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肺炎治療の為の新規benzoxaborole誘導体専用ナノ粒子の開発

近年ホウ素を含有した5員環の低分子化合物であるbenzoxaborole誘導体に、抗炎症性を含め様々な薬効があるとして注目されている。しかしながら、薬物であるbenzoxaborole誘導体をいかにして目的部位に送達させるかといった報告は皆無であった。申請者は、ドラッグデリバリーシステムに基づいたbenzoxaborole誘導体専用の高分子ナノ粒子の開発を目指す(平成28年度平成30年度)。最終年度である平成30年度は、benzoxaborole誘導体を内包可能な高分子ゲルおよびナノ粒子を調製および物理化学的な特性や抗菌性について評価した。ゲルやナノ粒子の相互作用は、ジオール基を有するポリマーとbenzoxaborole基の可逆的な共有結合に基づくことが明らかとなった。内包したbenzoxaborole系モデル薬物は、pHによりその放出量を制御することが可能であった。このpH応答性は、肺炎患部における低pHを想定している(in preparation)。また微生物への抗菌性を向上させる為に、カチオン性高分子を導入し、フィルム化およびナノ粒子化することにも成功した。抗菌性は、高分子の構造により影響を受けることが明らかとなり、グラム陽性および陰性菌、真菌に対し効果を発揮した。また薬剤耐性菌のひとつであるメチシリン耐性黄色ブドウ球菌に対しても抗菌性を示すことが明らかとなった(Polymers, 10, 947, 2018; Polymer in press)。以上の結果より、本研究の目的である肺炎の原因微生物の増殖を抑制する為の新規な高分子ナノ材料の開発に成功した。現在,我が国の肺炎による死者数は12万人を超え,死因の第3位となっている(人口動態統計,厚生労働省).原因微生物としては,細菌,真菌,ウイルスなどが挙げられる.近年,ホウ素を含有した5員環の化合物であるベンゾオキサボロール誘導体に様々な抗菌性があるとして注目されている.本年度は,ベンゾオキサボロール(benzoxaborole)基を含有するモノマーおよびポリマーを合成することに成功した.モノマーに関して,汎用性を高める為,(メタ)アクリレート型として設計した.ポリマーはリビングラジカル重合法を用いて重合し,エチレングリコール系のモノマーと共重合することが可能であった.ゲル化を起こさせる為,合成したベンゾキサボロール基含有ポリマーと,ヒドロキシル基を含有する市販のポリビニルアルコールを混合したところゲル化には高濃度やアルカリ性など条件が必要であることが明らかとなった.そこで,より温和な環境でゲル化を起こさせる為,ジオール基を有するモノマーを合成した.モノマーは精製不要な完全水系にて調製することに成功した.合成したジオール基を有するポリマーは,ポリビニルアルコールと比較してベンゾオキサボロールとpH7.4の条件にて強く相互作用を示すことが示唆された.これらの結果についてまとめた論文を執筆中である.さらに,ベンゾオキサボロール基含有ポリマーとジオール基を有するポリマーを混合することでバルクゲルおよびフィルムを成形することにも成功した.本手法は既存のヒドロキシル基含有ポリマーに簡便に機能性を付与できることが見出され,現在別のプロジェクトとして共同研究が進行中である.初年度の目標であった,ベンゾオキサボロール基を含有するモノマーおよびポリマーの合成に成功したため.またベンゾオキサボロール基含有ポリマーと強い相互作用を示すジオール基を含有するポリマーを合成することにも成功している.これら2種のポリマーは,混合することでベンゾオキサボロール-ジオールの相互作用に起因したゲル化を起こした.ドラッグデリバリーシステム(DDS)への応用を指向する為,現在バルクスケールからナノスケールまでのサイズ制御を進めている.近年ホウ素を含有した5員環の低分子化合物であるbenzoxaborole誘導体に、抗炎症性を含め様々な薬効があるとして注目されている。平成29年度は、基盤技術となるナノ粒子の調製方法について、簡便かつ迅速にナノ粒子をデザインおよび調製することが可能なナノ粒子調製キットの開発に成功した[Polymer Chemistry, 8, 7311-7315 (2017)]。キットから用途に適した高分子を選択し水へ溶解、37°Cにて15分程度保温することでナノ粒子が調製される。この手法は、本申請の目的であるbenzoxaborole誘導体専用の高分子ナノ粒子の調製にそのまま適用することができる。また平成28年度に開発した、benzoxaborole基と結合可能なジオール基を有するポリマーを用い、ナノゲルを調製することに成功した。このナノゲルは、benzoxaborole誘導体を内包することができ、その放出量をpHにより制御可能であった。一方、コントロールである2-Hydroxyethyl methacrylateを用いたゲルではbenzoxaborole誘導体の内包量が低く、またpHによる選択的な薬物放出は観測されなかった。これらの結果から、開発したジオール基を含有するナノゲルはbenzoxaborole誘導体専用のキャリアとしての応用が期待される。しかしながら、現在までのところジオール基含有ナノゲルへのbenzoxaborole誘導体の内包量は数%であり改良が必要である。具体的にはナノゲルの構造および組成を制御することで内包量の増加を行う。本年度の目標であった、benzoxaborole誘導体を内包可能なナノゲルの開発に成功している為。ナノゲルの大きさが数百nmであることを走査型電子顕微鏡にて観察している。

内包したbenzoxaborole誘導体(薬物)は、酸性にて放出量が増加することが明らかとなった。これは、benzoxaborole誘導体とナノゲル内のジオールとの共有結合が切断される為と考えられる。この低pHは炎症部位での薬物放出を想定している。さらに、次年度に必要な微生物の実験環境設定およびプロトコルの作成にも成功している。近年ホウ素を含有した5員環の低分子化合物であるbenzoxaborole誘導体に、抗炎症性を含め様々な薬効があるとして注目されている。しかしながら、薬物であるbenzoxaborole誘導体をいかにして目的部位に送達させるかといった報告は皆無であった。申請者は、ドラッグデリバリーシステムに基づいたbenzoxaborole誘導体専用の高分子ナノ粒子の開発を目指す(平成28年度平成30年度)。最終年度である平成30年度は、benzoxaborole誘導体を内包可能な高分子ゲルおよびナノ粒子を調製および物理化学的な特性や抗菌性について評価した。ゲルやナノ粒子の相互作用は、ジオール基を有するポリマーとbenzoxaborole基の可逆的な共有結合に基づくことが明らかとなった。内包したbenzoxaborole系モデル薬物は、pHによりその放出量を制御することが可能であった。このpH応答性は、肺炎患部における低pHを想定している(in preparation)。また微生物への抗菌性を向上させる為に、カチオン性高分子を導入し、フィルム化およびナノ粒子化することにも成功した。抗菌性は、高分子の構造により影響を受けることが明らかとなり、グラム陽性および陰性菌、真菌に対し効果を発揮した。また薬剤耐性菌のひとつであるメチシリン耐性黄色ブドウ球菌に対しても抗菌性を示すことが明らかとなった(Polymers, 10, 947, 2018; Polymer in press)。以上の結果より、本研究の目的である肺炎の原因微生物の増殖を抑制する為の新規な高分子ナノ材料の開発に成功した。DDSへの応用に向け,合成した新規高分子によるナノスケールの粒子調製を行う.自己集合体,ゲル,ハイパーブランチなど種々のナノ粒子を調製し,薬物であるベンゾオキサボロール誘導体の内包および放出挙動について検討する.合成した高分子キャリアが,ベンゾオキサボロール誘導体の構造によらず高い内包率を有することを証明できれば,インパクトの高い研究として報告することができる.平成30年度は、本申請の最終年度である。これまでに開発した高分子ナノ粒子(ナノゲル)が内包するbenzoxaborole誘導体の含有量の制御および選択性を明らかにする。
神経再生を制御するコンドロイチン硫酸の糖鎖構造と作用分子機構

