hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
下垂体前葉内で産生される生理活性物質はプロラクチン産生腫瘍の形成に関与するか？

プロラクチノーマの形成に関与する下垂体前葉内で産生される生理活性物質を探索するため、1腫瘍形成の過程における下垂体前葉内の生理活性物質および受容体の発現量の定量解析、2生理活性物質および受容体の形態学的同定を行った。前年度に、プロラクチノーマモデルラットを用い、プロラクチノーマ形成過程で発現変動する遺伝子をDNAマイクロアレイにより解析した。その結果、プロラクチノーマで著しく増加もしくは減少する遺伝子が明らかとなった。本年度は、その中から、幾つかの生理活性物質および受容体遺伝子を選び、リアルタイムPCR法で発現量解析を行った。さらに、遺伝子のクローニングを行い、RNAプローブを作製し、in situ hybridization法を用いて発現細胞の同定に成功した。そのうち、生理活性物質とその受容体ともにプロラクチノーマで発現が増加する因子を同定できた。さらに、組織解析からこれらの遺伝子はプロラクチン細胞に発現することが分かった。また、ラットプロラクチノーマから樹立した細胞株でこれらの発現を解析したところ、プロラクチンを発現しない細胞株では受容体は発現しているが、リガンドは発現していなかった。一方、プロラクチンを発現する細胞株では受容体とリガンドの両方を発現していることを見つけた。これらの結果から、この生理活性物質はプロラクチンで発現しオートクラインで作用することが示唆された。下垂体前葉内で産生される生理活性物質およびそれを受容する受容体がプロラクチノーマの形成に関与する可能性が考えられた。本研究は、「下垂体前葉内で産生される生理活性物質を介した細胞間相互作用による細胞機能調節機構の破綻が腫瘍化の一因となる」という仮説を検証するため、3年間で次の3項目について研究を計画している。1腫瘍形成の過程における下垂体前葉内の生理活性物質および受容体の発現量の定量解析、2生理活性物質および受容体の形態学的同定、3同定した生理活性物質の作用(細胞増殖、細胞死、細胞分化、ホルモン合成・放出)の解析、を行う。前年度のDNAマイクロアレイ解析の結果を用いることで、効率的にDES処理したプロラクチノーマで発現が変動する遺伝子を抽出することができた。さらにリアルタイムPCR法を用いた定量解析を実施したことで、その後の組織解析に進む遺伝子を効果的に絞ることができた。その結果、計画していた1と2の実験をほぼ終了できた。昨年度までの研究を発展させ、同定された生理活性物質および受容体の形態学的解析を引き続き行う。さらに、同定した生理活性物質の作用(細胞増殖、細胞死、細胞分化、ホルモン合成・放出)の解析に進む予定である。平成29年度は、以下の4つの研究実績が得られた。1これまでの申請者の研究から下垂体前葉内で産生され、局所で作用すると想定されたレチノイン酸の作用の解析を行った。レチノイン酸が下垂体原基及び成体下垂体の未分化細胞で発現する転写因子Prop-1の発現を促進することを発見した。このことから、レチノイン酸による分化調節機構は下垂体腫瘍形成に関与する可能性が考えられた。2プロラクチノーマモデルラットにおける濾胞星状細胞の関与につて解析した。非ホルモン産生細胞である濾胞星状細胞は、最近の研究から幹細胞の性質を有することが分かってきた。DES誘発プロラクチノーマモデルラットを用い、正常から過形成、下垂体腫瘍での濾胞星状細胞を解析したところ、一部の細胞は下垂体腫瘍での血管細胞に分化する可能性が分かった。3プロラクチノーマモデルラットにおける血管形成の細胞レベルでの解析を行った。光学顕微鏡および電子顕微鏡での解析から、プロラクチノーマでは血管内皮細胞のみならず周皮細胞が著しく変化することが分かった。4プロラクチノーマモデルラットを用い、プロラクチノーマ形成過程で発現変動する遺伝子の解析を行った。正常下垂体前葉とDES処理後の下垂体前葉をDNAマイクロアレイ解析を用いて発現遺伝子を比較したところ、著しく増加もしくは減少する遺伝子が明らかとなった。その中から、幾つかの生理活性物質遺伝子を同定した。平成29年度は、下垂体前葉内で産生される生理活性物質で、プロラクチノーマの形成に関与する可能性がある物質を同定するために、DES処理後の下垂体前葉で発現が変動する遺伝子をDNAマイクロアレイ解析を用いて網羅的に解析した。実験の効率化、データの信頼性を考慮し、DNAマイクロアレイは専門会社に受託した。その結果、プロラクチノーマ形成に伴い発現が著しく増加もしくは減少する遺伝子を効率よく同定でき、その中から一部の因子については、発現細胞の同定、機能の解析に進むことができた。

その結果、プロラクチノーマで著しく増加もしくは減少する遺伝子が明らかとなった。本年度は、その中から、幾つかの生理活性物質および受容体遺伝子を選び、リアルタイムPCR法で発現量解析を行った。さらに、遺伝子のクローニングを行い、RNAプローブを作製し、in situ hybridization法を用いて発現細胞の同定に成功した。そのうち、生理活性物質とその受容体ともにプロラクチノーマで発現が増加する因子を同定できた。さらに、組織解析からこれらの遺伝子はプロラクチン細胞に発現することが分かった。また、ラットプロラクチノーマから樹立した細胞株でこれらの発現を解析したところ、プロラクチンを発現しない細胞株では受容体は発現しているが、リガンドは発現していなかった。一方、プロラクチンを発現する細胞株では受容体とリガンドの両方を発現していることを見つけた。これらの結果から、この生理活性物質はプロラクチンで発現しオートクラインで作用することが示唆された。下垂体前葉内で産生される生理活性物質およびそれを受容する受容体がプロラクチノーマの形成に関与する可能性が考えられた。本研究は、「下垂体前葉内で産生される生理活性物質を介した細胞間相互作用による細胞機能調節機構の破綻が腫瘍化の一因となる」という仮説を検証するため、3年間で次の3項目について研究を計画している。1腫瘍形成の過程における下垂体前葉内の生理活性物質および受容体の発現量の定量解析、2生理活性物質および受容体の形態学的同定、3同定した生理活性物質の作用(細胞増殖、細胞死、細胞分化、ホルモン合成・放出)の解析、を行う。前年度のDNAマイクロアレイ解析の結果を用いることで、効率的にDES処理したプロラクチノーマで発現が変動する遺伝子を抽出することができた。さらにリアルタイムPCR法を用いた定量解析を実施したことで、その後の組織解析に進む遺伝子を効果的に絞ることができた。その結果、計画していた1と2の実験をほぼ終了できた。昨年度までの研究を引き続き発展させ、DNAマイクロアレイ解析で同定した遺伝子の腫瘍形成の過程における下垂体前葉内の発現を解析する。さらに、同定された生理活性物質および受容体の形態学的解析、同定した生理活性物質の作用(細胞増殖、細胞死、細胞分化、ホルモン合成・放出)の解析に進む予定である。昨年度までの研究を発展させ、同定された生理活性物質および受容体の形態学的解析を引き続き行う。さらに、同定した生理活性物質の作用(細胞増殖、細胞死、細胞分化、ホルモン合成・放出)の解析に進む予定である。遺伝子発現解析用のリアルタイムPCR関連試薬はメーカーキャンペーンを利用することで節約できた。また、研究成果を論文として投稿する費用を計上していたが、使用しなかった。残額は引き続き次年度の試薬購入費および論文投稿費に使用する。
SPECT脳画像に基づくin silico疾患判別に関する研究

