hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
異なる成熟表現型ブドウを用いたノンクライマクテリック型果実の成熟制御機構の解明

また、平成30年度に実行予定のトランスクリプトーム(RNA-Seq)解析について、4品種台木に接木した`ルビーロマン'果実からTotal RNAを抽出し、cDANライブラリーを作出し、次世代シークエンシングを行った。一方、当初計画したジベレリンとジャスモン酸の測定方法の検討について、確実な測定方法を確立されず、今後さらに検討する必要がある。本研究の研究計画では、平成30年度にこれまでの各種処理実験で得られた成熟・着色表現型の異なる果実における成熟・着色に関連遺伝子の発現解析とRNA-Seq解析を行い、表現型の異なる各種果実に特化した関連遺伝子群をリスト化し、成熟・着色の起因となる候補遺伝子や、果実成熟の進行に関与すると考えられる因子とMybAの発現を誘導する上流の制御因子を探索する予定であった。本年度で実施した研究内容および得られた主な結果は以下の通りである。1`ルビーロマン'ポット栽培樹を用いた温度処理試験の果実サンプルにおける内生ABA、IAAとサイトカイニン及びそれぞれの代謝物の含量を測定し、また2アントシアニン生合成関連遺伝子(MybA1-2, MybA1-3, UFGT, F3'H, F3'5'H)とABA代謝関連遺伝子(NCED1, ABA-BG, ABA-GT, CYP707A, ABF2)の発現解析を行った。その結果、昨年度で果粒を用いた温度処理実験と同様な結果が得られ、即ち、高温条件下でアントシアニン生合成が抑制されたが、内生ABA含量とMBYA遺伝子の発現が促進された。これらの結果から、アントシアニン生合成においてABAを介したMYBA転写因子による調節とは異なる機構が存在する可能性が示唆された。34種類の台木(半わい性台木`5BB'と強勢台木`Hybrid Franc'およびそれらの4倍体)に接木した`ルビーロマン'の異なる生育段階の果皮サンプルを用いてトランスクリプトーム(RNA-Seq)解析を行い、また、果粒を用いた温度処理の果皮サンプルのRNAーSeq分析のため、Total RNAを抽出し、cDANライブラリーを作成している。1成熟・着色表現型の異なる果実の材料収集:`ルビーロマン'、`安芸クイーン'地植栽培試験、異なる樹勢の台木に接木した`ルビーロマン'の栽培試験、ポット`ルビーロマン'の温度処理試験、`ルビーロマン'、`安芸クイーン'果粒を用いた温度処理実験を行い、果実生育を調査し、成熟表現型の異なる果実サンプルを取得した。2植物ホルモン含量の測定:上述処理試験で得た果実における内生ABA、IAAとサイトカイニン及び代謝物の含量を測定し、果実成熟過程における内生植物ホルモンの動態変化を調査し、果実成熟・着色に果たす役割を検討した。4網羅的の発現解析による未知の成熟制御因子の探索:一部の処理試験の果実を用いてRNA-Seq解析を行っている。以上一連の研究により、植物ホルモンによる成熟・着色の調節は、ABAを介したMYBA転写因子によるアントシアニン生合成系の調節以外に決定的な制御が存在する可能性が示唆された。現在、果粒による温度処理試験で得た果実サンプルを用いて、RNA-Seq解析を行うとともに、シークエンシングデータの解析を行っている。平成30年度以降では、まず昨年で実行したRNA-Seqのシークエンシングデータを解析し、穂木果実の発育に及ぼす台木の影響に関するメカニズムにおける候補遺伝子を探索する。
顕微赤外分光による閉ざされたナノ空間と水の研究

DNAに3次元的に水和した水、2次元ナノ層間の水、そして、1次元ナノチャンネル中の水について、顕微赤外分光研究を行い、温度、相対湿度、圧力に依存した水ネットワーク構造の特性、および、閉ざされたナノ空間における水クラスターの配置を決定することに成功した。また、チューブ構造をもつ水ネットワークにおいて、今回初めて1次元的な高いプロトン伝導性の観測に成功し、学際的に重要な結果を得ることができた。カサグレイン鏡を備えた顕微赤外分光装置の立ち上げを行い、波数域3508000cm^<-1>、温度域4.2440Kで微小試料の赤外スペクトルを得ることが可能になった。また、水分に強いZnSを光学クライオスタットの窓材に採用することで、相対湿度調整も可能である。顕微分光以外に、赤外分光装置本体に直接光学クライオスタットを設置できるように設計したため、遠赤外域(50350cm^<-1>)への拡張もできる。Naを対カチオンにもち、一様な塩基配列を有する乾燥DNAについて、相対湿度を制御した環境下において赤外分光とマイクロ波誘電率の温度変化を測定した。この2つの方法を組み合わせることで、水和殻に存在する水分子数及び配置場所の特定、そして水分子が有する電気双極子のダイナミックスを初めて明らかにした。次に、室温に限られるが、Mnを導入したDNAについて、相対湿度を変えて赤外スペクトルを測定した。その結果、リン酸基に起因した分子振動が激しくシフトすることを見出した。このことは、水和殻にも影響があることを示唆する。また、塩基の分子振動バンドには顕著な変化はみられず、Mnイオンは塩基と共有結合を形成しないことが判明した。層間にNa或いはCuを導入したMn酸化物バーネス鉱を作製し、赤外スペクトルの測定を試みた。本実験は顕微赤外分光装置が導入される以前で、東北大学学際センターの共通機器を利用した。湿度調整が行えなかったため、面間を出入りする水に関する知見は得られていない。本年度はバーネス鉱試料の基礎物性(X線散乱実験、磁化測定など)を明らかにしている。19年度に導入した赤外分光計を、遠赤外域(50600cm^<-1>)まで実験できるように拡張工事を行い、計画通りのスペックを得た。大気に暴露させない赤外セルを試作し、ヨウ素ドープしたDNAの赤外分光測定に利用した。金属イオンを導入したDNAにおける水和状態とバーナサイト中の2次元空問に閉ざされた水について、研究をまとめ上げ、その成果を論文として投稿した。以下に、成果をまとめる。1)金属イオン(Li, Na, Mg, Ca, Mn, Fe, Zn)を導入した乾燥DNAについて、赤外スペクトルの湿度依存性、及び金属イオン依存性を調べた。その結果、+2, 3価の金属イオンは塩基配列中に導入され、水和によりリン酸基間のクーロン反発力が抑制されるが、脱水により構造の不安定化が起きることが分かった。2)バーナサイトは2次元的に閉ざされた水をもつが、その特性は明らかでない。真空排気すると、その構造を維持するために必要な水分子が、Naイオンの周りに平面状ヘキサマーを形成することが分かった。このとき、特徴的な吸収ピークが3000cm^<-1>付近に3個観測することに成功した。このような新たな現象は、水クラスター形成に関する極めて重要な実験事実を得たといえる。X線構造解析の結果も考慮すると、水分子が平面に強く束縛されるため、ヘキサマーに歪みが生じ、水分子間の距離として3種類存在すると考えられる。ナノ空間に閉ざされた水の特性を、赤外分光スペクトルからその分子振動の温度、相対湿度、圧力変化を通じて研究を行ってきた。これまで、2,3次元的に閉ざされた水を研究してきたが、本年度は1次元的な水を主に取り上げた。こうした水の研究は、燃料電池、触媒、生体物質の機能性などとも関連し、学際的に重要な研究と位置付けられる。しかし、閉ざされた水を系統的に研究した例はなく、本研究は極めて独創的な視点をもつといえる。有機分子骨格が1次元的チューブ(チューブの直径約1.5nm)を形作り、その内部に閉ざされた水分子が、3層の水和構造を形成する新奇な物質について実験研究を行った。ここに存在する水分子は並進、回転の自由度をもつが、自由水とは特性が大きく異なる。顕微赤外分光スペクトルの時間スケールでみると、ランダムではなく、規則的な配置をとる水ネットワークの形成が明らかになった。そして、これら水分子は、氷、水、水蒸気に近い特性をも併せもつことが判明した。また、マイクロ波による電気伝導率がチューブ方向で極めて大きく、異方的伝導性を観測し、かつ、同位体効果を見出した結果から、プロトン伝導に由来することが明らかになった。これは、現在燃料電池材料として研究が進むナフィオンに匹敵する伝導率である。

