hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
土着寄生蜂を用いたイエバエ類の総合的害虫管理技術の確立

2011年の牛体付着ハエ数は、5月上旬から6月上旬にかけて一時的に50頭程度に増加した後に減少傾向を示し、8月下旬から9月上旬に突出した増加を示した。このピーク時(9月1日)の付着ハエ数(平均±SE)は188.0±29.0頭であった。一方、2012年の牛体付着ハエ数は、2011年に比べると調査期間を通じて低密度で推移し、付着ハエ数(平均±SE)は、最高でも8月30日に記録された46.0±8.2頭と、50頭を超えることはなかった。また牛体付着ハエ数を従属変数とし、調査年、週平均気温、週平均降水量及び調査週を独立変数として、重回帰分析を行った結果、週平均気温、週平均降水量及び調査週では有意確率はP>0.05であったが、調査年ではP<0.01であった。従って寄生蜂を放飼した2012年の牛体付着ハエ数は、放飼していない2011年に比べて有意に少なかったことになる。しかし寄生蜂を放すだけでは畜舎で発生するハエの密度を完全に抑制できたとは言えなかった。従って、畜産現場におけるハエ類対策としては、複数の防除手段を組み合わせて取り組むことが重要である。今後、総合防除研究に取り組むことにより、日本における土着寄生蜂を用いたハエの総合的害虫管理の実現が期待される。研究目的である、土着寄生蜂を用いたイエバエ類の総合的害虫管理技術の確立には未だ至ってはないものの、併用可能であると思われる薬剤の選定及び放飼時期や放飼場所が今回の研究により明らかになった。研究目的である、土着寄生蜂を用いたイエバエ類の総合的害虫管理技術の確立には未だ至ってはないものの、寄生蜂放飼による畜舎に発生するハエの密度抑制効果が明らかとなった。今後は、23年度の研究結果に基づき、現場畜舎で実際に寄生蜂の放飼に加え物理的、化学的防除を組み合わせてイエバエ類の密度抑制効果を明らかにする。さらに本年度は、北海道の帯広での調査畜舎も決まったので、寒冷地の畜舎における土着寄生蜂の防除効果も明らかにしたいと考えている。今回の調査により、寄生蜂放飼のみでは、完璧にハエを防除できたとは言えず、総合的害虫管理技術の確立のためには、物理的防除や化学的防防除といった他の防除戦略と生物的防除を総合し、複数の異なる防除手段を組み合わせた研究に取り組む必要がある。
iPS細胞とヒト疾患モデルマウスを用いたSTAT1シグナル異常症の病態解析

転写因子STAT1異常症には機能喪失型と機能獲得型の両方の変異が存在し,それぞれ異なった表現型を示す。本研究は両者から疾患特異的iPS細胞を樹立し,iPS細胞を造血系から単球へ分化させて機能解析を試みた。分化単球ではIFNγ刺激でSTAT1分子のリン酸化異常を確認することは可能であったが,転写活性の変化までの結果を導くことは現段階では不可能であった。患者細胞とiPS細胞での分化した細胞で十分に病態を反映できるのか,細胞分化技術を含めて検討が必要である。今後,疾患特異的iPS細胞の病態解明への応用を確立していく予定である。STAT1異常症には機能喪失型と機能獲得型の2種類の変異があり,異なった表現型を生じることが明らかにされている。それぞれのタイプの患者さんから疾患特異的iPS細胞樹立を開始している。今年度はそれぞれの患者さんの骨髄細胞から,京都大学iPS研究所の協力を得て,機能喪失型と機能獲得型の表現型を有したiPS細胞の作製に着手している。同時に,患者さん骨髄細胞から分化誘導した食細胞の機能解析を平行して行い,作製されたiPS細胞と骨髄から直接分化した細胞の機能比較を行っている。患者骨髄からはマクロファージ,破骨細胞を誘導する実験系を確立し,機能喪失型では正常コントロールと比較してより活性の高い破骨細胞が多く誘導されることが判明している。一方,機能獲得型から誘導された破骨細胞はほぼ正常コントロールと同程度であることから,破骨細胞を含めた食細胞の表現型が異なっていることが明らかとされた。現在,iPSを食細胞系に分化誘導しての機能変化の実験に着手している。転写因子STAT1異常症はSTAT1遺伝子の機能喪失型変異と機能獲得型変異があり,それぞれ異なった表現型を示すことが知られている。それぞれの患者から疾患特異的iPS細胞を樹立し,iPS細胞を造血系から骨髄系細胞への分化を行い,最終的には単球系への分化を試みた。機能喪失型変異は主として単球系細胞の機能異常が認められるので,iPS細胞からの分化した単球を用いた機能解析を行った。単球でのIFNγ刺激に対するSTAT1分子のリン酸化異常をiPS細胞で確認出来たが,転写活性の低下まで確認することは現段階では確立されていない。患者細胞とiPS細胞での分化した細胞で十分に病態を反映できているか,今後の検討が必要である。また,患者骨髄細胞からの破骨細胞への分化を行い,機能喪失型では正常コントロールと比較してより活性の高い破骨細胞が多く誘導されることを確認した。現在iPS細胞からの破骨細胞への分化を試みている。また機能獲得型変異から樹立したiPS細胞を用いた,単球分化でのSTAT1分子のリン酸化の亢進について検討を継続している。それぞれの異常からの樹立したiPS細胞を用いて,単球系細胞でのSTAT1分子のリン酸化の低下と亢進を確認することで,病態の一部を反映することが可能となるであろう。疾患特異的iPS細胞の作製に時間を要しているため,また確認できた細胞の機能解析にはかなりの期間を要する。従って,その間を利用して,患者さんから得た骨髄細胞からの分化誘導実験を行い,確固たるデータを得ておくことで,iPS細胞との比較を容易にできるようには準備をしている。小児科学,血液学,免疫学患者骨髄を用いた培養系からの機能解析は確実に進行しているので,iPS細胞が完成した時点で,速やかに分化誘導実験,機能解析ができる準備はしている。同時に骨髄細胞とiPSから分化誘導された造血細胞,マクロファージ系を比較できるように,その実験系を確立している。
高齢者のコミュニケーション意欲を促進するマルチメディア通信システムの開発

