hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
見落としの回避における時間・空間要因の検討―RSVP課題と視覚探索課題を用いて

申請者の研究課題は、実験場面と日常場面での見落としの生起頻度の違いをもたらす認知メカニズムを明らかにすることである。日常場面に近い自然な情景画像は内容を高速に知覚できるが、先行研究より、これは複数の空間周波数帯域の情報が並列に処理されることによってもたらされることが示されている。したがって、自然環境で見落としが回避されやすいのは、空間周波数の情報統合が注意の影響を受けないためかも知れない。これを検証するため、情景画像から抽出された空間周波数の情報統合が注意処理によって影響を受けるかどうかを実験的に観察した。その結果、自然画像に先行あるいは同時に提示された刺激に対して注意処理が必要な場合でも、自然画像の内容理解に必要な空間周波数の情報統合は妨げられなかった。したがって、自然画像の内容の高速な知覚をもたらす空間周波数の情報統合は、前注意的な処理によることが示唆された。また本年度は、前年度に得られた研究成果をまとめ、Vision Research誌で論文発表した。さらに、空間周波数の情報統合が空間的な一致性に基づくのか、それとも意味的な一致性に基づくのかを明らかにするための研究を行い、その成果を学術雑誌に投稿した。複数の視覚標的が連続して出現すると後続標的に気づかない「見落とし」現象は、実験環境では頑健に観察されるが、現実場面では生じにくいことが知られている。申請者の研究課題は、RSVP課題と視覚探索課題を用いて、現実場面で見落としが回避されるメカニズムを実験的に検討することである。本年度は、風景写真などの自然画像を用いた視覚探索課題を用いて、現実場面における標的検出の処理過程を検討した。これまでの研究より、人間は自然画像が提示されてからわずか50ミリ秒以内に、画像にどのような風景が映っているのかを判断できることが知られている。このことから、人工的な無意味画像と異なり、自然画像への処理は素早く成立するため、標的が容易に検出できると考えられてきた。また、風景処理には低空間周波数成分、物体処理には高空間周波数成分が重要であることが示唆されている。これらの研究から、様々な空間周波数成分の情報を利用して、自然画像における標的の検出がなされていることを示唆されている。そこで、この仮説を検討するため、低空間周波数成分あるいは高空間周波数成分のみの条件と、両者を重ね合わせたハイブリッド条件で、標的の検出成績を比較した。その結果、刺激が100ミリ秒間呈示された場合、低空間周波数条件と高空間周波数条件の結果から予測される以上に、ハイブリッド条件は標的を検出しやすいことが分かった。この結果から、自然画像における標的検出において、人間の視覚系は100ミリ秒程度の時間で低空間周波数情報と高空間周波数情報を統合していることが明らかとなった。
カエルの体軸形成におけるレセプター遺伝子の機能解析

アクチビンやTGF-βの受容体はそれらの遺伝子構造から、細胞内領域にセリン/スレオニンキナーゼをコードしていることが知られている。したがって同じTGF-βスーパーファミリーに属するBMPの受容体遺伝子もセリン/スレオニンキナーゼをコードすることが予想された。そこで我々はBMPに対して感受性のあるマウスMC3T3-E1細胞のmRNAからRT-PCR法を用いて新しいセリン/スレオニンキナーゼをクローニングし、その中からBMP受容体遺伝子を同定することを試みた。単離された数種類のcDNAからmRNAを合成し、初期胚に微量注入することにより機能のスクリーニングを行なった結果、細胞質キナーゼドメインを欠失させた(ドミナントナガティブ)変異受容体をツメガエル初期胚の腹側で発現させることによって腹側構造を背側構造に変換する遺伝子、mTFR11を同定した。同遺伝子からRNAを合成し、16細胞の腹側割球の赤道領域に注入すると神経胚期には神経管に分岐が見られ、その後背側構造が重複した二次胚に発生する。これは腹側誘導因子のシグナルが遮断されたことによって腹側が背側化したことによるものと思われ、同時にmTFR11がBMP受容体をコードしているものと推測された。この結果はBMPがショウジョウバエの背腹軸形成に関わる遺伝子dppに構造上も機能的にも相同であることを強く示唆する.したがって我々はマウス由来のドミナントナガティブBMP受容体遺伝子をショウジョウバエに遺伝子導入した個体を作成し,形態形成における影響を調べた.その結果,眼の形成においてdpp変異体に見られる表現型が確認されたことから,同受容体はショウジョウバエのdppの機能を阻害したものと考えられる.アクチビンやTGF-βの受容体はそれらの遺伝子構造から、細胞内領域にセリン/スレオニンキナーゼをコードしていることが知られている。この結果はBMPがショウジョウバエの背腹軸形成に関わる遺伝子dppに構造上も機能的にも相同であることを強く示唆する.したがって我々はマウス由来のドミナントナガティブBMP受容体遺伝子をショウジョウバエに遺伝子導入した個体を作成し,形態形成における影響を調べた.その結果,眼の形成においてdpp変異体に見られる表現型が確認されたことから,同受容体はショウジョウバエのdppの機能を阻害したものと考えられる.
産業構造変化に伴う経済成長における国際貿易と金融市場発展の役割

本研究は成長する開放経済における貿易パターンの変化、マクロ経済政策の動学的効果そして産業構造変化がどのようにお互いに影響し合うかに関する諸問題を理論的に解明することを目的とする。平成29年度は基本的に計画通りに実施し、以下のような結果を得た。1)小国開放経済における非線形財政政策の安定化効果分析が完成した。分担者の三野和雄教授と海外研究協力者である台湾中央研究院のBeen-Lon Chen教授との共著論文は外生成長および内生成長モデルにおける非線形税率のマクロ経済安定化効果をパラメータの値の領域ごとにはっきりさせた。内生成長経済においては、累進税のマクロ経済安定化効果はこの税金の参照所得レベルに依存することを示したが、外生成長経済においては累進税のマクロ経済動学効果が生産の外部性効果の大きさに依存せず、均衡の不決定性が起こらないことを示し、関連分野に新しい研究結果を加えた。2)小国開放経済における産業構造変化について議論したHu and Mino (2015)を拡張し、Capital Accumulation, Trade Patterns and Structural Changeについて北京大学のWorkshopにて報告した。労働分配率の変化に関する最近の実証分析結果に注目し、異質性のある企業を導入することによって、産業間の構造変化に加え、産業内の構造変化を検討する必要性が残っている。3)三野和雄教授との共著論文"Economic Growth and Financial Integration with Home Production"を国際コンファレンスにて発表し、非市場活動を含んだ成長モデルにてマクロ経済政策の効果を分析した。国内及び国際金融市場の発展度合いをこのモデルに導入し、マクロ経済政策効果にどのような影響を与えるかをより詳しく検討する。資料の準備・整理や関連文献のSurveyに時間が必要のため、おおむね計画通りに各研究テーマごとに進める一方で、論文の作成や研究結果の整理にもっと早く推進することを認識している。共著者との研究打ち合わせの回数がもっと増やすように計画している。1)研究メンバーの共同研究体制の維持と強化を計画している。各自の研究以外に、研究分担者との3人または2人ごとに電子メールなど定期的に研究の進め度合いをお互いに確認する。2)海外協力研究者と共同研究を継続に推進する。2018年10月にPing Wang教授を日本に招いて、西村和雄教授と三人の発展途上国の経済成長に関する共同研究について研究打ち合わせをする。三野和雄教授、Been-Lon Chen教授と夏休み中に関西での集中研究相談も予定している。3)各研究テーマに関する研究が進めているだけではなく、学術誌への投稿論文をもっと順調にAcceptされるように工夫する。
BMP/decapentaplegicファミリーによる形態形成の制御機構

