hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
津波痕跡高を用いた地震規模推定法の高度化研究

過去に発生した地震津波の発生履歴と規模の詳細な検討は津波被害軽減対策を行う上で極めて重要であるといえる.歴史時代の津波の波源規模を推定するために用いることのできる情報は地震観測機器の運用時期の前後で大きく異なる.その情報の中の一つに津波痕跡高とその分布が挙げられる.本研究では,津波痕跡高とその分布のみを用いた場合に,適切に波源を推定するための諸種の条件を明らかにした.さらに,現代観測網による地震規模と津波痕跡高のみを用いた場合の地震規模の偏差について検討を行った.これらの知見を踏まえ,歴史津波に向けた新たな波源推定手法を提案した.本研究では,津波事例の中で極めて多くの観測情報が得られている2011年東北地方太平洋沖地震津波を対象に,津波痕跡高分布と地殻変動量を用いた波源推定を行う場合にどのような規模偏差が生じるのか,またその偏差を最小にするための基準について検討を行った.津波痕跡高と地殻変動量のみを用いて,グリッドサーチ法による波源推定手法を開発した.波源長と同程度の津波痕跡分布を用いて波源推定を行う場合,大きな滑りの領域はある程度一致する傾向にあるが,地殻変動の幅に関する拘束条件を加えないと沿岸域に大きな沈降が生じる可能性があることを示した.波源長に対して狭域な津波痕跡分布では,波源の滑り域は離散的となり,地震学的に解釈が困難な波源となる.波源長と同等の津波痕跡分布を用い,かつ,その長さの5%以下の間隔で痕跡情報を得られ,地殻変動の幅を拘束することができる場合に,津波波源としての地震モーメントは観測値に近づき,地殻変動の拘束条件を入れることでさらに地震モーメントは観測値に近づく.一方,波源長に対して狭域での津波痕跡分布を用いる場合には,地殻変動の拘束を加えても津波波源としての地震モーメントは観測値からの乖離が大きくなる.水理学に基づいたエネルギー保存則の観点から,沿岸津波高と遡上高の関係性を明らかにした.遡上にともなうエネルギー損失係数を遡上距離と沿岸の津波浸水深の関数として取り扱う方法を提案することができた.津波遡上高を沿岸津波浸水高に補正する手法を波源推定に適用すると,波源における大滑り領域がより観測値に近くなり,より精緻な波源推定が可能となった.基礎データ収集として,南海トラフ巨大地震である1707年宝永地震の津波痕跡調査,庄内沖で発生した1833年天保地震に関する津波痕跡調査を実施し,波源推定に関する基礎データの収集を行った.本研究は,現在の地震観測網下における多種の観測データから評価された地震像と,歴史地震のように津波痕跡などの限定的な情報によって評価された地震像の規模偏差を定量的に検討することを目的とし,当該年度では,津波痕跡高のみを用いた波源推定法の開発と現地調査による歴史時代の家屋被害調査を行った.波源推定手法には組合せ最適化手法を利用した.この手法は厳密解を求めることが難しい問題に対して,その問題の解空間を効率よく探索して高精度な近似解を求める手法であり,本研究ではSim Eアルゴリズム(Kling and Banerjee, 1990)を適用した.Sim Eアルゴリズムは,さまざまな組み合わせ最適化問題を解くための汎用的な探索手法であり,最適化評価指標を適切に選択することにより,近似的ではあるが精度の高い解を得ることができる.本研究で開発した波源推定法を歴史時代や現代の地震津波に適用し,津波痕跡高を用いた波源推定に含まれる誤差評価や最適な波源断層の分割方法に関する検討を行った.痕跡高のみを用いる場合,波源の分割は短軸方向に2分割以上行うと誤差が増大場合があることや,小断層数は少なくとも痕跡点数以下である必要があることを示した.史料の再精査と最新の現地調査結果による1611年慶長奥州地震の津波痕跡高とその分布を用いて波源推定を行い,波源像について再検討した.津波痕跡高のみを用いた波源推定に含まれる誤差について検討し,1611年慶長地震津波の痕跡高分布などの本解析条件では,推定滑り量に3040%程度の誤差が含まれることを示し,それらを踏まえて波源推定を行った.現地調査については,1854年安政南海地震津波と1946年昭和南海地震津波における徳島県沿岸の家屋被害状況調査を実施し,歴史時代の家屋構造物に対する被害関数構築のための基礎データを取得した.本研究は,現在の地震観測網下において,多種の観測データから評価された地震像と,歴史資料のように,津波痕跡高などの限定的な観測データから評価された地震像の違いを定量的に検討することを目的とし,陸上の津波痕跡高と沖合津波高の水理学的性質に基づいた換算手法,津波被害関数を利用した津波浸水深の評価手法,津波痕跡高を用いた地震モデルの統計学に基づいた逆解析手法の開発を行った.歴史資料において,津波被害を克明に記載されている場合もあれば,津波の被害を亡所と記すのみの場合もある.これは集落がすべて流出したと解釈することができるが,その集落の津波浸水深の程度は不明である.当該年度では,歴史時代に発生した津波による家屋被害関数を利用した津波浸水深の評価手法の構築を行った.対象地震は1854年安政

南海地震津波とし,対象地域は集落の家屋流出状況が絵図として克明に残されている徳島県宍喰と和歌山県由良とした.これらの地域において,津波痕跡高を評価することで,津波による家屋流出被害関数を構築した.2003年十勝沖地震津波に対して,津波痕跡高とその分布を用いて波源推定を行い,地震波や津波観測波形の逆解析から得られた震源・波源との比較を行った.それらの規模偏差は2011年東北地震のテストケースと同様にMw±0.2程度となった.日本海の歴史津波として最大級と云われている1833年天保出羽沖地震に対し,最新の津波痕跡調査結果や海域活断層の分布を考慮し,本研究で構築した解析手法を利用して波源推定を実施した.この波源による津波は,地震規模としては,従来の結果と大きく変わることはなかったが,東北から北陸に至る日本海沿岸と佐渡島沿岸の津波痕跡高をかなり説明することができる.さらに,これまで考えられていたものとは異なり,より沖合に波源が位置していることが判った.過去に発生した地震津波の発生履歴と規模の詳細な検討は津波被害軽減対策を行う上で極めて重要であるといえる.歴史時代の津波の波源規模を推定するために用いることのできる情報は地震観測機器の運用時期の前後で大きく異なる.その情報の中の一つに津波痕跡高とその分布が挙げられる.本研究では,津波痕跡高とその分布のみを用いた場合に,適切に波源を推定するための諸種の条件を明らかにした.さらに,現代観測網による地震規模と津波痕跡高のみを用いた場合の地震規模の偏差について検討を行った.これらの知見を踏まえ,歴史津波に向けた新たな波源推定手法を提案した.本研究は,現在の地震観測網下において多種の観測データから評価された地震像と,歴史資料のように津波痕跡高などの限定的な観測データから評価された地震像の違いを定量的に検討することを目的として検討を進めている.その検討項目としては,(1)陸上の津波痕跡高と沖合津波高の水理学的性質に基づいた換算手法,(2)津波被害関数を利用した津波浸水深の評価手法,(3)津波痕跡高を用いた地震モデルの統計学に基づいた逆解析手法の開発,(4)現代地震を対象として津波痕跡高を用いた地震規模の偏差に関する評価,の4つである.各項目の進捗状況について,(1)については,エネルギー保存式(ベルヌーイ式)を利用した簡便な津波痕跡高を沿岸津波高に換算する手法を提案した.平野部における津波痕跡高においては,本研究で提案した簡便な換算法を用いることで津波痕跡高分布による波源推定結果に大きく影響することを示した.(2)については,1854年安政南海地震津波と1946年昭和南海地震津波における徳島県沿岸の家屋被害状況調査を実施し,歴史時代の家屋構造物に帯する被害関数構築のための基礎データの取得を終えたところにある.1896年明治三陸地震津波の家屋被害データも含めて被害関数を構築することにより,家屋被害程度による津波浸水深の定量評価が可能となる.(3)については,組み合わせ最適化手法を利用した波源推定法を開発し,断層パラメータやすべり量に関する試行錯誤を行わずに波源推定が可能となった.(4)については,2003年十勝沖地震津波や2011年東北地方太平洋沖地震津波に適用し,その規模偏差について検討した.以上から,本研究の進捗状況はおおむね順調といえる.津波工学残された課題として歴史時代の家屋被害関数の構築である.1854年安政南海地震津波と1946年昭和南海地震津波における徳島県沿岸の家屋被害状況調査を実施し,歴史時代の家屋構造物に帯する被害関数構築のための基礎データは取得済みであるため,被害関数の構築はそれほど時間を要しない.
アミロイドβオリゴマーの形成阻害機構に関する構造有機化学的研究