これまでに報告のない準1次元プロトン伝導が水ナノチューブを媒介として起きていることが判明し、学際的に大変重要な発見といえる。3層構造の水和状態のうちチューブの中心付近の水分子は、動きやすい性質をもち、取り除きやすいことが最近分かってきた。今後、メタン、二酸化炭素などのガスをこうしたナノ空間の水ネットワーク中に吸蔵させる研究を行っていく。
紅色光合成細菌による近赤外光電変換メカニズムの解明

地上に降り注ぐ太陽光の約4割を占める近赤外光は未利用のエネルギー資源である。原始の光合成生物である紅色光合成細菌は、その巧みなエネルギー変換システムにより、近赤外光エネルギーを有用な化学エネルギーへと変換することができる。本研究では、構造や光エネルギー吸収特性の異なる種々の紅色光合成細菌を研究対象とし、分光学的および熱力学的な実験手法を用いて色素、タンパク質、金属イオン間の相互作用を詳細に解析することにより、紅色光合成細菌における近赤外光電変換の分子メカニズムを明らかにする。
ＳＲ蛋白質の機能制御によるグルココルチコイド感受性回帰法の検討

本研究では、グルココルチコイド受容体(GR)のスプライシングを調節することで、グルココルチコイド耐性を解除する方法を検討した。転写因子NF-kappaBを抑制すると、グルココルチコイド耐性が改善するが、このとき転写因子PU.1と、スプライシング因子SRp30cが減弱しており、機能的GRの発現が増強されることを見いだした。PU.1およびSRp30cをサイレンシングすると、前者ではGRプレmRNAの発現が、後者では機能的GRの発現が増加した。そこで、GRにおけるSRp30cの結合部位を競合拮抗するオリゴヌクレオチドを作用させると、機能的GRが誘導されグルココルチコイド感受性が回復した。グルココルチコイド製剤は炎症性疾患・自己免疫性疾患・アレルギー疾患・腫瘍性疾患等に広く使用される重要な薬剤である。多くの症例ではグルココルチコイドの投与による抗炎症効果や免疫抑制効果、抗腫瘍効果が認められるが、耐性に陥り、有効な治療効果が得られない症例も多数存在する。他の免疫抑制剤や抗がん剤を用いる治療では、強い副作用の発現や高額の治療費などの問題点があるため、グルココルチコイド作用の増強あるいは耐性を解除する方法の開発が強く望まれている。本研究では、プレmRNAのスプライシング因子であるSR蛋白質の機能調節を介してグルココルチコイド受容体(GR)の発現を調節し、免疫系細胞や造血系腫瘍細胞におけるグルココルチコイド感受性の特異的な増強および耐性解除法確立のための基礎研究を実施した。具体的には、1)免疫系細胞におけるGRα、GRβの発現に関与するSR蛋白質(SRp30c)を同定した。2)リン酸化阻害剤やsiRNA等を用い、SR蛋白質の機能阻害を行い、免疫系細胞のグルココルチコイド感受性の変化を解析、SRp30cの機能を抑制することで機能的なGRであるGRαが増加しグルココルチコイド感受性が上昇した。3)GRプレmRNAに特異的なブロッキングオリゴを作成し、SRp30cのGRに対するスプライシング作用を特異的に阻害する配列を決定した。4)グルココルチコイドに耐性を示すヒトリンパ腫細胞にブロッキングオリゴ発現ベクターを導入し、免疫不全マウスの担がんモデルを作成してグルココルチコイド感受性改善効果をin vivoで判定した。ブロッキングオリゴ発現ベクターを導入したリンパ腫細胞を移植し、グルココルチコイドを投与すると腫瘍の増殖が抑制された。以上の結果より、SRp30cの機能をGR特異的に抑制することで、グルココルチコイド感受性が改善することが明らかとなった。1.NF-κBの活性化とGRα/GRβ発現調節をつなぐSR蛋白質の解析として、Raji細胞およびJurkat細胞等のリンパ球系細胞において低分子阻害剤やsiRNAによるNF-κBの機能阻害を行ったところ、GRα/GRβ比が増加することがRT-PCR法およびウェスタンブロット法により示され、同時にグルココルチコイド感受性が回復することがMTT法およびBrdU取り込み試験にて確認した。さらに、SR蛋白質の中でも特にSRp30cの発現が減少していることが判明した。このことから、SR蛋白質の中でも特にSRp30cがリンパ球のGRα/GRβ発現調節において重要な役割を担っている可能性が考えられた。2.SR蛋白質の機能阻害による免疫系細胞のグルココルチコイド感受性変化の解析として、siRNAを用いてSRp30cのサイレンシングを行いGR発現を確認したところ、GRαの発現量が増加し、GRβの発現量が減少していることがわかった。また同時にグルココルチコイド感受性が回復していることも確認できた。さらに、SRp30cがGRプレmRNAに結合する配列を予想し、その配列に対するブロッキングオリゴヌクレオチドを多数設計して細胞に導入した。その結果、予想どおりにGRα/GRβ比が上昇し、グルココルチコイド感受性が回復することが明らかとなった。3.病態モデルマウス(腫瘍性疾患)に関する基礎的検討として、上記ブロッキングオリゴヌクレオチドを恒常的に発現するRaji細胞を、遺伝子導入およびセルソーティングによって作成した。予備実験として、その細胞をCB17/Icr-Prkdcscidマウスに腹腔内接種したところ、通常のRaji細胞と同様に生着することが確認できた。接種されたマウスは腹水貯留を起こし、37週間のうちに死亡したことから、病態モデルマウスとして使用できることが明らかになった。グルココルチコイド耐性が発現するメカニズムを見いだし、その解除のためのブロッキングオリゴヌクレオチドを設計、マウスを用いた試験で有効性を証明した。SRp30cに対するブロッキングオリゴについて、GRプレmRNAとSRp30cとの結合を本当に阻害できているかどうかを確認する必要があり、RNA免疫沈降法を用いて解析を行う予定である。

