hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
日本－韓国に分布するアブラムシ類の地理的起源の探究と新たな遺伝マーカーの開発

平成24年度には、韓国と日本の双方から採集された材料を用いて、アブラムシグループの系統樹の構築を進めた。エンドウヒゲナガアブラムシおよびソラマメヒゲナガアブラムシの双方についてミトコンドリア遺伝子のCOI領域を用いて系統樹構築を進めたところ、どちらの種に関しても、日本国内での寄主植物間の分化が大きく、日本と韓国の集団間で大きな分断が生じた傾向は見いだせなかった。これらの事実は、日本-韓国の地史的分断(15万年前と推定されている)は、遺伝子配列に大きな影響を及ぼしてしていないことがあらためて確認できた。平成24年度は、DNAバーコーディングを効率よく進めるために遺伝子マーカーの探索にも取り組み、成果を上げることが出来た。DNAバーコーディング研究において一般的に用いられるミトコンドリアCOI領域では、近縁種を区別出来ない事例が数多く報告されており、そこで、この欠点を補えるようなマーカー領域の開発が求められていた。種を効率良く識別するバーコーディング領域の必要十分な特性として、種内では変異を示さず、種間で大きな変異が認められるようなマーカー領域を用いることが望ましい。本研究では、遺伝子データベースに基づいて11遺伝子の種間・種内での多様性を調べ挙げ、バーコーディング遺伝子候補として2遺伝子に絞った。さらにこの結果に基づいて、22種からなる33個体を用いてDNAを抽出し、個体間の多様性を調べた。この結果、ミトコンドリアのATP8遺伝子領域が最も遺伝子バーコーディングに適していることが明らかとなった。本研究課題では、朝鮮半島と日本列島間でのアブラムシ類の遺伝的分化をDNA情報に基づいて明らかにし、分断現象が種形成や遺伝的分化にどの程度の影響を与えているかを推定することを目的としている。23年度は外国人特別研究員(共同研究者)Lee Wonhoon氏とともに北海道各地、九州に調査に赴き指標となるアブラムシ類を採集し、多量のDNAサンプルを準備した。DNA配列の分析過程で明らかになった主な点として、ゴール形成アブラムシTetraneuranigriadominalisにおける遺伝的分化、多型現象の発見が挙げられる。ミトコンドリアCOIの部分的な配列を分析したところ、日本国内で明確に2型に分かれることが明らかになり、同所的にも2型が分布していた。今後、韓国内での2型の分布を明らかにするとともに、こうした2型の分類学上の位置を確証することが課題となる。第二に、T.nigriadominalisにおいてCOIの2型を見分けるための簡便な遺伝マーカーを開発し、これに関する論文を間もなく投稿する予定である。第三に、多量に採集されたアブラムシ類からDNAを抽出し、種内多型および種間差を探知するのに最も適したミトコンドリア遺伝子配列を探索した。この結果、これまでほとんど用いられていない遺伝子領域,ATP6およびATP8,が種内多型の検出にきわめて重要な領域であることが明らかとなった。第四に、エンドウヒゲナガアブラムシ種群を対象にして、日本国内の集団間の遺伝的分化を定量化した。このデータに基づいて、エンドウヒゲナガアブラムシの韓国集団と日本集団との遺伝的分化の程度を定量化する調査を24年度に行う。これによって、日本列島におけるエンドウヒゲナガアブラムシが日本列島固有のものか、それとも、朝鮮半島由来で人為的に持ち込まれたものかの区別が可能となる。効率よくDNA配列解析が進み、予想を上回る速度で論文が出ている。このペースを次年度も維持したい。23年度は日本国内の種多様性とDNAレベルでの遺伝的分化に集中して研究を進めたが、24年度は韓国にも採集に出向き、韓国集団と日本集団との分化程度の解析に着手する。さらに、アブラムシ類のデータベースを構築し、一般に公開する準備も進めている。
自己免疫メカニズムに基づく情報処理モデルの構築とエージェントシステムへの応用

今年度は,自己免疫メカニズムに学んだ最適化基礎理論構築およびそのエージェントシステムに対する工学応用可能性に関して,以下の研究成果をまとめた.1.適応的免疫アルゴリズムを用いた多峰性関数最適化多峰性関数における複数最適解の獲得を目的としたアルゴリズムを構築した.構築した手法は,二種類の独立した記憶機構を導入することにより,既提案の免疫アルゴリズムが有するパラメータ調整の問題を改善し,さらに記憶を再利用した局所探索により探索効率を向上させた.また,巡回セールスマン問題やBipolar Deceptive Functionへ適用し,提案手法の有効性を検証した.2.マルチエージェントシステムにおける共同注視点に基づく合意形成免疫メカニズムをマルチエージェントシステムに応用する場合に,各エージェント間でのタスクに対する合意を成立させることが重要になる.この研究では,フォーカルポイントの概念と強化学習のアルゴリズムを用いた合意形成の手法を提案し,マルチエージェント協調問題に適用した.3.免疫的分業効率化アルゴリズムを用いたマルチエージェント分業問題解決マルチエージェントシステムにおける分業問題を解決するアルゴリズムを構築した.構築した手法は,(1)免疫システムにおいて自己・非自己を区別する固有情報であるMajor Histocompatibility Complex(MHC)を利用した競合排除,(2)各種免疫細胞間の伝達情報により適切な抗体を産生する枠組である免疫ネットワークを利用した行動生成,という二つの相反する適応を内在しており,これらの相互作用により,効率の良い分業を探索する手法である.その基本性能を検証するため,分業巡回セールスマン問題へ適用した.1998年度は,調査及び次の3つの基礎的な研究を行い,以下の結果を得た.・工学的に最も応用範囲が広いと考えられる最適化システムとしての免疫システムのモデル化及び定式化.・構成モデルの検証のため,シミュレータを計算機上に実装し,データ収集を行った.さらに,遺伝的アルゴリズムとの性能比較から免疫アルゴリズムの性能特性を解析した.・記憶システムを活用した最適化システムとしてのモデル化及び定式化.免疫系に学ぶ免疫応答及び自己調節機構を最適化システムとしてモデル化し,構築を行った拡張免疫アルゴリズムの枠組は,遺伝的アルゴリズムと二種類の記憶機構で構成される.拡張免疫アルゴリズムの最適化システムとしての特徴を以下に示す.一次記憶機構:冗長性の少ない記憶による問題固有の特徴抽出及びその記憶を用いた局所探索能力の向上.二次記憶機構:再探索の抑制による探索効率の改善.同アルゴリズムを用いることで,(1)解集団の多様性による大域探索能力を有する遺伝的アルゴリズムの特徴を有し,(2)記憶細胞を活用した局所探索の促進による探索効率の改善,(3)サプレッサー細胞を活用した探索スコープの移動による多峰性関数における最適解探索時の優位性,という免疫系の特徴を有する探索動作を伴った最適化システムを実現した.このことから,拡張免疫アルゴリズムは,類似問題の繰り返し解決を必要とする種々の課題に対して有効に機能すると考えられる.今年度は,自己免疫メカニズムに学んだ最適化基礎理論構築およびそのエージェントシステムに対する工学応用可能性に関して,以下の研究成果をまとめた.1.適応的免疫アルゴリズムを用いた多峰性関数最適化多峰性関数における複数最適解の獲得を目的としたアルゴリズムを構築した.構築した手法は,二種類の独立した記憶機構を導入することにより,既提案の免疫アルゴリズムが有するパラメータ調整の問題を改善し,さらに記憶を再利用した局所探索により探索効率を向上させた.また,巡回セールスマン問題やBipolar Deceptive Functionへ適用し,提案手法の有効性を検証した.2.マルチエージェントシステムにおける共同注視点に基づく合意形成免疫メカニズムをマルチエージェントシステムに応用する場合に,各エージェント間でのタスクに対する合意を成立させることが重要になる.この研究では,フォーカルポイントの概念と強化学習のアルゴリズムを用いた合意形成の手法を提案し,マルチエージェント協調問題に適用した.3.免疫的分業効率化アルゴリズムを用いたマルチエージェント分業問題解決マルチエージェントシステムにおける分業問題を解決するアルゴリズムを構築した.構築した手法は,(1)免疫システムにおいて自己・非自己を区別する固有情報であるMajor Histocompatibility Complex(MHC)を利用した競合排除,(2)各種免疫細胞間の伝達情報により適切な抗体を産生する枠組である免疫ネットワークを利用した行動生成,という二つの相反する適応を内在しており,これらの相互作用により,効率の良い分業を探索する手法である.その基本性能を検証するため,分業巡回セールスマン問題へ適用した.
統合イメージングによる脳内ネットワークの自発的・能動的状態遷移ダイナミクスの解明

