hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
社会性低下の神経機構の解明とその療法への展開

その結果、OA進入1-3秒前においてILニューロンの発火頻度は増加したが、PLニューロンの発火頻度は変化しなかった。以上の結果から、内側前頭前皮質のILの活性化が抗不安様行動を引き起こすために重要な役割を担っていると考えられた。2.ヒト社会性と関連脳領域の解析社会性形成のための重要な要素となる他者への共感性に関わる脳領域について脳磁計を用いて検索した。その結果、共感を導く画像提示によって刺激提示数百ミリ秒後に前頭葉および頭頂葉で有意な活動が観察された。これらの結果から、前頭葉と頭頂葉、そして特に動物においては内側前頭前皮質が社会性低下の神経機構に重要な役割を担っている可能性が示唆された。研究実績の概要で記述したように、動物を用いたニューロンレベルでの観察実験およびヒト脳機能イメージングを用いた社会性関連脳領域の探索実験により、社会性に関わる脳領域としての内側前頭前皮質の活動とその役割について新しい知見を得ることができた。1.社会性低下にともなう神経活動変化の解析内側前頭前皮質は、怒りや不安などの情動発現に強く関与している扁桃体と密接な線維連絡をしており、内側前頭前皮質と扁桃体は行動発現において一つのシステムとして働いていると考えられる。この内側前頭前皮質ー扁桃体系において、社会性低下モデル動物において観察された内側前頭前皮質の活動変化が扁桃体にどのような影響を及ぼすかを、内側前頭前皮質ー扁桃体系の神経回路レベルで解析する。2.ヒト社会性と関連脳領域の解析社会性評価テストを用いて、ヒト被験者を社会性の高い群と低い群に分ける。そして、fMRIを用いて、両群間において身体イメージ形成時に活性化する脳領域のどのような活動差があるかを検索する。また、社会性を向上させるためにsocial cognitive trainingを実施し、その効果を検証する。社会性に関わるニューロン活動変化の観察実験をさらに発展させ、実際の集団行動におけるニューロン活動変化を解析する。集団の中で起こる攻撃行動、防御行動、接近行動、離去行動などの社会的行動とその時のPLおよびILのニューロン活動を観察することにより、内側前頭前皮質のどのような神経機能変化が社会性低下を生じさせているかを考察する。また、ヒトを対象とした脳機能イメージング実験で、共感性、自己帰属性に関わる脳機能を検索する。以上の動物実験とヒトを対象とした脳機能イメージング実験結果をまとめ、効果的なリハビリテーション介入法への応用について検討する。
次世代超大型光学赤外線望遠鏡TMTと高分散分光器による宇宙の加速膨張の直接検証

関連テーマである岡山天体物理観測所への光コム設置の結果を踏まえて決定した仕様に基づき、環境変化に対してより堅牢な光コム切り出し共振器の製作、および共振器で切り出す前の光コムを用いて広帯域光発生の予備実験を行った。また、可視光発生に有利な波長1μm帯のモード同期Ybドープ・ファイバレーザーによる高繰り返し光周波数コムの高出力化をさらに進めた。レーザー共振器からの直接出力640 mWを分岐し、光周波数コムの制御のために600 mWを用いた残りの40 mW出力をシード光として、Ybドープファイバを用いた2段光増幅器を作製した。プリアンプを最適化すると共に、ラージコアファイバを用いて高効率な主増幅器を作成し、安定な10 Wの出力を得た。その結果、RFコムが明瞭に検出され光周波数コムとしての性能を保ったままの高出力増幅が確認されると同時に、パルス圧縮により100 fsレベルの超短パルスが得られ、さらなる光コムの広帯域化の見通しを得た。宇宙の加速膨張の直接検出の理論的検討については、(1)プランク衛星による温度揺らぎのデータとBAOのデータをもとに、重力定数の時間変化の新しい制限(0.2%以下)を与えた。(2)回転する輻射流体の重力崩壊におけるブラックホール形成の数値計算の結果をもとに、原始ブラックホールの角運動量分布関数を求めた。原始ブラックホールはほとんど回転しない(Kerrパラメーターにしてせいぜいa<0.4程度)ことがわかった。銀河間物質の3次元構造の解明で必要になる多視線分光観測においては、重力レンズクェーサーを用いた多視線分光観測を継続し、その結果を2報の学術論文として報告した。個々の銀河を取り巻く銀河周辺物質(CGM)やクェーサーから噴き出すアウトフローガスの内部構造探査に有効な手法である。背景光源数を増やすことにより、銀河間物質(IGM)のトモグラフィーも可能となる。本プロジェクトで製作する光コムシステムについては、波長1.5μm帯のファイバ結合型光共振器を新たに設計・製作し、90%程度と良好な結合系透過率を得た。また、共振器ミラー、および制御用電歪素子を実装し、共振器一段あたり20 dB以上の計算通りのサイドモード抑圧比を観察し、波長40 nm(周波数で5THz)以上にわたる十分な切り出し波長帯域が得られている。また、高分散分光器の波長校正に適した高繰り返しかつ長期安定な光コム光源の検討において、その可能性として有力な波長1μm帯を発生するモード同期Ybファイバレーザーによる光周波数コムを高性能を保ったまま高出力化した。とくに、波長校正の高分解能化に必要な光コムの高繰り返し化技術においては、パルスのピークパワーが低くなるため更なる非線形光学効果による広帯域光発生のためには高品位を保ったままの高出力化が必要となるが、そのための見通しを得た。赤方偏移の時間変化の観測による宇宙の加速膨張の直接検出の可能性の検討では、数値シミュレーションの進行に少し遅れがあるが、大規模構造の密度分布による吸収線系への特異速度および特異加速度の効果を見積もることができた。銀河間物質(IGM)の3次元構造の解明については、比較的小スケールの天体を対象とした多視線分光観測の有効性の検証を進めている。「宇宙膨張」および「微細構造係数の時間変化」については、その直接検出に必要な分光データの波長変化を捉える効果的な手法の検討を進めている。波長1.5 μm帯において、光共振器による光コム切り出し、および光増幅による光コムの強度増幅を多段化し、間隔周波数25 GHz程度、サイドモード抑圧比60 dB程度の光コムを発生させ、可視波長帯(目標:380-700 nm)へ波長変換する。また、共振器の安定性を向上させるため、電通大においてモード同期ファイバレーザを高出力化する。そして、全体のシステムを産総研内で完成させ、すばる望遠鏡設置を見据えた試運転を行う。また、高繰り返しモード同期Ybファイバレーザーの高出力化により、高効率な非線形光学効果を用いてさらなる広帯域化を行い、光コムとしての低ノイズ性、高コヒーレンス性を実現する。同時に、光源システムの応用性を高めるために、増幅システムを含めたトータルな環境安定化を図り、安定かつ低ノイズな高出力コムを発生させる。宇宙の加速膨張の直接検出の理論的検討については、天の川銀河の長期における運動の効果を評価し、実際の観測に即した系統誤差を詳細に評価する。TMT時代に取り組むべき3つのテーマのうち「IGMトモグラフィー」については、多視線分光観測による有効性の検証を継続する。「宇宙の加速膨張の直接測定」および「物理定数の時間変化に対する制限」については、光周波数コムの導入を最大限に活かせる解析手法の検討を進める。平成28年度からの製作に向けて、産業技術総合研究所、電気通信大学、横浜国立大学共同でモード同期ファイバレーザの繰り返し周波数、波長、および制御方法等について最適な仕様を検討した。波長安定化レーザについては波長1.5μm帯アセチレン安定化レーザを使用する方針とした。広帯域光発生に必要な励起パワー、最適な光パルスの時間波形を検討・決定し、具体的な光学系についても検討を行った。高分散分光器の波長校正に向けて、可視光発生に有利な波長1μm帯を発生するモード同期Ybドープ・ファイバレーザを開発し、その出力を制御して光コム出力を得た。レーザ共振器からの直接出力として750MHzの高繰り返し光コムを安定に得ることが出来た。

