hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
非コードＤＮＡ領域によるゲノムＤＮＡ再編成制御機構

非コードDNAの動的性質が、クロマチンやエピゲノム、ノンコーディングRNA転写などにより、どのように統合的に制御されているかを調べた。その結果、1)減数分裂期の遺伝的組換えホットスポットにおいて特徴的なヒストン修飾が生じ、これによりゲノム進化の空間的制御が行われていること、2)組換えホットスポットの活性化に「リエゾン因子」というタンパク質がもたらす非コードDNA領域の染色体高次構造変化が重要な役割を果たすこと、3)非コードDNA部分のRNA転写によりその近傍の遺伝子領域でクロマチン構造やエピゲノムの変化が誘発され、その変化を通じて遺伝子発現が正または負に制御されること、などを明らかにしてきた。1)非コードDNA配列とクロマチンを介したゲノム動態制御:酵母の減数分裂期組換えホットスポット等の非コードDNA配列をデータベース化する作業を開始した。また、非コード機能配列を抽出する配列解析ツール等の開発に着手し、一部ホモ/ヘテロ判定ツールが有効に機能することを見出している。また、減数分裂期の分裂酵母を用い、種々の修飾ヒストンに対する修飾残基特異的抗ヒストン抗体を用いてクロマチン免疫沈降を行った。その結果、特徴的なヒストン修飾パターンを見出したので、ゲノム全体で一般性があることを実証した(論文リバイス中)。加藤は次世代シーケンサーを用いたChIPSeq条件の最適化を行った。組換え開始因子や調節因子の分子複合体の形成を、免疫沈降・微量質量分析などで解析し、それらの因子の結合部位を非コード機能配列や染色体高次構造(軸-ループ結合など)と関連づけ、Mde2が軸-ループ構造を連結する機能を有することを発見した(論文リバイス中)。2)新規「大規模ゲノム再編系」による構成的解析:S288C系統出芽酵母と、これと比して0.7%の塩基配列多型を持つSK1系統の半数体を掛け合わせてヘテロ2倍体とし、これに耐熱性4塩基認識制限酵素であるTaql発現系を導入した。体細胞分裂時に、パルス的高温処理で一過的なゲノム切断を誘発し、ゲノムの大規模再編成を活性化することに成功した。TaqI活性化後に特徴的な表現型を示すクローンを単離し、そのゲノムDNAをゲノムタイリングDNAチップにハイブリダイズして解析し、SK1ゲノム配列とS288Cゲノム配列の入れ替わる切断点の位置情報を多数集積した。その結果、一例として切断点近傍に非コードDNA機能配列の一つであるトランスポゾン配列Tyを見出した。次世代シーケンサーを用いた大規模ゲノム再編成の解析方法を確立した。近年の個別ゲノム解析から、動的に再編成を受けるゲノムDNAの姿が示されつつある。DNA再編成は、非コードDNA領域を介して複層的に制御されている。本研究では、ゲノム再編成の中核を担う「インターメア(非コード機能配列)」要素として、「DNA組換えのホットスポット」、「長大遺伝子間領域」、「反復配列」などに着目し、機能性シス配列の機能解析や種間比較などによる同定と、それらに特徴的なクロマチン修飾や結合因子の探索を行う。また、ゲノム再編成における非コードRNA転写や染色体高次構造の役割を明らかにする。独自に開発したゲノム再編成系を用いて、DNA再編成に重要な非コード配列領域の抽出・解析を行う。今年度のChIP Seq実験により、染色体接着位置(コヒーシン結合部位)で、ゲノムワイドに減数分裂期組換えが抑制されている現象を見出した。また、この部位では、組換えを開始する因子の結合はあるものの、その働きが抑制されること、さらには組換えホットスポットの形成に関わるとされる「ヒストンH3K4のメチル化」レベルが低下していることを見出した(Itoら、Genes Cells, 2014)。さらに、全世界の野生マウスについて、組換えホットスポットを規定するヒストン修飾因子Prdm9の配列を解析し、この因子のDNA結合に関わるZnフィンガー繰り返し配列が著しい配列多型を持つこと、またこの多型をもたらすと予想される「ホットスポットの痕跡」がイントロン領域に存在することを明らかにした(河野ら、DNA Res., 2014)。印南班、中山班、小林班とともに分裂酵母34種の比較ゲノム解析を完了した。また、酵母などでの大規模ゲノム再編成を多検体で解析する情報解析ツールの解析を行ったほか、他の領域の班員との共同研究を多数実施した。近年の個別ゲノム研究から、動的に再編成を受けるゲノムDNAの姿が示されつつある。DNA再編成は、非コードDNA領域を介して複層的に制御されていることが示されている。本研究では、ゲノム再編成の中核を担うインターメア(非コード機能配列)要素として、組換えホットスポットや長大遺伝子間領域、反復配列や偽遺伝子に注目し、機能性DNA配列の種間比較による同定と、それらに特徴的なクロマチン修飾やトランス因子の同定を行う。また、非コードDNA領域のRNA転写や染色体高次構造の機能の解明、独自に開発したゲノム再編成系を用いた人為的ゲノム再編による構成的解析を行う。今年度は、印南・中山・小林班とともに分裂酵母32株ゲノム配列を決定後、比較ゲノム解析を実施し(Fawcett et al., 2014)、分裂酵母ゲノムの変化しやすい領域としにくい領域を同定した。また、印南班と共同で減数分裂期の組換えホットスポットと、減数分裂期の染色体軸部位・接着部位との関係を明らかにした。さらに、酵母ホットスポットに見られる特徴的配列について、印南らと解析を実施した。

