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陸域浅発地震震源域の岩石速度とポアソン比

地殻深部の岩石学的構造モデルを構築することは地殻のダイナミクスを研究する上で重要である.特に,地震発生帯・震源近傍・アスペリティの岩石学的構造は,地震発生のダイナミクスを理解する上で大きな役割を果たすと期待される.近年の地震学的研究においては,地殻および上部マントルのP波速度(Vp)・S波速度(Vs)トモグラフィーに加え,Vp/Vs比・ポアソン比構造も詳細に示されるようになってきた.しかし,岩石の高温高圧条件での弾性波速度測定は充分行われておらず,速度異常の実体についてコンセンサスを得ることは難しい.したがって,地殻深部の高温高圧下での岩石のP波速度・S波速度およびVp/Vs比・ポアソン比に関するデータセットの構築は地殻の構成岩石や速度異常(ポアソン比異常)の実体を明らかにする上で非常に重要である.本研究では,(1)岩石のP波およびS波速度を高温高圧下で同時に測定する装置を開発した。(2)地殻深部構成岩石のVp/Vs比やポアソン比を精密に測定した。(3)測定データを用い,地震学的研究で得られた地震波速度・地震波速度パータベーション・ポアソン比・Vp/Vs比との対比を行い,岩石構造モデルを構築した。(4)フルイド(特に水)が弾性波速度などに及ぼす影響を検討した。すなわち、岩石のP波およびS波速度を最大1GPa1000°Cの高温高圧下で同時に測定可能な装置を開発し,一ノ目潟捕獲岩やパキスタン産コヒスタン下部地殻岩類などの地殻深部構成岩石のVp/Vs比やポアソン比を精密に測定した.これらの研究成果の一部を、Geophysical Research Letters誌31巻および33巻,Tectonophysics誌396巻等に掲載した.さらに水を加えた条件で弾性波速度を測定できるように,高圧セルおよび弾性波発生部を改良した.岩石一水系の弾性波速度に関する成果の一部は,Physics or The Earth and Planetary Interiors誌161巻やAmerican Geophysical Union 2006 Fall Meetingにて発表した.地殻深部の岩石学的構造モデルを構築することは地殻のダイナミクスを研究する上で重要である.特に,地震発生帯・震源近傍・アスペリティの岩石学的構造は,地震発生のダイナミクスを理解する上で大きな役割を果たすと期待される.近年の地震学的研究においては,地殻および上部マントルのP波速度(Vp)・S波速度(Vs)トモグラフィーに加え,Vp/Vs比・ポアソン比構造も詳細に示されるようになってきた.しかし,岩石の高温高圧条件での弾性波速度測定は充分行われておらず,速度異常の実体についてコンセンサスを得ることは難しい.したがって,地殻深部の高温高圧下での岩石のP波速度・S波速度およびVp/Vs比・ポアソン比に関するデータセットの構築は地殻の構成岩石や速度異常(ポアソン比異常)の実体を明らかにする上で非常に重要である.本研究では,(1)岩石のP波およびS波速度を高温高圧下で同時に測定する装置を開発した。すなわち、岩石のP波およびS波速度を最大1GPa1000°Cの高温高圧下で同時に測定可能な装置を開発し,一ノ目潟捕獲岩やパキスタン産コヒスタン下部地殻岩類などの地殻深部構成岩石のVp/Vs比やポアソン比を精密に測定した.これらの研究成果の一部を、Geophysical Research Letters誌31巻および33巻,Tectonophysics誌396巻等に掲載した.さらに水を加えた条件で弾性波速度を測定できるように,高圧セルおよび弾性波発生部を改良した.岩石一水系の弾性波速度に関する成果の一部は,Physics or The Earth and Planetary Interiors誌161巻やAmerican Geophysical Union 2006 Fall Meetingにて発表した.兵庫県南部地震震源域(深度15-20km)の低速度・高ポアソン比の異常体の発見は,陸域直下型地震のメカニズム研究に新たなパラダイムを示唆しつつある。この低速度・高ポアソン比異常体が地殻内のフルイド貯留層であるのなら,間隙流体圧の上昇は陸域浅発大地震のトリガーとなっている可能性が大きいからである。また、深度10-15kmには高速度・低ポアソン比異常体が存在し、石英濃集層がフルイド貯留層の上に覆っている可能性が高い。したがって、地震波速度異常やポアソン比異常から、地殻内のフルイド貯留層の形態や近傍構造を評価するためには、島弧地殻深部に相当する温度圧力条件下での岩石の弾性波速度とポアソン比を精確に測定することが非常に重要である。16年度の本研究では,ポアソン比の精密測定を行こなうことを目的として,P波速度およびS波速度を同時に測定できる弾性波速度測定装置の開発を行ない,最高温度800°C,最大圧力10kbまでの温度圧力範囲で測定可能となっている.

これまでの高圧下における地殻構成岩石のポアソン比はP波測定とS波測定を個別に行ない見積もられた値であり、精確な決定法ではないのに対し,本研究ではP波速度およびS波速度を同時に測定することにより精確なポアソン比が得られるようになった。ドイツにおける研究では、P波・S波速度を同時に測定する例もあるが、その実験温度条件が最大400-600°Cであり、島弧のような高地温勾配地域の深部地殻の温度と比べかなり低温条件下での測定しか行われておらず、地震学データとの直接対比が困難であった.しかし,本研究では最大1GPaかつ1000°Cの高温高圧領域での岩石のP波・S波速度測定装置をすでに開発しており、さらなる装置の改良によって最大1GPaかつ1000°Cの高温高圧領域でのポアソン比測定に着手できる段階へ突入した。自然地震と人工地震探査によって、地殻構造トモグラフィーに加えて、ポアソン比構造・減衰構造・ブライトスポット構造などが高解像度で示されるようになってきた。例えば、兵庫県南部地震震源域(深度15-20km)の低速度・高ポアソン比の異常体の発見は,陸域直下型地震のメカニズム研究に新たなパラダイムを示唆しつつある。この低速度・高ポアソン比異常体が地殻内のフルイド貯留層あるいは部分融解層であるのなら,間隙流体圧の上昇は陸域浅発大地震のトリガーとなっている可能性が大きいからである。また、深度10-15kmには高速度・低ポアソン比異常体が存在し、石英濃集層がフルイド貯留層の上に覆っている可能性が高い。したがって、地震波速度異常やポアソン比異常から、地殻内のフルイド貯留層の形態や近傍構造を評価するためには、島弧地殻深部に相当する温度圧力条件下での岩石の弾性波速度とポアソン比を精確に測定することが非常に重要である。海外における研究では、P波・S波速度を同時に測定する例もあるが、実験温度条件が最大400-600°Cであり、島弧のような高地温勾配地域の深部地殻の温度と比べかなり低温条件下での測定しか行われておらず、地震学データとの直接対比が困難であった.17年度の本研究では,ポアソン比の精密測定を行なうことを目的として,P波速度およびS波速度を同時に測定できる弾性波速度測定装置の開発と、最高温度1000°C,最大圧力10kbまでの温度圧力範囲でP波速度およびS波速度の反射法による同時測定を行った.従来の高圧下における地殻構成岩石のポアソン比は、P波測定とS波測定を個別に行ない見積もられた値であり、精確な決定法ではないのに対し,本研究ではP波速度およびS波速度を同時に測定することにより精確なポアソン比が得た。一の目潟の下部地殻起源捕獲と、パキスタン、コヒスタン古島弧と下部地殻岩石のP波測定とS波測定とポアソン比が得た。温度上昇による、部分融解、脱水反応、あるいは斜長石の相転移による地震は速度変化を明らかにし、島弧地殻の岩石学的構造モデルを構築し、それら成果を国内外の学会で発表し、また国際学術雑誌に発表した。地震波速度異常やポアソン比異常から、地殻内のフルイド貯留層の形態や震源近傍構造を評価するためには、地殻深部に相当する温度圧力条件下での岩石の弾性波速度とポアソン比を精確に測定することが非常に重要である。本研究では、ピストンシリンダー型高温高圧装置を改良して、岩石のP波およびS波速度を最大1GPa800°Cの高温高圧下で同時に測定する装置を開発し、一ノ目潟捕獲岩やパキスタン産コヒスタン下部地殻岩類などの地殻深部構成岩石のVp/Vs比やポアソン比を精密に測定した。
ビタミンB6による細胞寿命制御機構の解明

