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特許制度の法目的と公共政策上の多元的価値

特許制度の法目的は「産業の発達」にあるところ、近年、環境、公衆衛生、生命倫理など他の公共政策の追求価値と特許制度の法目的が衝突する国際問題が生じている。本研究は、第1段階において、個別の問題について資料の収集・分析等を行い、第2段階において、総合化を企図して、「生命倫理及び医療と特許」に関する国際シンポジウムや「環境及び開発と特許」に関する関係省庁の専門家による政策シンポジウムなどを開催した。このような活動を通じて、特許と多元的価値に係る様々な問題はバラバラの問題として扱うのではなく、特許制度と非経済的公益に係る問題として総合的に把握することが重要であること、そして問題の適正な解決のためには政策形成プロセスをよりオープンで柔軟で省庁横断的なものにすることが必要であることなどを明らかにした。22年度は、特許制度と他の公共政策との抵触問題について、一次資料を収集分析するとともに、内外の有識者との意見交換を実施した。例えば、高倉は生命倫理・貿易に関し欧州特許庁(EPO)及び世界貿易機関(WTO)を、田上は遺伝資源・伝統的知識に関し台湾を、潮海は医薬開発に関しマックプランク研究所及び世界知的所有権機関を、加藤は公衆衛生に関し世界保健険機関(WHO)を、杉光は米国の動向に関し南力大学をそれぞれ訪問し、各分野の専門家との意見交換を実施。その成果の一部はジュリスト、AIPPI(国際知的財産保護協会論文誌)に発表済み又は発表の予定である。また、昨年6月以来、研究分担者及び連携研究者をメンバーとする研究会を月1回の頻度で開催している。これまでに、生命倫理、環境、ITなどの各分野の学界・産業界・政府の有識者(例えば京都大学位田隆一教授等)を招聘し、分野横断的意見交換を行った。この研究会を通じ、それぞれの分野における知財関連問題の共通部分及び異なる部分が次第に明らかになりつつある。なお、本研究会は、若手人材育成及び知的財産問題への取組みの多様化の観点から、学内外の若手研究者、異分野(例えばバイオ分野)の研究者等にも参加の機会を提供した。さらに、10月には、明治大学知的財産法政策研究所(RIPPL)のホームページ(URLは下記13参照)を開設し、本研究の意義、活動等を文書化し、さらにその文書を英語及び中国語に翻訳し、対外発信に努めているところである。こうした対外発信の成果の1つとして、例えば、WTOの知的財産部長のアントニー・タウブマン氏からは、本研究の今日的意義に対する高い評価と、知財の「現場」に基礎を置く新しい公共政策としての知財政策のビジョン形成への期待が寄せられていることを付記しておきたい。23年度は、特許制度と他の公共政策との抵触問題のうち、特に生命倫理、遺伝子特許、公衆衛生に関係する問題に焦点をあてて、23年3月8日に明治大学において、日米欧の専門家をメンバーとする国際会議を開催した。この会議には、欧州特許庁のライフサイエンス担当の審査長を基調講演者の一人として招聘し、昨年11月の欧州司法裁判所の生命倫理に関する判決(受精卵の破壊を直接の構成要件とする発明でなくても、過去に受精卵を破壊することによって得られた幹細胞を利用する発明は生命倫理に反するとされた事例)の報告を受け、また米国特許商標庁の前の特許局長からは、当時米国最高裁に係属中(その直後に結審)の2つの重要事件(自然界から単離した遺伝子の特許性に関する事件、および病理現象に基づく投薬方法の特許性に関する事件)についての報告を受け、これらの報告を参考にしつつ、国内の様々な分野の研究者(科学者、医事法(民事)、医事法(刑事)、知財法、米国法)及び国際機関の専門家(世界知的所有権機関)の間で今後の我が国の法律及び政策の在り方について幅広く検討を行った。この会議には約300名の聴衆が参加した。会議の概要については、近く明治大学の下記のウェブページで公表する予定である。研究代表者の高倉は、この会議の直後(3月18日-25日)に米国を訪問し、国立衛生研究所(NIH),特許商標庁を訪問し、上記2つの米国最高裁事件等に関する情報収集と意見交換を行った。その内容については、24年度中に論文としてまとめる予定である。また、研究分担者及び連携研究者をメンバーとする定例の研究会は、一昨年6月以来、15回開催(23年度において7回開催)し、研究内容を深め、また研究者ネットワークを拡大している。この研究会の内容は、財団法人知的財産研究所の協力を得て同法人の季刊誌に発表することにする方向で調整を進めているところである。さらに、連携研究者の田上は、伝統的知識の保護に関する国際動向について調査研究を継続的に実施し、その成果が報告書又は論文誌の形で公表されている。以上のように現在のところ、当初の「研究の目的」に沿った研究活動がほぼ「実施計画」のとおりに進められている。

平成24年11月12日に「知的財産と公共政策」に関するシンポジウムを開催した。このシンポジウムには、環境省、経産省、農林水産省、外務省、特許庁、内閣官房の6つの省庁の知的財産に関連する国際交渉を担当する担当者(室長、参事官レベル)が参加し、互いに情報交換、意見交換を行った。このような省庁横断の「政策対話」の開催はそれ自体画期的なことであるが、それに加えて、内容的に、各省庁の専門家が他省庁における関連の国際問題(具体的には、環境保護や途上国の開発支援のニーズ知的財産保護のニーズの抵触問題)についての理解を深め、今後の有機的・総合的な政策調整の必要性を確認できた点においても有意義なことであったと評価することができる。シンポジウムの概要(議事録)は、本学の知的財産法政策研究所のHPで公開されている。平成25年3月25-30日には、研究代表者の高倉教授及び協力者の澤井敬史氏(東京理科大特任教授)がバンコクを訪問し、当地にて開催された世界知的所有権機関(WIPO)及びタイ政府共催の国際シンポ(農業と地理的表示に関する会合)に参加した40か国の知財関係者に対し、特許制度と公共政策に関する科研費事業の3年間の成果について報告・意見交換する等のアウトリーチ活動を展開した。また前年度及び前々年度に引き続き、特許制度と公共政策に関する研究会を開催した。今年度のテーマは、前記HP掲載のとおり、「WTO交渉と知財」「正義と知財」「標準と知財」「iPSと知財」「国際私法と知財」であった。過去3年間の本研究会の討議結果に一部は、「知財フォーラム」(財団法人知的財産研究所の雑誌)にて論文化され、公表されていく予定である。なお、研究代表者及び分担者による研究成果は、後掲のとおり、論文、図書等により公開されている。23年度の最も重要なプロジェクトであった「特許制度と公共政策に関する国際コンファレンス」が予定通り開催され、米欧の最新の状況と今後の展望が明らかにされたことは大きな成果であった。この会議では途上国のプレゼンスに欠けるところがあったが、この点については、パネリストとして参加した世界知的所有権機関の東京事務所の夏目氏から概観的な報告をいただくことによっておおまかに補完できたものと考える。以上のことから、プロジェクトはほぼ順調に進展していると自己評価しているところである。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後(24年度)は、23年度までの調査研究の成果を論文又はウェブページのコンテンツとしてとりまとめ、学外・世界に向けて発信していくとともに、今後の我が国の法政策の在り方を具体的にデザインしていくことを目途として、当初の実施計画に沿って、「知的財産政策ラウンドテーブル」と題する政策討論を本年11月に明治大学で開催する予定である。この会合には各省庁の政策担当者に参加していただく方向で準備を進める予定であるが、諸般の事情で参加できない省庁担当者があるときは、関連する公的機関(公益法人等)の専門家による代理参加を対応策とすることを考えている。
アドバンス・ケア・プランニングを始める時期が客観的にわかる方法の開発と効果の検証

