hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
音声入力による公文書作成支援装置の開発

その結果,10文章を事前に発声してもらうことにより,話者適応を導入する前に比べ約20%認識率が向上した.また,我々の提案した方法の方が事前に発声を必要とする文章数も少なくてよいことがわかった.さらに,コンテキスト非依存逐次状態分割法を一般化し,離散分布や準連続分布,連続分布にも適用できることを示した.剖見所見書等の日本語文書では,文節が処理の単位となる.従来は,文節の構造をオートマトンで表してきたが,オートマトンの作成には専門家が長時間従事する必要があった.我々はコンテキスト非依存逐次状態法が離散分布にも適用できることに注目し,文節オートマトンを自動的に作成する方法を提案した.日経新聞5年分から,高頻度の実質語500語,機能語200語から成る文章を25万文抜きだし,それを文節に分割した後,5万文を用いて文節モデルを作成し,他の20万文に適用してその有効性を調査した.その結果,提案した方法が従来の方法に比べて極めて有効なことがわかった.現在,さらに語彙数を増やす努力を続けている.解剖所見書150文書(各文書平均3千字)を対象に,読み上げた音声を収録中である.本年度は,全員で音声入力による公文書作成支援装置の開発を行った.まず,小数の公式文書のサンプルを集め,公式文書の構造を言語モデルとして表すために,ECGI法によってオートマトンを構築した.しかし,文書数が少ないため,実際に利用される可能性のある単語が出現していない場合が多々あった.たとえば,「左」はサンプル文書中にあるが,当然予想される「右」がサンプル文書中になかったため,構築したオートマトン中にはあらわれず,実際の利用局面で問題になることが予想された.そこで,構築したオートマトンを修正する必要性が生じた.そこで,出現が予想される単語への対応を強化するために,オートマトンの状態同士の距離を定義し,それに基づいて注目した単語と類似の使い方がされている単語を発見し,その単語を新たにオートマトンに追加して一般化する方法を開発した.認識システムの音素認識部には,二矢田が開発したモデル音声法を用いた.以上の方法を組み合わせて公文書作成支援装置を作成した.装置は,ほぼ実時間で音声を認識することができるが,認識精度は十分なものとは言えず,今後も改善を続ける.
正常・異常造血におけるDNAメチル化制御分子を介した未分化性維持の新規分子機構

本研究では、近年、重要な機能的役割が次々と明らかにされているエピジェネティックな遺伝子の制御機構において、いまだ未解明な点が多い一つのDNAメチル化制御分子に注目し、正常・異常造血における未分化性維持の分子機構の解析を行った。その結果、特に、新たに条件的遺伝子欠損や誘導型遺伝子発現を組み合わせるなどした白血病発症マウスモデルを構築し、分子生物学的解析を行ってみたところ、従来明らかになっていなかった研究対象分子の、異常造血と強く関連する興味深い性状が浮かび上がってきた。現在、この性状に関する、詳細な解析を進めている。平成27年度は、既に樹立していた申請者の注目するDNAメチル化制御遺伝子のflox/floxマウスを、条件的遺伝子欠損を可能にする誘導型Cre発現マウスとの交配を進め、得られた条件的遺伝子欠損マウスを用いて、実際に遺伝子欠損を誘導し、造血能の評価を行った。まず、遺伝子欠損誘導後一ヶ月で遺伝子欠損が生じていることを、造血系の細胞から抽出したDNAで確認し、抽出RNAを用いて発現が消失していることも確認した。また、骨髄細胞を採取し、造血幹・前駆細胞における表現型を多角的に解析し、造血幹細胞の骨髄移植実験も行って、検討を進めた。その結果、幾つかの分化系統における影響や、自己複製能と関連する表現型が認められ、現在、二次的な骨髄移植実験等の詳細な解析を進めている。一方、異常造血に関しても、上記条件的遺伝子欠損マウスを、誘導的白血病発症マウスと交配させた、新たなマウスモデルを作成した。実際に、白血病発症を誘導する際における、遺伝子欠損の影響を検討したところ、大部分のマウスにおいて、興味深い表現型の変化が出現した。一部、変化の乏しいマウスもいるため、現在、対象マウスの数を増やして、検討を進めている。また、このマウスモデルを用いた実験と平行して、骨髄細胞を採取し、レトロウイルスによる遺伝子導入を用いて白血病発症を誘導する前後における、遺伝子欠損の影響に関しても、in vitroのコロニーアッセイによる不死化実験で検討し、現時点では、マウスモデルの結果と矛盾しないデータを得ている。平成27年度は、当初の計画通り、各種モデルマウスの構築、実際にマウスを用いた実験など、ほぼ順調に進行し、予定された解析も行えていることから、研究実施計画に照らし合わせ、おおむね順調に進展していると考えられる。平成28年度は、申請者の注目するDNAメチル化制御遺伝子のflox/floxマウスと(白血病関連遺伝子の発現による)誘導的白血病発症マウスを交配し、さらに誘導型Cre発現マウスと交配して得られた、DNAメチル化制御遺伝子の欠損と白血病関連遺伝子の発現を同時に誘導可能なマウスモデルを作製して、異常造血における詳細な解析を進めた。解析に先立ち、関連する既報の結果等を踏まえ、基礎的な検討として、実験系の妥当性に関して、遺伝子発現レベル等を含めた分子生物学的解析を行い、妥当性を確認した。そして、個体レベルにおける解析を進めていくと、申請者の注目するDNAメチル化制御遺伝子が、(flox/+のbackgroundにおいて)片アレルのみ欠損する状況にすると、白血病の発症が早くなる傾向がある一方、両アレルの欠損ではそのような傾向は失われていた。ただし、ほぼ全身性でのDNAメチル化制御遺伝子の欠損や白血病関連遺伝子の発現を誘導していることとの関連性が疑われる表現型が関与している可能性が考えられたため、血球系に特異的に、遺伝子の欠損や遺伝子発現を制御可能な系を新たに構築し、厳密な解析を現在進めている。また、このマウスモデルにおいて、骨髄細胞から造血系細胞を採取し、DNAメチル化制御遺伝子の欠損や白血病関連遺伝子の発現のタイミングと細胞培養系における表現型との関連性も詳細に解析し、幾つか興味深い結果が得られた。今後、そのような表現型の変化をもたらす分子生物学的な機序についても詳細に検討していく予定である。一方、異常造血と関連した正常造血に関する解析では、造血幹細胞の機能に注目した幾つかの解析を行ったが、現時点でははっきりとした結果は得られなかった。今後得られる予定の異常造血の系の知見を踏まえて、別の角度から必要な検討をする予定である。平成28年度は、ほぼ当初の計画通り、各種モデルマウスにおける詳細な解析を進行させられていることから、研究実施計画に照らし合わせ、おおむね順調に進展していると考えられる。平成29年度は、以前作製し、報告した白血病関連遺伝子を条件的に発現可能なマウス、本研究の対象であるDNAメチル化制御遺伝子のflox/floxマウス、誘導型Cre発現マウスの三者の遺伝子を受け継ぐ白血病発症モデルマウスにおける白血病発症における詳細な分子生物学的解析を進めた。昨年度までに進めておいた全身におけるCre発現誘導における種々の解析の結果から、特異的に血球系細胞におけるCre発現誘導の必要性が示唆されていたため、様々な条件下で、上記モデルマウス由来の造血細胞を、別のマウスに骨髄移植して骨髄キメラマウスを作製して、白血病発症能及びその分子生物学的性状の解析を行ってみた。すると、前年度までの実験では、今ひとつはっきりとしなかったDNAメチル化制御遺伝子欠損に伴う、白血病発症における表現型の変化が明確になり、従来の研究成果のみでは説明できない興味深い知見が得られてきた。その効果は、片アレルの欠損のみでも生じるため、臨床的な白血病における知見とも合致しており、実際のヒトにおける白血病発症の研究に有用な実験マウスモデルとなり得ると考えられた。こうした結果を踏まえ、得られた白血病発症マウス

