hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
胃癌の悪性度における転写因子型癌抑制因子ATBF1の核・細胞質移行の意義

胃癌細胞において,転写因子型癌抑制因子ATBF1は,同じく胃癌で重要な役割を果たしていることが知られている癌抑制因子RUNX3と複合体を形成し,TGF-β1の刺激によりともに細胞質から核内に移行することを明らかにした.さらに核に移行したATBF1,RUNX3は,これら因子のターゲット遺伝子の1つであるp21プロモーターを活性化し,転写因子型癌抑制因子としての機能を発揮することが明らかになった.胃癌細胞において,転写因子型癌抑制因子ATBF1は,同じく胃癌で重要な役割を果たしていることが知られている癌抑制因子RUNX3と複合体を形成し,TGF-β1の刺激によりともに細胞質から核内に移行することを明らかにした.さらに核に移行したATBF1,RUNX3は,これら因子のターゲット遺伝子の1つであるp21プロモーターを活性化し,転写因子型癌抑制因子としての機能を発揮することが明らかになった.1.抗ATBF1抗体の作成:分担研究者の三浦らが,MBL社と共同で力価の高い抗ATBF1モノクローナル抗体を開発した.3.SNU16細胞にR&D社Recombinant Human TGF-beta1 2ng/mlを添加し,4,16,24時間培養後,細胞を回収。採取した細胞の蛋白を細胞質と核分画に分画しWBでATBF1とRUNX3の量を測定した。5.ATBF1,RUNX3を強制発現させ,p21プロモーターをレポーターgeneとしてDual-Luciferase assayを施行したところ,ATBF1とRUNX3はp21プロモーター活性を約4倍にまで増強した.#上記の結果は2009年5月にシカゴで開催されるアメリカ消化器病学会にアクセプトされ,発表予定である.また新しくHA-tag-ATBF1vectorを構築し、flag抗体での免疫沈降,HA抗体によるIPを施行中である.ATBF1, RUNX3を強制発現させ,p21プロモーターをレポーターgeneとしてDual-Luciferase assayを施行したところ,ATBF1とRUNX3はp21プロモーター活性を約4倍にまで増強した.胃癌外科的切除例で固有筋層以深の例100例の免疫染色を施行.分担研究者の三浦らが,MBL社と共同で作成した力価の高い新しい抗ATBF1モノクローナル抗体により免疫染色を施行した.RUNX3の免疫染色も施行し,がん細胞内におけるATBF1とRUNX3の細胞内局在につき検討したところ,核の局在において強い相関関係が認められた.このヒト切除胃癌標本でのATBF1とRUNX3の局在の相関はこれまでのin vitroでのATBF1, RUNX3の結合,TGF-beta1刺激による核移行のメカニズムを裏付ける結果となった.上記の結果の一部は2009年5月にシカゴで開催されたアメリカ消化器病学会にアクセプトされた.1.名古屋市立大学病院で外科的切除された臨床胃癌切除標本98例の免疫組織学的検討によりATBF1とRUNX3の細胞内局在を評価した.ATBF1の免疫染色には,今回新たに開発されたrat monoclonal抗ヒトATBF1抗体(R87,MBL)を用いた.2.胃癌細胞株MKN45細胞を用い,myc-ATBF1とflag-RUNX3の強制発現系で,抗flag抗体で沈降し抗myc抗体でblot,抗myc抗体で沈降し抗flag抗体でblotすることにより,ATBF1とRUNX3の蛋白質相互作用を免疫沈降法で評価した.3.胃癌細胞株MKN45細胞を用い,ATBF1とRUNX3の強制発現系で,p21^<Waf1/Cip1>promoter vectorにpGL-p21-H2320,internal control vectorにpGL4.74を用いてp21プロモーター活性をDual luciferase assayで評価した.4. TGF-β刺激によりRUNX3が核内移行することが知られている胃癌細胞株SNU16細胞を用い,recombinant TGF-β1(2ng/mL)の刺激に反応して細胞内局在が変化する内因性のATBF1とRUNX3を蛍光免疫染色にて共焦点レーザ顕微鏡(LSM5 conforcal laser scaning microscope Zeiss)で解析した.【結果】1.臨床胃癌切除標本98例の免疫組織学的検討によりATBF1とRUNX3の核の染色性をそれぞれ05の6段階にスコア化し検討したところ,統計学的に有意な相関関係が認められた(RS=0.433,P<0.0001).2.胃癌細胞株MKN45でATBF1とRUNX3の蛋白質相互作用を免疫沈降法で確認した.3. Dualluciferase assayでは胃癌細胞株MKN45でATBF1とRUNX3はp21プロモーター活性を相加的に増強した.4.共焦点レーザ顕微鏡での観察では胃癌細胞株SNU16の細胞質に存在するATBF1とRUNX3が,TGF-β1刺激後24時間で,ともに核へ移行した.【結論】TGF-βシグナル伝達系においてATBF1は癌抑制因子RUNX3と複合体を形成して,核移行することによりp21プロモーター活性をup-regulateし,転写因子型癌抑制因子としての機能を発揮すると考えられた.
混雑と規模の経済が混在する交通ネットワーク料金体系の最適化

