hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
機能的クラスIb遺伝子同定とその進化学的意義

平成3年度、4年度まではラットクラスIb遺伝子、cDNAのクローニングに全力を注いできたが、平成5年度においては、3つのクラスIbに注目して研究を進めた。第一はラットTL遺伝子である。3個のラットTL遺伝子を単離、同定し、RTL-1、RTL-2、RTL-3と命名した。その他遺伝子断片(RTL-4)を同定した。RTL-1は全塩基配列(8kb)を決定した。その結果エクソン4と5に相当する部分は蛋白をコードしうるが、エクソン2、3はいかなるフレームによっても細胞外ドメインをコードする通常のクラスI蛋白をコードする能力はないこと、すなわち偽遺伝子であること判明した。現在地の遺伝子の全構造を決定中である。第二はラットCD1 cDNAの構造決定から、マウス、ヒトのCD10と同じクラスに属することが判明した。原核細胞発現ベクター(pET、GST)を用いて組み換え蛋白を大量に精製し抗体を作成し、ラットCD1蛋白の発現を検討した。ラットCD1は分子量約4万5千でbeta_2mを結合していることが判明した。第三に、ラット胸腺に発現するクラスIb cDNAのうち、他のクラスIとホモロジーが低いクローンRH104に注目して、全塩基配列を決定した。その構造は現在まで報告されているクラスIとはかなりホモロジーが乏しいが、beta_2m結合ドメインはよく保存されていて新しいクラスIb分子をコードするものと考えられた。これも抗体を作成しその産物の性格を検討中である。このようにいくつかのラットクラスIb遺伝子の同定と構造解析が萌芽的研究により一定の区切りがついたのでこれらの産物の構造、機能についての解析が今後の課題である。クラスIb分子は古典的移植抗原(Hー2K,D,HLAーA,B)と構造的に類似しており、B_2ミクログロブリンを非共有給合する一群の分子を総称するが、移植の標的抗原とはならずその機能的役割は未だほとんど解明されていない。我々は機能的に重要な分子は進化の過程では保存されるという視点に立ち、クラスI遺伝子のクロ-ニングがほとんどされていないラットにおけるクラスIb及びクラスI遺伝子の解析を行なった。第一のアプロ-チはラット胸腺からcDNAライブラリ-を作成し、マウスHー2プロ-ブでスクリ-ニングし、48個のcDNAクロ-ンを得た。クラスIはa3ドメインをコ-ドするエクソン4がきわめてホモロジ-を示すため、上記プロ-ブでクラスIとクラスIbの両者が検出される。現在クラスI遺伝子間で最もシ-クエンスのホモロジ-が低い膜通過ドメインをコ-ドするエクソン5の塩基配列を決定し、古典的移植抗原を決定し、古典的移植抗原とそれ以外のクラスIbに分類するという作業を行なっている。この方法により、古典的移植抗原と比較的ホモロジ-の高いクラスIbを同定できる。第2のアプロ-チはクラスIbの代表として、マウスTL(T18^d)、ヒトCD1遺伝子の特異的プロ-グを用いて、ラットゲノムにおける両遺伝子の有無を検討した。両者とも相同遺伝子が各々3個と2個存在した。現在TL相同遺伝子はラット遺伝子ライブラリ-から、9個のクロ-ンを単離し、塩基配列を決定中である。またCD1相同遺伝子はラットT細胞性白血病細胞株から作成したcDNAライブラリ-をスクリ-ニングし、10個の陽性クロ-ンを得た所である。次年度は、上記遺伝子及びcDNAクロ-ンの塩基配列を決定し、どの位の種類のクラスI遺伝子が発現しているのか、また、どのような組織・細胞に発現しているかについて、特異的プライマ-を用いたRTーPCR法により検討する予定である。ラットクラス1b遺伝子を遺伝子クローニングと_cDNAクローニングにて単離し、塩基配列の決定をすることにより下記の成果をあげた。1.ラットTL遺伝子の同定、単離と塩基配列の決定。マウスTL特異的プローブを用いてラットゲノムクローンを9個単離し、3個の遺伝子の塩基配列の一部を決定した。2個の遺伝子は、RTL-1、-2と名付けたが、その3領域はマウスTLときわめて高いホモロジーを示した。現在、_cDNAクローニングを試みている。2.ラットCD1_cDNAの単離と塩基配列の決定。クラスIb分子の1つであるCD1の進化学的意義と機能を知るため、ラットCD1_cDNAクローンを単離した。クローン27.1.1はヒトCDld、マウスCD1と高いホモロジーを示し、リンパ組織での発現を認めるほか肝、腎などでもmRNAの発現を認めた。3.ラット胸腺に発現するクラスI遺伝子の同定。少なくとも60個以上はあると推定されているラットクラスI遺伝子のうちどの位の種類のクラスIが発現されているかは全くわかっていない。胸腺から作成した_cDNAライブラリーをクラスI共通プローブでスクリーニングし約60個のクラスI_cDNAクローンを得た。うち20個の膜通過部エクソン5の塩基配列を決定し、現在まで少なくとも13種類のクラスI遺伝子が発現されていることをつきとめた。今後はこれらのクラスIbの大腸菌組み換え蛋白に対する抗体を作成して、1.ペプチド結合分子としての性格を保有するか2.どのようなペプチドを結合しているのか3.γδT細胞などにより認識されうるのか否かについて検証する予定である平成3年度、4年度まではラットクラスIb遺伝子、cDNAのクローニングに全力を注いできたが、平成5年度においては、3つのクラスIbに注目して研究を進めた。

3個のラットTL遺伝子を単離、同定し、RTL-1、RTL-2、RTL-3と命名した。その他遺伝子断片(RTL-4)を同定した。RTL-1は全塩基配列(8kb)を決定した。その結果エクソン4と5に相当する部分は蛋白をコードしうるが、エクソン2、3はいかなるフレームによっても細胞外ドメインをコードする通常のクラスI蛋白をコードする能力はないこと、すなわち偽遺伝子であること判明した。現在地の遺伝子の全構造を決定中である。第二はラットCD1 cDNAの構造決定から、マウス、ヒトのCD10と同じクラスに属することが判明した。原核細胞発現ベクター(pET、GST)を用いて組み換え蛋白を大量に精製し抗体を作成し、ラットCD1蛋白の発現を検討した。ラットCD1は分子量約4万5千でbeta_2mを結合していることが判明した。第三に、ラット胸腺に発現するクラスIb cDNAのうち、他のクラスIとホモロジーが低いクローンRH104に注目して、全塩基配列を決定した。その構造は現在まで報告されているクラスIとはかなりホモロジーが乏しいが、beta_2m結合ドメインはよく保存されていて新しいクラスIb分子をコードするものと考えられた。これも抗体を作成しその産物の性格を検討中である。このようにいくつかのラットクラスIb遺伝子の同定と構造解析が萌芽的研究により一定の区切りがついたのでこれらの産物の構造、機能についての解析が今後の課題である。
共鳴X線散乱による液晶性ソフトマターの構造と外場効果の研究

