hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
計算物理学-物性研究における新展開-第III班コンプレックス系における協力現象

今年度も各班員は昨年度に引き続いて、計算物理学の手法の開発・適用によって、種々の複雑な系が示す協力現象の研究を進め、多くの成果を得た。領域研究全期間の成果は来年度に詳しくまとめるので、以下には今年度の成果のうち、主立ったものを報告する。1]量子スピン系:S=1の-次元反強磁性体(ハルデン磁性体)について、次近接相互作用と異方性エネルギーがある場合の基底状態の詳細や不純物の効果が数値的対角化法によって明らかにされ(利根川)、この磁性体の有限温度における熱力学的性質が量子モンテカルロ法によって詳しく解析された(宮下)。また、量子系全般の高精度計算のための指数関数演算子の高次分解法に関して、その基礎と応用が調べられた(鈴木)。2]ランダムスピン系:RKKY相互作用型のハイゼンベルグスピングラス(HSG)系において、自発磁化に垂直なスピン成分がランダムに凍結する混合相(リエントラント相)が強磁性相の低温側に出現することを、シミュレーションによる研究としては初めて示した(松原)。また、三次元短距離相互作用型HSGについて、個々のスピンの緩和過程まで立ち入ったシミュレーションイによりその臨界緩和現象の詳細が明らかにされ(高山)、また、温度領域を低温側に広げたシミュレーションにより、同系においてカイラル相転移が存在する可能性がきわめて大きいことが示された(川村)。3]その他の複雑系:拡張された強制振動子法により、フラクタル反強磁性体のマグノンスペクトルが単一の変数でスケールされることが検証された(中山)。また、多自由度量子カオス系に関して、自己組織された散逸現象、動的局在、カオティック・トンネリング等の新しい描像が提起、検証された(池田)。大域結合カオス系に関しても、その対流現象や生物学的ネットワークへの適用により、新たな描像が得られた(金子)。種々の複雑な系が示す協力現象について、以下の成果が得られた。1]量子ピン系:汎用性が高められた、数値的対角化法のプログラムパッケージを新たに作成し、これを用いて1次元反強磁性体のハルデン相に対する次近接相互作用や不純物効果を明らかにした(利根川)。フラストレーションを含む系に対する量子モンテカルロ法に関して、負符号問題を著しく軽減する新たな手法の開発に成功を収めた(西森)。また、不純物を含むスピン系の量子モンテカルロ法を確立し(宮下)、さらに、計算物理の手法とCAM理論などの解析的理論を組合せることにより、種々のスピン系の特異な振舞いの機構を明らかにした(鈴木)。2]ランダムスピン系:希薄磁性合金においてスピングラス(以下SG)相転移が有限温度で出現し得ることを含め、サイトランダムなSG模型におけるSG秩序の形成過程の詳細が明らかにされた(松原)。また、3次元XYおよびハイゼンベルクSGにおけるカイラル相転移の存在を強く示唆する数値解析がなされた(川村)。さらに、イジングおよびハイゼンベルグSG模型における臨界緩和現象(スローダイナミックス)の詳細が明らかにされ(高山)、また、磁場中のSG転移の有無について精度の高い検証がなされた(鈴木)。3]その他の複雑な系:強制振動子法がフラクタル反強磁性体のマグノン励起や導波管中のフォトン局在の問題に適用され(中山)、さらに、量子スピン系の解析にも適用された(西森)。多自由度量子カオス系の散逸発生に関して、これを散逸が系の内部で発生する状態への相転移として理解できることが示された(池田)。また、大域結合カオス系における位相空間のクラスタリングや拡散型結合カオス系における進行波の発生など種々の新しい描像、現象が明らかにされた(金子)。
測位・海事衛星を用いた船舶の自動誘導に関する研究

海事衛星として我が国の衛星のJSAT社が運用するJSATI-Bを使い、3隻の船舶と大学間でネットワークを構成し我が国で初めてのKuバンドの本格的な船陸間通信ネットワークを実現し(上り1.6Mbps,下り、2Mbps)、これを海洋ブロードバンドと命名し、それを用いて次のような事項の実証実験を行った。(1)測位衛星(GPS)を位置測定器として使い、送信されてくる本船の位置の観測値などを使い陸上から船の誘導制御を行うことに成功した。(2)(1)の実現をもとにカルマンフィルタを用い新たに船の位置の推定や将来位置の予測、自動的に船を誘導する新たな可変ゲイン型誘導制御アルゴリズムの開発、最短時間離着桟方式の誘導法の開発を行いいずれも実船実験に成功しその有効性を実証した。また、同ネットワークを用い、新たな第3世代の船舶の運航形態と呼ばれる船陸協調方式による運航形態を実現するため、次のような実証実験を行い、成功を収めた。(1)画像送受信および双方向音声通信による船舶の見張り機能の確認、故障診断への応用、ウエラブルカメラによる機関監視などの実証実験(2)高速データ通信を使った船舶データの大容量、高速伝送の実現と、そのデータを用いた船舶の短期的な長期的な運航管理、船舶管理の呈示(3)インターネットを利用した陸上とのブロードバンド通信(4)受信レベル低下時のインターロック機能の開発とその機能の確認次に船舶用の新たな衛星追尾アンテナの開発を行った。ここで開発したアンテナは複数衛星からの電波を捕捉でき、かつ送信可能なルネベルグレンズアンテナと呼ばれるアンテナを基本とし、人工水平台の上にそのアンテナを装備し船舶の縦揺れ、横揺れ、船首揺れに対してアンテナ部の衛星追尾誤差を0.2度以内にすることに世界で始めて成功し、安定的な受信レベルの確保が可能となった。以上の結果は毎年フォーラムなどを中心に実証的に公表しアウトリーチに勤めた。本研究の目的は、(1)測位、海事衛星を用いて船舶を陸上の誘導センターからの指令で意図する航路に沿って航行させる制御技術の開発、(2)その基盤となる海上ブロードバンドネットワークの確立(3)全く新しい商用の舶用衛星追尾アンテナの開発にあった。研究初年度である今年の成果実績は次のとおりである。(1)について:本学練習船汐路丸を用い、汐路丸をあらかじめ指定した航路を追従させながら航行させる理論を確立し、シミュレーションによって検証後実船実験を行い、精度2m以内という好成績を上げた。また、あらかじめ指定した点へ指定した方向を向いて停止させる実験にも同精度で成功し、その成果を論文集に報告するとともに海外シンポジウムで発表した。(2)について:NTTサテライトコミニュケーション株式会社などと共同研究体制を組み、赤道上空にある日本の衛星を利用した本格的な海上ブロードバンド通信ネットワークを構築し、汐路丸を陸上の管制センターからの指令で操船する技術、画像伝送、テレビ、音声電話などの双方向通信に成功した。この結果を広く社会に公表するため、本年3月23日開催の東京海洋大学主催知財フェアにおいて、海上の品川プリンスホテル-(光ケーブル)-NTT唐ケ崎基地-(衛星通信)-汐路丸よりなる海上ブロードバンドネットワークを使って、会場と汐路丸の間で交信し画像伝送、テレビ会話などを行うとともに、会場から汐路丸の舵取り機を実時間で制御することに成功し、大きな反響を呼んだ(3月24日付け日本海事新聞掲載)(3)について:本格的な商用の舶用衛星追尾アンテナの開発を目指し、まずアンテナの選定を行った。

