hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
サブストラクチャー法を利用した浮体橋の風・波浪応答シミュレーション手法の開発

橋梁上部工の弾性変形、流体力の周波数依存特性、係留系の非線形反力特性の3者を同時に厳密に考慮できる、浮体橋の波浪・風応答シミュレーション法の開発をおこなうことを研究目的とした。これら3者を同時に厳密に考慮するための解析プログラムの仕様について各種検討をおこない、1)橋梁上部工を有限要素法(NASTRAN)によりモデル化する一方、浮体基礎特性については付加質量のみを有限要素モデルに組み込んだ上で実固有値解析をおこない、モード形状を求める、2)モード座標系において、流体力のメモリー効果ならびに係留系の非線形反力特性を考慮した時刻歴応答解析プログラムをNewmark-β法に基づき開発する、というモード法に基づくこととした。平成13年度においては、本応答シミュレーションプログラムの線型応答に関わる基本部分を完成し、周波数応答解析値との比較により、少なくとも線型応答に関しては正しい解の得られることを確認した。平成14年度においては、初年度で開発された要素プログラムを統合し、単独のプログラムパッケージとして、浮体橋の風・波浪応答シミュレーションプログラムをまとめた。プログラムの検証として、夢舞大橋の設計検討時において、JV各社により実施された水槽実験があるため、これらの実験値との比較検討を実施した。さらに係留系の非線形反力特性(カテナリー係留時における非線形反力特性ならびにフェンダー係留時におけるヒステリシスも含めた反力特性)の組み込み、長周期変動漂流力の組み込み、風荷重の考慮についても、これらをおのおのサブルーチン形式での組み込みをおこなうとともに、日立造船(株)での風洞内に浮体橋模型を設置し、風と波を同時に受ける実験を実施、応答シミュレーションプログラムの実験的検証までおこなった。本研究においては、橋梁上部工の弾性変形、流体力の周波数依存特性、係留系の非線形反力特性の3者を同時に厳密に考慮できる、浮体橋の波浪・風応答シュミレーション法の開発をおこない、設計計算の高度化を目指すとともに、流体力特性を簡易化する従来の近似計算法の妥当性に関する検討をおこなうことを研究目的とした。既に、本応答シミュレーションプログラムの線型応答に関わる基本部分は完成し、周波数応答解析値との比較により、少なくとも線型応答に関しては正しい解の得られることが確認された。現在は、さらに係留系の非線形反力特性(カテナリー係留時における非線形反力特性ならびにフェンダー係留時におけるヒステリシスも含めた反力特性)の組み込み、長周期変動漂流力の組み込み、風荷重の考慮について検討を進めるとともに、風荷重を受ける場合の応答シミュレーションプログラムの実験的検証について準備を進めている。本研究においては、橋梁上部工の弾性変形、流体力の周波数依存特性、係留系の非線形反力特性の3者を同時に厳密に考慮できる、浮体橋の波浪・風応答シミュレーション法の開発をおこない、設計計算の高度化を目指すとともに、流体力特性を簡易化する従来の近似計算法の妥当性に関する検討をおこなうことを研究目的とした。

プログラムの検証として、夢舞大橋の設計検討時において、JV各社により実施された水槽実験があるため、これらの実験値との比較検討を実施した。さらに係留系の非線形反力特性(カテナリー係留時における非線形反力特性ならびにフェンダー係留時におけるヒステリシスも含めた反力特性)の組み込み、長周期変動漂流力の組み込み、風荷重の考慮についても、これらをおのおのサブルーチン形式での組み込みをおこなうとともに、日立造船(株)での風洞内に浮体橋模型を設置し、風と波を同時に受ける実験を実施、応答シミュレーションプログラムの実験的検証までおこなった。
絨毛膜羊膜炎で産生されるアクチビンファミリー蛋白質の網羅的検索と機能解析

臨床験審査委員会の承認を得た上で、全身合併症、感染症等の無い妊婦よりインフォームド・コンセントを得て、満期の予定帝王切開において卵膜を採取し本研究に用いた。トリプシン処理により羊膜上皮細胞を得て初代培養を行いグラム陰性菌菌体成分のLPSと炎症性サイトカインTNF-αはこの細胞からのアクチビンA分泌を促進することを確認したが、BrdU incorporationを指標とした細胞増殖測定では増殖抑制作用を示した。網羅的検索法を確立する目的で、この培養細胞に2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxinを添加し、添加群と対照群の遺伝子発現の相違をDNAマイクロアレイとquantitative real-time PCRにより解析し、種々の細胞で2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxinにより発現が誘導されることの知られているCYP1A1とCYP1B1が羊膜上皮細胞でも誘導されることを明らかにし、この系は網羅的検索に適する系と考えた。また、2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxinはインターフェロン誘導性遺伝子の発現を強く誘導したが、それと共にコラーゲンの産生や代謝に関与する遺伝子であるITGA10、ITGA2、MMP9の発現を羊膜上皮細胞で増加させることを初めて明らかにした。卵膜の強度の維持を担っているのは羊膜のコラーゲンであるがdioxinに曝露された妊婦では早産が高率であったことが報告されており、この系は絨毛膜羊膜炎における病態の網羅的検索に有用であることを示した。更に、上皮細胞除去後の羊膜より間葉細胞を得て培養し、羊膜間葉細胞からのアクチビンA分泌もTNF-αにより促進されること、アクチビンはこの細胞のコラーゲン産生に関与していることを明らかにした。臨床試験審査委員会の承認のもとでインフォームド・コンセントを得た満期の予定帝王切開において卵膜を採取し、本年度はヒト羊膜細胞のアクチビンA分泌について検討した。(1)基底膜下組織除去後の羊膜で、RT-PCRにより、アクチビンβA subunit mRNAの発現を認め、ELISAにより、抽出蛋白にアクチビンAの存在を認めた。(2)酵素処理による細胞分散法で、基底膜下組織除去後、トリプシンによる56回の細胞分散により得た羊膜細胞は1ケ月以上の培養にても上皮様形態を保持していた。これに対して、基底膜下組織の除去を行わずにコラーゲンで分散した細胞では、線維芽細胞様の細胞が混入しおり、1ケ月以上の培養では線維芽細胞様の細胞が優位となった。(3)トリプシン処理後の羊膜細胞を培養し下記の結果を得た。(1)1.6x10^4/cm^2-6.3x10^4/cm^2の細胞密度での24時間の培養により、細胞密度に依存した、培養上清中へのアクチビンAの分泌を認めた。(2)グラム陰性菌菌体成分のLPSと炎症性サイトカインTNF-αを添加し以下の結果を得た。(2)-1)LPS、TNF-α各々の添加後96時間の培養により用量依存的なアクチビンA分泌の増加を認めた。(2)-2)TNF-α添加後24120時間の培養により培養時間に依存した培養上清中アクチビンA濃度の上昇を認めた。(2)-3)TNF-αと抗TNF-α抗体の同時添加により、TNF-αによるアクチビンA分泌の増加は抑制された。臨床試験審査委員会の承認のもとでインフォームド・コンセントを得た満期の予定帝王切開において卵膜を採取し本研究に用いた。

