hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高解像度衛星画像を用いた都市災害地域の自動判読手法の開発

リモートセンシング技術の発達により,都市部における災害危険度評価や自然災害による被害把握に利用する試みがなされてきている.とくに地震等の災害直後における早期被害把握は,緊急対応や応急復旧計画の立案のためにきわめて重要である.2001年10月に打ち上げられた商業用人工衛星QuickBirdは,最大で0.6mの地表分解能を持ち,都市部の画像では構造物の形状が詳細に識別できる.したがって,災害直後にこれらの高解像度衛星画像を利用し,建物や土木構造物の被害を把握することができると考えられる.本研究では,2003年12月26日に発生したイラン・バム地震のバム市一帯を撮影したQuickBird衛星画像を用いて高解像度衛星による被害把握について検討した.まず地震前の画像を用いて,建物中心位置をGIS上に落とした.次に,地震前後の二時期画像を目視で比較し,ヨーロッパ・マクロ・地震スケール(European Macroseismic Scale)に従って,5段階の被害区分に分類した.目視判読によって作成した被害データと地上調査データを比較した結果,多少の誤判読や全体的に被害ランクを低くみてしまうという,衛星画像による判読では必ず出てしまう傾向はあったが,広範囲における災害時の被害状況の把握といった面では,有効性の高い情報収集の手段であることがわかった.今後,衛星画像を用いた被害自動判読法の検討や,災害における衛星画像を用いての検討などを行っていきたいと考えているリモートセンシング技術の発達により,都市部における災害危険度評価や自然災害による被害把握に利用する試みがなされてきている.とくに地震等の災害直後における早期被害把握は,緊急対応や応急復旧計画の立案のためにきわめて重要である.2001年10月に打ち上げられた商業用人工衛星QuickBirdは,最大で0.6mの地表分解能を持ち,都市部の画像では構造物の形状が詳細に識別できる.したがって,災害直後にこれらの高解像度衛星画像を利用し,建物や土木構造物の被害を把握することができると考えられる.本研究では,2003年12月26日に発生したイラン・バム地震のバム市一帯を撮影したQuickBird衛星画像を用いて高解像度衛星による被害把握について検討した.まず地震前の画像を用いて,建物中心位置をGIS上に落とした.次に,地震前後の二時期画像を目視で比較し,ヨーロッパ・マクロ・地震スケール(European Macroseismic Scale)に従って,5段階の被害区分に分類した.目視判読によって作成した被害データと地上調査データを比較した結果,多少の誤判読や全体的に被害ランクを低くみてしまうという,衛星画像による判読では必ず出てしまう傾向はあったが,広範囲における災害時の被害状況の把握といった面では,有効性の高い情報収集の手段であることがわかった.今後,衛星画像を用いた被害自動判読法の検討や,災害における衛星画像を用いての検討などを行っていきたいと考えているリモートセンシング技術の発達により,都市部における災害危険度評価や自然災害による被害把握に利用する試みがなされてきている.とくに地震等の災害直後における早期被害把握は,緊急対応や応急復旧計画の立案のためにきわめて重要である.2001年10月に打ち上げられた商業用人工衛星QuickBirdは,最大で0.6mの地表分解能を持ち,都市部の画像では構造物の形状が詳細に識別できる.したがって,災害直後にこれらの高解像度衛星画像を利用し,建物や土木構造物の被害を把握することができると考えられる.そこで本研究では,2003年5月21日に発生したアルジェリア地震の主な被災地であるブーメルデス市とゼムリ市を捉えたQuickBird衛星画像を用いて,建物被害がどの程度把握できるのか分析を行った.地震2日後と地震1年前の画像から目視により被害を判読した結果,崩壊(Grade5),部分的崩壊(Grade4)は良好に分類できたが,一部損傷・瓦礫(Grade3)は困難であった.被害率分布より,川沿いの地域の被害が大きいなどの被害の特徴を把握することができた.また,現地調査における微動観測の結果と比較すると,地盤条件が良好と評価された地域の被害率は比較的小さく,地盤条件が悪いと評価された地域の何箇所かは被害率の大きい地域であることがわかった。このことから,局所的な地盤特性による地震動の増幅が建物被害に影響を与えたと考えられる.また,被災者用テントも画像から読み取ることができた.今後,被害把握や復旧計画支援への実用化に向けて,地震1ヶ月後の画像との比較,現地調査による被害率との比較などを行い,今回の結果の精度を検証する予定である.リモートセンシング技術の発達により,都市部における災害危険度評価や自然災害による被害把握に利用する試みがなされてきている.とくに地震等の災害直後における早期被害把握は,緊急対応や応急復旧計画の立案のためにきわめて重要である.2001年10月に打ち上げられた商業用人工衛星QuickBirdは,最大で0.6mの地表分解能を持ち,都市部の画像では構造物の形状が詳細に識別できる.したがって,災害直後にこれらの高解像度衛星画像を利用し,建物や土木構造物の被害を把握することができると考えられる.本研究では,2003年12月26日に発生したイラン・バム地震のバム市一帯を撮影したQuickBird衛星画像を用いて高解像度衛星による被害把握について検討した.まず地震前の画像を用いて,建物中心位置をGIS上に落とした.

次に,地震前後の二時期画像を目視で比較し,ヨーロッパ・マクロ・地震スケール(European Macroseismic Scale)に従って,5段階の被害区分に分類した.目視判読によって作成した被害データと地上調査データを比較した結果,多少の誤判読や全体的に被害ランクを低くみてしまうという,衛星画像による判読では必ず出てしまう傾向はあったが,広範囲における災害時の被害状況の把握といった面では,有効性の高い情報収集の手段であることがわかった.今後,衛星画像を用いた被害自動判読法の検討や,災害における衛星画像を用いての検討などを行っていきたいと考えている.
サブミクロン分解能を有するX線スペクトロスコピー散乱トポグラフィ装置の開発

