同定し、これが網膜変性ラットへの点眼投与によって網膜視細胞へ送達され、その部位で視細胞変性を阻害することを示した。そこで本研究課題ではカルパイン阻害ペプチドが遺伝性網膜変性モデルラットにおいて視細胞保護効果を示すかどうかを光干渉断層計(OCT)、網膜電図、組織所見および電子顕微鏡所見などを用いて解析することとした。とくに初期の点眼投与では煩雑な点眼作業を要し、手技そのものがあまり現実的ではないとの反省に立って、当該年度においてはカルパイン阻害ペプチドを除放するデバイスを作成して、これをラット眼球結膜下に埋植してその安全性と有効性とを検証することとした。当該年度に行った研究では、第一にカルパイン阻害ペプチド除放デバイスが実際にラット眼球結膜下に埋植できるかどうか、第二に埋植した除放デバイスの安全性に問題はないかの2点に絞って実験を遂行した。その結果、生後20日のRCSラットの上方眼球結膜下に顕微鏡手術によってカルパイン阻害ペプチド除放デバイスを確実に埋植できることとと、デバイス埋植後4週間後でも埋植された野生型RCSラット眼球は非埋植の対照眼と比較して、何ら埋植そのものによる有害事象は確認されず、デバイス埋植の安全性が確認された。その視細胞保護効果については本研究に引き続く研究課題に引き継がれることとなった。ミトコンドリアカルパインー1阻害ペプチドが原因遺伝子変異秘匿的に視細胞保護効果を示すかどうかの研究に進む予定である。具体的にはこれまでのRCSラット、ロドプシンP23HおよびS334terトランスジェニックラットに加えて、Rd1, Rd2, RDH5ノックアウトマウスおよびRPE65ノックアウトマウスを加えて保護効果を検討する。検討方法は前年度に検討したOCT、網膜電図、光学組織所見および電子顕微鏡所見を用い、RCSラットやロドプシントランスジェニックラットにおいてはペプチド点眼開始時期の違いによる視細胞保護効果の差異の有無についても明らかにしたいと考えている。当該年度において作成したカルパイン徐放デバイスを用いてこれをRCSラットなどの網膜色素変性モデルラットの眼球結膜下に移植して、変性進行抑制効果が見られるかどうかについて、OCTと網膜電図との両面から検討する方針である。
試験管内分子進化法による光応答性分子ピンセットの開発

本研究では、試験管内分子進化法による光応答性分子ピンセットの開発を目指している。アゾベンゼンやスピロピランなどの光応答性分子を側鎖にもつアミノ酸を含むペプチドライブラリーを構築し、その中から特定のタンパク質に対して光応答性を持つペプチド分子を試験管内分子進化法により選択する。光応答性アミノ酸含有ペプチドライブラリーの構築に先立ち、光応答性アミノ酸をペプチド鎖に導入する方法を確立する必要がある。非天然アミノ酸導入の第1段階は直交化tRNAのアミノアシル化であり、これには種々の方法が提案されている。本研究では、これまでと異なる新しいアプローチから、tRNAのアミノアシル化を目指す。アミノ酸担持アデノシンをドナー分子(DNA)から3末端アデノシン欠損tRNA(アクセプター分子)の3末端に転位させることで、tRNAのアミノアシル化を実現する。まずモデル反応系として、tRNAの代わりに15merのRNAを用いて、その転位反応を行った。脱離グループ(ベンゼンスルホン酸残基)を連結したアミノ酸担持アデノシンを結合したDNAをドナー分子として、それに相補的な3'末端リン酸チオエート化したRNAをアクセプター分子として合成した。これらの二本鎖形成により、チオエートの求核攻撃で脱離グループを脱離させるとともに、アミノ酸担持アデノシンをドナー分子からアクセプター分子へ転位させることを目指した。ドナーとアクセプター分子を緩衝液中で35°C、2時間インキュベートさせた後、ポリアクリルアミドゲル電気泳動で分析した。その結果、フェニルアラニン担持アデノシンのドナーからアクセプター分子への有意な転位を確認した。従って、アミノ酸担持アデノシンの核酸分子間転位反応に成功した。今後、アクセプター分子としてアデノシン欠損tRNAを使用し、光応答性アミノ酸によるtRNAのアミノアシル化を行う予定である。
比較代謝化学的手法によるP-450機能性人工触媒の創製と薬物代謝研究への応用

薬物代謝を司るシトクロムP-450の反応機構を明らかにすると共に、その機能を化学的にシュミレートした人工代謝系を構築し、薬物代謝研究へ応用することを究極の目的とし、本研究費交付年限である3年間に分担者相互の有機的協力体制下に効率良く研究は進展し多くの興味のある重要な成果を得ることが出来た。これらの成果は以下のように分類、集約される。1.ヘム鉄S配位子の反応性への効果ーS配位P-450モデル錯体を用いることにより、S配位子はhydrophobicな環境下でも反応中間体(パーオキソ錯体)のO-O結合をヘテロに開裂させ、Fe^<5+>オキセノイドタイプの強力な酸化活性種生成を促進させることを初めて明らかにした。2.ヘム酸素の化学修飾による機能変換ー電子伝達を司るシトクロムcの固定化、及び部分加水分解によりP-450様基質酸化活性が発現した。さらに^<18>Oを用いた反応の解析などより反応機構もP-450と類似していることが示せた。3.高効率ポルフィリン触媒の開発ーオレフィンのエポキシ化触媒としてRu-ポルフィリン12,6-二置換ピリジンN-オキシド系を開発した。さらに本系に塩酸などを添加すると従来のP-450モデルでは活性が低かった不活性アルカンの酸化触媒として有効であることを見いだした。4.P-450モデルを用いた薬物などの新規代謝反応、及び代謝物の検索ーポリペプチド担持鉄ポルフィリンなどP-450モデルの反応解析より、アニリン類のカップリング反応、ピペリジン環β-位酸化反応、酸化的脱炭酸反応などを見いだした。