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組織特異的マスト細胞鎮静化機構の解明と応用

免疫細胞の一つであるマスト細胞は、皮膚や血管などの結合組織や肺や腸などの粘膜面に広く存在しており、アレルゲンの暴露による活性化はアレルギー症状を引き起こすことが広く知られている。本研究では、マスト細胞が体の組織ごとに特徴的な遺伝子発現パターンを有しており、中でもマスト細胞の機能を調節するモチーフ(アミノ酸配列)を有する分子が皮膚のマスト細胞でのみ強く発現していることを明らかとした。この分子を欠損するマウスでは、皮膚炎症の増悪化が観察されることから、皮膚組織特異的なマスト細胞の活性化抑制因子であることが示され、当該分子の機能調節はマスト細胞を標的とした新たな皮膚疾患制御法になると期待される。免疫細胞の一つであるマスト細胞は、皮膚、腹腔などの結合組織と肺、腸管といった粘膜組織において異なる性質を発現することが古くから知られている。しかしながら、この組織特性の獲得・調節メカニズム、さらには疾患への関与については不明である。我々はこれまでに、体の様々な組織からマスト細胞を単離し、遺伝子の発現解析を試みることで、新たに部位特異的にマスト細胞に発現する遺伝子群を見出している。この遺伝子群の中から、皮膚に存在するマスト細胞に特異的に発現する分子群に着目をし、特に機能抑制モチーフを保持する分子についての解析を進めている。本研究課題の初年度では、機能抑制モチーフを保持する当該分子を欠損するマウスを入手し、アトピー性皮膚炎、接触性皮膚炎といったマスト細胞が関与する皮膚疾患マウスモデルを用いた解析を中心に行った。当該分子を欠損したマウスでは、接触性皮膚炎において皮膚の腫脹や好中球の浸潤などの病態が野生型マウスに比べて重症化することが明らかとなった。このことから、皮膚のマスト細胞を特異的に制御する機能調節機構の存在が示され、IgE非依存的な炎症反応に対して抑制的に働くことが明らかとなった。興味深いことに、当該分子は皮膚線維芽細胞からの刺激によってマスト細胞に発現誘導されることが明らかとなっている。詳細な機序については、線維芽細胞の機能をゲノム編集法を用いて制御し、マスト細胞との共培養スクリーニング法によってマスト細胞抑制分子の発現調節機構の解明を試みる。マスト細胞は、細胞内顆粒の構成成分や生体における存在部位の違いから、結合組織型と粘膜組織型に分類されてきたが、組織特異性の獲得背景や意義について詳細は不明であった。我々は、細胞外ATPに対する受容体の一つであるP2X7受容体が、粘膜型マスト細胞の活性化を司る分子であることを独自に開発した1F11抗体を用いた解析により明らかにし、更にマスト細胞に発現するP2X7受容体の量が組織間で異なっていることを見出した。そこで本研究では、組織特異的マスト細胞制御因子の探索を主眼とし各組織によって異なるマスト細胞活性化制御機構について解析した。はじめに、P2X7受容体のように組織間で発現レベルが異なる分子を探索する目的で、骨髄由来マスト細胞と皮膚や腸管、腹腔といった様々なマウスの組織からマスト細胞を単離し、遺伝子プロファイリングを行った。その結果、抑制性シグナルの伝達が予想される受容体の一つが、皮膚マスト細胞で特異的に高発現し、その他の組織では発現していないことを見いだした。皮膚のマスト細胞に発現する抑制性受容体が、皮膚組織特異性を規定する組織環境による制御を受けている可能性が考えられたため、骨髄由来マスト細胞を用いた皮内移入実験を行った。その結果、細胞移入数日後に、上記の抑制性受容体の発現上昇が皮膚マスト細胞で観察され、この誘導には皮膚の線維芽細胞が重要であることも明らかとなった。また、ハプテン誘導生皮膚炎モデルを用いた解析から、当該受容体をコードした遺伝子を欠損マウスでは野生型マウスと比較して耳介腫脹の増大が観察され、炎症細胞の浸潤の亢進も観察されたことから、皮膚組織特異的マスト細胞鎮静化機構の存在が明らかとなり、以上のことから、この抑制分子の誘導機構の解明が新たなアレルギー・炎症の治療法の開発つながることが示された。詳細なメカニズムについては不明な点が残されているが、本研究課題初年度において、皮膚組織特有のマスト細胞活性化制御機構の存在が示された。当該遺伝子を欠損するマウスを用いた解析から、当該分子が特に接触性皮膚炎に関与している可能性が示されている。また初年度において、ゲノム編集法を用いたex vivoの共培養系を確立させ、マスト細胞の機能制御因子の探索スクリーニング系として用いることが可能となった。さらに、皮膚炎誘導時におけるマスト細胞の挙動(遊走・血管透過性)と線維芽細胞の組織修復に焦点を当てた解析を行うために、新たなモデルマウスを作出し、2光子励起顕微鏡による生体イメージングが可能となった。初年度で得たイメージングの基礎的データをもとに、より詳細な解析を進めることが期待される。27年度が最終年度であるため、記入しない。

免疫学、粘膜免疫学マスト細胞活性化抑制分子による炎症抑制機序や、当該分子の発現のメカニズムを明らかにすることが次年度の課題として挙げられる。初年度に確立させたゲノム編集法を用いたex vivoの共培養スクリーニング系を駆使することで、当該分子の発現のメカニズムを明らかにする。さらに、皮膚炎誘導時におけるマスト細胞の挙動(遊走・血管透過性)と線維芽細胞の組織修復に焦点を当てた解析を行うためのマウスモデルを作出したことから、2光子励起顕微鏡によるイメージング法によって、当該分子の炎症抑制機序について、分子、細胞、個体レベルにおいて詳細な解析を進めていく。27年度が最終年度であるため、記入しない。
小胞体分子シャペロンORP150を用いた膀胱癌に対する癌免疫治療の実験的検討