さらに、病態モデルマウスに対しグルココルチコイド治療を行い、ブロッキングオリゴがin vivoでも効果を発揮するかどうかを検証していく。1.GRプレmRNAに特異的なブロッキングオリゴバリエーションを作成し、細胞株に導入してGRαおよびGRβの発現の変化を確認する。現在のところ、SR蛋白質がGRプレmRNAのどの部分に結合するかは不明である。GRαとGRβのスプライシングを行うためには、両者が分かれるエクソン9周辺に結合することが不可欠であると予想される。したがって、GRのDNAエクソン9に相当するプレmRNAの配列周辺に結合能を持つオリゴヌクレオチドを設計する予定である。また、SR蛋白質はAGリッチな部分やAGGACモチーフを持つ部分に結合しやすいとの報告もあるため(RNA, 2007)、その配列を含むオリゴヌクレオチドバリエーションを作成し、その効果を検証する。2.リンパ腫細胞にブロッキングオリゴ発現ベクターを導入し、免疫不全マウスの担がんモデルを作成してグルココルチコイド感受性改善効果をin vivoで判定する。具体的には、ブロッキングオリゴ発現ベクターを導入したリンパ腫細胞株を作成し、遺伝子導入した細胞株におけるSR蛋白質活性やGRαあるいはβの発現比、デキサメサゾン反応性を確認し、細胞毒性がなくGR比およびグルココルチコイド感受性のみを調節することを確認する。腫瘍性疾患のモデルマウスとしては、前年度に構築した実験系を使用し、ブロッキングオリゴ発現ベクターと空ベクターを導入したリンパ腫細胞を移植する。上記項目で作成した病態モデルマウスにグルココルチコイド(プレドニゾロンまたはデキサメサゾン)を投与し、ブロッキングオリゴの発現によるグルココルチコイドの感受性の改善(生存期間の延長など)が認められるかどうかを大規模前臨床試験で確認する。
アクチュエータの数を低減したロボットハンドの機構・形状・制御系のタスクベース設計

本研究では,義手用ロボットハンドを設計するためのタスクベースな手法を提案している.提案手法では,タスクは作業座標空間で運動学と静力学で定義される.設計されるロボットハンドのメカニズムは,3つの要素から構成される.それらは,多関節機構(ハンド部分)と線形従属機構とアクチュエータである.ここで,線形従属機構とは,アクチュエータと多関節機構の各関節を接続し,アクチュエータの変位の線形和を各関節に伝達する機構であるとする.その線形関係は,達成させたいタスクに合わせて適切に与える必要があり,本提案手法では主成分分析を用いて運動を低次元化して与える.線形従属機構を用いることにより,少数のアクチュエータで多数の関節を駆動する劣駆動メカニズムを実現できる.また,多関節機構の各関節と線形従属機構は,弾性要素を介して接続されている.本年度は,本提案手法を用いて3次元のロボットハンドを設計し,シミュレーションを用いて有効性を示した.それから,人間の手の運動を計測し解析をする実験も行った.実験の対象としては,ピンチング(精密把握)やハードグリップ(握力把握)などの日常生活に必要な手の動作を複数選んだ.実験では,三次元動作解析装置(モーションキャプチャ)と小型の力覚センサを併用し,指の関節角度と指が対象物に与える力を同時に計測した.骨格モデルを用いて,計測された値から各指の関節角度と関節トルクを推定した.それらの時系列データを低次元化し,近似的に少数の変数で復元できることを確かめた.この結果は,本研究で提案しているロボットハンドの設計方法を用いると,少数のアクチュエータで日常生活に必要なタスクを代行できるロボットハンドを設計できることを示唆している.本研究では,義手用ロボットハンドを設計するためのタスクベースな手法を提案している.提案手法では,タスクは作業座標空間で運動学と静力学で定義される.設計されるロボットハンドのメカニズムは,3つの要素から構成される.それらは,多関節機構(ハンド部分)と線形従属機構とアクチュエータである.ここで,線形従属機構とは,アクチュエータと多関節機構の各関節を接続し,アクチュエータの変位の線形和を各関節に伝達する機構であるとする.その線形関係は,達成させたいタスクに合わせて適切に与える必要があり,本提案手法では主成分分析を用いて運動を低次元化して与える.線形従属機構を用いることにより,少数のアクチュエータで多数の関節を駆動する劣駆動メカニズムを実現できる.また,多関節機構の各関節と線形従属機構は,弾性要素を介して接続されている.本年度は,本提案手法を用いて3次元のロボットハンドを設計し,シミュレーションを用いて有効性を示した.それから,人間の手の運動を計測し解析をする実験も行った.実験の対象としては,ピンチング(精密把握)やハードグリップ(握力把握)などの日常生活に必要な手の動作を複数選んだ.実験では,三次元動作解析装置(モーションキャプチャ)と小型の力覚センサを併用し,指の関節角度と指が対象物に与える力を同時に計測した.骨格モデルを用いて,計測された値から各指の関節角度と関節トルクを推定した.それらの時系列データを低次元化し,近似的に少数の変数で復元できることを確かめた.この結果は,本研究で提案しているロボットハンドの設計方法を用いると,少数のアクチュエータで日常生活に必要なタスクを代行できるロボットハンドを設計できることを示唆している.
ショウジョウバエの位置情報遺伝子ネットワーク

本研究はショウジョウバエの翅の形成をモデルとして、形態形成を司る遺伝子群の発現調節機構を明らかにすることを目的としている。翅の前後軸に沿ったパターン形成にはTGF-βファミリーのDecapentaplegic(DPP)がモルフォゲンとして働いていると考えられている。本年度はDPPのシグナルにより発現誘導される新規遺伝子daughters against dpp(dad)の機能解析を通して、DPPシグナルが位置情報を設定するメカニズムを解析した。DADのC-末付近の構造はショウジョウバエのMothers against dpp(MAD)とよばれるDPPシグナルの細胞内信号伝達因子と相同性がある。MADはDPPリセプターであるThickveinsによりりん酸化を受けることにより核に移行し、転写複合体を形成し、ターゲットの転写を制御していると考えられている。dadの機能を解析するためにGal4/UASシステムを使ってdadを発現させ、機能解析を行ったところ、強発現させたDADはDPPシグナルに拮抗作用を示した。トランスポゾンの再転移により、dadの機能喪失変異体を作成した。機能喪失変異のクローンではdppのターゲットであるombの発現が増強されており、dadがDPPシグナルに抑制的にはたらくことを支持している。成虫翅の感覚毛の形成を指標にした最終の表現型の解析でも同じ結論が得られた。最近、脊椎動物のMAD類似タンパク質のなかで、シグナルに拮抗するもの(Smad6,7)が報告され、それらは特徴的なC末の構造を持っていた。DADもその特徴を備えていることから、Smad6,7と同様に、リセプターによるMADの活性化を阻害することにより、DPPシグナルに拮抗するものと考えられる。今後は他の形態形成遺伝子群とのネットワークを明らかにしていきたい。
有機化学における反応性制御

