hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
相対的p進コホモロジー,ホモトピー及び過収束アイソクリスタルの研究

次に, Ogus-Vologodskyによる標数p>0のスキーム上のある種の可積分接続の圏とある種のHiggs加群の圏との間の圏同値の一般化,p進化を目指すためにZ/p^nZ上のスキーム上の可積分接続について研究し,相対Frobenius写像の持ち上げに関する適当な仮定の下で準冪零可積分接続の圏と準冪零可積分p接続の圏とのある圏同値を示した.これはOgus-Vologodskyの局所的な結果の一般化になっている.以上の結果についての論文の執筆および昨年度までに書いた論文の改稿も進め,「国内外で研究発表を行った.更に,過収束アイソクリスタルとp進微分方程式に関するAndre, Christol, Mebkhout, Kedlayaや自分の結果についての解説論文を執筆した.本研究の目的はp進数論幾何学において重要な対象である標数p>0の代数多様体Xの相対的リジッドコホモロジーおよびその係数であるX上の過収束アイソクリスタルの性質を詳しく調べることである.前年度までの研究で,Xが良いコンパクト化を持つときに,X上の過収束アイソクリスタルの縁への対数的延長可能性について,適切な仮定の下で,曲線切断により判定できるという定理を証明した.対数的延長可能であることは,縁に沿った分岐が比較的良いことを意味する.今年度は,縁に沿った分岐がより悪い場合を考察の対象とした.より具体的には,縁にそった分岐の度合いを表わす不変量が曲線切断した場合にどうなるかについて研究を行った.そして,過収束アイソクリスタルの微分Artin導手という不変量が縁と横断的に交わる曲線切断により不変であることが充分に起こるということを証明した.証明はChristol, Dwork, Mebkhout,Kedlaya, Xiaoらによるp進穴あき円板上のp進微分方程式論の諸結果および本研究者の以前の研究における手法をうまく用いることによりなされる.また,標数p>0の正規交叉対数多様体上の対数的過収束アイソクリスタルおよび標数0の正規交叉対数多様体上の対数的可積分接続付加群についての淡中圏的観点からの基礎的研究も進めた.また,以上の結果および昨年度までに得られた過収束アイソクリスタルに関連した結果に関する研究発表を国内外の研究集会において行った.過収束アイソクリスタルの研究については,曲線切断による種々の性質の判定,p進表現との関係などに関して当初の計画を大きく超えた興味深い問題に取り組み,大きな進展が得られた.その一方で,p進コホモロジー,p進ホモトピーに関する研究については,ゆるやかな進展はあるものの当初の計画よりはやや遅れている.従って,総合的に考えた場合,おおむね順調であろうと評価する.24年度が最終年度であるため、記入しない。過収束アイソクリスタル,p進コホモロジーに関して執筆中の論文が複数あるので,それらの改稿,出版を進めることが重要である.過収束アイソクリスタルに関しては更にいくつかの問題について研究を進める予定である.また,p進有理基本群についての研究を進めようと考えている.国内外の研究集会での発表も予定している.24年度が最終年度であるため、記入しない。
高次臨場感のある多地点接続遠隔授業のための立体音像システムに関する研究

本研究の目的は,多数の遠隔地が接続された状況で,操作が容易で,高音質の音響システムを構築することであり,操作技術を知らない者でも扱える音響システムの構築を目指す.多地点接続可能で通話品質の優れた音響システムに,多チャネルエコーキャンセラと多チャネルオートゲインコントローラを組み合わせた装置を構築する.さらに,遠隔授業に臨場感を与えるため,複数の回線を利用した立体音像制御を取り入れたシステムの構築するため,提案するアルゴリズムを検討してのステレオ化にも対応できるエコーキャンセラを構築する.本年度はその音質や臨場感を評価するための手法の検討も行った.本年度は,提案している手法は,適応アルゴリズムの可変ステップゲイン計算法であり,この計算法は,各チャネルの音量に応じたステップゲインを算出するため,これまでのエコーキャンセラに組み込まれていた適応アルゴリズムの制御用音声スイッチが不要になる利点がある.そして,ディジタルシグナルプロセッサを用いて実験装置を構築した.10kHzのサンプリング周波数で数100タップの適応FIRフィルタが構築できることを確認した.そして,1020dBの音響エコー除去能力があることを確認した.回路に混入する雑音の影響除去やプログラムの最適化の課題がある.さらに,臨場感の評価としてMRIを用いた機能MRI診断による脳機能の調査を行うことの検討を行った.画像の高次臨場感提示装置の実験装置の構築を行った.また,音の高次臨場感の把握のためには100dBAを超えるMRI駆動音に対処しなければならないことが明らかとなった.聴覚保護具を用いれば可能であること,圧電素子を用いて音響情報の提供が可能であることを確認した.これらにより,高次臨場感の知覚に関する調査が期待できる.本研究の目的は,多数の遠隔地が接続された状況で,操作が容易で,高音質の音響システムを構築することであり,操作技術を知らない者でも扱える音響システムの構築を目指す.多地点接続可能で通話品質の優れた音響システムに,多チャネルエコーキャンセラと多チャネルオートゲインコントローラを組み合わせた装置を構築する.さらに,遠隔授業に臨場感を与えるため,複数の回線を利用した立体音像制御を取り入れたシステムの構築するため,提案するアルゴリズムを検討してのステレオ化にも対応できるエコーキャンセラを構築する.まず,提案している手法は,アフィン射影アルゴリズムの可変ステップゲイン計算法であり,この計算法は,各チャネルの音量に応じたステップゲインを算出するため,これまでのエコーキャンセラに組み込まれていた適応アルゴリズムの制御用音声スイッチが不要になる利点がある.そして,マルチチャネル・エコーキャンセラの構築とチャネル間の相関の影響の調査を行った.音像制御ができるようにするため,相関に対するエコー処理をコンピュータシミュレーションにより解析した.すでに提案しているマルチチャネル・エコーキャンセラに対し,チャネル間の相互相関が0.33と比較的大きな場合において,わずかの伝達経路の変化では影響が出ず,大きな伝達経路の変化で2倍の推定時間がかかるが,推定は可能であることを確認した.次に,オートゲインコントローラがマルチチャネル・エコーキャンセラに与える影響の調査を行った.提案するマルチチャネルエコーキャンセラに自動音量調整機能を付加させるため,適切な音量調整について,シンプルなAGCでも有効であることが確かめられた.本研究の目的は,多数の遠隔地が接続された状況で,操作が容易で,高音質の音響システムを構築することであり,操作技術を知らない者でも扱える音響システムの構築を目指す.多地点接続可能で通話品質の優れた音響システムに,多チャネルエコーキャンセラと多チャネルオートゲインコントローラを組み合わせた装置を構築する.さらに,遠隔授業に臨場感を与えるため,複数の回線を利用した立体音像制御を取り入れたシステムの構築するため,提案するアルゴリズムを検討してのステレオ化にも対応できるエコーキャンセラを構築する.まず,提案している手法は,アフィン射影アルゴリズムの可変ステップゲイン計算法であり,この計算法は,各チャネルの音量に応じたステップゲインを算出するため,これまでのエコーキャンセラに組み込まれていた適応アルゴリズムの制御用音声スイッチが不要になる利点がある.そして,マルチチャネル・エコーキャンセラに対する音声信号の影響を調査した.無音区間が推定の遅延を生じさせるため,48kHzホワイトノイズの推定時間に対し24倍(サンプリング周波数16kHz,FIRフィルタ2072タップ,日本音響学会データベースの連続音声)の推定時間が必要であることを確認した.また,DSPを用いてエコーキャンセラの構築を行い,サンプリング周波数10kHzでFIRフィルタ100タップで適応アルゴリズムの動作を確認した.シミュレーションと同等の性能にするためにはプログラムの最適化が必要であることを確認した.本研究の目的は,多数の遠隔地が接続された状況で,操作が容易で,高音質の音響システムを構築することであり,操作技術を知らない者でも扱える音響システムの構築を目指す.多地点接続可能で通話品質の優れた音響システムに,多チャネルエコーキャンセラと多チャネルオートゲインコントローラを組み合わせた装置を構築する.さらに,遠隔授業に臨場感を与えるため,複数の回線を利用した立体音像制御を取り入れたシステムの構築するため,提案するアルゴリズムを検討してのステレオ化にも対応できるエコーキャンセラを構築する.本年度はその音質や臨場感を評価するための手法の検討も行った.本年度は,提案している手法は,適応アルゴリズムの可変ステップゲイン計算法であり,この計算法は,各チャネルの音量に応じたステップゲインを算出するため,これまでのエコーキャンセラに組み込まれていた適応アルゴリズムの制御用音声スイッチが不要になる利点がある.そして,ディジタルシグナルプロセッサを用いて実験装置を構築した.10kHzのサンプリング周波数で数100タップの適応FIRフィルタが構築できることを確認した.そして,1020dBの音響エコー除去能力があることを確認した.回路に混入する雑音の影響除去やプログラムの最適化の課題がある.

