hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高速艇の流体力学的性能に関する研究

本年度は単純な船型の造波現象を理論により推定することを目的とした。すなわち楔形滑走板と短形滑走板の造波特性を線形造波低抗理論の枠組みの中で数値計算により推定し、短形滑走板についての造波特性を求める実験を追加し、これまでに得られている楔形滑走板等についての実験値と併せて理論推定値との比較を行なった。理論の数値計算法としては、水面上に分布した圧力が航走するものとして考えてきたが、水面近傍の特異性のためにうまく行かないので、滑走板の底面に吹出しを分布させ、これを未知数として積分方程式をたて自由表面条件を満足する核関数を用いることで数値解法を行なうことができた。この結果を用いて滑走板の流体力学的特性の推定を行なった。すなわち滑走板の底面の流向分布、速度分布、圧力分布、造波波形の波高分布などである。一方、実験的には、楔形滑走板については平成3年度迄に流体力学的諸特性が得られているので、本年度は短形滑走板について3分力試験・縦切造波波形の計測・平面造波波形の撮影等を追加した。これらの結果から縦切造波波形抵抗系数の算定・等波高線図・波頂線図・鳥瞰図などの作成を行なった。造波特性について数値計算を実験結果と比較してみると、底面圧力分布、等波高線図、鳥瞰図、縦切波形などはよく推定されており、この数値計算法が有効であることがわかった。また、これまで実験で得られた縦切造波波形抵抗系数をまとめてみると、滑走体の浸水巾が主パラメータであること、さらに航走している短形滑走板のスプレーは前方に飛ばないなどの知見を得た。本研究は、高速滑走艇の推進性能を流体力学的に検討し、その結果を設計手法に応用することを最終目標としている。そのため流体力学的性能に最も密接に関連する抵抗成分(造波、飛沫、摩擦)やそれらを生じる船体まわりの流れの観測、解析を本研究の目的としている。本年度は研究の初年度であり、V型およびチャイン付柱体の単純3船型につき、抵抗試験、スプレ-の観測、流場の画像計測システムの開発などの実験の外、非線形自由表面条件のもとでの水面波形の計算などを当初の目標に設定した。この内、抵抗試験については計測を終了し、現在解析中であるが、結果は来年度早々にもまとめることができる予定である。そして、スプレ-の観測については本年度は本格的に実施し、かなりの成果が得られた。すなわち、滑走体底部から発生する飛沫は、比較的厚さの薄い前方部分のウィスカ-部と厚い後方のブリスタ-部で構成されること、そして飛沫の持つ運動量損失抵抗は飛沫部分の流量・流速分布から推計できて、その値は全圧力抵抗の60%にも達すること、などが明らかとなった。また、本年度は造波抵抗についても波形造波抵抗を計測し、その値が飛沫抵抗と同程度になることも検証した。さらにこれらの抵抗成分を別途計測した圧力抵抗や全抵抗、摩擦抵抗の推定値などと比較検討することにより、滑走艇に作用する流体力の成分の構成をほぼ解明することができた。残りの目標であった画像計測システムの開発は現在システム機器の調整と計測アルゴリズムの開発に主力をそそいでおり、すでに簡単な2次元流については検証を終えているが、本格的な3次元流の計測は次年度に実施する予定である。非線形水面波の計算も次年度実施することになろう。本年度は当初予定していた実験・計算ともにその方針を次のように変更した。すなわち、計算は単純な形状の船体(楔形滑走板)についてその底面圧力分布、造波波形抵抗、造波波系などを線形造波理論により求めることとした。一方実験は楔形滑走板について縦切り造波波形の計測、造波波形抵抗の算定を行ない、楔形滑走板と柱状体について造波波系(波頂線図)の観察を行なうこととした。この変更理由は、理論計算については当初は非線形造波現象を数値流体力学の手法を用いて解く予定であったが、ここは線形理論でも十分目的を達成できるとの考えから方針を変更した。しかし、この計算の遂行には相当な難問を処理しなければならないがこれは工夫により処理できそうなのでこの方針で実行することにした。実験については理論計算との比較も考えて、楔形滑走板の造波に焦点を絞り、その造波波系すなわち波頂線分布の観察、縦切り造波波形の計測、造波波形抵抗の算定などを行なうことにした。このような方針で本年度は計算については線形造波理論の枠組みのなかで底面の圧力に関係する積分方程式を解くという形で始めた。現在いくつかの関門をクリヤ-したところである。実験については上記項目の実験を行ない造波波系(波頂線分布)の概略、造波波形抵抗などを得て、実験的に底面圧力分布、造波波系、抵抗などの関係が考察できる状態になった。これについては関西造船協会春季講演会で発表予定である。

理論の数値計算法としては、水面上に分布した圧力が航走するものとして考えてきたが、水面近傍の特異性のためにうまく行かないので、滑走板の底面に吹出しを分布させ、これを未知数として積分方程式をたて自由表面条件を満足する核関数を用いることで数値解法を行なうことができた。この結果を用いて滑走板の流体力学的特性の推定を行なった。すなわち滑走板の底面の流向分布、速度分布、圧力分布、造波波形の波高分布などである。一方、実験的には、楔形滑走板については平成3年度迄に流体力学的諸特性が得られているので、本年度は短形滑走板について3分力試験・縦切造波波形の計測・平面造波波形の撮影等を追加した。これらの結果から縦切造波波形抵抗系数の算定・等波高線図・波頂線図・鳥瞰図などの作成を行なった。造波特性について数値計算を実験結果と比較してみると、底面圧力分布、等波高線図、鳥瞰図、縦切波形などはよく推定されており、この数値計算法が有効であることがわかった。また、これまで実験で得られた縦切造波波形抵抗系数をまとめてみると、滑走体の浸水巾が主パラメータであること、さらに航走している短形滑走板のスプレーは前方に飛ばないなどの知見を得た。
食事日誌記述法と食事選択シミュレーション課題の開発

