hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
喘息発作重積状態発現モデルの開発

喘息発作重積状態の動物モデルは今だ報告されていない。本研究ではアスカリス抗原自然感作犬にあらかじめメチラポン(副腎皮質ステロイドホルモン合成阻害剤)を投与しておいてから抗原負荷を行うことによって、即時型喘息反応に続いて6ー8時間後に遅発型喘息反応をおこす動物モデルを作成し、更に、メチラポンを持続投与することによって、遅発型喘息反応は30時間以上連続して生じる。喘息発作重積状態を作成し得た。喘息発作重種状態を作成した状態で気管支肺胞洗浄法にて細胞分析を行ったところ、遅発型反応発症直後は好中球の浸じゅんがみられたが、30時間後では好中球の外に好酸球の浸じゅんが多くみられた。従来、喘息発作時人では好酸球が多くみうけられるが、本モデルにおいても、好酸球はおくれて出現していた。人ではくり返えしの喘息発作のため好酸球が出現してくるものと思われた。喘息発作重積状態においてどの気道部位に炎症が最も強くおこるのかを調べるため、エバンスブル-を静注し、気道血管壁の透過性を調べた。即時型反応のみを示した群では透過性はコントロ-ルと同じで変化を示さなかったが、喘息重積状態ではエバンスブル-色素は細気管支に最も多く、次いで西区域気管支と末梢気道程濃い状態を示し、末梢気道程透過性の亢進がみられた。このことは、喘息発作重積状態では末梢気道程炎症が強く生じ、浮腫が生じ、このことが気道閉塞性障害を強くして重積状態を強くしていると考えられた。喘息重積状態で出現する好酸球はロイコトリエンの放出をおこし、気道過敏性を亢進させることを別に示した。目的:我々は遅発型反応(LAR)発現モデルを用いて、抗原暴露後、肺局所所見を経時的に観察し、好酸球の喘息反応における役割について考案を加えた。方法:アスカリス自然感作犬を麻酔後、気管内挿管し、人工換気下に_3Hzオッシレーション法で呼吸抵抗を連続的に記録する。抗原暴露前1時間および2時間後にそれぞれ80mg/kg、40mg/kgのメチラポン(糖質コルチコイド合成阻害剤)を投与する。アスカリス抽出抗原を低濃度より5分間吸入暴露する。暴露直後、初期抵抗の2倍以上の抵抗上昇が得られ(IAR)、約1時間以内に初期抵抗に復帰するが、68時間後に再び種々の程度の呼吸抵抗の再上昇が認められる(LAR)。一度、LARが発現すると、30時間以上にわたり種々の程度の気道収縮が持続する(喘息発作重積状態)。抗原暴露後6時間、10時間、20時間、30時間後に対象を屠殺し、摘出肺にて気管支肺胞洗浄(BAL)および気道壁の組織学的検索を行った。成績:BAL液中の好中球はいずれの時間においても有意に上昇しておりLARの程度の相関がみられた。BAL中の総細胞に対する好酸球の割合は、0.4±0.2(mean±SE)%(6時間)、6.0±1.2%(10時間)、4.0±0.8%(20時間)、40.0±7.9%(30時間)であったが、好酸球の数とIARおよびLARの程度とは相関はみられなかった。組織学的検索では、とくに30時間後に、末梢気道壁への著明な好酸球の浸潤を認めた。結論:好酸球の肺への集積は、抗原暴露後10時間前後よりおこると推定され、LAR発現のひきがねとなっている可能性は少ないと思われた。

しかし、今回の我々の動物実験モデルでは、LAR発現後肺に好酸球が著明に集積してくることより、好酸球がLAR発現後の気道過敏性の亢進をもたらし気道収縮反応を持続させる可能性が示唆される。前年度の研究では、アスカリス抗原自然感作犬にあらかじめメチラポン(副腎皮質ステロイドホルモン合成阻害剤)を投与しておいてから抗原負荷を行うことによって、即時型喘息反応に続いて6-8時間後に遅発型喘息反応をおこす動物モデルを作成し、更に、メチラポンを持続投与することによって、遅発型喘息反応は30時間以上連続して生じる、喘息発作重積状態を作成し得た。喘息発作重積状態を作成した状態で気管支肺胞洗浄法にて細胞分析を行なったところ、遅発型反応発症直後は好中球の浸じゅんがみられたが、30時間後では好中球の外に好酸球の浸じゅんが多くみられた。従来、喘息発作時人では好酸球が多くみうけられるが、本モデルおいても、好酸球はおくれて出現していた。人ではくり返えしの喘息発作のため好酸球が出現してくるものと思われた。本年度は好酸球出現がどのように気道過敏性を増すのかを調べるため、好酸球をパ-コ-ルで人血球より換択的にとり出し、Ca-イオノフォアにて刺激した。好酸球からの遊離された化学伝達物質は高速液体クロマトグラフク法で測定した。結果は好酸球よりロイコトリエンC_4、D_4の放出がみられた。このことより喘息重積状態で出現する好酸球はロイコトリエンの放出をおこし、気道過敏性を亢進させることを別に示した。喘息発作重積状態では好酸球の放出するロイコトリエンに末梢気道種炎症が強く生じ、浮腫が生じ、このことが気道閉塞性障害を強くして重種状態を強くしていると考えられた。
新規酸化LDL受容体SR-PSOXの病態生理学的意義に関する研究