組換えホットスポットのヒストン修飾に関わるエピゲノム因子(酵母Gcn5・Set1やマウスPrdm9など)の変異体解析を行い、これらの組換え開始制御における役割を検証した。出芽酵母において減数分裂期染色体の軸ループ相互作用形成に関わる因子の探索を行い、転写メディエーターの関与を示唆する証拠を得た。鳥類抗体遺伝子座のDNA再編成にDNA脱メチル化因子が関与するデータを得た。さらに、配列多型の違いを有する2系統の酵母のハイブリッドに対し、大規模ゲノム再編成を誘発し、染色体再編成部位を次世代シークエンサーなどにより解析した。その結果、染色体再編の切断点周辺にレトロトランスポゾンが見いだされる事例を観察した。次世代シークエンサーを用いたChiP-seq実験の一部を次年度に繰り越したが、それ以外はほぼ予定通り進捗した。とくに他班との共同研究が複数立ち上がり、次年度以降に具体的な成果として結実することが期待される。共同研究成果に関しても共著論文の発表が行われており、一部では予想以上の成果が得られている。また、非コードDNA配列要素については、クロマチン修飾をストレスに応じて制御し、転写や組換えを活性化する配列の役割が示されたほか、テロメア様反復配列やサブテロメア配列など、他班との共同研究の過程でその実態が明らかになってきた。DNA再編成は、非コードDNA領域を介して複層的に制御されていることが示されている。本研究では、ゲノム再編成の中核を担うインターメア要素として、組換えホットスポットや長大遺伝子間領域、反復配列や偽遺伝子に注目し、機能性DNA配列の種間比較による同定と、それらに特徴的なクロマチン修飾やトランス因子の同定を行った。また、非コードDNA領域のRNA転写や染色体高次構造の機能の解明、独自に開発したゲノム再編成系を用いた人為的ゲノム再編による構成的解析を行った。今年度は最終年度ということもあり、これまでの研究を取りまとめ、論文等での発表を積極的に進めた。まず、分裂酵母のストレス遺伝子の上流などに多く見られる長大遺伝子間領域から合成される非コードRNA転写が、下流のストレス遺伝子の発現に正のフィードバック制御をかける機構を解明した(Takemata et al, 2016)。まら、ストレス遺伝子座で合成されるアンチセンス鎖RNAの転写を見いだし(Oda et al, 2015)、この転写によりストレス解除時に急速にmRNAの消失が誘発される機構を明らかにした。出芽酵母の組換えホットスポットの活性化に関わると考えられる転写メディエーターの働きを、ChIP-seq実験などで解析し、これらが副次的に関与する可能性を見いだした。また、鳥類遺伝子の抗体再編成に関わるDNA脱メチル化酵素の機能については遺伝子破壊株を作製し、その関与を明らかにした。さらに、抗体遺伝子再編成により新規神経ガイダンス物質である脂質に対する中和抗体を作製し、その機能を明らかにした(Guy et al, 2015)。加納班と協力してサブテロメアとシュゴシンの結合により、遺伝子発現や複製タイミングが制御されていることを見いだした(Tashiro et al, 2016)。他班との共同研究が具体的に結実してきた。
フィードバック境界条件を伴う楕円型作用素の構造と無限次元作用素方程式の数値解析学

R^mの有界領域Ωにおける2階一様楕円型作用素をLとし、τ_1,τ_2をそれぞれΩの滑らかな境界Γにおけるディレクトリ型、一般化ノイマン型境界作用素とする。作用素M_iを・M_<1c>は標準的な極大増大性(m-accretiveness)を備えず、また、境界条件において〈u, w_k〉の大域性とτ_1uの局所性が混在する困難で新しい型の作用素である。(i)旨い相似変換T_1を導入する発想を行い;(ii)M_<1c>を極大増大作用素K_c=T_1M_<1c>T^<-1>_1に変換し;(iii)現われる諸作用素の分数ベキを補完論で代数的に結び付けることにより、M^θ_<1c>の特徴付けを行った。・M_<2c>は、極大増大性を備えているため、M_<1c>よりは幾分扱い易い作用素である。ただ、境界条件における大域性と局所性の混在のため、(i)M_<1c>の場合とは異なる新しい微分方程式論的手法を提案し;(ii)M_<1c>の場合と同様な作用素T_2との組み合わせにより、M^θ_<2c>の特徴付けを行った。上記いずれの結果もSobolev空間の枠内での特徴付けであり、フィードバック項がない古典的な作用素の場合には、対応する結果はよく知られている。本結果はそれらの完全な拡張になっている。関連する諸結果も研究分担者の精力的な協力により幾つか得られている。
プレストレスLVL床版橋の長期雪荷重によるクリープ変形

目的スギLVLを用いたプレストレス床版橋について、死荷重及び雪荷重による長期的な変位挙動を確認することを目的として、実橋の1/2スケールの床版橋についてアスファルト舗装と雪を想定した荷重を載荷しクリープ試験を行った。プレストレス床版橋の構造は幅員方向に並べたラミナ(製材、集成材、LVL)を、床版厚の中心で貫通した複数のプレストレス鋼棒(PS鋼棒)によって緊張することで、ラミナ全体を一体化させトラック等の重荷重に耐えるものである。実験実験はPS鋼棒の緊張力の低下が落ち着いてから行った。クリープの対象とした荷重は舗装厚7cmのアスファルト(161kgf/m^2)と設計雪荷重(100kgf/m^2)で、実橋と作用応力が等しくなるように2.87tfのおもりを床版全体に分布するように載荷した。測定は、支間中央の鉛直変位、PS鋼棒の緊張力、温湿度のそれぞれの経時変化を定期的に測定した。結果及び考察鉛直変位の変動は短期間内では、温湿度の変動と定性的に類似の傾向を示すmechano-sorptive変形挙動を示した。また、長期的にみた場合、室温の変化に伴い、冬期間では変位は徐々に減少し、逆に夏期間には変位増加が認められた。これらの温湿度との関係をさらに明らかにするために、今後は恒温恒湿状態での、モデル実験が必要であると思われる。また、PS鋼棒のプレストレス力の経時変化に伴う、床版面内のクリープ現象については、部分モデルを作製しその変動挙動を確認したところ、四要素の粘弾性モデルを用いることで定量的に説明できることが明らかになった。
プロペラキラリティーを基盤とする動的制御可能なキラル発光材料