本研究は、血液検査データだけで特定の進行がん患者の予後を予測する方法を開発し、予測結果を自動的に電子カルテに表示することでアドバンス・ケア・プランニング(自らが望む人生の最終段階の医療・ケアについて医師や家族と話し合うこと)の実践が増えるか?ということを検証する。本研究によって、進行がん患者とアドバンス・ケア・プランニングを開始する適切なタイミングが判断できる方法が確立すると同時に、心不全患者における予後予測指標の開発に取り組むことで、将来的にあらゆる疾患でタイミング良くアドバンス・ケア・プランニングが実践できる方法の確立に展開できる研究である。
中国遊戯史の研究

本研究は3000年という永い歴史をもつ中国の遊戯について通史的叙述を試みることを目的とする.勝負を争う遊戯が屡々賭博に転化するのにかんがみ考察は賭博をも視野にいれて行われる.二年間の成果として論文三編と著書一冊をえたが研究概要は以下のとおりである.まず第一論文においては中世(南北朝時代)の主役を演じた士人(貴族)の間で社交としての意義を含めて囲碁と陸博をもってする賭博が盛大に行われ空前絶後の賭博合盛時代が出現したことを明らかにした.第二論文はもっぱら囲碁を扱い中世とよばれる時代がその成立の歴史に重要な位置を占めることを指摘し高級優雅な遊戯と認められる一方、賭博の手段であった事実に言及している.第三論文は近世、具体的には明末清初1617世紀を生きた一人の市隠の生涯を描写しているが彼の生活にも博奕・樗蒲がかゝわりをもつことを明らかにしている.本研究の成果は以上のように要約できるが通史的研究としてはなお未完成であり、とくに近世部分の手薄さは否定できない.したがってこの欠落をうずめ通史的叙述という所期の目的を達成するために研究はなお今後もつゞけられるべきである.本研究は3000年という永い歴史をもつ中国の遊戯について通史的叙述を試みることを目的とする.勝負を争う遊戯が屡々賭博に転化するのにかんがみ考察は賭博をも視野にいれて行われる.二年間の成果として論文三編と著書一冊をえたが研究概要は以下のとおりである.まず第一論文においては中世(南北朝時代)の主役を演じた士人(貴族)の間で社交としての意義を含めて囲碁と陸博をもってする賭博が盛大に行われ空前絶後の賭博合盛時代が出現したことを明らかにした.第二論文はもっぱら囲碁を扱い中世とよばれる時代がその成立の歴史に重要な位置を占めることを指摘し高級優雅な遊戯と認められる一方、賭博の手段であった事実に言及している.第三論文は近世、具体的には明末清初1617世紀を生きた一人の市隠の生涯を描写しているが彼の生活にも博奕・樗蒲がかゝわりをもつことを明らかにしている.本研究の成果は以上のように要約できるが通史的研究としてはなお未完成であり、とくに近世部分の手薄さは否定できない.したがってこの欠落をうずめ通史的叙述という所期の目的を達成するために研究はなお今後もつゞけられるべきである.本研究は中国遊戯史の通史的解明を目指して企画された.本研究者はすでに関連する分野において三編の論文を発表し古代史部分はほぼ完了しているが以上の成果を継承しつつ本年度においてはもっぱら中世史部分を主たる研究対象としその成果を裏面記載の二編の論文にまとめることができた.第一論文においては史上空前絶後の賭博全盛期であった中世(三国六朝時代)の状況を明らかにした.遊戯およびそれを道具とした賭博は広く庶民をもまきこんで盛行したがとくに時代の主役であった貴族階級において社交上の嗜み.必須の教養.技芸とみなされていたこと.それは人々が個性的に.当時の用語でいえば「奇」あるいは「異」に生きることが推奨され多芸多能であることに価値が生じた時代の産物であることなどを説明した.第二論文は囲碁もまた雅遊と認められ古代以来引きつづいて隆盛であったがこれもまた屡々賭博の具となるのをまぬがれなかったこと.この時期に現行の基盤のかたちが整ったことなどを明らかにした.以上の成果のほか近世・近代史部分の研究にも着手し購入した「古今図書集成」芸術典・博戯部を中心に正史から随筆類におよぶ広範な史料蒐集を行いつつある.また「中国美術全集」の絵画編・彫塑編には関係の図版が多数おさめられ文献史料を補強していることを附記しておきたい.研究第2年目にあたる本年度において論文2編と著書1冊を発表した.第1論文においてはもっぱら囲碁を扱い中世とよばれる時代がその成立の歴史に重要な位置を占めることを指摘しそれが高級優雅な遊戯と認められる一方しばしば賭博の手段となったことを明らかにした.第2論文は1617世紀を生きた一人の市隠の生活を扱っているがそのなかにも賭博がかヽわっていることに言及している.著者は中国通史であるが中世史部分において遊戯と賭博のもった歴史的・社会的意義に触れている.
Ｎｏｎ－Ｂ　ＨＩＶ－１のＥｎｖ立体構造に影響を与える新規侵入阻害剤の開発

