hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
精子形成時におけるTESSP遺伝子クラスターのクロマチン構造と機能解析

4クラスター遺伝子を用いて、減数分裂過程における遺伝子発現調節機構とプロテアーゼの役割を明らかにするものである。25年度は主に発現解析について研究を進めた。Tessp-2, -3, -4はクラスターを形成しており、精巣特異的に発現していたことから、その特異的な発現が共通のメカニズムによって制御されているのかどうかを調べた。そこでDNase I Hypersensitive site (HS) Mappingという方法を用い、転写調節に関わっている可能性のある領域を探索した。その結果、6つのHSがTesspクラスター周辺に存在しており、そのうちの3つはTesspを発現している細胞特異的に存在することが分かった。さらにそれらのHSやTesspプロモーターのH3K9acやH3K4me3レベルを減数分裂の各ステージにおいて調べた結果、HS Viという領域がTesspプロモーターと非常に似通った修飾パターンを示した。そこでTesspクラスターの各領域とHS VIとの相互作用を3C assayにより検証した。その結果、精巣と肝臓とで比較したところ、Tessp-2の上流領域とHS VIとの相互作用が精巣生殖細胞でのみ観察された。さらに減数分裂の段階を追ってその相互作用を検出した結果、精母細胞特異的に相互作用していることが分かった。Tessp-2の発現は一次精母細胞より開始するので、この相互作用がTessp-2の転写開始に関わっている可能性が強く示唆された。精子形成中には様々な遺伝子が時期特異的に発現し、この精密なプロセスをコントロールしている。しかし、その特異的な発現がどのように制御されているのかは未だに明らかにされておらず、本研究はそのメカニズムの一端を解明するものであると考えられる。ノックアウトマウス作製は大がかりな実験であるために、その前にin vitroにおける器官培養を行ったところTESSPと精子形成との関わりを示すデータが得られた。発現調節に関しては、TESSPの組織特異性や発現量がエピジェネティックな調節を受けているだけでなくnoncoding RNAによっても調節されている可能性を明らかにできた。これらのデータは本研究の目的達成に向けた大きな前進であり、本研究はおおむね順調に進展しているといえる。前年度は機能解析について大きな進展があり、そのデータを踏まえた論文を出すことができたため、研究は順調に進んでいると言える。研究目的にあったknockout mouseの作製には至っていないが、機能解析の手段として精巣の器官培養を用いることでTesspと精子形成との関与を強く示唆できた。TESSPの精子形成への関与が組織培養による精子形成阻害により示唆されたため、ノックアウトマウスの作製をどのように進めるかは慎重な検討が必要である。まずは組織培養を用いた精子形成阻害実験においてなぜ生殖細胞数が減少したのかや減数分裂のどのステージで精子形成が阻害されているのかを調べる必要がある。発現調節機構の解明についてはエピジェネティックな調節に関わる因子やその他の転写因子の同定を目指す。また、noncoding RNAが本当にTESSPの発現調節に関わるのかも調べていく。
ケインズの総合的研究(新資料によるケインズ体系の再評価)

「ケインズ・ペ-パ-ズ」の編成と収録内容を展望するとともに,文書の中から,(1)ケインズの初期哲学に関する研究,および(2)『一般理論』の礎石を提供したといわれるピエロ・スラッファとの交流を紹介した。ケインズの主要著作が日本語に翻訳される経緯をケインズの「手紙」の中に探りながら,ケインズに関する日本の往時の関心を浮き彫りにした。ケインズの「清算同盟案」を分析し,その歴史的制約を指摘するとともに,国際経済におけるパワーがもたらす歪みを規制するルールを提唱したものと評価した。マネタリズム,新古典派総合,新しい古典派,新しいケインズ経済学(New Keynesian Economics)などの諸学派の思想と対比しながら,経済学をモラル・サイエンスと考えたケインズの経済観の重要性を指摘した。『一般理論』の「先行者探し」において今まで顧みられることのなかったA. H.アバッティなる人物の二つの著書『請求されない富』(1924年)と『最終的購買者』(1928年)を初めて詳細に論じ,アバッティの有効需要論を明らかにした。また,N.ジョハンセン,ホブソン,アバッティの貯蓄理論を論じたほか,アバッティがピグ-効果を提示している,ということを発見した。「ケインズ・ペ-パ-ズ」の活用という点からみると不十分であり,また,ミクロとマクロの関係など当初計画したテーマに十分に接近したとはいえないことは反省点であり,今後の課題としたい。本年度に論文として発表されたものは小島の3点だけであるが,他の分担者もそれぞれの研究領域において着実に研究を進めている。たとえば八木は,両大戦間期のドイツと日本におけるケインズ的状況の研究の初期的な成果を既に得ている。根井,間宮,岩本も同様の状況にあり,関連する議論の一端は例えば八木・真継編著および根井編著に現れている。小島の「ホ-トリ-・コネクションII」は従来のケインズ研究において軽視されてきたラルフ・ホ-トリ-のマクロ経済理論の研究で,数量調整をホ-トリ-が1925年以来論じていたことなどケインジアン経済学の特徴と言われているいくつかのものを先取りしていたことが示されている。「ホ-トリ-・コネクションIII」では,ケインズの『貨幣論』における貨幣経済の循環構造的把握はホ-トリ-の枠組みの批判的受容であることが論じられているほか,貯蓄・投資および利潤に関する両者の見解の相違が検討されている。「ミンスキー,フィッシャー,ホ-トリ-」においては,金融的側面を重視し,ケインズ『一般理論』を景気循環の投資理論および投資の金融理論と解釈するミンスキーの金融不安定性仮説およびその源流の一つとされているフィッシャーの債務デフレーション論を,その貨幣理論的基礎にまで遡って論じたものである。標題の三者とケインズの貨幣との債務の捉え方が検討されているほか,フィッシャーの債務デフレーション論に先駆けるホ-トリ-金融恐慌論が紹介されている。研究分担者八木紀一郎は,日本とくに京都大学におけるケインズ理論の受容と反発にかかわって,柴田敬と高田保馬について研究し,学会発表を行うとともに英文論文の公表を準備している。またドイツにおけるケインズ理論の受容と反発についても研究をすすめた。研究分担者小島專孝は,ケインズが『貨幣論』で言及しているが,これまでほとんど論じられたことがなかったA. H.アバッティの理論を研究し,『請求されない富』(1924年)における有効需要論を初めて論じている。アバッティはセ-法則を否定し,また内生的貨幣供給論の立場から貨幣数量説を批判するとともに流通速度の可変性を論じ,消費財生産と資本財生産の両方が有効需要によって決定されると主張としている。アバッティには消費関数も乗数もないけれども,問題把握の点で『一般理論』のケインズよりも先行しているのであり『一般理論』の無視されている先駆者と評価される。またアバッティ理論との関連で,乗数を含んでいるジョハンセンの「有害な貯蓄」理論,ホブソンの貯蓄論,谷口吉彦の「購買力補給案」などを取り上げている。研究分担者

