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新しいエビデンス統合法としてのネットワークメタアナリシスの応用的および理論的研究

私たちは、近年非常に大きな注目を集めている、複数の治療選択肢に関するエビデンスを集積し、統合し、相対的な評価を下すネットワークメタアナリシス(network meta-analysis, NMA)を、臨床疫学者と医療統計学者の緊密な協働の元に、複数実施し、勝つその理論的研究を行うことを、研究課題としてきた。この研究目的に従い、2014年度から2016年度の3年間の補助事業期間中、(1)ネットワークメタアナリシスを4論文実施し、および(2)ネットワークメタアナリシスの理論的研究の論文を5本出版した。私たちは、近年非常に大きな注目を集めている、複数の治療選択肢に関するエビデンスを集積し、統合し、相対的な評価を下すネットワークメタアナリシス(network meta-analysis: NMA)を、臨床疫学者と医療統計学者の緊密な協働の元に、複数実施し、かつその理論的検討を行うことを研究課題としている。この研究目的に従い、本年度は、以下の研究実績を上げた。(1)ネットワークメタアナリシスの実施・発表:うつ病の精神療法のNMAとしてCognitive Therapy and Research誌に認知行動療法の特異的成分を抽出する研究の結果を、Acta Psychiatrica Scandinavica誌に認知行動療法の臨床試験の対照群として用いられる種々の方法のうち待機群が治療効果の過大推定に結びついていることを発表した。双極性障害の維持治療について、Lancet Psychiatry誌に、lithiumが躁病相にもうつ病相にも有効で第一選択肢となることを示すNMAを発表した。一方、うつ病の薬物療法のNMAは、非常に大規模なものになっており、未出版データの取得も含めて国際共同研究を進めている。現在400本以上の論文からのデータ抽出を終え、2015年度内の完成を目指しデータクリーニングを進めている。パニック障害の精神療法のNMAは第一原稿を完成し、コクラン共同計画に投稿して査読を待っている。私たちは、近年非常に大きな注目を集めている、複数の治療選択肢に関するエビデンスを集積し、統合し、相対的な評価を下すネットワークメタアナリシス(network meta-analysis: NMA)を、臨床疫学者と医療統計学者の緊密な協働の元に、複数実施し、かつその理論的検討を行うことを研究課題としている、この研究目的に従い、本年度は、以下の研究実績を上げた。(1)ネットワークメタアナリシスの実施・発表:うつ病の薬物療法についての巨大なネットワークメタアナリシスを推進しつつあり、そのプロトコル論文はBMJOpen誌に投稿中である。また新たに、うつ病の精神療法について、個人データに基づくネットワークメタアナリシスを企図し、やはりプロトコル論文をBMJOpen誌に投稿中である。パニック障害の精神療法のネットワークメタアナリシスはCochrane Libraryにアクセプトされた。パニック障害の認知行動療法の要素ネットワークメタアナリシスは現在解析中である。(2)ネットワークメタアナリシスの理論的研究:NMAのエビデンスの質を吟味するガイドラインをClinical Orthpaedics and Related Research誌に出版した。このガイドラインを実践応用した例をEvidence-Based Mental Health誌に出版した。NMAのエビデンスの質において個々の研究の質を評価する具体的な方法を理論立てた論文をBMC Research Notes誌に投稿しアクセプトされた。NMAのランダム効果モデルについての研究論文は現在投稿中である。うつ病の薬物療法のNMAは巨大なものとなったがデータ抽出を1月に完了し、現在解析中である。ほか、上記の通り、NMAそのものを4本進めており、一方、理論的研究においては4本の論文をアクセプトされ、さらに1本を投稿中である。私たちは、ネットワークメタアナリシス(NMA)を、臨床疫学者と医療統計学者の緊密な協働の元に、複数実施し、勝つその理論的研究をい、2014年度から2016年度の3年間の補助事業期間中、以下の研究実績を上げた。(1)ネットワークメタアナリシスの実施:双極性障害の維持薬物療法について、複数の薬剤間で比較するNMAを実施し、リチウムが最も推奨される薬剤であると結論をした。うつ病に対する精神療法のうち、認知行動療法とプラセボ精神療法を含むネットワークのNMAを実施することにより、認知行動療法のセッション数が10回以上の場合には認知行動療法特異的な効果が生じることを示した(一方、同ネットワークにおいて、異なる対照群のネットワークに注目することで、いわゆる待機群はノセボ効果がある可能性を指摘した。パニック障害に対する精神療法にも様々な方法が提唱されているが、その中では認知行動療法が最も確固たるエビデンスを有することを実証した(2)ネットワークメタアナリシスの理論的研究:われわれは、NMAを実施するのみならず、その基盤となる理論についての研究も推進した。まず世の中では多くのNMAが発表されつつあるが、その品質は様々であるために、発表されたNMAの質を評価するためのガイドラインを作成した。また、実際にNMAを実施するに際しては、そこに包含された無作為割り付け比較試験の質が、最終的に得られたNMAの結果にどのように影響しているかの評価が必要であるが、その具体的な方法を提唱した。正しく遂行されたNMAは、エビデンスヒエラルキーにおいて、ペアワイスのメタアナリシスを上回る強さがあることを論証した。

最後に、NMAの実施においては、直接推定と間接推定が合致している、いわゆるinconsistencyの検討が必要であるが、そのための統計学的手法について、新しい提案を行った私たちは、近年非常に大きな注目を集めている、複数の治療選択肢に関するエビデンスを集積し、統合し、相対的な評価を下すネットワークメタアナリシス(network meta-analysis, NMA)を、臨床疫学者と医療統計学者の緊密な協働の元に、複数実施し、勝つその理論的研究を行うことを、研究課題としてきた。この研究目的に従い、2014年度から2016年度の3年間の補助事業期間中、(1)ネットワークメタアナリシスを4論文実施し、および(2)ネットワークメタアナリシスの理論的研究の論文を5本出版した。2014年度内に終了する予定であったうつ病の薬物療法のNMAが巨大なNMAとなりつつあるため、2015年度までかかることとなった。一方、うつ病の精神療法のNMAを2本、双極性障害の維持治療のNMAを1本、すでに年度内に出版し、さらにパニック障害の精神療法、また理論的研究についても複数の論文をすでに原稿を完成し投稿する段階まで進めたことは当初予定以上の進展であり、よって、総じて本研究は当初計画以上に進展していると考えられる。今年度はこの挑戦的萌芽研究の最終年度となる。上記の解析中のNMAを完了し、投稿する予定である。臨床疫学2015年度は、うつ病の薬物療法のNMAを鋭意進める。パニック障害の薬物療法のNMAも国際共同研究で進展しつつある。また、パニック障害の精神療法についてcomponent NMAを開始した。component NMA (NMAに含まれた個々の治療選択肢だけではなく、その要素ごとの効果を推測する)はまったく新しい手法であるので、理論的な考察も平行して進めたい。ネットワークメタアナリシスの方法論的研究も別途進めている。NMAのエビデンスの質を評価する数量的手法を洗練させた研究論文はほぼ完成したので、2015年度中に投稿したい。多くの研究が国際共同研究でありその多くはメールやスカイプで討議しているが、巨大なNMAとなったうつ病の薬物療法についてのNMAについてはフェースツーフェース会議をベルン大学で行う。そのため上記の今年度決算となった。研究計画書に示したとおり複数の国際共同研究として実施しているため初年度に海外出張を予定していたが、研究代表者の体調不良のため2014年度中に実施できず、代わってスカイプミーティングを頻用した。上記の通りの会議をベルン大学でまず行い、さらに7月にはオックスフォード大学で第2回の会議を行う予定である。しかし、スカイプでの討議は対面での討議の密度には及ぶことが出来ないので2015年度に討議研究のための海外出張を予定している。複数のNMAのプロトコルにアクセスできます。
トリプターゼ・PAR-2経路によるアナフィラキシー発症機構の解明