さらに,臨場感の評価としてMRIを用いた機能MRI診断による脳機能の調査を行うことの検討を行った.画像の高次臨場感提示装置の実験装置の構築を行った.また,音の高次臨場感の把握のためには100dBAを超えるMRI駆動音に対処しなければならないことが明らかとなった.聴覚保護具を用いれば可能であること,圧電素子を用いて音響情報の提供が可能であることを確認した.これらにより,高次臨場感の知覚に関する調査が期待できる.
海水打ち込み・青波と浮体動揺の連成挙動に関する研究

平成15年度から平成17年度までの研究実績の概要は以下のとおりである。1)CIP(Constrained Interpolated Profile)法をベースとして,水波と浮体の強非線形相互作用を解析するための計算プログラム(RIAM-CMEN : Computation Method for Extremely Nonlinear hydrodynamicsと名付けた)を作成し,その検証を行ってきた。基本的なダム崩壊問題を例にとり,界面捕捉法の妥当性,流体の圧縮性や表面張力の影響などを詳細に調べた後,アクリルで製作した水槽を使って衝撃圧の時刻歴を計測し計算結果と比較した。さらに,2次元浮体模型を用い,甲板上へ水が打ち込む場合の浮体動揺の計測を行い,対応する数値計算結果と比較した。結果は概ね良好であったが,圧力積分の方法などに問題が残っていることを示唆しており,今後更なる研究が必要である。2)波浪中を動揺しながら前進する船の甲板上へ波が打ち込むという実際に近い3次元計算が行えるように計算プログラムを拡張・開発し,その計算例を示した。また模型船を製作して,大振幅波中での打ち込み水・青波による圧力ならびに船体運動を計測した。フルード数はFn=0.0,0.15,0.20の3種類,波長はλ/L=0.75,1.0,1.25の3種類を選び,波浪中での動揺(surge, heave, pitch)を固定した場合,自由とした場合の2状態に対して計測を行った。さらにそれぞれの実験を高速ビデオで撮影した。これらに対応する数値計算を実行し,実験結果と比較した。3)MPS(Moving Particle Semi-implicit method)法も強非線形の流体力学的問題に有効な方法であるので,実験値との比較を通じて計算結果の妥当性について検証を行った。比較対象として,タンク内のスロッシング問題,海水打ち込みを伴う波浪中での2次元浮体の動揺を取り上げ,圧力の計算法などに改良を加えた。粒子数を増やすと計算精度は良くなるが,計算時間が急激に増大することを解決するために,計算プログラムの並列化を行い,CPU数と計算時間の短縮率の関係がほぼ設計どおりであることを確認した。今年度に行った研究をまとめると下記のとおりである。1)CIP(Constrained Interpolated Profile)法に基づいた強非線形問題に対する基本計算スキームを確立するために,ダム崩壊を例にとり,メッシュ数,壁面での境界条件の違い,表面張力の影響,流体の圧縮性の影響などを詳細に調べた。アクリルで製作した簡易水槽での実験を行い,壁面における衝撃庄の時刻歴を計測して計算結果と比較した。実験に見られた3次元性に対応させるために,計算コードも2次元問題だけでなく3次元問題にも拡張した。計算結果と実験値はほぼ一致しており,砕波後でも計算は破綻することなく実行できることを実証した。2)波浪中での船舶甲板上へ入射波が打ち込むという実際に近い3次元問題の計算が行えるように,計算プログラムを拡張・開発し,数値計算例を示した。入射波によって船が運動する場合の計算は,剛体表面の追跡を精度良く行わなければいけないが,空間固定のメッシュと船体固定のメッシュの2つを使い,オイラー角の計算・追跡によって解決する新しい方法を開発した。3)粒子法を用いた計算についても独自に研究を行った。

