hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
汎化エントロピー評価基準に基づくデータ組織化のためのオンラインアルゴリズム

本研究では,平13年度と14年度にわたり,大量のデータからの有用情報の抽出について研究し,組織化されたデータの汎化エントロピーによる評価,データ組織化のための計算スキーマの考案,論理式に基づいた情報表現,学習,ゲームにおける組合せ問題の解決などについて成果を得た.本研究ではまず,このエキスパートモデルを決定木の各頂点にエキスパートを置いたブースティング-決定木ブースティング-を導入し,汎化エントロピーに基づき損失を評価することにより,決定木ブースティングの性能を評価するとともに,出力が多値の場合のブースティングアルゴリズムを与えた.また,決定木と例題の系列が与えられたとき,その決定木を枝刈りして得られる部分決定木(プルーニング)のうちで,その例題の系列の上で最小の損失のものを求める問題が,最適プルーニング問題である.この問題を解くアルゴリズムで,Vovkによる統合アルゴリズム(aggregating algorithm)のスキームに基づいたものを与えた.論理式は,仮説を表す最も基本的な表現形式であり,論理式を学習するアルゴリズムについて研究し,仮説の表現形式として単調DNF式の排他的論理和を用いた場合の学習アルゴリズムを与えた.さらに,例題が一様分布に基づいて生起するという仮定のもとで,項数がO(logn)で与えられる単調DNF式で与えられる論理関数を学習するアルゴリズムを与えた.本研究では,平13年度と14年度にわたり,大量のデータからの有用情報の抽出について研究し,組織化されたデータの汎化エントロピーによる評価,データ組織化のための計算スキーマの考案,論理式に基づいた情報表現,学習,ゲームにおける組合せ問題の解決などについて成果を得た.本研究ではまず,このエキスパートモデルを決定木の各頂点にエキスパートを置いたブースティング-決定木ブースティング-を導入し,汎化エントロピーに基づき損失を評価することにより,決定木ブースティングの性能を評価するとともに,出力が多値の場合のブースティングアルゴリズムを与えた.また,決定木と例題の系列が与えられたとき,その決定木を枝刈りして得られる部分決定木(プルーニング)のうちで,その例題の系列の上で最小の損失のものを求める問題が,最適プルーニング問題である.この問題を解くアルゴリズムで,Vovkによる統合アルゴリズム(aggregating algorithm)のスキームに基づいたものを与えた.論理式は,仮説を表す最も基本的な表現形式であり,論理式を学習するアルゴリズムについて研究し,仮説の表現形式として単調DNF式の排他的論理和を用いた場合の学習アルゴリズムを与えた.さらに,例題が一様分布に基づいて生起するという仮定のもとで,項数がO(logn)で与えられる単調DNF式で与えられる論理関数を学習するアルゴリズムを与えた.巨大データから有用な情報を取り出すアルゴリズムを設計することは,データマイニングや知識発見の分野の主要な研究目標である.しかし,データベースのサイズが数百ギガバイトにも及ぶと,従来の手法は適用することができず有用情報を仮説として抽出のための新しい計算メカニズムが必要となる.本研究では,仮説の評価として従来用いられていた誤り率やMDL原理としても知られる記述長に代わり,汎化エントロピーを採用するなどして,これまでの主要な学習アルゴリズムを再構築し,目通しの良い新しいアルゴリズム設計手法を確立することを目指す.本年度の実績の概要は次のとおりである.(1)弱仮説として重み平均アルゴリズムWAからの出力が供給されるとし,各ラウンドに得られる弱仮説を統合して強仮説を得るというブースティングアルゴリズムBoostedWAを取りあげ,このアルゴリズムがマージン最大化を図るアルゴリズムとなっていることやBoostedWAの重み更新式が勾配傾斜法の更新式と一致している等を導き,これまで個別に研究されてきたアルゴリズムを見通し良く説明することができた.(2)ランダムプロジェクションは,次元数の大きいベクトルから次元数の小さいベクトルへの変換であり,この変換を施した後に,最近隣探索,学習,データ組織化を実行し,膨大なデータを処理することができる.そのためにランダムプロジェクションで元のベクトルのある種の性質が保存されることが必要となるが,ランダムプロジェクションにより距離が保存される条件を行列のランダム性に種々の制約を加え導いた.(3)決定ダイアグラムに基づいたブースティングアルゴリズムについて,エントロピーを仮説の評価尺度として採用し,得られる決定ダイアグラムの過学習を抑制するアルゴリズムを導いた.このアルゴリズムでは,決定木の葉の分岐の際にエントロピーが減少する場合に限り葉をマージし,決定ダイアグラムを成長させるという操作を繰り返すもので,このアルゴリズムが有効に働くことをシミュレーションにより示した.本年度の実績の概要は次のとおりである。1精度の低い仮説(弱仮説)を決定木の節点に割り当てたものを精度の高い仮説(強仮説)として出力する決定木ブースティングのアルゴリズムを提案した。また、このアルゴリズムは追加する節点と割り当てる弱仮説を決定するのに汎化エントロピーを用いるものであり、汎化エントロピーの凸性に基づき決定木ブースティングの性能を評価した。2例題からの学習で得られた決定木は、一般に学習に用いた例題に過学習しており、それ以外の例題を良く説明するとは限らない。そこで、与えられた決定木の最適プルーニングを求める問題を取りあげ、例題の系列が与えられたとき、これらの例題で矛盾するものが最も少ないという意味で最適のプルーニングをオンラインで求めるアルゴリズムを提案した。3与えられた例題の系列上で重みを更新して、この重みの分布のもとでオラクルから弱仮説をもらうということを繰り返し、最後これらの弱仮説を統合するブースティングにInfoBoostと呼ばれるものがある。このInfoBoostが多値分類問題に拡張できることを、Passive InfoBoostと呼ばれるブースティングアルゴリズムを与えることにより示すとともに、このアルゴリズムの限界を示した。

4一般に学習の過程を観察すると、時間の経過とともに急激に学習が進むことがある。典型的な学習アルゴリズムにおいても学習に用いる例題の個数に対して、得られる仮説の誤差をプロットして得られる学習曲線を求め、同様の結果が得られることを示した。Rademacher平均と呼ばれる量を導入することにより、学習曲線が用いた例題の系列に依存して変わる可能性を示唆する結果を得た。5従来のInfoBoostのアルゴリズムに過学習を回避するために、エントロピーが近い値の領域を合併するという操作を組み込んだブースティングアルゴリズムを提案した。
リーダーシップ過程におけるフォロワーの自己概念の役割に関する研究

