hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
子宮体癌特異的発現遺伝子による分子診断

子宮体癌・正常子宮内膜の新鮮凍結標本を用い、組織から抽出したRNAを使用し、改良型Serial Analysis of Gene Expression(SAGE)法によって、遺伝子発現プロファイルを作製した。この遺伝子発現プロファイルの解析により、子宮体癌と正常子宮内膜の組織間で発現量に大きな差のある遺伝子配列を確認した。不適当なものを除いた候補遺伝子から、RT-PCR法により、mRNAの発現量を比較した。多検体の検索により候補遺伝子を絞り込むことができた。この中に、子宮体癌に特異的に発現する遺伝子が含まれ、これらによる分子診断が可能になる。子宮体癌・正常子宮内膜の新鮮凍結標本から抽出したRNAを使用し、改良型Serial Analysis of Gene Expression(SAGE)法によって、各11000個以上のmRNAを解析、遺伝子発現プロフィールを作製した。遺伝子発現プロフィールをコンピューター解析し、子宮体癌・正常子宮内膜の比較をした。その上で、2つの組織間で発現量に大きな差のある遺伝子配列を約40個拾い上げ、データベースで検索をして表出する遺伝子確認した。不適当なものを除いた約40個の候補遺伝子のプライマーセットをそれぞれ作製し、子宮体癌と正常子宮内膜組織各5検体をreal-time quantitative RT-PCR法を用い、各候補遺伝子の発現量の差異を確認し、候補遺伝子5個を選定し、各候補遺伝子用にプローブを作製した。子宮体癌、子宮内膜増殖症(特に複雑型異型内膜増殖症)、および月経周期を4期に分けた正常子宮内膜組織それぞれ約10検体において、作製したプローブを使用し、RT-PCR法によって、5個の遺伝子それぞれの発現量を比較したが、月経周期により各候補遺伝子の発現量に差異が生じた。現在は候補遺伝子を変更し、さらに組織検体数を増やして候補遺伝子の絞り込みを実施している。子宮体癌・正常子宮内膜の新鮮凍結標本から抽出したRNAを使用し、改良型Serial Analysis of Gene Expression (SAGE)法によって、各11000個以上のmRNAを1つずつ読み上げ解析した。各々のmRNAによる遺伝子発現プロフイールを作製した。この遺伝子発現プロフイールをコンピューターにより解析し、それぞれ子宮体癌・正常子宮内膜のプロフイールの差異を比較した。その上で、2つの組織間で発現量に大きな差のある遺伝子配列を約40個拾い上げ、インターネットデータベース上で検索をして表出する遺伝子確認した。不適当なものを除いた約40個の候補遺伝子のプライマーセットをそれぞれ作製し、子宮体癌と正常子宮内膜組織各5検体をreal-time quantitative RT-PCR法を用い、各候補遺伝子の発現量の差異を確認し、候補遺伝子を選定し、各候補遺伝子用にさらにプローブを作製した。子宮体癌、子宮内膜増殖症(特に複雑型異型内膜増殖症)、および月経周期を4期に分けた正常子宮内膜組織において、現在作製したプローブをもちいて、RT-PCR法により、mRNAそれぞれの発現量が安定しない。現在は候補遺伝子を変更して、絞り込みを実施している。インフォームド・コンセントにより、患者の同意を得て採取された子宮体癌・正常子宮内膜の新鮮凍結標本を用い、組織から抽出したRNAを使用し、改良型Serial Analysis of Gene Expression(SAGE)法によって、それぞれ11000個以上のmRNAをすべて読み上げた。これらの結果をまとめ各々のmRNAによる遺伝子発現プロファイルを作製した。この遺伝子発現プロファイルをコンピューターにより解析し、それぞれ子宮体癌・正常子宮内膜のプロファイルの差異を比較した。その上で、2つの組織間で発現量に大きな差のある遺伝子と所列を拾い上げ、インターネットデータベース上で検索をして表出する遺伝子確認した。不摘当なものを除いた約40個の候補遺伝子のプライマーセットをそれぞれ作製し、子宮体癌と正常子宮内膜組織各5検体をreal-time quantitative RT-PCR法を用い、各候補遺伝子の発現量の差異を確認し、候補遺伝子を選定し、各候補遺伝子用にさらにプローブを作製した。子宮体癌、および正常子宮内膜組織(月経周期)、子宮内膜増殖症において、現在作製したプローブをもちいて、RT-PCR法により、mRNAの発現量を比較した。月経周期や検体により候補遺伝子の発現量が安定しないが、候補遺伝子は5個に絞り込むことができた。この中に、子宮体癌に特異附に発現する遺伝子が含まれ、これらによる分子診断が可能になる。
治療導入を目指したABCA4網膜症国際コホート及び遺伝子型表現型データベース作成