圧力に関する時刻歴の計算値が激しく変動するという問題点があるが,それに対しては,空間的にほぼ一様分布となる離散化に適した計算点配置を粒子法の計算から得て,その計算点をALE的移動計算点と見なし,補助変数を流体の基礎方程式に従い再度計算するという,補助計算法を示した。4)界面の追跡をより鮮明に行うことができ,数値拡散を極力小さく抑えるために,保存系CIP法についても2次元スロッシング問題について検討した。非常に有望な結果が得られているので,これを3次元問題へ拡張することが今後の課題である。今年度に行った研究をまとめると下記のとおりである。1.CIP (Constrained Interpolated Profile)法を,三次元強非線形水波問題に適用するために,昨年度に引き続き,計算スキームの改良,その検証を行った。特に波浪中での浮体動揺に関する計算値の妥当性を実験的に検証するために,二次元模型を使って甲板上への打ち込み水を伴う場合の実験を実施した。対応する計算を行ったところ,実験とは異なる浮体の沈み込みが見られ,計算メッシュの影響などを調べた結果,浮体表面上での圧力積分において十分な精度が得られていないことが判明した。今後,計算法の改良について取り組んでいく。2.粒子法(MPS)法については,末吉助手が研究分担者に加わったことで,いくつかの進展が得られた。圧力計算において見られていた非現実的な時間的変動は,新しい圧力の補助計算法によって,ある程度抑えられたが,それによる計算値が定量的に妥当であるかどうかをスロッシング実験によって計測された圧力の時系列と比較して調べた。その結果,粒子数を十分多くとれば,実験値と良い一致が得られることが分かった。3.MPS法を三次元問題に適用するために,大規模計算が可能な並列計算法について検討し,計画通り実行できる見通しが得られた。4.CIP法の精度検証に関する論文がJournal of Marine Science and Technologyに掲載され,大振幅波浪中での船体運動に関する数値計算へCIP法を適用し,検証する準備が整った。1)CIP法をベースとした数値計算法の検証を重点的に行った。まず,昨年度と同じ2次元模型を用いて,浮体の甲板上へ水が打ち込む場合も含め,造波水路での浮体動揺計測実験をもう一度行った。それに対応する数値計算を実行し,概ね実験結果と一致する結果を得た。ただ,入射波の振幅が小さく,甲板上への打ち込み水がない場合のheaveの結果に少し違いが見られたので,その原因を流体力ベースで調べるために,heaveの強制動揺試験を実施し,線形ポテンシャル理論による計算結果とも比較した。計算値は,減衰力係数において実験値より高周波域で小さくなる傾向があり,これは粘性流体力の計算にまだ問題が残っていることを示唆している。2)実際に近い3次元模型船を製作し,大振幅波中での甲板打ち込み水・青波による圧力を計測した。圧力の計測位置として,取り敢えず船体中心線上で水平な甲板上および垂直な壁面上の6箇所を選んだ。船速はフルード数がFn=0.0,0.15,0.20の3種類,波長はλ/
自家静脈グラフト狭窄の発生機序ー特に基底膜欠損と内皮細胞再生阻害ー

1.自家静脈の内面性状と再内皮細胞化自家静脈は、移植前のグラフト調整過程で内皮細胞の半分以上を失いその下層組織が露出される。動脈への移植後は48時間で更にその大部分が血流にwash outされて脱落する。内皮細胞脱落後の自家静脈内面を電顕的にみると内膜コラ-ゲン、基質、散在する平滑筋細胞などから成り内皮細胞の脱落にともない基底膜も一緒に脱落し、その残存所見は電顕的にとらえられなかった。静脈弁部は内皮細胞が温存されやすく、57日後に観察される内皮細胞再生の初期像は、弁部から始まっていることが確認された。このことは弁部の内皮細胞が物理、化学的障害に強いことを推察させるものであり、電顕的には細胞間結合が密で、基底膜が薄いことが示された。自家静脈の限局性内膜肥厚部は内皮細胞化が阻害されているが、基底膜を越える内面の機械的障害では3週後には再内皮細胞化が完了し、内膜肥厚は発生しなかった。一方トリプシンによる化学的内面損傷では急性血栓閉塞する例が多くみられた。2.自家静脈の早期開存性内膜コラ-ゲンと基質より成る内面が抗血栓性を発揮していることは事実である。内皮細胞が脱落した後の自家静脈片のプロスラサイクリン(PG)分泌能をみるとアラキドン酸で刺激した場合極めて旺盛に分泌がみられ、非内皮細胞由来PGが抗血栓性に関与していることが推察された。3.結論内皮細胞化の阻害と限局性内膜肥厚が密接に関連していることは明らかであるが、再内皮細胞化と基底膜の残存とは関連がなかった。しかしその検討の過程で自家静脈グラフトの再内皮細胞化の過程は、自家コラ-ゲンの細胞親和性が再内皮細胞化を促進し、その間のコラ-ゲンの血栓性は平滑筋細胞由来PGが阻止するという機序を推察する所見を得た。
光融合型マイクロ総合分析システム（μーＴＡＳ）構成法の研究

本研究は、血液等の生理学情報を分析・採取が可能なマイクロチップを機軸としたユビキタスヘルスケアシステムの構築を前提に、現存するフローサイトメータ等の大型分析装置の機能を、マイクロ流路・光導波路等を組み合わせたチップ上に凝縮して実現しようとするものである。ここでは発想を変えて、チップ実現のための技術基盤を、信号処理回路基板で用いられる樹脂製の光導波路に置いた。これに血液細胞オーダの微細流路を併設加工することで、流動する細胞に的確にレーザ光を照射し、かつ透過光、側方散乱光を確実かつ精密に検出できるマイクロチップを構想・試作するとともに、微弱光検出実験を経て、チップの基本機能を確認した。本研究では、半導体チップサイズの基盤上に微細な流路を設け、極微量な検体を導入しつつ攪拌、反応、検出、分取することで、様々な生体情報が採取可能なセンサチップの開発を目指す。このようなチップは総合分析システム(Total Analysis System: TAS)と呼ばれ、大量の検体処理には向かないが、極微量検体について、複雑で多様な分析をほぼ同時並行的に行える上に、小形チップ集積化のポテンシャルもある。これを人体に直に付設すれば連続的な生理学情報が採取でき、さらに携帯端末を介してネットワーク化することで、病理情報の蓄積、分析、判断などが可能なため、今後の予防医学の推進にも貢献できる。本研究では分析には主として光を用いるが、流路への検体付着・詰まりも想定されるために、基盤上の透明樹脂薄層中に血球サイズの数倍の断面形状の流路を加工し、加えて光の誘導や発生光の集光のための光の通路を導波路として形成したオール樹脂の構造体をTASの基本モデル(使い捨て可)とした。前期までに最も基本的な構成である導波路を検体流路が直交横断するチップを製作し、水分散のポリスチレン微粒子を疑似検体に、照射したレーザ光の前方および側方(面外)散乱光をCCDカメラで並列採取するとともに、照射光量の増減ごとの散乱光応答を相互比較した。今期はさらに側方散乱光をチップ面内で採取できる構造に改良するとともに、蛍光など極微弱光の検出も視野に入れ、導波路に沿ってチップ外に誘導された散乱光を、光ファイバと、高感度の小形光電子増倍管によって検出可能な実験系として再構築した。単一微粒子をチップ感受部前後で往復させるノウハウとも相俟って、良好な前方・側方散乱光波形を面内で採取できた。実験結果は微粒子近傍の光の伝搬を精密に扱えるシミュレーション手法(FDTD法、ビーム伝搬法)に基づく解析結果と比較し、定性的に一致する結果を得た。本研究は、半導体チップサイズの小基盤上に血液導入の微細な流路を設け、極微量の検体を反応、分析、分取することで、多様な生体情報を採取できるチップの実現を目指してきた。これは総合分析システム(TAS)と呼ばれ、大量の検体処理には向かないものの、極微量検体について複雑で多様な分析を並行的に行える上に、集積化の可能性もある。これを人体に付設すれば連続的な生理学情報が採取でき、携帯等を介してネットワーク化することで、病理情報の蓄積、分析、判断なども可能で、今後の予防医学の普及・進展にも貢献できる。本研究では、分析には主に可視光を用いるが、流路への検体付着・詰まりも予想されるため、流路断面形状は血球サイズの数倍程度とし、加えて分析光の導入や散乱光の集光のための光の通路をオール樹脂導波路とした一体構造をTASの基本(使い捨て可)に据えた。このような研究提案を現実化するためには、大型で高速の分析装置であるフローサイトメータ機能を、高速性を度外視してチップ上に実現することが必要となる。これに対し、初年度には光回路等に使われていた樹脂製導波路に着目し、微細溝加工を併せて施すことで、細胞の倍程度の寸法の流路と導波路からなるシンプルな光照射・検出系を実現し、直径5μm程度のポリスチレン球の応答を採取できた。次いで、微弱な側方散乱光をチップ面内で完結して採取する課題に取り組み、流路の一部を光伝搬路として併用することで、感度よく散乱光を検出可能とした。最終年度においては、扁平導波路の一部に任意形状の人工欠陥アレイを形成し、これをマイクロ光源として近接配置した流路を通過する検体細胞に、面状、線状等の光照射を行うことで、細胞内部の光特性分布を検出する試みに挑戦した。アレイ加工の難度やコストの課題もあり、現状は一様面状アレイのみの検討に止まっているが、新規照光手法と応答採取の可能性をある程度実証できた。