平成20年度は,平成19年度に開発した食事日誌記述法に基づく食事記入手帳(ポケットサイズの手帳)を用いて,その妥当性検証をおこなった。調査参加者として43名(男性18名,女性25名)に依頼し,参加者は食行動,食物消費,飲食時の体調・状況等を連続7日間記録した。これらの食事内容を相関分析した結果,同席者数と主観的摂取量,おいしさ,食事の満足感は正の相関を示した。体感温度は空腹感,食欲,主観的摂取量,おいしさ,満腹感,食事の満足感と負の相関を示した。体調と気分は空腹感,食欲,主観的摂取量,おいしさ,食事の満足感と正の相関を示した。さらに,栄養士に依頼して,食事日誌から個々の飲食の摂取エネルギー量を計算した。この計算結果に基づくと,個人の摂取エネルギーは日によってかなり変動しているが, 1週間という期間では個人の体重変化ならびに体調変化はほとんど見られなかった。このことから,環境や心理的要因は1, 2日という短い期間に食事摂取(内容ならびに量)に大きく影響を与えるが, 1週間程度の期間トータルでは潜在的な要因である何らかの自律的な摂取調節メカニズムが影響している可能性があることが示唆された。今後はより長期のデータ収集が必要と考えられる。シミュレーション課題については,食事日誌に基づく実際の食事内容データを集積し,任意に選択できるデータベースを構築し,このデータベースを利用して,ランダムサンプリング法でシミュレーションをおこなった結果,実際の食事選択と同様のエネルギー摂取量が観察できた。食事日誌記述法を構成する質問項目確認・修正のための予備調査をおこない,予備調査結果の分析に基づいて日誌記述法の項目を確定し,「ミールダイアリー」を製作・印刷した。予備調査では,基本プロファイルデータ項目ならびに,毎回(一日三食,間食・夜食を含む)の食事選択における質問項目(食事前の体調,仕事の内容・忙しさ,食欲,食事機会の有無,量の過不足盛,食後の満足度などを含む)を選定し,連続した1週間の日誌記述を,延べ60名に依頼した。この分析では,日常生活状況における食事摂取内容,摂取エネルギー,食欲,空腹感,食事選択理由,食事に関する評価などの要因を検討した結果,環境的,心理的な要因では同席者の数は食欲や料理数,主観的食事量,満腹感,おいしさ,満足感と相関があった。また,同席者の数,体調,気分は摂取量と相関があった。総合的には,1週間の摂取エネルギーの推移は日内変動がみられたが,1週間の期間においては参加者の体重の変化はほとんどなかったことに加えて,環境的,心理的な要因は短期的な食事摂取には影響を与えているが,長期的には潜在的な要因である何らかの自律的な摂取調節機構が影響している可能性があると示唆され,食事日誌記述法の有効性が確認された。これらの結果に基づいて,最終版の「ミールダィアリー」を製作・印刷し,次年度の本調査の準備を完了した。
近隣グラフに基づくシンボリック・データ・アナリシスの研究

本研究は、シンボリック・データ・アナリシス(量的記述、質的記述の混在した対象に関する一般的なデータ解析法)に対する方法論の開発を目的としている。平成1617年の研究成果は以下の通りである。1)判別分析のための特徴選択法平成1415年度の研究成果である「記述の一般性を考慮した相互近隣グラフ」および「記述の一般性を考慮したクラス間相互近隣グラフ」に基づく特徴選択法を利用して、クラス間の構造を解析する方法を開発した。この方法においては、クラス間の境界付近の特徴的なサンプルの抽出とクラス間の分離に重要な特徴部分集合を同時的に見出すことが可能である。実際に、カリフォルニア大学アーバイン校の評価用データベースによって、提案手法の有用性を確認した(Computational Statistics Vol.21印刷中)。2)相関分析のための一般化された相関係数相関分析において、特徴間共変関係を評価する尺度が有用である。本研究では、区間を値とする特徴や有限集合を値とする特徴間についても、共変性の評価を可能とする方法の開発を目標としている。共変的な関係にある特徴組について、データサンプル群は、幾何学的に薄い構造を有するという性質に注目し、Chain connected covering(CCC)とよぶ新たな方法を見出した。線形構造を含む単調な構造は、CCCの特別な場合として検出可能であり、一般化された相関係数や一般化された主成分分析、また特徴のクラスタリングといったあらたなツールの可能性を見出した(国際会議ICCR-2005、Karnataka, India)。今後、シンボリック・データに対して、これらの有効性を確かめたい。平成1415年度の研究(課題番号14580429)において、シンボリック・データ(量的記述と質的記述の混在を許したデータ)に対して定義された、相互近隣グラフ、およびクラス間相互近隣グラフとよぶグラフの概念を用いて、「概念クラス間の分離の良さ」と「概念クラスの記述の一般性」を同時評価する特徴選択の方法を開発してきた。この方法においては、概念クラスAのサンプルs_kで、対立する概念クラスBのサンプル群を「良く見晴らす」ことが出来て、しかもそのサンプルs_kから見て、概念クラスAのサンプル群も「良く見晴らす」ことが出来る。そのようなサンプルs_kと、s_kからの「見晴らしの良さを保証する特徴組」F_kを見いだすことが、基本的考え方である。一般に、s_kとF_kの対は、問題に依存してm組存在する。もし、どのサンプルs_kについても、同じ特徴組(F_1=F_2=【triple bond】=F_m)が得られるときは、良く知られた多くの識別法を適用可能である。しかし、特徴組がサンプルに依存して異なるときは、特徴組F=F_1∪F_2∪【triple bond】∪F_mを用いる必要がある。このことは、次元の高い特徴空間における識別を強いることになり、良く知られた次元の呪いの問題に落ち込むことを意味する。そこで、サンプル毎に異なる特徴組が存在する事実に素直に従うとすれば、与えられた識別すべき入力パタンに応じて、最も相応しい特徴組を動的に選択する方法が必要となる。これによって、識別に要する特徴組を平均的に減少させることができるからである。本研究は、このような「動的特徴選択」に基づく識別法の開発を目的としている。本年度は、最近隣法や決定木に、どのように動的特徴選択の方法を組み込むかを、試行錯誤してきた。幾つかの実験において、動的特徴選択の効果を確認できている。今後、C4.5やCARTのような方法との比較も行い、本方法の有用性を確認したい。平成1617年度の研究成果は以下の通りである。1)判別分析のための特徴選択法

平成1415年度の研究成果である「記述の一般性を考慮した相互近隣グラフ」および「記述の一般性を考慮したクラス間相互近隣グラフ」を利用した特徴選択法を利用して、クラス間の構造を解析する方法を開発した。この方法においては、クラス間の境界付近の特徴的なサンプルの抽出と、クラス間の分離に重要な特徴部分集合を同時的に見出すことが可能である。したがって、入り組んだクラス間の構造、重なりの多いクラス間の構造など、クラス間の構造の特徴的な性質を調べることが可能である。実際に、カリフォルニア大学アーバイン校の評価用データベースによって、提案手法の有用性を確認した。2)相関分析のための一般化された相関係数相関分析において、特徴間の共変関係を評価する尺度が有用である。本研究では、区間を値とする特徴や有限集合を値とする特徴間についても、共変性の評価を可能とする方法の開発を目標としている。共変的な関係にある特徴組について、データサンプル群は、幾何学的に薄い構造を有するという性質に注目し、Chain connected covering(CCC)とよぶ新たな方法を見出した。線形構造を含む単調な構造は、CCCの特別な場合として検出可能であり、一般化された相関係数や一般化された主成分分析、また特徴のクラスタリングといった新たなツールの可能性を見出した(国際会議ADCOM2005, ICCR2005に採録)。今後、シンボリック・データに対して、これらの有効性を確かめたい。
建築構造詳細解析の高速化のためのファイバーコースグリッドＭＧ法の開発