コンドロイチン硫酸(CS)は、神経細胞の接着や突起伸展を制御している細胞外糖鎖分子である。本研究では、神経細胞の接着や形態を変化させるCS糖鎖構造と、その作用分子機構について検討した。その結果、CS-E構造を多く含有する糖鎖(CS-E含有糖鎖)が、培養神経細胞の形態を著しく変化させることを見出した。さらに、CS-E含有糖鎖による形態変化は、VEGF受容体を介したeNOSとRaf-1/Rbシグナルの活性化により引き起こされることが示唆された。本研究は、神経損傷に伴い発現が誘導されるコンドロイチン硫酸(CS)糖鎖の構造と、その構造を有するCSの神経再生制御機構を明らかにすることを目的としている。CSは、神経細胞の発達と再生を制御する細胞外マトリックス糖鎖分子である。しかし、CSの分子構造は巨大で不均一なため、神経組織からの精製が困難で発達や再生過程で作用する活性糖鎖構造と分子メカニズムはほとんど解明されてはいない。神経幹細胞を損傷部位に移植した場合、移植細胞の分化や生着は、損傷部位に発現するCS糖鎖構造に左右される。胎生14日のマウス終脳から調整した培養神経幹細胞の培養液にCS-E構造を多く含む糖鎖(CS-E含有糖鎖)を添加すると、接着性変化を伴う細胞形態が誘導される。この変化は、CS-AからCS-D含有糖鎖の培養液添加では観察されない。また、CS-E含有糖鎖をコンドロイチン分解酵素で処理しても、この変化は起こらない。さらに、CS-E含有糖鎖による細胞形態の変化は、C-Raf阻害剤により抑制される。以上の結果は、培養神経幹細胞の接着性・形態変化は、CSの硫酸化パターンと糖鎖長により制御されており、C-Raf活性化に付随して誘導されると考えられる。この変化を誘導する活性糖鎖構造とC-Rafを介した分子メカニズムは、現在検討中である。本研究は、神経損傷に伴い発現が誘導されるコンドロイチン硫酸(CS)糖鎖の構造と、その構造を有するCSの神経再生制御機構を明らかにすることを目的として行った。CSは、硫酸化パターンの異なる5種類の基本二糖類(CS-AからCS-E)が様々な組み合わせで重合した直鎖状硫酸化ムコ多糖である。神経の損傷部位では、損傷後の出血や炎症のような刺激によりCSを豊富に含む癩痕組織が形成される。損傷を受けた神経の再生は、瘢痕組織により阻害される。マウス脳での瘢痕形成は損傷3日後くらいから始まり、14日後にはほぼ完了することが報告されている。その分子構造は巨大で不均一なため、神経組織からの精製が困難で神経再生過程で作用する活性糖鎖構造と分子メカニズムはほとんど解明されてはいない。胎生14日のマウス皮質初代培養細胞の培養液にCS-E構造を多く含む糖鎖(CS-E含有糖鎖)を添加すると、細胞の接着性が変化し細胞凝集塊が形成された。この変化は、CS-AからCS-D含有糖鎖の培養液添加では観察されなかった。CS-E含有糖鎖による細胞形態の変化は、C-Raf阻害剤あるいは網膜芽細胞腫タンパク質(Rb)とC-Rafの結合を阻害するRRD251を予め培養液に添加しておくことにより抑制された。一方、C-Rafの下流として一般的に任地されているMEKの阻害剤(UO126)の添加では抑制させなかった。以上より、CS-E構造は、C-Raf/Rbシグナルを介して神経細胞の接着や再生を制御していることが示唆された。
普遍主義と多元主義の相互検討―ショーペンハウアーとニーチェを中心に

本研究は、理論哲学・実践哲学・美学の各領域における普遍主義と多元主義とを相互に検討することを目的とした。手引きとしたのは、多元主義的なニーチェ哲学と普遍主義的なショーペンハウアー哲学である。研究成果は以下の3点である。1.理論哲学では、現実世界の実際の安定性を理解するうえでは普遍主義を完全に捨てるのは困難であることが確認された。2.実践哲学では、共同性をどのように評価・理解するかで普遍主義と多元主義が分かれるが、その際、個体性の位置づけが最大の焦点となることが明らかとなった。3.美学では、現実に万人共通の美的享受はあり得ないので、普遍性があり得るのは可能性としてだけであることが確認された。2013年8月3日5日に青森中央学院大学にて、第二回研究会を開催。個人発表3本、ワークショップ、テクスト講読2本を行った。個人発表は、竹内綱史「宗教問題における普遍主義と多元主義」、上野山晃弘「ショーペンハウアー倫理学と自然哲学」、伊藤貴雄「ショーペンハウアーのコスモポリタニズム」の三本であった。竹内発表は、多宗教の共生という課題に関して、多元主義と普遍主義の利点と問題点を検討した。上野山発表は、大震災をめぐる自然悪と道徳悪の問題に関し、ショーペンハウアー倫理学の意義を論じた。伊藤発表はヘーゲル的なナショナリズムとショーペンハウアー的なコスモポリタニズムの比較を通じて、普遍主義の重要性を論じた。ワークショップでは、齋藤智志・岡村俊史の両氏からの提題をもとに、普遍主義と多元主義について議論した。「懐疑主義・相対主義・多元主義」と題された齋藤提題は、ディルタイの解釈学をどう理解するかというテーマのもと、多元主義の危うさが論じられた。岡村提題は、「価値の「転換」とパースペクティヴィズム」と題して、「すべての価値の価値転換」と呼ばれる後期ニーチェの企図を、どのような戦略として考えるべきかが検討された。テクスト講読は、ニーチェとショーペンハウアーの原典をそれぞれ丹念に読む作業を皆で行った。まず、ニーチェに関しては、後期の著作『善悪の彼岸』序文を昨年に引き続き扱った。当該テクストは、ニーチェの認識論および存在論の基礎にあるパースペクティヴィズムを考える上での最重要テクストであり、ニーチェの多元主義が普遍主義とどう関係するのか、相対主義に陥ってはいないのか等についての議論が深められた。ショーペンハウアーに関しては、主著『意志と表象としての世界』第65節前半の、善悪の基準に関する箇所を扱った。普遍主義的と考えられているショーペンハウアー倫理学にある多元主義的な要素が議論となった。2012年8月26日28日に諏訪東京理科大学にて、第一回研究会を開催。個人発表3本、研究構想発表8本、テクスト講読を行った。個人発表は、竹内綱史「普遍主義と多元主義、あるいは、ショーペンハウアーとニーチェ」、五郎丸仁美「ニーチェ哲学における多元主義と美学的思考」、本郷朝香「ニーチェの歴史的人間観」の三本であった。竹内発表は、本研究の基調発表として論点整理(理論哲学・実践哲学・美学の三部門それぞれにおける普遍主義と多元主義)を行った後、ニーチェ晩年の方法論(系譜学)が多元主義に基づいた戦略的普遍主義をとっていることについて論じた(その成果は論文「ニヒリズムと系譜学」として公になった(業績表参照))。五郎丸発表はニーチェの多元主義が美学的思考に基づいていることを近代美学の流れをふまえながら詳細に論じた。本郷発表はライプニッツとニーチェの比較から、神の不在によるラディカルな多元化が歴史性を構成するというニーチェ哲学の基本構造を論じた。上野山晃弘・伊藤貴雄・高橋陽一郎・齋藤智志・岡村俊史・関塚正嗣・鈴木克成・山本恵子の8氏による研究構想発表は、本共同研究で各人がどのような研究を進めて行くかについての構想を発表し、今後の研究について意見交換を行った。普遍主義と多元主義について、ショーペンハウアーとニーチェについて、認識論・芸術論・道徳論・宗教論など様々な側面からの論点が浮かび上がり、多くの議論が交わされた。その一部はすでに論文等に発表されている(業績表参照)。テクスト講読は、後期ニーチェの著作『善悪の彼岸』序文の原典を丹念に読む作業を皆で行った。当該テクストは、ニーチェの認識論および存在論の基礎にあるパースペクティヴィズムを考える上での最重要テクストであり、