根井雅弘は,今日の時点でのケインズ経済学の評価を主に英米の経済学者たちの仕事の検討を通じて明らかにした。とくに「新しい古典派」が学会に与えた影響に注目して研究を進めた。研究分担者岩本武和は,ケインズ理論の国際経済分野への適用を研究し,第一次大戦および第二次大戦中におけるケインズの国際金融政策への関与について研究した。また,IMF体制成立時において最大の問題となったポンド残高の処理に対するケインズの貢献について研究を進めている。「ケインズ・ペ-パ-ズ」の編成と収録内容を展望するとともに,文書の中から,(1)ケインズの初期哲学に関する研究,および(2)『一般理論』の礎石を提供したといわれるピエロ・スラッファとの交流を紹介した。ケインズの主要著作が日本語に翻訳される経緯をケインズの「手紙」の中に探りながら,ケインズに関する日本の往時の関心を浮き彫りにした。ケインズの「清算同盟案」を分析し,その歴史的制約を指摘するとともに,国際経済におけるパワーがもたらす歪みを規制するルールを提唱したものと評価した。マネタリズム,新古典派総合,新しい古典派,新しいケインズ経済学(New Keynesian Economics)などの諸学派の思想と対比しながら,経済学をモラル・サイエンスと考えたケインズの経済観の重要性を指摘した。『一般理論』の「先行者探し」において今まで顧みられることのなかったA.H.アバッティなる人物の二つの著書『請求されない富』(1924年)と『最終的購買者』(1928年)を初めて詳細に論じ,アバッティの有効需要論を明らかにした。また,N.ジョハンセン,ホブソン,アバッティの貯蓄理論を論じたほか,アバッティがピグ-効果を提示している,ということを発見した。「ケインズ・ペ-パ-ズ」の活用という点からみると不十分であり,また,ミクロとマクロの関係など当初計画したテーマに十分に接近したとはいえないことは反省点であり,今後の課題としたい。
歯根肉芽腫におけるmidkineの発現と機能的役割

歯根肉芽腫サンプルの蛍光二重免疫染色から歯根肉芽腫中の血管内皮細胞からmidkine(MK)、CXCL12、CXCL13およびCX3CL1の共発現が認められた。一方、健常歯肉ではその発現は認められなかった。Real time PCR法において、MKおよびchemokine遺伝子の発現は歯根肉芽腫中で健常歯肉に比べ、有意に高かった。また、刺激群では未処理群に比べ、MKとCX3CL1遺伝子の発現が有意に高かった。一方、CXCL12は刺激群で未処理群と比べ、その発現は有意に低かった。以上より、MKおよびchemokineは歯根肉芽腫の発症と遷延に関係する可能性があると考えられた。平成25年度は以下の研究計画に基づき良好な結果を得た。1試料採取および病理組織学的検索:外科処置が適応の被験者から根尖病巣組織を採取した。採取したサンプルを二等分し、一方を用いてパラフィン薄切切片を作製し、ヘマトキシリン・エオジン染色を施した。その結果、58の根尖病巣サンプルのうち歯根肉芽腫は50サンプルであった。2蛍光二重免疫染色:midkine抗体およびchemokine抗体を用いて、蛍光二重免疫染色を行った結果、歯根肉芽腫中の血管内皮細胞からの発現を認めた。3リアルタイムRT-PCR法:歯根肉芽腫サンプルと健常歯肉サンプルからRNAを抽出し、相補的DNAを作製後、リアルタイムPCR法により、遺伝子発現を検索した結果、歯根肉芽腫でのmidkineおよびchemokine遺伝子発現は健常歯肉に比べ、有意に高かった。上記1から3で得られた結果は申請書に記載した仮説に基づいており、難治性根尖性歯周炎である歯根肉芽腫中でのmidkine、CXCL12、CXCL13およびCX3CL1が健常歯肉に比べ、有意に高く発現していることが示された。これら一連の研究活動から、平成25年度において国内関連学会で研究業績を発表することができた。さらに、現在この研究結果を海外学術雑誌に投稿中である。今後は、これまでに得られた研究成果をもとに、さらなる研究を遂行し、歯科治療において、患者の歯を喪失する原因の1つである根尖性歯周炎の発生機序の解明をしていく。平成26年度は以下の研究計画に基づき以下の結果を得た。1ヒト血管内皮細胞からのmidkineおよびchemokine発現:予め34代培養したヒト血管内皮細胞を24穴プレートに播種し、50ng/mlに調整したTNF-αとIFN-γを培養液に添加し、それぞれ2、4、8、12、24、32、48時間培養を行った。その際、コントロールとして未処理のヒト血管内皮細胞も同様に培養した。培養後RNAを抽出し、リアルタイムRT-PCR法により遺伝子発現を比較解析を行った。その結果、midkineおよびCX3CL1遺伝子発現は刺激群において、コントロール群と比較し有意に高く、培養後、72時間で最高であった。CXCL12においては刺激群においてコントロールと比較して、培養後12時間で有意に低くなった。CXCL13は刺激群とコントロール群で有意差は認められなかった。2midkineが白血球に及ぼす影響:ヒト血管内皮細胞(HUVEC)、白血球のcell lineであるDaudi(B cell line)、Molt-4(T cell line)およびU-937(monocyte cell line)を用いる。使用する細胞を34代培養後、24穴培養プレートとinsert cell cultureを使用し、upper chamberにHUVECを播種し、単層形成させた。その後、炎症性サイトカインで刺激した白血球のcell lineに蛍光標識し、upper chamberにHUVECの上に播種し、共培養を行い、lower chamberに落下した細胞数をプレートリーダーで測定した。その結果、刺激群ではコントロール群に比べ、落下した細胞数は多かったが有意差は認められなかった。上記1、2で得られた結果は申請書に記載した仮説に基づいおり、血管内皮細胞からのmidkine発現は炎症モデルにおいて有意に高く発現していることが示された。これら一連の研究活動から、平成26年度に国内外関連学会で研究業績を発表することができた。今後、これまでに得られた研究成果にさらなる研究を遂行し、歯科治療において患者の歯を喪失する原因の1つである根尖性歯周炎の発生機序の解明をしていく。歯学平成25年度予定分としていた歯根肉芽腫中でのmidkineおよびchemokine発現の研究計画は現在、海外学術論文投稿中であるため、上記区分とした。この達成理由として綿密な研究計画をたて、研究協力者との定期的なグループディスカッション等を参考にし、研究を遂行したためと考えられる。

被験者から採取した根尖性歯周炎中の血管内皮細胞からのmidkineおよびchemokine発現を認められ、その機能を検索するため、今後はin vitroにおいて、ヒト血管内皮細胞からのmidkineとchemokine発現を検索する。その後、ヒト血管内皮細胞および白血球のcell lineの共培養を行い、midkineによる細胞遊走能を検索する。当該年度に使用する予定であった器具、抗体と試薬等が実験を遂行するために必要と思われていた量より少ない量で結果を出すことができ、購入を予定していたものを購入せずに済んだためと思われる。in vitroにおいて、ヒト血管内皮細胞および白血球のcell lineの共培養を行い、midkineの細胞遊走能の検索するため、培養細胞、抗体および試薬などに使用していく予定である。
日本全国の樹木の展葉・落葉フェノロジーの予測モデルの開発

