hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
調和波動を用いた地殻内応力集中場のインバージョン手法の開発

本研究の最終的な目的は,地殻内の応力集中場をインバージョンすることであるが、本研究ではそのために,まず地殻の状態を精密にモニタする(アクロスと呼ばれる)システムを開発し,その性能を試験した.平成14年度までに他の科研費と合わせて,プロジェクト全体では精密制御震源の設置および観測インフラである光ケーブル敷設およびボアホール型加速度計アレイの設置はすでに終っていた.また,平成14年度において,精密制御震源の波動場励起の精度および時間安定性を検証し,地殻内の変化を捉えるのに十分な精度であることを確認している.平成15年度では,震源単体の性能のみならず,観測系全体を構成し,その性能を検証した.具体的には,光ケーブルを介した同期通信法を確立し,これを用いて精密制御震源の制御信号と観測点におけるサンプリング信号を完全に同期することで,調和波動を極めて高精度で検出できるようにした.また,これを観測実験およびデータ解析により確かめた.解析の結果によると,時系列では調和波動の信号はノイズに埋もれて全く見えないにもかかわらず,解析によりS/N比で100以上の精度で調和波動の振幅と位相を推定できた.さらに,遠方での連続観測を行い,観測データに含まれる地殻の変動が原因であると考えられる観測波形の変動の抽出を試みた.ただし,精密制御震源の電源の確保の問題のため,十分なデータを取得できなかったので,明瞭な観測波形の変動は未だ検出できていない.これについては,今後データを蓄積して変動の抽出を試みる予定である.また,時間変動の検出以外にも,精密制御震源の本来の用途である周波数伝達関数の精密な計測を行い,このデータを解析して,震源と観測点間における地震波の走時を求めた.複数の周波数成分を順次観測し,狭帯域で離散的な周波数伝達関数を取得した.これを逆フーリエ変換および存否ケプストラム法を用いて解析し,P波と思われる成分を精度よく検出した.ただ,P波よりも振幅が小さいS波や地下からの反射波については明瞭に分解することはできなかった.上述の観測実験と並行して,精密制御震源のフェイズドアレイが生成する波動場のシミュレーションを行った.現在の精密制御震源の性能・波動場励起力を想定した場合のフェイズドアレイにより生成できる波動をシミュレーションし,より現実的な問題へ適用した場合での限界点を定量的に示した.現在の精密制御震源は,まず動作するのか,また所要の精度が達成できるのかということを念頭に置いていた試作機であるため,現実の地殻へ適用するには,やや周波数帯域が高い.実際の地殻でのモニタリングを行うには,周波数を現在の数十Hzから数Hzへと下げる必要があることが分かった.一方で,直近の地盤(射程2km)程度では十分な出力,性能を有していることも分かった.本研究は,断層近傍の不均質構造の物性および変動をモニタするために,精密な調和波動を用いた地震波トモグラフィ手法を開発することを目的としている.平成14年度では,局所的に分布する散乱体を同定するインバージョン法の基礎理論を開発した.また,当初は,岩石資料を用いた散乱実験を予定していたが,プロジェクトの全体計画の都合により,精密制御震源の試作機および観測装置をテストフィールドへ展開し,その性能試験を行った.以下に,その概要を示す.1.すでに開発していた精密制御震源と観測システムを,山梨県大月市にある葛野川発電所の巨大地下空洞に展開した.当初,地下ならではの高湿度による機器の損傷や時刻信号の伝達問題,電源の確保などの問題が発生したが,これを解決し,観測実験ができる状態にした.また,この装置を用いて震源の性能を検証した.(1)震源が異常振動を励起せず,正常に動作していることを確認した.当初,期待される調和振動の他に強い高調波が観測されたが,これは定着装置の弾性変形による正常な振動であり,震源自体は綺麗な調和波動を励起している.(2)また,地下の常時モニタに必要な時間安定性を確認するために,24時間連続観測を行い,励起している波動場が極めて安定であることを確認した.励起した波動場のゆらぎは,0.1%程度であり,これから行う本格的な地下構造モニタリングに十分な性能を有していることを示した.2.調和波動を用いた場合,沢山の周波数成分を観測し,逆フーリエ変換により時刻領域のデータを推定し,従来型の地震波トモグラフィを実行することが可能であるが,本研究では,従来と異なる震源のフェイズドアレイを用いた手法の開発を試みた.(1)波動場のフォワード計算により,精密制御震源アレイの波動場励起力を調べ,定量的に評価した.(2)散乱体をボルン近似によりモデル化した最も単純な波形インバージョン法のアルゴリズムを開発した.このアルゴリズムは,本手法の基礎となるものである.本研究の最終的な目的は,地殻内の応力集中場をインバージョンすることであるが、本研究ではそのために,まず地殻の状態を精密にモニタする(アクロスと呼ばれる)システムを開発し,その性能を試験した.平成14年度までに他の科研費と合わせて,プロジェクト全体では精密制御震源の設置および観測インフラである光ケーブル敷設およびボアホール型加速度計アレイの設置はすでに終っていた.

また,平成14年度において,精密制御震源の波動場励起の精度および時間安定性を検証し,地殻内の変化を捉えるのに十分な精度であることを確認している.平成15年度では,震源単体の性能のみならず,観測系全体を構成し,その性能を検証した.具体的には,光ケーブルを介した同期通信法を確立し,これを用いて精密制御震源の制御信号と観測点におけるサンプリング信号を完全に同期することで,調和波動を極めて高精度で検出できるようにした.また,これを観測実験およびデータ解析により確かめた.解析の結果によると,時系列では調和波動の信号はノイズに埋もれて全く見えないにもかかわらず,解析によりS/N比で100以上の精度で調和波動の振幅と位相を推定できた.さらに,遠方での連続観測を行い,観測データに含まれる地殻の変動が原因であると考えられる観測波形の変動の抽出を試みた.ただし,精密制御震源の電源の確保の問題のため,十分なデータを取得できなかったので,明瞭な観測波形の変動は未だ検出できていない.これについては,今後データを蓄積して変動の抽出を試みる予定である.また,時間変動の検出以外にも,精密制御震源の本来の用途である周波数伝達関数の精密な計測を行い,このデータを解析して,震源と観測点間における地震波の走時を求めた.複数の周波数成分を順次観測し,狭帯域で離散的な周波数伝達関数を取得した.これを逆フーリエ変換および存否ケプストラム法を用いて解析し,P波と思われる成分を精度よく検出した.ただ,P波よりも振幅が小さいS波や地下からの反射波については明瞭に分解することはできなかった.上述の観測実験と並行して,精密制御震源のフェイズドアレイが生成する波動場のシミュレーションを行った.現在の精密制御震源の性能・波動場励起力を想定した場合のフェイズドアレイにより生成できる波動をシミュレーションし,より現実的な問題へ適用した場合での限界点を定量的に示した.現在の精密制御震源は,まず動作するのか,また所要の精度が達成できるのかということを念頭に置いていた試作機であるため,現実の地殻へ適用するには,やや周波数帯域が高い.実際の地殻でのモニタリングを行うには,周波数を現在の数十Hzから数Hzへと下げる必要があることが分かった.一方で,直近の地盤(射程2km)程度では十分な出力,性能を有していることも分かった.
炭素系廃棄物の鉄鋼製錬プロセスへの有効利用