ニーチェの多元主義が普遍主義とどう関係するのか、相対主義に陥ってはいないのか等についての議論が深められた。第3回研究会を2014年8月24日から26日に日本大学文理学部にて開催した。高辻知義氏による講演会、美学に関するワークショップ、5本の個人発表を行った。高辻知義氏の講演は、「ショーペンハウアー・ワーグナー・ニーチェ」と題され、三者の関係についての議論がなされた。ワークショップでは、高橋陽一郎「意志と造形藝術ーショーペンハウアーからカンディンスキーへ」と山本恵子「ニーチェにおける音楽・建築・言語」という提題があった。個人発表は以下の5本であった。岡村俊史「価値の転換とパースペクティヴの多元性ーニーチェにおける批判の構造」、齋藤智志「普遍性と多元性の出会う場所ーショーペンハウアーにおける全体表象とプラトン的イデー」、鈴木克成「構成主義的歴史記述の問題と可能性ーニーチェの歴史記述の立場から」、関塚正嗣「趣味(判断)と行為」、竹内綱史「『悲劇の誕生』におけるWahnについて」。第4回研究会2015年2月28日から3月2日に龍谷大学深草キャンパスで開催した。各部門の総括ワークショップ、鎌田康男氏、須藤訓任氏の講演会、および、総括シンポジウムを行った。各部門の総括ワークショップでは、三年間の研究成果のまとめと今後の課題が検討された。講演は、鎌田康男「超越論哲学の継承者としてのショーペンハウアー」と須藤訓任「ニーチェの遠近法主義:いま一つの可能性」であった。総括シンポジウムは、「ショーペンハウアーとニーチェ、あるいは、普遍主義と多元主義」と題され、各部門責任者による以下の提題が行われ、三年間の研究成果について、広く議論がなされた。齋藤智志「認識における普遍性と多元性ー理性・歴史・パースペクティヴィズム」、竹内綱史「実践哲学における普遍主義と多元主義ーアイデンティティ・共同体・国家」、関塚正嗣「美学における普遍主義と多元主義ーイデア・意志・趣味」。宗教哲学本研究グループは当初の研究計画どおり三部門に分けられている。第一部門は理論哲学、第二部門は実践哲学、第三部門は美学である。三年間の研究期間で、一年目は第一部門、二年目は第二部門、三年目は第三部門を主に扱う予定となっている。今年度は二年目だったわけだが、第二回研究会での個人発表は、竹内発表・上野山発表・伊藤発表のいずれも主に第二部門にかかわる発表であった。ワークショップは多元主義の危うさが主な論点となったが、いかなる形で多元主義的な主張を展開するかについての戦略も議論となった。テクスト講読においてはニーチェのパースペクティヴィズムの中心テクストと、ショーペンハウアー倫理学の核心部分を読んだ。そのテクストの解釈で多くの議論が交わされ、ニーチェ研究者・ショーペンハウアー研究者の間ですら解釈が割れる結果となった。研究会の場では結論を出すまで議論を尽くすことができなかったが、本研究を進めて行く上での各人の立ち位置を批判・反省する良い機会となった。研究会で様々に重ねられた議論は、各人の研究に組み込まれ、次々と論文等になりつつある(業績表参照)。こうした今年度の活動実績は、ほぼ研究計画どおりに進んでおり、次年度以降の研究にも期待が持てる内容であった。本研究グループは当初の研究計画どおり三部門に分けられている。
レトロウイルス以外のRNAウイルスもヒト細胞内で逆転写される