結晶の構造評価は局所的な基本構造とその構造の場所分布の2因子によって完全になされる。前者の基本的結晶構造はX線スペクトルによって解析される。一方、結晶の不完全性を含む物質の構造の場所分布は、本研究代表者らによるX線散乱トポグラフィで調べられる。そこで、両者の機能を有機的に組み合わせた局所的なスペクトロスコピーをともなうトポグラフィ(仮に、X線スペクトロスコピック散乱トポグラフィと称する)の開発が本研究の第一の目的である。また、X線回析トポグラフィの欠点の一つであった場所分解能の向上を各種のマイクロビームの開発により、シンクロトロン放射光の新時代においてサブミクロン分解能を達成する目処を立てることが第二の目的である。平成4年度にまず、高精度走査機構を含むシステムの設計を行ない、計22軸の位置制御を行なうコンピュータープログラムを完成させた。平行して、収束X線マイクロビーム自作完了。平成5年度は、上記走査装置の製作を行なうとともに、収束マイクロビームと位置敏感検出器を組み込み、珪素鋼単結晶中の方位分布トポグラフフの直接観察を試み、本法の有効性が確かめられた。平成6年度は、高エネルギー研究所シンクロトロン放射光実験施設において、スリット方式で平行白色マイクロビームをつくり、竹材中のセルロース結晶、珪素鋼および複合材料をX線散乱トポグラフ観察を行ない、23μmの分解能を達成した。これは、これまでの本法の分解能を1桁向上させたことを意味する。これらの実験から、0.5μmの壁は2次元非対称反射のマイクロビームによって可能であることを結論した。さらに、システム全体の調整チェックのために、先端複合材料の構造評価を行ない、半導体検出器マルチチャンネルのシステムが所期の設計性能を持っていることを確認した。研究成果の一部は、研究期間中、6回の国際会議で発表された。結晶評価や結晶不整の研究手段として広く使われているX線回折トポグラフィは2つの欠点ー(1)観察対象は完全性の高い単結晶に限られる,(2)場所分解能は高々数μmである_をもつ。これに対して,本研究で開発しているX線散乱トポグラフィは観察対象の制限がなく,分解能の向上も原理的に可能である。X線回折トポグラフィがもつ原理的限界がない。本研究では,分解能の向上を,マイクロビームとX-Y走査法の採用により,はかっている。まず、実験室光源(封入管)の特性線では、線状焦点のX線をシリコン湾曲モノクロメータにより収束させ(収束角:約20分)、マイクロビームを作製した。焦点より98cmの位置で68μmの収束に成功した。この収束マイクロビームは,珪素鋼単結晶のように30分程度の方位分布をもつ単結晶では理想的ビームであることがわかった。このときの実験には既存の低分解能走査装置を用いた。一方,高精細走査装置は,0.01μmステップ,50mm走査幅をもつX-Y-Z走査システムならびに1秒ステップの試料-検出器のゴニオメータシステム(ロータリエンコーダー)の設計を完了し,研究室所属の工作工場で製作に入っている。走査装置は,広域走査と微小ステップ走査を両立させる必要から,3次元走査装置を2種組み合せた(3+3)次元走査とした。この部分の試作はすでに完了し,設計どおりの作動テスト結果を得た。分解能向上の試験をするため,既存の走査装置を高エネルギー物理学研究所(PF)に運び,実験を行ない,珪素鋼単結晶内の方位分布の測定をした。現在,これについては論文として取りまとめ中である。

なお,スペクトロスコピー散乱トポグラフィについては,1992年7月マルセイユ(仏)で開かれた第1回ヨーロッパX線トポグラフィシンポジウムで発表した。物質の構造が一様でないことは、広く知られた事実である。このことは、結晶の構造評価はその局所的な基礎構造とその構造がどのように分布しているかを知る事によって始めて完全な構造評価が出来ることを意味している。結晶の基礎構造はスペクトルによって解析される。構造の場所分布はトポグラフィで調べられる。そこで、局所的なスペクトロスコピーをともなうトポグラフィ(ここでは仮にスペクトロスコピートポグラフィと称する)を提案し、従来のトポグラフィでは出来なかった完全な結晶評価を試みている。この方法ではマイクロビームを用いて、回析線は平行でなくてよいので、完全性の低い結晶や一般の材料の観察可能な散乱トポグラフィにもなる。この点も都合がよい。0.01mumステップ、50mm走査幅と、1.0〔arcsec〕のゴニオメータ(ロータリエンコーダーによるクローズト制御)機能を持つX-Y-Zの{3(広域)+2(狭域)}次元走査システムの製造を完了した。走査を広域と狭域に分けそれぞれ独立の制御が出来るようにした。現在、この制御ソフトを仮りに作り、装置のテストを続けている。一方、本システムの試作モデルの装置に半導体検出器SSDを取り付け、Fe+3%Si合金単結晶のスペクトロスコピートポグラフィ観察を行い、方位分布トポグラフのマッピングに成功した。これは、J.Phys.(D):Appl.Phys.に発表した。その他、本科研費研究に関した成果は「研究発表欄」に記しているとおり、充分な成果が上げられた。また、位置敏感検出器(PSPC)を利用したスペクトロスコピートポグラフィの実験を平行して進めている。これは、1994年9月のトポグラフィの国際会議(Europian Symposium on X-ray Topography and High Resolution Diffraction)に発表の予定である。このことは、結晶の構造評価はその局所的な基本構造とその構造がどのように分布しているかを知る事によって始めて完全な構造評価が出来ることを意味している。結晶の基本構造はスペクトルによって解析される。そこで、局所的なスペクトロスコピーをともなうトポグラフィ(これを、スペクトロスコピック・トポグラフィと称する)を提案した。さらにマイクロビームを用いることにより、従来のトポグラフィでは出来なかったより完全な結晶評価を高い分解能で試みている。この方法では平行または収束したマイクロビームをつくる。回折線は平行でなくてよいので、完全性の低い結晶や一般の材料の観察可能な散乱トポグラフィにもなる。昨年度末までに高性能のX-Y-Zの{3(広域)+2(狭域)}次元走査システムの製造を完了したので、今年は就束マイクロビーム(焦点約50μm)をつくり、検出器走査によるFe+3%Si合金単結晶中の包位分布トポグラフィの試みを行ない、所期の目的を達成した。
DNAと相互作用する分子の設計とその生理活性

