hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
骨髄異形成性症候群（MDS）病態の統合的解明に向けて

1変異体の組み合わせの研究については、担当の大学院生は在学中であり継続して実験を行えているが、マイクロRNAを狙った実験において予想通りの結果が得られなかったため時間がかかっている。現在ヒストンアセチル化の変化に絞って白血化の分子機構を明らかにしつつある。年内には投稿できると考えている。骨髄異形性症候群(MDS)には100種類以上の遺伝子変異が報告されており、発症機序は不明である。本研究の目的はエピジェネティクス関与する分子(ASXL1とEZH2)の変異によるマウスモデルを樹立して、発症機序の一端を明らかにした。EZH2はヒストンH3K27のメチレースであるが、酵素活性を欠くEZH2-dSETを発現した骨髄細胞の移植でマウスにMDS様の疾患が発症した。このMDS細胞ではHoxA9の脱抑制は認められなかったが、ABCポンプファミリーの幾つかの発現がH3K27me3の低下によって脱抑制していた。中でも造血幹細胞マーカーであるABC-G2の発現はMDS患者サンプルでも特異的に高いことが判明した。興味深いことにABC-G2過剰発現のみでMDSが発症すること、このMDS細胞のエクソソームが骨髄ストローマ細胞のオステオブラストへの分化を抑制して、このことが正常造血が著しく抑制することを明らかにした。ヒストン修飾に関わるASXL1のC末欠失変異(ASXL1-MT)は各種ミエロイド系腫瘍に認められるが、ASXL1変異がある症例は予後が悪い。また、一見健康な高齢者に認められるクローン性造血でも高率に認められることが判明した。ASXL1-MTを過剰発現した骨髄細胞を移植したマウスではHoxA9とmiRNA125aの発現が脱抑制することによってMDSが発症することを以前報告したが、Runx1変異やSETBP1変異と組み合わせることによってMDS/AMLが発症することを明らかにした。一方、ASXL1-MTをRosa26にノックインして造血系だけに発現したマウスは1年以降に大球性の軽度貧血と好中球の軽度形態異常が認められ、前MDS状態を呈した。ChIP解析でASXL1がH3K4me3と強く相関すること、ASXL1-MTによってH3K4me3が抑制されることを明らかにした。MDSは不均一な疾患群であり、遺伝子変異も多様である。本研究では、エピジェネティクス分子であるEZH2とASXL1変異に焦点を絞り、MDS病態の解明を目指した。ASXL1変異はH3K4me3抑制を介して、造血幹細胞の機能低下、赤芽球細胞の分化抑制を誘導する。EZH2変異はマウスBMTモデルでMDSを発症したが、この際にH3K27me3抑制によるABC-G2の脱抑制が重要な役割を果たしていた。ABC-G2は造血器腫瘍においてはMDSに特異的に高かった。またABC-G2過剰発現のみでMDS様症状が発症した。これらの結果はABC-G2がMDS病態に深く関わっていることを示唆している。1)変異遺伝子の協調:Runx1変異とASXL1変異が協調して発症を誘導したMDS/AMLの発現解析を行なうことにより2つの変異の協調によるMDS/AML発症の分子機序を明らかにする。
管径の恒常性維持に働く細胞力覚システムの応答特性の解明

多細胞組織のかたちや大きさの自律的な制御に働く細胞の力受容と応答の仕組みを明らかにするために、平成30年度は肺上皮の形態変化に伴う分子活性の変化を調べた。特に、形態形成に重要なシグナルであるMAPキナーゼ/ERK(細胞外シグナル制御キナーゼ)の活性に着目し、これらの分子活性をFRET(蛍光共鳴エネルギー移動)イメージング計測可能な遺伝子改変マウスを用いて実験を進めた。前年度は、おもに胎生12.5日目の肺を用いて実験を行なっていたが、今年度は実験の目的からおもに胎生13.5日目のサンプルを用いて実験を行った。前年度と同じく、単層上皮の曲率とERK活性強度を定量し、これらが正に相関していることを明らかにした。組織内応力に摂動を加え、それに対するERK活性応答をFRETライブイメージングにより計測した。単離した肺上皮組織を、シリコンゴム製のチャンバー内に満たされたハイドロゲル内で培養し、チャンバーを圧縮もしくは伸展することで力学摂動を加えた。その結果、肺上皮の曲率変化に応じてERK活性が変動することがわかった。すなわち、上皮層の曲率が大きくなるとERKが活性化し、曲率が小さくなるとERKが不活性化する。また、肺上皮細胞を平面培養し、同様に圧縮・伸展刺激に対するERK活性応答を調べた。平面培養系での圧縮・伸展に対しては同様のERK活性変化が観察された。これらの結果より、細胞内応力変化でなく上皮層の曲率変化に応じてERK活性強度が変化することがわかった。平成30年度は、細胞や組織に対する力の負荷とそれに対するERK活性応答の検出に力を入れた。年度はじめに、細胞や組織に対し、圧縮・伸展の力学刺激を安定的に加える実験系を確立することができ、ERK活性応答のデータを取得することができた。最終年度に行う多細胞力学シミュレーション解析のための基礎データを取得することができ、研究を順調に進めている。平成31年度は、これまでに取得したデータをもとに多細胞力学シミュレーションの解析を行う。これまでに、高い曲率を有する肺上皮層ではERK活性が高いこと、ERK活性が細胞骨格に働きかけて細胞の形態変化を引き起こすことを明らかにしている。それらの実験事実をもとに、離散モデルと連続モデルの双方のアプローチで理論的な解析を進め、細胞力覚システムの応答特性を明らかにする。多細胞組織のかたちや大きさの自律的な制御に働く『細胞の力受容と応答』の仕組みを明らかにするために、平成30年度は上皮形態形成における分子活性の時間変化を調べた。特に、形態形成に関して重要なシグナル活性であるMAPキナーゼ/ERK(細胞外シグナル制御キナーゼ)とRhoキナーゼに着目し、これらの分子活性を可視化するマウス胎仔を用いて実験を進めた。主に、深部3次元イメージングを可能とする二光子顕微鏡システムとインキュベーターを併用することで、組織形態形成過程における分子活性のライブイメージングを行なった。まずはじめに、胎生15日目、16日目の精巣上体細管におけるERK活性ならびにRhoキナーゼ活性の変化を観察した。精巣上体細管(上皮組織)はダイナミックに形態変化するものの、上皮管における双方の分子活性はほぼ一定で変化することがなかった。次に、胎生12日目のマウス肺を取り出し、生体外器官培養することで、ダイナミックな肺上皮形態形成におけるERK活性の変化を顕微鏡観察した。観察により、間充識に対して凸になっている上皮組織でERK活性が高く、逆に凹となっている組織ではERK活性は低いことがわかった。上皮組織の曲率と分子活性強度の関係を定量化した。また、ライブイメージングでERK活性がダイナミックに変化することを捉えることができた。形態形成は力が伴う過程であり、計測できた分子活性の変化は細胞が受容する力とその応答を理解する上で、大変重要な基礎データとなる。力受容に対する細胞応答としてのシグナル活性の可視化は大変順調に進んでいるが、3次元組織の細胞に対する力の負荷の技術開発はやや遅れているため。