本総合研究では、気相反応・液相反応を実験的に追求して、反応種の構造に内在する基準的性質に迫り、あるいは現実には捉え難い反応種の姿を計算機実験によって追うなどの試みを行った他、実験から、溶媒や第三物体を含む反応の場の追求を行なった。有機合成化学者の重要な関心事である、分子内の位置選択性、立体選択性を理論化学のアプロ-チによって十分な精度で予測する研究成果も、本総合研究の中から生まれた。機能性色素の分子デザインに関する基礎的研究が理論化学・計算機化学からの試みとして、本総合研究の中から生まれたことも特筆すべきであろう。ある化学種の構造変化の効果が、分子構造のつながりの中をどの様にして反応中心に伝えられるかの検討は都野・三島、桜井等によって行われた。活性反応種の構造と挙動との相関の把握は、西田、岩村、桑島、西本、桜木、秋葉、谷口等によって行われた。反応種の間の相互作用の評価およびこれから進んで反応の選択性を予測する試みは、広田、諸熊、野依、花房、小野、奥山及び速水によって行われた。更に、反応場の本性を追求して新しい反応場を構築する試みは、丸山、安藤、稲津、浅野、大野によって行われた。これらの試みは本質的に互いに重なり合った論理的挑戦の上に成り立っていて、本研究班は討論の場としてまた積極的な提案の場として有効に働いた。分担課題に関するやや詳細な研究経過及び成果を別冊の成果報告書に示した。平成元年度においては、各分担者の成果の報告と総合討論を行うために分子科学研究所において、班会議を行った。尚、班員の多くは、平成元年12月ホノルルで行われた、環太平洋化学会議に参加して、発表と検討を行った。また、IUPAC物理有機化学国際会議(平成2年8月、イスラエル)にも研究発表が行われる。昭和63年度においては、各分担課題についてそれぞれ研究を行うと共に、KISPOC物理有機化学国際シンポジウムを機会に、研究成果の公開発表と研究計画の班内披露を行った。このシンポジウムには、19名が参加し、27件の発表と討論を行った。主要な発表主題は次ぎの通りである。加水分解反応の触媒作用(奥山)、C-H...π系相互作用(広田)、クムレン型化学結合の理論化学的研究(西本)、超原子価結合エネルギーの評価(秋葉)、新しい超原子価錯体(野依)、SNAr反応の速度制御過程(速水)、立体化学の電子制御(大野)、高スピンカルベンを導く光分解(岩村)、ビニルカチオンの新化学(谷口)、電子移動と遊離基移動(丸山)、ビシクロペンタエンの光化学(西田)、カルボカチオンの電子要求性(三島)、求核付加の理論化学(諸熊)、ポルフィリンの高効率合成(小野)、高対称性かご型化合物(稲津)、付加反応機構(花房)、カルボカチオン型加溶媒分解反応の溶媒効果オクタシラキュバンの化学(永井)、重原子同位体効果とメチル基移動(安藤)。これらの研究表題から了解されるように、本研究の主題へのアプローチにおいては、大まかに言って4つの大枠を考えた。即ち、1.活性反応種の構造と挙動の把握。2.反応支配因子と定量的反応性との相関の解明。3.反応種の間の相互作用の評価。4.反応場の本性解明と設計・構築。の四つであり班員相互に連絡をとりながらサブグループにまたがる相互指摘を特に意識することとした。

また、A.Pross,R.A.More O'Ferrall,Xi-Kui Jiangの三教授を迎え、有機反応の遷移状態に関するワークショップを開催し、物理有機化学分野の最前線にある中堅研究者19名を集めて討論と意見交換を行った。平成元年度における本総合研究では、各分担者がそれぞれの分担課題について研究を行うと共に、それらの成果の報告と総合討論を行うために分子科学研究所において、班会議を行った。本総合研究では、気相反応・液相反応を実験的に追求して反応種に内在する基準的性質に迫り、あるいは現実には据え難い反応種の姿を計算機実験によって追うなどの試みを行なう他、実験から、溶媒や第三物体を含む反応の場の追求を行った。有機合成化学者の重要な間心事である、分子内の位置選択性、立体選択性を理論化学のアプロ-チによって十分な精度で予測する研究成果も、本総合研究の中から生まれた。機能性色素の分子デザインに関する基礎的研究が理論化学、計算機化学からの試みとして、本総合研究の中から生れたことも特筆すべきであろう。ある化学種の構造変化の効果が、分子構造のつながりの中をどの様にして反応中心に伝えられるかの検討は都野・三島、桜井等によって行われた。活性反応種の構造と挙動との相関の把握は、西田、岩村、桑島、西本、桜木,秋葉、谷口等によって行われた。反応種の間の相互作用の評価およびこれから進んで反応の選択性を予測する試みは、広田、諸熊、野依、花房、小野、奥山及び速水によって行われた。更に、去応場の本性を追求して新しい反応場を構築する試みは、丸山、安藤、稲津、浅野、大野によって行われた。これらの試みは本質的に互いに重なり合った論理的挑戦の上に成り立っていて、本研究班は討論の場としてまた積極的な提案の場として有効に働いた。分担課題に関するやや詳細な研究経過及び成果を別冊の成果報告書に示した。班員の多くは、平成元年12月ホノルルで行われた。環太平洋化学会議に参加して、発表と討論を行った。また、IUPAC物理有機化学国際会議(平成2年8月、イスラエル)にも研究発表が行われる。
金属/分子/金属型サンドイッチの構造と反応性

本年度の研究実施計画としては、オ-ジェ電子分光(AES)と電子線エネルギ-損失分光(EELS)をおこなうことのできるCMA型エネルギ-分析器を設計・製作し、既存の超高真空装置に取り付けることであった。AES、EELSともエネルギ-の高分解能を必要としないので、費用の点からも安価になる1段型のCMA型分析器を設計することにした。電子線銃内蔵であり、ミュ-メタルシ-ルドケ-ス付である。現在、このようにして製作したCMA型分析器を超高真空装置に設置し、動作試験をおこなっている段階である。なお、マイクロコンピュ-タ-制御可能なようにインタ-フェイス、プログラム等を製作中である。今年度において、金属/分子/金属型サンドイッチの製作まではいかなかったが、Ag(001)表面においてCOとカリウムの共吸着の実験をおこない、いくつかの成果をあげた。金属/CO/カリウム型サンドイッチ構造をつくるための基礎として、金属表面上でのCOとカリウムの相互作用について研究しておかなければならない。というのは、COとカリウムは、その間の強い相互作用が発生するためには、ともに金属表面に吸着しなければならない可能性があるからである。Ag(001)上においては、まさしく上記の例に対応することが判明した。即ち、COとカリウムは、ともにAgの表面に吸着した場合しか、強い相互作用を示さなかった。従ってこのサンドイッチ系は不安定で不適であり、他のサンドイッチ系を捜さなければならないことが判明した。
オントロジーに基づく知識情報処理による高分解能衛星データの自動判読に関する研究