アナフィラキシーは即時型アレルギーによって引き起こされる全身性の反応である。即時型アレルギーはアレルゲンとIgEが結合することで肥満細胞が活性化し、炎症誘発物質を大量放出することで引き起こされる。肥満細胞が産生する炎症誘発物質のうち、ヒスタミンやPlatelet-activating factor (PAF)に焦点を当てた研究がこれまで盛んに行われてきたが、肥満細胞が最も多く産生する蛋白であるトリプターゼに着目した研究はほとんどなされていない。そこで本研究は、肥満細胞トリプターゼ・PAR-2シグナルがアナフィラキシー症状に与える影響を検討することを目的とした。肥満細胞の脱顆粒を誘導するコンパウンド48/80を野生型マウスに静脈内投与することでアナフィラキシーモデルを作製した。このモデルマウスにPAR-2アンタゴニストまたはトリプターゼ阻害剤を前投与すると、体温低下やヘマトクリット上昇といったアナフィラキシー症状が有意に抑制された。血清中ヒスタミン濃度はアナフィラキシー誘導後に顕著に増加したが、PAR-2アンタゴニストやトリプターゼ阻害剤はヒスタミン濃度に影響を与えなかった。以上のことから、トリプターゼ・PAR-2経路の阻害は、ヒスタミン非依存的にアナフィラキシーを抑制することがわかった。今後は、PAR-2遺伝子欠損マウスを用いた解析を進め、学会発表および論文投稿により発信する予定である。PAR-2遺伝子欠損マウスは現在繁殖中である。27年度が最終年度であるため、記入しない。
振動流による超流動ヘリウム4量子渦の形成・成長過程の研究

乱流は、その基本的な性質からもまた応用の面からも多くの研究者を魅了してきたが、いまだその本質が解明されたとは言い難い。流体がっくる乱流においてもっとも単純な構造を持つ量子乱流は、渦による乱れを調べる上で格好の対象であり、乱流の本質に迫ることが期待できる。本研究では、量子乱流を構成する量子渦の運動状態に着目し、我々が開発した超伝導極微細線による振動ワイヤ法により、絶対零度近傍における振動流による量子乱流のダイナミクスを解明する。超伝導極微細線(直径2.5μm)による高感度の振動子を開発し、この振動子を用いて次のことを明らかにした。1.素励起のない絶対零度近傍における振動の応答測定から、振動ワイヤに0.1μm程度の量子渦が付着していることを明らかにした。2.層流状態での量子渦のサイズは、ワイヤ速度が増すにしたがって大きくなるのに対し、乱流状態では速度が増すにしたがって小さくなることを見いだした。3.振動ワイヤをピンホールで外とつながる小箱に入れ、十分低温で超流動ヘリウムを小箱内に導入することにより、乱流遷移しない状態を作ることに成功した。4.ワイヤに付着する量子渦が、振動によって乱流を起こすことを明らかにした。5.最近公表された理論予想と測定結果を詳細に比較し、超流動相転移によって量子渦の種が形成され、振動流によってそれが成長し、臨界速度を超える振動流が新たな量子渦を形成することを明らかにした。以上のように、本研究によって振動流中の量子渦の形成過程・成長過程を明らかにする成果を得た.乱流は、その基本的な性質からもまた応用の面からも多くの研究者を魅了してきたが、いまだその本質が解明されたとは言い難い。以上のように、本研究によって振動流中の量子渦の形成過程・成長過程を明らかにする成果を得た.我々が開発した超伝導極微細線による振動ワイヤ法により、「振動流による量子渦のダイナミクス」という新たな研究分野を開拓しつつある。本研究では、超流動ヘリウム4中でワイヤを振動させ、ワイヤに付着した量子渦糸と超流体との相互作用を、振動に対するワイヤの応答を測定することにより明らかにする。本年度の研究実績は以下のとおりである。1.振動子に用いる超伝導極微細線の開発を行った。市販の超伝導線材をダイスにより細くし、最小直径2μmの線材を製作することに成功した。2.開発した直径2.5μmの振動ワイヤを用いて、素励起のない低温における振動の応答測定から、振動ワイヤにワイヤ径の数分の1程度の量子渦が付着していることを明らかにした。3.層流状態での量子渦のサイズは、ワイヤ速度が増すにしたがって大きくなるのに対し、乱流状態では速度が増すにしたがって小さくなることを見いだした。4.直径4.5μmの超伝導極微細線を用いて、2桁にわたる振動周期の振動ワイヤの開発を行った。5.超流動ヘリウム中で行った予備実験により、層流-乱流遷移の臨界ワイヤ速度は、周波数によって変化することを明らかにした。この依存性は、乱流遷移の原因と考えられる量子渦の成長不安定性が、振動周期に依存していることを示唆している。上記の2と3および5の成果は、超伝導極微細線の開発とそれを用いた振動ワイヤ開発の成功によるところが大きい。3および5の結果は超流体が量子渦に及ぼす影響を如実に示しており、今後の研究の進展によって量子渦の形成・成長過程を明らかにすることが期待できる。我々が開発した超伝導極微細線による振動ワイヤ法により、「振動流による量子渦のダイナミクス」という新たな研究分野を開拓しつつある。昨年度に引き続き行った研究の本年度の実績は、以下のとおりである。1.振動ワイヤをピンホールで外とつながる小箱に入れ、十分低温で超流動ヘリウムを小箱内に導入することにより、乱流遷移しない状態を作ることに成功した。2.1の状態から、超流動ヘリウムを超流動、常流動、超流動の順に相転移させ、再び測定すると乱流遷移を起こした。

