hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
弱電気魚パルス型放電種の混信回避行動の解析

またグリシン受容体は上行性の情報伝達において,興奮の時間的制御を行っていることが示唆された。(2)電気刺激を与えEODを測定するin vivo行動実験からは,EODから50-100msの潜時で刺激が与えられたとき,特徴的な行動(放電停止,追従放電)が引き起こされ,繰り返しにより潜時は短くなった。このことは,学習過程の存在も示唆した。パルス型放電種である弱電気魚モルミルスは、相手の放電(EOD)による電場の混信を避けるために、放電周波数を自由に変える混信回避行動を行う。相手のEODに対し一定間隔を保って放電し、PLR (Preferred latency responses:エコー行動)と呼ばれる。これらの行動を発現する神経機構について、(1)3種類の電気受容器での感覚情報抽出と一次感覚葉での並列情報処理,(2)上位中枢での並列情報処理と統合,(3)EOD周波数と行動を決定する発電系へのフィードバックについて神経解剖学的および神経生理学的に明らかにすることが目的である。電気感覚系には,EODタイミング,強度,位置を検出する3種類の電気受容器があり,それぞれ並列の神経回路系をもつ。また一次感覚葉で,随伴放電(EOCD)や上位中枢からの下行性入力により感覚入力は制御される。今年度の研究成果では,以下の3点が明らかになった。(1)Free-swimming下でEODを記録し、体軸方向にパルス刺激を与えると、刺激の周波数に応じてEOD周波数が倍数系列で変化するfrequency tuningが観察された。(2)GABA-A receptor activatorであるpropofolの存在下では、EOD周波数は全体に減少するが、frequency tuningはより顕著になり、刺激後約11msの遅れ(PST)で放電した。(3)自己のEODに対し、一定の遅れで電気刺激しても、PSTは変わらず、frequency tuningが誘発された。これらの結果は、パルス型放電種のEOD発生は感覚刺激依存性であり、ペースメーカーニューロンを持つWave型放電種とは異なる発電機構の存在が示唆された。さらに、抑制性ニューロンはEODの周波数決定に関与するが、EODの誘発には関与しない事が明らかとなった。弱電気魚モルミルスは相手の放電(EOD)による電場の混信を避けるために混信回避行動を行う。パルス型放電種では,エコー行動ともいう。これは相手のEODに対し一定間隔を保って放電するもので,極端な場合は,9-16msの間隔をあけて追従放電を行い,逆平行姿勢(Anti-parallel display)をとる。これらの行動発現までの神経機構はわかっていない。本研究の最終目標は,この行動の発現までの過程を,(1)電気受容器での感覚情報処理と並列情報処理,(2)上位中枢での情報処理と統合,(3)発電系へのフィードバックについて、行動学的、神経解剖学的および神経生理学的に明らかにすることである。本年度は、(1)行動学的方法を用いて、エコー行動を誘発するまでの神経回路の解析、および(2)電気感覚葉における可塑的情報処理過程について、ELLスライス
1分子計測技術を用いたシャペロニンおよびリボソームの機能・相互作用解析

1.シャペロニンGroELの機能・相互作用解析当初の計画を変更し,フットボール型GroEL-GroES複合体の両側のリングでGFPがフォールディングする様子をリアルタイムにイメージングすることを試みた.変性GFPを捕捉したGroEL D398A変異体をガラス基板上に固定し,GroESおよびcaged ArPを添加した.紫外光照射によりArPを生成させたところ,両側のリングにGFPの蛍光が出現する様子が観察された.紫外光照射からGFPの蛍光が出現するまでの時間を解析したところ,GFPのフォールディングは2段階の反応を経て進行し,そのキネティクスは弾丸型複合体内で起こる反応と全く同じであることが分かった.2.リボソームの機能・相互作用解析(1)翻訳開始段階の1分子力学測定昨年度までに1分子破断力測定により,30Sサブユニット-mRNA-開始tRNA複合体に開始因子2(IF2)および50Sサブユニットを共存させると,30Sサブユニット-mRNA間相互作用が安定化することを見出した.本年度はこの分子基盤を探り,IF2が開始tRNAおよび50Sサブユニットと協同で30Sサブユニット-mRNA間相互作用を安定化することを突き止めた.以上の成果をまとめ,米国科学アカデミー紀要に発表した.(2)翻訳アレスト段階の1分子力学測定無細胞タンパク質翻訳系でC末端にSecMのアレスト配列を有するHaloTagタンパク質を合成し,リボソーム-SecMアレスト配列間の相互作用の破断力測定を行った,その結果破断力は,平均20pNであった.またアレスト配列・終止コドンを持たないコンストラクトについて同様の実験を行ったところ,破断力は平均22pNとなった.以上の結果から,SecMの翻訳アレストは20pNよりも弱い力で解除されることが示唆された.現在,新たな実験系での測定を試みている.「シャペロニンGroELの機能・相互作用解析」および「翻訳開始段階の1分子力学測定」については,ほぼ計画通りに研究を遂行することができ,当初の目標を達成することができた.その成果は,米国生化学分子生物学会誌および米国科学アカデミー紀要に掲載された.「翻訳アレスト段階の1分子力学測定」については,当初想定していた実験系では測定が難しいことが判明し,現在新たな実験系での測定を試みている.当初計画に盛り込んでいなかったが,「シャペロニンGroELの機能・相互作用解析」において,フットボール型複合体の両側のリングで起こる基質タンパク質のフォールディングをリアルタイムに観察することに成功した.今後は,この研究成果をさらに発展させていきたい.また,ポリマー製ナノホールアレイデバイスを用いた新たな1分子イメージング法を開発した.加えて,フェムトリットル体積の溶液チャンバー内で酵素1分子の活性を測定することに成功した.これらの手法を,GroELの機能・相互作用解析に応用していきたいと考えている.「翻訳アレスト段階の1分子力学測定」については,リボソーム複合体に一定の負荷を与えながら翻訳アレストの解除に要する時間の測定を試みている.今後も引き続き,この研究に取り組んでいきたい.(1)シャペロニンGroELの機能・相互作用解析ナノ開口基板の底面にAlexa488およびビオチン標識したGroESを固定し、Cy3標識したGroESおよびCy5標識したGorELを溶液中に存在させ、GroELとGroESの結合・解離反応の1分子イメージングを行った。その結果、フットボール型複合体(GroELの2つのリングにGroESが同時に結合した複合体)が反応サイクル中に存在することの直接観察に成功した。また、フットボール型複合体から解離するGroESの順番はGroELに結合した順番によって決められているわけではないこと、フットボール型複合体の寿命が3-5秒であることが分かった。今回の発見は、従来のGroELの反応サイクルモデルに修正を迫る発見である。以上の成果は、Journal of Biological Chemistry誌に掲載された。(2)新生蛍光タンパク質の発色団形成反応の速度論的解析翻訳と共役した新生GFPの構造形成過程にGroELが与える影響を調べることを目指し、発色団形成の速いGFP変異体の探索を行った。新生GFPの発色団形成速度は、GFPをグルコースオキシダーゼ・カタラーゼを添加した無細胞タンパク質翻訳系(Pure system)で合成し、酸素を含む溶液に希釈することで発色団形成反応を開始させることから測定した。様々なGFP変異体を用いて37°Cにおける発色団形成の時定数を比較したところ、野生型のGFPは55分であったのに対し、最速はGFPmの6分であった。この成果については、Analytical Biochemistry誌に掲載予定である。1.シャペロニンGroELの機能・相互作用解析当初の計画を変更し,フットボール型GroEL-GroES複合体の両側のリングでGFPがフォールディングする様子をリアルタイムにイメージングすることを試みた.変性GFPを捕捉したGroEL D398A変異体をガラス基板上に固定し,GroESおよびcaged ArPを添加した.紫外光照射によりArPを生成させたところ,両側のリングにGFPの蛍光が出現する様子が観察された.紫外光照射からGFPの蛍光が出現するまでの時間を解析したところ,GFPのフォールディングは2段階の反応を経て進行し,そのキネティクスは弾丸型複合体内で起こる反応と全く同じであることが分かった.2.リボソームの機能・相互作用解析