血流量を撮影し、診断に役立てる技術の一つに脳血流SPECTがある。その撮像データを基に、脳の神経変性疾患(アルツハイマー病やパーキンソン病など)をコンピュータにより予測判別し、その判別に有用な脳の部位情報を医療従事者に情報として提供できるようになることを目的として本研究を実施した。アルツハイマー病、パーキンソン病、その他の神経変性疾患の3種への判別が可能な予測モデルをsupport vector machineにより作成した。脳血流量に差があり、かつモデルの作成に使われた脳部位の情報は、これまでの臨床からの知見との矛盾はなく、有用である可能性が示された。局所脳血流量や代謝を調べる方法として、single photon emission computed tomography(SPECT)があり、脳血流量の低下を伴う疾患の早期診断に用いられている。得られた画像を視覚的に評価、診断する際の問題点として、読影者の経験による正診率の相違や、画像の表示方法による視覚的な印象の変化などがあるため、より客観的な情報を提示することが重要である。コンピュータを利用した統計的な解析も様々に研究、開発が進められている。しかし、類似の症状を示す疾患間を判別することは未だ困難な試みの一つである。そこで本研究では、過去の確定診断画像例における血流低下情報を基に疾患判別予測などを行い、SPECT画像診断時の情報支援につながる予測モデルの構築を大きな目的とする。初年度は、多変量解析やデータマイニング手法を解析手法として、また変数選択法や変数圧縮法をデータセットの前処理として検討を行った。疾患判別には非線形supportvectormachine (SVM)を用いた。疾患画像データセットに対する前処理として、二疾患群間での局所脳血流量間の差が有意な座標点の選抜、脳機能部位に従ったグルーピング、クロスバリデーション評価を指標にした変数の逐次選択などにより、予測モデルの構築、及び予測性能を評価した。構築された予測モデルの予測性能を評価したところ、一定の正答率を得ることができた。今後は冗長な変数の削減、及び変数のグルーピングと代表値の選出に関する有用な手法を明らかにする等、予測モデルの改良に取り組む。局所脳血流量や代謝を調べる方法として、single photon emission computed tomography (SPECT)があり、脳血流量の低下を伴う疾患の早期診断に用いられている。得られた画像を視覚的に評価、診断する際の問題点として、読影者の経験による正診率の相違や、画像の表示方法の違いによる視覚的な印象の変化などがありえるため、より客観的な情報として提示することが必要である。そこで、医師の診断支援を目的に、統計的な解析による血流量の異常部位の提示や画像データの特徴に基づく健常者と患者間の機械的な判別法などが研究されている。しかし、時として類似の症状を示す複数の疾患間を判別することは、未だ困難な試みである。そこで本研究では、過去の確定診断画像例における血流低下情報を基に疾患判別予測などを試み、SPECT画像診断時の情報支援につながるin silico予測モデルの構築を目的とする。平成27年度は初年度の結果を受けて、疾患判別予測モデルの変数として使用している脳血流量画像の画素情報を基に、三次元的な位置関係も情報として含む距離指標を新たに算出し、予測モデルの改善を図った。残念なことに新たな距離指標では予測性能の改善は見られなかった。改善されなかった理由の一つとして、画素情報をグルーピングしている脳機能部位が大きすぎることが考えられたため、先に脳機能部位の細分化、及びその細分化された新たなグルーピングに基づき変数を算出し、疾患判別予測モデルを作成し、予測性能を評価したところ、初年度の予測モデルと同程度の予測性能を示した。今後は、引き続き冗長な変数の削減やグルーピングの変更などにより予測モデルの改善に取り組むと共に、最分解された脳機能部位の変数としての重要性を明示することにも取り組む。Single photon emission computed tomography (SPECT)は、脳血流量の低下を伴う疾患の早期診断に用いられている。診断の際には、得られた画像をより客観的な情報として提示することが必要である。そこで、統計的な解析による血流量の異常部位の提示や画像データの特徴に基づく健常者と患者間の機械的な判別法などが研究されているが、時として類似の症状を示す複数の疾患間を判別することは未だ困難な試みである。これまでの研究で、画像内の座標点を脳機能部位の情報に基づいてより細分化したグルーピングを行い、予測モデルを構築した。平成27年度は、冗長な変数の削減などにより疾患判別予測モデルの予測性能の改善を試みた。細分化前と比較しほぼ同等の予測性能が得られたが、冗長な変数の削減などによる予測性能の向上は見られなかった。またモデルにおける過学習の傾向も見受けられたことから、本データにおける座標点の細分化による予測性能をこれ以上に改善することは困難と判断した。細分化したグルーピングの結果として、疾患判別に重要性が高いと推測される部位がより詳細に指定できることになった。二疾患の分類について予測正答率が十分に高かったため、さらなる検討として、三疾患(アルツハイマー病、パーキンソン病、非アルツハイマー型認知症を伴う疾病)での疾患判別予測モデルの構築を試みた。