本研究の目的は、東京医療センター(NISO)、英国UCL、米国NIH、STGD国際共同プロジェクト(ProgSTAR)の連携の下、3大陸を跨いだABCA4関連網膜症国際コホート・共有データベースの作成である。本研究は1)臨床診断・患者リクルート、2)遺伝子検索、3)国際データベース・コホート作成、4)変異インパクトスコア算出、5)遺伝子型・表現型関連解析、(6)コホート間変異頻度比較、(7)治療法考案、の七段階で遂行された。平成31年度までに、NISOでは155症例、英国UCLからは190症例、米国NEI/NIH、ProgStar studiesからは193症例が登録され、計518症例がデータベースに登録された。網羅的遺伝子検索により同定された高頻度ABCA4変異は、本邦ではc.1760+2T>G(変異頻度:16.7%)、p.Arg2149Ter(6.0%)、英国では、p.Gly1961Glu (10.4%)、c.5461-10T>C(6.8%)、米国では、p.Gly1961Glu(13.6%)、p.Gly863Ala (7.0%)であった。253のミスセンス変異に対して、インパクトスコアが算出された。91変異はnative conformationの消失(36.0%)が予測されたのに対して、68変異(26.9%)はstabilizing effectが示唆された。ヌル変異の有無による遺伝子型分類、変異インパクトスコアは、発症年齢、電気生理学的表現型分類と関連・相関を示した。コホート間の変異頻度比較では、各コホート間における優位な頻度差異を認めた。治療考案は、薬物治療、遺伝子治療、再生細胞移植等について行われ、視サイクル制御薬を用いた治療治験をはじめ、複数の治療治験がデータベースの情報をもとに遂行されるに至った。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。遺伝性網膜疾患は極めて難治であり、三大失明原因のひとつにかぞえられる。Stargardt病、網膜色素変性症をはじめ多くの遺伝性網膜疾患でABCA4遺伝子異常が高頻度に検出され、ABCA4関連網膜症の病態理解、治療導入が急務となっている。本研究の目的は、東京医療センター(NISO)、英国UCL、米国NationalEyeInstituite/National Institute of Health (NEI/NIH)、STGD国際共同プロジェクトであるPROGSTAR STUDIESの連携の下、3大陸を跨いだ形でのABCA4関連網膜症国際コホート・共有データベースを作成する事である。さらに、確立されたコホートにおいて、変異構造解析を用いた遺伝子型・表現型関連解析、頻出変異の大陸間比較を行うことで、大陸・民族間の病態差異を理解した上での治療導入が考案され、世界規模での個別化医療の実践が強力に推進される。本研究は(1)臨床診断・患者リクルート、(2)ABCA4遺伝子検索、(3)国際データベース、国際コホート作成、(4)変異構造解析によるインパクトスコア算出、(5)遺伝子型・表現型関連解析、(6)コホート間における変異比較、(7)治療法の考案、の七段階を経て遂行される。平成29年4月現在、本邦NISOでは117症例における臨床検査、ならびに臨床診断、患者リクルートが終了し、全117症例についてDNA精製が終了し、遺伝子解析が進行中である。また、データベースロジックが構築され、サーバの確保が完了し、NISO, UCL, NEI/ProgStarから国際データベースへの症例登録が開始・継続されている。NISOにおける、臨床診断・患者リクルートについてはNISO/UCL/NEI、3機関における画一化された臨床診断に基づき行われており、目標150症例の内117例のリクルートが完了している。NISO症例のABCA4遺伝子検索について全117症例においてのDNA精製が終了し、Columbia Universityとの技術協力の元、遺伝子変異同定が進行中である。遺伝子変異構造解析についてはNEIに技術指導を仰ぐ形でワークステーションをNISOに設置し、インパクトスコア算出に必要となる野生型・遺伝子変異型ABCA4タンパク質モデルを作成中である。各症例についての治療法の考案についてはUCLとの連携の下、p.G1961E遺伝子変異を有する臨床症状が比較的軽度の症例に対して、網膜毒性物質(A2E)蓄積阻害薬を用いた薬物治療の導入が検討されている。遺伝性網膜疾患は先進国において最も頻度の高い失明原因となっている。Stargardt病(STGD)、網膜色素変性症、黄斑ジストロフィ、錐体桿体ジストロフィをはじめ多くの疾患がABCA4異常に起因し、ABCA4関連網膜症の病態理解、治療導入が急務である。本研究の目的は、東京医療センター(NISO)、英国UCL、米国NIH、STGD国際共同プロジェクト(ProgSTAR)の連携の下、3大陸を跨いだ形でのABCA4関連網膜症国際コホート・共有データベースを作成する事である。さらに、変異構造解析を用いた遺伝子型・表現型関連解析、頻出変異の大陸間比較を行うことで、大陸・民族間の病態差異を理解した上での世界規模での治療導入の考案・個別化医療の実践を目指す。

本研究は1)臨床診断・患者リクルート、2)遺伝子検索、3)国際データベース・コホート作成、4)変異インパクトスコア算出、5)遺伝子型・表現型関連解析、(6)コホート間変異頻度比較、(7)治療法考案、の七段階で遂行される。平成30年4月現在、NISOではABCA4関連網膜症155症例における臨床検査・診断、患者リクルートが終了し、現在までに20例について36のABCA4変異が同定されている。英国UCLからは190症例、米国NEI/NIH、ProgStar studiesからは193症例が登録され、計518例のABCA4関連網膜症がデータベースに登録された。現在までに同定された37の高頻度ミスセンス変異に対して、molecular modelingによるインパクトスコア算出が終了し、本スコアが遺伝子型・表現型相関解析に利用されている。公開データベースより得られた各民族正常者コホートにおけるABCA4変異頻度比較が可能となるインハウスデータブラウザの構築が完了しており、コホート・民族間変異頻度比較に活用されている。1)臨床診断・患者リクルートはNISO/UCL/NEI、3機関における画一化された臨床診断に基づき行われ、平成30年4月現在、NISOではABCA4関連網膜症155症例のリクルートが終了した。英国UCLからは190症例、米国NEI/NIH、ProgStar studiesからは193症例が登録され、計518例の症例リクルートが完了した。2)Columbia Universityとの技術協力の元、遺伝子変異同定が進行中であり、本邦/英国/米国20/190/193例についてそれぞれ、36/148/148の変異が同定された。3)全518症例の臨床・遺伝データは、本研究で構築されたABCA4網膜症国際データベースへの登録が完了した。4)変異構造解析についてはNEIとの協力の下、インパクトスコア算出に必要となる野生型・遺伝子変異型ABCA4タンパク質モデルが作成され、37の高頻度ミスセンス変異に対して、Protein folding/unfolding energyが算出され、これがインパクトスコアとして活用されている。5)遺伝子型・表現型関連解析については、ヌル変異にをベースとした遺伝子型重症度分類、molecular modelingによるインパクトスコア、両者を利用した相関解析が計518例のコホートについて進行している。6)コホート間変異頻度比較については、公開データベースより得られた各民族正常者コホートにおけるABCA4変異頻度比較が可能となるインハウスデータブラウザの構築が完了しており、疾患コホート・民族間変異頻度比較に活用される。7)治療法の考案についてはUCLとの連携の下で進行しており、p.G1961E関連症例に対する網膜毒性物質(A2E)蓄積阻害薬を用いた薬物治療の導入、スプライシング変異に対する、核酸医薬を用いた薬物治療の導入が考案されている。本研究の目的は、東京医療センター(NISO)、英国UCL、米国NIH、STGD国際共同プロジェクト(ProgSTAR)の連携の下、3大陸を跨いだABCA4関連網膜症国際コホート・共有データベースの作成である。本研究は1)臨床診断・患者リクルート、2)遺伝子検索、3)国際データベース・コホート作成、4)変異インパクトスコア算出、5)遺伝子型・表現型関連解析、(6)コホート間変異頻度比較、(7)治療法考案、の七段階で遂行された。
レンズ形成における熱ショック転写因子の役割

