hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
SOD1の細胞内構造変化ダイナミクスとその破綻によるALS発症機構の解明

筋萎縮性側索硬化症(Amyotrophic Lateral Sclerosis ; ALS)は未だ有効な治療法のない重篤な神経変性疾患であり、一刻も早い創薬基盤の開発が望まれている。家族性ALSの原因遺伝子の一つであるSOD1は、遺伝子変異により構造変化を起こして細胞毒性を発揮する。これまでに我々は野生型SOD1も亜鉛欠乏ストレス状況下では変異型様構造をとることを見出していたが、その詳細な分子機構は全く解明されておらず、変異型様SOD1タンパク質の性質自体ほとんど不明であった。本研究では、変異型様SOD1に着目し、細胞内局在・結合因子探索・翻訳後修飾・分解系といった網羅的基礎研究を徹底的に行うことにより、ストレス条件下でSOD1が構造変化する分子機構の詳細を明らかにし、SOD1遺伝子変異によらない家族性ALSおよび孤発性ALSにおける変異型様SOD1の病態生理学的意義を明らかにすることを目的とする。本年度は、変異型様SOD1の細胞内局在解析と分解機構の解析を主に進めた。まず、培養細胞に膜透過性亜鉛キレーターであるN,N,N',N'-Tetrakis(2-pyridylmethyl)ethylenediamine (TPEN)を加えることにより亜鉛欠乏ストレスを与え、我々が独自に開発した抗変異型SOD1抗体による細胞免疫染色を行い、変異型様SOD1の細胞内局在を解析した。その結果、野生型SOD1が細胞全体に局在しているのに対し、変異型様SOD1は特に細胞質領域に局在していることを明らかにした。また、ゲノムワイドsiRNAスクリーニングにより、変異型様SOD1の分解に関わる候補因子を複数同定した。現在、詳細な機能解析と論文化を進めている。今年度は、当初の予定通り、変異型様SOD1の細胞内局在と分解機構の解析を進めた。変異型様SOD1の分解機構については、論文化を進める段階にまで到達し、予定以上に研究の進展が見られた。引き続き、変異型様SOD1の機能解析を進めていく。具体的には、変異型様SOD1の結合因子探索・翻訳後修飾解析を行うことで、亜鉛欠乏ストレス依存的にSOD1が構造変化を起こすのに必要なタンパク質・シグナル伝達経路を同定し、SOD1が構造変化する分子機構の詳細を明らかにする。生化学・分子生物学実験消耗品費として計画していた研究経費のうち、得られたデータに基づく実験系の変更により、未使用額が生じた。この未使用額については、実験計画の変更に伴う新たな生化学・分子生物学実験消耗品費として、次年度に全額を使用予定である。
細胞分化とカップルしない形態形成機構の解明

本研究により、これまで常識とされてきた形態形成と細胞分化のカップリングを否定する現象が見出され、両者を指導する機構を分けて考えることがはじめて可能になった。I.細胞分化-形態形成アンカプリング系の開発a系:ニワトリ胚尿嚢上皮/ニワトリ胚前胃間充識......この系で誘導された前胃腺構造はペプシノゲン抗原を生産しないし、ペプシノゲンmRNAも転写していない。b系:ラット成体膀胱上皮/ラット胎児尿生殖洞間充識......誘導された前立腺構造は成体前立腺に特異的なあるタンパクを発現し得ない。c系:アンドロゲンレセプター欠如マウス胎児尿生殖洞上皮/正常ラット胎児尿生殖洞間充識......この系で誘導された前立腺構造は、アンドロゲンレセプターも、前立腺特異的抗原のいくつかも発現していない。II.細胞分化-形態形成アンカプリング機構の追求(特にa系を用いて)(i)正常前胃腺形成におけるペプシノゲン発現とサイトケラチン......正常前胃腺形成の際、上皮サイトケラチンの消滅とペプシノゲン出現とがカップルしていることを発見した。(ii)a系におけるサイトケラチンの発現......ペプシノゲンに合成をおこなわない尿嚢上皮は、前胃間充識の誘導により、異型的な前胃腺を形成した後もサイトケラチンの低下消滅は全くみられなかった。これらの発見は細胞の最終分化をコントロールする機構の解明に関わるものとして注目に価いする。上皮サイトケラチンは、上皮細胞自身の形態発現に直接かかわっている一方、上皮細胞の分化調節の鍵をにぎっているものと考えられる。ニワトリ胚の小腸や尿嚢内胚葉を前胃間充織と再結合して培養すると,前胃腺構造が誘導されるが,前胃に特徴的な胚期ペプシノゲンが発現しない.すなわち,細胞分化と形態形成がカップルしない系が得られた.そこで,ペプシノゲンの誘導が進行しない理由について研究することにした.まず,ニワトリ胚期ペプシノゲンを精製し,その抗体を得た.一方,前胃より抽出したポリA+RNAを出発材料として, cDNAライブラリーを作製し,抗体で検索することにより, cDNAクローンを単離した.さらに,胚期ペプシノゲンcDNAの全長を含むクローンを得て,その全塩基配列を決定した.このcDNAをプローブとして,正常発生におけるペプシノゲンmRNAの発現をノザンブロット法により解析したところ,ペプシノゲン蛋白の発現と一致する発現の消長を得た.次に,食道や砂嚢内胚葉と前胃間充織との再結合片でしらべたところ,ペプシノゲンmRNAの転写が誘導されていた.しかし,小腸や尿嚢内胚葉と前胃間充織の組合せでは, mRNAは検出できなかった.以上の結果は,前胃間充織は,食道・砂嚢の内胚葉に対してはmRNAの転写を誘導するのに,小腸・尿嚢の内胚葉に対してはmRNAすら転写させ得ないことを示している.ラット成体膀胱上皮を胎児尿生殖洞間充織と再結合して培養すると,前立腺構造が誘導されるが,この腺構造は,成体膀胱上皮に特異的な蛋白質や酵素を失い,前立腺に特異的な蛋白質や酵素を発現する.しかし,成体前立腺に特異的な別の抗原,たとえば,アンドロゲン依存性腹側前立腺上皮特異抗原などは発現しえない.この理由としては,正常成体前立腺上皮に発現するアンドロゲン

