hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
転写因子の翻訳後調節による細胞増殖オン・オフの制御

転写因子GATA2とGATA3は、GATA転写因子群に共通のジンクフィンガー構造を介して、共通の標的配列(WGATAR)に結合し、リンパ球や骨髄球性細胞などの遺伝子の転写を調節する。また、GATA2とGATA3に共通する特定のアミノ酸残基は、Cyclin dependent Kinase (CDK)によりリン酸化され、リン酸化を契機としてユビキチン化依存性に分解が起きる(Koga 2007, Nakajima 2015)。本課題では、GATA2/GATA3のリン酸化やユビキチン化と血液細胞の増殖制御の関係について、RNA発現解析やクロマチン免疫沈降(ChIP)法、GATA2とサイクリン/CDKとのタンパク質間相互作用やリン酸化実験棟を用いて検討を行った。その結果、細胞周期の開始に関わるG1サイクリン遺伝子群の発現制御領域にGATA2が結合し、サイクリン/CDK等の細胞周期制御系遺伝子の発現や活性を制御していることを明らかにした。CDKによってリン酸化されるGATA2/GATA3のアミノ酸残基は、炎症性シグナル伝達系酵素によってもリン酸化されることが報告されており、今後は、炎症性シグナルによるリンパ球や骨髄球の増殖制御においても、GATA2/GATA3のリン酸化やユビキチン化が関わる可能性について解析を進める予定である。また、このGATA2とサイクリン/CDK系との関係性は、GATA2分解が亢進し、GATA2蛋白質の発現がほとんど検出できないG1/S移行期に認められており、一方で、ヒトLymphoblastoid Cell Line(LCL)においてもGATA2/GATA3 mRNA発現が検出されたことから、今後は、ヒト細胞を用いて、遺伝子多型や腫瘍化との関係についての検討を進める。そこで、本申請研究では、外部刺激によって細胞周期の開始や停止が決定される際に、シグナル因子による転写因子の翻訳後調節が果たす役割を明らかにする。GATA2遺伝子の変異によるGATA2発現量の低下によって、家族性の前白血病状態や白血病が発症することが報告されている。また、遺伝子改変マウス等の知見からGATA2発現量が造血細胞の増殖制御に重要であることは明らかである。一方で、研究代表者はGATA2発現量の調節はユビキチン化依存性の非常に速いタンパク質分解によって制御されており、この経路にはGATA2のリン酸化が関わっていることを報告した。本研究課題により、シグナル伝達系や細胞周期制御因子によるリン酸化やユビキチン化とGATA2発現の制御経路が明らかになることで、新規の白血病治療の分子標的の研究が進むことが期待される。日本人及び欧米人の全ゲノム解析データが研究計画時の予想以上の速度で公開されている。最終的な本研究の目的が、白血病などヒト疾患の原因究明と治療法の探索であることを勘案すると、本研究課題にとっても、ヒトの遺伝的多形性とGATA2の量や修飾による転写制御の変化を明らかにすることが最重要事項である。研究代表者は、当該研究とは別のエフォートとして、12万人を超える健常人提供者からなるバイオバンクの運営に携わっており、27年度には、このバイオバンク参加者のうち1070人分の全ゲノム解析結果のうち、単一塩基配列の変異頻度情報を公開しことから、本研究課題の最初の検討として、日本人健常成人におけるGATA遺伝子変異について情報収集を行った。その結果、家系的な前白血病及び白血病発症の原因として報告があるGATA2変異に相当する変異は見出せず、このような遺伝子変異が遺伝的に継承されている頻度はかなり低いことが予想された。GATA2のエクソン部分の変異は、1つを除いてアミノ酸変異をともなわない変異のみであった。アミノ酸変異を伴う変異も直接リン酸化等に関わる部位ではなく、臨床的な意義付けも十分なデータがないものであったが、間接的にシグナル伝達の強弱や、タンパク質の安定性制御などに関わっている可能性も否定はできないものであった。GATA3についてもアミノ酸をコードする部分の変異は認められなかった。ChiP-seqについては、研究分担者が準備を進めており、次世代シークエンサーを使った解析の準備はほぼ終了している。しかし、細胞周期の同期や、細胞側の条件(細胞周期の同期と、細胞周期のどの時点で細胞を固定して実験を行うか等)、抗体の選択など、予備的な実験が終了していない現状であった。本研究では、外部刺激によって細胞周期の開始や停止が決定される際に、シグナル因子による転写因子の翻訳後調節が果たす役割を明らかにする。GATA因子群は,因子間で相同性の高いジンクフィンガー構造を使って、一定のDNA配列(WGATAR)に結合し、遺伝子の転写のオンオフ調節を行う転写因子群である。その中でも、GATA2とGATA3は、ジンクフィンガー以外の部分も含めて非常に相同性が高く、双方ともに共通の構造に含まれる特定のアミノ酸残基が、CDKなどの酵素によるリン酸化を受け、それを契機としてユビキチン化依存性のタンパク質分解を受ける(Nakajima2015)。また、ノックアウトマウスなどの実験から、GATA2は造血幹細胞・前駆細胞の制御に必須であり、GATA3はTリンパ球の分化や機能に必須の転写因子であることが報告されている。