さらに、励起光源を高度化して高出力化を行い、レーザ共振器直接出力として平均出力700 mWを実現した。さらに、フォトニック結晶ファイバに入力し、波長600nmから1200nmをカバーする広帯域光出力を得た。赤方偏移の時間変化の観測による宇宙の加速膨張の直接検出の可能性を検討するために、密度揺らぎの影響を評価した。揺らぎによる特異加速度の効果が最も大きいが、効果はz<1.5で5%程度、z>3で3%以下であることが分かった。現時点では密度パラメーターとハッブル定数の測定誤差(1%)による誤差が大きく、z>3でも10%になることが分かった。「銀河間物質(IGM)の3次元構造の解明」に関する予備調査に着手した。このテーマで必要になる多視線分光観測においては、離角の小さい複数の天体を互いに影響を及ぼすことなく分光することが重要である。そこで、すばる望遠鏡による小離角レンズクェーサーの高分散分光観測を通してIGMに対する多視線分光観測の予備観測を行い予想される課題を検討した。本プロジェクトで製作する光コムシステムについては、電気通信大学での成果および関連するテーマである岡山天体物理観測所への光コム導入の結果を踏まえ、改良版を開発する予定である。現在、岡山天体物理観測所への導入を進めているところであり、その結果を受けてモード同期ファイバーレーザ、およびその他の仕様について決定を行う予定である。平成27年度は、スペクトルの平滑化に必要な空間位相変調器を調達し、予備実験を行った。光コムによる高分散分光器波長校正技術に関する開発研究については、高分散分光器の波長校正に適した高繰り返しかつ長期安定な光コム光源の検討において、その可能性として有力なモード同期ファイバレーザによる光コムを高度化し、有用な知見を得ることが出来た。特に、波長の高分解能化に必要な光コムの高繰り返し化技術においては、ファイバーレーザ直接出力における高繰り返し化の可能性を示すことが出来た。また、波長範囲の拡大に必要な広帯域スペクトル発生技術について有用な知見を得ることができた。赤方偏移の時間変化の観測による宇宙の加速膨張の直接検出については、大規模構造の密度分布による吸収線系への特異速度および特異加速度の効果を見積もることができた。「銀河間物質(IGM)の3次元構造の解明」の予備調査として行ったレンズクェーサーの分光観測をもとに、IGM(およびクェーサーアウトフロー)に対する2視線観測を行った結果を学術論文に投稿した。この観測を発展させることによってIGMに対する視線方向および横断方向の情報を同時に獲得することができる。これは、TMT時代のIGMトモグラフィーにつながる技術であるといえる。光コムによる高分散分光器波長校正技術に関する開発研究(稲場、美濃島)においては、堅牢性に優れたモード同期ファイバレーザを基に発生させた可視光を、光共振器で切り出すための検討と実験を行った。発生した可視光コムの間隔周波数は100 MHzであり、これを高分散分光器に適用可能な20 GHz以上の間隔に切り出すためには、精密な共振器長制御と波長分散の管理が必要である。本年度はそのために必要な共振器ミラーの設計、調達を行うとともに、計算機シミュレーションおよび予備実験を行った。赤方偏移の時間変化の観測による宇宙の加速膨張の直接検出の可能性を検討(千葉)においては、密度揺らぎの影響を評価した。
Sav1-Hsp60蛋白質複合体の細胞がん化・転移能獲得への関与の解明

Hippoがん抑制情報伝達経路において、Sav1はアダプター蛋白質として情報伝達分子の集積に主要な役割を担っている。申請者らは、プロテオミクス解析により、Sav1がHsp60と相互作用する事を明らかにした。本研究では、BioID(proximity-dependent biotin identification、近位依存性ビオチン標識)を用いて、Sav1-Hsp60と相互作用する、新たなミトコンドリア蛋白質複合体の同定、ならびにSav1-Hsp60蛋白質複合体の細胞がん化・転移能獲得への関与を明らかにする事を目的としている。H30年度は、(1)細胞分画法を用いて、内在性Sav1の細胞内局在を生化学的に解析した結果、Sav1蛋白質は細胞質、核など細胞内の各所に局在している可能性が示唆された。(2)ゲノム編集によりSav1遺伝子にタグを挿入し、上記(1)により示唆されたSav1の細胞内局在を免疫組織化学的手法を用いて可視化させ解析を行った。(3) Sav1タンパクおよびその変異体(アミノ末端およびカルボキシル末端の欠損構造)を安定発現させたHEK293細胞を作製し、ウェスタンブロット法を用いて発現を確認した。(4) Ras association domain family 1A (RASSF1A)は、低分子量GTP結合蛋白質Rasのエフェクターとして見出されたがん抑制情報伝達分子である。RASSF1Aは、アミノ末端にDAGドメイン、カルボキシル末端にRBD(Ras-binding domain)、および保存されたSARAHドメインを有したアダプター蛋白質であり、Sav1同様にHippoがん抑制情報伝達経路において情報伝達分子の集積に主要な役割を担っている。申請者らはBioID-Sav1融合蛋白質のみならずBioID-RASSF1A融合蛋白質の発現構築を作製した。細胞分画法を用いた生化学的解析により内在性Sav1が当初予想されていたより様々な細胞内小器官に局在しうる可能性が示唆された。そのため、当初の実験計画を修正しゲノム編集技術によりSav1遺伝子にタグを挿入した遺伝子改変細胞を作製した。免疫組織化学的手法を用いて細胞内局在を可視化させた所、細胞分画法を用いて得られた結果と同様の結果を見出した。また、当初の実験計画を変更し、Sav1タンパクおよびその変異体(アミノ末端およびカルボキシル末端の欠損構造)を安定発現させたHEK293細胞を作製し、ウェスタンブロット法を用いて発現を確認した。これらの検討および解析におよそ10ヶ月を要したため、研究計画はやや遅れているが、平成30年末より、BioID-Sav1融合蛋白質ならびにBioID-RASSF1A融合蛋白質を発現するプラスミドを構築し、HEK293細胞に一過性発現させ、局在ならびに発現を確認中である。本研究では、BioIDを用いて、Sav1-Hsp60と相互作用する、新たなミトコンドリア蛋白質複合体の同定、ならびにSav1-Hsp60蛋白質複合体の細胞がん化・転移能獲得への関与を明らかにする事を目的としている。細胞分画法を用いた生化学的解析の結果から、内在性Sav1が様々な細胞内小器官に局在しうる可能性が示唆されたため、当初の実験計画を修正し、ゲノム編集技術によりSav1にタグを挿入した遺伝子改変細胞を作製し、細胞内局在の解析を行った。これらの検討および解析におよそ10ヶ月を要したため、年度内に当初の研究計画を完了することが困難となった。今後の研究の推進方策としては、平成30年度に予定していた実験計画も含めて以下のように計画している。(1)遺伝子導入効率の高いHEK293細胞に、BioID-Sav1融合蛋白質ならびBioID-RASSF1A融合蛋白質を一過性発現させ、ウェスタンブロット法および免疫組織化学的手法により発現を解析する。(2)ゲノム編集技術により、Sav1遺伝子同様にRASSF1A遺伝子にタグを挿入した遺伝子改変細胞を作製し、細胞内局在解析を行う。(3)ゲノム編集技術によりBioID-Sav1融合蛋白質ならびBioID-RASSF1A融合蛋白質を安定発現させたMCF10A細胞を作製し、ビオチン化蛋白質の細胞内局在を解析する。(4)ビオチン化した遺伝子改変MCF10A細胞より単離した各細胞画分を可溶化し、ストレプトアビジンビーズを用いてビオチン化蛋白質を精製する。精製蛋白質は二次元電気泳動、質量分析法により解析・同定する。(5)新たなSav1ならびRASSF1A蛋白質複合体を見出し、その機能解析を行う。

