hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ニュートリノ観測から制約する核－マントルの化学組成

我が国が地球ニュートリノの検出に、世界に先駆けて成功してから、10年余が経ち、データ蓄積量が地球深部における放射性元素の直接観測が可能なレベルに達している。一方、核-マントルの熱進化の理解が進んでいない。本研究ではKamLAND近傍の地球ニュートリノ流量モデリングの精度を地球科学的アプローチから向上させ、マントル中のウラン、トリウム濃度を決定する。また、到来方向検知型ニュートリノ検出器の開発を推進する。そのため、当該年度は、数百に及ぶ岩石試料の分析結果を組み合わせて、主要元素と微量元素組成の間の相関関係を見出すための作業を実施した。さらに、トモグラフィから得られる地殻浅部構造の情報及び、岩石種に依存する地震波速度情報を組み合わせることで、日本島弧地殻の岩石組成モデルを組み立てた。そのために必要となる地震波速度構造と元素組成を結びつけるための基礎データを拡充した。地下温度構造より、地球物理・岩石学のデータと最も整合的な、島弧地殻内の温度とウラン、トリウムの分布を得ることを目的として、地殻内の放射性発熱量や熱伝導率の分布の高精度化を行った。そして、これらの情報を地球ニュートリノの実測データと組み合わせ、マントル内部のウラン、トリウム濃度を地球ニュートリノ観測から決定する新たな手法の開発を行った。開発した手法を他の地球ニュートリノ観測において、ニュートリノ流量モデリングに適用できるかの検討を実施した。方向到来検知型ニュートリノ検出器開発については、プロトタイプを完成させ、ミューオンや放射線源を用いた実測値を用い、反ニュートリノ到来方向測定の測定感度を求め、中性子線源を用いたプロトタイプ検出器の検証を行い、高統計で到来方向測定の感度を求めた。反ニュートリノ到来方向測定感度に基づいたシミュレーションに基づいて検出器をデザインした。1当初計画されていた数百に及ぶ岩石試料の分析結果を組み合わせて、主要元素と微量元素組成の間の相関関係を見出すための作業は完了した。2日本島弧地殻の岩石組成モデルを組み立てることを目的とした地震波トモグラフィと岩石種に依存する地震波速度情報を組み合わせる作業は完了した。3地下温度構造より、地球物理・岩石学のデータと最も整合的な、島弧地殻内の温度とウラン、トリウムの分布を得ることを目的として、地殻内の放射性発熱量や熱伝導率の分布の高精度化を行った。1ー3の情報を地球ニュートリノの実測データと組み合わせ、マントル内部のウラン、トリウム濃度を地球ニュートリノ観測から決定する新たな手法の開発に成功し、これを国際誌に発表した。4開発した手法を他の地球ニュートリノ観測において、ニュートリノ流量モデリングに適用できるかの検討を実施した。5方向到来検知型ニュートリノ検出器開発については、プロトタイプを完成させ、ミューオンや放射線源を用いた実測値を用い、反ニュートリノ到来方向測定の測定感度を求め、中性子線源を用いたプロトタイプ検出器の検証を行い、高統計で到来方向測定の感度を求めた。KamLAND近傍の地球ニュートリノ流量モデリングは2005年に構築されたが、地球ニュートリノ流量のうち約70%を占める地殻部分の見積もりは世界の平均的な地殻構造と放射性元素濃度が用いられており、我が国における地球科学の知見がいかされていない。我が国には、他国には見られない膨大な地震波データがあり、また地震観測井等を利用した高密度の地殻熱流量測定も実施されている。3次元の地震波度構造情報、熱流量データの整理と解析による地下温度構造モデリング、日本国内で産出される岩石試料の分析結果を組み合わせ、島弧地殻内のウラン、トリウムの3次元的な分布を精度良く求めることによって、地球ニュートリノ流量モデリングの高精度化・高信頼度化が実現できる。本年度の研究では火山岩の化学分析結果を組み合わせて、主要元素と微量元素組成の間の相関関係を見出し、トモグラフィから得られる地殻浅部構造の情報及び、岩石の地震波速度を活用することで、日本島弧地殻の岩石組成モデルを構築することで、新たな地球ニュートリノ流量モデリング技術の開発を完成させ、これをKamLANDデータに適用することで、マントルに含まれる放射性元素(ウラン、トリウム)濃度測定を世界に先駆けて行う。一方、地球の高解像度3次元マッピングを将来可能とする検出器については、これまでに、リチウム含有液体シンチレーターと高位置分解能イメージング検出器の開発結果を合わせることで地球ニュートリノの到来方向が検知できることと、その効果が示されている(Tanaka and Watanabe, Sci. Rep. 2014)。保有するリチウム化合物を用いることでプロトタイプ検出器を作成し、中性子線源による地球ニュートリノ飛跡決定のデモンストレーションを行い、革新的観測技術による到来方向検知精度を定量化することで、検出器デザインを完成させる。2005年我が国で世界に先駆けて、地球ニュートリノが観測されて以降、地球ニュートリノ研究は我が国の地球惑星科学と密接に連携しない状態で個別に発展してきたため、研究者間で本来共有できるはずの地球科学的知見が横断的に活用されていない。これでは研究分野の発展はありえない。この限界を乗り越える方法が、当研究テーマである「ニュートリノ観測から制約する核ーマントルの化学組成」である。本領域を創成する過程で、素粒子物理学、地球科学の境界領域において、お互いの成果を利用できる体制を整備し、異分野間の連携を継続的に強化することに本研究の特色がある。我が国で測定される地球ニュートリノ流量の統計精度は本領域研究が終了するまでに世界最高精度に達する予定である。