これまでに、酵母細胞内のビタミンB6(VB6)が減少すると細胞の寿命が短くなることが分かった。本研究の目的はVB6による細胞寿命制御機構を解明することである。VB6合成酵素遺伝子は老化細胞で転写誘導される。VB6合成酵素遺伝子の転写因子であると推定された2つの転写因子はそれぞれアミノ酸とグルコース飢餓時に標的遺伝子を活性化するため、老化細胞では栄養飢餓時のシグナル伝達系が刺激されていることが示唆された。一方、出芽酵母の全VB6依存性酵素の中から、寿命決定に関わる酵素を同定した。またメタボローム解析から、VB6の欠乏による短寿命の原因はさまざまな代謝経路の異常であることが示唆された。生物の寿命は遺伝要因と環境要因により決定されることが個体と細胞レベルの研究で解明されてきた。今まで主要栄養素による寿命制御は調べられてきたが、ビタミンなどの微量栄養素については知見がほとんどなかった。研究代表者は、酵母細胞内のビタミンB6が欠乏すると細胞寿命が短くなることを見いだした。本研究の目的は、ビタミンB6による細胞寿命制御機構を解明することである。ビタミンB6合成酵素遺伝子が老化細胞で転写誘導されることから、その転写誘導の仕組みを解明することにより、細胞老化の引き金となるシグナルや制御因子を明らかにする。また、ビタミンB6はアミノ酸代謝酵素などの補酵素であるため、どの細胞内代謝がビタミンB6による寿命制御に関与するのかも明らかにする。前年度は、以下の課題に取り組んだ。A.老化に伴うビタミンB6合成酵素遺伝子の転写誘導メカニズムの解明ビタミンB6合成酵素SNZ1遺伝子を老化細胞特異的に転写誘導する因子を、出芽酵母の転写因子遺伝子破壊株コレクションを用いた発現解析により探索する。まず、SNZ1遺伝子プロモーターにβ-ガラクトシダーゼlacZ遺伝子を連結したレポーターを利用し、SNZ1発現誘導に必要な転写因子を絞り込むことを試みた。しかし、このレポーター遺伝子を導入した菌株のコロニーは、X-galを加えた培地において老化が進行していると考えられる中心部だけでなく、全体が青く呈色した。B.ビタミンB6欠乏による短寿命の原因解明出芽酵母の全活性型ビタミンB6依存性酵素遺伝子49個から、破壊すると分裂寿命が短縮する遺伝子を同定した。これらのうち4遺伝子は芳香族アミノ酸の代謝酵素をコードし、またこの短寿命変異株ではビタミンB6取り込み酵素遺伝子破壊株と同様に芳香族アミノ酸量が増加した。このことから、ビタミンB6の欠乏による短寿命の原因は芳香族アミノ酸の蓄積であると推定した。A.老化に伴うPLP合成酵素遺伝子の転写誘導メカニズムの解明ビタミンB6合成酵素SNZ1遺伝子を老化細胞特異的に転写誘導する因子を、出芽酵母の転写因子遺伝子破壊株コレクションを用いた発現解析により探索するために、SNZ1遺伝子プロモーターにβ-ガラクトシダーゼlacZ遺伝子を連結したレポーターを利用し、SNZ1発現誘導に必要な転写因子を絞り込むことを試みた。しかし、このレポーター遺伝子による評価系は機能しなかった。このため、全転写因子遺伝子破壊コレクションをひとつひとつ培養し、SNZ1遺伝子の転写量を測定する必要がある。B.ビタミンB6欠乏による短寿命の原因解明短寿命であった活性型ビタミンB6依存性酵素遺伝子破壊株のメタボローム解析は今年度に行う計画であったため、順調に進展していると判断した。前年度までに、出芽酵母の全ビタミンB6依存性酵素の中から、分裂寿命制御に関与する酵素を遺伝学的に同定した。また、ビタミンB6取込み酵素遺伝子破壊株のメタボローム解析から、ビタミンB6の欠乏による短寿命の原因はアミノ酸の蓄積であると推定した。そこで29年度は、短寿命のPLP依存性酵素遺伝子破壊株において細胞内アミノ酸がビタミンB6取込み酵素遺伝子破壊株と同様に蓄積している株を探索した。また、野生型株において、ビタミンB6取込み酵素遺伝子破壊株で蓄積していたのと同じ種類のアミノ酸量を増加させると短寿命となるかを調べた。一方、ビタミンB6合成酵素遺伝子が老化細胞で転写誘導されることから、その転写誘導の仕組みを解明することにより、細胞老化の引き金となるシグナルや制御因子を明らかにすることを目指した。ビタミンB6合成酵素遺伝子のプロモーター解析によって推定された2つの転写因子はそれぞれアミノ酸とグルコース飢餓時に標的遺伝子を活性化することが知られていた。これらの転写因子遺伝子破壊株では、野生型株において見られたアミノ酸やグルコースの欠乏によるビタミンB6合成酵素遺伝子の転写誘導が見られなかった。また、これらの転写因子遺伝子破壊株の老化細胞ではビタミンB6合成酵素遺伝子の転写誘導が抑えられた。これらのことから老化細胞ではアミノ酸やグルコース飢餓時のシグナル伝達系が刺激されていることが示唆された。

