hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
実働荷重をシミュレートするランダム疲労試験システムの構築に関する研究

北平洋航路に続き日本-ペルシャ湾航路についても実船の遭遇海象の時間履歴を調べた。その結果、北太平洋航路の場合と同様に、船舶が大洋を航行するときに遭遇する波浪は長期の波浪統計頻度表から独立にランダムに取り出した海象が次々に現れるのではなく、比較的平穏な海域を航行する時と、徐々に波高が増加し徐々に減少するような嵐の海域を航行する時とが交互に現れるようにモデル化できることが判った。これを基に、船舶の疲労設計を行う場合の標準変動荷重モデルを作成した。実際に船体各部に作用する応力は、航行海域の海象データ、波浪データ材料及び船体運動の線形または非線形応答に依存する-例えば、応力の総数、密度分布、遭遇する嵐の数、嵐の持続時間したがって嵐中の荷重負荷回数、嵐の大きさ-しかし、上記波浪外力の荷重履歴に関する基本的構成-平穏海域の航行と嵐海域の航行-は不変である。次に、設計対象部材として船体構造に極めて多くかつ損傷例もある角まわし溶接部を選び先の標準変動荷重を負荷した疲労試験を行った。その結果、疲労き裂は嵐に1回または数回遭遇すると発生し、その寿命の大部分は、角まわし溶接部余盛止端に発生した表面き裂の伝播であることが判った。疲労試験結果に基づいて、疲労設計線図を作成する手順を示すと共に、従来変動荷重下の疲労寿命推定に広く用いられているMiner則との相関についても検討した。更に、表面き裂の伝播解析を破壊力学的手法を用いたシミュレーションを試み、実験結果と比較すると共に、モンテカルロシミュレーションにより表面き裂伝播寿命を求め、き裂伝播に関係する材料定数の確率的変動によるき裂伝播挙動を考察した。船舶の疲労設計に関し、その作用外力を明らかにするため、まず多数の実船の実航海状態を調査し、それを統計解析した。その結果、船体に働く波浪荷重の長期分布形はワイブル分布で近似でき、その分布形を表わすパラメ-タは想定海象の波高分布形と密接な関係にあることを明らかにした。また、同一機関、同一海域を航行した船舶でもそれぞれの海象はかなり異なることを示し、上記パラメ-タのバラツキの範囲を求めた。次にこれらの資料から船舶の実航海状態は、平穏な海域を航行している状態とさまざまな荒れた海域を航行している状態とに統計的に独立に遭遇することを明らかにした。そしてこれを基に実航海状態で作用している荷重をシミュレ-トする標準の荷重モデルを求め、疲労設計に供する船体構造部材の疲労強度を得るための標準実働荷重疲労試験法を提案した。この試験法により軟鋼材を用い疲労き裂伝播試験を行い、疲労き裂は荒れた海域の航行時に大きく進展し、しかもその程度は荒れた海域への遭遇順序にも短期的にみれば大きく依存することが明らかになった。更に、変動荷重試験システムでは荷重シミュレ-ション技術及び疲労試験技術と共に試験が長期化するため、なんらかの省力化の工夫が必要となるとの観点から、一本の試験片で多数のデ-タを収集し、かつ疲労寿命の統計解析が行えるようにするため、多数切欠き付試験片の開発をし、疲労試験を行ってその性質を確認すると共に、解析手法の検討も行った。船舶の疲労設計に関し、その作用外力を明らかにするため、本年度は平成2年度の北太平洋に引続き日本ペルシャ湾海域での実航海状態での実働荷重を調査した。その結果,両海域では最大有義波高に差があり北太平洋海域は船舶にとって厳しい海域(有義波高で約1.52倍)であることが判った。両海域とも長期分布はワイブル分布で近似でき、しかも船舶の実航海状態は平穏な海域を航行している状態と様々な荒れた海域を航行している状態とにモデル化できることも判明した。従って前年度提案した標準変動荷重モデルの有効性を他の海域でも実証できた。この標準変動荷重モデル-荒れた海域を6種類の嵐でモデル化し,同時に平均的に遭遇する6種類の嵐の数を定めた-により軟鋼材を用いた疲労き裂伝播試験を行った。嵐へ遭遇する時刻歴により,同じ大きさの嵐であっても,嵐1回当りにき裂が進展する量に差があること,それが同じ嵐であっても下限界応力拡大係数及びき裂開口点に差があることに依存することを明らかにした。また,き裂伝播速度に対する6種類の嵐の速度比を明らかにし,き裂発生後の余寿命評価を遭遇する嵐の大きさ及び回数で推定し得ることを示し,嵐への遭遇の仕方により相当短期間でき裂伝播量が多くなることも示した。更に,このき裂伝播挙動をモンテカルロシミュレ-ションで解析することを試み,シミュレ-ション法を構築し,その結果が定性的にも定量的にも実験結果と良い一致をすることを確かめた。昨年度に引続きFEM解析に基づいた多数切欠付き試験片を開発し,疲労試験を行い,1本の疲労試験から寿命分布を推定できることを示すと共に,微小き裂成長,合体のメカニズムについていくつかの知見を得た。

実際に船体各部に作用する応力は、航行海域の海象データ、波浪データ材料及び船体運動の線形または非線形応答に依存する-例えば、応力の総数、密度分布、遭遇する嵐の数、嵐の持続時間したがって嵐中の荷重負荷回数、嵐の大きさ-しかし、上記波浪外力の荷重履歴に関する基本的構成-平穏海域の航行と嵐海域の航行-は不変である。次に、設計対象部材として船体構造に極めて多くかつ損傷例もある角まわし溶接部を選び先の標準変動荷重を負荷した疲労試験を行った。その結果、疲労き裂は嵐に1回または数回遭遇すると発生し、その寿命の大部分は、角まわし溶接部余盛止端に発生した表面き裂の伝播であることが判った。疲労試験結果に基づいて、疲労設計線図を作成する手順を示すと共に、従来変動荷重下の疲労寿命推定に広く用いられているMiner則との相関についても検討した。更に、表面き裂の伝播解析を破壊力学的手法を用いたシミュレーションを試み、実験結果と比較すると共に、モンテカルロシミュレーションにより表面き裂伝播寿命を求め、き裂伝播に関係する材料定数の確率的変動によるき裂伝播挙動を考察した。
高電磁界環境における計測・制御システムの信頼性向上と試験法の実用化