本年度は主にデータ計測を進め、また計測したデータの前処理について検討を進めた。データ計測では、課題については既に確立していたが、MRIデータ計測のパラメータ、特に繰り返し時間(repetition time: TR)の違い(2.5秒あるいは0.8秒(Multiband法を使用))が脳波データに与える影響を、課題関連電位を用いて検討した(予備的検討)。結果として、TR2.5秒の場合、0.8秒に比べ、課題関連電位におけるSN比が大きくなることが分かった。従って、本研究ではTR 2.5秒で計測を進めた。データ計測はまだ進行中である。脳波およびMRIデータについては前処理を進めている。MRIデータについては、いわゆる課題関連脳活動と自発脳活動を分離する他、spurious connectivityの原因となるglobal signalや頭の動きの影響を除去するため、線形モデルを用いた前処理の手法を実装した。脳波データにおいては、MRI関連アーチファクト(gradient artifactおよびballistocardiographic artifact)について既存の手法で補正を行った後、独立成分分析を用いて瞬目に伴うアーチファクトの除去を試みた。しかし、計測されたデータのうち、独立成分分析による瞬目アーチファクトの分離が不良となるものが少なからず存在することが判明した。帯域通過フィルタを用いて瞬目アーチファクトを強調し、成分数を10程度まで減らして独立成分分析を行うことで、瞬目アーチファクトを1つの成分として抽出することが出来、これにより求めた空間フィルタを用いて瞬目アーチファクトを復元した後、元データから差し引くことで、元データの信号を損なわずに効率的に瞬目アーチファクトを除去することが可能となった。現在は確立したデータ計測系を用いて順調に被験者数を増やしているが、昨年度に研究協力者の異動と、MRIが故障した影響があり、まだ当初の目標人数に到達していない。データ解析については、脳波データ、MRIデータとも、前処理についてはほぼ確立した。研究体制は再度確立できたたため、本年度中前半には遅れを取り戻し、当初目標を達成できると考えている。データ計測:被験者数は最終的に30人以上を到達目標とし、今期前半で目標数到達を目指す。時間がゆるせば、上記TR 2.5秒のデータに加えて、TR 0.8秒の条件下でもデータ取得を行うことを目指す。データ解析:すでに撮像したデータについて順次、前処理を行った後、自発脳活動に基づく指標を抽出していく。データ計測が終了する時点を目安に自発脳活動の指標抽出を終了し(今年度前半まで)、脳波データ指標とMRIデータ指標の時間的関係性について解析を進め、得られた結果について論文投稿を行う。また本研究で取得したデータに対しては、随時、新しい解析手法を応用していくことが可能と考えられ、現在進行形で種々の解析手法による多面的なアプローチで解析を進めることを目指す。

また本研究で取得したデータに対しては、随時、新しい解析手法を応用していくことが可能と考えられ、現在進行形で種々の解析手法による多面的なアプローチで解析を進めることを目指す。
マルチチャネルコラーゲンゲルを用いた巨大再生組織の高速構築システムの開発

本研究では、複雑な階層構造を持つ巨大再生組織の高速構築システムの開発を目的としています。平成26年度は多管構造を持つコラーゲンゲル(MCCG)を用いた複雑な階層構造を持つ巨大再生肝がん組織の構築技術を確立しました。平成27年度は、構築した再生組織の構造と機能の相関を解明することで機能的な巨大再生組織の構築原理を確立することと(項目1)、巨大再生組織の自動化と高速化を実現すること(項目2)を達成目標としました。項目1の成果:MCCGの構造制御技術とMCCGを用いたHepG2細胞の三次元細胞培養技術を組み合わせることで、様々な構造のミニ再生肝がん組織を構築しました。このミニ再生肝がん組織のアルブミン生成能を評価したところ、構造との有意な相関は観測されませんでした。この結果は、構築するミニ再生肝がん組織の構造によらずに一定の機能を持った再生組織が構築されることを示唆しております。肝組織の特徴をより再現するために、HepG2細胞だけでなく類洞内皮細胞(HSEC)と肝星細胞(HSC)をMCCG中で三次元培養したところ、培養期間の経過とともに組織の大きさや携帯が変化する現象を見出しました。この現象はHepG2だけを培養したときには観察されなかった現象で、HSECやHSCによる再生組織の組織リモデリング作用によって引き起こされたものと考えられます。このことは、MCCGの多管構造を各細胞の初期配置決定のための鋳型として利用し、そこから細胞自身の働きによって最適な組織形態が構築される可能性を示唆しており、新しい三次元再生組織の構築原理の確立につながると期待されます。項目2の成果:シリンジポンプと三次元アクチュエーターを組み合わせることによってミニ再生組織を25個/分の速度で自動構築するシステムを開発することに成功しました。このことにより、オペレーターの技術的習熟度によらない再現性のよいミニ再生組織の高速構築が可能となりました。27年度が最終年度であるため、記入しない。平成26年度では以下の研究成果が得られました。項目1.ミニ再生組織の構築方法の確立本研究の目的を達成するために、多管構造を持つ粒子状のコラーゲンゲル(MCCGビーズ)を用いました。MCCGビーズの多管構造の表面に血管内皮細胞を播種することで、生体模倣的な血管構造をMCCGビーズ内部に構築することができました。このことにより、酸素や栄養を組織内部まで輸送するための経路をMCCGに構築することができました。また、MCCGビーズのゲル基質部分に肝臓がん由来の細胞を埋め込み、三次元的に培養する方法を確立するもできました。さらに、MCCGを用いて構築した再生組織の構造を制御することにも成功しております。項目2.巨大再生組織の構築方法の確立項目1の方法で構築したミニ再生肝がん組織を、厚さ2mm、直8 mmのディスク状MCCGに埋め込むことで、ディスク状の再生組織を構築することに成功しました。さらに、ディスク状再生組織を厚み方向に積層することで直径8mm、厚さ6mmの巨大再生組織を構築することにも成功しました。この方法の利点は、ミニ再生組織自体の構造、ミニ再生組織のディスク状再生組織内での配列、ディスク状MCCG自体の多管構造、およびディスク状再生組織の積層の方法や順番などを制御することで、巨大再生組織の構造をマイクロメートルからセンチメートルまでの広い大きさの範囲で制御することができることです。このことにより、巨大再生組織の階層構造がその機能に与える影響を系統的に調査することが可能になりました。

