hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
気液固相中の炭素安定同位体測定手法開発によるブルーカーボン研究の新基盤技術創出

沿岸域はCO2の排出源と考えられてきた.ところが近年,海洋植物が豊富で活発な浅海域が大気中CO2の吸収源となっていて,吸収されたCO2がブルーカーボンとして貯留されている事例も散見されている.しかしながら,流動や物質の生成消費の時空間変化が激しく複雑な場という海域特性により,「吸収された大気中CO2が本当にその場で貯留されているかどうか」は不明であった.本研究では,大気中CO2の吸収や炭素隔離貯留機能に関連する炭素循環を炭素起源別に定量化可能にし,「ブルーカーボン研究」という新学術分野の基盤技術を創出するため,三相(気相・液相・固相)すべての炭素同位体比と炭素量を定量化する手法を開発した.これまで,海洋によるCO2吸収は外洋で発揮されていて,陸域からの負荷を受ける沿岸域では有機物が分解する場,すなわちCO2の放出源と考えられてきた.ところが近年,海洋植物が豊富で活発な沿岸海域では,熱帯林を上回る高いブルーカーボン(海洋中の炭素)の隔離速度の事例が示されるようになってきた.しかしながら,河川・海底・外洋の影響を受け,流動や物質生成消費の時空間変化が激しく,複雑な場という海域特性により,「吸収された大気中CO2が本当にその場で隔離されているか」の提示の見通しがまったく立っていない.したがって本研究では,「ブルーカーボン研究」という新学術分野の基盤技術を新たに創出するため,河口ー沿岸海域ー沖合において,三相(気相・液相・固相)すべての炭素同位体比と炭素量を定量化する測定手法を開発し,沿岸海域における大気中CO2の吸収・隔離機能に密接にかかわる炭素フローとストックを,炭素起源別に定量化可能にすることを目的としている.本年度実施した主要な研究内容は以下のとおりである.(1)国内外の藻場干潟とその流域,外海において,炭素動態に関連する各水底大気質の実測,(2)干潟水槽・メソコスム水槽において,炭素動態に関する実験,(3)三相の分析システム検討,(4)COP20にて情報収集.これまで,海洋によるCO2吸収は外洋で発揮されていて,陸域からの負荷を受ける沿岸域では有機物が分解する場,すなわちCO2の放出源と考えられてきた.ところが近年,海洋植物が豊富で活発な沿岸海域では,熱帯林を上回る高いブルーカーボン(海洋中の炭素)の隔離速度の事例が示されるようになってきた.しかしながら,河川・海底・外洋の影響を受け,流動や物質生成消費の時空間変化が激しく,複雑な場という海域特性により,「吸収された大気中CO2が本当にその場で隔離されているか」の提示の見通しがまったく立っていない.したがって本研究では,「ブルーカーボン研究」という新学術分野の基盤技術を新たに創出するため,河口ー沿岸海域ー沖合において,三相(気相・液相・固相)すべての炭素同位体比と炭素量を定量化する測定手法を開発し,沿岸海域における大気中CO2の吸収・隔離機能に密接にかかわる炭素フローとストックを,炭素起源別に定量化可能にすることを目的としている.本年度実施した主要な研究内容は以下のとおりである.(1)国内外の藻場干潟とその流域,外海において,炭素動態に関連する各水底大気質の実測,(2)液相中の溶存有機炭素の定量化ための分析システム開発,(3)アマモ場における三相の起源の定量化に関する論文の執筆と公表,(4)COP21にて情報収集.沿岸海域における大気中CO2の吸収・隔離機能に密接にかかわる三相(気相・液相・固相)の炭素のうち,液相中の溶存有機炭素以外の全ての炭素フローとストックを起源別に定量化するための炭素同位体比と炭素量を定量化する測定手法の開発を終えた.液相中の溶存有機炭素については,分析の前処理ラインを作成中である.これまで,海洋によるCO2吸収は外洋で発揮されていて,陸域からの負荷を受ける沿岸域では有機物が分解する場,すなわちCO2の排出源と考えられてきた.ところが近年,海洋植物が豊富で活発な沿岸海域では,熱帯林を上回る高いブルーカーボン(海洋中の炭素)の隔離貯留速度の事例が示されるようになってきた.しかしながら,河川・海底・外洋の影響を受け,流動や物質生成消費の時空間変化が激しく,複雑な場という海域特性により,「吸収された大気中CO2が本当にその場で貯留されているか」の提示の見通しがまったく立っていない.したがって本研究では,「ブルーカーボン研究」という新学術分野の基盤技術を新たに創出するため,河口ー沿岸海域ー沖合において,三相(気相・液相・固相)すべての炭素同位体比と炭素量を定量化する測定手法を開発し,沿岸海域における大気中CO2の吸収や炭素の隔離貯留機能に密接にかかわる炭素フローとストックを,炭素起源別に定量化可能にすることを目的としている.本年度は,液相中の溶存無機および有機炭素の定量化ための分析システムの改良と国内外の海域および背後地において採取した試料の分析を実施した.沿岸域はCO2の排出源と考えられてきた.ところが近年,海洋植物が豊富で活発な浅海域が大気中CO2の吸収源となっていて,吸収されたCO2がブルーカーボンとして貯留されている事例も散見されている.しかしながら,流動や物質の生成消費の時空間変化が激しく複雑な場という海域特性により,「吸収された大気中CO2が本当にその場で貯留されているかどうか」は不明であった.

本研究では,大気中CO2の吸収や炭素隔離貯留機能に関連する炭素循環を炭素起源別に定量化可能にし,「ブルーカーボン研究」という新学術分野の基盤技術を創出するため,三相(気相・液相・固相)すべての炭素同位体比と炭素量を定量化する手法を開発した.三相(気相・液相・固相)のうち,固相については,沿岸海域における大気中CO2の吸収・隔離機能に密接にかかわる炭素フローとストックを,炭素起源別に定量化するための炭素同位体比と炭素量を定量化する測定手法の開発を終えた.気相と液相については,分析の前処理ラインの検討を終えた.液相中の溶存有機炭素について,分析の前処理ラインの作成を完了し,分析手法を確立する.これにより,沿岸海域における大気中CO2の吸収・隔離機能に密接にかかわる三相の全ての炭素フローとストックを起源別に定量化する手法を確立する.沿岸生元素循環,沿岸生態学,沿岸環境工学昨年度に検討した前処理ラインを実際に制作し,気相と液相について,沿岸海域における大気中CO2の吸収・隔離機能に密接にかかわる炭素フローとストックを,炭素起源別に定量化するための炭素同位体比と炭素量を定量化する測定手法の開発をすすめる.当初は,分析前ラインの制作後の分析精度テストに充当するための予算を確保してあったが,実際にはラインの制作を今年度実施したため,ライン制作の手直しと分析精度テストを次年度に実施した方が研究を確実に遂行できると判断したため.当初は,分析前ラインの制作に充当するための予算を確保してあったが,実際にはラインの設計を入念に実施し,制作を次年度に実施した方が研究を確実に遂行できると判断したため.ライン制作の手直しと分析精度テストを次年度に実施するため,物品費,旅費として使用する.分析前ラインの制作に使用する.
既存の水質モニタリングデータに基づく面源汚濁負荷量の不偏推定法の開発

