hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
クロロフィルb生合成による光化学系アンテナサイズ調節機構の解析

本研究の目的は、クロロフィルb生合成による光化学系アンテナサイズの調節機構を明らかにすることである。高等植物のクロロフィルb生合成はクロロフィリドaオキシゲナーゼ(CAO)によって触媒されることが明らかになっている。申請者は、CAOを過剰発現する形質転換植物(シロイヌナズナ、Arabidopsis thaliana)を作出し(YK株と名付けた)、これを材料として研究をすすめてきた。また、比較対象として、野生型シロイヌナズナおよびCAO遺伝子欠損変異株(ch1-1)を用いた。野生型株は、強い光条件下(1.2 mE m-2 s-1)で生育させると、CAO遺伝子の発現の減少とアンテナサイズの減少が見られるが、YK株ではCAO遺伝子を強制的に過剰発現しており、アンテナサイズの減少は見られなかった。この結果から、CAO遺伝子の発現がアンテナサイズを調節していることが明らかとなった。電子顕微鏡でYK株のチラコイド膜のスタッキングの度合いを調べたところ、スタッキングの程度は野生株と変わらないことが明らかとなった。また、ch1-1においても明らかなスタッキングが見られた。この結果は、チラコイド膜のスタッキングにはCAOの発現、およびLHCタンパク質(LHCタンパク質の蓄積はCAOによって制御されている)以外の要因が関与していることを示している。また、HPLCによるカロチノイド含量の測定によって、YX株、ch1-1、野生株の間でカロチノイドの量には大きな違いがないことが明らかになった。これらの結果から、高等植物の強光への適応過程において、CAOがアンテナサイズすなわちLHCタンパク質の調節に重要な役割を果たしていること、チラコイド膜のスタッキングにはさらに別のファクターが関与していることが明らかとなった。また、カロチノイドの合成にはCAOは影響を及ぼさないことが明らかになった。本研究の目的は、クロロフィルb生合成による光化学系アンテナサイズの調節機構を明らかにすることにある。高等植物のクロロフィルb合成は、クロロフィルaオキシゲナーゼ(CAO)によって触媒されることが明らかになっている。申請者は、さまざまな光強度(100μmol photons/m-2 s-1から1200μmol photons/m-2 s-1)のもとで、高等植物シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)を育て、CAO遺伝子の発現と、アンテナサイズ(指標としてクロロフィルa/b比を用いた)を比較した。すると、光強度が大きくなるに連れて、CAO遺伝子の発現が減り、アンテナサイズも減少することがわかった。また、最初に、強い光条件(1200μmol photons/m-2 s-1)に適応させたシロイヌナズナを急に弱い光条件(100μmol photons/m-2 s-1)に移すと、CAO遺伝子の発現の増加とアンテナサイズの増加が同時に見られた。また、逆に弱い光条件(100μmol photons/m-2 s-1)に適応させたシロイヌナズナを急に強い光条件(1200μmol photons/m-2 s-1)に移すと、逆にCAO遺伝子の発現の現象とアンテナサイズの減少が同時に見られた。CAO遺伝子を過剰に発現する形質転換株では、どちらの光条件においても、アンテナサイズの変化は見られず、常に、アンテナサイズは大きいままであった。これらの結果によって、CAO遺伝子の発現がアンテナサイズの調節に中心的な働きを果たしていることが明らかになった。
昆虫腸内分泌細胞の腸内環境認識を起点としたペプチドホルモン分泌機構の解明

動物の消化器官には様々なペプチドホルモンを作る腸内分泌細胞が存在する。腸内分泌細胞は腸内環境を認識して体内にホルモンを分泌し、生体の恒常性を維持すると考えられる。しかし腸内分泌細胞がどのように環境を認識しホルモンを分泌するのかはほとんど明らかにされていない。本研究は生理学的解析に有利なカイコを用いて腸内分泌細胞のホルモン分泌機構の解明を目指す。まず腸内分泌細胞に発現して糖などの化合物を認識するカイコガ「味受容体」が摂食物中の化合物の認識に関与するかを明らかにする。また味受容体とホルモンの発現を網羅的に解析し、環境認識(入力)とホルモン分泌(出力)がどのように結びついているか明らかにする。
質感認知の脳神経メカニズムと高度質感情報処理技術の融合的研究