高電圧・大電流スイッチ等が動作すると、近傍には継続時間は数μsと短時間だが、きわめて振幅の大きい100MHz以上の周波数を含む電界・磁界が発生することが代表者らの研究により明らかにされている。こうした高電磁界環境の一般的な特性の把握を通じて、このような環境下での計測・制御システムの試験法を実用化するのが本研究の目的である。高電磁界環境の特性の把握のために必須の電界センサについては、世界最高水準の1GHzまでの超広帯域電界センサを開発した。また屋外仕様で通年観測が可能な帯域15MHzの広帯域電界センサを試作した。前者は信号出力レベルを高くすることにより、また後者は広帯域光信号伝送系を使用することにより、それぞれ高電磁界環境下での耐性を高めている。以上のセンサによりSF_6ガス絶縁開閉装置近傍および落雷点近傍の電界の広帯域における計測を実施し、従来未知の新しい知見を得た。これらの成果により、高電磁界環境の標準化に関する見通しを得ることができた。ディジタル計測用機器の計測精度については、高電磁界環境下において重要な単発波形の計測における誤差評価に関する新しい手法を提案した。これを用いてディジタル計測システムの精度の評価を行った。以上の実験結果および調査結果にもとづいて、高電磁界環境下における計測・制御システムの耐性の評価法に関する検討を行い、既存の諸外国における試験法の長所を取り入れた試験法の提言を行った。またガス絶縁開閉装置近傍で発生する高電磁界に対して、計測・制御システムの耐性を高める方策を立案した。これについては既に実システムにおいて実施されている。また高電磁界環境下において使用可能な帯域200MHzのディジタル計測システムを試作し、満足に動作することを確認した。今後、わが国におけるこの方面の規格制定をはかる予定である。高電磁界環境の評価については、落雷に伴う放射電磁界の広帯域測定によって、初めて正極性落雷に伴う急峻な電磁界変化の統計を得た。負極性落雷についても、米国で測定されている結果と本質的には異ならないことを確認した。すなわち、電磁界変化波形の最も急しゅんな部分における立上り時間の最頻値は、落雷極性の如何にかかわらず100ns未満である。この成果と実験室内での計測による成果と併せて、高電磁界環境の標準化に関する有力な資料を得たと結論される。ディジタル計測用機器の計測精度について高電磁界環境下において重要な単発波形の計測における誤差誤価に関する新しい手法を提案した。この手法により幾つかのディジタル計測システムの測定精度を評価した。高電磁界環境下における諸外国の規格の調査を実施した。この結果とこれまでの実験結果に基づいて、高電磁界環境下における計測・制御システムの耐性の評価法に関する検討を行い、試験法に関する提言を行った。また現在審議中の、インパルス電圧のディジタル計測に関するIEC規格案を検討し、問題点を明らかにした。ガス絶縁開閉装置近傍で発生する高電磁界について、広帯域電界センサによる計測を実施し、新たな知見を得た。またこの条件のもとにおける計測・制御システムの、高電磁界に対する耐性を高める方策を立案した。その一部については、既に実システムにおいて実施されている。以上の成果に基づき、高電磁界環境下において使用可能な帯域200MHzのディジタル計測システムを試作した。このシステムは実験室内での高電磁界環境下で満足に動作することを確認した。現在わが国にはこの方面の試験法に関する規格がまだ存在しないが、本研究の成果に基づいて、今後、わが国におけるこの方面の規格の制定を推進する予定である。
双補完的アプローチによる海洋の中規模渦と海面波浪の消散過程の研究

従来の大気海洋力学の理論では,中緯度と赤道域の力学を連続的に接続できないという問題があった.このため,波動エネルギーのライフサイクルを熱帯から中緯度まで追跡することができなかった.本研究では,モデル解析による群速度ベクトルの同定方法について,緯度帯に関するシームレス機能と波動の種類(Rossby波,慣性重力波,Kelvin波など)に関するオートフォーカス機能を共に有する診断式の導出に成功した.これによって気候変動メカニズムに関与する波動エネルギーの生成・循環・消散過程を,群速度ベクトルという意味づけを持って,どの種類の波動にも共通の尺度で世界地図上で追跡できるようになった.【海面波浪】海面から海上100mまでの高さでは,風の鉛直シアによる相対渦度を使って鉛直断面にコンターを描くことができる.これを利用して鉛直semi-Lagrange座標系を構築し,砕波と乱流渦粘性がある状況で擾乱に関する各種統計量(Lagrange擬運動量,Lagrange擬エネルギー,波の活動度,Euler擬エネルギー)の収支式を導いた.その結果,風から波浪への運動量やエネルギーの伝達過程を詳しく定式化することができた.これは代表者がこれまでに培った重み付け平均理論とLagrange平均理論の融合手法を応用したものである.Lagrange擾乱量(理論寄り)とEuler擾乱量(観測寄り)の表現を互いに変換する式も含めて上記の結果をまとめた論文を,ノルウェーの共同研究者と執筆中である.【中規模渦】密度座標系に基づく重み付け平均理論を用いた代表者による過去の研究では,どの海域で中規模渦が発達しているのかを明らかにした.渦エネルギーの行方を調べるには,平均流(南極還流,黒潮,メキシコ湾流,アギュラス海流等)による移流や,Rossby波によるエネルギーフラックスを定量化し,相互比較する必要があった.しかし惑星β効果だけではなく,平均流によるシアβ効果や層厚β効果も加味する必要があるため,解析手法が未だ確立されていなかった.さらに赤道域においては準地衡流近似を使えないこともエネルギーフラックスの全球マッピングを阻む要因であった.一方で,中規模渦やRossby波による「波の活動度」や各種「擬運動量」の定式化においては,過去の研究によって,赤道域の特異点問題を乗り越えられることが示唆されていた.そこで,この「波の運動量」の定式化手法に隠された妙薬の詳細を明らかにし,「波のエネルギー」に応用すべく理論的な考察を行った.一連の結果をまとめた論文がJAS誌に受理された.【海面波浪】風波の生成と砕波問題について,Lagrange擬運動量・Lagrange擬エネルギー・波の活動度・Euler擬エネルギーそれぞれの収支を理論的に(気側から水側にかけての鉛直構造も含めて連続的に)考察した.特に,気側から水側への運動量伝達について,Reynolds応力による表現(超音波測器と相性が良い)と形状応力による表現(理論・数値的研究と相性が良い)を互いに変換する式を,砕波と乱流粘性がある状況で,詳しく考察した.これらの結果をまとめた論文を執筆中である.【中規模渦】Journal of the Atmospheric Sciences誌に,なぜ「擬運動量」については,ロスビー波・慣性重力波・赤道波の違いを気にせずに,数値モデルの結果から直接,群速度の向きを診断することが出来るのかを説明した論文を出版した(ドイツの共同研究者と連名).この知見を応用し,渦や波の「エネルギー」について(擬運動量と同様の)統一診断手法を開発することに,代表者らは成功し,その理論基盤の解説論文を執筆中である.この新しい診断手法により,(海洋の)赤道導波管と東岸導波管を経由した中緯度ロスビー波の生成機構を,エネルギーフラックスの観点から連続的に説明することが出来るようになった.擬運動量の全球解析に関する論文がJournal of the Atmospheric Sciences誌に出版された.この知見を応用して,渦や波のエネルギーについて統一診断手法を開発することに,代表者らは成功した.(海洋の)赤道導波管と東岸導波管を経由した中緯度ロスビー波の生成機構を連続的に説明することが初めて出来るようになった.【海面波浪】水面波の砕波と波飛沫の位相関係を現実の海で測定するために、係留ブイ搭載型光学粒子計(海上波飛沫測器)の開発を国内メーカーと共同で進めた。この光学粒子計の特徴は0.1秒毎の高頻度測定が可能であることと3軸加速度計を搭載していることである。これによって海洋性エアロゾルの生成過程も含めた理論・モデル・観測アプローチによる包括的研究へと軌道修正を行った。代表者によるこれまでの理論的な考察をまとめた総合解説書(単著:全173頁)が日本気象学会の気象研究ノート誌に受理された。【中規模渦】渦や波のエネルギーについて、ロスビー波・慣性重力波・赤道波の違いを気にせずに、数値モデルの結果から直接、群速度の向きを診断する事を可能とする統一診断手法を開発する事に、代表者らは世界で初めて成功し、その理論基盤の解説論文をProgress in Earth and Planetary Science誌に出版した。この新しい診断手法により例えば海洋の赤道導波管と東岸導波管を経由した中緯度ロスビー波の生成機構を連続的に説明することが可能になった。赤道域のベイスンモード波についてエネルギー伝達経路を計算したところ、エネルギーの消散が(境界層ではなく)