本研究で、レンズを中心とする目の形態形成にHSF1とHSF4がどのような役割を演じているかを明らかにする。そこで今回、HSF4とHSF1の両遺伝子欠損マウスを作製し、レンズ形成におけるHSFの役割を解析した。HSF4欠損マウスは白内障を発症し、レンズ繊維細胞の封入体構造を伴う形態異常を認めるとともにγ-Crystallin蛋白質の発現が著しく低下していた。両遺伝子欠損マウスでは、形態異常がさらに進行し、γ-Crystallin蛋白質の発現も低下していた。また野生型のレンズ上皮細胞は規則正しい立方体であるの対し、HSF4欠損マウスでは円柱状の形態異常を示した。さらに増殖の亢進をともなうレンズ上皮細胞数の増加を認めた。レンズ上皮細胞の増殖因子であるFGFの発現を検討すると、HSF4欠損マウスで、FGF-1,-4,-7の発現が亢進していた。レンズを用いたクロマチン免疫沈降法の結果より、HSF4とHSF1がFGF-7のプロモーター領域に直接結合し転写調節していることが分かった。興味深いことに両遺伝子欠損マウスでは、HSF4欠損マウスで見られたレンズ上皮細胞の異常は改善され、FGFの発現も野生型まで改善されていた。以上のことから、HSF4とHSF1はレンズ繊維細胞で協調的にγ-Crystallin遺伝子の転写調節を行うことが明らかとなった。一方レンズ上皮細胞では拮抗的にFGF遺伝子の転写調節を行い、レンズ形成において増殖・分化に重要な役割を行っていることが分かった。この研究より、1.HSFの熱ショック蛋白質以外のターゲット遺伝子を同定2.HSF分子による遺伝子発現の拮抗的制御3.HSFがレンズ形成の成熟・維持に必須であることを示した。HSF4遺伝子破壊マウスでの白内障発症の解析を、各週齢の組織切片を用い調べたところE15.5ではレンズ繊維細胞に異常を認めないが、生後2日目ではその腫張を認め、4週齢で白内障が現れた。また白内障を起こしている、レンズの繊維細胞中に凝集体の形成を確認した。HSF4ターゲット遺伝子を知る目的で熱ショック蛋白質群とレンズ蛋白質で最も主要なCrystallin群の発現を免疫染色、ウエスタブロットを用い解析した結果、HSF4欠損マウスにおいてHsp27とγ-Crystallin蛋白質が著しく低下していることが分かった。γ-Crystallinの遺伝子異常の多くが白内障を引き起こすことがヒトとマウスで知られている。γ-Crystallinは、6種類のファミリーからなり、HSF4欠損マウスにおいて全ての遺伝子の発現RT-PCRで確認したところ、すべてのγ-Crystallinで低下していることがわかった。上流配列の解析が進んでいるγF-crystallinプロモーター領域を解析した結果、HSF4依存的にプロモーター活性が上がること、HSF4が結合するHSE様配列が存在することが明らかになった。このγ-Crystallin群全てのプロモーター領域にHSEが存在した。これらHSE配列にHSF4が結合し転写調節できるかを、γF-crystallinプロモーター領域を用いレポーターアッセイ、ゲツシフトアッセイで解析した。HSE配列変異体では転写活性が無く、HSE配列持つものでは転写活性が見られることより、確かにHSF4は、γF-crystallinプロモーター領域に直接結合し転写調節を行うことが分かった。更にレンズよりゲノムを調整し、抗HSF4抗体でクロマチン免疫沈降法を行い、γF-crystallinプロモーターのHSE配列を含む領域をPCRで検出することが出来た。以上のことより、HSFはすべてのγ-Crystallin群を直接転写制御し、レンズ形成過程に必須であることが明らかになった。
口腔内小唾液腺腫瘍の細分類と診断基準確立のための構成細胞の解析

本研究では、唾液腺腫瘍WHO国際分類の改訂に当たって新たに採択される、特に低悪性度の腫瘍型を中心に、構成細胞の免疫細胞化学的および超微的特徴を確立することにより、各腫瘍型分類の妥当性、病理組織学的診断基準を検討するとともに、一部腫瘍型の亜型についても解析した。その結果、主な知見として、1)筋上皮腫は多形性腺腫の亜型と見なされ、両者の良性型の境界は確定できないが、悪性筋上皮腫は多様な細胞成分に共通した免疫染色性に基づいて別個に分類・診断すべきである。2)多形低悪性度腺癌は小唾液腺固有の超低悪性の腺癌であり、異型を欠く均一な細胞の多様な配列形状より診断できるが、鑑別・確定診断には、上皮(CK,EMA)と腫瘍性筋上皮のマーカー(特にS100/Vimentin強陽性)の発現を合併した免疫染色性の証明が必須要件と考えられる。3)腺様嚢胞癌、基底細胞腺腫、同腺癌、上皮筋上皮癌、多形性腺腫に共通して見られる2相性管状構造の内・外層構成細胞の細胞学的所見と免疫染色パターンはそれぞれ特徴的であり、これらの鑑別に有用である。4)当初から低悪性の経過を辿る多形性腺腫の存在することが明らかであり、今後、悪性混合腫瘍グループに第5番目の亜型として加える必要がある。5)粘表皮癌の高悪性型(低分化型)に関しては、異種の腫瘍型を包含する可能性が残る。6)富グリコーゲン性明細胞から成る唾液腺腫瘍は、雑多な腫瘍型を含み、今回の検索材料にも、明細胞型の粘表皮癌、悪性筋上皮腫、明細胞優位型の上皮筋上皮癌、分類不可能な低分化腺癌の存在を確認できたことから、独立型として分類することは妥当でない。これらの知見に加えて、一部の腫瘍、例えば腺様嚢胞癌における組織パターンによる型分類が必ずしも臨床的態度の信頼できる予知因子とはならないことが判明し、今後の唾液腺腫瘍研究の方向を個々の症例における腫瘍細胞の増殖活性や悪性潜能の評価手段の検討に向ける必要性が示唆された。従来のWHO国際分類には掲げられていない、各種腫瘍型について、臨床病理組織学的・免疫組織化学的・電顕的に検討し、次の知見を得た。1.筋上肢腫:良性筋上肢腫の構成細胞は,多形性腺腫の索状・充実性増殖部に共通した免疫染色性(ケラチン,ビメンチン,S100蛋白,アクチン等に陽性)を示し,組織学的に多形性腺腫の亜型とみなされた。上皮様・明細胞型に浸潤性増殖,術後再発をきたす例が多いほか,紡錘細胞型や形質細胞様型にも転移を伴う悪性例があり,未分化癌を診断した例が筋上肢癌であることが判明するなど,悪性型を分類する必要性を確認できた。2.唾液管癌:PCNAをマ-カ-に構成細胞の増殖活性を検討したところ,他の腫瘍型よりも高い陽性率を示し,高悪性の臨床的態度とよく相関した。本腫瘍の構成に筋上肢の関与はなく,純上肢性であることも示された。3.多形低悪性度腺癌:欧米で報告されているよりもはるかに稀であり、その出現頻度に地理的差異のあることがうかがわれた。