現在、焼却処分されている都市ゴミや木質バイオマスなどの炭素系廃棄物を鉄鋼製錬プロセスにおいて還元材である石炭の代替原料として有効利用することができれば、石炭使用量を削減して日本国内のCO_2排出量を大幅に削減することが可能である。そこで本研究では、炭素系廃棄物の鉄鋼製錬プロセスへの有効利用の可能性を見出すために、各種廃棄物の炭化物(都市ゴミ炭化物、木質バイオマス炭化物)を還元材として利用した場合の酸化鉄の還元反応特性を実験的に明らかにすることを目的とした。その結果、グラファイトを使用した混合試料では反応が途中で停滞したが、各種炭化物を用いた混合試料では反応が停滞することなく反応が進行した。これは都市ゴミ炭化物および木質バイオマス炭化物の反応性がグラファイトの反応性よりも良いためである。現在、排出されている都市ゴミなどの炭素を含む廃棄物(炭素系廃棄物)の多くが焼却処分され、多量のCO_2を排出し、地球温暖化に加担しているのが現状である。この炭素系廃棄物を鉄鋼製錬プロセスにおいて鉄鉱石の主要な還元材である石炭の代替原料として有効利用することができれば、石炭使用量を削減して日本国内のCO_2排出量を大幅に削減することが可能である。そこで本研究では、炭素系廃棄物の鉄鋼製錬プロセスへの有効利用の可能性を見出すために、都市ゴミの炭化物を還元材として利用した場合の炭素系廃棄物の酸化鉄の還元反応特性とその反応機構を明らかにすることを目的とした。都市ゴミ炭化物(都市ゴミを熱分解させたもの)と酸化鉄(Fe_2O_3試薬)を炭素と酸素のモル数が同じになるように混合し、タブレット状に加圧成型して混合体を作製した。また比較のために、還元材としてグラファイトを使用した混合体も作製した。電子天秤を備えた可動式縦型電気炉を用いて、この混合体を窒素ガス雰囲気下で所定の温度(1000°C、1100°C、1200°C)に急速加熱し、反応中の混合体の重量変化と排出ガス中のCOおよびCO_2ガス濃度を測定し、混合体の反応挙動を調査した。その結果、1000°Cにおいてグラファイトを用いた混合体では反応が途中で停滞したが、都市ゴミ炭化物を用いた混合体では反応が停滞することなく反応が進行した。これは都市ゴミ炭化物がグラファイトよりも反応性が非常に良いため、1000°Cでも還元反応が進行したためであると考える。また、いずれの温度においてもグラファイトよりも都市ゴミ炭化物を用いた混合体の方が、反応速度が大きかった。現在、排出されている都市ゴミや木質バイオマスなどの炭素を含む廃棄物(炭素系廃棄物)の多くが焼却処分され、多量のCO_2を排出し、地球温暖化に加担しているのが現状である。この炭素系廃棄物を鉄鋼製錬プロセスにおいて還元材である石炭の代替原料として有効利用することができれば、石炭使用量を削減して日本国内のCO_2排出量を大幅に削減することが可能である。そこで本研究では、炭素系廃棄物の鉄鋼製錬プロセスへの有効利用の可能性を見出すために、各種廃棄物の炭化物を還元材として利用した場合の炭素系廃棄物の酸化鉄の還元反応特性を明らかにすることを目的とした。都市ゴミおよび木質バイオマスを不活性雰囲気において熱分解させた炭化物を還元材として用いた。各種炭化物と酸化鉄(Fe_2O_3試薬)を炭素と酸素のモル数が同じになるように混合し、混合試料を作製した。また比較のために、グラファイトを使用した混合試料も作製した。差動型示差熱天秤を用いて、窒素ガス雰囲気下、昇温過程での各種炭化物を還元材として使用した混合試料の反応挙動を調査した。これは各種炭化物がグラファイトよりもガス化反応性が非常に良いため、還元反応が停滞することなく進行したものと考える。また、いずれの炭化物を用いた混合試料において反応速度はほぼ同程度であった。
酸化還元反応場を有する層状複水酸化物による排水中重金属オキソアニオンの新処理技術

工場排水等から流出したアンチモンは、毒性が懸念されているアンチモン酸イオンとして水域に存在するため適切な浄化処理を行うことが求められる。本研究では、アニオン交換材料である層状複水酸化物(LDH)のアンチモン酸イオン除去能について検討を行った。炭酸型、硝酸型マグネシウム-アルミニウム系LDHを、五酸化二アンチモンより調製した40mg/Lアンチモン酸イオン溶液に加えて攪拌し、120分経過まで所定時間毎に溶液を分取しアンチモン酸イオン濃度を定量した。またアンチモン酸イオンを捕捉したLDHを分析した。<炭酸型>添加10分後以降はアンチモン酸イオンの除去が進行せず除去率は33%であった。アンチモン酸イオン捕捉後の炭酸型LDHのX線回折図よりLDH構造は保持されていたが、アンチモン酸イオン捕捉による層間隔の拡大は見られなかった。一方で捕捉されたアンチモン酸イオンに由来する新たなピークが確認され、マグネシウムイオンとアンチモン酸イオンが2:1の量論比で構成する正電荷層アンチモン酸イオンが単独で構成する負電荷層が積層した化合物Brandholziteと同定した。アンチモン酸イオンは炭酸型LDHの酸中和反応により溶出したマグネシウムイオンと素早く反応し、Brandholziteとして除去されると考えられる。<硝酸型>添加後10分で除去率58%となった後も時間と共にアンチモン酸イオンが捕捉され、120分で除去率81%となった。炭酸イオンより電荷密度が小さい硝酸イオンを層間に有するLDHを用いることで、酸中和反応に伴うBrandholzite生成後もアニオン交換反応によりアンチモン酸イオンを捕捉したと考えられる。本研究の目的は、排水中に数種の異なる酸化状態が存在するため、その処理が困難であるアンチモン(Sb)等の重金属オキソアニオンについて、その原子価をコントロールし、且つ濃縮できる新処理技術を開発するための基礎研究を行うことである。この技術は、萌芽的発想に基づいて、酸化還元反応場を有する層状複水酸化物(LDH)を開発することで実現することを志向している。本年度は、ホスト層に還元能力を有する金属Fe^<2+>を導入したLDHの合成を行った。N_2ガス流通下、イオン交換水125 mlを30°C、300 rpmで攪拌し、そこにFe^<2+>/A1^<3+>モル比4.0の0.4MFeCl_2-0.1MAlC1_3溶液を10 m1/minで滴下し、さらに1 h攪拌した。攪拌中、溶液のpHが7.010.5で一定になるように、0.5MNaOH溶液を適宜滴下した。攪拌後、得られた懸濁粒子は、ろ別、水洗し、40 h減圧乾燥して沈殿物を得た。各pHで合成した沈殿物はLDH構造を有することがわかった。各々の沈殿物には、Fe^<2+>、A1^<3+>の他に、Fe^<3+>が含まれていることがわかった。沈殿物のFe^<2+>/Feモル比は、溶液のpHが低いほど高く、Fe^<2+>がFe^<3+>に酸化されにくいことがわかった。LDHは、2.0≦M^<2+>/M^<3+>モル比≦4.0で形成されるが、沈殿物のM^<2+>/M^<3+>モル比、すなわちFe^<2+>/(Fe^<3+>+A1^<3+>)モル比は、全て1以下の値を示した。このことは、M^<3+>がLDHの構成成分として沈殿することに加え、単独の水酸化物として沈殿したことを示唆する。共沈法により各pHでFe-Al LDHが生成することがわかったが、同時に、Fe^<2+>のFe^<3+>への酸化に伴う非晶質の水酸化第二鉄の生成、さらには非晶質のAl^<3+>の水酸化物が生成する事がわかった。昨年度は、共沈法によりFe^<2+>-A1^<3+>系LDHが生成することがわかったが、同時に、Fe^<2+>のFe^<3+>への酸化に伴う非晶質の水酸化第二鉄の生成、さらには非晶質のA1^<3+>の水酸化物が生成することがわかった。本年度は、この沈殿物を用いて、水溶液中のアンチモン酸イオンの除去を検討した。Sb溶液に沈殿物を懸濁させた場合、時間の経過と共にSb濃度は低下した。初期pH3.6の場合、Al/Sbモル比が高いほどSb濃度は低く、沈殿物量が大きいほど、アンチモン酸イオンの除去量が大きいことがわかった。

