hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
微量解析法による転写制御因子BLIMP1の細胞種横断的エピゲノム制御機構の解明

平成30年度は、再構成始原生殖細胞、胚生12日雌雄始原生殖細胞、小腸上皮、周生期網膜視細胞前駆体、形質芽球についてBLIMP1結合部位とエピゲノムの関係を検討した。再構成生殖細胞形成過程については、抑制的ヒストン修飾(H3K27me3、H3K9me2)転写活性修飾(H3K27ac、H3K4me3)、DNAメチル化:胚生12日雌雄始原生殖細胞については先行研究のH3K27ac、H3K27me3、H3K4me3:小腸上皮についてはRoadmap Epigenomics ProjectのH3K27me3:周生期網膜視細胞前駆体については先行研究のH3K27me3:形質芽球については先行研究のH3K27ac、H3K27me3とBLIMP1結合部位との関係を解析した。このうち、再構成始原生殖細胞と形質芽球については、BLIMP1結合部位におけるH3K27acの抑制と、H3K27me3の増加(BLIMP1の発現より前にはH3K27me3のレベルがゲノム全体の平均に近かった部位)が見られた。これらの結果は、これらの細胞種でBLIMP1によるエピゲノム制御が共通していることを示唆している。興味深いことに、どちらの細胞種でも、BLIMP1発現以前にH3K27me3検出された部位にも、BLIMP1は強く結合することがわかった。これはBLIMP1がH3K27me3(ポリコーム)をリクルートするだけではなく、現時点では不明な機構によって、H3K27me3を認識して結合部位を選択する可能性を示唆している。一方、小腸上皮と網膜視細胞前駆体のデータからは、BLIMP1結合部位との間に有意な相関を得ることはできなかった。これが細胞種の特性によるものか、データの精度(細胞種の精製等)によるものかについてはさらなる解析が必要である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成28年度は申請者が作出したBLIMP1のN末端をEGFPでタグしたノックインマウス(EGFP-BLIMP1マウス)から精製した、雌雄始原生殖細胞(発生12.5日)、胚性小腸上皮(発生16.5日)、周生期網膜視細胞前駆体(生後4日)、成体マウスの脾臓から採取したB細胞をサイトカイン(IL4)とリポ多糖(LPS)によって刺激して得た形質芽球、およびこのノックンマウスから作出したES細胞から誘導した初期の始原生殖細胞様細胞(primordial germ cell-like cells; PGCLC)について、微量ChIP-seq法を用いてEGFP-BLIMP1のゲノムワイドな結合部位について高精度なデータを得た。これらは三胚葉それぞれぞれに由来する体細胞系列および、生殖細胞系列という、最も広い発生レンジにまたがっており、単一の転写因子による発生制御に関して最も普遍的な比較解析を可能にすると考えられる。これを詳細に解析した結果、BLIMP1の結合部位はどの細胞系譜においても遺伝子の往路モーター近傍に最も濃縮しており、かつそれらの結合部位は細胞種間で広く共有されていることが明らかになった。これらの「細胞種間で共有された」結合部位ではBLIMP1は強く結合し、かつ先行研究によって同定されてきた認識DNA配列がよく保持されていた。ところが、意外なことに、正常な発生過程やBlimp1欠損胚の遺伝子発現と比較すると、細胞種間で共有された結合部位はほとんど遺伝子発現制御に寄与しないことが明らかとなった。一方で、細胞種特異的な結合部位は比較的プロモーターから離れた位置に存在し、結合は弱く、認識DNA配列の保存性も低かった。ところが、どの細胞種においてもこのような特異的結合部位が遺伝子発現制御に良く寄与していた。予定していたすべての細胞種についてBLIMP1結合部位を決定し、かつ遺伝子発現動態のプロファイルを得ることができた。これらのデータをもとに多様な細胞種におけるゲノムワイドな転写抑制機構に関して重要な知見を得て論文投稿中である。これまでの研究で、微量解析法を用いて得られた、各細胞種(始原生殖細胞様細胞、胚生12日雌雄始原生殖細胞、胚生16日小腸上皮、周生期網膜視細胞前駆体、形質芽球;全てBLIMP1が必須の役割を果たす細胞系譜)の発生過程における、転写因子BLIMP1結合部位の定量的ChIP-seqを用いて系譜横断的比較解析を行った。BLIMP1結合部位を、それぞれの細胞系譜の発生過程における遺伝子発現変動や、変異体における既報の遺伝子発現変化を用いて評価した。その結果、複数の細胞種に共通して検出される結合部位は(1)結合強度が高く、(2)結合部位にBLIMP1認識モチーフ配列を高頻度で内包し、(3)遺伝子のプロモーター近くに濃縮していることなどが判明した。一方、細胞種に特異的な結合部位は(1)結合強度が比較的低く、(2)結合部位にBLIMP1認識モチーフ配列を含む頻度が低く、(3)遺伝子のプロモーターから遠方に濃縮していることなどがわかった。しかしながら、遺伝子発現との関係を調べると、細胞種特異的結合部位の寄与の方が大きく、細胞種間共通の結合部位は、ほとんど寄与しないことが分かった。また細胞種特異的なBLIMP1結合部位における他の転写因子の認識配列を調べると、各細胞種の発生分化において重要な転写因子の認識配列が優位に濃縮していたが、それらの転写因子認識

配列は、BLIMP1による遺伝子発現制御にはほとんど関与していなかった。これらの解析結果は、BLIMP1の機能を規定するエピゲノムコンテキストが、パートナーとなり得る細胞系譜特異的な転写因子ではなく、それ以外のクロマチン構造に依拠していることを強く示唆している。以上の結果をまとめて論文発表した。本研究成果は、特定の転写因子に対して、生体内の実際の結合部位を、多数の細胞系譜(4系譜、6細胞種)にわたって横断的に比較解析した初めての成果である。細胞種横断的なBLIMP1結合部位のChIP-seq解析結果をまとめて論文発表できたため。平成30年度は、再構成始原生殖細胞、胚生12日雌雄始原生殖細胞、小腸上皮、周生期網膜視細胞前駆体、形質芽球についてBLIMP1結合部位とエピゲノムの関係を検討した。再構成生殖細胞形成過程については、抑制的ヒストン修飾(H3K27me3、H3K9me2)転写活性修飾(H3K27ac、H3K4me3)、DNAメチル化:胚生12日雌雄始原生殖細胞については先行研究のH3K27ac、H3K27me3、H3K4me3:小腸上皮についてはRoadmap Epigenomics ProjectのH3K27me3:周生期網膜視細胞前駆体については先行研究のH3K27me3:形質芽球については先行研究のH3K27ac、H3K27me3とBLIMP1結合部位との関係を解析した。このうち、再構成始原生殖細胞と形質芽球については、BLIMP1結合部位におけるH3K27acの抑制と、H3K27me3の増加(BLIMP1の発現より前にはH3K27me3のレベルがゲノム全体の平均に近かった部位)が見られた。これらの結果は、これらの細胞種でBLIMP1によるエピゲノム制御が共通していることを示唆している。興味深いことに、どちらの細胞種でも、BLIMP1発現以前にH3K27me3検出された部位にも、BLIMP1は強く結合することがわかった。これはBLIMP1がH3K27me3(ポリコーム)をリクルートするだけではなく、現時点では不明な機構によって、H3K27me3を認識して結合部位を選択する可能性を示唆している。一方、小腸上皮と網膜視細胞前駆体のデータからは、BLIMP1結合部位との間に有意な相関を得ることはできなかった。これが細胞種の特性によるものか、データの精度(細胞種の精製等)によるものかについてはさらなる解析が必要である。現在投稿中の論文の掲載に向けて全力を尽くす。とくに関連細胞種における他の転写因子やヒストン修飾に関する定性的比較が重要であると考えられる。また、各種ヒストン修飾について、同一の抗体を用いた分布動態を解析し、BLIMP1が如何にして結合部位を選択しているのか、またそこでどのようなエピゲノム制御を行っているのかについてよりmechanisticな解析を行いたい。とくにポリコームやヒストン脱アセチル化酵素のリクルートが提唱されているが、それが細胞種を通じた普遍的な機構なのか、どの細胞種でも同じようなキネティクスで制御されているのかは興味深い。BLIMP1による、各細胞種の発生制御原理を成立させるメカニズムに関わりうるエピゲノムコンテキストを探索する。
p38MAP kinaseを介した静脈グラフトの内膜肥厚抑制