SR-PSOXは2000年に私共のグループによって発見されたマクロファージに発現される新規酸化LDL受容体であるが、その後、膜貫通型ケモカインCXCL16と同一分子であることが明らかとなっている。本研究により、SR-PSOX/CXCL16はガンマ・インターフェロンや酸化LDLで発現が誘導されること、ヒト動脈硬化プラークにてSR-PSOX/CXCL16の発現とマトリックスメタロプロテアーゼMMP-9,MMP-3および催アポトーシス因子Baxの発現とが共在すること、細菌およびCXCR6を発現する活性化Tリンパ球を接着することを明らかにした。また、SR-PSOX/CXCL16分子上の接着部位は、N末端に近いCXCケモカインドメインにあり、複数の異なるリガンドである酸化LDL、細菌、CXCR6いずれに対してもほぼ同じ領域に重なっていることが示された。また、SR-PSOXと同様にムチンドメインをもち、膜貫通型ケモカインとして作用するフラクタルカイン(CX3CL1)についても検討したが、従来から報告される通りCX3CR1に対する接着能を有するものの、酸化LDL、細菌、CXCR6いずれに対しても接着能は示さず、これらの機能はSR-PSOX/CXCL16に特異的なものであった。さらに、SR-PSOX/CXCL16へのCXCR6の結合によりインテグリンVLA-4が活性化されVCAM-1への接着能が増強すること、ガンマ・インターフェロンの産生が増大することをみいだした。そして、炎症性弁膜疾患の弁を覆う内皮細胞および新生血管の内皮細胞にも発現され、その発現部位には活性化されたCD8^+Tリンパ球の集積がみられることなど、SR-PSOXの多面的な役割を明らかにした。SR-PSOXは2000年に私共のグループにより発見されたマクロファージに強く発現される新規酸化LDL受容体である。SR-PSOXの発現調節に関しては、これまで明らかでなかったが今年度の研究により、酸化LDLおよびインターフェロン・ガンマにて発現が誘導されることが明らかとなった。また、ヒト頸動脈内膜剥離術およびヒト冠動脈方向型アテレクトミーにて得られた組織におけるSR-PSOXの発現を免疫組織学的に検索したところ、検索したすべての頸動脈内膜肥厚部において、マクロファージのみならず、一部の内膜平滑筋細胞にもSR-PSOXの発現が認められた。特に、粥腫部分の泡沫細胞化をきたす平滑筋細胞および冠動脈カテーテルインターベンション後再狭窄病変を構成する多形性の平滑筋細胞に強い発現が検出された。これらのSR-PSOX陽性平滑筋細胞とマクロファージは細胞外基質を分解するマトリックメタロプロテアーゼ(MMP-3,MMP-9),および催アポトーシス因子(Bax)を共に発現していた。中膜の平滑筋細胞、あるいは内膜の線維性肥厚部に散在する小型の平滑筋細胞ではSR-PSOXの発現は検出されなかった。ヒト頸動脈ならびに冠動脈においてマクロファージおよび形質転換を生じていると考えられる一部の平滑筋細胞でSR-PSOXの発現がみられ、BaxやMMPsを共発現していたことから、SR-PSOXを介した酸化LDLの取り込みによるBaxおよびMMPsの誘導がプラークの破綻に関与することが考えられた。また、冠動脈PCI後の再狭窄病変を構成する平滑筋細胞にもSR-PSOXとMMPsの共発現を認めたことより、PCI後の再狭窄病変形成過程においても平滑筋細胞の遊走を調節することなどにより、病態の進展に寄与している可能性が示唆された。

SR-PSOXは2000年に私共のグループによって発見されたマクロファージに発現される新規酸化LDL受容体であるが、その後、膜貫通型ケモカインCXCL16と同一分子であることが明らかとなった。平成14年度までの研究により、SR-PSOXはガンマインターフェロンや酸化LDLで発現が誘導されること、また、ヒト動脈硬化プラークにてSR-PSOXの発現とマトリックスメタロプロテアーゼMMP-9,MMP-3および催アポトーシス因子Baxとが共発現すること、などが明らかにされてきた。今年度の研究により、SR-PSOXが細菌の接着をも支えること、膜貫通型SR-PSOXは、CXCR6を発現する活性化Tリンパ球の接着に対する接着能を有することが明らかとなった。また、そのSR-PSOX分子上の接着部位は、N末端に近いCXCケモカインドメインにあること、またそれは酸化LDL、細菌、CXCR6いずれに対してもほぼ同じ領域に重なっていることが示された。また、SR-PSOXと同様にムチンドメインをもち、膜貫通型ケモカインとして作用するフラクタルカイン(CX3CL1)についても検討したが、従来から報告される通りCX3CR1に対する接着能を有するものの、酸化LDL、細菌、CXCR6いずれに対しても接着能は示さず、これらの機能はSR-PSOXに特異的なものであることが示された。さらに、SR-PSOXは、炎症性弁膜疾患の弁を覆う内皮細胞および新生血管の内皮細胞にも発現されること、そしてSR-PSOXの発現部位には活性化されたCD8+Tリンパ球の集積がみられることなど、SR-PSOXの多面的な役割が明らかになった。
電界共役流体を応用した高性能マイクロジャイロスコープの研究

本研究課題は,直流高電圧の印加によって活発な流動(ECFジェット)を発生する機能性流体である電界共役流体(Electro-conjugate Fluid, ECF)を応用した新たな高性能マイクロジャイロスコープを実現することを目的とした.以下に,本研究課題での成果を示す.1.ディスクプレート型ECFマイクロジャイロスコープの開発ECFで満たされた円筒状チャンバの底面に放射状に電極対を配置し,電圧を印加することによってチャンバ内に回転流を発生させる.このとき,上記回転流によって,同じくチャンバ内に封入された円盤(ロータ)を浮上,回転させると,これに角速度が加わった際にロータとステータの間に偏角が生じる.この偏角を光学式センサによって計測することによって印加された角速度を検出するディスクプレート型ECFマイクロジャイロを提案した.チャンバ内径1.5mmのECFマイクロジャイロにおいて,ロータの浮揚、回転を確認し,十分に速い回転数を得られることを確認した.2.ECFレートジャイロスコープの開発流路内に設置された針-リング状電極対によって発生するECFジェットに外部から角速度が加わるとコリオリ力によってジェットが偏流する.このとき,ジェット下流に設置した2本のホットワイヤの抵抗値の変化によって上記偏流を検出する新たなECFレートジャイロスコープ提案した.40mm×60mm×t7mmのプロトタイプを製作し,少なくとも±400°/sの範囲において良好な角速度検出が可能なことを実験的に確認した.本研究は,直流高電圧の印加によって活発な流動(ECFジェット)を発生する機能性流体である電界共役流体(Electro-corjugate Fluid, ECF)を応用した新たな高性能マイクロジャイロスコープを実現することを目的とする.すなわち,ECFで満たされた円筒状チャンバの底面に放射状に電極対を配置し,電圧を印加することによってチャンバ内に回転流を発生させる.この回転流によって,同じくチャンバ内に封入された円盤(ロータ)を浮上,回転させたECFジャイロモータを製作し,モータ全体に角速度が加わった際のロータとステータの偏角を計測することによってジャイロを構成する.平成18年度は上記目的のうちECFジャイロモータを開発し,その回転特性を実験的に明らかにすることを計画し,以下の成果を得た.はじめに,直径3mmの円盤状ロータを用いたECFジャイロモータを設計,製作し,上記のようなジャイロスコープの可能性について検討した.この結果,試作したECFジャイロモータによって円盤状ロータを浮上,回転させることが可能であることが明らかとなった.つぎに,ロータ径を1.5mmとしたECFジャイロモータを試作し,回転特性を測定した.この結果,直径3mmの場合と比較して大幅に回転数が向上したことから,提案したECFジャイロスコープが小形化に有利な構成であることが確認された.今後は,上記の結果を踏まえて,角速度が入力された際にロータとステータの偏角を計測するセンサを一体化したECFジャイロスコープを実現することを目指す.本研究課題は,直流高電圧の印加によって活発な流動(ECFジェット)を発生する機能性流体である電界共役流体(Electro-conjugate Fluid, ECF)を応用した新たな高性能マイクロジャイロスコープを実現することを目的とした.以下に,本研究課題での成果を示す.1.ディスクプレート型ECFマイクロジャイロスコープの開発ECFで満たされた円筒状チャンバの底面に放射状に電極対を配置し,電圧を印加することによってチャンバ内に回転流を発生させる.このとき,上記回転流によって,同じくチャンバ内に封入された円盤(ロータ)を浮上,回転させると,これに角速度が加わった際にロータとステータの間に偏角が生じる.この偏角を光学式センサによって計測することによって印加された角速度を検出するディスクプレート型ECFマイクロジャイロを提案した.チャンバ内径1.5mmのECFマイクロジャイロにおいて,ロータの浮揚、回転を確認し,十分に速い回転数を得られることを確認した.2.ECFレートジャイロスコープの開発流路内に設置された針-リング状電極対によって発生するECFジェットに外部から角速度が加わるとコリオリ力によってジェットが偏流する.このとき,ジェット下流に設置した2本のホットワイヤの抵抗値の変化によって上記偏流を検出する新たなECFレートジャイロスコープ提案した.40mm×60mm×t7mmのプロトタイプを製作し,少なくとも±400°/sの範囲において良好な角速度検出が可能なことを実験的に確認した.
超分子および高分子における反応中間体励起状態のダイナミクス