交通システム全体の最適運用を実現するため、交通施設の規模の経済性の発揮と、交通混雑の抑制に働く料金体制が必要である。しかし、現代の交通システムは複雑なネットワーク構造になっているため、料金体系の最適な設計は容易ではない。本研究は、交通政策評価・交通計画の分野で実用化された交通ネットワーク均衡分析の手法に基づき、混雑と規模の経済が混在する都市交通システムの最適な料金体系を設計する計算手法を開発し、中京圏の交通システムを対象として実証研究を行った。交通システムを効率的に運用するために、交通施設の規模の経済性を発揮させ、過剰利用による交通混雑を抑制する必要がある。限界費用に基づく課金がそれを実現する理想的な料金体系であるが、財政などの制約により実際には応用しがたい。本研究では、中京圏の交通システムを実証対象とし、様々な制約条件の下で料金体系の最適設計手法を開発する。本年度は、中京圏パーソントリップ、鉄道統計年報、交通企業の資料などに基づき、混雑と規模の経済性を反映する交通コスト関数を作成した。この実際のコスト関数の特性を反映した一般的な交通ネットワークに対し、料金体系の最適設計の問題を、交通均衡の制約の下で、交通システム全体の時間コスト、エネルギー消費などの総合指標を最適化する数理計画問題とする定式化を行った。従来では交通均衡分析に交通混雑関数を利用して交通システムの最適化の研究があるが、本研究では財務などを考慮して交通運営の規模の経済性も統一的に扱う定式化を提案し、現実的な料金設計の数理的体系の枠組みを提示した。また、このような一般的な交通ネットワークについて、非線形感度分析の手法を開発し、それに基づく均衡分析と最適化の理論的手法を開発した。この手法は、ミクロ経済学における均衡および効率性の理論に立脚しており、交通システムの経済分析に適合しやすい。さらに、一部のアルゴリズムを並列計算で実装する手法を開発し、大規模ネットワークでの応用を可能にした。以上の成果を踏まえ、現在は中京圏の実証計算を開始している。本研究では、中京圏の交通システムを実証対象とし、効率性や公平性を総合して最適な料金体系の最適設計手法を開発することが目的である。本年度は、主に以下の二つの方向で研究を進めた。第一、前年度で収集した資料を基に、中京圏交通ネットワークの均衡モデルを作成し、このような大規模ネットワークに対応する計算アルゴリズムの開発を行った。交通均衡モデルの非線形感度分析の手法に基づく最適化は、本研究代表者を含め何人かの研究者によって以前から基礎原理が提示されたが、本研究で初めて大規模交通ネットワークに適用された。その中で、交通ネットワーク均衡分析のorigin-based手法を取り入れ、プログラミング上の工夫を重ねてきた。数理的理論が実用化へ向けて一歩進んだと考えている。第二、交通料金体系の制度的制約の調査を行った。本研究は交通工学の見地から料金体系が交通利用に対する影響を解析して、様々な制約条件の下で料金体系を設計することを目指している。研究計画では政策条件として財政的な制約を想定していたが、交通システムに関わる経済社会の制度上のより広い範囲の制約を考慮する必要性を認識し、今年度は、特に鉄道交通を対象に、日本及び欧州の交通制度と料金体系について考察し、両者の関係を分析した。その結果、本研究が想定していた枠組みが単純な形で政策決定に利用できる場合と、規制緩和によって強くなってきた交通システムの市場経済的特性から生じる制約の考慮が必要な場合があることが明らかになった。このような制度的制約を如何に本研究の枠組みに融合させるかの理論分析は今後の課題として残されているが、そのための不可欠な事実考察と準備が一部できたと考えている。本研究は、交通施設の規模の経済性を発揮させ、交通混雑を抑制し、システム全体の最適運用を実現する最適な料金政策策定のための数理的分析手法を提案することを目的とする。本年度の成果は以下のとおりである。1.鉄道に対する料金設計は、道路のようにリンクごとに異なる料金水準の設定は公平性などの問題から難しい。会社ごとの料金水準設定(補助金によって実現することを想定)が可能になるように、最適化手法を開発した。このような制度的な制約に対応して、最適化計算手法も適用できることを示した。2.中京圏の道路と鉄道を含む交通ネットワークシステムを実証対象とし、現行料金体制、理論的に効率性の最も高い限界費用課金、および最適化計算手法によって設計される最適料金体系の比較分析を行った。道路ネットワークのみを対象とし、道路交通需要を固定とする場合、限界費用課金が中京圏全体に対する混雑の改善効果(走行時間の短縮)はかなり限定的である。それに対して、道路と鉄道の交通需要が代替的である場合は、限界費用課金による道路から鉄道への需要シフトが道路の交通時間を大幅に改善できるが分かった。限界費用課金は道路に過大な課金を強いることがあり、最適化手法では適正な料金水準を設定できることを示した。本研究の結果、眼界費用課金の代わりの手法として、交通計画で実用化された数理的最適化手法を発展させて.

柔軟な交通料金体系設計の手法が提示できた。本研究は中京圏のような大規模の交通ネットワーク全体の料金政策分析に用いるための計算手法を開発しているが、部分的な地域の交通課題についても、本研究で開発した手法はより広範囲で政策の影響を分析でき、大局的な視点に立った交通政策を策定できる。本研究は、料金政策による住宅立地などの変化や、鉄道へのアクセスコストの変化などは十分に考慮できていない。これらの要素を考慮できる手法の開発を今後の課題としたい。
Rab10の上皮極性輸送における役割

本研究の目的は、Rab10が上皮細胞において細胞内膜輸送をどのように制御しているのかをその分子機構を中心に明らかにすることである。前年度までにRab10に結合する機能未知のタンパク質を酵母ツーハイブリッド法を用いて同定した。まずその分子に対する抗体を作製し、間接蛍光抗体法を行ったところ、トランスゴルジネットワーク及びリサイクリングエンドソームに局在することを明らかにした。また、Rab10のノックアウト細胞にPI4Kの阻害剤であるPAOを処理すると、コントロールに比べて明らかなTGNおよびRE膜からの離脱が認められた。このことより当該分子はRab10およびPI(4)P,あるいはPI(4,5)P2, PI(3,4,5)P3のいずれかに依存してトランスゴルジネットワーク及びリサイクリングエンドソーム上に局在することが予想される。さらに当該分子に結合するタンパク質の機能を明らかにするため、免疫共沈降反応により相互作用する分子の同定を行い、数種類の有力な候補を得ることができた。これら候補分子に対する抗体を作製し、さらにエピトープタグを付加したcDNAを発現してそれぞれの細胞内局在を観察したところ、Rab10と同様にトランスゴルジネットワーク及びリサイクリングエンドソームに局在することが確認された。現在はさらにそれらのノックアウト細胞を作製して、細胞極性や膜輸送への影響を調べているところである。Rab10に結合する分子、およびそれに結合する分子の同定に至り、より詳細な極性輸送の分子機構の解明に至る手がかりを得ることができたから。今後はRab10新規結合分子やそれに結合する分子のノックアウト細胞を作製して、細胞極性、およびTGNからのタンパク質輸送における役割を明らかにしたいと考えている。まず、マウス上皮細胞、EpH4のRab10遺伝子をCRISPR/Cas9によってノックアウトした。その細胞を平面培養すると、コントロール細胞に比べて、単層構造の形成困難な様子が観察された。この結果から、Rab10ノックアウトEpH細胞の側底面、および頂端面方向のいずれかのタンパク質輸送経路の不全のため、上皮極性が維持できないことに起因すると考えられる。次にRab10の細胞内局在を調べたところ、Rab10はトランスゴルジネットワーク、およびリサイクリングエンドソームに局在することを確認した。このことから、Rab10はゴルジ体から運ばれたタンパク質をトランスゴルジネットワーク、およびリサイクリングエンドソームで側底面、および頂端面方向へ選別する機能を有する考えられる。さらにRab10の結合タンパク質であるEHBP1についても同様にノックアウト細胞を作製し、解析した。その結果、Rab10ノックアウトの時と同様に単層構造の形成不全が観察された。EHBP1の局在を、特異的抗体を用いた染色にて確認したところ、EHBP1はサイクリングエンドソームに局在することが明らかになった。さらにEHBP1以外のRab10の結合分子を同定する目的で、酵母ツーハイブリッドスクリーニングを行い、既知、および未解析の分子を同定した。初年度の予定ではRab10の結合分子を同定し、Rab10と共に培養細胞を用いて解析する予定であった。そのような意味では、新規に同定したRab10結合分子に関しては細胞を用いた解析にまでは至っていないが、Rab10およびEHBP1については当初の予定より早くノックアウト細胞の作製まで完了し、上皮極性形成の解析まで終えることができたので概ね順調に進捗していると言える。今後はRab10とEHBP1を含む種々の結合分子を中心に解析する予定である。これらの分子はそのドメイン構造から、脂質に結合したり、アクチン繊維に直接結合したりすることなどが示唆される。さらに機能未知のドメインの存在も確認しており、これらのドメインを詳細に解析することによってRab10とその結合分子の機能に迫る。
ヒトES/iPS細胞を用いた先天性遺伝性疾患の病態解析と新規治療法の開発