研究代表者は、血液細胞に発現するGATA2の解析から、シグナル伝達系を介した翻訳後修飾が、両因子による細胞周期の制御に重要であることを示唆する結果を得ており、本研究課題では、GATA2のリン酸化やユビキチン化などの翻訳後調節と造血系細胞の増殖制御との関係を分子生物学的に明らかにすることを当初の目標とした、しかし、ヒトの遺伝的多型とTリンパ球機能異常による疾患発症の関係を解析するのに適した研究環境にあることから、H28年度にはTリンパ球を使ったGATA3の翻訳後調節の解明を目指して、細胞の準備を進め、検証系の検討を行った。IL-2等で刺激したリンパ球について細胞周期のオンオフの解析をするには、一度細胞増殖を停止させた後で、細胞周期を同調して培養する条件を探すなどの検討が必要であるが、未だ、末梢血T細胞の培養では最適な実験条件を見いだすことができておらず、特定の細胞周期の細胞を揃えてChIPseqのような網羅的な解析を実施するには至らなかった。課題採択時には、過去の研究実績に基づいて、マウス造血幹細胞や前駆細胞の増殖の調節に関わる転写因子GATA2を中心に検討を行った。しかし、研究代表者は、全ゲノム解析情報が明らかな多様性に富んだヒトリンパ球を保存するバイオバンクの運営に関わる立場であり、サイトカイン刺激などによるTリンパ球の活性化が多くの疾患発症と関わる可能性が報告されていることから、平成28年度には、Tリンパ球の制御に重要な働きをするGATA3を主要な研究対象とすることとし、検討を進めた。ヒトGATA3はマウスGATA3、マウスGATA2との相同性が高く、同じDNA配列に結合し、GATA2/GATA3間の保存されたアミノ酸残基がリン酸化されることをきっかけに、ユビキチン依存性分解を受ける(Nakajima 2015)。.H28年度には、約2000人分の全ゲノムデータを使ってGATA2, GATA3の構造変化や発現量の変化をもたらすヒト遺伝子多型の探索を行った。また、T細胞や不死化B細胞を用いたChIPseqやRNAseqの準備を進めた。すでに、研究代表者の所属組織では、提供者約の末梢血細胞を保存し、それらをInterleukin2+抗CD28抗体で刺激して、累計1500人分以上の末梢血T細胞を保存しており、これらを使った解析も視野に入れて準備中である。しかし、IL-2等で刺激したリンパ球について細胞周期のオンオフの解析をするには、一度細胞増殖を停止させた後で、細胞周期を同調して培養する条件を探すなどの検討が必要であるが、未だ、末梢血T細胞の培養では最適な実験条件を見いだすことができておらず、特定の細胞周期の細胞を揃えてChIPseqのような網羅的な解析を実施するには至らなかった。本研究では、転写因子の翻訳後調節が細胞増殖の開始や停止の決定において果たす役割を明らかにする。研究代表者は長年にわたって、GATA転写因子群の研究を行なってきた、GATA転写因子は哺乳類ではGATA1からGATA6までの6種類が知られており、それぞれに共通の構造を持つジンクフィンガーにより、共通の標的配列WGATARに結合可能である。そのため、同一の標的遺伝子に結合するGATA因子が入れ替って細胞の分化段階を制御している例も報告され、因子の蛋白質分解の制御が細胞の分化や増殖の制御に関わっている可能性も予想される。特に、GATA2とGATA3はジンクフィンガー以外の部分の構造についても相同性が非常に高く、共通の構造にあるアミノ酸残基がリン酸化されて、ユビキチン化依存性のタンパク質分解を引き起こす(Koga 2007, Nakajima 2015)。
SOFCアフターバーナー用ペン型マイクロ超希薄燃焼器の研究

平成16年度の実績に基づき、次の数値解析的研究ならびに実験的研究を行った。ペン型マイクロ燃焼器内火炎の安定性には、バッフル板下流の迅速な混合と強い安定な循環流の形成が必須であるが、同時に熱損失を抑制して火炎温度を高温に保つことが重要である。数値解析的研究では、ペン型マイクロ燃焼器内の等温流を対象としてバッフル板下流に形成される循環流のあり方と燃料と空気の混合様式についてLarge Eddy Simulation(LES)を行い、燃料噴流流速と空気流入流速の速度比が循環流の形成と混合の良否を支配すること、とくに外側環状に配した空気孔径が小さく、空気噴流速度が大きい場合に、燃料噴流外周部のリング状渦が乱流渦に発達し、混合を促進し、火炎の安定化に良好であることを見出した。この点は、昨年度より継続した可視化実験とPIVを用いた乱流計測によって裏付けられた。さらに、Large Eddy Simulation(LES)を、バッフル板下流に形成される循環流と燃焼器壁間の伝熱特性の検討に応用した。その結果、乱流渦が発達し、混合が促進され、火炎の安定化に良好である空気孔径が小さく、空気噴流速度が大きい場合に、バッフル板下流の循環流と燃焼器壁との熱交換が促進されるため、火炎温度の低下を招き安いこと、ただし燃焼器壁外側に燃焼ガスを流す構造にすると熱損失の影響を低減できることを見出だした。SOFCは多様な燃料が使用できる高温型燃料電池であり、主として空気冷却を施す目的から、燃料電池に送入する空気と燃料の割合を理論空燃比の5-6倍として運転する。また、燃料電池は、燃料利用率を85%程度に留めて使用するので、アフターバーナーでは、燃料が理論混合比の30分の1程度の超希薄燃焼になる。分散電源では、毒性・刺激性成分の微量の排出も許されない。それゆえ、温度レベルが低い起動時や負荷変動時にも火炎を安定化させ得る超希薄燃焼器の開発が重要である。本研究は、低レイノルズ数、超希薄条件においても火炎の安定化に有効な小容量電源用ペン型マイクロ燃焼器を試作し、その安定限界を調べ、3次元循環流や迅速な混合のあり方を計測し、数値解析を施して、この燃焼器の有効性と有効となる現象的背景を明らかにすることを目的とする。本年度は、3種類の研究を行った。その中の2種類は実験的研究であって、第1の実験的研究では(1)拡大モデルを製作し、これを用いて燃焼器内の等温流の可視化実験を行った。その結果、バッフル板中央の燃料孔からの燃料噴流流速とその周囲部に環状に配置された空気孔からの空気噴流の流速比が循環流の形成に影響することを明らかにした。第2の実験では、(2)実器寸法の透明燃焼器を製作し、PIVを用いてこの燃焼器内の流速および乱れ強さ分布の測定を試みた。燃焼器壁で生じる屈折に伴う映像の歪みから定量的分析が容易でないが、流速条件による燃焼器内流れの変化が顕著であることが明らかになった。(3)第3の研究は数値解析的研究であって、燃焼器内流れのLES(Large Eddy Simulation)に成功し、その結果から、バッフル板中央の燃料孔からの燃料流流速の大小が、バッフル板下流の循環流の寸法と空気流との混合過程を支配すること、燃料流速が空気流速の2倍程度が最適であること、を明らかにした。
機械学習を用いた、快適性を最大化する座面圧力分布のアクティブ制御