このことにより、オペレーターの技術的習熟度によらない再現性のよいミニ再生組織の高速構築が可能となりました。平成26年度の研究計画では、ミニ再生組織の構築方法を確立すること(研究項目1)と、巨大再生組織の構築方法を確立すること(研究項目2)を達成目標としておりました。研究項目1では、MCCGビーズの多管構造表面に血管構造を構築する方法を確立しただけでなく、MCCGビーズのゲル基質中で細胞を三次元的に培養する方法を確立することにも成功しました。また、MCCGの多管構造を制御することで、再生組織の構造を制御する方法を確立することもできました。特に、MCCGを用いた細胞の三次元培養方法を確立することができたことにより、研究計画当初に予定していた方法よりも生体模倣的なミニ再生組織を構築するが可能となりました。以上のように項目1については当初計画以上の成果を達成することができたといえます。研究項目2では、ミニ再生組織を集積することで厚さ6mm直径8mmの巨大再生組織を構築することに成功しました。しかしながら、いくつかの解決すべき課題が残されています。一つは、再生組織の階層構造と機能の相関についてまだ十分な調査を行えていないことで、もう一つは、再生組織内部の細胞の密度が生体内の臓器や組織と比べて低いことです。この二つの課題については平成27年度も継続して研究を遂行する必要があります。そのため、項目2についてはやや研究の進展が遅れている点があるといえます。総合すると、本研究計画はおおむね順調に進展しているといえます。27年度が最終年度であるため、記入しない。平成27年度では、引き続き機能的な巨大再生組織の構築方法を確立することを目標とした研究を遂行します。また、これまでに確立したミニ再生組織や巨大再生組織の構築方法を、本学術領域の得意とするマイクロロボティクスや微小流路技術と組み合わせることで、複雑な階層構造を持つ巨大再生組織を自動的かつ高速に構築するシステムを実現します。具体的な推進方策を以下に示します。項目1:機能的な巨大再生組織の構築方法を確立します平成26年度の研究成果により、MCCGを用いた巨大再生組織の構築方法と、巨大再生組織の構造制御方法については確立することができました。平成27年度は様々な階層構造を持つ巨大再生肝組織を構築し、それぞれのアルブミンの産生能力やアンモニアの代謝能力を評価することで、再生組織の階層構造と機能の相関を明らかにします。このことにより、最も機能的な巨大再生肝組織を得る方法を確立します。項目2:巨大再生組織の構築方法の自動化と高速化MCCGは非常に簡単な方法で調製することができます。例えば、本研究で用いるMCCGビーズはコラーゲン水溶液をリン酸緩衝液中に滴下するだけで調製することができます。そのため、MCCGの調製方法は、マイクロロボティクスや微小流路技術との親和性が非常に高いといえます。そこで、本新学術領域との連携研究により、微小流路を用いたMCCGおよびミニ再生組織の構築方法の自動化を実現します。
西山宗因を中心とした連歌師の行動様式と武家文化の相関性に関わる研究

本研究課題では、武家文化との相関性から評価する新視点に即して西山宗因の伝記を総合化し、広く連歌師の行動様式として体系化することを目標として、連歌懐紙や紀行作品を調査・収集し、分析を加えた。その結果、宗因が、終生、主家加藤家の影響を受けた大名文化圏の中で行動した事実が明らかになった。改易・転封・家督継承等の事件や行事に際し、宗因は『源氏物語』等の古典テキストを引用駆使した連歌や紀行作品を草して献上することで、武家を慰撫・督励し、当該集団の精神的紐帯の役割を果たしていたと考えられる。本年度は、大名文化圏と連歌帥宗因との関係性を明らかにするために、主家加藤家との関わりを具体的に示す資料について、集中的に調査、分析、成果公表を行った。まず、福岡県行橋市の個人が所蔵する連歌懐紙を調査し、その筆蹟を宗因自筆他本と比較検討ずることによって、それが宗因自筆にかかる百韻であることを解明した。宗因と同座する当該百韻の連衆が、もと肥後八代加藤家旧臣で、加藤家改易後、小倉小笠原家に召し抱えられた儒医西一鴎の一族で占められていることも判明した。本連歌懐紙の出現によって、宗因が連歌師として成功した後も、その出身たる加藤家旧臣との繋がりを保っていた事実がうかびあがり、小笠原家による連歌師宗因登用の背景に、加藤家の身代わりとしての意識を垣間見ることができるようになった。以上につき、「再会の一座一新出の宗因筆連歌懐紙をめぐって」と題する論文にまとめ、『鯉城往来』第10号に投稿し、掲載された。次に、高知県佐川町立青山文庫所蔵の宗因紀行文『肥後道記』の本文を精査し、あわせて、その伝本たる天理図書館綿屋文庫本、財団法人水府明徳彰考館文庫本、大阪府立大学山崎文庫本、熊本県立図書館上妻文庫本を調査した。諸本対校の結果、『肥後道記』の本文は、青山文庫本系統と綿屋文庫本系統の二類に大別されることが明らかとなった。さらに、本文の精読によって、『肥後道記』の最も重要な典拠は『源氏物語』須磨・明石巻であり、それが、源氏の像を主君加藤正方の像に重ねるべく機能しているとの論を得た。以上につき、『肥後道記』の典拠と主題」と題して、平成十九年度日本近世文学会秋季大会で口頭発表を行い、同題の論文にまとめて『近世文藝』第88号に投稿し、査読を経て掲載が決定した。今年度は、西山宗因と加藤家を中心とする武家文化との相関性を明らかにするため、宗因評点巻と宗因紀行文につき、調査・資料収集・分析を行った。宗因評点巻については、柿衞文庫所蔵『得能通広連歌集』、同蔵作者未詳俳諧点巻など、連歌・俳諧資料の原本にあたりつつ、資料収集と分析をおこなった。その結果、宗因評点のあり方は、連歌と俳諧の場合で大きく異なるものの、寛文から延宝期の地方作者、殊に西日本の大名・家老層に対し、幅広く指導を行っていたという実態が解明されつつある。調査の過程で、新出・個人蔵の宗因評点巻も寓目し得た。その詳細については、次年度以降、学術誌上において紹介する予定である。宗因紀行文については、『肥後道記』の典拠と主題を分析した結果を、論文「『肥後道記』の典拠と主題」にまとめ、学会誌『近世文藝』第88号に投稿し、掲載された。また、『津山紀行』の諸本と本文を精査し、その異同の意味について考察した。さらに、『津山紀行』の典拠が、和歌・漢詩・謡曲に及ぶことを確認したうえで、津山藩主・森忠政と加藤家との関わりについて、『森家先代実録』等に依りつつ調査を進めた。『筑紫太宰府記』については、広く伝本を求めたが見出せず、諏訪史料叢書所収本の字句を訂するに留まった。なお、上記の過程で、新出宗因短冊5点と、新出宗因書簡1点にも接し得、それぞれ年次を推定し、伝記研究に前進するところがあった。今年度は、一昨年度・昨年度に実施した調査によって出現した新出の宗因自筆資料の分析をおこなうかたわら、本研究課題に沿って実施する研究の総括として、特に下記2項につき、資料の分析と整理をおこなった。(1)宗因紀行文の調査と分析(その三)『奥州塩竃記』につき、宗因自筆にかかる(1)個人蔵巻子本・(2)福岡市東長寺蔵巻子本・(3)学習院大学文学部蔵巻子本・(4)酒田市本間家蔵巻子本・(5)藤井乙男紹介