質感脳情報学領域は質感認知の仕組みについて工学・心理物理学・脳科学の研究者が5年間にわたり連携して解明を進め、この終了領域では質感脳情報学領域の活動を総括しそこで生み出された研究成果や技術の発展についてまとめて社会に広くその成果を知っていただくための活動を行った。このために、ウェブ会議システムを活用して終了領域総括班メンバーによる会議をほぼ毎月行い、領域での活動の総括や質感の科学的研究推進のための方策について議論を行った。また、質感脳情報学領域の全班員が行った研究の内容および主要業績を収集し、質感脳情報領域の活動を総括するニュースレター第4号として冊子を作成して配布すると共に、領域ホームページ上に公開した。また質感研究の成果や世界の最先端の研究を神経科学分野に広く紹介するために、本領域が主催するシンポジウムを7月に開催された日本神経科学大会において行い、班員の講演者による心理物理学や脳科学の研究成果を紹介すると共に、ドイツから第一線の質感研究者を招へいし、情報交換を行った。また質感脳情報学領域の一つの重要な目的である異分野の融合による質感の科学の研究交流の場を作るという目的のために、本領域に関係した研究者が運営する「質感のつどい」という研究交流グループを立ち上げた。この研究交流グループ主催で11月25日に東京大学生産技術研究所で、「質感のつどい」公開フォーラムを開催し、講演やポスター発表により質感の科学に関する研究交流を行った。また「質感のつどい」のホームページを立ち上げ、質感研究の交流のための足場作りを行った。27年度が最終年度であるため、記入しない。人間は多様な質感の知覚を通して、現実世界の豊かさを感じ、物体の素材や状態など、生存に不可欠な情報を得ている。しかしヒトがどのような情報を使って質感を認識しているのかはよく分かっていない。本領域では、質感の計測と合成を実現する工学、人間の知覚・認知特性を解明する心理物理学、神経情報処理を解明する脳科学が連携して、質感認知のメカニズムの解明を進めると共に質感情報工学の発展を推進した。その結果、質感の計測や解析についての工学技術の開発が進み、光沢、半透明、液体粘性、鮮度などのさまざまな質感の手がかりの解明が進んだ。また光沢や素材を見分ける脳の仕組みについての理解が進み、質感認知の理解が大いに進んだ。領域発足直後の7月15日に第1回の総括班会議を開催し、速やかに計画した研究を開始するために具体的な研究の方針や公募の方針の議論を行いスケジュールを策定した。それにもとづき9月25日に公開のキックオフシンポジウムを東京大学山上会館で開き、領域の活動紹介および公募内容の説明を行った。また領域発足後、速やかに領域のホームページを公開し、領域活動の周知を図った。また総括班連絡会議を主にWeb会議システムを用いて3月を除く毎月行い、緊密に研究の状況や領域の方針について意見交換を行った。2011年1月14、15日にKKR熱海で領域班会議を開いてすべての計画代表者、分担研究者、連携研究者による研究内容の発表と議論を行うと共に、班員間で情報を交換し、それぞれの研究テーマの推進に役立てることを試みた。また9月と10月に領域内の研究集会を行い、工学、心理物理学、脳科学分野での質感認知に関わる研究の紹介と議論を行い、異分野の研究理解の深化に努めた。更に領域外の文化財の専門家及び画像工学の専門家を交えて伊藤若沖の絵画内の金色表現の原理について検討会を開いた。キックオフシンポジウムと領域班会議に合わせて、第2回、第3回の総括班会議を行い、領域アドバイザーにも参加いただいて研究内容や研究方針について意見を述べていただき、領域運営の参考とした。また視覚刺激呈示装置と暗室を備えた心理物理実験室を質感認知の現場に持ち込んで実験するためのモバイルラボ(移動型視覚心理物理実験室)を共通設備として導入し豊橋技大に設置した。本年度は公募班員が領域に加わった。2011年6月27日29日に淡路夢舞台国際会議場で第2回領域班会議を開き、全計画代表者による研究報告と全公募班員による研究計画の紹介と議論を行なった。また総括班員からのチュートリアル講演や分野別の分科会を行い情報交換を行った。12月5日7日には大阪大学中之島センターで第3回領域班会議を開き、全計画代表者と公募班員による研究進捗の報告を行った。それぞれの班会議時に総括班会議を行い、領域アドバイザーにも参加いただいて研究内容や研究方針についてコメントをいただいた。また研究会を3回開催した。10月3日の研究会では、質感に関連する企業内研究者からの講演も含めて質感研究の応用に関する意見交換会を行い、産業界と本領域の交流の機会を設けた。本領域は視覚に関する質感認知研究の比率が高いが質感認知に重要な触覚の研究を促進するため、2012年2月7日の研究会では領域内の触覚関連研究者を集めて触覚質感研究動向についての情報交換を行った。3月21日開催の研究会では本領域メンバーと領域外の関連分野研究者による講演および質感計測と表示に関わる装置の見学を行った。また包括脳ワークショップで本領域が主導してシステム神経科学に関係する三つの新学術領域の合同シンポジウム「リアリティを生み出し現実世界と関わる脳の働き」を開催した。

また第3回領域班会議に合わせて12月7日午後に一般公開シンポジウム「質感理解へと向かう5つの挑戦」を行い、本領域の活動内容を一般に紹介する機会を設けた。2010年度の研究活動内容をまとめたニュースレターを作成し、ホームページ上で公開した。また外部サーバーを利用して、領域内で研究関連情報の共有化を図るためのデータベースを構築した。総括班連絡会議を主にWeb会議システムを用いて10回行い、緊密に研究の状況や領域の方針について意見交換を行った。2013年6月3日5日に金沢市文化ホールで第6回領域班会議、2014年2月6日8日に千里ライフサイエンスセンターで第7回領域班会議を開き、全計画代表者と公募班員による研究報告を行った。それぞれの班会議時に総括班会議を行い、領域アドバイザーにも参加いただいて研究内容や研究方針についてコメントをいただき領域運営の参考とした。また研究会を3回開催した。11月20日の研究会では織物、肌、各種素材などさまざまな質感を有する実物から質感をどのように客観的に計測・解析するかについて情報交換を行った。2013年12月25、26日と2014年3月22日の研究会は東北大学電気通信研究所と共催で、「物体の表面属性の視知覚に関わる脳内メカニズムの研究」についてさまざまな角度からの研究紹介とディスカッションが行われた。また8月30日には包括脳型脳科学研究推進支援ネットワークの夏のワークショップに合わせて、「新しい視覚の脳科学への展望」と題したシンポジウムを行い、意味認知に関する脳活動について最先端の研究を行っている米国カリフォルニア大学のJack Gallant教授を招聘し質感認知研究の新しい方向性を考える上で極めて有意義な機会となった。またネット会議システムを用いた班員によるセミナーを16回実施し、班会議を補完する役割を持たせることができた。アウトリーチ活動として応用脳科学コンソーシアムに協力して、質感脳情報研究会が実施され、班員を講師として派遣し企業との交流を深めた。また班員による高校への出張授業を行った。また領域内で行われた連携研究による成果を紹介したニュースレターをホームページ上で公開し刊行した。また外部サーバーを利用した領域内の研究関連情報の共有化のためのデータベースの整備を進めた。総括班連絡会議を主にWeb会議システムを用いて毎月行い、研究の状況や領域の方針について意見交換を行った。2014年7月8日に東京大学で第8回領域班会議、2015年3月18日20日に大阪で第9回領域班会議を開き、全班員による研究報告を行った。それぞれの班会議時に総括班会議を行い、領域アドバイザーにも参加いただいてコメントをいただき領域運営の参考とした。また第8回領域班会議に引き続き、7月16日、17日に同じ会場で国際シンポジウム「Future of Shitsukan Research」を行った。このシンポジウムには海外から最先端の研究を進めている9名の研究者を招聘し講演いただくと共に、計画代表者による講演およびその他班員によるポスター発表を行った。シンポジウムは一般にも開放して行い、220名の参加者があった。また公開可能な講演はシンポジウム後Youtubeで公開した。研究会を6回開催した。4月25日の研究会では質感画像刺激とデータ取得・解析についての情報交換を行った。5月20日の研究会では金箔工芸の質感について工芸作家との情報交換を行った。
鞭毛の振動運動システムの制御メカニズム