昨年度は乗り心地評価を行うためのアクティブシートのハードウェア開発を行った。ハードウェアとしてはアクティブシートに必要なアクチュエータの設計及びそれらを統合するフレームの設計を完了している。アクチュエータはサーボモータとボールねじ、ボールねじに取り付けられたクッションによって構成されている。座面には32本のアクチュエータを配置し、アルミフレームによって支持する構造とした。また電気的なハードウェアの開発も完了しており、それぞれのアクチュエータを独立で制御できるように数μsecで応答可能でかつ、多入力多出力可能なコントローラを採用した。サーボモータの制御はサーボモータ専用のコントローラが1つにつき1つあり、前述のコントローラはそれらを統合するために用いられる。サーボモータとコントローラの動作確認までは完了しているため、今後は統合したシステムとしての検証を行う。本研究の主眼の一つが新たな乗り心地の評価方法の確立であり、アクティブシートのハードウェアの出来が本研究の成否に大きく関わるため、市場で手配可能な安価で摺動性の悪いアクチュエータを用いるのではなく、高価な摺動性の良いアクチュエータを使用することとし、アクチュエータのハードウェアから部品単位で専用設計を行うこととした。そのため、実施計画において、今年度中に第1回目の評価を行うことを目標としていたが、アクチュエータの入手性(進捗状況に詳細記述)の問題からハードウェア開発にとどまっている。しかし、一方で専用設計としたことによりハードウェアで詳細な仕様として不明になる部分がなくなるため、アクティブシートに何らかの問題があった場合の要因分析や改良を要する場合の対応に係る時間は短くすることができるため、昨年度の遅れは今年度に対応可能であると考えている。当初使用を予定していた摺動性の良いアセンブリ済みのアクチュエータが生産中止となり、入手不可となったため、アクチュエータの設計が必要となったことによりアクティブシートの設計に当初計画していた時間よりも多くの時間を要した。またアセンブリ済みの製品がないことにより、専用設計、専用部品となったことにより、計画していた予算もアクチュエータの製作費用が多く必要になったため、アクチュエータの本数を減らすことで対応した。さらに工作機械用としてボールねじの世界的な需要増により在庫がなく、発注から納品までも多くの時間を要したことにより、計画よりもやや遅れて研究が推移している。予期していなかったアクチュエータの入手性の課題は専用設計を行うことで技術的には解決したが、研究が遅れて推移しているため、アクティブシートのシステム構築及びシステム評価を早急に進める。今年度予定されていたアクティブシートの改良に関しては昨年度専用設計を行ったため、もし設計変更が必要になった場合も迅速に対応が出来ると考えられるため、今年度は静的評価、動的評価を重点的に行い、機械学習により乗り心地を向上させる方策を探索する。詳細は下記の通り。静的評価:シート形状による快適性の変化をアンケートにより取得する。圧力分布とアンケート結果を紐づけることにより、ラベル付きの圧力分布データが出来る。このラベル付きデータを機械学習し、パターン認識させることで圧力分布に対する快適性の識別器が出来る。ここで識別器の判断を分析することで、静的な状態での圧力分布と快適性の関連性を明らかにする。動的評価:アクティブシートが動的な状態でのデータの取得、アクチュエータ制御の可否やハードウェアとしての耐久性の評価を行う。快適性の評価では一定の加減速度時のシート形状(圧力分布)による快適性の変化を、実験参加者を募りアンケートにより取得する。動的な状態では圧力変動があるが、瞬間的な快適性を時系列で正確に答えさせることは困難であると考えるため、ここでは評価値として試験中の圧力分布の平均、最大値、最小値、分散を用いる。さらに識別器の判断を分析することで、一定前後加速中における圧力分布と快適性の関連性を明らかにする。そして静的な評価結果の違いを明らかにする。制御構築:ここまでに明らかになった快適な圧力分布を実現する制御を構築する。目標とすべき快適な圧力分布は学習データより予め設定しておき、得られた座面圧力からアクチュエータの制御目標を設定し、制御目標を実現するアクチュエータのフィードバック制御を構築する。

しかし、一方で専用設計としたことによりハードウェアで詳細な仕様として不明になる部分がなくなるため、アクティブシートに何らかの問題があった場合の要因分析や改良を要する場合の対応に係る時間は短くすることができるため、昨年度の遅れは今年度に対応可能であると考えている。当初使用を予定していた摺動性の良いアセンブリ済みのアクチュエータが生産中止となり、入手不可となったため、アクチュエータの設計が必要となったことによりアクティブシートの設計に当初計画していた時間よりも多くの時間を要した。またアセンブリ済みの製品がないことにより、専用設計、専用部品となったことにより、計画していた予算もアクチュエータの製作費用が多く必要になったため、アクチュエータの本数を減らすことで対応した。さらに工作機械用としてボールねじの世界的な需要増により在庫がなく、発注から納品までも多くの時間を要したことにより、計画よりもやや遅れて研究が推移している。予期していなかったアクチュエータの入手性の課題は専用設計を行うことで技術的には解決したが、研究が遅れて推移しているため、アクティブシートのシステム構築及びシステム評価を早急に進める。今年度予定されていたアクティブシートの改良に関しては昨年度専用設計を行ったため、もし設計変更が必要になった場合も迅速に対応が出来ると考えられるため、今年度は静的評価、動的評価を重点的に行い、機械学習により乗り心地を向上させる方策を探索する。詳細は下記の通り。静的評価:シート形状による快適性の変化をアンケートにより取得する。圧力分布とアンケート結果を紐づけることにより、ラベル付きの圧力分布データが出来る。このラベル付きデータを機械学習し、パターン認識させることで圧力分布に対する快適性の識別器が出来る。ここで識別器の判断を分析することで、静的な状態での圧力分布と快適性の関連性を明らかにする。動的評価:アクティブシートが動的な状態でのデータの取得、アクチュエータ制御の可否やハードウェアとしての耐久性の評価を行う。快適性の評価では一定の加減速度時のシート形状(圧力分布)による快適性の変化を、実験参加者を募りアンケートにより取得する。動的な状態では圧力変動があるが、瞬間的な快適性を時系列で正確に答えさせることは困難であると考えるため、ここでは評価値として試験中の圧力分布の平均、最大値、最小値、分散を用いる。さらに識別器の判断を分析することで、一定前後加速中における圧力分布と快適性の関連性を明らかにする。そして静的な評価結果の違いを明らかにする。制御構築:ここまでに明らかになった快適な圧力分布を実現する制御を構築する。目標とすべき快適な圧力分布は学習データより予め設定しておき、得られた座面圧力からアクチュエータの制御目標を設定し、制御目標を実現するアクチュエータのフィードバック制御を構築する。
自己肺をoxygenatorとする完全体外循環法の炎症反応抑制効果から見た可能性

本年度実験計画の予備研究として間質性浮腫に多大なる影響を及ぼす開心術術後の腎機能を体外循環使用、非使用の2群に分け検討し報告した。自己肺をoxygenatorとする完全体外循環回路モデルにおける間質浮腫の増強がnitric oxide吸入により軽減するか否かを検討した。[1]実験動物:雑種成犬10頭を使用し、各群n=5とした。[2]実験群:自己肺群:自己肺を用いた完全体外循環を行った群自己肺+NO群:自己肺群にNOガス吸入(20ppm)を併用した群[3]実験方法:全身麻酔及び人工呼吸管理下に、右房脱血及び肺動脈送血による右心バイパスに加え左房脱血及び大動脈送血による左心バイパスモデルを作成後、心筋保護液の間欠的投与により心停止を120分間行い、30分の再灌流後体外循環から離脱させた。[4]結果(1)向炎症性反応:肺静脈血中のIL-1β、IL-6、IL-8およびPMN-elastaseは自己肺+NO群に比較し、自己肺群有意に高値であった。(2)形態学的検討:肺組織の血管内皮細胞におけるE-selectinの発現量および間質浮腫は自己肺+NO群で有意に軽減されていた。[5]考察自己肺をoxygenatorとする完全体外循環回路モデルにおいてnitric oxide吸入の併用は向炎症性反応を軽減し、間質浮腫の増強を抑制した。上記結果を現在投稿準備中である。自己肺をoxygenotorとする完全体外循環回路モデルを作成し、肺の形態学的、機能的変化及び循環動態に及ぼす影響を検討した。1.実験動物:雑種成犬10頭を使用した。2.実験群:人工肺群:通常の人工肺を用いた完全体外循環を行った群(n=5)自己肺群:自己肺を用いた完全体外循環を行った群(n=5)3.実験方法:自己肺群では右房脱血及び肺動脈送血による右心バイパスに加え左房脱血及び大動脈送血による左心バイパスを120分間行い、体外循環から離脱させる。4.結果(1)循環動態:LVSWIおよびRVSWIは両群間に有意差は認めないものの体外循環後の肺血管抵抗は自己肺群で有意に低値であった。(3)肺組織形態:血管内皮細胞障害及び好中球浸潤の程度は自己肺群で軽減される傾向にあったが間質浮腫は同群で増強していた。5.考察自己肺をoxygenotorとする完全体外循環回路モデルは体外循環後の肺血管抵抗を低下させ呼吸機能を温存した。しかし間質浮腫は増強しておりこれを軽減する方法として平成14年度にnitric oxide吸入の効果を検討する。
物体の落下加速度測定装置の開発とその教材化