トリプシン処理により羊膜上皮細胞を得て初代培養を行い、この細胞が、細胞密度に依存してアクチビンAを分泌することを明らかにした。このアクチビンA分泌は、腫瘍壊死因子(TNF-α)により用量依存的、時間依存的に増加すること、TNF-αによるアクチビンA分泌促進作用は抗TNF-α抗体の同時添加により打ち消されることを明らかにした。また、グラム陰性菌菌体成分のLPSによっても、この細胞からのアクチビンA分泌は用量依存的、時間依存的に促進された。従って、絨毛膜羊膜炎においては羊膜局所でアクチビンAが高濃度になっていると考えられた。このため、アクチビンAの羊膜上皮細胞に対する作用を明らかにすることを目的として、羊膜上皮細胞の増殖に対する作用を検討したが、添加濃度10-100ng/mlでfomazan dye生成を指標としたcell counting Kit-8を用いたアッセイでは、アクチビンAによる細胞増殖に対する作用は検出されなかった。トリプシン処理後の羊膜に対して、Sakuragawaらの報告に基づき、コラゲナーゼを作用させることにより羊膜間質細胞を得た。この細胞が幹細胞を含む可能性が報告されているため長期培養を行なった。羊膜上皮細胞と異なりこの細胞は継代培養、長期間の培養が可能であった。更に、細胞間相互作用が生理的条件に近い状態で保たれていると考えられる羊膜器官培養を行ったが、アッセイ間変動が大きく、この器官培養法は本研究に用いる系には適さないと判断された。臨床試験審査委員会の承認を得た上で、全身合併症、感染症等の無い妊婦よりインフォームド・コンセントを得て満期の予定帝王切開において卵膜を採取し本研究に用いた。トリプシン処理により羊膜上皮細胞を得て初代培養を行いグラム陰性菌菌体成分のLPSと炎症性サイトカインTNF-αはこの細胞からのアクチビンA分泌を促進することを確認したが、BrdU incorporationを指標とした細胞増殖測定では増殖抑制作用を示した。網羅的検索法を確立する目的で、この培養細胞に2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxinを添加し、添加群と対照群の遺伝子発現の相違をDNAマイクロアレイとquantitative real-time PCRにより解析し、種々の細胞で2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxinにより発現が誘導されることの知られているCYP1A1とCYP1B1が羊膜上皮細胞でも誘導されることを明らかにし、この系は網羅的検索に適する系と考えた。また、2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxinはインターフェロン誘導性遺伝子の発現を強く誘導したが、それと共にコラーゲンの産生や代謝に関与する遺伝子であるintegrin, alpha 10, rotegrin, alpha 2, matrix metalloproteinase 9の発現を羊膜上皮細胞で増加させることを初めて明らかにした。卵膜の強度の維持を担っているのは羊膜のコラーゲンであるがdioxinに曝露された妊婦では早産が高率であったことが報告されていることより、この系は絨毛膜羊膜炎における病態の網羅的検索に有用で、アクチビンファミリー蛋白質の網羅的検索にも適した系と考える。
私学の自由と公共性に関する日本・ドイツ・オランダの比較法制的研究

「私学の自由と公共性」。この問題は私学法制の根幹にかかわる重要な事柄だと見られるが、わが国においては、これについての法制は不満であるし、教育行政学・教育法学などの学問分野においても未だペンディングな課題に属していると言えよう。そこで本研究は、ユニークな私学法制を擁しているドイツとオランダとの対比において、わが国の「私学の自由」法制(論)を分析・検討し、「私学の公共性」との関係で、その意義や可能と限界を明らかにするための法制論を構築しようとするものであり、以下のような研究を行った。(1)「私学の自由」の法的構造に関する日本・ドイツ・オランダの比較法制(論)的考察:わが国、ドイツ、オランダの私学法制史を概観したうえで、現行法制下における「私学の自由」について、私学の法的性質、私学教育や運営に対する公教育法的規律の範囲と強度、私学助成に伴う公共規制、私学行政の原則と機構、私学教員の養成・資格・法的地位などに関して、これら3ケ国の実定法制・学説。判例を「私学の公共性」に引きつけて検討・考察した。(2)「特色ある私学」のケース・スタディー:【.encircled1.】わが国の特色ある私学30校を抽出し、校長に質問紙を郵送して、その学校の教育理念と独自の教育実践・教育運営、現行制度下におけるその可能と限界、限界の理由、直面している課題、教育行政機関に対する要望等について、「私学の自由と公共性」という観点から調査し分析した。併せて、これらの学校の校則を収集し、同様の見地から分析した。【.encircled2.】ドイツのシュタイナー学校について、その教育目的・内容、学校の管理運営や組織編成、教員の養成や資格、学校財政、親からの期待や要望、当面の課題等に関して研究・調査し分析した。
金属カルシウムによる固相に吸着した残留性有機汚染物質の常温無害化処理