一方、出芽酵母の全VB6依存性酵素の中から、寿命決定に関わる酵素を同定した。またメタボローム解析から、VB6の欠乏による短寿命の原因はさまざまな代謝経路の異常であることが示唆された。A.老化に伴うPLP合成酵素遺伝子の転写誘導メカニズムの解明PLP合成酵素SNZ1遺伝子を老化細胞特異的に転写誘導する因子を、出芽酵母の転写因子遺伝子破壊株コレクションを用いた発現解析により探索する。まず1次スクリーニングとして、一般的な培養条件(YPD完全培地、対数増殖期)でSNZ1の発現に必要な転写因子を探索する。出芽酵母の生育に必須でない転写因子の遺伝子破壊株(全175株)から全RNAを抽出し、RT-qPCR法によりSNZ1遺伝子の転写量が野生型と比べて減少する株を目的の候補株とする。次に、ビオチン標識法により候補遺伝子破壊株の11世代の老化細胞を回収し、RT-qPCR法でSNZ1遺伝子の転写量を調べることにより、その転写因子が老化細胞におけるSNZ1遺伝子の転写誘導に必要なことを確認する。老化細胞特異的転写因子が既知のシグナル伝達系に含まれるのであれば、その伝達系構成因子の遺伝子破壊株が短寿命となることを確認する。B.ビタミンB6欠乏による短寿命の原因解明細胞内芳香族アミノ酸の蓄積が、活性型ビタミンB6依存性酵素遺伝子破壊株やビタミンB6取り込み酵素遺伝子破壊株の短寿命の原因であることを証明する。ビタミンB6取り込み酵素遺伝子破壊株の芳香族アミノ酸合成酵素遺伝子を破壊すると寿命が回復することを調べる。芳香族アミノ酸量を増加させる変異株が短寿命となること、また野生型株において芳香族アミノ酸の過剰添加が分裂寿命を短縮させることを調べる。29年度が最終年度であるため、記入しない。細胞分子生物学29年度が最終年度であるため、記入しない。
シビアな環境汚染除染以降のブラウンフィールド問題とリスクコミュニケーションの課題

本研究はシビアな環境汚染に起因するブラウンフィールド問題について、リスクマネジメントの観点から除染地再生を検討することを目的としており、福島での課題調査を踏まえて、欧米諸国における汚染対策と再生事例を調査した。リスク評価と維持管理方策に関して、欧米諸国の制度上の枠組みからリスクガバナンスの在り方を考察するとともに、官民連携を促進する公的支援の枠組みを示した。またスティグマ削減についてGIによる地域再生の可能性を検討し、福島の避難指示解除準備地区における住民帰還に向けた取り組みの一環としてライフサイクル回復の実践と住民対話を行い、除染後の地域再生とリスクコミュニケーションに関する知見を纏めた。本研究はシビアな環境汚染に起因するブラウンフィールドの再生に求められる除染対策と適切なリスクコミュニケーションのあり方を検討することを目的としている。本年度は当該ブラウンフィールドに関して「諸外国の事例調査、情報収集」と「福島における土壌汚染に関する現状把握と課題抽出」の2つの調査研究を実施した。前者については諸外国の重大な環境汚染事例を収集し、それぞれのケースで実施された取り組みと制度的フレームワークを調査し、汚染レベルと除染地のクライテリアによって整理した。ここでシビアな環境汚染サイトの問題は、多くの国で一般のブラウンフィールドとは区別して扱われる傾向があること、米国ではNPLとして政府機関の管理下に置かれ、英国ではSPECIALSITE(PARTIIA)やハードコアサイトとして汚染対策を実施していること、日本では人の立ち入りの可能性の有無によって判断しているのに対して英国などでは汚染物質の種類ごとに長期暴露による健康リスクを評価するリスクベースの評価手法をとっていることなどを示した。後者については、福島の土壌汚染対策の現状について除染の進捗状況、避難者の動向、不動産価格の推移などを把握し、国内の共同研究者とのミーティングを行うとともに、福島市で開催されたセミナーや現在除染作業が進む伊達市月舘地区、糠田地区にて情報収集を行い、土壌汚染対策の課題項目を抽出した。ここで福島における不動産価格の動向をみると、2011年に一端急落したものの、原発直近の相双地区を除いてその後、回復傾向がみられ、土壌汚染地のスティグマによる影響は米国のスリーマイル島事故後の傾向と類似していることなどを示した。また以上の結果をもとに英国レディング大学にてリサーチミーティングを実施することで、シビアな汚染地の再利用に関わるリスクコミュニケーションの重要性を確認した。本研究は福島の原発事故以降、関心が高まっているシビアな環境汚染に起因するブラウンフィールド問題について、欧米諸国の状況を考察し、リスクマネジメントの観点から除染地再生を検討することを目的としている。本年度は福島で比較的除染対策が進んでいる地域の課題調査を実施するとともに、それを踏まえて欧米諸国におけるこれまでのシビアな環境汚染に起因するブラウンフィールド再生の取り組みを調査し、1回復フェーズにおけるリスク評価、2除染地のスティグマ削減とリスクコミュニケーション手法、3市街地再生における官民連携に関する調査研究を実施した。福島の避難指示区域内の一部地区を対象として、いくつかのシナリオに基づく除染効果を推計し、リスク評価と帰還のための基礎的資料をまとめるとともに、当該知見を踏まえた避難解除時の帰還に向けた課題整理と住民対話を行った。また震災後のリスク情報の伝達状況をテキストマイニングにより分析するとともに、的確なリスクコミュニケーションとスティグマ削減のための要件を検討した。一方、欧州諸国におけるスティグマ削減の取り組みとして、英国のノースウィッチとドイツのデュイスブルク等の現地調査を実施し、除染地の回復フェーズにおいてはGI(グリーンインフラストラクチャー)の整備による地域のイメージ戦略が効果を上げていること、汚染による環境リスクへの懸念から生じる心理的ダメージを削減する手法として有用であることなどがわかった。また米国における除染地の再生に関して、バッファロー、ブリッジポート、ローウエルにおける再開発事例を調査し、官民連携を促進する政策の枠組みを示した。以上の結果をもとに2014年9月にドイツのドルトムントにて専門家を交えたワークショップを実施するとともに、2015年3月にドイツILSの研究者を日本に招聘しブラウンフィールド再生に関する日独共同ワークショップを開催した。本年度は、英国リバプール近郊とドイツルール地方おけるブラウンフィールドとGI(グリーンインフラ)の事例調査を行うと共に、福島の避難指示解除準備地域における住民帰還に向けた取り組みの一環として現地ワークショップを実施した。またこれまでの研究成果を踏まえて、2016年3月に英国、ドイツの研究者を日本へ招聘しブラウンフィールド再生に関する国際共同ワークショップを開催した。本研究はシビアな環境汚染除染以降に発生することが予測されるブラウンフィールド問題をリスクマネジメントの観点で検討することにある。福島でのワークショップではGI(グリーンインフラ)をベースにした持続可能な再生スキームの一つとして、放射能汚染の除染対策の情報共有から里山の使用と農作物の栽培等によるライフサイクル回復の実践を通して、除染地の帰還に向けたまちづくりについて意見交換を行った。特に除染地の回復フェーズにおいては汚染による環境リスクへの懸念から生じる心理的ダメージを軽減することが重要であり、適切なリスクコミュニケーションと住民と専門家の迅速で正確な情報共有が必要であることを示した。また2016年3月に大阪大学で開催された国際共同ワークショップでは、シビアな環境土壌汚染地の再生に関して、英国、米国におけるGI化の事例が報告され、特に人口減少や社会の縮退化が進む地方都市のコンテキストにおいては、巨額の資本を投入して強引に再開発するのではなく、生態系サービスによってレジリエントで持続可能な社会的インフラとしてのGIによる再生方策の可能性が示された。またそれを実現するためには単に環境面での恩恵を主張するだけでなく、経済的な裏付けの元に、その地域に根ざした文化的再生戦略も不可欠であること、中でもコミュニティ活動の重要性が指摘された。