多様な増殖パタ-ンにかかわらず,均一な小細胞から成り,腺腔を形成しながらも上記の腫瘍性筋上肢に一致したマ-カ-やEMAの発現を示すことから,免疫染色が他の腫瘍型との鑑別に有用であることが示された。4.上肢筋上肢癌:腺上肢・筋上肢2相性を示す定型例のほか,筋上肢性明細胞が大多数を占める単相性の例もあり,上記の明細胞型筋上肢腫との区別を明確にはできなかった。その浸潤性発育は明らかなものの,臨床的に低悪性の腺癌とみなされた。5.基底細胞腺癌:基底細胞腺腫の組織学的特徴を備えながら,浸潤性増殖の明らかな腫瘍を、良性型や腺様嚢胞癌等と区別して分類する必要があることが示された。改訂されたWHO国際分類で新たに採択された各種腫瘍型を中心に、構成細胞の性状の免疫組織化学的・電顕的検討を継続するのに加えて、今年度は、腫瘍細胞の増殖活性の数量的解析を試み、以下の知見を得た。1.良・悪性各種腫瘍型を用い、その臨床経過・組織像と増殖細胞核抗原(PCNA)の局在・発現頻度とを比較検討した結果、腫瘍の増殖能・臨床態度とPCNA発現率との密接な相関性が認められ、唾液腺腫瘍の予後を推測する因子としてのPCNA発現率の有用性が示唆された。2.PCNA発現率を指標として、筋上皮腫と多形性腺腫の増殖活性を比較した結果、上皮様・紡錘形・明細胞型の腫瘍性筋上皮を主体とする筋上皮腫ではPCNA発現率が多形性腺腫のそれよりも有意に高く、このようなタイプの筋上皮腫が多形性腺腫よりもややaggressiveな臨床経過を辿る可能性が示唆された。従って、筋上皮腫の診断に際しては、構成細胞による細分類を明示することが必要であると考えられた。3.腺様襄胞癌については、臨床的悪性度と腫瘍細胞の平均AgNOR数との相関性を検討し、平均AgNOR数が4以上を示す症例は転移率が高く予後不良であったことより、AgNOR数が臨床態度を推測する客観的基準となりうる可能性が示唆された。さらに、組織学的亜型とAgNORとの関連性を検討しつつある。4.専ら富グリコーゲン性明細胞より成り、組織学的診断の困難であった唾液腺腫瘍の症例について、免疫組織化学的・電顕的検索を行い、これまでに得られた各種腫瘍型での所見と比較した結果、粘表皮癌のclear cell variantであることが確認できた。5.腺様襄胞癌と組織像に共通性のある多形低悪性腺癌、基底細胞腺癌、上皮筋上皮癌、未分化癌を対象に、構成細胞の解析を行い、それぞれの異同、位置付けについて検討を加えている。
細菌バイオフィルム中の薬剤耐性変異株の出現機構解析と制御

突然変異株の微生物集団中での挙動を調べるために、突然変異株の細胞間コミュニケーション能力について調べた。昨年度までは、緑膿菌の細胞外多糖のアルギン酸を過剰生産するムコイド変異株が細胞間コミュニケーションをする際、緑膿菌の生産する複数のシグナル物質に対する応答性が全体的に低下し、さらに特定のシグナル物質に対する応答性ほとんどないことを発見した。また、アルギン酸生産がそのシグナル物質の応答のみを阻害していることが示された。そのことから、ムコイド変異株は集団中で異なる挙動を示す可能性があることを示唆すことができた。さらに、その詳しいメカニズムを解明するために、文献調査を行い、様々な関与する可能性のある因子について調べ、実験を行った。今年度はさらに野生株と共存したときに、野生株からのシグナルに対する応答も同じ現象が見られるかについて調べ、その結果、1種類のシグナル物質以外シグナル物質添加時と同様な結果が得られた。また、ムコイド変異株は実験室で長期培養すると野生型に戻るリバータントが出現するが、そのリバータントのシグナル応答のパターンも野生型に戻ることを示すことができた。28年度が最終年度であるため、記入しない。1.In vitroでの突然変異株の挙動解析と突然変異検出プラスミドの作成:ムコイド変異株を抗生物質で選択できるプラスミドを作成し、バイオフィルムでの出現頻度を簡単に検出、そして単離できるようにした。その結果、実験環境においてもムコイド変異株がバイオフィルム中に出現することが示され、また、ムコイド変異株をバイオフィルムから単離することに成功した。これからIn vivoでの突然変異株の挙動解析を行っていきたい。2.緑膿菌バイオフィルムの抗生物質の殺菌効果の評価:東邦大学医学部微生物・感染学教室の舘田一博教授との共同研究で、様々な医療現場において緑膿菌治療で使われている抗生物質の単剤または併用での緑膿菌バイオフィルムに対する殺菌効果の評価を共焦点レーザー顕微鏡観察で可視化を行うことで評価を行った。その結果、コリスチンとの併用で強い殺菌効果が見られた。3.緑膿菌ムコイド変異株の細胞間コミュニケーション能力の解析:突然変異株が微生物集団中での挙動を調べるために、突然変異株の細胞間コミュニケーション能力について調べた。緑膿菌ムコイド変異株が細胞間コミュニケーションをする際、緑膿菌の生産する複数のシグナル物質に対する応答性が全体的に低下し、さらに特定のシグナル物質に対する応答性ほとんどないことを発見した。そのことから、ムコイド変異株は集団中で異なる挙動を示す可能性があることが示唆された。1.緑膿菌バイオフィルムの抗生物質の殺菌効果の評価バイオフィルムは浮遊状態の単菌よりも抗生物質耐性がはるかに高い。しかしながら、緑膿菌バイオフィルムに対する治療で使われている抗生物質の殺菌効果の評価は現段階まだ薬剤耐性試験にとどまっており、バイオフィルムに対する殺菌効果の三次元的な可視化の研究はまだ不十分であった。そこで、東邦大学医学部微生物・感染学教室の舘田一博教授との共同研究で、様々な医療現場において緑膿菌治療で使われている抗生物質の単剤または併用での緑膿菌バイオフィルムに対する殺菌効果の評価を共焦点レーザー顕微鏡観察で可視化を行うことで評価を今年度も様々な薬剤の組み合わせで行った。昨年ではコリスチンとの併用で強い殺菌効果が見られた薬剤があったので、今年度も引き続きコリスチンと様々な薬剤の併用効果を調べることにした。その結果、コリスチンとの併用効果が高い薬剤がさらに見つかった一方で、併用効果が顕著でない薬剤や、逆に単剤投与のときよりも併用時の殺菌効果が低下した薬剤も存在することを明らかにした。2.緑膿菌ムコイド変異株の細胞間コミュニケーション能力の解析突然変異株が微生物集団中での挙動を調べるために、突然変異株の細胞間コミュニケーション能力について調べた。昨年度は、緑膿菌ムコイド変異株が細胞間コミュニケーションをする際、緑膿菌の生産する複数のシグナル物質に対する応答性が全体的に低下し、さらに特定のシグナル物質に対する応答性がほとんどないことを発見した。よって今年度は引き続きその応答性がシグナル物質によって変化する具体的なメカニズムについて調べた。文献調査を行い、様々な関与する可能性のある因子について調べ、実験を行い、現在引き続き継続中である。細菌集団中に出現する突然変異株の挙動解析を行っており、今年度は特に緑膿菌のムコイド変異株の細胞間コミュニケーションについて研究を行った。ムコイド変異株では緑膿菌の生産する複数のシグナル物質に対する応答性が全体的に低下し、さらに特定のシグナル物質に対する応答性がほとんどないことが明らかにされたが、今年度はそのメカニズムについて詳しく調べた。様々な影響を与える可能性のある因子について調べ、実験を行い、メカニズム解明につながる因子を現在解析している。