本研究では,骨組構造物のソリッド要素による詳細メッシュを用いた解析において,コースグリッドとして,梁要素モデルを用いる手法を提案する.MG法は共役勾配法の前処理に用いる.梁要素モデルによるファイバーコースグリッドとソリッド要素によるファインメッシュ間のRestrictionおよびProlongation演算機能を実装した上で,CG法の前処理としてのMG法のアルゴリズムも実装した.ファイバーコースグリッドMG法に対するメッシュ生成フレームワーク,可視化機能を持つソフトウェアのプロトタイプの開発も行った.1塑性ヒンジモデルを組み込んだファイバーコースグリッドとファインメッシュ間のRestrictionおよびProlongation演算の開発・実装:昨年度にソリッド要素,ファイバー要素(ASI-Gauss法)により,弾塑性地震応答解析を実施した4層鋼構造骨組モデルの解析結果に対し,ソリッド要素による解析結果の応力を断面方向に積分することで合応力,曲げモーメントを求め,ファイバー要素による結果と直接的に比較できるようにした.それに基づき,Restriction演算を行うための定式化について検討した.また,各種コンポーネント解析の結果を分析し,接合部の扱いについて検討した.2 ASI-Gauss法に基づくファイバーモデルの高精度化:ソリッド要素を用いた4層鋼構造骨組モデルの地震応答解析では,骨組の崩壊挙動までシミュレーションを行っており,柱脚,柱頭における鉄骨部材の局部座屈により塑性ヒンジが形成される様子をシミュレートできた.一方,ファイバーモデルには,弾塑性局部座屈を表せるようなマクロモデルが組み込まれていないため,その点について検討を行った.3ファイバー付ソリッド要素詳細メッシュの作成:昨年度作成した2層立体骨組のソリッド要素によるメッシュを基に,接合部における通り芯の始点と終点,断面方向ベクトルの入力方法について検討した.研究分担者が別プロジェクトにおいて開発中の骨組のソリッド要素メッシュ作成ソフトを開発しており,そのソフトに通り芯(ファイバー)情報を付加する方法について考えた.地震応答解析用境界条件の設定機能を開発した.本年度の研究実施計画の項目別に研究実績を整理する.「弾性はりに対するRestrictionおよびProlongation演算の開発・実装」,「接合部に対するRestrictionおよびProlongation演算の開発・実装」を目的とした基礎的な検討として,4層鋼構造骨組モデルに対して,ソリッド要素によるメッシュを用いた解析モデルと,梁要素を用いた骨組解析モデルによる地震応答解析結果を詳細に比較し,両モデルのverificationを行った.両者の結果は良好に一致する.しかし,応答のピークには差異がみられ,また,非線形応答後の弾性的な振動領域においても差異が見られる.単純な片持ち梁の微小変形弾性解析では,ソリッド要素による解析結果(変位および応力を断面方向に積分することで求めた合応力,曲げモーメント)は,連続体退化型線形チモシェンコ梁要素による結果と良好に一致することを確認した.更に,ソリッド要素による解析において適切なメッシュの詳細度の調査も行った.「ファイバー付ソリッド要素詳細メッシュのデータフォーマット,入出力プログラム作成」について,先に述べたソリッド要素による片持ち梁の解析問題において,曲げモーメントを求めるために必要な断面情報等について整理し,それに基づき,プログラムを試作した.節点位置に応力を外挿してから積分してモーメントを求める方法と,要素中心の応力を内挿してから積分してモーメントを求める方法についてプログラムを作成し,両者を比較した.「ファイバー付ソリッド要素詳細メッシュの試作」について,2層立体骨組のソリッド要素によるメッシュを試作し,各部材について曲げモーメントの計算を行った.各部材は要素グループにより区別し,各要素グループ毎に通り芯の始点と終点,断面方向ベクトルを入力するようにしている.本年度の研究実施計画の項目別に研究実績を整理する.1塑性ヒンジモデルを組み込んだファイバーコースグリッドとファインメッシュ間のRestrictionおよびProlongation演算の開発・実装:骨組構造の弾塑性解析のためのソリッド要素モデルと梁要素(ファイバー要素)モデル間でのRestrictionおよびProlongation演算の実装について引き続き開発を行った.2領域分割法とファイバーコースグリッドMG法の組み合わせ手法の検討:ファイバーの情報である接合部における通り芯の始点と終点,断面方向ベクトル,部材の断面積をADVENTUREシステムのADVENTURE_IOのFEGAドキュメントの仕様に基づいて記述し,ソリッド要素によるメッシュの属性として定義できるようにした.これにより領域分割をした状態でも,ソリッド要素とファイバー要素を対応させることができるようになった.3メッシュ生成フレームワーク,可視化機能の試作:構造物のスパン数,スパン,階高(通り芯の情報)と柱梁の断面形状と寸法を入力し,ソリッド要素によるメッシュを生成するプログラムを開発した.昨年度までに開発した商用メッシュジェネレータをベースとしたソフトウェアをC言語による自作プログラムに置き換えた.これにMG法に必要な入力情報も自由に作成できるようになる.梁要素モデルによるファイバーコースグリッドとソリッド要素によるファインメッシュ間のRestrictionおよびProlongation演算機能を実装した上で,CG法の前処理としてのMG法のアルゴリズムも実装した.片持ち梁モデルによりテストを行い良好な収束性を得ることができた.更に,弾塑性解析を想定し,梁要素モデルの材料定数の影響を調査したところ,ヤング率がソリッド要素モデルのヤング率と一致していなくても収束性に変化がないことがわかった.弾塑性解析の場合にも梁要素モデルは弾性解析としてコースグリッド修正をする方法の可能性が示唆された.また,作成した解析コードでは,ファイバー(梁要素モデル)の情報である通り芯,断面方向ベクトル等をADVENTUREシステムのADVENTURE_IOの仕様に基づいて記述した入力データを読み込み,破綻なく計算を行うことができた.以上の成果は2016年5月に日本計算工学会講演会において発表予定である.