これらの反応はP-450によって触媒される新規代謝反応であることを明らかにした。さらに酸素系では不安定なために得られない代謝中間体の合成にもP-450モデルが有用であることが示せた。本研究は薬物代謝を司るチトクロ-ムPー450の機能を化学的にシュミレ-トした人工代謝系を構築し、薬物代謝研究へ応用することを究極の目的とするが、初年度は以下の成果を挙げた。(1)Pー450モデルとしてその活性中心であるポルフィリン鉄錯体を種々修飾した多くの化学触媒系を構築し、これらを複雑な実際の薬物の代謝実験に応用するために生体系との相同性を論ずる比較代謝化学的手法を確立した。すなわち安定同位体標識をした基質について反応を行い、反応生成物を二次元クロマト展開し、得られるラジオクロマトグラムのパタ-ンを比較することにより最適なモデル系を選別する方法である。本手法を種々の薬物の代謝研究に応用し、化学モデル系によって初めてPー450の新規な代謝機能を発見するなどその有用性を明らかにした。(2)化学触媒系の機能の精密化をはかるために、Pー450の構造・活性相関に関する生体系からの情報を得る目的で、S基軸配位子を除去した変性Pー450(Pー420)を調製し、その代謝機能を検討した結果、酸素化機能に重要な役割を果たすことを明らかにした。本知見を化学的に実証するために分子内にS基軸配位子を有するポルフィリン錯体を合成し、反応速度論的解析を行い、S軸配位子が酸素分子の開裂に著しい活性化効果を示すことを明らかにした。これらはPー450の化学・生化学に極めて重要な初めての知見となった。

またチトクロ-ムCより調製したミクロペルオキシダ-ゼを用い、一般のN配位ポルフィリンの反応性を明らかにし、ポルフィリン化学における軸配位子の重要性を示した。(3)Pー450機能性触媒を用い、種々の基質の水酸化、脱アルキル化反応を行い、活性代謝物を規範とする新規な生理活性物質を得ることに成功し、その有用性を示した。1.精製チトクロ-ムP450(以下P450)をポリメチルグルタメ-ト(PMG)に固定化したところ、取り扱いは容易となり再使用も可能であったが活性は低下した。しかしチトクロ-ムcや西洋ワサビペルオキシデ-スをPMGに固定化するとP450に特異的な基質酸化反応(立体を保持したオレフィンのエポキシ化、Oー脱アルキル化)が進行するようになるとともに、H_2^<18>O_2を用いた実験より反応機構もP450と同じことが明かとなった。またこれら固定化酵素は有機溶媒中でも使用可能であった。両酵素は入手容易なため、その固定化酵素はP450の代替となることが期待される。2.既にPMG担持鉄ポルフィリンを触媒として用いた反応をもとに、放香族アミンのNーNカップリング体を新規代謝物として見いだしている。今回さらにNと芳香環、芳香環同志のカップリング反応を新規代謝様式として発見した。上記カップリング体は毒性を有しているため本代謝反応は重要である。3.鉄ポルフィリン化合物がカルボキシレ-トの一電子酸化を初発反応とする脱カルボン酸反応(R_3CCOOH→R_3COH+CO_2)を触媒することを見いだした。さらに実際の薬物であるインドメタシンやクロフィブレ-トを基質として肝ミクロソ-ムで反応を行ったところ脱カルボン酸体が新規代謝物として確認できた。以上、薬物代謝研究へ応用できる新触媒の開発、及びそれらP450mimicsを用いて新規代謝様式を発見することができた。引き続き実際の薬物を用いて新規活性代謝物を検索するとともにP450の未知なる機能の発見とその機構解明を行う。チトクロームP-450は不活性なアルカンや芳香環の水酸化までも触媒する薬物代謝酵素である。しかし現在まで両反応を効率よく進行させるP-450モデルは開発されておらずP-450モデルを薬物代謝研究へ応用する際のひとつの問題点となっていた。この問題点を解決するため、以下の2触媒系を開発するとともに本年度は最終年度でもありP-450が触媒する新規代謝反応の検索、実際の薬物を用いた新規代謝物の検索を行った。1.2,6-二置換ピリジンN-オキシド-Ruポルフィリンー2,6-二置換ピリジンN-オキシド-Ruポルフィリン系は既にオレフィンのエポキシ化などで高活性を示すことを見いだしていたが、本反応系に少量の酸(HC1等)を添加するとアルカン類の水酸化が効率よく、ほぼ定量的に進行することを見いだした。触媒回転は最高18800回に達した。本反応系はP-450モデルとしてだけではなく有機合成化学的にも有用である。2.固定化チトクロームc/微水反応系ー水と混和しない有機溶媒中に1-5%のbufferを添加した不均一溶媒系で酵素反応を行うことを微水系といい、従来加水分解酵素を用いその逆反応を進行させるのに用いられてきた。今回、P-450モデルとして開発してきた固定化チトクロームcを過酸化水素存在下、微水系で反応させたところベンゼンの水酸化が進行した。その活性はほぼP-450に匹敵していた。またP-450の新規代謝反応として芳香族エーテル結合のイプソ置換による開裂反応などもP-450モデルを用いることで見いだした。さらに前年度に見いだした酸化的脱カルボン酸反応が多くのフェニル酢酸系抗炎症剤で進行していることも明らかにした。
ロシア帝国併合期の中央アジアにおけるタリーカの研究