さらに、その詳しいメカニズムを解明するために、文献調査を行い、様々な関与する可能性のある因子について調べ、実験を行った。今年度はさらに野生株と共存したときに、野生株からのシグナルに対する応答も同じ現象が見られるかについて調べ、その結果、1種類のシグナル物質以外シグナル物質添加時と同様な結果が得られた。また、ムコイド変異株は実験室で長期培養すると野生型に戻るリバータントが出現するが、そのリバータントのシグナル応答のパターンも野生型に戻ることを示すことができた。よって本研究はバイオフィルム中に出現する突然変異株の可視化を試み、その微生物集団の中での挙動について研究を行うことによって、突然変異株の制御を目指している。突然変異株の可視化の実験系の構築を進めることができた。さらにムコイド変異株を研究対象として用い、集団中の突然変異株は異なる挙動を示す可能性があることを示唆できた。また、バイオフィルムは浮遊状態の単菌よりも抗生物質耐性がはるかに高いにもかかわらず、緑膿菌バイオフィルムに対する治療で使われている抗生物質の殺菌効果の評価は現段階まだ薬剤耐性試験にとどまっており、バイオフィルムに対する殺菌効果の三次元的な可視化の研究はまだ不十分であった。本研究は医療現場において使用される抗生物質の緑膿菌標準菌株のバイオフィルムに対する殺菌効果を可視化することができた。緑膿菌ムコイド変異株の緑膿菌の生産する複数のシグナル物質に対する応答性が全体的に低下し、さらに特定のシグナル物質に対する応答性ほとんどないことのメカニズムについて様々な影響を与える可能性のある因子について調べ、実験を行い、メカニズム解明につながる因子を解析する。また、バイオフィルム中に出現する突然変異株の可視化と挙動解析を共焦点レーザー顕微鏡とフローサイトメトリーを用いて引き続き解析する予定である。28年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は突然変異株の可視化の実験系を構築できたが、今後その出現頻度と出現メカニズムについて調べるとともに、動物細胞やマウスなどを用い、感染する際の宿主側の因子の影響も調べていきたい。また、医療現場において使用される抗生物質のバイオフィルムに対する殺菌効果の三次元的な可視化を緑膿菌標準菌株を用いて行ったが、実際に臨床由来の緑膿菌にも同じ効果が見られるかについては不明点が多い。そのため、今後は臨床単離株を用いて調べていきたい。これらの実験は東邦大学微生物・感染症学講座との共同研究で進める予定である。
次世代WBTのための受講者観察システムの研究開発

ブロードバンドの普及により、企業内研修はもちろんのこと、各家庭での学習、さらには高等教育においてもe-Learningが急速に普及してきた。しかし、一方では従来型のe-Learningの手法による教育ではモチベーションの低下によって学習を継続する事が困難であることが指摘されている。そこで、本研究ではe-Learning、特にWebを用いたいわゆるWBT(Web Based Training)において、教材コンテンツの配信を一方通行ではなく、学習者の状況に応じて変化させることに主眼をおき、受講者の状況把握を行うための受講者観察システムの構築を行っている。このシステムでは、受講者の学習内容に依存しない眼球運動に着目し、特にSaccadeと呼ばれる眼球の断続的な高速跳躍運動の検出を行う事で、学習への集中度を検出する。Saccade現象の有無については、学習への集中度に応じて変化があることがすでに分かっており、これを検出することで学習者の状況を把握することが可能である。しかし、Saccade現象はわずか30msecという短い時間に起こるため、これを通常のビデオカメラで検出するには、いわゆるビデオレート(1/30秒)、すなわち一コマあたり33msec以内にSaccade検出の計算を終える必要がある。本研究のアルゴリズム開発はすでに2002年より行われているが、ビデオレートでの処理が実現していなかった。そこでこの処理時間を短縮するためにアルゴリズムの改良を行い、ほぼリアルタイムでSaccadeの検出を行う事を可能とした。しかし、一方では従来型のe-Learningの手法ではモチベーションの低下によって学習を継続する事が困難であることが指摘されている。そこで、本研究ではe-Learning、特にWebを用いた、いわゆるWBT(Web Based Training)において、教材コンテンツの配信を一方通行ではなく、学習者の状況に応じて変化させることに主眼をおき、受講者の状況把握を行うための受講者観察システムの構築を行っている。このシステムにおいては、受講者の学習内容に依存しない眼球運動に着目し、特にSaccadeと呼ばれる眼球の断続的な高速跳躍運動の検出を行う事で、学習への集中度を検出する。Saccade現象の有無については、学習への集中度に応じて変化があることがすでに分かっておりこれを検出することで、学習者の状況を把握する。しかし、Saccade現象はわずか30msecの瞬間に起こるため、これを通常のビデオカメラで検出するには、いわゆるビデオレート(1/30秒)、すなわち一コマあたり33msec以内にSaccade検出の計算を終える必要がある。そこで今年度はこの処理時間を短縮するためにアルゴリズムの改良を行い、過去の研究と比較して約十分の一の計算時間でSaccadeの検出を行う事を可能とした。そこで、本研究ではe-Learning、特にWebを用いたいわゆるWBT (Web Based Training)において、教材コンテンツの配信を一方通行ではなく、学習者の状況に応じて変化させることに主眼をおき、受講者の状況把握を行うための受講者観察システムの構築を行っている。

本研究のアルゴリズム開発はすでに2002年より行われているが、ビデオレートでの処理が実現していなかった。そこで昨年度に引き続きこの処理時間を短縮するためにアルゴリズムの改良を行い、ほぼリアルタイムでSaccadeの検出を行う事を可能とした。
抗HCV薬リバビリンの中性脂肪合成抑制機序の解明とリバビリンに代わる薬剤の探索

肝細胞での中性脂肪合成の亢進は脂肪肝、肝がんの発症リスクを高める。我々はC型慢性肝炎治療薬の一つであるリバビリンが中性脂肪合成を抑制することを以前見出した。本研究では、その機序に関わる転写因子C/EBPαに着目し、一年目はリバビリンによるC/EBPαの分解制御機構の解明、リバビリンによる中性脂肪合成抑制に寄与するC/EBPα下流因子の同定を目標に研究を行った。C/EBPαのタンパク質分解を促進する因子としてTRIB1が知られている。また、リバビリンによりTRIB1の発現が有為に上昇することから、TRIB1に着目し解析を行った。リバビリン感受性肝がん細胞において、TRIB1をsiRNAによりノックダウンするとC/EBPαのタンパク量は増大したが、リバビリンによるC/EBPαタンパク質分解を阻止することはできなかった。従って、リバビリンによるC/EBPαタンパク質分解にTRIB1が関与している可能性は低いと示唆された。現在、キナーゼタンパク質の関与を調べている。C/EBPαの下流因子としてリバビリンの中性脂肪合成抑制に最もリンクする遺伝子の一つとしてトリグリセリド合成酵素遺伝子Glycerol-3-phosphate acyltransferase, mitochondrial (GPAM)を同定した。GPAMゲノム領域におけるC/EBPα応答領域を同定するために、データベースなども駆使し取り組んでいる。現在までに、C/EBPαはGPAMの発現において、遠位のエンハンサーとして働いていることを示すデータを得ている。GPAMの遺伝子発現制御についてはこれまでに、SREBP1がプロモーター近位のゲノム領域に作用し転写活性化されることは報告されている。C/EBPαのGPAMに対する発現制御を明らかにすることで、中性脂肪合成制御機序の解明および制御に繋がると考えられる。リバビリンによるC/EBPαタンパク質分解に関わる因子を同定するには至らなかった。リバビリンによるC/EBPαのタンパク質分解に関わる因子の同定、およびC/EBPαのGPAM遺伝子発現制御機序についてさらに進める。特に、GPAM遺伝子発現制御については、GPAMゲノム上におけるC/EBPα作用領域、SREBP1などの他の転写因子とC/EBPαの相互作用なども調べ、リバビリンによるC/EBPαタンパク質分解を介したGPAM遺伝子発現抑制機序について明らかにする。そして、GPAM遺伝子の発現制御に関わるシス因子(ゲノム上の塩基配列)を標的にした細胞アッセイシステムを構築し、リバビリンに代わる有用な中性脂肪合成阻害剤の探索に取り組む予定である。節約を心掛けたのと、一年目の研究計画がやや遅れたために、次年度使用額が生じた。次年度使用額で、一年目に行う予定であった転写因子とゲノムの作用機序の解析(クロマチン免疫沈降など)、また、新たな試みとしてクリスパーキャス9システムによるゲノム編集ツールを用いたゲノムエンハンサー領域の解析などに用いていきたいと考えている。