1.多時期光学衛星データを用いた高精度土地被覆分類手法であるKPC-PRODの提案およびAVNIR-2データを用いた日本周域の土地被覆分類図の作成と公開光学衛星データを用いた広域土地被覆分類のための新たな分類手法であるKPC-PRODを提案した。また、並列処理を行うGPGPUのフレームワークであるNVIDIA CUDAを利用した高速化を検討した。KPC-PRODを用いて5年間分のAVNIR-2データセットから日本周域の10mメッシュ高精度土地被覆分類図を作成した。検証実験結果では、KPC-PRODの総合精度(Overall Accuracy、OA)は従来手法である最尤分類法やサポートベクターマシンの総合精度を上回っていたことが確認できた。まだ実用的な土地被覆分類図としての精度基準には到達していないものの、同一地点で利用可能な多時期データ数を増すことや、更に教師データを増加させることで精度向上が期待できることを示した。2.データ及びプロセスの蓄積方法とそれらを用いた解析ワークフローの自動構築・実行方法の提案衛星データ解析に登場するデータやプロセスを機械可読な形で表現・蓄積し、それらを組み合わせた解析ワークフローを自動構築するための枠組みと、その枠組みに基づく自動判読システムの構成を提案した。データやプロセスの意味情報記述の基盤として、メタデータ記述の枠組みであるRDF、および本研究で構築したオントロジーを採用し、データおよびプロセスの表現・蓄積の枠組みを提案した。また、データストア・ナレッジストアを持った自動判読システムの構成および解析ワークフローの自動構築・自動実行のアルゴリズムを提案した。(抄録なし)1.多時期光学衛星データを用いた高精度土地被覆分類手法であるKPC-PRODの提案およびAVNIR-2データを用いた日本周域の土地被覆分類図の作成と公開光学衛星データを用いた広域土地被覆分類のための新たな分類手法であるKPC-PRODを提案した。(抄録なし)
イオンラチェット膜ポンプの交流駆動機構の解明

円筒状の孔を多数有する高分子膜に交流電場を印加したときに、往復振動する電気浸透流が整流化される機構の解明を試みた。この非対称性は膜表面のゼータ電位の非対称性に起因しているが、本研究では流動電位測定において流体力学的半径および流路内のゼータ電位が水圧を印加する向きに対して非対称であることを見出した。そしてトラックエッチド膜のカウンターイオンとして蛍光色素イオンを導入し、共焦点レーザー走査顕微鏡によりカウンターイオンの分布を観察した結果、膜表面のゼータ電位が大きい側の孔では電気二重層が厚いことが見出され、この電気二重層による流路の非対称性が整流機構を生み出していると示唆された。マイクロポンプの中でも非機械式ポンプである「電気浸透流ポンプ」は、多孔質材料を一対の電極で挟み、水に浸すだけの簡単な構造のため注目を集めている。しかし従来の電気浸透流ポンプでは直流電圧で駆動するため、水の電気分解により水素や酸素が気体として発生し、同時に溶液のpH変化を引き起こす点が問題だった。研究代表者は、多孔高分子膜であるトラックエッチド膜(TE膜)に交流電圧を印加したところ、膜の表裏で対イオン密度が非対称な時には時間平均流量が相殺されて±0とはならず、水の電気分解やpH変化を伴わずに一方向へ送液されることを見出した。本研究では交流電場駆動時に電気浸透流が一方向に整流されるメカニズムの解明を目指している。最初にポンプを交流電場で駆動した時の電圧-電流のLissajous曲線を測定した結果、水の電気分解を示唆する直流成分は認められず、何らかの電気分解を伴った直流電流が水流の直流成分を生み出しているわけではないことを確認した。次に給水リザーバーの水位を変化させ、受水リザーバーの重量の経時変化を電子天秤で計測するシステムを作製した。リザーバー間の水位差による水流で生じる流動電位から膜内部のゼータ電位の非対称性を算出すると共に、ハーゲンポアズイユの式で流水量から求まる実効流路径の非対称性を測定した。この結果、表から裏に水溶液を流した場合と、裏から表に水溶液を流した場合では生じたゼータ電位が異なり、流量も二倍近く異なったため実効流路半径は非対称になった。この非対称性は水流の上流に当たる膜の表面のゼータ電位および電気二重層の厚さが水流によって流路内に反映されたものと考えられる。この流動電位測定から導かれた非対称性が交流駆動時にも適用できるのであれば、交流駆動時の流路の実効半径の非対称性が整流メカニズムであると結論できる。交流駆動時の電流を高精度測定できる電流プローブを導入し、直流電流成分の寄与を否定することが出来た。さらに流量計測機能付き流動電位測定装置を自作して、一対のリザーバー間の水位差によってポンプを流れる流量と発生する流動電位の詳細の測定を行った。その結果、本研究における最重要課題である「整流機構の解明」に関して極めて順調な進展を見せ、交流電圧駆動でも一方向に送液される現象を、実験結果に基づいた電気二重層のモデルで説明することに成功した。膜両面のゼータ電位が異なるトラックエッチド膜を用いた電気浸透流ポンプにおいて、交流電場印加によって誘起される交流の電気浸透流が一方向に整流される機構を、電気二重層の分布を直接観察するこによって解明することを試みた。孔径1.2マイクロメートル、厚さ20マイクロメートルのTE膜の両面に金をコーティングして電極とすると共に、この膜を3-Mercapto-1-propanesulfonic acid (MPA)水溶液に浮かせて静置することでMPAを金チオール結合により膜に固定し、そのスルホン酸基を膜の固定電荷とした。純水で洗浄後、このTE膜をカチオン性蛍光色素の水溶液に浸して、対イオンを水素イオンから蛍光色素イオンへと置換した。この時、浸す時間を変化させて金電極に修飾するMPA、すなわち固定電荷の量が異なる試料を作成した。余剰な色素およびイオンを除去して超純水に浸した蛍光性TE膜を共焦点走査型レーザー顕微鏡で蛍光観察した。その結果、MPAの修飾時間が増大するに従って孔内でリング状に分布するカウンターイオンの分布半径が小さく観察された。これは固定電荷量の増大に伴ってカウンターイオンが増大すると共に、カウンターイオン間の反発から電気二重層が厚くなったためと考えられる。以上の結果から、表面と裏面で対イオンの量が非対称なTE膜において、表面近傍の電気二重層の厚さが表面と裏面で異なること、すなわち実効的な流路半径が非対称であることが分かった。流体力学的には、膜を貫通する流路の圧力損失は、流路が狭くなるときの縮小損失、Hagen-Poiseuilleの損失、流路が解放される拡大損失などの和として表されるが、流路の形状が非対称だと圧力損失も非対称になる。この圧力損失の非対称性が、交流駆動電気浸透流ポンプの整流能を生み出していると示唆された。