これらの結果より、細胞内応力変化でなく上皮層の曲率変化に応じてERK活性強度が変化することがわかった。平成30年度は、細胞や組織に対する力の負荷とそれに対するERK活性応答の検出に力を入れた。年度はじめに、細胞や組織に対し、圧縮・伸展の力学刺激を安定的に加える実験系を確立することができ、ERK活性応答のデータを取得することができた。最終年度に行う多細胞力学シミュレーション解析のための基礎データを取得することができ、研究を順調に進めている。平成31年度は、細胞に対する力の負荷に焦点をあてて研究を進める。具体的には、(1)電場を用いて細胞分裂や細胞移動を制御することで、組織応力に摂動を与える、(2)マイクロピペットを用いて、直接的に細胞に力を負荷する。これらのやり方で細胞に力を負荷し、同時に細胞応答としてのERK活性変化をイメージングする。平成31年度は、これまでに取得したデータをもとに多細胞力学シミュレーションの解析を行う。これまでに、高い曲率を有する肺上皮層ではERK活性が高いこと、ERK活性が細胞骨格に働きかけて細胞の形態変化を引き起こすことを明らかにしている。それらの実験事実をもとに、離散モデルと連続モデルの双方のアプローチで理論的な解析を進め、細胞力覚システムの応答特性を明らかにする。
クラスター型プロトカドヘリンの神経終末における新たな機能の解明

神経細胞は、クラスター型プロトカドヘリンという細胞接着に関わるタンパク質を特異的に発現しているが、この機能的意義については未だ不明な点が多い。我々は、このプロトカドヘリンのαタイプを除去したマウスで、視神経の神経終末が形態異常を示すこと、およびこの異常が開眼直後の生後15日ー19日から生じることを見出した。視神経の髄鞘形成は開眼直前の生後12日頃から始まるが、先天性髄鞘機能不全マウス(シバラーマウス)の視神経においては、生後15日ー19日、αタイプは増強している(正常マウスでは減少)。このようなαタイプが増強している神経と、その髄鞘を形成するオリゴデンドグリアなど神経周囲のグリア細胞との関わりを検討するため、シバラーマウス視神経の髄鞘形成期のグリア細胞について免疫組織化学的検索をおこなった。シバラーマウスのオリゴデンドグリアは、先天的に髄鞘の主要タンパクを発現できないが、それ以外の髄鞘のタンパク(CNPaseなど)の発現は正常で、このCNPaseの発現時期が正常と同様に生後10日ー12日(開眼直前)であることがわかった。よって髄鞘形成開始は正常であると考えられた。オリゴデンドグリアの細胞数は生後12日以降徐々に増加し、20日頃には正常の1.4倍となった。ミクログリア、これは遊走性の高い脳の免疫担当グリアだが、生後12日以降急増し、20日頃には正常の4.5倍存在することが明らかとなった。非貪食形態である棍棒状の細胞が多く、その体軸と同方向に多数の突起を有し、オリゴデンドグリアと接触していたり、神経線維束の中へ突起を伸ばしていたりしていた。貪食マーカー陽性の細胞は少なかった。発達期、髄鞘機能不全に反応するミクログリアの新たな機能が形態的に示唆されたが、今後、オリゴデンドグリアあるいは神経線維への具体的な作用の解明が期待される。クラスター型プロトカドヘリン(cPcdhs)は、細胞接着分子群に属し、神経細胞に特異的に発現するタンパク質である。これにはα、β、γの3つタイプがあり、それぞれにはさらにサブタイプが1422種ある。これらをコードする遺伝子は、同一染色体上でタンデムにクラスターを形成して存在しており、これらのうち15種程度、細胞ごとランダムに選択されて発現している。この15種の組み合わせは100億パターンにもおよび、細胞の個性表出にも関与すると考えられている。この機能的意義については、(同種分子の)シナプス接着、(異種分子の)反発作用による忌避等、示唆されているが、未だ明確ではない。われわれは、αタイプノックアウトマウスで、視神経終末の形状異常を報告しているが、本研究では、先天的髄鞘形成異常を持つ自然発生ミュータントShivererマウスにおいて、cPcdhs発現異常と視神経発達との関連について検討した。先行研究で、幼弱Shivererマウスの視神経において、cPcdhs αタイプが野生型マウスより長期にわたり軸索本体に留まることが報告されている。この分布異常が神経回路形成に与える影響を検索する目的で、Shivererマウス視神経を神経トレーサーで標識し、形態観察をおこなった。成体において、視神経終末の形態に異常は認められなかった。しかしながら、同側網膜由来(同側性)および反対側網膜由来(反対側性)視神経終末分布パターンに異常が認められた。すなわち、野生型でみられるところの、分離された、不可侵的な同側性視神経終末分布域が認められず、反対側性視神経終末分布域に紛れ込んでいた。これは、幼弱期の「同側性・反対側性視神経終末の競合淘汰」過程の異常と考えられた。cPcdhsが軸索本体に留まることが軸索終末での反発作用に何らかの影響を与え、この「競合淘汰」過程に異常をきたしたと考えられた。本研究目的であるクラスター型プロトカドヘリン(cPcdhs)の機能の解明について、神経回路形成・成熟過程の「神経終末の競合淘汰・刈込」の段階で、何らかの役割を持つことを示唆する研究結果が得られた。一方、cPcdhαを細胞種特異的および時間特異的に除去し神経終末の形態異常発現について検索する実験は、cPcdhαコンディショナルノックアウトマウスの供給不足があったためあまり進んでいないが、連携研究者の協力を得て今後進めていく予定である。クラスター型プロトカドヘリン(cPcdhs)は、神経細胞に特異的に発現する、細胞接着に関わるタンパク質である。α、β、γの3つのタイプがあり、それぞれにはサブタイプが20種類前後ある。これらをコードする遺伝子は、同一遺伝子上で直列配置し、細胞ごとにランダムに15種程度発現している。よって、15種の組み合わせは100億パターンにもおよび、これが神経細胞の個性を表出している。しかしながら、この機能的意義について、同じ細胞由来の樹状突起同士の反発・忌避作用、親和性の強弱によるシナプス接着調節、などが示唆されているが、いまだ明確ではない。われわれは、αタイプ(cPcdhα)ノックアウトマウスの成体で、視神経終末の形態異常、ならびにこの異常が生後3週頃から生じることを報告しているが、本研究において、生後3週頃までの視神経発達とcPcdhαとの関わりについて検討した。