平成30年度は、これまでに開発されてきた定期調査データからの河川流出負荷量の不偏推定法であるImportance resampling(IR)法の抜本的改良がおこなわれ、より標本の再利用効率の高い、流域を選ばない汎用性の高い手法が開発された。この改良は、IR法の基となっている,べき乗型LQ式法(Rating curve method)と重点的サンプリング法を組み合わせた負荷量の不偏推定法であるRCM using IS法の理論的な不偏性の解釈から導かれたものである。すなわち,RCM using IS法で負荷量の期待値の大きさに比例した確率(Probability proportional to size,PPS)での水質標本が不偏推定量を与えられるのは,LQ式の残差について回帰分析の古典的仮定(正規分布,系統誤差や不均一分散がない事,独立であること)と流量が対数正規分布であることによる。実際の流量データは対数正規分布に従わない。このため,定期調査の水質試料採取時のPPS標本の試料採取パラメータβ(=0)が,実際の水質項目のLQ式の指数パラメータβ'と一致するときのみ,ロバストな不偏推定量が得られる。従ってこのβとβ'の差の大きさ,およびβ'自体の不確かさの大きさにより,IR法でのPPS標本の再抽出の基準となる,信頼水準に相当する信頼区間の被覆確率を与えうるAD検定量の非超過確率pの値が決定されることが明らかになった。この知見を基に,各定期調査標本データ毎に,Monte Carlo法により,適切にp値を決定することができ,これによりより多くのPPS標本が得られるようになった。またp値の決定には実際に得られている小数の水質データと河川の連続的な流量データが必要となるが,それらがあれば流域や水質項目を選ばず適用可能となり,汎用性もより一層高い手法となった。平成27年度は、既存の水質データをもとに、面源からの流出負荷量の不偏推定を行う方法を開発した.面源からの流出負荷量は流量の連続観測値と、少数の水質濃度データから不偏推定を行うことが可能である.この際、べき乗型LQ式等のモデルによる瞬間流出負荷量の推定値とその推定値の大きさに比例したサンプリング(重点的サンプリング法、IS法)を必要とする.この結果、IS法ではLQ式を決定するための調査とそれをもとにIS法として行うサンプリングの二段階サンプリングを必要とする.これが、我々の開発した重点的サンプリング法に基づく負荷量推定法であるが、これを重点的サンプリング法以外の方法で収集されたあらゆるデータにも適用できる方法、すなわち事後IS法として開発した.事後IS法では、事前調査を必要としない、手持ちの標本集団のみでIS法を実行する.まず手持ちの定期調査などで得られたデータから、べき乗型LQ式を決定する.次にこの式と連続観測された流量から、対象期間内の相対積算推定流出負荷量値(0、1]を構成する.次に、実際の採水時刻データをもとに、実際のデータの相対積算推定負荷量の値の数列を作成する.この数列が(0、1]内での一様乱数となっていれば、この標本から直ちに不偏推定量が得られるが、通常そうはなっていない.このため、Anderson-Darling検定量を用いて、数列がある危険率で一様乱数列と見なせるようになるまで、数列の要素を取捨選択していく.そうして残された数列をもとにして、負荷量の点推定と区間推定を実行する.これが事後IS法の概要である.この方法を20092011年度の奈良県で得られた高頻度溶存水質データと20122014年度の高頻度SSデータに対し適用したところ、概ね不偏な推定量と(信頼区間の被覆確率は課題となる傾向があるが)適切な区間推定結果を得ることができた.本研究は、過去の高頻度データに基づく推計手法の開発と、自動採水機を用いた新たな現地調査による効率的な標本採取法の開発の二本の柱からなる.手法の開発に関しては、予定通りの成果を得たばかりではなく、信頼区間の被覆確率が信頼水準よりも課題となる理論的原因の究明を実現した.後者の自動採水と水質分析については、2015年10月より、奈良県五条市の山林流域において、2日に1回のサンプリングと一定積算流量で5mmおきの採水・分析(窒素、リン、COD、溶存イオン類、溶存ケイ酸、電気伝導度、SS等計19項目)と濁度計による10分間隔の濁度観測を実施しており、着実なデータの蓄積を測っている.以上のデータ収集システムのもとで、重み付き回帰を導入したより精度の高い負荷量推定法の開発にも目処がついており、研究は当初見込みより大きく進捗している.一方で予定よりも論文報告が遅れ気味のため、全体としての進捗状況は概ね順調としている.本研究は、これまで確立されていなかった面源汚濁負荷なども含む河川を流下する流出負荷量の不偏推定法を、定期モニタリングなどの既存の様々なサンプリング法による水質データに基づき計算する手法を開発すること、およびそれを援用した効率的な現地サンプリング手法を確立することにある。また、本法に基づけば、現地河川において一定積算流量ごとに水質サンプリングを実施すれば、様々な水質項目に対して効率よく負荷量推定が可能となることが理論的に示された。

