hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
元素相乗系ナノ分子触媒の開発に関する研究

3つのm-テルフェニル基を有する半球型ホスフィン(BSP)はナノサイズ触媒環境を構築するには最適の配位子である。本年度は,銅触媒を用いたヒドロシリル化反応にBSPを適用した。銅触媒を用いたヒドロシリル化反応において活性種とされる銅ヒドリドは、凝集によって反応性が低下することが多い。BSPの半球型の構造を利用すれば、反応場が十分にある低凝集の高活性な銅ヒドリドを発生させることができるのではないかと考えた。また、基質としてはヒドロシリル化反応が困難であるかさ高いケトンを選択した。まず,立体障害の異なる基質を用いて競争反応を行った。その結果、銅-BSP3触媒はかさ高いケトンを高い選択性で還元できることが分かった。この選択的還元は脂肪族および芳香族ケトンのどちらにも適応可能であった。同様の条件でトリフェニルホスフィンを用いた場合には立体障害の小さいケトンが優先的に還元された。また、立体障害の異なるアルデヒドを用いた場合にもかさ高いアルデヒドが選択的に還元されることが分かった。さらに,ケトンよりも立体障害の小さいアルデヒドを用いてかさ高いケトンとアルデヒドの競争反応を行った。その結果、驚くべきことにBSP3を有する銅触媒はアルデヒド共存下においてもかさ高いケトンを優先して還元できることが分かった。本反応においては、かさ高いケトン由来の銅アルコキシドはBSPと大きなアルコキシドとの立体反発のために凝集が抑えられ、高い活性を示すと考えられる。一方で、基質の立体障害が小さい場合にはその銅アルコキシドは凝集により,その活性は低下するであろう。Nヘテロ環カルベン(NHC)配位子は,その強い電子供与性のため,金属へ強く配位することが知られている。そのため,超分子相互作用を有するナノサイズ部位を導入するには最適な配位子である。本年度は,長鎖アルキルおよび長鎖テトラエチレングリコール(TEG)部位をNHC配位子に導入し,新規ナノサイズNHC配位子を合成した。これらの長鎖置換基はそのファン・デル・ワールス相互作用により,触媒中心の周辺に触媒中心を包むように緩やかに凝集する傾向があった。本年度はこのNHC配位子-パラジウム触媒を用いる鈴木-宮浦カップリング反応を行った。そして,触媒活性と長鎖置換基の金属交換過程に与える影響を検討した結果,極めて効率的な元素相乗効果を有する新規ナノサイズ分子触媒の開発に成功した。しかし,本触媒系においては,臭化アリールの活性化に成功したものの,より入手容易で安価な塩化アリールの活性化を達成することが出来なかった。そのためさらに,長鎖アルキルおよび長鎖テトラグリコール基を有するホスフィン配位子の設計・合成も行った。これらの配位子はリン原子近傍は通常のトリフェニルホスフィンと類似の環境を有しているが,配位子の外郭部にそれぞれ疎水的あるいは親水的な部位を持つという極めて特徴ある構造を有していた。これらの疎水および親水的な触媒空間での強い元素相乗系相互作用の発現,またミセル,逆ミセル中での挙動について研究を行った。その結果,テトラグリコール基を有するホスフィン配位子を配位子に用いたパラジウム触媒を使うことにより,塩化アリールの鈴木-宮浦カップリングに成功した。今後はその反応機構の解明に着手する予定である。
ｉＮＯＳが分解されないマウスの作製とそれを用いたｉＮＯＳ分解系の生理機能の解明

SPSBと基質との結合を特異的に阻害するSPSBinhibitorを全身の細胞で発現するマウスの作出を試みた。SPSBinhibitor発現遺伝子が導入されたF1マウスが複数匹得られたが、いずれのマウスの腎臓及び肝臓からもSPSB inhibitorの発現を確認することはできなかった。この実験と並行して我々はiNOS以外のSPSBの基質としてCDC14A、CTTNBP2ならびにFOG-2を見出した。これらの基質は、細胞周期、心・肺の発達、ならびに神経細胞機能など広範囲の生理機能に関与する分子であることから、SPSBの基質の分解異常は、マウスの発生に重大な影響を及ぼす可能性が示唆された。本研究は、Elongin B/C-Cul5-SPSB型E3ユビキチンリガーゼ(ECS(SPSB))が機能しないマウスを作出し、このマウスを用いて、ECS(SPSB)の基質である誘導型一酸化窒素合成酵素(iNOS)の分解系の生理機能を明らかにすることを目的とする。本年度は、前年度に作製したトランスジェニック(Tg)マウス作出用の発現コンストラクトを企業に送り、Tgマウスの作出を行う予定であったが、発現コンストラクトのベクター部分を除く過程で問題が発生した。具体的には、発現コンストラクトを制限酵素(HindIIIとAatII)で切断して「プロモーターiNOS(1-118)ーSV40 polyA」断片を精製する際に、この断片のすぐ近くにもう一つ断片が現れ、どちらの断片が目的の断片かがわからなくなった。そこで、目的の断片を同定することと、目的の断片の精製法を新たに構築する必要が生じた。各断片を用いた発現確認と電気泳動を改良した結果、Tgマウス作出に必要な純度と濃度を保持する精製断片を得ることができた。また、ECS(SPSB)の基質認識サブユニットであるSPSBの認識配列(D/E-I/L-N-N-N)をBlast searchにかけ、ヒットした分子について生化学的解析を加えて、iNOS以外のECS(SPSB)の基質を新たに三種類同定することに成功した。これらは、がん抑制遺伝子p53の活性制御に関わる分子、心臓の発生・発達を制御する分子、さらには脳に局在して神経樹状突起棘形成に関与する分子であり、これらの分子の発現レベルの異常は、生体システムに著しい影響を与えることが推測される。したがって、当初考えていたiNOS分解系は、iNOSのみならず、これらの重要分子の発現レベルの制御も担っていることが推測され、iNOS分解系が広範な生理機能の調節に関わっていることがわかってきた。最終年度は、前年度に作製したSPSBインヒビター(iNOSのアミノ酸1-118部分)を発現する遺伝子断片(ヒトβ-actinプロモーター-iNOS(1-118)-SV40 polyA)を日本SLC社に送り、SPSBインヒビターを全身の細胞で発現するトランスジェニックマウスの作出を行った。胚282個にインジェクションし、それらを10匹の仮親に移植し、結果的に雄15匹および雌23匹のF0マウスを得た。これらのマウスをジェノタイピングした結果、雄3匹および雌3匹で遺伝子の導入が確認された。これらのマウスを野生型C57BL/6マウスと掛け合わせて生まれてきたF1マウスの一部からも遺伝子の導入が確認された。そこで、それらのF1マウスから肝臓および腎臓を採取し、SPSBインヒビターの発現をイムノブロットで検討した結果、予想外にいずれのマウスの臓器からもSPSBインヒビターの発現が確認されなかった。我々はiNOS以外のSPSBの基質探索も精力的に行い、これまでに細胞周期やがん抑制遺伝子p53の活性制御に関わるCDC14Aや、心臓、肺および雄の性腺の発生・発達に関わる転写制御因子FOG-2、ならびに神経樹状突起棘形成に関与するCTTNBP2の寿命がSPSBにより制御されていることを見出した。したがって、SPSBは、これらの重要分子の寿命を制御することにより、広範な生理機能の調節を担っていることが示唆された。SPSBの機能を阻害するSPSBインヒビターを全身の細胞で発現させると、マウスの発生に悪影響を及ぼすことにより、SPSBインヒビターを発現するF1マウスが得られなかったと推測される。今後は、Tet-Onシステムを用いて可逆的に全身の細胞でSPSBインヒビターを発現させる系を構築し、生体におけるSPSBの生理機能とその異常が原因で起こる病態の解明を進める。申請者は、誘導型一酸化窒素合成酵素(iNOS)がElongin B/C-Cullin 5-SPSB型E3ユビキチンリガーゼ(ECS(SPSB))によりポリユビキチン化され,プロテアソーム依存的に分解されることを明らかにしたが,この新規iNOS分解系の生理的意義は不明である.

