hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
画像処理による視線/顔の向きの検出とユーザ主体型映像通信の実現

本研究では、映像を主とする将来のマルチメディア通信においてユーザ主体型の映像通信を実現するための画像処理技術とその実験システムによる検証を目的としている.ユーザの状況を自動的に検知し、映像内容を制御すれば、臨場感を高め直接対話しているような環境を実現可能と考えられる.具体的には、視線の一致の問題といわれるように映像通信の臨場感を左右する一つの重要な要素はユーザの視線や顔の向きであるため、第一に複数人の視線一致を可能とするユーザ主体型映像通信システムの構築を目的としてきた.これまでの検討を以下に記す.(1)複数人の視線一致が可能な映像通信システムの構築テレビ会議での実用上の問題となる視線の自然な一致/不一致を可能とするシステム(MPEC)の構築を行なった。ハーフミラを併せた複数のディスプレに対してカメラ配置の工夫により複数人同志のテレビ会議にて自然な視線の一致/不一致を考えることができる.2つのプロトタイプを構築した.(2)ロバストな顔の向き/視線の検出/追跡手法の検討エッジ情報とデフォーマブルテンプレートを用いた顔の自動追跡の手法を提案し実験検討した.(3)複数人の視線一致が可能な映像通信システム(MPEC)の階層化これまでの,提案・構築したMPECの拡張を図る.その一つとして,視線一致のとれた会議システムMPECの階層化を図る.この階層化により,多数の遠隔サイトの会合を関連のある人とだけ視線一致をとりながら行うことができる.その基本設計と効果を検証した.(4)注視点制御手法の検討Interest Pointの検出は、様々な画像処理にて必要とされる.対称性を考慮したモーメント特徴量により注視すべき点を抽出する手法に関して検討を行なった.本研究では、映像を主とする将来のマルチメディア通信においてユーザ主体型の映像通信を実現するための画像処理技術とその実験システムによる検証を目的としている.ユーザの状況を自動的に検知し、映像内容を制御すれば、臨場感を高め直接対話しているような環境を実現可能と考えられる.具体的には、視線の一致の問題といわれるように映像通信の臨場感を左右する一つの重要な要素はユーザの視線や顔の向きであるため、第一に複数人の視線一致を可能とするユーザ主体型映像通信システムの構築を目的としてきた.これまでの検討を以下に記す.(1)複数人の視線一致が可能な映像通信システムの構築テレビ会議での実用上の問題となる視線の自然な一致/不一致を可能とするシステム(MPEC)の構築を行なった。ハーフミラを併せた複数のディスプレに対してカメラ配置の工夫により複数人同志のテレビ会議にて自然な視線の一致/不一致を考えることができる.2つのプロトタイプを構築した.(2)ロバストな顔の向き/視線の検出/追跡手法の検討エッジ情報とデフォーマブルテンプレートを用いた顔の自動追跡の手法を提案し実験検討した.(3)複数人の視線一致が可能な映像通信システム(MPEC)の階層化これまでの,提案・構築したMPECの拡張を図る.その一つとして,視線一致のとれた会議システムMPECの階層化を図る.この階層化により,多数の遠隔サイトの会合を関連のある人とだけ視線一致をとりながら行うことができる.その基本設計と効果を検証した.(4)注視点制御手法の検討Interest Pointの検出は、様々な画像処理にて必要とされる.対称性を考慮したモーメント特徴量により注視すべき点を抽出する手法に関して検討を行なった.本研究では、映像を主とする将来のマルチメディア通信においてユーザ主体型の映像通信を実現するための画像処理技術とその実験システムによる検証を目的としている。ユーザの状況を自動的に検知し、映像内容を制御すれば、臨場感を高め直接対話しているような環境を実現可能と考えられる。具体的には、視線の一致の問題にといわれるように映像通信の臨場感を左右する一つの重要な要素はユーザの視線や顔の向きであるため、第一に複数人の視線一致を可能と居るユーザ主体型映像通信システムの構築を目的としている。さらに、必要に応じ、視野(カメラ)の制御、表示(ディスプレー)の制御を行なうことで、ユーザの意図をより反映させた映像通信の実現を目標としている。当初の計画通り、以下の課題に関して検討を進めた。(1)複数人の視線一致が可能な映像通信システムの構築と検討テレビ会議での実用上の問題となる視線の自然な一致/不一致を可能とするシステム(MPEC)の構築を行なった.ハーフミラを併せた複数のディスプレに対してカメラ配置を工夫することで,複数人同志のテレビ会議にて自然な視線の一致/不一致を与えることができる.1対2での会議を想定した第一次プロトタイプを構築しその原理が動作することを確認した.また,第2次ブロトタイプにより,2対2の会議を想定したシステム構築を行った.(2)ロバストな顔の向き/視線の検出/追跡手法の検討エッジ情報とデフォーマブルテンプレートを用いた顔の自動追跡の手法を提案し実験検討した.データベースからの多数の顔画像に対して解析アルゴリズムに必要とされる基本的なパラメータの抽出も行った.本研究では、映像を主とする将来のマルチメディア通信においてユーザ主体型の映像通信を実現するための画像処理技術とその実験システムによる検証を目的としている.ユーザの状況を自動的に検知し、映像内容を制御すれば、臨場感を高め直接対話しているような環境を実現可能と考えられる.具体的には、視線の一致の問題といわれるように映像通信の臨場感を左右する一つの重要な要素はユーザの視線や顔の向きであるため、第一に複数人の視線一致を可能とするユーザ主体型映像通信システムの構築を目的としてきた.これまでの検討を以下に記す.(1)複数人の視線一致が可能な映像通信システムの構築

テレビ会議での実用上の問題となる視線の自然な一致/不一致を可能とするシステム(MPEC)の構築を行なった。ハーフミラを併せた複数のディスプレイに対してカメラ配置の工夫により複数人同志のテレビ会議にて自然な視線の一致/不一致を与えることができる.2つのプロトタイプを構築した.(2)ロバストな顔の向き/視線の検出/追跡手法の検討エッジ情報とデフォーマブルテンプレートを用いた顔の自動追跡の手法を提案し実験検討した.(3)複数人の視線一致が可能な映像通信システム(MPEC)の階層化これまでの,提案・構築したMPECの拡張を図る.その一つとして,視線一致のとれた会議システムMPECの階層化を図る.この階層化により,多数の遠隔サイトの会合を関連のある人とだけ視線一致をとりながら行うことができる.その基本設計と効果を検証した.(4)注視点制御手法の検討Interest Pointの検出は、様々な画像処理にて必要とされる.対称性を考慮したモーメント特徴量により注視すべき点を抽出する手法に関して検討を行なった.
プラズマポリマー薄膜を利用した二酸化炭素分離膜の開発