本研究は、ロシア帝国併合期の中央アジアにおけるタリーカの活動に着目し、その発展過程や内部構造の解明によって、タリーカとムスリム地域社会との関わりを考察するものである。その結果、あるスーフィー一族に関する民間所蔵史料のテキストを出版し、それに基づいて一族の来歴や政権との関係樹立、経済的勢力拡大過程を明らかにしたほか、一族の一員が主導した「聖戦」から、彼らの地域社会に占めた位置について解明することができた。本研究の目的は、中央アジア・イスラーム史において重要な位置を占めたタリーカ(スーフィー教団)の発展について、ロシア帝国併合期のフェルガナ盆地におけるタリーカの指導者の活動とタリーカの内部構造に着目し、当該時期のムスリム地域社会においてタリーカが果たした役割、タリーカの活動と地域社会の形成・変容との関わりを実証的に明らかにすることである。特に、これまでの研究で力を入れてきた現地調査で収集した史料の分析と公刊に重点をおく。本年度の第一の目標は、マルギランのスーフィー一族に関する収集史料の研究であった。これについては、19世紀初頭から20世紀初頭にペルシア語、チャガタイ語で書かれた多類型の民間所蔵史料を、文書館所蔵の行政文書、研究機関所蔵の歴史書とともに、総合的に分析し、アメリカで行われたスーフィズムに関するシンポジウムで研究報告することができた。また、これらの文書群すべてをテキスト化して写真とともに出版することができた。本年度の第二の目標は、フェルガナ盆地現地において、当該一族の子孫から再度聞き取り調査を行い、これまでの研究における疑問点、問題点を解決することであったが、事情(研究代表者の妊娠)により、現地調査は実現できなかった。そのため、イランを訪れ、研究代表者がかつて日本で出版した中央アジアの18-19世紀のスーフィズムに非常に詳しいペルシア語の歴史書『選史』の校訂本の改訂出版の準備を進めた。テヘランの出版社が出版を引き受けてくれ、来年度中に出版する運びとなった。また、改訂にあたって、イランの歴史研究者たちから有益な助言を得ることができた。平成24年度においては、平成23年度に出版した史料集『Private Archives on a Makhdumzada Family in Marghilan(マルギランにおけるマフドゥームザーダ一族に関する民間所蔵史料)』にもとづき、ロシア帝国併合前後のフェルガナ盆地におけるタリーカの実態を分析し、英語論文にまとめた。具体的には、本史料集に含まれる一族の系譜書、君主からの勅令、土地売買に関する証書、聖者伝と、ウズベキスタンの文書館に所蔵されるロシア帝国のフェルガナ州統治に関わる行政文書を用いて、一族の東トルキスタンからの到来とコーカンド・ハーン国政権との関係の樹立、経済的勢力の拡大過程を明らかにし、その上で、19世紀に生きた一族の一員ワリー・ハーン・トラがハーン国末期にロシア軍に対して起こしたいわゆる「聖戦」と、ロシア当局による彼の処遇について考察した。「聖戦」は完全な失敗に終わり、コーカンド・ハーン国はロシア帝国に併合されたが、その後ロシア当局が彼をハーン家との姻戚関係を理由に免罪したことは、ロシア側が暴動の鎮静化の一方で、現地ムスリム社会の秩序の維持を重視した姿勢を表しており、その後のロシア当局の中央アジア統治を考える上でも興味深い。また、19世紀前半における中央アジアのタリーカの動向に詳しいコーカンド・ハーン国の歴史書『選史』(ペルシア語)の校訂本の改訂版をイランで出版する目処がたったので、詳細な英文解題を執筆した。なお、当初予定していた海外調査は、事情によりいずれも実施できなかった。「研究実績の概要」で述べた通り、成果の発表に関しては当初の予定通りに行うことができ、現地調査に関しては若干の変更があったが、史料の校訂本の改訂出版の具体的な準備に入ることができ、結果的に、史料の分析と公刊を主体とする本課題研究の趣旨に沿う研究を進めることができたと考える。24年度が最終年度であるため、記入しない。平成23年度に出版した『マルギランのマフドゥームザーダー族に関する民間所蔵史料』(英語)に基づき、アメリカのシンポジウムで研究発表した「マルギランにおけるワリー・ハーン・トラの聖戦:コーカンド・ハーン国におけるマフドゥームザーダー族に関する一考察」(英語)の内容を更に発展させ、英語で研究論文を完成させる。本論文は、シンポジウムの報告論集に収められる予定である。平成24年度には現地調査を実現させ、マフドゥームザーダー族の他の分派の活動について調査を行う。また、『選史』の校訂本の改訂版の作成にも取り組み、平成24年度中のイランでの刊行を目指す。
石灰化大動脈弁狭窄症－発症のトリガーとなる細胞の同定と石灰化機構の解明

高齢者に好発する大動脈弁狭窄症は、弁の異所性石灰化が予後を悪化させ、重篤な場合には外科的治療(弁置換術や弁留置術)しか選択肢がない。高侵襲のため治療を受けられない患者も多く、薬物治療法開発への期待が大きい。本研究では、大動脈弁間質細胞(HAVICs)から単離した造血幹細胞マーカー、CD34陰性細胞が腫瘍壊死因子(TNF-α)や高リン酸による石灰化刺激に対し、陽性細胞と比較して感受性が高いことを明らかにした。そこで、CD34陽陰性細胞間で遺伝子発現の網羅的解析を行い、石灰化調節に関与していると考えられる複数の候補タンパク質を得た。これら候補タンパク質のHAVICs石灰化における発現変化を調べた結果、細胞外マトリックス(ECM)タンパク質であるマトリックスGlaタンパク質(MGP)やテネイシンX(TNX)の発現が、遺伝子やタンパク質の両レベルで有意に低下することを見出した。そこで、これらタンパク質の過剰発現及びノックダウンHAVICsを作製し、石灰化に与える影響を調べた。その結果、MGP過剰発現HAVICsがTNF-αによる石灰化刺激を著しく抑制し、逆にMGPノックダウンHAVICsが自発的に石灰化することを見出した。現在、TNXでも同様の挙動を示すのかどうかについて検証を行っている。以上の結果は、ECMタンパク質低発現細胞が大動脈弁狭窄症における異所性石灰化進行の原因となる可能性を強く示唆している。次のステップでは、MGPやTNXの発現低下による石灰化誘発の分子機構や病態生理学的意義を細胞や組織の両面から明らかにする所存である。