hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
汎関数くりこみ群とゲージ対称性

理論物理学における普遍的言語である場の量子論は,Wilsonの仕事によって,くりこみ群を用いて理解することができるようになり,摂動論によらずに考察することができるものとなった.90年代の半ばに,Wilsonの考えを経路積分を用いて実現し,場の理論の非摂動論的扱いを目指して実際的な計算方法を開発する研究が開始された.すでに分野を問わず多くの問題に適用されている.この手法の大きな弱点の一つはゲージ対称性と相性の悪いことである.本研究ではこの問題を取り扱う:ゲージ対称性の要求を表すワード・高橋恒等式とフロー方程式との整合性を,摂動論,数値計算などを通じて行い,ゲージ論を扱う方法を探る.理論物理学における普遍的言語である場の量子論は,Wilsonの仕事によって,くりこみ群を用いて理解することができるようになり,摂動論によらずに考察することができるものとなった.90年代の半ばに,Wilsonの考えを経路積分を用いて実現し,場の理論の非摂動論的扱いを目指して実際的な計算方法を開発する研究が開始された.すでに分野を問わず多くの問題に適用されている.この手法の大きな弱点の一つはゲージ対称性と相性の悪いことである.本研究ではこの問題を取り扱う:ゲージ対称性の要求を表すワード・高橋恒等式とフロー方程式との整合性を,摂動論,数値計算などを通じて行い,ゲージ論を扱う方法を探る.
ホスファ糖の新規合成法の開発と酵素阻害活性調査

1.ピラノース型ホスファ糖の新規合成法の開発:ピラノース型のホスファ糖の合成原料となる立体配置の異なるhexofuranose 5-ulose誘導体に、塩基存在下、dimethyl phosphonateを付加させ、生じた5-hydroxy-5-phosphinyl誘導体の脱ヒドロキシル化を種々の条件を用いて行い、生成物の立体選択性を調査した。基質の立体配置と反応の選択性から、D-グルコース型ホスファ糖合成には有効であるが、D-マンノース型ホスファ糖には適さないことがわかった。2.D-ガラクトース型ホスファ糖の合成:上述のリン原子導入法を用いてD-ガラクトース型ホスファ糖の合成を試みた。5-ulose誘導体に、塩基存在下、dimethyl phosphonateを付加させ、生じた5-hydroxy-5-phosphinyl誘導体の脱ヒドロキシル化を行い、生成物の立体選択性を調査した。現在、最終生成物の異性体分離と酵素阻害活性試験について検討中である。3.D-マンノサミン型ホスファ糖の合成:5-deoxy-5-dimethoxyphosphinyl-1,2-O-isopropylidene-α-D-glucopfuranose誘導体から数ステップの官能基変換により、methyl 2-acetamido-2,5-dideoxy-5-phoshinyl-β-D-mannofuranoside誘導体に変換した。これを前駆体として、D-マンノサミン型のホスファ糖の合成に成功した。4.ホスファ糖のNMRの結合定数とリン原子の立体配置に関する研究:今まで合成してきたホスファ糖の^1H-NMRの結合定数を系統的に調査し、リン原子の立体配置との関連性や、リン官能基の効果などを調べた。NMRデータからは、ホスファ糖のリン原子の立体配置が、^1H-^1H間のビシナル結合定数より予測できる経験則を求めることに成功した。2. D-ガラクトース型ホスファ糖の合成:上述のC-P結合導入法を用いて、初めてD-ガラクトース型ホスファ糖の合成に成功した。現在、ステップ数の短い、効率のよい合成経路を検討中である。3. D-マンノサミン型ホスファ糖の合成:5-deoxy-5-dimethoxyphosphinyl-1,2-O-isopropylidene-α-D-glucopfuranose誘導体から数ステップの官能基変換により、methyl 2-acetamido-2,5-dideoxy-5-phoshinyl-β-D-mannofuranoside誘導体に変換した。4.ホスファ糖の旋光度及びNMRの結合定数とリン原子の立体配置に関する研究:今まで合成してきたホスファ糖の比旋光度及びNMRの結合定数を系統的に調査し、リン原子の立体配置との関連性や、リン官能基の効果などを調べた。1.フラノース型ホスファ糖の新規合成法の開発:前年度ピラノース型ホスファ糖の合成のために開発された新規C-P結合導入法をフラノース型ホスファ糖合成に応用した。

D-リボースから得られるmethyl β-D-erythro-pentopyranoside 4-uloseに、塩基存在下、dimethyl phosphonateを付加させ、生じた4-hydroxy-4-phosphinyl誘導体の脱ヒドロキシル化を試み、D-リボフラノース型ホスファ糖の新規合成法としての利用を検討した。前年度より継続中のD-ガラクトース型ホスファ糖の合成を試みた。5-ulose誘導体に、塩基存在下、dimethyl phosphonateを付加させ、生じた5-hydroxy-5-phosphinyl誘導体の脱ヒドロキシル化を行い、生成物の立体選択性を調査した。現在、最終生成物の異性体分離について検討中である。3.D-グルコサミン型ホスファ糖(2-amino-2,5-dideoxy-5-hydoxyphosphinyl-D-glucopyranose)の合成:2-acetamido-2-deoxy-D-glucoseを出発原料とし、2-acetamido-D-glucose dimethylacetal誘導体とmethyl-2-acetamido-D-glucofuranoside誘導体を経る2種類の経路を用いてD-グルコサミン型ホスファ糖の合成を試みた。どちらの経路も数ステップの官能基変換を経て、5位にジメトキシホスフィニル基を導入した2-acetamido-5-phosphinyl-D-glucose誘導体から5-phosphinyl-D-glucopyranoseへと環拡大反応を行って、環内にリン原子を導入し、D-グルコサミン型ホスファ糖の合成に成功した。
園芸作物の繁殖,栽培および収穫後の取り扱いに関する研究

南九州においても落葉果樹の栽培が重要となり,特に早生品種を中心に新しい果樹への関心が高まっている。鹿児島はアメリカ合衆国ジョ-ジア州と気候が酷似し,落葉果樹の生産が多い。そこでジョ-ジア大学の研究者と共同して鹿児島とジョ-ジア州での落葉果樹栽培適地の比較やジョ-ジア州からの各種果樹の導入と馴化を行うとともに,これら落葉果樹の栽培特性と繁殖および果実品質特性と収穫後の取り扱いについて研究した。一方,野菜についてもジョ-ジア州は育苗業が盛んであるので,日米での育苗法や繁殖法の比較研究を行った。まず,初年度には鹿児島とジョ-ジア州の気象条件の比較を行った結果,両地は酷似しているが,夏期は異なり,ジョ-ジア州の方が高品質果実の生産には日照時間や温度から多湿な鹿児島より有利であることが分かった。次にジョ-ジア大学農学部園芸学科の研究者の協力を得て,ジョ-ジア州におけるモモ,ブル-ベリ-,マスカディンブドウ,ブラックベリ-,ラズベリ-の栽培品種,栽培適性,収量性,果実品質,貯蔵や加工適正等から導入すべき種類と品種を検討した。モモは開花時期,低温要求性,果実品質から有望と考えられるFlorida-king Goldprince,Juneprince,Nectar,Fireprince,Junegold,Starlite,Loring,Dixilandの9品種を選定し,導入した。マスカディンブドウは開花タイプ,果実品質,果皮色,用途から,Fly,Granny,Val,Noble,Carlos,Summit,Nesbitt Cowat,Loomis,Triumph,Dulcetの10品種を導入した。またブラックベリ-についてはBlack Satin,Hull,Cheyenneの3品種を導入し,これらは現在農林水産省植物防疫所で隔離検疫中である。マスカディンブドウの栽培品種は我が国へは未導入であるので,栽培適性について,さらに試作を行う必要がある。さらにジョ-ジア州で栽培されている品種の中から,有望と考えられるものをブル-ベリ-では8品種(機械収穫用,観光農園用)を選定し,モモでは高品質の65品質のうち9品種が加工にも適していること,マスカディンブドウでは生食用および加工用品種に分けて選定した。最終年度は主として蔬菜の育苗,生産,品質管理について調査研究した。メロンでは耐病性,耐暑性,高糖度,肉質の点が育種の目標であること,生食用甘タマネギは耐病性,収量性の問題が解決され成果を上げていることから,これらは我が国への導入有望野菜であることが分かった。その他,耐暑性や耐病性の蔬菜を作出するための気質導入,高・低温における馴化法と培養植物の馴化法,輪作体系や除草剤の利用法,耐暑性高品質トマトの栽培,収穫物の非破壊測定法による品質評価法等について調査研究した。他方,ジョ-ジア大学のJoyce G.Latimerとの共同研究により,接触刺激が蔬菜類の生育抑制効果があり,コンパクトで大夫な苗生産に応用可能であること,刺激3日後にその効果が発現し,生育旺盛な植物ほど強く表れることを明かにした。招聘したジョ-ジア大学の3名の研究者は鹿児島大学の研究者と共同して研究するとともにセミナ-を行った。Max E.Austin教授は鹿児島におけるラビットアイブル-ベリ-の低収量の原因を究明するために主として気象を調査した。Stephen C.Myers准教授は導入したモモの鹿児島での馴化,繁殖,整技法などの栽培技術について討議した。Hazel Y.Wetzstein准教授は組織培養法を用いた果樹の繁殖法と蔬菜の育苗の専門であり,マスカディンブドウ,ブル-ベリ-,早生モモ等の馴化や生態調査並びに繁殖法について共同研究した。これらの3年間にわたる研究,討議を通じ,両大学並びに関係研究機関の多数の研究者と研究,交流を行うことができた。

マスカディンブドウの栽培品種は我が国へは未導入であるので,栽培適性について,さらに試作を行う必要がある。さらにジョ-ジア州で栽培されている品種の中から,有望と考えられるものをブル-ベリ-では8品種(機械収穫用,観光農園用)を選定し,モモでは高品質の65品質のうち9品種が加工にも適していること,マスカディンブドウでは生食用および加工用品種に分けて選定した。最終年度は主として蔬菜の育苗,生産,品質管理について調査研究した。メロンでは耐病性,耐暑性,高糖度,肉質の点が育種の目標であること,生食用甘タマネギは耐病性,収量性の問題が解決され成果を上げていることから,これらは我が国への導入有望野菜であることが分かった。その他,耐暑性や耐病性の蔬菜を作出するための気質導入,高・低温における馴化法と培養植物の馴化法,輪作体系や除草剤の利用法,耐暑性高品質トマトの栽培,収穫物の非破壊測定法による品質評価法等について調査研究した。他方,ジョ-ジア大学のJoyce G.Latimerとの共同研究により,接触刺激が蔬菜類の生育抑制効果があり,コンパクトで大夫な苗生産に応用可能であること,刺激3日後にその効果が発現し,生育旺盛な植物ほど強く表れることを明かにした。招聘したジョ-ジア大学の3名の研究者は鹿児島大学の研究者と共同して研究するとともにセミナ-を行った。Max E.Austin教授は鹿児島におけるラビットアイブル-ベリ-の低収量の原因を究明するために主として気象を調査した。Stephen C.Myers准教授は導入したモモの鹿児島での馴化,繁殖,整技法などの栽培技術について討議した。Hazel Y.Wetzstein准教授は組織培養法を用いた果樹の繁殖法と蔬菜の育苗の専門であり,マスカディンブドウ,ブル-ベリ-,早生モモ等の馴化や生態調査並びに繁殖法について共同研究した。これらの3年間にわたる研究,討議を通じ,両大学並びに関係研究機関の多数の研究者と研究,交流を行うことができた。今年度の派遺研究者の冨永助教授は、ジョ-ジア州と鹿児島県の気象条件を比較しながら、両地域の果樹栽培について比較した。その結果、両地域は緯度はほぼ同じでありながら、細かい気象条件が異なること、すなわちジョ-ジアは夏季に高温乾燥・長日照時間で高品質果実の生産に極めて有利であることを明らかにした。また、ジョ-ジア州からモモ、マスカディンブドウを導入し鹿児島県で試作する手筈を整えた。モモでは、85品種について開花時期と期間、低温要求量、果実品質などを検討し、低温要求量が少なく早生の9品種を導入した。マスカディンブドウでは18品種について雌雄性、果実品質、果皮色、用途などについて検討し、11品種を導入した。両種とも、現在植物検疫を受けるための手続を進めているところである。ジョ-ジアのブル-ベリ-栽培については、多くの産地を見学し、栽培方法、収量性、果実品質などについて九州地域のそれと比較した。本年度の招へい研究者のM.E.Austin教授は、日本におけるラビットアイブル-ベリ-の栽培方法について検討した。特に、低収量の原因を究明するために、気象条件や剪定方法、施肥量などについて調査した。
20世紀東アジアにおける視聴覚メディアの相互連関

本研究では東アジアの複数の地域(日本、中国、香港、台湾、シンポール、韓国、北朝鮮)および複数の視聴覚メディア(テレビ、映画、レコード、ラジオ)を対象に、地域間・メディア間の相互連関性を検討した。各年度に行われた国際ワークショップや国際シンポジウムを通じ、国内外の研究者が多様なディシプリンを持ち寄ったことで、東アジアに固有の相互連関の具体的様態についても明らかにすることができた。本研究の成果は論文集として公刊される予定である。本研究では、東アジアの複数の地域、ラジオ、レコード、映画、絵葉書、画報、イベントなどの複数の視聴覚メディアを対象として、メディア間・地域間の相互連関性を明らかにすることを目的としている。2008年度の具体的な活動状況は下記の通りである。1.国内会議と国内資料調査:以下3回の国内会議を行うと共に、各研究分担者がそれぞれ公文書館や資料館などで国内での資料の調査や収集を行った。◆第一回研究会2008年5月1日(木)@東大駒場キャンパス18号館4階コラボレーションルーム4、参加者:貴志、佐藤、川島、三澤、議題:各年度の実施目標、個別研究テーマと全体研究テーマの接合◆第二回研究会:2008年7月5目(土)@京都大学大学院教育学研究科「烏丸キャンパス」、議題:佐藤卓己著『テレビ的教養-一億総博知化の系譜』(NTT出版)合評会(「放送メディア教育の成立と展開」(基盤C、代表:佐藤卓己)と共同開催)、参加者:佐藤、川島、三澤のほか、山口誠(関西大学)佐藤八寿子(神戸ファッション大学)など◆第三回研究会:2008年11月5日(水)@日本大学文理学部7号館1階中文学科会議室、参加者:貴志、佐藤、川島、三澤、議題:上海ワークショップ準備とその報告内容2.特別講演会の実施◆王衆一(『人民中国』編集長)特別講演会「政府広報誌づくりと映画研究のハザマで」(日本大学文理学部中文学科と共催)を実施、2008年12月8目(月)@日本大学文理学3505教合3.国際ワークショップの実施と資料調査:以下のように上海で国際ワークショップを開催すると共に、各研究分担者が海外諸地域の公文書館や資料館などで資料の調査や収集を行った。◆国際ワークショップ「東アジアにおける視聴覚メディアの相互連関」(上海社会科学院歴史研究所と共催)、2008年12月28日@上海社会科学院(淮海中路622弄7号上海社会科学院102会〓室)、報告者:佐藤、貴志、川島、三澤、馬軍、宋[金占]友、葛濤本研究では、東アジアの複数の地域、複数の視聴覚メディアを対象として、メディア間・地域間の相互連関性を明らかにすることを目的としている。2009年度は、1970年代までの東アジア各地域における視聴覚メディアを対象とした先行研究を調査することを中心に下記3回の定例研究会の行うと共に、音楽学を中心とした理論研究との対話を企図した国際ワークショップ「Sound and Image in East Asia」を行った。また、来年度実施予定のワークショップおよび総括シンポジウムに向けて参考文献の訳出など準備を進めたほか、研究分担者はそれぞれ国内外で資料の調査収集を行った。◆第一回研究会2009年4月29日(水・祝日)@神奈川大学、参加者:貴志、佐藤、川島、孫、三澤◆第二回研究会:2009年11月25日(水)@日本大学文理学部、参加者:貴志、佐藤、川島、孫、三澤、ゲスト報告者:羅慧〓(世新大学傳媒管理系専任助理教授)本研究では、東アジアの複数の地域、複数の視聴覚メディアを対象として、メディア間・地域間の相互連関性を明らかにすることを目的としている。2010年度は下記のように定例会議4回、国際シンポジウム1回を行った。その際、上海、韓国、香港、シンガポール、台湾など東アジア各地における視聴覚メディア研究の最新状況を反映するように心がけた。また、研究代表者・研究分担者・研究協力者はそれぞれ国内外で資料の調査収集、成果の報告を行った。◆第1回研究会2010年6月4日@日本大学文理学部、参加者:貴志、佐藤、川島、孫、三澤、小林聡明(ソウル大学研究員・研究協力者)◆第2回研究会:2010年8月6日@日本大学文理学部、参加者:貴志、佐藤、川島、孫、三澤、ゲスト報告者:葛涛(中国・上海社会科学院副研究員、上海史研究室副主任)梅村卓(上智大学非常勤講師)◆第3回研究会:2010年11月26日@日本大学文理学部、参加者:三澤ほか共催の日大文理人文研共同研究メンバー(紅野謙介、金子明雄)など、ゲスト報告者:申鉉準(韓国・聖公会大学教授)◆第4回研究会:2011年2月24日@台湾・台湾大学音楽学研究所、参加者:佐藤、川島、孫、三澤、小林、ゲスト報告者:王櫻芬(台湾・台湾大学教授)◎国際シンポジウム

「20世紀東アジアにおける視聴覚メディア相互連関」12月10日(金)@日本大学文理学部、参加者:佐藤、川島、孫、三澤、小林、共催の日大文理人文研共同研究メンバー他多数、科研メンバー以外の報告者は卓伯棠(香港浸會大學電影學院教授)、容世誠(シンガポール国立大学副教授)、赤上裕幸(京都大学・院生)
2型糖尿病疾患感受性遺伝子KCNQ1の生理的・病態生理的役割の解明

2型糖尿病感受性遺伝子KCNQ1の生理的・病態生理的役割をin vivoで明らかにすることを目的として, KCNQ1に関する様々な遺伝子改変マウスを同定・作製し,その表現型を解析した.新規に同定し得た1塩基変異によるKCNQ1の機能低下型遺伝子変異マウスは明らかな耐糖能異常を示さず,また機能亢進型KCNQ1を膵β細胞に発現させた遺伝子改変マウスはインスリン分泌低下を伴う耐糖能異常を示した.KCNQ1の発現/機能亢進が耐糖能異常と関連している可能性が示唆された.【背景・目的】電位依存性カリウムチャネルKCNQ1は強力かつ普遍的な2型糖尿病の疾患感受性遺伝子として同定され,その重要性は国際的に広く認識されている.臨床的にはインスリン分泌への関与が示されているが,詳細な分子機構は不明である.そこで本研究では,KCNQ1に関する様々な遺伝子改変マウスならびに膵β細胞特異的な蛍光レポーターマウスの作製・解析を通じて,膵β細胞機能の制御,膵β細胞量の制御,膵β細胞の発生・分化・成熟に対してKCNQ1が担う生理的・病態生理的役割をin vivoで解明し,2型糖尿病治療薬としてのKCNQ1作動薬/阻害薬の可能性を検討する.【結果】KCNQ1に関する遺伝子改変マウスとして,我々はKCNQ1の機能低下型(チャネルclose型)遺伝子変異マウスの同定に成功した.具体的には,C57BL/6J-Kcnq1vtg-3J/Jについて,KCNQ1のエクソン7に1塩基変異が存在していることを突き止め,アフリカツメガエル卵母細胞を用いた電気生理学的検討で本変異がチャネルclose型変異であることを明らかにした.そして,KCNQ1の機能低下型遺伝子変異マウスは明らかな耐糖能異常を示さないことを見出した.また,我々は胎生期から成体に至るまでの膵β細胞の挙動を可視化するツールとして,マウスインスリンプロモーターの下流に蛍光蛋白質GFPのcDNAをつなげたトランスジェニックマウス(MIP-GFPマウス)を保有しているほかに,インスリン遺伝子の転写制御や膵β細胞の分化・成熟に重要な転写因子MafAのプロモーターの下流に蛍光蛋白質mCherryをコードする遺伝子をノックインした膵β細胞特異的な蛍光レポーターマウス(MafA-mCherryマウス)の作製に成功し,単離膵島ならびに膵β細胞で明瞭な蛍光を確認した.特に,RIP-mtKCNQ1-Tgについては,ヒトで家族性心房細動の原因となるKCNQ1の変異体に着目し,電気生理学的検討で軽度の脱分極刺激で容易にチャネルが開くチャネルopen型変異体であることを確認した上で,Rat Insulin Promoter (RIP)の下流にマウスKCNQ1に対応する変異cDNAをつなぐコンストラクトを構築して,トランスジェニックマウスを作製した.【背景・目的】電位依存性カリウムチャネルKCNQ1は強力かつ普遍的な2型糖尿病の疾患感受性遺伝子として同定され,その重要性は国際的に広く認識されている.臨床的にはインスリン分泌への関与が示されているが,詳細な分子機構は不明である.そこで本研究では,KCNQ1に関する様々な遺伝子改変マウスならびに膵β細胞特異的な蛍光レポーターマウスの作製・解析を通じて,膵β細胞機能の制御,膵β細胞量の制御,膵β細胞の発生・分化・成熟に対してKCNQ1が担う生理的・病態生理的役割をin vivoで解明し,2型糖尿病治療薬としてのKCNQ1作動薬/阻害薬の可能性を検討する.【結果】KCNQ1に関する遺伝子改変マウスとして,我々はKCNQ1の機能低下型(チャネルclose型)遺伝子変異マウスの同定に成功し,KCNQ1の機能低下型遺伝子変異マウスは明らかな耐糖能異常を示さないことを見出した.また,野生型のKCNQ1を膵β細胞で増加させた遺伝子改変マウス(RIP-wtKCNQ1-Tg)と,機能亢進型(チャネルopen型)KCNQ1を膵β細胞に発現させた遺伝子改変マウス(RIP-mtKCNQ1-Tg)についても作製に成功し,現在その表現型を解析中であるが,これまでの検討により,膵β細胞においてKCNQ1の機能を亢進させた遺伝子改変マウス(RIP-mtKCNQ1-Tg)では,離乳後早期よりインスリン分泌低下を伴う耐糖能異常をきたすことを見出した.KCNQ1の機能低下型(チャネルclose型)遺伝子変異マウスの同定に成功したことに加えて,野生型のKCNQ1を膵β細胞で増加させた遺伝子改変マウス(RIP-wtKCNQ1-Tg)と,機能亢進型(チャネルopen型)KCNQ1を膵β細胞に発現させた遺伝子改変マウス(RIP-mtKCNQ1-Tg)についても作製に成功した.これら遺伝子改変マウスの表現型や単離膵島を用いた検討により,2型糖尿病疾患感受性遺伝子KCNQ1の電位依存性カリウムチャネルとしての生理的・病態生理的役割が明らかになることが期待される.【背景・目的】電位依存性カリウムチャネルKCNQ1は強力かつ普遍的な2型糖尿病の疾患感受性遺伝子として同定され,その重要性は国際的に広く認識されている.臨床的にはインスリン分泌への関与が示されているが,詳細な分子機構は不明である.

そこで本研究では,KCNQ1に関する様々な遺伝子改変マウスならびに膵β細胞特異的な蛍光レポーターマウスの作製・解析を通じて,膵β細胞機能の制御,膵β細胞量の制御,膵β細胞の発生・分化・成熟に対してKCNQ1が担う生理的・病態生理的役割をin vivoで解明し,2型糖尿病治療薬としてのKCNQ1作動薬/阻害薬の可能性を検討する.【結果】KCNQ1に関する遺伝子改変マウスとして,我々はKCNQ1の機能低下型(チャネルclose型)遺伝子変異マウスの同定に成功し,KCNQ1の機能低下型遺伝子変異マウスは明らかな耐糖能異常を示さないことを見出した.また,野生型のKCNQ1を膵β細胞で増加させた遺伝子改変マウス(RIP-wtKCNQ1-Tg)と,機能亢進型(チャネルopen型)KCNQ1を膵β細胞に発現させた遺伝子改変マウス(RIP-mtKCNQ1-Tg)についても作製に成功し,その表現型を解析した.独立した2つのラインで,膵β細胞においてKCNQ1の機能を亢進させた遺伝子改変マウス(RIP-mtKCNQ1-Tg)では,離乳後にインスリン分泌低下を伴う耐糖能異常が認められた.また,RIP-mtKCNQ1-Tgと,膵β細胞特異的な蛍光レポーターマウス(MIP-GFP-Tg)とを交配して得られたダブルTgマウスから単離膵島を採取し,膵β細胞を同定した上で電気生理学的解析を行ったところ,KCNQ1の機能を亢進させた遺伝子改変マウス由来の膵β細胞ではコントロールマウス由来の膵β細胞と比較して,高グルコース時の活動電位数が減少していることを見出した.2型糖尿病感受性遺伝子KCNQ1の生理的・病態生理的役割をin vivoで明らかにすることを目的として, KCNQ1に関する様々な遺伝子改変マウスを同定・作製し,その表現型を解析した.新規に同定し得た1塩基変異によるKCNQ1の機能低下型遺伝子変異マウスは明らかな耐糖能異常を示さず,また機能亢進型KCNQ1を膵β細胞に発現させた遺伝子改変マウスはインスリン分泌低下を伴う耐糖能異常を示した.KCNQ1の発現/機能亢進が耐糖能異常と関連している可能性が示唆された.KCNQ1に関する様々な遺伝子改変マウス(KCNQ1機能低下型遺伝子変異マウス,膵β細胞での野生型KCNQ1過剰発現マウス,膵β細胞での機能亢進型KCNQ1発現マウス)と蛍光レポーターマウス(MIP-GFPマウス,MafA-mCherryマウス),ならびに両者を交配したダブル遺伝子改変マウスを用いて,普通食環境下・高脂肪食負荷下にて,耐糖能・インスリン分泌能・膵β細胞量を検討する.単離膵島・膵β細胞を採取し,電気生理学的解析とともに,遺伝子発現解析を行い,KCNQ1の下流に位置する鍵分子の同定を目指す.また,KCNQ1とともにKCNQ1チャネルを構成して電気生理学的な性質を修飾するβサブユニット(KCNEファミリー)が,心筋細胞と膵β細胞とでは異なる可能性があり,この点も検証する.表現型が明確なKCNQ1の機能を亢進させた遺伝子改変マウス(RIP-mtKCNQ1-Tg)について,膵β細胞特異的な蛍光レポーターマウスも活用して単離膵島から膵β細胞を採取し,電気生理学的解析を行い,電位依存性カリウムチャネルとしてKCNQ1が有するインパクトを検討する.また,KCNQ1に関する様々な遺伝子改変マウスについて,普通食環境下・高脂肪食負荷下にて,耐糖能・インスリン分泌能・膵β細胞量を検討する.
ガラスを対象とした熱インプリント用電鋳金型の研究

微小光学素子やバイオセンサの高性能化に、ガラス表面にサブ波長構造体を形成することが有効である。従来は複雑な半導体工程を使用するが、ガラス表面にサブ波長構造体を形成するガラスナノインプリント技術は有力な加工技術である。本研究は、ガラスナノインプリント技術に必要不可欠な金型の作製技術を開発した。はじめに、基板に対するネガ型フォトレジストの密着性を改善した。次に、ネガ型フォトレジストを用いた電子線描画技術によるレジスト原盤作製技術を開発した。更に、金属イオン濃度を調整することにより微小突起を抑制したNi-W合金電鋳技術を開発し、サブ波長サイズの金属パターンを有する金型を試作した。平成25年度の研究課題は以下の2点であった。1.ネガ型レジスト(SU-8)製ナノパターン間に発生する残渣の抑制,2.Ni-W電鋳表面に発生する凹凸の抑制。1については,SU-8の密着性を高める処理をウェットエッチングからプラズマ処理に変更したことにより,安定した密着性を得た。次に,SU-8の厚みを薄くすることで,SU-8残渣の発生を抑えた。実験では,周期:480nm,幅:160nmの矩形パターンを300μm角一杯に形成できた。2については,Ni-W電鋳表面に生じる凹凸の原因である水素の取り込みを軽減することを目的とした。具体的な対策として,1)パルス電流を用いた水素の発生時間の軽減,2)添加剤を用いたNi-Wの水素吸蔵の抑制,3)基板の揺動を用いたNi-Wの水素吸蔵の抑制の3点を用いた。1)と2)の組合せ,1)3)の組合せの各実験において,凹凸を抑制できなかった。しかし,1)と2)の組合せでは,サブミクロンサイズの凹形状にもNi-W合金を緻密に充填できた。Ni-W溶液の表面張力が下がったため,水素の混入を抑制できたと考えられる。また,Ni-W合金中のWの含有率が上昇した。平成24年度はネガ型レジストに対する高速ナノパターン形成技術を開発するために, 1.高融点金属基板に対するネガ型レジストの密着性を向上する技術,2.ネガ型レジストの高速描画法,3.ネガ型レジストの除去法の3点を研究課題に設定した。1.については,高融点金属の酸化膜除去が有効であると考えたため,高融点金属のエッチング液である過酸化水素の利用を検討した。しかし,過酸化水素水は高融点金属基板の表面を荒らすことが分かり,酸化膜除去の候補から外した。過酸化水素の表面を粗くしながらエッチングする事が分かった。代替えとして硝酸系のエッチング液を検討した結果,硝酸系エッチング液は高融点金属基板の平滑性を維持しながら酸化膜除を除去する事が明らかになった。2.については,パターン間のドットを間引くことで描画時間の短縮を目指したが,パターン形状が歪んでしまった。そのため,パターン内のドット数を減らすことにより,描画時間を短縮した。3.については,ネガ型レジストを300°Cで2時間加熱した。しかし,ネガ型レジストは炭化しなかった。次に,添加剤を加えた剥離液を用いてネガ型レジストの膨潤剥離を試した。その結果,添加剤を加えた剥離液がネガ型レジストの膨潤剥離に有効であることが明らかになった。また,ポストベイクの有無によって添加剤の種類が異なることも明らかになった。また,ネガ型レジストの電子線描画条件を検討することで,原子量の大きい高融点金属基板では電子線の後方散乱の影響が顕著に表れることが分かった。具体的には,ネガ型レジストのナノパターン間で残渣が発生したため,残渣の抑制技術が重要な課題となった。ネガ型レジストの残渣除去を検討した結果,低温でポストベイクを行うことにより,パターン間の残渣の発生を軽減できることを突き止めた。研究代表者は,これまで,ガラスに対するNi-W膜の離型性評価,Ni-W膜を金型に用いたガラス熱インプリント実験により,ガラス熱インプリント用金型材料にNi-W膜が利用できる可能性を見出した。本研究では,「ナノパターンを有するNi-W電鋳金型を開発し,ガラス熱インプリント金型に展開するための基盤技術を確立する」ことを目的とした。そして,以下の2点の研究項目を実施した。1電子線描画によるエポキシ系ネガ型レジストを用いたナノパターン形成,2ナノパターンを有するNi-W電鋳金型の開発。1においては,Ni-W電鋳時に剥離させないため,ナノパターン用レジストに密着性に優れたネガ型フォトレジストであるSU-8を用いた。しかし,電子線に対してSU-8は非常に反応し易いため,後方散乱によってパターン間に残渣が発生するという問題が生じた。

この課題に対して研究を進めた結果,残渣の抑制方法として,63°C付近で露光後ベイクを行うこと,SU-8の厚みを減らして後方散乱の影響を抑制することの2点が有効であることを見出した。そして,高さ:100nm,480nm周期のSU-8ナノパターンの形成に成功した。2においては,パターンのスケールダウンに伴ってNi-W表面に発生するノジュール(微小突起)が問題となった。Ni-Wの析出時に発生する水素がノジュールを引き起こすため,Ni-W電鋳時にNi-W表面から水素を脱離させること,水素の発生自体を減らすことを考えた。搖動装置により,水素脱離の促進を試みたが,ノジュールを抑制できなかった。一方,Ni-W溶液中の金属イオン濃度を上げることにより,水素発生の抑制を試みた結果,ノジュールを抑制できた。そして,平坦な480nm周期のNi-Wナノパターンを形成できた。工学平成25年度の研究課題は以下の2点であった。1.SU-8製ナノパターン間に発生する残渣の抑制,2.Ni-W電鋳表面に発生する凹凸の抑制。1.については,SU-8の密着性を高める処理をウェットエッチングからプラズマ処理に変更することにより,W基板に対するSU-8の密着性を向上できた。また,SU-8の厚みを薄くしたことにより,電子線の後方散乱を抑制した。更に,SU-8のピーク温度(62.4°C)に近い温度(63°C)で露光後ベイクを実施して,SU-8の架橋を抑えた。この2点の処理によってSU-8の残渣発生を抑えることができた。そして,周期:480nm,幅:160nmの矩形パターンを300μm角一杯に形成できた。2.については,Ni-W電鋳の電流効率が低いため,Ni-Wと共に発生する水素がNi-W電鋳表面に凹凸を生じさせる。そのため,水素の取り込みを軽減することを目的とした。具体的な対策として,1)パルス電流を用いることにより水素の発生時間を軽減する,2)界面活性剤を添加することにより,Ni-W表面が吸蔵する水素の量を抑制する,3)基板を揺動させることにより,Ni-W表面が吸蔵する水素の量を抑制することの3点を用いた。1)と2)の組合せ,1)3)の組合せの各実験において,凹凸を抑制できなかった。このため,Ni-W電鋳金型の試作が遅れている。しかし,1)と2)の組合せでは,サブミクロンサイズの凹形状にもNi-W合金を緻密に充填できた。Ni-W溶液の表面張力が下がったため,水素の混入を抑制できたと考えられる。また,Ni-W合金中のWの含有率を上昇できた。平成24年度はネガ型レジスト(SU8)に対する高速ナノパターン形成技術を開発するために, 1.タングステン(W)基板に対するSU8の密着性を向上する技術,2.SU8の高速描画法,3.SU8の除去法の3点を研究課題に設定した。1.については,Wの酸化膜除去が有効であると考えたため,Wをエッチング液である過酸化水素の利用を検討した。しかし,過酸化水素水はW基板の表面を荒らすことが分かり,酸化膜除去の候補から外した。過酸化水素の表面を粗くしながらエッチングする事が分かった。代替えとして硝酸系のエッチング液を検討した結果,硝酸系エッチング液はW基板の平滑性を維持しながら酸化膜除を除去する事が明らかになった。2.については,パターン間のドットを間引くことで描画時間の短縮を目指したが,パターン形状が歪んでしまった。
重力収縮する暗黒星雲における星間分子の形成

この研究は、暗黒星雲が重力収縮して恒星とそのまわりに存在する惑星系を形成するまでのさまざまな進化の段階において、星間分子の形成過程を理論的に調べ、観測と比較することによって、星と惑星系を形成する物質がどのような化学進化をしてきたかを明らかにすることを目的としている。研究全体は、暗黒星雲から星と惑星系に至るまでのさまざまな段階での物質進化の解明を含んでいるが、本研究課題の実施期間に行われた研究によって得られた成果は、次のとおりである。1.物質の化学進化を解明するために不可欠な化学反応ネットワークについて大幅な拡張を行い、主要な10種類の元素から構成された粒子(分子、イオンなど)を372種類含み、反応総数4095種類に及ぶネットワークを構築した。この反応ネットワークは、観測的に重要なほとんどすべての粒子を含むネットワークであり、現段階で得られる最新の反応係数を採用したデータベースとなっている。2.重力収縮するガス雲における物質の化学進化を調べるため、この大規模な反応ネットワークを使用して「疑似時間依存モデル」の場合について分子存在量の時間進化をもとめ、暗黒星雲で観測されている炭素鎖分子などを形成するために必要な、密度・温度などの物理的条件と反応モデルを明らかにした。3.原始星やTタウリ型星の周りに存在するガス円盤の化学進化を、特に気相にある分子やイオンが固体微粒子(ダスト)表面に吸着される過程を含めて調べ、このようなガス円盤ではダストの氷マントルに酸化物質(CO2)と還元物質(NH3)が自然に共存できることを明らかにした。また、質量降着の有無がガス円盤の化学進化に及ぼす影響を調べた。重力収縮・分裂などによって力学的に進化している暗黒星雲やT Tauri型星の周りにある原始惑星系円盤における分子の形成を理論的に解明するため、宇宙線によるガスの電離に始まる化学反応ネットワークを用いて、次の研究を行った。1.含まれる粒子(分子、イオンなど)が372種類、化学反応が4095種類にまで拡張した最新の反応を求め、力学的に進化しているガス雲で星間分子の形成を調べるための基礎研究を行った。この反応ネットワークによって暗黒星雲で観測されている炭素鎖分子などの存在量がよく再現できること、密度、温度、気相にある元素の組成によって各分子の存在量が大きく変化することが明らかになった。2.重力収縮する暗黒星雲のモデルとして相似解を採用し、密度が時間的に変化(増大)しているガス雲における化学進化を調べるためのプログラムを開発して、テスト計算を行った。今後、さまざまな力学的進化のモデルについて分子の存在量の時間変化を調べる計画である。3.反応ネットワークに気相にある粒子の個体微粒子(ダスト)への吸着を追加して、T Tauri型星の周りにある原始惑星系円盤での化学進化を研究した。その結果、宇宙線によるガスの電離からできた活性なイオンによって、一酸化炭素、窒素分子などが二酸化炭素(CO_2)、アンモニア(NH_3)に変化し、低温の領域ではダスト上に吸着されることを見いだした。これによって、円盤内では酸化的な分子(CO_2)と還元的な分子(NH_3)が自然に共存できることが明らかになった。さらに、中心星からの距離によって各分子の存在量が大きく変化していることも示した。重力収縮している暗黒星雲の化学進化と原始星やTタウリ型星の周りにあるガス円盤の化学進化を解明するため、宇宙線によるガスの電離に始まる化学反応ネットワークを数値的に解いて、次の研究を行った。1.主要な元素10種類から構成される粒子(分子、イオンなど)が372種類、化学反応が4095種類に及ぶ最新の反応ネットワークを用いて、ガスの密度と温度を一定とした「疑似時間依存モデル」における分子存在量の時間変化を求め、重力収縮しているガス雲における分子の形成を調べるための基礎的研究を行った。

反応ネットワークは、気相に存在する重元素(金属)の量とイオン・分子反応の反応係数の値によってさまざまなモデルが存在するが、気相中の金属量が少なく、高い反応係数を有するモデルが暗黒星雲で観測されている炭素鎖分子などの存在量を最も良く再現できることを見いだした。さらに、密度、温度、反応ネットワークのモデルによって各分子の存在量が大きく変化することなどを明らかにした。2.原始星やTタウリ型星の周りに存在するガス円盤の化学進化を、特に気相にある分子イオンが固体微粒子(ダスト)の表面に吸着される過程を含めて調べ、このようなガス円盤ではダストの氷マントルに酸化物質(CO_2)と還元物質(NH_3)が自然に共存していることを明らかにした。また、質量降着の有無がガス円盤の化学進化に及ぼす影響を調べた。3.重力収縮によって密度が変化(増大しているガス雲における化学進化を調べるため、このようなガス雲のモデルを構築し、その中での分子存在量の時間変化を調べるプログラムを開発してテスト計算を行っている。
多様な使命と目的を同時最適化する卓越した大学モデルの探索

本研究は、世界レベルの大学ランキングを批判的に分析・検討し、公平性と卓越性を始めとした多目的・多機能の同時最適化を図れる理想の大学モデルを模索することにある。本研究の意義は、(1)一般的にトレード・オフの関係にあり競合しさえする大学の多様な使命を、同時に最適な解へと導くための大学モデルを探索するという点にあり、(2)大学システム全体での均衡解(大学間機能分化)を求めず、大学単体(特に研究大学)としての多目的同時最適化を探索する点にある。特に(3)卓越性・効率性に囚われた現況では、大学の「公平性」「平等性」の使命を重視し分析する点は、先見的・独創的である。さらに(4)この問題を解くために、数理経済学・数理物理学・統計モデル・線形計画法を応用し、高等教育研究における理論・方法論の脆弱性を刷新し、科学的根拠に基づいた知見を提供することがきる点に卓越性がある。現況は、大学教員の個人レベルでの教育研究活動の最適化についての数理モデルを構築中であり、教育・研究の相乗効果を数理モデル化しつつある。その成果は31年度初頭に紀要等にて出版予定である。また、本課題を達成するためには、方法論の深化が不可欠であり、高等教育研究における計量分析の現況と課題についての検討を行うとともに、計量分析手法そのものについての動向と課題に関しても追跡・整理した。その結果、EBPMで推奨されるRCT至上主義の陥穽を指摘するとともに、RCTの代替選択肢としてのPearl流分析アプローチの可能性を検討した。その成果の一部は今年度発刊予定である『教育社会学研究』に掲載予定であり、且つ『高等教育研究叢書』として年度末に刊行予定である。研究協力者の参画により、大学教員の個人レベルでの教育研究活動の最適化についての数理モデルを構築中であり、教育・研究の相乗効果を数理モデル化しつつある。また、本課題を達成するためには、先行研究の検討と方法論の深化が不可欠であり、平成30年度は、高等教育研究における計量分析の現況と課題についての検討を行うとともに、計量分析手法そのものについての動向と課題に関しても追跡・整理した。その成果の一部は31年度発刊予定である『教育社会学研究』に掲載予定であり、且つ『高等教育研究叢書』として年度末に刊行予定である。また、大学の目的の一つである研究生産について、従来の分析モデルの脆弱性を指摘し、Zゼロ過剰モデル、ハードルモデルの有効性を提案した。その成果は『名古屋高等教育研究』にとりまとめた。以上のように、研究開始の初年度から一部成果を達成し業績として積み上げつつあるので、「順調な進展」とした。130年度に引き続き、多目的の同時最適化に関する数理モデル・シミュレーションに関する先行研究の検討を行う。併せて、昨年度に構築しつつある教育研究の同時的最大化に関する数理モデルの深化を行う。構築した数理モデルの実証については、「大学教授職」研究にて収集された大学教員に関する時間配分・研究教育成果のデータを用いた分析を通じて行う。2課題遂行のための機関レベルでのデータの整備を進める。その際、東京大学大学経営政策コースと広島大学高等教育研究開発センターが連携して進めている「大学機関データベース」および東洋経済新報社刊の「大学四季報」データのパネル・データ化による整備を進める。加えて、JASSO収集による学生生活調査の機関集計値データのパネル化も模索する。併せて機関データの不足分については、質問紙調査を通じたデータの収集を行う。3併せて、平成30年度に積み残していた「大学ランキング」の批判的検討に関して、方法論的アプローチからの検討を試みることにより、ランキングの検証と計量分析の高度化をはかる。

その成果の一部は今年度発刊予定である『教育社会学研究』に掲載予定であり、且つ『高等教育研究叢書』として年度末に刊行予定である。研究協力者の参画により、大学教員の個人レベルでの教育研究活動の最適化についての数理モデルを構築中であり、教育・研究の相乗効果を数理モデル化しつつある。その成果は31年度初頭に紀要等にて出版予定である。また、本課題を達成するためには、先行研究の検討と方法論の深化が不可欠であり、平成30年度は、高等教育研究における計量分析の現況と課題についての検討を行うとともに、計量分析手法そのものについての動向と課題に関しても追跡・整理した。その結果、EBPMで推奨されるRCT至上主義の陥穽を指摘するとともに、RCTの代替選択肢としてのPearl流分析アプローチの可能性を検討した。その成果の一部は31年度発刊予定である『教育社会学研究』に掲載予定であり、且つ『高等教育研究叢書』として年度末に刊行予定である。また、大学の目的の一つである研究生産について、従来の分析モデルの脆弱性を指摘し、Zゼロ過剰モデル、ハードルモデルの有効性を提案した。その成果は『名古屋高等教育研究』にとりまとめた。以上のように、研究開始の初年度から一部成果を達成し業績として積み上げつつあるので、「順調な進展」とした。130年度に引き続き、多目的の同時最適化に関する数理モデル・シミュレーションに関する先行研究の検討を行う。併せて、昨年度に構築しつつある教育研究の同時的最大化に関する数理モデルの深化を行う。構築した数理モデルの実証については、「大学教授職」研究にて収集された大学教員に関する時間配分・研究教育成果のデータを用いた分析を通じて行う。2課題遂行のための機関レベルでのデータの整備を進める。その際、東京大学大学経営政策コースと広島大学高等教育研究開発センターが連携して進めている「大学機関データベース」および東洋経済新報社刊の「大学四季報」データのパネル・データ化による整備を進める。加えて、JASSO収集による学生生活調査の機関集計値データのパネル化も模索する。併せて機関データの不足分については、質問紙調査を通じたデータの収集を行う。3併せて、平成30年度に積み残していた「大学ランキング」の批判的検討に関して、方法論的アプローチからの検討を試みることにより、ランキングの検証と計量分析の高度化をはかる。当初予定していた分析用の統計ソフトおよび高度演算用の機器の購入を見合わせ、既存のソフトと機器での対応が可能であったことと、当初予定していた研究会の開催が、予定よりも少ない回数で終えたことにより、次年度に繰り越しすることになった。今年度は、初年度に進めた数理モデルの構築が終了し、実証分析を本格的に進める予定であること、その際にソフトと機器のアップデートが必要なこと、データの更新も必要であることから、次年度使用額と今年度使用額を合わせての運用をすることにより、順調に予算運用することが可能である。
二次元強相関電子系における磁性の理論的研究

1.二次元スピン-1/2反強磁性ハイゼンベルグ模型に対して、ホルシュタイン-プリマコフ変換を用いて、1/S展開を系統的に行った。スピン波分散関係、一様垂直帯磁率、スピンステフネス係数、副格子磁化が1/(2S)^2の補正まで計算された。この際、本年度講入のコンピューターを用いて数式処理を行った。二次の補正は、いずれの物理量に対しても、無視できない程度の大きさで、1/S-展開がよい漸近展開で有効であることがわかった。他の方法による計算と比べても定量的によい一致を示している。この結果は、流体力学的関係式を小さな数値的誤差の範囲内で満足しており、計算は大変信頼できるものと思われる。動的構造因子に関しても、1/(2S)^2のオーダーまで計算を進めた。横スピン相関部分については、二次の補正は3マグノン励起による幅広いサイドバンドピークひきおこすことが見い出され、又、縦スピン相関部分については、二次の補正は2マグノン励起のスペクトル形を大きく変化させることが見い出された。2.上記反強磁性体にホールが低濃度にドープされた場合に、ホールの運動とスピン励起との競合の効果を調べ、スピン波速度は、ホールの非コヒーレントな運動によりドーピング濃度とともに急激にソフト化することが見い出された。3.有限温度下で長距離秩序が消失した場合のホールの運動の変化を、スレーブフェルミオン-シュヴィンガーボソン表示を用いて研究した。物理的ホールに対応すると考えられるスレーブフェルミオンとシュヴインガーボソンとの束縛状態が低温で見い出され、その束縛状態のエネルギー分散関係は、長距離秩序の存在する場合の特徴を保っていることが明らかにされた。
1細胞RNA-Seqデータ内に含まれる細胞型を特定する解析手法の確立

本研究では、1細胞RNA-Seqデータに含まれる細胞集団の細胞型(Celltype)を判定する汎用的なデータ解析手法の確立を目指している。細胞型判定のための1細胞RNA-Seqデータ解析の流れとしては、細胞型同定に役立つ遺伝子の選別→次元圧縮→クラスタリング→既知マーカー遺伝子の発現量の確認→細胞型判定、という順に解析が行われる。課題としては、1.大規模1細胞RNA-Seqでは次元圧縮の計算量が膨大になる、2.システマティックに細胞型を判定する方法論が存在しない、といったことが挙げられるため、これらの解決に取り組んだ。1.に関しては、幅広く利用されている主成分分析を、データ行列の一部分だけをメモリに展開して計算する、オンライン型アルゴリズムとして実装した。このようなアルゴリズムは複数考案されているが、1細胞RNA-Seqデータへの実用性、計算時間、メモリ使用量を評価し、最適なアルゴリズムを選定しており、現在この成果を論文として執筆中である。今後の展望としては、これまでに報告されたことがないような細胞型が手元のデータに含まれていた場合に、細胞がどのような機能と関連しているのか(細胞機能アノテーション)、細胞同士がどのようにコミュニケーションをしているか(細胞間コミュニケーション)を検出する手法を開発し、その細胞型を特徴づける予定である。本研究では、single-cell RNA-Seqデータに含まれる細胞集団の細胞型(Celltype)を判定する汎用的なデータ解析手法の確立を目指している。細胞型同定には、FACSによる細胞の表面高原のタイプによる判別、マーカー遺伝子の発現量による判別、ゲノム内の特徴的な配列による判別、ラマン分光法で計測された散乱スペクトルによる判別などがあるが、共通するデメリットとして、網羅的なデータベースが存在しないことが挙げられる。一方で、超並列型DNAシーケンサー(NGS)の普及により、公開データベース(DB)に登録されたsingle-cell RNA-Seqや、bulk-cell RNA-Seqは、ヒト、マウスで各々1万件以上あり、組織と細胞型の登録情報は合わせて100件を超え、今後もその数は増大していくと予想される。そのため、(single-cell)RNA-Seqの公開データを二次利用することで、様々な細胞型を判定できると考えられる。細胞型判定のための方法として、当初は、公共DB上の(single-cell)RNA-Seqのデータを全て定量化した遺伝子発現DBを構築し、DB上の全サンプルに対して、手元のsingle-cell RNA-Seqデータと類似したデータを検索するシステムを考えていたが、幾つかの理由により、現在は別の形式のシステムを考えている(詳細は、後述)。今後は、方法論の確立と並行して、共同研究先のデータ解析での本手法の応用も行う。当初の計画とは異なり、以下の2点、方針を変える必要が生じたため。1.異なる実験環境(バッチ)で計測されたデータの場合、同じ臓器・細胞であっても、バッチ間でデータに大きく差が生じる"バッチエフェクト"が存在する。特にsingle-cell RNA-Seqの場合、低発現の遺伝子は検出限界により、計測されづらくなる"ドロップアウト"現象があり、実験プロトコルにより、ドロップアウトの程度が全く異なる。そのため、異なるsingle-cell RNA-Seq実験同士、またはsingle-cell RNA-Seqとbulk-cell RNA-Seq同士では、そのままでは正当な比較が行えないと考えられる。現在は、ドロップアウトするような低発現な遺伝子には着目せず、細胞型特異的に変動する遺伝子にのみ着目し、細胞型を同定するためのアルゴリズムを開発している。幾つかの人工データ、実データでの検証により、このアルゴリズムの精度が示されているため、論文執筆した後、遺伝子発現DBとの比較システムに組み込む予定である。2.現在までのところ、single-cell RNA-seqは個体レベルではなく、各臓器ごとに行なわれており、手元のデータに何の細胞が含まれているかは不明でも、臓器レベルでは、少なくとも何の臓器かはわかっていることが想定される。そのため、手元のデータと同じ臓器同士で、類似度検索を行ったほうが、ノイズが少なくてすむ。この場合、網羅性よりも、各臓器の代表的なリファレンスDBが必要であるため、現在手作業で汎用的に利用できそうなデータを幾つか選んでいる。また今後はHuman Cell Atlasなど、大規模single-cell RNA-Seqプロジェクトのデータも利用する予定である。本研究では、1細胞RNA-Seqデータに含まれる細胞集団の細胞型を判定する汎用的なデータ解析手法の確立を目指している。現在、細胞型判定のためのデータ解析の流れとしては、細胞型同定に役立つ遺伝子の選別→次元圧縮→クラスタリング→既知マーカー遺伝子の発現量の確認→細胞型判定、という順に解析が行われる。課題としては、1.大規模1細胞RNA-Seqでは次元圧縮の計算量が膨大になる、2.システマティックに細胞型を判定する方法論が存在しない、といったことが挙げられるため、これらの解決に取り組んでいる。1.に関しては、幅広く利用されている主成分分析をオンライン型アルゴリズムに改良することで、高速・低メモリ消費量でデータを圧縮することに成功している。2.に関しては、前年度までは、細胞型判定済みの公開データベースを利用し、手元のデータと比較照合することで、自動的に手元のデータの細胞型を判定するシステムを考えていたが、1細胞RNA-Seqは、SMART-Seq、Quartz-Seqなど、特定の実験技術ごとに遺伝子発現プロファイルに違いがあり(バッチエフェクト)、そのばらつきが細胞型によるデータのばらつきよりも大きいために、適切にデータ同士を比較できないことがわかっている。

幾つかの実データでの検証により、あらゆるデータで汎用的にバッチエフェクトを取り除く手法は、難しいことがわかってきたため、Human Cell Atlasなどwell-controlされた国際プロジェクトデータベースの利用に止めることを考えている。また、2.の代替案として、細胞がどのような機能と関連しているのか(細胞機能アノテーション)、細胞同士がどのようにコミュニケーションをしているか(細胞間コミュニケーション)を検出するためのアルゴリズムを開発することで、細胞型の理解の判断材料を増やすことを考えている。上記の1.に関して:現在論文を執筆中である。従来方法と比較して、オンライン型にしても遜色なく同程度の精度で計算ができることを確認している。上記の2.に関して: Human Cell Atlas, Mouse Cell Atlas, Tabula Murisなど、大規模な国際プロジェクトにより、ヒトやマウスの個体を構成する細胞が網羅的に調べ上げられる。そのため、これらのプロジェクトのデータのみで細胞型判定方法を考えた方が、細胞型の網羅性的にも、データのクオリティ的にも得策だと思われる。これまでは、公開データベースの利用を考えていたが、上記のようにテーマの方向性が変わったため、現在データの取得・整形からやり直している。それ以外の、細胞機能アノテーションや、細胞間コミュニケーションに関しては、近年Webマイニング分野で提唱されている、あらゆるデータをグラフととらえて統合する、Heterogeneous Information Network(HIN)という考えが有効であると考えており、これまでのバイオデータでの適用事例や、利用したアルゴリズムについて、網羅的なレビュー論文を執筆した。本研究では、1細胞RNA-Seqデータに含まれる細胞集団の細胞型(Celltype)を判定する汎用的なデータ解析手法の確立を目指している。細胞型判定のための1細胞RNA-Seqデータ解析の流れとしては、細胞型同定に役立つ遺伝子の選別→次元圧縮→クラスタリング→既知マーカー遺伝子の発現量の確認→細胞型判定、という順に解析が行われる。課題としては、1.大規模1細胞RNA-Seqでは次元圧縮の計算量が膨大になる、2.システマティックに細胞型を判定する方法論が存在しない、といったことが挙げられるため、これらの解決に取り組んだ。1.に関しては、幅広く利用されている主成分分析を、データ行列の一部分だけをメモリに展開して計算する、オンライン型アルゴリズムとして実装した。このようなアルゴリズムは複数考案されているが、1細胞RNA-Seqデータへの実用性、計算時間、メモリ使用量を評価し、最適なアルゴリズムを選定しており、現在この成果を論文として執筆中である。