hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ライソゾーム性筋疾患の分子病態解明と治療法開発に関する研究

これは、マウスが4足歩行をしているためである可能性がある。また、心筋にも線維化が認められたが、これは、最近DMRVで心筋も侵されることが示されており、興味深い。今後は、モデルマウスの表現型の詳細を明らかにして、さらに病態研究を発展させるとともに、シアル酸投与による治療法開発実験を早急に開始する予定である。本邦DMRV患者で最も多いc.1714G>C(V572L)変異を有するヒトGNE transgeneを導入したマウスとヘテロ接合型GNEノックアウトマウスを交配させ、GNEノックアウト・バックグランドで、V572L変異を有するGNE-/-,TgGNE c.1765G>Cを作製した。このマウスは、生後30週以降より、筋力低下、CK値上昇、骨格筋内での小角化線維出現とアミロイド沈着を認め、さらに50週以降で、縁取り空胞を認めた。また、ほぼ全ての臓器で低シアリル化を来していた。このことは、我々が世界で初めて、臨床的・病理学的・生化学的にDMRVを再現するモデルマウスの作製に成功したことを示している。さらに、これまでアミロイド沈着と縁取り空胞形成のどちらがより本質的な変化であるかについて議論があったが、アミロイド沈着が縁取り空胞形成に先行することが初めて明らかとなった。AVMについては、LAMP-2欠損症において相同性の高いLAMP-1の過剰発現により治療可能かどうかを見ることを目的として、LAMP-2ノックアウトマウスでのLAMP-1の過剰発現を行なう予定でいる。本研究ではその基礎研究として、LAMP-2ノックアウトマウス骨格筋の表現型を解析すると共に、LAMP-1過剰発現Tgマウスを作製した。LAMP-2ノックアウトマウス骨格筋では、筋線維内にリソソームの集積など、ヒトLAMP-2欠損症で見られる病理像を再現していた。LAMP-1過剰発現Tgマウスは、はぼ正常と同様に産出し、形態学的には異常は認められなかった。骨格筋においてタンパク質レベルで数倍のLAMP-1の発現が認められた。
卵巣成熟嚢胞性奇形腫の悪性転化症例における網羅的遺伝子異常、融合遺伝子の探索

卵巣成熟嚢胞性奇形腫から発生した扁平上皮癌5例の凍結検体に対して、一部を切片化して癌組織が十分に含有されていることを確認した後、全エクソンシークエンスおよびRNAシークエンスを実施した。さらに、質が高いホルマリン固定検体3例に対して、CancerPlexを用いて、435遺伝子を対象としたターゲットシーケンスを実施した。全エクソンシーケンスの解析の結果、TP53およびPIK3CAの非同義変異を5例中4例で認め、この癌種における共通の特徴と思われた。その他、PI3K-AKT-mTOR pathwayやCell cycleに関与する遺伝子に、高頻度に遺伝子異常を認めた。また、RNAシーケンスデータを、独自に開発した融合遺伝子を同定するpipelineであるPRADA、および融合遺伝子の検出力が良好とされるFusionCatcherの2つpipelineを用いて解析を行なった。その結果、複数の癌種で同定されドライバー遺伝子と考えられているFGFR3-TACC3融合遺伝子を1例で認めた。さらに、5例中2例でTACSTD2-OMA1およびUPK3B-PMS2融合遺伝子を認め、これらの融合遺伝子が、この癌種に共通の特徴として、癌の発生・進展に関与している可能性があると考えられた。来年度以降は、症例を追加すると共に、同定した融合遺伝子および癌遺伝子の頻度の確認や機能解析を進めていく方針である。また、正常組織からの悪性転化メカニズム解明のために、悪性転化症例の発生母地となっている組織の病理学的検討やLaser Microdissectionを用いたDNA、RNAの抽出について条件を検討しており、順次進めていく方針である。今年度に、卵巣成熟嚢胞性奇形種悪性転化症例に対して、全エクソンシーケンス、RNAシークエンス解析およびターゲットシーケンスを実施し、本疾患ににおける癌遺伝子変異や、融合遺伝子プロファイルを明らかにしており、解析は順調に進んでいる。稀な疾患であること、検体のサンプリング自体が難しく、切片化した後に癌の含有量が少なく、解析を行えない検体が複数あることも判明し、検体収集に関してはやや遅れている。また悪性転化のメカニズムの検証に向け、癌症例それぞれの発生母地の検討、および同定した異常の意義を検証するための実験計画を詳細に検討している。おおむね計画通りに進行しており、予定している実験を完遂できると思われる。来年度は、予定通り卵巣成熟嚢胞性奇形腫悪性転化症例の、ホルマリン固定検体に対して、病理学的に検証した発生母地となる正常組織も含めて、Laser Microdissectionを用いたDNA、RNAの抽出を行いたいと考えている。続いて、抽出したDNA、RNAに対して、PCR、サンガーシーケンスを用いて遺伝子異常・融合遺伝子の頻度の確認を行う。さらに、Western blot法や免疫染色を用いて、同定した遺伝子異常の蛋白レベルでの発現を評価する。また、同定した遺伝子異常、融合遺伝子の機能を解析するために、発生母地として使用する正常細胞株を選定し、クローニングおよび遺伝子導入の準備を進める方針である。

続いて、抽出したDNA、RNAに対して、PCR、サンガーシーケンスを用いて遺伝子異常・融合遺伝子の頻度の確認を行う。さらに、Western blot法や免疫染色を用いて、同定した遺伝子異常の蛋白レベルでの発現を評価する。また、同定した遺伝子異常、融合遺伝子の機能を解析するために、発生母地として使用する正常細胞株を選定し、クローニングおよび遺伝子導入の準備を進める方針である。報告書に記載したように、希少疾患を対象としているため、追加の検体採取が順調に進まなかった。そのため、初年度に予定していた全エクソンシーケンスやRNAシーケンスが進んでおらず、想定した額と差額が生じている。検体採取は適宜継続しているため、検体数がある程度まとまり次第追加でシーケンスを行う予定となっている。また、元々予定していたPCR、サンガーシーケンス、Western blot、免疫染色、細胞実験に関しては順調に進行しており、来年度予定通り行う方針としている。
新規netrin-1シグナル阻害法の開発とShh型髄芽腫治療への応用