本研究では,超高齢社会における人と人とのコミュニケーションの支援を目標としたマルチメディア通信システムの開発を目指した.本研究にかかる成果として,画像処理分野においては,エッジ保存平滑化技術と自己商フィルタの特性を考慮した非線形フィルタの拡張について検討した.音響処理分野においては音声認識システムを評価システムとして陽に利用したパラメータ調整方法について検討し,その有効性を確認した.本研究は,超高齢社会における人と人とのコミュニケーションの支援を目標とし,照明変動にも頑健なエッジ保存平滑化技術の開発やしわ,しみを取り除くべき対象人物の検出システム,音声認識システムを利用したパラメータ設定技術等の要素技術の開発やそれらを統合したテレビ電話システムなどのマルチメディア通信システムの開発を目指している.初年度である平成25年度は,リアルタイム処理に向けた研究の準備段階として,Microsoft Kinectを利用した画像・音響システムのための開発環境の整備やプログラム開発を行うとともに,特に画像処理系について,動画内に撮像された人物のしわ,しみ除去のための技術要素の開発に取り組んだ.前年度までの研究では,照明変動を含む画像に対する効率的なしわやシミの除去システムとして,エッジ保存平滑化技術と自己商フィルタの特性を考慮した非線形フィルタの開発を行ってきた.このフィルタは従来開発されてきた手法に比べ,1枚の画像のみを用いた処理が可能であるという利点があるが,その評価についてはモノクロ画像に対する有効性のみが検証されており,開発したフィルタのカラー画像への適用可能性についてはいまだ調査がなされていなかった.平成25年度はこの問題を解決するため,上記の非線形フィルタのカラー画像への適用可能性について検討した.結果として照明変動のあるカラー画像にも対応可能なエッジ保存平滑化フィルタの開発に成功し,1枚の画像のみを用いたしわ,しみ除去システムの実現可能性を確認した.本研究は,超高齢社会における人と人とのコミュニケーションの支援を目標とし,照明変動にも頑健なエッジ保存平滑化技術の開発やしわ,しみを取り除くべき対象人物の検出システム,音声認識システムを利用したパラメータ設定技術等の要素技術の開発やそれらを統合したテレビ電話システムなどのマルチメディア通信システムの開発を目指している.2年目の平成26年度は,前年度に準備したMicrosoft KinectやWebカメラなどを利用した画像・音響システムのための開発環境を利用し,画像処理系・音響処理系それぞれについて研究を進めた.画像処理系については,前年度までに開発された人物のしわ,しみ除去のための技術要素を利用し,カメラからの画像に対するリアルタイム処理システムの開発に取り組んだ.前年度までの研究では,照明変動のあるカラー画像にも対応可能なエッジ保存平滑化フィルタの開発に成功し,1枚の画像のみを用いたしわ,しみ除去システムの実現可能性を確認しており,これを顔トラッキングシステムと組み合わせることでリアルタイムな画像処理システムを実現した.また,音響系システムにおいては環境内の雑音変動に頑健な音声認識システムの実現のため,音声認識システムを評価システムとして陽に利用したフィルタリングのパラメータ調整方法について検討した.結果として,誤差を規範とするアプローチに比べ,雑音変化により頑健なシステム構築の可能性が示唆された.本研究は,超高齢社会における人と人とのコミュニケーションの支援を目標とし,照明変動にも頑健なエッジ保存平滑化技術の開発やしわ,しみを取り除くべき対象人物の検出システム,音声認識システムを利用したパラメータ設定技術等の要素技術の開発やそれらを統合したテレビ電話システムなどのマルチメディア通信システムの開発を目指している.最終年度である平成27年度は,研究の総まとめとして前年度までの成果に関する成果の発表を行いながら,画像処理システム,音響系システムそれぞれについて研究を進展させた.画像処理システムについては,エッジ保存平滑化の処理速度向上のための関数形に関する工夫について検討するとともに,雑音分布に関する仮定を利用した新たなパラメータ設定法について取り組んだ.音響系システムにおいては環境内の雑音変動に頑健な音声認識システムの実現のため,音声認識システムを評価システムとして陽に利用したフィルタリングのパラメータ調整方法について検討した結果について,実環境下での雑音処理システムへの適用に取り組み,雑音変化により頑健なシステム構築の可能性が示唆された.本研究では,超高齢社会における人と人とのコミュニケーションの支援を目標としたマルチメディア通信システムの開発を目指した.本研究にかかる成果として,画像処理分野においては,エッジ保存平滑化技術と自己商フィルタの特性を考慮した非線形フィルタの拡張について検討した.音響処理分野においては音声認識システムを評価システムとして陽に利用したパラメータ調整方法について検討し,その有効性を確認した.前年度の成果を踏まえたリアルタイム処理システムに関する進展があり,また,音響システムについても一定の成果が上がっていることから,おおむね順調に進んでいると考えられる.知覚情報処理・知能ロボティクス開発したフィルタの適用可能範囲や音響システムの適用可能性などを詰めながら,引き続き,システムの実装を進める.本研究でも主要な位置づけである非線形フィルタ技術に関する進展があり,また,次年度の研究準備としてリアルタイム人物検出システムなどの実装を進めているなど,おおむね順調に進んでいると考えられる.使用を予定していた会議への参加について,学内からの補助金での代用が可能であったことが挙げられる.開発したフィルタの適用可能範囲などを詰めながら,引き続き,システムの実装を進める.今後の成果発表や調査費として利用する予定である.購入を予定していたいくつかの備品について,既取得備品での代用が可能であったことや旅費や会議費等が予定した額よりも少なかったことが挙げられる.消耗品購入費用や、成果発表、研究調査費として利用する予定である.
アルミニウム配位子含有遷移金属錯体の創出とこれを利用した高難度触媒反応の開発

不活性σ結合の官能基化反応は,豊富かつ入手容易な物質から現代生活を支える有用物質を直截的に合成するために重要な素反応である。しかし,当該分野が大きく発展した現代においても選択的に官能基化できない結合は多く存在する。本研究では,従来別々に用いられていた遷移金属とルイス酸性金属であるアルミニウムを同一分子内に有する新規アルミニウム配位子含有遷移金属錯体を合成し,それを触媒として従来の触媒では達成困難な高難度σ結合官能基化反応の開発を行う。本研究の目的は,反応の開発により有用物質生産を高効率化して現代生活の発展へ寄与すること,およびそのような新反応を可能にする新しい触媒設計指針を提示することである。
子どもの視点に立った養育とアタッチメントの発達：母親の視線解析に基づく縦断検討

