hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
天然物基本骨格合成酵素の構造と機能解析

その配列は既知の還元型PKSと高い相同性を示したことから、A.solaniのゲノムDNAコスミドライブラリーを構築し、このPCR断片をプローブとしてスクリーニングを行い、陽性クローンを取得した。前年度に引き続き糸状菌由来ポリケタイド合成酵素の構造と機能解析を試みた。Asp. fumigatus由来の黒色色素生合成遺伝子クラスターの機能解析を行い、Alblpがナフトピロン合成酵素であることを明らかにした。次いで同一クラスター中に存在する機能未知のayg1遺伝子による形質転換体より調製した粗酵素液を用いるin vitroでの反応から、ヘプタケタイドのナフトピロンがAyg1Pにより二次的に側鎖切断を受けペンタケタイドのT4HNが生成するというこれまでに例のない新しいメラニン生合成系の存在を実証することができた。PCRおよびライブラリースクリーニングを組み合わせソラナピロン生産株Alt. solaniよりPKS生合成遺伝子クラスターをクローニングした。その全長塩基配列を決定し、1個のPKS、1個の酸化酵素、および2個のCytochrome P-450と推定されるORFの存在を明らかにした。このPKSにはKeto Reductase, Enoyl Reductase, Dehydrataseといった還元型ポリケタイド合成酵素に特徴的なドメインとともにMethyl Transferaseドメインも存在することから、このクラスターがソラナピロン生合成に関わるものと推測している。(3)キメラ型芳香族ポリケタイド合成酵素作成によるC-末領域機能の解析Asp. nidulans由来ヘプタケタイド合成酵素WAのC-末領域に存在し、従来Thioesteraseと考えられていたドメインがClaisen型閉環反応に関わることを明らかにした。WAとドメイン構造が全く同一のウリ類炭素病菌Colletotrichum lagenarium由来のペンタケタイドT4HN合成酵素PKS1とのキメラタンパクを作成し、異種糸状菌Asp. oryzaeで発現したところ、既知のペンタケタイド2種及びヘキサケタイド1種の他、新規ヘキサケタイドの生産を確認した。これらの結果は、WAのC-末領域がヘキサケタイド中間体のClaisen型閉環も行いうること、またこの領域がPKS1由来のN-末側との相互作用によりポリケタイド鎖長の制御にも関わっていることを示す事実であり、さらに他のキメラ体や変異タンパクの作成により、反応制御の詳細を検討している。前年度に引き続き、主に微生物由来各種ポリケタイド合成酵素(PKS)および高等植物由来オキシドスクワレン閉環酵素(OSC)の構造と機能解析を試みた。(1)ソラナピロン生産菌Alternaria solaniより、新規デカケタイドalternapyrone合成酵素PKSNに加え、新たに2つの還元型-PKS遺伝子を取得した。全長塩基配列をgenome walkingにより決定し、異種糸状菌発現系により機能同定を急いでいる。(2)トポピロン類を生産する糸状菌Phomasp.より新規芳香族-PKS遺伝子のクローニングを試み、3種の遺伝子断片を得た。
都市内および都市間の交流流動から見た地域間結合度の評価特性に関する研究

従来までの、中心地の存在を前提とした圏域設定理論は、周辺地域にとって中心地がいかなる重要度を持つかを評価するには適したものであった。この考え方に基づき、交通流動データを用いることにより、通勤圏、商業圏など種々の交通上の地域構造を把握することができた。しかしそれはあくまで「ひとつの中心地対多数の周辺地域」の関係を評価するにすぎない。ある周辺地域にとって、ある中心地が重要な交通結節点であったとしても、逆にその中心地にとって、その周辺地域が重要なそれであるとは限らない。任意の地域間における「1対1」の交通上の関係を評価するために、本研究では地域間結合度を定式化し、第2回道央都市圏パーソントリップ調査データを用いることで、札幌市内における構成単位地域間の結合構造を明らかにした。地域間結合度は、あるひとつの交通流動について、発生地における流出率と、到着地における流入率をともに考慮することによって、発・着双方にとっての交通上の結合の強さを計測しようとするものである。札幌における分析では、隣接する単位地域のうちどれに対してもっとも強い結合度を示すかに顕著な特徴が見られた。とくに都市内河川、鉄道などによて隔てられるような結合の「溝」が認められ、大規模な都市施設はこの結合構造に大きな影響を与えていることを明らかにした。本研究における手法は、中心地の存在を考慮しないため、郊外における地域同士の交通体系の評価、たとえばバスネットワークの再編計画などに応用することが可能であると思われる。
口腔癌に対するレプチンアンタゴニストペプチドの腫瘍抑制効果の検討

口腔癌に対する外科的治療、放射線療法、化学療法によって起こる機能障害や副作用は、患者の大きな負担となり、治療後のQOLの低下を招くため、新たな治療法の開発が必要である。最近、トリプルネガティブ乳癌ではレプチン受容体の発現が高く、そのモデルマウスにおいてレプチン受容体のアンタゴニストペプチドを作用させたところ、平均生存期間が延長したとの報告があった。一方で口腔癌の腫瘍細胞においてもレプチン受容体が正常組織より多く発現していることが報告された。そこで本研究では口腔癌の治療にも応用できる可能性に着目し、同ペプチドを作用させることで、腫瘍細胞にどのような影響を与えるか明らかにする。
高齢者の皮膚癌療症における皮膚機能異常と環境抗原の関与の解析

高齢者の下腿にドライスキンとともによく見られる貨幣状湿疹の病因、病態を検索した。代表的な環境抗原であるダニ、ハウスダスト抗原でパッチテストを行ったところ、高齢者の貨幣状湿疹患者は正常の高齢者に比して高率に遅延型の接触過敏反応が惹起された。これは正常の若年者に比しても高率であった。ただし、ダニ、ハウスダスト抗原に対する血清IgE値の上昇は伴わなかった。カンジダ抗原に対しても高齢者の貨幣状湿疹患者では、通常、加齢とともに陽性率が低下するにもかかわらず、若年者と同様の高率に接触過敏反応を呈した。これらから、高齢者の貨幣状湿疹患者では、若年者のアトピー性皮膚炎の様な血清IgE値の上昇は伴わずにダニ、ハウスダスト抗原に対する遅延型の接触過敏反応が高率に成立していることが分かった。カンジダ抗原に対するような、基本的な抗原に対する遅延型反応の結果からも高齢者の貨幣状湿疹患者では免疫能がむしろ維持されている可能性が示唆された。非侵襲的な検査法による皮膚のバリアー機能を経表皮水分喪失量を指標として測定すると、高齢者の貨幣状湿疹患者の下腿伸側の無疹部と正常の高齢者比較すると、経表皮水分喪失量は前者で高値を示した。角層水分量は前者が低値であり、高齢者の貨幣状湿疹患者の皮膚は無疹部においてもバリアー機能が低下していることが分かった。しかし、皮表脂質の量は差を認めなかった。高齢者の貨幣状湿疹は環境抗原に対する接触過敏反応と皮膚のバリアー機能が低下の両者が関与して発症すると考えられた。
教室で手軽に使える太陽光導入装置(ヘリオスタット)の開発と応用

学校における天文分野の学習で、昼間の授業時間中に観察を行えるのは太陽が唯一その対象といえる。そこで、太陽の可視光をはじめHα光、CaK光、分光器によるスペクトル観察などを授業に取り入れることは重要と考える。しかし、観察のために屋外に機材を設置することは多くの手間を要し、また観察中、教員は待機中の生徒の面倒を見る余裕が無いなど、屋外での観察実験は困難な面が多い。そこで、教室の窓に差し込む太陽光を使って観察を行うことを考えた。多くの学校では南面に窓があり、太陽高度が低い冬季なら差し込む太陽光での直接の観察が可能である。しかし、夏至をはさむ4ヶ月間(5月8月)は太陽高度が高く、窓からの直接観察は困難である。本研究では、ヘリオスタットと呼ばれる平面鏡による太陽光導入装置を製作し、教室内に太陽光を導くことで年間を通して太陽観測が容易に行えるようにした。太陽光導入装置としてはシーロスタットが一般的で、像が回転しない利点があるが、第2鏡の影が第1鏡に当たることがあるため、それを避ける機構が必要で構造的に複雑になる。像の回転を許せばヘリオスタットのほうが構造も簡単で作りやすい。学校現場での観測では像の回転が問題になるような長時間の観測は少ないので、今回の観測装置はヘリオスタットとする。像面精度を考えると鏡の枚数は少ない方がよく、光軸の維持にも便利なことから、1枚鏡で太陽光を望遠鏡に導くことにした。鏡により太陽光を天の北極に向け、それを受ける望遠鏡は天の南極に向けることで太陽の観察を行う。鏡を太陽時駆動することで日周運動を追尾することができる。今回使用した口径6076mmの観測用望遠鏡に対し、平面鏡(面精度λ/4)は直径210mmと比較的大きいため、光軸の許容範囲が広く使いやすくなっている。この装置を、可視光、Hα光、CaK光の太陽望遠鏡、自作太陽分光器に応用した。
モデル洗浄系による環境負荷の少ない洗浄法の検討

石英表面をシランカップリング処理する方法で洗浄のモデル基質を作製した。シランカップリング剤にはΥ-アミノプロピルトリエトキシシラン(APTES),メチルトリエトキシシラン(MTES),オクチルトリエトキシシラン(OTES),パ-フルオロエチルトリメトキシシラン(FETMS)の4種を用いた。また,処理後の石英表面にLB膜法でナイロン単分子膜を累積する方法でもモデル基質の作製を試みた。まず,基質表面に対する水の接触角をWilhelmy法により測定した。シランカップリング処理を行うと処理回数の増加とともに接触角が増大し,4回以上で一定値となった。各処理剤で得られたこの一定値は,前進,後退接触角ともにAPTES<MTES<OTES<FETMSとなり,処理剤の化学構造からのぬれ特性の予想とよく一致した。処理後の石英にナイロン単分子膜を累積すると接触角が減少し,さらに累積後の時間経過とともに接触角が変化し,膜分子の再配向が示唆された。ナイロンLB膜を洗浄基質として用いるにはさらに検討を行う必要があると思われる。次に,シランカップリング処理した石英に対する球形ポリマー粒子の付着現象を調べた。粒子水分散液中に基質を1時間浸漬したときの付着粒子数を顕微鏡で計数し,付着粒子数と基質の接触角の関係をプロットした。その結果,ある接触角で付着粒子数が極大となり,水中では90°程度の前進接触角をもつ基質に対して粒子が付着しやすいことがわかった。水にエタノールを添加すると付着粒子数は激減し,エタノールの付着抑制効果が明らかとなった。さらにL-α-アラニン,マルトースおよびマルトヘキサノースを添加したときの付着粒子数を調べた。エタノールほど顕著ではないが,いずれも付着抑制効果が認められ,とくにL-α-アラニンではかなりの効果が認められた。この結果から,アラニン以外のアミノ酸やオリゴペプチドについても付着抑制効果が期待され,この点について今後検討して行きたい。
セレノプロテインP による膵臓ベータ細胞障害のメカニズム解析

膵臓β細胞由来細胞株を用いSePの長時間添加による細胞死形態の解析を行った。糖尿病患者の血中濃度に相当するSePにより、アポトーシス実行因子であるcaspase-3の活性化が生じた。全caspase阻害剤により細胞死の緩和が認められることから、過剰なSePがアポトーシスを誘導することが示唆された。また、SePの添加により小胞体ストレスマーカーであるCHOP及びGRP78の発現亢進が認められ、更に小胞体ストレスを抑制することが報告されている4-フェニル酪酸により細胞死が抑制されたことから、SePは膵臓β細胞由来細胞株において、小胞体ストレスを介したアポトーシスを誘導していることが示唆された。セレノプロテインP (SeP)はセレン含有アミノ酸であるセレノシステインを10残基有する血漿セレンタンパク質であり、細胞にセレンを運搬する重要な役割を持つ。一方、その血中濃度と2型糖尿病との相関関係が報告されている。本年度は、膵臓β細胞由来細胞株においてSePの長時間添加により生ずる細胞死形態の詳細な解析を目指し、in vitroでの検討を行った。糖尿病患者の血中濃度に相当するSePを培養液中に添加すると、膵臓β細胞由来細胞ではアポトーシスの指標であるcaspase-3の活性化を引き起こした。また、この系において、全caspase阻害剤であるz-VADを前処理しておくことにより細胞死の緩和が認められることから、SePは膵臓β細胞由来細胞株においてアポトーシスを引き起こしていることが示唆された。興味深いことに、血球系細胞や筋芽細胞等の他の細胞株でも同様の実験を行ったが、SePによる細胞死を示したものは膵臓β細胞由来細胞株のみであった。アポトーシスを引き起こす量のSePと同量のセレンを含むセレノシステインによっても同様にアポトーシスが引き起こされ、更にセレノシステインによる細胞死も、SeP同様β細胞特異的であることを明らかにした。以上のことから、SePが膵臓β細胞由来細胞において誘導するアポトーシスには、セレン元素自体が関わっている可能性が示唆された。セレノプロテインP (SeP)はセレン含有アミノ酸であるセレノシステイン(Sec)を10残基有する血漿セレンタンパク質であり、細胞にセレンを運搬する重要な役割を持つ。SePの血中濃度と2型糖尿病との相関関係が報告されていることから、本研究ではSePの長時間添加が膵臓β細胞由来細胞株に与える影響について検討を行った。前年度までに、糖尿病態の血漿SeP濃度に相当する10 μg/mlにおいてSePがMIN6細胞特異的にアポトーシスを誘導すること、セレン脱離酵素に関する検討から、細胞死のメカニズムにはセレン元素自体が関わる可能性を示唆した。本年度はさらに詳細な検討を行った。SeP添加により、小胞体(ER)ストレスマーカーである転写因子CHOP及び分子シャペロンGRP78の誘導が生じた。更にERストレスを抑制することが報告されている4-フェニル酪酸(4-PBA)により細胞死が抑制されたことから、SePはMIN6細胞において、ERストレスを介したアポトーシスを誘導していることが示唆された。SePが細胞機能に与える影響について解析を行った。SePによるMIN6細胞死は添加後72時間以降に生じるが、細胞内インシュリン合成・分泌共に、SeP添加後48時間において既に有意に低下した。細胞死と同様、SePによるインシュリン合成・分泌低下は4-PBAにより改善された。以上のことから、過剰のSePが与えるERストレスが、初期にはインシュリン合成・分泌の低下を惹起し、最終的にβ細胞のアポトーシスに関与することが示唆された。本研究を通し、糖尿病態における血中の過剰なSePが、膵臓β細胞内にERストレスを惹起しβ細胞の機能障害及び細胞死による脱落を生じさせる可能性が考えられた。今後、SePにより制御されるERストレス機構の更なる解析により、β細胞障害の抑制法の開発に繋がることが期待される。培養細胞を用いた系については予定通りだが、動物実験系において投与すべき大量のSeP精製に時間を要した。現在既に精製が完了していることから、今後の進展には問題がないものと考えている。分子生物学近年、糖尿病の発症と小胞体ストレスとの関与が報告されていることから、膵臓β細胞由来細胞株におけるSeP誘導性アポトーシスへの、小胞体ストレス応答の関与について検討する。具体的にはSeP添加により、小胞体ストレス時に応答を示す転写因子CHOPの誘導について検討する。また、siRNAを用いてCHOPの誘導を抑制し、細胞死に与える影響を評価する。その他、CHOP非依存的な小胞体ストレス応答経路についても検討を行う。

SePは細胞内にセレンを供給する働きを持つこと、セレノシステイン添加時においても膵臓β細胞特異的に細胞死を誘導することから、SePがセレンを供給した後にβ細胞内で生合成されるセレノプロテインについても検討を行う。また、SePを長期投与したマウスの膵臓におけるアポトーシス誘導の有無をTUNEL法を用いて検証する。マウス投与に必要なSeP量の精製に時間を要したため、昨年度予定の動物実験が完遂できなかったため。動物実験を当初の予定通り行う。
タマセンチュウとマルハナバチの関係を解き明かす：行動操作から間接種間相互作用まで

マルハナバチタマセンチュウによる感染の空間伝播様式を推定するため、宿主と寄生者、両方の空間遺伝構造の解析を行った。マルハナバチの遺伝解析にはマイクロサテライトマーカーを用い、タマセンチュウの集団遺伝解析には、ミトコンドリア遺伝子CO1領域(約500bp)と核遺伝子18SrRNA-28SrRNA領域(ITS1,2領域を含む約2500bp)を用いた。その結果、宿主であるマルハナバチの集団間には、数十-週百kmの空間スケールの中では遺伝的分化が生認められなかったが、タマセンチュウの集団間には、数十kmの空間スケール内でも顕著な遺伝的分化が認められた。この結果は、タマセンチュウが、宿主であるマルハナバチ女王の移動分散を抑制していることを示唆する初の証拠である。北海道のセイヨウオオマルハナバチに感染していたタマセンチュウの塩基配列(CO1領域)を、北海道のマルハナバチ複数種、およびMJF Brown博士から、提供を受けた、イギリスとアイルランドのセイヨウオオマルハナバチ感染していたタマセンチュウの塩基配列と比較した。その結果、北海道のセイヨウオオマルハナバチに感染していたタマセンチュウは、少なくともイギリスとアイルランドのタマセンチュウとは別系統であることが示唆された。富山県の呉羽山でタマセンチュウに感染したコマルハナバチの女王バチを、富山県嘉例沢でタマセンチュウに感染したトラルハナバチの女王バチを捕獲し、捕獲場所を記録した後マーキングをしてから放逐した。その結果、約半数以上の個体が、数日後にも捕獲場所付近(数百m以内)で再確認された。また、捕獲場所から500m以上離れた場所で放逐した場合も、約半数の個体が捕獲場所付近で再確認された。これらの事実から、タマセンチュウが、宿主であるマルハナバチ女王の移動分散を、数百m内の空間スケールにまで抑制していることが強く示唆された。各地の感染率の推定に関しては、データが思うように集まっていないという状態ではあるが、遺伝解析や行動追跡は順調に進んでいる。選定した遺伝マーカーが適切であるという当たりをつけることができた点、感染女王の行動追跡が現実的であることを示せたことから、1年目の進捗状況としてはおおむね順調であると判断した。2019年度はセイヨウオオマルハナバチの本来の生息地であるヨーロッパ(オランダ、ベルギー、フランス)に渡航しマルハナバチ女王を捕獲する。捕獲した女王を解剖し、タマセンチュウに感染していた場合は、遺伝解析に用いる。この調査を通じ、セイヨウオオマルハナバチの侵入とともに、外来系統のマルハナバチタマセンチュウの侵入が起きているのかをさらに細かく検討する。ヨーロッパでのセイヨウオオマルハナバチの捕獲には、オランダWageningen UniversityのDavid Kleijn教授の協力をとりつけており、すでに過去に感染女王が捕獲された地域の確認も行っている。マルハナバチタマセンチュウによるトラマルハナバチ女王への感染が高いが局所的にみられる富山県立山の山地帯では、感染が多くみられる場所と、感染があまり起きていない場所で、トラマルハナバチ女王が主に利用するタニウツギに、どのような送粉者が訪れているのかを調査して比較を行う予定である。2020年度は、さらに遺伝解析と行動追跡を継続して行い、マルハナバチタマセンチュウは宿主の移動分散を(どの程度)抑制しているのか。マルハナバチタマセンチュウによる感染はどのように空間伝播するのか。マルハナバチタマセンチュウに隠蔽種はいるのか/マルハナバチ種間でマルハナバチタマセンチュウの水平感染は(どの程度)起きているのか。外来系統のマルハナバチタマセンチュウの侵入は起きているのか。といった疑問に答えていく予定である。

これらの事実から、タマセンチュウが、宿主であるマルハナバチ女王の移動分散を、数百m内の空間スケールにまで抑制していることが強く示唆された。各地の感染率の推定に関しては、データが思うように集まっていないという状態ではあるが、遺伝解析や行動追跡は順調に進んでいる。選定した遺伝マーカーが適切であるという当たりをつけることができた点、感染女王の行動追跡が現実的であることを示せたことから、1年目の進捗状況としてはおおむね順調であると判断した。2019年度はセイヨウオオマルハナバチの本来の生息地であるヨーロッパ(オランダ、ベルギー、フランス)に渡航しマルハナバチ女王を捕獲する。捕獲した女王を解剖し、タマセンチュウに感染していた場合は、遺伝解析に用いる。この調査を通じ、セイヨウオオマルハナバチの侵入とともに、外来系統のマルハナバチタマセンチュウの侵入が起きているのかをさらに細かく検討する。ヨーロッパでのセイヨウオオマルハナバチの捕獲には、オランダWageningen UniversityのDavid Kleijn教授の協力をとりつけており、すでに過去に感染女王が捕獲された地域の確認も行っている。マルハナバチタマセンチュウによるトラマルハナバチ女王への感染が高いが局所的にみられる富山県立山の山地帯では、感染が多くみられる場所と、感染があまり起きていない場所で、トラマルハナバチ女王が主に利用するタニウツギに、どのような送粉者が訪れているのかを調査して比較を行う予定である。2020年度は、さらに遺伝解析と行動追跡を継続して行い、マルハナバチタマセンチュウは宿主の移動分散を(どの程度)抑制しているのか。マルハナバチタマセンチュウによる感染はどのように空間伝播するのか。マルハナバチタマセンチュウに隠蔽種はいるのか/マルハナバチ種間でマルハナバチタマセンチュウの水平感染は(どの程度)起きているのか。外来系統のマルハナバチタマセンチュウの侵入は起きているのか。といった疑問に答えていく予定である。2019年度はヨーロッパでの採取調査を予定しており、最も予算が必要となる年である。しかし、採択時に申請予算にくらべ減額された金額では、いささか予算の不足が見込まれる。このため、2018年度は、遺伝解析の試薬等をすでに研究室に保管してある在庫などを使用することで予算の節約を行い、2019年度に繰り越すこととした。
砕波による波面の破れ機構と気泡連行乱れの細部構造

今年度は、4年間に亘る研究の最終年度にあたる。研究代表者と分担者は下記の研究を行った。岩田は先ず、鷲見と共同して、超高速デジタルカメラ(4500枚/秒)を使って水理実験を行い、気泡の生成状況を詳細に計測することにより、波頭部前面に表面張力波が形成され、この表面張力波による凸凹乱れが気泡を波動内部に取り込むことにより波面が破れることを指摘した。また、岩田は研究の総括を行った。江藤・竹原は、まず画素周辺記録型撮影素子(ISIS)を開発し、これを使って世界で始めて100万枚/秒の超高速度・高感度のビデオカメラの開発に成功した。ついで、現在最も解像力の高いPTV法の代表格のKC法(:Kalman filtering and Chi-square test)を改良して、超高速ビデオカメラ(100万枚/秒)を使い、気液界面での気泡の破裂現象を詳細計測し、気泡の生成と消滅に関する重要な知見を得た。後野は強非線形ポテンシアル理論を使う波変形の数値計算を行い、波頭前面部に形成される"圧力集中特異点"が波面の破れを引き起こすと指摘した。川崎はFFT法と離散ウェーブレット変換による解析を行い、気泡生成後、水中圧力の高周波数成分が増大し、水中音波が発生することを見いだした。そして、その音圧力は気泡発生地点からの距離に反比例して減衰し、無指向性の点源からの球面波伝播理論により予測できることを見いだした。更に、CIP法と拡張SMAC法に基づき、3次元固気液多相流数値モデルDOLFINを開発し、その妥当性を検証した。鷲見は、超高速ビデオカメラ(4500枚/秒)を使った水理実験を行い、内部流速場、気泡混入機構と波面の破れについて考究し、気泡混入過程に4パターンがあることを明らかにした。本年度は,4年間にわたる研究の初年度である.研究代表者と分担者は,それぞれ下記の研究を行った.岩田は,形式の異なる砕波を同時に引き起こす"トリプル砕波"の発生限界とPTVによる形式別の砕波内部構造を,流速・渦度と関連づけて解明したが,波面の破れ現象の撮影に成功しなかった.また,表面張力を考慮した波面方程式を誘導した.江藤・竹原は,砕波による波面破れ付近の流れ場の画像解析手法を検討した.すなわち,ダブルパルスNd:YaGレーザーを使い,トレーサとして50ミクロンナイロン粒子を採用して,1008(H)×1018(V)画像コリレーションCCDビデオカメラを使って撮影した.撮影された画像を,江藤・竹原が開発したPTVのSuper-Resolution KC法で解析して,水表面近傍の微細な流れ構造を計測した.後野は,水表面近傍での力学的境界条件を破れを調べるための実験装置として,水面位置-圧力多点同時計測装置の開発を試みた.予備実験を繰り返し,開発した計測器の精度の向上に努めた.川崎は,砕波による気泡群に着目し,水中マイクロホンを使用して、高周波数圧力変動の実態を明らかにした.そして,200Kz以上の高周波数圧力変動は,砕波により生ずる気泡群の運動によることを明らかにすると伴に,Plesset・Prosperettiの理論を適用できることを明らかにした.さらに,CIP法にもとずく、気液混相流体場の数値解析手法の開発を試みた.今年度は、4年間にわたる研究の2年目にあたる。研究代表者と分担者は、下記の研究を遂行した。

岩田は高速ヴィデオカメラを使って詳細な水理実験を行ない、波面が破れる時の特徴である流体内に気泡が取り込まれる機構として、3つの機構があることを解明し、空気の取り込みに関して表面張力が重要な寄与することを解明した。鷲見は多くの2次元水理実験を行ない、潜堤により生ずるトリプル型砕波の発生限界を、波諸量と潜提幾何量と関連づけて解明した。さらに、PTV法により水粒子速度を計測して、トリプル型砕波に特徴的な流速場や渦度場の内部構造の時空間特性を解明した。江藤・竹原は気泡の水中への連行の瞬間や、浮上した気泡の破裂、小水滴の空中飛散の微視的過程を可視化するために、100万枚/秒で連続16枚撮影可能な高速ヴィデオカメラの開発と104枚連続上書きできる撮像素子を設計した。そして、気泡の破裂・合体の過程を可視化計測し、その基本的機構を考究した。後野は波面の破れ機構を解明するために、4つの波圧計を組み合わせた計測装置を使い、2次元造波水槽で波面近傍の圧力勾配を計測した。しかし、実験精度の精度が悪く、波面の破れ機構を圧力の面から解明するには至らなかった。なお、波圧計測装置の高精度化を次年度試みる。川崎は砕波に伴う連行気泡の力学特性を明かすための基礎実験として、水中における上昇気泡及び自由落下水塊に伴う気泡の生成・消滅とそれに伴う圧力場の変動構造を水理実験により検討し、気泡の生成に伴い水中圧力が急激に変動し水中音が発生すること、気泡振動が高周波数圧力を誘発することなどの解明を行ない、さらにCIP法に基づく固気液多相流の統一数値計算法を開発し、その妥当性を水理実験で検証した。今年度は,4年間にわたる研究の3年目にあたる.研究代表者と分担者は,下記の研究を遂行した.岩田は,気泡連行に及ぼす表面張力波の効果を検討した.江藤・竹原は,100万枚/秒で100枚以上連続上書き撮影できるビデオカメラを開発した.このカメラを用いて,これまで詳細が不明であった以下の一連の過程を撮影することに成功した.(1)水滴が水表面に当たり気泡が強制連行される過程(2)その後水膜が生成してある条件下では水表面に泡が形成される過程(3)さらにその泡が壊れて多数の微小水滴が生成し,飛散する過程.現在これらの諸過程の詳細な分析を進めている.後野は,砕波瞬時の波形を数値解析で求める砕波詳細数値解析法の開発を試みた.鷲見は,2次元水理実験を行い,以下のことが明らかにした.(1)波峰前面に微小な擾乱部が形成され,この擾乱部に発生するくぼみから気泡が波内部に取り込まれことが明らかになった.(2)波峰擾乱部に発生するくぼみは表面張力波と推察され,表面張力波が表面付近に発生させた渦の相互干渉が気泡の流体内部への混入に寄与している.(3)気泡の流体内部への取り込まれる過程は3種類のパターンに大別され,入射波の進行方向に対して水平方向と鉛直方向に気泡が混入するケースと気体が巻き込まれるように流体内部に取り込まれるケースであった.川崎は,連行気泡の基本特性を明らかにするために,静水中を上昇する気泡の運動を取り上げ,上昇気泡に伴う水中圧力の時間周波数特性を水理実験より検討し,気泡の拡張・収縮といった振動によって水中圧力の高周波数成分は気泡発生地点からの距離に反比例の関係で減衰すること,気泡の連行に伴い水中音が発生して要ることを解明した.さらに,CIP法と拡張SMAC法に基づく固気液多層流数値モデルを2次元と3次元に対して開発し,その妥当性を検証した.今年度は、4年間に亘る研究の最終年度にあたる。研究代表者と分担者は下記の研究を行った。
マトリックスメタロプロテイナーゼ2が腎線維化に与える影響の解明

腎線維症は全ての腎疾患において不可逆的な腎障害の進行につながる病態であるが、その機序は複雑であり、根本的な治療法の確立が待たれる。本研究ではヒトMMP2過剰発現トランスジェニックマウスを用いた腎障害モデルマウスを用いた実験により、MMP2の腎臓の細胞への直接作用により腎線維症の進行が抑制されることと、その詳細な機序を明らかにすることを試みる。MMP2が腎臓の各種細胞に直接的な保護作用を持つことおよびその詳細な作用機序を示すことは、腎線維症の発症・進行の機序の解明につながり、腎不全に対する根本的な治療法の確立においても大きな役割を果たすと考える。
金属腐食反応のミクロ液性変化可視化による新高耐食化原理の導出

(1)蛍光イメージングプレートの開発水素イオンあるいは塩化物イオン濃度により蛍光強度が変化する蛍光試薬を、Si(OC_2H_5)_4(テトラエチルオルソシリケート)+エタノール+H_2SO_4を用いたゾルーゲル法によりガラス板の片面に固定した水素イオン濃度あるいは塩化物イオン濃度を検知可能な蛍光イメージングプレートを開発した。計測可能な水素イオン濃度はpH=0.53であり、塩化物イオン濃度は、pHの妨害を受けることなく0.01から4Mまで計測可能である。(2)すき間腐食発生過程の液性変化その場解析蛍光イメージングプレートをすき間形成材として、SUS304ステンレス鋼に腐食が発生する際の液性変化を計測した。その結果、すき間腐食は水素イオンが高い部分に生じる傾向があることが確認された。一方、塩化物イオン濃度も腐食が発生する位置に濃縮している傾向が見られた。また、腐食発生の発生に伴い塩化物イオン濃度の分布が大きく変化する傾向も観察された。これは、すき間内の電流分布変化の影響を受けた現象によるものと思われる。(3)介在物組成制御による高耐食化原理の導出内径180μmのマイクロ電気化学プローブを用いて、MnSとCrSの電気化学的な特性を比較した結果、耐食が良好なCrS系介在物の表面にはアノード分極に伴い保護性の表面皮膜が形成されることが分かった。介在物に酸化物形成元素を積極的に固溶させることで、ステンレス鋼の高耐食化を達成できるという新しい高耐食化原理の導出に成功した。1.腐食環境解析用蛍光試薬の開発金属腐食反応のin-situ解析に適用するため、中性から酸性にかけての広い範囲のpHを、蛍光強度の変化から計測できる試薬を見出すことを目的としている。分光蛍光光度計を用い、酸塩基解離定数の異なる各種有機化合物の蛍光活性の有無とpH依存性を系統的に研究した。その結果、pKa=2.6、pKa=1.5程度で酸性域でも強い蛍光を出す水溶性化合物を見出すことに成功した。また、これら2種類の化合物は、およそ1M以下の塩化物イオン濃度であれば、蛍光強度が塩化物濃度に依存しない特性を有していることも解明した。この特性は、塩化物イオンが濃縮することで生じる「すき間腐食」の初期段階の解析に適用できるものと思われる。(2)塩化物イオン感応試薬目的は、1mM数M程度までの広い濃度範囲に対応可能な塩化物イオン感応蛍光試薬を見出すことであり、蛍光を発する化合物が塩化物イオンとの相互作用により、蛍光強度が低下する現象の利用を試みた。その結果、生化学分野で用いられているMEQ、SPQなどの試薬は100mM以下の濃度であれば、金属腐食反応の解析にも応用できる可能性があることが分かった。さらに、各種有機化合物を系統的に調査した結果、飽和NaCl(濃度約6M)と飽和MgCl_2(濃度約12M)水溶液中でも蛍光を失わない物質を見出すことに成功し、今後、塩化物イオン濃度応答特性を研究する予定である。2.蛍光顕微鏡による腐食液性in-situ解析技術の構築蛍光顕微鏡の試料ステージ上で電気化学計測を行うための特殊マイクロ腐食セル(すき間腐食試験用)を考案し、電気化学計測を行いながらすき間腐食の進行状況を顕微鏡で観察できることを確認した。1.腐食環境解析用蛍光試薬の探索2.蛍光顕微鏡による腐食液性in-situ解析技術の構築pH感応試薬を、腐食試験液に添加し、電気化学計測を行いながらすき間腐食の進行状況を蛍光顕微鏡で観察できるシステムを作製し、腐食液性の経時変化のイメージングを実施。Fe-11Cr鋼に関し、すき間腐食は開口部から1mm程度奥に入った部分で発生し、当該部分のみが脱不働態化pHに達することを確認できた。1.栄光イメージングプレートの開発

水素イオンあるいは塩化物イオン濃度により蛍光強度が変化する蛍光試薬を、Si(OC_2H_5)_4(テトラエチルオルソシリケート)+エタノール+H_2SO_4を用いたゾル-ゲル法によりガラス板の片面に固定した水素イオン濃度あるいは塩化物イオン濃度を検知可能な蛍光イメージングプレートを開発した。計測可能な水素イオン濃度はpH=0.53であり、塩化物イオン濃度は、pHの妨害を受けることなく0.01から4Mまで計測可能である。2.すき間腐食発生過程の液性変化その場解析蛍光イメージングプレートをすき間形成材として、SUS304ステンレス鋼に腐食が発生する際の液性変化を計測した。その結果、すき間腐食は水素イオンが高い部分に生じる傾向があることが確認された。一方、塩化物イオン濃度も腐食が発生する位置に濃縮している傾向が見られた。また、腐食発生の発生に伴い塩化物イオン濃度の分布が大きく変化する傾向も観察された。これは、すき間内の電流分布変化の影響を受けた現象によるものと思われる。3.介在物組成制御による高耐食化原理の導出内径180μmのマイクロ電気化学プローブを用いて、MnSとCrSの電気化学的な特性を比較した結果、耐食が良好なCrS系介在物の表面にはアノード分極に伴い保護性の表面皮膜が形成されることが分かった。介在物に酸化物形成元素を積極的に固溶させることで、ステンレス鋼の高耐食化を達成できるという新しい高耐食化原理の導出に成功した。
PAF合成酵素の精製と遺伝子クローニング―膜結合酵素精製への新しいアプローチ

1.ブタ脾臓ミクロソームからdigitoninを使って、AAG-CPTを可溶化した。この酵素活性は室温で非常に安定であり、440kDaという大きな分子量をもつことが示された。2.DEAE-Sepharoseカラムにかけ、部分精製したAAG-CPTは、精製が明らかに進んでいるにもかかわらず、比活性は上昇していなかった。活性低下したこの酵素にegg PC、dioleoyl PC、PE、DG、PSを添加するとその活性は著しく上昇し、安定化したが、dioleoyl PAの添加では反対にAAG-CPTの活性は減少し、阻害された。3.可溶化AAG-CPTをカラムに吸着させ、溶出すると、その活性は極端に低下した。その理由は、可溶化酵素が固体表面の影響を受けて、その立体構造がゆがみ、活性低下を引き起こすと推定される。そこで、分子構造が柔軟で、自由に変化できるDEAE-デキストラン高分子を用いてSoft Surfaceカラムクロマト法を考案した。4.私共はまた、Nativeジギトニンカラム電気泳動法を開発した。本酵素は分子量が大きく、通常のSDS-ポリアクリルアミドゲルの孔の中を泳動できない。そこで、タイゴンチューブの中にSephacryl-1000を詰めゲルの代用とし、界面活性剤としてdigitoninを用いた。5.部分精製蛋白の中から本酵素を特定する為、AAG-CPTに特異的な光ラベルによる放射標識化の方法を開発した。AAGにアジド化合物を共有結合で結合させたラベル剤を合成した。予備実験によると、標識された蛋白が存在し、現在はその収量を高める条件を探索している。膜結合性酵素であるPAF合成酵素(AAG-CPT)をブタ脾臓ミクロゾームからいくつかの界面活性剤を使って安定に可溶化した。カラムにより部分精製した可溶化酵素の分子量は440kDaと大きく、本酵素は脂質・蛋白の分子複合体を形成して、酵素活性が安定化していることが判明した。その中でリン脂質分子が酵素活性発現に直接関与していること、その結果、リン脂質代謝酵素であるホスホリパーゼD、ホスホリパーゼA_2によりAAG-CPTの活性が調節を受ける可能性があることが示された。この分子複合体の精製は分子量が極端に大きいことで難しく、現在ネイティブカラム電気泳動法など新しい手法を用いて精製を進めている。また、複数の蛋白の中からAAG-CPTを同定するため、光ラベル化した基質を合成しつつある。最近、ホスファチジルコリン(PC)を合成するCPT(DG-CPT)の遺伝子がヒトの細胞からクローニングされ、これがPAF合成能をもつという報告がなされたが、酵素活性の比較検討から、これは私共の標的としているAAG-CPTとは異なる酵素と思われる。ゲル濾過カラムにより部分精製した可溶化酵素の分子量は440kDaであり、これは脂質・蛋白の分子複合体を形成している。この複合体の酵素活性は非常に安定であり、その理由はそこに含まれる膜脂質によって安定化されている。この複合体を出発原料とし、2つの精製操作を行った。第一はネイティブカラム電気泳動精製である。通常のポリアクリルアミドゲル電気泳動では400500kDaの分画を得るのは難しく、Sephacryl 1000 (分子量>500kDa)充填剤を用いた泳動方法を開発した。電気泳動により酵素活性は極端に低下するが、短時間の泳動で他の蛋白と分離した。第二の精製は、CDP-コリンアフィニティーカラムクロマトグラフィーである。

先ずアフィニティーカラム充填剤を合成した。これを用いた精製は現在進行中である。このようにして得られた粗精製品の中からAAG-CPTを同定するためにはAAGの光プローブを利用する予定である。AAGの炭素鎖の先端にアジド化合物が結合したプローブの合成にはかなり困難な点が多数あったが克服し、目的物を入手した。次の段階として同定のための実験条件を検討したい。膜結合性酵素であるPAF合成酵素(AAG-CPT)をブタ脾臓ミクロソームからジギトニンを使って安定に可溶化した。可溶化酵素(440kDa)を出発原料とし、本年度は次のような蛋白精製実験を行った。1.CDPコリンアフィニティ-カラムクロマトグラフィー:CDPコリンをC10個程の炭素鎖を介してSepharoseに結合した。AAG-CPTのカラム吸着は使用した界面活性剤の種類(分子構造)により制限を受け、又、一度カラム表面に吸着するとNaClなどで溶出しても酵素活性は元に戻らないことが判明した。吸着によりAAG-CPTが不可逆的な立体構造の変化を受けるためと思われる。これに代わる方法として充填剤の表面を分子構造の柔かい高分子陰イオンで覆ったSoft Surfaceカラムを考案した。2.ネイティブジギトニンカラム電気泳動:分子量が440kDaという大きな蛋白に対しては、通常のポリアクリルアミドゲルによる電気泳動は不可能である。ゲル濾過カラム充填剤(Sephacryl1000,分画分子量:500-100,000kDa)を使った泳動法を作製した。ジギトニン中、酵素活性を電気泳動により部分的に精製することができた。しかしながら、室温できわめて安定な本酵素も電流に曝されると活性は不安定となり、長時間の電気泳動による精製は不可能であった。3.AAG光ラベル剤の合成とそれを用いたAAG-CPTの特異的放射標識化:AAGの長鎖の炭素鎖の先端にアジド化合物を共有結合で結合させたラベル剤を合成した。これはAAGと同じく、酵素活性部位に結合し、光ラベル剤の放射性PAFが生成されることを確認した。それ故、光照射により、酵素が放射標識されることが期待される。予備実験によると、実際、蛋白は標識化されており、現在は標識された蛋白の収量を高める為の条件を探索している。
日朝併合期における流通変容の現理論的分析

流通変容のメカニズムを,日清戦争前後から第二次世界大戦終結までの約50年間にわたる,朝鮮半島での史的分析を通して明らかにすることが,研究のメインテーマであった。具体的に,また中心的に取り組んだのは,朝鮮鉄道史と朝鮮貿易協会の活動に関するものである。朝鮮鉄道史を通した物流体制の構築過程と業務運営状況を調査・分析することによって,朝鮮における流通インフラ構築・維持内容の中核を明らかにすることができた。また,朝鮮貿易協会の設立実態は,第二次大戦突入時の流通状況や業界の機運を知るてがかりとなり,またその運営実態は戦時下の配給体制を知るてがかりとなった。時間と補助金の大部分は,資料の収集と分析にあてられた。資料収集のために出張したのは,福岡(九州大学,福岡大学),山口(山口大学),兵庫(私設文庫),滋賀(滋賀大学),愛知(私設文庫)である。これら資料の収集と分析によって,朝鮮の流通変容が日本内地の政府と産業界の思惑によって規定されていったこと,またその一方で,在来の朝鮮流通を必ずしも排除できない側面を見出すことができた。いわゆる「内地式」流通が内地人が関わる領域でしかいかされず,政治家や財界人が朝鮮人の日々の消費行動までも傘下におさめようとしながらも,それは達成できなかったのであった。政治動向を超越する商業の論理がいかなる状況下にあっても,存在することを示唆する研究成果が得られた。
核内受容体機能制御分子の創製とその臨床応用

核内受容体はリガンド依存的に多くの重要な生理作用を厳密に制御している。本研究では細胞分化・増殖の特異的調節因子として知られるレチノイドの受容体RARおよびRXRにそれぞれ特異的親和性をもつ分子の創製を行った。筆者らが見いだしたAm80をリード化合物とし、コンピュータ支援によるリガンド探索を行った結果、Am80の安息香酸をトロポロン、ベンゾフロキサンに代替した化合物にそれぞれレチノイドアゴニストおよびアンタゴニスト活性を見いだした。これらはカルボキシル基を持たないレチノイドであり、体内動態や臓器分布に特異性を発揮すると考えられる。また、Am80の疎水性領域にホウ素クラスター(カルボラン)を導入した化合物を合成したところ、高いRAR親和性を有する化合物を得た。カルボランは高いホウ素含有率をもつことから、RARを標的とした癌の中性子療法への応用も期待できる。一方、RXRについては、本研究者が報告したRXRアゴニストであるジフェニルアミン誘導体の構造展開を行った結果、ピリミジンカルボン酸誘導体PA024に強いアゴニスト活性(レチノイドシナジスト活性)を見出した。また、RXRアンタゴニスト活性を有するジアゼピン誘導体HX531を見いだした。今までに知られているRXRアンタゴニストはRXRホモダイマー選択的アンタゴニストであるので、RXR-RARヘテロダイマーを抑制する初めてのRXRアンタゴニストである。更に、より受容体選択性の高いRXRアンタゴニストPA452へと展開した。PA452はレチノイドの作用には影響を与えず、レチノイドとRXRアゴニストの併用によるレチノイドシナジスト活性を選択的に抑制した。RXRは様々な核内受容体とヘテロダイマーを形成することから、RXRアンタゴニストの各種ヘテロダイマーに対する活性を検討したところ、HX531はPPAR-RXRヘテロダイマーのアンタゴニストとしても機能し、肥満モデルマウスに対して、抗糖尿病、抗肥満効果を示すことがわかった。遺伝子発現に関わる因子には、低分子化合物により活性化されてはじめて特異的応答遺伝子の発現を制御する核内受容体群が存在し、リガンド依存的に多くの重要な生理作用を厳密に制御している。筆者らが報告したRARレチノイドAm80をリード化合物としてその疎水性領域にホウ素クラスター(カルボラン)を導入した化合物を合成したところ、高いRAR親和性を有する化合物を得た。一方、RXRについても本研究者が報告したRXRアゴニストであるジフェニルアミン誘導体の構造展開を行った結果、ピリミジンカルボン酸誘導体PA024に強いアゴニスト活性を見出した。PA024はそれ自身ではレチノイド作用を持たないが、共存するレチノイドの作用を強力に増強するシナジスト活性を有していた。また、RXRアゴニスト創製過程において、レチノイドによるヒト白血病細胞HL-60の分化誘導を濃度依存的に抑制するジアゼピン誘導体を見いだしたが、本化合物がRXRアンタゴニスト活性を有することを示した。

RXRは様々な核内受容体とヘテロダイマーを形成することから、RXRアンタゴニストの各種ヘテロダイマーに対する活性を検討したところ、PPAR-RXRヘテロダイマーのアンタゴニストとしても機能し、肥満モデルマウスに対して、抗糖尿病、抗肥満効果を示すことがわかった。遺伝子発現に関わる因子には、低分子化合物により活性化されてはじめて特異的応答遺伝子の発現を制御する核内受容体群が存在し、リガンド依存的に多くの重要な生理作用を厳密に制御している。本研究では細胞分化・増殖の特異的調節因子として知られるレチノイドの受容体RARおよびRXRにそれぞれ特異的親和性をもつ分子の創製を行った。RARについては、RARレチノイドAm80をリード化合物とし、コンピュータ支援によるリガンド探索を行った結果、Am80の安息香酸をトロポロン、ベンゾフロキサンに代替した化合物にそれぞれレチノイドアゴニストおよびアンタゴニスト活性を見いだした。これらはカルボキシル基を持たないレチノイドであり、体内動態や臓器分布に特異性を発揮すると考えられる。RXRリガンドについては、既に本研究者が報告した強力なアゴニストであるピリミジンカルボン酸誘導体PA024とアンタゴニストHX531の構造吟味から、より受容体選択性の高いRXRアンタゴニストPA452を見いだした。PA452はレチノイドの作用には影響を与えず、レチノイドとRXRアゴニストの併用によるレチノイドシナジスト活性を選択的に抑制した。既に、HX531がPPAR-RXRヘテロダイマーのアンタゴニストとしても機能し、肥満モデルマウスに対して、抗糖尿病、抗肥満効果を示すことを示しており、新規RXR特異的アンタゴニストの各種ヘテロダイマーにおける機能を解析中である。核内受容体はリガンド依存的に多くの重要な生理作用を厳密に制御している。レチノイド(RARアゴニスト)については、芳香族アミド誘導体Am80がRARを介して転写因子KLF-5の機能を制御することを見いだした。KLF5は胎生期の大動脈において高く発現し、、発生に伴って発現が減少する転写因子であり、血管障害によって新生内膜を形成する平滑筋細胞に強く発現することから、血管リモデリングに重要な働きをしていると考えられる。この転写因子機能を制御するAm80は、かふ障害後の大腿動脈において、肉芽形成と新生内膜の形成を抑制し、動脈硬化、心肥大などの心血管系疾患にレチノイドが有効であることを示唆した。一方、既に申請者が開発したRXRリガンド(レチノイドシナジスト)の詳細な機能を解明すべく、DNAチップを用いた遺伝子発現プロファイルを検討した。ヒト白血病細胞HL-60に、RARアゴニスト単独、RXRアゴニスト単独及び両者の併用時における遺伝子発現をレチノイン酸と比較した結果、Am80との併用においてRXRアゴニストであるHX630とPA024が異なるプロファイルを示した。すなわち、Am80とHX630の併用ではall-trans-レチノイン酸(RARアゴニスト)と、またAm80とPA024の併用では9-cis-レチノイン酸(RAR & RXRアゴニスト)と一致した。
n型伝導フッ化カドミウムの分子線エピタキシャル成長の研究

純粋な状態では絶縁物であるCdF_2は、希土類元素のド-ピングによりn型伝導状態が得られることがバルク結晶で知られている。また、この材料は、CaF_2をバッファ層として用いればSi(111)基板上にエピタキシャル成長可能であることも示されている。本研究は、エピタキシャルCdF_2層にCd^<3+>をド-ピングし、これを活性化してn型のCdF_2エピタキシャル層を実現することを目的として行った。ドーパントの活性化には金属Cdの蒸気圧下でのアニールが有効であることが報告されている。本研究では、分子線エピタキシ-の成長プロセスでこれを行う目的で、Cd分子線を発生できるエピタキシ-装置を製作した。この装置内で、Si(111)基板上にCaF_2バッファ層を成長したのち、CdF_2を主に次の3種類のプロセスで成長した。すなわち、ノンドープのCdF_2層、成長中にドーパントとしてGdF_3分子線を同時照射してGd^<3+>のド-ピングをを行ったCdF_2層、およびド-ピングと同時にCd分子線も同時照射したCdF_2層の三種類を成長し比較した。成長層の横方向の電流電圧特性を測定し、ノンドープおよびド-ピングのみのCdF_2層が10^6Ωcm以上の高抵抗であったものが、Cd同時照射の活性化プロセスを併用したCdF_2層では10^3Ωcm程度まで低抵抗化するのが観測された。現段階で活性化率はまだ低いと推測されるが、条件の最適化を進めることで、活性化率の向上は見込める。本方法により、エピタキシャルCdF_2の導電化の可能性が示され、これをヘテロ構造形成と組み合わせて、弗化物系ヘテロ構造の共鳴トンネルデバイスなどの機能性デバイスへ発展可能であると結論した。
音と映像の複合分析による動画コンテンツ理解の研究

平成27年度には、音楽動画の内容理解技術に関連した研究として、主に以下の二点に取り組んだ。1従来の特徴表現を用いない音楽のモデリング手法とそれを応用したアプリケーションの開発。2動画の音声と映像の内容に依存した動画伸縮手法を提案。具体的には、従来の特徴表現を用いないモデリング手法では、トピックモデルという自然言語処理分野において活発に研究されている機械学習のモデリング手法を用いて、音楽集合から、意味を持った特徴(トピック)を学習し、その特徴を用いて音楽の内容を記述する新たな手法を提案した(1)。特にユニークな点として、音楽における記号と自然言語における単語(Word)との間を繋ぐ特徴の表現手法であり、この手法は音楽動画における音楽の特徴表現として利用可能なものである。また、研究計画の立案当初は、大量の動画の分析に際して、スケーリング手法を考慮しておらず、マシンパワーに頼って時間をかけるアプローチを考えていたが、本年度の成果の一つとして、動画の音と映像のエッセンスを保持したままで動画を圧縮する手法を提案した(2)。これにより、大量の動画の分析を元のまま分析するよりも高速に行うことを可能とした。それぞれの成果は国内学会における発表の後に国際会議での発表も行った。具田的には、1の成果については国際会議ACE2015及びMMM2016にて、2の成果についてはMMM2016にて発表した。上記の研究成果に加えて、本年度は、本研究課題の最終年度としてこれまでの研究成果の中で、未発表であった研究成果を積極的に対外発表していった。特に、これまでに機会が少なかった国際会議での発表を増やし、実際に5本の主著国際会議論文を発表することができた。また、本年度は申請者の博士論文の審査があり、本研究課題で取り組んだ内容のほとんどがその論文の中核として重要な役割を果たした。27年度が最終年度であるため、記入しない。平成25年度には、音楽動画中の内容理解技術に関して、主に以下の三点について取り組んだ。1歌手の歌唱に関する音と映像の関係性に関する調査2歌手の歌唱に関して、音と映像のそれぞれのモーダルの認識技術とそれらの組み合わせによってどれだけの精度向上が期待できるかの検証3音と映像の複合分析による楽器パートのモデリング及び演奏者の識別手法の検討具体的には、音楽動画中で歌手が歌っている歌唱シーン(音楽動画において、音楽中で歌声が聞こえていて、なおかつ映像中で歌手が対応する歌を歌っているシーン)を認識したいというときに、顔認識(映像分析)技術のみでどれくらいの精度でそれが達成できるか、歌声認識(音分析)によってどれだけの精度で達成できるか、またそれらの組み合わせによってどのような認識結果を出すことができるかなどを検証してきた(1、2)。さらに、これを応用して音楽動画中の歌唱シーンを認識するための一手法を提案した。これにより、音楽動画中の歌唱シーンを動画のハイライトとして抽出する技術を実現している。この成果は、2014年5月に開催される音学シンポジウム2014にて発表する。当初の予定にあった音楽動画中の楽器パート認識における音と映像の複合分析の可能性については検証しきれていない部分があるが、音と映像の複合分析による楽器パートのモデリング手法及び演奏者の識別手法については実装が完了している(3)。当初の計画と順番が前後してはいるが、本識別手法の論文発表に併せて、楽器パートに関する音と映像の複合分析の可能性も検証も行っていく予定である。平成26年度には、音楽動画の内容理解技術に関連した研究として、主に以下の二点に取り組んだ。1音楽動画中の音、映像の特徴の生成モデルのモデリング手法の検討2動画の内容理解結果に基づく検索・鑑賞を支援するためのインタフェースの構築具体的には、与えられた音楽動画中の特定のイベント(楽器の演奏等)について、音と映像の特徴の生成モデルのモデリングをし、そのモデルと音楽動画との合致度合いを元に音楽動画中のイベントを認識する手法について検討をした(1)。特に、映像の分析に関しては、映像中の人物領域のみを自動で抽出し、その領域に関してのみモデルを構築する手法についても実現した。さらに、与えられた動画に対して、どのシーンがどのような内容であるかという情報(動画の内容理解結果)が与えられた際に、その情報をもとにしてユーザが動画を検索し、さらにそのシーンのみを効率的に鑑賞するための総合的な動画鑑賞支援インタフェースの実装を行った(2)。1については、音と映像を複合したモデリングの実現には至っていないが、音及び映像をそれぞれモデル化することができている。そこで今後、これまでのモデル化技術を拡張することで音と映像のクロスモーダル(複合的)なモデリング手法の実現へと繋げていく予定である。また、当該年度については、モデリングそのものの検討で終わってしまったため、音楽動画の内容理解という研究課題の本筋に関する研究を進めていかなければならない。そのための土台となるモデリング技術の約半分について(1)と、音楽動画の内容理解結果の恩恵をユーザが動画鑑賞時に享受できるためのインタフェースの実装について(2)は当該年度にある程度実現したと考えている。この成果についての論文発表も今後、随時行っていく予定である。