癌組織においてORP150をはじめとする分子シャペロンは多量に発現されており、慢性的な低酸素等のストレスから自らを守っている。逆に、宿主側は癌細胞の分子シャペロンを癌特異抗原の認識のために利用していると考えられている。すなわち、分子シャペロンに結合した腫瘍ペプチドは非常に効率よく宿主に認識されることが知られており、腫瘍由来の分子シャペロンは宿主の癌特異免疫を活性化するためのアジュバントとして使われていると考えられている。今回、ORP150のその強力な抗原提示誘導能を利用して、マウス由来膀胱癌に対して癌免疫治療が可能かどうか検討した。まず実験Aでは、樹状細胞をC3Hマウスより採取し、IL-4,GM-CSFを添加して培養した。一方、MBT2由来のORP150をFPLCを用いて精製した。続いて、前述した処理を施した樹状細胞と精製したMBT2由来のORP150をco-cultureし、これをMBT2を接種して腫瘍が形成されたC3Hマウスの皮下に接種したところ、著明な腫瘍の退縮が確認された。実験Bでは、まずMBT2由来のORP150を発現するアデノウイルスベクターを作製し、さらにC3Hマウスより採取した樹状細胞にこのアデノウイルスベクターを感染させた。続いて、前述した処理をした樹状細胞をMBT2を接種して腫瘍が形成されたC3Hマウスの皮下に接種したところ、著明な腫瘍の退縮が確認された。以上の結果から、ORP150は免疫治療、ワクチン療法を、より強力に行うための重要な役割を有していることが明らかになった。今後、ORP150の作用機序の解明を含め、課題が残ったが、将来の臨床応用が期待できる成果をあげることが出来た。癌組織において分子シャペロンは多量に発現されているが、宿主は癌細胞の分子シャペロンを癌特異抗原の認識のために利用していると考えられている。本研究では、分子シャペロンORP150の強力なの抗原提示誘導能を利用して、マウス由来膀胱癌に対して癌免疫治療が可能かどうか検討した。平成14年度は以下の実験をおこなった。実験Aでは、マウス膀胱癌細胞株(MBT2)を大量に培養し、この細胞におけるORP150蛋白発現をwestern blotで確認した。確認後FPLCを用いてとのORP150を精製した。次に精製したORP150をマウスに接種し、その後MBT2をC3Hマウス背部皮下に移植した。コントロール群(PBS投与群)と比較で、ORP150接種群では有意に造腫瘍能が抑制された。実験Bでは、まずC3HマウスにMBT2を接種して背部皮下に腫瘍を形成させた。次に、MBT2のlysateとRecombinant ORP150を混じてから、マウス腹腔内に2週間ごとに投与したところ、腫瘍の退縮が確認された。現在ORP150自己抗体を測定するとともに、腫瘍組織を免疫染色し、ORP150による抗腫瘍効果の機序を検討中である。いずれにしても、ORP150は免疫治療、ワクチン療法をより強力に行うための重要な役割を有していることが明らかになり、平成15年度の研究では、ORP150の作用機序の解明を目指す予定である。
有機合成を志向した炭酸ガス固定反応の開発-オキサニッケラサイクルの形成と反応性

当該研究課題において、本研究代表者は、ニッケル錯体を利用した有機合成化学的に有用な不飽和炭化水素への二酸化炭素固定化反応の開発を目的とし研究を行なった。その結果、平成13年度の研究において以下のような研究成果が得られた。1.アレン類への二酸化炭素を含む多成分付加反応の開発1,8-diazabisuslo[5.4.0]undec-7-eneをニッケル錯体の配位子として用いることにより、アレン類の二酸化炭素を利用したカルボキシル化反応が穏やかな条件下進行することを見出した。また、本反応においてカルボキシル化後その反応溶液にそのままアルデヒドを添加すると、アルデヒドも同時にアレンに付加することを見出した。このアレンへの二酸化炭素とアルデヒドの段階的付加反応は非常に高い位置および立体選択性で進行し、得られる生成物は多置換α-メチレン-γ-ラクトンに容易に変換可能であることから、本法は有機合成化学的に有用な二酸化炭素利用反応になりうると考えられる。2.アルキンへの二酸化炭素および有機亜鉛試薬付加反応を利用した複素環構築法の開発12年度に行われた研究において本研究代表者はすでにニッケル錯体を利用したアルキンへの二酸化炭素および有機亜鉛試薬の付加反応を開発している。今回、本反応に基づく新たな複素環合成法の検討を行った結果、イソインドール、イソキノリンなど種々の複素環構築法の開発に成功した。本法では含窒素複素環だけでなく含酸素複素環の合成も可能であり、また4級炭素を含む高度に置換された複素環化合物が得られることから、本法は天然物合成等の有用な手段となりうると考えられる。その結果、平成12年度の研究において以下のような研究成果が得られた。1.アルキンへの二酸化炭素を含む多成分付加反応の開発末端アルキンと0価ニッケル錯体を常圧の二酸化炭素雰囲気下反応させた後、種々の有機亜鉛試薬を作用させたところ、トランスメタル化を経由して反応が進行し、二酸化炭素と有機亜鉛試薬由来のアルキル基がアルキンに対し位置及び立体選択的に付加した、三置換オレフィン構造を持つα,β-不飽和カルボン酸が得られることを見出した。また、本反応は触媒的二酸化炭素固定化反応への展開が可能と考えられ、未だ触媒効率は低いものの、使用したニッケルを上回る収率で生成物が得られる現象も見出している。2.l,3-ジエンへの二酸化炭素を含む多成分付加反応の開発1,8-diazabisuslo[5.4.0]undec-7-eneをニッケル錯体の配位子として用いることにより、l,3-ジエンへの二酸化炭素固定化反応がこれまで報告されている方法に比較して穏やかな条件下進行することを見出した。また、本法を有機亜鉛試薬とのカップリング反応と組み合わせて用いることにより、アルキンの場合と同様、二酸化炭素と有機亜鉛由来のアルキル基を1,3-ジエンに付加させることができた。さらに、本系では、ジメチル亜鉛を用いるとメチル基は付加せず、代わりにもう一分子の二酸化炭素が位置選択的に付加したジカルボン酸が高収率で得られることが分かった。本反応は1気圧の炭酸ガス雰囲気下、0°Cにてわずか数時間で完結する。このように温和な条件下に進行する多分子の二酸化炭素固定化反応はこれまでほとんど報告されておらず、本反応は、有用な二酸化炭素固定化反応になりうると考えられる。
再認記憶を司る神経回路の遺伝学的操作：サルを用いた因果性解析

本研究の目的は、霊長類(マカクサル)下部側頭葉内の特定の神経回路が、再認記憶(recognition memory)の想起時に果たす役割を、遺伝学的手法を用いて神経回路機能を可逆的に操作することにより、明らかにすることである。本年度は以下の進捗が得られた。1.遺伝子導入マカクザルを用いた再認記憶を司る神経回路の可逆的阻害4頭のマカクサル(ニホンザル)に対し、再認記憶として遅延非見本合わせ課題(Delayed Non Matching-to-Sample (DNMS)task, Squire and Zola-Morgan, 1991)の訓練を行なった。続いて、訓練済のマカクザルのうち3頭において、下部側頭葉(36野)にドキシサイクリン依存型テタヌストキシン発現システムを搭載したアデノ随伴ウイルスベクターを接種した。ドキシサイクリン投与下/非投与下において、サルの行動実験を実施し、神経回路の遮断効果を検討したところ、少なくとも1頭のサルにおいて課題正答率の可逆的低下が認められた。これにより下部側頭葉の神経回路が再認記憶において重要な役割を果たしていることが示唆された。2.短時間分解型破傷風毒素テタヌストキシンの開発改良型破傷風毒素テタヌストキシン(Kinoshita et al., 2012)と改変型DHFR(以下DD)(Iwamoto et al., 2010)を結合させることで、短時間分解型テタヌストキシン(DD.EGFP.eTeNT.PEST)を開発した。これはトリメトプリム(Tmp)非存在下では数時間で分解されるものである。さらに、遺伝子発現をより厳密にするために、この短時間分解型テタヌストキシンをTet-on systemにて制御するシステムを開発した。これは、ドキシサイクリン(Dox)とトリメトプリム(Tmp)の二種の薬剤の存在下で、より厳密でかつ素早いテタヌストキシンの発現調節を可能にする次世代の可逆的神経回路遮断システムである。
高周波/電磁波治療の深在性齲蝕治療への応用―訪問・在宅治療を目指して―

