hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
小笠原諸島の固有植物についてのタイプ標本の検討

本研究では、小笠原諸島に生育する固有植物のうち特に離弁花類の学名とタイプ標本との関係について調査を進め、タイプ標本が指定されていない学名については指定する作業を進めた。まず、各種の学名の記載文献を徹底的に調査・解読した。また、半世紀以上前の小笠原産植物標本が収められている標本庫について、国内のものは直接標本庫を訪れ、海外の標本庫のものは標本の詳細なデジタル画像を入手し、植物種の同定や筆跡鑑定等によるラベル情報の解読を行った。その結果、シマイスノキ、デイゴ、クワノハエノキ、オガサワラグワ、セキモンウライソウ、ムニンノボタン、ムクロジ、オオバシロテツ、アニジマシロテツ、モンテンボク、ウドノキ、ヒメツバキの計12種のうち、小笠原産の標本に基づいて記載された7種類の学名と6種類のシノニムにタイプ標本が指定されていないことが判明した(うち1種は学名とシノニムの双方がタイプ標本未指定)。これらの結果については現在論文を執筆中であり、2014年度内には海外の学術雑誌に投稿予定である。この他にも、小笠原諸島に生育する固有植物の学名とタイプ標本との関係において、離弁花類で20種以上、合弁花類でも2011年に学術論文として発表済みの種以外で新たに数種について再検討の余地があることが示唆された。これらについては、長期に渡って国内外の分類学者間で認識が異なり論争があるなど事情が複雑なものが多く、海外の学術雑誌では説明が難しいことから、国内の学術誌に和文にて発表したいと考えている。
乳児期におけるヒトヘルペスウイルスtype8(HHV8)の感染動態に関する研究

Human herpesvirus type8(HHV8)は、1994年に新たに同定された8番目のヒトヘルペス属ウイルスで、その感染動態は全く知られていない。そこで本研究は、他のヘルペス属ウイルスが乳幼児期に感染することが多いという特徴に着目し、乳児を対象に前方視的にHHV8を検索すればHHV8の感染動態を明かに出来ると考えた。そこで、両親の十分な理解と了解を得た29組の母親及びその出産児について、出生時の臍帯血および母乳、そしてその後の検診時や急性感染症時来院した際の唾液を両者から採取し、唾液中のHHV8-DNAをPCR方によって、前方視的検索した。また、母親がHHV-8既感染であるかどうかを、HHV8抗体を調べて検討した。抗HHV8抗体を検索したところ、29人の母親の内2例が陽性であった。一方全体で、29の母乳、242の母親由来の唾液、242の乳児由来の唾液について、HHV8-DNAを検索したところ、いずれの検体からもHHV8-DNAは検出されなかった。欧米では成人でのHHV8の抗体保有率は10%前後といわれており、本邦においても成人女性についての調査であったが、陽性率7%とほぼ同等の結果であった。唾液中のHHV8については、生直後から生後18か月にわたって採取した500あまりの唾液について検索したが、抗体陽性者からのも含めていずれの検体からも検出されず、健常者唾液中にはHHV8は放出されにくいものと思われた。Human herpes virus type 8 (HHV8)は、1994年に新たに同定された8番目のヒトヘルペス属ウイルスで、その感染動態は全く知られていない。そこで、両親の十分な理解と了解を得た後、成熟児について出生時の臍帯血およびその後の検診時や急性感染症時の唾液、(血液)を採取し、出産時の母親の唾液と母乳もあわせてHHV8ゲノムDNAをPCR法によって前方視的に検索を行えば、HHV8の感染経路、乳幼児期急性感染症との関わりを明らかにすることが出来ると考えた。これまでに、29組の親子から唾液、および母乳を約900検体から得た。フェノール・クロロホルム法により全ての検体からDNAの抽出をこれまでに完了した。現在、HHV8特異的プライマーを作成し、材料から抽出したDNAを用いて、PCR法によるHHV8ゲノムDNAの検出にかかっている。また、同時に進行していたHHV6、HHV7のウイルスゲノムの検索については、ほぼ終了し現在のところ以下の知見を得ている。HHV6は母乳および出生時の児唾液からは検出されなかったが、その後児の成長にともない児唾液から検出されはじめ、生後13-14か月時には36.4%が陽性となった。一方HHV7は母乳および出生時の児唾液からそれぞれ18.5%、3.7%に検出され、生後17-18か月後には66.7%の児唾液が陽性となっていた。従って、周産期にはHHV6に比し、HHV7の方が早期に感染にさらされると予想される。
映像メディアを介した新たな科学技術対話手法の構築

