hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ラム/スクラムジェット用高信頼性プラズマ点火器

また、マッハ数と独立に静圧を変化させるため、ノズル上流に取り付ける多孔板と整流格子がついたダクトを製作し、流入空気総圧を大気圧から65kPaまで変えられるようにした。さらに、トーチ周辺の流れ場を観測するために、既存レーザ光源を利用して粒子画像速度計を構成するため、レーザパルス・シンクロナイザ等を整備した。気流総圧一定でマッハ数を変えた実験では、マッハ数が高くなるほど着火しにくくなることが分かった。この原因として、マッハ数の増加に伴う静圧と静温の低下及び気流滞留時間の減少が考えられる。これらの影響を分離して調べるために、マッハ数を一定として静圧を変化させる実験を行った。その結果、主流静圧の低下に伴い着火は起こりにくくなるが、トーチ自身が境界層剥離を引き起し着火しやすくなる場合も生じた。また、プラズマ作動ガスの影響を調べるために、窒素に体積分率で280%の水素を混ぜた混合ガスを用いて、トーチの作動特性及び着火特性を実験した。その結果、水素割合が高くなるほどトーチの作動可能下限電力が増大し、水素割合が80%の場合には現用の電源では作動できなかった。着火特性は、水素割合が30%以上になると顕著に改善された。理論解析では、まず窒素・水素混合ガスを作動ガスとした場合の、トーチ出口における化学平衡組成を計算した。その結果、投入電力が少ない場合には、少量の水素添加によりラジカルの割合が著しく増加することが分かった。また、トーチ上流から水素燃料を噴射した場合の着火の二次元数値シミュレーションを行い、反応はまずトーチ噴流の上流側ではじまること、アルゴンは他の作動気体に比べて着火が起こりにくいことなどを明らかにした。プラズマトーチから噴出するプラズマジェットのスペクトルを分光器により測定し,作動気体及び投入電力により観察される発光のピーク波長とその強度の変化を調べた。各作動気体に対して,その分子が解離した原子の発光ピークを観察した。窒素-水素混合気を作動気体とした場合のN原子及びH原子のピーク強度の挙動は,水素割合の増加に伴いH原子のピーク強度は単調に増大するが,N原子のピーク強度は一旦増加した後にやや減少した。この変化は,プラズマジェットが一様な熱化学平衡状態にあると仮定して得られるN原子が急速に減少する計算結果と定性的に異なっていた。これらの結果及びプラズマトーチのみを超音速気流中で作動させた場合の壁圧分布の変化に基づき,高い割合で水素を含む窒素-水素混合気を作動気体とするプラズマトーチの着火性能向上は,トーチへの投入電力にトーチから供給される水素が空気と燃焼した際の発熱が加わることにより生じることを示した。また,吸込み式超音速風洞中でトーチから供給される励起された原子からの発光ピーク強度の空間分布を測定した。その結果,O原子の発光が最も下流まで観測されたが,その範囲はトーチ・スロート直径の10倍以下にすぎなかった。着火実験における下流燃焼噴射孔はトーチ・スロート直径の30倍以上下流にあったため,トーチで生成されたラジカル(解離原子)の存在が着火特性にほとんど影響しなかったものと考えられる。
アンドロゲンによる雌ウナギの早期成熟誘起技術の開発

水産養殖上極めて重要な魚種であるウナギは、これまで外因性ホルモンを投与しないかぎり飼育下では成熟しないとされてきた。しかし、本年度、水温未調整の海水(10.3-27.5°C)で約2.5年飼育したウナギ7尾の内、1尾が偶然にも自然に成熟し、生殖腺から大量の精子を得ることができた。そこで本年度は、このウナギについて詳細に調べた。成熟個体の生殖腺体指数は18.4%であり、その生殖腺は1対の精巣片とその間に7つの生殖腺塊を有しており、全ての部位で精子が充満していた。一方、他の6尾は生殖腺体指数0.19%以下の未熟雄個体であった。血中ステロイド(11-KT及びDHP)量を測定した結果、血中11-KT及びDHP量は、成熟個体では10.8及び7.41ng/ml、未熟雄個体では平均0.45及び0.1ng/mlであった。組織学的観察の結果、成熟した個体の精巣片および生殖腺塊では全ての成熟段階の雄性生殖細胞が認められた。また、生殖腺塊には第一次卵黄球期の卵母細胞も観察された。加えて、この個体の生殖腺内精液はpH8.1、82.4%のスパマトクリット値、87.1%の運動率を示した。併せて、精子の核DNA量は単相であり、正常な減数分裂が行われたと推察された。さらに、ホルモン投与により成熟させた雌から得た卵との人工授精により艀化した仔魚は正常に発生し、シラスウナギまで変態する個体が確認された。以上の結果から,飼育下でホルモンを投与せずに受精能を有する生殖腺内精子を産出したウナギを世界で初めて確認した。今回及び今後の解析結果は、雄ウナギだけでなく、課題である雌ウナギの成熟誘起技術の開発に貢献できるものと予想される。ウナギは、水産養殖上極めて重要な魚種である。しかし、現行の人為催熟技術によって得られる卵では、仔魚の生存日数にばらつきが大きいため、卵質の改善が望まれている。魚類特有のステロイドである11-ケトテストステロン(11-KT)は、ウナギ雌において卵成長の初期過程を促進することが確認されている。しかし、この11-KT作用の詳細はほとんど分かっていない。そこで本年度は、11-KTで処理したウナギ雌において特異的に発現している遺伝子のクローニング及び発現解析を行った。その結果、11-KT処理を施したウナギ卵巣から、哺乳類で卵巣特異的に存在し初期卵成長に関与することが知られている2種類のトランスフォーミンググロースファクターβ(TGF-β)スーパーファミリーcDNAを単離した。これらのTGF-βcDNAは既に配列が明らかになっているゼブラフィッシュのgrowth differentiation factor 9(GDF9)及びbone morphogenetic protein 15(BMP15)と極めて高い相同性を示した。次に、11-KT処理を施した雌ウナギ各組織におけるGDF9及びBMP15の発現を調べたところ、卵巣で強い発現が認められた。しかし、卵巣以外にも脳や頭腎にも発現していることがわかった。従って、これらの遺伝子は11-KTにより誘導され、その作用は卵巣のみではなく様々な組織で多岐に渡っていることが示唆された。
立体構造とアミノ酸判別に基づくNMRシグナル帰属法の開発