真核鞭毛の運動の基本は,鞭毛軸糸を構成する9本のダブレット微小管間に起こされる滑り運動であり,この滑りは,ダブレット上に並ぶダイニンが力を出すことによって起こされる.鞭毛内にある多種類のタンパク質は周辺制御因子としてダイニンのdynamic statesをモジュレートすることにより,屈曲形成にカップルしてダイニンの活性を制御し,その結果振動運動が時間空間的に巧みにコントロールされていると考えられる.本研究班では、ダイニンの特性をモジュレートする生理的条件および鞭毛の振動運動の発生に関わる要素を解明すると共に,ダイニンの活性制御に最も重要なダイニン結合制御因子と中心対微小管/スポーク系の分子構築を解明することにより,振動運動を生み出すダイニンのdynamic statesの制御機構を明らかにすることを目指した.その結果,ウニ精子鞭毛を用いて,振動運動機構の基礎となるダイニンによる滑りの切り替え機構とダイニンのヌクレオチド結合による活性調節の機構の解明,クラミドモナス鞭毛を用いて内腕ダイニンの機能特性の完全な理解,ホヤ精子プロテオーム解析からいくつもの制御因子の特性解析に成功し,振動運動機構の制御の理解に大きく貢献した.真核鞭毛の運動の基本は,鞭毛軸糸を構成する9本のダブレット微小管間に起こされる滑り運動であり,この滑りは,ダブレット上に並ぶダイニンが力を出すことによって起こされる.鞭毛内にある多種類のタンパク質は周辺制御因子としてダイニンのdynamic statesをモジュレートすることにより,屈曲形成にカップルしてダイニンの活性を制御し,その結果振動運動が時間空間的に巧みにコントロールされていると考えられる.本研究班では、ダイニンの特性をモジュレートする生理的条件および鞭毛の振動運動の発生に関わる要素を解明すると共に,ダイニンの活性制御に最も重要なダイニン結合制御因子と中心対微小管/スポーク系の分子構築を解明することにより,振動運動を生み出すダイニンのdynamic statesの制御機構を明らかにすることを目指した.その結果,ウニ精子鞭毛を用いて,振動運動機構の基礎となるダイニンによる滑りの切り替え機構とダイニンのヌクレオチド結合による活性調節の機構の解明,クラミドモナス鞭毛を用いて内腕ダイニンの機能特性の完全な理解,ホヤ精子プロテオーム解析からいくつもの制御因子の特性解析に成功し,振動運動機構の制御の理解に大きく貢献した.真核生物鞭毛の運動の基本は,鞭毛軸糸を構成する9本のダブレット微小管間に起こされる滑り運動であり,この滑りは,ダブレット上に並ぶダイニンが力を出すことによって起こされる.鞭毛内にある多種類のタンパク質は周辺制御因子としてダイニンのdynamic statesをモジュレートすることにより,屈曲形成にカップルしてダイニンの活性を制御し,その結果振動運動が時間空間的に巧みにコントロールされていると考えられる.本研究では、ダイニンの特性をモジュレートする生理的条件および鞭毛の振動運動の発生に関わる要素を解明すると共に,ダイニンの活性制御に最も重要なダイニン結合制御因子と中心小管/スポーク系の分子構築を解明することにより,振動運動を生み出すダイニンのdynamic statesの制御機構を明らかにすることを目指している.平成16年度においては,まずウニ精子鞭毛を用いて,屈曲が微小管滑り運動の制御に及ぼす効果を解析した.振動運動の基礎となる両方向の屈曲形成は,微小管の滑りが中心小管の両側で切り替わることにより誘導されると予想されていたが,このことを実験で初めて証明することに成功した.さらに,クラミドモナス鞭毛のダイニンを用いた解析から,ATPと共にADPが存在するとダイニンの滑り活性が上昇することが明らかとなった.また,ホヤ精子を用い,鞭毛タンパク質のプロテオーム解析を行なう基盤を確立し,外腕ダイニンのサブユニット全ての同定(投稿準備中),およびラジアルスポークのsubcomplexを構成するタンパク質の同定に成功した.さらに,スポークヘッドのタンパク質LRR37が中心小管と相互作用している可能性を示唆する結果を得た.今後は,ウニ,クラミドモナス,ホヤの鞭毛について得られた知見の融合をはかりながら,ダイニンの活性がヌクレオチド,中心小管および屈曲を介して制御される過程を詳細に解析する.真核鞭毛の運動の基本は,鞭毛軸糸を構成する9本のダブレット微小管間に起こされる滑り運動であり,この滑りは,ダブレット上に並ぶダイニンが力を出すことによって起こされる.鞭毛内にある多種類のタンパク質は周辺制御因子としてダイニンのdynamic statesをモジュレートすることにより,屈曲形成にカップルしてダイニンの活性を制御し,その結果振動運動が時間空間的に巧みにコントロールされていると考えられる.本研究では、ダイニンの特性をモジュレートする生理的条件および鞭毛の振動運動の発生に関わる要素を解明すると共に,ダイニンの活性制御に最も重要なダイニン結合制御因子と中心対微小管/スポーク系の分子構築を解明することにより,振動運動を生み出すダイニンのdynamic statesの制御機構を明らかにすることを目指している.平成17年度においては,まずウニ精子鞭毛を用いて,鞭毛の振動の基礎となる微小管滑り運動の切り替え機構を解析し,滑りの切り替えは鞭毛の一定方向への屈曲により誘導されることを証明することに成功した.多種類存在する内腕ダイニンは屈曲の形成に必須であることから,その機能解析は重要である.ある種類の内腕ダイニンだけを欠失したクラミドモナス変異株をあらたに単離・解析し,そのダイニンの機能と重鎖遺伝子の配列を明らかにした.また,クラミドモナスゲノムデータベースを利用し,他のダイニンの重鎖に対応する遺伝子も同定した.

さらに,ホヤ精子を用い,鞭毛タンパク質のプロテオーム解析から,外腕の新奇ドッキングタンパク質,スポークHSP40,MORN repeat protein,p33を精子軸糸の成分として同定した.また,外腕ダイニンに結合する新規カルシウム結合タンパク質「カラクシン」を同定し,これがカルシウム依存的に外腕ダイニンを調節していることを明らかにした.ウニ精子鞭毛を用いて,振動運動を誘導する実験系を構築し,振動運動の開始条件を特定した.具体的には,低濃度ATP中で自発的に運動のできない鞭毛に力学的変形を与えることにより,屈曲の誘導に成功した.この実験系を用いて,ADP結合が振動運動の誘導に必須であることを明らかにした.蛍光ヌクレオチドアナログを用いたダイニンへの結合実験等により,ATPの加水分解活性はダイニンの滑り運動活性の誘導に十分な条件とはならず,ATPおよびADPの結合が必要であることを明らかにした.また,力学シグナルと軸糸内に誘導される滑りの切り換えの関係を明らかにした.精子鞭毛を構築する各分子の機能解析を行うために,ホヤ精子を用いて軸糸の分子構築に関してプロテオミクスの手法を用いた解析を行った.その結果,ホヤ精子軸糸のラジアルスポーク成分を合計で12種類同定した.また抗体を用いて,これらの成分のラジアルスポークにおけるトポロジーを解析した.さらに、精子鞭毛を構築する各分子の機能解析を行うために,トランスポゾンを用いてホヤ精子軸糸成分の遺伝子の導入を試みた,その結果,新規カルシウム結合タンパク質であるカラクシンとGFPの融合タンパク質の導入に成功し,GFP-カラクシンが軸糸に結合した精子を単離することに成功した.ダイニン分子の動作機構を調べるために,クラミドモナス鞭毛内の特定のタンパク質に蛍光色素を導入する遺伝子工学的な方法を新たに開発し,蛍光外腕ダイニンの1分子運動活性を調べた.その結果,外腕ダイニンがプロセッシブに運動できることがわかった.一方,鞭毛内に新に3種類の内腕ダイニンを見出し,そのうちの1つが基部に局在していることを明らかにした.ウニ精子鞭毛を用い,振動運動の基本となる微小管の滑りの切り替えを引き起こす鞭毛の屈曲条件を特定した.その結果,鞭毛の振動の誘導には,両方向性の一対の屈曲形成が必要であること,ADPはこの滑りの切り替え頻度を増大させること,ADPによる(ダイニンへの結合によると思われる)振動誘導の効果は、この一対の屈曲形成の屈曲の方向性とは独立であること(すなわち一対の屈曲形成そのものが重要であること)が明らかとなった.ホヤ精子の鞭毛運動活性化時に起こるタンパク質変化を解析した結果,外腕ダイニン,内腕ダイニン,ラジアルスポークのサブユニットにリン酸化,脱リン酸化が起こること,14-3-3タンパク質をはじめとするシグナル分子のリン酸化,脱リン酸化が起こることが明らかとなった.また,新規カルシウム結合タンパク質カラクシンは10^<-8>M10^<-7>Mという低濃度のカルシウム存在下でダイニンと相互作用し,活性の制御を行なうことを明らかにした.クラミドモナス外腕ダイニンに存在する3種類の重鎖(αβγ)のモーター活性の違いについて以下のことを調べた.
新規パーキンソン病モデル細胞の作製と発症メカニズム解明への応用