高周波/電磁波治療を深在性齲蝕へ応用するにあたり、生体に対する効果と影響を解明する必要がある。高周波/電磁波はジュール熱を発生するため殺菌作用とともに組織為害作用があると考えられるが、少し離れたところでは生体の細胞、とくに硬組織形成細胞の活性化を促進することを見出した。しかし、象牙細管内細菌殺菌および静菌効果については、それほどの作用は示さず、さらなる出力および照射条件の探索が求められた。深在性齲蝕では菌体成分が象牙芽細胞に作用し起炎すると考えられるが、自然免疫機構で重要な働きをするパターン認識受容体が象牙芽細胞に存在し、菌体成分と結合することにより、ケモカインを産生することを明らかとした。1.骨芽細胞様細胞株(MC3T3-E1細胞)に500 kHzで1秒間/回、10回の電磁波・高周波照射を行い、様々な成長因子の遺伝子発現をreal-time PCRにて継時的に解析した結果、VEGFとFGF2は照射後4-12時間、PDGF-AとCTGFは照射後4-24時間、PDGF-BとTGF-beta1は8時間で顕著な遺伝子発現の増強が認められた。また、Osteopontinは、12-24時間で顕著な遺伝子発現の増強が認められた。2. in situ hybridization法により骨芽細胞様細胞株(MC3T3-E1細胞)でのVEGFの遺伝子発現は、電磁波・高周波照射時の電極間の細胞で増強していることが観察された。3.象牙芽細胞用株(KN-3細胞)に、様々な周波数(500, 750, 1,000 kHz)で1秒間/回、5回の電磁波・高周波照射を行い、照射前から経日的に細胞増殖能を細胞増殖アッセイにより解析を行った結果、照射5日後までには有意な細胞増殖は認められなかった。また、同様の照射条件にて、細胞障害性についてもLDH cytotoxicity Assayにて解析した結果、電磁波・高周波照射による細胞障害性は認められなかった。4.象牙芽細胞様株(KN-3細胞)に、500 kHzで1秒間/回、5回の電磁波・高周波照射を行い、6時間培養後にtotal RNAを精製し、遺伝子発現量をPCR arrayにて解析した結果、integrin alphaの増強が認められた。2.電磁波・高周波照射時(500 kHz)の電流値がStreptococcus mutansに対する殺菌効果に及ぼす影響について検討した結果、電流値を増加させると殺菌効果は増強し、寒天培地上での阻止円も大きくなった。さらに複数回照射した場合、総電流値に依存して、殺菌効果は増強した。3.電磁波・高周波照射時(500 kHz)の能動電極を先端3 mm以外を絶縁体にてCoatingした場合、Coatingしていない電極と比較して有意に殺菌効果は増強した1.象牙芽細胞は、歯髄組織において細菌等の外来刺激に対して最前線に位置する為、その役割は非常に重要である。電磁波・高周波の深在性齲蝕治療への応用を目指す為に、高周波・電磁波照射が象牙芽細胞の遺伝子発現に及ぼす影響について、Microarrayを用いて網羅的に解析を行い、顕著な発現変化を示す遺伝子を絞り込む事ができた。2.電磁波・高周波照射のS. mutansに対する殺菌効果について、電流値ならびに照射回数依存的にその効果は増大することが明らかとなり、照射による総電流をコントロールすることが重要と考えられた。3.電磁波・高周波照射の殺菌効果に関して、能動電極の先端3 mmを絶縁体にてCoatingを行い、先端部分のみからの照射する事により殺菌効果が増大した。当初の研究実施計画と以上の結果を考慮すると、おおむね順調に研究は進展していると評価できる。高周波/電磁波治療を深在性齲蝕そして初期歯髄炎へ応用するにあたり、高周波/電磁波の生体に対する効果と影響、そして病因と病態、特に歯髄炎のpathogenesisを解明する必要がある。高周波/電磁波治療はジュール熱を発生するため殺菌作用とともに組織為害作用があると考えられるが、その作用範囲は非常に狭く、少し離れたところでは生体の細胞、とくに硬組織形成細胞の活性化を促進することを見出し、さらにこれはERK1/2およびp38 MAPK経路を通じて作用を発揮することを報告した(Cell Physuol Biochem, 35, 2015)。しかし、研究の当初に予想していた象牙細管内細菌殺菌および静菌効果については、それほどの作用は示さず、さらなる出力および照射条件の探索が求められる結果となった。歯髄炎の初期病態の解明については大きな前進があった。歯髄炎の発症には歯髄の自然免疫機構が関与していると考えられるが、未だに未解明である。今回、歯髄細胞がインターフェロン-γを通じてケモカイン(CXCL10)産生やIL-6産生、さらにインドールアミン2,3デオキシゲナーゼの産生を誘導することを見出した(J Endod, 40, 2014)。さらに、ヒト歯髄細胞が炎症によって産生するVEGFおよびCOX-2がカテキンにより抑制されることを見出した(Int EndodJ, 48, 2015)。また、深在性齲蝕では菌体成分が象牙芽細胞に作用し起炎すると考えられるが、自然免疫機構で重要な働きをするパターン認識受容体であるNOD1が象牙芽細胞に存在し、菌体成分と結合することにより、IL-8やCCL20などのケモカインを産生することを明らかとした(BioMed Res Int, 2016)。今後、これらに対する高周波/電磁波の生体に対する効果を検討して行く予定である。