(1)翻訳開始段階の1分子力学測定昨年度までに1分子破断力測定により,30Sサブユニット-mRNA-開始tRNA複合体に開始因子2(IF2)および50Sサブユニットを共存させると,30Sサブユニット-mRNA間相互作用が安定化することを見出した.本年度はこの分子基盤を探り,IF2が開始tRNAおよび50Sサブユニットと協同で30Sサブユニット-mRNA間相互作用を安定化することを突き止めた.以上の成果をまとめ,米国科学アカデミー紀要に発表した.(2)翻訳アレスト段階の1分子力学測定無細胞タンパク質翻訳系でC末端にSecMのアレスト配列を有するHaloTagタンパク質を合成し,リボソーム-SecMアレスト配列間の相互作用の破断力測定を行った,その結果破断力は,平均20pNであった.またアレスト配列・終止コドンを持たないコンストラクトについて同様の実験を行ったところ,破断力は平均22pNとなった.以上の結果から,SecMの翻訳アレストは20pNよりも弱い力で解除されることが示唆された.現在,新たな実験系での測定を試みている.「シャペロニンGroELの機能・相互作用解析」および「翻訳開始段階の1分子力学測定」については,ほぼ計画通りに研究を遂行することができ,当初の目標を達成することができた.その成果は,米国生化学分子生物学会誌および米国科学アカデミー紀要に掲載された.「翻訳アレスト段階の1分子力学測定」については,当初想定していた実験系では測定が難しいことが判明し,現在新たな実験系での測定を試みている.当初計画に盛り込んでいなかったが,「シャペロニンGroELの機能・相互作用解析」において,フットボール型複合体の両側のリングで起こる基質タンパク質のフォールディングをリアルタイムに観察することに成功した.今後は,この研究成果をさらに発展させていきたい.また,ポリマー製ナノホールアレイデバイスを用いた新たな1分子イメージング法を開発した.加えて,フェムトリットル体積の溶液チャンバー内で酵素1分子の活性を測定することに成功した.これらの手法を,GroELの機能・相互作用解析に応用していきたいと考えている.「翻訳アレスト段階の1分子力学測定」については,リボソーム複合体に一定の負荷を与えながら翻訳アレストの解除に要する時間の測定を試みている.今後も引き続き,この研究に取り組んでいきたい.
マイクロ波局所反応場制御による革新的低環境負荷プロセスの開発

本研究開発の知見から、市販セラミックス粉体はその製造方法によって表面状態が異なり,それに起因して水和挙動に差異が生じるため、粉体表面に存在する非晶質層を利用する手法では、再現性と強度発現の観点から改善が必要ということがわかった。そこで粉体を簡便な表面処理等の後工程により水和しやすい表面状態を作る事ができれば,本手法がより扱いやすくなり,適用範囲も広がると考えた。本研究開発では、メカノケミカル効果による表面活性現象を利用した表面処理を行い、粉体表面状態を変化させ、その後の成形体特性の比較を行った。まず遊星ボールミル時の条件(回転数、ボール径、時間等)を検討し、効率よく粉体を活性化できる最適条件を検討した。結果より、遊星ボールミルによる表面処理によりアルミナ粉体の誘電損率を向上、制御することができ、結果マイクロ波吸収効率を向上させることができることを明らかにした。本提案では、マイクロ波加熱による特異的な反応促進効果を利用した革新的低環境負荷プロセスの確立を目指している。マイクロ波照射時における反応過程の直接観察手法の確立、発熱挙動の解析といった研究項目に対して、表面科学的、結晶学的、分光学的等、様々な見地、手法を駆使して学術的解明を図り、いわゆる「マイクロ波効果」と称される特異な現象や反応の発現の解明の足がかりとなる成果を目指し、セラミックス製造プロセスにおける省エネルギー化、環境負荷低減化を達成する技術を開発している。初年度は、マイクロ波照射効果の解明について検討した。具体的には、マイクロ波照射時における反応過程の観察及び、発熱挙動の解析を行った。スイープジェネレータ、空洞共振器およびネットワークアナライザを用い、空洞共振摂動法による誘電率温度特性評価システムを構築し、水和物の誘電率温度特性測定や、水和物のマイクロ波加熱特性の評価を行った。これまでに空洞共振摂動法による誘電率特性評価システムの開発に成功しており、これらシステムを用いて、表面処理した粉体は劇的にマイクロ波吸収が向上することを明らかにしている。またこれらの結果から、マイクロ波効果による反応促進効果がマイクロ波吸収による熱的効果によるものであることが明らかになった。また使用する紛体の表面構造とMW吸収効率の体系化についても着手するなど、当初の計画予定通りに順調に研究を遂行している。本研究では、マイクロ波照射による反応促進効果の発現メカニズムの解明を、表面科学、界面化学的アプローチにより、粒子表面のキャラクタリゼーションを軸とした粒子特性の制御やナノスケールでの粒子表面設計を通じて研究を推進した。具体的には、マイクロ波照射時における反応過程の直接観察手法の確立、発熱挙動の解析といった研究項目に対して、表面科学的、結晶学的、分光学的等、様々な見地、手法を駆使して学術的解明を図り、ナノスケールでの物性制御をバルク体としての機能性付与やマクロ物性制御へと繋げていく。更に得られた技術的知見は「局所反応場制御による革新的低環境負荷プロセス」の基礎技術シーズとし、技術イノベーションの創出と新たな研究領域の開拓を目指した。そこで粉体を簡便な表面処理等の後工程により水和しやすい表面状態を作る事ができれば本手法がより扱いやすくなり,適用範囲も広がると考えた。
１細胞時系列解析の確立による、細胞の運命決定における概日時計の役割の解明