我々は、パーキンソン病(PD)関連化学物質MPP+をヒト神経芽細胞腫SH-SY5Y細胞に低濃度曝露し、緩やかな細胞死の初期に起こる細胞内変化を観察することで、PD発症の本質的なメカニズムの解明を目指している。前年度までに、低濃度MPP+は、リソソーム内加水分解酵素の活性低下を介してオートファゴソーム分解を抑制すること、さらには、この現象が細胞死に関与していることを明らかにした。本年度は、低濃度MPP+(48時間曝露)に特有のオートファゴソーム分解抑制メカニズムの特定を目指して、従来からPDモデル細胞作製に汎用される高濃度MPP+(24時間曝露)がオートファジーに及ぼす影響との比較を行った。高濃度MPP+は、オートファゴソーム分解抑制に加えてその生成過程も阻害している可能性が示され、細胞内に蓄積したオートファゴソームの量は低濃度MPP+曝露時と比較すると少量であった。また、低濃度MPP+と異なり、高濃度MPP+は、細胞内リソソームの数自体を減少させ、リソソーム機能亢進物質(トレハロース及びラパマイシン)を前処理しても高濃度MPP+誘発オートファゴソーム蓄積及び細胞死の軽減は認められなかった。このことから、高濃度MPP+は過激なリソソームダメージを引き起こし、それは、短時間では修復が困難である可能性が考えられる。以上より、「リソソーム内加水分解酵素の弱い活性低下」は、低濃度MPP+毒性に特徴的であり、このような状態が持続的に引き起こされることがPD発症の根本的なメカニズムである可能性が考えられる。今後、リソソーム内加水分解酵素活性低下の詳細なメカニズムが明らかになれば、PDの新規治療標的同定に繋がることが期待される。27年度が最終年度であるため、記入しない。我々は、パーキンソン病(PD)関連化学物質MPP+をヒト神経芽細胞腫SH-SY5Y細胞に低濃度かつ慢性的に曝露することで、よりPDの病態に近いことが期待される細胞モデルを構築した。このモデルは神経変性疾患特有の緩慢な細胞死を特徴とするほか、早期から細胞内タンパク質分解機構の一つであるオートファジーの機能低下を示した。この結果は、オートファジーの持続的な活性低下がPD発症につながる可能性を示しており、このモデルにおいて認められる緩慢な細胞死とオートファジー機能低下との関連性を明らかにすることは重要である。本年度は、まず、低濃度MPP+によるオートファジー阻害メカニズムの解明に取り組んだ。オートファジーの下流において重要な役割を果たすリソソームの機能に着目して解析を進めた結果、低濃度MPP+はリソソーム内酸性度に顕著な影響を及ぼさず、代表的なリソソーム内加水分解酵素であるカテプシンDの活性低下を引き起こすことが明らかとなった。ラパマイシン及びトレハロースはオートファジーを誘導すると共にリソソームの生合成を促進することが報告されているため、次に、これらを用いて低濃度MPP+によるリソソーム機能低下及びオートファジー阻害が細胞死に関与するか否か検討を行った。ラパマイシン及びトレハロースは低濃度MPP+によるオートファジー阻害及び細胞死を一部軽減したことから、本細胞モデルにおける細胞死にはリソソーム機能低下を介したオートファジー阻害が関与している可能性が示された。当初計画していた生細胞リアルタイムイメージング系の構築に困難が生じたものの、他のアプローチから低濃度MPP+によるオートファジー阻害メカニズムに関する重要な知見を得ることができたため。

今後は、本年度に見出されたカテプシンD活性低下を足掛かりにして低濃度MPP+によるリソソーム機能低下のさらに詳細な分子メカニズムの解明を目指す。27年度が最終年度であるため、記入しない。
高分子ループの効率的構築とダイナミクス解析

