hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ラングミュア循環に伴う運動量の乱流混合：現場観測と数値実験

海洋表層の乱流混合の主要因の一つと目されるラングミュア循環の特性を明らかにするため流動構造の観測を行った。ラングミュア循環の組織的な渦構造を捉えることに成功し、さらにその乱流強度は波強制が強いときに大きいが、熱強制にも影響を受けること、などを明らかにした。また、波向きと風向きが一致しない場合には従来とは異なり風強制の影響も無視できないことも明らかにした。またこれらの結果は数値実験でも確認された。これらの結果から、ラングミュア循環は波強制が強いときには生じうるが、その特性は波向きと風向きに強く依存することが明らかになった。現場観測に関しては、初めに流速計(HADCPおよびADCP)と波浪計からなるブイシステムを製作し、作動試験を経て実海域で準3次元流速構造と波浪の計測を行った。7月に東シナ海でブイの追跡観測を試みたが、天候・海況不良のため、良好な計測値は得られなかった。8月に八代海にブイを2日間係留し、同時にブイ近傍で乱流微細構造の24時間観測を行った。船舶で計測した日射データや水産研究所の気象・水質観測ブイのデータと合わせて、風、波浪、熱フラックスと準3次元流動構造、および乱流微細構造の時系列データを得た。観測後、取得した時系列データの解析を行った。初めに直角に配置した二つのHADCPから約180度の方位に渡る水平流速場を算出したところ、数10m規模の流速変動が見られた。また、水平流速の短周期(10分以内)変動強度を調べたところ、日変化に加えて空間異方性が見出された。これらのデータを風、波浪、熱フラックス、そして乱流微細構造の時系列データと比較したところ、短周期変動強度の日変化は主に日中の加熱・夜間の冷却に対応していること、空間異方性は風向と波向に関係していることが示唆された。また、波が高く異方性が高い時間には、乱流強度も大きく、ラングミュア循環が生じていたことが強く示唆された。数値実験に関しては、熱フラックス(加熱)とラングミュア循環が共存する場合の流動構造をラージエディシミュレーションを行うことで調べた。加熱が強い場合には、混合層深度はラングミュア循環に大きく影響を受けないものの、流速は著しく鉛直に一様化されうることが明かになった。この結果は、現状の海洋大循環モデルに見られる混合層深度の誤差要因を考える上で重要であり、さらに調査を進める必要のあることが判明した。海洋表層の乱流混合過程に大きな影響を与えると考えられているラングミュア循環について、現場観測および数値実験を行った。現場観測は、和歌山県白浜沖と有明海・八代海で行った。11月に行った白浜沖の海象観測塔(京大防災研)での観測では、観測塔にHADCPとADCP、水温計などを取り付け、流速場の水平構造と水温の鉛直構造、そして波浪場の計測を二週間にわたり行った。計測データのパワー・クロススペクトル解析などを行った結果、波浪(うねり)に伴う軌道運動とそれよりも大きな規模の乱流運動(風成乱流やラングミュア循環など)を別々に精度良く捉えることに成功した。乱流強度は波浪や風、熱フラックスなどに起因して変動している様子が見られ、これらの外力に対する海洋乱流の応答を調べる上で極めて重要なデータである。一方、7月下旬から8月上旬に行った有明海・八代海観測では、天候・海況に恵まれず、波浪と乱流に関する現象は計測できなかった。一方数値実験では、東北沖における人工衛星可視画像で捉えられた漂流物(瓦礫)のストリーク構造に着目し、その構造がラングミュア循環に起因するものであるとの仮説の元、数値実験を行った。現実的な(再解析気象データの)風や熱フラックス、風と平衡状態にある波浪場を海面の境界条件として与えラージエディシミュレーションを行い流動場を再現し、漂流物を想定した仮想粒子をモデル内に配置しその動きを追跡したところ、衛星画像が取得された時刻において定性的に一致するストリーク構造が再現された。この結果は、ラングミュア循環が漂流物の攪拌過程に大きな影響を与えることを示す貴重なものであった。また、海面風応力と海面熱フラックスに対する混合層の応答を数値実験で調べたところ、海面加熱時は風波の効果が無くても観測値を概ね再現することが全球規模で確認され、海面加熱が強い時には風波の効果は限定的であることを見出した。海洋表層の乱流混合過程に大きな影響を与えるとされるラングミュア循環について、現場観測とそのデータ解析、そして数値実験を行った。前年度(2014年度)に行った現場観測データの詳細な解析を行った。5ビームADCPで計測した鉛直流速の変動強度(標準偏差値)を詳細に調べたところ、先行研究と同様に摩擦速度と概ね良い対応にあり、乱流の成因が風であることを示唆する結果を得た。しかし、計測で得たラングミュア数(La)で場合分けしたところ、ラングミュア循環が卓越する状況では(Laが小さい場合には)、変動強度はラングミュア乱流の速度スケールとより良い対応を示すことを見出した。また、5ビームADCPとHADCPにより、ラングミュア循環の特徴である筋状構造の検出に成功した。これらの結果から、Laが小さい場合には乱流はラングミュア循環に起因すると結論づけられた。

