hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
１０kmの大気を通過する１０mの極超音速隕石のシミュレーション

本研究では現実的な計算コストで小隕石落下時の被害範囲を予測するために,小隕石に対して大きなセルを用いても解析可能な小隕石近似解析モデルを構築した.衝撃波の2次元及び3次元的構造を確認できた。さらに,より実現象に即した解析を行うために鉛直方向の大気モデルを構築,導入した.その結果,大気分布の有無により圧力値が大きく異なることが分かり,大気分布の必要性が高いことが示された.この解析手法を用いて,小隕石の速度・角度を変えながら様々な条件下で解析を行い,地表面の加圧範囲について調査した.小隕石落下点の周辺50km範囲内の1500Pa以上の加圧分布を約1時間程度で解析可能にした。隕石落下時における衝撃波が地表に与える影響を把握することは,危機管理,防災対策の点から必要不可欠である.しかしながら,このような現象を数値シミュレーションするためには,隕石付近の流れを正しく解析し,かつ遠場の衝撃波圧を正確に計算しなければならない.たとえば隕石を数mと考えたとき,数十km先の衝撃波をとらえるだけでも大規模,そして多くの格子が必要となり,数値シミュレーションを行うには計算時間などの点で困難を極める.そこで本研究では大規模格子に対し,移動物体が小さくても計算可能なSubgrid Closure Model (SCM法)を用いる.SCM法は格子に対して移動物体が小さくても,その位置,速度,加速度などを計算することができる.本年度には圧力値に着目し,この手法を用いて地球大気中における小隕石の様子をSCM法を用いてモデル化し,遠場の誘起衝撃波圧について解析を行った。固定円柱回りの圧力解析結果よりSCM法を用いた小隕石モデルの圧力解析結果の示す圧力値は小さくなったが,格子が細かくなるにつれて圧力値は収束するという傾向が確認できた.解析手法の妥当性を確認した。2013年2月に質量約10kt,直径約17-20mの隕石が,速度約19km/sでロシアのチェリャビンスク州に落下した.この隕石落下および爆発に伴う衝撃波によって建造物などが甚大な被害を受けたことが報告されている.また衝撃波により破砕したガラスや建材の一部により約1000人以上の人々が怪我をし,その被害は南北約180km,東西80kmにも及んだ.過去にも隕石が地球に突入したという事例は何件か報告されており,例えば1908年のツングースカ大爆発などが有名である.このような天体衝突による被害を最小限に抑えるため,危機管理,防災対策の観点から,隕石落下時に生じる衝撃波が地表に与える影響を把握する技術が必要であるといえる.しかしながら,このような現象を数値シミュレーションするためには,隕石付近の流れを正しく解析し,かつ遠距離場の衝撃波圧を正確に計算しなければならない.これは多大な計算コストを要する.たとえば隕石を数mと考えたとき,数十km先の衝撃波を捉えるだけでも大規模,そして多くの格子を必要とするため,数値シミュレーションを行うには計算時間などの点で困難を極める.そこで本研究は大規模格子に対し,移動物体が小さくても計算可能なSubgrid Closure Model (SCM法)を用いている.SCM法は格子に対して物体が小さくても,その位置や速度,加速度などが計算できる.昨年度では本モデルをLagrange-Remap法に基づくプログラムに導入し,2次元の計算領域に対してその妥当性を評価してきた.本年度では3次元の計算領域に対してSCM法を導入し,その妥当性の評価を行った。また遠距離場の平面(地表)に及ぼす誘起衝撃波について解析を行い,モデルの特性について考察を行った.本年度では大規模な格子に対して移動物体が小さくても計算可能なSCM法を用いて,小隕石突入時に発生する遠距離場衝撃波の3次元数値シミュレーションを行った.その結果の中で,速度履歴を理論値と比較することでモデルの妥当性を評価した.SCM法で計算された速度履歴と理論値はほぼ一致しており,大気と小隕石の相互作用が正しく計算できていることが確認できた.次に小隕石より離れた遠距離場における平面圧力分布を計算,確認することで,地表に与える衝撃波の構造を捉えることができるということが示された.本研究は概ね順調に進展していると判断する。本研究では,現実的な計算コストで小隕石落下時の地表被害範囲を予測するために,小隕石に対して大きな計算格子(セル)を用いても解析可能な小隕石モデルを構築した.さらに,より実現象に即した解析を行うために鉛直方向の大気モデルを構築,導入した.また,この解析手法を用いて,小隕石の速度・角度を変えながら様々な条件下で解析を行い,地表面の加圧範囲について調査した.混相流解析に用いられるモデルを基に,小隕石モデルを構築し検証を行った.ここでは,小隕石の速度履歴を確認することによって,小隕石モデルの妥当性を評価できた.また,より実現象に即した解析を行うため,鉛直方向の大気モデルを構築し検証を行った.その結果,高度30kmまでの密度・圧力・温度の分布と地表面圧力を,時間経過後も維持できることが確認できた.さらに計算条件について評価を行った.計算格子の形状・サイズについて評価した結果,本研究に対しては一辺0:25kmのプリズム格子が妥当であることを確認できた.新たに導入した大気モデルの必要性を確認するため,大気分布の有無で地表面の加圧範囲を比較した.その結果,大気分布の有無により圧力値が大きく異なることが分かり,大気分布の必要性が高いことが示された.小隕石の初期速度・角度を変えた様々な条件下で地表面の加圧範囲を計算した.その結果,条件ごとに異なる加圧範囲,また衝撃波の3次元的構造を確認することができた.

また,上空で発生した衝撃波の伝播に影響を与えうる条件の一つとして挙げられる,対流圏の乱流効果について,乱流域を通過する低周波音波の振幅変化の理論解を用いて評価した.その結果,対流圏の乱流効果は衝撃波波形の構造に大きな影響を与えないことが示された.したがって、本研究で構築した解析モデルは,小隕石突入に伴い発生する衝撃波被害範囲予測に対し有用な技術であるといえる.本研究では現実的な計算コストで小隕石落下時の被害範囲を予測するために,小隕石に対して大きなセルを用いても解析可能な小隕石近似解析モデルを構築した.衝撃波の2次元及び3次元的構造を確認できた。さらに,より実現象に即した解析を行うために鉛直方向の大気モデルを構築,導入した.その結果,大気分布の有無により圧力値が大きく異なることが分かり,大気分布の必要性が高いことが示された.この解析手法を用いて,小隕石の速度・角度を変えながら様々な条件下で解析を行い,地表面の加圧範囲について調査した.小隕石落下点の周辺50km範囲内の1500Pa以上の加圧分布を約1時間程度で解析可能にした。物体より遠く離れた遠場における圧力値を検証した結果について、格子が細かくなるにつれて圧力値は収束するという傾向が確認できたが、固定円柱回りの圧力解析結果よりSCM法を用いた小隕石モデルの圧力解析結果の示す圧力値は小さくなることが分かった。小隕石モデルの圧力値が小さいのはセル内で広範囲の物理量を平均化してしまうことが原因として考えられるが、scm法と関係のない数値離散法の問題であり、今後は物体に対し十分大きい格子でも衝撃波圧力値を正確にとらえることができるような新たなモデルや手法を検討する必要がある.今後、非構造格子を用い、大気層の鉛直方向の分布を考慮し、地球の大気層に突入する隕石のシミュレーションを行う予定である。流体工学今後は当初予定した3次元開発を行う前に、物体に対し十分大きい格子でも衝撃波圧力値を正確にとらえることができるようなモデルや手法を検討する必要がある.次年度に地球データ等の情報及び使用方法を取得するため、国内出張旅費を捻出する必要がある。次年度にイスラエルでの国際学会参加費用を捻出する必要があるため。2回分の国内出張旅費として使用する予定である。イスラエルでの国際学会参加費用として使用する予定である。
表面自由エネルギーの温度依存性を利用した表面状態評価技術の検討

シリコーンゴムなどの電気絶縁材料は優れた撥水性を有しており、その撥水状態が材料劣化状態の診断指標として用いられている。この撥水性能は大きな負の温度依存性を有する表面自由エネルギーにより決定される。従って、撥水性能の温度依存性を検討すれば、より正確な劣化診断や材料評価を行うことが可能となる。本研究では撥水状態形成時の温度の影響を詳細に検討し、低温側では撥水性が低下して形成されること等を詳細に明らかにした。まず,平成17年度までの調査専門委員会報告書を完成させ,その成果と残された問題点を明確にした(裏面の図書に記載した電気学会技術報告1071号)。次に,平成18年度から電気学会に「屋外用ポリマー絶縁材料の表面機能と長期性能調査専門委員会」(委員長・電中研・本間,幹事・岐阜高専・所,東芝・平野,幹事補佐・昭和電線・植田)を立ち上げ,本研究の目的と研究範囲を,委員会参加各大学・研究機関相互に補完的な関係になるよう調整を進めた。そして,現在までに下記の実績・知見を得た。主要研究設備の改良設備費で購入した高分解能赤外線サーモグラフィレンズを用いて,試料面の温度分布とその時間的変化を計測可能とした。更に,現有設備による表面撥水状態の画像解析結果との対応を検討可能とした。そして撥水性と,試料温度の位置的・時間的変化の把握とそれらに対する補正・校正技術について検討した。得られた知見撥水性は時間的にも場所的にも変化する。この撥水状態変化の原因は,固体面の温度分布とその変化,液体の表面張力と温度の変化,固体面の吸水状態の変化,固体表面の有極性成分の配向による時間的変化などである。これらのうち,吸水量とその深さは,表面設置くし形電極系の電極間隔を変えることにより評価可能であることが示唆された。固体面の撥水状態のばらつきとその時間的変化は,誘電特性の計測と撥水状態の動画像解析により評価した。そして,これらの撥水状態のばらつきや時間的変化に対して,固体面と液滴の温度の変化(表面張力は大きな負の温度依存性を有している)が,試料の吸水量の変化や劣化・配向など,試料表面状態の計測・評価結果にどの程度影響するのかを定量的に計測・評価することを目指した。その結果,試料温度の上昇は見かけ上撥水性を向上させる可能性があり,撥水性が低いほど撥水指標の変化が顕著であることが示唆された。・主要研究設備の改良。高分解能ビデオカメラを用いて,試料面の撥水状態を画像解析可能とした。前年度購入したサーモグラフィカメラでその温度分布を計測し,両者の時間的変化をふまえながら,表面温度と撥水状態を定量的に解析可能なシステムを構築した。そして,表面自由エネルギーの温度変化や位置的・時間的変化の把握とそれらに対する補正・校正技術の確立を進めた。・測定項目と方法。固体面と液滴で形成される撥水性は,時間的にも場所的にも変化してばらつきが多く,このことが試料間の比較や劣化状態判定に困難さを与えていた。これらの撥水状態変化の原因は,固体面の温度分布とその変化,液体の表面張力と温度の変化,固体面の吸水状態の変化,固体表面の有極性成分の配向による時間的変化などである。これらのうち,吸水量は試料の重量測定と誘電計測により評価可能であった。そして,これらの撥水状態のばらつきや時間的変化に対して,固体面と液滴の温度の変化が,試料の吸水量の変化や劣化・配向など,試料表面状態の計測・評価結果にどの程度影響するのかを定量的に計測・評価した。また,試料表面粗さの撥水性能への影響についても検討した。・得られた知見。撥水性を計測する試料面の温度が低いと,室温の噴霧液を用いた観測では,撥水性は見かけ上低く観測され,試料面の撥水性能が低いほど,その見かけの低下はより顕著となることが確認された。また,試料面の温度が高いと,撥水状態は良く評価されることが,用いた5種類の試料により確認された。更には,以上に比べて試料表面粗さの変化は,より大きな撥水性能の変化をもたらすことが確認された。最終年度には,この試料表面粗さと温度の撥水性評価への影響を詳細に検討していく。主要研究設備の改良。高分解能ビデオカメラを用いて、試料面の各部分ごとの撥水状態を同時撮影して画像解析可能とした。サーモグラフィカメラで計測した各対象部分の温度と、撥水性の時間的変化の同時計測により、試料表面温度とその撥水状態の関係を定量的に解析可能なシステムを構築した。これらにより、表面自由エネルギーの温度変化や位置的・時間的変化の把握と、それらに対する補正・校正技術の確立を進めた。測定項目と方法。撥水性はスプレー(STRI)法と接触角法の両方の手法により計測した。

また、試料面温度・表面荒さ・試料の種類や吸水状態などが撥水性の評価結果に及ぼす影響を5種類のシリコーンゴム試料を用いて比較・検討した。吸水量は試料の重量測定と誘電計測によっても評価した。本研究により得られた知見は次の通りである。1.撥水性を計測する試料面の温度が低いと、室温の噴霧液および水滴を用いた観測の両方で、撥水性は見かけ上低く観測され、試料面の撥水性能が低いほど、その見かけの低下はより顕著となる。逆に試料面の温度が高いと、撥水状態は良く評価される。2.接触角法は撥水性の良い状態、スプレー法は撥水性の低下した状態を評価するのに適する。3.撥水性形成過程の水滴面積と円形度の動的変化により試料の劣化や撥水性を評価できる。4.誘電特性により撥水性と同様に試料の種類や吸水状態等を評価可能である。撥水性と誘電特性は必ずしも吸水量と比例関係を示さず、充填材表面等での水の分布状態が大きく影響する。5.試料表面粗さの変化は、より大きな撥水性能の変化をもたらす。特に表面荒さの大きさに加えてその周波数により、撥水性能をコントロールできる可能性が示唆された。6.以上について、関係する電気学会調査専門委員会で国内の主要研究者と議論するとともに、電気学会研究会・全国大会シンポジウム・国際会議等で発表した。工学
尿流動態の3次元評価とナビゲーション開発

前立腺肥大症患者の前立腺部尿道に対するα1ブロッカーの作用について、客観的且つ定量的に画像評価する方法は無く、千葉大学泌尿器科と工学研究科により、メカニズム解明に向けて、尿流シミュレーションシステムを開発し臨床応用を行ってきた。前立腺肥大症の責任部位の同定とfocal therapyを目的としたEndourologic surgery assistedsystemの開発を目標と位置付けて、臨床応用を計画し研究を行ってきた。尿流の可視化とシミュレーションシステムが臨床応用可能であることは明確となったが、主任教授退官や共同研究者の転任などもあり、ナビゲーションシステムの開発には至らなかった。前立腺部尿道内腔の3次元モデルを用いた尿流シミュレーションシステムを構築し、α1ブロッカー内服治療による前立腺部尿道の尿流改善効果の可視化と病態責任部位の同定を目的として、臨床応用計画と研究を行ってきた。今年度は、3次元システムの構築のブラッシュアップに焦点を当てて研究を推進してきた。具体的には、3次元システム構築は、前立腺部尿道の内視鏡引き抜き映像を用いて、パーソナルコンピューター上で画像処理を行うことで3次元画像を作成するが、この工程で内視鏡の光源とその光が届く距離によって、3次元化された画像に誤差が生じることが判明した。その誤差自体が修正可能かどうかの検討を進め、それと並行してシステム自体の最新化が必要かを過去の症例の画像を元に再検証を行った。そのため、新規の症例登録は最小限に留め5例となっている。撮影の誤差の修正も可能と考えられたが、光源の強さや輝度によって誤差がもたらされるので、前立腺部尿道内を撮影時に輝度の自動調整を行う方法と行わないで固定する方法を試行した。輝度を固定すると前立腺部尿道の空間の広さや出血の有無によって3次元化されたときに大きな誤差となることがあるため、再現性が乏しくなってしまうことが判明し、輝度は自動調整で行うことで同一症例でも再現性が保持されることが判明した。3次元化された前立腺部尿道のモデルは、排尿時をイメージして作成しているが、排尿時に刻一刻と変化することが予想される尿道内腔に対応することは困難と考えられた。そこで、3Dプリンターを用いて弾力のある尿道モデルを作成し、そのモデル内での尿流シミュレーションも並行して検討するシステムの最新化も検討中である。概要でも述べたが、3次元システム構築は、前立腺部尿道の内視鏡引き抜きに映像からの画像処理を元に3次元画像を作成するが、この工程で内視鏡の光源とその光が届く距離によって誤差が生じることが判明した。その誤差事態がを修正可能かの検討と、システムの最新化が必要かの2点をポイントとし、過去の症例の画像を元に再検証を行いつつ、システム自体の誤差軽減に向けた改築を行ってきた。そのため、新たな症例の登録は最小限となり5例ほどとなっている。撮影の誤差の修正も可能と考えられるが、システム自体も最新化を進めることで、さらにシミュレーションの質が上がると考えており、遠回りしているようであるが、確実なデータを採取することができると考えている。今年度は、3次元システムの安定に焦点をあてて検討を行ってきた。具体的には、3次元システム構築が、前立腺部尿道の内視鏡引き抜き映像を用いて、パーソナルコンピューター上で画像処理を行うことで3次元画像を構築するが、内視鏡の光源とその距離によって明度に差があり、その差が3次元画像上で大きな誤差として処理されることが判明したため、修正が可能かどうかの検討を行った。修正するためには、明度によって偽の内腔として表示される部分を同定することと、その部位を削除し真の内腔として表示するためのシステムが必要だが、その開発には工学部においても困難と判断された。一方同時に光源の明度の自動化と明度の固定での検討も行い、明度自動調整において再現性が得られることが判明したため、再度検討を行ったが、自動調整においても誤差自体はどうしても発生が避けられなかった。3次元前立腺部尿道モデルは、排尿時をイメージして作成が開始されたが、排尿中には尿道内腔が変化するため、そのすべてを内視鏡映像から抽出し3次元化することは困難と考えられた。そのため、研究開始時に千葉大学工学部で共同研究を行っていたスタッフ、(現ウォータールー大学博士研究員)と高感度のエコー画像を用いて、前立腺部尿道内の尿流をとらえる方法も並行して検討している。その検討で、今まで行ってきた内視鏡画像からの尿流シミュレーションと好感度エコーでの尿流との差を把握し再現性の向上を検討している。概要でも記載した通り、システムの質が安定し向上するまでの間は、実臨床での応用を検討する段階ではないと判断したため。現在は、高感度エコーによる尿流と、内視鏡からの映像の尿流シミュレーションとの相違を検証することに専念している。前立腺肥大症患者の前立腺部尿道に対するα1ブロッカーの作用について、客観的且つ定量的に画像評価する方法は無く、治療効果を有する事は解っていてもそのメカニズムは解明されていないことに対し、千葉大学泌尿器科と工学研究科において、メカニズム解明に向けて、内視鏡画像から得られた情報を基に尿流シミュレーションシステムを開発し臨床応用を行ってきた。研究の最終的な目的は、今まで行ってきた前立腺肥大症患者の前立腺部尿道内の尿流画像解析研究を継続し、前立腺肥大症の責任部位の同定とfocal therapyを目的としたEndourologic surgery assisted

systemの開発と位置付けて、尿流の可視化と病態責任部位の同定を目的として、臨床応用を計画と研究を行ってきた。今年度は、今まで行ってきた内視鏡映像由来の3次元尿流シミュレーションシステムの研究だけでなく、当初研究を共同で開始した千葉大学工学部助教のスタッフ(現在カナダ、ウォータールー大学博士研究員)と共同で高感度エコー画像を用いて、前立腺部尿道内の尿流をとらえる手法も模索し検討してきた。現在まで行ってきた3次元システムは尿道内視鏡からの画像解析であり、内視鏡から発する光源の光量によってはどうしても誤差が生じてしまっていたが、カナダウォータールー大学の手法であれば、高感度エコーの映像から尿流を可視化することが可能であることから、再現性がより高められる可能性があることが判明した。そこで、現在までの3次元システムとの誤差なども検出できればと考えたが、日本とカナダでの共同研究であることから、直接対話も数回に留まったため難航した。また、高感度エコーによる尿流解析の精度は高いながらも画像解析に要する時間が長いことや費用も掛かることから、実臨床に応用するには時間が必要であることも課題となった。前立腺肥大症患者の前立腺部尿道に対するα1ブロッカーの作用について、客観的且つ定量的に画像評価する方法は無く、千葉大学泌尿器科と工学研究科により、メカニズム解明に向けて、尿流シミュレーションシステムを開発し臨床応用を行ってきた。前立腺肥大症の責任部位の同定とfocal therapyを目的としたEndourologic surgery assistedsystemの開発を目標と位置付けて、臨床応用を計画し研究を行ってきた。尿流の可視化とシミュレーションシステムが臨床応用可能であることは明確となったが、主任教授退官や共同研究者の転任などもあり、ナビゲーションシステムの開発には至らなかった。システム自体の最新化が進む事が考えられるため、来年度は症例の新規登録と解析を積極的に行っていく予定である。また、3次元モデルを3Dプリンターを用いて実際に模型として作成することで、実際にPCの仮想空間だけでなく、実モデルに水流を起こし解析する実験も並行して行っている。こちらのデータも解析し、仮想空間と実臨床との差を埋めていく努力を行っていく。高感度エコーによる尿流と、内視鏡からの映像の尿流シミュレーションによって、示された内腔を3Dプリンターを用いて、弾性のあるモデルを作成しシミュレーションを行っていくことでより実際の排尿状態に近いものが目指せるのではないかと考えている。医工学
ソフトウェアイベントビルディングによるオンラインデータ収集システムの研究

昨年度迄の研究により、ソフトウェアイベントビルダーの基本的な部分、すなわちFastEthernetによるデータ転送、および受けとったデータのイベントビルディングのソフトウェア開発は一応完了しており、それぞれのプロトタイプが存在していたので、本年度はこれを用いて実際にBELLE実験に使用するための最終的なシステムの設計を行なった。本研究の最初のデザインでは12個以上からなる検出器サブシステムからのデータを1台の大型のSMPサーバーで受け、その上のソフトウェアでイベントビルディングを行う方針であった。しかしこのためのSMPサーバーが大変高価であるという問題があった。最近では小型のPCサーバーが大幅なコストダウンを達成しており、これを使用することで大型のSMPサーバーの1/10程度のコストで同等の性能を出すことができる。しかしこの場合は1台のサーバーでは能力に限界があり、所定の性能をだすことができない。そこで、このようなPCサーバーを複数ネットワークで接続した環境で、ソフトウェアイベントビルディングを行なうことができるようにソフトウェアの改良を行なった。また昨年まではネットワークにFastEthernetを使用していたが、さらに高速なGigabitEthernetの使用を試み、2入力1出力の場合で40MB/sec迄の転送速度がだせることを確認した。以上のような変更を基に、ソフトウェアイベントビルダーを用いたBELLEでデータ収集システムの設計を行ない、Computing in High Energy Physics国際会議で発表を行なった。
植物の矮性に関する生理的特性の解析

ジベレリン欠損矮性突然変異体(d5)と正常高性(N)トウモロコシの中胚軸をに於て、表皮細胞の接線方向面(Epーt)と半径方向面(Epーr)、及び皮層細胞の半径方向図(Cーr)とについて、細胞壁微小管(MT)の配向を蛍光坑体で比較観察した。また、GAの影響も調べた。Epーtでは、d5でもNでも、斜配向が一般的であるが、d5で特に顕著であり、下方の組織ほど縦配向が増加する。伸長軸に直角にはいこうするMTは、d5では上部のごく限られた区域でのみ見られた。Epーrでは、Nもd5もMTはほとんど直角配向であるが、d5のみ若干斜配向が認められた。Cーrでは、Nはすべての細胞が直角配向のMTを示したのに対して、d5はかなりの細胞が、特に、下方の組織で斜配向のMTを示した。いずれの細胞でも、Nでもd5でも、GA処理により、MTはほとんどすべて直角配向に変わった。矮性成長は、内生のGAの生産が限られているため、直角配向のMTを持つ細胞が少ないことに関連していると推定される。2.d5とNの第2葉鞘の細胞壁組合を比較すると、量的割合で両者に有為さのあったのは、ヘミセルロ-ス(HB)分画であり、d5の方が含量多かった。HB分画の構成分子の分子量分布を調べると、d5のHBは高分子領域にピ-クがあり、NのHBは低分子領域にあることがわかった。また、GA処理により、d5の葉鞘が伸長促進されるい場合、d5のHBはNのHBと同程度の分子量域へとシフトした。この結果は、伸長成長には細胞へ基のHBが大きくかかわっていること、GAによる細胞伸長促進作用はこの細胞壁のHBと何らかの関係があることを示唆している。1.暗所で育てたトウモロコシ矮性d_5(ジベレリン欠損突然変異)と高性正常体の中枢軸の幼葉鞘節下4mmの区域において、表皮細胞の接線方向(Ep-t)と半径方向(Ep-r)の面、及び皮層細胞の半径方向(Cor)の面について、細胞壁微小管(MT)の配向を蛍光抗体法により観察比較した。また、ジベレリン(GA)の影響も調べた。Ep-tの面では、d_5も正常体も、上部の細胞において、伸長軸にたいして直角に配向するMTが認められた。区域の下方になるほど斜めまたは縦配向となった。特にd_5においては、直角配向のMTをもつ細胞は幼葉鞘節直下の部分に限られた。他方、Ep-rの面については、正常体では区域のすべてで直角配向のみ認められたのに対し、d_5では、斜め配向もあり、区域の下の部分になるほどその頻度が高かった。Corの面については、正常体、d_5共に、区域全体にわたって直角配向のMTをもつ細胞が圧倒的に多いが、d_5ではその割合は正常体よりも少なく、特に下の部分ではそうであった。GA処理により、d_5中胚軸の伸長は促進した。それと共に、Ep-t及びEp-rの面におけるMTの配向も区域全体の細胞にわたってほぼ直角配向に変わった。Corの面については直角配向のMTのみ認められた。これらの結果は、GAがMTの配向に影響を及ぼし、細胞の伸長軸に対して直角配向のMTを増やすというこれまでの知見を支持するものである。

また、トウモロコシの矮性d_5は内生GAの生産が限られているため、直角配向するMTをもつ細胞は幼葉鞘直下の区域に限られることが、矮性生長の一因となっているものと推定される。2.同上の材料において、細胞壁のセルロ-ス・ミクロフィブリルの平均配向を偏光顕微鏡で観察比較したところ、それはMTの平均配向と一致したパタ-ンを示すことが分った。細胞壁組成について:トウモロコシのジベレリン(GA)欠損矮性突然変異d5の場合、その分離正常(高性)体との間で有意差がみられたのは、ヘミセルロ-スB(HB)分画であり,d5の方がその含量は多かったHB分画の構成分子の分子量分布をgel permeation HPLCで分析すると、d5のピ-クは約8Kdにあって,正常体のピ-クが0.3Kdにあるのに比べて高子量の分子種からなっていることが分かった。d5をGAで処理すると、HB分画の含量も正常体程度に低下し分子分布のピ-クも低い方シフトすることが分かった。この結果は、伸長成長には細胞壁のHB分が大きく関わっていること,GAの作用はこの分画と関係があることを示している。他方、正常体の数十倍ものGAを産し、GA受容体異常の突然変異と考えられている矮性トウモロコD8では、HB分画の量はその分離正常体よりやや多く、より多くの高子量分子種を含んでいた。しかし、分子量分布のピ-クは両者とも、約20Kdであり、d5の正常体の場合に比べて高いところで、ほぼ致していた。D8では、d5に見られるような、正常体との間に顕著な違い見られなかった。D8は細胞壁以外に矮性の主な原因があるとも考えられる。内生IAA量について:矮性発現とIAA含量とが報告されているので、上記材料について検討した。IAAは常法によ抽出、GCーMSで測定した。d5では、IAA含量は正常体に比べて低かったが、GAはこれに対して影響がなかった。また,D8では,その分離正常体との間に差は認められなかった。これらのことから、トウモロコシd5との矮性発現は内生IAAのレベルとは直接関がないものと思われる。
Virtual Engineeringによる巨大脳動脈瘤に対する血管内治療の開発

当施設の臨床症例のデータベースより治療が困難なタイプの動脈瘤、すなわち大型・巨大脳動脈瘤症例、小型でもコイル塞栓術後に再発した症例、経過中に動脈瘤が増大した症例を10例収集した。これら脳動脈瘤の3次元データ(DICOM画像)を解析し、親血管の血管径や分岐角度、動脈瘤への血液流入角度、瘤のネック部における壁面せん断応力(WSS)や壁面圧などのパラメーターについて、CFD(Computational Fluid Dynamics)解析ソフトを用いて解析した。それぞれの脳動脈瘤について、その発生に関連する要因を検討した。初期の解析結果として、形態学的な特徴量による因子として、動脈瘤中心軸のprojectionと、血流に沿った親血管の走行軸とのなす3次元的位置関係が鋭角になるほど動脈瘤の増大傾向を認めた。また動脈瘤部位が中枢側にあるもの、動脈瘤ネック径が大きいもの、親動脈の血管径が大きいのもで大型、巨大脳動脈瘤となる傾向を認めた。CFD解析においては、Pre processingにAvizo、SolverにSCRYU/TETRA、Post processingにSCRYU Postを用いて解析した。解析条件は、定常解析で行い、血液をニュートン流体として、また血管壁は剛体壁として解析した。メッシュサイズを5000001000000、入口条件は延長有り、流量指定は血管径に応じて入り口WSSが2Paになるようにした。出口条件は延長なしとし、圧力指定を0Paで行った。WSSおよびWSS gradientの値に注目して解析したが、現在のサンプル数においては、形態学的特徴量及びCFDバラメータともに統計学的に有意な大型脳動脈瘤の発生要因は示されていない。今後もサンプル数を追加して現在の解析を継続する。脳動脈瘤のサンプル数が当初の予定よりやや少ないこと、解析ソフトの納入が遅れたことから、当初計画より研究課題の進捗状況はやや遅れている。CAD(Computer Aided Design)の手法を用いて、人工的な脳動脈瘤モデルを分岐部型、side-wall型、小型、大型、巨大型など臨床の病型に即した様々な仮想脳動脈瘤を作成する。それぞれについて昨年度の結果を参考に発生要因を求め、改変することによる流体力学的な影響を、CADソフト、CFD解析ソフト、3Dデータ解析ソフトなど、コンピュータによるvirtual simulationの技術を用いて解析する。シミュレーションを繰り返し、動脈瘤の発生要因(IF)を弱めて治癒を誘導する3次元的な血管構造の変化を導き出す。流体解析ソフト及びワークステーションのバージョンアップが予想されるため、研究予算の次年度への繰越を行った。翌年度分として請求した助成金と合わせてこれらの購入及びバージョンアップ費用として使用する計画である。
直接撮像で探る巨大ブラックホール最近傍におけるガス噴出機構

本研究の目的は国立天文台の野辺山45m電波望遠鏡(以下NRO45)を含めた日韓合同短ミリ波VLBI(超長基線電波干渉計)観測網を構築し、巨大BHの近傍からガス噴出流の速度場を精密に計測することによりガス噴出機構の解明を目指すことである。そのため、本年度は当初計画通り1)NRO45搭載用86GHz帯受信機の改修、および2)NRO45用広帯域VLBI記録システムの導入、を実施した。1)については多周波同時受信システムに最適化した受信機への改修(局所信号入力経路の変更および信号伝送素子の開発)を行い、各素子の正常動作も確認できた。2)については2018年度末までに動作確認まで終了できたため、2019年度初旬に山口大学にて試験観測を実施することでNRO45へ設置できるようになる。加えて、NRO45のアンテナ直下にある受信システムから、別棟に設置予定の記録システムまで信号を伝送するための光ファイバの敷設も終了した。また、当初2020年度までに行う予定であった一般相対論的磁気流体(GRMHD)数値実験の実施については、粗めの分解能という条件付きではあるものの観測と比較可能な空間スケールに渡る噴出流の時間発展を追うことに成功した。数値実験の試験が予定を前倒しして実施できたことで、初年度終了時点で本研究の目的を達成するための土台を固めることができたと言える。2018年度の進捗状況について国内外の研究会において報告を行った。観測システムの構築については、当初計画通りに進められている。一方、数値実験については当初予定よりも早く試験を行える状況にまで進んだ。従って、研究計画全体としては概ね順調もしくは当初の予定よりも進展していると判断する。2019年度はNRO45の多周波VLBI観測システムの確立に注力する。具体的には年度を通じて以下の手順で計画を進めていく。初旬は山口大学において広帯域VLBI記録システムの試験の実施およびVLBI観測に利用可能であることを検証を行なった上で、広帯域記録システムをNRO45へ搭載を目指す。記録系の整備と並行して86GHz受信機の制御システム構築する。中旬にはNRO45へ86GHz受信機を搭載し単体試験・評価の実施(単一周波数・単一望遠鏡による測定実験の実施)を行う。その結果を踏まえた上で、日韓による86GHz帯のVLBI試験観測の実施を目指す。下旬はVLBI試験観測で得られたデータを用いた評価(装置へのフィードバックおよび必要に応じて再試験)を行い、86GHz帯VLBI観測体制を確立させることを目指す。また、可能であれば日韓で多周波VLBI試験観測を実施し性能評価までを行う。
ミトコンドリア毒による線条体細胞死の機序の解析とその防御法の確立

ラットにミトコンドリア呼吸鎖toxin(3-nitroptopionic acid,3-NPA)を投与すると外側部の線条体が特異的に傷害される。本研究では3-NPAの急性投与および慢性投与によりハンチントン病モデル動物を作製し、線条体特異脆弱性のメカニズムとその防御法について研究した。その結果、1.3-NPAに対する線条体特異脆弱性のメカニズムとは、1)大脳皮質から大量に入ってくるグルタミン酸によるtoxicity、2)黒質から大量に入ってくるドパミンのtoxicity、3)線条体外側部を養う外側線条体動脈の特異性脆弱性(解剖形態学的特異性、機能的特異性)、及び4)BBB破綻後、血管を取り巻くグリアエンドフィートによる3-NPAの取り込みとそれに基づくアストロサイトのネクローシス、その結果おこるニューロン死、が総合されたものであることを明らかにした。2.ニューロン死の最初期過程をangyrophil III法を用いて解析した。argyrophil陽性のdark neuronは細胞内骨格(mirotubule,neurofilament)の一時的な傷害を反映していること、また大半は回復するが、一部はアポトーシスに陥ることが判った。3.細胞死のベースにはラジカルの異常産生がある。ラジカルスカベンジャーであるメラトニンはアストロサイトを防御し、ひいてはニューロン死を保護することを見つけた。4.脳障害動物への神経細胞/神経幹細胞の移植によって機能の再建をえた。ミトコンドリア呼吸鎖毒(3-nitropropionic acid,3-NPA)をラットに全身投与すると、急性脳症状を示し、線条体の外側部が選択的に傷害される。この線条体の特異脆弱性については、1)グルタミン酸毒性の閾値の低下、2)ドパミン毒性、3)外側線条体動脈の脆弱性が深く関与すること報告してきたが、本年度は、線条体細胞死の機序として、さらに以下のことを明らかにした。1)外側線条体動脈の内皮細胞ではNO代謝が他の脳血管より高く、3-NPAによりさらにNO代謝が高進する。2)その結果、外側線条体動脈の内皮細胞の傷害、BBBの破綻、血漿成分の漏出がおこる。3)漏出した3-NPAは、血管を取り巻くアストログリアのend-feetによって取り込まれるため、アストログリア細胞が選択的にネクローシス(細胞の膨隆、破裂)に陥る。一方、少量の3-NPAを長期間にわたり投与すると慢性的に線条体の外半部が傷害され、下肢の麻痺、筋力の低下、運動不全がおこった。この慢性線条体傷害動物に胎仔線条体細胞を移植すると、よく生着し、neuriteを伸長することがわっかた。ラットにミトコンドリア呼吸鎖toxin(3-nitropropionic acid,3-NPA)を投与すると外側部の線条体が特異的に傷害される。本研究では3-NPAの急性投与及び慢性没与によりハンチントン病モデル動物を作製し、線条体特異脆弱性のメカニズムとその防御法について研究した。その結果、1.3-NPAに対する線条体特異脆弱性のメカニズムは、1)大脳皮質から大量に入ってくるグルタミン酸によるtoxicity、2)黒質から大量に入ってくるドパミンのtoxicity、3)線条体外側部を養う外側線条体動脈の特異脆弱性(解剖形態学的特異性、機能的特異性、及び4)BBB破綻後、血管を取り巻くグリアエンドフィートによる3-NPAの取り込みとそれに基づくアストロサイトのネクローシス、その結果おこるニューロン死、が総合されたものであることを明らかにした。2.ニューロン死の最初期過程をargyrophilIII法を用いて解析した。argyrophil陽性のdark neuronは細胞内骨格(microtubule,neurofilament)の一時的な傷害を反映していること、また大半は回復するが、一部はアポトーシスに陥ることが判った。

ラジカルスカベンジャーであるメラト二ンはアストロサイトを防御し、ひいてはニューロン死を保護することを見つけた。4.脳障害動物への神経細胞/神経幹細胞の移植によって機能の再建をえた。
イオン性高分子物質のHPLCにおける分離機作の解明と分離条件設定のための基礎研究

シリカゲル,多孔性グラス,親水性基修飾シリカゲル,ジヒドロキシメタクリレートゲル,ポリエーテルゲルをそれぞれ充てんしたカラムを用い,濃度, pHの異なるリン酸緩衡液およびこれに塩化ナトリウムを種々の割合で混合した溶液を移動相として,タンパク質,およびポリスチレンスルホン酸ナトリウムのサイズ排除クロマトグラフィー(SEC)を実施した.非イオン性水溶性高分子であるプルランのSECでは,移動相のイオン強度, pHに関係なく,純粋なサイズ排除効果のみで分離されることを見出したが,イオン性高分子では,イオン強度の低いところではイオン排除効果により,ほとんどゲル細孔に浸透することなく,カラムから溶出し,イオン強度の増加とともに溶出が遅れ,プルランの較正曲線(分子量の対数と保持容量の関係を図示したもの)上にのり,さらにイオン強度を増加することにより,この曲線を越していくことが認められた.すなわち,イオン排除効果,サイズ排除効果,吸着効果のそれぞれの大きさが,イオン強度によって影響されることを示している.タンパク質の場合には移動相のpHの影響も認められ,塩基性,酸性,中性のタンパク質によって適切なpHの選択が必要であることを見出した.サイズ排除効果を主効果とし,溶質分離と保持容量の関係を図示してプルランのそれと比較することにより,吸着やイオン排除を2次効果としてその量的把握を行う方法を確立した.またDebye-Hvckelの電解質理論を適用し,イオン強度の増加とともに,充てん剤細孔容量の増加と溶質分子の流体力学的体積の減少を示す式を考察し,実測値との比較を行った.この理論式と実測値から得られた関係式から,理論値に近いもの程, 2次効果が小さいことが分り,この方法により, 2次効果の量的把握とサイズ排除効果からのずれの予測を可能とした.多孔質ガラスを用いたSECが最も2次効果が小さいことが認められた.シリカゲル,多孔性グラス,親水性基修飾シリカゲル,ジヒドロキシメタクリレートゲル,ポリエーテルゲルをそれぞれ充てんしたカラムを用い,濃度, pHの異なるリン酸緩衡液およびこれに塩化ナトリウムを種々の割合で混合した溶液を移動相として,タンパク質,およびポリスチレンスルホン酸ナトリウムのサイズ排除クロマトグラフィー(SEC)を実施した.非イオン性水溶性高分子であるプルランのSECでは,移動相のイオン強度, pHに関係なく,純粋なサイズ排除効果のみで分離されることを見出したが,イオン性高分子では,イオン強度の低いところではイオン排除効果により,ほとんどゲル細孔に浸透することなく,カラムから溶出し,イオン強度の増加とともに溶出が遅れ,プルランの較正曲線(分子量の対数と保持容量の関係を図示したもの)上にのり,さらにイオン強度を増加することにより,この曲線を越していくことが認められた.すなわち,イオン排除効果,サイズ排除効果,吸着効果のそれぞれの大きさが,イオン強度によって影響されることを示している.タンパク質の場合には移動相のpHの影響も認められ,塩基性,酸性,中性のタンパク質によって適切なpHの選択が必要であることを見出した.サイズ排除効果を主効果とし,溶質分離と保持容量の関係を図示してプルランのそれと比較することにより,吸着やイオン排除を2次効果としてその量的把握を行う方法を確立した.またDebye-Hvckelの電解質理論を適用し,イオン強度の増加とともに,充てん剤細孔容量の増加と溶質分子の流体力学的体積の減少を示す式を考察し,実測値との比較を行った.この理論式と実測値から得られた関係式から,理論値に近いもの程, 2次効果が小さいことが分り,この方法により, 2次効果の量的把握とサイズ排除効果からのずれの予測を可能とした.多孔質ガラスを用いたSECが最も2次効果が小さいことが認められた.
回路活動データの解析法と局所神経回路のモデリング

測定技術の進歩により、脳研究は詳細な回路メカニズムを解明する段階に入りました。そこで多電極記録や光計測によって得られるデータから、多数の神経細胞の活動を半自動的に分離するための新しい数学的手法を提案しました。また大脳皮質回路の非ランダム構造が自発発火生成や、記憶と意思決定の情報表現において果たす役割を、神経回路モデルを構築して明らかにしました。また脳がそのような構造を獲得するシナプス可塑性機構を理論的に同定し、それを用いた聴覚野神経回路モデルが、雑音の存在下で複数の音声信号を分離して認識できることを示しました。これはカクテルパーティ効果と呼ばれています。最近、他の研究グループによって考案された新しいスパイク検出法を、我々が開発したロバスト変分ベイズに基づくスパイク・クラスタリング法と組み合わせるなどして、多細胞のスパイク分離の精度と計算速度を、著しく向上させることに成功した。この成果は現在、論文にまとめている。また、記録した神経集団の活動から、メゾ回路の構造や性質についての情報を引き出すために、集団活動の時系列パターンの特徴を検出する新しい数学的手法の構築を試みた。具体的には非線形カーネル法を用いて、多細胞の神経活動パターンにおいて、発火活動の類似性の分散が最大になる次元の検出を行った。そのような次元が特徴をもっとも良く表現していると考えられるからである。得られた手法をラットの運動野から記録した多細胞データに適用し、アーム運動と多細胞活動の特徴を関連付けることに部分的に成功した。現在、最適なパラメターの探索と、更なる方法論の修正を試みている。単一ニューロン上で、シナプスの強さはガウス分布ではなく、対数正規分布に従うことが、さまざまな実験でわかってきた。解析的計算で得られた結果と、既存のシナプス可塑性モデルを見比べることにより、対数正規分布に従うシナプス強度の分布を自己組織化する新しいスパイク時間依存の可塑性(STDP)のモデルを考案した。またそのモデルを用いて、入力の相関構造が変化した場合に、既存の可塑性モデルでは困難であった、神経回路の再学習が容易にできることを示した。現在、論文を投稿中である。視覚野の6層構造をもつ局所回路モデルを構築し、視覚的注意現象の局所回路メカニズムを数値シミュレーションなどによって解析した。このモデルは過去の実験結果を説明するのみならず、2/3層と4層の相互作用が、注意の切り替え時間を短くするために必要なことを予言した。多電極記録は、神経細胞集団の活動をミリ秒レベルの時間精度で測定可能な唯一の実験手法であるが、計算速度と精度の高いスパイク分離法が必要になる。以前、報告した変分ベイズ法による多細胞スパイク分離法の特長検出とスパイク構造化にさらに改良を加え、多様な発火パターンが混在する場合にも有効な手法を開発した。この方法の実用的意義は大きい。解剖及び電気生理実験のデータを用いて、層構造をもつ大脳皮質視覚野局所回路の大規模シミュレーションモデルを構築し、モデルを用いてトップダウンの注意信号による、視覚野神経細胞の刺激応答の調節と神経メカニズムを調べた。その結果から、応答の調節パターンは層依存的であることを、初めて理論的に予言した。池谷らの計測データに基づいて、海馬CA3とCA1を含むメゾ回路構造をモデル化し、実験で観察される演算機能を生み出す神経回路の学習メカニズムを同定した。近年、シナプスコンダクタンス(EPSP)の分布は、正規分布ではなく、長いテールを有する対数正規分布に従うことが明らかになっている。しかしそのような分布を生み出すメカニズムはよくわかっていない。そこで、シナプス強度の分布を自己組織化するシナプス可塑性ルールを理論的に導出した。また他のモデルに比較して、スパイク入力のわずかな同期レベルの違いの検出や、外部入力の相関構造の変化を追従できる柔軟性などにおいて、機能的に優位であることをモデルの解析のよって示した。パーキンソン病に見られるような大脳基底核の異常な同期振動活動の発生メカニズムを、回路モデルを構築して解析した。さらに大脳基底核神経回路による行動選択のモデルを例に取り、数十万個程度のニューロンで構成される局所回路の振る舞いを、リアルタイムにシミュレーションする技術を開発した。メゾ回路モデル:大脳皮質神経回路はさまざまな非ランダムな特徴をもつことが知られている。興奮性シナプス強度の対数正規分布を取り入れた神経回路モデルに、密に結合したニューロン・クラスターを導入すると、実験的に知られている結合の統計性がよく再現できることを示した。またニューロモルフィック技術の発展を促すため、このような神経回路の発見とその情報処理の特徴を、工学者向けに紹介するレビューを執筆した。興奮性シナプスの可塑性と、抑制性シナプスの可塑性の協同によって、複数のシナプス経路から特定の経路を入力依存に選択する機構を理論的に提案し論文発表した。

さらに大脳皮質局所神経回路が刺激依存にセル・アセンブリを自己組織化し、安定の保持するためには、対数型STDPとシナプスの短期可塑性が強調して働く必要があることを理論的に証明した(論文投稿中)。また、リカレント神経回路を用いて入力情報を確率的にサンプリングし、ベイズ推定を行うためのメカニズムを複数検討した。この結果については、もう少し理論的な理解を深める必要がある。データ解析法:多細胞記録実験のスパイク分離手法の第一段階であるスパイク検出は今まであまり検討されてこなかった。そこでベイズ推定を用いて検出されたピーク信号がスパイクである確率を推定することで、信頼度を最適に調節しながら検出する手法を提案した。内部状態モデルによってスパイク発火の非定常性を加味した情報幾何学的手法を用い、運動野の多細胞記録データに見られる同期や相関構造を解析し、層依存の効果を見出した。光計測により得られた画像信号の時系列から、数百個の神経細胞の位置とCa2+活動を同時に正確に同定する手法を完成させた(論文を執筆中)。大脳皮質局所回路の動力学と情報表現の関係を理解するために、神経集団活動の数学的解析手法の開発や、神経回路のモデル化などを行った。多細胞スパイク列の時系列構造を検出するための新しい数学的手法を開発した。多電極記録法に必要な多細胞スパイク列の分離アルゴリズムの新しい手法を導入し、テトロードより深さ方向の情報を得やすく、実用上の重要性が高い、線形プローブ記録に適応させることに成功し、論文発表を行った。現在、この方法をさらに発展させ、従来法の2倍程度(1テトロードあたり数十個)の神経細胞の発火活動の同時記録を可能にした。運動野皮質から記録した多細胞記録データに独立成分分析や情報幾何学の方法を適用し、上層と下層の局所膜電位の行動依存の振動成分の変化や、神経発火の同期を見出した。とくに運動実行時に深層に、今まで知られていなかった低周波数ガンマ波(<50Hz)が強く現れることを明らかにした。この結果は運動実行時の運動野の振動活動は高周波数ガンマ波(>50Hz)だけではないことを示している。非負行列分解法に基づく画像時系列データの構造解析手法を開発し、カルシウム蛍光測定法で海馬から記録された画像データに適用し、百個程度の神経細胞の位置と活動を検出することに成功した。より大規模な神経細胞集団に適用可能なものにするために、プログラムの並列高速化を行っている。回路モデルでは、配線構造の非ランダム性を考慮した大脳皮質局所回路モデルを構築し、自発発火とワーキングメモリ活動を統一的に実現した。また非ランダムな神経回路が自発的に生成する時系列活動を可塑性ルールで読み出すことで、意思決定を行うラットの前頭葉に見られる神経集団活動の“軌道"生成をモデル化し、確率的意思決定と神経ダイナミクスに強い関係があることを明らかにした。大脳皮質の神経回路は、疎らで非常に強いシナプスと、非常に多数の弱いシナプスによって形成されていることが近年明らかになってきた。
統合的網羅解析によるポリＡ分解酵素の機能解明

mRNAの3末端付加されたポリA鎖は,mRNAの安定性と翻訳効率の両方に影響を及ぼす重要な要素と考えられている。本研究ではシロイヌナズナのポリA分解酵素のひとつであるAtCCR4a/4bに着目して,変異株を用いた遺伝学的解析と生化学的解析を組み合わせた研究を展開している。atccr4a/4b変異株は植物の成長に伴って,バイオマスの増加,概日時計の遅延などの様々な表現型を示す。つまりAtCCR4a/4bによるポリA長制御は植物の生育にとって重要な役割を持つといえる。この役割を理解するためには,AtCCR4a/4bが標的としているmRNAの単離が不可欠である。本研究ではatccr4a/4b変異株とそのコントロール株を用いて,ポリA鎖長を網羅的に検出するTAIL-seqを行うことで標的遺伝子群を同定し,さらに翻訳効率を網羅的に測定するRibo-seqとmRNA蓄積量の網羅的解析であるRNA-seqを組み合わせることで,mRNAの安定性と翻訳効率のどちらに影響をおよぼしているのかを明らかにすることを目指す。本年度はatccr4a/4b変異株が示すバイオマス増加の表現型に着目して,統合的網羅解析を行うための植物体サンプルの調整のための条件検討を行い,翻訳量を網羅的に測定するRibo-seqとmRNA量の網羅的測定であるRNA-seqを行った。胆振東部地震の影響で植物体サンプルの調整に予定外の時間を要したため,データ解析の途中ではあるが,統計的な解析に十分に耐えうる量および質のデータを得ることができた。また,TAIL-seqに関しては,新規に報告された方法を植物サンプルに対応させるための予備実験を進めた。新規の方法では,従来の方法では大きな問題であったrRNAの混入を大きく抑えることができ,ゆえに検出の感度を上げることもできる。また,実験にかかるコストを大幅に削減することができるという多くのメリットがある。mRNAのポリA鎖長はmRNAの安定性と翻訳効率に影響を与えうる転写後調節にとって重要な要素であり,厳密に調節される必要がある。モデル植物であるシロイヌナズナは複数のポリA分解酵素をもつ。いくつかのポリA分解酵素の逆遺伝学解析が行われ,それぞれが異なる表現型を示すことから,それぞれが別個の標的遺伝子をもつと考えられている。我々はポリA分解酵素のひとつであるAtCCR4a/bに着目して研究を進めている。atccr4a/b二重変異株は栄養応答やバイオマスなどの生育に関連する様々な表現型を示すことから,農学的観点からも重要なポリA分解酵素と考えられる。本研究ではatccr4a/b二重変異株とそのコントロール株を用いて,ポリA鎖長を網羅的に検出するTAIL-seqを行うことで標的遺伝子群を同定し,さらに翻訳効率を網羅的に測定するRibo-seqとmRNA蓄積量の網羅的解析であるRNA-seqを組み合わせることで,mRNAの安定性と翻訳効率のどちらに影響をおよぼしているのかを明らかにする。TAIL-seqとRibo-seqは植物においてはその研究例はいまだ限られており,本年度はそれらの実験系の確立に取り組んだ。Ribo-seqに関しては最近発表された論文(Hsu et al., PNAS, 2016)をもとに,我々が用いる植物サンプルに適した実験プロトコールへと改変し確立した。現段階で予備的なデータを得ており,今後詳細に解析を進める。TAIL-seqは動物細胞においてその手法は確立しているが(Chang et al., Mol. Cell, 2014, Lim et al, Genes & Dev., 2016),植物に適応させるためには実験手法に改良が必要であることが判明したため,さらなる予備実験が必要であることが明らかとなった。TAIL-seqは植物を対象にした場合は,当初予定していた方法ではうまくいかないことが判明し,予定外の予備実験が必要となったため若干遅れている。一方で,並行して進めているRibo-seqは我々の研究サンプルに適した実験系を確立することができ,RNA-seqとあわせてすでに予備的データを得ていることから,全体として考えるとおおむね順調といえる。本年度は植物サンプルに対応したTAIL-seq法の改良を行ってきたが,より効率の良い新規の方法が公開されたことに伴って手法の変更をすることにした。