本研究はショジョウバエ胚の背腹軸形成、成虫原基のパターン形成及びツメガエル胚の軸形成における共通の分子機構を明らかにするために、decapentaplegic(dpp)遺伝子産物の受容体の単離、及びドミナントネガティブ型のマウスのタイプ1の膜貫通型セリン/スレオニン・キナーゼ(mTFR11,Brk-1)によるBMP受容体とDpp受容体の機能的互換性の検討を行った。Dpp受容体を単離するため、キナーゼ領域中の最も保存性の高い領域のアミノ酸配列を基にRT-PCR法によってショウジョウバエの膜貫通型セリン/スレオニン・キナーゼ群の単離を行った。このうち25Dにマップされたもの(DTFR)はマウスのタイプ1の膜貫通型セリン/スレオニン・キナーゼ(mTFR11,Brk-1)と最も高い相同性を持ち(キナーゼ領域中で63%)、特に細胞外領域におけるCys残基の配列の保存性が高いことからmTFR11に対応する分子、即ちDpp受容体であることが示唆された。in situ hybridization法によりmRNAの組織局在を調べると、胚発生初期には全体に渡って広汎な発現となった。また胚発生の嚢胚形成期から中胚葉での高い発現がみられ、発生後期には中腸の前部、後部原基で強い発現がみられ、腸管形成においてホメオティック遺伝子を制御するdpp遺伝子との関連が示唆された。BMP受容体とDpp受容体が種を越えて機能的互換性を発揮しうるかについて検討するために、ドミナントネガティブ型mTFR11(細胞内キナーゼ領域を欠失したもの)を酵母の転写因子であるGal4の認識配列(UAS)の下流に連結したものを導入したトランスジェニック・フライを作成して、Gal4をレポーター遺伝子とした種々のエンハンサー・トラップ系統と交配することにより、成虫原基に細胞型特異的に強制発現させ、dpp情報伝達経路を特異的に遮断してそれに伴う形態形成の変化を観察した。その結果翅脈において、longitudinal vein 2(L2)に沿ったectopic veinの出現、L3とL4の間のcross veinの欠失といったDpp受容体の機能欠損型変異体の一つであるsaxphone(sax)と類似した表現型を示した。更にDTFR遺伝子の機能欠損型変異でもあるthick veins(tkv)を付加する事により、翅脈でみられた表現型が増強し、加えて脚の末端部においてtarsal clawの欠損やtarsal segmentの著しい短縮、複眼の縮小などの表現型が現れた。完全長のDTFRによって、ドミナントネガティブ型mTFR11によって生じるアフリカツメガエル初期胚の腹側を背側化させる変異を回復し、ドミナントネガティブ型DTFRによって二次軸の形成が起きることを明らかにした。以上のことからdppとBMPで、リガンド-受容体の互換性がショウジョウバエ、カエル、哺乳動物で保存されていることが示された。

完全長のDTFRによって、ドミナントネガティブ型mTFR11によって生じるアフリカツメガエル初期胚の腹側を背側化させる変異を回復し、ドミナントネガティブ型DTFRによって二次軸の形成が起きることを明らかにした。以上のことからdppとBMPで、リガンド-受容体の互換性がショウジョウバエ、カエル、哺乳動物で保存されていることが示された。
高転移性ヒト唾液腺癌細胞株の樹立とその転移機構の解析に関する研究

平成5年度の研究実積より、非転移性ヒト唾液腺癌細胞株が転移性唾液腺癌細胞に悪性転換するin vitroでのシステムは樹立されたものと考える。従って平成6年度においては上記のシステムを用いて、その転移機構に包含されているメカニズムの解析を行なった。一般に癌の局所での増殖から浸潤・転移までのすべての過程において不可欠であるとされる腫瘍関連血管新生については、癌細胞から分泌される血管新生因子が重要であると考えられている。そこで癌細胞から分泌される血管新生因子とその役割につき解析し、以下の結果を得た。1.転移細胞クローンの培養上清(CM)中にはウシ大動脈由来血管内皮(BAE)細胞の増殖と遊走を促進する因子の存在することが判明した。2.CM中にはBAE細胞の蛋白分解酵素産生を抑制する因子の存在が確認された。これら1.と2.の作用を有する因子が上皮成長因子(EGF)であることを明らかにした。3.非転移性細胞クローンに比較して転移細胞クローンはEGFを多量に分泌するにもかかわらず、EGFレセプター数に関しては同程度であった。4.さらに、EGFは癌細胞自らの転移能には影響を及ぼさず、BAE細胞に選択的に作用することが明らかとなった。従って以上の所見より、転移性ヒト唾液腺癌細胞は非転移性癌細胞に比較して血管新生因子であるEGFを多量に産生・分泌し、しかも分泌されたEGFは自らの転移能には影響を及ぼさず、血管内皮細胞に選択的に作用して血管新生を促進することが明らかとなった。すなわち、EGFの作用はパラクリン機構を介して作用することが判明した。本研究においては、従来より当教室において分離・培養を行っているヒト唾液腺癌細胞株(HSG細胞)のうち、ヌードマウス背部皮下に移植した際、他の臓器及びリンパ節に転移を全く示さない細胞クローン(HSGc)を分離することより開始し、以下の結果を得た。1.HSGc細胞をN-methyl-N-nitrosourea(MNU;50,100,200μg/ml)にて処理することにより、形態学的にHSGc細胞と異なった細胞が出現することが明かとなり、かつ出現頻度は処理濃度及び回数に依存的であった。2.形態的にHSGc細胞と異なった細胞クローン(Gc2-100Cl-1)をヌードマウス背部皮下に移植することにより、肺、肝臟、脾臟、膵臟、腋窩リンパ節に転移が認められた。これら種々の臟器をin vitroにおいて培養することにより、転移細胞クローンを分離した。3.DNAフィンガープリントによる解析から、転移細胞クローンはHSGc細胞から派生していることが確認された。4.転移細胞クローンをヌードマウス背部皮下に移植した後、種々の臟器への転移能を検索したところ、すべてのクローンにおいて同程度の転移率であった。しかし、各細胞クローンでの転移に関する臟器特異性は認められなかった。5.HSGc細胞と転移細胞クローン間でのプラスミノーゲン・アクチベーター(tPA,uPA),コラゲナーゼ、及びそのインヒビターであるtissue inhibitor of metalloproteinase-1(TIMP-1)の発現を比較したところ、転移細胞クローンではtPA及びコラゲナーゼ発現の亢進とTIMP-1発現の低下が認えられた。以上の研究結果より、当該年度の目標である転移能を有しないヒト唾液腺癌細胞から種々の臟器、リンパ節への転移を起こした細胞クローンのin vitroでの樹立は達成されたものと考える。前年度の研究実績より,非転移性ヒト唾液腺癌細胞株が転移性唾液腺癌細胞に悪性転換するin vitroでのシステムは樹立されたものと考える。従って当該年度においては、上記のシステムを用いてその転移機構に包含されているメカニズムの解析を行なった。