また、先行研究で示唆されていた摩擦速度とストークス速度の比例関係も見られ、変動強度が摩擦速度に比例する理由も確認した。なお以上の結果の統計的有意性を向上させるため、2015年1112月に白浜沖で2014年度と同様の現場観測も行った。さらに乱流変動を良く再現する数値実験(ラージエディシミュレーション)を行い、ラングミュア乱流が発達する場合には、吹送流(平均流)の流速が摩擦速度に比例しないことを見出した。この結果と、対馬海峡における著者らの観測結果(吹送流の流速は摩擦速度に比例する;Yoshikawa and Masuda 2009)からは、対馬海峡ではラングミュア乱流は主要な混合要因ではないことを示唆している。以上の結果から、ラングミュア循環は表層混合に大きな役割を果たしうるものの、それは一部の先行研究が主張しているほどいつでも起こっているわけでは無く、その相対的な役割について今後検討する必要があるという結論を得た。白浜沖での現場観測により、ラングミュア乱流の詳細な特性を見出すことができたのは、予想以上の成果であった。また数値実験により得られたラングミュア混合と吹送流の関係は、ラングミュア乱流が全球における表層混合に果たす役割を定量評価する必要性を示しており、新しくかつ重要な成果と言える。一方、現場観測で得られた成果の統計的優位性をあげるために行った2015年度の観測結果の解析が遅れている。海洋表層の乱流混合の主要因の一つと目されるラングミュア循環の特性を明らかにするため、前年度までに和歌山県白浜沖で行った観測データを整理・解析した。海底設置ADCPで得られた流速に分散法を適用し、乱流強度の指標となる鉛直流速の分散を求め、それを引き起こす外力である風、熱そして波との関係を調べた。風強制と波強制の比であるラングミュア数(La)と、熱強制と波強制の比であるヘニッカー数(Ho)に対する乱流強度の依存性を調べたところ、LaおよびHoが小さいときに乱流強度が強いこと、得られたLa、Ho依存性はこれまでのラングミュア循環に関する理想的な数値実験で示されたものと整合的であること、などが判明した。これらの結果と、流速の水平分布を計測するために設置したADCPで明らかになった組織的な渦構造から、観測された乱流は主にラングミュア循環に起因すること、また従来の観測(D'Asaro 2001など)では乱流強度のLa依存性が明瞭でなかったのは、熱強制の効果(Ho依存性)を考慮していなかったことが一因である可能性が示された。また、海底設置ADCPで得られた鉛直流速にスペクトル法を適用し、エネルギー散逸率を求め、分散法で求めたレイノルズ応力から計算されるエネルギー生成項と合わせて、乱流運動エネルギーの収支を調べた。その結果、(多くの数値実験結果が示す)波強制に起因するストークス生成項だけでなく、風強制に起因するシアー生成項も同程度に大きく、両者の和がエネルギー散逸率と概ねバランスしていることが明らかとなった。シアー生成項の卓越は、波向きと風向きの不一致に起因することが示唆され、この不一致を考慮することがラングミュア乱流の評価に重要であることが明らかとなった。海洋表層の乱流混合の主要因の一つと目されるラングミュア循環の特性を明らかにするため流動構造の観測を行った。ラングミュア循環の組織的な渦構造を捉えることに成功し、さらにその乱流強度は波強制が強いときに大きいが、熱強制にも影響を受けること、などを明らかにした。また、波向きと風向きが一致しない場合には従来とは異なり風強制の影響も無視できないことも明らかにした。またこれらの結果は数値実験でも確認された。
加齢の細胞文脈におけるがんの発生基盤となる染色体構造および動態の解明

本研究では、がんの発生を加齢という細胞文脈でとらえ、加齢個体や様々ながん種の細胞の染色体構造・動態の画像データベースを構築することで、加齢にともなって現れる染色体構造・動態とがんの発生や進展との関連を明らかにすることを目的とする。がんは加齢にともなって増加する疾患であり、がん細胞と加齢個体の染色体構造にはヘテロクロマチンの減少など共通する特徴が存在する。そこで本研究では、加齢マウスや腫瘍形成モデルマウスより単離した細胞において、染色体構造とくに間期核のヘテロクロマチン構造やHP1(heterochromatin 1)の分布、および染色体動態とくに分裂期の染色体整列や反復運動(オシレーション)を解析して加齢やがん種における染色体構造・動態を調べることによって、がんの発生の分子基盤のさらなる理解につなげる。平成30年度は以下のような成果が得られた。1.加齢マウスにおける染色体構造・動態データベースの構築:様々な月齢のマウス組織より単離した線維芽細胞について、DAPI染色、H3K9me3, H3K27me3, HP1α・HP1β・HP1γなどの免疫染色を行い、クロマチン構造の評価を行った。2.加齢に伴う染色体安定性の解析:加齢マウスより単離した線維芽細胞について、免疫蛍光染色による染色体分配異常および微小核の出現頻度の評価を行った。その結果、マウスの加齢にともなって、微小核の出現頻度の増加が認められた。またマウス線維芽細胞の増殖は、低酸素条件(3%)で促進され、微小核を持つ細胞の割合も低下することがわかった。3.単一細胞ゲノム解析による染色体不安定性の評価:染色体不安定性のモデルとして、がん細胞株であるHeLaから、染色体分配異常の異なるクローンを単離し、単一細胞ゲノム解析による評価を行った。その結果、染色体不安定性の高いクローンでは遺伝的不均一性が大きいことが判明した。まずマウスの長期飼育体制を確立することにより、24ヶ月齢以上の加齢マウスを定期的に入手することが可能となった。またマウスの耳から線維芽細胞を単離する手法を確立し、低酸素条件下で培養することで長期間の培養も可能となった。これらの実験手法の確立により、DAPI染色、H3K9me3, H3K27me3, HP1α・HP1β・HP1γなどの免疫染色も順調に行うことができている。興味深いことに、加齢マウスの線維芽細胞においては、微小核の出現頻度の明らかな上昇が見られ、これは加齢にともなって染色体の安定性が低下することを示唆するものと考えられる。一方、マウスから単離した線維芽細胞が高頻度に4倍体化することや、分裂期の細胞の割合が少なく、染色体分配異常の評価が難しいなどの問題点も明らかになってきている。これらについては、なるべく早期に観察を行うことや、低酸素条件でのライブセルイメージングなどで対処していく予定である。一方染色体不安定性のモデルとして、HeLa細胞を用いた検討を行った結果、単一細胞ゲノム解析によって遺伝的不均一性を評価する手法を確立した。これにより、染色体不安定性の程度が高いと遺伝的不均一性が増大すること、また3次元培養などのストレス条件下では、染色体不安定性の高い細胞の方が大きなスフィアを形成し、遺伝的不均一性は低下するという知見も得られている。これは、ストレス条件下で増殖優位性を持った細胞が選択されたことを示唆しており、染色体不安定性によるがん化のモデル実験系となるのではないかと考えられる。以上のように、多くのがんで見られる染色体不安定性が、加齢と共に出現するということを示唆するデータが得られてきており、また染色体不安定性による遺伝的不均一性を評価する手法も確立したことから、本研究課題はおおむね順調に進展していると判断した。平成30年度の成果をふまえ、今年度は以下のように研究を推進する。1.加齢マウスにおける染色体構造・動態データベースの構築:様々な月齢のマウス組織より単離した線維芽細胞について、DAPI染色、H3K9me3, H3K27me3, HP1α・HP1β・HP1γなどの免疫染色を行い、機械学習によってクロマチン構造を比較する。また、FACSによるDNA量や細胞周期の評価、53BP1やγ-H2AXの免疫染色によるDNA損傷の評価、SA-β-Gal染色による細胞老化の評価等を行う。一方染色体動態については、染色体をsiR-DNAで可視化してライブセルイメージングを行い、分裂期進行や染色体分配の異常について評価する。2.加齢に伴う染色体安定性の解析:加齢マウスより単離した線維芽細胞の染色体不安定性を、ライブセルイメージングや免疫染色により評価する。またマウスの種々の臓器の切片を観察し、染色体分配異常や微小核の頻度と加齢との関連を検討する。3.単一細胞ゲノム解析による染色体不安定性の評価:染色体不安定性の程度の異なるHeLa細胞における、ストレス条件下での遺伝子発現の変化を、RNA-seqによって解析する。これを単一細胞ゲノム解析による染色体コピー数の変化と比較して、その相関を明らかにする。4.腫瘍モデルマウスにおける染色体構造・動態の解析:p53ノックアウトマウスより単離した線維芽細胞を用いて、1.と同様の検討を行い、加齢にともなう変化と比較する。またp53ノックアウトマウスで高頻度に出現するT細胞性リンパ腫細胞についても、染色体構造・動態について正常T細胞との比較を行う。