これを実証するため、平成27年10月から翌28年12月まで、奈良県五條市の山林流域にて流出高で5mm毎に採水を実施し、TN,DTN,TP,DTP,リン酸態リン、溶存ケイ酸、COD、DCOD、SS、各種イオン(Na, K,Ca,Mg,Cl,硫酸イオン、硝酸イオン)の水質分析を行った。採水は自動採水機により行い、台風時の大出水時にはテレメータを利用し欠測が生じないようサンプリングを実施した。この結果、流量に対して様々に異なる応答特性を有する複数の水質項目に対して、効率的な流出負荷量の不偏推定量を与えることのできるサンプリングが、現実に低コストで実施しうることを立証できた。なお、各々の流出負荷量の推定に関しては、現在検証計算を行っている。現段階で、研究計画提案時に提示されていた未解決の課題である、(1)従来の水質観測データに基づく流出負荷量の不偏推定法の確立、と(2)適切な流出負荷量推定のための現地観測法の確立、の二つの目的がほぼ実現・到達されている。(1)についてはAD検定量の利用と重点的サンプリング(Importance sampling)を実現するためのPPSサンプリングを満足させるためのAD検定量の閾値をシミュレーションを通じて定めることを得た。これにより、同時期の連続的高頻度流量データを必要とするものの、どのような水質標本であっても、流出負荷量の不偏推定を実現できるようになった。(2)については、以下の通りである。IR法のサンプリング頻度とタイミングはべき乗型LQ式の指数パラメータの値と流量データにより決定される。多くの水質項目でこのパラメータ値は1.02.0の値をとる。この範囲であれば、一定積算流量毎に採水を行う、すなわち流量の大きさに比例した確率で採水すれば、効率よく流出負荷量の不偏推定が可能となる。これを実現するためには、一定積算流量毎の採水を実現する自動採水機と、降雨出水時の採水状況を把握することのできるテレメータシステムが、採水機の最大保有採水試料数を使い切らないために必要である。これと類似したシステムが過去に米国の研究者により開発されたものがあったが、取り扱いの困難さとハードウェア開発の敷居の高さのため他に利用されることはなかった。このシステムが現在では市販の自動採水装置に標準的なオプションを加えることでより、比較的安価(150万円程度)で実現可能であることが、14ヶ月にわたる現地サンプリング実験で確認された。以上より、当初目標がほぼ達成されているものの、論文公表が未だ遅れているため、進捗状況としておおむね順調であると判断している。平成29年度は、2つの研究成果を得た。第一の成果は、既存の調査データから負荷量の不偏推定量を推定する手法の検証に関するものである。検証データとして、平成27年10月から平成29年1月まで、奈良県五條市の山林流域で、懸濁態・有機物(SS,COD等)、栄養塩類(窒素、リン)、溶存無機イオン(ミネラル類)の16項目について、2日に1度の自動採水機による定期採水データと、積算流出量5mmおきの一定積算流量データを収集している。これらデータによる検証の結果、(1)従来のLQ式法(例えば「非特定汚染源対策の推進に係るガイドライン・第二版」)は懸濁態・栄養塩類に対して、大きく偏った値となっていること、(2)定期調査データにIR法を適用しても適切な推定量が得られること、(3)定期調査に基づいた場合に、リサンプリングの実行の可否に依存する推定の可否が、流量データから予測が可能なことが明らかとされた。もう一つの成果として、IS法・IR法による負荷量の不偏推定の理論的検討が進んだ結果、昨年までに開発されたIR法のさらなる効率化が実現した。
準無秩序系光制御による導波路希土類錯体レーザー

Eu(hfa-D)_3(DPFBPO)_2をPMMAに分散させた試料を用いてフェムト秒レーザーによる縮退四光波混合を行った。入射光強度をパルス幅とレーザービーム径から換算すると23GW/cm2である。入射した二光束によって二光子吸収を介して形成された振幅型回折格子によって四光波混合が起こり、自己回折光である前方位相共役波が発生する。この位相共役波の光強度をポンプ光強度を変化させながら観測したところ入射光強度の5乗に比例することから、二光子吸収によって発生した位相共役波であることが確認できた。近年、低い振動エネルギーを持つ配位子と結合したEu^<3+>などの希土類イオン(光機能性希土類錯体)が、有機媒質中でもフォノン緩和による失活が起こらず強い発光を示すことが知られている。なかでもEu錯体は300nm-400nm帯で強い吸収を示すことから代表的な超短パルスレーザーであるチタンサファイアレーザー(波長776nm)で二光子吸収過程で励起できる。三次非線形光学現象の一つである二光子吸収吸収を利用すれば、自己回折効果や時間反転波やスペクトル反転波など様々な応用が可能になる。本研究では、チタンサファイアレーザーによってPMMA中に分散したEu錯体が起す二光子吸収を測定した。さらに二光子吸収を介して形成される透過型回折格子を用いて前置縮退四光波混合を行い、前方位相共役波を観測した。回折光強度が入射光強度の5乗に比例することから二光子吸収による位相共役波発生であることを確認した。有機導波路レーザーは、小型で安価な分光用光源として注目を集めているが、紫外-青領域で光退色が少ない材料が少なく未開拓波長領域であった。本研究では、SiO_2微粒子を活性層に添加することで高効率発振(スロープ効率>20%、パルス幅27ps、パルスエネルギー10μJ)するローダミン6G有機色素ドープ導波路レーザーの第二高調波による291nmの紫外光レーザー発振やFluorescent Brightener 135を用いた新規青色有機レーザーの発振にも成功した。レーザー、非線形光学
高立体選択的不斉環化反応の開発研究

高度のエナンチオ選択性及び立体選択性を発現させるためには、優れた不斉源を立体的制約を受けやすい系で用い、しかも出来るだけ緩和な反応条件下で行うことが望ましい。立体的制約の大きい系として、分子内ene反応系を選び、反応条件を緩和にするために遷移金属触媒を用い、反応の立体化学的選択性について検討した。分子内の適当な位置にオレフィン部を有するアリリック系にパラジウムを作用すると、π-アリルパラジウム錯体に対してオレフィン部が求核剤として作用し環化反応をおこす。硫黄原子上に不斉部を有するキラルallylic sulfinateを熱反応に付すと、allylic Sulfinate-sulfone転位をおこし、光学活性のallylic sulfoneを与える。これにパラジウム触媒を作用すると、より活性な部分が反応してπ-アリルパラジウム錯体を形成し、これにallylic sulfoneのオレフィン部が求核剤として反応してmetallo型ene反応をおこし、光学活性の環状化合物を与える。すなわち、このような一連の反応により、キラル硫黄原子上の不斉を2つの炭素原子上に不斉変換することができる。例えば、nerolから導かれた光学活性のSulfinate,8-acetoxy-3,7-dimethyl-2,6-octadienyl (S)-p-toluenesulfinateを熱反応に付すと、光学活性のsulfone,8-acetoxy-3,7-dimethyl-3-(p-toluenesulfonyl)-1,6-octadieneを生成する。このようにして得られた光学活性のallylic sulufoneは、AcOH中Pd(PPh_3)_4或いはPd(dba)_2で処理すると、分子内metallo型ene反応をおこし、光学活性の環状化合物(1R,3S)-および(1R,3R)-3-isopropenyl-1-methyl-2-methylene-1-(p-toluenes ulfonyl)cyclopentaneを99%という高いジアステレオ過剰率で生成する。しかし、この変換のエナンチオ特異性は50%と低下している。これは、環化の遷移状態においてキラル中心が一部ラセミ化するために、反応の立体特異性が低下したものと説明される。反応機構を考察し、生成物の立体化学を推定した。
d-Dガスターゲット開発による5〜7MeV中性子の放射化断面積の測定