高周波/電磁波はジュール熱を発生するため殺菌作用とともに組織為害作用があると考えられるが、少し離れたところでは生体の細胞、とくに硬組織形成細胞の活性化を促進することを見出した。しかし、象牙細管内細菌殺菌および静菌効果については、それほどの作用は示さず、さらなる出力および照射条件の探索が求められた。深在性齲蝕では菌体成分が象牙芽細胞に作用し起炎すると考えられるが、自然免疫機構で重要な働きをするパターン認識受容体が象牙芽細胞に存在し、菌体成分と結合することにより、ケモカインを産生することを明らかとした。1.象牙芽細胞は、歯髄組織において細菌等の外来刺激に対して最前線に位置する為、その役割は非常に重要である。電磁波・高周波の深在性齲蝕治療への応用を目指す為に、まず高周波・電磁波照射の象牙芽細胞に対する細胞増殖能と細胞障害性について検討を行い、象牙芽細胞には障害は認められず、その安全性が確認された。2.これまでに電磁波・高周波照射が、骨芽細胞に対して照射1日後より成長因子の遺伝子発現ならびに蛋白産生増強を誘導したことより、real-time PCRにて遺伝子発現増強に関して、さらに詳細に検討した結果、照射数時間以内という比較的早期に誘導されることが明らかとなった。3.上記に結果に基づいて、象牙芽細胞用株に対して500 kHzで1秒間/回、5回の電磁波・高周波照射6時間後に培養後遺伝子発現量をPCR arrayにて解析した結果、integrin alphaの増強が認められた。当初研究実施計画と以上の結果を考慮すると順調に研究は進展していると評価される。1.電磁波・高周波照射により象牙芽細胞様細胞株(KN-3細胞)において、Microarray解析で発現が2倍以上変化した遺伝子について、real-time PCRにてより定量的に遺伝子発現の変化を解析する。さらに、電磁波・高周波照射によるKN-3細胞の石灰化に及ぼす影響に関して、Alkaline Phosphatase活性やNodule形成等について解析する。2.歯髄線維芽細胞に対する電磁波・高周波照射の影響を細胞増殖・障害性に加えて、遺伝子発現に関しても網羅的に解析を行う。3.電磁波・高周波照射が歯髄構成細胞(象牙芽細胞や線維芽細胞)の自然免疫機構に及ぼす効果に関して、パターン認識レセプターの発現やそれらを介した免疫反応として炎症性メディエーターの産生に及ぼす影響を解析する。歯科保存学分野2.我々は、これまでに電磁波・高周波照射の口腔内細菌に対する殺菌効果について、周波数と照射回数による影響を検討した(J Appl Microbiol 2012)。今後、電磁波・高周波照射の殺菌効果について、電流値による影響も解析する。3.歯髄線維芽細胞に対する電磁波・高周波照射の影響を細胞増殖・障害性に加えて、遺伝子発現や蛋白産生に関しても網羅的に解析を行う。今年度は、これまでに使用していた培地や試薬類に加えて、Total RNA抽出・精製Kit等が十分に残っていたために、それらの新規購入が計画当初より少なく、研究費の繰り越しが生じた。
構造物の地震時浮き上がりに関する基礎的実験研究

地震時における構造物の浮き上がり・ロッキング挙動を研究、検討する目的で、3層構造のモデル試験体を製作し、自由振動実験および強制振動実験(正弦波入力、地震動入力)を行った。また、若干のシミュレ-ション解析を行うことによって、浮き上がり・ロッキング挙動の分析的把握に努めた。研究結果の要約を以下に示す。1.自由振動開始後、系全体の振動周期は、浮き上がり時の1サイクルから2サイクルまでは顕著に減少し、その後、4サイクルあたりからほぼ一定となり、0.43秒に収束した。基礎部を固定した場合の上部構造の固有周期の実測値は0.37秒であるが、支持床の影響により系の周期は上記の0.43秒に延びた。系の減衰は1サイクルから2サイクルまでは大きな値を示すが、次第に減少して約1.0%に収束した。2.正弦波入力実験では、水平方向の入力加速度値を50galから200galまで、4倍に増すと応答加速度の共振曲線に浮き上がりの影響が強く表れ、浮き上がり範囲での第3層水平方向加速度の応答倍率は2倍程度に低下し、強い非線形性を示した。さらに上下動入力を加えた場合、浮き上がり範囲は低振動数領域、高振動数領域の両側に広がり、その応答量き頭打ちとなって、水平1方向入力時と同じような傾向となった。3.エルセントロ波(NS)の加速度レベルを100galと342galとして用いた地震動入力実験では、100gal入力時では線形応答しており、浮き上がりは認められない。342gal入力時に浮き上がりは顕著に現れ、各層の加速度応答時刻歴波形の振幅が頭打ちとなり、加速度応答倍率は大幅に低下し、浮き上がりによる非線形性が確認された。4.上下道による影響を東北大学波(NSー258gal,UDー158gal)で検討したが、その影響はほとんどみられなかった。5.自由振動実験結果のシミュレ-ション解析では、特に、接触の際の速度低減率をパラメ-タとして数値的に検討した。その結果は、実験値とよく対応する良好な成果を得た。今日、強震時での構造物基礎部の浮き上がりは基本的に発生させない方向で、建築構造物の耐震設計の体系がなされている。一方、構造物の浮き上がりにともなう非線形挙動は、かなり複雑であることに加え、実用設計上の研究、検討が不足しているのが現状である。浮き上がり性状は、建築物の形状、力学特性(例えば周期)、さらに支持地盤等の硬軟によるが、強震時の局部的な浮き上がりの発生、浮き上がりの影響は十分に予測され、また多くの地震応答解析例も提示されている。本研究は、建築物の浮き上がり振動現象を、ランダム振動台(上下動を含む)を用いたモデル実験で検討しようとするものである。特に、地震時における建築物底面と支持地盤との局部的な接触、衝突、浮き上がり現象を実態に即して把握することにより、これまで行ってきた当研究室の解析モデルを整備、修正し、コンピュ-タ・シミュレ-ションを行うことが最終目的である。地震時における構造物の浮き上がり現象の明確な予測法を成立すると同時に、建物基礎部の浮き上がりを耐震設計の体系に組み込む方策(例えば等価ロッキングばねモデルなど)を研究している。本年度の研究成果は、次の通りである。(1)3層建物をモデル化したスケ-ル約1/10の鋼材製の弾性試験体

(固有1次周期0.37秒、幅高さ比4)を作製し、支持面には天然ゴムを使用して試験体が這回らないようにフ-チング直下に溝を掘っている。この試験体を用いて、浮き上がり・ロッキングに関する自由振動実験、定常正弦波加振実験、ランダム地震動入力実験を行った。(2)浮き上がりを生じる自由振動実験から、ロッキング状態における系全体の減衰性、周期の減少性を調べた。(3)入力加振レベル、入力振動数が異なる正弦波加振により浮き上がり開始の条件を考察し、建物モデルの固有振動数との関係を検討した。浮き上がり開始後は入力加速度が増加しても、建物の応答加速度が頭打ちとなった。本研究では、浮き上がりを考慮した構造物の振動性状と地震応答について、3層構造の試験体を製作し、実験(自由振動、正弦波入力、および地震応答)を行い、その実相を把握すると同時にシミュレ-ション解析を行った。これまでに研究で得られた知見を以下に示す。1.自由振動実験では、加速度、変位の時刻歴波形を実測し、浮き上がり状態から、ロッキング振動状態に移行する過程を詳細に追跡した。特に、浮き上がり振動時の周期が変調して、次第にロッキング周期に収斂すること、浮き上がり振動時に大きな減衰性を有することが注目される。2.正弦波入力実験では、応答加速度の共振曲線、およびその変形モ-ドを中心に検討した。入力加速度を増大して、浮き上がり状態に達すると、応答加速度倍率は急激に低下し、浮き上がりによる非線形性が顕著に表れた。また、変形モ-ドに関しては、浮き上がり時に急激に増大する変位が、特に1次モ-ドの成分に依存している。3.地振動入力実験では、硬質地盤を代表するEl Centro NS(1940:Imperial地震)、および長周期成分の卓越する東北大学NS(1978:宮城県沖地震)、の2波を中心に検討した。予想通り、各応答値は、東北大学波が若干大きめの値を示したが、地震応答の全体的な傾向は類似したものとなった。El Centro波の実録加速度値(342gal)で、浮き上がりは顕著に表れる。この浮き上ガりの現象により、加速度振幅は頭打ちとなり、応答倍率は低下し、強い非線形性が認められた。なお、上下動による影響を東北大学波で検討したが、特に明確な差異は認められなかった。
秩父帯低変成度岩のKーAr年代学