1とこの状態の比較から次のことを明らかにした。a.超流動相転移によって、量子渦が生成される。b.振動ワイヤと小箱の内壁との間に、量子渦が付着する。c.量子渦の付着する振動ワイヤが、乱流遷移を引き起こす。d.常流動から相転移した超流動では、かならず振動子が乱流遷移を起こす。これらの結果は、ワイヤに付着する量子渦が振動によって乱流を起こすことを示している。最近公表された理論予想[Hanninen, et al., Phys.Rev.B75,064502(2007)]と測定結果を詳細に比較し、振動によって量子渦が成長し、大きな振動ではそれが不安定になり、量子渦の再結合が起こり、新たな渦を生成することがわかった。すなわち、超流動相転移によって量子渦の種が形成され、振動流によってそれが成長し、臨界速度を超える振動流が新たな量子渦を形成する。本研究によって、振動流中の量子渦の形成過程・成長過程を明らかにする成果を得た。
口腔カンジダ症の自然免疫学的発生機序の解明

ヒト末梢血単核球におけるToll-like receptor(TLR)の発現と機能ならびにNatural killer(NK)活性の口腔カンジダ症との関連性ならびに加齢変化について検証した.その結果,加齢に伴いTLRの発現レベルが減少することはなかったが,TLR2とTLR4の機能は減少し,NK活性は低下傾向を示した.55歳以上の年齢層で,非カンジダ症群と口腔カンジダ症群で同様の比較解析を行ったところ,TLRの発現レベルには差は認められなかったが,TLR2とTLR4の機能ならびにNK活性は口腔カンジダ症群で有意に減弱していた.本研究によって,TLR2およびTLR4の機能ならびにNK活性の低下が口腔カンジダ症の発症に重要な役割を果たしていることが示唆された.口腔カンジダ症の発症には、一般に宿主の免疫能の低下が関与していると考えられている。本研究では、ヒト末梢血単核球(PBMC)におけるToll-like receptor (TLR)の発現と機能ならびにNatural killer (NK)活性の加齢変化と口腔カンジダ症との関連性について検証した。口腔粘膜の疼痛を主訴に北海道大学病院歯科診療センターを受診した25歳から89歳までの口腔疾患患者を対象とし、培養検査にてカンジダが検出された患者を口腔カンジダ症群とした(n=39)。コントロール群(n=75)としては,カンジダ培養検査陰性患者ならびに同年代の北海道大学歯学部学生、教員のボランティアを募った。非カンジダ症群{2534歳(n=21)、3544歳(n=9)、4554歳(n=11)、5564歳(n=15)6574歳(n=11)、75歳(n=8)}のPBMCにおけるTLR2、TLR1、TLR4、TLR6の発現レベルと機能ならびにNK活性を調べた。これらの4種のTLRの発現レベルには有意な差はみられなかったが、TLR2とTLR4の機能は有意に低下し,有意差はないもののNK活性は加齢と共に減弱する傾向を示した。55歳以上の非カンジダ症群と口腔カンジダ症群で同様の比較を行ったところ、4種のTLRの発現レベルには有意な差はみられなかったが、TLR2とTLR4の機能は口腔カンジダ症群が非カンジダ症群よりも有意に減弱していた。さらに、NK活性も口腔カンジダ症群が非カンジダ症群よりも有意に減弱していた。以上の結果から、口腔カンジダ症患者は非カンジダ症群に比べて、TLR2ならびにTLR4の発現レベルではなく、機能が低下し、さらに、NK活性も低下していることが明らかになった。ヒト末梢血単核球におけるToll-like receptor(TLR)の発現と機能ならびにNatural killer(NK)活性の口腔カンジダ症との関連性ならびに加齢変化について検証した.その結果,加齢に伴いTLRの発現レベルが減少することはなかったが,TLR2とTLR4の機能は減少し,NK活性は低下傾向を示した.55歳以上の年齢層で,非カンジダ症群と口腔カンジダ症群で同様の比較解析を行ったところ,TLRの発現レベルには差は認められなかったが,TLR2とTLR4の機能ならびにNK活性は口腔カンジダ症群で有意に減弱していた.本研究によって,TLR2およびTLR4の機能ならびにNK活性の低下が口腔カンジダ症の発症に重要な役割を果たしていることが示唆された.口腔カンジダ症などの粘膜表面からの感染に対しては第一ステップとして自然免疫が主体に反応すると考えられており、本研究ではヒトの加齢変化に伴う自然免疫の減弱レベルを評価し、口腔カンジダ症の新たな発症因子を探ることが目的である。23年度は、ヒト末梢血単核球(PBMC)におけるToll-like receptor(TLR)の発現と機能、さらにNatural killer(NK)活性と口腔カンジダ症との関連性について調査した。口腔内の疼痛を主訴に北海道大学歯科診療センターを受診した25歳89歳までの口腔疾患患者、北海道大学学生ならびに教員の健常人ボランティアを対象とした。各人にクロモアガー寒天培地にて口腔カンジダの検出を実施し、コロニー数に応じてカンジダ群39名、非カンジダ群49名に分類した。各人の末梢血よりPBMCを採取し、(1)TLR2ならびに補助レセプターであるTLR1,6、さらにTLR4の発現をフローサイトメーター(FCM)で測定、解析した。TLR1,2,4,6の発現レベルは口腔カンジダ症患者と健常者間で有意差は認めなかった。(2)TLR2,4のリガンドであるFSL-1,LPSを用いてPBMCを刺激し、NF-κBの転写活性を亢進させて、産生されたTNF-αやIL-6などのサイトカイン量をELISA法で測定しTLRの機能を評価した。結果TNF-αの産生量が有意に低下したことから、TLR2,4の機能の低下があるものと思われた。(3)PBMCのNK活性を計測し検討を行ったが口腔カンジダ症患者と健常者間で有意な差は認められなかった。以上より、口腔カンジダ症患者のPBMCではTLR2ならびにTLR4の下流のシグナル伝達分子の機能に異常がみられる可能性が示唆され、口腔カンジダ症患者ではTLR2ならびにTLR4の発現量は変化がなく、機能低下が重要な役割を果たしていることが推測された。口腔カンジダ症

患者と健常者を比較した際に、PBMCのTLR発現レベル、NK活性に有意な差は認められていないが、TLRの機能に差がある傾向がある。今後サンプル数を増やすことによって、その傾向がより明確になれば、口腔カンジダ症と自然免疫の関係性が明らかになると考えられる。以上より、現時点では、本研究がおおむね順調に進展していると思われる。1)今後、各年齢層のサンプル数を増やすことで加齢変化に伴う自然免疫能の減弱と、口腔カンジダ症の関連についても調査していく予定である。2)マウスを用いて、口腔カンジダ症モデルを作り、マウスの加齢や栄養状態による自然免疫の減弱レベルとカンジダ定着レベルそしてTLRの発現・機能との関連性について調査をすすめる。3)研究計画に変更点や遂行する上での問題点は特にない。平成23年度未使用額が発生したが、当初予定していた学会参加が都合で急遽参加できなくなったためである。平成24年度で学会・研究会参加旅費に使用予定である。次年度も実験環境は整っており、新たに必要な高額設備備品はない。消耗品や抗体などの実験試薬、実験動物購入費が主な使用目的である。また、研究発表や研究打ち合わせのための旅費や、論文投稿費などに使用予定である。
2016年熊本地震時の微小断層変位を対象とした低活動度活断層の実態解明