本研究では小児脳腫瘍である髄芽腫に対する新たな治療法を提案するため、軸索誘導因子netrin-1シグナル阻害剤の開発を行った。Netrin-1には複数のレセプターがあり、そのすべてを阻害することは困難であると考え、どのレセプターの寄与が重要かを解析した。まずは髄芽腫細胞から癌幹細胞集団を単離して、癌幹細胞に特異的な遺伝子プロファイルを解析した結果、netrin-1レセプターのひとつが高発現していることを見出した。このレセプターが新たな癌幹細胞マーカーとして活用できる可能性を精査するとともに、生理的意味を明らかにすることで、このレセプターを標的とした阻害剤開発に繋がるものと考えている。小児脳腫瘍である髄芽腫は、小脳に発症する悪性腫瘍である。髄芽腫細胞は非常に細胞遊走・転移能が高いため、小脳から脳実質、脊髄に播種転移する傾向があり、この場合、予後は非常に悪い。髄芽腫に対しては外科的手術後、放射線や化学療法が一般的であるが、とくに高転移タイプ髄芽腫に対してはいまだ確立された治療法はなく、髄芽腫の発症メカニズムも含めてさらなる基礎的研究が必要である。私のこれまでの成果として、軸索誘導因子netrin-1を用いて髄芽腫の浸潤能の程度を『予測』することに成功した。これらの結果を基に、私はnetrin-1が髄芽腫の浸潤・転移と血管新生誘導因子と捉え、netrin-1シグナルを『抑制・制御』することが髄芽腫治療に極めて重要であると考えた。そこで、netrin-1とその受容体分子の阻害剤の探索・開発と髄芽腫治療のための臨床応用を目指したいと考えている。これまでに髄芽腫形成にはSonic hedgehog (Shh)リガンドとそのレセプターによるシグナルが大きく寄与していることが明らかとなっている。さらにShhシグナルは腫瘍の供給源とされる癌幹細胞の維持にも重要な分子であり、Shhシグナル阻害剤が有効な髄芽腫治療標的と考えられている。しかしこれらの阻害剤の効果は十分でないことから、髄芽腫増殖、癌幹細胞維持には複数の分子が関与していることが示唆されている。私はnetrin-1とShhシグナルが密接に関連していること、さらにnetrin-1シグナルが髄芽腫の癌幹細胞維持機構に重要であると考えており、Shhとnetrin-1シグナルを抑制することが髄芽腫治療に極めて重要であると考えている。そこで本研究では髄芽腫幹細胞維持機構を阻害するためnetrin-1シグナルを標的とした阻害剤開発に挑む。髄芽腫細胞を非接着環境下で培養して癌幹細胞集団を濃縮したところ、netrin-1遺伝子が接着細胞に比べて約40倍上昇していることを見出した(未発表データ)。またnetrinレセプターのうち、2種のレセプターも強く誘導されていることを見出した。さらに、髄芽腫細胞ではShh刺激によってnetrin-1遺伝子発現が約1.52倍程度、誘導されること、Shh型髄芽腫自発発症モデルマウス(Smo/Smoマウス:変異型Shhレセプターsmoを発現するマウス)を用いた実験では、髄芽腫部位でnetrin-1(約5倍)とそのレセプターであるneogenin(約10倍)が上昇していることを確認した(中山未発表データ)。一方で、netrinシグナル阻害剤として考えている環状ペプチド開発には、精製度の高いnetrin-1タンパク質が必要である。現在のところ、環状ペプチド探索に必要な精製度には到達していない。小児脳腫瘍である髄芽腫(medulloblastoma)は、高い浸潤能および血管新生誘導作用を特徴としており、髄芽腫細胞自身から遊離される『軸索誘導因子netrin-1』が、これらの特性形成に深く関わっていることを報告している。本研究ではnetrin-1を標的とした髄芽腫治療法確立を目指すため、より効果的なnetrin-1シグナル阻害法を開発することを目的とした。研究実施計画で提案したnetrin-1阻害環状ペプチド探索には、極めて純度の高いリコンビナント蛋白質精製が必要であった。しかし基礎検討の結果、細胞を用いたnetrin-1蛋白質合成系では精製度が低く、ゲルろ過やイオン交換膜を用いた精製を試みたが、精製度、蛋白量ともに探索に必要なものを得るに至らなかった。そこで髄芽腫の浸潤性に寄与していると考えられている髄芽腫幹細胞集団に焦点を絞って検討を行った。その結果、髄芽腫幹細胞ではnetrin-1自身のみならず、特定のnetrinレセプターが過剰に発現していることを見出し、本レセプターを標的とするストラテジーに基づく阻害剤開発を目指すことを考えている。一方で、並行して行っていたマウスによる阻害剤評価系に関しては、髄芽腫移植モデルを作成することに成功した。Netrin-1を高発現する髄芽腫細胞を移植したマウスでは、コントロール髄芽腫細胞移植群に比べて腫瘍サイズ、血管新生、転移が有意に増加していることが明らかとなった。以上の結果から、髄芽腫幹細胞に焦点を当てて解析した結果、より特異性の高いnetrinレセプター候補を決定することに成功し、今後の阻害剤開発に繋がるものと考えている。候補化合物を入手したのちには、すでに作成が完了している移植モデルマウスを用いて迅速に機能評価が行えるものと考えている。Netrin-

1には複数のレセプターがあり、そのすべてを阻害することは困難であると考え、どのレセプターの寄与が重要かを解析した。まずは髄芽腫細胞から癌幹細胞集団を単離して、癌幹細胞に特異的な遺伝子プロファイルを解析した結果、netrin-1レセプターのひとつが高発現していることを見出した。このレセプターが新たな癌幹細胞マーカーとして活用できる可能性を精査するとともに、生理的意味を明らかにすることで、このレセプターを標的とした阻害剤開発に繋がるものと考えている。Netrinシグナルを阻害する環状ペプチド探索のためのnetrin-1タンパク質の精製を引き続き行う。夾雑物を除いて精製度を高めるため、ゲルろ過カラム等を用いて改善を進める。環状ペプチド開発が困難な場合は、netrin-1とそのレセプターの相互作用を阻害する低分子化合物をスクリーニングする。評価系は愛媛大学プロテオサイエンスセンターでタンパク質間相互作用解析法であるAlphaScreenシステムを基盤としたハイスループット・スクリーニングシステムによって行なう。まずはnetrin-1と髄芽腫幹細胞より同定した候補レセプターをそれぞれコムギ無細胞タンパク質合成技術によって作成する。分子細胞生物学当該年度に予定していた学会参加費に関して、一部旅費助成を受けることができたため、旅費への使用額が減ったため。また、H29年度より愛媛大学から広島国際大学へ異動することになり、その準備のため一部を次年度に繰り越すことにした。繰り越した金額は、新たな赴任地である広島国際大学において研究立ち上げのために一部消耗品に使用する。また愛媛大学との共同研究を続けるため、一部を旅費に充てる。
不活性素子を含む振動子ネットワークのダイナミックスと転移現象の解明