HIV-1 Subtype Non-B株のCD4 cavityに結合し、侵入を阻害するだけでなく立体構造変化を惹起する可能性の高い低分子化合物の設計、合成を行うことを主たる目的として研究を継続して行った。Envに結合し侵入阻害および構造変化を起こす化合物の候補としてベツリン酸誘導体(BA誘導体)を試し、Subtype B同様、C及びBCの感染阻害効果が認められるBA誘導体(IC9564)を確認できた。これらの結果は、この化合物が免疫増強作用を持つ低分子化合物として、新しい抗HIV治療の道を開くことが期待される。25年度は、昨年度に引き続きHIV-1 Subtype Non-B株のCD4 cavityに結合し、侵入を阻害するだけでなく立体構造変化を惹起する可能性の高い低分子化合物の設計、合成を行うことを主たる目的として研究を継続して行った。これまで数多くスクリーニングしてきたNBD骨格とは違うが、Envに結合し同様に侵入阻害および構造変化を起こす化合物の候補としてベツリン酸誘導体(BA誘導体)を試し、Subtype B同様、C及びBCの感染阻害効果が認められるBA誘導体(IC9564)を確認できた。また、CD4を形成する4つのドメインのうちgp120と結合する1つのドメインのみを用いた蛋白(mD1.22)を得るため、新たにベクターを構築した。これらのEnv結合化合物や蛋白誘導体が、non-B HIVにおいても立体構造変化を起こすかどうかを26年度は詳細に検討する予定である。一方で、Subtype non-BのHIV-1株を臨床サンプルから分離する試みも進行させている。申請者らは、簡便にしかも確実にR5ウイルスを分離するために、CCR5高発現T細胞株であるPM1/CCR5細胞を用いてウイルス分離を行う方法を確立している。このウイルス分離の系を用いて、現在まで60以上のsubtype B及びnon-Bの臨床分離株を樹立してきた。今後も広範囲のSubtype non-BのHIV-1臨床分離株を樹立し、広い範囲の臨床分離ウイルスパネルを構築することを引き続き行っていく。これらのパネルウイルスを用いて、合成した新規CD4 mimic低分子化合物や蛋白に対する感受性を比較検討し、より広範囲なSubtype non-B株に反応する化合物の選定を行う。24年度は、HIV-1 Subtype Non-B株のCD4 cavityに結合し、侵入を阻害するだけでなく立体構造変化を惹起する可能性の高い低分子化合物の設計、合成を行うことを主たる目的として研究を開始した。多くのNBD誘導体(Subtype Bの立体構造変化を惹起するCD4mimic低分子化合物)をスクリーニングしたが、Non-B(特にSub C)をBと同等に侵入阻害する誘導体はこれまでまだ見つかっていない。そこで、NBD骨格ではないがEnvに結合し同様に侵入阻害および構造変化を起こす化合物の候補としてベツリン酸誘導体(BA誘導体)を試した。その結果、Subtype B同様、C及びBCの感染阻害効果が認められるBA誘導体(IC9564)を確認できた。また、まだ基礎実験の段階であるが、FACS解析の結果少なくともSubtype Bの構造変化を起こしている事が分かった。これらのBA誘導体がEnv結合により、non-B HIVにおいても立体構造変化を起こすかどうかを25年度以降は詳細に検討する予定である。一方で、Subtype non-BのHIV-1株を臨床サンプルから分離する試みを進行させている。このウイルス分離の系を用いて、現在まで50以上のsubtype B及びnon-Bの臨床分離株を樹立してきた。これらのパネルウイルスを用いて、合成した新規CD4 mimic低分子化合物に対する感受性を比較検討し、より広範囲なSubtype non-B株に反応する化合物の選定を行う。平成24-26年度でHIV-1 Subtype Non-B株のCD4 cavityに結合し、侵入を阻害するだけでなく立体構造変化を惹起する可能性の高い低分子化合物の設計、合成を行うことを主たる目的として研究を継続して行った。また、CD4を形成する4つのドメインのうちgp120と結合する1つのドメインのみを用いた蛋白(mD1.22)を得た。一方で、Subtype non-BのHIV-1株を臨床サンプルから分離する試みも進行させた。

このウイルス分離の系を用いて、現在まで60以上のsubtype B及びnon-Bの臨床分離株を樹立してきた。今回新たに複数のSubtype non-BのHIV-1臨床分離株を樹立し、広い範囲の臨床分離ウイルスパネルの構築が完成しつつある。これらのパネルウイルスを用いて、合成した新規CD4 mimic低分子化合物や蛋白に対する感受性を比較検討し、より広範囲なSubtype non-B株に反応する化合物の選定を行うことが可能となった。ウイルス学25年度は、NBD意外の候補物質の中から検索したベツリン酸誘導体(BA誘導体)のIC9564が、subtype B、Cだけでなく、現在中国で広く感染が広がっているsubtype BC株にも効果があることがわかったため、これをもとにした新たな誘導体の開発を続けている。その中には、IC6564より10倍以上強力な抗HIV作用を持つものも見つかってきている。今後より多くの臨床分離株で、効果を試していく予定にしている。また、CD4を形成する4つのドメインのうちgp120と結合する1つのドメインのみを用いた蛋白(mD1.22)が抗HIV効果のみならず抗体をエンハンスする可能性が示唆されている。現在ベクター構築が終了し蛋白の精製及び確認実験に入るところである。本研究の目標の一つである新たなCD4類似化合物の選定という意味では、より広い株に有効なものが新しいリードコンパウンドの誘導体および、CD4を小さくした蛋白から見つかった事からすると当初の目標以上の達成度と考えている。臨床分離株の樹立の点でも本年度の目的は達成できているといえる。ただし、25年度中に開始する予定であったin vitroの耐性誘導は、新たな化合物の選定が本年度ぎりぎりまでかかったため、次年度に繰り越しとなった。この点は、本年度も到達できなかった部分であった。また、臨床分離株の樹立も現在進めており、現時点で60株以上の日本人に感染しているsubtype B及びnon-B(C,BC,AE,G)の臨床分離ウイルスを樹立してきた。現在も、分離を続けており3桁まで届くようにサンプルの収集を継続中である。この点では予定通りに進んでいると言える。24年度は、subtype non-Bに有効なCD4類似低分子化合物の選定を、これまでsubtype Bで実績のあったNBD骨格をもつ誘導体からまず行った結果、良い候補化合物が見つからなかった。しかし、平行して検索したベツリン酸誘導体(BA誘導体)のなかから、subtype B、Cだけでなく、現在中国で広く感染が広がっているsubtype BC株にも効果がある新たな誘導体IC9564を同定できた。本年度の目標の一つである新たなCD4類似化合物の選定という意味では、より広い株に有効なものが新しいリードコンパウンドからの誘導体で見つかった事からすると当初の目標以上の達成度と考えている。
エイコサペンタエン酸摂取は運動トレーニング効果を骨格筋にもたらすのか