一般に光化学反応は最低励起状態から進行するが、反応が充分高速であれば高励起状態など反応中間体励起状態も反応前駆体になることが予想され、高いエネルギー状態に基づく新たな反応が期待できる。本研究では超高速分光を用い、高励起状態および励起ラジカルイオンからの反応を系統的に検討した。一連の研究により、ポルフィリン類の高励起状態からの電子移動や、励起ラジカルイオン種からの電子移動など新たな反応とその詳細が明らかになった。本研究は高励起状態や励起ラジカルイオン等の反応中間体励起状態のダイナミクスを超高速分光法を主に用いることで明らかにすることを目的としており、研究初年度においては以下の研究を遂行した。(1)機能性分子の高励起状態からの電子移動の検討機能性分子であるポルフィリンはSoret帯を励起することで高励起状態を生成し、S2蛍光を生じることが知られている。本研究では電子受容性のアンチモン(Sb)およびゲルマニウム(Ge)ポルフィリンのメソ位に電子供与性置換基を導入し、フェムト秒レーザーを用いSoret帯励起することで電子移動過程を検討した。これらのポルフィリンのS2蛍光寿命を蛍光アップコンバージョン法で検討したところ、メソ位の置換基の電子供与性の増加にともない、蛍光寿命が減少することを確認した。さらに、過渡吸収測定より電荷分離状態に帰属される吸収帯が生成することを確認した。なお、これらのポルフィリンのQ帯を励起した場合には電荷分離が確認されなかったことより、電荷分離は高励起状態生成に特有であることを明らかにした。またS2からの電荷分離速度は溶媒緩和速度に一致することより、電子カップリングの強さが反応速度に大きく影響していることを確認した。(2)励起ラジカルアニオンからの電子移動の検討イミド類は一電子還元により明瞭な吸収帯を可視域に示すことより、イミド類のダイアッド分子を用いることにより、ラジカルアニオン励起状態からの電子移動過程の検討が可能になる。本研究では、A1-A2ダイアッド分子のA1をナフタルジイミドに固定し、A2としてピロメリットイミド、ペリレンジイミド、フタルイミド、ナフタルイミドとした一連の分子を設計し、これらの合成に成功した。高励起状態や励起ラジカルおよび励起ラジカルイオン等の反応中間体励起状態は短寿命ながら高い反応性を示すことが予想される。これら反応中間体励起状態の反応性および反応ダイナミクスを超高速分光により明らかにすることを本研究課題では目的としている。当該年度ではイミド類ラジカルアニオン励起状態からの電子移動の検討を行った。ナフタレンジイミドやペリレンジイミドは良好な電子受容体であることから広く研究されている。これらのイミド類はラジカルアニオン状態で明瞭な吸収帯を可視および近赤外領域に示すことから、これら吸収帯をフェムト秒レーザーで選択励起することにより、励起ラジカルアニオンの励起状態物性および電子移動反応性を検討した。特に、ナフタレンジイミドに電子受容体をスペーサーを介して結合したダイアッド分子を二系統合成し、電子移動の距離依存性および自由エネルギー変化依存性を検討した。化学還元によるナフタレンジイミドのラジカルアニオンの生成後、選択励起により励起ラジカルアニオンから電子受容体への電子移動過程を実測することに成功した。その結果、電子移動の距離依存性は中性分子電荷分離過程より小さいベータ値であらわせることを確認した。また、電子移動の自由エネルギー依存性を検討し、電子移動における電子カップリングおよび再配向エネルギーを導出することに成功した。これらの値は分子軌道計算と比較することで妥当性を確認し、従来中性分子で報告されている値と同程度であることを明らかにした。高励起状態や励起ラジカルおよび励起ラジカルイオン等の反応中間体励起状態は光励起に起因する高い反応性を示すことが期待されるが、その研究例は少ない。本研究は超高速分光を用いて反応中間体励起状態の反応ダイナミクスを観測し、その特性を明らかにすることを目的としている。研究最終年度ではフラーレン(C60)ラジカルアニオン励起状態からの電子移動を明らかにするとともにペリレンジイミド(PDI)ラジカルアニオン励起状態からの不均化反応を新たに見出した。フラーレン誘導体は近年光起電デバイス等に多用されている。C60ラジカルアニオンは電導メカニズムにおいて中心的役割を担うがその励起ダイナミクスは不明である。本研究では化学還元で生じたC60ラジカルアニオンをフェムト秒レーザー励起することでその励起ダイナミクスを明らかにした。光励起によるD1状態生成と誘導放出の観測、さらにD0熱緩和過程を実測することに成功した。さらにC60にイミド類をアクセプターとして結合したダイアッド分子を合成し、C60ラジカルアニオンを励起することで励起ラジカルアニオンからの電子動を確認した。基底状態の電子移動に比べると、C60ラジカルアニオンの励起状態からの電子移動速度は高速であることを見出した。これらの知見はMarcus理論により説明可能であり、電子移動の高速化にラジカルイオンの励起が有用であることが示された。また、PDIの励起ラジカルアニオンからの電子移動過程をPDIとイミド類を結合した種々のダイアッド分子で確認した。特に二個のPDIを結合した分子で励起PDIラジカルアニオンを生成した場合に、PDIジアニオンを生成する不均化反応が起こることを初めて確認した。