その結果、マントル内部の主要熱源である放射性物質量を直接反映する地球ニュートリノの観測頻度の見積量がより正確になる。従って、地球ニュートリノ観測データから地球内部の熱生成がより正確に計算できる。核ーマントルにおける発熱量は、地球内部の対流の様子や、地球を形成した始原隕石の種類と密接に関係しており、観測精度向上は様々存在するマントル発熱量モデルの識別精度の向上を意味し、多くの新たな知見をもたらす。また、本研究で開発されるもう一つの柱である到来方向検知型ニュートリノ検出器を発展させれば、従来技術では不可能とされていた地球深部のウラン、トリウム分布の3次元イメージングも将来可能となる。この2本の柱に対して、平成27年度は岩石試料の分析、地下温度構造モデリング、KamLANDデータの解析、到来方向検知型ニュートリノ検出器開発の4項目に対して、立ち上げ及び基礎技術開発を進めた。H27年度:H27年度は立ち上げ及び基礎技術開発に重点を置き、以下の3つの項目について実施する。(1)【岩石試料の分析】日本国内で産出する、深度や場所が異なる5地域の岩石試料試料について,試料を分析した。そのうち、平成27年度はユーラシアプレート上の下部地殻(西南日本)より2地域の試料を分析した。(2)【地下温度構造モデリング】日本列島陸域の地震観測井・地下水観測井等における孔内温度分布計測データを収集・整理した。これらの温度データに対する、地表面温度の時間変動や地下水流動の影響を、数値計算や孔内温度の長期計測によって評価し、補正を行った。(3)【KamLANDデータの解析】平成27年度中には、2013年の論文発表から更に3年程度の原子炉停止期間のデータが蓄積され、その雑音の少ないデータを用いて検出器自体の理解を進め、地球ニュートリノ観測の背景ノイズイベントの理解、検出器由来の系統誤差の低減を行った。(4)【到来方向検知型ニュートリノ検出器開発】これまでに行って来たリチウム含有液体シンチレーターと高位置分解能イメージング検出器の開発結果を合わせることで、20リットル程度の小型テスト検出器を製作した。既存の実験装置を最大限に利用し、低コストかつ迅速に実験を進め、各要素の性能評価と最終デザインに向けた改善点の洗い出しを行った。また、並行してリチウム含有液体シンチレーターの長期安定性向上に向けた開発を行った。我が国が地球内部放射性元素起源のニュートリノ(地球ニュートリノ)の検出に、世界に先駆けて成功してから、10年余が経ち、データ蓄積量が地球深部における放射性元素の直接観測が可能なレベルに達している。一方、マントル内の主要な熱源である放射性元素の種類と量は未だに分かっておらず、核-マントルの熱進化の理解が進んでいない。本研究では巨大反電子ニュートリノ検出器(KamLAND)近傍の地球ニュートリノ流量モデリングの精度を地球科学的アプローチから向上させ、期間内に蓄積量が倍加する地球ニュートリノ観測データと合わせてマントル中のウラン、トリウム濃度を決定する。
リグニン有効利用の鍵となるβ-O-4結合切断酵素の機能解析と応用研究

リグニンは地球上のバイオマスとしてはセルロースに次いで2番目に多く、化石資源を代替する芳香族化学品原料として大きく期待されている。リグニンモノマー間に最も多いβ-O-4結合を特異的に切断する一連の反応を触媒する酵素群を海洋微生物から発見し、組換え生産に成功した。一方、本海洋微生物が示すリグニンモデル化合物に対する代謝適応に関する知見も得ることができた。上述の取得酵素をバイオリファイナリーにおけるリグニン変換触媒として利用するため、反応最適条件(pH、温度など)を求めた。さらに「稲わら」や「杉おが粉」などの未利用バイオマスを原料として目的芳香族化合物が生産可能であることを示すこともできた。21世紀初頭は石油など化石資源に依存した社会を、バイオマスなど再生可能資源に依存したシステムに変革する過渡期であり、バイオマスから体系的にエネルギー・化学品を生産する戦略と研究開発が求められる。植物構成成分であるリグニンは地球上のバイオマスとしてはセルロースに次いで2番目に多い。各国でリグニンの有効利用に関する研究が注目され始めているのは、リグニンはその構造から石油を原料とする化学製品の95%を代替するポテンシャルがあると言われており、所謂バイオリファイナリーの原料として大きく期待されているからである。今後各国でリグノセルロースからのバイオエタノール生産規模が拡大した場合、リグニンは発酵残渣としても多量に生成される可能性が高い。多量に排出される木質廃棄物系バイオマス(間伐材、製材廃材、キノコ菌床、茶殻、稲わらなど)の利用促進も、資源の有効利用の観点から極めて重要な課題である。リグニンは数種類の芳香族化合物が主にβ-O-4結合で重合した物質である。β-O-4結合を選択特異的に切断する酵素の発見がリグニン有効利用への大きな鍵と言える。様々な環境由来の微生物を対象にスクリーニングを実施した結果、β-O-4結合を選択的に効率よく切断する微生物を深海に沈降していた枕木より発見することに成功した。さらに平成25年度は同微生物の部分的ゲノム配列解析を行い、その配列情報を基にβ-O-4結合を特異的に切断するための関連酵素2種の遺伝子の取得に成功した。大腸菌を宿主としてこれらの遺伝子の発現を検討した結果、ヒスタグを付与した目的酵素の高生産に成功した。これらの成果に関して国内の学会(日本木材学会および日本農芸化学会)にて報告した。多量に排出される木質廃棄物系バイオマス(間伐材、製材廃材、キノコ廃菌床、茶殻、稲わらなど)の利用促進も、資源の有効利用の観点から極めて重要な課題である。様々な環境由来の微生物を対象にスクリーニングを実施した結果、β-O-4結合を選択的に効率よく切断する微生物を深海に沈降していた枕木より発見することに成功し、同微生物の部分的ゲノム配列情報を基にβ-O-4結合を特異的に切断するための関連酵素2種の遺伝子の取得に成功している。平成26年度は同2種の重要酵素をコードする遺伝子の周辺のゲノム解析を行った。その結果、リグニン内β-O-4結合を特異的に切断するために必要な残り3種の遺伝子の発見に成功した。これで必須な酵素遺伝子セット(5種遺伝子)は全て揃った。これら5種遺伝子を大腸菌を宿主として発現することにも成功した。さらに同5種の遺伝子組換え酵素を触媒群とした酵素反応により、リグニンβ-O-4結合モデル化合物のβ-O-4結合部分を特異的に効率良く切断することにも成功した。この成果を日本農芸化学会(岡山大学、2015年3月)にて発表した。またゲノム解析結果の概要を論文発表(2015年1月)した。リグニンはその構造から石油を原料とする化学製品の95%を代替するポテンシャルがあると言われており、所謂バイオリファイナリーの原料として大きく期待されている。26年度までに本研究の最重要課題であった、リグニンに最も多く含まれているβ-O-4結合を特異的に切断する酵素群(5種の酵素から成る酵素群)を発見することに成功し、さらにこれらの酵素を大量生産することにも成功した。27年度はこれら5種の酵素をより効率的に工業用触媒として利用するという視点から、各々の酵素反応の反応最適条件(pH、温度、塩濃度など)を求めることができた。この成果を日本農芸化学会2016年度大会(2016年3月、札幌)にて発表した。一方、平成25、26年度は酵素反応実験の出発基質として(比較的扱いやすい)リグニンモデル化合物を用いてきたが、27年度は天然由来リグニン(産業分野に於いても実践的な)を調製し、これを酵素法の出発基質として用いるという課題に取り組んだ。