昨年度は、Single cell RNA sequencingの導入と新規時系列解析アルゴリズムの開発により、概日時計による細胞運命決定制御機構を明らかにすべく実験を行った。すでに前年度までに得ていた1細胞RNA-seqデータを解析し、擬似的な時間軸上での時系列解析を行っていたが、約24時間周期の概日リズムを観察するには実時刻上での解析手法が必須であった。そこで、バルクデータと1細胞データのマッチングを行い、擬似的な時間軸に実時間情報を割り当てる系"PeaKMatch"を開発した。この系を使うことで、細胞の運命が巻き戻り初期化された細胞では一時的に概日リズムが止み、運命決定が進行する直前にリズムの振幅が始まる現象を捉えた。また、このリズムの再生は細胞運命やエピジェネティックな制御、細胞分裂などの制御に先駆けておこることがわかった。さらにリズムの再生に関わる時計因子の制御標的を明らかにすべくChIP-sequencingを行ったところ、やはり、細胞運命決定やエピジェネティックな制御、細胞分裂に関わる因子が優位に蓄積されていた。このことは、概日時計の再生が細胞運命決定に先駆けて起こり、様々な制御経路を介して細胞分化を制御していることが明らかになった。また、概日リズムの再生を誘導する因子としてブラシノステロイド関連の因子が考えられたため、その関係をChIP-qPCRなどを行い確認したところ、初期化された細胞でこの因子が時計遺伝子の発現を制御することが示された。現在、学術振興会に提出した申請書に記載された全計画を実施し終え、その全てにおいて有益な結果が得られた。具体的には分化誘導系の導入、Single cell RNA sequencingの導入、新規時系列解析アルゴリズムの開発、そしてこれらを踏まえた概日時計制御による細胞運命決定機構の証明の全てを終えることができた。さらに論文誌への投稿もすでに行っており、次の計画に向けた実験も初め、当初の計画以上の進展があったと考えている。今後はリバイス実験を中心に行っていく予定であるが、今回の研究成果から見えた様々な興味深い現象を改名する研究も行っていく予定である。具体的には光合成を行う葉肉細胞特異的に働く時計遺伝子が葉肉細胞の分裂・分化に与える影響の解明や、植物の分化全能性の発揮に概日時計がどう関わるかなどのテーマを中心に研究を進める予定である。再生医療研究の隆盛は、分化全能性を持つ植物細胞がどのように運命を決定するのか、その解明の機運を高めている。中でも、植物特有の運命決定機構よりも、動物と親和性のある機構を解明することは、再生医療研究への寄与や動植物の垣根を超えた知見を示すことができるため非常に有益である。そこで、生物種を超えて広く存在し、動物細胞の運命決定に広く関わる機構として概日時計に注目した。概日時計は約24時間の周期性を生み出す計時機構であり、動植物では主に転写因子をコードする時計遺伝子群によって構成される。植物の多様な生理現象がこの概日時計による制御を受けているが、細胞の運命決定との関係は未だ不明である。そこで、本研究では植物細胞の運命決定過程における概日時計の機能解明を目指し、研究を進めた。分化細胞の脱分化と再分化を誘導する系を導入し、細胞運命決定における概日時計の寄与について調べたところ、時計遺伝子変異体では再分化が大きく阻害された。そこで、再分化における概日時計の役割を調べるため、再分化誘導過程における時計遺伝子の発現パターンを解析したが、明瞭な変化は見られなかった。そこで、複数の細胞を対象とした解析では様々な細胞種が混在する再分化過程の解析は難しいと考え、1細胞トランスクリプトーム系を導入し、得られた発現データの解析を行った。その結果、再分化やその前段階である細胞分裂に先駆けて、時計遺伝子の発現が大きく変化していた。ある種の時計遺伝子の発現が減少する一方で、大きく増加するものもあり、特定の時計遺伝子の発現パターンが分裂とその後の分化に影響を与える可能性が示された。このような現象はES細胞でも示唆されており、進化的には独立な動植物の概日時計が同様の仕組みで細胞運命を制御する可能性がある。今後は、より詳細な概日時計による細胞運命決定の制御機構について解析を行う予定である。当初は1細胞解析系の導入とサンプリングまでを見越していたが、実際には得られた発現データの解析まで行うことができた。トランスクリプトームデータの解析にはプログラミング言語の習熟が必須であり、当初は大きな課題と捉えていたがこの一年で並みのデータを扱えるようにはなった。

このことは、概日時計の再生が細胞運命決定に先駆けて起こり、様々な制御経路を介して細胞分化を制御していることが明らかになった。また、概日リズムの再生を誘導する因子としてブラシノステロイド関連の因子が考えられたため、その関係をChIP-qPCRなどを行い確認したところ、初期化された細胞でこの因子が時計遺伝子の発現を制御することが示された。現在、学術振興会に提出した申請書に記載された全計画を実施し終え、その全てにおいて有益な結果が得られた。具体的には分化誘導系の導入、Single cell RNA sequencingの導入、新規時系列解析アルゴリズムの開発、そしてこれらを踏まえた概日時計制御による細胞運命決定機構の証明の全てを終えることができた。さらに論文誌への投稿もすでに行っており、次の計画に向けた実験も初め、当初の計画以上の進展があったと考えている。シングルセルトランスクリプトームにおける時系列解析は、様々な手法が報告されているが未だ決定的なものがないのが現状である。そこで、新規解析系の立ち上げを行う。立ち上げにはコンピュータサイエンスの更なる習熟が必要であり、その勉強に努める。今後はリバイス実験を中心に行っていく予定であるが、今回の研究成果から見えた様々な興味深い現象を改名する研究も行っていく予定である。具体的には光合成を行う葉肉細胞特異的に働く時計遺伝子が葉肉細胞の分裂・分化に与える影響の解明や、植物の分化全能性の発揮に概日時計がどう関わるかなどのテーマを中心に研究を進める予定である。
肝発生初期における肝幹細胞の増殖・分化を制御する細胞間相互作用の解析