本研究では化学反応および物性両面からみて非常に興味深い性質を有する環歪みを持つ有機化合物に着目し,その性質を利用して核酸と相互作用を示す化合物を合成するための方法論を確立するための研究を行った.フラーレンの持つ疎水結合能力を利用し核酸への結合の一層の制御を達成するために水溶性のC_<70>誘導体の合成とその光駆動細胞毒性の検討,および高選択的核酸認識分子の設計の初期段階として多重官能基化フラーレンの合成を行った.フラーレンを利用した機能性物質の合成においては,どのような官能基化を行うかが重要な課題となるが,我々はフラーレンの三次元的な構造の特徴を活かすために光学活性有機フラーレンの合成を検討した.バックミンスターフラーレン球面上の30の炭素-炭素二重結合の幾つかを選択的に官能基化することで多官能基性の巨大分子を単一の異性体として合成することはそれ自体極めて興味深い合成的課題でもある.この合成では一定の制御の下,位置および立体選択的な反応を実行することが必要となる.本研究ではまずフラーレンへの官能基導入法について検討を加え,そこから二重官能基化の可能性を検討しCs対称性および光学活性なC_2対称性を持つ二重官能基化C_<60>誘導体の合成を行なった.またフラーレンの光駆動細胞毒性がガンの光物理化学療法に役立つのかを調べる目的ですでに合成している水溶性C_<60>誘導体に加え,水溶性C_<70>誘導体も合成して細胞毒性を調べた.その結果本実験ではフラーレンをガン細胞膜に完全に結合した状態で光照射した場合,50マイクロMの濃度でも全く光細胞毒性を示さないことがわかった.本研究では化学反応および物性両面からみて非常に興味深い性質を有する環歪みを持つ有機化合物に着目し,その性質を利用して核酸と相互作用を示す化合物を合成するための方法論を確立するための研究を行った.フラーレンの持つ疎水結合能力を利用し核酸への結合の一層の制御を達成するために水溶性のC_<70>誘導体の合成とその光駆動細胞毒性の検討,および高選択的核酸認識分子の設計の初期段階として多重官能基化フラーレンの合成を行った.フラーレンを利用した機能性物質の合成においては,どのような官能基化を行うかが重要な課題となるが,我々はフラーレンの三次元的な構造の特徴を活かすために光学活性有機フラーレンの合成を検討した.バックミンスターフラーレン球面上の30の炭素-炭素二重結合の幾つかを選択的に官能基化することで多官能基性の巨大分子を単一の異性体として合成することはそれ自体極めて興味深い合成的課題でもある.この合成では一定の制御の下,位置および立体選択的な反応を実行することが必要となる.本研究ではまずフラーレンへの官能基導入法について検討を加え,そこから二重官能基化の可能性を検討しCs対称性および光学活性なC_2対称性を持つ二重官能基化C_<60>誘導体の合成を行なった.またフラーレンの光駆動細胞毒性がガンの光物理化学療法に役立つのかを調べる目的ですでに合成している水溶性C_<60>誘導体に加え,水溶性C_<70>誘導体も合成して細胞毒性を調べた.その結果本実験ではフラーレンをガン細胞膜に完全に結合した状態で光照射した場合,50マイクロMの濃度でも全く光細胞毒性を示さないことがわかった.
様々な基準の下での画像の領域分割問題の計算複雑度と処理の高速化に関する研究

本研究では,画像認識の基礎となる領域分割についてアルゴリズム理論の立場から考察を行った.すなわち,様々な数学的基準に対して,その基準における最適解を求める問題がどの程度の計算手間を必要とするかを解析し,さらに多項式時間のアルゴリズムを得るためにはどのような制約条件を付加する必要があるかを考察した.特に,判別分析の基準に基づいて,画像を連結な2つの部分に最適な形で分割する多項式時間のアルゴリズムを得ることに成功した.様々な種類の画像に適用した結果,かなり安定な分割を得ることができたので,所期の目的を達成できたものと思われる.このアルゴリズムの基本的な道具は動的計画法であるが,申請者が現在専門にしている計算幾何学における技法,特に,ハンドプロービングとパラメトリック探索法がが高速化に威力を発揮した.従来の領域分割の方法は、人間の直観に基づいた曖昧な基準に基づく発見的法が多く見受けられ、性能が対象画像によって大きく異なった.また,経験的知識に頼り過ぎるために多数の例外処理を含む複雑な方法になってしまうことが多かった.本研究で提案した方法は、既に実績のある判別分析法に基づいており、しかも計算幾何学で開発されたアルゴリズム設計技法に則っているのが特筆すべき点である。本研究での成果は,ギリシャ,ドイツおよび米国における国際会議と,応用数理学会などで発表し,アルゴリズム理論家から高い評価を受けた.今後は更に多くの画像で実験を行うことにより,実用的側面からの検討を強化していきたいと考えている.本研究では,画像認識の基礎となる領域分割についてアルゴリズム理論の立場から考察を行った.すなわち,様々な数学的基準に対して,その基準における最適解を求める問題がどの程度の計算手間を必要とするかを解析し,さらに多項式時間のアルゴリズムを得るためにはどのような制約条件を付加する必要があるかを考察した.特に,判別分析の基準に基づいて,画像を連結な2つの部分に最適な形で分割する多項式時間のアルゴリズムを得ることに成功した.様々な種類の画像に適用した結果,かなり安定な分割を得ることができたので,所期の目的を達成できたものと思われる.このアルゴリズムの基本的な道具は動的計画法であるが,申請者が現在専門にしている計算幾何学における技法,特に,ハンドプロービングとパラメトリック探索法がが高速化に威力を発揮した.従来の領域分割の方法は、人間の直観に基づいた曖昧な基準に基づく発見的法が多く見受けられ、性能が対象画像によって大きく異なった.また,経験的知識に頼り過ぎるために多数の例外処理を含む複雑な方法になってしまうことが多かった.本研究で提案した方法は、既に実績のある判別分析法に基づいており、しかも計算幾何学で開発されたアルゴリズム設計技法に則っているのが特筆すべき点である。本研究での成果は,ギリシャ,ドイツおよび米国における国際会議と,応用数理学会などで発表し,アルゴリズム理論家から高い評価を受けた.今後は更に多くの画像で実験を行うことにより,実用的側面からの検討を強化していきたいと考えている.画像認識・理解の研究において基本的に重要なことは、画像に含まれる個々の対象物に対応する領域を抽出することである。この問題は,画像の領域分割と呼ばれ,1970年頃から1980年代にかけて精力的に研究されてきた.最近では画像の意味を考慮した,所謂高級な研究に推移している傾向にあるが、最近新たな方法が提案されて以来,再び研究の活気を取り戻している.これは,初期輪郭から出発して、エネルギー関数の値によって弾性輪郭を変形・収束させる「スネ-クス」と呼ばれる方法が提案され注目を集めている。この方法は,エネルギー関数の形でグローバルな情報を取り込めるという特長を有し,さらに境界線の滑かさをも評価基準に組み込めるのが従来にない斬新な点である.しかしながら,方法自体は現在の解に逐次改善を施して最適解に収束させようという緩和法であり,局所最適解に陥る可能性を本質的に排除できない.本研究では、様々な数学的基準に対して,その基準における最適解を求める問題がどの程度の計算手間を必要とするかを解析し,さらに多項式時間のアルゴリズムを得るためにはどのような制約条件を付加する必要があるかを考察する.今年度においては,縦あるいは横のいずれかの方向に単調な曲線によって囲まれる領域の中で,判別分析の基準(クラス間分散の最大化)において最適な分割を求める多項式時間のアルゴリズムをC言語により計算機上で実現し,さらなる高速化を図るとともに,様々な画像に対して計算機実験を行い,人間の目による判断との差について考察した.その結果、従来の方法では困難であった曖昧な境界の認識も可能であることが判明した。本研究では,画像認識の基礎となる領域分割についてアルゴリズム理論の立場から考察を行った.すなわち,様々な数学的基準に対して,その基準における最適解を求める問題がどの程度の計算手間を必要とするかを解析し,さらに多項式時間のアルゴリズムを得るためにはどのような制約条件を付加する必要があるかを考察した.特に,判別分析の基準に基づいて,画像を連結な2つの部分に最適な形で分割する多項式時間のアルゴリズムを得ることに成功した.様々な種類の画像に適用した結果,かなり安定な分割を得ることができたので,所期の目的を達成できたものと思われる.このアルゴリズムの基本的な道具は動的計画法であるが,申請者が現在専門にしている計算幾何学における技法,特に,ハンドプロービングとパラメトリック探索法が高速化に威力を発揮した.