これまでに我々は、常温下、アルコール溶液中、金属カルシウム(Ca)と貴金属触媒を用いて固相内部に吸着した残留性有機汚染物質(POPs)を密封容器中で24時間撹拌処理を行い、99%以上の高効率で分解できる手法を開発した。本研究では、この特異な反応機構を解明し、分解条件を最適化することで、さらに10倍以上の処理効率の達成を目的とした。検討の結果、金属Caによる固相表面の形態変化に起因するPOPsの溶出促進効果を明らかにした。また、最適条件下、実試料の分解において従来の10倍以上の分解率の向上にも成功した。本研究では、従来にない温和な条件下、焼却飛灰内部に吸着したダイオキシン類(DXNs)を高効率に分解可能な金属カルシウム(Ca)触媒法について、その特異な反応機構を詳細に解明し、さらに分解の高度化を図ることを目的としている。関与する機構は、主に以下に示す3つのプロセスと予想した。即ち、1.金属Ca等の外的要因によって焼却飛灰表面近傍に存在する金属酸化物の結晶構造が変化し、アルコールが飛灰内部へ容易に浸透可能になること、2.浸透したアルコールがDXNsをバルクへ溶出させて金属Caよって還元的に無害化されること、3.金属Caの消費に従い、副生した水素ガスが水素活性化触媒の作用でDXNsを触媒的に分解するプロセスである。そこで今年度は、金属Caが関与する飛灰表面での化学変化を追跡し、DXNs溶出促進の詳細な実験的証拠を得ることとした。以下に成果の一部を紹介する。JIS法に準拠して焼却灰の性状把握を行ったところ、Fe_2O_3、Al_2O_3、及びZnOの3成分で全体のおよそ48wt%を占めていたことから、それらを溶出に寄与する可能性の高い金属成分として注目した。次に、各種アルコール溶液への金属成分の溶解度を、Ca濃度等を変数としてICPを用いて検討し、併せて残渣表面の観察をSEM-EDS及びESCA等により行った。興味深いことに、アルコールのみでは溶出しない金属成分の幾つかが、所定量の金属Ca存在下、特定のアルコールへはパーセントオーダーで溶出することを見い出し、その際、必ずしも低級アルコールが好適ではないことも分かった。加えて、ある金属酸化物に対して一定割合の"ある鉄塩"が存在すると、金属酸化物の溶出は、鉄塩が存在しない場合に比較しておよそ10倍に促進されるという新知見が得られた。これまで常温での化学分解が困難とされていた焼却灰中のダイオキシン分解において,常温微加圧(0.1MPa程度)下,還元剤に金属カルシウムを用い,かつ,水素活性化触媒を共存させた湿式処理によって,初期濃度7,800pgTEQ/g-ashのダイオキシンを99%以上の高効率で分解する新手法を開発した。その特異な分解機構として,我々は,焼却灰表層の無機成分の溶出促進,次いでダイオキシン類の溶出・分解からなる複合プロセスを提案している。本研究ではダイオキシン分解に係るプロセスの全解明及び高効率化を目指している。初年度での無機成分溶出促進機構の解明に続き,今年度はダイオキシン分解効率に与える触媒特性の検討,さらにポリクロロジベンゾ-p-ジオキシン類(PCDDs),ポリクロロジベンゾフラン類(PCDFs),及びコプラナーポリクロロビフェニル類(co-PCBs)の分解機構の検討に着手した。水素活性化触媒として添加した貴金属触媒の脱塩素/環還元機構を詳細に検討した。常温で0.001MPaの加圧水素下,PCDDs/Fsのモデル化合物とした固相中クロロアニソール類をRh系触媒で処理すると効果的に脱塩素/環還元反応が進行し,対応する環還元体のみが定量的に得られた。分解の過程では,いかなる芳香環の部分還元体も検出されなかった。次に,co-PCBsの分解機構について検討した結果,塩素低置換体に比較して塩素多置換体の分解速度が速いことが明らかとなった。その際,ビフェニル骨格の特定の置換位置にある塩素-炭素結合の開裂が阻害されることも明らかにした。また,PCDDs/Fs誘導体と異なり,ビフェニル骨格が水素付加を受け,芳香環の部分還元体が生成することも明らかにした。さらに,触媒活性に影響を与える諸因子を研究する過程で,新規な固相有機反応の可能性も見い出した(特許出願準備中)。これまでに我々は,常温で化学分解が困難とされていた焼却灰中のダイオキシン分解において,常温微加圧(0.1MPa程度)下,還元剤に金属カルシウムを用い,かつ,水素活性化触媒を共存させた湿式処理によって,初期濃度7,800pgTEQ/g-ashのダイオキシンを99%以上の高効率で分解する新手法を見出した。

粉末X線回折法による処理物の分析結果から,処理前に存在したヘマタイト(α-Fe_2O_3)成分が処理後完全に消失したことを明らかにした。この実験事実は,飛灰中のヘマタイト欠損部位へのアルコール浸透によるDXNs溶出促進の可能性を示唆しているが,その一連の溶出・分解プロセスは未だ不明な点が多い。そこで我々は,この特異な現象を解明するために,初年度に焼却飛灰の酸化被膜モデルを用いて溶出プロセスの解明を行い,次年度では,ポリクロロジベンゾ-p-ジオキシン類(PCDDs),ポリクロロジベンゾフラン類(PCDFs),及びコプラナーポリクロロビフェニル類(co-PCBs)の脱塩素反応に与える諸因子の影響を明らかにした。最終年度では,最適条件下,実試料を用いてダイオキシン類の無害化試験を行った。その結果,目標の処理濃度「2pgTEQ/g-ash以下」を達成し,また,PCBs類については溶出試験で検出下限値以下まで無害化することに成功した。さらに,本技術の応用展開例として,バイオマス資源として期待されているリグニン誘導体の芳香環部分を接触水素化し,収率良く対応する脂肪族化合物へ変換することに成功した。得られた脂肪族化合物は,ポリマーへの増量剤としても期待できることを明らかにした。
海洋大循環における非線形性とノイズ外力のカップリング

海底地形の存在による主流の変動やそれに伴う中規模擾乱の発生を調べるための3層準地衡流渦位方程式に基づく渦解像QGモデル(Hogg et al.,2010)を用い、海底地形を変えた4ケースのシミュレーションを行った。ケース1には地形を与えず、ケース2には円錐型の地形(円形海山;以下corn)、ケース3には半円筒型の地形(南北海嶺;以下kamaboko)、ケース4にはその両方の地形(円形海山+南北海嶺)を与えた。各ケースに共通して、北太平洋域に対応するダブルジャイヤの海域(東西10,000 km,南北5,000 km)に、現実を模擬した東西風応力を与え、数値シミュレーションを行った。得られた結果(瞬間の圧力等)からは、平均場(時間平均)に見られる流れ(平均流)と長寿命の渦(定在的な渦)を差し引き、擾乱場(瞬間)にしか見られない短寿命の乱れ(中規模擾乱)を分離して解析した。更に、中規模擾乱の量の時系列変動に関しては、東西強流域と地形周辺の2種類の領域に絞って調べた。その結果、地形の影響で流れが乱され、層間の界面高度の変化が増して位置エネルギーが大きくなった。すなわち、傾圧不安定が強化されている可能性が示唆された。このことは、大きくなった位置エネルギーは運動エネルギーとして解放され(傾圧不安定の解消),中規模擾乱が発達するというメカニズムが考えられる。この地形による流れの変化の仕方や傾圧不安定の強化の程度は、地形の形状や配置、組み合わせで変わり、海底地形が中規模擾乱の発生に重要な役割を果たしていることが分かった。1.単純海洋モデルによる外力応答の数値実験と現象のメカニズムの解明北太平洋の海洋循環には,西岸境界流の安定した状態と不安定な状態,すなわち黒潮大蛇行と非蛇行の間の遷移などの様々な振動現象が存在する.これらの現象は,非線形海洋系でよく見られる同期や確率的共鳴などの非線形リズム現象に関連していると考えられている.同期化は,それらの非線形相互作用のために異なる周期を有する2つ以上の自律発振システムのリズムの調整(例えば,周波数および,または位相ロック)である.確率的共鳴は,非線形システムに十分なノイズが加えられると,潜在的な信号の一部が閾値を超えることがある現象である.これらを実際の信号として検出することができる.今年度は,海洋ダブルジャヤの応答を,1.5層の準地衡流モデルを用いた風応力時間変動の違いに応じた風の影響を調べ,一般的な海洋循環におけるこれらの非線形現象の発生の可能性を検討した.2.海洋大循環シミュレーション:北太平洋亜熱帯循環系の海洋独自に発生する78年周期変動海洋大循環モデルを用いて,風応力時間一定の下で82年間の長期シミュレーションを行ない,北太平洋亜熱帯域の海洋独自に発生する長周期変動メカニズムの解明を試みた.その結果,亜熱帯循環域でのEOF解析から,空間モード1は黒潮続流の流軸の南北移動のモードで,空間モード2と3は亜熱帯循環域内を78年の長周期をもって西方へ伝播する傾圧第1ロスビー波のモードであることが示された.後者のモードの周期現象について相関関係を調べたところ,北太平洋亜熱帯循環および黒潮再循環と黒潮続流再循環の強さはすべて78年のスペクトルピークを持ち,互いにラグ相関関係のあることがわかった.この長周期変動は,北太平洋亜熱帯循環における海洋独自に発生する自律的な現象であり,その周期現象が現実にも起こっていることが示唆される.平成28年度の計画に対して予定通り,以下の研究を実行できた.サブテーマ1:「単純海洋モデルによる外力応答の数値実験と現象のメカニズム解明」において,海洋モデル(準地衡流モデル)を使って,外力としての風応力を季節変動させ、また、赤色雑音を付加することにより海洋に起りうる変動と風応力の季節変動の性質(振幅と周期)と付加する赤色雑音の性質(振幅と相関時間間隔)との関係を検討した.そのことから,モデル海洋における非線形系特有の秩序形成現象(引き込み現象,確率共鳴現象,確率同期現象)の役割を明らかにすることができた.サブテーマ2:「北太平洋海洋大循環モデルによる外力応答の数値実験と現象のメカニズムの解明」において,風応力時間一定下で,北太平洋海洋大循環モデル(MOM3)による長期数値実験を行い,その結果をEOF解析およびSOM解析を組み合わせて黒潮ー黒潮続流域の流れのパターン分類を行った.その解析を基に,この海域の代表的なパターン間(安定的および不安定的)の間の遷移過程を検討できた.(1)単純海洋モデルによる外力応答の数値実験と現象のメカニズムの解明:海洋ダブルジャイヤーにおけるカオス励起とその確率同期との関係について検討するために,1.5層有効重力準地衡流モデル(Q-Gモデル)を用いた季節変動外力に赤色雑音を付加した数値実験を行った。その結果は,赤色雑音の付加により,赤色雑音がない場合に同期現象が起こるパラメータよりも小さいパラメータ範囲においても同期現象(すなわち,確率同期)が起こることが分かった。また,より大きなパラメータ範囲においては,カオスが励起される方向への遷移が起こることを示した。現在,以上の結果を1.5層海洋におけるカオス励起と確率同期に関する論文として"Chaos excitation and stochastic synchronization in anoceanicdouble gyre"の題名で,Theor. Appl. Mech. Japan, 64に受理される見込みである。(2)北太平洋海洋大循環モデルによる外力応答の数値実験と現象メカニズムの解明:高解像度