アルツハイマー病(AD)の原因物質であるアミロイドβ(Aβ42)は,2あるいは3量体を基本単位としてオリゴマー(1224量体)化することにより神経細胞毒性を示す.近年,Aβ42の毒性オリゴマー化に不可欠な凝集核形成過程を阻害する薬剤として,漢方・抑肝散の構成生薬であるチョウトウコウからウンカリン酸(UA-C)を同定した.UA-Cは,これまでに明らかにした,核形成阻害に必要な構造因子(カテコール構造と平面性)の中で,カテコール構造を有さないことから,その作用機構に興味がもたれる.本研究では,Aβ42のオリゴマー形成阻害機構の解明を目的として,UA-CとAβ42オリゴマーとの結合様式を質量分析,核磁気共鳴法を駆使して明らかにする.さらに,UA-Cと似た構造因子をもつ生薬由来の天然物ライブラリーにも着目し,同様に研究を進める.今年度は,生薬ライブラリー(100種)および天然物バンクの初期ライブラリー(80種)のスクリーニングの結果,凝集阻害に必要な構造因子として,カルボキシ基を明らかにし,結合しているトリテルペンやアントラキノン骨格などの母核構造によって,標的とする凝集過程(核形成過程および線維伸長過程)が異なることを解明した.特に,トリテルペンのウルサン骨格は,Aβ42の2あるいは3量体の形成阻害に寄与していた.続いて,ハス関連生薬を用いた多変量解析の予備検討を行った結果,ケルセチン等のオリゴマー化抑制成分の同定の手がかりを迅速に得ることができた.昨年度までに,NMRおよび質量分析法を駆使することで,UA-CによるAβ42凝集核形成抑制の作用機序を明らかにし,トリテルペンに結合したカルボキシ基をAβ42オリゴマー化抑制に関する「第3の構造因子」として同定した.さらに,生薬ライブラリーを用いて,本知見を検証するとともに,ウワバインなどのトリテルペン配糖体の関与についても初めて見出した.カルボキシ基の役割については,原著論文(Chem Commun誌)を発表した.次に,生薬として有用な青ジソ成分であり,カテコール構造と平面性を有するカルコン類は,Aβ42のオリゴマー化を抑制することを明らかにした.さらに,生薬として多くの使用例が知られるハスの実や枝などの部位別に抽出成分を多変量解析に供したところ,通常の分画操作を行わずに,特定のオリゴマー化抑制物質が含まれる可能性が示唆された.本研究では,これまでAβ42凝集阻害剤としてあまり注目されていなかった「生薬」をキーワードとして,複数の有用成分を見出すとともに,その作用機序の一端を解明することができた.以上の理由により,本研究はおおむね順調に進展しているものと考えている.今年度,生薬ライブラリー(100種)および天然物バンクの初期ライブラリー(80種)のスクリーニングによって,カルボキシ基が結合している様々な母核構造について凝集阻害における役割を詳細に検証した.さらに,トリテルペン配糖体の寄与の可能性も見いだしたことから,次年度は,天然物バンクのメインライブラリー(400種)およびヒット化合物の類縁体の活性評価を行うことで,次なるオリゴマー抑制構造因子について調べる.また,カルコン類の酸化代謝物はAβ42と共有結合することで凝集を阻害するデータを得ていることから,カルコン類の推定代謝化合物を合成し,活性本体の同定を試みる.その後,カルコン類あるいは代謝化合物の脳内移行性をADモデルマウスを用いて解析する.さらに,LC-MS法を駆使した多変量解析に関しては,今年度ある程度確立した解析手法に基づいて,オリゴマー化阻害成分の一斉探索を実現するために,ハス以外にシソなどにも対象を拡張する.アルツハイマー病(AD)の原因物質であるアミロイドβ(Aβ42)は,2あるいは3量体を基本単位としてオリゴマー(2 x nあるいは3 x n量体)化することにより神経細胞毒性を示す.最近,オリゴマー化に不可欠な凝集核形成過程のみを阻害する薬剤として,漢方・抑肝散の構成生薬であるチョウトウコウからウンカリン酸C(UA-C)を初めて同定した.UA-Cは,本研究代表者らがこれまでに明らかにした,強い核形成阻害に必要なカテコール構造を有さないことから,その作用機構に興味がもたれる.本研究では,Aβ42のオリゴマー形成阻害機構の解明を目的として,UA-CとAβ42オリゴマー(毒性オリゴマーを形成しやすい2および3量体モデル化合物)との結合様式を質量分析ならびに核磁気共鳴を駆使して明らかにする.さらに,UA-Cと同様の構造因子をもつ生薬由来の天然物についても同様の解析を行う.昨年度までの研究によって,UA-Cの27位のフェルラ酸エステルおよび28位のカルボキシ基が阻害活性に不可欠であることが明らかになっている.今年度は,UA-Cの3位誘導体3種(メトキシ体,フェルラ酸エステル体,ケトン体)をそれぞれ合成し,構造活性相関を調べた.核形成阻害能の評価は,予めヘキサフルオロ-2-プロパノール処理したAβ42を用いて,チオフラビンT蛍光試験により行った.その結果,3位のかさ高い置換基が阻害活性を低下させることが判明した.またヒト神経芽細胞腫SH-SY5Yを用いたMTT試験の結果,UA-CはAβ42の細胞毒性を顕著に緩和するだけでなく細胞保護作用を示した.

