hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
“Hypermutated-type” 大腸がんの診断バイオマーカーの開発

また2016年から2018年の期間中に京都大学医学部附属病院において手術あるいは内視鏡切除を施行された大腸癌の組織を用いてミスマッチ修復蛋白の発現を検討したところ、MLH1の異常を示した病変が5.4%で、MSH2、MSH6、PMS2の異常を認めた病変が2.1%であり、合わせて7.5%がdeficient Mismatch Repair(dMMR)を示し上記の(1)にあたる病変と考えられた。従来はMLH1の異常を示す大腸癌の多くはBRAF V600E変異陽性の鋸歯状ポリープに由来すると考えられてきたが、今回の我々の検討ではMLH1の異常を示す大腸癌の1/3以上がBRAF V600E変異陰性と考えられ、MLH1発現消失を示す一群の大腸癌も分子変化の面から均一な集団ではないと考えられた。「Hypermutated type」大腸癌をさらに細分類してその分子変化の特徴を検討するために、APCやAXIN2などのWntシグナル系に関与する遺伝子、MSH2やMLH1、POLE、POLD1などのDNA修復や校正に関与する遺伝子などを含む遺伝子パネルを作成し、上記のdMMRを示した大腸癌を対象として次世代シークエンサーを用いて遺伝子変異解析を行った。その結果、「Hypermutated type」大腸癌における多様な遺伝子変異の特徴が明らかとなった。The Cancer Genome Atlas (TCGA)データを用いて結腸癌におけるゲノムワイドな遺伝子変異情報を解析したところ、POLE/POLD1変異陽性の「Hypermutated type」結腸癌において他の結腸癌と比較して変異を認める遺伝子に明らかな特徴を認めなかった。「Hypermutated type」結腸癌を(1)ミスマッチ修復蛋白の異常により遺伝子変異が促進されるMSI-H癌(2)POLE/POLD1遺伝子変異陽性でDNAポリメラーゼの校正機能の異常により遺伝子変異が促進される癌(3)上記以外の3群に分けて遺伝子変異のタイプを検討すると、(1)では約80%が一塩基置換で残りが塩基の挿入や欠失であったのに対して、(2)および(3)ではほとんどが一塩基置換で挿入や欠失はまれであった。また(2)では「A to C」や「G to T」の一塩基置換が多かったのに対して、(3)では「A to G」や「G to C」が多い傾向であった。このように「Hypermutated type」結腸癌の中でも(1)(2)(3)では異なる遺伝子変異のパターンを示すことが明らかとなった。上記の(3)では遺伝子変異が促進される機序が不明であるが、(1)や(2)とは遺伝子変異のパターンが異なることから、ミスマッチ修復蛋白やDNAポリメラーゼの異常とは別の機序が寄与している可能性が示唆された。このことから、「Hypermutated type」大腸癌のバイオマーカーを開発するに際して、POLE/POLD1遺伝子変異に関連する病変だけではなく、非MSI-HかつPOLE/POLD1遺伝子変異を認めない病変についても考慮する必要があると考えられた。TCGAデータを解析することにより、MSI-H癌やPOLE/POLD1遺伝子変異陽性癌に加えて機序不明な「Hypermutated type」大腸癌が存在していることが示唆され、これらの「Hypermutated type」大腸癌の診断バイオマーカー候補となる分子変化を検討中である。多発ポリープを併発する大腸癌の症例を集積することによりPOLE/POLD1遺伝子変異陽性癌を同定する予定であり、臨床検体を用いた検討の準備を行っているが、症例の集積が遅れている。公開データベースであるThe Cancer Genome Atlas (TCGA)に蓄積されたゲノムデータを用いて「Hypermutated type」結腸癌を(1)ミスマッチ修復蛋白の異常を示すMicrosatellite-high (MSI-H)癌(2)POLE/POLD1遺伝子変異を示す癌(3)上記以外の3群に分けて解析したところ、(1)(2)(3)では異なる遺伝子変異のパターンを示すことが明らかとなった。また2016年以降に京都大学医学部附属病院において手術あるいは内視鏡切除を施行された大腸癌の組織を用いてミスマッチ修復蛋白の発現を検討したところ、MLH1の異常を示した病変が4.5%で、MSH2、MSH6、PMS2の異常を認めた病変が1.9%であり、合わせて6.4%が上記の(1)にあたる病変と考えられた。従来はMLH1の異常を示す大腸癌の多くはBRAF V600E変異陽性の鋸歯状ポリープに由来すると考えられてきたが、今回の我々の検討ではMLH1の異常を示す大腸癌の37.5%がBRAF V600E変異陰性であり、MLH1発現消失を示す一群の大腸癌も分子変化の面から均一な集団ではないと考えられた。以上からMSI-Hやミスマッチ修復蛋白の異常、POLE/POLD1遺伝子変異、BRAF遺伝子変異に基づいて「Hypermutated type」大腸癌をさらに細分類したうえで、それぞれのsubtypeの特徴を考慮に入れてバイオマーカーを開発する必要があると考えられた。TCGAデータの解析により「Hypermutated type」大腸癌の中にMSI-H癌とPOLE/POLD1遺伝子変異陽性癌に加えて機序不明なその他のsubtypeが存在していることが示唆された。また京大病院の臨床検体でミスマッチ修復蛋白やBRAF V600E変異の検討を行うことにより、大腸癌症例の中から「Hypermutated type」のひとつのsubtypeであるMSI-H癌を同定することが可能であった。

前向き症例の集積が困難であったため進捗がやや遅れているが、予定を変更して過去の症例を後ろ向きに解析してMSI-H大腸癌や多発大腸ポリープ症例を集積しており、検討を進めている。また2016年から2018年の期間中に京都大学医学部附属病院において手術あるいは内視鏡切除を施行された大腸癌の組織を用いてミスマッチ修復蛋白の発現を検討したところ、MLH1の異常を示した病変が5.4%で、MSH2、MSH6、PMS2の異常を認めた病変が2.1%であり、合わせて7.5%がdeficient Mismatch Repair(dMMR)を示し上記の(1)にあたる病変と考えられた。従来はMLH1の異常を示す大腸癌の多くはBRAF V600E変異陽性の鋸歯状ポリープに由来すると考えられてきたが、今回の我々の検討ではMLH1の異常を示す大腸癌の1/3以上がBRAF V600E変異陰性と考えられ、MLH1発現消失を示す一群の大腸癌も分子変化の面から均一な集団ではないと考えられた。「Hypermutated type」大腸癌をさらに細分類してその分子変化の特徴を検討するために、APCやAXIN2などのWntシグナル系に関与する遺伝子、MSH2やMLH1、POLE、POLD1などのDNA修復や校正に関与する遺伝子などを含む遺伝子パネルを作成し、上記のdMMRを示した大腸癌を対象として次世代シークエンサーを用いて遺伝子変異解析を行った。その結果、「Hypermutated type」大腸癌における多様な遺伝子変異の特徴が明らかとなった。TCGAデータを用いて、マイクロRNAを含めたバイオマーカー候補となる分子変化の探索を継続する。当初の予定では、5個以上の大腸ポリープを併発している患者を前向きに集積することによりPOLE/POLD1遺伝子変異陽性癌の「Hypermutated type」大腸癌を同定する計画であったが、症例の集積が遅れているため、多発ポリープを併発した過去の大腸癌症例を用いて解析することも検討する。ミスマッチ修復蛋白の検討により同定したMSI-H大腸癌に加えて、次世代シークエンサーにより10-20個以上の多発ポリープ症例の腫瘍組織を解析することでPOLE/POLD1遺伝子変異陽性の「Hypermutated type」大腸癌を同定し、これらの大腸癌組織を使用して、バイオマーカーの探索を進めていく予定である。
輸送因子importin αの熱感受性と新規ストレス応答機構の探索