そしてトラックエッチド膜のカウンターイオンとして蛍光色素イオンを導入し、共焦点レーザー走査顕微鏡によりカウンターイオンの分布を観察した結果、膜表面のゼータ電位が大きい側の孔では電気二重層が厚いことが見出され、この電気二重層による流路の非対称性が整流機構を生み出していると示唆された。今後も当初の計画に従い、マグネトロンスパッタ用のクシ歯電極作製用のマスクを用いて表と裏のクシ歯電極が直交するポンプを作製し、二次元アドレッシングが可能な電気浸透流ポンプを作製する予定である。ソフトマターの物理装置を自作して既存の装置と組み合わせた結果、物品費が削減されて次年度使用額が生じた。TE膜に形成された電気二重層を光学顕微鏡で観察するという難易度のより高い技術課題への先行研究のために必要な装置の開発に使用する計画である。
情報エントロピーの概念に基づいた情報統計力学の再構築と情報通信理論への展開

本研究では,情報統計力学による解析に現れる諸量,諸概念について,情報理論の立場からそれらの意義を明らかにすることで,情報通信の諸問題に対する情報統計力学からのアプローチを構成する数理的構造を明確に把握することを通じて,情報通信理論分野の方法論として情報統計力学を定着させる基礎を構築することを目指している.ランダム拡散CDMA通信路モデルを含む一般の線形ベクトル通信路を主要な検討対象として取り上げ,以下の検討を行う.(1)解析的性能評価様々な条件のもとでランダム通信路行列を仮定した場合の線形ベクトル通信路の情報伝送能力に関して,レプリカ法による解析的性能評価を試みる.(2)並列干渉除去アルゴリズムに対する外部情報伝送(EXIT)解析低密度パリティ検査(LDPC)符号の復号アルゴリズムのダイナミクスの研究に有用なEXIT解析を,ランダム拡散CDMA通信路に対する並列干渉除去アルゴリズムに適用し,(1)のレプリカ解析結果と比較検討することで,解析に現れる諸量の情報理論的な理解を目指す.(3)ランダム行列の固有値分布共分散型の構造をもつランダム行列の漸近固有値分布について理論的な検討を行い,ランダム通信路行列を仮定した線形ベクトル通信路の情報伝送能力の解析への応用を試みる.本年度は,統計力学における自由エネルギーの概念が,情報理論における情報エントロピーの概念にいかに関連づけられるかを検討した.CDMA通信路モデルを特別な場合として含む一般の線形なベクトル通信路に対する情報統計力学からの解析結果を主要な検討の対象とした.具体的にはまず,通信路行列がランダムな線形ベクトル通信路の入出力間の相互情報量と関連づけることのできる系の自由エネルギーに対して,大システム極限を仮定してレプリカ法による解析をできるだけ一般的な条件のもとで行い,解析結果の情報理論的な解釈を検討した.一自由度あたりの自由エネルギーは,Guo-Verduのデカップリング原理によって得られる等価なスカラーガウス通信路に関する自由エネルギー,通信路出力にもとづく入力の事後平均推定量の平均2乗誤差および事後分散,ならびに事後平均推定量で条件づけられた通信路出力の条件つき情報エントロピーによって表されるという結果が得られた.しかし,具体的な表式の細部に関する解釈は本年度の研究で十分なものが得られたとは言いがたく,さらに研究を進める必要がある.平行して,ベクトル通信路モデルにおける情報シンボルの推定の問題を考え,確率伝搬法にもとづく情報シンボル推定のアルゴリズムについて,上記と同様の一般的な条件のもとで密度発展法(統計神経力学)による解析を検討した.これにより,密度発展方程式の停留条件とレプリカ解析の鞍点方程式との形式的な対応関係が非常に一般的な条件のもとで成立することが確認された.また,以上の解析的な検討の妥当性を多面的に検証するために,多様な条件のもとで数値シミュレーションを実施した.数値シミュレーションの実施はおもに中村一尊(研究分担者)が担当した.統計力学における自由エネルギーの概念が,情報理論における情報エントロピーの概念にいかに関連づけられるかの検討を行った.CDMA通信路モデルを特別な場合として含む一般の線形なベクトル通信路に対する情報統計力学からの解析結果を主要な研究の対象とし,具体的にはまず,情報シンボルの近似的反復推定アルゴリズムについての密度発展法にもとづく解析として,情報シンボルが二値の場合に対して外部情報伝送解析(EXIT解析)の適用を試みた.今年度は基本的な定式化を行い,密度発展方程式やレプリカ解析によって得られる鞍点方程式と対応する表式が得られたが,二値情報シンボル以外の場合への拡張については今後さらに検討を進める必要がある.また,ある種のランダム行列によって定義されるベクトル通信路モデルに対するレプリカ解析結果に基づき,通信路容量を最大にするようなランダム行列の特徴づけを行った.得られた特徴づけは,情報シンボルがガウス分布に従う場合について知られていた結果が非ガウスの情報シンボルに対しても成り立つことを強く示唆するものである.並行して,無限次元極限における疎なランダム行列の漸近固有値分布に関する詳細な解析を行い,漸近固有値分布が非零要素の分布にどう依存するかについて実験的に調べた.以上の解析的な検討の妥当性を検証するために数値シミュレーションを実施した.数値シミュレーションはおもに中村一尊(研究分担者)が担当した.また,当初の研究計画に従い研究支援者としてFarbod Kayhan氏の雇用を開始した.本年度はおもに,ランダム行列の漸近固有値分布に関する昨年度までの検討結果に立脚して,ランダム拡散CDMA通信路において大システム極限で漸近的に最適な拡散符号系列の情報統計力学的アプローチによる特徴づけに関する検討を行った.入力がガウス分布に従う場合には結果が既知であるが,実用上重要な非ガウス入力の場合は研究がほとんどなされていないので,後者の場合について検討を進めた.前年度に得られた,完全電力制御の場合にWBE(ウェルチ限界を達成する)拡散符号系列が漸近的に最適であるという結果を拡張することにより不完全電力制御の条件を含む一般の場合について議論し,ガウス入力の場合に最適であることが知られているいわゆるGWBE(一般化WBE)拡散符号系列が,一般に非ガウス入力の場合には漸近的最適性を喪失することを明らかにした.また,一般の線形ベクトル通信路において受信側で通信路行列が未知であるような場合には,パイロット信号を使用するなどして通信路推定を行う必要がある.通信路推定の誤差を考慮した情報伝送能力の解析的評価を情報統計力学的アプローチにもとづいて実施した.得られた結果にもとづいて,受信器における性能と計算複雑度とのトレードオフやパイロット信号とデータとの最適な比率などの問題に関して,定量的な議論が可能であることを示した.