キラリティーとは3次元の物体や現象がその鏡像と重ね合わすことができない性質をいい、自然界における普遍現象である。キラル発光材料は3Dディスプレイや3D内視鏡などの外科医療技術、光暗号通信等のセキュリティー情報通信材料に必須な基盤技術であるが、有機材料で実用性に耐えうるキラル材料は現在ほとんど知られておらず、現在急速に研究が進められている分野の一つであるといえる。現在のところ、これらの発光特性に関して、その設計指針は確立されていない。次世代キラル発光材料開発における三要素は、キラリティーの度合いの大きさ(高偏光異方性)、強い発光性能と波長制御(発光特性)に加え、機能性の付与である。ここでいう機能性とは、状況に応じて、キラリティーをON-OFFできること、さらには、その強度を変調できることである。既存の研究は初めの二つの課題を改良するものが主流であり、機能性を有するキラル発光材料の開発研究はこれまでほとんどなされてこなかった。本研究提案ではこのような背景を踏まえ、ヘキサアリールベンゼンなどの多置換芳香族化合物を基本骨格として用いた「プロペラキラリティーに基づく動的キラル発光材料」の開発に挑戦した。研究の初年度においていくつかのモデル化合物を設計合成し、その物性を検討したところ、機能性を有するキラル発光材料として有用であることが明らかとなり、その初期的な結果をキラリティーと物性相関の体系化した。研究成果の詳細は本書後半に示すとおりであるが、国際会議における招待講演はもとより、J. Am. Chem. Soc.誌、Angew. Chem. Int. Ed.誌を含む15報の論文等に公表し、その成果の一部は新聞報道もされるに至っている。現在企画編集中のキラル発光材料に関する書籍も順調に準備が進んでおり、本プロジェクトの完了期限までに完成するめどがついた。次年度における研究に向けて大いに期待の持てる状況であると考えている。本研究「プロペラキラリティーを基盤とする動的キラル材料」の開発においては、協調的に稼働しうるプロペラキラリティーの特徴をさらに詳細に検討し、それを活用することで、動的キラル発光材料へと応用するための基盤技術を獲得することが目的である。本年度は、ヘキサアリールベンゼンを母骨格としたキラル化合物を設計合成し、そのプロペラキラリティーにおいて、スイッチング機能の評価を行った。モデル系での検討において、幸いにも本プロジェクトの目標のほとんどを前倒しで達成できた。これらの成果は業績欄に記載の通りであるが、ChemPhotoChem誌の総説(Very Important Paperに選出)、J. Am. Chem. Soc.誌、Angew. Chem. Int. Ed.誌を含む計15報の論文として成果発表したが、当初予想をはるかに上回る成果となった。一部成果については論文誌の表紙に採用、プレスリリースなどの栄誉も勝ち取り、充実した結果となった。このような状況から、本研究は(1)の当初計画以上に進展している、と評価した。本年度のモデル系での検討は極めて順調に進展し、ヘキサアリールベンゼン誘導体が期待通り機能性を有するキラル発光材料となりうることが明らかとなった。今後もこのペースを維持し、研究推進に努めたい。具体的な検討課題として今後は、(1)より高機能のキラル発光材料への展開、ならびに(2)その動的挙動の詳細の解明、へと、さらに発展的に展開したいと考えている。一例として、ヘキサアリールベンゼン型プロペラキラリティーにおいて、スイッチング機能の向上、センシング性能の評価、応答性能の向上、などに挑戦する。また、ポリマーブレンドやフィルム状態、固相状態、高圧下での物性評価と材料としての応用、などについても順次検討する計画としている。最終的には、ヘリセンのらせんキラリティーなどとも相補的に活用し、個別の成果を動的システムに取り込むことで、強い物性と機能性の両立を達成するような分子系の実証へと進める計画である。

研究成果の詳細は本書後半に示すとおりであるが、国際会議における招待講演はもとより、J. Am. Chem. Soc.誌、Angew. Chem. Int. Ed.誌を含む15報の論文等に公表し、その成果の一部は新聞報道もされるに至っている。現在企画編集中のキラル発光材料に関する書籍も順調に準備が進んでおり、本プロジェクトの完了期限までに完成するめどがついた。次年度における研究に向けて大いに期待の持てる状況であると考えている。本研究「プロペラキラリティーを基盤とする動的キラル材料」の開発においては、協調的に稼働しうるプロペラキラリティーの特徴をさらに詳細に検討し、それを活用することで、動的キラル発光材料へと応用するための基盤技術を獲得することが目的である。本年度は、ヘキサアリールベンゼンを母骨格としたキラル化合物を設計合成し、そのプロペラキラリティーにおいて、スイッチング機能の評価を行った。モデル系での検討において、幸いにも本プロジェクトの目標のほとんどを前倒しで達成できた。これらの成果は業績欄に記載の通りであるが、ChemPhotoChem誌の総説(Very Important Paperに選出)、J. Am. Chem. Soc.誌、Angew. Chem. Int. Ed.誌を含む計15報の論文として成果発表したが、当初予想をはるかに上回る成果となった。一部成果については論文誌の表紙に採用、プレスリリースなどの栄誉も勝ち取り、充実した結果となった。このような状況から、本研究は(1)の当初計画以上に進展している、と評価した。本年度のモデル系での検討は極めて順調に進展し、ヘキサアリールベンゼン誘導体が期待通り機能性を有するキラル発光材料となりうることが明らかとなった。今後もこのペースを維持し、研究推進に努めたい。具体的な検討課題として今後は、(1)より高機能のキラル発光材料への展開、ならびに(2)その動的挙動の詳細の解明、へと、さらに発展的に展開したいと考えている。一例として、ヘキサアリールベンゼン型プロペラキラリティーにおいて、スイッチング機能の向上、センシング性能の評価、応答性能の向上、などに挑戦する。また、ポリマーブレンドやフィルム状態、固相状態、高圧下での物性評価と材料としての応用、などについても順次検討する計画としている。最終的には、ヘリセンのらせんキラリティーなどとも相補的に活用し、個別の成果を動的システムに取り込むことで、強い物性と機能性の両立を達成するような分子系の実証へと進める計画である。本年度の研究計画が思いのほか順調に達成され、必要な試薬等の材料費が削減されたこと、また別予算の充足により共通して使用する装置等にかかる費用が節約されたため、当初計画を修正し、次年度以降に使用するより発展的な研究への経費へと振りかえた。このことにより、全体的な研究計画がより柔軟となり、さらに挑戦的な機能性発光材料の開発へと展開することが可能となり、本プロジェクトの更なる進展と飛躍が期待される。
二酸化炭素流体における溶解度の分子論的解明

超臨界二酸化炭素流体中への溶質の溶解度のエントレーナー依存性を調べるために,積分方程式による分布関数および自由エネルギーの計算を行なった。溶質としてナフタレンまたエントレーナーとしてオクタンを選び,少量のオクタン添加による溶解度の上昇の原因を検討した。純溶媒の場合には積分方程式は臨界点(温度T^*=1.3〓)のかなり近くまで(T^*=1.4)非較的簡単に得られたが,混合流体ではT^*=1.65が普通の方法で収束させる限界であった。純流体の場合には,溶解度はかなり正確に実験事実を再現でき,また混合流体ではエントレーナーによる溶解度の上昇もみられた。この原因はエントレーナー種による圧力の低下と溶質の周囲の大きな濃度ゆらぎによることが確認された。
線虫の休眠打破機構に関する化学生物学的研究