さらに,ナノエレクトロスプレー質量分析において,Aβ42の2 4量体を観測するとともに,これらとUA-Cとのイオン結合による付加体の存在を示唆するデータを得た.UA-Cはトリテルぺンアルコールとフェルラ酸が結合したエステルであり,既存のAβ42凝集阻害物質とは異なる新しいタイプの阻害剤である.昨年度までの研究で判明しているUA-Cの27, 28位に関する知見に加えて,3位について構造活性相関を調べた.3位誘導体の合成は27, 28位誘導体合成と同様に,チョウトウコウと同じアカネ科カギカズラ属であるUncaria elliptica R.Br ex G.Donから単離したsaponin Aを加水分解して得られるquinovic acidを出発物質として行った.凝集試験の結果,27位フェルラ酸エステルならびに28位カルボキシ基とは異なり,3位水酸基は阻害活性に必須ではないことが判明した.一方で,メチル基のような小さな置換基でも阻害活性が低下したことから,分子プローブなどの導入位置として,3位は適当ではないと考えられる.また,UA-CによるAβ42の毒性阻害活性および細胞保護作用より,副作用の少ないAD治療薬につながる可能性がある.さらに,従来のエレクトロスプレー質量分析法ではイオン結合を観測することは困難であったが,よりソフトなイオン化法であるナノエレクトロスプレー質量分析法を本実験に取り入れることによって,検出することに成功した.これらの結果より,UA-CはAβ42の凝集初期段階を標的とし,イオン結合を介して毒性オリゴマーの生成を阻害していることが示唆された.以上により,本研究はおおむね順調に進展しているものと考えている.アルツハイマー病の原因物質であるアミロイドβ(Aβ42)は,2あるいは3量体を基本単位として凝集(オリゴマー化:2 x nあるいは3 x n量体)することにより神経細胞毒性を示す.さらにAβ42の凝集は,低分子のオリゴマーが生成する核形成過程と,それに続いてアミロイド線維を生成する線維伸長過程からなることから,初期の核形成過程は毒性緩和の有効なターゲットである.これまで,凝集核形成過程を選択的に阻害する薬剤として,アルツハイマー病予防に有効な漢方・抑肝散の構成生薬であるチョウトウコウからウンカリン酸C(UA-C)を初めて同定した.UA-Cは,Aβ42の凝集阻害に必要なカテコール構造をもたないことから,その作用機構は興味深い.本研究では,UA-CによるAβ42のオリゴマー形成阻害機構を,質量分析法ならびに核磁気共鳴法を駆使して明らかにすることを目的としている.さらに,UA-Cと同様の構造因子をもつ生薬由来の天然物についても同様の解析を行う.今年度は,SOFAST HMQC (1H-15N NMR)ならびにIM-MS(イオンモビリティー質量分析法)を用いた解析によって,UA-Cは28位カルボキシ基とAβ42の塩基性アミノ酸残基間のイオン結合を介して,オリゴマー化に不可欠なβシート形成を抑えていることを明らかにした.さらに,各種オリゴマーのドリフトタイムを比較することによって,4量体以上の毒性オリゴマー化が阻害されていることが判明した.またUA-C以外の化合物においては,カルボキシ基が核形成期の阻害に,平面構造が線維伸長期の阻害にそれぞれ寄与していることが明確になった.昨年度までのUA-Cの構造活性相関研究より,UA-Cの28位カルボキシ基と平面性をもつ27位フェルラ酸部分が核形成阻害に重要であることが明らかになった.今年度はまず昨年度に確立した,Aβ42のオリゴマー検出に適した測定条件に従って,UA-C存在下でIM-MS測定し,Aβ42との付加体が検出されたオリゴマー種のドリフトタイムを比較した.その結果,低分子量のAβ42凝集体(2 3量体)と付加体を形成することにより,4量体以上の毒性オリゴマー化を阻害していることがわかった.
レンチウイルスペクターを用いたプロモーター活性測定による白血病幹/前駆細胞の解析

白血病に代表される腫瘍性造血では、正常造血の場合と同様に、自己複製能力を有する白血病幹細胞が集団の維持と拡大を担っている。本研究は、白血病幹細胞の特性を把握し、治療の標的分子を探索することを目的とする。まず、hTERT(ヒトテロメレース逆転写酵素:正常の造血幹細胞でその活性が高いことが報告されている)遺伝子の上流約1.2kbに及ぶプロモーター領域に蛍光タンパク質(hrGFPまたはVenus)の遺伝子をつないだ発現ユニットを含む第3世代の自己不活化レンチウイルスベクターを作製した。これを感染させることにより、白血病細胞一個一個のテロメレース活性を生きた状態のままでフローサイトメトリーにより測定することが可能となった。また、レンチウイルスベクターの高い感染効率は、従来困難であった白血病患者から分離された検体の解析を可能にした。このレンチウイルス・レポーターベクターによる解析の結果、白血病細胞集団にはhTERTプロモーター活性の連続的なヒエラルキーが存在することが判明した(詳細は平成17年度実績報告書に記載)。また、正常造血幹細胞機能の維持・発現に重要な働きをしていることが最近報告されたWntシグナルについても、上記と同様にレポーターアッセイ系を構築した。プロモーターユニット(LEF/TCF結合サイト(Wntシグナルカスケードが作用する塩基配列)+TATAプロモーター)をレンチウイルスベクターに組み込んだ(発現タンパク質はd2Venus。また、対照としてLEF/TCF結合サイトに変異があるプロモーターユニットを使用した。)。このWntシグナル・レポーターベクターを感染させた293T,Hct116細胞株に対してWntシグナル刺激をした際、レポーター活性の上昇を認め、このアッセイ系は機能することが示された。今後、患者検体を用いてWntシグナル活性の解析を行いたい。本研究は、白血病幹(/前駆)細胞の特性を把握し、治療の標的分子を探索することを目的とする。まず、hTERT(ヒトテロメレース逆転写酵素:正常の造血幹細胞でその活性が高いことが報告されている)遺伝子の上流約1.2kbに及ぶプロモーター領域に改良型緑色蛍光タンパク質(hrGFPまたはVenus)の遺伝子をつないだ発現ユニットを含む第3世代の自己不活化レンチウイルスベクターを作製した。これを感染させることにより、白血病細胞一個一個のテロメレース活性を生きた状態のままでフローサイトメトリーにより測定することができる。19例の急性骨髄性白血病(AML)細胞と3例の臍帯血CD34陽性細胞を対象にhTERTプロモーター活性の測定を行った。AML細胞のhTERTプロモーター活性では、サイトカイン刺激の有無にかかわらず患者間で大きな差異を認めた。AML細胞19例のhTERTプロモーター活性の平均蛍光強度(MFI)は、サイトカイン刺激なしでは臍帯血CD34陽性細胞におけるMFIの約2倍(2.5)であり、サイトカイン刺激下では臍帯血CD34陽性細胞のMFIとほぼ同じであった(5.7)。Venus発現強度は幅広くほぼ一峰性であった。また、一部の患者の白血病細胞は支持細胞であるHESS-5(マウス骨髄ストローマ細胞)との共培養にて敷石状領域を形成し、その中でも一部の細胞のみが強い蛍光を放った。これらのことから、白血病細胞集団にはhTERTプロモーター活性の連続的なヒエラルキーが存在することが判明した。また、一部の細胞ではサイトカイン刺激がない状態でもhTERTプロモーター活性が陽性であり、これらの細胞がいわゆる白血病幹(/前駆)細胞に該当するかどうか解析を進める予定である。)。
高分子の構造形成と機能発現の原理の解明