由来の腫瘍細胞を用いた、網羅的遺伝子発現解析を行ったところ、従来想定されていなかった白血病関連遺伝子の発現に影響が見られたり、他のエピジェネティックな機能を有する分子との関連性が示唆されうるようなデータも得られてきた。現在、その再現性を確認するとともに、Cre発現誘導後の時間経過や血球系の分化段階と関連した、時間空間的な観点から、精密な解析を進めると同時に、白血病発症における、DNAメチル化制御遺伝子の果たしている正確な役割の解析に取り組んでいる。本研究では、近年、重要な機能的役割が次々と明らかにされているエピジェネティックな遺伝子の制御機構において、いまだ未解明な点が多い一つのDNAメチル化制御分子に注目し、正常・異常造血における未分化性維持の分子機構の解析を行った。その結果、特に、新たに条件的遺伝子欠損や誘導型遺伝子発現を組み合わせるなどした白血病発症マウスモデルを構築し、分子生物学的解析を行ってみたところ、従来明らかになっていなかった研究対象分子の、異常造血と強く関連する興味深い性状が浮かび上がってきた。現在、この性状に関する、詳細な解析を進めている。引き続き、当初の平成28年度研究実施計画にあるように、樹立した各種モデルマウスを用いて、個体レベルにおける正常、および異常造血に対するDNAメチル化制御分子の果たす役割の解析を詳細に進めていく。引き続き、当初の平成29年度研究実地計画にあるように、各種モデルマウスを用いて個体レベルで得られる知見に基づいて、分子生物学的機序に関して、異常造血におけるDNAメチル化制御分子の果たす役割の解析を詳細に進めていく。血液内科学平成28年度に、可能であれば受託にて行う予定であった、網羅的遺伝子解析が、より厳密な実験系の結果を踏まえた方が合理的であると考えられたため。今年度、より厳密な実験系の結果を踏まえて、サンプル調製を行い、網羅的遺伝子解析の受託解析に使用する予定である。
色覚シミュレーションと配色最適化に基づく色覚バリアフリー画像の自動生成

色覚異常(色弱、2色覚)は網膜に存在する3つの錐体と呼ばれるカラーセンサーのうち1つが欠損しており、欠損している錐体によりP型、D型、T型に分類される。一般色覚の知覚する色が3次元空間内のベクトルとして記述されるのに対し、色弱者の知覚色は2次元平面上のベクトルとして記述され、その情報量が大きく異なる。本研究では、まず色覚異常者の色の見えを表すモデルとしてBrettel-Mollonらの手法を採用し、色覚正常者と比較して著しく色の弁別が低い配色(混同しやすい配色)を検出する手法を提案した。具体的には入力画像中で用いられている色をクラスター化することで、対象色数を削減するとともに、それらの全ての色の組み合わせについて、色覚正常者と色覚異常者に対する色差を求め、それらを比較することで混同しやすい配色を検出した。さらに、検出された配色に対し、色覚正常者と色覚異常者の双方に区別しやすい配色となるように変更するアルゴリズムを提案した。提案手法をハザードマップ等に適用し、実際に色覚異常者に変更前後の区別のしやすさを判断する実験を行った結果、本手法の有効性を確認した。本研究では画像中から色覚異常者にとって混同しやすい配色を検出し、さらにそれらを色覚正常者・異常者のいずれに対しても識別しやすい色に変換する手法を考案した。先ず、原画像で用いられている色を抽出し、これらの色の組み合わせについて色覚正常者及び異常者が知覚する色差を求め、これらの比を用いて混同しやすい配色を検出する。次に、検出された配色を色覚異常者にとって区別しやすくなるように、なるべく元の色を保存しつつ変更する。このとき、配色の混同しやすさを表す混同度と、色の変更量を表す変更度との和として評価関数を定義し、最急降下法、あるいはランダムサーチによる最適化により色の変更を行った。こうした手法をGUIを用いたソフトウエアシステムとして構築した。石原総合色盲検査表に対し、提案法を適用したところ、色覚異常者にとっても色覚正常者と同様に識別可能となる配色が得られた。色覚異常者1名(Deuteranope)を被験者とし、石原総合検査表や防災マップ等の画像を用いて評価実験を行った結果、提案法により混同しやすい配色が改善され、原画像では区別できなかった配色が区別できるようになることが確認できた。なお、色数に依存するものの右図(350×350pixel、16色)に対しては35秒程度で変換が可能である。提案法は身近な防災マップや地下鉄路線図、細胞画像等の様々な分野へ容易に応用することができ、色覚バリアフリー社会の発展に貢献できるものと考える。
骨形成強化型バイオアクティブTi-Mg系インプラント合金の開発