生後2週期には視神経においては「髄鞘化」が進行することが知られており、かつ先行研究で生後2週期の髄鞘形成不全マウス(Shivererマウス)の視神経に、非常に多くのcPcdhαが分布することが報告されている(Morishita et al. 2004)ことから、Shivererマウスを用いた実験をおこなった。Shivererマウスの視神経および神経終末域において、生後2週ー3週の間に、コントロールマウスと比べて発現の異なる物質を免疫組織化学的に検索した。その結果、マイクログリアマーカーIba1が、視神経および視索において、著しく増強していることがわかった。マイクログリアの機能については古典的には貪食作用であるが、最近では神経細胞の活動調節の役割も担うと報告されている。神経細胞のcPcdhαが、マイクログリアとの機能連関に何らかの役割を演じている可能性が示唆された。本研究目的であるクラスター型プロトカドヘリン(cPcdhs)の機能の解明について、生後発達の観点から検討したところ、神経回路の成熟過程のひとつである「髄鞘化」の段階で、視神経および視索レベルで、何らかの役割を担う可能性が示された。神経終末部における働きに関しては、髄鞘機能不全マウスの視神経終末のトレーサー標識実験からは形態的異常は認められず、機能と直結する興味深い所見はまだ得られていない。また、cPcdhsのαタイプ(cPcdhα)のコンディショナルノックアウトマウスを用いた、細胞腫特異的・時期特異的にcPcdhαを除去した場合の、視神経終末の形態異常の検証については、このノックアウトマウスの供給不足のため、進んでいない。神経細胞は、クラスター型プロトカドヘリンという細胞接着に関わるタンパク質を特異的に発現しているが、この機能的意義については未だ不明な点が多い。我々は、このプロトカドヘリンのαタイプを除去したマウスで、視神経の神経終末が形態異常を示すこと、およびこの異常が開眼直後の生後15日ー19日から生じることを見出した。視神経の髄鞘形成は開眼直前の生後12日頃から始まるが、先天性髄鞘機能不全マウス(シバラーマウス)の視神経においては、生後15日ー19日、αタイプは増強している(正常マウスでは減少)。このようなαタイプが増強している神経と、その髄鞘を形成するオリゴデンドグリアなど神経周囲のグリア細胞との関わりを検討するため、シバラーマウス視神経の髄鞘形成期のグリア細胞について免疫組織化学的検索をおこなった。シバラーマウスのオリゴデンドグリアは、先天的に髄鞘の主要タンパクを発現できないが、それ以外の髄鞘のタンパク(CNPaseなど)の発現は正常で、このCNPaseの発現時期が正常と同様に生後10日ー12日(開眼直前)であることがわかった。よって髄鞘形成開始は正常であると考えられた。オリゴデンドグリアの細胞数は生後12日以降徐々に増加し、20日頃には正常の1.4倍となった。ミクログリア、これは遊走性の高い脳の免疫担当グリアだが、生後12日以降急増し、20日頃には正常の4.5倍存在することが明らかとなった。非貪食形態である棍棒状の細胞が多く、その体軸と同方向に多数の突起を有し、オリゴデンドグリアと接触していたり、神経線維束の中へ突起を伸ばしていたりしていた。貪食マーカー陽性の細胞は少なかった。発達期、髄鞘機能不全に反応するミクログリアの新たな機能が形態的に示唆されたが、今後、オリゴデンドグリアあるいは神経線維への具体的な作用の解明が期待される。
熱応力割断におけるき裂伝ぱ経路の制御に関する研究

ガラスやセラミックなどの脆性材料に局所的な温度変化を与えると、潜在するき裂が伝ぱして材料が破壊されることがある。逆に与えた温度変化が適当であれば、材料に熱的損傷を残すことなく所望の経路に沿ってき裂を伝ぱさせることが可能になる。従って本法は特に機械加工が困難な高脆性材の加工技術として産業界での需要が高まっている。熱応力割断を実用化するにあたり、材料に熱的損傷を残さない温度変化の範囲内で、き裂が進展するのに十分な応力拡大係数を供給すること。また、き裂が所望の経路に沿って進展するように温度変化に伴って生じる熱応力場を制御することが重要である。そこで本研究では、ソーダガラス薄板を直線割断する場合を研究対象とし、所望の割断線に沿うき裂進展を実現するための条件を考察した。まず与えた温度変化に基づく熱応力によってき裂がどのように進展するかを明らかにするために、き裂伝ぱシミュレーションシステムを開発した。本システムは熱応力問題に限らず、広範なき裂進展問題に適用可能である。数値解析により、矩形薄板を通電したニクロム線などの線熱源を用いて割断する場合、加熱位置が板の対称軸と一致すれば極めて直線性の高い線割断が実現できることを明らかにした。加熱線が板の対称軸に沿わない場合には一般にき裂は自由境界に接近するように湾曲を伴って進展することを示し、そのメカニズムを破壊力学に基づいて説明した。また、単位温度上昇あたりの熱応力拡大係数を大きくするためには、熱源を集中させるよりも加熱範囲を適切に広げることが重要であることを示した。一方で、加熱範囲を拡大すればき裂進展経路の正確なコントロールが困難になり、割断対象の形状と割断位置に応じた最適な加熱条件が存在することを明らかにした。固体が温度変化を受けると,生じた熱応力によって表面近くの傷などからき裂が進展し,その結果固体が割断されることがある.この現象が加工に利用できれば,工具を使用する従来工法に比べ強じんで清浄な割断面が得られることから,セラミックやシリコンウエハ等のぜい性固体の整形に関する実用化が期待されている.この方法では,温度分布の与え方により生成される割断面の形状が変化するため,所望の割断形状を得るために加熱源強度や加熱位置・範囲などを適切に制御せねばならない.工業的には高い直線性の線割断が要求されるが,例えば有限幅板を縁と平行に線加熱すると,生じる割断面には一般に湾曲が生じる.そこで本研究では,線加熱をうける矩形薄板中のき裂がいかなる経路をたどって進展するかについて破壊力学に基づくき裂伝ぱ経路のシミュレーションを行い,割断線湾曲のメカニズムを明らかにした.また,加熱源の形状とき裂先端に生じる熱応力拡大係数の相関を解析し,材料に生じる熱的ダメージを最小にし,かつ最大の割断効率が得られる最適加熱位置と加熱形状とを遺伝的アルゴリズムを用いて求めた.矩形薄板内において,き裂を縁と平行に進展させるには,レーザ等によるき裂先端近旁の局所加熱と,圧縮空気の吹付けによる冷却とを併用することが効果的であるとの実験結果を受け,き裂を直線的に進展させるための加熱条件について冷却の効果を含めて数値逆解析をすすめている.また,比較的厚いぜい性固体のブロックに対し,厚み方向に指定した深さのスクライビングを生じさせるための加熱条件についても数値的な検討を行っている.ガラスやセラミックなどの脆性材料に局所的な温度変化を与えると、潜在するき裂が伝ぱして材料が破壊されることがある。
ヨードニウム種の安定化戦略に基づく未踏炭素－炭素結合形成の実現

