hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
車両の衝突により損傷を受けた跨道橋鋼桁の安全性評価基準と対処法

これには,3次元複合非線形有限要素解析を用いた.こうして求めた衝突荷重により,主桁の残留変形,垂直補剛材の座屈を概ね再現できた.次いで,この荷重を作用させて,衝突による損傷状態を再現した主桁の耐荷力を3次元複合非線形有限要素解析で算定した.解析に際しては,損傷域外側の2点に同じ大きさの集中荷重を作用させた.解析の結果,衝突損傷により,塑性変形が小さな荷重で始まるものの,耐荷力低下は7.6%にとどまることが判明した.衝突による局所変形はかなり大きいが,設計時に1.7の安全率が取られていることを考えれば,直ちに交通規制を行う必要はないと判断される.衝突によって損傷した2橋梁をもとに橋梁モデルを作成し,有限要素解析で検討した.2橋の損傷パターンは相異なるものである.まず橋梁の損傷状況を再現し,損傷した鋼桁およびウェブパネルの耐荷力を求め,無損傷の場合と比較した.衝突による損傷で,耐荷性能は変化する.鋼桁,ウェブパネルともに,耐荷力は必ずしも低下せず,増加することもあった.安全性を脅かすのは耐荷力の低下であるが,設計時の安全率に比すれば低下の度合いは大きくなく,桁下の走行車両の衝突により,直ちに橋梁の安全性が脅かされることはないと判断される.ただし,支承部の損傷や主桁に亀裂が生じた場合は,別途,慎重な検討が必要である.損傷度合いが,鋼板パネルの耐荷力に及ぼす影響を検討していく予定である.この検討は,材料非線形性,幾何的非線形性の両方を考慮した複合非線形解析により行う.損傷度合いと,それが鋼橋に及ぼす影響の関係を明らかにする予定である.この検討は,材料非線形性,幾何的非線形性の両方を考慮した3次元複合非線形有限要素解析により行う.橋梁工学,構造工学,応用力学予定していた学会に出席できなかったことなどにより,若干の次年度使用額が生じた.予定していた学会に出席できなかったことなどにより,次年度使用額が生じた.データ処理関連の経費などに充当する予定である.データ処理関連の経費などに充当するとともに,研究成果を逐次公表して議論に付すための経費にも使用する予定である.
シクロデキストリン複合体の構造制御による高選択的分子認識材料の構築

シクロデキストリン(CyD)は、複合体形成ならびに触媒作用において特異性を示す興味あるホスト化合物である。すでに、我々は、CyDを触媒とすることにより、リボ核酸(RNA)の加水分解の中間体であるリボヌクレオシド2'、3'ー環状リン酸を位置特異的に加水分解できることを明らかにした。また、本重点領域研究の初年度ならびに第2年度に、この知見を発展させ、CyDとアルカリ金属塩化物との協同作用によりCyDの位置特異的触媒作用を増進することに成功した。今年度は、CyDとの協同作用により一層高い選択性を実現する添加物を探索した結果、アルカリ金属フッ化物がアルカリ金属塩化物よりもはるかに大きな増進活性を持ち、アデノシン2'、3'ー環状リン酸(A>p)を高選択的に開裂することを見出した。反応系において生成するCyD複合体の構造をNMRならびに紫外吸収スペクトル測定により検討し、βーCyDとA>pとの2成分複合体が生成していることを明らかにした。これは、KCl系では、塩素イオンがβーCyDに包接され、ΒーCyD、A>p、ならびに塩素イオンから構成される3成分複合体が形成されるのとは対照的である。このように、ハロゲンイオンの関与なしに[βーCyD・A>p]複合体が形成され、A>pがCyDの空洞に深く包接されることが、KFがKClよりも大きな増進効果を持つ理由である。実際、この2成分複合体におけるA>pのβーCyDの空洞に対する包接の深さは、対応する3成分複合体におけるよりも、約2Aだけ深いことをNMRにより確認した。さらに、温和な条件で核酸を迅速かつ特異的に開裂するCyD複合体の分子設計を指向して、核酸を効率的に加水分解する触媒を探索した結果、オリゴアミン類、コバルト(III)錯体類、ならびに希土類金属イオンが著しい活性を持つことを見出した。
全国看護婦コホートにおける女性の生活習慣と健康に関する経時観察調査

当研究課題は、女性看護職を対象としたコホート研究にて、わが国の女性における生活保健習慣、女性ホルモン剤利用の実態を明らかにすることを目的としている。群馬パイロット研究では1,748人(うち継続調査同意者931人)から回答を得た。その後,全都道府県に拡大した日本ナースヘルス研究では,平成17年3月までのべ一スライン調査への回答者数は48,486人(うち継続調査同意者16,712人)となった。べースライン調査の分析から、身体状況や生活習慣の状況が示された。年齢階級が上がるにしたがい、BMIやウエスト・ヒップ比といった肥満度の指標は大きくなり、血圧値、血清コレステロール値、空腹時血糖値などの測定値も高くなっていた。喫煙者および飲酒習慣をもつ者の割合は、それぞれ17.2%、32.0%であり、長時間労働と飲酒量に関連がみられた。更年期年齢(4564歳)の女性では、自然閉経後の女性が28.3%、人工閉経後11.5%、閉経前52.9%であった。自然閉経後女性での平均閉経年齢は49.9歳であった。閉経後の女性は有経女性にくらべて、血清コレステロール値が高い傾向がみられた。ホノレモン補充療法の利用経験者(過去利用者+現利用者)の割合は7.5%であり、閉経後女性に限れば12.9%が利用経験者であった。年齢階級別に閉経後女性での利用状況をみると、利用経験者割合は45-49歳17.6%、50-54歳10.8%、55-59歳9.6%、60-64歳9.3%、また現使用者割合は45-49歳9.9%、50-54歳4.8%、55-59歳3.8%、60-64歳2.5%と、いずれも年齢階級がさがるに従い高くなっていた。このことは、40歳代前半という平均的閉経年齢前で閉経をむかえた女性に使用割合が多いのか、それとも次第にホルモン補充療法を利用する女性が増えているのかは、今後の継続調査での検討が必要と考えられた。30歳以上の全国女性看護師を対象に,ベースライン調査の参加者募集を2001年11月に開始し,2002年6月までに39,371名から回答を得た。このベースライン調査対象者の特性や生活習慣の特徴を分析した。看護資格では,83%が看護師,11%が準看護師,5%が助産師,1%が保健師であり,全体の96%が病院に勤務していた。喫煙歴では,72%が喫煙経験なし,過去喫煙者11%,現喫煙者18%であり,全国一般女性の喫煙率11.5%(国民栄養調査,2000年)とくらべて,高い喫煙率を示した。年齢階級別の喫煙率は,50歳代の12%や60歳以上での8%に対して,30歳代で18%,40歳代で19%と高いものであった。また,飲酒習慣についても,「飲酒しない」と答えた者の割合は30歳代で29%,40歳代で36%,50歳代で41%,60歳代で53%と,年齢が高くなるにつれ飲酒習慣のない女性が多くなっていた。