本研究は、代表者らが以前開発した、定量的な安定同位体標識を用いてアミノ酸の情報をタンパク質試料にあらかじめ符号化しておき観測されたスペクトルから復号する「符号化標識法」を用いて、高分子量タンパク質などNMRによる解析の難度の高いタンパク質についてもシグナル帰属をおこなう方法を開発するものである。立体構造既知の場合にその立体構造の知識を活用して帰属をおこなう方法については、前年度までに、想定通りのシグナル強度比となっていることの確認と、評価関数の設計をおこなった。最終年度は引き続き、大域的最適化によって正しい帰属が得られるか検討をおこなった。アミノ酸残基によって難度に差があり、観測ノイズによって偶然間違った解となってしまう例もあるが、おおむね正しい解ほど良い評価となった。研究期間終了後も引き続き、その他の技術と組み合わせるなどして精度を上げ、実用化を目指したい。並行して、帰属対象のアミノ酸残基を絞りつつ、2セットの符号化標識を組み合わせて帰属を行う方法も、高分子量タンパク質の解析に有用と考え、開発を進めてきた。前年度までに、高分子量タンパク質にも応用できることが確認できた。創薬における相互作用部位解析など、迅速に評価をする必要がある場合に有用と考えている。そのほか最終年度は、高分子量タンパク質をはじめとする難度の高いタンパク質の解析にとって有用な、低感度スペクトルの解析手法、重複シグナルの分解手法を開発した。本研究は、アミノ酸選択的安定同位体標識技術をもとに、安定同位体標識率の組み合わせを符号として用いてアミノ酸を表現する符号化標識法を利用して、タンパク質NMRシグナルを迅速に帰属することを目的にしている。各アミノ酸に異なる安定同位体標識率を割り当て、観測されたNMRスペクトルの強度比から、どのNMRシグナルがどのアミノ酸に由来するかを判定する。本研究では主にタンパク質側鎖シグナルを対象とし、NOESYスペクトルを利用する。本年度は、当初計画通りにまず低分子量のタンパク質で試験検討をおこなった。観測されるシグナル強度は近傍に存在する2つの原子の由来するアミノ酸に対応する安定同位体標識率の積に比例すると想定していたところ、実際に観測された強度は、理論上の強度比に対して高い直線性を有しており、本法の目的の達成に向けたハードルをひとつ越えることができた。その他、当初計画に記載していた通り、本法に適した安定同位体標識パターンの設計方法について検討をおこなった。一方で、解析に必要なスペクトル分解能などの細かい条件検討は本年度中に終了しなかったが、次年度引き続き検討をおこなう。また、当初計画になかった事項として、高分子量タンパク質のシグナル帰属を別法でおこなうことに取り組んだ。この方法は当初計画の方法と補完関係にあり、状況に応じて使い分けることもできるし、両方をおこなうことにより確度を高めることもできるので、本目的の達成に大きく貢献すると期待される。研究実績の概要に示した通り、細かい条件検討の一部を次年度に引き続きおこなうこととしたものの、当初計画において本年度中におこなうこととしていた本研究の実現可能性の検討は成功裏に終了することができた。本研究は、核磁気共鳴(NMR)によるタンパク質解析において、高分子量タンパク質であってもシグナル帰属をおこなえるようにするため、代表者が開発した、少ない標識体数でアミノ酸の情報が得られる安定同位体標識法である符号化標識法を活用するものである。基本的なアイディアは、符号化標識法により、従来使われていた原子間NOEや常磁性効果とは独立した情報である近傍アミノ酸情報を取得し、計算機による探索によって帰属をおこなうというものである。昨年度までに、近傍アミノ酸情報を得るためのNMRスペクトルが想定通りのシグナル強度比で得られることを確認し、正しく近傍アミノ酸情報が得られる目途がついた。本年度は、帰属のための計算機による探索について検討をおこなった。その結果、近傍アミノ酸情報を取り入れた評価関数を用いることで正しい帰属が得られること、すなわち、近傍アミノ酸情報の貢献により、正しい帰属ほど評価関数の値がよくなること、の見通しがたった。ただし、非常に広いパラメータ空間の探索が必要であり、その実装は来年度以降の課題である。ほかに、当初計画にはない高分子量タンパク質のシグナル帰属方法として、複数の符号化標識法を簡便な三重共鳴測定によって組み合わせる手法の開発を進めている。これは、当初の方法と補完関係にあり、より帰属精度を高めることのできる方法である。本年度は高分子量タンパク質への応用を進めた。主鎖のみを対象にするとしてもじゅうぶんに実用的な解析方法であると思われる。来年度は、いくつかの高分子用タンパク質を題材に、部位特異的相互作用解析をおこなう予定である。研究実績の概要に示した通り、当初計画に記した帰属法と、計画時点では考えていなかったが当初の方法を補完しお互いにより精度を高める別手法の両方について研究を進めている。前者は当初計画よりも遅れており、プログラム等の整備をおこなったうえで来年度に実際の帰属の検証に進めたい。後者は予想外に成果が得られつつあり、来年度に追加実験をして成果をとりまとめたい。全体としては研究期間の延長をおこなうこととなったことから、この区分とした。

アミノ酸残基によって難度に差があり、観測ノイズによって偶然間違った解となってしまう例もあるが、おおむね正しい解ほど良い評価となった。研究期間終了後も引き続き、その他の技術と組み合わせるなどして精度を上げ、実用化を目指したい。並行して、帰属対象のアミノ酸残基を絞りつつ、2セットの符号化標識を組み合わせて帰属を行う方法も、高分子量タンパク質の解析に有用と考え、開発を進めてきた。前年度までに、高分子量タンパク質にも応用できることが確認できた。創薬における相互作用部位解析など、迅速に評価をする必要がある場合に有用と考えている。そのほか最終年度は、高分子量タンパク質をはじめとする難度の高いタンパク質の解析にとって有用な、低感度スペクトルの解析手法、重複シグナルの分解手法を開発した。本年度でおこなえなかった条件検討の一部を引き続きおこなうほか、次年度は計画通り高分子量タンパク質に取り組む。また、現在別法での高分子量タンパク質シグナル帰属に取り組んでいるが、得られた知見および試料を共有することで、補完的関係にある2つの方法の開発を効率的に進めることができると期待される。研究実績の概要に示した通り、当初計画の方法については、探索法や情報取得の方法の整備をおこなったうえで、計画に記したとおり帰属の検証を進めていく。一方、複数の符号化標識法を組み合わせる手法については、分子間相互作用解析への応用を進める。研究実績の概要に示した通り、一部の実験を次年度に引き続きおこなうこととしたこと、高分子量タンパク質の実験にかかる費用を次年度に執行することとしたため、当初計画に比べ初年度の残額が生じた。近傍アミノ酸情報を用いる帰属法について、探索法の開発等が遅れており、次年度に帰属検証実験をおこなうこととなったため、その経費に充てる。また、本研究で得られた成果を次年度に発表予定であり、その経費にも充てる。執行のタイミングが当初計画と異なることとなったが、使用計画は変えずに、引き続き当初計画に記された実験をおこなうために必要な経費にあてる予定である。
IGF-1による遅発性対麻痺予防に関する実験的研究