福島第一原子力発電所の事故以降,主に放射能リスクをテーマとしたリスクコミュニケーションの取り組みが各地で進められてきた.だが,多くは啓蒙的な説明会にとどまっており,専門家と一般市民との間に十分な双方向の対話の場を生み出せていない.こうした状況を克服するためには,リスク情報を正確かつ受け手側に配慮しながら発信できるリスクコミュニケーターの育成が急務である.北海道大学CoSTEPにおける2014年度の実践から,リスクコミュニケーター人材育成においては「伝え方を工夫できるコンテンツの制作能力」「対話の場を生み出す能力」「問題設定を適切に設計できるフレーミング能力」の3つの能力が重要だと考察した.本研究は、映像メディアの特性を活かして、熟議に基づいた市民参加型の新たな科学技術対話を構築し、市民のあいだにリスクコミュニケーションの意識を高めてもらうための手法を探るのが目的である。前年度までは、福島第一発電所における事故がもたらす甚大な影響を念頭に置き、「低線量被曝の許容」「がれきの受け入れ」「原子力発電所の再稼働」「除染をどこまで行うか」「自然エネルギーにどれくらいのコストを払うのか」といったテーマを検討してきた。だがいずれも、価値観を問うレベルにまで内容を噛み砕いていくのが困難であり、一定の技術的知識を要するタイプのテーマが多く、市民参加型の議論には適さないという結論を得た。そこで、平成25年度は、行政を中心とした福島における食の地産地消を目指した動きと、それに対する市民の考えやリアクションについて調べるため、福島での現地調査と映像取材を、2回行った。現地では、放射能の全袋検査を行っている米農家、学校給食(小学校)の現場、福島市、いわき市などの小学生をもつ主婦、学校給食会などに取材した。こうしたヒアリング調査によって、主婦がもつ放射線に関する漠然とした不安を明らかにした。その結果、主婦たちの不安は決して非科学的・非論理的なものではなく、その主張はリスクコミュニケーションの観点から、十分に納得できる論理性に基づくものと判明した。逆に、飯舘村の仮設住宅で食品を販売している男性は、地産地消を進めるべきという強い意思を示し、放射線に関する科学的理解の普及を求めた。その背景には、「農業を奪われることは人生に奪われることに等しい」といった、論理だけでは説得不可能な、被害者にしか分からない視点があった。このように、リスクコミュニケーションをめぐる状況は非常に入り組んでいて複雑である。解決を目指すよりもまず先にこうした状況を理解してもらうことが重要であるという結論に至った。福島第一原子力発電所の事故以降,主に放射能リスクをテーマとしたリスクコミュニケーションの取り組みが各地で進められてきた.だが,多くは啓蒙的な説明会にとどまっており,専門家と一般市民との間に十分な双方向の対話の場を生み出せていない.こうした状況を克服するためには,リスク情報を正確かつ受け手側に配慮しながら発信できるリスクコミュニケーターの育成が急務である.北海道大学CoSTEPにおける2014年度の実践から,リスクコミュニケーター人材育成においては「伝え方を工夫できるコンテンツの制作能力」「対話の場を生み出す能力」「問題設定を適切に設計できるフレーミング能力」の3つの能力が重要だと考察した.本研究は、映像メディアの特性を活かして、市民参加型の新たな科学技術対話を構築し、研究者と市民のあいだに双方向の科学技術コミュニケーションを生み出す手法を探るのが目的である。近年、注目されている討論型世論調査においては、無作為抽出でミニ・パブリックス(社会の縮図)を作り上げ、そこでの熟議をもって民意をはかる。その際、論点を整理した上で、何らかのメディアを使って、サンプルとなる小集団に対して情報を提供することが求められる。そこでは活字、写真、映像、イラスト等、多様なメディアが用いられる。本研究では、活字、写真、映像、BGMなどの組み合わせを試行して、情報提供メディアの特性について明らかにし、科学技術対話とメディアの関係性について有意義な知見を提供することを主目的としている。まず今年度は対話のテーマとしてふさわしい問題をリサーチした。研究分担者とのミーティングから、「低線量被曝の許容」「がれきの受け入れ」「原子力発電所の再稼働」「除染の範囲」「自然エネルギーの導入」といった東日本大震災と原発事故に関連したテーマがいくつか出された。しかし、トランス・サイエンスに属する問題の中でも「明確に答えられない曖昧なもの」「価値観というよりは技術的知識によって回答が出てしまうもの」「現実に影響しない空論的なもの」があり、熟議にふさわしいテーマを選ぶのは意外と困難であることが分かった。そこで今回は市民にとって身近な食品を対象として「福島のお米、あなたは食べますか?」というテーマを設定した。特に米は2012年10月末、出荷解除され、現在も全袋検査など、人によっては過剰ともとれるような検査を実施しており、魚や野菜より議論しやすい。福島県産品の販売促進を法制化するという報道もあり、反発する声も出ている。テーマとしては時宜を得ており、また普遍的な議論へ展開できると考えている。福島第一原子力発電所の事故以降、放射能汚染や健康被害に関して各地で数多くのリスクコミュニケーションの取り組みが行われてきた。しかしながら必ずしもその取り組みは功を奏してきたとはいえない。科学技術社会論、科学技術コミュニケーションの研究者からは「リスクコミュニケーションは結局のところ,リスク評価における科学的知識を素人にもわかるように伝えるという「啓蒙モデル」にとどまっている」といった指摘が何度もなされている。廃炉プロセスの長期化が避けられない中、福島県だけでなく日本全国で、継続的なリスクコミュニケーションが求められている。分かりやすく、透明性をもち、市民参加型のRC手法の開発が急務といえる。

中でも前述した従来型リスクコミュニケーションで問題視されているのは、双方向的な対話が欠如していること、市民参加を軽視していることにある。2005年に始まった北海道大学の科学技術コミュニケーター養成プログラムは、実習や演習によって主に2つの力を育成してきた。ステークホルダーが主体的に参加できる対話の場を作り出す媒介者としての能力。そして対話の材料となるWeb、映像・音声などの制作スキルである。私たちはこうした背景と、これまでの蓄積をもとに、映像メディアを有効的に活用して、回復期における中長期的なリスクコミュニケーター人材育成を目指し、本研究費を活用して、リスクコミュニケーション実習を立ち上げた。この実習メンバーで、2015年2月15日に第81回サイエンス・カフェ札幌「なつかしい未来へ映像で見る福島の今」、2015年3月6日福島の家族の再生を描いた映画「家路」上映会、3月7日北海道大学CoSTEP修了式シンポジウム「なつかしい未来へ福島の再生と科学技術コミュニケーション」、翌3月8日にワークショップ「考えよう福島のこれから」の4つのイベントを開催した。科学技術コミュニケーション研究計画書において、映像コンテンツの制作を終わらせることになっているが、まだ完成していない。ただし動画サイトの構築については、動画サーバの契約および設置(学外)と、サイトを構築するためのサーバーの設置(学内)および、ラーニングマネジメントサイト作成のためのソフトのインストール等、Webシステムの準備が順調に進んでいる。ワークショップに関しては、様々な研究協力者を募るため、研究代表者が所属している、北海道大学・科学技術コミュニケーション教育研究部門(CoSTEP・コーステップ)において2014年度選択実習として開講するなどして準備を進めている。ワークショップの設計についてはそれぞれのエッセンスを活字と写真で表現した「活字資料」と、映像で表現した「映像資料」の2つを作成し、ワークショップを開催することによって、市民のあいだで福島の放射線と食をめぐる状況について議論してもらう。研究計画書において、関連した取材と論点の整理を終わらせることになっているが、現在のところすべての取材が終わっているわけではない。これまで株式会社ジェイラップ代表で稲田稲作研究会の伊藤氏(東京)、株式会社大地を守る会事業戦略部放射能対策特命担当の戎谷氏(千葉)、福島県農林水産部水田畑作課長の井上氏(福島)へのヒアリングを実施し、資料の収集を行って報告書を作成した。取材対象としては、食品の放射性問題の専門家(安心して食べて良いという論拠を主張)に対して、相反する専門家(リスクに関する市民感情を尊重。消費を公的機関が奨励すべきでない)という2者に出演していただく必要がある。これについては、まだ映像で分かりやすい解説をしていただける方を検討しているところである。米と放射能という問題設定をしてはみたが、取材対象は米作農家、小売、行政など多岐にわたる。
クラウンエーテルによる重金属イオンの錯生成と溶媒抽出における特異的選択性の解明