全国各地に相互移植したブナの開芽フェノロジーについて比較解析を行い、同一地に移植したブナでは北由来のブナのほうが開芽が早いが、その傾向は緯度によって変化することを明らかにした。北海道大学苫小牧研究林で行った落葉樹の開芽・展葉フェノロジーについて、樹木サイズと展葉タイミングとの関係について2年分のデータをまとめ、さらに他の文献の傾向も加えて比較解析した結果、サイズと開芽タイミングの関係が非線形であることが判明した。日本全国の落葉樹の開芽フェノロジーについて、多くの文献を集めて解析を行い、道管径などの形質との関連が明らかになった。気候変動は、植物の展葉・落葉時期(フェノロジー)の変化を通して植物の生産性に大きな影響を与えると予想される。温暖化の影響は高緯度ほど大きいと予想されており、日本のように南北に広がる地域では、南部と北部で気候変動の規模が異なる可能性が高い。このため、同一樹種でも分布域の南部と北部において同じ環境要因でフェノロジーが決まっているのか、また、もし差が見られるのであれば、それが遺伝的に固定されているのか表現型可塑性なのかを明らかにすることは、その種の気候変動への応答を予測する上で非常に重要である。本研究では、北海道大学苫小牧研究林において、主要樹種29種の展葉フェノロジーを調査するとともに、北海道大学和歌山研究林・高知大学嶺北フィールド・九州大学福岡演習林・宮崎演習林・宮崎大学田野フィールド・琉球大学与那フィールドに定点カメラを設置して、主要樹種の展葉フェノロジーを調べた。さらに苫小牧研究林において、矢部(熊本、北緯32.6度)から白井川(北海道、北緯42.8度)までの異なる11サイトの産地由来のブナの展葉フェノロジーを調べ、各地でおこなわれたブナの展葉フェノロジーの既存データと合わせることで、気象条件との関係を整理した。この結果、同じ由来でも北の生育地ほど開芽時期が遅く、同じ生育地では北由来のブナほど開芽時期が早い傾向が見られた。また、北の生育地ほど由来間の開芽時期の差が小さくなった。さらに、同じ由来でも開芽時期と有効積算温度(2月1日以降、>5度)の関係は一定ではなく、年平均気温10度以下の生育地ではほぼ一定の有効積算温度で開芽していたものの、それより南では有効積算温度がより大きくなった。低温頻度と有効積算温度の関係をみると、低温頻度が同じときには北由来の個体ほど有効積算温度が低くなる傾向が見られた。計画通りに全国の展葉フェノロジーのデータを蓄積しつつある。さらに、ブナの展葉フェノロジーについては遺伝子型によって気象条件と展葉時期との関係が異なることが明らかになってきたため。前年度に引き続き、北海道大学苫小牧研究林において4月から6月まで毎週定期的に調査を行い、落葉樹29種の開芽・展葉フェノロジーを調べた。2年間の結果が集まったため、現在気象条件や樹木のサイズと展葉タイミングの関係の種間差を解析中である。このデータを用いて樹木のサイズが展葉タイミングに与える影響についても解析を進めている。また、北海道大学和歌山研究林、高知大学嶺北フィールド、九州大学福岡演習林・宮崎演習林、宮崎大学田野フィールド、琉球大学与那フィールドにインターバルカメラを設置して1日1枚写真を取ることで、アカガシやツブラジイなどの常緑樹の開芽、落葉時期を記録した。さらに日本全国の開芽フェノロジーの文献データを収集して解析をすすめるとともに、全国各地に相互移植したブナの開芽フェノロジーについてのデータを解析を進めた。前年度よりも解析データを増やした結果、由来の異なるブナでは開芽タイミングが異なり、北方由来のブナのほうが同一サイトでは開芽時期が早いこと、その差は移植した地域の緯度によって変わることが明確になった。これまでさまざまな研究で行われているフェノロジー解析法に則って、この結果を日長や有効積算温度との関連から詳細に解析した。また、ヨーロッパブナにおいては多数のフェノロジーデータが蓄積しており、詳細な解析がおこなわれているため、ヨーロッパブナと日本のブナについて開芽メカニズムの比較を行った。現在この内容についての論文を作成中である。計画通り、全国の落葉樹のフェノロジーデータを蓄積し、データが不足していた常緑樹についてもデータを取ることができている。ブナのフェノロジーについては解析がほぼ終了し、論文執筆を開始している。全国各地に相互移植したブナの開芽フェノロジーについて比較解析を行い、同一地に移植したブナでは北由来のブナのほうが開芽が早いが、その傾向が緯度によって変化することを明らかにした。さらに気温(有効積算温度)と日長がブナの開芽に与える影響について詳細な解析を行い、ヨーロッパブナと比較した。この論文については投稿し、査読結果に基づいて改訂中である。北海道大学苫小牧研究林で行った落葉樹の開芽・展葉フェノロジーについて、樹木サイズと展葉タイミングとの関係について2年分のデータをまとめ、さらに他の文献の傾向も加えて比較解析した。この研究については論文を作成し、現在投稿中である。日本全国の落葉樹の開芽フェノロジーについて、多くの文献を集めて解析を行い、道管径などの形質との関連が明らかになりつつある。これについても現在論文を執筆中である。さらに、前年度に引き続いて北海道大学和歌山研究林、九州大学福岡演習林・宮崎演習林、琉球大学与那フィールドにインターバルカメラを設置して1日1枚写真を取って常緑樹の開葉・落葉時期を記録した。これらの地点では長期的なフェノロジーデータが蓄積されつつある。

全国各地に相互移植したブナの開芽フェノロジーについて比較解析を行い、同一地に移植したブナでは北由来のブナのほうが開芽が早いが、その傾向は緯度によって変化することを明らかにした。北海道大学苫小牧研究林で行った落葉樹の開芽・展葉フェノロジーについて、樹木サイズと展葉タイミングとの関係について2年分のデータをまとめ、さらに他の文献の傾向も加えて比較解析した結果、サイズと開芽タイミングの関係が非線形であることが判明した。日本全国の落葉樹の開芽フェノロジーについて、多くの文献を集めて解析を行い、道管径などの形質との関連が明らかになった。定点カメラを用いてフェノロジーを観察する地点を増やし、データを蓄積するとともに、全国レベルでの気象条件と展葉時期の関係を詳細に解析していく。次年度は最終年度であるため、データの取りまとめと論文執筆に力点を置く。森林生態学物品として購入予定だった顕微鏡を用いた解析(人件費を含む)を翌年に変更したため。また、出張旅費が節約できたため。申請者が大学を異動することになり、手続きの関係上で当初予定していた機器の購入を異動後にすることにしたため。今年度に定点カメラ設置のための出張を増やすとともに、顕微鏡を購入して解析をすすめる予定。予定していた機器を購入して分析を進める予定です。
多孔性ハイドロキシアパタイト顆粒の脳血管病変に対する塞栓効果と顆粒径による変化