X線散乱測定等を用いて液晶性ソフトマターの構造とそれに及ぼす電場効果を調べた結果、以下の成果が得られた。(1)銅原子を含む分子をスメクチック液晶にドープした試料においてX線異常散乱測定を行ないドーパント分子の位置を決定した。(2)リエントラント相転移を呈する反強誘電性液晶の層間隔の温度-電場依存性をX線散乱法により測定した結果、リエントラント相転移の起源が分子長の温度依存性にあることが分かった。(3)短いラセンピッチを持つSmCα*相が現われるMHPOCBCの電場-温度相図を作成し、電場誘起相転移がソフトモードによって誘起されることが明らかになった。本研究の目的は、X線散乱測定等を用いて液晶性ソフトマターの構造とそれに及ぼす外場効果を調べることである。今年度は、X線散乱測定および誘電率測定により、リエントラント相転移(同じ相が温度を変えると二度現れる)を行なう強誘電性液晶の電場-温度相図を作成し、その相転移機構を考察した。測定に用いた試料は、高温側から相系列SmA-SmC*-SmCA*-SmCre*(SmC*と同じ相)を持つと報告されていた。しかし、今回の我々の研究により、SmCre*相はSmC*相と同一の相ではなく、異なる相であることがわかった。ただし、電場-温度相図上では高電場側で高温側のSmC*相が現われており、リエントラント相転移が起こることがわかった。また、層間隔の電場および温度依存性を測定したところ、温度変化に対して層間隔はSmCA*相の中ほどで極小を取ることが明らかとなった。これに対して、各相における電場効果は極めて小さいことがわかった。さらに、離散的モデルに基づくシミュレーションを行なった。各スメクチック層における液晶分子の傾き角および方向を表すオーダーパラメータを定義し、これにより自由エネルギーを展開した。最隣接間の双1次の相互作用が温度変化してその係数が符号を変えるとすると、実験で得られた電場-温度相図を定性的に説明できることが分かった。ただし、今回のシミュレーションでは観測された層間隔の温度、電場依存性は再現することができなかった。今後、双2次の非線形相互作用も考慮してシミュレーションを行なう必要がある。今年度は、昨年度に引き続き、リエントラント相転移(同じ相が温度を変えると二度現れる)を行なう強誘電性液晶の相転移挙動を調べた。測定に用いた試料は、高温側から相系列SmA-SmC*-SmCA*-SmCre*である。シンクロトロン放射光を用いて層間隔の電場、温度依存性を詳細に測定するとともに、偏光顕微鏡を用いて液晶分子の層法線からの傾き角の測定も行なった。これらのデータから液晶分子の長さを計算したところ、温度が下がると分子が長くなることがわかった。この液晶では温度が下がると反強誘電相が消失するので、分子の伸びが反強誘電的相互作用を抑え、強誘電的相互作用を増強することが分かった。具体的には、分子が伸びることによって、反強誘電的分子配向を好むステリックな相互作用が抑えられることによるものと考えられる。さらに、反強誘電性液晶に対する電場効果を調べるために、短いラセンピッチを持つSmCα*相と呼ばれる相が現われるMHPOCBCにおいて誘電率測定を行なった。電場と温度を変えることにより、詳細な電場一温度相図が得られた。高電場下においてはSmCα*相が消失し、強誘電相が出現することが明確に示された。この相のダイナミクスを調べるために、DCバイアス電場下における非線形誘電率測定も行なった。その結果、SmCα*相において低周波モード(ソフトモード)が存在し、これがDC電場の増大とともに低周波側にシフトするのが観測された。本研究により、キラルスメクチック液晶においてはその構造に及ぼす電場効果が大きく、構造を制御する上で電場は極めて有効であることが分かった。
ジーンドリブン・ミュータジェネシス法を用いたカルシニューリン関連遺伝子の機能解析

Dynamin、CamKII betaなど5つの候補遺伝子について、理研GSCの協力により「ENU変異マウスライブラリー」のスクリーニングを進め、13領域から11変異が見出された。この中にはアミノ酸置換変異が1つ見出されており、その変異は当該タンパク質のリン酸化特性に関わると考えられる。2.遺伝子改変マウスの行動解析CN関連遺伝子の遺伝子改変マウス6系統について網羅的行動解析の結果、個々の行動テストではCNマウスと同方向の表現型(=統合失調症様の表現型)が多数見出された。一方で、逆方向の表現型を示したものもあり、単純な結果にはならなかった。これまでに共同研究を含めて70系統以上の遺伝子改変マウスについて網羅的行動解析を実施しているが、ほとんどの系統でなんらかの行動表現型が見出されるという結果を得ている。この手法をさらに進めていくことにより、遺伝子と行動表現型をつなぐ重要な情報を蓄積できると考えられる。3.顕著な行動異常を示すENU変異マウスの行動解析若菜・権藤らによる一次スクリーニングで得られたENU変異マウスについて網羅的行動解析を行った。この変異マウスは活動性の亢進、不安様行動の低下などの精神疾患様の行動異常を示した。その他にもスタートルレスポンスの低下を示した。研究代表者は、カルシニューリン(CN)の前脳特異的欠損マウスが顕著な作業記憶、注意、社会的行動の障害などを含む統合失調症様の行動異常を示すこと(Miyakawa et al., 2003)と、統合失調症患者のDNAサンプルを用いた相関解析によりCNの遺伝子が統合失調症と強く相関していることを報告した(Gerber et al., 2003)。CNを介した複数の信号伝達経路・機能はすでに極めて詳細に知られているが、そのうちどの経路・機能が統合失調症の発症要因として重要な役割を果たしているのかはわかっていない。本研究では、理化学研究所ゲノムサイエンスセンターでENUミュータジェネシスプロジェクトにより作製された変異マウスの中から、高速高精度に点突然変異を検出する手法を用いて、CNが関与する各信号伝達経路の中で重要な役割を果たす遺伝子の変異マウスをできるだけ多種類得る。得られた系統のマウスを交配・繁殖させて、行動実験に必要な数をそろえたのち網羅的行動テストバッテリーにかけ表現型解析を行う。施設としては、研究を立ち上げてから3年半のうちに9割以上の行動テストを自動化し、すでに、50以上の共同研究を行い、64系統約3500匹を行動解析しており、世界的にもこれだけのスループットで網羅的行動テストバッテリーを実現している例はほかにないと思われる。18年度は研究分担者(若菜・権藤)が理研プロジェクトとして構築・整備した総数3千万点突然変異からなる1万個体分の「変異マウスライブラリー」とその高速変異発見システムを用いて、スクリーニング用プライマーセット約60組について、網羅的に探索することに着手した。現在まで目的のENU変異マウスを入手するに至ってはいないが、別の手法で作製されたCN関連遺伝子のノックアウトマウスをもちいた行動解析では、CNマウスと同方向の表現型(=統合失調症様の表現型)が多数見られており、脳での遺伝子機能の最終出力レベルである「行動」で表現型を同定することを起点として遺伝子の機能解析をすすめるという、本研究の戦略が成功していることを示している。
腎細胞癌に対するImmune checkpoint阻害薬を用いた新規治療法の開発