本研究の焦点は分岐パラメーターの値によって興奮性もしくは振動を示す素子を大域的に結合した集団の振舞である。興奮性とは、外からの摂動の強さがある閾値を超えると、大きな変動を示した後に固定点に戻ることを指す。このような素子の割合が増えていくと、系は動的相から静的相へと転移する(エイジング転移)。コントロールパラメーターは結合強度と全素子の分岐パラメーターの平均値である。本研究の主要な結果は、エイジング転移境界での分岐構造と秩序変数のスケーリング則および動的相にある境界についての理論である。もう一つの成果は位相振動子集団の感受率を求めたことである。平成26年度においては、予定通り以下の課題に取り組み、それぞれにおいて成果を得た。課題(1)「SNICシナリオの場合におけるエイジング転移の機構の解明」この課題では分岐パラメーターが一様分布する場合を扱い、主として大域結合興奮型位相振動子の振る舞いを調べた。結合強度と分岐パラメーターの平均値を二つのコントロールパラメーターとして用い、相図上に存在する動的相と定常相の境界(エイジング転移境界)の近くにおける分岐構造や複数のオーダーパラメーターのスケーリング則を調べた。その結果、結合強度が中程度の大きさのところでは双安定性・ヒステリシスが見られるが、その左側(結合強度が小さい側)と右側(結合強度が大きい側)ではスケーリング則が異なることがわかった。この結果は理論的にもある程度説明することが可能であるが、もう少し理論を精密化するために、研究を続けている。また、中間領域における分岐構造についても数値的な結果を得ており、自ら構築した平均場理論の結果と一致することを確認している。また、東京大学の研究グループと共同して、要素がSNICシナリオに従う場合(Morris-Lecar系)を含め、複雑ネットワークにおける動的頑健さ(不活性素子の混入に対する系の振動の頑健さ:Daido and Nakanishi (2004))が分岐パラメーターの非一様性によって高まることを示した。学生とも共同研究を行っており、SNIC型振動子を小数個結合した系の分岐構造を解明した。追加課題「ランダム結合の振動子集団におけるエイジングの効果」(本年度交付申請時に追加)振動子集団に対して「感受率(susceptibility)」という概念を導入し、位相振動子の大域結合系に対してその理論公式を導いた。また、感受率の臨界挙動を明らかにした。そして理論公式が数値計算の結果と合うことを示した。平成27年度においては、平成26年度に引き続き、以下の課題に取り組み、これまで不明であったヒステリシス領域の突然の縮小の機構を解明した。また、複数の秩序変数の臨界スケーリングについてもほぼ数値的かつ理論的に明らかにした。課題(1)「SNICシナリオの場合におけるエイジング転移の機構の解明」この課題では今のところ興奮性を示しうる位相振動子の集団およびサドル・ノード分岐の標準形の集団を対象としている。どちらも理論的に扱いやすい大域結合系であり、分岐パラメーターは集団内で一様分布となるように選んでいる。本年度は相図に存在するエイジング転移境界付近での系の振舞を数値的に詳しく調べ、重要な結果を得た。1.結合強度がある臨界値を超えるとヒステリシス領域が突然に縮小するという現象の解明(上記の2つの集団のいずれにおいても起こる)。2.複数の秩序変数の臨界指数を数値的に解明したこと。結合強度を大きくしていくと臨界指数は不連続的に変化し、ある値(ヒステリシスが消失する点)を除くと、単調に減少する。これは、結合が強くなるとエイジング転移がより鋭くなるということを意味する。以上の結果は熱力学的極限における理論を用いてほとんど説明できることもわかった。ただし、平均場が持続的に振動する領域(DP2)ではOtt-Antonsenの方法が使えないため、今のところ理論はできてはいない。しかし、平均場が一定となる理論解を用いれば1.に述べた現象の機構も説明できる。これらの成果は、やや長い論文となったが、3月の始めに投稿ずみである。また、ある外国の実験研究者と共同してエイジング転移やそれに関わる現象(実験)について研究を開始し、理論面を担当している。興奮性素子を含む少数自由度系のダイナミックスについても学生と共同研究を行った。まず、課題(1)「SNICシナリオの場合におけるエイジング転移の機構の解明」については、平成27年度において大きな進捗があった。これまで、ヒステリシス領域の突然の縮小がなぜ起こるのかが分からなかったが、数値的かつ理論的に詳しく調べた結果、その機構が特定できた。また、秩序変数の臨界スケーリング則についてもより詳細な結果を得て、理論的にほぼ説明することもできた。また、外国の実験家とも共同研究をはじめ、彼らのいくつかの実験結果を説明する理論を作ることもできた。しかし、以上の研究や論文執筆に時間を取られ、本来この年度に開始の予定であった課題(2)「「SNICシナリオの場合における同期転移やその他の転移現象の機構の解明」はまだ手つかずである。これらの事に鑑み、研究計画の現在までの達成度を「おおむね順調に進展している」と判断した。平成26年度から平成28年度にわたる本研究の課題は以下の三つである。(1)SNICシナリオの場合におけるエイジング転移の機構の解明、(2)SNICシナリオの場合における同期転移やその他の転移現象の機構の解明、

(3)局所結合振動子系の時空ダイナミックスに対するエイジングの効果の解明。課題(1)と(2)については成果が出たが、課題(3)については研究に時間を取ることができなかった。その代わりとして「ランダム結合の振動子集団におけるエイジングの効果」を追加課題とした。この課題では、エイジングの効果を見る前の段階として、感受率に関する成果が出た。平成28年度の研究成果について、以下で具体的に説明する。SNICとは不変曲線(相空間におけるリミットサイクル)上で起こるサドル・ノード分岐のことである。このような分岐を示す力学系の大集団(大域結合)においてエイジング転移境界では連続的な転移と不連続的な転移(ヒステリシスを伴う)が存在する。これらの転移の機構を調べた結果を論文として投稿したが、その後、ヒステリシスの機構の一部がホモクリニック分岐(リミットサイクルとサドル型固定点の衝突)によるものであることが分かり、論文を修正した。この論文はすでに出版されている。これは課題(1)についての成果である。課題(2)については、DP1(動的相で平均場が一定)とDP2(動的相で平均場が振動)との境界を理論的に導出することである。分岐パラメーターの分布が一様分布であるため、Ott-Antonsenの方法は適用できない。しかし、分布の幅と結合強度がともに小さいときは、興奮型位相振動子をユニットとする大域結合系でDP1とDP2の境界を理論的に導くことができ、数値シミュレーションの結果とも極めてよく一致していることも確認できた。この結果はすでに論文として投稿ずみである。本研究の焦点は分岐パラメーターの値によって興奮性もしくは振動を示す素子を大域的に結合した集団の振舞である。興奮性とは、外からの摂動の強さがある閾値を超えると、大きな変動を示した後に固定点に戻ることを指す。このような素子の割合が増えていくと、系は動的相から静的相へと転移する(エイジング転移)。コントロールパラメーターは結合強度と全素子の分岐パラメーターの平均値である。本研究の主要な結果は、エイジング転移境界での分岐構造と秩序変数のスケーリング則および動的相にある境界についての理論である。もう一つの成果は位相振動子集団の感受率を求めたことである。まず、課題(1)「SNICシナリオの場合におけるエイジング転移の機構の解明」については多くの数値シミュレーションを実行し、様々な結果を得ている。また分岐構造についても理論をたて、これらシミュレーション結果との一致を確認している。また、複雑ネットワークに関する問題についても、共同研究を行い、論文を出している。さらに、交付申請時に追加した課題「ランダム結合の振動子集団におけるエイジングの効果」についても、第一歩となる結果を得て、論文として発表している。他方、課題(2)「SNICシナリオの場合における同期転移やその他の転移現象の機構の解明」については、上述の研究に時間をとられたため、あまり進んでいない。これらの事を総合して、研究計画の現在までの達成度を「おおむね順調に進展している」と判断した。課題
革新的寄生的離散ウェーブレット変換による高速・実時間異常信号検出法の創出