そこで,iNOS分解系の生理機能を明らかにするために,平成23年度はECS(SPSB)機能不全マウスの作出にとりかかった. ECS(SPSB)の基質認識サブユニットであるSPSBは、iNOSのN末端部分(アミノ酸22-27番)に結合するため,この部分を含むiNOSのアミノ酸1-118部分(iNOS(1-118))を過剰発現させると,iNOSとSPSBの結合が競合的に阻害され,その結果,iNOSのユビキチン化とプロテアソーム依存的分解が抑制される.この成果を利用して,iNOS(1-118)を全身の細胞で過剰発現するトランスジェニックマウス(Tgマウス)の作出を進めた. Tgマウス作出用の発現プラスミドには,ヒトβ-actinプロモーターとSV40 polyAから構成されるpFRTZベクター(PNAS, 93, 6191-6196, 1996)を用いた.iNOS(1-118)のC末端にFLAGタグ配列を付加したcDNA配列をpFRTZにサブクローニングした.得られたコンストラクトをHEK293T細胞に遺伝子導入して発現を確認した.続いて,このコンストラクトをマウスマクロファージ細胞系列のRAW264.7細胞に遺伝子導入し.LPS刺激により発現誘導されたiNOSの寿命が著しく長くなることを確認した.以上の結果から,このコンストラクトにより発現するiNOS(1-118)-FLAGはECS(SPSB)の機能を抑制し,トランスジェニックマウスの作出に使用可能であることが確認された.Tgマウス作出用の発現コンストラクトの制限酵素処理後の精製断片を得る過程で予期せぬ問題が生じたが、断片の解析及び精製法の改良を行い、Tgマウス作出に適用可能な濃度及び精製度の精製断片を得ることができ、実験はTgマウス作出段階に進んだと言える。また、バイオインフォマティクスによりECS(SPSB)の新規基質を三種類同定することができた。これにより、iNOS分解系の生理機能の全貌解明に向け、新たな突破口が開けた。H23年度の研究計画の最重要達成課題であったECS(SPSB)の機能不全マウス作出用のコンストラクトの作製とその機能確認が完了した.当初の計画では,作製したコンストラクトを企業に送り,Tgマウスの作出まで進める予定であったが,平成23年10月1日付けで北海道大学大学院医学研究科から岡山大学大学院医歯薬学総合研究科へ異動になったことから,異動先において新たに遺伝子組換え実験や動物実験の再申請を行う必要が生じたため,Tgマウス作出まで至らなかった.しかしながら,異動先において,Tgマウス作出後に行う各種実験の準備を進めることができたことから,本申請研究はおおむね計画通りに研究が進展しているものと判断する.平成25年度は、前年度に調製したTgマウス作出用の発現コンストラクトの精製断片を企業(日本SLC)に送り、Tgマウスの作出を行う。Tgマウスが得られたら、細胞内寄生細菌に対する感染防御、敗血症の発症及びその病態形成、及び免疫系の発達におけるiNOS分解系の機能解析を行う。また、新たに同定した三種類の基質についても、Tgマウスを用いて、それらの分子の分解制御機構ならびに分解の生理的意義について解析を加える。
マルチカノニカルab initio分子動力学法による生体分子の自由エネルギー計算

量子化学的な裏づけがあるマルチカノニカルab initio分子動力学法を用いて,従来より多くのアミノ酸残基間相互作用および溶媒としての水が存在する時のアミノ酸の自由エネルギー地形を求めることによって,既存の古典力場の信頼度を表す指標を提案する.古典力場の評価は従来,Protein Data Bank等の実験と矛盾がないかどうかや,実際にシミュレーションを行ってみて天然構造へ到達するかどうかなど主観的な要素が大きかったが,本研究が行おうとしている評価方法は,量子化学に基づく第一原理的な指標を導入する客観的なものである。本年度は,主にアミノ酸の側鎖が主鎖の二面角回転にどのような影響を及ぼすのかについて調べた.アラニンペプチドとグリシンペプチドの比較解析から,α炭素-窒素間距離はα炭素-炭素間距離よりも短いことから二面角φの回転の方が二面角Ψの回転よりもβ炭素とペプチド基の反発が大きく,とりうる構造が大きく制限されていることが分かった.また,この反発がない構造についてはβ炭素から受ける影響は1kcal/mol程度よりも小さく無視できると考えられる。一方でセリンペプチドについては.側鎖の自由度が主鎖の構造に比較的強く拘束されており,この効果がまた主鎖の構造を拘束していることが分かった.特に(φ,Ψ,χ)=(-90,70,60)の二面角で定義される構造は側鎖と主鎖間にできる水素結合によって安定化しており,アラニンよりも二面角Ψの回転が制限された分布をしていた.このことからグリシン→アラニン→セリンと側鎖に官能基が付加されていくにつれ,エネルギー地形も加算的に変化していくことがわかった.これらの結果は古典力場であるAMBERの設計思想と合致した.しかし古典力場を用いて得られた構造集団をもとに精度の高い構造集団を生成することはできなかったため,古典力場は量子化学計算を充分に再現しているとは言えないと考え,構造集団の詳細な比較を行った.量子化学的な裏づけがあるマルチカノニカルab initio分子動力学法を用いて,従来より多くのアミノ酸残基間相互作用および溶媒としての水が存在する時のアミノ酸の自由エネルギー地形を求めることによって,既存の古典力場の信頼度を表す指標を提案する.古典力場の評価は従来,Protein Data Bank等の実験と矛盾がないかどうかや,実際にシミュレーションを行ってみて天然構造へ到達するかどうかなど主観的な要素が大きかったが,本研究が行おうとしている評価方法は,量子化学に基づく第一原理的な指標を導入する客観的なものである.本年度は周りに十分な量の水を配置したアラニンジペプチドのマルチカノニカルのab initio QM/MM分子動力学計算を1ns行い,対照実験として行った気相中の結果と比較し,水が及ぼす効果について議論した.また,これらの計算によって得られた自由エネルギー地形を広く使われている古典力場AMBERff99およびff99SBと比較した.AMBER ff99力場は本研究の対象と同じアラニンジペプチドをモデルに設計されているのにもかかわらず水中での自由エネルギー地形は本研究によるものと大きく異なり,実験でも観測されていない構造が最安定となった.一方でAMBER ff99SB力場はモデル分子がアラニンテトラペプチドに変わっているが,本研究とほぼよい一致を示すことがわかった.気相中のアラニン・グリシン・セリンを含むテトラペプチドについてはマルチカノニカルポテンシャルを決定し,解析に使用する分子動力学計算を開始した.また,自作したプログラムを改良し,高速化を実現した.量子化学的な裏づけがあるマルチカノニカルab initio分子動力学法を用いて,従来より多くのアミノ酸残基間相互作用および溶媒としての水が存在する時のアミノ酸の自由エネルギー地形を求めることによって,既存の古典力場の信頼度を表す指標を提案する.古典力場の評価は従来,Protein Data Bank等の実験と矛盾がないかどうかや,実際にシミュレーションを行ってみて天然構造へ到達するかどうかなど主観的な要素が大きかったが,本研究が行おうとしている評価方法は,量子化学に基づく第一原理的な指標を導入する客観的なものである。一方でセリンペプチドについては.側鎖の自由度が主鎖の構造に比較的強く拘束されており,この効果がまた主鎖の構造を拘束していることが分かった.特に(φ,Ψ,χ)=(-90,70,60)の二面角で定義される構造は側鎖と主鎖間にできる水素結合によって安定化しており,アラニンよりも二面角Ψの回転が制限された分布をしていた.このことからグリシン→アラニン→セリンと側鎖に官能基が付加されていくにつれ,エネルギー地形も加算的に変化していくことがわかった.これらの結果は古典力場であるAMBERの設計思想と合致した.しかし古典力場を用いて得られた構造集団をもとに精度の高い構造集団を生成することはできなかったため,古典力場は量子化学計算を充分に再現しているとは言えないと考え,構造集団の詳細な比較を行った.
ガン転移巣画像化のための^<99m>Tc錯体の開発