ヘテロ高分子ゲルの相転移:高分子ゲルは環境の変化に伴い、その体積を不連続にかつ可逆的に変化させることが知られている(高分子ゲルの体積相転移).これは微視的には、環境の変化に伴う分子間力の変化により高分子網目が可逆的かつ不連続なfolding及びunfoldingを起こすものと理解されている,これまで高分子ゲルは膨潤・収縮の2つの相をとることは知られていたが、その高分子ゲルを構成するモノマーがある条件を満たすヘテロな組成をもつと、膨潤・収縮相以外に「多重相」をとりうることを見いだした。この多重相はへテロ高分子であるタンパク質の構造安定相に関係があるものとして考えられ、タンパク質の構造記憶の問題に本質的な寄与をしたものと評価されている。状態を記憶する高分子ゲル:多重相を示すゲルは、環境変化の履歴により、とりうる状態,(相)を決める「記憶効果」を示すことを見いだした。この「状態記憶効果」が、ゲル内の分子間相互作用、特に水素結合が大きく関与していることを多くの実験結果から得た。さらに、水素結合の効果(具体的にはゲル内に形成される水素結合の数)を考慮した平均場理論を構築し、多くの実験結果を定性的に説明できるに至っている。ヘテロ高分子ゲルの相転移に伴う微視的構造の変化:中性子散乱により,多重相を示すゲルの微視的構造は,同一の膨潤度を示していても環境変化に履歴により異なることが明らかになり,上述の「記憶効果」が微視的にも証明された。天然高分子のゾル-ゲル転移への金属イオンの影響:天然高分子,特に多糖類のゾル-ゲル転移は共存する金属イオンの影響を強く受けることが知られている.金属イオンの多核核磁気共鳴分光により各種金属イオンの運動性について検した結果,ナトリウムイオンはゾル状態・ゲル状態を問わず水溶液中と同一の運動性を有している反面,カリウムイオン,ルビジウムイオンはゾル状態とゲル状態ではその運動性は著しく異なり,ゲル状態において多糖類に強く相互作用していることが明らかにされた.この結果は,多糖類と金属イオンの相互作用に選択性がある事を示し,これまで経験的にカリウムイオン,ルビジウムイオンがゲル形成イオンと呼ばれていた結果を指示するものであり,ゲル形成における金属イオンの役割を明らかにするものであると評価されている.(1)ヘテロ高分子ゲルの相転移高分子ゲルは環境の変化に伴い、その体積を不連続にかつ可逆的に変化させることが知られている。これは微視的には、環境の変化に伴う分子間力の変化により高分子網目が可逆的かつ不連続なfolding及びunfoldingを起こすものと理解されている。これまで高分子ゲルは膨潤・収縮の2つの相をとることは知られていたが、4-Acrylamidesalicylic acid gel,Copoly (methacrylic acid-dimethylacrylamide)gelが膨潤・収縮相以外に「多重相」をとりうることを見いだした。更に、高分子ゲルを構成するモノマー間に働く相互作用が適当な割合で組み合わされヘテロな組成を持つ場合に観測され、分光学的方法により、多重相はゲル内にいくつかの状態が共存している事を見いだした。この多重相はヘテロ高分子であるタンパク質の構造安定相に関係があるものとして考えられる。(論文作成中)(2)状態を記憶する高分子ゲル上述の4-Acrylamidesalicylicacid gelが、どのような環境変化の履歴をたどったかにより、とりうる状態(相)を決める「記憶効果」を示すことを見いだした。この「状態記憶効果」が、ゲル内の分子間相互作用、特に水素結合が大きく関与していることを多くの実験結果から示唆された為、水素結合の効果(具体的にはゲル内に形成される水素結合の数)を考慮した平均場理論を構築し、実験結果を定性的に説明できるに至っている。(Jornal of Chemical Physics,およびPhysical Revew Eに投稿中)(3)中性子散乱による高分子ゲルの微視的構造の観測「記憶効果」を示すことが確認された4-Acrylamidesalicylicacid gelの各相(状態)における小角中性子散乱を行い(東京大学物性研究所東海村)、ゲルの微視的構造が、ゲルのたどった状態の変化に応じて、変化する事を見いだした。(論文作成中)(4)高分子ゲル内の水の状態の検討高分子ゲルの水中での状態の変化には、周囲の水の状態が大きく関与することが考えられる。ラマン散乱、核磁気共鳴法および示差走査熱分析(DSC)を用いて、高分子ゲルの体積相転移に伴う水の状態(特に水素結合により構造化した水の割合)について検討を開始した。(5)その他上記研究結果に関連して学会発表10件ヘテロ高分子ゲルの相転移:高分子ゲルは環境の変化に伴い、その体積を不連続にかつ可逆的に変化させることが知られている(高分子ゲルの体積相転移).これは微視的には、環境の変化に伴う分子間力の変化により高分子網目が可逆的かつ不連続なfolding及びunfoldingを起こすものと理解されている,これまで高分子ゲルは膨潤・収縮の2つの相をとることは知られていたが、その高分子ゲルを構成するモノマーがある条件を満たすヘテロな組成をもつと、膨潤・収縮相以外に「多重相」をとりうることを見いだした。

この「状態記憶効果」が、ゲル内の分子間相互作用、特に水素結合が大きく関与していることを多くの実験結果から得た。さらに、水素結合の効果(具体的にはゲル内に形成される水素結合の数)を考慮した平均場理論を構築し、多くの実験結果を定性的に説明できるに至っている。ヘテロ高分子ゲルの相転移に伴う微視的構造の変化:中性子散乱により,多重相を示すゲルの微視的構造は,同一の膨潤度を示していても環境変化に履歴により異なることが明らかになり,上述の「記憶効果」が微視的にも証明された。天然高分子のゾル-ゲル転移への金属イオンの影響:天然高分子,特に多糖類のゾル-ゲル転移は共存する金属イオンの影響を強く受けることが知られている.金属イオンの多核核磁気共鳴分光により各種金属イオンの運動性について検した結果,ナトリウムイオンはゾル状態・ゲル状態を問わず水溶液中と同一の運動性を有している反面,カリウムイオン,ルビジウムイオンはゾル状態とゲル状態ではその運動性は著しく異なり,ゲル状態において多糖類に強く相互作用していることが明らかにされた.この結果は,多糖類と金属イオンの相互作用に選択性がある事を示し,これまで経験的にカリウムイオン,ルビジウムイオンがゲル形成イオンと呼ばれていた結果を指示するものであり,ゲル形成における金属イオンの役割を明らかにするものであると評価されている.
ペルオキシソーム形成および細胞機能の制御:ペルオキシン群の分子機能と動態

