hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
粒子フィルタを用いた積乱雲の発生・発達に関する不確実性の解明

H29年度中に100メンバーによるOSSEを実施して、正常動作を確認し、さらに積乱雲の発生・発達に伴って、環境場の確率密度が、雨のありなしに二分岐しているところから雨の多い領域へシフトしている知見を得られている。H30年度は、OSSEに用いるアンサンブルメンバー数を1000メンバーに増強して、より誤差の少ない確率密度分布を得ることとした。このために、初期値・境界値を100メンバーで作る共分散から生成する方法を考案した。OSSEでは、比較として同化を行わないアンサンブル(NoDA)を実行した。その結果、NHM-PFが良いパフォーマンスを示した。さらに確率密度がガウス分布に従っているかどうかを判定するために、ベイズ情報量規準を導入した。対流発生時のPDFでは、まず上昇流に非ガウス分布が見られ、ついで湿度、最後に温位、水蒸気が非ガウス分布へ変化していく様子が観察された。アンサンブル平均場、スプレッドと合わせて解析することで、上昇流が非ガウス分布のソースであることが結論づけられた。本研究が対象とする積乱雲などを精度よく再現するためには、データ同化において大規模環境場との相互作用を適切に扱う必要がある。そのための大気マルチスケールデータ同化の方法として、渦位を用いたアンサンブルカルマンフィルタを開発した。この方法では、ゆっくり変化する大規模場を渦位インバージョンで抽出し、積乱雲など時間スケールの短い小規模場との予測誤差相関を無視する。浅水モデルによるデータ同化実験から、小規模場の観測データが少なくてもサンプリングエラーが減少し、従来方法より高精度の解析値が得られることがわかった。平成30年度はOSSEの実施と疑似観測データ同化実験の必要性について行う計画であった。疑似観測データの生成とその同化については、実観測データ同化実験を行うこととして、その準備を行った。これは本研究の重要な柱である観測誤差の動的推定をOSSEでも実施し、その効果が確かめられたことに寄る。観測演算子の開発やフィルタの理論的背景として、書籍および解説論文を2編、出版し、4件の招待講演、8件の国際学会を含む研究発表を16件、行った。NHM-PFによる結果をとりまとめて、現在、米国気象学会へ論文を投稿し、またPVインバージョンを用いたアンサンブルカルマンフィルタの結果について、日本気象学会に論文を投稿中である。(1)これまで実施したOSSEに関連して、メンバー数を増やして確率密度推定の精度を上げる。現状のアンサンブルカルマンフィルタとラグアンサンブルでは面番数が不足するために、さらなる初期ノイズの与え方について検討を行う。(2)非ガウス分布について、どのような解析が良いのか検討を行う。(3)これらの検討を受けて、新しいOSSEを実施し、論文投稿を目指す。(4)疑似観測データの生成、事例の抽出などについて検討し、実観測データ同化実験の準備を行う。(1)投稿した論文について、受理に向けて作業を行う。(2)実観測データ同化実験に向けて、観測データの誤差相関やグルーピングなどについて検討する。(3)実験を実施し、OSSEで得られた結論が実世界においても同様であるか検討する。
深層学習を応用した全脳を対象とする神経活動伝播経路の解明

脳の活動伝搬経路を、全脳の神経活動から推測し、伝播経路に規則や特徴が存在するか解明することを本研究では試みた。具体的には脳活動の開始部位と終着部位とが明確な場合に、その間の脳回路を神経活動が並列にあるいは直列に伝播するのかといった伝搬経路の性質を明らかにすることを目指した。このためにfMRI計測データ(麻酔下マウスの海馬を光遺伝学的に刺激した時の応答を計測したデータ;Takata et al. 2015 PLoS One)を用いて、少数ROIに対して経路推定を行った。この結果3つの経路を有力な候補として推定できた。脳の活動は一つの脳領域に留まらず、他の脳領域へ伝搬して行く。本研究の目的は、その伝搬経路を全脳の神経活動から推測し、伝播経路に規則や特徴が存在するか解明することである。具体的には脳活動の開始部位と終着部位とが明確な場合に、その間の脳回路を神経活動が並列にあるいは直列に伝播するのかといった伝搬経路の性質を明らかにする。近年実現したマウス用fMRIと、脳海馬神経の活動を光照射で操作可能な遺伝子改変マウス(Tgマウス)とを組み合わせて、研究代表者は日本で初めてマウスの光遺伝学的fMRIに成功し、海馬光活性化時の全脳応答を捉えることに成功した(PLoS One 2015 10:30121417)。海馬光活性化によって動物が走り出すことを見出していることから(Cell Rep 2014 8:311-8)、神経活動は海馬から大脳運動野へ伝播したと想定できる。しかし従来のfMRI解析手法ではこの経路を抽出できなかった。そこで脳細胞間の結合推定法(PLoS Comput Biol 2014:10:e1003949)で全脳を対象とした伝達経路推定を構築する。そして深層学習で開発された正則化法であるdropoutを、ニューラルネットではなく伝播経路推定に初めて適用し、経路数の指数的爆発へ対処することを提案する。以上によって脳内活動伝播の構造を解明する。申請者はすでに麻酔下マウスからの光遺伝学的fMRI(opto-fMRI)計測には成功しているが(PLoS One 2015 10:30121417)、以上の研究を遂行するには、覚醒下のマウスからopto-fMRI計測する必要がある。小動物からのfMRI計測は一般的に麻酔下で行われている。そこで申請者らは、初年度には覚醒しているマウスからfMRI計測する手法を構築した。この結果をまとめた論文が現在査読中である。研究計画通りに進捗しているため。具体的には実験においては、覚醒マウスを用いたfMRI計測系の構築に成功した。数理解析においては少数ROIについて実際に解析を実行した。近年実現したマウス用fMRIと、脳海馬神経の活動を光照射で操作可能な遺伝子改変マウスとを組み合わせて、研究代表者は日本で初めてマウスの光遺伝学的fMRIに成功し、海馬光活性化時の全脳応答を世界で初めて捉えた。海馬光活性化によって動物が走り出すことから、神経活動は海馬から大脳運動野へ伝播したと想定できる。そこで脳細胞間の結合推定法で全脳を対象とした伝達経路推定を構築する。次年度であった平成28年には、実験においてはfMRIと脳波との同時計測系を構築した。マウス脳内に電極を留置することに因る画像アーチファクトを確認した。また撮像中の電気生理学的ノイズ除去の問題に取り組んだ。解析においては解剖学的に妥当な少数ROIに対して解析を試みた。経路推定に用いるROIを、解剖学的に妥当に構築する手法をマウスで初めて開発できたため。ただし年度の途中にマウスの感染事故が生じたために遺伝子改変マウスをMRI撮像機関に持ち込めない状況である。現在マウスのクリーニングに取り組んでおり、早急な復旧を目指している。近年実現したマウス用fMRIと、脳海馬神経の活動を光照射で操作可能な遺伝子改変マウスとを組み合わせて、研究代表者は日本で初めてマウスの光遺伝学的fMRIに成功し(Takata et al. PLoS One 2015)、海馬光活性化時の全脳応答を世界で初めて捉えた。

