hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
有限要素法と個別要素法のハイブリッド法による骨折解析プログラムの開発とその応用

DYNA3Dに,個別要素を組み込むプログラム(CDFP on DYNA3D)の開発を行った.プログラムの完成までは到達していないが,ほぼ完成の目処がついた.平成26年度までは,個別要素法と有限要素法による混合法(CDFP)のプログラム開発において,離散化に必要な六面体要素の開発を終え,三次元構造の解析を可能とした.また,CDFPによる破壊解析が可能な計算環境構築を完了し,単純な平板の破壊解析を行い,計算環境の有効性について確認した.これを承け平成27年度では,GPUを用いた並列計算プログラム開発,骨強度解析ソフトを利用した断層画像から頭部の有限要素モデルの作成,データー入力のためのインターフェイスプログラムの作成を予定していた.しかし,研究を進めていくうちに,プログラムの汎用性の問題に突き当たり,大きく計画を変更することとした.今までの研究では,研究分担者が独自のプログラムとしてCDFPのコードを作成してきた.しかし,自作の有限要素プログラムの部分は,使用可能な要素の種類に乏しく汎用性に欠けるため,解くことができる問題が限られる.実用的な動的負荷問題を解くには,連続体の他にも板やシェル等,多くのタイプの有限要素が必要であり,荷重条件や接触条件についても様々な設定が必要になる.それらに対応したプログラムを全て自作することは困難で,特に信頼性確保のためのデバッグ作業に多大な時間と労力が必要になる.そこで,既に信頼性が確保され,コードも公開されている汎用の有限要素コードDYNA3Dに,研究分担者が開発した混合法のプログラムを組み込むこととした.汎用性と信頼性の高いDYNA3DをベースにしてCDFPの解析ができる意義は大きい.しかし,長大なDYNA3Dプログラムの内容を理解した上で個別要素を組み込むプログラミングには多くの時間と労力が必要で,平成27年度はこの作業に注力したことから,頭骨の有限要素モデル作成の作業は完了せず次年度継続となった.計画の変更により骨モデルの作成はやや遅れているが,プログラムの完成は目処がついており,おおむね順調に進展している.平成27年度までの研究では,有限要素法と個別要素法の両方を独自のプログラムとしてコードを作成してきた.しかし,実用的な動的負荷問題を解くには,連続体の他にも板やシェル等,多くのタイプの有限要素が必要であり,荷重条件や接触条件にも様々な設定が必要になる.それらに対応したプログラムを全て自作することは困難で,特に信頼性確保のためのデバッグ作業に多大な時間と労力が必要になる.そこで,既に信頼性が確保され,コードも公開されている汎用の有限要素コードDYNA3Dに,独自開発の混合法(CDFP)プログラムを組み込むことで,その問題を解決した.汎用性と信頼性の高いDYNA3DをベースにしてCDFPの解析を可能としたことは,本研究における最も大きな成果である.開発したCDFP on DYNA3Dの検証のために,正方形ガラス板(200×200×6mm^3)の中央に衝撃子(先端が半径5mmの半球状の弾丸,質量55g)が速度5m/sで衝突する問題を対象とした衝撃破壊解析を行い,その精度と計算効率を検証した.個別要素と有限要素の境界が衝撃部の近くに存在すると,実際には発生しないはずの亀裂が生じるが,個別要素の領域を120×120mm^2まで広げると妥当な亀裂進展挙動を得ることができた.個別要素だけのモデルが要素数30,000個で解析時間が400秒なのに対し,混合モデルでは個別要素数10,800個で,解析時間も130秒と大幅に短縮することができた.
ナノ薄膜への可逆的非破壊電気コンタクトの形成

非常に薄く、少しの力を加えただけで壊れてしまうような膜や電極に対し、原子力顕微鏡のような力のフィードバック・除振機構、ピエゾ素子によるアプローチを必要とせずに、試料を破壊・汚染することなく非破壊で可逆的に電気コンタクトを形成する技術を開発して、I-V特性・C-V特性やバイアス印加XPSなどの評価を可能にした。具体的には、AFMにおけるフォースカーブで弾性変形している領域の圧力を、接触面積が百ミクロンのオーダーで実現するコンタクトプローブを開発し、バイアス印加XPS測定や5層グラフェン膜の電気抵抗測定により、有効性を実証した。1上部電極コンタクト機構の探索:ヘアピン状のタングステンワイヤーの先端に溶融金球がついたコンタクトプローブを作製した。膜厚4nmのPt膜を破壊せずにコンタクトが可能なばね定数が得られるようなタングステンワイヤー径の選定を行った。また、本用途に最適な溶融金球の直径を見出した。2コンタクト機構による電気接触の検証:マイカ上に約100nm厚の金薄膜を蒸着した試料を用い、1で最適化したコンタクト機構を接触させて電気抵抗を測定した結果、ゼロ抵抗が得られ、コンタクトプローブが設計通りの電気コンタクトとして機能することを実証した。3上部コンタクトによる試料汚染の検討:コンタクトプローブによる接触を行った表面が、プローブ材料である金で汚染されていないかどうかを、X線光電子分光法により調べた結果、汚染されていないことが判明した。これにより、当該コンタクトプローブが可逆的コンタクトとして使用できることが立証された。2 ́コンタクト機構による電気接触の検証として、マイカ上金薄膜の電気抵抗の測定のみではなく、当該コンタクトプローブを2つ用いて4層グラフェンの非破壊・可逆的電気抵抗測定も行い、別の方法で測定されている電気抵抗値と比べて妥当な値が得られたことが分かった。2 ́ ́コンタクト機構による電気接触の検証として、さらに、highーk絶縁膜のMOS構造におけるバイアス印加XPS測定も行い、ゲート電極と当該コンタクトプローブの間にオーミックコンタクトが得られていることを実証した。ヘアピン上に加工したタングステンワイヤーとその頂点に溶融Au球が溶着されたコンタクトプローブを開発した。溶融前にタングステンワイヤーにセットする金の量を制御することでコンタクトプローブの球のサイズを制御した。制御した球のサイズは、直径で、500ミクロン1ミリメートル程度である。また、この溶融Au上に、スパッタ蒸着により数十nm厚のプラチナ膜を蒸着することで、Au球表面が完全にプラチナで覆われた、接触という観点からはプラチナ球と考えてよいプローブを作製した。さらに、ヘアピン上に加工したタングステンワイヤーに、銅ワイヤーやアルミニウムワイヤーをセットすることで、頂点に溶融銅球、溶融アルミニウム球が溶着されたコンタクトプローブの作製に成功した。これらのコンタクトプローブを、マイカ上に200nmの金を蒸着した試料上にたわみ量が数mmになるように押し付け、コンタクトプローブによる接触を通じた金膜の電気抵抗値をテスターを用いて測定した。その結果、電気抵抗値はゼロの値を示し、コンタクトプローブとテストサンプルであるマイカ上の金との間に接触抵抗ゼロの良好な電気コンタクトが得られていることが判明した。電子デバイスの省エネ化には、非常に薄い層が何層にも積層されている絶縁膜や誘電体、トンネル層や電荷注入層などへの新しい材料の導入時の界面制御がカギを握る。界面の電気特性を決定付ける複数の界面をそれぞれ分離して計測するには、デバイス作製の途中で、一つの界面を形成するごとに非破壊で電気的特性が評価できるとよい。そこで、原子力顕微鏡のような力のフィードバック・除振機構、ピエゾ素子によるアプローチを必要とせずに、ナノ膜の膜成長面を破壊・汚染することなく非破壊で可逆的に電気コンタクトを形成する技術の開発を行った。具体的に、表面が非常にスムースで接触により測定試料を傷めないプローブを溶融により作製し、このプローブが、AFMの非破壊領域の圧力で測定試料に押し付けられた時に数ミリメートル程度たわみを発生する支持材先端についている構造を作製した。このプローブにより、厚さ4nmのPt膜へオーミックコンタクトが形成されること、プローブの接触部の素材であるAuにより試料が汚染されることがないこと、プローブを2つ用いて5層グラフェンの電気抵抗が測定できることを確認した。当初、コンタクト球の材質としては、金のみを考えていたが、銅、アルミニウム、蒸着による白金コートと、電気コンタクトに必要とされるほとんどすべての電極材料に対応したコンタクトプローブが作製できることが示されたため。表面・薄膜当初予定のもう一つの目玉、超高真空中で、電気コンタクトの脱着が可能な機構を開発し、その有用性を実証する。上記研究実績概要において、123が当初の計画であったが、2 ́、2 ́ ́の実績も得られ、来年度以降の計画(5バイアス電圧印加テスト)への助走も行ったため。
暑熱ストレス下における環境適応型「肉養鶏」の創出:適応プロセスの改善プラン

慢性暑熱ストレスにともなう生産性の低下を改善するため、暑熱時のROS過剰産生の制御法の開発を試みた。1)暑熱曝露後の肉用鶏のROS(H2O2)産生の経時的変化は曝露後5-9dに過剰産生が見られた。2)0-1日齢ブロイラー雄の浅胸筋より予定筋芽細胞を抽出し通常培養(37°C)と高温培養(41°C)条件下で培養後、細胞内ROS産生量を調べた。高温区でROS産生量が増加したが、抗酸化剤(Tempol)を培地に添加すると、ROS産生量の増加ならびにタンパク質量の減少が抑制された。3)暑熱感作により著しく低下した増体量および飼料摂取量は、グルタミンおよびグルタミン酸の給与で一部緩和された。また腸粘膜における「絨毛/陰窩」の割合は暑熱により低くなったが、アミノ酸給与により軽微ながら抑えられた。今後、下部消化管も含めた分子生物学的アプローチによる機能解析により、慢性暑熱ストレスの発現機序の解明と制御が可能となる慢性暑熱ストレスにともなう生産性の低下を改善するため、暑熱時のROS過剰産生の制御法の開発を試みた。今後、下部消化管も含めた分子生物学的アプローチによる機能解析により、慢性暑熱ストレスの発現機序の解明と制御が可能となる先端バイオ技術による生産力の飛躍的な向上に加え、「生産現場における負の変動」を統合的に極小化できれば、将来の動物生産にブレークスルーがもたらされることは疑う余地もない。本研究では、慢性暑熱ストレスにともなう生産性の低下を改善するため、暑熱時のROS過剰産生を支配するスイッチ群(特にUCPとミトコンドリアDNA)の機能発現特性を体温と飼料摂取の制御と連関させて解明し、系全体を調節して環境適応の最適化をはかるため、基礎研究と応用研究を行う。(1)慢性暑熱ストレス曝露時におけるROS過剰産生を制御するスイッチ群と体温の解析のため暑熱曝露後0,1d,3d,5d,9d,14dに血液や筋肉サンプルを採取し、ミトコンドリアのROS産生を実測すると共に、ROS消去能の含めたROS過剰産生制御スイッチ群の機能発現を遺伝子、活性の各レベルで調査した。その結果、暑熱曝露にともなう肉用鶏のROS産生の経日的変化より、曝露後5-9日にROSが過剰に産生され、この産生にはミトコンドリア膜電位上昇が関与しており、この上昇にはミトコンドリアにおける基質酸化速度の上昇ならびにANT発現低下によるプロトンリークの低下が関与することを実証した。またROS産生は14日目には暑熱区と対照区の間に差は認められず、過酸化状態が続けば代謝活性がフィードバック制御されていることが3HADH活性の低下から推察され、慢性暑熱時の過酸化の程度は予想に反して低いことをも示された。(2)さらに、筋細胞におけるROS過剰産生の抗酸化・抗炎症物質による最適制御法の検索のため、1日齢ブロイラーオスの浅胸筋より予定筋芽細胞を抽出し、筋芽細胞の濃縮を行った後、コンフルエントになるまで4日間培養し、筋管を形成させ、培養温度を上げ筋細胞ROS過剰産生を誘導して細胞レベルにおける暑熱モデルが作成でき、通常の培養条件(37°C)と比較し、高温培養区では細胞内ROS産生量が増加することが示された。本研究では、慢性暑熱ストレスにともなう生産性の低下を改善するため、暑熱時のROS過剰産生を調節するスイッチ群(特にUCP(脱共役タンパク質)とミトコンドリアDNA)の機能発現特性を体温と飼料摂取の制御と連関させて解明し、ネットワークを構成する系全体を調節して暑熱ストレス適応の最適化をはかる。すでに、暑熱環境下における肉用鶏の生産性低下には、活性酸素種(ROS)の過剰産生が関与することを報告している。このため、機能性資材の給与によりROS過剰産生を抑制できれば生産性低下を緩和できると考えられる。しかし、in vivo試験による多数の資材候補の評価には膨大な労力と時間を要する。そこで本研究では、暑熱ストレスに有効な資材をより効率的にスクリーニングするため、鶏骨格筋細胞を用いた暑熱ストレスモデルの構築を試みた。0日齢肉用鶏雄の浅胸筋より抽出した骨格筋細胞をサブコンフルエントになるまで培養後、41°Cで6h高温曝露した(対照区:37°C)。曝露終了後、ROS産生量、タンパク質量、avUCPのmRNA発現量を測定した。また、機能性資材によるROS産生制御の可能性を検討するため、抗酸化剤(Tempo1)を培地に添加し、1hの前培養を行った後、同様に高温曝露した。

その結果、41°C区でROS産生量の増加、タンパク質量の減少が認められた。また、これまでのin vivo試験と同様にavUCPのmRNA発現量が減少した。さらに高温時のROS産生量の増加、タンパク質量の減少はTbmpo1添加により抑制された。以上より、in vitro試験においてもin vivo試験と同様の生体応答が認められ、さらにTempol添加によりROS過剰産生が抑制されたことから、本モデルは機能性資材のスクリーニングモデルとして有用であることを示した。前年度に引き続き、体温上昇以外の原因によるROS過剰産生系を明らかにするため、TL1Aの定量ためのペプチド抗体を準備し、TL1A検出系を確立することを試みたが、保存抗体あるいはサンプルに不具合が生じるとの問題が生じたため、これを発展的に解消し、最終目標である暑熱ストレス適応の最適化のin vivo実験を多数実施した。具体的には、骨格筋に加え肝臓ならびに栄養素吸収の場である小腸粘膜のミトコンドリア機能を調査するとともに、グルタミンおよびグルタミン酸給与によって暑熱ストレスを緩和できるか否かを検証した。その結果、(試験1)暑熱感作(33°C、6d)によって増体量および飼料効率が著しく低下した。浅胸筋ミトコンドリアでは、これまでの結果と異なり暑熱によってROS産生量は増加しなかったが、ATP合成速度が低下し、肝臓ミトコンドリアではROS産生量・ATP合成速度とも低下した。これに対し、小腸粘膜ミトコンドリアではこれらの低下は認められずむしろやや増加することが示された。また、暑熱によって、腸粘膜における陰窩に対する絨毛の長さの割合が低くなった。(試験2)アミノ酸給与により、暑熱にともなう増体量・飼料効率の低下が一部緩和された。さらに、暑熱時の小腸粘膜ミトコンドリアROS産生量の増加ならびに絨毛/陰窩の割合の低下もアミノ酸給与により軽微ながら抑えられた。以上より、慢性暑熱感作にともなう増体量の低下には、小腸粘膜におけるミトコンドリアROS産生量の増加や形態変化が関与している可能性が示唆され、さらにグルタミン+グルタミン酸はこれらの変化を抑制し、暑熱時の増体を改善する可能性が示された。
環境モデルや振動子モデルに依存しない環境適応学習による多様な運動の発現機序

本研究の学術的問いは人間の環境適応、環境学習性に関する運動制御,学習メカニズムの解明とそれに資する人間の運動情報の収集およびロボティクスツールを用いた解析を目指したものである。ヒトが物理的環境変化に対して示す多様な振る舞いの発現機序を分析し解明することが本研究の課題である。特に未知の環境ダイナミクスの知覚と運動適応学習の創発メカニズムに焦点をおく。これまで別々に開発してきたSynergeticな運動パターンを生成することのできる運動学習アルゴリズムと状況依存的に多様な歩容パターンを生成する制御技術に基づき融合・発展させ、環境モデルや振動子モデルに依存せずに未知の環境入力や条件変動に対する適応学習パターンの発現機序の体系的理解を目指す。平成31年度ではヒトの立位、歩行運動への介入を通した適応的移動能力の理解を試みるため、計測システムの準備は介入手法の確立およびデータ解析に必要となる。床反力計測システムおよび姿勢制御時の筋活動計測システムを構築し,同時計測を可能とする環境を準備した。予備実験を行い、運動制御に関わる筋電位と床反力変化の連動性について研究を行った。被験者が立位の姿勢(直立)を維持するように上半身と下半身を固定したまま、前後と左右に揺れることで人間が日常的に行っている姿勢制御を計測した。振れの強弱や外乱による変化の観察も行った。このような条件下での筋電位のみから床反力変化が推定が可能であるかの検証を行い、ある程度筋電位のみから床反力を推定することができることがわかった。31年度は研究室立ち上げから初めての科研費であるため、床反力計測を含む運動計測システムおよび筋電位計測システムの計測環境を整え、予定通り必要な計測が行えるようになった。また予備実験を行い、人間の制御信号の情報を示唆してくれる筋電位と床反力の連動性について検証を行い、ある程度筋電位のみから床反力を推定することができることがわかった。ヒトの立位、歩行運動への介入を通した適応的移動能力の理解を試みるため、定量的なバランス変化の外乱条件を動的に発生されられるシステムを構築する。計測と同期した回転型フライホイール制御システムの構築と適応時の運動パターンの変動を定量的に解析する手法を研究する。回転型フライホイールによりモーメントを体幹まわりに発生させ、その外乱に対する姿勢制御および筋肉制御のパターン変動のシナジー解析を行う。また動的バランス評価およびその可視化また運動パターンのセグメント化とその運動特性の定量評価システムの開発を目指す。これまでの研究では自発運動下でのバランスや運動を評価していたが、新たに外乱を定量的に発生させられるシステムと同期的につなげることで、異なる種類の外乱に対してどのようにヒトが環境ダイナミクスの知覚と運動適応を行っているかの研究が新たに可能となる。
2次元正規特異点の多重種数について

以下では,2次元複素解析空間の正規特異点を単に2次元特異点とよぶことにする.特異点を分類,解析するためにさまざまな不変量が導入されているが,本研究では特に多重種数δ_mおよび位相的不変量-P・Pに注目した.2次元特異点の場合,δ_m=-P・Pm^2+O(m)となる.Xを2次元ゴレンスタイン特異点の小変形とし,各ファイバーの-P・Pが不変であると仮定する.昨年度は,RDP良解消という新しいタイプの特異点の部分解消を導入し,Xの同時RDP良解消が存在することを示し,「有理2重点のみをもつ曲面の変形は,適当な基底変換をとると同時特異点解消できる」というBrieskornの結果を用いて,次の定理を得た.定理変形Xの適当な基底変換をとれば,その同時特異点解消で各ファイバーが最小良解消になるものが存在する.ここで,良特異点解消とは例外集合が正規交叉因子になるような特異点解消を意味している.本年度は,この同時特異点解消の性質をさらに詳しく調べた.まず,Xの対数的標準モデルの標準モデルがXの同時RDP良解消になることを示した.その証明から,上記定理の同時特異点解消が,Xの対数的標準モデルを経由することもわかる.この事実を元に,例外集合の数値的な解析を経て,次の定理を得た.定理上記定理の同時特異点解消は,各ファイバーの例外集合の「maximal strings」の自明な変形を導く.また,各mについて多重種数δ_mが不変になる(注意:δ_mが不変なら,-P・Pも不変である).特に,中心ファイバーの例外集合が星型であるときは,特異点の位相不変性が従う.すなわち,数値的不変量の不変性が,位相の不変性を導くということである.位相不変性についてはミルナー数との関連で研究がなされているが,本結果はそれに別のアプローチを与えるものである.以下では,2次元複素解析空間の正規特異点を単に2次元特異点とよぶことにする.特異点を分類,解析するためにさまざまな不変量が導入されているが,本研究では特に多重種数δmに注目している.2次元特異点の場合,δm=am^2+0(m)となる.ここでαは-P・Pと書かれる特異点の位相不変量であり,有理数である.特異点の変形において,各自然数mに対しδmが上半連続になることが石井志保子氏によって証明されている.そのことから-P・Pも上半連続になることがわかる.本研究では-P・Pを一定に保つ変形について考察した.まず,RDP良解消という新しいタイプの特異点の部分解消を導入した.それは,有理2重点のみをもち,対数的標準モデルおよび標準モデルよりも少し「きれいな」部分解消であるといえる.そして,どのような層でブローイング・アップすればRDP良解消が得られるのかを調べた.上記の石井氏の議論と,δmの公式,および同時対数的標準モデル存在性の議論から,-P・Pを一定に保つ2次元ゴレンスタイン特異点の変形において,同時RDP良解消が存在することが分かった.有理2重点のみをもつ曲面の変形は,適当な基底変換をとると同時特異点解消できるというBrieskornの結果を用いて,次の定理を得る.主結果2次元ゴレンスタイン特異点の小変形において各ファイバーの-P・Pが不変であれば,適当な基底変換をとった後,変形の同時特異点解消で各ファイバーが最小良解消になるものが存在する.ここで,良特異点解消とは例外集合が正規交叉因子になるような特異点解消を意味している.J.Wahl氏が,2次元特異点の小変形において△が不変であれば同時対数的標準モデルを持つであろうと予想しているが,上の結果はそれより強い結果である.以下では,2次元複素解析空間の正規特異点を単に2次元特異点とよぶことにする.特異点を分類,解析するためにさまざまな不変量が導入されているが,本研究では特に多重種数δ_mおよび位相的不変量-P・Pに注目した.2次元特異点の場合,δ_m=-P・Pm^2+O(m)となる.Xを2次元ゴレンスタイン特異点の小変形とし,各ファイバーの-P・Pが不変であると仮定する.昨年度は,RDP良解消という新しいタイプの特異点の部分解消を導入し,Xの同時RDP良解消が存在することを示し,「有理2重点のみをもつ曲面の変形は,適当な基底変換をとると同時特異点解消できる」というBrieskornの結果を用いて,次の定理を得た.定理変形Xの適当な基底変換をとれば,その同時特異点解消で各ファイバーが最小良解消になるものが存在する.ここで,良特異点解消とは例外集合が正規交叉因子になるような特異点解消を意味している.本年度は,この同時特異点解消の性質をさらに詳しく調べた.まず,Xの対数的標準モデルの標準モデルがXの同時RDP良解消になることを示した.その証明から,上記定理の同時特異点解消が,Xの対数的標準モデルを経由することもわかる.この事実を元に,例外集合の数値的な解析を経て,次の定理を得た.定理上記定理の同時特異点解消は,各ファイバーの例外集合の「maximal strings」の自明な変形を導く.また,各mについて多重種数δ_mが不変になる(注意:δ_mが不変なら,-P・Pも不変である).

特に,中心ファイバーの例外集合が星型であるときは,特異点の位相不変性が従う.すなわち,数値的不変量の不変性が,位相の不変性を導くということである.位相不変性についてはミルナー数との関連で研究がなされているが,本結果はそれに別のアプローチを与えるものである.
中世鎌倉人骨のDNAデータベース作成

中世鎌倉集団の遺伝的な特徴を調べるために、鎌倉市由比ガ浜に埋葬された人骨のミトコンドリアDNA分析を継続してきた。本年度は36体(集団墓地29体、由比ヶ浜南遺跡7体)の分析を行った。過去3年間の分析結果と併せて84体(集団墓地53体、由比ヶ浜南遺跡31体)のDNA分析を完了した。ハプロタイプの決定ができたのは合計で54体、成功率は64%であった。由比ヶ浜集団墓地遺跡では31個体から24のDNAハプロタイプを、由比ヶ浜南遺跡では23個体から18のハプロタイプを検出した。複数個体が同一のハプロタイプを持っていたのは、双方の遺跡を合わせても10組で、さほど多くはない。いずれの遺跡でも特定のハプロタイプが集中するということはなく、限られた血縁集団の墓地ではないことが明らかとなった。双方の遺跡で共通するハプロタイプは5種類であり、双方の墓域に埋葬された人々の間にも特定の血縁関係は認められなかった。双方の遺跡のデータを合わせてハプログループ頻度を計算し、それを日本の各時代・地域の集団と比較した。更に各集団のハプログループ頻度からPairwise Fstを計算して、その数値をもとに系統関係を推定した。その結果、中世鎌倉集団は現代日本人集団にもっとも近縁であることが示された。従って、日本の基層集団である縄文人と渡来系弥生人による混血も、この時代の大都市である鎌倉では、すでにその後の日本人につながる遺伝的組成として完成していたこと判断して良い。従来の日本人成立論では、渡来系弥生人の影響は歴史時代を通じて東進し、現在でも関東以北の地域では縄文系の集団と渡来系集団の混血が続いていると捉えているが、今回の結果を見る限り、細部では地域差が認められるだろうが、より早い段階で大方の混血の過程は終了したと考えられる。中世鎌倉集団の遺伝的な特徴を調べるために,鎌倉市由比ガ浜に埋葬された人骨のミトコンドリアDNA分析を継続してきた。本年度は36体(集団墓地29体,由比ヶ浜南遺跡7体)の分析を行った。過去3年間の分析結果と併せて84体(集団墓地53体,由比ヶ浜南遺跡31体)のDNA分析を完了した。ハプロタイプの決定ができたのは合計で54体,成功率は64%であった。由比ヶ浜集団墓地遺跡では31個体から24のDNAハプロタイプを,由比ヶ浜南遺跡では23個体から18のハプロタイプを検出した。複数個体が同一のハプロタイプを持っていたのは,双方の遺跡を合わせても10組で,さほど多くはない。いずれの遺跡でも特定のハプロタイプが集中するということはなく,限られた血縁集団の墓地ではないことが明らかとなった。双方の遺跡で共通するハプロタイプは5種類であり,双方の墓域に埋葬された人々の間にも特定の血縁関係は認められなかった。双方の遺跡のデータを合わせてハプログループ頻度を計算し,それを日本の各時代・地域の集団と比較した。更に各集団のハプログループ頻度からPairwise Fstを計算して,その数値をもとに系統関係を推定した。その結果,中世鎌倉集団は現代日本人集団にもっとも近縁であることが示された。従って,日本の基層集団である縄文人と渡来系弥生人による混血も,この時代の大都市である鎌倉では,すでにその後の日本人につながる遺伝的組成として完成していたこと判断して良い。従来の日本人成立論では,渡来系弥生人の影響は歴史時代を通じて東進し,現在でも関東以北の地域では縄文系の集団と渡来系集団の混血が続いていると捉えているが,今回の結果を見る限り,細部では地域差が認められるだろうが,より早い段階で大方の混血の過程は終了したと考えられる。

従来の日本人成立論では、渡来系弥生人の影響は歴史時代を通じて東進し、現在でも関東以北の地域では縄文系の集団と渡来系集団の混血が続いていると捉えているが、今回の結果を見る限り、細部では地域差が認められるだろうが、より早い段階で大方の混血の過程は終了したと考えられる。
高齢家族とのバーチャル同居を実現するユビキタスITシステムの構築

頻繁に顔を合わせることが困難な高齢家族と遠隔地の家族が、お互いのプライバシーを尊重しながら双方の気兼ねや負担なしにお互いの生活状況を見守ることを目的として、テレビ使用状況をセンサで検出し相手側へ提示するユビキタスITシステムを開発した。全国9世帯で試用した結果、曜日や季節によってテレビ使用パターンが異なり、収集されたデータから非日常性を検出できる可能性が示唆された。「高齢家族とバーチャル同居を実現させるユビキタスITシステム」を構築するために、本年度は以下3項目に関する研究を執り行った。なお、2.と3.に関しては、被験者に口頭と書面により研究内容を丁寧に説明し、書面によるインフォームドコンセントが得られた場合にのみ実施した。1.機器開発:これまで15万円程度必要であったハードウェア費用を5千円以下、運転費用は軍気料金(約400円/月)だけとすることを目指し、以下の3機器を開発した。(1)生活情報取得センサ:テレビ稼働センサを始め生活状態を反映するセンサとして、照明センサとテーブルタップ形状の電流センサを開発した。(2)USBセンサからの情報収集:センサからの信号を廉価なUSBインターフェースを介してPCに接続できる機器を開発した。さらに、USBインターフェースを無線化し、センサとPC間の信号授受を無線通信可能とした。(3)個人のインターネット利用機材へのシステム組み込み:Windows(R)PCを本システムの一部として利用できる組み込みシステムを開発した。2.臨床評価(試作機の評価と改良):上記1.で開発した機器を、実際に高齢家族宅と遠隔地家族宅へそれぞれ設置し、センサの検出性、安定性、設置問題点などを検討し、機器を改良した。これにより、安定して信号を検出することが可能となった3.日常生活度の定量評価(定常状態の生活情報収集):高齢者家族と遠隔地家族宅データを10世帯で6ケ月から1ケ月程度収集している。次年度は、これらの研究成果を発展させ、システムの完成度を向上させると共に3.で収集されるデータから非日常性を検出するアルゴリズムを開発する。社会の少子高齢化に伴い独居高齢者または高齢者だけの世帯(高齢家族)が急増してきた。多くの人々が家族で支え合いたいという意識を持っているが、現実には核家族世帯数や単身世帯数は増加、三世代同居の世帯数は減少傾向にある。本研究では、高齢家族とあたかも同居しているように生活状況を把握できる環境を提供することを目的として、「高齢家族とバーチャル同居を実現させるユビキタスITシステム」を構築した。昨年度に試作したシステムを改良・発展させた。具体的には、相手家族宅のTV使用状況だけでなく屋内照明状態もモニタリングするセンサシステムに発展させた。さらに、被験者から収集した生活の習慣性の指標となる日常生活情報長期データより、日常生活からの逸脱を定評評価するアルゴリズムを創製した。TV利用と照明状態、さらに日常生活からの逸脱の程度を直感的に把握できるようPC画面のデザインを改良した。この改良・発展システムを評価するため、被験者9名がシステムを利用した。被験者には口頭と書面により研究内容を丁寧に説明し、書面によるインフォームドコンセントが得られた場合にのみ、システム利用を実施させた。被験者に行ったシステム利用に関するアンケート調査では、「画面表示はわかりやすく、システムから相手の生活状態を推測できる」とほとんどの被験者が回答した.また、「安心感が増す」、「便利である」という意見が聞かれた。これらより相手世帯を気遣う密着性のある親子間では、生活状態を見守ることでお互いの不安を軽減する、平常と異なるテレビ利用状態の発見から連絡を取り合う、家族間のコミュニケーションツールとして利用する、ことなどが可能となることで、高齢家族と離れて居住していても生活状況をある程度把握できる環境が提供できると考えられる。
核マトリックス付着領域結合蛋白質SATB1による転写制御の構造生物学的解析

先ず、SATB1-MAR結合ドメイン(MBD)の立体構造を、NMR法によって解析した。決定された構造は、αヘリックス5本からなる新規性の高いものであった。さらに、NMR titration法や、変異導入タンパク質のDNA結合を表面プラズモン共鳴法によって解析することにより、DNA結合のインターフェイスとなる領域を同定した。同時に、DNAのmajor groove側にメチル基を導入したDNAや、groove特異的に結合する薬剤を用いた表面プラズモン共鳴実験により、SATB1-MBDが、従来考えられていた説と異なり、MAR-DNAのmajor grooveに結合することを見いだした。次に、SATB1-MBDとMAR-DNAの複合体の結晶を作成し、実験室系で2.0Å分解能、放射光施設において1.75Å分解能の回折データを収集した。立体構造を決定した結果、DNAのmajor grooveに結合して、MAR配列を特異的に認識する機構を明らかにした。塩基特異的認識においては、直接の水素結合は1つのアミノ酸と1つの塩基の間にのみ存在し、水分子を介した水素結合や疎水的相互作用などが重要な役割を果たしていた。SATB1-MBDはCUTドメインというグループに分類されるが、本研究は、CUTドメインによるDNA認識機構を初めて明らかにしたものである。初年度においては、SATB1・MAR結合ドメインを調製し、NMR法による立体構造解析を行った。同時に、DNAのmajor groove側にメチル基を導入したDNAや、distamycin、methyl greenなどgroove特異的に結合する薬剤を用いた表面プラズモン共鳴実験により、SATB1・MAR結合ドメインがMAR-DNAのmajor grooveに結合することを見いだした。これは、SATB1がDNAのminor grooveに結合するという従来の説を覆すものであった。この内容について、J.Biol.Chem.誌にて論文発表を行った。SATB1(special AT-rich sequence binding protein 1)は、胸腺において免疫T細胞の分化・成熟の制御に必要な転写因子である。インターロイキン2受容体遺伝子などDNA上の核マトリックス付着領域(MAR)に特異的に結合し、ピストン脱アセチル化酵素をrecruitすることにより、転写の抑制を行う。本研究では、SATB1によるMAR-DNAの認識機構を、構造生物学的手法を用いて明らかにすることを目的とする。初年度においては、SATB1・MAR結合ドメインの、NMR法による立体構造解析を行い、NMR titration法などや修飾DNAなどを用いた実験により、SATB1がDNAのmajor grooveに結合するモデルを構築した。また、SATB1・MAR結合ドメインと、MAR-DNAとの複合体の結晶を作成した。本年度においては、実験室系で2.0A分解能の回折データと高エネルギー研究所放射光施設において1.75A分解能の回折データを収集・解析し、SATB1・MAR結合ドメインと、MAR-DNAとの複合体の立体構造を決定した。その結果、初年度作製したモデルが基本的に正しいことを確認すると同時に、MAR-DNA配列を特異的に認識する機構を明らかにした。SATB1のMAR結合ドメインはCUTドメインというグループに分類されるが、本研究は、CUTドメインのDNAとの複合体の立体構造として初めてのものである。現在、論文を投稿し、リバイズ段階である。
学習に基づく高次元情報検索の逐次適応法とその応用に関する研究

近年多種多様な情報に対してネットワーク等を介してアクセスするための情報検索技術の重要性がますます増大している。このとき対象データが動画、画像、音声などのメディアデータである場合には、定式化が困難な、検索者の持つ感覚的距離基準、いわゆる「イメージ」に基づく類似検索、内容に基づく検索が重要であると考えられる。特に画像に対して内容に基づく検索を実施することを考えると、検索ユーザ毎に「内容」の概念が異なるなど検索は不確定性を有することになる。このような不確定性を有する検索問題に対して有効な解決策を与えるためには、確率モデルに基づく画像や文書のモデル化、及び検索事例からの学習に基づく推論方式の確立が必要となると考えられる。本研究は、主として文書解析において用いられてきた確率的トピックモデルを画像認識、画像検索、アノテーションに用いることによりこの問題を解決することを目指したものである。画像内容をもたらす要因は画像データから陽には計算できない隠れた変数としてモデル化できる。本研究においては、これを画像のトピックと考え、文書解析の分野において研究が進められて来ている確率的トピックモデルの代表例であるMixture of Unigrams, pLSA(probabilistic latent semantic analysis), LDA(latent Dirichlet allocation)を画像に適用する。本研究では、これらのモデルに基づき、例題からの学習によって確率モデルのパラメータを推論することにより、各画像のトピック分布を求め、これに基づいて画像識別、文書画像領域分割、画像アノテーション、画像のキーワード検索を行うための手法を提案する。また、種々の画像データベースを用いた実験により、提案手法の有効性を示す。画像等、メディアデータの検索の場合、ユーザ意図に合致した検索を実施するには、検索者の持つ感覚的距離基準に合致した距離尺度を適応的に構築することが必要となる。本研究では、このような高度な検索の基本となる、画像特徴からの画像内容のモデル化や、検索キーからのユーザ検索意図のモデル化を行い、そのモデルに基づく検索方式を確立することが目的である。本年度の研究においては画像を対象として、画像間の類似度検索に関する研究を実施した。特に、検索キーとなる画像特徴の抽出手法と、画像特徴の確率モデルに基づくモデル化、それに基づく検索手法を中心とする研究を実施した。画像間の類似度検索を実施するためには画像から特徴的な領域を抽出するとともに、特徴を記述するベクトル表現を求める必要がある。このため、本手法ではgraph-cutに基づく領域抽出法の一種であるgrab-cutアルゴリズムに着目し、この手法を実時間でも適用可能なように、階層型画像表現とこれを用いた逐次grab-cut手法を考案して高速化を行った。特徴抽出手法としては色ヒストグラム、エッジ方向性フィルタを用いた手法を実装した。この手法により得られた特徴量は類似度検索だけでなく、SVMを用いた手書きパターン識別などにも有効であることも確認した。得られた特徴量は領域毎に得られるため、画像全体をモデル化するために、本研究では文書構造モデルで用いられるmixture of unigramモデルを採用し、混合正規分布モデルを用いて画像モデル化を行い、EMアルゴリズムに基づく学習アルゴリズムを実装した。画像の類似度検索を行うために、このモデルを用いて、まずクラスタに分類する手法を実装し、評価実験を実施した。MITで公開されているLabelMeデータベースを用い、人間が分類したクラスタとの一致度を調べ、本手法の有効性を確認した。本研究の目的は内容に基づく画像検索、特に検索=識別と捉え、学習によって高精精度の検索を実現するとともに、検索手法を逐次改善する手法を確立することである。このとき従来の識別・学習手法では予め識別対象カテゴリが確定している必要があり、本研究の対象とするような用途には適用困難である。そこで今年度の研究においては画像内容を教師なし学習によってモデル化する確率的トピックモデルに基づく識別手法の検討を実施した。トピックモデルを画像に適用するための手法としては、画像に対してSIFT特徴抽出法を適用して得られる特徴集合をk-meansによりクラスタリングし、各クラスタを単語として捉えるものを用いた。トピックモデルとしては単純なmixture modelの他にpLSA、LDAモデルを用いた。

高信頼度の推論を実現するためにMAP推定に基づくEMアルゴリズム手法(pLSA)、full-Bayes推定によるvariational methodの適用(LDA)などの改良を行った。これらのトピックモデルを用いた画像識別の実験を行い、以下の成果を得た。・画像内容に基づくセグメンテーション画像検索を行うためのキーとなる特徴は画像全体に分布しているのではなく局在しているものと考えられる。本研究では、トピックモデルを用いた、内容に基づく画像分割を試み、文書画像の場合、90%を超える精度で分割が可能であることを確認した。・少数サンプルに基づく学習可能性トピックモデルは教師無し学習である。この特性を利用することにより、カテゴリが付与されたサンプルが少数であっても良好な識別性能を示すことを確認した。
新規ホウ素化ポルフィリンの光線力学的治療およびホウ素中性子捕捉療法への有用性

新規ホウ素化ポルフィリンであるH2OCP単一薬剤による光線力学的治療(Photodynamic therapy:PDT)およびホウ素中性子捕捉療法(Boron neutron capture therapy:BNCT)両治療への有用性を確認した。またポルフィリンと同じく大員環化合物であり、腫瘍親和性を有したクロリンが結合したホウ素化クロリンもホウ素化ポルフィリン同様にPDTおよびBNCT両治療に応用可能であり同様の実験を行い、有用性を示した。またその他の新規ホウ素化ポルフィリン/クロリンの薬剤絞り込みも同時に行った。悪性神経膠腫は正常脳への浸潤性格を有するため、その多くは局所再発を認める。そのため局所制御能力の高い治療法が必要で、ホウ素中性子捕捉療法(BNCT)および光線力学的療法(PDT)といった局所制御にたけた治療法が必要である。ホウ素化ポルフィリンはポルフィリンが有する腫瘍親和性とホウ素クラスターを容易に結合することができるため、この2つの治療法に約束された化合物である。研究代表者はPDTおよびBNCTに両治療における効果が期待できる数種の新規ホウ素化ポルフィリン(H2OCPを中心にいくつかの薬剤)を国内研究協力者である中村浩之教授(東京工業大学科学技術創成研究院化学生命科学研究所)および切畑光統教授(大阪府立大学BNCT研究センター)、国外研究協力者であるVicente教授(ルイジアナ州立大学)より提供を受けている。彼らはすでにこの薬剤を用い毒性実験を行い、その安全性は確立されている。研究代表者はこれらのうちいくつかの薬剤でPDTの光感受性物質として十分な効果があることを確認している。さらには現在までに臨床BNCTで使用されてきたホウ素化合物(BPA, BSH)との比較で腫瘍細胞への集積特性(停留時間、暴露濃度・時間の変化による薬剤細胞集積)についても確認した。また脳腫瘍モデルラットを用い、H2OCPを中心とした候補薬剤の全身投与を実施し、薬剤分布を検討したが静脈内投与での脳腫瘍への移行は不十分であり、当初の計画通りCEDによる投与形態が望ましいと思われた。PDTの光感受性物質として効果を認め、かつ脳腫瘍細胞への集積性が高い薬剤を中心に、脳腫瘍モデルでの至適投与条件を決定し中性子照射実験による生存期間延長効果を確認していく。現在実験用原子炉が休炉中であり、中性子照射実験を行うことができていない。また薬剤生合成の遅れも若干生じた。しかし実験用原子炉は今後再開予定であり、また化合物生合成に関してもその後順調に進行している。そのため現段階で期待されるいくつかの新規ホウ素化ポルフィリンを用い、F98グリオーマ細胞を用いた細胞内ホウ素濃度測定を、F98グリオーマ移植担脳腫瘍モデルラットに対し薬剤の静脈内投与またはCEDによる投与を行い組織内ホウ素濃度(腫瘍および腫瘍側脳、対側脳、その他全身臓器)をICP-AESを用い確認し、薬物動態の解明と至適投与条件の検討を加え、中性子照射に向けたプロトコールの選定・薬剤絞り込みを行っている。現段階では平成28年度に実施予定の中性子照射実験に向けての準備は整っている。平成26年度も国内研究協力者である中村浩之教授(東京工業大学科学技術創成研究院化学生命科学研究所)および切畑光統教授(大阪府立大学BNCT研究センター)、国外研究協力者であるVicente教授(ルイジアナ州立大学)と密に連絡を取り、より細胞選択性の高い候補薬剤のスクリーニングを継続した。年度前半はH2OCPを中心にPDTおよびBNCTへの応用に向けin vitro / vivo studyを行った。臨床BNCTで使用されてきたホウ素化合物(BPA, BSH)との比較で腫瘍細胞への集積特性(停留時間、暴露濃度・時間の変化による薬剤細胞集積)について確認を行い、結果はBPAよりも多い細胞内ホウ素取り込み量を、またBSHと同等の停留能力を有していることが証明された。そのため続いてPDTに関してはin vitrostudyではcolony forming assayにて0.05以下の非常に高い殺腫瘍効果を確認し、またex vivostudyでもin vitro studyと同様の結果であった。これらの結果より今後BNCTへの臨床応用が期待できる薬剤であると判断し、F98グリオーマ移植担脳腫瘍モデルラットに対しconvection enhanced delivery法を用いた薬剤生体内分布の確認を行った。結果はCED直後、24時間後、48時間後の腫瘍内ホウ素濃度がそれぞれ0.94±0.69、0.38±0.38、0.11±0.14 μg 10B/mlとin vitrostudyの結果と解離を認めた。そのため年度後半は中村浩之教授(東京工業大学科学技術創成研究院化学生命科学研究所)より提供を受けていた新規ホウ素化ポルフィリン(BNH2-PpIX)を用い同様に薬剤生体内分布の確認を行い、腫瘍内ホウ素濃度が20.21±8.05 μg10B/mlと非常に高い取り込みを確認した。

実験用原子炉は再稼働予定であり、また化合物生合成もその後順調に進行しており、問題は克服されている。新規ホウ素化ポルフィリンの開発は国内・国外で活発であり、研究代表者は研究協力者達とやり取りを継続し、よりPDTおよびBNCT両治療に効果が期待でき臨床応用につながる新規ホウ素化ポルフィリンを絞り込んでいく。またポルフィリンと同じく複素環式芳香族炭化水素であるクロリンが結合したホウ素化クロリンもホウ素化ポルフィリン同様にPDTおよびBNCT両治療に応用可能であり期待されている。研究代表者はすでにin vitro / in vivo studyを行いその効果を確認している。この新規ホウ素化クロリンも薬剤絞り込みの中に含め検討を行い、最適な化合物投与条件を確定し、中性子照射実験を行い臨床応用について検討に入る。悪性脳腫瘍平成27年度予定予算の一部分は、新規ホウ素化ポルフィリンおよび新規ホウ素化クロリンの脳腫瘍モデルラットおよび正常ラットを用いたin vitro / vivo中性子照射実験およびin vitro / vivo PDT studyによるパイロット研究に使用予定であったが、原子炉使用制限や薬剤生合成に若干の遅れを生じたことから、平成28年度に使用を予定し準備が整っている。薬剤生合成の遅れが若干認めたため、H27年度予定であった脳腫瘍モデルおよび正常ラットを用いた薬剤集積・分布実験をいくつかの化合物で追加施行する必要があるためこれに使用予定としている。薬剤生合成の遅延は現在解消されており、平成27年度に予定していた研究計画の一部を平成28年度に遂行し、全体としてのわずかな計画の遅れを修正していく予定である。
ウシ網膜桿体外節のcyclic GMP分解酵素の全アミノ酸配列の決定と機能研究

ウシ網膜の全mRNAより, λgt11発現ベクターを用いcDNAライブラリーを作成し,抗PDE多クローン抗体を用いてスクリーニングを行った.本抗体は,ウエスタンブロッティング法によりPDEのα(88KD), β(84KD)およびγ(11KD)サブユニットに特異的に反応することを確認した.スクリーニングの結果2個のクローンが得られ,ハイブリッドセレクションにより両者共γサブユニットと同分子量のタンパク質をコードしていることが判明した.抗体をプローブとして得られたこれらのクローンは,非常に短いが以下の特徴が認められた.すなわち, DNAの塩基の中でGとAの含量が非常に高いこと.ならびに, 9個のアミノ酸の繰り返し配列の存在と高いグルタミン酸の含量である.次に,本タンパク質の全一次構造の決定のため,上記のクローンをプローブとして長いcDNAクローンの単離を試みた.その結果,ポリA末端を含む全長約2.2Kbを構成する2個のオーバーラップするクローンが得られた.現在までに得られたアミノ酸配列と既知のタンパク質とのホモロジーを調べたところ,ウシ,ブタ,マウスのニューロフィラメント,およびその機能は全く不明であるがウシ脳より得られたglutamic acid-rich proteinと50%以上の一致を示す配列が存在することが判明した.ウシ網膜かん体外節のPDEγサブユニットは,既にOvchinnikov,Yu.A.らのグループにより報告されているが(FEBS Letters 204, 288-292, 1986),本研究で得られたクローンのDNAおよびアミノ酸配列は,彼らのものとは全く異なっていた.以上の結果より, PDEタンパク質のヘテロ性が考えられるが,ウシ網膜より得られたほ本タンパク質が,他の神経組織に存在するニューロフィラメントやglutamic acid-rich proteinと相同性を示すことから,本タンパクが光受容反応に重要な機能を有する我々がまだ知らない因子でるあ可能性も考えられ,今後この点について検討を進めたい.ウシ網膜の全mRNAより, λgt11発現ベクターを用いcDNAライブラリーを作成し,抗PDE多クローン抗体を用いてスクリーニングを行った.本抗体は,ウエスタンブロッティング法によりPDEのα(88KD), β(84KD)およびγ(11KD)サブユニットに特異的に反応することを確認した.スクリーニングの結果2個のクローンが得られ,ハイブリッドセレクションにより両者共γサブユニットと同分子量のタンパク質をコードしていることが判明した.抗体をプローブとして得られたこれらのクローンは,非常に短いが以下の特徴が認められた.すなわち, DNAの塩基の中でGとAの含量が非常に高いこと.ならびに, 9個のアミノ酸の繰り返し配列の存在と高いグルタミン酸の含量である.次に,本タンパク質の全一次構造の決定のため,上記のクローンをプローブとして長いcDNAクローンの単離を試みた.その結果,ポリA末端を含む全長約2.2Kbを構成する2個のオーバーラップするクローンが得られた.現在までに得られたアミノ酸配列と既知のタンパク質とのホモロジーを調べたところ,ウシ,ブタ,マウスのニューロフィラメント,およびその機能は全く不明であるがウシ脳より得られたglutamic acid-rich proteinと50%以上の一致を示す配列が存在することが判明した.ウシ網膜かん体外節のPDEγサブユニットは,既にOvchinnikov,Yu.A.らのグループにより報告されているが(FEBS Letters 204, 288-292, 1986),本研究で得られたクローンのDNAおよびアミノ酸配列は,彼らのものとは全く異なっていた.以上の結果より, PDEタンパク質のヘテロ性が考えられるが,ウシ網膜より得られたほ本タンパク質が,他の神経組織に存在するニューロフィラメントやglutamic acid-rich proteinと相同性を示すことから,本タンパクが光受容反応に重要な機能を有する我々がまだ知らない因子でるあ可能性も考えられ,今後この点について検討を進めたい.
初期栄養による鶏の代謝制御

鶏の孵化直後の栄養(初期栄養)、生理および代謝を詳細に解明することにより、鶏の初期栄養の特異性と意義をその生存期間全体の中で把渥して確定し、さらに成長と代謝生理を初期栄養により任意に制御することを目的とした。本年度は産肉効率の高いブロイラーに焦点をしぼり、孵化直後の栄養と生理を詳細に調査し、初期栄養水準を変化させた場合のブロイラーの成長と脂肪細胞の変動について検討した。ブロイラーの種卵を用いて、孵化時、孵化後経日的に測定を行った。膵臓肝臓などの臓器重量は孵化後急激に増加しその後減少し、また筋胃・腺胃・小腸などの消化器官も孵化後7日齢までの間にその最大値を得た。単位体重当りの一日増体重で表した比成長速度は孵化後34日齢に最大に達した。従って、ブロイラーの孵化7日間は代謝・生理の変動が極めて著るしいことが明らかになった。孵化直後のヒナは腹腔内に約6.5gの卵黄を残しており、その後3日齢までに約80%が消失した。卵黄中の蛋白質含量は約20-30%、脂質含量は1020%の間で変動し、栄養素が選択的に吸収されているものと考えられた。腹腔内より消失した卵黄がヒナに吸収利用されたものと仮定すると、卵黄は孵化2日間の全摂取エネルギーの約44%を占め、また全摂取蛋白質の約44%を占めており、孵化直後の栄養供給源として残存卵黄の意義が極めて大きいことが確められた。孵化後7日間における代謝エネルギーの屠体への蓄積効率は約60%であり、摂取蛋白質の屠体への蓄積効率は約65%となり、いずれも成長後期の蓄積効率よりも高いものと考えられる。ブロイラの初生時より10日間だけ飼料組成の異る飼料を給与し、その後は同一の飼料を63日齢まで給与した。63日齢の体重と腹腔内脂肪量が初期栄養条件により変動した。以上の様に、初期栄養による代謝の制御は可能であり、さらに詳細なかつ多角的な検討が必要である。
褐色脂肪細胞を活性化させる分子メカニズムの解明

肥満の病態を解明し、肥満・メタボリック症候群の新規治療につなげることを目的とし、熱産生機能を有する褐色/ベージュ脂肪細胞に着目した研究を継続している。褐色脂肪細胞は、脱共役蛋白UCP1を介した熱産生機構を有する。成人のヒトにもこの褐色/ベージュ脂肪細胞が存在し、全身代謝に規定していることが明らかとなってきた。さらに褐色/ベージュ脂肪細胞には、このUCP1に依存しない機序で糖代謝や肥満に影響を及ぼす機序や機構が存在する。このUCP1には依存しない機序にて、脂肪細胞における線維化を抑制することで糖代謝を改善させる機構があることを解明できた。また、褐色脂肪細胞を活性化させる低分子化合物のスクリーニング探索を進め、7つの低分子化合物を見出すことに成功した。その機能・機序の解明を進めることで、新たな肥満の病態解明につながる可能性がある。脂肪細胞における熱産生を促す効果があるため、肥満や糖尿病治療への応用が期待できる。これらの研究成果は、肥満・メタボリック症候群の病態解明につながるだけでなく、肥満・メタボリック症候群や糖尿病、脂質異常症などの新規治療につながる可能性がある。褐色/ベージュ脂肪細胞における線維化が糖代謝を改善させる機序で、転写因子の機能・役割を解明することができた。さらにその詳細な機序を解明することで、今後の研究発展が見込まれる。褐色脂肪細胞を活性化させる分子を同定し、その機序解明を進めることができている。培養脂肪細胞を使用した実験とマウスへの投与によるin vivoの実験を進めることができている。褐色/ベージュ脂肪細胞は、脱共役蛋白UCP1による特有の熱産生機構により肥満・糖代謝を規定しているが、このUCP1に関わらない機序でも肥満・糖代謝を規定していることが明らかとなってきた。独自の手法にて、UCP1に依存/非依存性の機序を解明し、肥満・糖尿病の病態解明と新規の治療開発を進めていく。世界的に肥満人口は増加している。肥満は、メタボリック症候群と呼ばれる内臓脂肪の蓄積とインスリン抵抗性を背景に動脈硬化を進展させ様々な疾患を引き起こすため社会問題となっているが、画期的な治療法がなく、早急な治療法の開発が求められている。そこで本研究では、肥満の病態・分子機序を解明し、肥満・糖尿病の治療に結びつけることを目的としている。脂肪細胞は、大きく分けて白色脂肪細胞と褐色脂肪細胞の2種類がある。褐色脂肪細胞は、多数のミトコンドリアを含有し、熱産生を主な機能としている脂肪細胞である。近年、ヒト成人の脂肪組織にもこの褐色脂肪細胞が存在し、肥満や耐糖能に大きな影響を及ぼしていることが明らかとなってきたため、治療のターゲットとして注目している。褐色脂肪細胞の分化・機能維持に関わる転写因子の役割解明:糖代謝に重要な役割を果たしていることを見出すことができた。さらに詳細な研究を進めることで、新たな概念を示す可能性が期待される。褐色脂肪細胞の機能に関わる酵素の役割解明:褐色脂肪細胞ではこの酵素活性が非常に高く肥満の病態形成に深く関与していることを見出した。次年度以降、この分子が果たしている詳細な機序の解明を進めていく。褐色脂肪細胞を活性化を促す化合物の探索:熱産生を促し肥満・糖尿病治療に役立つ可能性がある化合物のスクリーニングを行っている。肥満や糖尿病に対する新しい治療法の開発につながる可能性が想起される。褐色脂肪細胞の分化・機能維持に関わる転写因子の役割解明:熱産生には直接関わらない新たな機序で、糖代謝へ影響を及ぼしていることを解明できた。さらに詳細な機序の解明を目指して、研究を推進していく。褐色脂肪細胞の機能に関わる酵素の役割解明:新たな視点から酵素の役割解明を進められている。褐色脂肪細胞を活性化を促す化合物の探索:スクリーニングのアッセイ方法を確立し、化合物を選定することができた。今後、2次スクリーニングと詳細な機序の解明を進めていく予定である。