レセプターが,実験系である膀胱上皮由来の前立腺様上皮に欠損しているためであると考えられる.細胞分化と形態形成のアンカプリング系として以下の3系が開発された。a系:ニワトリ胚尿嚢上皮/ニワトリ胚前胃間充織b系:ラット成体膀胱上皮/ラット胎兒尿性殖洞間充織c系:アンドロゲンレセプター欠如マウス胎兒尿生殖洞上皮/正常ラット胎兒尿生殖洞間充織昭和63年度は、このa系を用いて、細胞分化と形態形成アンカプリング機構が追求された。すなわちa系においては前胃腺構造が尿嚢上皮より誘導されるが、この腺細胞はペプシノゲン抗原も産生しないし、ペプシノゲンmRNAも転写していない。まず、正常前胃腺形成のさい、ペプシノゲン出現以前は前胃上皮にサイトケラチンが発現されているが、ペプシノゲン合成が前胃腺形成にともなって始まると、そのサイトケラチン発現が急速に減少し、やがて全くみられなくなる。そのような時期でも、ペプシノゲンを合成しない胃内腔に面した胃上皮では、サイトケラチンの低下がみられない。次に、尿嚢上皮/前胃間充織再結合片において上皮サイトケラチンの消長を追求したところ、ペプシノゲン合成をおこなわない尿嚢上皮は、前胃間充織の誘導により典型的な前胃腺を形成した後も、上皮サイトケラチンの低下は全くみられなかった。また、これにより、前胃腺形成に上皮サイトケラチンの消滅が関係ないことも明らかになった。これらの発見は細胞の最終分化をコントロールする機構の解明に関わるものとして注目に価いする。上皮サイトケラチンが細胞自身の形態発現や運動に直接がかわっていることはこれまでも多くの証拠があるが、本研究により上皮細胞分化調節の鍵をにぎっている可能性がはじめて考えられるようになった。
がんモデルを用いたがん性神経障害性疼痛の機序解明

1.BALB/cマウスの坐骨神経近傍にMeth A sarcoma細胞を接種し、腫瘍の発育により生じる神経障害性疼痛の動物モデルを作成した。本モデルでは、初期には疼痛過敏を生じたが、その後、疼痛刺激に対して知覚鈍麻を生じた反面、自発痛の指標である後肢挙上行動は進行性に増加した。2.坐骨神経の肉眼的所見では、後肢挙上のおこったマウスでは、坐骨神経は腫瘍塊の中を通っており、非常に細く、腫瘍に圧迫されていたと考えられた。これに対し、後肢挙上のおこらなかった一部のマウス(8%)では、坐骨神経は腫瘍の表層に存在し、腫瘍により伸展されたと考えられた。以上から、自発痛の発現の有無は腫瘍細胞等より放出されるサイトカイン等によるのではなく腫瘍による機械的障害が関与すると考えられた。3.坐骨神経の病理学的検討では、がん細胞接種後18日目では有髄線維に比べ無髄線維の障害が強く見られたが、25日目には両者とも強度に障害されていた。4.脊髄後角障害側ではsubstance P、CGRP陽性線維は初期に増加したが、その後正常より低下した。これに対し、dynorphin A陽性細胞の増加は持続した。astrocyteのマーカーであるGFAPの陽性細胞は、脊髄灰白質全体で肥大化・増加した状態が持続した。c-fosは脊髄後角障害側で増加し、その数は、後肢挙上持続時間と相関した。このことより、脊髄後角のc-fos陽性細胞数は、自発痛の指標となることが示唆された。5.後肢挙上のおこらなかったマウスの脊髄では、c-fos陽性細胞の増加は見られなかった。また、dynorphin A陽性細胞の増加もみられなかったが、GEAPの陽性細胞の肥大化・増加は後肢挙上の起こったマウスと同様にみられた。以上より、astrocyteの活性化は、自発痛発現の十分条件ではないと考えられた。また、dynorphin Aと自発痛との関連が示唆された。本モデルでは、初期(2週以内)には、機械的刺激・熱刺激に対する疼痛過敏を生じたが、その後、いずれの刺激に対しても感覚鈍麻を生じた反面、自発痛の指標である後肢挙上行動は進行性に増加した。3.細胞活性化のマーカーであるc-fosは脊髄後角障害側で増加し、その数は、後肢挙上持続時間と相関した。4.坐骨神経の肉眼的所見では、後肢挙上のおこったマウスでは、坐骨神経は腫瘍塊の中を通っており、非常に細く、腫瘍に圧迫されていたと考えられた。これに対し、後肢挙上のおこらなかった一部のマウス(約8%)では、坐骨神経は腫瘍の表層に存在し、腫瘍により伸展されたと考えられた。以上から、自発痛の発現の有無は腫瘍による坐骨神経の障害の仕方が関与すると考えられた。

また、dynorphin A陽性細胞の増加もみられなかったが、GFAPの陽性細胞の肥大化・増加は後肢挙上の起こったマウスと同様にみられた。以上より、astrocyteの活性化は、自発痛発現の十分条件ではないと考えられた。また、dynorphin Aと自発痛との関連が示唆された。1.BALB/cマウスの坐骨神経近傍にMeth A sarcoma細胞を接種し、腫瘍の発育により生じる神経障害性疼痛の動物モデルを作成した。本モデルでは、初期には疼痛過敏を生じたが、その後、疼痛刺激に対して知覚鈍麻を生じた反面、自発痛の指標である後肢挙上行動は進行性に増加した。2.坐骨神経の肉眼的所見では、後肢挙上のおこったマウスでは、坐骨神経は腫瘍塊の中を通っており、非常に細く、腫瘍に圧迫されていたと考えられた。これに対し、後肢挙上のおこらなかった一部のマウス(8%)では、坐骨神経は腫瘍の表層に存在し、腫瘍により伸展されたと考えられた。以上から、自発痛の発現の有無は腫瘍細胞等より放出されるサイトカイン等によるのではなく腫瘍による機械的障害が関与すると考えられた。3.坐骨神経の病理学的検討では、がん細胞接種後18日目では有髄線維に比べ無髄線維の障害が強く見られたが、25日目には両者とも強度に障害されていた。4.脊髄後角障害側ではsubstance P、CGRP陽性線維は初期に増加したが、その後正常より低下した。これに対し、dynorphin A陽性細胞の増加は持続した。astrocyteのマーカーであるGFAPの陽性細胞は、脊髄灰白質全体で肥大化・増加した状態が持続した。c-fosは脊髄後角障害側で増加し、その数は、後肢挙上持続時間と相関した。このことより、脊髄後角のc-fos陽性細胞数は、自発痛の指標となることが示唆された。5.後肢挙上のおこらなかったマウスの脊髄では、c-fos陽性細胞の増加は見られなかった。
細胞形態維持におけるカルモデュリンスーパーファミリー蛋白質の機能の研究