本研究の狙いは、血球程度の寸法を有するマイクロ流路と同オーダの断面寸法を有する光導波路とを組合せ、血球に照射したレーザの散乱光を検出・分析することで、血液の生理学情報を採取可能な総合分析チップを開発することにある。前年度までにチップ面内のみにおいて前方・側方散乱光を検出可能な改良型チップ製作を完了し、当該年度はすでに製作済みの人工欠陥付き導波路流路チップと併せ、冶具、導入光ファイバ用位置決めステージおよび上記2種のチップの光散乱モデル化とシミュレーション準備に注力した。改良型チップについては、光の導入と2種の散乱光検出全てを光ファイバで行うこととし、独立した3台の3軸ステージを用いて光ファイバとチップコアとの位置決めを目指した。これには高倍率の顕微鏡2台によるチップとファイバ間の位置確認を要するために、占有体積が小さく移動ストロークがmmオーダの精密ステージを要した。そこで超音波アクチュエータに着目し、比較的大推力品の入手タイミングと相俟って、40mm立法程度の体積をもってサブミクロンの位置決め精度(冶具等実装状態で)が実現できた。このステージを用いて、コア幅12um、コア厚1umの人工欠陥付き導波路流路チップへのレーザ光の導入を試みた。同チップは導波路コアと流路が数umの距離を介してねじれの位置関係に配置されたもので、コアの流路との交叉部直下相当位置に人工欠陥パターンが形成されている。今回、コア径10umのマルチモードファイバを用いて位置決めし、流路交叉部直下のコアを発光(約10um x 10umの範囲)できることを確認した。改良型チップの光散乱の解析については、FDTD法をベースとした2次元のモデルリングと解析に着手した上でさらに3次元化を進め、光源と細胞、細胞と検出器間の長距離の伝搬については、ビーム伝搬法を組み合わせた複合解析化を進めた。当該年度において、狙いとした粒子(あるいは細胞)からの側方散乱光を、チップ面内に限定して採取するとの目標については、おおむね達成できたと考える。ただし、粒子自体の散乱効率や、散乱光の伝搬路となるL型流路、さらにこれに接続された導波路などの部分の伝搬効率が想いの他良好ではなく、結果的に最終検出器である光電子増倍管のゲインを大きく設定することとなった。これに関連しては、粒子の散乱光以外のパスに沿って検出器に紛れ込む光量がかなりあることも(シミュレーション結果との比較も併せて)判明してきており、加えてより微弱光検出のケースなども想定されるので、今後有害光の抑圧や除去の工夫がシビヤに求められる。今回、まがりなりにも面内散乱光の採取の漕ぎ着けることができた背景には、一つには(前年度報告とも重複するが)、超小形・長ストローク・高分解能の超音波ステージの導入がある。導入光1ヶ所、散乱光2ヶ所について、それぞれ独立に最低3軸の精密位置決めが必要であるが、超コンパクト・軽量の特長から、TASチップに対して高倍率顕微鏡先端が近接できなくなったり、チップの搭載されたステージ全体が過多重量で歪むなどの事態が回避できた意味は大きい。また、検体の導入についても、従来は、排出孔側のみをアスピレータのみで吸引していた。この結果、流路途中で気泡の発生も頻繁にあり、検体流動や観察状態が安定しなかった。今回、導入側をシリンジによる加圧導入として併用動作したことで、(コロンブスの卵ながら)1粒子の運動(位置)調整も条件によっては可能となり、特定粒子の繰り返しデータ採取も見込めるようになった。なお、当該年度に設計検討に基づいて試作したチップは、今回成果を得たTASチップの改良版(導波路コアのアスペクト比を大きくした。)であり、最終年度である次年度以降の評価・検討に用いる予定である。平成23年度の基本計画においては、(i)
多スレーター行列式を用いた次世代理論に基づく原子核ダイナミクスの超並列計算

量子多体問題の研究は,新奇な物質・デバイスを探求する物質科学から,生体物質の機構解明を目指す生命科学,そして,元素の起源に関わる天体現象を含む天体核物理学の根幹をも成す,極めて普遍的かつ重要な基礎科学的研究である.本研究課題では,時間に依存する量子多体問題,特に原子核ダイナミクスの,より現実的な記述を与える新しい理論的枠組みを構築し,最新のスパコンを駆使した超並列計算により,原子核の励起・崩壊・反応過程における未解決問題に挑戦する.量子多体問題の研究は,新奇な物質・デバイスを探求する物質科学から,生体物質の機構解明を目指す生命科学,そして,元素の起源に関わる天体現象を含む天体核物理学の根幹をも成す,極めて普遍的かつ重要な基礎科学的研究である.本研究課題では,時間に依存する量子多体問題,特に原子核ダイナミクスの,より現実的な記述を与える新しい理論的枠組みを構築し,最新のスパコンを駆使した超並列計算により,原子核の励起・崩壊・反応過程における未解決問題に挑戦する.
安全性・生産コストを考慮したロボット向けソフトウェアプラットフォームの構築

