hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
オリゴ糖異性化酵素とその類縁酵素の構造基盤の解明

セロビオース2-エピメラーゼ(CE)は,β1-4二糖の還元末端グルコース残基をマンノース残基に異性化する。本酵素は触媒ドメインおよび触媒部位構造を他の単糖異性化酵素と共有する。本研究では,これら酵素の構造機能相関を解析した。Rhodothermus marinus由来CEの基質結合部位残基への変異により二糖特異性に重要なアミノ酸残基を決定した。また,本酵素に僅かなイソメラーゼ活性を認め,Cardicellulosiruptor saccharolyticus由来酵素との比較からイソメラーゼ活性に重要な構造を見出した。機能未知タンパク質の解析から、新規なマンノース異性化酵素を見出した。Rhodothermus marinus由来セロビオース2-エピメラーゼ(RmCE)の基質との複合体構造に基づき、基質特異性を決定づける構造因子の解析を行った。RmCEにおいて二糖に対する高い特異性を導くアミノ酸残基として,Trp385およびAsp188を予想し,アラニンへの置換体であるW385AおよびD188Aを解析した.その結果,これらの変異酵素では単糖への選択性の向上,すなわち二糖特異性の低下が確認され,注目したアミノ酸残基が二糖への高い選択性に重要であることが明らかになった.RmCEはN-アセチルグルコサミンのエピメリ化を触媒するアシルグルコサミン2-エピメラーゼ(AGE)と構造的類似性を示す.これらの酵素を比較すると,RmCEにおいて還元末端等残基の2位水酸基と相互作用するアミノ酸残基,Tyr124,Asn196およびHis200,がAGEの相当残基と異なっており,CEとAGEにおける基質構造への認識の違いを導くことが予想された.このため,これらをそれぞれアラニンに置換した変異酵素を作製した.作製した変異酵素ではいずれも酵素活性の著しい低下がみられた.4-O-β-グルコシル-N-アセチルグルコサミンを基質として,野生型酵素と各変異酵素をそれぞれ作用させたが,いずれも活性が見られず,1アミノ酸置換では還元末端N-アセチルグルコサミン残基へのエピメリ化活性を付与することができなかった.この基質特異性の解析の過程で,興味深いことに野生型酵素がわずかにラクチュロースをエピラクトースに異性化する活性があることが見いだされ,さらにN196A変異体ではこの異性化反応への選択性が向上していることが示唆された.このことについて,さらに詳細に解析を進めている.Caldicellulosiruptor saccharolyticus由来セロビオース2-エピメラーゼ(CsCE)など一部CEは、他酵素と異なり還元末端アルドース残基をケトース残基に異性化する。この活性に重要な構造基盤を明らかにすることを目的として解析を行った。まず、イソメラーゼ活性が未確認のRhodothermus marinus由来酵素(RmCE)の高酵素濃度(1 mg/mL)での反応生成物を解析した。ラクトースに対する反応において、イソメラーゼ反応生成物であるラクチュロースの生成が確認された。CsCE、RmCEともに1 μg/mLではラクトースからエピラクトース(エピメラーゼ反応生成物)のみを生じた。このことから、CsCEにおけるイソメラーゼ活性はエピメラーゼ活性と比較して低く、他酵素も高酵素濃度において触媒し得ることが確認された。CsCEにおけるイソメラーゼ活性に重要な構造因子を明らかにするためにRuminococcus albus由来CEとCsCEのキメラ酵素の作出を試みたが、組換えタンパク質の生産が見られなかった。このため、CsCEの結晶構造に基づき、基質との結合により構造の安定化が見られたループに注目した。ラクチュロースに対する反応において、CsCEのE174A変異酵素では、反応生成物の組成に変化が見られなかったが、R170E/F171A変異酵素ではイソメラーゼ生成物の増加(ラクトースとエピラクトース生成量の増加)が見られた。このことから、当該ループ構造がイソメラーゼ活性に重要な構造因子であることが推定された。CEと配列同一性を示すタンパク質の中には機能未知タンパク質が数多く存在している。これらの中には新規な異性化酵素の存在が期待される。これらの機能未解析タンパク質からマンノースに作用する新規異性化酵素を見出した。今年度は,Rhodothermus marinus由来セロビオース2-エピメラーゼを用いて基質鎖長特異性並びに基質構造に対する特異性を決定づける構造因子の解析を予定していたが,解析を予定していた変異酵素についてはすべて生化学的解析を完了しており,計画通り順調に進展していると考えられる.応用生物化学Rhodothermus marinus由来セロビオース2-エピメラーゼ(RmCE)と配列同一性が高いCaldicellulosiruptor saccharolyticus由来CEはエピメラーゼ活性だけでなく,アルドースとケトースの間の異性化活性も持つ。

このため,これらの反応特異性の違いを導く構造因子の解明を目指す.また,RmCEはいくつかの単糖異性化酵素と構造的類似性を示し,中には機能未知タンパク質が含まれている.これらの未知タンパク質に新規機能を期待し,生化学的機能解析を実施する.3月中納品,4月末支払い分が計上されていないため次年度使用額として3,763円が計上されているが,年度内での執行は完了している.年度内の使用が完了しているため(4月末支払い),次年度中の執行の予定はない.
脳卒中患者の認知機能個人差に根ざしたニューロフィードバック訓練と運動機能への影響

認知機能個人差により運動学習効果も変化する。このような認知機能個人差は背外側前頭前野の神経活動に反映する。この個人差神経基盤の知見に基づき、これまで急性期脳卒中患者を対象として近赤外分光法を用いたニューロフィードバックを適応し、体性感覚認知機能が高い患者ほど背外側前頭前野活動量が向上する結果を得てきた。しかし、このようなニューロフィードバック訓練で得られた脳活動が運動機能改善に及ぼす影響は明らかではない。そこで本研究は、急性期脳卒中患者におけるニューロフィードバック訓練効果差と訓練後の運動機能改善との関連性を解明することを目指す。最終的には患者の早期社会復帰に貢献する訓練手法を提案する。
非現実的な実写映像生成のための方法論の研究