西南日本の地質体は主に顕生時代の島弧ー海溝系の付加体物質からなっている。北の秋吉帯はペルム系であり,すぐ南の美濃ー丹波帯はジュラ系である。最南帯の四万十帯は白亞系ー第三系となっている。秩父帯を除くと北から南にかけて地質体が若くなっている。秩父帯は北帯,中帯及び南帯の三帯に分帯されてきているが,いずれも島弧ー海溝系付加体物質からなっている。北帯と南帯は主にジュラ系からなっているが中帯はペルム系からなっている。この中帯の特異な存在が従来から問題となっている。この中帯を含めて周囲の地質体の低変成度岩類の微細な白雲母を分離濃集し系統的なKーAr年代測定を実施してきた。それによって,従来化石が全く発見されずその帰属が不明の地質体の変成岩年代が明確になっていく過程でいくつか重大な発見があった。それは,三波川変成岩分布南限と秩父帯中帯の地体構造である。秩父帯中帯はペルム紀の年代を持ち尚かつ周囲のジュラ紀地質体の上に低角度の断層を境してあることがわかった。中帯内の他の特異な地質体を含めて中帯の構成要素は西南日本内帯のペルム系やそれ以前の地質体構成要素と酷似するすることから中帯は西南日本内帯のクリッペとして意義を提案することができた。それによって,西南日本全体の顕生時代島弧ー海溝系付加体形成プロセスを非常に単純な島弧ー海溝系で説明できるようになった。それは今後の島弧ー海溝系造山運動の基礎を作ったと言える。
糖尿病患者の歯周病の進行におけるエンドセリンの役割

慢性炎症である歯周病と糖尿病との関連が広く知られるようになってきたが、両者は多因子性疾患であり、様々な因子が複雑に絡みあっている。これらの中で我々はエンドセリンに注目し、両疾患の相互作用の分子機構について検討を行ってきた。細胞培養系を用いた研究、免疫組織学的研究あるいは歯周病患者の歯肉溝浸出液の解析から炎症性歯周組織においては高濃度のエンドセリンが産生されていることを明らかにした。また高糖環境下で培養した歯周組織由来細胞ではエンドセリンの発現が増加していた。さらに培養系の研究からエンドセリンの歯周組織での役割として、好中球の遊走促進、骨吸収の促進、炎症性肉芽組織の増殖促進の可能性が示唆された。本研究より歯周病にはその発症・進展にエンドセリンが深く関与しているタイプのものが存在することが明らかとなり、糖尿病を合併している場合には歯周炎がさらに進行することが考えられる。また、歯周局所で高濃度に産生されたエンドセリンがサイトカインを誘導することで、糖尿病のコントロールを悪化させている可能性が示唆された。さらに糖尿病の合併症の1つである糖尿病性網膜症と歯周病との間にはエンドセリンによって誘導されるインターロイキン6を介した相関を認めた。本研究から歯周病と糖尿病との相互作用分子の1つとしてエンドセリンが示唆され、その役割について明らかとなった。また、糖尿病患者の歯周病治療においてエンドセリンをターゲットとした新たな治療法の開発に有用な知見を得ることができた。大規模な疫学的研究から歯周病と糖尿病の関連性が明らかとなってきたが、分子レベルでの両疾患の相互作用については不明な部分が多く、多くの理論が想像の域を出ていない。そこで我々はこれまでの研究から両疾患の橋かけ分子としてエンドセリンについて見当を行った。まず歯周組織由来培養細胞を用いて高血糖環境を再現し、エンドセリンの発現を遺伝子および蛋白質レベルで検討した。グルコース添加培地の歯周組織由来培養細胞では総蛋白量の増加以上にエンドセリンの誘導が観察された。歯周病患者の歯肉溝浸出液中のエンドセリン量は健常者に比べて有意に増加し、それは炎症性歯周組織より産生されていることも同時に観察している。これらのことから歯周組織では炎症によりエンドセリンの発現が増加するとともに高血糖環境下ではさらに発現が増幅され、歯周病と糖尿病の合併症ではエンドセリンが相乗的に増加しているものと想像される。さらに我々は歯周病を原因とする歯槽骨の吸収率と糖尿病性網膜症患者における硝子体液中のIL-6濃度とに相関を見出している。IL-6とエンドセリンは炎症組織において増加していることが知られており、両者はクロストークしていることが知られている。すなわち、エンドセリンは直接あるいはIL-6などの他の分子を介して、歯周病と糖尿病の相互作用に関係している可能性が示唆された。この両疾患は相互に作用して病態を悪化させることからエンドセリンの作用をブロックすることは新たな治療法の開発にも役立つものと考えられる。
胎生マウス初期後腎の尿管芽分岐に関わる因子の網羅的解析

Wntシグナル伝達系の抑制因子であるICAT(Inhibitor of β-catenin and T-cell factor)はβ-カテニンと直接結合し、核内でβ-カテニンと転写因子TCF/LEFの相互作用を負に制御する。ICATノックアウトマウスの形態解析により、胎生18.5日のホモタイプで12.5%の腎臓欠損が見つかった。欠損側の副腎や生殖腺では異常が認められないこと、ホモタイプでも形成される腎臓は他のタイプと大きさに差異がないことより、腎臓欠損は後腎形成初期にその原因があると考えられた。ワイルドタイプを用いて後腎初期のICAT発現を詳察した。胎生11.512.5日に尿管芽上皮と後腎間葉共に発現が高く、胎齢が進むに従い尿管芽のICAT発現は高いままであったが、後腎間葉と腎小胞では発現の低下がみられた。胎生12.5日のホールマウント後腎で尿管芽分岐を比較をしたところ、ホモタイプの尿管芽先端数は有意にヘテロタイプ後腎より少なかった。特にこの時期のヘテロタイプには見られなくなった2分岐のみの後腎がホモタイプで22%認められた。この2分岐後腎に焦点を絞り、ワイルドタイプの胎生12.012.5日後腎で観察したところ、ホモタイプ後腎における尿管芽分岐は約半日ほどの発生の遅延が認められた。2分岐後腎を凍結切片にしてアポトーシスを調べた。ワイルドタイプの胎生12.012.25日後腎では周縁部と髄質の間葉に少数のアポトーシスが見られたのに対し、ホモタイプの胎生12.5日後腎では未凝集の間葉細胞に多数のアポトーシスが認められた。これらの結果より胎生12.5日のホモタイプのうち2分岐のみの後腎は、尿管芽の遅延により上皮-間葉シグナルを受けられない間葉細胞の多数にアポトーシスが発現し、これが原因となって腎臓欠損が生じるのではないかと考察した。ICAT(Inhibitor of β-catenin)は、β-cateninと結合してWntシグナルのカノニカル経路を負に制御する。ICATノックアウトマウスを東京大学分子細胞生物学研究所の秋山教授より供与され胎生18.5日(E18.5)を解析したところ、ホモタイプの12.5%に腎臓欠損があった。副腎や生殖腺の形態異常は認めなかったことや、ホモタイプ腎臓の大きさに他タイプとの差違は無く、組織学的異常も無かったことより、後腎形成初期に腎臓欠損の原因があると推察した。ICATノックアウトマウスE12.5の形態学的解析を行った。後腎をホールマウントでサイトケラチン免疫染色して尿管芽分岐状態を観察したところ、ヘテロタイプに対してホモタイプで有意に尿管芽先端数の減少が認められた。(平均±標準偏差:ヘテロタイプ=6.43±1.233、ホモタイプ=4.35±1.603、P<0.001)E12.5ホモタイプ後腎での尿管芽分岐減少は、尿管芽発生の遅滞かもしくは異常があるのかを調べるために、正常マウス(C57BL/6J)のE11.512.5後腎を上と同様の方法で確認したところ、ホモタイプでは尿管芽分岐の著しい形態異常は見られず、2分岐のままで尿管芽の発生が滞っているようにみられた。