従来,信号解析手法として,周波数解析手法が多用されており,その中でも非定常信号解析への有効性から,ウェーブレット変換(WT)が注目されている.本研究では,研究代表者らが新たに提案した可変フィルタバンド離散WTにおいて,以下の2点を研究目的とした.(1)解析対象が持つ特定の周波数帯域で,意図しない信号強度の減衰が生じるエネルギー損失問題の改善,(2)信号処理設計を支援する処理閾値設定手法の構築.これにより提案手法の精度向上を達成するとともに,その効果を胎児心電図解析や,自動車の走行ノイズ音の解析に応用し,評価を行った.従来,信号解析手法として,周波数解析手法が多用されており,その中でも非定常信号解析への有効性から,ウェーブレット変換(WT)が注目されている.本研究では,研究代表者らが新たに提案した可変フィルタバンド離散WTにおいて,以下の2点を研究目的とした.(1)解析対象が持つ特定の周波数帯域で,意図しない信号強度の減衰が生じるエネルギー損失問題の改善,(2)信号処理設計を支援する処理閾値設定手法の構築.これにより提案手法の精度向上を達成するとともに,その効果を胎児心電図解析や,自動車の走行ノイズ音の解析に応用し,評価を行った.稼動中の原子力発電所や運行中の飛行機などにおいて,稼動・運行と同時に異常状態を実時間で検出することは非常に難しい.この理由は,異常が生じる初期段階では,その予兆現象が変動的で,かつ非定常(現象の再現性が低い)な性質が強いためである.そのため,初期段階の異常検出には,短時間で瞬間的に生じる現象を正確に捉える技術が要求される.本研究ではこの問題に対して,初期段階の非定常な異常信号の発生時刻と強さを高速(5.0×10-7[s]以内),且つ高信頼性(目的信号の検出誤差-20[dB])に検出する手法を開発する.これは研究代表者が考案・開発した寄生的離散ウェーブレット変換と,それによる高速ウェーブレット瞬時相関の各理論を用いて実現できる.本年度における課題は,提案手法の信頼性の向上と実時間処理にむけた高速化である.前者の信頼性の向上における問題点は,計算構造に含まれるダウンサンプリング(信号の取得間隔を長くし,低い周波数成分を強調する処理)に起因するものであることを明らかにした.そして,その対策として,ダウンサンプリングを必要としない計算構造を新たに組み込む手法を提案した.この計算構造としては,定常ウェーブレット変換を用い,計算構造を代替したアルゴリズムを構築した.後者の計算処理の高速化についても,この代替手法を用いることでの計算量低減の可能性が確認できた.上記のとおり再構成した計算手法を,胎児・母体の混合した心電図の分離解析処理に適用し,本年度の処理改善の有効性を検証・確認した.稼動中の原子力発電所や運行中の飛行機などにおいて,稼動・運行と同時に異常状態を実時間で検出することは非常に難しい.この理由は,異常が生じる初期段階では,その予兆現象が変動的で,かつ非定常(現象の再現性が低い)な性質が強いためである.そのため,初期段階の異常検出には,短時間で瞬間的に生じる現象を正確に捉える技術が要求される.本研究ではこの問題に対して,初期段階の非定常な異常信号の発生時刻と強さを高速(5.0×10-7[s]以内),且つ高信頼性(目的信号の検出誤差-20[dB])に検出する手法を開発する.これは研究代表者が考案・開発した寄生的離散ウェーブレット変換と,それによる高速ウェーブレット瞬時相関の各理論を用いて実現できる.本年度における課題は,前年度改善を行った信頼性向上および実時間処理に向けた高速化技術を統合し,システム統合化を行う事である.これを達成するために,(1)実時間処理対応の実装環境におけるプログラム実装,(2)実応用課題への適用による統合化システムの検証をおこなった.(1)については,研究協力者である企業関係者とともに,従来より実装を行ってきた実装環境(National Instrument社製Lab View)への実装を行うとともに,並行して,C言語,数値解析ソフトウェアMATLAB上において,おのおの高速化処理性能の検証を進めた,この結果,実装環境ごとにばらつきはあるものの,平均15%程度の解析速度向上が確認できた.一方,(2)についても,研究協力者である企業関係者および医療関係者より,それぞれ,「エンジン燃焼に関わる点火プラグ電流波形」,「胎児心電図」のいずれも実時間信号処理を必要とする解析対象データの提供を受け,提案システムによる解析を試行した.その結果,前者においては,エンジンの燃焼・点火不良を示す信号成分と車体振動などに起因する信号成分とが,同一周波数帯域に存在するため分離が困難であったものを解消し,異常信号分類を達成した.また,後者においても,同様に診断対象である胎児心電図と母体心電図が重畳していたものを,分離・再構成することで,早期医療診断支援に寄与できることを確認した.稼動中の原子力発電所や運行中の飛行機などにおいて,稼動・運行と同時に異常状態を実時間で検出することは非常に難しい.この理由は,異常が生じる初期段階では,その予兆現象が変動的で,かつ非定常(現象の再現性が低い)な性質が強いためである.そのため,初期段階の異常検出には,短時間で瞬間的に生じる現象を正確に捉える技術が要求される.本研究ではこの問題に対して,初期段階の非定常な異常信号の発生時刻と強さを高速(5.0×10-7[s]以内),且つ高信頼性(目的信号の検出誤差-20[dB])に検出する手法を開発する.