昨年度の研究にて、生理的食塩水・ヨード系造影剤混合液内においてゆっくりと沈降し、安定した塞栓効果を得るための「浮遊性」ハイドロキシアパタイト顆粒を作成した。この試料を用い、X線透視下にラット総頸動脈内に注入、2,4週間後に灌流固定し脳、側頭筋組織の脱灰標本を作製した。これによって得られた検体を用い、血管内における顆粒自体及び周囲組織の変化、虚血性変化に陥った周囲組織における変化、閉塞部位における顆粒径と閉塞血管径との関係につき観察・検討を行った。この結果、血管内にとどまったハイドロキシアパタイト顆粒は4週後には内皮に覆われ内膜組織内へと取り込まれるとともに閉塞部位の部分的再疎通が起こること、壊死に陥った周囲組織の器質化、および顆粒により閉塞される血管径は実際の顆粒径より大きな部位であることが確認された。また、顆粒内間隙への骨芽細胞などの進入は認めなかった。また、これらの研究と平行し、使用する顆粒の焼結温度による浮遊性等の特性の変化、治療用カテーテルにおける通過性(以下通過性)等、作成した顆粒の実用化に必要な検討を行った。その結果、未焼結あるいは700度の低温で焼結した素材は非常に浮遊性、通過性とも高い特性を認めたが、顆粒の機械強度が弱く顆粒の浮遊、注入操作に伴う断片化が起こり、スプレードライ方で作成した微小な基本顆粒が遊離しやすい傾向が観察された。また、900度以上で焼結すると硬度が上がり浮遊性、通過性が低下するため、800度で焼結行った顆粒が最も塞栓材料としての素性が良いものと考えられた。現在、より安定した浮遊性、通過性を顆粒に付与するため、より均一な形状の顆粒を作成するための技術的な検討を行っている。ハイドロキシアパタイト顆粒(直径100μm-250μm)を、生理的食塩水・ヨード系造影剤(以下生食・造影剤液)に浮遊させた状態で、頸部を切開、露出したラット(ウイスター)の左総頸動脈内に注入を行った。2週間後に全身を灌流固定後、脳および側頭筋組織を摘出、脱灰し、組織切片による血管閉塞状態を観察した。しかし、通常の多孔性ハイドロキシアパタイトを顆粒化したものでは、比重が大きく沈降速度が早いため、安定した注入が得られず、再現性に乏しいため、この材料による実験は中止した。次に、安定した血管閉塞を得るために適した、ハイドロキシアパタイトを用いかつ比重の比較的小さい微細顆粒を新たに試作した。従来の「多孔性」材料はゲル状のハイドロキシアパタイトに樹脂の小粒子を混合し焼成したブロックを破砕して創られていた。そこで、有孔率を上げるため、ハイドロキシアパタイトゲルよりスプレードライ法を用いて直径10-40μmの小粒子を作成、これを集成した形で焼成する事により、有孔率が高く生食・造影剤液内でも緩徐に沈降する材料の作成に成功した。この顆粒を用い、X線透視下にラットの総頸動脈内に緩徐に注入、4日、10日、14日後に灌流固定後に脱灰標本を作成し、周囲組織における組織反応を検討した。この結果、本顆粒により比較的安定した血管閉塞病変の作成が可能であり、また、周囲組織における反応も軽度であることが確認された。現在は、顆粒によって閉塞された血管をより長期的に観察、長期間経過した場合の再疎通の形態と程度、顆粒の生体内での変化についての観察、および、顆粒径と閉塞される血管径との相関につき検討を進めている。また、より、均一な形態を持ち、より浮遊性の高い顆粒の開発に向け、焼成温度の変更等の試作を行っている。
二酸化炭素のセンシングと葉緑体内タンパク質移動制御機構の解明

CO2に対する植物の感知・応答反応の理解は、光合成の制御の制御につながる。本研究では、植物のCO2感知・応答システムを理解するモデルとして、緑藻クラミドモナスにおける無機炭素濃縮機構のCO2による制御を解析した。1.「二酸化炭素のセンシング」:CO2応答性遺伝子の包括的制御因子CCM1複合体が、CO2センサーもしくはシグナル伝達因子である可能性があるので、その成分と機能を検討した。CCM1は、新しい因子CBP1(CCM1-Binding Protein 1)と相互作用することを明らかにした。CBP1挿入変異株の取得を目的として、新たに開発した矩形波パルスによる高効率エレクトロポレーション法を用いて23,000株のDNAタグindexライブラリーを構築した。CBP1遺伝子の3'-UTRにタグが挿入した株は単離できたが、CBP1タンパク質の蓄積は正常だったので、さらにCBP1変異株のスクリーニングを続けている。また、CO2シグナル伝達因子を同定するために、CO2要求性変異株を新しく3株を得た。これらの株では、CO2ガス交換活性が低下していたが、CCM1やCBP1の発現は正常だったので、CCM1複合体以外の新規因子である可能性がある。2.「葉緑体内タンパク質移動制御機構の解明」:CO2欠乏条件ではLCIBがCO2濃縮に必須である。細胞外CO2濃度が上昇すると、LCIBはピレノイドから離脱し葉緑体ストロマに分散することから、CO2に依存したLCIBの移動機構が存在すると推定した。LCIBの局在変化を担う因子の同定を目的として、13,000株のタグ挿入変異株について蛍光顕微鏡でスクリーニングを行った。CO2欠乏条件でLCIBがピレノイド周囲に集合しない変異株を単離したところ、ピレノイドの形態異常株株が含まれたので、LCIBの局在とピレノイド形態の関連性が示唆された。24年度が最終年度であるため、記入しない。(1)CCM1の相互作用因子として新規タンパク質CCM1-binding protein 1(CBP1)を同定した。CBP1は,CobWドメインとWWドメインをもっていた。CBP1の5箇所の配列をターゲットとした人工microRNA(amiRNA)を発現するプラスミドを作成し、緑藻クラミドモナスに導入した。合計で約500株の形質転換株についてcbp1遺伝子の発現低下が起こっているかどうかを検討したが、有意にタンパク質量が低下している株は得られていない。タグ精製したCCM1を質量分析にかけたところ,3箇所のリン酸化部位を特定した。この内の1つはCO2欠乏条件下でリン酸化されていた。3箇所のリン酸化部位を同時にアラニンに置換したCCM1を発現する株を作出し、CO2欠乏条件下のCO2ガス交換活性を調べたところ、野生株と優位な差は認められなかった。(2)LCIBの葉緑体内での局在変化メカニズムを調べるために、遺伝子タギングにより局在が損なわれた株のスクリーニングを行った。約4,000株についてLCIB-GFP蛍光を観察し、CO2欠乏条件下でLCIBが異常な局在を示す株を2株得た。これらめ株では、LCIBはリング上の局在を示さず、ピレノイドの構造が崩れたり、複数のピレノイドが存在したりする細胞が観察された。(3)CO2濃度変化に関わる17種類の培養条件においてRNA-seq法による転写応答を調べた。多くの制御タンパク質をコードする遺伝子が、CO2欠乏条件でCCM1依存的に誘導されることが分かった。また、恒常的に発現するある種の新奇MYB転写因子の発現は、ccm1変異株では全く見られないことを新たに見出した。また、CCM1のC末端を欠損した配列を持つ株は高CO2に順化できないことを見出した。(4)CO2応答プロモーターとルシフェラーゼ遺伝子を融合させた配列を持つクラミドモナス株を作出し、CO2濃度変化に応じてルシフェラーゼ活性が上昇することを確認した。これを親株に用いて、遺伝子タギングによりCO2の濃度変化に応答できない変異株の単離を進めている。