さまざまな先天性遺伝性疾患患者の体細胞からiPS細胞を樹立し、この細胞を侵されている疾患の臓器の細胞に分化させ、それを解析することにより疾患の原因や病態を明らかにする研究を目指した。レトロウイルスベクターを用いた通常の方法により、先天性好中球減少症、Duchenne型筋ジストロフィー、CINCA症候群、中条-西村症候群、脊髄性筋委縮症、Chediak-東症候群、Hirschsprung病などの患者からはiPS細胞が樹立された。しかし、Fanconi貧血、細網異型性症の患者からは線維芽細胞レベルでの遺伝子の修復なしにはiPS細胞の樹立は困難であった。CINCA症候群、細網異型性症、Chediak-東症候群などの疾患特異的iPS細胞を用いて疾患病態を再現することができた。遺伝性疾患を持つ患者の皮膚線維芽細胞より誘導したiPS細胞(疾患特異的iPS細胞)は、患部を含むすべての組織に分化可能なことから、その疾患の病態解析や創薬、治療法開発に極めて有用であると考えられる。本研究では、疾患関連iPS細胞の標準化と、適切な細胞の分化系を構築するとともに各種遺伝性疾患のiPS細胞を用いた病態解析を行い、今まで知られていなかった新たな知見を得ることを目的として行われた。既に樹立されたiPS細胞の解析を行うため、様々な細胞系列への分化系を構築した。血球系においては1次造血と2次造血ともiPS細胞から出現し、そのパターンはES細胞ときわめて類似したものであり、in vivoにおける発生過程を反映すると共に機能的に正常な能力を持った血球として赤血球、好中球、巨核球、単球・マクロファージ、マスト細胞等様々な細胞に分化できることが確認された。体細胞モザイクでCIAS1遺伝子異常を持つCINCA syndromeの患者からwild typeとmutant typeの両方のiPS細胞が樹立され、両者から分化させた単球・マクロファージの機能の違いの解析が始まっている。その他の疾患のiPS細胞についても解析が始められた。研究はほぼ予定通り進行している。本年度、様々な先天性遺伝性疾患患者の皮膚線維芽細胞にレトロウイルスベクターを用いてOct3/4,Sox2,Klf4,(c-Myc}遺伝子を導入しiPS細胞の樹立を試みた。Kostmann症候群、Chediak-東症候群、CINCA症候群,中条-西村症候群、Duchenne型筋ジストロフィー患者からはiPS細胞が樹立され病態解析が始まった。一方、Fanconi貧血、細網異形成症患者からは通常のレトロウイルスベクターやセンダイウイルスベクター用いた方法ではiPS細胞は樹立できなかった。現在、新たに構築されたエピゾーマルベクターを用いた方法や線維芽細胞段階で一過性に遺伝子を修復後、iPS細胞の樹立を試みている。血球系においては1次造血と2次造血ともiPS細胞から出現し、そのパターンはin vivoにおける発生過程を反映すると共に機能的に正常な能力を持った血球として赤血球、好中球、巨核球、単球・マクロファージ、マスト細胞等様々な細胞に分化できることが確認された。自然免疫異常の解析に重要な単球、マクロファージ、樹状細胞は、貪食能、抗原提示能、機能的なサイトカイン産生などを認め、患者の病態解析に使用できることが明らかとなった。体細胞モザイクでCIAS1遺伝子異常を持つCINCA症候群の患者からwild typeとmutant typeの両方のiPS細胞が樹立され、両者から分化させた単球・マクロファージの機能の違いの解析が行われた。その他の疾患のiPS細胞についても解析が開始された。遺伝性疾患を持つ患者の皮膚や血液より誘導したiPS細胞(疾患特異的iPS細胞)は、患部を含むすべての組織に分化可能なことから、その疾患の病態解析や創薬、治療法開発に極めて有用であると考えられる。本研究では、疾患特異的iPS細胞の標準化を行うとともに、種々の細胞系列への適切な細胞の分化系を構築しその応用により、各種遺伝性疾患のiPS細胞を用いた病態解析を行い、今まで知られていなかった新たな知見を得ることを目的として行われた。

Kostmann症候群、Chediak-東症候群(CHS)、CINCA症候群、脊髄性萎縮性筋委縮症(SMA)などの患者からiPS細胞を樹立し、病態解析を行った。一方、Fanconi貧血、細網異形成症患者からは通常の方法ではiPS細胞は樹立できなかったためエピゾーマルベクターを用いて線維芽細胞段階で一過性に遺伝子を修復後、iPS細胞の樹立を試み成功した。樹立されたiPS細胞の機能解析を行うため、様々な細胞系列への分化系を構築した。血球系においては造血発生過程を反映すると共に正常な機能を持った血球として赤血球、好中球、巨核球、単球・マクロファージ・樹状細胞、Tリンパ球、マスト細胞等様々な細胞に分化できることが確認された。体細胞モザイクでCIAS1遺伝子異常を持つCINCA症候群の患者からwild typeとmutant typeの両方のiPS細胞が樹立され、両者から分化させた単球・マクロファージの機能の違いの解析が行われた。変異NLRP3を持つ細胞のみがLPS単独刺激で過剰なIL-1bを産生するという特徴的な表現型を示すことを確認した。この細胞を用いて、新規NLRP3インフラマソーム抑制薬をスクリーニングするための実験系を構築した。CHSにおける好中球の巨大顆粒、SMAでは運動神経の危弱性などiPS細胞由来の細胞における表現型が確認された。多くの遺伝性疾患の患者からiPS細胞が樹立され、病態解析が進んでいる。一方、Fanconi貧血、細網異形成症患者からは通常の方法ではiPS細胞は樹立できなかった。患者の病態が再現できる形で、様々な方法を検討しているがこの2つの疾患についてはまだ樹立に成功していない。24年度が最終年度であるため、記入しない。Fanconi貧血、細網異形成症で通常の方法ではiPS細胞が樹立できないことは、これらの疾患の本質的な病態に関係する可能性もあり、様々な角度からの検討が必要と考え実験を開始している。
くも膜下出血後の脳血管攣縮の危険因子である炎症性細胞集簇と血小板増加の病態的解明