研究計画に基づき、複数のフォーカスを持つ実写映像が生成可能な映像装置を開発した。具体的には、研究計画に従い以下の内容の装置を開発した。装置内にフォーカスが異なる2台のカメラを直交に配置し、カメラ視線方向の交差部に斜め方向にハーフミラーを設置する。ハーフミラーにより分断された光を各カメラが捉えることにより、2台のカメラに同じ像が映る。フォーカスが異なる同じ像に対し、リアルタイム画像処理で合成することにより複数のフォーカスを持つ実写映像が生成可能とする装置である。合成アルゴリズムには、既存の画像処理に用いられている一般的なアルゴリズムを用いた。本装置を用いて制作したデモ映像の結果から本手法の有効性を検証したところ、意図した効果が得られない場合があるが、条件によっては意図した効果が得られたことを確認した。意図した効果を得られなかった具体的な状態・状況には、2つのカメラからの映像を正確に合わせなければブレた結果映像となったり、2つのカメラのフォーカスの差を大きくしなければ効果を認識しにくい結果映像となることがある。この結果は、装置の精度の低さと合成アルゴリズムの不完全さから生じたものであることを考察した。期待する効果が得られる確率向上のために、カメラを正確に固定したりカメラの設定を正確に合わせることで出力映像の効果向上を計る、また、精度のよい合成アルゴリズムの選定あるいは新規に精度の高い結果をもたらすアルゴリズムの開発が必要となると考える。結論として、本手法は期待する効果を出力可能であるが改良・改善の余地があることを確認した。本研究成果を2018年8月27日(月)札幌市立大学芸術の森キャンパスで開催された「研究交流会」において展示発表した。本研究成果を2019年3月株式会社ボーンデジタル刊行書籍「デザイナーズFILE 2019」において掲載した。研究は研究計画通り進行している。前年度の進捗は良好であったため、最終年度となる今年度も同様のペースで進行する。研究計画に基づき、プログラムで1特定色領域の変化量に基づくフレームの再構成することによる非現実的な実写映像が生成されたことを確認した。また、研究の進展により、次年度に着手予定であった2ピクセル単位色変化量に基づく繰り返し再生時間の変更するこのよる非現実的な実写映像が生成されたことを確認した。具体的には、1において、特定色領域の面積変化量が0となるフレームを抽出することで、人物がジャンプしているシーンのフィルムをカット編集し、人物が頂点にいるフレームのみを結合することで、宙に浮いているようなシーンを作りだすような、従来非現実的表現が生成できたことを確認した。また、輝度変化の移動方向に基づき再生速度の変更することで、動作が誇張されたり、物理法則に反した動きが生成されたりしたことを確認した。2において、色変化が生じたピクセルがその時点のフレーム位置を保持し、保持したフレーム位置から一定周期繰り返し再生することにより、離れた空間を行き来する表現や1人のコピーが複数登場する表現が生成可能となったことを確認した。さらに、ピクセル毎に時間速度を変更することにより、移動体の形状が変形するような新規的表現が創発可能となったことを確認した。本研究成果を、2016年10月20日(木)から10月26日(水)に掛けて東京藝術大学芸術情報センターにおいて、また、2016年11月8日(火)から11月12日(土)に掛けてart space kimura ASK?において、2017年1月19日(木)から1月24日(火)に掛けて、3331 Arts Chiyodaにおいて展示発表を行った。進捗は良好である。研究の進展により、次年度に着手予定であったフェーズを着手可能となった。研究計画に基づき、1オプティカルフローの差が大きな画素を、オプティカルフローの差が少なかった時点での画素に置き換えるプログラム、2輝度変化に応じて時間軸の進行を変化するような複数のプログラム、により非現実的な実写映像が生成されたことを確認した。具体的には、1において、人物が消えた街並みのようなシーンに入力映像が変換されたり、移動体とその周囲で時間帯の異なる映像が生成可能となったことを確認した。2において、映像内の中心ピクセル位置から周囲ピクセルに向かうにしたがって再生速度を変化することによりワープ効果のような映像に変換されたり、似たシーンに再生位置を戻すことにより無限ループ効果のような映像に変換されたり、他の映像内における似たシーンに再生位置を変更することにより瞬間移動効果のように映像が生成可能となったことを確認した。また、これらの応用として、特定の被写体を画面に対して特定の位置に固定されるように映像全体の位置を変更することにより憑依効果のような映像に変換されたり、ズームが変動する映像において特定の被写体を画面に対して位置とサイズが固定されるように映像全体の位置とサイズを変更することにより空間が歪んだ効果のような映像が生成可能となったことを確認した。本研究成果を、2017年12月16日(土)から12月24日(日)に掛けて東京藝術大学大学美術館陳列館において開催された「N/O/W/H/E/R/E ニューメディアの場所(ユートピア)をめぐって」展において展示発表した。また、研究成果映像をインターネットで配信した。

ハーフミラーにより分断された光を各カメラが捉えることにより、2台のカメラに同じ像が映る。フォーカスが異なる同じ像に対し、リアルタイム画像処理で合成することにより複数のフォーカスを持つ実写映像が生成可能とする装置である。合成アルゴリズムには、既存の画像処理に用いられている一般的なアルゴリズムを用いた。本装置を用いて制作したデモ映像の結果から本手法の有効性を検証したところ、意図した効果が得られない場合があるが、条件によっては意図した効果が得られたことを確認した。意図した効果を得られなかった具体的な状態・状況には、2つのカメラからの映像を正確に合わせなければブレた結果映像となったり、2つのカメラのフォーカスの差を大きくしなければ効果を認識しにくい結果映像となることがある。この結果は、装置の精度の低さと合成アルゴリズムの不完全さから生じたものであることを考察した。期待する効果が得られる確率向上のために、カメラを正確に固定したりカメラの設定を正確に合わせることで出力映像の効果向上を計る、また、精度のよい合成アルゴリズムの選定あるいは新規に精度の高い結果をもたらすアルゴリズムの開発が必要となると考える。結論として、本手法は期待する効果を出力可能であるが改良・改善の余地があることを確認した。本研究成果を2018年8月27日(月)札幌市立大学芸術の森キャンパスで開催された「研究交流会」において展示発表した。本研究成果を2019年3月株式会社ボーンデジタル刊行書籍「デザイナーズFILE 2019」において掲載した。研究は研究計画通り進行している。前年度の進捗は良好であったため、今後も同様のペースで進行する。前年度の進捗は良好であったため、最終年度となる今年度も同様のペースで進行する。
HIVによる多核巨細胞形成を制御する宿主因子

(1)抗マウスFRP-1mAbsの作製とその機能の解析最初にマウスFRP-1を構成的に発現しているHeLa(HeLa/mFRP-1)細胞を樹立した。L929細胞をラットに接種し、免疫脾臓細胞とマウス形質細胞腫細胞を融合し、HeLa/mFRP-1細胞を抗原にして、抗mFRP-1抗体を分泌しているhybridomaをスクリーニングした。全部で19種の抗mFRP-1モノクローナル抗体を作製した。mFRP-1はalloantigenであり、そのalloantigenicityは1アミノ酸の違いに起因することが明らかになった。HeLa/HIVgp160細胞とL929/hCD4/hfusln細胞との混合培養の系に抗mFRP-1抗体を添加すると、3種の抗体が、多核巨細胞形成を阻害した。CD98/4F2のlight chainの遺伝子クローニングを行ったところ、507アミノ酸から構成され、11-12回膜を貫通している蛋白であることが明らかになった。アミノ酸トランスポーター活性を有すると思われる。その遺伝子は第16染色体に位置していることを証明した。現在までの所、FRP-1 ligandのクローニングには成功していないが、骨肉腫由来細胞にFRP-1 ligandが高率に発現していることを突き止め、遺伝子クローニングを行っている最中である。
TEMPO触媒酸化により調製したセルロースナノファイバーの複合材料化