これは研究代表者が考案・開発した寄生的離散ウェーブレット変換と,それによる高速ウェーブレット瞬時相関の各理論を用いて実現できる.最終年度においては,2年度までに試作した計測機器類について,直接組み込み・内蔵実装を行える汎用性を高めることを目的とした.特に,2年度に実施した検証により,解析対象の状況・周辺環境に依存した高速化性能の低下などの問題が明らかとなったため,初年度に提案した高速化手法の更なる改善に着手した.具体的には,可変フィルタバンド構造により周波数帯域分解を実現するフィルタ系を構成する手法を考案した.これにより,従来に比べ,帯域通過・帯域除去できる周波数帯域の設計自由度が向上でき,適用環境・対象信号に応じた信号処理設計の適切性を向上できることを確認した.初年度・二年度とも,当初予定どおりの高速化とシステム化を達成しつつあり,研究計画としては順調である.一方,最終年度にむけて,提案システムの有効性検証を行うための解析対象データが十分確保できない懸念があるとともに,最終実装にむけた問題点も確認できており,これらの検討が必要である.24年度が最終年度であるため、記入しない。最終年度においては,現在稼働中の機器類に対して,直接組み込み・内蔵実装を行える汎用性を高めることが目的となる.これに対しては,2年度に実施した検証により,解析対象の状況・周辺環境に依存した高速化性能の低下などが明らかとなっているため,初年度め高速化手法の更なる改善を行うとともに,本提案システムをより効果的に実装・活用できる実装対象の選定・検証を行うことで,早期のシステム実装・実用化を目指す.24年度が最終年度であるため、記入しない。
ハイブリッド量子系を用いた量子操作・量子測定アルゴリズムの実装理論

1.ハミルトニアン動力学に従って時間発展する量子系に対し、そのハミルトニアンの一部が不定である場合の量子ゲートの実装について考察した。特に、量子制御分野で未解決となっていた、複数の量子ビットからなる多体量子系において、不定なパラメータを有するハミルトニアンに対してロバストな制御が原理的に可能となりうるかを理論的に明らかにした。量子ゲートのハミルトニアン動力学による実現可能性は、量子制御理論によって数学的に明らかにされているが、この理論では与えられたハミルトニアンが全て既知であることが仮定されている。本研究では2量子ビット以上の量子系に対しても任意の量子ゲートがロバストに実装できる系の存在を数学的に明らかにした。この研究では、本領域の領域会議において実験研究におけるロバスト制御の重要性を知ったことが、研究の推進力となった。2.断熱量子計算とGrover探索アルゴリズムのハイブリッド量子アルゴリズムにより、ユニタリ操作を変換する高階量子演算の代表例である「量子学習」「転置行列化」「複素共役化」「逆行列化」を実装する量子アルゴリズムがこれまでの研究によって提案されたが、本年度は、既存のアルゴリズムを再検討することで、Grover探索アルゴリズムの一般化である、振幅増幅アルゴリズムと目標とする高階量子演算の特殊性を活用し、ダイアモンドノルムによる誤差評価εに対する入力ユニタリ操作の利用回数をO(1/ε)に削減することに成功した。一方で、ユニタリ操作の次元dに対して使用する利用回数は既存のアルゴリズムと同じくdの2乗でスケールする。これは現時点で知られている高階量子演算実装法において最良のスケーリングである。その他、ハイブリッド量子系のネットワークで構成されるクラウド型量子計算におけるエンタングル資源の満たすべき条件や性質の導出に成功した。29年度が最終年度であるため、記入しない。1.与えられた一種類の固定ハミルトニアンのオンオフのみが許されるような制御性の低い量子系(低制御量子系)と、比較的小規模な量子計算機とを組み合わせたハイブリッド量子系において、低制御量子系から量子計算機に状態を移す操作、およびその逆操作が実行可能となるかについて調べた。その結果、相互作用ハミルトニアンがある性質を満たしたときに、状態の入出力操作が任意の近似精度で実行可能となる二つの量子アルゴリズムを発見した。第一のアルゴリズムでは、相互作用ハミルトニアンがある性質を満たしていることがわかっていれば、そのハミルトニアンの行列表示によるパラメータに依存しない形で記述することができる。第二のアルゴリズムでは、量子計算機のメモリサイズに依存せず、小規模な計算機でも任意の近似精度で実行可能となることを示した。2.ハミルトニアンオラクルで記述される未知の物理系に対して、量子乱択アルゴリズムを用いることによって、ハミルトニアン動力学の制御化に対する超写像を補助系を用いずに近似的に実行する、新たな量子アルゴリズムを構成し、詳細な精度評価を行った。そして、超伝導量子ビット系とダイアモンドNV中心系からなるハイブリッド量子系に対して、エネルギー射影測定を実装するため、このハイブリッド量子系の特徴を生かして量子アルゴリズムを簡略化し、さらに、実験で報告されている数値を基にアルゴリズムを調整し、実現可能性の評価を行った。3.ハミルトニアン動力学系の量子計算機を想定した操作は、数学的には超写像の高階量子演算による実装と見なせるが、従来の高階量子演算の定式化は入力として任意の量子写像を想定していた。本研究対象の量子系の動力学に対応する操作に適応させるために、「分数クエーリー」を想定した超写像の高階量子演算を考察し、量子ゲート単体が入力となる場合に必要となる情報処理資源の差を解析した。研究代表者らが以前発見したエネルギー射影測定アルゴリズムは、ハミルトニアン動力学に従い時間発展する量子系と、時間発展が完全に外部から制御可能な量子計算機を前提としたものであった。ゆえに、両者は様々な物理的性質を異にする量子系であると想定するのが妥当であるが、このような異質な量子系を合成し、単体の量子系として操作することは実験的に高い要件を科すことになる。逆に、合成可能であることが立証された量子系では、往々にして実施可能な量子操作が限定されており、このような量子操作の範囲で研究代表者らのエネルギー射影測定アルゴリズムが実行可能となるかは、発見当時は未解決であった。しかし、本年度発見した量子アルゴリズムは、まさに合成可能性が実証されたダイアモンドNV中心と超電導量子ビットの組み合わせにおいて、エネルギー射影測定アルゴリズムが実装可能であることを理論的に明らかにすることに成功した。また、測定対象となる量子系はダイアモンドNV中心の核スピンであり、核スピン間の相互作用は無視できると仮定するものの、多体量子系であり、研究計画当初予定していた、1量子ビットへの実装を超えた成果を得た。また、操作性が低い量子系に対して、外部からより高い操作性を持った量子系を結合させることで、元々の量子系への操作性を向上させることが可能であることが判明した。このアルゴリズムを応用すれば、任意のハミルトニアン量子系に対し、その操作性が著しく低い場合でも、ハイブリッド化することにより操作可能な量子系と扱えることになり、これまで量子技術への応用が見込めなかった量子系にも、新たな可能性への端緒を開くことになる。