単環および多環高分子は末端をもたない閉じた高分子ループを有するため,線状あるいは分岐高分子とは高分子鎖同士の絡み合い挙動などにおいて大きな違いが生じると容易に想像され,その基本的高分子特性を明らかにすることは,新しい高分子材料開発に重要な戦略的意義を持つものと考えられる。そこで本研究課題においては,様々なモデル系もあり汎用高分子のひとつであるポリスチレンの環化反応を中心に研究を進めた。さらに環状高分子だけでなく,2つの環が1点で連結した8の字型高分子の合成も同時に検討した。リビングアニオン重合による末端二重結合型線状および4本鎖星型ポリスチレンの合成では,予想以上に末端基の導入率の向上が見られず,最終的に90%以上の導入率は達成できたものの,厳密な反応装置,条件が必要であった。最終的な物性評価まで考慮すると,更なる末端導入率が望ましい結果であった。Grubbs触媒によるオレフィンメタセシスによる高分子環化反応では80%ほどの効率で環状ポリスチレンが形成されることがわかった。得られた環状ポリスチレンは,各種分光分析やクロマトグラフィ分析により同定された。また4本鎖星型高分子からは8の字型高分子の形成が示唆された。これらの結果から,オレフィンメタセシスによる鎖状高分子の環化反応が環状ポリスチレンの合成に適用できることが示された。特に,炭素-炭素結合での連結であるため,連結点の化学構造が主鎖セグメントに対して大きな特異性をもたないことは物性評価ならびに材料特性を考える上で利点であると期待される。また,4本鎖星型高分子からの8の字型高分子の生成は,合成例の少ない多環高分子の合成に対し有用な知見を与えたものと考えられる。しかしながら環化効率自体は,他法に比べて特別高いものではなく,実用スケールでの環状高分子提供に向けて効率のよい環状高分子合成法の開発は引き続き検討される必要がある。環・多環高分子は末端を持たない高分子ループを形成するため、線状あるいは分岐状高分子とは異なるカテゴリに属し、特に高分子鎖どうしの絡み合い挙動にはユニークな性質が予想される。しかしながら、環状高分子群の効率的な合成法は、ほとんど開発されていない。また、物性研究においても入手の都合上、種類、量ともに限られた試料による研究にとどまっており、一般的かつ系統的な研究には至っていない。本研究課題においては、汎用高分子のひとつであるポリスチレンを中心に、両末端反応性高分子前駆体による効率的高分子環化反応の開発をすすめ、物性研究に必要な環状高分子の安定供給をはかることを目的の一つとして研究を進めている。平成18年度は、基本となる環状ポリスチレンの合成法の確立を目的に研究を進めた。具体的には、二官能性開始剤によるスチレンのリビングアニオン重合を行い、二重結合を有する停止剤を用いることで両末端に二重結合を導入したポリスチレンを得た。この線状ポリスチレンをジクロロメタンに溶解、希釈し、Grubbs触媒を作用させたところ、高分子閉環メタセシス反応が進行し、環状ポリスチレンが得られることがわかった。希釈条件でのメタセシス反応には等量のGrubbs触媒が必要であった。一方、環化効率は、反応溶液の濃度に依存し、0.1g/L程度に希釈するとほぼ環状高分子が得られることがわかった。これらの結果は、第55回高分子討論会などにおいて発表した。環・多環高分子は末端を持たない高分子ループを形成するため,線状あるいは分岐状高分子とは異なるカテゴリに属し,特に高分子鎖どうしの絡み合い挙動にはユニークな性質が予想される。

本研究課題では、環状高分子の顕微鏡による形態観察や粘弾性測定・シミュレーションなどによるダイナミクス解析を念頭におき,汎用高分子のひとつであるポリスチレンを中心に,両末端反応性高分子前駆体による効率的高分子環化反応の開発を進めた。環状高分子の効率的合成においては,両末端に二重結合を導入した線状ポリスチレンを前駆体とし,希釈条件でGrubbs触媒によるオレフィンメタセシスを行うことで,分子量3,000から10,000程度の環状高分子を得ることができた。合成した環状高分子の化学構造,純度の確認には,質量分析および臨界条件液体クロマトグラフィーがそれぞれ有効であり,オレフィンメタセシスの進行に伴う環状高分子の生成およびその純度が確認された。さらに,4官能性重合開始剤の開発を通して末端に二重結合を有する4本鎖星型高分子を合成し環化前駆体とすることで,代表的な双環高分子である8の字型高分子の合成へも展開した。一方環状高分子自体の顕微鏡による形態観察ならびに粘弾性測定によるダイナミクス解析までは至らなかったものの,それらに対して応用できる高分子鎖の顕微鏡観察技術や単一分子の絡み合い挙動に関するシミュレーション技術の開発がなされた。
首長竜を中心とする上部白亜系蝦夷層群の海生爬虫類化石の分類学的研究

主に北海道の博物館・資料館等が所蔵する中生代の海生脊椎動物化石標本を調査し、詳細な形態比較を含む記載を行い、同層群の分布域での野外調査を行った。その結果、中川町エコミュージアム、留萌郡小平町教育委員会、むかわ町穂別博物館の所蔵する首長竜・モササウルス類・ウミガメ類・サメ類標本の研究成果を査読付き論文や学会発表などで公表し、ポリコティルス類首長竜では世界初となる骨組織学研究も行った。その一方で蝦夷層群上位の根室層群からは脊椎動物化石の報告が極端に少なく、同層群の再調査が必要である。化石標本の学術研究に対する意識には機関や自治体による差があり、研究成果の普及活動にも積極的に取り組んだ。本研究は北海道産標本の記載、博物館の標本調査、野外調査の3つが計画されている。平成27年度の研究の概要としては以下が挙げられる。1.北海道勇払郡むかわ町立穂別博物館が所蔵する上部白亜系蝦夷層群産の首長竜部分化石の記載を進めている。まず、研究代表者の手元にある大量の標本写真の電子化を行った。その後、穂別博物館を訪問して標本調査(スケッチ、写真撮影、測定など)やクリーニングの指導を行った。また、カナダ国アルバータ州Royal Tyrrell Museum of Palaeontologyとマニトバ州Manitoba Museum、アメリカ合衆国テキサス州のSouthern Methodist UniversityとBaylor Universityを訪問し、それぞれの博物館の所蔵する首長竜標本を穂別標本との詳細な比較のために調査した。2.上部白亜系の海生爬虫類化石標本を所蔵する穂別博物館、北海道中川郡中川町エコミュージアム、留萌郡小平町教育委員会、北海道博物館、北海道大学を訪問し、所蔵標本の調査や情報収集を行い、北海道博物館と北海道大学が所蔵する2標本は詳細な記載に値する標本であることを確認し、記載に必要なデータを取り始めた。また、小平町教育委員会が所蔵する1標本の記載論文の第一稿が完成し、共著者と推敲を重ねている。上記1とも関連して、調査対象の標本の一部の個体成長による変異の影響を調べるため、他研究者と共同でCT撮影などの組織学的な検証や他の鰭竜類における個体成長の定量的な分析を行い、学会発表を行った。3.北海道中川郡中川町安平志内川及び留辺蘂川で追加標本と層準の確認を目的に標本調査を行った。また、野外調査前に現地博物館による調査で大量に採集されていた露頭の岩石を調査し、クリーニングの助言や指導を行った。本研究は3年計画であり、計画に比べると予定よりも遅れたり前倒しになったりしている調査・作業もあるものの、全体的にみればほぼ順調に進んでいると判断できる。まず、穂別博物館所蔵の2標本(HMG 1及びHMG 1067、いずれも首長竜の部分骨格)の調査については、当初の計画ではHMG 1の調査を先行して行うことになっていたが、その後の博物館との相談の結果、HMG 1067の調査を前倒しして行うことになった。そのため、比較標本の調査もHMG 1067標本に直接関連するものを前倒しにして行ったため、HMG 1標本に関する調査は予定より遅れている。また、新しく記載の必要性が明らかになった標本の調査に必要な比較標本を所蔵する博物館や、学会との関連で訪問がしやすい標本所蔵機関における調査を前倒しで行った。また、野外調査も地元博物館の協力を得て順調に進められている。研究成果の公表も、予定より遅れているものと早まったものがある。遅れているのは記載に関するもので、これは当初学会発表や論文投稿を予定していた標本についての共著者との議論の詰めが予想より長引いていることが影響している。しかし、拙速な結論を避ける必要があると判断している。また、予想より多くの標本が記載対象になって同時進行になっていることも影響している。一つずつきちんと仕上げて進めるよう、二年度以降は計画的に研究を進める必要があると考える。一方、個体成長による変化については学会発表(研究代表者によるポスター発表1件、共著者による口頭発表2件)は科研費応募後に思いがけないスピードで発展したサイドプロジェクトであった。本研究計画には、北海道の蝦夷層群から産出した化石標本の記載、博物館の所蔵する標本の調査、野外調査の3つが含まれている。1.北海道勇払郡むかわ町立穂別博物館の訪問調査を行い、首長竜HMG1067の部位の同定と記載に必要なデータ収集と骨学的特徴を図示するscientific illustrationの作成をほぼ終了した。並行して首長竜HMG1の再記載に向けたデータ収集も進めた。また、首長竜HMG 357の記載論文を共著で執筆・投稿した。また、北海道中川郡中川町の中川エコミュージアムが所蔵する未記載のプリオサウルス類首長竜化石の記載に必要なデータを取り始め、同町で爬虫類化石を産出する地域で発見されたサメ化石についての学会発表を行い論文が受理された(いずれも共著)。北海道留萌郡小平町においては、同町教育委員会が所蔵する同町蝦夷層群から産出した本邦では産出例が少ない種類のウミガメ上科やモササウルス上科の標本について調査をすすめた。前者については日本古生物学会例会においてポスター発表を共著で行い、後者に関しては共著論文の執筆を進めた。また、同町には標本台帳が存在しないことが判明したため、台帳の基礎となるデータ一覧を作成した。2.むかわ町穂別川上流と中川町ニオ川において野外調査を行い、同地域から産出した首長竜などの脊椎動物化石の産出層準を確認した。