本研究は、燃焼排ガスから二酸化炭素を分離濃縮する高分子膜を開発することを最終目標として、分離膜の設計のための基礎的知見を得ることを目的として行われたものである。この開発は、1)高分子膜によるガス透過は、膜表面へのガス分子の溶解と、それにつづく拡散過程によって進行すること。2)二酸化炭素の分子径が窒素分子のそれよりも大きいこと。を考慮して次の2つのコンセプトを立てた。1)二酸化炭素分子の溶解性の富む膜素材を選ぶ。2)二酸化炭素分子の拡散距離を短かくするよう、膜厚の薄い分離膜を選ぶ。1、2のコンセプトを実現するため分離膜の作成法としてプラズマ重合法を採用し、シラン化合物をプラズマ重合の原料とした。分離膜への二酸化炭素の溶解度を測定するquartzcrystal microbalanceを自作し、プラズマポリマーに対する二酸化炭素の溶解度を測定した。dimethyldimethoxysilane(DMDMOS)、decamethylcyclopentasiloxane(DMCPS)、tetramethyldisiloxane(TMDSO)からのプラズマポリマーに対する二酸化炭素の溶解度係数は、窒素の溶解度係数よりも大きく、二酸化炭素の選択的な溶解が起こる。この結果は、これらのシラン化合物からのプラズマポリマーが、コンセプト1を満足する分離膜素材であることを証明している。さらに、二酸化炭素の溶解度係数は、プラズマポリマーの化学構造、特にSi-(O-)_4のシラン部位と関係が深いことを見いだした。この結果をうけて、Si-(O-)_4のシラン部位の含有量が高いDMDMOSからのプラズマポリマーを多孔質基板(ミリポア)上に堆積した分離膜の二酸化炭素の分離特性を検討した。二酸化炭素と窒素の分離比(透過係)数比)は、0.8-0.9と二酸化炭素の選択分離を示していない。先の溶解度の結果とこの結果を総合すると、3種のシラン化合物からのプラズマポリマーは二酸化炭素の選択溶解が起こるものの、拡散速度が遅いため二酸化炭素の選択分離とならないことが判明した。次に、二酸化炭素の拡散速度をはやめるためtetramethyldisiloxaneを原料とするプラズマポリマーを分離膜とした。このプラズマポリマーの二酸化炭素と窒素の分離比は4.4を示し、二酸化炭素の選択分離膜の開発に成功した。地球温暖化問題に対する世界的な関心が高まり、その一原因であるCO_2の削減が望まれている。そのような背景を受けて、本研究はCO_2を分離・濃縮できる膜を開発するための基礎的知見を得ることを目的として行われたものである。高分子膜によりガス透過は、膜表面へのガス分子の溶解とそれにつづく拡散過程によって進行すること。さらにCO_2分子の拡散速度はN_2分子のそれに比べ理論的に遅いことを考慮し、分離膜開発のコンセプトを次のように定めた。1.CO_2ガス分子の溶解に富む膜素材を選ぶ。2.拡散が障害とならないように拡散距離をなるべく短くする(膜厚の薄い)。まず、薄膜の作成法としてプラズマ重合法を採用するとこととし、薄膜(5000 A^^゚程度)の溶解度が測定できる測定器を開発した。この測定は薄膜の共振周波数がガスの溶解によって変化することを利用したものである。この測定実験から、シラン化合物を中心とするプラズマ重合の出発原料を探索したが、ジメチルジメトキシシランが適していること、このプラズマポリマーはCO_2ガスの溶解性に優れていることを見出した。とみに、CO_2ガスとN_2ガスとの溶解度比は3.8である。

つづいて、プラズマポリマーを多孔質膜上に堆積した分離膜を作成した。この分離膜の高いCO_2ガス溶解性にかかわらず、CO_2ガスとN_2ガスとの分離比は0.8であった。これは、ガス溶解性に比べ拡散過程が支配的であることを示すものであり、CO_2ガス分離では、拡散過程の重要さを物語っている。この結果は本年度のInternational Symposium on Membrane Science & Techology(Tokyo、1992.6.17)、膜シンポジウム(11.21)で発表した。本年度の研究結果を踏まえ、拡散速度の速いプラズマポリマー薄膜を作成することが次年度の研究目標である。本研究は、燃焼排ガスから二酸化炭素を分離濃縮する高分子膜を開発することを最終目標として、分離膜の設計のための基礎的知見を得ることを目的として行われたものである。この開発は、1)高分子膜によるガス透過は、膜表面へのガス分子の溶解と、それにつづく拡散過程によって進行すること。2)二酸化炭素の分子径が窒素分子のそれよりも大きいこと。を考慮して次の2つのコンセプトを立てた。1)二酸化炭素分子の溶解性の富む膜素材を選ぶ。2)二酸化炭素分子の拡散距離を短くするよう、膜厚の薄い分離膜を選ぶ。1、2のコンセプトを実施するため分離膜の作成法としてプラズマ重合法を採用し、シラン化合物をプラズマ重合の原料とした。分離膜への二酸化炭素の溶解度を測定するquartz crystal microbalanceを自作し、プラズマポリマーに対する二酸化炭素の溶解度を測定した。dimethyldimethoxysilane(DMDMOS)、decamethylcyclopentasiloxane(DMCPS)、tetramethyldisiloxane(TMDSO)からのプラズマポリマーに対する二酸化炭素の溶解度係数は、窒素の溶解度係数よりも大きく、二酸化炭素の選択的な溶解が起こる。この結果は、これらのシラン化合物からのプラズマポリマーが、コンセプト1を満足する分離膜素材であることを証明している。さらに、二酸化炭素の溶解度係数は、プラズマポリマーの化学構造、特にSi-(0-)_4のシラン部位と関係が深いことを見いだした。この結果をうけて、Si-(0-)_4のシラン部位の含有量が高いDMDMOSからのプラズマポリマーを多孔質基板(ミリポア)上に堆積した分離膜の二酸化炭素の分離特性を検討した。二酸化炭素と窒素の分離比(透過係数比)は、0.8-0.9と二酸化炭素の選択分離を示していない。先の溶解度の結果とこの結果を総合すると、3種のシラン化合物からのプラズマポリマーは二酸化炭素の選択溶解が起こるものの、拡散速度が遅いため二酸化炭素の選択
ベクトル場のホモクリニック軌道の分岐と超越整関数の力学系

超越整関数の力学系の研究において次の研究結果を得た。定理1:整関数f(z)がf_n(Z)によってC上広義一様に近似されていて、f(z)のFatou集合F_fがattracting cycleのbasinだけからなる、または空集合のときf_n(Z)のJulia集合J_<fn>はf(z)のJulia集合J_fにHausdorff距離に関して収束する。この結果はB.Krauskopfがf(z)=λe^z,f_n(z)=λ(1+z/n)^nという非常に特殊な場合でしかもパラメーターλがある条件を満たしている場合に示した結果の一般化になっている。またf(z)がこの定理の条件を満たすための十分条件として、f(z)がC.McMallenの意味でexpandingならば十分であることも示した。この結果の一つの応用として、S:={f(z)|f(z)のsingular valueは有限個}に属するf(z)についてf_n(z)がある条件を満たすときJ_f=C^^<^>であることがわかる(詳細は略)、という命題を示した。以上の結果は下記のとおり「Nonlinearity」に掲載される予定である。今後は同じ状況のもとでJ_fの位相的性質がf_n(z)の情報からどの程度わかるかを研究していきたいと思っている。
腱再生を担う細胞群の特性と再生制御機構の解明