この反応は有機半導体内において二価電荷を有するバイポラロン生成メカニズムに対応することから、光起電デバイス等に有用な知見となると考えられる。一般に光化学反応は最低励起状態から進行するが、反応が充分高速であれば高励起状態など反応中間体励起状態も反応前駆体になることが予想され、高いエネルギー状態に基づく新たな反応が期待できる。本研究では超高速分光を用い、高励起状態および励起ラジカルイオンからの反応を系統的に検討した。一連の研究により、ポルフィリン類の高励起状態からの電子移動や、励起ラジカルイオン種からの電子移動など新たな反応とその詳細が明らかになった。当該年度では励起ラジカルアニオンからの分子内電子移動速度の距離依存性ならびに自由エネルギー変化依存性を明らかにすることに成功した。本研究は励起ラジカルアニオンからの電子移動過程についてこれら物性を明らかにした最初の例であり、これにより、励起ラジカルイオンからの電子移動の特性が明らかになった。また、得られた成果は順調に論文として発表している。27年度が最終年度であるため、記入しない。光化学今後においては従来の研究結果に基づき以下の研究を予定している。(1)励起ラジカルアニオンからの電子移動の更なる検討。これまでに、ナフタレンジイミドの励起ラジカルアニオンからの電子移動を検討したが、さらにこれらの結果に基づきペリレンジイミドなどの他のイミド類ならびに電子受容体として有用なフラーレン類の励起ラジカルアニオンからの電子移動について検討を行う。特にこれらの電子受容体を用いることにより再配向エネルギーの低下による電子移動の高速化が期待できることから電子移動過程の詳細が明らかになることが期待される。(2)励起ラジカルカチオンからのホール移動の検討。これまでの研究により励起ラジカルアニオンからの電子移動が明らかになりつつあるが、さらに励起ラジカルカチオンの反応性について検討することを予定している。この検討により、励起ラジカルカチオンの諸物性が明確になることが予想される。具体的にはオリゴチオフェンのラジカルカチオンの検討を予定している。研究初年度では、高励起状態特有の反応としてポルフィリンをアクセプターとした電荷分離過程を明らかにした。本反応は最低励起状態からは進行しないこと、および電子供与体と電子受容体間の電子カップリングが重要であることを明瞭に示したことより、興味深い反応系である。また、ラジカルアニオン励起状態からの電子移動を検討するために必要な一連の分子の合成に成功した。本研究では電子移動の自由エネルギー変化依存性および電子移動の距離依存性をシステマチックに検討することが重要であるが、これらを明確に示すような分子の合成には、一般に労力を要するが、初年度の研究より、一連の分子の合成に成功した。これにより、次年度以降の研究進展が期待できる。当該年度の研究を進めていく上で、必要に応じ研究費を執行した。このため、研究計画時の見込み額と執行額は異なったが、研究計画に変更はなく、前年度の研究費も含め当初予定通りの研究を進める。研究二年目においては、初年度の研究成果をさらに発展させる予定である。特に以下の二点に重点を置いている。
自然免疫系の細胞質内核酸認識経路が自然炎症を引き起こす仕組み

自然免疫は宿主の生体防御に必須であるだけでなく、その過剰な応答は自己免疫疾患などを引き起こす。自然免疫は微生物の構成成分を認識する。ウイルス由来の二重鎖RNAや宿主の分解途中のRNAが細胞質内に存在すると、RIG-I等のセンサー分子を活性化し、I型インターフェロンや炎症性サイトカインの産生を促し炎症を誘導する。我々はこれまで、RIG-Iの活性化に関与する分子としてDDX60分子を新規に同定しその機能を試験管内の解析により解明した。また、細胞質内のDNA認識センサーの候補分子としてLupleと名付けた新規分子を単離した。そこで、我々は核酸による自然炎症誘導の新たなメカニズムの解明するために、このDDX60分子とLuple分子に着目し解析を進めた。DDX60ノックアウトマウスよりマウス胎児由来樹状細胞、腹腔内マクロファージ、脾臓由来樹状細胞等を単離し、polyI:C等の二重鎖RNA刺激や、牛水泡性口内炎ウイルス、センダイウイルスなどの感染により発現誘導されるI型インターフェロンと炎症性サイトカインの産生を比較検討し、DDX60の役割を解明した。また、マウス個体へのウイルス感染実験を行い、ウイルス感染後のサイトカイン産生と生存率を比較し、DDX60の生体内での役割を解明した。Luple分子の生体内での役割を解明するために、マウスや小動物モデルのツパイを用い、核酸刺激やHSV-1感染後のLupleの発現を調べたところ、DNAに依存してLupleの発現が上昇することを確認した。また、最近開発されたCRISPRシステムを用い、Luple遺伝子を破壊することで、その役割を解明した。25年度が最終年度であるため、記入しない。自然免疫は獲得免疫系の認識に必須である重要な免疫システムである。自然免疫は、微生物の構成成分(PAMP)を認識し、炎症性サイトカイン産生や獲得免疫系の活性化を誘導することが知られているが、最近の研究から、自然免疫が自己の物質をも認識し炎症を誘導することが示唆されてきている。細胞内のウイルス認識センサーであるRIG-I様受容体には、RIG-I分子とMDA5分子が存在するが、RIG-Iが、自己のmRNAの分解産物を認識することや、細胞内のポリユビキチン鎖を認識し炎症性サイトカインの産生を誘導することが報告されている。またMDA5遺伝子のSNPが自己免疫疾患の一つであるI型糖尿病発症と相関があることが報告されている。このことから、これらRIG-I様受容体も自然炎症に深く関与していると考えられる。しかし、その分子基盤は十分には解明されていない。我々はこれまでに、上記のRIG-I分子の活性化に関与する分子として独自にRiplet分子、DDX60分子の二つの分子を発見した。また、細胞質内に異所性に存在するDNAを認識する新規分子としてLupleと名付けた分子も発見した。平成24年度は、これらの内、DDX60遺伝子を破壊した遺伝子改変マウスを作製し、DDX60分子が、自然炎症に果たす役割の詳細を解析した。その結果、DDX60遺伝子をノックアウトするとRIG-I依存的な炎症性サイトカイン産生のシグナルが大きく減弱することを、繊維芽細胞とマクロファージを用いて解明した。これは、DDX60がRIG-I依存的な自然炎症に重要な役割を果たすことを示唆している。さらに、上記のRiplet分子が炎症に果たす役割の解明も同時に行い、C型肝炎ウイルス感染時の、肝臓での炎症にRiplet分子がどのように関与するかを解明した。また、Luple分子が炎症を誘導する分子機構を試験管内の解析により解明した。