3連の静電四重極レンズおよびパルス化装置を作成し、名古屋大学KN-3750バンデグラフ加速器を用いて57MeV領域の放射化断面積を散乱中性子の影響を減らしかつ生成核の半減期が1秒以下の反応まで測定できる見通しを得た。名大バンデグラフ加速器では、重水素ガスターゲットを用いてd-D反応による単色中性子を発生させ放射化断面積を測定してきたが、ガスターゲット付近の構造物が重水素ビームを吸蔵することよって余分なd-D反応による中性子が発生し、その散乱中性子による放射化が問題となっていた。そこで、ビームをターゲット窓まで広がらないように輸送することによって散乱の影響を下げることを可能にするため静電型四重極レンズを試作した。3連の静電四重極レンズの両端と中央にかける印加電圧比を1:1.05にすることにより、加速電圧2.0MVまでのビームを直径2mm以下に収束させることができた。また加速電圧3.75MVまでのビームも同様に収束させることが可能であるという見通しを得た。重水素ガスターゲットに付属しているスリットが直径2.5mmであることから、スリットから発生する散乱中性子を低減させることが可能であると考えられる。一方、対象とする生成核の半減期が1秒以下の反応まで可能とするために、ビームに高電圧を高速に印可し発生中性子をパルス化するディフレクターによるパルス化装置を試作した。ビームビュワーによって完全にビームが遮断されることを確認し、さらに(p,γ)反応による即発γ線を測定することにより、ビームオフ時には、完全に即発γ線によるバックグラウンドがないことを確認した。ターゲット電流量を測定し制御回路と同期が取れていることを確認した。数十ミリ秒までの反応の測定が可能である見通しを得た。現状の性能をもとに、モンテカルロシミュレーション(MCNP)を利用して、発生中性子を評価し実際の測定を行う予定である。名古屋大学バンデグラーフ加速器(KN-3750)に取り付けられた重水素ガスターゲットを用いてd-D反応中性子束を増加させる一方、散乱を減らすことを目的として、入射重水素ビームを絞る静電型四重極レンズを設計・製作した。また、モンテカルロシミュレーション(MCNP)を利用してガスターゲットの改良にむけて計算と概念設計を行った。バンデグラーフ加速器を用いて46MeVの中性子に対する放射化断面積を測定し、励起関数を得ることを目標としている。静電型四重極レンズは円で近似した3連の双曲電極を有し、それぞれの電極の長さは8cm、16cm、8cmとした。最初と最後の電極は同じ電位とし同じ電源を用い、真ん中の電極には別の電源を用いる。電極電圧は最高±3kVまで印可でき、隣り合う電極にはプラス、マイナスの同電圧が印可される.この四重極レンズを用いて、3MVの加速電圧の重水素ビームを収斂することができる。従来、d^+ビームはガスターゲットに入射する前に直径5mmの孔(アパーチャー)によってビームの拡がりを押さえ、さらに3mmのアパーチャーを通してハーバーフォイルで仕切られたガスターゲットに導入していた。そのためビーム強度を損失するうえ、アパーチャー部分で発生する中性子の散乱によって照射中性子束が正しく評価できない問題があった。このレンズにより、ビームの損失なくガスターゲットに打ち込むことが出来ること、ビーム径を3mm以下に収斂させることによって散乱中性子の影響を低減させ、かつ、発生する中性子のエネルギーの拡がりを押さえることが出来る。一方、ガスターゲット容器を小さくして照射位置をターゲットに近づけ、封入ガスの圧力を上げることによって、10倍程度中性子の発生量を増加させることが可能であることがわかり、現在、ターゲットを試作中である。

3連の静電四重極レンズおよびパルス化装置を作成し、名古屋大学KN-3750バンデグラフ加速器を用いて57MeV領域の放射化断面積を散乱中性子の影響を減らしかつ生成核の半減期が1秒以下の反応まで測定できる見通しを得た。名大バンデグラフ加速器では、重水素ガスターゲットを用いてd-D反応による単色中性子を発生させ放射化断面積を測定してきたが、ガスターゲット付近の構造物が重水素ビームを吸蔵することよって余分なd-D反応による中性子が発生し、その散乱中性子による放射化が問題となっていた。そこで、ビームをターゲット窓まで広がらないように輸送することによって散乱の影響を下げることを可能にするため静電型四重極レンズを試作した。3連の静電四重極レンズの両端と中央にかける印加電圧比を1:1.05にすることにより、加速電圧2.0MVまでのビームを直径2mm以下に収束させることができた。また加速電圧3.75MVまでのビームも同様に収束させることが可能であるという見通しを得た。重水素ガスターゲットに付属しているスリットが直径2.5mmであることから、スリットから発生する散乱中性子を低減させることが可能であると考えられる。一方、対象とする生成核の半減期が1秒以下の反応まで可能とするために、ビームに高電圧を高速に印可し発生中性子をパルス化するディフレクターによるパルス化装置を試作した。ビームビュワーによって完全にビームが遮断されることを確認し、さらに(p,γ)反応による即発γ線を測定することにより、ビームオフ時には、完全に即発γ線によるバックグラウンドがないことを確認した。ターゲット電流量を測定し制御回路と同期が取れていることを確認した。数十ミリ秒までの反応の測定が可能である見通しを得た。現状の性能をもとに、モンテカルロシミュレーション(MCNP)を利用して、発生中性子を評価し実際の測定を行う予定である。
Tet On-Offシステムを用いたCa2+放出チャンネルの定量的な発現制御

(1)テトラサイクリン制御性トランス作用因子(tTA)を恒常的に発現しているCHO細胞を獲得し、一方に緑色蛍光蛋白質(GFP)のcDNAを、他方にウサギ骨格筋より得られたカルシウム放出チャンネルであるリアノジン受容体(RyR1)をコードするcDNAを挿入したpTRE発現ベクター(テトラサイクリンオペレーター配列の後側にminiサイトメガロウイルスプロモーターを持っているプラスミドベクター)を遺伝子導入した。これらのCHO細胞においてRyR1発現の分布と量を抗RyR1抗体によって調べたところ、GFP蛍光を発している細胞においてのみ、その細胞質に点在するRyR1の発現が確認できた。(2)日本人の悪性高熱症(malignant hyperthermia、MH)の患者において、新たなRYR1遺伝子変異を発見した。以前に作製/改良した「カセット構造化」したRYR1cDNAを用いて、人為的にこのMH遺伝子変異体を作製し、上記のpTREベクターに挿入してCHO細胞に遺伝子導入して強制発現された。このMH変異体のカルシウム放出機能において、明らかなカフェイン感受性の増加がみられた。また、既知のMHのRYR1変異体と比較するために、GFP蛍光強度を指標として発現量のほぼ等しいCHO細胞を選択して解析を行ったところ、両MH変異体ともに同様な薬物感受性の増加を呈するものであることが判った。(3)これらのGFP/RyR1発現は、テトラサイクリン類似体ドキシサイクリン(Dox)の添加により完全に抑制されたので、Doxの有無による発現のOn-Off制御が可能であることが判った。以上のように、テトラサイクリン制御性遺伝子発現システムを用いることによって、GFPなどのレポーター産物を指標としながら、目的遺伝子産物の発現量を比較/制御して、その機能解析が可能となった。(1)tet(テトラサイクリン)トランス作用因子(tTA)を発現するpTef-Off安定細胞株の作製。tTA遺伝子を含むpTef-Offプラスミド(G418耐性領域を持つ)を培養細胞(CHO細胞)に遺伝子導入し、G418耐性クローンを選択した。この選択したクローン群に緑色蛍光蛋白質(GFP)遺伝子を含むpTRE(後述)を遺伝子導入しGFP蛍光を指標として、tTAを安定して発現している細胞株(pTef-Off安定細胞株)を獲得できた。一つのTetオペレーターDNA配列(TRE)の両側にminiサイトメガロウイルスプロモーターを持つpBIベクターの一方にGFP、他端にCa^<2+>放出チャンネル/RyRをコードする全長cDNAを挿入した発現ベクターを構築した(pBI-EGFP-RyR1)。このpBI-EGFP-RyR1をpTef-Off細胞株(先述)に遺伝子導入したところ、GFP蛍光を発している細胞のみが、作製した抗RyR1D2抗体に認識された。これにより、RyR1を発現している細胞をGFP蛍光を指標として選別できることが判った。また、このGFP蛍光はDoxの培地への添加によって強く抑制された。(3)GFP蛍光を指標としたリアノジン受容体発現細胞株の機能解析。このpBI-EGFP-RyR1をpTef-Off細胞株(先述)に遺伝子導入し48時間後に、Ca^<2+>蛍光指示薬(Fura2/AM)を負荷して細胞内Ca^<2+>イオン動態を調べたところ、このGFP蛍光を発している細胞のみでカフェイン刺激による細胞内Ca^<2+>イオンの上昇が認められた。これにより、GFP蛍光がRyR1の機能的発現の指標となることが判った。
光線力学診断を利用した新しい肺マーキング法の開発および臨床展開