今年度の目標は平成18年度の課題が残る場合はそれを継続し、終了次第VSV DNAのウイルス学的病理学的意義の解明に取り組む予定であった。今年度はこれまでの実験結果の検証をし、逆転写酵素阻害剤の効果について検討した。内容は以下の通りである。ヒトレトロトランスポゾンであるLINE-1をVSV DNAが検出されない細胞(ヒトグリオーマ由来NP-2細胞)に導入したNP-2/LINE-1細胞、マウスレトロウイルスを導入したNP-2/MuLV細胞、VSV DNAが検出されるヒト細胞株293T細胞、同じくVSV DNAが293T細胞の約100倍多く検出さるネコ腎線維芽細胞由来8C細胞を用いて検討した。これらの細胞に種々の逆転写酵素阻害剤(AZT,3TC,ddT,ddI)をそれぞれ0.1μg/mlから10μg/mlまで処理し、VSVを感染させVSV DNAの合成量を比較検討した。なお逆転写酵素阻害剤の効果はMuLV,HIVに処理し予め確認してある。NP-2/LINE-1細胞では(ddI>3TC>ddT>AZT),NP-2/MuLV細胞では(AZT>ddI>ddT>3TC)、293T細胞では(ddI>3TC=ddT=AZT)、8C細胞では(ddI>3TC>ddT=AZT)であった。LINE-1を導入した細胞とマウスレトロウイルスを導入した細胞では逆転写酵素阻害剤に対する効果のパターンが異なっていた。293T細胞、8C細胞の逆転写酵素阻害剤の感受性パターンはLINE-1を導入した細胞に類似していた。これらはVSV DNA合成には主にLINE-1が関与するという本研究の結果を支持するものであった。興味深いことにVSV DNA合成にはddIが効果的であることが分かった。VSV DNA合成に病原性(自己免疫疾患など)があるならば、治療薬の候補となるであろう。本年は最終年度であり第11回日本神経ウイルス研究会(草津)と第55回日本ウイルス学会学術集会(札幌)で発表し、多くの有益な意見を得た。また、英国ユニバーシティカレッジロンドンのレトロウイルス研究者と今後の課題、発展性についての打ち合わせも行い貴重なアドバイスを得た。現在は論文投稿準備中である。VSV DNAのウイルス学的、病理学的意義については依然未解明であるが、本研究ではVSV DNAの構造の解析までとし、意義については次回の課題としたい。今年度の目標は1.検出されたウイルスDNA末端配列の検討、2.逆転写酵素の同定であった。以下にこれまでの実績を記す。1.検出されたウイルスDNA末端配列の検討:現在RACE法と細胞内にVSVの配列を導入することにより末端配列を検討している。RACE法は市販のキットを用いてVSV感染細胞からDNAを精製し、プロトコールに従い実験を行っている。現在は末端の処理(RNaseなど)にっき検討している。細胞内にVSVの配列を導入する方法は、VSV配列を組み込んだレトロウイルスベクターの作製、細胞への導入まで済んでいる。2.逆転写酵素の同定:ヒトレトロトランスポゾンであるLINE-1を、VSV DNAが検出されない細胞株に導入しVSVを感染させたところ、VSV DNAが検出される。また、LINE-1の逆転写酵素活性を欠失させたmutantではVSV DNA合成が検出されない。LINE-1がVSV DNA合成に関与している可能性が高くsiRNAを導入しVSV DNA合成量が減少するか確認した。LINE-1を導入した細胞株にLINE-1特異的なsiRNAを作用させVSVを感染させたところ、コントロールsiRNAに比べ明らかにVSV DNA合成量の低下が見られた。現在はLINE-1を導入した細胞株とマウスレトロウイルスを導入した細胞株、何も導入しなくてもVSV DNA合成が認められる細胞株の3種類を用いて様々な逆転写酵素阻害剤の効果を確認している。この結果により実際のVSV DNA合成が細胞内のどの逆転写酵素を用いるのかを予想出来る。また`レトロウイルス以外のRNAウイルスもヒト細胞内で逆転写されるという本課題の阻害剤が見つかれば、本現象により引き起こされる可能性がある全身エリテマトーデスなどの治療薬となりうる。NP-2/LINE-

1細胞では(ddI>3TC>ddT>AZT),NP-2/MuLV細胞では(AZT>ddI>ddT>3TC)、293T細胞では(ddI>3TC=ddT=AZT)、8C細胞では(ddI>3TC>ddT=AZT)であった。LINE-1を導入した細胞とマウスレトロウイルスを導入した細胞では逆転写酵素阻害剤に対する効果のパターンが異なっていた。293T細胞、8C細胞の逆転写酵素阻害剤の感受性パターンはLINE-1を導入した細胞に類似していた。これらはVSV DNA合成には主にLINE-1が関与するという本研究の結果を支持するものであった。興味深いことにVSV DNA合成にはddIが効果的であることが分かった。VSV DNA合成に病原性(自己免疫疾患など)があるならば、治療薬の候補となるであろう。本年は最終年度であり第11回日本神経ウイルス研究会(草津)と第55回日本ウイルス学会学術集会(札幌)で発表し、多くの有益な意見を得た。また、英国ユニバーシティカレッジロンドンのレトロウイルス研究者と今後の課題、発展性についての打ち合わせも行い貴重なアドバイスを得た。現在は論文投稿準備中である。VSV DNAのウイルス学的、病理学的意義については依然未解明であるが、本研究ではVSV DNAの構造の解析までとし、意義については次回の課題としたい。
部分重水素化で導入した乱れの秩序化過程をプローブとする単分子膜の構造熱科学

メタンおよび6種のメチル基を有する化合物,ヨウ化メチル,メタノール,トルエン,4-メチルピリジン,2,6-ジクロロトルエン,2,6-ジブロモトルエンについて,一連の重水素置換化合物(部分重水素化物を含む)がグラファイト表面に吸着した単分子膜を対象として,0.720 Kの極低温域で高精度熱容量測定を行った.当初予定していた物質それぞれについて,4種の同位置換体(メタンについては5種)すべての単分子膜について0.720 Kの温度域で高精度熱容量測定を行うことに成功し,部分重水素化物について過剰熱容量(エントロピー)が得られた.これらの結果は,構造解析や分光法では得られない構造情報を与えた.本研究では,通常の構造解析や分光法で得られない構造情報,とりわけ分子間相互作用に関する知見を高精度熱測定により実験的に得ることを目的としている.そのために重水素化試料を用い,それをプローブとする.部分重水素化により対称性が低下したメタンやメチル基は一般に,凝縮相では回転的振動の基底状態を複数もつことになり,その乱れ(余分のエントロピー)は極低温で秩序化することが我々の研究によって明らかになってきた.その基底状態の分裂様式は,分子間ポテンシャルの対称性や強さに関する豊富な情報を含んでいる.バルク固体でほぼ確立できた以上の方法論を単分子吸着膜に展開することにより,精密熱測定が構造研究に大きく貢献できる局面を切り拓くのが本研究の具体的な目標である.平成24年度は,これまでバルク固体について熱測定を済ませているメタンおよび6種のメチル基を有する化合物[ヨウ化メチル,メタノール,トルエン,4-メチルピリジン,2,6-ジクロロトルエン,2,6-ジブロモトルエン]について,一連の重水素置換化合物がグラファイト表面に吸着した単分子膜を対象として,その極低温熱容量の精密測定を完成させることであった.結果として,当初予定した物質それぞれについて,4種の同位体置換体(メタンについては5種)すべての単分子膜について0.620 Kの温度域で高精度熱容量測定を行うことに成功した.以上の実験を可能にしたのは,測定系の改善,とりわけ温度測定にかかるノイズの低減と試料の吸着法の改善であった.後者については,蒸気からの吸着と液体からの吸着を試みたことによるものである.本研究では,通常の構造解析や分光法で得られない構造情報,とりわけ分子間相互作用に関する知見を高精度熱測定により得ることを目的とした.そのために重水素化試料を用い,それを“プローブ"とした.部分重水素化により対称性が低下したメタンやメチル基は一般に,凝縮相では回転的振動の基底状態を複数もつことになり,その乱れ(余分のエントロピー)は極低温で秩序化することが我々の研究で明らかになっていた.その基底状態の分裂様式は,分子間ポテンシャルの対称性と強さに関する豊富な情報を含んでいる.バルク固体について我々が確立した以上の方法論を単分子吸着膜に展開することにより,精密熱測定が構造研究に大きく貢献できる局面を切り拓くのが本研究の最終目標であった.平成23年度と24年度では,それまでバルク固体について熱測定を済ませていたメタンおよび6種のメチル基を有する化合物[ヨウ化メチル,メタノール,トルエン,4-メチルピリジン,2,6-ジクロロトルエン,2,6-ジブロモトルエン]について,一連の重水素置換化合物がグラファイト表面に吸着した単分子膜を対象として,その極低温熱容量の熱測定を完成させた.こうして,当初予定した物質それぞれについて,4種の同位体置換体(メタンについては5種)すべての単分子膜について0.620 Kの温度域で高精度熱容量測定を行うことに成功し,過剰熱容量(エントロピー)が得られた.最終年度であった平成25年度は,実験結果の解析に時間を費やした.その成果の一部をつぎの学会にて口頭発表(2件)を行った.1)「グラファイト表面に吸着した一連のメタン単分子膜の熱容量」第49回熱測定討論会(2013年11月2日),2)「グラファイト表面に吸着した部分重水素化分子からなる単分子膜の極低温熱容量」日本化学会第94春季年会(2014年3月28日).メタンおよび6種のメチル基を有する化合物,ヨウ化メチル,メタノール,トルエン,4-メチルピリジン,2,6-ジクロロトルエン,2,6-ジブロモトルエンについて,一連の重水素置換化合物(部分重水素化物を含む)がグラファイト表面に吸着した単分子膜を対象として,0.720 Kの極低温域で高精度熱容量測定を行った.当初予定していた物質それぞれについて,4種の同位置換体(メタンについては5種)すべての単分子膜について0.720 Kの温度域で高精度熱容量測定を行うことに成功し,部分重水素化物について過剰熱容量(エントロピー)が得られた.これらの結果は,構造解析や分光法では得られない構造情報を与えた.本研究では,通常の構造解析や分光法で得られない構造情報,とりわけ分子間相互作用に関する知見を高精度熱測定により実験的に得ることを主な目的としている.そのために重水素化試料を用い,それをプローブとする.部分重水素化により対称性が低下したメタンやメチル基は一般に,凝縮相では回転的振動の基底状態を複数もつことになり,その乱れ(余分のエントロピー)は極低温で秩序化することが我々の研究によって明らかになってきた.その基底状態の分裂様式は,分子間ポテンシャルの対称性や強さに関する豊富な情報を含んでいる.