ホールマウント染色後腎を凍結切片にしてアポトーシスを観察したところ、ヘテロタイプでは後腎周縁部および髄質部に確認された。ホモタイプでは特に2分岐後腎で多くのアポトーシスを生じているものがあった。ICATノックアウトマウスの腎臓欠損を網羅的に解析するのがこの研究の目的である。ICATノックアウトマウスの当施設での飼育が遅れたため、現在ではマイクロアレイを実施出来るよう試料を収集する準備をしている。また、初期後腎の器官培養を行って実際に腎臓欠損に繋がるデータを得られるように解析を進めている。ICAT (Inhibitor of β-catenin and TCF)は、β-cateninと結合してWntシグナルのカノニカル経路を負に制御する。ICATノックアウトマウスを東京大学分子細胞生物学研究所の秋山教授より供与され胎生18.5日(E18.5)を解析したところ、ホモタイプの12.5%に腎臓欠損があった。腎臓欠損部位でも副腎や生殖腺の形態異常は認めなかったことや、ホモタイプ腎臓の大きさに他タイプとの差違は無かったことより、後腎形成初期に腎臓欠損の原因があると推察した。ICATノックアウトマウスのE12.5ホモタイプ後腎では、有意に尿管芽分岐の減少があった。この原因を調べるために、ICATノックアウトマウスのE12.0後腎で、ワイルドタイプとホモタイプのDNAマイクロアレイ遺伝子解析をした。その結果、ワイルドタイプに対してホモタイプで2倍以上減少したmRNAは71種類あり、2倍以上の増加を示したmRNAが10種類存在した。このうち、2-UpしたもののうちでC.elegansのホモログであるGamma-secretase subunit APH-1Aが後腎に関係していそうである。また、2-Upまではしていないが、Wnt2bの発現がホモタイプで強く出ていた。また、2-DownしたmRNAではchordin・homeobox protein dlx-2・Collagen alpha1が顕著であり、このうちchordinは前脳形成や中枢神経系の発生に関わり、ICAT欠損による前脳形成不全にも影響している可能性がある。chordinはまた、中胚葉形成にも関わっているので後腎形成にも関与があるかもしれない。2-Up geneや2-Down geneほど顕著にホモタイプとワイルドタイプ後腎で発現の差異は認めないものの、両タイプ間で発現量の異なっているWntシグナル伝達系に関与する遺伝子のうち、ホモタイプがワイルドタイプよりも高発現している遺伝子として、HMGtrnscription factor(Tcf4), Wnt inhibitor factor 1, low densitylipoprotein receptor-related protein1・6, dikkopf homolog 2, groucho-related gene1 protein, glycogen syntase kinase 3 betaがあった。これらの結果を考察するに、Wntシグナル伝達系を構成する遺伝子を含み、かつ、Wntを抑制する機能を持った遺伝子の発現も多くみられた。このことより、ICATノックアウトマウスのホモタイプ後腎では、Wntシグナル伝達系は部分的に亢進するけれども、Wntインヒビターによるネガティブフィードバックを受けている可能性が示唆された。
ホタテガイ外套膜に存在する新規ミオシンの構造と機能

ホタテガイ外套膜よりクローニングしたミオシン頭部遺伝子は興味深いことに現在まで報告されてきた筋肉ミオシンとは異なる非筋タイプに属するミオシンであることが明らかになった。このミオシンの一次構造はN末端領域に存在するSH3ドメインに挿入配列をもつ特徴的構造を有していた。本研究では、このミオシンの機能、構造を明らかにすることを目的に尾部領域のクローニング、頭部領域の発現系の構築、軽鎖成分の同定を中心に研究を進めた。さらにホタテガイ外套膜に存在する新規ミオシンの探索も平行して行った。(1)ホタテガイ非筋ミオシンの尾部領域のクローニングを行い、全長の遺伝子を単離した。その結果、興味深いことにこの非筋ミオシンは他のミオシンと比較すると300アミノ酸ほど短い尾部構造をもつことが明らかになった。しかしその2次構造は他のミオシンと同様coiled-coil構造を保持し、C末端領域にはヘリックス構造を持たない領域も見出された。このミオシンIIは現在まで報告されているミオシンIIのなかでもっとも分子量の小さいものであり、その生理的役割、酵素活性などさらに検討する必要がある。(2)一方、ホタテガイ外套膜より新規ミオシンの探索を行った。その結果、778アミノ酸よりなるアンコンベンショナルミオシンのクローニングに成功した。このミオシンは、系統樹解析の結果現在まで報告されている16種類のどのミオシンにも分類されない新規ミオシンであることが明らかになった。その一次構造は、アクチン結合部位であるループ2領域に67アミノ酸が挿入されている非常に興味深い構造を有しており、今後このミオシンの発現、そして酵素学的性質の解明へと進めていく予定である。(3)ホタテガイ非筋ミオシンの発現系の構築、そして軽鎖成分の同定に関する研究についても平行して進めてきたが現在までのところポジティブな結果を得ることができていない。引き続き検討を行っていく予定である。

