hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
多言語動画コンテンツへの字幕付与のための柔軟な音声言語処理

同じ内容の発話が複数の言語(本課題では日・英で実験)でなされている多言語コンテンツ(ニュースの主・副音声など)に着目し,それらの音声を,情報を互いに補って音声認識する方法を研究した.音声認識時に他言語の発話(のテキスト)との対応度(翻訳モデルスコア)を利用することが必要であるため,(1)翻訳モデル,(2)スコア計算の近似(高速化),(3)英日同時通訳音声における英・日発話中の同一内容部分の自動対応付けについて研究を行った.適した翻訳モデルおよび自動対応付けの有効性と課題を明らかにした.スコア計算の高速化を達成した.同じ内容の発話が複数の言語(本課題では日・英で実験)でなされている多言語コンテンツ(ニュースの主・副音声など)に着目し,それらの音声を,情報を互いに補って音声認識する方法を研究した.音声認識時に他言語の発話(のテキスト)との対応度(翻訳モデルスコア)を利用することが必要であるため,(1)翻訳モデル,(2)スコア計算の近似(高速化),(3)英日同時通訳音声における英・日発話中の同一内容部分の自動対応付けについて研究を行った.適した翻訳モデルおよび自動対応付けの有効性と課題を明らかにした.スコア計算の高速化を達成した.複数言語の主音声と副音声(通訳音声)を利用して国際ニュースや国際会議の動画への字幕付与を支援するための研究を行った,具体的には"同じ内容の音声が複数の言語でなされている状況(実際にニュースなどではこのケースが多い)"に着目し,主音声とその通訳の副音声を同時にかっ情報を補完しあいながら,より頑健に音声認識を行う方法について研究をすすめた.日本語音声と英語音声を同時に音声認識することを目標とし,予備実験データを用いて実験を行った.提案する同時音声認識においては同一内容の日本語と英語の対応づけスコアが重要であるため,本年度はこれを高精度にかっ高速に計算するための翻訳モデルおよびそのスコアの計算方法について中心的に研究を行った.具体的には,英語情報を用いた日本語の音声認識において,翻訳モデルの学習データと評価データのドメインの違いの影響,学習データ量の影響,および統計的翻訳モデルとしてどのモデル(IBMモデル1から3)が適しているかを調査した.翻訳モデルの効果を調べるために,英語の音声認識誤りの影響を除いて実験を行った.データ量が多いほうが精度の高い翻訳モデルを学習できること,およびドメインが異なるデータを単純に加えても効果が低いことを確認した.翻訳モデルとしてはIBMモデル3が精度の面で適していることがわかった。また翻訳モデルスコア(対応づけスコア)の計算においては,厳密な計算を行わずに近似を行っても音声認識への影響は大きくないことがわかった.対応スコア計算時間の短縮が可能となり,実時間動作システムの実現に近づいた.複数言語の主音声と副音声(通訳音声)を利用して国際ニュースや国際会議の動画への字幕付与を支援するための研究を行った.具体的には"同じ内容の音声が複数の言語でなされている状況(実際にニュースなどではこのケースが多い)"に着目し,主音声とその通訳の副音声を同時にかつ情報を互いに補いながら,より頑健に音声認識を行う方法について研究をすすめた.本年度は高精度にかつ高速に計算するために翻訳モデルおよびそのスコアの計算方法に重点を置いて研究をおこなった.特に翻訳モデルスコアの計算近似の影響を詳細に調査した.その際,他言語の音声認識誤りの影響を除き純粋に翻訳モデルの効果を調べるために,完全な英語情報を与えたときの日本語の同時音声認識実験(予備データを使った実験)を行った.近似手法は発話の長さに影響されにくい手法であることを確認した.対応スコア計算時間の短縮が可能となり,実時間動作システムの実現に近づいた.本年度はこの知見に関する成果報告と論文執筆をすすめた.さらに,予備実験データを実際の同時通訳音声データに置き換えて,実験をすすめた.具体的には日英の講演データ(片方の言語の音声は同時通訳音声)を対象とした実験に着手し,その音声認識のための日英双方の音響モデルと言語モデルのモデル化(話者適応を含む)を行って日英の音声認識システムの構築に取り組み,最終年度での同時音声認識実験の基盤整備を推進した.また,字幕の表示方法,具体的には読みやすくするための改行位置の決定とその単位に基づく同時音声認識についても検討を行った.複数言語の主音声と副音声(通訳音声)を利用して国際ニュースや国際会議の動画への字幕付与を支援するための研究を行った.具体的には同じ内容の主音声とその通訳の副音声を同時にかつ情報を互いに補いながら音声認識を行う方法について研究をすすめた.本年度は,実際の同時通訳音声データを対象として,実験をすすめた.具体的には日英の講演データ(片方の言語の音声は同時通訳音声)を対象として,日英双方の音響モデルと言語モデルのモデル化(話者適応を含む)を行って日英の音声認識システムの構築を行い,同時音声認識実験を推進した.本手法は主・副音声のうちで同一内容の発話となっている部分を必要とするため,主・副音声の同一内容発話の対応付けを行った.時間制約のみに基づく対応付けでもある程度の対応が取れることを確認し,その対応を用いた同時音声認識の有効性の検証に取り組んだ.対応が完全でなく,かつ対訳の言語情報に誤りが含まれていても,提案手法が有効に機能する可能性を明らかにした.昨年度までは,日本語の音声認識時に対訳英語情報を使用する実験のみで評価していたが,本年度は逆方向,すなわち英語の音声認識時に対訳日本語情報を使用する実験でも評価を行った.

どちらも同程度の改善が得られることを確認し,提案手法は使用する言語ペアの方向(日英,英日)によらず頑健に動作することを確認した.これらの知見に関する成果報告に取り組んだ.さらに,前年度から継続して推進していた翻訳モデルの比較と計算速度の高速化について詳細に検討を行い,論文執筆をすすめた.
小学校外国語活動における絵本型ＣＡＮ－ＤＯリストの開発

《研究内容と方法》1シンガポールにおいて絵本の収集(8月)。2シンガポール市内の小学校等で授業を参観、同校付属図書館での観察・調査(8月)。3英語絵本の選択基準をもとに、サンプル用絵本を段階別に10冊程度選択。4英語絵本の読み聞かせのための「CAN-DOリスト」を地区の小学校教員に配布し、アンケートにより実施。5絵本型CAN-DOリストの作成(3月)。《研究の成果》・Oxford Reading Treeを中心に作成した一覧表には,あらすじ・繰り返しのある表現・活動例・活動に沿ったCAN-DOリストを示した。これらの絵本を使用した活動とその活動のCAN-DOリストを一覧表に付加したことで、教師が指導する際の見通しをもつことができ、授業に使用可能かどうかの判断や絵本を使ってどのような授業を組み立てたらよいかが明確になった。・小学校教員によるアンケート調査等では、Oxford Reading Treeでも、曜日や天気の言語材料を扱った日記形式の絵本やcanを繰り返し使った絵本の採用希望が多かった。児童へのアンケート調査では低学年に読み聞かせるための紙芝居を作成することは活動の目的がはっきりしており、さらに、繰り返しのある英語表現を発表していくため、発表終了後の達成感が得られることが明らかになった。・課題として、教員のアンケート調査では、書くことを盛り込んだカリキュラムについての要望があった。日記風の絵本をもとに紙芝居を作成していくとどうしても過去形の言語材料が多くなり,今までの活動にはなじまない表現があるのではという考え方があった。また、書くことについては現段階では小学校での指導はなされていないものの、小学校3年生から習うローマ字を皮切りにどのような段階を経て書くことのカリキュラム作成を行うか、絵本型を軸として活動内容を検討する必要がある。
マイクロ可動機構用2光子造形システムの開発