我々が提案する架橋型構造の安定化による反応中間体単離のコンセプトに基づき、超原子価ヨードニウム種の単離と構造決定を行い、その反応性に関する新たな知見から、合成化学的な応用へと展開した。また発展的研究として、より不安定で、これまで合成化学的な利用例がほとんどないsp3炭素ー超原子価ヨウ素結合を有するヨードニウム中間体の発生と利用を行い、新しい結合形成反応を見出すことができた。高活性な化学種を発生させ有機合成へと利用する手法がこれまで数多く報告されているが、高活性化学種は多くが不安定で短寿命なため、その合成化学的な利用の幅が限られる場合が多い。本研究では、反応の中間体として含まれる不安定超原子価化合物を合成し、その化学挙動を解明する。なかでも、ヨウ素を用いる酸化反応において反応中間体として想定されるいくつかのヨードニウム種の実証に焦点を当て、架橋型環状構造に基づく安定化が見込める新規ヨードニウム種の合成と単離、反応性の解明を行い、その特徴を活かした有機合成への応用展開を試みる。平成26年度は、本概念の実証に適切ないくつかのタイプの超原子価ヨードニウム種に焦点を当て、主に、その安定化と単離構造決定、化学挙動の解明と有機合成への応用を検討した。すなわち、超原子価ヨウ素を用いるアルキンの酸化における反応中間体として、配位子および分子設計により安定化されたいくつかの超原子価ヨードニウム種の発生と単離に成功した。その構造に関する決定的証拠を得るために、安定化と結晶化に適した対イオンをスクリーニングし、X線結晶構造解析を行った。反応性に富み通常は単離の難しいこのような超原子価反応中間体を適切な分子設計を施すことで安定化し、自由自在に扱うことができれば、反応機構や中間体についての有益な情報が得られるだけでなく、これらを新しい合成中間体として用いる独自の有機合成法の展開が期待できる。そこで、得られた安定化ヨードニウムの化学挙動を解明すべく、単離した超原子価ヨードニウム種の安定化配位子を選択的に取り除く化学的手法を検討した。この際、安定化配位子の除去により発生する高活性超原子価ヨウ素種の化学挙動について、機器分析等の手法を用い反応生成物を解析した。本研究では、ヨウ素を用いる酸化反応における反応中間体として含まれる不安定超原子価種を合成・単離し、その化学挙動や反応性を解明することで合成化学的な利用の幅を広げるとともに、その特徴を活かした新しい有機合成へと応用展開することを目的とする。前年度の研究では、想定反応中間体とされる超原子価ヨードニウム種の安定化に焦点を当て、その配位子(および対イオン)等の適切な分子設計により、いくつかの新規ヨードニウム種の発生と単離に成功した。この適度に安定化された超原子価ヨードニウム種の結合形成を伴う分解過程には、反応条件や試薬の選択に依存したいくつかの経路が機構的に考えられるので、平成27年度は単離した超原子価ヨードニウム種の自在活性化を目標に、その反応性の制御を試みた。特に、安定化に用いた配位子および対イオンを効果的に取り除き、高活性種を再生する化学的手法を検討した結果、酸素親和性の高いルイス酸が最も効果的であることを見出した。このような超原子価ヨードニウム種を経る段階的な結合形成は、異種官能基が順次導入された通常は得難い生成物が簡便に得られるため、本法を多官能基化された環状分子の合成手法として応用すべく、環状の安定化超原子価ヨードニウム種に対する新規結合形成法としての応用を種々検討した。最後に、本研究の最終目標であるさらに不安定なヨードニウム中間体の発生と利用について、sp3炭素ーヨウ素結合を持つ化合物のヨウ素原子選択的酸化法を新たに開発することで、極めて不安定なsp3炭素ー超原子価ヨウ素結合を系中で効果的に発生させることに成功し、その還元的開裂を反応の駆動力とした新しい炭素求核種導入法を開発した。交付申請書に掲げた当初の研究目標について、概ね問題無く達成できている。また、研究成果の公表についても順調に行えている。研究経費についても、予定どおり無駄なく活用できている。有機化学超原子価ヨードニウム種の新規結合形成を伴う分解過程には、その反応条件や試薬の選択により機構的にいくつかの経路が考えられる。そこで平成27年度は、安定化超原子価ヨードニウム種の自在活性化を目標に、その反応性の制御を試みる。また、有機合成への応用として、分子内環化を利用する安定化環状超原子価ヨードニウム種の合成へと、本法を展開する。不飽和炭素への酸化的結合形成は一般に、入手困難なより多数の官能基を有する生成物が得られるため、より複雑な環状分子への変換に役立つものと考えられる。そこで、これらの基盤研究を深化させつつ、新規有用物質の合成へと役立てたい。さらに、本計画目標が早期に達成できた際には、最も不安定であるsp3炭素ー超原子価ヨウ素結合を有するヨードニウム中間体の発生と利用を展開し、未踏の炭素ー炭素結合形成の実現に挑戦する。

すでに連携のある理論化学の研究者との共同研究を基に、本研究の実験結果の解釈について、一定の理論的説明を得ることまでを本萌芽研究の目標としたい。また、研究の過程で新しく重要と思われるアイデアが見出された場合は、研究計画に積極的に取り組み、革新的な融合研究として発展させたい。研究の予想以上の進展に伴い特許等の取得を検討する要件が発生した為、当初予定していた論文誌や学会での研究発表について見送ったことが、次年度使用額が生じた主な理由である。上記に該当する内容の研究については、本年度にて論文誌と学会で発表する予定である。
創作プロセスから見た演劇空間のネットワーキングに関する研究

本研究は、演劇における創作プロセスに着目し、その為の空間のネットワーキングについて、ある地方都市圏における演劇公演回数の分析と実際の劇団に対する参与調査から、各段階において必要となる空間の相互関連を把握しようとしたものであり、その結果は次のようであった。(1)創作主体と空間の関係から、稽古場中心型(空間をあくまで演劇の稽古の場としてだけ使用)、製作拠点型(稽古の場としてだけでなく、劇団の製作拠点としての機能を保持)、稽古場公演型(演劇の創作から公演までの一貫した創作プロセスを完結)、稽古場非特定型(稽古場を所有せず、コミュニティーセンターなどを利用)に大別できることを知った。(2)各劇団は、10数名によって稽古を展開し、4050m^2程度を場当たりの面積として使用していた。それぞれにおいて、劇団員1人当たりの稽古場の面積は3.04.7m^2/人程度となっており、稽古のためにはこの程度の面積が必要であるといえる。(3)以下に示すように各類型別に要求される建築計画上の与件を整理した。稽古場中心型では、稽古を行う場として所作のための空間性能(床、壁面の鏡、天井高、遮音)、時間的融通性(特に夜間)、劇団員が集合しやすい交通便利性、劇団員が連体感を醸成できる空間の質(ミーティング、談笑)が求められる。製作拠点型では、稽古場中心型に必要となる与件に加えて、製作業務(マスコミ連絡、DM発送等)、舞台美術の製作の場、所有設備(照明、各種器材、小道具、衣装)などの保管、団員間の語りあえる場、他地域の劇団が地方公演をする場合のバックアップ施設としての機能が必要となる。稽古場公演型では、製作拠点型の機能に加えて、公演場所としての機能観客を収容しうる広さと設備(換気、便所等)、観客のアクセシビリティ、演目の自由度(火、水等使用可、照明音響の為の整備と十分な電源)、打ち上げの場所としての機能が重要となる。
人間のゲシュタルト的群化知覚を考慮した類似画像検索システム