細胞外CO2濃度が上昇すると、LCIBはピレノイドから離脱し葉緑体ストロマに分散することから、CO2に依存したLCIBの移動機構が存在すると推定した。LCIBの局在変化を担う因子の同定を目的として、13,000株のタグ挿入変異株について蛍光顕微鏡でスクリーニングを行った。CO2欠乏条件でLCIBがピレノイド周囲に集合しない変異株を単離したところ、ピレノイドの形態異常株株が含まれたので、LCIBの局在とピレノイド形態の関連性が示唆された。24年度が最終年度であるため、記入しない。CCM1と相互作用する因子CBP1等のノックダウン株の単離と機能解析は進んでいないが、多くのCO2濃度条件におけるRNA-seqの解析が進んでおり、発現データベースの拡充も進んでいる。またCCM1の下流で働くと考えられる新奇MYB転写因子の同定や、CCM1のC末端側が高CO2順化に必須であることを示唆するデータを得ており、当初の目的である二酸化炭素のセンシングメカニズムにつながる研究成果が出ている。また、LCIBの局在が損なわれた変異株の単離に関して、当初は、セルソーターを用いた系を構築しようとしたが有効な結果は得られなかった。しかし、遺伝子タギングした薬剤耐性株について一つずつGFP蛍光を観察することで、局在が損なわれた変異株を複数単離でき,今後の原因遺伝子の解析が期待される。以上の理由から、「おおむね順調に進展している」と判断した。CCM1の相互作用因子であるCBP1等のamiRNAによるノックダウン株の作出が難しい場合は、RNAi法によるノックダウン株の単離や、過剰発現株、機能ドメイン変異株の単離を行う。ノックダウン株、過剰発現株、機能ドメイン変異株のCO2応答性および光合成特性を調べ、複合体構成因子や下流因子の機能を推定する。また、CCM1の相互作用因子にFLAGタグを付与し、FLAGタグ抗体を用いた免疫沈降を行うことで、CCM1複合体の上流因子あるいは下流因子が同定できるかどうかを検討する。引き続きCCM1のリン酸化部位の特定を行う。特に異なるCO2濃度条件で特異的にリン酸化される部位を特定し、部位特異的変異の導入により,その機能を推定する。遺伝子タギングによりLCIB-GFPの局在が損なわれた変異株のスクリーニングを引き続き行う。すでに得られた2種類の変異株について、タグとの連鎖・コピー数を調べるとともに、光合成活性の測定、無機炭素取り込み活性の測定を行う。また原因遺伝子を同定し、相補実験を行う。
再生医療を利用した移植卵巣の機能改善に対する新規治療開発

マウス虚血部位への血管内皮前駆細胞あるいは間葉系幹細胞自体を注入することにより血流回復についての確認を行ったところ、注入量が増加するとと注入部位に浮腫を来し、むしろ局所の血流の悪化を示すという結果となった。そのため、それぞれの培養上清を濃縮し上清に含まれるマイクロパーティクルを注入する方法に変更して実験をを行い、カラードプラー法により比較検討をおこなった。その結果、虚血部位の血流回復が早期になる傾向は認められるものの、血流回復の速度と最終的な回復程度において注入群とコントロール群で有意差を認めるには至らなかった。卵巣の移植においても以上の検証において同様の結果であったため、in vitroの検証として卵巣由来細胞と血管内皮前駆細胞あるいは間葉系幹細胞自体との共培養を行い、増殖速度に変化があるかの検討を行った。しかしながら、いずれも卵巣由来細胞の増殖能において、共培養群とコントロール群で有意差を認めなかった。以上より、今回使用した細胞あるいは細胞が分泌するサイトカインは卵巣機能回復に関して有意に改善させるほどの機能は有していない、あるいは機能回復に至るには細胞量や分泌量自体が不足している可能性が示唆された。本研究においては局所注入について単回投与で実験をおこなったが、他疾患モデルにおいては複数回投与において有意に血流が回復することが確認されているため、量的な問題が関与している可能性はあることが考えられた。本年度は移植に必要な毛細血管を生体外で作成するためのパターニング基板の調整を行った。これまでにヒト臍帯血由来血管内皮前駆細胞を利用してリソグラフィーをを用いた生体外毛細血管作成を行ってきたが、本研究では自己細胞の使用を目標とし、成人由来細胞を利用するため、実際に移植に使えるようなスキャホールドである脱細胞羊膜上で毛細血管の作成を行う必要がある。これまでに行った予備実験において、血管内皮細胞はその由来やプライマリーカルチャーで採取した細胞に関してはコロニーの差によって基板への接着強度に相違があることが判明しており、管腔形成までの時間についても細胞の由来によって異なることがわかっているため、時間変化と基板接着強度の調整のためパターニング基板のUV照射ジュールの調整を行った基板での実験をおこなった。照射ジュールを段階に分け、それぞれの強度での接着強度の確認を行い、照射ジュールを固定した基板に細胞を播種し。細胞培養時間と基板への接着までの時間の調整を行った。その結果、基板への細胞接着強度をより強くすると転写が困難になることが判明したため、適切なジュールにおいて、臍帯由来細胞と比較して長い時間のインキュベートを行い、脱細胞羊膜への細胞転写時間に関しても長時間おく必要があることが判明した。次に、卵巣摘出モデルの作成を行ったが、卵巣組織の評価については、今年度中に評価を行うことができなかったため、来年度以降に予定している。本年度は基板の細胞接着の強度調整に時間がかかったため、卵巣摘出・移植モデルマウスの評価、組織標本評価、卵巣凍結と保存、融解の最適化についての検討を行うことができなかった。本年度は昨年度に調整した照射ジュールを調整した基板を使用して、成人末梢血由来血管内皮前駆細胞を使用した毛細血管の作成を行うため、成人末梢血由来血管内皮細胞採取の最適化とこれを使用した毛細血管シートの作成、虚血マウスへの移植をを行った。成人末梢血由来血管内皮前駆細胞の採取法はこれまで一部の条件設定を行ってきたが、さらに採取から処理開始・終了までの時間、細胞処理法、細胞保存法、凍結融解を繰り返した際の細胞変化の検証、細胞培養に係わる因子についての詳細検討を行い、最も効率よく採取する方法について検討をおこなった。採取した成人由来細胞を使用して移植用の生体外毛細血管を作成したが、臍帯血と比較して毛細血管の安定性に欠けること、必要な細胞数が増える前に増殖能が低下し、十分な数の毛細血管を作成出来ない可能性があることが判明した。以上の結果より、臨床応用を行うためには臍帯血由来細胞を使用したほうが安定した血管を作成できることが明らかとなったため、研究方針を、末梢血、皮膚、大網などこれまで検討してきた成人由来から臍帯血と胎盤付属物由来細胞に変更し研究をすすめる方針ととした。臍帯血からは血管内皮前駆細胞と胎盤附属物からは血管内皮を支えるペリサイト同様の役割を担うことが期待される間葉系幹細胞を採取し、二種類の細胞を使用して安定した毛細血管を作成した。次にこの毛細血管シートを使用し、血流の早期再開について検証した。毛細血管シートを移植したマウスの血流再開については個体差あるいは移植手技による差があるものの、早期に血流が再開する傾向にあることが判明した。組織評価については標本作製が終了し、今後免疫染色を含めた病理学的な検証を行う予定である。成人由来細胞から臍帯血あるいは胎盤附属物由来の細胞を使用する方向に実験を変更した影響により、卵巣摘出・移植マウスでの血流・ホルモン評価が遅れている。臍帯血由来血管内皮前駆細胞を内皮細胞として、胎盤付属物由来間葉系幹細胞をペリサイトとして、生体外で羊膜上に毛細血管シートを作成したものをマウスに移植し、安定した血流再開がおこるかについてカラードプラーを用いてモデルの検証を行った。結果は血流が早期に再開する傾向は認めるものの有意差をもった結果とは言えなかった。そのため、その原因について検討を行ったところ、以下の2点の問題が考えられた。