様々な検討の結果、産業廃棄物である「稲わら」や「杉おが粉」よりリグニン画分を調製することが可能となり、さらに同リグニンを基質として酵素反応実験を試行した結果、何れからも目的芳香族化合物の抽出に成功した。産業廃棄物など未利用バイオマスに含有するリグニンから酵素法により、目的芳香族化合物抽出が可能であることを示す良好な結果を得ることができた。リグニンは地球上のバイオマスとしてはセルロースに次いで2番目に多く、化石資源を代替する芳香族化学品原料として大きく期待されている。リグニンモノマー間に最も多いβ-O-4結合を特異的に切断する一連の反応を触媒する酵素群を海洋微生物から発見し、組換え生産に成功した。一方、本海洋微生物が示すリグニンモデル化合物に対する代謝適応に関する知見も得ることができた。上述の取得酵素をバイオリファイナリーにおけるリグニン変換触媒として利用するため、反応最適条件(pH、温度など)を求めた。さらに「稲わら」や「杉おが粉」などの未利用バイオマスを原料として目的芳香族化合物が生産可能であることを示すこともできた。本研究の最重要課題であった、リグニンに最も多く含まれているβ-O-4結合を特異的に切断する酵素群遺伝子クラスターを発見することに成功した。続いて、扱いやすい微生物である大腸菌を宿主にして遺伝子組換えによりこれらの酵素群を大量生産することにも成功した。これらの研究進捗から判断し、研究全体として概ね順調に進んでいると自己評価する。応用微生物学本研究の最重要課題であった、リグニンに最も多く含まれているβ-O-4結合を特異的に切断する酵素群を発見することに成功し、さらに大量生産することにも成功した。次の発展課題として、今後はこれら5種の酵素をより効率的に触媒として利用するために、同5種の酵素反応の反応最適条件(pH、温度、塩濃度など)を求める。一方、平成25,26年度は酵素反応実験の出発基質として扱いやすいリグニンモデル化合物を用いてきたが、今後は未利用バイオマスから直接天然由来リグニンを調製し、これを出発基質として酵素反応実験を行うことで、より産業分野に於いて実践的な目的芳香族化合物抽出の検討を行う。リグニンは数種類の芳香族化合物が主にβ-O-4結合で重合した物質である。β-O-4結合を選択特異的に切断する酵素の発見がリグニン有効利用への大きな鍵と言える。本研究の主課題であるリグニン内β-O-4結合特異的切断酵素の遺伝子配列解析が順調に進んでおり、さらに大腸菌での同遺伝子の発現にも成功していることなど研究全体として概ね順調に進んでいる。平成26年度に2回のmate-pair解析を実施し、得られたデータでゲノムDNA配列解析を行った結果、本研究課題の目的に必須な遺伝子(合計5種)は全て同じクラスター内に存在していると予測できた。当初はさらに複数回のmate-pair解析とサンガー法によるゲノム解析を行いホールゲノム解析を完結させる計画をしていたが、5種の遺伝子全てのゲノム上の位置が早期に推定できた時点で、各々の遺伝子機能の確認実験に移行した。異種宿主による酵素遺伝子発現が不可能な場合を想定し、生産菌自体の遺伝子破壊実験を準備していたが、幸運にも全ての遺伝子が大腸菌で発現できた。
水分摂取行動を制御する神経機構の解明

申請者はこれまでの研究で、脳弓下器官(SFO)において水分摂取を指令するニューロン(水ニューロン)を同定し、塩欠乏時に分泌されるコレシストキニン(CCK)が抑制性ニューロンを介して水ニューロンの活動を抑制することを明らかにした。本研究では、SFOにおいてCCKを分泌する細胞の同定および水ニューロンの下流神経回路の解析に挑戦した。申請者は、高頻度逆行性レンチウイルスベクター(HiRet)を用いてSFO内にCCKを分泌する細胞の同定を試みた。HiRetは神経細胞の神経終末から取り込まれ、細胞体においてレポーター遺伝子を発現させる。CCK産生ニューロンにおいてCreリコンビナーゼ(Cre)を発現するマウス(CCK-Creマウス)のSFOにCre依存的に蛍光レポーター遺伝子GFPを発現させるHiRetを注入したところ、ある二つの神経核においてGFPを発現する細胞が観察された(未発表データ)。今後は、どちらの神経核にあるCCK産生ニューロンが水分摂取行動に関与するのか解析していく予定である。また、申請者はSFOにAAV1-hSyn-Creを注入することで、水ニューロンから下流の神経細胞へ経シナプス的にCreを発現させ、さらに水ニューロンの投射先である終板脈管器官(OVLT)にCre依存的にGFPを発現させるウイルスを注入した。その結果、水ニューロンがシナプス結合している"二次"水ニューロン選択的にGFPを発現させることに成功した。さらに、二次水ニューロンが複数の神経核に投射していることも明らかとなった(未発表データ)。今後は、どの神経核に投射している二次水ニューロンが水分摂取を指令しているのか検証する。本研究から得られた結果をもとにして、平成30年度より採択された若手研究(課題番号:18K14855)に取り組む予定である。そのため、本研究課題は平成29年度をもって終了する。29年度が最終年度であるため、記入しない。
地球規模生態系変動(GLOBEC)の推進と研究計画

本年度は、国際GLOBECの重要な研究課題のひとつである小型浮魚類の資源変動と気候変動との関係(small Pelagic fish And Climate Change,略称SPACC)に関するワークショップを、8月に神戸市のホテルニューオータニで開催した。APE等の協力を得て、中国、韓国、ロシア、米国、シンガポール等から招へいし,東アジア・西部北太平洋水域におけるマイワシやカタクチ、サンマ、マサバ等の鍵となる小型浮魚類カツオ、クロマグロ等の大型浮魚類およびスルメイカ等の頭足類の分布・回遊と資源変動の実態について資源情報を集約した。これと合わせて、同地域・海域の気候や水温、海流系のプランクトン密度と種組成等の年々変動および10数年数10年に中国の青島市で開く予定で準備を進めている。この他、7月と12月に東京大学海洋研究所において、日本GLOBEC推進調整のための、IGBPのGLOBECの小委員会(拡大)を開催して、文部省、水産庁などの研究機関におけるGLOBEC関連プロジェクトの現状と将来計画について情報交換を行った。また、1月には、杉本、小松、木村等が北大水産科学研究科と長崎大水産学部を訪問して、それぞれの大学院の研究者と小集会を持ち、科学研究費特定領域研究を立ち上げるための検討会を開いた。なお、本年度末の3月25日には、学術会議において、IGBP専門委員会主催のシンポジウムをGLOBECが中心になって開き、IGBPの下での海関連プロジェクトの連繋とインテグレーションの必要性と課題について検討する予定である。
炊飯時の玄米粒子内品質推定モデルの構築とその炊飯プロセスへの応用