骨形成初期に必要不可欠なMgをトリガーとし、生体組織を積極的に刺激して骨形成を誘導できるTi-Mg系インプラント合金の開発を目指し、Mg蒸気をTiに拡散させる気固反応を利用した合金化を考案したが、MgをTiに拡散させたTi-Mgの固溶体を得ることができなかった。同時並行で研究を進めてきたアルカリ加熱処理を応用したMgイオン修飾の表面改質では、Ti表面にMgを化合物として容易に固定することに成功した。Mgイオン修飾した板状及び円柱状のチタン試料をラットの皮下及び大腿骨に埋入し、動物実験した結果、皮下埋入では純Tiに比べ繊維組織が薄く、骨に埋入したインプラントでは骨接触率の向上が確認できた。本研究課題では、骨形成初期に必要不可欠と考えられるMgをトリガーとして生体組織を刺激し、環境に応じた骨形成の誘導を促すことができるインプラントに最適なバイオレスポンス型Ti-Mg合金の開発および応用を試みることである。平成25年度は、基材であるTi-Mg固溶体相を気固反応により作製することを目的とした。気固反応の温度(8501100°C)によりMgの蒸気圧を制御し、Mg蒸気によるTi-Mg固溶相のTi表層への形成を試みた。Ti箔で包んだMgとTiを石英管に真空封入したところ、溶融Mgと石英管が接触し、亀裂等の発生によりTi-Mg固溶体をうまく形成することができなかった。そこで、内径8mmの石英管に入る大きさで溶融Mgがこぼれ出ない気固反応用Ti製坩堝を作製中である。同時に、細胞培養実験を遂行し、Mgイオンが骨形成および骨吸収マーカーに及ぼす効果を調べた。Mgイオン濃度を0、10、100、1000ppmに制御した細胞培養液中で細胞培養を行ったところ、5日間の培養において、1000ppmのMgイオンの存在で、ALP活性値がコントロールの比べ有意に増加し、Mgイオンの細胞活性の再現性が確認された。本研究課題は、骨形成初期に必要不可欠なマグネシウムをトリガーとして生体組織を刺激し、長期の生体環境に応じた骨形成の誘導を促すインプラントに最適なバイオレスポンス型Ti-Mg合金の開発とその応用を試みることである。昨年度は、基材であるTi-Mg固溶体相を気固反応により作製することを目的とした。気固反応の温度(8501100°C)により、マグネシウムの蒸気圧を制御し、チタン表面からマグネシウム蒸気を拡散させてTi-Mg固溶相の形成を試みたが、チタン箔で包んだマグネシウムが融解することで石英管に接触し、石英管に亀裂等が発生してチタン表面に十分にマグネシウムの拡散が生じなかった。本年度は、内径8mmの石英管にくびれを付け、基材となるチタン板の試料室とマグネシウム蒸気発生室の2室に加工し、チタン箔で包んだ溶融マグネシウムがこぼれ出ないように設計した。また、気固反応を行う加熱装置として、高真空排気装置を装着した高真空電気炉を専用加熱装置として作製した。一旦、電気炉内を真空(1×10-2Pa以下)にし、石英管内のマグネシウム蒸気圧と同等になるように高真空電気炉内のアルゴンガス分圧を減圧弁で制御し、石英管が破損した場合でもマグネシウム蒸気が大気中に拡散しない安全装置も作製した。本年度は、実験室の移設等があり、実験装置を稼動できない期間があったため、試料作製のための機材の作製を中心に行い、次年度の実験遂行を加速できるよう準備した。本研究課題では、骨形成初期に必要不可欠と考えられるMgをトリガーとして生体組織を刺激し、環境変化に応じた骨形成誘導を促すことができるインプラントに最適なバイオアクティブなTi-Mg合金の開発および応用を試みることである。昨年度も、基材であるTi-Mg固溶体相を気固反応により作製することを目的とし、通常の融解では得られないTi-Mg固溶体の作製を試みたが、溶融Mgと真空封入用の石英ガラス管が接触により反応し、封入ガラス容器に亀裂が入る問題生じ、十分な基材を得ることができなかった。そこで、気固反応の温度(8501100°C)によりMgの蒸気圧を制御し、Mg蒸気をTi表層へ拡散させることでTi-Mg固溶体の形成を可能にできるガラス管を試作し、Ti-Mg固溶相の作製を試みた。Mg蒸気がほぼ1atmの蒸気圧となる1100°CでMgとTi板を02時間の加熱保持を行った結果、冷却後のTi板表面に不均一なMg蒸着が確認できた。しかしながら、この加熱保持時間内では、Ti板表層あるいは内部に至るMgの拡散層を確認することはできなかった。同時並行で研究を進めていたイオン修飾法を用いたチタン表面へのMgの固定に成功し、水溶液を用いたチタン表面のMgイオン修飾法を新たな知見として本研究課題で見出した。60°Cの低温で均一な表面修飾が可能であり、複雑な形状のインプラントにも応用できると判断した。そこで、年度末に、Mgイオン修飾によるTiインプラントを試作し、Mgの骨誘導能の確認をするため、ラット頚骨内に埋入を試みた。結果はまだ得られていないが、Mgイオン修飾法の特許申請を準備中である。初年度に行った細胞培養実験において、1000ppmのMgイオンの存在下で、ALP活性値がコントロールの比べ有意に増加し、Mgイオンの細胞活性の再現性が既に確認されている。

Mg蒸気の雰囲気中で気固反応を利用してTi-Mg固溶体をTi表面に生成する過程において、加熱中の溶融Mgが周囲を覆っていたTi箔から流れ出し、圧力調整用の石英管と接触して亀裂および破壊が生じ、十分にMgの蒸気圧を得ることができなかった。その対策に多くの時間をとられたため、継続的に計画に遅れが生じていた。気固反応によるTi-Mg固溶体の作製が、短時間加熱では難しいことが最近ようやく明らかになったため、実験計画を長時間加熱保持や加圧処理の方向に転換しなければならない状況に至ったことも研究の遅れを加速したが、同時並行で進めてきたイオン修飾によるTi表面へのMgの固定に成功し、研究の遅れを大きく挽回した。特にMgイオン修飾では、チタン表面の改質のため、基本的な機械的性質に大きな変化がなく、機械的性質の最適化を省略することができ、試料作製も容易であることから、進行の遅れを十分に補うことが可能である。申請者らは、生体内で適量のMgイオンを徐放し、生体組織を積極的に刺激することで骨形成の誘導を促すTi-Mg合金の開発を目指し、Mg蒸気を利用した気固反応によるTi表面へのMg固溶法を開発したが、種々の条件の試行においても、MgとTiの固溶相を実現できなかった。そこで、アルカリ加熱処理を応用したMgイオン修飾によるTi表面へのMg固定を試みた。アルカリ処理の前後及び大気焼成後にMgイオン修飾を行い、イオン修飾をどの過程で行うのが最良なのかを調べた結果、Ti板を60°Cの5M NaOH水溶液に24時間浸漬後、60°Cの4M MgCl2水溶液に浸漬し、その後大気焼成すると1.7at%以上のMgがチタン表面に固定されことが分かった。そこで、60°Cの0.014M MgCl2水溶液に1分24時間の浸漬を行い、Ti表面へのMg分布量を求めた。EDSを用いた表面分析によると、Ti表面におけるMgの分布は、0.01M以上のMgCl2水溶液であれば1分以上浸漬することで、ほぼ一定の1.72.3at%のMgがTi表面に分布することがわかった。アルカリ加熱処理で形成される多孔質構造は、Mgイオン修飾でも維持され、アルカリ処理で生じたNaHTiO3のNaとMgイオンが置換し、焼成後に一部MgTiO3なる形で分布していることが予想される。Mgイオン修飾の効果を明らかにするため、4M MgCl2水溶液に24時間浸漬したTiインプラント(φ1.5mm×3mm)をラット脛骨に埋入して2週後の骨とインプランとの接触率を調べた結果、純TiよりもMgイオン修飾した方が有意に接触率が大きかった。また、骨芽細胞を用いたMgイオンの安全性試験においても、純Tiと有意差は見られなかったことより、Mgイオン修飾によるアルカリ加熱処理は、骨形成誘導を示す安全性の高い新たな表面改質方法であることが示唆された。骨形成初期に必要不可欠なMgをトリガーとし、生体組織を積極的に刺激して骨形成を誘導できるTi-Mg系インプラント合金の開発を目指し、Mg蒸気をTiに拡散させる気固反応を利用した合金化を考案したが、MgをTiに拡散させたTi-Mgの固溶体を得ることができなかった。同時並行で研究を進めてきたアルカリ加熱処理を応用したMgイオン修飾の表面改質では、Ti表面にMgを化合物として容易に固定することに成功した。Mgイオン修飾した板状及び円柱状のチタン試料をラットの皮下及び大腿骨に埋入し、動物実験した結果、皮下埋入では純Tiに比べ繊維組織が薄く、骨に埋入したインプラントでは骨接触率の向上が確認できた。マグネシウム蒸気による気固反応を利用し、Ti-Mg固溶体をチタン表面に生成する過程において、反応容器に亀裂が入り、気固反応に必要なマグネシウムの蒸気圧を得ることができなかった。
蛍光ナノシートによる生物環境センサーの創製と専用デバイスの開発