1つは、マウスモデルにおいてはマウス個体自体の大きさが小さいことが影響し、小さな移植片しか移植できないため、移植可能な毛細血管数も必然的に少なくなってしまう。このため血流の早期再開を促進するには不十分な数の血管しか移植できていない可能性がある点である。もう1つは、ここまでの実験により、移植した血管そのものが既存の血管と融合している箇所が組織学的に高率に認められないことから、毛細血管自体の融合率が低い可能性があるという点である。以上の問題点を踏まえ、毛細血管を構成する細胞あるいは細胞が分泌する何らかの物質を用いて実験を行う方針とし、胎盤付属物由来間葉系幹細胞を用いて、幹細胞自体あるいは培養上清からmicrovesicleを抽出し、それを局所注入する方法への実験変更を行った。まず胎盤由来間葉系幹細胞としてヒト胎盤、羊膜、臍帯それぞれの由来の幹細胞を採取し、由来の違いによる特徴についての解析を行い、治療に適切な間葉系幹細胞を選択した。その上で間葉系幹細胞とその培養上清からmicrovesicleを抽出し、既存モデルに局所投与して効果を確認する予備実験を行った。実験計画の変更が必要となったためマウス虚血部位への血管内皮前駆細胞あるいは間葉系幹細胞自体を注入することにより血流回復についての確認を行ったところ、注入量が増加するとと注入部位に浮腫を来し、むしろ局所の血流の悪化を示すという結果となった。そのため、それぞれの培養上清を濃縮し上清に含まれるマイクロパーティクルを注入する方法に変更して実験をを行い、カラードプラー法により比較検討をおこなった。その結果、虚血部位の血流回復が早期になる傾向は認められるものの、血流回復の速度と最終的な回復程度において注入群とコントロール群で有意差を認めるには至らなかった。卵巣の移植においても以上の検証において同様の結果であったため、in vitroの検証として卵巣由来細胞と血管内皮前駆細胞あるいは間葉系幹細胞自体との共培養を行い、増殖速度に変化があるかの検討を行った。しかしながら、いずれも卵巣由来細胞の増殖能において、共培養群とコントロール群で有意差を認めなかった。以上より、今回使用した細胞あるいは細胞が分泌するサイトカインは卵巣機能回復に関して有意に改善させるほどの機能は有していない、あるいは機能回復に至るには細胞量や分泌量自体が不足している可能性が示唆された。本研究においては局所注入について単回投与で実験をおこなったが、他疾患モデルにおいては複数回投与において有意に血流が回復することが確認されているため、量的な問題が関与している可能性はあることが考えられた。来年度以降は卵巣摘出・移植モデルマウスの評価と卵巣凍結と保存、融解の最適化を進め、さらに移植対象者由来細胞を想定したヒト血管内皮細胞の採取の最適化を行う予定である。臍帯血あるいは胎盤附属物由来細胞は免疫応答の特性によりGVHDの治療にも使用されはじめていることから、このまま臍帯血あるいは胎盤附属物由来細胞を使用して、卵巣摘出・移植マウスへの移植実験を行う予定である。胎盤付属物由来間葉系幹細胞由来のmicrovesicleを局所注入する方法への実験変更の方針本年度は細胞を使用した基板調整に時間がかかったため、マウスや卵巣組織に関連する実験が遅れており、次年度使用額が生じた。臨床ベースでのヒト
共振型超音波およびマイクロバブル発生装置を用いた食鳥肉の微生物制御技術の開発