本年度は、昨年度構築したマイクロ可動機構用2光子造形システムの最適化を行い、さまざまな光駆動マイクロマシンを作製することに成功した。さらには、光駆動マイクロマシンの力制御が可能であることも実証した。以下に、本年度の成果をまとめる。1)140nmの加工分解能を達成造形条件を最適化することによって、昨年度200nmであった加工分解能をさらに向上させ、140nmの加工分解能を達成した。この分解能向上によって、サブミクロンのクリアランスを安定に実現できるため、より高精度にマイクロ可動機構を作製することが可能となった。2)マイクロ可動機構の力制御に成功光トラッピング技術を応用して、マイクロマニピュレータの力制御が可能であることを実証した。実験では、アーム先端の発生力を415fNの範囲で調節できることがわかった。力制御の精度は、4fNであった。このようなfNオーダの力制御が可能な光駆動マイクロマシンは、パイオナノテクノロジーに広く応用可能である。3)マイクロ流体システムの基礎実験マイクロ可動機構を内蔵させるマイクロ流体システムの基礎実験として、無細胞タンパク合成システムを構築し、マイクロチップ内でDNAからタンパク質を合成することに成功した。今後、本研究で開発した2光子造形システムを用いて、マイクロ流路のさらなる微細化およびマイクロ可動機構を用いた流体制御デバイスを内蔵させることで、より高性能なナノ合成システムを構築できると考えている。本年度は、マイクロ可動機構用2光子造形システムの構築を目指し、下記の項目について研究を行った。1)200nmの加工分解能を達成マイクロ可動機構を高精度に造形するために、油浸対物レンズ(開口数:1.3)を使用し、レーザーパワーやレーザー走査速度など造形条件を最適化することで、面内280nm、奥行き280nmのサブミクロン分解能を達成した。2)複雑なマイクロ可動機構の作製マイクロギアやマイクロタービンのような回転対称形状だけでなく、任意形状の可動機構を作製するために、レーザー走査方法の最適化を行い、複雑な形状の可動機構でも作製可能な造形システムを構築した。その結果、マイクロマニピュレータ(アーム長:8.6μm)などの試作に成功した。3)マイクロ可動機構の光駆動に成功光トラッピング技術を応用して、試作したマイクロタービンやマイクロマニピュレータを駆動させるシステムを構築し、各種マイクロ可動機構の光駆動に成功した。例えば、マイクロギアを4.6rpmの速度で回転させることができた。また、マイクロマニピュレータのアームをレーザー光で捕捉し、旋回させることにも成功した。このような複雑なマイクロ可動機構の光駆動実験は、世界でも初めてのことである。4)マイクロ流体システムへの試作マイクロ可動機構をマイクロ流体システムの内部に組み込むために、まずは直径数100μmのマイクロ流路を内蔵する構造を形成する必要があった。そこで、50μm程度の加工分解能を有するマイクロ光造形システムを試作した。試作システムを用いて、マイクロ流路を内蔵させた構造体を作製した。今後は、作製したマイクロ流路内部にマイクロ可動機構を造形し、マイクロ流体デバイスを作製することを試みる。
中国南方山地森林ならびに周辺荒廃林における水・物質循環に関する森林生態学的研究

本研究は1987年9月から1988年2月にかけて、中国江西省南方山地及荒廃地で行われた。その成果についての検討と総括を本年度において行った。1988年9月9日から10日の2日間にかけて、日本側研究者全員が京都大学に集り、各自の分担項目についての研究成果を報告し、それに基づく相互の検討の結果を報告の案としてまとめた。その上で1988年10月に日本側研究者のうち岩坪五郎(京都大学・農学部)が中国に出張し、中国側研究者と同報告案についての打合せをした。その結果を持帰った後、1988年12月から1989年2月にわたって、片桐成夫(島根大学・農学部)千葉喬三(岡山大学・農学部)、太田岳史(岩手大学・農学部)の三名に別々に京都への出張を依頼し、京都で最終的打合せを行った。これらの結果をとりまとめ報告書の作製を行った。その内容を要約すると以下の通りである。江西省中部の興国県において花崗岩を母材とする荒廃山地の若い馬尾松林を選び、リター及び下層植生の採集、または施肥が土壌の回復、森林の生長に与える影響を測定するための調査区を設定した。馬尾松林の現存量はこの地方の最も貧弱な林分と同程度であるが、日本の荒廃地のアカマツ林より生長はよい。馬尾松林の葉量は他のマツ類の森林に比べてかなり低く、葉量と林分生長との間に幾分不釣合がみられる。不層植生も極めて貧弱で、少数のハギ類とコシダが局所的に地表をおおう程度である。Ao層はほとんどみられず、土壌層断面の発達は甚だ貧弱で、土壌中の炭素、窒素、ミネラルの集積は極めて乏しい。この林分は荒廃地を復旧し、表土の侵食を抑制するために造林されたものであるが、今日でもリター、下草の採取及びマツの下枝の採取が定期的に行われていて、再循環が不完全で土壌り回復がおこっておらず、表土の侵食はなおさかんであると判断できる。再循環の保全、施肥が土壌や森林の回復のために必要で、この試験区で測定を継続すれば、それらの変化速度が求められるであろう。江西省南部九連山は亜熱帯常緑広葉樹林が発達し、自然保護区として保護されている。その中の一部に約20haの小流域を設定し、水及び物質の循環を測定するための試験流域を設けた。この試験流域において水の流出、降水量、蒸発散量など水の循環に関する測定と、植生調査及び森林の乾物及び物質現存量調査(樹木と土壌)、再循環速度の測定など物質の循環に関する諸測定を行い、この地域の森林の機能を明らかにする予定である。今回はまず植生調査、現存量調査に重点をおいた。この試験流域内の植生は大別するとマツ林、Schima林、シイ林となる。マツ林は斜面上部や尾根などにみられ、シイ類は斜面下部にある。Schima林はその中間に位置する。常緑広葉樹林に一部針葉樹を混えるほか、落葉広葉樹がみられ、緯度は24°で亜熱帯であるが植生は暖温帯の照葉樹林に相当すると考える。その理由は多分冬季の低温にある。シイ林に設けた2つの固定標準地について乾物現存量を求めると、地上部重が396と308t/haで、胸高断面積合計は49と42m^2/haであった。樹高は高いもので30mに近く、常緑広葉樹林としては相当大きい森林であるといえる。階層構造は多層で、シイを中心とする常緑広葉樹のサイズ分布は連続的である。樹本の養分分析の結果によれば、窒素の分有率がかなり高く、熱帯林のそれに近い。また土壌中の養分物質は高くはないが、炭素は5390t/ha、窒素は39t/haの集積があり、日本南部の照葉樹林に相当する。この地域の降水量は約1800mm、年平均気温は16.5°C、蒸発量は865mmである。冬季(11月から4月)日平均温度の変化が激しく、20°Cをこえるという特長があり、最低の極は0°C以下である。森林土壌の透水性き高いとはいえないが、流出水の流出過程に森林の影響を認めることが出来る。今後、興国及び九連山における固定調査地での測定を継続すれば、当地域の森林の機能が解明できるであろう。