本研究の目的は,乳児期の親子を対象として,安定したアタッチメントの形成につながりうる養育環境の特徴を明らかにすることである。子どもの安定したアタッチメント形成を促進する可能性がある要因として,複数の先行研究から,母親が乳児の感情や欲求,思考状態など,子どもなりの心の状態を認め,共有する姿勢が注目されている。一方,こうした母親の姿勢には個人差が大きく,その個人差の規定因は十分に検討されていない。本研究ではまず,母親が乳児の行動から乳児なりの心的状態を読み取ろうとする際の視覚的情報探索行動に着目し,乳児のビデオ視聴時における視線計測によって母親の情報探索の特徴を探り,乳児の母親間にどのような個人差があるのかを検討した(実験1)。次に,乳児の行動に対する心的状態の読み取りを測定する実験から(実験2),1による母親の視覚的情報探索行動における特徴との関連を検討した。また,実験1と2に参加した母親と子ども(生後6ヵ月時)を対象に,母子自由遊び場面の観察をこれまでに実施しており(観察3),実験場面で測定される母親の特徴が,実際の子どもとの相互作用場面における養育行動とどのようにつながるのかを検討した。さらに,生後2年目に行う追跡調査への参加を募り,一部の親子についてアタッチメントの測定を行った。これまでに実施した実験と観察で得られたデータの分析を実施している。調査1時点目についてはほぼ予定していたサンプルサイズでの調査を終えている。母親の視線計測データについては機器設置の課題から一部データが得られていないが,これ以外の指標について分析を行っている。生後6ヵ月時に上記の実験1,2および観察3に協力いただいた母子について,生後17ヵ月段階における追跡調査への協力を募り,部分的ではあるが2時点目の調査が実施できている。17ヵ月段階では子どものアタッチメントの安定性に関して母親による評定に基づく指標を得ている。来年度は調査1時点目で得られた母親の特徴が,2時点目で認められた子どものアタッチメントの安定性をどのように予測するのかを分析する。さらに,本研究で行った実験,観察から得られた結果を総括し,子どものアタッチメントの発達と,母親の養育上の特徴との関連について知見をまとめる。本研究の目的は,子どもの安定したアタッチメント発達を支える養育環境の特徴を検討することであり,具体的には,養育者が乳児の行為を心的状態に基づいて解釈する姿勢について検討する。まず,1養育者が乳児の行為を見る際の視覚的情報探索の特徴に注目し,2その特徴が,乳児の行為に対する心的帰属のしやすさと如何なる関連を持つのかを検討する。さらに,1および2が,実際に子どもへの具体的な養育行動に及ぼす影響(3)を分析したうえで,子どものアタッチメント安定性という帰結への縦断的関連性を明らかにすることを目的とする。これまで養育者が示す乳児の行為解釈について,言語報告等による解釈の内容に関する研究は多く進められているが,解釈を行うために使用する情報探索の特徴といった点は検討されていない。養育者の主観的解釈の背景に,情報収集の仕方の差異が関連している可能性を検討することで新たな知見,特に,教育や介入のための有効な手がかりが得られるのではないかと考えられる。本年度は1,2,3についてデータを得ることとし,生後6ヵ月時とその母親に対する実験と観察を実施した。1と2については,乳児ビデオ刺激を呈示する実験を行い,乳児の行為に対する視覚的情報探索の特徴の計測と,乳児の行為に対する心的帰属のしやすさについて評定および自由回答による反応を得た。3については,母子自由遊び場面の観察を行った。実験協力者の数は十分に集まってはいないため,来年度以降も継続して生後6ヵ月時の母子を対象にデータ収集を行う。なお,本年度は1における視覚的情報探索の特徴を理解するために,部分的に養育者以外の成人にも計測を実施し,乳児の行為を見る際のパターンの抽出に向けた分析を進めた。本研究の目的は,乳児期の親子に注目し,発達早期に子どもが養育者に対して発達させるアタッチメントの質と,養育環境の特徴との間の関連を明らかにすることである。旧来,アタッチメントの安定性には,養育者の敏感で適切な養育の実践が肝要と考えられてきた。本研究では,敏感な養育の実践を支えるものとして,養育者自身による乳児の内的状態の感じ方,覚知の仕方の特徴に着目し,乳児からどのような情報を得ようとするのかという知覚特徴について検討する。具体的には,1乳児の行動場面を母親に提示し,母親の視線を計測することで視覚的情報探索の積極性,注視対象や注視時間に見られる特徴を計捉える。続いて,2母親が持つ,乳児の心的状態への目の向けやすさ(mind-mindedness)を実験的に測定する(篠原,2006)。1で測定した,乳児に対して母親が示す視覚的情報探索の特徴が,2における,乳児の具体的な心的状態の想像や読み取りとどのような関連を持つのかを検討する。加えて,3母子相互作用場面を観察し,母親が実際に行動として示す養育の特徴を把握する。最後に,子どものアタッチメントの安定性を測定し(AQS),1や2の特徴が,3における養育実践を通して,アタッチメントの発達に及ぼす影響の有無,また,そのプロセスを検討する。こうした検討により,安定したアタッチメントの発達を支えるための親子支援や事前介入,教育の設計に有益となる知見が得られると考えられる。本年度は,生後6ヵ月時の母子を対象に,12について母親の特徴の計測実験,ならびに3の母子相互作用の観察を実施した。

また,昨年度に6ヵ月時点の実験を終えた母子については追跡調査を実施し,生後18ヵ月時点において,再度,3の母子観察を行った。また,子どものアタッチメント安定性測定を実施した。所属機関の変更に伴い,初年度には乳児期の親子を対象とした実験室の整備,新たな協力者募集等,実験実施体制の整備に一定の時間を要した。このために生後6ヵ月時点での第1回目の実験の開始時期がやや遅れたことから,初年度と本年度の2年度に亘って,第1回目の実験を行うこととにした。本年度は生後6ヵ月児の実験協力者の確保を重視して研究を進めた。生後6ヵ月時点での1回目の実験開始の遅れに伴い,生後18ヵ月時点での2回目の追跡実験についても,順次実施するという形で行っている。産前産後の休暇又は育児休業の取得に伴い、補助事業を中断した(中断期間:平成28年1月14日平成29年10月1日(予定))。産前産後の休暇又は育児休業の取得に伴い研究を中断しているが、中断前までに、やや遅れているもののおおむね計画にそった研究ができている。育児休業の取得により,本年度は研究を中断した。育児休業の取得に伴い研究を中断したため。本研究の目的は,乳児期の親子を対象として,安定したアタッチメントの形成につながりうる養育環境の特徴を明らかにすることである。子どもの安定したアタッチメント形成を促進する可能性がある要因として,複数の先行研究から,母親が乳児の感情や欲求,思考状態など,子どもなりの心の状態を認め,共有する姿勢が注目されている。一方,こうした母親の姿勢には個人差が大きく,その個人差の規定因は十分に検討されていない。本研究ではまず,母親が乳児の行動から乳児なりの心的状態を読み取ろうとする際の視覚的情報探索行動に着目し,乳児のビデオ視聴時における視線計測によって母親の情報探索の特徴を探り,乳児の母親間にどのような個人差があるのかを検討した(実験1)。次に,乳児の行動に対する心的状態の読み取りを測定する実験から(実験2),1による母親の視覚的情報探索行動における特徴との関連を検討した。また,実験1と2に参加した母親と子ども(生後6ヵ月時)を対象に,母子自由遊び場面の観察をこれまでに実施しており(観察3),実験場面で測定される母親の特徴が,実際の子どもとの相互作用場面における養育行動とどのようにつながるのかを検討した。さらに,生後2年目に行う追跡調査への参加を募り,一部の親子についてアタッチメントの測定を行った。これまでに実施した実験と観察で得られたデータの分析を実施している。調査1時点目についてはほぼ予定していたサンプルサイズでの調査を終えている。母親の視線計測データについては機器設置の課題から一部データが得られていないが,これ以外の指標について分析を行っている。所属機関の変更により,乳児研究を行うための実験室,観察室の立ち上げと整備に一定の時間を要した。当初予定よりも時期が遅れたものの,年度内に乳児と養育者を対象とする実験・観察の実施を開始することができた。また,本年度は設備面と予算面の課題から所属機関の実験室内への視線計測機器の導入がすすめられなかったため,これまでに共同研究の実績がある大学研究機関において,母親の実験を行った。
慢性腎臓病における酸素状態の変化と、酸素勾配の生物学的意義の検討