二疾患分類と比べて予測正答率が低下したものの、約80%の正答率が得られたため、アルツハイマー病とパーキンソン病以外の疾病についても本研究の方法により疾患判別に関する情報支援が可能であることが示唆された。判別モデル構築時の脳機能部位について、Talairach標準脳のLevel 2のラベルを利用した画素情報のグルーピングから、同Level 2及びLevel 3を組み合わせたラベルを利用した、より細分化したグルーピングを行い、判別モデルを構築し、level 2のラベルのみを利用したグルーピングの時と同程度の予測性能を得ていた。平成27年度は冗長な変数の削減などによりさらなる予測性能の改善を検討したが、改善には至らなかった。しかし予測の正答率が90%程度の予測モデルは得られていたため、予定通り三疾患(パーキンソン病、アルツハイマー病、非アルツハイマー型認知症を伴う疾病)の疾患判別に適用した。その結果、二疾患の判別に比べて性能は劣るものの、予測において約80%の正答率を示す判別モデルが構築された。研究成果について、学会発表はしたものの、論文での公表が遅れている。現在論文を作成中であり、研究期間の延長が認められたため、平成28年度中に投稿予定である。Single photon emission computed tomography (SPECT)は、脳血流量の低下を伴う疾患の早期診断に用いられている。診断の際には、得られた画像をより客観的な情報として提示することが必要である。そこで、統計的な解析による血流量の異常部位の提示や画像データの特徴に基づく健常者と患者間の機械的な判別法などが研究されているが、時として類似の症状を示す複数の疾患間を判別することは未だ困難な試みである。そこで本研究では、過去の確定診断画像例における血流低下情報を基に疾患判別予測などを試み、SPECT画像診断時の情報支援につながるin silico予測モデルの構築を目的とする。これまでの研究で、アルツハイマー病とパーキンソン病に関する疾患判別予測モデルを構築し、また3グループ(アルツハイマー病、パーキンソン病、非アルツハイマー型認知症を伴う疾病)での疾患判別予測モデルの構築を試みた。平成28年度は、本研究の成果公表に向けた追加の解析として、予測性能のさらなる向上を目的に、細分化後の脳機能区分に従った部位の選別及び予測モデル構築法について前年度までと異なる方法を検討した。結果として、予測性能及びモデルの有用性の両観点でこれまでの結果を十分に超える結果は得られなかったが、より良い予測結果と疾患判別に影響する脳機能区分の部位についての情報の双方の観点の重要性が再確認できた。これらの結果を受けて、論文執筆を行った。残念ながら、未だ投稿中である。血流量を撮影し、診断に役立てる技術の一つに脳血流SPECTがある。その撮像データを基に、脳の神経変性疾患(アルツハイマー病やパーキンソン病など)をコンピュータにより予測判別し、その判別に有用な脳の部位情報を医療従事者に情報として提供できるようになることを目的として本研究を実施した。
栄養環境を感知し、多様な細胞応答を制御するキナーゼmTORを介した細胞内シグナル

(1)mTOR結合蛋白質raptorの発見と機能解析抗mTOR抗体によりmTORを精製すると、150kDaの蛋白が検出され、質量分析計による解析の結果、KIAA1303 cDNAクローンによってコードされる蛋白質であることが判明し、この新規蛋白質をraptorと命名した。RaptorはmTORと結合し、TORの下流因子4EBPlやp70S6kと結合した。RaptorはmTORとその基質分子を結合し、反応の足場を与えるscaffold蛋白質として機能していることが判明した。(2)mTORシグナル伝達系とAMP-activated protein kinase (AMPK)とのクロストークAMPKは、細胞中のAMPレベルの上昇により活性化されるキナーゼで、細胞内のATPレベルの維持に働いている。我々は、mTORのキナーゼドメインをbaitにしたyeast two hybrid系により、AMPKの_γ1サブユニットを検出した。AMPKの活性化剤AICARでヒト角膜上皮細胞を処理すると、AMPK活性の上昇とともにmTORの下流因子P70S6kの活性低下を認めた。AMPKのdominant active変異体の導入によりp70S6kの活性は低下し、dominant negativeによりp70S6kの活性は上昇し、AMPKとmTORシグナル系がクロストークしていると考えられた。(3)RaptorとmTOR基質分子との結合におげるTOSモチーフの役割mTORの基質分子であるP70S6kや4EBPlにTOS(conserved TOR signaling)モチーフが存在する。p70S6kおよび4EBPlのTOSモチーフ変異体はin vitorでraptorと結合せず、かつ、mTORによってもリン酸化されないことが判明し、raptorがscaffold蛋白として機能していることが裏付けられた。免疫抑制剤ラパマイシンのターゲットとして発見された蛋白リン酸化酵素mTORは、p70S6キナーゼ(p70)やeIF-4EBP1(4EBP1)といった蛋白合成・細胞増殖の制御に関わる分子のリン酸化及び活性化に必須の細胞内情報伝達分子である。mTORは、哺乳細胞が細胞環境に存在するアミノ酸バランスを感知し、細胞周期移行を制御する過程に深く関与していると考えられている。今年度、我々は、新規mTOR結合蛋白の精製とその同定、さらにその機能解析に成功した。要約すると、1,アフィニティーカラム等を用いた蛋白精製により、mTORに結合している可能性のある複数の蛋白を同定した。2,そのうちの1つp150に対して質量分析装置を用いて、マスフィンガープリンティング法により、遺伝子を同定した。3,その全長cDNA配列の決定を行い、機能解析のために発現ベクターの作成、抗体の作成を行った。アミノ酸配列の結果から、p150はC末端側にWD-repeat構造を持つ蛋白であることが判明した。4,機能解析の結果(1)mTORとp150は細胞内で恒常的に結合している。(2)p150はmTORのリン酸化酵素活性を45倍上昇させる。(3)p150はp70や4EBP1とも結合し、mTORと3量体を形成している。(4)p150の過剰発現により、細胞内でp70と4EBP1の活性化/リン酸化が強く阻害される。ことなどを見い出した。(投稿準備中)以上の結果は、p150はmT0Rに対するscaffold蛋白として機能し、mTORからp70や4EBP1へのシグナル伝達へ必須の分子であることを示している。現在更にp150の固体レベルでの機能を解析するため、線虫を用いたRNA interference法による遺伝学的解析やノックアウトマウスの作成の準備を行っている状況である。(1)mTORの結合

蛋白質raptorの発見と機能解析複数の生化学的精製ステップと抗mTORモノクロナール抗体によるアフィニティ精製によりmTORを精製したところ、mTORとともに150kDaの蛋白(p150)が検出された。このp150をlysylendopeptidaseでペプチドに分解し、そのペプチド混合物をハイブリッド型質量分析計を用いて解析を行なった。その結果、p150はKIAA1303というcDNAクローンによってコードされる蛋白質であることが判明した。5'-RACE法などを用いて全長のcDNAを獲得し、この新規mTOR結合蛋白質をraptorと命名した。RaptorはmTORと結合し、TORの下流因子4EBP1やp70S6kと結合することも判明した。これらの結果より、raptorはmTORとその基質分子を結合し、反応の足場を与えるscaffold蛋白質として機能していることが明らかとなった。(2)RaptorとmTOR基質分子との結合におけるTOSモチーフの役割mTORの基質分子であるp70S6kや4EBP1にTOS(conserved TOR signaling)モチーフが存在し、このモチーフに変異を導入すると、p70S6kや4EBP1変異体がin vivoで全くリン酸化を受けないことが報告された。我々は、raptorとmTOR基質分子の結合にこのTOSモチーフが関与していると考え、p70S6kおよび4EBP1のTOSモチーフ変異体を作成した。これらTOSモチーフ変異体はin vitroでraptorと結合せず、かつ、mTORによってもリン酸化されないことが判明した。この研究成果は、raptorがscaffold蛋白として機能しているという考えを支持するものであり、raptorとの結合分子の同定にTOSモチーフによるデータベース検索が有用であると考えられた。
東アジア学習者を対象とする日本語教育における音声教育の方策に関する研究