腱の再生メカニズムを解明するべく、アキレス腱再生モデルによる実験を行なっている。アキレス腱を全切除して経時的に再生する組織を観察したところ、肉眼的には明らかに正常腱とは異なっており、組織学的にもコラーゲンの配向性は保たれておらず、異所性石灰化を伴っていた。免疫染色やRealtime PCRにおいても腱細胞マーカーであるTnmdやScxは発現が乏しく、軟骨細胞マーカーであるSox9や骨芽細胞マーカーであるRunx2の発現が有意であった。続いて各段階での再生組織から細胞を単離し、腱再生に関与する細胞群を同定するためFACSでの細胞のソーティングを試みたが、細胞のソーティング用いるマーカーの選択に難渋し、細胞のクラスター化を行うことが困難であった。そこで、LMDで異所性石灰化部と再生腱部を採取し、RNAシークエンスを行いそれぞれの遺伝子発現を比較することで腱再生に有用な候補遺伝子の選定につなげようと試みたが、再生腱部が多種多様な組織を含むためか、複数サンプル間で一定した結果が得られなかった。in vivoのデータから腱の治癒に関わる候補遺伝子が抽出されないことにはin vitroの実験も進行が困難であるため、今後さらに数を増やしてLMDを再度行うことを検討している。in vivoの実験結果を待つ間には、工学部と共同してアキレス腱切除モデルに薬剤を徐放する系を確立しておく予定である。現時点でポリマーとゲルによる薬剤徐放手段を持ち合わせているため、実際の実験までにどちらが最適か検討する。今年度FACS・LMDの結果から腱再生因子の候補を選定し、リコンビナントタンパクなどを使用して実験を進めていく予定であったが、それぞれの結果の解釈に難渋していることが進捗状況の遅れにつながったと考えている。申請時の予定からは遅れているが、基本的には予定通りに研究を進めていく予定である。LMDの結果を待ってin vitroの実験につなげる予定であったが進捗が遅れているため、各種細胞を用いて元々有望と考えていたTGF-βシグナルのアクチベーター、BMPシグナルのインヒビターを用い腱方向への分化促進に働くか検討する。また、細胞伸展装置を用いた力学的ストレス負荷実験も行う。これらの結果をin vivoの結果と照合し、実験の進捗へと繋げてゆきたい。まずは研究実施計画に沿って、アキレス腱再生モデルにおける再生腱の経時的な組織学的解析を行った。再生腱周囲は瘢痕形成が著名で癒着を伴っており、それに伴い足関節の拘縮を呈していた。組織学的には再生腱中央部を中心にSafranin Oで染色される異所性骨化を認め、異所性骨化以外の部位においても再生腱は正常腱と比較して不整であり、Masson trichrome染色においてもコラーゲン線維の成熟度は低かった。経時的に観察を行っても、異所性骨化は増大傾向であり、20週の時点でも正常腱とは程遠い肉眼像・組織像であった。今現在、再生部分を酵素処理して細胞を単離し、FACSによって腱再生に関わる細胞群の特定を目指し実験を進めているが、どのマーカーでソートしても明確なクラスターに分けることが難しく、再生部分では多彩な分化段階にある多様な細胞が存在している可能性が考えられる。FACSでの細胞群の特定と並行してLMDでの異所性石灰化部と再生腱部の遺伝子発現に関しても行なっている。アキレス腱再生モデルの経時的変化に関しては順調に進んだが、再生腱や異所性石灰化に関わる細胞群をFACSでソートするにあたりどのマーカーで行うか、そしてどの検体マイクロアレイを行うかに関しての決定に難渋しているため。

今年度FACS・LMDの結果から腱再生因子の候補を選定し、リコンビナントタンパクなどを使用して実験を進めていく予定であったが、それぞれの結果の解釈に難渋していることが進捗状況の遅れにつながったと考えている。来年度は複数ある候補遺伝子の中からターゲットとなる遺伝子を選定し、FACSによる細胞群のソートを継続して行なっていく。そしてLMDによる細胞群の遺伝子の発現解析や、周囲の細胞群同士のクロストークなども解明していきたい。申請時の予定からは遅れているが、基本的には予定通りに研究を進めていく予定である。LMDの結果を待ってin vitroの実験につなげる予定であったが進捗が遅れているため、各種細胞を用いて元々有望と考えていたTGF-βシグナルのアクチベーター、BMPシグナルのインヒビターを用い腱方向への分化促進に働くか検討する。また、細胞伸展装置を用いた力学的ストレス負荷実験も行う。これらの結果をin vivoの結果と照合し、実験の進捗へと繋げてゆきたい。理由:前述したFACS解析などの遅れに伴い、予算が次年度に持ち越しとなり結果として次年度使用額が生じた。使用計画:FACS解析の継続に関して使用する予定である。使用計画:LMDのサンプルの追加や予定しているin vitroの実験に使用する予定である。
全ての脊椎動物が共有する新規フェロモン受容体ancV1Rの機能解明

脊椎動物がもつフェロモン感覚は、生殖システムの中心的役割を果たすと考えられるが、私はポリプテルスやシーラカンスなどの古代魚から陸生哺乳類まで、ほぼ全ての脊椎動物ゲノム中に共通だと考えられる新規フェロモン受容体候補遺伝子(ancV1Rと名付けた)を発見した。本研究では進化的・分子生物学的な解析を通して、このancV1Rの機能を明らかにすることを主目的とする。H29年度には、ancV1Rが脊椎動物の進化の過程で極めて保存的であるにもかかわらず、このancV1R遺伝子はいくつかの種において偽遺伝子化していることが明らかとなり、その偽遺伝子化のパターンが鋤鼻器官の退化と強く相関していることがわかった。さらにこの問題を詳細に理解するために、哺乳類のancV1R遺伝子の大系統樹のそれぞれの枝について選択圧解析をおこなったところ、偽遺伝子化している種については非同義置換率が同義置換率よりも有意に高くなっていることが明らかとなった。これは生態的に鋤鼻器官が必要なくなった種においてancV1R遺伝子への制約の緩みが起きたためと推察され、ancV1Rが鋤鼻器官において重要な働きをしていることを示唆した。上記の発見について1報はMol. Biol. Evol.誌に論文として発表し、もう1報は現在リバイズを行なっているところである。また、ancV1R-KOマウスの作出に成功し、その表現型解析(特にKO雌個体の生殖行動異常に着目)を進めており、現在は野生個体とKO個体との違いの詳細を解析しているところである。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。初年度においては、まず広範な生物種のドラフトゲノム配列から、ancV1Rを含めたI型鋤鼻受容体遺伝子の配列を網羅的に取得し、その大系統樹を作成した。その結果ancV1Rは既知のフェロモン受容体V1Rファミリーに含まれることが確認され、さらには脊椎動物のV1Rの中では進化的に初期に登場した遺伝子であることも明らかとなった。さらに脊椎動物の進化の過程で極めて保存的であるにもかかわらず、このancV1Rはいくつかの種において偽遺伝子化していることが明らかとなり、その偽遺伝子化のパターンが鋤鼻器官の退化と強く相関していることがわかった。このためancV1Rは鋤鼻器官におけるフェロモン受容の中心的かつ基盤的な役割をしていることが期待された。これはancV1Rの発現パターンが鋤鼻器官全体に渡っていることからも強く示唆される。ancV1R遺伝子の系統樹は種の系統関係と正確に一致しており、これはancV1Rがパラログではなく相同な遺伝子座であることをあらためて示唆している。また、分担研究者の廣田准教授のラボでは、CRISPR/Cas9システムを用いたancV1R-KOマウスの作出に成功し、戻し交配も順調に進んでいる。これまでに多くの脊椎動物の全ゲノムドラフト配列が登録されてきたが、ancV1R遺伝子が偽遺伝子化している種については鋤鼻器官が退化していることはほぼ間違いないことが明らかとなった。また、ancV1Rの遺伝子系統樹と種の系統樹が一致していることは、ancV1Rが遺伝子の重複と喪失によって生じたパラログを比較している可能性が極めて低いことを強く示唆しており、本研究の注目するancV1Rが長い期間保持されてきたオーソログであることに関する強い証拠を得られた。さらに広範な脊椎動物種においてancV1R遺伝子の周辺のシンテニーを調べたところ、本遺伝子はsncaip遺伝子のイントロンに存在することがわかり、シンテニー解析からもancV1Rがオーソログであることが強く示唆された。ここまでで一度論文として発表する予定である。KOマウスの構築も進んだことから、この研究は順調に進展している。