ガン転移巣画像化のための^<99m>T_CTCイメージング薬剤開発には、以下の2つのアプローチが考えられる。1)ガン原発巣の細胞膜抗原やもしくは過剰発現したレセプター、血管新生に不可欠な因子に対し高い親和性を示す抗体、ペプチドに^<99m>T_Cを安定な錯体の形で導入した、いわゆる^<99m>T_C標識化合物を製造する方法。^<99m>T_Cイメージング薬剤は、本質的には、^<99m>T_Cを配位結合によって包含するため、生体内における金属及び配位子との平衡関係の変化が、体内挙動に影響を与えることはさけられない。従って、これまでの^<99m>T_Cイメージング薬剤の開発戦略は、主に(1)の方向から進められており、有機化合物同様の体内動態を期待し、体内での錯体の分解を抑えるため、安定度定数の大きい錯体の形成を目標として、多くの研究が進められてきたが、いまだ臨床の場で実用可能な方法は確率されるに至っていない。一方、(2)の方法は系統的な研究は進められていないが、生体内で生じる平衡系の動的変化を、錯体の体内動態制御に積極的に利用するという、^<99m>T_Cイメージング薬剤独特のアプローチという点で魅力的なものである。我々は、この双方向からのガン転移巣画像化にアプローチするために合目的な2撞の配位子に着目した。(1)の目的には、99mTcに対し高い結合安定性を示すヒドロキサムアミド化合物。(2)の目的には、やや結合安定性が劣るヒドロキサム酸化合物である。この2橦の化合物は、構造的には類似しているが、配位原子が異なっており、当初の予想通り、得られる^<99m>T_C錯体は大きく異なる特性を示すことがあきらかになった。これまでの^<99m>Tcイメージング薬剤の開発戦略では、有機化合物同様の体内動態を期待し、体内での錯体の分解を抑えるため、安定度定数の大きい錯体の形成を目標としてきた。しかし今回、筆者らは、生体内で生じる平衡系の動的変化を、錯体の体内動態制御に積極的に利用するという、これまでとは異なった考え方で、^<99m>Tcイメージング薬剤の開発に臨むことを計画した。現在、臨床の場において、一連のリン化合物の^<99m>Tc錯体は、骨への悪性腫瘍の転移を早期に診断できる^<99m>Tcイメージング薬剤として、極めて重要な位置をしめている。これら^<99m>Tc錯体は、多核錯体であることが提唱されているが、悪性腫瘍転移巣への集積機構はいまだ明確ではない。ところで、筆者らは、ヒドロキムアミド類が^<99m>Tcと安定な錯体を形成することをすでに明らかにした。今回、ヒドロキムアミド類と構造は類似するが、^<99m>Tcに対する親和性が異なることが予想される配位子として、ヒドロキサム酸類に着目した。そこで、3種類のモノヒドロキサム酸誘導体を合成し、その^<99m>Tc錯体との錯形成能を、これに対応するヒドロキサムアミドと比較した。その結果、いづれのヒドロキサム酸誘導体においても、ヒドロキサムアミド類とは明確に異なる錯体種の生成が確認された。

さらに、エールリッヒ癌細胞を用いたインビトロ実験では、安定な錯体であるヒドロキサムアミドの^<99m>Tc錯体が癌細胞に対する親和性を全く示さないのに対し、ヒドロキサム酸の^<99m>Tc錯体の癌細胞への以上が確認された。この癌細胞移行可能な細胞体種には、限定された条件下でのみ生成し、生体内での安定性や構造については不明であるが、多核錯である可能性は高いと考えらえる。今後、その体内動態、錯体の物理化学的特性を系統的に検討する予定である。昨年度の研究成果をもとに、本年度は、ヒドロキサム酸(HA)を配位部位とする誘導体を合成し、^<99m>Tcとの反応性及び悪性腫瘍親和性に関する検討を行なった。使用したHA誘導体は下記のbenzhydroxamic acid(BHA)、p-toluhydroxamic acid(pTHA)、p-anishydroxamic acid(pAHA)、nicotinohydroxamic acid(NHA)、isonicotinohydroxamicacid(INHA)及びisonicotinohydroxamic acid methiodide(INHAMI)の6種類である。本研究で使用した配位子は、いずれも99mTc-HA錯体を形成し、TLC法及び電気泳動法の結果より、二種類の錯体成分から構成されていることが確認された。また、錯体成分の生成比をTLCのラジオクロマトグラム上の放射能より求めたところ、その生成比は配位子濃度に大きく影響を受けることが明らかとなった。更に、この二種類の錯体成分の一方は、インビトロにおいてEhrlich腹水癌細胞に対し、親和性を示すことが確認された。この結果から、HAは錯生成時の濃度の相違により、癌細胞親和性の異なる二種類の錯体を生成するという共通した性質を有していることが明らかになった。そこで、左大腿部にEhrich腹水癌細胞を移植した担癌マウスに^<99m>Tc-HA錯休を投与した結果、各錯体の癌組織への分布、血液中からのクリアランス等に大きな差異が認められた。この様な置換基の差異による体内分布の変化は、各錯体の性質に基づくものであり、体内で各錯体が比較的安定に存在していることを示している。特に、ピリジル基を有する配位子から調製された^<99m>Tc-HA錯体の場合には、癌組織への集積性と血液中からの速やかな消失を示す結果が得られた。
血清アミラーゼ活性の基準範囲はアミラーゼ遺伝子のコピー数多型に依存するか