1)16-クラウン-5誘導体による金属イオンの溶媒抽出における置換基効果:15,15-ジメチル-16-クラウン-5による種々の金属ピクリン酸塩のベンゼン/水間抽出平衡を定量的に研究した。このクラウンエーテルが,先に研究された他の16-クラウン-5誘導体[16-クラウン-5および15-(2,5-ジオキサヘキシル)-15-メチル-16-クラウン-5]に比べて,抽出能は劣っているものの,抽出選択能においては優れていることを見出した。さらに,全抽出平衡を,それを構成する素平衡[クラウンエーテルの二相間分配,水中での錯イオンの生成,錯イオンとピクリン酸イオンによるイオン対抽出等]に分割し,それぞれの平衡定数を決定した。これにより,クラウン骨格上の置換基(メチル基および2,5-ジオキサヘキシル基)が抽出能・抽出選択能に及ぼす効果を,初めて素平衡レベルで解明した。2)大環状クラウン類の錯生成特性と溶媒効果:環の大きさが異なる一連のジベンゾクラウンエーテル[ジベンゾ-3m-クラウン-m(m=6,8,10)]について,水および非水溶媒中におけるアルカリ金属イオン(Na^+,K^+,Rb^+,Cs^+)との錯生成定数を,電気化学的手法により系統的に測定した。これにより,これらのクラウンの錯化の選択性が溶媒に強く依存することを明示するとともに,「大環状配位子の錯化の選択性はその空孔と金属イオンとのサイズ適合性によって決まる」という従来の概念が成り立たないことを証明した。さらに,錯イオンの異種溶媒間移行活量係数を算出することにより,錯生成反応に及ぼす溶媒効果を定量的に解明した。1.ベンゾ-18-クラウン-6(B18C6)とZn^<2+>およびCd^<2+>による1:1錯体の水中における安定度定数を電気伝導度法により決定した。さらに,B18C6とピクラートイオンによるZn^<2+>,Cd^<2+>の水からベンゼンヘの抽出平衡定数を決定した。これにより,クラウンエーテルのZn^<2+>,Cd^<2+>に対する錯生成と溶媒抽出における選択性を初めて定量的に明らかにし,従来のサイズ適合説からの予想と異なることを見い出した。また,抽出平衡を構成する素平衡を解析し,抽出選択性の原因を解明した。2.18-クラウン-6-Na^+錯イオン(18C6-Na^+)と数種のニトロフェノラートイオンとの水中におけるイオン対生成定数を,電位差測定法により求めた。さらに,これらのニトロフェノラートイオンによる18C6-Na^+の水からベンゼンヘのイオン対抽出定数を求めた。これにより,クラウンエーテルを用いたイオン対抽出における陰イオン効果を初めて素平衡に基づいて解明した。3.Na^+選択性の高い配位子として注目されている16-クラウン-5と,その誘導体(15,15-ジメチル-16-クラウン-5および15-(2,5-ジオキサヘキシル)-15-メチル-16-クラウン-5)について,Li^+,Na^+,K^+,Ag^+,Tl^+,Sr^<2+>,Ba^<2+>,Pb^+との1:1錯体の水中における安定度定数を電気伝導度法により決定した。さらに,Li^+,Na^+,K^+錯体については,水-非水溶媒間移行活量係数を求めた。これにより,16-クラウン-5骨格に付加されたメチル基およびポリエーテル側鎖が,水中における錯生成能・錯生成選択能や錯体の水和に及ぼす影響を解明した。
形質細胞特異的分子を標的とした多発性骨髄腫の治療開発

我々はこれまでにAMPD1 (adenosine monophosphate deaminase 1)というAMPをIMPに変換し、NH3を産生する経路を触媒するプリン分解経路の酵素が正常形質細胞と骨髄腫細胞に特異的に発現することを見出し、AMPD1阻害が多発性骨髄腫に対する新たな治療法になりうるかを検討した。骨髄腫細胞株に既報(Admyre T et al. Chemistry & Biology. 2014; 21: 1486-1496.)のAMPD1阻害剤(CPD#3, CPD#4)をin vitroで添加したところ、解析した全ての骨髄腫細胞株で増殖抑制効果を認めた。AMPD阻害剤の骨髄腫細胞株に対する増殖抑制効果は各骨髄腫細胞株のAMPD1発現量と相関することが明らかになった。AMPD1阻害剤は骨髄腫細胞株にG0/G1期での細胞周期の停止を誘導することで増殖抑制効果を発揮した。AMPD1阻害剤は骨髄腫細胞株だけでなく、患者由来の骨髄腫細胞に対しても細胞死を誘導し、同時に正常リンパ球への障害は認められず、骨髄腫細胞特異的に作用することが明らかになった。我々は骨髄腫細胞株においてAMPD1発現が低酸素条件下で増強することをマイクロアレイデータ解析、リアルタイムPCR法、ウエスタンブロット法で確認した。骨髄腫細胞株に対してAMPD1阻害剤を正常酸素分圧と低酸素条件化で作用させたところ、低酸素条件下でより細胞増殖抑制効果を発揮することが明らかになり、AMPD1阻害による抗骨髄腫効果は骨髄腫細胞が生存している低酸素状態にある患者骨髄においてより有効である可能性が示唆された。AMPD1阻害剤を用いてin vitroで骨髄腫細胞に対する抗腫瘍効果を検証したところ、骨髄腫細胞株と患者由来の骨髄腫細胞いずれにおいても抗腫瘍効果が確認された。また、AMPD1阻害は骨髄腫細胞以外の正常リンパ球に対しての毒性は指摘できなかったため、今後のより有効性の高いAMPD1阻害剤の合成やin vivoでのAMPD1阻害剤の投与に際して基礎となる研究成果が得られた。AMPD1はAMPをIMPに変換し、NH3を産生する経路を触媒するプリン分解経路の鍵酵素である。したがってAMPD1阻害剤による骨髄腫細胞の細胞死には細胞内代謝経路の変化や障害が関与している可能性が極めて高いと考えられる。したがって、AMPD1阻害剤を添加した骨髄腫細胞のメタボローム解析を行い、AMPD1阻害に伴う骨髄腫細胞内の代謝物質や代謝経路の変化を網羅的に解析する予定である。また、我々がこれまでに使用してきたAMPD1阻害剤は100 uMの濃度より骨髄腫細胞に対して抗腫瘍活性を発揮する。AMPD1阻害剤による多発性骨髄腫の治療を実現するためにはより低濃度で抗腫瘍効果を発揮する薬剤が必要であり、既報のAMPD1阻害剤の構造をもとにより活性の高い薬剤の合成を行っている。合成された薬剤の中で活性の高いものをin vivoの実験系で抗骨髄腫作用や有害事象の検討を行う予定である。

また、我々がこれまでに使用してきたAMPD1阻害剤は100 uMの濃度より骨髄腫細胞に対して抗腫瘍活性を発揮する。AMPD1阻害剤による多発性骨髄腫の治療を実現するためにはより低濃度で抗腫瘍効果を発揮する薬剤が必要であり、既報のAMPD1阻害剤の構造をもとにより活性の高い薬剤の合成を行っている。合成された薬剤の中で活性の高いものをin vivoの実験系で抗骨髄腫作用や有害事象の検討を行う予定である。本年度中にAMPD1阻害剤を用いた動物実験の一部を開始する予定であったが、より低濃度で抗腫瘍効果を発揮する活性の高いAMPD1阻害剤の合成を行っている最中であり、合成された薬剤の中で活性の高いものを動物実験で使用する方針としたため、本年度使用予定の動物関連費用を次年度に使用することとなった。
遺伝子発現の時空間制御を志向した光応答性人工核酸の創製研究