鶏はカンピロバクター食中毒の感染源として最も重要視されており、食中毒を防ぐには食鳥処理場で鶏肉の微生物制御が重要となる。本研究では、食鳥肉に対する新しいカンピロバクター制御技術の開発を試みた。食鳥に付着した細菌に対する殺菌効果を促進させるため、高濃度オゾン水処理や真空処理と超音波照射を行った。その結果、カンピロバクターの菌数は処理前の1/10から1/100以下に減少した。マイクロバブル発生装置にオゾン発生器を連結させ、40Lの水道水にオゾン含有マイクロバブルを作製した。実験室に設置した水槽内で、マイクロバブル単独、オゾン単独およびオゾン含有マイクロバブル発生装置による処理を行い、食中毒細菌(カンピロバクター及びサルモネラ)に対する殺菌効果を調べた。さらに殺菌効果に対する有機物の影響を見るため、鶏血清を添加(0.5%)して同様の試験を実施した。オゾン含有マイクロバブル処理による食鳥肉の微生物制御効果を調べるため、処理場の出荷直前の皮付きモモ肉を一定時間浸漬し、皮の表面に付着している一般生菌数の変化を指標として評価した。さらに肉の超音波処理を組み合わせた場合の殺菌効果について比較した。その結果、オゾン発生装置を単独で使用した場合に比較してマイクロバブル発生装置と組み合わせて使用した場合、30分後の水中のオゾン濃度は約2.6倍高かった。供試した食中毒細菌に対する殺菌効果は、オゾン単独でも2ppmの濃度で1分以内に全て検出限界値(10個)以下まで殺菌することができた。一方、血清を添加するとオゾン濃度は急激に低下し、オゾン単独では殺菌効果がほとんど認められなかったが、オゾン含有マイクロバブルでは殺菌効果は維持された。モモ肉に対して最も高い殺菌効果を示したのは、オゾン含有マイクロバブルに超音波処理を組合せた方法で、最大11100程度まで付着菌数を減らすことができた。以上の結果から、今回試作したオゾン・マイクロバブル発生装置は、高い溶存オゾン濃度を維持することができ、食鳥肉に対する高い殺菌効果が得られることが明らかとなった。さらに超音波を共振超音波に、殺菌剤をオゾン水から塩化セチルピリジニウム(1000ppm)に代えて殺菌処理を行うと、と体皮膚に付着したカンピロバクターを最大1/100程度まで殺菌することが可能であった。食鳥処理場のどの工程でカンピロバクターの汚染が起こるのかを調べたところ、脱羽後にと体全体に汚染が広がることが分かった。供試した殺菌剤の中で塩化セチルピリジニウム(CPC)が最も高い殺菌効果を示した。そこで、CPCのと体表面への浸透を促進させるため、真空装置を用いて陰圧と常圧を繰り返した後に、CPC液に浸漬したと体に28130KHzの共振型超音波処理を行った。さらに共振超音波を照射する間、と体を回転させることで発熱による煮肉状変化を回避し、かつCPCによる殺菌効果を高めることに成功した。特に生食あるいは不十分な加熱処理で摂食されることが多い地鶏を用いてこの殺菌処理を行ったところ、カンピロバクターを検出限界値以下まで殺菌することができた。鶏皮の表面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、未処理のものと比較して、皮膚に付着した細菌はほとんど認められなかった。この殺菌方法とその制御装置については、国際特許の出願を行った。CPCでと体を殺菌した後に、鶏皮にどの程度の薬剤が残留するかを調べるため、高速液体クロマトグラフィー法による検出法について検討した。親水性相互作用クロマトグラフィー用(HILIC)カラムを用いて、酢酸アンモニウム・アセトニトリルを移動相としたイソクラティック分析を行ったところ、鶏肉中のCPCの定量下限値は、0.125μg/gで、従来のHPLC測定法に比べて複雑な移動相を使用しない簡便で安定した測定法を確立することができた。次に、カンピロバクターが鶏皮表面にどのような機序で付着するのかを調べるため、C.jejuni81-176株を用いて鞭毛、運動性、莢膜多等、外膜蛋白(PEB1)を欠損した変異株を作出し、野生株との付着能を比較した。その結果、いずれの変異株の付着能は野生株と同程度であり、鞭毛、莢膜多糖、PEB1蛋白は付着に関与していないことが示唆された。高濃度オゾン水および塩化セチルピリジニウム(CPC)を用いた鶏と体の殺菌効果試験を前年度までに行ったが、23年度は、次亜塩素酸、酸性化次亜塩素酸、複合塩素剤、サラシ粉、リン酸三ナトリウム、乳酸、フマル酸を用いた殺菌効果試験を実施した。殺菌剤を満たした真空容器内にブロイラーの「と体」を浸漬させ、0.002HPa(ヘクトパスカル)で10分間吸引後、常圧に戻す操作を3回行うことで脱気とともに薬液の浸透を促進させ、続いて殺菌剤を満たしたステンレス容器内にと体を移して浸漬させ、と体表面の付着

細菌の遊離を促進させるため、共振型超音波発生装置(130KHz)により515分間超音波を照射した。一連の殺菌処理が終了後、殺菌剤を除去するため、と体を流水で10分間洗浄し、処理前後の胸および背(各3箇所)の皮をストマッカー処理し、最確数(MPN)法にて皮に付着しているカンピロバクター数を定量的に測定・比較した。対照として未処理と体を水道水で処理、真空処理と共振超音波処理の対照として薬液に浸漬するだけの処理を行い、同様にカンピロバクター菌数を測定した。その結果、吸引・共振超音波処理に用いた有機酸(乳酸、フマル酸)とリン酸三ナトリウムは、添加濃度に依存して高い殺菌効果が認められたが、薬液への浸漬のみでは高い殺菌効果は認められなかった。有機酸のpHは酸性、リン酸三ナトリウムのpHはアルカリ性であることから、次に、鶏と体表面を酸またはアルカリ処理した皮膚を用いて、カンピロバクターの付着試験を行った。その結果、いずれの処理においてカンピロバクターの付着能が低下した。以上の結果から、カンピロバクター菌体と鶏と体(皮膚)側の両者の要因が鶏と体への付着に関与していることが示唆された。
情報源符号化における遅延と符号化レートの解析

本研究ではA*アルゴリズムを応用して最適な準瞬時可変長符号を探索する方法を確立した。最適な符号を見つけるためには最適な二つの符号木を見つける必要があるが、各符号木は情報源シンボルに順番に符号語を割り当てることによって符号を構成していく。割り当てる符号語は単に符号シンボルの列だけでなく語頭条件を満たすのか否かという付加情報を加えることによって特徴付けられる。このアルゴリズムでは、探索の過程で最初に発見した符号が最適符号であることが保証される。すなわち、さらに探索を続けても2番目以降に見つかる符号は最初に見つけた符号の性能を超えられないことを理論的に証明した。本研究では、次のような符号化の過程を想定している。情報源から出力されるシンボルの時間間隔は一定で、到着したシンボルは符号器に入れられる。符号器は入力されたシンボルの内容ばかりでなく送信機の状態をも監視しながらどの時点でどのような符号語を出力するのかを決める。符号語はその長さに比例する時間で送信される。符号語が送信されている間にもシンボルは到着し、新たな符号語が生成される。送信機が動作中は新たな符号語は送信バッファに入れられる。送信機は送信バッファが空になるとアイドル状態になる。本研究では以上のような枠組みで、シンボルの遅延と符号化レートのトレードオフ関係を具体的に明らかにしようとしている。この目的を達成するために平成26年度は分節木を用いた符号化について詳しく検討した。具体的には、入力系列の分節は語頭条件を満たすものとし、分節の任意性を排除した。これは一意な分節により符号化レートを下げる効果がある。語頭条件を満たす分節は分節木を用いて表すことができるが、分節木の葉には符号語を割り当てなければならない。分節が一意であることから使用する符号語の集合として語頭符号を用いた。さらに分節木の兄弟ノードに割り当てられた符号語の語頭が共通している場合、その語頭を前倒しして送信できることを活用し、分節木上へ符号シンボルの再配置を行った。兄弟ノードが共通してもつ語頭がなるべく長い方が、送信を前倒しできるシンボルが多いことになる。このことから語頭符号の中でもアルファベットと符号語の順序が同一となる順序保存符号を用いて検証実験を行い、ハフマン符号との比較を行った。その結果、情報源の分布に対し、一定範囲の到着レートにおいて順序保存符号の遅延がハフマン符号の遅延よりも小さくなることを確認した。平成27年度は算術符号の演算精度と遅延の関係について、従来研究の延長上の課題に取り組んだ。具体的に従来研究では、算術符号を用いた符号器と復号器の間に送信器はなく、どんなに長い符号語も瞬時に復号器に届くと想定されていた。そのもとで算術符号の精度を変えることによって遅延が変化することが示されている。平成27年度の研究では、まずシンボルの到着がポアソン到着した場合を検証した。様々な条件下で実験を行った結果、符号器と復号器が直接接続されている場合、平均遅延を特徴づけているのはシンボルの到着レートであり、到着間隔の分布そのものには影響されないことが分かった。また符号器と復号器の間に送信器と通信路を設置したモデルについても演算精度と遅延の関係を様々な条件下で実験的に検証した。このモデルでは、平均遅延を符号化遅延とバッファ遅延に分けて考えることができる。得られた結果から、符号化遅延は到着間隔の分布にはよらない一方、バッファ遅延は到着間隔の分布に依存することが分かった。いずれの場合も算術符号の演算精度を下げると遅延は小さくなったが、バッファ遅延については他と比べてその程度が小さかった。これは送信器の送信間隔と符号シンボルがバッファに入る間隔の違いに原因があると予想される。遅延という概念は一般に送信シンボル列と受信シンボル列の間の歪みとしてとらえることができる。そこでレート・歪み理論の検討を行い、歪みに関する定理を証明した。歪みと遅延を橋渡しする理論を構築することによって遅延の解析に応用できると期待される。28年度の当初の研究計画では、27年度までの研究成果を統合する段階に入らなければならないが、分節木に関する知見や達成不可能領域に関する検討が十分に行われていない。したがって達成度はやや遅れていると言わざるを得ない。また、当初予想していたよりも本研究に対するエフォートが確保できなかったことも原因の一つである。平成28年度は情報源符号化の符号化遅延に関する問題として、演算精度の低い算術符号と準瞬時可変長符号の関係について調べた。いくつかの情報源シンボルの分布に対しては最適な準瞬時可変長符号の構成例が知られている。その分布に対して算術符号を構成した。二つの符号は入力シンボルに応じて状態遷移するオートマトンとみなすことができ、さらに詳しくは各状態毎に符号木が対応する。演算精度の低い算術符号から導かれたオートマトンの各状態の符号を見ると、語頭条件を満たさないということが確認された。2状態の場合において、符号木の中間ノードまたは葉に対応している符号語が出力されるとき、それぞれ状態1または状態2に遷移することも確認された。それぞれの符号は語頭条件を満たさないが、もともと算術符号であるということから、誤りなく復号できることは保証されている。また、状態2の符号器には特定のパスが存在しないことも確認された。これは算術符号における区間と出力系列の対応から説明することができる。