アドレノメデュリン(AM)は脈絡叢などから産生され、食欲を制御している。髄液中のAMはくも膜下出血(SAH)患者では発症710日目に上昇すると言われている。我々はSAH患者において発症3日目と8日目に髄液AM濃度、1日経口摂取kcal/kg、食欲のVAS、血糖、インスリン、アルブミン、ヘモグロビン、中性脂肪を測定し、SAH後の脳血管攣縮との関連性を検討した。SAH患者において発症8日目では3日目に比べて、有意に髄液中AM増加、1日経口摂取量低下、食欲のVAS低下、血糖増加、インスリン低下、アルブミン低下、ヘモグロビン低下を認めた。髄液中AM増加は食欲低下と症候性脳血管攣縮を惹起する。脳動脈瘤破裂によるくも膜下出血(SAH)患者における血小板増加ならびに食欲低下という特異的な病態の解明をテーマとした。1.SAH患者において血小板増加に関わる因子と脳血管攣縮・予後の関連性を検討した。【方法】Hunt-Hess分類3、FisherのCT分類3、前方循環の脳動脈瘤破裂による20人を対象とした。発症0、8日目に血小板数、VWF、RANTS、sCD40L、PDGF-AA, AB, BBを測定し、脳血管攣縮の有無や予後との関連性を検討した。【結果】現在解析中である。2.SAH患者において食欲低下に関わる因子と脳血管攣縮の関連性を検討した。【方法】Hunt-Hess分類3、FisherのCT分類3、前方循環の脳動脈瘤破裂による22人を対象とした。発症3、8日目に髄液アドレノメデュリン、血清グレリン、血清レプチン、1日経口摂取kcal/kg、食欲のVAS、血糖、インスリン、アルブミン、ヘモグロビン、中性脂肪を測定し、脳血管攣縮との関連性を検討した。【結果】全SAH患者において発症8日目では3日目に比べて、有意に髄液中アドレノメデュリン増加、血清グレリン低下、血清レプチン増加、1日経口摂取量低下、食欲のVAS低下、血糖増加、インスリン低下、アルブミン低下、ヘモグロビン低下を認めた。症候性脳血管攣縮患者では有意に髄液中アドレノメデュリン増加とアルブミン低下を認めた。【結語】1)髄液中アドレノメデュリン増加は食欲低下と症候性脳血管攣縮を惹起する。2)血清グレリン低下、血清レプチン増加、血糖増加、インスリン低下はSAHによるカテコールアミンサージが関与している、3)アルブミン低下は脳血管攣縮を増悪させ予後を不良にさせる、可能性が示唆された。Nerological Researsh: in press, Nutrition Research: submitted脳動脈瘤破裂によるくも膜下出血(SAH)患者における血小板増加ならびに食欲低下という特異的な病態の解明をテーマとした。(Neurol Res. 2013Sep;35(7):713-8, Nutr Neurosci. 2013Nov 26)アドレノメデュリン(AM)は脈絡叢などから産生され、食欲を制御している。

SAH患者において発症8日目では3日目に比べて、有意に髄液中AM増加、1日経口摂取量低下、食欲のVAS低下、血糖増加、インスリン低下、アルブミン低下、ヘモグロビン低下を認めた。髄液中AM増加は食欲低下と症候性脳血管攣縮を惹起する。脳動脈瘤破裂によるくも膜下出血(SAH)患者における血小板増加ならびに食欲低下という特異的な病態の解明をテーマとした。1.SAH患者において血小板増加に関わる因子と脳血管攣縮・予後の関連性を検討した。【方法】Hunt-Hess分類3、FisherのCT分類3、前方循環の脳動脈瘤破裂によるSAH患者22人を対象とした。発症0日目と8日目に血小板数、フィブリノーゲン、VWF、RANTS、血小板マイクロパーティクル、sCD40L、PDGFを測定し、脳血管攣縮の有無や予後との関連性を検討した。【結果】現在解析中である。2.SAH患者において食欲低下に関わる因子と脳血管攣縮の関連性を検討した。発症3日目と8日目に食欲に関与すると言われる髄液アドレノメデュリン、血清グレリン、血清レプチン、成長ホルモン、1日経口摂取kcal/kg、食欲のVAS、他の血液検査(血糖、インスリン、アルブミン、ヘモグロビン、中性脂肪)を測定し、脳血管攣縮との関連性を検討した。【結果】全SAH患者において発症8日目では3日目に比べて、有意に髄液中アドレノメデュリン増加、血清グレリン低下、血清レプチン増加、1日経口摂取量(kcal/kg低下)、食欲のVAS低下、血糖低下、インスリン低下、アルブミン低下、ヘモグロビン低下を認めた。症候性脳血管攣縮患者では有意に髄液中アドレノメデュリン増加とアルブミン低下を認めた。【結語】1)髄液中アドレノメデュリン増加は食欲低下と症候性脳血管攣縮を惹起する。2)血清グレリン低下、血清レプチン増加、血糖低下、インスリン低下はSAH出血によるカテコールアミンサージが関与している、3)アルブミン低下は脳血管攣縮を増悪させ予後を不良にさせる、可能性が示唆された。現在までの進捗状況:SAH患者における食欲低下に関わる因子と脳血管攣縮の関連性の研究では、全SAH患者において発症8日目では3日目に比べて、有意に髄液中アドレノメデュリン増加、血清グレリン低下、血清レプチン増加、1日経口摂取量低下、食欲のVAS低下、血糖増加、インスリン低下、アルブミン低下、ヘモグロビン低下を認めた。髄液中アドレノメデュリン増加は食欲低下と症候性脳血管攣縮を惹起する可能性が示唆された(Nerological Researsh: in press)。H25年度は2つの英語論文に投稿予定である。ただし、研究の質を高めるために症例数を増やすことが必要と思われる。H25年度は症例の蓄積を目指す。初年度は動物実験の予定であったが、東北大震災の影響で動物実験が出来なくなり、臨床研究を先行させた。最終年度であり、論文作成の完遂が一番の目標であるが、質の高い研究を目指すために症例の蓄積を行う。1.SAH患者における血小板増加因子と脳血管攣縮・予後との関連性の研究では、症例数を20人から30人へ増やし、発症0、8日目に血小板数、VWF、RANTS、sCD40L、PDGF-AA, AB, BBを測定する。
藻食魚と藻類との種特異性と栽培共生:水域の「植物-植食者」種間ネットワークの解明