本研究では、がんの発生を加齢という細胞文脈でとらえ、加齢個体や様々ながん種の細胞の染色体構造・動態の画像データベースを構築することで、加齢にともなって現れる染色体構造・動態とがんの発生や進展との関連を明らかにすることを目的とする。がんは加齢にともなって増加する疾患であり、がん細胞と加齢個体の染色体構造にはヘテロクロマチンの減少など共通する特徴が存在する。そこで本研究では、加齢マウスや腫瘍形成モデルマウスより単離した細胞において、染色体構造とくに間期核のヘテロクロマチン構造やHP1(heterochromatin 1)の分布、および染色体動態とくに分裂期の染色体整列や反復運動(オシレーション)を解析して加齢やがん種における染色体構造・動態を調べることによって、がんの発生の分子基盤のさらなる理解につなげる。平成30年度は以下のような成果が得られた。1.加齢マウスにおける染色体構造・動態データベースの構築:様々な月齢のマウス組織より単離した線維芽細胞について、DAPI染色、H3K9me3, H3K27me3, HP1α・HP1β・HP1γなどの免疫染色を行い、クロマチン構造の評価を行った。2.加齢に伴う染色体安定性の解析:加齢マウスより単離した線維芽細胞について、免疫蛍光染色による染色体分配異常および微小核の出現頻度の評価を行った。その結果、マウスの加齢にともなって、微小核の出現頻度の増加が認められた。またマウス線維芽細胞の増殖は、低酸素条件(3%)で促進され、微小核を持つ細胞の割合も低下することがわかった。3.単一細胞ゲノム解析による染色体不安定性の評価:染色体不安定性のモデルとして、がん細胞株であるHeLaから、染色体分配異常の異なるクローンを単離し、単一細胞ゲノム解析による評価を行った。その結果、染色体不安定性の高いクローンでは遺伝的不均一性が大きいことが判明した。まずマウスの長期飼育体制を確立することにより、24ヶ月齢以上の加齢マウスを定期的に入手することが可能となった。またマウスの耳から線維芽細胞を単離する手法を確立し、低酸素条件下で培養することで長期間の培養も可能となった。これらの実験手法の確立により、DAPI染色、H3K9me3, H3K27me3, HP1α・HP1β・HP1γなどの免疫染色も順調に行うことができている。興味深いことに、加齢マウスの線維芽細胞においては、微小核の出現頻度の明らかな上昇が見られ、これは加齢にともなって染色体の安定性が低下することを示唆するものと考えられる。一方、マウスから単離した線維芽細胞が高頻度に4倍体化することや、分裂期の細胞の割合が少なく、染色体分配異常の評価が難しいなどの問題点も明らかになってきている。これらについては、なるべく早期に観察を行うことや、低酸素条件でのライブセルイメージングなどで対処していく予定である。一方染色体不安定性のモデルとして、HeLa細胞を用いた検討を行った結果、単一細胞ゲノム解析によって遺伝的不均一性を評価する手法を確立した。これにより、染色体不安定性の程度が高いと遺伝的不均一性が増大すること、また3次元培養などのストレス条件下では、染色体不安定性の高い細胞の方が大きなスフィアを形成し、遺伝的不均一性は低下するという知見も得られている。これは、ストレス条件下で増殖優位性を持った細胞が選択されたことを示唆しており、染色体不安定性によるがん化のモデル実験系となるのではないかと考えられる。
インプリンティング変異によるプラダーウィリー症候群モデルマウスの解析

我々はプラダーウィリー症候群(PWS)のインプリンティングセンター(IC)のメチル化異常をもち新生仔期致死を呈するPWSモデルマウスを作製し、インプリンティング確立機構を配偶子、初期胚において解析した。PWS-ICの機能に影響を与える最初の因子はゲノム構造の変化であり、DNAメチル化の影響は二次的なものであることが判明した。同モデルマウスの救済実験としてBACトランスジェニック(Tg)マウスを作製し交配したが、Ndn Tg及びMkrn3 Tgにおいて新生仔期致死を回避することはできなかった。PWS-ICコンディショナルKO;GFP-KIマウスをC57BL6バックグラウンドにて交配を重ね以下の解析を行った。B)GFP発現解析:KIされたGFPの発現を定量RT-PCR、組織染色にて細胞レベルで解析したがいずれにおいても発現は見られかった。C)インプリンティング遺伝子のDNAメチル化解析(親由来アレルを区別するためにPWKと交配);脳及び体組織のDNAメチル化をサザン法、bisulfite法にて解析するしたところ両アレルにおいてメチル化を認めた。b.配偶子(卵、精子)におけるDNAメチル化をbisulfite法にて解析したところ、配偶子においてはDNAメチル化の異常を認めなかった。c.初期胚におけるDNAメチル化をbisulfite法にて解析したところ、着床後より父親由来アレル(KIアレル)では徐々に異常メチル化がおきている事が明らかになった。以上の結果より、KIアレルの着床後の異常メチル化とともに父親由来Snrpn発現が抑制されている事がわかった。DNAメチル化とKIアレルの不活化の関係を調べる目的でDnmt1とPWS-ICコンディショナルKO;GFP-KIマウスを交配し、Dnmt1 nullマウス(致死)における父親由来KIアレルからのSnrpn-Ube3a領域の遺伝子発現解析を現在行っている。Dnmt1 nullマウス(致死)においてはNdn, Magel2, Mkrn3の発現解析の報告はないため、Dnmt1 KOマウス(C57BL6バックグラウンド)をPWKバックグラウンドで交配し、BL6/PWKのF1マウスを用いたDnmt1 nullマウスでのインプリンティング解析結果を日本分子生物学会で報告し、論文投稿中である。PWS-ICコンディショナルKO;GFP-KIマウスのC57BL6及びPWKバックグラウンドでの交配は、F3からのバッククロスを重ね、いずれもF7まで現在までに進んでいる。1)平成25年度に報告したようにDNAメチル化とKIアレルの発現の相関をみるために、Dnmt1 nullマウスにおける父親由来KIアレルからの遺伝子発現を解析したところ、DNAメチル化に関係なく父親由来KIアレルからの遺伝子発現は見られなかった。このことからKIアレルにおける遺伝子制御はDNAメチル化によるものではなく、KIによる構造的な不活化が考えられた。なおDnmt1 nullマウスにおける遺伝子発現解析は、日本小児神経学会(ポスター)にて発表し、雑誌GENE(2014)に報告した。2)PWS-ICコンディショナルKO;GFP-KIマウスの表現型は新生時期致死であるため、その症状をrescueする目的で、PWS責任領域に存在し、PWSで発現が抑えられている遺伝子(Ndn, Magel2, MKrn3など)を含むBACクローンから、BACトランスジェニックマウスを作成した。現在まで2系統樹立できた。今後、BACトランスジェニックマウスにおけるこれらの遺伝子の発現量を解析した後、BACトランスジェニックマウスとPWS-ICコンディショナルKO;GFP-KIマウスを交配し、BACにより新生時期致死を回避できるか検討する。3)Talenを用いたゲノム編集によるpA因子の削除は、候補ESクローンを単離し、現在そのES細胞における遺伝子解析を行っている。PWS-ICコンディショナルKO;GFP-KIマウスのC57BL6及びPWKバックグラウンドでの交配はF7からバッククロスを重ね、いずれもF10まで進み、ほぼ純系といえるPWSモデルマウスを樹立した。1)平成26年度に報告したように、PWSで発現が抑えられている遺伝子(Ndn,Magel, Mkrn3)を含むBAC cloneからBACトランスジェニックマウスを作成し、Ndnトランスジェニックマウス及びMkrn3トランスジェニックマウスの2系統を樹立した。現在これらのトランスジェニックマウスのゲノム構造を詳細に解析中である。2)1)で作成されたメスマウスとPWS-ICコンディショナルKO;GFP-KIマウスのオスを交配し、PWS-ICコンディショナルKO;GFP-KIマウスのでPWSモデルマウスでの新生仔期致死を回避できるか調べた。交配によりNdnやMkrn3の発現は回復したが新生仔期致死の回避は見られなかった。3)現在Snrpn下流に存在するSnord116を含むBAC cloneを用いてBACトランスジェニックマウスを作成中であり、今後Snord116を過剰発現するマウスが樹立されれば、PWS-ICコンディショナルKO;GFP-KIマウスのオスと交配し、新生仔期致死の回避の有無を調べる予定である。作成されたPWSモデルマウスは新生仔期致死を示し、ヒトPWSとの表現系の比較が困難であるため、作成されたモデルマウスの新生仔期致死を回避し、成長期の表現系の解析が必要である。新生仔期致死と関連すると考えられる遺伝子を含むBACトランスジェニックマウスを作成したが、回避できず、成長期の解析が進んでいない状況である。PWS-ICコンディショナルKO;GFP-KIマウスのC57BL6及びPWKバックグラウンドでの交配は順調に進み、ほぼ純系といえるPWSモデルマウスを樹立し、その後の解析を行った。