某本の5本を対象として本文を校合した結果、巻末に娘追悼百韻を有する(2)および(3)と、(2)(4)(5)とでは、本文部分にも大きな異同の存することが判明した。(1)(3)の結末が述懐であるのに対し、(2)(4)(5)は祝言で締め括られており、作品そのものの主題が正反対になっている。娘追悼百韻を有する(1)(3)が本来の形であったが、事後、求められて染筆する折には、客振舞の場に備えるに相応しいよう、哀悼の結末を敢えて切り捨て、賀のモチーフに変えたものと思われる。『奥州塩竃記』における本文・主題の改変は、連歌師の文章をめぐる本質的な問題を孕んでいると考える。精査を加えて論文化を期したい。(2)近世初期武家連歌壇における連歌師宗因の位置の考究新出の宗因自筆書簡・短冊・評点評語を整理し、岩城平藩主内藤氏・小倉藩主小笠原氏・明石藩主松平氏らの諸侯と宗因との交渉について、年次を追ってまとめ、その背景に加藤家の影響が透かし見られるか否か、総合的に考察した。具体的な成果は、前稿「西山宗因年譜稿」(『ビブリア』第111号、平成11年5月)を発展させた「西山宗因年譜考証」(『西山宗因全集第五巻伝記・研究篇』、八木書店、平成22年7月発行予定)にまとめた。
悪性腫瘍内アロMHC抗原遺伝子導入による腫瘍免疫療法の基礎的検討(及び、移植片MHC抗原の発現の制御による移植免疫抑制に関する検討)

1.悪性腫瘍内アロMHC抗原遺伝子導入による腫瘍免疫療法についてin vitroにおいて、F344ラット(RT1A^l)由来の乳癌細胞株(RT1A^l)にRT1A^a抗原遺伝子をセンス方向に組み込んだプラスミドベクターを遺伝子導入した。RT1A^a抗原の発現をFACScanで確認後、F344ラットの脾細胞をeffectorとして細胞障害活性を測定。また、F344ラットに腫瘍細胞を移植し、腫瘍径1cmの時点から,pcMRT1Aを腫瘍内局注+electroporation法により遺伝子導入し、腫瘍径及び生存日数を検討した。(結果)in vitroにおいて、腫瘍細胞のRT1A^a抗原の発現により、細胞障害活性が有意に上昇した。また,in vivoではelectroporation法を用いたアロ抗原導入群は無処置群に比べ腫瘍の増殖は抑制され、生存期間の有意な延長をみた。2.移植片MHC抗原の発現の制御による移植免疫抑制についてドナーPVG.R8ラット(RT1A.A^aB^uD^uC^u)の大動脈内皮培養細胞にRT1A^a抗原遺伝子をアンチセンス方向に組み込んだプラスミドベクターを遺伝子導入した後、腫瘍細胞におけるRT1A^a抗原の発現をFACScanで評価し、レシピエントPVG.1U(RT1A.A^uB^uD^uC^u)ラットの脾細胞をeffectorとして細胞障害活性を測定した。(結果)アンチセンス遺伝子導入後のドナー細胞のRT1A^a抗原発現は30%抑制されたものの細胞障害活性は、軽度の低下を認めるのみであった。(まとめ)悪性腫瘍内に直接アロMHC遺伝子を導入する免疫療法は抗腫瘍効果を惹起した。一方、移植片拒絶反応の抑制にはMHC抗原の発現をほぼ完全に抑制することが必要であり、より効率のよい遺伝子導入法が必要と考えられた。悪性腫瘍内アロMHC抗原遺伝子導入による腫瘍免疫療法の検討:in vitroにおける実験: F344ラット(RT1A)由来の乳癌細胞株(RT1A^1)にRT1A^2抗原遺伝子をセンス方向に組み込んだpcMRT1Aプラスミドベクターをリボフェクチン法により遺伝子導入し、geneticin selection後、腫瘍細胞におけるRTlA^2抗原の発現をRT1A^2モノクローナル抗体を用いたフローサイトメトリーを実施したところ80%以上の細胞でRT1A^2抗原の発現を認めた。次ぎに、in vitroにおいて宿主F344ラットの脾細胞をエフェクターとしてRT1A^2抗原遺伝子導入乳癌細胞または,コントロールとしてparent癌細胞をターゲットとして細胞障害活性を測定した。遺伝子導入した癌細胞に対する細胞障害活性はparent癌細胞に比し有意に高かった。in vivoにおける実験: F344ラット背部皮下の乳癌細胞(RT1A^1)を移植し、腫瘍径1cmの時点から、1、3、5日目にpcMRT1Aを腫瘍内局注後、electroporation法により遺伝子導入し、腫瘍径の推移及び生存日数を無処置群ラットと比較し,評価した。electroporation法を用いたアロ抗原の導入群は無処置群に比べて腫瘍の増殖は抑制され、生存期間の延長をみた。しかしながら、腫瘍の消失は認められず、治療終了後、腫瘍は次第に増殖し全例癌死した。この様に腫瘍内にアロ抗原を効率良く導入できれば抗腫瘍効果をある程度期待できるという結果を得ている。(1)in vitroにおいて、F344ラット由来の乳癌細胞株(RT1A^1)にRT1A^a抗原遺伝子をセンス方向に組み込んだプラスミドベクターをリボフェクチン法により遺伝子導入した。