一般に癌の局所での増殖から浸潤・転移までのすべての過程において不可欠であるとされる腫瘍関連血管新生については、癌細胞から分泌される血管新生因子が重要であると考えられている。そこで、癌細胞から分泌される血管新生因子とその役割につき解析し、以下に述べる結果を得た。1.転移細胞クローンの培養上清(CM)中にはウシ大動脈由来血管内皮(BAE)細胞の増殖と遊走を促進する因子の存在することが判明した。2.CM中にはBAE細胞の蛋白分解酵素産生を抑制する因子の存在が確認された。そしてこれら1.と2.の作用を有する因子が上皮成長因子(EGF)であることを明らかにした。3.非転移性唾液腺癌細胞クローンに比較して転移細胞クローンはEGFを多量に分泌するにもかかわらず、EGFレセプター数に関しては同程度であった。4.さらに、EGFは癌細胞自らの転移能には影響を及ぼさず、BAE細胞に選択的に作用することが明らかとなった。従って、以上の所見より、転移性ヒト唾液腺癌細胞は非転移性癌細胞に比較して血管新生因子であるEGFを多量に産出・分泌し、しかも分泌されたEGFは自らの転移能には影響を及ぼさず、血管内皮細胞に選択的に作用して血管新生を促進することが明らかとなった。すなわち、EGFの作用はパラクリン機構を介して作用することが判明した。
ColE2プラスミドの複製開始複合体の構造と機能

ColE2プラスミドの複製系では,必須複製開始タンパク質(Rep)が複製開始部位(Ori)に特異的に結合してプライマーRNAを合成し,宿主大腸菌のDNA合成酵素Iがこれを利用してDNA合成を開始する.複製開始時にはRep-Ori-primer RNA-DNA合成酵素Iの複合体が形成されている可能性が考えられる.RepのC末端側約3分の1のペプチド(RepC117)も二量体を形成し,Repよりかなり弱いもののOriに特異的に結合する.Ori内には,複数の構造上あるいは機能上の部分領域が存在することが示唆されている.本年度の研究では,(Oriの構造,機能領域の解析)欠失および置換変異の解析よりOriが少なくとも3領域に分けられることを示した.Rep結合活性の低下した変異Oriの中にコピー数が上昇するものが見い出され,Repによる複製開始の負の調節の可能性が示唆された.(RepC117に特異的に結合する配列の詳細な解析)Hisタグを付けたRepC117をニッケルレジンに結合させたカラムとPCR法を用いて,ランダムな塩基配列をもつオリゴヌクレオチドからOri部位の左半分の領域に当たる共通配列を見い出した.この領域の大きさから判断するとRepC117中には複数のDNA結合ドメインが存在すると考えられる.(ColE2群プラスミドのRepと相同性を示す二つの複製開始タンパク質(Rep)をもつThiobacillus由来のpT32.1の複製開始機構の解析(SpainのDr.J.PereraおよびT.Aparicioとの共同研究))二つのRepの量産,精製を行った.複製開始タンパク質がプライメースであるプラスミドが広くグラム陰性菌から陽性菌にわたって存在していることを示している.ColE2プラスミドの複製系では,必須複製開始タンパク質(Rep)が複製開始部位(Ori)に特異的に結合してプライマーRNAを合成し,宿主大腸菌のDNA合成酵素Iがこれを利用してDNA合成を開始する.複製開始時にはRep-Ori-primer RNA-DNA合成酵素Iの複合体が形成されている可能性が考えられる.RepのC末端側約3分の1のペプチド(RepC117)も二量体を形成し,Repよりかなり弱いもののOriに特異的に結合する.Ori内には,複数の構造上あるいは機能上の部分領域が存在することが示唆されている.本年度の研究では,(Oriの構造,機能領域の解析)欠失および置換変異の解析よりOriが少なくとも3領域に分けられることを示した.Rep結合活性の低下した変異Oriの中にコピー数が上昇するものが見い出され,Repによる複製開始の負の調節の可能性が示唆された.(RepC117に特異的に結合する配列の詳細な解析)Hisタグを付けたRepC117をニッケルレジンに結合させたカラムとPCR法を用いて,ランダムな塩基配列をもつオリゴヌクレオチドからOri部位の左半分の領域に当たる共通配列を見い出した.この領域の大きさから判断するとRepC117中には複数のDNA結合ドメインが存在すると考えられる.(ColE2群プラスミドのRepと相同性を示す二つの複製開始タンパク質(Rep)をもつThiobacillus由来のpT32.1の複製開始機構の解析(SpainのDr.J.PereraおよびT.Aparicioとの共同研究))二つのRepの量産,精製を行った.複製開始タンパク質がプライメースであるプラスミドが広くグラム陰性菌から陽性菌にわたって存在していることを示している.
金属集積分子カプセルを用いた精密組織化