真核細胞では、必要な物質のみを選択的に核内または細胞質へ輸送する仕組みが備わっている。これにより、核内に隔離されたゲノムから必要な遺伝子発現を行うことができる。申請者らは、温度領域を外れると段階的に輸送経路が停止していくことを見出した。特にimportin α/β依存的な核内輸送経路は、他の輸送経路よりも低い温度閾値で停止することから、細胞がストレスに対応するために、選択的に停止させていると考えられる。そこで、この輸送停止が細胞にもたらす影響を明らかにし、新規のストレス応答機構を明らかにしたいと考えている。
食感のバイオメカニクス

「食文化」という言葉が示すように人間が食物を摂取するという行為には,単に栄養物を体内に取り込むという以上の意味がある.すなわち,食べることを通して人間が生きていることを実感する喜びである.咀嚼については,咀嚼筋の活動が脳の健全な発達にも寄与していることが指摘されている通り,「食べる」行為自体に重要な意味がある.また,高齢者にとっては食べる楽しみが生き甲斐に直結しているという点で若年層以上に重要である.そのため食感への理解を深めることはより良い食味を目指した食品開発に貢献する可能性がある.本研究では,食感の定量的な評価手法を確立することを目的とする.食感の評価には食品の破壊時の挙動が重要であることから,まず,食感が重視されるスナック菓子を対象に食品の内部構造と食感との関係を調べた.具体的には食品の破砕時の荷重履歴と生地の充填率から統計的手法により特徴量を抽出することで両者の関係の定量的な把握を試みた.荷重履歴は歯列模型を用いて咀嚼時の破砕を模擬した.食品の内部構造はマイクロX線CT装置により断層像を取得し,画像解析によって分析した.その結果,両者の間に明確な相関があることがわかった.さらに,頭蓋骨が咀嚼音に与える影響について有限要素解析を用いて検討した.この解析から頭蓋骨の大きさが骨導音の発生を特徴付け,食感に効果をもたらすことがわかった.食品のパリパリ感、モチモチ感といった食感は、味やにおいとともに食味の重要な構成要素であり、食感について理解を深めることは、より良い食味の追求や咀嚼能力に応じた食品の開発に対して貢献する可能性が高い。それゆえ食感、とりわけ咀嚼時の荷重の変動や咀嚼音に注目した研究が数多く報告されている。しかしながら、食品と人体との間で起きている生体に関わる現象については未だ定量的な評価手法が確立されていない。本研究は食品と人体との間の力学的な相互作用をバイオメカニクス的観点から考察することで食感の定量的な評価手法を確立することを目的とする。今回は加工食品の中でも特に食感が重用視されているスナック菓子の食感について、内部構造に着目した定量化を試みた。2種類のスナック菓子についてX線CT撮影を行い、食品の内部構造を充填率の変化として調べた。またCT撮影を行ったスナック菓子の圧縮試験を行い、荷重変動を分析した。本研究で得た結論は以下の通りである。1.食感が異なるスナック菓子では、内部構造から算出できる生地の充填率分布に顕著な差がある。2.生地の充填率は、食品破砕時の荷重変動と強い相関があり食感の指標として利用できる可能性がある。「食文化」という言葉が示すように人間が食物を摂取するという行為には,単に栄養物を体内に取り込むという以上の意味がある.すなわち,食べることを通して人間が生きていることを実感する喜びである.咀嚼については,咀嚼筋の活動が脳の健全な発達にも寄与していることが指摘されている通り,「食べる」行為自体に重要な意味がある.また,高齢者にとっては食べる楽しみが生き甲斐に直結しているという点で若年層以上に重要である.そのため食感への理解を深めることはより良い食味を目指した食品開発に貢献する可能性がある.本研究では,食感の定量的な評価手法を確立することを目的とする.食感の評価には食品の破壊時の挙動が重要であることから,まず,食感が重視されるスナック菓子を対象に食品の内部構造と食感との関係を調べた.具体的には食品の破砕時の荷重履歴と生地の充填率から統計的手法により特徴量を抽出することで両者の関係の定量的な把握を試みた.荷重履歴は歯列模型を用いて咀嚼時の破砕を模擬した.食品の内部構造はマイクロX線CT装置により断層像を取得し,画像解析によって分析した.その結果,両者の間に明確な相関があることがわかった.さらに,頭蓋骨が咀嚼音に与える影響について有限要素解析を用いて検討した.この解析から頭蓋骨の大きさが骨導音の発生を特徴付け,食感に効果をもたらすことがわかった.
栽培イチゴの多元交雑集団を用いた果実着色遺伝的制御機構の網羅的解明