中国語(北京語・上海語)・韓国語話者の破裂音はじめ、共通して誤用傾向のある音声要素の指導に関する研究を行った。中国語と韓国語の破裂音の相違点・類似点を明らかにし、範疇知覚の構築過程、発話と知覚における習得のメカニズム、高さ(Fo)への母語干渉、日本語音声の知覚・発話面での具体的な指導方法を提示できた。MRIによる指導方法については、さらに基礎研究や実験の継続が必要であり、今後の課題としたい。目的:破裂音を含めその他の音声についても東アジア日本語学習者の共通の誤用傾向があるため、『東アジア学習者を対象とする日本語教育における音声教育の方策に関する研究』として、東アジア日本語学習者において共通して誤用傾向のある音声要素を集め、集中的に分析し、指導に役立てるための視点からの分析および研究を行っていく。平成22年度実施内容:(A)東アジア言語の音声研究の動向:文献整理および東アジア言語の音声に関する実験音声学的研究の整理、さらに、北京語・上海語・韓国語・日本語破裂音の最近の動向を調べた(2009年10月1月)。(B)知覚関係((1)範疇知覚、(2)知覚訓練)(1)上海、韓国において、初級レベルと中級レベルの学習者を対象に、VOTの異なる刺激音声を使って、有声破裂音か無声破裂音かの範疇知覚の実験を実施した(2010年2月3月)。(2)習得過程についての結果の整理と分析。(1)実験を行う倫理委員会に申請し許可を得た(2009年6月)。(2)fMRIで、上海語話者の日本語破裂音、上海語の破裂音を撮像した。平成22年度の研究成果(1)実験のため実験施設の倫理委員会に継続して申請を行い、無事実験を終了することができた。・東アジア言語において、本実験で行う共通した誤用傾向を持つ音素のリスト・アップおよび被験者の協力を得た。次に、MRI調査(株)国際電気通信基礎技術研究所での実験や音響分析機器による分析を行った。b.データによる指導調査・東アジア言語における音声の先行研究の整理、本実験で行う共通した誤用傾向を持つ音声のリスト・アップおよび文献や音声のデータ収集を行った。次に、母語干渉や指導についてデータの分析と整理を行った。(2)国際学会で研究発表を行った。福岡(2010)「東アジアの言語を母語とする日本語学習者の破裂音習得-言語類似性の視点から-」世界日本語教育大会(台湾)2010年8月(3)論文にまとめることができた。福岡(2011)「中国(北京・上海方言)および韓国(ソウル方言)日本語学習者の破裂音習得-知覚と生成における共通性と相違性-」『三重大学国際交流センター紀要第6号』参照。本研究では『東アジア学習者を対象とする日本語教育における音声教育の方策に関する研究』として、現場での指導に役立つ音声指導に関する分析および研究を引き続き行なった。平成23年度は、専門的知識の供与、分析補助などの謝金、国際学会の発表旅費等が主な経費として、以下の研究活動を行なった。(5)(6)は、中国語方言からの分析が必要であり、今後の課題である。(1)東アジア言語の音声に関する実験音声学的研究の整理(2)範疇知覚の推移、音声指導の必要な時点の確定とその指導方法について(3)東アジア言語に共通性の持つ日本語無声破裂音の知覚訓練の指導の重要性(4)VT法および鼻音から語頭有声破裂音を促す発音指導の有効性について(5)上海語中古漢語音の全濁声母と声調変化との関係から見た有声破裂音の考察(6)上海語の声調変化に伴う破裂音の日本語韻律習得への母語干渉(7)上海語母語話者と韓国語母語話者の破裂音習得およびアクセントへの母語干渉成果発表としては、平成23年8月21日に世界日語教育研究大会(天津外国語大学)で、上記(7)の「語頭に破裂音を含む語とアクセントの知覚習得-中国(北京・上海)および韓国(ソウル)の日本語学習者-」というテーマで学会発表を行なうことができた。本研究では、1)「東アジア日本語学習者の発音・知覚における破裂音の習得メカニズムとその中間言語研究」(平成15年度平成17年度科学研究費補助金基盤研究C(2)(一般))および2)「東アジア言語の破裂音の相互類似性と言語習得への干渉」(平成18年度平成20年度科学研究費補助金基盤研究C(一般))において多くの研究成果を得た。これらの研究成果を踏まえ、『東アジア学習者を対象とする日本語教育における音声教育の方策に関する研究』として、現場での指導に役立つ音声指導に関する研究を行った。東アジア日本語学習者において共通して誤用傾向のある音声要素とその指導方法について、実験音声学的な視点から総合的に分析し、実際的な音声教育の方策に貢献することを目的とした。

東アジア言語の音声に関する実験音声学的研究の整理、範疇知覚の推移、音声指導の必要な時点の確定とその指導方法について、東アジア言語に共通性の持つ日本語無声破裂音の知覚訓練の指導の重要性、VT法および鼻音から語頭有声破裂音を促す発音指導の有効性について、上海語母語話者と韓国語母語話者の破裂音習得およびアクセントへの母語干渉について、分析できた。東アジア言語の破裂音の相互類似性と言語習得への干渉から見た指導点、日本語教育の現場に還元するための生きた音声指導方法について考察を進めることができたが、MRIによる東アジア日本語学習者に見られる共通して観察される誤用への指導については今後の課題となった。博士論文(未公刊国立国会図書館蔵)の剰窃が考えられる問題が初年度に発生し、最終目的として博士論文に今回の調査研究を加えて発行する予定でいたのであるが、研究の枠組みとなる部分が剽窃部分であったため、研究が進まなくなってしまった。多くの機関や研究者に相談・助言を求めたのであるが、本人に抗議することにとどめることにした。以上の理由によるが、研究の枠組みの再構築は図りながら進めている。24年度が最終年度であるため、記入しない。今回のATRの実験分析結果を昨年度学会発表しているが、分析や考察を深め学会誌等に発表して新たな見解を出せるようにしていきたい。.24年度が最終年度であるため、記入しない。
膜型マトリックスメタロプロテアーゼファミリー酵素の構造と機能解析

癌組織においては特異的にゼラチナーゼAの活性化が起こっている。我々はこれまでにゼラチナーゼA活性化因子として膜型マトリックスメタロプロテ-ゼ、MT-MMPを同定した。現在3種類のMT-MMP(MT1-MMP,MT2-MMP,MT3-MMP)がゼラチナーゼA活性化因子として知られている。これらのリコンビナント蛋白を作成しゼラチナーゼA活性化に関わるドメインを解析した。その結果、MT1-MMPのキャタリィティックドメインが直接ゼチナーゼAのN末端を切断することが明かとなった。さらにMT1-MMPはコラーゲンなどの細胞外基質を分解する活性を有することも見い出したが、この基質特異性にはC末端のヘモペキシンドメインが関与することが示された。3種類のMT-MMPについて癌、およびその他の疾患における発現を検討した。すなわち乳癌組織においてはMT1-MMP発現が最も高頻度であった。次いでMTZ-MMP、MT3-MMPの順で発現頻度が高かった。癌組織においてはMT1-MMP発現のみがゼラチナーゼA活性化と相関していたことから、これらの組織ではMT1-MMPがゼラチナーゼA活性化因子として機能していることが示唆された。MT1-MMP発現は肺癌、胃癌、大腸癌、喉頭癌等の癌組織においても見られた。これらの組織においては癌細胞と周辺のストローマ細胞にMT1-MMP発現が認められた。MT1-MMP発現は癌組織以外に、肝炎、腎炎などの炎症性疾患でも検出された。よってMT1-MMPは癌以外にも組織破壊を伴う疾患にも関与していることが示唆された。
テーラーメード医療実現に向けての統計的基盤技術の開発と研究