本研究では,フォロワーの自己概念が個人的自己・関係的自己・集合的自己のどのレベルにあるかによって,選好されるリーダーシップや有効なリーダーシップ行動が異なることを実証的に明らかにした。また,変革型リーダーシップ,リーダー・メンバー交換関係,リーダーの懲罰行動,自己犠牲行動という多様なリーダーシップ行動に焦点を当てることによって,フォロワーの自己概念を変化させるリーダーシップのあり方を示した。本年度の目的は,(1)どのような集団状況及び個人特性が,集団メンバーの個人・関係・集合レベルの自己概念を顕現させるかを検討すること,(2)集団効力感の測定方法を確立し,リーダーシップ有効性におけるフォロワーの集団効力感の仲介効果について検討すること,の2点であった。(1)については,集団状況として,個人間競争状況が個人的自己を,各人が異なる役割分担の下で集団内協力を行う状況が関係的自己を,集団間競争状況が集合的自己を顕現させることが予測された。実験と実在集団に関する調査によって,この予想は概ね支持された。ただし,関係的自己と集合的自己に関する結果には明確に区別されない部分があり,測定上の問題が残された。また,個人特性としての集団所属経験については,自己概念に及ぼす効果が認められなかった。次年度は,引き続きこれらの問題について検討する必要がある。(2)については,数種類ある集団効力感の測定方法を整理し,その特徴を把握した。集団効力感の測定方法については現在も検討中であり,次年度も引き続き検討する必要がある。その他に,次年度の研究に向けた予備的検討として,個人レベル及び集合レベルの自己概念が顕現したフォロワーに対して,どのようなリーダーシップスタイルが有効なのかを,調査によって検討した。その結果,関係的自己が顕現したフォロワーに対しては,集団全体ではなくフォロワー個々人に働きかける個人化されたリーダーシップが有効であることが示唆された。次年度は,これらの結果をより厳密な実験状況で確認する必要がある。本年度の目的は,集団メンバーの自己解釈が主要なリーダーシップの有効性をどのように調整,もしくは仲介するのかを明らかにすることであった。本年度は次の成果を得た。(1)特定の集団状況とそこで出現するリーダーのタイプとの関連を,集団メンバーの自己解釈レベル(個人・関係・集合)が仲介するかどうかを実験室実験によって検討した。その結果,メンバー同士が異なる役割分担の下に集団目標達成に向けて協力する個人間協力状況では関係的自己が喚起され,それが集団維持志向・脱個人化型リーダーシップ選好に結びつくという一連の過程が示された。また,個人間比較状況と集団目標達成志向リーダー選好との負の関係を個人的自己が仲介することが示された。(2)リーダーの分配行動の有効性に対するメンバーの自己解釈レベルの調整効果を実験的に検討し,集合的自己または関係的自己優位者に対しては利得・損失とも平等分配が有効であるが,関係的自己優位者については損失がメンバーの意図的行為によるものである場合には公平分配の方が有効であることが示された。以上2つの研究は,リーダーシップ過程における関係的自己の役割を明らかにした点に大きな意義がある。(3)カリスマ的リーダーシップの一形態である自己犠牲的リーダーシップの有効性を,集団メンバーの集団同一視が調整するかどうかについて実験的に検討した。その結果,リーダーの自己犠牲的行動は,集団メンバーの集団同一視の程度に関わりなくパフォーマンスを高めることが明らかになった。ただし,集団同一視の高い集団では,自己犠牲行動が集団志向性を介してパフォーマンスを高めるのに対し,集団同一視の低い集団では,自己犠牲行動が返報への圧力の知覚を介してパフォーマンスを高めるという過程の違いが見られた。本年度は,フォロワーの自己概念を変化させることのできるリーダーシップ行動を明らかにするため,平成19年度と20年度の結果に基づいて,フォロワーの自己概念をあるレベルから別のレベルに変化させるための働きかけのパターンを構成し,その有効性を検討することを目的としていた。変革型リーダーシップの4要素のうち,個人に対する働きかけ(知的活性化・個別的配慮)と集団に対する働きかけ(カリスマ性・志気を高める動機づけ)が,フォロワーの個人的・関係的・集合的自己概念を変容させるかどうかを実験室実験によって検討した。その結果,(1)志気を高める動機づけは集合的自己を顕現化し,関係的自己を低下させること,(2)個別的配慮は個人的自己を顕現化すること,(3)知的活性化は関係的自己を顕現化し,個人的自己を低下させること(討議課題だったため),が明らかになった。さらに,(4)集合的自己はメンバー(集団)愛着に,個人的自己は尊重感に,関係的自己は討論モチベーションに結びつくこと,が明らかになった。課題の性質に左右される可能性はあるが,志気を高める動機づけが集合レベルの自己概念を介して集団愛着を高め,個別的配慮行動が個人レベルの自己概念を介して尊重感に結びつくこと,知的活性化が関係的自己を介して相互作用課題へのモチベーションを高めることが示された。なお,カリスマ性(自己犠牲)については,リーダーへの同一視を高める可能性が示唆された。これらは,特定のリーダーシップ行動がフォロワーの自己概念を介して成果に結びつくプロセスを明らかにした点で重要な知見である。
金属ポルフィリン環状オリゴマーのナノ空孔を用いた新規炭素ナノ材料の創出

本年は、金属ポルフィリン環状二量体を用いたキラルフラーレンの識別について検討した。ポルフィリン環状二量体の窒素原子上にメチル基を一つ導入したキラルなホストを光学分割し、一方のエナンチオマーにラセミのキラルフラーレンC_<76>を添加したところ、フラーレンの包接に伴い、メチル基由来の^1H NMRシグナルが分裂することを見いだした。光学活性HPLCを用いて得たC_<76>の光学活性なフラクションを用いた同様の測定との比較から、観測されたシグナルの分裂がC_<76>とホストの両エナンチオマー間の複合化によって形成される超分子的なジアステレオマーに由来することが明らかになった。すなわち、キラルN置換ポルフィリンを組み込んだポルフィリン環状二量体がフラーレンのキラルな骨格に対する初めてのNMRシフト試薬となることを見いだした。また、光学活性なC_<76>フラクションをプローブとして、金属ポルフィリン環状二量体内での、フラーレンの反応について検討した。C_<76>の光学活性なフラクションをアキシャルにメチル基を有するロジウム(III)ポルフィリンに包接後、可視光照射を行うと、メチル基とロジウム間の結合がラジカル的に切断するとともに、C_<76>由来のCDスペクトルの強度が減少し、C_<76>において何らかの化学変換がおこっていることが示唆された。C_<76>単独に対し可視光照射を行った場合、あるいはロジウムポルフィリン単独で可視光照射を行い、生成したロジウム(II)ポルフィリンとC_<76>を暗下で混合した場合には同様のCDスペクトル強度の減少は観測されず、可視光照射時におけるロジウムポルフィリンとC_<76>の近接が重要であることが分かった。本年は、金属ポルフィリン環状二量体をホストとして用い、フラーレン混合物からの特定のフラーレンの抽出を試みた。ベンゼンを原料とする燃焼法により生成したすすからの抽出物(フラーレン混合物)に対し、亜鉛ポルフィリンの環状二量体をトルエン中で混合し、生じた複合体を分離後、複合体を解離して、ホストに取り込まれていたフラーレンを単離した。抽出物のHPLCによる分析の結果、サイズの大きなフラーレン(高次フラーレン)が選択的に抽出されていることが分かった。ホストの空孔サイズに対するフラーレンの選択性を調べたところ、サイズが上がるにつれて、高次フラーレンへの選択性が上昇し、最も大きな空孔サイズのホストを用いた場合には、フラーレン混合物中に一割のみ存在した高次フラーレンが、97%まで濃縮されていた。また、この濃縮過程で、元々0.4%含まれていたC_<96>が最大37%まで濃縮されることも分かった。また、フラーレンの選択性はポルフィリン部位の構造にも大きく依存し、立体的なかさ高さの低いポルフィリンの方が、高次フラーレンに対する選択性は高かった。さらに、これらの選択性の発現は、各フラーレンとホストとの親和性の差によることが、滴定実験によって確かめられた。一段階の抽出では、抽出率はそれぞれのフラーレンの含有率に依存する。そこで、抽出操作を三回繰り返し、各フラーレンの含有率の変化を追跡した結果、元々0.1%以下であったC100以上のフラーレンが80%以上まで濃縮され、これらに対するホストの親和性が極めて高いことが明らかになった。
DNase1L3の自己DNA処理機構の解明とSLEの病態形成への役割の検討