従来の領域分割の方法は、人間の直観に基づいた曖昧な基準に基づく発見的法が多く見受けられ、性能が対象画像によって大きく異なった.また,経験的知識に頼り過ぎるために多数の例外処理を含む複雑な方法になってしまうことが多かった.本研究で提案した方法は、既に実績のある判別分析法に基づいており、しかも計算幾何学で開発されたアルゴリズム設計技法に則っているのが特筆すべき点である。本研究での成果は,ギリシャ,ドイツおよび米国における国際会議と,応用数理学会などで発表し,アルゴリズム理論家から高い評価を受けた.今後は更に多くの画像で実験を行うことにより,実用的側面からの検討を強化していきたいと考えている.
有限グラフに付随するGorenstein Fano凸多面体のEhrhart多項式

本研究課題は、有限グラフに付随する整凸多面体のEhrhart多項式を研究することである。そのような研究を行うには、整凸多面体の正規性などの性質も詳しく考察する必要があると思われる。同時に、有限グラフに付随する可換環を議論することも非常に重要である。平成25年度は、主に、エッジイデアルの研究と整凸多面体の正規性に関する研究を展開し、一定の結果を得ている。前者の研究は、有限グラフに付随する単項式イデアルであるエッジイデアルの研究、特に、Cameron-Walkerグラフのエッジイデアルの可換環論的性質を詳細に調べた。具体的には、Cameron-Walkerグラフに付随するエッジイデアルで割った剰余環のCohen-Macaulay性・sequentially Cohen-Macaulay性・Gorenstein性についての結果を得た。これらの研究において、単体的複体の組合せ論的性質を詳細に議論することが結果を得るためのポイントになっている。この研究は、日比孝之氏・木村杏子氏・Augustine B. O'Keefe氏との共同研究に基づく。後者の研究は、整凸多面体のミンコフスキー和の正規性に関する研究である。具体的には、辺凸多面体のミンコフスキー和が正規になるある種の十分条件を求めることに成功した。他にも、"ミンコフスキー和"が"膨らまし"の一般化であることに注目し、整凸多面体の膨らましに関する結果をミンコフスキー和に関する結果へ一般化することにも成功した。(抄録なし)本研究者の大きな研究テーマは、「d次元Gorentein Fano凸多面体のEhrhart多項式の根の挙動」である。特に取り組むべきテーマとして、次の2つを挙げていた。1.d次元Gorenstein Fano凸多面体のEhrhart多項式の根αについて、-d/2≦Re(α)≦d/2-1を満たす、という予想の解決。2.Ehrhart多項式の根の実部が全て-1/2となるGorenstein Fano凸多面体の分類。1について、この予想がどのくらい正しいかを、dが小さい場合を特に研究した。そして、少なくともdが5以下であれば、この予想が正しいことがわかった。加えて、根が実数根であるときもこの予想が正しいことがわかった。それらの結果をまとめた発表論文"Roots of Ehrhart polynomials and symmetric δ-vectors"を執筆した。また、という予想がよく知られていたが、この予想が一般には成立しないことを示した。本研究者はこの予想の反例を構成したのであるが、それらをまとめた発表論文"Counterexamples of the conjectureon roots of Ehrhart polynomials"を執筆した。本研究者の大きな研究テーマは、「d次元Gorentein Fano凸多面体のEhrhart多項式の根の挙動」である。特に取り組むべきテーマとして、次の3つを挙げていた。さらには、これらのテーマの基になる予想として、次の課題があった。3.d次元整凸多面体のEhrhart多項式の根αは、-d≦Re(α)≦d-1を常に満たすか?これらの課題について、1および3については、昨年度の研究により、否定的に解決した。そこで、1および3について、どのような整凸多面体のクラスについてこの予想が成立するかを考察するため、今年度は主に、整凸多面体の可換環論的側面を重点的に研究した。特に、「正規性」と呼ばれる可換環論的性質とのの関連は、昨今のEhrhart多項式の研究においては非常に重要であるため、その研究に従事した。そして本研究者は、発表論文"Non-normal very ample polytopes and their holes"および"Normality o fdilated polytopes"を執筆した。また、引き続きEhrhart多項式の分類の研究にも取り組んでおり、正規化体積が4の場合の整単体の分類を行っている。そして本研究者は、発表論文"Hermite normal forms and δ-vectors"を執筆するに至った。

具体的には、辺凸多面体のミンコフスキー和が正規になるある種の十分条件を求めることに成功した。他にも、"ミンコフスキー和"が"膨らまし"の一般化であることに注目し、整凸多面体の膨らましに関する結果をミンコフスキー和に関する結果へ一般化することにも成功した。大元になる予想が否定的に解決された。そこで今後は、どのような整凸多面体のクラスであれば予想を満たすか?という問題について研究しようと考えている。さらには、例えば考える整凸多面体を一般化した"latticemulti-polygon"と呼ばれるものについてEhrhart多項式を考え、その根を考えたらどうなるか?などの課題も十分考えることができ、非常に興味深いものである。また、もう1つの大きな研究課題である、「根の実部が全て-1/2であるようなEhrhart多項式を持つGorenstein Fano凸多面体の分類」も引き続き研究を行う。今年度の研究により、整凸多面体の可換環論的側面が徐々に明らかになった。そして、それらの研究によって確立された可換環論的手法を用いて、今後は、Ehrhart多項式の根の研究をますます進めていく予定である。また、もう1つの大きな研究課題である、「根の実部が全て-1/2であるようなEhrhart多項式を持つGorenstei nFano凸多面体の分類」も引き続き研究を行う。その研究において、現在は、「直交多項式系」と呼ばれるものに注目しており、研究を推進する予定である。(抄録なし)
婦人科悪性腫瘍におけるTFの発現と過凝固状態についての研究