この結果、これまでのパラボラアンテナとは全く異なるレンズアンテナ(ルーネベルグアンテナ)が開発中であることが判明し、調査の結果本アンテナはこれまでのアンテナのように単数ではなく、複数の衛星電波の送受信可能であることなどの理由からこのアンテナを基本システムとして採用し、本学で既に基本技術を確立していた舶用人工水平台上に本アンテナを搭載する方式の全く新しい舶用の衛星追尾アンテナシステムの新規開発にとりかかった。今年度は、上部アンテナを購入し、その複数衛星電波の受信を確認するとともに下部の舶用人工水平台を完成させ基本動作の確認を行った。本年度は、2つの事項を行った1ルネベルグレンズアンテナの開発複数の衛星と地上局との間の衛星通信が可能な世界初のレンズアンテナ(ルネベルグアンテナとも言う)を用いた舶用衛星追尾アンテナシステムの船上での受信に成功した。このアンテナのアンテナ部は普通のパラボラ形ではなく半球であり、半球の内部は半径方向に誘電率が変化している。この結果、受信した電波をある一点にレンズのように集中させることがでる。その結果、この点に受信ピックアップを置くと衛星電波を受信することができる。したがって、このような点を受信したい衛星電波の数だけ作ることにより、複数の衛星が受信できる。ただし、受信は動揺する船上で行われるため、ダイナミックな衛星追尾システムが別途必要となる。今年度はこのために試作された舶用水平安定台の上に初めに述べたルネベルグアンテナを置き、本学練習船汐路丸船上で受信実験を行い鮮明な映像の受信に成功した。最終年度である来年度は送信を行う予定である。いずれも世界初である。2海洋ブロードバンドプロジェクトの開始画像伝送も可能な海洋ブロードバンドネットワーク構築し、その実証試験や普及活動を開始した。この海洋プロードバンドネツトワークは、JSAT衛星群を利用したシステムで現在は日本沿海をカバーしている。このネットワークを利用し、本学汐路丸と本学海事共同研究センターの間で船陸間衛星通信網を構築し、このネットワークにより、さまざまな次世代の船陸間通信の可能性を展開し、一部実証実験を行った。そして、10月に中国大連の海事大学から衛星中継で汐路丸にオンラインアクセスを行ったのに続いて、12月にシンポジウム「次世代海洋ブロードバンドシンポジウム」を本学で開催し、約200名の参加を得た。シンポジウムでは、海上から船に衛星を介して接続し、画像、音声伝送、データ通信などの実証試験を行った。来年度は、このプロジェクトをさらに拡張し複数の船舶との交信を行い、さまざまな衛星通信を利用した次世代の運航形態を試行する予定である。今年度は本研究の最終年度として、1.海事衛星による船陸間大容量通信(海洋ブロードバンド)を用いた次世代型の船舶の運航体勢確立のための実証実験と普及活動2.GPSを用いた新たな誘導方式による船舶の自動誘導に関する実験3.海洋ブロードバンド用のKuバンド舶用衛星追尾アンテナの実証実験を実施した。成果1について:これまで2隻(本学汐路丸、航海訓練所銀河丸)に加え新たに国内内航船の大手オペレータである宇部興産海運の新栄丸に衛星追尾アンテナを装備して本格的な長期間の実証実験を行った。この結果、登り下りとも最高通信容量
離散量表象の認知過程とその発達的検討

