hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
モーメント写像の諸構造

モーメント写像はコンパクト群の作用を持つシンプレクティック多様体上でハミルトン関数を並べて得られるが、単に数学的興味のみならず数理物理学との関連等もあって、最近注目されている。我々は特に(I)Duistermaat-Heckman則度を介して、単純リー環ではKilling形式にあたるものの一般化を、可成りすっきりした形で得ることができた。また、(II)モーメント写像と情報幾何のかかわりを中村の結果を通じて明らかにするとともに、(III)ベルグマン核に関する中沢の結果のモーメント写像を通しての意味付けを得た。これらは1995年度のsurvey in Geometry"シンプレクティック幾何学"に於ける講演「Kahler幾何学における運動量写像」の中で、最近のモーメント写像の研究の流れを紹介した中で、述べたが、taric非特異射影多様体の正則自己同型群に関するある種の予想に関しては、部分的結果は得たが、これを更に一般のものにまで推し進めなければと思っている。
酸化ビリルビンを指標とした開心術術後心筋酸化ストレスの評価

狭心症と心筋梗塞は心筋細胞の虚血を生じている。この虚血心筋に冠動脈バイパス術を行い、心筋血流を回復させることにより心筋を救助する。しかし、同時に心筋虚血再還流傷害という虚血心筋に血流が再開することにより心筋障害を生じる。これには酸化ストレスが一因となっている。生体内にある酸化ビリルビンを測定することで、その動態、原因、さらには組織障害機序を解明するための研究を行った。臓器虚血の後、血流再開により臓器障害を軽減させることができる一方、再灌流由来の臓器障害が出現する。その一因に酸化ストレスが関与する。ビリルビン酸化代謝産物バイオピリン測定から、酸化ストレス動態評価を行ってきた。ラット心筋虚血再灌流モデルでは尿中バイオピリンは亜急性期にも再上昇を認めた。心筋虚血再灌流後に心臓のみでなく、肺でのバイオピリンの発現が認められ、酸化ストレス産生源と考えてきた。これを心筋虚血再灌流が生じる心臓手術後の酸化ストレス動態評価を行い、術後抗酸化療法の導入に結びつけることを目的としている。1.酸化ストレス酸性機序の研究ラット心筋虚血再灌流モデルで、心筋虚血再灌流後(8,24時間)の心臓、肺組織から抗バイオピリン抗体を用いた免疫染色では壊死心筋および間隙に浸潤した細胞、肺では肺胞壁への浸潤細胞にバイオピリン発現を認めた。浸潤細胞で酸化ストレス産生が行われているとの仮説を立て、抗酸化剤であるMCI-186(Edaravon)をラット虚血再灌流モデル)において投与し、再灌流直後から48時間までの尿中バイオピリンを測定した。結果、有意な抑制効果は得られなかった。浸潤細胞を抑制すべく、methylpredonieoloneを投与したところ、尿中バイオピリンの減少を認めた。2.心臓手術後の酸化ストレス評価および抗酸化治療の導入心筋虚血再灌流が生じる心臓手術として、虚血性心疾患に対する冠動脈バイパス術の術後の尿中バイオピリンを測定、評価を行った。結果、ラット虚血再灌流モデルと同様の傾向を示す酸化ストレス動態を認めた。併せて、症例ごとの虚血域評価を術中ICG(インドシアニングリーン)蛍光造影法を用いて評価し、酸化ストレス産生との相関の有無を評価を試みている。しかし、対照群の集積ができず、統計的評価は未施行である。冠動脈血流減少による心筋虚血持続から、再灌流がなければ心筋細胞は壊死に陥る。再灌流により回避されるが、虚血再灌流による心筋虚血再灌流障害が生じる。再灌流後の心筋障害を引き起こす原因の一つとして活性酸素種(Reactive Oxygen Species, ROS)の関与がある。しかし、ROSは非常に不安定な物質であり、そのものを直接かつ経時的に測定することが困難であった。ビリルビンはそれ自身が抗酸化物質としての作用を持ち、自殺的にROSをscavengeする事により、酸化代謝産物であるバイオピリンが産生される。バイオピリン測定から、酸化ストレス動態評価を行ってきた。1.抗酸化治療の導入ラット心筋虚血再灌流モデルで、心筋虚血再灌流後、亜急性期での酸化ストレスの再上昇を心筋、肺に認めた。心筋、肺組織にED-1陽性細胞にバイオピリン発現を認めた。ED-1陽性細胞浸潤をMethylpredonisolone投与により抑制できた。Methylpredonisolone投与で、有意に尿中バイオピリが抑制されており、心筋虚血再灌流後に出現する浸潤細胞を抑制することにより、抗酸化治療を行うことができる可能性を示している。また、直接的にfree radicalを抑制すべく、MCI-186を投与したが、尿中バイオピリン評価からは有効性が示されなかった。2.心臓手術後の酸化ストレス評価および抗酸化治療の導入冠動脈バイパス術での尿中バイオピリンを測定、評価を行った。心拍動下冠動脈バイパス術施行症例(n=7,5189歳)において、術中および術後48時間までに経時的採尿を行い、抗ビリルビン抗体を用いたELISA法により尿中バイオピリン濃度を測定した。冠動脈バイパス術では、心筋虚血再灌流48時間での尿中バイオピリン値の有意な上昇を認めた不安定狭心症および急性心筋梗塞症例での尿中バイオピリンの著明な上昇を認めた。冠動脈還流面積差によるバイオピリン量の差を検討すべく、症例ごとの虚血域評価を術中ICG(インドシアニングリーン)蛍光造影法を用いて評価したが、有用性は示されなかった。評価方法の再検討を行っている。虚血性心疾患や、冠動脈遮断を伴う手術は虚血心筋への血流再開後に再灌流性心筋障害(MIR)を生じる。MIRの原因の一つが活性酸素種(Reactive Oxygen Species,ROS)であるが、ROSの不安定性から経時的動態、生体内分布は不明であった。

また、冠動脈バイパス術後に肺水腫を来す症例が経験されることからMIR後の肺への影響を研究した。1.MIR後の肺障害肺組織のバイオピリン染色では、肺胞壁内のED-1陽性単核球にバイオピリン発現を認めた。同一細胞に誘導型酸化窒素合成酵素(iNos)が発現し、No_2/No_3は2.3倍の上昇を認めた。全身性炎症性症候群(SIRs)同様に、心筋細胞由来サイトカインの産生が示唆されたが、心筋、肺でのTNF-αの発増加はなかった。肺胞隔壁拡大、単核球の増加は肺鬱血所見であり、心内圧測定から、左室内圧低下、拡張末期圧上昇を認め、鬱血性心不全の影響が示唆された。NO合成抑制、細胞浸潤抑制により肺バイオピリンは減少し、MIR後肺障害に対する窒素ラジカルを含む酸化ストレス抑制は有用性を示すと考えられた。2.心臓手術後の酸化ストレス評価前年度から症例集積を継続し、心拍動下冠動脈バイパス術(CABG)施行症例(n=12,5189歳)の、術中、術後の尿中バイオピリン濃度を測定した。CABGでは冠動脈血流再開直後と、再灌流後1224時間での二相性再上昇を認めた。統計学的にはCABG後の酸化ストレス上昇は有意であった。基礎研究結果から、NO合成抑制薬による尿バイオピリン、NOラジカルを測定することで継続研究を行う。また、CABGにおけるバイパスグラフト不全による酸化ストレス産生量を評価しているが症例集積が不十分である。同時にCABG術中に不全グラフトを特定するためのICG血管造影を行い、結果を集積している。比較できる症例が集積できれば検討可能と考える。
都市城の核大が広域の大気湿度に及ぼす影響に関する研究