特に、量子制御分野で未解決となっていた、複数の量子ビットからなる多体量子系において、不定なパラメータを有するハミルトニアンに対してロバストな制御が原理的に可能となりうるかを理論的に明らかにした。量子ゲートのハミルトニアン動力学による実現可能性は、量子制御理論によって数学的に明らかにされているが、この理論では与えられたハミルトニアンが全て既知であることが仮定されている。本研究では2量子ビット以上の量子系に対しても任意の量子ゲートがロバストに実装できる系の存在を数学的に明らかにした。この研究では、本領域の領域会議において実験研究におけるロバスト制御の重要性を知ったことが、研究の推進力となった。2.断熱量子計算とGrover探索アルゴリズムのハイブリッド量子アルゴリズムにより、ユニタリ操作を変換する高階量子演算の代表例である「量子学習」「転置行列化」「複素共役化」「逆行列化」を実装する量子アルゴリズムがこれまでの研究によって提案されたが、本年度は、既存のアルゴリズムを再検討することで、Grover探索アルゴリズムの一般化である、振幅増幅アルゴリズムと目標とする高階量子演算の特殊性を活用し、ダイアモンドノルムによる誤差評価εに対する入力ユニタリ操作の利用回数をO(1/ε)に削減することに成功した。一方で、ユニタリ操作の次元dに対して使用する利用回数は既存のアルゴリズムと同じくdの2乗でスケールする。これは現時点で知られている高階量子演算実装法において最良のスケーリングである。その他、ハイブリッド量子系のネットワークで構成されるクラウド型量子計算におけるエンタングル資源の満たすべき条件や性質の導出に成功した。ハミルトニアン動力学に従って時間発展する量子系を操作する際に、とくに本学術領域が対象としているような量子系では、制御性が限定的であるため、制御しきれていないパラメータがハミルトニアンに依然として残存する蓋然性が高い。ゆえにこのような量子系を操作するには、ある種のロバスト性が保証された量子制御を実現する必要がある。一方で、これまで知られているロバスト量子制御の研究は、原理的可能性を示すにとどまっており、1量子ビット系を対象としたものである。しかし、1量子ビットで実現可能な量子技術の有用性は限定されており、今後は、ロバスト量子制御が複数量子ビットから構成される量子系にて実現可能かを模索する必要があると考えた。また、量子計算機を、別の量子系と適切に結合させることで、結合先の量子系上の操作性を実行的に向上させることが可能になることが判明したが、本年度の研究結果はあくまで1量子ビット系を対象とした成果であり、それ以外の量子系への量子操作の実装法は未解決である。今後、この結果をより一般の量子系へ拡張すべく、1量子ビットにおいて結果が成立する数学的理由を精査し、一般の量子系に拡張可能な部分と不可能な部分を明確にする。そして、後者においては、数学的な一般性を要求するのではなく、現実的な物理系において想定される条件を加味し、1量子ビット以外の量子系へ実装可能な量子アルゴリズムを模索する予定である。29年度が最終年度であるため、記入しない。
精神分裂病、及びうつ病の感情認知に関する脳機能画像研究

平成12年度、13年度に施行した健常者と精神分裂病患者における感情認知課題遂行中のfMRI研究の結果をまとめ、精神分裂病では感情を含む情報入力に関する扁桃体のフィルター作用が障害されている可能性を、Schizophrenia Research誌に発表した。感情を含む表情認知の際の扁桃体を中心とした神経網機能の相互関連について検討するために、陰性の感情価をもつ表情、陽性の感情価をもつ表情、中立的な表情、それぞれを提示する感情価判断課題と性別判断課題を作成し、まずは健常者16人の課題遂行中の脳賦活を3-Teslaの高磁場MR装置を用いて調べた。解析の結果、両表情課題ともで両側の前頭前野、外側紡錘状回、下後頭葉皮質などが有意に賦活したが、扁桃帯の賦活は有意ではなかった。当初の目的である扁桃体を中心とした神経網の検索という結果が得られなかったため、患者群への応用は行わなかった。ただし、本実験では刺激として見知らぬ20人の顔を18回ずつ反復提示しているため、扁桃体活性にhabituationが生じた可能性もあり、セッションを重ねるに連れて賦活が減少する脳部位と、逆に増加する部位を解析した。その結果、セッションに連れて両側扁桃体と左内側紡錘状回の賦活が減少する一方で、両側後部帯状回の賦活が増加していた。すなわち、見知らぬ顔を繰り返し見る際に、その顔に対してhabituationが生じる一方でfamiliarityを獲得していくのに、扁桃体と後部帯状回が相補的に機能していることが示唆された。今年度は、研究計画調書に従い、感情認知に関する視覚刺激課題を作成し、右利き健常成人12人(男6人、女6人;平均年齢24.4±2.4歳)に対して同課題遂行中のfunctional MRI(fMRI)を施行した。被験者には、スクリーンに3秒毎に映し出される見知らぬ同一人物の2つの顔の表情(一方は陽性-笑い、または陰性-怒りや嫌悪の感情を表出した顔、他方は感情を表出していない中立の顔)のうち、どちらが感情を表出しているかを判断させた。対照課題では2つの並んだ四角形の大小を判断させた。3回ずつの陽性感情価弁別課題と陰性感情価弁別課題、6回の対照課題を、block-designで交互に繰り返した。fMRIの撮像は、1.5Tesla MRI(GE,USA)を用いて扁桃体を含む中側頭葉を中心とした12スライス(スライス厚5mm、スライス間隔1mm)のT2^*-weighted EPIを撮像した(TR/TE=3sec/40msec,a flip angle=90°,matrix64x64)。得られた脳機能画像データは、SPM99bを用いて画像および統計処理し、感情価弁別課題施行時と対照課題施行時の信号差をrandom effect modelを用いて解析した(閾値はp<0.001,uncorrected)。両感情価弁別課題と対照課題の正解率は90%以上と高かった。陽性、あるいは陰性感情価弁別課題では対照課題と比較して、両側の扁桃体、両側中前頭回と陰性課題では左の下前頭回も加えた前頭前野、補足運動野に有意な賦活を認めた。なお両側扁桃体賦活は、p<0.05,correctedの有意水準は満たさなかった。また両感情価弁別課題の直接比較では、有意差は認められなかった。本課題のような感情を表出した表情認知の際に扁桃体の関与が示唆され、次年度は精神分裂病患者において同課題遂行中のfMRIを施行し、本結果との差異を検討する。今年度は、右利き精神分裂疾病患者12人(男6人、女6人;平均年齢26.0±4.5歳)に対して前年度に健常成人で行ったのと同様の方法で感情認知課題遂行中のfunctional MRI(fMRI)を施行した。陽性と陰性の感情