Al/Sbモル比が5.0の場合、初期pH 3.6及び7.0でほぼ類似したSb濃度の低下挙動を示し、弱酸性領域では沈殿物のアンチモン酸イオン除去能力はあまり変化しないことがわかった。また、初期pH7.0において、沈殿物あるいは水酸化第二鉄を同量Sb溶液に添加した結果、沈殿物中には水酸化第二鉄が少ないにもかかわらず、沈殿物の方が水酸化第二鉄よりも、Sb濃度の低下は大きかった。このことは、沈殿物中のFe^<2+>-A1^<3+>系LDHの寄与が大きいことを示している。水酸化第二鉄によるSb濃度の低下は、アンチモン酸イオンの吸着によるものと考えられる。一方、沈殿物によるSb濃度の低下は、沈殿物に含まれる非晶質の水酸化第二鉄へのアンチモン酸イオンの吸着に加え、Fe^<2+>-A1^<3+>系LDHのアニオン交換機能によるアンチモン酸イオンの捕捉によるものと考えられる。工場排水等から流出したアンチモンは、毒性が懸念されているアンチモン酸イオンとして水域に存在するため適切な浄化処理を行うことが求められる。本研究では、アニオン交換材料である層状複水酸化物(LDH)のアンチモン酸イオン除去能について検討を行った。炭酸型、硝酸型マグネシウム-アルミニウム系LDHを、五酸化二アンチモンより調製した40mg/Lアンチモン酸イオン溶液に加えて攪拌し、120分経過まで所定時間毎に溶液を分取しアンチモン酸イオン濃度を定量した。またアンチモン酸イオンを捕捉したLDHを分析した。<炭酸型>添加10分後以降はアンチモン酸イオンの除去が進行せず除去率は33%であった。アンチモン酸イオン捕捉後の炭酸型LDHのX線回折図よりLDH構造は保持されていたが、アンチモン酸イオン捕捉による層間隔の拡大は見られなかった。一方で捕捉されたアンチモン酸イオンに由来する新たなピークが確認され、マグネシウムイオンとアンチモン酸イオンが2:1の量論比で構成する正電荷層アンチモン酸イオンが単独で構成する負電荷層が積層した化合物Brandholziteと同定した。アンチモン酸イオンは炭酸型LDHの酸中和反応により溶出したマグネシウムイオンと素早く反応し、Brandholziteとして除去されると考えられる。<硝酸型>添加後10分で除去率58%となった後も時間と共にアンチモン酸イオンが捕捉され、120分で除去率81%となった。炭酸イオンより電荷密度が小さい硝酸イオンを層間に有するLDHを用いることで、酸中和反応に伴うBrandholzite生成後もアニオン交換反応によりアンチモン酸イオンを捕捉したと考えられる。
剛体スワ-ル中の遠心力場における火炎挙動に関する光学的研究