本研究はシビアな環境汚染に起因するブラウンフィールド問題について、リスクマネジメントの観点から除染地再生を検討することを目的としており、福島での課題調査を踏まえて、欧米諸国における汚染対策と再生事例を調査した。リスク評価と維持管理方策に関して、欧米諸国の制度上の枠組みからリスクガバナンスの在り方を考察するとともに、官民連携を促進する公的支援の枠組みを示した。またスティグマ削減についてGIによる地域再生の可能性を検討し、福島の避難指示解除準備地区における住民帰還に向けた取り組みの一環としてライフサイクル回復の実践と住民対話を行い、除染後の地域再生とリスクコミュニケーションに関する知見を纏めた。福島における土壌汚染に関する現状把握と課題抽出を開始するのがやや遅れたため、欧米諸国におけるブラウンフィールド再生の取り組みの現地調査において、いくつかの事例が次年度に積み残しになったが、英国、ドイツでは詳細な調査が進んだことや、ブラウンフィールド問題の専門家を交えたワークショップをドイツと日本の2か国で実施することができたことなどから、おおむね順調に進展していると言える。27年度が最終年度であるため、記入しない。工学今年度積み残しになった再生事例の調査を実施するとともに、除染地の回復フェーズにおけるリスクコミュニケーションとスティグマ削減に関して、GIの整備が効果的であると考えられることから、国内外の事例をさらに増やして調査分析を進める。またこれまでの成果を学術論文の形で取り纏めるとともに、国際会議やシンポジウムにて発表する。諸外国の事例調査、情報収集に多くの時間を要したため、福島における土壌汚染に関する現状把握と課題抽出を開始するのがやや遅れたが、震災以降の不動産価格の推移や除染対策の状況を把握し、土壌汚染対策に係る課題項目の設定を行い、英国でリサーチミーティングを実施することができた。現在、課題項目の検証プロセスを進めており、おおむね順調に進展していると言える。・現在、進めている課題検証作業を完了させるとともに、除染地のリスクコミュニケーションに関する本調査を実施する予定であり、ICT技術を用いた解析手法を導入することによって作業効率を高めることとしている。・本調査で得られた成果をもとに英国で専門知識提供者を交えたワークショップを実施し、除染地のリスクコミュニケーションのための要件を整理する予定である。次年度使用額が生じた理由は前年度の課題項目の検証に係る作業が途上にあることに伴うものであり、今後作業の完了と共に使用する予定である次年度にはワークショップに係る費用、関連する学会等に発表する費用、ICT技術を利用した解析手法を導入する費用などに使用する予定である。
メタボリックシンドロームにおける運動能力低下の分子機構の解明と治療への応用

メタボリックシンドロームマウスの運動能力は低下し、この運動能力低下に下肢骨格筋のミトコンドリア機能障害が関わっていた。さらに、これらにはNAD(P)Hoxidase由来の骨格筋酸化ストレスが重要な役割を果たしていた。骨格筋酸化ストレスの抑制やミトコンドリア機能の維持はメタボリックシンドロームにおける運動能力の改善に有効な治療法となりうることが本研究により明らかとなった。マウスに8週間の高脂肪食を投与することによりメタボリックシンドロームモデルを作成した。このマウスは正常食を与えたマウスに比し、体重の増加、内臓脂肪重量の増加、空腹時血糖およびインスリンの増加を認めた。さらに、糖負荷試験を行い、耐糖能障害があることを確認した。次に小動物用トレッドミルを用いて、メタボリックシンドロームマウスおよび正常マウスの運動能力測定および呼気ガス分析を行った。いずれのマウスも疲労するまで運動することが可能であり、最大酸素摂取量を測定することができた。メタボリックシンドロームマウスでは正常マウスと比較して、疲労までの仕事量が低下していた。この時、最大酸素摂取量の低下を伴っていた。同様に最大二酸化炭素産生量も低下しており、呼吸交換比は変化がなかった。さらに、酸素電極を用いて摘出骨格筋ミトコンドリアの酸素消費を観察した。トレッドミル運動における主要な作動筋である下肢骨格筋を取り出し、ミトコンドリアを単離した。メタボリックシンドロームマウスのミトコンドリアでNADHを基質としたADP依存性酸素消費速度(State3)が低下していたが、ADP非依存性酸素消費速度(State4)は変化がなかった。この結果と一致して、ミトコンドリア電子伝達系複合体1およびIIIの活性が低下していた。また、骨格筋重量は変化がなく、骨格筋組織学的検討では骨格筋細胞や間質の形態に明らかな変化を認めなかった。また、ルシジェニン化学発光法を用いて、心筋梗塞後マウスの下肢骨格筋で酸化ストレスが増加していることを確認した。メタボリックシンドロームマウスの運動能力低下および骨格筋ミトコンドリア障害に酸化ストレスが関与していると考えられた。8週間、高脂肪食を摂取したマウスのメタボリックシンドロームモデルは正常食を摂取したマウスと比較して、体重増加、内臓脂肪重量増加、空腹時血糖およびインスリン増加があった。糖負荷試験では、耐糖能障害があった。メタボリックシンドロームマウスでは正常マウスと比較して、運動能力が低下していた。メタボリックシンドロームマウスの運動能力低下にNAD(P)Hoxidase由来の酸化ストレスが重要な役割を果たしているかどうかを明らかにするために、NAD(P)H oxidaseの抑制剤であるアポサイニンをメタボリックシンドロームマウスに投与した。アポサイニンは体重や耐糖能に影響しなかったが、メタボリックシンドロームマウスの運動能力を改善した。それぞれのマウスから下肢骨格筋を取り出し、ミトコンドリアを単離した。メタボリックシンドロームマウスのミトコンドリアでADP依存性酸素消費速度(State3)、電子伝達系複合体IおよびIIIの活性が低下していたが、アポサイニンはこれらを改善した。骨格筋重量は変化がなく、骨格筋組織学的検討では骨格筋細胞や間質の形態に明らかな変化を認めなかった。メタボリックシンドロームマウスの下肢骨格筋で酸化ストレスが増加し、アポサイニンは酸化ストレスをほぼ完全に抑制した。メタボリックシンドロームマウスの運動能力低下および骨格筋ミトコンドリア障害にNAD(P)Hoxidase由来の酸化ストレスが関与していると考えられた。骨格筋酸化ストレスの抑制はメタボリックシンドロームにおける運動能力の改善、結果としてメタボリックシンドロームの改善に有効な治療法となることが期待される。8週間高脂肪食を摂取したメタポリックシンドロームモデルマウスを作成した。小動物用トレッドミルを用いて、メタボリックシンドロームマウスおよび正常マウスの運動能力測定および呼気ガス分析を行ったところ、メタボリックシンドロームマウスでは正常マウスと比較して、運動能力が低下していた。この時、最大酸素摂取量の低下を伴っており、骨格筋ミトコンドリア機能異常が重要な役割を果たしていた。これまでの研究で、この運動能力低下にNAD(P)Hoxidase由来の酸化ストレスが重要な役割を果たしていることを明らかにしてきた。しかしながら、NAD(P)H oxidaseの活性化がどのような機序で引き起こされるかについては明らかでなかった。そこで、アンジオテンシン受容体拮抗薬の効果を検討した。オルメサルタンは体重や耐糖能に影響しなかったが、メタボリックシンドロームマウスの運動能力を改善した。