米粒子の炊飯条件を最適化することを目的に、炊飯プロセスのパターンと、炊飯した米の品質とを関係づける、ニューラル・ネットワークによる推定モデルを提案した。品質指標、すなわち炊飯米サンプルの硬さを推定するニューラル・ネットワーク・モデルの構築にあたっては吸水特性とDSC特性曲線のパターンを、ニューラル・ネットワークの入力とした。バック・プロパゲーション学習法によるニューラル・ネットワーク・モデルのトレーニングのあと、測定データに対する推定値の正確度を確認した。その結果、測定データに対する相対誤差は20%であることが分かった。玄米は、糠層の厚みや粒子の硬さ、加熱炊飯された場合の膨張・軟化特性が品種や産地などでそれぞれ異なる。このため、熱・水分変化による玄米粒子の物性変化は玄米ごとに異なり、これが玄米の炊飯後の仕上がり品質に大きな影響を及ぼす。そこで、共同研究者とともに、玄米の炊飯にかかわる基本物性として、1)熱・水分膨張係数、2)比熱特性、3)吸水特性を知ることを目的として、1)ピクノメーター法による、加温時の玄米の体積変化、2)DSCを利用した昇温加熱時の玄米比熱特性、3)加水加熱時の玄米の吸水特性を測定した。その結果、玄米の体積変化は、温度による膨張係数に比較し、加水による膨張係数が高いことが分かった。体積変化は含水率の二次関数、温度に対しては一次関数に近い、二次係数の小さな関数として表現できた。体積変化を、含水率と温度の二つの変数の関数として表現することを試み、数値フィッティングの手法により関数式の係数を求めた。含水率水準の異なる玄米について、その切片を気密容器に入れてDSCによる熱分析を行ったところ、玄米中のデンプンの熱変性による比熱変化曲線を得た。デンプンの熱変性時の吸熱ピーク曲線下の面積より熱変性エネルギー評価を行った。加温した温水中で玄米の吸水試験を行い、一定の経過時間ごとの含水率変化を測定したところ、玄米の含水率は時間に対して指数関数的に変化したことから、データのフィッティングによって吸水特性係数の算出を試みた。玄米の炊飯時の内部物性の変化を捉える方法として、針状の走査プローブを利用した玄米断面の硬軟測定を試みた。吸水量の少ない、加温の直後では玄米の硬度が十分にあるため、断面4点での硬度を測定することは可能であったが、吸水の進行とともに穀粒の外表面に近い部分で水分が急速に浸透するため、実質的な測定点が減った。そこで、断面水分分布を知る直接的な手法は採らず、炊飯途上の玄米を取り出し、玄米の紡錘形状の両端を切除して樽状のサンプルとし、これを長軸方向に圧縮試験することで、玄米硬度と含水率との関係を求めることにした。その結果、全体平均硬度と含水率との間に非線形の関係が見出され、Fittingによる近似式およびそのパラメタを求めることができた。また、顕微近赤外分光光度法を用いて、炊飯玄米のスペクトルを計測し、得られるスペクトルと水分との関係を調査した。玄米表面は平面ではないため反射光が散乱しやすい。このため、曲率の小さい胴部分に光を照射することでスペクトルを取得した。その結果、炊飯の進行に伴い、玄米の近赤外スペクトルは長波長において吸収率が著しく大きくなった。炊飯初期の玄米内部の水分は低いが、水分吸収は表面で著しく進むため、外部照射によって得られるスペクトルは穀粒表面の水分吸収の影響を受けやすいためである。光の照射範囲を0.1mm直径として測定しているが、照射範囲を広げるか、または光の照射方向をいくつか変えることで水分推定の手がかりになるものと考えている。現在、長波長域以外で、水分含量を推定し得るスペクトル上の特徴点はないか分析している。針を用いた硬度走査プローブでの測定は、炊飯初期の含水率が低い玄米では比較的有効に働くが、炊飯の進行に伴い含水率が急速に進むと形状破壊が起こりやすいことが分かった。このため、部分的な含水率や硬度は次年度のシミュレーションによる推定手法を用いることとし、その基礎データとしての断面平均の硬度と含水率の関係を求めることにした。炊飯途上の玄米を樽状に加工して押圧試験器によって弾力特性を測定する手法により、硬度と含水率の関係を明らかにすることができている。また、近赤外分光法を用いた炊飯玄米の品質評価では、光の反射特性が表面形状に大きく影響を受けるため、光の照射範囲や照射方向の改善を試みているところである。含水率が多くなれば、水分に関連する長波長域での光吸収が大きいため、2500nm近辺に重畳する品質特性については測定が難しいが、それ以外の部分に吸収域のある成分については品質評価の指標となるスペクトルを取得できている。以上のことから、研究のコアとなる部分についてはおおむね順調に計画どおり進んでいると考える。米を美味しく炊きあげる加熱・加圧プログラムの調整は一般に難しい。炊飯条件を最適にし、食感の良い炊飯米に仕上げるため、米の水分状態変化と比熱特性などの物性情報から、主として炊飯米の硬さを粒子内品質の重要指標として推定するモデルについて検討した。試料米には二つの品種を用いた。一つは流通品種代表としてのヒノヒカリ、もう一つは村井が開発した新品種の村井79号である。どちらの品種も、通常の炊飯器による炊飯米の官能評価では評価が高く比較品種として取り上げた。まず、試料米の吸水試験を行い、吸水速度の特性を調査した。その結果、村井79号は流通品種のヒノヒカリよりも吸水速度が非常に高いことが明らかとなった。

また、試料米を炊飯器の昇温プログラムで炊飯した炊飯米について、その弾力性試験をレオメーターにより咀嚼モードで行い、硬さ、粘着性、凝集性、ガム性、弾力性などの食感品質指標を算出した。t検定による結果として、試料間で凝集性とガム性で有意差が5%危険率で認められた。さらに、DSCによる試料米の比熱特性を常温から炊飯沸騰する100°Cの範囲で測定した。村井79号はヒノヒカリに比べてDSC曲線が60°C辺りから上昇する傾向が認められた。この点で村井79号は炊飯プロセスのコントロールが仕上げ炊飯米の内部品質に影響するものと考えた。以上の結果を踏まえ、水分吸収特性と比熱変化特性を、炊飯米の内部品質としての咀嚼指標値へと関連づける推定モデルについて検討した。水分吸着時の10分おき90分までの含水率変化のデータ、および常温から10°Cおきの80°CまでのDSC曲線のデータをもとに、咀嚼指標値との関係をニューラル・ネットワークによりモデル化した。その結果、試験範囲の試料に関しては精度良い推定が可能となった。他の品種の米に対しても同様にデータ集積を行うことで、一般性を持たせられるものと考える。米粒子の炊飯条件を最適化することを目的に、炊飯プロセスのパターンと、炊飯した米の品質とを関係づける、ニューラル・ネットワークによる推定モデルを提案した。品質指標、すなわち炊飯米サンプルの硬さを推定するニューラル・ネットワーク・モデルの構築にあたっては吸水特性とDSC特性曲線のパターンを、ニューラル・ネットワークの入力とした。バック・プロパゲーション学習法によるニューラル・ネットワーク・モデルのトレーニングのあと、測定データに対する推定値の正確度を確認した。その結果、測定データに対する相対誤差は20%であることが分かった。玄米の炊飯にかかわる内部物性の測定については計画どおり進んでいる。研究の第二ステージでは、予算規模縮小のため、当初予定していたTMAの入手が困難となったことから、別の手法によって代替測定することを試みている。この手法は、先端が非常に小さな、針状の金属を玄米断面に接触させた状態で玄米を加振する。玄米の断面の硬軟によって、針状金属の振動数が異なることから、加振周波数との周波数から間接的に玄米断面の硬軟にかかわる指標を得ようとするものである。原始的な手法であるが、走査プローブ顕微鏡と同じ原理にもとづく計測手法である。この手法での計測では、治具の調整が必要であるため、ロックインアンプを用いて計測試験を行い、調整中である。炊飯途上の玄米の硬度試験を引き続き実施して基礎データの蓄積を行うとともに、近赤外分光法による品質評価では、炊飯に伴い米のアルファ化にかかわるスペクトルの変化の特徴を調査する。これは炊飯米の仕上がり状態を推定するのに有用なことから、多変量解析などの手法で、アルファ化を特徴づける近赤外スペクトルの波長の選択を行う予定である。さらに、玄米の含水率分布の推定においては、シミュレーション技法を取り入れ、これまでの測定で蓄積した硬度ー含水率の関係式や実験によっては得られていない文献データを総合して物性を整理し、玄米の炊飯過程のシミュレーションを試みる。
超高磁場MRIによる脳卒中後神経回復過程の画像化およびメカニズム解明