慢性腎臓病の進行には酸素の減少が深く関与しているため、腎臓における酸素の測定は今後の慢性腎臓病の進行抑制の方策検討のため重要である。申請者はこれまでに腎臓における酸素測定法を開発しており、腎臓においては、近い領域でも酸素濃度が異なる、酸素勾配が存在することを示した。これを発展させ、1.腎臓病において酸素勾配が変化することを実証する2.酸素勾配がどのように腎臓病の進行に関与するかを示す3.ヒト腎臓においても酸素勾配の影響があることを示すための基盤として、ヒト尿からの尿細管細胞同定の方法を確立するという3点を目標として研究を行う。
構造不変の定理に基づく聴覚・視覚・身体メディアの普遍的表象に関する基礎研究

本研究では,線形・非線形を問わず,あらゆる可逆な変換・写像に対して不変な特徴量であるバタチャリヤ距離を用いたメディア情報処理について研究を行なった。主な成果は4つある。一つは1)不変量の一般式を導出したこと。即ち,不変量はf-divergenceでなければならないことを数学的に証明したことである。二つ目は2)話者性による音声の違いを変換・写像として捉えた場合の,その写像関数の推定方法として現在広く使われているGMM法の欠点を明確にし,それを解決する新しい写像推定法を提案したこと,3)f-divergenceに基づく表象は,一般に強すぎる不変性を持つ。これは,対象とする変換群にのみ不変性を示す表象技術を構築する必要があることを意味するが,部分空間への分割,及び部分空間での構造化を通してこの問題を解決したこと,4)更には,音声以外の身体運動メディアに対しても構造表象の応用を検討したこと,である。以下,各々についてより詳細に示す。バタチャリヤ距離が任意の可逆かつ連続的な変換に対しても不変であることを既に証明されていたが,本研究では,バタチャリヤ距離の一般形である,f-divergenceも不変性を満たし,また,不変な尺度はf-divergenceでなければならないという必要性までも証明することに成功した。f-divergenceはバタチャリヤ距離,カルバックライブラ距離など,様々な分布間距離の一般形として位置づけられており,より本質的な意味に置いて,不変表象の数学的基盤を構築することができた。f-divergenceは変換不変であるが,話者の変化はどのような変換関数としてモデル化されるのか?従来この問題はGMMによる変換関数推定が広く行なわれているが,本研究では,この従来法の欠点を明確にし,より正しい最適化手法を用いて変換関数推定を行なう手法を提案した。実験的にも提案手法を用いることで,推定誤差を有意に削減できることを確認した。その一方で,f-divergenceに基づく音声表象は,不変性が極めて強く,例えば,異なる単語が等しいと判定されることが起こりえる。これは,話者の違いも音韻の違いも同一の物理量を変形することが原因であり,一種のトレードオフとなる。結局望まれるのは,話者性だけに不変な制約付きの不変性である。本研究では,話者性の変換がどのような変換群を構成するのかに着眼し,限られた変換群のみに対して不変性が成立する手法を提案し,実験的にその有効性を検証した。また,f-divergenceは事象と事象の差分(間隔)を測る尺度であるため,事象がN個存在する場合は,N(N-1)/2個の測定量が得られ,パラメータ次元数が容易に増加する。この効果を削減するために,LDAやPCAの効果的導入をはかり,eigen structureと呼ばれる特徴量表現を提案するに至った。更に,非音声メディアでの応用事例として,構音障害者支援のための「話す手」プロジェクトにおいて,構造表象を応用した。ここではデータグローブから得られる手(指)の姿勢に応じて音声が生成されるシステムの開発である。手の姿勢空間と音色の空間とに写像を張り,手を動かす事で様々な声を生成する。ここでも,構造表象の導入により最適姿勢の決定を行なう等,一定の成果を出すことができた。話者不変の音声表象である音声の構造的表象は,音イベント群の個々の要素を絶対的に表象するのではなく,個々のイベント間のコントラストをf-divergenceで知られる変換不変量を用いて表象する新しい音声表象方式である。これを用いると,音声を全体的,包括的に表象することとなる。従来申請者らは,この構造表象を用いた音声認識を検討してきた。話者によって表象が変化しない点を利用し,非常に小数の話者のサンプルを用いて不特定話者音声認識の可能性について検討してきた。その結果,非常に限られたタスクではあるが,数千人の話者より構築された,音響的実体を用いる音響モデルよりも遥かに話者性に対する頑健性が高い音響モデルが構築された。提唱している話者不変の音響表象は,音ストリームのダイナミクスを話者不変(即ち変換不変)の形で抽出することを意図しており,この考えは,音声のみならず様々なメディア処理に応用できるはずである。本研究の目的は,非音声・音響メディアにおける本表象の具体的な応用可能性を検討することにあるが,初年度は応用の範囲を音声メディアに限定し,種々の検討を行なった。まず,音声ストリームを分布列へと変換する前処理部に対して,「統計的に準最適な自動セグメンテーション」を定義し,繰り返し計算に基づいて,より最適な区分化が可能となるアルゴリズムを提案した。教師無し音素セグメンテーションをタスクとして提案アルゴリズムを評価し,従来方法よりも高い精度で音素境界の自動検出が可能となった。次に構造表象の分類器に着目した。構造表象は,単語を表象するためのパラメータ次元数が容易に増加する。これは,個々の音響事象そのものを表象するのではなく,事象間のコントラストに着眼するためであり,事象数の2乗のオーダーで次元数が増加する。この次元数増加による識別率劣化を防ぐためにランダムサンプリングと線形識別分析(LDA)に基づく効率的な分類器の構成を試みた。その結果,認識率の劣化を最小限に抑えながら,計算時間を大幅に削減することに成功した。