分子標的薬は進行腎癌患者の予後を明らかに改善させたが、その限界も明らかになってきた。そこで分子標的薬と新たな免疫チェックポイント阻害薬である抗CTLA-4抗体を併用するマウス腎癌モデルを作成した。併用による抗腫瘍効果の増強が認められ、メカニズムはCTLA-4 moleculeを経由したT細胞に対する負のシグナルの抗CTLA-4抗体によるブロックと分子標的薬による骨髄由来抑制細胞(MDSC)が産生する免疫抑制性サイトカインの分泌抑制に起因することが示された。抗CTLA-4抗体と抗PD-1抗体の2つの免疫チェックポイント阻害薬を併用するマウス腎癌モデルの作成にも成功し、今後の臨床応用が期待される。進行腎癌に対する分子標的薬治療は患者の予後を明らかに改善させたが、その限界も明らかになってきた。一方、抗CTLA-4(cytotoxic T-lymphocyte antigen-4)抗体や抗PD-1(programmed cell death protein-1)抗体といった免疫反応の調節制御に関わるImmunecheckpoints阻害薬が新たな免疫療法として非常に注目されており、我々は強力な分子標的薬axitinibと抗CTLA-4抗体あるいは抗PD-1抗体を併用するマウス腎癌モデルを作成し、抗腫瘍効果の増強について検証する計画を立てた。また、抗CTLA-4抗体と抗PD-1抗体の2つのImmune checkpoint阻害薬を併用するマウスモデルも作成し、抗腫瘍効果の増強およびメカニズムについて検討することも立案した。本年度は抗CTLA-4抗体と抗PD-1抗体の併用のマウス腎癌モデルの作成を中心に研究を進め、両剤の併用にて抗腫瘍効果の増強を確認できた。また、腫瘍局所の免疫染色により、抗CTLA-4抗体と抗PD-1抗体の併用群において最も多くのCD4陽性あるいはCD8陽性T細胞の浸潤を認めるデータ等を既に得ている。2つのImmune checkpoints阻害薬の併用による抗腫瘍効果の増強が確認できれば、分子標的薬治療による限界が認められている進行腎癌治療における大きな突破口になると期待される。進行腎癌に対する分子標的治療薬は患者の予後を明らかに改善させたが、その限界も明らかになってきた。また、抗CTLA-4抗体と抗PD-1抗体の2つのImmune checkpoints阻害薬を併用するマウスモデルも作成し、抗腫瘍効果の増強およびメカニズムについて検討することも立案した。またmyeloid derived suppressor cells (MDSC)と抗CTLA-4抗体と抗PD-1抗体を共培養することで、TGF-βやIL-10等の抑制系のサイトカインのmRNAの発現が低下する可能性を認めた。immune checkpoints阻害薬の併用による抗腫瘍効果の増強が確認できれば、分子標的治療薬による限界が進行腎癌治療における大きな突破口になると期待される。また、我々は腎癌患者におけるCD14+HLA-DRlowあるいは-のmonocytesに注目して、CD14+HLA-DRlowあるいは-のmonocytesの割合とCCL2 and CXCL10が逆相関することも見出して、腎癌患者におけるmonocytesは免疫学的に抑制されている可能性を示した。抗CTLA-4抗体と抗PD-1抗体の併用の有用性についてマウス腎癌モデルを作成し、両剤の併用にて抗腫瘍効果の増強を確認できた。また、腫瘍局所の免疫染色により、抗CTLA-4抗体と抗PD-1抗体の併用群において最も多くのCD4陽性あるいはCD8陽性T細胞の浸潤を認めるデータ等を既に得ているので、おおむね順調に推移していると思われる。泌尿器腫瘍学抗CTLA-4抗体と抗PD-1抗体の併用のマウス腎癌モデルにおけるメカニズムの解析をさらに進める。具体的には上述したT細胞以外にNK細胞、マクロファージ、myeloid derived suppressor cell (MDSC)に対する免疫染色を進めるとともに、in vivoに抗CD4抗体、抗CD8抗体を用いて機能解析も進めていく。強力な分子標的薬axitinibと抗CTLA-4抗体あるいは抗PD-1抗体を併用するマウスモデルについても抗腫瘍効果の更なる増強を検証すると共に、メカニズムについても抗CTLA-4抗体と抗PD-1抗体の併用の場合と同様に明らかにしていく予定である。
ERDとXPSを用いたプロトン伝導性酸化物における水素挙動の研究II

SrCe0.95Yb0.05O3-δに代表される酸化物は、高温において比較的高いプロトン導電性を示す優れた電気化学的性質を持ち、燃料電池や水素ポンプなどの材料として注目されている。本研究の目的は、反跳粒子検出法(ERD)によりこの物質中の水素の動的挙動を支配する素過程を調べると共に、光電子分光法(XPS)によりこの物質の電子状態や水素の吸着状態に関する知見を得ることである。まず、5keVの水素(軽水素および重水素)を室温で飽和注入したSrCe0.95Yb0.05O3-δ試料を等時及び等温焼鈍し、その水素濃度分布をERDで測定した。等時焼鈍では、水素の大部分が70°Cと300°C付近で再放出されるが、飽和値の数%程度は700°Cでも残留することが分かった。等温焼鈍では、水素濃度変化が時間の指数関数的に減衰する2つの成分と1つの安定な成分が説明でき、2つの再放出過程の活性化エネルギーを決定した。これらの再放出過程には大きな同位体効果が見られないが、室温における水蒸気雰囲気中での重水素・軽水素置換に大きな差異を認めた。つまり、重水素を飽和注入した試料を空気中に放置すると、重水素は空気中水蒸気の軽水素と置換したが、軽水素を飽和注入した試料を重水水蒸気雰囲気中に放置してもほとんど置換しない。XPS測定では、水素注入の前後でCe3d及びO1s内殻準位線に変化が見られた。O1sスペクトルは、注入後、高束縛エネルギー側のピークが顕著になり、試料表面におけるO-H結合の形成を示唆する。Ce3dスペクトルは、Ce4f電子数に関連した微細構造を示すが、水素注入によって"4f^1"構造が顕著となる。これは、4f電子数が光電子放出の始状態において増加すること、つまり、水素注入によるCe価数の減少を意味する。これらの結果は試料中への水素吸蔵機構と関連していると考えられるが、その解明は今後の課題である。
トキソプラズマ感染におけるTLRとHSP70を介した自然免疫と獲得免疫の相互作用