本研究は巨大都市圏の出現による,これまでとは異なった形での都市の気候に及ぼす影響の評価を,大気湿度変化を通して明らかにしようとした。以下に,これまでに明らかにされた点を幾つか列記する。1)東京・大阪の都心部と都市気候の影響を受けていない地点間の相対湿度の差は,最近10年以上にわたって減少している。水蒸気圧の差も以前に比べると減っている。その理由として,かつて急速に減少した大都市の都心の大気中の水蒸気量が近年は明らかに増加傾向にあるのに対して,乾燥化域が郊外に拡大しているためである。2)東京都心部で人間活動が排出する水蒸気量は市街地化がもたらす植被の撤去による地表からの水蒸気の供給量減少分に見合う値に達している。2)短期間に田園地帯から中都市に変化した筑波研究竜学園都市にある館野高層気象台では1978・1979年を中心として顕著な相対湿度の一時的な低下が観測されている。これと同じ期間に気温が上昇しているが,水蒸気圧も減少しており昇温だけが相対湿度低下の原因ではない。一時的乾燥化は大規模開発による植被面積の激減も原因と言える。3)館野の相対湿度は,筑波研究学園都市の開発がほぼ完了して裸地がほとんど無くなった1980年代の中頃には田園地域の値とあまり変わらない状態に戻ったと考えられる。なお,その値は開発前よりやや低いがこれは関東平野全域的な相対湿度低下のためと思われる、つまり,筑波研究学園都市の都市構造はかなり自然状態に近い気候環境を保つものであることが判った。4)館野高層気象台の観測値に含まれる都市開発の影響の連続的な評価を試みた。移動平均による平滑化では季節変化が障害になるので,従来とは思なった方法で平滑化を試みた。
父系・母系遺伝子と古代ＤＮＡを用いたヒグマの大陸移動と北海道への渡来史の解明

本研究の目的は、ヒグマの大陸移動と北海道への渡来史を解明することである。ヒグマのオスは出生地から遠くに移動するのに対し、メスは出生地にとどまる傾向があり、行動様式に性差がみられる。この行動様式の性差がヒグマ集団の進化史に大きく影響してきたと考えられる。そこで本研究では、北東アジアにおけるヒグマの父系遺伝構造を明らかにし、オスによる遺伝子流動が集団間および集団内の遺伝的連続性に及ぼす影響を評価するために、北海道および南千島(国後島、択捉島)、サハリン、ユーラシア大陸(カムチャッカ半島、ウラル山脈、ヨーロッパロシア、チベット)のヒグマ124個体の父系遺伝するY染色体DNAの塩基配列およびマイクロサテライト多型を分析した。北海道ヒグマ集団は父系ではユーラシア大陸および北米大陸集団から遺伝的に分化しており、大陸ヒグマ集団との最近の遺伝的な連続性はみられなかった。北海道内においてヒグマ父系では地理的な遺伝的構造はみられず、北海道内の地域集団間で頻繁に生じたオスの分散に伴う遺伝子流動が北海道内のヒグマ父系の遺伝的構造の形成に大きな役割を果たしたことが示唆された。また、択捉島ヒグマ集団は母系と父系それぞれで由来が異なり、ヒグマの雌雄で異なる分散様式に加え、創始者効果とその後の遺伝的浮動が択捉島ヒグマ集団の形成に大きく寄与したことが示唆された。本研究の結果から、これまでのミトコンドリアDNAのみを用いた先行研究で考えられていた以上に北海道周辺のヒグマ集団は複雑な系統地理学的特性を示すことが明らかになった。また、行動様式に顕著な性差がみられる動物を対象とした系統地理学の研究において、母系(ミトコンドリアDNA)および父系(Y染色体DNA)双方の性特異的遺伝マーカーを用いることの重要性を示すことができた。28年度が最終年度であるため、記入しない。ヒグマは、西ヨーロッパから北アメリカにかけて北半球に広く分布し、北海道および南千島にも生息する。これまでに北海道のヒグマ集団は異所的に分布する3系統(道央、道東、道南)からなることが母系遺伝するミトコンドリアDNAの分析から明らかになっている。ヒグマのオスは出生地から遠くに移動するのに対し、メスは出生地にとどまる傾向があり、雌雄間に行動様式の違いがみられる。この雌雄間の行動様式の違いがヒグマ集団の進化史に大きく影響してきたと考えられる。また、現在の各地域のヒグマ集団の形成過程には、過去の集団の分散や分断だけではなく、地域集団の絶滅が大きく関与しているため、古代DNA分析による過去のヒグマの集団遺伝構造の直接的な分析が有効である。そこで本研究では、1.オスの行動様式を反映したヒグマの遺伝的構造を調べるために、北海道、サハリン、大陸ロシア、チベット等の現生ヒグマについて、父系遺伝子マーカーであるY染色体DNAの塩基配列解析およびマイクロサテライト解析を行った。これら多型データからヒグマY染色体DNAの遺伝子型を決定することができた。2.ヒグマの過去の集団動態を明らかにするために、両性遺伝する核DNAの複数遺伝子座を分析した。北海道、サハリン、大陸ロシア、チベット等の現生ヒグマについて、核DNAの14遺伝子座の塩基配列を決定することができた。3.ヒグマの古代DNA分析のためのヒグマ化石標本に関する調査・収集をブルガリア国立自然史博物館、ブルガリア・トラキア大学農学部にて行った。ヒグマの行動様式には性差がみられ、この違いがヒグマ集団の進化史に大きく影響してきたと考えられている。そこで本年度は以下の研究を実施した。1.オスの行動様式を反映したヒグマの遺伝集団構造を調べるために、北海道、サハリン、大陸ロシア、チベット等の現生ヒグマについて父系遺伝子マーカーであるY染色体DNAの塩基配列解析およびマイクロサテライト解析を行った。取得した多型データからヒグマY染色体DNAの遺伝子型を決定し、北海道およびユーラシア大陸のヒグマ集団の父系における過去の移動の歴史を推定した。ユーラシア大陸、北米大陸、北海道の各ヒグマ集団間でY染色体DNAの遺伝子型パターンに地理的に明瞭な違いはみられず、世界的に比較的一様な父系集団からなることがわかった。北海道内においてもY染色体DNAの遺伝子型と集団の地理的分布に関係性はみられなかった。北海道ヒグマが島嶼集団として隔離したのちにオス偏重の移動性によって北海道内での集団間の移動が頻繁に生じ、北海道ヒグマの母系でみられる地理的に明瞭な遺伝集団構造は父系遺伝集団では撹乱されたことが示唆された。北海道、サハリン、大陸ロシア、チベット等の現生ヒグマについて、核DNAの14遺伝子座の塩基配列を決定した。核DNAの複数遺伝子座に基づくヒグマ集団史の進化シナリオを検証するための集団遺伝学的解析を行っている。3.ヒグマの古代DNA分析のためのヒグマ化石標本に関する調査・収集をブルガリア国立自然史博物館にて行い、追加分析標本のサンプリングを行った。4.ジョージア・イリア州立大学にて共同研究の打ち合わせおよび研究集会にてこれまでの研究成果を発表した。北海道およびユーラシア大陸のヒグマ集団のY染色体DNA多型データに基づく父系におけるヒグマ集団の過去の移動の歴史を推定できた。