海馬光活性化によって動物が走り出すことから(Tanaka et al. Cell Reports 2012)、神経活動は海馬から大脳運動野へ伝播したと想定できる。しかし従来のfMRI解析手法ではこの経路を抽出できなかった。そこで脳細胞間の結合推定法(Nakae et al. 2014 PLoS Comput Biol)で全脳を対象とした伝達経路推定を構築する。そして深層学習で開発された正則化法であるdropoutを、ニューラルネットではなく伝播経路推定に初めて適用し、経路数の指数的爆発へ対処することを提案した。実験においては前年度にfMRIと脳波との同時計測系を構築した。しかし電極によるfMRI画像の欠損が大きいことが判明し、その抑制に取り組んでいる。解析では前年度に少数ROIを用いた解析に取り組んだ。解析の途中でROI数をどの程度まで増やせば生理学的に妥当か検討する必要に気づいた。fMRI研究ではヒトでもマウスでもROI数を柔軟に変更できる標準脳は存在しない。そのためまずROI数を柔軟に変動できるマウス標準脳の構築に取り組んでいる(基盤C)。脳の活動伝搬経路を、全脳の神経活動から推測し、伝播経路に規則や特徴が存在するか解明することを本研究では試みた。具体的には脳活動の開始部位と終着部位とが明確な場合に、その間の脳回路を神経活動が並列にあるいは直列に伝播するのかといった伝搬経路の性質を明らかにすることを目指した。このためにfMRI計測データ(麻酔下マウスの海馬を光遺伝学的に刺激した時の応答を計測したデータ;Takata et al. 2015 PLoS One)を用いて、少数ROIに対して経路推定を行った。この結果3つの経路を有力な候補として推定できた。麻酔下fMRIデータについて少数ROIではなく、十分数なROIを探索し、新規解析手法を適用する。また覚醒下fMRIデータを取得する。実験ではマウスのクリーニングを行ってMRI撮像を再開する。また電気生理計測とMRI撮像との同時計測系におけるノイズ除去に取り組む。解析では少数ROIでデータの質を見極めて、大規模ROIに移行するか決断する。
腫瘍細胞における多様性とHLA欠損の克服を目指した新規癌ワクチン療法の開発

癌ワクチン療法の臨床効果を不十分にしている原因の一つとして、腫瘍細胞の多様性とHLAクラスI分子の欠損が考えられる。すなわち、特定の腫瘍関連抗原を標的とした癌ワクチン療法において、誘導された腫瘍特異的CTLによって腫瘍関連抗原を有する腫瘍細胞は傷害するが、この腫瘍関連抗原が腫瘍の形質維持に絶対的なものでない場合、この抗原を有しない腫瘍細胞が残存して増殖すると考えられる。さらに、腫瘍特異的CTLがクラスI拘束性に作用するため、クラスI分子の発現が低下あるいは欠損した腫瘍細胞は傷害できず、治療抵抗性となると考えられる。そこで、これらの問題点を克服する目的で、特異的CTLの標的細胞を腫瘍血管内皮細胞とする新たな癌ワクチン療法を開発することを本研究の究極の目的とする。腫瘍血管内皮細胞の標的分子として、Vascular endothelial cell growthfactor receptor 2(VEGFR2)に焦点を絞った。日本人の60%に陽性でmicroalleleの極めて少ないHLA-A24(HLA-A24陽性のうち99.4%がHLA-A^*2402)と次に頻度の高いHLA-A^*0201(20%)に焦点を絞ることで,日本での臨床的有用性を考慮した研究とした。本研究では、HLA-A24およびA2拘束性VEGFR2特異的CTLを誘導することでVEGFR2が細胞性免疫の標的となりうることを証明した。日本人に高頻度のHLA-A^*2402およびHLA-A^*0201に拘束性で、Tie2特異的エピトープペプチドを決定することを目的とし、HLA-A^*2402のanchor motif(N末端から2番目にY, F, W, M、C末端がF, L, I, Wとなる9merか10merのアミノ酸)を応用し、Tie2の1124個のアミノ酸からエピトープペプチド候補を類推し、合成ペプチドを作製した。同時に腫瘍新生血管に高発現しているVascular endotheial growthfactor receptor 2(VEGFR2)のエピトープペプチド候補を合成した。HLA-A^*2402に強い結合を有するanchormotifのY, Fについて検討すると22個(Tie2),18個(VEGFR2)のエピトープペプチド候補が類推できた。末梢血単核球(PBMC)よりGM-CSFとIL-4を用いてDCを誘導し、OK432を用いてDCを成熟化させた。PBMCよりCD8 richな分画を分離し,ペプチドをパルスしたDCを刺激細胞としてcytotoxic T lymphocyte(CTL)を誘導した。類推したペプチドを用いて誘導したCD8陽性CTLが、ペプチドに対する傷害性のみならずクラスI拘束性に、Tie2あるいはVEGFR2を過剰発現している細胞を認識、傷害することを証明することが絶対に必要であり、こういう特徴を有したCTLが樹立できてこそ,そのCTLの刺激に用いたペプチドがエピトープペプチドと認知できる。5つの候補ペプチドから刺激に用いたペプチドに対する傷害活性を有するCTLが誘導できている。癌ワクチン療法の臨床効果を不十分にしている原因の一つとして、腫瘍細胞の多様性とHLAクラスIの欠損が考えられる。そこで、これらの問題点を克服する目的で、特異的CTLの標的細胞を腫瘍血管内皮細胞とする新たな癌ワクチン療法を開発することを本研究の究極の目的とした。腫瘍血管内皮細胞特異的CTLを誘導するエピトープペプチドがin vivoでも抗腫瘍効果を発揮できるかを検証する目的で、A2/Kbトランスジェニックマウスを用いて検討した。本マウスは、C57BL/6由来でHLAα1およびα2ドメインがヒト

由来のHLA-A^*0201のシークエンスで、α3ドメインがマウス(Kb)由来であるようなキメラクラスI分子を発現している。よって、このマウスに上記で決定したヒト由来HLA-A^*0201拘束性エピトープペプチドが使用可能となる。本マウスを用い決定したエピトープペプチドを決定する目的で、CE13ペプチドによりワクチンし、CTLを誘導する条件について検討し、細胞障害活性の得られるCTLを誘導できた。さらに、腫瘍新生血管に高発現している分子に免疫原性があることを証明するために、HLA結合性のペプチドを予測し合成した。このペプチドがCTLを誘導できることを証明し、細胞性免疫の標的になりうることを証明した。
LHC-ATLAS実験における高統計データを用いた超対称性粒子探索

