hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
バイオインフォマティクスを用いたダイオキシン受容体標的遺伝子の系統的同定

約5000個のヒト完全長cDNA配列(東大医科研が公開)と、ヒトゲノム配列と逐次比較し、約2800個の遺伝子について、転写開始点から10kb上流までの配列をデータベース化した。同様にマウス完全長cDNA配列(理化学研究所が公開)とマウスゲノム配列を逐次比較し、転写開始点から10kb上流までの配列をデータベース化した。これらのデータベースを用いて、転写開始点から10kb上流までの配列におけるダイオキシン反応性モチーフ(塩基配列GCGTG : Dioxin responsive element以下DRE)の分布を、定量化し、DREが転写開始点上流近傍に多く存在することを示した。DREの分布と遺伝子発現量との間の相関を見るため、まずマイクロアレー(Affymetrix社)を用いた解析により、ダイオキシン曝露の有無によるマウス胎児前脳の遺伝子発現量の差について検討した。同じcDNAサンプルを用いて2度のマイクロアレー解析を行い、ダイオキシン曝露群の遺伝子発現量が2度とも2倍以上に増加した遺伝子は6個(Cyp1a1,Rgs5,Atm,Cyp1b1,Cyp1a1,Nnt,Archain1)、2度とも0.5倍以下に減少した遺伝子は6個(Nfia,Xlr3b,Mab2112,Gbe1,Hemgn,Mid1)存在した。遺伝子発現変化の再現性をReal-time PCR法により確認した。既にダイオキシンにより遺伝子が誘導される事が示されている本実験ではCyp1a1やCyp1b1の遺伝子発現が増加したことから、充分量のAHRRが胎児全脳に到達したと考えられる。発達遅滞をきたすヒトの先天異常症候群の原因遺伝子であるMid1が減少したことはダイオキシン曝露と中枢神経異常の関連を考える上で注目に値するデータである。同じcDNAサンプルを用いて2度のマイクロアレー解析を行い、ダイオキシン曝露群の遺伝子発現量が2度とも2倍以上に増加した遺伝子は6個(Cyp1a1,Rgs5,Atm,Cyp1b1,Cyp1a1,Nnt,Archain1)、2度とも0.5倍以下に減少した遺伝子は6個(Nfia,Xlr3b,Mab21l2,Gbe1,Hemgn,Mid1)存在した。遺伝子発現変化の再現性をReal-time PCR法により再検討したところ、マイクロアレーと同様に増加した遺伝子は、4個(Cyp1a1,Cyp1b1,Rgs5,Atm)で、減少した遺伝子は4個(Xlr3b,Mab21l2,Gbe1,Mid1)であった。これら6個の遺伝子の転写開始点から10kb上流までの配列内におけるDRE分布の特性を検討したが発現量の変化しなかった遺伝子と、有意な差を認めなかった。

今後、(1)他のDNA結合モチーフ(エストロゲン反応性モチーフ等)の分布も含めて検討する、(2)ヒトとマウスにおけるDREの分布とを比較する計画である。約5000個のヒト完全長cDNA配列(東大医科研が公開)と、ヒトゲノム配列と逐次比較し、約2800個の遺伝子について、転写開始点から10kb上流までの配列をデータベース化した。同様にマウス完全長cDNA配列(理化学研究所が公開)とマウスゲノム配列を逐次比較し、転写開始点から10kb上流までの配列をデータベース化した。これらのデータベースを用いて、転写開始点から10kb上流までの配列におけるダイオキシン反応性モチーフ(塩基配列GCGTG : Dioxin responsive element以下DRE)の分布を、定量化し、DREが転写開始点上流近傍に多く存在することを示した。DREの分布と遺伝子発現量との間の相関を見るため、まずマイクロアレー(Affymetrix社)を用いた解析により、ダイオキシン曝露の有無によるマウス胎児前脳の遺伝子発現量の差について検討した。同じcDNAサンプルを用いて2度のマイクロアレー解析を行い、ダイオキシン曝露群の遺伝子発現量が2度とも2倍以上に増加した遺伝子は6個(Cypla1,Rgs5,Atm,Cyplb1,Cypla1,Nnt,Archain1)、2度とも0.5倍以下に減少した遺伝子は6個(Nfia,Xlr3b,Mab2112,Gbe1,Hemgn,Mid1)存在した。遺伝子発現変化の再現性をReal-time PCR法により確認した。既にダイオキシンにより遺伝子が誘導される事が示されている本実験ではCypla1やCyplb1の遺伝子発現が増加したことから、充分量のAHRRが胎児全脳に到達したと考えられる。発達遅滞をきたすヒトの先天異常症候群の原因遺伝子であるMid1が減少したことはダイオキシン曝露と中枢神経異常の関連を考える上で注目に値するデータである。
人工染色体導入技術を用いた薬物代謝酵素誘導を経時的評価可能なシステムの開発

本検討課題では、導入した人工染色体を保持する肝がん由来細胞株(HepG2細胞、JHH5細胞、HuH7細胞)に、既知の代謝酵素誘導薬剤を処置してから48時間後の人工染色体に搭載したCYPプロモーターによって調節される発光タンパク質の発光量、および遺伝子発現量を定量し、各化合物間および遺伝子発現量-発光量間で比較検討した。各細胞株に、CYP3Aを誘導することが報告されている5種類の薬剤を添加したときの、人工染色体に搭載されたCluc遺伝子および細胞ホスト由来染色体に基づくCYP3A4遺伝子の発現誘導の比較したとき、いずれの化合物においても、CYP3A4遺伝子の発現誘導に伴い、Cluc遺伝子の発現が上昇した。このことは、我々が作製した人工染色体コンストラクトは肝がん由来細胞株において誘導性化合物によって特異的に惹起される代謝酵素誘導を反映できることを示唆した。次に、Cluc遺伝子発現変化が、Clucの発光活性にまで影響するかについて検証した。さきほどまでと同様にCYP3Aを誘導することが報告されている5種類の薬剤を添加した後、Cluc活性について評価したところ、いずれの化合物群においても、Cluc遺伝子発現の上昇に伴い、Cluc活性が上昇することが認められた。以上の結果から、我々の作製した人工染色体コンストラクトは、肝細胞において化合物特異的な代謝酵素誘導をルシフェラーゼ活性にて評価することを可能にしたことを示した。薬物動態の予測には酵素誘導による代謝酵素量変動の正確な把握が不可欠であり、医薬品開発の段階で検討必須の項目となる。現在、薬物代謝酵素誘導の経時的評価システムとしてレポーター技術を導入したモデル開発が行われているが、後述する従来のベクター技術の問題点から作製が困難となっている。代表者のグループでは、これまでに長大な遺伝子を導入することが可能な人工染色体ベクター技術を開発し、ヒト化薬物代謝酵素保持マウスの開発に成功した。本研究はその技術を応用し、長大なヒト薬物代謝酵素遺伝子調節領域下流に発光遺伝子を置換することで、従来困難であった複数の薬物代謝酵素誘導を経時的モニター可能な評価モデルの開発を目的とする。具体的な開発の第一段階として、医薬品の50%以上の代謝に関与する、ヒトで最も主要な代謝酵素遺伝子CYP3A4翻訳領域をSLG (緑発光)遺伝子に置換したベクターを作成する。また同様に、CYP1A2翻訳領域をSLR (赤発光)遺伝子、CYP 2B6翻訳領域をSLO (橙発光)遺伝子に置換する。本研究で使用する発光タンパク質を強制発現した遺伝子改変マウスは、その体内にて安定にそれらタンパク質発現を維持することを、開発者である産総研との共同研究の上、確認済みである。将来的には、薬物応答核内受容体であるPXR、CAR、AhRヒト化マウスとの交配による人工染色体への移入も視野に入れ、本検討ではそのための人工染色体保持個体の作製および機能評価を目的とする。平成28年度は、3つのCYP分子種(CYP1A2, CYP2B6, CYP3A4)をSLR (赤発光)、SLO (橙発光)、SLG (緑発光)遺伝子に置換したベクターの作成を試みた。各遺伝子群のプロモーター領域は論文を参考にし、CYP1A2では上流域23kbp、CYP2B6では上流域20kbp、CYP3A4では上流域10kbpを有する人工染色体搭載のための導入ベクターを作製した。さらに今年度では、先行して上記CYP1A2ベクターとCre発現ベクターを人工染色体保持CHO細胞へ一過性に導入することで、人工染色体ベクター上に目的遺伝子を搭載したクローンを取得した。取得したクローンはPCR法、FISH法により選別し、合計4クローンの目的配列を有する人工染色体ベクターを作製した。さらに、目的人工染色体が細胞内にて機能的に働くことを確認するためにヒト肝細胞癌由来細胞株であるHepG2細胞へと導入した。導入の方法は微小核細胞融合法を用いた。前記方法にて処理した細胞は人工染色体上に搭載したネオマイシン耐性遺伝子およびGFP蛍光遺伝子を利用し、G418薬剤耐性/GFP+株を選別し、現在までに合計8クローンを取得した。取得したクローンは、目的配列を有することを確認するためゲノムPCRを行った結果、4クローンにおいてポジティブであった。また、その4クローンについて遺伝子発現解析を行った結果、SLRの遺伝子発現が認められたことから、導入したプロモーター領域が細胞内のおいて機能的に働くことが認められた。

さきほどまでと同様にCYP3Aを誘導することが報告されている5種類の薬剤を添加した後、Cluc活性について評価したところ、いずれの化合物群においても、Cluc遺伝子発現の上昇に伴い、Cluc活性が上昇することが認められた。以上の結果から、我々の作製した人工染色体コンストラクトは、肝細胞において化合物特異的な代謝酵素誘導をルシフェラーゼ活性にて評価することを可能にしたことを示した。1)薬物動態解析と機能評価。平成28年度に作製したHepG2細胞では通常培養下にて遺伝子発現が認められた。そこで、作製したプロモーターの機能をさらに詳細に解析するために論文等で報告される誘導剤を利用し、遺伝子発現変化に及ぼす影響を検討する。さらにこれら遺伝子変化を発光活性にて評価する。2)代謝酵素発光モニタリング用人工染色体ベクターをマウスES細胞へ移入。CHO細胞から目的遺伝子搭載人工染色体を微小核細胞融合法により、マウスES細胞に導入し、目的の人工染色体が導入されたクローンを薬剤選別しスクリーニングする。FISH解析を行い、正常核型に加えて人工染色体ベクターが1コピー独立して保持されている株を選別する。長期培養を行い、人工染色体ベクターのマウスES細胞における安定性を確認する。<本研究を遂行する上での具体的な工夫>本研究では複数種類のインテグレースと人工染色体ベクターを組み合わせたmulti-integrase技術を用いる。この技術は宿主細胞内にて導入した人工染色体に何度も遺伝子改変することが可能であり、継続的に改良していくことができる。これにより、細胞への人工染色体ベクターを導入後、評価に必要な遺伝子が追加で見出されたとしても、作業を途中の工程から効率的に進めることが可能であり、研究にかかるコストおよび時間を大幅に短縮できる。このことは、今後の薬物動態ガイダンスの改定にも柔軟に対応することが可能である。
RNA顆粒Pボディーを介した環境応答

PBを可視化したシロイヌナズナを用いて解析:発芽14日後のDCP1マーカー可視化植物体に高温処理を与えたところ、PBの数、大きさが有意に増加した。DCP2マーカーでもPBが凝集することが確認されるが、平温時では顆粒は認められない。DCP1とDCP2双方でストレスによって挙動が異なることが初めて明らかとなった。40°C高温90分(高温処理)で増加した顆粒の数が一定レベルに達したあと、再度22°C平温に戻すと(高温解除)顆粒数、局在は最初の状態に戻った。高温処理、高温解除の前後でRNA-seq解析を行った。熱ショックタンパク質mRNAなどは高温時に蓄積があがり、解除時に減少した。逆の共同をする遺伝子として細胞壁や細胞膜関連遺伝子群が確認された。相反する挙動をするmRNA種とDCP1/DCP2ボディーの機能関連がいくつか示唆され、カウンターストレス装置としての機能が強く示された。SG可視化植物をもちいて、非常に厳密に特定の気温(プレート上では34°C)でSGを形成することが明らかとなった。低温や単なる温度差に対しては形成しない。SG植物にEMS処理を施したあとのM2子孫から、高温にさらしてもストレス顆粒形成が起こらない突然変異体が複数単離された。いくつかの変異体では高温耐性が増すことが示された。26年度が最終年度であるため、記入しない。発芽3日の植物ではいずれの細胞でも観察されたP-ボディーが,2週間後では多くの細胞でその数が減少するなかで、茎頂および根端分裂組織周辺では数多く存在していた。更に発生が進むと分裂組織でもかろうじて観察できる程度となった。P-ボディーは初期発生で重要な役割を持っていることが示唆された。昨年度に引き続き、このP-ボディー可視化植物(DCP1:GFP相補体)に環境変化を与え、その動態を観察した。発芽14日後の植物体に高温処理(40°C)を与えたところ、平常の温度(22°C)での植物に比べ、P-ボディーの数、大きさ共に有意に増加した。同様の観察を別のP-body構成因子のDCP2:GFP相補体で行うとDCP1植物の場合と異なり、平常の温度ではあまり顆粒が認められなかった。これまでDCP1とDCP2いずれでもP-ボディーのマーカーとなるといわれてきたが、両マーカーでみえる顆粒状態が異なることが、今年度の解析によって初めて明らかにすることができた。このDCP2:GFP相補体に高温処理を施すとP-ボディーの数、大きさ共に有意に増加した。それに対して、低温ストレス下(4°C)ではDCP1:GFP顆粒の数、大きさの増大が見られたのに対して、DCP2:GFP顆粒数はむしろ減少する傾向が認められた。ストレスの種類によって構成因子の挙動が異なることを初めて示すことができた。塩ストレスを与えた植物ではコントロール植物と比較して、P-ボディー顆粒数に差はなかったが、大きさのみ増加した。今回、生物学的ストレスとしてバクテリアPseudomonassyringaeの感染による変化としてDCP1:GFPの数の増加を認めることができた。発生過程の一環として種子においてもP-ボディーが存在することを認めた。興味深いことに種子組織内に特定のmiRNAが安定に存在していることも見いだした。RNA顆粒であるP-ボディーの動態を、種々の環境変化ー特に高温処理の前後で観察したところ、思いがけない発見が得られた。観察するためのマーカーとしてDCP1あるいはDCP2いずれを使うかで見える顆粒の状態が異なったのである。

これはほ乳類、酵母などほかの真核生物では報告されていないことであり、植物特有の現象をとらえた可能性がある。両者が共存して初めて、予想されるmRNAの分解を介しての環境応答に応じた遺伝子発現制御、つまりあらたな遺伝子セットが発現し、別の遺伝子セットが抑制される図式が成り立つが、実際の細胞内ではより複雑な制御があることが強く示唆された。これは予想外の成果として論文発表を準備しているが、一方で実際の遺伝子発現制御の実態を明らかとする遺伝子プロファイルの解析等が遅れ気味である。予定以外に研究成果が複数得られている。シロイヌナズナの初期発生において、他のマイクロRNAが合成されない中で、マイクロRNAの一種miR172のみの発現で花芽形成の遅延という表現型がある程度回復した。特定の少数miRNAがあれば発生を進行させる段階があることが初めて明らかとなった。また被子植物の種子のなかで胚発生は休眠状態にあるが、その状態でも長期間保存ののちにも特定のマイクロRNAが安定に保持されていることが明らかとなった。安定化の機構、これらのマイクロRNAの機能は非常に興味ぶかいトピックであり、今後の新たなトピックが生まれた。3'-5' RNA分解酵素Exosomeは真核生物で広く保存されて機能しているが、シロイヌナズナにおけるexosomeの一つのサブユニットRRP44Aの機能低下を人為的に起こさせた植物体を作成し、その作用から環境応答への関与を解析した中で、他の生物でしられているrRNAの前駆体以外に、特定のontologyに属すmRNAを特異的に認識している可能性が強く示唆された。RNA顆粒として記載されてきたP-ボディーの動態を、機能との関連で記述するために、遺伝子発現のプロファイルの変化を、あたえる環境変化の前後の比較からとらえる必要がある。そのための準備をしたところであるので、実際の解析を26年度に行う。
マルチメディアコラボレーションシステムによる画像診断支援システムの開発

マルチメディア技術を使った3つの医用画像遠隔診断システムの有用性と問題点とを検討した。1)インターネットを使ったパーソナルコンピュータ間ビデオ会議システム(Enhanced CU-SeeMe)では、消化管X線フィルムなどの画像(33KB900KB)をスキャナーあるいはデジタルカメラを用いて取り込み、画像共有を行った。画像容量が大きいほど、伝送時間は長くなった。画質は患者紹介などの参照画像としては有用であったが、コラボレーションの会話のためには別の電話回線が必要であった。2)画像処理ワークステーション(HP9000,C-class)による動画についてのマルチメディアコラボレーションシステムでは院内を100VG-anyLANで、院外との病院をISDN64で結んだ。ビデオ再生装置から動画(冠動脈造影)を入力し、伝送した。100VG-anyLANでは動画伝送のコラボレーションは可能であった。ISDN64ではリアルタイム(同期)のコラポレーションは不可能であったが、先に動画像を伝送しておいて(Store&forward)、後ほど同時に再生する方式の画像共有は可能であったが、会話のために電話回線が必要であった。動画のコラボレーションには、少なくともISDN64が3回線必要である。3)市販のテレビ会議システムによる医用画像診断システムでは、パーソナルコンピュータ間をISDN64で結び、テレビ会議システム(PictureTEL)を用いて、伝送時間および画像評価を行った。種々のデータ容量の画像を「アプリケーション共有」メニューを使って相手側に送信する場合の伝送時間は画像容量が大きくなるにつれて直線的に延長した。1分間で送信できるデータ容量は150KBであった。肺腫瘍胸部X線画像についてシャーカステン上とCRTモニター上の読影診断精度についてROC解析を用いて比較検討した。前者のROC曲線下面積は0.930.96、平均0.94、後者は0.800.95、平均0.85で両者の間には有意差はなかった。つまりCRTディスプレイ上とシャーカステン上の画像の読影精度には差がなく、TV会議システムは遠隔胸部X線画像診断支援に有用と考えられた。本研究はマルチメディア技術を使って医用画像の遠隔診断を行うシステムを構築することにある。本研究では既存の設備に加えて、新しく購入した設備により以下の3つのシステムを構築した。(1)画像処理ワークステーション(HP9000,C-class)間のマルチメディアコラボレーションシステムで回線は院内では100VG-any LAN、院外との病院はISDN64を用いた。(2)パソコン(FMV-5133T3,OKI if Station5133/Dx,Pc-9821Xa16など)間のマルチメディアコラボレーションシステムで回線はISDN64、ソフトはテレビ会議システム(Picture TELおよびPhoenix)である。(3)パソコン(FMV-5150NA/X)間の会議システム(CU-SeeMe)で回線はインターネットである。(1)ではスキャナー、ビデオ再生装置から静止画および動画伝送(冠動脈造影)を入力し、当院と名古屋第二赤十字病院との間で動画伝送を行った。ISDN64ではリアルタイムの伝送は不可能であったが、一旦、動画像を伝送しておいて(Store & forward)、同時に再生する方式で、かつ別の電話回線を同時に使えばコラボレーションが可能であった。(2)では静止画としてスキャナーからCTあるいはMRI画像を入力し、コラボレーションを行ったが、伝送時間の長いこと(1データ(44Kbyte)につき4、5分)を除けば、ほぼ満足できる結果を得た。動画像はまだ無理であり、次年度に更に検討する。

(3)では静止画で、かつ1データとして80Kbyte100Kbyteの大きさの画像ならば送信可能であったが、コラボレーションをするには、電話回線を必要とした。本研究では、マルチメディア技術を使って医用画像の遠隔診断を行うシステムを構築することにある。今年度は以下の3つのシステムを構築し、それぞれのシステムにつき、主に画質の評価を行った。(1)画像処理ワークステーション(HP9000,C-class)を用いたマルチメディアコラボレーションシステムで回線は院内では100VG-any LAN、院外との病院はISDN64を用いた。(2)パソコン(FMV-5133T3,OKI if Station5133/Dx,Dx,PC-9821Xal6など)を用いたマルチメディアコラボレーションシステムで回線はISDN64、ソフトはテレビ会議システム(Picture TELおよびPhoenix)である。(3)パソコン(FMV-5150NA/X)を用いた会議システム(CU-SeeMee)で回線はインターネットである。(1)ではスキャナー、ビデオ再生装置から静止画および動画(冠動脈・左室造影図及び心臓超音波図)を入力し、100VG-any LANを使って院内で動画伝送実験を行なった。100VG-any LANの場合にはオリジナルの画像と送られてきた画像との間に画質劣化は見られず、動画伝送のコラボレーションは良好であった。(2)では静止画として肺がんの症例25例と正常例の肺X線フィルムをスキャナーから入力し(100dpi)、その画像について、コラボレーションを行った。5名の呼吸器科専門医に伝送画像とオリジナルの画像とにつき読影実験を行ない、ROC解析をした結果、遠隔医療システム上の画像はオリジナルのそれとの間に有意な画像の劣化は見られなかった。(3)については論文発表した。パーソナルコンピュータ間をISDN64で結び、テレビ会議システム(Picture TEL)によって画像共有をしたときの画像伝送時間および画像診断精度について検討した。1)画像の大きさと伝送時間との関係画像伝送時間はコラボレーションをするのには極めて重要である。種々のデータ容量の画像を「アプリケーション共有」メニューを使って相手側に送信した。伝送時間は画像容量が大きくなるにつれて直線的に延長した。1分間で送信できるデータ容量は150KBであった。2)画像の評価肺腫瘍患者25例、健常者25例の胸部X線画像についてシャーカステン上とCRTモニター上の画像精度の比較をROC(Receiver Operating Characteristics)解析を用いて検討した。
光受容蛋白質フィトクロムの情報伝達機構の分子生物学的研究

フィトクロムは緑色植物に普遍的にみられる色素蛋白質で、光形態形成反応の光受容体として、発芽から花芽の形成まで様々な発生過程を制御している。これまでにフィトクロムに関する様々な研究が行われてきたが、フィトクロムが受け取った光情報がどのような因子にどのように伝えられるのか全く不明である。そこで研究代表者らは、分子生物学的、生化学的手法を用い、フィトクロムの情報伝達の分子機構解明に向けて研究を行った。先ず、フィトクロムB(phyB)のC-末端側半分に注目し、この部分を過剰発現する遺伝子導入植物を作出し、その性質を詳しく解析した。その結果、phyBのC-末端側断片単独では弱い生理活性しか示さないことがわかった。このことは、phyBのC一末端単独ではシグナル伝達因子と強く相互作用をすることができない事を示している。次に、phyBの断片にレポーター蛋白質を融合した遺伝子を植物に導入し、融合蛋白質の細胞内局在を調べた。その結果、phyBに核移行活性があることが示唆された。さらに、免疫化学的手法により、phyBが核に光依存的に局在することを示唆する結果を得た。フィトクロムは長年にわたり細胞質で働くと考えられてきた。本研究の結果はそのような「常識」に一石を投じた。また、高等植物とシダ植物のフィトクロムの構造と機能を比較する目的で、シダ・フィトクロム遺伝子を発現する遺伝子導入植物を作出し解析した。その結果、両者のフィトクロムは、分光光学的性質は良く保存されているが、シグナル伝達に関しては置き換えが効かないことが示唆された。これらの成果は、フィトクロムの作用機構を理解する上で重要な貢献であると考えている。しかしながら、フィトクロムの機能と構造の関係が本研究で解明されたとは言いがたく、この方向での研究の継続が望まれる。フィトクロムB遺伝子(PHYB)のcDNA断片をRT-PCR法により増幅し、CMV-35Sプロモーターの下流に組み込み、Agrobacteriumを用いた方法でシロイヌナズナに遺伝子導入した。cDNA断片としては、情報伝達に関与すると推定されるC末端側半分を中心に7種調製した。また、発現した蛋白質の細胞内分布を簡便に調べるため、それぞれのcDNAに直接GS遺伝子をつないだものについても同様の実験を行った。得られた形質転換体の光反応を下胚軸の伸長抑制を指標に検定したところ、フィトクロムB(PhyB)のC末端側半分に位置する分子量約6万の断片を発現・蓄積している植物では、PhyBの反応である赤色光下での光反応が野性株に比べ強まるのに対し、フィトクロムA(PhyA)による近赤外光下での反応がやや阻害されていることが認められた。また、暗所では野性種と区別がつかなかった。さらに、抗シロイヌナズナ・PhyB特異的単クローン性抗体を新たに調製し(日本植物生理学会にて発表予定)、これらの遺伝子導入植物を調べたところ、正常レベルのPhyBとそれよりやや多い量のPhyB断片が蓄積していた。この研究により、PhyB断片が、PhyBのみならすPhyAの反応にも影響することが初めてわかった。(日本分子生物学会にて発表;投稿準備中)。しかし、PhyBに対する影響(促進)とPhyAに対する影響(阻害)の方向は反対で、その正確な作用機構はよくわからない。また、GUS遺伝子をつないで発現させたもののなかに、PHYB遺伝子の突然変異体であるhy3による似た植物が複数見いだされたが、これらの植物では内在性のPhyB量が低下しており、いわゆるcosupressionが起きているのではないかと考えられた。

現在は、GUSをつないだPHYB断片の細胞内分布を組織染色により調べている。フィトクロム分子上の機能ドメインを同定し、その情報伝達に機構に関する知見を得るため以下の研究を行った。平成6年度に得られたphyB断片過剰発現植物について下胚軸の伸長阻害を指標とする光生理学的解析を行い、phyB断片が、内在性のphyBの働きを促進しphyAの働きを阻害することを確かめた。次に、この現象の分子機構を探るため、phyB断片が、内在性のphyAやphyBと二量体を形成するかどうかを免疫沈降を用いて調べた。その結果、二量体型性の可能性は低いことが示唆された。以上の結果を論文にまとめて現在投稿中である。(Sakamoto & Nagatani,PlantMol.Biol.)。また、酵母のtwo-hybrid法により、当該フィトクロム断片と特異的に結合する蛋白質を、シロイヌナズナのcDNAライブラリーを用いてスクリーニングしたが、目的とするのは得られなかった。さらに、GUSをつないだphyB断片の細胞内分布を組織染色により調べた。その結果、phyB断片に核移行活性があることが示唆された。phyAが細胞質に分布することから、フィトクロムは細胞質で働くと長い間考えられていたが、我々の発見はこの定説を覆すものである。そこで、プロトプラストの免疫組織染色を行い、野生株の葉肉細胞でもphyBが核に存在することを確かめた。これらの結果は、他のプロジェクトの結果をまとめて、現在投稿中である(Sakamoto & Nagata,EMBOJ.)。さらに、フィトクロムは遺伝子発現調節を行っていることがよく知られているので、現在、フィトクロムとDNAの直接的な結合の有無を分子生物学的方法により検討している。
北部北太平洋におけるイカ類幼生の分布・豊度と初期生活史の解明

本研究は北部北太平洋におけるイカ類幼生の分布・豊度と初期生活史の解明することを目的としていた。表層より採集した外套長2.76-13.50mmの幼生281個体を幼生試料として用い、詳細な形態観察を行った後、mtDNA COI遺伝子領域の塩基配列を決定した。これらに、幼生試料3種(タコイカ、ヒメドスイカ、カムチャッカテカギイカ)、および既存のテカギイカ科の塩基配列データを加え、重複部の塩基配列を比較した。分子系統樹の樹形および塩基配列間の純塩基置換率から、幼生試料は以下の6種に同定され、形態に依らない分類査定法としてのDNA分析の有効性が示された:(1)ヒメドスイカ、(2)ヒカリテカギイカ、(3)テカギイカ、(4)ササキテカギイカ、(5)タコイカ(small form)、(6)Gonatopsis sp.(slender)。この研究の結果は4つの国際会議に提示された:(1)2004PICES(北太平洋海洋科学機構)年次総会、ホノルル(米)、ポスター;(2)2005PICES年次総会、ウラジオストック(ロシア)、口頭;(3)2006 PICES年次総会、横浜、ポスター;(4)2007AAAS(アメリカ科学振興協会)年次総会、サンフランシスコ(米)、ポスター。この研究に集められたデータは北大の大学院生によって分析されて、本人の修士論文を完成するのに使用された(名:志村紗耶、タイトル:「種同定が困難なテカギイカ科幼生のDNA分析および形態形質による分類」、卒業:平成18年)。今は二つの未発表原稿が準備中です:一つ目は幼生の形態について説明して、二つ目は幼生の分布パターンについて説明する。さらに、この研究の間、1匹のコウモリダコの幼生も採集して、本種が日本の近海で採集された例はほとんどなく、本研究においても重要な知見になる思われるので、論文を作成した(Bower et al.2006)。北部北太平洋におけるイカ類幼生の分布・豊度と初期生活史の解明することを目的としている。平成16年度の成果は以下の通りである。北海道大学練習船「おしょろ丸」が行った二つの航海(5月8-21日;6月21日-7月26日)に乗船し、ボンゴネットとMTD(Motoda)ネットを用いて、北太平洋の165°Eと165°Wで頭足類幼生を採集した。採集した標本から頭足類幼生を選別し、100以上の個体を検査した。もっとも多い科はテカギイカ科だった。視覚で種類を同定することが出来ないサンプルは約20%だった。この種類を同定するため、遺伝子解析を行った。具体的には、PCR法(遺伝子増幅法)を用いた遺伝子検査によりCOIジーンを調べた。その結果、三つの形態型が判明しました。現在は3種の分布パターンを解析して、このパターンと海洋観測データ(水温・塩分・ADCP)における海流分布を比べている。(この結果は平成17年度日本水産学会大会で発表する予定です。)平成16年10月のPICES(北太平洋における海洋科学の政府間機構)年次総会(ホノルル・アメリカ)に参加し、遺伝子解析の成果を発表した。平成17年の年次総会にも参加する予定です(会場:ウラジオストック・ロシア)。平成16年5月の航海中にコウモリダコを採集した。

コウモリダコが日本の近海で採集された例はほとんどなく、本研究においても重要な知見になると思われるので、論文を作成した。この論文はFisheries Scienceに収録される。北部北太平洋におけるイカ類幼生の分布・豊度と初期生活史の解明することを目的としている。平成17年度の成果は以下の通りである。北海道大学練習船「おしょろ丸」が行った航海(7月22日-8月7日)に乗船し、ボンゴネットを用いて、北太平洋165°Wで頭足類幼生を採集した。採集した標本から頭足類幼生を選別し、80以上の個体を検査した。この種類と去年が取ったサンプルを同定するため、遺伝子解析を行った。具体的には、PCR法(遺伝子増幅法)を用いた遺伝子検査により、COIジーンを調べた。その結果、五つの形態型が判明しました。現在は5種の分布パターンを解析して、このパターンと海洋観測データにおける海流分布を比べている。平成16年5月の航海中にコウモリダコを採集した。コウモリダコが日本の近海で採集された例はほとんどなく、本研究においても重要な知見になる思われるので、論文を作成した。この論文は今年の4月にFisheries Scienceに出版される(72:445-447)。本研究は北部北太平洋におけるイカ類幼生の分布・豊度と初期生活史の解明することを目的としていた。表層より採集した外套長2.76-13.50mmの幼生281個体を幼生試料として用い、詳細な形態観察を行った後、mtDNA COI遺伝子領域の塩基配列を決定した。これらに、幼生試料3種(タコイカ、ヒメドスイカ、カムチャッカテカギイカ)、および既存のテカギイカ科の塩基配列データを加え、重複部の塩基配列を比較した。分子系統樹の樹形および塩基配列間の純塩基置換率から、幼生試料は以下の6種に同定され、形態に依らない分類査定法としてのDNA分析の有効性が示された:(1)ヒメドスイカ、(2)ヒカリテカギイカ、(3)テカギイカ、(4)ササキテカギイカ、(5)タコイカ(small form)、(6)Gonatopsis sp.(slender)。この研究の結果は4つの国際会議に提示された:(1)2004PICES(北太平洋海洋科学機構)年次総会、ホノルル(米)、ポスター;(2)2005PICES年次総会、ウラジオストック(ロシア)、口頭;(3)2006 PICES年次総会、横浜、ポスター;(4)2007AAAS(アメリカ科学振興協会)年次総会、サンフランシスコ(米)、ポスター。この研究に集められたデータは北大の大学院生によって分析されて、本人の修士論文を完成するのに使用された(名:志村紗耶、タイトル:「種同定が困難なテカギイカ科幼生のDNA分析および形態形質による分類」、卒業:平成18年)。今は二つの未発表原稿が準備中です:一つ目は幼生の形態について説明して、二つ目は幼生の分布パターンについて説明する。さらに、この研究の間、1匹のコウモリダコの幼生も採集して、本種が日本の近海で採集された例はほとんどなく、本研究においても重要な知見になる思われるので、論文を作成した(Bower et al.2006)。
肺線維化におけるII型肺胞上皮細胞機能の加齢による低下:STAM1遺伝子総合的解析

肺線維症は高齢者を中心とする、進行性の予後不良な肺疾患である。本研究は本病態形成に関与する遺伝子として、アダプター蛋白として細胞内輸送に関与するSTAM1遺伝子に着目し、総合的に検討した。その結果、末梢血細胞のSTAM1遺伝子mRNAは肺線維症患者で発現低下をみた。しかし、STAM1の上流CpG領域のDNAメチル化を詳細に検討したが、健常者との差はなかった。最近、本病態関連遺伝子としてテロメレース遺伝子が報告された。平成19年度は下記の(1)(2)までの、患者検体採取によるSTAM1 mRNA発現、また当該遺伝子領域のDNAmethylationを検討した。(1)臨床検体の末梢血リンパ球STAM1遺伝子発現の検討:東北大学医学倫理委員会の承諾を受けた家族性間質性肺炎(受付番号:2005-63)及びSTAM関連遺伝子の検索(受付番号:2005-222)をもとに、喫煙者特発性間質性肺炎患者で家族性肺線維症患者が見られるIPF患者(n=17)、健常対照(n=43)よりgenomic DNA、mRNAを抽出し、STAM1などの遺伝子発現に関して以下の結果をえた。・STAM1遺伝子転写開始直下のメチル化の:有無の検討:等をプライマーとして用い、95゚/10m、95゚/30s、62゚/30s、72゚/30sの条件で36cyclesで検討したが、IPF患者にはmethylationを見なかった。以上の結果は、STAM1発現はIPF患者で低下している可能性がある。しかし、その低下機序に関して、今回の検討では塩基配列、遺伝子メチル化等、異常を検出しえなかった。さらにかかる遺伝子の発現修飾に関して詳細な検討が必要である。(研究目的)肺線維症は、背景要因の推測される病態と、原因不明な病態が存在する。いずれも肺線維症は50歳以上に多い。本研究は、肺線維化への肺小葉隔壁変化が、末梢気腔でサーファクタントを産生するII型肺胞上皮細胞の加齢による変性によるとの仮説のもとに、家族性肺線維症(FIP)全ゲノム検索で示された第10染色体短腕10p13-14領域に存在し、受容体の再利用・分解や細胞内蛋白移送に関与するSTAM1に着目し、その発現等を解析した。(1)臨床検体の末梢血リンパ球STAM1遺伝子発現の検討:喫煙者特発性間質性肺炎患者で家族性肺線維症患者が見られるIPF患者(n=17)、健常対照(n=43)よりgenomic DNA、mRNAを抽出し、STAM1などの遺伝子発現を検討:・さらにSTAM1のcDNA蛋白コード領域(1622bp)には変化を認めず。・STAM1遺伝子転写開始直下のCpG領域でもIPF患者にはメチル化を認めず。(2)気道上皮由来細胞における全ゲノムメチル化異常、miRNA発現解析:平成20、21年は手術検体や剖検検体の気道上皮細胞より、上質のDNA採取を検討した。しかし、臨床検体から解析可能な十分量の採取はできなかった。細気管支上皮細胞由来、肺腺癌細胞株A549、PC9を用いて、全ゲノムメチル化解析と、microRNA発現解析等を試行した。(結語)これらの結果は、最初想定したSTAM1発現変化が、肺線維症では大きな意義がないと考えられる。最近、GWAS解析では、hTERT遺伝子の関与が示唆され、一方、telomerase shortening syndromeの一部に家族性肺線維症が見られるとする報告がなされた。
ボリュームレンダリングを用いた歯科用手術・診断シミュレーションシステムの開発

3次元形状計測装置VIVID900よびX線-CTで計測した歯列や顔面の3DサーフェスデータおよびボリュームデータをバーチャルリアリティによるハプティックデバイスPHANToMを用い操作することで、以下の歯科独自の手術・診断支援システムを開発することができた。(1)インプラント手術支援:PHANToMを用いた顎骨穿孔の疑似体験シミュレーション,対合歯との咬合を考慮したインプラント埋入位置決めのシミュレーション、およびインプラント埋入位置決め用骨上ステントのCAD/CAM法による作製法を開発することができた。(2)顎切り手術シミュレーション:CTで撮影したDICOMデータから3次元CT骨像を構築し、PHANToMを用い顎切り術のシミュレーションを行った。これにより骨切り後の骨片の移動・回転による骨片間の隙間や干渉量を定量的に求め、CGで描画ができた。また、迅速成型装置3D Printingによる骨の造形も行い、実寸骨模型によるシミュレーションも可能となった。(3)CT像の歯列部におけるアーチファクトの除去:CTで計測した頭蓋顔面や歯列データには、しばしば金属修復物に起因するアーチファクトが存在する。そこで、CTで計測した顔面と上下歯列をバイトをインターフェースとして統合した。この方法によって,アーチファクトのある歯列部を除去し、歯列模型データで置き換えることが可能になった。(4)CTによる歯列模型の3次元形状計測:CTを用いて歯列模型計測を試みたところ、精度、分解能は最新のレーザ計測装置よりは幾分劣るものの、計測および3D化の容易さは遙かに優れていた。そこで、この3次元データを、矯正や外科手術に応用し活用できるようになった。本研究ではコンピュータ技術を応用し計測したサーフェスおよびボリュームデータを活用し、口腔外科における口唇口蓋裂患者の形成術のシミュレーション、歯列と顔面三次元形状統合、補綴科におけるインプラント埋入シミュレーションなど歯科独自の手術・診断支援システムを開発することを目的としている。我々は、これまでVIVID700で計測した口唇周辺の三次元形状データを用い、口唇形成術における切開線のシミュレーション法を開発してきたが、この装置では計測精度がまだ不十分であった。そこで今年度は、まずより精度の高いVIVID900を導入し、計測した患児口唇周辺の高精度な形状データを用いて切開線のシミュレーションを行うことが可能になった。さらに、口蓋部の形状データも計測し、口唇および口蓋部の切開線を含めてシミュレートできるように拡張することを試みている。一方、外科矯正をはじめ、術前・術後の顔面と歯列の相対的な位置関係の変化を正確に把握する必要がある場合が多い。CTやMRIでは歯列データが不正確である。そこで、VIVID900を用い、まず被験者の顔面を3方向から計測し合成した。VIVIDは歯列模型も精度高く計測できるので、多方向から計測し、その全三次元形状データを合成した。一方、バイトを口腔外に延長し、その先端にインターフェース用プレートを付けたジグを作製し、これを上下模型および被験者の口腔内に保持した状態で計測した。そして両者のインターフェース部のデータを対応し一致させることで、歯列と顔面三次元形状を統合することができた。この統合データから、顔面と歯列の相対的な位置関係を定量的に求め、術前後で比較することが可能になった。我々は三次元形状計測した歯列や顔面のサーフェスデータおよびCTで撮影した3Dボリュームデータをバーチャルリアリティによるハプティックデバイスを用い操作する事で、歯科独自の手術・診断支援システムを開発する事を目的として以下の研究を進めている。(1)インプラント手術支援:ハプティックデバイスを用いた顎骨穿孔の疑似体験シミュレーション,および埋入位置決め用のステントのCAD/CAM法による作製法を開発し、臨床でほぼ満足できる精度のステントができるようになった。

(2)CT像の歯列部におけるアーチファクトの除去:CTで計測した頭蓋顔面や歯列データには、しばしば金属修復物に起因するアーチファクトが存在する。そこで、レーザ計測した顔面とCTで計測したバイトをインターフェースとして用いて,上下顎骨と上下歯列の位置を統合した。この方法によって,アーチファクトのある歯列部を除去し、歯列模型データで置き換えることが可能になった。(3)CTによる歯列模型の3次元形状計測:我々はこれまでにレーザスキャナーを用いて歯列模型の3次元形状計測を行ってきた。しかし,レーザ計測では歯列模型を複数方向から分割計測し,合成することで死角部分を補う必要があり、その際の煩雑な作業や誤差などの問題点があった.一方,高精度マルチスライスヘリカル医療用X線CT装置を用いて歯列模型計測を試みたところ、精度、分解能は最新のレーザ計測装置よりは幾分劣るものの、計測および3次元構築3D化の容易さは遥かに優れていた。この3次元データは、矯正や外科手術に応用できる事が分かった。(4)上記(2)と(3)からCTで撮影した骨,顔面,歯列石膏模型の3Dデータとレーザスキャナーで計測した顔面データを座標統合し、顎変形症の顎切り術のシミュレーションに利用できるようになった。我々は三次元形状計測装置VIVlD900およびX線-CTで計測した歯列や顔面の3Dサーフェスデータおよぴボリュームデータをバーチャルリアリティによるハプティックデバイ久PHANToMを用い操作することで、以下にあげた歯科独自の手術・診断支援システムを開発することができた。(1)インプラント手術支援:PHANToMを用いた顎骨穿孔の疑似体験シミュレーション,対合歯との咬合を考慮したインプラント埋入位置決めのシミュレーション、およびインプラント埋入位置決め用骨上ステントのCAD/CAM法による作製法を開発することができた。(2)顎切り手術シミュレーション:CTで撮影したDICOMデータから3次元CT骨像を構築し、PHANToMを操作してLeFortI、SSRO、IVROなどの顎切り術のシミュレーションを行うシステムを作製することができた。このシステムでは、骨切り後の骨片の移動・回転における骨片間の隙間や干渉量を定量的に求め、CGで描画することができ、手術法の比較による最良術式の検討が可能になった。また、3D Printingという最新の迅速成型装置による骨の造形も行い、実寸骨模型を用いたシミュレーションも可能となった。(3)CT像の歯列部におけるアーチファクトの除去:CTで計測した頭蓋顔面や歯列データには、しばしば金属修復物に起因するアーチファクトが存在する。そこで、レーザ計測した顔面とCTで計測したバイトをインターフェイスとして用いて,上下顎骨と上下歯列の位置を統合した。(4)CTによる歯列模型の3次元形状計測:歯列模型形状の3次元形状計測によるデジタル化は臨床上有用である。近年の医療用CTの精度は飛躍的に向上した。
大面積短パルス電子ビームによる金型の手磨きレス仕上げと表面改質に関する研究

大面積短パルス電子ビーム照射によって鉄鋼系金型材料の表面仕上げと表面改質を同時に行う技術の確立することを目的とする.そのため,電子ビーム照射条件が表面の組織変化,表面特性に及ぼす影響を体系的に検討した.TEM観察やEDX分析の結果,照射表面には母材組織と異なる緻密な組織の薄い再凝固層が形成されることが判明した.また組織変化により,表面の撥水性や耐食性が向上すること,さらに照射条件によってそれらが変化することを明らかにした大面積短パルス電子ビーム照射によって鉄鋼系金型材料の表面仕上げと表面改質を同時に行う技術の確立することを目的とする.そのため,電子ビーム照射条件が表面の組織変化,表面特性に及ぼす影響を体系的に検討した.TEM観察やEDX分析の結果,照射表面には母材組織と異なる緻密な組織の薄い再凝固層が形成されることが判明した.また組織変化により,表面の撥水性や耐食性が向上すること,さらに照射条件によってそれらが変化することを明らかにした本研究では大面積短パルス電子ビーム照射による金型仕上げ法を金型表面の平滑化だけでなく,平滑化と同時に処理できる新しい表面改質技術として確立し,実用技術とすることを目的としている.大面積電子ビーム照射を行うと鉄鋼系金型材料表面表面には,極薄い再凝固層が形成される.すなわち,それが表面特性を左右する.そこでまず,SKD11照射面に対し,光学顕微鏡やTEM等による観察,組織の分析を行った,次に,マイクロビッカース硬度計を用いて表面付近の硬度分布を調査した.また,アングルポリッシュした照射断面に対して同様にマイクロビッカース硬度測定を行い深さ方向の硬度分布も評価した.この際,再凝固層厚さの結果と照らし合わせ硬度変化を考察した.さらに,往復摺動型摩擦摩耗試験機を用いて耐摩耗性について基礎評価を行なった.表面組織変化によって表面エネルギーが変化し,結果として液体との接触角や撥水性が変化する.これらの物性は離型性と相関があり,また金型保管時の錆の発生などとも関係すると考えられるため,その基礎データとして,撥水性を評価した.さらに,超硬合金やセラミックス製の金型を想定してそれらの材料に対する照射を試みた.これらの検討によって以下の結論を得た.1.大面積電子ビーム照射によって形成される再凝固層は母材と比較すると結晶粒の小さい緻密な組織となっている.また,再凝固層厚さは,ビームのエネルギー密度,照射回数の増加に伴い徐々に厚くなり,最大で10μm程度となる.2.大面積電子ビーム照射により表面硬度は若干低下するが,表面から約10μm以内で硬度は回復する.また,最適照射条件下では大面積電子ビーム照射面の耐摩耗性を向上できる可能性がある.3.大面積電子ビーム照射によって表面の撥水性を向上することができる.また,ビームのエネルギー密度,照射回数の増加に伴い,撥水性は向上する傾向がある.本研究では大面積短パルス電子ビーム照射による金型仕上げ法を金型表面の平滑化だけでなく,平滑化と同時に処理できる新しい表面改質技術として確立し,実用技術とすることを目的としている.本年度においては,まず大面積短パルス電子ビーム照射したSKD11表面の耐摩耗性について,往復しゅう動型摩擦摩耗試験機を用いて評価を行った.その結果,大面積電子ビーム照射により表面硬度は若干低下するものの,その表面組織は母材と異なる結晶粒の小さい緻密な組織となるため,摩擦係数,耐摩耗性にはほとんど変化がないことが分かった.ビームのエネルギー密度や照射回数などの照射条件による耐摩耗性,摩擦係数の変化も見られなかった.次に,電気化学測定システムを用いて電子ビーム照射面の耐食性を評価した.金型表面は射出成形時に樹脂から発生する腐食性ガスや離型剤により腐食され,それが金型寿命に影響する.また金型保管時においても酸化が進行する,照射回数やビームのエネルギー密度を変化させて照射した鉄鋼系金型材料試料に対してアノード分極電流を測定し,耐食性を定量的に評価した結果,電子ビーム未照射面と比較すると耐食性が大幅に向上することが明らかとなった.また,ビームのエネルギー密度,照射回数の増加とともに耐食性が増加することが明らかとなった.これは照射面に緻密な組織が形成されることが主要因であると考えられ,SKD11の場合には耐食性の高いCr成分が均一に分布することも関係していると考えられる.本研究では大面積短パルス電子ビーム照射による金型仕上げ法を金型表面の平滑化だけでなく,平滑化と同時に処理できる新しい表面改質技術として確立し,実用技術とすることを目的としている.本年度においては,光学部品や半導体部品用の金型材として超硬合金やセラミックスの需要が高まっている状況を受けて,超硬合金およびセラミックスの表面仕上げの可能性について基礎的検討を行った.その結果,超硬合金,セラミックスに対しても,大面積短パルス電子ビーム照射によって表面平滑化を短時間に行えることが分かった.ただし,その低い熱伝導率のため,金属材料よりも低いエネルギー密度の条件で電子ビーム照射を行う必要があり,また平滑化が可能となる照射条件範囲も狭いことが判明した.得られる表面粗さは数ミクロンRz程度であるが,表面の平滑化に伴い,超硬合金においては表面光沢度が向上することが分かった.次に,SEM,TEMにより電子ビーム照射表面の性状を観察するとともに,EDXによってその成分変化について検討を行った.その結果,超硬合金表面には数ミクロンの薄い再凝固層が形成され,その層内では母材組織よりもWC粒の小さい組織となっていることが分かった.

また,バインダーのコバルトが均一に分布していることが分かった.さらに,マイクロビッカース硬度計を用いて,表面硬度および深さ方向の硬度分布測定を行ったところ表面硬度は多少減少していた.しかしながら,往復しゅう動型摩擦摩耗試験機による摩擦摩耗特性を評価を行ったところ,電子ビーム未照射の超硬合金の研削面と摩擦係数.耐摩耗性に大きな差はないことが分かった.
対人の個人競技における技の戦略修得を支援するバーチャル練習システム

1.競技者の戦略パターン抽出法系列パターンマイニングを用いて,武道競技の攻防プロセスで発揮される特徴的なパターンを抽出する手法を確立した.まず,攻防プロセスを動作ラベルと時区間位置ラベルの組の系列で表現し,攻防プロセスのデータベースから系列パターンマイニングにより,技の成功と正相関かつ失敗と負相関となる動作系列パターンを抽出する.本手法を用いて国体優勝経験を持つ空手選手2名の攻撃パターンを解析したところ,各選手の特徴的な攻撃パターンが抽出され,空手専門家の見解と一致した.以上により,練習の様々な目的に応じて必要な動作データを,競技試合のデータから自動的に取り出すことが可能となる.たとえば,体格別に分類した選手グループから身体的特性に応じたスキルの抽出が可能である.また,様々な選手の試合(130試合)から戦略パターン抽出を試みた結果,一般的に,技の成功は技を出す直前の攻防両者の態勢と深い関係があることが分かった.この結果は,古来より伝わる武道の教えと符合する.2.攻め技のタイミングのバーチャル練習システム戦略パターン抽出の結果に基づき,攻め技のタイミングの修得を目的とするバーチャル練習システムを開発した.まず,相手のCG選手が,練習者に攻めのタイミングを与えるような動きをする状態遷移ルールを考案した.また,CG選手の状態遷移に,練習者が正しく反応するかどうかをシステムが評価する仕組みを明らかにした.これは,練習者の動きを画像処理によりキャプチャし,CG選手の動きとともに戦略パターンと比較することで可能である.6名の学生選手によりシステムの評価を行った結果,自主練習システムとして期待する回答が多く得られた.これにより,体で覚える方式のリアル練習を補完する新たな練習方法の提案が可能である.1.競技者の戦略パターン抽出法系列パターンマイニングを用いて,武道競技の攻防プロセスで発揮される特徴的なパターンを抽出する手法を確立した.まず,攻防プロセスを動作ラベルと時区間位置ラベルの組の系列で表現し,攻防プロセスのデータベースから系列パターンマイニングにより,技の成功と正相関かつ失敗と負相関となる動作系列パターンを抽出する.本手法を用いて国体優勝経験を持つ空手選手2名の攻撃パターンを解析したところ,各選手の特徴的な攻撃パターンが抽出され,空手専門家の見解と一致した.以上により,練習の様々な目的に応じて必要な動作データを,競技試合のデータから自動的に取り出すことが可能となる.たとえば,体格別に分類した選手グループから身体的特性に応じたスキルの抽出が可能である.また,様々な選手の試合(130試合)から戦略パターン抽出を試みた結果,一般的に,技の成功は技を出す直前の攻防両者の態勢と深い関係があることが分かった.この結果は,古来より伝わる武道の教えと符合する.2.攻め技のタイミングのバーチャル練習システム戦略パターン抽出の結果に基づき,攻め技のタイミングの修得を目的とするバーチャル練習システムを開発した.まず,相手のCG選手が,練習者に攻めのタイミングを与えるような動きをする状態遷移ルールを考案した.また,CG選手の状態遷移に,練習者が正しく反応するかどうかをシステムが評価する仕組みを明らかにした.これは,練習者の動きを画像処理によりキャプチャし,CG選手の動きとともに戦略パターンと比較することで可能である.6名の学生選手によりシステムの評価を行った結果,自主練習システムとして期待する回答が多く得られた.これにより,体で覚える方式のリアル練習を補完する新たな練習方法の提案が可能である.対象の競技種目として空手道を取り上げた.攻め技の基本テクニックとして「先の先」「対の先」などが知られている.これらは,受け側の状態に応じた攻め技の仕掛け方を表現しており,これを高い確率で成功させるような駆け引き(戦略)の修得支援を具体的目標とした.バーチャル練習支援システムは,相手選手のCGモデルとのインタラクティブな競技環境を提供するものであり,H18年度は次の3つの取り組みを行った.1.技の時空間特徴のモデリングおよび技のパターン分類法の構築技を行うときの動作のすべてが重要とは限らず,要点となる特徴を抽出する必要がある.また要点は,攻撃側と受け側のインタラクションの中に存在する.そこで,試合の攻防シーンから構築する攻撃側と受け側の動作データベースから,技を成功させる要点を抽出する動作マイニング法を提案した(電子情報通信学会技術研究報告).本手法は,条件部を動作属性および属性値とし結論部を攻撃成功に固定した相関ルールを抽出し,抽出されたルールの条件部を技の要点として取り出す.また,抽出された相関ルールは技のパターンを表わす.本手法を「先の先」の攻防データベースに適用し,「先の先」と相関の高い2パターンを抽出した2.戦略知識のモデリング手法の構築動作マイニング法で抽出される技の要点を結論部とする新たな相関ルールのマイニングを繰り返すことにより,技の要点のシーケンスすなわち戦略知識が得られる.この戦略マイニング法を構築し,評価中である.(H19年度に発表予定).3.練習者のリアルタイム動作解析法の構築およびCG動作部の試作抽出される技の要点により練習者のモーションキャプチャ部位は限定され,リアルタイム計測と解析が可能となった.また,受け側の役割を持つバーチャルパートナー(CG)の動作ルールを構築し,バーチャル練習支援システムを試作中である.(H19年度に発表予定).武道競技を対象とし,試合で用いられる戦略を抽出する手法および戦略の修得支援システムの設計法を明らかにする.これらの目的に対し,本年度の成果は以下の2点である.