本研究では、先行研究で支持されている数表象過程について、議論上並びに実験手続き上の問題点を明らかにし、独自の測定法と測定対象の統制によって信頼性の高い行動データを示した.行動実験の結果から、物の"数"を抽出する過程の前段階に、入力時の提示フォーマットに固有の処理過程が存在することを示した.さらに、統計的効率分析を用いて離散量処理過程における内部ノイズを推定し、より的確な数表象過程のモデルを提案した。尚、本研究では、一般的な「数」という表現について、その量的側面にも注目し、独自のモデル化過程において「離散量」という用語を用いた.本研究では、先行研究で支持されている数表象過程について、議論上並びに実験手続き上の問題点を明らかにし、独自の測定法と測定対象の統制によって信頼性の高い行動データを示した.行動実験の結果から、物の"数"を抽出する過程の前段階に、入力時の提示フォーマットに固有の処理過程が存在することを示した.さらに、統計的効率分析を用いて離散量処理過程における内部ノイズを推定し、より的確な数表象過程のモデルを提案した。尚、本研究では、一般的な「数」という表現について、その量的側面にも注目し、独自のモデル化過程において「離散量」という用語を用いた.近年、動物やヒトの乳幼児を対象とした数識別能力の検討が数多く行われ、動物や乳児においても、数表象システムnumber representation systemが備わっているとする議論が支持されている.数表象システムが可能とする数的処理の特性として,1)知覚的要因(大きさや時間等)の効果を受けない、2)提示フォーマット(同時/逐次)や感覚モダリティに依存しない、3)識別精度がウェーバーの法則に従う、といった点が主張されている,しかし、先行研究における行動データには、1)対象物の数が一貫していない、2)研究によって測定精度が異なる、3)練習効果が考慮されていない等、実験手続き上の問題点が指摘され、数表象システムの系統発生的連続性を証明する充分な検討がなされていない.本研究では、事象の"数"を抽出する過程の前段階に、入力時の提示フォーマットに依存する処理過程が存在することを検討し、数表象過程の精緻化を試みる.本年度は、以下の3つの実験研究を行った.研究1では、同時・逐次の両提示フォーマットにおける知覚的連続量の効果を検討した.さらに、同時提示フォーマットについて5歳児を対象とした実験を行い、発達的過程を検証した.研究2では、研究1で示された効果が、練習に応じてどのように変化するのかを検討し、同時/逐次フォーマットにおける数の識別では,異なる学習過程が関与する可能性を示唆した.また、一方のフォーマットでの練習効果は、他方での課題成績に転移しないことを示し、提示フォーマットごとに固有の処理過程が介在する可能性を示唆した.研究3では、熟達被験者を対象として、数表象過程における提示フォーマット固有システムの存在を検証した.同時、逐次フォーマットの両条件で、離散量の識別精度に系統的な差が示され,フォーマットごとに固有のシステムが介在する可能性が示唆された.近年、動物やヒトの乳幼児を対象とした数識別能力の検討が数多く行われ、動物や乳児においても、数表象システムnumber representation systemが備わっているとする議論が支持されている.数表象システムが可能とする数的処理の特性として,1)知覚的要因(大きさや時間等)の効果を受けない、2)提示フォーマット(同時/逐次)や感覚モダリティに依存しない、3)識別精度がウェーバーの法則に従う、といった点が主張されている.しかし、先行研究における行動データには、1)対象物の数が一貫していない、2)研究によって測定精度が異なる、3)練習効果が考慮されていない等、実験手続き上の問題点が指摘され、数表象システムの系統発生的連続性を証明する充分な検討がなされていない.本年度は、事象の"数"を抽出する過程の前段階に、入力時の感覚モダリティに依存する処理過程が存在するか否かを検討し、数表象過程の精緻化を試みた.研究4では,視覚刺激、聴覚刺激と触覚刺激を用いて,逐次提示刺激の離散量識別における感覚モダリティの効果を検討した.研究1では聴覚刺激、触覚刺激を用いて数識別課題を行った.識別精度について,モダリティ内,モダリティ間の3条件で差異が示されなかったことから,感覚モダリティに依存しない離散量表象過程の存在が示唆された.ただし,触覚刺激数が,聴覚刺激数に比較して過小評価される傾向が示されたことから,感覚モダリティは,アイテム数の識別の処理過程の何らかの段階に影響を及ぼすことが示唆された.研究2では、視覚刺激、聴覚刺激を用いて、一方の刺激での数識別の練習効果が他方の識別成績に転移するか否かを検討した.結果から、相互に転移の生じていないことが示唆された.また、視覚刺激、聴覚刺激の練習前、練習後の成績を比較した結果、聴覚刺激の成績が顕著に高いことが示された.様々な動物種や、ヒトの乳幼児を対象とした数識別能力の検討が数多く行われ、動物や乳児においても、数表象システムnumber representation systemが備わっているとする議論が支持されるている.数表象システムによるし数処理の特性として,1)知覚的要因の効果を受けない、2)提示フォーマット(同時vs.逐次)や感覚モダリティに依存しない、3)識別精度がウェーバーの法則に従う、といった点が主張されている.

しかし、先行研究における行動データには、実験手続き上の問題点が指摘され、数表象システムの系統発生的連続性を証明する充分な検討がなされていない.研究1では、同時・逐次の両提示フォーマットにおける知覚的連続量の効果を検討した.研究2では、研究1で示された知覚的連続量の効果が、練習に応じてどのように変化するのかを検討し、同時/逐次フォーマットにおける数の識別では,異なる学習過程が関与する可能性を示唆した.また、一方のフォーマットでの練習効果は、他方のフォーマットに転移しないことを示し、提示フォーマットごとに固有の処理過程が介在する可能性を示唆した.研究3では、熟達被験者を対象として、離散量処理における提示フォーマット固有システムの存在を検証した.同時/逐次フォーマットの両条件で、離散量の識別精度に差が示され,フォーマットごとに固有のシステムが介在する可能性が示唆された.さらに、聴覚及び視覚刺激を用い、対象物の数の識別における感覚モダリティの効果を検討し、感覚モダリティ固有のサブシステムが介在する可能性を示した.一連の研究結果から、事象の“数"を抽出する過程の前段階に、入力時の提示フォーマットに固有の処理過程が存在することを示した.また、統計的効率分析を用いて離散量処理過程における内部ノイズを推定し、行動実験との一致を示してモデルの補強を行なった.昨年度の結果を踏まえて、研究計画に従って研究を進め、今年度の計画を達成することができた。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題についての今後の推進方策は、以下の3点である.1つ目に、23年度迄の成果を論文にまとめ、公表する.査読の過程で、被験者数を増やす必要が生じた際にはこれに対処する. 2つ目には、23年度迄の成果を踏まえて、離散量表象についての独自のモデルを提唱し、モデルに従ってシミュレーションを行う.3つ目に、離散量表象研究についての課題を明確にし、今後のどのような方向で研究をすすめいくか検討する.24年度が最終年度であるため、記入しない。
体細胞ゲノム再プログラム化の分子機構の解明