メタポリックシンドロームマウスのミトコンドリアでADP依存性酸素消費速度(State3)、電子伝達系複合体IおよびIIIの活性が低下していたが、オルメサルタンはこれらを改善した。骨格筋重量は変化がなく、骨格筋組織学的検討では骨格筋細胞や間質の形態に明らかな変化を認めなかった。メタボリックシンドロームマウスの下肢骨格筋で酸化ストレスが増加し、オルメサルタンは酸化ストレスをほぼ完全に抑制した。メタボリックシンドロームマウスの運動能力低下および骨格筋ミトコンドリア障害にレニン・アンジオテンシン系の活性化が重要な役割を果たしていることが示された。レニン・アンジオテンシン系の抑制はメタボリックシンドロームにおける運動能力の改善、結果としてメタボリックシンドロームの改善に有効な治療法となることが期待される。
膵胆管の診断における16列マルチスライスCTの三次元画像の最適化と有用性の評価

16列マルチスライスCTで胆膵領域の多相造影CTを施行した画像の造影効果を評価して、60歳以上の患者において約10%造影剤量を減量しても60歳未満の患者と比べて造影効果に差がなく、かつ、同量の造影剤量を投与した場合に膵実質造影効果が過剰であると評価される症例が増えることを明らかにし、高齢者で造影剤を軽減できることを示した。16列マルチスライスCTで検出器厚0.5mmor1mmを用いて胆膵領域の多相造影CTを施行して得たvolume dataから50%オーバーラップさせた1mm厚画像を再構成し、この再構成画像から作成される高分解能の多断面MPR画像の有用性を検討して、下記の知見を得た。1.多断面MPR画像と水平断像を用いて主膵管と胆管のwater densityを呈する部分が膵実質内で合流しているか否かを評価することにより膵胆管合流異常の診断が可能であることを明らかにした。2.主膵管に沿った多断面のcurvedMPR画像を併用することによって、水平断像単独の評価に比べて主膵管の描出能と切除可能であった膵管癌の診断能が有意に改善することを多数の読影者を用いた読影実験によって明らかにした。3.検出器厚0.5mmを用いて良好な早期動脈相を得ることができ、この画像は膵周囲の小動脈を90%以上描出できることを示した。検出器厚0.5mmで得た早期動脈相のデータから50%オーバーラップさせた0.75mm.1mm,2mm厚画像を再構成し、これらの画像から作成したCT arteriographyの画質を評価して、0.75mm厚画像を用いることにより最も良好なCT arteriography像が得られることを明らかにした。64列マルチスライスCTが2006年度に名古屋大学附属病院に導入されたことをうけて、胆膵領域の多相造影CTを施行する場合の最適な撮影条件を決定する目的で、肝胆膵領域を検出器厚0.5mmで7-8秒以内に撮影できる様々な撮影条件が、ノイズ、低コントラスト分解能、半値幅、MPR(multiplanar reformatted)像の画質に及ぼす影響を各条件の線量を同一にして評価した。撮影条件におけるノイズ、低コントラスト分解能に差を認めなかったが、半値幅、MPR像の画質はガントリ回転時間0.5秒に比べて0.6-0.75秒を用いた方が良好であることを明らかにした。16列マルチスライスCTで検出器厚0.5mm or 1mmを用いて胆膵領域の多相造影CTを施行して得たvolume dataから50%オーバーラップさせた1mm厚画像を再構成し、この再構成画像から作成される高分解能の多断面MPR画像の有用性を検討した。多断面MPR画像と水平断像を用いて主膵管と胆管のwater densityを呈する部分が膵実質内で合流しているか否かを評価することにより膵胆管合流異常の診断が可能であることを明らかにした。また、主膵管に沿った多断面のcurved MPR画像を併用することによって、水平断像単独の評価に比べて主膵管の描出能と切除可能であった膵管癌の診断能が有意に改善することを多数の読影者を用いた読影実験によって明らかにした。

16列マルチスライスCTで検出器厚0.5mmを用いて胆膵領域の多相造影CTを施行した画像の造影効果を評価して、胆膵領域を早期動脈相(動脈が十分に造影されているが、門脈系はほとんど造影されていない時相)において撮影可能であることを示した。このvolume dataから0.5mm厚(実効半値幅0.75mm)0.4mm間隔の画像を再構成し、この再構成画像から作成される1,2mm-1.3mm厚の高分解能の多断面冠状断画像を用いることにより膵周囲の小動脈を90%以上で描出できることを示した。この描出能はシングルスライスCTや4列マルチスライスCTで報告されている成績を上回っている。上記の早期動脈相の同一患者のデータから50%オーバーラップさせた0.75mm.1mm,2mm厚画像を再構成して、これらの画像からvolume-render法により三次元のCT arteriography作成した。これらのCT arteriographyを4名の放射線科医が評価して、0.75mm厚画像を用いることにより最も良好なCT arteriography像が得られ、特に、膵小動脈において画質の差が大きいことを明らかにした。4or16列マルチスライスCTで検出器厚0.5 or 1mmを用いて多相造影CTを施行し切除された膵臓のIntraductal papillary mucinousneoplasmのCT所見と病理学的悪性度を対比して、CTにより腺腫、境界病変+上皮内癌、浸潤癌の鑑別が約85%の症例で可能であることを明らかにした。
膠芽腫におけるPETを用いた腫瘍幹細胞高密度領域を同定する研究