PICマイコンを利用して0.1[ms]の時間カウンターを作製し、球体の物体を自由落下運動させたり、鉛直投げ下げ運動させたりして、その落下加速度を直接且つ即時に求められる測定装置を開発した。透明アクリル円筒の3箇所に光センサーを付属したPICマイコン(PIC16F873A)とパソコンから成るZigBee無線通信による落下加速測定装置である。物体の落下途中の3箇所での時間と速度の3組の測定データから最小自乗法により、落下加速度と初速度を求め、パソコン画面に速度Vと時間tのV-tグラフを描き、加速度の値や相関係数等を表示するものである。その透明アクリル円筒の中に、大きさが同じで質量の異なる6種類の球体の物体を落下させて、それぞれの落下加速度を測定し、その平均値や平均値の標準偏差を求めることができた。本研究の主な成果は次の3つである。(1)落下加速度を直接求められるので、基本的な運動方程式により、各球体に働く空気抵抗力の大きさを求め、生徒の科学的探究心を高めることができた。(2)実験結果から空気抵抗力と質量との関係を考察する場合、空気抵抗力と質量の関係を直接考えるのではなく、重力と空気抵抗力の大きさの比率を基にし、その比率と質量の関係を考えなければならないという科学的見方を持たせ、生徒の科学的視点を養うことができた。(3)この装置を利用した授業実践を通して、生徒にコンピュータ計測への知的好奇心を喚起し、最小自乗法や運動の法則の有効性を体感させ、生徒の科学的探究心を深め、生徒の能動的学習意欲を高めることができた。
心不全における慢性腎臓病の治療標的の探索

研究参画施設に入院した急性増悪期心不全(ADHF)患者を前向きに登録した。入院時腎機能及びその変化が臨床転帰に及ぼす影響と急性期血圧・急性期フロセミド静注の使用との関連について検討した。ADHF患者においてフロセミド静注は入院中の腎機能悪化および入院中死亡と関連するが、その意義は入院時eGFR値で異なることが明らかとなった。急性期利尿薬使用による血漿量の変化が腎機能に及ぼす影響は拡張不全例と収縮不全例で異なる。急性期腎機能悪化は院内死亡の予測因子となったが、長期予後とは関連しなかった。一方、入院時eGFR低値は短期予後予測因子とはならないが、長期予後の予測因子となることが明らかとなった。慶應義塾大学病院、榊原記念病院、杏林大学病院に入院した急性増悪期心不全(ADHF)患者を前向きに登録した。ADHFの予後予測において、入院時eGFRと収縮期血圧(SBP)は密な関連を有することが明らかとなった。eGFR別に異なった至適血圧維持を設定する必要があることが示唆された。入院中の血漿量減少が腎機能に及ぼす影響に及ぼす影響を収縮機能の低下した心不全例(rEF)と収縮機能の保たれた心不全例(pEF)で比較した。入院中の循環血漿量の低下が3分位の中で最も多い群を循環血漿量低下あり(PVR+)と判定し、それ以外を循環血漿量低下なし(PVR-)と判定した。PVR+はpEF例で腎機能悪化と関連したが、rEF例では関連しなかった。pEFおよびrEF例では、急性期利尿薬静注がPVRの予測因子となった。以上より、PVRの腎機能への影響はpEF例とrEF例で異なることが明らかとなった。心不全例の登録は順調に増加しつつある。本研究の課題である慢性腎臓病の臨床的意義についても上記のごとく成果を公表することができた。<目的>ADHF患者における入院時腎機能及び入院中の変化が臨床転帰に及ぼす影響について明らかにする。<方法> 2014年9月まで慶應義塾大学病院、榊原記念病院、杏林大学病院および聖路加国際病院に入院したADHF患者を前向きに登録した。入院時腎機能及びその変化が臨床転帰に及ぼす影響について検討した。急性期クレアチニン値0.3mg/dl以上の上昇を腎機能悪化(WRF)と定義した。左室駆出率(LVEF)<40%を収縮不全(rEF)、LVEF>40%を収縮機能の保たれた心不全(pEF)と定義した。<結果> 1732例のADHF患者を解析対象とした。入院時eGFR中央値は49.5mL/min/m2であった。平均観察期間は559日であった。WRFはeGFR低値群に多かった。短期予後を観察したカプラン・マイアー生存曲線ではWRFは腎機能の変動がなかった群に比べて生存率が低値であった。院内死亡を従属変数にしたロジステイック解析では、強心薬使用とWRFは独立した予後予測因子となった。長期予後解析では、eGFR低値群は高値群に比べて死亡あるいは心不全による入院件数が多かった。この結果は、rEFでもpEFでも同様であった。Cox比例ハザード解析で、入院時eGFR低値が独立した予後予測因子となった。WRFは長期予後予測因子とはならなかった。<結論>4施設に入院したADHF患者を前向きに登録したデータベースを用いて、入院時腎機能及びその変化が臨床転帰に及ぼす影響について検討した。心不全例の登録は順調に進んでおり、課題である腎機能との関連について予定通り成果を報告することができた。尿細管障害マーカーとの関連について未解析である。尿酸と慢性腎臓病の進展との関連についても明らかにしていない。循環器内科学サブスタデイとして尿細管障害マーカーを測定しており、症例数が蓄積されたら尿細管障害と糸球体障害を分離して、予後に及ぼす影響を検討したい。