平成30年度は、2016年熊本地震で正断層変位が生じた熊本県西原村において、トレンチ調査を行った。この正断層変位は、主断層である布田川断層と並走する出ノ口断層沿いに現れた地変である。出ノ口断層は、その位置や変位のセンスなどから布田川断層と構造的に関係していることが推定されており、2016年熊本地震で微小変位が生じた他の地点(例えば、平成29年度に掘削した阿蘇市宮地)などと比較すると、過去にも主断層とともに活動を繰り返している可能性が高い断層である。掘削は、北落ち正断層の共役断層により形成された山地の緩斜面で行った。掘削されたトレンチ(長さ14 m,幅6 m,深さ3 m)の壁面では、大きな地質境界を成す南落ちの正断層とその活動によって形成されたと考えられる副次的な断層が多数認められた。また、相対的な低下側には、厚い風成層が堆積し、その間に約7300年前に噴出した鬼界アカホヤテフラが確認された。断層活動としては、確実度の高いものとして4回のイベント(2016年熊本地震を含む)がトレンチ壁面内で認められた。加えて、確実度の低い断層イベントも複数認められた。確実度の高いイベントのみを考慮しても、2016年熊本地震を含めて鬼界アカホヤテフラ以降に少なくとも3回のイベントが読み取れる。この回数は、布田川断層沿いのトレンチ結果と調和的である。したがって、出ノ口断層は、布田川断層の活動と連動している可能性が高いと言える。今後、放射性年代測定結果を踏まえて、イベント年代の同時性も検討する。平成30年度までに、布田川断層(主断層)から離れた地点における微小変位地点2ヶ所でトレンチ調査を行った。両地点ともに、地下に明瞭な断層が存在し、その繰り返しが読み取れた。さらに、その過去の断層イベントは布田川断層の過去の活動と同時である可能性が高く、2016年熊本地震と同様のイベントが過去にも存在したことがわかってきた。したがって、本研究の目的とする、微小変位地点における断層活動の繰り返しを示すことができ、このような断層運動像の理解に資する情報を得ることができた。そのため、現在の進捗状況を(2)とした。今後は,2018年度に掘削したトレンチ調査の年代推定および主断層である布田川断層での掘削調査を実施する予定である.前者については,2018年度掘削のトレンチ壁面で認められた断層イベントの年代が十分に絞り込めていないため、採取した試料の火山灰分析および放射性炭素年代測定を進め、断層活動時期の絞り込みを行う.後者については,主断層の古地震履歴の詳細な年代はまだわかっていないため,本研究でトレンチ掘削調査を行い,詳細な断層イベント年代を明らかにする.これら主断層とそれ以外の地点の古地震情報を明らかにすることによって,2016年熊本地震の際に活動した断層が,過去にも同様の活動をしたか否かを検討することができる.平成29年度は、2016年熊本地震で微小変位が生じた阿蘇市宮地において微小変位の測量、トレンチ調査、ハンディジオスライサー調査を行った。その結果、本地点では2条の微笑変位が確認され地溝状の変形が生じたことが明らかとなった。いずれも上下変位は5cm程度であり、北側の断層沿いには右横ずれ変位が2-3cm認められた。北側の断層上でトレンチ調査を、南側の断層上でハンディジオスライサー調査を行った。トレンチ調査では約4000年以降の堆積物が連続的に観察され、明瞭な断層が出現した。トレンチ内では、阿蘇火山起源の火山灰(下位からACP1、KsK、OjS、N2S)が複数確認できた。壁面観察による断層の性状と各地層における上下変位量の分布から、本トレンチでは2回の断層活動(2016年の断層活動含む)が読み取れた。2016年の活動に先行する断層活動は、N2SとOjSの間に推定され、阿蘇カルデラ内の遺跡に記録された開講亀裂や布田川断層の活動履歴とも整合的である。ハンディジオスライサー調査でも同様の結果が得られ、宮地に出現した微小変位は過去にも同じ場所で同様の断層運動が生じたと考えられる。この結果から、阿蘇市宮地に現れた微小変位は、2016年に偶然現れたものではなく、過去にも同様の断層運動が生じており、かつその時期は布田川断層の過去の活動とも調和的であることがわかった。また、上記の結果から、2016年熊本地震時に出現した主断層から離れた微小変位地点の多くは、繰り返し活動しており、かつその活動は布田川断層の活動と同時である可能性がある。今後、他地点でも同様の調査を実施することで、微小変位地点の古地震情報を主断層の活動履歴として利用できるかどうか検証することが可能である。平成29年度は当初の予定通り調査を終えることができた。その成果から、本科研の目的である、微小変位地点において(1)断層が繰り返しているか、(2)微小変位が地層から読み取れるか、(3)微小変位が生じた断層位置を地形から読み取り可能か、を検証することができた。阿蘇市宮地地点では、(1)断層は繰り返している、(2)微小変位が地層から読み取れる、(3)微小変位が生じた断層位置は地形から読み取れない、という結果であった。

また本地点の断層運動は、布田川断層の過去の活動と対応している可能性がある。したがって、本地点の断層はそれ自身が単独では活動しないことを示唆しており、その運動像に関しても情報を得ることができた。平成30年度は、2016年熊本地震で正断層変位が生じた熊本県西原村において、トレンチ調査を行った。この正断層変位は、主断層である布田川断層と並走する出ノ口断層沿いに現れた地変である。出ノ口断層は、その位置や変位のセンスなどから布田川断層と構造的に関係していることが推定されており、2016年熊本地震で微小変位が生じた他の地点(例えば、平成29年度に掘削した阿蘇市宮地)などと比較すると、過去にも主断層とともに活動を繰り返している可能性が高い断層である。掘削は、北落ち正断層の共役断層により形成された山地の緩斜面で行った。掘削されたトレンチ(長さ14 m,幅6 m,深さ3 m)の壁面では、大きな地質境界を成す南落ちの正断層とその活動によって形成されたと考えられる副次的な断層が多数認められた。また、相対的な低下側には、厚い風成層が堆積し、その間に約7300年前に噴出した鬼界アカホヤテフラが確認された。断層活動としては、確実度の高いものとして4回のイベント(2016年熊本地震を含む)がトレンチ壁面内で認められた。加えて、確実度の低い断層イベントも複数認められた。確実度の高いイベントのみを考慮しても、2016年熊本地震を含めて鬼界アカホヤテフラ以降に少なくとも3回のイベントが読み取れる。この回数は、布田川断層沿いのトレンチ結果と調和的である。したがって、出ノ口断層は、布田川断層の活動と連動している可能性が高いと言える。今後、放射性年代測定結果を踏まえて、イベント年代の同時性も検討する。平成30年度までに、布田川断層(主断層)から離れた地点における微小変位地点2ヶ所でトレンチ調査を行った。両地点ともに、地下に明瞭な断層が存在し、その繰り返しが読み取れた。さらに、その過去の断層イベントは布田川断層の過去の活動と同時である可能性が高く、2016年熊本地震と同様のイベントが過去にも存在したことがわかってきた。したがって、本研究の目的とする、微小変位地点における断層活動の繰り返しを示すことができ、このような断層運動像の理解に資する情報を得ることができた。そのため、現在の進捗状況を(2)とした。2016年以降に実施された古地震調査を鑑みて、平成30年度以降は阿蘇カルデラ外における微小変位地点における古地震調査を実施する予定である。特に主断層である布田川断層については中央から東部にかけての古地震履歴が少なく、その活動度(頻度や変位速度)に関する情報に乏しい。平成29年度調査の経験から微小変位地点においても断層は繰り返し活動し、その活動は布田川断層の活動と同時である可能性がある。そこで阿蘇カルデラ外で布田川断層に近い場所に出現した微小変位地点を対象に現地調査を実施し、適した場所で古地震調査を実施する。今後は,2018年度に掘削したトレンチ調査の年代推定および主断層である布田川断層での掘削調査を実施する予定である.前者については,2018年度掘削のトレンチ壁面で認められた断層イベントの年代が十分に絞り込めていないため、採取した試料の火山灰分析および放射性炭素年代測定を進め、断層活動時期の絞り込みを行う.後者については,主断層の古地震履歴の詳細な年代はまだわかっていないため,本研究でトレンチ掘削調査を行い,詳細な断層イベント年代を明らかにする.これら主断層とそれ以外の地点の古地震情報を明らかにすることによって,2016年熊本地震の際に活動した断層が,過去にも同様の活動をしたか否かを検討することができる.
軽元素-窒素系水素貯蔵材料の開発研究