自家静脈を動脈に移植する際に惹起される静脈壁リモデリングに関与する細胞内情報伝達を明らかにすることで、これまで未解決のまま残されていた静脈グラフト内膜肥厚抑制の糸口を見いだすことを目指して研究を行い、以下の結果を得た。1.自家静脈グラフト移植後のp38 MAP kinaseおよびNFkBの活性化静脈グラフトにおいて、血行力学的ストレスや移植時の物理的ストレス、虚血再灌流などの各種ストレスが内膜肥厚の惹起・進展に関与するのではないか考えられているが、我々はそうしたストレスに対して過剰に反応する炎症性メディエーターに関わる情報伝達系が内膜肥厚発生に重要な役割を果たしているのではないかという仮説のもと、p38およびNFkBに着目し、静脈の移植実験を行った。イヌ下肢静脈グラフトを大腿動脈に自家移植し、移植後30分、120分、3日および7日後に移植グラフトを摘出し、ホモジナイズして得られた蛋白を用いて、リン酸化p38、リン酸化IkBをウエスタンブロットにて評価した。その結果、リン酸化p38は有意な増加を示さず、期待した著しい活性は得られなかった。それに対し、リン酸化IkBは、移植後2時間で有意に上昇し、移植後2時間まで強い活性を示し、以後漸減することが明らかとなったことから、炎症性サイトカインや虚血再灌流およびアポトーシスに関わる転写因子であるNFkBが静脈グラフト移植早期に活性化していることが強く示唆された。2.NFkB活性化抑制による内膜肥厚の制御上記所見の結果を受けて、NFkBの活性化を抑制する目的で、NFkBのおとりオリゴデオキシヌクレオチド(decoy)を使用して、移植後1ヶ月後の静脈グラフトの内膜肥厚面積を測定し、コントロールと比較したところ、著明な内膜肥厚抑制効果を認めた。以上より、本研究では、ストレス応答、炎症反応に関与する転写因子NFkBが静脈グラフト内膜肥厚に深く関与し、治療手段となりうることが示唆された。自家静脈を動脈に移植した際に惹起される静脈壁のリモデリングとそれに関与する細胞内情報伝達を明らかにした上で、静脈グラフト内膜肥厚を抑制することを最終目標として実験を行っているが、当初、使用したウサギ頚静脈移植モデルでは、(1)静脈グラフトから採取できる蛋白量が少なく、(2)静脈壁が極端に非薄で、ヒトの大伏在静脈と構造上大きく異なることなどの理由から、実験動物をイヌに変更して下記の結果を得た。1.自家静脈グラフトの蛋白解析イヌの後脚または前脚の表在静脈(ヒトの小伏在静脈に相当する)を長さ6cm採取し、これを静脈グラフトとして用いて大腿動脈を置換し、移植後30分、120分、3日および7日後に移植グラフトを採取したのち、静脈グラフトをホモジナイズし蛋白を得た。グラフトあたり46mgの蛋白を得ることができ、以下の検討を行った。2.p38活性化MAP kinaseの一員であるp38に着目し、p38およびリン酸化p38に対する抗体を使用してウエスタンブロットを行い、p38の活性化を解析した。p38は移植後30分から2時間で活性化され、それ以降活性が消退してゆくことが明らかとなった。しかし、その活性化の程度はTNF-αで刺激したpositive controlの静脈に比して弱く、期待した著しい活性は得られなかった。この結果を確認するとともに、他のMAP kinase familyについても検討する必要があると考える。

また、局所的に活性化している可能性もあり、弁部や吻合部など内膜肥厚の好発部位におけるp38活性化を検討して行く。3.転写因子活性化の解析静脈グラフトのリモデリングにおける転写因子活性化も、内膜肥厚の治療上のターゲットとなりうる点で重要であり、現在、NF-kB, Egr-1などの転写因子活性を検討中である。自家静脈を動脈に移植する際に惹起される静脈壁リモデリングに関与する細胞内情報伝達を明らかにすることで、これまで未解決のまま残されていた静脈グラフト内膜肥厚抑制の糸口を見いだすことを目指して研究を行い、以下の結果を得た。1.自家静脈グラフト移植後のp38MAP kinaseおよびNFkBの活性化静脈グラフトにおいて、血行力学的ストレスや移植時の物理的ストレス、虚血再灌流などの各種ストレスが内膜肥厚の惹起・進展に関与するのではないか考えられているが、我々はそうしたストレスに対して過剰に反応する炎症性メディエーターに関わる情報伝達系が内膜肥厚発生に重要な役割を果たしているのではないかという仮説のもと、p38およびNFkBに着目し、静脈の移植実験を行った。イヌ下肢静脈グラフトを大腿動脈に自家移植し、移植後30分、120分、3日および7日後に移植グラフトを摘出し、ホモジナイズして得られた蛋白を用いて、リン酸化p38、リン酸化IkBをウエスタンブロツトにて評価した。その結果、リン酸化p38は有意な増加を示さず、期待した著しい活性は得られなかった。それに対し、リン酸化IkBは、移植後2時間で有意に上昇し、移植後2時間まで強い活性を示し、以後漸減することが明らかとなったことから、炎症性サイトカインや虚血再灌流およびアポトーシスに関わる転写因子であるNFkBが静脈グラフト移植早期に活性化していることが強く示唆された。2.NFkB活性化抑制による内膜肥厚の制御上記所見の結果を受けて、NFkBの活性化を抑制する目的で、NFkBのおとりオリゴデオキシヌクレオチド(decoy)を使用して、移植後1ヶ月後の静脈グラフトの内膜肥厚面積を測定し、コントロールと比較したところ、著明な内膜肥厚抑制効果を認めた。以上より、本研究では、ストレス応答、炎症反応に関与する転写因子NFkBが静脈グラフト内膜肥厚に深く関与し、治療手段となりうることが示唆された。
細胞骨格の分子構築と機能〜細胞生物学及び分子生物学的研究