本研究で明らかにしたことは,以下の機能の実現である.これらの機能を申請者がこれまで開発してきた類似画像検索システムの機能として提案した.(1)抽象図形を対象に,ゲシュタルト心理学で明らかにされている図形の群化要因「近接」「類同」「閉合」「よい連続」の4つを測定するモデルを提案し,判別分析により図形内に存在する複数の群化領域を認識する手法を開発した.(2)抽象図形を対象に,複数名から採取した図形群化に関するアンケート結果より,ゲシュタルト心理学で明らかにされている図形の群化要因「平行性による類同」を測定するモデルを開発した.(3)スポーツ映像のメタ情報を抽出することを目的として,放送型野球中継映像を対象に,画像内のスコアテロップがイニングごとに規則的に変化することを利用し,同じイニング内のフレームを同一とみなす,つまり,1イニングごとで群化されるフレーム集合をクラスタリングする手法を開発し,(1)の動画像への適用可能性を検討した.(4)マンモグラフィ(乳房X線像)を対象に,画像内に点在する石灰化領域,また,それらが群化現象によりまとまって一つの領域に知覚される石灰化クラスタを検知する手法を提案し,(1)の医用画像への適用可能性を検討した.(5)風景写真(カラー画像)を対象に,ユーザが簡易な検索キーをラフペインティングして作成し,風景画像内の微妙に色や濃度が変化するグラデーション領域の全画素を同一画素値とみなして群化させることで検索キーとマッチングを行うインタラクティブな画像検索システムを試作し,(1)のカラー画像への適用可能性を検討した.本研究は,人間の類似判断と計算機による類似画検索の結果との隔たりを縮める一検討として,図形内に存在する群化領域を認識させる手法について検討した.まず,被験者104名を対象に図形群化に関するアンケート結果を正解データとみなし,判別分析を用いてアンケート結果の一部を反映させて認識方法を提案した.また,抽象図形74個に対し行った実験結果から,提案した群化領域の認識方法は有効であることを示した.また,動画や医用画像などの種々の画像データへの適用可能性があることを示した.具体的な研究成果を要約し以下にまとめて示す.1.ゲシュタルト心理学における5要因のうち,「過去の経験や知識」を除く,「接近」「類似」「閉合」「よい連続」に対する定量化(特徴量)を提案し,実験により有効性を確認した2.アンケート結果を正解データとして,判別分析による群化領域の認識方法を提案し,実験によりその有効性を確認した3.上記で行った実験の結果から,より人間の主観を当認識手法に反映させるためには,複数の群化パターンを考慮し群化領域の認識を行う必要があることがわかり,提案手法を改良した上で認識実験を行い有効性あることを示した4.人間が群化を知覚するとき,局所的な領域を観察して領域群化するときと,図形全体(大域的群化領域)を観察した上で徐々に局所領域に図形を分割しながら群化を行うことが実験結果から示唆され,両者に沿った認識手法を提案した次に,今後の課題(平成19年度への課題)を列挙する.1.群化要因に対する特徴量の精度向上(接近要因,形状類似要因,閉合要因,連続性要因)2.ある任意の図形における「大領域」「中領域」「小領域」の群化のような,階層的群化パターンの作成方法の確立3.任意の図形に適した群化要因を自動選択させることによる効率よい群化領域認識の提案4.医用画像(濃淡画像),動画像における本研究の適用方法の調査と実験本研究で明らかにしたことは,以下の機能の実現である.これらの機能を申請者がこれまで開発してきた類似画像検索システムの機能として提案した.(1)抽象図形を対象に,ゲシュタルト心理学で明らかにされている図形の群化要因「近接」「類同」「閉合」「よい連続」の4つを測定するモデルを提案し,判別分析により図形内に存在する複数の群化領域を認識する手法を開発した.(2)抽象図形を対象に,複数名から採取した図形群化に関するアンケート結果より,ゲシュタルト心理学で明らかにされている図形の群化要因「平行性による類同」を測定するモデルを開発した.(3)スポーツ映像のメタ情報を抽出することを目的として,放送型野球中継映像を対象に,画像内のスコアテロップがイニングごとに規則的に変化することを利用し,同じイニング内のフレームを同一とみなす,つまり,1イニングごとで群化されるフレーム集合をクラスタリングする手法を開発し,(1)の動画像への適用可能性を検討した.(4)マンモグラフィ(乳房X線像)を対象に,画像内に点在する石灰化領域,また,それらが群化現象によりまとまって一つの領域に知覚される石灰化クラスタを検知する手法を提案し,(1)の医用画像への適用可能性を検討した.(5)風景写真(カラー画像)を対象に,ユーザが簡易な検索キーをラフペインティングして作成し,風景画像内の微妙に色や濃度が変化するグラデーション領域の全画素を同一画素値とみなして群化させることで検索キーとマッチングを行うインタラクティブな画像検索システムを試作し,(1)のカラー画像への適用可能性を検討した.
家兎糖尿病モデルにおける皮膚微小循環障害について

糖尿病では皮膚微小循環障害のため四肢末梢の皮膚の壊死がみられることがあり切断術を余儀なくされることも多い。また形成外科分野では皮弁移植でときに見られる皮弁壊死の原因にもなると考えられている。したがって糖尿病における皮膚微小循環障害の詳細が判明すれば、皮膚壊死のあたらしい治療法や予防法が開発される一助となる。われわれは家兎の糖尿病モデルを作成し、皮膚微小循環障害の観察を行った。従来と同様に、専用のパンチャーで家兎耳介遠位部に円形の全層欠損を作成した。軟骨と血管を温存してその表面と裏面の周囲皮膚を剥離し、rabbit ear chamberを装着した。chamber内に完成した微小血管網では細動脈、毛細血管、細静脈が確認でき、各々の血管内の赤血球、白血球、血小板が動的に観察できた。本年度はこの微小循環系でフルオレセインナトリウムと励起光を作用させることで血栓実験を行った。アロキサンの投与で作成した家兎の糖尿病モデルでも、細動脈では血小板血栓が見られるが、細静脈では白血球が血栓に関与していると考えられてた。糖尿病モデルにおいて血栓形成時間が短縮する傾向が見られた。これは糖尿病による微小循環障害が血栓形成に影響しているためと考えられ、今後はさらにその詳細についての実験が必要である。本年度は白血球の微小血管への影響を観察した。軟骨と血管を温存してその表面と裏面の周囲皮膚を剥離し、REC(rabbit ear chamber)を装着した。chamber内に完成した微小血管網では細動脈、毛細血管、細静脈が確認でき、各々の血管内の赤血球、白血球、血小板か動的に観察できた。アロキサンの投与で作成した家兎の糖尿病モデルでは細静脈に白血球の粘着が増加している像が観察された。またアセチルコリン、L-アルギニン、ニトロプルシッドの投与前後で血管茎を測定することにより、微小血管の血管内皮細胞由来の拡張機能障害が示唆された。次に同モデルを用いCD-18,抗L-selectin抗体で白血球の接着を抑制した実験では、白血球の関与が高い細静脈系で血管壁への粘着時間が短縮する傾向が見られている。また我々は微小循環における血栓形成過程についての実験も行っており、皮膚微小循環では細動脈では血小板血栓が見られるが、細静脈では白血球が血栓に関与していると考えられている。糖尿病モデルでの血栓への影響を観察する予定である。
レクチン様酸化LDL受容体の機能と病態生理への関わり