臨床検査で用いられている血清アミラーゼ活性は、個体内変動より個体間変動(個体間差)が大きい検査項目の一つであることは古くから知られていたが、その理由は不明であった。最近、アミラーゼ遺伝子(唾液型アミラーゼ遺伝子;AMY1)のコピー数が人によって異なり、特に炭水化物の多い食事を好んでとる人種は、コピー数が増える方向に進化してきたこと、従って、人種によってアミラーゼ遺伝子数が異なることが報告された(Perry et al, Nat Genet 2007)。このことから、各個体の血清アミラーゼ活性が、アミラーゼ遺伝子のコピー数と正の相関を示すと考え、各個体の血清アミラーゼ活性(特に唾液型アミラーゼ)、唾液中のアミラーゼ活性とアミラーゼ遺伝子のコピー数を調べ、その相関性について明らかにし、血清アミラーゼ活性の個体間差が大きい理由を明らかにすることを目的とした。遺伝子解析研究の倫理委員会に申請し、ボランティア各位から書面での同意を得て血液と唾液を採取した。血液の血清成分・唾液は遠心した後、日本臨床化学会(JSCC)標準化対応法準拠試薬を用いてアミラーゼ総活性、膵型アミラーゼ活性を測定した。個体によってアミラーゼ活性が幅広く分布していることを再確認した。全血からEZ1自動核酸抽出機を用いてDNAを抽出し、測定試料とした。定量的PCRの系は、ライトサイクラーを用いてサイバーグリーン法で構築した。PCRプライマーは、既報の配列を参考にして作成した。内在性コントロールとして、TP53遺伝子増幅用プライマーも合成した。それぞれの増幅産物の配列が目的とするアミラーゼ、TP53であることを塩基配列決定により確認した。このようにして測定した20人のボランティア各人のアミラーゼ各遺伝子のコピー数とアミラーゼ総活性、唾液型アミラーゼ、膵型アミラーゼ活性との相関について統計処理を行っている。
食道癌におけるp107遺伝子の解析、および異常蛋白の発癌における意義

我々は、p107mRNAのreal-time PCR法による発現量定量をp107cDNA plasmidをコントロールとして試みた。その結果、plasmid量とreal-time PCRにより得た発現量が直線上にのることを確認できた。これによりreal-time PCR法によりp107mRNAの定量は可能と考えられ、東北大学倫理委員会の承認後、臨床サンプルを使用し測定した。すなわち、同意が得られた食道癌症例より、放射線の照射前、および2Gy、10Gyの照射後に内視鏡下に食道正常粘膜および食道腫瘍部より生検し、RNAを抽出しcDNA合成後、上記real-time PCR法により測定した。その結果、正常より腫瘍(癌)でのp107mRNAの発現が高く、照射によって正常粘膜での発現は低下する傾向があった。癌では、低下するものや増加するものがあり、一定の傾向は認められなかったが、これらの傾向が食道癌の放射線抵抗性などとも関連する可能性は考えられた。また、食道癌細胞株に放射線を照射し、その後の細胞周期蛋白の変動をWestem blot法により検討した。その結果からは、照射後早期にRB蛋白の脱リン酸化が生ずるものやRB蛋白の発現自体が低下するものに放射線感受性が高い傾向があった。食道癌におけるp107遺伝子の解析、および異常蛋白の発癌における意義1.これまでの結果;当科で樹立された15株の食道癌細胞株(TE-1,-2,-3,-4,-5,-6,-7,-8,-9,-10,-11,-12,-13,-14,-15)を用い、指数関数的増殖を示す状態で各々の細胞株より蛋白質を抽出し、western blot法により発現量の検討を行なった。その結果、p-107蛋白はTE-3,-7,-9,-11において強い発現、TE-10,14では弱い発現を認めた。これら発現量と他のp53,p16,p21,cyclinD1など細胞周期調節蛋白との間に相関は認められなかった。また、real time PCR assayによりp107mRNAを定量化した。GAPDHmRNAにより補正した。始めにTE-1,7,10,14において検討した。TE-7において最も高いp107のmRNA発現を認めたが、いずれも癌細胞株において食道正常粘膜より高い発現を認めた。正常食道粘膜では極微量の発現しかみられなかった。また、術前内視鏡下生検材料を用い、同様にreal time PCR assayによりp107mRNA発現量を検討した。これまで4例について検討し、3例において正常より癌腫瘍部において高い発現を認めた。2.今後の展開;これまでの検討より食道癌においては殆どの場合、p107が高発現していることが認められた。従って、p107遺伝子は少なくとも食道癌においては癌抑制遺伝子としての役割は少なく、むしろ腫瘍ではcyclinD1高発現などによりG1S移行が早まる傾向の細胞周期を抑制する方向にフィードバック的に動いているものと推察される。ノックアウトマウスによる検討を予定していたが、むしろ多くの臨床例の生検標本によりp107mRNA高発現の臨床的意義を検討したいと考えている。前回の報告書で、細胞株におけるWestern blot法による蛋白レベルでの解析ではp107蛋白の発現はheterogeneousであることを報告した。更に解析を内視鏡による生検標本を用い、mRNAの定量により行った。東北大学倫理委員会の承認後、食道癌患者のうち同意を得られた症例から各々正常部と腫瘍3ヶ所を内視鏡下に採取した。mRNAを採取後、ABI PRISM 7700sequence detection systemにより定量した。それぞれにおけるGAPDHmRNAの発現量により標準化して比較した。これまでの検討では食道癌においてはいずれの症例も、正常食道粘膜より腫瘍部においてp107が高発現していることが認められた。また、放射線治療前後でも検討したが、現在のところ有意な差は見られていない。p107遺伝子は少なくとも食道ガンにおいては癌抑制遺伝子としての役割は少なく、腫瘍ではcyclinD1高発現などによりG1S移行が早まる傾向の細胞周期を抑制する方向にフィードバック的に動いているものと推察された。

今回の検討で、更に症例数を増やすとともにp107のみならず、Rb, E2F1,E2F4についても同様に生検標本でのmRNA、定量が必要であり、これら細胞周期、特にRB蛋白リン酸化調節に関する遺伝子群の発現の解析が必要であることが判明した。
揮発性吸入麻酔薬のもつ免疫抑制作用の機序解明及びその指標化と定量化に関する研究