海盆中央のレイの交差点に集中するという極めて珍しい状態であることがわかった。今後エルニーニョ現象が(日本や北アメリカといった)中緯度域に与える影響(テレコネクション)など、A/OGCM結果を用いた熱帯ー亜熱帯相互作用の診断にこのエネルギー伝達経路計算手法が利用され、大気と海洋の両方で気候地理学的な理解が深まる事が予想される。【海面波浪】代表者によるこれまでの理論的な考察をまとめた総合解説書(単著:全173頁)が日本気象学会の気象研究ノート誌に受理された。【中規模渦】渦や波のエネルギーについて、ロスビー波・慣性重力波・赤道波の違いを気にせずに、数値モデルの結果から直接、群速度の向きを診断する事を可能とする統一診断手法を開発する事に、代表者らは世界で初めて成功し、その理論基盤の解説論文をProgress in Earth and Planetary Science誌に出版した。今後エルニーニョ現象が日本や北アメリカのような中緯度域に与える影響など、熱帯ー亜熱帯相互作用の診断にこのエネルギー伝達経路計算手法が利用され、大気と海洋の両方で気候地理学的な理解が深まる事が予想される。海洋波動を介した熱帯・中緯度相互作用の典型例としてエルニーニョ/南方振動の時間発展を挙げると,赤道太平洋を東進する海洋ケルビン波が南北アメリカ大陸に達したのち沿岸を極側に伝搬することで中緯度の海洋ロスビー波を励起すると説明される.これを準地衡近似に基づく従来のエネルギーフラックスの診断を用いて定量的に説明しようにも,赤道が特異点となってしまう,海岸線における境界条件が満されないなどが障害となる.この障害の克服のため,本研究課題では波浪力学に関するLagrange平均理論の基礎研究で培った各種波動エネルギー/擬運動量の相互関係に着目して赤道導波管と沿岸導波管に対する2種の診断表式の接続に挑み,緯度帯に関するシームレス機能と波動の種類に関するオートフォーカス機能を共に有するエネルギーフラックス診断式の導出に成功した(Aiki et al. 2017 PEPS).この式は海岸線での境界条件を満たすよう設計されており,西岸と東岸で海洋波動が反射・回折する海盆モードの過程を群速度ベクトルに沿って追跡し,波動エネルギーの伝達経路を消散領域まで定量的に特定することが初めて可能となった.この新しい診断式により,ロスビー波・慣性重力波・ケルビン波など,どの種類の波動にも共通の尺度で,波動エネルギーのライフサイクルを中緯度から熱帯まで連続的に追跡することが初めて可能になった.これは大気海洋波動力学の今後の発展へのブレークスルーとなり得る画期的なものである.海面の砕波については,海洋物理の枠を超えた融合発展を目指すことが効率的であると判断した.H29年8月には台風5号襲来時における波飛沫(シースプレー)観測を京都大学防災研究所の協力のもと和歌山県白浜海上観測塔にて成功した.独自開発した海上測定システムの堅牢性が示され,海洋性エアロゾルの生成源として波浪境界層研究の新しい展開が可能になった.従来の大気海洋力学の理論では,中緯度と赤道域の力学を連続的に接続できないという問題があった.このため,波動エネルギーのライフサイクルを熱帯から中緯度まで追跡することができなかった.
癌の医療方針決定統合システムの開発に関する研究

セルアレイから取得される遺伝子産物の細胞内分布情報を、可視化アルゴリズムを用いることで、がんを分子レベルで特徴化・分類できる情報処理システムの開発を行った。システムは分類データベース部、可視化部、分類比較部から構成される。医師が直感的に細胞内分布情報を把握できる模式化を行ったことが情報圧縮につながった。また、この情報を利用することで各がん細胞とタンパク質の比較表を作成でき、この比較表から分類を可能にした。がん細胞の特徴量を分析するために、レーザースキャニングサイトメーター(LSC)により抽出したがん細胞からタンパク質量と凝集度に着目して各々1変数のデータ構造の統計分析を試みた。この結果からがん細胞によってこれらにはなんらかの関係があることを導いた。この結果を手掛かりにこれらの2変数の統計解析を行い相関関係が、がん細胞の全てのタンパク質に影響を及ぼすのではなく、ある特定のタンパク質において特に影響がある事を確認した。この特徴はがんの分類に利用することができると考えニューラルネットワークを用いて分類を試みたるタンパク質量と凝集度の散布図を作成し、散布度合いによってSOMを用いてがん細胞の分類を行うシステムの開発を行った。10種類のがん細胞・9種類のタンパク質における分類実験を試みた結果、SOMマップを用いれば散布図だけでは分類が難しい場合も容易に分類できる可能性を示すことができ、プロトタイプシステムを構築するまでに至った。現在は共同研究を行っている山口大学大学院医学系研究科で生理学的知見に基づき医学的な根拠と照らし合わせ、癌細胞の分類システムの有効性の検討を行っている段階である。また、がん細胞の分類を容易に行うデータベースも開発した。データ数の確保ががん細胞の認識率に大きく影響を及ぼす。LSCからのがん細胞のデータは医師により培養した段階でデータ抽出を行うが、がん細胞の種類によっては培養の状況に偏りが生じ,分類効率を著しく低下させる。データベース化により最新データを追加してもそのデータが反映された状況で結果を出力させることができるようになった。今後は医者の経験から得られた感覚的情報から現時点で対応する癌の処方と薬剤の提供データを癌の分類データベースとマッチングさせ、癌の医療方針を決定するための統合システムのプロトタイプの制作へ繋げる。がん細胞の分類は治療方法を決定する点で重要と考えられており、現在では病理部門において顕微鏡を用いた形態学的特徴による目視の判定が行われていた。しかしこの分類法では、分類できない分子の存在があり、目視による検査の限界があった。がんの発生は遺伝子の異常やその産物となる分子の異常であるから、がんを分子レベルで分類できる手法があればより正確ながんの分類が可能になり、医師が納得できる表現で可視化ができれば、有効な治療方法の決定につながる。本年度は、セルアレイから同時取得される遺伝子産物の細胞内分布データを、分子レベルで特徴化・分類できる手法を提案し、一連の情報処理システムの開発を行った。これは、細胞サイズに加え、細胞内のタンパク質分布を、濃度と凝集度(細胞内分布情報)を基準としてパターン化し、がん細胞を分類する手法である。開発したシステムは分類データベース部、可視化支援部、分類比較部から構成され、レーザスキャニングサイトメータ(LSC)から収集したデータを統合して取り扱えるようになり、Webを介して遠隔地における診断を可能にした。また、可視化部において医師が直感的に細胞内分布情報を把握できる模式化を行ったことが情報圧縮につながった。さらに、分類表を作成する事ができ、各がん細胞とタンパク質の比較表を作成でき、この比較表を用いて分類を可能にした。その結果、同種のがん細胞においてもタンパク質の違いで分類できる可能性を示すことができ、その特徴量を明確にするとともに、医師による医療判断への支援を行うことを可能にした。
理論的に困難な問題を現実的な時間で解くアルゴリズムとデータ構造の研究