栽培イチゴ6品種を交配親とする多元交雑集団をSNPs(90 K Axiom; SNP array)を用いてタイピングを実施、Tasselによるゲノムワイド関連解析により、イチゴの果実色に関連する染色体の領域の同定を試みた。P<0.001で有意な領域について、栽培イチゴの参照配列にアノテーションを行い、座常染色体を特定した。有意なSNPマーカーは合計で1,400以上同定され、栽培イチゴのほぼ全染色体に分布していた。果実色の品種間差に寄与する原因遺伝子特定のため、RNA-seqにより果実色の違いに対応した発現変動を示す遺伝子の同定を試みた。最初に多元交雑集団の親品種を用いて、Iso-seqにより参照配列の構築を行った。その後、福岡S6号(果実色:濃赤色)、かおり野(同橙赤色)、おおきみ(同橙赤色)の3品種を用いてRNA-seqを実施した。アントシアニン合成関連遺伝子、およびアントシアニン合成に関与すると考えられるアブシジン酸シグナル伝達関連遺伝子に着目したところ、F3H、F3'H、FGT、GTといった、アントシアニン合成経路で下流に位置する遺伝子の発現量が果実色の濃淡と対応した発現変動を示していた。過去に報告のあったABI3などアブシジン酸シグナル伝達関連遺伝子には有意な差が認められなかった。またイチゴも含めたバラ科作物およびブドウの着色に関連する転写因子MYB10についても、発現量に有意な品種間差は認められていない。今後は、発現量に品種間差の認められた上記の遺伝子群について、リアルタイムPCRによる発現解析を行う予定である。SNPタイピングアレイを用いたゲノムワイド関連解析では、果実色に関連するQTLが予定通り同定できている。また果実色関連の遺伝子発現解析では、網羅的な遺伝子発現解析で原因遺伝子候補が推定できており、今後リアルタイムPCRを用いて原因遺伝子の同定まで予定通り実施できるものと考えている。SNPアレイで同定したQTLは、これまでSSRマーカーで同定したQTLとの異同を確認し、STSマーカーの作出を行う予定。また遺伝子発現解析で見出した原因遺伝子候補から、リアルタイムPCRを用いてさらに原因遺伝子の絞り込みを進める。原因遺伝子が明らかになれば、RNAiもしくはゲノム編集による遺伝子ノックダウンまたはノックアウトで遺伝子の効果の実証を進める予定。2018年度に見出した果実色原因候補遺伝子について、2019年度に大規模な発現解析を実施する予定のため、予算の一部を繰り越したもの。リアルタイムPCRを用いた発現解析を実施予定である。また本事業の成果について、2019年度に国際学会での発表を予定しており、この旅費についても確保する必要があるため。
ホスホリパ-ゼA_2におけるCa^<2+>結合の動的構造と機能発現メカニズムの解明

われわれはすでに酵素反応速度論のパラメ-タ-のCa^<2+>依存性から酵素と基質のミカエリス複合体にはCa^<2+>依存性複合体と非依存性複合体が存在しそれらの分率がグル-プIとIIのホスホリパ-ゼ(PL)A_2で異なる可能性を見出していた。本研究はこれらの複合体の構造とCa^<2+>の役割を明らかにするためグリセロリン脂質の2位の脂肪酸エステル結合をアミド結合に変換したいくつかのスフィンゴミエリン同族体を合成し酵素活性の阻害および直接結合におよぼすCa^<2+>の影響を明らかにすることを目的とした。その結果、(1)PLA_2の触媒作用にはCa^<2+>酵素に対する結合が必須であることがわかった。またグル-プIの酵素に対する基質の結合はCa^<2+>の結合とは独立であり、一方グル-プIIの酵素に対する基質の結合定数はCa^<2+>がない場合グル-プIの酵素の値より10倍程度小さいがCa^<2+>の結合により10倍以上増大することがわかった。(2)親水基としてホスホグリコ-ルおよびホスホコリン基をもつスフィンゴミエリン同族体はともにジヘキサデカノイルレシチンを基質とする酵素反応を拮抗的に阻害した。(3)Ca^<2+>と全く同様にランタニドイオンを含む種々の金属イオンがPLA_2およびこれらの基質複合体と結合し、Ca^<2+>の場合の最大25%以下の酵素活性を示すことがわかった。また酵素と金属イオン複合体に対する基質の結合定数はイオンの種類にほとんど依存しないが触媒中心活性の最大値を示すには適当なイオン半径が必要であることがわかった。これは酵素金属イオン基質複合体の構造はある程度曖昧なものであるが以後の触媒反応が有効に進むためには遷移状態中間体の構造が極めて厳密でなければならないことを示唆している。(4)基質がミセルを形成すると酵素と基質との結合力1/kmおよび触媒中心活性Kcatがともに著しく増大することや基質のミセル形成に伴うグル-プIIの酵素の触媒効率の増大がグル-プIの酵素の触媒効率の増大の2倍以上であることがわかった。これらの新しい知見を得た。
線維芽細胞増殖因子(FGF)の石灰化誘導能を応用した歯髄覆罩剤の開発

【培養ラット歯髄細胞におけるbFGFの石灰化誘導能についての解析】8週齢ウィスター系ラット上顎切歯の歯髄を採取し、トリプシン処理後、コラーゲンコートディッシュに播種し、(0.1-10ng/ml)濃度の塩基性線維芽細胞増殖因子(bFGF)を含んだEagle's MEM培地にて培養を行った。石灰化について以下の解析を行った。・実験開始5日目の培地中のアルカリフォスファターゼ(ALP)活性を測定したところ、0.5及び5.0ng/ml濃度のbFGF添加群で対照群と比較して有意なALP活性の上昇を示した。・実験開始14日目にVon Kossa染色を行い、石灰化結節の面積を測定した。0.5及び5.0ng/ml濃度のbFGF添加群で対照群と比較して石灰化結節の面積は臆に濃度依存性に増加していた。・bFGFによる歯髄細胞の分化や機能の解析のため、培養14日目の歯髄細胞よりmRNAを分離し、骨基質蛋白の一つであるオステオカルシンのmRNA量をPCR法にて計測を行った。その結果、オステオカルシン遺伝子発現は10ng/ml bFGF添加により増加していた。【培養ラット歯髄細胞移植による頭蓋骨骨欠損の石灰化作用】培養歯髄細胞をコンフルエント後、500万個/mlに調整したのち、作製したラット骨欠損部に移植し、石灰化形成能を解析した。その結果、移植1月後より骨欠損部に骨形成の亢進が認められた。これらの結果は、bFGFはラット歯髄細胞に対して、分化や石灰化に対する機能を亢進することを示すものであった。特に骨基質蛋白が増加した結果、石灰化結節の面積が増加したことが推測される。また、創傷治癒時にFGFの発現が亢進することが知られており、歯髄細胞の移植による骨欠損の石灰化に対し、FGFが促進的に働くものと推測された。0.5及び5.0ng/ml濃度のbFGF添加群で対照群と比較して石灰化結節の面積は有意に濃度依存性に増加していた。・bFGFによる歯髄細胞の分化や機能の解析のため、培養14日目の歯髄細胞よりmRNAを分離し、骨基質蛋白の一つであるオステオカルシンと象牙質基質蛋白の一つであるdentin matrix protein-1(DMP-1)のmRNA量をPCR法にて計測を行った。その結果、オステオカルシン及びDMP-1の遺伝子発現は10ng/ml bFGF添加により増加していた。特にオステオカルシンやDMP-1といった骨基質蛋白や象牙質蛋白の産生能が増加した結果、石灰化結節の面積が増加したことが推測される。したがって、bFGFによる覆髄剤の可能性を裏付ける解析結果を示したと考えられた。

特に骨基質蛋白が増加した結果、石灰化結節の面積が増加したことが推測される。また、創傷治癒時にFGFの発現が亢進することが知られており、歯髄細胞の移植による骨欠損の石灰化に対し、FGFが促進的に働くものと推測された。
骨の形態形成と再生を調節する分子機構の解析