一方,前年度までに開発されたソリッド要素モデル作成ソフトに対して,ファイバーコースグリッドMG法において必要な梁要素モデルの情報を属性情報として生成する機能を追加した.これはファイバーコースグリッドMG法に対するメッシュ生成フレームワーク,可視化機能を持つソフトウェアのプロトタイプとなる.本研究では,骨組構造物のソリッド要素による詳細メッシュを用いた解析において,コースグリッドとして,梁要素モデルを用いる手法を提案する.MG法は共役勾配法の前処理に用いる.梁要素モデルによるファイバーコースグリッドとソリッド要素によるファインメッシュ間のRestrictionおよびProlongation演算機能を実装した上で,CG法の前処理としてのMG法のアルゴリズムも実装した.ファイバーコースグリッドMG法に対するメッシュ生成フレームワーク,可視化機能を持つソフトウェアのプロトタイプの開発も行った.Restriction演算,Prolongation演算を行うコードの弾塑性解析への対応が進んでいない.ファイバーコースグリッドMG法の基礎的理論の外部への成果発表も遅れている.また,領域分割法との組み合わせについても,実装が遅れている.ファイバー付ソリッド要素詳細メッシュの生成ソフトの開発は順調に進んでいる.計算力学研究目標を次の3項目に設定し直す.1)領域分割法を使わないCG法をベースとして,骨組構造の弾塑性解析に対してファイバー要素モデルをコースグリッドとするために必要な情報の抽出方法を考案する.2)骨組構造の弾性解析に対しては,領域分割法を併用したファイバーコースグリッドMG法を実装する.3)プリ処理システムから通り芯,断面情報を出力し,ソルバーに読み込んで計算できるようにする.以上について早急に研究を進め,本年度後期には研究を総括し,今後の研究へ展開できるようにする.Restriction演算,Prolongation演算を行うコードは完成している.しかし,ファイバーコースグリッドMG法のテストプログラムは十分な収束性が得られておらず改良が必要である.弾塑性解析への対応に必要なソリッド要素モデルあるいはファイバーモデルによる個別の解析結果は十分に得られている.また,ファイバー付ソリッド要素詳細メッシュの生成ソフトの開発は順調に進んでいる.ソリッド要素による解析結果から,Restriction演算に相当する曲げモーメント,合応力を求めるプログラムは完成しているものの,Prolongation演算に相当する曲げモーメント,合応力から応力を求め,ソリッド要素の積分点の応力に戻すプログラムが完成していない.
ラット骨髄間質細胞が分泌する神経再生因子の同定

脊髄損傷には現在、根本的な治療法がない。我々は骨髄間質細胞の移植が脊髄損傷の治療に有効であることを報告してきた。本研究では、そのメカニズムを明らかにするため、骨髄間質細胞の分泌する液性因子の解析を行った。まず、新生仔ラットの海馬を用いた神経突起伸長アッセイ法の改良を行った。次に、ラット骨髄間質細胞を培養し、その無血清培養上清を回収した。その培養上清から脊髄損傷からの回復に有効な因子を、神経アッセイを指標にして、液体クロマトグラフィーを組み合わせて分離精製し、質量分析計を用いて同定を行った。昨年度に引き続き、骨髄間質細胞が脊髄損傷の神経再生にはたらく有効因子の分離・精製を行った。Sprague-Dawley (SD)ラットから採取した骨髄間質細胞の培養上清から、これまでに開発した神経突起伸長アッセイ法を指標にして、液体クロマトグラフィーを組み合わせて、神経再生の有効因子の精製を行った。ヘパリンアフィニティーカラム、イオン交換カラム、ゲルろ過カラム、逆相クロマトグラフィーなどのカラムを組み合わせて分離精製を行った。一連のカラムワークにより得られた精製標品は、直接またはトリプシン処理した後MALDI-TOF MSまたはLC-MS/MSなどを用いて同定を行った。これまでにいくつかの既知の神経再生因子を同定してきたが、これら以外にもいくつかの有効因子の候補があるので、引き続き精製を行ってきた。使用するカラム、精製条件などの検討を重ねて、主要な有効因子の精製度がかなり上がってきた。また、神経突起伸長アッセイ法に一部改良点が見つかったため、検討を重ねて、より高感度で再現性が高い方法に改善することができた。骨髄間質細胞をはじめとする体性幹細胞は神経や他の臓器の再生に重要な役割を果たすことが明らかになってきているが、その分子的なメカニズムはまだ明らかになっていない。本研究により、骨髄間質細胞の分泌因子を分離精製し神経再生に関わる因子が徐々に明らかになってきていることは、注目に値することである。骨髄間質細胞が脊髄損傷の神経再生にはたらく有効因子を同定するために、まず始めに骨髄間質細胞培養上清の収集を行った。Sprague-Dawley (SD)ラットの大腿骨および脛骨の骨髄から骨髄液を採取し播種・培養して骨髄間質細胞を得た。ラットの週齢や継代回数、培地などについて条件検討を行った。次に、神経突起伸長アッセイ法の改良を行った。アッセイがうまくいくかの最大のポイントは海馬を剖出する方法であった。検討を重ねて海馬へのアプローチの仕方や剖出する境界を確立して、効率よく細胞活性の高い神経細胞を再現性よく得ることができるようになった。このアッセイ法を指標にして、ラット骨髄間質細胞培養上清から、液体クロマトグラフィーを組み合わせて、神経再生の有効因子の精製を行った。一連のカラムワークにより得られた精製標品は、直接またはトリプシン処理した後MALDI-TOF MSまたはLC-MSなどを用いて同定を行った。これまでにいくつかの既知の神経再生因子を同定してきたが、これら以外にもいくつかの有効因子の候補があるので、引き続き精製を行っている。脊髄損傷の神経再生にはたらく骨髄間質細胞の分泌因子を同定するために、骨髄間質細胞の培養上清の分離・精製を行った。Sprague-Dawley(SD)ラットの大腿骨および脛骨の骨髄から採取した骨髄間質細胞を継代培養し、その無血清培養上清を回収した。これまでに我々が確立してきた神経突起伸長アッセイ法を指標にして、ヘパリンアフィニティーカラム、ゲルろ過カラム、イオン交換カラム、逆相クロマトグラフィーなどの液体クロマトグラフィーを組み合わせて、神経の再生因子の精製を行った。一連のカラムワークにより得られた精製標品は、直接またはトリプシン処理した後MALDI-TOF MSやLC-MS/MSなどを用いて同定を行った。これまでにいくつかの既知の因子を同定してきたが、これら以外にも有効因子の候補がいくつか存在したので、精製を引き続き行ってきた。これまでに培養上清の回収条件、精製方法や神経突起伸長アッセイ法の改良を重ねることにより、精製度をかなり高めることができた。骨髄間質細胞をはじめとする体性幹細胞は神経やその他の臓器の再生に重要な役割を果たすことが明らかになってきているが、それに関わる分子やメカニズムはまだ十分にはわかっていない。