平成30年度は,まず6月にキックオフミーティングを行い,問題意識の共有と共同研究に対するきっかけを作った.その後は各種の国際会議や,国内のいくつかの研究集会で集まれるメンバーで集まって,積極的な議論と研究を行った.本研究プロジェクトの最終的なゴールに向けてのステップは,大きく二つに分けることができる.一つ目は二部決定図(BDD:Binary Decision Diagram)の一般化と強力化であり,二つ目はBDDを特に遷移問題を中心とする計算困難な問題に適用することである.最終的なゴールが達成できれば,これまで解けなかった大規模で困難な問題が数多く現実的な時間で解けるようになると期待できる.平成30年度は,こうした二つのステップを開始するにあたっての地ならしと準備期間の年と位置づけ,メンバー同士で比較的ゆるやかなネットワークを形成し,それを中心に幅広い研究者たちと共同研究を行うように心がけた.最終的には基礎から応用に至るまで,幅広い領域での研究が全体的に進み,査読付きの論文が21件(しかもそのうち2/3は国際共著論文)と,国際会議での発表を15件という成果を達成できた.これは初年度としては十分な研究成果であると考えられる.特に遷移問題に関しては,いくつかの新たなグラフ上の問題に関する研究に進展が見られた.遷移問題については今は理論研究が広がりを見せている段階であり,こうしたさまざまな新たな問題に関する研究が進む事で,遷移問題全般の理解が深まり,証明技法や解析ツールが開発されてきている.こうした業界全体の知見が高まることで,今後のBDDを用いた解法へとつながることが期待される.上記の研究実績の概要でも述べた通り,平成30年度はメンバー同士で比較的ゆるやかなネットワークを形成し,共同研究を幅広く行うように心がけた.業績としては,査読付きの論文が21件と国際会議での発表を15件という成果は,初年度としては十分な研究成果であると考えられる.特に2/3が国際共著論文である点は,研究ネットワークの広がりという点では誇るべきものであり,本研究プロジェクトのテーマが,国際的に広く認められていることを示唆している.特に遷移問題については,日本と北米の研究チームとヨーロッパの研究チームが世界をリードしているが,日本のコアメンバーを擁立する本研究グループは,最新の結果を数多く出している.またBDDの研究については,かつてERATOプロジェクトを牽引していた有力なメンバーが本研究グループで精力的に研究し,成果を継続的に出し続けている.こちらも日本が中心となり,世界に向けて成果をアピールしているという意味で,順調な進展と言えるであろう.令和元年度の今年も,昨年に引き続き,まずは全体のミーティングから実施する予定である.具体的には,参加可能な人数が多くなる6月の実施を計画している.ここで現状の報告をして,各自が抱えている問題点を共有し,互いの専門性を活かして問題解決のきっかけを作りたい.そのあとは,必要に応じてより小人数での密度の濃い共同研究を適宜実施する予定である.例えば国内の研究会や,国際会議での活動がこれにあてられる.幅広い研究と,研究成果の論文による研究発表は引き続き行っていく.また今後は実際のプログラムの開発と,それによる計算機による解決にも力を入れていく予定である.特に研究代表者の所属する大学にはスーパーコンピュータが3台あるので,これをうまく活用し,これまで解けなかった規模の問題を,より現実的な時間で解けるようにする.そのための方法として,BDDをスパコンに実装し,特にスパコンの性能を引き出せるようなチューニングを目指す.平成30年度は,まず6月にキックオフミーティングを行い,問題意識の共有と共同研究に対するきっかけを作った.その後は各種の国際会議や,国内のいくつかの研究集会で集まれるメンバーで集まって,積極的な議論と研究を行った.本研究プロジェクトの最終的なゴールに向けてのステップは,大きく二つに分けることができる.一つ目は二部決定図(BDD:Binary Decision Diagram)の一般化と強力化であり,二つ目はBDDを特に遷移問題を中心とする計算困難な問題に適用することである.最終的なゴールが達成できれば,これまで解けなかった大規模で困難な問題が数多く現実的な時間で解けるようになると期待できる.平成30年度は,こうした二つのステップを開始するにあたっての地ならしと準備期間の年と位置づけ,メンバー同士で比較的ゆるやかなネットワークを形成し,それを中心に幅広い研究者たちと共同研究を行うように心がけた.最終的には基礎から応用に至るまで,幅広い領域での研究が全体的に進み,査読付きの論文が21件(しかもそのうち2/3は国際共著論文)と,国際会議での発表を15件という成果を達成できた.これは初年度としては十分な研究成果であると考えられる.特に遷移問題に関しては,いくつかの新たなグラフ上の問題に関する研究に進展が見られた.遷移問題については今は理論研究が広がりを見せている段階であり,こうしたさまざまな新たな問題に関する研究が進む事で,遷移問題全般の理解が深まり,証明技法や解析ツールが開発されてきている.こうした業界全体の知見が高まることで,今後のBDDを用いた解法へとつながることが期待される.上記の研究実績の概要でも述べた通り,平成30年度はメンバー同士で比較的ゆるやかなネットワークを形成し,共同研究を幅広く行うように心がけた.業績としては,査読付きの論文が21件と国際会議での発表を15件という成果は,初年度としては十分な研究成果であると考えられる.特に2/3が国際共著論文である点は,研究ネットワークの広がりという点では誇るべきものであり,本研究プロジェクトのテーマが,国際的に広く認められていることを示唆している.