トキソプラズマ感染によりVh1-JHIB-1細胞による抗HSP70自己抗体産生が認められる。このHSP70自己抗体は宿主免疫反応を抑制することが示された。B細胞の活性化分子としてトキソプラズマ由来ストレス蛋白HSP70(TgHSP70)であり、Toll-like receptor 4(TLR4)依存性MyD88非依存性シグナル系による活性機序によることが明らかになった。TgHSP70はトキソプラズマ急増虫体に発現される毒性分子であるが、トキソプラズマ感染により誘導されたマクロファージのNO産生を抑制することが示された。このTgHSP70によるNO産生抑制はTLR2依存性シグナルで惹起されることが示された。そこで、TLR2欠損マウス、TLR4欠損マウス、MyD88欠損マウス、および野生型マウスを用いたトキソプラズマ感染実験の結果、MyD88欠損マウスは少数(10シスト以下)感染で、TLR2欠損マウスは高濃度(300シスト)感染で感染死したが、野生型およびTLR4欠損マウスは感染死しなかった。さらに、自己免疫疾患全身性エリテマトーデスのマウスモデルである(NZB x NZW)F1マウスにトキソプラズマを感染させるとその発症が抑制されることが示された。トキソプラズマ感染により抗DM自己抗体産生が抑制され、蛋白尿の改善、ループス腎炎発症が抑制されることが示された。さらにはTLR2欠損マウスでは免疫複合体沈着による腎炎を発症することが明らかになった。これらの結果からくトキソプラズマの毒性分子TgHSP70はTLR2およびTLR4に対するligandとして機能しB細胞による抗HSP70自己抗体産生誘導やマクロファージによるNO産生統御、さらには自己免疫発症の統御や腎炎発症を制御することが示され、トキソプラズマ由来TgHSP70に対する自然免疫に機能するTLRとB細胞の抗体産生による獲得免疫がトキソプラズマ症の病態形成に重要な役割を演じていることが示された。細胞内寄生原虫トキソプラズマ原虫(Toxoplasma gondii)は開発途上国のみならず我国を始め経済先進国にも分布し、その病態解析とワクチン開発が期待されている。我々がクローニングに成功したトキソプラズマ由来のストレスタンパクHSP70(TgHSP70)は急増虫体に発現され、IFN-γやNO産生などの宿主防御反応を抑制する作用を有することを明らかにした(Int.Rev.Immunol.21;1-18,2002)。一方、トキソプラズマ感染における生体防御系の抑制統御細胞としてB-1およびB-2細胞の存在とその免疫抑制作用機序を明らかにしてきた(Cell Stress and Chaperones 5(4);328,2000. Int.Immunol.2003, In press)。さらに、TgHSP70によってこれらの抑制性B細胞サブセットが活性化する際にToll-like receptor(TLR)4を受容体としたシグナルが機能していることを明らかにした(Cell Stress & Chaperone, 2002, in press)。以上の研究成果を踏まえ平成15年度の研究では以下の点を明らかにし、平成16年度計画研究へ実験を遂行している。

1.トキソプラズマ毒性分子であるTgHSP70刺激によるマクロファージによるNO産生・分泌はTLR2を介することをTLR2KOマウスを持ちいて明らかにした。2.さらに、TLR2を介したTgHSP70刺激はMyD88アダプター分子依存的にNO産生シグナルがおきることを示した。3.またTLR2-MyD88を介したtryptophan-kynurenine代謝酵素indoleamineの生成抑制によりトキソプラズマ増殖を増幅することを明らかにした。4.IRAK-4KOマウスを用いて、TgHSP70刺激によるNO産生がMyD88と同様にIRAK-4が必須アダプター分子であることを明らかにした。5.一方、トキソプラズマ感染により誘導されるB-2抑制細胞はTgHSP70に対する特異性を有することが分かった。6.さらにTgHSP70特異的抑制性B-2細胞の活性化はTLR4を介し、かつMyD88非依存的シグナルを介することを明らかにした。7.TgHSP70遺伝子をEGFP発現プラスミドへの組み込みに成功し、現在トキソプラズマへの遺伝子導入実験を行っている。トキソプラズマ感染に対する免疫反応の主役は従来よりT細胞と言われてきた。我々は、B細胞がトキソプラズマ感染に対する免疫応答に重要な役割を演じることを明らかにした。B細胞はB-1およびB-2サブセットに区分される。B細胞欠損マウスであるμMTマウスおよびIFN-γ欠損マウスを用いた研究の結果、B-1細胞は防御免疫を担う一方で、B-2細胞は防御免疫を抑制することが示された。さらに、B細胞の活性化分子としてトキソプラズマ由来ストレス蛋白HSP70(TgHSP70)であり、Toll-like receptor4(TLR4)依存性MyD88非依存性シグナル系による活性機序によることが明らかになった。TgHSP70はトキソプラズマ急増虫体に発現される毒性分子であるが、トキソプラズマ感染により誘導されたマクロファージのNO産生を抑制することが示された。このTgHSP70によるNO産生抑制はTLR2依存性シグナルで惹起されることが示された。さらに、自己免疫疾患全身性エリテマトーデスのマウスモデルである(NZBx NZW)F1マウスにトキソプラズマを感染させるとその発症が抑制されることが示された。トキソプラズマ感染により抗DNA自己抗体産生が抑制され、蛋白尿の改善、ループス腎炎発症が抑制されることが示された。さらにはTLR2欠損マウスでは免疫複合体沈着による腎炎を発症することが明らかになった。これらの結果から、トキソプラズマの毒性分子TgHSP70はTLR2およびTLR4に対するligandとして機能しB細胞による抗HSP70自己抗体産生誘導やマクロファージによるNO産生統御、さらには自己免疫発症の統御や腎炎発症を制御することが示され、トキソプラズマ由来TgHSP70に対する自然免疫に機能するTLRとB細胞の抗体産生による獲得免疫がトキソプラズマ症の病態形成に重要な役割を演じていることが示された。
血液眼柵の機能と形態の総合的研究

