hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ピルビン酸代謝を標的にする新規低分子化合物による抗腫瘍治療法の確立

ヒト癌細胞では好気的環境下でも解糖系が有意の働くグルコース代謝のシフト)(Warburg効果)が生じており。環境ストレス下での癌細胞の生存や悪性化進行に密接に関係していると考えられている。PDK4は解糖系から呼吸系への分岐点でピルビン酸をアセチルCoAに代謝するPDHを抑制する調節分子であり解糖と呼吸のバランスを制御するRegulatorの1つである。我々はPDK4阻害活性を持つ低分子化合物(KIS)に着目し、in vitro及びin vivoの腫瘍モデルを用いてその抗腫瘍効果と作用メカニズムをヒト膵臓癌および大腸癌細胞株を中心に解析し今年度は下記の成果を得た。1.KIS37(Cryptotanshinone)が確かにPDK4を主要な標的として癌細胞の増殖を抑制していることを証明するために、膵臓癌細胞株MIAPaCa-2においてPDK4-siRNAでPDK4の発現を抑えた時のKIS37の増殖抑制効果を調べた。その結果、siRNAによるPDK4の抑制によってKIS37による増殖抑制が有意に抑制された。確かにKIS37による増殖抑制はPDK4阻害を介していることがわかった。2.KIS37による増殖抑制にPI3K-Akt-経路が重要であることを証明するために恒常的に活性化したAkt(MyrAkt)をMIAPaCa-2細胞に発現させKIS37による増殖抑制を調べたところ、MyrAktによって抑制が阻害された。この結果からAktがKIS37による増殖抑制に必要であることがわかった。3.高転移性膵臓癌細胞株SUIT-2を用いて、ヌードマウスの膵臓にこの細胞株を接種し同所性に膵臓腫瘍を形成し転移させる実験系を確立した。この実験系で、KIS37の腹腔内投与によって膵臓腫瘍の増殖および転移が有意に抑制されることを明らかにした。KIS37は腫瘍の増殖だけでなく転移抑制にも有用である。ヒト癌細胞では、好気的環境下でも解糖系が優位に働くグルコース代謝のシフト(Warburg効果)が生じており、環境ストレス下での癌細胞の生存や悪性化進行に密接に関与していると考えられている。Pyruvate dehydrogenase kinase 4 (PDK4)は、解糖系から呼吸鎖への分岐点でピルビン酸をアセチルCoAに代謝するPyruvate dehydrogenase (PDH)を抑制する調節分子であり、解糖と呼吸のバランスを制御するkey regulatorの一つである。本年度は、PDK4阻害活性を持つ低分子化合物(KIS)に注目し、in vitroおよびin vivoの腫瘍モデルを用いてそのWarburg効果抑制活性と抗腫瘍活性を検討し下記の成果を得た。2. DLD-1, MIAPaCa-2細胞株についてはKIS37によってPDK4の標的であるPDHのリン酸化が抑制され、乳酸産生も抑制されることを明らかにした。また、この濃度ではHaCaTやHEFなどのヒト正常細胞株には細胞毒性を示さないことも明らかにしている。3. MIAPaCa-2細胞株にKIS37を投与すると3次元スフェロイド形成も抑制され、癌幹細胞のマーカーであるCD44やEpCAMの発現が抑制されることも明らかにした。4. MIAPaCa-2細胞株についてはヌードマウスの皮下に移植し腫瘍形成を行わせる実験系において、KIS37を腹腔内投与(20mg/kg)することで腫瘍形成を顕著に抑制できることを明らかにした。解糖系と呼吸系の分岐点で働くピルビン酸代謝調節分子PDK4の新規阻害剤(KIS37)の処理によってワールブルグ効果がキャンセルされることを大腸癌や膵臓癌などのヒト癌細胞株を用いて明らかにすることができた。また新規PDK4阻害剤はin vitroだけでなくin vivoでも抗腫瘍活性を示すかについても予後の悪い難治性癌である膵臓癌の細胞株MIAPaCa-2を用いて少なくともヌードマウスでの皮下腫瘍移植実験系でその抑制効果を証明することができた。また癌幹細胞の特徴である三次元培養スフェロイド形成能に対する効果とCD44やEpCAMの発現抑制からKIS化合物がが薬剤治療が難しいとされて来た癌幹細胞に対しても効果がある可能性を示した。これらの成果から1年目としては研究が目標に向かって順調に進展していると考えられる。我々はPDK4阻害活性を持つ低分子化合物(KIS)に着目し、in vitro及びin vivoの腫瘍モデルを用いてその抗腫瘍効果と作用メカニズムをヒト膵臓癌および大腸癌細胞株を中心に解析し下記の成果を得た。2.このとき、膵臓癌細胞株MIAPaCa-2ではK-Rasの下流では非接着培養条件下でPI3K-Akt-mTORのリン酸化が抑えられ、細胞周期のG1-S移行に関わるcyclin D1の発現とRb蛋白のリン酸化もKIS37によって抑えられることを明らかにした。3.MIAPaCa-

2細胞株についてはヌードマウスを用いて膵臓に癌細胞を接種し同所性に膵臓腫瘍を形成させる実験系で、KIS37の腹腔内投与によって膵臓腫瘍の増殖が有意に抑制されることを見いだした。このとき腫瘍組織では増殖の指標であるKi67と幹細胞マーカーであるALDH1A1の発現も抑制されていた。また、肝臓、腎臓、肺、心臓などの腫瘍臓器をはじめ副作用などは見いだされなかった。解糖系と呼吸系の分岐点で働くピルビン酸代謝調節分子PDK4の新規阻害剤(Cryptotanshinone)の処理によって膵臓癌や大腸癌細胞株の足場非依存性増殖や3次元スフェロイド形成が抑制されるメカニズムとして変異型K-Ras蛋白質の発現抑制が関わっていることを明らかにした。また、この癌遺伝子産物の下流でPI3K-Akt-mTORのシグナルが抑えられ細胞周期制御に関わるcyclin D1の発現とRB蛋白のリン酸化も抑制されることを明らかにした。また。細胞レベルだけでなくin vivo同所性膵臓腫瘍形成実験でもこの薬剤が膵臓腫瘍の増殖を抑制できることを明らかにした。また、そのメカニズムとして増殖のみならず幹細胞性の抑制も関わっていることも見いだした。これらの成果から2年を終えて研究が目標に向かって順調に進展していると考えられる。ヒト癌細胞では好気的環境下でも解糖系が有意の働くグルコース代謝のシフト)(Warburg効果)が生じており。環境ストレス下での癌細胞の生存や悪性化進行に密接に関係していると考えられている。PDK4は解糖系から呼吸系への分岐点でピルビン酸をアセチルCoAに代謝するPDHを抑制する調節分子であり解糖と呼吸のバランスを制御するRegulatorの1つである。我々はPDK4阻害活性を持つ低分子化合物(KIS)に着目し、in vitro及びin vivoの腫瘍モデルを用いてその抗腫瘍効果と作用メカニズムをヒト膵臓癌および大腸癌細胞株を中心に解析し今年度は下記の成果を得た。1.KIS37(Cryptotanshinone)が確かにPDK4を主要な標的として癌細胞の増殖を抑制していることを証明するために、膵臓癌細胞株MIAPaCa-2においてPDK4-siRNAでPDK4の発現を抑えた時のKIS37の増殖抑制効果を調べた。その結果、siRNAによるPDK4の抑制によってKIS37による増殖抑制が有意に抑制された。確かにKIS37による増殖抑制はPDK4阻害を介していることがわかった。2.KIS37による増殖抑制にPI3K-Akt-経路が重要であることを証明するために恒常的に活性化したAkt(MyrAkt)をMIAPaCa-2細胞に発現させKIS37による増殖抑制を調べたところ、MyrAktによって抑制が阻害された。この結果からAktがKIS37による増殖抑制に必要であることがわかった。3.高転移性膵臓癌細胞株SUIT-2を用いて、ヌードマウスの膵臓にこの細胞株を接種し同所性に膵臓腫瘍を形成し転移させる実験系を確立した。この実験系で、KIS37の腹腔内投与によって膵臓腫瘍の増殖および転移が有意に抑制されることを明らかにした。KIS37は腫瘍の増殖だけでなく転移抑制にも有用である。今後の予定としてはまず、KIS化合物によるin vitroおよびin vivoでの腫瘍抑制のメカニズムを特に癌幹細胞抑制の機構を中心にさらに詳細に解明してゆく。
Slow Tempoな動作遂行が生体に与える心理生理的影響