北海道およびユーラシア大陸のヒグマ集団から取得した核DNA複数遺伝子座のデータを用いてヒグマ集団史の進化シナリオを検証するための集団遺伝学的解析を進めている。以上の研究進捗状況から上記の評価とした。本研究の目的は、ヒグマの大陸移動と北海道への渡来史を解明することである。ヒグマのオスは出生地から遠くに移動するのに対し、メスは出生地にとどまる傾向があり、行動様式に性差がみられる。この行動様式の性差がヒグマ集団の進化史に大きく影響してきたと考えられる。そこで本研究では、北東アジアにおけるヒグマの父系遺伝構造を明らかにし、オスによる遺伝子流動が集団間および集団内の遺伝的連続性に及ぼす影響を評価するために、北海道および南千島(国後島、択捉島)、サハリン、ユーラシア大陸(カムチャッカ半島、ウラル山脈、ヨーロッパロシア、チベット)のヒグマ124個体の父系遺伝するY染色体DNAの塩基配列およびマイクロサテライト多型を分析した。北海道ヒグマ集団は父系ではユーラシア大陸および北米大陸集団から遺伝的に分化しており、大陸ヒグマ集団との最近の遺伝的な連続性はみられなかった。北海道内においてヒグマ父系では地理的な遺伝的構造はみられず、北海道内の地域集団間で頻繁に生じたオスの分散に伴う遺伝子流動が北海道内のヒグマ父系の遺伝的構造の形成に大きな役割を果たしたことが示唆された。また、択捉島ヒグマ集団は母系と父系それぞれで由来が異なり、ヒグマの雌雄で異なる分散様式に加え、創始者効果とその後の遺伝的浮動が択捉島ヒグマ集団の形成に大きく寄与したことが示唆された。本研究の結果から、これまでのミトコンドリアDNAのみを用いた先行研究で考えられていた以上に北海道周辺のヒグマ集団は複雑な系統地理学的特性を示すことが明らかになった。また、行動様式に顕著な性差がみられる動物を対象とした系統地理学の研究において、母系(ミトコンドリアDNA)および父系(Y染色体DNA)双方の性特異的遺伝マーカーを用いることの重要性を示すことができた。父系遺伝子マーカーであるY染色体DNAの塩基配列解析およびマイクロサテライト解析のデータを収集できた。また、当初の研究計画に加えて核DNA複数遺伝子座の分析を行い、塩基配列データを収集できた。さらに、次年度以降のヒグマ古代DNA分析のための標本を調査・収集することができた。北海道およびユーラシア大陸のヒグマ集団のY染色体DNA多型データに基づく父系における過去の移動の歴史推定の結果を学会および投稿論文での発表を目指す。北海道およびユーラシア大陸のヒグマ集団の核DNAの複数遺伝子座を用いた集団遺伝学的解析を引き続き進め、ヒグマ集団史の進化シナリオを検証する。収集したヒグマ化石標本の古代DNA分析に着手する。28年度が最終年度であるため、記入しない。本年度に得られたデータをもとに、北海道およびユーラシア大陸のヒグマ集団のY染色体DNA多型データに基づく父系における集団遺伝学的解析を行う。北海道およびユーラシア大陸のヒグマ集団の核DNAの複数遺伝子座を用いた集団遺伝学的解析を進め、ヒグマの過去の集団動態を解明する。本年度に収集したヒグマ化石標本の古代DNA分析に着手する。
等式制約解消系のネットワークによるグローバルコンピューティング

平成12年度より継続して推進しているネットワーク化した制約解決系による問題解決システムの構築,改良およびその応用研究を行った.本システムは,関数論理型プログラミングに基づいた等式求解系と,等式が定義される領域固有のアルゴリズムを実現している解決系とが協調して問題解決を行うものであり,1.全ての解決系の求解領域上で問題記述を可能とする関数論理型言語とその処理系、2.解決系間の協調方法を記述する協調言語とその処理系,3.ネットワーク上で,解決系間で問題の送受信を可能とする通信フレームワークから構成されている.1については、高階遅延ナローイング計算系の拡張を行った.計算系を実際の応用に適用することにより,いくつかの最適化手法が明らかになった,最適化手法を組み込む上での,理論的問題点や効率の解析を行った.最適化手法はすでに実装されている高階遅延ナローイング計算系に組み込んだ.2の協調言語は、平成13年度に設計し,プロトタイプを実装したが,今年度はアルゴリズムを改良し,本格的な実装を行った.また,インタフェイスにも改良を加えた.協調言語はJava言語で実装し,マルチスレッドを活用した効率の良い解決系間の協調を実現している.3については,昨年度の研究で通信プロトコルとデータの相互運用性を得るために,CORBAとMathMLを活用し通信フレームワークを実現しているが,設計の見直しや,UMLによるシステムの詳細な記述を行った.この通信フレームワークは,CORBAオブジェクトラッパ,XML DOM APIのIDL value type型による実装,求解に必要な解決系を発見サービスの各ソフトウエアコンポーネントから構成されている.さらに,システムを具体的な問題に適用し,効率に関する知見と,制約解消系による問題解決のパラダイムの有効性に関する新たな知見を得た.平成12年度より継続して推進しているネットワーク化した制約解決系による問題解決システムの構築,改良およびその応用研究を行った.本システムは,関数論理型プログラミングに基づいた等式求解系と,等式が定義される領域固有のアルゴリズムを実現している解決系とが協調して問題解決を行うものであり,1.全ての解決系の求解領域上で問題記述を可能とする関数論理型言語とその処理系、2.解決系間の協調方法を記述する協調言語とその処理系,3.ネットワーク上で,解決系間で問題の送受信を可能とする通信フレームワークから構成されている.1については、高階遅延ナローイング計算系の拡張を行った.計算系を実際の応用に適用することにより,いくつかの最適化手法が明らかになった,最適化手法を組み込む上での,理論的問題点や効率の解析を行った.最適化手法はすでに実装されている高階遅延ナローイング計算系に組み込んだ.2の協調言語は、平成13年度に設計し,プロトタイプを実装したが,今年度はアルゴリズムを改良し,本格的な実装を行った.また,インタフェイスにも改良を加えた.協調言語はJava言語で実装し,マルチスレッドを活用した効率の良い解決系間の協調を実現している.3については,昨年度の研究で通信プロトコルとデータの相互運用性を得るために,CORBAとMathMLを活用し通信フレームワークを実現しているが,設計の見直しや,UMLによるシステムの詳細な記述を行った.この通信フレームワークは,CORBAオブジェクトラッパ,XML DOM APIのIDL value type型による実装,求解に必要な解決系を発見サービスの各ソフトウエアコンポーネントから構成されている.さらに,システムを具体的な問題に適用し,効率に関する知見と,制約解消系による問題解決のパラダイムの有効性に関する新たな知見を得た.ネットワーク上の等式制約解消系を活用し,グローバルコンピューティングを行なうための計算モデルを構築し,このモデルに基づくプログラミングシステムの開発を行なった.1.等式解決系の理論的性質の解明我々は,プログラミングシステムの中核をなす等式解決系の計算モデルとして,高階遅延ナローイングを採用している.本研究に先立ち我々が考案した高階遅延ナローイング計算系LNffでは,高階変数を含む等式を解くための推論規則を適用する場合の非決定性が高い.本研究では,計算機上での実装を容易にし,実行効率を向上させるため,LNffに内在する非決定性を除去するための改良を加えた.段階的に非決定性の除去を行なうことにより,LN1LN4と呼ぶ4つの新たな計算系を得た.また,提案した各計算系についてそれぞれ,計算モデルとして重要な性質である求解完全性の結果を証明した.2.プログラミングシステムの実装分散環境下でのグローバルコンピューティングを実現するプログラミングシステムの,基本部分の実装を完了した.このシステムをCFLP(Constraint Functional Logic Programming system)と呼ぶ.CFLPは,高階遅延ナローイングを計算モデルとして動作する関数論理型言語と,協調的に動作する制約解消系とを融合するシステムである.CFLPは,ナローイング計算系を基本とし,関数論理型言語インタープリタが,分散環境を構成する計算機に配置された複数の制約解消系と通信しながら,等式の求解を行なう.ナローイング計算系により項代数上での解を求め,ドメイン固有の解法を実現する制約解消系を必要に応じて呼び出して,問題固有のドメインで解釈される定数に対する操作を行なう.さらに,グローバルコンピューテーションを行うために,各ソフトウエアコンポーネントのインターフェイスをCORBAの仕様とする作業を行った.