(目的)IGF-1は,病的神経細胞死の予防に有効であることが示され,その作用は抗apoptosis作用を有する癌遺伝子Bcl-2を介して発現していることが示唆されている.脊髄虚血,再潅流後の運動神経細胞死に対するIGF-1の抑制効果について検討した.(方法)兎を吸入麻酔下に開腹し,腎動脈下腹部大動脈,分岐部,後腸間膜動脈の3ヶ所を15分間単純遮断で脊髄虚血とした.IGF-1は虚血開始30分前に静脈内投与した.15分間虚血のみを行ったC群(n=8),IGF-1を投与したG群(n=8),テーピングのみを行ったS群(n=5),IGF-1の0.3mg/kgと同等の血糖降下作用を有すると考えられるregular insulin0.3単位/kgを投与したN群(n=6)とした.再潅流後6,24,48時間後にmodified Tarlov scoreで神経学的に評価し,再潅流48時間後に脊髄を潅流固定後摘出,H&E染色を行い,脊髄前角神経細胞数を計測し,TUNEL法でapoptosis陽性細胞を検索し病理組織学的に評価した.免疫組織染色で脊髄前角細胞における抗apoptosis蛋白のBcl-xL,催apoptosis蛋白のBaxの発現を観察した.(結果)各群間の運動機能評価をMann-Whitney U検定で比較し,再潅流後全時間において,G群では有意に運動機能が保たれた.48時間後の脊髄前角細胞数は,C群で有意に減少した.TUNEL染色ではG群で有意に陽性細胞の出現を抑制した.免疫組織染色ではG群で脊髄前角細胞にBcl-xLの過剰発現,Baxの発現抑制を認めた.N群ではBaxの抑制が認められなかった.(考察)運動機能学的,組織学的に,IGF-1が虚血に対する保護効果が存在することが示唆された.IGf-1の虚血に対する脊髄保護効果にはBcl-xLの過剰発現とBaxの発現抑制が関与していると考えられた.IGF-1は,病的神経細胞死の予防に有効であることが示され,その作用は抗apoptosis作用を有する癌遺伝子Bcl-2を介して発現していることが示唆されている.脊髄虚血,再潅流後の運動神経細胞死に対するIGF-1の抑制効果について検討した.(方法)兎をハロセン吸入麻酔下に開腹し,腎動脈下腹部大動脈,分岐部,後腸間膜動脈の3ヶ所を15分間単純遮断で脊髄虚血とした.IGF-1は虚血開始30分前に静脈内投与した.15分間虚血のみを行った群(Control,n=8),IGF-1を投与した群(IGF-1,n=8),開腹し遮断部位にテーピングのみを行った群(Sham,n=5)とした.再潅流後6,24,48時間後にmodified Tarlov scoreを用いての神経学的に評価し,再潅流48時間後に脊髄を潅流固定後摘出,H&E染色を行い,脊髄前角神経細胞数を計測し,TUNEL法でapoptosis陽性細胞を検索し病理組織学的に評価した.免疫組織染色で脊髄前角細胞における抗apoptosis蛋白のBcl-xL,催apoptosis蛋白のBaxの発現を観察した.(結果)各群間の運動機能評価をMann-Whitney U検定で比較し,再潅流後の全時間において,IGF-1群では有意に運動機能が保たれた.再潅流後48時間後のH&E染色標本での脊髄前角細胞数を計測した結果,Control群でのみ有意に減少した.TUNEL染色ではIGF-1群で有意に陽性細胞の出現を抑制した.免疫組織染色ではIGF-1群で脊髄前角細胞にBcl-xLの過剰発現,Baxの発現抑制を認めた.(考察)運動機能学的,組織学的に検討し,IGF-1が虚血性脊髄障害に対する保護効果が存在することが示唆された.IGF-1の虚血性脊髄障害に対する脊髄保護効果にはBcl-xLの過剰発現とBaxの発現抑制が関与していると考えられた.(目的)IGF-1は,病的神経細胞死の予防に有効であることが示され,その作用は抗apoptosis作用を有する癌遺伝子Bcl-2を介して発現していることが示唆されている.脊髄虚血,再潅流後の運動神経細胞死に対するIGF-1の抑制効果について検討した.(方法)兎を吸入麻酔下に開腹し,腎動脈下腹部大動脈,分岐部,後腸間膜動脈の3ヶ所を15分間単純遮断で脊髄虚血とした.IGF-1は虚血開始30分前に静脈内投与した.15分間虚血のみを行ったC群(n=8),IGF-1を投与したG群(n=8),テーピングのみを行ったS群(n=5),IGF-1の0.3mg/kgと同等の血糖降下作用を有すると考えられるregular insulin0.3単位/kgを投与したN群(n=6)とした.再潅流後6,24,48時間後にmodified Tarlov scoreで神経学的に評価し,再潅流48時間後に脊髄を潅流固定後摘出,H&E染色を行い,脊髄前角神経細胞数を計測し,TUNEL法でapoptosis陽性細胞を検索し病理組織学的に評価した.免疫

組織染色で脊髄前角細胞における抗apoptosis蛋白のBcl-xL,催apoptosis蛋白のBaxの発現を観察した.(結果)各群間の運動機能評価をMann-Whitney U検定で比較し,再潅流後全時間において,G群では有意に運動機能が保たれた.48時間後の脊髄前角細胞数は,C群で有意に減少した.TUNEL染色ではG群で有意に陽性細胞の出現を抑制した.免疫組織染色ではG群で脊髄前角細胞にBcl-xLの過剰発現,Baxの発現抑制を認めた.N群ではBaxの抑制が認められなかった.(考察)運動機能学的,組織学的に,IGF-1が虚血に対する保護効果が存在することが示唆された.IGf-1の虚血に対する脊髄保護効果にはBcl-xLの過剰発現とBaxの発現抑制が関与していると考えられた.
ミトコンドリア転写因子ｍｔＴＦＡの核内発現の意義とストレス耐性機構の解明