本研究により、骨髄間質細胞の分泌する因子の解析が進み、神経再生に関わる分子的メカニズムが徐々に明らかになってきていることは注目に値することである。生化学、神経再生神経突起伸長アッセイ法の改良により、神経再生因子の分離精製を効率よく進めることができるようになった。神経再生の有効因子の同定は、液体クロマトグラフィーの組合せによる精製により行うため、当初より多大な時間と労力を要することが予想されていた。その中で神経突起伸長アッセイ法を指標にして分離・精製をおおむね順調に進めることができたと考えている。しかし、精製度は高まってきたものの主要な分子の同定には至っていないため、当初の計画よりやや遅れている。神経突起伸長アッセイ法の改良は、海馬の剖出方法や培養条件を検討し改良することにより再現性よく高感度のアッセイ法が確立できた。本研究の大部分を有効因子の分離精製および同定の作業が占めることになる。したがって、引き続き、神経再生因子の精製・同定に注力する。これまでの研究により、培養上清の条件、カラムの種類、分離条件などのデータが集まってきているので、これらをもとにさらなる同定作業を進めて行く。得られた因子に関しては、リコンビナントタンパク質を用いて、神経細胞への効果を神経突起の伸長と細胞数の増減について測定し、受容体特性や情報伝達系を免疫沈降法にて明らかにする。培養神経細胞に対して効果が見られた因子は、脊髄損傷モデル動物に投与実験を行う。有効因子を脊髄損傷ラットの静脈、髄液または損傷部位に注入して、BBBスコアによって行動評価を行い、免疫組織学的解析によって神経細胞やグリア細胞の再生あるいは生存状況について調べる。本研究の大部分を有効因子の精製および同定の作業が占めることになる。したがって、平成24年度に引き続き、神経再生因子の精製・同定に注力する。有効因子を脊髄損傷ラットの静脈、髄液または損傷部位に注入して、BBBスコアによって行動評価を行い、免疫組織学的な解析によって神経細胞やグリア細胞の再生あるいは生存状況について調べる。分離精製に注力したため、有効因子の神経細胞への効果の解析が計画より少なくなった。その解析に用いる計画であった試薬類の費用を次年度に繰り越す。使用予定であった試薬類の費用に用いる。物品費では、消耗品として、細胞培養用培地・試薬150千円、ウシ胎仔血清150千円、実験動物(ラット)200千円、プラスティック器具100千円、精製用カラム・樹脂500千円、試薬210千円を使用計画している。備品については購入予定はない。また、旅費に230千円、謝金に30千円、その他、研究成果投稿費に100千円を使用することを計画している。
フードシステム学的視覚から分析する地域特産物の展開に関する研究

今回の科学研究費補助金を受けての研究期間は平成17年度から平成19年度にかけての三カ年であった。研究の目的は、今後の地域特産物のあり方に資するため、ひとまず、地域特産物の展開に関する研究をフードジステム学的視覚から考察することであった。研究対象とした作物は6作目であり、さとうきびをはじめ、てん葉たばこ、ホップ、こんにゃくいも、及び繭を取り上げた。これら作物の戦後における生産展開を整理した後、近年における生産動向について、さとうきびの場合、鹿児島県種子島、てん菜では北海道本別町、葉たばこでは、熊本県あさぎり町(旧、岡原村)及び岩手県二戸市(旧、浄法寺町)、ホップでは、岩手県遠野市及び軽米町、こんにゃくいもでは、群馬県昭和村、繭では、福島県二本松市及び栃木県小山市における経営実態調査に取り組んだ。あわせて、当該地区の管内農業関係団体での聞き取りを実施した。結論として、研究対象どした6作目は従前同様に生産農家にとって、及び地域農業や地域経済にとって、農業の多面的機能の発揮とともに、重要な地位にあると総括できた。なお、これら作物の今後の展開にとって、農家における生産と生活の再生産を守る視点から、同時に、地政学的な視点から、国内生産を最優先に位置づけ、農家の不安を払拭していくことが重要であるとした。言い換えれば、これら作目の日本における農業総生産額に占める割合は小さいものであったが、なお、当該産地における雇用及び所得確保の面では、極めて重要な立地展開であった。近年、いずれの作物も漸減傾向を強めているが、国産国消主義の下で、当該作物の国内生産が堅持されていくことが、重要であることを指摘した。科研の初年度に当たる平成17年度は、地域特産物の生産及び流通関連の実態を把握するため現地調査を中心に取り組んだ。調査対象作物及び現地調査先は、さとうきびについては平成17年6月初め鹿児島県中種子町において関係機関・JA及び糖業会社での聞き取りを行った。JAでは担当者からのさとうきび生産に関する現況と課題を聞き取り、次いで、中核的な生産農家3戸について個別調査を実施した。糖業会社においては、担当者等から分蜜糖の生産及び直面している課題について聞き取りを実施した。次に、てん菜については同年9月北海道札幌市の北海道てん菜協会において、てん菜生産の現状と課題を聞き取り、ついで中川郡本別町において北海道糖業本別工場にて、てん菜糖の生産と課題を聞き取った。ついで、管内の中核的なてん菜農家3戸について個別聞き取りを実施した。ついで、ホップについては同年10月岩手県遠野市ホップ農業協同組合においてホップ生産の現状と課題を聞き取り、次いで作付け規模の中・大規模農家14戸について個別聞き取り調査を実施した。こんにゃくについては、同年12月沼田市JA利根沼田において担当者からこんにゃく作の現状と課題を聞き取り、合わせて関係資料の収集に努めた。平成18年2月において山梨県農業振興局、及び南巨摩郡増穂町に所在する大規模養蚕農家での聞き取り調査を実施した。同年3月半ばにおいては、和歌山県日高川町紀ノ川農協において、当該産地の特産品であるたまねぎを中心に農産物の生産及び流通関連についての機関調査を実施した。以上のとおり、本年度は精力的に地域特産物に関する生産及び流通に関する実態把握に努めた。なお、同時に、各現地調査の分析考察も合わせ行っている。本研究課題において取り上げた地域特産物を対象として、フードシステムの視覚からその存立条件と、展開方向の明示に努めた。なお、本年度はフードシステムの視点のうち、生産面に焦点をあて、現地調査および取りまとめを試みた。

ちなみに、さとうきびは鹿児島県種子島、てん菜は北海道本別町、葉たばこは岩手県旧浄法寺町および熊本県旧岡原村、ホップは岩手県遠野市、こんにゃくいもは群馬県昭和村、繭は東北および関東地域の大規模養蚕農家等の経営実態調査を整理分析し、考察をした。その成果として、著書『特用農産物の生産と展開方向』を農林統計協会より2007年4月に出版した。ここでの総括として、最近年におけるこれら作目の生産縮小およびその減退の要因、生産を継続している農家の経営構造および諸課題について、究明した。前述した6作目は、生産農家にとって、および地域農業や地域経済にとって、それらの有する農業の多面的機能の発揮とあいまって、きわめて重要な地位にあると指摘した。なお、生産の減退に対しては、日本農業における特用農産物の展開方向が、明確かつ具体的に提示されることが強く要請されているとし、これら作目の生き残りのためには、価格優先の作目選択ではなく、農家の生産と生活を守ることを第一義とした農業政策の大転換が必要と指摘した。要するに、農業生産の場合、安全・安心なもの、本物志向のもの作りであることが基本であり、よって国産国消策が第一義とされるべき、と指摘した。終わりに、作物の立地としては、条件不利的条件下にある特用農作物のもつ意味は、農業経営、農家の生活、および地域保全の観点からきわめて大きいものと総括でき、行政的対策等も含めて何らかの支援策が打ち出されるべき、と提言した。研究の目的は、今後の地域特産物のあり方の提示に資するため、地域特産物の展開に関する研究をフードシステム学的視覚から考察することであった。研究対象とした作物は6作目であり、さとうきびをはじめ、てん菜、葉たばこ、ホップ、こんにゃくいも、及び繭を取り上げた。これら作物の戦後における生産展開を整理じた後、近年における生産動向について、さとうきびの場合、鹿児島県種子島、てん菜では北海道本別町、葉たばこでは、熊本県あさぎり町(旧、岡原村)及び岩手県二戸市(旧、浄法寺町)の再整理、ホップでは、岩手県遠野市の現地調査と再整理及び軽米町、こんにゃくいもでは、群馬県昭和村の再整理、繭では、福島県二本松市及び栃木県小山市における実態調査と再整理に取り組んだ。あわせて、当該地区の管内農業関係団体での聞き取りを整理した。結論として、研究対象とした6作目は従前同様に生産農家にとって、及び地域農業や地域経済にとって、農業の多面的機能の発揮とともに、重要な地位にあると総括できた。なお、これら作物の今後の展開にとって、農家における生産と生活の再生産を守る視点から、同時に、地政学的な視点から、国内生産を最優先に位置づけ、農家の不安を払拭していくことが重要であるとした。言い換えれば、これら作目の日本における農業総生産額に占める割合は小さいものであったが、なお、当該産地における雇用及び所得確保の面では、極めて重要な立地展開であった。近年、いずれの作物も漸減傾向を強めているが、国産国消主義の下で、当該作物の国内生産が堅持されていくことが、重要であることを指摘した。
広流量域をもつ超音速遠心圧縮機の開発