本研究はエイコサペンタエン酸(EPA)により骨格筋の代謝能力の改善により、運動による生体への効果を模倣できないか検証することを目的としている。これまでに30 μM EPAをラット骨格筋細胞に作用させると、核内受容体PPARδの活性化を介して脂肪代謝関連酵素およびミトコンドリアマーカーのmRNA発現量が増加することを明らかにしている(in vitro)。また、平成27年度までに同様の因子がタンパク質レベルでも増加することをラット筋芽細胞株L6から形成させた筋管を用いて明らかにした。またEPAエチルエステルのラットへの単回投与試験により遺伝子発現のピークは投与後6時間であり、その至適濃度は1000 mg/kg体重であることがわかった。今年度はEPAの長期投与試験(4週間)を行った。1000 mg/kgのEPAエチルエステルを胃ゾンデにより毎日経口投与を行った。投与から3週目に呼気ガス、4週目に筋持久力を測定し、飼育終了後、脂肪代謝関連因子の発現量を確認した。呼気ガスの解析より、EPA投与は酸素消費量、脂質酸化を増加させ、呼吸商を減少させた。筋持久力ではEPA投与群のほうが発揮張力の平均値は大きかったものの、有意な差は確認されなかった。qPCR解析より、これまでの成果に反し、EPA投与によりPPARδの標的遺伝子かつ脂質代謝を促進するPDK4, UCP3の発現量が減少した。その一方でミトコンドリアの生合成に関わるPGC-1αや脂質代謝優位な筋線維タイプのマーカーであるMyHC1の発現量は増加した。タンパク質レベルでは、遅筋型MyHC(脂質代謝優位)およびPDK4の発現量が増加した。2年間の成果として、EPAによって骨格筋の代謝能力が脂質優位に変化することが明らかになり、それはPPARδの活性化を介していることが示唆された。28年度が最終年度であるため、記入しない。申請者はエイコサペンタエン酸により骨格筋の代謝の改善により運動による効果を模倣できないか検証することを目的としている。これまでにEPA添加により、ラット骨格筋細胞で脂肪代謝関連酵素およびミトコンドリアマーカーのmRNA発現量が増加することを明らかにしている(in vitro)。平成27年度はこれらについてタンパク質レベルでの解析を行った。ラット筋芽細胞株L6を分化誘導培地にて10日間培養を行い、筋管を形成させた。培地中に終濃度30 μMとなるようにEPAを添加し、120時間後にタンパク質を抽出し、脂肪代謝関連酵素であるピルビン酸デヒドロゲナーゼキナーゼ(PDK)4およびミトコンドリアマーカーであるporinの発現量をウエスタンブロッティング法を用いて確認した。その結果、EPAの添加によりPDK4およびporinの発現量の増加が観察された。このことよりEPAはタンパク質レベルでも脂肪代謝関連因子の発現量を増加させることが示唆された。次に生体への影響を確認するためにEPAの経口投与試験を行った。4週齢のF344雄性ラットに10, 50, 250, 500, 1000 mg/kg体重の濃度でEPAエチルエステル(扶桑薬品工業株式会社エパフィールカプセル3000)の投与を行った。投与から6時間後に骨格筋を摘出し、PDK4およびporinのmRNA発現量を確認した。その結果、EDL筋においてPDK4の発現量が250, 1000 mg/kgでvehicle群に比べ有意に増加することが明らかになった。また1000 mg/kg投与群ではporinの発現量も増加傾向にあった。これらの結果からEPAは生体においても脂肪代謝因子の発現量を増加させることが示唆された。上記のEPA単回投与試験より至適投与量を1000 mg/kg体重と決定し、この投与量で慢性投与試験を行う予定である。当初の予定通り本年度はin vivoの試験をメインとして順調に進展している。単回投与試験では生体においてもエイコサペンタエン酸(EPA)によって脂肪代謝関連因子の発現量が増加することの確認、慢性投与試験へ向けてのEPAの至適濃度の検討も行い、着実に成果を上げている。単回投与試験の結果を受けて、すでに慢性投与試験を開始する準備は整っている。in vitroの試験において、これまではmRNAレベルでの解析しか行っていなかったが、それに加えて今年度はタンパク質レベルでの解析にも取り組んだ。タンパク質レベルでの解析において、当初は単離筋線維を用いて行う予定であったが、長期培養にあたり筋萎縮等の様々な要因から安定した結果が得られなかったが、筋芽細胞株から誘導した筋管を用いることで解決した。学術集会にも積極的に参加しており、今年度は2回の研究発表を行っている。

1000 mg/kgのEPAエチルエステルを胃ゾンデにより毎日経口投与を行った。投与から3週目に呼気ガス、4週目に筋持久力を測定し、飼育終了後、脂肪代謝関連因子の発現量を確認した。呼気ガスの解析より、EPA投与は酸素消費量、脂質酸化を増加させ、呼吸商を減少させた。筋持久力ではEPA投与群のほうが発揮張力の平均値は大きかったものの、有意な差は確認されなかった。qPCR解析より、これまでの成果に反し、EPA投与によりPPARδの標的遺伝子かつ脂質代謝を促進するPDK4, UCP3の発現量が減少した。その一方でミトコンドリアの生合成に関わるPGC-1αや脂質代謝優位な筋線維タイプのマーカーであるMyHC1の発現量は増加した。タンパク質レベルでは、遅筋型MyHC(脂質代謝優位)およびPDK4の発現量が増加した。2年間の成果として、EPAによって骨格筋の代謝能力が脂質優位に変化することが明らかになり、それはPPARδの活性化を介していることが示唆された。今後はエイコサペンタエン酸(EPA)慢性投与試験の解析を中心に行っていく。摘出後の骨格筋組織の脂肪代謝に関連する酵素、ミトコンドリアマーカーなどをmRNAおよびタンパク質レベルで解析する。また骨格筋の筋線維タイプの指標の一つと言われているミオシン重鎖アイソフォームの解析を行う。呼気ガスおよび筋持久力の測定も行い、エネルギー基質および運動機能への影響も確認する。次にEPAによる影響を網羅的に確認するために細胞を使用して、トランスクリプトームおよびメタボローム解析を行う。当初はin vivoで行う予定であったが、ホルモンなどその他の因子による影響が考えられる。そこでEPAの骨格筋細胞へのダイレクトな影響による網羅的な変化を確認するためにin vitroでの実験に変更する予定である。運動との比較という観点では、すでに運動により活性化することが知られているTCA回路や脂肪酸β-酸化などの基質の量がEPAの添加により増加するかなどをメタボローム解析で確認する。また運動による遺伝子発現の変動はすでにデータベースが充実しているため、細胞レベルで網羅的にそれらの遺伝子が変動するかを照合して確認する予定である。28年度が最終年度であるため、記入しない。
β-ラクトグロブリンの経口寛容誘導活性に及ぼすアミノカルボニル反応の影響