主な成果は4つある。一つは1)不変量の一般式を導出したこと。即ち,不変量はf-divergenceでなければならないことを数学的に証明したことである。二つ目は2)話者性による音声の違いを変換・写像として捉えた場合の,その写像関数の推定方法として現在広く使われているGMM法の欠点を明確にし,それを解決する新しい写像推定法を提案したこと,3)f-divergenceに基づく表象は,一般に強すぎる不変性を持つ。これは,対象とする変換群にのみ不変性を示す表象技術を構築する必要があることを意味するが,部分空間への分割,及び部分空間での構造化を通してこの問題を解決したこと,4)更には,音声以外の身体運動メディアに対しても構造表象の応用を検討したこと,である。以下,各々についてより詳細に示す。バタチャリヤ距離が任意の可逆かつ連続的な変換に対しても不変であることを既に証明されていたが,本研究では,バタチャリヤ距離の一般形である,f-divergenceも不変性を満たし,また,不変な尺度はf-divergenceでなければならないという必要性までも証明することに成功した。f-divergenceはバタチャリヤ距離,カルバックライブラ距離など,様々な分布間距離の一般形として位置づけられており,より本質的な意味に置いて,不変表象の数学的基盤を構築することができた。f-divergenceは変換不変であるが,話者の変化はどのような変換関数としてモデル化されるのか?従来この問題はGMMによる変換関数推定が広く行なわれているが,本研究では,この従来法の欠点を明確にし,より正しい最適化手法を用いて変換関数推定を行なう手法を提案した。実験的にも提案手法を用いることで,推定誤差を有意に削減できることを確認した。その一方で,f-divergenceに基づく音声表象は,不変性が極めて強く,例えば,異なる単語が等しいと判定されることが起こりえる。これは,話者の違いも音韻の違いも同一の物理量を変形することが原因であり,一種のトレードオフとなる。結局望まれるのは,話者性だけに不変な制約付きの不変性である。本研究では,話者性の変換がどのような変換群を構成するのかに着眼し,限られた変換群のみに対して不変性が成立する手法を提案し,実験的にその有効性を検証した。また,f-divergenceは事象と事象の差分(間隔)を測る尺度であるため,事象がN個存在する場合は,N(N-1)/2個の測定量が得られ,パラメータ次元数が容易に増加する。この効果を削減するために,LDAやPCAの効果的導入をはかり,eigen structureと呼ばれる特徴量表現を提案するに至った。更に,非音声メディアでの応用事例として,構音障害者支援のための「話す手」プロジェクトにおいて,構造表象を応用した。ここではデータグローブから得られる手(指)の姿勢に応じて音声が生成されるシステムの開発である。手の姿勢空間と音色の空間とに写像を張り,手を動かす事で様々な声を生成する。ここでも,構造表象の導入により最適姿勢の決定を行なう等,一定の成果を出すことができた。
ハイパ-原子核物理の理論的研究

1.(K^-,π^-)と(π^+,K^+)によるハイパ-核生成反応については,第1段階として,p殻で配位混合波動関数を解き,アイコナ-ル近似により詳細な励起関数の解析を行い発表した.さらに次の段階として,スピン反転相互作用を含む素過程の振幅を用いることにより,進んだ枠組みの理論計算を実行した.それにより,反応の励起関数だけでなく,生成されたハイパ-核の各状態における偏極率を詳しく予測することができた.たとえば^<13>Cで大きな偏極が得られることやGeV領域の(K^-,π^-)反応が偏極生成で有望である.また,高エネルギ-研究所における初のA^<12>C偏極実験デ-タ(江尻らECHOグル-プ)を比較検討した.2.スピン反転成分の大きな(γ,K^+)反応についても,単純配位だけでなく混合配位での計算を可能にしp殻標的核の場合に反応断面積と励起関数および偏極率を解析した.非正常パリティ状態が選択的に励起されるので,他の反応と比較することとあわせて,ハイパ-核構造の分光学的研究に有用であることを示した.3.有効型近似をしない本来のπ核間光学ポテンシャルを採用し,対応した繰り込み効果を考慮して,軽い系から重い系にいたるハイパ-核の中間子的崩壊の理論計算を系統的に実行した.重い系でもほぼ一定(0.5%以上)崩壊確率があることが期待され,定量的な測定実験の重要性を指摘した.また,軽いΛおよびΛΛハイパ-核(質量数A=36)の崩壊に対して重要となる非束縛の3体連続終状態の取扱について,カッパ-・パイエルス法を適用した計算方法を提起し,現実的連続πスペクトルを算出した.連続状態でもシャ-プで有用な場合がありうることを示し議論した.いくつか存在する実験値にたいしては,十分比較し得る理論崩壊確率を得た.4.軽いハイパ-核(Σ^4He,Σ^7Li,Σ^9BeおよびΛ^7Liなど)の高励起状態を含めて,クラスタ-模型と殻模型の双方からの解析を行い,Σ^-原子の結果やYNG有効相互作用の性質を踏まえた多面的検討が進んだ.特に軽いΣハイパ-核に対して,芯となる原子核とΣ粒子のそれぞれの荷電多重項を結合させて完全な配位で解析が行われた.その中で,Σと核との間の相関は単純なLane型の相互作用ではなく,強いスピン・アイソスピン結合が低い束縛状態の実現に重要な役割を果していることが明らかされ,Σ^7Liの実験的観測が興味あることを示した.5.高エネルギ-研究所で行われたE176,E224実験に対応して,Ξ粒子の吸収によるダブルΛ複合核生成および破砕(多体クラスタ-崩壊)の過程について,フェルミガスと局所密度近似を応用し,また統計力学の手法を適用して理論的モデルを提起し,各種のΛー,ΛΛーハイパ-核が生成される確率を算出した.特に軽いダブルΛハイパ-核の生成分布の予測は,今後明らかになるであろう実験結果との比較が注目される.6.高エネルギ-研究所で発見されたダブルΛハイパ-核の事象(E176)と関係してΛーΛ相互作用の性質を検討した.7.相対論的高エネルギ-の重イオン核衝突におけるハイパ-核やH粒子(一般にストレンジネス)の生成確率について系統的な理論計算を行い,Dubna共同原子核研究所での開拓的な実験結果と成功的な比較をするとともに,各種の予測値を与えた.1.(K^-,π^-)と(π^+,K^+)によるハイパ-核生成反応については,第1段階として,p殻で配位混合波動関数を解き,アイコナ-ル近似により詳細な励起関数の解析を行い発表した.さらに次の段階として,スピン反転相互作用を含む素過程の振幅を用いることにより,進んだ枠組みの理論計算を実行した.それにより,反応の励起関数だけでなく,生成されたハイパ-核の各状態における偏極率を詳しく予測することができた.たとえば^<13>Cで大きな偏極が得られることやGeV領域の(K^-,π^-)反応が偏極生成で有望である.また,高エネルギ-研究所における初のA^<12>C偏極実験デ-タ(江尻らECHOグル-プ)を比較検討した.2.スピン反転成分の大きな(γ,K^+)反応についても,単純配位だけでなく混合配位での計算を可能にしp殻標的核の場合に反応断面積と励起関数および偏極率を解析した.非正常パリティ状態が選択的に励起されるので,他の反応と比較することとあわせて,ハイパ-核構造の分光学的研究に有用であることを示した.3.有効型近似をしない本来のπ核間光学ポテンシャルを採用し,対応した繰り込み効果を考慮して,軽い系から重い系にいたるハイパ-核の中間子的崩壊の理論計算を系統的に実行した.重い系でもほぼ一定(0.5%以上)崩壊確率があることが期待され,定量的な測定実験の重要性を指摘した.また,軽いΛおよびΛΛハイパ-核(質量数A=36)の崩壊に対して重要となる非束縛の3体連続終状態の取扱について,カッパ-・パイエルス法を適用した計算方法を提起し,現実的連続πスペクトルを算出した.連続状態でもシャ-プで有用な場合がありうることを示し議論した.