採用最終年度の平成24年度は、これまでに引き続き核酸糖部と塩基部の化学修飾による核酸のスイッチ化を中心に研究を進めた。まずセレン原子の酸化還元特性に着目し、セレノメチレン架橋型人工核酸(SeLNA)の合成と機能性評価を行った。SeLNAは酸化剤(過酸化水素、mCPBA等)によってセレノキシド型(SeOLNA)に効率よく変換され、続く還元剤(DTT、グルタチオン等)処理によって再びSeLNAへと戻すことが可能であった。この構造変換は繰り返し可能であり、SeLNAが優れた酸化還元応答性を有していることが明らかとなった。続いて2つの人工核酸の二重鎖形成能を融解温度(Tm値)測定によって評価した結果、SeLNAはSeOLNAを大きく上回るTm値を示し、核酸スイッチとしての可能性が見出された。最後にこの二重鎖形成能の差を利用し、周囲の酸化還元環境の変化を蛍光強度の変化によってセンシング可能なモレキュラービーコン型核酸スイッチの開発に成功した。核酸塩基部のスイッチ化については、昨年度開発に成功した2-メルカプトベンズイミダゾール誘導体のさらなる機能性評価を行った。まず光刺激による鎖交換反応を蛍光基と消光基を利用したFRETによって評価した結果、効率よく二重鎖の組み替えが進行していることが明らかとなった。またこの機能性の発揮は配列や標的(DNAもしくはRNA)に依存しないことも確認した。さらに現在は光鎖交換反応が細胞内においても進行し得ることを確かめるため、アポトーシス関連タンパク質であるBadとBc1-xLのrnRNAを標的としたin vitro試験を検討中である。その際には架橋型人工核酸2',4'-BNA修飾やリン酸ジエステル部のホスホロチオエート化を組み合わせ、標的mRNAとの結合親和性や核酸分解酵素に対する耐性能を高める工夫を施している。近年、核酸医薬品に大きな注目が集まり、その開発の重要性は拡大の一途をたどっている。しかし通常、体内に投与した核酸医薬品が望みの組織や細胞でのみ薬効を示すことは難しく、そのため現在は眼科用薬など局所利用に限られているのが現状である。この対象疾患の制限を打破するため、光をトリガーとして機能の発揮を時空間的に制御できる光応答性人工核酸の開発に着手した。まず、所属研究室で開発した架橋型人工核酸(BNA)が糖部の架橋化により天然の核酸にはない特長を示すことに着目し、その開裂を制御することで核酸の性質を大きく変化させることができると考えた。このコンセプトに基づき、BNAの架橋部位に種々の光分解性官能基を導入し、光刺激によって架橋が開裂する光応答性BNAを設計した。初年度である平成22年度は、光応答性BNAの有機合成とその化学的特性の解明を中心に研究を進めた。その結果、2種の光応答性BNAの合成を達成し、それらの糖部架橋が光刺激によって開裂することを見出した。また、相補鎖DNAやRNAとの結合親和性、核酸分解酵素に対する耐性能などの性質が架橋開裂によって大きく変化し、その変化パターンが2つの光応答性BNA間で異なることを明らかにした。同時に、光だけでなく他の様々な外部刺激応答性BNAの開発も行い、架橋部に導入する置換基を適切に選択することで酸もしくは還元剤によっても糖部架橋を開裂させ、核酸の性質を変化させることに成功した。これらの結果は光刺激のみならず、酸性度や酸化還元電位などの環境変化によっても核酸の機能性を自在に制御できる、これまでにない遺伝子発現制御法開発の可能性を示している。採用第2年度目の平成23年度は、初年度に引き続き糖部ベンジリデンアセタール架橋部位に光分解性官能基を導入した光応答性BNA類の機能評価を中心に研究を進めた。その結果、ベンジリデンアセタール部に異なる光分解性官能基を導入することで、光による架橋開裂速度とその後のグルタチオンとの反応性が大きく変化することが明らかとなった。また同時に開発した酸もしくは還元剤応答性BNAについてもその適応可能範囲を精査するべく、様々なpHの緩衝液や還元剤で処理して構造変化を詳細に調べた。また本年度から核酸糖部だけでなく、核酸塩基部を光分解性官能基で修飾した光応答性人工核酸の開発にも着手した。すなわち、光照射によって認識塩基が変化するような人工核酸を設計、合成することとした。まず非天然核酸塩基2-メルカプトベンズイミダゾール誘導体と8-メルカプトヒポキサンチン誘導体を有する人工核酸を合成し、その硫黄原子を光分解性6-ニトロベラトリル基で修飾した。この2つの人工核酸をオリゴヌクレオチド中に導入し、光照射による構造変化をHPLCやMALDI-TOF MS測定により評価した結果、365nmの光照射によって光分解性官能基が効率よく除去できることが明らかとなった。続いてそれぞれを導入したオリゴヌクレオチドと相補鎖DNAとの二重鎖の融解温度を測定した。2つの非天然核酸塩基はともに光照射前はグアニンと選択的に塩基対を形成したが、光照射後はアデニンに対して最も高い結合親和性を示した。この認識塩基の変化はオリゴヌクレオチドの配列を変えた場合も同じであった。一方で標的がRNAの場合、2-メルカプトベンズイミダゾールの機能性に変化はなかったが、8-メルカプトヒポキサンチン誘導体は光照射前にどの塩基とも塩基対を形成しなかった。

この原因は現在分子モデリングなどを用いて解明中である。採用最終年度の平成24年度は、これまでに引き続き核酸糖部と塩基部の化学修飾による核酸のスイッチ化を中心に研究を進めた。まずセレン原子の酸化還元特性に着目し、セレノメチレン架橋型人工核酸(SeLNA)の合成と機能性評価を行った。SeLNAは酸化剤(過酸化水素、mCPBA等)によってセレノキシド型(SeOLNA)に効率よく変換され、続く還元剤(DTT、グルタチオン等)処理によって再びSeLNAへと戻すことが可能であった。この構造変換は繰り返し可能であり、SeLNAが優れた酸化還元応答性を有していることが明らかとなった。続いて2つの人工核酸の二重鎖形成能を融解温度(Tm値)測定によって評価した結果、SeLNAはSeOLNAを大きく上回るTm値を示し、核酸スイッチとしての可能性が見出された。最後にこの二重鎖形成能の差を利用し、周囲の酸化還元環境の変化を蛍光強度の変化によってセンシング可能なモレキュラービーコン型核酸スイッチの開発に成功した。核酸塩基部のスイッチ化については、昨年度開発に成功した2-メルカプトベンズイミダゾール誘導体のさらなる機能性評価を行った。まず光刺激による鎖交換反応を蛍光基と消光基を利用したFRETによって評価した結果、効率よく二重鎖の組み替えが進行していることが明らかとなった。またこの機能性の発揮は配列や標的(DNAもしくはRNA)に依存しないことも確認した。さらに現在は光鎖交換反応が細胞内においても進行し得ることを確かめるため、アポトーシス関連タンパク質であるBadとBc1-xLのrnRNAを標的としたin vitro試験を検討中である。その際には架橋型人工核酸2',4'-BNA修飾やリン酸ジエステル部のホスホロチオエート化を組み合わせ、標的mRNAとの結合親和性や核酸分解酵素に対する耐性能を高める工夫を施している。核酸糖部にベンジリデンアセタール架橋を施した外部刺激応答型BNA類を開発し、それらが光だけでなく様々な外部刺激に応答して性質を変化させることを明らかとした。これらの結果は論文として取りまとめ、国際誌に発表した。また新たに塩基部を修飾した光応答性人工核酸の開発にも着手し、その結果の一部を国内の学会で発表した。今後はこれまでに引き続き光応答性をもつ新しい機能性人工核酸の合成とその評価を行っていく。その際には融解温度測定だけでなく、ゲル電気泳動やCDスペクトルを利用してより詳細に機能性を精査する。これまでに合成した化合物は細胞系での評価も検討し、本研究の有用性を確かめる。また光応答性を改善するべく、より長波長で分解される光分解性官能基の利用も検討する。
巨赤芽球性貧血骨髄細胞における形質発現:分子生物学的手法による検討