XMLを通信用の言語として用い,XMLをインターフェイス部分で内部形式に変換する処理を行っている.ネットワーク化した制約解決系による問題解決システムの設計と構築を行った.問題は等式の列として記述される.本システムは,関数論理型プログラミングに基づいた等式求解系と,等式が定義される領域固有のアルゴリズムを実現している解決系が分散配置され,それらの協調により問題の解決を行うものである.より具体的には,1.全ての解決系の求解領域上で問題記述を可能とする関数論理型言語とその処理系,2.解決系間の協調方法を記述する協調言語とその処理系,3.インターネット等の開かれたネットワーク上で,解決系間で問題の送受信を可能とする通信フレームワークから構成されている.1については,高階遅延ナローイング計算系の拡張および健全性,完全性の解明を行った.さらに計算系を記号処理言語Mathemaitcaを活用し実現した.2の協調言語は,ユーザが様々な解決系を組み合わせ,より高度な求解を実現する新たな解決系を記述するための言語である.この言語処理系をJava言語で実装し,マルチスレッドを活用した効率の良い解決系間の協調を実現した.3については,通信プロトコルとデータの相互運用性を得るために,CORBAとMathMLを活用し通信フレームワークを実現した.この通信フレームワークは,CORBAオブジェクトラッパ,XML DOM APIのIDL valuetype型による実装,求解に必要な解決系を発見サービスの各ソフトウエアコンポーネントから構成されている.この通信フレームワークより,解決系間で等式データが透過的に送受信できることが可能になった.以上の成果から,オープンな環境下で解決系の協調により,等式の求解を行うシステムがほぼ完成し,次年度に向けてシステムの応用の研究を開始した.平成12年度より継続して推進しているネットワーク化した制約解決系による問題解決システムの構築,改良およびその応用研究を行った.本システムは,関数論理型プログラミングに基づいた等式求解系と、等式が定義される領域固有のアルゴリズムを実現している解決系とが協調して問題解決を行うものであり,1.全ての解決系の求解領域上で問題記述を可能とする関数論理型言語とその処理系,2.解決系間の協調方法を記述する協調言語とその処理系,3.ネットワーク上で,解決系問で問題の送受信を可能とする通信フレームワークから構成されている.1については,高階遅延ナローイング計算系の拡張を行った.計算系を実際の応用に適用することにより、いくつかの最適化手法が明らかになった.最適化手法を組み込む上での,理論的問題点や効率の解析を行った.最適化手法はすでに実装されている高階遅延ナローイング計算系に組み込んだ.2の協調言語は,平成13年度に設計し,プロトタイプを実装したが,今年度はアルゴリズムを改良し,本格的な実装を行った.また,インタフェイスにも改良を加えた.協調言語はJava言語で実装し,マルチスレッドを活用した効率の良い解決系間の協調を実現している.3については,昨年度の研究で通信プロトコルとデータの相互運用性を得るために,CORBAとMathMLを活用し通信フレームワークを実現しているが,設計の見直しや,UMLによるシステムの詳細な記述を行った.
ブラジル半乾燥地の降雨による土壌侵食と土砂流出の解析モデルに関する研究