再プログラム化因子の候補としてクローニングしてきたNanog遺伝子はホメオドメインを有する転写因子であり、胚性幹(ES)細胞の未分化性維持に必須の役割を果たすことが報告されている。Nanog遺伝子の未分化細胞特異的発現を制御する分子機構を解析した結果、これまでに、転写開始点上流にあるOctamer/Sox配列に結合するOct4とSox2によって発現が制御されていることを明らかにした。次に、Nanog蛋白質自身の機能調節機構を解明することを目的に、翻訳後修飾に注目し解析を行った。ウエスタンブロット解析の結果、大腸菌で発現させたNanog蛋白質の分子量が、ES細胞で発現している内在性Nanogの分子量や、NIH3T3細胞で強制的に発現させた外来性Nanogの分子量と異なっていたことから、Nanogは哺乳動物細胞内で翻訳後修飾を受けている可能性が示唆された。そこで、Nanogのフォスファターゼ処理を試みたところ、NanogはES細胞内で高度にリン酸化を受けている事を明らかにした。リン酸化と細胞周期との関連を調べた結果、NanogはM期にCyclin-dependent kinase(CDK)によってリン酸化を受けていることを見い出した。さらに、リン酸化セリン残基の同定を試みたところ、N末端側に集積している9つのセリン残基のうち、4つのセリン残基(S52,S65,S71,S78)がリン酸化を受けていることを明らかにした。再プログラム化因子を同定する過程でクローニングされてきたNanog遺伝子の未分化細胞特異的発現を制御する分子機構を解明することを目的とした。GFPにNanogの5'上流2.5kbpと3'下流3.9kbpを繋げたtransgeneをembryonic stem cell(ES細胞)に導入したところ安定発現株を樹立することができた。この細胞でのGHPの発現は未分化細胞特異的であったことから、このtransgene内に未分化細胞特異的発現を制御する領域が含まれていることがわかった。次に異なる長さのNanog遺伝子5'上流領域を持つコンストラクトを作成してluciferase assayを行った。その結果、転写開始点上流約200bpの位置に存在しているOctamer結合配列とSox結合配列が連結している配列が未分化特異的発現を保障するのに必要であることが明らかとなった。そこで、Octamer配列、Sox配列、Octamer/Sox両方の配列に部位特異的変異を入れたコンストラクトを作成しluciferase assayを行った。その結果、どちらか一方の配列に変異が入っただけで転写活性は急激に減少したことから、Octamer結合配列とSox結合配列の両方が必要であることが分かった。マウス、サル、ヒトのNanog遺伝子5'上流領域を比較するとOctamer結合配列とSox結合配列は3種の間で完全に保存されていた。さらにこのOctamer/Sox配列を含むヒトNanog遺伝子の5'上流領域はヒトES細胞においてGFPレポーター遺伝子の適切な発現を誘導した。F9 embryonal carcinoma cellと胎齢12.5日目の胎児から樹立されたembryonic germ cellを用いたelectrophoretic mobility shift assayの結果から、OCT4とSOX2がこの配列に結合することが確かめられた。しかし、ES細胞ではOCT4とSOX2以外のSox配列に結合する未知の因子との複合体がOctamer/Sox配列に優先的に結合していた。再プログラム化因子の候補としてクローニングしてきたNanog遺伝子はホメオドメインを持つ転写因子であり、embryonic stem cell (ES細胞)の未分化性維持に必須の役割を果たすことが報告されている。Nanogの未分化細胞特異的発現を制御する機構を解析した結果、転写開始点上流にあるOctamer/Sox配列に結合するOCT4とSOX2によって発現が制御されていることを明らかにした。次にNANOGタンパク質自身の機能調節機構を解明することを目的に、翻訳後修飾の有無を検討した。NANOGタンパク質を脱リン酸化処理するとウエスタンブロット解析において移動度が大きく変化したことから、NANOGは高度にリン酸化を受けていることが明らかになった。NANOGのN末端側に集積しているセリン残基をアラニン残基に置換する部位特異的変異導入により、リン酸化セリン残基を三ヶ所同定した。リン酸化の有無によるNANOGの細胞内局在と結合配列を含むDNAへの親和性には顕著な変化は見られなかった。細胞周期を同調させてNANOGのリン酸化を経時的に観察したところ、G2後期からM期にかけてリン酸化の程度が上昇することが明らかになった。細胞周期依存的なリン酸化はES細胞で発現している内在性のNANOGだけでなく、通常NANOGを発現していないNIH3T3繊維芽細胞に強制的に発現させたNANOGにおいても観察された。NANOGはリン酸化によって細胞周期依存的に機能を調節している可能性が示唆された。

ウエスタンブロット解析の結果、大腸菌で発現させたNanog蛋白質の分子量が、ES細胞で発現している内在性Nanogの分子量や、NIH3T3細胞で強制的に発現させた外来性Nanogの分子量と異なっていたことから、Nanogは哺乳動物細胞内で翻訳後修飾を受けている可能性が示唆された。そこで、Nanogのフォスファターゼ処理を試みたところ、NanogはES細胞内で高度にリン酸化を受けている事を明らかにした。リン酸化と細胞周期との関連を調べた結果、NanogはM期にCyclin-dependent kinase(CDK)によってリン酸化を受けていることを見い出した。さらに、リン酸化セリン残基の同定を試みたところ、N末端側に集積している9つのセリン残基のうち、4つのセリン残基(S52,S65,S71,S78)がリン酸化を受けていることを明らかにした。
子宮頸部発癌過程での低酸素応答異常とHPV癌遺伝子によるHIF1活性化の分子機構

Human Papillomavirus (HPV)の癌遺伝子であるE6、E7は低酸素下にてHypoxia-induciblefactor 1(HIF-1)の発現を上昇させ、そのターゲット遺伝子であるVEGFの発現上昇が認められた。E7に注目し検討した結果E7、p53そしてHIF-1aの3因子が相互に関わっていることが明らかとなった。またE7がp53とMDM2との関与を減弱させることによりHIF-1aとの結合を促進させていること、E7とp53との結合にはE7のRb結合部位が必要であることを明らかにした。HPV31cellsでのHypoxia inducible factor-1(HIF-1)の発現はHFKに比べ著明に上昇していた。HIF-1応答プロモーターを用いたLuciferase assayではHPV31 cellsはHFKに比べ有意にHIF-1による転写活性が亢進していた。HIF-1のターゲット遺伝子を検索した結果、VEGFのmRNAレベルでの発現上昇が認められた。HPV31E6、HPV31E7、HPV31E6/7cellsの低酸素培養では、すべての細胞においてHIF-1の発現上昇が認められた。HPVはE6によるp53不活化と、E7のHIF-1への結合と介してHIF-1活性を上昇させることが確認された。HPV感染細胞におけるHPVのHIF-1活性化への関与を初めて報告した。本研究は低酸素下での子宮頸癌進展における分子機構の解明や分子標的治療薬の開発に寄与するものと考えられる。説明と同意の下に得られた正常ヒトケラチノサイトに高リスク型のHPV31 E7をIntegrationさせた細胞を用いて、低酸素あるいは発現プラスミドによってHIF-1aを発現させ種々の検討を行った。免疫沈降法にてE7がHIF-1aに結合していることが確認された。またE7はがん抑制遺伝子であるp53の発現を上昇させることが知られているので、p53との関係についても検討を行ったところ免疫沈降法にてp53もHIF-1aに結合していることが認められE7、p53そしてHIF-1aの3因子が相互に関わっていることが明らかとなった。さらなる詳細な検討の結果、E7がp53とMDM2との関与を減弱させることによりHIF1-aとの結合を促進させていること、E7とp53との結合にはE7のRb結合部位が必要であることが明らかとなった。
シンドビスウィルスのゲノム複製・転写に関わる脂質の探策とその機能に関する研究