江西省中部の興国県において花崗岩を母材とする荒廃山地の若い馬尾松林を選び、リター及び下層植生の採集、または施肥が土壌の回復、森林の生長に与える影響を測定するための調査区を設定した。馬尾松林の現存量はこの地方の最も貧弱な林分と同程度であるが、日本の荒廃地のアカマツ林より生長はよい。馬尾松林の葉量は他のマツ類の森林に比べてかなり低く、葉量と林分生長との間に幾分不釣合がみられる。不層植生も極めて貧弱で、少数のハギ類とコシダが局所的に地表をおおう程度である。Ao層はほとんどみられず、土壌層断面の発達は甚だ貧弱で、土壌中の炭素、窒素、ミネラルの集積は極めて乏しい。この林分は荒廃地を復旧し、表土の侵食を抑制するために造林されたものであるが、今日でもリター、下草の採取及びマツの下枝の採取が定期的に行われていて、再循環が不完全で土壌り回復がおこっておらず、表土の侵食はなおさかんであると判断できる。再循環の保全、施肥が土壌や森林の回復のために必要で、この試験区で測定を継続すれば、それらの変化速度が求められるであろう。江西省南部九連山は亜熱帯常緑広葉樹林が発達し、自然保護区として保護されている。その中の一部に約20haの小流域を設定し、水及び物質の循環を測定するための試験流域を設けた。この試験流域において水の流出、降水量、蒸発散量など水の循環に関する測定と、植生調査及び森林の乾物及び物質現存量調査(樹木と土壌)、再循環速度の測定など物質の循環に関する諸測定を行い、この地域の森林の機能を明らかにする予定である。今回はまず植生調査、現存量調査に重点をおいた。この試験流域内の植生は大別するとマツ林、Schima林、シイ林となる。マツ林は斜面上部や尾根などにみられ、シイ類は斜面下部にある。Schima林はその中間に位置する。常緑広葉樹林に一部針葉樹を混えるほか、落葉広葉樹がみられ、緯度は24°で亜熱帯であるが植生は暖温帯の照葉樹林に相当すると考える。その理由は多分冬季の低温にある。シイ林に設けた2つの固定標準地について乾物現存量を求めると、地上部重が396と308t/haで、胸高断面積合計は49と42m^2/haであった。樹高は高いもので30mに近く、常緑広葉樹林としては相当大きい森林であるといえる。階層構造は多層で、シイを中心とする常緑広葉樹のサイズ分布は連続的である。樹本の養分分析の結果によれば、窒素の分有率がかなり高く、熱帯林のそれに近い。また土壌中の養分物質は高くはないが、炭素は5390t/ha、窒素は39t/haの集積があり、日本南部の照葉樹林に相当する。この地域の降水量は約1800mm、年平均気温は16.5°C、蒸発量は865mmである。冬季(11月から4月)日平均温度の変化が激しく、20°Cをこえるという特長があり、最低の極は0°C以下である。森林土壌の透水性き高いとはいえないが、流出水の流出過程に森林の影響を認めることが出来る。今後、興国及び九連山における固定調査地での測定を継続すれば、当地域の森林の機能が解明できるであろう。
電子サイクロトロン波加熱の加熱評価手法の開発

本研究では磁場閉じ込め核融合装置においてプラズマ加熱のために用いる電子サイクロトロン共鳴加熱ECRHの評価を行う手法の確立を目的としている。具体的には,1加熱用入射ミリ波の電力及び偏波計測モニターの開発,2加熱された電子の速度成分非等方性を計測する偏光分光計測器の開発,を行った。これまでにメンテナンス性の良い実用可能と考えられる入射EC波のパワー及び偏波モニターを開発し、入射波特性の計測試験に成功している。計測の時間分解能として100マイクロ秒サンプリング以上の性能が要求されるが、現状は実時間計測時において20ミリ秒サンプリング程度となっており、高時間分解能化が必要である。本研究期間中に,計測を高時間分解能化するために,計測部に使用しているプログラム可能である回路FPGAの解析プログラムを改良した。大型ヘリカル実験装置では77GHz ECRHシステムが2系統、154GHz ECRHシステムが3系統ある。これまでは本モニターは77GHzミリ波用について試験を行ってきたが,より高周波数である154GHzについてヘテロダインシステムの動作試験を行った。大型ヘリカル実験装置において偏光度計測器による初期計測データを得た。偏光度計測器で得られたデータから諸パラメータを評価するためには光学素子の特性データである。岡崎分子科学研究所の極端紫外光研究施設UVSORにおいて評価実験を行い,光学素子の特性データを得た。
間接操作を利用した高ノイズ耐性な量子制御の理論構築