本研究課題では設計値の数倍にビーム強度を増強したLHC加速器を用いたATLAS実験において、新しいトリガーシステムを導入することで背景事象を大幅に削減し、トリガー頻度を効果的に抑制する。それによって取得を可能にした高統計データを用いて、超対称性粒子の発見に挑む。本年度は高ビーム強度の実験に向けて、新しいミューオン粒子トリガーシステムの開発を進めた。トリガー判定アルゴリズムの核の部分の実装を終え、実験本番に向けてさらに洗練されたシステムに仕上げた。特にトリガーシステムの構築で必須となる時間較正手法を考案し、より精確な時間較正を可能にする機構をシステムに導入した。また上流のエレクトロニクスと接続試験を通じて、データフォーマットの最終調整をし、データ転送試験を行った。これは実験本番のトリガーシステム構築のための大きな進捗といえる。2019年度の始めに実験現場に開発したトリガー判定ボードを設置し、本番用のシステムの構築に取りかかる。超対称性粒子グルイーノ探索に関しては、新しく機械学習を用いた多変量解析に取り組み、さらに質量の高い領域を探索できる解析手法の開発をした。この手法により従来の探索では利用していなかった終状態の各ジェットの横運動量の相関を用いて、信号の探索感度をさらに向上させることに成功した。その結果、最大2.3 TeVの質量までのグルイーノ探索を可能にする解析を確立できた。機械学習を超対称性粒子の探索に適用する上で、特定のモデルに過度に最適化することを避けるようにし、幅広い領域の探索が可能になるようトレーニングを特に工夫した。今後、2018年までにATLAS実験で取得した大統計データを用いた探索結果の公表を進める。新しいトリガーシステム開発に関する本年度の計画は、トリガー判定ボードへのアルゴリズムの実装と動作試験であった。現在までにアルゴリズムの実装と動作試験は達成でき、運転本番に向けてシステムの仕上げを行う段階まで進めることができた。また上流システムとの接続試験を通じて実験本番に向けての問題点を洗い出すことができ、解決策を講じることもできた。したがって計画通りに研究を遂行できていると評価できる。超対称性粒子グルイーノ探索の本年度の計画は、さらに質量の重い領域を探索するための新しい手法の開発に取り組むことであった。現在までに機械学習を効果的に取り入れた新しい解析手法を確立でき、探索感度をグルイーノ質量に関して最大2.3 TeVまで伸ばすことに成功した。これらの点を考慮し、本研究課題はおおむね順調に進展しているといえる。当初の計画通りに研究を遂行する予定である。新しいトリガーシステム開発に関する来年度の方針は、トリガー判定ボードを実験現場のATLAS検出器システムに設置し、本番用のシステムを構築する。まず単独で動作試験を行い正しく動作することを確認できたら、上流・下流のエレクトロニクスと接続する。上流の情報を使って、正しくトリガー判定を行えることを確認し、さらに下流にその信号が適切に送信できることを確認する。もし動作に問題を発見した場合は、実験室レベルに戻り調査し解決策を講じる。超対称性粒子グルイーノ探索の方針は、2018年までにATLAS実験で取得した140 /fbの大統計のデータを用いた結果を公表することである。2018年度に開発した機械学習を積極的に用いた解析手法を導入し、従来の実験感度を大きく上回る探索を実現し発見を目指す。本研究では設計値の数倍に強度を上げたLHCにおけるATLAS実験において、新しいミューオントリガシステムを導入することで背景事象を大幅に削減し、トリガレートを効率よく抑え、超対称性粒子グルイーノを2.5 TeV程度の領域まで探索し、その発見に挑む。2021年より始まる高いルミノシティでの実験に向けて、新しいミューオントリガシステムを導入を目指している。今年度は新しいミューオン検出器のマイクロメガスの信号をトリガとして使うためのトリガプロセッサに搭載するアルゴリズムの構築を進めた。トリガ性能を最大化するアリゴリズムを開発後、詳細な性能評価を行い要求性能を満たすことを示した。この成果は国際会議TWEPPで私が発表した。またNSWトリガプロセッサボードと後段のトリガ判定ボードとの接続試験を行い、本番と同じ6.4Gbpsのデータ転送速度でエラー頻度を測定した。その結果、エラー頻度は十分低いことを確認し、質の高いデータ転送が可能であることを示した。また36 fb^-1のデータを用いて超対称性グルイーノの探索結果を公表した。特に背景事象の評価に力を入れた。従来の評価手法では、信号領域とできるだけ近い運動学を持つControl領域を定義し、そこでモンテカルロシミュレーションをデータで規格化し、モンテカルロモデリングを用いて信号領域へ外挿する。このためモンテカルロモデリングの不定性の影響を避けられない。最も問題になるのはInitial State Radiation(ISR)ジェットモデリングである。信号領域は多数のジェットを要求するため,ISRのジェットを持つ背景事象が残りやすい傾向にある。そこで私はISRモデリングをデータから導出する手法を開発し、背景事象評価の妥当性を向上させ、論文にまとめることができた。トリガシステムの開発に関して、本年度はNSWトリガプロセッサに搭載するアルゴリズムを完成させることを目標としていた。アルゴリズムの開発、また詳細な最適化を行い、要求される性能を満たすことを示すことができた。アルゴリズム開発は計画通りに進み、その成果を国際会議で報告することもできた。

また次年度に予定していたNSWトリガプロセッサボードと後段のトリガ判定ボードとの接続試験を今年度中に行うことができ、データ転送の質に問題がないことを確認できたことは大きな成果である。超対称性粒子の探索に関しても、背景事象評価手法を改善し、36fb^-1のデータを用いて最大で2 TeVの質量を持つ超対称性粒子グルイーノを探索できた。残念ながら発見には至らなかったが、この結果を論文にまとめることができたのは大きな成果といえる。これらの点において本研究は当初の計画以上に進展しているといえる。本研究課題では設計値の数倍にビーム強度を増強したLHC加速器を用いたATLAS実験において、新しいトリガーシステムを導入することで背景事象を大幅に削減し、トリガー頻度を効果的に抑制する。それによって取得を可能にした高統計データを用いて、超対称性粒子の発見に挑む。本年度は高ビーム強度の実験に向けて、新しいミューオン粒子トリガーシステムの開発を進めた。トリガー判定アルゴリズムの核の部分の実装を終え、実験本番に向けてさらに洗練されたシステムに仕上げた。特にトリガーシステムの構築で必須となる時間較正手法を考案し、より精確な時間較正を可能にする機構をシステムに導入した。また上流のエレクトロニクスと接続試験を通じて、データフォーマットの最終調整をし、データ転送試験を行った。これは実験本番のトリガーシステム構築のための大きな進捗といえる。2019年度の始めに実験現場に開発したトリガー判定ボードを設置し、本番用のシステムの構築に取りかかる。超対称性粒子グルイーノ探索に関しては、新しく機械学習を用いた多変量解析に取り組み、さらに質量の高い領域を探索できる解析手法の開発をした。この手法により従来の探索では利用していなかった終状態の各ジェットの横運動量の相関を用いて、信号の探索感度をさらに向上させることに成功した。その結果、最大2.3 TeVの質量までのグルイーノ探索を可能にする解析を確立できた。機械学習を超対称性粒子の探索に適用する上で、特定のモデルに過度に最適化することを避けるようにし、幅広い領域の探索が可能になるようトレーニングを特に工夫した。今後、2018年までにATLAS実験で取得した大統計データを用いた探索結果の公表を進める。新しいトリガーシステム開発に関する本年度の計画は、トリガー判定ボードへのアルゴリズムの実装と動作試験であった。現在までにアルゴリズムの実装と動作試験は達成でき、運転本番に向けてシステムの仕上げを行う段階まで進めることができた。また上流システムとの接続試験を通じて実験本番に向けての問題点を洗い出すことができ、解決策を講じることもできた。したがって計画通りに研究を遂行できていると評価できる。超対称性粒子グルイーノ探索の本年度の計画は、さらに質量の重い領域を探索するための新しい手法の開発に取り組むことであった。現在までに機械学習を効果的に取り入れた新しい解析手法を確立でき、探索感度をグルイーノ質量に関して最大2.3 TeVまで伸ばすことに成功した。
社会ネットワークに埋め込まれた価値観構造：国際比較・パネル・スノーボール調査研究