水域生態系の一次生産者藻類と、それを利用する藻食魚とのネットワーク関係をアフリカの古代湖、タンガニイカ湖で調査した。ザンビア国カセンガ岩礁域では、14種に及ぶ藻食性シクリッド類が共存している。それらシクリッド類の藻園となわばり外から藻類を採集し、またシクリッド類の胃内容物を採集し、16SrDNA領域を用いてメタゲノミクス解析を行い、藻類の組成を明らかにした。結果、シアノバクテリア類と珪藻類が主な餌として利用されていることが分かり、またDNAの塩基配列レベルで微小な藻類を種レベルで分類することで、同じギルドに属する種間でも、防衛する資源や、その利用が異なることが分かった。水域生態系の主要な一次生産者である藻類と、それを利用する主要な藻食者である藻食魚において、種のレベルで両者の種特異性や関係性を明らかにし、種間相互作用のネットワークを紐解くことを目的として研究を行った。インド-西太平洋にわたる広い海域のサンゴ礁において、なわばり性スズメダイ類18種について、なわばり内外から藻類を採集し、形態観察と18S遺伝子に基づいてイトグサ類の分類を行った。その結果、沖縄とモーリシャスおよびオーストラリアのいずれでもクロソラスズメダイの藻園に、そこにのみ生育する種特異的なイトグサの一種が見られた。エジプト、ケニヤ、モルディブでは、近縁のそれぞれ別のイトグサ種がその藻園で優占していた。またこれらのイトグサ類の藻園内に占める割合は様々で、クロソラスズメダイとその餌となりかつ藻園で保護されるイトグサとは、互いの依存度が多様で、かつパートナーシフトがありながらも、インド-西太平洋を通して高い種特異性が維持されていることが明らかとなった。また、沖縄のクロソラスズメダイについて、炭素と窒素の安定同位体比と、脂肪酸組成をマーカーとし、胃内容分析も併せ行い、なわばり内に繁茂するイトグサの藻園へのこのスズメダイの依存度を調べた。筋肉組織の安定同位体比と脂肪酸組成は、餌の値や組成に影響され形成されるため、それらを用いることで胃内容物だけでは知り得ない3ヶ月間程度の蓄積を知ることができる。その結果、このイトグサはスズメダイにとって必須脂肪酸の主要な源になっていること、一方で高い炭素1窒素比を持つイトグサを主食とする窒素不足を補うため、スズメダイは藻園内の底生動物も摂食していること明らかになった。こうして、スズメダイによる藻食への適応のメカニズムと、食藻との種特異的ネットワーク構造が明らかになりつつある。水域生態系の主要な一次生産者である藻類と、それを利用する主要な藻食者である藻食魚において、種のレベルで両者の種特異性や関係性を明らかにし、種間相互作用のネットワークを紐解き、その時空間的な変容を追跡することを目的として研究を行った。本年度は、前年度に現地調査したアフリカのタンガニイカ湖の藻食性シクリッド類について、持ち帰った藻園の藻類の培養を行い、またそれら藻類群落と、各種シクリッドの胃内容物サンプルについて16SrDNAについてメタゲノミクス解析を行い、塩基配列ベースでそれらの藻類組成を分析した。その結果、タンガニイカ湖のシクリッドのなわばり内ではシアノバクテリア類が主要な一次生産者であり、それらが多くシクリッドの胃内容にも含まれ、餌として寄与していることが明らかになった。また藻園藻類とシクリッド魚体について炭素、窒素安定同位体分析を行い、食物網解析を行った。結果、藻食者は今までの顎形態における知見通り、削り取り者と硫きとり者に分けられること、削り取り者と梳きとり者それぞれの中では、同一の炭素、窒素安定同位体比を持つ種はおらず、餌資源分割が成り立っていることが明らかになった。またこの餌資源分割は、なわばりを作る水深を種ごとに厳密に違えていることが重要であることが分かった。一方、海域のスズメダイの調査では、高知県横浪半島にセダカスズメダイが多く見られるフィールドを見つけ、そこでスズメダイの行動観察、標本採取、さらになわばり内に成立する藻園からの藻類採集を行った。さらに台湾緑島にて、クロソラスズメダイを含む4種のクロソラスズメダイ属魚類の行動観察、標本採取、さらになわばり内に成立する藻園からの藻類採集を行った。これらの分析を今後行って行く予定である。水域生態系の一次生産者藻類と、それを利用する藻食魚において、種のレベルで両者の種特異性や関係性を明らかにすることを目的とした。

2010年にタンガニイカ湖を訪れ、湖固有種のシクリッド科4族計13種について、各種より5個体採集し、うち摂餌なわばりを持つ10種について、なわばり内の藻類群落を3から5つ採集した。また得られた魚体から胃を採取した。これらサンプルからDNAを抽出し、16SrDNA領域においてPCRを行い454GSJuniorを用いて網羅的にシークエンスした。メタゲノミクス解析の結果、計74,992リードのシークエンスを得た。一サンプルあたり112±65のOTU (非類似度3%)が見つかった。出現した生物の系統は計32門からなり、プロテオバクテリア門が603OTUと約25%を占め優占していた。光合成生物ではシアノバクテリア門が203OTU、クロロフレクサス門が136OTU、続いて主に珪藻類からなる不等毛植物門が71OTUと多かった。藻園からは光合成生物としては、ネンジュモ目などのシアノバクテリア門がシクリッドの種を超えて優占しており、一方真核藻類では、緑藻のカモジシオグサや珪藻が優占していた。胃内容を見ると、シアノバクテリア門のネンジュモ類と珪藻類が、多くのシクリッドで共通してみられた。一方、藻園内で多くみられた緑藻類のカモジシオグサは、胃内容にはほとんど見られず、特に梳き取り食者にはほとんど利用されていなかった。シクリッド種間や、ギルド間で藻園の藻類組成、胃内容物組成を比較すると、ギルド間よりも同じギルド内の種間で差異が大きかった。このようにDNAの塩基配列レベルで微小な藻類を種レベルで分類することで、同じギルドに属する種間でも、防衛する資源や、その利用が異なることが分かり、これがタンガニイカシクリッドの多種共存を可能とするキーであることが示唆された。タンガニイカ湖のシクリッドについても、海域のスズメダイについても、研究実施計画に基づき平行して調査、研究を進めることができ、おおむね計画を達成することができたため。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は来年度が最終年度になる。最終年度に向けて成果をまとめることを第一の目標とし、既に野外調査やメタゲノミクス解析で得た膨大なデータの解析を進めて行き、論文としてまとめていく。さらに海域の藻食性スズメダイについては、南西諸島で調査を続け、藻食魚とその食藻との関係性の地理的変異について明らかにしていく。
社会基盤構造物のライフサイクルにおける地球環境負荷の定量的評価