手で触知する事が困難であろう小肺結節(肺癌等)や手による触知を使用できない胸腔鏡下手術において肺の局所切除を施行するためには病変を視覚化する必要であり、本研究の目的は、理想的(既存の方法より有効かつ安全)な方法、すなわち新しい肺マーキング法の確立であった。平成25年度研究では実験動物を使用し、光線力学診断用内視鏡システムとビタミンB2を利用した蛍光による経気管支鏡的マーキング法を優れた描出力、十分な描出時間、安全性を兼ね備えた理想的なマーキング法として確立した。平成26年度研究では、より臨床での状況を想定し、同じく実験動物を使用し、手技の改良および有用性・安全性の評価を行い良好な成績を得た。触知不能な肺結節に対する手術や触診を利用できない胸腔鏡手術において肺葉切除以下の術式を施行する際には、部位と標的病変の広がりを正確に認識することが不可欠である。病変の視覚化に関して種々の肺マーキング法の報告があるが、合併症・有用性の点より問題点は少なくない。現状に行われているマーキングより安全性・有用性で上回るマーキング方法として、光線力学診断(photodynamic diagnosis, PDD)用内視鏡システムとビタミンB2を使用した経気道的マーキング法を考案し、本研究において有用性および安全性を検討した。これまでの研究で、研究実施計画においてphase1(平成25年度計画)と設定した、動物実験においてブタ12頭に対し実験・評価を行った。その結果、1PDD内視鏡システムとビタミンB2を利用した蛍光法による経気道的マーキングが可能であること、2本法によるマーキングの精度および蛍光の強度・持続時間が十分であること、3本法に使用するビタミンB2は理論上、アレルギー・組織障害・中毒がないため、手技上の安全性が確保できれば極めて安全な手技と考えられること、4安全性から複数のマーキングが可能であることが確認できた。次いで、本法の臨床導入を想定したphase2(平成26年度前半計画)の動物実験をブタ6頭に対し施行し、1手術時を想定した設定においても本法を利用したマーキングが可能であること、2蛍光の強度・持続時間においても本法を利用した肺部分切除が可能であること、3マーキングにより十分な病変の切除が行われていること、4動物実験においては本法が安全に施行できることが確認できた。これまでの研究成果について国内学会の発表を行っており、現在海外学会・英文誌への発表を予定している。今後、研究計画通り、臨床への導入のため院内倫理委員会・臨床試験センターの承認を取得予定である。触知する事が困難であろう肺結節や触知を使用できない胸腔鏡下手術において肺の局所切除を施行するためには病変を視覚化する必要であり、本研究の目的は、理想的(既存の方法より有用かつ安全)な方法、すなわち新しい肺マーキング法の確立であった。平成25年度研究では実験計画通りPDD内視鏡システムとビタミンB2を利用した蛍光による経気道マーキング法を実験動物(ブタ)を使用して、優れた描出力、十分な描出時間、安全性(手技に伴う危険性のある従来のマーキングと異なり本法では複数のマーキングが可能となる)を兼ね備えた理想的なマーキング法を確立した。平成26年度研究では、より臨床での状況を想定し、計12頭の実験動物(同じくブタ)を使用し、臨床を想定した手技の改良および有用性・安全性の評価を行なった。方法としては前年度とは異なり手術前状態を想定し、すなわち麻酔導入後、閉胸下にX線透視装置をガイドに硫酸バリウムで仮想対象病変を作成、更に同X線透視装置を使用し、対象病変を3点で取り囲む様にマーキングを施行した。施行後、胸腔内に内視鏡手術用ポートを挿入し1マーキングの可否を確認、2マーキングの蛍光強度・持続時間の評価を行い、3更に開胸後にマーキングをガイドに肺部分切除を施行し、切除断端距離・確保の可否を評価した。4さらに実験を通して本マーキング手技に伴う合併症を評価し、安全性の評価とした。結果として、1施行した蛍光マーキングはすべて観察可能であり、2十分な蛍光強度・持続時間を有していた。さらに3複数マーキングをガイドにした肺切除では適切な切除断端距離が確保出来ることを確認し、4手技に関した合併症のない事も確認できた。以上、これまで本結果を国内外で学会発表し、現在、論文報告の準備中である。また、平成26年度後半にはこの結果を持って実臨床への導入を予定していたが、現在、院内臨床試験委員会に申請準備中である。胸部外科これまでの研究で、研究実施計画における平成25年度計画のphase1に関しては、ほぼ実験計画通り、ブタ12頭に対し実験・評価を行った。

その結果、1PDD内視鏡システムとビタミンB2を利用した蛍光法による経気道的マーキングが可能であること、2本法によるマーキングの精度および蛍光の強度・持続時間が十分であること、3本法に使用するビタミンB2は理論上、アレルギー・組織障害・中毒がないため、手技上の安全性が確保できれば極めて安全な手技と考えられること、4安全性から複数のマーキングが可能であることが確認できた。次いで、本法の臨床導入を想定したH26年前半の計画であるphase2の動物実験をブタ6頭に対し、手技上、対象病変の設定等にわずかな変更を加えたが概ね計画通りの実験を施行した。その結果、1手術時を想定した設定においても本法を利用したマーキングが可能であること、2蛍光の強度・持続時間においても本法を利用した肺部分切除が可能であること、3マーキングにより十分な病変の切除が行われていること、4動物実験においては本法が安全に施行できることが確認できた。これまでの研究成果についても国内学会の発表を行っており、また海外学会への発表も予定している。また、英文誌への投稿に向けた準備中である。以上より計画通りの順調な研究進行状況と考える。前記のごとく、研究は計画通り順調に進行している。今後、研究計画通り、臨床への導入のため当大学病院内倫理委員会・臨床試験センターの承認を速やかに取得し、最終的な目標である臨床での評価(H26年度後半計画)につなげる予定である。また、研究成果についても計画通り、海外学会・英文誌への発表を進める予定である。ほぼ予定通りの支出であったが、種々の支出の端数として次年度使用額がわずかに生じた。次年度使用額と翌年度分併せて、予定通り交付決定額全額の使用を予定している。
ブレイド群・写像類群の幾何と増大度