その他、本研究の一環として、心房細動を有する血液透析患者への抗凝固薬ワルファリンの長期投与が、骨形成タンパク質の発現亢進により大動脈弁石灰化を誘発することを細胞レベルで明らかにした。高齢者に好発する大動脈弁狭窄症は弁の異所性石灰化が重篤化に寄与し、弁置換術しか選択肢がない。高侵襲性のため弁置換を受けられない患者も多く、保存的薬物治療法の開発への期待が大きい。平成28年度は異所性石灰化の引き金となる未分化細胞の同定を目標とした。まず、摘出大動脈弁から得た間質細胞(HAVICs)が間葉系未分化細胞としての特徴を持つことを確認した。HAVICsからCD34陽性及び陰性細胞を選別して石灰化能を調べ、高リン酸条件下でCD34陰性細胞が易石灰化性であることを見出した。さらにDNAマイクロアレイにより両細胞間の石灰化関連遺伝子発現を解析し、CD34陰性細胞で骨吸収を調整しているタンパク質、Wnt5aや脳性ナトリウム利尿ペプチド、陽性細胞では平滑筋転写因子、GATA5やテネイシンXの転写因子、TNXBが高発現していることを見出した。一方、腫瘍壊死因子(TNF)-α誘発性HAVICs石灰化においてマトリックスGlaタンパク質(MGP)遺伝子の発現が著しく低下するという知見も得た。MGPはCD34陽陰性細胞間の遺伝子発現解析で差を認めなかったが、骨形成タンパク質2(BMP2)アンタゴニストであり、石灰化抑制作用が知られている。そこで、MGPの病態生理学的意義の解明も同時に検証した。その結果、MGP過剰発現HAVICsがTNF-α誘発性石灰化を著しく抑制し、さらにMGP低発現HAVICsが自発石灰化を起こすことを確認した。現在、MGPを含む標的タンパク質について陽陰性細胞の選別やCD34陽陰性細胞における発現の差をタンパク質レベルで調べている。また、HAVICs異所性石灰化を抑制する活性物質の探索も行い、強心作用が知られている呉茱萸成分に高リン酸誘発性HAVICs石灰化抑制作用を認めたので論文誌に発表した(J Pharmacol Sci. 2016;131:51-57)。今回、遺伝子発現解析でHAVICs石灰化に関与する標的タンパク質を特定できた。さらに、MGPが発現解析では差を認めなかったものの、TNF-α誘発性HAVICs石灰化のキーレギュレーターとしての役割を果たしていることを明らかにできた。高侵襲のため弁置換を受けられない患者も多く、保存的薬物治療法の開発への期待が大きい。昨年度は、石灰化調節に関与していると考えられる候補タンパク質として、骨形成タンパク質2(BMP2)アンタゴニストであるマトリックスGlaタンパク質(MGP)や骨吸収を調節するWnt5a、脳性ナトリウム利尿ペプチド、平滑筋転写因子であるGATA5、細胞外マトリックス(ECM)タンパク質であるテネイシンX(TNX)を同定した。平成29年度は大動脈弁から得た間質細胞(HAVICs)を用い、TNF-α誘発性石灰化における各候補タンパク質の発現について検討した。その結果、BNPやGATA5、Wnt5aについては遺伝子やタンパク質の両レベルで変化を認めなかったが、ECMタンパク質であるMGPやTNXでは、いずれも遺伝子やタンパク質レベルで有意な発現低下を示した。そこで、まずMGPについてHAVICsへのトランスフェクションにより過剰発現及びノックダウン細胞を作製してさらに検討を加えた。

その結果、MGP過剰発現HAVICsではTNF-α誘発性石灰化を著しく抑制し、一方MGP低発現HAVICsがTNF-α無添加でも自発的に石灰化を起こすことを見出した(J Pharmacol Sci. 2018)。現在、TNXがMGPの場合と同様の挙動を示すのかどうかについて検証を行っている。以上の結果は、ECMタンパク質の発現が低下している細胞が大動脈弁狭窄症における石灰化進行の原因細胞となり得る可能性を強く示唆している。次年度は、細胞や組織レベルでMGPやTNXの発現低下による石灰化誘発の分子機構や病態生理学的意義を明らかにすることで、原因細胞の特定につなげていく。前回の遺伝子発現解析で特定したHAVICs石灰化に関与するタンパク質の中でMGPと同じくECMタンパク質であるTNXもTNF-α誘発性HAVICs石灰化で発現が低下したことから、大動脈弁の石灰化がECMタンパク質の減少によって起こりやすくなる可能性が強く示唆された。高齢者に好発する大動脈弁狭窄症は、弁の異所性石灰化が予後を悪化させ、重篤な場合には外科的治療(弁置換術や弁留置術)しか選択肢がない。高侵襲のため治療を受けられない患者も多く、薬物治療法開発への期待が大きい。本研究では、大動脈弁間質細胞(HAVICs)から単離した造血幹細胞マーカー、CD34陰性細胞が腫瘍壊死因子(TNF-α)や高リン酸による石灰化刺激に対し、陽性細胞と比較して感受性が高いことを明らかにした。そこで、CD34陽陰性細胞間で遺伝子発現の網羅的解析を行い、石灰化調節に関与していると考えられる複数の候補タンパク質を得た。これら候補タンパク質のHAVICs石灰化における発現変化を調べた結果、細胞外マトリックス(ECM)タンパク質であるマトリックスGlaタンパク質(MGP)やテネイシンX(TNX)の発現が、遺伝子やタンパク質の両レベルで有意に低下することを見出した。そこで、これらタンパク質の過剰発現及びノックダウンHAVICsを作製し、石灰化に与える影響を調べた。その結果、MGP過剰発現HAVICsがTNF-αによる石灰化刺激を著しく抑制し、逆にMGPノックダウンHAVICsが自発的に石灰化することを見出した。現在、TNXでも同様の挙動を示すのかどうかについて検証を行っている。以上の結果は、ECMタンパク質低発現細胞が大動脈弁狭窄症における異所性石灰化進行の原因となる可能性を強く示唆している。