近年においては,地球温暖化が産業革命以降における温室効果ガス濃度の急激な増加によって深刻な状況となっている.あらゆる生産活動が環境への配慮を必要とする今日では,基盤施設整備に関してもライフサイクル全般における環境負荷低減が重要である.従来の基盤整備は建設時のコスト最小が問題であったが,今後は200年程度のライフサイクルの中で環境への影響を重視するような橋梁システムが必要である.地球温暖化を軽減するには,建設時のCO_2排出量等の低減のみならず,長寿命化,ミニマムメンテナンス化,リサイクル性の向上等を目指すことが課題であり,本研究では初期投資段階,維持管理段階,廃棄・架替え段階を設定して21世紀における新しい橋梁のあり方について検討を行った.具体的には,3径間,2径間の橋長90m,幅員11.8mの鋼橋10橋,PC橋1種類の上部構造と,RC下部構造に関して試設計を行い,橋梁の寿命を75年,路線の寿命を200年とした際の材料の重量よりCO_2排出量,LCCを算出した.各パラメータを入出力として包絡分析法(DEA)を適用し,解析結果から考察を試みた.解析結果からは,PC橋の環境負荷が低かったが,鋼橋においてもPC橋の80%程度の効率性を有しており,鋼橋の環境性能が大幅に劣る訳ではないことが判明した.また,リサイクル材の活用,寿命の延長,初期投資の低減等により,PC橋に匹敵するような環境性能の向上も十分期待できる結果が得られた.特に,維持管理段階の防食および寿命の延長は大きな効果を発揮することが分かった.また,径間割に関しても,コストのみならず環境負荷から見ても最適な径間割が存在する可能性を有することが推定された.以上の結果から,DEAは異なる単位系を有する活動の効率性を効果的に検討出来ることが確認され,「環境に優しい橋梁システム」の方向性を示す基礎的な知見が得られたと思われる.近年においては,地球温暖化が産業革命以降における温室効果ガス濃度の急激な増加によって深刻な状況となっている.あらゆる生産活動が環境への配慮を必要とする今日では,基盤施設整備に関してもライフサイクル全般における環境負荷低減が重要である.従来の基盤整備は建設時のコスト最小が問題であったが,今後は200年程度のライフサイクルの中で環境への影響を重視するような橋梁システムが必要である.地球温暖化を軽減するには,建設時のCO_2排出量等の低減のみならず,長寿命化,ミニマムメンテナンス化,リサイクル性の向上等を目指すことが課題であり,本研究では初期投資段階,維持管理段階,廃棄・架替え段階を設定して21世紀における新しい橋梁のあり方について検討を行った.具体的には,3径間,2径間の橋長90m,幅員11.8mの鋼橋10橋,PC橋1種類の上部構造と,RC下部構造に関して試設計を行い,橋梁の寿命を75年,路線の寿命を200年とした際の材料の重量よりCO_2排出量,LCCを算出した.各パラメータを入出力として包絡分析法(DEA)を適用し,解析結果から考察を試みた.解析結果からは,PC橋の環境負荷が低かったが,鋼橋においてもPC橋の80%程度の効率性を有しており,鋼橋の環境性能が大幅に劣る訳ではないことが判明した.また,リサイクル材の活用,寿命の延長,初期投資の低減等により,PC橋に匹敵するような環境性能の向上も十分期待できる結果が得られた.特に,維持管理段階の防食および寿命の延長は大きな効果を発揮することが分かった.また,径間割に関しても,コストのみならず環境負荷から見ても最適な径間割が存在する可能性を有することが推定された.以上の結果から,DEAは異なる単位系を有する活動の効率性を効果的に検討出来ることが確認され,「環境に優しい橋梁システム」の方向性を示す基礎的な知見が得られたと思われる.
膀胱癌の浸潤過程における炭酸脱水酵素２の役割解明と治療への応用

浸潤性膀胱癌において炭酸脱水酵素2(CA2)の発現増加が明らかになった。BBN誘発マウス膀胱癌モデルを用いて、CA阻害薬であるAcetazolamide (Ace)の浸潤抑制効果について検討した結果、BBN単独群と比較して膀胱癌の発生頻度はBBN→Ace+Cisplatin (Cis)群で有意に低下した。また、BBN単独群と比較してBBN→Ace群及びBBN→Ace+Cis群では、筋層浸潤性膀胱癌の発生頻度及び数が有意に抑制された。以上より、Aceと従来の抗癌剤であるCisを併用することにより膀胱癌の浸潤抑制効果が認められた。Aceがヒト浸潤性膀胱癌において臨床応用できる可能性が示唆された。本研究は、carbonic anhydrase 2 (CA2)の膀胱癌の予後予測因子としての有用性を明らかにするとともに、CA2 inhibitorの膀胱癌に対する浸潤抑制効果を検討することを目的とする。さらに、CA2 siRNAを用いてCA2の膀胱癌浸潤における役割を明らかにし、CA2をターゲットとした治療への応用を検討する。本年度では、ヒト膀胱癌組織におけるCA2の発現と臨床病理学的因子及び予後との相関を検討するために、膀胱癌症例236例について免疫組織化学染色を行った。その結果、ヒト膀胱癌におけるCA2の発現頻度は深達度が進むにつれて上昇していた。さらに、経尿道的膀胱腫瘍切除術後follow upすることができたpTaおよびpT1症例について予後解析を行った結果、CA2陰性膀胱癌に比較して、CA2陽性膀胱癌のupstagingの頻度は、有意に高いことが示された。以上より、CA2は膀胱癌の新規浸潤関連因子である可能性が示唆された。実験2では0.05% BBNをマウス120匹に10週間飲水投与した後、BBN単独群、BBN→Cis群、BBN→Ace群、BBN→Ace+Cis群の4群に分け、実験1と同様にAce及びCisを12週間投与した。実験開始後22週に解剖し、膀胱癌の発生頻度はBBN→Ace+Cis群において、BBN単独群と比較して有意な発生頻度の低下を認めた。その他の投与群とBBN単独群間では膀胱癌の発生頻度に有意な差は認めなかった。また、筋層浸潤性膀胱癌については、BBN→Ace群及びBBN→Ace+Cis群ではBBN単独群と比較して、有意に浸潤が抑制されていた。以上より、CA inhibitorであるAceと従来の抗癌剤であるCisplatinを併用することによりマウスにおける膀胱癌の予防効果、浸潤抑制効果を認めた。以上より、Aceがヒト浸潤性膀胱癌において臨床応用できる可能性が示唆された。実験病理学現在まで、研究が順調に計画通り進捗しており、本年度の目標がすべて達成できた。本年度の研究結果により、CA2が浸潤性膀胱癌の有用な予後予測因子であることが明らかになった。また、CA2 siRNAによる膀胱癌細胞の遊走・浸潤抑制効果が確認できたことで、今後、siRNA法を用いたCA2の機能解析を進めることが可能となる。さらに、in vitroの実験結果に基づいて、来年度に行う予定の動物実験ためのCA2 inhibitorを選定した。計画通りに、以下の実験を行う予定である。膀胱癌の浸潤過程におけるCA2の役割の解明CA2 siRNAを導入した膀胱癌細胞とnegative controlsiRNAを導入した膀胱癌細胞から蛋白を抽出し、プロテオーム解析およびingenuity pathway解析を行い、CA2の下流遺伝子およびそのネットワークを検索することで、膀胱癌の浸潤過程におけるCA2の機能を明らかにする。平成26年度のin vitro評価で最も膀胱癌浸潤抑制効果が強かったAcetazolamideをBBNおよびPEITCによるinitiation処置を行ったラットに投与し、浸潤性膀胱癌の発生が抑制されるか否かを検討する。
高血圧・心筋梗塞の発症治療感受性遺伝子の診断システム構築