大量に得ることが困難な組織幹細胞をin vitroで培養・増殖し、再生医療へと応用することを目的として、胎生期の肝臓における幹細胞の増殖・分化誘導機構の解明を行った。我々は既に肝発生初期(マウスE9.5,E10.5)の肝臓にDlk、CD13両陽性の細胞が存在することを見いだしている。そこで、E9.5及びE10.5マウス肝臓からDlk・CD13両陽性の細胞を純化し、コロニー形成能やマーカータンパク質の発現を解析した。その結果、肝発生初期のDlk・CD13共陽性細胞はより内胚葉系前駆細胞に近い性質も保持しており、その後肝幹・前駆細胞としての形質を獲得していくことが示唆された。組織幹細胞の発生過程における増殖・分化の分子メカニズムを詳細に解析することで、大量に得ることが困難な組織幹細胞をin vitroで培養・増殖し、再生医療へと応用するための知見を得ることが期待できる。組織幹細胞が存在し、疾患の治癒に適用が可能と考えられる臓器として肝臓があげられる。本研究では、肝発生初期における肝幹細胞の機能維持のための細胞間相互作用の解明を目指した。まず、胎生中期の肝臓の幹・前駆細胞マーカーとして知られるCD13やD1kを指標として初期肝臓(胎生9,10日胚)から細胞を分離し、解析を行った。その結果、初期肝幹・前駆細胞ではアルブミンやαフェトプロテインといった遺伝子群の発現が胎生中期の細胞に比べて低い一方で、Sox17といったより未分化な内胚葉系細胞のマーカー遺伝子の発現が上昇していた。肝発生初期のCD13+D1k+細胞をコラーゲンコート上で培養したところ、胎生中期の細胞で見られるような大型のコロニー形成を行わなかった。そこで、マウス胎仔繊維芽細胞との共培養を行ったところ、初期肝臓由来CD13+D1k+細胞から、アルブミンおよびサイトケラチン19両陽性の大型のコロニーが複数形成され、多分化能と自己増殖能が示された。初期肝臓幹・前駆細胞は、その増殖には間葉系細胞との相互作用が重要と考えられる。胎生期の肝幹細胞は、肝発生中期(マウス胎生13日,E13)の細胞を用いた解析が長年行われ、DlkやLiv2、CD13といった特異的マーカーが同定されている。しかし、腸管より肝芽の形成される肝発生初期の肝幹細胞の動態は未だ明らかでない。コロニーアッセイを行った結果、コラーゲン上の単層培養系では肝発生初期由来のDlk・CD13共陽性細胞は肝発生中期由来の細胞と比較してコロニー形成能が著しく低い傾向が認められた。そこでfeeder細胞を用いた共培養を行った結果、肝発生初期のDlk・CD13共陽性細胞からもAlbumin及びCytokeratin19(CK19)両陽性であるコロニーが得られた。E9.5のDlk・CD13共陽性細胞の培養にはRho Kinase阻害剤の添加が必要であるのに対し、それ以降のDlk・CD13共陽性細胞ではRho Kinase阻害剤の効果は見られなかった。各発生段階のDlk・CD13共陽性細胞での遺伝子発現を解析したところ、発生が進むにつれて肝細胞特異的遺伝子の発現が上昇していた。一方、内胚葉系細胞のマーカーであるSox17の発現は、E9.5で最も強くその後減少する。以上より、肝発生初期のDlk・CD13共陽性細胞はより内胚葉系前駆細胞に近い性質も保持しており、その後肝幹・前駆細胞としての形質を獲得していくことが示唆された。
前立腺がん骨転移に関わる性ホルモン作用機構の解明

前立腺癌はホルモン依存性に増殖し、抗男性ホルモン治療により一旦は反応するが、多くの症例で骨転移を起こし再発する。前年度までに前立腺癌骨転移に関かわる骨髄由来細胞、特にマクロファージが男性ホルモン依存的に浸潤している事が示された。今年度は、SCIDマウスに男性ホルモン依存性ヒト前立腺癌細胞株を移植し、マウス睾丸を切除することによりマウス男性ホルモンを枯渇させる事により、抗男性ホルモン療法を行なった。同時にヒトマクロファージをヒトがん細胞株とともに移植する事で前立腺癌が移植できるかを検討した。現在マクロファージは炎症に対して反応するM1マクロファージと腫瘍内に多く存在するM2マクロファージに分類する報告がある。M2マクロファージは貪食能が高いが、抗原提示の働きは乏しく、また腫瘍血管新生に働くサイトカイン(IL-8)の産生が高い事が示されている。本実験に用いたマクロファージは健常人肘静脈より採取し、M-CSFとインターロイキン4(IL-4)による刺激によりM2マクロファージへ分化させた。ヒト前立腺癌細胞株は徐睾マウスでは移植後増殖は認められないが、ヒトマクロファージを一緒に移植したマウスでは徐睾した後、3ヶ月後に腫瘍形成をしめした。これは、動物モデルを用いたヒト前立腺癌細胞のホルモン依存性治療抵抗性モデルが初めて確立できたと考えられる。また、本モデルにより得られた結果はマクロファージの存在が、前立腺癌の増殖に重要な働きをするだけでなく、男性ホルモンが欠乏した状態においても、ヒト前立腺癌の生存に重要な役割を果たしている事を示している。現存、M2マクロファージによる前立腺癌の抗ホルモン治療抵抗性の分子機構を解明するために、試験管内モデルを作りつつある。前立腺組織はホルモン依存的に増殖する事が知られている。マウス睾丸切除により男性ホルモンを除去した後、蛍光色素を遺伝子導入したGFPマウスの骨髄細胞を、睾丸切除マウスに骨髄移植した。本マウスに男性ホルモンを投与すると、前立腺組織は約2週間後に正常前立腺組織と同様な大きさと形態像を呈する事が示された。この骨髄移植マウスモデルを用いて、骨髄由来細胞がどの様に前立腺の男性ホルモンに依存して前立腺の成長促進にどの様に関わるかを検討した。男性ホルモンの投与により骨髄由来細胞は前立腺組織に有意に多数浸潤した。また、骨髄由来細胞の形質を検討したところ、男性ホルモン投与により前立腺に進入する細胞は、マクロファージであり、浸潤マクロファージ数は前立腺上皮の増殖性と有意に相関していた。また、新生血管数を測定したところ、新生血管数は単位面積あたり浸潤マクロファージ数と相関している事が示された。クロドロネート・リボゾーム投与により、この骨髄由来マクロファージは骨髄から前立腺組織内に移動する時には貧食能を有さない事を確認した。マクロファージの浸潤を誘導する分子を定量PCR法により検討したところ、MCP-1の発現がマクロファージ浸潤数と最も強い相関することが明らかになった。以上の結果は前立腺組織内において骨髄由来マクロファージは活性化され、ホルモン依存性に前立腺組織の再生に重要な役割を果たしている事を示している。前立腺がん組織におけるマクロファージ浸潤を検討したところ、前立腺がんのステージと相関しており、マクロファージ浸潤がホルモン依存性前立腺がんの増殖や進展に関わっている可能性が示された。今後、ホルモン依存性前立腺がん細胞と活性化マクロファージを用いて、ホルモン依存性前立腺がん増殖への作用機序を明らかにする予定である。

今年度は、SCIDマウスに男性ホルモン依存性ヒト前立腺癌細胞株を移植し、マウス睾丸を切除することによりマウス男性ホルモンを枯渇させる事により、抗男性ホルモン療法を行なった。同時にヒトマクロファージをヒトがん細胞株とともに移植する事で前立腺癌が移植できるかを検討した。現在マクロファージは炎症に対して反応するM1マクロファージと腫瘍内に多く存在するM2マクロファージに分類する報告がある。M2マクロファージは貪食能が高いが、抗原提示の働きは乏しく、また腫瘍血管新生に働くサイトカイン(IL-8)の産生が高い事が示されている。本実験に用いたマクロファージは健常人肘静脈より採取し、M-CSFとインターロイキン4(IL-4)による刺激によりM2マクロファージへ分化させた。ヒト前立腺癌細胞株は徐睾マウスでは移植後増殖は認められないが、ヒトマクロファージを一緒に移植したマウスでは徐睾した後、3ヶ月後に腫瘍形成をしめした。これは、動物モデルを用いたヒト前立腺癌細胞のホルモン依存性治療抵抗性モデルが初めて確立できたと考えられる。また、本モデルにより得られた結果はマクロファージの存在が、前立腺癌の増殖に重要な働きをするだけでなく、男性ホルモンが欠乏した状態においても、ヒト前立腺癌の生存に重要な役割を果たしている事を示している。現在、M2マクロファージによる前立腺癌の抗ホルモン治療抵抗性の分子機構を解明するために、試験管内モデルを作りつつある。
細胞表現系を用いた特殊ペプチドスクリーニング技術の開発と応用