超音速遠心圧縮機は単段で高い圧力比を実現できるが、一定回転数において吐出量を殆ど変えることができないために産業用圧縮機には適していない。本研究は、サージからチョーク迄の流量範囲を広げることを目指して羽根車およびディフューザを設計して実験し、問題点を明白にし目的の達成を計るものである。まず一次元及び非粘性流体の準三次元流れ解析と蓄積された情報とを組み合わせて羽根車設計のCADシステムを作成し羽根車を設計した。その際流入マッハ数が甚だ大きいときにはインデューサ翼前縁にできる衝撃波が翼面境界層のはくりを引き起こしサージの原因となるので、衝撃波の上流では翼の反りを小さくした。また圧縮機の圧力一流量特性を安定な右下がりとするために羽根車出口は40度の後傾翼とした。羽根車単独の性能を調べるにはディフューザなしでの実験が望ましいが、羽根車出口の正常な流動状態を確保するために、羽根車直径の1.1倍までの区間を羽根なしディフューザとした。実験では、特性試験,羽根車出口の流動状態,および羽根車内部での圧力上昇を測定したほか、インデューザ入口付近の衝撃波の様子をシュラウド付近については変動圧力計により、スパンの中央付近についてはレーザー2焦点流速計によって求めた。一方、実測されたインデューサの失速限界流量における流入マッハ数と入射角とを流れ解析で求め、レーザー流速計による実測値と比較したところ、亜音速流入ではよく合致した。従ってその失速限界は妥当であるが、超音速の流入状態では衝撃波の発生のために普通の解析は流れを正しく表しておらず、また失速の限界条件は亜音速のときとは異なる。なお小弦節比翼列ディフューザを備えた実験は近く実施する。
Epigenetic修飾の包括的・統合的解析による新規癌幹細胞制御法の確立

遺伝子発現を制御しているepigenetic修飾に着目し、癌幹細胞の抗癌剤抵抗性の機序解明と治療効果増強作用につき研究した。1.抗癌剤とヒストン脱アセチル化酵素(HDAC)阻害剤の併用効果:複数の癌細胞株で単独治療と比べ併用療法で相乗効果が得られた。2. HDAC阻害剤による癌幹細胞の分化誘導:癌幹細胞にHDAC阻害剤を加えることでEpCAM等の癌幹細胞マーカー発現が減弱した。3. DNAマイクロアレイによる機序解明:抗癌剤単独とHDAC阻害剤と抗癌剤の併用群での遺伝子発現パターンを比較し43個の関連遺伝子を同定した。ネットワーク解析にて候補遺伝子を絞り込んだ。〔研究の目的〕癌幹細胞研究は癌の治療抵抗性を克服することを目的としている。われわれは癌細胞の遺伝子発現を制御しているエピジェネティック修飾に着目し、癌幹細胞の抗癌剤抵抗性の機序解明と新規治療法の開発をめざす。〔研究実績の概要〕1.抗癌剤とヒストン脱アセチル化酵素(HDAC)阻害剤の:併用効果:ヒト胆管癌細胞株(HuCCT1)を用いて胆管癌に有効な抗癌剤(Gemcitabine:GEM)とHDAC阻害剤(valproic acid:VPA)の併用効果をMTT assayにてin vitroで評価した。GEM:5nMとVPA:0.5mMは各々単独では効果を認めないが、併用により有意な細胞増殖抑制効果を認めた。したがって抗癌剤にエピジェネティック修飾を目的としたVPAを併用することで抗癌剤感受性が増強することが考えられた。以上のごとく本年度は、抗癌剤とエピジェネティック修飾のひとつであるヒストン脱アセチル化酵素阻害剤を併用することで癌幹細胞の分化誘導が可能となり、その結果、抗癌剤抵抗性がある程度解除できる可能性が示された。来年度は、更なる分子機序解明をめざしてDNAマイクロアレイ法を用いて綱羅的遺伝子発現解析を行う予定である。〔研究の目的〕癌幹細胞研究は癌の治療抵抗性を克服し最終的には癌の根治を目指すことを目的としている。我々は遺伝子発現を制御しているエピジとネティック修飾に着目し、癌幹細胞の抗癌剤抵抗性の機序解明と新規治療法の開発をめざす。〔研究実績の概要〕3.DNAマイクロアレイを用いた網羅的遺伝子発現解析による機序解明:HuCCT1を用いて、GEM単独とVPAとGEMの併用群での遺伝子発現パターンを比較したところ、43個の関連遺伝子を同定できた。さらにIngenuity pathway analysisの結果、併用による効果増強にHLA-DRAの発現増強やLGALS9の発現低下が関与している可能性が確認できた。以上のごとく本年度は、抗癌剤とヒストン脱アセチル化酵素阻害剤を併用することで癌幹細胞の分化誘導が可能となり、抗癌剤抵抗性が解除できる可能性が示された。さらに、DNAマイクロアレイ解析にてその分子機序を同定できた。
文系学部における卒業研究の成績評価方法：学士課程教育の総括的評価の可能性を探る