量子システムを間接制御するとは、任意の制御ができる直接空間を使って、ある程度制限された相互作用でのみしか制御できない間接空間を制御することである。与えられた条件で実現可能な制御は時間発展の生成子であるエルミート行列のセットで表現されるが、これは、直接空間への任意の生成子と相互作用の生成子を生成元とする、動的リー代数によって表現されることが知られている。そのため、与えられた量子システムの間接制御の能力を議論するためには、その動的リー代数を調べることが、議論の土台となる。30年度の研究では、29年度に得られた間接制御における動的リー代数の一般的分類を具体的な系に適用したときにどのようになるかに関して複数の例を使って研究を重ねた。その結果分類と具体論との関係が見えるようになってきた。例えば、具体的な対称性が一般的分類においてどのように対応するかを明らかにしていった。また、スピン系などにおいても、わずかな状況の変化で、可能な操作の集合が急激に増加する現象が容易に起こりうることも発見した。さらには、分類分けされたそれぞれの形を実現する具体例も作り上げることに成功した。これらの結論は、外部からのノイズの抑制を目的として、外部との相互作用を制限し、間接制御によって量子情報処理システムの実現を目指す場合に、操作可能性の保持と相互作用の低減という相反する要求をどのように調和させるかという最も重要な観点において、「対称性の低い相互作用が良い。」という従来の一般論を超えて、要求を満たす指針を与えたことになる。前年度の抽象的な成果に加えて、具体的な描像がはっきりしてきており、着実に本質を捉えだしてきている。そのため、作り上げた数学的枠組に対して直感を伴って扱うことができるようになってきた。これはこれまでの成果を、より大きな知識へと拡大するための基礎となる作業であったと考えている。具体的例を扱うに従って、デコヒーレンスを今の枠組みで直接扱うのは困難であるとの直感が得られるに至った。他方、デコヒーレンスが無い場合は、所定の操作に必要な最低時間などを数学的に妥当に一般的に定義することは可能であることがわかった。これまでは、所望操作実現の可不可を議論する数学的枠組みを構築してきていたが、今後は、本年度に得た直感を利用しつつ、これまでの数学的な枠組を実行時間に着目して拡張することを試みていきたい。29年度の研究では、間接制御の枠組みによって実現されうる動的リー代数の分類を研究し、間接空間上のエルミート行列で表現されるジョルダン代数の分類と深い関係にあることがわかった。我々は、この関係を利用することで、所望の動的リー代数の全分類に成功した。これにより間接操作の能力を議論するうえでの数学的な土台が与えられた。間接操作の能力を調べる時にどのような指標を持ち込むべきかの指針であったり、効率的に任意の操作を間接制御で実現するためにはどのような相互作用が良いかを考えるときの数学的枠組みを手に入れことにそうとうする。この結果は、間接空間の次元を3次元以上の場合補助量子システムを加えても可能な操作は本質的には増えない、といった、これまでの我々の過去の研究の成果や、間接空間に対する自由な操作ができるときは、直接空間も含めて全体の空間に対して自由な操作ができることとほぼ同義である。等の先行研究の結果などを簡単に得ることができる。数学的に強固な枠組みを完成させたことは、当初の予想を超える成果といえる。ただ、この枠組みはノイズ・デコヒーレンスに対する影響・所望の操作を実現するために必要な時間など、より細かい情報を議論する場合への対応がまだできておらず、より現実的な問題へと研究をシフトしていくにあたって、さらなる拡張も必要であると考えている。

これらの結論は、外部からのノイズの抑制を目的として、外部との相互作用を制限し、間接制御によって量子情報処理システムの実現を目指す場合に、操作可能性の保持と相互作用の低減という相反する要求をどのように調和させるかという最も重要な観点において、「対称性の低い相互作用が良い。」という従来の一般論を超えて、要求を満たす指針を与えたことになる。前年度の抽象的な成果に加えて、具体的な描像がはっきりしてきており、着実に本質を捉えだしてきている。そのため、作り上げた数学的枠組に対して直感を伴って扱うことができるようになってきた。これはこれまでの成果を、より大きな知識へと拡大するための基礎となる作業であったと考えている。29年度は純粋な研究土台を作る事に腐心していたが、実際に操作を実現するという観点から枠組みを拡張する又は異なるアプローチを持ち込むなど、一段異なる視点にたって、研究を進めていく。具体的例を扱うに従って、デコヒーレンスを今の枠組みで直接扱うのは困難であるとの直感が得られるに至った。他方、デコヒーレンスが無い場合は、所定の操作に必要な最低時間などを数学的に妥当に一般的に定義することは可能であることがわかった。これまでは、所望操作実現の可不可を議論する数学的枠組みを構築してきていたが、今後は、本年度に得た直感を利用しつつ、これまでの数学的な枠組を実行時間に着目して拡張することを試みていきたい。内部での研究進捗が顕著であったため、外部との交流を実施する機会を逸してしまったため。翌年度は、本年度文を後ろ倒しではあるが実施予定。当初予定してた、デコヒーレンスがあった場合での解析が困難であることがわかったため、研究の方向に修正が加わったた。そのために、当初の予定での計算機資源の購入を見送った。来年度は、変更された方向性を洗練するために必要な経費として利用する予定。
新生仔低酸素性虚血性脳障害におけるグリア細胞動態に関する実験的研究

周産期の低酸素性虚血性脳障害は、発達障害の主たる原因でありその治療法ならびに予防法の確立が急がれる。われわれは、新生仔ラットに抵酸素性虚血性負荷を与え脳障害を作製し、その脳における一連のグリア細胞の反応と神経栄養因子の一つである血小板由来成長因子(PDGF)の動態を検索した。われわれは、平成6年度は主とし低酸素性虚血性負荷後のグリア細胞反応を免疫組織学的に検索した。モデルラットは生後7日目の新生仔ラットの左頸動脈を結紮しその後低酸素負荷を与え作製した。その結果、障害の非常に早期の段階からミクログリアが反応し、24-48時間後にアストログリアが反応し始めそれぞれ病変の成立および修飾過程に働くと考えられた。また、近年虚血性の障害から神経細胞を保護する物質として、各種の神経栄養因子がその作用を有することが報告されてきた。そこで、平成7年度は主として、神経栄養因子の一つであるPDGF-B鎖に注目し、障害脳における発現を観察した。方法としては、PDGF-B鎖およびその特異的受容体であるβ受容体の発現を、免疫組織化学的および分子生物学的に検索した。その結果、PDGF-B鎖およびその受容体の蛋白およびmRNAはともに低酸素負荷後一過性に発現が亢進していた。また、梗塞巣周囲の神経細胞は最も強くこれらを発現しており、その持続も長かった。これらのことより、PDGF-B鎖はその神経栄養作用を通じて、sublethalな障害を蒙った神経細胞の変性過程に働き、神経細胞保護に働いていることが推察された。今後は、PDGFの発現機序についての検索や、さらに幼若な動物いわゆる未熟児における発現動態、また実際の投与によるin vivoでの生物学的効果など検討する課題は多い。1.低酸素性虚血性脳障害におけるグリア細胞の反応について生後7日目に低酸素性虚血性負荷を与えたラットを一定期間飼育した後PLP固定液にて固定し、凍結切片あるいはビブラトーム切片を作成した。これらの切片をOX-42、OX-6、GFAPに対するモノクローナル抗体にて免疫染色を行なった。障害脳において、虚血後3時間目よりOX-42陽性ミクログリアの形態変化が観察された。その後も主要な反応性グリア細胞はミクログリアであり、引き続きアストログリアも活発な反応を示した。反応性のミクログリアの一部は、OX-6陽性の抗原提示細胞としての特質を示し、病変の進展に免疫反応が一部加わっているものと推定された。また、これらの細胞の起源については、従来言われてきたものと異なり、その多くは内因性ミクログリア由来と考えられた。さらに、これらのグリア細胞の反応形態は、成獣の虚血巣におけるグリア細胞の反応と類似していたが、幼若脳においてはより急速な反応を示し、年齢特異性が示唆された。2.低酸素性虚血性障害脳における血小板由来成長因子(PDGF)の発現障害脳および対照脳をメタノールカルノア液にて固定した後、パラフィン切片を作成し抗ヒトPDGFモノクローナル抗体を用いてPDGF蛋白の発現を検討した。さらに、PDGF-B鎖に対するジゴキシゲニン標識RNAプローブを用いてin situハイブリダイゼーションを行なった結果、正常脳と比較し、障害脳では全体的に神経細胞におけるPDGFの蛋白、mRNAとも増加していた。一部、梗塞巣に一致する部分ではPDGFの発現が低下していたが、その周辺の神経細胞では著しく発現が増強していた。新生仔期の低酸素性虚血性障害脳において、PDGFは迅速に反応し神経細胞からのparacrine,autocrineの機構により神経細胞自身の防御機転に関与するものと考えられる。