このように,生活習慣は同じ女性看護職であっても年代で大きく異なっていた。閉経前後での,生活習慣,またホルモン補充療法やビタミン補助剤などの保健医療習慣の変化について詳細を分析中である。第一次ベースライン調査参加者のうち,住所および氏名を記入し以降の追跡調査に書面にて同意した8,440名を対象に,調査結果の概要などを記載した調査開始後1年目ニュースレターを送付した。転居先不明,宛所尋ねあたらずなど郵便局から研究事務局へ返送されたものは34例(0.4%)と極めて少数で,当コホート研究における郵送法での追跡観察の実施可能性が確認された。また,この34例についても,郵送法以外の方法によって追跡確認を実施中である。また,全国に2年先行して開始した群馬パイロット・コホート研究においては3年目追跡調査として,疾病発生調査を現在実施している。30歳以上の全国女性看護師を対象にベースライン調査を実施しているが,第一次対象者募集で39,371人(追跡調査同意者コホート成員9,009人),第二次対象者募集として,今年度はあらたにコホート成員として約5,300人から追加回答を得た。第一次募集でのコホート成員については,追跡2年後調査として,生活習慣の変化および新規疾病発生について調査を実施した。また,第一次募集ベースライン回答データについて,今年度は特に薬剤の利用に関して詳細を分析した。女性ホルモン薬については,写真付薬剤リストを調査票に同封し使用薬剤を特定した。ホルモン補充療法利用歴は,30歳代で0.5%,40-44歳で1.4%,45-49歳で3.9%,50-54歳で8.5%,55-59歳で10.7%,60歳以上で9.6%と,自然閉経後の女性の約1割で使用歴があり,また,低用量ピルの使用歴は,30歳代で1.7%,40歳代で1.2%,50歳代で0.9%,60歳以上で0.4%であった。低用量ピル市販後12年しか経ていない時点での調査であったが,低用量ピル・ホルモン補充療法いずれの女性ホルモン剤の利用も,決して少なくなかった。ビタミン剤やカルシウム剤などいわゆる栄養補助剤(サプリメント)の利用者は,30歳代で19.4%,40歳代で15.8%,50歳代で16.1%,60歳代で23.3%であった。サプリメント利用者の特性を検討したところ,高学歴痩せ型で比較的非健康的な生活習慣(喫煙,朝食欠食,大豆食品非摂取など)を持つ女性に利用者が多い傾向を示した。30歳以上の全国女性看護師を対象にベースライン調査を実施しているが,2001-2002年第一次対象者募集で39,371人(追跡調査参加のコホート成員9,009人),2003年第二次対象者募集でコホート成員約5,300人から回答を得ている。今年度は,第三次対象者募集として,新たに1,600人からも回答を得た。コホート成員は,パイロット研究も含めると,累積で約17,000人となった。一次募集でのコホート成員については,追跡2年後調査として,生活習慣の変化および新規疾病発生について追跡調査を実施している。また,女性ホルモン薬については,写真付薬剤リストを調査票に同封し使用薬剤を特定した。欧米では閉経後の女性の約半数が,ホルモン補充療法を利用しているといわれている。しかし,2002年に米国の大規模臨床試験Women's Health Initiative (WHI)が,冠動脈疾患の増加など予想に反する結果を発表し,世界に衝撃を与えた。わが国では,欧米と比較して利用頻度が低いといわれてはいるが,わが国女性での利用実態を把握している研究が少ない。そこで,WHI研究結果公表の影響をみるため,本コホート研究の第一次募集集団と第二次募集集団での利用割合を比べてみた。2001-2002年第一次対象者でのホルモン補充療法利用歴割合(95%信頼区間)は,45-49歳で4.5%(3.97%-5.00%),50-54歳で9.1%(8.25%-9.91%),55-59歳で10.9%(9.41%-12.42%)であった。
シュードモナスのトルエン分解系酵素誘導におけるカスケード応答機構

シュードモナス属細菌より分離された,トルエンやキシレンの完全分解系を支配するTOLプラスミドについて,発現調節機構を明らかにするために本研究を行なった.1.活性化因子XylRにより正の調節を受ける第1オペロンと調節遺伝子xylSのプロモーター領域を含むDNA断片をクローニングし,逆転写酵素マッピング法により転写開始点を決定し,その周辺の塩基配列を決定した.その結果,両プロモーターの構造は,通常とは異なる大腸菌のシグマ因子NtrAをもつRNAポリメラーゼによって転写がおこるプロモーターと類似していることが示された.2.第1オペロンとxylSの発現を大腸菌のNtrA変異株を用いて測定した.その結果,両遺伝子とも,活性化にはNtrAが必要であることが明らかとなった.3.xylR遺伝子の全塩基配列を決定し,一次構造を明らかにした.XylRのアミノ酸配列を窒素の利用や固定に働く遺伝子群の活性化因子NtrCやNifAの一次構造と比較した.その結果,これら3つの活性化因子のC末端側約200アミノ酸にわたって非常によく似た配列があり,お互いの相同性は約50%であった.この3つの調節蛋白に共通していることはNtrAをシグマ因子としてもつRNAポリメラーゼにより転写がおこる遺伝子群に対して正の調節因子として働くことである.このことから,相同領域は, NtrA-RNAポリメラーゼと相互作用をもつことが示唆された.以上のことから,分解系酵素誘導において各遺伝子が遂次発現されるときに,その発現調節に通常とは異なるシグマ因子が関与することが明らかとなった.XylR蛋白の分離精製は進行中である.シュードモナス属細菌より分離された,トルエンやキシレンの完全分解系を支配するTOLプラスミドについて,発現調節機構を明らかにするために本研究を行なった.1.活性化因子XylRにより正の調節を受ける第1オペロンと調節遺伝子xylSのプロモーター領域を含むDNA断片をクローニングし,逆転写酵素マッピング法により転写開始点を決定し,その周辺の塩基配列を決定した.その結果,両プロモーターの構造は,通常とは異なる大腸菌のシグマ因子NtrAをもつRNAポリメラーゼによって転写がおこるプロモーターと類似していることが示された.2.第1オペロンとxylSの発現を大腸菌のNtrA変異株を用いて測定した.その結果,両遺伝子とも,活性化にはNtrAが必要であることが明らかとなった.3.xylR遺伝子の全塩基配列を決定し,一次構造を明らかにした.XylRのアミノ酸配列を窒素の利用や固定に働く遺伝子群の活性化因子NtrCやNifAの一次構造と比較した.その結果,これら3つの活性化因子のC末端側約200アミノ酸にわたって非常によく似た配列があり,お互いの相同性は約50%であった.この3つの調節蛋白に共通していることはNtrAをシグマ因子としてもつRNAポリメラーゼにより転写がおこる遺伝子群に対して正の調節因子として働くことである.このことから,相同領域は, NtrA-RNAポリメラーゼと相互作用をもつことが示唆された.以上のことから,分解系酵素誘導において各遺伝子が遂次発現されるときに,その発現調節に通常とは異なるシグマ因子が関与することが明らかとなった.XylR蛋白の分離精製は進行中である.
木材加工面粗さの三次元的評価と粗滑感に対応した評価法の開発