1.骨の石灰化基質形成に関する分子機構の解明:ヒドロキシアパタイト結晶が析出する核となる核形成物質を同定するため、培養細胞MLO-A5より単離した基質小胞を用いモノクローナル抗体を作製し、この抗原が細胞外基質の線維間に局在することを明らかにした。また,石灰化に対するMgの影響を明らかにする目的でMg欠乏ラットの骨質、特に石灰化に与える影響について検索を行い、Mg欠損ラットにおいてはCa値の上昇とアパタイト結晶の不規則化が観察され、結晶化におけるMgの抑制的役割が示された。2.骨代謝共役機構の解析:OPG欠損マウスを用いた解析により、OPG欠損マウスは骨吸収と骨形成がともに亢進していること、ビスフォスフォネート投与により骨吸収の低下とともに骨形成の著明な低下が認められること、またBMPの移植による骨誘導はOPG欠損と正常マウスに差が認められないことを明らかにした。さらにLPSとIL-1は骨芽細胞に直接作用し、MyD88,Ca/PKC-MEK/ERK経路の活性化を介してRANKL発現を誘導することを明らかにした。3.骨の再生・再建モデルの構築と解析:歯髄の皮下移植実験系において,歯髄組織が潜在的に硬組織形成能を有することを明らかにし,その石灰化は壊死細胞内に生じたヒドロキシアパタイト結晶により開始されることを示した。レーザー光照射による骨量増加については、骨芽細胞に対する機能の活性化と破骨細胞に対する吸収抑制作用によることを明らかにした。EP4 agonistのラットへの投与実験については,EP4の遺伝子発現が骨芽細胞にあることを示し,その骨形成促進作用は,骨髄内の脂肪細胞の減少と骨芽細胞の増加によることを明らかにした。また,下顎頭軟骨におけるNotch1とMath1の局在を免疫組織化学的に検討し,これらの細胞分化に関する役割を明らかにした。1.骨の石灰化基質形成に関する分子機構の解明:マウス胎児頭蓋骨を用い、高圧急速凍結後直ちに凍結超薄切片作成、急速凍結置換・凍結割断を行い、初期石灰化部位の微細構造とCa, PなどのEELSによるマッピングを行った。それらの元素分布と基質小胞やコラーゲン・多糖体などとの関係を免疫組織化学的手法により明らかにした。さらに、MLO-A5細胞を培養して基質小胞の単離を行い、そのモノクロナール抗体の作成を進めている。一方、軟骨性石灰化について、石灰化部位への血管侵入とVit.D、VEGFの作用を明らかにした。2.骨吸収と骨形成の共役機構の解析:OPG欠損マウスは骨吸収の亢進とともに、骨芽細胞も活性化されている。OPG欠損マウスにビスフォスフォネート(BP)を投与し、骨吸収と骨形成の関連を骨形態計測法で解析した。BP投与により、骨吸収マーカーの低下とともに骨形成マーカーの顕著な低下が認められた。OPG欠損マウスでは血清ALPase活性も上昇していたが、BP投与により正常化した。以上の結果は、骨吸収と骨形成は共役していることを強く示唆している。3.骨の再生・再建モデルの構築と解析ならびに骨形成促進に関する研究:ウサギ顎骨再建実験としてBMPによる骨形成を組織化学と遺伝子発現について検索し、類軟骨性骨化の過程が骨形成時に介在することを明らかにした。さらに、ラット歯髄を皮下移植し、象牙質様硬組織の形成されることを免疫組織化学的に解析した。骨形成に関しては、レーザー光照射によるラット脛骨の骨形成促進機構と糖尿病ラットにメカニカルストレスを与えることによる骨形成促進機構を明らかにした。

また、PGE2の受容体、EP4agonistの投与により、間質細胞の脂肪細胞化が抑制され、骨芽細胞への分化と骨形成が促進されることを明らかにした。1.骨の石灰化基質形成に関する分子機構の解明骨の石灰化は、骨芽細胞が分泌した基質小胞内から起こり、そこにはヒドロキシアパタイト結晶が析出する核となる核形成質が存在する。この核形成物質を同定するため、培養細胞MLO-A5より単離した基質小胞を利用し、核形成物質に対するモノクローナル抗体を作製し、現在、抗原の同定を行っている。さらに石灰化に対するMgの影響を明らかにする目的でMg欠乏ラットの骨質、特に石灰化に与える影響について微細形態学的・元素分析的な検索を行い、Mg欠損ラットにおいてはCa値の上昇、アパタイト結晶の不規則化が観察され、結晶化におけるMgの抑制的役割が示された。2.骨代謝共役機構の解析:OPG欠損マウスを用いた解析により、OPG欠損マウスは骨吸収と骨形成がともに亢進していること、ビスフォスフォネート投与により骨吸収の低下とともに骨形成の著明な低下が認められること、また骨誘導因子(BMP)の移植による骨誘導はOPG欠損と正常マウスに差が認められないことを明らかにした。さらにLPSとIL-1は骨芽細胞に直接作用し、MyD88,Ca/PKC-MEK/ERK経路の活性化を介してRANKL発現を誘導することを明らかにした。3.骨の再生・再建モデルの構築と解析ならびに骨形成促進に関する研究:ポリ乳酸グリコール膜とBMPを用い骨再生について研究を行うとともに、類軟骨性骨化についてI型コラーゲンの関係を明らかにした。歯牙の皮下移植実験では、移植後の歯髄腔に3種の異なる硬組織が形成されることを免疫組織化学的に解析し、さらに歯髄のみの皮下移植実験により、歯髄が骨様硬組織を形成することを明らかにした。レーザー光照射による骨量増加については、骨芽細胞に対する機能の活性化と破骨細胞に対する吸収抑制作用によるものであることを明らかにした。また、EP4 agonist投与ラットの骨形成促進作用については、EP4の遺伝子発現が骨芽細胞にあることを示した。1.骨の石灰化基質形成に関する分子機構の解明:ハイドロキシアパタイト結晶が析出するための核形成物質に対するモノクローナル抗体を作製し,MLO-A5細胞培養条件下における細胞組織化学的解析を行い,この抗原が細胞外基質の線維間に局在することを明らかにした。現在,基質成分の解析を進めることにより,核形成物質を同定する試みを継続中である。さらに石灰化に対する骨基質タンパクの役割を明らかにする目的で,未固定非脱灰骨切片における免疫組織化学的・元素分析的な検索を行い,類骨における骨基質タンパクは遊離したミネラルと結合しており,機能的にハイドロキシアパタイトの結晶成長に関与する可能性を示唆した。2.骨代謝共役機構の解析:炎症性サイトカインであるプロスタグランジンE2は破骨細胞分化を促進することが知られているが,そのメカニズムとして,PKAによるTAK1のリン酸化反応を示した。また,MyD88およびTRIF欠損マウスを用いた解析から,IL-1,TLRにより誘導される破骨細胞分化および機能発現にはMyD88が必須であり,MyD88の骨代謝における重要性を示唆した。3.骨の再生・再建モデルの構築と解析
嫌悪情報による行動制御の神経機構の解明