Positron emission tomography (PET)上で低酸素細胞トレーサー18F-FRP(FRP170)とアミノ酸代謝トレーサー11C-methionine (MET)が重複して集積する中間低酸素環境かつ等増殖領域内の腫瘍幹細胞は他部位より有意に多く存在している事を確認・証明する事を目的とした。研究方法は腫瘍摘出術前にFRP170およびMET-PETを撮像し、手術中に両トレーサー重複部、FRP170・METそれぞれの単独高集積部の3か所の腫瘍組織を採取し、腫瘍幹細胞マーカーであるCD133、nestin、musashi-1の免疫染色、ウエスタンブロット、PCR法での蛋白発現量を測定し、両トレーサー重複部が、FRP170・MET単独高集積部よりも優位に高密度であることを証明する事とした。上記を行う事としていたが、ウエスタンブロット法による蛋白発現量確認の予備実験までの結果しか出す事が出来なかった。免疫染色とPCR法に関しては施行したが、結果が不安定であった。最も結果がでたウエスタンブロット法でもCD133、nestin、musashi-1のいずれの検出も不安定であった。しかしながら、腫瘍幹細胞マーカーであるこれらの蛋白発現量は、FRP170・MET両トレーサー重複部における領域でFRP170・MET単独高集積部よりも高密度に存在している印象であった。ウエスタンブロット法での研究を継続し、安定した結果を出すようにする。さらに、免疫染色、PCR法でもウエスタンブロットと同様の予想される結果を出せるように進めていく。PET上で低酸素細胞トレーサーFRP170とアミノ酸代謝トレーサーMETが重複して集積する領域は、中間低酸素かつ増殖領域であり、多くの腫瘍幹細胞が存在すると推測しているので、中間低酸素かつ等増殖領域における腫瘍幹細胞の割合が高い事を確認・証明する。対象症例は初発の膠芽腫と診断された20例とする。研究方法は、腫瘍摘出術前にFRP170およびMET PETを撮像し、両トレーサーが重複して集積する部位を確認しておく。術中に両トレーサー重複部、FRP170単独高集積部、MET単独高集積部の3か所の腫瘍組織を採取する。採取した組織を用いて、腫瘍幹細胞マーカーであるCD133、nestine、musashi-1を免疫染色にて、両トレーサー重複部における腫瘍幹細胞が、他部位に比較して有意に高密度に存在している事を確認する。さらに、腫瘍組織に発現しているCD133、nestine、musashi-1の蛋白量をウエスタンブロット法、PCR法を用いて検討する。得られたデータより、最終的に論文を作成し公表する。また、FRP170、MET PETとMRIとの関連について学会で発表を行った。初発膠芽腫症例の集まりが予定よりも遅れているため、研究自体の進み方がやや遅れている。PET上で低酸素細胞低酸素トレーサーFRP170とアミノ酸代謝トレーサーMETが重複して集積する領域は、中間低酸素かつ増殖領域であり、多くの腫瘍幹細胞が存在すると推測しているので、中間低酸素かつ等増殖領域における腫瘍幹細胞の割合が高い事を確認・証明する。対象症例は初発膠芽腫と診断された20例とする。研究方法は腫瘍摘出術前にFRP170およびMET-PETを撮像し、両トレーサーが重複して集積する部位を確認しておく。採取した組織を用いて腫瘍幹細胞マーカーであるCD133、nestin、musashi-1を免疫染色を用いて両トレーサー重複部における腫瘍幹細胞が、他部位に比較して有意に高密度に存在している事を確認する。さらにCD133、nestin、musashi-1の蛋白量をウエスタンブロット法、PCR法を用いて検討する。得られたデータにより最終的に論文を作成して公表する。MET-PETとMRI(ASL)との関連について学会発表を行った。FRP170とMETを術前に施行できる初発膠芽腫の症例数が集まりにくい事、免疫染色やウエスタンブロット等の結果十分に出ていないため研究がやや遅れている。

ウエスタンブロット法での研究を継続し、安定した結果を出すようにする。さらに、免疫染色、PCR法でもウエスタンブロットと同様の予想される結果を出せるように進めていく。対象症例を早期に収集する。免疫染色やウエスタンブロット等の条件を再検討する。情報収集および成果発表で使用する予定であった旅費を使用しなかったため、次年度に持ち越すこととなった。研究試薬を予定より安価に購入できたため。残額は免疫染色・ウエスタンブロットに使用する試薬購入を予定している。情報収集および成果発表に使用する。
レーダを用いた北極域ツンドラ湖の環境変動に関する研究