第1に、アジアンバロメータ国際比較調査(ABS)第4波の日本全国調査を2015年度に実施し、国際規模の比較の試みとして、人々の行動や思考の背後にある制度や文化のもたらす制約性を明らかにするとともに、そうした制約や限定を越えて共通してみられる人間行動・信念の特徴と法則性の解明を可能とするデータを取得した。第2に、予算の制約上ABS調査と切り離してマスメディア・PC・モバイル通信機器のシングルソースデータ(テレビ、PCモバイルの全利用データを客観的に計測する)サンプルへの1年間隔のパネル調査を2回実施し、ソーシャルネットワークと価値意識の相互連関分析・因果分析がより明確になるデータを取得した。この年度は、過去に研究代表者が基盤研究(A)、基盤研究(S)で実施した前3波のABSの研究分析を進めつつ、今回の第4波国際比較調査のための準備の詰めを実施した。次年度以後の大規模調査のためのデータ整備と研究発表等を行った。デンマークでの国際会議では研究3年次のスノーボール調査の専門家の会議で、討論を行ってきた。国内でも、世界社会学者会議を含む3つの国際会議・シンポジウム・講演会にて、日本のソーシャルネットワークとアジア的価値に関わる研究発表を行い、多くの議論を行った。次年度以後のデータ取得・研究に活かすことになる。本年度は、アジアンバロメータ国際比較調査(ABS)第4波の日本全国調査を実施した。本研究代表者を中心とする研究グループは東、東南アジア13カ国にわたるデータの取得と分析を続けており、今回調査も全国の代表性あるサンプルを用いて統合して比較分析できる機会となった。この調査によって、アジア内での15年にわたる変化の様相が検討できるほか、日本国内のアジア的価値観の変容に関しても貴重なデータを取得できる機会となる。研究経費が当初申請より大幅に減額となったため、当初予定の規模を縮小せざるを得ず、オムニバスの全国調査として実施した。主たる項目は次の通りであった:アジア的価値観の構造(政治や社会倫理、社会関係に関する項目群)/民主主義の意味認識。民主主義や民主化への賛否・支持。他の体制との比較優位性認知/制度への信頼(選挙制度、議会、政党、中央官庁、地方政府、新聞、テレビ等)/政治参加(投票、請願、献金、デモ参加経験等)、社会参加(各種団体・組織参加)。面接調査は、調査票とともに中央調査社に委託し、層化された全国210地点から2500サンプルを系統抽出した対象者に対して2016年1月下旬に実施された。回収数は1081で回収率は43.2%であった。サンプリング困難な地点が続出し、今後の全国調査に対しても教訓を残したが、回収率は近年の水準の規模は達成した。主たる知見:インターネットで政治や政府に関して情報をチェックする人々は4割近いが、意見表明をする人々は5%に満たず、近年の政治参加の低下と軌を一にしている。一方で日本の政治体制や民主主義への支持は強いものの、政治の運営者たる政府や政治家に対する支持は高いとは言えない。アジア的価値に関しては大きな変化はなく、個の利益よりも集団の利益を優先する一方、国益への重視は低く、また長期的な志向性の強さと対立回避傾向の強さは強靱である。記載したように、研究申請額より4割予算がカットとなったため、オムニバス調査の一環として全国面接調査を実施した。結果はかろうじて良好で「おおむね順調に進展」と判断できるが、全国面接調査で国際比較上、調査の仕様の変更が困難な研究に対して(今回はなんとか対応できたが、確実に次の類似の事態でも同様の対応が可能とは考えられない)、4割までの減額(一律そうだったようだが)は調査の意義を損ないかねないという危惧を抱く。繰り越し課題となった本研究では、調査対象者の日常のメディア行動に関するシングルソースデータの上に立ったインターネット調査データを取得した。シングルソースデータとは、調査対象者の日常のメディア接触行動の中心である、テレビ接触、インターネット接触(PC・モバイル双方)に関し、一定期間具体的な番組名、インターネット接触先のURL、検索語が全て取得できるデータを指す。こうした調査対象者に対し、本研究ではインターネット調査によって、さらに重要なソーシャルネットワーク、対人コミュニケーション関連の質問文、価値観や寛容性・信頼意識に関する質問文を提示し、回答を得て、調査対象者の日常のコミュニケーション、行動、思考の全体像をデータとして取得した。より具体的にはシングルソースデータを整備している調査会社との契約に基づき、データ提供の仕様と守秘義務・個人情報保護の確保について契約を交わした上で、このシングルソースデータ対象者に対して、質問紙調査をインターネット調査として実施した。調査はインターネット調査会社のwebサイトを通じて2度、1年間を隔てたパネル調査として実施された。調査第1波は調査期間2017/02/142017/02/20に実施した。シングルソースデータ該当者から2360 sをサンプリングし、回答を依頼した。有効回答数は1437 s、回収率は60.9 %であった。第2波調査の調査期間は2018/02/232018/03/07であり、前年に2年度目調査に応諾可能と回答した対象者1396 s(前年回答者の9割)に回答を依頼した。有効回答数は1095 s、回収率78.4 %であった(有効回答数/依頼数)。最終のデータはシングルソースデータと調査回答を紐付けし、地域の人口構成でウェイト付けしてまとめられた。