本研究の目的は脳血管性障害における神経細胞・神経線維の障害程度を定量的に評価し、さらにその後の回復過程を画像化することである。拡散テンソル画像を応用することにより神経線維を描出することが可能となった。また脳灌流画像においては、定量化を確立した。経時的評価を行うことにより、神経機能回復を客観的に評価する手法を確立した。本研究の目的は脳血管性障害における神経細胞・神経線維の障害程度を定量に評価し、さらにその後の回復過程を画像化することである。そのために、拡散テンソル画像・脳灌流画像を用いる予定であった。どちらもEPI法を用いたMRI撮像シーケンスであるが、アーチファクトに敏感である欠点があった。拡散テンソル画像に関しては、従来の撮像シーケンスを見直し、本研究の目的に最適化したシーケンスを独自に開発した。スライス数をこれいで3.5mm程度であったものを、脂肪抑制を併用することにより、1.6mmにまで薄くすることに成功した。このとにより、拡散テンソル画像において、等方ボクセルサイズでの近似3D撮像を行うことができるようになり、脳内出血症例は後頭蓋窩病変症例などの、これまではアーチファクトで評価困難であった症例においても、神経線維を描出することが可能となった。現在は、EPI法に加え、PROPELLER法でのアーチファクト軽減・信号雑音比向上を図るために、研究を継続している。脳灌流画像においては、これまでの研究から脳血管障害症例での最適条件はほぼ隔離したので、臨床症例に応用した。具体的には脳主幹動脈閉塞症例を中心に、血行再建術前後に脳灌流画像を撮像し、T1値を同時に撮像することにより、定量化を試みている。今後は、放射性同位元素を用いた手法と比較しその精度を確認する予定である。本年度は、病態を既存の手法以上に正確に把握するための画像診断法を開発できたと考えられる。今後、回復過程の画像化のため、極めて重要と思われる。そのために、拡散テンソル画像・脳灌流画像を用いた。スライス数をこれまで3.5mm程度であったものを、脂肪抑制を併用することにより、1.6mmにまで薄くすることに成功した。このことにより、拡散テンソル画像において、等方ボクセルサイズでの近似3D撮像を行うことができるようになり、脳内出血症例は後頭蓋窩病変症例などの、これまではアーチファクトで評価困難であった症例においても、神経線維を描出することが可能となった。さらにEPI法に加え、PROPELLER法を応用し、アーチファクト軽減・信号雑音比向上を達成した。脳灌流画像においては、これまでの研究から脳血管障害症例での最適条件はほぼ確定したので、臨床症例に応用した。具体的には脳主幹動脈閉塞症例を中心に、血行再建術前後に脳灌流画像を撮像し、T1値を同時に撮像することにより、定量化を行った。最終的に、放射性同位元素を用いた手法と比較しその精度を確認した。
ベクトル束の幾何からみた極小曲面の幾何の研究

本年度は,ベクトル束の幾何を用いた曲面の研究として最も優れていると思われる四元数的正則ベクトル束の理論を活用した研究を行った.ユークリッド空間内の極小曲面の共形幾何と変分法の観点からの一般化である,ウィルモア曲面について,長年の未解決大問題として知られる,ウィルモア予想,すなわち,平均曲率の二乗の積分の最小値を与えるものはクリフォード・トーラスに限るという予想を肯定的に解決したとする論文を発表したM.Schmidt氏の関連する研究について,それを四元数的正則ベクトル束の理論を全面的に前に出した解説を京都大学数理解析研究所の研究集会において発表し,その内容を数理解析研究所講究録に掲載した.また,二次元複素ユークリッド平面内のラグランジュ曲面について,それが四元数的正則ベクトル束の正則切断の商として表せることを利用し,その正則切断がともに同じラグランジュ角度をもつラグランジュ曲面となる場合の分母にあたるラグランジュ曲面を分類し,ラグランジュ曲面が極小曲面の一般化であるハミルトン極小ラグランジュ曲面の場合に具体的な表示を得た.この研究内容を,国際研究集会「International Conferences on Global Differential Geometry」のポスターセッションに参加し,研究集会「部分多様体論・湯沢2007」において講演し,論文にまとめ投稿した.四元数的ベクトル束を理論を用いて将来可能であると思われる曲面のモデュライ空間の理論について,'極小曲面の場合に具体例を構成した論文「A space of minimal tori with one end and cyclic symmetry」を発表した.本研究ではベクトル束の研究で発展してきた技術や問題意識を曲面の研究に取り込み、既出の問題を解決させたり、新たに問題を提出し解決させることを目的とする。四元数的正則ベクトル束をもちいる方法においては、リーマン面からS4への共形はめ込みを階数2の自明な四元数ベクトル束の四元数的部分ベクトル束とみなす方法であり、複素代数曲線の理論と曲面の理論の統合、可積分系の理論を応用した曲面の研究の公理化という側面をもつ。この方法はS4の共形変換で不変な曲面の理論の研究に適しており、ウィルモア曲面の研究への応用がなされ、ウィルモア汎関数の値に関してプリュッカー公式の拡張となる等式を得ている。筆者はウィルモア曲面の一種と見なされるR4内の平坦端のみもつ極小曲面のうち種数が1であるものにたいし、どのような共形類をもつリーマン面にたいしても端部の数が4であるものが存在することを示した。三次元ユークリッド空間内の完備で、全曲率が有限な極小曲面のうち、正方形輪環面から一点を除いた共形構造をもち、除いた点でガウス写像が最大に分岐しているもので、回転対称性をもつものの、モデュライ空間を具体的に書き表した。四次元ユークリッド空間内の完備で全曲率が有限な極小曲面のうち平坦なエンドを四つ持つものモデュライ空間の、滑らかな成分を具体的に構成し、モデュライ空間の次元の下からの評価を得て論文を書いた。神戸大学において、四元数的正則幾何の基礎とその応用としての双対曲面との関係について、集中講義を行った。可積分系の理論を応用してウィルモア予想を肯定的に解決したとされるベルリン工科大のシュミット氏の論文を大阪市立大学大仁田義裕、熊本大学安藤直也、日本大学乙藤隆史と解読中である。四次元ユークリッド空間内の平坦でハミルトン的に極小なラグランジェ曲面について、平均曲率ベクトルの四元数共役に左から右ガウス写像を書けたものが元のラグランジェ曲面のベックルント変換になっている例を見つけ日本数学会の一般講演で報告した。四次元ユークリッド空間内のラグランジェ曲面にたいして、それがコンパクトなウィルモア曲面であることと、ハミルトン的にウィルモアな曲面であることが同値であることを示した。この曲面についてはマサチューセッツ大学アマースト校のフランツ・ペディット、ベルリン工科大のクリストッフ・ボーレと共同研究中である。本年度は,ベクトル束の幾何を用いた曲面の研究として最も優れていると思われる四元数的正則ベクトル束の理論を活用した研究を行った.ユークリッド空間内の極小曲面の共形幾何と変分法の観点からの一般化である,ウィルモア曲面について,長年の未解決大問題として知られる,ウィルモア予想,すなわち,平均曲率の二乗の積分の最小値を与えるものはクリフォード・トーラスに限るという予想を肯定的に解決したとする論文を発表したM.Schmidt氏の関連する研究について,それを四元数的正則ベクトル束の理論を全面的に前に出した解説を京都大学数理解析研究所の研究集会において発表し,その内容を数理解析研究所講究録に掲載した.また,二次元複素ユークリッド平面内のラグランジュ曲面について,それが四元数的正則ベクトル束の正則切断の商として表せることを利用し,その正則切断がともに同じラグランジュ角度をもつラグランジュ曲面となる場合の分母にあたるラグランジュ曲面を分類し,ラグランジュ曲面が極小曲面の一般化であるハミルトン極小ラグランジュ曲面の場合に具体的な表示を得た.この研究内容を,国際研究集会「International Conferences on Global Differential Geometry」のポスターセッションに参加し,研究集会「部分多様体論・湯沢2007」において講演し,論文にまとめ投稿した.四元数的ベクトル束を理論を用いて将来可能であると思われる曲面のモデュライ空間の理論について,'極小曲面の場合に具体例を構成した論文「A space of minimal tori with one end and cyclic symmetry」を発表した.
ニホンザルの二足運動能力に関する解剖・生理・運動学的総合研究