酸化LDL受容体LOX-1の遺伝子ノックアウトマウス、トランスジェニックマウスを解析し、血管内皮細胞へ酸化LDLの作用について解析を行うとともに、LOX-1の酸化LDLとは独立した機能についての解析を進めた。ラットのザイモザン誘発関節炎のモデルを用いてLOX-1の炎症における役割を解析した。ザイモザン投与によりLOX-1の組織における発現は顕著に増加した。この系に、抗LOX-1抗体を投与すると炎症細胞の浸潤が抑制されるとともに、組織の浮腫や炎症の結果として起きる関節組織の破壊を抑制することができた。さらに、ラットのエンドトキシン誘発ぶどう膜炎のモデルを用いてLOX-1が炎症においてどのように機能しているか解析した。LOX-1の発現は炎症刺激により顕著に増加するとともに、抗LOX-1抗体の投与により炎症反応、白血球の血管壁への接着が抑制され、LOX-1が炎症細胞の血管壁への接着に影響を与えることにより炎症反応に関与していることが明らかとなった。さらに、in vitroにおける解析によりLOX-1そのものが細胞接着分子であることを明らかにした。一方、ヒトおよびマウス樹状細胞においてLOX-1がClassI MHCを介した抗原提示に関与する重要な分子であることが明らかになった。さらに、抗LOX-1抗体を用いて腫瘍抗原を抗原提示細胞に標的することで効果的に腫瘍免疫を誘導することができ、移植した腫瘍の増殖を抑制することができることが明らかになった。このことは、新しい腫瘍ワクチンの可能性を示すだけでなく、かねてから指摘されている動脈硬化における免疫系の変化についての示唆を与えるものである。報告者は先に内皮細胞で主にはたらくと考えられる酸化LDLの受容体LOX-1の同定に成功した。この分子の生体内での役割、動脈硬化およびその他の疾患における位置づけを明らかにする事を目的として本研究を行った。酸化LDLがLOX-1を介して細胞に作用すると、細胞内で活性酸素種が産生され、その後の情報伝達としてNF-kBが活性化されること、同時に生じた活性酸素種によりNOが消去され内皮細胞からのNOの放出が減少することを明らかにし、LOX-1が内皮細胞機能を変化させる重要な役割を果たしていることを示唆した。また、LOX-1の発現を糖尿病ラットで解析し、LOX-1の発現が血管内皮細胞で亢進する事、特に、動脈硬化が起こりやすい血管分岐部での発現が顕著である事を明らかにするとともに、糖尿病の際に生体内に起きる糖化反応により生じるAGE化蛋白がLOX-1のリガンドとなることも明らかになり、動脈硬化の強いリスクファクターである糖尿病との強い関連が示唆された。またLOX-1のリガンド結合メカニズムについて解析を行い、LOX-1のC末端にある10残基がリガンド結合に必須であり、特にその中の塩基性アミノ酸が重要であることを明らかにした。また、他の部位の塩基性アミノ酸もリガンド結合に重要な役割をおっており、電気的な相互作用がリガンド結合に重要と考えられた。一方、新しいLOX-1のリガンドとしてバクテリアやフィブロネクチンを同定し、LOX-1の生理機能がこのようなリガンドとの相互作用により発揮される可能性を示した。さらに、LOX-1遺伝子ノックアウトマウスやLOX-1遺伝子トランスジェニックマウスの作成に成功し、LOX-1の生理的、病態生理的役割を生体レベルで解析している。
包括的グレブナー基底系による限量子消去の効率化

等式制約と不等式制約に関するイデアルの飽和を利用した「包括的グレブナー基底系による限量子消去法の効率化」に関連して,以下に関する研究を行なった:(a)飽和計算の効率化.(b)多変数根の連続性.(1)分割されるパラメータ空間の個数を抑えられる.(2)パラメータ空間の論理式による表現が簡略化される.利点(1)によって計算処理回数が減り,限量子消去法は効率化された.また,利点(2)によって再帰計算に関する計算処理の負担が軽減された.包括的グレブナー基底系を利用した限量子消去法は再帰的に限量子を消去する.特に,そうした再帰的処理の中ではグレブナー基底等が計算される.等式制約と不等式制約が簡略な表現を持つ場合,それらに関するイデアルの飽和のグレブナー基底の計算に関する負担が軽減される.従って,利点(2)も限量子消去法の効率化に繋がった.当該年度はこうした効率化に取り組み,上記利点が大きく活かされるような入力に関する解析を行なった.これまでのところ「包括的グレブナー基底系を利用した限量子消去法」に関する理論的側面からの効率化は順調に進んでいると思われる.特に,当該年度は,イデアルの飽和の性質を利用した効率化に伴って「飽和の計算効率化」や「多変数根の連続性」に関する研究を行うことができた.数式処理システムへの実装も前年度までと同様に続けている.当該年度は上述したような成果たちを実装した.そして,その効率性を,ベンチマークデータを通して,確認することもできている.実際に前年度までの実装よりも高速に結果を出力している.また,他の限量子消去法に関するプログラムよりも効率的に出力するようなベンチマークデータも多く確認できている.一方,イデアルの根基に関するような効率化についても,前年度に引き続き,研究している.興味深い成果も出始めており,本研究課題はおおむね順調に進展しているものと考えている.理論的側面からの効率化に関しては,イデアルの根基に関する効率化を深く研究していく予定である.詳細を言えば,前年度まででパラメータを含まないような場合に関する研究は大方完了しているので,パラメータを含むような場合に対する拡張を行う予定である.一方,現状のところ,実装的側面からの効率化には取り組めていない.例えば,並列計算等を用いた実装的側面からの効率化に取り組みたいと考えている.本研究課題では理論的に並列化可能な計算処理が存在する,こうした計算処理を実際に並列化させるような実装を構築したいと考えている.特に,この取り組みでは,一台の計算機だけでなく,複数の計算機を用いるような実装を行い,より多くのコアを利用した実験を行う予定である.そして,この実験を通して,その並列効果を確認したいと考えている.(1)国内学会JSSACで「根基イデアルに対するエルミート二次形式」について講演した際、極小エルミート二次形式を提案し、2017年度奨励賞を受賞した。本研究ではパラメータ付き根基イデアルによって簡素化された等式制約による「エルミート二次形式」を目指したのだが、極小エルミート二次形式によって根基イデアル計算なしでエルミート二次形式の簡素化が実現された。包括的グレブナー基底系を利用した限量子消去法に関するこれまでの成果をまとめた論文を投稿できた。特に、研究代表者が数式処理システムMaple上に開発している限量子消去プログラムCGSQEはこうした論文によって更なる効率化が果たされた。従って、現在までの進捗状況はおおむね順調に進展していると考えている。詳細は以下(1) - (3)の通りである。(1)国内学会JSSACで奨励賞を受賞した講演「根基イデアルに対するエルミート二次形式について」で提案した極小エルミート二次形式に関する上記限量子消去計算効率化に対する効果は大きいと思われる。今後、パラメータ付きの場合に対する詳細な考察を与えることで、上記限量子消去への応用に関する理論が完成する。この理論の完成によって、上記プログラムは更なる効率化を果たすと考えられる。(2)パラメータ付き飽和イデアルの包括的グレブナー基底系計算は上記限量子消去法の計算効率に大きな影響を与える。従って、論文誌MCSに採択された論文「On Multivariate Hermitian Quadratic Forms」によるパラメータ付き飽和イデアルの包括的グレブナー基底系に関する計算効率化が果たした上記プログラム効率化への貢献は大きい。等式制約と不等式制約に関するイデアルの飽和を利用した「包括的グレブナー基底系による限量子消去法の効率化」に関連して,以下に関する研究を行なった:(a)飽和計算の効率化.(b)多変数根の連続性.(1)分割されるパラメータ空間の個数を抑えられる.(2)パラメータ空間の論理式による表現が簡略化される.利点(1)によって計算処理回数が減り,限量子消去法は効率化された.また,利点(2)によって再帰計算に関する計算処理の負担が軽減された.包括的グレブナー基底系を利用した限量子消去法は再帰的に限量子を消去する.特に,そうした再帰的処理の中ではグレブナー基底等が計算される.等式制約と不等式制約が簡略な表現を持つ場合,それらに関するイデアルの飽和のグレブナー基底の計算に関する負担が軽減される.従って,利点(2)も限量子消去法の効率化に繋がった.当該年度はこうした効率化に取り組み,上記利点が大きく活かされるような入力に関する解析を行なった.