(3)ホタテガイ非筋ミオシンの発現系の構築、そして軽鎖成分の同定に関する研究についても平行して進めてきたが現在までのところポジティブな結果を得ることができていない。引き続き検討を行っていく予定である。ホタテガイ外套膜組織よりクローニングしたミオシン頭部遺伝子は非常に興味深いことに既に多くの研究がなされてきたホタテガイ筋ミオシンとの相同性が低く、非筋タイプのミオシンに分類される新規ミオシンであることを明らかにしてきた。また昨年度、尾部領域をコードする遺伝子をクローニングし、このミオシン尾部の相同性検索の結果からも、このミオシンが非筋タイプミオシンに高い相同性を示すことを確認した。このミオシン尾部の構造は、他のミオシンIIに比べ200アミノ酸ほど短い特徴的構造を有し、さらにC末端領域にはホタテガイ横紋筋、平滑筋ミオシンには認められない10数残基のnon-helical tail部分そしてリン酸化部位をもつことを明らかにした。従来より、ホタテガイミオシンは哺乳類のミオシンとは異なり、重鎖へ結合した軽鎖へのカルシウム結合によってATPase活性の制御が行われることが報告されてきた。しかし、見出したミオシン遺伝子はホタテガイ筋ミオシンとの低い相同性から軽鎖のリン酸化など他の制御を受けている可能性が考えられた。そこで、このミオシンのATPase活性の制御機構を調べるため、このミオシンがもつ軽鎖成分の同定を試みた。軽鎖はミオシン重鎖の頭部と尾部の付け根に結合していることが知られていることから、この領域およそ200アミノ酸を大腸菌にて発現させ結合蛋白質の探索を行った。His-tagの付加した融合蛋白質をカラムに結合させこの融合蛋白質に結合する蛋白質を単離したところ、単離した4本の成分はおよそ17kDa-30kDaの従来知られてきたミオシン軽鎖の分子量にほぼ一致することがわかった。これらの蛋白質成分の部分アミノ酸を決定したところ,2つは既に明らかになっているホタテガイ筋ミオシンの軽鎖成分と一致するアミノ酸配列を有しており,他の2つの成分は従来知られてきたミオシン軽鎖成分とは相同性の認められないアミノ酸配列を有していることを明らかにした。しかしながら、現在のところこれらの新規結合成分が非筋ミオシンの軽鎖であるかどうか、確定するにはいたっていない。
不完全なリプログラミングとゲノム不安定性を指標としたヒトiPS細胞の品質評価

iPS細胞は、ES細胞と同様に個体を構成する様々な体細胞へと分化できるため、再生医療やヒト疾患のin vitroのモデルとして期待されてきた。しかし、分化異常や造腫瘍性が問題になることがあり、「真に良質なヒトiPS細胞」選択のための評価法が求められてきた。本研究では、不完全なリプログラミングとゲノム不安定性により引き起こされるヒトiPS細胞株間の造腫瘍性(グリオーマ産生能)の違いに着目してリプログラミング抵抗性遺伝子群「Score Card」を同定し、ヒトiPS細胞の品質評価への応用を検討した。(1)遺伝子発現とエピジェネティックスによるヒトiPS細胞のリプログラミングの評価神経分化能と造腫瘍性を詳細に解析した6株のヒトiPS細胞と3株のヒトES細胞、およびiPS細胞の作製に用いた線維芽細胞からゲノムDNAを抽出し、網羅的DNAメチル化解析(Illumina Infinium methylation assay: 450k)を行った。ゲノムワイドな解析に加え、これまでに同定した60遺伝子、または17遺伝子のScore Cardに着目した解析により、各細胞のリプログラミング状態を評価していく予定である。(2)様々な細胞種における分化異常・造腫瘍性の評価未分化ヒトiPS細胞を免疫不全(NOD/SCID)マウス精巣へ移植し、約3か月間で奇形腫の形成を行った。固定した奇形腫の組織切片を作成し、その病理像を検討している。当初予定していた未分化ヒトiPS細胞のDNAメチル化解析、および免疫不全マウスへの移植による奇形腫形成実験を行うことができ、ほぼ予定通りの進捗状況である。次年度は、今年度の解析を継続して行っていく予定である。(1)遺伝子発現とエピジェネティックスによるヒトiPS細胞のリプログラミングの評価:神経分化能と造腫瘍性を詳細に解析した6株のヒトiPS細胞と3株のヒトES細胞、およびiPS細胞の作製に用いた線維芽細胞を用いて行った網羅的DNAメチル化解析(Illumina Infiniummethylation assay: 450k)などのエピジェネティックス解析の結果をもとに、これまでに同定した60遺伝子、または17遺伝子のScore Cardに着目した解析を進めている。(2)様々な細胞種における分化異常・造腫瘍性の評価:これまでに未分化ヒトiPS細胞を免疫不全(NOD/SCID)マウス精巣に移植して作成した奇形腫の組織切片を作成し、奇形腫中にみられる様々な組織像を解析することで造腫瘍性の評価を行った。その結果、一部の奇形腫では造腫瘍性との相関を疑わせる所見が得られたため、組織像の詳細な確認を進めるとともに、これまでの遺伝子発現やエピジェネティクス解析との相関性を検討している。(3)末梢神経への移植による造腫瘍性評価:従来の解析で造腫瘍性を示さなかったヒトiPS細胞から、異なる培養法で誘導した神経前駆細胞を免疫不全ラット末梢神経へ移植したところ、移植後約3か月で腫瘍を形成する個体がみられた。したがって、培養方法や移植環境が異なる場合は、その造腫瘍性を個別にに考慮すべきであると考えられた。(4)ヒトiPS細胞の品質を規定する「Score Card」の同定と、「真に良質なヒトiPS細胞」の迅速かつ効率的選択法の開発:独自に同定した「Score Card」の遺伝子群に着目して、これまでに樹立した数多くのヒトiPS細胞の遺伝子発現プロファイルとの比較検討を進めている。ヒトiPS細胞のメチル化解析、および免疫不全マウスへの移植により作成した奇形腫の組織像の解析、「Score Card」遺伝子群の解析に加え、末梢神経への移植による造腫瘍性についての解析も進められており、概ね予定通り進捗していると考えられる。(1)ヒトiPS細胞の品質を規定する「Score Card」の同定と、「真に良質なヒトiPS細胞」の迅速かつ効率的選択法の開発これまでに同定した「Score Card」に着目した遺伝子発現プロファイル解析を行ったところ、ヒトES細胞に近いプロファイルを示す群と、ヒトiPS細胞作製に用いた線維芽細胞に近いプロファイルを示す群と、その中間の群の三つに分かれることを見出した。また、ヒトES細胞に近いプロファイルを示す群以外の群は何らかの造腫瘍性を示しており、この「Score Card」遺伝子群が造腫瘍性に関与する可能性が示唆された。(2)造腫瘍性のレスキューと「真に良質なヒトiPS細胞」の樹立PiggyBacvectorを用いてヒトiPS細胞に高効率に遺伝子導入するシステムを構築した。「Score Card」の中でも特に重要と考えられる4つの遺伝子のクローニングを進めており、このPiggyBacのシステムを用いて造腫瘍性を示す(不完全にリプログラミングされた)ヒトiPS細胞へ導入するレスキュー実験を進めている。(3)末梢神経への移植による造腫瘍性評価前年度の解析で、従来の解析で造腫瘍性を示さなかったヒトiPS細胞から誘導した神経前駆細胞であっても、免疫不全ラットの末梢神経へ移植すると腫瘍を形成することを見出した。そこで、移植前の細胞に前処理を施したところ、腫瘍形成を抑制できることを見出しており、今後の応用が期待される。