近年、低酸素性虚血性脳障害の治療に関する実験的研究が注目されてきているが、その結果はいまだ十分でない。特に周産期の障害に関する研究はその緒についたばかりで、研究の進展が待たれる。われわれは、前年度まで脳障害の形成に深く関わると考えられるグリア細胞の動態を検索してきた。一方、グリア細胞は種々の生理活性物質を分泌することが知られており、神経細胞の保護に関与している可能性がある。われわれは、それらの生理活性物質のうち、特に神経栄養因子による神経細胞保護作用に注目し研究を進めた。平成7年度は主として、神経栄養因子の一つであるPDGF-B鎖の障害脳における発現を観察した。方法としては、前年度と同様の方法で低酸素ならびに虚血を負荷したモデルラットの脳につき、PDGF-B鎖およびその特異的受容体であるβ受容体の発現を、面絵組織化学的およびin situ hybridizationならびにノザンブロッティング等の分子生物学的方法により検索した。その結果、PDGF-B鎖およびその受容体の蛋白およびmRNAはともに低酸素負荷後早期より発現が亢進していた。将来的に梗塞巣になると考えられる部分では、逆に早期より発現が低下あるいは欠如していた。全体的な発現の亢進は負荷後2-3日後にはほとんど見られなくなった。梗塞巣周囲の神経細胞は早期より最も強くこれらを発現しており、その持続も長かった。これらのことより、PDGF-B鎖はその神経栄養作用を通じて、sublethalな障害を蒙った神経細胞の変性過程に働き、神経細胞保護に働いていることが推察された。
表面プラズモン超集束を用いた高密度光制御電子源アレイの開発

本研究では,プラズモン共鳴による電界放出の増強を利用した光制御電界放出電子源アレイの開発をめざし,電子線放出に適した電子源構造の検討および光照射方法の開発,電子源アレイの製作と評価を行った.高密度に集積化された電子源アレイに対し,個別的な光制御によって効率的な電界放出の増強を行うために,軸対称偏光によるプラズモン励起が効率的であることが分かった.これを可能にすべく,軸対称偏光子を多数アレイ化した素子を製作した.本研究の過程で金属ナノ構造からなるマイクロ光変調素子を製作し,可視光域で非常に高い透過率を得られることを示した.本研究では,プラズモン共鳴による電界放出の増強を利用した光制御電界放出電子源アレイの開発をめざし,電子線放出に適した電子源構造の検討および光照射方法の開発,電子源アレイの製作と評価を行った.高密度に集積化された電子源アレイに対し,個別的な光制御によって効率的な電界放出の増強を行うために,軸対称偏光によるプラズモン励起が効率的であることが分かった.これを可能にすべく,軸対称偏光子を多数アレイ化した素子を製作した.本研究の過程で金属ナノ構造からなるマイクロ光変調素子を製作し,可視光域で非常に高い透過率を得られることを示した.電子線リソグラフィや電子顕微鏡検査の高速化のため、超並列微小電子源の開発が喫緊の課題となっている。しかし、多数並んだ電子源を電気的に個別制御することが難しく、実現に至っていない。申請者はこれまで、光学的に電子放出を制御する「プラズモン共鳴電子源」の原理を提案し、科学研究費補助金の支援を受けて研究を推進してきた。本申請では、この原理をさらに詳細に探求するとともに、この原理を発展させた「プラズモン超収束電子源」を確立する。さらに、光制御超並列電子源の実現に向け、(1)裏面からの光照射によって動作する電子源アレイの開発および(2)マイクロミラーアレイデバイスによる電子源アレイの個別光制御の2つに取り組む。平成23年度交付申請において、平成2324年度の研究計画として下記の達成項目を挙げていた。平成23年度:I.電子エネルギ分光によるプラズモン共鳴電子放出の起源の解明II.照射光の変調に対するプラズモン共鳴電子放出の周波数特性とその高速化平成24年度:III.軸対称偏光照射に対するプラズモン共鳴特性と、裏面照射への応用IV-a.裏面光照射により動作するプラズモン共鳴電子源アレイの製作(小規模)このうち、当初平成23年度に実施する予定であった項目I,IIに替えて、24年度に実施する予定であった項目III,IV-aを優先して23年度に取り組むこととした。その結果、III.に関し、電子源アレイに適用可能な微小軸対称偏光素子の開発に成功した。さらに、IV-aに関し、突起10000個程度の構造体を作成し、ここからの電子放出および光照射による放出の増強を確認した。電子線リソグラフィや電子顕微鏡検査の高速化のため、超並列微小電子源の開発が喫近の課題となっている。本申請では「プラズモン超収束電子源」の確立を通してこの課題を解決することを試みた。そのため、25年度には下記の課題に取り組んだ。I.電子ビームリソグラフィへの応用(小規模電子源)II.裏面光照射により動作するプラズモン共鳴電子源アレイの製作(大規模)然しながら、目的のIに関し、プラズモン導波時のエネルギ散逸が大きく、プラズモン共鳴による電流増倍度が所望の値に達せず、リソグラフィ試験を実現させることができなかった。この問題に取り組む中で、プラズモン共鳴を電子源突起先端部に収束させるためのモード制御をさらに高効率化する必要があることがわかった。そして、そのための要素技術である、金属ナノグレーティング構造を用いた偏光制御デバイスの開発に注力することとした。その結果、アスペクト比の高い金ナノグレーティング構造を利用することで透過率が60%以上と高い1/2波長板を構成できることがわかり、これを配列した軸対称偏光子アレイを製作するための道筋をつけることができた。電子線リソグラフィや電子顕微鏡検査の高速化のため、超並列微小電子源の開発が喫緊の課題となっている。さらに、光制御超並列電子源の実現に向け、1裏面からの光照射によって動作する電子源アレイの開発および2マイクロミラーアレイデバイスによる電子源アレイの個別光制御の2つに取り組む。24年度は以下の課題に取り組んだ。I.軸対称偏光照射に対するプラズモン共鳴特性と、裏面照射への応用II.裏面光照射により動作するプラズモン共鳴電子源アレイの製作(小規模)の向上目的のI.に関し、電子源を製作し、裏面からの光照射による電子ビーム放出制御を行った。この方式では、高屈折率媒質を先鋭化して金薄膜をコーティングすることにより電子源電極とし、電子源電極表面に絶縁膜と引き出し電極を配置した。複数の波長の照射による電子放出電流を測定した結果、プラズモン共鳴波長においてもっとも増強が大きくなることを確認した。