プラス鎖RNAウィルスのレプリカーゼによるRNA合成は、感染特異的に宿主細胞内の膜に形成される複製複合体で起こる。しかし、複製複合体形成の仕組みや膜脂質の役割、並びにRNA合成が膜上で行われる意義についてはよくわかっていない。本研究では、シンドビスウィルス(以下SINV)のゲノム複製と転写に関わる脂質の候補を探索し、その機能についての手がかりを得ることを目的としている。私はこれまでにCHO細胞の膜脂質ホスファチジルセリン(以下PS)合成変異株とレポーター遺伝子を組み込んだSINVレプリコンを利用して、SINVレプリカーゼによるレポーター遺伝子発現が、細胞のPS含量の低下により阻害されることを見いだした。一方、レポーターmRNA合成には阻害が認められなかったことから、レプリカーゼによりRNAが合成された後、翻訳されるまでの過程にPSが必要であることが示唆された。この現象が本来の構造遺伝子の発現でも見られるかを調べるために、PS合成変異株に上記のレプリコンとともに、ウィルスの構造遺伝子をコードするヘルパーRNAを導入し、構造蛋白質の産生に対するPS含量低下の影響を調べた。その結果、PS含量低下細胞では、構造蛋白質の一つであるキャプシド蛋白質の産生が約40%に低下していた。従って、本来の構造遺伝子発現においてもPSが関与することが示唆された。細胞のPS含量の低下がSINVのRNA複製複合体形成に及ぼす影響を調べるための予備実験として、CHO-K1(野性株)細胞を用いて電子顕微鏡による複製複合体の観察を行った。その結果、SINV感染後2-4時間で複製複合体の形成が起こることがわかった。現在、PS変異株におけるRNA複製複合体の形成を解析を進めている。+鎖RNAウィルスのレプリケースによるRNA合成は、感染特異的に宿主細胞内に形成される膜の上で起こる。しかし、この膜形成の仕組みや膜脂質の役割、並びにRNA合成が膜上で行われる意義についてはよくわかっていない。本研究では、シンドビスウィルス(以下SIN)のゲノム複製と転写に関わる脂質の候補を探索し、その機能についての手がかりを得ることを目的とする。私はこれまでにCHO細胞のホスファチジルセリン(以下PS)合成変異株とSINレプリコンを利用して、SINレプリケースによる遺伝子発現にPSが必要であることを見いだした。遺伝子発現に至るまでのどの過程でPSが関与するのかを調べるため、変異株に構造遺伝子の代わりにlacZ遺伝子をコードするSINレプリコンRNAを導入し、レプリケースによるlacZ RNA合成量及びそれより翻訳されるβガラクトシダーゼ量の時間変化を比較した。変異株をPS含量が減少する条件で培養すると、PS含量が正常である条件で培養した時に比べて、レプリコンRNA導入後15時間目以降から、βガラクトシダーゼ産生量の低下が認められた。しかしlacZ RNAの蓄積量は、15時間の前後でPS含量の減少により低下することはなかった。従って、レプリケースによりRNAが合成された後、翻訳されるまでの過程にPSが必要であることが示唆された。SIN感染においては、spheruleという膜構造の中で構造遺伝子RNAが合成された後、そのRNAが翻訳されるためにspheruleからexportされる過程があると示唆されている。このことから、PSがspheruleの構造維持に重要である可能性が考えられた。今後、PS合成変異株にSINを感染させた時にもPS含量の低下によるSIN構造蛋白質量の低下が見られるかを調べ、PS合成変異株におけるspheruleの構造を観察する予定である。プラス鎖RNAウィルスのレプリカーゼによるRNA合成は、感染特異的に宿主細胞内に形成される膜の上で起こる。本研究では、シンドビスウィルス(以下SINV)のゲノム複製と転写に関わる脂質の候補を探索し、その機能についての手がかりを得ることを目的とする。しかし、レポーターmRNA合成には阻害が認められなかったことから、レプリカーゼによりRNAが合成された後、翻訳されるまでの過程にPSが必要であることが示唆された。今年度はこの現象が本来のゲノムの遺伝子発現でも見られるかを調べるために、PS合成変異株にSINVを感染させ、ウィルスによるRNA合成、および構造蛋白質であるキャプシド蛋白質の産生に対するPS含量低下の影響を調べた。その結果、レプリコンによる遺伝子発現とは異なり、ウイルスRNA合成はPS含量の低下によって約60%に低下した。また、PS含量低下細胞ではキャプシド蛋白質の産生も約60%に低下していた。従って、キャプシド蛋白質の産生量の低下はRNA合成の低下によるものと考えられ、レプリコンによる遺伝子発現の結果とは一致しなかった。現在、感染の多重度を変えて、レプリコンでの結果と同様の結果が得られるか調べている。また、感染時にはPS含量低下によりウィルスRNA合成が阻害されることから、RNA合成あるいはそれ以前の、レプリコンの系では起こらない複製過程に、PSが関与することが示唆された。