本年度は、テーラーメード医療の実現のための基盤を構築・整備する目的で以下の研究を実施した.1.マイクロアレイデータの解析方法の開発に関しては,遺伝子発現状況に`通常On',`異常On'および`Off'の概念を導入し,データの数理構造を詳細に定式化し,その特徴を活かした頑健な解析方法を提案した.さらに,現実の医学データに適用し,従来法の解析方法による結果との比較を行い,その効率や精度が優れていることを検証した.2.分子疫学研究や社会科学研究のデータ分析をとおして,コホート研究に基づく研究デザインに関する手法の検討を行った.離散データ解析を中心に,正確推測に関する検討や,一般化線形・非線形モデル,EMアルゴリズム,一般化推定方程式等の計算法に関する検討を行った.3.変化係数を線形なクラスに限定することで一般化推定方程式を利用し推測方法を開発した.4.高次元・大標本の枠組みでの正準判別変量の個数に関する検定統計量の漸近展開の導出、Wilksのラムダ分布の高次元漸近展開公式と、その誤差限界を導出した。また、統計手法の改良に関しては、マハラノビス距離による判別法の改良を行った。高次元データ解析手法では、主成分を利用した層別化逆回帰法を提案した.また,モデル選択のための情報量規準のリスクに対するバイアスをできるだけ簡単に補正する方法に関して研究を行った.5.数理モデルに含まれる未知母数の推測の方法として,最適変換の探索に焦点をあて,Box & Cox変換のおよびベキ正規分布を基盤とする方法の研究を行った.研究代表者の大瀧と研究協力者である大谷らは,平成18年度の研究において,GeneChipマイクロアレイデータに対する数理モデル化を行い,非特異的発現やクロスハイブリダイゼイションによる偽発現の存在を説明することが出来た.また,ヒトの実データを用いてOFF遺伝子の総数の推定や,その候補遺伝子の選出を行った.これらの研究成果については,投稿準備中である。研究分担者の越智は,統計解析の基盤となる計算技術・計算環境に関わる検討と検証を中心に研究を行った.計算技術に関しては,医学生物学データにおける欠測事象,不完全観測に関わる推測の基礎としてのEMアルゴリズムについて検討を行った.和泉は,疾患罹病リスクにおける個体差の扱いに関する論文を発表した。若木は,多変量正規母集団に関するいくつかの検定統計量の,高次元漸近展開公式の導出と妥当性,および,誤差限界の導出に関する研究を行った。研究成果として,Wilksラムダ分布,正規母集団の共分散行列に関する同等性,spheiricyの検定統計量の帰無分布の高次元漸近展開公式を導出し,さらに,その計算可能な誤差限界を得た。濱崎は,現実的な仮定のもとでデータの特徴を適切に記述できる「データ適応型分布」の基礎的研究および,その方法を実際に遂行できるプログラムの開発を中心に行った.柳原は,AICなどの情報量規準のリスクに対するバイアスをできるだけ簡単に補正する方法に関して研究を行った.その際,バイアスの漸近展開式を導出してその初項の推定量を足しこむような従来の手法ではなく,さらにバイアス補正のために未知パラメータの推定を一切行うことなく既知の定数を用いてバイアスを補正する手法を考えた.研究協力者である佐藤は,ロジスティック回帰モデルに関する理論的拡張を行い,データ解析に適用可能なソフトウェアの開発を行った。なお,本研究班が平成18年度に主催ないし共催した研究会として,2007年1月25日(木)-26日(金)に大阪大学中ノ島センターでのシンポジューム「医薬品評価における統計的方法の新展」と2007年2月16日(金)-17日(土)大分県日出で開いた「発がんモデル研究会」がある。研究代表者の大瀧と研究協力者である大谷らは,平成19年度の研究において,GeneChipマイクロアレイデータに対する新たな数理モデル化を行い,非特異的発現やクロスハイブリダイゼイションを含めた新たな遺伝子発現の定量方式を行った.また,神経芽腫瘍の実データを用いて予後関連の選出を行った.これらの研究成果に一部は論文として公表した.研究分担者の越智は,統計解析の基盤となる計算技術・計算環境に関わる検討と検証を中心に研究を行った.計算技術に関しては,医学生物学データにおける欠測事象,不完全観測に関わる推測の基礎としてのEMアルゴリズムについて検討を行った.和泉は,ケースコントロール法に基づくリスク因子評価法に関する論文を発表した.若木は,特性関数がガンマ関数の比として与えられる統計量の分布の,大標本・高次元の枠組みでの漸近展開のシャープな誤差限界公式が得られている。次元が大きくない場合のカイ二乗タイプの漸近展開に対する同様な誤差限界公式の導出のための,ある種の補題を得た.濱崎は,原点のシフトを伴う変換(シフト変換)のパラメータの推定方注に関する研究を中心に行った.シフト変換への通常の最尤法の適用における尤度の非有界の問題に対処するための方法として,「級わけ尤度に基づく接近」と「間隔積の最大化に基づく方法」をとりあげEMアルゴリズムを利用した推定アルゴリズムを提案した.そして,これらの方法の性能をシミュレーションや現実のデータを通して評価した.柳原は,潜在的な因果関係を推論するための統計モデルの一つである構造方程式モデルの選択問題に関する情報量規準に関する研究を行っている.現在までに,真のモデルがどのようなものであってもリスクのより良い推定量になっているような新しい規準量を提案した.