入院中腎機能悪化の要因について利尿薬・急性期血圧との関連を報告したが、更なる因子についても検討を重ねたい。バイオマーカー測定に要する費用が思ったほど使用できなかった。バイオマーカー測定件数が計上額より大幅に少なかった。来年度は、バイオマーカー測定件数を増やすべく、研究体制を強化する。サブスタデイ用検体の測定件数を増やす。論文印刷費、統計解析ソフト、旅費など次年度増えることが予測される。
オープンMRI下高精度治療のための画像表示および治療ロボティクスシステム

本研究では,豊富な情報を有するオープンMRI下において手術情報と手術機械を融合した高精度治療システムを目指す.具体的には,狭所であるMRIガントリの内部で治療するため,高いMRI対応性を有したリアルタイム画像重畳システムおよび,患部へと精密に誘導するターゲット追従型ロボットの開発指針の確立および基盤技術開発を行った.これにより,従来不可能であった術中画像観察下における直感的かつ定量的な治療作業を可能とした.本研究では,豊富な情報を有するオープンMRI下において手術情報と手術機械を融合した高精度治療システムを目指す.具体的には,狭所であるMRIガントリの内部で治療するため,高いMRI対応性を有したリアルタイム画像重畳システムおよび,患部へと精密に誘導するターゲット追従型ロボットの開発指針の確立および基盤技術開発を行った.これにより,従来不可能であった術中画像観察下における直感的かつ定量的な治療作業を可能とした.本研究では,オープンMRI下における高精度治療環境を実現するため,拡張現実感による画像表示装置およびカテーテル誘導治療支援ロボティクスの開発研究を目的とする.具体的には,非磁性ディスプレイ開発,リアルタイム位置トラッキングデバイスを取り付けた画像表示装置の開発,それらを組み合わせたImage Fusionシステムの開発を行い,また,術具トラッキングによるターゲット追尾型ロボットおよび精度補償を行う座標系統合インタフェースの研究を行う.本年度はこれまでに開発してきたMRI対応画像重畳ディスプレイおよびナビゲーション機能を搭載した穿刺ロボットシステムの開発・改良を行った.ディスプレイに関しては,従来研究で得られた技術である光ファイバ束による画像転送法を用い,ファイバの細径化を図った.これにより取り扱い易いディスプレイ表示装置を試作した.画像誘導下のロボット開発については,2自由度ロボットの改良を行い,また三次元位置計測装置用のマーカを取り付け,座標系統合を行った.0.2TのオープンMRI環境下,ファントムによる評価実験の結果,誤差2mm以内での穿刺を行うことが出来た.誤差要因としては,ロボットによる画像歪みや超音波モータによるアーチファクトによる画像ノイズ混入が考えられ,電磁波測定器による計測および対策・改良を行う.また,ロボットのアクチュエータとして超音波モータを用いた一方で,空圧駆動による完全非磁性アクチュエータの試作も行った.類似のエアーモータも研究がなされているが,本研究では確実な駆動を目指した機構を考案した.試作機は回転数2-5rpm,10mNm程度が得られ,また高いMRI対応性を有していた.今後はこれらを組み込んだロボット開発を行うと共に,画像表示との統合を図る.本研究では,オープンMRI下における高精度治療環境の実現に向け,拡張現実感による画像表示装置およびカテーテル誘導治療支援ロボットの開発研究を目的としている.具体的には,完全非磁性高解像度ディスプレイおよびリアルタイム位置トラッキングデバイスによるオンタイム画像重畳表示装置の開発を行い,また,フルオロスコピーによるターゲット追尾型ロボットの開発を行う.本年度は,臨床使用に向けたディスプレイデバイスの改良および,穿刺ロボットシステムの精度補償を行う制御手法によるin-vitro実験を行った.画像重畳ディスプレイに関しては,連続撮影を可能とするフルオロスコピー機能との連動を実現し,0.5Hzで画像を更新しながら断層画像および患部を観察することを可能とした.これにより,画像を観察し対象の変形などを観察しながら作業をすることが可能となった.また,画像誘導下のロボット開発については,ロボットの持つ針の位置・方向をハフ変換を基盤とした画像処理を行うことで抽出し,座標変換を行い,ターゲットに対して自動的に補正して穿刺を行う制御アルゴリズムを考案し,実装した.画像の取得はフルオロスコピーを用いたため,0.25Hzの実撮像時間の間隔で得られる画像を元に位置決めを行った.また,穿刺していくとターゲットが移動していく特殊なファントムを開発し,それに対して穿刺を行う評価実験を行った結果,1.14±0.32mmの精度を実現し,昨年度よりも精度が向上する結果を得た.一方で,昨年から開発している空圧駆動アクチュエータに関しては,機構の改良を行い,また,それを用いた完全非金属非磁性のロボットの設計を行った.本研究は,拡張現実感による医師への体内画像情報の付与および,カテーテル誘導治療を支援ずる医師の手技の精度・安全性向上のためのロボティクスの開発研究を行う.具体的には, MRI内で使用可能な非磁性ディスプレイの開発・臨床向け改良およびフィージビリティの評価を行い, MRI画像情報からリアルタイムに位置をトラッキングし,三次元空間に高精度画像を提示する画像重畳システムの開発を行う.また,画像情報に基づく術具トラッキングによるターゲット追尾型ロボットおよびそのインタフェースの研究を行う.本年度はMRI対応画像重畳システムおよび穿刺ロボットシステムの評価を行い,さらに完全非磁性ロボットの開発を行った.前者については,被験者を対象としだシステム評価実験, 0.5Hzの画像の品質の評価および装置の設置位置・操作性の評価を行った.腹部臓器の精巧なファントムモデルによる穿刺を行い,システム全体の穿刺精度を評価した結果,誤差3mmという結果を得た.使用時の画像解像度が1.5mm/pixe1であることから十分な精度であるといえるが,今後は穿刺針のアーチファクトの低減および時間遅れによる操作性の改良が必要であった.穿刺補助ロボットに関しては,位置計測装置及びフルオロスコピーの画像を逐次高速画像処理を並行して行うことで対象を追尾し穿刺方向を制御するシステムの開発を行い,高精度にターゲットに到達することを可能とした.これは,全てが非磁性非金属の材料からなる2個の空圧アクチュエータによる2自由度ロボットであり,安全性を高めるためアーム部取り外し機能も実装した. MRIへの影響を示すS/N比測定では,ノイズは全く観察されなかった.