生物にとって快適な生存環境では、温湿度、酸素濃度、pHなどが適度に調節されているが、この保持には複数箇所で複数因子をリアルタイムで計測する煩雑で高価なシステムが必要となる。本研究では、対象表面に貼付できるナノシート型蛍光センサーと実用的な計測デバイスを開発することを目的としている。報告者は、温度・酸素用蛍光分子候補をナノシートに封入した温度・酸素用蛍光センサーに参照蛍光ナノシートと複合させたシステムとレシオ値の時間分解能が膜厚に影響を受けることに着目してpH用蛍光高分子を設計した。合成したpH用蛍光高分子と交互積層法、参照蛍光ナノシートを用いてナノシート型蛍光pHセンサーの構築に成功した。生物が快適に生存するためには、温湿度、酸素濃度、pHなどの環境因子が適度に調節されている必要があるが、複数箇所で複数因子をリアルタイムで計測するには煩雑で高価なシステムが必要となる。本研究では、対象表面に絆創膏の様に貼付できる薄膜型蛍光センサーと計測デバイスを開発し、その実用性を評価することを目的としている。平成28年度は、温度・酸素用蛍光分子候補を封入した温度・酸素用蛍光ナノシートを調製、参照蛍光ナノシートと複合させてレシオ値の時空間分解能を膜厚に対して評価する。湿度・pH用蛍光高分子を設計し合成することを目的とした。温度センサとして、温度応答性蛍光分子をEuDT(Eu-tris (dinaphthoylmethane)-bis-trioctylphosphine oxide)に絞り込み、ナノシート用ポリマーをポリメチルメタクリレート(PMMA)に決定した。参照蛍光分子をRhodamine 800としてポリスチレンナノシートを選択した。各々のナノシートの蛍光スペクトルの温度特性を蛍光分光光度計にて測定すると共に両者を重ねた積層系について蛍光顕微鏡にて蛍光強度を測定し、温度に対するレシオ値の検量線を作成できた。他方、酸素センサとして酸素応答性蛍光分子をPtOEP(Platinum octaethyl porphyrin)に絞り込み、ナノシート用ポリマーはポリスチレンとした積層型ナノシートを調製した。酸素分圧を変化させたガスによって平衡状態とした水中で酸素分圧に対するレシオ値の検量線を作成した。時間分解能は、ガラス基板に貼付して表面に混合ガスをスポットでパルス状に噴き付けて解析し膜厚の影響を明らかにした。pHセンサとして、フルオレセイン誘導体を官能基を導入した合成高分子に結合させたプロトタイプについて、pHの検量線を作成することに成功した。平成28年度は、温度と酸素を対象とした薄膜型蛍光センサの開発を計画していたが、これが早期に見通しを立てることができたので、pHセンサ用の高分子の合成と検量線作成まで踏み込めた。レシオ型温度センシングナノシートは論文ならびに国際会議での発表ができた。他方、デバイス化に関しては、シンガポールの共同研究先が具体的な計画に入ると共に、新たに国内でも共同研究の見通しを付けてプロジェクト化できたので、デバイスならびに観測用のカメラ周りに関しては、平成29年度での進展が期待できる。また、前倒しで進めて来たpHセンサに関しては、フルオレセインを高濃度担持できる高分子の設計を何度かやり直さなければならなかったものの、候補高分子の見通しを立てることができた。但し、pHの異なる液滴による計測を試みたところ、液滴そのものの形状と観測場所によるデータの相違、乾燥に伴うデータの変化などの課題も見つかっている。生物にとって快適な生存環境では、温湿度、酸素濃度、pHなどが適度に調節されているが、これを保つためには複数箇所で複数因子をリアルタイムで計測する煩雑で高価なシステムが必要となる。本研究では、対象表面に絆創膏の様に貼付できる薄膜型蛍光センサーと実用的な計測デバイスを開発することを目的としている。平成28年度は、温度・酸素用蛍光分子候補を封入した温度・酸素用蛍光ナノシートを調製、参照蛍光ナノシートと複合させてレシオ値の時空間分解能を膜厚に対して評価すると共に湿度・pH用蛍光高分子を設計し合成することを目的とした。平成29年度は、合成したpH用蛍光高分子を用いてpH測定用蛍光ナノシートを調製して評価を行った。具体的には、pH感受性色素が共有結合されたアニオン性ポリマーとカチオン性ポリマーを交互積層させることでpH感受性ナノシートを作製した。ガラス上に再吸着させたナノシートは、pH4.5-9.0の領域でシグモイド型の蛍光強度変化を示し、Boltzmann fittingによりpKa =6.83であった。センサー層の膜厚とpH変化に対する応答時間には正の相関関係(0.12 s/nm)が明らかとなった。また、20対積層ナノシートの実質応答時間は11.0 ±4.9秒であり、先行研究の5-50倍に相当する時間分解能を示した。pH非感受性色素を内包したナノシートと一体化させることによってレシオ型ナノシートpHセンサーを構築し、作製したナノシートは、ナイロンメッシュを用いて指先や葉の表面に貼付することができた。葉柄から与えた100 mMNaClストレスによって向軸面のアポプラストpHが約6.1まで上昇する様子を、マクロ蛍光顕微鏡を用いて捉えることができた。報告者は、温度・酸素用蛍光分子候補をナノシートに封入した温度・酸素用蛍光センサーに参照

蛍光ナノシートと複合させたシステムとレシオ値の時間分解能が膜厚に影響を受けることに着目してpH用蛍光高分子を設計した。合成したpH用蛍光高分子と交互積層法、参照蛍光ナノシートを用いてナノシート型蛍光pHセンサーの構築に成功した。平成29年度は湿度センサを計画しているが、そもそもナノシート自体の諸物性やナノシートに担持した蛍光分子が湿度の影響を受けやすいことに基づいているものの、蛍光以外の原理による湿度センサによる検量線の作成が必要となる。そこで導電性高分子からなるナノシートの湿度感受性を利用したい。また、カッティングプロッターなどによるナノシートの成形や別途開発しているインクジェットプリンティング法によるナノシートの構築などの技術を用いて、複数種のナノシート型センサをパターン化した積層型シートを構築する方策である。更には、専用デバイスの開発についても共同研究者と綿密な打ち合わせを行い、プロトタイプを試作して、観測データの取得を行う予定である。高分子化学、バイオマテリアル、バイオイメージング、
量子ドット半導体光増幅器を用いた超高速光A/D変換の研究