木材表面の加工品質は,加工現場においては人間の視覚や触覚によって評価される。触覚を用いる場合は,表面に触れたときの「つるつる」「ざらざら」感に基づいて評価する。触覚による主観的な評価を数値化する際には以下の2点を考慮してパラメータを構築する必要がある:1.指と物体とは面接触している,2.触感形成に寄与する凹凸のみを評価の対象にする。今年度はまず2.について,一定面積内の凹凸の高さや分布を表わす三次元粗さパラメータと触覚との対応を検討した。評価の対象とする凹凸の波長や高さを変えて触覚との対応を調べた結果,凹凸の波長が2.5-16.0mm以下,高さが10-15μmのときに触覚との対応が最もよくなることを示した。また一定の波長成分を抽出するために用いたロバストガウシアンフィルタについては,木材加工面の評価に最適となるフィルタ処理の条件を明らかにした。さらに1.および2.について,触感形成に寄与する凹凸を明らかにするために,有限要素法を用いて指と木材表面の接触状態のシミュレーションをおこない指が木材と接触した際に生じる変形や応力の状態を調べた。指モデルは表皮,真皮,皮下脂肪組織の物性を考慮した三層構造とし,木材モデルは指との接触面が種々の形状(平坦、段差、突起、溝等)となるよう作成した。解析は皮膚組織の弾性定数,指と木材の摩擦係数,木材に与える強制変位パターン,木材表面の起伏状態の組み合わせを変えておこなった。木材モデルの接触面形状が平坦で指が接触面に対して法線方向に移動して接触した場合,モデルが左右対称で,対称軸上に変位を与えたため,変形も左右対称に発生し,せん断応力は殆ど発生しない。指の上端部付近の要素は板との接触によってXYの2方向ともに圧縮を受けた。この応力は触覚受容器が分布する指表面から内部に向かって急激に減少し,深さが2mm程度になると殆どみられなくなった。
Th1/Th2分化制御による慢性関節リウマチの分子標的療法開発への基礎的研究

最近の研究により関節リウマチにおいて、Th1細胞とTh2細胞の不均衡が病態に密接に関与していることが明らかになってきた。Th1細胞とTh2細胞はともに同一のCD4陽性ナイーブT細胞から分化するため、Th1/Th2分化メカニズムの解明とその人為的制御法の検討は、関節リウマチの新しい治療法開発への基礎となる。CD4陽性ナイーブT細胞からTh1もしくはTh2細胞への分化の開始には、CD4陽性ナイーブT細胞が抗原提示細胞から抗原刺激を受けることが必須である。私達は、この時ナイーブT細胞と抗原提示細胞が接着することに着目し、ナイーブT細胞上に発現する接着分子からのシグナルとTh1/Th2分化との関係について検討した。その結果、私達はナイーブT細胞上に発現する接着分子LFA-1からの刺激によってTh1細胞が分化誘導されることを見いだした。これは、IL-12非依存性の新しいTh1分化誘導経路であった。以前に、私達はCD226分子がT細胞上のLFA-1と複合体を形成すること、LFA-1からの刺激でCD226の細胞内チロシンがリン酸化することを報告した。そこで、今回私達は野生型および細胞内チロシンをフェニルアラニンに置換した変異型CD226をレンチウイルスベクターにてナイーブT細胞に遺伝子導入し、LFA-1によるTh1分化誘導を検討した。その結果、変異型CD226を導入したナイーブT細胞では、LFA-1シグナルによるTh1分化誘導が著しく抑制された。このことより、LFA-1によるIL-12非依存性の新しいTh1分化誘導シグナル経路にCD226が重要な役割を担っていることが明らかになった。これらの結果をふまえて今後は、LFA-1/CD226複合体シグナルと生体内Th1/Th2バランス、関節リウマチ病態の関係を、疾患モデルマウスを用いて個体レベルで検討していく方針である。Th1細胞とTh2細胞はともに同一のCD4陽性ナイーブT細胞から分化するため、Th1/Th2分化メカニズムの解明は関節リウマチの病態解明や新しい治療法開発への糸口となることが期待される。CD4陽性ナイーブT細胞への遺伝子導入は、Th1/Th2細胞分化の分子メカニズムの解析においてきわめて重要な手段である。しかし、現在広く普及しているオンコレトロウイルスベクターによる遺伝子導入法は、ウイルスゲノムが宿主染色体に組み込まれる時に宿主細胞の分裂が必要なため、非分裂細胞期のナイーブT細胞への遺伝子導入には利用できない。そこで、今回私達は非分裂細胞にも感染し、ウイルスゲノムを宿主染色体に組み込むことができるレンチウイルスを基に作成されたベクターを用いてCD4陽性ナイーブT細胞への遺伝子導入系の確立を試みた。その結果、70%以上のナイーブT細胞にナイーブマーカーの発現を維持したまま遺伝子を導入することに成功した。また、遺伝子導入後も99%以上の細胞がG1/G0期にとどまっており、Th1/Th2分化能も保持していることが確認できた。さらに、私達は、ナイーブT細胞上に発現する接着分子LFA-1刺激によってTh1細胞が分化誘導されることを見いだした。次に上記で確立した系を用いて、ナイーブT細胞にドミナントネガティブ型CD226を遺伝子導入したところ、LFA-1刺激によるTh1細胞分化誘導が抑制されCD226がシグナルトランスデューサーとして機能していることが明らかになった。