ロボットの位置決め精度評価として針先端の位置決めを測定した結果,平均0.68mmという十分臨床使用可能な結果を得た.以上の成果はMR対応性に対する設計論も含んでおり,本研究の成果により, MRI内での安全な治療環境の構築が実現可能となると考えられる.
心不全病態の進展と心筋熱ショックタンパク質の発現

心筋梗塞後不全心の熱ショックタンパク誘導能変化が心機能および心筋代謝に及ぼす作用について検討した。心筋梗塞後8週目、すなわち心ポンプ機能が低下する心不全期ではHsp70のストレスに対する誘導能が低下していることを示したHsp70によるストレス性障害から心筋細胞を保護する機序として、Hsp70は核に移行することにより、poly(ADP-ribose)synthetase活性化の抑制を介してストレスによる酸化的障害からDNAを保護することを示した。次に、不全心ではHsp70タンパク量が増加した。通常、Hsp70は、ミトコンドリア内で分子シャペロンとして機能すると考えられている。心筋梗塞後不全心ではミトコンドリアだけでなく細胞質でのHsp60量が増加した。ミトコンドリアへのストレスの増大が、Hsp60合成を促進させる他に、ミトコンドリア外でのHsp60の新たな役割が推測された。ミトコンドリア内でHsp60は低分子量シャペロンのHsp10と複合体を形成するとされている。心筋梗塞後不全心のHsp10はわずかに増加するものの、Hsp60増加の度合いとHsp10のそれは一致しなかった。すなわち、Hsp60量がミトコンドリア内でHsp10と複合体を形成する量よりも過剰となるため、Hsp10と複合体を形成できなかったHsp60が細胞質に残留し、ストレスに対するミトコンドリアの耐性を上昇させることができないと考えられた。心筋梗塞後1週目では熱ショックタンパク質(Hsp)27と72が増加した。Hsp60およびHsp90量は変化しなかった。Hsp73量は増加する傾向にあった。梗塞後2週目になると、Hsp27は増加したままであったが、Hsp72は正常心臓レベルに戻った。心不全期の梗塞後8週目にはHsp27量も正常心臓レベルに戻ったが、Hsp60が増加した。Hsp27およびHsp72は細胞質分画に存在し、Hsp60はミトコンドリア分画に存在した。Hsp72は、心筋梗塞後早期にその発現量が増加するものの、その高発現量は持続しないことが明らかにされた。Hsp27も心筋梗塞後早期からその発現量が増加するが、梗塞後2週目でも高い発現量を維持していた。これらの結果は、Hsp27およびHsp72が高発現する心筋梗塞後初期は心機能が代償機序により維持されるものの、その代償機序が破綻する心不全期にはこれらHspの発現誘導は消失することを示した。Hsp60はミトコンドリアに局在するストレスタンパク質の一種である。さらに、不全心では心筋ミトコンドリア機能が低下していた。これらの発見により不全心ではミトコンドリアへのストレス(障害)によりHsp60が増加することが示唆された。心筋梗塞後8週目のラット心臓のポンフ機能は低下し、いわゆる低拍出量性心不全となった。この心臓の熱ショックタンパク質(Hsp)の含量変化について検討したところ、Hsp60含量が増加した。Hsp60はミトコンドリアに局在するHspで、通常、細胞質で合成されたペプチドがミトコンドリア内へ移行する時にミトコンドリア内でそのペプチド受け取る役割を演ずると考えられている。Hsp60の増加が不全心のミトコンドリアへ機能の変化を示唆すると予測し、そのミトコンドリア活性を測定した。ミトコンドリア機能の評価には、skinned bundleを用いた。その結果、心ポンプ機能が代償されている状態では心筋Hsp60の含量は変化せず、ミトコンドリア機能も維持されているが、低拍出量性不全心ではHsp60含量が増加し、ミトコンドリア機能(エネルギー産生能力)は低下した。すなわち、不全心では組織Hsp60含量の増加に伴い、ミトコンドリアエネルギー産生能力が低下することが示され、不全心ミトコンドリアへのストレスによりミトコンドリア機能障害が誘発されると推察された。

次に、心筋Hsp発現量変化の心筋エネルギー代謝に及ぼす効果をin vitro実験系で模倣するため、培養心筋を用いた実験系を考案した。近年、embrionic cacinoma cell lineの中で、心筋細胞へと自動能を持つ心筋細胞へと分化するP19CL6が開発された。そこでP19CL6の高効率での心筋細胞への分化誘導の条件について検討した。その結果、培養用のdishのほぼ全域で拍動する心筋細胞へと分化させることが可能となった。次年度はこのin vitro実験系を用い、不全心の機能低下とHspの発現について検討する予定である。心筋梗塞後・血液拍出量が低下、すなわち心ポンプ機能が低下した状態(心筋梗塞後心不全)での心筋熱ショックタンパク質(Hsp)含量を測定したところ、Hsp60含量が増加した。この不全心ではミトコンドリアのエネルギー産生能が低下しており、Hsp60の増加が心筋ミトコンドリア機能低下に関与することが示唆された。通常、Hsp60は、ミトコンドリア内で分子シャペロンとして機能すると考えられている。心筋梗塞後不全心ではミトコンドリアでのHsp60量が増加しただけでなく、細胞質のHsp60量も増加しており、ミトコンドリアへのストレスの増大が、Hsp60合成を促進させる他に、ミトコンドリア外でのHsp60の新たな役割が推測された。Hsp60がミトコンドリア内で機能する時、Hsp10と複合体を形成するとされているので、Hsp10の含量も測定した。その結果、Hsp10はわずかに増加するものの、心筋梗塞後不全心でのHsp60増加の度合いとHsp10のそれは一致しないことが示された。培養細胞にHsp60あるいはHsp10遺伝子をトランスフェクションし、いずれか一方を過剰発現させても低酸素負荷/再酸素化障害への耐性は上昇しなかったが、両者を過剰発現させると耐性が上昇した。すなわち、Hsp60とHsp10の複合体を形成するよりも過剰なHsp60が細胞質にあり、ミトコンドリアへのストレスに対応できないと考えられた。本研究により、不全心でのエネルギー産生能低下が遺伝子導入による治療で改善されることが示唆された。すなわち、熱ショックタンパク質が,心筋梗塞後不全心の機能改善のための遺伝子治療の標的となる可能性が示された。
小麦アレルギーにおけるアレルゲン特異IgEのレパートリー解析と診断への応用