TFAM (transcription factor A, mitochondrial)から合成された転写因子mtTFAは、ミトコンドリアに移行し、種々の遺伝子発現を転写レベルで制御している。本研究では、mtTFAは、ミトコンドリアだけでなく核内にも存在すること、抗アポトーシス遺伝子であるBIRC5 (Survivin)やBCL2L1 (BCL-xL)の発現を転写レベルで制御すること、がん細胞の増殖がmtTFAの発現と密接に相関すること、mtTFAの核内発現は漿液性卵巣がんの予後不良因子であることを見出した。これらの研究成果は、mtTFAを分子標的とするがん治療に貢献できると考えている。TFAMは核にコードされた遺伝子で、TFAMから合成されたタンパク質mtTFA (mitochondrial transcription factor A)はミトコンドリアに移行し、種々の遺伝子発現を転写レベルで制御している。ミトコンドリアのATP合成に関わる遺伝子発現にはmtTFAは必須であるが、がん細胞では嫌気的解糖系を優位に利用しているためミトコンドリアでのATP合成の観点からmtTFAの発現が亢進する必然性は低いと考えた。この仮説を裏付けるようにmtTFAは核にも移行し、抗アポトーシス分子として知られているBIRC5 (Survivin)やBCL2L1 (Bcl-xL)の発現を直接転写レベルで制御することを見出し昨年度に報告した。一方、臨床検体を用いた解析から子宮内膜がん、卵巣がんにおいてmtTFAの発現が高いほど予後不良になることも見出し昨年度に報告した。今年度は原発性大腸がんと診断された患者における腫瘍組織内のmtTFAの免疫組織化学的発現と臨床病理学的因子および予後との関連を検討した。105人の原発性大腸がん患者から得られた手術標本をポリクローナル抗mtTFA抗体で免疫組織化学的に染色した。105人の原発性大腸がんの47患者(44.8%)はmtTFAの発現が陽性と判断された。mtTFAの陽性発現はリンパ節転移、遠隔転移とTNM分類での進行と有意に相関した。一方、mtTFAの発現が陰性の患者ではKi-67指数が高くなる傾向を示した。予後調査ではmtTFAの発現が陽性の患者の生存率は陰性の患者より有意に不良であった。mtTFAの発現は原発性大腸がん患者においても腫瘍の進展や予後不良の有用な診断マーカーになること、また治療においてはmtTFAは分子標的になる可能性が示唆された。TFAMは核にコードされた遺伝子で、TFAMから合成されたタンパク質mtTFA (mitochondrial transcription factor A)はミトコンドリアに移行し、ATP合成に関わる種々の遺伝子発現を転写レベルで制御している。我々は臨床検体を用いた解析から、子宮内膜がんにおいてmtTFAの発現が高いほど予後不良になることを見出した(Virchows Arch 2010;456:387-93)。しかしながら、がん細胞では嫌気的解糖系を優位に利用しているためミトコンドリアでのATP合成の観点からmtTFAの発現が亢進する必然性は低いと考えた。mtTFAの構造的特徴はミトコンドリア移行シグナルとDNAに結合するHMG (high mobility group)ボックスを持つことであり、HMGボックス内に核移行シグナルが存在することからmtTFAは核においても転写因子として機能するのではないかと仮説を立てた。実際に前立腺がん細胞株では、mtTFAは核にも存在し、BIRC5 (Survivin)の発現を直接転写レベルで制御することを見出した。さらに、臨床検体を用いた解析から卵巣がんにおいてmtTFAの核内発現が高いと予後不良であること、mtTFAがBCL2L1 (Bcl-xL)の発現を直接転写レベルで制御することを見出した。最終年度は、mtTFAのゲノムDNA結合部位を明らかにするため、mtTFA安定発現細胞を簡単に樹立する方法を確立した。本研究では、mtTFAが核内へ移行して転写因子として機能すること、mtTFAは抗アポトーシス分子として知られているBIRC5 (Survivin)やBCL2L1 (Bcl-xL)の発現を転写レベルで制御することから「mtTFAはストレス耐性分子である」ことが示唆され、mtTFAの新たな機能を見出した。

しかしながら、我々は臨床検体を用いた解析から子宮内膜がんにおいてmtTFAの発現が高いほど予後不良になることを見出した(Virchows Arch 2010;456:387-93)。mtTFAの構造的特徴はミトコンドリア移行シグナルとDNAに結合するHMG (high mobility group)ボックスを持つことであり、HMGボックス内に核移行シグナルが存在することからmtTFAは核においても転写因子として機能するのではないかと仮説を立てた。そこで、前立腺がん細胞株を用いて検討した結果、mtTFAが核に存在することを見出し、BIRC5 (Survivin)の発現を直接転写レベルで制御することを論文で報告した。さらに、臨床検体を用いた解析から卵巣がんにおいてmtTFAの核内発現が高いと予後不良であることを見出し、mtTFAがBCL2L1 (Bcl-xL)の発現を直接転写レベルで制御することを論文で報告した。mtTFAが核内へ移行して転写因子として機能すること、mtTFAの標的遺伝子として抗アポトーシス分子として知られているBIRC5 (Survivin)やBCL2L1 (Bcl-xL)が含まれていることから「mtTFAはストレス耐性分子である」ことが示唆され、mtTFAの新たな機能を見出した点は重要であると考えている。mtTFAがミトコンドリアだけでなく核内へも移行し、遺伝子発現を転写レベルで制御する新しい機能を見出した。また、mtTFAの標的遺伝子として抗アポトーシス分子として知られているBIRC5 (Survivin)やBCL2L1 (Bcl-xL)が含まれていることを見出した。これまでの成果はmtTFAがアポトーシス耐性に関わる重要な核の転写因子である可能性を示唆している。一方、臨床検体を用いた解析では子宮内膜がん、卵巣がん、原発性大腸がんでmtTFAの発現が高いと予後不良であることを報告した。mtTFAは抗アポトーシス分子であるBIRC5 (Survivin)やBCL2L1 (Bcl-xL)の発現を制御し、mtTFAの発現亢進はがんの予後不良因子であるという成果は「mtTFAはストレス耐性分子である」仮説を部分的に証明できていると考えている。mtTFAが核内へ移行して転写因子として機能すること、mtTFAの標的遺伝子として抗アポトーシス分子として知られているBIRC5 (Survivin)やBCL2L1 (Bcl-xL)が含まれていること、臨床検体を用いた解析から卵巣がんではmtTFAの核内発現が高いと予後不良であることを見出した。これらの成果は「mtTFAはストレス耐性分子である」という仮説を部分的に証明できたと考えている。平成25年4月1日に研究室の配置換え(分子生物学から呼吸病態学へ)があり、実験の再開に若干時間を要している。また、実験器具にも制限がありこれまで通りの研究が講座の研究室だけでは行えない状況である。これに対しては、共同利用可能な実験器具を使い、研究に支障が出ないように注力する予定であるが、研究の進行に遅れが出ることは避けられない状況である。そこで、研究を一部変更して進める。(変更点)mtTFA安定発現細胞を作製して各種ストレス(薬剤や紫外線など)に対する細胞への影響を検討する。
リアルタイムシミュレータを用いた直流配電システムの模擬評価装置に関する研究