この研究は遠心加速度下における火炎挙動を明らかにし、スワ-ルによる燃焼促進と整合する最適スワ-ル並びに点火方法を明らかにする事を目的として火炎挙動の観測を行った結果をまとめたもので、主として光学的観測をもとに検討したものである。スワ-ルによるエンジン気筒内燃焼の促進は、多くの場合乱流生成促進と熱損失増加の抑制の観点からスワ-ル制御が行われてきている。しかしながら、遠心加速度の影響という観点からみると既燃ガスと未燃ガスの密度差にもとずく相対運動による作用を考える必要がある。本研究では回転燃焼室を用いて剛体渦を実現して、旋回流動における遠心加速度の影響を分離して調査したものである。数百Gにも達するエンジン燃焼室スワ-ルの遠心加速度下の影響を類推するため、30g程度の遠心加速度ではあるが、燃焼温度、火炎厚さ、輸送係数等、物理化学的性質を異にする低燃焼速度の各種混合気についての火炎挙動を調べることによって、火炎の広がりや2次流れについて遠心加速度の影響を調べ、強すぎるスワ-ルによる燃焼阻害作用を中心に検討した。その結果、1)中心対称発達火炎では既燃・未燃域の力学的不平衡のため火炎伝播の減速または消炎により火炎伝播限界が変化すること、2)乱流火炎の層流化による減速及び火炎伸長による消炎の発生、3)任意位置で形成される初期火炎塊の遠心加速度による中心移動後は、1)2)により火炎の減速・消炎過程の発生するが、その傾向は火炎の移動速度と広がり速度の相対的関係に大きく依存すること、4)影響の大きさは、遠心加速度を別にすれば火炎予熱域厚さ、ルイス数、燃焼速度等の物理化学性質に依存していることなどを明らかにした。本研究はスワ-ル中の火炎伝播に及ぼす遠心加速度の影響を調べるため、壁面摩擦の作用しない回転燃焼容器を用いて静止系からみて層流剛体渦を実現し、遠心加速度の影響のみを分離して実験的に検討したものである。燃焼室直径200mm、高さ35mmの偏平円筒空間における火炎挙動をビデオシャドウグラフによって観測して旋回流動中を伝播する火炎について遠心加速度の影響を調べた。本年度は主として容器中央部から発達する火炎について検討した。比較的小さな加速度でも影響が大きく現われるように反応域が厚いメタンの希薄混合気を用いて、30g程度の加速度までの実験を行った。その結果火炎の広がりが遠心加速度の影響を受けて大きく抑制されることを明らかにし、条件によっては円筒火炎面全域で反応が停止し、伝播途中で消炎する現象を初めて観測することができた。このような観測事例は他に見当たらないようである。この方法によってこれまで不明のところが多い伝播限界火炎の挙動を明らかにすることができるものと考えている。各種濃度の希薄混合気について遠心加速度の影響で火炎が消滅する位置を測定し、r_q∞1/√<ω>、(r_q:消炎半径、ω:角速度)の関係を見出した。また減速伝播あるいは消滅の機構については、火炎膨張によって生じる火炎面に沿う2次流れの発生が大きく関与していると思われるので、流速測定を行って圧力勾配の影響とともに検討している。偏心位置で点火すると既燃ガス塊の運動及び未燃ガスの2次流動を生じ火炎伝播は複雑なものとなるので予混合スワ-ル火炎の場合は燃焼時間に及ぼす点火位置の影響を調べることが重要であり、外周部で点火する場合について検討し火炎塊の挙動と未燃気体の2次流れの挙動を明らかにした。今後はワイヤレス法による圧力計測、ルイス数の大きく異なる混合気などによって上記問題点を明らかにし研究計画を進めて行く。スワ-ル中の火炎挙動は、壁面摩擦によるせん断流れの乱流場で観測することになるため、遠心加速度の作用する回転流れ場の影響だけを分離して調べることが困難である。本研究では、容器を回転させることにより層流剛体渦を作って、火炎挙動に及ぼす影響を検討した。

偏心位置で点火した火炎は、密度差による対流運動のため中心部に移動して全体に伝播することになり、その後の火炎伝播が遅れることになる。今年度は、この火炎移動の挙動を明らかにすると同時に中心から発達する火炎挙動についてその減速機構について検討した。対流運動による火炎の挙動は火炎伝播に伴う2次流れの発生で複雑なものとなるが、スワ-ルが強い程火炎の移動が速くなり以後の伝播の抑制作用が大きいことが分かった。しかしながら点火部に保炎作用をもたせることができれば初期火炎域拡大効果によって火炎発達の促進が可能となることを明らかにした。中心部から伝播する火炎は回転速度の大きさに従って減速あるいは消炎に至ることが観測されるが、これは既燃ガス膨張による火炎面境界での非定常的周方向速度変化あるいは非定常的圧力匂配の変化による物質移動の変化などによるじょう乱が主原因と考えられ、その影響を受け易い火炎について実験を行った。CH4及びC3H8の混合気ではそれぞれ希薄側、過濃側で消炎し、逆の濃度側では減速のみ観察された。消炎濃度側はLe(ルイス数)<1の領域であるが予熱域厚さηοが逆濃度側に比べかなり大きい。Le,ηοの影響の大きさを調べるため、空気中のN2をAr、Heにおき替える人工空気を用いてLe>1でしかもηοの大きい混合気による実験を行い、消炎発生を確認した。また同じηοであればLeが小さい方が火炎面に対する擾乱の影響が大きくなることが分かった。今後はLe、ηοの影響を系統的に調査すると同時に、火炎発生による非定常的な流動場の影響も検討し研究計画を進めて行きたい。エンジン燃焼室内に生じるスワ-ルでは乱れなどによって燃焼促進効果があるが、強すぎると遠心加速度などの影響によって燃焼阻害が起こる場合がある。本研究では、円筒燃焼室全体を回転させ慣性系からみて完全剛体渦をつくり、旋回流動における遠心加速度の影響のみを分離し、実機スワ-ル中の火炎伝播挙動に及ぼす影響をモデル化した実験によって調べた。中心点火では既燃・未燃域の力学的不平衡により減速・消炎する事を明らかにした。また、その原因ひとつとして、既燃部・末燃部の角運動量の保存を仮定すると境界面近傍にせん断流れの形成が推測できるが、レ-ザシ-ト法による観測から未燃域にせん断流場が生じることが分かった。主な結論はつぎの通りである。(1)中心から伝播する火炎では、急激な熱膨張のための未燃、既燃部の力学的不平衡により、火炎の発達が阻害され伝播の減速や条件によっては消炎に至る。(2)その原因は圧力差のために生じる流動による相対的伝播の遅れや未燃、既燃境界に生じるせん断流れによる伝播阻害などが考えられるが、後者による火炎域の擾乱が主なものと考えられる。(3)せん断流れの大きさは旋回速度や火炎半径に大きく依存する。(4)消炎には、火炎の構造に関係する予熱帯厚さ、ルイス数、燃焼速度等の影響もある。(5)偏心点火の火炎伝播過程では、遠心加速度が大きいほど火炎半径は小さいまま中心へ速く移動する。移動過程では非対称となるために火炎域での擾乱は複雑となるが、乱流火炎域の層流化を経て対称火炎となった後、伝播過程は中心点火の場合と同様な経過となる。移動中の火炎広がり速度と移動速度の関係によって消炎限界が決まる傾向があり、その比が大きいほど消炎傾向は顕著になる。
BRCA遺伝子機能を標的とした乳がん新規治療法の開発