次年度では、LFA-1/CD226複合体を介するシグナルと関節リウマチの病態との関係についてマウスモデルを用いて解析していく予定である。最近の研究により関節リウマチにおいて、Th1細胞とTh2細胞の不均衡が病態に密接に関与していることが明らかになってきた。Th1細胞とTh2細胞はともに同一のCD4陽性ナイーブT細胞から分化するため、Th1/Th2分化メカニズムの解明とその人為的制御法の検討は、関節リウマチの新しい治療法開発への基礎となる。CD4陽生ナイーブT細胞からTh1もしくはTh2細胞への分化の開始には、CD4陽性ナイーブT細胞が抗原提示細胞から抗原刺激を受けることが必須である。私達は、この時ナイーブT細胞と抗原提示細胞が接着することに着目し、ナイーブT細胞上に発現する接着分子からのシグナルとTh1/Th2分化との関係について検討した。その結果、私達はナイーブT細胞上に発現する接着分子LFA-1からの刺激によってTh1細胞が分化誘導されることを見いだした。これは、IL-12非依存性の新しいTh1分化誘導経路であった。以前に、私達はCD226分子がT細胞上のLFA-1と複合体を形成すること、LFA-1からの刺激でCD226の細胞内チロシンがリン酸化することを報告した。そこで、今回私達は野生型および細胞内チロシンをフェニルアラニンに置換した変異型CD226をレンチウイルスベクターにてナイーブT細胞に遺伝子導入し、LFA-1によるTh1分化誘導を検討した。その結果、変異型CD226を導入したナイーブT細胞では、LFA-1シグナルによるTh1分化誘導が著しく抑制された。このことより、LFA-1によるIL-12非依存性の新しいTh1分化誘導シグナル経路にCD226が重要な役割を担っていることが明らかになった。これらの結果をふまえて今後は、LFA-1/CD226複合体シグナルと生体内Th1/Th2バランス、関節リウマチ病態の関係を、疾患モデルマウスを用いて個体レベルで検討していく方針である。
非構造格子CFDの他分野複合問題への展開

非構造表面格子の生成法をさらに改善するとともに、信頼性のあるハイブリッド非構造格子の生成法を提案し、その内容を学術誌に投稿した。また、流体計算コードでは、並列計算性能を改善して計算時間短縮を行い、また新しい乱流モデルを導入して精度改善をした。その応用として航空機、ゴルフボール、飛翔昆虫まわりの流れを計算し、それら計算例を用いて非構造格子CFDの有用性を議論した論文を学術誌に掲載した。飛翔昆虫の計算では、さらに羽の変形を求めるための構造解析コードと流れの計算との連成解析コードの開発を進めている。高揚力を発生する多要素翼の数値計算法に非構造格子のCFDを用い、その精度検証を行った。さらにこの計算法をもとに多要素翼の最適設計のコード開発を進めた。また、主翼等の空力最適設計法として、形状定義・修正をより自由に行える新しい方法を開発し、2004年に米国航空宇宙学会で発表予定である。この非構造移動格子法は、飛行機の昇降舵等のような可動部の空力的効果等を数値解析する方法としても有効である。空力設計において、非構造格子CFDと逆解法を組み合わせて航空宇宙技術研究所の起音速実験機の主翼設計に応用した。また、その設計システムをより簡便に使えるシステムを構築するとともに、一方では逆解法の基礎方程式を高次なものとして適用範囲を広げるための研究を行った。この成果は2004年に航空機関係の国際会議にて発表予定である。音速近くで飛行する航空機を非構造格子CFDで数値解析して空力特性を調べるとともに、遺伝的最適化法との組み合わせにより、音速域での空力最適化法を構築、その効果を議論した論文を米国航空宇宙学会にて発表した。超音速燃焼エンジン内の燃焼流れやマイクロガスタービンなどにも適用し有効性を示した。本年は、流体計算ソルバーをMPIライブラリーを用いて並列化計算を可能にし、128CPUのオリジン計算機でCPU台数以上のスーパースケーラビリティーの時間短縮が可能であることを示した。この結果はH14年5月にある並列CFD国際会議にて発表する。また、並列化にともなって有限体積法ソルバーの改良を進めた。これにより、並列計算のためのロードバランスを取りやすくしている。一方、計算前処理である格子生成プログラムを改善した。特にナビエ・ストークス計算用の格子生成プログラムを新たに作成し、H14年1月に米国航空宇宙学会の航空宇宙科学会議にて発表した。この新しいプログラムにより、より複雑な形状周りの粘性流計算が容易になった。構造と流体の練成問題や飛行機の舵角応答等を行うために、動的格子法も開発した。これにより、形状の変化する問題や飛行機の姿勢角が急激に変化する場合等の複合問題を解くことが可能となった。この成果はH14年6月の米国航空宇宙学会シンポジウムにて発表予定である。空力設計においては、逆解法を用いての翼胴一体形状の飛行機を設計した。また航空宇宙技術研究所の超音速実験機の主翼設計にも応用し、かつその設計システムの高度化を進めた。応用研究として、超音速燃焼エンジン内の流れに適用し、その燃焼過程の物理的状況を明らかにしている。また、マイクロガスタービン内流れの解析にも応用し、その流路設計に必要な情報を導いた。本年は、昨年度開発した流体並列計算ソルバーについて、更にハイブリッド非構造格子へと展開するとともに、領域分割に伴う精度劣化について詳細に検証した。その結果、計算効率をほとんど落とさずにより高精度なナビエ・ストークス計算を実現している。また、表面格子生成法については学術論文に掲載するとともに、ハイブリッド非構造格子の開発を進めた。

オーバーセット非構造格子法もより高度化するとともに、移動格子についても発表、これにより形状の変化する問題や飛行機の姿勢角が急激に変化する場合等の複合問題を解くことが可能となり、それを用いた飛行機の動的シミュレーションに関する内容を国際会議で発表した。空力設計においては、逆解法を用いての翼胴一体形状の飛行機を設計、航空宇宙技術研究所の超音速実験機の主翼設計にも応用し、かつその設計システムの高度化を進めた。遺伝的最適化法との組み合わせによる航空機複合最適化への研究も進めた。応用として、燃焼複合問題である超音速燃焼エンジン内の流れに適用し、その燃焼過程の物理的状況を明らかにしている。また、マイクロガスタービン内流れの解析にも応用し、その流路設計に必要な情報を導いた。さらに、人工心臓内部の流動解析なども本研究で開発した非構造格子CFDにより行った。非構造表面格子の生成法をさらに改善するとともに、信頼性のあるハイブリッド非構造格子の生成法を提案し、その内容を学術誌に投稿した。また、その応用として航空機、ゴルフボール、飛翔昆虫まわりの流れを計算し、それら計算例を用いて非構造格子CFDの有用性を議論した論文を学術誌に掲載した。飛翔昆虫の計算では、さらに羽の変形を求めるための構造解析コードと流れの計算との連成解析戸コードの開発を進めている。高揚力を発生する多要素翼の数値計算法に非構造格子のCFDを用い、その精度検証を行った。さらにこの計算法をもとに多要素翼の最適設計のコード開発を進めた。また、主翼等の空力最適設計法として、形状定義・修正をより自由に行える新しい方法を開発し、2004年に米国航空宇宙学会で発表予定である。飛行機の昇降舵等のような可動部の空力的効果等を数値解析する方法として、非構造移動格子法を新たに開発して学術誌に掲載した。さらに、姿勢角が急激に変化する場合等の空力と制御や構造との複合問題を解くための計算コード開発を進めた。空力設計において、非構造格子CFDと逆解法を組み合わせて航空宇宙技術研究所の超音速実験機の主翼設計に応用した。また、その設計システムをより簡便に使えるシステムを構築するとともに、一方では逆解法の基礎方程式を高次なものとして適用範囲を広げるための研究を行った。この成果は2004年に航空機関係の国際会議にて発表予定である。音速近くで飛行する航空機を非構造格子CFDで数値解析して空力特性を調べるとともに、遺伝的最適化法との組み合わせにより、音速域での空力最適化法を構築、その効果を議論した論文を米国航空宇宙学会にて発表した。
富士山の地形的メリットを活かしたトレイルランナーの低酸素運動時の生体応答の探求