本研究課題では、半導体素子の光増幅過程で発生する固有の周波数チャープ現象を光強度-周波数変換に応用することで、新しい原理に基づいた光アナログ-デジタル変換技術を提案し、その有効性を実証実験によって明らかにすることを目的としている。実証実験の目標とした動作速度は10 GSample/s以上のため、半導体素子には量子ドット半導体光増幅器を使用し、10 GSample/sの光アナログ信号から、光A/D変換のコア技術となる光量子化の性能評価と実証実験を行った。これにより、実際の連続的な光アナログ信号から4レベルを越える光量子化が行えることを明らかにした。将来の光デバイスとして注目を集めている量子ドット半導体光増幅器で発生する光周波数シフト現象を応用した独自の光量子化技術による光A/D変換に関する研究開発を行った。今年度は、量子ドット半導体光増幅器で生じる利得飽和特性が光入出力特性に与える非線形性を見極めるため、入力信号光に繰り返し周波数10 GHzの光パルス光源を使用し、光入力パワーを変化させた際の光入出力特性の線形性評価を詳細に行った。これにより、約-18 dBm程度の小信号入力時に高い線形性が維持出来ることを確認した。併せて、汎用半導体光増幅器においても同様の入出力特性の線形性を評価し、その比較を行い、量子ドット半導体光増幅器の特徴的な線形性を確認した。また、量子ドット半導体光増幅器で発生する周波数チャープ量を見積もるため、研究代表者らが提案した周波数チャープ測定法や、本研究予算で購入した矩形波形光フィルタを用いて、周波数チャープの詳細な特性評価を行った。これにより、素子の利得回復時間に起因するデータパターンにも依存性があることを明らかにした。また、繰り返し周波数10 GHzの光パルス列においても周波数チャープが発生しており、さらに素子への入力パワーを変化させることでその周波数チャープ量も大きく変化することを確認した。これらの実証実験で得られた結果は来年度以降の光量子化技術の具現化に役に立つ有効性な成果であり、今後も研究を継続していくことで、さらなる発展が十分見込める状況になっていると考えている。本研究では、これらまでの量子ドット半導体光増幅器に関する知見や技術を活用することで、着々と実りのある成果が出来てきている状況にある。また、本研究予算で購入した特殊な光フィルタについても有効な役割を果たしているため、予想に近い成果が達成されつつある状況である。アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ-デジタル(A/D)変換において、その処理を光領域で行うことで、超高速処理を実現する光A/D変換の研究開発を行った。これまでの光A/D変換においては、光ファイバ中の非線形効果を用いたものがほとんどで、長尺な光ファイバを必要とし、系の構成も複雑になるだけでなく、処理に膨大な光エネルギーが必要であった。本研究課題では、半導体素子の光信号増幅過程で発生する固有の周波数チャープ現象を利用することで、光強度-周波数変換を実現し、これを応用した、新しい光A/D変換の提案を行い、その有効性を明らかにするべく、実証実験を行った。動作速度は10 GSample/s以上を想定したため、利得回復時間の高速な量子ドット半導体光増幅器を利用し、10 Sample/sのサンプリングパレス列を生成し、光量子化の性能評価を詳細に行った。量子化レベルは、光強度-周波数変換を行った際のチャープのシフト量と、それをフィルタリングする矩形波フィルタのフィルタ透過波長によって、決定される。矩形波フィルタについては、本研究資金で購入した高性能フィルタを使用することで、4レベルでの光量子化が実現出来ることを明らかにした。また、光量子化後のパルス列についても、入力パルスの光強度に準拠した数のパルスが出力されることを確認し、提案した光A/D変換技術の有効性を実証することに成功した。具体的な成果として、新規性の高い提案技術とその有効性から特許の出願を行い、学会における研究公表においては、光ファイバ通信分野で国際的に最も権威のある光ファイバ通信国際会議OFC(採択率はおよそ30%)に採択され、その成果を国際的にアピールすることが出来た。おおむね順調に研究成果が達成されているので、引き続き当初の予定通りに研究を進めていく予定である。一方、小信号入力における周波数チャープ量については、予想より小さな値であったため、高い線形性を維持しつつ、十分な周波数チャープ量を発生させる手法について、検討を進めていく予定である。光通信システム購入品目の誤差分。次年度購入予定の物品費で支出予定。
氷結および非氷結水溶液の液体からガラス状態への動的階層構造