なお,平成19年度において本研究班は,2008年2月8日(金)-9日(土)に広島県廿日市市宮島口でのシンポジューム「バイオインフォマティックスおよび経時観察データの解析」を主催した.本年度は、テーラーメード医療の実現のための基盤を構築・整備する目的で以下の研究を実施した.1.マイクロアレイデータの解析方法の開発に関しては,遺伝子発現状況に`通常On',`異常On'および`Off'の概念を導入し,データの数理構造を詳細に定式化し,その特徴を活かした頑健な解析方法を提案した.さらに,現実の医学データに適用し,従来法の解析方法による結果との比較を行い,その効率や精度が優れていることを検証した.2.分子疫学研究や社会科学研究のデータ分析をとおして,コホート研究に基づく研究デザインに関する手法の検討を行った.離散データ解析を中心に,正確推測に関する検討や,一般化線形・非線形モデル,EMアルゴリズム,一般化推定方程式等の計算法に関する検討を行った.3.変化係数を線形なクラスに限定することで一般化推定方程式を利用し推測方法を開発した.4.高次元・大標本の枠組みでの正準判別変量の個数に関する検定統計量の漸近展開の導出、Wilksのラムダ分布の高次元漸近展開公式と、その誤差限界を導出した。また、統計手法の改良に関しては、マハラノビス距離による判別法の改良を行った。高次元データ解析手法では、主成分を利用した層別化逆回帰法を提案した.また,モデル選択のための情報量規準のリスクに対するバイアスをできるだけ簡単に補正する方法に関して研究を行った.5.数理モデルに含まれる未知母数の推測の方法として,最適変換の探索に焦点をあて,Box & Cox変換のおよびベキ正規分布を基盤とする方法の研究を行った.
移植膵島障害におけるHMGB1とmiRNA375の相互作用の解析

移植膵島の生着率向上に関する研究として移植部位の検討及び同種免疫拒絶反応の制御に関してマウス膵島移植モデルを用いて解析した。また、ヒトドナー不足の解決法の一つとしてブタ膵島を糖尿病マウスに移植する異種移植モデルで解析した。移植部位に関する研究として膵島を脾臓に移植した結果、現在臨床膵島移植で移植されている肝臓の1/4の膵島量で糖尿病マウスの血糖を正常化することが可能であった。脾臓に移植するメリットは移植後に惹起される炎症反応が肝臓と比べて弱く、グラフト生着が良好であった。また移植後に移植膵島のインスリン量が増加しており、再生・増殖機転が働いていることが示唆された。これらの成果をPlosOne誌に発表し。次に同種免疫拒絶反応の制御に関する研究では、移植膵島に発現しているHLA class1の発現を消化酵素の一つであるパパインで減弱させることにより、膵島の抗原性を低下させ移植後にジャッキされるアロ拒絶反応を制御でき、グラフト正着改善効果を認めた。これらの成果をIslets誌に発表した。異種移植に関する研究では、マイクロカプセル化したブタ膵島移植後に惹起される炎症反応に着目し研究した。カプセル化ブタ膵島を糖尿病マウスの腹腔内に移植すると移植直後にまずカプセルの素材に対する非特異的炎症反応が惹起され、腹腔内に樹状細胞、マクロファージ、好中球等が集積し炎症性サイトカインを産生し炎症を惹起する。それに伴いカプセル内のブタ膵島が障害を受けDAMPsの一つであるHMGB1が放出され、このHMGB1が腹腔内に集積している炎症細胞を刺激しさらに炎症を増大させることが明らかとなった。この炎症を抗体等で制御することにより移植成績が向上することをマウス移植モデルで明らかにした、成果をXenotransplantation誌に発表した。我々は過去の検討より、マウス膵島移植モデルで、経門脈的肝内移植後に移植された膵島からHigh-Mobility Group Box 1 (HMGB1)が肝単核球を活性化し、IFN-γを介して移植膵島が障害を受けるメカニズムを明らかにした。さらにHMGB1が惹起する炎症反応を制御すると膵島移植の成績が改善することを明らかにした。近年、マイクロRNA (miRNA)が細胞内の遺伝子発現抑制を引き起こすRNA干渉分子として注目されている。その中でmiRNA375は膵島に特異的に発現しており、膵島の構成、インスリン分泌、膵β細胞の増殖等を調節していることが報告されており、米国の共同研究施設で施行した臨床同種膵島移植・臨床自家膵島移植後のレシピエント血清サンプルの解析では、移植直後よりレシピエント血中のmiRNA375が上昇することが明らかとなった。本研究ではmiRNA375に着目し、この血中に循環しているmiRNA375が新たな細胞間コミュニケーションの液性因子として作用し、HMGB1が惹起する移植早期の炎症反応を増強もしくは減弱する活性を有するのではないかと仮説を立てた。膵島移植早期炎症反応のモデルであるHMGB1静注後の炎症反応をフローサイトメトリー(FACS)で解析した。申請者らの過去の報告のように、HMGB1をマウス尾静脈より投与するとナイーブコントロールと比較して、肝内にGr-1+CD11b+細胞とGr-1-CD11b+細胞が集積しIFN-γを産生した。一方、HMGB1投与時にmiRNA375も同時投与すると肝臓内にGr-1+CD11b+細胞とGr-1-CD11b+細胞は集積するものの、それらの細胞からのIFN-γ産生は抑制された。以上の結果からmiRNA375はHMGB1が惹起する炎症を減弱する作用を有する事が示唆された。HMGB1静注による肝臓内炎症反応に対するmiRNA375の抑制効果はFACSにて解析できたが、当初予定していたマウス肝内膵島移植後の血中miRNA375と血清HMGB1の推移・相関の解析については今から実験を施行する予定である。

それに伴いカプセル内のブタ膵島が障害を受けDAMPsの一つであるHMGB1が放出され、このHMGB1が腹腔内に集積している炎症細胞を刺激しさらに炎症を増大させることが明らかとなった。この炎症を抗体等で制御することにより移植成績が向上することをマウス移植モデルで明らかにした、成果をXenotransplantation誌に発表した。本年度および来年度で下記の実験を予定する。実験1:マウス肝内膵島移植後の血中miRNA375と血清HMGB1の推移・相関を解析する。実験2:マウス肝内膵島移植後早期炎症反応におけるmiRNA375の作用を解析する。実験3:マウス同種同系膵島移植におけるmiRNA375投与による血糖改善効果を解析する。実験4:マウス同種異系膵島移植におけるmiRNA375投与による血糖改善効果を解析する。
細胞核への力学刺激によるＤＮＡの分散効果を利用した細胞の機能制御の試み