本年度は第4世代フェニルアゾメチンデンドリマーにTi化合物を精密集積した有機一無機精密ハイブリッドデンドリマー(Ti-DPAG4)を前駆体とすることで、酸化チタンナノ粒子のサイズを精密に制御し、その量子サイズ効果を明らかにした。Ti(acac)C13がDPAG4へ精密に集積されることをUV-visスペクトルによって明らかにした。Ti-DPAG4を基板上にキャストし、HC1水溶液蒸気による加水分解、もしくは500°Cでの熱分解によって酸化チタンへと変換した。バルク条件でそれぞれルチル形、アナターゼ形の結晶形を与えることをRamanスペクトルにより確認している。残留有機物は熱処理、UV-03処理により除去し、XPSにより確認した。得られた量子サイズ酸化チタンのサイズはAFM、TEMにより観測した。量子サイズ酸化チタンのバンドギャップは表面/界面吸収スペクトルのTaucプロットから算出した。6, 14, 30Ti-DPAG4から得られた量子サイズ酸化チタンのサイズは化学変換手法に関わらず、それぞれ1.0,1, 2, 1.5nmであり、その分散は0。2nmであった。これは、有機一無機精密ハイブリッドデンドリマーがナノ粒子の厳密サイズ制御に有効であることを示唆している。得られたナノ粒子のバンドギャップはサイズが小さくなるに従って大きくなり、同じサイズの量子サイズ酸化チタンでも化学変換手法によって異なる値を示した。これらのことは、酸化チタンにおける量子サイズ効果と結晶形の違いが量子サイズ領域に存在していることを示唆している。我々が独自に開発したπ共役デンドリマーを分子カプセルとして、原子数の厳密に制御された金属錯体の超階層構造の構築を目指した。幾何学的に密度勾配をもつ樹状構造体(デンドリマー)には分子内電子勾配が存在すると予想し、従来の直鎖状高分子とは全く異なる幾何構造で、単一の分子量の球状剛体の新規π共役デンドリマーヘ展開した。本年度は下記項目を推進した。1.有機一金属ヘテロ集積法の確立(1-1)有機カチオンの精密集積トリフェニルカチオンを有機カチオンとして用いて、デンドリマー内への有機カチオンの精密集積を実施した。有機カチオンの精密集積の普遍性を調べるために、種々のフェニルアゾメチンデンドリマーでの集積を計測、金属イオンと同様に扱える事を確認した。(1-2)有機一金属ヘテロ精密集積による分子カプセル化デンドリマー内の1から3層ごとに異なる金属が配列した多種金属高分子錯体を調整、トリフェニルカチオンを最外層(4層)に集積させカプセル化を実施した。2nmであった。
自己励起型ポリマーモデルによる株式市場の時間相関の研究

株式市場における高頻度データ,すなわち市場参加者による注文の集計履歴および成立した取引の履歴などのデータについての解析により,時系列データとしての時間相関に関する興味深い現象がいくつも発見されている。それら現象の発生原因を明らかにするため,ある仮説のもとで市場参加者の投資行動を統計力学の1次元ポリマーモデルで表現する。ポリマーのベースの空間を離散時間と考えることで離散時間の確率過程(離散モデル)を定義し,離散モデルがその現象を再現していることを確かめる。そのために,統計力学のクラスター展開とよばれる統計力学の手法を用いて,離散モデルのスケール極限により連続時間の確率過程(連続モデル)を構築し,連続モデルの分布がその現象を再現していることを示す。継続して実施している高頻度データの時系列としての長期記憶性についての理論的な研究において,取引頻度の異なる市場参加者が混在していることの重要性が明らかになってきた。本年度は,長期記憶性の研究を引き続き行うとともに,市場に間欠性やマルチフラクタル性などの複雑な現象が現れる要因として,取引頻度の異なる市場参加者間の相互作用に着目し,取引頻度の低い市場参加者グループから取引頻度の高い市場参加者グループへの投資行動のカスケード構造を導入することで,これらの現象を再現することに成功した。また東京証券取引所の高頻度データを用いた実証研究もあわせて行なった。これらの研究成果を学術論文として発表した。研究成果を学術論文として発表するなど,研究はおおむね順調に進展している。株式市場の記憶に関するボラティリティの時系列データの長期記憶性と取引符号の時系列データの長期記憶性という2つの現象について,ある仮説にもとづき離散時間の確率過程(離散モデル)を定義し,離散モデルがその現象を再現していることを確かめる。そのために,クラスター展開とよばれる統計力学の手法を用いて,離散モデルのスケール極限により連続時間の確率過程(連続モデル)を構築し,連続モデルの分布がその現象を再現していることを示す。人間行動の時間分布が,取引符号の長期記憶という現象に及ぼす影響の研究については,潜在的注文の分割発注の時間間隔のベキ指数は潜在的注文のサイズに依存すると仮定して,累積の取引符号を表現する確率過程を定義する。そして,そのスケール極限としての連続時間の確率過程をクラスター展開に加えて,Kotecky-Preiss理論,Pfisterの補題という統計力学の手法を用いて導出する。このとき,極限の確率過程は標準ブラウン運動と可算無限個の互いに独立で異なるハースト指数をもつ非整数ブラウン運動の重ね合わせであることが予想される。さらに,その確率過程はハースト指数が銘柄や期間による揺らぎが小さいという実証結果を再現することが期待される。すなわち,タイプの異なる投資家がハースト指数に与える影響を明らかにできると考えられる。仮説の妥当性を確かめるために,本研究費を用いて,東京証券取引所の高頻度データを各年度ごとに購入し,分析に必要な機器を購入する。また経済物理学や確率論の国内外の学会に参加するための旅費を本研究費から支出する。学会に参加することで情報の収集に努める。さらに連携研究者たちとのセミナーを定期的に行うことで議論を深めていく計画である。

さらに,その確率過程はハースト指数が銘柄や期間による揺らぎが小さいという実証結果を再現することが期待される。すなわち,タイプの異なる投資家がハースト指数に与える影響を明らかにできると考えられる。仮説の妥当性を確かめるために,本研究費を用いて,東京証券取引所の高頻度データを各年度ごとに購入し,分析に必要な機器を購入する。また経済物理学や確率論の国内外の学会に参加するための旅費を本研究費から支出する。学会に参加することで情報の収集に努める。さらに連携研究者たちとのセミナーを定期的に行うことで議論を深めていく計画である。本務高業務との兼ね合いで予定していた出張のスケジュールが合わなかったことなどが次年度使用額が生じた理由である。
海水環境に適用可能な外部流れのニ相流解析手法の開発