さらには、当該年度以降分として請求している助成金とも合わせ、特に中性脂肪合成阻害剤開発のための細胞アッセイシステム構築に必要な試薬、およびスクリーニングに用いる薬剤ライブラリー、スクリーニングに伴う試薬購入などに充てたいと考えている。
病因不明皮膚疾患におけるヘルペスウイルス感染の役割の検討と新規ヘルペスウイルス検査法の開発

1.病因不明皮膚疾患である天疱瘡とヒトヘルペスウイルス8(HHV-8)感染との関連について検討した。中国北東部地域の患者58例及び健常人230例についてELISA法によりHHV-8特異的抗体、PCR法により抹消血及び皮膚検体中のHHV-8ゲノムの存在を検討した。HHV-8特異抗体及びゲノムの陽性率は患者群で30%以上であるのに対し、健常群では8%以下でありHHV-8感染と有為な関連があることを見出した。2.発表されているもの及び研究室内で使われていたものなどいくつかのプライマーを比較検討し、単純ヘルペウイルス1型(HSV-1)、HSV-2、VZV、サイトメガロウイルス(CMV)、HHV-6、-7などのヘルペスウイルスDNAの検出を高感度で定量的に行えるリアルタイムPCR法を確立した。皮膚性脈管炎などの皮膚疾患患者より得た病理標本よりDNAを抽出しウイルスの検出・定量解析を進めた。3.ウイルス感染により発現される前初期蛋白により活性化されるプロモーターを用いて化学発光を指標として容易かつ迅速にVZV力価を測定できる細胞株を樹立した。この細胞株にVZVを感染させると24時間後にはすでにルシフェラーゼ活性を認め、時間経過とともに活性の増加をみた。発現されたルシフェラーゼ活性は感染させたVZV量に相関し、検出感度は50感染力価(PFU)と優れていた。CMV, HHV-6,HHV-7による感染ではルシフェラーゼ活性が増加しなかった。HSV-1では活性化がみられたが、感染48時間後には強い細胞変性効果を示すため、実用的にはVZVとの峻別に問題はない。
河道環境の変化に伴う堤防・護岸災害の予測と制御法に関する研究

本研究は河床が低下する傾向にある河川の堤防・護岸の安全性を水理学的観点から明らかにすることを目的として行ったものである。以下、本研究によって得られた知見を要約する。1.河床低下の傾向にある交互砂州河道には、一般に抵水路が形成され、低水路の屈曲部には深掘れが生じる。これは流れの集中によるものであるが、低水路を満杯で流れる条件において、洗掘深は最大になる。2.護岸の被災過程には法勾配及び水潤している法長に応じて明確な差異がある。同一護岸高であれば、1割以上の急な護岸は主に土質力学的過程によって前方に押し出されるように起立して被災し、2割の護岸は目地等の間隙に働く流体力によって浮き上がるようにして被災する。3.低水路の屈曲部の深掘れを軽減するための方法の一つに不透過水制を設置する事が考えられる。この種の水制によって深掘れは著しく緩和されることが判明した。4.低水路を有する河川の弱点を捜し、その安定性を高めるための工法をより一般的に評価することを目的として、工作物の影響や2次流の影響を取り入れた平面2次元流れと河床変動に関するシミュレ-ション法を開発した。
代数多様体に付随するGalois表現の研究

代数曲線に付随する外Galois表現に付いて、その像の大きさの評価を中心的課題として研究を行なった。代数曲線の副l基本群への作用から定まるGalois表現については、自然にそのLie環化を考えて詳しく調べることが基本的な手法の一つであるが、Galois群の入れ物となるLie環についても、定義は明確に書き下されたものにも関わらず、そのLie構造について判っていることは少ない。その大きな要因の一つには、Lie環やそのderivation環についての実験的計算を手軽に行なうのが困難であることが挙げられる。そこで今年度の研究では、自由Lie環に於ける様々な計算が手軽に実行できるsoftwareの製作から取組んだ。これを用いて、P^1\{0,1,∞}に付随するGalois表現のLie環化について計算機を用いた計算を行ない、Deligneのmotivic予想と呼ばれる予想「P^1\{0,1,∞}に付随するGalois表現の像の成すLie環は、3以上の奇数次に1つづつ生成元を持つ自由Lie環であろう」について、従来確かめられていた範囲を超えて、11次以下に於いて正しいことを確かめ、それを超える部分についても部分的に肯定的な計算結果を得た。この結果は、講演「GTの次数商の階数について」(「ガロア群と写像類群の基本群への作用」研究集会、1996年2月、於京都大数理解析研)及び「外Galois表現の像の次数商の階数について」(「整数論シンポジウム」、1996年3月、於早稲田大理工総研)に於いて発表し、現在引続き行なっている計算結果も含めて、論文として発表すべく準備中である。又、software製作に関して講演「自由Lie環の計算programの試み」(研究集会“代数学と計算"、1995年11月、於都立大)を行ない、試用版のprogramがanonymous ftp可能な形で公開される予定である。
近代中国の国家統合と中央・地方関係に関する研究