西暦2000年以降、20年をかけて日本において、トレイルランニングやスカイランニングと呼ばれる未舗装の山岳レースに注目が集まっている。スカイランニングとは、「山を駆け上る、または傾斜30%を超え2000m標高以上で登攀難易度II級を超えない範囲でのランニング競技。」(日本スカイランニング協会)とされている。これら山岳レースは、シティマラソンとは異なり、山岳地帯を走行するため、脱水のみならず、高山病や低体温症などのリスクが高いと考えられる(奥井2015)が、これら山岳レースに関する研究は世界的にも少なく、基礎的なデータを積み重ねる時期であると言える。本研究課題は1スカイランニングが生体に及ぼす影響を明らかにし、また一流スカイランナーの身体的・心理的特性を検証し、非鍛錬者と比較・検討すること、2鍛錬者と非鍛錬者における標高の違いが安静時および運動時の生体応答に及ぼす影響について検討することを目的としている。具体的には、(1)富士山の開山期間において、標高1,500 mから標高3,000 m(もしくは山頂)の往復タイムアタックの前後における体力指標、タイムアタック中の心拍応答、GPS記録、血液成分を分析し、酸化ストレスマーカーや高地順化パラメーターの変動を明らかにする。(2)ランナーの身体・心理的特性を明らかにし、種目適正の選択基準を探る。(3)鍛錬者および非鍛錬者を対象に、標高の違いが生理的応答に及ぼす影響について把握する。当該年度は、国際学会であるFAOPS2019ではスカイランニング前後の脚筋力(体重支持指数)の評価についての発表や協力研究者である日本大学・長澤純一教授らとの原著論文(共著)が報告された。平成30年度は、富士山タイムアタックに10名のランナーが参加し、そのうち2名が山頂、8名が赤岩8号館(標高3200 m)までの往復走を実施した。このデータについては、解析を進め、平成30年度御殿場市調査研究報告会にて内容報告をした。これまでと同様にフィールド実験かつ、国内ランカーの任意の参加のため、今後も継続してデータを蓄積していきたい。また、鍛錬者・非鍛錬者における低酸素に対する生体応答についても、8名の協力を得て、海抜0 mと標高1,500 mにおける乳酸閾値強度での一過性の運動についての実験を行った。平成30年度は、スカイランニング前後の脚筋力の変化についてFAOPS2019(神戸)にて報告した。平成30年度は、タイムアタック前後の体力測定の際の体重支持指数(WBI)を独立基盤形成支援により、より正確に大腿四頭筋および二頭筋の筋力測定が可能なCB-2(ミナト医科学社製)を導入することが可能となったため、直接現地に機材を運び込んで実施する事ができた。令和元年度も同様に機材を持ち込み、更に追加実験を行い、どのようなランナーが好成績をあげ、またどのようなランナーが失速してしまうのかについて、様々なレベルのランナーに協力依頼し、レース中の生体応答や前後の血液データ、体力データの変化および標高0mのデータとの比較から検証を重ねる予定である。西暦2000年前後より、マラソンおよび登山ブームの相乗効果から、トレイルランニングやスカイランニングと呼ばれる未舗装の山岳レースに注目が集まっている。トップの山岳ランナーは、身体的な特性が極端に優れているわけではなく、気温や酸素濃度の外環境の変化(外乱)に対して、内部環境の維持(ホメオスタシス)に優れている可能性が予想される。その強みを把握出来ることで、一般成人が同様の環境におかれた際に気をつけるべき装備や対応についての医科学的論拠を集積していくことは、大変意義の有ることと考える。平成29年度は、富士山タイムアタックに9名のランナーが参加し、そのうち4名が山頂、5名が赤岩8号館(標高3200 m)までの往復走を実施した。このデータについては、解析を進めつつ、平成29年度御殿場市調査研究報告会にて内容報告をした。フィールド実験かつ、国内ランカーの任意の参加のため、今後も継続してデータを蓄積していきたい。また、鍛錬者・非鍛錬者における低酸素に対する生体応答についても、8名の協力を得て、海抜0 m標高2,000 mまで500 m毎、ステップ運動を実施した際の呼吸循環応答を計測することが出来た。

こちらについては、健康長寿フォーラム2017(静岡市)、第95回日本生理学会(高松市)にて報告した。西暦2000年以降、20年をかけて日本において、トレイルランニングやスカイランニングと呼ばれる未舗装の山岳レースに注目が集まっている。スカイランニングとは、「山を駆け上る、または傾斜30%を超え2000m標高以上で登攀難易度II級を超えない範囲でのランニング競技。」(日本スカイランニング協会)とされている。これら山岳レースは、シティマラソンとは異なり、山岳地帯を走行するため、脱水のみならず、高山病や低体温症などのリスクが高いと考えられる(奥井2015)が、これら山岳レースに関する研究は世界的にも少なく、基礎的なデータを積み重ねる時期であると言える。本研究課題は1スカイランニングが生体に及ぼす影響を明らかにし、また一流スカイランナーの身体的・心理的特性を検証し、非鍛錬者と比較・検討すること、2鍛錬者と非鍛錬者における標高の違いが安静時および運動時の生体応答に及ぼす影響について検討することを目的としている。具体的には、(1)富士山の開山期間において、標高1,500 mから標高3,000 m(もしくは山頂)の往復タイムアタックの前後における体力指標、タイムアタック中の心拍応答、GPS記録、血液成分を分析し、酸化ストレスマーカーや高地順化パラメーターの変動を明らかにする。(2)ランナーの身体・心理的特性を明らかにし、種目適正の選択基準を探る。(3)鍛錬者および非鍛錬者を対象に、標高の違いが生理的応答に及ぼす影響について把握する。当該年度は、国際学会であるFAOPS2019ではスカイランニング前後の脚筋力(体重支持指数)の評価についての発表や協力研究者である日本大学・長澤純一教授らとの原著論文(共著)が報告された。平成30年度は、富士山タイムアタックに10名のランナーが参加し、そのうち2名が山頂、8名が赤岩8号館(標高3200 m)までの往復走を実施した。このデータについては、解析を進め、平成30年度御殿場市調査研究報告会にて内容報告をした。これまでと同様にフィールド実験かつ、国内ランカーの任意の参加のため、今後も継続してデータを蓄積していきたい。また、鍛錬者・非鍛錬者における低酸素に対する生体応答についても、8名の協力を得て、海抜0 mと標高1,500 mにおける乳酸閾値強度での一過性の運動についての実験を行った。平成30年度は、スカイランニング前後の脚筋力の変化についてFAOPS2019(神戸)にて報告した。平成29年度は、タイムアタック前後の体力測定の際、体重支持指数(WBI)を簡易法である立ち上がりテストを用いて実施した。しかしながら、低体力者のスクリーニングである立ち上がりテストでは、タイムアタック前後の正確な脚筋力を測定することは出来ない。そこで、29年度に科研費の独立基盤形成支援により、より正確に大腿四頭筋および二頭筋の筋力測定が可能なCB-2(ミナト医科学社製)を導入することが可能となり、平成30年度以降の実験では、現地に運び込みより詳細なデータを測定する予定である。
太陽電池で駆動可能な無線通信用低消費電力パワーアンプと発振器の研究