上記の発見について1報はMol. Biol. Evol.誌に論文として発表し、もう1報は現在リバイズを行なっているところである。また、ancV1R-KOマウスの作出に成功し、その表現型解析(特にKO雌個体の生殖行動異常に着目)を進めており、現在は野生個体とKO個体との違いの詳細を解析しているところである。脊椎動物がもつフェロモン感覚は、生殖システムの中心的役割を果たすと考えられている。フェロモンやその受容体はそれぞれの種に特異的であり、その種間共通性は低いことが知られているが、私はポリプテルスやシーラカンスなどの古代魚から陸生哺乳類まで、ほぼ全ての脊椎動物ゲノム中に共通だと考えられる新規フェロモン受容体候補遺伝子(ancV1Rと名付けた)を発見した。本研究では進化的・分子生物学的な解析を通して、このancV1Rの機能を明らかにすることを主目的とする。H29年度は、ancV1Rを広範な哺乳類ゲノムを対象にBLASTを用いた網羅探索をおこなったところ、ancV1Rは脊椎動物の進化の過程で極めて保存的であるにもかかわらず、いくつかの種において偽遺伝子化していることが明らかとなった。具体的には高等霊長類、クジラ類、コウモリ類で偽遺伝子化しており、これは鋤鼻器官の退化と強く相関していることがわかった。このことはancV1Rが鋤鼻器官において重要な役割を果たしている可能性を示唆するものであり、今後はゲノム解読の進展を待ち、より多くの哺乳類について、調べていこうと考えている。また、鋤鼻器官の有無に関して記載のない哺乳類に関しては、このancV1R配列がintactなのか偽遺伝子化しているかを調べることで、鋤鼻器官の状態(退化しているか否か)の判断をおこなうことが可能になるとも予想される。また、データベースを用いた情報学的な解析に加えて、ancV1R欠損マウスの作出も続けており、これが成功し次第、表現型観察も併せて進めていきたいと考えている。現時点でゲノム配列が公開されている哺乳類についてはすべての種についてancV1R配列を獲得し、その配列がフレームシフトやストップコドンが入った偽遺伝子化を起こしているかどうかの検証をおこなうことができた。その結果、概要にあるとおり、鋤鼻器官の退化という表現型と、ancV1Rの偽遺伝子化という遺伝子型に強い相関性が出たことは、進化学的には重要なことであり、さらにはフェロモン受容における今後の研究進展にもつながる発見となった。そのため、研究はおおむね順調に進展していると考えている。ancV1R-KOマウスの解析を中心に進めていく。まずは廣田研究室にて行動(縄張り行動、生殖行動、雌雄判別能力等)観察を詳細におこなうことで、その機能に関する予想をたて、その検証につながる実験を計画していこうと考えている。また、同時にancV1Rのエンハンサー領域を明らかにするために、鋤鼻器官におけるChIPseqを実施する。比較対象としては主嗅上皮と嗅球(脳)を用いる。エンハンサー領域が明らかになった際には、鋤鼻特異的な転写因子の探索や、その領域の進化的な保存も調べていこうと考えている。最終的には、このancV1Rが他フェロモン受容体とどのような共役をすることでフェロモン受容を可能にしているのか、そのメカニズムを解明できるように培養細胞における強制発現系の実験を見据えて実験を進める。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
廃棄物の広域処理政策における費用効率性と施設立地に関する実証研究

人口減少や地方の過疎化を踏まえて、廃棄物処理の効率化の観点から、複数の自治体が共同でごみ処理をおこなう広域処理政策を実施する自治体が増加している。しかし、広域処理政策がもたらす政策効果は十分に把握されておらず、広域化による費用削減効果や、政策を効果的におこなうための条件について明らかにすることが喫緊の課題である。そこで本研究では、ごみ処理の広域化がもたらす規模の経済性や範囲の経済性が、廃棄物処理の費用削減に与える影響について実証的に明らかにすることを試みる。加えて、ごみ処理の広域化がもたらすNIMBY問題にも着目し、どのような政策がごみ処理施設の受入れに有効であるのかについて明らかにする。
量子可積分系の分配関数と対称多項式の表現論の研究