直流配電システムにおいて,実験用ミニモデルを拡張する方式としてリアルタイムシミュレータと双方向直流電源を用いる手法を提案し検討を行った。まず,高速応答可能な双方向直流電源を製作した。結果, 5Aの電流指令値のステップ変化に対し応答時間約800. sを達成し,オーバーシュートなく指令値に追従できることを確認した。次に製作した双方向直流電源をリアルタイムシミュレータと実験用ミニモデルを接続し解析を行い提案手法の妥当性を示した。太陽光発電や風力発電などの自然エネルギー発電は出力変動が大きいことから予備力確保など電力供給側・需要家側双方での対策が必要であり,その対策としてマイクログリッドなど新電力供給システムの研究が行われている。本研究では,直流を主たる配電方式とするDCマイクログリッドにおいて,研究室に構築している実験用ミニモデルを拡張する方式としてリアルタイムシミュレータと電力回生機能付電源を用いる手法を提案し,本手法の特徴を明らかにするとともに拡張システムを用いた安定性解析などを行うことを目的としている。平成22年度において得られた成果として,まず研究室に構築している実験用ミニモデルの等価モデルをリアルタイムシミュレータ上に構築し,シミュレーションと実験結果との相違について検討を行った。リアルタイムシミュレータには,OPAL社のRT-LABを用いた。各住戸の負荷・分散電源の模擬は,処理速度の制約から本研究では変換器のスイッチングまでは考慮せず制御電流源で模擬した。結果,実験結果と同様の波形が得られることを確認し,リアルタイムシミュレーションによるシステム拡張の妥当性を確認した。次に,リアルタイムシミュレータと実験用ミニモデルとを接続するための電力回生機能付電源の回路設計を行った。本回路は整流器とDC/DCコンバータにより構成されており,整流器においては直流電圧一定制御を行う.DC/DCコンバータについては,制御電源の応答速度がシミュレーションの精度を高める上で非常に重要な要素であるため,デッドビート制御を適用し回路シミュレータにより動作を確認した。太陽光発電などの自然エネルギー発電は出力変動が大きいことから予備力確保など電力供給側・需要家側双方での対策が必要であり,その対策としてマイクログリッドの研究が行われている。平成23年度において得られた成果として,昨年度制御手法と回路構成の検討を行った電力回生機能付電源を作成した。制御はDSPを使用した制御装置を所属研究室で製作して用いた。本DSPは32bitの浮動小数点演算を演算速度150MHzで行うことができ,1ステップ時間が10nsと高速なPWM出力チャネルを14チャネルと変換速度80nsのA/Dインプットチャネルを16チャネル搭載しており高速な制御が可能である。制作した電力回生機能付電源に電流指令値として5Aのステップ変化を与えたところ応答時間約800μsを達成し,オーバーシュートなく指令値に追従できることを確認した。次に製作した双方向直流電源をリアルタイムシミュレータと直流マイクログリッドの実験用ミニモデルを接続し,Hardware in the Loop Simulation (HILS)による解析を行った。実験用ミニモデルの結果とリアルタイムシミュレータで模擬したHILSシステムでの結果を比較し両結果がほぼ同じであることを確認した。これにより解析手法実験用ミニモデルを拡張した場合についてオフラインによるシミュレーション結果とHILSシステムの結果を比較し,本手法による解析の妥当性を確認した。
植物プロセスを利用したナノ材料創製と環境浄化

植物プロセスを利用したナノ材料創製が試みられた。クワの葉を用いたファイトレメディエーションへの可能性を明らかにできた。特にクワの葉の異形細胞内のSrや亜鉛の細胞内区画化が調査された。このナノマテリアルを用いたファイトレメディエーションプロセスを用いて環境浄化の試みを進めた。無機成分が、動物、植物、微生物などの生物体内において、集積・沈着し、無機固体化して蓄積することは、バイオミネラリゼーションとして知られるが本研究では、植物、特にクワ科を用いたバイオミネラリゼーション挙動に注目して研究を進めた。本研究課題では、クワ科植物を用いて、クワの根からアポプラスト転流したCaイオンが細胞内に取り込まれることなく、直接的に細胞外(cell wall sac : CWS)で不溶化し、さらに蓄積する機能を利用して、種々の条件下にて、クワの葉内部に生成するCaCO_3ナノパーティクルを回収し、それら回収されたCaCO_3の構造解析を進めた。具体的に、種々の条件下にて水耕栽培により栽培し育成したクワ葉を回収した。それらを用いて、クワの葉に存在するcell wall sac内にCaイオンが蓄積し、バイオミネラリゼーション化した無機固体を分離し、さらに回収することで得た試料を用いて、構造評価を行った。クワ科を用いたバイオミネラリゼーション手法は、常温、常圧下での環境低負荷なプロセスでかつCO2固定技術でもあり、植物プロセスを利用したナノ材料創製として有効性を見出した。水耕栽培を利用してクワ葉に存在するcell wall sac内にCaが蓄積した無機固体を分離・回収し、その構造解析をX線回折(XRD)、透過型電顕(TEM)、X線光電子分光(XPS)、X線吸収微細構造(XAFS)にて進め、期間内での効率的な評価解析アプローチを確立した。(担当:中平敦)クワの水耕栽培技術の確立を目指し、実用的な観点を考慮し、これまでの土壌を利用した重金属耐性植物に関する研究と異なり、水耕栽培したクワ若木を用いる実験を進め、その確立を進めた。クワ類の水耕栽培事例は極めて少ないので、果樹などで開発された水耕培養組成を基に、発芽苗から若木になるまで水耕栽培を利用して栽培できることを確認し、試料を回収できた。(担当:杉村順夫)次いで、各種試料について、XRD、FT-IR、XAFS、ラマン分光評価を進めた。さらに構造評価を走査型電子顕微鏡(SEM)並びに透過型電子顕微鏡(TEM)にて観察した。本研究では植物プロセスを利用したナノ材料創製とその環境浄化への展開を目標とした基礎研究を行った。実用的な水耕栽培技術の確立によりクワ栽培を目指し、実用的な観点を考慮し、これまでの土壌を利用した重金属耐性植物に関する研究と異なり、水耕栽培したクワ若木を用いる実験を進め、その確立を進めた。水耕栽培を利用してクワ葉に存在するcell wall sac内にCaが蓄積した無機固体を分離・回収し、その構造解析をX線回折(XRD)、FTーIR、X線光電子分光(XPS)、X線吸収微細構造(XAFS)にて進めた。その結果、X線吸収微細構造(XAFS)解析から、カルシウム化合物の微細構造が解明できた。次いで、各種試料について、より詳細な構造評価を走査型電子顕微鏡(SEM)並びに透過型電子顕微鏡(TEM)にて観察し、知見を得ることから、ファイトレメディエーション(phytoremediation)への可能性を明らかにした。水耕栽培したクワ若木を用いる実験を進め、その確立を進めた。その結果、水耕栽培を利用してクワ葉に存在するcell wall sac内にCaが蓄積した無機固体を分離・回収し、その構造解析を試み、当初の予定通り、それらの構造評価が順調に進展しているので、おおむね順調に進展していると言える。24年度が最終年度であるため、記入しない。水耕栽培を利用してクワ科などの植物を用いて種々の結晶構造(アモルファス、結晶性)を持つCaCO3ナノ粒子を合成が順調に進んでいるので、そのナノ微細構造を解明し更に合成メカニズムを放射光施設にて解明することを計画している。これにより、植物プロセスを利用したナノ材料創製の解明が可能となると期待され、最終的には常温、常圧下での環境低負荷なプロセスでかつCO2固定技術を開発する技術となるように進める。また、加えてCa以外の金属イオンの蓄積機構へと展開する事で、有価金属(重金属、希土類元素など)の捕集を進め、本研究の総括を進める。
甲状腺ホルモンによる生殖制御におけるＧｎＩＨシステムの作用機構