線虫C. elegansの幼虫休眠打破物質であるウラシルの受容体タンパクを同定し、受容体以降の細胞内情報伝達機構ならびに休眠制御機構の解析を行った。休眠打破に重要な役割を果たすASJ神経細胞で特異的に発現するGタンパク共役型受容体SRH-11をウラシル受容体として同定した。SRH-11はcGMP濃度を上昇させることにより休眠打破を誘導する可能性を示した。さらに、SRH-11神経細胞で産生される短鎖ペプチドNLP-3ならびにFLP-21がTGF-β様タンパクDAF-7ならびにインスリン様ペプチドINS-35の分泌をそれぞれ制御することにより休眠を制御することを明らかにした。【大腸菌が産生する休眠打破物質の単離・構造決定】最少培地M9で大腸菌BL21株を培養し、濾液(10リットル)をDiaionHP-20に通過させ、活性炭に吸着後蒸留水で洗浄し、メタノールで溶出した。陽イオン交換樹脂・陰イオン交換樹脂を通過させ、ゲル濾過による精製を行った後、HILIC系HPLCを用いて最終精製を行った。本物質は糖類であることが判明したが、夾雑物の混入により構造決定までには至っていない。(河野・一柳)【srh-11遺伝子による休眠打破制御の確認】開始メチオニン上流4kbならびにストップコドン下流1kbを含むsrh-11遺伝子を増幅してクローニングベクターに挿入し、レスキュープラスミドを構築した。これをsrh-11遺伝子破壊線虫tm2102株に導入したところ、休眠打破率低下が回復した。このことから、srh-11遺伝子の休眠打破への関与を確認した。(河野)【SRH-11に共役するGαの特定】分子遺伝学的手法を用いた。SRH-11が発現する神経細胞ASJでの発現が報告されている5種の遺伝子の破壊線虫の休眠打破率を測定し、休眠打破率の変動を示す3種に絞り込んだ。srh-11破壊線虫との二重破壊線虫を作出し、それらの休眠打破率を測定することにより、GPA-9がSRH-11と共役する可能性を示した。(河野・藪田)【受容体候補SRH-11の哺乳動物細胞での発現系構築】効率的な発現を指向し、コドン使用頻度を勘案した人工遺伝子を用いた。発現ベクターpcDNA-3/FLAGに導入後、ヒト胎児由来腎臓細胞HEK293T株に形質導入し、細胞膜上での発現を抗FALG抗体を用いて確認した。以上により、発現系の構築に成功したと結論づけた。(尾添)【大腸菌が産生する休眠打破物質の単離・構造解析】前年度に引き続き、休眠打破物質の単離を行った。培地成分を極力排除するために、最少培地M9に変更し、20Lの培養濾液より精製を試みた。各種クロマトグラフィーにより精製を重ね、ゲル濾過HPLCならびにHILIC-HPLCにより純度を高めた。しかしながら、NMR測定により夾雑物の存在が明らかとなり、最終精製には至っていない。(河野、一柳)【SRH-11に共役するGαの特定】休眠打破を制御するASJ神経細胞で発現する3種のGα遺伝子gpa-9, gpa-10, gpa-14とsrh-11とのエピスタティック解析を行った。その結果、GPA-9がSRH-11と共役する可能性が示唆された。さらに、酵母ツーハイブリッドシステムを用いて、GPA-9がSRH-11と結合する可能性を示した。(河野、藪田)【休眠打破物質受容体候補SRH-11の解析】前年度に構築したSRH-11発現細胞にトリチウムラベルしたウラシルの結合実験を行った。その結果、特異的結合が認められた。さらに、ウラシル添加後のセカンドメッセンジャーの細胞内濃度をレポーターアッセイにより測定したところ、cAMPならびにカルシウムイオン濃度に変動は認められず、cGMP濃度の上昇が認められた。(尾添)・新たな休眠打破物質の精製は困難を極め、単離・構造解析には至っていない。・SRH-11が休眠打破物質ウラシルと特異的に結合することを示し、ウラシル受容体であることをほぼ示すことができた。・SRH-11と共役するGαがGPA-9であることをほぼ示すことができた。以上を総合的判断すると、「おおむね順調に進展している」とは言えず、「やや遅れている」とした。【SRH-11の細胞内情報伝達機構の解析】SRH-11発現HEK293T細胞を用いて細胞内情報伝達機構を解析した。改変ホテルルシフェラーゼならびにエクオリンを共発現(一過性発現)させ、ウラシル投与によるcAMPレベルならびにCa2+レベルの変動を検証したところ、変動は認められなかった。一方、ELISAならびにFRETによりウラシル投与によるcGMPレベルの変動を検証したところ、有意にcGMP濃度の上昇が認めらた。(尾添)そこで、cGMP合成酵素欠損株線虫の休眠打破率を測定した。欠損によりウラシル投与による休眠打破率が著しく低下したことから、線虫ASJ細胞におけるcGMP濃度の上昇が休眠打破を誘導すると推定した。(河野)

【休眠打破誘導分子の特定】データベースによりASJ細胞で発現する短鎖ペプチド遺伝子を検索し、nlp-3を見出した。nlp-3遺伝子破壊線虫は休眠率低下ならびに休眠打破率上昇を示した。このことから、休眠誘導ならびに打破にはNLP-3が関与すると結論づけた。nlp-3遺伝子は3種のC末端アミドペプチドをコードしているが、このうち、C末端側に位置するペプチドYFDSLAGQSL-NH2のみが休眠制御に関わることを明らかにした。(河野)【休眠を制御するTGF-β様分子(DAF-7)・インスリン様分子(DAF-28, INS-35)の発現変動ならびに分泌の観察】nlp-3遺伝子破壊によるTGF-beta様分子・インスリン様分子の発現ならびに分泌の変動を検証した。DAF-7::mRFP, DAF-28::mRFP, INS-35::VENUS発現線虫とnlp-3遺伝子破壊線虫を交雑し、それぞれの休眠制御ホルモンの蛍光量と局在を検証した。その結果、NLP-3はインスリン様分子の合成・分泌には関与せず、TGF-β様分子の合成・分泌を制御することが示唆された。(河野)線虫C. elegansの幼虫休眠打破物質であるウラシルの受容体タンパクを同定し、受容体以降の細胞内情報伝達機構ならびに休眠制御機構の解析を行った。休眠打破に重要な役割を果たすASJ神経細胞で特異的に発現するGタンパク共役型受容体SRH-11をウラシル受容体として同定した。SRH-11はcGMP濃度を上昇させることにより休眠打破を誘導する可能性を示した。さらに、SRH-11神経細胞で産生される短鎖ペプチドNLP-3ならびにFLP-21がTGF-β様タンパクDAF-7ならびにインスリン様ペプチドINS-35の分泌をそれぞれ制御することにより休眠を制御することを明らかにした。ほぼ計画通りに研究が進捗した。・休眠打破物質の構造決定には至っていないが、平成27年度には構造決定を終えることができると期待している。・遺伝子破壊線虫に対するレスキュー実験によりsrh-11遺伝子の休眠打破への関与を確認したことに加え、計画を前倒してSRH-11に共役するGαの分子遺伝学的特定に成功した。これにより、平成27年度に計画している生化学的解析を滞りなく遂行できると考えている。・SRH-11発現系の構築に成功したことから、平成27年度の計画が滞りなく遂行できると考えている。力を集中して一層の研究推進を図るために、「新たな休眠打破物質の単離・構造解析」を中断する。休眠打破物質ウラシル以降の情報伝達機構の解明に注力する。休眠打破を制御するASJ細胞に特化し、ウラシルがSRH-11に結合して以降の情報伝達機構の解明に迫る。ウラシルがSRH-11に結合した際に駆動するGαがGPA-9であることを証明する。また、その際のメッセンジャーがcGMPであることを検証する。さらには、休眠を制御するTGF-β様シグナルならびにインスリン様シグナルに至る情報伝達機構の解明に迫る。28年度が最終年度であるため、記入しない。生物有機化学・分子生物学平成26年度ではほぼ計画通りに研究を推進することができた。平成27年度以降、休眠打破を制御するSRH-11のリガンド(ウラシル等)の特定、細胞内情報伝達系の解明
学童での流行動態により説明できるインフルエンザの季節性因子に関する疫学研究