次のステップでは、MGPやTNXの発現低下による石灰化誘発の分子機構や病態生理学的意義を細胞や組織の両面から明らかにする所存である。その他、本研究の一環として、心房細動を有する血液透析患者への抗凝固薬ワルファリンの長期投与が、骨形成タンパク質の発現亢進により大動脈弁石灰化を誘発することを細胞レベルで明らかにした。平成29年度以降は、MGPを含む標的タンパク質のCD34陽陰性細胞におけるタンパク質レベルでの発現変化を調べ、さらにそれぞれのタンパク質の低発現及び過剰発現細胞を作成し、石灰化能をより詳細に検討していく。これにより石灰化に関わるタンパク質をさらに絞った上で細胞選別を行い、原因細胞を特定する。特定後、原因細胞の石灰化誘発に至る分子機構や病態生理学的意義を明らかにしていく。平成30年度以降は、ECMタンパク質、MGPやTNXに絞ってそれぞれのノックダウン及び過剰発現細胞を作製し、石灰化誘発に至る分子機構や病態生理学的意義をより詳細に検討していくことで、原因細胞を明らかにしていく。
光の色に応じた生育様式の転換を支えるサイクリックジグアニル酸ネットワーク

サイクリックジグアニル酸(c-di-GMP)はバクテリアに広く存在する二次メッセンジャーで、様々な機能を調節することで生育様式の転換を司る。好熱性シアノバクテリアThermosynechococcusvulcanusが示す細胞凝集は、三つのシアノバクテリオクロム型光受容体SesA/B/Cが協調して制御するc-di-GMPシグナル伝達により制御される。450 nmの波長をもつ青色光では細胞凝集が顕著に誘導され、500 nmの青緑色光では細胞凝集は全く誘導されない。自然光はあらゆる波長の光を含んでいるため、この光波長に厳密な環境応答が自然界のどこで引き起こされるのかは不明であった。青色光と緑色光が混ざった条件では、細胞密度が高いほど細胞凝集が抑制されることを発見した。細胞の吸収特性から、シアノバクテリアの群集体内部は緑色光が優先する環境になる。SesA/B/Cは自然光のもとでは、他のシアノバクテリア細胞の陰になっているのか、ひいては凝集体における自らの位置・深さを感知して、細胞内c-di-GMPレベルに変換しているのかもしれない。T. vulは温泉の微生物マットで緑色の最表層を占めていることから、細胞凝集は生態学的に重要な応答であると期待できる。当初の研究実施計画ではc-di-GMPシグナル伝達タンパク質の空間的ダイナミクスを、主にタンパク質の相互作用と局在に着目して解析する予定であったが、この成果により、群集体における細胞の空間的ダイナミクスの重要性を示唆することができた。研究期間全体を通し、本研究でc-di-GMPシグナル伝達ネットワークにおける分子基盤、およびその生理学的、生態学的意義の理解を深めることができた。環境応答における分子のダイナミクスがどのように細胞のダイナミクスを支え、それが生態環境でどのような意味をもつのか解明するにあたって重要な一歩となった。細胞内二次メッセンジャーc-di-GMPの合成および分解に関わる遺伝子の網羅的な破壊株を好熱性シアノバクテリアThermosynechococcusvulcanusにおいて作製し、低温下で誘導される細胞凝集を表現型に評価した。細胞凝集は青色光によって誘導され、緑色光によって抑制される、細胞外セルロースに依存した応答である。緑色光照射条件下で細胞凝集を抑制するのに最も重要な遺伝子として新たにtlr1612を同定した。定量Real-time PCRを用いて発現プロファイルとその変動を測定したところ、1.低温条件下で全てのc-di-GMP関連遺伝子の発現が上昇し、2.低温下における光質依存的な細胞凝集の制御において、c-di-GMP関連遺伝子の発現は有意な変動が見られないことがわかった。細胞凝集を誘導するのに最も重要なc-di-GMP合成酵素SesAと、c-di-GMP受容体である細胞外セルロース合成酵素Tll0007の詳細なkineticsを生化学的に解析した。SesAは低い濃度でproduct feedback inhibitionを受けており、直接Tll0007へc-di-GMPを供給する因子ではないことが示唆された。これらの解析から、SesAから始まるc-di-GMPシグナル伝達経路において、最終的にTll0007が活性化されるまでに、Tlr1612の関わる、転写後制御によるc-di-GMPの増幅経路の存在が示唆できた。この結果はシアノバクテリアが多数もつc-di-GMPシグナル伝達遺伝子の個々の役割と相互の関連性の解明に貢献しただけでなく、さらなるc-di-GMPの受容体とその制御する役割の存在を示唆した。この成果をオープンアクセスの電子ジャーナルとして有名なScientific Reportsに報告することができた。H29年度に予定していた、網羅的遺伝子破壊による細胞凝集への影響と、定量Real-time PCRによる発現プロファイルとその変動の測定、に関してはその解析を終え、その他の解析結果と合わせて投稿論文として報告することができた。細胞凝集という固着性の生活様式のみならず、走光性などの運動性、planktonicな生育様式への影響も調べる予定であった。これに関しては特定の遺伝子破壊株で既に運動性が抑制される表現型が得られている。その他H29年度に予定していた、c-di-GMP受容体の新規探索と結合様式の評価には現在着手できていないが、H30年度に予定していた細胞内局在解析において、GFP導入株の作製や顕微鏡のセットアップに早くも取り組むことができている。これらを総合的に判断し、おおむね順調との結論に至った。