特に遷移問題については,日本と北米の研究チームとヨーロッパの研究チームが世界をリードしているが,日本のコアメンバーを擁立する本研究グループは,最新の結果を数多く出している.またBDDの研究については,かつてERATOプロジェクトを牽引していた有力なメンバーが本研究グループで精力的に研究し,成果を継続的に出し続けている.こちらも日本が中心となり,世界に向けて成果をアピールしているという意味で,順調な進展と言えるであろう.令和元年度の今年も,昨年に引き続き,まずは全体のミーティングから実施する予定である.具体的には,参加可能な人数が多くなる6月の実施を計画している.ここで現状の報告をして,各自が抱えている問題点を共有し,互いの専門性を活かして問題解決のきっかけを作りたい.そのあとは,必要に応じてより小人数での密度の濃い共同研究を適宜実施する予定である.例えば国内の研究会や,国際会議での活動がこれにあてられる.幅広い研究と,研究成果の論文による研究発表は引き続き行っていく.また今後は実際のプログラムの開発と,それによる計算機による解決にも力を入れていく予定である.特に研究代表者の所属する大学にはスーパーコンピュータが3台あるので,これをうまく活用し,これまで解けなかった規模の問題を,より現実的な時間で解けるようにする.そのための方法として,BDDをスパコンに実装し,特にスパコンの性能を引き出せるようなチューニングを目指す.
ラットの空間的作業記憶における前頭前野および海馬の役割

ラットの空間的作業記憶の指標として高架式8方向放射状迷路課題を用い,前頭前野の役割について行動薬理学的に検討を行った.これまでの研究から,内側前頭前野グルタミン酸受容体が空間的作業記憶の検索過程に重要な役害を担うことが明らかとなったため,同様にドーパミン受容体の関与を調べた.8選択による標準的な放射状迷路課題の試行途中に2時間の遅延を挿入した課題をあらかじめラットに十分訓練した.この遅延挿入放射状迷路課題では,前半の遂行で8本のアームのうち4本を選択し,遅延後の後半の遂行で残り4本を選択することが要求された.すなわち,ラットが課題を成功裡に遂行するには,迷路外の空間手がかりをもとに前半の選択反応を記銘・保持し,その情報を2時間後に正しく検索する必要があると考えられる.訓練を終えたラットの内側前頭前野に,カニューレを介してドーパミン受容体拮抗薬を投与し,習得後の課題遂行に及ぼす効果を検討した.記憶過程(記銘・保持・検索)との関連を明らかにするため,拮抗薬の局所投与は,(1)前半の遂行直前,(2)前半の遂行直後,(3)後半の遂行直前の3つの異なるタイミングで行った.その結果,ドーパミン受容体拮抗薬は全てのタイミングで後半の遂行を阻害しなかった.したがって,2時間の遅延挿入放射状迷路課題遂行に必要とされる空間的作業記憶において,内側前頭前野ドーパミン受容体の積極的関与は見出されず,グルタミン酸受容体機能の重要性が示唆された.ラットの空間的作業記憶の指標として高架式8方向放射状迷路課題を用い,前頭前野の役割について行動薬理学的に検討を行った.これまでの研究から,内側前頭前野グルタミン酸受容体が空間的作業記憶の検索過程に重要な役害を担うことが明らかとなったため,同様にドーパミン受容体の関与を調べた.8選択による標準的な放射状迷路課題の試行途中に2時間の遅延を挿入した課題をあらかじめラットに十分訓練した.この遅延挿入放射状迷路課題では,前半の遂行で8本のアームのうち4本を選択し,遅延後の後半の遂行で残り4本を選択することが要求された.すなわち,ラットが課題を成功裡に遂行するには,迷路外の空間手がかりをもとに前半の選択反応を記銘・保持し,その情報を2時間後に正しく検索する必要があると考えられる.訓練を終えたラットの内側前頭前野に,カニューレを介してドーパミン受容体拮抗薬を投与し,習得後の課題遂行に及ぼす効果を検討した.記憶過程(記銘・保持・検索)との関連を明らかにするため,拮抗薬の局所投与は,(1)前半の遂行直前,(2)前半の遂行直後,(3)後半の遂行直前の3つの異なるタイミングで行った.その結果,ドーパミン受容体拮抗薬は全てのタイミングで後半の遂行を阻害しなかった.したがって,2時間の遅延挿入放射状迷路課題遂行に必要とされる空間的作業記憶において,内側前頭前野ドーパミン受容体の積極的関与は見出されず,グルタミン酸受容体機能の重要性が示唆された.
環境化学物質による活性酸素の増産とその変異原性発見の機構

活性酸素によって生じるDNA損傷の中でなにが致死的であり突然変異誘発の原因であるのかを明らかにするために、大腸菌の種々のDNA修復欠損変異株の活性酸素感受性を比較した。X線に対してxth、nfoそれぞれの単独変異株は正常の感受性を示したが、二重変異株は致死、突然変異誘発とも高感受性であった。過酸化水素に対してはxth自身も高感受性であるが、nfo変異導入により更に感受性が増大した。また、nth変異株はX線、過酸化水素とも致死作用に影響しないが、突然変異誘発では著しい上昇を示した。これらの結果から、xth、nfo遺伝子産物が認識しうるAPサイトおよび3 ́損傷が、活性酸素の致死的、突然変異原性を説明するものであり、さらにnth遺伝子産物の作用対象であるチミングリコ-ルも突然変異を誘発すると結論した。また、nth変異による高頻度の突然変異誘発はrecA欠損株でも観察され、活性酸素によって生じる突然変異の主な部分はSOS修復とは別の機構で起こることが分かった。ところで、大腸菌では活性酸素に対する適応応答現象が見いだされているが、この応答に関与する遺伝子の解明を行った。その結果、過酸化水素に対する適応応答にはkatG遺伝子の発現誘導が必須であること、この発現はoxyR遺伝子産物によって正の調節を受けることが分かった。oxyR遺伝子をクロ-ニングして解析した結果、この産物は305個のアミノ酸からなる34KDaの蛋白質であること、LysRファミリ-であるとともに、自らの発現のレプレッサ-としての機能ももつこと、katG遺伝子の転写開始点から約60bp上流の領域に結合することが明かとなった。さらに、nfo::lacZ融合遺伝子の発現誘導から、nfo遺伝子の発現はO_2によって誘導されることが分かった。
アデノウイルス由来小分子ＲＮＡ（ＶＡ－ＲＮＡ）の機能解析と新規ベクターの開発