テトラヒメナは西洋梨型をした長さ50μmの繊毛虫である。テトラヒメナのカルモデュリンスーパーファミリー蛋白質であるTCBP-25遺伝子のノックダウン株の形態はほぼ球形になり、振とう培養するとほとんどの細胞が壊れてしまうほど弱くなった。また、ノックダウン株では収縮胞が膨潤しているのが観察された。正常細胞ではTCBP-25は繊毛基部を除く膜直下にあるエピプラズミックレイヤーに存在する。エピプラズミックレイヤーは微細な繊維構造からなり細胞の形態を維持している。また、TCBP-25が収縮胞の開口部を取り巻くようにリング状に局在することも分った。TCBP-25が収縮胞の開口部の調節を行っているとすると、TCBP-25ノックダウン株で細胞が丸くなり、壊れやすくなったことは次のように考えることができる。エピプラズミックレイヤーのTCBP-25が減少したため細胞形態維持が困難になり細胞は球状化する。同時に、収縮胞の開口を調節していたTCBP-25が減少したため、収縮胞からの水分の放出が滞り、収縮胞が膨潤して細胞の球形化はますますひどくなり、さらに膨圧が高くなり最終的には細胞は壊れる。この可能性を検証するため、TCBP-25と同じような局在を示す蛋白質を我々がテトラヒメナからクローニングした数十種のタンパク質の中から、蛍光抗体法を用いて検証した。その結果、興味深いことにアクチンの重合を促進するフォルミン・ファミリーに属するBNI2がエピプラズミックレイヤーと収縮胞の開口部に局在することが分かった。BNI2は表層ではスイカの縞のように局在する。したがって、細胞表層を覆うエピプラズミックレイヤーにはBNI2が無くTCBP-25が存在する部分と両者が存在する部分(スイカの縞の部分に相当)があることが分った。また、収縮胞開口部には微小管からなるリング状構造とそれから放射状に延びる微小管が観察された。TCBP-25もBNI2もこのリング状構造に局在するが、放射状に延びる微小管には存在しなかった。BNI2とアクチン繊維との共局在は観察されなかったので、BNI2は微小管やTCBP-25と相互作用して収縮胞開口部の開閉や、TCBP-25とともにエピプラズミックレイヤーに局在して細胞の形態維持にかかわる可能性が示唆された。現在、BNI2の遺伝子KO株の作成を試み、細胞形態や収縮胞の働きに及ぼす影響を調べている。テトラヒメナのカルモデュリンスーパーファミリー蛋白質であるTCBP-25が細胞形態維持においてどのような働きをしているのかを明らかにするため、TCBP-25の遺伝子ノックダウン株を作製した。正常なテトラヒメナは西洋梨型をしているがノックダウン株の形態はほぼ球形になり、振とう培養すると細胞はほとんど壊れてしまうほど弱くなった。正常細胞ではTCBP-25はエピプラズミックレイヤーに存在する。エピプラズミックレイヤーは微細な繊維構造からなり細胞の形態を維持していると考えられている。TCBP-25遺伝子ノックダウン株におけるエピプラズミックレイヤーの構造を抗TCBP-25抗体を用いた蛍光抗体法と、電子顕微鏡で観察した。蛍光抗体法では正常細胞と比べて、ノックダウン株のエピプラズミックレイヤーに局在するTCBP-25が激減していることが分った。一方、電子顕微鏡観察のためTCBP-25ノックダウン株を固定したが、細胞が弱すぎて固定処理中にほとんどの細胞が壊れてしまい、電子顕微鏡観察は困難であった。正常細胞の蛍光抗体法による観察で、TCBP-25がエピプラズミックレイヤーとともに収縮胞の開口部を取り巻くようにリング状に局在することが分った。この可能性を検証するため現在、ノックダウン細胞を異なる浸透圧の溶液中に入れて細胞の破壊がどうなるかを検討中である。

同時に、収縮胞の開口を調節していたTCBP-25が減少したため、収縮胞からの水分の放出が滞り、収縮胞が膨潤して細胞の球形化はますますひどくなり、さらに膨圧が高くなり最終的には細胞は壊れる。この可能性を検証するため、TCBP-25と同じような局在を示す蛋白質を我々がテトラヒメナからクローニングした数十種のタンパク質の中から、蛍光抗体法を用いて検証した。その結果、興味深いことにアクチンの重合を促進するフォルミン・ファミリーに属するBNI2がエピプラズミックレイヤーと収縮胞の開口部に局在することが分かった。BNI2は表層ではスイカの縞のように局在する。したがって、細胞表層を覆うエピプラズミックレイヤーにはBNI2が無くTCBP-25が存在する部分と両者が存在する部分(スイカの縞の部分に相当)があることが分った。また、収縮胞開口部には微小管からなるリング状構造とそれから放射状に延びる微小管が観察された。TCBP-25もBNI2もこのリング状構造に局在するが、放射状に延びる微小管には存在しなかった。BNI2とアクチン繊維との共局在は観察されなかったので、BNI2は微小管やTCBP-25と相互作用して収縮胞開口部の開閉や、TCBP-25とともにエピプラズミックレイヤーに局在して細胞の形態維持にかかわる可能性が示唆された。現在、BNI2の遺伝子KO株の作成を試み、細胞形態や収縮胞の働きに及ぼす影響を調べている。
ドイツにおける多文化社会と異文化干渉