(1)神経細胞の幼若期に特に多量発現され、主要な微小管関連蛋白(MAP_s)の一つであるMAP_2Cの精製を確立し生化学的性状を解析し、cDNAのクロ-ニングを行った。一次構造を決めcDNAを線維茅細胞に形質導入すると線維芽細胞内に微小管の束が形成され突起の中に伸長した。又この細胞で中間径線維も微小管と平行に配列する事が分かりMAP2cが微小管の重合促進と束化だけでなく、中間径線維を配行させる機能をもつ事が示された。(2)軸索内の順行性及び逆行性の膜小器官輸送の制御機構として順行性膜輸送のモ-タ-であるキネシンがAキナ-ゼでリン酸化を受けると膜小器官からはずれる事を示し、これが終末部でキネシンが順行性膜小器官から解離するため、重要な役割りをはたしている事が示唆された。(3)細胞骨格蛋白の遅い輸送と関連して、神経細胞内のチュブリンの動態を、Caged fluorescein標識チュブリンを初代培養神経細胞への微量注入その後の紫外線照射による蛍光活性化法によって解析し、哺乳類神経細胞ではチュブリン等の細胞骨格蛋白は、重合体の滑し運動でなくフリ-のオリゴマ-の形で輸送される事を示した。しかし両生類神経細胞等のごく一部の非常に突起伸長速度の速い細胞では、重合体が軸索膜と一体として成長端により引っ張られ受動的に動く現象もみられた。(4)哺乳類脳から、ヌクレオチド依存性に、微小管との結合が変化する100KDの蛋白ダイナミンを生化学的に大量精製する方法を確立した。その結果ダイナミンは、微小管により活性化されるGTPaseである事が分かった。さらにダイナミンcDNAのクロ-ニングを行いその一次構造を決定した。その結果ダイナミンは新しいGTP結合蛋白である事が判明しまた神経細胞特に成熟した神経細胞に多く発現される蛋白である事が分かった。神経細胞細胞骨格の分子構築及びその物質組組成生化学急速凍細電子顕微鏡法とモノクローナル抗体を用いた免疫細胞化学を組み合わせ研究した結果,樹状突起内の骨組みをつくる微小館の束は,主に微小管関連蛋白MAPIと2からなる架橋構造により結合されている事およびニューロフィラメントと微小管がMAP2を主体とする架橋構造により結合されている事を明らかにした.又MAP1Aが100nm長の桿状分子である事,及び主なMAPの一つであるタウが約50nm長のやはり桿状分子であり,微小管の間に短い20nm弱の架橋構造を形成する事を明らかとした.又このタウの微小管上の結合部位は, . MAP2と競合するが, MAP1Aとは競合しない事を明らかにした.ラット脳より作製した, cDNAライブラリーからタウのcDNAを分離する事に成功し,タウの一次構造を決定した.その結果を用いてin situ hybyridizationによるmRNAの局在を現在行っている.ニューロフィラメントの分子構築を再構成系を用いて研究し,トリプレット蛋白の内, H(200KD)とM(145KD)のC末端部が細長く伸び出してニューロフィラメント間の架橋構造を形成する事を明らかとした.PC12細胞や培養神経細胞にビオチン標識したチュウブリンを微量注入し,抗ビオチン抗体を用いて神経細胞内微小管の動態を電子顕微鏡レベルで解明する事に成功した.

神経細胞には細胞体内に多くの細胞で存在する微小管形成中心がなく神経突起内をチュウブリンはフリーの形で運ぶ突起内に存在する微小管のプラス端(末梢側)に組み込まれる事が明らかとなった.従来考えられていた様な構造体として運ばれるという常識が誤りである事が証明された.シナプスの膜と細胞骨格構造の全体像を明らかとしアクチンとシナプス小胞,微小管とシナプス小胞を結合している細腺維の存在を初めて記載し,それがシナプシンIでありシナプス伝達の過程でこの構造が重要な役割りを有している事を明らかとした.神経細胞細胞骨格の分子構築、動態、機能を急速凍結電顕法、生化学、免疫細胞化学、微量注入法、分子生物学を用いて明らかにした。分子構築については、神経細胞内物質輸送のモーターであるキネシン分子の構造を重鎖及び軽鎖に対する単クローン抗体の修飾法により明らかとした。重鎖の一部よりなる二つの頭部に微小管結合部位があり中央の杆状部分をはさんでハケ状の他端に軽鎖がありここが膜小器官と結合する全長80mmの分子である事を明らかとした。シナプス前部及び後部の細胞骨格構造及び膜、シナプス小胞との関連特にシナプシン1の分子構造と局在及び伝達物質放出過程におけるシナプシン1とアクチンの機能を明らかとした。軸索伸長時期に発現される新しい205KD微小管関連蛋白をモノクローン抗体法により同定した。主な微小管関連蛋白の一つであるタウ蛋白の分子構造、cDNAの一次構造を明らかとしcDNAをタウを発現しない線維芽細胞に強制導入すると線維芽細胞にタウに対する抗体で染まる微小管の太い束が発現される事、又このcDNAを用いてin situ hybridizationを行うと神経軸索が伸長する時期に一致してタウのmRNAが強く発現されこの時期に微小管の束が神経突起内にできる事を明らかとしタウ蛋白がin vivoで微小管を形成し、束をつくり神経突起伸長の構造的基礎をつくる事を明らかとした。細胞骨格の動態について、微小管関連蛋白2(MAP2)に標識をつけ初代培養の神経細胞に微量注入し電顕で解析した。その結果MAP2が樹状突起、軸索のいずれにも入って行く事、しかし樹状突起に比べ軸索ではターンオーバーが非常に速く、軸索の微小管との結合性が弱い事が分かった。この事が樹状突起に特異的にMAP2が存在する原因の一つである事を解明した。ニューロフィラメントの分子構築、特にリン酸化脱リン酸化によるH蛋白の架橋構造形成能に対する制御機構について明らかとした。1.神経細胞の主要な微小管関連蛋白(MAPs)の1つである(MAP1B)をモノクロナール抗体吸着カラムを用いて単離しその単分子構造、細胞内局在を明らかとした。又リン酸化形MAP1Bを認識するモノクローン抗体を作製しリン酸化形は軸索に多いが、脱リン酸化型は樹状突起に多い事及び特に発生初期、軸索の形成に伴いリン酸化MAP1Bが発現される事を明らかとした。2.シナプスにおける小胞分泌のモデルとして初代培養副脊髄質細胞を用い、Ca^<++>流入に伴うCa^<++>感受性蛋白の関与を検討した。リポコルチン族のカルパクチン1の分子構造及びその抗体を用いた免疫細胞化学によりカルパクチン1が形質膜内側に局在しCa^<++>流入に伴い分子形態を変化させ分泌顆粒膜と形質膜を癒合させ分泌をうながす事を明らかとした。3.ニューロフィラメント内でL蛋白単分子がどの様に配列して一本のフィラメントを形成するのか、又長さの伸長にはNa^+イオンが単分子の側方の結合にはMg^<++>イオンが重要である事などassemblyの機構を明らかとした。
脳情報動態を規定する前頭皮質局所回路構造