ビタミンB_<12>の欠乏の結果生ずる巨赤芽球性貧血(悪性貧血)では骨髄造血細胞に特徴的な形態異常がみられるが同時に種々な生化学的異常もきたし細胞の早期崩壊につながると考えられる.生化学的異常は主としてDNA合成障害と関連するものである.B_<12>欠乏は活性葉酸代謝に異常をきたすと同時にメチオニン生成の障害も伴う.メチオニンの相対的欠乏がこれまでに知られているDNA合成異常の一部をおこし得ることを明らかにしたので,今年度の研究においてはさらに, DNAのメチル化反応に関連した異常について検討し,以下の成績を得た.1.葉酸およびビタミンB_<12>欠乏メディウムでマウス白血病細胞L1210を培養すると葉酸欠乏状態の細胞が得られる.これを種々なメチオニン濃度として増殖させ, DNA合成障害の出現との関係をみると,メチオニン添加量の多寡により葉酸の必要量が変化し,メチオニン低濃度条件では葉酸欠乏による代謝異常が顕著となった.これはヒト悪性貧血骨髄細胞の観察所見とよく対応するものである.2.メチオニンはメチル基供与体として重要であることから,低メチオニン状態にあるヒト悪性貧血骨髄細胞DNA中のメチルシトシン比率を測定した.方法は細胞DNAの調整後,蟻酸分解して塩基とし,高速液体クロマトによった.RNA混入のない試料を悪性貧血6例,急性白血病5例,対照5例から得た.メチルシトシンの総シトシンに対するモル比はそれぞれ(平均±SD), 3.9±0.2%, 3.9±0.2, 3.8±0.2であり,悪性貧血で有意に低下するとの知見は得られなかった.3.2と同様の見地からオンコジーンC-mycのメチル化状態をSouthern Blot法で検討した.制限酵素分解の後エクソンIIIに対するプローブを用いた.一部の例で低メチル化状態が示唆された.ビタミンB_<12>の欠乏の結果生ずる巨赤芽球性貧血(悪性貧血)では骨髄造血細胞に特徴的な形態異常がみられるが同時に種々な生化学的異常もきたし細胞の早期崩壊につながると考えられる.生化学的異常は主としてDNA合成障害と関連するものである.B_<12>欠乏は活性葉酸代謝に異常をきたすと同時にメチオニン生成の障害も伴う.メチオニンの相対的欠乏がこれまでに知られているDNA合成異常の一部をおこし得ることを明らかにしたので,今年度の研究においてはさらに, DNAのメチル化反応に関連した異常について検討し,以下の成績を得た.1.葉酸およびビタミンB_<12>欠乏メディウムでマウス白血病細胞L1210を培養すると葉酸欠乏状態の細胞が得られる.これを種々なメチオニン濃度として増殖させ, DNA合成障害の出現との関係をみると,メチオニン添加量の多寡により葉酸の必要量が変化し,メチオニン低濃度条件では葉酸欠乏による代謝異常が顕著となった.これはヒト悪性貧血骨髄細胞の観察所見とよく対応するものである.2.メチオニンはメチル基供与体として重要であることから,低メチオニン状態にあるヒト悪性貧血骨髄細胞DNA中のメチルシトシン比率を測定した.方法は細胞DNAの調整後,蟻酸分解して塩基とし,高速液体クロマトによった.RNA混入のない試料を悪性貧血6例,急性白血病5例,対照5例から得た.メチルシトシンの総シトシンに対するモル比はそれぞれ(平均±SD), 3.9±0.2%, 3.9±0.2, 3.8±0.2であり,悪性貧血で有意に低下するとの知見は得られなかった.3.2と同様の見地からオンコジーンC-mycのメチル化状態をSouthern Blot法で検討した.制限酵素分解の後エクソンIIIに対するプローブを用いた.一部の例で低メチル化状態が示唆された.
魚類の補体古典経路の機能解析:抗体依存的なC3活性化の分子機構

本研究は、コイを実験魚として用い、古典経路の活性化機構、特にC3活性化の分子機構を解明することを目的とした。まず、古典経路で最初に働く補体第1成分(C1)の亜成分、C1r/sをクローニングした。その結果、コイから約80%のアミノ酸配列同一性を示す2種類のC1r/sアイソタイプが同定された。これらは哺乳類のC1r/C1s/MASP2と同じドメイン構造をとるが、基質特異性に影響すると考えられるアミノ酸置換が見つかり、両者が機能的に分化している可能性が示唆された。次に、同経路で2番目に活性化されるC4をクローニングした。ここでも、2種のC4アイソタイプが同定されたが、これらは約35%しかホモロジーを示さず、さらに、異物への結合特異性を支配する部位にアミノ酸置換が見られた.したがって、2種のC4は異なる異物を認識する可能性がある。また、コイC4の部分配列をもつペプチドによる溶血反応阻害試験によって、両C4アイソタイプが古典経路で機能していることが示唆された。さらに、C3の活性化を担うセリンプロテアーゼであるB/C2についてもcDNAをクローニングしたところ、コイには4種のB/C2アイソタイプが存在することが明らかとなった。そのうち、全く同じドメイン構造をとる3種のアイソタイプ(B/C2-A1、B/C2-A2、B/C2-A3)について、それらの発現を検討したところ、A1とA2アイソタイプは肝膵臓で構成的に発現しているのに対し、A3アイソタイプは、頭腎、体腎、脾臓で発現し、その発現量はβ-グルカンの投与によって刺激されることが判明した。この結果は、コイには急性期応答因子として機能する新規B/C2成分が存在することを示唆している。以上の結果から、コイには哺乳類と相同な成分から構成される補体古典経路が存在するものの、その反応様式は哺乳類とは異なる特有なものに分化していると推定された。哺乳類と同様に、魚類にも抗体依存的に活性化される補体古典経路が存在することは、血清の溶血反応を用いた機能解析によって示唆されている。しかしながら、魚類の古典経路を構成する成分に関する知見はほとんどなく、その反応機構は明らかでない。本研究ではコイを実験魚として用い、補体C1およびC4のcDNAクローニングを試みた。まず、C1の亜成分であるC1rおよびC1sに相同なcDNAをコイ肝膵臓ライブラリーから単離した。得られた2種の配列(C1r/s-A、C1r/s-B)は、お互いにアミノ酸レベルで83%の同一性を示し、哺乳類のC1rやC1sと同じドメイン構造をとることが示唆された。近隣結合法によって描画した分子系統樹では、C1r/s-AとC1r/s-Bは哺乳類のC1r、C1sおよびMASP-2とクラスターを形成し、硬骨魚類ではC1rとC1sの分化はおこっていない可能性が示唆された。また、サザンハイブリダイゼーションおよびPCR-RFLP法によって、コイは1コピーのC1r/s-B遺伝子と少なくとも3コピーのC1r/s-A遺伝子が存在することが判明した。一方、コイから2種のC4をコードするcDNAクローン(C4A、C4B)が単離された。コイC4AとC4Bは、お互いに35%のアミノ酸配列同一性しか示さず、系統発生学的に古い起源を持つことが示唆された。