常的な二足性はヒトのみに見られる行動様式であり他に二足性の霊長類はいない。そのため、二足適応の進化に関する比較資料が不足している。これを補うため、飛び抜けた二足運動能力を示す猿まわしの調教ニホンザルについて、形態学、生理学、運動学的調査を行った。二足、及び四足歩行のエネルギー代謝は10才と4才の二頭のニホンザルを対象に行った。体重・時間あたりの二酸化炭素発生量をエネルギー消費の換算値として計測した。歩行速度は1.5から4.5km毎時の範囲で0.5km刻みで計測した。二足でも四足でも、エネルギー消費量はほぼ歩行速度に比例して単調増加した。二足歩行のエネルギー消費は四足歩行時に比べ、10才の個体では、約30%の増加、4才の個体では20-25%高い値を示した。歩行速度にかかわらず、この比は小さい変化しか示さなかった。これまでチンパンジー、オマキザルでの実験に基づいて、二足と四足の歩行エネルギー消費は変わらないとされてきたが、この結果は、それに再考を求めるものである。通常、エネルギー消費の目安として酸素消費が用いられるが、平均的な呼吸商を用いて四足歩行時の酸素消費量を推定するとこれまで報告されている数字に近い値が得られ、われわれの研究方法の妥当性が証明された。歩行ビデオ解析では、調教を受けたニホンザルは通常の実験用サルに比べ、長いストライドと少ない歩行周期を示すことが明らかにされた。このことは関節の最大伸展角が大きなことと関連しており、とりわけ膝関節においてはヒト歩行におけるダブル・ニー・アクションに似た現象が観察された。そのため、通常のサルでは両脚支持期にしか起こらない体幹の上方移動が単脚支持期において認められた。また、頭部、体幹の動揺は通常のニホンザルに比べ有意に小さい。これらの結果は、調教ニホンザルの二足歩行の効率が優れていることを示唆する。実験は熊本県、阿蘇猿まわし劇場に赴いて行った。今年度は研究2年目以降の調査のための実験設備、条件の設定、実験のためのサルの調教、基礎的資料の収集が中心であった。基礎代謝量と運動時の酸素消費量を測定するため、実験用チャンバーの作成を行い、気密性、計測条件、計測誤差等のテストを行った。チャンバーは約2m四方の大きさで、気密状態で10秒後から、1ppm単位で二酸化炭素の増加量が計測できた。ニホンザル程度のサイズの動物であれば、約2分間の安静状態維持、あるいは歩行運動を行えば、十分に信頼性の高いガス消費量が得られると考えられる。現在、実験サルをチャンバーに順応させる訓練を行っている。また、実験に必要なトレッドミル上での二足および四足歩行訓練を行った。年少ザル(約3才)2頭、ワカモノザル(約6才)2頭を実験対象とした。安定した二足歩行速度は年少ザルで時速3km、ワカモノザルで時速4kmであった。トレッドミル上での歩行に順応した段階で後肢の運動を三次元的に計測し、関節角度の変化を定量化した。

解析には2方向撮影のビデオ画像からDKH製フレームディアズを用いた。二足歩行の適応を骨格の成長から明らかにするため、X線撮影を行った。撮影箇所は足と手で、中足骨と中手骨の緻密質の厚さを計測した。また、その比較のため、アメリカ自然史博物館、フィールド自然史博物館で資料収集を行った。成長変化を明らかにするため、歩行運動撮影、X線撮影は今後継続する。これらの実験データは現在分析途中である。常的な二足性はヒトのみに見られる行動様式であり他に二足性の霊長類はいない。そのため、二足適応の進化に関する比較資料が不足している。これを補うため、飛び抜けた二足運動能力を示す猿まわしの調教ニホンザルについて、形態学、生理学、運動学的調査を行った。実験は主に熊本県、阿蘇猿まわし劇場に赴いて行った。今年度は、トレッドミル上歩行におけるエネルギー代謝、四肢関節角度変化・歩容計測、年少個体を対象とした手足のX線撮影を行った。二足、及び四足歩行のエネルギー代謝は10才と4才の二頭のニホンザルを対象に行った。体重・時間あたりの二酸化炭素発生量をエネルギー消費の換算値として計測した。歩行速度は1.5から4.5km毎時の範囲で0.5km刻みで計測した。二足でも四足でも、エネルギー消費量はほぼ歩行速度に比例して単調増加した。二足歩行のエネルギー消費は四足歩行時に比べ、10才の個体では、約30%の増加、4才の個体では20-25%高い値を示した。歩行速度にかかわらず、この比は小さい変化しか示さなかった。歩行ビデオ解析では、調教を受けたニホンザルは通常の実験用サルに比べ、長いストライドと少ない歩行周期を示すことが明らかにされた。このことは関節の最大伸展角が大きなことと関連しており、とりわけ膝関節においてはヒト歩行におけるダブル・ニー・アクションに似た現象が観察された。そのため、通常のサルでは両脚支持期にしか起こらない体幹の上方移動が単脚支持期において認められた二足負荷が骨にもたらす影響を解析するため、中足骨のX線像を縦断的、横断的に撮影した。この結果は解析中である。エネルギー代謝、歩行ビデオ解析の結果は、予報として2002年4月にニューヨーク州バッファローで開かれる、71回アメリカ形質人類学会で発表予定である。トレッドミル上歩行におけるエネルギー代謝、四肢関節角度変化・歩容計測を行った。
入出力関係に単調性を有しないヒステリシスのモデリング・高度化制御及びその応用