しかし、複製複合体形成の仕組みや膜脂質の役割、並びにRNA合成が膜上で行われる意義についてはよくわかっていない。本研究では、シンドビスウィルス(以下SINV)のゲノム複製と転写に関わる脂質の候補を探索し、その機能についての手がかりを得ることを目的としている。私はこれまでにCHO細胞の膜脂質ホスファチジルセリン(以下PS)合成変異株とレポーター遺伝子を組み込んだSINVレプリコンを利用して、SINVレプリカーゼによるレポーター遺伝子発現が、細胞のPS含量の低下により阻害されることを見いだした。一方、レポーターmRNA合成には阻害が認められなかったことから、レプリカーゼによりRNAが合成された後、翻訳されるまでの過程にPSが必要であることが示唆された。この現象が本来の構造遺伝子の発現でも見られるかを調べるために、PS合成変異株に上記のレプリコンとともに、ウィルスの構造遺伝子をコードするヘルパーRNAを導入し、構造蛋白質の産生に対するPS含量低下の影響を調べた。その結果、PS含量低下細胞では、構造蛋白質の一つであるキャプシド蛋白質の産生が約40%に低下していた。従って、本来の構造遺伝子発現においてもPSが関与することが示唆された。細胞のPS含量の低下がSINVのRNA複製複合体形成に及ぼす影響を調べるための予備実験として、CHO-K1(野性株)細胞を用いて電子顕微鏡による複製複合体の観察を行った。その結果、SINV感染後2-4時間で複製複合体の形成が起こることがわかった。現在、PS変異株におけるRNA複製複合体の形成を解析を進めている。
膀胱癌発生危険因子の作用機序の分子生物学的解明:チトクロームP450を中心として

膀胱癌はいわゆる発癌物質によって引き起こされる典型的な化学発癌と考えられている。化学発癌の最初の過程には、多くの場合チトクロームP450(P450)という酸化酵素が関与していると考えられている。本研究では膀胱癌の発症機序解明の一環としてP450を中心に検討した。P450には、外界からの異物を酸化分解して無毒化するという働きがあるが、時として逆に活性化してしまう場合がある。化学発癌物質はP450によって代謝的に活性化されてしまう物質である。膀胱癌を引き起こす化合物として、これまでベンチジン、ナフチルアミンなど芳香族アミン類が報告されているが、これらを活性化するP450分子種については、明らかにされていなかった。本研究では、これらのアミンを変異原物質に活性化する分子種を同定し、これがCYP4B1というP450であることを明らかにした。さらに、免疫組織学的検討から、CYP4B1は膀胱の粘膜上皮細胞に局在することが明らかにした。しかも、非膀胱腫瘍患者より膀胱腫瘍患者の膀胱に顕著に高いCYP4B1の発現が見られた。このことは、尿中に含まれる癌原性芳香族アミン類が膀胱粘膜の上皮細胞で活性化され、変異原性を示す可能性を示唆している。しかも、CYP4B1の発現量が高い方が、膀胱癌の発症率が高いことから、CYP4B1の発現が膀胱癌のリスクファクターになりうることを示唆している。この結果をふまえてさらに臨床的に発展させるべく、検討を加えた。すなわち、末梢血リンパ球に発現しているCYP4B1量の測定法を開発し、膀胱に発現しているCYP4B1量と比較したところ、相関があることを見いだした。この方法を用いて、非膀胱腫瘍患者と膀胱腫瘍患者のリンパ球におけるCYP4B1発現量を比較した。その結果、膀胱腫瘍患者のほうが高い傾向にあった。以上本研究によって開発された方法およびそれを用いて得られた結果は、膀胱癌のリスクファクターを解析するうえで極めて有効であると考えられる。尿路悪性腫瘍のうち膀胱腫瘍が占める割合は極めて高く、その発症率は徐々に増加しつつある。膀胱腫瘍に関して喫煙や化学染料などが危険因子とされ、これらに含まれる芳香族アミノ酸が、酸化酵素であるチトクロームP450(P450)によって活性化されて、発癌性を示すと考えられている。そこで、膀胱癌発症のメカニズム及び発症リスクを明らかにする目的で本研究を始めた。まず、10種類の精製ラットP450を用いて、典型的な膀胱癌誘発物質であるベンチジンやビフェニル誘導体について、変異原試験を行ったところ、10種類のP450のうちのCYP4B1が極めて高い変異原活性化を示した。さらに、免疫染色によってラット膀胱粘膜上皮にCYP4B1が特異的に存在していることを明らかにした。また、この抗体を用いてヒト膀胱ミクロゾームをイムノブロットしたところ、特異的バンドが検出され、ヒト膀胱にもCYP4B1の発現が確認された。ところで、ラット及びヒトにおいて膀胱癌の発生率は雄(男性)のほうが雌(女性)よりはるかに高い。そこで、CYP4B1発現の性差について検討した。この検討にあたり、微量組織においてもその発現が確認できる競合RT-PCR法を開発した。この方法でラット膀胱における発現量を調べたところ、雄のほうが雌より数倍高い値を示した。

さらに、この発現は雄ラットの性腺摘除によって減少し、テストステロン投与によって回復することから、アンドロジェン依存の発現であることが明らかになった。さらに、ヒトの膀胱についてRT-PCRを施行したところ、非膀胱腫瘍患者より膀胱腫瘍患者のほうにはるかに高いCYP4B1発現が見られた。これらの結果はCYP4B1が膀胱癌発症に深く関わり、その発現量が重要なリスクファクターである可能性を示唆している。膀胱癌はいわゆる発癌物質によって引き起こされる典型的な化学発癌と考えられている。化学発癌の最初の過程には、多くの場合チトクロームP450(P450)という酸化酵素が関与していると考えられている。本研究では膀胱癌の発症機序解明の一環としてP450を中心に検討した。P450には、外界からの異物を酸化分解して無毒化するという働きがあるが、時として逆に活性化してしまう場合がある。化学発癌物質はP450によって代謝的に活性化されてしまう物質である。膀胱癌を引き起こす化合物として、これまでベンチジン、ナフチルアミンなど芳香族アミン類が報告されているが、これらを活性化するP450分子種については、明らかにされていなかった。本研究では、これらのアミンを変異原物質に活性化する分子種を同定し、これがCYP4B1というP450であることを明らかにした。さらに、免疫組織学的検討から、CYP4B1は膀胱の粘膜上皮細胞に局在することが明らかにした。しかも、非膀胱腫瘍患者より膀胱腫瘍患者の膀胱に顕著に高いCYP4B1の発現が見られた。このことは、尿中に含まれる癌原性芳香族アミン類が膀胱粘膜の上皮細胞で活性化され、変異原性を示す可能性を示唆している。しかも、CYP4B1の発現量が高い方が、膀胱癌の発症率が高いことから、CYP4B1の発現が膀胱癌のリスクファクターになりうることを示唆している。この結果をふまえてさらに臨床的に発展させるべく、検討を加えた。すなわち、末梢血リンパ球に発現しているCYP4B1量の測定法を開発し、膀胱に発現しているCYP4B1量と比較したところ、相関があることを見いだした。この方法を用いて、非膀胱腫瘍患者と膀胱腫瘍患者のリンパ球におけるCYP4B1発現量を比較した。その結果、膀胱腫瘍患者のほうが高い傾向にあった。以上本研究によって開発された方法およびそれを用いて得られた結果は、膀胱癌のリスクファクターを解析するうえで極めて有効であると考えられる。
メチル化ＤＮＡをバイオマーカーに用いた非侵襲的がん総合検診パラダイムの構築