生乳と比較して加熱乳を我々が摂取した場合、牛乳アレルギーの発症頻度が高くなるといわれている。本研究ではその理由の解明を目指して、食品アレルギーの有力な発症防止機構の一つに挙げられている経口寛容現象が、加熱乳の経口投与によりどのように変化するのか検討した。まず最初に、主要な牛乳アレルゲンであるβ-ラクトグロプリン(β-Lg)に対して高応答性の系統であるC3H/HeNマウスにあらかじめ生脱脂乳(β-Lgの遺伝変異体Aのみを含む個乳)を約3ml日/匹の割合で262日間自由摂取させた後、常法に従ってアジュバンドとβ-Lgにて免疫し、その際誘導される特異抗体応答を酵素免疫測定法を用いて、特異T細胞応答をT細胞増殖試験にてそれぞれ評価した。その結果、生乳を8日間以上マウスに摂取させた場合、β-Lgに対する抗体応答お〓びT細胞応答は未摂取群の1/10程度に大きく低下することが明らかとなった。すなわち、牛乳アレルゲンを高濃度かつ単独で器具を用いて強制的に投与した従来の方法ではなく、牛乳をマウスに自由摂取させた場合でも、牛乳アレルゲンに対する経口寛容が強く誘導されることが示された。しかし、あらかじめ6090°Cにて10300分間加熱処理を施した加熱乳を与えたところ、その加熱温度や時間の増大に伴い、両応答とも抑制されにくくなることが示された。この傾向は加熱乳を長期間(62日間)摂取させた場合、特に顕著であった。さらに、β-Lg単独あるいはβ-Lg・乳糖混合溶液を未加熱あるいは加熱(80°C、180分間)後マウスに与えたところ、褐変反応が認められたβ-Lg・乳糖加熱溶液投与群では、β-Lg対する免疫応答の抑制の有意な低下が観察された。これらの結果より、牛乳の加熱によりβ-Lgが乳糖とアミノカルボニル反応を起こすと、β-Lgの経口寛容透導活性が低下するものと結論づけられ、この現象が牛乳アレルギーの発症に関与している可能性が示唆された。未加熱乳と比較して加熱乳を我々が摂取した場合、牛乳アレルギーの発症頻度が高くなるといわれている。本研究ではその理由を解明することを目的として、生体が本来兼ね備え、食品アレルギーの有力な発症防止機構の一つに挙げられている経口寛容現象が、加熱乳の経口投与によりどのように変化するのか検討した。まず最初に、主要な牛乳アレルゲンであるβ-ラクトグロブリン(β-Lg)に対して高応答性の系統であるC3H/HeNマウス(1群6匹)にあらかじめ生脱脂乳(β-Lgの遺伝変異体Aのみを含む個乳)を1匹当たり約3ml/日の割合で14週間与えた後、常法に従ってβ-Lgをアジュバントと共に免疫し、その際誘起される抗原特異的な抗体応答ならびにT細胞応答をそれぞれ酵素免疫測定法およびT細胞増殖試験を用いて評価した。その結果、生脱脂乳を1週間以上マウスに摂取させることにより、β-Lgに対する抗体応答およびT細胞応答とも、生脱脂乳未投与群の約10%以下にまで大きく低下することが明らかとなった。

次に、2種類の加熱脱脂乳(80°C,30分間および80°C,3時間加熱)をそれぞれマウスに1週間与え、生脱脂乳投与群と比較したところ、抗体応答ならびにT細胞応答とも、その抑制の程度が加熱の強度に応じて有意に小さくなることが認められた。すなわち、牛乳を加熱することにより、それが本来有するβ-Lgに特異的な経口寛容誘導活性が低下することが明らかとなった。このような低下は牛乳加熱時に生じるβ-Lgの変化によるものであると考えられるが、特にβ-Lgと乳糖の相互作用であるアミノカルボニル反応に注目して、その経口寛容誘導活性に及ぼす影響を体系的かつ詳細に来年度検討する予定である。生乳と比較して加熱乳を我々が摂取した場合、牛乳アレルギーの発症頻度が高くなるといわれている。本研究ではその理由の解明を目指して、食品アレルギーの有力な発症防止機構の一つに挙げられている経口寛容現象が、加熱乳の投与によりどのように変化するのか検討した。まず最初に、主要な牛乳アレルゲンであるβ-ラクトグロプリン(β-Lg)は対して高応答性の系統であるC3H/HeNマウスにあらかじめ生脱脂乳(β-Lgの遺伝変異体Aのみを含む個乳)を約3ml/日/匹の割合で262日間自由摂取させた後、常法に従ってアジュバントと共にβ-Lgにて免疫し、その際誘導される特異抗体応答を酵素免疫測定法を用いて、特異T細胞応答をT細胞増殖試験にてそれぞれ評価した。その結果、生乳を8日間以上マウスに摂取させた場合、β-Lgに対する抗体応答およびT細胞応答は未摂取群の1/10程度に大きく低下することが明らかとなった。すなわち、牛乳アレルゲンを高濃度かつ単独で器具を用いて強制的に投与した従来の方法ではなく、牛乳をマウスに自由摂取させた場合でも、牛乳アレルゲンに対する経口寛容が強く誘導されることが示された。しかし、あらかじめ6090°Cにて10300分間加熱処理を施した加熱乳を与えたところ、その加熱温度や時間の増大に伴い、両応答とも抑制されにくくなることが示された。この傾向は加熱乳を長期間(62日間)摂取させた場合、特に顕著であった。さらに、β-Lg単独あるいはβ-Lg・乳糖混合溶液を未加熱あるいは加熱(80°C、180分間)後マウスに与えたところ、褐変反応が認められたβ-Lg・乳糖加熱溶液投与群では、β-Lg対する免疫応答の抑制の有意な低下が観察された。これらの結果より、牛乳の加熱によりβ-Lgが乳糖とアミノカルボニル反応を起こすと、β-Lgの経口寛容誘導活性が低下するものと結論づけられ、この現象が牛乳アレルギーの発症に関与している可能性が示唆された。
抗原が同定困難な病態においても応用可能な抗原特異的な免疫抑制療法の開発

免疫抑制療法は、従来型の免疫抑制剤に加え、近年様々な生物学的製剤が登場し多くの患者がその恩恵を受けている。しかし感染症や発がんなど、意図しない免疫応答の抑制による問題は未だ解決していない。本研究者は意図するリンパ球クローンの免疫応答のみを制御することが解決の糸口ではないかと考えている。これまでの研究により既知の抗原を用いて抑制性リンパ球を作成できる病態においては一定の進捗を得たが、自己免疫疾患など原因抗原が同定困難な病態においては応用困難であることがわかった。そこで本研究では活性化T細胞をソースとして抑制性リンパ球を作成することで、これらの病態にも使える抗原特異的免疫抑制療法の基盤を構築する。
白かび病菌由来ポリガラクツロナーゼのキメラタンパク作出による病原性決定構造の解明