これまでのところ「包括的グレブナー基底系を利用した限量子消去法」に関する理論的側面からの効率化は順調に進んでいると思われる.特に,当該年度は,イデアルの飽和の性質を利用した効率化に伴って「飽和の計算効率化」や「多変数根の連続性」に関する研究を行うことができた.数式処理システムへの実装も前年度までと同様に続けている.当該年度は上述したような成果たちを実装した.そして,その効率性を,ベンチマークデータを通して,確認することもできている.実際に前年度までの実装よりも高速に結果を出力している.また,他の限量子消去法に関するプログラムよりも効率的に出力するようなベンチマークデータも多く確認できている.一方,イデアルの根基に関するような効率化についても,前年度に引き続き,研究している.興味深い成果も出始めており,本研究課題はおおむね順調に進展しているものと考えている.以下方策(1) - (3)を実現することによって「包括的グレブナー基底系を利用した限量子消去法」に関するプログラムの更なる効率化を目指す。現状として、このプログラムは入力に等式制約が多い場合、非常に効率的である。今後は以下を達成することで、等式制約が少ない場合にも他限量子消去プログラムを計算量で圧倒できるようにしたい。(1)平成29年度、国内学会JSSACで奨励賞を受賞した講演「根基イデアルに対するエルミート二次形式について」で提案した``極小エルミート二次形式''を上記限量子消去法に適用するための理論を完成させる。本理論を完成させるため、根基イデアルを法とした剰余環の基底が持つ性質に着目することを検討している。(2)簡素な等式制約を持つ入力に対する限量子消去計算は効率化しやすい。特に、上記限量子消去法以外の手法も同様の傾向を持っている。今後は計算機上で実現可能な「パラメータ付き代数的集合の既約分解アルゴリズムに関する理論」の構築を目指す予定である。そして、等式制約の簡素化を達成することで、上記限量子消去法の効率化を目指す。更に言えば、こうしたアルゴリズムを上記以外の限量子消去法にも適用することを検討している。(3)平成29年度、マルチコア搭載の計算機を購入した。このマルチコア搭載計算機を使うことで、上記限量子消去法の並列計算化を行うことを検討している。本方策では高い効果を得られるような並列計算を計算機実験によって探す。高い効果を得られるような並列計算を探す際、機械学習等も応用したいと考えている。理論的側面からの効率化に関しては,イデアルの根基に関する効率化を深く研究していく予定である.詳細を言えば,前年度まででパラメータを含まないような場合に関する研究は大方完了しているので,パラメータを含むような場合に対する拡張を行う予定である.一方,現状のところ,実装的側面からの効率化には取り組めていない.例えば,並列計算等を用いた実装的側面からの効率化に取り組みたいと考えている.本研究課題では理論的に並列化可能な計算処理が存在する,こうした計算処理を実際に並列化させるような実装を構築したいと考えている.
アゼチジン-2-カルボン酸加水分解酵素を題材とした酵素反応の構造生物学的研究

L-アゼチジン-2-カルボン酸加水分解酵素(以下、A2CH)を用いた蛍光光度分析前年度に引き続いて、A2CHとその基質L-アゼチジン-2-カルボン酸(AZC)の相互作用を解析するための研究を行った。まず、溶液状態のA2CHを波長295nmの光で励起して、内在するTrp残基に由来する蛍光を観察した。0.010.1MのAZC存在下で野生型A2CH溶液の蛍光光度測定を行ったところ、AZC濃度の上昇につれて蛍光強度の減少が見られた。これは、基質との相互作用によって触媒部位周辺の微小環境が変化することを示すと考えられた。一方、基質アナログのL-プロリンを同様にして加えた場合には、蛍光強度はあまり変化しなかったことから、A2CHとL-プロリンとの相互作用は基質に比べて非常に弱いことが推定された。L-アゼチジン-2-カルボン酸加水分解酵素(以下、A2CH)を用いたX線結晶構造解析前年度作製した変異体に比べて酵素全体の構造へ変異が与える影響がより小さい、新たな変異体W20F, H184A, T16Vを作製した。このうち結晶化に成功したW20F, H184AについてはX線構造解析を行った。いずれも全体的な構造は野生型に相似していた。これまでに得られたA2CHの構造では、触媒部位の入りロ付近にあるTrp20の側鎖、および残基番号204-211のループ領域(リッドループ)が、基質の有無によって異なる構造をとることが分かっていた。しかし、H184Aのアポ酵素の構造では、Trp20の側鎖やリッドループが複合体型構造をとっていた。また、W20Fの構造は、変異部分Phe20の側鎖に揺らぎが見られ、H184Aと同じく基質が入っていないにもかかわらずリッドループがふさがっていることが分かった。このことから、W20F, H184Aともに基質認識に重要な役割を担っているのではないかと考えられた。(抄録なし)1.L-アゼチジン-2-カルボン酸加水分解酵素(A2CH)について、触媒残基Asp12と直接相互作用する残基の変異体T16A,K152A,D185AおよびD185Nを作製した。いずれの変異体も酵素活性を示さなかったため、これらの変異体を用いてX線結晶構造解析を行った。構造解析に成功したTl6A,K152A,D185N変異体は野生型に比べ、活性部位周辺の構造が変化していた。このことから、Thr16,Lys152,Asp185は酵素の触媒反応だけでなく、水素結合および静電相互作用を通じた活性部位の構造維持にも重要な役割を果たしていることが示された。2.A2CHをESI-MSによる分析にかけて分子量測定を行った。酵素と基質を短時間反応させたサンプルを分析したところ、酵素単独の際の分子量の位置と、触媒残基と基質とが結合し、元の酵素より分子量が増加したエステル中間体のものであると考えられる位置の2か所にピークが生じた。これにより、A2CHの触媒反応はエステル中間体の形成を経て起こるものであると示された。3.野生型酵素と基質を共結晶化させ、生じた結晶を用いてX線構造解析を行った。得られた結晶のうち一つは活性部位が閉じたクローズ型の構造であった。酵素の活性部位には酵素反応の生成物である(R)-2-ヒドロキシ-4-アミノ酪酸が結合していた。従来の研究により、A2CHの構造は「オープン型(酵素単独)」「半オープン型(酵素基質複合体)」「クローズ型(D12N)」が得られていた。これらを今回得られたクローズ型構造の酵素生成物複合体と比較することで、A2CHの触媒反応における構造変化の過程が明らかになった。また、X線構造から生成物の立体化学的な配置が解明されたことで、A2CHの触媒反応は、立体配置が反転するタイプの反応であることが示唆された。