情動は、しばしば行動に影響を与える。これまでの研究は、記憶や判断と言った認知行動が情動の影響を受けることを示しているが、その神経機構は未だ不明である。そこで我々は、サルに様々な情動条件下で認知課題を行わせ、情動への感受性を持つ神経細胞が多く存在する背側縫線核の神経活動を記録した。負の情動条件では、課題遂行中のサルの自律神経系応答において、ストレス指標である心拍数の増大や瞳孔径の散大が観察された。また、多くの背側縫線核細胞が情動条件やサルの行動成績に応じて活動を変化させた。これらの結果は、背側縫線核において、情動と認知的行動の情報との融合が細胞レベルで生じていることを示唆している。まず我々は、選択学習課題遂行中のサルに対して、パブロフ条件付けで学習された正または負の条件刺激を提示し、条件刺激提示によってもたらされる情動による、学習への影響を調べた。その結果、負の条件刺激が提示される条件で、サルがより頻繁に誤った選択肢を選ぶ傾向が見られた。このことは、負の条件刺激提示によるストレスが学習過程に影響を与えていることを示唆する。次に我々は、ストレスがどのような脳内機構に基づいて学習に影響を与えているのかを調べるために、選択学習課題遂行中のサルにおいて、情動との関連が深いと考えられている背側縫線核からの単一細胞外記録を行った。これまでのところ我々は、行動の正誤を予測するような神経応答を示すニューロンを見出している。それらのニューロンの多くは選択刺激の提示後に応答を示し、誤った選択行動の直前により強い反応を示した。また、パブロフ条件下での正、負の情動に応じた継続的な反応パタンを、選択課題中においても引き続き保持するニューロンも見つかっている。こうした神経応答は、条件刺激の提示による、選択課題中の情動変化を神経活動レベルで示していると考えられる。今後、さらに多くのニューロンデータを集め、ストレス条件下での学習と背側縫線核との関係を明らかにしたい。研究の進行状況がやや遅れている理由として、最適な課題条件を決定するのに予想していたよりも長い期間を要したためであると考えられる。本研究で行っている課題は、パブロフ条件付けで学習された条件刺激を選択学習課題遂行中に提示するというものであるが、条件刺激の提示そのものが課題遂行における妨害刺激となるため、条件刺激の最適な提示頻度を見出す必要があった。また、パブロフ条件付けで用いる負の無条件刺激の選定にも時間を要した。当初我々は負の無条件刺激として食塩水を用いていたが、選択学習に対する負の条件刺激の効果に再現性が見られなかったため、無条件刺激を眼球へのエアパフ刺激に切り替えて、再度パブロフ条件付けによる学習を行った。また、サルの課題の学習速度が我々の期待を大きく下回っていたことも、研究の遅れの大きな要因の一つである。初めに条件刺激提示無しの条件下で、サルに選択学習課題を行わせたが、その学習に長期間を要した。さらにパブロフ条件付けを行う前の未学習の条件刺激を提示すると、サルの選択学習課題の成績は大きく乱れ、パブロフ条件付けによる学習前の安定したコントロールデータを集めるのに長期間を要した。通常我々は、ストレスに負けずに適切な意思決定を行うことができる。しかしこうしたストレスへの耐性が、どのような神経基盤によって維持されているかは不明である。本研究では、ストレス下における認知行動調節の神経メカニズムを明らかにするため、サルに異なる情動条件下で認知課題を行わせ、行動や自律神経系への情動の与える影響を解析した。また単一細胞外記録により、課題遂行中のサル背側縫線核の神経活動を記録した。行動課題では二者択一選択課題をサルに行わせた。サルの情動を持続的にコントロールするため、課題中に負もしくは正の情動に条件付けされた視覚刺激を提示した(負の情動条件、正の情動条件)。負の情動条件では、正の情動条件と比べて瞳孔径、心拍数が有意に増大した。この結果は、負の情動条件下においてサルが、正の情動条件と比べてより強いストレス下におかれている可能性を示唆している。背側縫線核での単一細胞外記録では、これまでのところ、情動条件に応じて神経活動を増強させるニューロン群が見つかっており、その多くがサルの選択行動によって活動を変化させた。ストレスと行動との関係については、げっ歯類などを用いて多くの動物実験がなされている。しかし、ストレスがより高次な意思決定のプロセスにどのような影響を与えているのかについてはあまり調べられてこなかった。本研究で自律神経系応答や行動と背側縫線核の神経活動との関連を緻密に解析することにより、ストレス下での行動調節における背側縫線核の役割の解明につながることが期待できる。背側縫線核に局在するセロトニン神経は、行動選択において重要な役割を担う大脳基底核に強い投射を送っている。ストレス耐性におけるセロトニン投射の役割を明らかにするため、光遺伝学的手法を用いた経路選択的な回路操作を行うことを今後の計画として検討している。

負の情動条件では、課題遂行中のサルの自律神経系応答において、ストレス指標である心拍数の増大や瞳孔径の散大が観察された。また、多くの背側縫線核細胞が情動条件やサルの行動成績に応じて活動を変化させた。これらの結果は、背側縫線核において、情動と認知的行動の情報との融合が細胞レベルで生じていることを示唆している。今後の方針であるが、当面は背側縫線核からの、単一細胞外記録を引き続き行っていきたい。そして、サルの行動と相関した反応を示すニューロンを多く見出すことにより、背側縫線核と、ストレス下での学習との密接な関わりを示すことができればと考えている。その際、ストレスによる負の情動を表す定量的な指標として、瞳孔径や心拍数を用いる。現在のところ、これらの値と負の情動との間には、弱い相関が認められているのみだが、引き続き学習を行っていくことで、こうした自律神経系による反応とサルの受けるストレスとの間に有意な関係性が見られるものと期待している。これらの結果を得られた後、次に、ストレス下での学習が、背側縫線核をはじめとする脳内のどのような神経回路によって成り立っているのかを明らかにしたい。背側縫線核に数多く分布するセロトニンニューロンは、その出力を脳全域に送っているが、中でも最も強い投射先の一つが、脳深部に位置する大脳基底核である。大脳基底核は、価値学習に基づいた行動発現に重要な役割を果たすと考えられており、背側縫線核から大脳基底核への経路を特異的に破壊した場合に、サルのストレス下での学習にどのような変化が見られるのかを調べたいと考えている。神経生理学上述の理由により研究に遅延が生じたことにより、当初計画していた数量の記録用電極の購入に至らなかった。また、神経回路同定や経路特異的な障害のための実験も行えなかったため、電気刺激装置やマイクロシリンジポンプの購入にも至らなかったため。追加の記録用電極、手術用薬剤などの消耗品のほか、学会発表などの出張費、使用中のソフトウェアのサポート、経路特異的な障害実験のための電気刺激装置やマイクロシリンジポンプ、受容体阻害剤などの購入を考えている。
135億光年彼方からのガンマ線バーストを捉えるX線撮像検出器の開発