本研究の目的は気候変動が北極域陸域に及ぼす影響を評価することにある。CバンドおよびLバンド合成開口レーダ(SAR)データを使用して、北極域にあるツンドラ湖(サーモカルスト湖)の凍結および融解のモニタリング手法を検討し、気候変動が北極域の陸域におよぼす影響を評価した。過去20年以上アーカイブされているSARデータを使用して、アラスカ北部に散在するツンドラ湖のCバンドおよびLバンドの後方散乱係数の変化を解析して、凍結および融解時期の変化や成長速度を抽出し、長期間における気候変動の影響を評価した。また、今後継続して利用可能なSARデータについても、本研究の目的のために使用可能か否かを評価した。2014年度はツンドラ湖のSARデータ収集と詳細解析を実施した。北極域に位置するアラスカ北部バロー周辺のツンドラ湖を対象として選定した。この領域のツンドラ湖は、過去の研究において解析されたことがあり、衛星搭載合成開口レーダ(SAR)データも1990年から現在にかけてアーカイブされている。本研究を遂行するために必要な研究設備として、SARデータ解析システムを構築に着手した。高速なデスクトップパソコンを調達し、SARデータの入力・ラジオメトリック校正・位置合わせ等の幾何補正を行うソフトウェアを整備した。解析を行うデータとして、宇宙航空研究開発機構(JAXA)およびヨーロッパ宇宙機関(ESA)が保有しているSARアーカイブデータについて調査を実施した。JAXAおよびESAの研究公募に応募し、各機関のPIとして採用され、ALOS/PALSARデータおよびENVISAT/ASARデータを入手した。ALOS/PALSARについては2006年から2011年までのデータを入手済、ENVISAT/ASARについては2007年から2009年までのデータを入手済である。ALOS/PALSARとENVISAT/ASARは異なる周波数を使用したSARデータであり、湖氷に対する後方散乱係数の観測周波数による違いを調査した。その結果、Lバンドデータ(ALOS)もCバンドデータ(ENVISAT)ほど明確ではないが、ツンドラ湖の湖底状態の違いを検出できることがわかったが、2006年から2011年までの経年変化について検出することはできなかった。一方、ENVISAT/ASARデータを使用することによって、過去の解析結果(1991年から1992年)との比較が可能であり、15年間の後方散乱係数変化を比較することができた。その結果、湖底まで凍らなくなった湖やすでに湖水がなくなってしまった湖の検出を行うことができた。アラスカ北部バロー周辺のサーモカルスト湖(ツンドラ湖)を対象として、過去20年以上にわたり蓄積されているSARデータ(JERS-1, ERS-1/2, ENVISAT, ALOS)の調査および収集を行った。また、前年度に整備を開始したSARデータ解析設備に大量のデータを保存する装置と研究協力者が効率良く解析するための高速PCを追加した。宇宙航空研究開発機構(JAXA)およびヨーロッパ宇宙機関(ESA)が保有しているSARアーカイブデータの調査を実施した。2000年代のENVISATデータについては、2003年から2010年までのSARデータを入手することができた。しかし、解析に使用できる連続データがない期間もあったため、その期間については他のSARデータで補充する必要がある。補充するCバンドSARデータとしてはERSが考えられ、ENVISATと同一時期に取得されたERSデータを調査した。また、LバンドのSARデータについては、1990年代のJERS-1データについて引き続き調査を実施している。本研究では、長期間のCバンドSARデータとしてERSとENVISATデータを使用する。ERS-1/2はVV偏波でデータ取得を行っており、ENVISATはHH偏波またはVV偏波が選択できるが、ENVISATアーカイブデータで観測頻度が高いものはHH偏波であった。長期間のデータを扱うためには偏波の違いによる後方散乱係数の違いを把握しなければならないため、同一日に取得したERSデータとENVISATのHH偏波データの比較を行った結果、低入射角においては後方散乱係数の偏波依存性が小さいことがわかった。10月から次年度5月までの連続した後方散乱係数時系列データが得られた場合、変化傾向から統計的にGrounded iceとFloating iceの面積比を算出可能であることが判明した。前年度に引き続きSARデータ収集および解析を行うために必要なシステムの構築として、本研究で整備するSARデータ解析システムに、過去20年以上にわたる大量のアーカイブデータを蓄積するために、大容量データストレージシステムを追加整備した。さらに、研究協力者がデータ解析を効率良く行うために、高速計算可能なPCを追加導入した。また、SARデータの詳細解析を行うために必要なソフトウェア(後方散乱係数変換および幾何補正処理)の整備を行った。以上で、本研究にてデータ収集および解析を行うためのSARデータ解析システム構築についてはほぼ終了した。本研究に使用するアーカイブSARデータについては、JAXAおよびESAのデータベースを調査し、JERS-1、ERS-1/2、ENVISAT、PALSARデータの要求および入手を行っている。データ入手については、JERS-1およびERS-1/2の入手に時間はかかっているものの、ほぼ計画通りと考えている。研究成果については、2015年度に国内および国外の学会にて発表済(合計5件)であり、全体としての研究達成度についてはおおむね順調と考えている。

アラスカ北部バロー周辺のサーモカルスト湖(ツンドラ湖)を対象として、昨年度に引き続き過去20年以上にわたり蓄積されているSARデータ(JERS-1, ERS-1/2, ENVISAT, ALOS)の収集および解析を実施した。前年度までに整備したSARデータ解析設備および研究協力者用の解析PCについて、計算性能の増強および無停電電源整備を実施した。宇宙航空研究開発機構(JAXA)およびヨーロッパ宇宙機関(ESA)が保有しているSARアーカイブデータについては、JERS-1、ALOS、ERS-1/2、およびENVISATデータを調査しすべてのデータの注文および入手を完了した。解析期間中の連続したデータが存在しない期間について、有償SARデータでの解析を検討したが、使用できる観測データが存在しないことがわかった。従って、すべての期間における解析については断念し、バロー地区の気象(気温)データから算出した積算寒度を基にして、推定氷厚とSARデータ解析を実施した。各年の10月1日からの積算寒度を使用することによって、水深の小さな湖ではFloating iceからGrounded iceに変化する積算寒度を算出することが可能であることが判明した。また、水深の大きい湖についても、湖氷の後方散乱係数の上昇速度と積算寒度に関係があることがわかり、後方散乱係数から湖氷の成長速度を算出できる可能性が示された。2016年以降の期間について、ESAが打ち上げたSentinel-1に搭載されたCバンドSARデータを湖氷モニタリングに使用可能か否かを検討した。Sentinel-1はScanSAR運用が基本運用であり、観測入射角がERS-1/2よりも大きくなってしまうが、後方散乱係数の入射角特性を考慮することによって、ツンドラ湖のモニタリングが可能であることを示すことができた。本研究の目的は気候変動が北極域陸域に及ぼす影響を評価することにある。CバンドおよびLバンド合成開口レーダ(SAR)データを使用して、北極域にあるツンドラ湖(サーモカルスト湖)の凍結および融解のモニタリング手法を検討し、気候変動が北極域の陸域におよぼす影響を評価した。過去20年以上アーカイブされているSARデータを使用して、アラスカ北部に散在するツンドラ湖のCバンドおよびLバンドの後方散乱係数の変化を解析して、凍結および融解時期の変化や成長速度を抽出し、長期間における気候変動の影響を評価した。また、今後継続して利用可能なSARデータについても、本研究の目的のために使用可能か否かを評価した。2014年度に整備を開始したSARデータ解析設備を使用して、ALOS/PALSARおよびENVISAT/ASARのデータを試験的に解析し、後方散乱係数の変化を抽出する手順を確認した。データ入手についても、JAXAが保有するSARデータ(JERS-1, ALOS)に加えて、ESAが保有するアーカイブされたSARデータ(ERS-1/2, ENVISAT)の使用が可能になった。以上から全体としての研究達成度についてはおおむね順調と考えている。
てんかん焦点部における微小形成不全の診断基準策定のための神経病理学的解析