価弁別課題ともで対照課題の正解率は90%以上で、健常群と有意な差はなかった。陽性、陰性感情価弁別課題ともで対照課題と比較して、分裂病群の両側扁桃体は有意に賦活化していた。前年度に得た健常群のデータと比較すると、両課題また両側ともで分裂病群の扁桃体活性が強い傾向にあり、特に陽性感情価弁別課題において右扁桃体活性に統計学的有意差(p=0.010, corrected)を認めた。これら分裂病群での扁桃体過剰賦活により、分裂病患者では扁桃体のフィルター作用が障害されているために感情や表情に関する情報が氾濫し、不適切な感情表出、感情の制御障害、あるいは他人の感情の取り違いなどの精神症状が起こる可能性が示唆された。ただし、扁桃体活性に絞った方法を用いているため、前頭前野などとの神経網の相互関連は検討できていない。次年度は3-Teslaの高磁場MR装置を用いて、感情を含む表情認知の際の扁桃体を中心とした神経網機能について検討する。平成12年度、13年度に施行した健常者と精神分裂病患者における感情認知課題遂行中のfMRI研究の結果をまとめ、精神分裂病では感情を含む情報入力に関する扁桃体のフィルター作用が障害されている可能性を、Schizophrenia Research誌に発表した。感情を含む表情認知の際の扁桃体を中心とした神経網機能の相互関連について検討するために、陰性の感情価をもつ表情、陽性の感情価をもつ表情、中立的な表情、それぞれを提示する感情価判断課題と性別判断課題を作成し、まずは健常者16人の課題遂行中の脳賦活を3.Teslaの高磁場MR装置を用いて調べた。解析の結果、両表情課題ともで両側の前頭前野、外側紡錘状回、下後頭葉皮質などが有意に賦活したが、扁桃帯の賦活は有意ではなかった。当初の目的である扁桃体を中心とした神経網の検索という結果が得られなかったため、患者群への応用は行わなかった。ただし、本実験では刺激として見知らぬ20人の顔を18回ずつ反復提示しているため、扁桃体活性にhabituationが生じた可能性もあり、セッションを重ねるに連れて賦活が減少する脳部位と、逆に増加する部位を解析した。その結果、セッションに連れて両側扁桃体と左内側紡錘状回の賦活が減少する一方で、両側後部帯状回の賦活が増加していた。すなわち、見知らぬ顔を繰り返し見る際に、その顔に対してhabituationが生じる一方でfamiliarityを獲得していくのに、扁桃体と後部帯状回が相補的に機能していることが示唆された。
自由乱流噴流の発達した領域における三次元渦構造の研究

乱流噴流の十分発達した領域における運動量や物質の輸送がどのような渦構造・渦力学によって生じているかを明らかにすることを目的として,三次元的な渦構造の形状の可視化と,X線熱線流速計による速度測定の同時測定を行った。実験は水流で行い一様平行流中の円形噴流を可視化した。噴出レイノルズ数は1700程度である。流れの可視化は,蛍光染料フルオレセインナトリウムを噴出流に微量混入して行った。噴流の十分発達した領域でレーザシート光を噴流軸に垂直に照射し,レーザシート光を横切る染料構造の断層画像を得た。断層画像を白黒CCDカメラで撮像し,コンピュータで動画をサンプリングし,その場で積層化画像処理する可視化画像処理システムを構築した。三次元再構成画像処理(積層化処理)には著者らによって開発された高速アルゴリズムを用いた。得られた三次元的な可視化画像から瞬間的な渦構造の形態を検討し,構造の時間的な周期性,再現性,空間的な軸対称性,反対称性についてを明らかにした。また,三次元再構成と速度の同時計測はレーザシート光で照らされた断面内の速度計測をX形熱膜プローブを用いて同時に行なった。熱線増幅器からの速度データを撮像ビデオ信号に同期してサンプリングした。この結果から,染料の三次元的な形状とそのまわりの速度分布が分かり,染料の塊に対応してランキン渦状の渦構造が存在することが明らかになった。また,その渦の誘起速度と染料分布の比較から乱流噴流中の物質輸送に及ぼす渦構造の役割を検討することができた。乱流噴流の十分発達した領域における三次元渦構造が運動量や物質の混合・拡散にどのように関与しているかを明らかにすることを目的としてレーザーシート光による断層画像の可視化とその積層化画像処理によって三次元渦構造の瞬間的な形状を明らかにした。噴出レイノルズ数は2000程度である。蛍光染料フルオレセインナトリウムを噴出流に微量混入して可視化した。断層画像は白黒CCDカメラで撮像し,コンピュータで動画をサンプリングしながらリアルタイムに積層画像処理するプログラムを開発した。積層化計算には著者らによって開発された高速アルゴリズムを用いた。現在,得られた三次元可視化結果から瞬間的な渦構造の形態を分類することを進めている。また構造の時、間的な周期性,再現性,空間的な軸対称性,反対称性についても検討した。さらに,三次元再構成と速度の同時計測システムの構築を進めている。レーザシート光で照らされた断面内の速度計測をX形熱膜プローブを用いて同時に行うもので,熱線増幅器からの速度データを撮像のビデオ信号に同期してサンプリングする。本年度は同時計測システムの構築,X形熱膜プローブの較正システムの整備および予備実験を行った。乱流噴流の十分発達した領域における運動量や物質の輸送がどのような渦構造・渦力学によって生じているかを明らかにすることを目的として,三次元的な渦構造の形状の可視化と,X形熱線流速計による速度測定の同時測定を行った。

三次元再構成画像処理(積層化処理)には著者らによって開発された高速アルゴリズムを用いた。得られた三次元的な可視化画像から瞬間的な渦構造の形態を検討し,構造の時間的な周期性,再現性,空間的な軸対称性,反対称性についてを明らかにした。また,三次元再構成と速度の同時計測はレーザシート光で照らされた断面内の速度計測をX形熱膜プローブを用いて同時に行なった。熱線増幅器からの速度データを撮像ビデオ信号に同期してサンプリングした。この結果から,染料の三次元的な形状とそのまわりの速度分布が分かり,染料の塊に対応してランキン渦状の渦構造が存在することが明らかになった。また,その渦の誘起速度と染料分布の比較から乱流噴流中の物質輸送に及ぼす渦構造の役割を検討することができた。
実践-省察-共同思考を中核とした学習する組織創出型看護管理者支援プログラムの開発