研究最終年度となる2018年にはこれまでモンゴルで集めてきたデータをまとめている。本課題が始まる前の2013年から2017年までに10855名の研究参加者を集めることが出来た。その中で4シーズンで465例のA型インフルエンザ例と132例のB型インフルエンザ例を検出したが、年齢階層別に検討した外来でのインフルエンザ罹患率では1ー4歳が最も多く、学童での罹患率が低いことが明らかとなった。さらに解析を進める予定だが、我が国でもみられるように未就学児におけるインフルエンザの流行が地域の流行の一因になっている可能性が示唆されると考えられる。またフィリピンにおける小児肺炎のデータを利用して呼吸器ウイルスの1つであるRSウイルスの家庭内感染における発症間隔(1例目と2例目の発症日がどのくらい離れているのか)についてインフルエンザでのモデルを応用して検討したところ、平均で3.2日とインフルエンザと近似したものであることが分かった。地域における特定の集団が与えるインフルエンザを初めとする急性ウイルス性呼吸器感染症の流行動態を把握することはその対策に重要であると考えられる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。アジアの途上国におけるインフルエンザの疾病負荷は先進国と比べて同等であるが、その流行像(特に季節性)は大きく違っている。近年の家庭内伝播に関する疫学研究では、二次感染率や発症間隔(Serial Interval)には大きな違いが見られていない。すなわち流行像の違いは家庭内感染の疫学像の違いで説明されるよりも、もう1つの主な流行の場である学校での流行伝播の違いが強く関与しているのではという仮説に至った。インフルエンザの流行拡大は均質に起こるわけではなく、学校や家庭といった環境と地域の間で伝播を繰り返しながら拡大していくと考えられているが、この課題に迫った研究は非常に少ない。本研究では家庭と学校という2つの場における流行動態がインフルエンザの流行像に与える影響を検討していく。研究1年目である平成27年度では、研究フィールドの構築に関する予備研究を行ったフィリピン、データ収集が可能であったモンゴルで活動を行った。フィリピンについては蓄積されたデータを利用した医療機関への受診行動データを用いて疾病負荷の再評価を行うとともにフィールド研究を実施する場所に関する検討を行ない研究2年目につなげる準備を行った。モンゴルに関しては、ウランバートル市のバガヌール区におけるフィールド調査を開始することができた。2015-16シーズンにおけるインフルエンザの流行状況について1つの診療圏に属する世帯からデータ収集を行うことができた。現在はデータのクリーニング中であり、終了後にその解析を行う予定である。フィリピンでのフィールド研究については、過去に得られたデータを参考にして進める予定であり、研究2年目には本格化させたいと考えている。モンゴルについては当初の予定通り、1年目からデータを収集することができた。モンゴルのフィールドにおけるデータ収集を継続して行っており、2016ー17年シーズンでは1724例のILI患者が登録されて187例のA型インフルエンザ例が報告された。これらのデータをクリーニングして解析にむけた準備がなされているところである。昨シーズンの入院例を検討したところ、インフルエンザでは2ー5歳に集積がみられた。入院時の経皮的動脈血酸素飽和度及び呼吸回数に差はみられなかったが、頻脈の頻度はRSウイルス罹患児に比してインフルエンザ罹患児に有意に多く認められ、学会発表を行った。さらにフィリピンにおいて受診行動を踏まえたインフルエンザ及びRSウイルス感染症の罹患率の算出を行い、診療所を受診するものにしないものを加えた場合に得られる罹患率が最大で3倍まで拡大する事を明らかにした。これらのデータを踏まえて学童のインフルエンザやRSVでの感染拡大に寄与する動態を明らかにしていく。モンゴルにおけるフィールド研究は2シーズン目に入っており、データを順調に蓄積している。またフィリピンについては既存データを利用して、学童におけるインフルエンザの疾病負荷を他の呼吸器ウイルスであるRSウイルスとともに算出し、比較検討することができた。さらにフィールドでのデータを収集する予定であり、概ね順調に進展していると考えられる。モンゴルでは2017ー2018年シーズンも継続してウランバートル市郊外にあるバガヌール区にある区立病院においてインフルエンザの入院患者の動向を通して流行を観察できた。地域での重症急性呼吸器症候群による入院例は852例であった。そのうちA型インフルエンザは8例であり、B型インフルエンザは40例であった。

またウランバートル市にある小児基幹病院でもインフルエンザ関連入院の動向を観察したところ、2例のA型インフルエンザと3例のB型インフルエンザが26例の重症急性呼吸器症候群による入院児のなかで同定されたがいずれも死亡の転帰をとったものはいなかった。フィリピンの東ビサヤ州にあるビリラン島において生後6ヶ月児がいる家庭とその周囲の家庭およそ60世帯を対象に接触歴に関する聞き取り調査を行なうことができた。平成29年度はフィリピンにおいてフィールドで集められたデータの解析を行う予定であったが、研究計画の倫理的妥当性の審査やフィールドでの研究協力者などとの調整と平成28年度に発生した台風の影響を受けてのフィールドでのデータ収集およびそのデータ解析の期間を延長する必要が生じた。繰り越した研究費を充当することで平成30年度にフィールド調査を行うことができ、データを収集することが出来た。モンゴルにおけるフィールドの設定は概ね順調に行われており、特段大きな障害もない。フィリピンでのフィールド調査を充実させて行く予定である。また得られたデータの解析を併行して進めていく予定である。3年目はフィリピンでのフィールド調査をより積極的に行っていくとともにモンゴルで得られたデータの解析を進めていく。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。研究最終年度である平成30年に繰り越した研究費を用いて特にフィリピンでのフィールド調査を実施する予定である。またモンゴルにおいては集めたデータのクリーニングおよび追加情報の収集を行うことで、解析を充実させて研究結果を総括する予定である。
一軸応力及び磁場印加による高温超伝導と電荷秩序の競合的共存状態のコントロール