1) PWSで発現が抑えられている遺伝子(Ndn,Magel2,Mkrn3)を含むBAC clone RP23-59P20からBACトラスジェニックマウスを作製し、Ndnトランスジェニックマウス(Tg)1系統、Mkrn3 Tgを3系統を樹立し、そのゲノム構造を同定した。NdnTgでは2コピーのNdn遺伝子がTgとして導入されていた。一方Mkrn3 TgではMkrn3遺伝子領域が様々な長さで導入されていた。Mkrn3は思春期早発症の原因遺伝子であることから、これらTgに於ける視床下部、精腺に於けるMkrn3及び思春期発現に関与する遺伝子発現の解析を行っている(論文準備中)。これらのTgマウスをPWSモデルマウスに交配したが、新生児期致死をレスキューできなかった。2)Snrpn下流に存在するSnord116を含むBAC cloneを用いてBAC Tgを作製した。数系統樹立したが、いずれもBAC DNA全長が含まれるTgは得られなかった。TgにおけるSnord116の発現をチェックしているが、Snord116の発現量を定量することは困難であり、BAC Tg以外のTgでのrescueを計画している。3)PWKモデルマウスにおけるG9a阻害剤(UNC0642)の有効性が報告された(Nature Med.2017)。本PWKモデルマウスにおいても妊娠中及び新生児期に投与を行ったが新生児期致死をレスキューできず、また培養細胞にても論文の結果を再現できていない。同様の手法で当マウスを用いたPWS治療薬の開発も可能であることから、創薬スクリーニングを開始している。我々はプラダーウィリー症候群(PWS)のインプリンティングセンター(IC)のメチル化異常をもち新生仔期致死を呈するPWSモデルマウスを作製し、インプリンティング確立機構を配偶子、初期胚において解析した。PWS-ICの機能に影響を与える最初の因子はゲノム構造の変化であり、DNAメチル化の影響は二次的なものであることが判明した。同モデルマウスの救済実験としてBACトランスジェニック(Tg)マウスを作製し交配したが、Ndn Tg及びMkrn3 Tgにおいて新生仔期致死を回避することはできなかった。DNAメチル化とKIによる遺伝子発現抑制は直接には関連しないという新しい事実をつきとめた。BAC transgenicマウスを作成する事ができ、今後の研究の幅が広がった。ES細胞におけるゲノム編集にはまだ幾つか克服すべき問題点があるSnrpn下流に存在するSnord116を含むBAC cloneを用いてBACトランスジェニックマウスを作成中であり、現在数系統樹立を行った。現在、実際にSnord116が過剰に発現しているか解析中である。Snord116を過剰発現するマウスが樹立されれば、PWS-ICコンディショナルKO;GFP-KIマウスのオスと交配し、新生仔期致死の回避の有無を調べる予定である。小児神経学遺伝子発現解析、メチル化解析は順調に行えた。
光ストレス下での葉緑体チラコイド膜の構造変化と動態解析