本研究のテーマ「ドイツにおける多文化社会と異文化干渉」は本研究チームの前回のテーマ「ドイツにおけるナショナリズムの歴史的展開と現代的展望」の考察の延長上にあるものだが、今年は研究の3年目に当たり、前回のテーマおよび過去2年間の研究成果を基にして、多文化社会の具体的な問題すなわち外国人問題、ユダヤ人問題、ジェンダー問題を扱い、現在ドイツで進んでいる多文化社会と文化意識がどのように関係しあうかを解明し、どのような条件の下でナショナリズムが発生するかを整備した。今年度の研究実績概要を次の5点にまとめることができる。1ドイツに在住する外国人をめぐる問題、戦後のユダヤ人問題が現在の統一ドイツでどのように扱われているかを究明した。2この外国人問題とナショナリズムの関係を考察した。3さらに、差別、被差別問題を「ジェンダーと文化」という観点から考察した。4ナショナリズムの発生条件を歴史的に整理し、過去のナショナリズムと統一後のナショナリズムの共通性、相違点を究明した。5現在ドイツで進んでいる多文化社会と文化意識がどのように関係しているか、多文化社会への発展は可能か、異文化干渉は具体的にどのように起こっているかを総括的に考察した。本研究は本研究チームが平成1年以来(科研の枠で)手がけてきた考察の延長上にあるもので,前回の通時的観点からの確認作業を踏まえ,統一後4年を経て旧東,旧西ドイツ各地で頻発している切実な問題を,「多文化社会と異文化干渉」という観点から捉え,これを思想的,言語的,社会的,文化的面から多角的に考察しようとするものであった。本年度は本研究計画の一年目であり,基礎的な研究作業を次のように行った。1.ドイツのナショナリズムが高揚する文化・社会的条件を通時的に確認しておいた。(1)統一ドイツ語の成立の背景にある言語社会学的影響,統一の意識について考究した。(2)統一ドイツ語の基盤となった「文学語」成立と文法学者の文化意識を検討した。(3)統一ドイツ語へ向けての19世紀末から20世紀初頭の正書法,発音統一事業と国家との関わりについて検証した。(4)ナチス時代のドイツ語言語政策や言語現象の検証した。(5)ドイツ・ナショナリズムに対する言語表現としての思想,文学について考察。2.現在,旧東西ドイツで起きている問題を「多文化社会」と「異文化干渉」の観点から具体的に考察した。(1)本年度はドイツ統一後に旧東西ドイツで起きている言語上の問題点をマンハイム言語研究所の資料を利用して明らかにした。本研究は本研究チームが平成1年以来(科研の枠で)手がけてきた考察の延長上にあるもので、前回の通時的観点からの確認作業を踏まえ、統一後5年を経て、旧東、旧西ドイツ各地で頻発している、あるいは現ドイツが抱えている切実な問題を、「多文化社会と異文化干渉」という観点から捉え、これを思想的、文学的、言語的、社会的、文化的側面から多角的に考察しようと言うものであった。本年度は本研究計画の2年目に当たり、つぎのような研究活動を行った。1前年度の研究成果を踏まえた上で、多文化社会の具体的問題を次のように考察した。(1)ドイツ在住の外国人の問題、戦後のユダヤ人問題が現代ドイツでどのように扱われているか究明した。(2)現在、旧東ドイツのみならずベルリンでも外国人排斥運動が激化しているが、ナショナリズムに関する本研究のこれまでの成果を踏まえ、外国人問題とナショナリズムの関係について考察した。(3)さらにドイツにおける文化理念とナショナリズムを考究した。(4)差別、非差別の問題を扱い、ジェンダーと文化について考察した。2ナショナリズムの発生の条件を通時的に整理し、統一後のナショナリズムがどのような性質を持つか、次のように考察した。(1)旧東ドイツと旧西ドイツのそれぞれにおける言語表現とドイツ文化意識の関係を文学的側面、言語的側面から考察した。(2)統一後のナショナリズムとかつてドイツ史上に表れたナショナリズムとの共通点と相違点を文化意識という観点から具体的に考究した。*尚、多文化社会と文化意識との関係については次年度扱うことにした。
テキストの安全な匿名化に関する研究

電子カルテの普及とともに,大量に臨床データが蓄積されつつあるが,未だそのデータの持つ情報を余すところなく利用した有望な研究や医療サービスは登場していない.その理由の1つに,研究対象のデータであるカルテが機微性の高い個人情報を含むものであり,流通や共有が困難なことが挙げられる.本研究では,自然言語処理技術を用いた新しい匿名化手法を活用し,カルテのテキスト情報を完全に匿名化することを狙いとしている.近年,電子カルテやインターネットに接続可能な健康器具により大量の医療データが利用可能になりつつあり,これらを活用することで,過去例を見ない大規模な統計的研究や,大規模データに基づいた医療支援システムを実現可能であるとして大きな期待がよせられている.しかし,医療文章は個人情報を含むため,この利活用が制限される場合が多い.本研究では,電子カルテを想定し,記述された文章を匿名化する手法を研究する.本年度は,匿名化技術の高速化を試みた.また,これを実装したデモ・システム「匿名コピー」を開発した.成果を広くアピールするため,学会発表を行なった.学会発表は,技術的な内容についてはインタラクション,成果公表の観点から医療情報学連合大会という2つの場所で行なった.後者については,優秀論文賞を受賞し,参加者にインパクトを与えることができたと考えている.今後は,実利用に向けて,さらなる高速化を進める予定である.また,実際の運用においては,手書き文字が用いられる場合がある.これに対応するため,手書き文字OCRとの連携を行う予定である.本研究では特定の文章のみに出現する文字列を削除することによって,個々のテキストを特定できなくする技術(テキストのk匿名化)を開発している.従来の匿名化は個人名,施設名などの固有表現を削除するものであった.本研究が提案する匿名化は,新しい概念の匿名化であり,テキストをどのような文字列で文章を検索しても,ヒットする件数はk件以上となるかもしくはヒットしない状態を作る技術である.この匿名化はこれまでの匿名化の欠点であった,「固有名以外の部分から」個人を特定できてしまうという従来の問題をクリアできる斬新な手法である.また,匿名化の定義は明確であり,匿名化に失敗するという可能性はない.ただし,匿名化にあたって多くの文が削除されてしまうと用途に適さない可能性があった.昨年度からの取り組みにより,削除する文字列を最小にする効率のよい計算方法(工学的問題),どの程度の文字列が削除されるかの推定(数理的問題)という問題に一定の解決をみて,本年度は,実際の運用例に作る点を重視し,研究を行った.現在,医療のIT化が進み,その結果,かつてない大量の臨床データが電子化された状態でストックされつつある.このデータを有効に利用することができれば患者の生活習慣と疾患の相関(例えば,喫煙と癌)や,薬品とその副作用の相関(タミフルと精神障害)について過去類を見ない大規模な調査が可能となり,臨床研究が加速的に進展するとして高い期待が寄せられている.しかし,単にデータを電子化しただけで,大規模な調査が可能となるわけではない.実際に大規模にカルテを共有し解析するためにはこれらを匿名化する必要がある.さらに,電子カルテには自然言語で入力される箇所が相当な割合で存在するため,データをフル活用するためには,まず,文章を匿名化する必要がある.我々も2006年から匿名化の研究を開始し,2007年ではF値0.98という高い精度で,個人情報を除去に成功している.しかし,このような高精度であってもカルテの提供にあたっては問題が生じる.例えば,「2012年の小児の移植ドナー」など年間に数例しか行われない治療であった場合,個人情報の範囲外である単なる年代と術名の組み合わせから個人を特定可能な場合がある.また,筆記上の特徴から医師が判明可能である可能性もある.このような個人情報の削除だけでは十分な匿名化と言えない場合に対応するため,本研究では,文章固有の表現を削除することで,文章を特定不可能とする新しいタイプの匿名化を提案した.これは,任意の文字列が最低k回以上出現するようにテキストの一部を削除するものであり,筆者らはこれを<テキストのk匿名化>とよび,そのアルゴリズムについて発表を行った.さらに,<テキストのk匿名化>を実用化するために必須となる高速化について研究を行った.これらはする論文発表(国内2本)され,さらに,提案する匿名化手法を実装したデバイス(匿名コピー)を開発した.電子カルテの普及とともに,大量に臨床データが蓄積されつつあるが,未だそのデータの持つ情報を余すところなく利用した有望な研究や医療サービスは登場していない.その理由の1つに,研究対象のデータであるカルテが機微性の高い個人情報を含むものであり,流通や共有が困難なことが挙げられる.本研究では,自然言語処理技術を用いた新しい匿名化手法を活用し,カルテのテキスト情報を完全に匿名化することを狙いとしている.申請時に,素案があったアイデアを昨年度までに高速化,緻密化できた.さらに,以下の仮想シナリオ応用を試みた.・著作権無効化シナリオ:収集したtweetデータを配布したい.ただし,発言は各個人の著作物であるので,公開できない.そこで,著作権を所有できない一般的表現のみを抽出し公開する.・文章校正シナリオ:英語論文を執筆している.