3.標本の産出地の自治体及び勤務地周辺における講演やメディア取材を通じて研究活動のアウトリーチ活動に取り組んだ。4.Museum of Northern Arizona(アメリカ)を訪問し、比較標本としてポリコティルス類のタイプ標本(Palmulasaurus quadratus, Eopolycotylus rankii, Dolichorhynchops tropicensis)などの形態を精査した。本研究は複数の部分(複数の標本記載、野外調査、比較標本調査など)からなり、それぞれの進捗状況には多少の凸凹があるが、おおむね順調である。標本記載に関しては、「メインディッシュ」であるHMG 1067の記載に必要な情報と図の作成がほぼ終了した。本標本は調査中に展示用の型取り作業のために標本が他機関に搬出されたり、作図が終了した部位のクリーニングが進められて作図をやり直すことになったりしているものの、訪問を複数回に分けたり一部を研究者所属機関に送付するなどして遅れを最小限に留めることができている。この他の標本調査も標本所蔵機関や関連分野の研究者の協力を得て進められている。また、研究計画当初は首長竜が中心になると考えていたが、首長竜以外の爬虫類やサメなどの同時代の他の生物の化石標本が未記載・未研究のまま博物館等で眠っている状況がますます明らかになったため、調査を特定の分類群に絞りすぎない方針に転換した。野外調査に関しては、台風が連続上陸した時期に重なったために河川が増水し、調査可能な日数が限られた。しかし、調査ができない期間は地元博物館の標本調査に充てるなどしてダメージ軽減をはかった。比較標本の調査に関しては、予定よりも訪問先を絞り、滞在期間も短くせざるをえなくなった。これは勤務先の業務で長期出張が可能な時期が限られ、航空運賃や宿泊費が高いシーズンにぶつかったことが主要な原因である。今年度は前年度に引き続き、本邦の上部白亜系化石産出地域の博物館等の公的機関が所蔵する化石標本の訪問調査と記載・野外調査を行い、海生爬虫類相の大きな変化が見られた後期白亜紀の北西太平洋地域における化石脊椎動物相の分類学及び層序データの蓄積を進めた。また、本邦産首長竜標本などに基づいて組織学的な情報を個体の成長段階の判断に使うことができることを示した。また、これらの研究成果の一部は新聞報道などの国内メディアでも取り上げられ、研究代表者による講演会などとも併せてアウトリーチにも貢献できたと考える。具体的な調査研究対象とその成果は以下の通りである。<野外調査地域>北海道中川郡中川町、勇払郡むかわ町穂別、根室市落石主に北海道の博物館・資料館等が所蔵する中生代の海生脊椎動物化石標本を調査し、詳細な形態比較を含む記載を行い、同層群の分布域での野外調査を行った。その結果、中川町エコミュージアム、留萌郡小平町教育委員会、むかわ町穂別博物館の所蔵する首長竜・モササウルス類・ウミガメ類・サメ類標本の研究成果を査読付き論文や学会発表などで公表し、ポリコティルス類首長竜では世界初となる骨組織学研究も行った。その一方で蝦夷層群上位の根室層群からは脊椎動物化石の報告が極端に少なく、同層群の再調査が必要である。
タンパク質工学を利用したタンパク質折りたたみの速度論的解析