カンキツ果実に病気を引き起こす白かび病菌(Geotrichum candidum)には、病気を起こさない非病原性株が存在する。この病原性の違いに、植物細胞壁分解酵素の1種であるポリガラクツロナーゼ(PG)のプロトペクチナーゼ活性(自然界で植物組織内に存在している不溶性ペクチンを分解する活性)が関わっていることを明らかにした。これまで、PGが病原性に関わっているかどうか不明な点が多く、論争が起きていたが、それを解決する大きな糸口となった。平成19年度は、白かび病菌非病原性株由来ポリガラクツロナーゼ(PG)の酵母を用いた、外分泌発現系の確立と、病原性および非病原性株由来PGの予想される病原性決定構造を組み換えたキメラタンパクの発現を試みた。非病原性株由来PGの外分泌発現系は、これまで成功していなかったが、プロモーターおよびシグナルペプチドの改良により、今回発現に成功した。そこで、非病原性株由来PGの単独による病原性の有無を調べたところ、PG活性は有するものの、プロトペクチナーゼ(PP)活性が、全く認められないことが明らかとなった。この結果は、筆者の提案するPP活性が病原性の有無を左右するという仮説を裏付けるものとなった。次に、病原性および非病原性株由来PGのキメラタンパク作出であるが、両タンパクの予測立体構造から、触媒部位を挟んだ上下の構造に大きな違いが認められており、この構造の違いが、基質との結合に関わっていると予測される。そこで、非病原性由株来PGの触媒部位とその上下の部位を含んだ領域を病原性株由来PGの同領域と組み換えたキメラタンパクの作出を行った。その結果、PG活性を有するキメラタンパクの酵母を用いた発現に成功した。今後、本キメラタンパクのPP活性測定を行うことにより、PP活性(病原性)を左右する構造の解明につながると思われる。また、1アミノ酸レベルでの組み換えタンパクを作成し、病原性に関わるアミノ酸配列を決定したい。前年度は、白かび病菌非病原性株由来ポリガラクツロナーゼ(PG)の触媒部位の上下を含んだ領域を病原性株由来PGの同領域と組み換えたキメラタンパクの作出を行ったが、本年度は、作出に成功したキメラタンパクの高効率発現を目指した。その結果、酵母の株によりPGの発現量が異なること、また、糖鎖の修飾による発現の妨げなど、キメラタンパク発現のための問題点が浮かび上がった。その条件の中、酵素活性を測定可能なレベルまで発現する酵母のスクリーニングに成功した。本酵母より得られた、PGキメラタンパクを用い、PG活性およびプロトペクチナーゼ(PP)活性の測定を行った。その結果、本キメラタンパクは、非病原性由来PGと同様に、PG活性は認められるが、PP活性は全く認められなかった。また、レモン果皮に対しても、軟腐症状を示さなかった。以上の結果から、PGの触媒部位を挟んだ領域の構造の違いが、基質(プロトペクチン)との結合に影響し、その結合能が病原性を左右していることが示された。加えて、病原性および非病原性由来PGの予測二次構造を比較してみると、構造の違いには、α-ヘリックスのフォーメーションと数の違いが反映していることも分かった。今回得られた知見は、これまで、なぜ非病原性微生物や植物にまでもPGが存在するにも拘わらず病原性に繋がらないのか不明であった事実を説明付けることができる。さらに、植物細胞壁分解酵素が関わる病害に対する新たな防除法を確立するための基礎的研究となる。
膜微小ドメインにおける水チャネル・アクアポリン2とカベオリンに関する時空間的解析

細胞内細胞内プールに存在するAQP2は頂部細胞膜に移動しそこで水チャネルとしての役割を果たし、その後この蛋白は細胞内にエンドサイトーシスされる。この蛋白は膜微小ドメインに関係したカベオラ依存性の経路でエンドサイトーシスされることが判明した。siRNAを用いた発現抑制の結果はcaevolin-1が頂部細胞膜における一時的な稽留と、エンドサイトーシスとその後のリサイクリングに重要な役割を果たしていることが示唆された。われわれは腎臓尿細管のモデル培養細胞である、MDCK細胞およびLLC-PK1細胞にヒト水輸送チャネルアクアポリンタイプ2(AQP2)を発現させ、そのリサイクルの挙動に関連する分子について探査している。尿細管上皮細胞では、AQP2は下垂体ホルモンーバソプレシンの刺激を受け原尿を濃縮するために、頂部細胞膜から水を細胞内に取り込み、基底部から放出し、問質を経由して、毛細血管に再吸収する機構の一部を担っている。モデル細胞では、バソプレシンの受容体を発現していないので、フォルスコリンを用いて、バソプレシン受容体の下流の因子である細胞内のcAMPを増加させることで、細胞内にプールされたAQP2を頂部細胞膜に移動させるトリガーとした。リサイクリングに関する実験の結果、クラスリン依存性エンドサイトーシス経路の一部のみが、頂部細胞膜AQP2のエンドサイトーシス関与すること、クラスリン関連エンドサイトーシスに必須の幾っかの分子をドミナントネガティブ分子の過剰発現させることで、むしろこの経路は積極的に関与していないこと、AQP2のエンドサイトーシス機構がカベオラ依存性経路に極めてタイトに関連していることを発見した。これは、カベオリン-1のドミナントネガティブ分子を導入した結果、AQP2のエンドサイトーシスが明瞭に阻害されることでその関与が一層明らかとなった。ヒトアクアポリン2を発現していない細胞の頂部細胞膜に存在する陥凹構造は、以前からカベオラとは関係のない構造で、カベオリン-1というカベオラに関与する構造蛋白のみの関与が討論されていたが、われわれはこの構造は明らかにカベオリン-1の関与するカベオラ構造であり、caveolin-2も関係のある構造であること、さらに脂質ラフトに関連する2種類の分子とエンドサイトーシスの輸送路の一部を共有している可能性を示唆する結果が得られた。我々は動物の腎臓集合管に発現する水チャネルのひとつであるAQP2のリサイクリングについて研究しており、その一環としてMDCK細胞に安定的にヒトAQP2を発現する細胞でその挙動について観察している。forskolinを用いて細胞内のcAMPが上昇させると、細胞内プールに存在するAQP2が頂部細胞膜に移動し、その後刺激を除去すると、この蛋白は細胞内にエンドサイトーシスされ、さらに細胞内プールにまで戻ってくる。今回エンドサイトーシスの経路が一般的にクラスリン依存性の経路ではなく、膜微小ドメインに関係したカベオラ依存性の経路でのエンド.サイトーシスについて様々な証拠が得られた。ポリエチレングリコールと蛍光色素で標識したコレステロールは頂部細胞膜力ベオラより取り込まれるが、このドメインはクラスリンの局在とは関係しなかった。リアルタイム蛍光画像取り込み装置を用いて観察し、その結果をMathWorks社のMATLABで解析し、数値計算、データ解析とその結果の可視化を行った。そのデータを用いても、カベオラの局在とコレステロールの相関性は大変高いものであった。siRNAを用いた発現掬制を行ったところ、caveolin-1を抑制した細胞では、forskolin刺激後頂部細胞膜に移動したAQP2は直ちに初期エンドソームに移動したが、その後まだ知られていないEEA1陰性、Rab11陰性、カテプシンD陰性の小胞にとどまっていた。この結果は頂部細胞膜における一時的な稽留と、エンドサイトーシスとその後のリサクイクリンにcaevolin-1が重要な役割を果たしていることを示している。このときクラスリン関連経路は積極的には関与していないことも分った。
骨格筋特異的カルパイン及びコネクチンの関与する筋ジストロフィー症の分子機構の解析