本研究において、入出力関係に単調性を有しないヒステリシスについて考察し、その数式モデル、同定方法及び制御手法を提案した。そして、提案した手法を導電性高分子アクチュエータと超磁歪アクチュエータの出力制御に応用し、その高精度制御を実現した。さらに、超磁歪アクチュエータで駆動するナノポジショナの高周波位置決め高精度制御を実現した。まず、リレーやStop Operatorなどを参考し、入力に関するnon-smooth型非対称記憶要素を開発した。そして、外部及び内部の環境に依存する密度関数を開発し、密度関数と記憶要素の累積によってヒステリシスを表す静的モデルを提案した。それから、入出力の位相差を考察し、それを表現できるような非線形ダイナミックスを考案した。それから、この非線形ダイナミックスとヒステリシスの静的モデルを併せて、単調性を有しないヒステリシスの非線形動的モデルを構成した。それから、人工筋肉及び超磁歪アクチュエータ実験によって提案したモデルの正確性・合理性を確認し、そのオンライン同定法を考察した。それから、構築された新型非線形動的モデルに基づき、非線形適応法を導入し、ダイナミックスのパラメータ及び静的ヒステリシスモデルの密度関数をオンライン的に推定した。続いて、ヒステリシスの出力を目標信号に追従させるように、モデルの不確かさを対処できるようなロバスト適応制御入力の構成法を検討し、閉ループシステムの安定性及び出力誤差を解析した。さらに、得られた同定結果を基づき、計算機シミュレーションを行い、提案したロバスト適応制御法の有効性を検証し、パラメータの選択基準などを明らかにした。最後に、提案した制御手法を人工筋肉/超磁歪アクチュエータの制御へ応用し、その高精度出力制御を実現した。従来の制御法と比較し、本研究で提案した新しい制御手法の精度・ロバスト性を検証した。また、圧電アクチュエータの制御にも応用し、提案手法の汎用性・長所・短所を明らかにした。2015年度において、当初に提出した研究計画に沿って研究を進めてきた。研究目的の前半の研究課題1及び研究課題2を取り込んで、比較的満足できる結果を得た。研究課題1:単調性を有しないヒステリシスの特性について研究し、その数式モデルを構築し、オンライン同定アルゴリズムを提案する。研究課題2:単調性を有しないヒステリシスのオンラインロバスト適応制御法を提案し、導電性高分子アクチュエータの出力制御及び超磁歪アクチュエータの高周波出力制御へ応用する。研究成果を論文誌論文4編、国際会議論文6編、国内講演会6編にまとめ、発表した。単調性を有しないヒステリシスの特性についてさらに研究し、前年度で得られた数式モデルを修正した。具体的には、Play演算子、シフト演算子および入力の多項式などを用いて、ヒステリシスの静的モデルを構築した。続いて、線形システムを提案し、その入力側にヒステリシスの静的モデルを配置することにより、単調性を有しないヒステリシスの動的モデルとして構築した。超磁歪アクチュエータ、圧電アクチュエータ及びIPMCアクチュエータなどの入出力データの一部を用いて、新しいモデルの枠組みでパラメータ同定を行った。そして、ほかの実験データをテストデータとして、計算機シミュレーションを行って、新しいモデルの有効性を確認した。単調性を有しないヒステリシスを含むシステム(即ち、“サンドイッチシステム")のロバスト制御ついて、二つの制御法を提案した。一つ目の制御法において、単調性を有しないヒステリシスを線形及び非線形の部分に分けて、非線形部分を外乱と見なした。そして、外乱オブザーバの導入によりヒステリシスの非線形部分を推定し、指定性能を保証できるようなスライディングモード制御を提案した。ナノステージの精密位置制御へ応用し、この手法の簡潔性、実用性などを確認した。また、外乱を加えることにより、提案手法のロバスト性を確認した。もう一つの制御法において、提案したヒステリシスの新しいモデルを用いて制御則を考案した。まず、適応アルゴリズムを導入することにより、制御器設計に必要なシステムパラメータをオンライン的に推定し、制御則を合成した。そして、IPMCアクチュエータの精密位置制御へ応用した。ここで、制御器設計に必要なシステムパラメータをオフライン的に同定し、この同定値をシステムパラメータのオンライン推定の初期値として設定した。提案手法の有効性、実用性、ロバスト性などを制御実験で確認した。2016年度において、当初に提出した研究計画に沿って、研究を進めてきた。研究課題2をさらに研究し、単調性を有しないヒステリシスのより良いモデルを完成した。研究課題3を取りあげ、まず、パラメータで特徴づけられたシステムに対して適応制御則を提案した。比較的に満足できる結果が得られた。研究課題3:単調性を有しないヒステリシスを入力側に含む動的システムの適応制御則を提案する。特に、モデルの不確かさを持つ動的システムに対し、そのロバスト制御則を考察する。研究成果を国際論文誌2編、国際会議論文6編、国内学会発表2編にまとめ、発表した。本研究において、まず、単調性を有しないヒステリシスの特性について研究し、その数式モデルを構築し、オンライン同定アルゴリズムを提案した。