本研究では、大腸菌プラスミド中にクローン化された黄ブ菌のヌクレアーゼとヤギα-ラクトアルブミンをモデルとして、タンパク質構造形成の機構を調べた。これらのタンパク質の様々な部位特異的変異体を用いて、モルテン・グロビュール状態の安定性と巻戻りの速度過程を解析した。以下の結果が得られた。(1)巻戻り速度過程に及ぼすプロリン異性化の影響を解析するため、ヌクレアーゼの二種のプロリン変異体、Pro117GlyとPro56Alaを作成した。(2)ヌクレアーゼには、モルテン・グロビュール状態を安定化する変異(クラスI変異)と不安定化する変異(クラスII変異)の二種がある。クラスI変異(Val66LeuとGly88Valとこれらの二重変異体)とクラスII変異(Ala90SerとAla69Thrとこれらの二重変異体)のタンパク質をそれぞれのプラスミドを持った大腸菌より抽出精製した。各タンパク質の尿素によるアンフォールディングの転移曲線をペプチド領域のCDスペクトルを用いて測定した。期待通り、クラスI変異を持つタンパク質では二次構造が野性型のものより安定化し、クラスII変異を持つタンパク質ではその逆となることが明らかとなった。(3)α-ラクトアルブミンに、その分子コアの疎水性を変えるアミノ酸変異(Ala30Ile、Ala30Thr、Thr33Ile)を導入し、モルテン・グロビュール状態の安定性に与える影響をCDスペクトルを用いて調べた。コアの疎水性が増大するAla30IleとThr33Ileではモルテン・グロビュールが安定化し、逆に、疎水性が減少するAla30Thrではモルテン・グロビュールが不安定化する事がわかった。本研究では、大腸菌プラスミド中にクロ-ン化された黄色ブドウ球菌ヌクレア-ゼをモデルとして、タンパク質構造形成の機構を明らかとする。そのため、ヌクレア-ゼの様々の部位特異的変異体を作製し、それらの巻き戻り反応を速度論的に解析する。これらの目的を達成するため、本年度は、以下の2点に焦点を絞り研究を行った。(1)ヌクレア-ゼのプロリン変異体の作製とそれらの巻き戻りの速度過程。(2)米国Johns Hopkins大学のShortle博士より提供されたヌクレア-ゼのクラスI変異体とクラスII変異体の巻き戻りの速度過程。ヌクレア-ゼの巻き戻り反応の速度過程は、プロリンペプチド結合のシス-トランス異性化反応と連結しており、複雑である。既に、昨年度までの科学研究費一般研究(C)の成果により、Pro117Glyの変異は、巻き戻りとアンフォ-ルディングの両反応を単純化することがわかったが、巻き戻り反応には依然3つの速度過程が含まれており、少なくとも更に2個のプロリン残基が関与していると考えられる。更に単純化された巻き戻り反応系を確立するため、プメリンの二重変異体(Pro117Gly+Pro56Ala)を作製した。変異体の作製には、PCR法を用いた。PCRの実験条件などをいろいろ検討し、現在、変異遺伝子の作製を完了したところである。ヌクレア-ゼのアミノ酸置換は、Molten Globule中間体を安定化する変異(クラスI変異)と不安定化する変異(クラスII変異)の2種に大別されることが、Shortle博士らにより明らかとされている。代表的なクラスII変異体であるAla69Thrヌクレア-ゼを抽出精製し、その巻き戻り反応を野生型のものと比較した。その結果、変異は巻き戻り反応速度を著しく低下させることがわかった。本研究では、大腸菌プラスミド中にクローン化された黄ブ菌ヌクレアーゼとヤギα-ラクトアルブミンをモデルとして、タンパク質構造形成の機構を明らかとする。これらのタンパク質の様々の部位

特異的変異体を作製し、それらの巻戻り過程を解析する。以下の結果が得られた。(1)野生型ヌクレアーゼとPro117Gly変異体の巻き戻りとアンフォールディング反応を紫外吸収ストップトフロー法により調べた。以前のCDストップトフロー法の結果より、二相的であるアンフォールディングの速度過程がプロリン変異により単相となることが示されていた。紫外吸収の方が、CDよりもS/Nの高いデータが得られるので、より厳密な速度論的解析が可能である。その結果、変異体のアンフォールディングも厳密には二相的であり、Pro117以外のプロリン残基も速度過程に関与している可能性のあることがわかった。(2)Pro117以外のプロリン残基がヌクレアーゼの巻き戻りとアンフォールディングの速度過程にどの様に関与するかを明かとするため、Pro56をアラニンに変えた変異体(Pro56Ala)を作製した。現在、塩基配列決定による変異体の確認の途上にある。(3)ヌクレアーゼのクラスII変異体の一つAla69Thrを抽出精製し、その巻き戻りの速度過程を野生型のものと比較した。野生型に比べ、変異体の巻き戻り速度は約100倍遅く、野生型で存在する4つの相の内、速い二つの相がなくなっていることがわかった。これは、アミノ酸置換により、巻き戻り速度が遅くなったため、そこが律速段階となり、速い相が実質上見えなくなったためと考えられる。(4)α-ラクトアルブミンに、その分子コアの疎水性を変えるアミノ酸変異(Ala30ThrとAla30Ile)を導入し、モルテン・グロビュール状態の安定性に与える影響を調べた。その結果、疎水性の増大は、モルテン・グロビュールを安定化することがわかった。モルテン・グロビュール(MG)状態はもともとタンパク質変性反応の中間体として知られていたが、多くのタンパク質の巻戻り反応の初期に形成される中間体と同一であると考えられている。従って、MG状態の安定化の分子機構を調べ、巻戻り反応における役割を明らかとすることは、タンパク質構造形成の分子機構を明らかとする上で重要である。本年度は、タンパク質工学的手法を用いて、黄色ブドウ球菌ヌクレアーゼ(SNase)のMG状態の安定性の変化がその巻戻り過程にどのように影響するかを調べた。SNaseにはMG状態を安定化するアミノ酸変異(クラスI変異)と不安定化するアミノ酸変異(クラスII変異)がある。本研究では、これらのアミノ酸変異がSNaseの巻戻り反応に与える影響をストップトフローCD法により調べた。クラスI変異体であるVal66LeuとGly88Valとこれらの二重変異体、クラスII変異体であるAla90SerとAla69Thrとこれらの二重変異体の6種の変異体及び野生型タンパク質の遺伝子をもつ発現プラスミドで形質転換した大腸菌(AR120株)を準備した。プラスミドをもった大腸菌を大量培養し、各タンパク質を100mg以上抽出精製した。各タンパク質の尿素によるアンフォールディングの転移曲線をペプチド領域のCDスペクトルを用いて測定した。その結果、期待通り、クラスI変異を持つタンパク質では、ペプチド二次構造が野性型のものより安定化し、クラスII変異を持つタンパク質では野生型のものより不安定化していることが明らかとなった。
心筋の力学-電気帰還現象と不整脈発生の関係についてのフィジオーム解析