血液網膜柵について、硝子体蛍光測定法を駆使して臨床的にその姿を明らかにした。急性期の原因病では蛍光眼底造影上、網膜下に著しい蛍光漏出があり、外血液網膜柵の破綻として理解される。一方ベーチェット病では血管からの蛍光漏出があり内血液網膜柵の破綻として理解される。この両者に硝子体蛍光測定法を行なった結果、蛍光漏出が緩徐に生ずるのが外血液網膜柵の破綻の特徴であり、一方内血液網膜柵の破綻では、異常蛍光漏出は極めて急速であった。この臨床で観察された事実は、実験的に各種レーザーを用いた網膜凝固、衝撃波による網膜色素上皮の破壊、実験的未熟児網膜症等の実験モデルによって確認された。更に外血液網膜柵の破壊に於ては色素上皮網膜だけでなく、隣接する感〓上皮の性状が大きく関与することが示唆された。また同じ細胞であっても色素上皮の基底部と尖端部で、その柵〓〓に差異のあることが示唆された。また、血液網膜柵に及ぼす薬物の影響についても検索した。実験モデルとして未熟児網膜症を仔ネコに作製し、その新生血管に薬物を反応させた。その結果、乳酸で強い反応が観察され、病的状態にある内血液網膜柵の特殊性が明らかとなった。外血液網膜柵としての網膜色素上皮細胞の形態を明らかにする目的で、高感度ビデオカメラを用いた装置を開発した。これにより超生体での網膜色素上皮細胞の観察が可能となり、網膜色素上皮細胞の破壊、再生が組織学的〓〓によらず、生体での観察が可能となった。本記によれば、一旦破壊された色素上皮細胞は、その再生にあたって、より大型の細胞となることが観察されている。内・外二つの柵よりなる血液網膜柵の破錠は、共に、硝子体蛍光測定法において異常蛍光漏出として知ることが出来る。この、内・外血液網膜柵障害のそれぞれが硝子体蛍光測定法に及ぼす影響について検索を行なった。内血液網膜柵障害の臨床モデルとしてベーテェット病を、外血液網膜柵障害のモデルとして原田病を選び、それぞれ7例10眼、14例28眼について検索した。内血液網膜柵障害では、蛍光色素静注後15分ですでに硝子体腔への蛍光漏出が認められた。また、この疾患で見られる柵の障害はその實解期にも見られ、永続的であることが明らかとなった。一方、原田病においては、蛍光漏出は極めて緩徐であり、蛍光色素静注後一時間ではコントロールに比して有意の蛍光漏出は認められず、その二時間後の測定で異常蛍光漏出が確認された。この異常蛍光漏出は治療の状態を極めて鋭敏に反映し、ステロイドの治療により短期間で正常に復した。この臨床実験により、内・外血液網膜柵の障害はその病態生理において基本的に差異のあることを示唆しており、今後の硝子体蛍光測定法の臨床応用に有用な知見と判断される。動物実験においては外血液網膜柵と複細胞の関係が柵機能に及ぼす影響について検索中である。網膜色素上皮と同時に視細胞も障害されると内血液網膜柵類似の蛍光漏出を生ずる。この事実は炭素酸ソーダを、いた実験的網膜色素変性症の実験で明らかとなった。現在、我々は視細胞のみを選択的に障害する実験モデルを開発中である。一つは、YAGレーザーを用いて硝子体腔に衝撃波を発生させ、視細胞外節のみを障害する。一つは、メラトニンを有色家兎に投与して網膜変性症を〓起させるものであり、いずれも全く新しい実験モデルであり、現在、病理組織学的に検索をし、その妥当性について検討中である。この新しい実験モデルについては、本年5月、日本眼科学会総会において発表予定である。

既に,原田病及びベーチェット病を,それぞれ外血液網膜柵及び内血液網膜柵障害の臨床モテルとして硝子体蛍光測定法に及ぼす影響について検序した結果,両者に差異のあることを明らかにした.次に視細胞の障害の外血液網膜柵に及ぼす影響について検序するため動物実験を行かった.この実験のために新しい実験モデルを開発した.家兎硝子体腔内に,ある一定の条件下にYAGレーザーを照射すると,それによって生する衝撃波により網膜外層,特視細胞を選択的に障害することを組識学的に確認した.この実験モデルを用い,視細胞を広〓に障害した上で硝子体蛍光測定法を実施した.その結果硝子体腔への蛍光色素の異席痛出は〓起されなかった.一方,視細胞のみでなく網膜色系上〓細胞をアルゴンレーザーにより著しく障害すると,眠底において,ごく限局した障害範囲においても,硝子体腔には著しい異常蛍光病出が惹起された.この事実は,外血液網膜柵は,視細胞ないし網膜下胞等の環境因子に影響されない性質を有するものと解釈される.柵そのものの性質を解明する一方,柵へ新しい検序方法についても検討を加えている.一つは,硝子体蛍光測定法による測定結果と,組織変化に関連性を持たせるもので,蛍光組識標本を蛍光顕微鏡で観察し,蛍光色素の組織内での拡散の状態を図形解析装置を用いて検序し,その結果は昨年秋の臨床眼利学会,グループディスカッションで報告された.もう一つは,網膜硝子体柵を直接観察し,硝子体腔への蛍光色系の移行・拡散の状態を解明しようと試みるもので,これには超高感度テレビカメラを用い,模擬胸を使用して現在,実験中である.血液眼柵のうち、内、外血液網膜柵について更に検索を進めた。内血液網膜柵については薬物の影響について検討した。これには実験的未熟児網膜症を子ネコに作成し、内血液網膜柵の破壊のモデルとして用いた。生后49週の未熟児網膜症をもつネコは著しい蛍光色素の漏出が硝子体蛍光測定法で観察される。しかし新生血管が〓解しはじめる生后3カ月には、蛍光色素の漏出は極めて低値となる。この時期にプロスタグランディンE_2、乳酸及びコントロールとして生理的食塩水を硝子体腔に注入し、内血液網膜柵のそれぞれに対する反応を硝子体蛍光測定法で観察した。その結果、乳酸で最も強い内血液網膜柵の破壊が観察され、プロスタグランディンE_2では中等度の破壊を示したのに対し、生理的食塩水では術前、后で差異はなかった。また成熟ネコに同様の薬物を使用し、実験したが、いずれの薬物によっても、内血液網膜柵の破壊は観察されなかった。これは病的状態にある内血液網膜柵の特異性を示す事実として重要である。これは今年7月に札幌市で開催される北日本眼科学会で発表予定である。外血液網膜柵については、高感度ビデオカメラを組み込んだ組隙灯顕微鏡及び顕微鏡により、その形態について検索を行なった、本法によれば、有色家〓眼の視床では、起生体で網膜色細上皮の観察が可能となった。光凝固により生ずる網膜色素上皮細胞の破壊、目が同様に可能となり、今后臨床に応用される可能性について検討を加えている。この結果については今年5月に京都市で開催される、日本眼科学会総会で発表することになっている。
神経伝達物質と反応するメチルグリオキサールの治療抵抗性統合失調症への関与

既存の治療薬に抵抗性を示す統合失調症患者は長期的な入院を強いられており、その治療法の確立は急務である。本研究は治療抵抗性統合失調症患者中に高頻度で認められるカルボニルストレスを伴う疾患群に注目した。カルボニルストレスの原因物質の一つとして、生体内物質と高い反応性を示すメチルグリオキサールが知られている。一方で、統合失調症患者脳内の神経伝達の異常はこれまでに多数報告されている。そこで本研究ではメチルグリオキサールと神経伝達物質との反応に着目し、治療抵抗性統合失調症の発症機序の解明を目指すとともに、メチルグリオキサールの消去を治療標的とした新たな治療法の確立を目的とする。
ニュートリノ振動研究のための磁場印加型エマルション検出器の研究