高血圧および狭心症・心筋梗塞に代表される虚血性心疾患は食事や喫煙などの生活習慣が発症に大きく寄与するが、環境要因・疾患発症に対する感受性には大きな個人差が存在し、それは遺伝子多型により規定されると考えられる。本研究では疾患発症及び治療反応性に関連した遺伝素因を明らかにすることを目的とした。遺伝子多型研究を行うにあたり必須の臨床情報について当院における年間約1400例の循環器入院症例のあらゆる臨床情報を網羅的にデータベース化しすでに3000例を超える症例情報が集積した。その臨床情報および合意の得られた患者から得た遺伝子検体を用いて解析を行い以下の結果を得た。(1)血管リモデリングに関与することが知られるMMP1(1G/2G多型)、MMP3(5A/6A多型)のプロモーター多型が互いに強く連鎖し、そのハプロタイプ(MMP1 1G-MMP3 5A)が心筋梗塞発症に関わる強力な遺伝的マーカーであることを明らかにした。(2)HDLコレステロール生成に関与するABCA1,の遺伝子多型に着目、Ile823Met」Arg291Lysの2つのエクソン領域の多型を解析したところ、両者に連鎖はなく、前者の遺伝子多型が日本人においてHDLコレステロール濃度の遺伝学的規定因子であることが明らかとなった。(3)インスリン感受性を規定する数種類のアディポサイトカインの遺伝子多型を解析し、高血圧、糖尿病、肥満といったマルチプルリスクファクターを介して冠動脈疾患発症に関連する遺伝子多型の選出に成功した。(4)アドレナリンβ2受容体多型が心筋梗塞発症に関連することが示された。現在すでに疾患との関連性が認められた遺伝子多型についてはその部位の近傍の遺伝子多型を検索し連鎖不平衡について検討、ハプロタイプを構築し心血管病の予知に有用なマーカーたりえるのかを再度検証中である。また予後(心血管イベントなど)、薬剤反応性についてのデータも約4年の経過観察の過程で集積したためそれらとの関連研究を現在進めている。
種間間接作用機構の操作実験による解析

本計画研究は特に種間の間接効果に注目し、群集における多種共存の機構を操作実験により解明することを目指し、以下の研究に着手した。1)植物ー動物の相互関係、寄主ー寄主関係の実体解明。1ー1)アリ散布型植物であるミヤマネンレイソウを用いたアリと植物との相互作用の解明に着手した。1ー2)ドングリを利用する種子食昆虫での、システムの構造の解明。樹種により種子生産量の個体変異が異なることが示された。1ー3)ベッコウバチの餌選択の分析。本年度は、キスジベッコウの獲物の相対サイズと、その巣までの運搬距離との関係を分析した。1ー4)各種の植物群の花から放出される化学信号物質である芳香成分の化学構造の決定と生物検定を行なった。2)植物ー植食動物ー肉食動物系での実験個体群による動態の解明。実験的に設定した豆ーマメゾウムシー寄生蜂系での共存要因を調べた。3)種間関係における化学物質の情報伝達物質としての働き。3ー1)コナダニ類での、警報、集合及び性フェロモンの解明。バイチヒゲダニの警報フェロモン等の同定を行なった。3ー2)捕食性ダニの誘引物質生産の機構解明。植物が生産する捕食性ダニ誘引物質は加害部分から生産されること等が明らかになった。4)上記1)2)3)の研究成果の有機的結合の促進4ー1)既存の野外研究デ-タを理論的に整理し、数理モデルによって群集構造の予測を試みる。本年度は、複数種相互作用系の管理についての理論的研究などを行なった。これらの研究はいづれも第1年目であり、各研究は緒についたばかりであるが、すでに断片的に次頁にあるような成果が公表されている。
下腿三頭筋のスティフネスと柔軟性が歩行能力に及ぼす影響

本研究では,下肢(下腿三頭筋)の筋腱複合体のスティフネスおよび柔軟性と歩行能力の関係について明らかにすること(平成18・19年度),および下肢の柔軟性のスティフネスおよび柔軟性の低下が歩行能力を低下させるメカニズムについて明らかにすること(平成19年度)を目的とした.具体的な方法としては,同一被験者について,下腿三頭筋のスティフネス,関節可動域(柔軟性)を測定し,これらの値と歩行能力との関係について検討した.さらに柔軟性については,能動的柔軟性と受動的柔軟性および低屈域での柔軟性と背屈域での柔軟性に分類して測定し,それらの相互関係を検討した.また,スティフネスおよび柔軟性が歩行能力を低下させるか否かを検討するために,歩行時における地面反力と身体動作分析から下肢の筋腱複合体レベルでの力発揮特性を検討した.下腿三頭筋のスティフネスは最大歩行速度との間に有意な相関関係を示さなかった.さらに,関節可動域(ROM)により示される柔軟性についても最大歩行速度との間には有意な関係を示さなかった.スティフネスと柔軟性との相互関係の検討については,下腿三頭筋のスティフネスは受動的背屈時の柔軟性と有意な相関関係を示すことが明らかとなった.しかしながら,歩行時の地面反力と身体動作の分析からは,最大速度歩行時には足関節よりもむしろ股関節の貢献度が高いことが示唆された.したがって,歩行能力には下腿三頭筋のスティフネスよりも股関節まわりの筋腱複合体の特性が反映されることが考えられた.本研究課題では,歩行能力に影響する因子が,従来,関節柔軟性の指標として用いられている関節可動域であるのか,もしくは筋や関節の機能特性として近年頻繁に用いられるようになったスティフネス(硬さ)であるのかを検討することを目的としている.そこで,平成18年度前半には,主として本研究における方法論の確立を行った.すなわち,下腿三頭筋におけるスティフネスを効率的に定量するための方法論およびシステムの構築と歩行能力の定量と評価を行った.具体的には下腿三頭筋を,超音波法を用いて測定する際,足関節の固定方法の妥当性と信頼性の検討を行った.これにより,足関節のスティフネスを高い再現性をもって測定することが可能となった.また,歩行能力の定量評価については,10mを走行するのに要する時間から求める平均歩行速度,その際の力学的変数である地面反力,パワーおよび仕事量を測定するシステムの構築をおこなった.これにより,比較的簡便かつ連続的に歩行能力を定量評価することが可能となった.さらに平成18年度後半には,先に述べた測定システムを用いて,大学生を中心とした若年者14名を被験者として測定システムの試用に取り組んだ.その結果,いくつかの問題点が挙げられたため,問題点の検討と改善を行った.これにより,平成19年度には多人数を対象として,関節のスティフネスと関節可動域のいずれが歩行能力に影響をおよぼしているかを検討するためのデータの取得が可能となったと考える.本研究では,下肢(下腿三頭筋)の筋腱複合体のスティフネスおよび柔軟性と歩行能力の関係について明らかにすること(平成18・19年度),および下肢の柔軟性のスティフネスおよび柔軟性の低下が歩行能力を低下させるメカニズムについて明らかにすること(平成19年度)を目的とした.具体的な方法としては,同一被験者について,下腿三頭筋のスティフネス,関節可動域(柔軟性)を測定し,これらの値と歩行能力との関係について検討した.さらに柔軟性については,能動的柔軟性と受動的柔軟性および低屈域での柔軟性と背屈域での柔軟性に分類して測定し,それらの相互関係を検討した.また,スティフネスおよび柔軟性が歩行能力を低下させるか否かを検討するために,歩行時における地面反力と身体動作分析から下肢の筋腱複合体レベルでの力発揮特性を検討した.下腿三頭筋のスティフネスは最大歩行速度との間に有意な相関関係を示さなかった.さらに,関節可動域(ROM)により示される柔軟性についても最大歩行速度との間には有意な関係を示さなかった.スティフネスと柔軟性との相互関係の検討については,下腿三頭筋のスティフネスは受動的背屈時の柔軟性と有意な相関関係を示すことが明らかとなった.しかしながら,歩行時の地面反力と身体動作の分析からは,最大速度歩行時には足関節よりもむしろ股関節の貢献度が高いことが示唆された.したがって,歩行能力には下腿三頭筋のスティフネスよりも股関節まわりの筋腱複合体の特性が反映されることが考えられた.
地磁気短時間変動のシミュレーション