英語が不慣れなため,世の中の論文で一般的な表現と,自分しか使っていない表現を可視化したい.・剽窃表現の特定:学生レポートを集めた.ウィペディアからのコピー,友人間のコピーなどの剽窃を判定したい.いずれにおいて,提案手法が適応可能であり,研究は当初の計画どおり進展している.自然言語処理本年度は,本研究の匿名化技術を用いて,医学的な臨床応用例の確立を目指す.これは,本年度,京都大学医学部附属病院神経内科にて収集している認知症患者の語りのデータ(30名)を用いて行う予定である.さらに,他予算で収集しているテキストデータにおいても,逐次,適応予定である.実際に,医療での応用例を重ねることによって,本研究成果の普及,しいては,社会還元を目指したい.技術的にはすでに完成しており,デモ・システムなどを通じて,成果発表を行える段階である.また,企業からの問い合わせも2件あり,実用化まぎわの技術である.よって,おおむね順調に進呈している,と評価した.潜在的なユーザである病院においては,手書き文書が未だに使われている場合がある.これに対応するため,手書き文字認識技術(OCR)を導入する予定である.この導入ののち,東海大学附属病院の救命救急部への試験導入を検討している.この試験導入にて,実際の医療現場での使用に耐えうる十分な精度,速度を達成しているか検討が可能となる.医療文章での実験に関する経費を分担者に計上していたが,本年度はみおくり,2014年以降実験を行うものとした.よって,余剰が生じた.2014年から,医療文章を収集し,実験を行う.このためには,データ整形が必要となり,その費用として利用する予定である.これは,2013年度から着手するはずであったが,調整がうまくいかず,1年遅れて開始するものである.
間質由来エクソソームの加齢性変化が関与するがん間質の新規発生機序の解明

本研究では、正常な間質細胞とがん間質が産生するエクソソームを比較し、腫瘍発生を抑制する正常間質由来エクソソーム含有miRNAを同定し、新規のエクソソーム治療法への応用を目指した。その結果、加齢に伴ってエクソソームに内包されるmiRNAのプロファイリングが異なることを見出した。また、若年者骨髄間質細胞が放出するエクソソームに腫瘍血管新生を抑制する効果があること、さらに、この若年者骨髄間質細胞由来エクソソームに特異的に内包されているmiR-340を高齢者骨髄間質細胞由来エクソソームに直接導入して作成した「改変エクソソーム」でも同様の抗腫瘍血管新生能を示すことも明らかにした。本研究の目的は、「正常な間質細胞」と「がん間質」が産生するエクソソームとを比較し、「腫瘍発生を抑制する正常間質由来エクソソーム」および「腫瘍進展を促進するがん間質由来エクソソーム」を同定することとし、これらの間質由来エクソソームを用いた新規のエクソソーム治療開発を目指す。初年度であるH27年度においては、これまで蓄積したエクソソーム解析技術(エクソソーム抽出、エクソソーム量の測定、エクソソーム内因子(miRNA)の解析)を生かし、研究計画に沿いながら健常人由来骨髄間質細胞と多発性骨髄腫(Multiple Myeloma: MM)患者由来骨髄間質細胞を培養し、それらの細胞が放出するエクソソームを回収するとともに、エクソソーム分画からRNAを抽出、TaqMan PCRアレイを用いてexosomal miRNAの半網羅的解析を行った。特に、健常人由来骨髄間質細胞は、ドナー年齢の異なる(若年者:19才、21才)および高齢者(68才、72才)由来の細胞をLONZA社から購入して比較を行った。その結果、健常人骨髄間質細胞においてドナー年齢の違いによって骨髄間質細胞が放出するエクソソーム内のmiRNAのプロファイリングが異なることを明らかにした。また、これら健常人由来骨髄間質細胞と患者由来骨髄間質細胞が放出するエクソソームを、多発性骨髄腫細胞株(RPMI8226, KMS-11)の培養系に添加すると、腫瘍細胞の増殖への影響が異なることも明らかとなり、エクソソーム内因子がこの腫瘍細胞の増殖制御に関与していることが示唆された。初年度において、健常人由来骨髄間質細胞と骨髄腫患者由来間質細胞の細胞生物学的な比較、それぞれの骨髄間質細胞が放出するエクソソームの量および質的比較、さらにそれらのエクソソームのin vivo(マウスモデル)での機能解析を計画していたが、間質細胞の培養系、解析系、およびエクソソームの質的、量的解析はすでに当研究室で確立されていたため、計画通りに進行することが可能であった。ヌードマウスを用いたin vivo機能解析系の確立はスムーズに行えたが、研究計画時の予想では健常人由来骨髄間質細胞が放出するエクソソームは腫瘍細胞の増殖を抑制するような防御力の高い効果を示すと考えていたが、現在行っているin vivo解析からの結果では、腫瘍血管新生の抑制を引き金とした腫瘍細胞の増殖制御が引き起こされていることが示唆されるようなデータが得られており、次年度に向けてさらなる解析を進めている。本研究では、「正常な間質細胞」と「がん間質細胞」が産生するエクソソームとを比較し、「腫瘍発生を抑制(予防)する正常間質由来エクソソーム」および「腫瘍進展を促進するがん間質由来エクソソーム」を同定することを目的としている。初年度(H27年度)および次年度(H28年度)は、「正常な間質」の機能に焦点をあて、若年者(19歳、20歳)および高齢者(68歳、72歳)とドナー年齢の異なる健常者由来骨髄間質細胞を用いて解析を行った。初年度には健常者由来骨髄間質細胞が放出するエクソソームからRNAを回収し、TaqMan miRNA arrayを用いてexosomal miRNAの半網羅的解析を行い、ドナー年齢の違いによって(加齢に伴って)骨髄間質細胞が放出するエクソソーム内miRNAのプロファイリングが異なることを明らかにした。次年度であるH28年度では、この加齢に伴って変化する骨髄間質細胞由来exosomal miRNAのうち、若年者骨髄間質細胞が放出するエクソソームおよびそのexosomal miRNAに注目して解析を進めた。若年者骨髄間質細胞が放出するエクソソームと多発性骨髄腫由来細胞株を混合したマトリゲルをヌードマウス皮下に移植すると、コントロールと比較して顕著に腫瘍血管新生が抑制されていた。さらに、この若年者骨髄間質細胞由来エクソソームに特異的に内包されているmiRNA(miR-340)を、高齢者骨髄間質細胞由来エクソソームに強制的に導入して作成した「改変エクソソーム」を、上記と同様に骨髄腫由来細胞株と混合してマトリゲルに封入し、ヌードマウス皮下に移植すると血管新生が抑制された。このことから若年者骨髄間質細胞が放出するエクソソームおよび内包されるmiRNAには腫瘍進展に関わる血管新生を抑制する効果を有することが示唆された。間質細胞の培養系、エクソソームおよび内包miRNAの定量系、解析系などの基本技術が確立していたこと、およびヌードマウスを用いたin vivoモデル系の確立がスムーズに行えたことが実験計画通りに進行している理由と考えられる。