セルロースは自然界に存在するナノファイバーであり、環境調和型の機能材料として近年では精力的に研究が進められている。TEMPO触媒酸化により調製したセルロースナノファイバーは、幅3-4nm、高アスペクト比の新規ナノファイバー材料であり、高い透明性、柔軟で高強度、低熱膨張率、200度程度の耐熱性、ガスバリア性などの特性を有することから、電子部材や包装材料などに応用が期待されている。しかし、セルロースナノファイバーは親水性のため水に弱いという課題があった。本研究ではこのセルロースナノファイバーの応用展開のため、これを既存材料と複合化し更なる機能発現を検討した。本年度はセルロースナノファイバーを水溶性高分子と複合化した複合材料をフィルム化し、諸特性を解析した。紙の撥水剤として用いられるアルキルケテンダイマーを少量添加した場合、ナノファイバーフィルム表面が撥水化され、液滴の浸透も抑制できることが分かった。更に、市販の合成高分子フィルムにセルロースナノファイバーをコーティングしたところ、二層フィルムの透湿度は基材である合成高分子フィルムと同程度であることがわかった。これにより、セルロースナノファイバーの両面に耐湿性を有する合成高分子層を配置すれば、湿度下におけるガスバリア性が改善できることが示された。コーティング処理を施してもフィルムの透明性は損なわれず、透明でガスバリアという特性を保ったまま耐湿性を付与することに成功した。また関連する研究として、陽電子消滅法によるフィルム中の空隙サイズ測定を行い、セルロースナノファイバーフィルムのガスバリア性発現機構について詳細な検討を行った。その結果、ナノファイバーの緻密な積層構造がもたらす微小な空隙サイズが、優れたガスバリア性をもたらすことを明らかにした。以上の結果は、国内学会および国際学会にて発表し、国際的な科学雑誌にも掲載された。近年では、環境問題への対応策として石油系材料から持続生産可能なバイオマス(生物材料)への転換が求められている。また最新技術としてナノテクノロジー分野の研究も求められている。この双方を満たすのが自然界に存在するナノファイバーを利用したバイオベース・ナノテクノロジーである。植物に含まれるセルロースナノファイバーの幅は34nmと人工ナノファイバーよりも遥かに細い構造をしている。当研究室ではTEMPO触媒酸化という水中・常温・常圧で進行する反応をナノファイバー表面に施すことにより、軽微な機械処理で、本来の幅と結晶性(約75%)を維持したセルロースナノファイバーを調製することに成功した。このTEMPO酸化セルロースナノファイバー(TOCN)はカルボキシル基、アルデヒド基という反応性の高い官能基をもつため、これらを足場として更なる複合反応を行うことができる。TOCNはそれ自体でも透明性、高いヤング率と引張強度、ガラスよりも低い熱膨張率、優れた酸素バリア性を有し、液晶ディスプレイや高機能包装材料への応用が期待されるが、耐水性や耐熱性に改善すべき課題がある。本研究の目的は、TEMPO触媒酸化により得られるセルロースナノファイバーとさまざまな既存化合物を複合することで、セルロースだけでは発現しえない新たな高機能性を持たせることである。本年度ではTOCNを無機物と複合し、新規有機・無機複合材料の調製を行った。TOCN表面のアルデヒド基を足場に銀ナノ粒子生成を行ったところ、直径数nmの銀ナノ粒子の生成に成功した。また研究の過程でカルボキシル基の対イオンをカルシウムなどのアルカリ土類金属、銀などの重金属に交換することによりTEMPO酸化セルロースナノファイバーの耐熱性を大幅に向上できることを発見した。石油資源の枯渇や安定的な供給が不安視されている今、石油資源を原料とする合成高分子に代わり、再生産可能な生物資源(バイオマス)を原料とする天然高分子の利用が求められている。特に植物の主成分であるセルロースは、地上に最も大量に蓄積されている構造多糖であり、幅数ナノメートルの剛直な繊維状の結晶構造とることから、このセルロースの結晶をナノファイバーとして材料化する研究が近年盛んに行われている。TEMPO触媒酸化で得られるセルロースナノファイバーは(1)高い透明性、(2)柔軟で高強度、(3)親水性だが水滴は浸透しにくいこと、(4)低熱膨張率、(4)200度程度の熱分解温度、(5)合成高分子以上の酸素バリア性を有することが判っている。本研究の目的は、このセルロースナノファイバーを既存材料と複合化することでセルロースだけでは発現しえない高機能性を持たせ、セルロースナノファイバー材料としての可能性を更に展開させることである。本年度はセルロースナノファイバーを水溶性高分子と複合化した材料について、その機能性や構造を分析した。関連する研究として、セルロースナノファイバーの表面カルボキシル基を酸型にしたフィルムは、ナノファイバー同士の水素結合により弾性率が高くのび難い透明フィルムができることを明らかにした。この成果は、表面官能基を改質することで、セルロースナノファイバーの材料としての機能が変えられることを示している。本年度は、前年度からの一連の研究を雑誌論文や学会などで発表した。

本年度はセルロースナノファイバーを水溶性高分子と複合化した複合材料をフィルム化し、諸特性を解析した。紙の撥水剤として用いられるアルキルケテンダイマーを少量添加した場合、ナノファイバーフィルム表面が撥水化され、液滴の浸透も抑制できることが分かった。更に、市販の合成高分子フィルムにセルロースナノファイバーをコーティングしたところ、二層フィルムの透湿度は基材である合成高分子フィルムと同程度であることがわかった。これにより、セルロースナノファイバーの両面に耐湿性を有する合成高分子層を配置すれば、湿度下におけるガスバリア性が改善できることが示された。コーティング処理を施してもフィルムの透明性は損なわれず、透明でガスバリアという特性を保ったまま耐湿性を付与することに成功した。また関連する研究として、陽電子消滅法によるフィルム中の空隙サイズ測定を行い、セルロースナノファイバーフィルムのガスバリア性発現機構について詳細な検討を行った。その結果、ナノファイバーの緻密な積層構造がもたらす微小な空隙サイズが、優れたガスバリア性をもたらすことを明らかにした。以上の結果は、国内学会および国際学会にて発表し、国際的な科学雑誌にも掲載された。
飛行能力がもたらす戦闘能力の急速な局所適応：人工群島のクモ群集をモデルとして