一般の線形ベクトル通信路に対する並列干渉除去アルゴリズムの情報理論的解析については,低密度パリティ検査(LDPC)符号の復号アルゴリズムのダイナミクスの研究に有用である外部情報伝送(EXIT)解析を,また,無限次元極限における疎なランダム行列の漸近固有値分布に関しては,非零要素の分布への特異な依存性に注目した解析を,それぞれ前年度に引き続き進めているが,本年度は新たな成果が得られる段階まで研究が進展するに至っておらず,来年度も解析を継続する予定である.本年度は,通信路の状態に関する情報が既知でない状況におけるCDMA通信路モデルの解析的な性能評価について検討した.実際の無線通信においては通信路の状態が既知でない状況が普通であるため,このような問題設定のもとで検討を行うことは重要である.まず,パイロット信号を使った通信路状態推定法を組み込んだいくつかの方式について情報統計力学にもとづく解析を行った.具体的には,線形剛MMSEにもとづく通信路推定,マルチユーザ検出,個別データストリームの復号を反復する方式,線形MMSE通信路推定を行った後にマルチユーザ検出と個別データストリームの復号を反復する方式,線形MMSE通信路推定,マルチユーザ検出,個別データストリームの復号をフィードバックなしで順次行う方式,さらにマルチユーザ検出を線形MMSEで行うことで簡略化した方式,以上の4方式を対象とし,通信時間におけるパイロット信号の比率に対してそれぞれの方式のスペクトル効率がどう依存するかを評価し,比較を行った.低負荷時には各方式間で性能にあまり差がみられないが,高負荷時には大きな差が生じることなどを明らかにした.次に,パイロット信号の代わりに非一様な確率でシンボルを生成することで情報の伝送と通信路状態の推定とを同時に実現する方式についても解析的性能評価を行った.本年度の研究計画策定時点ではCDMA通信路やMIMO通信路を特別な場合として含むランダムベクトル通信路モデルの解析的性能評価ならびに並列干渉除去アルゴリズムの解析を進めることとしていたが,これらについては本年度は新規な結果を得るに至らなかった.
医療用嗅覚ディスプレイの開発と嗅覚測定システムの構築

嗅覚ディスプレイに対する複数の医療用ノズルを開発し、微小時間幅の香り提示手法であるパルス射出に対するノズルの特性を調査した。そして、医療向けに最適なノズルを検討し、医療用嗅覚ディスプレイを開発した。これを用いて単一濃度による嗅覚能力の測定を行い、既存の嗅覚検査との比較を行うことで本手法による嗅覚能力の測定が可能であるかを調査した。さらに、医療用嗅覚ディスプレイを用いた嗅覚測定用アプリケーションを作成することで、短時間で測定可能な嗅覚測定システムを構築した。本研究の目的は、提案者が発明したパルス射出による香りの微小時間定時手法を用いて、健康診断で使用可能な嗅覚測定システムの構築を行うことである。平成26年度は、測定の際に香りの漏れを感じない装置の開発を目的として、次のような実施計画を立て研究を遂行した。1.実施計画ではまず最初に文献調査と学術会議での意見交換を通して、現在研究されている香り提示に関する手法、及びそれらの評価方法、人間の嗅覚特性、嗅覚の受容構造について整理するというものであった。計画に従って、日本VR学会の香りと生体情報研究会、仮想都市とサイバースペース研究会、及び情報処理学会デジタルコンテンツクリエーション研究会に参加し、情報収集、意見交換、研究発表を行った。また国際会議では、ACM ICMI 2014、IWIN 2014、DOS 2014で発表した。2.実施計画に従って嗅覚ディスプレイの医療用ノズルの開発を進め、射出口の大きさ、ノズルの先端までの長さ、そしてノズルの先端の形状などを比較した。開発した3種類のノズルを用いた香り射出実験で、最も装置からの香りの漏れを感じにくいノズルの形状を分析し、鼻腔型のノズルが最も効果的であることを確認した。しかし鼻腔型の場合、被験者もしくは患者の鼻に直接接触することになるので、健康診断のように大量の人間を対象とするには不向きである可能性もあるので、引き続き検討を行うこととした。今年度の研究でインクジェット方式の嗅覚ディスプレイを用いる場合、インクヘッドから漏れる香りを最小限にするためにはノズルの形状が非常に重要であることが確認できた点が、大きな成果である。本研究の目的は,提案者が発明したパルス射出による香りの微小時間提示手法を用いて健康診断で使用可能な嗅覚測定システムの構築を行うことである.平成27年度は,昨年度開発した医療用嗅覚ディスプレイを用いて,既存の嗅覚検査と比較実験を行うなど実用化を目指して,次のような実施計画を立てて研究を遂行し実績を上げた.(1)慶應病院の耳鼻科の医師と協力し,医師,看護婦,医学生,製薬会社社員,大学院生など40人ほどの被験者を集め,T&Tオルファクトメータと嗅覚ディスプレイを用いた嗅覚測定実験を行った.T&Tオルファクトメータは嗅覚障害の程度を測定する検査で,厚生省によって認可されている検査手法である.我々の開発した医療用嗅覚ディスプレイで被験者の嗅覚の嗅覚能力を細かく測定し,T&Tオルファクトメータの測定結果と比較したところ強い相関関係が見られ,嗅覚測定に利用できることが確認された.(2)上記の測定によって得られた結果から嗅覚健常者と嗅覚異常者の間の閾値を分析して,嗅覚障害の可能性があるかを判断するためのスクリーニング値を定めた.実際に健康診断などで測定する際には3分程度で終了することが検査の必須条件といえ,適当なスクリーニング値を決めることは極めて重要である.この実験結果は,2016年3月の情報処理学会論文誌に「短時間で測定可能な嗅覚能力のスクリーニング検査法」として掲載され,特選論文を受賞した.研究計画は順調に進み,予定通り嗅覚障害の可能性があるかを判断するためのスクリーニング値を定めることができ,この結果を情報処理学会で論文発表したところ特選論文として選ばれた.また研究を遂行している間に,精神科の医師から共同研究の依頼があり,我々の開発した嗅覚診断法が自閉症児のスクリーニングに応用できる可能性が出てきた.これらの研究成果は国際ジャーナル1編,国内ジャーナル2編,国際会議論文3編(全て査読付き)として発表するなど,研究成果の対外的な発信を積極的に行っている.本研究の目的は,提案者が発明したパルス射出による香りの微小時間提示手法を用いて,健康診断で使用可能な嗅覚測定システムの構築を行うことである.平成28年度は,27年度に医療用嗅覚ディスプレイを用いて測定した嗅覚障害の可能性があるスクリーニング値を参考にして,23分で実施可能な嗅覚測定システムの測定手順および判定基準を考案した.これを基に,香りの提示順や射出量の設定などを自動で制御する測定用アプリケーションの構築を行った.この提案システムに関して有用性を確認するため,測定時間の計測実験を行った.この際,測定者は測定方法を十分に理解しているものとし,被験者には測定前に30秒程度で簡単な測定方法の説明を行った.また,実際に大勢に対して嗅覚検査を行うことで,提案システムの有用性を確認した.測定時間の評価実験に関する被験者は20代の男性17名,女性3名の計20名であった.測定は最短で1分18秒,最長で3分12秒で終えることができ,その平均は1分59秒(標準偏差31.7秒)であった.被験者の中には嗅覚健常者のみでなく,経過観察者や要検査者と判定された者もおり,測定結果に関わらず3分程度で測定可能であることが分かった.