既にPARP阻害薬治療における耐性獲得が報告され、HR機能が維持されているがんに対し、HR関連分子を阻害しHR機能を低下させた後、PARP阻害薬やプラチナ製剤等のDNA傷害性抗がん剤により治療する新たな方法も研究されている。我々は、これまでBRCA2の細胞内機能の解析を進めてきた。BRCA2には、2つの核移行シグナルNLSが存在する。NLSをもつ核タンパクは、インポーティンα(別名KPNA)に結合して核膜孔を通過する。ヒトKPNAには7種類のサブタイプ(KPNA1-7)があり、今回、我々は、BRCA2とKPNA7が結合し、核に輸送されることを明らかにした。さらに、DNA損傷修復は核内で行われることから、KPNA7をノックダウンするとBRCA2の核移行が阻止され、BRCA2が核内で機能できず、PARP阻害薬による合成致死性が誘導されることを見出した。これは、BRCA2の機能を抑制する「BRCAness」を作り出す新しい試みであり、新たながん治療を生み出す可能性が期待できる。この結果を踏まえ、KPNA7を阻害する低分子化合物のスクリーニングを行った。核内輸送蛋白であるKPNA7は、核に局在する。そこでGFP-KPNA7の安定発現株を作製し、顕微鏡下のGFP蛍光局在を指標に、GFP-KPNA7の核内局在を阻害する化合物のスクリーニング系を構築した。臨床への早期応用を考慮し、機能既知化合物ライブラリー(本学の約1,600種低分子化合物ライブラリー)を用いたスクリーニングの結果、BRCA機能正常細胞に対しGFP-KPNA7の核内局在を阻害する2種の化合物を検出した。次に、BRCA機能正常細胞に対するこれらの化合物とPARP阻害剤併用による合成致死誘導効果を解析し、in vitro実験で誘導効果を示す結果を得ている。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。BRCA1、BRCA2のDNA損傷応答による「ゲノム安定性維持機能」を標的とした乳がん新規治療法の開発を目的とする。DNA損傷応答は、発がんを予防する一方で、抗がん剤のDNA損傷を修復して細胞毒性を緩和し、がん細胞の治療抵抗性獲得に働く。そこで、DNA損傷応答を標的とし(抑制し)細胞死を誘導する新規治療法が考えられる。具体的には、DNA2本鎖切断に対する損傷応答能が低いBRCA1・2変異陽性乳がんを対象とし、合成致死パートナー探索で得られる新たなパートナー情報を利用して、DNA損傷応答能を相乗的に抑制し細胞死を誘導する新規治療法の開発を目指す。我々は、BRCA2欠損とパクリタキセル(PTX)との間の潜在的な合成致死性の関係を報告した。今日まで、BRCA2-siRNAノックダウン細胞のPTX処理は、対照siRNA処理細胞と比較して、微小管ポリマー質量を有意に増加させることができる。しかし、合成致死性の根底にあるメカニズムは不明である。BRCA2タンパク質が微小管細胞骨格複合体を形成するかどうかを調べるために、T47-D細胞溶解物中の抗BRCA2抗体を用いて免疫沈降実験を行った。質量分析による免疫沈降物の分析は、微小管安定化を促進するために微小管に直接結合する微小管関連タンパク質(MAP2、MAP4およびTau)を同定した。さらに、BRCA2の枯渇後の細胞ベースおよびインビトロでのチューブリン重合アッセイは、MAP4によって微小管安定化が誘導されたことを明らかにした。この研究では、MAP4をBRCA2の新しい結合パートナーと同定し、PTXおよびMAP4のチューブリンアセンブリに対する相乗効果が微小管安定化に寄与することを示唆している。本研究の目的である「BRCA2欠失細胞に対する微小管脱重合阻害剤の合成致死誘導メカニズムの解明」に対し、微小管脱重合阻害剤パクリタキセルが、微小管安定化を促進するため協働で微小管に直接結合する微小管関連タンパク質(MAP2、MAP4およびTau)を同定した。また、BRCA2の枯渇後の細胞ベースおよびインビトロでのチューブリン重合アッセイは、MAP4によって微小管安定化が誘導されたことを明らかにし、さらに詳細な検討を進めている。これにより「おおむね順調に進展している」と判断した。「BRCA2欠失細胞に対する微小管脱重合阻害剤の合成致死誘導メカニズムの解明」に対し、微小管脱重合阻害剤パクリタキセルが、微小管安定化を促進するため協働で微小管に直接結合する微小管関連タンパク質(MAP2、MAP4およびTau)を同定した。また、BRCA2の枯渇後の細胞ベースおよびインビトロでのチューブリン重合アッセイにより、MAP4によって微小管安定化が誘導されたことを明らかにした。さらに、平成29年度は、新たな治療標的の探索を行った。トリプルネガティブ乳がんには、BRCA1変異が陽性で、プラチナ製剤及びポリ(ADP-リボース)ポリメラーゼ(PARP)阻害薬によく応答する症例が存在する。しかし、既にPARP阻害薬治療における耐性獲得が報告され、HR機能が維持されているがんに対し、HR関連分子を阻害しHR機能を低下させた後、PARP阻害薬やプラチナ製剤等のDNA傷害性抗がん剤により治療する新たな方法も研究されている。BRCA2には、2つの核移行シグナル(nuclear localization signal: NLS)が存在する。

ヒトKPNAには7種類のサブタイプ(KPNA1-7)があり、今回、我々は、BRCA2とKPNA7が結合し、核に輸送されることを明らかにした。さらに、DNA損傷修復は核内で行われることから、KPNA7をノックダウンするとBRCA2の核移行が阻止され、BRCA2が核内で機能できず、PARP阻害薬による合成致死性が誘導されることを見出した。これは、BRCA2の機能を抑制する「BRCAness」を作り出す新しい試みであり、新たながん治療を生み出す可能性が期待できる本研究の目的である「BRCA2欠失細胞に対する微小管脱重合阻害剤の合成致死誘導メカニズムの解明」に対し、微小管脱重合阻害剤パクリタキセルが、微小管安定化を促進するため協働で微小管に直接結合する微小管関連タンパク質(MAP2、MAP4およびTau)を同定、また、BRCA2の枯渇後の細胞ベースおよびインビトロでのチューブリン重合アッセイは、MAP4によって微小管安定化が誘導されたことを明らかにした。さらに、平成29年度は、これまでに解明したBRCA2の細胞内輸送メカニズムの情報から、新たな治療標的の探索を行った。これにより「おおむね順調に進展している」と判断した。既にPARP阻害薬治療における耐性獲得が報告され、HR機能が維持されているがんに対し、HR関連分子を阻害しHR機能を低下させた後、PARP阻害薬やプラチナ製剤等のDNA傷害性抗がん剤により治療する新たな方法も研究されている。我々は、これまでBRCA2の細胞内機能の解析を進めてきた。BRCA2には、2つの核移行シグナルNLSが存在する。NLSをもつ核タンパクは、インポーティンα(別名KPNA)に結合して核膜孔を通過する。これは、BRCA2の機能を抑制する「BRCAness」を作り出す新しい試みであり、新たながん治療を生み出す可能性が期待できる。この結果を踏まえ、KPNA7を阻害する低分子化合物のスクリーニングを行った。核内輸送蛋白であるKPNA7は、核に局在する。そこでGFP-KPNA7の安定発現株を作製し、顕微鏡下のGFP蛍光局在を指標に、GFP-KPNA7の核内局在を阻害する化合物のスクリーニング系を構築した。臨床への早期応用を考慮し、機能既知化合物ライブラリー(本学の約1,600種低分子化合物ライブラリー)を用いたスクリーニングの結果、BRCA機能正常細胞に対しGFP-KPNA7の核内局在を阻害する2種の化合物を検出した。次に、BRCA機能正常細胞に対するこれらの化合物とPARP阻害剤併用による合成致死誘導効果を解析し、in vitro実験で誘導効果を示す結果を得ている。これまでに引き続き、計画通り、BRCA2欠失細胞に対する微小管脱重合阻害剤の合成致死誘導メカニズムの解明を進めると同時に、DDR関連分子の治療感受性予測因子としての有効性を評価を進めていく。
石英中の酸素空格子を用いたESR年代測定法の開発