(2)ゲノム編集によりSav1遺伝子にタグを挿入し、上記(1)により示唆されたSav1の細胞内局在を免疫組織化学的手法を用いて可視化させ解析を行った。(3) Sav1タンパクおよびその変異体(アミノ末端およびカルボキシル末端の欠損構造)を安定発現させたHEK293細胞を作製し、ウェスタンブロット法を用いて発現を確認した。(4) Ras association domain family 1A (RASSF1A)は、低分子量GTP結合蛋白質Rasのエフェクターとして見出されたがん抑制情報伝達分子である。RASSF1Aは、アミノ末端にDAGドメイン、カルボキシル末端にRBD(Ras-binding domain)、および保存されたSARAHドメインを有したアダプター蛋白質であり、Sav1同様にHippoがん抑制情報伝達経路において情報伝達分子の集積に主要な役割を担っている。申請者らはBioID-Sav1融合蛋白質のみならずBioID-RASSF1A融合蛋白質の発現構築を作製した。細胞分画法を用いた生化学的解析により内在性Sav1が当初予想されていたより様々な細胞内小器官に局在しうる可能性が示唆された。そのため、当初の実験計画を修正しゲノム編集技術によりSav1遺伝子にタグを挿入した遺伝子改変細胞を作製した。免疫組織化学的手法を用いて細胞内局在を可視化させた所、細胞分画法を用いて得られた結果と同様の結果を見出した。また、当初の実験計画を変更し、Sav1タンパクおよびその変異体(アミノ末端およびカルボキシル末端の欠損構造)を安定発現させたHEK293細胞を作製し、ウェスタンブロット法を用いて発現を確認した。これらの検討および解析におよそ10ヶ月を要したため、研究計画はやや遅れているが、平成30年末より、BioID-Sav1融合蛋白質ならびにBioID-RASSF1A融合蛋白質を発現するプラスミドを構築し、HEK293細胞に一過性発現させ、局在ならびに発現を確認中である。本研究では、BioIDを用いて、Sav1-Hsp60と相互作用する、新たなミトコンドリア蛋白質複合体の同定、ならびにSav1-Hsp60蛋白質複合体の細胞がん化・転移能獲得への関与を明らかにする事を目的としている。細胞分画法を用いた生化学的解析の結果から、内在性Sav1が様々な細胞内小器官に局在しうる可能性が示唆されたため、当初の実験計画を修正し、ゲノム編集技術によりSav1にタグを挿入した遺伝子改変細胞を作製し、細胞内局在の解析を行った。これらの検討および解析におよそ10ヶ月を要したため、年度内に当初の研究計画を完了することが困難となった。今後の研究の推進方策としては、平成30年度に予定していた実験計画も含めて以下のように計画している。(1)遺伝子導入効率の高いHEK293細胞に、BioID-Sav1融合蛋白質ならびBioID-RASSF1A融合蛋白質を一過性発現させ、ウェスタンブロット法および免疫組織化学的手法により発現を解析する。(2)ゲノム編集技術により、Sav1遺伝子同様にRASSF1A遺伝子にタグを挿入した遺伝子改変細胞を作製し、細胞内局在解析を行う。(3)ゲノム編集技術によりBioID-Sav1融合蛋白質ならびBioID-RASSF1A
妊娠時のインスリン感受性動態に関する分子的生物学的研究

1.妊娠ラットについて非妊娠ラットを対照群として妊娠第5,10,15,20,産後第5,10,15日目のラットよりインスリン感受性組織である骨格筋(大腿四頭筋)や脂肪組織(腹腔内脂肪組織)を採取し、律速酵素の1つであるglucose transporter 4(GLUT4)およびhexokinaseII(HKII)の遺伝子発現,蛋白レベル,活性を測定した。骨格筋におけるGLUT4およびHKIIのmRNA発現,蛋白レベル,活性は、妊娠および授乳期を通して有意な変化は認められなかった。脂肪組織におけるGLUT4のmRNA発現は、妊娠20日目に対照群に比し67%に有意に減少し、出産後急速に増加し、非妊娠時に復した。GLUT4の蛋白発現は、mRNAとほほ同様に変化した。脂肪組織におけるHKIIのmRNA発現は、妊娠15日目より有意に減少(73%)し、20日目には非妊娠時のほほ半量となった。HKII活性はmRNAとほぼ平行に変化し、20日目には有意に減少した。これらのことより、妊娠末期のインスリン抵抗性の一因として、脂肪組織におけるGLUT4およびHKII発現の減少が考えられる。去勢ラットに17β・estradiol(E)およびprogesterone(p)を腹部皮下注により単独投与または同時投与し、腹腔内脂肪組織および大腿四頭筋を採取しGLUT4およびHKIIのmRNA発現,蛋白レベル,活性を測定した。骨格筋におけるGLUT4mRNAおよび蛋白発現には有意な変化は認められなかった。脂肪組織におけるGLUT4mRNA発現は、E単独投与で減少傾向を示したが、P単独投与では変化せず、両剤同時投与によりその発現は約2分の1に有意に減少した。HKII発現は現在測定中である。
オーキシンに関する新しい信号伝達経路の解明