アデノウイルス(Ad)由来小分子RNAであるVA-RNAは転写後、Dicerに切断されて約21塩基のmicroRNA(mivaRNA)になる。近年、いくつかのウイルスの増殖にmiRNAプロセシング因子が関わることが報告された。例えば、miRNAプロセシング因子のひとつであるDicerに変異を持つマウスにおいて、ヘルペスウイルスの増殖が促進されることが報告されている。一方で、Adの増殖にこのようなmiRNAプロセシング因子の発現が関与しているかは明らかにされていない。そこで本研究では、Adの増殖にこれらの因子が関わるのかを検討するために、Dicerをノックダウン、もしくは強制発現させた細胞におけるAdの増殖について検討した。Dicerをノックダウンした細胞では、ノックダウンしていない細胞と比較して、野生型Adの増殖が約5倍促進された。一方、Dicerの強制発現させた細胞ではAdの増殖が1/32/3程度に抑制された。過去にVA-RNAが転写後、Dicerに切断されてmivaRNAになることが報告されていたので、次にDicerノックダウン細胞におけるVA-RNAコピー数を定量した。Dicerをノックダウンしたところ、VA-RNAコピー数が有意に増加するとともに、その切断体であるmivaRNAコピー数が顕著に低下した。即ち、Dicerに切断されることで細胞内のVA-RNAコピー数が減少することが示唆された。以上の結果より、DicerはAd増殖に必須の因子であるVA-RNAを切断することで、Adの増殖を負に制御していること、また、DicerのノックダウンがAdの増殖を促進することが明らかとなった。26年度が最終年度であるため、記入しない。アデノウイルス(Ad)由来小分子RNAであるVA-RNAは転写後、Dicerに切断されて約21塩基の二本鎖RNA(mivaRNA)になる。さらに、その過程において、pre-miRNAやshRNA前駆体の核外輸送を担うExportin-5と競合することや、Dicerに結合することでその機能を阻害し、結果としてmiRNAの成熟やshRNAの機能発現過程を阻害することが報告された。しかしながら、実際にshRNA発現Adベクターにおいてこのような現象が起こっているかは明らかとされていない。そこで、研究代表者らが開発したVA-RNAを発現しないAdΔVRベクターにshRNA発現カセットを搭載し、そのノックダウン効率に関して検討を行った。shRNA発現従来型AdベクターとshRNA発現Ad△VRベクターによる標的遺伝子の発現抑制効率を評価したところ、shRNA発現従来型Adベクター作用群と比較して、shRNA発現Ad△職ベクター作用群において有意に高いノックダウン効率を示した。したがって、VA-RNAはshRNA発現AdベクターにおけるRNAi効果を阻害している可能性が示唆された。また、Ad△VRベクターはshRNA発現による標的遺伝子ノックダウンに向けた基盤ベクターとして有用であることが示された。アデノウイルス(Ad)由来小分子RNAであるVA-RNAは転写後、Dicerに切断されて約21塩基の二本鎖RNA (mivaRNA)になる。昨年度までに、研究代表者らが開発したVA-RNAを発現しないAdΔVRベクター、および、全てのウイルスコード遺伝子を欠損したhelper-dependentAd (HD-Ad)ベクターにluciferase遺伝子に対するshRNA (shLuc)発現カセットを搭載し、shLu発現従来型Adベクターと比較して、shLuc発現AdΔVRベクター、および、HD-Adベクターが有意に高いノックダウン効率を示すことを明らかとした。本年度は昨年度までの結果が内在性遺伝子に対するshRNA発現Adベクターに関しても同様であることを示すために、p53遺伝子に対するshRNA (shp53)発現HD-Adベクターを作製し、上記と同様の検討を行った。その結果、shp53発現従来型Adベクターと比較して、shp53発現HD-Adベクターは発現させたshp53がRISCにより多く集積するため、優れたノックダウン効率を示すことが明らかとなった。したがって、VA-RNAはshRNA発現AdベクターにおけるRNAi効果を阻害していることが示された。また、AdΔVRベクターはshRNA発現による標的遺伝子ノックダウンに向けた基盤ベクターとして有用であることが示された。

Dicerをノックダウンしたところ、VA-RNAコピー数が有意に増加するとともに、その切断体であるmivaRNAコピー数が顕著に低下した。即ち、Dicerに切断されることで細胞内のVA-RNAコピー数が減少することが示唆された。以上の結果より、DicerはAd増殖に必須の因子であるVA-RNAを切断することで、Adの増殖を負に制御していること、また、DicerのノックダウンがAdの増殖を促進することが明らかとなった。26年度が最終年度であるため、記入しない。新たな知見を見出し、学会発表を3件行うなど、期待通りの成果をあげることができた。本成果に関しては既に論文を執筆済みであり、現在、学会誌へ投稿中である。また、上記の研究成果をもとに、さらに大きく研究を展開中である。新たな知見を見出し、論文発表を1件、学会発表を3件行うなど、期待通りの成果をあげることができた。これらの研究について、H26年度に米国で開催される国際学会で発表予定である。さらに現在、学会誌へ投稿する論文を執筆中である。昨年度に得られた知見を詳細に検討するために新たにp53遺伝子に対するshRNA(shp53)発現カセットを搭載した従来型AdベクターならびにAd△VRベクターを作製する。さらに、昨年度と同様に新たに作製したベクターを用いて、shRNAによる遺伝子発現抑制に重要なshRNAのRISCへの取り込み、およびVA-RNAよりDicerに切断されて生じるmivaRNAIのRISCへの取り込みの評価を行う。また、shp53発現従来型Adベクターとshp53発現Ad△VRベクターによるp53遺伝子の発現抑制効率を解析する。昨年度までにAdΔVRベクターがshRNA発現による標的遺伝子ノックダウンに向けた基盤ベクターとして有用であることが示したものの、従来型Adベクターと比較して作製効率が低く汎用性に欠ける。そこで、その大量取得を目的とし、Adの増殖を促進、または抑制する因子の同定を試みる。また、そのような因子の同定に成功した場合、その因子を過剰発現、あるいは、ノックダウンした新規パッケージング細胞を作製し、AdΔVRベクターを含む各種Adベクターの作製効率の改善を目指す。
咀嚼筋症状と顎機能異常の診断に関する研究