Felderhof模型、XXZ型6頂点模型の2種類の可解6頂点模型の分配関数に関する研究と、表現論への応用に関する研究を行った。Felderhof模型に関しては、双対波動関数と対称多項式の対応に関する研究を行い、Schur多項式、symplectic Schur関数に関する新たな組合せ論等式や、双対Cauchy公式の拡張を行った。XXZ型6頂点模型に関しては、三角型境界のドメイン壁分配関数の表式の導出を行った。更には、波動関数へと研究を拡張するため、これまでドメイン壁分配関数に制限されていたIzergin-Korepin解析を波動関数の場合に拡張する手法を確立した。可解格子模型の分配関数と対称多項式の対応の解明及び、その等価性に基づ対称多項式の組み合わせ論的表現論をテーマに研究を行っている。今年度は、Felderhof模型とSchur関数の対応を拡張し、種々の対称多項式の代数等式を導出した。まず、一般化Felderhof模型のL演算子をYang-Baxter関係式の解析により導入し、L演算子より構成される波動関数がfactorial Schur関数を更に拡張した一般化factorial Schur関数で表わされることを示した。また、この波動関数と対称多項式の対応と、ドメイン壁分配関数のIzergin-Korepin流解析を総合することにより、一般化factorial Schur関数の双対Cauchy公式を導出した。次にこの対応を、片側が反射壁境界条件である場合に対して、類似した解析を行った。まず、波動関数の構成に必要な2種類目のL演算子と境界のK行列を、Yang-Baxter関係式より導出した。次に、2種類のL演算子とK行列より構成される波動関数が、一般化factorial symplectic Schur関数で表わされることを示した。更に、反射壁境界条件とドメイン壁境界条件を混合した境界条件の分配関数を解析することにより、一般化factorial symplectic Schur関数の双対Cauchy公式を導出した。従来知られていたsymplectic Schur関数の双対Cauchy公式の拡張である。今年度はFelderhof模型、XXZ型6頂点模型の両方に関して研究を行った。まず、Felderhof模型についてであるが、近年、波動関数がTokuyama公式と呼ばれる、Schur多項式のWeyl指標公式を変形した組合せ論等式を実現することが数論の研究者によって明らかにされている。これをふまえ、双対波動関数に関する研究を行い、双対波動関数とSchur多項式の対応に関して2通りの証明を与えた。また、その対応に基づき、Tokuyama公式とは別個のSchur多項式の新たな組合わせ論等式を導出した。更に、双対波動関数の研究を反射境界条件がある場合に関しても行い、symplectic Schur関数との対応を明らかにした。XXZ型6頂点模型についても研究を行った。主に、三角型境界条件について扱った。まず、ドメイン壁分配関数に対してIzergin-Korepin解析を行った。この解析により、分配関数は一意に特徴付けられるが、この特徴付けを満たす多項式を見出した。更に、波動関数に関しても研究を行った。この研究を行う際、必要に迫られたため、従来、ドメイン壁分配関数に関してのみ適用されていたIzergin-Korepin解析を波動関数の場合に拡張する方法を開発した。この手法は三角型境界のみならず、最も基本的な境界条件の波動関数に関してもこれまで開発されてこなかった手法である。三角型境界の場合には、波動関数がSchur Q、P関数にみられる和公式で表される対称関数が出現することを示した。また、基本的な境界条件の場合、波動関数はGrothendieck多項式の量子群変形に相当する多項式であるため、可解格子模型の観点からこの多項式に関する研究をすることが可能になり、いくつかの代数等式を導出した。対称多項式の双対Cauchy公式の可解公式模型を用いた研究で重要なのが、双対波動関数の解析である。従来の研究では、Felderhof模型のパラメータを特殊化した場合は、対称性に関する議論を行うことにより、波動関数より双対波動関数の表示ができるが、一般のパラメータではこの議論は適用することができていなかった。最近、行列積の手法を用いて導出することができたので、この結果を用い、Schur関数の新たな組合せ論表示の導出する。また、一般化factorial Schur関数への一般化や、XXZ模型の場合にも解析を行う。28年度が最終年度であるため、記入しない。量子可積分系28年度が最終年度であるため、記入しない。
環境応用のための微細表面の凹凸形状による紅色光合成細菌バイオフィルムの形成制御

バイオフィルムは,細菌が固体表面上で増殖して細菌膜構造を形成した状態をいう.燃料電池や光合成促進など環境分野での応用が期待できる.本研究では,紅色光合成細菌を例に,微細表面凹凸形状を施した固体表面を用いることで,同細菌によるバイオフィルムの形成制御とその応用をめざした.具体的には,培養基板材質や表面微細加工が紅色光合成細菌培養面に及ぼす影響を調べた.また,実際の光合成型燃料電池実験を実施し,培養面形成状態と光合成能力の関係を実験的に明らかにし,光合成能力の高効率化が図れる培養面形成状態を検討した.バイオフィルムは,細菌が固体表面上で増殖して細菌膜構造を形成した状態をいう.燃料電池や光合成促進など環境分野での応用が期待できる.本研究では,紅色光合成細菌を例に,微細表面凹凸形状を施した固体表面を用いることで,同細菌によるバイオフィルムの形成制御とその応用をめざした.具体的には,培養基板材質や表面微細加工が紅色光合成細菌培養面に及ぼす影響を調べた.また,実際の光合成型燃料電池実験を実施し,培養面形成状態と光合成能力の関係を実験的に明らかにし,光合成能力の高効率化が図れる培養面形成状態を検討した.バイオフィルムは,細菌が固体表面上で増殖して細菌膜構造を形成した状態をいう.浄水系としての実用例があり,さらなる応用が燃料電池や光合成促進など環境分野で期待されている.通常,バイオフィルムは任意に形成されるため,バイオフィルムの実用的な高効率利用には所望形状や構造のバイオフィルムを得る必要があるが,現状ではBF形成制御手法は未確立である.そこで本研究では,紅色光合成細菌を例に,微細表面凹凸形状を施した固体表面を用いることで,細菌の増殖およびバイオフィルムの形成と構造の制御の実現を目的としている.具体的には,形状や寸法が異なる微細凹凸形状を加工した固体表面上で細菌の培養を行い,バイオフィルム形成機構の定量的な解明と制御方法の確立をめざしている.本年度は,基板材質候補としては,金属系,高分子(プラスチック)系,シリコン(Si,SiC,SiO2,Si3N4)系の材料についてを検討し,同一材質でも,表面粗さ並びに色(透明・不透明)についても考慮して,いくつかの候補を設定し,基礎実験として微細表面加工をしていない状態での紅色光合成細菌バイオフィルムの形成状態を時系列的な観察により実験的に調べた.ついで,同一基板材質において,形状,寸法(水平(基板面内)・垂直(深さ),表面粗さ)を微細加工技術によって変え,紅色光合成細菌バイオフィルム機能表面の形成実験を行い,時系列的な観察を通じ,表面形状とバイオフィルム形成条件の関係を実験的に明らかにした.バイオフィルムは,細菌が固体表面上で増殖して細菌膜構造を形成した状態をいう.浄水系としての実用例があり,さらなる応用が燃料電池や光合成促進など環境分野で期待できる.通常,バイオフィルムは任意に形成されるため,バイオフィルムの実用的な高効率利用には所望形状や構造のバイオフィルムを得る必要があるが,現状ではバイオフィルム形成制御手法は未確立である.本研究では,紅色光合成細菌を例に,微細表面凹凸形状を施した固体表面を用いることで,細菌の増殖およびバイオフィルムの形成と構造の制御の実現を目的とする.本年度は,昨年度までの培養基板材質選択,表面微細加工,紅色光合成細菌培養面の形成に引き続き,当初の計画どおり,本年度は昨年度までの結果をもとに所望のバイオフィルムを得るための培養基板表面形状設計指針を明らかにした.すなわち,光合成実験として,昨年度までに得られた培養面について,環境改善能力の効率測定を行い,実際の光合成実験や燃料電池化実験を実施し,培養面形成状態と光合成能力の関係を実験的に明らかにし,光合成能力の高効率化が図れる培養面形成状態を明らかにした.バイオフィルムは,細菌が固体表面上で増殖して細菌膜構造を形成した状態をいう.浄水システムでの適用例がすでにあり,さらなる応用として燃料電池や光合成促進など環境分野で期待できる.通常,バイオフィルムは任意に形成されるため,バイオフィルムの実用的な高効率利用には所望形状や構造のバイオフィルムを得る必要があるが,現状ではバイオフィルム形成制御手法は十分には確立していない.本研究では,紅色光合成細菌を例に,微細表面凹凸形状を施した固体表面を用いることで,同細菌によるバイオフィルムの形成制御とその応用をめざした.本年度は昨年度までの成果をもとに,具体的には,培養基板材質選択,表面微細加工,紅色光合成細菌培養面の形成を実験的に検討や検証を行った.また,紅色光合成細菌による光合成実験として,昨年度までの検証を含め,実際の光合成実験や燃料電池化実験を実施し,培養面形成状態と光合成能力の関係を実験的に明らかにし,光合成能力の高効率化が図れる培養面形成状態を検討した.東日本大震災にともなう計画停電や節電の影響により,若干のスケジュールの変更は余儀なくされたが,特段の大きな問題もなく順調に進展している.24年度が最終年度であるため、記入しない。当初計画におおむね沿って推進させる予定である.24年度が最終年度であるため、記入しない。
一般廃棄物理埋立処分地における有害物質の溶出防止・吸着と土質力学的安定に関する研究