北太平洋大循環数値シミュレーションを風応力の強さを1現実の気候値の強さ,20.8倍の強さ,31.2倍の強さの3種類の実験を実施した。その結果,1980年代に集中して行われた流入ー流出モデルの結果と同様に,現実に近い設定のモデルでも流量と黒潮蛇行の関係が非線形力学系における解の分岐理論で説明可能なことが示された。(3)現実の海洋における非線形系特有の秩序形成現象との関係の解明:2層浅水近似方程式の数値実験結果を参考に,海盆全域で積分した上層と下層の運動エネルギー,および有効ポテンシャルエネルギーの3変数に対する3つの非線形常微分方程式からなるエネルギー収支モデルを作成した。この方程式系は,カタストロフィック理論で知られている楔形カタストロフィーの挙動を示し,黒潮の大蛇行と非蛇行の二様性の理論モデルとして利用できる可能性が示された。本研究では,1単純海洋モデルによる外力応答の数値実験と現象のメカニズムの解明,2北太平洋海洋大循環モデルによる外力応答の数値実験と現象メカニズムの解明,3単純モデルと海洋大循環モデル,および観測・同化データの比較,4現実の海洋における非線形系特有の秩序形成現象との関係の解明の4つのサブテーマから構成されている。2に関して,松浦が中心となり,風応力時間一定下での長期シミュレーションを行うことにより,黒潮続流において形成された中規模擾乱がトリガーとなり,傾圧海盆モードを発生させ,海洋独自の長期変動が非線形効果に基づいて発生する可能性が提示された。この結果は,「北太平洋亜熱帯循環系の海洋独自に発生する7年ー8年周期変動」として,「海の研究」に出版されている。3と4に関しては,1と2の成果を踏まえて,現在実施中である。特に,4の理論モデルに関しては,H29年度の第64回理論応用力学講演会で,「二層海洋における強流域の非線形的挙動」の題名でモデルを提示した。したがって,H30年度に3と4の項目を完結させる予定であり,研究計画としてはおおむね順調に進展していると判断した。海底地形の存在による主流の変動やそれに伴う中規模擾乱の発生を調べるための3層準地衡流渦位方程式に基づく渦解像QGモデル(Hogg et al.,2010)を用い、海底地形を変えた4ケースのシミュレーションを行った。ケース1には地形を与えず、ケース2には円錐型の地形(円形海山;以下corn)、ケース3には半円筒型の地形(南北海嶺;以下kamaboko)、ケース4にはその両方の地形(円形海山+南北海嶺)を与えた。各ケースに共通して、北太平洋域に対応するダブルジャイヤの海域(東西10,000 km,南北5,000 km)に、現実を模擬した東西風応力を与え、数値シミュレーションを行った。得られた結果(瞬間の圧力等)からは、平均場(時間平均)に見られる流れ(平均流)と長寿命の渦(定在的な渦)を差し引き、擾乱場(瞬間)にしか見られない短寿命の乱れ(中規模擾乱)を分離して解析した。更に、中規模擾乱の量の時系列変動に関しては、東西強流域と地形周辺の2種類の領域に絞って調べた。その結果、地形の影響で流れが乱され、層間の界面高度の変化が増して位置エネルギーが大きくなった。
心臓インターベンション領域における胎児アデノシン特性の応用に関する研究