いくつか存在する実験値にたいしては,十分比較し得る理論崩壊確率を得た.4.軽いハイパ-核(Σ^4He,Σ^7Li,Σ^9BeおよびΛ^7Liなど)の高励起状態を含めて,クラスタ-模型と殻模型の双方からの解析を行い,Σ^-原子の結果やYNG有効相互作用の性質を踏まえた多面的検討が進んだ.特に軽いΣハイパ-核に対して,芯となる原子核とΣ粒子のそれぞれの荷電多重項を結合させて完全な配位で解析が行われた.その中で,Σと核との間の相関は単純なLane型の相互作用ではなく,強いスピン・アイソスピン結合が低い束縛状態の実現に重要な役割を果していることが明らかされ,Σ^7Liの実験的観測が興味あることを示した.5.高エネルギ-研究所で行われたE176,E224実験に対応して,Ξ粒子の吸収によるダブルΛ複合核生成および破砕(多体クラスタ-崩壊)の過程について,フェルミガスと局所密度近似を応用し,また統計力学の手法を適用して理論的モデルを提起し,各種のΛー,ΛΛーハイパ-核が生成される確率を算出した.特に軽いダブルΛハイパ-核の生成分布の予測は,今後明らかになるであろう実験結果との比較が注目される.6.高エネルギ-研究所で発見されたダブルΛハイパ-核の事象(E176)と関係してΛーΛ相互作用の性質を検討した.7.相対論的高エネルギ-の重イオン核衝突におけるハイパ-核やH粒子(一般にストレンジネス)の生成確率について系統的な理論計算を行い,Dubna共同原子核研究所での開拓的な実験結果と成功的な比較をするとともに,各種の予測値を与えた.1.(K^ー,π^ー)と(π^+,K^+)によりハイパ-核生成反応については,p殼で配位混合波動関数を用いた詳細な解析を発表した.さらにスピン反転相互作用を含め,改良型波動関数を用いた理論計算が進行,偏極ハイパ-核の生成確率を詳しく予測し,現実的な実験プロジェクトの議論を進めた.また,スピン反転成分の大きな(γ,K^+)反応の理論的枠組みを作り,単純配位から混合配位へ適用できる段階にきた.2.軽い系から重い系にいたるハイパ-核の中間子的崩壊の理論計算を系統的に実行し,具体的実験計画に示唆を与えた.また,特に軽いΛおよびΛΛハイパ-核(質量数A=4,5,6)の弱崩壊における非束縛連続終状態に対して,新しくカッパ-・パイエルス方法を適用し,現実的スペクトルを予測した.実験値のある場合にも比較し得る理論値を得ることができた.3.軽いハイパ-核(Λ^7LiやΣ^9Be)などの高励起状態を含めた構造に関して,クラスタ-模型と殼模型の双方からアプロ-チし,YNG有効相互作用の性質を踏まえた多面的検討が進んだ.特にΣ^9Beでは,荷電状態により構造の性格づけのほうが妥当であることを明らかにした.4.高エネルギ-核・核衝突によるハイパ-核生成の理論モデルに基づく計算により,Dubnaでの実験における生成断面積やエネルギ-依存性の観測結果を成功的に説明することができた.5.高エネルギ-研究所で発見された斥力的ΛΛ相互作用の事例に対して,A=11であれば核力に基づく理解が可能であることが示された.また,浅いΛ結合状態からのπ中間子崩壊スペクトルも有用性が示された.1.(K^ー,π^ー)と(π^+,K^+)によるp殻ハイパ-核生成反応については,スピン反転相互作用を含む素過程の振幅を用いて,進んだ枠組みの理論計算を実行した.その中で偏極ハイパ-核生成確率を詳しく予測し,初のA^<12>C実験デ-タを比較検討した.また,スピン反転成分の大きな(γ,K^+)反応についても,単純配位だけでなく混合配位での解析を行った.現在論文としてまとめている.
PS-PCRによるリーシュマニア原虫の種同定法の確立と応用

リーシュマニア症は、エイズとの混合感染などで、世界中に流行の拡大が懸念されている。そこで、他の疾患との鑑別診断およびリーシュマニア症のなかでの原虫種の同定診断が必要となった。我が国においても、本症の輸入症例が、しばしば、報告されるようになった。本研究では、まず、より安全で患者にとって侵襲性の低い診断用のサンプリング法を検討した。南米エクアドル国で、皮膚型、粘膜型及び汎発性リシュマニア症の患者の潰瘍病変部から、綿棒による浸出液をサンプリングし、それをもとに、PS-PCR法により、リーシュマニア原虫の種同定を試みた。メスの刃を用いて、潰瘍の表層の痂皮を取り除き、出てきた滲出液を綿棒に染み込ませた。この綿棒を、1.5mlの遠心チューブに入れた10%ホルマリン/PBSと70%エタノール/PBSに浸し、サンプルを洗い出した。この材料からインスタジーンマトリックスを用いてDNAを抽出しPCRを行った。その結果、顕微鏡の染色塗抹標本及び原虫の培養結果以上に良好な結果が得られ、綿棒による採取法は、簡便で、患者への痛みも少なく、特にフィールドの材料採取に適していると考えられた。さらに、日本国内で本症ではないかと疑われた患者2名についても、同PCR法でリーシュマニア症の診断が確定した。一方、伝播疫学の一環として、リーシュマニア原虫の媒介昆虫である、サシチョウバエに対して、この方法で、原虫感染がスクリーニングできるかを調べた。その結果、顕微鏡下での解剖所見と比較して、非常に相関した成績を得ることができた。このように、我々が開発したPS-PCR法は、様々なタイプのリーシュマニア症に対処でき、正確な原虫種の同定が可能であるだけでなく、疫学調査にも有用であることが、今回の研究でわかった。リーシュマニア症は、国際保健機構(WHO)が指定する重要感染症のひとつであり、その病害の様々で重症例も多くみられ世界的にも流行の拡大が懸念されている。今回の、科学研究費「PS-PCRによるリーシュマニア原虫の種同定法の確立と応用」で行った研究では、第一に、南米エクアドル国で、現在驚異的な蔓延を引き起こしている皮膚型、粘膜型及び汎発性リシュマニア症の患者の潰瘍病変部から、綿棒による浸出液をサンプリングし、それをもとに、PS-PCR法により、リーシュマニア原虫の種同定を試みた。この綿棒を、1.5mlの遠心チューブに入れた10%ホルマリン/PBSと70%エタノール/PBSに浸しサンプルを洗い出した。その結果、顕微鏡の染色塗抹標本及び原虫の培養結果と非常に相関した結果が得られた。綿棒による採取法は、有用と判断された。この方法は、簡単で、患者への痛みも少なく、フィールドの材料採取に適していると考えられた。このように、我々が開発した、PCR法は、様々なタイプのリーシュマニア症に対処でき、正確な原虫種の同定が可能であることが今回の研究でわかった。