28年度が最終年度であるため、記入しない。視床下部から分泌される性腺刺激ホルモン放出抑制ホルモン(GnIH)は、下垂体の生殖腺刺激ホルモン産生細胞と視床下部のGnRHニューロンに対し抑制的に働く。さらに、GnRHの分泌を促進するKissニューロンにもGnIHの神経線維が投射していることから、GnIHは生殖制御機構の上位中枢として働くと考えられる。一方、甲状腺ホルモンは発生・成長・代謝に不可欠なホルモンだが、生殖線の発達と機能の制御にも関与しており、甲状腺ホルモン機能異常は思春期発来などに影響を与えることが知られている。本研究では、視床下部-下垂体-生殖腺軸の重要な抑制因子であるGnIHの発現が甲状腺ホルモンにより直接制御される可能性について検討した。研究項目1.甲状腺ホルモンによるGnIH発現の制御機構:最初に、GnIHニューロンにおける甲状腺ホルモン受容体(TR)の発現を確認する。次に、GnIHニューロン細胞株(rHypoE-23)とマウス視床下部の培養系を用い、甲状腺ホルモンの処理によるGnIHの発現変動を調べる。甲状腺ホルモンによるGnIH発現変動に関する分子機構を明らかにするために、GnIHのプロモーターアッセイやエピジェネティクス解析、膜受容体を介したシグナル伝達系などを検討する。研究項目2.甲状腺機能異常による性成熟障害におけるGnIHニューロンの役割の解明:甲状腺機能低下(hypothyroidism, HypoT)と甲状腺機能亢進(hyperthyroidism, HyperT)による生殖機能異常が数多く報告されているが、思春期発来に及ぼす影響については相反する結果が出ており、その制御機構は明らかになっていない。研究項目2では、幼若期から青年期になるまでHypoTとHyperTを誘導させたモデルマウスを用い、異常レベルの甲状腺ホルモンが思春期発来とGnIHの発現に及ぼす影響を調べる。2015年度は、「研究項目1.甲状腺ホルモンによるGnIH発現の制御機構」の解明を目指して、GnIHニューロン細胞株(rHypoE-23)とマウスの視床下部培養系を利用した、分子・組織レベルでの研究を中心的に行った。さらに、「研究項目2.甲状腺機能異常による性成熟障害におけるGnIHニューロンの役割の解明」に必要な甲状腺機能低下・甲状腺機能亢進のモデルマウスを作製するための予備実験を行った。研究は順調に進んでおり、以下の結果が得られた。3.Inhibitory mechanism of GnIH expression by thyroid hormone:GnIHのプロモーターアッセイを行った結果、GnIHのプロモーター領域に存在するTR結合配列(TRE)は、甲状腺ホルモンより発現が増加する“positive TRE"ではないことが分かった。また、甲状腺ホルモンはGnIHニューロンにおいて、cAMP、Ca2+、ERKなどの膜受容体を介したシグナル伝達系を変化させないことが分かった。現在までの研究成果により、GnIHニューロンには甲状腺ホルモン受容体が存在することと、甲状腺ホルモンはGnIH遺伝子発現を減少させることが分かった。今後は、甲状腺ホルモンによるGnIH発現抑制の分子機構を明らかにするために、甲状腺ホルモンがGnIHプロモーター領域のヒストン修飾(アセチル化/リン酸化/メチル化など)を変化させる可能性を調べるエピジェネティクス解析を行う予定である。甲状腺機能低下(hypothyroidism, HypoT)と甲状腺機能亢進(hyperthyroidism, HyperT)状態を誘導させた雌マウスを用いて、体重測定、思春期徴候(膣開口日)と性周期の観察を行い、異常レベルの甲状腺ホルモンが思春期発来に及ぼす影響を明らかにする。さらに、HypoTとHyperTマウスにおいて、生殖を制御する視床下部ホルモン(GnIH, GnRH, Kiss)や下垂体ホルモン(LH, FSH)、性ステロイドホルモン(エストロゲン)の発現変動を調べることにより、「視床下部-下垂体-性腺軸」の生殖制御に関する甲状腺ホルモンの作用機構を明らかにする。
パラジウム触媒を用いた多置換トリアゾールの新規合成法の開発

遷移金属触媒を用いた炭素-ハロゲン結合のアルキンへの付加反応は,炭素-炭素結合と炭素-ハロゲン結合を一挙に構築することができるため,有機合成において非常に有用な反応である。これまでパラジウム触媒による炭素-炭素結合生成反応の開発を行ってきた。その研究過程で,シリル置換クロロアルキンの末端アルキンへの付加反応を見いだした。本反応は位置および立体選択的に進行し、対応する塩化アルケニルを収率良く得ることができる。パラジウム/ホスフィン触媒存在下、フェニルアセチレンと4倍モル量のクロロエチニルトリエチルシランの混合物をデカリン溶媒中130°Cで6時間加熱した。常法通りの後処理と精製を行うと、対応する付加体が収率よく得られた。本クロロアルキニル化反応は,以下のような機構で進行すると考えている。活性種である塩化パラジウムの塩素-パラジウム結合に末端アルキンが挿入し,対応する塩化アルケニルパラジウム種が生じる。この中間体に対してシリル置換クロロアルキンの挿入,続くβ-クロロ脱離が起こり,生成物を与える。本反応はクロロアルキンの添加量が非常に重要である。クロロアルキンの量を増やすと,収率も向上することが分かった。反応終了後,原料の末端アルキンは消費され,末端アルキンのトリマーの生成が確認できる。このことは,クロロアルキンの挿入反応が末端アルキンの挿入と競合するためであると考えている。また、生成物の塩化アルケニルは、鈴木・宮浦カップリングや薗頭反応によって更なる変換が可能である。以前当研究室では、パラジウム触媒によるホモアリルアルコールのレトロアリル化を利用したハロゲン化アリールのアリル化反応を報告した。今回私は、この反応を利用することで、従来法では合成が困難とされている多置換アルケンを位置および立体特異的に合成できることを見いだした。パラジウム触媒と炭酸セシウム存在下、o-クロロトルエンと第三級ホモアリルアルコールの混合物をトルエン溶媒中加熱還流した。常法通りの後処理と精製を行うと、プレニル化された生成物が収率よく得られた。第三級ホモアリルアルコールより生じたパラジウムアルコキシドのレトロアリル化がおこり、アリールプレニルパラジウムが生じる。ここから還元的脱離が速やかに進行し、生成物を与えると考えている。本反応では、他の位置異性体は全く生じない。よって、本反応は、ハロゲン化アリールを選択的にプレニル化することができ、有機合成上有用である。また、私は、この反応を利用することで、従来法では合成が容易ではないメチレンシクロブタンを簡便に合成できることを見いだした。パラジウム触媒と塩基存在下、2-ブロモナフタレンとアリル位をトリメチレン基で置換した第三級ホモアリルアルコールの混合物をトルエン溶媒中加熱還流すると、対応するメチレンシクロブタンが収率よく得られた。アリル位をトリメチレン基で置換した第三級ホモアリルアルコールより生じたパラジウムアルコキシドのレトロアリル化がおこり、アリール(2-シクロブチリデンプロピル)パラジウムが生じる。ここから還元的脱離が速やかに進行し、生成物を与えたと考えている。トリアゾール骨格は生理活性物質中によく見られ、有機化学において大変重要な複素環である。よって、位置選択的にトリアゾール骨格を構築することができれば有用である。その研究過程で、パラジウム触媒による塩化アリールを用いた1,4-二置換-1,2,3-トリアゾールの直接アリール化反応を開発し、すでに国際学術誌において発表している。研究課題であるパラジウム触媒による多置換トリアゾールの新規合成法の開発を遂行する過程で、出発原料である1,4-二置換-1,2,3-トリアゾールの高効率的な合成法に興味を持った。本研究課題を遂行するために、様々な配位子を合成し、カロリメーターを用いて、その触媒活性を評価した。その結果、トリス(ターシャリーブチルトリアゾリルメチル)アミン(TTTA)が本反応に最も効率の良い配位子であることが分かった。さらに、配位子の溶媒への溶解性が高いほど、触媒活性が向上することが明らかになった。次に、最も効率の良かったTTTAの簡便な合成方法についても検討した。TTTAの原料となるターシャリーブチルアジドは、従来その爆発性のため取り扱い困難であった。そこで、その化合物を単離することなくワンポットでトリプロパルギルアミンとの反応を行うことで、安全でかつ高収率で目的とするTTTAを得ることができた。本研究は、有機化学上有用であるだけでなく、今後、生物学の分野への応用も期待される。さらに、この配位子が、1,3-双極子環化付加反応以外の一価銅活性種による反応に利用されることも期待することができる。