以下の研究成果を得ることができました。1)一般廃棄物に埋立処分される割合が最も多い礫分を含む焼却灰の土質力学特性(圧密特性、せん断特性)が明らかになった。この力学特性を利用して一般廃棄物埋立処分場の地盤工学的数値解析が関口・大田モデルの構成式により可能となった。2)焼却灰に石炭灰を重量比で20%添加した場合、石炭灰が自硬による強度の約1/41/5の強度が発現される。しかし,その強度は1年の養生を経ても、養生期間が増加するにしたがって増加する。したがって,石炭灰と焼却灰の成分はポゾラン反応を起こす成分が含まれているが、養生初期においては石炭灰と焼却灰の成分による強度増加は少ないと考えられるが養生期間が長くなると石炭灰と焼却灰の成分による固化作用が発現されていると考えられる。3)焼却灰の有害物質として問題になりやすいのは、鉛である。石炭灰を焼却灰に添加した場合石炭灰の混入量10%以下では、逆に溶出量が多くなるが10%以上では減少する。石炭量が添加量20%では、溶出量が全く計測されなかった。他の重金属でも添加量20%では、全く重金属は溶出しなかった。4)走査型顕微鏡による顕微鏡写真によりその溶出防止が石炭灰粒子が焼却灰表面に付着し固化することにより溶出防止がなされている。したがって、石炭灰でもフライアッシュに用いられていない石炭灰でも溶出防止が可能である。以上の研究成果により石炭灰が焼却灰の重金属溶出に極めて有用であることが明らかになった。しかし、まだ、短期強度の増加を図るべきで、このためにさらに研究を進める予定である。一般廃棄物埋立処分地における有害物質の溶出防止・吸着と土質力学的安定に関する研究を行うため、本年度は過去の焼却灰の文献、石炭灰の文献を整理し、溶出防止・吸着の可能性を明らかにし、さらに焼却灰の本来の土質力学特性を明らかにするとともに焼却灰に石炭灰を混入しー軸圧縮試験を実施した。その結果石炭灰混入率とー軸圧縮強度が明らかになった。さらに、焼却灰の溶出で問題になる鉛の溶出試験を行い、溶出量と石炭灰混入率の関係を明らかにした。その結果は、石炭灰混入率5%以下程度ではー軸圧縮強度、溶出量は大きな値の変化はないが、混入率10%以上ならば強度、溶出量は大きく影響を受けるようである。しかし、焼却灰の種類、石炭灰の種類によりその強度特性、溶出量は異なることが予想される。石炭灰粒子自体にかなりミクロな空隙が含まれているため、その空隙に粒子が取り込まれることは明らかである。しかし、重金属の溶出試験はすり鉢などで微細な粒子にしてから溶出試験を行うことになっている。従って、この粒子形状が壊れて、正確な吸着能力を把握できない可能性がある。また、重金属溶出はpHの影響が大きく、重金属の溶出を定量的に把握できない原因になっている。来年度はこれらの様々の問題を解決し、石炭灰が焼却灰を硬化させる能力と有害物質を吸着する能力を明らかにする予定である。これらの研究は一般廃棄物と産業廃棄物を混合することにより、安全な埋立処分場の管理、さらには有害物溶出の危険性をはらんだ焼却灰を有効利用する可能性を見出すことができると確信している以下の研究成果を得ることができました1)一般廃棄物に埋立処分される割合が最も多い礫分を含む焼却灰の土質力学特性が明らかになった。この力学特性を利用して一般廃棄物埋立処分場の地盤工学的数値解析が可能になった。

しかし,その強度は1年の養生を経ても、養生期間が増加するにしたがって増加する。したがって,石炭灰と焼却灰の成分はポゾラン反応を起こす成分が含まれているが、養生初期においては石炭灰と焼却灰の成分による強度増加は少ないと考えられるが養生期間が長くなると石炭灰と焼却灰の成分による固化作用が発現されていると考えられる。3)焼却灰の有害物質として問題になりやすいのは、鉛である。石炭灰を焼却灰に添加した場合石炭灰の混入量10%以下では、逆に溶出量が多くなるが10%以上では減少する。石炭量が添加量20%では、溶出量が全く計測されなかった。他の重金属でも添加量20%では、全く重金属は溶出しなかった。
ヒト間葉系幹細胞(MSC)を応用した骨・軟骨再生医療への挑戦