カルシウム依存性プロテアーゼ、カルパインの一分子種で、骨格筋に特異的に発現するp94は、筋肉を含む各種細胞に普遍的に発現するμやm-カルパインと明らかに異なる特徴的な性質を持つ。p94は自己消化活性が強く生体から単離することは殆ど不可能である。この自己消化活性はEGTA等の存在下でも起こるので、プロテアーゼ活性にはカルシウムイオンを必要としない。フォドリンやカルパスタチン等の切断もカルシウム非依存的に起こる。また、筋肉の弾性蛋白質、コネクチンと少なくとも2カ所で結合し核移行シグナルを持つ。一方、共同研究者等によってp94が肢帯型筋ジストロフィー症2A型(LGMD2A)の原因に電視であることが同定された。本研究では、p94の構造と機能相関を明らかにしすると共に、LGMD2A患者に見られるp94の変異体の性質を解析し、LGMD2Aの病因となるp94の性質を同定することを試みた。p94はホモダイマーとして存在し、生体内でコネクチンと結合していれば安定に存在するが、コネクチンから解離すると急速な自己消化が起こる。従って、活性があるp94を精製することは極めて困難でp94の性質の解析を妨げている。LGMD2Aの患者で見られるp94の多くの変異の中から、点変異のみを選んでそのcDNAをCOS細胞で発現させてp94の点変異体を十種類調製した。これらの点変異体の性質を野性型p94と比較したところ、全ての点変異体が基質フォドリンを切断する活性を失っていたが、その他の性質の変化は病態とは一致しなかった。従って、p94のプロテアーゼ活性の消失が筋ジストロフィー症の原因と同定した。引き続き、プロテアーゼ活性の消失と筋蛋白の分解の高進の関係を分子レベルで解析している。カルシウム依存性プロテアーゼ、カルパインの一分子種であるp94の構造と機能相関を明らかにしつつ、p94が原因遺伝子であるとして同定された肢帯型筋ジストロフィー症の病因を分子レベルで明らかにすること目的として研究を行った。p94は自己消火速度が速く、生化学的な研究には向かないので、活性中心のシステインをセリンに変えた変異体を使って性質を検討した。その結果、p94ホモダイマーとして存在すること、この変異種は全く活性がなく、カルシウム依存下でも安定に存在するので、構造と機能相関を解析する材料として適することが明らかになった。p94の変異種等をX線結晶解析によって構造を明らかにすべく、バキュロウィルス系でカルパインを大量に発現させる系を開発し、精製した。精製したカルパインを種々の条件で結晶化させ、X線結晶解析に適する結晶を得、構造解析を進めている。筋ジストロフィー症患者で見出されるp94の点変異をCOS細胞で発現させて単離し、種々のp94変異体を調製した。これらの変異体につき、p94に特有の性質、コネクチン結合活性、基質分解活性、カルシウム結合活性その他を調べた。その結果、すべての変異体に共通して見られる変異は基質の一つとして用いたフォドリンの分解活性の消失であった。従って、筋ジストロフィー症はp94の変異に伴う細胞内の基質タンパク質が分解されないことが直接の原因と考えられた。今後はp94の基質タンパク質を同定することによって筋ジストロフィー症の病因解明を進める予定である。また、p94とコネクチンの結合が筋収縮や筋疾患とどう関係するか引続き解析するための共同研究を続ける。

肢帯型筋ジストロフィー症2A型(LGMD2A)は骨格筋に特異的に発現するカルパインp94が原因遺伝子として共同研究者等により同定された。LGMD2Aの発症機構とp94の関係を分子レベルで明らかにするため、LGMD2Aの患者で見られるp94の変異を解析した。p94は(1)コネクチンに結合する以外にも、(2)自己分解が極めて早い、(3)核移行シグナルを持つ、(4)特異な挿入配列を持つ、(5)フォドリン等の細胞骨格蛋白を切断するなど普遍的なカルパインと異なる多くの性質を持つ。フランスの共同研究者が同定したLGMD2A患者に見られる変異のなかで、p94の点変異が病因と思われるもの10種類を選択し、その点変異p94の性質を解析し、p94が持つ様々な性質の中でどの性質が筋ジストロフィー症の発症と直接関係するかを解析した。10種類の点変異p94のcDNAをCOS細胞中で発現させて調製した変異型p94につき、上記の5種類の性質を中心に解析した。その結果、コネクチンとの結合や自己消化の有無等は病態と関係せず、フォドリン、カルパスタチン、HSP60等のp94の基質と思われる蛋白質の分解の消失が病因と直結する事、すなわち、p94のプロテアーゼ活性の消失が筋蛋白質の分解を高進させることが明らかになった。筋肉細胞におけるp94の基質を同定し、その基質の分解がどの様にして筋蛋白質の分解を抑制するかを明らかにすることでLGMD2Aの病因を分子レベルで明らかにする事が可能であり、筋蛋白質の分解過程が明らかになれば、LGMD2Aだけでなく、筋ジストロフィー症の一般的な治療法の開発が期待される。
高圧岩体発電の出力と寿命を予測するための高精度解析システムの開発

高温岩体発電の出力と寿命を高精度に予測するための3次元数値解析システムの開発を目的とし、システムのフレームをほぼ完成させた。連成解析システムは大きく分けて、(1)熱的境界条件のもとの非定常熱伝導解析システムと温度勾配に起因する変位(熱弾性)解析システム、(2)力学的境界条件のもとの岩体の変形、フラクチャーの開口変位分布、(3)フラクチャー先端部の応力拡大係数の算定(フラクチャー進展)システム、(4)フラクチャー内流体の非定常流れにおける流速分布解析システムと岩体からの熱伝導解析システムの4つのサブシステムから成っている。これらのサブシステムのうち、(1)(3)はすでに完成していて、(1)と(2)については論文として発表され、(3)については二つの国際学会で発表予定である。(4)の1部、すなわち岩体から流体への熱伝導解析サブシステムの開発は現在進行中であるが、平成12年9月までに全サブシステムの基礎を完成させることができる。平成11年度の研究成果についていえば、まず、(2)の弾性解析に関して、Kelvin解による3次元仮想応力法中の解析積分の精度に問題があったが、これを解消したことである。すなわち、これまでは3角形要素を構成する3辺の延長上に他の要素の重心があるような要素分割を避ける必要があったが、どのような分割に対しても厳密に解析積分ができ、かつその表現が簡潔になった。したがって、高精度・高速度で計算が行えるようになった。つぎに、変位くい違い法における亀裂先端要素に対しても厳密な解析積分を行うことができたことである。すなわち、これまでは変位不連続分布はすべての要素に対しては一定であったがために亀裂先端部の応力は正確には算出できなかったが、亀裂先端要素については変位不連続を亀裂先端からの距離の平方根としても解析積分が可能となり、高精度の解が得られることとなった。本研究は最終的には高温岩体発電の出力と寿命の予測のための3次元数値解析システムを開発することを目的としている。本年度はまずこの解析システムを構成する一つのサブシステムの開発、特にシステムの高精度化と高速化を目指して、境界要素法の直接解法によるTIMEINTEGRAL法とSTEPWISE法との二つの3次元非定常熱伝導解析システムを開発し、これを用いてモデル解析を行い、それらの方法の実用性について検討を行った。具体的には球かを有する無限媒体モデルに対して新たに厳密解を求め、また数値解析を行って得られた結果を厳密解と比較した。3次元非定常熱伝導解析システムの開発に際しては、数値積分に工夫をこらしている。この解析システムでは一定要素を用いているが、独特の積分方法を用いることにより、一定要素でも厳密解と比較して精度の高い解が得られることを示した。すなわち、球かを有する無限媒体内での非定常熱伝導問題について開発された数値解析システムを用いて計算を行い、得られた結果を厳密解と比較・検証することで解析システムの実用性を示した。また、高温岩体発電設計に資するために、水圧破砕によって造成されたフラクチャーをイメージした亀裂まわりの無限媒体(岩盤)内の非定常熱伝導システムも既に開発しているが、この実用化については次年度の課題の一部としたい。前年度までの研究において、3次元非定常熱伝導解析のための境界要素法を用いた直接法解析コードを開発した。