本年度は、当初の計画から方針を少し変えて、人型ロボットによりRaPIDシステム(菅研究室で開発された、標的蛋白質に高い結合力を有する環状ペプチドを素早くスクリーニングする技術)を自動化することで、RaPIDシステムによる新規環状ペプチド探索の効率化、加速化を目的とした。(1)人型ロボットのセットアップおよび(2)人型ロボットによるRaPIDシステムによる新規環状ペプチドのスクリーニングの2つを具体的な目標とした。以下にそれぞれの研究実施状況について示す。(1)は、研究室に導入した双腕人型ロボットが実験を行うためのプロトコール作成、およびロボットの動作に関する各種パラメーターの最適化を行った。人型ロボットは、人が行っている実験を模倣して行えるように開発されたが、RaPIDシステムで求められるような精密かつ複雑な実験での応用例はなかった。実際、動作をプログラミングし実験を行ったが全く良好な結果が得られなかった。そこで、ロボットの性能に合わせた独自のプロトコールの作成を行い、さらに各実験操作ごとに人での実験結果と比較しながら動作の最適化を行うことで、人の実験と遜色ない結果を得ることに成功した。(2)については、4種類の蛋白質(TET1、Smurf2、MET、Akt2)を標的蛋白質として選択し、ロボットを用いてRaPIDシステムによる環状ペプチドのスクリーニングを行った。それぞれの標的蛋白質に対して、複数の環状ペプチドが同定された。TET1とAkt2に対して同定された環状ペプチドは、標的蛋白質への結合だけでなく阻害活性を示すことも明らかとした。Smurf2およびMETに対して同定された環状ペプチドも、それぞれの標的蛋白質に対して高い結合力を示すことを明らかとした。28年度が最終年度であるため、記入しない。活性ベースの創薬シードスクリーニングは、結合ベーススクリーニングと比較すると、目的の生理活性を有する化合物が獲得できるという利点があるが、従来の小分子ライブラリを用いた場合、実際使用できる化合物の数は数千数万と少ないため、ヒット化合物が得られなかったり、擬陽性が生じるといった問題が頻発する。この理由は小分子の標的蛋白質に対する結合力・選択性の低さにあると考えられる。所属研究室では、独自技術により1兆種類以上の多様性からなる特殊ペプチドライブラリを構築し、標的蛋白質に対する結合ベーススクリーニングを行っている。ヒットした特殊ペプチドは、標的蛋白質に対し抗体と同程度の結合力・選択性を示す。この点から、特殊ペプチドライブラリを活性ベーススクリーニングへと応用すれば、小分子化合物ライブラリを用いた場合の欠点を克服できると考え、新規創薬シードスクリーニング技術開発を目的とした。まずは、オキシトシン受容体を活性化する特殊ペプチドのスクリーニングを通して、スクリーニングの条件検討、最適化を行う。オキシトシン受容体が活性化されると、下流のシグナル伝達の結果細胞質のカルシウムイオン濃度が上昇する。そのため、あらかじめカルシウムイオン指示薬(Fluo-8)でオキシトシン受容体発現細胞株を標識しておくことで、オキシトシン受容体の活性化を細胞の蛍光強度の増加として検出できる。今年度は、まずオキシトシン受容体発現細胞株のFluo-8標識の条件検討を行った。また、この特殊ペプチドライブラリを用いた場合の問題点として、1本の試験管内で1兆種の特殊ペプチドを同時に合成出来る反面、各分子種濃度はaMfM程度でありオキシトシン受容体に対し活性を示さない可能性が高いと考えられるため、最初に合成されるランダムライブラリーからオキシトシン受容体発現細胞株に結合する特殊ペプチドのスクリーニングを試みた。最終的な活性ベーススクリーニング達成のために、想定される問題点の解決および条件の最適化を行った。まず、特殊ペプチドライブラリを用いた場合の問題点として、1本の試験管内で1013種の特殊ペプチドを同時に合成出来る反面、各分子種濃度はaMfM(アトモーラーからフェムトモーラー)程度でありオキシトシン受容体に対し活性を示さない可能性が高いと考えられる。そこで最初に合成されるランダムライブラリーから、オキシトシン受容体発現細胞株に結合する特殊ペプチドをスクリーニングした。これにより、オキシトシン受容体発現細胞株に結合する分子に限定された特殊ペプチドライブラリが構築され、分子種が減少した分各分子種の濃度が上がると考えた。まず、オキシトシン受容体細胞株に結合する特殊ペプチドをスクリーニングするために、バッファー、温度、インキュベーション時間などのスクリーニング条件を最適化した。その後、オキシトシン受容体細胞株に結合する特殊ペプチドのスクリーニングを最適化した条件下で行った。具体的には、ランダム特殊ペプチドライブラリとオキシトシン受容体が発現していない細胞株を混合し、その細胞に結合する特殊ペプチドを取り除き、その後残りの特殊ペプチドとオキシトシン受容体細胞株を混合し、その細胞に結合する特殊ペプチドを回収した。回収された特殊ペプチドのcDNAをPCR増幅・転写・翻訳し特殊ペプチドへと再変換した。この一連の操作を繰り返し、オキシトシン受容体発現細胞株のみに結合する特殊ペプチドからなるライブラリの構築を行った。これにより、活性ベースのスクリーニングを行うための準備が整った。特殊ペプチドライブラリを用いた活性ベースのスクリーニングを確立し、オキシトシン受容体を活性化する分子を獲得するため、想定される問題点の解決策の模索、実験条件の最適化を行いながら段階的に研究を進めている。現在までは、活性ベースのスクリーニングを行う準備を行ってきた。