常法通りの後処理と精製を行うと、対応する付加体が収率よく得られた。本クロロアルキニル化反応は,以下のような機構で進行すると考えている。活性種である塩化パラジウムの塩素-パラジウム結合に末端アルキンが挿入し,対応する塩化アルケニルパラジウム種が生じる。この中間体に対してシリル置換クロロアルキンの挿入,続くβ-クロロ脱離が起こり,生成物を与える。本反応はクロロアルキンの添加量が非常に重要である。クロロアルキンの量を増やすと,収率も向上することが分かった。反応終了後,原料の末端アルキンは消費され,末端アルキンのトリマーの生成が確認できる。このことは,クロロアルキンの挿入反応が末端アルキンの挿入と競合するためであると考えている。また、生成物の塩化アルケニルは、鈴木・宮浦カップリングや薗頭反応によって更なる変換が可能である。
化学的手法による遷移金属-希土類合金ナノマグネットの開発

小型通信機器などの高周波デバイスの低消費電力化・ブロードバンド化を磁性体を用いて実現するには、GHz帯域における透磁率が10100程度必要とされ、10nm以下の均一粒径ナノマグネットを高充填率で誘電体中に均一分散させることが不可欠となる。これら技術的要件を満たす滋性材料として3d遷移金属およびその希土類系合金材料は高飽和磁化および高磁気異方性を有することから非常に魅力的な材料として期待される。これまで3d遷移金属あるいは希土類金属それぞれのナノ粒子化を実現してきた。本年度、それら合金化を行ったものの、合金組成のばらつきが大きいなど所望の3d遷移金属-希土類合金ナノマグネットを得るまでには新たに解決すべき技術課題が見つかった。また、合金化後の酸化抑制技術のひとつとして、コア粒子の周囲をシリカなど非磁性シェルで覆ったコアーシェル型ナノ粒子の合成技術を構築した。原材料の希薄濃度および長時間合成により、7.5nmコア粒径を有するマグネタイトナノ粒子の周囲に3.0nm、8.0nm、12.0nmまで均一にシェル層厚を変化させたコアーシェル型ハイブリッドナノクラスターの合成に成功した。また、コア粒径によってシェル層の成長様式が大きく異なり、特に、5nm程度の小さい粒径ではその表面におけるシリカの成長が不均一であこことが分かった。これより、コア粒径毎に最適な合成条件が存在することを新たに見出した。これら技術的要件を満たす磁性材料として3d遷移金属およびその希土類系合金材料は高飽和磁化および高磁気異方性を有することから非常に魅力的な材料として期待される。本申請研究では、Feを中心とした3d遷移金属およびその希土類系合金ナノマグネットの合成技術の確立を最終目的とし、本年度は、1.Tb原材料からのTb原子還元手法の確立および2.作製したTb酸化物ナノ粒子の構造・物性評価技術の構築を目的とした。Tb原子の還元に関しては、塩化TbおよびTbアセチルアセトネートの還元析出型の原材料に着目し、Li元素を含み強還元力を有するスーパーハイドライドを用いた還元法を用いて反応温度を290°C330°Cまで系統的に変化させてTb原子の還元を行った。その結果、高反応温度では反応溶液はゲル状となりナノマグネットを得ることができなかったものの、低反応温度領域(290°C310°C)では、粒径が1.5nm4nm程度のナノマグネットを得ることに成功した。また、X線回折およびエネルギー分散型X線分光解析の結果から、Tb酸化物に起因すると考えられる回折ピークやTb元素に起因する信号が観測された。以上の結果から、スーパーハイドライド法を用いて反応温度を制御することによって原材料からTb原子を還元することに成功し、Tb酸化物ナノマグネットの合成に成功した。一方、Tb重量の定量評価を行うためのTb重量校正用薄膜を超高真空スパッタ法を用いて作製した。これにより、11μg55μgまでのナノマグネット重量を元素選択性に優れた蛍光X線分析を用いて定量評価することが可能となる。本申請研究では、Feを中心とした3d遷移金属およびその希土類系合金ナノマグネットの合成技術の確立を最終目的とし、本年度は、3d遷移金属のFeに着目し、これまで構築してきた粒径10nm以下の合成技術に独自の改良を加え大量合成技術の構築を目的とした。これまで構築してきたFeナノマグネットのバッチ方式化学合成では、数十ミリリットルの溶媒中に数ミリリットルのFeナノマグネット原材料を投入して加熱することにより得ることができる。しかしながら、本手法を用いて得られるFeナノマグネットの量は収率を考慮すると高々10-20ミリグラム程度であり、同バッチで合成したナノマグネットを用いてX線回折をはじめ磁気物性など各種構造評価・磁気特性評価を行うには十分な収量とは言えないのが現状であった。これに対し、反応昇温時のフラスコ内の温度の均一性を維持しつつ、フラスコ容量ならびにFeナノマグネット原材料投入量、溶媒投入量を順次スケールアップすることで最終的に一バッチの合成によって2グラム程度のFeナノマグネットを得ることに成功した。このときの平均粒径は9nm、粒径分散(粒径ばらつき)は5%程度、飽和磁化は150emu/gと従来の少量合成法と比べても同程度の構造および磁気特性を有するナノマグネットの大量合成に成功した。