全身性エリテマトーデスの数家系でDeoxynuclease 1-like-3 (DNase1L3)の機能欠失型変異が報告されているが、機能欠失による発症の機序は不明である。我々の検討ではDNase1L3は白血球全般に発現が認められ、形質細胞様樹状細胞で最も高かった。単球系細胞ではIL-4刺激でDNase1L3の顕著な発現亢進を認めた.DNase1L3蛋白は主として細胞質に分布しており、細胞外にも分泌された。分泌された培養上清中のDNase1L3蛋白はDNase活性を維持していた。以上よりDNase1L3は免疫担当細胞から分泌され、炎症局所で細胞外に放出された核酸の処理を担っていると考えられた。DNase1L3には2つのisoformが存在し、双方を検出するreal-time PCR primersを設計した。ヒト末梢血球細胞をcell sortingによって各分画に分離し、同primersを用いてDNase1L3 mRNAの発現解析を行ったところ、どの細胞分画も同程度の発現が認められた。また無刺激の状態では蛋白は細胞質に分布しており、核内には認めなかった。上皮系細胞においてDNase1L3はアポトーシスの核DNA断片化に関わっていることが報告されているが、ヒトリンパ球ではアポトーシス誘導前後で発現量の変化は認めず、アポトーシス誘導後も核への蛋白の移行を認めなかった。従って、上皮系細胞と血球細胞ではDNase1L3の機能が異なっていると推測された。また、myeloid系の細胞でtoll-like receptors刺激前後の発現量を比較検討したところ、増減は認めなかった。一方で一部のサイトカイン刺激では発現が10倍以上に増加した。DNase1L3の発現をほとんど認めないHEK293T細胞にDNase1L3を強制発現したところ、DNase1L3が培養上清中で検出され、さらに培養上清はプラスミドDNAに対してDNase活性を示した。このことよりDNase1L3が細胞外へ分泌され、細胞外でもDNase活性をもつことが明らかとなった。さらなる機能解析を行うためDNase1L3のC末端にTagを付加し、強制発現したHEK293T細胞よりDNase1L3蛋白を精製した。DNase1L3はDNase1と同様にCa, Mgイオン存在下により高いDNase活性を示した。さらにDNase1とは異なり、naked DNAのみならず、nucleosomal DNA等の蛋白が結合したDNAに対しても切断活性を持っていた。ヒト末梢血球細胞をcell sortingによって各分画に分離し、DNase1L3 mRNAの発現解析をreal-time PCR法で行った。好中球、T細胞、B細胞、NK細胞、単球では同程度の発現が認められた。さらに樹状細胞を形質細胞様樹状細胞と骨髄系樹状細胞に分けて解析したところ形質細胞様樹状細胞においてDNase1L3の発現が有意に高かった。DNase1L3の発現調節機構について解析を行ったところ、単球,骨髄系樹状細胞,マクロファージにおいてIL-4刺激はDNase1L3の発現を顕著に亢進させる重要な因子であった。骨髄系細胞に対するDNase1L3のknockdownで細胞質DNA及びCpG-B刺激に対するIFN-β、IL-6産生は変化を認めず、細胞質あるいはendosomeのDNA認識機構には関与していないことが明らかとなった。研究活動をスタートするにあたり、全体的には実験系を予定通り立ち上げることが出来た。事前のcDNA arrayのdataではDNase1L3の発現は樹状細胞やマクロファージに強く認められたが、今回isoformをすべて増幅するprimersを設計することにより、他の血球細胞分画でも発現していることがreal-time PCR法で判明した。従ってより多くの細胞において本蛋白が機能している可能性が出てきた。蛋白発現を解析するための抗DNase1L3ポリクローナル抗体が免疫動物の個体差により以前のように機能しなくなったために、タンパク質関連の実験が遅れていた。その後異なる免疫ペプチドを用いた新たな抗体をえることが出来たため、現在は解析が進んでいる。発現細胞の解析、細胞内での蛋白の分布、発現調節について実験がすすんでおり、予定通りの検討が行えたと考える。27年度が最終年度であるため、記入しない。

免疫・膠原病学DNase1L3を内因的に発現しているTHP-1macrophagesに、short hairpin(sh)RNAまたはCRISPR/CAS9システムを用いてDNase1L3の発現を安定的に抑制した細胞株を樹立する。この細胞株に細胞死を誘導する種々の刺激を加えた後、またはアポトーシス細胞を貪食させた後に、DNAの消化がknockdown細胞で障害されているかについて検討する。また細胞外に放出されたDNase1L3がどのようなDNAを消化するのかをDNase1と比較検討する。これらの結果に基づき、全身性エリテマトーデス患者でDNase1L3の量的または機能的異常があるか否かを樹状細胞やマクロファージあるいは血清を用いて、健常人や疾患コントロールと比較する。さらに、DNase1L3によって処理されなかった自己DNAが形質細胞様樹状細胞のTLR9を刺激してtype 1 IFNの産生を誘導するか、あるいは抗原提示細胞から自己抗原としてT細胞に抗原提示されるか、あるいはmyeloid系細胞の細胞質内DNA sensorを介してtype 1 IFNを誘導するか、について解析を行う。これらの実験から、DNase1L3の全身性エリテマトーデスの病態形成における役割について明らかにする。27年度が最終年度であるため、記入しない。
連続合成桁の初期ひび割れ状態を考慮した新しいひび割れ制御設計法の開発