また、C4Bでは保存されている触媒性His残基がC4AではAspに置換していることから、コイC4AとC4Bは異なる結合特異性を示すことが強く示唆された。さらに、コイC4AとC4B中で、ヒトC4のC2との結合部位に相当するペプチドを合成したところ、これらのペプチドは第2経路活性を全く阻害しなかったが、古典経路活性を用量依存的に阻害した。以上の結果から、コイ古典経路にも哺乳類のC2に相当する成分が存在することが示唆された。本研究は、コイを実験魚として用い、古典経路の活性化機構、特にC3活性化の分子機構を解明することを目的とした。まず、古典経路で最初に働く補体第1成分(C1)の亜成分、C1r/sをクローニングした。その結果、コイから約80%のアミノ酸配列同一性を示す2種類のC1r/sアイソタイプが同定された。これらは哺乳類のC1r/C1s/MASP2と同じドメイン構造をとるが、基質特異性に影響すると考えられるアミノ酸置換が見つかり、両者が機能的に分化している可能性が示唆された。次に、同経路で2番目に活性化されるC4をクローニングした。ここでも、2種のC4アイソタイプが同定されたが、これらは約35%しかホモロジーを示さず、さらに、異物への結合特異性を支配する部位にアミノ酸置換が見られた。したがって、2種のC4は異なる異物を認識する可能性がある。また、コイC4の部分配列をもつペプチドによる溶血反応阻害試験によって、両C4アイソタイプが古典経路で機能していることが示唆された。さらに、C3の活性化を担うセリンプロテアーゼであるB/C2についてもcDNAをクローニングしたところ、コイには4種のB/C2アイソタイプが存在することが明らかとなった。そのうち、全く同じドメイン構造をとる3種のアイソタイプ(B/C2-A1、B/C2-A2、B/C2-A3)について、それらの発現を検討したところ、A1とA2アイソタイプは肝膵臓で構成的に発現しているのに対し、A3アイソタイプは、頭腎、体腎、脾臓で発現し、その発現量はβ-グルカンの投与によって刺激されることが判明した。この結果は、コイには急性期応答因子として機能する新規B/C2成分が存在することを示唆している。以上の結果から、コイには哺乳類と相同な成分から構成される補体古典経路が存在するものの、その反応様式は哺乳類とは異なる特有なものに分化していると推定された。
呼吸運動のシミュレーション評価による、胸郭の欠損パターンに応じた至適再建法の解明

胸郭に生じうる欠損のパターンは多岐にわたるが、どの部位にどのような大きさの欠損が生じると、どの程度呼吸機能が低下するのかに関して解析は行われていない。本研究においては胸郭運動を正確に模したコンピューターシミュレーションモデルを作成し機能評価を行うことで、胸壁欠損の大きさと部位が呼吸機能に与える影響を解明した。欠損が側方下部に存在する場合、患側胸郭の換気量は、正常の片側胸郭の換気量の約40パーセントとなり、他の欠損タイプにおける換気量(62ー88パーセント)に比して小さくなる。すなわち側方下部に欠損を有する胸郭においては、他の部位に比して低い換気機能を呈する。胸壁に発生した腫瘍や、肺や縦隔に発生して胸壁に侵潤した腫瘍を切除した結果、胸壁の一部に欠損が生じる場合がある。胸壁は拡張と収縮を反復することにより呼吸を司る重要な器官であるので、その一部に欠損が生じると呼吸運動は失調を来す。失調の程度は、胸壁のどの部分に欠損が生じるのかに応じて異なる。すなわち、鎖骨付近の上部胸壁に欠損が生じるのか、季肋部周辺の下部胸壁に欠損が生じるのかにより異なりうるし、あるいは胸骨付近の前部の欠損か、脊椎付近の後部の欠損かによっても相違を見せる。このような、胸壁に生じる欠損の局在部位と、その欠損が呼吸機能に及ぼす影響の関係を、定量的に評価することを目的として本研究は立案された。本研究のプロセスは2段階に概括される。第一段階においては、実際のヒトの胸郭の形態ならびに呼吸ダイナミクスを正確に再現する3次元コンピューターシミュレーションモデルを作成する。第二段階においては、こうして作成されたモデル胸郭上に、臨床上考えられる種々のタイプの欠損を作成し、欠損の局在と呼吸機能が低下する程度の相関につき、力学解析を用いて解明する。このプロセスの内、第一段階については平成24年度までにほぼその技術を確立したので、平成25年度には主として、欠損が胸郭上に作成された場合に、胸壁の呼吸運動機能はどの程度減弱するのかという第二段階に取り組んだ。胸壁欠損の局在パターンには、欠損する肋骨の本数および、胸郭上の位置に応じて無数の組合せが存在する。これらの組合せのすべてに対してシミュレーション評価を行うことは困難である。ゆえに本年はまず、「肋骨が4本欠如した場合」を想定して、欠損の局在ー呼吸機能の関係を解明した。肺・胸郭の腫瘍切除の結果、胸郭にはさまざまなパターンの欠損が生じうる。本研究はこうした欠損を類型化した上、それぞれの欠損パターンに対して、どのような手術を行えば最も高い換気機能を得ることができるのかを、胸郭の有限要素モデルにおける呼吸運動のシミュレーションを用いることにより、定量的に評価・解明することを目的として計画された。本研究の計画は、大きく2段階により構成される。まず胸郭の呼吸運動を正確に再現する力学的シミュレーションシステムを構築する。そして次の段階として、臨床上遭遇しうる各種の胸壁欠損の類型ごとに、考えられる方法で再建した場合に予測される換気量を、開発したシステムを用いて計算しつつ、最大の換気量を与える再建方法をベストと考え、類型別にまとめあげる。平成24年度においてはこのうちの第1段階をほぼ達成した。具体的に言うと患者の胸郭CTデータから、対応する有限要素モデルを作成する方法を確立した。まず患者のCTデータを3次元グラフィックソフトウェアであるSimplewareを用いてモデル化し、さらに作成したモデルを、別の3次元グラフィックソフトウェアであるFree Formを用いて処理する。胸骨や肋骨の一部を除去すれば、臨床的に遭遇する各種の胸郭欠損を再現することができる。こうして作成された胸郭欠損モデルに呼吸筋を模した負荷を作用させれば、その胸郭がどの程度の呼吸機能を有するのかを計算することができる。このように確立した評価システムを用いることにより、胸郭にいかなるタイプの欠損が出現すると、その程度はどの程度低下するのかにつき基本となるデータをまとめ上げ、一部の成果を日本形成外科学会学会誌に発表した(永竿智久他胸郭の各種欠損が胸式呼吸の機能に及ぼす影響と、それを再建する意味についてのバイオメカニクス研究日本形成外科学会誌32巻11号p803-818, 2012)。呼吸運動は胸郭を構成する各成分〈肋骨・肋軟骨・胸骨・および呼吸筋群〉の協調運動であるが、外傷や腫瘍切除の結果、胸郭に部分欠損が生じた場合にはこの協調運動が損なわれて呼吸機能の低下が生じる。胸郭に生じうる欠損のパターンは腫瘍や外傷の部位に応じて多岐にわたるが、どの部位にどのような大きさの欠損が生じると、どの程度呼吸機能が低下するのかに関して定量的な解析は過去に行われていない。臨床試験または動物実験モデルを用いてこのテーマを究明することが困難であることがこの原因である。

