hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
視覚・深度・力覚情報を統合的に利用するモデルフリーロボット教示

作業対象のモデルを用いることなく,カメラの見えに基づいてロボットに作業を教示することのできる「ビューベースト教示再生」手法に関する研究を行った.光弾性を用いて力情報を可視化することで力の制御が必要な作業への適用を可能にするなどの手法の開発により,視覚情報・深度情報・力覚情報を組み合わせて利用してロボット教示に適用できるようになった.また,開発した教示手法を押し操作や倣い作業を対象に実証した.本課題では,対象物や対象作業のモデルを明示的に与えることなしに,カメラ画像に基づくロボット教示を行う「ビューベースト教示再生」手法の研究を行っている.モデルという事前知識を与えないことによる制約はあるが,一定の範囲内で,教示したときと条件が変化しても対応可能な教示手法として開発を行っている.当該年度においては,実環境および仮想環境での研究開発を行った.実環境では,ロボットの指先に光弾性体を配置し,液晶ディスプレイを光源として偏光カメラで観測する実験システムを構築した.これにより力覚情報が可視化され,ビューベースト教示再生により一定の力での押しつけ作業,倣い作業などが実現可能であることを確認した.また,仮想環境においては,ビューベースト教示再生で用いる主成分分析などの計算をGPGPUで行う手法を開発・実装した.従来はCPUのSIMD (Single Instruction Multiple Data)命令および複数コアを利用した並列演算を行っていたが,それと比べ,CUDAを用いた新しい実装により,ビューベースト教示再生に必要な計算処理の大幅な高速化を実現した.また,仮想環境では従来は視覚情報のシミュレーションのみが可能であったが,深度情報についてもシミュレーションを可能にした.さらに,複数カメラを利用した,多視点画像に基づくビューベースト教示再生も行えるようにした.この仮想環境は,ビューベースト教示再生手法の開発・検証のテストベッドとして有用である.年度当初の研究実施計画では,光弾性を利用したビューベースト教示再生の実現性の検討と,GPGPUを利用した計算高速化を予定しており,いずれも一定の成果が見られたため.本課題では,対象物や対象作業のモデルを明示的に与えることなしに,カメラ画像に基づくロボット教示を行う「ビューベースト教示再生」手法の研究を行っている.モデルという事前知識を与えないことによる制約はあるが,一定の範囲内で,教示したときと条件が変化しても対応可能な教示手法として開発を行っている.当該年度においても,引き続き実環境および仮想環境での研究開発を行った.実環境では,前年度までに開発した,ロボットの指先に光弾性体を配置し,光弾性により力情報を間接的に可視化できる実験システムを用いて,力制御タスクへの検証を行った.その結果,倣い作業において,教示時と倣い対象の位置が変化しても,ビューベースト教示再生によって同様な押し付け力で倣うことができることを確認した.仮想環境においては,前年度までに開発した動力学シミュレータベースのシステムを利用して,マニピュレータによる物体のグラスプレス・マニピュレーションを対象に,深層学習を適用した.GPGPUを利用したCNN (Convolutional Neural Network)をビューベースト教示再生に導入することにより,複数回の教示を行った場合に,従来の手法(主成分分析と3層フィードフォーワードニューラルネットワークの組み合わせ)とほぼ同等の性能が達成できることを確認した.ただし,より高い教示性能と計算量の低減に向けてさらなる改善が必要である.課題開始当初の見込み通りでない部分もあるが,これまでにマニピュレータ,ロボットハンド,ヒューマノイドロボットなど,ビューベースト教示再生の適用範囲を広げる取り組みが進んでいることと,深層学習の導入やGPGPUの活用が行えているため.本課題では,モデルを明示的に与えることなく,カメラ画像に基づくロボットへの教示再生を行う「ビューベースト教示再生」について研究を行った.モデルという事前知識を与えないことによる制約はあるが,一定の範囲内で,教示したときと条件が変化しても対応可能な教示手法として開発を行った.具体的には,視覚情報・深度情報・力覚情報を統合的に利用できるようにすることで,多様な物体ハンドリング作業に適用可能なモデルフリーロボット教示手法に発展させることを目指した.そのため,光弾性を用いることでロボットに加わる力の情報を可視化し,カメラ画像に重畳させることによって,ビューベースト教示再生で力制御タスクを実現可能にした.また,GPGPUを用いることで,ビューベースト処理に必要な主成分分析の計算の高速化を実現した.また,主成分分析の代わりにオートエンコーダを用いるビューベースト教示再生手法の開発も行い,パラメータ設定に対する教示再生性能の変動が抑えられることを確認した.これらの成果に基づいて,マニピュレータ,ロボットハンド,ヒューマノイドロボットなどを対象に,カメラや深度センサを用いて,視覚情報・深度情報・力覚情報を利用したビューベースト教示再生が可能となった.また,開発したビューベースト教示再生手法によって,モデルを用いることなく,物体の押し操作や倣い作業などの様々な動作を教示可能であることを仮想環境・実環境で確認した.作業対象のモデルを用いることなく,カメラの見えに基づいてロボットに作業を教示することのできる「ビューベースト教示再生」手法に関する研究を行った.光弾性を用いて力情報を可視化することで力の制御が必要な作業への適用を可能にするなどの手法の開発により,視覚情報・深度情報・力覚情報を組み合わせて利用してロボット教示に適用できるようになった.また,開発した教示手法を押し操作や倣い作業を対象に実証した.提案手法の適用範囲を拡大するため,より幅広い対象作業・対象物体への適用を図っていく.また,視覚情報・深度情報・力覚情報の統合的利用とその有効性の検証を行っていく.

引き続き対象作業の多様化を図るとともに,視覚情報・深度情報・力覚情報の統合的利用とその効果の検証を進める.ロボット工学日程上の都合により国際学会での研究調査を見送った関係で,支出計画の見直しを行ったが,若干の使用残が出たため.建物の改修による研究室移転計画が決まったため,実験環境の整備を移転後に一部延期したため,次年度使用額は多額ではないので計画への大きな影響はないが,研究調査や成果発表の費用としての有効利用を予定している.ビューベースト教示再生の実験環境の整備に有効に利用する予定である.
審美的・機能的なインプラント治療を目指した真の付着上皮再生