また、算術符号の復号遅延の特徴付けが情報源系列の区間と符号語系列の区間の包含関係という概念を用いて表現できるという見通しが得られた。特に、復号遅延がゼロであることは情報源系列の区間と符号語系列の区間が等しいことによって特徴付けられる。準瞬時可変長符号の符号木と比較すると、上記の特徴と共通点が多く、算術符号が準瞬時可変長符号と本質的に同じ符号木によって表せる場合があることが分かった。一方、算術符号の構成方法には多様性があり、場合によっては符号木の数(状態数)を増やすこともできる。このことによって符号の性能が準瞬時可変長符号を超えられるかどうかは今のところはっきりしない。準瞬時可変長符号と算術符号が本質的に同等であるのか、どういう条件において同等となるかについては今後の課題である。復号遅延が制限された複数の符号木を用いた符号の探索について、確認実験と研究成果の取りまとめが完了していないため。これは、本研究に対する補助の延長を願い出た理由にもなっている。平成29年度は前年度までの成果をさらに精緻にするため、復号遅延が制限された複数の符号木を用いた符号の探索について確認をおこなった。前年度までの研究では精度の低い算術符号と準瞬時可変長符号の関係を調べた。二つの符号は入力シンボルに応じて状態遷移するオートマトンとみなすことができる。演算精度の低い算術符号から導かれたオートマトンの各状態の符号を見ると語頭条件を満たさないことが確認された。これらのことから二つの符号は多くの共通点を持つことが分かり、さらに両者が本質的に同じ符号木で表せる場合があることが分かった。したがって最適な算術符号と最適な準瞬時可変長符号は本質的に同一の符号となる場合がある可能性が高い。このことから、最適な準瞬時可変長符号を探索する問題に取り組んだ。準瞬時可変長符号は複数の符号木を用いることによってハフマン符号よりも小さい符号化レートを達成できる符号として知られており、最適な準瞬時可変長符号は整数計画法を用いることで見つけられることが知られている。一方、符号語が互いに語頭・語尾にならないリバーシブル可変長符号の最適符号を探索する方法としてA*アルゴリズムを応用することが提案されている。本研究ではA*アルゴリズムを別の形で応用して最適な準瞬時可変長符号を探索する方法を確立した。最適な符号を見つけるためには最適な二つの符号木を見つける必要があるが、各符号木は情報源シンボルに順番に符号語を割り当てることによって符号を構成していく。割り当てる符号語は単に符号シンボルの列だけでなく語頭条件を満たすのか否かという付加情報を加えることによって特徴付けられる。このアルゴリズムでは、探索の過程で最初に発見した符号が最適符号であることが保証される。すなわち、さらに探索を続けても2番目以降に見つかる符号は最初に見つけた符号の性能を超えられないことを理論的に証明した。本研究ではA*アルゴリズムを応用して最適な準瞬時可変長符号を探索する方法を確立した。
素粒子・核物理実験用ライトガイドの最適形状とスケーリング則の確立

研究目的素粒子・核物理実験では、プラスチックシンチレータと光電子増倍管(PMT)、ライトガイドが多用されている。素粒子・核物理実験においては、プラスチックシンチレータの形状や大きさは問題となるが、ライトガイドについての議論は行われない。また、プラスチックシンチレータを使用した実験の報告は多数あるが、ライトガイドについての報告はほとんどない。本研究では、ライトガイドの最適形状の確立を目指した。研究方法本研究を遂行するに当たり、新規にライトガイドの設計を行った。ライトガイドはフィッシュテール型を採用し、角度10度から50度まで5度刻みで設計し、製作を行った。使用したシンチレータは20×150×400mmで、オプティカルグリースで接合させた。ライトガイドとシンチレータには反射材として市販のアルミフォイル(光沢面を内側)に巻きつけた。測定は暗箱の中で行った。使用した線源は^<60>Coとした。PMT(H7195)は2本使用(同時計数)し、PMTのゲインとゲート幅(120ns:遅い成分も全て取るため)の調整を行った後にQDCスペクトルを取った。研究成果ライトガイドの性能評価は、測定したデータを基に^<60>Coのコンプトンエッジにおける光電子数の比較を行った。光電子数は、QCDのチャンネルとペデスタル、シングルフォトンピークから求めた。この際に使用したフィット関数はガウス関数を用いた。比較の結果、光量が最大になる角度は30度であることが判明した。これは、低角側の方が光量が多いという予想と異なる結果となった。この理由は、低角側では屈折による減衰は少ないが長い光路長によりライトガイド内での減衰が支配的となり、広角側ではその逆が起きていると考えられる。なお、各ライトガイドの光量の差は数%しかなかった。これらの結果から、2インチ管のPMTを用いたライトガイドを設計する場合は、角度を30度とし、シンチレータの幅とライトガイドの商さ(シンチレータ面とPMT光電面)の比を4:3とすると良い。この比に対して、シンチレータの厚さは関係ないと考えられる。