本研究においては胸郭運動を正確に模したコンピューターシミュレーションモデルを作成し、そのモデルにおいて種々の胸壁の欠損を作成して機能評価を行うことで、胸壁欠損の大きさと部位が呼吸機能に与える影響について定量的に解明を行った。解析の結果、欠損が側方下部に存在する胸郭モデルにおいては、患側胸郭の換気量は、正常の片側胸郭の換気量の約40パーセント(38ー45パーセント)になり、他の欠損タイプのモデルにおける換気量(62ー88パーセント)に比して有意に小さくなることが確認された。側方下部に欠損を有する胸郭においては、他の部位に欠損を有する胸郭に比して低い換気機能を呈する。ゆえに、胸郭の側方下部に欠損が生じることが予測される臨床症例においては、欠損の大きさを最小限のものとすることが推奨されることが結論として得られた。人間医工学・医用システム本研究を遂行する上で、克服しなくてはいけない道標は3点存在する。第一はヒト胸郭の形態を正確に再現する3次元CADモデルを作成する技術を確立することである。この点については平成24年度前半にほぼ完成をみている。第二は作成した呼吸運動シミュレーションモデルを「動かす」技術である。すなわち胸郭の呼吸運動を再現することが本研究においては必要となるが、このためには単純に正確な形態の胸郭モデルを作成するだけでは駄目で、胸郭に付着する呼吸筋ー横隔膜・内外肋間筋ーの解剖学的構造も正確に再現し、なおかつそれらを収縮させて胸郭が運動するシミュレーションを行わなくてはいけない。平成25年度はこの点に力が入れられた。この結果、これら呼吸筋がどの程度収縮すると胸郭の体積がどのように変化するのかが算出可能なシステムを確立することができた。この到達度は本来予定していたものとほぼ一致している。ゆえに現在までの達成度は順当であると自己評価する。第三の道標は胸郭の欠損を類型化し、それぞれに応じた胸郭運動機能を調査することである。この結果を整理することにより、胸壁欠損パターンと呼吸機能の関係を示す臨床的指標を作成することが期待しうる。この点については平成26年度に取り組む予定である。本研究の計画は、大きく2段階により構成される。まず胸郭の呼吸運動を正確に再現する力学的シミュレーションシステムを構築するプロセスである。次のプロセスとしては、各種の胸壁欠損の類型ごとに、考えられる方法で再建した場合に予測される換気量を、開発したシステムを用いて計算しつつ、最大の換気量を与える再建方法をベストと考え、類型別にまとめあげることである。平成24年度においてはこのうちの第1段階をほぼ達成した。すなわち患者CTに基づいて3次元力学モデルを作成し、個別の胸郭がどの程度の呼吸機能を有すのかを評価することができるようになった。本年度における進捗の証左として、確立した評価システムを用いることにより、胸郭にいかなるタイプの欠損が出現すると、その程度はどの程度低下するのかにつき基本となるデータをまとめ上げ、一部の成果を日本形成外科学会学会誌に発表することができた(永竿智久、清水雄介、畑野麻子、貴志和生胸郭の各種欠損が胸式呼吸の機能に及ぼす影響と、それを再建する意味についてのバイオメカニクス研究ー胸郭再建のプロトコル作成に向けて日本形成外科学会会誌
階層的構造形成論に基づく銀河の化学進化より探るrプロセスの起源