本研究は平成28年度より29年度に繰り越しをしたものであり、28年度と29年度に、同一対象者に対するシングルソースデータ保有者のパネル調査を実施した。29年度末に無事に調査の実査を終了し、分析を進めている。繰り越し請求した際の計画通りに進捗している。本年度は、年度の研究と同時に昨年度からの繰り越し課題としたシングルソースデータ対象者に対する質問紙調査をインターネット調査として実施しつつ、昨年度末に実施した、このシングルソースデータ第1波の分析・整備を行った。本実績報告執筆時点では第2波のパネルデータが納品されて未だ1ヶ月以内であるので、第2波については基礎的な整備をしている段階である。第1波データでは質問紙調査の分析において、個人のソーシャルネットワーク内の重要他者、政治的会話他者、仕事関連他者の詳細を各最大5名測定し、それぞれがいかなるメディアコミュニケーションを行い、その中でアジア的価値観を反映した垂直的・同質的コミュニケーションがどのように機能するのか、また客観的メディア利用といかなる相互関係にあるのかを検討中である。一例として、ソーシャルネットワーク内の他者とエゴ(回答者本人)をつなぐメディアのパターンは人々の間で5つにクラスタリング化しており、それぞれにおいて上下関係・対等関係が持つ意味が異なることが判明した。こうした各クラスターのメディア環境の中で、日常的なコミュニケーションの中に埋め込まれた垂直的な対人関係が、いかなる形でメディア利用のパターン、具体的な利用内容と相関し、それが対人関係に埋め込まれた個人の行動・志向性といかに関連するかを検討し、かつパネルデータを用いて、1年にまたがる対人的コミュニケーション内でのメディア利用のダイナミックスを検討していくことが今後の課題である。第1に、アジアンバロメータ国際比較調査(ABS)第4波の日本全国調査を2015年度に実施し、国際規模の比較の試みとして、人々の行動や思考の背後にある制度や文化のもたらす制約性を明らかにするとともに、そうした制約や限定を越えて共通してみられる人間行動・信念の特徴と法則性の解明を可能とするデータを取得した。第2に、予算の制約上ABS調査と切り離してマスメディア・PC・モバイル通信機器のシングルソースデータ(テレビ、PCモバイルの全利用データを客観的に計測する)サンプルへの1年間隔のパネル調査を2回実施し、ソーシャルネットワークと価値意識の相互連関分析・因果分析がより明確になるデータを取得した。初年度は、次年度以後の本格的データ取得の準備であり、概ね課題は順調に遂行した。これまでの関連研究や調査の設計にある弱点を克服するための調査手法について検討しつつある。当初の計画は、アジアンバロメータ調査と合わせた2年度に渡る同一対象者へのパネル調査を計画し、平成28年度はソーシャル・ネットワークのスノーボール調査の実施を考えていた。しかしながら、アジアンバロメータ調査が単発のオムニバス調査とならざるを得なかったため、パネル調査は不可能である(1年次目調査で2年目を実施する許可を住基閲覧時と調査対象者から予め得なければならないが、オムニバス調査ではこれは不可能だった)。
酸化制御による炭化物からの新規カーボンの生成と炭化物/炭化物複合粒子作製への展開

目的単結晶ZrCの酸化を、温度7001500°C、酸素分圧0.022kPaで行い、酸化を制御することでZrCと酸化物スケール(ZrO_2)との間にカーボンを含む中間層を析出させ、この新規カーボンの評価を行うと共に、カーボンとSiとの反応からSiC生成による炭化物/炭化物複合体の作製を試みた。成果1)ZrCを酸化すると、正方晶または単斜晶ZrO_2の特定の結晶面の優先配向が認められた。炭素を1423at%含む中間層(zone1)と710at%含む酸化物層(zone2)の2層生成することが分かった。Zone1は緻密であるのに対して、zone2はporous構造を示した。2)Zone1/ZrC界面を高分解電子顕微鏡で観察すると、界面は良く密着して、生成相はアモルファスであった。この界面付近では酸素の濃度勾配が存在し、炭素も高い濃度を示した。界面から1020nm離れた箇所に、数nmサイズの立方晶ZrO2の存在が認められた。3)2層構造を持つ酸化物スケールをHF処理して、炭素を含むzone1層をZrCから薄膜として分離した。この炭素膜のラマン分光の結果、得られた膜はアモルファスであった。1500°Cで得られた膜では、グラファイト結晶子の成長とbasal面の発達が示唆された。4)TEM観察からこの膜は薄幾枚かの薄膜が重なり合ったものと分かり、この膜中にナノサイズ正方晶ZrO_2微粒子が含まれていた。5)zone2を除去して得られたZrC/CとSiとの反応を行った結果、ZrSi2が生成し目的とするZrC/SiC複合体は得られなかった。ZrCを比較的低温度、低酸素圧下で酸化すると立法晶ZrO_2 (c-ZrO_2)の生成と共に炭素が析出することから、この炭素がZrC, c-ZrO_2のどの界面で生成して、どのような結晶形、形態、組織を有するか検討した。600°Cで酸化した試料断面を背面反射電子像で観察すると、より濃いコントラストを示すゾーン1と比較的明るいコントラストを示すゾーン2とから成ることが分かった。このゾーン1、2の厚さの経時変化をみると、ゾーン1は放射線則に従って厚くなるが、ある時間が経過すると一定の厚さ(23μm)になり、ゾーン2ではほぼ直線的に厚くなった。このゾーン1、2での炭素の定量分析を行うと、炭素がゾーン1では約1423at%、ゾーン2では710at%存在することが分かった。ZrC/ゾーン1界面を高分解能電子顕微鏡で観察すると、界面は良く密着しており、生成層の界面にはアモルファス相が生成していた。酸化層中にはポアやクラックが認められず、異なったサイズの格子縞が界面から1020mm程離れてモザイク状に分布していた。この格子縞はその間隔からc-ZrO_2の111、200、220面に相当することが分かった。界面を横切って350nmの距離にわたってEDX分析で求めた結果、界面付近では酸素の濃度勾配が酸化層とZrC中に存在し、ZrCの深部に向うに従って低くなり、炭素は界面近くで高い濃度を示すことが分かった。このことから、界面近くでのアモルファス層は炭素と決定した。600°C、酸素分圧1kPaで1、20時間酸化したZrC試料をフッ酸で処理した結果、c-ZrO_2が除去されたアモルファス炭素膜/ZrC複合体が生成した。この試料のラマンスペクトルから、いずれも1350cm^<-1>と1600cm^

<-1>にピークを持つ幅広いスペクトルが得られた。1時間酸化した試料ではフッ酸処理前後でスペクトルに変化なく、20時間酸化のフッ酸処理した試料がより幅広いピークを示した。目的:200または220面を持つ単結晶ZrCの酸化を、温度7001500°C、酸素分圧0.022kPaで行い、ZrCと酸化スケール(ZrO_2)との間に炭素を折出させ、酸化温度、酸化分圧を変えて酸化を制御することでその微構造、形態制御を行った。成果:酸化結晶表面のXRDの結果、正方晶または単斜晶ZrO_2の特定の結晶面の優先配向が認められた。ZrC結晶表面に生成した酸化スケールは2層構造を持ち、外側に主にZrO_2から成る層とその内側に炭素を多く含む薄い膜から成ることが分かった。この酸化スケールをHF溶液処理することによって、内側の炭素を含む層をZrCから薄膜として分離した。この炭素膜のラマン分光の結果、7001100°Cで得られた膜はアモルファスであることが分かり、このことは電子回折でも確認された。13001500°Cで得られた膜のラマンスペクトルでは、1600cm^<-1>のピークが1580cm^<-1>へシフトする傾向を示した。1500°Cでは、1580cm^<-1>のピーク強度が増加し、その増加の割合はZrO_2側よりもZrC側の面で大きかった。また、この1500°Cの膜の電子回折パターンでは黒鉛の101と110面に相当するアークまたはリング状のものが得られたことから、この温度ではグラファイト結晶子の成長とbasal面の発達が示唆された。TEM観察からこの膜は薄幾枚かの薄膜が重なり合ったものと分かり、この膜中にナノサイズの正方晶ZrO_2微粒子が含まれていた。
近距離原爆被爆者血液細胞の分子・細胞遺伝学的研究