近年、災害地帯でのレスキュロボットや、工場の産業ロボットなどロボット技術が注目されている。しかし、安全性や生産コストの面で問題があった。本研究の目的は、組込みシステム向けコンポーネントシステムであるTECSのコンポーネントとロボット向けのRTC(Robot Technology Component)を連携させることにより、安全でリソース消費量を抑えたプラットフォームを実現することである。RTCからTECSコンポーネントの呼出しを、リアルタイム性の厳しいブラシレスモータ制御(ブラシありの普通のモータより時間制約が厳しい)の検証を行った。近年、介護、工場内の作業補助、危険地帯の作業など人に代わって作業を行う目的で、サービスロボットの必要性は、日に日に高まっている。ロボット向けのプラットフォームとして、産業技術総合研究所を中心に策定したRTC(Robot Technology Component)の標準仕様がOMGにおいて、国際標準として採用されている。RTCは、動的結合(実行時に構成を変更できる)をベースとしたコンポーネント(ソフトウェア部品)である。そのため、動的な構成変更により、不確定な動作や予期しない動作をする可能性があり、安全性に問題がある。一般的に安全に関わる部分のソフトウェアは、μITRONなどのリアルタイムOSを利用し、リアルタイム性を保証する。本研究の目的は、組込みシステム向けコンポーネントシステムであるTECSのコンポーネント(TECS-C)とRTCを連携させることにより、安全でリソース消費量を抑えたプラットフォームを実現することである。上記の目的を実現するために、平成25年度は、サービスポート及びデータポートを用いたTECS-CからRTCの呼出しを実現した(サービスポートを用いたRTCからTECS-Cの呼出しは、既に昨年度実現している)。RTCはデータポートとサービスポートの2種類のインタフェースを持っている。データポートは、画像、音声、文字などのデータ通信ためのインタフェースであり、サービスポートは、カメラ操作など、他のコンポーネントの機能(関数)を呼び出すためのインタフェースである。さらに、昨年度シミュレーション環境上で実現したサービスポートを用いたRTCからTECS-Cの呼出しを実機環境での動作確認を行った。TECS-Cの動作環境は、H8/3069プロセッサを搭載したボード、RTCの動作環境は、ARMプロセッサを搭載したRaspberry Pi上でそれぞれ動作確認を行った。RTCは、動的結合(実行時に構成を変更できる)をベースとしたコンポーネントある。本研究の目的は、組込みシステム向けコンポーネントシステムであるTECSのコンポーネントとRTCを連携させることにより、安全でリソース消費量を抑えたプラットフォームを実現することである。平成24年度は、まず、RTCとTECSのコンポーネント(以下、TECS-Cと略す)のインタフェース定義の検討を行った。RTCは、データポートとサービスポートの2種類のインタフェースを持っている。本年度は、サービスポートを用いたRTCからTECS-Cの呼出しを実現した。TECS-Cの動作環境は、これまでの申請者らの研究成果であるARMの命令セットシミュレータ、RTCの動作環境は産業技術総合研究所から提供されているシミュレータを用いて動作確認を行った。ロボット向けのプラットフォームとして、産業技術総合研究所を中心に策定したRTC(Robot Technology Component)の標準仕様が、国際標準として採用されている。RTCは、動的結合(実行時に構成を変更可)をベースとしたコンポーネント(ソフトウェア部品)である。一般的に安全に関わる部分のソフトウェアは、μITRONなどのリアルタイムOSを利用しリアルタイム性を保証する。データポートは、画像、文字などのデータ通信ためのインタフェースであり、サービスポートは、カメラ操作など他のコンポーネントの機能(関数)を呼び出すためのインタフェースである。平成2425年度は、TCP/IP通信を介したRTCからTECS-Cの呼出し(サービスポート)、及びシリアル通信を介したTECS-CからRTCの呼び出し(データポート)の動作確認を行った。

さらに、平成26年度は、サービスポートを用いたRTCからTECS-Cの呼出しを、リアルタイム性の厳しいアプリケーションでの検証を行った。具体的には、ブラシレスモータ制御(ブラシありの普通のモータより、時間制約が厳しい)に本提案プラットフォームを適用(通信にはシリアル通信を利用)することで、リアルタイム性を守り動作できることを確認した。組込みシステムTECS-CからRTCのサービスポートの呼出しの実現を行った。昨年度実現したRTCからTECS-CとのRPC (Remote Procedure Call)機構のサーバとクライアントを入れ替えた構成になっている。具体的には、RPC機構のサーバ、アンマーシャラをRTC側で実現し、クライアントをTECS側として実現する。TECSから関数呼出しを行った場合、まず、クライアント側マーシャラでは、関数情報を、関数IDや各引数に分解する。分解されたデータを通信用のコンポーネントに送る。一方、RTC側では、アンマーシャラが、TECS-C側から送られて来た関数ID、引数情報を受け取り、アンマーシャラの目的の関数呼出しを行う。その他下記のコンポーネントがRPC機構に含まれる。データ表現コンポーネントは、データサイズなどを調節するコンポーネントである。チャネルは、組込み機器側の通信を管理するコンポーネントである。平成25年度と平成26年度の予定の一部を入れ替えているが、全体の進捗としては、大旨研究計画どおり進んでいる。RTCとTECSの通信には、TECSのRPC機構を応用することで実現した。具体的には、RPC機構のサーバ、アンマーシャラをTECS側で実現し、クライアントをRTC側として実現する。RTCから関数呼出しを行った場合、まず、クライアント側マーシャラでは、関数情報を、関数IDや各引数に分解する。一方、TECS-C側では、アンマーシャラが、RTC側から送られて来た関数ID、引数情報を受け取り、アンマーシャラの目的の関数呼出しを行う。
APPαセクレターゼであるADAM19の活性調節機構

アルツハイマー病(AD)は、アミロイドβタンパク質(Aβ)の脳内の蓄積により生じる老人斑を特徴とする神経変性疾患である。アミロイド前駆体(APP)がセクレターゼによる切断をうけてAβが生じるが、Aβ非産生経路ではαセクレターゼがAβ配列中を切断するため、Aβを産生しない。αセクレターゼとして、ADAM(A Disintegrin And Metalloprotease)ファミリーに属するADAM9、10、17が同定されている。私は以前に、ADAM19がAPPの構成的なαセクレターゼであることを示した。本研究では、ADAM19の分子認識機構や活性調節メカニズムを明らかにすることを目的として、酵母2ハイブリッド法による相互作用分子の探索を行った。その結果、ADAM19細胞外結合タンパク質として、CRIP2、TESK1、VAMP2を同定した。CRIP2の非古典的な細胞外分泌にADAM19が関与することを示し、VAMP2については分泌型ADAM19の輸送に関与している可能性を示唆した。以上の結果は、これらの結合タンパク質がADAM19の活性調節に関与する可能性を示唆した。次に、サントリー株式会社との共同研究において、1,3-Capryloyl-2-arachidonoyl glycerol(8A8)にαセクレターゼ活性化能があり、Aβ40の分泌抑制効果があることを示した。また、8A8は、脂質ラフト量を減少させることによって、Aβ非産生経路を活性化することを明らかにした。この成果は、αセクレターゼを活性化する脂質としての有用性を示した。
インスリン分泌促進薬投与におけるチトクロームp450遺伝多型の臨床的意義の解明