過剰な光照射が葉緑体の光化学系IIに与える影響をin vitro解析と生葉を用いての葉緑体チラコイド膜の電子顕微鏡観察で調べた。まず,強光照射したホウレンソウ葉緑体チラコイド膜で,77Kクロロフィル蛍光スペクトルの波形分析を行い,光化学系IIおよび光化学系Iに含まれる各クロロフィルタンパク質の示す蛍光強度の変化を調べた。その結果,タンパク質の凝集に伴う特異的な低温クロロフィル蛍光成分の変化を見いだした。また,強光照射した葉緑体チラコイド膜で,SDS/urea-PAGEとWestern分析を行い,実際にD1の損傷とCP43との架橋,LHCIIの架橋を確認した。次に葉緑体チラコイド膜で,蛍光試薬ジフェニルヘキサトリエンを用いて蛍光の偏光解消の測定を行い,強光照射に伴うチラコイド膜の流動性の変化を見た。その結果,強光照射でチラコイド膜の流動性が増加することが分かった。更に,ホウレンソウの葉を予め過剰な光で照射しておくと,その後の強光照射で過剰な光エネルギーを熱として逃す能力(非化学的消光NPQ)が一時的に増加することが分かった。それと同時に光化学系IIの活性も一時的に増加した。これは,前照射で葉緑体チラコイド膜に強光に備える準備ができることを示唆している。前照射の光強度強がすぎると,D1の損傷やD1とCP43の架橋,LHCII同士の架橋が進み,NPQも光化学系II活性も低下した。ホウレンソウ葉に強光照射した後のチラコイド膜の重層構造の変化を透過型電子顕微鏡で調べた結果,強光照射でグラナの周縁部が外側に湾曲することが分かった。これは光ストレスで損傷を受けたD1タンパク質が分解除去されやすいよう,グラナ周縁部の面積を広げたためと考えられる。光化学系IIのquality controlに焦点を絞った研究の中て、本年度は,チラコイド膜の構造変化と動態について解析を行った。研究手法は電子顕微鏡、EPR、蛍光の偏光解消測定、タンパク質の生化学的諸解析、タンパク質分解の分子生物学的解析を用いた。この研究によって、光化学系IIのquality controlに関する理解が格段に進み、光合成の環境応答の研究が大きく前進した。具体的には,光ストレス下でのチラコイド膜の構造を、マクロとミクロの両方の視点で解析した。マクロな構造変化として、主にチラコイドのunstackingの解析、ミクロな構造変化としては、主にチラコイドの膜流動性の変化、光化学系II複合体やFtsHプロテアーゼ六量体の膜上での移動を解析した。チラコイドのunstackingについては、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いた解析をJEOL(日本電子)との共同研究で行った。また,ハンガリーのグループとの中性子散乱分析によるチラコイド膜間距離の測定も計画中である。チラコイド膜の動態に関しては、膜流動性の変化をEPR spin trapping法および蛍光の偏光解消法で調べた。また、チラコイド膜上のタンパク質の移動(分布の変化)については、免疫電子顕微鏡法、膜分画とタンパク質のWestern分析等で解析した。これらの結果を総合して、光ストレス下で起きるチラコイド膜の構造変化と動態の実態を明らかにし、光ストレス下でのD1タンパク質分解の「反応の場」の性格を具体的に示す準備をしている。高等植物の葉緑体チラコイド膜は、その約80%がstackした状態(膜が重なりあった状態)にある。

ここに可視光が照射されると、光合成の電子伝達が駆動され、その結果、水素イオンがチラコイドルーメン(内腔)に蓄積し、それに伴い水がチラコイドルーメンに移動して、チラコイドの膨潤が起きる。しかし、このチラコイド膜の構造変化は可逆的で、光照射が停止されれば膜は収縮し元に戻る。一方、照射される光が光化学反応に必要な強度を超えると、光化学系IおよびIIで活性酸素が生じ、光化学系を構成するタンパク質や脂質が酸化的損傷を受け、その結果チラコイド膜の不可逆的なunstackingが起きる。本研究では、ホウレンソウ葉緑体チラコイド膜の強光照射で起きる光化学系IIの反応中心結合タンパク質D1の分解と、その過程を支える「反応の場」であるチラコイド膜の構造変化と動態との関係を明らかにすることを目的に、以下の実験を行った。透過型電子顕微鏡(TEM)により、ホウレンソウ葉緑体チラコイド膜のunstackingを観察し、強光照射前後の膜間距離の変化を定量した。以上の研究結果を,岡山大学光合成国際シンポジウムおよび植物生理学会シンポジウムで発表した。光ストレス下でのチラコイド膜の動態を解析するために、前年に引き続き、各種手法を駆使した解析を行う。ホウレンソウ葉緑体チラコイド膜上のFtsHを含むタンパク質複合体の分布と移動については、免疫電子顕微鏡法を用いて解析する。チラコイドの流動性の変化に関しては、強光照射で起きる脂質過酸化と流動性変化の関係を中心に調べる。膜流動性変化をモニターするために、EPR spin trapping法を用いた研究を進める。強光照射によるD1タンパク質分解速度を種々の条件で測定し、チラコイドのunstacking、膜の流動性変化、光化学系II複合体とFtsHの分布の変化との関係を総合的に調べる。これによって、強光によるD1タンパク質の損傷・分解と膜構造変化との関係解明を目指す。消耗品費(試薬とガラス器具),人件費(謝金)および学会出席旅費として使用する。
ガンマ線生成核反応を利用した核融合プラズマの温度診断法に関する研究

DT核燃焼プラズマでは、DT核融合反応で発生する3.5MeVα粒子のノックオン衝突により、高エネルギー重陽子・トリトンが生成される。今年度は、これらの高エネルギーイオンの生成過程を前年度に引続き解析し、種々の軽イオン核反応率係数の評価を行った。さらに、その評価結果に基づき、γ線計測に基づく高エネルギートリトン及び3.5MeVα粒子の診断の可能性について議論した。具体的な検討内容と結果は以下の通りである。2.ノックオンイオン生成時におけるバルク燃料イオンの熱運動効果を解析した。この目的のために、バルク燃料イオンの熱運動効果を考慮に入れたノックオンイオンの放出スペクトルを定式化した。典型的なトカマクプラズマの温度・密度条件下では、熱運動効果は小さいことが明らかとなった。3.^6Li(t,p_1γ)^8Li反応で放出される0.981MeVγ線の計測を利用した高エネルギートリトン及びα粒子の診断の可能性について議論した。0.981MeVガンマ線のエネルギー広がりの計測から、高エネルギーのノックオントリトンの実効温度及び実効密度や、α粒子の閉じ込め特性を診断できる可能性があることを示した。前年度までに代表者等の研究グループは、空間的に均一でプラズマ粒子はMaxwell分布を形成するものと仮定し、^6Li+D、^6Li+T反応で発生するγ線計測に基づく燃焼DTプラズマのイオン温度・燃料密度比診断法を提唱してきた。今年度はプラズマ運動論的観点から、前年度までに提唱していたプラズマ診断法を再検討し、理論の精密化を試みた。検討内容と結果は以下の通りである。1.運動論的モデル方程式(Boltzmann-Fokker-Planck方程式)を独自に構築し、さらに自己点火プラズマのパワーバランス条件も考慮に入れ、燃焼DTプラズマの燃料イオン分布関数を精密に評価した。その結果、3.5MeVα粒子との近距離弾性衝突により、燃料イオン分布関数の高エネルギー部に非Maxwellテイルが形成され、これによりγ線発生率が従来の見積もりより大幅に増大することが分かった。とりわけ、吸熱反応^6Li(t,p)^6Li^*で発生する0.981MeVγ線は、非Maxwellテイルにより発生率がイオン温度1030keVの範囲で49桁も増大することが分かった。これは当初予想していなかった面白い結果である。2.上記の解析結果に基づき、前年度までに提示していたイオン温度・DT燃料密度比診断シナリオを再検討した。すると、イオン温度診断のセンシティビティは従来の評価に比べて悪くなることが分かった。しかし、それでもなおγ線計測に基づくイオン温度診断は期待できることを確認した。一方、非Maxwellテイルの形成により、燃料密度比砂n_T/n_D診断のセンシティビティは向上し、プラズマ温度によらずn_T/n_Dを診断できることが分かった。今年度は、前年度までに提唱していた運動論的モデル方程式(Boltzmann-Fokker-Planck方程式)を精緻化した。さらに、我々以外の研究グループが提唱している運動論的モデルの妥当性の検証を行った。これらのモデルを利用し、前年度までに提唱していたγ線計測に基づくプラズマ診断法を再検討し、新しい応用の可能性を探った。具体的な検討内容は以下の通り。1.Boltzmann-Fokker-Planck方程式を精緻化し、自己点火DTプラズマのパワーバランス条件も考慮に入れ、燃焼DTプラズマの燃料イオンの速度分布関数を評価した。3.5MeVα粒子との近距離弾性衝突により、燃料イオン分布関数の高エネルギー部に非Maxwellテイルが形成されることと、この形成は高エネルギー粒子の閉じ込め特性に大きく依存することが分かった。2.上記の解析に基づき^6Li+D,^6Li+T反応で発生するγ線の発生率を評価し、我々が提唱してきたγ線計測に基づくイオン温度・燃料密度比診断法を再検討した。高エネルギー粒子の閉じ込め特性が解明されなければ、本診断法を用いることは難しいことが分かった。3.別の運動論的モデル(P.Helander et al., Plasma Phys.Control.Fusion,35(1993)363)には、背景プラズマの熱運動が無視されている。この近似の妥当性を評価した。トカマク型核融合炉級のプラズマでは、この近似は妥当であることが分かった。4.^6Li(t,p)^8Li^*反応で発生する0.981MeVγ線を用い、ノックオントリトンとα粒子の存在とそれらの閉じ込め特性を診断することを提唱した。このγ線は、0.6MeVから1.8MeVのノックオントリトン、2.0MeVから3.5MeVのα粒子の存在を強く反映すると考えられる。