本年度は以下の研究項目に取り組み、分子レベルでの成果を得ることができた。膜局在ペルオキシンPex14pに関し、機能領域21-260の同定と共に、ペルオキシソーム膜上にてPex14p-Pex13p複合体として存在、PTS1タンパク質-Pex5p複合体をリクルートし、ついでPTS1タンパク質はペルオキシソーム膜内に取り込まれ、Pex5pは結合しているPex14p複合体から解離再び細胞質へとリサイクルされ、その後Pex14pは再び他のPex14pおよびPex13pと結合し複合体を形成することを見出した。ペルオキシソーム膜タンパク質のPex19pによるin vitro局在化アッセイ系の確立に続いて、Pex19pは新規合成膜タンパク質と細胞質中で複合体を形成、安定化し,次いで経時的に膜形成に依存して輸送,局在化させることを、ペルオキシソーム膜欠損性pex19 CHO変異細胞ZP119を用いて明らかにした。3)AAA ATPaseファミリーPex1pならびにPex6pとその複合体のペルオキシソームへのリクルーターPex26pとのダイナミズム解析Pex1pとPex6pのWalker motifs変異解析を含めた分子解剖とPex1p、Pex6pそれぞれの活性領域、さらには両者複合体形成必須領域を明らかにした。加えて、Pex26pとの3者複合体形成能とその生理的意義を明らかにした。また、細胞質のPex1pのオリゴマー体を検討、3量体ならびに6両体として存在することも見出した。新たな温度感受性pex1変異CHO細胞株の分離に成功した。4)PTS2受容体Pex7pによるマトリクスPTS2タンパク質の輸送機構5)ペルオキシソームの分裂・形態制御機構正常な球形ではなく繊維状に伸びたペルオキシソームを表現型とするCHO変異細胞ZP121では、その原因がダイナミン様タンパク質DLP1遺伝子の点突然変異によりGTPase活性を失ったことに起因すること、すなわちDLP1がペルオキシソームの形態形成にも関わっていること、ZP121が世界で初めての哺乳動物dlp1変異細胞であることを見出した。さらに、DLP1の膜上レセプターであるFis1もペルオキシソーム膜上に存在していることを見出した。この両者に、ペルオキシソームの分裂に必須なPex11pを加えた3者の協奏的作用により、ペルオキシソームの分裂と形態が制御されていることも最近明らかにした。本年度は、主として以下の研究成果を得ることができた。1)PTS1受容体Pex5pのペルオキシソーム-サイトゾル間シャトリング分子機構ペルオキシソームマトリックス酵素群の多くはC-末端局在化シグナル1(PTS1)を有しており、サイトゾルで合成された後、PTS1受容体Pex5pによりペルオキシソームに輸送される。我々は、Pex5pのペルオキシソームへの移入および移出過程を無細胞系により検討した結果、Pex5pはペルオキシソームへの移入にはPex14pと温度を必要とし、移出にはAAA-ATPase Pex1pおよびPex6p、ATP加水分解ならびにサイトゾルを必要とすることを解明した(MCB2005)。2)Pex19pによるペルオキシソーム膜タンパク質のin vitro輸送系の確立ペルオキシソーム膜タンパク質のPex19pによるin vitroペルオキシソーム局在化を検討した。Pex16pおよびPex26pは、Pex19pおよびATPエネルギー依存的に輸送され、ペルオキシソーム膜に組み込まれた。その後のPex19pの細胞質への解離・放出も認められた、さらに、膜タンパク質Pex3p、Pex19p、Pex16pあるいはPex26p間で3者複合体の形成を見出し、Pex3pが膜上におけるPex19p-膜タンパク質複合体の受容体として働くことを示唆した(JBC2006)。3)ペルオキシソーム形成異常症患者由来Pex26p変異は安定性、ペルオキシソームへの局在化、Pex1p-Pex6p複合体との相互作用に障害をきたすペルオキシソーム欠損症相補性群第8群の病因遺伝子PEX26に関し現在までに13名の患者解析の結果、計11種の変異を同定、これらの変異体は、Pex26p自身の安定性やペルオキシソーム膜への局在化、Pex1p-Pex6p複合体との結合活性の障害などを有することを見出した(JBC 2006)。ペルオキシソーム膜局在ペルオキシンPex14p(構成アミノ酸数376)は、マトリックスタンパク質に対する膜内透過装置の一構成因子として機能する。Pex14pに関し、機能領域21-260の同定と共に、ペルオキシソーム膜上にてPex14p-Pex13p複合体として存在、PTS1タンパク質-Pex5p複合体をリクルートし、ついでPTS1タンパク質はペルオキシソーム膜内に取り込まれ、Pex5pは結合しているPex14p複合体から解離再び細胞質へとリサイクルされ、その後Pex14pは再び他のPex14pおよびPex13pと結合し複合体を形成することを見出した(JBC 2006,in press)。5)ペルオキシソームの形態制御機構;DLP1異常CHO変異細胞ZP121による解析ZP121 CHO変異細胞では繊維状に伸びたペルオキシソームならびに極度に繋がり凝集したミトコンドリアが観察される。

Dynamin-like Protein 1(DLP1、699アミノ酸)cDNAの導入によりこれらの異常が相補され、かつZP121において野生型DLP1と変異型DLPIG363Dの二種が対立DLP1アレルから発現していること、DLPIG363DはGTPase活性を有せずdominant negative体として働くことを明らかとした。ZP121は初めての哺乳動物dlp1変異細胞である(ECR 2006,in press)。本年度は以下の研究項目に取り組み、分子レベルでの成果を得ることができた。膜局在ペルオキシンPex14pに関し、機能領域21-260の同定と共に、ペルオキシソーム膜上にてPex14p-Pex13p複合体として存在、PTS1タンパク質-Pex5p複合体をリクルートし、ついでPTS1タンパク質はペルオキシソーム膜内に取り込まれ、Pex5pは結合しているPex14p複合体から解離再び細胞質へとリサイクルされ、その後Pex14pは再び他のPex14pおよびPex13pと結合し複合体を形成することを見出した。ペルオキシソーム膜タンパク質のPex19pによるin vitro局在化アッセイ系の確立に続いて、Pex19pは新規合成膜タンパク質と細胞質中で複合体を形成、安定化し,次いで経時的に膜形成に依存して輸送,局在化させることを、ペルオキシソーム膜欠損性pex19 CHO変異細胞ZP119を用いて明らかにした。3)AAA ATPaseファミリーPex1pならびにPex6pとその複合体のペルオキシソームへのリクルーターPex26pとのダイナミズム解析Pex1pとPex6pのWalker motifs変異解析を含めた分子解剖とPex1p、Pex6pそれぞれの活性領域、さらには両者複合体形成必須領域を明らかにした。加えて、Pex26pとの3者複合体形成能とその生理的意義を明らかにした。また、細胞質のPex1pのオリゴマー体を検討、3量体ならびに6両体として存在することも見出した。新たな温度感受性pex1変異CHO細胞株の分離に成功した。4)PTS2受容体Pex7pによるマトリクスPTS2タンパク質の輸送機構5)ペルオキシソームの分裂・形態制御機構正常な球形ではなく繊維状に伸びたペルオキシソームを表現型とするCHO変異細胞ZP121では、その原因がダイナミン様タンパク質DLP1遺伝子の点突然変異によりGTPase活性を失ったことに起因すること、すなわちDLP1がペルオキシソームの形態形成にも関わっていること、ZP121が世界で初めての哺乳動物dlp1変異細胞であることを見出した。さらに、DLP1の膜上レセプターであるFis1もペルオキシソーム膜上に存在していることを見出した。この両者に、ペルオキシソームの分裂に必須なPex11pを加えた3者の協奏的作用により、ペルオキシソームの分裂と形態が制御されていることも最近明らかにした。
遺伝子の発現解析をハイスループット化する隔膜型エレクトロポレーションチップの開発