当初の研究計画では平成24年度にDDX60ノックアウトマウスを用いた解析では以下の3点について計画していいた。1)樹状細胞およびマクロファージに於ける炎症性サイトカイン産生能の検討。2)DDX60依存的な自然免疫応答が獲得免疫に果たす役割の検討。3)マウス個体へのウイルス感染実験。これまでに、野生型とDDX60ノックアウトマウスより樹状細胞およびマクロファージを単離し、RIG-IやMDA5への資源存在下でのサイトカイン産生を測定し、DDX60の果たす重要性を解明した。また、獲得免疫系の活性化に重要な樹状細胞を用いて、樹状細胞機能へのDDX60の果たす役割も同時に解明した。マウス個体へのウイルス感染実験に向けて、すでに予備実験を終えており、マウスの匹数を増やしウイルス感染の本実験を実施する予定である。上記のDDX60のノックアウトマウスの解析に加えて、Riplet分子やLuple分子の機能解明も平成24年度に計画していたが、これらについても順調に研究を進めた。Luple分子の解析に於いては、従来の計画どおり、試験管内での解析から、Luple分子のN末端領域に存在するドメインが、転写因子のNF-kappaBの活性化に必要であることを解明し、また、細胞質内に異所性に存在するDNAに対して生じるIL-6の産生にLupleが関与することも解明された。また、Luple分子は、もともと自己免疫疾患の一つで、自己抗原としても単離されており、今後、Lupleが自己のDNAによる自然炎症にどのように関与するかを詳細に検討する予定である。Riplet分子の解析に於いても、RIG-Iの翻訳後修飾に関与するRiplet分子が、どのようにRIG-Iを活性化するかの詳細な分子機構を解明することが出来た。細胞質内の核酸により誘導される自然免疫応答が自然炎症の中でどのような役割を果たすかは、自己免疫疾患マウスモデルに我々が世界に先駆けて作製した、RipletやDDX60ノックアウトマウス、さらに、独自に作製したTICAM-1 (別名TRIF), IPS-1等のノックアウトマウスを使用することで、新たな自然炎症のメカニズムを解明することが可能になる。我々が発見した遺伝子がI型糖尿病やアレルギーを含む自己免疫疾患にどのような役割を果たすかを詳細に解明する。自然炎症の終息には、免疫の適切な制御が必須である。近年発見された制御性T細胞の活性化や、その機能が注目されている抑制性のサイトカインのIL10の産生は、Toll様受容体による制御機構については詳細な報告が多数あるものの、細胞質内リガンドに起因するRIG-I様受容体依存的な制御についてはまだ十分な研究がなされておらず、これらについて詳細に解明する。細胞質内核酸認識経路に関与するノックアウトマウスとして我々は、IPS-1ノックアウトマウスとRipltノックアウトマウスとDDX60ノックアウトマウスを保有している。また、IFN-alpha受容体欠損マウスとしてIFNARノックアウトマウスを保有しており、これらのマウスを用いて、VSVやHCV感染時の免疫活性化と抑制がどのように制御されているかを詳細に検討する。25年度が最終年度であるため、記入しない。
ショウジョウバエにおける体細胞系列-生殖細胞系列分岐の分子機構

〔1〕昨年度までに,極細胞形成に働く細胞質因子の一つがミトコンドリアのlarge ribosomal RNA(MtlrRNA)である事を示唆する結果を得ていたが、本年度はこのことをさらに完全に支持する直接証拠を得るために,すでにクロ-ニングに成功していたcDNA(pDE20.6)を用いてプライマ-伸長法により新たなcDNAを合成し、その中から、1.4kbの長さのものをクロ-ニングした。このcDNAの塩基配列を決定し、デ-タベ-スを検索したところ、D.yakubaのMtlrRNAと95%の相同性を示し、D.malanogasterのものとは、デ-タベ-スに登録されている部分に関して1塩基しか異なっていなかった。このcDNAをpGEM-3ペクタ-に再クロ-ンし,sp6.T7,プロモ-タ-を使ってそれぞれセンスRNAとアンチセンスRNAを合成した。これらのRNAを紫外線照射卵に微小注射したところ、センスRNAのみに極細胞形成能が認められた。アンチセンスRANを正常胚に注射したが,極細胞形成は阻害されなかったが,センスRNAの注射による明かな極細胞誘導の結果は,MtlrRNAが紫外線によって失われた極細胞形成能の回復において基本的働きをしている事を示す直接証拠である。さらに、胚の磨砕液の各遠心分画よりRNAを抽出してノ-ザンブロット解析を行ったところ,ミトコンドリア遠心沈殿後の上清にMtlrRNAが存在する事が明かとなった。他のミトコンドリア遺伝子のmRNAはこの上清から検出できないので,これはア-テファクトではない。このことは,正常発生の一時期にMtlrRNAがミトコンドリアより外部に搬出される時期がある事を強く示唆しており,紫外線照射卵のみでなく正常発生過程においてもMtlrRNAが極細胞形成に働いている可能性を支持している。〔2〕卵形成中に生殖細胞で合成され,胚に移行後は体細胞系列にのみ分配され,胚発生終了とともに消失する抗原のアミノ酸配列の一部を決定する事に成功し,次年度はこの遺伝子のクロ-ニングを行う。
変異SOD1導入グリアが引き起こす運動ニューロン傷害機序の解明

筋萎縮性側索硬化症(ALS)は運動ニューロン変性疾患で, SOD1は家族性ALSの原因遺伝子である。運動ニューロンと変異SOD1発現アストロサイトの共培養から、コントロールと比較して発現量が増加するcDNAを同定し,特に脊髄運動ニューロンにおいて発現量の多い遺伝子についてトランスジェニックマウスを作成した。脳と脊髄に導入遺伝子のタンパクの発現増加を認めたが,病理では運動神経の変性死は認められなかった。変異SOD1発現により発現が増加するが、運動神経変性に関与しない遺伝子である可能性が考えられた。今後その他の遺伝子群について運動ニューロン死への関与を検討する。(1)運動ニューロンと変異型SOD1アストロサイトの共培養において、コントロールアストロイトとの共培養と比較して発現量が変化するcDNAのリストを作製した。具体的には胎齢12.5日のマウス胎仔脊髄から初代培養した運動ニューロン(MN)と変異型SOD1(G93ASOD1AST)あるいは野生型SOD1アストロサイト(WTSOD1AST)の共培養からmRNAを抽出した。mRNAをcDNAに逆転写後、サブトラクション法を用いて発現量が増減するcDNAのリストを作製し、BLASTで遺伝子を同定した。(2)発現量が増加したmRNAは134あった。続いて変異SOD1(G93A)DNAを導入したALSマウスおよびコントロールマウス脊髄からmRNAを抽出し、(1)のcDNAの一部をプローブとして、ノザンブロッティングあるいは定量的RT-PCRを行い、組織で発現量が増加しているcDNAを選択した。発現レベルが増加しているmRNAについてはALSマウス脊髄を用いてin situ hybridizationを行い、発現細胞を同定した。(3)(2)で同定したcDNAの全長をRT-PCRを用いて取り出し、タンパク発現ベクターにサブクローニングを行った。またその中から特にモデルマウス脊髄で発現量の多かった遺伝子Aについてトランスジェニックマウスを作成した。生後1-2日の変異型SOD1トランスジェニックマウス(G93ASOD1)あるいは野生型マウスの脊髄からアストロサイト(AST)の初代培養を行った。アストロサイト(G93ASOD1-ASTあるいはWT-AST)単独の培養では細胞の生存率に差は認めなかった。続いてG93ASOD1-ASTあるいはWT-ASTの上に,胎齢12.5日の野生型マウス胎仔脊髄から分離した運動ニューロン(MN)を共培養した。MNはASTと共培養を行うと軸索伸長・シナプス形成とも促進されたが長期の培養ではWT-AST上のMNの生存率が高く軸索の伸長が有意に認められた。続いてそれぞれの共培養からmRNAを抽出した。抽出したmRNAからサブトランクション法によりG93ASOD1-ASTを使用した共培養において発現量が増加するcDNAを134個同定した。これらのcDNAは(1)G93ASOD1-ASTとの相互作用においてMNから産生が増加したcDNA,あるいは(2)G93ASOD1-ASTそのものから産生された,MN性に関与するcDNAである可能性があると考えられた。(1)の可能性について検討するため,in situ hybridization法を用いて,2.5ヶ月令の変異型SOD1トランスジェニックマウス脊髄において候補のcDNAの中から特に脊髄前角MNにおいて発現量の多い遺伝子を探索し,この遺伝子についてトランスジェニックマウスを作成した。マウスはC57BL/6を用い,299個のマウス受精卵に遺伝子を注入し,ファウンダーマウスは25匹産まれた。15匹が1ヶ月令まで生存したため尾からDNAを抽出した。DNAをPCRで解析した結果,5匹のマウスに遺伝子の導入が確認された。生後1-2日の変異型SOD1トランスジェニックマウス(G93ASOD1)および野生型マウス(WT)の脊髄からアストロサイト(AST)の初代培養を行い、胎齢12.5日の野生型マウス胎仔脊髄から分離した運動ニューロン(MN)と共培養した。WT-AST上のMNの生存率が高く軸索の伸長が有意に認められた。それぞれの共培養からmRNAを抽出しサブトランクション法によりG93ASOD1-ASTを使用した共培養において発現量が増加するcDNAを134個同定した。これらのcDNAは(1)G93ASOD1-ASTとの相互作用においてMNから産生が増加したcDNA,あるいは(2)G93ASOD1-ASTそのものから産生された,MN変性に関与するcDNAである可能性があると考えられた。ノザンプロッティングおよびin situ hybridizationを用いて,2.5ヶ月令の変異型SOD1トランスジェニックマウス脊髄において候補のcDNAの中から特に脊髄前角MNにおいて最も発現量の多い遺伝子についてトランスジェニックマウスを作成した。