てんかんの焦点部に意外に多く潜在していると考えられている器質的な病変に微小形成不全があることが近年、指摘されているが、その病理学的な診断基準は明確でないのが現状である。特にてんかん外科治療の領域ではこれらの診断基準を明確にすることが求められ、そのことにより根拠に根ざした医療(evidence-based medicine)が一層推進される。これらの課題に一定の結論を得るために本研究は遂行されているところである。目的:難治性てんかんの焦点部の器質的変化として微小形成不全の存在が指摘されている。しかし、それらについてコンセンサスが得られた病理診断基準は確立されていないのが現状である。今回われわれは、多数例の剖検例について微小形成不全と考えられる大脳皮質病変を検証し、どのような所見が存在すれば微小形成不全と言えるのか、という点を明らかにした。対象と方法:剖検例の検索対象は以下の通り:正常対照16例(m9,f7,15-71)、血管障害8例(m4,f4,41-69)、変性疾患28例(m15,f13,54-78)、形成異常1(主に遊走障害例)19例(m11,f8,1-41)形成異常2(その他の形成異常例)9例(m5,f4,1-6)。それぞれ、吻側前頭葉、尾側前頭葉、側頭葉、頭頂葉、後頭葉を通る大型標本において10脳回をランダムに抽出し、3種類の所見(superficial hypermyelination、subpial large neuron、persistent granule cell)の有無をスコア化し、各群における合計、頻度を算出した。また、3所見の出現の組み合わせを検討した。結果と考察:superficial hypermyelinationは形成異常1群で多く観察される傾向があったが各群での有意差はなかった。一方、subpial large neuron、persistent granule cellの所見は、形成異常1群、2群で有意に高頻度であった。また、3所見の組み合わせでは、非形成異常のいずれの群において、3所見が共存することはなかったが、形成異常群においてはsubpial large neuronおよびpersistent granule cellの共存例と、3所見が共存していた例が約半数に上り、このような場合に微小形成不全と診断することが妥当であると強く示唆された。目下、神経関連モノクローナル抗体を用いて上記の組織コンポーネントの性格付けの知見を収集している。特にてんかん外科治療の領域ではこれらの診断基準を明確にすることが求められ、これらの課題に一定の結論を得るために本研究は遂行されててきたところである。代表者の部門内に所蔵しているヒト剖検脳パラフィンブロック(全2,000例余)のうち、代表的な神経疾患の中でいくつかの疾患群を設定し、上中下の前頭回、上中下の側頭回、中心前回、中心後回、島回、海馬、海馬傍回、後頭側頭回、後頭葉脳回を対象として標本化した。未だ認知されていないオカルト皮質異形成(画像で検出できない細胞レベルの異形成病変)を探索する為、そのうち、多数例の限局性皮質異形成(FCD)、片側巨脳症(HMC)、結節性硬化症(TS)の主病変の周辺部を検証した結果、FCD、HMCの周辺部では主病変部に連続して、一見正常な6層構造の中に異型神経細胞が孤発する皮質領域に移行することがあることを確認した。また、それらの異型細胞は、多くの神経系モノクローナル抗体を用いたパイロット検索の結果、抗β-catenin抗体で正常形態の神経細胞と免疫組織学的にも識別可能であることを確認した。具体的には、非異型性神経細胞においては、β-catenin染色では微細な顆粒状構造物を細胞質内に認めるのみであるが、FCD,HMC、TSの特徴とされる異型神経細胞では、β-catenin染色において、細胞質内に粗大な陽性構造物の集積として観察された。これらの違いは光顕的にも容易に識別することが可能であり、両者における発達過程の違いを示す免疫組織学的なhall markと考えられた。これらの結果は、異型細胞が孤発する「オカルト皮質異形成」の存在を支持するものである。
位置特異的重原子標識法の開発によるタンパク質立体構造解析の高度精密化

本研究課題は、重原子含有アミノ酸の合成、そのアミノ酸のタンパク質への取り込み、及び標識タンパク質の精密構造解析からなる。このうち重原子含有アミノ酸については、合成の困難なセレノトリプトファンに変えて5-ブロモトリプトファンの合成に成功した。現在さらにタンパク質の標識化により適していると考えられるアルセノトリプトファンの合成を試みている。標識アミノ酸のタンパク質への取り込み方法に関する研究は、プロテアーゼによるタンパク質の半合成と固相ペプチド合成を組み合わせた方法を検討した。これはすべてのタンパク質がセレノメチオニンの場合のような遺伝子工学的手法で標識できるとは限らないからである。そのモデルとして、活性部位を化学修飾したsubtilisin (セリンプロテアーゼの一種)を用いたribonuclease A (RNase A)のS-peptideとS-proteinからの再構成実験を試み、別途エネルギー最小化計算で予測したアミノ酸置換によるペプチド断片の立体構造変化を考慮して合成したS-peptideアナログとS-proteinから変異RNase Aの半合成に成功した。この研究の計算結果に関しては既に学術論文として発表済みである(裏面研究発表参照)。またこの実験結果は同時にエネルギー最小化計算のアルゴリズムが高い精度で構造予測を行えることを証明しているため、今後、重原子標識したタンパク質に関する精密構造解析に適用可能であることも同時に示している。以上の研究成果は重原子標識タンパク質の実際に調製し、その構造解析を行うという当初の目標までは届かなかったが、重原子アミノ酸が十分な量確保できれば直ちにこの目標が達成できるレベルには十分到達したと自負している。今年度の前半はセレノトリプトファン(1)の効率的な合成法の確立を目指して対応するデヒドロアミノ酸誘導体の置換基効果を調べた。その結果、従来用いてきた合成中間体に代わるβ-(N-フェニルアミノ)デヒドロアラニン誘導体(2)を見出すことができた。この新規の中間体をもってしてもなお目的とするセレン化合物(1)は天然型のトリプトファンの場合に比べて著しく低い収率でしか得られなかったが、並行して検討してきた5-ブロモインドールと(2)との反応に成功したので、現在(1)よりも5-ブロモトリプトファン(3)の大量調製に研究の主軸を移して実験を続けている。このアミノ酸アナログ(3)は、重原子として導入した臭素の原子量(80)が(1)のセレンの原子量(79)とほぼ等しく、酸化されやすいセレン化合物よりも化学的に安定であることが期待される。当初の計画は、天然のアミノ酸に含まれるイオウ原子をセレンやテルルなどのカルコゲン原子で置き換えたセレノメチオニンやテルロメチオニンを用いた研究の成功例をヒントに(1)を調製するものであった。しかし、本研究課題を遂行するためにタンパク質中のトリプトファンに導入する重原子はカルコゲン原子に限らず、臭素やヨウ素のような八ロゲン原子でも何ら問題はないはずである。既にフッ素化したフェニルアラニンやトリプトファンがタンパク質中に取り込まれた例が知られているので生合成の面から見ても(3)のようなトリプトファンのハロゲン置換体はタンパク質の重原子標識化に適していると考えられる。以上の知見をもとに、今後多種類の重原子置換トリプトファン誘導体を合成し、その各々についてタンパク質への取り込み実験を試みたい。ハロゲンを重原子として含むタンパク質の多波長異常分散法に基づくX線結晶解析例はこれまでになく、本研究で重原子の選択の可能性が大きく広げられることも期待される。昨年度に引き続きトリプトファンの重原子標識のための大量合成法の開発を行った。またセレンやテルルなどのカルコゲンの他、臭素やヨウ素といったハロゲン原子にまで対象とする重原子の範囲を広げた。これまでに開発した合成法は、中間体にβ-(N-置換アミノ)デヒドロアラニン誘導体(1)に重原子を含むインドールやベンゾセレノフェンのような求核剤を作用させ、置換反応により対応するデヒドロトリプトファン・アナログ(2)を得るというものであった。