宇宙最大の爆発現象であるガンマ線バーストを利用して初期宇宙を探査することを目的とした、人工衛星搭載用の広視野X線撮像検出器のプロトタイプモデルを開発した。世界最高レベルの高利得・低雑音のアナログ集積回路を開発し、約1キロ電子ボルトからのX線読み出しを可能とするシステムを完成することができた。使用している回路部品等は、全て放射線耐性試験を実施したもので、衛星軌道上で10年程度は生存することを確認しているため、本研究成果により迅速にフライトモデルを開発することが可能となった。宇宙最大の爆発現象であるガンマ線バーストを利用して、初期宇宙を探査するための人工衛星HiZ-GUNDAMを計画している。本研究は、赤方偏移の効果を強く受けたガンマ線バーストを捉えるための広視野X線撮像検出器の基礎開発を行うものである。今年度は300umピッチの1次元電極が64本配列されたシリコンストリップ検出器を開発した。リーク電流、静電容量、信号電荷のストリップ間分割などの特性が異なる6種類の検出器を開発し、性能と安定性の両面で検証したところ、電極幅として200um前後のものが適切であることを見出した。さらに検出器からの電荷信号を読み出すための専用のアナログ集積回路(ASIC)の開発を行った。当初は海外の企業と共同開発する予定だったが、担当技術者の退職等で十分な開発が継続できない可能性が出たため、宇宙科学研究所と共同で独自にASICをデザインし、半導体プロセスを行うように開発方針を変更した(研究費の次年度繰越の理由)。本研究で開発したASICは世界的に見ても増幅率の高いものであり、チャレンジングな開発ではあったが、ASIC単体としては目標とする1keVからの読み出しが可能であることを実証できている。ASICの容量負荷特性を把握したところ、現状のASICを用いて目標とする約1keVからの読み出しを達成するためには、5pF程度の静電容量に抑えるべきであるという指針も得られた。また、回路シミュレータによる検討から、トリガー系の波形整形時間を現状の0.9us程度から3us程度に長くすることで雑音レベルを低減できることも見いだせた。読み出し速度が遅くなる可能性についても検討した上で、次回の開発に反映させる。前年度に開発したシリコンストリップ検出器と専用のアナログ集積回路(ASIC)の撮像システムの前面に、タングステンのエッチング加工で作成したランダムスリットを配置することでX線の撮像実験を行った。研究室内のX線ビームラインを改良し、様々な純金属の蛍光X線を利用することで、10keV以下の低エネルギーX線での撮像を実証した。視野にして±45度、角度分解能として(光子統計の重み付けを反映して)1度程度を実現できている。今回は取得したデータに対して、PC上で相互相関関数を計算しているが、その機能をFPGA上に実装し、高速で演算するためのイメージプロセッサを開発することを次年度の目標としている。担当メーカーと共に基本設計を進めている段階で、次年度の中頃には専用のFPGA回路およびCPU回路を用いた試験を実施する予定である。また、若狭湾エネルギー研究センターにおいて、プロトンおよび炭素イオンの照射実験を行い、放射線耐性について調査した。検出器においては衛星軌道上10年分程度の照射量においても、格子欠陥によるリーク電流の増加は3倍程度となっており、またブレークダウン電圧も変化しなかったことから十分に利用できると判断している。ASICもプロトン照射においては全く性能の変化が見られず、非常に放射線耐性が高いことを確認できた。炭素イオン照射ではSEUが発生する確率を見積り、先行研究で報告されている性能と比較して3倍程度は強いことが確認できた。さらに、次のステップのプロトタイプ規模の開発を見越して、有効面積がこれまでの8倍に達する大規模なシリコンストリップ検出器を開発している。今年度に実施した撮像実験では、検出器と符号化マスク間の距離が最終目標の5分の1程度であるため、角度分解能は粗い状況である。新規に開発した大型の検出器を用いる際には、角度分解能10分角を実現することを目標とする。本年度は、FPGA基板およびCPU基板を開発し、プロトタイプモデルのハードウェアが完成した。ここで使用している回路部品は、フライトモデルを想定した選定を行っている。FPGA, SRAM等の高集積度の部品は放射線耐性の高い宇宙用を使用するが、プロトタイプには同等の性能でピン互換性のある民生品を利用した。これにより、迅速なフライトモデルの開発へと移行できるようになっている。また、CPUはFPGAの中に8051コアを焼き込んだものとなっている。フライトモデルにおいても、いくつかの民生用部品を使用することになるため、そのような回路部品に対しては放射線耐性を綿密に調べることが必要である。若狭湾エネルギー研究センターにて、2度の粒子線ビーム照射試験を行い、ADCおよび電圧レベル変換器については極めて高い放射線耐性があることを確認した。一方で、アンプ類に対しては、数年の宇宙利用は可能ではあるものの、性能の変化が確認されたものもあることから、さらなる調査が必要であると考えている。開発したFPGA回路により、8個の集積回路を同時に駆動することに成功し、簡易的なデータのヒストグラム化などの機能を実装している。またCPU回路基板を経由したコマンド・データ送受信を確立することに成功した。以上により、プロトタイプモデルの基本的な動作を検証できたと認識している。今後はソフトウェアやFPGAロジックの先鋭化を行い、フライトモデルの開発へ移行したいと考えている。