本研究では、多様な出力に対応した皮質局所回路の結合原理と多様な視床入力の局所結合選択性を解明すること、その結合解析のための光学・電子顕微鏡相関解析の確立を目指している。本年度は前頭皮質出力サブネットワークに対応した抑制結合分化と、光顕・電顕相関構造解析のための技術開発を行った。1.出力サブネットワークに対応した抑制結合分化前頭皮質5層の主要なGABA作動性細胞である、ソマトスタチン陽性のLTS(low threshold spike)細胞と、5層錐体細胞の主要な投射サブタイプである、橋核投射(CPn, corticopontine)細胞と交叉性線条体投射(CCS, crossed corticostriatal)細胞との間の結合選択性とシナプス伝達特性を比較解析した。LTS細胞グループは、電気的・形態的性質が多様な細胞から成っていた。LTS細胞はCCS細胞よりCPn細胞から興奮性入力を受ける確率が高かった。CCS細胞が、入力抵抗が低く、リバウンド発火が弱く、樹状突起が垂直方向に拡がるLTS細胞と相互結合するのに対して、CPn細胞は高抵抗、強いリバウンド発火、狭い樹状突起領域のLTS細胞と結合していた。これらの興奮性入力の時間的促通様式もLTS細胞の種類に依存していた。ソマトスタチン細胞は錐体細胞を出力依存的に抑制することが分かった。2.光顕・電顕相関構造解析のための技術開発テープに載せた超薄切片を走査型電顕を使って連続的に撮像することで、光学顕微鏡でタイプを同定した樹状突起・軸索のシナプス結合解析を定量的に行う、光顕・電顕相関構造解析の技術開発を進めている。試料への電荷蓄積が走査型電顕の解像度・像質を悪くするので、極めて導電性の高いテープを導入した。並行して開発してきた新規の重金属染色法を組みわせることで、透過型電顕のものに近い電顕像を得ることができた。前頭皮質局所回路の理解にとって大切な、5層抑制性細胞の出力依存的シナプス結合を明らかにできた。新規のテープ・染色法の開発よって、走査型電顕によるシナプス像の改善を行うことができた。前頭皮質局所回路構造を理解するために、錐体細胞・抑制細胞サブタイプの結合規則を更に明らかにするとともに、電顕像の取り込み・神経要素の立体再構築の技術を改良し、特定入力のシナプス構造定量的解析に適用したい。
動的速度論的分割を基盤とする新規不斉クロスカップリング反応の開拓

安価で容易に調製できるラセミ体を原料として有用な光学活性化合物を得る手法として動的速度論的光学分割が注目を集めている。しかしながらラセミ化する基質にしか適用できないため、実施できる反応様式や得られる光学活性化合物の種類に大きな制約を受けてしまうジレンマを抱えているのが現状である。そこで本研究ではスルホンのラセミ化と多様な分子変換を可能とする不斉クロスカップリング反応を同時に促進する触媒反応を開発することによって、新規動的速度論的不斉変換法の開拓を目指した。本年度は前年度に見出した不斉アリール化反応以外の新しい形式の反応を開発すべく研究を行なった。その結果、銅触媒を用いたベンズヒドリルスルホン類のアミノ化反応を見出した。この反応は安価な塩化銅が最も効果的であり、様々な1級、2級、アニリン類にも適用できるなど幅広い基質適用範囲を示した。コントロール実験から銅触媒がスルホンの炭素-スルホニル結合を直接切断して銅-ベンズヒドリル種が生じるのではなく、銅-カルベン種の形成を強く示唆する結果を得た。本反応は逐次的なアミノ化にも有効であった。ベンズヒドリルハロゲン部位が共存したスルホンを用いることで逐次的なアミノ化が可能であり、非対称ジアミン化合物を高収率で得ることに成功した。また分子内反応に適用したところ環状アミン類をそれぞれ良好な収率で得ることができた。またパラジウム触媒を用いることでa位がフッ素化されたベンジルスルホン類のアリール化が進行し、a位がフッ素化されたジアリールメタン類を得ることに成功した。これらの研究成果は本研究の目標達成に向けた重要な知見であると考えている。当初の想定していない新反応をいくつか開発することに成功した。しかし、不斉反応への展開を次年度も継続して検討する必要があると考えており、達成度は(2)とした。開発した反応を不斉反応への応用を目指す。まず立体的な非対称な置換基を有する基質を用いて市販の様々な不斉配位子を用いて不斉反応の検討を行う。不斉誘導が確認できた場合、不斉配位子の構造の分子設計、合成によって反応性、不斉収率の向上を検討する。さらに量子化学計算を用いた反応メカニズム解析も行い、不斉発現過程に関する知見を得る。反応を最適化した後、基質の適用範囲を調査する。さらに開発した反応を用いて生物活性化合物の合成に応用することで本反応の有用性を実証する。これまでに当研究グループではスルホニル基の電子求引性と潜在的な脱離基としての特性に着目し、a位の官能基化続く炭素-スルホニル結合活性化によるアリールメタン類の合成に成功している。機構解明研究から炭素-スルホニル結合活性化が律速である知見を得ており、不斉炭素-スルホニル結合活性化が進行すると想定した。本年度はラセミのジアリールメチルスルホン誘導体と有機ホウ素化合物をモデルとして、不斉アリール化反応の開発を行った。まずこれまでに炭素-スルホニル結合活性化に有効な配位子であったN-ヘテロサイクリックカルベンに不斉環境を導入し検討を行なったが、生成物の不斉収率は非常に低いものであった。さらに様々な不斉配位子を用いて検討を行ったところ、キラルな単座ホスフィン(MOP)配位子を用いた際に不斉誘導が確認された。配位子の構造の検討によって現在60%ee程度の不斉収率でアリール化生成物が得られており、本研究の目標達成に向けた重要な知見が得られたと考えている。1年目に計画した内容である不斉カップリング反応の最適化を予定通りに実施できている。また本課題は2年目も継続して検討する必要があると考えており、達成度は(2)とした。