ES細胞やiPS細胞などに代表されるように,生体内にある各細胞種を作り出せる時代が訪れようとしている.しかし,技術的な課題も多く,実現にはまだ困難な壁が残されている.その中で,筋細胞の分化誘導に関する研究は進んできており,化学的な刺激を用いることで増殖能を有する筋芽細胞から筋細胞を大量に作製することが可能である.しかしながら,生体内の組織と同様の機能(筋組織の収縮運動や代謝能力など)の獲得には至っていない.本研究では筋細胞に電気刺激を効率よく加えることで収縮運動や代謝能力を高度に獲得した培養筋細胞の作製を可能とするデバイスを作製した.多孔質アルミナ膜に貫通孔を有する絶縁膜を貼りあわせて細胞培養基板とし,リング状のPt電極で挟み込むことで細胞観察を行いながら電気刺激を行える構成としたデバイスである.このデバイスを用いた電気刺激は基板に施した孔内の細胞がほぼ均一な応答を示し,再現性の高い刺激を加えることができた.しかし,細胞の収縮運動の変位は小さいものであったため,電気刺激によって獲得した細胞の収縮運動を十分に発揮できる培養基板の検討を行った.筋細胞と同等の硬さのコラーゲン膜を培養基板に貼り合わせ,その上で細胞を播種・培養及び,分化誘導を行うことで,電気刺激に応答し,収縮運動を示す細胞を短時間で作ることに成功した.これまでの研究では収縮運動を示す細胞の作製のために,筋細胞へのトレーニング効果を付与するための数時間に及ぶ電気刺激を印加する必要があった.今回作製した基板は数十分の電気刺激を印加後に収縮運動を示す細胞を確認し,生体組織と同様の機能を有する筋細胞の作製に大きく前進したと言える.遺伝子の機能解析において,遺伝子などの物質を効率よく細胞に導入し,解析を容易にするデバイスが求められている.電気的制御可能なエレクトロポレーションは汎用性の高いバイオデバイス構築に有望な手段である.本研究では,隔膜型培養基板を電極で挟み込むことでエレクトロポレーション機構を搭載した細胞チップの構築を目指した.多孔性膜と孔を有するPDMSフィルムを張り合わせた隔膜型培養基板上で培養したモデル細胞(HeLa)をシート状に培養した.この細胞シートを電極で挟み込み,電圧を印加することで細胞シートの限定された箇所,PDMSフィルムの孔の上にある細胞にのみ,遺伝子をエレクトロポレーションにより導入することができた.導入後の細胞を細胞の剥離などの操作を加えることなく,そのまま観察できた.さらに,導入効率の向上を目指し,導入物質をリポソーム内に封入し,エレクトロポレーションにより,リポソームを破壊し,放出させる機構の開発を行った.このデバイスで電気刺激を用いた細胞集団の局所改変及びその解析が可能である.一方で,細胞への電気刺激,特に筋管細胞においては細胞の収縮運動を増強,促進させる報告がある.しかし,現状のディッシュ上に培養した細胞に対し,水平に配置した電極による電気刺激は電流成分の大部分が培養液中を流れるため,効率のよい電気刺激が行われていない.そこで,隔膜型培養基板上に作製した培養筋管細胞を挟み込むように電極を配置し,垂直方向の電気刺激を加えた.電極を改良し,細胞を観察したまま電気刺激を加えた.その結果,細胞を観察できるPDMSフィルムの孔の上の細胞にのみ,電気刺激を加えることができた.そして,孔内の細胞はほぼ均一な応答を示し,再現性の高い刺激を加えることができた.これにより,糖尿病や筋疾患における培養筋細胞を用いたアッセイ系を従来法より効率よく構築できると考えられる.ES細胞やiPS細胞などに代表されるように,生体内にある各細胞種を作り出せる時代が訪れようとしている.しかし,技術的な課題も多く,実現にはまだ困難な壁が残されている.その中で,筋細胞の分化誘導に関する研究は進んできており,化学的な刺激を用いることで増殖能を有する筋芽細胞から筋細胞を大量に作製することが可能である.しかしながら,生体内の組織と同様の機能(筋組織の収縮運動や代謝能力など)の獲得には至っていない.そこで,本研究では筋細胞に電気刺激を効率よく加えることで収縮運動や代謝能力を高度に獲得した培養筋細胞の作製を可能とするデバイスを作製している.多孔質アルミナ膜に貫通孔を有する絶縁膜を貼りあわせて細胞培養基板とし,リング状のPt電極で挟み込むことで細胞観察を行いながら電気刺激を行える構成としたデバイスである.このデバイスを用いた電気刺激は基板に施した孔内の細胞がほぼ均一な応答を示し,再現性の高い刺激を加えることができた.このデバイスは従来法より均一に,再現性よく,電気刺激を加えることはできたが,細胞の収縮運動の変位は小さいものであった.そこで現在,電気刺激によって獲得した細胞の収縮運動を十分に発揮できる培養基板の検討を行っている.今後は,この高度発達した筋細胞に対する薬剤アッセイをも可能とするデバイスに拡張し,糖尿病に関する新薬開発や筋疾患の解明に寄与するデバイスを提案していく予定である.ES細胞やiPS細胞などに代表されるように,生体内にある各細胞種を作り出せる時代が訪れようとしている.しかし,技術的な課題も多く,実現にはまだ困難な壁が残されている.その中で,筋細胞の分化誘導に関する研究は進んできており,化学的な刺激を用いることで増殖能を有する筋芽細胞から筋細胞を大量に作製することが可能である.しかしながら,生体内の組織と同様の機能(筋組織の収縮運動や代謝能力など)の獲得には至っていない.

本研究では筋細胞に電気刺激を効率よく加えることで収縮運動や代謝能力を高度に獲得した培養筋細胞の作製を可能とするデバイスを作製した.多孔質アルミナ膜に貫通孔を有する絶縁膜を貼りあわせて細胞培養基板とし,リング状のPt電極で挟み込むことで細胞観察を行いながら電気刺激を行える構成としたデバイスである.このデバイスを用いた電気刺激は基板に施した孔内の細胞がほぼ均一な応答を示し,再現性の高い刺激を加えることができた.しかし,細胞の収縮運動の変位は小さいものであったため,電気刺激によって獲得した細胞の収縮運動を十分に発揮できる培養基板の検討を行った.筋細胞と同等の硬さのコラーゲン膜を培養基板に貼り合わせ,その上で細胞を播種・培養及び,分化誘導を行うことで,電気刺激に応答し,収縮運動を示す細胞を短時間で作ることに成功した.これまでの研究では収縮運動を示す細胞の作製のために,筋細胞へのトレーニング効果を付与するための数時間に及ぶ電気刺激を印加する必要があった.今回作製した基板は数十分の電気刺激を印加後に収縮運動を示す細胞を確認し,生体組織と同様の機能を有する筋細胞の作製に大きく前進したと言える.
成層火山で発生する水蒸気爆発のメカニズム研究-九重火山噴火を中心に-