精度の高い小麦アレルギー検査方法の確立を目指して、小麦リコンビナントアレルゲンの大腸菌における発現を試みた。その結果、水溶性アレルゲンは、シャペロンタンパク質と共発現することによりグルタチオン-S-トランスフェラーゼとの融合タンパク質として可溶化発現させることに成功した。不溶性アレルゲンは、pETまたはpColdベクターを用いて発現させることが出来た。作製した一部のリコンビナントアレルゲンに患者血清IgEが結合することを確認した。したがって、本研究で作製したアレルゲンは、小麦アレルギーの診断に応用できると示唆された。小麦アレルギーには、即時型小麦アレルギー,パン職人喘息,小麦接触蕁麻疹・皮膚炎など多彩な病型が存在する。現在行われているin vitroの小麦特異IgE検査では、これらの病型の鑑別や小麦負荷試験における症状の予側は難しい。本研究では、17種のリコンビナント小麦アレルゲンを用いた特異IgE抗体価測定系を構築し、アレルゲン特異IgE抗体のレパートリーと病型あるいは誘発症状との関連を明らかにすることを目的としている。本年度は、小麦アレルゲンcDNAのクローニングとリコンビナント蛋白質の大腸菌における発現を試みた。小麦種子からtotal RNAを抽出しcDNAを合成した。合成したcDNAを鋳型に、ESTデータベースに登録されている小麦アレルゲンの塩基配列を基に設計した特異的プライマーを用いてPCRを行った結果、全ての目的cDNAを増幅することが出来た。各cDNAを大腸菌発現ベクターであるpGEX-6p, pETあるいはpColdに組み込み、ホスト大腸菌としてRosseta株を用いてリコンビナント蛋白質の発現を試みた。その結果、α-amylase inhibitorやLipid transfer proteinなどの水溶性小麦アレルゲンは、pGEX-6pベクターを用いてglutathione-S-transferase (GST)との融合蛋白質として大量に発現させることが出来た。一部のリコンビナントアレルゲンは封入体を形成したが、リフォールディング操作により可溶化させることが出来た。また、リコンビナント融合蛋白質はアフィニティーカラムで精製することが出来た。Gliadinやgluteninなどの不溶性小麦アレルゲンは、pETまたはpColdベクターを用いて直接発現させることに成功した。今後、GSTを除去した水溶性リコンビナントアレルゲンおよび不溶性リコンビナントアレルゲンを精製し、小麦アレルギー患者血清IgEとの反応性を評価することにより、IgE抗体のレパートリーと症状の関係を明らかにする。昨年度は、リコンビナント小麦アレルゲンの大腸菌における大量発現を試み、水溶性小麦アレルゲンは、glutathione-S-transferase (GST)との融合タンパク質として大量に発現させることに成功した。今年度、アフィニティーカラムを用いて精製したGST-小麦アレルゲン融合タンパク質を用いて、5名の小麦アレルギー患者血清IgEとの反応性を非変性および変性条件下で調べた。その結果、3種の融合タンパク質(α-amylase inhibitor 0.19, peroxidase, thiol reductase)については、IgEが結合することが確認できた。しかし、他の水溶性アレルゲンの融合タンパク質への結合は確認できなかった。今回用いた患者血清中に特異IgEが存在しないか、または、GSTタグがIgE抗体の結合を阻害していると考えられた。次に、精製した融合タンパク質からGSTタグの除去を試みたが、単一タンパク質として精製出来なかった。この理由として、リフォールディングが正常に行われていないと考えられたので、融合タンパク質をシャペロンタンパク質と共発現させることによる可溶化を試みた。その結果、DnaJ, DnaK, GrpE, GroEL, GroESやTfといったシャペロンと共発現することにより、可溶化発現させることに成功した。Gliadinやgluteninなどの不溶性小麦アレルゲンについて、精製方法の検討を行った。逆相C8カラムを利用しで精製することが出来た。本研究では、不溶性小麦アレルゲンのリコンビナントタンパク質の発現と精製、および、水溶性小麦アレルゲンの大腸菌における可溶化発現に成功した。これらのリコンビナントアレルゲンの一部はIgEと結合が確認されたことから、高精度の小麦アレルギー検査への応用が期待できる。
内胸動脈の細胞を立体化して新たに内胸動脈を作る基盤技術開発

内胸動脈の構造・機能解析臨床上バイパス後に余剰となった内胸動脈を利用して、内径、内膜、中膜、外膜の厚さ、細胞配列、細胞密度、細胞外マトリックス解析(collagen type、エラスチン)の解析を行った。内胸動脈、伏在静脈の余剰サンプルをGC/MSを用いたメタボローム解析を行い、代謝活性の違いを解析した。研究成果は再生医療学会などで発表した。臨床データ解析と、組織工学による組織の解析が本年度中に終了したため。独自に開発した、3次元血管構築システムそのものをバージョンアップさせ、血管内皮細胞、平滑筋細胞、線維芽細胞を用いて、内膜中膜外膜の血管の三層構造をもち、かつ内径、厚みなどが内胸動脈に近い構造で細胞を3次元化した血管構造体を作成。血管として培養を14日間程度行い、組織学的評価や、強度の評価などを行う。試薬代をたの科研費と合算したため、予定より使用しなかったため。来年度の物品費などに使用予定。
シクリッドの飼育個体群と野生個体群を用いたオス色彩二型維持機構の解明

集団内多型の維持機構を解明することは、遺伝的多様性の維持と直結するため、進化生物学的・生理学的に重要な課題である。私は、シクリッド魚類のあるグループに見られる集団内オス色彩二型を例に、その維持機構を解明しようとしている。本研究課題では、飼育個体群を用いた連鎖解析と野生個体群を用いた関連分析を行い、二型を支配する遺伝子が組み換えの制限された狭いゲノム領域に存在することを明らかにした。しかし、二型の維持機構を解明するには至らなかった。当初、異類交配によって維持されるという仮説を設定していたが、それを支持する結果が得られなかった。このため新たな仮説を提唱し、今後の研究に筋道をつけた。アフリカのタンガニイカ湖に生息するシクリッド科魚類キプリクロミス属の3種では、集団内にオスの色彩二型が混在する。本研究は、この色彩二型の維持機構を解明することを目的とする。オスもしくはメスの集団内色彩多型は、キプリクロミス以外の魚類や昆虫類、鳥類でも知られている。しかし、その維持機構はほとんど知られていない。本研究は、多くの生物が示す集団内色彩多型の維持機構の解明に示唆を与えることが期待でき、一般性も高いと考える。この目標を達成するには、まずオス色彩二型の遺伝的基盤を解明することが重要である。今年度は、次世代シーケンサーを用いたRADシーケンシングという、最近開発された技術を使うことにより、色彩と密接に連鎖する遺伝子マーカーの発見に成功した。これまでのマイクロサテライトなどによる調査と比べると、この方法は時間的、経済的にとても優れており、また一度に調べることのできる遺伝子マーカーの数も数十数百倍もあり、目的を達成する確実性も高い。しかし、新しい技術であるため情報に乏しく、最初は実験が成功するかどうかの不安があった。しかし結果的には、一度のシーケンスランで成功した。これにより、野生個体群でも色彩と完全に一致するSNPマーカーを2つ発見することができた。そのアリルの分布により、オス色彩二型が1遺伝子座2アリルのメンデル遺伝に従うことがほぼ確実となった。このことは、色彩二型の維持機構の解明に向けた大きな一歩である。現在、この成果の論文を執筆中である。この研究課題(平成2325年度)では、平成2022年度に採択された若手研究(B)よって確立したCyprichromis leptosomaの飼育系を用いて、オス色彩二型の遺伝領域を特定した。つまり、F2世代を用いた連鎖解析を行い、さらに野生個体を用いた関連分析を行って、責任遺伝子の位置を極めて狭い領域にまで絞り込んだ(160 kbp程度)。また、この領域をNCBIに登録されているOreochromis niloticusの塩基配列と比較して候補遺伝子を9つにまで絞り込み、同様の研究としては極めて高い精度での探索に成功した。高い精度での探索に成功した要因はいくつかあるが、中でも、研究期間中に手法を検討しなおしたことが大きい。申請書を提出した時点では、ゲノムマッピングにマイクロサテライトマーカーを用いる予定だった。しかし、研究期間が始まる直前に、RADシーケンスのデータを解析するソフトウェアー「Stacks」がリリースされ、大量のSNPsを検出・ジェノタイピングできるようになった。このためRADシーケンスを行うように方針を改め、極めて高密度のマーカーを用いたマッピングが可能となった。なおこの研究課題では、オス色彩二型の維持に異型交配が関わっているとする仮説を立て、その検証を試みた。しかし、野生個体の二型遺伝子座においてハーディーワインベルグ平衡からの逸脱が見られず、この仮説は支持されなかった。水槽を用いた配偶者選択実験においても、ポジティブな結果は得られなかった。このため新たな仮説として、雨期と乾期による環境の変化に着目し、コンピューターシミュレーションを行って二型が維持されることを確かめた。このことは、今後の研究方針を決める上で重要な結果である。アフリカのタンガニイカ湖に生息するシクリッド科魚類キプリクロミス属の3種では、集団内にオスの色彩二型が存在する。本研究は、この色彩二型の遺伝的基盤を明らかにし、さらに二型の維持機構を解明することを目的とする。本年度(H24年度)は、色彩二型の遺伝的基盤を明らかにすることに成功し、成果を論文として出版した(Takahashi et al. Mol. Ecol. Online First)。方法は2段階で行った。まず第一段階目は、飼育個体のF2世代を使った連鎖解析である。遺伝子マーカーにはRAD法によって大量のSNPsを探索し、遺伝子型の決定を行った。その結果、第21連鎖群に色彩二型と関係する遺伝子座があることが明らかとなった。第二段階目は、野生個体を用いた関連分析である。