バルク固体でほぼ確立できた以上の方法論を単分子吸着膜に展開することにより,精密熱測定が構造研究に大きく貢献できる局面を切り拓くのが具体的な目標である.平成23年度は,バルク固体について前年度までに熱測定を済ませていたメチル基を有する化合物〔2,6-ジクロロトルエン,2,6-ジブロモトルエン,トルエン,メタノール,4-メチルピリジン,ヨウ化メチル〕のうち半数程度の化合物について,一連の重水素置換化合物がグラファイト表面に吸着した単分子膜を対象として,その極低温熱容量の精密測定を試みることが目標であった.そこでまず,メタノール単分子膜について0.3 K20 Kの温度域で熱容量測定を行った.しかしながら,熱量計の断熱性が期待したほど良好でなく,高精度の熱容量測定というには不十分な結果しか得られなかった.そこで,装置の測定精度を向上させるべく,幾つかの改善を行うことに時間を費やすこととなった.現時点では,問題点について解決の見通しが付いたので,次年度には当初目標とした一連の化合物に関するデータが得られるものと期待している.平成23年度の報告書では達成度を「やや遅れている」とした.しかし,今年度は実験手法について種々の改善を行うことができ,これで当初の目標が達成できる見通しが立った.全体として,研究計画は順調に推移している.研究実績の概要でも述べたが,測定装置のパフォーマンスが期待したほど良好でなく,単分子膜の高精度熱容量測定として満足な結果が得られなかった.そこで平成23年度は,装置の測定精度向上を目指して幾つかの改善を行うなどに大幅な時間を費やすこととなった.しかし,現時点ではほぼ解決の見通しが付いたので,次年度には当初の目標が達成されるものと考えている.今後は,得られた実験結果を詳細に解析する.一連の物質について研究を行ったので,系統的な法則が見いだせることを期待している.それらの結果は,国際会議をはじめとする各種研究発表,論文執筆などを通して公表する予定である.上述したように,最近になって装置のパフォーマンスが向上し,問題が解決したので,今後は当初目的とした系について着実に測定を行う.これによって,当初の研究計画が遂行できる見込みである.次年度は,研究発表にかかる費用,とりわけ国際会議への出席にかかる費用として研究費を使用する予定である.多少遅れ気味であった研究計画を推進する.当初の研究計画を変更する予定は特になく,予定していた実験研究をすべて終了させるために研究費を使用する.これにより,最終年度(平成25年度)は研究の取りまとめに専念する予定である.
希土類イオンと核酸の錯体形成メカニズムの解明

いろいろな機能をあわせもつ機能性核酸分子として最も有望なのが、リボザイム(ribozyme)である。リボザイムは、エイズや癌などの遺伝子を切断したり、遺伝子の発現を制御する新しいタイプの“核酸薬剤"として注目されている。しかしながら、このような機能性核酸分子の開発にあたっては、解決しなければならない問題も少なくない。その主な問題点は、1)リボザイムがヌクレアーゼなどに対して非常に不安定であること、2)リボザイムのダウンサイジング、3)リボザイムの反応効率がよくない(反応速度が遅い)ことの三点にあると考えられる。特に、2)、3)のリボザイムのダウンサイジングと反応効率の改善に関しては、リボザイムと金属イオンの関係が大切である。そこで、本研究では、2)、3)の問題の改善のために、Pb^<2+>イオンによってRNAの非塩基対部位を特異的に切断する小型リボザイムであるレッドザイム(鉛リボザイム)を対象として、RNA分子の配列特異的な切断反応と金属イオンとの関係を検討した。その結果、25μMPb^<2+>と同濃度の金属イオンを添加しても、切断部位は一箇所に保持されることが示された。また、希土類イオンのNd^<3+>を添加した場合、切断活性は39.8%と著しく増大した。しかも、切断箇所は一箇所のみであり、位置特異的な切断が保持されていた。Nd^<3+>単独では切断活性は認められなかったことから、この切断効率の増大は、Nd^<3+>とPb^<2+>イオンの協同的触媒作用によるものと考察できる。他の希土類イオンでも、Nd^<3+>と同様に50μMPb^<2+>条件下よりも、リボザイムの切断活性が24倍向上する効果が認めら、反応効率は著しく改善された。本研究で開発した新型リボザイム系は、低濃度の金属イオンで活性を示し、高濃度の金属イオンを必要とする他のリボザイムよりも、生体系における応用範囲が広く、さらに高性能化できる可能性を秘めている。
分子シャペロンHsp47のアディポネクチン合成への役割の解明とその機能制御

