hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
自動車軽量化のためのチェーン状MHS成形体のロータリープレス加工法確立と特性調査

H25H27年度を通し,チェーンボール状中空金属球(MHS)を作製し,それを固化成形する新ポーラス金属を開発するとともに,チェーンボール状MHSの安価かつ高速,比較的高精度に生産する方法として,ロータリープレス加工法の検討を行ってきた.チェーンボール状MHSおよびその成形体の開発および機械的特性評価は終了し,製造プロセスについてはおおよそ第1工程のブランキングを除いておおよそ確立できた.しかし,ブランキングから始まるため,いつまでもワイヤーカットでブランキング材を試作するのではなく,低価格・高速生産に向け,急ぎブランキング法を確立するとともに,大型ファンドの採用を目指して,まい進したい.自動車燃費向上および二酸化炭素排出量削減のため,車体の軽量化と比剛性・比衝突エネルギー吸収性の向上を可能にするポーラス金属の新材料を開発する.既開発済みのものに対して,ピラー・バンパー等の曲げ吸収部材にも適用でき,かつ,プレス加工により安価に大量生産できる新しい中空金属球成形体の製造技術開発および成形体の試作・機械的特性の評価を行うものである.中空金属球がボールチェーン状に連なったものを積層固化成形して材料とする.H25年度は,ボールチェーン状中空金属球の製造方法について,研究計画に記載した2個のサブテーマに取り組んだ.1個目のサブテーマである第1工程のせん断加工の基礎的検討については,主せん断ひずみエネルギーに注目した板材の成形限界の予測式を提案し,純アルミの板材を試験材として,平頭絞り試験を実施して,その適用可能性を調査した.その結果,従来破壊条件式に比べ,非比例や非面内のひずみ経路に対しても,約15%以下と精度良く予測できる結果を得た.今後は成形限界に追加して破断予測式を開発する予定であるが,その準備として,材料内のボイド(体積欠陥)率が体積ひずみに与える影響を調べるため,FEM解析を行った.現在は,その計算結果から静水圧応力依存を考慮した式(成形限界予測式に追加する項)を構築中である.2個目のサブテーマである第2工程の絞り加工については,ロータリープレスのFEM解析を行い,装置および試験片形状のおおよその設計を済ませ,装置を試作した.この装置による試作は,装置や試験片サイズなどを調整しながら,H26年度に実施する予定である.一方,JST A-step探索型と合わせて,従来の順送りプレス法によるボールチェーン状中空金属球の試作が終わり,圧縮試験および曲げ試験を行って,機械的特性の評価まで終わった.既開発の鈴型中空球成形体よりも曲げ強度は向上した.チェーンボール状鈴形MHSを作製し,それを固化成形する新ポーラス金属を開発するとともに,チェーンボール状MHSの安価かつ高速,比較的高精度で生産する方法として,ロータリープレス加工法の検討を行っている.H25年度では,隣接するMHS同士が連結することで,引張り強度が向上することを検証するため,直動プレスによってチェーンボール状MHSを製作して,圧縮および引張り,曲げ試験を行った.また,ロータリープレスの第2工程である半球絞り加工についてFEM解析を用いて装置設計を行った.それを受けて,H26年度は,科研費の年度計画に記載した項目として,実際に半球絞りロータリープレス装置を試作・改良し,チェーンボール状MHSが製造できるおおよその装置を完成させた.このとき,隣接するMHSの間隔や絞り加工時の板材の破断,真球度などの問題が生じたが,FEM解析により原因等を探り,板材の挿入角度や位置合わせ,板材の材質を変更することによって解決した.さらに,第3工程の端部起こし工程についても,FEM解析を行って検討した.申請書では,テーパー上の工具に通すだけでできるものとして比較的容易な検討と考えていた.しかし,予期した方向に対して垂直方向に端部が倒れ込んでしまうため,ロータリープレス上の成形型の構造から再検討した.端部(ひれ形状)の付け根を2か所適切に押し込むことで,端部が良好に起き上り,第4工程に適した形状のカップ状に成形できることが分かった.設計図までは仕上げたが,計画書通り第3工程の装置の試作はH27年度に実施する予定である.申請書のH2526年度に記載した計画の一部である第1工程のブランキングであるが,ロータリープレスでは精度的に装置が困難であることが分かり,現在は順送りプレスでとりあえずしのぐため,順送りプレス用のブランキング金型の設計を行っている.ただし,精度が極めて高い高価な金型が必要なため,別途ファンド申請を考えたい.チェーンボール状中空金属球(MHS)を作製し,それを固化成形した新ポーラス金属材料,チェーンボール状MHSの安価かつ高速,比較的高精度な生産法であるロータリープレス法の開発として,3個のサブテーマを実施した.MHS製造法について,H26年度の第2工程(下半球絞り)の装置試作および第3工程(上半球部となる端部起こし)のFEM解析に続き,H27年度は第3工程を基礎実験にて検証した.付け根の座屈が激しく,多段ミルにするなど改良を図り,成形体作製に資する形状が作製できた.第1工程(ブランキング)については,「主せん断ひずみエネルギーによる成形限界予測法」を提案し,H27年度に,学術論文掲載,およびその改良として,日本塑性加工学会講演会に2度,静水圧応力の影響と本対象の鋼板について成果発表した.

市販ソフトのユーザーサブルーチンをプログラミングし,ブランキング法の検討を開始した.成形体の機械的特性評価については,ワイヤーカットのブランキング材を使用して成形体を試作,材料試験を実施した.球間のブリッジ部が加工時に多少の引張りを受け,破断伸びは低下したが,引張り・曲げ強さは3倍に向上した.また,変更容易であるチェーン配列も変えた.既存ポーラス材料の特性は密度で整理できるとされているが,本材料では内部配列の違いも変更できた.以上,成形体の開発・特性評価,第1工程以外のプロセス開発が終了した.H25H27年度を通し,チェーンボール状中空金属球(MHS)を作製し,それを固化成形する新ポーラス金属を開発するとともに,チェーンボール状MHSの安価かつ高速,比較的高精度に生産する方法として,ロータリープレス加工法の検討を行ってきた.チェーンボール状MHSおよびその成形体の開発および機械的特性評価は終了し,製造プロセスについてはおおよそ第1工程のブランキングを除いておおよそ確立できた.しかし,ブランキングから始まるため,いつまでもワイヤーカットでブランキング材を試作するのではなく,低価格・高速生産に向け,急ぎブランキング法を確立するとともに,大型ファンドの採用を目指して,まい進したい.チェーンボール状MHS成形体の機械的特性評価、および、ロータリープレス加工法の第2工程、第3工程については、計画書の前倒しで進んでいるため、順調に進展していると判断した。しかし、計画以上に進展しているという評価でないのは、第1工程のブランキングについて、計画時と異なり、金型・装置の精度上の問題から、順送りプレス加工での検討としている。塑性加工「現在までの達成度」で報告した第1工程のブランキングについて、ロータリープレスでの検討を諦めずに進めたい。ブランキングのFEM解析のための破壊条件式の検討は計画外の内容だが、成形限界式を確立し、H27年度5月に投稿論文が掲載となったので、成果は着実に出していると言える。その式を破断判定まで発展させ、FEM解析に導入し、厳密にロータリープレスでのブランキングの検討をしたいと考えている。ただし、最大の課題は、精度上の問題にはその装置を試作する費用の問題もあって、科研費基盤(C)以外にもファンド申請を行って、実施に向けて邁進したい。軽量かつ高比剛性,高衝撃吸収性を有する新超軽量ポーラス金属材料として,ボールチェーン状中空金属球成形体の開発を行い,順送りプレスにて試作・機械的特性試験も行った.この試作・性能評価については,研究計画に記載した項目はすべて終了したが,積層方法についての研究計画が不足していることが分かり,現在H26年度計画に追加して実施しているところである.この結果が得られれば,所定の性能が得られると考えている.ただし,曲げの吸収性については既開発の鈴型中空球成形体よりも性能が高かったため,既に10月に特許申請を行っている.第1工程の解析的検討で必要となる成形限界予測については,当面は他研究者による従来の予測式を使用して実施する予定であったが,実験による予測精度の結果が期待以上であり,アドバイザーの他大学研究者との打合せで高評価が得られたので,H26年度秋の日本塑性加工学会連合講演会にて発表を申し込める成果が出たと考えている.H26年度は破断予測式までを構築し,打抜き工程の解析を実現することから,計画通りに遂行し,成形限界予測式が提案できるまで得られたことから計画以上の成果が得られたと考えている.その結果,10月に特許申請を行うことができた.
高速かつ正確なメモリ・アーキテクチャ評価手法に関する研究

新しい半導体チップの実現法として3次元実装が注目されている.これまでの2次元実装LSIにおいては,回路の大規模化に伴いブロック間接続のための配線が長くなり,ひいては,動作周波数の低下や消費電力の増大を招くといった問題があった.これに対し,3次元実装LSIでは,垂直方向へ回路を集積することで配線長を維持しつつ,回路を大規模化できるといった利点がある.また,たとえばDRAMとロジックのように異なる製造プロセスを経て作成した複数のダイを積層する事も比較的容易になる.現在はキャッシュ・メモリをプロセッサ・コアと同一ダイ上に実装する方式が主流であるが,キャッシュ・メモリはプロセッサ・コアと同程度の面積を必要としている.3次元技術によりプロセッサ・コアダイの上にキャッシュ・メモリを複数ダイ積層することも可能になり,プロセッサの性能向上に大きく貢献する技術となることが期待される.3次元積層技術は大容量かつ新しいキャッシュ・メモリ・アーキテクチャを実現することは,キャッシュ・メモリ・アーキテクチャの設計空間をさらに拡大することに繋がる.したがって,適したアーキテクチャの探索がより困難になることが予想される.効率的なアーキテクチャ探索を実現する上で,3次元実装技術によりキャッシュ・メモリ・アーキテクチャが従来のアーキテクチャと比較してどのように変化するのかを把握する必要がある.そこで,本研究では3次元実装を前提としたキャッシュ・メモリ・アーキテクチャを検討し,評価を行った.3次元実装によりプロセッサ・コアとキャッシュ・メモリ間とのバンド幅が飛躍的に向上するという利点を活用したアーキテクチャを提案し,有効性を確認した.また,3次元実装のもう一つの利点である異なるプロセスで製造されたダイの積層可能という利点を活かしたアーキテクチャも提案し,有効性を確認した.初年度の計画では,同一プログラムにおいて複数存在する入力データのうち,どの入力データを選択することで効率的な評価が実現できるかを明らかにすることを目標にした.これを示すためには,ある評価指標(ここではキャッシュ・メモリを対象とすることからその性能を示すキャッシュ・ミス率)が分かれば良い.なぜなら,キャッシュ・ミス率が類似していれば,その入力データを用いた場合は冗長な評価と判断できるからである.同一プログラムに異なるデータを用いて実行した場合,プログラム構造によっては,類似するメモリアクセスの特徴を有する区間が繰り返し実行される可能性が高い.そこで,メモリアクセスの特徴に基づき,シミュレーション結果を再利用することによりキャッシュ・ミス率を予測する技術を提案した.本手法はまず,ある入力データを対象にメモリアクセスの特徴を抽出するとともに,複数のキャッシュメモリ・アーキテクチャを対象としてキャッシュ・ミス率の測定を行う.このとき得られたメモリアクセスの特徴とミス率からデータベースを生成する.つぎに,異なる入力データを対象にメモリアクセスの特徴抽出を実施し,データベースに登録されたメモリアクセスの特徴と比較することで異なる入力データを実行した際のキャッシュ・ミス率を予測する.本手法の特徴は,一度メモリアクセスの特徴比較によって,データベースに登録されたすべてのキャッシュメモリ・アーキテクチャにおけるミス率を高速に予測可能な点である.本手法を定量的に評価した結果,詳細キャッシュメモリ・シミュレウーションにより得られたミス率と比較して,その予測誤差は多くのベンチマーク・プログラムにおいて1ポイント以下であった.加えてシミュレーション対象のキャッシュメモリ・アーキテクチャおよびプログラムの入力データの増加に伴い,本手法に更なる優位性があることを確認した.新しい半導体チップの実現法として3次元実装が注目されている.これまでの2次元実装LSIにおいては,回路の大規模化に伴いブロック間接続のための配線が長くなり,ひいては,動作周波数の低下や消費電力の増大を招くといった問題があった.これに対し,3次元実装LSIでは,垂直方向へ回路を集積することで配線長を維持しつつ,回路を大規模化できるといった利点がある.また,たとえばDRAMとロジックのように異なる製造プロセスを経て作成した複数のダイを積層する事も比較的容易になる.現在はキャッシュ・メモリをプロセッサ・コアと同一ダイ上に実装する方式が主流であるが,キャッシュ・メモリはプロセッサ・コアと同程度の面積を必要としている.3次元技術によりプロセッサ・コアダイの上にキャッシュ・メモリを複数ダイ積層することも可能になり,プロセッサの性能向上に大きく貢献する技術となることが期待される.3次元積層技術は大容量かつ新しいキャッシュ・メモリ・アーキテクチャを実現することは,キャッシュ・メモリ・アーキテクチャの設計空間をさらに拡大することに繋がる.したがって,適したアーキテクチャの探索がより困難になることが予想される.効率的なアーキテクチャ探索を実現する上で,3次元実装技術によりキャッシュ・メモリ・アーキテクチャが従来のアーキテクチャと比較してどのように変化するのかを把握する必要がある.そこで,本研究では3次元実装を前提としたキャッシュ・メモリ・アーキテクチャを検討し,評価を行った.3次元実装によりプロセッサ・コアとキャッシュ・メモリ間とのバンド幅が飛躍的に向上するという利点を活用したアーキテクチャを提案し,有効性を確認した.また,3次元実装のもう一つの利点である異なるプロセスで製造されたダイの積層可能という利点を活かしたアーキテクチャも提案し,有効性を確認した.
脳虚血モデルにおける海馬単一神経細胞内イオン濃度変動の光学的測定

本研究では、海馬スライスin vitro脳虚血モデルにおいて虚血負荷をかけた場合に海馬CA1ニューロンで生じる細胞内カルシウム及びナトリウム濃度上昇を単一神経細胞レベルでとらえた。1.細胞内カルシウム濃度測定に関して以下の成果が得られた。単一神経細胞内での測定のための基礎的検討として、従来の方法により以下のことを行った。(1)組織染色法やCA1ニューロン欠損標本を用いてマクロイメージング法によるCA1領域でのCa上昇が、神経細胞内に由来することを明らかにした。(2)親和性の異なる複数のカルシウム指示薬によりCA1ニューロンの樹状突起における特異的上昇を明確化した。この結果をふまえて海馬単一神経細胞内へCa指示薬を注入し、虚血刺激中に生じる細胞内カルシウム濃度変動の測定を行った。その結果、以下のことが明らかとなった。(3)虚血負荷により、数分の潜時を以って海馬CA1ニューロンで細胞内カルシウム濃度が上昇した。(4)細胞体だけでなく樹状突起部でも上昇した。2.細胞内ナトリウム濃度変動に関して以下の成果が得られた。(1)虚血負荷により、数分の潜時を以って海馬CA1ニューロンで細胞内ナトリウム濃度が上昇した。(2)虚血負荷による細胞内ナトリウム濃度上昇はCA1領域に特異的なものであった。以上の結果より、短時間の虚血負荷により海馬CA1神経細胞においてイオンホメオスタシスが破綻を来たし、このことが後の遅発性神経細胞死を誘発する要因となることが示唆された。
ジフテリア毒素を利用した核輪送に関与する変異細胞の単離とその解析

本年度は、核輸送に関与する変異細胞を出芽酵母から単離するための系の確立を目指した。まず哺乳動物の系で核移行シグナルとして明らかになっているSV40ウィルスT抗原由来のアミノ酸配列が酵母の系で働くかどうかを、酵母のインベルタ-ゼのアミノ末端に付加したものを用い、蛍光抗体法により調べた。この結果、野生型の核移行シグナル(KKKRK)を付加したインベルタ-ゼは核に移行すること、また1アミノ酸置換した変異型核移行シグナル(KTKRK)を付加したものは核に移行できないこと、酵母でも蛍光抗体法により核移行したかしないかを区別できることが明かとなった。次にジフテリア毒素A断片(DTA)の細胞内局在をかえることにより核への移行に異常を有する変異細胞を得るため、DTAのアミノ末端にSV40の核移行シグナル、あるいは変異型核移行シグナルを付加した遺伝子を作成し、培地の変換(グルコ-スからガラクト-スに変換)により遺伝子産物の誘導が行える系を作成した。これらのプラスミドを形質転換した酵母は、グルコ-ス培地では生育できること、ガラクト-ス培地に変えると生育できないことから誘導的に毒素が生産されていることがわかったが、核移行型に変換した毒素を発現させた場合でも顕著なタンパク合成阻害がかかり選択系としては不適当であることが判明した。現在大腸菌由来のβーガラクトシダ-ゼに酵母のリボソ-ムタンパクL29の核移行シグナルを付加した融合遺伝子を作成し、新しい選択マ-カ-として使うべく準備をしている。また核内から核外へのtRNAの輸送に関与する変異株を得るために、ジフテリア毒素のナンセンス変異遺伝子とそれを抑制するサプレッサ-tRNAとを組み合わせた新しい選択系も開発中である。
非線形現象に現れる幾何学的特異点の研究

ローレンツ空間形内の空間的部分多様体に対して、「光錐ガウス写像」を導入し光的曲率と言う不変量を構成た。その不変量を用いて、空間的部分多様体に沿った「光的超曲面」の特異点の記述をルジャンドル特異点論を応用することにより行った。さらに、相対性理論やブレーン宇宙論で重要な「世界面」に対して「焦点集合」を記述する幾何学的枠組みを構成し、「グラフ型ルジャンドル開折」の理論を用いて「波面の伝播」との関係を明らかにした。平成22年度の成果としては、ローレンツ多様体のもっとも単純な場合で、特殊相対性理論の舞台である一般次元のミンコフスキー時空内の空間的部分多様体の不変量の構成とその幾何学的意味付けの研究を推進した。以前からの代表者の研究で、ミンコフスキー時空内の空間的部分多様体で余次元2の場合がユークリッド空間内の超曲面の理論に対応することが理解されてきたので、今回は、余次元が3以上の場合にどのように基礎理論を校正すべきかについての研究を行った。通常ユークリッド空間内の余次元が高い部分多様体の研究のためには十分小さい半径の管状近傍をとりその境界であるいわゆる管状超曲面を考え、超曲面の理論との比較を考えることがアイデアの一つとしてある。一方、ミンコフスキー時空の場合は管状近傍を単純にとるとその管超曲面はコンパクトなファイバーを持たなくなり、何かと都合が悪い状況が生まれる。そこで、余次元2の空間的管状部分多様体と言う概念を新たに導入することにより、余次元2の空間的部分多様体の成果を応用することにより、新たな、不変量の構成に成功した。その結果、従来の研究で得られている、双曲空間内、ド・ジッター空間内、ユークリッド空間内、球面内の部分多様体の研究をこの観点から統一的に扱うことが可能となった。この成果をもとにして今後、特異点論を応用することにより得られた不変量の幾何学的意味の考察やその大域的性質などの研究を推進する事が可能となった。平成22年度までの研究成果として得られたミンコフスキー時空内の余次元2空間的部分多様体の不変量とその幾何学的意味付けにたいして、さらに余次元が高い空間的部分多様体に特異点論を応用することにより、幾何学的不変量を導き、その幾何学的性質について研究を推進してきたが、引き続き平成23年度もその方針で本研究課題を推進した。特に23年度には、それまでに考えられた枠組みの下で、得られた幾何学的不変量の大域的性質について研究した。22年度までに得られた、光錐的曲率に対して、余次元2の場合には、ガウス・ボンネ型の積分公式が成り立つことが以前の代表者の研究により知られていたが、平成23年度には、その絶対値の積分に対するチャーン・ラーショフ型積分不等式を示した。特に、この不等式に対して等式が成立する場合の空間的部分多様体の特徴付けとして、光的タイト空間的部分多様体という概念を新たに導入して、空間的部分多様体が球面の像となる場合にその特徴付けをあたえた。その結果、ユークリッド空間内のタイト部分多様体と双曲空間内のホロタイト部分多様体の類似点や相違点を明らかにすることができた。さらに、その付属物として、一般余次元の空間的部分多様体に沿った光的超曲面の研究するための枠組みを構成し、その特異点の幾何学的意味をルジャンドル特異点論を応用することにより明らかにした。この光的超極曲面は様々な事象の地平線の形状を記述するもので、ブラックホール物理学や宇宙論において重要な役割をになうものである。平成25年度の実績としては、前年度から継続して、ローレンツ空間形(ローレンツ・ミンコフスキー空間、ド・ジッター空間、反ド・ジッター空間)内の世界面の光的幾何学の構成と対応する焦集合の特異点に関する研究を推進した。前年度では、単独の空間的部分多様体に関する光的幾何学の構成と焦集合についての成果が得られたが、相対論的には、時間が一定という事はあり得ないので、空間的部分多様体の1径数族からなるローレンツ部分多様体(世界面と呼ばれる)の研究を進める事が重要となる。単独の空間的部分多様体の幾何学については、その上のある種の関数族を考え、その特異集合が対応する焦集合となる事がわかり、さらにその関数族から構成されるルジャンドル特異点論が、その(光的)幾何学の性質を明らかにした。一方、世界面は空間的部分多様体の1径数族なので、対応する関数族にさらに1径数付け加えた、関数族の1径数族の研究が必要となる。この場合、対応するルジャンドル特異点論は、その1径数族であり、「波面の伝播理論」に対応する。25年度には、この波面の伝播理論の整備をおこない、我々の場合に具体的に応用した。

その結果、理論物理学者が提唱した、世界面に付随する焦集合が、波面の伝播理論に現れる、小波面族の判別集合として記述されること、さらにはその特異点の持つ、ローレンツ幾何学的意味が明らかになった。また、対応する不変量として、ローレンツ・ミンコフスキー空間内の単独の空間的部分多様体の光的絶対全曲率の定義可能性とそれが満たす、Chern-Lashof型不等式の証明とその最小性を記述する、光的タイトという概念を導入した。その世界面版は今後の課題である。平成24年度は、相対性理論や素粒子物理学において重要な役割を担う3種類のローレンツ空間形の一般次元の空間的部分多様体に沿った光的超曲面の特異点の幾何学的性質についての研究を実施した。ローレンツ空間形とは、定曲率をもつローレンツ多様体のことであり、曲率零の場合が、ミンコフスキー空間、曲率正の場合がド・ジッター空間、曲率負の場合が反ド・ジッター空間と呼ばれる空間である。最初に、最も単純なミンコフスキー空間内の空間的部分多様体について考えた。この場合は、特殊相対性理論に対応していて、重力が存在しない場合であるが、理論物理学における素粒子論のゲージ場などはこの空間で記述される場合がおおい。また、単純なモデルと考えることができる。この場合に以前に研究していた、余次元2の場合の理論を適用するために、一般の空間的部分多様体にたいして、余次元2管状空間的多様体という新しい概念を導入し、その上で従来の余次元2の場合の理論を適用することにより、元々の空間的部分多様体に付随した光的超曲面を記述することが可能となった。この場合、光的超曲面は様々な事象の地平線のモデルとなり、特異点の形状を記述することは事象の地平線がどのように観測されるかという事を理論的に導くことに対応している。次に、理論物理学において近年盛んに研究されている反ド・ジッター空間内の空間的部分多様体に沿った光的超曲面の特異点とその幾何学的性質について考察した。この場合は、他の2種類のローレンツ空間形とは、コーシー地平面が存在するという顕著な違いがあり、コーシー地平面は光的超曲面となり、その研究は重要である。平成23年度までの顕著な成果として、ミンコフスキー時空内の空間的部分多様体の絶対全曲率の評価式であるチャーン・ラーショフ型不等式の証明を与えた。その結果、等式が成り立つ場合として、光的タイト部分多様体という概念を新たに導入した。この光的タイト部分多様体をさらに詳しく研究することが今後の課題である。また、それに付随して、余次元が高い場合の空間的部分多様体に沿った光的超曲面の研究も推進された。このように、新たな概念や研究対象が本研究を通して発見されており、今後の本研究課題の進展が期待できる。25年度が最終年度であるため、記入しない。ローレンツ空間形という相対性理論や素粒子物理学で近年活発に研究されているローレンツ多様体内の光的超曲面の特異点は、非線形現象に現れる幾何学的特異点の典型的な例であり、その特異点の研究は、物理学的にも重要であるが、そこから対応する空間的部分多様体の不変量が発見され、数学的にも新しい研究成果であり、その幾何学的性質を研究するという当初の目的達成のために、概ね順調に研究が推進されていると思われる。今後もさらに、理論物理学と関連したものや映像理論と関連した分野を中心に特異点論の応用を試みて行く。特にこの2年間で蓄積した方法と知識を用いてさらに未開拓な分野への応用を試みることとする。昨年度までに得られた、問題点や新たな現象にたいして、研究分担者の役割分担に沿って、具体的な目標をたてて、成立する諸定理などの目標を決め具体的に証明を試みる。さらに昨年度までと同様に目標となる幾何学的現象や偏微分方程式等の種類を定めることも平行して行う。
1分子蛍光観察用の究極感度カメラ開発による細胞膜ナノドメインの機能の解明

本研究の目的は、(1)まず、生細胞中で、1蛍光分子追跡をするための、高感度のカメラシステムを開発すること、(2)次に、このカメラシステムを用いて、ナノラフトの生成機構、及び、構造-機能相関の解明を進めることであった。(1)の高感度のカメラシステムの開発については、本研究期間中に、高感度の3段MCP型イメージインテンシファイアー(像倍率最大107倍)を高速CMOSセンサーに光ファイバーカップルしたカメラを作製した(この部分は、株式会社フォトロンのご協力による)。(2)については、本研究期間中に、下記のことが明らかになった。1)ナノラフトの可塑性についての検討を進めた結果、細胞外からのシグナルによって、より大きく安定なラフトが誘起されることが分かった。2)ラフトの脂質鎖による、表側ラフトと裏側ラフトのカップリングを検討した結果、細胞膜外層に安定化ラフトができること、内層にも安定化ラフトが誘導される可能性が示唆された。3)細胞外からシグナルが来る前の細胞膜では、ラフトはあったとしても非常に小さく、不安定であることが示された。4)グリコシルホスファチジルイノシトールアンカー型受容体(GPI-ARs)へのシグナル入力とそれがどのように細胞内に伝達されるがを調べた結果、リガンド結合によって、GPI-ARsは会合し、それが、会合部分へのコレステロールと糖脂質の濃縮とを誘起して、その部分に、会合体と同じ程度の大きさのやや安定なナノラフトが形成されること、さらに、このGPI-ARクラスターナノラフトに細胞内のラフト関連シグナル分子、GαiやSrc-family-kinase分子がリクルートされ、そこでこれらの分子が結合することによって、Src-family-kinaseが活性化されることが示された。本研究は、以下の2つの目的をもっている。(1)1分子蛍光を観察して、1分子(運動・反応)を追跡するための、究極感度をもつカメラシステムを開発する。(2)このカメラシステムを用いて、細胞膜のナノラフト領域の形成と分解の機構、ナノラフトのシグナル伝達プラットフォームとしての作動機構を1分子レベルで解明する。本年度は-20°Cまで冷却できる冷却装置を組み込んだインテンシファイアーとカメラを作った(ロスがないようにファイバーカップルする)。このときイメージインテンシファイアーのゲインを最大まで上げても、画面上でのショットノイズが1ビデオフレームあたり数個にできた。カメラ開発と並行して、さらに、開発したカメラシステムを用いて、細胞膜のナノラフト領域の、(1)形成と分解の機構、(2)シグナル伝達プラットフォームとしての作動機構、を1分子レベルで検討した。具体的には、CD59のリガンドを加えて誘導される短寿命シグナル伝達ラフトの形成機構を検討した。新たに開発したカメラを用い、異種分子の同時1分子観察、1分子FRETなどの1分子ナノバイオロジーの方法を駆使して、(1)ナノラフト領域とシグナルナノ集合体へのシグナル分子のリクルート時間(滞在時間)の1分子計測、(2)シグナル分子の活性化時間の1分子計測、(3)ナノラフト領域とシグナルナノ集合体の寿命の1分子計測を行った。時間分解能5ミリ秒を達成し、これらの時間がはじめて正確に計測できた。これによって、シグナルの量子化のみならず、シグナル伝達の素過程の作動機構(分子間相互作用の仕方)の直接的な解明が進みつつある。本研究の目的は、(1)まず、生細胞中で、1蛍光分子追跡をするための、究極感度のカメラシステムを開発すること、(2)次に、このカメラシステムを用いて、ナノラフトの生成機構、及び、構造-機能相関の解明を進めることである。細胞膜のナノラフトの研究は、ナノバイオロジーの重要なパラダイムであり、他のナノバイオロジー研究を進める上での指針を与える重要な結果を得ることを目標とする。

究極感度のカメラシステムを用いることによって、ナノラフトの研究を推進し、ナノラフトのシグナル伝達プラットフォームとしての作動機構を1分子レベルで解明したい。本年度は、これらの生物学的応用研究に対応するため、カメラめ読み出し部分として、高速カメラを購入した。ナノラフトに関しては、本年は、以下の研究をおこない、新しい知見を得た。(1)ナノラフトのシステム可塑性、シグナル特異性の検討を進めた。CD59などのGPIアンカー型受容体とラフトに関与する膜貫通型タンパク質について研究した。その結果、両者ともシグナル伝達ラフトを誘起すること、さらに、ナノラフト上で、シグナルのクロストークが起こることがわかってきた。(2)ラフトの脂質鎖による、表側ラフトと裏側ラフトのカップリングを検討した。細胞膜外層に安定化ラフトができると、内層にも安定化ラフトが誘導される現象を見いだし、それに、脂質間相互作用が寄与しでいることがわかった。(3)コレステロールの可視化による、ラフト可視化をおこなった。全てのラフトに存在すると考えられる唯一の分子はコレステロールである。細胞膜上でコレステロールを可視化・定量化する方法はなく、ラフト研究のみならず医学上の大きな問題になっていた。この方法を開発し、ラフトの可視化法の開発を進めている。コレステロールの1分子感度での観察によって、全てのラフトを可視化する技術ができつつある。本研究の目的は、(1)まず、生細胞中で、1蛍光分子追跡をするための、究極感度のカメラシステムを開発すること、(2)次に、このカメラシステムを用いて、ナノラフトの生成機構、及び、構造一機能相関の解明を進めることである。細胞膜のナノラフトの研究は、ナノバイオロジーの重要なパラダイムであり、他のナノバイオロジー研究を進める上での指針を与える重要な結果を得ることを目標とする。本年度は、ラフトが細胞膜おけるシグナル変換にどのように関わるかについて、集中的に検討した。(1)細胞外からシグナルが来る前の細胞膜では、ラフトはあったとしても非常に小さく、不安定であることが、さまざまな1分子追跡法で、多くのラブト関連分子の運動を追跡することによって、明らかになった。(2)グリコシルボスファチジルイノシトールアンカー型受容体(GPI-ARs)へのシグナル入力とそれがどのように細胞内に伝達されるかを調べた。リガンド結合によって、GPI-ARsは会合し、それが、会合部分へのコレステロールと糖脂質の濃縮とを誘起して、その部分に、会合体と同じ程度の大きさのやや安定なナノラフトが形成されることがわかった。さらに、このGPI-ARクラスターナノラフトに細胞内のラフト関連シグナル分子、GαiやSrc-family-kinase分子がリクルートされ、そこでこれらの分子が結合することによって、Src-family-kinaseが活性化されることが明らかになった。
コンポーネント指向ソフトウェア開発統合化環境の実現に関する研究

再利用を目的として開発されたコンポーネントは,コンポーネント開発者が想定しない使われ方をする可能性があるため,コンポーネント開発者が徹底的な単体テストを行う必要がある.一方,利用者は,利用対象コンポーネントの単体での動作確認に加え,コンポーネントを自身のシステムに組み込んだ際の動作確認を行いたいという要求を持つ.動作確認を行うテストの手段として条件テストがあるが,従来の条件テストを実現する手法では,コンポーネント本体のソースコードと条件テストスクリプトの明確な分離,および条件テストモデル変更時における柔軟な条件記述の変更を同時に実現できなかった.また,流通しているコンポーネントの多くは,ソースコードを参照できないため,従来手法では他者により開発されたコンポーネントに対して事前条件・事後条件・クラス不変条件の検証を行うことができなかった.本研究では,比較的細粒度なコンポーネントに対して状態の観測性を用いて,条件テストスクリプトを自動生成し,さらに条件記述を別ファイルとして分離することで,コンポーネントの条件テストを行う際に生じる問題を解決する手法を提案した.再利用を目的として開発されたコンポーネントは,コンポーネント開発者が想定しない使われ方をする可能性があるため,コンポーネント開発者が徹底的な単体テストを行う必要がある.一方,利用者は,利用対象コンポーネントの単体での動作確認に加え,コンポーネントを自身のシステムに組み込んだ際の動作確認を行いたいという要求を持つ.動作確認を行うテストの手段として条件テストがあるが,従来の条件テストを実現する手法では,コンポーネント本体のソースコードと条件テストスクリプトの明確な分離,および条件テストモデル変更時における柔軟な条件記述の変更を同時に実現できなかった.また,流通しているコンポーネントの多くは,ソースコードを参照できないため,従来手法では他者により開発されたコンポーネントに対して事前条件・事後条件・クラス不変条件の検証を行うことができなかった.本研究では,比較的細粒度なコンポーネントに対して状態の観測性を用いて,条件テストスクリプトを自動生成し,さらに条件記述を別ファイルとして分離することで,コンポーネントの条件テストを行う際に生じる問題を解決する手法を提案した.
ヘリコバクター・ピロリ菌による心血管病変発症機構

近年の疫学研究から発がん性病原タンパクCagを産生するヘリコバクター・ピロリ菌感染と狭心症・心筋梗塞などの心血管病変との関連が示唆されている。我々は、ピロリ菌により胃上皮細胞内に注入されたCagAがエクソソームの構成成分として全身循環系に移行することを見出した。本研究ではピロリ菌CagAが血管内皮細胞にEMT様の形態変化と運動性亢進を引き起こすことを明らかにした。さらに、CagAを消化管上皮ならびに血管内皮特異的に発現する遺伝子改変マウスを作成し、CagAによる心血管病変発症を検証するためのマウスモデル系樹立に成功した。1.胃粘膜特異的CagA発現マウスの作製臓器・組織特異的にピロリ菌CagAを誘導発現する遺伝子改変マウス作製のために、まずCMV early enhancer/chicken β-actin (CAG) promoterとcagA遺伝子の間にloxP-STOP-loxP (floxed STOP)配列を挿入したcagA遺伝子の発現ユニットを構築した。このcagA遺伝子発現ユニットを、エピゲノム制御の影響を排除した遺伝子の高発現が期待できるROSA26遺伝子座にノックインするターゲッティングベクターを作成し、C57BL/6由来受精卵にマイクロインジェクションすることにより、目的とするfloxed STOP CagAトランスジェニックマウスの樹立に成功した。現在、樹立したfloxed STOP CagAトランスジェニックマウス由来MEF細胞を作製し、Creリコンビナーゼ発現レンチウイルスを感染させることによりCagAタンパク質が誘導発現されるか否かを検討している。また、マウス個体において、胃粘膜や血管内皮におけるCagA発現を確認するためのRT-PCRによるcagA mRNA定量法ならびにトランス遺伝子由来のCagAタンパク質C末端にタグしたepitopeに対する免疫組織化学染色法を樹立した。2. CagA含有リポソームの作製すでに樹立している大腸菌における組み換え型CagAタンパク質の大量発現系ならびに高度精製系を用いて、エクソソーム様の粒子サイズを持つリポソーム内にCagAを安定的に封入することに成功した。現在、作製したCagA含有リポソームをマウス体内に安定的かつ持続的に投与するためのシステム構築を行っている。genotypingにより、予定していたCreリコンビナーゼ依存的ピロリ菌CagAトランスジェニックマウスを得た。リポソームへの組換え型CagAタンパク質の封入にも成功した。以上のことから、研究計画は順調に進んでいると判断した。これまでの多くの疫学研究から、CagA陽性ピロリ菌感染と心血管病変発症との間に正の相関の存在が明らかにされている。また、CagAを発現する胃上皮細胞からCagA含有エクソソームが放出されることが示され、ピロリ菌感染患者の血中にはCagA陽含有エクソソームが検出される。そこで本研究ではCagAが血管内皮細胞に及ぼす影響を検討するため、血管内皮細胞特異的にピロリ菌CagAを発現するマウスの樹立を試みた。まず、電気穿孔法を用いて野生型CagA発現ベクターならびにチロシンリン酸化耐性型CagA (CagA-PR)発現ベクターをヒト臍帯静脈由来血管内皮細胞(HUVEC)に導入し、CagAが血管内皮細胞に対して病原生物活性を示すか否かを検討した。結果、胃上皮細胞にてチロシンリン酸化依存的にCagAが誘導するEMT様細胞変化と同様の形態変化が血管内皮細胞においても誘導され、血管内皮細胞でのCagAの病原生物活性を示すことに成功した。並行して、Creリコンビナーゼ依存的にcagA遺伝子遺伝子発現ユニットをRosa26座に挿入したノックインマウス(R26LSL-CagAマウス)と血管内皮細胞選択的にCreリコンビナーゼを発現するCdh5遺伝子プロモーター/Creトランスジェニックマウス(Cdh5-Creマウス)を交配し、仔マウスを得た。仔マウスの尾端片からゲノムDNAを精製し、cagA遺伝子およびCre遺伝子断片を特異的に増幅するプライマーセットを用いてPCRを行うことで仔マウスの遺伝子型を判定した。その結果、血管内皮細胞特異的にCagAを発現することが期待されるR26LSL-cagA;Cdh5-Creコンパウンドマウスが得られた。現在、樹立した血管内皮細胞特異的にピロリ菌CagAを発現するコンパウンドマウスにおける血管病変の進展を観察中である。トランスジェニックマウス由来MEF細胞においてCreリコンビナーゼ発現依存的な発現が確認された段階で、胃粘膜特異的なCre発現マウスとの交配を開始する。また、血管系へのCagAの影響をより詳細に検討するため、血管内皮細胞特異的なCre発現を示すVE-cadherin Creマウスとの交配も並行して進めていく予定である。感染腫瘍学、分子腫瘍学
時間論をてがかりとした道元の思想構造の総合的研究

平成1517年度において、道元の思想構造を「時間論」という観点から総括的検討をおこない、その成果の一部については、17年11月に、研究代表者である頼住が、NHK出版から「道元自己・時間・世界はどのように成立するのか」(哲学のエッセンスシリーズ)を出版した。本書においては、仏教思想の根本的概念、である「無自性-空-縁起」ということを軸として、道元の、自己観、時間観、世界観が成り立っていることを説明し、さらに、それらを明らかにする際の、道元の表現を、「無自性-空-縁起」についてあらわすのではなく、「無自性-空-縁起」そのものをあらわすものとして、その構造を解明した。時間論については、『正法眼蔵』「有時」巻の註釈を行いつつ、その全貌の解明につとめ、それが「今」という瞬間における、自己の主体的存在把持としてとらえられており、過去と未来もこの「今」の時にすべて収束すると考えられていることを明らかにした。また、この「今」の時への収束という特異な時間論が、修行とさとりとの一体性を示す「修証一等」であり、この「一等」性は、道元の思想のすべてに相似形的に見られる概念であることを明らかにした。時間論の範囲でその「一等性」をいうなら、たとえば「因果同時」となる。原因と結果という、通常の時間観念では前後として捉えられるべき事象が、道元の特異な時間論においては、「今」の時に収斂するものとして、同等のものとなるのである。さらに、道元の特異な時間論、世界観を日本思想史の中に位置づけるべく、神秘主義思想日本思想史方法論の観点からも道元思想について検討を行い、その成果の一部を論文発表のかたちで公開した。本年度においては、時間論を軸とした道元の思想構造の文献的解明のために不可欠な、『正法眼蔵』本文の注解を、「有時」巻、「現成公案」巻、「大悟」巻、その他の関係諸巻を中心に行った。各自の個人作業として行うと同時に、適宜、研究会を開催し、疑問点の洗い出し、検討なども行った。その結果、道元独自の時間論を理解するにあたっては、以下の点が重要であることが、明らかになった。・悟り(果)と修行(因)、全体と部分、世界と自己、師(法灯が継承される系譜も含めて)と弟子などが、対立しつつ通底する構造が、道元の時間観、世界観、人間観の根底にあること。・この構造に立脚して、道元の時間論を検討するとき、「有時」と「経歴」という二概念(この概念が、全面的に展開されるのは、道元がその独自の時間論を集中的に論じている「有時」巻である)が重要であること。・さらに、「有時」という言葉が、矛盾しつつ相即する構造を、悟りの世界、すなわち、諸存在が相依相即し関係しある全体世界という総体から、個々の修行者へと方向性において、使われる言葉にあるのに対して、「経歴」という言葉が、その反対の方向性、すなわち、個々の修行者が、全体世界へと自らの修行において超出する方向性において使用される言葉であること。以上の成果をふまえ、次年度以降は道元の時間論の、日本倫理思想史、東アジア仏教史上における意義を解明すると同時に、他の宗教的時間論と比敬することにより、道元のそれの独自性を浮き彫りにしたい。本年度においては、初年度に行ったテキスト内在的な研究を続行するとともに、新たに、従来、十分に検討されてきたとは言い難い、道元の思想の、日本倫理思想史、東アジア仏教思想史における位置を確定するための基礎作業を行った。

この試みは、テキスト外在的な解釈というよりも、テキストそれ自身がおかれた時代的、思想史的なコンテキストを読み解く試みであり、テキスト内在的な読みとの連関のもとにおいてのみ、意味をもつようなものである。さらに、道元の時間論の比較思想的研究のために哲学、倫理学、宗教学関係の論文、著作も調査、購入し、従来、学界において行われてきた道元の時間論とアウグスティヌスやハイデガーのそれとの比較研究を再検討し、道元の時間論の独自性を浮き彫りにすると同時に、人間の精神的営為において不可欠の普遍的テーマである時間の問題を、道元に立脚して検討した。特に本年度焦点を当てたのは、神秘主義の文脈における時間論というテーマであり、東西の神秘思想における時間把握と道元のそれについての比較検討にも力を入れた。本年度は、道元の思想構造を、「時間論」という観点から総括的検討をおこない、その成果については、研究代表者である頼住が、NHK出版から「道元自己・時間・世界はどのように成立するのか」(哲学のエッセンスシリーズ)を出版した。本書においては、仏教思想の根本的概念である「無自性-空-縁起」ということを軸として、道元の、自己観、時間観、世界観が成り立っていることを説明し、さらに、それらを明らかにする際の、道元の表現を、「無自性-空-縁起」についてあらわすのではなく、「無自性-空-縁起」そのものをあらわすものとして、その構造を解明した。時間論については、『正法眼蔵』「有時」巻の註釈を行いつつ、その全貌の解明につとめ、それが「今」という瞬間における、自己の主体的存在把持としてとらえられており、過去と未来もこの「今」の時にすべて収束すると考えられていることを明らかにした。また、この「今」の時への収束という特異な時間論が、修行とさとりとの一体性を示す「修証一等」であり、この「一等」性は、道元の思想のすべてに相似形的に見られる概念であることを明らかにした。時間論の範囲でその「一等性」をいうなら、たとえば「因果同時」となる。原因と結果という、通常の時間観念では前後として捉えられるべき事象が、道元の特異な時間論においては、「今」の時に収斂するものとして、同等のものとなるのである。さらに、本年は、道元の特異な時間論、世界観を日本思想史の中に位置づけるべく、神秘主義思想、日本思想史方法論の観点かちも道元思想について検討を行い、その成果の一部を論文発表のかたちで公開した。
固有振動数解析と逆解析を用いた次世代型非接触式眼圧計の開発

緑内障は本邦の失明原因の第一位であり、その診断治療は重要である。現在、科学的根拠のある治療法は眼圧の下降のみとされている。現在の眼圧計は、角膜表面を圧平することで眼球の硬さを計測するゴールドマン圧平眼圧計に準拠している。本研究では、従来の眼球の硬さ測定に基づく測定理論とは異なり、微小外力から眼球表面に生じる固有振動を解析することにより、眼球表面に作用する張力を間接的に測定した。従来の研究報告などにもとずく我々の仮説では、眼球表面つまり角膜に作用する張力は、眼球内圧によって生じていると考えられ、眼球表面の張力測定が、眼圧測定法として成立しうると考えた。我々の仮説を実証するための臨床研究は平成24年に行われ、その成果物は、同年の日本眼科学会総会および米国国際眼科学会(ARVO)にて発表した。平成25年度の活動では、本研究での主要な測定機器部分となる非接触式眼圧計の解析結果が英文科学雑誌に掲載された。また、本邦で特許取得済みである、固有振動数解析を用いた眼圧測定法の米国での特許取得を、現在申請中である。今後の研究の展開に関しては、固有振動数解析を用いた眼圧測定法に関する論文を投稿準備中である。また、平行して外部一般企業との産学連携の交渉中である。これまでの研究結果に基づく新型眼圧計のプロトタイプを作成する事を第一目標として展開しており、臨床試験を経ての製品化を目指している。また、国際特許の取得に伴い、諸外国での事業展開も視野に入れている。眼圧測定装置開発のための研究としての進捗として、測定系では有限要素シミュレーションにおける境界条件となる,眼圧測定に用いられる圧搾空気の圧力プロファイルについて,圧力センサを用いた計測を行った.その後,変形挙動の再現についてはシュミレーション系へ移行中である.シュミレーション系では,動的解析部分に要する時間が当初所定されたよりも,長時間かかっているため次善策として,代表的な角膜物性とその応答の関係のデータベースを事前に作成しておき,マッピングによる対応関係によって高速に眼圧を算定する方法を検討中である.緑内障は本邦の失明原因の第一位であり、その診断治療は重要である。本研究では,生体のばらつきに依存しない正確な非接触眼圧測定装置のプロトタイプの開発を目的とし,緑内障の診断・治療に貢献することを目的とした.そのために,(1)眼圧の非接触測定の際に圧搾空気を受けて動的に変形する角膜の応答を,卓越振動数を取得可能なレベルでの情報取得を行うこと,(2)圧縮空気による動的応答ならびに眼球の構成要素形状など測定可能な情報に基づいた,精緻な動的有限要素解析シミュレーションを行い,直接測定することが不可能である,角膜をはじめとする生体眼を構成する材料の物性の同定,(3)測定装置のプロトタイプを製作し,健常者と疾患を持つ者に対してそれぞれ計測を行うことにより,従来の測定法に対する改良効果の確認,の3点を本研究の研究計画としていた.初年度は研究代表者による計測部において,従来型の非接触型眼圧測定装置の噴圧発生部分と輝度センサ部を改造した非接触眼圧測定装置による計測を行い,フィードバック情報を与えるための動的有限要素解析モデルの作成をシミュレーション部の分担者亀田敏弘が行う計画であった.計測部においては,豚眼を対象とした卓越振動数の計測実験を行い,学会発表および論文発表の準備を行った.シミュレーション系に若干の遅れを認めるものの,測定系でのデータ取得は完了している.研究協力者の研究室にて,本研究の補助員となる修士大学院生が,本年より新たに協力を申し出たことにより,解析系の進捗の遅れが取り戻せることが期待される.初年度は研究代表者による計測部において,従来型の非接触型眼圧測定装置の噴圧発生部分と輝度センサ部を改造した非接触眼圧測定装置による計測を行い,フィードバック情報を与えるための動的有限要素解析モデルの作成をシミュレーション部の分担者亀田敏弘が行う計画であった.

計測部においては,予定されていた計測実験を行ったが、シミュレーション部においては,モデルの作成が完了しなかった.しかしながら,動的有限要素解析モデルのおよそ90%程度は作成済であり,次年度の研究計画に支障を及ぼすレベルの遅延は認められなかった.このため,初年度の研究計画のおおむねは達成されていたと考えられた.測定系とシュミレーション系で得られた情報の統合により,医療機器プロトタイプの作成を企業との産学連携により画策している.最終年度は製作したプロトタイプにより,臨床データを蓄積し,信頼性と安定性の確認を進め,眼圧測定装置の実用化を目指したい.次年度は輝度センサと有限要素解析の双方から得られた情報をもとに,角膜その他の材料物性を同定し,その影響を加味した真の眼圧の測定方法を確立する.実際に眼圧が上昇している場合のデータについては,研究協力者が患者の同意が得た上で,実測を行うこととする.緑内障患者の眼球構成要素の物性が健常者のそれとは異なるという報告もあり,本研究手法で確認ができる点も重要である.システムとして考える場合,特に動的有限要素解析部分に要する時間が無視できない可能性がある.その場合には,代表的な角膜物性とその応答の関係のデータベースを事前に作成しておき,マッピングによる対応関係によって高速に眼圧を算定する方法を採用する.この手法は申請者の既報告(データベース型数値計算)の応用であり実績がある.該当なし画像データ,有限要素解析結果はともに情報量が多く,蓄積されるデータが増加することが見込まれる24年度以降には,様々なケースのデータの保持,万が一の場合に備えて,RAID機構をもった信頼性の高い大規模データストレージデバイスが必要である.また,東京にて開催される眼科基礎研究領域の最大の学会である日本眼科学会総会および,米国にて開催される世界最大の眼科学会であるAssociation for Research in Vision and Ophthalmology(ARVO) Research Meetingにおいて,研究成果を発表する.
グリア細胞におけるMHCクラスⅠ分子の過剰発現とマイクロエンドフェノタイプ

主要組織適合遺伝子複合体(major histocompatibility complex; MHC)は免疫応答に必要な多くのタンパク質の遺伝子情報を含む遺伝子領域であり、MHCがコードするMHC分子はクラスIとクラスIIに大別される。MHCIは免疫系で重要な役割を果たしているが、神経系では神経突起の伸長やシナプス形成の制御、大脳皮質視覚野の活動依存的なシナプス除去、長期抑圧など脳神経発達やシナプス可塑性に関与している。さらに、統合失調症とMHCとの関連性が再現性を持って報告されており、MHCIは統合失調症の遺伝的要因あるいは環境要因に基づく神経発達障害を仲介する分子であると提唱されている。しかし、MHCIの発現変化に伴う脳神経発達あるいは高次脳機能発達の変化についてはほとんど解っていない。我々は統合失調症の環境要因を考慮した周産期擬似ウイルス感染モデル(polyICモデル)を開発し、神経発達障害と統合失調症様の行動異常を明らかにしている。polyICモデルマウスの海馬ではMHCI/H-2D, H-2Kの遺伝子発現が増加し、培養アストロサイトをpolyICで刺激するとMHCI/H-2D,H-2K遺伝子が誘導され、培養液中の可溶性MHCI/H-2D (sMHCI/H-2D)が増加する。平成27年度は、AAVベクターを用いてGFAPプロモーター制御下に全長MHCI/H-2Dあるいは分泌型sMHCI/H-2Dをマウス前頭葉に過剰発現させ、系統的な行動解析と神経病理学的解析を実施した。MHCI/H-2Dはアストロサイトに発現しており、MHCI過剰発現動物マウスでは、社会性行動、物体認知記憶およびプレパルス抑制に障害が認められた。さらに、ミクログリアの増加、パルブアルブミン陽性細胞の減少、神経スパイン密度の低下などの脳病理学的変化が認められた。28年度が最終年度であるため、記入しない。主要組織適合遺伝子複合体クラスI分子(MHCI)は脳神経系では神経発達やシナプス可塑性に重要な役割を果たしている。さらに、神経発達障害との関連性も報告されており、MHCIは統合失調症の遺伝的要因あるいは環境要因に基づく神経発達障害を仲介する分子であると提唱されている。一方、我々は統合失調症の環境要因を考慮した周産期擬似ウイルス感染モデル(polyICモデル)を開発し、本モデルにおける神経発達障害と統合失調症様の行動異常を明らかにしているが、polyICモデルマウスの海馬ではMHCI/H-2D, H-2Kの遺伝子発現が増加し、培養アストロサイトをpolyICで刺激するとMHCI/H-2D,H-2K遺伝子が誘導され、培養液中の可溶性MHCI/H-2D (sMHCI/H-2D)が増加することを確認している。平成27年度は、AAVベクターを用いてGFAPプロモーター制御下に全長MHCI/H-2Dあるいは分泌型sMHCI/H-2Dをマウス前頭葉に過剰発現させ、3週間後に系統的な行動解析を実施した。また、MHCI発現細胞を免疫染色により同定するとともに、神経病理および神経化学的解析も行った。MHCI/H-2Dはアストロサイトに発現しており、MHCI過剰発現動物マウスでは、社会性行動、物体認知記憶およびプレパルス抑制に障害があることが示唆された。1.幼若期以降のマウスにおいては、AAVベクターを用いてGFAPプロモーター制御下、アストロサイト特異的にMHCI/H-2Dを発現させるin vivoシステムを構築することができた。4.新生仔期(生後2日目)にも同じAAVベクターを用いてMHCIを過剰発現させることは可能であるが、MHCI発現細胞は前頭葉皮質以外にも拡散していた。1.MHCI

過剰発現動物マウスの神経細胞とグリア細胞の微細構造変化について、免疫染色、ゴルジ染色等を用いて調べる。2.マウス脳から単離したアストロサイトに全長MHCI/H-2Dおよび可溶性sMHCI/H-2Dを発現させ、アストロサイトの培養上清を初代培養神経細胞に添加し、神経スパインの変化等を解析する。3.さらに、神経機能に関連する分子のmRNA量、AMPA受容体トラフィッキングとリン酸化等を調べる。4.MHCI過剰発現マウスから脳切片を作製し、神経細胞の機能を電気生理学的手法を用いて解析する(共同研究を予定)。28年度が最終年度であるため、記入しない。