地球の液体金属コアの対流と,そこで生じる地磁気生成過程の数値シミュレーションを,高解像度の数値モデルをもちいておこない,いくつかの特徴的な地磁気変動を再現した。コアのねじれ振動については,自転軸に対して内向きと外向きに伝搬する進行波がみられ,コア乱流による励起が示唆された。地磁気西方移動は,高波数でかつ低緯度でのシグナルにおいて顕著であり,分散性の存在が示唆された。そこで粘性ゼロの回転流体球内に軸対称の磁場が存在したときの磁気不安定問題を線形解析し,遅い電磁流体波動の東西方向の伝搬特性を調べ,磁気西方移動との関連を議論した。年度当初の研究計画では、実際の地磁気永年変化のデータを説明するために、マントル最下部の熱流量不均質や電気伝導度不均質をモデル化して、地球ダイナモの大規模数値シミュレーションを行うことにしていたが、すでにこれまでにも行ってきた大規模シミュレーションの結果を議論する上で、より基礎的な物理に基づいた現象の説明が重要であるとの認識に基づき、とくに地磁気西方移動に焦点をあてた基礎研究をおこなった。地球のコアをモデル化するために、回転する流体球を考え、そこに東西方向に周回する軸対称トロイダル磁場と、回転軸方向のポロイダル磁場を印加した。磁場強度が十分強いときには磁気不安定が起こるが、これを粘性ゼロの極限で線形解析した。その結果、印加したトロイダル磁場を球表面の赤道付近に局在させると、不安定を起こす臨界磁場強度が低下し、不安定モードの経度方向の波数が増え、さらに西向きの波の位相速度が増加することがわかった。これまでに得られたダイナモ数値シミュレーションの結果や、とくにインド洋からアフリカにかけての実際の地磁気変動にも、よく似た構造がみられることから、地磁気西方移動は、コア直下の強いトロイダル磁場の存在と密接に関係しており、電磁流体波動として解釈できるかもしれないことが示唆された。また西向き帯状流による移流の効果と対比するために、基本流も与えた線形解析もおこない、パラメータ・スタディをおこなった。この結果は、学会での発表のほか、現在学術誌に投稿しているところである。最終年度の実績:自転する磁気流体球内に、適当なトロイダル磁場および地衡流を仮定する。粘性と慣性とを無視する磁気地衡流近似のもとで、それら基本場からの擾乱がどう時間発展するかを、線形安定解析によって求め、磁気不安定現象とそこで生じる波について考察した。印加する磁場強度をあらわす無次元数であるエルサッサ数が数十程度になると、系は不安定になるが、その線形成長率は概して小さく、磁場擾乱はゆっくりと東方に移動する(resistive不安定)。いっぽうエルサッサ数を100程度にすると、成長率は大きく、磁場のパターンは比較的速く西方に移動する(ideal不安定)。地衡流を加えると、一般に系はより不安定になる。またトロイダル磁場を赤道付近に局在化させても、系はより不安定になる。大きいエルサッサ数で起こるideal不安定は、地磁気西方移動との関連で興味深い現象であるが、なかなか固有値が収束しない問題があり、現象の物理的解釈にまだ至っていない。期間全体の実績:まず地球のコア対流と地磁気生成のシミュレーションを、低粘性で自転の効果が大きいパラメータ領域での、高解像度の大規模数値計算で実施し、地磁気西方移動やねじれ振動がどのように再現されるかを調べた。ねじれ振動の伝搬は理論で予想されるアルベン波速度で説明でき、数値計算結果が、地球で予想される磁気地衡流状態にかなり近いことを裏づけた。西方移動はおおまかには西向きの帯状流による移流の効果で説明できるが、波数ごとの位相速度の違い(分散性)もみられた。このことを理解するための基礎的な実験として、磁気地衡流近似での磁気不安定の定式化をおこない、計算コードを新たにつくった。前記のような問題がまだあるが、現在理解できている範囲内で、早急に結果をまとめるべく、努力している。1.コア対流の高解像度数値シミュレーションを、組成対流モデルをもちいて実施し、これまでの熱対流モデルの結果と比較した。組成対流モデルでは、コア表面付近において流れの鉛直成分が抑えられるため、子午面循環や帯状流が弱く、コア表面の低緯度付近のトロイダル磁場が顕著でなかった。結果として、組成対流モデルでは、現在の地球がもつような強い磁場や、磁気西方移動が再現されなかった。過去の理論的および地震学的研究から、コアの軽元素がコア表面付近に溜まって安定成層するという仮説があったが、本研究は、そのような安定成層がすくなくとも全球的には存在していない、ということを示唆する。この結論は、コア・マントル間の熱流量の大きさに対して、制約を与える可能性がある。この成果は、論文として発表すべく、現在とりまとめている。2.熱対流モデルにおける磁気西方移動のようすをくわしく解析した。