DNAをPCRで解析した結果,5匹のマウスに遺伝子の導入が確認された。この新しく作製したトランスジェニックマウスの脳と脊髄を用いてウェスタンブロッティングを行ったところ、導入遺伝子のタンパクの発現増加を認めた。しかし脊髄の病理検索では運動神経の変性死は認められなかった。今回の研究で同定した遺伝子群は、変異SOD1タンパク発現後に発現が増加する遺伝子だが、下流で発現が変化しても運動神経変性に関与しないタンパクが存在することがわかった。
身体と環境のダイナミックなインピーダンス調節に関わる全身触知覚メカニズムの検証

ヒトのダイナミックな運動を可能としている筋骨格系によるインピーダンス制御に,全身を伝播する高周波振動の触知覚が関与していること調査するために,下肢運動を中心に運動中のインピーダンスおよび高周波振動を計測する手法を開発した.ペダリング運動中に環境負荷に応じてヒトが足先インピーダンスを調整していることを実証した.また,歩行運動と下肢を伝播する振動の関係を簡易に記録する新手法を開発した.ヒトのダイナミックな運動を可能としている筋骨格系によるインピーダンス制御に,全身を伝播する高周波振動の触知覚が関与していることを実証することを目的とする.具体的には,上肢,または下肢の運動中に関節部に振動刺激を加え,身体のインピーダンス調節に影響を及ぼすことを調査する.そのために,従来,直接評価することが難しかった衝突を伴う高速な運動のインピーダンス調節機能を,1)可変インピーダンス介在機構による振動現象と運動への影響の調査,2)ハプティックシミュレータによるインピーダンス調節タスクの学習過程の調査,により総合的に実証する.これまで未知であったダイナミックな運動の調整機能に関わる触覚の役割を明らかにすることで,革新的な運動評価技術や運動サポート技術に繋がる新しい学術パラダイムを開拓する.当該年度は,インピーダンス介在機構を用いた評価のために,上肢向け打撃調整タスクを用いたインピーダンス調整評価のための,可変剛性ハンマの設計を行い,予備実験を行った.また,下肢向けのインソール型介在機構の開発を行うために,予備検討として複数のフットウェアを用いて,歩行時の振動評価を行い,ソール形状の違いが振動波形に及ぼす影響について確認を行った.また,下肢運動用のペダリング運動型ハプティックシミュレータの開発を行ない,下肢のリンクモデルを導入することで,より正確に下肢のインピーダンスを推定する手法を提案した.また,周期的に環境負荷を変化させた際に,被験者が足先のインピーダンス調整の違いを計測できることを確認した.ヒトのダイナミックな運動を可能としている筋骨格系によるインピーダンス制御に,全身を伝播する高周波振動の触知覚が関与していることを実証することを目的とする.具体的には,上肢,または下肢の運動中に関節部に振動刺激を加え,身体のインピーダンス調節に影響を及ぼすことを調査する.そのために,従来,直接評価することが難しかった衝突を伴う高速な運動のインピーダンス調節機能を,1)可変インピーダンス介在機構による振動現象と運動への影響の調査,2)ハプティックシミュレータによるインピーダンス調節タスクの学習過程の調査,により総合的に実証する.これまで未知であったダイナミックな運動の調整機能に関わる触覚の役割を明らかにすることで,革新的な運動評価技術や運動サポート技術に繋がる新しい学術パラダイムを開拓する.当該年度は,下肢運動用のペダリング運動型ハプティックシミュレータのリンクモデルの改善を行い,インピーダンス推定の精度を向上させた.また,ペダリング時の踏力を簡易に計測するために,ペダリングクランクに内蔵する力覚センサの設計と試作を行った.さらに,ペダリングに加わる環境側の負荷をインピーダンス制御し,環境変化への適応能力をインピーダンス調節の観点から評価を行った.実験の結果,ペダリング中に,急激に高負荷になる環境に対して適応した結果,足先の剛性は減少し,粘性が増加することを確認した.また,歩行時の振動波形を簡易に計測するために,ピエゾ式振動センサを導入し,足関節に取り付けたセンサの振動より,歩行周期を高精度に推定できることを確認した.昨年度問題となった下肢用ハプティックシミュレータのペダリング踏力の計測に対し、ペダリング用力センサを改良し、簡易に実験を行うことができるようになった。ヒトのダイナミックな運動を可能としている筋骨格系によるインピーダンス制御に,全身を伝播する高周波振動の触知覚が関与していることを実証することを目的とする.具体的には,上肢,または下肢の運動中に関節部に振動刺激を加え,身体のインピーダンス調節に影響を及ぼすことを調査する.そのために,従来,直接評価することが難しかった衝突を伴う高速な運動のインピーダンス調節機能を,1)可変インピーダンス介在機構による振動現象と運動への影響の調査,2)ハプティックシミュレータによるインピーダンス調節タスクの学習過程の調査,により総合的に実証する.これまで未知であったダイナミックな運動の調整機能に関わる触覚の役割を明らかにすることで,革新的な運動評価技術や運動サポート技術に繋がる新しい学術パラダイムを開拓する.当該年度は,下肢運動用のペダリング運動型ハプティックシミュレータを用いて環境変化への適応能力をインピーダンス調整の観点から継続して評価し,環境負荷によって,足先の剛性および粘性が変化することを検証した.また,歩行中のダイナミックな運動による振動伝播を計測するために,足関節付近に取り付けた振動センサとIMUを組み合わせて,歩行周期と歩行軌跡を推定する方法を開発した.足関節に伝播する高周波振動を用いて,接地区間を高精度に推定し,足先の速度をゼロとすることで,足先の軌跡の推定誤差をキャンセルすることに成功した.また,足関節部の回転運動を考慮することで,推定精度を改善した.これにより,歩幅や歩行速度などの運動情報と,振動波形との関係を大量にロギングすることが可能となった.ヒトのダイナミックな運動を可能としている筋骨格系によるインピーダンス制御に,全身を伝播する高周波振動の触知覚が関与していること調査するために,下肢運動を中心に運動中のインピーダンスおよび高周波振動を計測する手法を開発した.