本研究の目的は以下の2点に要約できる。1)揮発性吸入麻酔薬は、ヒト末梢血単核細胞にアポトーシスを誘導するか?2)この揮発性吸入麻酔薬によるヒト末梢血単核細胞の直接的アポトーシス誘導作用は吸入麻酔薬の種類により、差異が認められるか?これら2点を明らかにして吸入麻酔薬の免疫抑制作用の根本的機序を解明する。結果:(1)揮発性吸入麻酔薬イソフルランによるヒト末梢血単核細胞のアポトーシス誘導に関する定性的実験-イソフルランはヒト末梢血単核細胞のアポトーシスを用量依存性に誘導する。(2)揮発性吸入麻酔薬セボフルランによるヒト末梢血単核細胞のアポトーシス誘導に関する定性的実験-高濃度セボフルラン(2.OMAC)はヒト末梢血単核細胞にアポトーシスを誘導する。これらのアポトーシスに、Fasリガンドの関与する可能性については否定的な結果が得られた。結論:揮発性吸入麻酔薬イソフルランとセボフルランは、ヒト末梢血単核細胞のアポトーシスを誘導依存性に誘導する。またイソフルランはセボフルランに比較してアポトーシス誘導の程度が強いと考えられる。揮発性吸入麻酔薬によるヒト末梢血単核細胞のアポトーシス誘導が術後の免疫抑制の一因となる可能性が示唆された。本研究の目的は以下の3点に要約できる。1)揮発性吸入麻酔薬はT細胞のアポトーシスを直接誘導するか?2)この揮発性吸入麻酔薬によるT細胞の直接的アポトーシス誘導は吸入麻酔薬の種類により相違が認められるか?3)吸入麻酔薬による不細胞の直接的アポトーシス誘導は吸入麻酔薬の免疫抑制度あるいは免疫毒性の指標となるか?これら3点を明らかにし吸入麻酔薬の免疫抑制作用の根本的原因を解明する。結果:(1)揮発性吸入麻酔薬イソフルレンによる脾臓T細胞および胸腺細胞の直接的アポトーシス誘導に関する定性的実験-イソフルレンはT細胞のアポトーシスを容量依存性に誘導する。(2)揮発性吸入麻酔薬セボフルレンによる脾臓T細胞および胸腺細胞の直接的アポトーシス誘導に関する定性的実験-高濃度セボフルレン(2.0MAC)はT細胞にアポトーシスを誘導する。(3)揮発性吸入麻酔薬イソフルレンおよびセボフルレンによる脾臓T細胞および胸腺細胞の直接的アポトーシス誘導に関する定量的実験結果(1)および(2)のアガロースゲルによる電気泳動法をもちいたLadder formationの程度と一致した結果が観察された。(4)揮発性吸入麻酔薬イソフルレンによる脾臓T細胞および胸腺細胞の直接的アポトーシス誘導におけるメッセンジャーRNA誘導の必要性に関する実験-揮発性吸入麻酔薬によるアポトーシス誘導にメッセンジャーRNAの誘導は必要ない。結論:揮発性吸入麻酔薬イソフルレンとセボフルレンは脾臓T細胞と胸腺細胞のアポトーシスを直接誘導する。またイソフルレンはセボフルレンに比較しアポトーシス誘導の程度が大きいと考えられた。1)揮発性吸入麻酔薬は、ヒト末梢血単核細胞にアポトーシスを誘導するか?2)この揮発性吸入麻酔薬によるヒト末梢血単核細胞の直接的アポトーシス誘導は吸入麻酔薬の種類により相違が認められるか?これら2点を明らかにし吸入麻酔薬の免疫抑制作用の根本的原因を解明する。結果:(1)揮発性吸入麻酔薬イソフルレンによるヒト末梢血単核細胞のアポトーシス誘導に関する定性的実験-イソフルレンはヒト末梢血単核細胞のアポトーシスを容量依存性に誘導する。(2)揮発性吸入麻酔薬セボフルレンによるヒト末梢血単核細胞のアポトーシス誘導に関する定性的実験-高濃度セボフルレン(2.0MAC)はヒト末梢血単核細胞にアポトーシスを誘導する。

これらのアポトーシスに、Fasリガンドの関与する可能性は否定的な結果が得られた。結論:揮発性吸入麻酔薬イソフルレンとセボフルレンはヒト末梢血単核細胞のアポトーシスを用量依存性に誘導する。またイソフルレンはセボフルレンに比較しアポトーシス誘導の程度が強いと考えられた。揮発性吸入麻酔薬によるヒト末梢血単核細胞のアポトーシスが術後免疫抑制の一因となる可能性が示唆された。
台湾産マンネングサ属の平行適応放散をモデルにした網羅的な適応進化プロセスの検証

ベンケイソウ科マンネングサ属は東アジア地域を一つの多様性の中心に持ち,中でも大陸島台湾の高地環境おいて,劇的に異なる光・水分環境に進出し,種多様化を遂げている.これまでの申請者の研究から,台湾固有のマンネングサ属種は2系統存在し,各系統で異なる光・水分環境に生育する種が急速に進化し,かつ2系統で独立して類似生態シフトと適応形質(葉形態及び光合成特性)を獲得した急速な種多様化(平行適応放散)を遂げていたことが明らかになっている.しかしながらその種分化や適応放散プロセスの解明には至っていないため,本研究では当該種群をモデルとした,網羅的な環境-形態-生理-ゲノムデータに基づく非生物環境への適応放散/進化メカニズムの解明を目的として研究を進めている.生育環境の評価については,各種について通年で温度,湿度,照度計を設置し環境データを収集しており,各生育環境の評価ができつつある.また新たな適応形質の探索として,化学成分分析や根形態の調査等を行っており,各環境ごとに一定の傾向がみられ,適応形質である可能性がある.そしてゲノム解析について,現在1種についてゲノム解読を進めており,完成次第他種についてリシーケンスを進め,集団動態解析や自然選択を受けた遺伝子座の検出などを試みる予定である.各種の生育環境の環境特性が明らかになりつつある.適応形質について,これまで調査してきた葉形態や光合成様式に加え,化学成分もまた環境特異的な成分を有している傾向があり,適応形質である可能性がある.ゲノム解析については台湾産種1種について,ロングリード及びショートリードシーケンスを組み合わせたリファレンスゲノムを構築中である.他3種をめどにゲノムリシーケンスを予定しており,各種の集団動態推定等を行う予定である.生育環境の評価については,引き続き環境データの取得を続け,ゲノム,環境,適応形質データを集積することで平行適応放散の進化要因を検証していく予定である.ベンケイソウ科マンネングサ属は東アジア地域を一つの多様性の中心に持ち,中でも大陸島台湾の高地環境おいて,劇的に異なる光・水分環境に進出し,種多様化を遂げている.これまでの申請者の研究から,台湾固有のマンネングサ属種は2系統存在し,各系統で異なる光・水分環境に生育する種が急速に進化し,かつ2系統で独立して類似生態シフトと適応形質(葉形態及び光合成特性)を獲得した急速な種多様化(平行適応放散)を遂げていたことが明らかになっている.しかしながらその種分化や適応放散プロセスの解明には至っていないため,本研究では当該種群をモデルとした,網羅的な環境-形態-生理-ゲノムデータに基づく非生物環境への適応放散/進化メカニズムの解明を目的として研究を進めている.生育環境の評価については,各種について通年で温度,湿度,照度計を設置し環境データを収集しており,各生育環境の評価ができつつある.また新たな適応形質の探索として,化学成分分析や根形態の調査等を行っており,各環境ごとに一定の傾向がみられ,適応形質である可能性がある.そしてゲノム解析について,現在1種についてゲノム解読を進めており,完成次第他種についてリシーケンスを進め,集団動態解析や自然選択を受けた遺伝子座の検出などを試みる予定である.各種の生育環境の環境特性が明らかになりつつある.適応形質について,これまで調査してきた葉形態や光合成様式に加え,化学成分もまた環境特異的な成分を有している傾向があり,適応形質である可能性がある.ゲノム解析については台湾産種1種について,ロングリード及びショートリードシーケンスを組み合わせたリファレンスゲノムを構築中である.他3種をめどにゲノムリシーケンスを予定しており,各種の集団動態推定等を行う予定である.生育環境の評価については,引き続き環境データの取得を続け,ゲノム,環境,適応形質データを集積することで平行適応放散の進化要因を検証していく予定である.
研究の生産性と官僚化：研究評価、大学組織と研究者の戦略