分子シャペロンHsp47はコラーゲンの生合成に必要不可欠な働きをするタンパク質である。Hsp47が無いとコラーゲンは正常な3重らせん構造を形成する事ができず,Hsp47ノックアウトマウスは胎生致死になる。線維化疾患はコラーゲンの異常蓄積を特徴とするが、その際、Hsp47の発現も亢進しており,Hsp47の機能制御とコラーゲンの産出制御は密接に結びついている。現在,生体内にはコラーゲン様配列を持っているアディポネクチンや補体Clqなどのタンパク質が多数存在する事が分かっているが,コラーゲン以外の蛋白質へのHsp47の寄与については依然として不明である。申請者は,コラーゲン,及びコラーゲンドメインを持つタンパク質の産出制御と疾患への関与ということをテーマに,分子シャペロンHsp47に関するテーマを遂行し,以下の成果を得た。(1)免疫染色及び免疫沈降法により,脂肪細胞においてアディポネクチンとHsp47が小胞体で共局在し,また結合している事が分かった。(2)Hsp47とコラーゲンの相互作用を阻害する化合物を発見した。(3)発見した化合物はマウス胎児線維芽細胞においてコラーゲンの分泌を抑制し,細胞外コラーゲンマトリックスの形成は著しく阻害された。発見した化合物に関して,作用機序の解明および誘導体展開を行う事で,肝硬変を代表とする線維化疾患治療への応用が期待できる。また,アディポネクチンがHsp47の新規基質である可能性が示唆された。アディポネクチンがメタボリックシンドロームのキータンパク質である事を考慮すると,今後,より詳細な解析により,アディポネクチン分泌へのHsp47の役割を明らかにしていく事が重要であると考える。分子シャペロンHsp47はコラーゲンの生合成に必須な働きをするタンパク質である。アディポネクチンがメタボリックシンドロームのキータンパク質である事を考慮すると,今後,より詳細な解析により,アディポネクチン分泌へのHsp47の役割を明らかにしていく事が重要であると考える分子シャペロンHsp47はコラーゲンの生合成に必要不可欠な働きをするタンパク質である。コラーゲン分泌阻害剤のスクリーニングを行い,コラーゲンとHsp47の相互作用を阻害する化合物の同定に成功した。

また,Hso47の新規基質としてアディポネクチンを考え,実際に脂肪細胞内での相互作用を確認する事ができた。同定した化合物をもとに結合部位を決定する事により,特異性の高い化合物をin silicoにより探し出す。また,アディポネクチン分泌へのHsp47の関与を確かなものにするために,ノックダウン実験を行い,変化を詳細に解析する。
生体組織を模擬した多孔質内の流動と伝熱

生体組織内での熱および物質移動現象には工学的に未解明の問題が数多く残されている。例えば、血流がある場合の生体組織の見掛けの熱伝導率、熱拡散率および物質拡散係数の適切な評価方法を確立することも重要な課題の一つである。15EA02:本研究では、このような生体組織の見掛けの熱伝導率と熱拡散率を同時にかつ非侵襲的に評価するための第一段階として、多孔質層によるモデル実験とそれに対応する三次元の非定常数値解析に基づく見掛けの熱物性値の非接触測定を試みた。すなわち、生体組織の物理モデルとして、上面が厚さ55μmのステンレス薄板、底面と側面が厚さ3mmの透明アクリル板で構成される高さ30mm、幅60mm、長さ200mmの流路内に平均直径1mmあるいは2mmのガラスビーズを充填した多孔質層を作製した。また、組織内での血流を模擬するために、この多孔質層内に平均速度2,5あるいは10m/sで水を流した。流動を伴う多孔質層の見掛けの熱伝導率と熱拡散率の測定には、藤井らによって提案されたレーザ光加熱と赤外線温度計による加熱表面温度の経時変化の測定を組み合わせた非接触測定法を応用した。その結果、見掛けの熱伝導率と熱拡散率は流速の増加とともに増大すること、また加熱部上流側と下流側では、低温流体が流入する上流側の方がこれらの値が大きくなること、さらにビーズ径すなわち多孔質層の空隙率による差異は本実験範囲では見られないことなどが明らかになった。現在、これらの測定結果と従来の生体内熱移動方程式に基づく解析結果との比較を準備中であり、今後、さらに広範囲なパラメータでの実験も計画している。
器官培養ならびに脾臓内移植実験による歯胚と軟骨の石灰化に関する研究

(1)ラット臼歯歯胚のenamel-free areaの研究:齧歯類臼歯咬頭頂に出現するエナメル質の欠如するenamel-free areaを電子顕微鏡で観察した結果、基底膜直下に出現するコラーゲン細線維の配列に相違が見られた。この相違は、内エナメル上皮の機能状態を反映するものであることが判明した。このような内エナメル上皮の機能状態の変化によってenamel-free areaが形成されると考えられる。(2)メッケル軟骨の形質転換に関する研究:メッケル軟骨は消失する運命にあると考えられてきたが、メッケル軟骨を脾臓内に移植すると長期間生存し、石灰化を誘導することが判明した。さらに、皮下組織、腎被膜、肝臓、筋肉、nucleopore-filter包埋脾臓移植、前眼房、腹腔内などのさまざまの部位に移植をこころみた。その結果、後者3例ではいずれも移植軟骨には石灰化が認められなかった。これらの実験から、本来消失すべき運命にあるメッケル軟骨細胞は豊富な血液環境下では、長期間の生存が可能であり、その結果消失することなく石灰化を生じる可能性が示唆された。これらの実験系では、宿主細胞ないしは移植材料からのosteogenic cellの混入の可能性が考えられることから、さらにメッケル軟骨単離細胞の培養を試みた。単離メッケル軟骨細胞の分化にはある程度の細胞密度が必要であった。その結果、培養細胞集団には、アルカリホスファターゼ、von kussa反応が強陽性となり、type IIコラーゲンからLype Iコラーゲンへの転換、osteocalcineの発現などがみられ、軟骨細胞から骨細胞への形質転換が確認された。これらの結果から、単離、メッケル軟骨細胞にも骨細胞への形質転換能が存在し、その形質発現には三次元的な基質環境が効果的に作用することが判明した。(3)セメント質形成に関する研究:歯根セメント質形成をin vitroで観察する三次元的培養法を確立し、有細胞セメント質形成を観察することが可能となった。(1)歯胚ならびに顎骨形成に関する研究:マウス下顎骨における骨と歯胚の形成は、胎生10日の下顎骨を無血清培地で培養することによりある程度培養下で再現が可能であった。しかしながら、これには幾つかの限界が認められた。その一つは培養14日で歯胚が消失すること、第二は下顎骨の石灰化が認められず、類骨のままで存在することである。第一の問題は、レチノイン酸添加により、歯胚の形態形成を促進することが可能であったが、第二の点はレチノイン酸添加にもかかわらず影響が見られなかった。その結果をもとに、骨形成に関連するBMP-2とTGF-βsの遺伝子発現を検索したところBMP-2の発現には大きな差異は認められなかったが、TGF-βsはin vivoよりもin vitroでup-regulateされていることが判明した。しかしながら、培養下では破骨細胞が認められないことから、培養下で下顎骨が石灰化しない原因の一つは破骨細胞による骨基質内のlatent TGF-βsのactive formへの変換が生じない可能性が示唆された。(2)培養軟骨細胞の石灰化に関する研究:本来は消失すべき運命にあるマウス下顎骨のメッケル軟骨を脾臓、皮下組織などさまざまの部位に移植するとメッケル軟骨内に石灰化の生じることが判明した。