ペダリング運動中に環境負荷に応じてヒトが足先インピーダンスを調整していることを実証した.また,歩行運動と下肢を伝播する振動の関係を簡易に記録する新手法を開発した.下肢用のハプティックシミュレータのペダリング踏力の計測に関して、姿勢に依存して計測誤差が大きくなることがわかったため、再実験に時間がかかった。研究計画の変更点として、研究計画の段階で明確になっていなかった、下肢の振動波形と歩行運動の関係について、歩行環境を変えながら詳細に実験を行う。この波形の特徴を明らかにすることで、インピーダンス調整との関係が明確になるだけでなく、歩行と運動軌跡のモニタリング技術など様々な派生技術に応用できると期待している。28年度が最終年度であるため、記入しない。ロボティクス・メカトロニクス下肢用ハプティックシミュレータのペダリング踏力の問題を解決するために、ペダリング用力センサを改良し、多くの被験者で容易かつ安全に実験できるように変更することで、研究が円滑に進むようにに対応する。予定していたハプティックシミュレータの製作を次年度に繰り越しため、差が生じた。また、予定してた国際会議の旅費の支出がなかった。下肢用ハプティックシミュレータの計測誤差の問題を確認するために、予定よりも研究の進捗が遅れた。予定したハプティックシミュレータの製作を次年度行う。また、ハプティックシミュレータの制御と映像提示用のPCをより高速なものに更新を行う。下肢用ハプティックシミュレータの計測誤差の原因が確認でき、ペダリング用力センサの改良することで対応する。当初予定していなかったペダリング力センサを特注で開発するために、当初の予算を使用する予定である。
微生物固定電極を組み込んだ簡易型硝酸イオン除去装置の開発

生物膜電極系内の電極反応速度、生物反応速度及び電場内のイオン輸送速度を考慮した一次元生物膜モデルを構築し、異なる通電条件下における生物膜電極の脱窒速度を解析した。その結果、電極の脱窒速度は電流によって大きく異なる"線形領域"、"プラトー領域"及び"減少領域"の3つに分割されることが示された。モデルの解析結果及び別に行った約1年半の連続実験結果より、線形領域が操作及び制御性の観点から優れていると考えられた。一方、脱窒処理速度の高速化を目的としてメッシュ状電極を陽極に対して複数枚浸漬するシステムを新たに提案し、多重メッシュ電極型の生物膜電極装置を実際に製作した。種々の通電条件下で地下水の脱窒処理試験を行った結果、本装置は地下水中の硝酸イオンを安定して脱窒除去でき、また窒素除去に併せて処理水のばっ気(酸素供給)を長期間安定して行うことができることを示した。なお、生物膜電極装置は農業活動に起因する農薬汚染水の浄化にも有効であることが分かった。すなわち、電極極性の切り換え等による操作によって農薬(イソプロチオラン)と硝酸イオンのみが選択的に除去さら、他のSO^<2->_4),Cl^-,Ca^<2+>などの支持電解質は通電量によらず流入水と流出水でほぼ同程度であることがわかった。脱窒菌を電極(陰極)表面に固定化した微生物固定電極に関して、固定化微生物の基質利用特性、電極への微生物固定化方法、固定化後の脱窒活性の安定性及び脱窒速度に及ぼす電極電流等の装置操作条件の影響について、装置設計のための基礎的検討を行った。その結果、以下の様な知見を得た。1.貧栄養下にある土壌より集積した共試脱窒菌の最大比基質消費速度は、排水処理装置等で優先する脱窒菌に比べて小さかったが、基質親和性は高く、また脱窒過程の中間代謝産物である亜硝酸イオンをほとんど蓄積しなかった。2.微生物固定電極の脱窒活性は通電開始初期に一時的に不安定になる場合がある。このような場合、適切な馴致期間(大略1ヶ月程度)をとることによって、通電操作のみによる安定した脱窒処理を行うことができ、また電極脱窒速度は電流値を変化させることによって制御することができる。3.比表面積が大きく、また装置内混合にも優れている網目状電極を用いる場合、光硬化法を用いることによって均一でかつ安定した微生物固定化が可能である。4.適切な操作条件を設定することによって、地下水中に共存する硫酸イオンはそのまま通過させ、同時に亜硝酸イオンの蓄積を抑えながら硝酸イオンのみを全て窒素ガスに還元除去することができる。5.地下水中に存在する溶存酸素は陰極の水素生成効率を低下させるが、水質基準の10mg-N/L前後の硝酸イオン除去の場合、略20%前後の脱窒効率の低下を招くと考えられた。微生物固定電極を組み込んだ高速度硝酸イオン除去装置を設計、製作すると共に、硝酸イオン汚染地下水を効率的に処理するための装置構造及び操作条件について検討した。本年度、得られた主な知見及び実績は以下のようである。1.不溶性金属電極を陽極とし、また脱窒菌を網目状電極表面に固着させた微生物固定電極を陰極として用いることにより、略10mg-N/L程度の人工硝酸イオン含有地下水をHRT1時間前後で高速処理することができる。この場合、被処理水を陰極部から流入させ陽極部より流出させる装置構造をとることにより、硝酸イオンの除去と処理水への酸素供給を同時に行うことができる。2.流入水量や電流値が変動すると、微生物固定電極の浸漬部で亜硝酸イオン濃度が若干上昇する傾向がみられた。ただし、この亜硝酸イオンは陽極の不溶性電極部で硝酸イオンに酸化され、最終処理水の濃度は低く抑えられた。また、供試地下水中に存在する硫酸イオン、塩素イオンなどはほとんど変化せずそのまま流出し、微生物固定電極槽は硝酸イオンに対して高い選択性を有することがわかった。3.陽極から発生する酸素をストリップ除去する装置構造をとることによって、脱窒処理の高速化が可能であるが、亜硝酸イオンが数mg/L蓄積する場合もあり、1)の装置構造に比べて脱窒性能は劣ることがわかった。