研究計画時には、正常間質が放出するエクソソームには腫瘍細胞の増殖を抑制するような予防的効果があると予測していたが、H28年度における若年者骨髄間質細胞由来エクソソームおよびexosomal miRNAの分子生物学的な解析結果から、腫瘍血管新生の抑制を引き金とした腫瘍細胞の増殖制御が引き起こされていることを示唆するデータが得られ、「抗腫瘍血管新生」という当初の予測とは異なる方向性の研究展開が可能となった。初年度には加齢に伴って骨髄間質細胞由来エクソソームに内包されるmiRNAのプロファイリングが異なることを明らかにした。次年度では、若年者骨髄間質細胞が放出するエクソソームに、多発性骨髄腫細胞が誘導する抗瘍血管新生を抑制する効果があること、さらに、この若年者骨髄間質細胞由来エクソソームに特異的に内包されているmiRNA(miR-340)を高齢者骨髄間質細胞由来エクソソームに直接的に導入して作成した「改変エクソソーム」でも同様の抗腫瘍血管新生能を示すことも明らかにした。最終年度では、若年者骨髄間質細胞由来エクソソームの抗腫瘍血管新生メカニズムを明らかにするため、miR-340の標的因子の探索を行った。miRTarBaseを用いたターゲット検索から数種類の血管新生に関与する因子群に候補を絞り解析を進めた。HUVECsを用いたin vitro系によって構築したlucuferaseレポーターアッセイの結果からmiR-340が直接的にcMETの発現を阻害することを見出した。一方で、若年者骨髄間質細胞由来エクソソームは腫瘍細胞の細胞増殖には影響を与えないことを示すデータも得られている。さらに、若年者由来骨髄間質細胞の培養上清が腫瘍細胞(多発性骨髄腫細胞株RPMI8226)の増殖抑制に関与する知見も得られており、現在培養上清中の抗腫瘍効果に関与する因子についてさらなる解析を進めている。また、健常者由来骨髄間質細胞との比較対象として用いた多発性骨髄腫患者由来骨髄間質細胞についても解析を進めている。そして、患者由来骨髄間質細胞が放出するエクソソームに特異的に内包されているmiR-10aが多発性骨髄腫細胞へとエクソソームを介して受け渡され、腫瘍細胞の増殖を促進することも見出している。「腫瘍発生抑制型エクソソーム」と「腫瘍進展促進型エクソソーム」の両面から解析を進め、exosome-based therapyの開発へと結びつける。本研究では、正常な間質細胞とがん間質が産生するエクソソームを比較し、腫瘍発生を抑制する正常間質由来エクソソーム含有miRNAを同定し、新規のエクソソーム治療法への応用を目指した。その結果、加齢に伴ってエクソソームに内包されるmiRNAのプロファイリングが異なることを見出した。また、若年者骨髄間質細胞が放出するエクソソームに腫瘍血管新生を抑制する効果があること、さらに、この若年者骨髄間質細胞由来エクソソームに特異的に内包されているmiR-340を高齢者骨髄間質細胞由来エクソソームに直接導入して作成した「改変エクソソーム」でも同様の抗腫瘍血管新生能を示すことも明らかにした。次年度以降は、初年度に検討する「がん間質の発生機序と加齢の関係性」および「若年者間質由来エクソソームの腫瘍細胞抑制効果」の解析から得られた情報を基盤に、エクソソーム内マイクロRNAをターゲットとしてin vivoモデルを用いた解析を進め、新規のエクソソーム治療への可能性を見出す。
クロマチン制御による始原生殖細胞の転写抑制メカニズムとその生物学的意義の解明

始原生殖細胞は生殖細胞(精子や卵など)の元となる細胞であり、その形成・維持は生物が子孫を維持する上で不可欠である。本研究では、線虫始原生殖細胞の維持過程における大規模な転写抑制制御に必須のクロモドメイン蛋白質MRG-1の機能解析を進めることで、転写抑制制御に関わるクロマチン制御の分子メカニズム、及びその生物学的意義の解明を目指した。これまでの研究により、mrg-1変異体の始原生殖細胞では生殖細胞遺伝子の早期発現、及び異常な染色体構造が生じることを明らかとしている。そこで、平成30年度の解析ではこれらの制御機構についてさらなる検証を行った。まず、始原生殖細胞におけるヒストン修飾状態の比較解析により、MRG-1非存在下では転写促進に働くH3K4me2、H4K16ac修飾のシグナルが亢進することを発見した。よって、前年度の結果を踏まえ、MRG-1はH3K36メチル化酵素MES-4によるヒストン修飾を認識・結合した後、H4K16脱アセチル化酵素などのヒストン修飾因子の機能を介して転写抑制制御に機能するとのモデルを立てている。次に、mrg-1変異体の始原生殖細胞における異常な染色体構造がゲノムDNAの修復異常によって生じるとの予測の下、DNA修復のマーカーを用いた検証を行った。結果、組み換え酵素RAD-51のfociの減少、並びに細胞周期チェックポイントキナーゼCHK-1のリン酸化シグナルの亢進が観察された。また、mes-4変異体ではこれらの異常が観察されず、野生型に近い様子が観察された。以上の結果より、MRG-1はMES-4を介したクロマチン制御によって転写抑制状態を保つと同時に、RAD-51などのDNA修復因子を介したゲノムDNAの安定化にも機能することで、線虫始原生殖細胞の維持過程において、生殖細胞遺伝子発現の時間的制御、及び遺伝情報の保持の両方を担うと考えられる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。始原生殖細胞は大規模な転写抑制制御を行うことで未分化状態を維持する。本研究では、線虫始原生殖細胞における転写抑制制御に必須のクロモドメイン蛋白質MRG-1に着目し解析を進めることで、始原生殖細胞での転写抑制制御に関わるクロマチン制御の分子メカニズム及び、その生物学的意義の解明を目指す。私たちは過去に、mrg-1変異体の始原生殖細胞において、いくつかの生殖細胞遺伝子が早期発現することを明らかとした。同様の表現型が他の遺伝子の変異体においても生じるのかを検証するため、組織特異的プロモーターを利用したレポーター解析を行った。結果、ヒストンH3K36メチル化酵素MES-4の欠失変異体においても、生殖細胞遺伝子の早期発現が観察された。MRG-1はその構造からH3K36メチル化修飾の認識に機能すると推測される。よって、MRG-1による転写抑制制御がMES-4によるヒストン修飾を介して行われていると考えられる。次に、始原生殖細胞におけるMRG-1、MES-4による転写抑制制御とゲノムDNAの安定化との関係について検証した。線虫の始原生殖細胞では胚発生が完了し摂食行動を開始するまでの期間、凝集した6つの染色体構造及び、組換え酵素RAD-51のfociが核一つあたり13個観察される。しかしながら、mrg-1変異体では染色体構造が核内に一様に分散し、RAD-51のfociはほとんど観察されない。また、興味深いことにmes-4変異体では、野生型様の表現型が観察された。これらの結果は、MRG-1が転写抑制制御とは異なる機構で、染色体構造の維持にも関与することを示している。以上より、平成29年度の解析では、線虫始原生殖細胞においてMES-4、MRG-1によるクロマチン制御を介した転写抑制制御が行われること、MRG-1が転写抑制制御とは別に、ゲノムDNAの安定化にも寄与することを明らかとした。研究は予定通り順調に進んでおり、現在、得られた知見について論文の投稿準備を進めている。結果、組み換え酵素RAD-51のfociの減少、並びに細胞周期チェックポイントキナーゼCHK-