現在、地球環境保全の立場より、電力と並んで水素をエネルギー媒体とするクリーンエネルギーシステムの構築が注目されるようになってきている。中でも、水素エネルギー実用化への課題のひとつとして、水素を高密度に貯蔵・輸送するための要素技術の確立があげられる。外国人特別研究員Leng Haiyan博士は軽元素金属(M)-窒素(N)-水素(H)系錯体化合物の分解反応を利用した水素貯蔵材料の研究を開始した。H17年度においては、リチウム(Li)-マグネシウム(Mg)-窒素(N)-水素(H)系材料の水素吸蔵放出反応の機構解明の研究を行い、アンモニアを仲介とした3段階の素反応によって進行することを明らかにした。平成18年度は、アンモニア仲介素反応の1つであるLiH+NH_3⇔LiNH_2+H_2(1)の可逆性について詳細な研究を、示差走査型熱量計を駆使して行った。これまでの研究で、LiHは室温でアンモニアと反応しLiアミド(LiNH_2)に変換することは以前から知られていた。しかし、Liアミドを水素化すると、LiHとアンモニアに変換することは、閉鎖系における実験では確認されてこなかった。しかし、本実験において、10気圧の水素ガスフロー中でLiアモドを200°Cまで昇温していくと、ほとんど吸熱も発熱も伴うことなく、徐々にLiHへの変換が起こり、水素フロー中200°Cに6時間保つことによって、全てのLiアミドがLiHに変換した。この結果は、反応(1)が、可逆的な反応であり、M-N-H系水素貯蔵反応は、直接の固相-固相反応によって進行するのではなく、アンモニアを仲介とする2つの素反応によって進行することを裏付ける成果として極めて重要な成果である。更に、Ti触媒の効果について実験され、Ti触媒は、反応(1)のLiアミドをLiHに変換する際に重要な働きをすることを明らかにした。今後の触媒機構の解明に重要な手掛かりを与えた点注目に値する。以上の成果は論文4編として発表し、更に、現在論文1編を執筆中である。外国人特別研究員Leng Haiyan博士は、研究代表者とともに、軽元素金属(M)-窒素(N)-水素(H)系錯体化合物の分解反応を利用した水素貯蔵材料の研究を開始した。H16年度において、リチウム(Li)-窒素(N)-水素(H)系錯体化合物の分解反応がアンモニアを媒介とする二つの素反応によって進行することを明らかにすると共に、その成果をベースにして、リチウム(Li)-マグネシウム(Mg)-窒素(N)-水素(H)系材料を概念設計した。その設計指針に基づいて、各原料である8水素化リチウム(LiH)と3マグネシウムアミド(Mg(NH2)2)を2時間水素ガス雰囲気中で機械的にボールミル処理することによって複合化試料を作成した。その試料を用いて水素放出特性を評価した結果、その新規材料は6質量%を超す水素を150°Cから吸蔵放出し、放出時において、1気圧以上の圧力で水素を放出することを明らかにした。これは、国際的な目標値に近い優れた特性を有していることが判明した。さらに、Leng博士は、その水素放出機構の解明を目指した研究を開始し、本新規材料における水素吸蔵反応においても、アンモニアを仲介とするいくつかの素反応によって進行することを明らかにした。これらの成果は学術論文5編として報告されている。今後、さらに新規材料系を目指して探索研究を継続する。更に、Li-Mg-N-H系材料として、LiとMgの組成比の異なる5種類の複合化材料を創製し、それらの水素吸放出特性の違いと構造特性を評価し、いずれの組成比の試料の結果とも、アンモニア仲介素反応モデルで矛盾なく説明できることを明らかにした。また、それらの結果から、Li:Mgの比が3:8の試料が最も優れた水素放出特性を示すことを明らかにした。さらに、Li-C-N-H系材料やLi-C-H系材料などの水素貯蔵特性を評価し、優れた特性を有していることを明らかにした。これらの成果は、8編の論文として国際誌に公表している。

H17年度においては、リチウム(Li)-マグネシウム(Mg)-窒素(N)-水素(H)系材料の水素吸蔵放出反応の機構解明の研究を行い、アンモニアを仲介とした3段階の素反応によって進行することを明らかにした。平成18年度は、アンモニア仲介素反応の1つであるLiH+NH_3⇔LiNH_2+H_2(1)の可逆性について詳細な研究を、示差走査型熱量計を駆使して行った。これまでの研究で、LiHは室温でアンモニアと反応しLiアミド(LiNH_2)に変換することは以前から知られていた。しかし、Liアミドを水素化すると、LiHとアンモニアに変換することは、閉鎖系における実験では確認されてこなかった。しかし、本実験において、10気圧の水素ガスフロー中でLiアモドを200°Cまで昇温していくと、ほとんど吸熱も発熱も伴うことなく、徐々にLiHへの変換が起こり、水素フロー中200°Cに6時間保つことによって、全てのLiアミドがLiHに変換した。この結果は、反応(1)が、可逆的な反応であり、M-N-H系水素貯蔵反応は、直接の固相-固相反応によって進行するのではなく、アンモニアを仲介とする2つの素反応によって進行することを裏付ける成果として極めて重要な成果である。更に、Ti触媒の効果について実験され、Ti触媒は、反応(1)のLiアミドをLiHに変換する際に重要な働きをすることを明らかにした。今後の触媒機構の解明に重要な手掛かりを与えた点注目に値する。以上の成果は論文4編として発表し、更に、現在論文1編を執筆中である。
知能性材料としての木材の可能性の究明と展開