ブラジル東北部の乾燥地を研究対象として、実測された降雨による土壌侵食特性のモデル解析を試みたが、研究は降雨流出・土壌侵食物理モデルに関する研究、物理モデルのパラメータ決定法に関する研究および物理モデルの実流域への適用に関する研究に分けられる。得られた主な知見は以下の通りである。1.降雨流出・土壌侵食物理モデルに関する研究土壌の降雨浸透能以上の降雨が地表流および河道流として流下する過程をキネマティック・ウェーブ理論を用いて解析し、表層土の侵食量を計算するモデルを検討し、特に、土壌水分吸引定数Ns、せん断土壌分離係数K_R、雨滴衝突土壌分離係数K_I、および河道侵食係数aが決定すべき重要な流域特性係数であることを示した。2.物理モデルパラメータ決定法に関する研究決定すべき係数K_R、K_I、aおよびNsの最適値を侵食土砂量の実測データを用いて決定するのに遺伝子進化アルゴリズム(GA法)の一つであるSCE-UA法を改良し、それが有用であることを示した。3.物理モデルの実流域への適用化に関する研究実流域として、ブラジルのスメ試験地の自然流域と松山市の石手川流域を設定し、上記の物理モデルの適用を試み、K_R、K_I、aおよびNs最適値を求め、別のデータセットの土壌侵食量を良好に推定できるなどの結果を得た。降雨による裸地の土壌侵食量を推定するため,キネマティック・ウェーブ理論に基づく物理モデルであるWESP(流域侵食シミュレーション)モデルをブラジル半乾燥地に設けた侵食土砂観測試験地(スメ試験地)のデータに適用した.その際,主要なモデルパラメータ4つを,計算土砂量と実測土砂量との差が最小となるようにGA法(遺伝子アルゴリズム)によって最適化して決定した.得られた主な結果は以下の通りである.1)スメ試験地における土壌に関する固有な係数である河道侵食係数,せん断土壌分離係数,雨滴衝突土壌分離係数が降雨特性によらないほぼ一定の値として決定できた.2)河道侵食係数はWESPモデルに対して敏感なパラメータであるが,せん断土壌分離係数と雨滴衝突土壌分離係数は鈍感なパラメータである.3)GA法の一種であるSCE-UA法では物理モデルパラメータは初期値が異なって最終的には同一の最適値に収束する.また,最適化精度の向上と時間短縮のための修正SCE-UA法を提案した.4)土壌水分吸引定数を前期無降雨時間との関係で示すことができた.降雨による土壌侵食が問題となっているブラジル東北部の半乾燥地に設けた試験流域(スメ試験地)において,強雨時に測定された侵食流出土砂量の解析を行った.解析手法は,地面表面流をキネマティック・ウェーブ理論で計算する降雨流出・土壌侵食の物理モデル(WESPモデル)である.この物理モデルのパラメータの決定が本研究の主要な目的であり,本年は特に,地表が植生で被覆されているか否かが降雨流出・土壌侵食に及ぼす影響,および降雨の土壌への侵食特性と降雨終了後の土壌浸透能の回復メカニズムを検討することによって,それらに関係するモデルパラメータの評価法を提案した.すなわち,実測資料をもとに,植生の種類や繁茂の程度によって裸地の場合に比して土壌侵食量が全く異なることを示すとともに,一般的に植生のある場合の侵食流出土砂量は裸地の1/100以下となることなどを明らかにした.また,土壌侵食に直接関係する表面流の発生特性と降雨発生時の初期土壌水分特性との関係を現地の降雨と流出土砂量に関する実測データおよび室内実験によって検討した.その結果,無降雨日数と初期土壌水分を示すパラメータとの関係を示す式を提案することができた.また,この提案式はブラジル半乾燥地にのみ適用できるだけであることから,土壌特性を普遍的に示す特性量(粒径や,粘度など)とこの式の関係についても明らかにした.ブラジル東北部の乾燥地を研究対象として、実測された降雨による土壌侵食特性のモデル解析を試みたが、研究は降雨流出・土壌侵食物理モデルに関する研究、物理モデルのパラメータ決定法に関する研究および物理モデルの実流域への適用に関する研究に分けられる。

1.降雨流出・土壌侵食物理モデルに関する研究土壌の降雨浸透能以上の降雨が地表流および河道流として流下する過程をキネマティック・ウェーブ理論を用いて解析し、表層土の侵食量を計算するモデルを検討し、特に、土壌水分吸引定数N_S、せん断土壌分離係数K_R、雨滴衝突土壌分離係数K_I、および河道侵食係数aが決定すべき重要な流域特性係数であることを示した。2.物理モデルパラメータ決定法に関する研究決定すべき係数K_R、K_I、aおよびN_Sの最適値を侵食土砂量の実測データを用いて決定するのに遺伝子進化アルゴリズム(GA法)の一つであるSCE-UA法を改良し、それが有用であることを示した。3.物理モデルの実流域への適用化に関する研究実流域として、ブラジルのスメ試験地の自然流域と松山市の石手川流域を設定し、上記の物理モデルの適用を試み、K_R、K_I、aおよびN_Sの最適値を求め、別のデータセットの土壌侵食量を良好に推定できるなどの結果を得た。
銅系高温超伝導体の外場応答と共鳴ラマン散乱をプローブとする電子・格子ダイナミクス

本研究では,「物質の局所構造とダイナミクスを鋭敏に反映するラマン散乱」を銅系高温超伝導体に応用し、新しい視点からこの物質群が織りなす特異物性の検証と、新しい光機能の創製を目指した研究を進めた。主な成果は、以下の通りである。(1)高温超伝導体の電荷・格子ダイナミクスの研究特に注目したのが、「元素置換、温度、圧力等による結晶内の局所的構造変化とそれに伴うキャリア再分配と超伝導特性への影響」という問題である。この課題に対し、ラマン散乱により結晶内での局所的構造変化と電荷移動の検出が可能であることを新規に提案した。特筆すべきは、超伝導の舞台であるCuO_2面内のキャリア濃度の変化がCuO_2面が関与するラマンモードの強度変化から検出できること実証し、様々な物質系に対し電荷分布とT_Cとの相関関係を導いた点である。(2)高温超伝導体における多重極現環境下での電子・格子構造の研究「超高圧・極低温」を組み合わせた多重極現環境下でのその場ラマン観察を可能とする分光システムを設計し、高温超伝導体での超伝導転移温度の向上、梯子系酸化物における圧力誘起超伝導など、遷移金属酸化物系で現れる新奇な現象の解明を主体とした基礎研究を進めた。(3)高温超伝導体における新規光機能の探索物質と光との相互作用という観点から、高温超伝導体に潜在する新しい光機能の発見と設計を目指した研究を進めた。この課題に際し、紫外から近赤外まで励起光を自由に可変できる共鳴ラマン分光システムを構築し、光による電子励起が引き金となって構造や諸物性が変化する新しい現象や物質を探索する独自の手法(光誘起・その場ラマン観察法)を確立した。この手法は、「Y系高温超伝導体の可逆的光スイッチング」という画期的発見を導き、光ドーピング、光誘起超伝導という新概念の光機能の構築、超伝導応用への重要な指針を与えた。銅系高温超伝導体に対し、圧力、光という外場は、酸素導入あるいは元素置換と同様のホール注入の効果に加え、超伝導層間結合の変化や準安定状態の実現など、これまでの経験則では取り扱えない特異的な効果を及ぼす。本研究では、共鳴ラマン散乱というユニークなプローブにより、圧力あるいは光に伴う高温超伝導体内での電子・格子の変化を明らかにすることを目的としている。平成12年度は、測定システムの製作と共に、圧力応答、光応答の双方のモデルとなる物質系に対しての実験を行い、本研究の体系付けを図った。(1)特異的圧力応答系の低温・高圧ラマン実験:超高圧・極低温を組み合わせた多重極現環境下でのその場ラマン観察を可能とするシステムを設計し、銅系高温超伝導体で現れる特異な圧力効果の解明を目指した研究を進めた。特異的な圧力応答を示す系として、Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+d>、Sr_<14-X>Ca_XCu_<24>O_<41>を初期の研究対象に選択し、これらの物質系に対し、圧力による構造変化と共に、超伝導ギャップ、擬(スピン)ギャップなどの温度・圧力依存性を検討した。(2)銅系高温超伝導体における新規光機能の探索:物質と光との相互作用という観点から、銅系高温超伝導体に潜在する新しい光機能の発見と設計を目指した研究を進めた。この課題に際し、紫外から近赤外まで励起光を自由に可変できる共鳴ラマン分光システムを構築し、光による電子励起が引き金となって構造や諸物性が変化する新現象や新物質を探索する独自の手法を確立した。この手法は、Y系超伝導体の光スイッチングという発見を導き、光誘起超伝導という新概念の光機能構築、超伝導応用への重要な指針を与えた。