審美的・機能的なインプラント治療のために新規インプラントの形状を開発した。Stepタイプインプラントはインプラントの深部増殖を長期間にわたってブロックできるだけでなく、インプラント周囲からの外部因子の侵入をも著しく抑制する。この結果は従来のStraightタイプインプラントよりも遙かに天然歯に近い結果を示すものであるこれはインプラント周囲での上皮接着性と封鎖性を著しく高めたためであり、口腔内でのインプラント長期維持に貢献できるものと期待される。これは当初の目的を達成するものである。本研究は、歯の周囲に存在する組織構造をチタン製インプラントの周囲に構築し、機能だけでなく審美面でも歯周組織に近似させようとするものである。現在ではインプラントの研究は進み、インプラント周囲の組織構造が天然歯のそれに類似していることはすでに示している(Biomaterials ; 2005に掲載)。しかし、インプラント周囲付着上皮の低接着性(Biomaterials ; 2005に掲載)、骨の非生理的な吸収などが認められ、これが特に審美性低下の原因と考えられるようになってきている(Campelo et al.2002)。一方では、幹細胞や成長因子のような生理活性物質を人工材料に組み込み、特定の組織を再生させる技術であるティッシュ・エンジニアリング(組織工学)の研究も進み、歯周組織の再生もある程度確立されている。事実、口腔粘膜(Randall et al. 1998)や歯根膜の再生(Ueda et al. 1995)、また骨再生を目的としたBMP(Thies et al. 1992)やPRP添加(Namiki et al. 1997)などは既に試験的な臨床応用がなされている技術である。現在インプラント臨床の場で普及しつつある「プラットホームスイッチングシステム」を応用、より周囲組織にとって再生しやすい環境を作っている。実際にはプラットホームスイッチ部の深度や幅を組み合わせによる4群に分け、一番優れた形状を検索した。現在その結果は、2009年の第118回日本補綴歯科学会で発表予定である。また上皮接着を高めるであろうインシュリン様成長因子(IGF-I)を定期的に添加し、上皮封鎖性の向上および周囲組織の修復能の上昇を確認しており、この結果は2008年第38回インプラント学会学術大会にて発表しており課題講演最優秀研究賞を受賞している。今後は当初の予定通りそれぞれの組織再生のタイミングに着目し研究を続けこれらの研究を組み合わせ、上皮と骨の双方を適切なタイミングで、適切に再生させることで、患者の治癒能力だけに頼らない、術者側でコントロールできる審美的にも機能的にも優れたインプラント周囲組織の構築が期待できる。現在ではインプラントの研究は進み、インプラント周囲の組織構造が天然歯のそれに類似していることはすでに示している(Biomaterials;2005に掲載)。しかし、インプラント周囲付着上皮の低接着性(Biomaterials;2005に掲載)、骨の非生理的な吸収などが認められ、これが特に審美性低下の原因と考えられるようになってきている(Campelo et al. 2002)。事実、口腔粘膜(Randall et al. 1998)や歯根膜の再生(Ueda et al. 1995)、また骨再生を目的としたBMP (Thies et al. 1992)やPRP添加(Namiki et al. 1997)などは既に試験的な臨床応用がなされている技術である。現在その結果は、2007年の第5回アジア補綴歯科学会(AAP)で発表予定である。また上皮接着を高めるであろうインシュリン様成長因子(IGF-I)を定期的に添加し、上皮封鎖性の向上および周囲組織の修復能の上昇を確認しており、この結果は2006年九州大学における再生シンポジウムにて発表している。本実験結果により、それぞれの組織再生のタイミングに着目し研究を続けこれらの研究を組み合わせ、上皮と骨の双方を適切なタイミングで、適切に再生させることで、患者の治癒能力だけに頼らない、術者側でコントロールできる審美的にも機能的にも優れたインプラント周囲組織の構築が期待できる。
疎水性相互作用を利用したペプチドアミロイド組織化構造体の動的制御

リサイクル可能な新規の機能・構造特性を有するソフトマテリアル合成に関して、生体高分子、特に多彩な構造・機能特性を有するタンパク質(ポリペプチド)の組織化機能に学び・超えるペプチド材料システム設計・合成と動的制御を目的とする。特に近年、タンパク質の組織化・増幅現象としてタンパク質の3次元構造変化(ミスフォールディング)に起因したアミロイド繊維形成に高い関心が集まっている。高分子的観点からも、ポリペプチド1次構造がキラルかつシークエンシャルに制御され、2次構造としてのらせん構造、ひだ状構造が制御され、かつ更に3次元構造=機能へと階層的に増幅構築される。このような特性を有するポリペプチドの構築原理を解き明かすことは非常に魅力的であり、かつ新規のソフトマテリアル材料の非共有結合的相互作用に基づく動的制御に結びつく。自己組織化するポリペプチドとして、アミロイドペプチドを選択した。アミロイド繊維はペプチドβシートが、疎水性相互作用、水素結合、静電結合により繊維状にキラルに構造制御された自己組織化集合体である。我々は、平行二本鎖α-ヘリックス構造を有すペプチドのN末端に疎水性基を導入することにより、均一環境下において自発的・自己触媒的に、α-ヘリックス構造からβ-シート構造へと転移し、それに伴いアミロイド繊維を形成するペプチドの設計に成功している。今年度、アミロイドペプチドの構造相補性に着目し、アルツハイマー病Aβペプチドの形成するアミロイド繊維状集合体を増幅できるペプチドの設計を試みた。アルツハイマー病Aβペプチドの繊維状核に対して繊維構造を増幅することのできるアミロイド性人工ペプチドを新たに設計し、組織化構造情報を増幅するシステムの構築に成功した。このような集合体増幅能は、自己増殖能をもったポリマーの設計に有用であり、将来のソフトマテリアルの機能の一つとして有望である。今回、種々の設計ペプチドの構造相補的組織化研究において、類似の構造を有するペプチドが存在すれば、それらが集合化の機構に基づいて相互作用し、繊維化を阻害するシステムの構築に成功した。16種ペプチドから120種に及ぶ2種ペプチド混合系を調査した際、組み合わせにより、繊維形成能を阻害するペアが見つかった。特に塩基性(リシンの過剰な)ペプチドに繊維化阻害能力が高い。塩基性(正電荷)ペプチドが混在することにより、中間体の溶解性が高まり、また電荷反発の増加により、高次の集合体形成が阻害されたと推測できる。したがって、この相同性集合化の機構をうまく利用することにより、アミロイド繊維化の能力を中和する、つまり根本原理に基づいた繊維構造組織体の制御が可能である。
都市気候に影響を及ぼす土地利用変容と緑地整備量に関する基礎的研究