近年,連続合成少数主桁が経済的な橋梁タイプとして注目され建設数が急増する傾向にある.連続合成桁では,中間支点位置で負曲げモーメントが生じ,コンクリート床版に引張力が導入され,ひび割れ発生の原因となる.ひび割れは耐久性に大きな影響を与えることから,ジャッキアップダウン工法やPC鋼棒によるプレストレス導入による引張力を打ち消す対応策が取られていた.しかしながら,これらの対応策は建設コストアップの要因となっている.そのため,最近では,ひび割れを許容するひび割れ幅制御設計法が採用されるようになっている.具体的には,ひび割れ幅算定式よりひび割れ幅を推定し,架橋現地の環境条件に応じて指定される許容ひび割れ幅以下とする設計である.さて,床版のひび割れ幅算定式として,我が国では既に2つの手法が提案されている.しかし,これらの手法では,ひび割れ状態が,荷重レベルあるいは発生する負曲げモーメントの大きさに関係なく安定ひび割れ状態(新たなひび割れが発生しない程度にひび割れが発生しており,ひび割れ幅が広くなっていく状態)を仮定している.例えば、スパンが30m前後では,負曲げモーメントがあまり大きくなく,ひび割れが発生しない橋梁が多い.しかしながら,これまでの提案手法によれば,多数のひび割れが生じた状態を想定したひび割れ幅の計算を行うという大きな矛盾が生じる.本研究では,ひび割れ状態を,ひび割れ発生(交通荷重による応力とコンクリートの収縮による応力の合計がコンクリート床版の引張強度に達する),初期ひび割れ状態(次々とひび割れが発生する),前述の安定ひび割れ状態に区別し,各ステップに応じたひび割れ幅算定式を提案している.あわせて,関連する鉄筋応力の算定式を提案している.また,提案手法の妥当性を実験的研究と通して確認している.近年,連続合成少数主桁が経済的な橋梁タイプとして注目され建設数が急増する傾向にある.連続合成桁では,中間支点位置で負曲げモーメントが生じ,コンクリート床版に引張力が導入され,ひび割れ発生の原因となる.ひび割れは耐久性に大きな影響を与えることから,ジャッキアップダウン工法やPC鋼棒によるプレストレス導入による引張力を打ち消す対応策が取られていた.しかしながら,これらの対応策は建設コストアップの要因となっている.そのため,最近では,ひび割れを許容するひび割れ幅制御設計法が採用されるようになっている.具体的には,ひび割れ幅算定式よりひび割れ幅を推定し,架橋現地の環境条件に応じて指定される許容ひび割れ幅以下とする設計である.さて,床版のひび割れ幅算定式として,我が国では既に2つの手法が提案されている.しかし,これらの手法では,ひび割れ状態が,荷重レベルあるいは発生する負曲げモーメントの大きさに関係なく安定ひび割れ状態(新たなひび割れが発生しない程度にひび割れが発生しており,ひび割れ幅が広くなっていく状態)を仮定している.例えば、スパンが30m前後では,負曲げモーメントがあまり大きくなく,ひび割れが発生しない橋梁が多い.しかしながら,これまでの提案手法によれば,多数のひび割れが生じた状態を想定したひび割れ幅の計算を行うという大きな矛盾が生じる.本研究では,ひび割れ状態を,ひび割れ発生(交通荷重による応力とコンクリートの収縮による応力の合計がコンクリート床版の引張強度に達する),初期ひび割れ状態(次々とひび割れが発生する),前述の安定ひび割れ状態に区別し,各ステップに応じたひび割れ幅算定式を提案している.あわせて,関連する鉄筋応力の算定式を提案している.また,提案手法の妥当性を実験的研究と通して確認している.現在、スパン3060m領域において、最も経済的な形式として連続鋼・コンクリート合成2主1桁橋の建設が盛んになっている。連続合成桁では、中間支点上で負曲げモーメントが生じ、コンクリートに引張力が導入され、その耐久性低下に大きな影響を及ぼすひび割れ発生の原因となる。したがって、連続合成桁では、コンクリートのひび割れに対する適切な設計が重要となる。対策として、プレストレスを導入しひび割れの発生を防ぐ方法があるが、建設コストアップの要因となる。そこで、防水層の敷設を前提に、ひび割れ幅を許容値まで許す制御設計が主流になりつつあり、既に我が国でも2つの手法が提案されている。しかしながら、これらの方法はひび割れ状態が安定ひび割れ状態(新たなひび割れが発生しない程度に十分にひび割れが生じている状態)にあることが前提となっている。実際に建設されている上記橋梁を調査すると、スパン60mクラスにおいても、中間支点位置コンクリートのひび割れ状態は、設計最大曲げモーメント下においても、安定ひび割れ状態に移行する領域にあり、ほとんどが初期ひび割れ状態にある。つまり、これまで提案されている制御設計法は実体と異なる状態を対象しているという問題がある。本研究の目的は、上記の矛盾を解消できる設計法を提案する点にある。本年度は、初期ひび割れ状態を考慮した新しい設計法の基本フレーム作成を行い、土木学会論文集で審査を受け、登載可となっている(2005年4月号に登載決定)。今後は、実験的研究を行い、この手法の妥当性の検証また精度アップを図る。近年、連続合成少数主桁橋が経済的な橋梁タイプとして注目され、建設数が急速に増大する傾向にある.連続合成桁では、中間支点位置で負曲げモーメントが生じ,コンクリート床版に引張力が導入され,ひび割れ発生の原因となる.床版のひび割れは耐久性に影響を与えることから,これまで,ジャッキアップダウン工法やPC鋼棒によるプレストレス導入工法により引張力を打ち消す操作が行われていた.しかしながら,これらの工法は建設コストアップの要因となっていた.そのため,最近では,ひび割れを許容するひび割れ幅制御設計法が採用されるようになっている.具体的には,ひび割れ幅算定式を用いてひび割れ幅を推定し,架橋現地の環境条件に応じて指定される許容ひび割れ幅以下とする設計である.