また、目的のII.に関し、1万個程度の電子エミッタアレイに静電レンズを設けた電子源アレイ構造を製作した。さらにこの構造にプラズモン超収束を発生させるための金属ナノスリット型偏光変換素子を製作し、その性能を評価した。本年度の研究目的として、I.超並列光制御のための微小偏光制御素子の開発、II.プラズモン共鳴発生時の熱散逸制御のためのグレーティング構造の開発、III.上記要素を集積化した裏面光制御プラズモン共鳴電子源アレイの開発の3点に取り組んだ。I.に関し、金属ナノグレーティングを利用した超微細軸対称偏光素子の高効率化を行った。ナノコーティング法と呼ばれる新たな製作方法の導入によって、透過率の高い構造体を高い歩留りで製作することができるようになった。この結果はApplied PhysicsLetters誌上で発表され、新聞報道(1件)に取り上げられた。また、I.に付随して、可変グレーティング構造からなる変更可変制御素子を提案し、国際会議で報告した。II.に関し、シリコン基板を鋳型として金属薄膜を電解めっき成膜することでキャビティ構造を製作するプロセスを考案し、熱散逸制御構造の作成が可能であることを示した。この成果はJ. Comput. Theret. Nanosci誌に掲載された。III.に関し、要素技術を集積化した電子源アレイシステムの構築を試みた。製作技術の点、とくに引出電極のセルフアライメント形成に課題があり全体として製作歩留まりが低い結果となった。26年度が最終年度であるため、記入しない。当初平成24年度中に行う予定であった計画を前倒して平成23年度中に終了することができた。一方、当初23年度に取り組む予定であった課題を24年度に順序を入れ替えて実施する予定である。交付申請書に掲げた2つの目標に対して、当初予想していなかった問題が生じたため、年度当初の目標を完全には達成することができなかった。その代り、問題点の洗い出しおよび具体的な解決方法の立案、さらにこれを進めるうえで必要な科学的に新たな知見を得ることができた。本課題申請調書に記載した各年度におけるマイルストーン項目(本年度においては、目的のIおよびII)をおおむね達成しており、順調に推移している。研究実績の概要に記載の通り、平成24年度は、I.軸対称偏光照射に対するプラズモン共鳴特性と、裏面照射への応用II.裏面光照射により動作するプラズモン共鳴電子源アレイの製作(小規模)の向上の2点をマイルストーン項目として推進した。目的のI.に関し、電子源を製作することができ、また励起光の裏面照射ではプラズモン共鳴波長においてもっとも増強が大きくなることを確認した。平成24年度には、達成項目のうち1.電子エネルギ分光によるプラズモン共鳴電子放出の起源の解明およびII.照射光の変調に対するプラズモン共鳴電子放出の周波数特性とその高速化に取り組む。
重症インフルエンザ肺炎における抗HMGB-1抗体の治療効果の検討

近い将来発生しうるインフルエンザ・パンデミックに向け、新たな治療戦略の選択肢の確立が必要だ。我々はHigh Mobility Group Box-1(以下、HMGB1)という炎症物質に注目し、重症インフルエンザ肺炎モデルに対する抗HMGB1抗体の治療効果を検討した。抗HMGB1モノクローナル抗体単独でマウス重症インフルエンザ肺炎を軽症化させ致死率を改善させた。抗ウイルス薬単独では50%救命できない重症インフルエンザ肺炎モデルでも、抗HMGB1抗体併用により致死率が有意に改善した。なお、本抗体による有害事象は認められなかった。本研究では、抗HMGB-1(High mobility group box-1)モノクローナル抗体の重症インフルエンザ肺炎に対する治療効果を、マウスモデルを使用して検討した。肺におけるウイルス増殖に差は認めなかったが、対照動物(抗Keyhole Limpet Hemocyanin抗体投与群)と比較し抗HMGB-1モノクローナル抗体投与群では生存率の有意な改善を認めた(p=0.004)。抗HMGB-1モノクローナル抗体投与群では肺炎像の改善を認め、Lung Injury Scoreも有意に低下した(対照群中央値9.5点:抗HMGB-1モノクローナル抗体投与群中央値5.5点, p<0.05)。また、気管支肺胞洗浄液中の好中球数や酸化ストレスマーカー(d-ROMs)、炎症性サイトカイン/ケモカイン(IL-6、TNF-α、CXCL-1)が抗HMGB-1モノクローナル抗体投与群で有意に抑制された。HMGB-1の主要な受容体であるRAGE(receptor for advanced glycation end products)の発現・産生も抗HMGB-1モノクローナル抗体投与群で有意に抑制された。以上の結果より、抗HMGB-1抗体は抗炎症・抗酸化作用によりマウス重症インフルエンザ肺炎を抗ウイルス薬を用いることなく顕著に軽減させ、生存率を向上させることが示された。本剤が重症インフルエンザ肺炎に対する効果的な治療薬になる可能性が示唆された。論文発表に至り一定の結果を出した。1)抗HMGB-1抗体の安全性の検討昨年度施行した重症インフルエンザ単独肺炎モデルにおける抗HMGB-1(High mobility group box-1)モノクローナル抗体の治療効果検証実験の残血清を用い、血液生化学検査を施行し、対照群と抗HMGB1抗体投与群で比較を行い、安全性を評価した。抗HMGB1抗体投与群で有意な異常所見を呈した生化学検査項目はなかった。2)抗インフルエンザ薬抵抗性インフルエンザ肺炎モデルにおける抗HMGB1抗体の併用効果ペラミビル投与(day2, day3の2回,各10mg/kg)でも50%致死のインフルエンザ肺炎モデルマウスを対照群と抗HMGB-1モノクローナル抗体投与群に分け、day 2, day3, da4に対照抗体または抗HMGB-1モノクローナル抗体をそれぞれ7.5mg/kgずつ尾静脈に投与し、Day28までの生存率を解析した。Day5,7に血漿とBALFを採取し、さらに肺の病理学的解析を施行した。抗HMGB-1抗体投与群で対照群と比較し有意に生存率が高かった。Day5における肺組織中のウイルスコピー数に両群間で有意差は認めなかった。抗HMGB-1抗体投与群で肺組織学的変化が有意に軽症化した。Day5における抗HMGB-1抗体投与群のBALF中TNF-α,G-CSF, KC, MCP1, MIP1a, RANTES濃度は対照群と比較して有意に低値であった。さらに血清ハイドロペルオキシド濃度は抗HMGB-1抗体投与群では対照群と比較して有意に低値を示した。HMGB-1のアミノ酸配列はマウスとヒトの間で99%相当である。したがって、本研究結果は十分にヒトに応用できると考えられる。抗HMGB-1モノクローナル抗体は重症インフルエンザ肺炎の治療薬として期待できる。学会・論文査読で指摘された下記課題について研究を継続する。1)副作用調査2)肺以外の臓器に対する抗HMGB-1モノクローナル抗体の効果3)抗HMGB-1モノクローナル抗体投与時期の検討4)抗インフルエンザウイルス薬耐性インフルエンザ肺炎モデルにおける抗HMGB-1モノクローナル抗体の効果小児集中治療、小児感染症、インフルエンザ残存試薬で対応できたこと、予定よりも安く試薬を購入したこと、また想定よりも早く結果が出たため。上記推進方策に則り、実験を推進する。
大気圧プラズマ照射による骨格筋培養細胞の活性化と個体への応用