このことから、本来は消失すべく運命にある肥大軟骨細胞は周囲の環境条件によっては、石灰化を起こす潜在的な能力を有している可能性が示唆された。これらの結果を細胞レベルで検索するために、単離したメッケル肥大軟骨細胞の培養を試みた。その結果、メッケル軟骨はType-IIコラーゲンからType-Iコラーゲンを分泌するようになり、アルカリホスファターゼ活性増加にともなってオステオカルシンを発現するようになった。このことから、本来は消失する運命にあった肥大軟骨細胞は骨細胞に形質転換することが明らかになった。(1)歯胚の器官培養: In vitroで歯根形成の観察可能な培養法を考案して観察を継続することが出来るようになった。その結果、マウス臼歯歯根表面にセメント質様物質の沈着が認められ、この気質の周囲にセメント芽細胞様細胞の分化がみられた。この基質を免疫組織科学的方法で染色するとTypeI collagenに陽性であるがTypeIIIcollagenには陰性であることが確かめられた。また、X線微小分析ではこの基質にCaとPの存在が明確で、その分布様式はin vivo有細胞セメント質と類似することが明らかになった。これらの結果から、歯根形成のメカニズムを解明するモデルが確立され、この方法を用いてセメント芽細胞の分化およびセメント質石灰化機構の解明が期待される。(2)Enamel-free areaの研究:齧歯類臼歯咬頭にはエナメル質の存在しないenamel-free areaの出現が知られている。その発生過程をみると内エナメル上皮の基底膜そのものには変化は見られないが、enamel-free areaでは正常な領域と比較すると基底膜直下の無周期性細線維の配列に差異が認められた。歯胚発生の一時期には、enamel-free areaの上皮細胞は抗amelogenin抗体に陽性反応を示すことからamelogeninの分泌が認められるが、この上皮はエナメル芽細胞よりもむしろ口腔上皮に類似したサイトケラチンパターンを示すことが判明した。enamel-free areaの研究は歯胚発生におけるエナメル芽細胞の機能分化解明の大きな手掛かりになるものである。(3)軟骨の石灰化に関する研究:本来、メッケル軟膏は石灰化することなく消失する運命にある。このメッケル軟骨を我々が考案した器官培養法、ならびに単離細胞培養法によって培養を行うといずれも消失することなく石灰化基質を誘導する。石灰化の過程で軟骨細胞は骨細胞特有の蛋白を発現するようになり、軟骨細胞から骨細胞への形質転換を起こすことが新たに判明した。このような形質転換は、単離細胞培養からみて基質の量と細胞増殖能とが密接に関係していることが判明した。本研究は軟骨の石灰化と細胞の機能転換解明の大きな手掛かりとなる。
Gene Manipulationを用いたムンプスウイルスワクチンの作製

新しいムンプスウイルスワクチンの作製するために、ネガティブストランドRNAウイルスにおけるリバースゲネティクスの確立をめざした。まず初年度にパラインフルエンザウイルスのreverse geneticisの確立を目指して悪戦苦闘した。ヘルパーウイルス系とVaccinia-T7系を用いてその方法の確立を目指し、ようやく効率の良い方法を見い出しつつある。現在full-lengthのcDNAの作製中である。またパラインフルエンザウイルスとムンプスウイルスとのキメラcDNAも作製仲である。本方法を用いて、パラインフルエンザウイルスの基礎ウイルス学的研究も行った。パラインフルエンザウイルスやムンプスウルイスのReplicative complexの構成因子であるNP、P及びV蛋白の分子解剖を行った。V蛋白を発現させると核に局在することを見い出した。delation mutantを用いて核移行シグナルの同定を試みたことろ、N末端(aal-46)とC末端側(aa175-196)の2ケ所存在することが明らかになった。これらのシグナルは単独でも核移行に関与することが可能であるが、2ケ所含まれているほうが、核に留まる蛍光が認められた。NP蛋白をV蛋白と共発現させたとき、単独に発現した場合には細胞質にのみ存在するNP蛋白が核内にも認められる。NP蛋白と結合して、核内に運んでいくに必要なV蛋白上の領域を解析したところ、核移行シグナルのうちのN末端(aal-46)であることが明らかになった。P蛋白にはNP結合領域が2ケ所存在し、aal-46とaa357-395であることを同定した。NP蛋白やP蛋白を単独で発現させると、細胞質内にdiffuseに存在するが、NP蛋白とP蛋白を共発現するとinclusion様に存在する。このようなinclusion様に存在するために必要なP蛋白上の領域を同定したところ、C末端側(aa357-395)であることが明らかになった。本研究によって、遺伝子工学に基づく新しいムンプスウイルスワクチンの開発に更に一歩近づいたと考えられる。gene manipulationを用いた新しいムンプスウイルスワクチンの作製のためにネガティブストランドRNAウイルスにおけるリバースジェネティクスの確立とともに、PIV-2の転写の解析を、ポリメラーゼの供給源として、ヘルパーウイルス系と組み換え体ワクシニアウイルスT7発現系の2つの方法を用いて行った。1。ヘルパーウイルス系---T7ポリメラーゼを用いてin vitroで合成したPIV-2ゲノム様のミニゲノムRNAを各種細胞(HeLa,Vero,MDCK,Cop5)に種々の方法(リポフェクチン法、リン酸カルシウム法、DEAEデキストラン法)を用いてトランスフェクトして、そのミニゲノムからの転写産物である蛋白を抗MuV-NP抗体で蛍光抗体法により同定しようと試みたが、このいずれの組み合わせでも高効率での発現及び再現性はなかった。また、トランスフェクトするミニゲノムRNA濃度等の条件検討、さらに、R.R.1ysateを使ったRNP複合体の再構成産物による実験も行ったが結果は変わらなかった。このヘルパーウイルス系での実験では、細胞約5万個に1個程度ミニゲノム転写産物の発現が認められた。この要因はRNAのトランスフェクト効率の悪さに起因しているものと思われる。2。組み換え体ワクシニアウイルスT7発現系---種々の条件検討により、ワクシニアウイルスのm.o.i.を2とし、PIV-2ポリメラーゼ複合体を形成するNP,P,L蛋白のcDNA量をそれぞれ2、2、1ugとして、Ear1で切断したミニゲノムcDNA(2ug)とともにワクシニアウイルス感染細胞にリポフェクチンを用いてトランスフェクトした。