そして、単調性を有しないヒステリシスのオンラインロバスト適応制御法を提案し、導電性高分子アクチュエータの出力制御及び超磁歪アクチュエータの高周波出力制御へ応用した。さらに、単調性を有しないヒステリシスを入力側に含む動的システムの適応制御則を提案した。特に、モデルの不確かさを持つ動的システムに対し、そのロバスト制御則を考察した。最後に、超磁歪アクチュエータで駆動するナノポジショナの高周波位置決め制御実験を行い、外部条件を変えながら、提案手法の有効性・ロバスト性・実用性を確認した。従来のPID制御法と比較し、提案手法の利点・欠点を明らかにし、実応用を目指して調整し、より望ましい制御応答を得られるように研究を行った。本研究において、入出力関係に単調性を有しないヒステリシスについて考察し、その数式モデル、同定方法及び制御手法を提案した。そして、提案した手法を導電性高分子アクチュエータと超磁歪アクチュエータの出力制御に応用し、その高精度制御を実現した。さらに、超磁歪アクチュエータで駆動するナノポジショナの高周波位置決め高精度制御を実現した。当初に提出した研究計画に沿って、下記の研究課題3及び研究課題4を取り上げ、研究を進めていく。研究課題3において、考察されているシステムが外乱を含むサンドイッチ型動的システムであるため、適応アルゴリズムを提案し、制御則を構成できるような必要最小限のパラメータをオンライン的に推定する。そして、これらの推定に基づき、設計パラメータでシステムの出力誤差を高精度で制御できるようなロバスト制御則を合成する。それから、閉ループシステムの安定性を解析する。さらに、計算機シミュレーションを行い、提案制御法の有効性を検証し、パラメータの選択基準などを明らかにする。研究課題4において、研究課題3で得られた理論成果をナノポジショナの高周波出力位置決め高精度制御へ応用する。まず、計算機シミュレーションを行い、コントローラの最適パラメータを大まかに選定する。そして、実験を行い、外部条件を変えながら、提案手法の有効性・ロバスト性・実用性を確認する。さらに、従来の制御法と比較し、提案手法の利点・欠点を明らかにし、実応用を目指して調整し、より望ましい制御応答を得られるように研究をしていく。当初に提出した研究計画に沿って、引き続き研究課題3を追究し、研究課題4を取り上げ、研究を進めていく。研究課題3について、前年度で得られた結果に基づいて、外乱などのモデルの不確かさを持つ動的システムに対して、そのロバスト制御法を提案する。さらに、計算機シミュレーションを行い、提案する制御法の有効性を検証し、パラメータの選択基準などを明らかにする。研究課題4について、まず、超磁歪アクチュエータで駆動するナノポジショナの数学モデルを定式化する。それから、研究課題3で得られる制御則を利用し、計算機シミュレーションを行い、コントローラの最適パラメータを大まかに選定する。続いて、実験を行い、外部条件を変えながら、提案手法の有効性・ロバスト性・実用性を確認する。
EBV陽性T細胞、NK細胞に対して特異的T細胞免疫を誘導する研究

T、NK細胞性リンパ腫、慢性活動性EBV感染症、バーキットリンパ腫、ホジキン病においてはEBV蛋白のlatent membrane protein (LMP)1または2が発現しており、これを標的とした免疫治療法確立の基盤的研究を行ない以下の成果を得た。1.Computer-assisted algorismを用いて、HLA-A24(日本人の6割が保有)に結合するモチーフを持った9または10個のアミノ酸からなるEBV蛋白由来のペプチド、計42個を選択し合成した。2.これらのペプチドをパルスしたHLA-A^*2402遺伝子発現T2細胞をstimulatorとして、あらかじめ樹立しておいたEBV特異的CTLをresponderとしてenzyme-linked immunospot(ELISPOT)アッセイを行った結果、CTLを刺激できるペプチド数個を見い出した。3.EBV遺伝子をそれぞれ組み込んだワクチニアウイルス感染HLA-A^*2402線維芽細胞を抗原提示細胞としたELISPOTアッセイにより、当該ペプチドが内因性にプロセスされ、提示されていることを確認した。最終的に、LMP2、BRLF1、BMLF1、それぞれのEBV蛋白に由来する3個のHLA-A^*2402拘束性CTLエピトープを見い出した。4.同定された新規EBV抗原3エピトープペプチドに加え、既報告のEBV特異的CTLが認識するエピトープペプチド3種を用いて6種のHLA-A^*2402-tetramerを作成した。いずれも対応するCTLクローンあるいはCD8+T細胞を特異的に染色した。【平成12年度研究成果】遺伝子操作によりLMP1、LMP2A、TATそれぞれを発現するプラスミッドからLMP1-TAT及びLMP2A-TAT融合蛋白を発現するベクターを作成した。大腸菌を宿主として発現を試みているが、現在のところ精製に供するほどの量が得られていない。今後は、遺伝子配列を大腸菌でよく使われているコドンに変換するなどの改良を行い、高発現ベクターを作成する予定である。2)HLA-A24遺伝子発現T2細胞の樹立日本人に最も多くみられる組織適合抗原であるHLA-A24によって提示される抗原ペプチドに対するCTL反応の解析をすすめるため、細胞内ペプチドトランスポーターを欠損するリンパ芽球細胞株であるT2細胞にHLA-A24遺伝子を導入し、HLA-A24を安定して発現している細胞株を樹立した。このHLA-A24発現T2細胞はEBV抗原ペプチドに対するCTL反応を効率良く検査するための抗原提示細胞として平成13年度に使用する。3)新規EBV抗原ペプチドの探索HLA-A24によって提示される新規のEBV抗原ペプチドを見つけるために、HLA-A24結合モチーフ(-Y-L or F)を持った9-10アミノ酸をEBV蛋白から選びだし、合成ペプチドライブラリーを作成した。HLA-A24を保有する複数のドナー血液から樹立したEBV特異的CTLと、この合成ペプチドを反応させ、CTLが産生するインターフェロンγを測定する系を確立した。この系を用いて、新たなCTLエピトープを見い出した。T、NK細胞性リンパ腫、慢性活動性EBV感染症、バーキットリンパ腫、ホジキン病においてはEBV蛋白のlatent membrane protein(LMP)1または2が発現しており、これを標的とした免疫治療法確立の基盤的研究を行ない以下の成果を得た。1)Computer-assisted algorismを用いて、HLA-A24(日本人の6割が保有)に結合するモチーフを持った9または10個のアミノ酸からなるEBV蛋白由来のペプチド、計42個を選択し合成した。2)これらのペプチドをパルスしたHLA-A^*2402遺伝子発現T2細胞をstimulatorとして、あらかじめ樹立しておいたEBV特異的CTLをresponderとしてenzyme-linked immunospot(ELISPOT)アッセイを行った結果、CTLを刺激できるペプチド数個を見い出した。

3)EBV遺伝子をそれぞれ組み込んだワクチニアウイルス感染HLA-A^*2402線維芽細胞を抗原提示細胞としたELISPOTアッセイにより、当該ペプチドが内因性にプロセスされ、提示されていることを確認した。最終的に、LMP2、BRLF1、BMLF1、それぞれのEBV蛋白に由来する3個のHLA-A^*2402拘束性CTLエピトープを見い出した。4)同定された新規EBV抗原3エピトープペプチドに加え、既報告のEBV特異的CTLが認識するエピトープペプチド3種を用いて6種のHLA-A^*2402-tetramerを作成した。いずれも対応するCTLクローンあるいはCD8^+T細胞を特異的に染色した。