腫瘍細胞におけるRT1A^a抗原の発現をフローサイトメトリーで確認後、F344ラットの脾細胞をエフェクターとして細胞障害活性を測定。また、F344ラット背部皮下に腫瘍細胞を移植し、腫瘍径1cmの時点から,1,3,5日目にpcMRT1Aを腫瘍内局注+electroporation法により遺伝子導入し、腫瘍径及び生存日数を検討した。(結果)in vitroにおいて、腫瘍細胞のRT1A^a抗原の発現により、細胞障害活性が有意に上昇した。また,in vivoの実験では,electroporation法を用いたアロ抗原導入群は無処置群に比べて腫瘍の増殖は抑制され、生存期間の有意な延長をみた。(結果)アンチセンス遺伝子導入後のドナー細胞のRT1A^a抗原発現は30%抑制されたものの細胞障害活性は、無処置ドナー細胞に比し、軽度の低下を認めるのみであった。(まとめ)悪性腫瘍内に直接アロMHC遺伝子を導入する免疫療法は抗腫瘍効果を惹起した。一方、移植片拒絶反応の抑制には、その標的抗原であるMHC抗原の発現をほぼ完全に抑制することが必要であり、より効率のよい遺伝子導入が必要と考えられた。
液性免疫の低応答性によるインフルエンザ重症化機序の解析

高病原性鳥インフルエンザ(HPAI) H5N1ウイルス感染は、ヒトでの重篤な急性肺炎を惹起し、50%を超える致死率を示す。過剰なサイトカイン産生が寄与していると考えられているが、詳細は不明である。マウスモデル及び非ヒト霊長類モデルにおいて、病原性が低い季節性H1N1ウイルスとHPAI H5N1ウイルス感染による肺組織中ウイルス量と獲得免疫誘導の時間経過を解析した結果、H1N1感染個体では、感染6日後から9日後にかけて、強力に抗原特異的抗体が誘導され、それに伴いウイルスが排除された。一方、HPAI H5N1ウイルス感染個体では、感染9日後においても、抗体誘導は非常に弱く、ウイルスを排除しきれず、個体は死亡した。これまでの解析から、H1N1ウイルス感染個体では、B細胞の活性化及びIgM産生に重要なB細胞濾胞形成が明瞭に観察されるのに対して、HPAI H5N1ウイルス感染個体では、B細胞濾胞形成能が弱く、上記の抗体産生能との相関が認められた。そこで、今年度は、獲得免疫の活性化に重要な抗原提示細胞の活性化と集積を解析した。免疫組織染色及びフローサイトメトリー解析の結果、H1N1ウイルス感染BALB/cマウスに比べ、HPAI H5N1ウイルス感染マウスでは、感染3日後以降の脾臓への樹状細胞の集積が明らかに減少していることが判明した。更に、超解像顕微鏡観察の結果、これら樹状細胞とB細胞の活性化において重要な役割を果たすCD4+T細胞との細胞間相互作用が疎であることが考えられた。今後は、樹状細胞の集積異常の原因解明とB細胞の活性化経路の詳細な解析を進める。これまで、HPAI H5N1ウイルス感染個体では、B細胞濾胞の形成異常は確認しているが、抗原特異的IgG産生の減弱については不明な点も多い為、胚中心形成及び記憶B細胞や形質細胞分化についてもH1N1ウイルス感染個体との比較を行なう。計画していたマウス感染実験、採材ならびに免疫応答解析は予定通り行う事ができた。抗原提示細胞の集積異常に関しては、遊走異常と感染局所での細胞死の両観点から解析を行う。遊走異常については、感染局所での細胞数と遊走因子マーカーの発現レベルを解析する。細胞死については、感染局所及び脾臓中の樹状細胞及びマクロファージをアポトーシスマーカーで標識する事で解析する。これら機序から高病原性鳥インフルエンザH5N1ウイルス感染個体で、H1N1ウイルス感染個体との相違が認められた場合には、感染培養細胞系を用いて、細胞内シグナルを解明する。更に、抗原提示細胞の集積異常がもたらす液性免疫誘導の低応答性への影響を多段階的に解析する。マウス脾細胞を中心とした解析に加え、感染局所である肺組織への各種免疫担当細胞の集積及び活性化状態についても解析する。マウスで認められる機序が非ヒト霊長類モデルにおいても同様に観察されるか否かをカニクイザルのサンプルを用いて評価する。ヒトへの高病原性鳥インフルエンザ(HPAI)H5N1ウイルス感染は、過剰なサイトカイン産生を引き起こし、高い致死性を示すと考えられている。この重症化機序に関わるウイルス因子や自然免疫応答は報告されているが、ウイルス排除に重要な役割を果たす獲得免疫応答の関与については不明な点が多い。本研究では、マウス及びカニクイザルを用いて、低病原性であるパンデミックH1N1(2009)インフルエンザ(H1N1 pdm)ウイルス、またはHPAI H5N1ウイルス感染後のウイルス排除過程における宿主獲得免疫応答、特に液性免疫誘導を経日的に解析する事を目的とした。今年度は、H1N1 pdmウイルスまたは、HPAI H5N1ウイルスを感染させたBALB/cマウスから経日的に血液、肺並びに脾臓を採取し、ウイルス特異的抗体価及び肺組織中ウイルス価の測定、並びに脾臓切片を用いた免疫組織化学染色を行なった。HPAI H5N1ウイルス感染マウスは、経日的に体重が顕著に減少し、感染10日後までに全個体が死亡した。一方、H1N1 pdmウイルス感染マウスでは、軽度な体重減少にとどまり、抗原特異的抗体誘導時期と相関して肺組織中ウイルス量が顕著に低下し、100%生存した。HPAI H5N1ウイルス感染個体では、H1N1 pdmウイルス感染個体に比べて明らかに中和抗体価が低下・遅延していた。ウイルス感染初期に産生される低親和性のポリクローナルIgMの誘導に重要であるB細胞濾胞が、H1N1 pdmウイルス感染個体では、胚中心の周りに密に形成されていたのに対して、HPAI H5N1ウイルス感染個体では明瞭なB細胞濾胞形成が観察されなかった。HPAI H5N1ウイルス感染個体では、抗原特異的B細胞の活性化に異常がみられる事が示唆された事から、次にB細胞の活性化に重要な役割を果たしている抗原提示細胞の局在について解析した。計画していたマウス感染実験は、予定通り行う事ができた。