そこで、他の疾患との鑑別診断およびリーシュマニア症のなかでの原虫種の同定診断が必要となった。我が国においても、本症の輸入症例が、しばしば、報告されるようになった。本研究では、まず、より安全で患者にとって侵襲性の低い診断用のサンプリング法を検討した。南米エクアドル国で、皮膚型、粘膜型及び汎発性リシュマニア症の患者の潰瘍病変部から、綿棒による浸出液をサンプリングし、それをもとに、PS-PCR法により、リーシュマニア原虫の種同定を試みた。メスの刃を用いて、潰瘍の表層の痂皮を取り除き、出てきた滲出液を綿棒に染み込ませた。この綿棒を、1.5mlの遠心チューブに入れた10%ホルマリン/PBSと70%エタノール/PBSに浸し、サンプルを洗い出した。この材料からインスタジーンマトリックスを用いてDNAを抽出しPCRを行った。その結果、顕微鏡の染色塗抹標本及び原虫の培養結果以上に良好な結果が得られ、綿棒による採取法は、簡便で患者への痛みも少なく、特にフィールドの材料採取に適していると考えられた。さらに、日本国内で本症ではないかと疑われた患者2名についても、同PCR法でリーシュマニア症の診断が確定した。一方、伝播疫学の一環として、リーシュマニア原虫の媒介昆虫である、サシチョウバエに対して、この方法で、原虫感染がスクリーニングできるかを調べた。その結果、顕微鏡下での解剖所見と比較して、非常に相関した成績を得ることができた。このように、我々が開発したPS-PCR法は、様々なタイプのリーシュマニア症に対処でき、正確な原虫種の同定が可能であるだけでなく、疫学調査にも有用であることが、今回の研究でわかった。
bHLH型転写因子による気管発生の制御に関する研究

気管の再生には気管発生の理解が不可欠であるが、気管が発生においてどのように形成されるのかについてはほとんど分かっていない。一方、bHLH(ヘリックス・ループ・ヘリックス)型転写因子が胎生期において体節の規則正しい形成を担っていることが報告されている。本研究ではbHLH型転写因子にかかわるノックアウトマウスを解析した結果、bHLH型転写因子が発生期の気管形成において重要な役割を担っている可能性が示唆された。気管は規則正しく並んだ気管輪により保持されるというユニークで合目的な形状を持つことで伸張や短縮、陰圧や陽圧に対応しその管腔様構造を保っている。気管の発生においてマウスでは胎生10日に将来肺となる肺芽のすぐ口側で前腸の左右の外側壁に溝が形成され、その溝が深くなって正中で癒合し、食道から別れて気管の原基が形成され伸張していくことが知られている。食道と気管の分離にはNoggin(Queら,2006)の関与が報告されているが、気管の形成についてはソニックヘッジホッグ(Millerら,2004)や申請者らが報告したビタミンAの関与の報告が散見される程度であり、どのように気管輪が規則正しく並んだ構造が作られるのかについては分かっていない。予備実験として我々はHes7ノックアウトマウス、Lunatic fringeノックアウトマウスの成体マウスのサンプルを京都大学ウイルス研究所所長影山龍一郎教授に分与いただき、その気管軟骨の形態をアルシャンブルー染色により調べた。その結果、Hes7ノックアウトマウス、Lunatic fringeノックアウトマウスでは野生型に比べ気管輪の数が少なくまた不整形であり、気管の径も拡張していることが明らかとなった。Hes7やLunatic fringeなどbHLH転写因子の気管発生制御における関与が示唆されるが、そもそも気管軟骨の形成において形態学的に気管軟骨がどのように形作られていくのかいまだわかっていない。そこで軟骨発生における初期マーカーであるSox9を用いて免疫染色を行い気管軟骨が形態学的にどのように形作られるのか解析した。結果胎生13.5日では点状に存在している気管軟骨が胎生18.5日ごろにはリング状に変形していることが明らかとなった。この成果は気管軟骨発生を理解するうえで基礎となる重要な結果である。何らかの原因で気管輪の構造が損なわれると吸気時において気道内に陰圧がかかった際に気管内腔が変形し、重篤な呼吸障害を生じる。小児での先天性・後天性気管狭窄や甲状腺癌における気管合併切除例などに対し、骨・軟骨移植や人工気管を含む様々な治療が行われているが、気管欠損が広範囲であったり気管支に及ぶ場合には治療に難渋する。気管欠損、狭窄の根本的な解決にはやはり気管を組織学的に再生するのが理想である。一方、bHLH(ヘリックス・ループ・ヘリックス)型転写因子が胎生期において周期的(2時間毎)に増減(オシレーション)しており体節の規則正しい形成を担っていることが報告されている。本研究においてHes 7ノックアウトマウス、Lunatic fringeノックアウトマウスの成体マウスを解析したところ、Hes 7ノックアウトマウス、Lunatic fringeノックアウトマウスでは野生型に比べ気管輪の数が少なくまた不整形であり、気管の径も拡張していることが明らかとなった。Hes 7ノックアウトマウス、Lunatic fringeノックアウトマウスのほとんどは呼吸不全で生直後に死亡することが知られている。本予備実験で検討したのは死亡を免れた表現型の小さい成体マウスであり、生直後のマウスではさらに大きな異常があるものと予想される。Hes 7,Lunatic fringeのオシレーションが気管形成に関わっている可能性が示唆された。
既存認可薬の作用点とは異なる部位を標的とした抗インフルエンザ薬の開発