顎機能異常の発現に関与すると言われているブラキシズムの成因の1つに歯の接触時間の長いことが挙げられており、無意識下での歯の接触状態を知ることは重要である。また、ブラキシズムにより、下顎の位置や運動を司っている筋に損傷や異常収縮がおこると、周囲の筋の不調和を生むことから、近隣の筋または反対側の同名筋は少なからず影響を受ける。そこで、本研究は、咀嚼筋症状と歯の接触時間や回数との関係を明かにし、顎機能異常との関連性を検索することにした。顎関節、筋群の触診を行った被験者は本学補綴科を受診した顎関節、筋群に異常を訴える患者135名であり、触診の方法についてはKroghーPoulsenの方法に準じて行った。一方、歯の接触時間と回数についての実験の被験者は2752歳の男女8名である。内訳は、顎機能になんらかの異常を有する顎機能異常者群4名と異常を有さない正常者群4名とからなる。無意識の状態での習慣的閉口位における歯の接触の有無を知るため、テレメタリングシステムを用い、口腔内からの接触信号をデータレコーダに収録後、サンプリングレート40Hzでデジタル信号に変換し、パーソナル・コンピュータで歯の接触回数の合計と各接触の持続時間を求めた。結果の概要は以下のごとくである。1.片側にのみ痛み等を有する場合、有意な相関があった筋は胸鎖乳突筋上部と下部、側頭筋停止と内側翼突筋、咬筋深部と浅部、側頭筋前部と咬筋深部ならびに浅部、胸鎖乳突筋上部と外側翼突筋ならびに顎二腹筋後腹であった。2.両側に痛み等を有する被験者の場合、左側同士、右側同士の筋の相関については特記すべき規則性はないが、近隣した筋との相関が強いことが示唆された。3.顎機能異常者における歯の総接触回数、総接触時間および平均接触時間は正常者群と比べて大きな値をとった。本研究は,咀嚼筋に痛みを有する顎機能異常者の筋放電パターン,下顎運動路,さらには,歯牙接触時間や回数に注目し,顎機能異常の程度を定量化しようとするものである.咀嚼筋の痛みについてはKroughーPoulsenの触診法に準じて行っている.歯牙接触時間や回数については,当教室の山下が開発したテレメタリングシステムを用いて測定を行っているが,咀嚼筋症状を有する顎機能異常者は,健常者に比べて接触時間の長い歯牙接触が見られる傾向にあった.筋放電パターンについては,咬頭嵌合位を中心に1mm側方,2mm側方,犬歯の尖頭対尖頭の位置における最大かみしめ時,タッピング時,ガム咀嚼時について調べている.被験筋は左右咬筋,左右側頭筋前部,後部の6筋で,表面電極により導出した筋電図波形をコンピュータにより自動解析を行っているが,現在までの所,顎機能異常者に特有な筋放電パターンは見つかっていない.下顎運動路については,サホンビジトレーナを使用して限界運動,タッピング,ガム咀嚼について計測をおこなっている.限界運動は,顎外能異常者の患側において運動障害が認められ,健常者と比してその金体の運動面積も狭い傾向がみられる.タッピングについては,咬頭嵌合位が非常に不安定であり,前頭面から見た運動径路も一定でなく最大開口位が患側に移動しがちである.現在,この様な咀嚼筋症状を有する顎機能異常者についてスプリントを使用して治療中であるが,今後はその治療過程における咀嚼筋症状と各項目についての関係を調べた検討を加えてみたい.特に,咬頭嵌合位を中心としてその付近の位置,角度,速度等に関する詳細な検討をソフトの開発と共に進めていきたい.顎機能異常の発現に関与すると言われているブラキシズムの成因の1つに歯の接触時間の長いことが挙げられており、無意識下での歯の接触状態を知ることは重要である。

2.両側に痛み等を有する被験者の場合、左側同士、右側同士の筋の相関については特記すべき規則性はないが、近隣した筋との相関が強いことが示唆された。3.顎機能異常者における歯の総接触回数、総接触時間および平均接触時間は正常者群と比べて大きな値をとった。本研究は咀嚼筋に痛みを有する顎機能異常者の筋放電パターン、咀嚼運動路、さらには歯の接触時間や回数に注目し、顎機能異常の程度を解明し診断、治療に役立てようとするものである。本年度は研究の一環として行ってきた歯の接触時間や回数について報告する。顎機能異常の発現に関与すると言われているブラキシズムの成因の1つに歯の接触時間の長いことが挙げられており、無意識下での歯の接触状態を知ることは有意義なことである。そこで、本年度は、無意識下での歯の接触状態を測定し、顎機能異常との関連性を検索することにした。被験者は2752歳の男女8名である。内訳は、顎機能になんらかの異常を有する顎機能異常者群4名と異常を有さない正常者群4名とからなる。無意識の状態での習慣的閉口位における歯の接触の有無を知るため、接触信号送信用の発振器、小型酸化銀電池、およびスイッチからなるテレメタリングシステムを用いた。スイッチは、習慣的閉口位を中心とし、周囲約100μmの範囲で作動する。歯の接触の測定は、発振器を被験者の口腔内に装着後、十分に馴れたことを確認したのち、(1)自由行動時、(2)集中作業時、(3)嚥下時について行った。口腔内からの接触信号をデータレコーダに収録後、サンプリングレート40Hzでデジタル信号に変換し、パーソナル・コンピュータで総接触回数、総接触時間、平均接触時間、接触持続時間を求めた。結果の概要は以下の通りである。1.顎機能異常者群における歯の総接触回数、総接触時間、および平均接触時間は正常者群と比べて大きな値をとった。2.接触持続時間別の分析では、顎機能異常者群において持続時間の長い接触が高頻度で発現し、無意識下でブラキシズムを行っていることが示唆された。
ラット中枢神経細胞での各種抑制 神経伝達物質で活性化される単一Kチャネル

哺乳動物の神経系では、多種類の抑制性伝達物質によってKチャネルが活性化され、これが神経活動の抑制の主たる原因の一つとなっている。現在、これらの異なった伝達物質の各レセプタ-がGータンパク質を介して同一のKチャネルを支配しているという仮説が提出されている。本研究では、脳スライスでの微小電極を用いた実験によりα_2アゴニスト、ソマトスタチンおよびμオピオイドアゴニストによってKコンダクタンスの上昇が観測されているラット青斑核神経細胞を用い、上述の仮説の検定を単一チャネルレベルで検証した。幼弱ラット脳より遊離した直後の青斑核神経細胞にパッチクランプ・セルアタッチ法を適用し、μオピオイドアゴニスト(DAGO)、α_2アゴニスト(UK14304)およびソマトスタチンにより活性化される単一Kチャネル電流を測定し、その開閉キネティクスを解析した。これら3種類の異なったアゴニストで活性化される単一Kチャネルは、1)それぞれほぼ同一のユニタリ-コンダクタンス(約45pS)を示し、1つの開状態と3つの閉状態を持つことが示された。2)これらのKチャネルの平均開口時間と、特にバ-スト開口の平均時間はアゴニスト濃度によって著しく延長した。さらに、3)DAGOとソマトスタチンは観測された単一のKチャネルのバ-スト開口時間にたいして相加的に作用した。一方、α_2アゴニストがDAGOとソマトスタチンと同様に相加的に作用するかどうかは現在検討中である。以上の結果は、μオピオイドアゴニストとソマトスタチンが同一のKチャネルを活性化することを証明し、またα_2アゴニストも同じKチャネルを開かせる可能性が高いことを示している。これらのKチャネルの活性化にはGタンパク質が関与しているが、そのサブタイプの検討は今後の課題である。
新素材仙草抽出物のゲル特性と嗜好性