本研究は、植物ホルモンとしては最も広範に植物の発生・成長・分化を支配するにもかかわらず、その作用機構の理解が最も遅れているオーキシンの信号伝達機構を分子レベルで明らかにするために、特に細胞分裂に焦点を合わせて研究を推進するべく企画された。まず、既にタバコ葉肉プロトプラストの培養初期にオーキシンにより発現誘導される遺伝子parA,parB,parCを同定しているので、これらについて信号伝達の全体像を明らかにすべく研究を行なった。その結果、それぞれについてオーキシン応答領域を定め、そこに結合する転写因子と想定されるタンパク質があることを明らかにした。しかしながら、研究の後期になってこれまで、タバコ葉肉プロトプラストの細胞分裂誘導にはオーキシンが主役で、サイトカイニンは補助的と思われていたが、実はそうでなくて細胞周期の開始、即ちG_0期-S期への進入にはサイトカイニンが主役であることを明らかにした。その後に、オーキシンはこの進行を著しく促進して、活発なDNA合成を起こし、細胞分裂にいたると結論された。一方、タバコ培養細胞BY-2株は、その増殖にオーキシンが必須であり、オーキシン飢餓状態では細胞分裂を完全に停止するが、オーキシンの再添加によりDNA合成を開始し、半同調的な細胞分裂が誘導できることを明らかにした。この過程で発現するオーキシン誘導遺伝子arcAについては、この遺伝子産物と相互作用するタンパク質としてK^+イオンチャンネルのベータサブユニットが同定され、イオン透過との関りが示唆されたがこの結論は未だ得られていない。しかしながら、この過程でオーキシンの信号伝達にかかわる新しい経路が明らかになった。即ち、BY-2細胞由来のオーキシンに関して順化した細胞株2B-13は、オーキシンなしで盛んに増殖する。この細胞の濾液をオーキシン飢餓のBY-2細胞に与えたところ細胞分裂が誘導された。誘導の要因は濾液中の植物ホルモンではなく、高分子のタンパク質であることが推定されたので、ゲル濾過法により分子サイズ30kDa程度のタンパク質であることを確定した。なお、このタンパク質の特性は今後の課題であるが、オーキシンの下流にあって細胞分裂に関わる新奇タンパク質の同定は全く新しい知見であり、オーキシンに関わる新しい信号伝達系の存在を示すことが出来た。オーキシンにより誘導される植物細胞の細胞分裂誘導過程に発現する遺伝子として単離されたarcAは、Gタンパク質のβ-サブユニット様の構造を持ち、広義のWD-40タンパク質に属する。ところが、WD-40の中でも特にタンパク質キナーゼC(PKC)の受容体(RACK1)の植物ホモローグであることが判明したが、問題は植物のPKCが未だ同定されていない事である。そこで、本年度の目標としては、(1)arcAタンパク質は、活性化PKCの受容体(RACK1ホモログ)として機能することが予想されるが、未だに植物でのPKCが未同定であることから、この植物では未知のPKCの単離・同定と、(2)カリウムイオンチャンネルのβ-サブユニットとしての機能的証明、(3)arcAタンパク質の機能をイ-ストの突然変異を用いて行うこと、を掲げたが、それらについての進歩状況は以下の通りである。

1.については、日本にも動物細胞のPKCの専門家がいることがわかったので、コンタクトを取りながら、arcAと特異的に作用する候補者をイ-ストの2ハイブリッドシステムで調べる準備が整ったところである。2.については、同定されているカリウムイオンチャンネルのβ-サブユニットが実際に細胞内で機能していることを証明するために、β-サブユニットとα-サブユニットそれぞれのメッセージをアフリカツメガエルの卵細胞へマイクロインジェクションして、カリウムイオンチャンネルの制御に働いているかを確認することを行ったが、シロイヌナズナのα-サブユニットをコードする遺伝子は相互作用しないと判断された。3.イ-ストのarcAホモローグが同定されたので、イ-ストでの機能発現から植物での機能を推定することが可能となった。前年度までに、タバコBY-2細胞においてオーキシンにより誘導される植物細胞の細胞分裂誘導過程に発現する遺伝子arcAの信号伝達機構に関する解析を行なってきたが、今年度はタバコ葉肉プロトプラストで新しい成果が得られたのでこの概要を紹介する。タバコ葉肉プロトプラストの細胞分裂の誘導にはオーキシンとサイトカイニンが必要であり、オーキシンにより発現誘導される遺伝子parA,parB,parCが、これまでに同定されている。これらオーキシン誘導遺伝子の発現に関わっては、これのプロモーター領域に、元々カリフラワーモザイクウイルス35Sプロモーターで同定されたas-1様の配列が存在していることを明らかにしているが、今年度の研究でそこにはいくつかの転写因子が関与していることを明らかにした。即ち、parAのas-1様の配列には、転写因子ASF-1が結合するが、parCのas-1様の配列には、別な新たにALF-1と名づけた因子が特異的に結合した。更に、parBのas-1様の配列には、上記のいずれとも異なる転写因子が結合していることが判明し、これをALF-2と名づけた。このように、オーキシンの信号伝達に一見類似した構造のシス因子が関与しているが、その信号伝達経路は相当異なっていることが明らかとあった。ところで、細胞分裂の誘導にはオーキシンの他にサイトカイニンが必須であるが、このサイトカイニンの作用に関しては、先ずオーキシンの作用により、parA,parB,parC遺伝子の発現が誘導され、その後にサイトカイニンにより発現誘導する遺伝子が誘導され、その結果細胞分裂の誘導に至るという過程が明らかになった。そのサイトカイニンに誘導される遺伝子として同定された遺伝子の産物は、アラビノガラクタンに類似の構造を持つタンパク質で細胞外へ分泌して働くと推定されたが、これはサイトカイニンで誘導される遺伝子としては最初の遺伝子であった。今年度は、次の新しい発見があり、表記の課題に新しい意味付けを与えることが出来た。まず、その一は、タバコBY-2細胞の増殖に関するオーキシンの役割に関わる点である。BY-2細胞はオーキシン飢餓状態では細胞分裂を完全に停止するが、オーキシンを再度加えると、DNA合成の後、半同調的な細胞分裂が誘導できることは既に確立されている。ところが、BY-2細胞由来のいわゆる馴化細胞2B-13は、オーキシンなしでも盛んに増殖する。この細胞の濾液をオーキシン飢餓のBY-2細胞に加えたところ細胞分裂の誘導を見ることができた。
ソーシャルゲームのアイテム課金がゲーム依存に及ぼす影響