長基線ニュートリノ振動実験OPERAの本格的データ収集が2008年から成功裡に行われており、最初のタウニュートリノ候補が検出された。このOPERA実験で使われている技術を基に、6種類のニュートリノ・反ニュートリノ荷電カレント反応全ての分離検出が可能な次世代ニュートリノ振動実験の検出器の研究を行った。我々は実際にそのような磁場印加型エマルション検出器の小型器を製作し、電子ビーム、ハドロンビームを用いた試験実験を行った。その結果、電荷符号の測定に対する精度は十分であることがわかった。長基線ニュートリノ振動実験OPERAの本格的なデータ収集が始まった。本研究室からも研究協力者が出張し、ニュートリノ反応の起こった標的ECCブリックを取り出してX線や宇宙線を照射する(ブリックハンドリング)など大きな貢献を行った。その結果、約1700個のニュートリノ反応データを収集できた。現像後の原子核乾板は東濃スキャンニングセンターに輸送されてくるので、このスキャンニングセンターでニュートリノ反応から放出された2次粒子飛跡を逆追跡し、ニュートリノ反応を原子核乾板中に確認した上で、そのブリックの乾板を本研究室に持ち帰った。現在、その下流のタウ崩壊を探索している。標準的なニュートリノ反応のシミュレーション・プログラム(LEPTO, Geant4など)をインストールし、ECC中で電磁シャワーがどのように発達するかを調べた。SPring8の2.0GeV電子を照射した標準ECC(1mm厚Pb板とOPERAfilm積層構造)中で入射電子が何枚まで追跡できるかを調べた。まず、グリセリン膨潤により膜厚を45ミクロン以上に保ち、自動飛跡読取装置の検出効率が90%以上であることを確認した後、電子の追跡を行った。マッチング許容値を広く取り、かつ1枚の認識ミスを許すと、乾板5枚まで約90%の確率で追跡できることがわかった。また、バックグラウンドは低く抑える必要があり、完全なリフレッシュ(蓄積バックグラウンド飛跡の消去)が要求されることがわかった。高エネルギー加速器研究機構(KEK)の富士テストビームラインにて3.0GeV電子の照射実験を行い、ビームプロファイル(空間的な広がりや角度分布)を得ることができた。長基線ニュートリノ振動実験OPERAは2年目の本格的なデータ収集を行った。2008年の約1700個に対して2009年のデータ収集では約3700個のニュートリノ反応の候補を標的内に蓄積することができた。これらニュートリノ反応の起きたブリックを取り出し、X線と宇宙線を照射した上でブリックを解体して乾板を現像し、解析担当の日本やヨーロッパの各大学に輸送する。この一連の作業がブリックハンドリングで、本研究の分担者や研究協力者はLNGSに滞在して、大きな貢献を行った。日本に到着した乾板はまず東濃スキャンニングセンターでシート化され、その後、超高速飛跡読取装置(S-UTS)を用いて反応の精密測定と短寿命粒子の崩壊探索が行われる。その結果、すでに複数の崩壊候補を検出することができた。また、OPERA実験共同研究者の協力を得て、CERN PSで2種類の磁場印加型エマルション検出器の照射実験を行った。1つの検出器は単純なスペーサー2層のエマルションスペクトロメーターで、運動量5GeV/cと10GeV/cのπビームを照射した。もう1つの検出器は5層の鉛板とOPERAフィルムからなるECCをエマルションスペクトロメーターで挟んだもので、2GeV/cと4GeV/cの電子を多く含むビームを照射した。これはECCとスペクトロメーターとの組み合わせにより、磁場中電子の解析可能性を調べる目的である。前者の検出器への照射からは、フィルムのアラインメント(位置合わせ)ができれば、10GeV/cにおいても十分な運動量測定精度が得られる可能性を示すことができた。後者の検出器についてはまだ解析中である。予備的な解析から、シミュレーションによる分析とほぼ同様な繋ぎの効率で再構成が可能であることがわかった。一方、いずれの検出器においてもリファレンス用のビーム照射と磁場中でのビーム照射の間にフィルムが10ミクロン程度スリップしていることが観測され、検出器製作上の課題も明らかになった。ニュートリノ振動をタウニュートリノ(ν_τ)出現により確認するOPERA実験は3年目の本格的なデータ収集を行った。2008年の約1700個、2009年の約3700個に加えて2010年の照射では約4250個のニュートリノ反応の候補を標的内に蓄積することができた。本研究の分担者や研究協力者もグランサッソ研究所に滞在してブリック取り出し、現像、輸送の仕事を担当し、大きな貢献を行った。日本では乾板中にニュートリノ反応を確認して精密測定し、短寿命崩壊を探索する。

2010年、最初のν_τ反応候補の検出に成功した。このタウ崩壊の主なバックグラウンドの一つはハドロン粒子が鉛原子核と衝突して出来るキンク(飛跡の折れ曲がり)である。今年度、我々はこのハドロン衝突の精密な研究を始めた。KEK PSの4GeV/cハドロン(π中間子)ビームに照射したECCブリックを用い、約2400本のビーム粒子を合計48m追跡し、255個の鉛との衝突を観測した。その結果、平均自由行程と1本の2次粒子放出(キンク)の割合を求めることができた。今後、これらの2次粒子の角度分布、運動量分布も測定し、タウ崩壊のバックグラウンドとなる割合を見積もる予定である。また、磁場印加型エマルション検出器の研究では、ビーム照射時にフィルムのスリップが起こり、固定が不十分という問題が昨年度見つかった。対策を探るため、宇宙線照射実験を行った。まず検出器製作時に圧力センサを挿入し、何種類かの圧力でフィルムとスペーサーを固定した。7日間宇宙線を照射した後、衝撃を加えてからさらに7日間宇宙線を照射した。これらの宇宙線を測定すれば、スリップの有無を確認できる。この方法を繰り返し、スリップが起こらない適切な圧力を見出すことが出来た。
新規な分子認識モデュールとしての抗体模倣ペプチド修飾シクロデキストリンの創製