本研究では、4本以上の糸からなるブレイド群Γに対して、ケーリーグラフ内の測地線を見つけるアルゴリズムPを構築することによって、Γの増大級数の具体的な形を求め、さらに増大度も求めることを目的の一つとしている。平成30年度にはまず、研究代表者・藤井は分担者・佐藤隆夫と共同で、Γの増大級数を求める際に生じる問題点を検討・分析した。その結果、ブレイド群Γの標準的な代表元(ガーザイド標準形)からスータブル・スプレッド法を用いて得られる元が測地的にならない不規則な現象を発見した。そこで、ガーサイド標準形上に基本的元Δの逆元が一つだけ現れている場合について詳細にその現象を考察した。この場合には、ガーサイド標準形のスクエア・フリー元への分割の状況に応じて決まる2つのパターンが存在することが分かった。さらに、スータブル・スプレッド法に加えて、ある手順を踏めば測地的元を得られることも解明した。3本の糸からなるブレイド群の場合にはこのような不規則な現象は生じないことは分かっているので、本研究での不規則な現象の考察結果は、3本の場合には生じないが4本以上の糸からなるブレイド群の増大級数の具体形を求める際に生じる困難な状況を明らかにしていて、かつ、4本以上の糸からなるブレイド群Γのケーリーグラフの複雑性を測地線の観点から説明するものとなっている。その点で平成30年度の研究は幾何学的群論の立場からも意義のあるものである。本研究では、(A)ブレイド群Γについて、ケーリー・グラフ内の測地線を見つけるアルゴリズムPを構築することによって、Γの増大級数の形を明らかにし、増大度を求めること、および(B)写像類群について、写像類群と擬等長となる離散群を具体的に構成することによって、写像類群の増大度を求めること、を目的としている。平成30年度の研究では、(A)についての研究はある程度進み、今後の新たな研究の方向性のめどが立った。しかし、(A)での研究に予定以上に時間がかかっているので、(B)については進展といえる成果がほとんど得られていない。そこで、「やや遅れている」と評価した。今後まずは、平成30年度での分担・佐藤との共同研究で発見された、不規則な現象に関して、基本的元Δの逆元がガーサイド標準形内に2つ以上現れる場合について考察を進めていく。さらに、(不規則な場合でない)標準的な場合について、ガーサイド標準形の正モノイドの部分の効率的な分割を見つけるアルゴリズムを開発していく。また、写像類群に擬等長となる離散群の構成にトライしていく。この時に直角アルティン群による近似がどの程度良いものかを解析していく。

平成30年度の研究で、ブレイド群の測地線を見つけるアルゴリズムPの構築まで進むことを予定していたが、実際にはまだ構築できず、アルゴリズムPを実働させるパソコンと数式処理ソフト(Mathematica)の購入には至らなかった。そこで、次年度使用額が大幅に出てしまった。平成31年度の研究で、アルゴリズムPの構築が進みつつあるので、年度初めにパソコンと数式処理ソフト(Mathematica)の購入をするように計画している。
バクテリアセルロースを用いた天然セルロースの溶解挙動に関する研究

本研究は超微細な繊維であるバクテリアセルロースを用い、一般的な溶媒である水酸化ナトリウム水溶液に対する溶解の可能性と、その溶解挙動およびミクロフィブリルの状態を分子鎖レベルで解明することを目的とした。以下の3種の方法で水酸化ナトリウム水溶液に対する溶解を検討した。最初は180°C以上の高温アルカリ処理による方法で検討した。その結果、この方法では溶解速度よりも加水分解の方が先に進行し、ほとんどセルロースの溶解は認められなかった。しかし、この実験より高温におけるセルロースの分解制御が水酸化ナトリウムス水溶液によるのではなく、ケイ酸ナトリウム水溶液によることが新しい知見として得られた。次に、セルロースの溶解性は分子間および分子内水素結合が密接に関係している。しかし、天然セルロース結晶中の水素結合状態や非晶成分がどのような状態で存在するか明らかにされていない。そこで、まず固相ニトロ化反応過程を詳細に研究し、ミクロフィブリル構造について検討した。その結果、非晶はミクロフィブリル全体にランダムに存在すること、高濃度のニトロ化溶媒では酸の拡散によりO6...O2の水素結合を切断できることを明らかにした。この酸拡散による水素結合切断現象を利用して、バクテリアセルロースの水酸化ナトリウム水溶液への溶解性を検討したところ、-80°Cの低温で高濃度ニトロ化溶液処理したセルロースはほとんど溶解させることができた。最後に、重合度とアルカリ可溶性との関係について検討するため、硫酸による加水分解処理を行った。この結果、加水分解処理で得られたミクロクリスタルは8%水酸化ナトリウム水溶液に低温において容易に溶解した。今後、重合度と溶解度の関係について検討する予定である。本研究はバクテリアセルロースの特徴である超微細な繊維を用いることにより、一般的な溶媒である水酸化ナトリウム水溶液での溶解の可能性と、その溶解挙動を分子鎖レベルで解明することを目的としている。今年度は水酸化ナトリウム水溶液の濃度と熱処理温度に対するバクテリアセルロースの溶解性について検討した。実験は常法で精製したバクテリアセルロースを4%から8%の水酸化ナトリウム水溶液に浸漬(セルロース濃度、2g/d1)後、ガラス試験管に封入し、オートクレーブ中にて260°Cから320°Cの温度で30分間熱処理して行った。4%および6%水酸化ナトリウム水溶液中260°Cから320°Cのいずれの熱処理温度においてもバクテリアセルロースは細かく分散した状態になるが、ほとんど溶解しないことがわかった。一方、8%水酸化ナトリウム中では260°Cから320°Cのいずれの処理温度においてもガラス試験管は著しく浸食され、ひび割れが生じたが、セルロースは溶解した。この溶解液を塩酸で中和後、白色の沈殿が生成した。しかし、この沈殿を分析した結果、ガラスの溶解物であり、セルロースは加水分解していることが明らかとなった。そこで、テフロン製試験管およびステンレス製試験管を用いて、同様の実験を試みた。テフロン製試験管は200°C以上の温度では変形し、使用できなかった。一方、ステンレス試験管中では4%水酸化ナトリウム中240°Cでもセルロースは分解した。しかし、220°Cでは溶解、分解が生じなかった。今後、ガラス試験管とステンレス試験管の反応容器よる影響および220°Cから240°Cの熱処理範囲でさらに詳細にバクテリアセルロースのアルカリ溶解性を検討する。本研究はバクテリアセルロースの特徴である微細な繊維を用いることにより、一般的な溶媒である水酸化ナトリウム水溶液での溶解の可能性と、その溶解挙動を分子鎖レベルで解明することを目的としている。セルロースの溶解性には分子間および分子内水素結合が密接に関係していると考えられる。そこで、今年度はバクテリアセルロースのニトロ化過程における構造変化を詳細に検討し、その構造変化と水酸化ナトリウム水溶液での溶解性を検討した。