2013年11月(W1)、2014年5月(W2)に、15歳から29歳までのソーシャルゲーム利用者を対象に、インターネット調査を実施した。また、上位30位のソーシャルゲーム(W1時)の内容分析を行い、課金や期間限定イベントの文脈への接触度をプレイヤーごとに算出し、ゲーム依存、ゲーム接触時間、課金額などとの関連性を分析した。その結果、他のプレイヤーとの対戦継続で課金できるゲームで遊ぶプレイヤー(W1)は、6か月後のゲーム接触時間(W2)が長くなり、期間限定ガチャの最高金額が高いゲームで遊ぶプレイヤー(W2)は、6か月後の課金額(W2)が上昇しており、これらは長期的影響である可能性が示唆された。今年度は、先行研究を概観した上で、(1)2013年11月下旬に、1回目のパネル調査を実施した。(2)また、その調査であげられたソーシャルゲームの内容分析の作業を、2014年2、3月に実施した。(1)パネル調査の1回目は、3800人を対象に、携帯電話やスマートフォンによるインターネット調査を実施した(割り当て法)。対象者の内訳は、15歳から29歳までのソーシャルゲーム利用者2660人と、非利用者1140人であり、ソーシャルゲームについては、スマートフォンのアプリ市場の拡大に併せて、「携帯電話、スマートフォンなどで、競争したり、協力したりするゲームやアプリ」と、やや拡大して、定義した。本研究では、若い世代のソーシャルゲーム依存に及ぼすゲームの文脈的特徴を解明することが目的のため、ソーシャルゲームのなかで、アイテム課金や有料ガチャなど課金をしている人をより多く選んだ。具体的には、20代では無課金者570人に対し、その2倍の1140人を課金者に割り当てた。10代でも、無課金者は570人としたが、10代では課金者が少なかったため、380人とした。この調査では、ゲーム利用時間、課金額、利用日数、利用動機、よく遊ぶゲームジャンルやゲームタイトル、ゲームへの態度、心理的変数などをたずねた。(2)ソーシャルゲームの内容分析は、11月の1回目の調査であげられたゲームタイトルのなかで、上位30タイトルを、大学生および大学院生11名の協力を得て、実際にアイテム課金や有料ガチャなどをしながらプレイしてもらい、分析した。1タイトルについては、1日30分、3日間、3人にプレイしてもらい、そのプレイ画面もデジタルビデオで録画した。その後、録画に基づいて、ゲーム内で課金できる文脈の特徴やソーシャル性などを分析してもらった。平成26年度は、(1)2014年5月下旬に、2回目のパネル調査を実施し、(2)1回目のパネル調査についての分析と学会発表、および、(3)1回目の調査であげられたソーシャルゲームの内容分析と学会発表を行った。(1)パネル調査の2回目は、1回目の調査(2013年11月下旬)の6か月後に実施し、1回目の調査に回答してもらった3800人に調査を依頼し、1630人(43%)より、回答を得た。(2)パネル調査の1回目のデータについて、分析を行った。Lemmensらが作成したゲーム依存尺度に、金額的依存3項目を加えた10項目を用い、ゲーム依存の程度を測定したところ、ゲーム依存得点が高い人ほど、抑うつ傾向が強い傾向がみられた。一方で、ソーシャルゲームの依存度が低い人は、ソーシャルゲームをまったくプレイしていない人と比べ、抑うつ傾向が低く、気分調整などを通して、日常生活のなかで、適応的にプレイしている可能性も示唆された。また、ソーシャルゲームの利用動機や課金目的についても、男女、年代などで、異なる傾向がみられた。(3)パネル調査の1回目で選出されたソーシャルゲーム上位30位について、系統的な内容分析を行ったところ、追加で課金できるゲームがほとんどであり、ガチャも多くのゲームでみられた。社会的要素においては、競争的な要素だけでなく、協力的な要素も多くみられ、ソーシャルゲームが、これまでのゲーム以上に、「ソーシャル」である可能性も示唆された。最終年度2015年は、内容分析の結果をまとめ、国際学会で発表し、2冊の英文書籍(各1章)に結果をまとめた(原稿提出済み)。また、パネル調査の分析と内容分析の結果を統合し、国内の学会で発表した。パネル調査の分析については、日本で開催される国際学会でも、2016年に発表する予定。研究期間全体をとおして得られたおもな研究成果は、以下のとおりである。(1)2013年11月(1回目、T1)と2014年5月(2回目、T2)に、10-20代を対象にモバイル・インターネット調査を実施した。ゲーム依存スコアは、男性のほうが高い傾向がみられた(T2のみ)。ゲーム利用時間の平均は、1週間で12.15時間(T1)、11.42時間(T2)であり、20代のほうが長かった。課金者の課金額の平均は、2451円(T1)、2998円(T2)であり、男性のほうが課金額が高かった。ゲーム依存者は、射幸心が高く、抑うつ傾向が高かった(T1、T2)。(2)1回目の調査でよく遊ばれていたソーシャルゲーム(上位30位)の内容分析を行い、課金や期間限定イベントの文脈への接触度をプレイヤーごとに算出し、ゲーム依存、ゲーム接触時間、課金額などとの関連性を分析した。

その結果、他のプレイヤーとの対戦継続で課金できるゲームで遊ぶプレイヤー(T1)は、6か月後のゲーム接触時間(T2)が長かった。また、期間限定ガチャの最高金額が高いゲームで遊ぶプレイヤー(T1)は、6か月後の課金額(T2)が上昇していた。これらの関連性は、1回目の調査時のゲーム接触時間、課金額を統制しても、それぞれみられたことから、ゲームの課金要素や、期間限定イベントの影響により、ゲーム接触時間が長くなり、課金額が上昇する可能性が示唆された。したがって、本研究では、ゲーム業界や家庭で、ゲーム課金額の上限を設ける対応策の重要性を間接的に示すことができたと考える。2013年11月(W1)、2014年5月(W2)に、15歳から29歳までのソーシャルゲーム利用者を対象に、インターネット調査を実施した。また、上位30位のソーシャルゲーム(W1時)の内容分析を行い、課金や期間限定イベントの文脈への接触度をプレイヤーごとに算出し、ゲーム依存、ゲーム接触時間、課金額などとの関連性を分析した。その結果、他のプレイヤーとの対戦継続で課金できるゲームで遊ぶプレイヤー(W1)は、6か月後のゲーム接触時間(W2)が長くなり、期間限定ガチャの最高金額が高いゲームで遊ぶプレイヤー(W2)は、6か月後の課金額(W2)が上昇しており、これらは長期的影響である可能性が示唆された。まず第1に、研究計画通り、パネル調査の2回目を実施したこと。また、パネル調査の1回目のデータ、ソーシャルゲームの内容についても、データ分析を行い、学会発表などで、研究成果の報告も行ってきたためである。社会心理学平成27年度は、まず、ソーシャルゲームの内容分析を基に、メディアのモバイル化という世界的潮流における日本のソーシャルゲーム文化の特徴について、社会的背景を含め、さらに分析を進め、研究成果を発表していく予定である。また、まだ分析できていないパネル調査2回目のデータについても、1回目の調査や内容分析の結果と組み合わせて、分析していく予定である。研究計画通り、パネル調査の1回目を終え、大学生、大学院生の協力により、ソーシャルゲームの内容分析を実施したためである。1回目の調査の統計的な分析は進めているが、内容分析については、作業のみの終了であり、データの分析はこれからであるが、おおむね順調に進展している。ゲームの内容分析が予定した以上に短時間を終了したこと、データ整理作業を進める人材が確保できず、その分の金額が次年度に繰り越しになったためである。2014年5月下旬に、パネル調査の2回目を実施する予定であり、その後、2回のパネル調査のデータも統合して、分析する予定である。また、ゲームの内容分析の結果についても、データの分析をはじめ、その結果を、パネル調査のデータに組み込んで、分析していく予定である。その上で、今年度は、学会発表など、研究成果の報告も行っていく予定である。平成27年度には、研究代表者が中心となり、データ分析を進めると同時に、学会発表などの費用に充填する予定である。ソーシャルゲームの内容分析を2月、3月に実施したため、内容分析を実施したアルバイト代3月分、および、2、3、4月分(20日締めのため)のスマートフォン利用契約電話料金(新規登録料、契約解約金金含む)などが、平成26年度の支払いになったためである。平成26年度は、内容分析を行った際に、2、3、4月分の上記の電話料金(約13万円、それぞれ4、5、6月初旬支払い)、3月分のアルバイト代(約15万円、4月下旬支払い)などが発生しており、まずは、その支払いなどに当てる予定である。
細胞内共生菌のシャペロニンのプロテオーム機能解析