研究者をとりまく環境変化の中で、研究評価において研究生産性の尺度として普及している論文数や引用数等の量的指標は、必ずしも研究の創造性や革新性を加味していない。本研究では、量的研究評価指標のみに拠らず、研究や科学の営為の根幹である研究生産性の意味そのものに立ち返り探究を進める。本研究では、1研究者にとっての研究生産性の内実、2パブリケーション戦略、そして3研究評価や大学組織を含む研究者をとりまく環境・制度・文化の12への影響、に着目し、大学の研究者対象のサーベイ調査及び事例研究を実施する。研究を通じて、研究政策や大学経営、科学技術論等への学術的貢献に加え、大学や政策の現場への示唆を示す。
東南アジア・オセアニア地域における呪術の効果に関する文化人類学的研究

本研究では、メンバー4名がヴァヌアツ、タイ、フィリピンにおける現地調査で得た民族誌的情報に基づき、呪術の担い手である呪者の施術が当事者たちの間で効果あるものとして受け容れられる(受け容れられない)プロセスやその社会的背景などを実証的に明らかにする。また、そうしたプロセスや社会的背景における生物医学・科学の役割や波及効果なども解明する。以上の目的を達成するために不可欠な調査は、4年間の研究期間を通じて実施してゆく。また、メンバーが個々の調査で得た情報は研究会で比較検討の対象とし、そこでの議論などを通じて形をなしてきた研究成果は2021年度以降、内外の学会発表などを通じておおやけにしてゆく。
過剰な食塩摂取による脳梗塞病態増悪の機序に関する実験的研究

食塩負荷により中大脳動脈閉塞による脳梗塞容積は、血圧変動を伴わずに増大した(112±27 mm3 vs. 77±12 mm3 )。中大脳動脈閉塞後の脳血流は、食塩負荷群において対照群に比し、有意に減少した。血液脳関門破綻の指標としての脳組織アルブミンとヘモグロビン含量は食塩負荷により増悪はみとめられなかった。以上より、食塩負荷による脳梗塞増大の機序は、過剰な食塩による中大脳動脈閉塞後の側副血行路の機能障害であると考えられた。正常血圧ラットでは食塩負荷により有意な脳梗塞増大はなかったので、食塩負荷は高血圧と合わさって増悪作用を顕在化させることが明らかとなった。8週齢の雄性高血圧自然発症ラット(SHR/Izm)を日本SLCより購入し、食塩負荷群には生理食塩水(0.9% NaCl)を飲料水として14日間摂取させた。3ヶ月齢の時点でphotothrombosisにより血栓性に遠位部中大脳動脈を閉塞し、中大脳動脈閉塞後の脳血流減少の程度と脳梗塞容積に及ぼす過剰な食塩摂取の影響および中大脳動脈閉塞後の血液脳関門破綻の程度に及ぼす食塩負荷の悪影響の可能性についてSELDI-TOF-MS/プロテインチップにより検討した。通常のSHRではいわゆる食塩感受性(食塩負荷による血圧上昇)はないことが知られており、本実験でも食塩負荷による血圧変動はなかった。食塩負荷群では、脳血流は前値の20±4%まで減少し、対照群の38±14%と比較し有意に低値であった。脳梗塞容積も食塩負荷群で有意に増大した(112±27 mm3 vs. 77±12 mm3)。一方、血液脳関門破綻の指標としての脳アルブミンとヘモグロビンは両群間で差はなかった。したがって、中大脳動脈閉塞前の過剰な食塩摂取による脳梗塞の増大の機序はおそらく側副血行路の機能障害による虚血レベルの増悪が主因であると考えられた。次に、脳血流自動調節能の下限域に関する実験を行ったが、脱血による10 mmHg毎の血圧低下に対する脳血流現象の程度には両群間で有意差はなかった。申請課題の「過剰な食塩摂取による脳梗塞病態増悪の機序に関する実験的研究」に関して、生理的食塩水を飲料水として14日間投与することにより中大脳動脈閉塞による脳梗塞容積の増大(112±27 [S.D.] mm3 vs. 77±12 mm3)を確認した。その機序として、Laser-Doppler flowmetryの二つの測定法(申請書において示した1点での測定とスキャニング)により中大脳動脈閉塞後の脳血流減少が顕著になることを示した。食塩負荷により血液脳関門破綻の程度(虚血中心部および辺縁部のアルブミンおよびヘモグロビン含量をSELDIにより測定)は影響を受けなかった。脱血による低血圧に対する脳血流減少の程度(すなわち脳血流自動調節脳の下減域)も食塩負荷により有意な影響を受けなかった。また、正常血圧ラットでは、過剰食塩の脳梗塞容積に及ぼす影響は有意差にいたらなかった。ここまでの結果を原著論文(PLoS One 2014;9:e97109)として発表した。平成26年度(2年目)までの実験により課題の申請内容の主要な部分は終了したが、研究の過程で食塩負荷を飲料水として行った場合、ラット個体間で飲水量にかなりのバラツキがあることが観測された。この点に関して、食塩負荷を固形飼料(4%NaCl)により行うとほぼ一定量の食塩量を各ラットに負荷できることが予備実験の結果判明した。平成26年度(2年目)までの実験により、高血圧自然発症ラットにおいて生理的食塩水を飲料水として与えると、中大脳動脈閉塞後の脳梗塞サイズが著明に増大し、その機序としては側副血行路を介した脳血流減少がおもなものであることを示した。この結果を踏まえて平成27年度は、過剰な食塩摂取量による脳虚血機序の増大には酸化ストレスが関与すると報告されているので、脳梗塞における酸化ストレスの関与について実験を行なった。共同研究者の並河は、NADPH oxidaseを欠損したミュータントであるMatsumoto Eosinophilia Shinshuラットを用いて、コンジェニック手技によりNADPH oxidaseを欠損した脳卒中易発症高血圧自然発症ラット(SP.MES)を作製した。SP.MESではNADPHoxidase活性が失活しているので中大脳動脈閉塞後の脳梗塞サイズは、脳卒中易発症高血圧自然発症ラットと比較してSP.MESで縮小すると予想された。しかしながら本実験では脳梗塞サイズに両群間で差はなかった。その理由として、SP.MESでは中大脳動脈が複雑なパターンをとり、中大脳動脈が複雑化すると脳梗塞は増大することが分かっているので、NADPHoxidase「ノックアウト」による脳梗塞縮小効果と中大脳動脈が複雑化することによる脳梗塞増大効果が打ち消し合ったと考えられた。血管パターンを共変量としてANCOVAにより脳梗塞を補正すると、NADPHoxidase「ノックアウト」によって脳梗塞サイズは33%縮小sるので、酸化ストレスは脳梗塞急性期の病態を増悪させると考えられる。この結果は既に論文化した(PLos ONE 2015)。過剰な食塩摂取と酸化ストレスの直接的な関係までは解析できなかったが、申請書での計画はほぼすべて完了できた。