虚血性心疾患に対する経皮的冠動脈インターベンション(PCI)戦略の中核は、新生内膜増殖抑制剤をコーティングした薬剤溶出性ステント(DES)である。しかし現在実用化されているDESは再狭窄に関連する炎症を抑えると同時に、血管壁の正常な修復反応も抑制し血栓リスクを高めることが明らかになり、より生理的な次世代DESが求められている。一方で胎児血管は限られた酸素供給に適応するためアデノシン活性が高く血小板活性も抑制され血栓を作りにくい。この胎児血管の特性を導入した新しいPCIデバイスの開発の可能性を探った。胎齢108±4日の羊胎仔慢性実験モデルにおいて、胎仔大腿動脈にバルーン拡張型ステントで過拡張による障害を与えたのち、内径2.5mm4.0mmの金属ステントを留置、同時に母獣大腿動脈およびその分枝にも金属ステントを設置し、実験後28日後に胎児と母獣血管のステント内損失径を比較、さらにA1受容体ブロッカーであるテオフィリン局所投与群(TH群)およびアデノシン再取り込みを阻害するジピリダモール局所投与群(DP群)における再狭窄率について統計学的検討した。結果は胎仔血管(n=12 : 2血管×6頭)のステント内損失面積(28.8±11.4%)は母獣血管(45.4 ±16.9% ; n=10 : 2血管×5頭)に比較して小さかった(p<0.01)。さらにTH群において、胎児血管の特に3.0mm以内の小口径血管のステント留置後再狭窄率はTH群で高かった(p<0.01)。胎児血管は成人血管に比べ、血管障害後のステント内新生内膜による再狭窄をきたしにくく、この血管特性は成人に比べ高い胎児のアデノシン活性によると考えられ、新しいDESデバイスの開発に繋がる可能性が示唆された。目的;虚血性心疾患患者の治療に対し、経皮的冠動脈インターベンション(PCI)が普及してきた。PCIもバルーンからステントの時代へと移行し、血管リコイルやリモデリングによる再狭窄の抑制は可能になったが、ステント内血栓形成を機転とする新生内膜による再狭窄率は依然高く、ステント血栓症抑制および新生内膜増殖抑制を目的とした薬剤溶出性ステントの開発がPCI戦略の中核である。一方で胎児血管は限られた酸素供給に適応するためアデノシン活性が高く、アデノシンの強力な抗血小板作用と抗炎症作用とによって血栓形成が強く抑制されている状態にある。このアデノシンによる胎児血管の特性を導入した新しいPCIデバイスの開発の可能性を探った。方法:胎齢108±4日の羊胎仔慢性実験モデルにおいて、胎仔大腿動脈にバルーン拡張型ステントで過拡張による障害を与えたのち、内径2.5mm4.0mmの金属ステントを留置、同時に母獣大腿動脈およびその分枝にも同径の金属ステントを設置し、実験後28日後に胎児と母獣血管のステント内損失率(損失面積/血管断面積比)を比較した。さらに胎児血管においてA1受容体プロッカーであるテオフィリン局所投与群(TH群)およびコントロール群(CTL群)における再狭窄率について統計学的検討した。結果:胎仔血管(n=12:2血管×6頭)のステント内損失率(28.8±11.4%)は母獣血管(45.4±16.9%;n=10:2血管×5頭)に比較して小さい(p<0.01)。さらにTH群とCTL群の胎仔血管を比較すると、ステント留置後再狭窄率はTH群で高く(p<0.01)、特に3.0mm以内の小口径血管においてその傾向が強かった。

結論:胎児血管は成人血管に比べ、血管障害後のステント内新生内膜による再狭窄をきたしにくい。この血管特性は成人に比べ高い胎児のアデノシン活性によると考えられ、新しい薬物溶出性ステントの開発に繋がる可能性がある。虚血性心疾患に対する経皮的冠動脈インターベンション(PCI)戦略の中核は、新生内膜増殖抑制剤をコーティングした薬剤溶出性ステント(DES)である。しかし現在実用化されているDESは再狭窄に関連する炎症を抑えると同時に、血管壁の正常な修復反応も抑制し血栓リスクを高めることが明らかになり、より生理的な次世代DESが求められている。一方で胎児血管は限られた酸素供給に適応するためアデノシン活性が高く血小板活性も抑制され血栓を作りにくい。この胎児血管の特性を導入した新しいPCIデバイスの開発の可能性を探った。胎齢108±4日の羊胎仔慢性実験モデルにおいて、胎仔大腿動脈にバルーン拡張型ステントで過拡張による障害を与えたのち、内径2.5mm4.0mmの金属ステントを留置、同時に母獣大腿動脈およびその分枝にも金属ステントを設置し、実験後28日後に胎児と母獣血管のステント内損失径を比較、さらにA1受容体プロッカーであるテオフィリン局所投与群(TH群)およびアデノシン再取り込みを阻害するジピリダモール局所投与群(DP群)における再狭窄率について統計学的検討した。結果は胎仔血管(n=12:2血管×6頭)のステント内損失面積(28.8±11.4%)は母獣血管(45.4±16.9%; n=10:2血管×5頭)に比較して小さかった(P<0.01)。さらにTH群において、胎児血管の特に3.Omm以内の小口径血管のステント留置後再狭窄率はTH群で高かった(P<0.01)。胎児血管は成人血管に比べ、血管障害後のステント内新生内膜による再狭窄をきたしにくく、この血管特性は成人に比べ高い胎児のアデノシン活性によると考えられ、新しいDESデバイスの開発に繋がる可能性が示唆された。
18世紀後半から19世紀前半におけるイギリス財政革命の政治的・社会的影響