船底への空気供給による船舶推進抵抗低減技術(空気潤滑法)の高度化の観点から、本研究では、海水中を含む外部流れの二相流を対象とした新しい二相流解析手法の構築を最終目的とする。船底のような海水面下にある個体壁の周囲を流動する二相流の流動構造を高精度に予測する手法は発展途上であり、したがって、空気潤滑法による船体抵抗低減の最適化を図ることができない。本研究では、このような海水中を含む外部流れの二相流の流動構造と壁面摩擦特性を適切に再現できる新しい二相流解析手法を構築するため、以下の項目に重点を置いた実験的、解析的研究を行う。1.海水中を含む外部流れの二相流の流動構造に関するデータベースの構築。2.海水中を含む外部流れの二相流を対象とした二相流構成式の開発と空気潤滑法の設計指針提示。平成30年度は、船底を極力模擬した矩形チャネル内二相流の実験を継続して実施し、特に、二相流動構造の流れ方向の空間発達特性と流動様式に関するデータベースを取得した。取得された実験データに基づき、二相流動構造と摩擦抵抗特性に及ぼす影響因子を評価した。並行して本学所有の回流水槽に昨年度製作したモデル船を設置し、外部流れの二相流実験の予備実験と実験装置の改良を行った。モデル船を用いた実験では気泡流から気膜流までの広範な流速条件において外部流れの二相流の局所流動パラメータ(ボイド率分布、界面積濃度分布、気泡径分布)の空間発達を取得できるよう、計測系の改良を行った。さらに、海水中二相流の流動特性を評価するための静止液中気泡流実験を実施し、海水中二相流のモデル化や構成方程式の開発に必要となる気泡抗力係数と気泡の合一特性に関する実験データを取得した。当該年度の実施目標(矩形チャネル内二相流実験データベースの拡張、モデル船を用いた二相流実験の予備実験と装置の改良等)を年度内にほぼ達成できたため。モデル船による模擬船底下の二相流実験を行い、外部流れの二相流の局所流動パラメータ、流動様式マップおよび壁面摩擦抵抗に関するデータベースを構築する。模擬船底に形成する二相流の空間発達データを取得するため、当該年度中に実験装置を改造し、空気吹き出し方法と二相流計測部の位置を変更した実験を行う。これらの実験で得られたデータと矩形流路内二相流の実験データを比較することで、外部流れの二相流の流動特性を明らかにする。取得された実験データと解析結果に基づき、海水中を含む外部流れの二相流を対象とした各種二相流構成式を開発するとともに、空気潤滑法の設計指針(抵抗低減のための二相流動条件等)を提示する。外部流れの二相流構成式の開発において重要となる点は、ボイド率や界面積濃度などの流動パラメータを定義する際に必要となる空間領域を適切に設定することである。船底を流動する外部流れは、チャネル内流れと異なり、幅方向と深さ方向の空間が無限となるため、流動パラメータの解析領域を決定する代表長さを新たに定義する必要があるが、本研究では、試験部流路幅、空気吹き出し部の幅、境界層厚さを代表の空間スケールとして各種二相流構成式の開発を試みる。平成29年度は、主として、モデル船二相流実験装置の製作、二相流局所流動構造を取得するための計測系の整備および海水中二相流の流動特性を評価するための実験装置の準備を行った。本研究では、本学所有の回流水槽にモデル船を設置し、その船底に気泡を供給することで外部流れの二相流を形成する。テスト部には、船首から船尾にわたる二相流構造の空間発達特性を確認できるよう、船底の複数位置に空気供給孔と二相流局所流動パラメータ計測部および可視化観測部を設置できる構造とした。二相流界面構造データ(ボイド率分布、界面速度、気泡弦長)の測定には、テスト部流れ方向とスパン方向の任意位置に設置できる探針式プローブを用いた。また、外部流れの二相流界面構造の時空間変化特性と流動様式を詳細に観察するため、テスト部に高速度ビデオカメラを設置した。また、水平矩形流路内二相流ループにおいて、計測装置の動作確認、二相流局所流動パラメータ測定の課題抽出を行った。さらに、海水中二相流の流動特性を評価するための静止液中気泡流実験装置の準備を行った。当該年度の実施目標(モデル船二相流実験装置の製作、二相流局所流動構造を取得するための計測系の整備)を年度内にほぼ達成できたため。

船底への空気供給による船舶推進抵抗低減技術(空気潤滑法)の高度化の観点から、本研究では、海水中を含む外部流れの二相流を対象とした新しい二相流解析手法の構築を最終目的とする。船底のような海水面下にある個体壁の周囲を流動する二相流の流動構造を高精度に予測する手法は発展途上であり、したがって、空気潤滑法による船体抵抗低減の最適化を図ることができない。本研究では、このような海水中を含む外部流れの二相流の流動構造と壁面摩擦特性を適切に再現できる新しい二相流解析手法を構築するため、以下の項目に重点を置いた実験的、解析的研究を行う。1.海水中を含む外部流れの二相流の流動構造に関するデータベースの構築。2.海水中を含む外部流れの二相流を対象とした二相流構成式の開発と空気潤滑法の設計指針提示。平成30年度は、船底を極力模擬した矩形チャネル内二相流の実験を継続して実施し、特に、二相流動構造の流れ方向の空間発達特性と流動様式に関するデータベースを取得した。取得された実験データに基づき、二相流動構造と摩擦抵抗特性に及ぼす影響因子を評価した。並行して本学所有の回流水槽に昨年度製作したモデル船を設置し、外部流れの二相流実験の予備実験と実験装置の改良を行った。モデル船を用いた実験では気泡流から気膜流までの広範な流速条件において外部流れの二相流の局所流動パラメータ(ボイド率分布、界面積濃度分布、気泡径分布)の空間発達を取得できるよう、計測系の改良を行った。さらに、海水中二相流の流動特性を評価するための静止液中気泡流実験を実施し、海水中二相流のモデル化や構成方程式の開発に必要となる気泡抗力係数と気泡の合一特性に関する実験データを取得した。当該年度の実施目標(矩形チャネル内二相流実験データベースの拡張、モデル船を用いた二相流実験の予備実験と装置の改良等)を年度内にほぼ達成できたため。モデル船を用いた二相流実験の準備を継続して行う。気膜流から微細気泡流までの広範な流速条件において外部流れの二相流の局所流動パラメータ(ボイド率分布、界面速度分布、気泡径分布)の空間発達および壁面摩擦抵抗に関するデータを取得できるよう、計測系の改良を行う。次に、本学所有の回流水槽においてモデル船を用いた予備実験を実施し、外部流れの二相流の局所流動パラメータ(ボイド率分布、界面速度分布、気泡径分布、気泡層厚さ)の空間発達に関するデータを取得する。また、二相流流動様式遷移式の開発に必要となる流動様式マップを作成する。モデル船による模擬船底下の二相流実験を行い、外部流れの二相流の局所流動パラメータ、流動様式マップおよび壁面摩擦抵抗に関するデータベースを構築する。模擬船底に形成する二相流の空間発達データを取得するため、当該年度中に実験装置を改造し、空気吹き出し方法と二相流計測部の位置を変更した実験を行う。これらの実験で得られたデータと矩形流路内二相流の実験データを比較することで、外部流れの二相流の流動特性を明らかにする。取得された実験データと解析結果に基づき、海水中を含む外部流れの二相流を対象とした各種二相流構成式を開発するとともに、空気潤滑法の設計指針(抵抗低減のための二相流動条件等)を提示する。外部流れの二相流構成式の開発において重要となる点は、ボイド率や界面積濃度などの流動パラメータを定義する際に必要となる空間領域を適切に設定することである。船底を流動する外部流れは、チャネル内流れと異なり、幅方向と深さ方向の空間が無限となるため、流動パラメータの解析領域を決定する代表長さを新たに定義する必要があるが、本研究では、試験部流路幅、空気吹き出し部の幅、境界層厚さを代表の空間スケールとして各種二相流構成式の開発を試みる。
海洋アルカロイド、ラメラリンの分子作用機構に基づく新規抗ガン活性分子の設計と合成