I.大線量被爆建常者に関する研究a)細胞遺伝学的研究:建常被爆者40名の骨髄細胞と末梢血リンパ球の染色体を分析し、当時の被爆線量を099ラド3名、100199ラド9名、200399ラド18名、400ラド以上10名と推定した。b)ヒト正常胎盤基底膜に対する抗体(antiーBAST抗体)研究:500m以内被爆24名、500999m12名、10001999m40名のantiーBAST抗体を測定したところ、被爆距離が近い群ほど有意に陽性頻度が高く、腫瘍発生との間に強い関連が示唆された。c)分子生物学的研究:健常者5名の骨髄細胞よりDNAを抽出し、トランスフォ-ム遺伝子の検出とPCR法によるRAS遺伝子の突然変異の有無を検討したところ、2名にNーRAS、1名にKーRASの突然変異が検出された。II.原爆被爆者白血病に関する研究a)細胞遺伝学的研究:1963年より28年間に75名の直接被爆白血病患者と261名の非被爆者急白血病患者の染色体分析を行った。このうち16名は100ラド以上被爆、34名が199ラド、25名が0ラドと推定されていた。染色体異常は100ラド以上で有意に高頻度であり、また複雑であることがわかった。また、染色体5および7の異常が高頻度に見られた。100ラド以上被爆群にはde novo白血病で高頻度にみられる8;21転座や15;17転座は1例もみられなかった。b)分子生物学的研究:9名の3km以上で被爆した慢性骨髄性白血病症例についてbcr遺伝子の再構成を検討したところ、全例にbcr再構成が認められた。RAS遺伝子突然変異は被爆群急性白血病症例で17名中3名、慢性骨髄性白血病で8名中2名に見出されたが、非被爆群との間に頻度差はなかった。I)被爆者白血病に関する研究a)3km以内直接被爆者(400rad数rad)9名の慢性骨髄性白血病細胞について、染色体分析とDNA解析を行った。0.7km地点で被爆した1例ではPh^1染色体の他に3;8転座を伴っていた。これは原爆放射線によって損傷の起こっていた幹細胞にその後白血化過程が進んだものと考えられた。1km3km地点で被爆した他の8例はすべてPh^1染色体のみを有していた。9名についてbcr遺伝子の再構成を検討したところ、全例にこの疾病に特有な遺伝子変化が起こっていることが判明した。そのうちの7名についてはトランスフォ-ム遺伝子の検索を行ったところ、1名にN-rasのコドン12とK-rasのコドン61に突然変異が検出された。このことはPCR法でも確認された。b)急性白血病540名の被爆線量をDSー86線量推定体系で検討したところ、被爆線量199rad16名、100199rad5名、200rad以上11名が同定された。これらの症例の白血病細胞染色体異常について検討したところ、100rad以上被爆した症例では有意に複雑な染色体異常を有していることが明らかとなった。II)大線量被爆健常者に関する研究健常被爆者40名の骨髄細胞と末梢血リンパ球の染色体を分析し、その結果より当時の被爆線量を推定した。

099rad3名、100199rad9名、200399rad18名、400rad以上10名であった。5名の骨髄細胞よりDNAを抽出し、トランスフォ-ム遺伝子の検出とPCR法によるras遺伝子の突然変異の有無を検討したところ、2名にN-ras、1名にkーrasの突然変異が検出された。I)被爆者白血病に関する研究a)被爆線量別核型異常の解析:本年度は放影研との共同研究を計画し各被爆者の骨髄線量を入手した。1963年より28年間に75名の直接被爆白血病患者と261名の急性白血病(1945年8月以前出生者)の染色体分析を行った。このうち16名は100ラド以上被爆,34名が199ラド,25名が0ラドと推計されていた。染色体異常は100ラド以上で有意に高頻度であり、また複雑であることがわかった。また、染色体5および7の異常が高頻度に見られた。100ラド以上被爆群にはde novo白血病で高頻度にみられる8;21転座や15;17転座は1例もみられなかった。b)F1白血病についての解析:平成2年2月にガ-ドナ-論文が発表され、放射線の次世代への影響が問題視されたので、被爆者の子供に発生した白血病症例の染色体異常について、これまでの資料をもとに解析を行った。1946年5月より1956年4月までに生れた人で30才になるまでに広島市内で白血病になった人は313名いたが、このうち両親のいずれか1人または両方とも被爆していたF1白血病患者は29名であった。このうち、20名について染色体分析を行っていた。慢性骨髄性白血病13名は全例Ph'染色体が見出され、1名にのみPh'以外の染色体異常がみられた。急性白血病7名のうち3名に染色体異常がみられた。F1白血病の染色体異常は非被爆群と頻度と質において差はなかった。II)大線量被爆健康者に関する研究ヒト正常胎盤基底膜に対する抗体(antiーBAST抗体)は急性および慢性白血病の約60%の症例に見出されるが、原爆被爆者においても被爆距離の近い程anti BAST抗体陽性頻度が高いことが明らかとなった。来年度は抗原の解析を行う予定である。本研究は昭和43年から45年に行った原爆被災復元調査により確認された78名の500m以内被爆者を基軸にしての細胞遺伝学的ならびに分子生物学的研究を行っており、本年度はその死因ならびに健康状態についてのまとめを行った。i)死因調査:18年間の死亡者数は28名で、そのうち男性は22名(45.8%)女性は6名(20%)であった。死因別死亡者数は癌(乳癌、白血病、卵巣癌、脳腫瘍、肺癌、胃癌)6名、心臓血管系(心不全6名、脳梗塞3名、脳出血2名)11名、肺疾患(肺結核1名、急性肺炎2名、急性呼吸不全2名)5名、消化器疾患2名、その他(出血性素因、腎不全など)4名であった。年令別死亡症例数では、60才未満(7%)、60才台(21%)、70才台(46%)80才台(19%)、90才台(7%)であった。また、年度別死亡症例数では大きな偏りはないが、昭和53年56年に11名が死亡、やや高頻度であった。ii)生存者の健康状態:生存者50名のうち2名は音信不通となり、残り48名の中で身体的健常者は6名、癌既往のある人は7名(胃癌4名、卵巣腫瘍、白血病、脊椎腫瘍各1名)であった。いずれも手術または治療により治癒ないしは寛解を得ている。残りの35名は以下の疾病の単独ないし重複罹患がみられた:白内障15名、変形性脊椎症14名、高血圧症13名、肝障害6名、甲状腺異常症5名などであった。500m以内近距離被爆者の悪性腫瘍の発生は癌死亡者6名、癌既往者7名、計13名であり、それほど高率ではなかった。
遺伝子治療実用化にむけての技術開発及びそのシステムの検討