3.^6Li(t,p_1γ)^8Li反応で放出される0.981MeVγ線の計測を利用した高エネルギートリトン及びα粒子の診断の可能性について議論した。0.981MeVガンマ線のエネルギー広がりの計測から、高エネルギーのノックオントリトンの実効温度及び実効密度や、α粒子の閉じ込め特性を診断できる可能性があることを示した。
夜間時刻帯にとる仮眠が昼業夜眠リズム維持に及ぼす効果

夜間時刻帯にとる分割された短時間の仮眠が昼業夜眠リズム維持に及ぼす効果を調べるため実験室実験を行った。被験者は健康で,深夜アルバイトを行っていない男子大学生8名であった。実験は運転労働を模擬して,運転シミュレータを用いて21時-7時の10時間の模擬夜勤を行った。実験条件は,模擬夜勤中に仮眠をとる条件と休憩をとる条件の2条件であった。被験者は両条件とも参加した。実験間隔は5日以上あけて,両条件とも実験開始の5日前から毎日の睡眠記録と活動量を測定した。両条件とも模擬夜勤の直前の17:3019:00と,直後の8:0014:00で睡眠をとった。模擬夜勤では,仮眠条件では120分間の走行と20分間の仮眠を1セッションとし,連続で4セッションを行った。休憩条件では走行後の20分間は休憩にあてられた。運転シミュレータによる走行では,高速道路を模擬して各セッションとも常に同じ速度で走行することを求めた。各セッションの前後では,眠気と疲労感を調べるため自記式のアンケートを行った。また,模擬夜勤中の仮眠による昼業夜眠の体温リズムへ維持への影響を調べるために実験期間を通して直腸温の連続測定を行った。さらに,仮眠によるその後の昼間睡眠への影響を調べるため,各睡眠時には睡眠脳波,眼電図,心電図を睡眠ポリグラフにより連続測定した。実験を完了し,結果については解析中である。夜間時刻帯にとる仮眠が昼業夜眠リズム維持に及ぼす効果を調べるため実験室実験を行った。被験者は健康で,喫煙,深夜アルバイトを行っていない男子大学生8名であった。実験は,監視労働を模擬して22時-8時の10時間の模擬夜勤を2日連続で行い,1日目と2日目の両日に通常の睡眠覚醒リズムを持つ人の体温リズム位相の底点をおよそ4時前後と考えた場合に底点前である,2時から4時で2時間の仮眠をとる条件を設定した。また,2日間の模擬夜勤の後にはそれぞれ12時-18時に昼間睡眠をとり,2日目の昼間睡眠の後には0時-8時に夜間睡眠をとった。さらに別の日程で,基準睡眠として0時-8時まで夜間睡眠をとった。実験は模擬夜勤とその後の睡眠を3泊4日で行い,実験間隔はそれぞれ1週間以上あけて行った。基準睡眠は1泊2日で行った。被験者は全実験条件に参加した。模擬夜勤時には被験者は,仮眠中を除いて各時刻の初めの30分を作業負荷としてキーボード入力による英文転写課題を行った。続いて,後の30分では眠気と疲労感,作業パフォーマンスの変化を調べるために,自記式のアンケート,パソコンによるパフォーマンステストの測定を行った。また,模擬夜勤中の仮眠による昼業夜眠の体温リズムへ維持への影響を調べるために1時間毎に舌下温の測定を行った。さらに,仮眠によるその後の昼間と夜間睡眠への時間短縮効果を調べるため,仮眠時,昼間睡眠時,夜間睡眠時の睡眠脳波,眼電図,心電図を睡眠ポリグラフにより連続測定した。結果については現在解析中である。
膵腫瘍性疾患におけるテロメア・テロメラーゼ活性化機構の解析と分子標的療法の確立