DNAトポイソメラーゼIの阻害により抗ガン活性を示す海洋天然物ラメラリンの分子レベルでの酵素阻害作用機構に基づいて、イソラメラリン及びビスラクトンと命名した二種類の新規五環性化合物を抗ガン剤候補分子として設計し、合成した。イソラメラリンは、培養ガン細胞株HeLaに対して親化合物ラメラリンを凌ぐ高い増殖阻害活性を示すこと、及び、その作用は、ラメラリンと同じくトポイソメラーゼIの阻害に基づくことを明らかにした。海洋天然物ラメラリンは、トポイソメラーゼI阻害活性によりがん細胞の増殖を抑制する。ラメラリンの中心ピロール環の窒素原子の位置を変換した二種類のトポイソメラーゼI阻害活性候補分子(イソラメラリン及びビスラクトン)をデザインし、これらの合成と活性評価を行うことが研究目的であるが、平成21年度はこれらの基本骨格の構築法を検討した。1.イソラメラリンの合成ベンジルイソバニリンから始め、芳香環2位の素化、4-ブロモクロトン酸メチルとのReformatsky反応、及び生成した水酸基のメトキシメチル保護により、4-アリールー4-アルコキシー2-ブテン酸メチルとし、このものとトシルメチルイソシアニド(TosMIC)アニオンとの[3+2]双極子付加反応によりピロール環を構築した。次いで、このものの分子内Heck反応、脱水反応、及びエステル加水分解により7-ベンジロキシ-8-メトキシベンゾ[g]インドール-3-カルボン酸とし、2-プロモ-5-ベンシロキシ-4-メトキシフェノールとのエステルとした。現在は、このものの分子内Heck反応による五環系基本骨格への変換を検討中である。2.ビスラクトン型イソラメラリンの合成フマル酸ジエチルとトシルメチルイソシアニド(TosMIC)との[3+2]双極子付加反応次いでアルカリ加水分解により得たピロール-2,5-ジカルボン酸を、2,4-ジヒドロキシベンゼンから別途2工程で調製した2-プロモ-5-イソプロポキシベンゼンとジエステル化した。このものの分子内ダブルHeck反応による1段階での五環系ビスラクトン基本骨格への変換を試みたが、半環化体で反応が停止した。現在このものからビスラクトンへの変換を検討中である。海洋天然物ラメラリンをモデルとして、そのトポイソメラーゼI阻害作用の分子作用機構に基づき、ラメラリンの中心ピロール環の窒素原子の位置を変換した二種類のトポイソメラーゼI阻害活性候補分子(イソラメラリン及びビスラクトン)をデザインし、これら化合物の合成と活性評価を行うことが研究目的である。本年度はイソラメラリンの合成ルートの確立を重点的に検討した。イソラメラリンは、TosMICを用いたピロール環形成反応、分子内Heck反応及びSuzuki-Miyaura交差カップリング反応を基軸とする合成計画を立てた。平成21年度は、ベンジルイソバニリンから始め、芳香環2位の臭素化、4-プロモクロトン酸メチルとのReformat sky反応、トシルメチルイソシアニド(TosMIC)アニオンとの[3+2]双極子付加反応によりるピロール環の構築及び分子内Heck反応等による2-プロモ-7-イソプロポキシ-8-メトキジヒドロシベンゾ[g]インドール-3-カルボン酸エステルまでの変換を達成した。本年度は、このものと4-イソプロポキシ-2-メトキシメトキシフェニルボロン酸とのSuzuki-Miyaura交差カップリング反応、ラクトン化、及び脱保護により、イソラメラリン(IL-1)の合成に成功した。また、本化合物は、ヒト子宮癌由来HeLa細胞に対して、親化合物であるラメラリンDや臨床抗ガン剤カンプトテシン以上(約2倍程度)の高い増殖阻害活性を示すことが明らかになった。また、トポイソメラーゼI阻害活性試験に於いては、本化合物はラメラリンDと同様に強く本酵素作用を阻害することが明らかになった。今後は、in vitroでの動物実験に耐えうるような、水溶性基を導入した誘導体の合成を行う予定である。前年度までに、新規トポイソメラーゼ阻害物質であるイソラメラリンの合成に成功し、このものが培養がん細胞HeLaに対して親化合物ラメラリンを凌ぐ高い増殖阻害活性を示すことを明らかにした。本年度は対称性の候補分子ビスラクトン及びラクタム型のアザイソラメラリンの合成と生理活性の検討を行った。ビスラクトンは、マレイン酸ジメチルとTosMICとの[3+2]双極子付加環化反応及び臭素化により調製した2,5-ジブロモピロール-3,4-ジカルボン酸エチルと4-イソプロポキシ-2-メトキシメトキシフェニルボロン酸エステルとのダブルSuzuki-Miyauraクロスカップリング反応を基盤として、全8工程通算収率17%で合成した。ビスラクトンのがん細胞(HeLa)及び正常細胞(Vero)に対する増殖阻害活性を調べたが、いずれの細胞に対しても100nM濃度でも顕著な活性を示さなかった。また、10μM濃度でトポイソメラーゼIに対する酵素阻害活性も認められなかった。

活性が消失した理由は、(1)ビスラクトンとすることで分子全体の構造が変化し酵素の結合部位に適合しなくなったこと、あるいは、(2)接近した二つのカルボニル基を有しており、これらの非共有電子対の反発によりラクトン環が不安定で、生理的な環境下で加水分解され代謝されたことが考えられる。イソラメラリンは生体内で加水分解される可能性があるラクトン環を有しているので、より安定なラクタム環に変換したアザイソラメラリンを合成し生理活性を調べた。アザイソラメラリンは、イソラメラリンの合成中間体2-プロモ-7-イソプロポキシ-1-メチル-8-メトキシ-1H-ベンゾ[g]インドール-3-カルボン酸メチルと4-ベンジルオキシ-2-tert-ブトキシカルボニルアミノフェニルボロン酸エステルとのSuzuki-Miyauraクロスカップリング反応、脱Boc化、ラクタム化、及び脱イソプロピル化反応により合成した。アザイソラメラリンのHeLa細胞に対する毒性をMTT法により調べたが、イソラメラリンの約1/3.5の活性しか示さなかった。この理由は、ラクタム部分が互変異性によりラクチム型へと変化しているためと考えられる。N-アルキル化等により互変異性化を防ぐことにより活性が増大する可能性がある。
個体発生・細胞分化過程の金属支援生体機能科学"メタロミクス"研究の推進