最終年度に当たる本年度では、イギリス財政革命を機に勃興した「投資社会」が、認識的・思想的にどの程度の広がりをもっていたのかを明らかにすることによって、「イギリス財政革命」の政治的・社会的影響を定位することをめざした。「イギリス財政革命」の時代に当たる18世紀前半より、「年金」(annuity)や「生命保険」を数学的な思考に基づいて合理的に測定しようとする社会的な動きがあらわれる。イギリス政府が起債した公債もまた、「年金」をもたらす投資手段として、こうした未来を可能な限り「合理的」に捉えようとする「学知」の対象となった。公債投資をより概念的に広いこうした動きに位置づけることによって、公債投資を中核とする「投資社会」の認識的・思想的広がりを明らかにした。「年金」や「生命保険」にかかわる書籍類・パンフレットは18世紀初めから19世紀半ばにいたるまで急増し、18世紀中のみをみても、すくなくとも200点以上は刊行された。本年度では、出張旅費および物品費を用いて、こうした史料類の調査・蒐集を進めるとともに、11月に、京都大学人文科学研究所の公開講演で、「公債・年金・いのち」と題して、研究成果の公表をおこなった。以上より、イギリス財政革命の政治的・社会的所産としての「投資社会」の実態に関する基礎的研究が完了した。本研究の目的は、「投資社会」論の構築・提示を通じてしイギリス財政革命の歴史的意義を社会史的・政治史的視点から再検討することにある。これは、国家が発行する公債保有から投資社会が形成されていくという政治的契機および、公債投資が投資社会において正当な経済行為として認知されるという社会的・文化的契機の双方を研究対象とすることによって、両者の接合をはかり、劇的に増加していった公債保有者の社会的実態や、投資社会と国家形成の相互作用を明らかにすることにほかならない。本年度は三力年におよぶ研究のための基礎作業期間と位置づけ、社会的契機については、次年度に予定している本格的な考察のために、史料の収集・分析をおこなった。政治的契機については、本研究の理論的枠組みとなる「投資社会」論について、概念構築のための空間的枠組みを措定した。11月下旬に9日問のロンドン出張をおこない、ブリティッシュ・ライブラリにてパンフレットや新聞を閲読するとともに、イングランド銀行所蔵の公債保有者名簿、公債が遺贈遺産に含まれた場合に提出を求められた書類および、提出者属性を示した一覧を閲覧し調査した。さらに、ナショナル・アーカイヴズ(旧Public Record Office)所蔵の大法官府訴訟史料や、未利用の公債起債史料も調査対象に含めた。本研究費で購入したデジタルカメラ、パソコン、スキャナ、プリンタをもちいて、出張中に撮影した大量の史料映像を処理・分析し、統計処理をおこなった。データ・ベースを作成予定であるが、史料操作が困難でかつ、えられるデータが膨大なため、研究支援者雇用をともなうこの作業は次年度に繰り越すこととした。これらの作業の結果、以下の成果を得て、その一部は論文として公表した。社会的契機については、時代が下がるにしたがい女性保有者が有意に増加する実態および、中小商工業者のあいだで遺贈財産として公債の利用が顕著になっていく実態を把握した。これらの発見事実については、次年度にさらに詳細な考察を与える予定である。また、政治的契機については、ナショナル・アーカイヴズ所蔵の史料から、ジュネーブと北イタリアを具体例としてイギリス政府公債保有者の空間的拡大を確認し、さらにこれまで不明であった著名な公債請負人と公債保有者の直接的な取引関係も確認することができた。成果の一端は、「空間としての投資社会」川北・藤川編『空間のイギリス史」(2005年2月)に公表し、本研究の空間的枠組みと「投資社会」論における国家の位置づけを提示した。『まだ、国家と投資社会を接合した公債請負人については、別に「18世紀ロンドン貿易商の家族史-ファン・ネック家の事例にみる文化の境界と社会的結合-」『人文学報』(京都大学人文科学研究所)第91号(印刷中)にまとめた。なお、当初、初年度に着手予定であった「イングランド銀行の金兌換停止事件」は、イギリス出張時に現地研究者との懇談によって、「投資社会」論の枠組みを確定した後に具体的事例として着手するべきとの判断に達した。したがって、当初の研究計画を逆転して、次年度に着手予定であった公債保有者の分析を初年度に回し、「イングランド銀行の金兌換停止事件」については、史料収集を継続しつつ、次年度以降の課題とすることとしたい。本年度は本研究プロジェクトの第二年度にあたる。前年度の基礎作業を通じて公債保有者の実態を確認しつつ、今年度はあらたに「投資社会」を構成する認識論的基盤についても考察を進めた。まず、公債保有者の実態については、今年度は地方在住者について調査を実施した。イギリス出張によって、ハンプシア、イーストサセックス、リンカン、ケント、ハートフォードシアおよびメトロポリタンの各文書館において関係史資料の調査、蒐集した。このうちアイルランド政府が起債したトンチン公債については、前年度に公刊した研究成果(「空間としての投資社会」川北・藤川編『空間のイギリス史』・(山川出版社、2005年))で整理した論点を、ハンプシア・レコード・オフィスで蒐集した史料にもとづき、特定の個人投資家にそくして事例研究をおこなった。その成果の一部は2004年12月に「アイルランド史研究会」において報告した。

イーストサセックス・レコード・オフィスの史料からは女性およびその孤児への遺贈を目的とした公債購入の事例を、リンカンおよびケントで蒐集した史料からは運河株式購入と公債投資との関係を、ハートフォードシアで蒐集した史料からは公債請負人と投資家とのやりとりを、メトロポリタン・アーカイヴズの史料からは公債投資にかかわる帳簿の分析をすすめた。これらの研究によって公債保有にかかわるデータベースを構築したが、公債保有をめぐる諸相をほぼ明らかにしえたと思われる。次に「投資社会」の認識論的基盤について。前年度に蒐集した英国図書館およびゴールドスミス・クレスライブラリ所蔵のパンフレット数百点を分析した。公債投資を合理的にとらえて正当化する言説と、ブローカー批判に典型的に見られる「投機」批判を旨とする言説との対立関係が政治的契機によってうまれたこと、この対立構造が18世紀後半に顕在化すること、また「投機」批判に対する反批判を通じて「投資」概念が生まれるという言説の構築過程が観察された。この点については、現在、原稿を準備中である。研究初年度で蒐集した史料の分析という今年度の目的は、ほぼ達成されたと考えられる。最終年度に当たる本年度では、イギリス財政革命を機に勃興した「投資社会」が、認識的・思想的にどの程度の広がりをもっていたのかを明らかにすることによって、「イギリス財政革命」の政治的・社会的影響を定位することをめざした。「イギリス財政革命」の時代に当たる18世紀前半より、「年金」(annuity)や「生命保険」を数学的な思考に基づいて合理的に測定しようとする社会的な動きがあらわれる。イギリス政府が起債した公債もまた、「年金」をもたらす投資手段として、こうした未来を可能な限り「合理的」に捉えようとする「学知」の対象となった。公債投資をより概念的に広いこうした動きに位置づけることによって、公債投資を中核とする「投資社会」の認識的・思想的広がりを明らかにした。「年金」や「生命保険」にかかわる書籍類・パンフレットは18世紀初めから19世紀半ばにいたるまで急増し、18世紀中のみをみても、すくなくとも200点以上は刊行された。本年度では、出張旅費および物品費を用いて、こうした史料類の調査・蒐集を進めるとともに、11月に、京都大学人文科学研究所の公開講演で、「公債・年金・いのち」と題して、研究成果の公表をおこなった。以上より、イギリス財政革命の政治的・社会的所産としての「投資社会」の実態に関する基礎的研究が完了した。
トランスミッタ-放出におけるカルモデュリン依存性蛋白質燐酸化酸素IIの役割ー変異酵素を用いた解析ー

カルモデュリン依存性蛋白質燐酸化酵素II(キナ-ゼII)はカルシウム/カルモデュリンによって活性化される多機能性蛋白質燐酸化酵素で、カルシウムイオンによって制御されるいろいろな中枢神経機能の調節に関与していると考えられている。ド-パミンやノルアドレナリンの合成速度を決めているチロシン水酸化酵素や、セロトニンの合成速度を決めているトリプトファン水酸化酵素を燐酸化して活性化し、モノアミン性神経伝達物質の合成を調節したり、シナプシンIを燐酸化して神経伝達物質の開口分泌の機構にも関与していることが報告されている。キナ-ゼIIは神経細胞内にカルシウムイオンが流入したときに活性化されて作用すると思われるが、その活性化は自己燐酸化反応による複雑な機構によって行われている。キナ-ゼIIはカルモデュリンの存在下カルシウムイオンに曝されると、速やかにN末端から286番目のスレオニン残基を燐酸化して自己を活性化する。同時に、基質蛋白質に対する親和性は低いながらカルシウム/カルモデュリン非依存性活性をも発現する。一過性に細胞内のカルシウムイオン濃度が上昇しキナ-ゼIIが活性化された後で、例えばカルシウムオッシレ-ションに見られるようにすばやくカルシウムイオン濃度が低下すると、キナ-ゼIIはN末端から305番目の丁度カルモデュリン結合部位に存在するスレオニン残基を燐酸化して完全にカルシウム/カルモデュリン非依存性状態になると思われ、興味深い。他方、脳に特異的に分布しているカルモデュリン依存性蛋白質燐酸化酵素IV(キナ-ゼIV)をラットの脳から精製し性質を検討した結果、キナ-ゼIIと同様に基質特異性の広い多機能性蛋白質燐酸化酵素であることが明らかになった。カルシウムイオンによる中枢神経の機能発現とその制御にキナ-ゼIVがキナ-ゼIIとともに重要な働きをしていることが考えられる。
香辛料によるＴＲＰチャネルを介した口腔乾燥改善への挑戦―アクアポリン誘導と機能―