英国アッテンボロー自然保護区は,120の若い人工島を有し,群集形成や進化の初期状態を観測する事が出来る,稀有の研究サイトである.そこで,この人工群島に生息するクモをモデルとし,個体の行動とその進化がいかにして集団の形成に関わっているか研究した.具体的には,風が吹いている間クモが体を縮こめる陸上行動と,水面に糸を放ってブレーキをかける水上行動を負の移動能力として計測した.その結果,これらのクモは数十年という短い期間,つまり人工島が造成された直後から,急速に移動能力が小さくなる様に進化する事が分かった.また,島の年代が古くなるに従い,個体のアグレッシブさや,活動度も小さくなる事が明らかになった.本プロジェクトの成果として,風媒分散と水への適応能力に関する新発見が,筆者をコレスポンディングおよびファーストオーサーとして英国の国際専門誌に発表された.この論文はBioMed Central社からのプレスリリースを受けて報道され,Nature等のインタビューを含む,世界約500メディアに取り上げられた(BioMed Central社広報部Joel Winston氏による分析).本成果はクモを用いた誰にでも分かりやすいものであり「クモが水上で脚を上げ,風力で帆走する」という目立ち易い部分だけでなく,「水上行動を巧みに行うクモは,風に乗って空を飛ぶ傾向があり,たとえ着水してもサバイバル出来る」という理論的な部分にも興味を持って紹介して頂けた.また一般の方向けの記事だけでなく,子供向けの解説も研究の面白さを損なう事無く伝えており,わずかながら科学教育にも貢献出来たのでは無いかと考えている.この論文は,風媒分散能力が実は陸上よりもむしろ水上における適応能力の進化によって開放されてきた事を示したものであり,風媒分散の進化に光を当てたものである.風媒分散はこれまで,長距離移動を可能にする一方でリスクが高いとされてきた.生物が風任せで移動するメカニズムは,多数のクモが飛行する様子を洋上のビーグル号で目撃したダーゥインが,航海日誌に「説明する事が出来ない現象」と書き記した事に端を発する長年の謎だった.同様の傾向はクモ以外の風媒生物からも,発見される可能性がある.今回の成果は,本プロジェクトにおける基礎データの一つにあたり,現在クモの様々な行動・能力に関する100年内外の進化とその解析を通して,仮説の検証と新たな理論構築を進めている.プロジェクトは順調に成果をあげている.特に島嶼の年代に沿ったクモの行動については次々と新たな発見があり,行動生態学,進化生物学的な本計画のアプローチが上手くいき始めた事を実感している.また蓄積されたデータの相互比較が示す結果は各所でより興味深くなっている.現在は,この中で学術的に重要性の高いもの,他のグループと一部競合している内容について優先的に発表の準備を進めている.一方,本プロジェクトに入ってから協力を受けているロンドン自然史博物館からは,前述の発表論文を期に本格的な人的サポートが開始され,次の投稿への準備はほぼ整っている.自然史博物館の参入は,これまでの作業効率を大幅に向上するきっかけとなっており,今後のワークフローおよび発表スピードの改善につながると期待出来る.1本プロジェクトを通して発表された,サラグモにおける水上行動の研究から派生した,これまで未報告の行動形質と,その進化的バックグラウンドを明らかにした.2結果の解析とそこから構築された理論に関して,講演を通し一部を発表し,論文執筆時に有用な多種多様なフィードバックを頂いた.3本プロジェクトで取得した実験結果は,データを保存しているエクセルファイルを開くのも時間がかかる程,大きなものとなっており,その分析が手動の解析では,追いつかない状態になってきている.従って,データのフォーマット以外は全て自動で解析するプログラムを組み,この新システムのテスト運用を行った.該当年度において,サラグモの耐水性や認識能力(もしくは反射)に関しては,今までの常識を覆す結果を得た上,分散生態学の新規理論構築に有効である.一連の研究を通して,一昨年度に行われた,陸上グモの帆走行動を報告・分析した論文発表後,Nature誌を含む数多くのメディアから寄せられた「自然状態におけるクモの水上移動とその持続性」に関する質問に対して,極限状態を想定した実験に基づく,明確な解答を準備することが出来た.これらの成果の一部は,招待講演によって発表され,環境学,地質学,シミュレーション,ビックデータ解析など今までの研究活動ではあまり交流の無かった分野の方々からも,ユニークなフィードバックを数多く頂いた.また講演の場で得た,科学ソフト製作を専門とする,優れたプログラマーとの交流を通して,これまで取得した大量のデータを全て処理する為の新しい解決策を見出す事が出来た.現在フォーマットを整えている論文原稿は,これら種々のアドバイスを盛り込み,分野内はもちろん分野外の研究者や一般の方々が目にしても,理解し楽しむ事の出来る内容に仕上がった.論文執筆,データ解析共に順調である.学術上重要と予想されるデータは,これまでの手法を用い解析,作図,論文原稿の第一稿が完了している.ただし前述の通り,未解析のデータを含め,プロジェクトから産出されたデータの蓄積が膨大になってきている事から,ビックデータ解析のシステムを早急に整える必要性が出てきている.自身でも昨年度から大量のデータを全自動で解析する事を目的としたプログラムを組んでいる.

このプログラムは,有効データの切り出した後,そのデータに最適な解析方法を判断し,解析を行った上で結果を順次保存出来るようデザインされている.本プログラムを他プロジェクトの解析で試験導入したところ,筆者のパソコンでは動作が重く,またファンが高速回転を続け不安なものの,手作業で処理する事が現実的にほぼ不可能な量のデータを約5日間の連続運転で算出し終える事が出来た.該当年度では,プログラムの完成までに数ヶ月を要したものの,今後は自動化の恩恵を受ける事が出来るため,この効率化が全ての工程を通して,プラスに波及すると考えている.島嶼の生物は,他の陸域の集団と,遺伝的な交流が制限された状態で進化する為,独特の進化を辿る事が知られており,進化生態学的な研究モデルとして有用である.しかし,洋上における,一般的な海洋島では,その年代が数万年数百万年と非常に古い為,進化が頭打ちになっており,進化のスタート地点である島嶼形成直後の様子を観察する事が難しい.そこで,本計画では,英国の中東部に位置するアッテンボロー自然保護区において,研究を行った.アッテンボロー自然保護区は,形成年代が100年内外という,若い人工群島を有する.今回は,豊富な動物群が見られる人工群島において,中でも行動の観察が容易な,クモ類を研究材料とした.当地の人工島から採取されたクモ類では,群集形成からわずか数十年にも関わらず,行動における急速な進化が記録された.特に,クモ個体の活動度,長距離と短距離の移動能力,造網頻度,アグレッシブさには深い関係がある事が分かった.これらのクモの形質は,人工群島の年代を追って解析すると,島嶼形成から時間の経った群集では,移動能力や活動度が減少する事が明らかになった.こういった現象は,集団形成など,動物の一般的な性質を理解する上で重要な鍵となる.筆者ら以外による人為撹乱が無い,無人島群から収集したデータは,比較的ノイズが少ない.また形成直後の島嶼群集に関する解析結果には,やはり興味深いものが多い.特に注目すべきものとしては,分散行動同士の関係に関するものがあげられる.今回,水媒分散と風媒分散の間に進化的なリンクが存在する事が示唆され,水媒分散が進化すれば,風媒分散が進化し,風媒分散が進化すれば,水媒分散の頻度が増大する事が明らかになった.従って,生物分散の二大機構である,水媒,風媒分散は,互いにその進化の速度,発生頻度を高めあう,進化生態的なフィードバックループを形成し,安定化している事が明らかとなった.英国アッテンボロー自然保護区は,120の若い人工島を有し,群集形成や進化の初期状態を観測する事が出来る,稀有の研究サイトである.そこで,この人工群島に生息するクモをモデルとし,個体の行動とその進化がいかにして集団の形成に関わっているか研究した.具体的には,風が吹いている間クモが体を縮こめる陸上行動と,水面に糸を放ってブレーキをかける水上行動を負の移動能力として計測した.その結果,これらのクモは数十年という短い期間,つまり人工島が造成された直後から,急速に移動能力が小さくなる様に進化する事が分かった.また,島の年代が古くなるに従い,個体のアグレッシブさや,活動度も小さくなる事が明らかになった.潜在的に研究内容の競合するチームが確認された事から,採集,実験,解析が終わったものに関して,重要性の大きいものから論文を発表する.
磁気特性変化による複相合金中の格子欠陥の同定と変形機構解明、材料信頼性評価