Si CMOS技術を用いて、太陽電池で駆動可能な電圧(0.30.5 V)で動作するパワーアンプICと発振器ICの新規回路を考案し、チップ試作(大学外部に委託)後、特性評価を行った。パワーアンプICは、動作周波数=2.5 GHz、動作電圧=0.5 Vで出力パワー=5 dBm、電力効率=29 %を達成した。また、発振器ICは、最低動作電圧=0.28 Vで発振周波数=2.48 GHzを達成した。この動作電圧は世界トップレベルの低動作電圧である。また、動作電圧=0.5 Vにおいては、発振周波数=2.12.3 GHzを実現した。以上により、本研究課題の目標を上回る成果が得られた。本研究では、太陽電池で駆動可能な低消費電力パワーアンプと発振器の回路方式を研究する。太陽電池の1セル当たりの出力電圧はDC 0.5Vであるので、前記回路の動作電圧の目標は0.5V以下である。平成23年度は本課題の初年度であり、CMOSプロセスを用いて、パワーアンプと発振器の0.5V動作のための基礎研究を実施した。発振器の低電圧化における最大の課題は負性抵抗の低下、すなわち、発振の困難さにある。今年度検討した発振器では、負性抵抗を発生させるためnMOSFETを用いたクロスカップル回路を採用した。さらに、低動作電圧化のため、新規バイアス回路を考案中である。具体的には、nMOSFETのソースまたはドレイン電極に電流源トランジスタを縦積みするのではなく、nMOSFETのゲート電極に電流源回路を接続する方式である。また、共振回路にはスパイラルインダクタとMOSバラクタを用いた。本回路方式により、発振器の低動作電圧化と負性抵抗の安定な発生が可能となることを回路シミュレーションにより確認した。具体的には、電源電圧が0.5Vにおいて、発振周波数が2.4GHz2.5GHzであり、出力パワーは0dBm(1mW)が得られた。パワーアンプに関しては、0.5V動作のための基礎回路検討を実施した。パワーアンプはnMOSFETを基本とした差動対回路を考案中であり、発振器と同様に、nMOSFETのゲート電極に電流源回路を接続する回路方式を検討しており、回路シミュレーションにより動作の目途が得られた。動作周波数は2.5GHz帯である。平成24年度に低動作電圧制御発振器回路を設計し、学外のファブで試作したチップの評価ならびに考察を行った。また、低動作電圧パワーアンプの回路方式を検討し、回路シミュレーションを行った。(1)電圧制御発振器CMOSプロセスを用いて、0.30.5 Vで動作する発振器ICの評価を行った結果、次の結果が得られた。動作電圧=0.5 Vでは、制御電圧を0.00.5Vに可変することで、発振周波数=2.092.29 GHzの発振を確認した。この時の消費電力は2.6mWであった。動作電圧=0.3 Vにおいては、制御電圧を0.00.3Vに可変することで、発振周波数=2.222.43 GHzの発振を確認した。この時の消費電力はわずか0.576mWであり、また位相雑音は離調周波数=1MHz時にー111dBc/Hzであった。以上の結果は、CMOSFETのバックゲート効果を利用することで実現されたものである。また、平成24年度に回路考案し、回路設計並びにレイアウト設計した際に期待された発振周波数が得られており、設計精度の高さを確認した。これらの結果を国際学会(2014 Asia Pacific Microwave Conferenceなど)にて発表した。(2)パワーアンプCMOSプロセスを用いて、0.5Vで動作するパワーアンプの回路設計並びに特性シミュレーションを実施した。回路方式は、高効率特性が期待されるE級アンプ方式を基本とし、低電圧においても高効率が得られるように改善した。その結果、動作周波数=2.4GHzにおいて、小信号ゲイン=10 dB、出力パワー=1mW、電力効率=18 %がシミュレーションで得られた。本効率は動作電圧が0.5Vであることを考慮すると非常に高効率と言える特性である。平成24年度は、富士通65nm CMOS技術を用いて、0.5Vで動作する発振器、ディテクタ、コンパレータの各回路の考案を行った。さらに、ディテクタ、コンパレータでフィードバックループを構成し、発振器の消費電力を低減する回路(全体回路)を設計した。1)発振器電源電圧=0.5Vの条件で、回路シミュレーションにより発振周波数=2GHz帯が得られた。また、発振回路にはバッファアンプも組み込んだ。このバッファアンプは0.5Vで設計し、動作を確認した。