本年度は,電荷ストライプ秩序を示すLa_<2-x>Ba_xCuO_4(LBCO)超伝導体及び,類似物質であるLa_<2-x>Sr_xNiO_4(LSNO)絶縁体について,常圧低温下における放射光共鳴非弾性X線散乱実験を行った.得られた結果は以下の通りである.常圧低温下で電荷ストライプ秩序が最も安定なLBCO x=0.125,及びストライプ秩序が殆どないLBCO x=0.08に関して,大型放射光施設Spring-8で放射光共鳴非弾性X線散乱実験を行い,ストライプ秩序特有の電子構造(ストライプバンド)の探索を行った.その結果,ストライプ秩序の周期に対応する変調波数付近で,新たな励起状態(電子状態)を発見した.更に,ストライプのパターンが異なるLSNO x=1/3に関して,アメリカ合衆国の大型放射光施設APSで共鳴非弾性X線散乱を行い,ストライプの変調波数でのみ存在する励起を発見した.ストライプのパターンの違い,超伝導と絶縁体という違いがあるにもかかわらず,特徴的な変調波数で電荷励起があるという事は,ストライプ秩序(あるいはストライプ相関)に,普遍的な性質があるという事を示している.この結果は,ストライプ秩序により,「ストライプバンド」とも呼ぶべき電子状態が存在するか,あるいはストライプの揺らぎ(動的相関)による電荷の集団励起の存在を示唆している.理論的にもストライプ相関による集団励起の存在が予想されており,この励起の分散関係を詳細に調べる事でストライプバンドなのか,集団励起なのか,の区別がつけられると考えている.本年度は,電荷ストライプ秩序を示すLa_<2-x>Ba_xCu_O4 (LBCO)超伝導体について,一軸応力低温下,及び強磁場低温下における放射光X線回折実験を行った.得られた結果は以下の通りである.1)低温実験常圧低温下Ba濃度の異なる3種類の試料について測定を行い,電荷ストライプ秩序の安定性がBa濃度(ホール濃度)とどのような関係にあるのかを明らかにした.また,ストライプの安定化と結晶構造との関係も明らかにした.2)一軸応力低温実験低温X線実験用の一軸圧力セルの開発を行い,それを用いて,常圧低温下で電荷ストライプ秩序が最も安定なx=0.125のに関して,一軸圧力下低温X線回折実験を行った.その結果,ある特定の方向に圧力をかけたときに結晶構造相転移が抑制され,同時に電荷ストライプ秩序が融解した事を発見した.圧力により結晶構造をコントロールする事で,電荷秩序のコントロールができる事を微視的に初めて明らかにできた.更に,基本反射の8桁落ちの極めて微弱な信号を多重極限下で測定するノウハウを得る事ができた.3)強磁場低温実験常圧低温下で電荷ストライプ秩序が安定であるが,超伝導も強固に残っている,x=0.1に関して,8Tの強磁場を印可して超伝導を抑制したときの電荷秩序の状態(安定性)を調べた.その結果,preliminaryには,磁場によって電荷ストライプの周期及びその相関長に変化が現れた事を突き止めた.本年度は,、電荷ストライプ秩序を示すLa_<2-x>Sr_xCu_<1-y>Fe_yO_4(LSCFO)及びLa_<2-x>Ba_xCuO_4(LBCO)超伝導体について,常圧低温下における放射光X線回折実験,及び常圧低温下における放射光共鳴非弾性X線散乱実験,更に常圧低温下中性子散乱実験を行った.得られた結果は以下の通りである.1)常圧低温下放射光X線回折実験常圧低温下においてCuを少量のFeで置換したLSCFO(Srx=0.13,Fey=0.01)試料の測定を行い,電荷ストライプ秩序が不純物によって誘起される事を発見した.これまでの例ではストライプ秩序形成には必ず結晶構造相転移が伴って起こっていたが,今回の例は構造相転移を伴わずにストライプ秩序が安定化する初めての例となった.Fe不純物量を系統的に変化させた測定も行った.2)常圧低温下放射光共鳴非弾性X線散乱実験常圧低温下で電荷ストライプ秩序が最も安定なLBCOx=0.125に関して,放射光共鳴非弾性X線散乱実験行い,ストライプ秩序特有の電子構造(ストライプバンド)の探索を行った.その結果,ストライプバンドの存在を決定づけるデータを得る事はできなかったが,ブリルアンゾーン境界付近で,これまで見いだされていない特徴的な励起を発見した.この励起がストライプ秩序特有の物かどうかはまだ不明であり,来年度の課題である.3)常圧低温下中性子散乱実験放射光X線回折実験でストライプ秩序が観測されたLSCFOの構造不安定性を調べるために,中性子散乱によるゾーン境界フォノンの測定を行った.その結果ストライプ秩序が形成される温度付近で結晶構造の不安定性が急速に増大する事を発見した.本年度は,電荷ストライプ秩序を示すLa_<2-x>Ba_xCuO_4(LBCO)超伝導体及び,類似物質であるLa_<2-x>Sr_xNiO_4(LSNO)

絶縁体について,常圧低温下における放射光共鳴非弾性X線散乱実験を行った.得られた結果は以下の通りである.常圧低温下で電荷ストライプ秩序が最も安定なLBCO x=0.125,及びストライプ秩序が殆どないLBCO x=0.08に関して,大型放射光施設Spring-8で放射光共鳴非弾性X線散乱実験を行い,ストライプ秩序特有の電子構造(ストライプバンド)の探索を行った.その結果,ストライプ秩序の周期に対応する変調波数付近で,新たな励起状態(電子状態)を発見した.更に,ストライプのパターンが異なるLSNO x=1/3に関して,アメリカ合衆国の大型放射光施設APSで共鳴非弾性X線散乱を行い,ストライプの変調波数でのみ存在する励起を発見した.ストライプのパターンの違い,超伝導と絶縁体という違いがあるにもかかわらず,特徴的な変調波数で電荷励起があるという事は,ストライプ秩序(あるいはストライプ相関)に,普遍的な性質があるという事を示している.この結果は,ストライプ秩序により,「ストライプバンド」とも呼ぶべき電子状態が存在するか,あるいはストライプの揺らぎ(動的相関)による電荷の集団励起の存在を示唆している.理論的にもストライプ相関による集団励起の存在が予想されており,この励起の分散関係を詳細に調べる事でストライプバンドなのか,集団励起なのか,の区別がつけられると考えている.
米由来新規抗菌ペプチドの細胞内標的分子の精製と同定およびその作用機構の解明