その結果、ミニゲノムからの本来の転写産物とともにRNA-editingによりできたと考えられる蛋白がウエスタンブロットで検出された。本研究によって基本的には、parainfluenza virusのリバースジェネティクスが確立され、遺伝子工学に基ずく新しいムンプスウイルスワクチンの作製に一歩近づいた。新しいムンプスウイルスワクチンの作製するために、ネガティブストランドRNAウイルスにおけるリバースゲネティクスの確立をめざした。まず最初にパラインフルエンザウイルスやムンプスウイルスのReplicative complexの構成因子であるNP、P及びV蛋白の分子解剖を行った。V蛋白を発現させると核に局在することを見い出した。delation mutantを用いて核移行シグナルの同定を試みたところ、N末端(aa1-46)とC末端側(aa175-196)の2ケ所存在することが明らかになった。これらのシグナルは単独でも核移行に関与することが可能であるが、2ケ所含まれているほうが、核に留まる傾向が認められた。NP蛋白をV蛋白と共発現させたとき、単独に発現した場合には細胞質にのみ存在するNP蛋白が核内にも認められる。NP蛋白と結合して、核内に運んでいくに必要なV蛋白上の領域を解析したところ、核移行シグナルのうちのN末端(aa1-46)であることが明らかになった。P蛋白にはNP結合領域が2ケ所存在し、aa1-46とaa357-395であることを同定した。NP蛋白やP蛋白を単独で発現させると、細胞質内にdiffuseに存在するが、NP蛋白とP蛋白を共発現するとinclusion様に存在する。このようなinclusion様に存在するために必要なP蛋白上の領域を同定したところ、C末端側(aa357-395)であることが明らかになった。続いて、組替え体ワクチニアウイルスT7発現系を用いてParainfluenxa virusのリバースゲネティクスの検討を行った。現在full-lengthのcDNAの作製中である。またパラインフルエンザウイルスとムンプスウイルスとのキメラcDNAも作製中である。本研究によって、遺伝子工学に基づく新しいムンプスウイルスワクチンの開発に更に一歩近づいたと考えられる。
プレート二重沈み込み領域におけるマグマ供給系の研究

関東地方と中部地方の下では、沈み込む太平洋プレートの上に火山が連なる「島弧」とよばれる分厚い地殻も沈み込んでいる。本研究では、地下の高解像イメージングを行うのに優れた手法であるレシーバ関数解析を用いて、関東・中部地方の火山の下でマグマがどのように上昇しているのか明らかにすることを目的とした。その結果、関東・中部地方の下で沈み込む島弧の形状を明らかにし、富士山の下で水平約40kmという規模のマグマだまりを発見することができた。本研究はレシーバ関数解析・レシーバ関数のインバージョン解析を用いて、関東・中部地方でプレートが二重に沈み込む領域における地震波速度構造からマグマ供給系を議論することを目的としている。今年度は、まず必要なデータのコピーと切り出しを行った。関東・中部地方において防災科学技術研究所が公開しているHi-net、F-net観測網、東京大学地震研究所と気象庁が富士山と浅間山周辺に展開している観測網、Victoria大学がニュージーランド北島のトンガリロ火山帯に展開する観測網から、規模が大きい遠地地震波形の実体波の部分を切り出した。次に、観測点密度が非常に高い富士山周辺のデータを対象に、レシーバ関数とNishida et al. 2008による表面波分散曲線を用いて同時インバージョンを行った。富士山の周辺の観測点では、レシーバ関数の2から3秒付近に顕著な負の振幅があり、その振幅を説明するためには、約20kmの深さにS波低速度層が必要である。ところが、本研究で採用している表面波分散曲線には、局所的に存在する顕著な低速度領域は含まれていないため、深い領域に感度があるレーリー波の分散曲線が、インバージョン結果とモデルで合わなくなる。そこで、浅い部分に感度が大きいラブ波の分散曲線のみを使用して、レシーバ関数と同時にインバージョン解析を実施した。その結果、レーリー波とラブ波両方を使用した時と同様に、富士山の下には横方向に約40km、深さ方向に約20kmの大きさのS波低速度領域が存在することがわかった。また、富士山と比較するためにニュージーランドのルアペフ火山において、予備的な解析を行った。その結果、富士山同様に火山下約20kmに低速度層の存在を表す特徴と、プレート境界面におけるレシーバ関数の局所的な振幅の低下を見つけることができた。富士山周辺のデータに対して、改良したインバージョン手法を用いたところ、当初予想していたよりも複雑なふるまいをしたため、多くのパラメータを変えて計算を行い、詳細に検討する必要がでた。そのため、論文執筆作業が遅れてしまった。しかし、ニュージーランド・ルアペフ火山のデータ解析は順調に進み、富士山と同様の特徴を発見することができた。今年度は関東・中部地方における地震観測網のデータを用いてレシーバ関数のインバージョン解析を実施した。これまでの解析で、本領域において地下40-50kmの深さに地殻とマントルの境界を表す顕著な速度境界面を発見していたが、インバージョン解析の結果、伊豆半島では、IBM弧の地殻の厚さは約40kmの厚さまで成長していること、通常の海洋プレートが沈み込む場所には海洋性地殻がS波低速度領域としてイメージングされることがわかった。また、ニュージーランド・ルアペフ火山におけるレシーバ関数のインバージョン解析を実施した。ルアペフ火山周辺の観測点で求めたレシーバ関数には富士山同様、到達時刻約1から3秒付近に大きな負の振幅があり、S波の低速度領域があることが予想された。1年目に検討した手法を用いて、インバージョン解析を実施したところ、S波速度が2.5km以下の低速度領域が地下約25kmの深さに約鉛直方向10kmの幅で存在することがわかった。観測点が十分でないため、この低速度領域の全体像は不明であるが、少なくとも、水平方向には30km以上の広がりを持っていると考えられ、下部地殻には流体成分に豊富な領域が火山帯の外まで続いていると解釈した。以上の結果から富士山とルアペフ火山では、地殻とマントルの境界付近にS波低速度領域が存在することが明らかになった。一方、浅間山のデータを用いたレシーバ関数解析に関しては、予備的な解析の結果、さらなる解析と議論が必要であると判断し、引き続き論文化に向けて解析を行っている。関東・中部地方の広範囲の地震観測網においてレシーバ関数を計算し、その振幅断面図から、地下に沈み込むフィリピン海プレートの形状を明らかする。さらにインバージョン解析によって地下のS波速度構造を求める。また、1年目に検討したインバージョンアルゴリズムを富士山、ルアペフ火山に適用し、S波速度構造を計算し、それぞれの火山帯において地下のマグマがどのように分布しているか明らかにする。29年度が最終年度であるため、記入しない。固体地球惑星物理学29年度が最終年度であるため、記入しない。