ベンズヒドリルハロゲン部位が共存したスルホンを用いることで逐次的なアミノ化が可能であり、非対称ジアミン化合物を高収率で得ることに成功した。また分子内反応に適用したところ環状アミン類をそれぞれ良好な収率で得ることができた。またパラジウム触媒を用いることでa位がフッ素化されたベンジルスルホン類のアリール化が進行し、a位がフッ素化されたジアリールメタン類を得ることに成功した。これらの研究成果は本研究の目標達成に向けた重要な知見であると考えている。当初の想定していない新反応をいくつか開発することに成功した。しかし、不斉反応への展開を次年度も継続して検討する必要があると考えており、達成度は(2)とした。得られた知見を基に開発した不斉アリール化反応の最適化を行う。その後基質適用範囲の検討を行う。また開発した不斉反応を炭素-ヘテロ原子結合形成反応など適用する。まずアルコールやアミン、ヒドロボランなどを反応剤として有用光学活性化合物への変換反応を行う。さらに量子化学計算を用いた反応メカニズム解析も行い、本不斉反応に関する知見を得る開発した反応を不斉反応への応用を目指す。まず立体的な非対称な置換基を有する基質を用いて市販の様々な不斉配位子を用いて不斉反応の検討を行う。不斉誘導が確認できた場合、不斉配位子の構造の分子設計、合成によって反応性、不斉収率の向上を検討する。さらに量子化学計算を用いた反応メカニズム解析も行い、不斉発現過程に関する知見を得る。反応を最適化した後、基質の適用範囲を調査する。さらに開発した反応を用いて生物活性化合物の合成に応用することで本反応の有用性を実証する。
歴史的造形資源の造形データの取得・保存・活用に基づく持続可能な地域活性化デザイン

本研究は、地域社会が有する歴史的造形資源を地域活性化に資する材として認識し、それらの造形データを取得・保存・活用することにより、持続可能な地域活性化を図るデザイン手法を導出することを目的としたものである。具体的には、歴史的造形資源の造形情報を2D/3Dデジタル造形技術を駆使してデジタル化し、アーカイブを構築することに加え、地域の生活者がそれらを共有するための実践を通して、生活者が担い手となった内発的地方創生が促進される体制づくりを行うことを目指している。なお、主な対象地域は、研究申請者が所属する千葉大学が位置する千葉県とし、特に、今日、当該地域において生活者の関心の及ばぬうちに潜在化する傾向にある木彫、織物・染物等を取り上げている。2018年度にあっては、2017年度に引き続き、千葉県下において潜在している歴史的造形資源の造形データを2D/3Dデジタル造形技術を駆使してデジタル化を行い、かつ、アーカイブシステムを発展させつつデータを蓄積するとともに、取得したデジタルデータの多様な活用を模索するべく、上述の関係各機関の担当者らとの協議を重ねた。また、その間、対象に手で触れることのできる展示、デフォルメモデルの制作と彩色体験の提供、製品への応用など、いくつかの試行を行った。なお、これらの活動は、いずれも、計画通り、千葉県南房総市に位置する小松寺を代表とする各種寺院、南房総市役所、館山市役所、館山市立博物館、鴨川市郷土資料館らの協力に基づき実施した。それらの協議・試行を通して、「地方創生」が叫ばれる今日にあって、地域社会の自立・自律に寄与する有効な手立てとなる手応えが得られている。2019年度においては、上述した成果に基づき、さらなる実践を通して多様な活用方策を見出すとともに、それらを体系的にまとめ、持続可能な地域活性化を図るためのデザイン手法を明確化することを目指す。2018年度においては、当初の研究計画の「歴史的造形資源の2D/3Dデジタルデータ取得」ならびに「歴史的造形資源のデジタルデータの特質に基づく整理とアーカイブの作成」に資する各種活動を継続するとともに、「デジタルデータの利活用を含めた利点の明確化」を推進した。協力者らの反響は当初想定していた以上に大きく、歴史的造形資源の造形データの取得・保存と活用を一体化させつつ進展させるべきでることこそが、自立・自律的な地方創生の展開には重要であることが明確化しつつある。次年度においては、得られた知見をまとめ、投稿論文、報告書として公表する予定である。このように、当該研究全体としては、おおむね順調に推移しているといえる。2019年度は、20172018年度に引き続き、千葉県を中心として「歴史的造形資源の2D/3Dデジタルデータ取得」ならびに「デジタルデータの利活用を含めた利点の明確化」「歴史的造形資源のデジタルデータの特質に基づく整理とアーカイブの作成」に資する各種活動をさらに推進させていく予定である。加えて、これまでの経験ならびに上述の実践の経験・成果を踏まえ、当初の計画通り、「アーカイブ化のあり方、今日のものづくりへの創造的展開のあり方の議論」「報告書の作成・研究結果の公表」についても推進していく予定である。本研究は、地域社会が有する歴史的な造形資源を地域活性に資する材として認識・活用することで、持続可能な地域活性化を図るためのデザイン手法を導出することを目的としたものである。具体的には、歴史的造形資源を2D/3Dデジタル造形技術を駆使してデジタル化しアーカイブを構築することに加え、地域の生活者がそれらを共有するシステムを導出することで、生活者が担い手となった内発的地方創生の促進を目指す。なお、主な対象地域を、研究申請者が所属する千葉大学が位置する千葉県とする。特に、今日、当該地域において、生活者の関心の及ばぬうちに潜在化する傾向にある木彫、織物・染物等を取り上げる。平成29年度にあっては、千葉県下において潜在化している造形資源のいくつかについて、その造形データを、2D/3Dデジタル造形技術を駆使したデジタル化を試みた。なお、これらの活動は、当初計画通り、千葉県南房総市に位置する小松寺を代表とする各種寺院、南房総市役所、館山市役所、館山市立郷土資料館、鴨川市郷土資料館らの協力に基づき展開した。また、一方で、取得したデジタルデータの多様な活用を模索するべく、上述の関係各機関の担当者らとの協議を重ねるとともに、いくつかの試行を行った。それらの協議・試行を通して、「地方創生」が叫ばれる今日にあって、ますますの地域社会の自立・自律が求められる地域社会において有効な手立てをなる手応えが得られている。また、これらの成果は、平成30年度、平成31年度において実施に移し、多様な生活用具への活用を試みることを計画している。「研究実績の概要」にも記したように、平成29年度においては、当初の研究計画のなかでも、特に、「歴史的造形資源の2D/3Dデジタルデータ取得」ならびに「歴史的造形資源のデジタルデータの利活用を含めた利点の明確化」に資する各種活動が、当初計画以上に研究協力者からの反響が大きく、その実践を中核に据えることとなった。それゆえ、「歴史的造形資源のデジタルデータの特質に基づく整理とアーカイブの作成」については、本格的な着手が困難であったが、当該研究全体としては、おおむね順調に推移しているといえる。