細胞機能が核内DNAの分布の違いに影響されることが認識され始めている.例えば,血管壁内の平滑筋細胞では高濃度のDNAが核膜付近に集中しており,増殖は殆どしない.一方,この細胞を組織から単離して数週間培養すると増殖が盛んになるが,この際はDNAが核内に緩やかに満遍なく拡がっている.後者では,DNAの2重ラセンが緩みやすいためmRNAの合成が生じやすく,結果としてタンパクの合成,更には増殖が活発になるのではないかと考えられている.一方,我々は,核内DNA分布が核の変形で容易に変化することを見出した.そこで本研究では,細胞核を定量的に変形させた際の核内DNA分布の変化を調べ,これと細胞機能の変化との関係を調べることを目的として2年に亙る研究を進めている.初年度は,個々の骨芽細胞様細胞MC3T3ーE1の核に球状に加工したマイクロピペットの先端で圧縮刺激を加える実験系を開発し,核を圧縮したところ3分後に核内のクロマチン凝集体の数が減少することが分かった,今年度はこの現象を生じる圧縮量の閾値を調べるため,押込量を0から5μmの範囲で変化させてクロマチン凝集体の数の変化を調べた.その結果,3μmの押込までは凝集体の数に変化がなかったが,5μmでは3分後に有意に減少することが分かった.しかし,この場合も凝集体の数の現象が見られたのは押込の中心部だけであった.圧子先端の球の曲率から考えて押込の中心部と周辺部の押込量の差はたかだか0.5μmであり,圧縮量の僅かの差が凝集体数の減少に利くことが分かった.また,一度に多数の細胞核を圧縮するため,微細加工で一辺100μm,深さ10μmの正方形のウェルが多数並んだPDMS製基板を作製し,このウェルにひとつづつ細胞を落とし込み,上からカバーグラスを押し付ける系の試作を試みたが,細胞を一様に圧縮することが困難で,この方法は不適切であることが判明した.細胞の機能発現が核内のDNAの物理的な分布の違いに影響されることが認識され始めている.例えば,血管壁内の平滑筋細胞では高濃度のDNAが核膜付近に集中しており,増殖は殆どしないが,これを数週間培養すると増殖が盛んになるが,この際はDNAが核内に緩やかに満遍なく拡がっている.後者では,DNAの2重ラセンが緩みやすいためmRNAの合成が生じやすく,結果としてタンパクの合成,更には増殖が活発になるのではないかと考えられている.一方,我々は,核内DNA分布が核の変形で容易に変化することを見出した.そこで本研究では,細胞核を定量的に変形させた際の核内DNA分布の変化を調べ,これと細胞機能の変化との関係を調べることを目的として2年に亙る研究を進めている.研究初年度の本年度は,使用の容易な細胞株(骨芽細胞様細胞MC3T3ーE1)を用い,その核に圧縮刺激を加える実験系の開発に取り組み,細胞に圧縮刺激を加えた後のクロマチンの変化を調べた.すなわち,顕微鏡下でクロマチンをHoechst33342で染色した細胞をフィブロネクチンコートしたスライドグラス上に播種し,細胞が基板に軽く接着した後,先端を直径30μm程度の球状に加工したガラスマイクロピペットをマイクロマニピュレータを操作して細胞に押付け,核を5μm程度圧縮した後,元に戻した.核圧縮前,圧縮直後,圧縮から3分後の3通りの条件で核内のクロマチンの凝集塊の個数を計測したところ,圧縮から3分後に凝集塊の個数が有意に減少することが判った.そこで次に,一度に多数の細胞核を圧縮するために,フォトリソグラフィ法で作製した型を利用して,一辺100μm,深さ10μmの正方形のウェルが多数並んだPDMS製基板を作製した.現在,このウェルにひとつづつ細胞を落とし込み,上からカバーグラスを押し付ける系の試作を試みている.初年度に多数の細胞に同時に圧縮刺激を加える系まで試作する予定であったが,実験担当者が実験操作に不慣れであった点,上から押し付けるカバーグラスの平面度やPDMS基板とカバーグラスの平行度が不十分であった点などから,多数の細胞を同時に圧縮する系の確立がまだできていないため.細胞機能が核内DNAの分布の違いに影響されることが認識され始めている.例えば,血管壁内の平滑筋細胞では高濃度のDNAが核膜付近に集中しており,増殖は殆どしない.一方,この細胞を組織から単離して数週間培養すると増殖が盛んになるが,この際はDNAが核内に緩やかに満遍なく拡がっている.後者では,DNAの2重ラセンが緩みやすいためmRNAの合成が生じやすく,結果としてタンパクの合成,更には増殖が活発になるのではないかと考えられている.一方,我々は,核内DNA分布が核の変形で容易に変化することを見出した.そこで本研究では,細胞核を定量的に変形させた際の核内DNA分布の変化を調べ,これと細胞機能の変化との関係を調べることを目的として2年に亙る研究を進めている.

初年度は,個々の骨芽細胞様細胞MC3T3ーE1の核に球状に加工したマイクロピペットの先端で圧縮刺激を加える実験系を開発し,核を圧縮したところ3分後に核内のクロマチン凝集体の数が減少することが分かった,今年度はこの現象を生じる圧縮量の閾値を調べるため,押込量を0から5μmの範囲で変化させてクロマチン凝集体の数の変化を調べた.その結果,3μmの押込までは凝集体の数に変化がなかったが,5μmでは3分後に有意に減少することが分かった.しかし,この場合も凝集体の数の現象が見られたのは押込の中心部だけであった.圧子先端の球の曲率から考えて押込の中心部と周辺部の押込量の差はたかだか0.5μmであり,圧縮量の僅かの差が凝集体数の減少に利くことが分かった.また,一度に多数の細胞核を圧縮するため,微細加工で一辺100μm,深さ10μmの正方形のウェルが多数並んだPDMS製基板を作製し,このウェルにひとつづつ細胞を落とし込み,上からカバーグラスを押し付ける系の試作を試みたが,細胞を一様に圧縮することが困難で,この方法は不適切であることが判明した.実験担当者の技術は向上したので,その点の問題は少ないと考えている.カバーグラスの平面度については,平面度の高いガラス板を探して使用する,ウェルの深さを減らすなどの方法により多数の細胞核を一度に圧縮できる系を確立していく予定である.次年度使用額は3万円余りであり,当該年度所要額の1%以下であるため,無理に使い切ることはしなかった.来年度の研究計画で十分使い切れる金額であると考えている.
エナメル上皮幹細胞の多能性の検討