これら技術的要件を満たす滋性材料として3d遷移金属およびその希土類系合金材料は高飽和磁化および高磁気異方性を有することから非常に魅力的な材料として期待される。これまで3d遷移金属あるいは希土類金属それぞれのナノ粒子化を実現してきた。本年度、それら合金化を行ったものの、合金組成のばらつきが大きいなど所望の3d遷移金属-希土類合金ナノマグネットを得るまでには新たに解決すべき技術課題が見つかった。また、合金化後の酸化抑制技術のひとつとして、コア粒子の周囲をシリカなど非磁性シェルで覆ったコアーシェル型ナノ粒子の合成技術を構築した。原材料の希薄濃度および長時間合成により、7.5nmコア粒径を有するマグネタイトナノ粒子の周囲に3.0nm、8.0nm、12.0nmまで均一にシェル層厚を変化させたコアーシェル型ハイブリッドナノクラスターの合成に成功した。また、コア粒径によってシェル層の成長様式が大きく異なり、特に、5nm程度の小さい粒径ではその表面におけるシリカの成長が不均一であこことが分かった。これより、コア粒径毎に最適な合成条件が存在することを新たに見出した。
植物オルガネラの統合的フェノーム解析技術の研究

これまでに引き続き、デスクトップ型明視野・蛍光顕微鏡、蛍光顕微鏡、共焦点レーザー顕微鏡など複数の撮像系を用いて、各種オルガネラ・細胞骨格の画像データを収集した。材料には主としてタバコ培養細胞BY-2ならびにその形質転換体を用いた。さらに、シロイヌナズナの子葉表皮に存在する孔辺細胞を対象として、細胞膜および葉緑体についても本年度は収集対象に加えた。このうち葉緑体については突出したチューブ構造であるストロミュールについて、開発している画像処理ソフトウェアの教師付き学習モデルに基くパターン認識機能が自動的かつ効率的なフェノタイピングに有効であることを確認できた。これによりストロミュールの出現頻度の推移や、出現を増減させる培養条件の探索を幅広い範囲で実施できた。また、昨年度に引き続き、細胞の蛍光像から得られた細胞内構造の時空間分布を学習用データならびに検証用データとして、表層微小管の動態をシミュレートするソフトウェアを開発し、細胞分裂後の表層微小管再形成過程について、顕微鏡下に観察される実際のようすを再現できるか検討する数値実験を続行した。そのために、従来の細胞学的アプローチで活用されてきた細胞骨格系に関する定量的パラメタ(密度、平均長、配向角度の頻度分布など)を、計算機により模擬している仮想的な"細胞"からも測定するための実装を行った。また、実際の細胞と、仮想的な"細胞"との比較をフィードバックしてシミュレーション条件を再調整する手続きを追加した。なお、本研究で開発を行なっている画像解析システムの基礎となっているソフトウェア群については今後も画像解析関連企業等との協力下に改良を続け、アップデートと無償での提供を続けていけるよう体制を整備した。デスクトップ型明視野・蛍光顕微鏡、蛍光顕微鏡、共焦点レーザー顕微鏡など複数の撮像系を用いて、各種オルガネラ・細胞骨格などの細胞内構造の蛍光像を収集した。また、公開されているオルガネラ・フェノーム研究から得られた画像群についての収集を実施した。共同研究の形で国内の複数の研究機関から細胞の蛍光像(細胞核、細胞膜、色素体)についても別途入手可能となった。また、蛍光ビーズを用いて各種撮像装置の光学的特性を点像分布関数(Point-spread function)の形式で実測した。これらは次年度以降の撮像系固有の光学特性を補正しつつ細胞内の各種形態パラメタを顕微鏡の違いに対して堅牢に取得するソフトウェアの開発に必須な情報である。最後に、細胞の蛍光像を被写体(オルガネラや細胞骨格)の画像上の蛍光パターンとして捉え、ドット状・粒状パターン、膜系パターン、内腔パターン、繊維パターンへのパターン分類を自動的に行う人工知能ソフトウェアの開発を行った。手法としては各画像をグレイスケールかつ32 bit/pixel幅という充分な量子化指数をもつ画像であるとみなし、当画像からテクスチャ特徴と輝度特徴および形状特徴を組み合わせた研究担当者独自に考案した特徴セットを取得、これを集団学習アルゴリズムの一つでハイパーパラメタ探索が不要かつ高速で精度の高いことが評価されつつあるRandom Forests系の学習アルゴリズムの一つである、Extremely Randomized Trees法を用いることで高いパフォーマンスを発揮できた。初年度の研究計画の内、画像解析戦略の構築のための画像収集は充分な枚数と多様性をもって確保できた。また、例え同じスライドガラスを観察したとしても、顕微鏡や撮影時条件設定の違いなどに起因して生じてしまう画像特性の違いについて、点像分布関数の実測によるアプローチを開始した。さらに、蛍光の空間パターンの違いに着目して得られた顕微鏡画像をオルガネラや細胞骨格など種別に自動的にカテゴライズするソフトウェアの開発を行うことができた。引き続きデスクトップ型明視野・蛍光顕微鏡、蛍光顕微鏡、共焦点レーザー顕微鏡など複数の撮像系を用いて、各種オルガネラ・細胞骨格などの像を収集した。また、公開されているオルガネラ・フェノーム研究から得られた蛍光像についてに収集を続行した。さらに、共同研究の形で国内の複数の研究機関から細胞の蛍光像(シロイヌナズナ根端細胞の核ならびに細胞膜や色素体)、BY-2細胞の多波長励起顕微鏡による高解像度低侵襲な微小管構造についても本年度入手し、対応を進めている。また、蛍光ビーズを用いた各種撮像装置の光学的特性の点像分布関数(point spread function)を実測した。得られた複数の点像分布関数から、解像度劣化を最小とする合成アルゴリズムを検討中である。最後に、細胞の蛍光像から得られた細胞内構造の時空間分布を学習データならびにバリデーションデータとして、細胞構造の動態をシミュレートする枠組みについて検討中である。具体的には細胞内骨格系につき、観察の容易なBY-2細胞を用い、高解像度高時間分解能低侵襲での経時的観察が可能な撮影系を動員し、細胞質分裂直後に特異的な細胞内構造の再配置課程を対象に観察ならびに数値実験を実施しつつある。これまでに収集・撮影した顕微鏡画像の種別(モダリティ)に加え、本年度はさらに高精細かつ先進的な顕微鏡画像像についても入手することができた。また、蛍光の空間パターンの違いに着目して行う顕微鏡画像の種別(オルガネラ像、膜系像、細胞骨格像等)への自動分類についても、従来の既存の特徴量セットだけでなく深層学習技術の動員により、よし高い信頼性を持って予測可能となった。