大勢に対する嗅覚検査の実施実験として,1080代の男性90名,女性26名の計116名に対する測定を行った.実験結果より,40代が最も嗅覚健常者の割合が多く,50代や60代では経過観察者の割合が増え,さらに70代以降では要検査者の割合が増えている.これは既存研究と同様の結果が得られていることが分かった.さらに,要検査者と判定された被験者の中には嗅覚障害や味覚障害,重度のアレルギー性鼻炎であると診断を受けている者がおり,本測定手法によって嗅覚の状態を判定できるといえ,その有用性が確認された.嗅覚ディスプレイに対する複数の医療用ノズルを開発し、微小時間幅の香り提示手法であるパルス射出に対するノズルの特性を調査した。そして、医療向けに最適なノズルを検討し、医療用嗅覚ディスプレイを開発した。これを用いて単一濃度による嗅覚能力の測定を行い、既存の嗅覚検査との比較を行うことで本手法による嗅覚能力の測定が可能であるかを調査した。さらに、医療用嗅覚ディスプレイを用いた嗅覚測定用アプリケーションを作成することで、短時間で測定可能な嗅覚測定システムを構築した。申請書に記載した研究計画通り医療用嗅覚ディスプレイのノズル開発を行い、それぞれのノズルの特性を測定した。また、これまでの研究成果も国際会議3件で発表するなど、研究成果の対外的な発信も積極的に行っている。研究は当初の計画通り順調に進んでおり,申請書の計画通り粛々と研究を進めていく予定である.情報学研究は当初の計画通り順調に進んでおり、申請書の研究計画通り粛々と研究を進めていく予定である。助成金を無駄にせず本当に必要なものだけに使用したため,ちょうど残額0円にはならなかった.助成金を無駄にせず本当に必要なものだけに使用したため,丁度0円にはならなかった.消耗品に使用する予定.消耗品に使用
卵巣顆粒膜細胞における増殖と分化の調節蛋白の解明

(A)ブタ顆粒膜細胞の増殖分化の調節蛋白のクロ-ニングは各ステップで十分な成果が得られず成功しなかった。そこで卵巣での黄体化(分化)のひきがねの一つとして重要なプロゲステロン(以下P)の作用機構解明の一環的に検討した。人PRのホルモン結合部位にあたるオリゴタクレオチドをprimerにしてPCR法によりブタ子宮内膜よりPRcDNAを得,これをprーobeにして顆粒膜細胞におけるPRmRNAの発現を検討した所,PRmRNAはLHにより用量依存的に誘導され、その頂値は3時間後であった。同様の効果はcAMP,hCG,FSHによってもみられたが,Pやエストロゲンでは認められなかった。すなわちP作用を仲介するPRの発現はLHによることを明らかにした。(B)人及びブタ顆粒膜細胞に対するモノクロ-ナル抗体作製の一環としてaminopeptidaseーN(以下FAN)の人卵巣における発現をモノクロ-ナル抗体により検討した所,ANは卵胞発育の各過程において莢膜細胞にのみ認められ,顆粒膜細胞には認められなかった。この結果はANが卵巣に働らく種々の活性ペプチドの分解を通じて卵巣機能の調節に関与することを示唆するとともに,ANが莢膜細胞の表面マ-カ-となることを示す。(C)ブタ培養顆粒膜細胞に対するcytokine,growthfactorの作用として(1)ILー1は卵胞発育の初期から分化に対して抑制的に働いた。すなわち小卵胞由来顆粒膜細胞におけるFSH作用(aromatase活性,P分泌,LHリセプタ-,cAMP産生などの誘導をILー1は抑制し,作用機構は,cAMP合成と合成後の過程両面の抑制であった。(2)強力な血管収縮物質であるエンドセリン(以下ET)はブタ卵胞液中に存在し,顆粒膜細胞におけるLHによる黄体化(P分泌,cAMP産生,形態変化)を阻止した。ETも卵巣機能の有力な調節因子である可能性を示した。本研究は、ブタ・ヒト卵巣顆粒膜細胞(G細胞)の増殖・分化の調節機構解明を目的とし、(A)調節蛋白cDNAのクロ-ニング:(B)作用するモノクロ-ナル抗体の作製:(C)既存各種活性ペプチドの作用の検討の3課題からなる。(A)(1)培養ブタG細胞へのDNA transfectionを各種条件で検討し、vectorにはCDM8を用い、grycerol shock(-),Ca沈澱法により810%の確率を得た。次に培養中での黄体化(主に3βーHSD染色により判定)の確率がLH(-)で最も低く、LH(+)で最も高いG細胞を検討した所、小卵胞(径12mm)由来のG細胞(S細胞)がこれに該当した。現在S細胞をLH(-)及び(+)下で培養し、それぞれからcDNA bankを作製しつつある。(2)(1)に関連し、G細胞の黄体化と共に発現するプロゲステロン・レセプタ-(PR)の分子生物学的解析を行った。まずブタ子宮内膜poly(A)ーRNAから作製したcDNA mixtureからヒトPR cDNAのうちP binding domainに相当する部のoligonucleotidesをprimerとし、PCR法によりブタPR cDNAを作製した。このcDNAをprobeとしてブタG細胞のPR geneの発現調節を調べた所、LH添加により3h后をmax(対照の8.6倍)として発現が増強したが、Pによる効果は認めなかった。LHによるPR geneの発現は用量・時間依存的であり、in vivoにおけるLHサ-ジ後のPR発現の直接的な調節機構の1つと考えられる。(B)ブタG細胞をマウスに免疫して細胞融合を施行し、数種の抗G細胞抗体産生株を得た。卵胞発育から黄体化に至るG細胞の分化過程をこれらの抗体を用いて組織学的に検討したところ、興味深い抗体が存在し、現在この抗体が認識する抗原の同定と精製を行っている。(C)(1)ILー1はブタS細胞においてFSHによるarom atase活性の誘導、LH binding、P分泌の増加並びにLHによるcAMP産生というG細胞の分化作用を用量依存的に抑制した。FSH作用に対するILー1の抑制はcAMP産生とpostーcAMPの両過程においてみられた。(2)卵胞液中に存在するインタ-フェロン(IFNーα)はS細胞に於て、FSHによるP産生の増加を抑制するのに対し、E2産生の増加を更に促進した。

この結果はANが卵巣に働らく種々の活性ペプチドの分解を通じて卵巣機能の調節に関与することを示唆するとともに,ANが莢膜細胞の表面マ-カ-となることを示す。(C)ブタ培養顆粒膜細胞に対するcytokine,growthfactorの作用として(1)ILー1は卵胞発育の初期から分化に対して抑制的に働いた。すなわち小卵胞由来顆粒膜細胞におけるFSH作用(aromatase活性,P分泌,LHリセプタ-,cAMP産生などの誘導をILー1は抑制し,作用機構は,cAMP合成と合成後の過程両面の抑制であった。(2)強力な血管収縮物質であるエンドセリン(以下ET)はブタ卵胞液中に存在し,顆粒膜細胞におけるLHによる黄体化(P分泌,cAMP産生,形態変化)を阻止した。ETも卵巣機能の有力な調節因子である可能性を示した。