(1)ラット切歯形成端から作製した細胞株HAT-7の特性を検討した.HAT-7は,サイトケラチン14に陽性であり,培養条件がコンフルエントになるとアメロゲニン発現する細胞とアルカリフォスファターゼ(ALP)を発現する細胞が出現する。同時にアメロゲニンを発現する細胞はJagged1、ALPを発現する細胞はNotch1を発現することを明らかになった。さらにこれらの細胞にNotch1の強発現を行うとALP細胞の増加が観察され、アンチセンス等で抑制すると減少した。これらの結果から、細胞分化の方向性にNotchシグナル系が重要な働きをしていることを示した。(2)HAT-7の分化の多様性に関する検討.この細胞株に発現ベクターを遺伝子導入してβガラクトシダーゼ発現細胞を作製した.これを腎臓に移植して細胞の変化を観察したが,腎臓組織への細胞生着が十分でなく、明確な結果が得られていない。そのため,新たな細胞移植法を検討中である。(3)また,現在細胞株ではなく,ラット切歯形成端のApical Bud(現在この用語については、提唱中である)の一次培養細胞に上記と同様,エレクトロポレーション法を用いてβガラクトシダーゼ発現遺伝子を導入し,移植実験を試みている.これらの結果を踏まえて,エナメル上皮幹細胞の多能性について検討する.(4)BrdUとKi67を用いた実験から、臼歯歯堤細胞やエナメル随にエナメル上皮幹細胞が存在する可能性が考えられ、この部位から幹細胞を分離し、その多様性を検討中である。(1)ラット切歯成長端から作製した細胞株HAT-7の特性を検討した.HAT-7は,サイトケラチン14に陽性であり,培養条件がコンフルエントになるとアメロゲニンを発現する細胞とアルカリフォスファターゼを発現する細胞が出現することを免疫組織化学的検索とウエスタンブロット法並びにRT-PCRによって示した.以上の結果から,HAT-7はエナメル芽細胞の分化のリニエージをもった細胞であることが確認できた.(2)HAT-7の分化の多様性に関する検討.この細胞株にGFP発現ベクターを遺伝子導入してGFP発現細胞を作製した.これを腎臓に移植して細胞の変化を観察したが,腎臓の尿細管細胞の自家蛍光とGFPを明瞭に区別できなかった.そのため,HAT-7の細胞の形質変化を観察できなかったので,新たに現在βガラクトシダーゼ発現細胞を作製中である.この細胞を用いて腎臓,肝臓,肺,唾液腺等に移植して,HAT-7が他の組織の細胞に分化させることが可能かを検討する.(3)また,来年度は細胞株を用いず,ラット切歯成長端のサービカルループの一次培養細胞に上記と同様,βガラクトシダーゼ発現遺伝子を導入し,移植実験を試みる予定である.これらの結果を踏まえて,エナメル上皮幹細胞の多能性について検討する.(4)ラット切歯の幹細胞以外に,臼歯歯堤細胞からエナメル上皮幹細胞を分離培養する方法も検討しているので,これらの細胞の分化の多能性についても調べていく予定である.(1)ラット切歯形成端から作製した細胞株HAT-7の特性を検討した.HAT-7は,サイトケラチン14に陽性であり,培養条件がコンフルエントになるとアメロゲニン発現する細胞とアルカリフォスファターゼ(ALP)を発現する細胞が出現する。
高マッハ数における革新的な乱れの成長促進の創出を目指した縦渦遷移の研究

本研究の目的は,高いマッハ数での縦渦遷移機構の解明と渦崩壊等の制御に必須な知見を得ることである。縦渦は低速流から高速流まで乱流遷移における核となる組織渦構造であるが,高速流での縦渦遷移の機構は低速流と違ってよくわかっていない。この高速流における縦渦遷移機構の解明は,次世代高速旅客機や宇宙往還機におけるエンジンの性能向上,超音速域での騒音低減および再突入時に生じる空力加熱に対する機体の熱防御に関する問題等に貢献が期待できる基礎的知見となる。本研究では,スーパーコンピュータ(大規模計算機システム)による数値計算と安定性理論に基づく数理解析により高マッハ数で発達する渦構造から遷移特性や渦崩壊機構を明らかにする。超音速縦渦流れに対する圧縮性の効果を高精度の数値計算により,成長する攪乱や発達する組織渦構造から調べている。2018年度に新たに得られた知見は以下の通りである。(1)マッハ数の増加とともに乱れの成長を阻害する圧縮性効果の要因がエントロピーの変動成長と関連があることを示した。(2)縦渦は分布の条件や成長する攪乱モードによって動径方向に拡がるせん断領域が異なる。ゆえに周知の混合層と違って,せん断領域の厚さから拡がり率(増幅率)を評価できないことがわかった。高マッハ数においても低速流のような乱れの成長を促進できる要素が速度分布とともに熱力学的量の分布にも存在することをエントロピーの平均分布と変動成長から明らかにした。この2年間で超音速流での渦崩壊現象の発生条件を解明し,マッハ数の増加とともに変動成長が抑制される圧縮性効果に関する要因の解明が進展した。引き続き,高いマッハ数でも圧縮性の影響を受けにくい縦渦の基本特性を調べる。新しい乱れの生成・発達要素を求めて,得られた新規の知見を従来の不安定特性と絡めた縦渦不安定のダイバーシティ効果を模索するために,ヘリシティの不安定効果を線形安定解析によって調べる。加えて,それらの非線形発達を数値計算によって考慮し,攪乱の伝播過程を含む高マッハ数での縦渦の遷移機構とその乱れの発達過程を整理する。さらに発達した下流での組織構造に関してはレイノルズ数の影響も見ていく予定である。本研究では,高マッハ数で発達する3次元渦構造をスーパーコンピュータ(大型計算機)による数値計算と安定性理論に基づく数理解析により明らかにする。平成29年度は,縦渦に対する圧縮性効果の定量的評価を高精度の超音速数値計算により,発達する攪乱や組織渦構造から調べた。計算コードの差分の高次精度化にも取り組んだ。得られた知見は以下の通りである。(1)空間的な微小攪乱の線形発達の範囲は短いこと,(2)発達する組織渦構造は,波数モード,マッハ数により異なること,さらに,波及効果として,当初想定した以外に(3)超音速流中では軸流の加速により淀み点の生じない渦崩壊が発生すること,(4)乱れの成長を抑制する圧縮性効果と縦渦分布の熱力学的特性に関連がある,という新規の結果も得られた。(3)と(4)は本研究テーマとの関連から,さらに深く掘り下げて調べる必要がある。遷移機構の解明に必須な空間的精度の高い計算コード(9次精度)が完成した。加えて,衝撃波を伴わない超音速縦渦崩壊現象を初めて捉え,その発生条件も明らかにした。それらの結果を2つの論文にまとめPhysics of FluidsとJournal of Fluid Mechanicsに掲載された。

この2年間で超音速流での渦崩壊現象の発生条件を解明し,マッハ数の増加とともに変動成長が抑制される圧縮性効果に関する要因の解明が進展した。高いマッハ数でも圧縮性の影響を受けにくい縦渦の基本特性を遷移の観点から解明し,超音速縦渦を制御する指針を得る。上述したように平成30年度に予定していた超音速流中での渦崩壊に関する研究で大きな進展があったため,引き続きその詳細をさらに詳しく調べる。当初予定していた攪乱の伝播過程に関する研究は次年度以降に行う。これらの新規の知見を,従来の不安定特性と絡めて,新しい乱れの生成,発達を模索する。引き続き,高いマッハ数でも圧縮性の影響を受けにくい縦渦の基本特性を調べる。新しい乱れの生成・発達要素を求めて,得られた新規の知見を従来の不安定特性と絡めた縦渦不安定のダイバーシティ効果を模索するために,ヘリシティの不安定効果を線形安定解析によって調べる。加えて,それらの非線形発達を数値計算によって考慮し,攪乱の伝播過程を含む高マッハ数での縦渦の遷移機構とその乱れの発達過程を整理する。さらに発達した下流での組織構造に関してはレイノルズ数の影響も見ていく予定である。次年度に成果発表のための国外旅費が必要になったが,購入したワークステーションが予定より数十万安かったため,その分を次年度使用額にまわした。次年度に予定していた成果発表の外国旅費を今年度使用し,今年度予定していた後処理用計算機を次年度にまわしたために差額が生じた。その分を次年度使用額にまわした。