1のリン酸化シグナルの亢進が観察された。また、mes-4変異体ではこれらの異常が観察されず、野生型に近い様子が観察された。以上の結果より、MRG-1はMES-4を介したクロマチン制御によって転写抑制状態を保つと同時に、RAD-51などのDNA修復因子を介したゲノムDNAの安定化にも機能することで、線虫始原生殖細胞の維持過程において、生殖細胞遺伝子発現の時間的制御、及び遺伝情報の保持の両方を担うと考えられる。平成30年度はMRG-1との相互作用を介して転写抑制制御に直接的に機能する因子の探索を行う。平成29年度に作製した、タグ付きMRG-1を始原生殖細胞特異的に発現するトランスジェニック線虫を利用した免疫沈降実験を進めることで、始原生殖細胞内でMRG-1と相互作用する因子を同定する。さらに、始原生殖細胞内における転写抑制制御とDNA修復機構との相関関係を検証するためにDNA修復関連因子の阻害、もしくは変異体を用いた解析を行う。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
個体応用を指向した新規レポータータンパク質システムの創製

本研究の目的である生物個体におけるタンパク質解析に向けて、前年度に引き続き、レポータータンパク質システムの構築に取り組んだ。具体的には、生体透過性にすぐれ生物個体応用が期待される核磁気共鳴技術(NMR)を用いたレポータータンパク質システムの構築を目指した。実際に、マウス由来の乳酸脱水素酵素、及び同位体標識したピルビン酸誘導体を用いることにより、大腸菌や真核細胞におけるタンパク質発現を検出可能であることを実証した(Chem. Lett. 2014, 43, 1873)。レポーターであるマウス由来の乳酸脱水素酵素は同位体標識したピルビン酸誘導体と選択的に反応し、2位の炭素に対して新たに1Hを付加し1H-13C2-13C1配列を形成する。そのため、レポータータンパク質に由来する本配列上の1Hを多重共鳴NMRにより選択的に検出することでタンパク質の発現を解析した。また、本年度は、タンパク質解析方法の拡充に向け内因性酵素の活性を検出するNMR分子プローブ設計を行った。具体的には、分子プローブのNMRシグナルを劇的に増強可能な動的核偏極技術を用いた酵素活性評価法の確立を目指した。設計したNMR分子プローブは、標的酵素との反応に伴い同位体標識部位のケミカルシフトが変化する。そのため、それぞれのケミカルシフトにおけるNMRシグナルを計測することで酵素活性評価が可能となる。実際に、動的核偏極技術を用いることにより、組織破砕液中に含まれる標的酵素の活性を高感度に検出可能であることを明らかにした。26年度が最終年度であるため、記入しない。近年、緑色蛍光タンパク質に代表されるレポータータンパク質が開発され、培養細胞レベルにおけるタンパク質解析は飛躍的に進展した。一方、複雑系(個体)での機能は、ほとんど明らかにされていないのが現状である。これは個体レベルでのタンパク質機能を解析する技術の欠如が原因である。そこで、本研究では、個体内におけるタンパク質解析を可能にする技術開発を目標に設定した。本年度は、申請内容のMouse lactate dehydrogenase-X(mLDH-X)の改良を行った。既に、個体応用に向け、mLDH-Xが動的核偏極法を用いたレポータータンパク質として機能する可能性を見いだしている(T.Nishihara et al.Chem.Sci.,3, 800-806)。本年度は、新たに、多重共鳴NMR法をmLDH-Xのセンシングに応用することにより、mLDH-Xがレポータータンパク質として機能するかどうか検討した。その結果、動的核偏極法を用いた以前の報告では、至らなかった生細胞におけるタンパク質発現解析に成功し、非常に有意義な結果が得られた。なお、本結果に関しては、今後、国際誌に投稿予定である。また、動的核偏極法を用いた新規レポータータンパク質として、β-galactosidaseが有力な候補となることも見いだした。本酵素は、細胞解析において汎用的に使われているレポータータンパク質である。さらに、超偏極寿命の長い^<15>N-ニトロフェノール部位を含むONPGも基質として認識し、酵素反応も非常に速やかに進行する。そのため、基質分子の超偏極寿命が短く、酵素反応速度が遅いといったmLDH-Xの問題点を克服しており、動的核偏極法を用いたレポータータンパク質しては、非常に優れていると考えられる。実際に、基質合成を行い、予備検討を行ったところ、レポータータンパク質を発現した細胞の破砕液中で、レポータータンパク質の検出に成功し、非常に良好な結果が得られた。そのため、次年度も引き続き、本酵素のレポーターとしての機能を実証していく予定である。本年度は、前年度に引き続き、個体内におけるタンパク質の機能を解析する技術の拡充に向けて、レポータータンパク質解析と並行し、活性評価により、体内に発現している内因性酵素を直接解析する手法の開発に取り組んだ。具体的には、前年度までに設計した分子プローブの基礎評価を行った。また、本年度より、新たにスイス連邦工科大学ローザンヌ校のArnaud comment研究室との共同研究を開始した。次年度も引き続き内因性酵素活性評価に取り組む予定である。個体における内因性のGGT活性評価が可能になれば、がん、糖尿病、パーキンソン病などの様々な疾病メカニズムに迫れる可能性があり、非常に有用な結果がもたらされると期待される。さらに、今回設計した分子プローブから、着想を得て、生体内のpH環境を解析する分子プローブの設計、及び、その評価にも成功している。そのため、今年度設計したpH分子センサーによる個体内pHセンシングにより、タンパク質の活性とpHの関連性を解析することも可能になる。さらに、タンパク質の活性と共に、pHは数多くの生命現象との関連があるとされるため、pHセンサーの応用範囲は非常に広いと言える。