本研究では,微量の便・喀痰検体を用い, 8領域CpGsのメチル化異常を極めて簡便に検出する方法を開発。また,様々な条件に適したカットオフ値の設定を可能とし,肺癌・大腸癌だけでなく,その他の消化器癌を検出可能にした。本技術は,消化器癌だけでなくその他癌種全般に対する新しい,かつ,効果的な検診体系を構築する可能性を持つ。また,本研究はで,様々ながん種のバイオマーカーの探索を行い,非常に重要な知見の蓄積,新しいシーズの発見を行った。これら知見は,今後の癌診断パラダイムのみでなく,治療体系にも影響を与えるものと考えられる。[現マーカーセットを用いた多医療施設による消化器がんスクリーニング試験の実地と解析]現在、症例を収集し、解析を施行中である。[肺がん組織と喀痰検体を用いての非侵襲的肺がん検出用バイオマーカーの最適化]喀痰からDNAメチル化異常を検出することによって肺がんを検出するためには、少なくとも、(1)喀痰からのDNAの抽出、(2)適切なバイオマーカーによる検出、の2点を解決する必要がある。(1)に関しては、我々が開発を行った便からDNAを簡易に抽出する方法及び便保存液を喀痰に応用することにより解決している。(2)に関しても、我々の開発した便中ヒトDNAメチル化検出法(Hi-SA法[NagasakaT et al.J Natl Cancer Inst 2009])を応用し、消化器がん検出用に4遺伝子8領域のDNAメチル化マーカーを新規開発し、これらマーカーセットをそのまま喀痰に応用することにより、良好な結果を得ている。現在までに、この4遺伝子8領域のDNAメチル化の肺がんおける詳細を検討した報告は存在しない。したがって、我々は、それらマーカー群を手術により切除された肺がん組織を用いて検討を終了し、論文作成中である。また、喀痰は定期的に収集されており、現在、その解析を施行、また、手術症例に対してはその病理結果および組織の収集を施行している。[組織特異的メチル化領域の同定]Digital Differential Display(DDD)を用いて各組織における遺伝子発現の違いを検索し組織特異的に発現が減少している、かつ、CpG islandを持つ遺伝子群を同定し、各組織から得られたDNAを用いて解析を施行中である。現在、メチル化の替りに組織特異的発現を認めるmiRNAの同定も並行して行い、組織特異性をmiRNAの検出により行う試みも並行して行っている。高精度な非侵襲的がんスクリーニング技術の開発は、がん検診パラダイムの再構築を促し、その結果、がん検診参加人数の飛躍的増加を促す。また、そのスクリーニング技術の臨床的実践は、早期がん発見率を飛躍的に上昇させ、それにより死亡率を有意に低下せしめる。本研究は、研究代表者の発明による、(1)便中ヒトDNAメチル化検出技術を利用した非侵襲的消化器がん簡易検出法の実用化(2)その検出技術を喀痰に応用することによる非侵襲的肺がん簡易検出法の開発に向けて、問題の克服と更なる高精度化に取り組むことによる新規がん検診パラダイムの構築を目的とする。平成24年度に最適化を行ったマーカー群を用い,平成25年度は予定通り,消化器癌に対する新規非侵襲的スクリーニング技術の実用化に向けた解析を鋭意施行した。消化器癌患者,健常人を含む延べ1302の検体を便潜血反応と同時に測定し,その検出力を検討した。現在までに170名の内視鏡検査施行済み症例の検討では,大腸癌/大腸腺腫に対する感度は91.8%と,大腸癌以外の消化器癌に対する感度は70.8%と極めて良好な結果を得ている。また,喀痰を用いた肺癌のスクリーニングにおいては,合計186例(肺癌患者125例,健常人61例)の喀痰の解析結果は肺癌に対する感度は56.0%,特異度は88.5%と良好な結果を得ている。【P1:喀痰を用いた肺がんスクリーニング試験の実地と解析】昨年度より採取された喀痰検体はマーカーセットを用いて適宜解析を行っている。現在150の肺切除患者から得られた喀痰を解析中である。途中解析で、感度の低いマーカーを除外し、感度の高いマーカーに変更を行い再解析も進めているところである。【P2:消化器がんスクリーニング試験検体の組織特異的メチル化領域マーカーセットを用いた再解析】当院にてインフォームドコンセントを得て収集された400便検体から抽出されたDNAを対象に消化器がん特異的メチル化マーカーセットを用いて解析を行った。