本研究計画の目的は、中華民国期における中央・地方関係を系統的に分析することであった。この目的にそって、以下の成果を得ることができた。成立当初の中華民国において、袁世凱政権は、まず各省政府と協調して国家統合と地方制度の改革を推進しようとしたが、十分な成果を得ることができなかった。結局、袁世凱は軍事力によって国家統合を進めざるを得なかった。その反面、彼は各省政府の「忠誠」を維持するため、地方制度改革ではむしろ省政府の権力を強化してしまった。また、袁世凱政権は各省政府の割拠的な権力基盤を掘り崩すため、地方財政機構の改革と県知事任用制度の改革を断行した。しかし、「第二革命」後になると地方財政機構の改革は、省政府の財政権を強化する方向に変更されてしまった。「第二革命」後に施行された県知事任用制度も、次第に形骸化して各省政府の行政・人事権を統制できなかった。これらの改革が失敗したのは、やはり袁世凱が各省政府の「忠誠」を維持するため、各省政府に妥協・譲歩をしたためだった。袁世凱政権以降、言論界では、中央・地方関係を再編する方策が様々な形で模索された。施存統もまた、この課題の解決に苦悩した知識人の一人であった。浙江省の一地方に育ち、杭州・北京・上海、そして東京という日中両国の大都市で中国の変革を模索した彼は、科学的社会主義に接近していった。とりわけ、東京における留学体験は、彼の思想的営為に大きな影響を与えた。近代中国、とりわけ中華民国期(19121949年)における中央・地方関係を、国家統合との関連から系統的に明らかにするという研究目的に即して、本年度は以下の成果を得ることができた。中央政府の統合政策と各省政府・地方勢力との関係について、1910年代の袁世凱政権期の江蘇省を対象としつつ釐金政策を分析した。その結果、江蘇省江南地方は、中国のなかでも、商人が釐金の徴収を請け負う認捐制度が最も発達した地域の一つであり、とりわけ上海における認捐制度の普及には眼を見張るものがあったこと、上海の同業団体は認捐を利用することによって、釐金がもたらす諸々の弊害・負担を回避ないし軽減していたこと、そして江蘇省政府は当初この状況を容認していたが、次第に認捐に対する監督強化を打ち出しはじめ、さらに近代的税制の確立をめざす袁世凱政権が、放縦な認捐制度こそ国家収入となる釐金の減収を招いていると考え、その抑制・廃止を射程に入れた釐金改革を相次いで断行したこと、等を明らかにした。次いで、こうした袁世凱政権の施策にもかかわらず、上海の認捐制度はついに廃止されることなく同政権の崩壊以降も存続していったこと、一連の釐金改革の過程で認捐の散収化は租界の存在という上海の特殊条件や、徴税コストの損耗など機構上の問題を前にして行き詰まり、結局、中央政府と江蘇省政府は認捐を容認して税収を確保する方向を選択していかざるを得なかったこと、が明らかとなった。

しかし、「第二革命」後になると地方財政機構の改革は、省政府の財政権を強化する方向に変更されてしまった。「第二革命」後に施行された県知事任用制度も、次第に形骸化して各省政府の行政・人事権を統制できなかった。これらの改革が失敗したのは、やはり袁世凱が各省政府の「忠誠」を維持するため、各省政府に妥協・譲歩をしたためだった。袁世凱政権以降、言論界では、中央・地方関係を再編する方策が様々な形で模索された。施存統もまた、この課題の解決に苦悩した知識人の一人であった。浙江省の一地方に育ち、杭州・北京・上海、そして東京という日中両国の大都市で中国の変革を模索した彼は、科学的社会主義に接近していった。とりわけ、東京における留学体験は、彼の思想的営為に大きな影響を与えた。
敦煌石窟学術調査

本調査は,中国石窟(莫高窟)の石窟構造・彫刻や壁画の主題・様式・技法を,美術史の立場から実地調査・研究するとともに,主要な壁画の精密な模写を作成し,また壁画の保存・修復についての観察調査をあわせ行うことによって,東西仏教美術交流史,中国及び日本古代絵画・彫刻史上の意義を明らかにする.本年度は初唐時代の窟を中心に調査を行うと共に,関連する天山南路のキジル石窟などを見学して,中国西域石窟芸術についての知見を深める.昭和62年度第3次調査では,第1・2次調査で西魏から隋代の石窟を中心に調査したので,主に初唐の代表的な石窟(057・220窟など)を選び,石窟の構造・壁画や塑像の詳細な観察・記述を行った.それにより初唐期において壁画や塑像表現の著しい発展が見られ,中国中央さらには日本の法隆寺金堂壁画などときわめて密接な関係にあることを具体的に明かにすることが出来た.また,模写のため, 057・220・217窟などの壁画の写真撮影を敦煌研究院の手によって行ってもらい,同時にカードによる色合わせを行い,その一部の模写を作成した.公開されている全窟を概観して,石窟の構造・壁画・塑像の時代的変遷の比較を行い,初唐期石窟の位置づけを行った.壁画の保存状態について,特に窟内の温度や湿度などのデータを集めると同時に測定器具を設置し,引続き測定を行うことを依頼した.調査期間中に並行して行われた敦煌石窟研究国際討論会に参加し,研究代表者が講演を行い,討論に参加することによって,さまざまな新知見を得ることが出来た.また,それに先だって,天山南路沿いのクムトラ・キジル石窟などを見学し,敦煌以西における石窟芸術の様相を詳しく見聞し,敦煌石窟研究に反映させることが出来た.調査期間中に敦煌研究院スタッフと壁画保存についての今後のあり方,特に日本の援助の計画について討論し,保存に関するさまざまな合意が得られた.本調査は,中国石窟(莫高窟)の石窟構造・彫刻や壁画の主題・様式・技法を,美術史の立場から実地調査・研究するとともに,主要な壁画の精密な模写を作成し,また壁画の保存・修復についての観察調査をあわせ行うことによって,東西仏教美術交流史,中国及び日本古代絵画・彫刻史上の意義を明らかにする.本年度は初唐時代の窟を中心に調査を行うと共に,関連する天山南路のキジル石窟などを見学して,中国西域石窟芸術についての知見を深める.昭和62年度第3次調査では,第1・2次調査で西魏から隋代の石窟を中心に調査したので,主に初唐の代表的な石窟(057・220窟など)を選び,石窟の構造・壁画や塑像の詳細な観察・記述を行った.それにより初唐期において壁画や塑像表現の著しい発展が見られ,中国中央さらには日本の法隆寺金堂壁画などときわめて密接な関係にあることを具体的に明かにすることが出来た.また,模写のため, 057・220・217窟などの壁画の写真撮影を敦煌研究院の手によって行ってもらい,同時にカードによる色合わせを行い,その一部の模写を作成した.公開されている全窟を概観して,石窟の構造・壁画・塑像の時代的変遷の比較を行い,初唐期石窟の位置づけを行った.壁画の保存状態について,特に窟内の温度や湿度などのデータを集めると同時に測定器具を設置し,引続き測定を行うことを依頼した.調査期間中に並行して行われた敦煌石窟研究国際討論会に参加し,研究代表者が講演を行い,討論に参加することによって,さまざまな新知見を得ることが出来た.また,それに先だって,天山南路沿いのクムトラ・キジル石窟などを見学し,敦煌以西における石窟芸術の様相を詳しく見聞し,敦煌石窟研究に反映させることが出来た.調査期間中に敦煌研究院スタッフと壁画保存についての今後のあり方,特に日本の援助の計画について討論し,保存に関するさまざまな合意が得られた.
分子進化を中心とする遺伝子情報解析のための人工知能システムの開発