骨芽細胞への分化能を有するヒト間葉系幹細胞(human Mesenchymal Stem Cell ; hMSC)を骨芽細胞、軟骨細胞へ分化させ、そこで得られた遺伝子発現プロファイルから、分化に関与する分子を明らかにする。また異所性骨化のメカニズムにアプローチする。後縦靱帯骨化症(OPLL)は進行性靱帯異所性骨化を特徴とする多因子疾患であり、神経圧迫によりさまざまな程度の神経症状をきたす。われわれはゲノム全域連鎖解析から感受性遺伝子同定をおこない、collagen 6A1の関与を見い出している。感受性遺伝子の同定のみでは異所性骨化の成因解明は困難であったので、骨化傾向を有するOPLL患者靱帯細胞を骨芽細胞への分化させた際に発現上昇する遺伝子の同定より、OPLLの骨化制御機構の解明を目指した。我々は、hMSC、OPLL患者および対照として頚椎症性脊髄症患者から得られた靱帯細胞において骨芽細胞系への分化に伴う遺伝子発現の変化を網羅的にマイクロアレイ解析で検討した。マイクロアレイ解析の結果多くの遺伝子発現変化が観察された。その中ですべての系において共通して発現上昇が見られ、OPLL患者により発現上昇が確認されたPLZFに注目した。さらに、その発現レベルの経時的パターンを調べた。分化誘導前は発現まったく確認されず、分化誘導後に発現が速やかに上昇した。転写因子であるPLZFは骨芽細胞分化に重要な役割を果たすことが期待されたので、この遺伝子発現を抑える目的で21塩基の二本鎖RNA(siRNA)を2ヶ所で設計しリポフェクトアミンでhMSCへ取り込ませた。その結果効率よく遺伝子発現抑制が、RT-PCRで確認でき同時にalkaline plosphataseの上昇をマーカーとした骨芽細胞への分化は抑制された。次にC2C12細胞で強制発現させたところ、骨芽細胞への分化促進が確認された。これらの結果から、PLZFが骨芽細胞分化に重要な因子であるのみでなく、OPLLの治療につながる可能性が示唆された。ヒト間葉系幹細胞(Mesenchymal Stem Cell : MSC)は骨、軟骨、靭帯、筋あるいは脂肪などに分化する能力を有する細胞で、ヒト骨髄液から単離・培養できる。MSCは骨、軟骨系細胞への分化能、および組織形成能を有するので、整形外科領域での再生医療への応用が期待されている。胚性幹細胞(ES細胞)と異なり成人より得ることが出来る。すなわち再生を必要とする患者本人から採取可能という利点があり、自己組織なので免疫拒絶の心配が非常に少ない。本年度は、整形外科領域での再生医療を目指し基礎データの収集をおこなった。MSCの骨芽細胞、軟骨細胞への分化能の確認、そしてMSC分化に伴う遺伝子発現変化をマイクロアレイシステムで体系的に検討し、遺伝子発現プロファイルから分化にともなう細胞機能変化を予測した。MSCを骨芽細胞、脂肪細胞へ分化誘導し、分化に伴う遺伝子発現を網羅的にマイクロアレイにて検討した。いくつかの代謝経路に関与する遺伝子群が分化に伴いDNAマイクロアレイ上で発現変化していた。なかでもWntパスウェイ遺伝子の発現変化に注目した。すなわち骨芽細胞分化に伴い、Wnt2、4、11遺伝子は発現抑制されており、脂肪細胞分化に伴い発現増強していた。骨芽細胞系分化に伴いWnt系抑制が示唆された。それを支持するようWntレセプターのアンタゴニストFRZB, hDKKの発現増加を認めた。これらの結果は定量的real time PCR法により確認している。

骨芽細胞、脂肪細胞分化に伴いWnt系の活性化や抑制が実際おこっているかについては、β-カテニンの蛋白量をウェスターンブロット測定にて確認できた。すなわちWnt系抑制のおこる脂肪細胞系ではβ-カテニンの発現量は分化とともに減少していた。Wnt系活性化もしくは抑制メカニズム解明には、遺伝子発現系の確立が必要である。MSCは通常のプラスミドでのトランスフェクションの効率は非常に低いので、アデノウイルスによる遺伝子発現システムを構築中である。骨芽細胞、脂肪細胞分化に関与する遺伝子を同定し、その機能的関与を解明することにより、OPLL、骨粗鬆症まどの骨代謝疾患への新たな治療法の開発も可能となる。ヒト間葉系幹細胞(Mesenchymal Stem Cell : MSC)は骨、軟骨、靭帯、筋あるいは脂肪などに分化する能力を有する細胞で、ヒト骨髄液から単離・培養できる。MSCは骨、軟骨系細胞への分化能、および組織形成能を有するので、整形外科領域での再生医療への応用が期待されている。胚性幹細胞(ES細胞)と異なり成人より得ることが出来る。すなわち再生を必要とする患者本人から採取可能という利点があり、自己組織なので免疫拒絶の心配が非常に少ない。整形外科領域での再生医療を視野に入れ分化メカニズムに関する基礎データの収集が重要である。また再生医療への応用のみでなく全身骨化傾向がある後縦靭帯骨化症の発症メカニズムを伺いしることもできる。MSCが骨芽細胞へ分化する際に発現する遺伝子を網羅的にマイクロアレイ解析で検討した。また後縦靭帯骨化症患者、および対照としてヘルニア患者、から得られた靭帯細胞において骨芽細胞系への分化に伴う遺伝子発現を検討した。後縦靭帯骨化症は骨化傾向があるので、靭帯培養細胞は骨芽細胞へ効率よく分化する。一方、骨化傾向のないヘルニア患者からの靭帯細胞は骨芽細胞への分化能は低い。マイクロアレイ解析の結果、いくつもの遺伝子発現変化が観察された。すべての系において共通に発現上昇が見られたある転写因子(Zinc fingerを有する転写因子)に注目した。マイクロアレイ解析は定量性に欠けるので、real time PCRによるTaqMan法で定量をおこない、発現上昇が確認できた。骨芽細胞分化に伴い遺伝子発現が上昇する遺伝子なので、分化に重要な役割を果たすことが期待できた。遺伝子発現を抑える目的で21塩基の二本鎖RNA(RNAi)を2ヶ所で作成し、リポフェクトアミンでMSCへ取り込ませた。結果、効率よく転写因子発現抑制がRT-PCRにより確認でき、同時にalkaline phosphataseの上昇をマーカーとした骨芽細胞への分化は抑制できた。次にC2C12細胞で発現増強させたところ、骨芽細胞への分化促進が観察された。これらの結果は、この転写因子が骨芽細胞分化に重要な因子であるのみでなく、後縦靭帯骨化症の治療の標的となりうることを示している。後縦靭帯骨化症(OPLL)は進行性靭帯異所性骨化を特徴とする多因子疾患であり、神経圧迫によりさまざまな程度の神経症状をきたす。
移動体計算環境上の分散データベースにおけるトランザクション管理手法に関する研究

本年度の研究成果は以下の通りである。1.各移動体がデータベースを保持する分散データベース環境を想定し、そのような環境下で移動データベースへのアクセスにかかる通信コストを削減するための動的複製配置手法を提案した。具体的には、データベースサーバとなる移動体だけではなくクライアントとなる移動体も移動することを考慮し、サーバとなる移動体の移動に伴ってその移動体が保持するデータベースの複製を固定ネットワーク上で動的に配置する移動体追跡複製配置手法(PTRA)、および、クライアントとなる移動体の分布やアクセス頻度に応じてデータベースの複製を固定ネットワーク内で動的に配置するユーザ優先複製配置手法(UMRA)の二種類の動的複製配置手法を提案した。また、UMRAのバリエーションとして、クライアントとなる移動体ごとにデータベースへのアクセス頻度が異なることを考慮し、アクセスの発生頻度が最も高いセルに複製を再配置する戦略(UMRA-FRD)と、ネットワークのトポロジを考慮して複製の再配置先を決定する戦略(UMRA-DRD)を考えた。これらの提案した手法をシミュレーションによって比較評価し、それぞれの手法の特性を明らかにした。2.移動体計算環境でのトランザクション管理に関して、データベースアクセス技術、WWW技術、移動体計算技術を統合したシステム開発の枠組みを提案した。特にその実現例として、WWWブラウザが動作するクライアントを用いたショッピング支援システムの構築を行った。
遺伝性網膜疾患におけるエクソームシーケンスを用いた網羅的遺伝子解析法の確立