治療開始前の卵巣がんの約25%で静脈血栓塞栓症(VTE)が発生している。Tissue factor (TF)は外因系血液凝固の起点となっている。そこで、卵巣癌128名でTF発現とVTE発症の関連を研究した。治療開始前に全例でVTEのスクリーニングを行い、免疫染色でTFの発現強度を判定した。明細胞癌患者でのVTE発生率は34%で非明細胞癌より有意に高率であった。TF発現強度の上昇に伴い、明細胞癌の割合とVTE発生率が高くなった。また、多変量解析でTF発現強度およびDD高値がVTE発生の独立した有意なリスク因子だった。TF発現は卵巣癌でのVTE発生に関連し、明細胞癌で有意に高いことが判明した。平成26年度は、「婦人科悪性腫瘍におけるTFの発現とVTEの関連についての解明」を行う予定であった。既に染色済みであった181名のほか、11名を追加してTFの発現のほか、データの解析を行い論文化を目指している。D-dimerは凝固カスケードにおいてフィブリンがプラスミンによって生じる分解産物であるため、今回の結果は悪性腫瘍において過凝固状態が病変の進展などに関与する可能性を示唆するものと考える。この結果もふまえ、今年度はTF発現とVTEの関連についての解明をより詳細に行っていきたい。当初の予定では、平成27年度の研究実施計画は「悪性細胞以外でのTFの発現頻度と悪性化に及ぼす影響の解明(その1)」であった。しかし、関連論文の執筆、投稿により平成26年度の事業計画がずれ込んだだめ、平成26年度の研究実施計画だった「婦人科悪性腫瘍におけるTFの発現とVTEの関連についての解明」に従って研究を行った。これまで2つの投稿先でrejectとなってしまったが、別の雑誌に投稿して返事を待っているという状況である。本来の研究テーマに関するデータをまとめることができたが、まだ、acceptに至っていないため。特に卵巣癌の組織型の中で、明細胞癌でTFの発現およびVTEの発生が有意であった。明細胞癌は卵巣癌の中でも化学療法の効果が低いことが知られており、他の組織型との違いという点からは、TFの発現が化学療法抵抗性を示す要因の一つである可能性も考えられた。この結果を今後の研究を進めて行く上で、活かして行きたい。本来の研究テーマに関するデータを論文にまとめ、acceptに至ることができた。また、この3年間で「悪性腫瘍の過凝固状態」に関する論文が2つacceptに至ったため。平成29年度は平成26年度とH28年度に作成した英語論文の研究成果を「上皮性卵巣癌患者の静脈血栓塞栓症の発生原因と過凝固状態に着目した新たな予後因子の解明」という形でまとめた。結果として、(1)上皮性卵巣癌組織でのtissue factor発現の強度が上昇するごとに、卵巣癌患者の静脈血栓塞栓症の発生率も有意に上昇したこと、(2)tissue factor発現が卵巣明細胞癌の組織で有意に高く、かつ強発現であること、(3)明細胞癌患者では非明細胞癌患者よりも静脈血栓塞栓症の発生率が有意に高いことが確認できた。また、(4)治療開始前D-Dimer高値は、既に報告されている他臓器の悪性腫瘍患者と同様に、卵巣癌患者でも独立した有意な予後不良因子であることが判明した。これらのことから、卵巣癌において、tissue factorを起点とした過凝固状態は静脈血栓塞栓症の発生のほか、腫瘍の進展にも関与している可能性があると考えられた。来年度から、「婦人科悪性腫瘍の過凝固状態に着目した新たな治療戦略の探索」というテーマで科研費を頂けることとなった。この研究では、H29年度までの研究成果を元に卵巣癌での過凝固状態が腫瘍の進展に影響する機序を明らかにし、抗凝固療法の抗腫瘍効果についても示すことを目的とする。これにより抗凝固療法がドラッグリポジショニングにつながる可能性もあるので、癌治療の新たなターゲットを探索していきたい。当該研究と関連のあるデータを論文化することができたものの、本来の研究をまだまとめることができていないため。現在投稿中の論文のacceptを最優先とする。その後、「悪性細胞以外でのTFの発現頻度と悪性化に及ぼす影響の解明」に関する研究を進めて行く。研究計画の後半で行う予定だった「悪性腫瘍以外でのTFの発現頻度と悪性化に及ぼす影響の解明」について、検体の染色を進めて行くことと、「婦人科悪性腫瘍における抗凝固療法と腫瘍の進展の抑制の関連についての解明」についての予備調査を進めて行く。

対象となる患者の腫瘍検体、臨床情報は十分蓄積されているので、染色の他、データの解析を進めて行く。婦人科悪性腫瘍対象のデータは整理できているので解析を進めて論文化を目指す。前年度に購入していた物品を使用して、免疫染色を行ったため、追加で必要な物品が少なかったことが理由である。240,000円は論文掲載料として使用予定であったが、科研費使用状況の報告時点では論文の校正途中で掲載日も確定していなかったため、次年度使用とした。次の研究に移行する際、プレパラートの準備や染色のための物品の追加購入が必要となるので、そのために使用する予定である。論文掲載料に充てる予定である。
イカナゴ仔魚の餌生物環境と生残仮説の検証

イカナゴAmmodytes personatusの加入量予測を可能とするために,20032005年に陸奥湾に出現した浮遊仔魚の分布密度,成長様式,成長率と生息環境を評価し,初期生残にかかわる諸仮説を検証した。1,湾口部の産卵場から湾内に輸送されるイカナゴ仔魚の密度は,湾内への津軽暖流水の流入量に依存していた。2,耳石日周輪解析によって求めた仔魚の孵化日組成は,3年間で若干のずれがみられたが,おおむね2月下旬から4月中旬に孵化した個体が多かった。3,摂餌開始期のイカナゴ仔魚の主要餌生物であるカイアシ類ノープリウスと,大型仔魚が捕食するカイアシ類コペポダイトおよび尾虫類は,3年間ともに仔魚が捕食すると考えられる時期には低密度であり,ミスマッチとなっていた。4,本研究における水温範囲(3.9-10.2°C)では,水温が高いほど仔魚の成長率も増加した。また,採集日直前の5日間の耳石の残差成長率も水温と有意な正の相関を示したが(r=0.15,P=0.03),カイアシ類ノープリウスの密度(範囲:13.0-35.0個体・L^<-1>)とは有意な相関はなかった(P=0.55)。5,24日齢以下の仔魚(主に脊索屈曲完了前仔魚)のうち,高成長率個体に偏って多く生残しており,低成長率個体は被食されやすいか,摂餌能力が低いために死亡しやすいものと推定された。陸奥湾におけるイカナゴ浮遊仔魚の生残には,湾内への輸送,高水温によって成長停滞が生じないこと,ボトムアップ効果が働いて餌密度が高まることの3条件をすべて満たす必要があり,いずれが欠けても高い生残率は期待できないことが明らかになった。近年の漁獲量の低下も,低水温化でよく説明できた。イカナゴの加入量予測を可能とするために,陸奥湾に出現する浮遊仔魚と着底稚魚の耳石日周輪から孵化日組成と成長速度を推定し,初期生残にかかわる「マッチ・ミスマッチ仮説」と「成長-被食仮説」を検証した。1.2003年2月26日-5月9日に青森県陸奥湾で採集したイカナゴ浮遊仔魚の扁平石耳石の日周輪を解析し,核を中心とする平均直径16.4μm(標準偏差1.71μm)の通常よりも太い輪紋を確認した。この太い輪紋は孵化仔魚の耳石径(Tsukamoto et al.,2002)とほぼ一致することから,孵化輪と判断された。2.仔魚の日齢-体長関係は1次回帰式[体長(mm)=0.271・日齢(day)+5.37 (r^2=0.88,体長範囲:4.9-30.6mm)]で近似でき,日間成長量は0.271mm/dayと推定された。3.仔魚の耳石径-体長関係はアロメトリー式[体長(mm)=0.0259耳・石径(μm)^<0.637>(r^2=0.88)]で近似できた。この式により,耳石径から過去の体長の逆算が可能となった。4.浮遊仔魚の孵化日組成のピークは3月下旬であった。5.浮遊仔魚を20日齢以下と,20日齢以上のグループに分け,さらにそれらを前期孵化群(3月17日以前)と後期孵化群(3月18日以降)の,合計4グループに分けて,日齢5日ごとの輪紋幅を比較した。その結果,いずれのグループ間でも有意差はみられなかったことから(2元配置の分散分析,日齢間:p=0.15,孵化時期間:p=0.50),少なくとも2003年については浮遊期間中に成長速度依存的な死亡は認められなかった。この原因として,調査期間中の生息水温(1元配置の分散分析,p=0.44)と,かいあし類ノープリウス密度(2元配置の分散分析,採集時期間:p=0.67,採集水深間:p=0.18)に有意差がみられなかったことが影響した可能性が考えられた。イカナゴの加入量予測を可能とするために,2003年と2004年に陸奥湾に出現した浮遊仔魚密度の経時変化と,餌生物環境および物理環境を比較し,初期生残にかかわる「マッチ・ミスマッチ仮説」と「成長-被食仮説」を検証した。1.主出現期である2月下旬から4月下旬までの仔魚密度は,両年に有意差はなかった(一元配置の分散分析;P=0.33)。2.同時期について,水温には有意差はなく(P=0.99),塩分は2003年に対して2004年には平均0.27低かったが(P=0.006),両年とも期間中次第に低下し,最高塩分からの低下幅には年変動はなく(P=0.78),両年は類似した物理環境過程と推定された。3.同時期について,主要餌生物であるカイアシ類ノープリウスの平均密度は,2003年(22.3個体/L)に対して2004年(31.2個体/L)に有意に高かった(P=0.04)。