【目的】本研究では薬物代謝酵素CYP2C9の遺伝子多型が経口インスリン分泌促進薬の体内動態と臨床効果・副作用に及ぼす影響を明らかにすることを目的とした。さらに高脂血症治療薬のfluvastatinは経口インスリン分泌促進薬と併用頻度が高い。FluvastatinはCYP2C9の阻害作用を有することから、nateglinideの薬物動態に及ぼすfluvastatin併用の影響を検討した。【方法】(1)健常成人にfluvastatinをクロスオーバー法で投与後のnateglinide体内動態を検討した。(2)浜松医科大学受診中で経口インスリン分泌促進薬tolbutamideとnateglinide投与中の患者より採血を行い血漿中濃度およびCYP2C9遺伝子型を測定した。さらにベイジアン法を用いて薬物動態学的パラメータを算出した。なお本研究プロトコールは浜松医科大学倫理委員会の承認を受けた。【結果】(1)Fluvastatinの併用によりnateglinideのAUCは18%有意に上昇した。CYP2C9の遺伝子型間でAUCの変化率に差異は認められなかった。(2)ベイジアン法により算出したtolbutamideの全身クリアランスは*1/*1群および*1/*3群でそれぞれ0.990±0.279および0.442±0.168L/kg/hr(Mean±SD)と*1/*3群で55%有意に低値を示した。同様にnateglinideでは*1/*1群および*1/*3患者でそれぞれ0.233±0.197および0.100L/kg/hrと*1/*3患者で57%有意に低値を示した。【考察】CYP2C9*3を有する患者では経口インスリン分泌促進薬のクリアランスが低下していることが示唆された。またfluvastatinの併用もnateglinideの血漿中濃度を上昇させると考えられた。本研究では薬物代謝酵素CYP2C9の遺伝子多型が経口インスリン分泌促進薬の体内動態と臨床効果・副作用に及ぼす影響を明らかにすることを目的とした。本年度における研究実績は以下のとおりである。(1)経口インスリン分泌促進薬の定量法の確立:tolbutamideおよびnateglinideはHPLC-UV法、gliclazide, glimepiride, glibenclamideはLC/MS/MS法による定量法を確立した。(2)経口インスリン分泌促進薬を服用中の2型糖尿病患者の本研究へのエントリー:内分泌代謝科の医師と共同で対象患者よりインフォームドコンセントを取得中である。(3)健常人におけるCYP2C9遺伝子多型とnateglinideの薬物動態と臨床効果:CYP2C9*1/*3を有する被験者ではCYP2C9*1/*1群に比べnateglinideのAUCは1.2倍有意に高値を示した。一方75gブドウ糖負荷試験後におけるnateglinideのインスリン分泌作用と血糖降下作用には遺伝子型間で有意な差異は認められなかった。(4)2型糖尿病患者におけるCYP2C9遺伝子多型とnateglinideの薬物動態と臨床効果:対象患者15名より文書同意を取得し採血を行った結果、1名にCYP2C9*1/*3が認められた。CYP2C9*1/*3患者における血漿中nateglinide濃度のAUCはCYP2C9*1/*1群に比べ64.9%高値であった。さらにnateglinideの14日間投与によりAUC(PG)は、CYP2C9*1/*1群及びCYP2C9*1/*3患者でそれぞれ11.8%及び19.6%減少した。一方AUC(IRI)はそれぞれ41.9%及び40.9%増加した。同様にnateglinideでは*1/*1群および*1/*

3患者でそれぞれ0.233±0.197および0.100L/kg/hrと*1/*3患者で57%有意に低値を示した。【考察】CYP2C9*3を有する患者では経口インスリン分泌促進薬のクリアランスが低下していることが示唆された。またfluvastatinの併用もnateglinideの血漿中濃度を上昇させると考えられた。
細胞呼び寄せ型人工血管用弾性マトリックスの設計に関する基礎研究

本研究は平成12年度14年度の3年間の研究計画によって構成されている。平成13年度の計画は、(1)細胞接着性・抗血栓性を有する細胞呼び寄せ型弾性ポリペプチドの最適化、(2)細胞接着性・抗血栓性を有する細胞呼び寄せ型弾性マトリックスの作製、(3)細胞接着性・抗血栓性を有する細胞呼び寄せ型弾性マトリックスの細胞接着性の検討であった。(1)細胞接着性・抗血栓性を有する細胞呼び寄せ型弾性ポリペプチドの最適化では、細胞接着性のためにGly-Arg-Gly-Asp-Ser-Pro配列を導入し、抗血栓性のためにGly-Arg-Gly-Asp-Tyr(Me)-Pro配列を導入する予定であったが、Gly-Arg-Gly-Asp-Ser-Pro配列が抗血栓性も有していたので、Gly-Arg-Gly-Asp-Tyr(Me)-Pro配列の導入を中止し、Gly-Arg-Gly-Asp-Ser-Pro配列を細胞接着性および抗血栓性に用いた。最適化に用いたペプチド配列はGly-Val-Gly-Val-Pro配列、Val-Gly-Val-Ala-Pro-Gly配列およびGly-Arg-Gly-Asp-Ser-Pro配列であり、作製したポリペプチドはGly-Va1-Gly-Val-Pro配列を基盤にしてVal-Gly-Val-Ala-Pro-Gly配列を1/10あるいは1/50導入した細胞呼び寄せ型弾性ポリペプチド、およびGly-Val-Gly-Val-Pro配列を基盤にしてGly-Arg-Gly-ASP-Ser-Pro配列を1/20,1/40,1/60,1/100あるいは1/500導入した細胞接着性・抗血栓性の弾性ポリペプチドであった。血管内皮細胞および血管平滑筋細胞に対する細胞呼び寄せ型弾性ポリペプチドの細胞遊走活性を検討する前にマクロファージ遊走活性を検討したところ、Val-Gly-Val-Ala-Pro-Gly配列を1/50導入したポリペプチドに比べて1/10導入したポリペプチドの方が高い遊走活性を示した。
空間整列した分子の超高速光電子イメージングによる非断熱化学反応の研究

研究期間が非常に短かったため、計画していた新規レーザーの導入は時間的に間に合わなかった。しかし、期間内にターボ分子真空ポンプや真空部品を購入し、フィラメンテーション四光波混合を行うための真空装置の大半を準備することができた。計画していた新規レーザーは、本基盤Aの代わりに採択された基盤Sで購入し、装置を完成し実験する方向で進めている。27年度が最終年度であるため、記入しない。
カルシウムシグナリングによる選択的mRNAスプライシング制御原理の新規解明