仙草は台湾に自生するシソ科の一年生草本で、乾燥品を加熱抽出した液にデンプンを加えて冷却すると独特の風味とテクスチャ-を持つゼリ-となる。台湾では夏期のデザ-トとしてシロップをかけて食され、夏バテ、睡眠不足や腎臓疾患に有効であると民間で云われている。しかし、その調製法は口伝えによっており、調製条件とゲル化特性との関連は明確にはとらえられていない。そこで、ゲル化の条件を検討し、ゼリ-の粘弾性的特徴を明かにすることを目的とした。仙草は乾燥品を台湾から直接入手し、20°Cと60%RHで貯蔵し、ゲル化能力がほとんどみられなかった茎を取り除き、一般成分(水分,粗蛋白質粗脂肪、粗灰分,炭水化物)を測定した。葉1,5,10%,K_2CO_30.1,0.3,0.5,0.7%、抽出時間3,6,9時間の条件で加熱溶出固形分量を経時的に求め検討し、また葉1.5%、K_2CO_30.1,0.5%、3時間抽出液に1.5%サツマイモデンプン,トウモロコシデンプン,バレイショデンプンを添加し、4°C24時間放置後のゲルの状態を観察した。ゼリ-の物性(離水量,クリ-プ測定、みかけの弾性率)を測定、組織構造を走査型電子顕微鏡により観察、以下の結果を得た。(1)一般成分は水分7.9%,粗蛋白質15.7%,粗脂肪1.1%,粗灰分10.0%炭水化物65.3%であった。(2)仙草抽出物がゲル化するには、0.3%以上の抽出固形分と1%以上のデンプンが必要であり、抽出固形分が0.7%以上になると1%デンプンで凝固するためにはpHを9.0以上にする必要があった。(3)仙草抽出物のゼリ-はフック体歪が大きく、ニュ-トン粘性が小さいという特徴を有した。(4)仙草抽出物のゼリ-は網状構造をしており、抽出固形分濃度、デンプン濃度を高めると、骨格が太くなると同時に網状構造が密であった。
選択的スプライシング異常を伴う疾患のシグナル治療

選択的スプライシングの制御は、遺伝子発現制御機構として転写調節に勝るとも劣らない生物的意義を有する可能性があり、脊髄性筋萎縮症(SMA)や前頭側頭型痴呆・パーキンソニズム(FTDP-17)など選択的スブライシングの異常に起因すると目される遺伝性疾患の報告も増加しつつある。また、HIV-1などウイルス感染機構においても、ウイルスRNAの選択的スプライシングが重要な意義を有することを我々は見出してきた。本研究では、選択的スプライシングの外界シグナルによる制御機構の一端を解明し、そのシグナル治療の理論基盤を構築することを目指して以下の成果を挙げた。2)Clk結合蛋白として我々がクローニングしたCLASPはその生理機能が不明であったが、CLASPが神経細胞の生存に必須の因子である可能性を見出した。3)我々がSRPK阻害剤として独自に開発したSRPIN化合物はHIV-1だけでなく、サイトメガロウイルスなど他のウイルスに対しても、強い増殖抑制作用を有することを見出した。4)線虫を用いて組織特異的な選択的スプライシングを可視化することに成功し、異常な選択的スプライシングパターンを示す変異体のゲノムを解析して、組織特異的な選択的スプライシング制御因子asd-1を同定した。真核生物では1つの遺伝子が複数のエクソンから構成され、多細胞生物では多くの遺伝子が選択的スプライシングによって複数の最終遺伝子産物を生成する(ヒトでは全遺伝子の約6割と推定されている)。したがって、選択的スプライシングの制御は多細胞生物に特有の遺伝子発現制御機構として、これまでによく研究されている転写調節に勝るとも劣らない生物的意義を有するものと考えられる。そこで、我々が解明しようとしているのは、転写産物から成熟mRNAへのプロセシング段階での制御機構が存在するか、存在するとすればどのようなシグナル伝達機構下で制御されているかという問題である。ヒトゲノムには現在約700個のRNA結合蛋白質が知られている。我々は特にSRタンパク質およびそのリン酸化制御に着目し、線虫やウイルスを標的に生物学的意義を求めた。SR蛋白質ファミリーはSer-Arg反復配列からなるRSドメインを共通に持ち、このRSドメインのリン酸化は、SRPK、PRP4、Clk等の特定のキナーゼが行う。Clkによるスプライシング制御機構を解析するために、化合物ライブラリーをスクリーニングし、Clk1/StyとClk4を特異的に阻害する化合物TG003を得た。このTG003は試験管内でのSF2/ASF依存的なスプライシングを阻害した。また、細胞内でもSRタンパク質のリン酸化レベルを低下させ、核スペックルの解離を抑制し、Clk1/Sty依存的な選択的スプライシングを抑制した。Clk活性亢進によりスプライシング異常や発生異常が惹起されることから、TG003はそうしたスプライシング異常に起因する疾患に治療薬となる可能性があり、現在、海外の複数の研究グループと共同研究が進行中である。1)内分泌ホルモンによる選択的スプライシングの制御機構は、プロテインキナーゼC(PKC)アイソフォームをモデルとして解明が試みられている。PKCβII特異的エクソンの下流にはSR蛋白の一種であるSRp40の認識配列が存在するが、L6骨格筋芽細胞にインシュリンを添加するとSRp40のリン酸化が亢進する。我々が創製したClk1/4特異的阻害剤TG-003を用いて、インシュリンシグナル伝達機構において、PI-3キナーゼの下流で制御されるClk1/4がSRp40をリン酸化し、PKCβの選択的スプライシングを制御していることが判明した。このことは糖尿病などの治療薬としてClk1/4特異的阻害剤TG-003が利用できる可能性を示唆している。2)我々が創製したSRPK阻害剤SRPIN340はHIV-1の増殖を抑制することを見出していたが、今回さらにSRPIN340はサイトメガロウイルス等の増殖を効果的に抑制することを発見した。SRPIN340は新しい抗ウイルス剤として極めて有望であろう。3)スプライシング依存的にmRNAに配置されるEJC構成蛋白Aly/REFは、mRNAの核外輸送に大きな役割を果たしていることが知られている。ところがスプライシングを必要としないintron-

less遺伝子から転写されたmRNAの核外輸送にもAly/REFが必要であるという大きなジレンマが存在していた。我々はAly/REFに関して本年新しい知験を見出し、このジレンマを解決できるモデルを樹立した。4)選択的スプライシングは組織・細胞特異的に制御されているが、その"cellular codes"の解明はin vitro実験系や培養細胞系では困難であった。我々は組織特異的選択的スプライシングをモニターできる線虫を作製し、選択的スプライシングの制御因子を網羅的に同定することに成功しつつある。