この回路は、来年度実施するパワーアンプの0.5V動作化への有効な回路候補である。発振回路の出力(バッファアンプ出力)は約ー5ー10dBmでり、十分な出力電力である。2)ディテクタ、コンパレータ、全体回路電源電圧=0.5Vの条件で、回路シミュレーションにより動作確認した。発振器の出力電力がー10dBm程度であることから、それ以下の電力を検出できるようディテクタを設計した。また、コンパレータは発振器に用いるMOSFETのゲート電圧を有効に可変できることを確認した。ディテクタ、コンパレータでフィードバックループを構成し、発振器の消費電力を低減する回路を設計し。シミュレーションで消費電力が低減できることを確認した。以上、回路シミュレーションにより、0.5Vで各回路と全体回路が動作することを確認できたので、レイアウト設計を行い、富士通にICチップ試作を依頼した(2012年12月)。その後、2013年3月中旬にチップが納品された。平成25年度は、ICチップの評価を進める。研究の最終年度にあたり、電圧制御発振器とパワーアンプの高性能化(低動作電圧化、高効率化)のための新規回路の考案と、チップ試作・評価により、特性改善度を確認した。その結果、科研費の当初目標を上回る成果をあげることができた。以下に、電圧制御発振器とパワーアンプの各回路の特徴と性能についてまとめる。(1)電圧制御発振器CMOSプロセスを用いて、0.30.5 Vで動作する発振器ICの新規回路考案を行い、また、チップ試作(大学外部に委託)後、特性評価を行った。その結果、最低動作電圧=0.28 Vで、発振周波数=2.25-2.48 GHzを達成した。この動作電圧は世界トップレベルの低動作電圧である。また、動作電圧=0.5 Vにおいては、制御電圧を0.0 V0.5 Vまで変化することで、発振周波数=2.12.3 GHzを実現した。この時の出力パワーは、-7 dBmであった。従って、BluetoothやZigbeeなどの近距離無線通信用として応用できると期待される。電圧制御発振器の位相雑音を評価した結果、動作電圧=0.3 V、発振周波数=2.43 GHz、離調周波数=1 MHzの条件で、ー111 dBc/Hzの良好な特性が得られた。(2)パワーアンプCMOSプロセスを用いて、0.5Vで動作するパワーアンプの新規回路設計並びにチップ試作(大学外部に委託)と特性評価を実施した。回路方式は、高効率特性が期待されるE級アンプ方式を基本とし、低電圧においても高効率が得られるように改善した。その結果、動作周波数=2.5 GHzにおいて、出力パワー=5 dBm、電力付加効率=29 %が得られた。本効率は動作電圧が0.5Vであることを考慮すると非常に高効率である。26年度が最終年度であるため、記入しない。マイクロ波・ミリ波集積回路26年度が最終年度であるため、記入しない。平成2324年度の研究目標である「パワーアンプと発振器の0.5V動作」に対して、回路シミュレーションにより基本動作の目途が得られた。研究は計画以上の進捗で進んでいる。1)発振器のチップ試作・評価結果から、本研究課題の目標である0.5V動作を上回る0.3V動作を達成したことを確認した。この時の消費電力はわずか0.576mWで、発振周波数=2.2-2.4GHzで、目標の周波数帯を実現した。
ウガンダの初等教育無償化政策下における低学費私立学校の研究

本研究の目的は、ウガンダ農村部の低学費私立学校が初等教育無償化政策下で果たしている役割に関連し、低学費私立学校による初等教育提供がさかんな地域の文脈・背景、親・保護者が子どもの就学先として低学費私立学校を選択する経済的・非経済的要因、低学費私立学校と公立学校の教育の質と費用効果の違いを明らかにすることである。調査を予定していた県のひとつに大量の数の南スーダン難民が流入し世界的注目を集めていることから、1年目から難民の子どもが通う私立学校や周辺の公立学校を対象に含めた研究を遂行してきた。当該年度(2年目)はまず、1年目の第一回現地調査で収集したデータの分析を引き続き行い、教育の需要側の視点に関係する研究成果をまとめた論文が、国内ジャーナルに掲載された。また第二回現地調査(910月)を、マケレレ大学の研究者と国際NGOの協力を得て実施した。この中では調査対象県の教育事務所の担当官や私立学校を運営する国際NGOの教育担当者へのインタビューを行うとともに、第一回現地調査で対象とした初等・中等学校と新たに抽出した周辺の公立・私立初等学校を訪問し、校長や教員、親・保護者、児童・生徒への半構造化インタビューと調査票調査を実施した。本調査の暫定的結果に基づく研究成果は、国内の研究会で共有し、査読付きの国際学会での発表にも採択されている。さらに、公立・私立学校間の教育の質の違いに関する学力テストのデータを用いた分析を継続しており、固定効果モデルによる分析結果の発表を国内の研究会で行った。くわえて、第二回現地調査時には、調査対象県の位置する地域で収集された新たな学力テストのデータの利用許可を得ることができた。1年目から実施してきた定性的分析の結果を加味して立てられた仮説を検証することを目的に、本データを使った教育の質に関する定量的分析も行い、暫定的分析結果に基づく発表を国内の研究会で行った。第一回現地調査に基づく新たな研究成果を、雑誌論文としてまとめることができた。さらに第二回現地調査を予定通り実施し、研究成果を国外の学会で発表することが確定している。また、新たに取得した2次データの定量的分析を行い、これに基づく研究成果を国内の研究会で発表することができた。研究対象地域への南スーダン難民流入にともない、当初はウガンダの低学費私立学校全般の研究で用いることを計画していた枠組みを適用し、難民の子どもが通う私立学校や周辺の公立学校を対象に含めた研究を遂行し、成果を発表してきた。2次データによる分析が中心となっているが、低学費私立学校の選択に影響する要因に関する研究成果はこれまでにとりまとめ、公立学校との間での教育の質の違いに関する研究においても進展がみられる。3年間の採用期間の3年度目となる次年度は、現在進めている国際学力テストの2次データを用いた分析を精緻化し、国内外の学会で発表するとともに、論文執筆に傾注する。また、第一回・第二回現地調査で収集した1次データを用いた研究成果に基づいてインタビューガイドや調査票を修正し、これまでの研究成果のフィードバックもかねた第三回現地調査を実施する。本現地調査結果の分析とともに、最終年度として、全体の成果を意識した研究の取りまとめを行う。都市部の低所得者居住地域(スラム等)の低学費私立学校に関する先行研究は多い中、アフリカにおいて農村部を含む全国的規模で拡大が進みつつある現象に焦点を当てている点が、本研究の特色である。当該年度(初年度)はまず、政策文書・報告書、先行研究のレビューに加え、需要側である親・保護者が子どもの就学先として私立学校を選択する要因について家計調査のデータを用いた分析のとりまとめを行った。高額の学費を一部の公立校が非公式に徴収している状況を加味し、農村部で拡大する私立校が貧困層への就学拡大に果たす役割が限定的であることを示す本研究成果を含む論文は、国際ジャーナルに掲載された。また、公立・私立学校間の教育の質の違いに関する学力テストのデータを用いた分析を開始し、成果を国内の学会で共有した。次に、第一回現地調査(910月)を実施し、この中では教育スポーツ省や首相府等の政府機関、援助機関、マケレレ大学等の研究機関を訪問し、本研究実施にむけた基礎的な情報の収集と学校訪問実施に必要な手続きを現地の研究者からの協力を得て行った。また、調査を予定していた県のひとつに大量の数の南スーダン難民が流入し世界的注目を集めていることから、難民の子どもが通うコミュニティ校や現地の公立校を調査対象校に含め、半構造化インタビュー、調査票調査を実施した。第一回現地調査で収集したデータを用いた研究成果を含む論文は、国内ジャーナルに掲載が決定し、国際学会においても成果の共有を行い、他の研究者との意見交換を行った。当初予定していた第一回現地調査を予定通り実施し、研究成果を国内外の学会で発表するとともに、雑誌論文としてまとめることができた。また、2次データの定量的分析のとりまとめを行い、雑誌論文として学術雑誌に発表することができた。本研究の目的は、ウガンダ農村部の低学費