本研究では、不完全なリプログラミングとゲノム不安定性により引き起こされるヒトiPS細胞株間の造腫瘍性(グリオーマ産生能)の違いに着目してリプログラミング抵抗性遺伝子群「Score Card」を同定し、ヒトiPS細胞の品質評価への応用を検討した。DNAメチル化解析のデータ解析を進め、ゲノムワイドな解析に加え、これまでに同定した60遺伝子または17遺伝子のScore Cardに着目したDNAメチル化解析を進める予定である。また、奇形腫の組織像の解析、多クローンのiPS細胞を用いた解析を進める予定である。主に、「Score Card」に関する解析を進める。また、末梢神経における造腫瘍性評価を引き続き進める。29年度が最終年度であるため、記入しない。分子神経生物学、幹細胞生物学29年度が最終年度であるため、記入しない。
有限原子核におけるクラスター・ガス的な状態

16O核での0+状態に対して4αの直交条件模型計算を行って6番目の0+状態が4αのボーズ凝縮的な状態であるとの予言を行った。計算された6つの0+状態の実験データと対応も良好である。4αのTHSR波動関数を用いた生成座標法により共鳴状態境界条件を取り入れた計算によっても、4αのボーズ凝縮的な状態が得られ、それが4αの直交条件模型計算の結果と整合性が高いことを示した。クラスター・ガス的状態と基底状態の間の単極遷移が大きいことを説明した。(1) 160核の4α直交条件模型による研究。実験的には基底状態を含めて6つの0+状態が知られているが、4α直交条件模型計算はこのすべての状態のエネルギーと崩壊幅とMonopole遷移強度の実験値をほぼ再現した。計算結果の波動関数を分析すると、第6の0+状態(15MeV近傍)が4αのボーズ凝縮状態であることが分かった。この計算は、基底状態が2重閉核構造で、第2の0+状態が12C(0+)+α構造で、第3の0+状態が12C(2+)+α構造である、というこれまでよく知られた知見を再現しているので、計算の信頼性は高い。今回の新たな発見は、第6の0+状態が4αボーズ凝縮状態であるということの他に、第4の0+状態が12C(0+)+α構造でクラスター間相対運動が高いNodeを有したものであることと、第5の0+状態が12C(1-)+α構造であることを見出したことである。今後は計算の詰めと、実験的に計算結果を実証するするための研究を行う。現在、これまでの成果を2つの論文にまとめている。(2)内部座標による密度行列。有限原子核でのα粒子のボーズ凝縮の度合を調べる有力な方法は、重心座標を除いた内部座標を使って得られた波動関数の密度行列を計算し、その固有値の分布を調べることである。この内部座標としてはJacobi座標系を採用して来たが、これ以外の座標系を採用すると固有値分布がJacobi座標系(とその関連座標系)を用いた結果と著しく異なる場合があることを見出した。その原因の解明に成功し、さらにJacobi座標系(とその関連座標系)を用いることの重要性を明らかにした。現在、この成果も論文に纏めている。(3) Monopole励起によるクラスター状態の励起の研究。一般に軽い核のクラスター状態を基底状態からMonopole励起する強度は、1核子強度ほどの大きさがある。その理由はBaymann-Bohr定理に示されている殻模型波動関数とクラスター模型波動関数の同等性と、基底状態の有するクラスター相関に起因することを明確にした。この成果はMonopole励起がクラスター状態研究の重要な実験的手段であることを示している。現在、論文が纏まり投稿段階。(4) 160の(α、α')実験による研究。160の第4の0+状態の波動関数を分析して、160の(α、α')実験による研究に協力した。論文が既に掲載公表された。(1)16〇における4α凝縮状態4α直交条件模型を用いて励起エネルギー15M e Vまでに観測されている6つの0+状態の再現に成功した。第2の0+状態が12C(0+)+α構造を持つとの従来の認識を保証した上で第6の0+状態が4αボーズ凝縮状態であるとの結果を得た。この研究は昨年度からの継続研究でPhys.Rev.Lett.に投稿し掲載された。(2)内部座標による1粒子密度行列有限原子核でのα粒子のボーズ凝縮の度合を調べる有力な方法は重心座標を除いて内部座標の1粒子密度行列の固有値の大きさを計算することである。内部座標としてはJacobi座標系のような1粒子密度行列の1粒子座標と直交する内部座標系を選ぶべきことを主張しその場合には物理的に妥当な結果が得られることを示した。この研究は昨年度からの継続研究でPhys.Rev.Aに投稿し掲載された。(3)平均場的構造状態からクラスター構造状態へのMonopole励起平均場的構造の基底状態からクラスター構造状態への大きいMonopole励起の実験値を理論的にBayman-Bohr定理に基づいて説明した。この研究は昨年度からの継続研究でProg.Theor.Phys.に投稿し掲載された。Bayman-Bohr定理の表現する物理の内容は原子核の波動関数の持つ両義性であり、これを原子核のヤヌス的性格と命名した。ヤヌス的性格の解明にはさらにQuadrupole励起の分析が有効でその分析研究を始めた。(1) α粒子のボーズ凝縮状態の研究には内部自由度だけで定義される1粒子密度行列の分析が不可欠である。

今年度の始めにこの研究のまとめの論文の発表も行った。(2)今年度は「α粒子のボーズ凝縮状態の概念」について、8Be、12C、160の3つの原子核に対するこれまでの研究成果の上に立って重要点を整理して議論する仕事を行い、それを論文として発表した。(3) 160における4αのボーズ凝縮状態の同定の研究は最初は完全に微視的な波動関数(THSR関数)を用いて行われ、4αのボーズ凝縮状態は第3番目の0+状態であると考えられた。しかし半微視的な4α直交条件模型研究の結果との比較を行った結果は第3番目の0+状態が必ずしもボーズ凝縮状態として適切な性格を持っていないことを示した。そこで、共鳴状態としての記述を正しく行う形で、第4番目の0+状態を研究した。ここでの共鳴状態の取り扱いの方法は「拡張されたACCC法」として私達が開発したもので、すでに12Cに於いてその有効性が十分に実証されているものである。その研究の結果、この第4番目の0+状態の方が4αボーズ凝縮状態の性格を顕著に有することが分かった。つまり、完全に微視的な波動関数(THSR関数)を用いた研究は半微視的な4α直交条件模型研究の結果と調和した形で4αのボーズ凝縮状態の存在を示した。この研究をまとめて論文を作成した。(4) 160における4αのボーズ凝縮状態の同定の研究には基底状態からの電気単極遷移の研究が重要である。実際に現状では、4αのボーズ凝縮状態についての実験的情報は非弾性励起160(α、α')、からの単極励起の情報が唯一とも言える。そこで今年度は、160(α、α')の励起関数の実験データの再現を目指す研究を行った。その結果、第三番目かtら第六番目までの0+状態がはっきりと励起されていて、その励起の強度は4α直交条件模型研究の結果と良く対応した。