食塩負荷により中大脳動脈閉塞による脳梗塞容積は、血圧変動を伴わずに増大した(112±27 mm3 vs. 77±12 mm3 )。中大脳動脈閉塞後の脳血流は、食塩負荷群において対照群に比し、有意に減少した。血液脳関門破綻の指標としての脳組織アルブミンとヘモグロビン含量は食塩負荷により増悪はみとめられなかった。以上より、食塩負荷による脳梗塞増大の機序は、過剰な食塩による中大脳動脈閉塞後の側副血行路の機能障害であると考えられた。正常血圧ラットでは食塩負荷により有意な脳梗塞増大はなかったので、食塩負荷は高血圧と合わさって増悪作用を顕在化させることが明らかとなった。「過剰な食塩摂取による脳梗塞病態増悪の機序に関する実験的研究」の年次計画に対して、申請前の予備的検討において生理的食塩水を飲料水として投与することにより脳梗塞容積の増大を確認していたが、その機序として中大脳動脈閉塞後の脳血流減少が顕著になることを示した。1年目(平成25年度)の脳血流自動調節脳の下減域に関する実験、2年目(平成26年度)の血液脳関門破綻に関する検討は終了し、3年目に予定していた正常血圧ラットにおける過剰食塩の脳梗塞容積に及ぼす影響の実験まで終了した。ここまでの結果を原著論文(PLoS One 2014;9:e97109)として発表した。したがって、本申請課題は当初の計画以上に進展していると考えてよいと思われる。実験計画が予定より早く進行しているので、今後さらに「過剰な食塩摂取による脳梗塞病態増悪の機序」について考察するとともに、過剰な食塩の障害機序として報告されている酸化ストレスなどの関与についても踏み込んで検討できる状態にある。脳血管障害2年目までの実験により、高血圧自然発症ラットにおいて生理的食塩水負荷により、中大脳動脈閉塞後の脳血流減少が顕著となり脳梗塞サイズが増大することが明らかとなった。過剰な食塩負荷は脳血流自動調節脳の下減域には影響しなかった。また、中大脳動脈閉塞後の血液脳関門破綻の程度にも食塩負荷による増悪はなかった。ここまでの結果から研究目的のかなりの部分に対して結論を出すことができたが、研究の過程で食塩負荷を飲料水として行った場合、ラット個体間で飲水量にかなりのバラツキがあることが観測された。この点に関して、食塩負荷を固形飼料(4%NaCl)により行うとほぼ一定量の食塩量を各ラットに負荷できることが分かった。現在、固形飼料による食塩負荷の影響を検討中である。過剰な食塩摂取による脳梗塞病態増悪の機序に関して、原著論文(PLoS One 2014;9:e97109)の中で示したように、食塩負荷により中大脳動脈閉塞時の側副血行路の機能不全が関与し、酸化ストレスなどによると想定される血液脳関門への影響は確認されなかった。しかしながら、本実験は中大脳動脈の永久閉塞のみを行ったものなので、再灌流条件下(reperfusion injury)での検討は行っていない。3年目(最終年度)は再灌流条件下での食塩負荷が脳梗塞病態に及ぼす影響についても検討する予定である。平成25年度は、中大脳動脈閉塞後の脳血流減少の程度と脳梗塞容積に及ぼす過剰な食塩摂取の影響および脳血流自動調節能の下限域に関する実験まで行う予定であったが、次年度予定の中大脳動脈閉塞後の血液脳関門破綻の程度に及ぼす食塩負荷の悪影響の可能性についてSELDI-TOF-MS/プロテインチップにより検討するところも終了した。平成26年度予算はほぼ計画通り使用したが、27,249円の残高を計上した。
糖尿病腎症の進行とポリオール代謝の関係

自然発症糖尿病ラットWBN/Kob(膵性糖尿病モデル)を用いて以下の検討を行った.使用したWBN/Kobラットは糖尿病発症前6カ月齢と発症後15カ月齢で,15カ月齢では有意差をもって蛋白尿の増加,血糖値の上昇を認めた.1.形態観察6カ月齢に比較して15カ月齢では,糸球体,メサンギウム面積は有意差をもって拡大していたが,糸球体上皮細胞面積は拡大傾向を認めなかった.超微形態観察では,15カ月齢での糸球体上皮細胞における細胞内小器官は,機能障害を疑わせる像が存在した.更に障害が進行すると,糸球体上皮細胞の基底膜からの剥離が観察され,その基底膜をボウマン嚢上皮細胞が被覆し癒着病変を形成していた.この癒着病変は,その後の糸球体硬化病変形成と密接に関係していた.2.ポリオール代謝Sieving法により単離した糸球体においては,6カ月齢に比較して15カ月齢では,血糖値に比例してSorbitolの上昇が観察された.一方,Myo-inositolはラット間の個体差が目立ち一定の傾向を認めない..糸球体内ではメサンギウムと糸球体上皮細胞に,ポリオール代謝の律速酵素のaldose還元酵素が存在するが,今回のポリオール代謝と形態(面積の拡大)の検討では,両細胞の反応差が認められた.更に同ラットの坐骨神経での検討では,6カ月齢に比較して15カ月齢ではSorbitolの上昇,Myo-inositolの低下が観察された.したがって,糸球体と末梢神経でのポリオール代謝の違いも推測された.3.今後の展開以前から不可逆的糸球体硬化のtriggerとして糸球体上皮細胞の基底膜からの剥離現象に注目してきた.今回の結果から,糖尿病腎症進行過程での,糸球体上皮細胞とメサンギウム細胞と異なる細胞内代謝障害の存在が示唆され,今後,糸球体上皮細胞の細胞内代謝障害,それと関連して変性,老化現象に注目する.自然発症糖尿病ラットWBN/Kob(膵性糖尿病モデル)を用いて以下の検討を行った.使用したWBN/Kobラットは糖尿病発症前6カ月齢と発症後15カ月齢で,15カ月齢では有意差をもって蛋白尿の増加,血糖値の上昇を認めた.1.形態観察6カ月齢に比較して15カ月齢では,糸球体,メサンギウム面積は有意差をもって拡大していたが,糸球体上皮細胞面積は拡大傾向を認めなかった.超微形態観察では,15カ月齢での糸球体上皮細胞における細胞内小器官は,機能障害を疑わせる像が存在した.更に障害が進行すると,糸球体上皮細胞の基底膜からの剥離が観察され,その基底膜をボウマン嚢上皮細胞が被覆し癒着病変を形成していた.この癒着病変は,その後の糸球体硬化病変形成と密接に関係していた.2.ポリオール代謝Sieving法により単離した糸球体においては,6カ月齢に比較して15カ月齢では,血糖値に比例してSorbitolの上昇が観察された.一方,Myo-inositolはラット間の個体差が目立ち一定の傾向を認めない..糸球体内ではメサンギウムと糸球体上皮細胞に,ポリオール代謝の律速酵素のaldose還元酵素が存在するが,今回のポリオール代謝と形態(面積の拡大)の検討では,両細胞の反応差が認められた.更に同ラットの坐骨神経での検討では,6カ月齢に比較して15カ月齢ではSorbitolの上昇,Myo-inositolの低下が観察された.したがって,糸球体と末梢神経でのポリオール代謝の違いも推測された.3.今後の展開以前から不可逆的糸球体硬化のtriggerとして糸球体上皮細胞の基底膜からの剥離現象に注目してきた.今回の結果から,糖尿病腎症進行過程での,糸球体上皮細胞とメサンギウム細胞と異なる細胞内代謝障害の存在が示唆され,今後,糸球体上皮細胞の細胞内代謝障害,それと関連して変性,老化現象に注目する.
相対論的2流体モデルで明らかにするパルサー風のシグマ問題