この手法は、「Y系高温超伝導体の可逆的光スイッチング」という画期的発見を導き、光ドーピング、光誘起超伝導という新概念の光機能の構築、超伝導応用への重要な指針を与えた。
貸付信託制度を活用した農地利用改革による「テナントビル型農場」の創設に関する研究

農地保有合理化事業による農地利用調整の取り組みを現地事例に即して調査し、「平成の農地改革」推進上の留意点として、計画原理に基づく熱意あるリーダーシップなどある種の力業(チカラワザ)と機動力を発揮する仕組みづくりが必要なこと及び農地改革を土台とする土地利用型農業の将来像として参加型構造改革によるテナントビル型農場を、それぞれ事例に基づき明らかにした。本年度の研究実績は、下記の通りである。1農水省が経済財政諮問会議に提示・了承された「農地政策見直しの基本的方向」(平成19年10月)について、主要な論点を整理した。その結果、(1)面的集積組織の法律形態を含めた具体像、(2)組織が機動力を発揮する上で不可欠な要件やコーディネーターの役割、(3)農地情報を有効活用するためのソフト面での体制整備、(4)農地権利移動の規制緩和の方向などが、今後検討すべき主要な論点であることを提示した。2農地の「面的集積組織」に期待される機能や集積手法について、優良事例の調査結果によりながら、検討した。その結果、屋上屋を架すような組織をつくるよりは、既存組織の連携により地域事情や農家の意向を周到に汲み上げる自前の仕掛づくりが必要だとの結論を得た。3農地の権利移動規制を見直しの必要性について、中山旧地域の内発型担い手形成事例によりながら検討した。その結果、高齢化・過疎化に悩む担い手不在の中山間地域でも、担い手形成は不可能ではないことを明らかにした。4農地情報システムの有効活用による農地流動化推進の条件について、優良事例に基づき検討した。その結果、現場のマンパワーとリンクした推進体制の構築や保有合理化事業と情報システムの併用などが、必要不可欠な条件であることが明らかにされた。5最後に全体と統括し、市場のシグナルによる農地の面的集積が不可能であること、このため集積推進にあたっては周到な計画原理手法に基づき人為的かつ高度な調整作業を遂行する組織の構築や、内発的な機動力の形成が必要であると結論づけた。以上の成果は専門雑誌に掲載する予定で現在校正中である。本年度の研究実績は下記の通りである。1.本年度は、宮城、秋田、岩手の4事例によりながら昨年度の調査結果を再確認するとともに、一括利用権設定による農地の面的集積とリンクした担い手形成の方向について明らかにした。2.第一に宮城県東松島市大塚集落の事例によりながら集落営農型担い手形成について分析した。3.第二に岩手県一関市平泉長島地区の事例によりながら、地域ぐるみ組織を仲介役とする多様な担い手形成について分析した。4.第三に秋田県秋田市下浜地区羽川集落の事例によりながら、認定農業者を中心とする農事組合法人の形成について分析した。5.第四に秋田県大仙市協和小種地区の事例によりながら、地域ぐるみ型農事組合法人の経営について分析した。6.以上を総括し、一括利用権設定による農地の面的集積とリンクした担い手形成の代表的な方向として、複合型アグリビジネス事業体が想定されるのではないかとの結論を得た。以上の成果は専門雑誌『土地と農業』に掲載が決まり現在校正中である。本年度の研究実績は下記のとおりである。農地保有合理化事業による一括利用権設定を活用した農地利用調整及び特定法人貸付事業を活用した株式会社等農外法人の農業参入現地事例について、ヒアリング調整を行い、これまでの調査事例の分析結果を含め、テナントビル型農場の創設に関する下記のような総括的知見を得ることができた。1.農地の面的利用集積という平成の農地改革を推進するには、市場メカニズムによる調整が困難なことから、地域の実情を反映した計画原理手法に基づく重層的推進組織の設置とそれら組織の機能連携が不可欠なこと。2.改正農地法・基盤強化法の下での委任・代理方式による農地利用調整についても、集地利用集積円滑化団体にコーディネーター等を配置してこれを行うこととしているが、事例研究に基づく検討結果からすれば、本研究で明らかにしたような同様の重層的組織の設置と機能連携等の措置が必要だと考えられること。3.集積された農地利用の先導的担い手は、民主党農政下で多様な担い手にシフトしつつあるが、ある種の公共性を経営活動に織り込んだ農業版ソーシャルエンタープライズ(複合アグリビジネス事業体)的な担い手の創出が望まれており、既にこれに類似した注目すべき事例が東北地域にも存在すること。4.テナントビル型農場の創設に不可欠な農地利用調整の基礎的単位として、地域資源の維持管理を暗黙知として共有してきた集落等の役割が依然として大きいことから、差し当たり農場創設にあたっては集落の整数倍単位の地域を母体とした取り組みが合理的だと考えられること。
銅酸化物高温超伝導体の擬ギャップ・ストライプと超伝導の関係

研究代表者はBi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ>(Bi2212)のトンネル分光研究を精力的に行い、重要な結果を見いだしてきている。そこで本年度は擬ギャップ・ストライプと超伝導の関係を調べるためにさらに研究材料をBi_2Sr_<2-x>La_xCuO_<6+δ>(Bi2201)、(Cu,C)Ba_2Ca_3Cu_4O_<12+δ>(Cu1234),TlBa_2Ca_2Cu_3aO_<10-y>(Tl1223)まで広げた。まずは擬ギャップと超伝導の関係に関しては、Bi2201の超伝導ギャップのdoping依存性を詳細に調べ、Bi2212と同様の低エネルギー擬ギャップ温度T*にスケールするdoping依存性を表すことを明らかにし、さらにCu1234及びTl1223に関してはas-synthesisの多結晶体を用いてトンネル分光測定を行い、さらにその温度依存性より、超伝導ギャップがT_cでスムーズに低エネルギー擬ギャップ(LPG)に移り変わり、LPGが、NMRの研究で観測されたT*で消えることを明らかにした。かなり過剰にドープされたBi2212のトンネル伝導度の温度依存性からは、T*はキャリアーが過剰にドープされた状態では、T_cにマージするために、T_c以上ではLPG構造を表すフェルミレベル近傍の状態のくぼみが観測されないことを見いだした。これらの結果は全て、LPG構造がある種の超伝導の前駆現象であることを示唆するものであり、サンディエゴで開かれた国際会議(new3sc-4)にて基調講演を依頼され講演を行った。また、ストライプと超伝導の関係については、La-doped Bi2201の単結晶を作り、1/8近傍でのT_cの落ち込みが観測できるか調べたが、今までのところ他の系で見られたような1/8異常は観測されず、ストライプ構造がhigh-T_cに本質的なものであるかどうかに疑いのある結果が得られている。研究代表者は、Bi_2Sr_2CaCu_2O__<8+δ>(Bi2212)のトンネル分光研究を精力的に行い、非常に興味深い従来超伝導材料では予期できなかった結果を見いだしてきている。しかしながら、それらの見いだされた異常が銅酸化物高温超伝導材料にgenericな特徴であるかどうかが、残された課題の一つであった。そこで本年度はBi_2Sr_<2-x>La_xCuO_<6+δ>(Bi2201)の単結晶育成から、そのトンネル分光研究をBi2212と共に行い、幾つかの興味深い結果を見いだすことができた。まず、第一には、Bi2212のトンネル分光研究を通して見いだされた、異常な超伝導ギャップのdoping依存性が、Bi2201においても観測されたこと、また適当な条件下でよりよい表面状態を実現することにより、超伝導ギャップの外側に、Bi2212で観測されたものと同様なdip/hump構造の観測に成功し、これらが銅酸化物高温超伝導体に共通の特徴であることを見いだした。ここで見いだされた超伝導ギャップのdoping依存性は、低エネルギー擬ギャップ構造が、ある種の超伝導の前駆現象であることを示唆するものであり、この結果はPhysica Cにまとめられた。また、Bi2212のトンネル分光研究をさらに進め、その結果、この観測されたdip構造は、密接に中性子研究で観測されたresonance spinと関連していることが分かり、Phys. Rev. Lett.にまとめられた。尚、ここで見いだされた成果は、カナダで開かれた国際ワークショップで招待講演として研究成果発表が行われた。