深海に生息する二枚貝のシロウリガイ類の細胞内共生菌は、宿主のエラの上皮細胞内に存在し、ゲノムを縮小するように進化している。共生菌のゲノムは、ゲノム縮小に伴い、遺伝子に変異が蓄積している可能性がある。本研究では、シマイシロウリガイの細胞内共生菌のシャペロニンを含む分子シャペロンの発現を調べ、ゲノム縮小進化に伴う遺伝子変異の緩衝剤として機能しているかどうかを検証する。本研究では、細胞内共生菌のシャペロニンがゲノム縮小進化に伴う変異の緩衝剤として機能している事を検証する。そこで、細胞内共生菌のシャペロニンの発現解析と、結合しているタンパク質の探索を行い、結合タンパク質の種類や配列から共通な特徴を探し出し、ゲノム縮小進化により、どのような遺伝子に、どのような変異によってフォールディングできないのかを検討する。今年度は、全ゲノム配列が決定しているシマイシロウリガイの細胞内共生菌のシャペロニンを含む分子シャペロンの発現解析を行った。シマイシロウリガイ共生菌の分子シャペロンの発現をRT-PCRで解析した。シマイシロウリガイの共生菌のゲノム解析の情報を元に,全遺伝子から分子シャペロンの中でも主要な働きをしている遺伝子(シャペロニン,DnaK,FtsH,SurA)及び転写調節因子(RpoH)を選び、RT-PCRを行った。サンプルは、採取の際に生じる圧力や酸素濃度変化による影響を考慮して、加圧装置による再加圧飼育や好気飼育、生育環境に近づけるために泥に足部を差し込んで飼育した個体を用いた。RT-PCRの結果、細胞質で働くシャペロニン,DnaK,RpoHのバンドに対して、内膜やペリプラズムで働くFtsH,SurAのバンドの濃さは薄かった。さらに、採取直後、再加圧飼育、好気飼育、泥中飼育のどの条件の個体においも、また個体間においてもRT-PCRのバンドのパターンに大きな変化は見られなかった。このことから、シマイシロウリガイ共生菌の分子シャペロンは宿主の生育環境の圧力や酸素濃度などに影響されず、シャペロニン、DnaKが発現する状態になっており、これらの分子シャペロンの働きが必要になっていると考えられた。今年度は、全ゲノム配列が決定しているシマイシロウリガイの細胞内共生菌のシャペロニンを含む分子シャペロンの発現解析を調べるために、リアルタイムRT-PCRによる定量化を試みた。定量する遺伝子としてシマイシロウリガイの共生菌のゲノム解析の情報を元に,全遺伝子から分子シャペロンの中でも主要な働きをしている遺伝子(シャペロニン,DnaK,FtsH,SurA)及び転写調節因子(RpoH)を選んだ。シマイシロウリガイ共生菌の遺伝子は、ATリッチであるためプライマー設計が難しく、効率よく増幅できる短い遺伝子領域でユニークな配列の候補を選び出し、コントロール実験により、実際に遺伝子が定量化できる条件を検討した。タンパク質の解析のために、エラ組織から共生菌を単離し、共生菌のタンパク質抽出方法を検討した。さらに抽出タンパク質の2D-PAGEを行い、タンパク質スポットをLC-MS/MSによる同定を試みた。深海化学合成生態系に生息する二枚貝のシロウリガイ類は、宿主のエラの上皮細胞内に細胞内共生菌が1種類存在し、卵を介して垂直伝播されて宿主の親から子へと伝達される。シロウリガイ類の細胞内共生菌は、ガンマープロテオバクテリアに属するイオウ酸化細菌で、硫化水素を還元してエネルギーを作り出し、二酸化炭素を固定して有機物を作り出す。シマイシロウリガイの共生菌ゲノムサイズは1.02Mbと自由生活型と比較する小さく、細胞内共生によりゲノムを縮小するように進化していることが明らかになっている。本研究では、シマイシロウリガイの細胞内共生菌の分子シャペロンとして重要な働きをするシャペロニンがゲノム縮小進化に伴う遺伝子変異の緩衝剤として機能している事を検証する。今年度は、全ゲノム配列が決定しているシマイシロウリガイの共生菌を含むエラ組織からタンパク質を抽出し、2D-PAGEを行い、タンパク質スポット切り出しプロテアーゼによる限定分解を行い、分解したペプチド断片をLC-MS/MSによる同定を行った。その結果、シャペロニンやイオウ代謝に関連するタンパク質や二酸化炭素の固定に使われるタンパク質が多く発現していた。これらは、シャペロニンの基質の可能性があり、現在、詳しく解析している。また、これらのタンパク質は、等電点の異なる2つのスポットに分かれて検出された。次世代シーケンサーを使い共生菌ゲノムの多様性を調べたところ、それらの遺伝子は等電点が変化するアミノ酸置換を伴うSNPが見つかった。
摂食直後の組織タンパク質分解抑制因子の検索と作用機構