ポリメラーゼのエンドヌクレアーゼ活性を標的として、薬物開発を進めた。初めに、化合物と標的タンパク質との相互作用を計算機で解析して分子設計を行った。次に、有望と判断された化合物とその誘導体の有機合成を行った。有機合成によって得た化合物について、酵素阻害活性を生化学実験により測定した。さらに標的タンパク質と化合物との共結晶を作成して、X線結晶構造解析を行い、3種類の阻害剤の結合構造を明らかにした。インフルエンザウイルスの薬剤耐性に対処するために、作用機序の異なる複数の薬剤を備えておくことは、極めて重要である。現在の認可薬は、インフルエンザウイルスのノイラミニダーゼあるいはM2チャネルタンパク質を標的としている。本研究では、これらの標的とは異なるインフルエンザウイルスの酵素タンパク質に注目し、治療薬候補化合物の開発を進めている。既に、ポリメラーゼのエンドヌクレアーゼ活性を標的として、ウイルスの感染を阻害する化合物を見出している。本年度は、十数種類の類似化合物を合成し、この中から先導化合物より高い阻害活性を持つ新規の化合物の探索を行った。本研究では、理論計算・有機合成・生化学実験を融合させ、阻害剤の開発を進めている。具体的には、化合物と標的タンパク質との相互作用を計算機で解析して薬物の分子設計を行った。算出された結合親和性を参考に、活性増加の見込める分子構造をデザインした。次に、計算機解析により有望と判断された化合物とその誘導体の有機合成を行った。有機合成によって得た化合物について、酵素阻害活性があるか否かを、生化学実験により測定した。薬物設計において、活性化合物がどのように酵素活性部位に結合しているかを知ることは、化合物を改変して、活性の高い薬物を設計するために、必要不可欠の情報である。そこで標的タンパク質と化合物との共結晶を作成して、X線結晶構造解析を行うことを試みた。昨年度までに、標的タンパク質に関して幾つか微小な結晶は得られていた。今年度は、結晶化条件を最適化して、2.0Åの分解能でX線回折が得られた。今後、幾つかの合成化合物と標的タンパク質との共結晶構造解析を通じて、より阻害効果の高い薬物構造を設計して、薬物改変を進めていく予定である。本研究では、現在の認可薬の標的対象とは異なるインフルエンザウイルスの酵素タンパク質に注目し、治療薬候補化合物の開発を進めている。準備研究の段階で、ポリメラーゼのエンドヌクレアーゼ活性を標的として、ウイルスの感染を阻害する化合物を見出している。本年度は、これらの化合物をもとに十数種類の類似化合物を合成し、この中から先導化合物より高い阻害活性を持つ新規の化合物を得た。具体的に研究は、初めに、化合物と標的タンパク質との相互作用を計算機で解析して薬物の分子設計を行った。官能基付加や官能基置換をした修飾化合物について、同様に計算機内で結合親和性を予測して、先導化合物に対して、計算機の中で官能基修飾を施し、より活性の高い誘導体を探索した。薬物設計において、活性化合物がどのように酵素活性部位に結合しているかを知ることは、化合物を改変して、より活性の高い薬物を設計するために、必要不可欠の情報である。化合物の酵素活性部位での結合構造に関する情報を得るために、標的タンパク質と化合物との共結晶を作成して、X線結晶構造解析を行うことは有効な手段である。タンパク質の結晶化を試みたが、幾つか微小な結晶は得られたものの、十分なX線回折が得られる結晶は、現在のところ取得できていない。今後、注力して研究を進める必要がある。本研究では、ポリメラーゼのエンドヌクレアーゼ活性を標的として、治療薬候補化合物の開発を進めた。研究当初より、先導化合物が得られていたので、類似化合物を合成し、この中から先導化合物より高い阻害活性を持つ新規の化合物の探索を行った。本研究では、理論計算・有機合成・生化学実験を融合させ、阻害剤の開発を進めた。薬物設計において、活性化合物がどのように酵素活性部位に結合しているかを知ることは必要不可欠の情報である。

そこで標的タンパク質と化合物との共結晶を作成して、X線結晶構造解析を行った。結晶化条件を最適化して、3種類の阻害活性化合物について、2.0Å程度の分解能でX線回折が得られ、結合構造を明らかにした。3種類の化合物について、連携研究者により抗ウイルス活性が測定された。その結果、いずれもEC50値が10μM程度の活性を示すことが判った。今後、幾つかの合成化合物との共結晶構造解析を通じて、より阻害効果の高い薬物構造を設計して、薬物改変を進めていく予定である。ウイルス学新規に設計し合成した十数種類の類似化合物の中には、先導化合物より高い阻害活性を持つものが得られた。さらに十分な分解能のあるタンパク質結晶が得られたことで、標的タンパク質と阻害化合物の結合構造が解明でき、より阻害活性の高い新規合成化合物が作出できる見込みが得られた。また本研究では、先導化合物を足掛かりに、理論計算・有機合成・生化学実験を融合させ、標的タンパク質に対する阻害剤の開発を行うことを計画したが、いずれの研究分野も遂行できている。新規に設計し合成した十数種類の類似化合物の中には、先導化合物より高い阻害活性を持つものが得られた。さらに阻害活性の高い新規合成化合物が得られたことで、標的タンパク質との共結晶化において、比較的良好な結晶が得られ始めた。前年度に引き続き、理論計算・有機合成・生化学実験を融合させ、インフルエンザウイルスが持つタンパク質分子を標的とした阻害剤の開発を進める。本研究では、理論計算・有機合成・生化学実験を融合させ、これらを効率的に遂行する。具体的に次の手順で研究を進める。1.化合物と標的タンパク質との相互作用を計算機で解析して、薬物の分子設計を行う。2.計算機解析により有望と判断された化合物とその誘導体の有機合成を行う。3.有機合成された化合物分子の酵素阻害活性を生化学実験で測定する。4.化合物の存在下で、インフルエンザウイルスの他の細胞への感染能を定量化する。5.阻害活性測定の結果を、化合物の設計と合成に反映させて、候補薬物の最適化を繰り返す。これらの複数の研究技術の融合は目標達成に向け欠かせない。本研究は、理論計算・有機合成・生化学実験を融合させ、これらを効率的に遂行することに特徴がある。この融合は目標達成に向け欠かせない。
癌特異的な分泌型シアル酸転移酵素を癌スクリーニングに用いるための基礎研究

本年度は、膜に結合したシアル酸転移酵素はBACE1で切断された後、単純に細胞外に可溶型酵素として分泌されるわけではなく、実は細胞内輸送過程で巧妙なプロセシングを受けた末に分泌されることを見出した。まず第一に本研究者らはin vitroでST6Gal lをBACE1で切断する実験系を確立し、切断部位を調べることにした。ST6Gal lの切断部位を含む合成ペプチドを基質とし、BACE1-Fcを用いて酵素反応を行い、MALDl-TOFMSを用いて反応産物の解析を行った。その結果、in vitroの実験では、BACE1はST6Gal lをGln^<37>とLeu^<38>の間で切断することが明らかになった。この切断部位は、P1部位としてLeuを好むと報告されているBACE1の基質特異性と符合するものの、なぜ細胞外へ分泌された可溶型ST6Gal lがこの切断部位より3アミノ酸残基短いGlu^<41>から始まっているのかという新たな疑問が生じてきた。本研究者らは、ST6Gal lがBACE1によってGln^<37>とLeu^<38>の間で切断された後(以後、この反応産物をST6Gal l Q38型と呼ぶ)に分泌されるまでの過程において、何らかのプロテアーゼ活性がアミノ末端側のQAKという3アミノ酸残基を切断するのでないか、と推測し、このような酵素活性の検出を目指した。ST6Gal lQ38型を基質とし、培養細胞から調製したミクロソーム画分を酵素画分として酵素活性を検出することを試みた結果、ミクロソーム画分を界面活性剤で可溶化した時のみ酵素活性が見出されたことから、膜内腔側にプロテアーゼ活性が存在することが想像された。このようなプロテアーゼ活性は、ST6Gal lをBACE1が切断した後のQ38型にのみ作用し、ST6Gal lそのものを基質としないことから、エキソペプチダーゼに属すると考えられる。