網膜の疾患は遺伝性の網膜疾患であることが多く、欧米では既知遺伝子変異の網羅的な解析により疾患の高い割合を占める遺伝子変異を報告している。しかしながら日本人は欧米人とは遺伝的背景が異なり、欧米での知見をそのまま用いることは出来ず、網羅的に候補原因遺伝子のエクソン配列を解析する必要がある。そこで本研究では、次世代シーケンサーを用いたエクソーム解析による膨大な変異情報の中から効率的に網膜疾患関連遺伝子の解析をおこなう「網膜疾患に特化したパイプライン」を構築することを目的としている。平成25年度の研究成果により、エクソーム解析による膨大な変異情報の中からdbSNPや1000 genomesプロジェクトなどによるSNPのアリル頻度情報や転写翻訳されるタンパクへの影響から疾患原因候補変異を絞込み、さらに遺伝性網膜疾患関連の単語をキーワードに用いてOMIMから抽出した網膜疾患の原因遺伝子に位置する変異情報のみを抽出し効率的に網膜疾患関連遺伝子の解析をおこなうパイプラインを構築できた。平成26年度はこの解析パイプラインを利用し遺伝性網膜疾患エクソーム解析をおこないサンガーシークエンス法やDNAアレイなどの方法では原因を特定することが困難であった原因変異を数多く同定することが出来た。また、既知の原因遺伝子に疾患責任変異が特定されなかった遺伝性網膜疾患家系については、今後さらに疾患情報や家系内検体を収集し全エクソン解析を進めることにより新規原因遺伝子の同定が期待される。これらの本研究成果が本邦においても近い将来試みられることが予想される遺伝子治療の基礎となると考えられる。本研究成果を用いて日本人特有の遺伝子変異を数多く発見することは今後ますます重要になると考えられる。平成25年度はまず、OMIMに記載されている情報を元に遺伝性網膜疾患に特化したエクソーム解析パイプラインを構築するために、網膜疾患関連キーワードとして54の疾患名を選別した。これらのキーワードから遺伝子名や遺伝子のエクソン情報などをOMIMやUCSC Table Browserを利用し簡便に得られるようにすることが出来た。また、いくつかの全エクソン濃縮キットを検討し、Sureselectを用いて劣性遺伝型網膜疾患家系の検体についてエクソーム解析を行い、Broad研究所が作成したガイドラインに従い、マッピングや変異抽出をおこなったのちに人種別頻度情報や遺伝子情報などのアノテーション付けをおこない疾患原因候補変異を抽出し、さらに家系情報や予測される遺伝型を元に疾患原因候補変異を絞っている。エクソーム解析を利用し網膜疾患に特化した遺伝子解析方法を確立することを研究目的とし、平成25年度は、(1)健常者検体を用いてエクソーム濃縮キット検討のためのエクソームシーケンスをおこなう、(2)エクソームシーケンスの結果得られる配列情報により網膜疾患専用エクソーム解析パイプラインの構築をおこなう、(3)次に作成した網膜疾患解析パイプラインを用いて、網膜疾患原因遺伝子に最も適した全エクソン濃縮キットを選び、収集した症例のエクソーム解析を実施した。その結果、東京医療センターの眼科医師らの協力により網膜疾患に関連するキーワードとして54の疾患名を選び、これらの疾患原因遺伝子のエクソン領域情報を簡便に得ることが出来るパイプラインも作成出来ており概ね順調に進展している。平成25年度の成果を踏まえ、OMIMによる網膜関連疾患原因遺伝子のみならずRetnet (Retinal Information Network)に記載されている網膜疾患原因遺伝子も追加し随時解析対象遺伝子を追加していくことを予定している。網膜疾患家系のエクソーム解析を行う際に遺伝型が合わないことや候補遺伝子変異の数が多く原因を特定しにくいことなどの問題点が生じる可能性があるが眼科医師からの助言を得ながら出来る限り原因変異を特定していきたい。
硫酸化糖鎖を介した細胞外マトリクスによる消化管機能調節機構の解明

「消化管」の形成と機能維持において,上皮細胞の基底膜を構成する「細胞外マトリクス(ECM)」の寄与は大きいと考えられるものの,その分子機構はいまだ不明である。我々はこれまでに,食品成分による小腸絨毛形態変化の作用機序を研究する過程で,食物繊維のような非吸収性食品成分によって,ECMに含まれる硫酸化糖鎖の構造が変化することを見出している。この発見は,消化管の機能を調節する分子機構に,ECM中の硫酸化糖鎖が介在することを意味する。そこで今年度の本研究課題では,消化管の機能調節の分子機構を明らかにすることを目的として,ECMが硫酸化糖鎖を介して消化管機能を維持するしくみを解明するため,生理的な消化管を再現する腸再構成モデルとして,擬似腸である「マウス腸管オルガノイド」を作成した。腸管オルガノイドは,パネート細胞,ゴブレット細胞,内分泌細胞,吸収上皮細胞という4種類の上皮細胞と幹細胞からなる複雑な構造体を形成するとともに,陰窩と絨毛からなる消化管上皮構造をin vitroで再現するものである。まず,マウスの小腸を取り出して陰窩を回収した後,マトリゲル中に包埋して培養することで腸管オルガノイドを構築した。作成した腸管オルガノイドを構成する細胞中に発現するマーカータンパク質を蛍光免疫染色法により検出し,想定した腸管オルガノイドが構築されていることを確認した。また,構築した腸管オルガノイドの内腔に植物種の異なるペクチンを注入し,クリプト数増加率および面積増加率を測定したところ,いずれも有意な上昇が確認された。以上の結果から,動物実験において観察された結果と整合性がある腸再構成モデルが構築されたことを確認した。腸管オルガノイドの構築に最も時間を要すると考え,当初計画していた人工ECM(単純モデル)系の構築に先立ってオルガノイドの作成に着手した。その結果,腸管オルガノイドの構築には成功し,構成するパネート細胞,ゴブレット細胞,内分泌細胞,吸収上皮細胞という4種類の上皮細胞の存在を確認することにも成功した。さらに,すでに動物実験において観察されている,ペクチン摂取時の腸管絨毛の伸長に相当する,クリプト数増加率及び面積増加率の上昇も確認されたことから,腸再構成モデルの構築については,予定を上回って実施したと考える。しかしながら,人工ECM系の構築については,腸管上皮モデル細胞のCaco-2細胞への遺伝子発現プラスミドの導入に難航している状況である。そのため,平成30年度に予定されていた研究スケジュールをすべて完遂することが出来なかったため,「やや遅れている」という進捗状況の評価に至った。腸管のin vitroモデルとして難航すると予想されたマウス腸管オルガノイドの構築には初年度で成功したものの,人工ECM(単純モデル)系の構築にはまだ至っていないので,今年度はこの構築の障害となっているCaco-2細胞への遺伝子発現プラスミドの導入の最適条件を探ることから始め,当初の予定の分子ツールにより刺激された状態の人工ECM中のヘパラン硫酸糖鎖構造変化の解析につなげていく。また,腸管オルガノイドを用いた糖鎖構造の解析については,最終年度に予定されていた実験を前倒しして実施し,ヘパラン硫酸糖鎖構造変化に関与するリガンド分子をオルガノイドの実験からも探索していく。