合成高分子水溶液の広帯域誘電分光(BDS):poly(ethylene imine)PEI水溶液とpoly(vinyl methyl ether)PVME水溶液について、高分子濃度がおよそ60 wt.%以上の氷結しない合成高分子水溶液と、高分子濃度が低く氷結する高分子水溶液の10 mHzー50 GHzの周波数域、室温から-150°Cの温度域でのBDS測定を行った。氷結しない濃度のPEIおよびPVME水溶液で、主に水と高分子の分子運動に起因する緩和がそれぞれ観測された。氷結する濃度のPVP、PVME、およびPEI水溶液では氷結温度以下で不凍水、氷、水和した高分子の分子運動に起因する緩和が観測された。氷結しない水溶液との比較により、氷結した水溶液で複数の氷の緩和が観測され、不凍水の緩和は強度の大きな氷の緩和に隠れていることが明らかになった。氷結たんぱく質水溶液のBDS測定:牛血清アルブミン(BSA)とリゾチウム水溶液で含水率90-60wt.%の水溶液のBDS測定を10mHzー10MHzの周波数域、室温から-150°Cの温度域で行った。両水溶液で不凍水、氷、水和たんぱく質によると思われる3つの緩和が観測された。これら球状たんぱく質水溶液でも低温で氷の緩和が複数に分離することが明らかになった。X線回折測定:低温で氷結するPVP水溶液とフルクトース水溶液を室温から-170°C付近まで急冷し、X線回折測定を行い、これらの水溶液中に含まれる氷の結晶構造解析を行った。急冷したこれらの水溶液では氷Ihに加え氷Icが存在し、含水率によって変化するIhとIcの割合を見積もることができ、東海大学紀要で報告した。今後、温度履歴をより正確に制御して再実験を行う。申請時の計画では1.氷結しない高分子水溶液、2.氷結するたんぱく質水溶液、3.氷結する高分子水溶液、4.水以外のアルコールなどの溶媒の高分子溶液の1-4の各物質群の研究を番号順に進めていく予定であったが、現在1ー4を並行して進めている。3,4,については既に実験結果が得られており、また1,2,についてもほぼ実験結果を得られており、論文の作成と並行して追加実験を行う必要があるが、全体としてはほぼ順調に進展しているということができる。下記の通り、物質毎に結果をまとめ、また必要なものは追加実験を行い、可能な限り2019年度中に全ての論文を投稿予定。1)氷結するPVP水溶液のBDS測定結果に関する論文を執筆中であり、7月に投稿予定。2)氷結しないPEI水溶液のBDS測定結果の解析が完了し、現在論文執筆中であり、7月に投稿予定。3)氷結しないPVME水溶液のBDS結果の解析と追加の実験を実施中。並行して論文を執筆し7月に投稿予定。4)氷結するPVME水溶液についてBDS測定を継続し再現性を確認中。これらの結果をまとめ12月に論文投稿予定。5)氷結する球状たんぱく質水溶液の結果は誘電率の絶対値の誤差が大きい為、正確な絶対値を決め複数の緩和の出現の再現性の確認のための追加実験を6月以降実施予定。実験を10月までに完了させ、1月の論文投稿を目指す。水以外の高分子溶液における溶媒の凍結と高分子鎖の運動に関する研究を広帯域誘電分光法を用いて行った。水以外の溶媒の結晶化により、凍結濃縮された高分子鎖の運動を観測した。純水を異なった方法で凍結させ、氷の緩和を観測した。その結果、攪拌しながらゆっくりと凍らせた氷と攪拌せずに凍らせた氷で全く異なる緩和時間を示すことを明らかにした。低温で凍結する10-40%ゼラチン水溶液の誘電分光測定を広い温度・周波数域で行い、3種類の緩和を観測した。これらの緩和の濃度依存性より緩和時間の小さいものから不凍水、氷、水和したゼラチンの分子運動による緩和であることを明らかにした。本研究において、1PVP水溶液のガラス転移に関する研究、2純水から作られた氷の調整方法による緩和の違いに関する研究、3高分子と有機溶媒混合系で溶媒の結晶化に伴う高分子鎖運動の変化に関する研究、4ゼラチン水溶液の不凍水、氷、水和ゼラチンの緩和に関する研究の以上の4報を平成28年度に発表した。平成29年度になり、さらに高分子水溶液の不透水の分子運動に関する研究と、氷結した15wt%ゼラチン水溶液の4種類の氷の誘電緩和を観測した研究の論文が受理された。以上のように研究の進捗状況は当初の計画以上に進展している。低温で氷結するpoly(ethylene glycol)(PEG)水溶液の誘電分光測定を行い、不凍水、PEGと共晶を形成する水、水だけで結晶化する水の3種類の水が観測された。この結果を研究論文および国際会議等で発表した。ゼラチン濃度1-5wt%のゼラチン水溶液の温度を123-298Kの間で変化させ、広帯域誘電分光(BDS)測定を行った。273Kの水の融点から225Kの範囲で氷の緩和が一つ観測されるが、225K以下で氷の緩和が最大4つに分離した。これらの緩和の温度・濃度依存性より、ゼラチンが氷の形成速度を遅くし、氷の緩和時間に影響を与えたと解釈した。

この結果は研究論文および国際会議等で発表した。水溶液と比較するためプロピレングリコール、エチレングリコール、プロパノールを溶媒とした65wt% poly(vinyl pyrrolidone)(PVP)溶液のBDS測定を行った。PVP水溶液ではPVPのα緩和と水の緩和が同時に観測され、水の緩和時間はPVPのα緩和のガラス転移温度(Tg PVP)でnon-ArrheniusーArrhenius(non-A-A)クロスオーバーを示した。一方、PVPアルコール溶液でもPVPのα緩和とアルコールの緩和が観測された。Tg PVP以上で1つアルコールの緩和が観測されたが、Tg PVP以下で2または3つの緩和に分離し、(non-A-A)クロスオーバーは溶媒の緩和のガラス転移温度付近で高周波側の緩和で現れた。現在この結果をまとめた論文の投稿準備中である。氷結する合成高分子水溶液としてPVPとPEIのBDS測定をほぼ完了し、現在得られた結果を解析中である。平成28年度は研究は当初の計画よりも進んでいたが、平成29年度の夏ころより広帯域誘電分光測定システムの2度の故障で、ある周波数域の誘電分光測定は夏以降停止していた。そのため従来の予定通りの進行状況となった。合成高分子水溶液の広帯域誘電分光(BDS):poly(ethylene imine)PEI水溶液とpoly(vinyl methyl ether)PVME水溶液について、高分子濃度がおよそ60 wt.%以上の氷結しない合成高分子水溶液と、高分子濃度が低く氷結する高分子水溶液の10 mHzー50 GHzの周波数域、室温から-150°Cの温度域でのBDS測定を行った。氷結しない濃度のPEIおよびPVME水溶液で、主に水と高分子の分子運動に起因する緩和がそれぞれ観測された。氷結する濃度のPVP、PVME、およびPEI水溶液では氷結温度以下で不凍水、氷、水和した高分子の分子運動に起因する緩和が観測された。氷結しない水溶液との比較により、氷結した水溶液で複数の氷の緩和が観測され、不凍水の緩和は強度の大きな氷の緩和に隠れていることが明らかになった。氷結たんぱく質水溶液のBDS測定:牛血清アルブミン(BSA)とリゾチウム水溶液で含水率90-60wt.%の水溶液のBDS測定を10mHzー10MHzの周波数域、室温から-150°Cの温度域で行った。両水溶液で不凍水、氷、水和たんぱく質によると思われる3つの緩和が観測された。これら球状たんぱく質水溶液でも低温で氷の緩和が複数に分離することが明らかになった。X線回折測定:低温で氷結するPVP水溶液とフルクトース水溶液を室温から-170°C付近まで急冷し、X線回折測定を行い、これらの水溶液中に含まれる氷の結晶構造解析を行った。急冷したこれらの水溶液では氷Ihに加え氷Icが存在し、含水率によって変化するIhとIcの割合を見積もることができ、東海大学紀要で報告した。今後、温度履歴をより正確に制御して再実験を行う。申請時の計画では1.氷結しない高分子水溶液、2.氷結するたんぱく質水溶液、3.氷結する高分子水溶液、4.水以外のアルコールなどの溶媒の高分子溶液の1-4の各物質群の研究を番号順に進めていく予定であったが、現在1ー4を並行して進めている。3,4,については既に実験結果が得られており、また1,2,についてもほぼ実験結果を得られており、論文の作成と並行して追加実験を行う必要があるが、全体としてはほぼ順調に進展しているということができる。合成高分子水溶液のガラス転移に関する研究についてはPVP水溶液以外に、poly(vinyl methyl ether)
近代フランス民衆思想の形成ー19世紀パリの労働者を中心に