細胞や組織、臓器などの微少量の生体試料に対応した微量元素分析技術の開発に取り組むとともに、それらの技術を応用して、大腸菌やユーグレナ、さらにサケ受精卵の胚部分の網羅的な元素分析を実施した。これらの結果を通して、細胞内にはNa、Mg、K、Ca等の常量元素からCo、Mo、Ni、Cd、さらにUやREEs(希土類元素)等の超微量元素まで、あらゆる元素が存在していることを実証した。また、個体発生や細胞の分化・増殖の過程において、細胞内元素濃度に変化が見られたことから、元素が選択的に取り込まれ利用されていることが強く示唆される結果を得た。微量元素がタンパク質などの生体分子とどのように協調して生命システムを維持しているのかをゲノムスケール、細胞レベルで探索することを目的として、本年度は数mgの固体試料をサンプルロスとコンタミネーションを極力抑えて完全に溶液化する技術の開発、μL以下の希少/微少量の試料でppt以下の超微量元素を網羅的に定量するためのマイクロネブライザおよびマイクロインジェクション試料導入システムの構築、さらに、タンパク質を精密に分離するためのモノリスカラム技術の改良を図った。また、大腸菌の培養、サケ受精卵の飼育条件の最適化を図った。主な成果を以下にまとめる。1.微少量試料対応マイクロネブライザ/マイクロインジェクション試料導入システムの開発市販の同軸型ネブライザーにキヤピラリー管を挿入して着脱式のマイクロネブライザを試作した。噴霧口径の微小化とマイクロポンプによる定流量送液を試みた結果、微細液滴を効率よく生成させることに成功し、誘導結合プラズマ質量分析装置(ICP-MS)に関して、従来比1/100から1/1000の試料消費量で従前と変わらぬ感度、精度を達成した。また、試料導入速度が1/100になったことから、装置に及ぼす負荷が軽減され、有機溶媒100%、1mol/Lレベルの高濃度塩溶液をICP-MSに直接導入しても安定にプラズマを点灯させることが可能となった。前述のマイクロインジェクション試料導入システムの性能を最大限に引き出せる分離システムの開発を目指し、モノリスカラム技術を活用して内径1mmのマイクロボアカラムを試作した。特に本年度は陰イオン交換モノリスカラムの高性能化に取り組み、タンパク質やDNAの分離に関して市販のカラムと同等の分離を短時間で行うことに成功した。また、ICP-MSによるリンの選択的検出によりリン酸化タンパク質やDNAを高感度に定量する方法を確立した。微量元素がタンパク質などの生体分子とどのように協調して生命システムを維持しているのかをゲノムスケール、細胞レベルで調査することを目的として、本年度は、金属酵素・金属タンパク質を探索するためのハイフネーテッド分析システムを構築し、その実用可能性をヒト血清タンパク質の分析を通して評価した。また、重金属暴露によるサケ受精卵の発育影響に関する研究を行うために、飼育条件の最適化を図り、銅、亜鉛、カドミウムに暴露させたサケ受精卵、数百サンプルを収集した。一方、1細胞分析を目指して、細胞直接導入/誘導結合プラズマ質量分析装置(ICP-MS)を試作・評価した。タンパク質に結合している金属イオンの多くは、安定度定数が低いため、分析操作の過程においてタンパク質から脱離する。本実験では、金属イオンの脱離が起こりにくい陰イオン交換モードのカラムの作製と分離条件の最適化・高速化を検討した。モノリスカラム技術を駆使して、カラムサイズ、交換容量の最適化を図り、温和な移動相条件下、市販カラムと同等ないしそれ以上の分離能を有する陰イオン交換モノリスの作製に成功した。また、この分離装置の後段にICP-MSを接続してヒト血清タンパク質の元素選択的検出を試みたところ、セルロプラスミンに結合した銅、トランスフェリンに結合した鉄等のピークを明瞭に観察できた他、様々な微量金属元素が結合している多くのタンパク質・ペプチドの存在を明らかにすることができた。一般にICP-MSはESI-MSにような有機質量分析法よりも感度が23桁高いため、プロテオーム解析の新たな切り口として期待される。2.細胞直接導入/ICP-MSの試作と酵母細胞の多元素分析細胞分散液を効率よく輸送できるインターフェースデバイスの開発、多元素同時計測が可能な飛行時間型の質量分析計の採用、スキャンニング計測時間の最適化により、細胞1個でMg, P, Ca, Fe, Cu, Zn等の必須微量元素を同時定量することに成功した。個体の発生や恒常性の維持に不可欠な微量元素をゲノムスケール、細胞レベルで調査・探索することを目的として、本年度はこれまでに開発・改良を重ねてきた微量元素分析技術を駆使して、1)サケ受精卵の発生過程における胚中微量元素の変動解析、2)大腸菌、ユーグレナ1細胞に含まれる微量元素の濃度(原子数)マップの作成を行った。

1.サケ受精卵の発生過程における胚・仔魚中微量元素の網羅的な変動解析数mg程度の微小な胚部分を摘出し、マイクロ波酸分解後、ICP-MSにて網羅的な元素分析を実施し、Na,Mg,K,Ca等の常量元素からCo,Mo,Ni,Cd,U等の超微量元素に至るまで、合わせて47元素の定量に成功した。受精後稚魚期まで経時的な濃度変化を追跡したところ、Zn,Fe,Se,Cuの必須微量元素が発生の初期の段階において極めて高濃度で存在することが確認された。また、卵黄嚢から胚への元素の移行率を調査したところ、10%以下のものから100%近いものまで実に様々であり、さらに取り込まれる時期にも元素間で違いが見られた。これらの結果から、胚発生過程において元素が選択的に取り込まれていることが強く示唆された。また、重金属曝露による受精卵の発育影響を調査したところ、1ppmのCu,Zn,Pbに暴露させた受精卵では、死卵が増え、成長に遅れが見られた。この受精卵の内液を取り出し、HPLC/ICP-MSにより化学形態別分析を実施したところ、メタロチオネイン様のタンパク質の合成が示唆される結果が得られた。2.大腸菌、ユーグレナ1細胞に含まれる微量元素の濃度(元素数)マップの作成飼育が容易でゲノム解析の進んでいる大腸菌(原核生物)、および最近注目を集めているユーグレナ(真核生物)を分析対象として選び、その網羅的な元素分析を実施し、1細胞に含まれる元素の種類と個数を三次元周期表として公開した。元素が生体に及ぼす影響は、共存する他の成分との相互作用や相乗作用、あるいは拮抗作用により変化すると考えられる。今回の元素存在量マップは、元素の必須性や生命システムを理解する上で貴重な基礎データとして活用されることが期待される。
非線形スパース標本化理論と超解像への応用