また、ストライプと超伝導の関係については、La-doped Bi2201の単結晶を作り、1/8近傍でのT_cの落ち込みが観測できるか調べたが、今までのところ他の系で見られたような1/8異常は観測されず、ストライプ構造がhigh-T_cに本質的なものであるかどうかに疑いのある結果が得られている。
XLA 患者骨髄造血幹細胞移植 humanized マウスにおける ヒト B 細胞の分化

X連鎖性無ガンマグロブリン血症(XLA)はBtk遺伝子の異常により、B細胞数の減少と抗体産生不全をきたす疾患である。本研究において、ヒト化マウスを用いて、よりヒトXLAに近いモデルマウスの作製を行った。正常臍帯血から分離した造血幹細胞を移植したヒト化マウスと比較して、XLA患者の骨髄から分離した造血幹細胞を移植したマウスではB細胞の分化停止と血清免疫グロブリンの低下が認められた。XLAの病態解析や新規治療法を開発する上で有用かもしれないX連鎖性無ガンマグロブリン血症(XLA)はBtk遺伝子の異常により、B細胞数の減少と抗体産生不全をきたす疾患である。XLAの病態解析や新規治療法を開発する上で有用かもしれないまず臍帯血からLinage^-CD34^+造血幹細胞を磁気ビーズ法およびセルソーターで分離を行った。新生仔NOD/SCID/IL2rγKOマウスに放射線照射を行った後、分離した造血幹細胞を静注し移植した。移植から2025週後に各臓器におけるB細胞の分化状態について解析を行った。臍帯血由来正常造血幹細胞を移植したヒト化マウスと比較してXLA患者由来造血幹細胞を移植したマウス(XLAマウス)では脾臓および末梢血で有意にB細胞の割合が減少していた。次にB細胞の分化状態を調べるために、正常造血幹細胞を移植したヒト化マウス末梢血、ヒト臍帯血およびヒト成人末梢血で評価を行った。ヒト臍帯血では、大部分がIgM^+IgD^+B細胞であった。ヒト成人末梢血では多くがIgM^<low+>IgD^+B細胞であったが、CD27^+IgM^-IgD^-メモリーB細胞も多く見られた。正常臍帯血を移植したヒト化マウスの末梢血では、大部分がIgM^<low+>IgD^+B細胞であった。CD27^+メモリーB細胞の頻度は臍帯血と同じ程度であり、ヒト成人末梢血と比べて低かった。ヒト化マウスのB細胞は、ヒト臍帯血や成人末梢血と完全に類似しているわけではないが、成熟B細胞が末梢血中に循環していたことが分かった。さらにヒト正常造血幹細胞を移植したヒト化マウスの各臓器において正常なB細胞の分化が行われているかどうか調べた。骨髄ではB細胞の大部分がpre-B細胞であった。脾臓ではIgM^+IgD^+B細胞が大部分であった。ヒト化マウスによってそれぞれのB細胞サブセットの頻度に不均一性が見られるが、ヒトB細胞の成熟が見られていた。一方で、XLAマウスの骨髄ではpro-B細胞とpre-B細胞が大部分を占めていた。脾臓ではB細胞の分化が停止しており、正常マウスと比較してpro-B細胞とpre-B細胞の有意な集積が見られていた。フローサイトメトリーの結果を支持するように、免疫染色においてXLAマウスではIgD^+CDI9^+B細胞が欠如していた。以上より、我々の移植モデルでは、表面マーカ上、ヒトB細胞が成熟できることを示していた。理化学研究所の石川らの協力のもと、臍帯血からLinage^-CD34^+造血幹細胞を磁気ビーズ法およびセルソーターで分離を行った。臍帯血由来正常造血幹細胞を移植したヒト化マウス(コントロールマウス)と比較してXLA患者由来造血幹細胞を移植したマウス(XLAマウス)では脾臓および末梢血で有意にB細胞の割合が減少しでいた。コントロールマウスの脾臓ではIgM^+IgD^+のNaive B細胞が大部分であった。脾臓細胞をヒト抗CD40抗体とIL-4で刺激を行ったところB細胞は増殖しIgGなどの抗体を産生した。また末梢血中の免疫グロブリン測定を行ったところIgMのみならず、IgG/A/Eの産生がみられた。一方で、XLAマウスの脾臓ではB細胞の分化が停止しており、正常マウスと比較してpro-B細胞とpre-B細胞の有意な集積が見られ、Naive B細胞が欠如していた。コントロールマウマと同様にヒト抗CD40抗体とIL-4で刺激したがB細胞の増殖および抗体産生は認められなかった。血清中の免疫グロブリンも欠如していた。さらに遺伝子治療の実験として、レンチウィルスベクターにBTK遺伝子を搭載し、ヒト造血幹細胞に遺伝子導入が可能であるかどうか検討を行った。GFPコントロールベクターをLinage^-CD34^+CD38^-細胞に感染させ、ヒト化マウスに移植したところGFP陽性B細胞が半数以上みられた。しかしXLA患者骨髄由来Linage^-CD34^+CD38^-