本研究は,日本の大学における卒業研究の成績評価方法について,文系(学校基本調査の学科系統分類で人文科学及び社会科学に含まれる)学科の学士課程教育に限った上で,その現状を実証的に明らかにすることを目的とする.平成30年は,社会科学系の1,044学科を対象に「卒業研究の成績評価に関する調査」を実施した(有効回答率25.3%,n=264).その結果を分析した主な知見は,以下の5つにまとめられる.1)卒業研究に係る授業科目の成績評価においては,専門の知識・技能を活用できることや独創性を発揮することよりも,主体的な学習態度や計画的にやり遂げる力,そして伝わる文章が書けることが考慮されている.2)学修成果を見るための課題としては,論文が主であり,卒業研究に係る授業科目がある学科のうち,90%以上が課している.3)どの課題においても,採点は指導教員個人に任されていることがほとんどで,学科として明文化された採点基準を導入している例は依然として少数派である.4)学科系統に関しては法学・政治学系学科に特異性がある.「卒業研究は一部の学生のみが経験するもの」という認識が,法学・政治学系学科では強いと推察される.5)入試難度の影響は,成績評価方法よりも考慮される学修成果において明確である.入学難度によって卒業研究に期待する学修成果が異なるというよりは,下位の場合にそれが少ない.なお,調査結果は学科系統別に集計し,本研究にかかるwebサイト「学士課程カリキュラム研究会」に掲載した.本研究は,日本の大学における卒業研究の成績評価方法について,文系(学校基本調査の学科系統分類で人文科学及び社会科学に含まれる)学科の学士課程教育に限った上で,その現状を実証的に明らかにすることを目的とする.また科目設置の状況や日本における卒業研究の歴史をまとめた論文が,書籍(『グローバル社会における高度教養教育を求めて』)の一部として刊行された.同論文では,東北大学を事例として,卒業研究の端緒が戦前の学士試験にあり,戦後,授業科目として位置付けられるに至ったことなどを明らかにした.当初予定していた訪問調査は実施できなかったが,必要なデータセットを完成し,文系学科に関しては研究成果の発表もできた.本研究は,日本の大学における卒業研究の成績評価方法について,文系(学校基本調査の学科系統分類で人文科学及び社会科学に含まれる)学科の学士課程教育に限った上で,その現状を実証的に明らかにすることを目的とする.平成30年は,社会科学系の1,044学科を対象に「卒業研究の成績評価に関する調査」を実施した(有効回答率25.3%,n=264).その結果を分析した主な知見は,以下の5つにまとめられる.1)卒業研究に係る授業科目の成績評価においては,専門の知識・技能を活用できることや独創性を発揮することよりも,主体的な学習態度や計画的にやり遂げる力,そして伝わる文章が書けることが考慮されている.2)学修成果を見るための課題としては,論文が主であり,卒業研究に係る授業科目がある学科のうち,90%以上が課している.3)どの課題においても,採点は指導教員個人に任されていることがほとんどで,学科として明文化された採点基準を導入している例は依然として少数派である.4)学科系統に関しては法学・政治学系学科に特異性がある.「卒業研究は一部の学生のみが経験するもの」という認識が,法学・政治学系学科では強いと推察される.5)入試難度の影響は,成績評価方法よりも考慮される学修成果において明確である.入学難度によって卒業研究に期待する学修成果が異なるというよりは,下位の場合にそれが少ない.なお,調査結果は学科系統別に集計し,本研究にかかるwebサイト「学士課程カリキュラム研究会」に掲載した.平成29年度までの研究で,卒業研究に関する科目の設置状況に関しては詳細に明らかとなったので,その成績評価方法に関する実態解明を進める.幸い,人文科学系学科の学科長を対象とした調査がすでに行われていることが確認できたため,その結果と比較可能な形で,社会科学系学科の学科長調査を実施する予定である.卒業研究の成績評価に関して特徴的な取り組みをしている学科への訪問調査を計画していたが,実施しなかった.余剰金を使って2018年度に実施する予定である.
負熱膨張性マンガン窒化物の局所磁性と機能

負熱膨張性マンガン窒化物を熱膨張抑制剤として含む金属複合材料において、機能を決めるマンガン窒化物/金属界面の物理的・化学的状態をSEM-EDXなどの手法を用いて調べた。放電プラズマ焼結法によるマンガン窒化物/銅の複合材料では、マンガン窒化物は界面から10μm程度まで、マトリックスの銅と反応するが、逆にマトリックスの銅がマンガン窒化物と反応するのはそれより狭い2-4μmであることが分かった。この成果をもとに、高密度に焼結されたマンガン窒化物を粉砕し、粒径が50μm以上のマンガン窒化物のみを用いて複合材料を作ることで、空隙がほぼ除去でき、低熱膨張(1 ppm/K)と高熱伝導度(190 W/mK)を両立できた。この成果は、将来的なヒートシンク材料等への応用につながる重要な成果である。。さらに、圧縮ねじり法と放電プラズマ焼結方との違いを調べるため、マンガン窒化物とアルミニウムとの複合材料をこの2法で作製し、熱膨張や電気伝導のほか、上述の方法により界面の状態を調べた。その結果、電気伝導性、熱伝導性ともに圧縮ねじり法が優れていることがわかった。さらに界面については、銅マトリックスに比べて界面の反応層が厚く(20μm)、とくに圧縮ねじり法ではマトリックスのアルミニウム側へのフィラーの染み出しが顕著(20μm以上)であることもわかった。より厚い界面層の存在は、マトリックス/フィラーの高い密着性を意味しているが、その分、化学反応により素材本来の機能が損なわれている可能性があり、今後の検討事項である。研究の終盤で、ルテニウム酸化物において巨大な負熱膨張を発見した。27年度が最終年度であるため、記入しない。負熱膨張性マンガン窒化物を熱膨張抑制剤フィラーとして含む金属複合材料において、マンガン窒化物の粒径により、熱膨張や熱伝導度といった物理特性がどのように変化するかを調べた。その結果、粒径の大きなフィラーを用いることで、熱膨張がより抑制され、また、熱伝導度も向上することが明らかになった。この成果は、マンガン窒化物の添加量を抑え、よりマトリックス金属の特性を活かした低熱膨張金属複合材料の作製を可能とする意味で、高い工業的価値を有する。この金属複合材料のSEM-EDX評価により、複合化の熱処理に際してマンガン窒化物は界面から深さ10μm程度、マトリックスである銅と化学反応していることが示唆された。今後は、界面に何ができているか、また、化学組成では変化がないように見える粒内部の特性はどうなっているかといった情報を、ミュオン顕微鏡などを用いて評価する。今年度はまた、フラストレート系金属磁性体であるマンガン窒化物Mn3GaNにおいて、巨大な圧力熱量効果を発見した。磁気転移温度の圧力依存性や、エントロピー変化量、体積変化量などの定量評価から、この圧力熱量効果は、常磁性相の短距離磁気相関がフラストレーションにより抑制されることが原因であると考えられる。磁気転移に際して大きな熱量変化をともなっていても、反強磁性であるがゆえに外部磁場ではそれを取り出せなかったが、圧力を用いることで取り出せることが示された。これまでは考慮されてこなかった反強磁性体にまで固体冷凍材料の探索の場を拡げた点で画期的成果と言える。。負熱膨張性マンガン窒化物を含む低熱膨張金属複合材料において、熱膨張抑制剤の粒径と複合材料の物理特性の間に相関があることを見出し、複合材料の高機能化・低コスト化の道筋をつけることができた。

また、物理特性とマンガン窒化物/金属界面の相関を示唆する結果を得、今後ミュオン顕微鏡を用いた研究において、どんな点に着目して研究を進めるべきかの論点を明確にできた。さらに、当該負熱膨張性マンガン窒化物に代表されるフラストレート系金属磁性体では、フラストレーションにより磁気体積熱量効果が増強される可能性を見出し、その巨大な熱量変化を圧力により取り出すことに成功した。この成果は、フラストレート系金属磁性体の持つ豊かな可能性を示すもので、基礎的な磁性物理だけでなく工業的な機能材料の分野においても大きなインパクトを与えるものである。27年度が最終年度であるため、記入しない。平成26年度の研究により、マンガン窒化物/銅の複合材料において、どのくらいの長さスケールで、複合化の際にマンガン窒化物と銅の化学反応が進行するのかの情報を得た。次に問題となるのは、1その結果、界面に何ができたのか、2複合化の熱処理を変えることで、界面の状態がどのように変わるか、3熱膨張や熱伝導といった物理特性を向上させるためには、界面をどのようにすればよいか、そして4そのためには複合化の処理条件をどのように調整すればよいか、である。このためにはミュオン顕微鏡による局所磁性の評価とSEM-EDXやEPMAなどによる元素比のマッピングを組み合わせた評価が必要である。マンガン窒化物の磁性は、組成の違いや、不純物、圧力・歪などによりめまぐるしく変わり、それにともない体積を変える。ミュオン顕微鏡による評価に関しては、理想的な反強磁性・負熱膨張状態をはじめとして、様々な磁性状態にあるバルク試料のマンガン窒化物の評価から始めて、次に複合材料中でどのようになっているかを明らかにしてゆく。本研究で行う一連の測定は、フラストレーションが顕著な磁気物性を発現させている典型物質の磁気相関メカニズムを明らかにする側面も有する。
遺伝子消失による適応進化の法則

遺伝子消失の進化における役割について知見を得ることを目的として研究を進めている。とくにヒトおよび霊長類の進化において重要な役割を果たしてきたと考えられるゲノム領域、あるいは遺伝子の消失のメカニズムについて、以下に記すように、非常に興味深い結果を得ることができた。ヒトなどのゲノム中には重複配列間での相同組み換え(NAHR)によってその間のゲノム配列の重複や欠失が頻繁に生じるhotspotが多数存在することが知られている。このようなコピー数変異(CNV)のhotspotはヒトの遺伝的多様性に大きく寄与し、その一方で遺伝病とも深く関連している。従来の進化モデルは重複配列が時間に比例して変異を蓄積(diverge)していくことを前提としているため、hotspotがactiveである期間は比較的短いと予測される。ところが我々は、このモデルではヒトとマカクで多くのhotspotが共有されているという文献で報告されている事象を説明できず、paralogous geneconversion(遺伝子変換)という重複配列間の相似性を維持する機構を組み込んだ進化モデルを考える必要があるのではないかと考えた。そこでヒトでhotspotとなっている重複配列の進化解析を行ったところ、ほとんどのケースで従来の進化モデルが棄却され、重複配列間で頻繁にgene collversionが起こっていることが確認された。また病気と関連のあるhotspotでも同様の結果が得られた。よって、霊長類のほとんどのhotspotがgene conversionによって長期間activityを維持しているといえる。つまり、gene conversionが起こっている重複配列が存在する領域はCNVのhotspotである可能性が高いと予測できるので、それをもとに未知の病気等に関連するゲノム領域が今後発見されると期待できる。医療関係の分野にも大きなインパクトを与えることが期待できる成果を得ることができ、すでに研究成果をまとめた論文を国際雑誌に投稿し、現在査読が行われている最中である。現在投稿中の論文の査読の結果をふまえ、必要に応じて修正を加える。遺伝子消失の進化における役割を多角的に検証し、新たな知見を得ることを目的とする。各生物種がどのような遺伝子をどれだけ保持しているかはその生物の生活史と密接に関連しており、進化上における遺伝子の獲得と消失の結果である。遺伝子の獲得の主要な機構である遺伝子重複については数多くの研究が行われているが、消失に関しては進化への貢献を示唆する具体例はいくつかあるものの包括的な研究はあまり行われていない。よって、1、ヒトおよび霊長類、2、出芽酵母および近縁種のゲノム比較によって、遺伝子の消失がそれぞれの種の進化にどう影響してきたのかを調べることにした。1、ヒトにおける遺伝病は、相似性の高い反復配列間での組み換えで間にある遺伝子が消失することによって生じることが多い。進化の過程では不利なものは排除され有用なものは維持されるというのが大原則であるのにも関わらず、遺伝病の原因となっている反復配列が実はヒトと他の霊長類との共通祖先の段階から存在している例がいくつか報告されている。本研究では、まず反復配列間の組み換えによって遺伝病が起こっている具体例を集め、それらの配列を解析した。その結果、遺伝病を誘発すると思われる反復配列のうち半数以上がヒトと他の霊長類の共通祖先の段階から存在し、遺伝子変換によって相似性が維持されていることが示唆された。2、ビール酵母Saccharomyces pastorianusは出芽酵母S.cereviseaeとS.bayanusによる種間交雑によって最近形成された倍数体である。こういったゲノム倍加は生物の進化上非常に重要な役割を果たしてきており、倍加後初期の段階の進化、とくにどのように遺伝子を失っていくかを理解することが重要だと考えられている。よって、S.pastorianusの倍加後の進化を調べるため、酵母各種のゲノム配列をアラインし、まずはS.pastorianusのゲノムのS.cereviseae由来の部分に関して、S.pastorianusのみに見られる変異、つまり倍加後に起こったと見られる変異を全て同定した。とくにヒトおよび霊長類の進化において重要な役割を果たしてきたと考えられるゲノム領域、あるいは遺伝子の消失のメカニズムについて非常に興味深い結果を得ることができた。当初は申請書のとおり、酵母での研究も行っていたが、ヒトや他の霊長類で新しい集団のデータが利用可能になったこともあり、酵母の研究よりヒトでの研究のほうが意義のある成果が得られる確率が高いと判断し、最優先することにした。ゲノム領域の重複、欠失、逆位などの構造の変化はヒトおよび霊長類の適応進化に大きく寄与していると考えられる一方で、多くの遺伝病の原因にもなっている。これらの構造の変化はおもに相似性の高い重複配列間の組み換えによって生じることが多い。一般論として、重複配列間の相似性は重複からの時間におおよそ比例することが多いので、比較的最近生じた重複配列間の組み換えによってこういった構造の変化が生じているという推測が成り立つ。ところが、遺伝病、あるいはヒトの集団内のコピー数の多型の原因となっている重複配列を調べたところ、これらの重複配列の半数近くがチンパンジーやマカクのゲノムにも存在し、遺伝子変換とよばれる機構によって相似性を維持していることがわかった。つまり、様々な霊長類の分岐以前に生じた古い重複配列が、遺伝子変換によって相似性を長い間維持し、それによって進化の過程でゲノムの構造変化を繰り返し誘発してきたといえる。そして、こういった構造変化がときには適応進化、ときには遺伝病の原因となっている。