ESR年代測定は、鉱物中に自然放射線によって生成、蓄積する格子欠陥の量を、ESR(電子スピン共鳴)測定で定量することによって行われる。石英中の酸素空格子はこれまで用いられてきた欠陥に比べて熱的に安定である。このため、これを年代測定に用いることができれば、これまで行われてきたESR年代測定の年代の限界(約2Ma)を越えた年代範囲への応用が広がる可能性がある。これまで、酸素空格子量と火成岩試料の放射年代の間には相関が観測されていたが、今回の研究で測定試料数を増やしたところ、10-100Maの年代範囲、gamma線によって酸素空格子が生成したと仮定した場合の被曝線量にして10-100KGy付近で最大で3倍ほどの酸素空格子量のばらつきが見られた。詳細な人為gamma線照射の実験を行ったところ、酸素空格子には、生成効率は高いが比較的低線量で飽和する成分Aと、生成効率は低いが高線量まで線形に増大する成分Bの2種類があることがわかった。さらに、照射時の温度による生成功率の違いを調べた結果、250°Cまでの範囲で温度が高いほど生成効率が高く、最大で3倍程度になること、また、成分Aは室温での照射でのみ生成することがわかった。gamma線によって生成する酸素空格子量は、火成岩試料の予想される被曝線量に対してかなり多くなっているが、この主な原因は成分Aのためである。成分A,Bのサイトの解明、熱安定性の詳細な研究が今後の重要な課題となる。また、自然の石英中にはどちらの成分が蓄積されているかも調べる必要がある。これらの基礎実験の結果の上に岩体の冷却過程を考慮すれば、石英中の酸素空格子を用いたESR年代測定を実用化できることが期待される。
ことばの意味の文化的背景を記述するための語連想研究

本研究は、日本語のことばの背景にある"常識"とその多様性の仕組を明らかにし、日本語教育に資することを目標としている。研究方法は語連想調査法を用い、30の刺激語を日本語で提示し、筆記型で回答してもらう。また日本語連想に対する母語の影響を調べるため、刺激語を各母語に翻訳したものでも実施。調査対象者は、日本語母語話者(国内の大学生)、及び8地域の日本語学習者(米国、エジプト、イタリア、中国、台湾、韓国、ブラジル、英国の現地大学生)。調査データの集計結果はweb上で公開中。URLは、http://adelieland.com/rensou/rensou.htmまた連想調査に加え、その応用研究として、韓国語母語話者を対象に、学習者が自分自身で産出しない、またはできない連想であっても,他者がそのような連想をした場合に、共感できるか否かを測るテスト(エンパシーテスト)を実施した。3年間の研究調査によって確認できたことは、日本語を学習することにより、日本語という言語学的知識の獲得だけでなく、日本語のことばの意味の文化的背景に関わるもの、あるいは日本の事象に関する知識を、日本語学習者が深めていくということである。また、本研究結果として、現在のところ暫定的に言えることは、日本人の連想と学習者の日本語連想には共通している点が多く認められたことから、言語の違いを超えて、ことばの意味の背景には文化的共通性がある程度存在する、と考えられる。しかし一方で、両者の連想が異なる場合は、学習者にとって、事象の違いの類推の難しさがあり、両者のコミュニケーション場面で齟齬をきたすこともあり得る。したがって、両者の連想の異なる語彙グループが存在するということを提示することは、日本語学習者にとって有用な情報となり、そこから、自らの文化リテラシー(異なる文化・文化的常識への対応能力)育成への気づきを促すことを期待したい。また日本語教育の中に、文化知識を体験の中で取り込んでいくプロセスを重視した教育を取り入れることを提起するものである。近年、日本語教育では文化社会能力の育成のための、文化的側面の情報の必要性が意識されるようになった。本研究は、文化的側面から「語彙」の問題に注目し、日本語で表現されたことばの背後にある"常識"とその多様性の仕組を明らかにし、日本語教育に資することを目標としている。"常識"は、日本語母語話者にとってはごく当たり前であるがゆえに、ほとんど問題視されることがなかった。日本語母語話者の"常識"にはどのようなものがあり、外国人学習者がどのように日本語の背後の"常識"を構築していくかを探る試みは限られている。そのための方法を模索しつつ、研究を進めている。本研究では、まず語連想調査法を用いることとした。連想のプロセスには、人それぞれのことばの文化的背景が端的に反映されると考えるからである。語連想調査は、連想のプロセスに多様性が出そうな30の刺激語を選び、日本語母語話者・非母語話者双方(海外・日本国内在住)に対して行っている。日本語母語話者(300名)及び、中国・韓国・エジプト・イタリア・アメリカを含む非日本語母語話者(合計300名)を対象とする。また学習者の母語を刺激語としての語連想調査も実施し、学習言語の日本語での連想との比較調査も実施している。調査方法は、刺激語(日本語・あるいは母語のあることば)を得た時に、そこから想起したことばを回答用紙に記入する方式である。また次の段階として、各刺激語から反応語への連想のプロセスについて、聞き取り調査を実施する予定である。

調査データおよびその分析結果は、日本語の語彙教育、日本の文化リテラシー、対人コミュニケーション研究、日本語を母語としない日本語教師への情報提供、及び、語彙ネットワーク研究などに資するような形で公開する予定である。本研究は文化的側面から「語彙」の問題に注目し、日本語のことばの背景にある"常識"とその多様性の仕組を明らかにし、日本語教育に資することを目標としている。日本語母語話者の"常識"についての調査、日本語学習者がその"常識"をどう構築していくかを探る試みは限られている。そのための方法を模索しつつ、研究を進めている。研究方法は語連想調査法を用いる。調査方法は、30の刺激語を日本語で提示し、筆記型で回答してもらう。また日本語連想に対する母語の影響を調べるため、刺激語を各母語に翻訳したものでも実施。調査対象者は、日本語母語話者(国内の大学生)、日本語学習者(米国、エジプト、イタリア、中国、台湾、韓国の現地大学生)。集計データは順次HPで公開している。URLは、http://www.asahi-net.or.jp/dr4t-ogw/sayuri/rensou/rensou.htmイタリア調査については「ことばの連想に見られるイタリア人日本語学習者の日本語語彙の特色」と題し、本年3月にイタリア日本語教育協会主催の学会で研究発表を行った。分析結果は、(1)日本固有の事象を示す語からは、イタリア人学習者は日本語母語話者と共通の連想を行う。その理由は、語彙学習で百科事典的意味も同時に提示されるためと思われる。(2)基本語彙(日常語など)からは、イタリア人学習者は日本語母語話者と異なる連想をする傾向が認められた。基本語彙は、訳語で簡単に理解できるように考えがちだが、逆に日常語には"常識"の違いがあることを学習者が気づくような工夫が必要である。(3)抽象概念(色など)の語彙からは、イタリア人学習者・日本語母語話者に共通傾向と相違傾向のそれぞれが認められた。共通傾向は、二言語併用者が言語スイッチに伴って思考を切り替えた結果生じたもの、相違傾向は(2)の傾向が保持されたものと考えられる。これら連想傾向が各々どんな語彙に特徴的かについては、今後他言語の分析と総合しながら、明らかにする予定である。本研究は、日本語のことばの背景にある"常識"とその多様性の仕組を明らかにし、日本語教育に資することを目標としている。研究方法は語連想調査法を用い、30の刺激語を日本語で提示し、筆記型で回答してもらう。調査対象者は、日本語母語話者(国内の大学生)、及び8地域の日本語学習者(米国、エジプト、イタリア、中国、台湾、韓国、ブラジル、英国の現地大学生)。調査データの集計結果はweb上で公開中。URLは、http://www.asahi-net.or.jp/dr4t-ogw/sayuri/rensou/rensou.htm平成17年度は、ブラジルの2大学、英国の1大学での現地調査を追加実施した。
酸化修飾アミロイドタンパクの定量的プロファイルと脳組織での探索