疲労変形で金属材料中に多数の転位ならびに面欠陥といった格子欠陥が導入される。この高密度の格子欠陥近傍の応力集中に微小クラックが発生し、この進展により材料の破壊に至る。この材料の変形機構ならびに信頼性評価のためには、変形で導入された転位等の格子欠陥の観察が不可欠である。従来、この格子欠陥は透過電子顕微鏡により観察されていたが、高転位密度になると転位近傍の大きい応力場の影響でその観察が困難である。一方、変形に伴う転位の導入ならびに面欠陥近傍の原子配列の乱れに起因して磁気特性が変化し、これを利用して変形により導入された格子欠陥および面欠陥の観察ならびに材料信頼性を評価した。FeAl,Fe_3Al単結晶の疲労変形を行い、飽和磁化率、自発磁化の急激な上昇が破壊に繋がることを見出し、寿命予測に有効であることを明らかにした。また、ニッケル基超合金のモデル試料として、Ni_3(Al,Ti)合金単結晶を作製し、時効処理によりγ'母相中に微細なγ相を析出させた。γ'相は常磁性であるがγ相は大量のNiを含むため強磁性を示す。そのため、γ相の析出に伴い、自発磁化および保磁力は増加した。時効時間が増し、析出相が板状になると、保磁力は急激に上昇する。このように、自発磁化、保磁力変化により、γ析出相の観察が可能である。疲労変形すると、転位により析出物は微細化するが析出相の母相への再溶解は起こらない。変形による析出相の微細化は起こるがその体積率は変化しないため自発磁化は変化しないはずであるが、疲労変形に伴い自発磁化は急激に低下した。この低下は、析出相のサノ寸法への微細化による超常磁性に由来することが明らかとなった。保磁力は疲労変形に伴い、球状析出物の形状が変化すると一旦上昇するが、更に微細化すると超常磁性により急速に低下する。一方、板状析出物は切断により球状化すると急速に保磁力が低下する。このように、磁気特性により微細析出物の形態、寸法の変化の観察が可能であり、この変化を通じて変形挙動を知ることができ、非破壊的に変形微細の観察、材料信頼性評価が可能となった。金属結晶を交番変形、いわゆる疲労変形すると、転位等の大量の格子欠陥が導入され、大きい局部的残留応力により微小クラックが発生し、最終的な破壊に至る。この際、堆積した転位の種類、分解形態等に関する情報を得て、その疲労変形挙動を解明する必要がある。しかし、従来の透過電子顕微鏡法では局部的に堆積した高密度転位に関する正確な情報を得るには限界がある。本研究では、転位芯近傍の弾性応力場と磁気スピンとの相互作用に起因する磁気特性変化と、変形による原子対の乱れによる磁気特性変化を利用して疲労変形した結晶中の転位ならびに面欠陥の観察を行った。

モデル材料としてNi_3Fe単結晶を用い、疲労変形した結晶の飽和磁気異方性を測定し、疲労初期に現れる硬化は、転位が超格子部分転位対として運動し、その交叉により形成されるAPBチューブにより起こることを見出した。また、この疲労硬化後に現れる特異な疲労軟化を示す領域では、APBチューブの切りあいによる局部的原子配列の乱れによる不規則化と、その部分でのAPBの形成を伴わない部分転位の運動によって起こることを明らかにした。FeAl規則合金についても拾う変形し、この際導入されるAPBによる原子対の乱れが、自発磁化の変化をもたらすこと、この自発磁化の変化により、この合金の疲労寿命の予測が可能であることを明らかにした。Ni基超合金の力学特性改善のためには、Ll_2型金属間化合物相γ'-Ni_3Al中に形態制御した微細なγ不規則相を析出させるのが有効である。しかし、転位とこの微細γ相との相互作用ならびに変形に伴う転位のγ相の切断の有無、それに伴う形状変化を電子顕微鏡等により直接観察することは容易ではない。本研究では、強磁性γ相の変形に伴う磁気特性変化を利用し、転位とγ相の相互作用、形態変化を調べると共に、圧縮変形ならびに疲労試験の際の磁気特性変化を利用してその変形機構を明らかにした。Ni_3(Al,Ti)合金単結晶を1423Kで焼鈍しγ'単相とした後、1073Kにて時効処理してγ'相中に微細なγ相を析出させた。3時間の時効までは、球状γ析出物の形状は変化せず、体積率のみが増加し、降伏応力が上昇する。その後、体積率は変化しないが析出物は粗大化し、降伏応力は低下する。自発磁化は時効時間の経過に伴う強磁性γ相の析出により100時間まで単調に増加した。保磁力は、3時間まで緩やかに増加した後、急激に上昇した。これは析出物が球状から板状に変化し、その形態変化による形状磁気異方性の増大に起因している。一方、磁化率は時効時間とともに単調に減少し、γ相の体積率ならびにNi濃度増加による強磁性体としての特性が強くなるためである。時効処理した本合金を疲労変形すると転位の切断によりγ粒子のサイズが減少し、自発磁化が低下する。10^4サイクル疲労した試料の自発磁化は極端に低下し、また保磁力が負の温度依存性を示すことから超常磁性を示す。この磁気測定結果からγ析出相は未変形時には50nm程度であったが疲労変形に伴って、その寸法は22nmへと減少することが明らかとなった。γ粒子に対し超常磁性温度域でのM-H/T曲線をLangevin関数で解析することにより、平均粒子径ならびに粒子径分布を正確に求めた。以上のように磁気特性を利用し、微細析出物を有する合金の変形機構ならびに粒子形状変化を観察することが可能となった。疲労等で金属材料を変形すると多数の転位が導入される。この材料の変形機構ならびに信頼性評価を行うには、変形で導入された転位等の格子欠陥を観察することが不可欠である。従来、この格子欠陥は透過電子顕微鏡により観察されていたが、高転位密度になると転位近傍の大きい応力場の影響でその観察が困難である。一方、変形に伴う転位の導入ならびに面欠陥近傍の原子配列の乱れに起因して磁気特性が著しく変化する。この変形による磁気特性変化を利用して、変形に伴う格子欠陥の観察ならびに材料信頼性評価を行った。ニッケル超合金のモデル試料として、Ni_3(Al, Ti)単結晶を作製し、γ',(L1_2型規則構造)単相とした後、時効処理によってγ'母相中にγ相を微細析出させた。γ'相はAl濃度が高いため常磁性であるが、高濃度のNiを含むγ相は強磁性を示す。そのため、γ相の時効析出に伴い、自発磁化ならびに保磁力ともに増加する。時効初期には、析出物は球状であるが、時間経過に伴って板状になる。保磁力は強い異方性を示すため板状への形態変化によって急速に保磁力は増加した。
構造を持つデータの構造情報ダイジェストを利用した類似検索の高速化