また、解析システムに間違いのないことを確かめるために、球かを有する無限媒体をモデルとして、実際にこの解析コードを用いて数値解析を行うとともにこの問題に対する厳密解を求め、数値解と厳密解とを比較した。その結果、著者らが開発した数値解析システムによれば、精度の高い解が得られることがわかった。しかし、実際問題への適用に当たっては、水圧破砕によって岩盤内の地下深いところに造成された人工亀裂を取り扱う場合など、厚みのないフラクチャーをモデル化する必要がある。そこで、本年度の研究においては、フラクチャーを取り扱う問題に対して数値解析を行った。ただし、フラクチャー問題を簡単にし、かつ解析結果の解釈を容易にするために、円盤状フラクチャーを有する岩盤(無限媒体)を対象とした。また、解析手法としてはTIME INTEGRAL法を用い、モデル化においては岩盤初期温度分布を深さ(標高)に対して線形とした。このようなモデルに対してTIME INTERGRAL法を用いれば体積積分は必要がないこと、初期温度分布が線形に変化する場合でも、これを一定とする場合と同様に扱えることなどがわかった。また、初期温度分布の違いがフラック周辺の温度分布の経時変化に顕著な影響を及ぼすことがわかった。すなわち、初期温度が深さに関係なく一定のモデルでは、クラックから一定距離離れた点を通るz方向(鉛直)の温度分布がある一定時間経過しても初期温度分布と同じである場合でも、初期温度分布が深さに対して変化するモデルではクラック面の上下で温度勾配が異なる。その原因はクラック近傍では亀裂内に向けて強く熱が移動するためである。高温岩体発電の出力と寿命を高精度に予測するための3次元数値解析システムの開発を目的とし、システムのフレームをほぼ完成させた。連成解析システムは大きく分けて、(1)熱的境界条件のもとの非定常熱伝導解析システムと温度勾配に起因する変位(熱弾性)解析システム、(2)力学的境界条件のもとの岩体の変形、フラクチャーの開口変位分布、(3)フラクチャー先端部の応力拡大係数の算定(フラクチャー進展)システム、(4)フラクチャー内流体の非定常流れにおける流速分布解析システムと岩体からの熱伝達解析システムの4つのサブシステムから成っている。これらのサブシステムのうち、(1)(3)はすでに完成していて、(1)と(2)については論文として発表され、(3)については二つの国際学会で発表予定である。(4)の1部、すなわち岩体から流体への熱伝達解析サブシステムの開発は現在進行中であるが、平成12年9月までに全サブシステムの基礎を完成させることができる。平成11年度の研究成果についていえば、まず、(2)の弾性解析に関して、Kelvin解による3次元仮想応力法中の解析積分の精度に問題があったが、これを解消したことである。すなわち、これまでは3角形要素を構成する3辺の延長上に他の要素の重心があるような要素分割を避ける必要があったが、どのような分割に対しても厳密に解析積分ができ、かつその表現が簡潔になった。したがって、高精度・高速度で計算が行えるようになった。つぎに、変位くい違い法における亀裂先端要素に対しても厳密な解析積分を行うことができたことである。すなわち、これまでは変位不連続分布はすべての要素に対しては一定であったがために亀裂先端部の応力は正確には算出できなかったが、亀裂先端要素については変位不連続を亀裂先端からの距離の平方根としても解析積分が可能となり、高精度の解が得られることとなった。
北極域の原野・森林火災の変化の地球温暖化へのフィードバック

米国アラスカ州において、1950年から2017年までの日ごとの原野・森林火災による燃焼地図を用いて、森林の樹齢ごとの存在確率分布がどのように変化しているか見積もった。2001年と2010年の植生区分図を用いて、常緑針葉樹、落葉広葉樹、灌木などの植生区分ごとや、地域ごとの燃焼確率や樹齢ごとの存在確率の変化の特徴を見た。その結果、平均火災周期は、1950年から2000年までは220年であったのに対して、2001年から2017年までは100年であった。近年大きく火災の頻度が増加していた。アラスカの地上部現存量は、一般に樹齢150年ごろまで増加する。土壌有機層の有機物量は、火災を受けなければ、さらに長期にわたり増加し続ける。樹齢が100年以下の森林が増え、地上部現存量や土壌有機物量が減少した。火災の強度と頻度の増加は、土壌表層の未分解の落葉落枝やコケを多く含む有機層の厚さを薄くする。有機層は、有機炭素を蓄えるだけでなく、夏の高温が地中に伝わるのを抑制する断熱層として働く。土壌が高温になると有機物分解が促進されるので、有機層厚さの減少は、有機層とその下の鉱質土層の有機物分解を通じて、二酸化炭素放出を進める。アラスカにおける近年の火災レジームの変化により、アラスカ森林では、地上部と有機層は1.8 kgC/m2、鉱質土層では1.0 kgC/m2の炭素を失うと見積もられた。このことはアラスカ全体で1.1PgCの二酸化炭素放出を意味し、IPCC第5次評価報告書(2013)で見積もられた10年間の泥炭火災による二酸化炭素放出量に匹敵する。北方域の陸域生態系の火災の頻度の増加は、植生や土壌有機層が十分回復しない内に火災を受けるようになることを意味する。燃焼時の二酸化炭素放出と植生や土壌有機層の回復による二酸化炭素吸収と土壌有機物分解量とを合わせて評価するという本研究での二酸化炭素放出の定量化は独創的である。次期のIPCC報告書と温暖化緩和策、温暖化適応策に貢献する。加えて、原野・森林火災による永久凍土の夏期融解層の厚さの増加やアルベドといった火災の引き起こす複合的な変化も考慮し、温暖化に関係する放射強制力を見積もる点で大きな意義を持つ。近年のアラスカの原野・森林火災増加に伴う燃焼時の二酸化炭素放出と植生や土壌有機層の回復による二酸化炭素吸収と土壌有機物分解量とを合わせて評価した。本研究の主要な部分を進展することができた。今後は、原野・森林火災による永久凍土の夏期融解層の厚さの増加やアルベドといった火災の引き起こす複合的な変化も考慮し、温暖化に関係する放射強制力を見積もる。アラスカの原野・森林火災後の永久凍土の夏期融解層の厚さの増加とアルベド変化を合わせて、1950年2017年の原野・森林火災の増加が、土壌有機物・地上部の焼失量と土壌有機物分解量とアルベドと放射強制力に及ぼす影響を評価する。気象要素と火災、土壌有機物分解量の関係を考慮して、温暖化シナリオ下での対象地域の2100年までの土壌・植生から大気への二酸化炭素の放出量と放射強制力の変化を見積もる。