本研究では、アルツハイマー型認知症(AD)患者の剖検脳を対象とした実際のアミロイドβペプチドの酸化修飾を含めた翻訳後修飾(PTM)の定量的解析に関する検討を実施した。実験では、液体クロマトグラフィー質量分析法(LC-MS)を主軸に様々な分析条件を含めて、実検体への応用を試みた。その結果、実際にPTM型アミロイドβ(ラセミ化やイソ化)などが定量的に数数十%存在していることを見出し、世界に先駆けて発見した。本研究より、実際のアミロイドβは高い確率でPTMしていることを見出し、今後の病理へ展開できるものと思われる。本年度において、アルツハイマー病理脳からのアミロイドβ抽出および翻訳後修飾体の液体クロマトグラフィー質量分析法を開発検討した。アミロイドβの抽出には様々な溶媒を用いた結果、高濃度ギ酸溶液もしくはグアニジン塩酸塩などが有効であった。また、今回、新たな翻訳後修飾体として、ラセミ・異性化体N末端アミロイドβの検知法にキラル誘導体化法を採用した。これらの翻訳後修飾体は、質量数が同じのため、分離による評価を行わなければならない。そこで、キラル誘導体化LC/MS法を採用し、アルツハイマー脳からの初めての異性化体の検出に成功した。これらが、今後、病理解明の一助となると思われる。申請者は液体クロマトグラフィータンデム質量分析法を用いたアミロイドβペプチド(アミノ酸配列は1-40、1-42、1-43)の高感度かつ精度な測定の確立を目指した。本対象試料はヒト脳組織(病理検体)を用いている。凝集体における抽出溶媒を各種検討した結果、ギ酸50%やグアニジン塩酸塩などが良好であった。さらに、前処理には固相抽出法を利用して、いずれも回収率90%以上を確保した。その後、トリプシン分解による最適なペプチドフラグメントを測定対象として、多重反応モニタリングにより、分析を行うこととした。いずれも良好な分離分析が達成でき、次年度へ続く、酸化修飾体のモニタリングに有用な結果が得られた。また、本研究では、ヒトサンプルを用いてるため、福祉村病院ブラインバンクとの共同により、倫理審査および静岡県立大学のサンプル取り扱い等による審査を得ることができた。最終年度にあたる本年度では、実際の剖検脳組織を用いた解析を実施した。測定にはアルツハイマー型認知症患者および通常の老化によるものを利用した。さらに、分析には液体クロマトグラフィー質量分析法を採用し、高感度かつ高精度な分析を実施した。その結果、酸化修飾などの明らかな翻訳後修飾(Post-translation)が生じたアミロイドタンパク質を見出し、安定同位体希釈-内標準法による定量を可能とした。それらの定量値から、患者間による違いは観察されるが、凝集されるアミロイドタンパク質の数十%の割合で変化していることを見出した。これにより、本研究プロジェクトの一つの目標である探索研究として達成できたものと思われる。物理系薬学現在までヒト脳からの翻訳後アミロイドβの検出に成功した例は少ない。申請者は、すでにLC/MSを用いた様々なアミロイドβアミノ酸配列を詳細に分析するに達した。酸化修飾体を含め、ラセミ化もしくは構造異性化なども測定できる系を構築できた点で、おおむね順調に研究は進行している。本研究では、ヒト試料(病理検体)を用いてるため、初年度は様々な倫理審査等、提供して頂く患者への配慮などに重点を置いていた。さらに、基礎的な質量分析条件などの設定が完了し、ほぼ順調に進行していると思われる。次年度は、酸化ストレス条件など詳細な検討へ移っていくものととする。今後は、これまで構築してきたLC/MS分析法を応用して、対象患者例の拡大を目指すこととする。また、次の展開を含めて、アミロイドβを基軸としたプロテオミクスもしくはメタボミクスを行い、認知症由来のバイオマーカー探索へ展開することとする。初年度に構築した液体クロマトグラフィー質量分析の基礎的な条件を利用して、アルツハイマー病を中心とした実際のヒト脳組織からの酸化ストレスマーカーの探索を実施する。いずれにおいても、ブレインバンクからの検体を利用して、実施する予定である。前年度、基礎的な検討を行い得られた前処理の各種消耗品(固相抽出、溶媒、トリプシン分解)などの利用、分離分析(カラム、移動相、配管)、質量分析(キャピラリーなど)を検討する予定である。さらに、今年は、アルツハイマー国際学会、認知症学会、日本薬学会への参加を予定している。
植物フラボノイドによる生体機能への影響と食品としての機能評価における基盤研究