まずは、活性ベースのスクリーニングの成功率を上げるために、ランダムな特殊ペプチドライブラリからオキシトシン受容体発現細胞株に結合する分子のみをスクリーニングすることで、オキシトシン受容体を発現している細胞にのみ結合する特殊ペプチドのみからなるライブラリを構築し、各種の特殊ペプチドのライブラリ中濃度を高めた。この結合ベースのスクリーニングを行うにあたって、様々な条件検討を行い、結合ベースのスクリーニングまで完了した。本年度は、当初の計画から方針を少し変えて、人型ロボットによりRaPIDシステム(菅研究室で開発された、標的蛋白質に高い結合力を有する環状ペプチドを素早くスクリーニングする技術)を自動化することで、RaPIDシステムによる新規環状ペプチド探索の効率化、加速化を目的とした。(1)人型ロボットのセットアップおよび(2)人型ロボットによるRaPIDシステムによる新規環状ペプチドのスクリーニングの2つを具体的な目標とした。以下にそれぞれの研究実施状況について示す。(1)は、研究室に導入した双腕人型ロボットが実験を行うためのプロトコール作成、およびロボットの動作に関する各種パラメーターの最適化を行った。人型ロボットは、人が行っている実験を模倣して行えるように開発されたが、RaPIDシステムで求められるような精密かつ複雑な実験での応用例はなかった。実際、動作をプログラミングし実験を行ったが全く良好な結果が得られなかった。そこで、ロボットの性能に合わせた独自のプロトコールの作成を行い、さらに各実験操作ごとに人での実験結果と比較しながら動作の最適化を行うことで、人の実験と遜色ない結果を得ることに成功した。(2)については、4種類の蛋白質(TET1、Smurf2、MET、Akt2)を標的蛋白質として選択し、ロボットを用いてRaPIDシステムによる環状ペプチドのスクリーニングを行った。それぞれの標的蛋白質に対して、複数の環状ペプチドが同定された。TET1とAkt2に対して同定された環状ペプチドは、標的蛋白質への結合だけでなく阻害活性を示すことも明らかとした。Smurf2およびMETに対して同定された環状ペプチドも、それぞれの標的蛋白質に対して高い結合力を示すことを明らかとした。本研究において新規スクリーニング系の構築は肝であり、最も困難であることが予想される。なぜならば、スクリーニングの各段階における無数の条件検討を要し、それぞれ最適化を行わなければいけないからである。本年度は、半数程度の条件の最適化を行うことができ、来年度の見通し及び課題が見えた。従って、現在の研究進捗状況は、当初の研究計画に従って順調に進行していると考える。今後は、オキシトシン受容体結合特殊ペプチドライブラリを用いて、オキシトシン受容体を活性化する分子を活性ベースのスクリーニングで獲得することを目指す。スクリーニングによってオキシトシン受容体を活性化する特殊ペプチドが同定されたら、そのペプチドのオキシトシン受容体に対する活性の定量的な評価および生理活性評価を行う。
核酸構造上に構築された螺旋状金属イオン集積体のヘリシティー制御と単分子物性

右巻き螺旋構造の天然型D-DNA/RNA二重鎖、左巻き螺旋構造の人工的L-DNA/RNA二重鎖に金属イオンを結合して、右巻き及び左巻きの金属イオン集積構造を形成させ、その構造と物性を研究する。天然型D-DNA/RNAおよび人工的L-DNA/RNAに集積化した金属イオンはミラーイメージの螺旋構造を形成し、逆の分光学的、電気的、磁気的性質を持つ。金属-DNA/RNA二重鎖の結晶構造を解析し、構造と物性の関連を研究する。導電性、磁性の測定に関して領域内に共同研究が生まれることを期待する。さらに、バックボーンに不斉を持たない核酸アナログを合成し、外部刺激により螺旋構造を調節する技術を開発する。
アユ冷水病耐性形質関連遺伝子の単離

アユ冷水病耐性形質を識別可能なDNAマーカーを用いて、実験魚各個体の耐病性形質保有の有無を推定・識別した。人為的な冷水病菌感染後、1時間および3時間の脾臓において、耐病性形質を保持する個体群に特有の発現パターンを示す遺伝子断片を単離した。耐病性形質を保持する個体群に特有の発現パターンを示す遺伝子断片は、アユにおける冷水病に対する耐病性メカニズムに関与する遺伝子であると考えられた。1.アユ冷水病耐病形質解析家系の作出広島県水産海洋技術センターにおいて、冷水病に耐病性を示すアユ(海産交配系統)が見出された(Nagai et al,2004,Fish Path.).広島県水産海洋技術センターおよび広島県栽培漁業センターとの共同研究により、アユ冷水病耐性系統と感受性系統を交配したF_1(雑種第一代)家系を平成17年度に作出した。このF_1家系に感受性系統を戻し交配し、アユ冷水病耐病形質解析家系を作出した。作出した家系は安定的に維持され、翌年度の実験に用いる準備が整った。2.アユ冷水病耐病形質と関連性のある候補遺伝子の単離人為感染実験後の、冷水病菌の魚体内動態を解析した研究結果により、感染後3時間目にはアユ冷水病耐性系統と感受性系統との差異が生じていることが明らかとなった。アユ冷水病耐性系統と感受性系統において人為感染実験を行ない、系統ごとに感染後の経時的に(0時間、1時間、3時間、6時間)実験魚をサンプリングした。実験に用いることが出来たアユの魚体サイズの関係で、血液からの白血球分離、RNA抽出は出来なかった。そこで、頭腎および脾臓からRNAを抽出し、実験に用いた。系統間の遺伝子発現の差異を比較する前に、各系統内の遺伝子発現の同調性を確認するために、免疫関連遺伝子であるTNF(腫瘍壊死因子)遺伝子の発現を定量PCR法において解析した。その結果、TNF遺伝子発現に系統差は見られず、各系統内の発現の個体差が大きく見られた。これは、冷水病耐性系統内でも約30%の個体が死亡し、感受性系統内でも約30%の個体が生存するなど、系統内に個体差が存在するためと考えられた。本年度の昨年度の先端技術を活用した農林水産研究高度化事業において、アユ冷水病耐性形質を識別可能なDNAマーカーの開発することに成功した。来年度は、1で作出した冷水病耐病形質解析家系において、このDNAマーカーを用いて耐病性魚と感受性魚を識別し、2の解析に用いることが有効であると考えられた。(1)アユ冷水病耐病形質と関連性のある候補遺伝子の単離昨年度に作出したアユ冷水病耐病形質解析戻し交配家系において人為感染実験を行ない、感染後経時的に(O時間、1時間、3時間)実験魚をサンプリングした。実験魚の頭腎および肺臓からRNAおよびDNAを抽出し、実験に用いた。まず各個体のDNAを用いて、一昨年度に先端技術を活用した農林水産研究高度化事業において開発したアユ冷水病耐性形質を識別可能なDNAマーカーを用いて実験魚各個体の耐病性形質保有の有無を識別した。この識別によって、耐病性群と感受性群に分け、RNAの発現動態を解析した。cDNAを用いたAFLP法および予備的にマイクロアレー法(サケマス類の遺伝子:16000スポット)により、2群の同時間で発現の異なるバンドを探索した。その結果、耐病性群に多く発現しているバンド(スポット)を得ることができた。今後、さらに多くのAFLPマーカーで解析する必要がある。(2)アユ冷水病耐病形質解析家系の作出本年度に用いた解析家系において、耐病性群に多く発現しているバンド(スポット)を得ることができたが、DNAマーカーによる耐病性識別効率が若干悪いため、耐病性群にのみに明確に発現している遺伝子が得られていない。そこで解析家系の子孫における耐病性識別効率を向上させるため、本年度は耐病性識別マーカーを用いて親魚を選抜し、次世代を作出した。作出した家系は安定的に維持され、来年度の実験に用いる準備が整った。本研究ではアユ冷水病に対する耐病性形質と関連する遺伝子の単離を目的とした。アユ冷水病耐病形質解析家系において人為感染実験を行ない、感染後経時的に(0時間、1時間、3時間)実験魚をサンプリングした。実験魚の頭腎および脾臓からRNAおよびDNAを抽出し、実験に用いた。まず各個体のDNAから、平成17年度先端技術を活用した農林水産研究高度化事業において開発したアユ冷水病耐性形質を識別可能なDNAマーカーを用いて実験魚各個体の耐病性形質保有の有無を識別した。発現解析法は、HiCEP (High Coverage Expression Profiling)法を用いた。