実験は(a)腕を左右交互に回す上肢の動作(b)足を開いて左右に揺れる体幹の動作の2種類を用いて、「自分にとって遅いと思う速さ」(slow tempo)と「ちょうど良いと思う速さ」(preferred tempo)で実施した。被験者は女子大学生10名だった。1.動作回数は1分間に(a)13.3回(SD=11.12)(b)27.0回(SD=7.70)であり、上肢動作がより遅い速度で行われた。preferred tempoよりも動作回数は少なく、0.1%水準の有意な差が認められた。2.心拍数は(a)87.8回(SD=13.81)(b)87.6回(SD=13.27)であり、動作間の差は殆どなかった。また安静時(81.5)よりも増加し、preferred tempo((a)91.8(b)89.9)よりも減少した。3.呼吸数は(a)17.4回(SD=4.12)(b)19.3回(SD=3.06)であり、上肢動作が少ない傾向にあった。安静時(16.1)よりも体幹動作は増加する傾向にあり、またpreferred tempo((a)20.2(b)20.5)よりも上肢動作は減少する傾向にあった。4.GSRは(a)9.0(b)5.2であり、上肢動作が多い傾向にあった。また安静時よりも増加、preferred tempoよりも減少する傾向にあった。今回、呼吸数および上肢動作に興味ある結果が得られた。今後は循環機能の反応-皮膚温等-を指標に加えること、また身体のコントロールに熟練した舞踊経験者を対象としたデータを得たいと考える。
ポリフェノールの生体内動態と歯周炎予防機序の解明

本研究は、日常的に摂取する安全性の高い植物由来ポリフェノールが歯周炎および全身疾患予防に有用であるかについて評価することを目的として行われている。当該年度(平成30年度)は、松樹皮由来ポリフェノールを用いて、日常的に松樹皮由来ポリフェノールを接種することによる歯周炎改善効果の機序について以下の点に重点を置いて検討を進めた。1口腔バイオフィルム形成抑制効果の測定および機序の検討、2歯周病原細菌により惹起される口臭成分(揮発性硫化物:VSCs)産生抑制性および機序の検討。その結果、1松樹皮抽出物の日常的な摂取により、歯垢蓄積量の減少が認められた。また、歯周病原細菌および齲蝕原生細菌のバイオフィルム形成に対する有意な抑制効果が認められ、特に、齲蝕原生細菌であるStreptococcus mutansによるバイオフィルム形成に対し、殺菌効果のみならず付着・蓄積抑制作用を示すことが明らかとなった。さらに2歯周炎の特徴的な口臭の主要な成分であるVSCsを産生する細菌に対する抗菌活性を検討したところ、1000 μg/ml濃度で有意な生菌数の減少が認められた。特に、VSCsのうち、硫化水素とメチルメルカプタンの両方を産生するP. gingivalisおよびF. nucleatumによるVSCs産生量は、松樹皮抽出物の添加により濃度依存的に減少していた。さらに、P. gingivalisのメチルメルカプタン産生に関与する遺伝子(mgl)発現は、生菌数に影響を与えない濃度の松樹皮抽出物処理により有意に減少しており、本抽出物が歯周病原細菌の遺伝子発現を調節することで歯周炎改善効果を示す可能性が示された。当該年度(平成28年度)は、松樹皮由来ポリフェノールについて、1Porphyromonas gingivalis感染により誘導するラット実験的歯周炎モデルを用い、歯槽骨吸収抑制効果について検討するとともに、松樹皮由来ポリフェノールの口腔局所における抗炎症作用についての検討、2培養細胞を用いた破骨細胞分化誘導抑制効果の検討、ならびに3種々の口腔細菌に対する抗菌活性およびバイオフィルム形成抑制作用について検討した。その結果、1実験的歯周炎では、ラット口蓋歯肉の反応性充血をレーザードップラー血流計を用いて検討したが、P. gingivalis感染+松樹皮ポリフェノール群で、非感染群と同程度の循環改善効果が認められた。2培養細胞を用いた破骨細胞分化誘導抑制性は、分化支持細胞であるMC3T3-G2/PA6細胞とマウス骨髄細胞の共培養系を用いて検討した結果、破骨細胞への分化および成熟破骨細胞の活性化を濃度依存的に抑制した。さらに、破骨細胞前駆細胞であるRAW264.7細胞の破骨細胞への分化についても濃度依存的に抑制した。3口腔衛生環境の改善を目的として検討した、種々の口腔細菌に対する抗菌活性に関して、P. gingivalisを含む歯周病原細菌に対してのみではなく、Streptococcus mutansなどグラム陽性細菌に対しても幅広い抗菌効果が認められ、バイオフィルム形成抑制作用が認められた。平成28年度は、ラットを用いた実験的歯周炎で歯槽骨吸収の抑制と歯周局所の炎症抑制効果ついて検討したが、当初予定していた歯肉組織中の炎症性サイトカインの変動について良好な結果が得られなかった。しかしながら、歯肉の反応性充血について検討した結果、松樹皮由来ポリフェノールの投与が、歯肉微小循環の改善に有効であることが示された。また、培養細胞を用いた破骨細胞分化誘導抑制性および活性化の抑制に関して、松樹皮由来ポリフェノール添加は、濃度依存的に破骨細胞分化および活性化を抑制することが明らかとなった。さらに、歯周炎および全身疾患の予防するためには、口腔衛生環境の改善が求められるため、種々の口腔細菌に対する抗菌活性およびバイオフィルム形成抑制作用について検討し、良好な結果が得られた。これらの結果は、申請時に予想されたものであり、おおむね研究は順調に進展している。当該年度(平成29年度)は、松樹皮由来ポリフェノール以外に、カカオ豆抽出物および鶏血藤を用いた歯周炎改善効果について、1口腔バイオフィルム形成抑制効果の測定、2酸化ストレス消去能の検討、ならびに3Porphyromonas gingivalis感染により誘導するマウス実験的歯周炎における微小循環改善効果について検討した。その結果、1松樹皮抽出物およびカカオ豆抽出物には、歯周病原細菌および齲蝕原生細菌のバイオフィルム形成に対する有意な抑制効果が認められた。特に、齲蝕原生細菌であるStreptococcus mutansによるバイオフィルム形成に対し、殺菌効果のみならず付着・蓄積抑制作用を示すことが明らかとなった。さらに2カカオ豆抽出物には、活性酸素種であるスーパーオキシドおよびヒドロキシラジカルの消去作用を有していることが明らかとなった。また、3マウス実験的歯周炎では、P. gingivalis感染による毛細血管網の破壊に対し、鶏血藤投与群において顕著な改善が認められた。平成29年度は、歯周炎の誘発や増強に関与すると報告されている酸化ストレスに対する植物由来ポリフェノールの抑制効果について検討したが、松樹皮抽出物およびカカオ豆抽出物に顕著な抗酸化作用が示された。

また、歯周炎における歯周組織破壊増強の原因の一つと考えられる、微小循環系の崩壊に対するポリフェノールの改善効果について、実験的歯周炎モデルを用いて検討したが、鶏血藤投与による毛細血管網の改善作用が認められた。毛細血管網の改善や循環系の亢進は、歯周局所に対してだけではなく全身への作用が期待されるため、本研究の目的の一つである全身疾患予防への効果が期待される。本研究は、日常的に摂取する安全性の高い植物由来ポリフェノールが歯周炎および全身疾患予防に有用であるかについて評価することを目的として行われている。当該年度(平成30年度)は、松樹皮由来ポリフェノールを用いて、日常的に松樹皮由来ポリフェノールを接種することによる歯周炎改善効果の機序について以下の点に重点を置いて検討を進めた。1口腔バイオフィルム形成抑制効果の測定および機序の検討、2歯周病原細菌により惹起される口臭成分(揮発性硫化物:VSCs)産生抑制性および機序の検討。その結果、1松樹皮抽出物の日常的な摂取により、歯垢蓄積量の減少が認められた。また、歯周病原細菌および齲蝕原生細菌のバイオフィルム形成に対する有意な抑制効果が認められ、特に、齲蝕原生細菌であるStreptococcus mutansによるバイオフィルム形成に対し、殺菌効果のみならず付着・蓄積抑制作用を示すことが明らかとなった。さらに2歯周炎の特徴的な口臭の主要な成分であるVSCsを産生する細菌に対する抗菌活性を検討したところ、1000 μg/ml濃度で有意な生菌数の減少が認められた。特に、VSCsのうち、硫化水素とメチルメルカプタンの両方を産生するP. gingivalisおよびF. nucleatumによるVSCs産生量は、松樹皮抽出物の添加により濃度依存的に減少していた。さらに、P. gingivalisのメチルメルカプタン産生に関与する遺伝子(mgl)発現は、生菌数に影響を与えない濃度の松樹皮抽出物処理により有意に減少しており、本抽出物が歯周病原細菌の遺伝子発現を調節することで歯周炎改善効果を示す可能性が示された。歯周炎の誘発や増強に歯周局所での酸化ストレスの関与が指摘されている。したがって、ラット実験的歯周炎において、植物由来ポリフェノールが抗酸化作用を示すことの検討を進めていく。さらに、培養細胞を用いた抗炎症作用の検討および破骨細胞分化抑制作用の機序について検討する。歯周炎増悪の原因となる炎症性サイトカイン産生に対するポリフェノール類の抑制作用の検討を行う。また、培養細胞を用いて破骨細胞分化抑制作用の機序について検討する。
人工染色体を用いた長鎖非コードRNA関連分子の同定

本研究において、CHO細胞内においてXist RNAを発現する人工染色体の構築を行った。しかし、Xist RNAの薬剤依存的な発現動態を示したが遺伝子抑制効果は認められなかった。一方、Xistゲノム領域を搭載したヒト21番染色体上では、Xist RNAの発現および不活性染色体マーカーのH3K27me3の局在が認められた。このことより、ヒト21番染色体上にDNA/lncRNA/タンパク複合体の再現が示唆された。さらに、染色体を回収するタグとしてCRISPR/Cas9システムを応用し、FLAG/dCas9-EGFPを作製し染色体回収用のタグシステムの構築に成功した。これまで、人工染色体を利用した特定のゲノム領域に集積するクロマチンータンパク質、あるいはクロマチンーRNAの複合体を染色体領域上の機能的複合体としてそのまま回収し、解析するユニークな新しい技術の開発(染色体免疫沈降法:Chromosomal Immunoprecipitation; ChrIP)を進めてきた。その結果、我々が得意としリードしてきた染色体工学技術を用いて、大きさに制限無く複数のゲノム領域や遺伝子を搭載できるMulti-gatewayシステムを組み込ませた人工染色体ベクターへ、完全長なLIT1/ KCNQ1OT1およびXist遺伝子を含んだBACの搭載を行ってきた。しかし、詳細な解析の結果、これらの遺伝子(RNA)はともに、シスにクロマチン上をコーティングすることによって転写抑制に働く特性から、人工染色体に搭載させた薬剤耐性遺伝子も不活化されたことが原因で、LIT1/ KCNQ1OT1およびXist遺伝子を含む人工染色体の構築ができなかった。そこで本研究では、LIT1/KCNQ1OT1、Xist領域を保持する人工染色体をTet-onシステムを用いてconditionalに標的ゲノム領域を発現誘導できるように改変した。さらに、LIT1/KCNQ1OT1を搭載した人工染色体をrtTA安定発現HeLa細胞へ、Xistのゲノム領域をもつ人工染色体をrtTA安定発現株NIH/3T3細胞へ微小核融合法を用いて移入した。一方、それぞれの人工染色体を移入した細胞内においてDox添加によるLIT1/KCNQ1OT1、Xistの発現が誘導され、DNA-FISH法により人工染色体の安定性を確認した。これまで人工染色体上へ長鎖非コードRNA (lncRNA) Xist、LIT1を搭載した。しかし、これらのlncRNAは、人工染色体上へのシス集積が観察されたものの、人工染色体上に座上する薬剤耐性遺伝子の発現抑制は認められなかった。このことから、人工染色体上には、これらのlncRNAによる遺伝子抑制に必要な配列因子が欠如している可能性が示唆された。本研究においては、完全長なヒト21番染色体への標的遺伝子搭載を実施した。はじめに、ヒト21番染色体を保持するCHO細胞内において、部位特異的組換え反応により標的遺伝子のヒト21番染色体上へ搭載を試みた。その結果、FISH解析により薬剤依存的に発現されたXist RNAシグナルとヒト21番染色体DNAシグナルの共局在が認められた。さらに、ヒト21番染色体上へ不活性化ヒストン修飾H3K27me3の局在も認められた。このことより、Xist RNAのヒト21番染色体上へ集積および染色体の不活性化の誘導が示唆された。一方、LIT1においては、同様に21番染色体へ搭載を完了した。これまで、LacO/LacIをタグとした染色体回収を試みたが、長大なリピート配列の不安定性からその実現性が困難であると判断した。そのために、新たにゲノム編集技術(CRISPR/Cas9)を取り入れた染色体回収システムの確立を試みた。はじめに、Cas9の切断活性を失活させ、FLAGおよびEGFPを融合させたFLAG/dCas9-EGFPおよびヒト動原体を標的としたgRNAを作製した。免疫蛍光染色によりFLAGとEGFPの局在を評価した結果、FLAGとEGFPの蛍光は共局在を示した。このことより、FLAG/dCas9-EGFPの構築に成功した。今後は標的遺伝子を搭載したヒト21番染色体をNIH/3T3細胞へ導入し、FLAG抗体を用いた染色体回収およびMS解析を試みる。染色体工学LIT1/KCNQ1OT1、Xistから発現されるRNAは、自身の染色体上へシスに局在し、局所的、染色体全体を不活化する。そのため、LIT1/KCNQ1OT1、Xistのゲノム領域を強制発現させるCAGプロモーターでは、人工染色体上にある薬剤選択マーカーまで不活化することがわかった。そのため、Tet-onを用いてconditionalに標的ゲノム領域を発現誘導できるように改変した。それぞれ標的ゲノム領域/タグ配列を搭載した人工染色体はCHO細胞に保持されているため、CHO細胞内でのrtTA/Dox添加誘導におけるLIT1/KCNQ1OT1、Xist発現を確認した。

またCHO細胞内でのDNA FISH法を用いて、CHO細胞内で人工染色体の安定性を確認した。さらに、DNA-RNA FISH法を用いて人工染色体上へのLIT1/KCNQ1OT1、Xist RNAの局在を確認した。このことをもってChrIP法で用いる人工染色体の完成とした。完成した人工染色体をCHO細胞からそれぞれrtTA安定発現HeLa細胞、NIH/3T3細胞へ微小核融合法を用いて移入した。人工染色体を移入したそれぞれの細胞は、DNA FISH法により人工染色体の安定性を確認し、Dox添加発現誘導後、qRT-PCRによって搭載ゲノム領域のRNA発現を確認した。また、DNA-RNA FISHによる人工染色体上へのLIT1/KCNQ1OT1、Xist RNAの局在も確認した。Xistを搭載した人工染色体においては、Dox発現誘導ではDAPIによる人工染色体の凝集も確認した。より親和性の高い抗体での人工染色体回収を行うため、LacI-GFP-3xFLAG/抗FLAG抗体でのIPを検討し、LacI-GFP-3xFLAGのコンストラクトを作製した。作製したコンストラクトを細胞へ導入し、24hrs後GFP蛍光を確認した。完成したコンストラクトを導入した細胞よりタンパクを抽出し、SDS-PAGE後、ウェスタンブロットでFLAG、GFPを確認した。このことから作製したLacI-GFP-3xFLAGの完成とし、ChrIP法に必要な資材の完成とした。LIT1/KCNQ1OT1、Xist領域をそれぞれ搭載した人工染色体を保持するrtTA安定発現HeLa、NIH/3T3細胞を用いてChrIPを行う。それぞれの人工染色体には、IPに必要なタグ(LacO)配列が搭載してあるため、その細胞へLacI-GFP-3xFLAG融合タンパクを発現させ、Doxによる機能性RNAを発現させた後、人工染色体上に集積する複合体の回収を試みる。回収した複合体をSDS-PAGEにより精製した後、MS解析を用いて、標的ゲノム領域に集積した複合体を同定する。このとき、タグ配列のみの人工染色体をコントロールとして、集積する複合体のバックグラウンド軽減をはかる。MS解析によって同定された複合体は、データベースを用いて、タンパク/タンパク、DNA/タンパク、RNA/タンパク結合の整合性を評価する。その後、RNA-TRAP法、ChIP assayでの結合を評価し、標的ゲノム領域/集積RNAとの関連性をノックダウン実験、過剰発現実験により同定した複合体の機能評価を行う。
フレキシブルアンテナを用いた磁界共振結合方式の無線給電に関する研究

磁界共振結合方式の無線給電ではアンテナを始めとした構成要素は剛体が前提であり、組み込み先の柔軟性が失われるため、日常生活での用途が制限される問題があった。そこで、フレキシブルアンテナを用いた磁界共振結合方式の無線給電技術の確立を本研究の目的とした。研究成果としては、本研究の肝となるソフトスイッチングによる低消費電力での共振補償の技術を確立し、リアクタンス変動を低減するアンテナ構造に関しても模索した。また、それらに基づき、シミュレーションベースではあるが無線給電回路系を構築し、リアクタンス変動を想定した際の容量制御有無と理想共振回路における送電効率比較を行い、共振補償機能の有効性を示した。当該年度は、フレキシブルアンテナでの共鳴式無線給電を可能とする共振補償制御機能において、中核的な要素技術である「容量制御機能」の実現可能性の検討を行った。現在は、実際の回路製作は実施しておらず、LTSpice(回路シミュレータ)上での回路シミュレーションベースで検討を進めている。まず、連続的に容量値を制御できる見込みのある提案回路をLTSpice(回路シミュレータ)上で構築し、容量性インピーダンスの変化に狙い通りの特性が見られる事を確認した。その上で、コイルと組み合わせての単一共振回路を構築し、容量制御により共振補償効果が得られる事を確認した。ここでは、容量制御による共振補償を行わない場合と比較して、Q値が100倍程度まで高められており、共鳴式無線給電が維持できる可能性が示唆された。しかし一方で、従来のようにコイルと実際のキャパシタで共振を得る場合と比較して、インピーダンス虚部がキャンセルされずに残渣として残るという現象も確認された。現在、この現象はスイッチングに伴う正弦波の歪みがもたらす成分であると推測しており、フーリエ級数展開した際の高調波成分に相当すると考えている。もしそうであるならば、二次側共振器も含めた双共振回路を構築した場合、回路全体がフィルタのように働く事で高調波が除去され(二次側に伝達されず)一次側の電源に帰還され、その影響による効率低下は免れる可能性があると考えている。これに関しては、次年度はさらなる研究を進めて行く予定である。当初計画していた提案手法がおおむね狙い通りの効果を発揮しているためである。しかし、高調波の影響と思われるインピーダンスの劣化など、想定外の事態も発生している。これらについては、原因究明を進め、伝送効率への悪影響を食い止めたい。モバイル・ウェアラブル機器への無線給電における次世代の主力方式として、電磁波方式より安全で電磁誘導方式より給電範囲が広い、磁界共振結合方式の無線給電が期待されているが、現状ではアンテナを始めとした無線給電機器の要素は剛体が前提であり、組み込み先の柔軟性が失われるため、日常生活での用途が制限されている問題があった。そこで本研究では、フレキシブルアンテナを用いた磁界共振結合方式の無線給電技術の確立を目的とし、そのための必須要素である共振補償機能およびリアクタンス変化を抑えたアンテナの実現方法を明らかにすると共に、実際に給電システムを構築して給電効率測定などを行うことで有用性を確認する事とした。昨年度までにソフトスイッチングによる低消費電力での共振補償に関して、簡易実験を通して実現可能性を示す事には成功していた。しかし、スイッチング時の突入電流や基準波の正弦波からの波形崩れといった問題が発生しており、効率向上にはこれらの原因究明と解消が求められていた。そこで、本年度はこれらの原因がスイッチング遅れおよびON抵抗にある事を理論解析で見出し、実機において原因を取り除く事に成功した。さらに、磁界解析ソフトであるJMAG上で様々な形状のコイルを構成し、リアクタンス変化の特性を導出した。その結果、セグメント化を行うことがリアクタンス変化の抑制に一定の効果をもたらす事が確認された。最後に、シミュレーションを通して、インダクタンス変化を伴う無線給電システムの制御系設計に取り組んだ。無線給電システムの実験機を構築しての実証実験までは達成できなかったが、研究期間を通して、今後の研究に向けた足がかりとなる回路システムの基本特性や制御系の設計論については明確にする事ができた。本研究プロジェクトは、課題を以下の3段階に分けて進めている。課題(I)実用的な共振補償機能の実現課題(II)形状変化によるリアクタンス変化の少ないフレキシブルアンテナの実現課題(III)フレキシブルアンテナ間での無線給電システムの構築と給電効率の評価ここで、課題(I)および(II)を当該年度中に、課題(III)を次年度に遂行する当初計画であった。これに対して、現在は課題(I)を集中的に進めており、その中核となる容量制御機能の動作を検証した段階に止まっている。

しかし、課題(I)に関しては、残るは受電側(二次側)を含めた共振補償制御への拡張であり、さほど問題はないと考えている。また、申請書にも記載した通り、計画遅れを防ぐために、無線給電の実現を左右するものでない課題(II)に関しては省略する。課題(III)に関しても、構成要素を新規に作成せず、別研究で開発済みのインバータや整流器を転用する事とするため、本題であるフレキシブルアンテナを用いた磁界共鳴式無線給電の回路構成と制御技術に焦点を絞って研究を進めて行く。電気工学前倒し申請との合算により購入を検討していた実験機材の購入必要性がなくなったため、次年度使用額が発生した。次年度使用額に関しては、次年度予算と合算する形で、成果発表の学会出張旅費などとして利用していく予定である。
タンパク超分子を用いた高輝度半導体ナノ粒子の開発・発光特性評価とデバイス応用

発光材料応用に向け,球殻状超分子タンパク質,リステリアフェリチンを利用したCdSナノ粒子の形成条件の最適化を行い,合成された半導体ナノ粒子の分光特性解析よりフェリチン半導体ナノ粒子の発光効率向上,発光メカニズム・ダイナミクスに関して検討した.また,電荷注入型発光デバイスへの応用検討として,リステリア-CdSナノ粒子を発光層とする積層デバイスを作製・動作確認を行うと共に,金属酸化物フェリチンナノ粒子での電荷注入メカニズムに関する検討も併せて行った.発光材料応用に向け,球殻状超分子タンパク質,リステリアフェリチンを利用したCdSナノ粒子の形成条件の最適化を行い,合成された半導体ナノ粒子の分光特性解析よりフェリチン半導体ナノ粒子の発光効率向上,発光メカニズム・ダイナミクスに関して検討した.また,電荷注入型発光デバイスへの応用検討として,リステリア-CdSナノ粒子を発光層とする積層デバイスを作製・動作確認を行うと共に,金属酸化物フェリチンナノ粒子での電荷注入メカニズムに関する検討も併せて行った.本研究では生体鉱物形成作用"バイオミネラリゼーション"能を持つ球殻状超分子タンパク質、リステリアフェリチンを利用して、CdSナノ粒子-タンパク質複合ナノコンポジットを作製し、作製された半導体ナノ粒子の発光材料応用に向けた発光特性解析を行っている。本年度は19年度実験計画に従い、発光効率改善に向けた最適粒子形成条件の探索をナノ粒子形成時の反応溶液条件を変化させて検討すると共に、作製されたCdSナノ粒子の吸収、発光スペクトル測定、および蛍光寿命測定を行う事で、作製されたCdSナノ粒子の発光特性評価もあわせて行った。粒子形成反応時には、効率的なタンパク内部空孔中のみでのCdSナノ粒子形成の促進が重要になる。そこで、CdS形成時にイオン源となるCdイオン濃度、Sイオン濃度、保護剤としてのNH_3イオン濃度、反応温度、pHといった溶液条件を変化させ、形成されたCdSナノ粒子を透過型電子顕微鏡を用いて分析したところ、Cd:Sイオン比が1:5、NH_3濃度がCdイオン1mMに対して75mM、室温下、pH8.5の時に粒子形成率50%以上の高収率で形成される事を明らかにした。この条件下で形成されたナノ粒子は、若干多結晶状の立方晶系のCdSであることがエネルギー分散型X線分光、エネルギー損失分光、X線回折分析、X線光電子分光より示された。作製されたCdS-リステリアの吸収・蛍光スペクトル測定結果より、CdSバンドギャップ由来の吸収ピークが415nm付近に観測されたが、蛍光スペクトルにおいては600nm付近にピークを持つ長波長側にシフトした発光スペクトルが得られた。この発光成分の蛍光寿命は、十数nsと非常に長寿命な成分であった。これらのことより、蛍光スペクトル中で観測された長波長域での発光は、結晶中に存在する粒界にトラップされた励起子の再結合に起因する発光であると考えられる。本研究では、サイズ分散の少ない新規無機物ナノ粒子合成手法として、内部に空孔を有する超分子タンパク質"フェリチン"をサイズの規制された反応場として用いることにより、高効率発光材料として利用可能なサイズのコントロールされた高輝度半導体超微粒子(硫化カドミウム, CdS)の開発を目指している。本年度はナノ粒子の光エッチングによる単結晶化による高輝度化,および,ナノ粒子を発光層とするデバイス構造作製・発光特性観察を行った.前年度のCdSナノ粒子形成最適条件探索により見いだされた粒子作製条件を用いてCdSナノ粒子内包リステリアタンパクを作製し,キセノンランプ,分光器とフィルターの組み合わせにより吸収ピークより高エネルギー領域での光照射を行い,光エッチングによる粒径微細化,単結晶化を試みた.しかしながら,光照射による粒径変化,吸収波長シフトは観測されなかった.おそらく励起光源強度が弱すぎ,光エッチングが起こらなかったものと考えられる.現在,キセノンランプに替わりレーザーを光源に用いる事で,より高強度光の照射による光エッチング・粒径コントロールの可能性に関して検討を進めている.本年度のもう一つの研究課題であるリステリアタンパク-CdSナノ粒子複合ナノコンポジットの発光デバイスへの応用検討として,リステリア-CdSナノ粒子薄膜を発光層とする積層デバイス構造を作製し,電荷注入によるCdSナノ粒子電荷注入型発光デバイスの作製を行った.低抵抗率のn型Si基板を電荷輸送層に,ポリメタクリル酸メチル薄膜をホール輸送層とする積層構造を作製し,プローブ探針を電極とし電荷注入による発光測定を行ったところ,発光層のCdSナノ粒子からと考えられる発光が観測された.また, CdSナノ粒子に比べ作製・取り扱いが簡単なコバルト酸化物ナノ粒子内包フェリチンを用いる事で,ナノ粒子への電荷注入メカニズムに関する検討も併せて行い,電圧印加によるバイオナノ粒子への電荷注入が起きている事を実験的に確認した.
がん関連遺伝子Jmjd5の新しい遺伝子発現制御機構の解明

Jumonji C (JmjC)ファミリーに属するJmjd5は、ウイルス感染発がんモデルマウスを用いたスクリーニングによってがん関連遺伝子候補として同定された。これまで私たちは、Jmjd5欠損マウスを用いて細胞増殖抑制因子Cdkn1aの発現を制御することを報告した。本研究では、より詳細な実験の結果、主要ながん抑制遺伝子p53と直接結合することでp53蛋白質の標的遺伝子座へのリクルートを負に制御することを発見した。マウス胚発生においてp53の発現は翻訳レベルで厳密に抑えられていることが知られている。Jmjd5は発生期のp53シグナル抑制機構の一端を担う、新しい遺伝子である可能性が強く示唆された。ウイルス感染発癌モデルマウスを利用したスクリーニングによって同定された癌関連遺伝子の1つ、Jmjd5による(1)遺伝子制御メカニズムおよび(2)癌発症や正常組織分化との関係を明らかにすることを目的に、2013年度は以下の研究を遂行した。(1)変異マウスを用いた解析によって示唆された「Jmjd5が主要な癌抑制遺伝子p53が司るシグナルの新しい調節因子の1つである可能性」を検討するために、正常胚とJmjd5欠損胚よりTotal RNAを抽出し、マイクロアレイ解析によって網羅的に遺伝子発現パターンを比較した。その結果、研究代表者らが既に報告したp21遺伝子を含む既知のp53下流標的遺伝子がJmjd5欠損胚で上昇している事が示された。またマウス胎児繊維芽細胞(MEFs)を用いた分子生物学的アプローチから、Jmjd5変異細胞では正常細胞と比べて内在性p53蛋白質の標的遺伝子座へのリクルートが上昇しており、その結果、少なくとも4種類のp53標的遺伝子の発現亢進が引き起こされる可能性が示唆された。(2)Jmjd5欠損マウスは胚性致死のため、成体マウスにおけるJmjd5と腫瘍発症の関係性を検証することを目的に、タモキシフェン誘導型Jmjd5変異マウスの作製に成功した。そして作製したマウスより樹立したMEFsの培養上清中に4-Hydroxytamoxifen(4-OHT)を添加したとき、MEFs細胞内でJmjd5遺伝子の欠損が非常に高効率(90%以上)に誘導できることを確認した。また個体レベルでJmjd5の役割を調べるために、神経組織と血管・ヘマンジオブラスト特異的Jmjd5欠損マウスの系統樹立に成功した。白血病ウイルス感染モデルマウスを用いて同定された癌遺伝子候補、Jmjd5のマウス発生における役割および癌発症・進展の関係性を明らかにするために、2014年度、以下の研究を遂行した。1Jmjd5欠損マウスを用いた解析結果より、欠損マウスは妊娠中期に著しい成長阻害を呈し胚性致死となるが、このときp21遺伝子を含む複数のp53標的遺伝子が有意に上昇していた。一方、Jmjd5とp53のダブル欠損マウスの表現型解析の結果、Jmjd5単独欠損マウスで観察された増殖異常が著しく回復した。またマウス胎児線維芽細胞(MEFs)を用いたクロマチン免疫沈降実験の結果、Jmjd5変異細胞で内在性p53の標的遺伝子座へのリクルートが有意に上昇しており、一方、免疫沈降実験によってJmjd5とp53の弱い相互作用が観察されたことから、Jmjd5は未同定の結合蛋白質を介してp53と複合体を形成できる可能性が示唆された。以上より、Jmjd5/Jmjd5結合蛋白質(仮)複合体はp53と結合することで「p53の標的遺伝子へのリクルート」を負に制御し、正常なマウス胚発生に寄与する可能性が示唆された。2Jmjd5と癌との関わりを調べるために、ヒトJMJD5特異的shRNA発現ウイルスを作製し、癌細胞で内在性JMJD5の発現をノックダウンさせた。その結果、充分なノックダウン効率が確認された複数のJMJD5特異的shRNA発現ウイルスベクターの作製に成功した。また既存の遺伝子発現RNA-seqデータを解析した結果、特定の癌患者群でJMJD5の発現が有意に変化していることが確認された。レトロウイルス挿入変異法によって同定された癌関連遺伝子候補、Jmjd5のマウス発生における役割を調べるために、これまでJmjd5欠損マウスを用いて解析を行ってきた。その結果、Jmjd5欠損マウスは妊娠中期に胚性致死となり、このとき欠損胚では複数のp53がん抑制遺伝子の標的遺伝子が野生型胚と比べて有意に上昇していることを発見した。次にJmjd5とp53のダブル欠損マウスを作製し、その表現型観察を行った結果、Jmjd5欠損胚の表現型異常が著しく回復した。そこで細胞学的にJmjd5とp53シグナルの関係性を調べるために、マウス胎児線維芽細胞(MEFs)を作製した。細胞増殖解析を行ったところ、Jmjd5変異MEFsは野生型MEFsに比べて有意に増殖能が低下しており、この増殖能低下は、ダブル欠損マウスの解析結果と同様にp53欠損遺伝学的背景下で有意に回復した。

クロマチン免疫沈降実験の結果、内在性p53蛋白質のp53標的遺伝子座へのリクルートがJmjd5変異MEFsで有意に上昇しており、また免疫沈降実験の結果、Jmjd5蛋白質とp53蛋白質が互いに結合する可能性が示唆された。以上より、Jmjd5はp53蛋白質と直接結合することでp53シグナルを負に制御する、新しいp53シグナル制御因子のひとつとしてマウス胚発生に重要であること明らかにし、その研究成果は2016年、Cell and Tissue Research誌に掲載された。Jumonji C (JmjC)ファミリーに属するJmjd5は、ウイルス感染発がんモデルマウスを用いたスクリーニングによってがん関連遺伝子候補として同定された。これまで私たちは、Jmjd5欠損マウスを用いて細胞増殖抑制因子Cdkn1aの発現を制御することを報告した。本研究では、より詳細な実験の結果、主要ながん抑制遺伝子p53と直接結合することでp53蛋白質の標的遺伝子座へのリクルートを負に制御することを発見した。マウス胚発生においてp53の発現は翻訳レベルで厳密に抑えられていることが知られている。Jmjd5は発生期のp53シグナル抑制機構の一端を担う、新しい遺伝子である可能性が強く示唆された。本研究の主要課題である「Jmjd5の新しい遺伝子発現制御メカニズム」として、p53蛋白質との相互作用によるp53シグナル制御機構の一端を明らかにすることが出来た。また、ヒト癌細胞株を用いた解析のための重要なツールであるshRNA発現ウイルスベクター、Jmjd5発現ウイルスベクターの作製を完了させることが出来たため、2015年度の実験計画を速やかに遂行できることが期待される。従って、達成度の自己評価を「おおむね順調に進展している」と定めた。がん生物学癌におけるJMJD5の機能をより詳細に明らかにするために、癌細胞株を用いた細胞学的解析を行う。具体的には、2014年度に作製済みのshRNA発現、あるいはJMJD5発現ウイルスベクターを用いてノックダウン細胞株・過剰発現株を樹立し、その細胞学的特性(細胞増殖能。スフィア形成能、細胞浸潤能など)の変化の有無を観察する。また、既存の癌患者由来の遺伝子発現RNA-seqデータを用いてJMJD5の発現と相関性を示す関連遺伝候補を抽出し、新しいJMJD5の標的遺伝子の同定を行うと同時にその発現制御メカニズムを明らかにする。本課題を遂行するために計画した遺伝子改変マウスの作製が、全て2013年度中に完了できた。またマイクロアレイ解析によってJmjd5の標的遺伝子候補のリスト化も行い、2014年度以降の計画を順調に遂行できる準備を整えることが出来た。従って、達成の自己評価を「おおむね順調に進展している」という評価に定めた。(1)Jmjd5の新規標的遺伝子の同定および遺伝子発現制御機構の解明;マイクロアレイ解析によって示唆された(p53シグナル関連遺伝子を含む)複数のJmjd5標的遺伝子候補について、Jmjd5欠損胚における発現パターンを定量PCRによって調べ、アレイ解析の結果と一致する候補を選抜する。さらにバイオインフォマティクス的手法を用いて、更なる未知のJmjd5標的遺伝子や関連シグナルの同定を試みる。また同定した候補遺伝子がJmjd5の直接的な標的遺伝子であるか検討するため、内在性Jmjd5蛋白質がターゲット遺伝子座へリクルートされているかどうかクロマチン免疫沈降法によって調べる。(2)Jmjd5と腫瘍・正常組織形成の関係性;作製したタモキシフェン誘導型Jmjd5変異マウスにタモキシフェン投与を行い、その後、腫瘍発症が認められるか経過観察する。同時に、タモキシフェン誘導型Jmjd5変異マウス
ウイルス耐性組換え植物の耐性に関わる宿主因子の解析

これまで除草剤耐性や殺虫性タンパク質発現植物などが実用化されているが、ウイルス耐性植物については、ある種の耐性遺伝子を導入しても限定されたウイルスにしか耐性を生じず、実用化に課題が残されていた。従来、耐性植物はウイルスの外被タンパク質遺伝子や複製酵素遺伝子等の導入によって作出されており、またウイルスの干渉現象のメカニズムに迫る知見として、「脱外被阻止」や「ジーンサイレンシング」など耐性メカニズムに関わる種々の重要な現象が発見されている。そこで本研究では、ウイルス耐性組換え植物における宿主因子の解明をめざし、基礎的な知見を蓄積することを目的としている。特に植物ウイルス中最大であり、非常に深刻な被害をもたらすpotyvirusは、その外被タンパク質遺伝子の導入によって「広域抵抗性」を示す組換え植物が当研究室において作出されており、非常の多くの植物ウイルス種を用いて宿主因子の遺伝子発現をモニターできる。平成12年度は、組換え植物育成温室において当研究室の耐性組換え植物を育成し、ウイルス接種試験を行った。平成13年度では、当研究室において保存されていた種々の植物ウイルス分離株を維持継代したところ、後代に変異が確認されるケースも存在した。そこで、戻し接種による後代の塩基配列を確認した。また、核移行シグナルを持つpotyvirusの細胞質封入体(NIa, NIb)と宿主因子との相互作用の可能性を探るため、two-hybrid法の導入を目指し、酵母L40株の維持継代やbait, prayのコンストラクトの構築、およびスクリーニングを行った。これまでに、植物においては新たな形質の付与による除草剤耐性や殺虫性タンパク質発現植物などが実用化されている。しかしウイルス耐性植物については、ある種の耐性遺伝子を導入しても限られた範囲のウイルスにしか耐性を生じないことから実用化に課題が残されていた。従来耐性植物はウイルスの外被タンパク質遺伝子や複製酵素遺伝子等の導入によって作出されており、またウイルスの干渉現象のメカニズムに迫る知見として、「脱外被阻止」や「ジーンサイレンシング」など耐性メカニズムに関わる種々の重要な現象が発見されている。そこで本研究では、これまであまり調査されてこなかった「宿主因子の関与」に焦点を当て、ウイルス耐性組換え植物における宿主因子の解明をめざし、そのための基礎的な知見を蓄積することを目的としている。特に植物ウイルス中最大であり、非常に深刻な被害をもたらすpotyvirusは、その外被タンパク質遺伝子の導入によって「広域抵抗性」を示す組換え植物が当研究室において作出されており、将来的に、非常の多くの植物ウイルス種を用いて宿主因子の遺伝子発現をモニターできる可能性を秘めている。まず、今年度の取り組みとしては、当研究室の広域耐性を付与した組換え植物の育成を行い、組換え植物育成温室においてウイルス接種試験を行うとともにその耐性を確認した。接種試験に先立ち、当研究室において保存されていた種々の植物ウイルス分離株を維持継代し、変異等が入ってないことについても確認中である。また、核移行シグナルを持つpotyvirusの細胞質封入体(NIa,NIb)が、何らかの宿主因子と相互作用している可能性を探るため、in vivoでの物理的タンパク質問相互作用の解明に向けてtwo-hybrid法の導入を目指し、酵母L40株の維持継代やbait,prayのコンストラクトの構築に取り組んだ。
原発性胆汁性肝硬変における胆管障害の自己免疫機序の解析

原発性胆汁性肝硬変(PBC)は,自己反応性T細胞による肝内胆管の破壊により惹起されると想定されているが,その詳細な機序は明らかでない。われわれはPBCの病因について,免疫遺伝学的解析と胆管障害に関与する標的抗原について解析を行い次の結果を得ている。3)PBCにおける新しい自己抗体:PDHのBcell epitopeとアミノ酸配列の相同性を有する,α-エノラーゼをヒト肝臓より精製し,PBC患者血清を用い二次元western blotにて抗体を検出した。PBC患者16/56人(28.6%)でα-エノラーゼ抗体が検出され,抗体陽性例は陰性例に比べ,予後が不良であった。
脳卒中後てんかんにおける灌流画像診断ソフト及び診断・予後評価ソフトの開発

先行研究で構築した脳卒中後てんかんレジストリのデータを解析し、1脳波判読アシスト機能のある灌流画像診断ソフト、2人工知能(AI)を用いて脳卒中病巣・脳波・灌流画像の情報から脳卒中後てんかんの診断・重症度・再発リスクを自動解析する診断・予後評価ソフトを開発し、てんかん診療に携わる医師が,専門性によらず、広く臨床現場で活用でき、治療に直結する診療支援ツールの構築を目指す。
多数決論理を個体の行動基準とする生物型群知能の発現と利用

ロボットに知的行動を実現させる方法の枠組みとして、制御構造の研究が行われている。移動ロボットの制御では、外界からの刺激が多数となり、その実行プログラムは複雑化するため、よい制御構造を準備することが重要である。本研究では、多数の外界刺激を「多数決論理で融合する方法」について、「加重和で融合する方法」と比較することにより、その特徴と性質を議論した。行動の実時間性を確保するために、性質の異なる多数の刺激(入力)に対する行動(出力)を単純なアルゴリズムで実現する必要がある。上記の2つの方法はそれぞれの意味を有するが、ロボットの行動決定関数とした場合に、ロボットの行動がどのように決定付けられるかは未だ明確ではなかった。そのため、本研究では、群ロボットの動作計画問題に焦点を当て、この行動決定時における多数決と加重線形和の比較を行なった。群ロボットシミュレーション・システムを構築し、「4つのロボットからなる1つの群が群の形状を維持しつつ、障害物を回避して、目的地に向かういうシナリオを作成し、実行させた。ここで、群は、それが実現する作業により多様な形態を持ち得る。ロボットが構成する群すなわち群ロボットの動作計画問題においては、「危険の回避」と「群れの保持」なる2つの要求仕様の両者を満たす必要がある。それぞれの要求仕様の実現方法とその統合方法について、2つの方法を比較した。その結果、加重線形和による場合には運動の連続性が保証されるのに対し、多数決論理を用いた場合には、仮想力が不連続に変化するため、運動のなめらかさは犠牲になる代わりに、ある瞬間にかかる力の種類が少ないため、デッドロックの低減の観点から有効である事がわかった。
フタバガキ科樹木における種子散布パターンと実生更新特性との関係

フタバガキ科の種子散布パターンは種によって大きく異なることが予想される。他方で、実生初期段階の定着制限要因としては、光・土壌などの非生物的要因に加えて、同種や近縁種の密度、食害といった生物的要因、および遺伝的要因が考えられる。そこで、大きな翼の枚数が異なるフタバガキ科3種を対象に、定着直後の実生をランダムに選定し、葉もしくは子葉と翼の一部を採集した。また調査地内を踏査し、親木候補木の位置とサイズを記録し、内樹皮を採取した(一部、既存データと抽出済DNA使用)。また、実生の生育環境として、土壌水分、光環境、および当年生実生の密度を測定・計数した。実生は半年1年間隔で再調査し、その生残と成長を追跡した。遺伝実験では、改変CTAB法を用いてDNAを抽出し、遺伝子型を決定した。なお、翼からのDNA抽出はうまくいかなかったため、両親解析により種子散布距離を推定した。また、1種の遺伝解析は未完了のため、2種のデータをまとめた。両親が推定できた実生はD. globosusで161個体、S. beccarianaで239個体であった。D. globosusの平均種子散布距離は203.8mで、100150mの距離が最も多い一山型だったが、200450mの範囲でも5 %程度の頻度を有し、中距離散布が比較的起こっていた。S. beccarianaの平均種子散布距離は152.2mで、96.7%が300m以内の散布となり、大きな翼の枚数が多いS. beccarianaで種子散布距離が長い結果とはならなかった。両種とも初期サイズが大きい実生ほど生き残りやすく、S. beccarianaでは実生定着過程での食害者に対する飽食効果が示唆されたが、種子散布距離の生残に対する効果は検出されなかった。実生の樹高と肥大成長でも、種子散布距離や光環境、土壌水分の効果は認められなかった。優占種や林業的有用種を多く含むフタバガキ科の果実形態は実に様々である。萼片が発達した翼の有無にくわえ、翼や果実のサイズもまちまちのため、種子散布パターンは種によって異なることが予想される。しかし、自然状態での種子散布パターンについてはこれまで報告がほとんどない。他方で、種子散布の適応的意義にもつながると考えられる実生初期段階の定着制限要因としては、光・土壌などの非生物的要因に加えて、同種や近縁種の密度、食害といった生物的要因、および自殖や近交弱勢といった遺伝的要因が考えられる。そこで、樹種による定着制限要因の差異と種子散布パターンの関係性を検証するため、本年度はフタバガキ科2種(Shorea beccariana:大きな翼が3枚、Dipterocarpus globosus:大きな翼が2枚)の種子散布パターンをまずは解明することを目指した。定着直後の当年生実生の葉(一部は子葉)と親候補木の内樹皮(取り直しの一部と新規個体)を採集し、DNAを抽出して遺伝子型を決定した。両親解析の結果、Dipterocarpus globosusの種子散布距離は10.6739.1 mで、平均種子散布距離は203.8 ±152.1 m(平均値±SD)であった。散布距離と頻度の関係は距離に依存した単調減少ではなく、100150 mの距離が最も多い一山形で、種子散布全体の66.5 %が200 m以内であったが、200450 mの範囲でも5 %程度の頻度を保っていた。Shorea beccarianaの種子散布距離は12.9938.9 mで、平均種子散布距離は152.2 ±103.8 m(平均値±SD)、全体の96.7 %が300 m以内の散布であった。以上から、フタバガキ科の種子散布範囲は限定的であると言われてきたが、中長距離種子散布が一定頻度で起きている可能性が示唆された。種子散布距離をより正確に推定するためには、果皮や果実の翼など母親由来の組織を用いて母性解析をする必要がある。今回は果実の翼からのDNA抽出を試みたが、うまくいかなかったため、両親解析によって推定された両親のうち当年生実生に近い方の個体を母親と仮定した。また、大きな翼がない種からのDNA抽出にも失敗したりと、遺伝実験に予想以上に時間がかかった。種の多様性が極めて高い東南アジア熱帯雨林において、優占種や林業的有用種を多く含むフタバガキ科の果実形態は実に様々である。萼片由来である翼が大きく発達した風散布種もあれば、翼がない重力散布種もあるうえ、翼や果実のサイズも大小様々なため、種子散布パターンは種によって大きく異なることが予想される。しかし、フタバガキ科の種子散布に関する先行研究は非常に限られており、果実を人為的に落下させる実験や、孤立木から散布された果実を対象として種子散布パターンを推定した先行研究があるものの、自然状態での種子散布パターンについてはこれまで報告がほとんどない。