植物フラボノイドによるカテコールアミン(CA)生合成や分泌におよぼす影響について、培養ウシ副腎髄質細胞を用いて検討した。その結果、蜜柑果皮成分のポリメトキシフラボンのノビレチンは、それ自身でCA生合成や分泌を促進したが、ストレス等により生じるアセチルコリン(ACh)刺激反応に対しては抑制した。さらに、イカリソウ成分であるイカリソサイドAもノビレチンと同様なACh刺激に対して抑制を認めた。これらの結果より、これらの植物フラボノイドを含む食品や健康食品は、ストレスにより生じる過剰なCA反応を抑制する、いわゆる抗ストレス効果がある可能性を示唆した。本年度の研究計画として、蜜柑果皮成分ノビレチンやイカリソウなどの植物由来のフラボノイドによるカテコールアミン(CA)神経機能への影響について検討することであった。その結果として、培養ウシ副腎髄質細胞においてノビレチンは、それ自身でCA生合成を濃度依存的(1-100 microM)及び時間依存的(10-30分)に促進した。このノビレチンのCA生合成やその律速酵素のチロシン水酸化酵素活性の促進効果は、外液Ca2+を除去すると見られなくなり、またcAMP依存性プロテインキナーゼやCa2+/calmodulin依存性プロテインキナーゼII (CaM kinase II)の阻害剤(H-89及びKN-93)で一部抑制された。さらに、ノビレチンはチロシン水酸化酵素のセリン残基(Ser19とSer40)のリン酸化を促進した。一方、ノビレチンはACh刺激によるCA生合成及びチロシン水酸化酵素活性を抑制した。以上の結果より、植物性フラボノイドであるノビレチンはそれ自身では、CA生合成を促進するが、ストレスなどにより引き起こされるACh刺激のCA生合成に対しては抑制することが判明した。ノビレチンのCA生合成促進作用は、cAMP依存性プロテインキナーゼやCaM kinase IIの活性化によるチロシン水酸化酵素のSer19とSer40のリン酸化を介するものと思われた。一方、ノビレチンはノルアドレナリントランスポーター活性を2相性(低濃度で活性化し、高濃度で抑制)に調節していることも明らかにした。これらの結果を、第10回国際カテコールアミンシンポジウム(Pacific Grove, California、2012年9月)及び第86回日本薬理学会年会等(福岡、2013年3月)にて発表した。平成2325年度に実施した研究は、主に蜜柑果皮成分ノビレチンやイカリソウ成分などの植物由来のフラボノイド化合物によるカテコールアミン(CA)神経機能への影響についてであった。その結果として、1)培養ウシ副腎髄質細胞においてノビレチンは、それ自身でCA生合成や分泌反応を濃度及び時間依存的に促進した。このノビレチンのCA生合成やその律速酵素のチロシン水酸化酵素(TH)活性の促進効果は、外液Ca2+を除去すると見られなくなり、またcAMP依存性プロテインキナーゼ(PKA)やCa2+/calmodulin依存性プロテインキナーゼII (CaM kinase II)の阻害剤(H-89及びKN-93)で一部抑制された。さらに、ノビレチンはTHのセリン残基(Ser19とSer40)のリン酸化を促進した。このことから、ノビレチンのCA生合成促進作用は、PKAやCaM kinase IIの活性化によるTHのSer19とSer40のリン酸化を介するものと思われた。一方、ノビレチンはACh刺激によるCA生合成や分泌反応及びTH活性を抑制した。以上の結果より、植物性フラボノイドであるノビレチンはそれ自身では、CA生合成や分泌を促進するが、ストレスなどにより引き起こされるACh刺激のCA生合成や分泌に対しては抑制することが判明した。最終年度(平成25年度)に実施したフラボノイド化合物のイカリソサイドAもACh刺激のCA生合成や分泌に対しては抑制することが判明した。今回の研究結果は、植物フラボノイド化合物の抗ストレス効果を示唆するものであり、今後、これらの機能性食品としての可能性が期待される。以上の結果を、第85、86及び87回日本薬理学会年会シンポジウム(各々2012年、2013年、2014年)及び第10回国際CAポジウム(2012年)、第37回国際生理学会(2013年)等にて発表した。本年度の研究計画として、蜜柑果皮成分ノビレチンなどの植物由来のフラボノイドによるカテコールアミン(CA)神経機能への影響について検討することであった。その結果として、1)培養ウシ副腎髄質細胞においてノビレチンは、それ自身でCA分泌を促進した。その機序として、電位依存性Ca2+チャネルの特にL及びN型チャネルに作用し、さらに逆行性Na+/Ca2+交換反応を活性化して細胞内へのCa2+流入を増加させることによるものであった。

一方、ノビレチンは生理的刺激であるアセチルコリン(ACh)によるCA分泌を抑制した。その機序として、ニコチン性ACh受容体を介するNa+流入の阻害、それに引き続いて電位依存性Ca2+チャネルを介するCa2+流入の阻害によるものでたった。2)ノビレチンをマウスにin vivo短期投与して、強制水泳ストレス実験を行ったが、顕著な効果は見られなかった。3)大豆成分のダイゼインは、それ自身でCA生合成を促進し、その機序として細胞膜エストロゲン受容体を介する細胞外シグナル調節蛋白質リン酸化酵素(ERK)やサイクリックAMP依存性蛋白質リン酸化酵素の活性化、チロシン水酸化酵素のリン酸化及び活性化等によるものと思われた。一方、ダイゼインはACh刺激によるCA生合成及び分泌を抑制した。以上の結果より、植物性フラボノイドであるノビレチンやダイゼインはそれ自身では、CA分泌や生合成を促進するが、ストレスなどにより引き起こされるACh刺激のCA分泌や生合成に対しては抑制することが判明した。これらの結果を、第8回IBRO世界神経科学大会(フィレンツェ市、イタリア、2011年7月)、第7回国際中国伝統医学発展大会(天津市、中国、2011年9月)及び第85回日本薬理学会年会シンポジウム(京都市、2012年3月)にて発表した。本年度の研究計画に対して、ほぼ計画に沿って遂行された。当初の計画では、植物性フラボノイドのノビレチンのカテコールアミン生合成、分泌や再取り込みに対する反応を調べることであった。上記で述べたようにこれらの植物性フラボノイドがカテコールアミン生合成に対して単独の効果としては細胞内のcAMP依存性プロテインキナーゼやCaM kinase IIを介してチロシン水酸化酵素のSer19とSer40のリン酸化を促進作用し、その結果、チロシン水酸化酵素の活性化が起こることを証明した。また、アセチルコリンの刺激反応に対してはカテコールアミン生合成やチロシン水酸化酵素を抑性する作用が判明した。さらに、ノルアドレナリントランスポーターに対しても2相性(低濃度で活性化し、高濃度で抑制)に調節していることを明らかにした。今回の結果は、ストレスや精神的興奮により生ずるアセチルコリンを介するカテコールアミン生合成や分泌に対して抑制作用を示すことから、これら食品成分に抗ストレス効果の可能性を示唆した。当初の計画では、植物性フラボノイドのノビレチンやダイゼインのカテコールアミン生合成や分泌に対する反応を調べることであった。上記で述べたようにこれらの植物性フラボノイドがカテコールアミン生合成や分泌に対して2相性の作用を引き起こすことが判明した。特に、興味深いことは、ストレスや精神的興奮により生ずるアセチルコリンを介するカテコールアミン生合成や分泌に対して抑制作用を示すことから、これら食品成分に抗ストレス効果の可能性を示唆した。今後の研究計画として、植物性フラボノイドでイカリソウの4つの成分であるikarisoside A、icarin、epimedicin C、epimedicin Aやその糖鎖が切れたアグリコン等を用いてカテコールアミン生合成や分泌の研究を行う計画である。