本研究では、抗菌ペプチドの細胞内標的分子への作用メカニズムを解明することを目的として、タンパク質生合成に対する抗菌ペプチドの影響を定量的に測定する手法の確立を目指した。従来の抗生物質を用いた結果から、今回実施した無細胞タンパク質合成系を用いた手法は、妥当性の高い測定方法であることが確認できた。また、細胞内作用が未知である抗菌ペプチドについては、本測定法を用いることにより、タンパク質合成阻害能を定量的に評価できただけでなく、タンパク質合成のどの過程を阻害するかを特定することができた。また、未知の標的物質の精製については抗菌ペプチドを固定化した磁性ビーズを用いた方法が有効であることを示した。抗菌ペプチドは、従来の抗生物質に代わる医薬品や機能性食品素材として注目されている。本研究では、第一にタンパク質生合成の各ステップ(転写、翻訳、フォールディング)に対する抗菌ペプチドの影響を定量的に測定するアッセイ手法を確立する。次に抗菌ペプチドのタンパク質生合成の阻害作用を明らかにし、抗菌ペプチドの細胞内標的分子を精製・同定する。本年度の研究において、大腸菌の無細胞タンパク質合成系(Rapid Translation System)とタンパク質をリフォールデングする反応系を用いて、タンパク質合成、ならびに転写、翻訳、フォールディングへの影響を定量的に評価するアッセイ手法を構築した。次に、細胞内標的分子が明らかな抗生物質であるStreptomycinとFosfomycinを用いて、構築したアッセイ手法の妥当性を確認した後、抗菌ペプチドであるBuforin IIとPyrrhocoricinのタンパク質合成における阻害ステップの解明を試みた。その結果、StreptomycinとFosfomycinは、従来の報告と同様の阻害様式を示し、本研究で構築したアッセイ手法の妥当性が高いことが示された。次に、抗菌ペプチドBuforin IIとPyrrhocoricinを本アッセイ手法で評価した結果、従来の報告にある阻害様式に加え、Buforin IIはフォールディングを、Pyrrhocoricinは翻訳をそれぞれ阻害することが新たに判明した。以上のことから、これらの抗菌ペプチドは、複数の分子を標的にする可能性が強く示唆された。引き続き、米由来新規抗菌ペプチドについてもタンパク質合成阻害能を評価するとともに、各抗菌ペプチドの標的分子を明らかにする予定である。本研究では、第一にタンパク質生合成への各ステップ(転写、翻訳、フォールディング)に対する抗菌ペプチドの影響を定量的に測定するアッセイ手法を確立する。昨年度に確立したアッセイ手法を用いて、本年度はモデル抗菌ペプチドであるIndolicidinと米由来抗菌ペプチドCL(K20A,K25A)およびAmyI-1-18のタンパク質合成阻害作用について検討した。その結果、Indolicidinは従来の報告にある阻害様式に加え、翻訳とフォールディングを阻害することが新たに判明した。また、各米由来ペプチドを本アッセイ手法を用いた評価した結果、CL(K20A, K25A)はタンパク質生合成を阻害しなかった一方、AmyI-1-18は翻訳とフォールディングを阻害することが明らかとなった。次に、昨年度の研究において、従来の報告にある阻害様式に加えて、新たな阻害様式が判明した抗菌ペプチドPyrrhocoricinについて、磁性ナノビーズを用いて標的分子の分離とMALDI-TOF/MSによる同定を試みた。その結果、Pyrrhocoricinが標的とするタンパク質候補として、2種類のリン酸化酵素を分離・同定することができた。今後、Pyrrhocoricin以外の抗菌ペプチドの標的分子について、明らかにしていく予定である。現在までにタンパク質生合成の各ステップ(転写、翻訳、フォールディング)に対する抗菌ペプチドの影響を定量的に測定するアッセイ手法を確立し、2種類の抗生物質と2種類のモデル抗菌ペプチドの評価を行った。現在、確立したアッセイ手法を用いて、米由来抗菌ペプチドのタンパク質合成阻害能について検討しており、概ね当初の研究計画の通り進展しているといえる。25年度が最終年度であるため、記入しない。確立したタンパク質生合成の各ステップ(転写、翻訳、フォールディング)に対する抗菌ペプチドの影響を定量的に測定するアッセイ手法を用いて、米由来新規抗菌ペプチドのタンパク質合成阻害能を評価する。その後、当初計画の通り、アフィニティ磁性ナノビーズや飛行時間型質量分析を用いて、各抗菌ペプチドの標的分子の解明を進める。
尿路におけるサーファクタント蛋白質(SP-A、SP-D)の感染防御機構の解明

サーファクタント蛋白質D (SP-D)は正常ヒト膀胱粘膜に発現しており、マウスでは尿路病原性大腸菌(UPEC)感染でmRNA発現が増加した。SP-DがUPECであるJ96株に結合すると、ヒト膀胱cell lineである5637細胞への接着が減少し、細胞障害性が減少する。また、SP-Dはウロプラキン1a(UPK1a)にも結合しFimHの結合を防ぎ細胞障害を減少させる。SP-DはUPECの尿路上皮への感染を防ぐことが明らかになった。尿路病原性大腸菌(UPEC)は、Type1線毛によって尿路上皮へ結合するが、その先端にはFimHというアドヘジンが存在しており、これを介して尿路上皮側のレセプターであるウロプラキン1aと結合することによって大腸菌が尿路上皮に定着する。本研究はサーファクタント蛋白質(SP-A, SP-D)の尿路における感染防御機構について明らかにする事を目的として開始したが、最終的にはSP-Dの作用に絞って研究を行った。SP-Dの尿路での局在は、ヒト膀胱の組織検体で膀胱粘膜表面にSP-Dの存在が確認された。また、FimHのレセプターであるウロプラキン1aも同じく膀胱粘膜表面に存在が確認された。次にUPECであるJ96株に緑色蛍光タンパク(Green Fluorescent Protein: GFP)発現J96株を作成した。SP-DとGFP発現J96を作用させ、この複合体をヒト膀胱cell lineである5637細胞に感染させると、SP-DのグループはJ96が接着した細胞が減少し膜傷害をうけた細胞が減少していた。また逆に、SP-Dと5637細胞を作用させEGFP発現J96株を感染させても同様の結果であった。固相化されたウロプラキン1aにSP-D、BSAを反応後、FimHを添加し、ウロプラキン1aに結合したFimHを検出すると、SP-Dの存在下ではウロプラキン1aへのFimHの結合を有意に抑制していた。最後に尿路感染モデルマウスを作成し、膀胱のSP-D mRNAの発現を調べるとSP-D発現が増加していた。またUPECとSP-Dを注入すると膀胱に接着する大腸菌が減少し、in vivoにおいてもSP-Dが膀胱粘膜へのUPEC接着を阻害している事が明らかになった。以上より、SP-DはUPECの尿路上皮への感染に対して防御的に働くことが示唆された。(1)尿路におけるサーファクタント蛋白質A及びD (SP-A、SP-D)の局在、発現機構の解明:ヒト手術検体の肺、膀胱、腎および前立腺を用い、免疫組織染色によるサーファクタント蛋白質の局在について検討すると、肺胞2型上皮細胞、正常ヒト膀胱粘膜にSP-A、SP-Dの発現が認められた。また前立腺線上皮、および遠位尿細管にもSP-Dの発現が認められた。Uroplakin Ia (UP Ia)も正常ヒト膀胱粘膜の表面に発現が認められた。(2)GFP発現UPEC(J96株)の作成:UPECであるJ96株に緑色蛍光タンパクEGFPベクターを導入、EGFP発現J96株を作成した。(3)尿路上皮細胞へのUPEC接着に及ぼすサーファクタント蛋白質の影響の解析:EGFP発現J96株を使用し、共焦点顕微鏡を用いてヒト膀胱癌cell lineである5637細胞表面への接着を観察した。この接着に、サーファクタント蛋白質の有無がどのように影響するのかについて解析した。(3)-1 UP Iaへのサーファクタント蛋白質の接着によるUPECの尿路上皮感染阻害作用の解析:サーファクタント蛋白質と5637細胞にてpre-incubationを行い、その後EGFP発現J96株を感染させ、サーファクタント蛋白質によるJ96の接着阻害作用を感染細胞数の測定にて解析すると、SP-A及びSP-DはいずれもJ96株の尿路上皮細胞への接着や細胞障害作用を抑制した。(3)-2 UPECへのサーファクタント蛋白質の作用の解析:J96とサーファクタント蛋白質でco-incubationを行い、その後5637細胞に感染させると、SP-Dは濃度依存性にJ96株へ結合、菌体を凝集し細胞への接着を抑制したが、SP-Aは菌体と結合しなかった。接着阻害作用も同様であった。EGFP発現J96株の作成が予定よりもスムーズに進行したため、ほぼ計画通りに進展している。FimHのクローニングで組換FimH蛋白を作成し、FimHのウロプラキン結合に対するサーファクタント蛋白質の影響を検討する。また尿路感染モデルマウスを作製し、サーファクタント蛋白質による治療効果について検討する。試薬・細胞培養培地や実験用動物などを購入し、これまでの結果の生化学的な検証、またin vivo実験での解析を行う。
学習分類子システムにおけるルールの一般化とその設計