平成30年度は、平成29年度に引き続き、千葉県を中心として、「歴史的造形資源の2D/3Dデジタルデータ取得」ならびに「デジタルデータの利活用を含めた利点の明確化」に資する各種活動を展開するとともに、本研究の重要な柱の一つである「歴史的造形資源のデジタルデータの特質に基づく整理とアーカイブの作成」についても、将来、当該地域におけるデジタル造形データの有効活用が可能になることを踏まえつつ進展させる。なお、とりわけ、平成30年度においては、「歴史的造形資源の2D/3Dデジタルデータ取得」に関して、その技術要件の整理を進めより明確化し、地域社会に着実に還元していく方策を検討する。また、「デジタルデータの利活用を含めた利点の明確化」に資する各種活動に関しても、平成29年度において模索した方向性をさらに実施に移し、その方策をより明確なものとしていく計画である。本研究は、地域社会が有する歴史的造形資源を地域活性化に資する材として認識し、それらの造形データを取得・保存・活用することにより、持続可能な地域活性化を図るデザイン手法を導出することを目的としたものである。具体的には、歴史的造形資源の造形情報を2D/3Dデジタル造形技術を駆使してデジタル化し、アーカイブを構築することに加え、地域の生活者がそれらを共有するための実践を通して、生活者が担い手となった内発的地方創生が促進される体制づくりを行うことを目指している。なお、主な対象地域は、研究申請者が所属する千葉大学が位置する千葉県とし、特に、今日、当該地域において生活者の関心の及ばぬうちに潜在化する傾向にある木彫、織物・染物等を取り上げている。2018年度にあっては、2017年度に引き続き、千葉県下において潜在している歴史的造形資源の造形データを2D/3Dデジタル造形技術を駆使してデジタル化を行い、かつ、アーカイブシステムを発展させつつデータを蓄積するとともに、取得したデジタルデータの多様な活用を模索するべく、上述の関係各機関の担当者らとの協議を重ねた。また、その間、対象に手で触れることのできる展示、デフォルメモデルの制作と彩色体験の提供、製品への応用など、いくつかの試行を行った。なお、これらの活動は、いずれも、計画通り、千葉県南房総市に位置する小松寺を代表とする各種寺院、南房総市役所、館山市役所、館山市立博物館、鴨川市郷土資料館らの協力に基づき実施した。それらの協議・試行を通して、「地方創生」が叫ばれる今日にあって、地域社会の自立・自律に寄与する有効な手立てとなる手応えが得られている。2019年度においては、上述した成果に基づき、さらなる実践を通して多様な活用方策を見出すとともに、それらを体系的にまとめ、持続可能な地域活性化を図るためのデザイン手法を明確化することを目指す。2018年度においては、当初の研究計画の「歴史的造形資源の2D/3Dデジタルデータ取得」ならびに「歴史的造形資源のデジタルデータの特質に基づく整理とアーカイブの作成」に資する各種活動を継続するとともに、「デジタルデータの利活用を含めた利点の明確化」を推進した。協力者らの反響は当初想定していた以上に大きく、歴史的造形資源の造形データの取得・保存と活用を一体化させつつ進展させるべきでることこそが、自立・自律的な地方創生の展開には重要であることが明確化しつつある。次年度においては、得られた知見をまとめ、投稿論文、報告書として公表する予定である。このように、当該研究全体としては、おおむね順調に推移しているといえる。
生体内凍結技法による移植腫瘍細胞組織の機能分子形態学的研究

クライオバイオプシー法(Cb)、生体内凍結技法(IVCT)および従来の方法(浸漬化学固定-脱水法、切除組織-急速凍結法)を異なるヒト肺癌由来の腫瘍細胞株(Lu65、Lu99、A549)によるヌードマウス腫瘍細胞移植モデルに応用し、HE染色もしくは血管内皮細胞マーカーであるvon Willebrand Factorに対する免疫染色を用いて、比較検討を行った。その結果、以前のEBC-1細胞株で得られた結果と同様に全てのモデル腫瘍において、CbおよびIVCTによって腫瘍細胞組織形態および生きた血行動態下の開存した腫瘍血管が明瞭に観察されることがわかった。また、CbおよびIVCTにより作製された腫瘍組織試料においてアルブミンおよび免疫グロブリンなどの血清蛋白に対する免疫染色を行った結果、それらの蛋白の分布を明瞭に可視化できた。生体内腫瘍組織ではアルブミンやIgGなどの比較的分子量の小さい蛋白は腫瘍間質に広く分布するが、IgMなどの大きな分子量をもつ血清蛋白は血管内に限局して分布することがわかった。CbおよびIVCTにより作製した試料中におけるこのIgMの分布を、尾静脈から注射したウシ血清アルブミン(BSA)の免疫染色像との比較を行った結果、IgMは血管の中でも特に、血流を伴う「機能的血管」に限局して分布することが示された。またBSA注射後に異なる時間が経過後にIVCTにより試料作製を行い、BSAの分布を経時的に検討することで、血管からの血清蛋白の漏出速度が腫瘍内、特に表層部被膜と腫瘍塊深部では大きく異なることを示した。以前から病理組織学的に用いられてきた血管内皮細胞免疫染色による「構造的血管」の評価に対して、CbおよびIVCTとIgM免疫染色では血流を伴う「機能的血管」が可視化できることに注目し、組織切片上でそれらの血管の容積を定量化し、VEGF免疫染色による腫瘍組織内の局所的虚血変化と比較したところ、機能的血管の容積は有意に腫瘍組織の虚血変化と相関することを見出した。これらの結果の一部は現在、複数の原著論文として欧文誌に投稿中である。生体内凍結技法の臨床病理学的解析応用のため、クライオバイオプシー法において腫瘍の生検および凍結固定に用いるクライオピンセットの開発、改良を行った。皮膚科イボ採取用ピンセットの先端をグラインダーで研磨し、液体窒素リザーバーを装着し、軽量化した。この器具を用いて冷却速度の測定と正常マウス肝組織のクライオバイオプシー-凍結置換固定法によるパラフィン包埋試料の作製を行った結果、この器具により光学顕微鏡観察に十分耐える試料の冷却速度が得られ、また生体内凍結技法と同様に肝血流動態を反映した組織像の明瞭な観察と可溶性成分の良好な保存が可能であった。これらの結果の一部は現在、欧文誌に投稿準備中である。次にヒト癌細胞株EBC-1を培養し、ヌードマウスを用いてヒト腫瘍細胞移植モデルを作製後、(a)生体内凍結技法-凍結置換固定法、(b)上記クライオピンセットを用いたクライオバイオプシー-凍結置換固定法、(c)無固定切除試料急速凍結技法-凍結置換固定法、もしくは(d)パラホルムアルデヒド(PFA)浸漬固定法-アルコール脱水、の各方法を用いて、パラフィン包埋試料を作製し、その切片をHE染色もしくは血管内皮細胞マーカーであるvon Willebrand因子とリンパ管内皮細胞マーカーであるLYVE-1に対する免疫染色を行った。その結果、従来の浸漬固定-脱水法(d)に比較して生体内凍結技法(a)やクライオバイオプシー法(b)では、組織および細胞の収縮による変形が防止され、さらに流動赤血球を含む機能的血管像あるいは開存したリンパ管像が明瞭に観察された。以上の結果から、本研究で開発改良されたクライオバイオプシー法により、動物生体内における腫瘍組織の機能的形態像を切片上で捉えることが可能になり、細胞異形性や生体脈管分布の評価の臨床的意義が大きいと予想された。現在、その他の細胞株や動物モデルについても検討中である。