本研究では、グラフのような構造情報を持つデータを対象とする類似検索問題に取り組んだ。構造を持つデータは複雑度が高く、類似度計算のオーバーヘッドが問題になる。そこで、構造情報を要約する簡潔なデータ構造(ダイジェスト)を導入し、ダイジェストを比較することで、類似検索を高速化する。ここで、検索精度は構造情報をどう要約するかに依存する。本研究では、部分構造同士が似ているという情報をダイジェストに反映させることで、高精度な類似検索を実現した。また、構造を持つデータに対する類似検索の応用技術として、構造ベースの画像処理についても研究した。今年度も継続して(1)構造ベース画像処理と(2)グラフの類似検索用の構造ダイジェストの設計とという2課題に取り組んだ。(1)については、まず複数個のオブジェクトを含む画像で構成される画像集合からの自動オブジェクト発見に取り組んだ。提案手法では、各画像をグラフとして表現し、何度も頻出する部分グラフ構造を意味のあるオブジェクトとして発見する。本テーマは昨年度からの継続であり、今年度はある程度大規模な画像データベースに対して提案手法の有効性を示した。処理対象の画像が増えるにつれて、頻出部分グラフを探索する計算時間が大きくなる。そこで、頻出部分グラフ探索時に、明らかに似ていない画像に対しては処理をスキップすることで高速化を実現した。本研究成果は現在、査読付き国際会議に投稿中である。次に、類似画像検索に取り組んだ。類似画像検索では、現在BoVWという画像内特徴点のヒストグラム間類似度を求める手法が標準である。この標準法では特徴点が前景、背景に属するかという画像の構造情報を利用しない。そこで、前景、背景で別々にヒストグラムを作成し、2枚の画像の前景同士、背景同士を比較することで類似検索精度を向上しようという試みがある。しかし、これを実現するには少なくとも学習画像内でどこが前景であるかを教示する手間が必要である。本研究では、前景領域を信号処理によって得られる顕著特徴領域で近似することで、どこが前景であるかという教示を必要としない手法を提案した。1000枚の画像を用いた実験により、提案手法が標準法の認識精度を5%向上できることを示した。本研究成果は電子情報通信学会のPRMU研究会で発表した。(2)のグラフからの構造情報ダイジェストの設計については、考案した構造情報ダイジェストを用いて類似検索を行うとfalse negativeが多く発生するという問題を解決できていない。今年度は(1)グラフ類似検索用の構造ダイジェストの設計と(2)グラフベース画像処理という2課題に取り組んだ。(1)に関しては画像処理を想定して、平面上に配置されたグラフから構造情報ダイジェストを生成し、それが類似検索の性能向上に寄与するかを実験評価した。結果は、非類似グラフを類似グラフとして誤検出するfalse positiveは発生しなかったが、類似グラフを見落とすfalse negativeが発生した。これは構造情報ダイジェストが、類似グラフが共有する性質よりもミクロなレベルで特徴記述を行ったことを意味し、設計の見直しが必要である。(2)に関しては、画像集合からのグラフベースの自動オブジェクト発見という研究テーマに取り組んだ。本研究は、画像集合に繰り返し出現するパターンは偶然によらない意味のあるオブジェクトであるという仮説に基づく。そして各画像を、特徴点を頂点とする平面グラフとして表現し、その中から頻出部分グラフを見つけることでオブジェクトを発見する。頻出部分グラフ同定にはグラフの類似性判定が必要である。小規模な画像データベースに対して提案手法が有効に動くことを示し、成果を電子情報通信学会PRMU研究会で発表した。また、グラフベースの動画からの前景抽出手法の開発にも取り組んだ。そして、色・動き情報に加えて、照明変化に頑健なSURF特徴量も併用することで、動画内で消灯が起こるような激しい照明変化がある環境下で前景を抽出することに成功した。本研究成果は世界最大の国際会議ICIP2012に採録された。今年度も(1)構造ベース画像処理と(2)グラフの類似検索用ダイジェストの生成という2つのテーマに取り組んだ。構造ベース画像処理については、まず、頻出する類似部分グラフ構造をマイニングすることで、大量画像群からオブジェクトを自動発見する提案手法について研究成果を論文にまとめ、採択率約50%の国際会議に採択された。次に、グラフカットを用いた動画からの自動前景切り出しシステムの機能拡張に取り組んだ。具体的には、固定カメラで撮影した動画だけではなく移動カメラで撮影した動画も取り扱えるように、本研究課題においてこれまで開発してきたシステムを拡張した。さらに、オプティカルフロー(動きベクトル)が持つ不安定性に注目し、不安定なオプティカルフローを使わずにグラフカットをやり直すことで切り出し精度を向上させることに成功した。オプティカルフローは連続した2フレーム間で画素ブロックを追跡することにより計算される。しかし、移動物体の後方に背景が隠れた場合、背景の追跡が行えなくなって不安定になる。我々の手法では、時間の正方向と時間の負方向の2種類のオプティカルフローを計算し、正方向オプティカルフローと負方向オプティカルフローが対称性を持つかどうかで、不安定なオプティカルフローを検出して除去する。本研究成果は情報処理学会CVIM研究会で発表した。さらに、昨年度から引き続いて、類似画像検索の構造情報を利用した精度向上に取り組んだ。今年度は、最先端の既存手法との性能比較実験を実施し、提案手法の方が優れた性能を達成することを定量的に示した。