Sprague-Dawley系雄ラットを1日6時間だけ飼料を摂取するように慣らさせた後に、20%カゼイン食または無タンパク質食を1時間だけ摂取させた。血清3-メチルヒスチジン(MeHis)濃度と後肢筋からのMeHis放出速度(筋原線維タンパク質の分解速度)はカゼイン食では摂食3-6時間後に有意に減少したが、無タンパク質食では変化がなかった。タンパク質含量を増加させて分解速度を測定したところ、摂取タンパク質の濃度依存的に分解が抑制された。また、摂取タンパク質量を一定にしてエネルギー量を減らしても分解の抑制が認められた。これらは摂取タンパク質が摂取直後の分解を調節していることを示している。ラットに窒素源としてロイシンのみを含む食餌を与えたときも同様の分解の変化が認められた。さらに、ロイシン懸濁液を直接胃内投与すると、筋肉からのMeHis放出速度は直ちに減少したことから、食餌タンパク質による分解抑制作用には食餌タンパク質中のロイシンが関係していることが明らかとなった。摂食後の筋原線維タンパク質の分解抑制に関与する分解系を解析した。リソソームによる分解系とカルシウムにより活性化される分解系を阻害すると摂食後の分解抑制が認められなくなったが、ATP-依存性の分解系を阻害しても分解抑制の傾向には変化がなかった。したがって、摂食後の分解抑制にはリソソームあるいはカルパインが関与していることが示唆された。摂食後のタンパク質合成活性をシグナル伝達系から解析した。摂食後すぐにp70S6kのリン酸化が認められ、無タンパク質食では認められなかった。したがって、タンパク質(ロイシン)は摂食後ただちにp70S6kのリン酸化などを通じてタンパク質合成を促進し、それより遅れてカルパイン活性の変化などを介して分解を抑制することが考えられた。骨格筋タンパク質は体タンパク質の40%以上を占め、体タンパク質代謝に対してその恒常性を維持する重要な役目を担っていることから、様々な生理的な条件の変化でその合成速度と分解速度が変化する。骨格筋タンパク質の分解は摂食後数時間で顕著に制御されることをマウスで見出したが、本研究ではラットを用いて、抑制因子の検索を目的とした。Sprague-Dawley系雄ラットを1日3時間だけ飼料を摂取するように慣らさせた後に、20%カゼイン食または無タンパク質食を1時間だけ摂取させた。摂食前後および摂食3、6、12時間後にラットを屠殺して、血清と後肢筋を採取した。筋原線維タンパク質の分解の指標となる血清の3-メチルヒスチジン(MeHis)濃度は20%カゼイン食では36時間後に50%程度減少し、その後上昇した。後肢筋からのMeHis放出速度(筋原線維タンパク質の分解速度)も血清MeHisと同様の変化を示した。一方、無タンパク質食を摂取させた場合にはこのような変化は認められなかったことから、摂食後の分解の抑制には食餌タンパク質が強くかかわっていることが示唆された。さらに、タンパク質含量を0、10、20、40%として摂食後の筋原線維タンパク質の分解速度を測定したところ、摂取タンパク質の濃度依存的に分解が抑制された。いずれの場合も血清インスリン濃度は摂食直後に顕著に上昇したことから、インスリンが分解抑制に直接関与していないと考えられた。20%カゼイン食に20%カゼインに相当するロイシンを添加して同様の実験を行ったが、分解抑制効果は認められなかった。しかし、血清ロイシン濃度が40%カゼイン食摂取時より顕著に少なく、タンパク質とアミノ酸の吸収が異なることが示唆され、ロイシンが分解抑制に関与しているかは明らかにできなかった。

骨格筋タンパク質の分解は摂食後数時間で顕著に抑制されることと、この抑制に食餌タンパク質が関与していることを昨年度までに見出したが、本年度における研究ではこの分解抑制に関与する分解経路の解析と分解に及ぼすロイシンの影響を検討した。Sprague-Dawley系雄ラットを1日3時間だけ飼料を摂取するように慣らした後に、20%カゼイン食を1時間摂取させた。摂食前および摂食3、6時間後にラットを屠殺して後肢筋を採取した。後肢筋はタンパク質分解酵素阻害剤を含む生理的な緩衝液中で一定時間インキュベーションし、筋原線維タンパク質の分解の指標となる3-メチルヒスチジン放出速度から分解速度を測定した。その結果、リソソーム系とカルパインによる分解系が摂食後に抑制され、ユビキチン化には影響しないことが明らかとなった。次に、ロイシンを多く含むキビタンパク質をラットに上記と同様の系で投与したところ、顕著な分解抑制作用は認められなかった。しかし、血漿アミノ酸濃度からキビタンパク質の消化吸収がきわめて遅いことが示唆され、高ロイシンタンパク質としての機能は示せなかったものと考えられる。そこで、ラット尾静脈からアミノ酸混合液を1回注入して骨格筋タンパク質の分解速度を測定したが、有意な分解抑制効果は認められなかった。これらの結果は、食餌中のタンパク質が消化吸収され血中のロイシンなどの濃度が一定時間高まることにより、骨格筋タンパク質の分解が抑制されることを示唆している。昨年度までの研究において、骨格筋タンパク質の分解が摂食後数時間で顕著に抑制され、この抑制に食餌タンパク質がシグナルとなっていること、さらに分解にはリソソーム系とカルパインが関与することを見出した。本年度は食餌タンパク質の何が重要か、さらに合成のシグナルとの関連を検討した。Sprague-Dawley系雄ラットを1日6時間だけ飼料を摂取するように慣らした後に、20%カゼイン食、必須アミノ酸食、ロイシン食および無タンパク質食を1時間摂取させた。摂食前および摂食3時間後にラットを屠殺して後肢筋を採取した。その結果、無タンパク質食以外では分解速度の有意な抑制が認められた。このとき、タンパク質合成の翻訳にかかわるシグナルのひとつであるp70S6Kの活性は摂食直後から増加し、分解の抑制と若干のずれが生じた。そこで、摂食量に相当するロイシンをラットに強制投与したところ、摂食30分後から分解の抑制とp70S6Kの活性化が認められた。このとき、血中ロイシン濃度は投与直後から顕著に増加した。以上から、分解の抑制には少なくともロイシンが必要であり、その血中濃度がある程度増加すれば抑制されるが、合成に対してはより低濃度で効果があることが明らかになった。
グルタミン酸を特異的に検出する蛍光プローブの開発