固相ニトロ化はバクテリアセルロースを無水硝酸と塩化メチレンの混合比を変えたそれぞれのニトロ化溶液中4°Cで反応させて行った。溶解度は8%水酸化ナトリウム水溶液10mlにバクテリアセルロースおよびそのニトロ化溶液処理物100mgを溶解させて調べた。まず、ニトロ化過程における構造変化を検討した結果、低酸濃度ではOH(6)の水酸基がまずフィブリルの表面からニトロ化されこと。次に中酸濃度では、酸がフィブリルの中に拡散し、結晶中のO6...O2の水素結合を切断し、その後ニトロ化が生じること。さらに、高酸濃度では酸の拡散とニトロ化がほとんど同時に生じることが明らかになった。そこで、この酸拡散による水素結合切断現象を利用して、バクテリアセルロースの水酸化ナトリウム水溶液への溶解性を検討した。なお、ニトロ化を抑えるため高酸濃度ニトロ化溶液中、約-80°Cで処理した。その結果、バクテリアセルロースは8%水酸化ナトリウム水溶液に約30%程度溶解するが、そのニトロ化溶液処理物はニトロ化溶液による処理時間に依存し、5分では約70%溶解し、10分、30分処理ではほぼ90%近く溶解する。さらに、60分処理でほぼ100%溶解することが明らかになった。本研究はバクテリアセルロースの特徴である微細な繊維を用いることにより、一般的な溶媒である水酸化ナトリウム水溶液への溶解の可能性と、その溶解挙動を分子鎖レベルで解明することを目的としている。今年度は平成13年度に行った高温水酸化ナトリウム水溶液中における加水分解現象について、さらに詳細な検討を行った。また、バクテリアセルロースを酸加水分解し、得られたミクロクリスタルに対するアルカリ溶解性についても検討した。バクテリアセルロース100mgを0.5から8.0%の水酸化ナトリウム水溶液10mlの入ったガラス試験管に入れ、窒素を封入した後、180-300°Cの温度で30分間熱処理した。また、同様の実験をステンレス試験管中においても行った。得られた熱処理溶液を濾過後、未溶解セルロースの重量を測定した。さらに、濾液を酸性にし、セルロース溶解の有無を確認した。一方、酸化水分解はバクテリアセルロース300mgを40-60% H_2SO_4水溶液200ml中、60-100°Cの温度で、3-12時間行った。冷却後、200ml水を加え、沈殿物を遠心分離器にて回収した。得られたセルロースミクロクリスタルの水酸化ナトリウム水溶液に対する溶解性を試験した。高温アルカリ処理において、容器にステンレス試験管を用いた場合、いずれの水酸化ナトリウム濃度においても、ガラス試験管より40°C程度低い温度で加水分解の生じることが明らかになった。この原因について検討したところ、220°C以上の高温では、ガラス試験管中でケイ酸ナトリウムが生成されるため、このケイ酸ナトリウムによりセルロースの加水分解が制御されることが明らかになった。
生物及び生物由来物質の色の変化に関する化学的研究

生物には様々な色の変化を起こすものがある。それらの中で、以下の2つの課題について研究した。ヒカゲシビレタケは、傷をつけ空気に触れさせると青色に変色する。このキノコは幻覚を引き起こすキノコであり、その原因物質であるシロシン、シロシビンが青色化合物の元であるが、青色化合物の構造については何もわかっていない。そこで、シロシンを化学合成し、FeCl3で酸化したところ、青色化合物が得られた。これをイオン交換後濃縮し、シリカゲルカラムにより分取したところ、別の青色化合物が得られた。これは、MS測定の結果、シロシン由来のポリマーの混合物であることがわかった。一方、天然のヒカゲシビレタケをアンモニア水で抽出したところ、青緑色溶液が得られた。これは濃縮すると緑色固体に変化した。また、濃縮しないでゲルろ過したところ、青色物質はゲルに残った。これらの結果から、シロシンからの酸化で得られた青色化合物と、天然から得られたそれとは現時点では異なる化合物であると判明した。動物には様々な色のついた汗をかく種がある。カバは赤い色の汗をかく。これは無色の汗が分泌されたあとに赤い血のような色に変色し、その後褐色物質に変化するものである。この赤色色素がカバを紫外線や菌の感染から守っていると言われているが、詳細はわかっていない。上野動物園の協力により、カバの顔と背中からガーゼで汗を採取した。無色の汗が数分で赤色に変色した。この極めて不安定な赤色物質をガーゼから熱湯で抽出した。この色素も1.と同様に濃縮によって重合してしまうため、抽出した水溶液は約4分の1までの濃縮にとどめた。これをゲルろ過し、褐色溶液、オレンジ色溶液、赤色溶液に分離した。赤色溶液は、イオン交換により精製した。NMRスペクトル(D2O)の結果、67ppmに3Hのビークが観測されたが、不安定なため誘導体に変換した。すなわち、赤色水溶液にNa2S2O4リン酸バッファー溶液を加え還元した。無色になった溶液を塩酸で酸性にしたのち、酢酸エチルで抽出した。有機相にジアゾメタンを加えその後濃縮した。さらに、シリル化(TBSOTf,2,6-lutidine)したのち、シリカゲルTLCにより分取した。得られたサンプルについて、MS、NMR(benzene-d6)、13C NMRを測定した。その結果、この誘導体は分子量は602であり、OMe基3個、OTBS基2個、芳香族水素3個、メチレン水素1個(2H)、メチン水素1個、フェノール性水酸基1個が存在することがわかった。なお、13C NMRは、微量ゆえ正確には判断できなかった。
クロマチン構造とＤＮＡメチル化が誘導する進化