カルシウムは、細胞内セカンドメッセンジャーの1つである、そのシグナルの一部は核に伝えられて特異的な遺伝子群の発現を促進する。これまでカルシウムシグナルによる遺伝子発現はもっぱら転写のレベルで解析されてきた。mRNAの選択的スプライシングは、ゲノムにコードされる遺伝子の数を遙かに超えた数のタンパク質を発現させるメカニズムであり、選択的mRNAスプライシングを受ける遺伝子の数は、生物の高等化や複雑化に伴って多くなる。このため、選択的mRNAスプライシングは生物進化を理解する上で重要な研究課題と捉えられている。加えて、選択的mRNAスプライシングヒト遺伝病の原因究明や治療法開発の鍵となると考えられており、その分子機構の解明は大きな関心を持たれている。しかし、ヒトにおける選択的スプライシングの分子機構は十分にわかっていない。また、カルシウムシグナルとのクロストークについても知られていなかった。本研究は、カルシウム代謝と連動した選択的mRNAスプライシングの分子機構を明らかにする。ヒトにおけるmRNAの選択的スプライシングの新規因子としてCHERPがカルシウムシグナルに応じて新たな分子機構により制御する可能性を見いだした。CHERPの制御するmRNAを網羅的に解析するために次世代シークエンス解析を実施した。rMATs解析によりCHERPが制御する選択的スプライシングについての情報を取得し、続いて解析の正確さについてRT-PCRにより確認した。その後、CHERPが制御するRNA情報についてさらに解析を進めるために、ミニ遺伝子を作成して、CHERPにより制御されるRNA領域を同定した。また細胞内カルシウム誘導剤によってスプライシングが変化するmRNAについて網羅的に解析している。研究者は、ヒトにおけるmRNAの選択的スプライシングの新規因子としてCHERPがカルシウムシグナルに応じて新たな分子機構により制御することを見いだした。カルシウムはセカンドメッセンジャーとして迅速な細胞応答を実現しているだけでなく様々な細胞内情報伝達系を介して遺伝子発現にも寄与していることが知られてきたが、カルシウムシグナルと選択的mRNAスプライシングを結びつける知見は初めてである。エキソンアレイ解析を含むCHERPの機能解析から、筋萎縮性側索硬化症(ALS)などの疾患関連遺伝子を含む様々な遺伝子の選択的スプライシングを制御していることを観察した。免疫沈降と質量分析からは、CHERPが3'スプライス部位を決定するU2 snRNPとも強く相互作用することを見いだした。さらにCHERPはカルシウム濃度を変化させるとU2 SnRNP等のスプライシング因子からヒストンへと結合が変化した。これら一連の解析から、CHERPはカルシウムシグナルと連動して新規の分子機構でmRNAの選択的スプライシングを制御する新規因子であると考えられた。次いで、CHERPが制御するスプライシングをゲノムワイドに観察することとした。CHERPあるいは対照としてGFPをそれぞれに特異的なsiRNAを用いてノックダウンし、リアルタイムPCRや抗CHERP抗体によるウエスタン解析によりダブル確認した。その後次世代シーケンス解析を行い、その結果を標準化して解析結果をまとめた。mRNAに生じた変化として選択的3'スプライスサイト選択、選択的5'スプライスサイト選択、相互排他的エキソン選択、イントロン保持、エキソンスキップの5種類に分けて解析した。解析した5種類の分類においてイントロン保持、選択的5'スプライスサイト選択、選択的3'スプライスサイト選択、エキソンスキップ、相互排他的エキソン選択の順に頻度高く検出された。イントロン保持タイプはmRNAスプライシングが阻害されていることを表しており、CHERPノックダウンで核にmRNAが蓄積する現象と一致した。このように今後の分子メカニズムを含む詳細な解析の基盤を構築した。

ヒトにおけるmRNAの選択的スプライシングの新規因子としてCHERPがカルシウムシグナルに応じて新たな分子機構により制御する可能性を見いだした。CHERPの制御するmRNAを網羅的に解析するために次世代シークエンス解析を実施した。rMATs解析によりCHERPが制御する選択的スプライシングについての情報を取得し、続いて解析の正確さについてRT-PCRにより確認した。その後、CHERPが制御するRNA情報についてさらに解析を進めるために、ミニ遺伝子を作成して、CHERPにより制御されるRNA領域を同定した。また細胞内カルシウム誘導剤によってスプライシングが変化するmRNAについて網羅的に解析している。影響を受けたmRNA種が持つ共通の特徴を解析することでCHERPによるmRNAスプライシングを阻害するメカニズムを明らかする。次いでカルシウムシグナルによる影響を明らかにする。具体的には、解析した5種類の分類において、それぞれの分類で共通する配列情報を抽出し、3'スプライスサイト、5'スプライスサイトのサイトスコアの比較や、これらの遺伝子領域を含むミニ遺伝子の作製、さらいはサイトスコアを変更する変異を導入したミニ変異遺伝子の作製、ならびに細胞への導入とその影響を詳細に観察する。これらの解析によりCHERPが制御する選択的mRNAスプライシングの分子メカニズムとカルシウムシグナルとの関係を明らかにする。次世代シーケンス費用を計上していたが、本研究経費を使用することなく解析を行うことができた。このため当初計上していた費用を使用せずに済んだ。この費用は、研究を迅速に推進するための試薬の購入や研究推進のための人件費にあてることで研究目標を達成するために使用する。
神経活動依存的可塑性誘導・再教育を可能にする渦電流収束磁気刺激システムの開発研究