本来は次年度までにCPU回路を開発する予定であったが、優秀な博士研究員を雇用できたことと、CPUとFPGAの回路を同時に開発することができたために、当初の予定よりも早くプロトタイプモデルのハードウェアを完成させることができた。それに伴い、FPGAロジックの検証だけではなく、CPUを経由した外部とのインターフェースを実証することができ、ソフトウェアのレベルでも当初の計画を上回る成果が得られている。宇宙最大の爆発現象であるガンマ線バーストを利用して初期宇宙を探査することを目的とした、人工衛星搭載用の広視野X線撮像検出器のプロトタイプモデルを開発した。世界最高レベルの高利得・低雑音のアナログ集積回路を開発し、約1キロ電子ボルトからのX線読み出しを可能とするシステムを完成することができた。使用している回路部品等は、全て放射線耐性試験を実施したもので、衛星軌道上で10年程度は生存することを確認しているため、本研究成果により迅速にフライトモデルを開発することが可能となった。申請段階で目標としていたシリコンストリップ検出器と読み出し専用ASICの開発が実施できたため、順調に進展していると考えている。当初の研究内容では、読み出しASICを海外のメーカーと共同で開発する予定であったが、技術担当者の退職で将来的に継続した開発と、その十分なサポートが得られない懸念が出てきたため、宇宙科学研究所のグループと共同で独自の集積回路をデザインするように方針を変更した。それに関する遅延により、研究費の一部を繰り越す必要が生じた。しかしながら、独自の設計を行うことで内容に精通できたことと、共同作業を行える研究者と連携が取れたことから、最終的には当初の計画以上に順調に研究を進めることができるようになったと言える。前年度までに開発してきた検出器およびASICを利用して、10keV以下の低エネルギーX線を用いた撮像実験を実施し、視野角や角度応答について定量評価を行うことができた。さらに、若狭湾エネルギー研究センターにおける粒子線照射実験を2回にわたって実施し、軌道上10年分に相当するプロトン照射ではASICの性能は全く変化しないことが確認でき、シングルイベントの発生率も軌道上での実用に全く問題無いことを確認できた。したがって、検出器部の基礎開発においては一定の目処が付いてきたと言える。今後はFPGAロジックおよびCPUソフトウェアの高機能化・先鋭化を行うことで、衛星搭載レベルの観測装置を完成させることが目標である。FPGAでは「カウントレート」「スペクトル」「撮像」の3つのヒストグラムを作成し、高速のイメージプロセッサによる方向決定機能を実装することが目標となる。すでに小規模なイメージプロセッサの基礎開発・機能実証は行えているため、今後はフライトモデルの規模に対応できるように拡張することを目標としている。CPUでは、コマンド・データ送受信の他に、バーストトリガー判定や検出器状態の把握など、いくつかのタスクを追加する必要がある。宇宙物理学検出器およびASICの単体性能は評価できたため、今後はそれらを連結することで低エネルギーX線の読み出しおよびX線撮像を実証する。
一側前庭機能障害後の中枢性代償過程の情報処理的研究

一側性前庭機能障害における中枢性代償過程を情報処理的に研究した。まず、代償過程を客観的に観察するパラメータとして、眼球運動異常の面からは自発頭位眼振、回転眼振、温度眼振の各眼振反応、姿勢保持機能の面からは身体動揺、動的平衡機能維持検査の各検査結果を参照することとして、これらを情報処理的に分析した。分析用のプログラムはこれまで開発したものを使用したが、今回とくに自発頭位眼振を解析するため微小な眼振波形を分析するためのプログラムを開発した。ついで、1992,93年に当科を受診しためまい患者のデータベース解析から、急性末梢性前庭障害症例、陳旧性前庭障害症例における平衡障害の程度とその推移およびリハビリテーション治療に対する反応を研究した。その結果、1。めまいを伴った突発性難聴、外傷性前庭障害、迷路摘出術後症例など高度の一側性前庭障害が発生し、かつその障害が不可逆的である症例で発現する自発・頭位眼振は障害後1ヶ月程度で速度、頻度が半減するが自覚症状が完全に消失した後も数カ月に渡って継続し、この眼球偏位は回転眼振、温度眼振のDPに反映する、2。体平衡機能異常は自覚症状とほぼ平行して改善し、とくに直立姿勢保持に外乱を加えた状態での動的平衡姿勢保持機能はこの代償過程を良好に観察できる、3。急性前庭障害および陳旧性前庭障害で後遺症のみられる患者に対して運動療法を主体としたリハビリテーション治療を行った症例では、めまい感、不安定感などの改善が良好でありこの自覚的症状の改善が動的平衡機能検査で客観的に評価可能である、などの研究成果が得られた。本研究の概要は第52回日本平衡神経科学会を中心に報告し、また、別紙のように論文、著書として報告された。その結果、1。
情動の最適制御に向けて: 緊張が運動に与える影響の計算モデルと神経機構

本研究では、緊張が、上位の認知的決定処理と下位の自律的な動運動制御処理における運動指令に関わる脳神経系の干渉を引き起こすという仮定に基づき、緊張が運動技能に影響を与える仕組みを明らかにした。得られた主な成果は以下の通りである。1)緊張に起因する運動機能の低下を理解するための新たな実験を考案した2)スポーツにおいて、認知的な緊張を引き起こす他者の行動の観察が自己の運動技量に与える影響を明らかにした3)これらの効果の計算論的処理の枠組みを提案した4)緊張に起因する運動技量劣化における脳神経活動の相関関係について解析を進めた。27年度が最終年度であるため、記入しない。
日本海側の森林土壌における硫黄循環に関する研究:その現存量、起源および将来予測