平成11年度の成果をふまえ、都市気候の温暖化・乾燥化の緩和に寄与する土地利用要素を抽出するため、観測地点周辺の30年間における土地利用変化と都市の温湿度変化との関係に着目し、都市化という観点から対比事例を有する気候類型において高温化・減湿化がみられない事例のDID地区、非DID地区、オープン・スペース(O・S)地区の面積率を検討し、さらにアメダス気象データも使用して考察を深め、以下のような結果が得られた。(1)既往研究の実測データの整理によって観測地点周辺における土地利用指標の測定範囲を200mと設定し、クラスター分析を用いて土地利用タイプを求めて30年間におけるタイプ変化を検討することで、対比的な土地利用タイプの変化事例をもつ気候類型D、気候類型Eを抽出することができた。この気候類型別に数量化I類を用いて土地利用タイプの変化状況が都市の気温差・補正水蒸気圧差に強い規定力を示すことを検証し、O・S地区面積率が高く、かつ土地利用のタイプ変化が少ないことが高温化・減湿化に負の寄与を示すことを明らかにした。(2)気候類型D、気候類型Eにおいて、気温上昇・水蒸気圧低下が平均値未満の事例ではO・S地区やDID建物地区にほとんど変化がなく、特に気温上昇がみられない事例ではO・S地区が40%以上、かつ緑地が30%以上か水面が40%以上であることが指摘できた。この土地利用要素が都市の高温化・減湿化の緩和に寄与する要件といえ、これを市街地の任意の地点と置き換えることで市街地緑地整備量に関する一つの知見が得られたといえる。(3)アメダスによる経年的な気温変化を表す指標には年平均気温差より熱帯夜日数とほぼ連動する最低気温差が適していることを示し、観測地点周辺のO・S地区が40%以上で土地利用に変化がない事例では気温変化は平均値程度未満であるが、同じく40%以上でも土地利用が変化すると高温化を示す事例がみられることを指摘した。都市気候の高温化・減湿化を緩和する都市の緑地整備量に関する計画的知見を得るため、本年度は、1953年以降の気象データがある135市町村を対象とし、まず1960年時点の気象指標をもとに気候類型を求めて都市の経年的な温湿度変化特性を把握した。次いで、都市の30年間の温湿度変化特性を表す指標および温湿度変化に影響を及ぼすと考えられる都市化環境要素を検討した上で、都市における温湿度変化の規定要因について考察し、以下のような結果が得られた。(1)気象37指標は主成分分析を用いて気象環境の温暖性・晴天性・季節性・熱帯性の4軸に集約でき、さらにクラスター分析により緯度、標高、海などの地理的環境が反映された気象特性を表す都市の気候類型が得られた。高温化・減湿化現象は太平洋沿岸や瀬戸内海沿岸の都市などで観察される場合が多く、同じ気候類型でも温湿度変化と人口密度変化の相関性は認められず、温湿度変化要因の解明には多元的な指標を用いた方法による検討の必要性が理解できた。(2)都市の30年間の温湿度変化特性を表す指標は、算定年で値が変化するトレンド勾配よりも周期的変動を考慮した単純差の方が、また気温の特異値による影響が少ない10年移動平均の方が適しており、都市化に伴う水蒸気圧差は気温変化による変化分を取り除いて分析する必要性を示した。さらに、同じ相対湿度差の都市でも気候類型により補正水蒸気圧差は異なることから、補正水蒸気圧差が相対湿度差より実質的な都市化に伴う変化を表すことを明らかにした。(3)都市の地理環境や気象要素のほか、人口系や産業系の集積変化、都市全体や観測地点周辺の土地利用変化という各観点から6つの都市化環境要素を設定し、数量化I類による要因分析を行った結果、都市の気温差および補正水蒸気圧差には土地利用類型や観測環境類型が人口類型や産業類型などより強い規定力を示し、DID地区の拡大が高温化・減湿化に影響し、特にDID地区で囲まれていない場合の観測地点は高温化・減湿化に緩和の寄与を示すことが判明した。

この土地利用要素が都市の高温化・減湿化の緩和に寄与する要件といえ、これを市街地の任意の地点と置き換えることで市街地緑地整備量に関する一つの知見が得られたといえる。(3)アメダスによる経年的な気温変化を表す指標には年平均気温差より熱帯夜日数とほぼ連動する最低気温差が適していることを示し、観測地点周辺のO・S地区が40%以上で土地利用に変化がない事例では気温変化は平均値程度未満であるが、同じく40%以上でも土地利用が変化すると高温化を示す事例がみられることを指摘した。平成11年度の成果をふまえ、都市気候の温暖化・乾燥化の緩和に寄与する土地利用要素を抽出するため、観測地点周辺の30年間における土地利用変化と都市の温湿度変化との関係に着目し、都市化という観点から対比事例を有する気候類型において高温化・減湿化がみられない事例のDID地区、非DID地区、オープン・スペース(O・S)地区の面積率を検討し、さらにアメダス気象データも使用して考察を深め、以下のような結果が得られた。(1)既往研究の実測データの整理によって観測地点周辺における土地利用指標の測定範囲を200mと設定し、クラスター分析を用いて土地利用タイプを求めて30年間におけるタイプ変化を検討することで、対比的な土地利用タイプの変化事例をもつ気候類型D、気候類型Eを抽出することができた。この気候類型別に数量化I類を用いて土地利用タイプの変化状況が都市の気温差・補正水蒸気圧差に強い規定力を示すことを検証し、O・S地区面積率が高く、かつ土地利用のタイプ変化が少ないことが高温化・減湿化に負の寄与を示すことを明らかにした。(2)気候類型D、気候類型Eにおいて、気温上昇・水蒸気圧低下が平均値未満の事例ではO・S地区やDID建物地区にほとんど変化がなく、特に気温上昇がみられない事例ではO・S地区が40%以上、かつ緑地が30%以上か水面が40%以上であることが指摘できた。
質量分析イメージングと標的プロテオミクスによるステロイドホルモン産生異常の解析