BDNF発現の条件は神経活動性依存性であること、発現は一過性でかつ神経損傷や痙攣発作は伴わないこと、安全性の確立された抗胃潰瘍薬などにも同様の神経保護効果を有すること、この神経保護効果はphosphatidylinositol-3 kinase/Akt pathwayを介することを明らかにした。ニューロモデュレーションは脳神経機能再建の新機軸として、これら脳の可塑性に作用する因子誘導が鍵である。すでに非侵襲的遺伝子発現可能な装置を民間企業・他施設と共同で独自デザイン・開発中であり、医工連携の先進医療への足がかりとしての基礎研究は充分行ってきた。致死的脳虚血に非致死的脳虚血を先行させると、その脳は遅発性神経細胞死から免れる(脳虚血耐性)。これは先行した非致死的脳虚血がストレス蛋白や神経保護的な成長因子を発現するためだと理解されている。当研究室は、脳の非侵襲的刺激を先行させると、非致死的虚血同様に脳虚血耐性を獲得することを見いだした。すなわち、非虚血性のpreconditioningによる脳虚血耐性獲得の背景を検索することで虚血から「脳を守る」keyを見いだし、さらには脳虚血の治療応用へと発展させようとするものである。このことを裏付ける実験事実として、非侵襲的大脳刺激でastrocyteが活性化され動物の脳内に神経成長因子; Nerve growthfactor:NGF, Brain derivedneurotrophic factor:BDNF, Vascular endothelial growthfactor:VEGFを含む様々な遺伝子が発現すること(Fujiki and Steward, 1997, 2010)、なかでもBDNF発現の条件は神経活動性依存性であること、発現は一過性でかつ神経損傷や痙攣発作は伴わないこと、安全性の確立された抗胃潰瘍薬などにも同様の神経保護効果を有すること、この神経保護効果はphosphatidylinositol-3 kinase/Akt pathwayを介することをも明らかにした(2010, 2013)。本研究は脳保護・損傷神経回路再構成のための基礎的実験および損傷脳の可塑性・再教育を促すプログラム・刺激装置開発研究を行う。この結果をもとに、有効な遺伝子が発現する条件と同一の刺激条件が、臨床上も同様な治療効果を有するか否かを当研究室で行ってきた神経生理学的手法で評価・解析するものである。このことを裏付ける実験事実として、非侵襲的大脳刺激でastrocyteが活性化され動物の脳内に神経成長因子; Nerve growthfactor:NGF, Brain derivedneurotrophic factor:BDNF, Vascular endothelial growthfactor:VEGFを含む様々な遺伝子が発現すること(Fujiki and Steward,1997, 2010)、なかでもBDNF発現の条件は神経活動性依存性であること、発現は一過性でかつ神経損傷や痙攣発作は伴わないこと、安全性の確立された抗胃潰瘍薬などにも同様の神経保護効果を有すること、この神経保護効果はphosphatidylinositol-3 kinase/Akt pathwayを介することをも明らかにした(2010, 2013)。このことを裏付ける実験事実として、非侵襲的大脳刺激でastrocyteが活性化され動物の脳内に神経成長因子; Nerve growthfactor;NGF, Brain derivedneurotrophic factor;BDNF, Vascular endothelial growthfactor;VEGFを含む様々な遺伝子が発現すること(Fujiki and Steward, 1997, 2010)、なかでもBDNF発現の条件は神経活動性依存性であること、発現は一過性でかつ神経損傷や痙攣発作は伴わないこと、安全性の確立された抗胃潰瘍薬などにも同様の神経保護効果を有すること、この神経保護効果はphosphatidylinositol-3 kinase/Akt pathwayを介することをも明らかにした(2010, 2017)。

この結果をもとに、有効な遺伝子が発現する条件と同一の刺激条件が、臨床上も同様な治療効果を有するか否かを当研究室で行ってきた神経生理学的手法で評価・解析するものである。BDNF発現の条件は神経活動性依存性であること、発現は一過性でかつ神経損傷や痙攣発作は伴わないこと、安全性の確立された抗胃潰瘍薬などにも同様の神経保護効果を有すること、この神経保護効果はphosphatidylinositol-3 kinase/Akt pathwayを介することを明らかにした。ニューロモデュレーションは脳神経機能再建の新機軸として、これら脳の可塑性に作用する因子誘導が鍵である。すでに非侵襲的遺伝子発現可能な装置を民間企業・他施設と共同で独自デザイン・開発中であり、医工連携の先進医療への足がかりとしての基礎研究は充分行ってきた。脳神経外科学
酵母における細胞内マグネシウム濃度設定実験系の開発

本研究では、マグネシウムを輸送するタンパク質(遺伝子)を、マグネシウム輸送ができない酵母へ導入することで、様々なマグネシウム環境となる酵母を作成した。この酵母を用いることで、様々なマグネシウム環境下にあるmRNAの制御に関する研究をin vivoで実施することができるが、細胞質のマグネシウム濃度を知ることはできないことから、さらなる研究が必要である。マグネシウム輸送体のクローニング対象として高等植物であるイネを用いた。これまで、酵母でMg輸送能が確認できた報告は、植物ではシロイヌナズナのMRS2遺伝子のうち1つしかなかったが、本研究により、イネから少なくとも2つのMRS2遺伝子にMg輸送体があることを、Mg輸送能欠損酵母であるCM66を用いた機能相補実験で示すことができた。さらに、それらの遺伝子が実際にMg^<2+>を輸送していることを証明するため、Mg-28を利用した吸収実験を行った。Mg-28は、半減期が約20.9時間でβ^-崩壊をする短半減期核種である。製造には、東北大学サイクロトロン・アイソトープセンター(CYRIC)にて加速器を用いて行った。その結果、一度の製造で1MBq程度のMg-28を製造し抽出することができた。これを先のMg輸送体候補遺伝子が導入された酵母に供したところ、2ともMRS2遺伝子ともMg-28を輸送することが判明した。さらに、酵母内のMg-28が細胞外へ輸送される可能性について調べたところ、2つのMRS2遺伝子とも、細胞の中から外への輸送には関わらないことがわかった。これらのことから、今回クローニングしたMRS2遺伝子は2つとも、細胞の外から中へMgを輸送するチャネルであることが示された。これらの遺伝子の発現場所を調べたところ、両者とも幼植物イネにおいて、根、葉ともにmRNAが検出された。今後は、より詳細な発現場所を調べるとともに、細胞内の局在も調べる予定で、そのためのコンストラクトの作成を行った。Mg-28の製造については、震災の影響から放射線医学総合研究所にて急きょ実施することになり、製造工程の立ち上げを行った。無事、純度の高いMg-28を製造することができたので、今後の実験に供することにした。昨年度までの研究から、イネから少なくとも2つのMRS2遺伝子にMg輸送体があることを、Mg輸送能欠損酵母であるCM66を用いた機能相補実験で示すことができた。つまり、双方のMRS2遺伝子とも放射性同位体であるMg-28を輸送することが判明した。そこで今年度は研究をより発展させて、MRS2遺伝子の役割について解析を行った。酵母を用いてMg-28吸収解析を行った時に、最もMg輸送能が高いと判明したOsMRS2-6に着目した。OsMRS2-6のmRNA蓄積量を調べたところ、葉において日周変動があることがわかった。すなわち、午前中が最も多く、夜に向けて単調に減少した。また、細胞内局在をGFP融合タンパク質として調べたところ、葉緑体に局在することが示唆された。次に、この遺伝子の生育への影響を調べるために、RNAiの手法でノックダウン体の作出を行った。その結果、およそ20%までmRNA蓄積量が減少したイネ変異体を作出することができた。できたイネを観察したところ、幼年期や成熟期でも生育に違いは見いだせなかったが、収穫期の穂を調べたところ、正常なコメの割合が、ノックダウン体の方が少なかった。これは、このMg輸送体が何らかのメカニズムで収穫期に大きな役割を果たすことを示している。今後、光合成活性やMg濃度をこのノックダウン体で調べることで、当該遺伝子の役割を調べる必要があるものと思われる。