生体内で神経伝達物質等の重要な役割を担うグルタミン酸を高感度に検出するため、グルタミン酸が存在すると蛍光を発する「グルタミン酸蛍光プローブ」を開発した。グルタミン酸は生体内において神経伝達物質としてはたらく一方、種々の神経変性疾患を引き起こすと考えられており、生体内において極めて重要な物質である。しかしながら、生体内におけるグルタミン酸の動態や作用メカニズムに関しては不明な点が多い。それらを解明するには、生きた細胞内においてグルタミン酸を可視化計測する必要があるが、そのようなツールは未だ開発されていない。以上より申請者は、グルタミン酸を特異的に認識して蛍光を発する蛍光プローブを開発することとした。グルタミン酸蛍光プローブとして、グルタミン酸レセプター構造と蛍光色素とを結合させ、グルタミン酸を受容すると蛍光応答が生じるような分子を設計した。本年度はプローブ分子中のグルタミン酸レセプター構造の合成およびそのグルタミン酸結合能の評価を行った。設計した構造だけでなくその誘導体を種々合成し、それらのグルタミン酸結合能をNMRで調べたところ、2つのグアニジノ基が適切な距離で配置された分子がグルタミン酸と強く結合することが明らかになった。また、その分子の水溶性が高いことも明らかになり、生体への応用を指向したプローブ分子の基礎構造として適切な化学的性質を有していると言える。現在は、開発したグルタミン酸レセプター構造に蛍光色素を導入する合成的手法の確立を進めている。今後は様々な蛍光色素を有したプローブ分子を合成し、それらの機能評価を行うことにより、最も優れたプローブ分子を見つけ出す予定である。生体内におけるグルタミン酸の動態や作用メカニズムの解明を目的として、グルタミン酸を特異的に認識して蛍光を発する蛍光プローブの開発を昨年度に引き続き行った。昨年度は、グルタミン酸蛍光プローブのグルタミン酸認識部位として、2つのグアニジノ基を有するグルタミン酸レセプター分子を設計し、合成した。その分子はジメチルスルホキシド等の有機溶媒中ではグルタミン酸と強く結合するものの、水中ではほとんど結合しないことが分かった。このため、水中でも機能するようなグルタミン酸レセプター分子の設計を再度、以下のように行った。1前述のグアニジノ基を有する分子に対して、グルタミン酸とさらに水素結合するような官能基を追加する2グアニジノ基を他の窒素官能基に置き換える(アミド、ピロール環等)3グルタミン酸が配位するような遷移金属原子を組み込む以上のような設計を基にレセプター分子を種々合成しグルタミン酸結合能を調べた結果、亜鉛を組み込んだレセプターが水中において最も良い結果を与えた。さらに、その構造に蛍光色素である9-アミノメチルアントラセンを組み込んだ分子の溶液に、グルタミン酸やその他のアミノ酸を加えて蛍光強度の変化を測定したところ、グルタミン酸を加えた場合の蛍光強度変化が他のものよりも有意に大きく、合成した分子がグルタミン酸蛍光プローブになることを示した。今回開発した分子はグルタミン酸認識能や蛍光特性にまだ問題を残しているものの、今後改良を重ねることによって、グルタミン酸イメージングに応用できるプローブになるものと期待できる。
細分割を用いた次世代CADシステムのための基盤技術開発

ボリューム細分割はボリュームメッシュを細かくすると同時に頂点位置を移動することで高品位化を行う高速かつイタレイティブな手法である.繰り返しの極限で隣接する辺の長さが等しくなることが理論的に保証されており,これによって有限要素法(以下FEM)の問題の一つである,体積が大きく異なるセルが隣接することを回避できる.このような良い性質を持ちながらボリューム細分割はFEM用メッシュ生成に使用されなかった.なぜなら,従来のボリューム細分割はメッシュ中の特定の位相構造で体積が0となるセルを生成しFEMを適用不能にしてしまうからである.これに対し全ての位相構造に対して無体積となるセルが発生しないボリューム細分割を発明した.これによりボリュームメッシュの高品位化をFEMに適した形で高速に行うことが可能となる.ボリューム細分割はボリュームメッシュを細かくすると同時に頂点位置を移動することで高品位化を行う高速かつイタレイティブな手法である.繰り返しの極限で隣接する辺の長さが等しくなることが理論的に保証されており,これによって有限要素法(以下FEM)の問題の一つである,体積が大きく異なるセルが隣接することを回避できる.このような良い性質を持ちながらボリューム細分割はFEM用メッシュ生成に使用されなかった.なぜなら,従来のボリューム細分割はメッシュ中の特定の位相構造で体積が0となるセルを生成しFEMを適用不能にしてしまうからである.これに対し全ての位相構造に対して無体積となるセルが発生しないボリューム細分割を発明した.これによりボリュームメッシュの高品位化をFEMに適した形で高速に行うことが可能となる.工業製品をつくるためのCADやCAM,コンピュータグラフィクスでの形状モデルデータの設計など形状を利用する分野は幅広い.よって形状を扱う手法を整えることは大切な問題であり,特に形状を表現する手法の構築はその最も基礎となる部分である.現在のCADシステムではB-splineやNURBSといったパラメトリック曲面による形状表現が一般的であるが,これらの曲面は定義域を二次元平面に取っているため任意の形状(任意位相の2次元多様体)をひと続きに表現することができず,そのためパラメトリック曲面パッチ間の許容誤差を指定するなどの不自然さや,パッチ間での高階の連続性が確保できない不完全さを孕んでいる.これらの問題を解決すべく1980年代に細分割という手法が開発された.細分割とは任意の2次元多様体であるポリゴンメッシュに対して施す繰り返し的な操作で,無限回施すと滑らかな曲面を生成する.滑らかな曲面を生成する過程で位相は変更されず,そのため細分割は任意の2次元多様体である曲面つまりCADシステムで扱いたい曲面全てを表現することができる.このとき,生成された曲面はひと続きであり,かつ高階の連続性を保持することができる.現行のCADシステムでは曲面モデルが主流であるが,次世代のCADシステムとしてボリュームメッシュも取り扱う.ボリュームメッシュに対して施す細分割,ボリューム細分割が良質のボリュームメッシュを得る手法として期待されている.そのためにボリューム細分割に課される条件を導出した.現在のCADシステムではB-splineやNURBSといったパラメトリック曲面による形状表現が一般的であるが,これらの曲面は定義域を二次元平面に取っているため任意の形状(任意位相の2次元多様体)をひと続きに表現することができず,そのためパラメトリック曲面パッチ間の許容誤差を指定するなどの不自然さや,パッチ間での高階の連続性が確保できない不完全さを孕んでいる.これらの問題を解決すべく1980年代に細分割という手法が開発されたが,現状として細分割はCADシステムとして採用されていない.この現状を克服すべく細分割法がCADシステムの基盤となるための要素技術を開発した.第一にうねりを制御可能な細分割の開発を行った.デザインのためのCADとして高いクオリティを持つためには曲率の連続性のみならず,うねりの少なさが重要である.ステンシルを変化させるだけで容易にうねりを制御することが可能である.第二にボリューム細分割の開発と改良を行った.現行のCADシステムでは曲面モデルが主流であるが,次世代のCADシステムとしてボリュームメッシュも対象とするべく,ボリュームメッシュに対して施す細分割すなわちボリューム細分割の開発をおこなった.ボリューム細分割は良質のボリュームメッシュを得る手法として期待されていたが体積が0となるセルを発生させることがあることが理論的および実験的に確認された.この問題を改良すべく体積が0となるセルが発生する全てのメッシュのパターンに対し新しいステンシルを設計し,それを持つ新しいボリューム細分割を実装しその性能を確認した.