平成30年度は1看護管理者支援プログラムの評価指標(二種類)の作成ならびに26か月間の看護管理者支援プログラムの内容や方法の検討を行った。具体的には1評価指標として「省察的実践自己評価ツール(看護管理者用)」を作成するために文献検討および認定看護管理者へのヒアリングを行い、3下位概念からなる49アイテムを原案として作成した。次に看護教育学の専門家2名、看護管理学の専門家2名、尺度開発の経験者2名の計6名による内容妥当性の検討を行い、下位概念とアイテムとの一致率や表現等の観点から検討を行い、3下位概念からなる38アイテムを抽出した。次いで確定した評価指標を用いて、協力の得られた8施設に勤務する看護管理者(看護係長)247名を対象に無記名自記式質問紙調査を行い、158名から回答を得た(回収率64.0%)。現在、有効回答153名(有効回答率96.8%)について、統計的手法を用いた分析を行っている。もう一つの評価指標である「学習する組織アセスメントツール(組織用)」については、文献検討から5つのアセスメントの視点を定め、自由記述にて組織のアセスメントを行うツールを作成した。このツールについては表面妥当性の検討を行った。26か月間の看護管理者支援プログラムについては、文献検討ならびに研究代表者がこれまでに行ってきた教育プログラムや看護管理者へのヒアリング等から検討を行い、2019年度に実施するワークショップの日時、開催場所、3回のワークショップのねらい、具体的な展開方法、ワークショップ時および臨床現場で使用する記録用紙(アクションプラン記載用紙、リフレクションシート)、具体的なデータ収集方法を確定した。また、2019年度の支援プログラムの実施に向けて、研究代表者の所属機関における研究倫理審査を受審し、承認を得たうえで、研究協力施設の募集ならびに研究参加者のリクルートを行った。平成30年度の計画は、1看護管理者支援プログラムの評価指標(二種類)の作成ならびに26か月間の看護管理者支援プログラムの確定であった。いずれも、ほぼ計画通りに進めることができ、2019年度の支援プログラムの実施に向けての準備を整えることができた。よっておおむね順調に進展していると評価した。2019年4月に支援プログラムの参加者を確定し、6月、9月、11月に3回のワークショップを開催する予定である。また、ワークショップ開催前、開催中、開催後のデータ収集を行い、分析を進める。2020年度も同様のプログラムを実施予定であるため、その準備を進める。「省察的実践自己評価ツール(看護管理者用)」については、臨床現場で活用できるツールにするために、現在進めている統計的分析の結果をもとにアイテムを精選し、最終確定した自己評価ツールを用いて、対象施設および対象者数を増やして、質問紙調査を実施する。

「省察的実践自己評価ツール(看護管理者用)」については、臨床現場で活用できるツールにするために、現在進めている統計的分析の結果をもとにアイテムを精選し、最終確定した自己評価ツールを用いて、対象施設および対象者数を増やして、質問紙調査を実施する。研究者間の対面会議の回数を減らしメール会議を行ったこと、内容妥当性の検討においては、研究協力に伴う旅費を抑えることができたことで次年度使用額が生じた。これらは、次年度開催するワークショップ時のデータ分析にあたり、複数回の研究者間での対面会議の経費に使用予定である。
蛍光EXAFS法、X線CTR法を利用したIII/V族半導体接合界面の原子配列の解析

半導体を利用したデバイスの高機能化が進むに従い、作製された半導体結晶構造の評価技術もますます、その重要度を増している。本研究では、原子層レベルに達した半導体ヘテロ成長層作製技術に対応し、原子層レベルで薄膜の組成や界面の組成分布、添加された不純物の分布や結晶中で不純物のとる位置など、を原子層単位で把握する技術を開発し、さらには得られる知見を利用して原子層レベルで良く構造制御の行われた結晶成長を実現することを目的としてた。本年度は、蛍光EXAFS法とX線CTR法により半導体ヘテロ界面・不純物添加層の評価を行った。OMVPE法で作製したInP/InGaAs/InP試料およびEr添加InP試料を対象とし、InP/InGaAs/InP試料についてはヘテロ層の組成とその前後での組成分布を、Er添加InP試料については、Erの分布や、結晶中でEr原子周辺に作られる結晶構造を明らかにする研究を行った。InP/InGaAs/InP試料については、X線CTR法を用い、ヘテロ界面近傍の1原子層ごとの組成分布が評価に成功し、試料の成長温度や、InGaAs層の膜厚などによって、試料中の組成分布が変化する様子を調べることができた。またEr添加InP試料については、Erのδ添加を行なった試料はX線CTR法により、Erの均一添加を行なった試料は蛍光EXAFS法により解析を行なった。両者は符合した結果を示し、Erの添加温度によって、Er原子周辺の結晶構造が変化すること、また、発光デバイスへの応用を考慮しておこなった発光特性の測定と対比すると、Er原子がInPのInに置換して結晶中に取り込まれる時、最も発光効率が高くなることが明らかとなった。
白血球遊走におけるインテグリン-ILK-γparvinシグナルの解析

integrin β1細胞内ドメイン結合蛋白、ILKは上皮細胞における細胞増殖と細胞接着のsignaling、特にintegrinのinside-out signalにおいて重要である。我々は、ILKのkinase domainと結合する新規蛋白affixinを同定し、ILKと伴にintegrinと細胞骨格を結ぶinterfaceとして、integrin signalに基づく細胞接着、遊走に重要な働きをしていることを見出した。さらにaffixinのisoformであるγparvinもILKと結合し、ILK-γparvin複台体が細胞接着・細胞運動に重要な役割を果たすことを、欠失変異体の高発現にて解析してきた。平成18年はγparvinの生理的機能を解析するため、shRNA vectorを用いた恒常的γparvin発現抑制を行い、U937細胞における細胞接着・伸展反応への影響を検討した。その結果、特異的γparvin発現抑制はILK及びILKに結合するPINCH蛋白質の発現低下を来たし、γparvinのC末CH domainを高発現したときと同様、MCP-1刺激細胞接着及びTPA刺激に伴う細胞伸展反応が抑制された。他のparvin familyではparvin-ILK-PINCHの三量体形成が各蛋白質の安定性に寄与しており、インテグリン細胞内ドメインにおける初期platformになるものと考えられるようになってきており、白血球の接着機構においても同様であることが予想された。また、γparvinの発現抑制はU937細胞のapoptosisを若干亢進させることが判明しており、インテグリンシグナルと細胞増殖性の関連において、今後の解析が必要である。またYeastを用いたγparvinの新規結合蛋白質の検索において、細胞運動の重要な調節因子small G蛋白質の抑制因子との結合の可能性が示唆された。インデグリンβ1細胞内ドメイン結合蛋白、ILKは上皮細胞における細胞増殖と細胞接着のシグナリング、特にインテグリンのinside-out signalにおいて重要である。我々は、ILKのキナーゼドメインと結合する新規蛋白affixinを同定し、ILKと伴にインテグリンと細胞骨格を結ぶinterfaceとして、インテグリンシグナルに基づく細胞接着、遊走に重要な働きをしていることを見出した。このaffixinの解析の過程でaffixinの白血球特異的isoformであり、以前ほとんど解析されていないγparvinがILKと結合する可能性を見出した。我々は抗γparvin抗体を作成、γparvinが蛋白質レベルでリンパ球、単球由来のcell lineに特異的に発現し、動物細胞においてaffixinと同様C末CHドメインでILKと結合、PMA刺激しfibronectin上に伸展した単球由来U937細胞において接着斑に特異的に局在することを明らかにした。またαPIX, paxillin, αactininと複合体を形成し、そのC末欠失変異体は細胞伸展に促進的に、N末欠失変異体は抑制的に働き、ILKとN末欠失変異体の同時高発現はこの抑制作用を増強することを見出した。さらにin vitroにおいてILKがγparvinをリン酸化することから、ILK-γparvinシグナルが、インテグリンを介した白血球遊走に重要な働きをしていることを見出した。