本研究は,研究代表者(石丸)を中心に開発している(A)階層的構造形成論に基づく銀河の化学進化モデルを主軸とし,研究分担者(和南城)を中心に推進している(B)rプロセスの元素合成モデル計算と,研究分担者(青木)を中心とした(C)すばる望遠鏡・VLT望遠鏡による金属欠乏星および矮小銀河の星の化学組成の測定を連携させることによって進めている。平成28年度は, (A)モンテカルロ法を用いて、様々な質量のサブハローで発生する中性子星合体によるrプロセス元素の化学進化モデルを構築した。さらにそれらを質量関数に従って積算した銀河系ハローモデルを、金属欠乏星の観測値と比較することにより、rプロセス元素の起源天体として、中性子星合体が最有力であることを示した。この結果は,6月上旬、6月下旬、9月に開催された3件の国際学会にて発表した。さらに現在、査読論文に投稿準備中である。研究分担者・研究協力者との連携も計画通りに行われた。(B)では、中性子星合体によるrプロセス元素の元素合成の最新モデルによる計算が行われ、その計算結果は上記のモンテカルロ法によるサブハローの化学進化モデルに反映された。(C)については,サブハローの進化と密接に関連した矮小銀河の化学組成についての観測計画(PI:研究協力者青木みさ,Co-I:石丸,青木)を4月に実施し、良好な結果が得られた.観測データは現在解析中である。その他、平成27年度以前に行った本研究に関連した研究についての成果を、2本の査読論文として出版した。平成27年度までの研究成果は、すでに査読論文として出版済みである。平成28年度には、予定通りモンテカルロ法を用いたサブハローの化学進化モデルを構築することができた。また、すばる望遠鏡による観測データも取得することができた。概ね順調に研究計画は進展しているが、平成28年度に得られた研究成果については、平成29年度内に査読論文誌に投稿する予定となった。本研究は、当初は平成28年度で終了予定であった。計画していた研究は平成28年度の前半に一定の成果が得られたが、さらに平成28年度後半には、さらに発展的な成果を得ることができた。これらをまとめて、平成29年度に査読論文に投稿予定である。論文投稿料として使用する鉄より重い元素は,主にrプロセス(速い中性子捕獲過程)で作られるが,rプロセスがどのような天体で起こるかは,まだ特定されていない.最新の元素合成論では,連星中性子星の合体が最有力と言われているが,中性子星合体には1億年以上要するため,rプロセス元素が過剰な金属欠乏星の存在を説明できないという困難が指摘されていた.しかし本研究では,階層的構造形成論に従って,銀河系ハローがサブハローの衝突・合体から形成されたならば,この矛盾は解決できると考えた.そこでこの考えに基づき,研究代表者(石丸)による(A)階層的構造形成論に従う銀河の化学進化モデル計算,研究分担者(和南城)による(B)rプロセスの元素合成モデル計算,さらに研究分担者(青木)による(C)VLT望遠鏡とすばる望遠鏡を用いた銀河系及び矮小銀河の金属欠乏星のrプロセス元素組成の測定を行い,これらの研究を有機的に連携させ,rプロセスの起源天体の解明を目指している.平成26年度は,基盤となる(A)化学進化モデルの構築に着手した.初年度は,サブハローに一様な星間ガスを仮定し,単純化したモデルを用いて,階層的構造形成論に基づく銀河系ハローの化学進化モデルを構築した.異なる質量のサブハローの化学進化を,質量関数にしたがって積算し,銀河系ハローの化学組成分布を予測した.その結果,小質量のサブハローほど星形成効率が低ければ,中性子星合体に1億年程度を要しても,金属欠乏星のrプロセス元素の組成比を説明できることが示された.このモデルには,(B)中性子星の合体における流体力学と元素合成理論による組成量を組み込んだ.特に研究代表者は,平成26年9月より1年間の特別研究期間として,パリ天体物理学研究所において,研究協力者N. Prantzos博士と上記の研究を進めた.また,(C)研究代表者がPIとなり,研究分担者・協力者と共にすばる望遠鏡による金属欠乏星の観測計画も2回採択され,観測を実施した.鉄より重い元素は,主にrプロセス(速い中性子捕獲過程)で作られるが,rプロセスがどのような天体で起こるかは,まだ特定されていない.最新の元素合成論では,連星中性子星の合体が最有力と言われているが,中性子星合体には1億年以上要するため,rプロセス元素が過剰な金属欠乏星の存在を説明できないという困難が指摘されていた.しかし本研究では,階層的構造形成論に従って,銀河系ハローがサブハローの衝突・合体から形成されたならば,この矛盾は解決できると考えた.そこでこの考えに基づき,研究代表者(石丸)による(A)階層的構造形成論に従う銀河の化学進化モデル計算,研究分担者(和南城)による(B)rプロセスの元素合成モデル計算,さらに研究分担者(青木)による(C)VLT望遠鏡とすばる望遠鏡を用いた銀河系及び矮小銀河の金属欠乏星のrプロセス元素組成の測定を行い,これらの研究を有機的に連携させ,rプロセスの起源天体の解明を目指している.平成27年度は,(A)基盤となる化学進化モデルを用いて,銀河系ハローが星形成効率の低いサブハローから形成されたならば,中性子星合体に1億年程度を要しても,金属欠乏星のrプロセス元素の組成比を説明できることが示した.

さらに個々のサブハローにおける中性子星合体の発生回数の違いによる化学組成の分散を調べるため,モンテカルロシミュレーションを用いた新しい統計学的化学進化モデルの構築に着手した.このモデルには,(B)中性子星の合体における流体力学と元素合成理論による組成量を組み込んだ.特に研究代表者は,平成27年8月まで1年間の特別研究期間として,パリ天体物理学研究所において,研究協力者N. Prantzos博士と上記の研究を進めた.また,(C)研究代表者,研究分担者,研究協力者によるすばる望遠鏡による矮小銀河の金属欠乏星の観測計画が採択され,観測を実施した.本研究は,研究代表者(石丸)を中心に開発している(A)階層的構造形成論に基づく銀河の化学進化モデルを主軸とし,研究分担者(和南城)を中心に推進している(B)rプロセスの元素合成モデル計算と,研究分担者(青木)を中心とした(C)すばる望遠鏡・VLT望遠鏡による金属欠乏星および矮小銀河の星の化学組成の測定を連携させることによって進めている.平成27年度は, (A)単純化したサブハローの銀河進化モデルを用いて,銀河系ハローが星形成効率の低いサブハローから階層的に形成されるならば,中性子星合体がrプロセスの起源天体であったとしても,矛盾なく銀河系ハローの金属欠乏星の観測値を説明できることを示した.この結果は,The Astrophysica Journal Lettersに掲載された.また,国際学会にて発表した.さらに,このように形成された銀河系ハローのrプロセス元素の分布を調べるために,モンテカルロシミュレーション法を用いて,個々のサブハローで中性子星合体を発生させるモデルの構築に着手した.この結果は,すでに平成28年度に3回の国際学会(うち1回は招待講演)で発表する予定となっている.研究分担者・研究協力者との連携も計画通りに行われた.(B)では,中性子星合体によるrプロセス元素の元素合成モデルで,太陽系の化学組成を説明できることが示され,その結果は上記の化学進化モデルに反映された.(C)については,平成26年度にすばる望遠鏡を用いた観測を実施したが,悪天候のためデータが取得できなかった.しかし新たに,サブハローの進化と密接に関連した矮小銀河の化学組成についての観測計画(PI:研究協力者青木みさ,Co-I:石丸,青木)が採択された.また,平成27年8月まで研究代表者は特別研究期間としてパリ天文台に第2の研究拠点を置き,研究協力者(N. Prantzos, P. Fran&#231;ois)との共同研究を進め,さらに今後の研究計画について綿密な打ち合せを行った.本研究は,研究代表者(石丸)を中心に開発している(A)階層的構造形成論に基づく銀河の化学進化モデルを主軸とし,研究分担者(和南城)を中心に推進している(B)rプロセスの元素合成モデル計算と,研究分担者(青木)を中心とした(C)すばる望遠鏡・VLT望遠鏡による金属欠乏星および矮小銀河の星の化学組成の測定を連携させることによって進めている。平成28年度は, (A)モンテカルロ法を用いて、様々な質量のサブハローで発生する中性子星合体によるrプロセス元素の化学進化モデルを構築した。さらにそれらを質量関数に従って積算した銀河系ハローモデルを、金属欠乏星の観測値と比較することにより、rプロセス元素の起源天体として、中性子星合体が最有力であることを示した。