以前から病理組織学的に用いられてきた血管内皮細胞免疫染色による「構造的血管」の評価に対して、CbおよびIVCTとIgM免疫染色では血流を伴う「機能的血管」が可視化できることに注目し、組織切片上でそれらの血管の容積を定量化し、VEGF免疫染色による腫瘍組織内の局所的虚血変化と比較したところ、機能的血管の容積は有意に腫瘍組織の虚血変化と相関することを見出した。これらの結果の一部は現在、複数の原著論文として欧文誌に投稿中である。
河口域周辺の波流れ共存場における波浪変形・底質移動機構の統合解析モデルの構築

本研究では,河口域における波浪変形および土砂移動の機構を解明することは,周辺海岸への適切な土砂供給の確保,船舶航路の維持および氾濫災害の軽減等を検討する上で本質的に重要となると考え,河口域周辺における波と流れの干渉およびそれに伴う土砂移動機構の特性を解析するための各種モデルの構築を行った.また,これらのモデルを用いて,河口域および波流れ共存場における波浪変形,流体運動および底質移動に関する数値解析,現地観測,統計解析を実施した.その主要な成果は,以下のようにまとめられる.まず,広領域の波流れ共存場に対する解析モデルとして,波作用量平衡式に着目し,流れの影響を考慮した砕波限界式やエネルギー減衰項および回折効果を組み込んだ解析モデルを構築した.また,狭領域の波浪解析モデルとしてブジネスク方程式モデルの高精度化を進め,広域波数領域に適用可能なモデルを構築した.合わせて,波流れ共存場における柱体構造物周辺の局所的な流況特性や流体力に関して,詳細な数値解析を行い,流れ成分の影響を明らかにした.また,河口域に特徴的な微小粘土粒子を多く含む流れに対する解析モデルを構築して,その流動・堆積過程の基本特性を理論的・数値的に検討した.さらに,海底地形に対する既往の現地観測データ解析のために,経験的固有関数法に基づいて統計的解析を行うモデルを活用し,石川県手取川河口域周辺の沿岸域を対象に,広域の海底地形変化解析を実施して,河川におけるダム建設や砂利採取等による土砂供給の変化および海岸での構造物建設が沿岸域の地形変化に及ぼしてきた影響を明らかにした。また,熊本県白川河口周辺の干潟地形の変動に対して,2次曲線を用いた地形変動パラメータを用いた解析を実施し,断面地位英の季節的変動特性を解析した.本研究では,河口域における波浪変形および土砂移動の機構を解明することは,周辺海岸への適切な土砂供給の確保,船舶航路の維持および氾濫災害の軽減等を検討する上で本質的に重要となると考え,河口域周辺における波と流れの干渉およびそれに伴う土砂移動機構の特性を解析するための各種モデルの構築を行った.また,これらのモデルを用いて,河口域および波流れ共存場における波浪変形,流体運動および底質移動に関する数値解析,現地観測,統計解析を実施した.その主要な成果は,以下のようにまとめられる.まず,広領域の波流れ共存場に対する解析モデルとして,波作用量平衡式に着目し,流れの影響を考慮した砕波限界式やエネルギー減衰項および回折効果を組み込んだ解析モデルを構築した.また,狭領域の波浪解析モデルとしてブジネスク方程式モデルの高精度化を進め,広域波数領域に適用可能なモデルを構築した.合わせて,波流れ共存場における柱体構造物周辺の局所的な流況特性や流体力に関して,詳細な数値解析を行い,流れ成分の影響を明らかにした.また,河口域に特徴的な微小粘土粒子を多く含む流れに対する解析モデルを構築して,その流動・堆積過程の基本特性を理論的・数値的に検討した.さらに,海底地形に対する既往の現地観測データ解析のために,経験的固有関数法に基づいて統計的解析を行うモデルを活用し,石川県手取川河口域周辺の沿岸域を対象に,広域の海底地形変化解析を実施して,河川におけるダム建設や砂利採取等による土砂供給の変化および海岸での構造物建設が沿岸域の地形変化に及ぼしてきた影響を明らかにした。また,熊本県白川河口周辺の干潟地形の変動に対して,2次曲線を用いた地形変動パラメータを用いた解析を実施し,断面地位英の季節的変動特性を解析した.本年度は,研究の初年度として,波流れ共存場へのモデルの拡張を実施し,統合化検討を進めるとともに,簡易な河口域地形に対する数値解析,既往の現地観測データの解析および新たな現地データの取得を並行して行った.(1)波流れ共存場における波変形・底質移動モデルの開発・整備広領域の波流れ共存場に対する解析モデルとして,波作用量平衡式に着目し,流れの影響を考慮した砕波限界式やエネルギー減衰項および回折効果を組み込んだ解析モデルを構築した.また,狭領域の波浪解析モデルとしてブジネスク方程式モデルの高精度化を進めるとともに,波流れの干渉を考慮した形へと波浪変形モデルを拡張した.(2)モデル地形に関する数値解析-1:波流れの相互干渉に焦点を絞った解析比較的簡単な河口域地形を想定し,流れの影響による波浪変形に関する数値解析を行った.ここでは,検討の第一段階として,導流堤等の構造物が存在しない場合を考え,波と流れの相互干渉に焦点を絞って検討を行い,理論結果や他の解析モデルとの比較を行ってその適用性を検証した.また,泥流運動に対する解析モデルを活用して,泥流運動に対する地形の影響を明らかにした.(3)現地観測データの取得およびデータ解析システムの開発海底地形に対する既往の現地観測データ解析のために,経験的固有関数法に基づいて理論解析を行うモデルを構築し,そのモデルを手取川および白川河口周辺の既存の観測データに適用して,長期的・中期的地形変化の特性を明らかにした.また,従来実施してきた現地観測を継続して推進し,観測データを蓄積した.本年度は,初年度の内容を継続・発展させた形で,流れの影響を伴う波浪変形および河口域周辺の底質移動の特徴に関して以下のようなモデル開発および理論・数値解析を実施した.1.解析モデルの高度化狭領域の解析モデルであるブジネスク方程式モデルにおいて,複数の構造物を任意配置した場合に柔軟に対応できるようモデルの汎用化を行い,海岸構造物の影響を容易に組み込めるようにした.合わせて,汀線近傍での移動境界解析法の高度化に関する検討を行った.