グラフの類似検索用ダイジェストの生成については実装を完了したが、期待通りの性能が出なかったため、既存手法の長所は踏襲するように設計の改良を進めている。今年度は、グラフを対象とする高速類似検索について中心的に研究した。提案手法では、グラフを各頂点を始点とする有限長パス集合として表現する。さらに、パスを整数に変換して、グラフを整数集合として表す。これによりグラフ間類似度を、整数集合間で類似度計算することで高速に求める。とくに本研究では、パスから整数への変換関数に注目した。従来手法では、変換関数が疑似乱数であり、パスを変換後の整数はパスの構造情報を完全に捨ててしまう。これに対して、本研究では類似したパスを同一整数に変換する関数を考案した。すなわち、従来手法ではパスが完全一致するかしないかだけを区別するのに対し、提案手法ではパスが類似しているかどうかを区別する。本方式によりグラフ間類似度の粒度を細かくできるため、類似検索の性能向上が期待できる。実際に、人工データと化合物データを用いたデータ分類実験により、提案手法が高速性を失わず、パターン認識精度を向上できることを示した。本研究成果は電子情報通信学会総合大会にて成果発表した。また、構造ベース画像処理についても引き続き研究を実施した。昨年度までに、画像を顕著特徴マップを用いて前景と背景の2構造に分離することで、構造分離を行わない通常手法よりも類似画像検索性能を改善できることを示していた。今年度は、提案手法と同様に画像を前景と背景に分解する最新手法を対象にして比較実験を実施し、提案手法の方が高い性能を出すことを示した。従来手法では前景類似度と背景類似度を用いるのに対し、提案手法では前景類似度と画像全体の類似度を用いる。提案手法では背景類似度を使用しないため、構造分離の精度に関してロバストであることが性能改善の理由である。この実績が認められ、本研究成果は査読付き国際会議に採録された。本研究では、グラフのような構造情報を持つデータを対象とする類似検索問題に取り組んだ。構造を持つデータは複雑度が高く、類似度計算のオーバーヘッドが問題になる。そこで、構造情報を要約する簡潔なデータ構造(ダイジェスト)を導入し、ダイジェストを比較することで、類似検索を高速化する。ここで、検索精度は構造情報をどう要約するかに依存する。本研究では、部分構造同士が似ているという情報をダイジェストに反映させることで、高精度な類似検索を実現した。また、構造を持つデータに対する類似検索の応用技術として、構造ベースの画像処理についても研究した。構造ベース画像処理については、これまでの研究期間で3つのテーマに関して査読付き国際会議への投稿を完了し(うち2件採録発表済で、1件は現在査読中)、ほぼ本研究課題応募時に想定していた研究成果を実現できたと考えている。
トライフェーズエピタキシー法による酸化物単結晶薄膜の作製と新機能開発

トライフェーズエピタキシー(TPE)法はバルク単結晶を作製する方法の一つであるフラックス法に基づいた薄膜作製技術である。フラックス成分をあらかじめ基板上に堆積し、基板を高温まで加熱することで液状化したフラックス層を介して薄膜を堆積させる。この手法によって高温超伝導体NdBa_2Cu_3O_<7-d>(Nd123)の単結晶薄膜の作製に成功し、TPE手法の有効性を実証してきた。H14年度では、このTPE手法を、CaをドープしたNd123、強誘電体(Bi_4Ti_3O_<12>)の薄膜作製への適用を試みるとともに、3成分系のコンビナトリアル合成システムを新たに開発し、実験の高効率化を図った。H15年度では、前年度に開発した技術をもとにコンビナトリアル手法を用いた強誘電体(Bi_4Ti_3O_<12>)の新規フラックス材料の探索を試みた。コンビナトリアル探索の結果、Bi-Cu-Oという新しいフラックス材料を見出すことに成功した。このフラックス材料を使用することで基板のステップ構造に起因する転位の発生や蒸気圧の高いBi酸化物の蒸発を抑制し、強誘電体Bi_4Ti_3I_<12>の単結晶薄膜実現した。さらにTPE手法を固相プロセスへ応用したフラックス固相エピタキシーの概念を提案した。フラックス材料を使用しない一般的な手法によって強誘電体Bi_4Ti_3O_<12>の薄膜を作製し、その上にフラックスとなるBi_2O_3を堆積させ、真空中にて高温アニールを行った。アニール前は小さなグレインが存在し荒れていた表面が、分子層ステップを有する平坦な表面までに改善された。TPE手法は気相プロセスだけでなく、フラックス固相エピタキシーとして固相プロセスにも応用できることが本実験から示された。Tri-Phaseエピタキシー(TPE)法はバルク単結晶を作製する方法の一つであるフラックス法に基づいた薄膜作製技術である。この手法によって高温超伝導体NdBa_2Cu_3O_<7-d>(Nd123)の単結晶薄膜の作製に成功している。H14年度では、このTPE手法を、CaをドープしたNd123、強誘電体(Bi_4Ti_3O_<12>)の薄膜作製に応用した。さらに、3成分系のコンビナトリアル合成のシステムを新たに開発し、実験の高効率化を図った。1、CaドープNdBa_2Cu_3O_<7-d>の単結晶薄膜の作製2、Bi_4Ti_3O_<12>の単結晶薄膜の作製TPE手法を用いて強誘電体Bi_4Ti_3O_<12>の薄膜を作製した。NdBa_2Cu_3O_<7-d>のTPE薄膜と同様にフラックスを介してBi_4Ti_3O_<12>を成長させる。コンビナトリアル手法によりフラックスとしてBiO_x-Bi_4Ti_3O_<12>2成分組成傾斜膜を作製し、フラックス組成の最適化を図った。その結果、Bi過剰Bi_4Ti_3O_<12>のフラックス組成で高品質な薄膜が得られた。薄膜の表面は原子レベルで平坦で、結晶構造の1/2ユニットに相当するステップが観察された。このように、高温超伝導体だけでなく、強誘電体Bi_4Ti_3O_<12>の薄膜の作製にもTPE手法が有効的であることが実証された。