208プライマーペアでの解析により、耐病性群において感受性群と比較して、感染1時間区では94、3時間区では103のRNA発現(増幅)差異のある特異的にバンドを検出した。さらに、感受性群の感染1時間後および3時間後の両方ではRNA発現が見られず、耐病性群では、感染1時間後および3時間後の両方で特異的なRNA発現が見られた特異的断片が13あった。これら特異的なバンドをクローニングし、得られた塩基配列からPCRプライマーを設計し、半定量PCR法により発現量の差について再確認した。その結果、発現量の差が約5.0倍ある遺伝子断片と発現量の差が約4.4倍ある遺伝子断片の単離に成功した。この遺伝子断片から全長cDNAを単離し、機能解析を行う予定である。
原子ビーム法とスピンエコーを用いた高精度原子EDM測定装置の開発

^<220>Fr原子EDMの測定の際にComagnetometer原子線として用いる^6Li原子の励起を行うレーザー光の周波数を^6Li原子の励起線に固定するために用いる飽和吸収分光用リチウムセルの加熱機構を作成した。また、それに用いるリチウムセルの作成も試みたが、現在までのところセル内部での不純物の微量の混入のためか、残念ながら現時点では十分な分光レベルで使用可能な性能には至っていない。そこで一時的な代替方法であるが、リチウム原子ビームの蛍光の測定の際のレーザー照射方法に飽和吸収分光の考え方を応用した結果、^6Li原子および^7Li原子のD1遷移線およびD2遷移線において、超微細相互作用による励起波長の分離を観測できている。また昨年度までに開発した^6Li原子励起用の波長671nmの修正リトロー型外部共振器付の半導体レーザーの設計を参考に、^<220>Fr原子のD1遷移線での励起波長817nmの修正リトロー型外部共振器付の半導体レーザーを新たに1台設計作成した。その結果として現在40mWの出力を得ており、電流微調整無しに4.9GHz以上のmode-hop free tuning rangeを実現している。このtuning rangeは昨年度作成したマイケルソン干渉計で行ったものである。将来本研究では^6Li原子と^<220>Fr原子に対して合計6種類程度のレーザーを用いることとなるが、それに向けて着実に開発を進めている。また、^<220>Fr原子励起レーザーの原子励起線に固定する目的で利用する、ファブリペロー型干渉計の作成を開始した。^<220>Fr原子EDMの測定の際にComagnetometer原子線として用いる^6Li原子を励起・冷却するために用いるレーザーとして、修正リトロー型外部共振器付の半導体レーザーを作成および種々の改良を行った。その結果としてLi原子の励起波長である671nmの波長において、現在17mWの出力を得ており、電流微調整無しに5.6GHz以上のmode-hop free tuning rangeを実現している。将来本研究では^6Li原子と^<220>Fr原子に対して合計6種類程度のレーザーを用いることとなるが、今年度の開発経験により既製品に対して圧倒的な安価で装置の準備が可能となった。Li熱原子線源を開発・改良し、発生するLi熱原子線に対して上記のレーザーを照射し、蛍光の観測による手法で、^6Li原子の冷却に用いるD2遷移線を含む複数の励起を確認している。また、ゼーマン法による^6Li原子ビームの低速化のための電磁石を設計・製作を行なった。ゼーマン法による減速は、ドップラー効果による励起波長の変化を、磁場によるゼーマン効果によって打ち消すことにより、単色のレーザー光の輻射圧により原子を低速化するものであるため、空間的に変化する縦磁場が必要となる。これに必要な関数近似磁場を生成するprofilecoilの他にbias coil, extraction coilsという複数の空芯ソレノイドを用い、熱原子線として入射する^6Li原子ビームの1300m/s未満の速度成分を100m/s程度まで減速できるように設計した。
パーミュテーションテストのゲノムワイド疾患関連解析への実用的適用手法に関する研究

ゲノムワイド疾患関連解析における統計検定上の実用的問題のひとつである多重検定問題を対象に、それをパーミュテーションテストを用いて補正するアプリケーションを実装し、公開した。一塩基多型を用いたケノムワイドアソシエーション(GWA)スタティが積極的に展開されている。多数の遺伝子多型マーカーを用い、それぞれに複数の仮説検定を実施する解析戦略が採られるため、高度かつ複雑なマルチプルテスティング問題が発生している。本研究課題においては、このマルチプルテスティング問題をパーミュテーションテストの枠組みで解決する方法について検討している。平成19年度にあたっては、比較的少ない形質ラベルシャッフリング試行から、有効検定仮説数を推定する手法について検討し、アルゴリズム化した。また、それをツールとして実装し、小規模シミュレーションデータでの拳動について検討した。さらに、開発ツールを遺伝疫学解析を実施している他機関の実疫学データに適用し、その挙動についての検討を行った。また、有効検定仮説数の推定に基づく補正から生じる、推定誤差に関する検討を実施した。また、対象データを実用レベルに大規模化するにあたっては、計算機処理における分散化が必要になることが多いため、小規模PCクラスタ環境を構築し、運用を開始した。また、PCクラスタにおける分散処理を簡易に実施するための方法について検討し、プログラムの改変を行った。本ツールは、ホームページを通じて公開することを目標(平成20年度)にしており、そのためのウェブサーバの設置・運用を開始し、一般的なGWAスタディ用のツールを先行して公開した。一塩基多型を用いたゲノムワイドアソシエーション(GWA)スタディが積極的に展開されている。また、それをツールとして実装し、小規模シミュレーションデータでの挙動について検討した。さらに、開発ツールを遺伝疫学解析を実施している他機関の実疫学データに適用し、そめ挙動についての検討を行った。平成20年度には、以下を実施した。本手法を自機関の小規模クラスタに実装し、その移植性を確認する目的で、他プロジェクトにて共同研究を実施している機関のクラスタに導入し、動作確認を行った。特に問題は発生しなかった。自機関での実行、ならびに、共同研究機関での実行をゲノムワイドアソシエーションデータに適用することで、操作性・実行時間上の改善点の可能性を検討し、ツールの改良を進めた。それらの成果を、本プロジェクトにて導入した情報発信用ウェブサーバにおいて公開した。そのウェブサイトは、本プロジェクトのツール並びに、遺伝子多型を用いた連鎖不平衡マッピングのための複数の自作ツールの概要説明とウェブ上ツールとしての利用、ならびに、ダウンロードしての利用を可能にしている。また、ツールの利用のみならず、遺伝子多型連鎖不平衡マッピングに関する、総合的な情報ソースとしての体裁を整え、研究コミュニティに提供した。このサイトは、国外を含むアクセスが毎月1万件超に達したことから、成功していると考えている。
古気候変動・地球軌道要素変動に起因する古地磁気変動の研究