本格的噴火に先立って水蒸気爆発が起こることが多い.このような爆発は,火口直下に存在した熱水溜りが加熱・加圧されて,栓となっていた火口底の堆積物を吹き飛ばしたものであり,直接マグマが関与した噴火とは考えにくい.地下深部でマグマの結晶作用や貫入による減圧で起きた揮発性物質(主にH2O)は脱ガスし,火道を移動し始める.この際,ガスは超臨界流体となっており,その高拡散率と高伝導率のため小さな塊となって火道も上昇し,堆積物と熱交換をおこしながら,等体積状態で移動することができる.地下浅部で気液2相となる場所に達すると,熱水溜りを形成すると期待される.恐らく,流体の上昇に伴って火山性微動が発生しているようと考えられる.熱水溜りへの超臨界流体の流入が高い率で続くことにより,熱水溜りの圧力が増加し,ついには爆発をおこすと考えられる.雲仙普賢岳や雌阿寒岳の噴火では,噴火直前にそのような熱水溜りの圧力が増加し,熱的にも火口周辺の温度が上昇したことが直接あるいは間接的に観測されている.一方,九重火山ではひとたび起きた爆発の後,そのような熱水溜りが収縮を続けている状態が観測され続けている.火口直下に熱水溜りが形成されていても一旦噴火が開始すれば,溜りは減圧されて気相のみとなり,地下から上昇してきた流体が,熱水溜りをそのまま突き抜けて吹きだす可能性が考えられる.普賢岳の噴火の初期や九重山の噴火の初期に噴出物に見られたマグマ物質はそのような流体が運んできたものと考えられる.このような噴出物の変化や火口の状況変化を時間追跡することによってマグマヘッドの上昇を知ることが可能であろう。
わが国自動車産業の国際的展開ーとくにアメリカ、カナダへの進出をめぐって

1989年現在、日本のすべての乗用車メーカーがアメリカおよびカナダで、独自ないしはアメリカ資本との合弁で、乗用車の現地生産を行っているか、ないしは目下工場を建設中である。88年11月の三菱自動車とクライスラーの合弁企業が稼働し始めたので、稼働中の工場はホンダ、日産、トヨタ、マツダなど5社となる。これとは別に、ホンダとトヨタのカナダ工場が86年11月および88年11月に操業を開始しているので、89年中の日本自動車メーカーの在北米現地生産高は合計130万台を上回るものと見られている。計画中の諸工場が完成すれば、1990年代初には総生産台数は230万台に達することは明らかである。こうした自動車各社の北米現地生産体制の確立と並行して、関連産業ないしは下請企業の北米進出も本格化しつつある。とくに注目されるのは、89年初における神戸製鋼とUSXとの合弁協定成立とともに、新日鉄はじめわが国主要鉄鋼メーカーすべてがアメリカに進出して、アメリカの鉄鋼メーカーと合弁企業をつくったり技術提携を行ったりして、在北米日系自動車メーカーへの自動車用表面處理鋼板の供給体制を確立したことである。カナダでもNKKがカナダの鉄鋼メーカーと技術提携し、カナダでの冷延・表面處理鋼板工場の建設運営に全面的に協力することになった。ブリッジストンのファイアストン・タイアの買収、日本板硝子のリビー・オウエンス・フォードへの資本参加など、同じ動きといえよう。過去2カ年の研究によって、日本自動車メーカーの北米現地生産体制の実態が明らかとなった。本研究者にとって次ぎの課題は、89年1月発効の米加自由貿易協定が日本自動車メーカーの北米進出にいかなる影響を与えるかである。幸いカナダ政府よりCanadian Studies Awardを与えられたので、研究計画の継続が可能となった。このため89年9月には再度アメリカとカナダを調査旅行する予定である。1987年末現在,日本の9つの自動車メーカーがアメリカおよびカナダにおいて,独自に,ないしはアメリカ資本との合弁で,自動車生産工場を建築中である.ホンダ,日産,トヨタ(GMとの合弁)およびマツダはすでに生産を開始しているが,これら全工場が完成しフル稼動にうつる1990年代初には,これら日本メーカーの在北米生産高は220230万台に達するものとみられている.このような日本メーカーの在北米生産の急増は, 2つの大きなインパクトを北米と日本の自動車産業に与えるだろう.まず第Iに, 220230万台もの生産能力の追加は,さらでだに過剰生産能力に悩むアメリカ自動車産業にとって,未曾有の過当競争状態の到来を予言するものである.すでに1971年以来在米現地生産に携っていた西ドイツのフオルクスワーゲンが87年末をもって生産停止・撤退を余技なくされたばかりか,アメリカ第4位メーカーのAMC(実際フランスのルノーの子会社だった)もクライスラーに吸収されその存在を止めてしまった.これらをみても,進出した日本メーカーがすべて生き残れるか,甚だ疑わしいものがある.第2に,在米現地生産の急増はその対米輸出の減少をもたらざるをえず,対米輸出の減少はまた日本自動車産業の再編成, 9つものメーカーの整理統合を促進するに違いない.その兆はすでに1987年中にも見受けられたといってよいだろう.1987年89月に,研究者はアメリカ,カナダを訪れ,現地における事情についての理解を深めることができた.1988年にも重ねてアメリカ,カナダ各地の日系自動車生産工場を訪れ,進出企業が当面している諸問題について聞き取り調査を行う予定である.

同時に,世界自動車産業の全体的動向についてもとくに各国主要メーカー間の協力体制づくりを中心に調査をつづけてゆく.前年度にひきつづきわが国自動車産業にかんする基礎的資料のしゅう集・整理につとめるとともに、とくにわが国自動車会社の対外進出計画についての資料のしゅう集につとめた。この間、トヨタ、日産、マツダ、ホンダなど各社の対外進出プロジェクト関係者より、対外進出にかんする問題点につていの聞き取り調査をも行った。このような日本自動車メーカーの対米進出は、アメリカのいわゆるビッグ・スリーおよび韓国・台湾など途上諸国メーカーとの技術的・資本的提携関係の強化と同時平行的に運行しており、世界自動車産業のいくつかの大グループ(国際的な企業同盟)への再編成の一環をもなしている。これまでの日本自動車メーカーの対外進出は、もっぱらアメリカ、カナダでの現地生産という形をつうじて展開されてきたが(途上諸国における輸出代替的な小規模生産を別とする)、1992年のEC統合を前にして日本自動車メーカーの対EC進出がこの1年間目立ってきた。すでに進出済みのホンダ、日産につづいて、89年初にはトヨタが、さらにマツダがECでの現地生産計画を発表したまEC内の自動車メーカー、とくにフランスのプジョーやルノーなどの強硬な反対もあるので、このような進出計画がどこまで実際に実現するかどうか今後の問題として残されている。今年度内に発生したものうひとつの大きな課題は、米加自由貿易協定の成立と発効が、日本自動車メーカーの北米大陸における展開にどのような影響を与えるかであった。この点については、研究は緒についたばかりであり、次年度以降の本研究者の自主的研究の継続として後に譲らざるをえなかった(幸いにして、カナダ政府よりCanadian Studies Awaed)を与えられ、本調査テーマについての研究継続は可能となった。
スメクタイトーマイカ系列は連続固溶体か?