これにより、色彩二型が1遺伝子座2アリルのメンデル遺伝に従うこと、そして遺伝子が第21連鎖群の一部、160 kbp程度の領域に含まれることが強く示唆された。また、本研究では当初、オスの色彩二型が異型交配によって維持されているという仮説を立てた。この仮説が正しければ、色彩二型遺伝子においてハーディーワインベルグ平衡からの逸脱が見られるはずである。しかし、平衡からの逸脱は見られなかった。このため、この仮説が誤っているか、正しくても影響は小さいと考えられた。以上のことから、タンガニイカ湖の環境を考慮した新しい仮説を立て、コンピューターによるシミュレーションを行った。その結果、まだ未発表の段階なので詳細は述べられないが、二型が維持されるという結果を得ることができた。なおこの新仮説では、異系交配では答えることの出来なかった「なぜ全ての種や集団で二型なのか」といった疑問にも答えることが出来る。予定通り、本年度は色彩家系の維持を行った。これにより、分子実験に供するのに十分な個体を得ることができた。また予備実験としてそのうちの数個体を用いて実験したところ、目的の遺伝領域を発見することができた。これにより来年度以降は、下に記すように、さらに詳細な研究を行うことが可能となった。25年度が最終年度であるため、記入しない。本研究前半の最大の目標である色彩二型の遺伝的基盤の解明を行うことが出来た。このため、ここまでは計画通り進んでいる。しかし同時に、当初の仮説が誤っていたことが判明した。このため、新たな仮説を提唱し、検証を行う予定である(詳細は「今後の研究の推進方策」を参照)。まずは、色彩二型の遺伝領域に関する論文を執筆する。つぎに、原因遺伝子の特定を試みる。また、色彩二型が遺伝的であることが判明したので、配偶者選択実験や屋外に置ける観察を行い、色彩二型の維持機構解明に向けたアプローチを行う。当初は、キプリクロミスのオス色彩二型が「異型交配」によって維持されていると仮説を立て、その検証を行う予定だった。しかし、色彩二型の遺伝基盤を明らかにしたことにより、この異型交配仮説が誤っていることが判明した(ハーディーワインベルグ平衡からの逸脱が見られなかった)。このため、新たな仮説を考えた。この新仮説ではタンガニイカ湖の環境の変化を考慮している。まだアイディアの段階なので詳細を述べることは避けるが、コンピューターを用いたシミュレーションでは、このメカニズムで二型が維持されることが示された。この新仮説では異型交配仮説とは異なり、「なぜ全ての種や集団で二型が維持されるのか?なぜ3型や4型にはならないのか?」といった疑問にも答えることが出来る。この新仮説はこれまで知られている多型維持機構(多様化選択、頻度依存選択、異型交配)とは異なり、新規性がある。この新仮説を検証するには、現地における採集と分子実験による解析が不可欠である。最終年度であるH25年度には、この調査・実験を行う予定である。なお、現地における採集と分子実験は「異型交配」の検証にも必要だったもので、当初から計画に含まれていたものである。
物理に基づいた混相流のCGアニメーションの高速な生成手法に関する研究

私たちは液体の飛沫の動きのシミュレーション及び可視化の手法を提示します。このシステムは計算流体力学、ハードウェアによる高速なマルチテクスチャリングを利用したポリゴンベースレンダラの2つからなります。また、このシステムは適応時間ステップ及び粘性に対応したナビエ・ストークス方程式ソルバをサポートしています。開発手法:混相流の計算流体力学のための手法が提案されました。この手法により、液体中の泡や、泥水といったさまざまな流体の混合物のシミュレートが可能となります。これまでリアルタイムで解く事が不可能であったナビエ・ストークス方程式を実時間で解くことが可能となります。最終的な液面は流体の速度場による推定の後、それを細分化することにより得られます。このステップには、マーチングトライアングル法と呼ばれる高速な手法が実装されています。リアルタイムレンダリングにはプログラミング可能なグラフィックカードを利用します。これらのカードのためのプログラムはアセンブラ及びDirectX上の言語により記述されています。液面のレンダリングには、コースティック、反射、流体及びオブジェクトのそれぞれに対応するテクスチャを利用したマルチテクスチャリングがリアルタイムで行われます。本研究では、静的な面との衝突後の飛沫の形成や粒子状の面との衝突後の侵食のシミュレートが可能な、リアルタイムかつ動的な液体(水)の物理モデルを提案します。このモデルでは液体の粘性、表面張力、ナビエ・ストークス方程式、障害物、外部からの風力が考慮されています。1.新手法は、複数の流体のシミュレートが必要な場合、また侵食を考慮する必要のある場合に応用可能です。2.物理アニメーションシステムは次の3つの要素から構成されています:モデル定義(境界条件、初期条件の定義)シミュレータアニメータ3.写実的な水のシェーダを実装。