大陸からの越境大気汚染による硫酸イオンの森林土壌への影響を明らかにするために、東日本を中心に34地点について調査を行い、硫酸イオン現存量、硫酸イオン吸着能(S-retention)および硫黄安定同位体比の分析を行った。その結果、日本海側と内陸部の黒ぼく土では硫酸イオン吸着能には有意な差がないものの、硫酸イオン現存量は有意に日本海側で高くなることが確認された。また、土壌中の蓄積硫酸イオンの硫黄安定同位体比δ^<34>S(%_o)についても、各調査地点の海塩寄与率を推定し、非海塩性硫酸イオンのδ^<34>Sを算出したところ、日本海側と内陸部で有意な差が認められた。とくに、日本海側の黒ぼく土の非海塩性硫酸イオンのδ^<34>Sは+3.2+12.6%_o(平均+6.6%o)と算出され、内陸部の土壌のδ^<34>Sと中国起源硫黄酸化物のδ^<34>S(+7.8%_o)の中間の値となり、越境大気汚染物質が混入している可能性が示された。さらに、内陸部と日本海側の硫酸イオンの現存量とδ^<34>Sの差が全て海塩性硫酸イオンと中国起源の硫黄酸化物に起因すると仮定して、黒ぼく土について土壌中の硫酸イオンの起源の寄与率を算出したところ、中国起源の硫黄酸化物の寄与率は、利尻島で610%と少なく、東北地方・新潟県で452%、北陸地方で2678%となり、日本海側の南地域ほど越境大気汚染の影響が強いことが示唆された。また、土壌に特異的に吸着した硫酸イオンは容易に溶出しないことも明らかとなり、硫酸イオンが蓄積した土壌は酸性化の回復に時間がかかることが予想されることから、その被害は欧米よりも広範に、そして長期間に及ぶ可能性が示唆された。これまで、日本では酸性雨や越境大気汚染の影響を評価する上で、土壌中の硫酸イオン現存量については全く関心が持たれていなかったが、酸性雨や越境大気汚染の影響評価と将来予測のために、土壌中の硫酸イオンについても継続的なモニタリング調査を行うことが重要である。今年度は、これまでの研究で明らかとなった、硫酸イオンの現存量および吸着特性が火山灰土壌と非火山灰土壌で大きく異なる点に着目し、土壌の性質と硫酸イオン現存量との関係をより詳細に把握することを目的として研究を行った。具体的には、土壌型を異にする7つの土壌(褐色黒ぼく土、アロフェン黒ぼく土、非アロフェン質黒ぼく土、褐色森林土、黄褐色森林土、赤黄色土およびポドゾル性土)についての調査・分析を行った。その結果、土壌型ごとに特徴的な硫酸イオンの断面分布が認められ、土壌の性質と現存量との関係がより詳細に明らかとなったことから、土壌への硫酸イオン負荷の増大に対する影響評価や将来予測に役立つものと期待された。さらに、今回分析した北陸地方の土壌は、既存研究と比較して吸着母体に対する現存量が高いことが明らかとなり、北陸地方は既存のモニタリングデータから硫酸イオンの沈着量が全国的にみても非常に高い地域であることから、土壌中の硫酸イオン現存量は、沈着量の影響を受けているものと考えられた。さらに、アロフェン黒ぼく土を除くほぼ全ての土壌で交換性アルミニウムの溶出が認められ、土壌酸性化が進行している可能性が示唆された。次に、硫酸イオン現存量は土壌型と沈着量の両方の影響を受けているという知見が得られたことから、火山灰を母材とする黒ぼく土を中心として、東北地方と新しく調査した北海道の土壌試料についても分析を行った。これまでに日本海側6地点と内陸部4地点を比較したところ、有意に日本海側森林土壌中の硫酸イオン現存量が高いことが示され、硫酸イオン現存量についての地域性の解明が期待された。大陸からの越境大気汚染による硫酸イオンの森林土壌への蓄積について明らかにするために、硫酸イオン蓄積能の高い火山灰由来黒ぼく土について、日本海側14地点および内陸部6地点の分析を行った。その結果、各地点の硫酸イオン現存量の加重平均は、日本海側では1.6223.9(平均7.7) mmol kg^<-1>、内陸部では0.710.7(平均3.1) mmol kg^<-1>となり、有意な差が認められた。吸着母体量、有機物量については日本海側と内陸部で有意な差は認められず、同様の性質を持つ土壌であっても、日本海側の土壌は内陸部と比較して硫酸イオン現存量が高いことが明らかとなった。また、B層のみならず、最表層でもその現存量に有意な差が認められ、沈着量の違いが反映したものと考えられた。さらに、とくに硫酸イオンが蓄積するB層において、日本海側の土壌ではpH(H_2O)が平均4.95と内陸部(平均5.30)よりも有意に低い結果となった。交換性アルミニウム量も日本海側で有意に高く、低いpHが反映したものと考えられた。一方、溶存イオン量は日本海側で有意に低く、硫酸イオンの吸着によって他のイオンが溶出した可能性が示唆された。このように、日本海側森林土壌は硫酸イオンの現存量が高い傾向にあることが示され、土壌環境に違いが生じていることが示された。また、日本海側に蓄積している硫酸イオンの起源を特定するために、硫黄安定同位体比の分析を行った。その結果、硫黄同位体比は、日本海側で9.8217.25(平均12.89)‰となった。

この地域の年平均海塩寄与率(およそ40%;MOE,2009)から非海塩性硫酸イオンの硫黄同位体比を概算すると平均7.95‰となり、大陸で使用されている石炭の同位体比(7.8±11.0‰; Maruyama et al., 2000)と近い値を示した。内陸部は2.5117.156‰(平均4.92‰)とこれより有意に低く、現地性の石油や火山由来であると考えられた。このことから、日本海側の森林土壌に大陸起源の硫酸イオンが蓄積している可能性が示唆された。大陸からの越境大気汚染による硫酸イオンの森林土壌への影響を明らかにするために、東日本を中心に34地点について調査を行い、硫酸イオン現存量、硫酸イオン吸着能(S-retention)および硫黄安定同位体比の分析を行った。その結果、日本海側と内陸部の黒ぼく土では硫酸イオン吸着能には有意な差がないものの、硫酸イオン現存量は有意に日本海側で高くなることが確認された。また、土壌中の蓄積硫酸イオンの硫黄安定同位体比δ^<34>S(%_o)についても、各調査地点の海塩寄与率を推定し、非海塩性硫酸イオンのδ^<34>Sを算出したところ、日本海側と内陸部で有意な差が認められた。とくに、日本海側の黒ぼく土の非海塩性硫酸イオンのδ^<34>Sは+3.2+12.6%_o(平均+6.6%o)と算出され、内陸部の土壌のδ^<34>Sと中国起源硫黄酸化物のδ^<34>S(+7.8%_o)の中間の値となり、越境大気汚染物質が混入している可能性が示された。さらに、内陸部と日本海側の硫酸イオンの現存量とδ^<34>Sの差が全て海塩性硫酸イオンと中国起源の硫黄酸化物に起因すると仮定して、黒ぼく土について土壌中の硫酸イオンの起源の寄与率を算出したところ、中国起源の硫黄酸化物の寄与率は、利尻島で610%と少なく、東北地方・新潟県で452%、北陸地方で2678%となり、日本海側の南地域ほど越境大気汚染の影響が強いことが示唆された。また、土壌に特異的に吸着した硫酸イオンは容易に溶出しないことも明らかとなり、硫酸イオンが蓄積した土壌は酸性化の回復に時間がかかることが予想されることから、その被害は欧米よりも広範に、そして長期間に及ぶ可能性が示唆された。これまで、日本では酸性雨や越境大気汚染の影響を評価する上で、土壌中の硫酸イオン現存量については全く関心が持たれていなかったが、酸性雨や越境大気汚染の影響評価と将来予測のために、土壌中の硫酸イオンについても継続的なモニタリング調査を行うことが重要である。硫酸イオン現存量の蓄積レベル(飽和度)を調べるために、各土壌の硫酸イオンの最大吸着量を測定する予定であったが、実験条件などの設定が決まらず、測定できなかったこと、また、硫酸イオンの吸着母体として、これまで重要視されていたアロフェン・イモゴライト以外の粘土鉱物の存在の寄与が大きい可能性が示唆されたことから、これを明らかにするための新たな分析が必要となったが、それ以外はおおむね順調に進展している。上記の最大吸着量について、硫酸イオンと同じメカニズムで土壌に吸着するリン酸イオンを用いた実験を行い、リン酸保持容量を代わりの指標とする。硫酸イオンの吸着母体として、ジチオナイト・クエン酸塩還元溶解法を行い、ゲーサイトやヘマタイトなどの結晶性粘土鉱物の寄与を検討する。最終的には、日本海側の森林土壌には大陸起源の硫酸イオンが多く蓄積し、それがpHや交換性アルミニウムなどの土壌環境に及ぼす影響を、主に化学的な視点から、総合的に評価していく。