1.表面修飾剤を含む多重膜リポソームTRXシリーズを3種類開発した。このカチオニックリポソームを遺伝子導入ベクターとして使用した場合の有用性を用いた免疫染色、酵素活性測定などにより遺伝子導入効率を確かめた。まず、Cosl,HepG2,LECラット肝細胞由来などを用いたex vivo studyを行った。導入遺伝子はβガラクトシダーゼ,オルニチントランスカルバミラーゼ(OTC),ウイルソン病遺伝子である。TRXシリーズは従来の市販のものに比して310倍の高い導入効率が得られた。とくに血清存在下で、さらに導入効率が上昇した。これはリポフェクチンと大きく異なるところでin vivoでの研究に有用であることが示された。但し、アデノウイルスをベクターとして遺伝子導入効率と比較するとかなり低い値を示した。現在AAVベクターも開発中であり、これとの比較を目指している。2.in vivoの研究としては疾患モデル動物を2種(OTC欠損症;SpfAsh,ウイルソン病LECラット)を用いてTRXシリーズリポソームの遺伝子導入効率を検討し、併せて臓器組織も検討した。静脈内投与では血管内皮,肝クッパー細胞には遺伝子発現されたが、肝組織には発現は見られなかった。肝臓に直接注射した実験では、肝細胞の一部に発現が見られた。このことは表面修飾のさらなる改良(例えば肝表面レセプター抗体などの使用)を加えることや、経門脈投与などでより良い効果が期待できる。3.アデノウイルスベクターを用いた場合には極めて高い遺伝子発現率が得られたが、一過性でありしかも再投与が無効であった。ウイルスベクターを用いた肝組織への遺伝子導入としてはAAV(アデノアソシエイテドウイルス)ベクターが有望であり、CAGプロモーター、OTCcDNAを組み込んだものを作成し、検討に入った。4.ベクターの開発がまだ十分でなく、遺伝子治療システム全体の検討にまで研究が及ばなかったことは残念である。(1)リポソーム/OTCトランスジーンベクターのリポソーム開発を内山、緒方が分担した。現在までに3種類のリポソームが試作され、それを用いて組換えOTCcDNAリポソームベクターを遠藤,犬童が作成し研究を続けてきた。現在培養細胞では良好な結果が出ている。(2)リポソーム/OTCトランスジーンベクターを用いた時の効果、安全性を比較する目的で、これまで最も効率が良いとされるアデノウイルスベクターを用いた研究を同時に進行させた。この目的のためCAG、あるいはSRαプロモーターをもつアデノウイルスベクターAdex CAG hOTC,Adex SRαhOTCを作成し、OTC欠損マウスに尾静脈から挿入し、効果を見た。Adex CAG hOTCを0.5×10^91.0×10^9PFUの挿入で目標とする肝OTC活性値を得ることができた。今後は、リポソーム/OTCトランスジーンについてkの目標値を達成するべく改善、開発していくかが課題である。Adex SRαOTCでは1×10^9PFUを挿入してもほとんどマウス肝OTCの改善は得られていない。但し、肝への遺伝子導入効率は、RT-PCRでみると、Adex CAG hOTC及びAdex SRαOTC、いずれも同じであった。前者の方が発現率で優れていたことになり、CAGプロモーターの有用性が強調された。(3)安全性をチェックする目的で、OTC欠損マウスにアデノウイルスベクターを用いた時の肝組織を山本が検討した。Adex CAG hOTC3×10^9PFUではほとんど無視できる変化像しか認められなかった。

抗アデノウイルス抗体が産生されていることを確認した。(4)全体の結果を島田に報告し、今後の研究方向性を討議した。1.a)表面修飾剤を含む多重膜リポソーム(MLV),TRXリポソームを新たに2種開発した。この中に目的とする遺伝子(GAGプロモーターに組み込まれたプラスミド)をトランスフェクトして導入効率を検討した。標的細胞にはCosl,HepG2及びウィルソン病のモデルラットであるLECラット肝細胞由来の培養細胞を用い、市販のリポソームであるリポフェクチン(DNAを外側につけるタイプ)、ジーントランスファ(内封型)と比較した。トランスジーンは、βガラクトシダーゼ,オルニチントランスカルバミラーゼ(OTC),ウイルソン病遺伝子(Wdeu)を用いた。少数例ではあるが、OTC欠損症モデル動物(Spfash)及びウイルソン病モデルラット(LECラット)を用いてin vitro導入も試みた。導入効率の判定には、組織染色(βガラクトシダーゼ),酵素活性測定(OTC),免疫抗体(Wdeu)を用いた。b)TRXシリーズはいずれも市販のリポフェクチン、トランスジーンに比べて310倍の効率で遺伝子導入を達成することが確認された。しかも、リポフェクチンは血清存在下では導入効率が低下するのは対し、TRXシリーズは、血清存在下で導入効率は劣化せず、むしろ上昇する結果も得られた。このことはin vitroでの応用の可能性を示唆している。c)TRX9と遺伝子の経静脈投与、肝臓への直接注射を試みた。経静脈投与では肝組織の目的遺伝子発現はほとんど得られなかったが、肝臓直接注射では肝組織に目的遺伝子の発現がみられた。但し、グッパー細胞での発現が多く、肝細胞での発現はほとんどないか、あっても少数であった。今後、表面修飾にさちに工夫(抗レセプター抗体など)を加える必要がある。2.他にAAVベクターについても検討した。
熱帯域降水特性鉛直分布の日本・インドネシア協同観測