さて,床版のひび割れ幅の算定式として,我が国では既に2つの手法が提案され,採用されている.しかし,これらの手法では,ひび割れ状態が,荷重レベルすなわち発生する負曲げモーメントの大きさに関係なく「安定ひび割れ状態(新たなひび割れが発生しない程度にひび割れが生じており,ひび割れ幅が広くなっていく状態)」を仮定している.例えば,スパン30m前後では,負曲げモーメントはあまり大きくなく,ひび割れが発生しない橋梁が多い.しかしながら,以上の提案手法によれば,多数のひび割れが入った状態を想定した上でひび割れ幅の計算を行うという矛盾が生じる.本研究では,ひび割れ状態を,ひび割れ発生(交通荷重による応力と収縮等による内部応力の合計応力がコンクリート床版の引張強度に達する),初期ひび割れ状態(次々とひび割れが発生する),安定ひび割れ状態に区別し,各ステップに応じたひび割れ幅算定式を提案している.あわせて,関連する鉄筋最大応力の算定法を提案している.また,提案手法の妥当性を,実験的研究を通して確認している.
種の分化と維持に関わる花粉管ガイダンス因子の分子進化

花粉管ガイダンスは、植物の生殖や穀物の生産を支える重要な機構である。本研究では、in vitro花粉管ガイダンス実験系のモデル植物Torenia fournieriを用いて明らかになりつつある花粉管ガイダンス因子の知見をふまえ、その分子が野生の植物種ではどのような分子進化を遂げ機能しているか、明らかにすることを目指した。本年度は、まず、日本国内や東南アジア諸国からTorenia属植物を4種、Lindernia属植物を3種採集し、研究室で栽培し実験系統として使用できるよう整えた。さらに、近年当研究室の研究により明らかとなった、Torenia fournieriにおける花粉管ガイダンス因子TfCRP1のホモログ遺伝子をこれらの近縁植物から単離することに成功した。組織別RT-PCRの結果、このホモログ遺伝子はいずれの植物種においてもめしべ組織で発現していたことから、花粉管ガイダンスに関わる可能性が強く示唆された。ホモログ遺伝子の産物においてアミノ産の同義・非同義置換数を調べたところ、いずれのホモログでも非同義置換が多く見られた。このことは、この遺伝子の分子進化において正の選択がかかっていることを示唆している。本研究により、世界で初めて花粉管ガイダンス因子の候補が複数の種から単離された。今後は別種由来のこれらのホモログ遺伝子を他の植物に形質転換することにより、花粉管ガイダンスの違いにより後輩不可能であった種間での生殖隔離の打破に繋がると期待される。また、この遺伝子が積極的にアミノ酸を置換させるよう分子進化をしていたことから、花粉管ガイダンスが種の維持と進化に重要な役割を果たしている可能性が明らかになった。
ラマン顕微鏡を用いた細胞状態同定とオミクスによる理解

本研究は、1細胞のラマンスペクトルから細胞状態を同定し、オミクスにより分子的に理解することを目的としている。本年度は、機械学習の手法を用い、細胞のラマンスペクトルから非破壊でトランスクリプトーム状態を推定できることを示し、特許出願をするとともに論文誌に投稿した。招待講演を含む複数の国際会議にも積極的に参加し、成果を宣伝した。また、マイクロ流体デバイスを使った生細胞のラマンタイムラプス計測を実現した。ラマンスペクトルとオミクスデータの対応においては、昨年度の分裂酵母と大腸菌株に続き、異なる薬剤耐性を持つ黄色ブドウ球菌株に対して本手法が有効であることを示した。また、マウスの脳組織切片の空間分解ラマンスペクトルと対応する空間分解トランスクリプトームデータの対応を1細胞レベルで確認し、本手法が微生物のみならず哺乳類細胞でも組織レベルでも成り立つことを確認した。マイクロ流体デバイスを使ったタイムラプス計測においては、流体デバイスで一般的に使われる高分子ポリマーのPDMSからのバックグラウンドシグナルを低減すべく、デバイスの改良を行った。結果、分裂酵母とラットの肝臓癌化細胞において、環境変動を与えた際のラマンスペクトルの変遷や細胞個性の評価に成功した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、ラマン顕微観察により得られる1細胞ラマンスペクトルから細胞の状態を同定し、オミクスデータを通して分子的に理解することを目標としている。本年度は、機械学習の手法を用い、細胞のラマンスペクトルから非破壊でトランスクリプトーム状態を推定できることを示し、研究成果として発表した。また、マイクロ流体デバイスを使った、生細胞ラマンタイムラプス計測の実現に向けて研究を進めてきた。ラマンスペクトルとオミクスデータの対応においては、分裂酵母と大腸菌株の、異なる培養環境下におけるラマンスペクトルを元に、非線形の回帰法を用いてトランスクリプトーム状態を推定できることを示した。その過程で、本来は高次元である細胞のトランスクリプトーム状態が事実上低次元の空間に束縛されていることを確認し、少数の教師データからトランスクリプトームを高い精度で推定できることを示した。本成果により、生細胞トランスクリプトームの実現可能性が示唆された。マイクロ流体デバイスを使ったラマンタイムラプス計測においては、マイクロ流体デバイスで一般的に使われる高分子ポリマーであるPDMSからのバックグラウンドシグナルを低減すべく、デバイスの改良を行った。結果、分裂酵母において、環境変動を与えた際のラマン空間上での変遷過程や細胞個性の評価に成功した。また、哺乳類細胞用の流体デバイスも作製し、長期計測を行うための準備を進めてきた。初年次の計画通り、細胞のラマンスペクトルとトランスクリプトームの対応を調べることが出来ただけでなく、来年度以降の計画にあったマイクロ流体デバイスによるタイムラプス計測も実現しつつある。また、国際会議において3報が採択、特許出願も完了しており、十分な成果を得ることができたと考えている。今後は、哺乳類細胞の、マイクロ流体デバイスによるラマンタイムラプス計測に向けてデバイスの改良を進める予定である。また、トランスクリプトームだけでなく、プロテオームやメタボロームとの対応を調べるための準備も進める予定である。
脂質部分の修飾糖脂質の発現とその意義の解明に関する研究

特定の糖脂質糖鎖を認識する抗腫瘍モノクローン抗体は正常細胞では染色能が低下するが、その原因の直接的な解明はなされていない。申請者らの研究では、ラットグリオーマ(RG-2)組織からCerのC-3水酸基がO-Ac化されたGM3(O-AcGM3)が全GM3量に対して35%の比率で検出されたことより、O-AcCerを持つ糖脂質の癌における発現の機序や免疫化学的性状を明らかにして、本糖脂質が上記現象をもたらす因子たることを証明することを目的とした。O-AcGM3構造は分解法による方法では解析不能であり、精製の初期から1D-NMRを用いてその検出を行い、完全解析は1D-,2D-NMRとFAB-MSおよびGC-MSによった。O-AcCerを持つ複合脂質はO-AcGM3以外本組織から検出されず、O-AcGM3はメラノーマ細胞では検出されなかったが、ヒトグリオーマ細胞では検出された。これらのことはCerのO-Ac化がグリオーマおよびGM3に特異的な修飾であることを伺わせるが、他の癌組織を更に精査する必要があろう。O-AcGM3の糖鎖抗体に対する免疫学的な反応性は、ELISA系や薄層クロマト上の免疫染色法では非修飾GM3と変わりはなかったが、O-AcGM3/GM3が35:65(本組織における組成とほぼ一致)の組成比を含むリポゾームに対する糖鎖抗体-補体のLysis系では、O-AcGM3やGM3単体を含むそれらより有為に抗体との反応性が亢進していた。この亢進は、膜中にあって糖鎖を担うAc化Cer分子がGM3and/or O-AcGM3分子のクラスター形成能の亢進等の免疫応答性を高める何らかの役割を担っている可能性を強く示唆する。G3CerのAc化物が酵素学的な産物の可能性をグリオーマ及び正常ラット脳でGM3に至る生合成中間体を受容体として検討した結果、H2Cerのみがグリオーマで酵素的にAc化を受けた。このことおよび本組織ではGM3以上の長鎖ガングリオ系糖脂質は検出されないことから、グリオーマで発現するO-AcGM3は直接GM3分子がAc化されるのではなく、その生合成中間体の上流側で既にAc化されたものが代謝されてGM3分子に蓄積した可能性が高い。
巨大風船構造の自動生成に関する研究