膵腫瘍においてhTERTの免疫染色が術前膵液細胞診へ臨床応用可能であるかを検討した。hTERT発現による良悪性診断は、感度85%,特異度82%,正診率84%と膵液細胞診単独より良好であり、hTERT発現を免疫組織学的に評価することは、膵腫瘍の良悪性診断に有用で臨床応用可能と考えられた。十二指腸乳頭部癌においてテロメラーゼ活性およびhTERT発現と予後の関連を検討した。テロメラーゼ活性とhTERT発現には相関が認められ、テロメラーゼ高活性群は低活性群と比較して有意に予後不良であり、十二指腸乳頭部癌の予後予測指標となると考えられた膵腫瘍においてhTERTの免疫染色が術前膵液細胞診へ臨床応用可能であるかを検討した。テロメラーゼ活性とhTERT発現には相関が認められ、テロメラーゼ高活性群は低活性群と比較して有意に予後不良であり、十二指腸乳頭部癌の予後予測指標となると考えられた【目的】膵腫瘍の良悪性診断は困難なことが多く、有用なバイオマーカーの開発が待望されている。多段階発癌モデルが示唆されている膵管内乳頭粘液性腫瘍(IPMNs)におけるテロメア長の変化、テロメラーゼ活性化を検討し発癌過程を検証した。さらに膵切除組織及び、術前膵液細胞検体におけるテロメラーゼ活性とテロメラーゼの主たる触媒因子であるhTERT発現を検討し、IPMNsの良悪性診断のバイオマーカーとして簡便に臨床応用可能であるかを検証した。【対象と方法】膵切除152症例。浸潤性膵管癌48例、IPMNs 70例、Endocrine cell tumors 5例、粘液性嚢胞腫瘍8例、漿液性嚢胞腫瘍9例、慢性膵炎7例、正常膵管5例。テロメア長はFISH法、テロメラーゼ活性はTRAP法、hTERT発現は免疫組織染色法で検討。【結果】IPMN病変において、テロメア長は病変の進行とともに漸減し高度異型病変で究極的短縮を認めた。テロメラーゼ活性は段階的に増加し、borderline症例からcarcinoma in situ (CIS)症例間で有意であった(P=0.0175)。膵切除組織において、浸潤性膵管癌ではテロメラーゼ活性は83%、hTERT発現は88%に検出し、両者に強い相関を認めた(r=0.726, P<0.001)。術前膵液細胞検体では、hTERT発現による細胞診の良悪性診断は、感度85%、特異度82%、正診率84%であった。また、IPMNのborderline症例において、56%でhTERT陽性であった。【結論】テロメア長は病変の進行とともに漸減し、テロメラーゼ活性・hTERTは段階的に発現し、テロメア短縮と相関し癌化のinitiationに関与している可能性が示唆された。hTERTを用いた細胞診への応用により、形態学的に鑑別困難なbordeline IPMNs症例を機能的側面から評価することにより、high risk病変の抽出・手術適応決定に寄与する可能性が考えられた。【目的】テロメラーゼは細胞の不死化・癌化に深く関与し、ヒト癌組織の8090%に発現している。テロメラーゼおよびその主たる触媒因子であるhuman telomerasereverse transcriptase(hTERT)は癌診断や癌の予後因子の有用なバイオマーカーとして様々な癌で報告されているが、胆道癌に関する報告は少ない。我々は十二指腸乳頭部癌におけるテロメラーゼ活性およびhTERT発現を検討し、予後因子のバイオマーカーとして臨床応用可能であるかを検証した。【結果】テロメラーゼ活性は91.3%、hTERT発現は76.1%に検出された。hTERT発現(0,1+,2+)とテロメラーゼ活性の間には相関が認められた。T因子、N因子、Stage、静脈浸潤、神経周囲浸潤などの病理組織学的因子とテロメラーゼ活性およびhTERT発現の間に相関は認められなかった。予後の検討では、テロメラーゼ高活性群では低活性群と比較して有意に予後不良であった(P=0.031)。またhTERT発現が強いほど予後不良な傾向にあったが統計学的には有意差はなかった(P=0.054)。【結語】テロメラーゼ活性は十二指腸乳頭部癌切除例における有用な予後予測因子になる可能性が示唆された。テロメラーゼおよびhuman telomerase reverse transcriptase(hTERT)は癌診断や癌予後因子の有用なバイオマーカーとして様々な癌で報告されているが、胆道癌に関する報告は少ない。十二指腸乳頭部癌におけるテロメラーゼ活性およびhTERT発現の臨床病理学的因子や予後との関連を検討し、予後因子バイオマーカーとして臨床応用の可能性を検証した。【結果】テロメラーゼ活性は42例(91%)に検出され27例が高活性19例が低活性に分類された。

hTERTは35例(76%)に発現し14例が強陽性、21例が弱陽性に分類された。テロメラーゼ活性とhTERT発現には相関が認められ(P=0.002)、テロメラーゼ高活性群は低活性群と比較して有意に予後不良であった(P=0.031)。臨床病理組織学的因子を含めた単変量解析では、中低分化型(P=0.029)、腫瘍深達度T2-3(P<0.001)、リンパ節転移陽性(P=0.013)、Stage II(P=0.009)、神経周囲浸潤陽性(P<0.001)、テロメラーゼ高活性(P=0.031)が有意な予後不良因子であった。多変量解析ではテロメラーゼ活性のみが独立した予後不良因子であった(ハザード比:11.3,P=0.043)。【結語】テロメラーゼ活性およびhTERT発現は十二指腸乳頭部癌外科切除後の有用な予後予測のバイオマーカーであり今後のテロメラーゼ関連因子を利用した治療法の開発が期待される。
補強材によるダイレタンシー拘束効果と地盤/土構造物の補強効果評価