抗体は診断試薬として不可欠であるばかりか治療薬への応用も期待されている。しかし、天然型の抗体は高分子量のタンパク質であるため、組織細部への浸透性に乏しいうえクリアランスが小さい。また、構造決定も困難で、分子認識機構の研究には不向きである。そこで、シクロデキストリン(CD)の水酸基を抗体の相補性決定部(CDR)に相当する低分子量の合成ペプチドで修飾した新規な分子認識モデュール(CD-CDR)の創製を企てた。臨床診断上重要なステロイド[コルチゾール、エストラジオール、ジゴキシン、デオキシコール酸、リトコール酸サルフェート、ウルソデオキシコール酸3-サルフェート]に対するマウスモノクローナル抗体の可変部ドメイン(V_H、V_L)遺伝子をクローニングして、CDRのアミノ酸配列を決定した。これらステロイドのなかからモデルゲスト分子として11-DCを取り上げ、β-CDの1級水酸基を抗11-DC抗体H鎖のCDR3(親和力・特異性の発現に最も重要なCDR)を模倣したペプチドで置換したCD-CDRを試作した。トリチウム標識11-DCとの反応を解析した結果、このものは11-DCに対して、β-CDそれ自体に比べ5倍程度大きな親和力を獲得したものと推測された。ランダムなアミノ酸配列のCDR模倣ペプチドを修飾したCD-CDRライブラリーを構築することにより、実用的な結合特性を獲得した分子種を探索することが可能になるものと期待される。抗体は診断試薬として必須であるばかりか、治療薬としてヒト体内への投与を前提とする応用も種々試みられている。しかし、天然型の抗体は高分子量のタンパクであるため、組織細部への浸透性に乏しいうえクリアランスが小さい点が問題となる。そこで、シクロデキストリン(CD)の水酸基を抗体の相補性決定部(CDR)に相当する低分子量の合成ペプチドで修飾したハイブリッド型の分子認識モデュール(CD-CDR)の創製を企てた。モデルゲスト分子として、11-デオキシコルチゾール(11-DC)を取り上げ、CD部分としては11-DCの包接能に優れるβ-CDを選択した。その1級水酸基をモノトシル化、アジ化を経てアミノ基に変換した。ついで異反応性二価試薬を用いてマレイミド基を導入し、特異的な抗11-DCモノクローナル抗体H鎖のCDR3のアミノ酸配列を含む合成ペプチド(Biotin-GGGNVRVYAMDYGGC)を、そのC末端システインのSH基を利用して結合させた。反応粗生成物を分取HPLCを含む多段階の逆相クロマトグラフイーで精製し、MALDI-TOFMSで構造を確認した。本CD-CDRのトリチウム標識11-DCに対する反応性を調べた結果、β-CD(Ka=2.9x10^3M^-1)に比べ5倍程度大きな親和力を獲得したものと推測された。CD-CDRは全化学合成が可能なシンプルな構造でありながら(MW<5,000)、ペプチド部分にコンビナトリアルケミストリーの手法を応用することで、天然の抗体に匹敵する分子認識能を示しうるものと期待される。前年度にモデルゲスト分子として11-デオキシコルチゾール(11-DC)を取り上げ、β-CDの1級水酸基を抗11-DCモノクローナル抗体H鎖のCDR3(親和力・特異性の発現に最も重要なCDR)で置換したCD-CDRを試作した。

このものは11-DCに対してβ-CDそれ自体に比べ5倍程度大きな親和力を獲得したものと推測された。そこで、11-DC以外の各種ステロイドを認識するCD-CDRを作製するために、必要となる抗体CDR配列の解析を行った。臨床診断上重要なステロイド[コルチゾール、エストラジオール、ジゴキシン、デオキシコール酸、リトコール酸サルフェート、ウルソデオキシコール酸3-サルフェート]を選択し、これらハプテンに対するマウスモノクローナル抗体を分泌するハイブリドーマからRNAを抽出して、RT-PCRによりH鎖及びL鎖の可変部ドメイン(V_H、V_L)の遺伝子をクローニングした。その塩基配列を解析してアミノ酸配列を決定し、各抗体のCDR配列を特定したところ、CDR3を構成するアミノ酸残基はV_Hでは9-15と変動し、V_Lは9と一定であった。また、可変部サブグループは、V_HはコルチコイドとジゴキシンではIIA又はIIB、その他は全てIIIDで、V_Lは二例を除きIIもしくはVであった。これらの知見を基盤としてランダムなアミノ酸配列のCDR模倣ペプチドを修飾したCD-CDRライブラリーを構築し、実用的な結合特性を獲得した分子種を探索することが可能と期待される.
マトリックス単離-振動スペクトルの第一原理シミュレーション

不安定分子種の振動スペクトルの測定に重要な役割を果たしてきた「マトリックス単離法」に対し、希ガスマトリックス中に埋め込まれた測定分子の振動スペクトルを第一原理計算に基づきシミュレートする理論手法(高精度電子状態計算+非調和振動理論+マトリックス媒体へのモンテカルロ計算)を確立し、汎用プログラムを作成した。具体的な計算として、本手法を実験報告例のあるNgBeO(Ng=Ar,Xe)およびHXeClへと適用し、マトリックス環境が振動数に及ぼす影響を定量的に議論した。「希ガスマトリックス単離法」のマトリックス効果に焦点をあて、希ガス化合物HXeClの振動分光定数に対する理論計算を行った。希ガス原子が分光測定結果に及ぼす影響は通常無視できるほど小さいと仮定されているが、希ガス化合物では希ガス原子の結合による振動数シフトと周囲の希ガスマトリックス環境の効果を考慮する必要がある。希ガスはXe>Kr>Neの順で分極率が大きくHXeClと希ガス原子間の相互作用も同じ順序となるが、実験で測定されたH-Xe伸縮振動数の大きさはKr>Xe>Neマトリックスの順となり、この不一致の原因を相互作用の観点から説明することは難しい。本研究では希ガスマトリックス環境を露わに考慮し、HXeClおよびRgBeO (Rg=Ar, Xe)の振動数に与える影響について定量的に考察した。分子振動を量子自由度、周囲の希ガス原子を古典自由度として量子-古典混合ハミルトニアンを定義し、必要となるポテンシャルはCCSD(T)計算の結果を解析関数にfittingして求めた。量子自由度を含む項については基準座標を用いたPO-DVR法によりマトリックス環境下での振動エネルギー準位を求め、モンテカルロシミュレーションにより振動スペクトルを得た。希ガスマトリックス環境下でのH-Xe伸縮振動数は、気相中と比べてNe, Kr, Xeマトリックス中でそれぞれ52, 111, 83 cm-1ブルーシフトした。実験ではNeマトリックスを基準とした相対値はKr, Xeマトリックスでそれぞれ52,37 cm-1であり、これは計算で得られた59, 31cm-1と良い一致を示す。一方、Xe(Ar)BeOではBe-O伸縮の振動数はレッドシフトし、希ガス原子を露わに取り扱うシミュレーションが振動数シフトの定量的議論に不可欠であることを示した。不安定分子種の分光定数を測定する手段として「希ガスマトリックス単離法」が広く利用されている。この手法では「希ガスの影響は無視できる」と仮定されているが、近年、対象分子種に対して希ガス原子が特異的に結合を形成する例がいくつか報告され、マトリックス単離法による分光データを見直す必要が生じている。希ガス化合物の高精度ab initio電子状態計算に基づく分光定数の決定は数多くなされているが、周囲のマトリックスの影響も考慮した計算報告例はほとんどない。たとえばBeOは希ガス原子と強く結合し、希ガス複合体RgBeOを形成することが報告されている。複合体形成によりBeOの伸縮振動スペクトルは大きくブルーシフトすることが量子化学計算により予測されているが、このシフト量はマトリックス中で観測されるシフト量に対してかなり大きい。本研究では、XeまたはArマトリックス中でのBeOの振動数について希ガス複合体形成と周囲のマトリックス環境が振動数に与える影響を定量的に議論するために、周囲の希ガス原子を古典的に扱った量子古典混合ハミルトニアンを定義し、モンテカルロシミュレーションを行った。BeOはBe側に一つの希ガス原子と特異的に強く結合するため、RgBeOの分子内振動を量子自由度とし、ポテンシャルはCCSD(T)法により求め、量子自由度を含む項については基準座標を用いたPO-DVR法によりマトリックス環境下での振動エネルギー準位を求めた。シミュレーションによりマトリックスの効果を考慮したところ、振動数シフトについて実験結果と良い一致が得られた。本研究により、スペクトルシフトを定量的に見積るためには希ガス複合体形成による効果だけではなく、マトリックス環境による影響も考慮しなければならないことが分かり、BeOの振動分光においてはこの二つの効果が競合することが明らかになった。Ng-BeOを対象とした一連のプログラムが完成し、ab initio計算によるポテンシャル曲面の作成、量子古典混合ハミルトニアンに基づくモンテカルロシミュレーション、振動シュレディンガー方程式を解くことによる基本振動数の見積もりが可能となった。アルゴンマトリックス、キセノンマトリックス中の化合物を想定して計算を実施したところ、実験と対応する結果を得ることができ、論文発表に至った。実験的により興味の持たれるH-Ng-Cl分子系へと適用する。また、金属を含むより複雑な希ガス化合物を適用対象としてプログラムの拡張を行う。23年度中に納品したが、支払が次年度以降になったためメモリの支払に使用する。
寒冷地河川における実用的アイスジャム計算モデルの開発と陸面モデルによる広域展開