木材の湿気、水分、荷重、腐朽菌等に対する反応性を利用し,その特性を実際の製品に適用するために,1)吸放湿特性の拡大とその応用,2)含水率変化による2プライ積層材の反りの発生とその応用,3)荷重によって発生するたわみ量の制御(剛性自己変化機能の付与)とその応用について研究した。1)では,板材に種々の機械加工を施し,表面積を増大させ,湿度変化に対する吸放湿の応答性を比較した。この結果,表面積を増大させない板材よりも増大させた板材が吸放湿の反応が速かった。そこで,木材を壁面材料とする空間をつくり,空間内と外気の温・湿度の変化を測定した。両者間の温度に差はないが,湿度は外気で大きく変化するのに対して空間内ではほぼ安定した。しかし,表面積を増大させた板材と増大させない板材を壁面材料とした空間間では,明確な違いは認められなかった。2)では,収縮率が異なる2枚の板材(HBと合板,HBとプラスチック,MDFと合板,MDFとプラスチック)を接着し,湿度変化に伴う反りと含水率の変化を測定した。板材の収縮率とヤング率から算出した反り(理論値)と実際に測定した反り(実験値)とでは実験値が小さく,木質材料では収縮率と膨張率に差異があることが示唆された。また,このような2プライ積層材の反りの,周辺の湿度条件によって自動開閉するルーバーへの応用を提案した。3)では,荷重が増加してもたわみがほぼ一定になる材料,すなわち,荷重の増加とともにヤング率が増加する材料の開発を目的に,複数の板材を積層させ一つの材料とした積層タイプ,端部に固定ブロックを設置し張り出し部端部のはね上がり変形を抑制するタイプ,ヤング係数の高い材を外側にヤング係数の低い材を内側に積層接着し荷重方向を変化させた複合梁タイプの3つを試作し,荷重-たわみ関係を検討した。今後の「材料」には、省エネルギー性、低公害性に加えて使用時の高信頼性と解体・廃棄時の易分解性という相反する性能の保持、さらに人間の感性への適合性など、全く新しい性能が要求される。これらを完全に満足する材料、すなわち知能性材料を我々は末だ手にしていないが、木材・木質材料には本来的にインテリジェント機能が備わっているものと考える。本年度は、木材の知能性材料としての可能性を探る研究の第一歩として、(1)木材の吸放湿による寸法(形状)変化、(2)木材の荷重に対する繊細な反応、という2つの特性を取り上げ、知能性材料という観点から基礎的実験研究を行った。(1)については、まず木材の水分変化による収縮機構をLV-SEMを用いて仔細に観察し、細胞レベルでの形状変化を明らかにして、収縮過程で自己発生するエネルギー量を推定した。次いで収縮率の異なる素材を用いて2プライ積層材を作り、吸放湿によって生じる反りについて理論的、実験的に検討し、この自己変形性の拡大と実際への応用を考えた。(2)については、荷重の増加とともに剛性が増大する梁・梁構造を3タイプ考察し、理論と実験からその性質を検討して荷重によらずたわみの変化の少ない床構造の開発を目指した。このような床構造が実現すれば、1人乗っても10人乗ってもたわみをほぼ一定に保つことが可能となり、硬すぎない柔らかすぎない居住性に優れた木質床が得られる。そのほか、木材の燃焼性・腐朽性を周辺環境に対する木材の反応と考え、使用時の信頼性、解体・廃棄時の易分解性の両立という観点から考察を行った。

2プライ積層材を用いた外気湿度の変化によって自動開閉するルーパーの試作では,収縮率が異なる2つの部材を接着し湿度変化による部材のそりを測定したところ,部材の厚さが数ミリ以下の薄い場合には積層材は湿度変化に敏感に反応するが,部材の厚さが厚くなるに伴い湿度変化への反応性は低下した。また,部材の収縮率とヤング率から理論的に算出したそりの値(理論値)と実際に測定したそりの値(実験値)との間には差異があり,実験値が小さな値を示した。吸放湿性を高めた木材の壁面材への適用と居住性の評価では,基礎固めを優先し,膨張・収縮の異方性を検討した。この結果,乾燥によって細胞壁は厚さ方向に収縮すると同様に幅方向にも収縮し,厚さ方向の収縮は接線壁と放射壁で大差はないが,幅方向の収縮は放射壁よりも接線壁で顕著であることを明らかにした。つまり,横断面にみられる異方性は,細胞内腔径の変化,すなわち細胞壁の幅方向の収縮率が接線壁とと放射壁で大きく異なることが原因の1つであることがわかった。木材利用の省エネルギー性,低公害性,環境安全性の評価では,文献の収集に努めると同時に,走査電子顕微鏡とエネルギー分散形X線分析装置を使って,薬剤を注入した木材中の金属元素の分布をビジュアル化し,木材組織によって元素の分布状態に違いがあることを確認するとともに,木材の耐朽性を理解するのにこの手法が有効であることを示した。木材の吸放湿性の拡大と再現性の研究では,気乾状態のカシとスギを用い,エンドマッチした同一寸法の柾目板表面に種々の機械加工処理を施し,木材の表面積を50100%増大させた試験片を製作した。これらの試験片を強制循環式の恒温恒湿機および無風状態のデシケータ中で吸湿あるいは放湿させ,時間の経過に伴う重量変化と寸法変化を測定した。この結果,処理を施さない板材よりも施した板材の方が明らかに吸放湿の応答性が速かった。すなわち,試験片を貫通する穴あけ処理や両側表面に鋸目を入れた処理では応答性が速く,逆に片側表面に貫通しない穴をあけた処理は機械加工を施さないものとほとんど変わらなかった。片側表面に鋸目を入れた処理ではそれらの中間の応答性を示した。吸放湿性を高めた木材の壁面材への適用と居住性の評価では,底面が開放された2個の金属容器を使ってそれぞれ4箇所の内側側面にスギ柾目板を接着し,1つ目の容器では鉋削しただけの板材が,2つ目の容器では鉋削しかつ繊維方向に鋸目を入れた板材が壁面材料となる小空間を作った。これらの小空間内と外側で日中の温度と湿度の変化を測定したところ,両者の間には温度変化にほとんど差はみられないが,関係湿度は外側で大きく変動するのに対して小空間内ではほぼ安定していた。また,温度が急激に上昇するとき,外側では湿度が低下するのに対して小空間内では湿度が増加した。1つ目と2つ目の容器の小空間間では温度変化に違いは見られず,温度の上昇に伴い湿度も増加する点ではともに同じであったが,関係湿度に2%ほどの違いがあった。
光学活性フルオロアルキル化合物の自在合成を指向した新規触媒反応の開拓