本研究では,スパース信号に対する複数チャンネル標本化と,スパースサンプリングに基づく画像特徴量抽出に関する研究に取り組んだ.前者は主に初年度の課題であり,信号の事前分布とl1ノルム最小化原理をそれぞれ利用した2種類の信号再構成アルゴリズムを提案した.また,次年度は主に後者に取り組み,画像に含まれる直線エッジの完全抽出アルゴリズムを開発した.そして,提案手法の雑音耐性が従来手法より約10dB優れていることを計算機実験により示した.本研究では,スパース信号に対する複数チャンネル標本化と,スパースサンプリングに基づく画像特徴量抽出に関する研究に取り組んだ.前者は主に初年度の課題であり,信号の事前分布とl1ノルム最小化原理をそれぞれ利用した2種類の信号再構成アルゴリズムを提案した.また,次年度は主に後者に取り組み,画像に含まれる直線エッジの完全抽出アルゴリズムを開発した.そして,提案手法の雑音耐性が従来手法より約10dB優れていることを計算機実験により示した.本年度は、非線形標本化理論の具体例であるインターレース標本値からの信号再構成に関する研究を行った。一般に信号は、高密度の標本化を行えば行うほど、標本化に伴う情報損失を低減でき、より精密な信号再構成が可能になる。しかし、物理的、あるいは経済的な理由から、高密度標本化が常に可能とは限らない。このような場合に、低密度の標本化を、位置ずれを伴いながら繰り返し行うことで、高密度標本化と同じ効果を得ることができる。これをインターレース標本化と呼ぶ。ただし、位置ずれ量は未知であることが多く、その結果、本問題は非線形となる。例えば、低解像度カメラで手ブレを伴いながら複数の画像を撮影し、それらから高解像度画像を生成する超解像処理が典型例であり、複数のエンコーダーを用いて音信号をサンプルする場合も本問題に該当する。この問題を解決するにあたり、本研究では2種類の前提知識をそれぞれ独立に用いた解決手法を開発した。第1の前提知識は観測対象信号の事前分布であり、第2は観測対象信号のスパース性である。前者を用いた場合には、事後確率最大化(MAP)法に基づくアルゴリズムを開発した。後者については、類似の先行研究であるCompressed Sensingで用いられている11ノルム最小化原理を応用したアルゴリズムを開発した。コンピューターシミュレーションの結果、それぞれの手法の有効性を確認した。これらの研究成果は、国際会議における発表論文に結実している。最終年度となる本年度は,スパースサンプリング理論を用いた画像特徴量抽出,特に直線エッジの正確な抽出に関する研究に取り組んだ.直線エッジ抽出の標準的な手法であるハブ変換には,精度の原理的限界や計算速度の遅さなど,多くの問題点がある.これらの問題点を解決する為に,スパースサンプリングの手法を用いて,雑音の無い画像から直線エッジを正確に抽出できる手法が提案されている.しかし,この方法では点広がり関数(PSF)のモデル化にB-spline関数を用いており,画像に雑音が含まれている場合にはそれに敏感に反応してしまうという問題点があった.そこで本年度の研究では,PSFのモデル化にTrigonometric E-splineと呼ばれる関数を用いることにより,雑音に対してより頑健な性能を有する直線エッジ抽出手法を開発した.Trigonometric E-spline関数は,三角多項式を表現でき,かつコンパクトサポートをもつ関数であり,B-splineに類似した形状を表現できる.提案手法は,画像に雑音が含まれない場合には,従来手法と同様に直線エッジの表現パラメータである振幅,方向角,切片を正確に求めることができる.そして,画素に雑音が含まれている場合には,B-splineを用いた従来手法に比べて,信号対雑音比が10dBであるときに,方向角は1.86dB,切片は9.64dB改善されることを計算機実験により示した.また,Canny法を前処理として用いることにより,局所的な直線エッジを抽出可能であることを示した.この成果を超解像処理に適用することにより,雑音に対して頑健な処理を行えることを示した.なお,この研究を集中的に遂行する為に,当該分野の先行研究を発表していたImperial College LondonのPier-Luigi Dragotti准教授の研究室に3ヶ月の滞在を実施した.
ポリグルタミン病に対する分子治療法の確立

ポリグルタミン(PolyQ)病は種々の脊髄小脳変性症、ハンチントン病などを含む一群の難治性神経変性疾患の総称で、異常伸長PolyQ鎖が病的コンフォメーションを獲得し、難溶性凝集体の形成あるいは病的な蛋白質間相互作用などにより神経変性を引き起こすと考えられている。我々はこれまでに異常伸長PolyQ鎖選択的に結合するペプチドQBP1が試験管内、培養細胞において異常伸長PolyQ蛋白質の凝集体形成・細胞死を抑制することを明らかにしてきた。本研究では(1)異常伸長PolyQ蛋白質による神経変性に対するQBP1の生体内での抑制効果を明らかにすることを目的として、PolyQ病ショウジョウバエモデルを用いた遺伝学的解析を行った。ショウジョウバエ複眼に異常伸長PolyQ蛋白質と共にQBP1を共発現させると、PolyQ蛋白質の凝集体形成・複眼変性を著明に抑制することを見い出した。また神経系に異常伸長PolyQ蛋白質とQBP1とを共発現させると、異常伸長PolyQ蛋白質による神経変性・寿命短縮の著明な改善を認めた。また(2)QBP1の結合による異常伸長PolyQ蛋白質凝集阻害の分子機構を解明することを目的とし、異常伸長PolyQ鎖の病的コンフォメーション獲得に対する影響を検討した。QBP1結合時の異常伸長PolyQ蛋白質の円偏光二色性分散を測定したところ、二次構造に大きな変化を与えないことから、QBP1は病的コンフォメーション獲得より下流でPolyQ蛋白質凝集形成を阻害していると考えられた。一方、PolyQ蛋白質凝集体のフーリエ変換赤外分光光度測定では溶液状態に比べ、β-sheet含有率の増大を認め、電子顕微鏡観察ではアミロイド様の線維状構造物を見い出したことから、異常伸長PolyQ蛋白質は他のアミロイド性蛋白質と同様に、β-sheetへのコンフォメーション変化→線維状凝集体形成という過程で凝集体を形成すると考えられた。以上の結果から、異常伸長PolyQ鎖選択的結合ペプチドQBP1のin vivoでの治療効果を示すと共に、異常伸長PolyQ蛋白質のβ-sheetへのコンフォメーション変化→線維状凝集体形成という過程を阻害することが、ポリグルタミン病の治療標的となると考えられた。