さらに,広領域の解析モデルである波作用量平衡式に関して,構造物周辺での反射波の扱いを改良し,解析精度を高めるための新たな手法を開発した.2.波浪変形・底質運動の解析比較的簡単な河口域地形および離岸流を想定し,波流れ共存場の波浪変形の解析を行った.また,波流れ共存場における柱体構造物周辺の局所的な流況特性や流体力に関して,2次元および3次元の詳細な解析を行って,流れ成分の影響を明らかにした.合わせて,泥流運動に対する解析モデルを活用して,その流動・堆積過程の基本特性を理論的・数値的に検討した.3.現地地形に対する解析および観測結果との比較検討石川県手取川河口域周辺の沿岸域を対象に,前年度開発したEOF(経験的固有関数法)解析システムを適用し,広域の海底地形変化解析を実施して,河川におけるダム建設や砂利採取等による土砂供給の変化および海岸での構造物建設が沿岸域の地形変化に及ぼしてきた影響を明らかにした.また,前年度に引き続いて現地観測を実施し,観測データの充実を図った.
火成性炭酸塩岩の変質にともなう元素の移動と濃集

ブラジル南部産のカーボナタイト(炭酸塩を主成分とする火成貫入岩)の微細鉱物組織において、元素分布、特に微量元素の挙動を調べた。本研究課題により購入した、偏光顕微鏡に着脱可能なカソードルミネッセンス(以下CL)装置及び可視光用の分光装置により、発光の原因となる微量元素(主に、Mnと希土類元素)の分布を光学顕微鏡スケールで観察した。その結果、光学顕微鏡では識別困難な、方解石、ドロマイト、アンケライトなどの炭酸塩鉱物がCLの色により簡単に区別され、離溶組織を容易に識別できた。方解石はMn^<2+>が数千ppm以下含まれていると黄色の、ドロマイトの場合は同じく赤橙色のCLを示す。またりん灰石も白青の発光を示し、分光の結果、Mn^<2+>やEu^<2+>、Sm^<3+>などの希土類を微量に含むことがわかった。また、電子線プローブ・マイクロアナライザ(EPMA)により、各々の鉱物の定量分析を行った。鉱物の種鑑定には偏光顕微鏡も使用した。さらにシンクロトロン放射光X線を利用したマイクロビーム蛍光X線分析による微量分析を行い、Mn、Fe、P、Sなどの%以下しか含まれない元素の分布を調べた。二次元イメージングを行った結果、Mn、Feは方解石よりもドロマイトに多く分布することがわかり、逆にPとSは方解石に多く分布することがわかった。この結果は炭酸塩マグマの分化による元素の分別傾向と一致している。定量分析まだ確立されていないが、標準物質の比較により、ドロマイト中におよそ5,000ppmのMnを含むことがわかった。MnのK_-吸収端を使ったXANES(X線吸収端近傍構造)の蛍光測定を行い方解石とドロマイト中の微量なMnの状態分析を行った。その結果、Mnは結晶構造中のMgやCaを置換してそのサイトを置き換えることがわかった。以上、カーボナタイトについて、変質過程等と関連する微量元素分布の詳細な情報を得ることができた。今年度は以下のことを行った。2.ブラジル、Araxa,Tapiraのカ-ボナタイト、およびアルカリ複合岩体より採取した岩石試料の薄片を作成し偏光顕微鏡による光学的な観察を行った。3.上記の試料の走査電子顕微鏡(SEM)観察、および微小領域の電子線マイクロアナライザ-(EDS,EPMA)分析を行い、鉱物組識ならびに元素の分布を明らかにした。4.CL観察が今年度できなかったが、以上の実験により、カ-ボナタイト、および周辺のアルカリ岩について、興味深い初生鉱物の二次的変質、または交代作用による鉱物組織を観察することができた。本研究課題では(1)の変質鉱物のCL観察を基した研究が中心となるべきものである。当初、光学顕微鏡下でルミネッセンスを観測できる装置は紫外線励起によるものしかないと思い込んでいたが、CMAがあることが解かりそれを購入した。電子の持つエネルギ-が紫外線のフォトンの持つエネルギ-に比べて格段に大きく、広いエネルギ-領域での観測が可能でそれだけ観察できる鉱物の種類が多くなるという利点がある。輸入品で納期も遅くなり、通常はメ-カ-がしてくれるインスト-ルもすべて我々の手でやらねばならず、実験、観察するまでに至らなかった。

次年度はCLによる、炭酸塩鉱物の成因や、希土類元素や微量元素の分布を調べ、鉱物変質の様子を明らかにする。今年度の研究経過を以下に述べる。1.カソドールミネッセンス(CL)のスペクトルを取り出すため、小型分光器(島津製SPG-100)を偏光顕微鏡に接続した。偏光顕微鏡との接続部分に問題がありまだ完全には作動していない。2.顕微鏡用カソードルミネッセンス装置(CMA)の透明鉛ガラスの破損により、真空が上がらず、修理、部品交換を行った。部品取り寄せの期間が長く、充分な実験時間を得られなかった。3.火成性炭酸塩岩中の各種炭酸塩鉱物の共生関係の観察、生成環境の微妙な変化を示すと思われる微弱な異帯構造の観察、希土類元素イオンなどのアクチヴェイターの存在の確認、などの実験を行い、当該鉱物の生成、履歴のプロセスの解明、希土類元素など微量元素の分配や、化学状態の解明を続行中である。4.偏光顕微鏡観察、電子線マイクロアナライザー(EPMA)による微小領域元素分析を行い、CL観察と結び付けた研究を継続中である。5.将来的にはさまざまな鉱物のCL画像、薄片画像(オープン、クロスニコル)などのカラー画像データ、CLスペクトルデータなどを取り込んだ、系統的、有機的なデータベースを構築する計画である。今年度は、当研究課題の最終年度に当たるので、CLの観測、写真撮影、ビデオ撮影のシステムの確立、分光器によるCLスペクトルを得るためのシステムの確立など、能率的、かつ定常的なCL観測が可能になるシステムの構築を目指す。また、火成性炭酸岩に加え、できれば、堆積岩、マンガン団塊、隕石などへの応用を考えている。本年度は、ブラジル南部のカーボナタイト-アルカリ岩複合岩体地域の、Arax〓とJacupiranguaより採取したカーボナタイト試料を使い、カソードルミネッセンス(=CL)、シンクロトロン放射光X線をプローブ源としたマイクロビーム蛍光X線分析(SR-XRF)による実験を行った。その結果、カーボナタイト試料の鉱物の微細集合の微量元素の分布を明らかにすることができた。顕微鏡用CL装置を使い、ルミネッセンスの波長の差異を識別することにより、方解石中のドロマイトの離溶部分を容易に識別できた。CLの波長は色で識別できるが正確な波長は分光器を用いて測定した。りん灰石もCLによる白から青の発光を示し、Mn^<2+>,REEが僅かに含まれることがわかった。炭酸塩鉱物の活性化剤もMn^<2+>である。さらに、SR-XRFによる微量分析を行い、Mn,Fe,P,Sなどのppmオーダーの元素の分布を調べた。その結果、P,Sは方解石側に多く、Mn,Feはドロマイト側に多く分布することがわかった。Mn,Feは炭酸塩マグマのより後期のステージであるMg-カーボナタイト中に富んでくるので傾向が一致していることがわかる。またREEは元素の特定はできなかったが、りん灰石中に分布していることが示され、CLの結果を裏付けている。微量のMnが炭酸塩鉱物中で、どのような形で入っているのかを調べるため、MnのK-吸収端付近のXANES(X線吸収端近傍構造)を蛍光法により測定した。金属Mn,MnO,Mn_2O_3,Mn_3O_4,MnO_2,菱マンガン鉱(MnCO_3)などを標準物質として、隣接している方解石とドロマイトについて測定した結果、価数は2価で、菱形マンガン鉱のパターンに一致するので各々の鉱物中ではCaやMgのサイトを置き換えて存在していることが明らかになった。