これまでに得られたA2CHの構造では、触媒部位の入りロ付近にあるTrp20の側鎖、および残基番号204-211のループ領域(リッドループ)が、基質の有無によって異なる構造をとることが分かっていた。しかし、H184Aのアポ酵素の構造では、Trp20の側鎖やリッドループが複合体型構造をとっていた。また、W20Fの構造は、変異部分Phe20の側鎖に揺らぎが見られ、H184Aと同じく基質が入っていないにもかかわらずリッドループがふさがっていることが分かった。このことから、W20F, H184Aともに基質認識に重要な役割を担っているのではないかと考えられた。今回、新たに酵素と生成物の複合体の構造が判明したことで、A2CHの触媒反応に伴う一連の構造変化が明らかになった。また、反応過程でのエステル中間体の存在を明らかにしたこと、および反応生成物の立体化学的な構造を解明したことは、反応機構を説明することに大きく寄与するものである。これらの研究により、L-プロリンのアナログ物質を分解する本酵素の触媒過程の全貌がほぼ解明されたといえる。本酵素の触媒反応の過程での構造変化についてはほぼ解明されたが、触媒機構についてより詳しく解明するためには、基質への結合親和性の詳細についても分析する必要がある。触媒部位の残基の性質についてもさらなる解析を行うため、酵素全体の構造へ変異が与える影響がより小さい新たな変異体を作製する。すでに構築済みの変異体、および新たに作製する変異体を用いて、基質との複合体の形成しやすさを調べる予定である。また、分析条件を検討しながら、引き続きESI-MSを用いた測定やX線結晶構造解析を行う。(抄録なし)
ディジタル処理回路を集積した撮像デバイスの開発と画像処理システムへの応用

ディジタル処理回路を集積した撮像デバイスとして、主に動き推定機能と画像圧縮機能を有するイメージセンサについて以下の検討をした。○撮像面上でのA/D変換処理アルゴリズムの検討撮像デバイス内にA/D変換回路を有するため、蓄積途中の画素値情報を利用することができる。この特徴を利用し、蓄積途中の画素値を徐々にA/D変換する新しい方式を提案した。○撮像面上での動き推定アルゴリズム等の検討画素値がビット毎に時間差で判定されることを利用した、処理アルゴリズムの検討を行った。具体的には、階層的ブロックマッチング法を用いた動き推定処理やフレーム間差分に基づく動き領域抽出の方式を検討した。○動き推定機能を有するイメージセンサの試作A/D変換回路と動き推定処理回路を有するプロトタイプチップの回路およびレイアウト設計を行った。フォトダイオード回路、A/D変換用比較判定回路、D/A変換回路、ディジタルメモリ回路等を評価したところ、それぞれの回路はほぼ設計通りの動作をすることがわかった。○撮像面上での画像圧縮アルゴリズムの検討ランダムアクセス機能による時空間解像度の制御方法の検討や、フレーム間相関を利用して画像圧縮する方法を検討した。○画像圧縮機能を有するイメージセンサの試作フレーム間相関を利用して画像情報を圧縮するディジタルイメージセンサの検討を行なった。また、高速撮像が可能な列並列処理構成による回路を設計した。本年度は、ディジタル処理回路を集積した撮像デバイスについて検討した。以下に示すように、撮像デバイス上でのA/D変換方式、ディジタル処理方式を検討した後、VLSIの設計、試作を行った。参照電位の数が14個から8個となり、回路規模の大幅な削減が可能となる。コンピュータシミュレーションにより、動画像に対しビット間で判定時間が異なる影響を評価した。○撮像面上での画像処理アルゴリズムの検討画素値がビット毎に時間差で判定されることを利用した、処理アルゴリズムの検討を行った。分散/一元処理をうまく組み合わせることで、効率の良い方式を提案した。○プロトタイプVLSIチップの設計および試作A/D変換回路とディジタル処理回路を有する新しいプロトタイプチップの回路およびレイアウト設計を行った。1つは、動き推定機能を有するイメージセンサで、画素数は64×64画素であり、現在評価実験を行っている。2つは、動き領域の抽出および追跡機能を有するイメージセンサで、現在レイアウト設計を行っている。ともに、高い開口率や低消費電力を実現できるアーキテクチャを検討した。イメージセンサにA/D変換回路とディジタル信号処理回路を統合した撮像デバイスに関して検討した。以下に示すように、初年度に試作した動き推定機能を有するイメージセンサLSIの評価を行った。さらに、画像圧縮機能を有するイメージセンサLSIの評価を行った。1.プロトタイプVLSIチップの評価昨年度試作した動き推定機能を有するイメージセンサLSIに実装した様々なテスト回路の評価を行った。また、センサアレイの出力画像を取得し、その画質の評価を行った。2.画像圧縮機能を有するディジタルイメージセンサの設計画素単位での時間解像度、空間解像度を制御し、フレーム間相関を利用して画像情報を圧縮するディジタルイメージセンサの検討を行なった。ランダムアクセス機能による時空間解像度の制御方法の検討や、フレーム間差分をロスレスに圧縮する方法を検討した。3.試作したセンサを用いた画像処理システムの開発試作したプロトタイプセンサを用いて、画像処理システムの構築を行なった。単数動物体の検出や、そのフレーム間での追跡を行った。4.研究の総括本研究の問題点をまとめ、その改善方法について検討した。