現存する酵素、その他の蛋白質は長い進化の過程の形成されたものであり、その作用機構を解明したり、さらには新規蛋白質を設計するなどの蛋白質工学的研究には分子進化的アプローチが有力な指針を与える。遺伝情報の変化は正確にはDNAの塩基配列上で生じるのに対し、淘汰による選別はその発現した蛋白質の構造や機能を通して行われるという二段階機構で進行するため分子進化の解明には高度な情報処理が必要となる。本研究ではその起源が旧く多様な役割を果たしている蛋白質分解酵素の分子進化をBrennerのセリンプロテアーゼはシステインプロテアーゼのシステインがセリンに変異することで生じたとする仮説の検証を当面の課題として取り上げた。現在結晶構造が報告されている11種のキモトリプシン・ファミリーについてアミノ酸の置換頻度を調ベたところ、コイル部分81%,αヘリックス部分71%,βシート部分59%が非保存的置換をしていることが検出された。このような高い変異率にもかかわらずこのファミリーの各メンバーはN末端およびC末端側にβバレル構造を持ち全体構造も高い類似性を持つこと、さらに分子力学計算により評価したβバレル構造安定化の原因となる残期間相互作用のパターンが類似していることが示された。この結果はキモトリプシン・ファミリーでの分子進化はその基本骨格を保存するような強い制約の下で進行していることを示唆している。システインプロテアーゼで結晶構造が報告されているのは2例しかなく、いまのところ立ち入った考察は進んでいない。このためにはアミノ酸配列から3次元構造を予測することが必要となる。現在アニーリング法による蛋白質の折りたたみ過程のシミュレーションおよび3次元構造予測システムの開発を並行して進めており、特に,初期過程のシミュレーションのためのPeral necklaceモデルが有用なことを見出した。
逐次データ同化手法によるスロー地震域における摩擦特性推定及びすべり発展予測

豊後水道長期的スロースリップ(LSSE)を想定し、双子実験と呼ばれる数値実験を行うことによって、GNSS地殻変動データを観測データとした、逐次的データ同化手法であるアンサンブルカルマンフィルター(EnKF)を用いて、LSSE断層域での摩擦特性の推定およびすべり発展予測を逐次的に行う手法の開発を行った。まず、1997年以来観測されている繰り返し間隔7年、すべり継続時間1年程度の豊後水道LSSEを再現するモデルを構築した。具体的には、速度状態依存摩擦(RSF)則に従うすべり速度強化特性を持つ平面断層内に、すべり速度弱化特性を持つ円形パッチを設定し、豊後水道LSSEを再現するモデルを構築し、LSSE断層内の模擬すべり発展を作成した。次に、そのすべり発展モデルに基づき、地表観測点における変位速度の模擬データを作成した。この模擬観測データをEnKFデータ同化手法により解析し、摩擦パラメータおよびすべり速度発展の推定を行い、推定された摩擦パラメータとすべり速度を仮定した真値と比較する双子実験を行い、12回のLSSEの発生後に推定値が仮定した真値に収束することを確認した。その際、アンサンブルメンバーの初期推定値の作成法、アンサンブルメンバー数、およびデータ同化間隔の選び方によりどのように解の収束性が変化をするのかを調べて、最適な手法を検討した。更に、LSSE域の浅部に位置する巨大地震震源域での固着のLSSE活動への影響を考慮したモデルにより、LSSE域の摩擦特性およびすべり発展に加え、固着域でのすべり欠損速度の推定を行うEnKFデータ同化による手法補開発を行った。ただし、巨大地震震源固着域でのすべりがLSSE域と同じようにRSF則に従うように仮定すると、領域を小さなセルに分割し計算コストが高くなるので、この固着域でのすべり欠損速度は、運動学的に推定している。当初計画していたGNSSデータを観測データとした、LSSE域の摩擦特性推定およびすべり発展予測に加え、更に巨大地震震源固着域におけるすべり欠損推定を行うEnKFデータ同化手法の開発を進めたので、おおむね順調にして進行している、と評価した現状のモデルでは、巨大地震震源域における固着すべり欠損速度を一定としている。これは、巨大地震サイクル中の短い解析期間では妥当な仮定と言える。しかしなから、地震サイクル中の後半には地震発生には向けて固着状態が大きく変動すると想定されるので、現状では実データ解析は難しいが、将来的な地震発生に備えて、変動を含むデータ同化手法を開発しておく必要があり、様々なケースについて双子実験を行う予定である。また、実データ解析に向けて、以下の事項について検討して、試験的に実データ解析を試みる。1)LSSEおよび固着域断層面:現状モデルでは平面断層を用いているが、実際のプレート形状を顧慮した曲面断層へ変更する。2)観測データ:現状ではGNSSによる地表変位速度をデータとしているが、実データではかなりノイズが大きいので、効率的な平滑化手法を開発するとともに、累積変位をデータとする手法の開発を行う。3)データ同化開始時期の検討:現状では、データ同化開始時期を模擬データおよび各アンサンブルメンバーで定常状態dθ/dt=0となる時刻に設定しているが、実データでは観測変位速度が最大の時刻しか使えないので、その時刻を基本にデータ同化開始時期を検討する。4)観点数・配置の変遷:実際のGEONETは年代毎に順次観測点が増設され観測点配置が変わってきているので、その影響を評価する予定である。なお、初期成果を論文にまとめ、投稿し、更に新たな開発状況や実データへ解析の試験的結果を学会で発表し議論を行う予定である。

当初計画していたGNSSデータを観測データとした、LSSE域の摩擦特性推定およびすべり発展予測に加え、更に巨大地震震源固着域におけるすべり欠損推定を行うEnKFデータ同化手法の開発を進めたので、おおむね順調にして進行している、と評価した現状のモデルでは、巨大地震震源域における固着すべり欠損速度を一定としている。これは、巨大地震サイクル中の短い解析期間では妥当な仮定と言える。しかしなから、地震サイクル中の後半には地震発生には向けて固着状態が大きく変動すると想定されるので、現状では実データ解析は難しいが、将来的な地震発生に備えて、変動を含むデータ同化手法を開発しておく必要があり、様々なケースについて双子実験を行う予定である。また、実データ解析に向けて、以下の事項について検討して、試験的に実データ解析を試みる。1)LSSEおよび固着域断層面:現状モデルでは平面断層を用いているが、実際のプレート形状を顧慮した曲面断層へ変更する。2)観測データ:現状ではGNSSによる地表変位速度をデータとしているが、実データではかなりノイズが大きいので、効率的な平滑化手法を開発するとともに、累積変位をデータとする手法の開発を行う。3)データ同化開始時期の検討:現状では、データ同化開始時期を模擬データおよび各アンサンブルメンバーで定常状態dθ/dt=0となる時刻に設定しているが、実データでは観測変位速度が最大の時刻しか使えないので、その時刻を基本にデータ同化開始時期を検討する。4)観点数・配置の変遷:実際のGEONETは年代毎に順次観測点が増設され観測点配置が変わってきているので、その影響を評価する予定である。なお、初期成果を論文にまとめ、投稿し、更に新たな開発状況や実データへ解析の試験的結果を学会で発表し議論を行う予定である。当初予定していた、初期成果に対する論文作成において、当該年度内に行う英文校正が間に合わなくなったので、論文投稿を取りやめた。次年度には、まず論文を再度検討し英文校正を行い、初期成果に対する論文投稿を行い、引き続きEnKFデータ同化手法の構築を行う研究を継続する。