マウスモデル及び非ヒト霊長類モデルにおいて、病原性が低い季節性H1N1ウイルスとHPAI H5N1ウイルス感染による肺組織中ウイルス量と獲得免疫誘導の時間経過を解析した結果、H1N1感染個体では、感染6日後から9日後にかけて、強力に抗原特異的抗体が誘導され、それに伴いウイルスが排除された。一方、HPAI H5N1ウイルス感染個体では、感染9日後においても、抗体誘導は非常に弱く、ウイルスを排除しきれず、個体は死亡した。これまでの解析から、H1N1ウイルス感染個体では、B細胞の活性化及びIgM産生に重要なB細胞濾胞形成が明瞭に観察されるのに対して、HPAI H5N1ウイルス感染個体では、B細胞濾胞形成能が弱く、上記の抗体産生能との相関が認められた。そこで、今年度は、獲得免疫の活性化に重要な抗原提示細胞の活性化と集積を解析した。免疫組織染色及びフローサイトメトリー解析の結果、H1N1ウイルス感染BALB/cマウスに比べ、HPAI H5N1ウイルス感染マウスでは、感染3日後以降の脾臓への樹状細胞の集積が明らかに減少していることが判明した。更に、超解像顕微鏡観察の結果、これら樹状細胞とB細胞の活性化において重要な役割を果たすCD4+T細胞との細胞間相互作用が疎であることが考えられた。今後は、樹状細胞の集積異常の原因解明とB細胞の活性化経路の詳細な解析を進める。これまで、HPAI H5N1ウイルス感染個体では、B細胞濾胞の形成異常は確認しているが、抗原特異的IgG産生の減弱については不明な点も多い為、胚中心形成及び記憶B細胞や形質細胞分化についてもH1N1ウイルス感染個体との比較を行なう。計画していたマウス感染実験、採材ならびに免疫応答解析は予定通り行う事ができた。今後は、フローサイトメトリー法を用いて、脾臓及び感染局所である肺組織に集積したリンパ球種の同定及びその活性化状態の解析を行なう予定である。また、共同研究先からインフルエンザウイルスを感染させたカニクイザルの試料も入手できた為、マウスでの解析のみならず、カニクイザルにおいても同様に宿主免疫低応答性が同一の機序で惹起されているか否かを解析する予定である。抗原提示細胞の集積異常に関しては、遊走異常と感染局所での細胞死の両観点から解析を行う。遊走異常については、感染局所での細胞数と遊走因子マーカーの発現レベルを解析する。細胞死については、感染局所及び脾臓中の樹状細胞及びマクロファージをアポトーシスマーカーで標識する事で解析する。これら機序から高病原性鳥インフルエンザH5N1ウイルス感染個体で、H1N1ウイルス感染個体との相違が認められた場合には、感染培養細胞系を用いて、細胞内シグナルを解明する。更に、抗原提示細胞の集積異常がもたらす液性免疫誘導の低応答性への影響を多段階的に解析する。マウス脾細胞を中心とした解析に加え、感染局所である肺組織への各種免疫担当細胞の集積及び活性化状態についても解析する。マウスで認められる機序が非ヒト霊長類モデルにおいても同様に観察されるか否かをカニクイザルのサンプルを用いて評価する。当初、免疫応答解析に使用するフローサイトメトリー用抗体を多数購入する予定であったが、研究室で保有している抗体を使用することができた為、使用予定額より少額となった。今後は、フローサイトメトリーを用いた多項目解析を更に進める予定であり、多くのマーカー抗体を購入する予定である。更に、感染局所に集積した免疫細胞の遺伝子発現解析も併せて行なう予定である。フローサイトメトリー用抗体など研究消耗品を当初計画した金額よりも安価に入手する事ができた為、次年度使用額が生じた。次年度の助成金と併せて解析費用に充てる予定である。
結晶磁気異方性とギルバート緩和現象に対する有限温度第一原理計算手法の新規開発

本研究では,有限温度Tにおける(n次の)結晶磁気異方性定数Kn(T)とギルバート緩和定数α(T)を統一的立場から同時に記述し,両者の温度特性の起源と相関を明らかにすることを目指す.また,定量評価のための計算手法の構築を目指す.平成30年度は以下のような成果が得られた.(1)前年度はコリニアな磁化構造を想定したKn(T)の表式を得たが,本年度はこれをノンコリニアな系でも使用可能なように拡張し,Kn(T)へのノンコリニア効果を明らかにした.特に,Dy-Fe-B磁石のKn(T)は低温でプラトーを持ち,また,高温では高次のKn(T)の減衰が遅いといった特徴を持つが,これらがノンコリニア効果として説明できることを示した.(2)希土類磁石の保磁力評価で重要な,磁化反転過程における活性化エネルギーについて解析を行い,K1(T)とK2(T)を用いた簡明な表式を得た.この結果,K2(T)の影響により,ストーナー・ウォルファース模型の厳密解から大幅にずれることを明らかにした.(3)希土類磁石のα(T)について,フォノンへの磁化緩和過程を想定した記述を行った.ただし,実験研究が依然として十分でなく,この過程が実際に支配的であるかどうかは明らかでない.(4)電圧Vの外部電源を接続した磁性金属多層膜間で働く有効交換相互作用Jeffを微視的立場から記述し,Jeff-V特性について検討を行った.Jeffの存在は膜間に働くスピントルクを導くため,磁気緩和における支配因子の1つとして重要である.解析の結果,Vの非線形効果によって,Jeffの大きさだけでなく符号も変化することを示した.希土類磁石を代表とする局在磁性系における有限温度磁気特性[Kn(T)やα(T)など]について,理論的支柱としていた平均場近似が想定よりもかなり良い結果を与えることが明らかとなった(ただし,バルク特性に限る).一方,遍歴磁性系における有限温度磁気特性の解析は,現状では単純な模型での解析が中心となっておりやや遅れているが,計画段階で想定していた結果が得られてきており,本課題全体としてはおおむね順調に進展していると考える.最終年度は,主に遍歴磁性体を対象とした磁気特性について,その物質依存性の定量評価に重点をおき,第一原理計算による詳細な検討を行う予定である.同時に,本課題でこれまで得られた知見からKn(T)やα(T)の統一的理解を図る.本研究では,有限温度Tにおける結晶磁気異方性定数Ku(T)とギルバート緩和定数α(T)を統一的立場から同時に記述し,両者の温度特性の起源と相関を明らかにすることを目指す.更に,定量評価のための計算手法の構築を目指す.平成29年度は,局在磁性体を想定してKu(T)とα(T)に関する理論研究を推進した.単純な磁気構造を持つ局在磁性体のKu(T)は現象論的にCallen-Callen則(CC則)によく従うが,希土類磁石のような複雑な磁気構造を持つ物質については従うとは限らない.このような物質については,配位子場理論に基づいた微視的理論を用いることでKu(T)がうまく記述できることが知られている.そこで我々は,改めてAkulov-Zenerの現象論に立ち返ってCC則を見直し,既存のCC則を拡張した(以下,拡張CC則).これによると,局在磁性体でありながら従来のCC則が成り立たない原因は,それが大きな高次の異方性定数を有していることにあることが明らかとなった.また,実際のネオジム磁石のKu(T)を拡張CC則でよく記述できることを確認した.結果として,本年度の研究により局在磁性体のKu(T)の現象論と微視的理論の両方を整備することができた(ただし,今後の研究の推進方策で述べるように拡張CC則については更なる改良が必要な場合がある).一方,局在磁性体のα(T)については現象論・微視的理論の両方が確立されていない.そのため,基礎的理解を得るために,既にKu(T)の記述で成功している配位子場理論を用いることで希土類磁石のα(T)を記述することを試みた.その結果,これまで知られていた遷移金属合金のような遍歴磁性体が示すα(T)の振る舞いとは全く異なる挙動を示すことを確認した.これは,希土類イオンが(連続的なバンドエネルギーと異なり)離散準位を持っていることに起因していることを明らかにした.平成29年度の目標の1つであるKu(T)とα(T)の定性的理解を得ることができた.特に,Ku(T)については現象論として拡張Callen-Callen則を導くことができた.本研究では,有限温度Tにおける(n次の)結晶磁気異方性定数Kn(T)とギルバート緩和定数α(T)を統一的立場から同時に記述し,両者の温度特性の起源と相関を明らかにすることを目指す.また,定量評価のための計算手法の構築を目指す.平成30年度は以下のような成果が得られた.(1)前年度はコリニアな磁化構造を想定したKn(T)の表式を得たが,本年度はこれをノンコリニアな系でも使用可能なように拡張し,Kn(T)へのノンコリニア効果を明らかにした.特に,Dy-Fe-B磁石のKn(T)は低温でプラトーを持ち,また,高温では高次のKn(T)の減衰が遅いといった特徴を持つが,これらがノンコリニア効果として説明できることを示した.