本研究の目的は、19世紀前半のフランス、特にパリの労働者を中心に、その社会意識と社会改革の理念の形成のメカニズムを解明することにあった。この点に関してW.H.スーウェルSewll jr.は、七月革命後労働者は新たな運動を展開するために大革命期の自由主義的言語を取り込むことで、伝統的な職人意識を階級意識へ転化させ、また社会改革の理念としては、生産手段の共有に基づく協同生産という社会主義の定式を採用した、と指摘した(“Artisans,Factory Workers,and the Formation of the French Working Class,1789-1848")。この指摘を批判的に継承するものとしてここで本研究が問題としたのは、労働者はいかにして共和主義者・社会主義者の理念を受容したかである。たとえば労働者新聞L'Artisan紙は「社会の最も多数で有益な階級は、労働者階級である」としている。彼らはサン=シモンの語法に「有益な階級」という表現をつけ加えた。つまり読み替えた。民衆は思想家の用語をそのまま受け入れるのではない。彼らは後の文脈でなぜ「有益」かを、熟練工としての彼ら独自の労働観に関連させて説明しているのである。基本的史料は労働者の手による小冊子と新聞記事であり、前者は20点ほど検討した。また、労働者新聞L'Artisan,La Ruche Populaire,L'Unionの全記事のタイトルを扱われた問題毎に分類した。新聞記事は膨大な量にのぼる。今回は特に労働者の労働観との関連で、経済認識・社会意識を分析したが、社会改革の理念については十分にまとめきれなかった。今後はこの問題を含めて、労働者独自の労働観、社会観、生活意識との関連で、諸思想潮流の理論の受容と民衆思想の形成についての検討を続けていきたい。つまり読み替えた。本研究の目的は、19世紀前半の都市の民衆、特に七月王政期のパリの労働者を中心に、その政治意識・社会意識の解明ことにある。そのさい共和主義思想と社会主義思想の受容という問題を、労働者の生活意識・労働意識との関連で、「民衆による思想の読み変え」という視点を基軸に検討する。基本的史料は(1)都市労働者の手による小冊子と労働者向けの新聞の記事と(2)共和主義・社会主義諸潮流の発行した著作物・新聞・小冊子である。(2)に関しては主要なものは仏語で復刻され、また翻訳されたものも存在する。(1)の史料は、邦語・仏語ともに活字となっていない。本年度はひとつには、労働者の小冊子10数点を訳出した。また労働者新聞L'Artisan紙、La Ruche Populaire紙とL'Union紙の全記事のタイトルを抽出し、扱われた問題点毎に分類した上で、労働者の政治意識・社会意識に関する論説を訳出している。以上は未刊行史料であり、その訳出と問題点毎の分類には、膨大な時間が必要である。これらの訳文は、ワープロのファイルに編成し、検索可能とする。このファイルをもとに、今後以下のような作業を行う。具体例をあげる。L'Artisan紙は創刊号の冒頭で「社会の最も多数で有益な階級は、労働者階級である」と述べている。これはサン=シモンの語法に「有益な階級」という表現をつけ加えたものである。なぜ「有益」かを、彼らの労働意識・生活意識に関連させてその後の文脈で説明している。これを労働者による「読み変え」ととらえ、そのテキスト群を抽出し、これを一定の文脈の単位で語法ごとに再編成する。この作業によって、諸思想潮流の理論が、いかにして労働者独自の労働観や社会観に基づき「読み変え」られ受容されたか、を明らかにしたい。

本研究の目的は、19世紀前半フランスの都市の民衆、特にパリの労働者を中心に、その社会意識と社会改革の理念の形成のメカニズムを解明することにある。この点に関してW.H.スーウェルは、七月革命後労働者は、新たな運動を展開するために大革命期の自由主義的言語を取り込むことで、伝統的な職人意識を階級意識へ転化させ、また社会改革の理念としては、生産手段の共有に基づく協同生産という社会主義の定式を採用した、と指摘した(“Artisans,Factory Workers,and the Formation of the French Working Class,1789-1848",WilliamH.Sewell,Jr.)。この指摘を批判的に継承するものとしてここで本研究が問題としたのは、労働者はいかにして共和主義者や社会主義者の受容したか、そのメカニズムである。たとえば労働者新聞L'Artisan紙は「社会の最も多数で有益な階級は、労働者階級である」としている。彼らはサン=シモンの語法に「有益な階級」という表現をつけ加えた。つまり「読み替え」た。なぜ「有益」かを、その労働観に関連させて後の文脈で説明している。民衆は思想家の用語をそのまま受け入れるのではないのである。基本的史料は労働者の手による小冊子と新聞記事であり、小冊子は10数点を検討した。また労働者新聞L'Artisan紙、LA Ruche Populaire紙とL'Union紙の全記事のタイトルを抽出し、扱われた問題点毎に分類した上で、労働者の政治意識・社会意識に関する論説の訳出を続行している。新聞記事は膨大な量にのぼる。今回は特に労働者の労働観察との関連で、階級意識と社会改革の理念の形成について検討した。今後は労働者独自の労働観、社会観、生活意識との関連で、諸思想潮流の理論の受容と民衆思想の形成についての検討を続けていきたい。
視細胞におけるシリア・中心体を介した光情報感知システム形成機構の解明

オプシンは光感受性のGPCRであり、その繊毛を介した輸送機構は、視細胞が光情報感知システムとして働くことに必須である。オプシンの異所的な局在は、網膜色素変性症などの視覚障害を引き起こす。オプシンの輸送は鞭毛内輸送(Intraflagellar transport; IFT)と呼ばれる繊毛内の特殊な輸送機構を介して行われる。ゼブラフィッシュ変異体については、網膜の免疫組織学的解析により、視細胞の繊毛形成異常やIFTの局在、オプシン輸送機構の異常を明らかにし、さらに、原因遺伝子のヒトホモログを発現させることで変異体の表現型がレスキューされることを明らかにした。現在、論文投稿の準備を進めている。また、繊毛キナーゼICKの解析においては、ICKが網膜神経上皮の繊毛形成に重要であり、繊毛キナーゼがキネシンをリン酸化することで、繊毛先端におけるIFTの折り返し機構を制御するメカニズムをノックアウトマウスと培養細胞系を使って解明し論文として報告した。一方、繊毛局在型GPCRのスクリーニングを行い、新規な繊毛局在型GPCRを複数同定した。これらについて抗体を作製し、繊毛局在型GPCRの脳内における繊毛への局在をin vivoで確認した。更に繊毛型GPCRプロモーター下流にCreを発現するマウスとIFT floxマウスを掛け合わせることにより、コンディショナルノックアウトマウスを作製し視床下部において繊毛を欠失するマウスを作製した。これらのマウスはコントロールマウスと比べて優位に増加していることを見出した。これらの結果については論文投稿中である。26年度が最終年度であるため、記入しない。オプシンのシリアを介した輸送機構は、視細胞が光情報感知システムとして働くことに必須であり、オプシンの異所的な局在は、網膜色素変性症などの視覚障害を引き起こす。オプシンの輸送は鞭毛内輸送(Intraflagellar transport; IFT)と呼ばれるシリア内の特殊な輸送機構を介して行われる。昨年度は、視細胞の運命決定因子Otx2の網膜特異的欠損マウスのマイクロアレイ解析の結果から得られたシリア関連因子の同定とその機能解析を進めてきた。この解析から3種類の新規シリア局在蛋白質を見出した。ゼブラフィッシュ変異体については、これまでに、視細胞の脱落とシリア形成異常を示す新規変異体3系統を同定し、2系統については原因遺伝子の同定に成功している。これらのうち1系統について免疫組織学的解析により、視細胞のシリア形成異常やIFTの局在、オプシンの輸送に異常が観察された。さらに、内耳有毛細胞や鼻腔上皮細胞、腎臓上皮細胞など視細胞以外の細胞のシリアに異常が観察された。また、繊毛キナーゼの解析においては、繊毛キナーゼが網膜神経上皮の繊毛形成に重要であり、繊毛キナーゼがキネシンをリン酸化することで、繊毛先端におけるIFTの折り返し機構を制御することを明らかにした。Otx2網膜特異的欠損マウスのマイクロアレイ解析の結果から、新規シリア局在蛋白質の同定に成功し、シリア誘導培養細胞系において融合蛋白質のシリアへの局在を確認したことは、1年目としては順調な結果であると考えている。また、これらの因子のノックダウン解析を行ってきた。条件検討を含めて、今後はその機能を詳しく解析したい。また、繊毛キナーゼの解析においては、繊毛キナーゼが網膜神経上皮の繊毛形成に重要であり、繊毛キナーゼがキネシンをリン酸化することで、繊毛先端におけるIFTの折り返し機構を制御することを明らかにし、論文としてまとめた。また、ゼブラフィッシュ変異体の解析も順調に進んでおり、論文発表の準備を進めている。