本研究では、医農薬の分野において付加価値の高い多様な光学活性有機化合物を自在に合成できる高効率的合成法を開発することを目的としている。本年度は「キラル銅触媒を基盤とするフルオロアルキルピルベートへの不斉メチル化反応の開発」という研究題目で主に研究を行った。エチルトリフルオロピルベートをモデル基質として、ソフトなルイス酸性を有する銅触媒による不斉メチル化反応の検討を試みた。詳細な条件検討から、最適な条件を見出した。具体的には、溶媒にTBME、銅塩にCuTC、配位子としてBTFM-Graphosを用いることで高いエナンチオ選択性で目的とするメチル付加体を得た。また、従来では合成することの困難であったトリフルオロピルベート類縁体の合成法も見出した。合成した類縁体を用いて反応検討し、ピルベート類縁体のエステル部位のアルキル基の嵩高さを銅触媒が認識することを明らかとした。また、それを利用することでエナンチオ選択性の向上をもたらした。具体的には、合成した種々の基質を用いることでエチル基からシクロヘキシル基へとエステル部位が嵩高くなるにつれてエナンチオ選択性が向上し、最高で94% eeで目的物を得ることに成功した。以上より、フルオロアルキルピルベート類縁体への銅触媒による不斉メチル化反応が初めて成し遂げられた。さらに、それまで得られた知見をもとに本反応の反応機構の考察を行った。本反応系がα-ケトエステル基質に対する特異的な反応であることなどの結果を考慮し、反応機構の推定も行った。本研究では、高効率的合成法を駆使することによって、ファインケミカルズとして付加価値の高い多様な(光学活性)有機フッ素化合物を、簡単に、安価に、且つ安全に自在合成できる革新的合成プロセスを開発することを目的としている。我々は以前、パラジウム触媒を用いた新規環化付加反応の反応機構解析に基づいて、末端アルキン、フルオロメチルピルベートおよび芳香族化合物を用いた新規な触媒的不斉3成分連結反応を開発し学術誌に報告している。本年度は、さらなる展開を目指し求核剤として種々のオレフィンを検討し、スチレン誘導体を用いる高ジアステレオおよびエナンチオ選択的な新規3成分連結反応を開発した。まずキラル配位子のスクリーニングを行ったところ、BINAP系配位子に関してホスフィン上をフェニルからp-トリルにするとエナンチオ選択性が最も高く、前回の結果とは全く異なり3、5-キシリル、さらに最も嵩高いDTBM基ではエナンチオ選択性がむしろ低下した。また求核剤にシス-ベータ-メチルスチレンを用いたところ、最も高いジアステレオおよびエナンチオ選択性で三連続不斉炭素を制御することに成功した。これらの3級アルコール誘導体は、非ステロイド系抗炎症薬の候補化合物として期待される。現代有機化学では、入手容易な原料有機分子から求める機能を有する分子を、簡単に、安価に且つ安全に合成できる工業化可能な実用的合成法の開発が必要とされている。このような学術的背景において、本研究では、工業化可能な新規触媒反応の開発とともに、この反応を用いて付加価値の高い多種多様な有機フッ素化合物を実用的に合成する手法を開発することを目的としている。以上のような目的のもとで、本年度に見出したエナンチオ選択的な新規3成分連結反応は、無溶媒条件下、S/C=100の条件下でさえ良好に反応が進行し高いエナンチオ選択性で生成物として多様な有機フッ素化合物を与えることができる。この結果は、廃棄物を最小限に抑えたグリーンな不斉合成法として今後のさらなる展開が期待できる。アゼチンとはオキセテンのO原子が、N原子に置き換わった小員環化合物である。アゼチンは本来不安定な高ひずみな小員環化合物であるため、基質適応範囲は狭く、合成法は非常に限られていることがわかる。また、アゼチンの置換基による安定性の議論はほとんどされておらず、アゼチンの性質について未解明な点が多く、さらなる研究の余地があると考えられる。このような背景のもと、本年度の研究では、CF3基によって安定化されたアゼチンを[2+2]環化付加反応によって効率的に合成単離することを第一の目的とした。実験の結果、保護基にカルボニル基を有するイミンを用いると、カルボニル基が反応に関与し様々な副生成物が得られた。従って、Nos基を有するイミンを合成しそれを用いることで、電子豊富なアルキンとの[2+2]環化付加反応による安定なアゼチンの合成を達成した。また、アゼチンの基質適用範囲の検討を行ったところ、アゼチンに様々な置換基を導入することにも成功した。さらに、アゼチンの熱的な安定性の評価を行い、置換基によるアゼチンの安定化効果を明らかにした。その結果、熱的安定性はアゼチン化合物の共役系の広がり及び置換基の電子効果に大きく依存し、オキセテンと同じ傾向を示すことに成功した。本研究では、CF3基によって安定化されたアゼチンを[2+2]環化付加反応によって効率的に合成単離することを目的としている。結果として今回、「アルキンとトリフルオロメチル基を有するイミンの[2+2]環化付加反応によるアゼチンの合成法の開発」に成功した。

即ち、生成するアゼチンをCF3基によるペルフルオロアルキル効果によって安定化し、通常困難である[2+2]環化付加反応によるアゼチンの合成ができることを証明した。さらに、「アゼチンの熱的安定性の評価」を行い、そのアゼチン熱的安定性に及ぼす置換基効果についてまで明らかとした。この結果は、アゼチンの実用的合成の開発のみならず不斉合成法へ展開可能であることを示している。本研究では、医農薬の分野において付加価値の高い多様な光学活性有機化合物を自在に合成できる高効率的合成法を開発することを目的としている。本年度は「キラル銅触媒を基盤とするフルオロアルキルピルベートへの不斉メチル化反応の開発」という研究題目で主に研究を行った。エチルトリフルオロピルベートをモデル基質として、ソフトなルイス酸性を有する銅触媒による不斉メチル化反応の検討を試みた。詳細な条件検討から、最適な条件を見出した。具体的には、溶媒にTBME、銅塩にCuTC、配位子としてBTFM-Graphosを用いることで高いエナンチオ選択性で目的とするメチル付加体を得た。また、従来では合成することの困難であったトリフルオロピルベート類縁体の合成法も見出した。合成した類縁体を用いて反応検討し、ピルベート類縁体のエステル部位のアルキル基の嵩高さを銅触媒が認識することを明らかとした。また、それを利用することでエナンチオ選択性の向上をもたらした。具体的には、合成した種々の基質を用いることでエチル基からシクロヘキシル基へとエステル部位が嵩高くなるにつれてエナンチオ選択性が向上し、最高で94% eeで目的物を得ることに成功した。以上より、フルオロアルキルピルベート類縁体への銅触媒による不斉メチル化反応が初めて成し遂げられた。さらに、それまで得られた知見をもとに本反応の反応機構の考察を行った。本反応系がα-ケトエステル基質に対する特異的な反応であることなどの結果を考慮し、反応機構の推定も行った。今後は、パラジウム触媒の触媒量の目標をS/C >1,000に設定し、不斉配位子、基質の詳細な検討は勿論のこと、溶媒や温度等の反応条件を徹底的に検討する予定である。さらに見出した最適条件下でスケールアップ(kg scale)を実現し、高効率的な不斉合成法を確立したいと考えている。さらに今後は、創薬を指向した新反応開発について検討を重ねる予定である。見出した本三成分連結反応により、抗炎症薬の母骨格を一挙に触媒的不斉合成することが可能と考えている。これまでアゼチンの触媒的不斉合成を達成した報告例は全く存在しない。これは既に報告されているアゼチンの合成法が、アゼチジン自体からの誘導や分子内環化反応による方法であり、これらの手法では、アゼチンを不斉合成することは困難であったためである。今回開発した[2+2]環化付加反応を用いる手法では、イミンを活性化することで、触媒的不斉合成を達成することができると考えられる。即ち、触媒としてキラルなブレンステッド酸やルイス酸を用いることで、さらなるアゼチンの収率の向上や、エナンチオ選択的な触媒的不斉合成の研究を行う予定である。
根寄生植物の発芽・吸器分化の情報伝達機構に関する研究