(2)希土類磁石の保磁力評価で重要な,磁化反転過程における活性化エネルギーについて解析を行い,K1(T)とK2(T)を用いた簡明な表式を得た.この結果,K2(T)の影響により,ストーナー・ウォルファース模型の厳密解から大幅にずれることを明らかにした.(3)希土類磁石のα(T)について,フォノンへの磁化緩和過程を想定した記述を行った.ただし,実験研究が依然として十分でなく,この過程が実際に支配的であるかどうかは明らかでない.(4)電圧Vの外部電源を接続した磁性金属多層膜間で働く有効交換相互作用Jeffを微視的立場から記述し,Jeff-V特性について検討を行った.Jeffの存在は膜間に働くスピントルクを導くため,磁気緩和における支配因子の1つとして重要である.解析の結果,Vの非線形効果によって,Jeffの大きさだけでなく符号も変化することを示した.希土類磁石を代表とする局在磁性系における有限温度磁気特性[Kn(T)やα(T)など]について,理論的支柱としていた平均場近似が想定よりもかなり良い結果を与えることが明らかとなった(ただし,バルク特性に限る).一方,遍歴磁性系における有限温度磁気特性の解析は,現状では単純な模型での解析が中心となっておりやや遅れているが,計画段階で想定していた結果が得られてきており,本課題全体としてはおおむね順調に進展していると考える.平成29年度に得られたKu(T)に関する拡張Callen-Callen則は磁化構造のノンコリニア性が無視できない場合は修正が必要であるため,次年度は更なる精緻化を行う予定である.希土類磁石のα(T)については実験研究が少なく拠り所に乏しいため,実験をサポートできるような現象論の提供も検討する.また,α(T)の支配因子を議論するためには,定量評価が要求されるため,第一原理からこれを記述することも検討課題とする.最終年度は,主に遍歴磁性体を対象とした磁気特性について,その物質依存性の定量評価に重点をおき,第一原理計算による詳細な検討を行う予定である.同時に,本課題でこれまで得られた知見からKn(T)やα(T)の統一的理解を図る.(理由)共有の計算機資源に予期せぬ空きが生じ,当初の購入予定の計算機が不要となった.一方,予定よりも早く結果が出たため,当初予定していなかった国際会議(MMM)の出張旅費に当てた.(使用計画)平成30年度は数式処理システム(Mathematica)のアップデートに使用する予定である.
先史時代から国家成立期における暴力の文化的背景

交付申請書でも記載した通り、本研究では古人骨、受傷人骨(骨に暴力痕跡が確認できる人骨、あるいはその可能性が高い事例)に関して、形質人類学・進化学・考古学の三つの視点を融合させて多元的に検討し、先史時代から国家成立期までの暴力・集団的争いの文化的・進化的側面を明らかにすることを目的とする。これを達成すべく本年度はまず、(1)受傷人骨からみる暴力の文化的背景の解明として、縄文時代と弥生時代における受傷のパターンと埋葬のパターンを検討し、(2)古人骨・受傷人骨の体系的データを集成し、この集成データから受傷人骨出土頻度(受傷頻度)と出土地域の分布から暴力の規模の時空間動態を明らかにした。まず(1)では、年齢・性別段階の構成比から暴力の対象者を、傷の数・位置と使用された利器(武器)や治癒痕跡の有無から受傷状態を整理し、これらの相関関係から受傷のパターンを抽出した。次に(2)は、松本直子氏らとの共同研究で検討し、弥生時代から集団規模の暴力が始まるという、おおよそ従来の説を支持する結果が得られた一方で、それも時空間的に局所的であることが定量的に示せた。ここで用いた弥生時代人骨の集成データはすでに公開している。これまでの研究では主に限定的資料から定性的に検討されてきたことを考えると、本研究は定量的に暴力の動態や様相を明らかにする重要な成果といえる。特に(1)については一部の成果はすでに発表しているが、まとまった成果として論文化を進めており、来年以降も重要な成果をのこすことができるだろう。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
光周反応における「外的符合モデル」の実体の解明