研究内容に関するページ本年度は、同定された分子がオプシンの輸送にどのようなメカニズムで関与しているかを、無血清培地によってシリア形成を誘導させた哺乳類培養細胞を用いたアッセイや生化学的な実験を通して明らかにする。また、シリア関連遺伝子欠損マウスの解析では、視細胞欠失マウス網膜のマイクロアレイ解析から得られた情報をもとに視細胞で発現する新規なシリア関連因子の機能解析を進める。まず、シリア形成を誘導させた培養細胞の系を用いてこれらの因子がシリア形成に関与するかどうか、IFTの局在に影響を与えるかどうかを調べる。得られた結果を取りまとめ、学会発表および、論文発表を行う計画である。
ゼブラフィッシュを用いた、脊椎動物脊髄運動系神経回路の動作原理の解明

脊椎動物の運動系神経回路の詳細は、哺乳動物においては不明な点が多い。本研究では、ゼブラフィッシュ幼魚を用い、特定のクラスの神経細胞を生きたままラベルできる利点を活かして、脊椎動物運動系神経回路の動作原理解明に向けて取り組んだ。その結果、(1)脊髄内の特殊なクラスの交差型抑制性ニューロンが、逃避運動の方向性に重要な役割を果たすこと、(2)V0ニューロンの発生に、前駆体細胞レベルでの運命決定と、発生時間に依存したニューロン多様性形成の双方が関与していること、(3)後脳において、転写因子Chx10を発現するニューロンが、遊泳運動の駆動に不可欠な役割を果たしていること、を明らかにした。脊椎動物のほとんどの行動は、脊髄内介在神経細胞群が作る神経活動が最終的に運動ニューロンの活動を駆動することによって生じる。しかしながら、その脊髄運動系神経回路の詳細は、特に哺乳動物においてはほとんど分かっていない。本研究では、透明なゼブラフィッシュ幼魚を用い、トランスジェニック技術により特定のクラスの神経細胞を生きたままラベルできる利点をフルに活かして、脊椎動物脊髄運動系神経回路の動作原理解明に向けて取り組んでいく。得られる結果は、ゼブラフィッシュのみならず、脊椎動物全般に通用する概念を与える。本研究課題は、分子生物学、解剖学、イメージング、電気生理学等の広範な知識、技術が必要となるが、申請者はそれらを習得しており、本研究課題を円滑に進めていくことができる。具体的には以下の研究課題を進める。(i)脊髄・後脳運動系神経回路の詳細な解剖学的解析を行う;(ii)介在ニューロンの活動はどの程度運動特異的なのかを問う;(iii)さまざまなクラスの神経細胞の、運動に果たす役割を、チャネルロドプシンやハロロドプシン等の光遺伝学ツールを用いて明らかにする;(iv)運動が生み出される機構のモデリングを進める。本研究では、透明なゼブラフィッシュ幼魚を用い、トランスジェニック技術により特定のクラスの神経細胞を生きたままラベルできる利点をフルに生かして、脊椎動物脊髄運動系神経回路の動作原理解明に向けて取り組んでいく。まず、BACトランスジェニック法を用いて、さまざまなクラスの神経細胞で蛍光タンパク質を発現するトランスジェニックフィッシュを作製した(gata3 : GFP, dbx1b : GFP, gsh1 : GFPなど10種類以上)。これらトランスジェニックフィッシュを用いて背髄神経回路網の解剖学的な記載を進めている。また、シナプス結合の様式を簡便に調べるため、ChR2を用いて光によりゼブラフィッシュ幼魚の神経細胞を発火させる系の開発に取り組んだ。まず、第一世代のChR2をトランジェント発現系でゼブラフィッシュ神経細胞に発現させ、光により発火が誘導できるかどうか調べたところ、可能ではあるが成功率が低い、という結果が得られた。理由として、(i)ChR2の発現量が低い、(ii)チャンネルのコンダクタンスが低い、という2つが考えられる。これらを改善するため、ヒト型にコドン置換し、コンダクタンスも2倍となった改良型ChR2を用いて再度実験を行った。その結果、非常に高い成功率で、光により神経細胞にスパイクを誘導させることができた。この予備実験の成功を受けて、さまざまなタイプの神経細胞で改良型ChR2を発現させるべく、トランスジェニックフィッシュの作製を進めている。本研究では、透明なゼブラフィッシュ幼魚を用い、トランスジェニック技術により特定のクラスの神経細胞を生きたままラベルできる利点をフルに活かして、脊椎動物脊髄運動系神経回路の動作原理解明を明らかにしていくことを目的としている。21年度は特に、脊髄に少数(各半体節あたり1つ)存在する、CoLoとよばれる特殊なクラスの交差型抑制性介在ニューロンの神経回路における役割を中心に解析した。CoLoニューロンが特異的にGFPでラベルされたエンハンサートランプラインを用い、そのニューロンをまず電気生理学的に解析した。その結果、CoLoニューロンは、マウスナー細胞から電気的な入力を受けていることを明らかにした。マウスナー細胞は後脳に1対存在し、逃避行動で重要な役割を果たすことが知られている。そのため、CoLoニューロンは逃避行同時に何らかの役割を果たしているのではないかと推測された。CoLoニューロンをレーザー破壊して、それが幼魚の逃避行動にどのような影響を与えるかを詳細に解析した。その結果、CoLoニューロンは逃避行動の方向決定において重要な役割を果たしていることを明らかにした。これは、脊髄レベルでの情報処理が、行動の最終アウトプットに非常に大きな役割を果たしうることを示すものであり、中枢神経系の情報処理の機構に対して重要な視点を与えるものである。