私たちは毎回の食事のとき、唾液の偉大さを実感している。一方、唾液分泌減少が起因となる口腔乾燥症(ドライマウス)が増加し、近年大きな社会問題となっている。さらに、高齢化が進みにつれて、高齢者の口腔乾燥症も無視できない現状である。私たちは本研究を通して、温熱刺激と香辛料が口腔乾燥に伴うQOL低下(嚥下障害、誤嚥性肺炎、味覚異常など)を改善できる可能性を提示した。かつ、その分子基盤についても少なからず証明した。本研究の成果は、高齢者のみならず口腔乾燥症で苦しむ人々へ貢献するものと確信する。香辛料成分(カプサイシン、クルクミンなど)の作用について、暑熱刺激と対比しながら検討を行った。香辛料成分の刺激後15分には、MAP kinases、Akt/mTORsignalingを調節することを確認した。また、細胞骨格の一つであるアクチン重合へも影響をすることを明らかにした。その一方で、暑熱刺激でもMAP kinases、Akt/mTORsignalingを調節すること、細胞骨格のアクチン重合に影響することが判明したが、香辛料成分の刺激と暑熱刺激とは若干異なることも明らかとなった。その相違点のひとつとして、今回の実験条件では、香辛料成分刺激が水チャネル・アクアポリン発現調節に強くは影響しないことが示唆された。しかし、この点については今後さらなる検討が必要と思われ、細胞・組織の違い、刺激の加え方の工夫など必要と思われた。興味あることに、長期間の暑熱刺激は熱耐性能の獲得のみならず、低酸素耐性能の獲得にも貢献することを本研究で明らかにした。このことは熱刺激の新たな可能性を示唆するものであり、今後の熱刺激の応用・発展への足がかりとなる所見と思われる。以上の結果から、香辛料成分はTRPチャネルを活性化することで、そのシグナルの一部分は暑熱刺激を模倣する。暑熱は私たちの生活にとって良いこともあり悪いこともある。本研究の成果を踏まえ、今後は暑熱の良い面だけを模倣する香辛料成分について研究を発展させていきたい。香辛料成分(カプサイシン)の短期作用について、暑熱短期刺激をコントロール実験に置きながら培養細胞を中心に検討を行った。暑熱刺激群では、刺激を数時間からストレス反応性タンパク質の活性化が確認された。かつ、刺激後24時間にはheat shockproteinsの誘導に重要な働きをする転写因子heat shockfactor-1の発現誘導が起きるとおもに、heat shock protein 70およびheat shock protein 90の発現誘導が確認された。興味あることに、それらの細胞では、通常なら細胞死を引き起こす42°Cのheat shockに対して抵抗性(耐熱性)を保持していることが明らかとなった。香辛料の成分でありTRPチャネルを活性化するカプサイシンは、刺激後24時間には転写因子heat shockfactor-1の発現を誘導し、かつストレス反応性タンパク質の活性化が確認された。以上の結果から、香辛料の成分でありTRPチャネルを活性化するカプサイシンは暑熱刺激を模倣すると考えられる。今後はその模倣が、どの程度の範囲まで及ぶのか、また、水チャネル・アクアポリンの発現に与える影響について検討する。新規にCO2インキュベーターを導入できたことから、香辛料成分の作用の検討と同時に、(本来模倣されると予測される事象、つまり)暑熱刺激による作用と比較検討できるようになった。本年度はまだ短期的な刺激期間の結果検討のみであるが、香辛料成分(カプサイシン)が予測されたように暑熱刺激を模倣することが明らかとなった。ただ、その模倣の及ぶ範囲については今後の検討結果を待たねばならない。すくなとも、香辛料成分(カプサイシン)は細胞内情報伝達経路において暑熱刺激と重なるところがあることから、香辛料成分(カプサイシン)が水チャネル・アクアポリン発現の誘導を引き起こす可能性を強く示唆する。平成25年度は短期刺激による解析を中心に行ってきた。平成26年度は長期刺激による解析を中心に行う予定である。僅かな刺激であってもその作用期間が長ければ(積分され蓄積)、結果的には大きな効果・影響を及ぼすものと考えられる。暑熱馴化の場合、暴露期間が重要な因子であることから、本研究においても長期刺激の検討が必要と考える。また、実験動物を用いた研究も実施予定する。該当年度の情報収集・成果発表のための海外国際学会参加を控えたことと、短期刺激による解析を中心に行ってきたことから、次年度に使用する予定の研究費が生じた。研究推進のために、主に物品費に充てる。また、国際学会発表も含めて成果発表や情報収集のために旅費およびその他(英文校正費、投稿料など)に充てる。50万円以上の物品の購入はない。
気孔孔辺細胞における青色光情報伝達の研究