細胞にBTK遺伝子を導入したところ、GFP陽性細胞は認められなかった。理化学研究所の協力のもと、臍帯血由来LinageーCD34+造血幹細胞を新生仔期ヒト化マウスに移植し正常造血能をもつヒト化マウスを作成した。まずXLAの病態を反映したヒト化マウスを作成できるか検討を行った。臍帯血からセルソーターを用いてLinageーCD34+CD38ー細胞を純化し、これを150cGyの放射線照射を行った新生仔NOD/SCID/IL2r gamma KOマウスに移植した。移植から2025週頃に各リンパ臓器におけるB細胞分化について解析を行ったところ、正常臍帯血を移植したマウス(コントロールマウス)で正常なB細胞分化が起きていたが、XLA患者の骨髄を移植したマウス(XLAマウス)ではB細胞の分化停止が起きていた。また脾臓細胞をヒトCD40抗体や各種サイトカインで刺激を行い、これらマウスにおけるB細胞の増殖能および免疫グロブリンクラススイッチについて解析を行った。コントロールマウスではB細胞は増殖しIgGなどの抗体を産生したが、XLAマウスではB細胞の増殖は起きず、抗体産生も認められなかった。ヒトXLAの病態を反映したヒト化マウスを作成することに成功した。さらにレンチウイルスベクターにBTK遺伝子を搭載し、ヒト造血幹細胞に遺伝子導入が可能であるかどうか検討を行った。コントロールとしてBTK遺伝子非搭載GFPベクターをLinageーCD34+CD38ー細胞に感染させ、ヒト化マウスに移植したところGFP陽性B細胞が半数以上みられた。しかしXLA患者骨髄由来LinageーCD34+CD38ー細胞にBTK遺伝子搭載GFPベクターを導入したところ、B細胞数の増加がみられたが、有意なB細胞分化を観察することはできなかった。現在、BTK遺伝子を導入したXLAマウスで遺伝子導入率について評価を行っている。以上の実験結果をふまえ学術雑誌に投稿を行っている。24年度が最終年度であるため、記入しない。遺伝子導入実験について、レンチウイルスベクターの再作成やヒト造血幹細胞へ効率の良い感染方法など実験方法について新たな検討が必要である。
エピゲノム情報を基にしたヒト造血幹細胞の自己複製機構の解明を目指した研究

申請者は、これまで得られた、高純化した造血幹細胞を含むヒト血液細胞集団の網羅的なエピゲノム解析(オープンクロマチン解析、DNAメチル化解析)の結果をもとに、造血幹細胞増幅に関わる因子の探索を推進している。造血幹細胞と他の前駆細胞集団を差別化するクロマチン状態の違いから、CTCFを見出し、shRNA法を用いた遺伝子ノックダウン実験から、現在までにCTCFが、ヒト造血幹細胞特異的な分化開始点を制御していることを見出している。本研究では、1CTCFはどのように幹細胞特異的な静止期脱出機構を制御しているのか、2エピゲノム解析から得られているCTCF以外に同定されている他の候補遺伝子は、自己複製に関与するのか?を明らかにすることを目的としている。H30年度は、以下の結果が得られた。C)これらのループは遺伝子発現に対して抑制的なループであり、幹細胞から分化する最初の過程で形成され、幹細胞制御に関わる細胞周期、ストレス応答、代謝などのパスウェイ遺伝子発現を抑制する可能性が見出された。CTCF-ChIP seq, Chromatin conformation capture (HiC)法などを新たに解析したことにより、CTCFの幹細胞制御因子への抑制ループ形成により、分化が開始されるという新たな可能性を見いだすことができた。CTCFによる抑制ループで制御される遺伝子は、細胞周期、ストレス応答、代謝など幹細胞制御に重要なパスウェイを担っており、CTCFはそれらの遺伝子を直接変化させる重要なハブ遺伝子であることが明らかになった。申請書に記載している通り、CTCF-ChIPやChromatinconformation capture法の解析を進められることができ、標的制御機構が徐々に明らかになってきている。2018年度に行ったChIP及びHiCのデータから細胞周期、ストレス応答、代謝遺伝子、免疫応答などのパスウェイが幹細胞制御遺伝子候補として同定された。これらの遺伝子の多くはヒト造血幹細胞での制御が現時点では不明であるが、ヒト造血幹細胞が特異的な細胞周期状態、代謝応答、ストレス応答機構を有している可能性が示されたため、2019年度は阻害剤や遺伝子改変により、上記機構の理解を進める。造血幹細胞と他の前駆細胞集団を差別化する因子として、CTCFを見出し、shRNA法を用いた遺伝子ノックダウン実験から、現在までにCTCFが、ヒト造血幹細胞特異的な分化開始点を制御していることを見出している。H29年度は、以下を行った。A)HSCのCTCF遺伝子抑制を行い、その後に生じる遺伝子変化をRNA sequenceにより網羅的に解析し、CTCFのターゲット因子の候補を得た。B)エピゲノム解析から得られているCTCF以外に同定されている他の候補遺伝子の内、Aで行ったCTCFの下流遺伝子候補の中で一致した遺伝子を優先して、shRNA法による遺伝子ノックダウン実験を行った。C)計3遺伝子の改変を行なったが、造血幹細胞の分化開始点を制御している因子は現段階では見出されていない。一方、さらに下流の成熟血液細胞分化課程で変化を示した遺伝子については、現在再現実験を行なっている最中である。CTCF抑制後の遺伝子発現解析は順調に進み、候補遺伝子に対する遺伝子改変ベクターを順次作成している。H29年度は、3つの候補遺伝子の遺伝子抑制ベクターを作成し、機能解析を行なったが、今の所明確なCTCFの下流遺伝子の同定には至っていない。候補遺伝子が3つしか評価できなかった点について;遺伝子抑制はshRNA法により行なっている。他の細胞株を使った実験の情報に、shRNAのシークエンスを決定していたが、他の細胞株と比較し、圧倒的にヒト造血幹細胞は遺伝子抑制が困難であり、それぞれの遺伝子に対して、十分な遺伝子抑制が得られるシークエンス選びに時間がかかった。

CTCFによる抑制ループで制御される遺伝子は、細胞周期、ストレス応答、代謝など幹細胞制御に重要なパスウェイを担っており、CTCFはそれらの遺伝子を直接変化させる重要なハブ遺伝子であることが明らかになった。申請書に記載している通り、CTCF-ChIPやChromatinconformation capture法の解析を進められることができ、標的制御機構が徐々に明らかになってきている。1. CTCFの下流で働く、ヒト造血幹細胞分化を制御する因子の同定はできていないが、さらに下流での成熟細胞分化に関わる可能性がある因子については、さらに複数の臍帯血由来の血液細胞を用いて実験を行い、再現性を確認する。2.その他の候補遺伝子についても引き続き、順次候補遺伝子のスクリーニングを進める。3.実験が遅れている原因である、“ヒト造血幹細胞は遺伝子抑制効率が悪く、それぞれの遺伝子に対して、十分な遺伝子抑制が得られるシークエンス選びに時間がかかる"ことについては、同時に複数のベクターを作成し、細胞株ではなく、ダイレクトにヒト造血幹・前駆細胞で評価することで、時間の短縮を行う。また、shRNA法以外の遺伝子改変法(Crisper-Cas9などによる遺伝子ノックアウト)も考慮する。2018年度に行ったChIP及びHiCのデータから細胞周期、ストレス応答、代謝遺伝子、免疫応答などのパスウェイが幹細胞制御遺伝子候補として同定された。これらの遺伝子の多くはヒト造血幹細胞での制御が現時点では不明であるが、ヒト造血幹細胞が特異的な細胞周期状態、代謝応答、ストレス応答機構を有している可能性が示されたため、2019年度は阻害剤や遺伝子改変により、上記機構の理解を進める。