ステロイドホルモンの質量分析イメージング(MS Imaging)法では、イオン化効率/検出感度の向上のため、現時点において組織切片上(on-tissue)での誘導体化が必須であるが、この手法は続くマトリックス塗布と合わせて、2段階の切片の湿潤処理が必要である。この際、これらの湿潤処理によって切片上の目的分子が拡散して、空間分解能が低下する。本年度は表面の微細ナノ構造がイオン化効果を持つSALDI法等の適用を含めて、1段階で誘導体化/マトリックス塗布効果を達成する手法の開発を行う目的で、目的分子の拡散を極力抑えて、より高空間分解能なMS Imagingの試料作製を実現することを試みた。又、ステロイドホルモンと、ステロイド合成酵素の局在との相関を解析する目的で、アミノ酸配列の類似性が極めて高く、免疫組織化学法では区別が難しい、アルドステロン合成酵素と、コルチコステロン合成酵素の染め分けを行うために、両酵素間で異なるペプチド部位を選定して、各々のペプチド部位に特異的な抗体を作成した。又、ステロイドホルモン産生経路へのシグナル伝達タンパク質の関与を明らかにする目的で、ステロイドホルモン産生異常を含めて多彩な表現型異常に関与する塩誘導キナーゼ(SIK)に着目して、ヒトプロテインキナーゼ群、ヒト転写因子群から、SIKタンパク質に相互作用するタンパク質因子を網羅的にスクリーニングする系の構築を行っている。このため、コムギ胚芽無細胞タンパク質合成系を用いてビオチン化ヒトSIKをcDNAより作成し、SIKに結合することが既知である4種のタンパク質との相互作用解析系(AlphaScreen法)を構築した。質量分析イメージングでは、簡便な1ステップ試料の前処理法の開発を進めており、又、ステロイド産生異常にも関与する塩誘導キナーゼSIKに相互作用するタンパク質因子の網羅的なスクリーニングを進めているため。ステロイドホルモン合成/産生異常に関与するタンパク質を新たに探索する目的で、塩誘導キナーゼSIKに相互作用するタンパク質のスクリーニングを、ヒトcDNAより網羅的に合成されたタンパク質群から、愛媛大学で構築されたヒトプロテインキナーゼ群アレイ、ヒト転写因子群アレイを用いて、AlphaScreen法によって行う予定である。又、ステロイドの質量分析イメージングでは、より簡便、高空間分解能、高感度な試料前処理法の開発を行う。ステロイドホルモンは、通常の非誘導体化・質量分析MALDIイメージング法では、目的領域を含む低m/z領域にマトリックス由来の多数のバックグランドピークが検出されたが、本研究では、ステロイドホルモン(中のケトン基)を誘導体化してイオン化効率を高めることにより、誘導体化ステロイドの強いm/zピークが得られ、組織切片上の2次元質量分析イメージング検出が可能となった。副腎凍結切片上のステロイドホルモンは、GirT試薬によるon-tissue誘導体化により、強いイオン化シグナルが得られ、MALDI型質量分析機FT-ICR MS(超高質量分解能, R:100万)を用いることによって、m/z値±0.001程度の精密さで、GirT誘導体化されたCorticosterone, 11-DHCなど、5種の代表的なステロイドホルモンの質量分析イメージング像が、副腎皮質の束状層、網状層などの各層に得られた。又、0.001ダルトン程度の極めて精密な信頼すべきm/z値が得られたことによって、未知のm/zピークを含めた各検出成分の化学組成式が推定された。未知のm/zピークは、副腎の球状層、束状層、網状層、髄質などに、各々、特有の空間分布を示し、推定された化学組成式から、新たな未知ステロイド等の検出にもつながると考えられる。今後、より高感度、高空間解像度でのステロイド類を検出する条件を開発し、ステロイド合成酵素群の発現との関連等について解析していきたい。又、ステロイドホルモン合成酵素群(8種)をcDNAよりコムギ胚芽無細胞タンパク質合成系を用いて合成し、抗Hisタグ抗体による発現確認と精製後に、トリプシン分解によりペプチド断片化を行った後に、質量分析・MALDI/ESI法で高感度に検出されるペプチド断片の同定を行なうことによって、ステロイド産生関連タンパク質の質量分析解析法の開発の準備を行っている。ステロイドホルモンの質量分析イメージング法の開発を行い、又、更なる検出感度向上のための条件検討を行っているため。又、ラット、ヒトのステロイドホルモン産生関連酵素群のタンパク質に関して、コムギ胚芽無細胞合成系等を用いて、cDNAよりタンパク質合成を行ない、ステロイド産生関連タンパク質の質量分析解析法の開発の準備を行っているため。

又、ステロイドホルモン産生経路へのシグナル伝達タンパク質の関与を明らかにする目的で、ステロイドホルモン産生異常を含めて多彩な表現型異常に関与する塩誘導キナーゼ(SIK)に着目して、ヒトプロテインキナーゼ群、ヒト転写因子群から、SIKタンパク質に相互作用するタンパク質因子を網羅的にスクリーニングする系の構築を行っている。このため、コムギ胚芽無細胞タンパク質合成系を用いてビオチン化ヒトSIKをcDNAより作成し、SIKに結合することが既知である4種のタンパク質との相互作用解析系(AlphaScreen法)を構築した。質量分析イメージングでは、簡便な1ステップ試料の前処理法の開発を進めており、又、ステロイド産生異常にも関与する塩誘導キナーゼSIKに相互作用するタンパク質因子の網羅的なスクリーニングを進めているため。副腎、精巣、卵巣等の組織切片上でのステロイドホルモンの質量分析イメージング法の、より高感度、高空間分解能での検出方法の改良を行う。この目的のため、より高効率な誘導体化条件の検討や、高空間分解能のサンプル前処理法、SALDI法との組み合わせ、MALDIレーザー照射条件など、種々の至適条件を検討する。又、ステロイドホルモン産生関連酵素群の質量分析検出法の開発を行う。ステロイドホルモン合成/産生異常に関与するタンパク質を新たに探索する目的で、塩誘導キナーゼSIKに相互作用するタンパク質のスクリーニングを、ヒトcDNAより網羅的に合成されたタンパク質群から、愛媛大学で構築されたヒトプロテインキナーゼ群アレイ、ヒト転写因子群アレイを用いて、AlphaScreen法によって行う予定である。又、ステロイドの質量分析イメージングでは、より簡便、高空間分解能、高感度な試料前処理法の開発を行う。次年度使用額が生じた理由:年度末に無理に全額を使い切るのでなく、次年度予算と合わせて、予算をより有効に使用するため。次年度使用額の使用計画:消耗品に使用する。年度末に合わせて無理に全額を使用し切るのでなく、次年度予算と合わせて、より有効に研究費を使用するために次年度使用額が生じた。
乳幼児を対象とした頭部構造画像不要の脳機能計測法：確率的拡散光トモグラフィの開発

平成30年度は、成人脳アトラスにおいて設定した2783点の仮想的なアクティベーションポイントを、1.確率的DOT (Diffuse Optical Tomography)、2. ADOT (Atlas-based Diffuse Optical Tomography)、3.成人脳アトラスそのものを用いた通常のDOTとで再構成し、その結果について、ユークリッド距離による誤差の比較を行った。本研究で考案した1.の確率的DOTにおいては、誤差が10.6±1.0mm、2.のADOTにおいては、誤差が17.5±2.5mm、3.の成人脳アトラスそのものを用いたDOTにおいては、誤差が7.2±0.6mmとなり、確率的DOTの有効性が示された。これは、少なくとも成人の頭部を対象とした計測の場合には、確率的DOTを用いることにより、被験者そのものの頭部構造情報を参照するDOTに近い精度でイメージングを実行できることを示唆している。一方、乳幼児の頭部を対象とした確率的DOTの実行においては、事前に解決しなくてはならない問題が明らかになった。その問題とは、乳幼児版確率的DOTの実行において使用を想定していた4D乳幼児アトラス(Brigadoi et al., 2014)の頭表ランドマークの座標の妥当性である。4D乳幼児アトラスにおいて両耳介点とされているランドマークが、耳介前点なのか、あるいは外耳孔の一部なのかという点に加え、後頭結節とされているランドマークを再現可能な形で定めるための手続きを明らかにした上で、乳幼児版確率的DOTのモデルについて検討する必要がある。平成30年度の研究実施計画として予定していた、MNI標準座標系に準拠した解剖情報ラベルAAL (Tzourio-Mazoyer et al., 2002), AAL2 (Rolls et al., 2015), LPBA40 (Shattuck et al., 2008)の乳幼児頭部アトラスへのマッピングが滞っている。その理由として、当初、解剖情報ラベルの乳幼児頭部アトラスへのマッピングの具体的な手続きとして検討していたアフィン変換を、直接用いることができない可能性が浮上したことが挙げられる。確率的DOTで用いるアトラスは、複数の頭表ランドマークの座標を参照したアフィン変換によって、その形状を計測対象児の頭部へと近似させるが、4D乳幼児アトラスにおける両耳介点と後頭結節の座標の解剖的な定義には、不明瞭な部分が見受けられる。そのため、これらの頭表ランドマークの定義について明らかにした上で解剖情報ラベルを乳幼児頭部アトラスへとマッピングし、その上で、確率的DOTから参照できるように、システムに手を加える必要がある。本研究で開発する確率的DOTは、複数の参照脳アトラスを用いて、光伝播のシミュレーションと計測箇所の画像再構成を行う手法である。この参照脳アトラスを、月齢および年齢に応じた乳幼児の頭部アトラスに置換することにより、最終的に乳幼児を対象とした確率的DOTの手続きを確立することが可能になると考えられる。しかし、その実現のために、今後、1.妥当な乳幼児頭部アトラスを作成するための、アフィン変換に基づいた適切なアトラス変形手続き、および、2.乳幼児と成人の脳の構造ならびに解剖学的差異、の2点について検討する必要がある。1.に関しては、成人参照脳データセットにおける頭表ランドマークの分布と、乳幼児参照脳アトラスにおける頭表ランドマークの分布とを比較することにより、成人頭部を想定した従来の手法が乳幼児の頭部においても使用可能かを検討する。2.に関しては、乳幼児頭部の解剖情報を含む複数のテンプレート(Oishi et al., 2019)を参照することによって明らかにする予定である。平成28年度は、確率的DOTの基礎的な技術およびデータ処理フローの確立とバリデーションを目的としたシミュレーションを行った。本研究課題で提案した確率的DOTは、複数の参照脳MRIボリュームデータによって光伝播の順問題解析を行うとともに、被験者自身の頭部で計測した脳血流におけるヘモグロビン動態を用いた逆問題解析を行い、被験者頭部として見立てた参照脳においてヘモグロビン濃度分布を求める(画像再構成を行う)手法である。従来のDOTに対する本手法の特長は、複数の参照脳を用いることにより、被験者自身の脳構造画像の撮像を不要とし、なおかつ脳機能画像の確率表現を可能とする点である。その一方、本イメージング法の実施に先んじて、被験者自身の脳構造画像の代わりに参照脳を用いることにより、再構成された画像にどの程度の空間的な誤差が生じるかを確認することが重要になる。本年度は、バリデーションによって誤差を明らかにするため、9例の被験者MRIデータセット、および11例の参照脳MRIデータセットを用意し、それらのMRIデータからアフィン変換を用いて99例の新規MRIデータを作成し、単一参照脳ではなく複数参照脳によるシミュレーションとバリデーションを行った。その結果、単一参照脳を用いた先行研究のADOT (Atlas-based DOT)に対し、複数参照脳を用いた確率的DOTの誤差が、遜色のない実用的な値であることを確認することができた。これは、確率的DOTが、精度の上ではADOTと同等であり、なおかつ再構成された画像を確率表現するためのロバストな手法たりうることを示唆している。平成28年度の研究実施計画として予定していた参照脳の作成と光拡散シミュレーションの実施に関して、問題なく進めることができた。本年度は、単一の参照

脳を用いる従来法であるADOT (Atlas-based DOT)と大きく異なる部分である「頭表ランドマークの座標を用いたアフィン変換による複数の参照脳の作成」を実施し、新規に作成した参照脳MRIデータセットを組み入れた上で、確率的DOTのシミュレーションを行った。このシミュレーションは、主にADOTと確率的DOTとのイメージング精度(空間的誤差)の違いについて検討することを目的として行ったが、その結果、確率的DOTの精度がADOTに比肩するものであり、さらに、確率的DOTが、再構成された画像を確率的に表現するためのロバストな手法であることが示唆された。従来のADOTにおいては、被験者自身の脳構造画像の代わりに、テンプレートとして個人脳Colin27 (標準脳)を参照している。本研究では、当初、Colin27を含まない新たな脳構造データセットを用いて確率的DOTのシミュレーションを行っていたが、研究遂行の過程においてADOTとの画像再構成結果の比較が必要となったため、Colin27を含めた参照脳データセットの作成とバリデーションを実施した。その結果、単一参照脳を用いるADOTによって再構成された画像の空間誤差の平均値に対し、複数参照脳を用いる確率的DOTによって再構成された画像の空間誤差の平均値が有意に小さくなり、確率的DOTの有効性が認められた。また、乳幼児を対象としたIPS研究に向けて、確率的DOTの使用を想定した基礎的検討を行った。より具体的には、確率的DOTにおいて複数参照脳を変形させるために用いている頭表ランドマーク参照型のアフィン変換を適用し、成人のIPS研究におけるfNIRS計測箇所の空間的・解剖学的推定を行い、その有効性について検討した。平成29年度の研究実施計画として予定していた、MNI標準座標系に準拠した解剖情報ラベルAAL (Tzourio-Mazoyer et al., 2002), AAL2 (Rolls et al., 2015), LPBA40 (Shattuck et al., 2008)のDOTへの適用が滞っている。その理由として、研究協力者の所属がMGH (Massachusetts General Hospital)からB.U. (Boston University)へと変更になり、MGHが所有しているDOT関連のデータセットへのアクセスが困難になったことが挙げられる。現時点で、確率的DOTによって再構成される画像のバリデーション自体はほぼ完了しており、確率的DOTの有効性を示すことができているものの、解剖ラベルに含まれるマクロアナトミーの情報を参照する形で確率的DOTを拡張するために、新たなデータセットの確保までを視野に含めて、研究を進める必要があると思われる。平成30年度は、成人脳アトラスにおいて設定した2783点の仮想的なアクティベーションポイントを、1.確率的DOT (Diffuse Optical Tomography)、2. ADOT (Atlas-based Diffuse Optical Tomography)、3.成人脳アトラスそのものを用いた通常のDOTとで再構成し、その結果について、ユークリッド距離による誤差の比較を行った。
サルコペニア予防に適した牛車腎気丸製剤の開発

超高齢化社会を迎えるにあたり、現代医療の中で老年症候群への対応が求められ、その代表的な疾患としてサルコペニアをと取り上げる。これまで申請者は、そのような症状は漢方医学での「腎虚」に相当すると考え、代表的な処方である牛車腎気丸の有用性を臨床および動物実験で認め、その筋萎縮抑制作用を担う生薬を見いだしてきた。そこで本研究では、それらから作用を担う有効成分を単離同定し、それらを指標成分として利用、それらの含量の高い生薬を原料とすることで、より有用性の高い牛車腎気丸製剤を開発すること、また得られた成分の作用機序を明らかにすることで基礎的なエビデンスを与え、製剤の利便性を高めることを目指す。
リボザイムライブラリーを使用したヒトGH遺伝子LCR関連蛋白の同定とその機能解析

GH遺伝子の上流約14.5kbにGH遺伝子発現を規定するlocuscontrol region (LCR)があり、このLCRが生理的なGH発現を調節する重要な領域であることが最近明らかとなってきた。このLCRに作用して、機能を制御するタンパクを同定することを目的に次の実験を行なった。ヒトGHLCRの下流にGH遺伝子プロモーター、さらにその下流にGFPcDNAを結合した発現ベクターを構築した。この順番が保たれるよう、このベクターを直線化し、GH3細胞(下垂体GH、PRL産生細胞)にトランスフェクションしGFPが産生されることを確認した。一方、Cos細胞(線維芽細胞、コントロールとして使用)にトランスフェクションしたところ、GFPの産生は認められなかった。組み込まれたゲノム領域の外来性遺伝子発現に及ぼす影響は、LCRがあると出現しにくいことが報告されており、このGFP陽性細胞では、ゲノムに組み込まれた外来遺伝子由来のGH遺伝子LCRとプロモーターによってGFP発現がおこっていることが期待される。最近、GH遺伝子の上流約14.5kbにGH遺伝子発現を規定するlocuscontrol region (LCR)があり、このLCRが生理的なGH発現を調節する重要な領域であることがわかってきた。このLCRに作用して、機能を制御するタンパクを同定することを目的に下記の実験を行なった。現在、GFP陽性GH3細胞のセルソーターによる単離を行なっている。今後、GFP陽性細胞に対して、リボザイムライブラリーをトランスフェクトした後、セルソーターによりGFP陽性細胞と陰性細胞の分離を行ない、新たに出現したGFP陰性細胞を単離、それに含まれるプラスミド回収し、それが標的としたmRNA配列を同定する予定である。また、リボザイムライブラリー以外に、iRNAライブラリーをも使用することも計画している。
中・近世ブルゴーニュ公宮廷の結婚をめぐる総合的研究

中世と近代、ドイツとフランスの時空に跨り、北部低地地方と南部両ブルゴーニュ地方の南北二つの領域ブロックから構成されたブルゴーニュ公国の、結婚を軸とする対外的・対内的政治的コミュケーションのあり様を、プロソポグラフィの研究手法を用いて検討した。ブルゴーニュ宮廷における複雑な婚姻関係を紐解くことによって、ブルゴーニュ宮廷の北方海域から大西洋、さらには地中海にまで及ぶネットワークを明らかにした。本研究は、14世紀から15世紀にかけての四代に亘るヴァロワ家ブルゴーニュ公の宮廷を対象として、同宮廷における結婚およびそこから派生した対内的・対外的諸問題を検討しながら、大西洋からバルト海までに及ぶ北方海域沿岸諸国を申心とした政治的、経済的、文化的な接触・交流を明らかにすることを目指すものである。初年度の本年度には、ブルゴーニュ公および公位継承予定者の婚姻情報を集積することから開始した。四代のブルゴーニュ公については初代・第2代公はそれぞれ1件、第3代・第4代公はそれぞれ3件の計8件の結婚が行われている。公妃ないしはのちに公妃となる新婦の主な出身地は、ドイツ、ポルトガル、イギリスであるが、フランス王女(2件)やフランス諸侯の娘(フランドル伯女含め3件)との結婚が必ずしも成功裏ではないにせよ行われたことも見逃せない。公ないしは公位継承予定者(8件)あるいはその近親者(十数件)の個々の結婚の詳細が常に明らかになる訳でもないことも判明した。また、初代公から三代に及んで公の宮廷に深く関与した人物について追跡できた。結婚と相続の問題が公の遺言の内容および執行に密接に絡んでいることや、結婚の前提となる婚約およびその後の式場設定までもさらに詳細な追跡が必要なこともわかった。文献資料の収集に関しては、フランスおよびベルギーに関するものを中心にかなり探索することができたと考えている。さらに、公の周辺には尚書を筆頭とする司教(ないしはのちに司教となる聖職者)が常に存在し、婚姻をも含めた公家の冠婚葬祭において極めて重要な役割を果たしていることが判明し、教会と信仰にかかわる諸問題にも視野を広げて追跡を行った。本研究は、14世紀から15世紀にかけての四代に亘るヴァロワ家ブルゴーニュ公の宮廷を対象として、同宮廷における結婚およびそこから派生した対内的・対外的諸問題を検討しながら、大西洋からバルト海までに及ぶ北方海域沿岸諸国を中心とした政治的、経済的、文化的な接触・交流を明らかにすることを目指すものである。2年目の本年度には、初年度に続いて関連する研究二次文献や一次史料を収集し、婚姻情報にかかわる基礎データをさらに集積することができた。特に一次史料については、婚姻および相続にかかわる未刊行史料、なかでも新公即位に関する公および公妃による重要な宣誓文書を入手することができた。この史料収集を通じて、金羊毛騎士団の本拠たるディジョン・ブルゴーニュ公邸附設サント・シャペルの重要性が派生的問題として浮上した。サント・シャペルは、ブルゴーニュ公が即位時に行うディジョン入市儀礼の最終局面の場であり、新公のみならず新公妃も原則的にここで宣誓を行った。この宣誓に関する文書は系統的に伝来しているにもかかわらずこれまで必ずしも注目されてこなかったものである。公家の婚姻と金羊毛騎士団の接点にサント・シャペルが存在し、そのサント・シャペルの縁起はカペ家ブルゴーニュ公治世期の十字軍遠征にある。これらを含め、ブルゴーニュ公の結婚に至る背景・経緯、新郎・新婦両家の交流、婚儀の様相などの研究動向調査から理解が遅れている事例を把握することができた。また、ブルゴーニュ公のみならず、公の親族や家臣に関しても焦点を絞って重点的に検討すべき事例の決定にある程度目途をつけることもできた。なお、関係資料については、宮廷や婚儀に関する図像資料をさらに収集する必要がある。本研究の目的は、中・近世ヨーロッパ社会において政治的なコミュニケーションの結節点であった宮廷を取り上げ、そこで展開された結婚の分析を通じて、ヨーロッパ的な政治秩序と多元性を歴史的に考察することにある。具体的な対象は、14・15世紀における四代に亘るヴァロワ家ブルゴーニュ公の宮廷である。最終年度の平成24年度には、第3代および第4代ブルゴーニュ公の治世において、北方海域および大西洋、さらには地中海方面への対外関係の広がりを最も顕著に示す、イベリア半島の海洋帝国ポルトガル王家との婚姻を中心に検討を行った。とりわけ、同公国最盛期を築いた第3代公フィリップ・ル・ボンの甥アドルフ・ド・クレーヴと、同公妃でポルトガル王女であるイザベルの姪ベアトリス・ド・コインブルの結婚は、当該期ブルゴーニュ公家の婚姻政策における象徴的な事例であり、この婚姻を軸にブルゴーニュ公家が織り成す姻戚関係のネットワークを明らかにした。他方、独仏間に南北に分断された形で領土を有するブルゴーニュ公国において北部の低地地方の政治的比重が増すなかで、宮廷に附設された金羊毛騎士団にも注目した。同騎士団は公フィリップのイザベルとの結婚の際に創設され、対内的には公国各地の有力騎士を糾合する一方で、対外的には婚姻関係を結んだ王侯貴族を騎士団に加入させ、婚姻政策の補完的役割を果たした。こうしてブルゴーニュ公家の姻戚関係のネットワークは強化されたのである。

また、その本拠は同公家の根拠地ブルゴーニュ公領の首都ディジョンにあるサント・シャペル(=「聖礼拝堂」)とされた。この教会は、歴代諸公が即位時に行うディジョン入市儀礼の最終局面の場であり、新公ならびに新公妃はここで必ず宣誓を行わねばならなかった。まさにサント・シャペルこそが、十字軍理念に基づく騎士団と姻戚関係のネットワークの要としてブルゴーニュ公国の精神的支柱となったのである。婚姻情報にかかわる文献資料収集に若干困難があったことと、網の目のように張り巡らされた婚姻関係の理解が必ずしも容易でなかったことが理由であるが、少なからず重要な派生的問題を掴めてきたと考えている。24年度が最終年度であるため、記入しない。次年度は最終年度となるため、これまで集めてきた婚姻情報から特に第3代および第4代ブルゴーニュ公の治世を中心とした数件に焦点を絞って検討を行う。計画に記してきたように結婚をめぐる重要な派生的問題をも積極的に解明していく予定である。最終的には、ブルゴーニュ公宮廷における結婚をめぐる包括的な研究調査から、同宮廷を基軸とする外交面での国際的なネットワークを浮彫にするとともに、内政面での外来の新婦の役割と統治のネットワークとを、公宮廷に集う人間を通して解明することを目指す。
多目的決定分析によるグループウェアの開発

集団の共同作業を支援するためのグループウェアがもつ最も重要な機能の一つは集団意思決定の支援である.このような集団意思決定支援システムを構築する際に重要なことは,問題発掘や明確化に続いて,構成員が相互理解を深めながら合意形成を促進するようにすることである.集団は通常様々な相異なる価値観をもつ個人で構成される.相異なる価値観をうまく調整して全体として満足のいく解を見いだそうとする方法の一つに多目的決定分析がある.本研究では多目的決定分析のなかで申請者が個人の意思決定を支援する方法として提案した満足化トレードオフ法を集団意思決定支援に拡張し,グループウェアとしてシステム化するものである.集団に調整者がいる場合とそうでない場合をともに考える.調整者がいる場合は階層的意思決定の問題となり,いない場合は自律分散的意思決定の間題となる.ISMやAHPなど他の多目的決定分析の方法をも取り入れ,入出力のヒューマンインターフェイスを工夫し,グループウェアとして実際に利用可能になるようにした.さらに,コミッティマシンとよばれる複合ニューラルネットワークをトランスピュータ上で構築し,集団意思決定のシミュレーションを行い,集団意思決定支援のためのグループウェア開発に対し有益な知見が得られることを示した.他方,集団決定規則の理論分析を行い,現実に適応した集団決定規則を検討した.これらの集団決定規則を先のグループウェアにのせシミュレーションによって実際的観点からもその有効性を検討した.集団の共同作業を支援するためのグループウェアがもつ最も重要な機能の一つは集団意思決定の支援である.このような集団意思決定支援システムを構築する際に重要なことは,問題発掘や明確化に続いて,構成員が相互理解を深めながら合意形成を促進するようにすることである.集団は通常様々な相異なる価値観をもつ個人で構成される.相異なる価値観をうまく調整して全体として満足のいく解を見いだそうとする方法の一つに多目的決定分析がある.本研究では多目的決定分析のなかで申請者が個人の意思決定を支援する方法として提案した満足化トレードオフ法を集団意思決定支援に拡張し,グループウェアとしてシステム化するものである.集団に調整者がいる場合とそうでない場合をともに考える.調整者がいる場合は階層的意思決定の問題となり,いない場合は自律分散的意思決定の間題となる.ISMやAHPなど他の多目的決定分析の方法をも取り入れ,入出力のヒューマンインターフェイスを工夫し,グループウェアとして実際に利用可能になるようにした.さらに,コミッティマシンとよばれる複合ニューラルネットワークをトランスピュータ上で構築し,集団意思決定のシミュレーションを行い,集団意思決定支援のためのグループウェア開発に対し有益な知見が得られることを示した.他方,集団決定規則の理論分析を行い,現実に適応した集団決定規則を検討した.これらの集団決定規則を先のグループウェアにのせシミュレーションによって実際的観点からもその有効性を検討した.研究代表者(中山)が個人の意思決定支援のために開発した満足化トレードオフ法を集団意思決定に拡張し、その理論を用いて合意形成促進のためのコンピュータソフトウェアを開発した。現在、並列分散処理が可能になるように、これをトランスピュータに移植中である。さらに、ある限定された状況下(たとえば各個人の選好の単峰性が成り立つ場合)では多数決が集団決定規則として有効であることから、これと研究分担者(服部)が提案する集団決定規則を組み入れた方法を取り入れ、グループウェアとしてのコンピュータソフトウェアを作成している。また、問題構造の把握に有効なISMや、階層構造として評価する際に広く用いられているAHPのコンピュータソフトウェアを作成した。現在、グループウェアとしてこれらを統合するための設計仕様作成を終え、具体的なコンピュータソフトウェア作成にとりかかっている。また既に提案されている多数決規則を使った2つの集団決定規則について、従属関係が推移的である場合の勝利従属を考察し、いくつかの知見を得た。そして均等な影響力を与える従属関係がいくつかの基本的な従属関係に分解されるという定理(分解定理)と飽和性と呼ばれる性質を使って、従属関係の構造を解析した結果、新たな性質を見い出した。さらに従属関係を変数としてもつ集団決定規則の勝利従属の性質を考察した。しかし現実問題への適用のためには、これらの性質の検討では不十分で、より多くの集団決定規則の様々な性質を考察する必要があり、現在考察中である。前年度に作成した種々のコンピュータソフトウェアを1つのグループウェアとして集大成させた。とくにトランスピュータ上で動く並列処理のグループウェアとしての特色が活かせるよう、理論上の考察をも加え、コンピュータプログラムの改善、及びヒューマンインターフェイスの改善を重点的に行った。さらに具体的な集団決定問題に適用し、現実的な観点からも検討を加えた。さらに、コミッティマシンとよばれる複合ニューラルネットワークをトランスピュータ上で構築し、集団意思決定のシミュレーションを行い、集団意思決定支援のためのグループウェア開発に対し有益な知見が得られることを示した。他方、集団決定規則の理論分析を行い、現実に適応した集団決定規則を検討した。これらの集団決定規則を先のグループウェアにのせシミュレーションによって実際的観点からもその有効性を検討した。また、共同研究者(服部)の提案する個人間の従属関係や影響力をも考慮にいれた集団決定規則に対し、さらに理論的検討を加えた。既に提案されている多数決規則を使った集団決定規則について、従属の度合が従属関係に依存する規則と、依存しない規則に分類し、従属関係が推移的である場合の勝利従属について、それらの共通な性質を考察した。そして前年度に引き続き、均等な影響力を与える従属関係がいくつかの基本的な従属関係に分解されるという定理(分解定理)と飽和性と呼ばれる性質を使って、従属関係の構造をさらに解析した。
遺伝子改変動物を用いたヒスタミンH1受容体の中枢における機能の解明

中枢におけるヒスタミンH1受容体の役割を明らかにする目的で,まずヒトH1受容体に様々な変異を導入し培養細胞に発現させ,H1受容体シグナル伝達に対する影響を調べた.その結果,H1受容体のアミノ酸残基Thr-140,Thr-142,Ser-396,Ser-398,Thr-478をすべてalanineに置換した変異受容体は,ヒスタミンに対する応答は正常であるが,脱感作(down-regulation)が完全に阻害されることがわかった.もし生体内の正常H1受容体が上記の変異H1受容体に入れ換わると,H1受容体脱感作がおこらないためにヒスタミンに対するH1受容体の反応が過剰に発現すると考えられる.そこでH1受容体の反応が過剰に現れるときに,中枢機能にどのような影響があるかを調べ,これにより中枢におけるH1受容体の機能を明らかにしようと考えた.このために,上記の改変H1受容体を正常H1受容体と置き換えた遺伝子改変マウスを作成しその行動を調べる実験を計画した.マウスH1受容体遺伝子を含む約13kbの断片をpBluescriptベクターに導入し,PCRミュータジェネシス法によりH1受容体遺伝子に目的の5カ所の変異を導入した.さらにポジティブ選別用遺伝子(PGKNeopA),ネガティブ選別用遺伝子(pMC1DT-ApA)をこのベクターの適切な位置に挿入しターゲティングベクターを作製した.このターゲティングベクターをマウスES細胞にエレクトロポレーション法により導入し,ES細胞のコロニーを単離した.現在,遺伝子の相同組換えが生じたクローンを同定中である.組換え体が得られれば,このES細胞をマウス胚に注入し遺伝子改変マウスを作製する予定である.この遺伝子改変マウスでは,H1受容体レベルが通常より上昇することから,中枢におけるH1受容体を介した反応が過剰になると考えられ,H1受容体の中枢での役割の解明に有用であると考えられる.中枢におけるヒスタミンH1受容体の役割を明らかにする目的で,まずヒトH1受容体に様々な変異を導入し培養細胞に発現させ,H1受容体シグナル伝達に対する影響を調べた.その結果,H1受容体のアミノ酸残基Thr-140,Thr-142,Ser-396,Ser-398,Thr-478をすべてAlanineに置換させると,リガンド結合能,ヒスタミンに対する応答は正常であるが,脱感作(down-regulation)が完全に阻害されることがわかった.このことから,もし生体内の正常H1受容体が上記の変異H1受容体に入れ替わると,H1受容体脱感作がおこらないためにヒスタミンに対するH1受容体の反応が過剰に発現することが示唆される.実際このようなことは,遺伝的多型によりヒスタミンH1受容体に変異がおこったヒトにおいて生じる可能性がありうる.そこでH1受容体の反応が過剰に現れるときに,中枢機能にどのような影響があるかを調べ,これにより中枢におけるH1受容体の機能を明らかにしようと考えた.このために,上記の改変H1受容体を正常H1受容体と置き換えた遺伝子改変マウスを作成しその行動を調べる計画である.このために,まずマウスH1受容体遺伝子のコード領域からPCR法によりプローブDNAを作成し,このプローブをもとに,マウス(C57/BL6)ゲノムDNAのBACクローンをスクリーニングし,H1受容体遺伝子を含むBACクローンを単離した.さらにこのクローンからH1受容体遺伝子を含む約12kbのゲノムDNAを取り出し,pBluescriptベクターにサブクローンした.現在,このゲノムDNAの制限酵素マップを作成するとともに,マウスH1受容体遺伝子に上記の変異を導入し,遺伝子ターゲティング用ベクターの作成を行っている.中枢におけるヒスタミンH1受容体の役割を明らかにする目的で,まずヒトH1受容体に様々な変異を導入し培養細胞に発現させ,H1受容体シグナル伝達に対する影響を調べた.その結果,H1受容体のアミノ酸残基Thr-140,Thr-142,Ser-396,Ser-398,Thr-478をすべてalanineに置換した変異受容体は,ヒスタミンに対する応答は正常であるが,脱感作(down-regulation)が完全に阻害されることがわかった.もし生体内の正常H1受容体が上記の変異H1受容体に入れ換わると,H1受容体脱感作がおこらないためにヒスタミンに対するH1受容体の反応が過剰に発現すると考えられる.そこでH1受容体の反応が過剰に現れるときに,中枢機能にどのような影響があるかを調べ,これにより中枢におけるH1受容体の機能を明らかにしようと考えた.このために,上記の改変H1受容体を正常H1受容体と置き換えた遺伝子改変マウスを作成しその行動を調べる実験を計画した.マウスH1受容体遺伝子を含む約13kbの断片をpBluescriptベクターに導入し,PCRミュータジェネシス法によりH1受容体遺伝子に目的の5カ所の変異を導入した.さらにポジティブ選別用遺伝子(PGKNeopA),ネガティブ選別用遺伝子(pMC1DT-ApA)をこのベクターの適切な位置に挿入しターゲティングベクターを作製した.このターゲティングベクターをマウスES細胞にエレクトロポレーション法により導入し,ES細胞のコロニーを単離した.