層状ケイ酸塩であるスメクタイト、マイカは、それぞれ「膨潤性粘土鉱物」、「非膨潤性層状ケイ酸塩」として分類されてきた。最近、非膨潤性マイカの膨潤性挙動を見出し、これらの分類に根本的な疑問を提示した。本研究では、スメクタイトーマイカ系層状ケイ酸塩の本質を、実験鉱物学、材料科学、結晶化学、計算科学の融合により検討した。本研究では、スメクタイトーマイカ系層状ケイ酸塩の本質を、実験鉱物学、材料科学、結晶化学、計算科学の融合により明確にする。プロセスが精緻に制御できれば、従来にない単結晶サイズで、新しい構造・形態・機能を有する膨潤性層状ケイ酸塩の創製も可能となるはずである。本年度は、いまだ十分に解明されていない「スメクタイトーマイカ系層状ケイ酸塩の本質」を追求ために、以下の研究を推進した。Mg-Al系のスメクタイトーマイカ系列の理想的な構造化学組成において、精緻に化学組成を制御したスメクタイト、混合層鉱物、雲母粘土鉱物などの各種2:1型層状ケイ酸塩の合成を水熱条件下(圧力100MPa、温度200-800°C)でいった。さらに次年度の予備実験としてZn系スメクタイトの合成を試みた。これら合成層状ケイ酸塩の化学組成・結晶度・結晶粒子径・形状、構成元素の配位状態を、電子顕微鏡学やX線回折法による構造解析、分光学による機能解析によって検討した。特にこれらの膨潤挙動をポリマー中での分散状態から評価した。さらに、第1原理バンド計算を用いて、Mg-Al系スメクタイトーマイカ系層状ケイ酸塩の要素解析を進め、これらの電子状態解析、電荷密度解析、振動解析、軌道解析等を行うと共に、各種物性値(比熱、エントロピー、膨潤性等)の理論的計算を進めた。いまだ十分に解明されていない「スメクタイトーマイカ系層状ケイ酸塩の本質」を追求ために、以下の研究を推進した。Mg-Al系およびZn-Al系スメクタイトーマイカ系列の層状ケイ酸塩の層電荷を変数として、一連の水熱合成(圧力100MPa、温度200-800°C)を行った。合成物は、XRD、TEM、IR等を用いて特徴づけ、その化学組成・結晶度・膨潤特性との相関を検討した。さらにその光触媒活性も検討した。剥離挙動の解明のために天然のセリサイト、バーミキュライトのアルキルアンモニウム処理による有機無機複合体の調製・評価、ポリマーと複合化を行いモルフォロジー観察を行った。得られた有機無機複合体中のアルキルアンモニウム分子はスメクタイトの場合と異なり、層間においてパラフィン型配列している。ポリマーとの複合化ではスメクタイトと同様1層(厚さ約1nm)レベルまで剥離することが可能であり、剥離した単層シートはスメクタイトよりも高いアスペクト比を示した。理論的アプローチとして、パラゴナイト、モスクバイト(白雲母)の2Mモデル(原子数)を構築し、Mg/Alの置換計算により全エネルギーの視点からAl-avoidanceが再現されていることを確認しつつ、その一方でMgとAlの原子ポテンシャルをミックスした仮想結晶近似モデルの有効性について検討し、密度汎関数摂動法による仮想結晶近似モデル物質の(フォノン)比熱や、層間イオンの置換(Na→K、K→Na)による自由エネルギーめ変化(△H)の計算結果は、実験値を非常によく再現しており、その有効性が確認された。非膨潤性マイカの膨潤性挙動を見出し、これらの分類に根本的な疑問を提示した。本研究では、スメクタイトーマイカ系層状ケイ酸塩の本質の解明を、実験鉱物学、材料科学、結晶化学、計算科学の融合により進めた。また合成プロセスが精緻に制御できれば、従来にない単結晶サイズで、新しい構造・形態・機能を有する膨潤性層状ケイ酸塩の創製も可能となるはずである。Mg-Al系、Zn-Mg-Al系およびFe-Zn-Al系のスメクタイトーマイカ系列の理想的な構造化学組成において、精緻に化学組成を制御したスメクタイト、混合層鉱物、雲母粘土鉱物などの各種2:1型層状ケイ酸塩の合成を水熱条件下(圧力100MPa、温度200-800°C)で行った。

さらにこれら合成層状ケイ酸塩の化学組成・結晶度・結晶粒子径・形状、構成元素の配位状態を、透過型電子顕微鏡学や粉末X線回折法による構造解析、IR法等の分光学による機能解析によって検討すると共に、紫外線照射下でのその光触媒活性について、色素ローダミンBおよびメチレンブルー等の分解挙動を評価した。さらに、第1原理バンド計算を用いて、Mg-Al系スメクタイトーマイカ系層状ケイ酸塩の要素解析を進め、これらの電子状態解析、電荷密度解析、振動解析、軌道解析等を行うと共に、各種物性値(比熱、エントロピー、膨潤性等)の理論的検討を進めた。
発癌時におけるミトコンドリア遺伝子体細胞変異に蓄積による核遺伝子発現制御

(1)癌細胞におけるミトコンドリアDNAの体細胞変異の蓄積多くの癌組織、癌細胞のmtDNAに体細胞変異が蓄積していることが明らかにされている。しかし、この体細胞変異の蓄積が、癌の形成過程の二次的結果として生じているのか、癌形成の原因のひとつとして、癌の促進に関与したために変異mtDNAをもつ癌細胞が多くなったのか、明らかではなかった。(2)サイブリドを用いたmtDNAの役割の研究細胞には核ゲノムとミトコンドリアゲノムが共存しているので、mtDNAの役割を明らかにするためには、核が共通でmtDNAだけが異なる細胞を比較しなければならない。そこで、mtDNAを消失しているHeLa細胞と脱核した細胞質を融合し、核が共通で正常mtDNAをもつ細胞と変異mtDNAをもつ細胞を作製した。この融合細胞を細胞質の融合であるのでサイブリド(cybrid)と呼ぶ。このサイブリドを用いて、mtDNAの癌の増殖速度へ対する効果とアポトーシ耐性効果、抗癌剤への耐性効果を調べた。(3)癌の増殖に対する変異mtDNAの効果変異mtDNAを持つサイブリド細胞と正常mtDNAもつサイブリド細胞をヌードマウスに移植すると、移植直後からの腫瘍体積の増加が正常mtDNAをもつサイブリド細胞より速く、mtDNA変異が癌増殖促進に寄与していることが示された。変異mtDNAをもつサイブリドでは、自発的におきるアポトーシス頻度が低下しており、アポトーシスの頻度の低下が見かけ上の増殖促進に寄与していることが示唆された。(4)抗癌剤へ対する耐性獲得とmtDNA変異mtDNA変異によってアポトーシスが抑制されたので、抗癌剤への耐性へのmtDNAの役割をサイブリドを用いて解析した。変異mtDNAをもつサイブリドは正常mtDNAをもつサイブリドよりも抗癌剤耐性であった。