本研究では,大型の風船構造を自動的に構築する手法に関して基礎的な検討を行っている.このような構造の設計にCADシステムを応用する場合,構造を構成する樹脂膜,およびその接合部の強度を正確に把握する必要がある.しかし,これらの部分には複雑な組み合わせ応力が作用するため,実験的なアプローチが容易ではなかった.今年度は,昨年試作した薄膜用2軸引張試験装置を改良し,実験の問題点を改善するのみならず,膜試験片の加熱環境下での2軸引張試験を実施した.この試験装置では,対象となる膜試験片を4つの対向するチャック部に固定し,これらをモーターにより駆動することにより,試験片に2方向の引張負荷をそれぞれ独立に加えることが出来る.また,膜の大変形にも対応できるように,滑り軸受をチャック内に装備し,膜の変形量に関わらず均質な負荷を加えられるようにした.さらに,本実験を高真空曹内で行えるように実験装置をステンレス鋼などで作成し,宇宙環境を模した実験も行えるように変更した.この試験機を用いて,実際に使用される材料について実験を行った.材料として,宇宙環境でよく使用されるポリイミド材を取り上げ,厚さ20μの膜材に対して2軸伸展試験を100°Cで行った.また,このポリイミド膜材をエポキシ樹脂で接着接合した継手試験片に対しても同様な試験を行った.この結果,ポリイミド材料の2軸進展下での強度は20%程度低下すること,その強度クライテリオンは,金属材料などに用いられるミーゼス則やトレスカ則と大きく異なり,単軸強度を楕円を用いて外挿したものになることが分かった.また,接着接合した場合でも,その接着長さが6mm程度あれば,接合部の無い均質な膜材と同等の強度が得られることが分かった.また,以上の強度クライテリオンをもとに,巨大風船構造を構築する場合のCADシステムの構築を開始した.研究成果については,接着剤硬化に関わる基礎的特性について現在論文を2通投稿中である.さらに,本研究で対象となる微細な接着接合部の強度評価法について詳細な検討を行っており,別途発表の予定である.本研究では,大型の風船構造を自動的に構築する手法に関して基礎的な検討を行っている.このような構造の設計にCADシステムを応用する場合,構造を構成する樹脂膜,およびその接合部の強度を正確に把握する必要がある.しかし,これらの部分には複雑な組み合わせ応力が作用するため,実験的なアプローチが容易ではなかった.今年度は,これら材料や接合部の機械的特性および強度を実験的に求めるため,薄膜用2軸引張試験装置を試作した.この試験装置では,対象となる膜試験片を4つの対向するチャック部に固定し,これらをモーターにより駆動することにより,試験片に2方向の引張負荷をそれぞれ独立に加えることが出来る.また,膜の大変形にも対応できるように,滑り軸受をチャック内に装備し,膜の変形量に関わらず均質な負荷を加えられるようにした.さらに,本実験を高真空曹内で行えるように実験装置をステンレス鋼などで作成し,宇宙環境を模した実験も行えるようにした.この試験機を用いて,実際に使用される材料について実験を行った.材料として,宇宙環境でよく使用されるポリイミド材を取り上げ,厚さ20μの膜材に対して2軸伸展試験を行った.また,このポリイミド膜材をエポキシ樹脂で接着接合した継手試験片に対しても同様な試験を行った.この結果,ポリイミド材の強度クライテリオンは,金属材料などに用いられるミ-ゼス則やトレスカ則と大きく異なり,単軸強度を楕円を用いて外挿したものになることが分った.また,接着接合した場合でも,その接着長さが6mm程度あれば,接合部の無い均質な膜材と同等の強度が得られることが分かった.本研究では,大型の風船構造を自動的に構築する手法に関して基礎的な検討を行っている.このような構造の設計にCADシステムを応用する場合,構造を構成する樹脂膜,およびその接合部の強度を正確に把握する必要がある.しかし,これらの部分には複雑な組み合わせ応力が作用するため,実験的なアプローチが容易ではなかった.今年度は,昨年試作した薄膜用2軸引張試験装置を改良し,実験の問題点を改善するのみならず,膜試験片の加熱環境下での2軸引張試験を実施した.この試験装置では,対象となる膜試験片を4つの対向するチャック部に固定し,これらをモーターにより駆動することにより,試験片に2方向の引張負荷をそれぞれ独立に加えることが出来る.また,膜の大変形にも対応できるように,滑り軸受をチャック内に装備し,膜の変形量に関わらず均質な負荷を加えられるようにした.さらに,本実験を高真空曹内で行えるように実験装置をステンレス鋼などで作成し,宇宙環境を模した実験も行えるように変更した.この試験機を用いて,実際に使用される材料について実験を行った.材料として,宇宙環境でよく使用されるポリイミド材を取り上げ,厚さ20μの膜材に対して2軸伸展試験を100°Cで行った.また,このポリイミド膜材をエポキシ樹脂で接着接合した継手試験片に対しても同様な試験を行った.この結果,ポリイミド材料の2軸進展下での強度は20%程度低下すること,その強度クライテリオンは,金属材料などに用いられるミーゼス則やトレスカ則と大きく異なり,単軸強度を楕円を用いて外挿したものになることが分かった.また,接着接合した場合でも,その接着長さが6mm程度あれば,接合部の無い均質な膜材と同等の強度が得られることが分かった.