大気圧プラズマ照射が筋芽由来の培養細胞であるC2C12細胞の増殖および分化に及ぼす影響について検討した。大気圧放電プラズマは、アルミ製円筒電極に2.45 GHzのマイクロ波を加え、円筒内にアルゴンガスを流して発生させた。C2C12細胞に大気圧プラズマを1日1回1分間照射すると、1日後および2日後の細胞増殖は有意に低下し、コントロール細胞の50%以下となった。一方、分化誘導培地で培養中のC2C 12細胞に3日間にわたって大気圧プラズマを1日1回1分間照射しても、細胞分化の指標となるMyogeninおよびミオシン重鎖の発現量にはプラズマ照射の影響は認められなかった。細胞ストレスの指標となるExtracellular-regulated kinase (ERK)およびc-jun N- terminal kinase (JNK)のリン酸化をWestern blot法で解析したところ、プラズマ照射30分後にはERKおよびJNKのリン酸化は高まったが、照射4時間後には大きく減弱し、それぞれコントロール群の14%と23%となり、24時間後にはコントロールレベルまで回復した。さらに、フローサイトメトリーによって細胞周期を解析したところ、プラズマ照射8時間後の細胞では、G0/G1およびS期の細胞の割合が有意に低下し、G2/M期の細胞の割合が有意に上昇した。以上の結果より、1日1回1分間の大気圧マイクロ波放電プラズマ照射は、C2C12細胞の分化には影響しないが、その増殖を強く抑制することが明らかとなった。その原因として、プラズマ照射はERKおよびJNKのリン酸化を一時的に高めるが、その後リン酸化レベルを低下させることによって細胞周期に影響を及ぼし、特に細胞の分裂を阻害することが示唆された。C2C12細胞に大気圧プラズマを一日一回1分間照射すると、2日後の細胞増殖は有意に低下し、コントロール細胞の50%以下となった。一方、分化誘導培地で培養中のC2C12細胞に3日間にわたって大気圧プラズマを一日一回1分間照射しても、細胞分化の指標となるMyogeninおよびミオシン重鎖の発現量にはプラズマ照射の影響は認められなかった。細胞ストレスの指標となるExtracellular-regulated kinase (ERK) 1/2およびc-jun N-terminal kinase (JNK)のリン酸化をWestern blot法で解析したところ、プラズマ照射30分後にはERKおよびJNKのリン酸化は高まったが、照射4時間後には大きく減弱し、それぞれコントロールの14%と23%となり、24時間後にはコントロールレベルまで回復した。さらに、フローサイトメトリーによって細胞周期を解析したところ、プラズマ照射を行った細胞では、G0/G1およびS期の細胞の割合が有意に低下し、G2/M期の細胞の割合が有意に上昇した。以上の結果より、一日一回一分間の大気圧マイクロ波放電プラズマ照射は、C2C12細胞の分化には影響しないが、その増殖を強く抑制することが明らかとなった。筋芽由来の培養細胞であるC2C12細胞に対する大気圧マイクロ波放電プラズマ照射の影響を検討した。10%ウシ胎児血清(FBS)を含む培養液中でC2C12細胞を培養し、実験に供した。異なるガス流量、電力、処理時間でプラズマ照射を行い、30分後に細胞を回収し、細胞ストレスの指標となるExtracellular-regulated kinase (ERK) 1/2およびc-jun N-terminal kinase (JNK)のリン酸化をWestern blot法で解析した。

プラズマ発生に用いるアルゴンガスの流量を1 slm (standard liter/min)と4 slmで検討したが流量による差は認められなかった。一方、プラズマ発生時の電力は、10, 30, 70 90 Wと大きいほど、ERKおよびJNKのリン酸化は高まった。照射時間は1分間ではリン酸化の誘導が低く、3分間以上が必要であることが認められた。プラズマ照射の影響が培地成分を介しているか否かを検討するため、プラズマ照射(30 W, 5 min)後の培養液を非照射細胞の培養液と交換したが、ERKおよびJNKのリン酸化は照射細胞でのみ確認された。したがって、プラズマ照射は直接細胞に影響を及ぼしていると考えられた。細胞の分化や増殖には一酸化窒素(NO)が関与しているとの報告がある。そこで、プラズマ照射30分前にNO合成酵素阻害剤L-NAME(N-Nitro-L-arginine methyl-ester)を加え照射(30 W, 5 min)を行った。その結果、L-NAMEは濃度依存的にプラズマ照射によるJNKのリン酸化を抑制した。以上の結果より、大気圧マイクロ波放電プラズマは、筋芽細胞に直接作用し、NO生成を介してERKおよびJNKのリン酸化を高めることが明らかとなった。平成23年度の研究実施計画は以下の2項目であった。1.プラズマ照射の至適条件の検討:プラズマを発生させるアルゴンガスの流量、発生時の電力、照射時間について様々な条件で検討を行い、指標とするタンパク質のリン酸化に対して効果の高い条件を決定することを計画通りに達成した。加えて、プラズマ照射の影響は、細胞培養液を介するものではなく、直接的に細胞を刺激していることを明らかにした。2.プラズマ照射による細胞増殖および分化に対する影響:本年度はプラズマ照射の急性効果を中心に解析したため実施予定であった細胞増殖および分化への影響については、次年度に実施することに変更した。しかしながら、24年度に実施予定であったプラズマ照射がいかなる分子を介して伝達されているかについての検討はすでに解析を実施した。その結果、プラズマ照射は、細胞内での一酸化窒素合成を介してタンパク質のリン酸化を高めていることを明らかにした。当初の研究実施計画の実施順序を変更したが、未実施の計画については予定している2年間の研究期間内で達成できる。平成24年度には、プラズマ照射が細胞に及ぼす影響をさらに詳細に検討するため、まず筋芽細胞への複数回の照射による分化誘導効果について解析を実施する。23年度の研究結果より、プラズマ照射は一酸化窒素の合成を高める可能性が考えられるため、C2C12細胞の分化にも影響があることが予想される。また、骨格筋により近い条件を実現するため電気刺激を加えた筋管細胞へのプラズマ照射の影響を解析する。最終的にはラット骨格筋へのプラズマ照射を行い、個体への効果について明らかにする。
思春期特発性側弯症の進行予測モデルの確立