相対論的プラズマダイナミクスを記述する数値シミュレーションモデルとして,現在は相対論的磁気流体(MHD)方程式が標準的に用いられている.本研究ではその拡張として電子・イオンを別個の流体として扱う相対論的2流体モデルの開発を行った.具体的には,数値シミュレーションコードを開発・テスト問題へ適用,また相対論的MHD方程式の結果との比較を通して,相対論的MHD方程式の代替モデルとしての可能性を詳細に検討した.その結果,本モデルは相対論的MHDには無い長所を備えていることが分かり,今後の更なる発展が期待される.本年度はまず相対論的2流体方程式に関する数値解法の調査および評価を行った.宇宙・天体プラズマにおいては超音速の流れと乱流が普遍的に見られることから,近年では衝撃波のような不連続をシャープに捉えつつ滑らかな波動(乱流)についても散逸させることなく扱うための手法が提案されるようになっている.一方で,これらの手法の相対論的2流体方程式への適用可能性は明らかではないため,まずは既存手法を実装することで,その有効性を調べた.具体的には,既存コードに実装されていたWENO5スキームに加えてMP5などの高精度スキームを実装し, 1次元コードにて性能評価を行った.問題にも依存するが,概してMP5スキームは既存コードの(WENO5)スキームと同等以上の性能を有することを確認した.現在は多次元への拡張を進めている.加えて,類似の方程式系である非相対論の他流体方程式系についても新規にコード開発を開始した.この方程式系は相対論的2流体方程式と多くの共通性があるため,並行して開発を進めている.相対論コードと同様に現在は多次元化を行っている.また他流体方程式のうちイオン成分を運動論的に扱うハイブリッドコードの新規開発も行った.ハイブリッドコードでは通常流体として扱う電子の慣性を無視するが,有限の慣性を考慮することにより,これまでは困難であった低密度領域の数値的取り扱いが可能になることを示した.昨年度に引き続き相対論的2流体方程式の数値シミュレーションコードの開発を継続して行った.相対論的2流体方程式系では多次元へのコード拡張に伴い,電磁場(div(E)やdiv(B))に関する拘束条件を満たしながら時間発展を計算しなければ数値的に不安定になる可能性があり,この点について特別な取り扱いが必要になる.本研究では電磁流体方程式系への適用に実績のあるUpwind Constrained Transport (UCT)法[Londrillo and DelZanna,2004]の応用を試みた.相対論的2流体では電磁流体と異なり電場についても拘束条件が必要になるため,格子配置には工夫が必要になるものの, UCT法のアイデア自体は相対論的2流体方程式系にも適用出来ることが分かった.この手法を用いて実際に2次元・3次元の数値シミュレーションコードを開発し,様々なテスト計算を行った.テスト計算の結果,開発したシミュレーションコードは拘束条件を丸め誤差の範囲で厳密に満たしつつ,衝撃波を含むような複雑な数値解に対しても安定な計算が可能であることが示された.さらに,類似の方程式系である非相対論の2流体方程式系についても同様の手法を用いたシミュレーションコードの開発を行った.このモデルはHall効果を含めた電磁流体方程式(Hall-MHD)の拡張として考えられ,電子慣性効果を含むこと,保存系の形で書き下すことが出来ることが大きな特徴である.保存系であることから既存手法の適用が比較的容易で,また電子慣性効果によってHall-MHD特有の数値的不安定の問題を解決出来ることを示した.このように本モデルは数値的にも物理的にもHall-MHDよりも良い特徴・性質を持つため, Hall-MHDの代替モデルとして非常に有望であると結論付けた.相対論的プラズマダイナミクスを記述する数値シミュレーションモデルとして,現在は相対論的磁気流体方程式(RMHD方程式)が標準的に用いられているが,本研究ではその拡張として電子・イオン(もしくは電子・陽電子)を別個の流体として扱う相対論的2流体モデルの数値シミュレーションコードの開発を行っている.今年度はまず有限電気抵抗の扱いについて考察を行った.相対論的2流体モデルを用いた先行研究では,有限の電気抵抗を流体間の摩擦として表す手法が用いられてきたが,これは長波長極限においても必ずしも標準的な抵抗性RMHDと一致するものでは無かった.また,これは電子・陽電子系を仮定したモデルとなっており,電子・イオン系への適用は出来ていなかった.そこで本研究では長波長極限で抵抗性RMHDに一致し,電子・イオン系にも適用可能な新たな抵抗モデルを考案した.さらに,このモデルを開発してきたコードに実装し,標準的なテスト問題において抵抗性RMHDの結果と矛盾しない結果が得られることを示した.この新しい抵抗モデルと数値スキームを議論した論文は国際誌に投稿中である.また米国ノートルダム大学との共同研究によって,有限体積法を用いた数値スキームの更なる高精度化にも取り組んだ.この手法では各セルで体積平均として定義された量から,セル内の物理量分布を表す補間関数を構築する必要があるが,電磁場の補間はMaxwell方程式のdiv(B)やdiv(E)に関する拘束条件を満たさなければならない.本研究ではこの拘束条件を満たしつつ高次精度(3次および4次精度)で補間関数を構築する方法を開発した.本手法はノートルダム大学のグループによって実装され,そのテスト計算結果は我々の開発した,有限差分法を用いたコードによる計算結果と良く一致することが確かめられた.この結果は共著論文として国際誌に投稿中である.