SesA/B/Cは自然光のもとでは、他のシアノバクテリア細胞の陰になっているのか、ひいては凝集体における自らの位置・深さを感知して、細胞内c-di-GMPレベルに変換しているのかもしれない。T. vulは温泉の微生物マットで緑色の最表層を占めていることから、細胞凝集は生態学的に重要な応答であると期待できる。当初の研究実施計画ではc-di-GMPシグナル伝達タンパク質の空間的ダイナミクスを、主にタンパク質の相互作用と局在に着目して解析する予定であったが、この成果により、群集体における細胞の空間的ダイナミクスの重要性を示唆することができた。研究期間全体を通し、本研究でc-di-GMPシグナル伝達ネットワークにおける分子基盤、およびその生理学的、生態学的意義の理解を深めることができた。環境応答における分子のダイナミクスがどのように細胞のダイナミクスを支え、それが生態環境でどのような意味をもつのか解明するにあたって重要な一歩となった。H29年度に投稿論文としてまとめることができた研究から、c-di-GMPシグナル伝達経路における転写後制御の重要性を示すことができた。これは当初よりH30年度に予定していたタンパク質間相互作用および細胞内局在解析の重要性を高めるものであった。そのためH30年度はこれらに注力し、もともとH29年度に予定していたc-di-GMP受容体の新規探索の優先順位は下げる予定である。しかしながらc-di-GMPの新規受容体の存在が示唆されたこともあり、機を見て受容体の新規探索にも試みる予定である。もともとH30年度はH29年度よりも少ない予算で使用する予定であった。しかしながら当初予定していた研究内容から派生した研究を短報としてH30年度に投稿する計画がH29年度中に浮上した。そこで論文投稿料を見据え、少額ではあるがH30年度に予算を残して使用した。
顕微分光法によるⅢ族窒化物量子井戸構造の転位近傍高エネルギー発光の起源と機能

青・緑色InGaNおよび深紫外AlGaN量子井戸構造における貫通転位近傍のバンドギャップエネルギーの空間的変調について顕微分光学的手法を用いた評価を行い、貫通転位起因のバンドギャップ変調領域の形成機構、その均一性および発光効率への寄与を明らにする。バンドギャップ変調が試料内で均一に形成されているかどうかについて検証する。また、それらの構造が貫通転位へのキャリア流入を妨げるポテンシャル障壁として有効に機能するかどうかをマクロスコピックPL評価による内部量子効率との比較により明確化する。
細胞複製制御の分子生物学的研究

本総合研究(B)は平成3年度発足予定の重点領域研究の候補として選定された「細胞複製制御の分子生物学的研究」(細胞複製制御)の組織化のための準備、調査を目的としている。上記重点領域の具体的課題は、細胞複製過程の中心に位置づけられるゲノムDNAの複製や次世細胞への正確な分配反応と、細胞成分の倍化を行う諸反応や細胞分裂とが、相互に共役し同調的に進行するよう調節している制御機構の解明にある。このためこれら関連諸分野の先端的研究者が有機的連携をもって研究を進めるよう3計画研究班を組織すると共にわが国において行われている萌芽的研究を明らかにすることを目的にワ-クショップを開催した。平成2年9月25日に名古屋において開催したワ-クショップ「細胞複製制御の分子機構」では、参加者40名をえて、28の演題を中心に活発な討論が行われた。この情報をもとに平成3年度科学研究費申請に必要な諸準備、本重点領域の公募研究を含めた今後の運営方針全体に関する打ち合せ等を目的とした総括班幹事会を東京、名古屋において開催した。ついで平成3年2月18日ー20日、三重県菰野町においてワ-クショップ「染色体の構築」を開催した。このワ-クショップはゲノム複製と分配、細胞周期等をテ-マとして参加者95名を得て、47題の最新の研究成果が発表された。研究の現状を把握する上で大きな収穫であった。これらの情報をもとに東京において幹事打ち合会を行い、重点領域組織化への最終的準備を行った。
非晶質および準結晶構造を有するアルミニウム-マンガン合金薄膜の電析機構

まず,種々のMn濃度比の浴において,電析合金組成および電流効率に及ぼす電流密度の影響を調べた結果,いずれの組成の浴においても比較的低い電流密度域で合金組成はほとんど変化しないという特徴的な電析挙動を示した。一方,高電流密度域においてはAlおよびMn析出の限界電流密度の相対的な大きさに対応して,電流密度の増加と共に合金中のMn含有率は高Mn濃度比の浴においては増加,低Mn濃度比の浴においては減少した。また,代表的な組成の浴を用いてAlおよびAl-Mn合金の分極曲線を測定した。その結果,合金浴においては,AlあるいはMnのみの析出が認められる電位域が存在せず,AlおよびMnの析出開始電位はほぼ等しいことがわかった。すなわち,AlおよびMnの還元は同時放電においてのみ可能であり,水浴液電解に認められている誘導型共析の挙動に類似したものとなった。次に,電析合金の表面性状,構造を調べた。AlおよびMnの析出が限界電流密度に達しない領域においては,電析物中のMn含有率の増加とともに良好な金属光沢を有する合金が得られた。そのとき,X線回折図において,合金のMn含有率の増加とともに電析物はMnが固溶したα-Alより成る結晶の回折線から次第に非晶質相によるブロードなピークへと変化した。また,透過型電子顕微鏡による微細構造の解析の結果,合金のMn含有率が増加するにしたがい,結晶質のα-Al相からの回折リングとともにブロードな回折線が現れ,非晶質相の混在が認められた。さらに,これら結晶質と非晶質相は電析物-陰極素地界面に平行な層状組織を呈するという極めて特徴的な様相を呈した。また,Mnを約30mass^O_O含有する合金の電子線回折像は4本のブロードなリングから成り.