本研究は思春期特発性側弯症患者からDNAサンプルを収集し、全ゲノム相関解析(genome wide association study, GWAS)を行い、側弯の発症と重症化に関与する遺伝子を同定することを目的に行った。研究期間中に約3500名の思春期特発性側弯症患者のDNAサンプルを血液あるいは唾液から収集した。また全例X線を撮像した。GWASにより側弯症発症に関与する遺伝子を4つ、進行に関与する遺伝子2つを同定した。本研究は思春期特発性側弯症患者からDNAサンプルを収集し、全ゲノム相関解析(genome wide association study,GWAS)を行い、側弯重症例と軽症例を比較することで、重症化に関与する遺伝子を同定することを目的に行った。まず、重症例880例、軽症例492例のサンプルを用いて,これまでに中国や米国で行われた先行研究で報告されている側弯重症化に関係するとされるSNP(rs11063714in NrF3,rs3808351,rs10269151 and rs4266553 in GPER,and rs8179090 in TIMP2など)のreplication studyを行い、これらのSNPが日本人では再現されないことを明らかにした(Ogura et al,Spine in press)。この一因として人種差や先行研究のpower不足が関与しているものと考えられた。またわれわれが同定した側弯症発生に関与するSNP RS11190870が重症化には関与していないことも明らかにした(高橋ら、第27回日本整形外科基礎学術集会で発表)。以上のことから、重症化に関与する遺伝子を同定するために、日本人で独自に大規模なGWASを行う必要性が明らかとなった。本年までに約2400名の思春期特発性側弯症患者のDNAサンプルを血液あるいは唾液から収集した。このX線所見を基に、患者を重症群一軽症群に分類し、約55万のSNPマーカーで構成される全ゲノムのタイピングを行った。現在、統計学的解析を行っているところであり、近々にその結果が明らかになる予定である。その後、GWASレベルで有意となったSNPに対してreplication studyを行い、側弯重症化に関与する遺伝子を同定して、最終的には臨床情報も含めた側弯症進行予測モデルの確立を目指す予定である。本研究は思春期特発性側弯症(AIS)患者からDNAサンプルを収集し、全ゲノム相関解析(genome wide association study, GWAS)を行い、側弯重症例と軽症例を比較することで、重症化に関与する遺伝子を同定することを目的に行った。Cobb角40°以上の進行例554例と対照者1,474例(他の疾患患者あるいはボランティア)でGWASを行った。約55万個のSNPを調べたところ、17番染色体上に強い相関を示すSNPが1つ存在した)。このSNP(rs12946942)は過去にAISの発症にかかわるSNPとして相関が認められていないことから、AISの重症化に関与する可能性が考えられた。再現性を確認するために別の重症AIS患者268人と対照者9,823人からなる日本人の集団について調べたところ、このSNPの相関が再現された。2つの集団の結果を統合したP値は4.00 ×10-8(Odds比2.05)であった。さらに、中国・南京大学で重症AIS患者571人と対照者326人からなる中国人(Han Chinese)の集団でこのSNPの相関が再現された。したがって、このSNPは複数の人種においてAISの重症化に関与することが明らかになった。本SNPはSOX9の880 kb上流に、またKCNJ2の1,000 kb下流に存在していた。本SNPとこれらの遺伝子の関連性をより詳細に調べることにより、SNPとAISの重症化との関連を明らかにすることが可能となる。さらに新たなSNPを同定するため約3000名の思春期特発性側弯症患者のDNAサンプルを用いて同様のGWASを行い、複数の有力なSNPを同定した。現在、replication studyおよび統計学的解析を行っているところであり、近々にその結果が明らかになる予定である。本年度中に臨床情報も含めた側弯症進行予測モデルの確立を目指す。思春期特発性側弯症(AIS)の発症・進行に関与する遺伝的因子および環境因子を調査した。ゲノムワイド相関解析(GWAS)をAIS患者3064例、コントロール14690例で行い、1000人ゲノムプロジェクトのデータベースを基に統計学的遺伝子多型の推定法であるimputationを用い、発症・進行因子となる遺伝子を同定を試みた。その結果、ゲノムワイドレベルで有意な一塩基多型を一つ同定した。同SNPは神経、軟骨、卵巣などに発現する遺伝子X中に存在した。

in vitroの解析から、このSNPにより本遺伝子が過剰発現することがわかった。また、海外施設と協力し、AISの疾患感受性遺伝子PAX1を同定した。同遺伝子は脊椎・脊髄,骨格筋に発現し、日本人およびCaucasianとも有意な遺伝子であることを確認した(Nature Communications 2015)。一方、重症化に関与する有意な一塩基多型も複数同定し、現在、再現性の確認および機能解析を行っている。東京都予防協会、慶應義塾大学、順天堂大学を側弯症の疑いで受診した側弯症患者および同年代の側弯症の無い対照、計3,000人にX線検査および詳細な生活習慣・運動歴・食生活などの環境因子を網羅的に調べたアンケートを行った。その結果、まだ予備的な解析の段階であるが、やせ形の体型やある種のスポーツが側弯発症と関連している可能性が示唆された。一方で、睡眠、カバン、周産期の母体の状況などは側弯との関連を認めなかった。以上の様に、これまでの研究から側弯の発生および進行に関与する複数の遺伝子および環境因子が同定され、側弯の発症・進行を予測する上で貴重な情報を得ることができた。26年度が最終年度であるため、記入しない。整形外科学26年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度は先行研究のreplication studyが収集し、さらにDNAサンプル収集も予定通りの数量を達成し、ゲノムタイピングまで終了しており、研究1年次の計画としては予定通りか、それ以上である。これまで3000例以上のAIS患者のDNAサンプルと臨床情報を集めており、すでにpreliminaryな研究で側弯症重症化と相関するSNPをGWASで同定している。また、新たに複数の有力なSNPもGWASで同定されており、replicationされれば今後臨床情報と合わせた側弯症進行予測モデルの確立が可能となる。今後はタイピングされたSNPの統計解析を行い、X線所見と対応させて、重症化に関係するSNPを同定する。側弯に関連する臨床情報を側弯検診患者を対象に収集する。同定されたSNPと臨床情報と合わせた側弯症進行予測モデルを確立する。臨床的に有意義なモデルの確立には臨床医と理化学研究所の統計担当、遺伝子解析担当の三者間で綿密な打ち合わせが必要である。課題としてはモデルの妥当性を検証する必要があり、さらに新たなAIS患者群のリクルートが必要となる。当該助成金が生じた状況として当初予定されていた価格よりDNAチップが廉価になったことが最大の要因である。本年度はさらにサンプル収集を継続して、GWASで得られた結果のreplication studyに直接経費を投入する計画である。効率的な物品調達を行うことが出来た為、116万円の未使用額がある次年度研究費と合わせて消耗品購入等にあてる