ゲノムの多様性は主として自然選択説と中立説から解釈されてきた。これらの説を補う第三の視点として、クロマチン構造およびDNAメチル化が多様性にあたえる影響を本研究では分析した。その結果、低DNAメチル化にあるCpGの周辺では1塩基変異率が有意に低くなることがわかった。さらに転写開始点下流においてヌクレオソームが存在する場所では1塩基変異率が有意に高くなる。一方、存在しないリンカー領域では挿入削除率が有意に高くなることがわかった。このようにクロマチン構造およびDNAメチル化が進化や多様性に与える影響が初めて明らかにされた。ゲノムの多様性は、主として自然選択説と中立説から解釈されてきた。これらの説を補う第三の視点として、クロマチン構造およびDNAメチル化が多様性にあたえる影響を本研究では分析する。そのためには、多様性が著しい複数の近交系をもち、さらにゲノムが解読されたモデル生物が研究対象として好ましい。近交系はプロタイプ間の差が殆どなく正確な観測を可能にする。これら条件を満足する脊椎生物としてメダカに注目した。なぜなら塩基置換率が3.4%と多様性が顕著な2つの近交系を利用可能だからである。メダカのクロマチン構造およびDNAメチル化の状態を、超高速DNA解読装置を利用して全ゲノム規模で測定し、多様性への影響を分析した。DNAメチル化が進化に与える影響としてはCがTへ塩基置換される率が、他の置換に比べて著しく高いことが従来から知られている。これはメチル化されたシトシンがdeaminationによりチミンへと置換されたとき、それを修復する酵素の効率が低いことが原因と解釈されている。この修復は1塩基単位で起こるのか?もしくは周辺の配列も含めて修復されるのか?興味深い。もし周辺の配列を含めた修復であれば、メチル化されたシトシン周辺の塩基置換率は、非メチル化状態にあるシトシンのそれよりも有意に高いはずである。この仮説は、塩基置換率の高いメダカの2つの近交系を比較することにより検証できると考え分析した。2つの近交系において、精巣および生殖細胞様の0.5日目の初期胚をサンプルとして、全シトシンのメチル化状態を調べ、両者でメチル化状態が一致する領域は、進化の過程でメチル化パターンが一致していると考えられる。これらの領域周辺での塩基置換率を調べたところ、メチル化シトシン周辺では、非メチル化シトシン周辺と比べて塩基置換率が50%以上上昇することが、全ゲノム、全エクソン、全イントロン領域で確認された(p値<E-2170)。この傾向は、ヒトゲノムにおけるSNP率でも確認された(p値<E-836)。以上のように、DNAメチル化状態が、従来のC->T置換に留まらず、周辺塩基の置換にも大きな影響を与えることをわれわれは初めて確認した。進化のドライピングフォースとしてのDNAメチル化の重要性を再確認した結果である。メチル化シトシン周辺において、非メチル化シトシン周辺と比べて塩基置換率が50%以上上昇することを、全ゲノム、全エクソン、全イントロン領域で確認した(p値< E-2170)。さらにヒトゲノムにおけるSNP率でも確認し(p値< E-836)、2012年にGenome Research誌に報告した。クロマチン構造についてもメダカを利用して別途考察したところ、初期胚、精巣において転写開始点下流でヌクレオソーム構造がアレイ状に固定して存在する遺伝子のクラスが見つかっている。これらの遺伝子には、塩基率、発現量、進化的保存度に関して共通した性質が見られており、現在論文を投稿準備中である。なおこの研究の過程で、転写開始点周辺のヌクレオソーム分布を高速にクラスタリング分類する必要が生じ、効率的アルゴリズムを設計した。その成果はバイオインフォマティクスのアルゴリズム系専門誌であるIEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformaticsに報告した。クロマチン構造については線虫をモデル生物として考察を行った。線虫ではtrans-splicingにより転写開始点以降の不定長配列がSL1 leaderに置き換わる現象が知られているため、まずtrans-splicingを受ける前の転写開始点を収集した。その結果、転写開始点周辺で他のモデル生物と同様に、ヌクレオソーム構造がアレイ状に固定する現象が観測された。さらにSL1サイト周辺にもヌクレオソームが固定する位置も存在している。これらは転写とヌクレオソーム構造の間の関係を解明する際に注目すべき現象である。なお、線虫の転写開始点を分析することにより、プロモータの新たなモチーフ、モチーフといくつかの転写因子の相関、bi-directionalプロモータの候補領域が多数見つかった。線虫の転写制御を今後進める上で大きな足掛かりとなった。この結果は2013年にGenome Research誌に報告した。

メチル化シトシン周辺において、非メチル化シトシン周辺と比べて塩基置換率が50%以上上昇することを、全ゲノム、全エクソン、全イントロン領域で確認し(p値< E-2170)、さらにヒトゲノムにおけるSNP率でも確認し(p値< E-836)、Genome Research誌に報告した。現在は、パラローグの組のプロモータ領域の塩基保存率とメチル化の関係を調べているが、塩基保存率は低くなっても、メチル化状態の相関が高いパラローグの組が数多く存在することを観測している。一方、同じ種内においては1世代のメチル化の変化率(いわゆるSMP)が、塩基置換率に比べて3-4桁高いことがシロイヌナズナをモデル生物としてEckerらが報告している。高いSMP率は、環境変化への適合のしやすさを説明するための原理のひとつと考えられている。パラローグにおいてメチル化状態が高いことと必ずしも矛盾するわけではなく、また変化が生じるタイムスケールの大きさも顕著に違うので、異なる視点からこれらの観測事実を平成25年度は解釈したいと考えている。クロマチン構造について考察したところ、初期胚、精巣において転写開始点下流でヌクレオソーム構造がアレイ状に固定して存在する遺伝子のクラスが見つかった。これらの遺伝子には、塩基率、発現量、進化的保存度に関して共通した性質が見られた。さらにクロマチン構造については線虫をモデル生物として考察を行った。線虫ではtrans-splicingにより転写開始点以降の不定長配列がSL1 leaderに置き換わる現象が知られているため、まずtrans-splicingを受ける前の転写開始点を収集した。その結果、転写開始点周辺で他のモデル生物と同様に、ヌクレオソーム構造がアレイ状に固定する現象が観測された。DNAメチル化状態が、従来のC->T置換に留まらず、周辺塩基の置換にも大きな影響を与えることを初めて確認できたため。これは遺伝学の中でも重要な発見であると考えているため。25年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度は、DNAメチル化と遺伝的多様性に関する新しい結果をGenome Researchに報告できた。さらに、パラローグとメチル化率の保存に関しても新しい現象を見出した。また線虫における転写開始点を同定し、転写とクロマチン構造に関する知見を得ることができ、結果がGenome Researchに掲載予定である。DNAメチル化とDNAクロマチン構造の相乗的効果が転写開始点の進化に与える影響を引き続き分析する。平成25年度は最終年度である。研究を進める中で新たに観測された現象の意味をさらに追及して、論文化できるように努めたい。またクロマチン構造については線虫をモデル生物として考察を行ったが、線虫ではtrans-splicingにより転写開始点以降の不定長配列がSL1 leaderに置き換わる現象が知られているため、まずtrans-splicingを受ける前の転写開始点を収集した。