これは主として3から5nmの粒径を有する金属間化合物Al_6Mn微結晶の集合体の存在を示す回折リングであることがわかった。本年度は,MnCl_2を含有するAlCl_3-KCl-NaCl溶融塩浴からのAl-Mn合金電析を行い,以下に示すような,基礎的な電析挙動を検討した。まず,種々のMn濃度比の浴において,電析合金組成および合金析出の電流効率に及ぼす電流密度の影響を調べた結果,いずれの組成の浴においても比較的低い電流密度域で合金組成はほとんど変化しないという特徴的な電析挙動を示した。すなわち,AlおよびMnの還元は同時放電においてのみ可能であり,水溶液電解に認められている誘導型共析の挙動に類似したものとなった。さらに,合金電析の際のAlの部分分極曲線はAl単独電析の際のそれに比較して約70mV卑に移行した。さらに,合金電析に及ぼす浴温の影響について検討した。浴温の上昇は反応イオン種の物質移動を促進し,AlおよびMnの限界電流密度を増大させ,その結果,合金析出の電流効率が低下し始める電流密度が浴温の上昇と共に増加した。

一方,電析合金のMn含有率は浴温の増加と共に増加した。これは浴温の上昇とともに,Alの反応活性種であるAl_2Cl_7^-イオン濃度の低下によるものと考えられた。平成8年度は,MnCl_2を添加したAlCl_3-NaCl-KCl溶融塩浴からのAl-Mn合金電析を行い,主として,得られた電析合金の表面性状を走査型電子顕微鏡およびその構造をX線回折および透過型電子顕微鏡により検討した。その結果以下に示すことが明らかになった。AlおよびMnの析出が限界電流密度に達しない領域においては,電析物中のMn含有率の増加とともに良好な金属光沢を有する合金が得られた。そのとき,X線回折図において,合金のMn含有率の増加とともに電析物はMnが固溶したα-Alより成る結晶の回折線から次第に微結晶あるいは非晶質相によるブロードなピークヘと変化した。また,Al,Mnの析出が拡散限界のもとで得られた合金は一様に黒色粉末状であった。次に,透過型電子顕微鏡により電折合金の微細構造を解析した。その結果,合金のMn含有率が増加するにしたがい,結晶質のα-Al相からの回折リングとともにブロードな回折線の強度が増加し始め,非晶質相の混在が認められた。さらに,これら結晶質と非晶質相は電析物一陰極素地界面に平行な層状組織を呈するという極めて特徴的な様相を呈した。そして,Mn含有率の増加とともに非晶質相の割合が次第に増加した。また,Mnを約30mass%含有する合金の電子線回折像は4本のブロードなリングから成り,これは主として3から5nmの粒径を有する金属間化合物Al_6Mn微結晶の集合体の存在を示す回折リングであることがわかった。
「あかり」赤外線観測で探る惑星と生命の物質の起源

本年度、「あかり」中間赤外線全天サーベイマップを使った、太陽系内の惑星間塵放射の解析では、小惑星起源のダストのモデリングを行い、黄道光のモデリング精度および、銀河面放射研究のための差し引き精度をさらに向上させた。モデリングの結果、ダスト供給から平衡状態に至るまでの過渡期にいることがわかった(Takaba et al. 2018)。太陽系外の惑星形成系のダスト円盤については、追観測のデータを整理し、最近の短いタイムスケールでのダスト供給の間接証拠となる、ダスト放射量の時間変動の統計解析を行なった。これらを総合し、惑星系、惑星系形成過程の系における、アクティブなダスト供給の描像を明らかにした。一方、黄道光の精細化したモデルを差し引き、銀河面放射を評価できるようにした全天マップを用いて、宇宙空間の有機物(Polycyclic Aromatic Hydrocarbon)の銀河系内での分布が、その供給源の分布を反映していることを示唆する研究結果も得られた(Hanaoka et al. 2018)。昨年度までの結果と総合し、星間物質から惑星形成円盤、惑星系に至るまでの、固体微粒子供給とその変性・化学進化を総合的に議論した(Ishihara et al. 2018)。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、星間物質の組成と物理状態の診断に利用するため、「あかり」中間赤外線全天サーベイデータから、精度の良い銀河面物質の放射マップを作成するための、解析を進めた。さらに、このデータと「あかり」遠赤外線マップを合わせ、星形成領域などの局所領域において、画素(視線方向)ごとに、有機物の放射・加熱されたダストの放射・冷たいシリケート系ダストの放射などを成分分離し、領域の物質の物理状態を推定する方法を模索した。これと並行して、惑星形成過程における物質進化の理解のため、惑星形成過程と思われる天体のダスト円盤(デブリ円盤)の探査を行った。「あかり」全天サーベイ観測結果からセレクトした、デブリ円盤候補について、名大で運用している南アフリカ近赤外線望遠鏡(IRSF)による追観測により、ダスト円盤の検出精度を上げた上で、候補天体をリストにまとめ投稿した。さらに、これらの円盤における組成・物理状態を調査するため、すばる/COMICSによる中間赤外線での分光追観測の提案を行った。「あかり」中間赤外線全天サーベイデータより作成したマップを、他波長のマップと合わせて解析しようとしたところ、データに対する黄道光(太陽系の惑星間空間塵の熱放射)の差し引き精度が不十分であることが分かった。このためスケジュールを遅らせ、太陽系内の塵粒子の物理に基づく、黄道光モデリングに取り組むことにした。星間物質の組成や物理状態の診断に利用する「あかり」中間赤外線全天マップの、精度向上のための解析を、引き続き進めた。「あかり」データの主な前景光である、我々太陽系の惑星間空間塵放射(黄道光)のモデリングを改善することで、データからの黄道光の差し引き精度を向上し、より精度の良い銀河面放射マップを作成することに成功した。