4.4人家庭用の地下水処理装置として容積が50Lの多段網目状電極を組み込んだ硝酸イオン除去装置を作製した。メッシュ状電極を複数枚浸漬した多重生物膜電極装置を設計、制作し、種々の通電条件で地下水の脱窒処理試験を行った。その結果、本処理装置は安定して地下水中の硝酸イオンを脱窒除去でき、また硝酸イオン除去に併せて処理水のばっ気(酸素供給)処理を長時間安定して行うことができることがわかった。また、陽極に対してメッシュ状陰極を多重化させる装置形式により、脱窒処理の高速化と安定化が可能であることも示された。また、生物膜電極装置は農業活動に起因する農薬汚染水の浄化にも有効であることが示された。すなわち、電極極性の切り換え等による操作によって農薬(イソプロチオラン)と硝酸イオンのみが選択的に除去され、他の支持電解質等は流入水と流出水でほぼ同程度にすることが可能であることが分かった。地下水硝酸汚染が進行している多くの地域では、硝酸イオンあるいは一部農薬のみによって汚染されているケースが多く、本装置の選択的除去については今後さらに研究する必要性があると考えられた。
BIMを用いた建築設計情報のゲノム化と情報遺伝によるフロントローディングの実現

本研究は、設計初期段階におけるシミュレーションを用いた環境性能評価を実現するため、そのデフォルト設定値の適切な入力を支援するシステムの構築を目的とし実施した。この目的の下、デフォルト設定値の定義及び既存建築設計データからの導出方法を開発した。また、環境的建築設計のために必要となる種々のデフォルト設定値(例:自然採光設計用の窓面積率、自然換気設計用の目標自然換気回数等)のデータベースを、シミュレーションを用いて整備した仮想建築物データに基づいて作成した。本研究は、既往の建設プロジェクトにおいて行われた最適化の結果に統計的な情報処理を加え、シミュレーションのデフォルト設定値として新規プロジェクトへ継承することで、設計初期段階におけるシミュレーション精度を向上させるシステムの構築を目的とするものとなる。研究初年度となる平成25年度には、設計初期段階のシミュレーション精度を向上させるため、設計の進行に伴う入力値の変動を抑制することが可能な、デフォルト設定値の最適化アルゴリズムの開発を進めた。本研究では、まずは設計変数、目的関数を限定した簡易なケーススタディにより、無思慮なデフォルト設定の使用による建築設計初期段階のシミュレーション精度の低下を明らかにした。この上で、初期段階の簡易型最適化アルゴリズムとして、既存の設計における最適化データからデフォルト設定値を構築する手法を開発し、ケーススタディを通して、その効果を確認した。ただし、建築設計は多目的最適化問題であり、目標を達成するために多くの設計変数を最適化する必要がある。そこで、各設計変数の主従関係を明らかにすると共に、それぞれの設計変数が各目的関数に与える影響と感度を調査する事で、設計変数の階層構造を明らかにし、最適化するデフォルト設定値の優先順位を明示する作業を進めた。この際、設計初期段階のシミュレーションにおけるデフォルト設定値の変動が、解析精度の低下に繋がる事を考慮し、目的関数に与える影響度が大きいもの、その変動による目的関数への感度が高いものを優先的に最適化の対象とする階層化も考慮した。昨年度に引き続き、シミュレーションに利用するデフォルト設定値の最適化アルゴリズムの開発を続けた。この研究の中で、設計条件と設計変数の最適化結果との関連性の感度解析を実施した。結果、シミュレーションに求められるデフォルト設定値となる設計変数によっては、建物仕様(断熱等級等)に高い感度を示すものと、設計条件(立地環境等)に高い感度を示すものが存在することが発見された。例えば、換気計画の効果を評価するための指標となる自然換気回数は、建物仕様と比較し、気象条件に大きな感度を有する。このため、計画段階から、気象条件からデフォルト設定値の最適化を図るアルゴリズムを組むことが可能である。今年度の成果の一つとして、この自然換気回数のデフォルト設定値導出のアルゴリズムを構築した。この際、初期設計段階において利用可能な情報とするには、提示したデフォルト設定値の合理性が重要となる。上述の自然換気回数に関しては、自然換気回数の向上に伴う冷房負荷削減効果の向上の傾斜が最大となるポイントを、目標自然換気回数を定義し、この目標換気回数をデフォルト設定値とすることを提案した。ほか、ケーススタディを通した情報整理を実施した。上述の自然換気回数に関しては、一国内に多様な気象条件を有する米国を対象とし、気象条件のみを変数としたデフォルト設定値の導出を行い、マップとして整備した。このマップにおいて、立地条件毎でデフォルト設定値から、その立地環境における自然換気計画の方向性を確認することが可能であり、本研究が目的とする情報遺伝による建築環境性能の向上を議論するために有意義な情報を提供するものとなることが確認できた。本研究は設計初期段階で建築環境シミュレーションを実施する際に必要となるデフォルト設定値の適正化を目指すものである。本年度の成果の一つとして、建築環境性能を大きく左右するデフォルト設定値の一つとなる自然換気回数のデフォルト設定値の最適化アルゴリズム構築と資料整理を達成しているように、研究目標の達成に向けて着実に研究成果が出力されてきている。前年度に引き続き、建築環境系シミュレーションに利用するデフォルト設定値の最適化アルゴリズムの開発を進めた。建築設計初期段階のシミュレーションで必要となるデフォルト設定値には、建築仕様(断熱等級等)に高い感度を示すものと、設計条件(立地環境等)に高い感度を示すものが存在する。このうち、前者に関しては、建築の設計進行に伴い建築仕様が変更していく過程で調整が必要となる。一方で、この調整幅が大きくなると、前段階で検討した結果を覆す可能性があり、微調整で済むデフォルト設定値を採用すべきである。つまり、デフォルト設定値には設計仕様の変更に対するロバスト性が必要となる。例えば、壁に対する窓の面積割合はこの傾向が強い。この際、窓の面積割合といった設計内容が仕様変更に伴うロバスト性を備えているか否かを効率的に情報伝達するためには、応答局面の提示等、感度解析の実施が求められる。一方で、多くの変数を伴う感度解析の実施には多大な回数のシミュレーションが必要となるため、結果を導出するために必要となる計算負荷を低減するための合理化策が必要となる。今年度の成果の一つとして、窓の面積割合の光環境と建築エネルギー性能に対する感度を短い計算時間で評価する計算手法を開発しており、デフォルト設定値のロバスト性の強化を可能とするアルゴリズム開発の一部としている。また、建築設計が多目的最適化であることを考慮し、光環境シミュレーションと熱環境シミュレーションといった、異なるシミュレーションプログラム間で連成解析を実現するロジックの構築も進めた。デフォルト設定値の最適化アルゴリズムの開発の他、デフォルト設定値の設計段階に対応した設定手法、各種シミュレーションソフトウェア間の連携手法の提案等、おおむね順調に研究が進展している。