4.最も仔魚密度が高かった2003年4月上旬と2004年3月中旬には,ノープリウス密度は低く,その後約1030日後にピーク値を示したことから,仔魚が成長するにつれて餌密度も高くなっていた。以上のように両年には,餌密度の多寡と,仔魚出現時期の相違が観察された。2003年の浮遊仔魚は,調査期間中最も餌密度が低い3月下旬に孵化日のピークを示したことから,餌密度が高い時期に孵化した個体だけが生き残るマッチ・ミスマッチ的死亡は考えられなかった。また餌密度が低かった2003年の仔魚は,成長の速い個体だけが生残する傾向は認められなかったことから,個体によって異なる摂餌能力や被食回避能力の違いによって,選択的に生残することも考えられなかった。今後は2004年の仔魚の孵化日組成と成長速度を明らかにし,餌密度が高い年には成長速度も高められ,浮遊期間の短縮による累積死亡率の低減が生じていたか否かを明らかにする。イカナゴAmmodytes personatusの加入量予測を可能とするために,20032005年に陸奥湾に出現した浮遊仔魚の分布密度,成長様式,成長率と生息環境を評価し,初期生残にかかわる諸仮説を検証した。1,湾口部の産卵場から湾内に輸送されるイカナゴ仔魚の密度は,湾内への津軽暖流水の流入量に依存していた。2,耳石日周輪解析によって求めた仔魚の孵化日組成は,3年間で若干のずれがみられたが,おおむね2月下旬から4月中旬に孵化した個体が多かった。3,摂餌開始期のイカナゴ仔魚の主要餌生物であるカイアシ類ノープリウスと,大型仔魚が捕食するカイアシ類コペポダイトおよび尾虫類は,3年間ともに仔魚が捕食すると考えられる時期には低密度であり,ミスマッチとなっていた。4,本研究における水温範囲(3.9-10.2°C)では,水温が高いほど仔魚の成長率も増加した。また,採集日直前の5日間の耳石の残差成長率も水温と有意な正の相関を示したが(r=0.15,P=0.03),カイアシ類ノープリウスの密度(範囲:13.0-35.0個体・L^<-1>)とは有意な相関はなかった(P=0.55)。5,24日齢以下の仔魚(主に脊索屈曲完了前仔魚)のうち,高成長率個体に偏って多く生残しており,低成長率個体は被食されやすいか,摂餌能力が低いために死亡しやすいものと推定された。陸奥湾におけるイカナゴ浮遊仔魚の生残には,湾内への輸送,高水温によって成長停滞が生じないこと,ボトムアップ効果が働いて餌密度が高まることの3条件をすべて満たす必要があり,いずれが欠けても高い生残率は期待できないことが明らかになった。近年の漁獲量の低下も,低水温化でよく説明できた。
音声認識技術を利用した発現規則抽出法とその細胞性粘菌への適用