そして、このマップを利用して、星間空間における、有機物・シリケート等物質の局所的な物理状態を解析する方法を確立し、大質量星形成領域の研究に応用した(Hattori et al. 2016)。一方、惑星形成過程における物質進化の理解のために、惑星形成過程の天体と思われるダスト円盤(デブリ円盤)の探査を続けている。今年は、すばる望遠鏡の中間赤外線分光器COMICSを用いて、「あかり」で見つけた天体の内、6個について追観測を完了した。また、前述の黄道光モデリングの改善により、一番身近な惑星系のサンプルとしての、太陽系のダスト円盤の物理的性質・起源について、新たな情報を得られた(Kondo et al. 2016)。初年度に黄道光の再モデリングを追加したことにより、研究進捗の遅延が出ている。ただし、これは惑星系の一つとしての、太陽系のダスト円盤の物理状態の新たな理解に繋がり、本研究の目的に対して別視点から重要な情報を提供している。「あかり」中間赤外線全天サーベイデータを元に、宇宙空間から惑星形成に至るまでの固体粒子の物質進化を理解し、物質の物理状態と進化条件から、星間現象や惑星系形成過程を理解する手法を確立しようとしてきた。今年度、星間物質に関しては、「あかり」の中間赤外線全天サーベイマップを元に、銀河系内側の星形成領域において、有機物の衝撃波による変性を検出し、それを領域の物理の理解に応用する手法を確立した( Hattori et al. 2016; Yamagishi et al. 2016)。惑星系形成過程における主系列星まわりの塵円盤(デブリ円盤)に関しては、これまでにも「あかり」の中間赤外線全天サーベイで検出した天体(Ishihara et al. 2017b)について、すばる望遠鏡で波長8-13 μmでの分光追観測を行ってきた。今年度も新たに6天体の追観測を行い、その結果、中心星の放射圧と重力から計算すると、長期間存在できないはずの小さな塵粒子や有機物が、何らかの機構により、惑星系内に10年に渡って保持されている様子が明らかになってきた。

一番身近な惑星系である、太陽系の塵円盤に関しては、内側軌道からの炭素系粒子の供給(Ishihara et al. 2017a)や、地球の共鳴軌道に捕獲される粒子の性質(Ueda et al. 2017)等、塵粒子の物理状態・既存の惑星との相互作用の理解が進んだ。昨年度、黄道光の高精度モデリングをやりなおした分、遅延が出ている。「あかり」中間赤外線全天サーベイ観測データに基づき、星間空間から惑星系形成円盤に至るまでの固体粒子の物質進化を理解するとともに、赤外線観測から得られる、物質の物理状態とその生成条件に基づいて、星間現象や惑星系形成過程を理解する手法の確立を目指してきた。星間物質については、「あかり」中間赤外線全天マップを元に、有機物の衝撃波よる変性や破壊を議論する手法を、銀河系の内側のみならず外側の星形成領域においても、応用した。惑星系形成過程の塵円盤に関しては、「あかり」衛星によるサーベイで検出した天体について、すばる望遠鏡/COMICS等による分光観測を進め、消失タイムスケールの短い粒子で構成されている系については、その固体粒子放射の時間変動を評価するための、モニター観測を行った。また、これらの系における微量ガスの存在を確かめ、ガスと固体の相互作用を調べるため、ASTE, ALMA電波望遠鏡を使い、ガスの検出・物理状態の推定のための観測を進めた。惑星系の進化後期の一番身近なサンプルである、太陽系における塵粒子(黄道光雲)については、モデリングが不十分のまま残っていた、ダストバンド成分(小惑星帯起源の成分)のモデリングを行い、小惑星帯から固体粒子が供給されてから、まだ力学平衡に到達していない状況を明らかにした。昨年度までの、黄道光雲の解析成果と合わせ、太陽系の塵粒子のダイナミックな描像が明らかになってきた。最終年度は、これらの観測成果を総合し、星間空間から惑星形成に至るまでの物質進化を包括的に議論し、物質の物理状態から天体現象そのものを解明する手段について、まとめる。一昨年度、黄道光の高精度モデリングをやりなおし計画が遅延した分、遅れている。本年度、「あかり」中間赤外線全天サーベイマップを使った、太陽系内の惑星間塵放射の解析では、小惑星起源のダストのモデリングを行い、黄道光のモデリング精度および、銀河面放射研究のための差し引き精度をさらに向上させた。モデリングの結果、ダスト供給から平衡状態に至るまでの過渡期にいることがわかった(Takaba et al. 2018)。太陽系外の惑星形成系のダスト円盤については、追観測のデータを整理し、最近の短いタイムスケールでのダスト供給の間接証拠となる、ダスト放射量の時間変動の統計解析を行なった。これらを総合し、惑星系、惑星系形成過程の系における、アクティブなダスト供給の描像を明らかにした。一方、黄道光の精細化したモデルを差し引き、銀河面放射を評価できるようにした全天マップを用いて、宇宙空間の有機物(Polycyclic Aromatic Hydrocarbon)の銀河系内での分布が、その供給源の分布を反映していることを示唆する研究結果も得られた(Hanaoka et al. 2018)。昨年度までの結果と総合し、星間物質から惑星形成円盤、惑星系に至るまでの、固体微粒子供給とその変性・化学進化を総合的に議論した(Ishihara et al. 2018)。星間空間での物質進化の理解にのために、「あかり」中間赤外線全天サーベイデータから、より精度の良い銀河面物質の放射マップを作成する。そのために、太陽系内の塵粒子の物理に基づいて黄道光のモデリングを行い、「あかり」のデータから、前景光である黄道光を精度良く差し引く。