A.水理条件と気象条件を考慮した解氷現象の解明(1)河氷がいつ,どのような条件で破壊され解氷に至るのかを明らかにするために,2018年3月北海道アイスジャム災害において人災が発生した辺別川で現地観測を実施した.現地観測の結果,気温上昇と日射の影響により融雪が促されて流量および水位が上昇し,水位上昇の影響により河氷が破壊されて解氷に至る現象が予見された.(2)気象から見た解氷現象の解明するために,東シベリアのレナ川における河氷融解とそれに伴う急激な流量増加に影響を及ぼす気象場について調査を実施した.日本ではヤマセをもたらす気象場として知られているオホーツク海高気圧は,東シベリアでは春の気温上昇を招き,積雪と河氷の融解を促進することが分かった.5月にオホーツク海高気圧が発生するとレナ川中流域では気温が高くなり,流量の増加が平年よりも早まる傾向がある.今後,考察を深めるために,暖気移流による気温変化に加えて日射などの他の要因も考慮して調査をする予定である.B.アイスジャム洪水を対象とした氾濫解析手法の開発(1)数値計算モデルに河氷流下堆積式を組み込み,その再現性を検討した.ポリプロピレン製の氷板模型を用いたアイスジャム実験を実施し水位の実験値を得た.計算水位と実験水位の比較から,本計算モデルでアイスジャム発生箇所より上流の水位上昇と下流の水位下降を再現できることを示した.一方で再現性を高めるためには,計算モデルの基礎式においてアイスジャムが流水へ与える影響を適切に評価することが上げられた.(2)河氷の流下,堆積(アイスジャム),決壊,流下の現象を対象に,実氷を用いたアイスジャム実験を実施した.実験の結果,実氷の流下,堆積に加えて,アイスジャムの決壊,流下現象を水理実験で再現することが出来た.2018年度は,当初計画していた研究内容を実施しており順調に研究は進捗している.A.水理条件と気象条件を考慮した解氷現象の解明2019年度計画:「融解による解氷」と「破壊による解氷」の解氷現象を再現できる河氷融解破壊式を開発する.2018年度の現地観測で得られた河氷温度を基礎資料として用いる.B.アイスジャム洪水を対象とした氾濫解析手法の開発2019年度計画:アイスジャム洪水の氾濫解析手法の開発および計算値の妥当性の確認を行う.本解析手法は,アイスジャム洪水による平面的な陸域への氾濫現象を再現可能な計算モデルとして,河川水の流れ,河氷の流れ,河川水温に関する計算式で構成する.C.気候変動がアイスジャム洪水に与える影響2019年度計画:既存の陸面モデルに,本研究で開発するアイスジャム洪水の氾濫解析手法を組み込む.2020年度計画:改良した陸面モデルを用いて,近年の気候変動により,北極陸域の広域でのアイスジャム洪水の規模,発生時期と発生地点,発生頻度がどのように変化しているかを明らかにする.A.水理条件と気象条件を考慮した解氷現象の解明(1)河氷がいつ,どのような条件で破壊され解氷に至るのかを明らかにするために,2018年3月北海道アイスジャム災害において人災が発生した辺別川で現地観測を実施した.現地観測の結果,気温上昇と日射の影響により融雪が促されて流量および水位が上昇し,水位上昇の影響により河氷が破壊されて解氷に至る現象が予見された.(2)気象から見た解氷現象の解明するために,東シベリアのレナ川における河氷融解とそれに伴う急激な流量増加に影響を及ぼす気象場について調査を実施した.日本ではヤマセをもたらす気象場として知られているオホーツク海高気圧は,東シベリアでは春の気温上昇を招き,積雪と河氷の融解を促進することが分かった.5月にオホーツク海高気圧が発生するとレナ川中流域では気温が高くなり,流量の増加が平年よりも早まる傾向がある.今後,考察を深めるために,暖気移流による気温変化に加えて日射などの他の要因も考慮して調査をする予定である.B.アイスジャム洪水を対象とした氾濫解析手法の開発(1)数値計算モデルに河氷流下堆積式を組み込み,その再現性を検討した.ポリプロピレン製の氷板模型を用いたアイスジャム実験を実施し水位の実験値を得た.計算水位と実験水位の比較から,本計算モデルでアイスジャム発生箇所より上流の水位上昇と下流の水位下降を再現できることを示した.一方で再現性を高めるためには,計算モデルの基礎式においてアイスジャムが流水へ与える影響を適切に評価することが上げられた.(2)河氷の流下,堆積(アイスジャム),決壊,流下の現象を対象に,実氷を用いたアイスジャム実験を実施した.実験の結果,実氷の流下,堆積に加えて,アイスジャムの決壊,流下現象を水理実験で再現することが出来た.2018年度は,当初計画していた研究内容を実施しており順調に研究は進捗している.A.水理条件と気象条件を考慮した解氷現象の解明2019年度計画:「融解による解氷」と「破壊による解氷」の解氷現象を再現できる河氷融解破壊式を開発する.2018年度の現地観測で得られた河氷温度を基礎資料として用いる.B.アイスジャム洪水を対象とした氾濫解析手法の開発2019年度計画:アイスジャム洪水の氾濫解析手法の開発および計算値の妥当性の確認を行う.

本解析手法は,アイスジャム洪水による平面的な陸域への氾濫現象を再現可能な計算モデルとして,河川水の流れ,河氷の流れ,河川水温に関する計算式で構成する.C.気候変動がアイスジャム洪水に与える影響2019年度計画:既存の陸面モデルに,本研究で開発するアイスジャム洪水の氾濫解析手法を組み込む.2020年度計画:改良した陸面モデルを用いて,近年の気候変動により,北極陸域の広域でのアイスジャム洪水の規模,発生時期と発生地点,発生頻度がどのように変化しているかを明らかにする.当初,水理実験資材および現地観測機器を購入予定であったが,他の研究費で購入したものを流用したため,当該助成金が生じた.当該助成金の次年度の使用計画は,アイスジャム計算モデルを開発するための計算機器購入などを計画している.