私立学校が初等教育無償化政策下で果たしている役割に関連し、低学費私立学校による初等教育提供がさかんな地域の文脈・背景、親・保護者が子どもの就学先として低学費私立学校を選択する経済的・非経済的要因、低学費私立学校と公立学校の教育の質と費用効果の違いを明らかにすることである。調査を予定していた県のひとつに大量の数の南スーダン難民が流入し世界的注目を集めていることから、1年目から難民の子どもが通う私立学校や周辺の公立学校を対象に含めた研究を遂行してきた。当該年度(2年目)はまず、1年目の第一回現地調査で収集したデータの分析を引き続き行い、教育の需要側の視点に関係する研究成果をまとめた論文が、国内ジャーナルに掲載された。また第二回現地調査(910月)を、マケレレ大学の研究者と国際NGOの協力を得て実施した。この中では調査対象県の教育事務所の担当官や私立学校を運営する国際NGOの教育担当者へのインタビューを行うとともに、第一回現地調査で対象とした初等・中等学校と新たに抽出した周辺の公立・私立初等学校を訪問し、校長や教員、親・保護者、児童・生徒への半構造化インタビューと調査票調査を実施した。本調査の暫定的結果に基づく研究成果は、国内の研究会で共有し、査読付きの国際学会での発表にも採択されている。さらに、公立・私立学校間の教育の質の違いに関する学力テストのデータを用いた分析を継続しており、固定効果モデルによる分析結果の発表を国内の研究会で行った。くわえて、第二回現地調査時には、調査対象県の位置する地域で収集された新たな学力テストのデータの利用許可を得ることができた。1年目から実施してきた定性的分析の結果を加味して立てられた仮説を検証することを目的に、本データを使った教育の質に関する定量的分析も行い、暫定的分析結果に基づく発表を国内の研究会で行った。第一回現地調査に基づく新たな研究成果を、雑誌論文としてまとめることができた。さらに第二回現地調査を予定通り実施し、研究成果を国外の学会で発表することが確定している。また、新たに取得した2次データの定量的分析を行い、これに基づく研究成果を国内の研究会で発表することができた。研究対象地域への南スーダン難民流入にともない、当初はウガンダの低学費私立学校全般の研究で用いることを計画していた枠組みを適用し、難民の子どもが通う私立学校や周辺の公立学校を対象に含めた研究を遂行し、成果を発表してきた。2次データによる分析が中心となっているが、低学費私立学校の選択に影響する要因に関する研究成果はこれまでにとりまとめ、公立学校との間での教育の質の違いに関する研究においても進展がみられる。3年間の採用期間2年度目となる次年度は、現在進めている国際学力テストの2次データを用いた分析をさらに進め、国内外の学会で発表するとともに、論文執筆を進める。また、第一回現地調査で収集した1次データを用いた研究成果に基づいて新たなインタビューガイドや調査票を作成し、第二回現地調査を実施する。本現地調査結果の分析も進め、国内外の学会での成果発表、論文執筆を進める。3年間の採用期間の3年度目となる次年度は、現在進めている国際学力テストの2次データを用いた分析を精緻化し、国内外の学会で発表するとともに、論文執筆に傾注する。また、第一回・第二回現地調査で収集した1次データを用いた研究成果に基づいてインタビューガイドや調査票を修正し、これまでの研究成果のフィードバックもかねた第三回現地調査を実施する。
コオロギの概日時計機構におけるエピジェネティック制御

本研究課題ではフタホシコオロギを用いて脚再生、及び概日時計機構におけるエピジェネティックな遺伝子発現制御を解析した。エピジェネティック因子E(z)とUtxは再生中の脚のヒストンH3の27番目のリジン残基(H3K27)のメチル化/脱メチル化に寄与し、RNAi個体の再生脚は形態異常が観察された。正常個体を脛節で切断すると、脛節、脛節棘、3つの附節、附節棘、爪を再生する。E(z)(RNAi)個体の再生脚の最もシビアな表現型は過剰な脛節及び脛節棘が挿入された。Utx(RNAi)個体の再生脚は附節及び附節棘の形成異常が観察された。形態異常の原因を解析するため、脚パターン形成遺伝子の発現解析を行った結果、E(z)はdachshundの発現領域を制限することで過剰な脚節形成を抑制し、UtxはEgfrの発現を活性化することで附節形成異常を抑制し、正常な再生を誘導していることが示唆された。エピジェネティクスと概日時計機構の関与についても解析した。夜行性の成虫は光周期を明期12時間:暗期12時間(LD12:12)からLD20:4に移すと短い暗期に活動を集中させ、恒暗条件下においても短い主観的夜を継続する。E(z)(RNAi)個体では大部分の個体で短い暗期での活動の集中が阻害された。歩行活動への影響は時計遺伝子の発現変調を介しているのではないかと推定し、フタホシコオロギにおいて時計の中枢とされる視葉で解析を行った。LD12:12及びLD20:4においてE(z)が発現しており、RNAiによって発現レベル、ヒストンH3K27のトリメチル化レベルが低下することを明らかにした。正常個体とE(z)(RNAi)個体の視葉における時計遺伝子の発現特性を解析すると、LD12:12ではほとんど差はないが、LD20:4では発現特性が大きく異なることが明らかとなった。これらの結果より、LD12:12からLD20:4への光周期変調の際、時計遺伝子がE(z)によって発現調節を受け新しい光周期に適応していることが示唆された。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、フタホシコオロギが昼行性から夜行性に切り替わるスイッチのメカニズム、概日リズムの光周反応の維持、タンボコオロギの光周性について二種類のコオロギを用いてエピジェネティックな遺伝子発現制御を中心に解析を行った。研究計画に従い、フタホシコオロギにおいて、野生型の終齢幼虫または成虫初期にエピジェネティック因子E(z)のRNAiを行い、遺伝子発現の抑制および行動リズムの発現を検証した。野生型では約4日で昼行性から夜行性への位相シフトが完了するが、E(z)のRNAi個体では約8日かかり、2倍ほど長期化することを明らかにした。また成虫初期へのRNAi実験で与える光周期条件(明暗: 12h:12h (短日), 20h:4h (長日))を変え恒暗条件下で自由継続リズム解析すると、短日条件下では野生型とRNAi個体ではリズム変調は認められなかったが、長日条件下において、野生型は短い暗期に同調し活動期が集中するのに対し、E(z)のRNAi個体は暗期の長さには同調せず、まるで短日条件下のような長期の活動期を継続した。これは位相シフトや光周期変動による体内時計のリセットを制御している概日時計機構がエピジェネティックに制御されているためであると考えられる。現在、これらの条件下における時計遺伝子の発現解析を行っている段階である。タンボコオロギにおいては、エピジェネティック因子(E(z), Utx, nejire,Rpd3, DNMT3, TET)の遺伝子断片をクローニングした。成虫の卵巣で二本鎖RNA処理を行い、遺伝子発現の変化や活動リズムの光周期依存的な変化を観察する計画であったが、RNAiを行ったE(z), nejire, Rpd3は発生段階で致死であったため、光周反応が決定する2齢初期(小型で弱く、RNAiが困難)でノックダウンする方法を検討中である。