3、3成分系コンビナトリアルシステムの開発より低温で単結晶を作製するには、フラックス材料として自己フラックスだけでなく、しばしば不純物フラックスが用いられる。そこで薄膜法で新規フラックス材料の探索を高速かつ系統的に行うために、今までの2成分系から3成分系のコンビナトリアル合成が可能なシステムへと拡張した。平成15年度では、この3成分系コンビナトリアル合成技術をフラックス探索へ応用し、新規フラックスの発見を目指す。また、このようにして、得られた高品質酸化物単結晶薄膜を用いた電界効果デバイスの試作を狙う。Tri-Phaseエピタキシー(TPE)法はバルク単結晶を作製する方法の一つであるフラックス法に基づいた薄膜作製技術である。この手法によって高温超伝導体NdBa_2Cu_3O_<7-d>(Nd123)の単結晶薄膜の作製に成功している。H14年度は、このTPE手法を用いて、CaをドープしたNd123、強誘電体(Bi_4Ti_3O_<12>)薄膜の作製に成功した。さらには3成分系のコンビナトリアル合成のシステムを新たに開発し、実験の高効率化を図ることができた。H15年度は、これらの技術をもとに今年度はコンビナトリアル手法を用いた強誘電体(Bi_4Ti_3O_<12>)の新規フラックス材料の探索を試みた。さらにTPE手法を固相プロセスへ応用したフラックス固相エピタキシーの概念を提案し、その有効性を実証した。1、3成分系コンビナトリアルシステムによる強誘電体Bi_4Ti_3O_<12>の新規フラックス材料探索フラックス材料として自己フラックスが使用されることが多い。しかしながら、産業ベースでより大きな単結晶を作製するにはY_3Fe_5O_<12>で用いられているPb-B-Oなどのような不純物をフラックスとして用いることも必要である。しかし不純物フラックスの選び方の一般則はなく、適切なフラックス材料を選択することは困難を要する。そこで強誘電体Bi_4Ti_3O_<12>のフラックス材料を3成分系のコンビナトリアル合成を用いて系統的に探索した。コンビナトリアル探索の結果、Bi-Cu-Oという新しいフラックス材料を見出すことができ、強誘電体Bi_4Ti_3O_<12>の単結晶薄膜の作製に成功した。2、TPE手法の固相プロセスへの応用:フラックス固相エピタキシー本実験ではTPE手法を固相プロセスへ応用することを試みた。フラックス材料を使用しない一般的な手法によって強誘電体Bi_4Ti_3O_<12>の薄膜を作製し、その上にフラックスとなるBi_2O_3を堆積させ、真空中にて高温アニールを行った。フラックスとBi_4Ti_3O_<12>薄膜は固相反応し、Bi_4Ti_3O_<12>薄膜の結晶性が著しく向上した。しかもアニール前は小さなグレインが存在し荒れていた表面が、分子層ステップを有する平坦な表面までに改善された。TPE手法は気相プロセスだけでなく、フラックス固相エピタキシーとして固相プロセスにも応用することができることが本実験からわかった。
郷土教育運動の地域的展開研究

(1)本研究は、「郷土教育運動」として研究史上に位置づけられる1930年代の郷土教育論を実際に教育を担った小学校の動態を重視し、小学校を財政的に支えた村(=郷土)と教育とのかかわりを中心に据えて、「郷土教育運動」が村(=郷土)において、いかなるものとして展開されたのかを、運動の背景をも含めて、小学校をめぐる村民・訓導・児童の場から問いなおすことを目的としたものである。平成6年度においては、茨城県常陸三浜地帯(漁村、ひたちなか市)および東京都北区(都市部)における「郷土教育運動」の背景と展開過程を、下記の研究方法と計画により遂行した。●研究方法・各小学校所蔵の『学校沿革雑』『学級日誌』『郷土読本』、教材・教具の整理・目録化・郷土資料室・図書館・自治体史編纂室所蔵の郷土教育資料の収集・整理・文書資料調査および聞き書き調査●研究計画・45月東京都北区域・78月茨城県常陸三浜地帯・10月補充調査・1月補充調査(1)本研究は、「郷土教育運動」として研究史上に位置づけられる1930年代の郷土教育論を実際に教育を担った小学校の動態を重視し、小学校を財政的に支えた村(=郷土)と教育とのかかわりを中心に据えて、「郷土教育運動」が村(=郷土)において、いかなるものとして展開されたのかを、運動の背景をも含めて、小学校をめぐる村民・訓導・児童の場から問いなおすことを目的としたものである。●研究方法・各小学校所蔵の『学校沿革雑』『学級日誌』『郷土読本』、教材・教具の整理・目録化・郷土資料室・図書館・自治体史編纂室所蔵の郷土教育資料の収集・整理・文書資料調査および聞き書き調査●研究計画・45月東京都北区域・78月茨城県常陸三浜地帯・10月補充調査・1月補充調査
小児ミトコンドリア病の表現型を決定する遺伝的因子について

本研究の目的は、ミトコンドリアDNAの異常と表現型との間の関係を明らかにすることであるが、我々はMELASまたはLeigh症候群のどちらの表現系も有することがあり得るミトコンドリアDNA13513G→A変異に注目した。この変異は、日本人Leigh症候群のおよそ7%に変異があることがわかっているが(Sudo A, et al.JRum Genet 2004,49:92-96.)、MELAS患者の1割弱も、この変異を有することがわかっている(未発表データ)。最近、ロイシン転移RNAの修飾異常によりコドンUUGの取り込みが阻害され、このコドンを最も多く使用しているND6(複合体Iの構造蛋白の1つ)の合成が早期に障害を受けることがMELASの原因である可能性が発表された(Kirino, et al.Proc Natl Acad Sci USA 2005,102:7127-32.)。国立精神・神経センター神経研究所で保管されている凍結筋を用いて、MELASと診断された9症例とLeigh症候群と診断された6症例につき、それぞれの骨格筋からRNAを抽出しKirinoらの方法でロイシン転移RNAのアンチコドン修飾の状態を検出した。その結果、13513変異を有する全ての症例で、ロイシン転移RNAの修飾不全はなく、MELASとLeigh症候群との間に差を認めなかった。13513変異はND5遺伝子上に存在しND6と同様に複合体Iの重要な構成蛋白であるため、変異による複合体Iの活性低下がMELASやLeigh症候群の臨床症状の発現の重要な要因であることは確実であるが、13513変異のあるMELASでtRNA修飾異常を伴っていなかったことから、この修飾異常がMELASに共通する障害経路ではなかったことが明らかになった。本研究の目的は、ミトコンドリアDNAの異常と、表現型との間の関係を明らかにすることである。最近、tRNA領域内の変異のうちMELASの表現型を持つものでは、tRNAのアンチコドンタウリン修飾が欠落していることが判明し、それが呼吸鎖複合体Iの活性低下につながるという説明が可能となり注目されている。すなわち、ロイシン転移RNAの修飾不全によりコドンUUGの取り込みが阻害され、このコドンを最も多く使用しているND6(複合体Iの構造蛋白の1つ)の合成が早期に障害を受けると推定される。そこで、我々は小児期に発症する代表的なミトコンドリア病であるLeigh症侯群とMELASの両方の表現型を持ちうるミトコンドリアDNA13513変異に関しても、tRNAのアンチコドン修飾に違いがあるかどうか検討した。この研究に関しては、国立精神・神経センター神経研究所で保管されている凍結筋を用いて行った。MELASと診断された9症例とLeigh症侯群と診断された6症例につき、それぞれの骨格筋からRNAを抽出しKirinoらの方法でロイシン転移RNAのアンチコドン修飾の状態を検出した。その結果、13513変異を有する場合は、ロイシン転移RNAの修飾不全はなく、MELASとLeigh症侯群との間に差はなかった。13513変異はND5遺伝子上に存在しND6と同様に複合体Iの重要な構成蛋白であるため、変異による複合体Iの活性低下がMELASやLeigh症侯群の臨床症状の発現の重要な要因であることは確実であるが、13513変異のあるMELASでアンチコドン修飾不全を伴っていなかったことから、この修飾不全がMELASに共通する障害経路ではなかったことが明らかになった。