1.海底堆積物中の磁性鉱物問の磁気相互作用を見積もった。ARM(非履歴性残留磁化)の獲得効率は、磁気相互作用に強く支配されている。そのため、堆積物から相対古地磁気強度を求める際の、堆積物の磁化獲得能の違いを補正(規格化)のためのパラメータとしては、ARMよりもIRM(等温残留磁化)の方が適している。2.北西太平洋における過去25万年間の高分解能の古地磁気強度スタックを構築した。堆積物から信頼できる相対古地磁気強度を求めるには、初期続成作用による磁性鉱物の溶解を受けたものを除く必要がある。低保磁力の磁性鉱物の割合を示す指標であるS比は磁鉄鉱の溶解に敏感であり、これを指標に溶解を受けた層準を除去できる。3.北太平洋の堆積物コアから、過去160万年間の相対古地磁気強度を求めた。このコアの相対古地磁気強度と岩石磁気特性を、堆積環境の異なる西部赤道太平洋のコアと比較すると、相対古地磁気強度は極めて良い一致を示すが、岩石磁気特性の変化は大きく異なる。ウェーブレット変換を用いた時系列解析により、古地磁気強度には10万年スケールの変動が見られること、岩石磁気パラメータは10万年スケールの変動が含まれる場合でも古地磁気強度とは同期しておらず両者に有意な相関はないことを明らかにした。従って、堆積物の性質の変化は相対古地磁気強度に影響しておらず、古地磁気強度記録に見られる10万年スケールの変動は地磁気変動を反映している。4.東部赤道インド洋の堆積物コアから、過去80万年間の相対古地磁気強度及び伏角の変動記録を得た。西部赤道太平洋に見られる伏角異常域は、東部赤道インド洋には延びていない。両海域について、古地磁気強度と伏角の関係を比較することにより、長周期の伏角の変動は、双極子磁場が弱いときに相対的に停滞性非双極子磁場の影響が大きくなることにより生じるというモデルが支持されることを示した。堆積物から求める相対古地磁気強度変動に、気候変動に伴う堆積物の物性変化の影響が混入している可能性を調べるため、西部赤道太平洋と中部北太平洋から採取された堆積物コアの古地磁気・岩石磁気記録を比較した。過去約150万年間の相対古地磁気強度変動は非常に良く一致するのに対し、堆積物中の磁性鉱物の粒径及び鉱物種の変化の指標となる岩石磁気パラメータは、2本のコア間で違いが大きい。これは、相対古地磁気強度変動記録に対する堆積物の物性変化の影響は小さいことを示している。従って、相対古地磁気強度に見られる約10万年の周期的変動は、堆積物の物性変化を表しているのではないと考えられる。堆積物が忠実に古地磁気強度変動を記録しているかどうかを検討するため、これまでの古地磁気強度データを整理した結果、堆積物の性質の中で、堆積速度の変化及び炭酸カルシウム含有量の変化が古地磁気強度推定に影響を与える可能性のあることが判明した。マニヒキ海台の石灰質堆積物では、堆積速度が減少するにつれ、非履歴性残留磁化(ARM)または等温残留磁化(IRM)で規格化された残留磁化強度は小さくなっている。その原因は、磁性鉱物間の磁気相互作用の大きさの違いである可能性がある。これを確かめるために、今年度新たに導入した磁気特性測定装置を用いて、堆積物試料で磁気相互作用の大きさを見積もるための実験を開始した。

西部赤道太平洋海域のコアで発見された古地磁気強度と伏角の間の相関関係についてのモデルを検証するためには、南東太平洋海域からもデータを得る必要がある。そのため、2004年89月に調査船「よこすか」による航海を行い、南東太平洋海域から3本のピストンコア試料を採取し、古地磁気・岩石磁気測定を開始した。北太平洋の海底堆積物のFORC測定を系統的に行った。高分解能FORC図においてHu軸に沿う断面の面積を用いることにより、海底堆積物試料に含まれる強磁性鉱物間の磁気相互作用の影響を半定量的に評価できることを明らかにした。その結果、ARMは磁気相互作用に敏感なため、相対古地磁気強度を求めるための規格化パラメータとしてはARMよりIRMの方が適していることが明らかになった。海底堆積物から得られた古地磁気強度記録に、地球軌道要素変動の周波数が含まれていることについて、堆積物の岩相・磁気物性が古気候変動に支配されて変動し、その影響が古地磁気強度データに混入しているためとする考えがある。これを検証するため、西部赤道太平洋及び北太平洋で採取された堆積物コアから得られた、過去160万年間の古地磁気・岩石磁気変動記録について、ウェーブレット解析を行った。この2つの海域間で、相対古地磁気強度は数万年数十万年のタイムスケールの変動成分において0.6程度の相関係数があり位相が一致しているのに対し、磁性鉱物粒径、磁性鉱物種の指標となる岩石磁気パラメータには相関がなく位相がくい違っていた。この結果、岩石磁気特性の変動は古地磁気強度変動記録にほとんど影響を与えていないことが明らかになった。炭酸カルシウム含有量などの堆積物の岩相の違いが古地磁気強度・伏角に与える影響を評価するため、西カロリン海盆及び赤道インド洋の水深の異なる4地点において堆積物コアの採取を行い、古地磁気・岩石磁気測定を開始した。「みらい」MR05-03航海で赤道インド洋から採取された3本の堆積物コアの古地磁気・岩石磁気測定を行い、過去約80万年間の古地磁気強度、伏角の変動記録を得た。西部赤道太平洋で観測されている、負の大きな伏角異常及び古地磁気強度と伏角の間の相関関係がインド洋では見られないことを確認した。これは、Yamazaki and Oda (2002)の「双極子磁場成分の大きさが約10万年の周期的変動をする一方、停滞性非双極子磁場成分は変動しない」とするモデルと調和的である。「かいれい」KR05-15航海で、西部赤道太平洋の西カロリン海盆から採取された4本の堆積物コアの古地磁気・岩石磁気測定を行った。うち1本のコアについては、酸素同位体比で年代を決定した。4本のコア間で、相対古地磁気強度変動は極めてよい相関が得られた。磁化率の変動は、炭酸カルシウム補償深度(CCD)に近い水深から採取されたコアでは酸素同位体比曲線と良く似ているのに対し、CCDよりかなり浅い場所のコアでは、日射量変動曲線(北緯65度、夏至)に類似していることが判明した。つまり、前者では離心率周期(約10万年)が卓越するのに対し、後者では歳差・地軸の傾きの周期が卓越する。このように、堆積物の磁気的特性は水深により異なっているにもかかわらず、相対古地磁気強度変動は極めてよく一致することから、堆積物の磁気的特性変化が相対古地磁気強度推定に与える影響は小さいと考えられる。古地磁気強度及び伏角データのウエーブレット変換を用いた時系列解析から、地球軌道離心率の微分と古地磁気鉛直成分の変動の間に相関が強いことが明らかになった。このことから、離心率の変動が地磁気ダイナモに影響しているという見通しを得た。