基礎地盤もしくは土構造物内に補強材を敷設して,土構造物の剛性や強度を増加せしめようとする補強土工法のアイデアは,古くから土木技術の一つの要であった.多くの土構造物は多種多様な補強土工法の恩恵の上に,機能を持続し続けている.しかし昨今の社会ニーズは,新規構造物の建設から既設構造物の維持・補修に移りつつある.過去に土構造物が受けた履歴と無関係に,その構造物のグローバルな安定に寄与する形にまとめあげられている現行設計法では対処しづらいケースが増えつつある.構造物の部分的なリニューアル,機能更新が求められるからである.本研究課題はこのような社会ニーズに合理的に答えうる技術体系の確立を目的とした.また,層状に敷設されたジオシンセティックス,基礎の底面端部に付けられたスカート,テールアルメの定着帯,盛土底部横断方法に設置された松杭連結の梯子,松杭,砂杭や摩擦杭,...これらが立派に地盤を補強して(地盤の力学特性の改良=地盤改良に寄与して)機能していることは,経験で知ってはいても理屈がついてこない.構造物のグローバルな安定を考える現行設計法の限界である.これらの「経験」に「理屈」を提供しようとしているとも言える.土構造物に対する補強とは,剛な固定端で反力をとって土構造物を支えようとする機構ではない.土と補強材が一体となって剛性や耐荷力が向上しているメカニズムである.では,その力学的相互作用がどのように土構造物の剛性や耐荷力の向上に結びついているのであろうか.本研究では,土のダイレタンシー変形を補強材が拘束するメカニズムがポイントであると考えた.土構造物に荷重が作用する.その荷重によって土はせん断変形を生じようとするが,土はダイレタンシー特性を有するため,同時に体積膨張を生じようとする.この体積膨張を補強材が拘束することにより,土の剛性と強度が増し,補強効果が発現する.これを室内試験,模型実験,数値解析により検証し,その発現メカニズムを明らかにした.このような補強効果は,土自身の材料特性ばかりでなく,その土の締固め度合い,含水状態などによって変化すると考えられる.そこで本研究では,不飽和状態にある土の力学特性,特に締固め度合いや含水状態の影響を,一連の室内三軸試験を実施して議論している.この成果は,新しい水分特性曲線モデルの提案に結びついた.さらに,土構造物の品質を評価する解析手法を開発し,実際の土構造物の品質評価への適用性を検討している.以上の成果を,順次,学会論文集や国際会議などに発表していった.基礎地盤もしくは土構造物内に補強材を敷設して,土構造物の剛性や強度を増加せしめようとする補強土工法のアイデアは,古くから土木技術の一つの要であった.多くの土構造物は多種多様な補強土工法の恩恵の上に,機能を持続し続けている.しかし昨今の社会ニーズは,新規構造物の建設から既設構造物の維持・補修に移りつつある.過去に土構造物が受けた履歴と無関係に,その構造物のグローバルな安定に寄与する形にまとめあげられている現行設計法では対処しづらいケースが増えつつある.構造物の部分的なリニューアル,機能更新が求められるからである.本研究課題はこのような社会ニーズに合理的に答えうる技術体系の確立を目的とした.また,層状に敷設されたジオシンセティックス,基礎の底面端部に付けられたスカート,テールアルメの定着帯,盛土底部横断方法に設置された松杭連結の梯子,松杭,砂杭や摩擦杭,...これらが立派に地盤を補強して(地盤の力学特性の改良=地盤改良に寄与して)機能していることは,経験で知ってはいても理屈がついてこない.構造物のグローバルな安定を考える現行設計法の限界である.これらの「経験」に「理屈」を提供しようとしているとも言える.土構造物に対する補強とは,剛な固定端で反力をとって土構造物を支えようとする機構ではない.土と補強材が一体となって剛性や耐荷力が向上しているメカニズムである.では,その力学的相互作用がどのように土構造物の剛性や耐荷力の向上に結びついているのであろうか.本研究では,土のダイレタンシー変形を補強材が拘束するメカニズムがポイントであると考えた.土構造物に荷重が作用する.その荷重によって土はせん断変形を生じようとするが,土はダイレタンシー特性を有するため,同時に体積膨張を生じようとする.この体積膨張を補強材が拘束することにより,土の剛性と強度が増し,補強効果が発現する.これを室内試験,模型実験,数値解析により検証し,その発現メカニズムを明らかにした.このような補強効果は,土自身の材料特性ばかりでなく,その土の締固め度合い,含水状態などによって変化すると考えられる.そこで本研究では,不飽和状態にある土の力学特性,特に締固め度合いや含水状態の影響を,一連の室内三軸試験を実施して議論している.この成果は,新しい水分特性曲線モデルの提案に結びついた.さらに,土構造物の品質を評価する解析手法を開発し,実際の土構造物の品質評価への適用性を検討している.以上の成果を,順次,学会論文集や国際会議などに発表していった.基礎地盤もしくは土構造物内に補強材を敷設(設置)して,土構造物の剛性や強度を増加せしめようとする補強土工法のアイデアは,古くから土木技術の一つの要であった.昨今の社会ニーズは,新規構造物の建設から既設構造物の維持・補修に移りつつある.

土構造物が過去に受けた履歴と無関係に,その構造物の最終的形状だけで決まる全体的な極限釣り合いに基づく現行設計法では対処しづらいケースが増えつつある.本研究課題はこのような社会ニーズに合理的に答えうる技術体系の確立を目的としている.土構造物に対する補強とは,剛な固定端で反力をとって土構造物を支えようとする機構ではない.土と補強材が一体となって剛性や耐荷力が向上しているメカニズムである.申請者は,土のダイレタンシー変形を補強材が拘束するメカニズムがポイントであると考えている.まず1)ダイレタンシー拘束による補強効果発現メカニズムを検証し,2)土と補強材との最適な組み合わせの存在を示したい.さらに,3)それを表現できる数理モデル(有限要素解析手法)を開発する.最終的には,期待される補強効果を予測できる手法としてまとめあげたいと考えている.平成12年度の成果としては,1.補強材にジオシンセティックスを用いた模型実験を実施した.土および補強材の変形と補強効果を計測した.2.このような問題に対して,土固有の構成モデルを用いた初期値・境界値問題の構成が不可欠である.本申請では,実務面でも実績を積みつつある関口・太田モデルを用い,圧密による変形・強度変化を考慮した土/水連成場を展開した.構成モデルの適用は,従来,正規圧密粘土(ゆるい砂)もしくは,せいぜい弱い過圧密粘土地盤を対象としていた.本申請では,構成モデルの適用性を過圧密状態(密な締固め土)に広げた.逆に,このような試みを通して,構成モデルの欠点,問題点が明らかになり,改良または淘汰されてゆく.3.不飽和土供試体の力学特性を把握する目的で,同一の材料でありながら,初期含水比,締固め度合いが異なる複数の供試体を用意し,定体積一面せん断試験を実施した.得られた実験結果から,構成モデルの適用性を検討した.その結果,太田らによる等価先行圧密圧力の考え方と橋口による下負荷面の導入により,不飽和土供試体の力学挙動を良く説明できることが明らかとなった.基礎地盤もしくは土構造物内に補強材を敷設して,土構造物の剛性や強度を増加せしめようとする補強土工法のアイデアは,古くから土木技術の一つの要であった.多くの土構造物は多種多様な補強土工法の恩恵の上に,機能を持続し続けている.しかし昨今の社会ニーズは,新規構造物の建設から既設構造物の維持・補修に移りつつある.過去に土構造物が受けた履歴と無関係に,その構造物のグローバルな安定に寄与する形にまとめあげられている現行設計法では対処しづらいケースが増えつつある.構造物の部分的なリニューアル,機能更新が求められるからである.本研究課題はこのような社会ニーズに合理的に答えうる技術体系の確立を目的とした.また,層状に敷設されたジオシンセティックス,基礎の底面端部に付けられたスカート,テールアルメの定着帯,盛土底部横断方法に設置された松杭連結の梯子,松杭,砂杭や摩擦杭,...これらが立派に地盤を補強して(地盤の力学特性の改良=地盤改良に寄与して)機能していることは,経験で知ってはいても理屈がついてこない.構造物のグローバルな安定を考える現行設計法の限界である.これらの「経験」に「理屈」を提供しようとしているとも言える.土構造物に対する補強とは,剛な固定端で反力をとって土構造物を支えようとする機構ではない.土と補強材が一体となって剛性や耐荷力が向上しているメカニズムである.では,その力学的相互作用がどのように土構造物の剛性や耐荷力の向上に結びついているのであろうか.