カーボンファイバーを利用した単一心筋細胞伸展装置を用い長軸伸展を加えた際の膜電位の変化を電位感受性色素の発光によって計測した。2波長測光に基く強度比を評価することにより細胞の位置や運動によるアーチファクトを除外し定量的な電位評価が可能となった。膜電位は伸展の程度に応じて脱分極し20%を超えると活動電位の発生が認められた。活動電位の後半に加えられた伸展は活動電位の延長をもたらした。これらの応答は非特異的な伸展応答性イオンチャンネルのプロッカーであるガドリニウムによって消失し膜電位の変化が伸展応答性イオンチャンネルの反応を介したものであることが示唆された。また電位変化の応答は伸展の大きさだけでなく速度にも依存しておりイオンチャンネルと細胞膜をつなぐ構造の粘弾性が考えられた。さらに伸展応答性イオンチャンネルのイオン選択性を検討する目的で細胞外液のイオン組成を変えて実験を行ったところ軽度の伸展ではカルシウムが主なイオンであり中等度以上の伸展ではナトリウムが電荷の移動の主体となることが示された。また細胞短軸方向の押し込みに対して局所的なカルシウムの上昇が起こることも確認した。これらの知見を既に提唱されている伸展応答性イオンチャンネルのモデルに取り入れ組織レベルでのシミュレーションモデルを構築し検討を行ったところ組織の構造に不均一性を導入することによって伸展による不整脈発生を再現することができた。これらの結果は心不全などの病態における不整脈発生の機序に示唆を与えるものであり、予防・治療法の開発にも役立つものである。電位感受性色素Di8-ANNEPSおよびカーボンファイバーのシステムを用いて単一心筋細胞の長軸方向への伸展に対する膜電位の応答を計測できる実験系を確立した。ラット心室筋について検討したところ、1)収縮時の伸展は活動電位を延長すること、2)静止時に加えた伸展は伸展の度合い(歪)に応じた脱分極を引き起こすことを見出した。細胞外液の組成を変えながら歪と電位の関係をさらに詳細に検討したところ小さな歪ではカルシウムが大きな歪ではナトリウムが主に電位の変化に関与していることが示唆された。また伸展の速度を変えた実験からは膜電位の変化は歪だけではなく歪速度にも関係していることが明らかになり想定されている伸展感受性イオンチャンネルへの細胞外からの力学刺激伝達には粘弾性要素が介在していることが示唆された。この粘弾性要素はおそらく細胞骨格に存在していると考えている。サイトカラシンDによってアクチン骨格を破壊したところ反応はほぼ消失しこの仮説を支持する結果であった(Nishimura et al. Cardiovasc Res 2006)。これらの結果を説明するためにラット心室筋の電気生理学モデルに伸展感受性イオンチャンネルおよび粘弾性要素を組み込んだモデルを開発した。これらの実験と平行して単一心筋細胞に長軸引っ張りだけでなく、せん断、押し込みを加えることのできる実験系を開発し細胞の物性を検討した。ここでも細胞骨格との関係が明らかになった。この結果についてはtensegrity modelに基づく細胞シミュレーションによって結果を説明することができた(Nishimura et al. Circ Res 2006)。

さらに伸展応答性イオンチャンネルのイオン選択性を検討する目的で細胞外液のイオン組成を変えて実験を行ったところ軽度の伸展ではカルシウムが主なイオンであり中等度以上の伸展ではナトリウムが電荷の移動の主体となることが示された。また細胞短軸方向の押し込みに対して局所的なカルシウムの上昇が起こることも確認した。これらの知見を既に提唱されている伸展応答性イオンチャンネルのモデルに取り入れ組織レベルでのシミュレーションモデルを構築し検討を行ったところ組織の構造に不均一性を導入することによって伸展による不整脈発生を再現することができた。これらの結果は心不全などの病態における不整脈発生の機序に示唆を与えるものであり,予防,治療法の開発にも役立つものである。
景観事前評価用VTR作成のためのVTR画像へのCGパース自動合成システムの開発

本年度は,高速計算可能な太陽直射光による半影の表示手法の開発,およびカメラ位置を固定してパンしたVTR画像にCGで生成した建築物を合成するまでの処理を人手の介入なしに行うために必要な技法の開発を実施した.具体的には,それぞれ下記の成果を得た.(1)高速計算可能な太陽直射光による半影表示手法の開発半影を付加した昼光景観画像生成のための,two-pass z-buffer法をベースとする効率がよく,かつ高精度の影の表示方法を開発した.この手法は,可視面と影の解像度の関係を一定に保つために,適切な複数の影用のデプスバッファを用意する点に特徴があり,前年度に開発した天空光による照度計算手法との親和性(共有可能なデータ構造およびアルゴリズムの一貫性)も考慮している.この手法をまとめた論文を,国際会議および学術雑誌に投稿し採択された.(2)カメラ位置を固定してパンしたVTR画像へのCG画像の自動合成手法の開発パン・ビデオフレームシーケンス画像から精度良くカメラの回転方向を抽出する手法を開発した.さらに,自動絞りのカメラで撮影した際に発生するフレームの明るさの変化を自動的に抽出・記憶し,CG画像をビデオフレーム合成する際に有効利用するための手法を開発した.この手法をまとめた論文を,国際会議で発表した.さらに,研究を推進する際合成画像の評価用として開発したパン・ビデオフレームシーケンス画像からパノラマ画像を生成する手法により,非常に精度の良いパノラマ画像が得られた.そこで,これについても論文としてまとめ,学会のシンポジウムで発表した.本年度は,VTRに合成するための現実感の高い写実的な画像をコンピュータグラフィックス(CG)により生成するための手法の検討,および計算機上への実装を重点的に行った.さらに,CGにより生成した画像をVTRから取り出した画像に合成するための合成位置の抽出に適した画像処理を応用した手法の検討を行い,プログラムを作成した.具体的には,それぞれ下記の成果を得た.(1)天候・時刻を考慮した天空照度高速計算手法の開発完全晴天空・完全曇天空下での天空照度の高速計算手法を,同一のアルゴリズムで太陽による半影を表現可能となるように改良した.さらに,大気の透過率を考慮することにより季節感を表現できるように改良した.また,これらの改良手法をまとめた論文を学術雑誌に発表した.(2)VTR画像中の特徴点追跡プログラムの開発カメラを高速にパンしたときに生じる,インタレース方式で画像を記録する際の問題(フィールド間での画像のずれ)に対応可能で,計算時間と精度の間のよいトレードオフを実現した,特徴点の探索手法を開発した.さらに,本手法の効果を確認するための,探索した特徴点の位置に単純にCG画像を合成するプログラムを開発した.それぞれの手法について,学会の支部大会で口頭発表した.本年度は,高速計算可能な太陽直射光による半影の表示手法の開発,およびカメラ位置を固定してパンしたVTR画像にCGで生成した建築物を合成するまでの処理を人手の介入なしに行うために必要な技法の開発を実施した.具体的には,それぞれ下記の成果を得た.(1)高速計算可能な太陽直射光による半影表示手法の開発半影を付加した昼光景観画像生成のための,two-pass z-buffer法をベースとする効率がよく,かつ高精度の影の表示方法を開発した.この手法は,可視面と影の解像度の関係を一定に保つために,適切な複数の影用のデプスバッファを用意する点に特徴があり,前年度に開発した天空光による照度計算手法との親和性(共有可能なデータ構造およびアルゴリズムの一貫性)も考慮している.この手法をまとめた論文を,国際会議および学術雑誌に投稿し採択された.(2)カメラ位置を固定してパンしたVTR画像へのCG画像の自動合成手法の開発パン・ビデオフレームシーケンス画像から精度良くカメラの回転方向を抽出する手法を開発した.さらに,自動絞りのカメラで撮影した際に発生するフレームの明るさの変化を自動的に抽出・記憶し,CG画像をビデオフレーム合成する際に有効利用するための手法を開発した.この手法をまとめた論文を,国際会議で発表した.さらに,研究を推進する際合成画像の評価用として開発したパン・ビデオフレームシーケンス画像からパノラマ画像を生成する手法により,非常に精度の良いパノラマ画像が得られた.そこで,これについても論文としてまとめ,学会のシンポジウムで発表した.