高等植物の青色光受容体フォトトロピンは青色光を感受して、光屈性、葉緑体定位運動、気孔開口運動、葉の横伸展、太陽追尾運動など、多くの反応を仲介する事が次第に明らかになりつつある。気孔孔辺細胞においてはフォトトロピンに受容された光シグナルは最終的には細胞膜H^+-ATPaseを活性化するが、その経路に関しては不明の点が多い。本年度はこの光シグナルの仲介にタイプ1プロテインフォスファターゼが関与する事を証明したので報告する。まず、ソラマメ孔辺細胞からタイプ1プロテインフォスファターゼをクローニングし、それを大腸菌に発現させ、その酵素活性を確認した。次に、この酵素の活性中心に保存されたアミノ酸を置換したところ、この酵素活性は消失した。ついで、この野生型と変異型の酵素を、孔辺細胞にパーティクルガンを用いて一過的に発現させた。この葉から表皮を剥ぎ取り青色光依存の気孔開口を調べたところ、失活した酵素を発現させた孔辺細胞のみが気孔開口を阻害された。この結果は、変異型のプロテインフォスファターゼがendogenousな酵素と拮抗して基質の取り合いを引き起こし、いわゆるdominant-negative型の作用を引き起こしたと考えられ、この事実は、この情報伝達系にタイプ1プロテインフォスファターゼが関与することを強く示唆している。次に、動物細胞で知られるタイプ1プロテインフォスファターゼのタンパク質性の特異的阻害剤として知られるinhibitor-2を上記と同様の方法で孔辺細胞に一過的に発現させた。この発現により、青色依存の気孔開口が強く阻害された。この事実は、孔辺細胞の青色光情報伝達系にタイプ1プロテインフォスファターゼが関与する事を強く示唆している。さらに、上記酵素の阻害剤tautomycinを作用させると、フォトトロピンのリン酸化は阻害されなかったが、細胞膜H^+-ATPaseのリン酸化は強く阻害され、上記の結論を支持している。気孔は青色光に反応して開口するが、この青色光が孔辺細胞細胞膜のプロトンポンプを活性化する事が明らかになったが、孔辺細胞に存在する青色光受容体の実体は不明であった。我々は、この青色光受容体の同定を行う目的で以下の実験を行った。まず、青色光受容体の候補としてシロイヌナズナで同定されているphot1とphot2をその有力な候補として考えた。その結果、以下のことが明らかになった。1)phot1とphot2のそれそれの単一の変異株は青色光に対して気孔を開いた。2)しかし、phot1 phot2の二重変異株は青色光に対して気孔を全く開かなかった。3)同様に、この二重変異株の表皮を用いた実験によると青色光に対して水素イオンを全く放出しなかった。しかし、ポンプを直接活性化するカビ毒フシコクシンを添加すると、変異株は野生型とほぼ同様のプロトン放出を行い、気孔も同様に開口した。4)この二重変異株は、免疫生物学的に定量すると正常なプロトンポンプを野生型とほぼ同量有しており、気孔開口を行う駆動力は正常であった。5)一方、単一重変異株は青色光に対する感受性が低下しており、特に、phot1変異株はphot2変異株に比べて大きく感受性が低下していた。6)さらに、シロイヌナズナのインタクト葉を用いた実験によっても、青色光に依存したガス交換活性は二重変異株で消失しており、上記の結果と一致した。以上の結果に基づいて、気孔孔辺細胞の青色光受容体はphotであり、phot1とphot2が重複して機能していると結論した。この結論は、いままでの生理学的結果や、光受容体に関する作用スペクトルなどの知見をよく説明する。分子遺伝学的、また、生化学的研究により、細胞膜H^+-ATPaseのリン酸化の上流にフォトトロピンが機能することが明らかになった。そこで、本研究では特にフォトトロピンがリン酸化されたのちに起きる出来事に注目して研究を進めた。その結果、以下の事が明らかになった。1)フォトトロピンがリン酸化されると14-3-3タンパク質と結合する。オーバーレイアッセイを行っていたところ、細胞膜H^+-ATPaseの94kDaの分子量の上の125kDa付近に14-3-3タンパク質が結合する事を見出した。この物質は青色光に依存して14-3-3タンパク質が結合すること、分子量が125kDaである事から、フォトトロピンであると考えられた。そこで、抗体との反応により、この物質はフォトトロピンである事を特定した。2)この14-3-3タンパク質との結合は青色光依存性である事、また、孔辺細胞にあらかじめプロテインキナーゼの阻害剤を添加しておくと起こらない事から、リン酸化依存であった。3)次に、通常、リン酸化に依存した14-3-3タンパク質の結合が、ある特定のアミノ酸配列を有するモチーフを必要とする事からそのモチーフを探した。しかし、典型的なものはフォトトロピン中には存在しなかった。4)しかし、動物細胞まで枠を広げるとより単純な配列なものが存在し、それらを探索すると2つ存在するLOV1とLOV2ドメインの間に存在していた。次に、フォトトロピンを大腸菌に発現させ、上記の候補のセリンをアラニンに置き換えたところ、vfphotlaではSer358,vfphotlbではSer344を置き換えた時だけ、14-3-3タンパク質が結合しなくなった。この結果は、この部位がリン酸化部位の一つであり、14-3-3の結合部位である事を示している。

昨年度のソラマメ孔辺細胞を用いた研究により、14-3-3タンパク質がフォトトロピンにリン酸化に依存して結合する事を見出した。本年度は、この14-3-3タンパク質の結合の生理学的意味を調べるために、遺伝的操作が容易なシロイヌナズナを用いて研究を継続した。1)シロイヌナズナ芽生えのフォトトロピンへの14-3-3の結合を調べると、青色光照射後1分目には最大に達し、10分目には結合からはずれた。2)同様な結合は孔辺細胞、葉肉細胞、葉でも観察された。3)興味深い事に、phot2には全く結合しなかった。この時、phot2は確かにリン酸化される事を確認した。従って、14-3-3の結合はphot1に特異的である。4)次に、この結合が細胞内で起こる事を確認するため、14-3-3タンパク質の抗体を用いて免疫沈降を行うと、青色光に依存してphot1が結合した。5)このphot1を断片化して大腸菌に発現させ、それを、PKAでリン酸化させる事により、14-3-3の結合部位の特定を試みた。その結果、ソラマメに見られたのと同じく、LOV1とLOV2ドメインのあいだの376番目のセリンである事が特定された。6)次に、この生理学的意味を調べるため、この部位を変異させた変異体を作成し、現在成育中である。7)その他に、気孔の青色光反応がシダに見られないがイチョウでは見られる事、フォトトロピンと細胞膜H^+-ATPaseのあいだの情報伝達にプロテインフォスファターゼが関与する事を証明しつつある。8)さらに、フォトトロピン-GFPを形質転換したシロイヌナズナに変異源処理を行うと、フォトトロピンの発現部位が野生株では細胞の上端と下端に来るのに、変異体では細胞の周りに均一に分布した。この変異株では、青色光に対する光屈性が起こらなくなっており、光屈性にはフォトトロピンの発現部位が重要である事を示した。高等植物の青色光受容体フォトトロピンは青色光を感受して、光屈性、葉緑体定位運動、気孔開口運動、葉の横伸展、太陽追尾運動など、多くの反応を仲介する事が次第に明らかになりつつある。気孔孔辺細胞においてはフォトトロピンに受容された光シグナルは最終的には細胞膜H^+-ATPaseを活性化するが、その経路に関しては不明の点が多い。本年度はこの光シグナルの仲介にタイプ1プロテインフォスファターゼが関与する事を証明したので報告する。まず、ソラマメ孔辺細胞からタイプ1プロテインフォスファターゼをクローニングし、それを大腸菌に発現させ、その酵素活性を確認した。次に、この酵素の活性中心に保存されたアミノ酸を置換したところ、この酵素活性は消失した。ついで、この野生型と変異型の酵素を、孔辺細胞にパーティクルガンを用いて一過的に発現させた。この葉から表皮を剥ぎ取り青色光依存の気孔開口を調べたところ、失活した酵素を発現させた孔辺細胞のみが気孔開口を阻害された。この結果は、変異型のプロテインフォスファターゼがendogenousな酵素と拮抗して基質の取り合いを引き起こし、いわゆるdominant-negative型の作用を引き起こしたと考えられ、この事実は、この情報伝達系にタイプ1プロテインフォスファターゼが関与することを強く示唆している。