光周性において重要な「外的符合モデル」では、概日時計が重要な役割を果たす。外的符合モデルを適用できるナミニクバエ幼虫の脳には、2つの概日時計細胞群(DNsとLNs)が存在することがわかった。概日時計タンパク質PERIODの発現を調べたところ、これら細胞群は光周期によって特徴的な発現振動パターンを示すことがわかった。この光周期による振動パターンの違いが外的符合モデルの光周測時に重要な役割を果たしていると考えられる。(1)ハエ目昆虫の幼虫の光受容器としては脳とBolwig's organ (BO)が考えられる.本年は脳による光受容の可能性を検討するために,脳移植を行った.長日条件を経験した個体(非休眠運命)から脳を取り出し,短日条件で発育した個体(休眠運命)に移植したところ,成功率はいまだに低いものの,脳の移植にともなって非休眠運命も移植されることが明らかになった.これは非休眠を誘導する情報が脳に存在していることを示している.今後は移植の成功率を上げる工夫をするとともに,培養条件下で取り出した脳に光周期情報を与え,その脳を移植することで移植された個体の休眠・非休眠の運命が切り替わるかを調べる.これにより脳が光受容器として働くかが明らかになる.(2)これまでの研究により,ナミニクバエは幅広い波長の光を感受して光周性を示すことが知られている.このことから,光周性の光受容にはオプシン類とクリプトクロム(cry-d)の両方がかかわっていると考えられる.そこでこれらの遺伝子のクローニングを行った。現在,cry-d,オプシン1(Rh1),オプシン2(Rh2)がクローニングされている。今後さらに新たなオプシン遺伝子のクローニングを行う.(3)脳とBOでcry-d,Rh1 mRNAの発現を調べたところ,両遺伝子とも脳で強い発現が見られた.これは脳が光受容分子として十分働きうることを示している.今後(1)の結果と合わせて,脳が光受容器なのかどのような光受容分子を用いているのか,について検討していく.ハエ目昆虫の幼虫の光受容器としては脳とBolwig's organ(BO)が考えられる.昨年に引き続きナミニクバエにおいて,脳による光受容の可能性を検討するために,脳移植を行った.脳移植に関してはシリアカニクバエについて成功例があるものの,より小さなナミニクバエでは報告がない.ナミニクバエにおいて,脳の移植に伴って非休眠運命も移植される個体も見られたものの,移植後の生存率が低く,十分な結果が得られなかった.そこで移植する場所や傷の位置,傷の付け方や治癒の時間と方法について詳細に検討したものの,生存率は高まらなかった.よってこの方法によって脳による光受容の可能性を検討することは現在では困難であると考えた.より大きなニクバエを用いて検討する必要がある.ナミニクバエにおいてRNA干渉法(RNAi)による遺伝子発環抑制が可能かどうかを検討した.RNAiが可能となれば,概日歩行活動リズムを制御する概日時計遺伝子が光周性に関与しているのかどうかをより直接的に調べることが可能となる.概日時計遺伝子periodそしてコントロールとしてエクジソン受容体EcRと熱ショックタンパク質Hsp70の二本鎖RNAを体腔内に注射し,発現抑制の効果を確認した。Hsp70本鎖RNAの注射では発現抑制の効果が見られたものの,他の2遺伝子では発現掬制の効果が見られなかった.現在,リポフェクタミン等を用いた二本鎖RNA導入の方法を検討している.長日,短日を見極めるためには概日時計遺伝子の発現の振動パターンが両条件で変化することが考えられる.そこで,periodの発現パターンをそれぞれの条件で飼育した幼虫の全身から抽出したRNAを用いて比較した.他の昆虫におけるこれまでの報告とは異なり,長日,短日間で発現パターンに大きな変化は見られなかった光周性の日長測定のモデルとしては「外的符合モデル」が最も有力であると考えられる.外的符合モデルでは,概日振動体の振動パターンが光周期条件によって変化することが日長測定の基盤となっている.そこで,本年度はナミニクバエ脳内の概日時計細胞の分布と,概日時計タンパク質PERIODの発現パターンに集中して実験を行った.まず,概日時計の出力に関与すると考えられているPDF(pigment-dispersing factor)に対する抗体を用いて,脳の染色を行った.その結果,脳側方部に4つの細胞体が検出された.続いて,PERIOD抗体を用いた免疫組織化学を行った.PERIOD陽性細胞は,脳側方部ニューロン(LNs)と脳背側ニューロン(DNs)の2グループに分けられた.左右の脳半球にはそれぞれ4個のDNsと5個のLNsが存在した.LNsのうちの4個の細胞がPDFと共存していると考えられた.DNsとLNsのどちらも,明期の始めにほとんどの細胞がPERIOD抗体によって染色され,暗期では染色される細胞数が減少した.

この細胞数の違いはPERIODタンパク質の発現量の増減によるものと考えられる.DNsとLNsは同じ光周期に対しても異なる発現パターンを示した.さらに,異なる光周期下では,DNsとLNsは特有のPERIOD発現パターンを示した.特に,DNsではPERIODの発現と明暗周期の位相関係が変化したのに対し,LNsでは時計の振動パターンそのものが変化した(より具体的には染色された細胞数が最大になる時間と最小になる時間の割合が変化した).このことは,光周期情報がDNsやLNsにおいてPERIODタンパク質の量的な変化に変換されることを示している.複数の概日時計の振動パターンが,異なる光周期に反応して,特有の変化を示す.このことが光周測時において重要であると考えられる.長日短日といった情報が概日時計遺伝子の発現にどのような影響をおよぼすのかについて,全虫体を用いて解析することができた一方で,脳移植における生存率の低さを改善することができず,脳が光周性の光受容器として働くかどうかを直接的に示すことが困難となった.24年度が最終年度であるため、記入しない。脳移植に代わり,脳における光受容分子の発現をRT-PCRおよび免疫組織化学により明らかにすることで,脳による光受容能についてアプローチする.また,短日長日といった光周期条件が脳の概日時計の振動にどのように影響するかをreal-time PCR法により,より詳細に明らかにする.脳のどの場所に概日時計が存在するのかを,免疫組織化学により検討する.24年度が最終年度であるため、記入しない。
非ホロノミックシステムを対象とした視覚サーボ系に関する研究

1.作業の過程の記述...作業環境のモデルとカメラの特性に基づき,ロボットの位置・姿勢とカメラによって得られる画像の関係を導出した.作業の状態を画像内の環境の像により定義し,この状態の関数として作業を記述した.ロボットのダイナミクスを考慮して作業の過程を微分方程式として記述した.2.拘束条件の幾何学的構造の解明...ロボットの非ホロノミックな拘束条件を詳細に考察し,状態空間の幾何学的構造を明らかにした.3.再モデリングと制御系設計...幾何学的構造を採り入れて再モデリングを行なった.その結果,「特徴ベース視覚サーボ法」が適用可能であることがわかった.画像平面内で作業の目標状態を生成することにより,目標物を見失うことなく移動できることがわかった.この手法を用いて閉ループ制御系を構成し,シミュレーションによりその有効性を確認した.4.実験による評価...ラジコン模型自動車の上にカメラを設置し,視覚サーボによる誘導を行なった.ほぼ任意の初期姿勢から目標位置・姿勢に移動可能であることが確認された.5.問題点...カメラの視野が狭く視覚サーボ法が適用できる初期姿勢に限界が存在する.また,模型自動車の運動特性がきわめて非線形であり,運動の再現性に乏しい.したがって,視覚による誘導の有効性は確認できたが,現状では精度が不十分である.1.作業の過程の記述...作業環境のモデルとカメラの特性に基づき,ロボットの位置・姿勢とカメラによって得られる画像の関係を導出した.作業の状態を画像内の環境の像により定義し,この状態の関数として作業を記述した.ロボットのダイナミクスを考慮して作業の過程を微分方程式として記述した.2.拘束条件の幾何学的構造の解明...ロボットの非ホロノミックな拘束条件を詳細に考察し,状態空間の幾何学的構造を明らかにした.3.再モデリングと制御系設計...幾何学的構造を採り入れて再モデリングを行なった.その結果,「特徴ベース視覚サーボ法」が適用可能であることがわかった.画像平面内で作業の目標状態を生成することにより,目標物を見失うことなく移動できることがわかった.この手法を用いて閉ループ制御系を構成し,シミュレーションによりその有効性を確認した.4.実験による評価...ラジコン模型自動車の上にカメラを設置し,視覚サーボによる誘導を行なった.ほぼ任意の初期姿勢から目標位置・姿勢に移動可能であることが確認された.5.問題点...カメラの視野が狭く視覚サーボ法が適用できる初期姿勢に限界が存在する.また,模型自動車の運動特性がきわめて非線形であり,運動の再現性に乏しい.したがって,視覚による誘導の有効性は確認できたが,現状では精度が不十分である.