実際に、マウス由来の乳酸脱水素酵素、及び同位体標識したピルビン酸誘導体を用いることにより、大腸菌や真核細胞におけるタンパク質発現を検出可能であることを実証した(Chem. Lett. 2014, 43, 1873)。レポーターであるマウス由来の乳酸脱水素酵素は同位体標識したピルビン酸誘導体と選択的に反応し、2位の炭素に対して新たに1Hを付加し1H-13C2-13C1配列を形成する。そのため、レポータータンパク質に由来する本配列上の1Hを多重共鳴NMRにより選択的に検出することでタンパク質の発現を解析した。また、本年度は、タンパク質解析方法の拡充に向け内因性酵素の活性を検出するNMR分子プローブ設計を行った。具体的には、分子プローブのNMRシグナルを劇的に増強可能な動的核偏極技術を用いた酵素活性評価法の確立を目指した。設計したNMR分子プローブは、標的酵素との反応に伴い同位体標識部位のケミカルシフトが変化する。そのため、それぞれのケミカルシフトにおけるNMRシグナルを計測することで酵素活性評価が可能となる。実際に、動的核偏極技術を用いることにより、組織破砕液中に含まれる標的酵素の活性を高感度に検出可能であることを明らかにした。26年度が最終年度であるため、記入しない。申請書に記載した通り、細胞におけるレポータータンパク質の解析及び、マウスを用いた予備検討等を進められている。また、申請内容のレポータータンパク質に加え、新規レポータータンパク質の探索も進めている。さらに、個体におけるタンパク質解析技術の拡充に向けて、体内に発現している内因性酵素を直接解析する手法の開発にも取り組み、良好な結果が得られているため、当初の計画以上に進展していると判断した。レポータータンパク質解析に並行して、活性評価により、体内に発現している内因性酵素を直接解析する手法の開発に取り組んだ。また、本年度より、スイス連邦工科大学ローザンヌ校Arnaud Comment研究室の共同研究を開始した。さらに、今回設計した分子プローブから着想を得て、生体内のpH環境を解析する分子プローブの設計、及び、その評価にも成功している。以上より、当初の計画以上に進展していると判断した。今後、個体応用をするにあたり、レポータータンパク質の基質分子の超偏極寿命と、レポータータンパク質の酵素反応速度との兼ね合いが重要となる。そのため、レポータータンパク質の発現量や、基質の動態に応じて、基質分子、及びレポータータンパク質双方の改良を行っていく必要がある。基質分子の改良としては、超偏極寿命の向上等の改善を行う必要がある。すでに、四級窒素の超偏極寿命は、非常に長いことが知られているため、そうした分子構造を基質分子に導入することで、超偏極寿命の向上が可能になると期待される。また、酵素に関しても、酵素改変による触媒能の向上や、その他のレポーター酵素を探索するなどの対応策を取れると考えられる。今後、GGTに対する分子プローブの個体応用可能性を検討する際、分子プローブの超偏極寿命の短さが問題となる可能性がある。
学習制御に基づく歩行ロボットの最適歩行軌道の生成に関する研究

本研究の目的は,確定システム制御理論に基づく力学系の性質を用いた学習最適制御と,確率システム制御理論に基づく外乱抑制手法とを融合した,新しい最適歩容生成手法の構築である.申請者はこれまでに,ハミルトン力学系の性質を利用した学習最適制御手法に基づく最適歩容生成手法を提案しており,シミュレーションにより有効性を確認している.この方法は,試行実験を繰り返すことで,駆動人力を最小とする周期歩行軌道を学習的に獲得でき,さらに力学的対称性を利用することで,制御対象の詳細な情報を必要としない利点をもつ.申請者がこれまでに提案した手法をはじめ,従来の多くの学習制御手法は,確定システムを対象とし,各試行実験の初期状態の変動,センサノイズ,環境外乱などは考慮していなかった.そこで今年度は,確率システム制御理論に基づく歩行中の外乱抑制手法の考案を行った.本研究ではまず,従来の確定ハミルトン系を,確率システムへと拡張し,一般にハミルトン系にフィードバック補償器を加えた閉ループ系はハミルトン系とはならない問題を考慮し,閉ループ系が確率ハミルトン系の構造を保存するフィードバック変換である確率一般化正準変換を提案した.さらに,この変換と受動性に基づく確率安定化手法を提案した.非線形確率システムの安定化は一般に困難であるが,提案手法は安定化を達成する補償器の系統的な設計法を与える.本研究は外乱を含む実システムを確率システムと捉えることで,確率システム制御理論の視点からの外乱抑制手法と,学習最適制御とを融合した,新しい最適歩容生成手法の構築が期待できる.本研究の目的は,確定システム制御理論に基づく力学系の性質を用いた学習最適制御と,確率システム制御理論に基づく外乱抑制手法とを融合した,新しい最適歩容生成手法の構築である.申請者はこれまでに,ハミルトン力学系の性質を利用した学習最適制御手法に基づく最適歩容生成手法を提案しており,シミュレーションにより有効性を確認している.この方法は,試行実験を繰り返すことで,駆動人力を最小とする周期歩行軌道を学習的に獲得でき,さらに力学的対称性を利用することで,制御対象の詳細な情報を必要としない利点をもつ.申請者がこれまでに提案した手法をはじめ,従来の多くの学習制御手法は,確定システムを対象とし,各試行実験の初期状態の変動,センサノイズ,環境外乱などは考慮していなかった.そこで今年度は,確率システム制御理論に基づく歩行中の外乱抑制手法の考案を行った.本研究ではまず,従来の確定ハミルトン系を,確率システムへと拡張し,一般にハミルトン系にフィードバック補償器を加えた閉ループ系はハミルトン系とはならない問題を考慮し,閉ループ系が確率ハミルトン系の構造を保存するフィードバック変換である確率一般化正準変換を提案した.さらに,この変換と受動性に基づく確率安定化手法を提案した.非線形確率システムの安定化は一般に困難であるが,提案手法は安定化を達成する補償器の系統的な設計法を与える.本研究は外乱を含む実システムを確率システムと捉えることで,確率システム制御理論の視点からの外乱抑制手法と,学習最適制御とを融合した,新しい最適歩容生成手法の構築が期待できる.