また,以上の強度クライテリオンをもとに,巨大風船構造を構築する場合のCADシステムの構築を開始した.研究成果については,接着剤硬化に関わる基礎的特性について現在論文を2通投稿中である.さらに,本研究で対象となる微細な接着接合部の強度評価法について詳細な検討を行っており,別途発表の予定である.
重い電子系化合物を活用した極低温比熱測定装置の製作

0.3100Kの温度範囲においてコンパクトで高精度かつ簡便な極低温比熱測定装置の製作を行った。この際、新しい試みとして比熱クライオスタットの熱浴材料に典型的な重い電子系化合物であるCeCu_6を用いた。CeCu_6は0.01K以上で磁気転移を示さず、電子比熱係数が銅の約2000倍という非常に大きな値を持つ。これの活用により極低温での熱浴の熱容量が12桁アップし、即ち、外来の熱的擾乱、比熱測定時の熱リ-クに対して極めて安定な熱浴が実現し、温度計測の信頼性を高め、比熱の絶対値測定の精度が向上すると考えられる。そこで、先ずCeCu_6の作製を行った。原料元素のセルウム及び銅をモル比1:6の割合で秤量し、アーク溶解炉で1g程度のCeCu_6を10個作製する。これを試料粉砕器で数ミクロンの微粒子に粉砕、加圧成型器で13phi×1mmの数個のペレットに成型し、石英管に真空封入し、700°C、7日間の焼結を行った。得られた材料はX線回折によってほぼ単一相であることを確認し、放電加工機によって中心に4phiの穴をあけ、ド-ナッツ状に加工した。次に金属材料を加工して、^3Heクライオスタットの製作を行った。この際、熱浴の一部として^3Heポットの下にCeCu_6を接着した。これにより、熱浴の熱浴量は5Kで25mJ/K、1Kにおいても8mJ/Kと計算される。以上のようなクライオスタットを用いて、現在、計測システムの整備を行い、標準試料を用いて比熱測定感度、絶対値測定の誤差、測定温度限界等の評価を行っているところである。
実践的で透明度の高いコンピュータシステム設計教育環境の実現

コンピュータの動作を学ぶ上でコンピュータアーキテクチャとシステムプログラムを理解することは必須である。仙台高等専門学校4年生の「ディジタルシステム設計」の授業において、群馬高専と仙台高専の共同開発したボードコンピュータCDECを用い、ハードウェア(コンピュータアーキテクチャの理解と実習)とソフトウェア(アセンブラ作成実習)を行っており、ハードウェアとソフトウェアのバランスのよい教育を行っている。本研究は、アセンブラ作成実習において自らが作成したアセンブラで生成したオブジェクトコードをスムースにCDECボードに転送可能にして、より充実したコンピュータ教育環境を整えるものである。研究成果報告1.オブジェクトコードの決定CDECの開発者である群馬高専木村准教授および仙台高専鹿股名誉教授とのディスカッションによりオブジェクトを汎用性のあるインテルHEXコードにした。CDECボードをインテルHEXコード対応できるように改良した。2.転送方法アセンブラで作成されたオブジェクトコードはUSBメモリを用いCDECボードへロード可能にした。3.研究のまとめ自ら作成したアセンブラで生成されたオブジェクトコードをCDECボードコンピュータで動作可能になり、より充実した教育環境となった。4.今後CDECボードコンピュータを用いたハード・ソフトの教育教材として完成度が増し、教育効果の期待、社会人学び直しや組み込み系のより充実した教材になった。また、CDECボードはより高度なボードへと(1)機能を増やす方向と、入門的な(2)シンプルなボードコンピュータの開発の両面を視野にいれている。
レーザによる連続燃焼場のガス流動と乱れの測定に関する研究

【◯!1】多点同時測定LDVについては、○光学系-測定領域の拡大のためレーザビーム分割にパルス幅変調、パルス位置変調位相回折格子を作製して、等強度の5ビーム、9ビームが得られた。○信号処理-1台の周波数カウンタを用い、電子走査による方法では性能向上により、1点で10μsのサンプリングが可能になり、最高7kHzの速度変動測定が可能になった。○乱流予混火炎への適用-短期空間スケールの変化を測定できることを示した。【◯!2】ビーム走査型LDVでは、周波数カウンタの信号処理時間の制限のため、約250Hzの速度変動しか測定できない。【◯!3】旋回乱流拡散火炎において、2速度成分と温度の変動量の同時測定を行い、運動量および熱の乱流輸送の直接測定を行った。旋回によって熱の逆勾配拡散が生じること、運動量の輸送が抑制されること、また、温度変動や乱れのエネルギが低減されることを示した。これらの原因について、変動量の輸送方程式の生成項の大きさを評価することにより明確にした。【◯!4】512個の光検出素子によってレイリー散乱を検出し、濃度または温度の多点同時測定を行った。乱流の非定常噴流における濃度測定に適用した。また乱流拡散火炎における温度測定に適用し、温度の瞬時分布が明らかになった。【◯!5】2焦点レーザ流速計(L2F)による乱流計測では、信号処理システムを開発し、測定可能な乱れ強さは25%であることを数値シミュレーションによって示した。【◯!6】レイリー散乱とLDVを組み合せた、温度と速度の同時測定法を確立することができた。乱流拡散火炎に適用し、予混合火炎と異なり、燃料流への空気の取りこみにより、内向き流れが誘発される確立が高いことがわかった。乱流火炎の簡単な理論では、温度と速度の相関V′T′は、温度の時間平均Tの半径方向勾配に比例するとしているが、火炎領域ではこの仮定は成立しないことが明かになった。
新電気亜鉛合金めっきのナノレベルでの結晶成長と制御

新表面処理である亜鉛分散めっきのナノレベル結晶成長を解明する。特にシリカ・チタニア鎖状シリカ粒子の分散めっきの共析機構を原子レベルで解明した。1.シリカ分散粒子の取り込み機構:亜鉛めっきはその(00・1)η上にマクロステップの沿面成長で形成することを報告してきた。本研究では、(00・1)η上での50nm粒径シリカ粒子の取り込み機構について検討した。シリカ粒子には、(00・1)η上でランダムに析出するものとマクロステップの端面に整列するものとに分類できる。ランダムに析出するものは、その初期吸着位置で粒子下部より単原子ステップに取り込まれる。一方マクロステップ端面に整列するものは、端面の側壁に取り込まれる。また、破面観察でもめっき内部にシリカ粒子を多数観察した。2.チタニア分散粒子の取り込み機構:10nm程度の小粒子と50nm程度の大粒子とが共存する、チタニア粒子の分散めっき取り込み機構について検討した。50nm程度の大粒子は、(00・1)η上でランダムに析出するものとマクロステップの端面に整列するものとに分類できる。一方10nm程度の小粒子は、(00・1)η上でランダムに析出し、マクロステップ端面には整列しにくい。そのため小粒子は、主にその初期吸着位置で粒子下部より単原子ステップに取り込まれる。また、めっき初期には大粒子は取り込まれず小粒子のみが取り込まれる。破面観察でも、鋼板近傍には存在せず、ある程度成長すると大粒子が取り込まれ出す。3.鎖状シリカ粒子の取り込み機構:複数個のシリカ粒子が連なった鎖状シリカ粒子の取り込み機構について論じた。(00・1)η上でランダムに析出するものとマクロステップの端面に整列するものとに分類できる。また(10・0)η上にランダムに付着した鎖状シリカ粒子も観察した。本研究では鉄鋼メーカーの新表面処理である、亜鉛分散めっきの本質のナノレベル結晶成長を解明する。特にシリカ・アルミナ・チタニア粒子等の分散めっきの共析機構を原子レベルで解明し、めっきを原子レベルで制御する。研究実績を以下に示す。1.シリカ分散粒子の取り込み機構亜船めっきはその(00・1)η上にマクロステップの沿面成長で形成することを報告してきた。シリカ粒子には、(00・1)η上でランダムに析出するものとマクロステップの端面に整列するものとに分類できる事を見出した。2.チタニア分散粒子の取り込み機構10nm程度の小粒子と50nm程度の大粒子とが共存する、チタニア粒子の分散めっき取り込み機構について検討した。