exemplar(手本)を用いた実数値(連続値)環境における政策(policy)獲得に向け,exemplarに基づく学習分類子システム(Exemplar-based learning Classifier System : ECS)を提案し,その有効性についてシミュレーション実験を通した検証に取り組んだ.事前知識として導入された手本データ(exemplar)の集合から有用なexemplarの抽出を可能とするexemplarの一般化について,実世界の問題にも非常に多く存在する問題特性の1つである不均衡データを扱う問題を通して有効性を検証する.さらには,シングルステップ問題からマルチステップ問題へと展開し,従来の学習分類子システムと同様に両問題クラスにおいても十分に有効なシステムの構築とその有効性について検証した.まず,シングルステップ問題の結果からは,ECSは一般化によって見出された少ないexemplar集合でも事前知識と同程度の解性能を示し,さらに従来手法に比べ不均衡なデータ集合に対しても適切な出力を可能とすることを示した.次に,マルチステップ問題の結果からは,事前知識として得られるexemplarのみではカバーが不可能な範囲に対して,直接政策探索法を応用して新たにexemplarを生成することで,より適切にexemplarを一般化(さらに少ないexemplar集合に縮約)し,さらに解性能を向上させることができた.加えて実問題として,時系列データとして得られる人間の心拍と体動データから睡眠段階を推定する問題に適用し,その精度を測定することで有効性を検証したところ,exemplarの活用と進化計算の組み合わせから,より精度の高い推定を導出するルールの抽出に成功した.Exemplarに基づく学習分類子システム(ECS)によるルールの一般化を通して実数値の問題空間から問題に特化した解(個別化された解)と多くのデータからの規則性のある解供通化した解)の両者を扱うことで,より適切なルールを抽出する。本研究では(1)より効率的に一般化されたルールの発見(被覆可能な解空間の領域)を目指し,ECSを実数値の時系列データをもつ問題を通して,有効なルールを抽出する手法を提案し,その有効性を検証するため,時系列で得られる心拍データから睡眠段階を推定するシステムに組み込み,その精度を測定することで検証した。具体的には,時系列で得られるデータから指標を作り,その指標に基づく適切な睡眠段階を決定するルールをExemplarと定義した。それを活用して進化計算と組み合わせることで,精度の高い推定が可能なルールの抽出をすることができた。(2)ルールを集合単位で評価するピッツバーグ型ECSを提案し実問題を通して検証した。具体的には,睡眠と年齢の関係性に基づき各年代の旧の睡眠の深さの割合に従い睡眠段階を推定するシステムが,各年代(ルール集合)を評価し,ユーザの睡眠がどの年齢の睡眠に近いかを検出可能にした。これにより,ユーザは検出された睡眠をもとにして日常の健康管理や介護施設での被介護者のケアプラン作成などの参考に使うことができる。(3)ECSによる個別化のルールの抽出と共通化のルールを組み合わせから多様なルールを確保することで,より適切なルールの獲得を可能とする手法の構築と検証をした。具体的には,ピッツバーグ型ECSで各ルールに個別の評価を与えるのと同時に,ルールの集合単位の評価が与えられる。これにより,個別のルール評価では得られなかったルール集合間での共通の評価に基づいてルールが抽出されることで,実数値を用いる広大な問題空間上で効率的にルールを抽出する。(2)と同様の実験を通して検証した。exemplar(手本)を用いた実数値(連続値)環境における政策(policy)獲得に向け,exemplarに基づく学習分類子システム(Exemplar-based learning Classifier System : ECS)を提案し,その有効性についてシミュレーション実験を通した検証に取り組んだ.事前知識として導入された手本データ(exemplar)の集合から有用なexemplarの抽出を可能とするexemplarの一般化について,実世界の問題にも非常に多く存在する問題特性の1つである不均衡データを扱う問題を通して有効性を検証する.さらには,シングルステップ問題からマルチステップ問題へと展開し,従来の学習分類子システムと同様に両問題クラスにおいても十分に有効なシステムの構築とその有効性について検証した.まず,シングルステップ問題の結果からは,ECSは一般化によって見出された少ないexemplar集合でも事前知識と同程度の解性能を示し,さらに従来手法に比べ不均衡なデータ集合に対しても適切な出力を可能とすることを示した.次に,マルチステップ問題の結果からは,事前知識として得られるexemplarのみではカバーが不可能な範囲に対して,直接政策探索法を応用して新たにexemplarを生成することで,より適切にexemplarを一般化(さらに少ないexemplar集合に縮約)し,さらに解性能を向上させることができた.加えて実問題として,時系列データとして得られる人間の心拍と体動データから睡眠段階を推定する問題に適用し,その精度を測定することで有効性を検証したところ,exemplarの活用と進化計算の組み合わせから,より精度の高い推定を導出するルールの抽出に成功した.手本(Exemplar)に基づく学習分類子システムにおけるルールの一般化に取り組み、その成果牽2つの国際学会(IES 2011,AAAI 2012 Spring Symposia)で口頭発表をするとともに、IES2011で発表した論文は国際英文誌(IJACT)に推薦され、現在投稿中である.これらは、研究課題の中核をなす(1)さらに一般化されたルール抽出、(2)ルール集合単位での評価、(3)個別化と共通化の同時最適化手法のそれぞれの有効性を示しており,研究計画に対し概ね順調に進展している.

提案手法の性能の限界や保証について,実数値の入力をもつテスト問題を用いて検証する。さらに,問題空間のスケールや,部分観測問題(POMDP)などの例題のクラスと提案手法の特性の関係性について解析を試みる。また理論的に提案手法の一般化能力や性能の保証を決定する要素(例.ルールの上限数や,各メカニズムを実行する閾値など)を数式上から導く.