細胞性粘菌の非転写領域から各発現時期に特徴的な配列を抽出するために音声認識技術(スポッティング法)を適用し,以下の技術を開発した.【1】既に開発済みの「スポッティング法を用いた非転写領域の発現規則発見プログラム」をベースに,これを特徴配列(規則)のパターン類似度と位置類似度の重み付けを調整できるように改良した.また,配列長Lを変化させた時に,特徴配列がLの変化とともにどのように継承されているかを表示,解析できるプログラムを開発した.【2】【1】で改良を行ったプログラムをDictyostelium discoideumの4つの発現期(a, v, c, s)の非転写領域に適用し,各発現期に特徴的な配列を抽出する実験を開始した(この特徴配列が,その発現期に固有な遺伝子調節配列と考えられる).特に発現期vにおいて80%以上の発現比率を有するコンティグデータに本システムを適用することにより,高い精度で発現期vに対する遺伝子調節配列を抽出できると考えられる.【3】さらに,Z-scoreを適用することにより,統計的に優位な配列を発見するアルゴリズムを提案し,これを上記開発プログラムに組み込んだ.この統計的手法により特徴配列を選別したところ,attaatat, attacaaa, atttagtaがvステージにおいて,ttattcta, atgtgtta, aaaattga,がaステージにおいて,attgtaaa, accatcaa, aataattgがsステージにおいて,そして,atagtttt, ttaataat, gaataataがcステージにおいて特徴的に優位な配列であることがわかた.さらに,上記アルゴリズムの高速計算のためにPCクラスタ(複数のパソコンをネットワーク接続した並列計算システム)を用いた並列アルゴリズムを提案した.これにより,計算時間の高速化に関してほぼスケーラブルな台数効果が期待できる.細胞性粘菌の非転写領域から各発現時期に特徴的な配列を抽出するために音声認識技術(スポッティング法)を適用し,以下の技術を開発した.【1】既に開発済みの「スポッティング法を用いた非転写領域の発現規則発見プログラム」をベースに,これを特徴配列(規則)のパターン類似度と位置類似度の重み付けを調整できるように改良した.また,配列長Lを変化させた時に,特徴配列がLの変化とともにどのように継承されているかを表示,解析できるプログラムを開発した.【2】【1】で改良を行ったプログラムをDictyostelium discoideumの4つの発現期(a, v, c, s)の非転写領域に適用し,各発現期に特徴的な配列を抽出する実験を開始した(この特徴配列が,その発現期に固有な遺伝子調節配列と考えられる).特に発現期vにおいて80%以上の発現比率を有するコンティグデータに本システムを適用することにより,高い精度で発現期vに対する遺伝子調節配列を抽出できると考えられる.【3】さらに,Z-scoreを適用することにより,統計的に優位な配列を発見するアルゴリズムを提案し,これを上記開発プログラムに組み込んだ.この統計的手法により特徴配列を選別したところ,attaatat, attacaaa, atttagtaがvステージにおいて,ttattcta, atgtgtta, aaaattga,がaステージにおいて,attgtaaa, accatcaa, aataattgがsステージにおいて,そして,atagtttt, ttaataat, gaataataがcステージにおいて特徴的に優位な配列であることがわかた.さらに,上記アルゴリズムの高速計算のためにPCクラスタ(複数のパソコンをネットワーク接続した並列計算システム)を用いた並列アルゴリズムを提案した.これにより,計算時間の高速化に関してほぼスケーラブルな台数効果が期待できる.
マツノザイセンチュウ近縁2種の寄主転換操作によるマツノマダラカミキリの防除

マツ材線虫病は病原体マツノザイセンチュウがマツノマダラカミキリによって媒介されることで起こるマツ類樹木の伝染病である。本研究では、昆虫寄生性線虫の寄主転換という新たな着想に基づく、線虫を利用した本病防除技術の開発を目指す。具体的には、寄生型成虫という特異な発育ステージをもつマツノザイセンチュウ近縁2種について、生活環や形態に関する詳細な観察などを行い、それらの寄生生態を解明する。次に、寄主転換操作により寄生型成虫をマツノマダラカミキリに人工的に寄生させることで、両種線虫の寄生能力と寄主昆虫不妊化の程度を評価し、防除素材としての有効性を検証する。
イヌの僧房弁逸脱症における弁膜の免疫組織学的検討

犬の僧帽弁閉鎖不全症(以下MR)は、高齢の小型犬に頻発する後天性心疾患であるが、特にCavalier King Charles Spaniels(以下キャバリア=CKCS)は、欧米ではMRを発現しやすい犬種として報告されている。一方、人のMRとして知られている僧帽弁逸脱症[Mitral Valve Prolapse(MVP)]は、病理組織学的には僧帽弁およびそれを支持する腱索の粘液変性を主病変として成立しており、人および犬も同様な原因によってMVPが発現するものと考えられている。そこで今回著者らは、まず、平成10年度では、我が国におけるキャバリアのMRの発生状況について疫学的検討を試み、11年度においては、自然発症の臨床例を用い、M弁のcollagen type分けを行い犬種間の差異について比較検討を行った。[成績]平成10年度では、キャバリア114例に対して疫学的検討を行った結果、1)心雑音が聴取され、MRと診断された症例は114例中32例(28.1%)であり、マルチーズ種(23.5%)と比較してやや高率であった。2)MRの発生年齢の検討では、キャバリアでは1歳8ヶ月からMRが認められ、2歳以下で57例中5例(8.8%)、他犬種と異なり若齢犬における発生症例が多く、さらに4歳以上では約60%とMRの発生率が急騰し、かなり若齢から多くの例でMRが発生することが判明した。3)心電図検査において、一般的な犬の心電図学の正常範囲内で波形を比較検討した結果、Q波およびR波の増高が認められ、キャバリアの心電図学的特徴を示しているものと考えられた。4)超音波検査において、心雑音が聴取されなかったにもかかわらず僧帽弁に形態異常を認める例が多く、特にI音分裂(収縮期クリックとの鑑別必要)と僧帽弁の形態異常両方を持つ症例が将来的にMRに移行する可能性が考えられた。平成11年度における弁尖の肉眼的ならびに免疫組織学的観察では、1)肉眼観察ではM弁の弁膜変化が軽度な群にマルチーズ1例、ビーグル2例、中等度な群にビーグル2例、CKCS1例、高度群に柴犬1例が、また変化のない群にポメラニアン、ビーグルが各1例認められた。2)通常の組織学的観察では肉眼観察で得た軽度高度群の弁膜に結合織の増殖の程度が肉眼観察同様に、また粘液変性については中等度高度群において微弱ながら観察できた。3)免疫染色では、ポメラニアンにcollagen type IIIとV、ビーグル犬にタイプV、またCKCSにIIIとVがいずれも微弱ながら確認できた。僧房弁逸脱症(MVP)は犬の心疾患としてもっとも発生率の高い疾患であるが、その発生原因に関しては人と同様に不明とされている。