50nm程度の大粒子は、(00・1)η上でランダムに析出するものとマクロステップの端面に整列するものとに分類できる。一方10nm程度の小粒子は、(00・1)η上でランダムに析出し、マクロステップ端面には整列しにくい。そのため小粒子は、主にその初期吸着位置で粒子下部より単原子ステップに取り込まれる。また、めっき初期には大粒子は取り込まれず小粒子のみが取り込まれる。破面観察でも、鋼板近傍には大粒子は存在せず、ある程度成長すると大粒子が取り込まれ出す。新表面処理である亜鉛分散めっきのナノレベル結晶成長を解明する。特にシリカ・チタニア鎖状シリカ粒子の分散めっきの共析機構を原子レベルで解明した。1.シリカ分散粒子の取り込み機構:亜鉛めっきはその(00・1)η上にマクロステップの沿面成長で形成することを報告してきた。本研究では、(00・1)η上での50nm粒径シリカ粒子の取り込み機構について検討した。シリカ粒子には、(00・1)η上でランダムに析出するものとマクロステップの端面に整列するものとに分類できる。ランダムに析出するものは、その初期吸着位置で粒子下部より単原子ステップに取り込まれる。一方マクロステップ端面に整列するものは、端面の側壁に取り込まれる。また、破面観察でもめっき内部にシリカ粒子を多数観察した。2.チタニア分散粒子の取り込み機構:10nm程度の小粒子と50nm程度の大粒子とが共存する、チタニア粒子の分散めっき取り込み機構について検討した。破面観察でも、鋼板近傍には存在せず、ある程度成長すると大粒子が取り込まれ出す。3.鎖状シリカ粒子の取り込み機構:複数個のシリカ粒子が連なった鎖状シリカ粒子の取り込み機構について論じた。(00・1)η上でランダムに析出するものとマクロステップの端面に整列するものとに分類できる。また(10・0)η上にランダムに付着した鎖状シリカ粒子も観察した。
プロテオグリカンによるゴルジ体ストレス応答

プロテオグリカンはグリコサミノグリカン鎖によって修飾された糖タンパク質であり、その機能発現には糖鎖が重要である。プロテオグリカンの糖鎖修飾は主にゴルジ体で行われるため、ゴルジ体ストレス応答と呼ばれる品質管理機構によって厳格な制御を受けている可能性が高い。本研究では、EXTL2と呼ばれるグリコサミノグリカン鎖の生合成に関与する糖転移酵素が、グリコサミノグリカン鎖の品質管理機構に関わると予想し、EXTL2遺伝子欠損マウスを用いてEXTL2の機能解析を行った。その結果、EXTL2はグリコサミノグリカン鎖の合成量を負に調節し、その調節機構の破綻が様々な病態と密接に関連することが示唆された。プロテオグリカンはグリコサミノグリカン鎖(GAG)によって修飾された糖タンパク質であり、その機能発現には糖鎖が重要である。GAG修飾は主にゴルジ体で行われるため、ゴルジ体ストレス応答と呼ばれる品質管理機構によって制御を受けている可能性が高い。我々は昨年度、この品質管理に関わる分子の一つとしてEXTL2を同定した。GAGの合成はキシロースがコアタンパク質に転移されることにより開始され、四糖からなる結合領域が合成された後、最初のへキソサミンが転移されて二糖単位が繰り返される領域の合成が開始される。我々が以前クローニングしたFAM20Bによる一過的なキシロースのリン酸化は、結合領域の合成を促進するが、結合領域四糖の合成完了とともに速やかに脱リン酸化され、二糖単位が繰り返される領域の合成が開始される。EXTL2は脱リン酸化が起こらなかった結合領域四糖にα1-4結合でN-アセチルグルコサミンを転移し、糖鎖の伸長を停止させる酵素であることを見出した。実際、EXTL2遺伝子欠損マウスでは、この合成調節機構が働かないため、GAGの量が増加していた。この合成異常は、発生過程や正常時の生体の恒常性維持には大きな影響を示さなかったが、四塩化炭素を用いて急性肝炎を起こすと、病態が野生型マウスよりも重篤化することが判明した。この原因を調べたところ、EXTL2遺伝子が欠損した肝細胞では、肝細胞増殖因子に対する応答が顕著に低下しており、細胞増殖能と生存能の低下が観察された。また、肝再生過程において、EXTL2遺伝子欠損マウスの星細胞では、GAGの合成異常が起こっていること、そしておそらくこのことにより、損傷後に構築される細胞外マトリックスの状態が変化していることが判明した。これらのことにより、EXTL2によるGAGの合成調節機構は、GAGの合成が活発に起こる病態時などに重要な役割を果たすこと、そして、この調節機構の破綻が病態と密接に関連することが示唆された。本研究は、プロテオグリカンの品質を維持する機構の存在とその仕組み、またシステムの動作不良が細胞や個体にどのような影響を与えるかについて理解することを目的としている。我々は、グリコサミノグリカン鎖の生合成に関与する複数の遺伝子のクローニングに成功しており,そのうちの一つにEXTL2遺伝子がある。この遺伝子は、がん抑制遺伝子に分類され、グリコサミノグリカン鎖の生合成酵素遺伝子と高い相同性を示すことが明らかになっていたが、生体内での役割が解明されていなかった。そこで、EXTL2遺伝子欠損マウス(以下,ノックアウトマウス)を作製し機能解析を試みた。ノックアウトマウスは正常に発生し、寿命や生殖能力も野生型マウスと大差はなかったが、グリコサミノグリカン鎖の合成量が増加しており、EXTL2はグリコサミノグリカン鎖の生合成を負に制御する調節因子であることが判明した。この制御機構を調べたところ、EXTL2は合成中の糖鎖にN-アセチルグルコサミン残基を付加し、糖鎖伸長を一時停止させていることがわかった。これらの結果から、EXTL2はがプロテオグリカンの品質管理に働く可能性が示唆された。ゴルジ体においてプロテオグリカンの品質管理機構が存在する生物学的な理由は、分解されるべきプロテオグリカンが分泌されてしまうことが生体にとって不都合であるからだと考えられる。EXTL2ノックアウトマウスは、分解されるべきプロテオグリカンが蓄積し、病気になりやすい体質になっていることが予想されるので、現在、肝炎などをはじめとする疾患との関連を調べている。当初目標としていた、プロテオグリカンの品質を維持する機構の存在が明らかにでき、論文公表も行ったため。また、その品質管理機構の破綻が、実験的な肝炎発症後の肝再生に大きく影響することも分かりつつあるため。