クロロフィルを持たず、栄養水分のすべてを宿主に依存する全寄生性根寄生植物ヤセウツボ(Orobanche minor)から、植物には存在しないとされているcAMP依存性プロテインキナーゼ(PKA)様遺伝子、PKA1、PKA2を単離した。PKA1、PKA2の部位別、時期別の発現解析を行った結果、PKA1は種子の前培養(コンディショニング)後期から発現し始め、発芽後その発現量が徐々に低下した。一方PKA2は種子には発現しておらず、花茎、花(蕾)など、生長の盛んな組織に特異的に発現していた。以上のことから、PKA1とPKA2はそれぞれ、発芽および細胞増殖・伸長に関与しているものと考えられた。PKA1遺伝子を調節サブユニットと共に酵母細胞で発現させ、PKA1がプロテインキナーゼ活性を示すことを確認した。PKAの抗体作成とそれを用いた免疫染色による発現部位、時期の解析については現在検討中である。アデニレートシクラーゼやPKA阻害剤はヤセウツボの発芽、幼根伸長に対して阻害的に作用しているようであったが、恐らく種子への取り込みが悪く、明確ではなかった。今後、処理方法を変えて再検討する予定である。ヤセウツボ種子のcAMPレベルを定量した結果、PKA(特にPKA1)の発現量と極めて高い相関関係が認められた。また、種子を前培養中に光や高温に曝すと発芽率が低下し、その低下はジベレリン投与によって回復するが、cAMPレベルも発芽率に対応した変動を示した。以上のことから、ヤセウツボの種子発芽の制御に、PKAが重要な役割を担っていることが明らかとなった。今後、オロバンキ以外の寄生植物、さらには一般の植物について、発芽におけるPKAの関与の可能性を探る予定である。
伸展力が負荷されたヒト歯根膜細胞におけるIL－11の調節機構および機能の解析

歯根膜組織は、歯槽骨あるいはセメント質に陥入したシャーピー線維を形成することによって、歯根の支持に重要な構造体を維持していると考えられている。本研究では、伸展刺激が負荷されたヒト歯根膜細胞において発現の上昇が認められたinterleukin-11 (IL-11)に着目し、IL-11がシャーピー線維の形成あるいは維持に関与していると仮説をたて、その解明を目的とした。今年度の実験計画としては、[1]IL-11の歯根膜細胞および骨芽細胞に及ぼす影響(歯根膜線維関連タンパクおよび骨関連タンパク、そして破骨細胞調節因子め発現ならびに石灰化誘導能の解析)、[2]IL-11のヒト歯根膜幹細胞分化に及ぼす影響(歯根膜幹細胞株を用いて線維芽細胞・骨芽細胞・セメント芽細胞への分化誘導能の解析)ついての検討であり、それぞれ実験を行った。抗IL-11抗体を用いた免疫組織化学的染色の結果、歯根膜組織に陽性反応を認め、歯槽骨側およびセメント質側により強い反応が観察された。またrecombinant IL-11でヒト骨芽細胞株Saos-2を刺激した結果、細胞増殖能の促進および骨関連遺伝子(periostin, ALP, OCN, OPN)のmRNA発現の上昇が、無刺激群と比較して宥意に認められた。以上の結果から、歯根膜組織において、IL-11は歯槽骨側およびセメント質側に強く発現しており、骨芽細胞の分化能および増殖能を刺激することにより、歯槽骨との界面における骨代謝の調節に関与していると考えられる。一方で、未分化なヒト歯根膜幹細胞株に同様の刺激を行った結果、細胞増殖能に変化はなかったが、セメント質関連遺伝子(CP23,BSP)のmRNA発現の上昇が認められた。このことから、IL-11が未分化なヒト歯根膜細胞におけるセメント芽細胞分化を促進することが示唆され、これらの結果は学会にて報告を行った。このように平成23年度の研究によって、IL-11の歯根膜組織における機能的役割について、明らかにすることができた。
減数分裂誘導因子の研究

(1)イモリactivin/inhibin βA subunit mRNAの精巣における発現:脊椎動物に共通なactivin/inhibin βsubunitのoligo DNAプローブを作成し、reversetranscriptase-polymerase chainreaction (RT-PCR)によりβA subunitとβB subunit cDNAを単離した。これをプローブとして、精原細胞ステージ、精母細胞ステージ、丸い精細胞ステージから抽出したRNAを用いてノザンブロッティングを行ったところ、βB subunitはいずれのステージにおいても検出されず、βA subunit精原細胞ステージのみ約6KBのmRNAが検出された。次に、βA subunit mRNAを発現する細胞を同定するために、精巣を解離し精原細胞とセルトリ細胞を分離し、それぞれの細胞からRNAを抽出しRT-PCRを行ったところ、セルトリ細胞のみでβA subunit mRNAが検出された。イモリactivin/inhibin βA subunitのcodingregionを含むcDNAを単離した。(2)FSH処理によるactivin/inhibin βA subunit mRNAの発現:精原細胞ステージの精巣断片を基本培養液で1週間器官培養し、精原細胞の増殖活性を低下させた後FSHを加えて経時的にRNAを抽出し、βA subunit cDNAをプローブとしてノザンブロットを行ったところ、FSHを加えて3日目にβA subunit mRNAの発現量が増加し、7日目までその発現が維持されることが明らかになった。(3)ヒトactivin Aによるイモリ精原細胞の増殖活性の促進:精原細胞ステージの精巣断片を基本培養液で1週間器官培養した後、ヒトactivin A(味の素株式会社研究所の江藤譲先生より供与)を100ng/ml加えてさらに1週間培養すると、対照では精原細胞の増殖活性はほとんど無いのに対し、著しく増殖活性を促進した。これらの結果は、イモリ精巣においてFSHがセルトリ細胞に働いてactivin A遺伝子の発現を促進し、タンパク質が分泌されて精原細胞に働き、その増殖活性を促進するものと思われる。