一方病理組織学的には、MVPの弁膜は、僧房弁箸構成するタンパク質にムコ多糖類が結合した粘液変性が認められると同時に、膠原繊維に変化が認められる。今回の研究は、MVPの弁膜の粘液変性と膠原繊維の変化との関係を知ることを目的としており,初年度では以下の成績が得られた。1)欧米においてMVPが多発する犬種とされているキャバリア・キング・チャールス・スパニエル(以下、キャバリアと略す)を用いて研究を計画していることから、我が国においても同様にMVPが多発することを確認する目的で、114例のキャバリアを用いてMVPの発生率を検討した。その結果、心雑音が聴取されMVPと診断された症例は32例/114例(28.1%)であった。2) MVPの発生年齢との関係では、もっとも若齢で1歳8ヶ月齢1例、2歳以下では10.5%に認められ、4歳以上では約60%に急騰し、8歳では約80%にMVPが認められた。3)心電図検査では、MVPの有無に関わらず、Q波の増高が見られた事から考え、キャバリアの心電図の特徴として、Q波の増高が示唆された。4)心音図検査では、心雑音が聴取されない例において収縮期クリックを示す例が認められ、心エコー検査との関係から、将来これらの例がMVPに移行する可能性が示唆された。5)以上の成績から、我が国で飼育されているキャバリアも欧米と同様にかなり高率でMVPが発生することが判明したと同時に、若齢での発生、さらに腱索の伸展に起因すると思われる収縮期クリックの発現が観察されたことは、キャバリアを使用したMVPの研究の有用性が確認された。(目的)犬の僧帽弁弁膜症(本症=MR)の病理変化は、現在までに僧帽弁(M弁)に酸性ムコ多糖類が蓄積し弁の粘液変性による肥厚、変形が知られている。自然発症の臨床例を用い、対照に本症羅患の少ないビーグル犬3例を供試して、M弁のcollagen type分けを行う。なお研究にあたり米国心臓病学会の動物実験指針(1985)に準拠した。(方法)検索は死亡後可能なかぎり速やかに心を採出し10%ホルマリン固定液に浸積した9例。犬種別内訳はビーグル犬2例(2才1例、3才1例)、マルチーズ1例、ポメラニアン1例、キャバリアキングスチャルズスパニエル(KKCS)1例、柴犬1例、また他実験から転用のビーグル犬3例(2才1例、3才2例)。年齢層はすべて成犬、KKCSのみ7才である。(1)M弁の肉眼変化は変形・肥厚を指標に軽度高度群に区分けした。(2)M弁前尖の組織標本を作製しH&E染色、マッソン染色またPAS、アルシンブルー染色を施行。(3)免疫染色は一次抗体にcollagen typeI-V(Quartett社製)またcollagen typeI+III(Canine,Biogenesis社製)、LSAB2(DAKO社製)の系で検討した。(結果)(1)肉眼観察ではM弁の弁膜変化が軽度な群にマルチーズ1例、ビーグル2例、中等度な群にビーグル2例、KKCS1例、高度群に柴犬1例が、また変化のない群にポメラニアン、ビーグルが各1例認められた。(2)通常の組織学的観察では肉眼観察でえた軽度高度群の弁膜に結合織の増殖の程度が肉眼観察同様に、また粘液変性については中等度高度群において微弱ながら観察できた。(3)免疫染色では、ポメラニアンにcollagen typeIIIとV、ビーグル犬にタイプV、またKKCSにIIIとVがいずれも微弱ながら確認できた。(考察)本症の犬種別発生頻度は、少数発生の犬種にビーグル犬、ついでマルチーズ、ポメラニアンなど、そして多発犬種にKKCSの順で考えられている。
非平衡状態を舞台とした異常拡散現象の探究

平成29年度は、主に以下の二つの課題に取り組んだ。(1)環状高分子鎖濃厚系の異常ダイナミクス、(2)生体高分子鎖折り畳み過程における反応座標の異常拡散(1)環状鎖濃厚系では、結び目、絡み目についてのトポロジカルな拘束が系の物性を大きく支配し、鎖の形態、運動性、マクロなレオロジーのどれをとっても、通常の線形高分子鎖とは大きく異なる特性が見られる。例えば、近年の大規模数値シミュレーションにより、古典的なレプテーション描像とは全く異なるダイナミクスが観測されており、その理論的記述は挑戦的な課題となっている。本研究では、トポロジカルな拘束により生じるエントロピー的な反発力を記述するトポロジカル体積という概念を導入し、ソフトコロイド系との類似性に注目することにより、環状鎖濃厚系ダイナミクスの理論的記述を試みた。その結果、過冷却液体などで見られる協同運動効果の重要性が示唆され、現象論的記述に協同効果を取り込むことにより、文献に報告されている実験、シミュレーションの結果を系統的かつ定量的に記述出来ることを示した。(2)生体高分子のような多自由度複雑系の解析における有用な概念に「反応座標」が挙げられる。しかしその微視的な定式化は通常容易でなく、反応座標の運動にはマルコフ的なダイナミクスが仮定されることが少なくない。本研究では、高分子の形態揺らぎが問題となる時間スケールでは、一般に鎖の連結性由来の記憶効果による非マルコフ的効果が重要となることを議論した。特に、低温で相補的部位が結合するモデル高分子を用いて、折り畳み転移温度で反応座標が示す異常拡散特性を定量的に評価した。29年度が最終年度であるため、記入しない。細胞内の染色体動態は遺伝子発現のダイナミクスと密接に関係しており、生命現象の理解に於いて重要な問題である。近年、これについて一分子測定による実験報告が多数為されてきている。典型的な実験では、染色体上の特定の遺伝子座を蛍光ラベルし、その遺伝子座の運動を長時間観測するが、そこで見られる運動の様子は通常のブラウン運動とは大きく異なることが分かってきている。本研究では、非熱的ノイズに駆動される高分子のダイナミクスという視点から、染色体ダイナミクスに見られる異常拡散現象を捉えることを試みた。まず注目した点は、熱平衡下にある高分子鎖上のラベルモノマーに見られる遅い拡散現象である。これは冪的な記憶項をもつ一般化ランジュバン方程式により記述されるが、その本質は鎖に沿った張力伝播による協働運動領域の増大であることを明確にし、そのような視点からラベルモノマーの遅い拡散を議論した。ここで導出した公式により、平均二乗変位の時間依存性を記述する拡散指数において、鎖状分子の「連結性」の効果がどのように効いてくるかを明確にした。上記の議論は熱平衡下、粘性溶液中の単一高分子を対象にしたものであり、これを生きた細胞内の染色体へと適用するには様々な複雑要因を考える必要がある。今年度は、中でも重要であろう因子として(i)媒質の粘弾性、(ii)鎖の非交差性に由来するトポロジカルな効果、(iii)細胞内の能動過程による非熱的ノイズの効果の3点に注目し、これらを上記の理論的枠組みに取り込み、遺伝子座(染色体上のラベルモノマー)の平均二乗変位を記述するスケーリング理論を構築した。近年実験が報告されつつある遺伝子座の異常拡散現象は、染色体の動態の解明に向けて重要な知見を提供しており、同時に非平衡統計物理学の視点からも極めて興味深い研究対象である。これに関する先駆的な理論を構築することは本研究課題の大きな目的であり、それに向けて大きく研究を進展することが出来たと考えている。遺伝子座の能動拡散をはじめとした染色体の動態についての研究は、実験との比較も視野に入れながら今後も推進していきたい。

また、ソフトマターや生体系における異常拡散現象の背後には、高分子系における「張力伝播」、もしくはより一般には「協働運動領域の増大」のダイナミクスが潜んでいることが多く、そのような視点から様々な異常なダイナミクスの解明を行っていきたい。29年度が最終年度であるため、記入しない。
再構成アプローチで解明するダイナミンの膜切断機構とその破綻に起因する疾患発症機序

本研究では、日本国内5名(代表者:竹田、分担者:内橋、谷、竹居、西上)と、海外共同研究者(Harvey McMahon、MRC分子生物学研究所)で構成する学際的かつ国際的な共同研究チームを組織し、ダイナミンによる膜切断機構の作動原理とBARドメイン蛋白質による制御機構、さらにダイナミンの機能破綻によって起こる難治性疾患の発症機序を、in vitro再構成系を用いた「ボトムアップ型」の構成生物学的なアプローチで解明する。