本研究は、鉛直流を含む風速三成分を高精度に観測可能な赤道大気レーダーを中核として、赤道大気観測所に設置の降水粒子の落下速度分布を高感度で観測可能な1.3GHz帯レーダー、地上降雨のDSDを観測可能なディスドロメータ、降水の3次元分布を観測可能な9GHz帯レーダー、氷晶・水滴の判別が可能で水蒸気・エアロゾルの観測が可能なライダーなどを用いた国際共同観測を実施し、未解明の熱帯域の降水特性鉛直分布・降水形成メカニズムの理解に対するブレークスルーを目指している。昨年度に開発された高い積雲対流の上部まで観測可能なレーダーパラメータを用いて、赤道大気レーダー・1.3GHz帯レーダー・9GHz帯レーダーを用いた連続観測を継続した。また、光学式ディスドロメータを赤道大気観測所に設置し、連続観測を開始した。1月上旬に半月程度の現地集中観測を日本・インドネシア協同で実施した。集中観測期間中は、高分解能データを取得できるFDI観測モードを用いて赤道大気レーダーを運用し、さらにラマン・偏光ライダーによる同時観測を実施し、水蒸気・エアロゾルの高度変化を得た。またGPSラジオゾンデ気球を放球するとともに、9GHz帯マルチパラメータレーダーを観測所南方で運用した。集中観測で得られた事例に対する課題1(鉛直流変動と粒径分布(DSD)の関連)及び課題2(融解層の特性)のデータ解析を行うとともに、昨年度からの長期連続観測で得られた季節内変動イベントに対して、課題3(大規模対流場との関連)のデータ解析を実施した。本研究は、鉛直流を含む風速三成分を高精度に観測可能な赤道大気レーダーを中核として、赤道大気観測所に設置の降水粒子の落下速度分布を高感度で観測可能な1.3GHz帯レーダー、地上降雨のDSDを観測可能な2次元ビデオディスドロメータ、降水の3次元分布を観測可能な9GHz帯レーダー、氷晶・水滴の判別が可能で水蒸気・エアロゾルの観測が可能なライダーなどを用いた国際共同観測を実施し、未解明の熱帯域の降水特性鉛直分布・降水形成メカニズムの理解に対するブレークスルーを目指している。平成22年度前半に各観測機器の調整・整備を実施するとともに、本研究に最適な観測パラメータを開発した。特に1.3GHz帯レーダーとラマン・偏光ライダーの整備に注力し、本研究の遂行に当たり、高い積雲対流の上部まで観測可能なレーダーパラメータを開発し、その有用性を確認した。各観測機器の調整完了後、赤道大気レーダー・1.3GHz帯レーダー・9GHz帯レーダーを用いた連続観測を開始した。雨季である12月中旬、半月程度の現地集中観測を日本・インドネシア協同で実施した。集中観測期間中は、高分解能データを取得できるFDI観測モードを用いて赤道大気レーダーを運用し、さらにラマン・偏光ライダーによる同時観測を実施した。集中観測で得られた事例に対する課題1(鉛直流変動と粒径分布(DSD)の関連)及び課題2(融解層の特性)のデータ解析に着手し、長期連続観測で得られた季節内変動イベントに対して、課題3(大規模対流場との関連)のデータ解析を開始した。
スギ心材ノルリグナンのポスト生合成化学－心材の成熟という新規概念－

スギ心材を各種溶媒抽出後、各種クロマトグラフィー(固定相:シリカゲル、セファデックスLH-20ゲル)により、ノルリグナン(単量体、アガサレジノール:AおよびセクイリンC:S)の二量体10種、同三量体8種を単離した。全てについて、高分解能質量分析法により単量体構成を明らかにした。これらのうち7化合物の化学構造をNMR法により決定した。(1),(2)は単量体間の結合様式および立体配座は同じであり、(1)はSS二量体、(2)はAS二量体であった。(3),(4),(5)はSS二量体であり、互いに立体異性であった。(6)は、単量体が炭素-炭素(C-C)結合およびエーテル結合した、七員環等を有する、ASS三量体であった。(7)は、単量体がC-Cおよびエーテル結合した、1,4ーベンゾジオキサン構造等を有する、ASS三量体であった。(A),(S)の重合に酵素反応を想定し、フェノール酸化酵素(PO)を調査した。スギ辺材外方部、移行材、心材外方部から、硫酸アンモニウム0-40%と40-70%飽和画分(粗酵素画分)を調製した。全部位において、後者にPO活性が認められ、POを分画濃縮できた。辺材(含分化中木部)では過酸化水素が無いとPO活性は減少するのに対し、移行材と心材ではその有無に関わらずそれほど変化しなかった。したがって、材部位により機能の異なるPOが優勢となることが示された。移行材および心材粗酵素による(A),(S)の重合を試みた。SECにより、酵素反応物中の高分子化合物の存在が示された。MALDI-TOF-MSにより、(A)(S)から成る、二五量体に相当するイオン群が検出された。HPLC-ESI-MSにより、(A)(S)の二・三量体と予想される化合物が検出された。以上より、ノルリグナン重合に酵素が関わり得ることが示唆された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。(1)ノルリグナンオリゴマーの分析:アガサレジノール(A)およびセクイリンC(S)を混合基質として市販ペルオキシダーゼによる酸化を行い、生成物を高速液体クロマトグラフ質量分析(SIM-HPLC-ESI-MS)分析を行った。LCMS分析では、想定される複数のm/z値を採用した。例えば、A(MW:286)とS(MW:302)の共重合二量(AS)の検出では、286+302(588)から1点での結合に伴う2水素原子を減じたMW 586を想定し、ポジティブ検出ではm/z 609:[M+Na]+,625:[M+K]+、ネガティブ検出ではm/z 585:[M-H]-,621:[M+Cl]-を用いたSIMの結果、これらのイオンを同時に与える化合物が検出された。他に、MW 582(-4H)および584(-2H)のASが検出された。この手順により12種のAA、12種のAS、7種のSS、7種のAAS、11種のASSおよび4種のSSSが確認され、さらに、いくつかがスギ心材中に確認された。(2)スギ木部からの粗酵素液の調製および酸化酵素活性の検出:スギ辺材、移行材および心材を凍結状態で粉砕した。この木粉について、緩衝液抽出に続き硫酸アンモニウム塩析により、40%および70%硫安沈殿(粗酵素)に分画した。各粗酵素液について、カテキンを基質とする酸化酵素検定の結果、活性は辺材や移行材のみならず、心材、特に外方3年輪分から調製された粗酵素液にも検出された。酸化酵素活性は主に、70%硫安沈殿に検出された。辺材の場合には、過酸化水素の添加により酸化酵素活性は増大するのに対し、移行材・心材の場合には増大しなかった。ノルリグナンを基質とした場合の生成物についてLCMS分析を行った結果、複数のノルリグナンオリゴマーが検出され、さらに、いくつかがスギ心材中に検出された。(1)ノルリグナンオリゴマーの分析:先ずは各種分析条件の検討の結果、本補助金にて設置された高速液体クロマトグラフ質量分析装置(LCMS)により、ノルリグナンオリゴマーの分離・イオン化が達成された。一つの化合物につき、構造の裏付けとなるイオンが4種類検出され、この点、単一イオンにより構造推定するとした当初の想定を超える結果である。当初の計画のとおり、モデル重合物の分析を発展させ、スギ材中のオリゴマー分析が達成された。オリゴマーの異性体分類を達成した点、当初予定を超えているといえる。(2)スギ木部からの粗酵素液の調製および酸化酵素活性の検出:先ずは、生細胞をほとんどあるいは全く含まないスギ材の種々部位から、酵素を抽出する手順が確立され、その後の実験が可能となった。フェノール酸化酵素の硫酸アンモニウム分画濃縮、活性の検出・部位間比較、酵素酸化生成物のLCMS分析・オリゴマーの検出確認、が達成された。これら酵素実験は、(1)の当初計画を大きく発展させたものである。(3)オリゴマーの単離・構造決定: