hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
サブ波長回折格子を用いた面発光レーザのモード制御と高出力波長可変光源への展開

今回作製したデバイスは温度上昇により発振波長が短波側へシフトしてしまったが,これは温度無依存化に必要な長さより梁が長かった,またはひずみ制御層が厚かったということを意味している.現在,短距離光アクセスネットワークに将来用いることが期待される低消費電力な波長可変光源の実現を目指し研究を行っている.各家庭と基地局をつなぐ数十kmの比較的短距離である光ネットワークではコスト面からこれまで単一波長での光通信しか用いられてこなかった.しかしながら通信容量増大の要求から波長多重通信(WDM)の利用が検討されてきており,その波長可変光源には小型・低消費電力等の性能が求められている.WDM用波長可変光源における最も困難なポイントは波長安定性である.半導体レーザに於いては温度上昇により屈折率が変化し波長シフトを引き起こすため.温度調節が欠かせない.また波長可変機構はサイズ面・コスト面から,温度制御・波長掃引機構がレーザに集積されていることが望ましい.本研究では,面発光レーザ(VCSEL)の高速・広帯域波長掃引と温調フリーの実現に焦点を当てている.上部反射鏡を片持ち梁ないしブリッジ構造とし,反射鏡を静電引力で機械的に変位させることで共振器長を変化させ,発振波長を変化させる.またMEMS構造とした上部反射鏡に熱膨張率の異なる薄膜をひずみ制御層として成膜せいて熱バイモルフ効果を用いることで,環境温度が変化したときにそれに応じて反射鏡を変位させることが可能である.半導体レーザは温度上昇に対して長波長側へ発振波長がシフトするため,単共振器側へ反射鏡が変位すれば波長変化を打ち消すことができる.また面発光レーザの反射鏡として,数百nmの厚さである高屈折率差サブ波長格子(HCG)を用いることで,スイッチング速度の向上・波長掃引時の電圧低減を目指した.これまでにブリッジ構造のHCG MEMS VCSELで温度上昇に対して短波側への波長シフトが得られており,さらなる最適化により温度に対して波長安定なVCSELの実現が実現可能であると考えている.これまでに波長掃引速度と印加電圧におけるHCGの優位性の立証,温度無依存化のためのひずみ制御層の設計,デバイスの試作と温度に対する負の波長シフトの実証を行った.波長掃引速度と印加電圧については,両者はトレードオフの関係に有り,梁の長さにより値が変化する.両者の比(電圧/掃引速度)は梁の長さには依存しないが,厚さには1/2乗で依存する.そのため,高速・低消費電力化にはより薄膜構造であるHCGの方が有利であることを計算上で立証した.温度無依存化のためのひずみ制御層は調節可能なようにMEMSの梁上に成膜することを検討し,温度上昇に対し下方に梁を屈折させるためにHCG材料(Al0.65GaAs)より熱膨張率の大きい金属であるAu・Ti・Crとアルミニウムの含有量が少ないAl0.3GaAsを検討した.片持ち梁の長さを50μmとすると,Au・Ti・Cr・Al0.3GaAsではそれぞれ1nm・2nm・5nm・20nmとしたときに温度無依存化の可能性が得られた.一昨年はナノインプリントリソグラフィーを用いてHCGを作製し,HCG MEMS VCSELで発振が得られ,温度上昇に対して通常とは反対の短波側への波長シフトが見られ,温度無依存化の可能性が得られた.一方で発振したデバイスが少なかったため,昨年はプロセスの改善を行った.
がんのクローン進化過程の推定に基づく抗がん剤投薬計画の最適化

がんのクローン進化において、がん部分型間の競合によるダイナミクスを数理的に記述する方法の一つとしては、生態学において捕食者-被食者関係を表す、一般化Lotka-Volterraモデルの利用が考えられる。がんのクローン進化のダイナミクスをデータ駆動的に解析するためには、がん部分型構成比の時系列データから、背後にあるこのような微分方程式モデルのパラメータを推定する手法が必要となる。そのため、我々は、データ同化で用いられる4D-Var及びsecond-order adjoint法を応用し、時系列観測データから、微分方程式の未知パラメータを推定し、その信頼区間を評価する手法の実装を行なった。推定精度評価の予備実験として、インスリン刺激依存的遺伝子制御モデルに対し本手法を適用し、Hmgcr遺伝子発現量の実データを用いてモデルパラメータの推定と、信頼区間評価を行った。また、我々が実装した手法以外にも、SINDyという非線形スパースシステム同定手法も検討し、一般化Lotka-Volterraモデルに対して、SINDyによるモデルパラメータ推定を試みた。しかし、がんのクローン進化ダイナミクスの推定に用いる予定であった血中循環腫瘍DNA (ctDNA)の時系列データは、現在公開されているデータではモデルパラメータの学習に必要なサンプル時点数が不足しているため、代わりにサンプル時点数が豊富なヒト微生物叢時系列データを用いて実験を行ない、微生物間の共生・競合関係を解析した。今後は、ctDNAの時系列データを十分な時点数取得できるようにし、そのシーケンシングデータに対して我々の手法を適用して、がんのクローン進化のダイナミクスを明らかにしたい。その後、抗がん剤投薬量情報と合わせることで、がん部分型構成比に応じて抗がん剤投薬量を調節し、腫瘍増殖を抑制するフィードバック制御系を構築したいと考えている。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。本年度は、がんのクローン進化過程の推定手法開発に取り組んだ。クローン進化により、腫瘍内には複数のがん部分型が混在する。これらの部分型の構成比及び誕生時刻を、腫瘍のバルクシーケンシングデータから推定する手法の開発を行った。まず、集団遺伝学を、指数的に増殖するがん細胞集団に応用することにより、各部分型の構成比及び誕生時刻をパラメータとした変異アレル頻度分布モデルを構築した。次に、この変異アレル頻度分布モデルを用いて、バルクシーケンシングデータの生成モデルを構築し、期待値最大化法を用いて、シーケンシングデータが得られた下で各部分型の構成比及び誕生時刻パラメータを最尤推定するアルゴリズムを構築した。さらに、このアルゴリズムを用いて、バルクシーケンシングのシミュレーションデータから、真の構成比及び誕生時刻が推定できるかどうか検証を行った。検証の結果、シミュレーションデータから各部分型の構成比および誕生時刻を推定することができ、シーケンシングで検出される一塩基変異(SNVs)の数が多いほど、また、シーケンシングの被覆率が大きいほど、推定精度が向上することが示された。また、構成比の推定は比較的少数のSNVsでも可能であるが、誕生時刻の正確な推定には、多数のSNVsが必要になることが示唆された。また、本研究の最終的な目標は、クローン進化過程の推定に基づいて抗がん剤投薬計画を最適化することである。その際には、抗がん剤治療下におけるクローン進化の時間発展モデルを、シーケンシングによる観測データと融合させる必要があり、これにはデータ同化手法が有用である。そのため、準備として4次元変分法等のデータ同化手法の実装と比較検討を行った。今後、クローン進化の時間発展モデルのデータ同化を行い、抗がん剤投薬量を最適制御することにより、腫瘍増殖を抑制するフィードバック制御系を開発することを計画している。がんのクローン進化過程の推定手法の開発に関しては、モデル構築と、シミュレーションデータに対する検証はできた。しかし、実データへの対応を考えた際に、遺伝的浮動の強さなど、シミュレーションの段階では部分型間で同一の定数とみなしていた要素をモデルパラメータとして新たに導入する必要が生じ、実データを用いた手法の検証が未完である。この点は当初の計画と比べて遅れている。一方で、次年度以降に行う予定であった、抗がん剤投薬計画の最適化のための手法開発を先に行なっている。がんのクローン進化時間発展モデルの、パラメータ推定及びシーケンシング観測データとの融合に用いるデータ同化手法の実装を進めており、この点については当初の計画よりも進展している。以上を総合して評価した。

しかし、がんのクローン進化ダイナミクスの推定に用いる予定であった血中循環腫瘍DNA (ctDNA)の時系列データは、現在公開されているデータではモデルパラメータの学習に必要なサンプル時点数が不足しているため、代わりにサンプル時点数が豊富なヒト微生物叢時系列データを用いて実験を行ない、微生物間の共生・競合関係を解析した。今後は、ctDNAの時系列データを十分な時点数取得できるようにし、そのシーケンシングデータに対して我々の手法を適用して、がんのクローン進化のダイナミクスを明らかにしたい。その後、抗がん剤投薬量情報と合わせることで、がん部分型構成比に応じて抗がん剤投薬量を調節し、腫瘍増殖を抑制するフィードバック制御系を構築したいと考えている。がんのクローン進化過程の推定手法の開発に関しては、まず、実データ適用を見据えた手法の改良を行う。具体的には、がん部分型という細胞集団内における遺伝的浮動の強さは、がん細胞の分裂率と死滅率の比によって規定されることが判明したため、これを新たなモデルパラメータとして追加する。これにより、各部分型の構成比・誕生時刻・遺伝的浮動の強さをパラメータとした変異アレル頻度分布モデルを構築し、このモデルに対して既に開発した推定アルゴリズムを適用することにより、部分型の3つの特徴量を推定する。次に、部分型構成比の推定精度を検証するため、1000ゲノムプロジェクトの正常組織を、既知の割合で混ぜてシーケンシングすることにより作成されたデータセットに本手法を適用し、組織の混合率が正しく推定されることを確認する。その後、乳がんのシーケンシングデータに適用し、実データにおける有効性を確認する。有効性が確認できたら、抗がん剤治療下におけるがんのクローン進化のダイナミクスを解明するため、血中循環腫瘍DNA(ctDNA)の時系列シーケンシングデータに対して本手法を適用する。これにより、部分型の構成比や遺伝的浮動の強さが、抗がん剤治療の過程でどのように変化していくのかを明らかにする。抗がん剤投薬計画の最適化に関しては、まず現在実装しているデータ同化手法を用いて、がんクローン進化の時間発展モデルを推定する。その後推定した時間発展モデルを用い、複数の抗がん剤の投薬量を調節することで腫瘍増殖を抑制するフィードバック制御系を、制御工学の最適制御理論を応用して構築する。最後に、本手法をctDNAの時系列シーケンシングデータに適用し、データから部分型構成比等の推定を行いながら、データ駆動的に各時刻における最適な抗がん剤投薬計画を提案する。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
MAPキナーゼキナーゼ活性化の多様性と細胞異常増殖シグナル伝達機序

チロシンキナーゼ活性のないサイトカインレセプターからは、レセプターに結合するチロシンキナーゼからRas、Raf-1、MAPキナーゼキナーゼ、MAPキナーゼと順次、増殖シグナルが伝達される。しかしMCFやフレンドウイルスのenv蛋白がサイトカインレセプターに結合し増殖因子非存在性に増殖する場合、特異的チロシンキナーゼ、SH2アダプター分子Shc、Ras、Raf-1を活性化せずにMAPキナーゼキナーゼを活性化することを明らかにした。正常なレセプターを介したシグナル伝達と異常増殖シグナルの相違点は、特異的抗体による免疫沈降後のリン酸化反応とウエスタン解析、in vivoラベル後の免疫沈降等により、各キナーゼの活性化を調べた。チロシンキナーゼとしてJAKファミリーとTecファミリーを、セリン/スレオニンキナーゼとしてRaf-1、MAPキナーゼキナーゼ、MAPキナーゼキナーゼキナーゼを測定した。MAPキナーゼキナーゼキナーゼとRaf-1の活性は、不活性化したMAPキナーゼキナーゼを基質としてin vitroでリン酸化反応を見た。その結果、特異的チロシンキナーゼJAK2キナーゼ、Tecキナーゼは正常では活性化されるにも関わらず、ウイルス膜蛋白gp55誘導の異常シグナルではリン酸化されなかった。SH2アダプター分子Shcのリン酸化は正常シグナルでは誘導されるにも関わらず、gp55を介したシグナルではリン酸化されなかった。更にRasは通常GTP結合型に活性化されるが、gp55を介した場合活性化しなかった。またMAPキナーゼキナーゼキナーゼとしてのRaf-1も正常と異常でリン酸化が異なっていた。従ってRaf-1以外のキナーゼがMAPキナーゼキナーゼを活性化していると考えられた。Raf-1とMAPキナーゼキナーゼキナーゼの酵素活性を不活性化したMAPキナーゼキナーゼを基質としたリン酸化反応で、異常及び正常シグナルの相違を検討した。最近MAPキナーゼキナーゼを収束点とする多数のシグナル伝達経路があることが提唱されており、未知のキナーゼが存在する可能性が示唆された。
昆虫で起きるEnvironmental RNAiの分子メカニズムの解明

一部の昆虫は二本鎖RNA(double stranded RNA:dsRNA)を経口的に摂取するとdsRNAと相補的な配列の遺伝子の発現が特異的に抑制さること(Environmental-RNA干渉:e-RNA干渉)が知られているが、その詳細なメカニズムは明らかとはなっていない。2017年度までに、オオタバコガ幼虫はdsRNA添加された人工飼料を経口的に摂取すると腸管でRNA干渉が起こることを明らかとし、さらに、RNA干渉は全身で起こることを明らかとした。2018年度は、オオタバコガ幼虫がdsRNAを経口的に摂取した後に腸管から吸収されているかを調べることを目的として実験を行った。3令幼虫を解剖後、腸管を取り出し、パラホルムアルデヒドで一晩固定した。その腸管組織をスクロース溶液で置換し、凍結組織包埋剤(OCTコンパウンド)で包埋後、凍結切片を作製した。その切片に蛍光物質であるCy3をラベルしたdsRNA(Cy3-dsRNA)溶液を当て、PBSで洗浄後、蛍光顕微鏡で観察を行い、腸管組織に結合したCy3を検出した。Cy3のみを当てたものをネガティブコントロールとした。その結果、Cy3のみを当てた腸管組織に比べ、Cy3-dsRNAを当てた腸管組織の方がCy3のシグナルが強いという結果が得られた。このことから、dsRNAは腸管組織に結合することが考えられた。したがって、オオタバコガ幼虫がdsRNAを経口的に摂取すると、腸管組織にdsRNAが結合してから吸収されることが考えられた。2018年度から所属が中部大学から川崎医療福祉大学に異動したため、研究環境の整備等で実験が遅れている。2019年度においても、オオタバコガ幼虫腸管組織の凍結切片の作製し、Cy3ラベルしたdsRNAを切片に当て、dsRNAと腸管組織切片との相互作用を蛍光顕微鏡での観察を行い、再現性を得る事を目的として行う。さらに、共焦点顕微鏡を用いることができるようであれば、共焦点顕微鏡を用いてdsRNAと腸管組織の詳細な相互作用領域の解析を試みる。これらの結果とこれまでに得られた結果を総合的に解釈し、昆虫の示すe-RNA干渉のメカニズムに迫る。RNA干渉(RNAi; RNA interference)は二本鎖RNA(double stranded RNA; dsRNA)が細胞内へ侵入することで起こる遺伝子発現制御機構で、様々な生物種で逆遺伝学的アプローチをする上で非常に安定した強力なツールとなっている。近年、数種類の昆虫はdsRNAを経口的に摂取することによりRNAiが誘導されること(Environmental RNAi; e-RNAi)が報告された。しかしながら、その詳細なメカニズムは未だ明らかとなってはいない。H28年度は昆虫のe-RNAiメカニズムを明らかとするために、e-RNAiを示すオオタバコガ幼虫をモデルに用いてe-RNAi誘導システムの確立、腸管から吸収されたdsRNAが腸管以外の組織でRNAiを誘導するか否かを調べた。先ず、RNAiの標的遺伝子のクローニングを行い、dsRNAの合成を行った。標的にはオオタバコガ幼虫の腸管で発現している遺伝子を選択した。クローニングした遺伝子に対するdsRNAを添加した人工飼料を幼虫へ給餌し、その影響を調べた。その結果、腸管で標的とした遺伝子の発現の抑制が認められた。さらに、給餌するdsRNAの長さの変化がe-RNAi効率に影響するか否かを調べた。その結果、長鎖のdsRNAを含む人工飼料を給餌することで幼虫に効率良くe-RANiを誘導することができたが、短鎖のdsRNAの給餌ではe-RNAiを効率良く誘導することができなかった。以上のことから、オオタバコガ幼虫のe-RNAi効率はdsRNAの長さに依存していることが考えられた。H28年度で予定していたオオタバコガ幼虫に対するe-RNAiの誘導条件の確立をすることができた。しかしながら、予定していた腸管から吸収されたdsRNAが腸管以外の組織でRNAi誘導するか否かを検討することはできなかった。RNA干渉(RNAi; RNA interference)は、二本鎖RNA(dsRNA; double stranded RNA)が細胞内に侵入すると、その配列と相補的な遺伝子の発現の抑制が特異的に起こる現象で、様々な生物で起こることが知られており、現在、RNAiは、様々な生物種で逆遺伝学的アプローチを行うための非常に安定したツールとして確立されている。近年、数種類の昆虫はdsRNAを経口的に食べることでRNAiが誘導されること(e-RNAi; Environmental RNAi)が報告されたが、その詳細なメカニズムは明らかとなっていない。H29年度は、このメカニズムを明らかとするために、オオタバコガ幼虫をモデル生物に用い、幼虫の腸管とdsRNAの相互作用を組織学的に調べた。幼虫から取り出した腸管組織をパラフィンで包埋し、組織切片を作成した。その組織切片とCy3でラベリングしたdsRNAを反応させ、蛍光顕微鏡で腸管組織とdsRNAの相互作用を観察した結果、dsRNAは腸管組織に結合していた。このことから、オオタバコガ幼虫はdsRNAを経口的に摂取すると、先ず、そのdsRNAが腸管組織に結合し、それから吸収していると考えられた。H29年度では、パラフィン包埋した腸管組織切片とdsRNAの相互作用の観察だけでなく、凍結切片とdsRNAの相互作用の観察も行う予定であったが、所属機関の移動の準備等ですることができなかった。

一部の昆虫は二本鎖RNA(double stranded RNA:dsRNA)を経口的に摂取するとdsRNAと相補的な配列の遺伝子の発現が特異的に抑制さること(Environmental-RNA干渉:e-RNA干渉)が知られているが、その詳細なメカニズムは明らかとはなっていない。2017年度までに、オオタバコガ幼虫はdsRNA添加された人工飼料を経口的に摂取すると腸管でRNA干渉が起こることを明らかとし、さらに、RNA干渉は全身で起こることを明らかとした。2018年度は、オオタバコガ幼虫がdsRNAを経口的に摂取した後に腸管から吸収されているかを調べることを目的として実験を行った。3令幼虫を解剖後、腸管を取り出し、パラホルムアルデヒドで一晩固定した。その腸管組織をスクロース溶液で置換し、凍結組織包埋剤(OCTコンパウンド)で包埋後、凍結切片を作製した。その切片に蛍光物質であるCy3をラベルしたdsRNA(Cy3-dsRNA)溶液を当て、PBSで洗浄後、蛍光顕微鏡で観察を行い、腸管組織に結合したCy3を検出した。Cy3のみを当てたものをネガティブコントロールとした。その結果、Cy3のみを当てた腸管組織に比べ、Cy3-dsRNAを当てた腸管組織の方がCy3のシグナルが強いという結果が得られた。このことから、dsRNAは腸管組織に結合することが考えられた。したがって、オオタバコガ幼虫がdsRNAを経口的に摂取すると、腸管組織にdsRNAが結合してから吸収されることが考えられた。2018年度から所属が中部大学から川崎医療福祉大学に異動したため、研究環境の整備等で実験が遅れている。今後は、H28年度からの続きで腸管より吸収されたdsRNAにより腸管以外の組織でRNAiを誘導するか否かを調べる。また、腸管からのdsRNAの吸収機構を組織学的に解析するための準備を進める。H30年度は、腸管組織の凍結切片も作製し、H29年度と同様にdsRNAとの相互作用の解析を行い、より詳細なe-RNAiが誘導されるメカニズムを組織学的に行う。2019年度においても、オオタバコガ幼虫腸管組織の凍結切片の作製し、Cy3ラベルしたdsRNAを切片に当て、dsRNAと腸管組織切片との相互作用を蛍光顕微鏡での観察を行い、再現性を得る事を目的として行う。さらに、共焦点顕微鏡を用いることができるようであれば、共焦点顕微鏡を用いてdsRNAと腸管組織の詳細な相互作用領域の解析を試みる。これらの結果とこれまでに得られた結果を総合的に解釈し、昆虫の示すe-RNA干渉のメカニズムに迫る。2018年度より所属が異動したため、研究環境の準備等に時間を費やしてしまい、予定していたdsRNAと腸管組織との相互作用の再現性を得るまで実験を行うことが出来なかったため、2019年度に研究費を繰り越すこととした。2019年度は、dsRNAと腸管組織切片との相互作用を解析する実験を行うために、dsRNAをCy3で蛍光標識、dsRNA合成関連試薬、消耗品の購入、実験で使用する蛍光顕微鏡のある中部大学への旅費に使用することを考えている。
肺高血圧の病態におけるAngiopoietin-1/Tie2シグナルの役割解明

肺動脈性肺高血圧症(PAH)では、angiopoietin-1(Ang1)とその受容体Tie2によるシグナルがその病態に重要であるとこれまで報告されている。我々はAng1/Tie2シグナルにおけるGabファミリードッキング蛋白質の役割を内皮細胞で検討した。Ang1刺激後のMAPキナーゼERK1/2とAKTの両者の活性化はGab1とGab2が相補的に担うことが明らかとなった。また、生体のPAH発症過程で肺動脈内皮細胞のGab1/Gab2の機能を解析する目的でタモキシフェン誘導性に内皮細胞でGabとGab2の二重欠損が誘導されるマウスの系を作成した。(1)ヒト血管内皮細胞でのsiRNAを用いたGab1/Gab2ノックダウンによるAng1/Tie2シグナルの解析(2) Gab1/Gab2の野生型・優性抑圧型アデノウイルスベクターを用いたAng1/Tie2シグナルの解析Gab1とGab2の主要な会合分子である蛋白質脱リン酸化酵素SHP2やPI3キナーゼサブユニットp85との会合を特異的に抑圧し得る優性抑圧変異体のアデノウイルスを作成した。これらのアデノウイルスをHUVEC及びHPAECに感染させて、Ang1刺激を行うと野生型Gab2及びGab2のp85会合不能体(Gab2Δp85)の過剰発現下ではERK1/2活性化が増強され、Gab2のSHP2会合不能体(Gab2ΔSHP2)過剰発現下では逆にERK1/2活性化は遮断された。次年度は、この結果をもとにGab2ノックアウトマウスを用いて肺高血圧モデルを作成して解析を進める。肺動脈性肺高血圧症(PAH)では、Angiopoietin-1(Ang1)とその受容体Tie2がその病態に重要と考えられている。我々は内皮細胞でのGabファミリー蛋白質に注目して以下の解析を進めた。(1)ヒト血管内皮細胞でのsiRNAを用いたGab1/2のノックダウンによるAng1/Tie2シグナル伝達の解析:ヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)及びヒト肺動脈内皮細胞(HPAEC)ではGabファミリー蛋白質ではGab1とGab2の2種類がともに発現する。昨年度、我々はHUVEC及びHPAECでGab1とGab2をsiRNAでシングルノックダウン(KD)すると、Gab2-KDではAng1依存性のERK1/2及びAKTの活性化が共にほぼ遮断され、Gab1-KDではAKTのみの部分的な抑制が見られることを明らかにした。本年はGab1とGab2を両者ともKDするとERK1/2及びAKTの活性化が完全に遮断されることを明らかにした。この結果は、昨年度に行った実験でのGab1優性抑圧変異体、Gab2優性抑圧変異体の過剰発現でAng1/Tie2シグナルによるERK1/2活性化がともに抑制される結果と符合し、Gab1とGab2がAng1/Tie2シグナルで相補性を有することが強く示唆された。(2)タモキシフェン誘導性内皮特異的Gab1/Gab2二重欠損マウスの作成:上記の結果から、内皮細胞でのAng1/Tie2シグナルを完全に遮断するにはGab1とGab2の両者を欠損させる必要があると仮説をたて、本年度はGab1flox/flox; Gab2-/-, VE-Cadherin-ERT2マウスの作成を行った。現在までに、本マウスで低酸素(10%O2)下での飼育による肺高血圧モデル作成の準備実験を行った。
ウェーブレット変換に適した信号処理プロセッサの構成に関する研究

本課題は、画像符号化を中心に実用化が進んでいるウェーブレット変換の信号処理プロセッサ(DSP)上での効果的な実現を目的とし、アルゴリズムとアーキテクチャの両面から基礎的な検討と評価を行った。1今年度の研究概要今年度は、DSPモデル上でのウェーブレット変換の効果的実装の検討を行った。また、画像符号化国際標準JPEG2000で採用されているウェーブレット変換のリフティング実装について検討を行った。リフティング実装については、専用モジュールとして一つの累積加算器からなるアーキテクチャを提案し、ハードウェア記述言語によるモデル化およびその評価を行った。そして、DSPに実装するための手掛かりを得た。2今年度の研究成果昨年度の研究の結果、アドレス生成器の役割が重要であり、積和演算器の少ないDSPでメモリアクセスを低減化するためには、積和演算の繰り返しの際に2回毎のインクリメント機能が必要であることを確認している。今年度は、多段のウェーブレット変換に対しては2のべき乗毎のインクリメント機能が有効であることを確認した。また、リフティング実装を少数の累積加算器で実現するアーキテクチャの検討を行い、アドレス生成について周期的ではあるが若干複雑な状態遷移が必要となることを確認した。3今後の研究の展開リフティング実装について更なる検討を続ける。アドレス生成に関しては工夫の余地が残されている。ただし、研究開始当初では、汎用プロセッサに対する期待が大きかったが、技術の進歩によりFPGAのような再構成可能プロセッサが実機に組み込まれることが多くなった。したがって、並列分散処理を念頭においた専用モジュールとしての実装に重点を置く必要がある。JPEG2000の規格が決まり、システム全体からウェーブレット変換への要求が明確になった。速度よりも面積に対する要求が強いため、本研究の成果を活かせると考えている。本課題は、画像符号化を中心に実用化が進んでいるウェーブレット変換の信号処理プロセッサ(DSP)上での効果的な実現を目的とし、アルゴリズムとアーキテクチャの両面からの基礎的な検討と評価を行っている。1今年度の研究概要今年度は、ウェーブレット変換の解釈として統一ポリフェーズ表現を導入した。この表現からモリアクセス法に従い2種類の処理手順を定義した。そして、当初の実施計画どおり、さまざまな構成をもつDSPを想定し、これら手順の比較・検討を行った。また、ハードウェア記述言語によるDSPのモデル化を行った。2今年度の研究成果1における比較・検討の結果、同じ演算を行う場合でも、処理手順によってはメモリアクセスが倍になり、消費電力や速度、演算精度に影響がでることを確認した。また、データバスの構成のみではなく、アドレス生成器の役割が重要であり、積和演算器の少ないDSPでメモリアクセスを低減化するためには、2つの累積加算器に加え、積和演算の繰り返しの際に2回毎のインクリメント機能が必要であることを確認した。この結果をより具体的に検討するために、まずウェーブレット変換に必要な命令セットを想定し、この機能を満たす仮想DSPをハードウェア記述言語によりモデル化した。命令セットには、ウェーブレット変換に適したインクリメント機能をもつ積和演算命令を加えている。定義した命令セットに対する機能は、機能シミュレーションにより確認している。3今後の計画当初の実施計画どおり、仮想DSPモデルを合成し、この上でのウェーブレット変換のゲートレベルシミュレーションを行う。そして、主に電力の見積もりを行い、ウェーブレット変換に適したアーキテクチャの検討を行う。現段階の仮想DSPでは、さまざまなアーキテクチャに対応していないため、パイプライン段数、積和演算器の個数、累積加算器の個数などのパラメータ化を進める予定である。
ＩＣＵ病棟におけるクリティカルケア看護のエスノグラフィー

目的:「専門性」だけではとらえきれない、急性期医療における日常的な看護実践の内実を民族誌的アプローチにより描く。方法:地方の医療の中核を担う2つの総合病院ICU病棟文化の観察及び看護師とICUチームメンバーへの半構造化面接。結果:看護実践の内実として、延べ160日のフィールドワークと61名の語りから、複雑さを増す業務をこなしながら「より良き看護」を実践しようとしている看護師の苦闘、医師とナースの価値観のズレによる倫理的葛藤、看護師の定着と継続教育の困難な状況などが見出された。考察:安全への強い要請からくる管理業務への対応は、「看護」に対する不全感の大きな要因であることが示唆された。第一段階では文献調査((1)急性期医療・クリティカルケア領域における「看護実践及び看護の在り方」に関する内外の文献(2)ケア・ケアリング・感情労働や専門職論等の看護関連の学際的文献(3)研究方法に関する文献)を行い、フィールドワークの時期・期間・時間の設定、フィールドの周辺状況の把握や研究協力者との信頼関係を作るための準備をした上で、三重大学医学部倫理委員会審査を受け承認(7月)を得た。また、5月には英国サリー大学のパム教授と【感情労働】に関わる概念、そのための調査内容について意見交換を行なった。6月に、連携協力者に本研究の研究方法であるエスノグラフィーに関してスーパービジョンを受け、調査の枠組み及び調査内容のマトリックスを作成した。第二段階として、8月よりA大学付属病院ICUにおいて、プレ調査を数回実施、調査方法と内容について検証し再構成を図り、現在まで延べ13日間のフィールドワークを実施した。この調査結果を整理する中で、観察者としての方法はほぼ体得できた。現在、エスノグラフィー手法による記述について模索中である。今後、このワークをベースに、観察調査記述のためのガイドライン・フォーマットを洗練させ、面接調査のための半構成的質問紙を作成し、引き続きより精密な観察調査を行いながら、ICU病棟スタッフへの面接調査をすすめていく。第三段階に向けて、2月には、もうひとつの調査対象施設であるK病院看護部長・ICU看護師長と研究打ち合わせを行った。今後、H23年度からの本調査に向け、K病院倫理委員会審査申請手続きを行う予定である。本年度は当初計画通り、A大学医学部付属病院において延べ約133日間のフィールドワークを実施し、ICU病棟の組織・構造・機能、病棟運営のシステムや人間関係等全体像を把握した。調査期間には病棟のすべての行事(チームカンファレンス、リーダー会、勉強会、演習等)、出来ごと(医療事故検討会、RST病棟回診)に時間が許す限り参加した。看護師に関しては、管理職、リーダー、スタッフ(ベテランから新人まで)について系統的に参加観察を実施、夜間業務についても追跡した。初期の探索的観察から後半の焦点を絞った観察により、病棟の特徴的な状況や対象集団の関係性や問題点を見出すことが出来たと考えている。さらに病棟の全スタッフ:看護師(25名)・看護助手(1名)ME(1名)・クラーク(1名)・医師(9名)・看護部管理職看護師(3名)、計40名の面接を実施した。面接時間は40分から130分、平均70分以上の長時間におよび、語りの中から病棟の複雑な繁忙さや状況の厳しさがもたらす様々なストレスを把握することができた。面接の後半では、心情を吐露する訴えにも似た語りがあり、このタイプの研究における、研究者と研究対象者との関係性により、データの豊かさや限界が生じることも実感として学ぶことが出来た。より質の良いデータ収集が出来るよう次施設の調査に活かしたい。現在はインタビューデータのテープ起こしや観察記録の整理を行いながら、論文の構成や内容の記述の仕方等について学会発表に向けて検討中である。次年度は、もうひとつの調査対象施設であるK病院において、同様の調査を行う予定で準備している。また、A大学病院での調査結果を学会発表及び論文投稿する予定である。本年は、B総合病院のECU(B病院は複数のクリティカルケア病棟があるため、前年のA大学病院との対比を考え、条件の似たECUを選択)において延べ約30日間のフィールドワークを実施し、前年と同様にECU病棟の組織・構造・機能、病棟運営のシステムや人間関係等全体像を把握した。調査期間には病棟の行事(チームカンファレンス、リーダー会、勉強会、退院調整会議等)に時間が許す限り参加した。その後、病棟の全看護師(21名)の面接を実施した。

面接時間は40分から130分、平均70分以上の長時間におよび、語りの中から病棟の複雑な繁忙さや状況の厳しさがもたらす様々なストレスを把握することができた。さらに、B病院は1,000床近い病床を有する、この地域の医療の中核を担う民間基幹病院であるが、看護師確保の困難な立地条件にあり、慢性的な人材不足による看護師の勤務状況の厳しさが様々な問題をもたらしていることが伺えた。B病院の課題として、新人教育からその後の継続教育の充実、中堅看護師のキャリア支援と定着率の向上が、看護の質の確保のために最も重要(看護教育が抱える普遍的な問題でもある。)であるが、特効薬はなく、本研究で得たデータを丁寧に分析することにより、実効性のある提言ができると考えている。現在は、両病院での膨大な調査データを分析し、論点整理を行っている途上である。この中から、要点を絞って、複数の論文を作成し、学会発表及び論文投稿する予定である。計画通り調査を終了できた。25年度が最終年度であるため、記入しない。H24年度はK病院で同様の調査を実施する計画である。すでにH23年度中にK病院でのプレ調査を終え、4月にはK病院倫理委員会に申請、承認後ただちに調査に入れるよう準備をしている。
過栄養状態における肝臓機能の破綻と生活習慣病の研究

肝臓は、糖・タンパク・脂質の代謝や薬物および異物の解毒を専門とする巨大な臓器である。大量の物質を血液から取り込んで代謝し、全身の臓器に代謝物を供給する。21世紀の最大の課題である動脈硬化、糖尿病、癌、炎症といった栄養状態が関与する症候群に、肝臓の機能破綻が大きく関与している可能性を示した。本研究は、過栄養状態における肝臓の変化を明らかにすることによって新たな肝臓病の疾病概念を確立するとともに、肝臓機能の破綻によって生じる肝代謝異常の診断および治療法開発の基盤となるべき研究を行った。21世紀の最大の課題である動脈硬化、糖尿病、癌、炎症といった栄養状態が関与する症候群に、肝臓の機能破綻が大きく関与している可能性がある。本研究は、過栄養状態における肝臓の変化を明らかにすることによって新たな肝臓病の疾病概念を確立するとともに、肝臓機能の破綻によって生じる肝代謝異常の診断および治療法開発の基盤となるべき研究を行う。糖尿病・肥満症・高脂血症・高血圧といった過栄養が関連する生活習慣病の成立の基本にインスリン抵抗性の増強があると考えられている。本研究の初年度は、過栄養状態における肝臓機能の破綻をさぐるため中心病態としてのインスリン抵抗性と肝臓の関連を研究し以下の成果をおさめた。2-1.肥満や糖尿病に見られる肝臓の脂肪化とインスリン抵抗性には密接な関連があることを示した。2-2.インスリンの抵抗性と脂肪肝炎の肝病変悪化には密接な関連があり、インスリン抵抗性を改善させる薬物によって肝病変も改善することを、世界ではじめて実験的に示した。2-3.インスリン抵抗性および糖新生は、肝臓のミトコンドリアにおける酸化的リン酸化の経路の亢進と密接に関連している可能性を明らかにした。2-4.2型糖尿病の病態を形成する肝臓由来生理活性分子を探索した。以上、本年度は、肥満や糖尿病に見られる肝臓の脂肪化とインスリン抵抗性には密接な関連があることを示した。世界ではじめてインスリンの抵抗性と肝病変悪化には密接な関連があり、インスリン抵抗性を改善させる薬物によって肝病変も改善することを実験的に示した。また、2型糖尿病患者の肝臓が、ヘパトカイン分泌、およびミトコンドリア代謝パスウェイを変えることによりインスリン抵抗性を高め、2型糖尿病の病態を形成している可能性を明らかにした。過剰なエネルギー摂取に対する代償として生じる肝臓への脂肪蓄積は、ヒトにおいても遺伝子発現にダイナミックな変化をもたらしている。そのような過栄養への適応が、代謝異常に促進的、保護的、いずれに働くのかを理解すること、そして、肝臓-脂肪組織-骨格筋間の臓器間ネットワークを制御する病態形成ヘパトカイン、あるいはOXPHOSを制御する上流の鍵分子を同定することが重要であると考えられた。本研究は過栄養状態における肝臓の変化を明らかにすることにより、新たな肝臓病の疾患概念を確立するとともに、肝臓の代謝機能と密接に関連する疾病である、糖尿病、脂質異常症、肥満症などに対する新たな診断および治療法の開発の基盤となるべき研究を実施している。1)昨年度に続き、肥満や糖尿病に見られる肝臓の脂肪化と全身のインスリン抵抗性との関連を明らかにした。2)ヒト肝臓組織の病理解析から、肝臓の線維化よりも脂肪化がインスリン抵抗性と密接に関連していることを明らかにした。また、疫学研究により日本人は軽度の肥満によってトランスアミナーゼ値が変動すること、メタボリックシンドロームおよびインスリン抵抗性と関連していることを明らかにした。3)動脈硬化を引き起こす食事を与えることによって肝臓に脂肪化が引き起こされるマウスモデルを用いて、肝細胞の脂肪化によって酸化ストレスが生じ、脂肪性肝炎が発症する病態を明らかにした。4)2D-DIGEを用いて正常肝臓および、慢性肝炎、肝細胞癌におけるプロテオーム解析を行った。個々のスポットをMS/MSにより解析し同定した。ヒト肝臓蛋白発現データベースを構築するとともに、疾病において変動する蛋白群を明らかにした。5)血液中の代謝産物によって末梢血単核球における遺伝子発現が変動し、2型糖尿病患者の末梢血単核球の発現遺伝子プロファイルは糖尿病の病態を反映して変動している可能性があることを示した。6)C型慢性肝炎患者における肝線維化の進展に糖尿病が関与していること、さらには治癒治療後の肝細胞癌症例において、癌の再発に糖尿病が優位に関与していることを明らかにした。過栄養状態における肝臓の変化を明らかにすることによって新たな肝臓病の疾病概念を確立するとともに、肝臓機能の破綻によって生じる栄養性肝代謝異常症の診断および治療法開発の基盤となるべき研究を行っている。本年度は5年計画の3年目にあたる。本年度の成果を列挙した。1)肝臓における包括的発現遺伝子解析200例に及ぶ2型糖尿病患者の肝組織を用いて包括的な発現遺伝子解析を行い、遺伝子発現情報をデータベース化した。2)肝臓における包括的タンパク解析

3)肝臓における脂質の解析脂質含量、脂質組成等を測定する肝生検材料の収集と測定法を確立した。4)肝病理組織所見発現遺伝子情報を有する肝組織を解析し、脂肪化、線維化、炎症の有無をスコアー化した。5)肝臓における基本的な遺伝子情報の解析6)糖尿病を有する患者の肝臓における発現遺伝子の解析糖尿病を有する患者の肝臓における遺伝子プロファイルは肥満が加わることによってさらに大きく変動した(Obesity 2008)。7)食事の脂質が及ぼす肝臓への影響脂肪を摂取することによって肝臓の脂肪化・炎症は顕著となり、酸化ストレス変化がインスリン抵抗性に先立っていた(Metabolism 2008)。8)血液を用いた診断法企業との共同研究によりメタボリックシンドロームに特化した診断DNAチップが市販された。糖尿病(Diabetologia 2009)、心筋梗塞、がんに対する血液を用いたDNAチップ診断が可能であった。過栄養状態における肝臓の変化を明らかにすることによって新たな肝臓病の疾病概念を確立するとともに、肝臓機能の破綻によって生じる栄養性肝代謝異常症の診断および治療法開発の基盤となるべき研研究を行っている。本年度は5年計画の4年目にあたる。本年度の成果を列挙した。1)肝臓における包括的発現遺伝子解析:2型糖尿病患者の肝組織を用いて包括的な発現遺伝子解析を行い、臨床情報と共に遺伝子発現情報をデータベース化した。2)肝臓における包括的タンパク解析共同研究により、糖尿病および心筋梗塞患者の肝臓および血液のタンパクを系統的に収集した。3)肝臓における脂質の解析:糖尿病および脂肪肝における肝臓の脂質含量、脂質組成等測定を開始した。4)肝病理および臨床像の解析発現遺伝子情報を有する肝組織を解析し、脂肪化、線維化、炎症の有無をスコアー化した。非アルコール性脂肪肝患者においては、血糖を厳格にコントロールすることが体重を低下させるよりも肝臓の組織を改善することを示した(Diabetic care 2010)中年女性は肥満が関連する代謝異常に抵抗性があることを明らかにした(Metabolism 2009)。5)肝臓における基本的な遺伝子情報の解析糖尿病患者において、血液に加え、肝臓、脂肪肝における時計遺伝子を解析した(BBRC 2009、他)6)食事の脂質が及ぼす肝臓への影響7)血液を用いた診断法の開発心筋梗塞においては肝臓から心臓を補助する蛋白が産生されることを明らかにした(Circulation 2010)。9)血液を用いた癌の診断法を開発した。糖尿病患者・肥満患者の肝臓を大規模かつ包括的に解析し、世界最大のヒト肝臓における系統的で包括的な発現遺伝子・タンパク情報を整備してきた。ヒトおよび実験動物を用いて検討した。肝臓における病態を解明した。
動脈硬化の早期診断を目指したＭＲＩセンサー分子の論理的開発

昨年度までで既に「動脈硬化の早期診断を目指したMRIセンサー分子の論理的開発」を達成し、論文化も終えているため、最終年度は新たなテーマとして、MRIと同様に分子イメージングに用いられる「蛍光イメージング」に関する研究を行った。Rhodamine類は一般に高い蛍光量子収率を示す蛍光色素として知られており、バイオイメージングにおいて汎用されている。一方で、蛍光消光団であるQSY類に代表される、rhodamineのキサンテン環上のN原子に芳香環が結合した色素(N-Ph rhodamine類)は、rhodamine類と非常に類似した構造であるにも関わらず、無蛍光性であることが知られている。これまでN-Ph rhodamine類の応用はほぼ蛍光消光団としての利用に限られていたため、詳細な消光メカニズムの解析はなされて来なかった。しかし近年、N-Ph rhodamine類自体を母核とした蛍光プローブの開発が報告されてきている。本研究では、このN-Ph rhodamine類の詳細な消光メカニズムの解析を行い、新たな蛍光プローブ開発へと応用することを目指した。N-Ph rhodamine類の誘導体を合成し、光化学的性質の評価を行ったところ、キサンテン環のN原子に結合した芳香環に導入した置換基の電子求引性に依存して蛍光量子収率が変化することが分かった。さらに、時間依存密度汎関数法(TDDFT)を用いて、励起状態における消光機構について精査したところ、N-Ph rhodamine類の蛍光消光にはねじれ型分子内電荷移動(Twisted intramolecular charge transfer, TICT)が関与することが強く示唆する結果が得られた。また、これを基に、HaloTagタンパク質を可視化する蛍光プローブの開発に成功した。27年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、まず動脈硬化巣を標的としたMRIプローブの分子設計に着手したのち、プローブの最適化・改良を行うことで動脈硬化巣を可視化するMRIプローブ2BDP3Gdの開発に成功した。MRIプローブの分子設計において、動脈硬化巣の脂質豊富な「環境」を標的とすることとした。その理由としては、リガンド等に対してMRI造影剤をラベル化する一般的な分子設計と比較して、特定の標的生体分子を持たずに「環境」を標的とすることで標的生体分子の濃度に依存せずに病変へMRIプローブを集積させることが可能となり、動脈硬化巣を高感度に検出できると考えたためである。脂質豊富な環境への親和性が高い構造としては脂質染色に汎用される蛍光色素であるBODIPY (boron dipyrrome thene)に着目し、このBODIPYとMRIシグナルを増大させる構造であるGd^<3+>錯体とを結合させた新規MRIプローブBDP-Gdを分子設計、合成した。動脈硬化モデルマウスであるApoE KOマウスにBDP-Gdを静注後、大動脈を摘出し、BODIPYに由来する蛍光を観察したところ、BDP-Gdは動脈硬化巣選択的に集積していることが明らかとなった。そこで次に、動脈硬化モデルウサギであるWHHLウサギにBDP-Gdを投与し、in vivoにおいてMRIで動脈硬化巣を検出可能か検討した。しかしながら、BDP-Gdを投与しても、動脈硬化巣のMRIシグナルは増大しなかった。そこでより高感度なプローブを開発するためにプローブの最適化・改良を行い、動脈硬化プローブ2BDP3Gdを開発した。2BDP3GdはBDP-Gdと比較して動脈硬化への親和性は維持されており、かつより高感度であることが明らかとなった。そこで、この2BDP3Gdを用いてWHHLウサギのin vivo MRI実験を試みたところ、2BDP3Gdを投与したWHHLウサギの動脈硬化巣のMRIシグナルが時間経過とともに増大していることが明らかとなった。また、MRI実験の後にWHHLウサギの大動脈を摘出して組織切片を作成したところ2BDP3Gdは動脈硬化巣の脂質コアに集積することで動脈硬化巣を可視化していることが明らかとなった。第一年度目である昨年度は、動脈硬化巣を標的としたMRIプローブの分子設計に着手したのち、プローブの最適化・改良を行うことで動脈硬化巣をMRIにて可視化するMRIプローブ2BDP3Gdの開発に成功したことを報告した。第二年度目である本年度は、引き続き2BDP3Gdの評価を行い、2BDP3Gdが蛍光血管内視鏡を用いたin vivo動脈硬化イメージングに適用可能であることを見出した。動脈硬化標的部位としてBODIPYを利用していることで、2BDP3GdはMRIだけでなく蛍光によっても観察可能である。この2BDP3Gdの蛍光性を利用することでも動脈硬化巣を可視化することができれば、2BDP3Gdを用いた動脈硬化巣の診断の信頼性は大きく向上すると考えた。そこで、防衛医科大学の守本祐司先生、萩沢康介先生との共同研究にて、2BDP3Gdを用いたin vivo蛍光イメージングに着手した。2BDP3Gdを動脈硬化モデルマウス(LDL受容体欠損マウス)に静注後、48時間後に蛍光血管内視鏡を腹部大動脈に挿入してイメージングを行った結果、腹部大動脈に形成された動脈硬化巣を可視化することに成功した。このことから、2BDP3GdはMRIだけでなく蛍光でも動脈硬化を可視化できるMRI-蛍光デュアルイメージングプローブであることが分かった。

昨年度までで既に「動脈硬化の早期診断を目指したMRIセンサー分子の論理的開発」を達成し、論文化も終えているため、最終年度は新たなテーマとして、MRIと同様に分子イメージングに用いられる「蛍光イメージング」に関する研究を行った。Rhodamine類は一般に高い蛍光量子収率を示す蛍光色素として知られており、バイオイメージングにおいて汎用されている。一方で、蛍光消光団であるQSY類に代表される、rhodamineのキサンテン環上のN原子に芳香環が結合した色素(N-Ph rhodamine類)は、rhodamine類と非常に類似した構造であるにも関わらず、無蛍光性であることが知られている。これまでN-Ph rhodamine類の応用はほぼ蛍光消光団としての利用に限られていたため、詳細な消光メカニズムの解析はなされて来なかった。しかし近年、N-Ph rhodamine類自体を母核とした蛍光プローブの開発が報告されてきている。本研究では、このN-Ph rhodamine類の詳細な消光メカニズムの解析を行い、新たな蛍光プローブ開発へと応用することを目指した。N-Ph rhodamine類の誘導体を合成し、光化学的性質の評価を行ったところ、キサンテン環のN原子に結合した芳香環に導入した置換基の電子求引性に依存して蛍光量子収率が変化することが分かった。さらに、時間依存密度汎関数法(TDDFT)を用いて、励起状態における消光機構について精査したところ、N-Ph rhodamine類の蛍光消光にはねじれ型分子内電荷移動(Twisted intramolecular charge transfer, TICT)が関与することが強く示唆する結果が得られた。また、これを基に、HaloTagタンパク質を可視化する蛍光プローブの開発に成功した。複数のモダリティを組み合わせることで診断の信頼性を向上させる技術はマルチモーダルイメージングと呼ばれており、大きく注目を集めている技術である。今回開発したMRI-蛍光デュアルイメージングプローブ2BDP3Gdを用いることで、動脈硬化モデル動物のin vivo MRイメージング及びin vivo蛍光イメージングの双方を達成することができている。また、上記の内容は既にまとめて論文を執筆し、国際学術誌Organic & Biomolecular Chemistryに投稿・受理されており、本研究を基にしたデザインがOrganic & Biomolecular Chemistryの表紙に選ばれていることからも本研究の注目度が伺える。このように、本研究は当初の想定以上に進展していると言える。27年度が最終年度であるため、記入しない。最終年度は、2BDP3Gdの更なる有用性を探るべく、抗高脂血症薬を投与した実験動物の動脈硬化巣の縮小を評価できるかについての検討や、動脈硬化の破綻しやすさとプローブの集積量との関係について検討を行っていくとともに、動脈硬化プローブとは異なる新たなテーマを立ち上げることとする。動脈硬化を可視化するMRIプローブを分子設計、合成し、なおかつ動脈硬化モデル動物の動脈硬化巣のMRI画像の撮像まで達成している。その過程において、プローブの誘導体化による最適化・改良を行っており、プローブとしての完成度は非常に高い。さらに、すでに開発したプローブを用いて共同研究にも着手しており、当初の想定以上の研究展開を見込むことができる。
ヒトチミジル酸合成酸素遺伝子プロモーター領域の特異な新規機能配列の解析

ヒトTS遺伝子のプロモーターには現在までに知られているプロモータの共通配列、TATAボックスやGCボックスなどが存在せず,極めてユニークな調節を受けていると考えられる。本研究はこのようなユニークな特徴を持つヒトTS遺伝子のプロモーター領域の新規機能配列の解析を目標として行なわれた。1.プロモーターの機能配列の決定ヒトTS遺伝子プロモーター領域の、詳細な欠失変異体を用いたCATアッセイにより、転写開始点の上流に2つと転写開始点の下流に1つの、合計3つのプロモーター活性に必須の領域を同定した。この内、転写開始点の上流に存在する2つの機能部位は、それぞれ、ベータグロビン遺伝子のプロモーター領域に見出されているCAに富んだモチーフと、マウスTS遺伝子のSpl結合領域を含んでいた。さらにこれら2つの配列は独立に機能しうることもCATアッセイにより示された。一方、転写開始点の下流に同定された必須領域は、ヒトTS遺伝子に特有な3回のくり返し配列とそれに相補的な配列を含んでおり、少なくとも一組の順および逆向きの配列がプロモーターの機能発現に必要であることが明らかとなった。2.プロモーターの機能配列に結合する因子の同定得られた欠失変異をもつヒトTS遺伝子のプロモーター領域をプローブとしてゲルシフト分析を行い、複数の因子のこの領域への結合を確認した。今後、結合の特異性、結合部位の確認などの解析が必要である。3.ヒトTS遺伝子の開始コドン近傍に結合する因子の解析HL-60細胞への欠失変異体DNAの導入は行うことができなかったが、ヒトTS遺伝子の開始コドンに部位特異的変異を導入したDNA断片を作製し、実際にこれらの因子がATGの配列そのものを認識していることを確認した。
脳機能画像を用いた慢性めまいに対するACTの効果予測因子と作用機序の解明

慢性めまい(持続性知覚性姿勢誘発めまい)は自然寛解が少なく長期に生活機能が低下する重大な疾患であるが、その病態、および治療のメカニズムは未だ不明である。我々は、慢性めまいに対して、第3世代認知行動療法であるアクセプタンス&コミットメント・セラピー(ACT)によるプログラムを開発している。本研究は、心理尺度や脳機能画像を用いて慢性めまいのACTプログラムの効果予測因子や作用機序を解明することを目的とする。
Soil wheel interaction

本研究では,車輪下の土の挙動を解明し,土壌踏圧抑制や走行性能向上に有効な力学モデルを開発することを目的とし,23年度は次の内容について研究を行った。1.室内土槽実験:すべり、間隙比、表面状態の異なる条件下での車輪走行現象の解析様々な土壌条件下で車輪を走行させ,土壌変形および土中応力測定を行い,モデル作成のための解析を行った。応力測定は,車輪表面の垂直応力と接線応力,および,土中の鉛直方向の垂直応力の測定を行った。2.応力-ひずみ解析:1)土壌変位予測モデルと応力分布との関係:測定した土壌変位を整理して,鉛直方向と水平方向の変位増分をガウス関数を用いて数学モデルを作成した。それより求めた車輪下のひずみ分布と測定した応力分布を比較し,相互関係を解析した。また,車輪接地面の応力分布の数学モデルを作成した。2)走行性能に対する土壌ひずみの影響の解析:繰り返し走行においてひずみの集積がけん引力などの走行性能に及ぼす影響を解析した。また,繰り返し走行において土壌が円状の曲線を描きながらスパイラル状に変形する様子を明らかにした。3)土壌変形における弾塑性挙動の解明:最新の弾塑性論(拡張下負荷面モデル)によって,車輪走行時の土壌変形と応力分布を解析できる弾塑性解析プログラムを作成した。具体的な解析を行える段階まで達成できた。今年度は研究計画に基づいて次の成果が得られた.これらは学会誌の他,国際会議等で発表した.1.土の中と土壌表面の土粒子の運動を表す数学モデルの改良・拡張:車輪接地面における土の変位を可視化する新しいシステムを開発した.これより,土層の全ての深さの土の変位を測定することが可能となった.2.異なる土壌表面に対する変形現象の解明:実際の圃場走行条件を考慮し,繰返し走行と土壌表面の被覆物が土の変形と走行性能に与える影響を分析した.ブータンおよびタイにおいても土壌踏圧の実態を調査した.3.表面を含む任意の土壌位置の応力計測システムの開発:土壌の圧密過程の解析に不可欠な応力計測システムを開発し,接地面ならびに土中の応力を測定した.4.車輪の走行に伴う応力分布と土壌の圧縮・硬化プロセスの解明:開発した応力と変形測定システムを用いて走行実験を行い,土中の応力分布とひずみ分布を解析した.5.弾塑性解析による土-車輪相互作用下の応力-ひずみ関係の解明:開発した数学モデルから予測された土の変位は,圃場実験や土と車輪との相互作用に関する数値分析において証明や基本理論として適用可能である.このモデルと土の弾塑性構成式を結合した解析プログラムは開発中である.6.土壌の圧縮過程における圧密効率のコントロール技術の開発:土壌表面に被覆物を配置することによって圧密効率を制御する基礎的な実験と解析を行い,これを実現できる可能性を示した.本研究では,車輪下の土の挙動を解明し,土壌踏圧抑制や走行性能向上に有効な力学モデルを開発することを目的とし,23年度は次の内容について研究を行った。