これらに加えて、鳥取市立病院検診センターにて得られた検診受診者600名の便検体を鋭意解析中である。組織特異的メチル化マーカーは現在のところ設定が難しい状態である。microRNAについては組織特異的な発現を認めるmiRNAを同定し、現在、便から簡易に検出できる方法を構築中である。【P3:簡易便/喀痰遺伝子検査によるがんスクリーニングのためのカットオフ値の最適化】現在までの解析では、本研究参加者のうち解析終了の170例(大腸癌[n=57]、大腸腺腫[n=28]、上部消化器癌[n=24]、健常人[n=61])の便検体を2日間収集し、その便の解析を行い、各消化器腫瘍に対する感度、特異度の検討を行った。2日間の便検体のメチル化を呈したマーカー累積数をMethylation Score(MS;範囲016)と定義。MS≧1を検査陽性とすると、大腸癌、大腸腺腫、上部消化器癌に対する感度は、各々、91%、93%、71%と高感度を示したが、健常人に対する特異度は74%とやや低い傾向を認めた。次に、MS≧2を検査陽性とすると、大腸癌、大腸腺腫、上部消化器癌に対する感度は、各々、68%、71%、38%となり、健常人に対する特異度は93%を呈した。外科系臨床医学組織特異的なDNAメチル化領域の同定には苦慮しているが、その替りのマーカーであるmiRNAの組織特異的発現の同定に成功しており、おおむね順調と考えられる。25年度が最終年度であるため、記入しない。喀痰を用いた肺がんスクリーニング試験の実地においては、RASSF2遺伝子のメチル化の頻度が想定よりも低い傾向が認められたため、検出マーカーには不適と判断し、新規にRASSF1Aをマーカーに加え、再度、検出条件の最適化を行っている。その部分以外はほぼ順調である。簡易便遺伝子検査による消化器がんスクリーニングであるが、MS≧1を検査陽性とすると、大腸癌、大腸腺腫、上部消化器癌に対する感度は、各々、91%、93%、71%と高感度である。特に上部消化器がんの内訳は、胃癌が3例、十二指腸癌が2例、肝癌が6例、胆管癌が5例、膵癌が8例であり、胃よりも肛門側臓器の癌でよりMSが高い傾向が認められ、新規消化器がんスクリーニングツールとしての有益性が認められたと考えられる。組織特異性に関しては、現在のところ有効なメチル化マーカーは発見できておらず、miRNAによる組織特異性の検出を研究開発中であるが、スクリーニングツールとしてはおおむね順調に進展している。組織特異的なDNAメチル化領域の同定には苦慮しているが、その替りのマーカーであるmiRNAの組織特異的発現の同定に成功しており、今後は、miRNAを効率よく、喀痰、便から同定可能となる検出技術の開発を行うことで、対処可能と考えられる。喀痰を用いた肺がんスクリーニング試験の実地においては、より適切なマーカーを再度選択し(新規マーカーパネル)、そのマーカーパネルを用いて簡易喀痰遺伝子検査によるがんスクリーニングの再構築を行うことでより精確性の高い簡便なスクリーニング技術を構築できると考えている。簡易便遺伝子検査による消化器がんスクリーニングであるが、まずは1000例の検体の解析とその臨床結果との照合を行い、まずはスクリーニングとしての最終的な有効性の検討を行う。組織特異性の検出には、メチル化DNAやmiRNAだけでなく、現在使用している8マーカーのPCR増幅物内のCpGサイト個々のメチル化の有無の詳細な検討により推測する方法も考えている。
可搬型プローブ装置を活用したレール状態常時監視システムの開発

鉄道の安全性向上のためには,軌道状態を監視し,その状態に応じて適切な保守を行うことが必要である.軌道不整は車両の振動による乗り心地の悪化とともに脱線の危険を増大させるため,重要な項目であると言える.しかし,コストの問題から地方鉄道では,十分な検査が行えない事業者も少なくない.本研究では,地方鉄道の軌道状態の常時監視を目的として,営業車両の車体振動加速度から,軌道変位を推定する逆問題を解くアルゴリズムを考案し軌道状態の診断を行った.その結果,高低不整量の大きい箇所については良好な精度で推定できていることが確認し,本研究で開発したアルゴリズムを搭載したレール状態常時監視システムの有効性を実証した.車輪がレールで案内されて走行する鉄道にとって,軌道や車両の安全管理は重要であり,その状態を把握し,事故に至る前に補修する予防保全が重要な課題となっている。そのため,軌道の状態を常時あるいは高頻度で監視することが望ましい。現在,軌道の検査方法として,保線係員によるものや軌道検測車,レール探傷車などの検査用車両によるものがある。しかし,これらの手法は高精度な軌道検査が可能だが,コストや維持管理などの点から走行頻度は非常に制限される。さらに,地方鉄道では施設の経年劣化が著しい一方で,費用の確保や技術力の維持が難しく,十分な検査が行えない事業者も少なくない。このような問題に対して,一般の車両に簡易なセンサ類を付加したプローブ車両を用いることで,営業運転を行いながら軌道の状態監視を行う方法が考えられる。これまでに,車両と非接続で軌道の状態診断を行える可搬型プローブ装置が開発され,鉄道事業者協力のもと長期的な試験を行い,測定データの再現性,軌道異常の発生箇所の特定可能性が示されている。本年度は,可搬型プローブ装置を改良した小型レール診断装置と,レール状態診断ソフトウェアを用いた軌道状態診断システムを開発し,1つの地方鉄道路線に対して診断ソフトウェアによる診断を実施した。特に,振動加速度のRMS値の他にウェーブレット変換を使用して,より正確な診断が可能なシステムを開発した。車輪がレールで案内される鉄道にとって,軌道や車両の安全管理は重要であり,その状態を把握し,事故に至る前に補修する予防保全が重要な課題となっている.現在,軌道の検査方法として,保線係員によるものや軌道検測車,レール探傷車などの検査用車両によるものがある.しかし,これらの手法は高精度な軌道検査が可能だが,コストや維持管理などの点から走行頻度は非常に制限される.さらに,地方鉄道では施設の経年劣化が著しい一方で,費用の確保や技術力の維持が難しく,十分な検査が行えない事業者も少なくない.このような問題に対し,一般の車両に簡易なセンサ類を付加したプローブ車両を用いることで,営業運転を行いながら軌道の状態監視を行う方法が考えられる.これまでに,車両と非接続で軌道の状態診断を行える可搬型プローブ装置を開発し,鉄道事業者協力のもと長期的な試験を行い,測定データの再現性,軌道異常の発生箇所の特定可能性が示されている.本年度は,可搬型プローブ装置を使用して計測した車体動揺データから,レール状態を診断するソフトウェアの開発を行い,複数の地方鉄道においてレール状態診断を行った.軌道補修前後の計測データからはRMS値に設ける閾値を決定し,その閾値を全区間のRMS値に設けることで要監視区間を定めた.さらに,要監視区間を詳細に診断した.その結果,複数の種類のレール異常を検出することができた.これにより,開発したレール診断ソフトウエアの有効性を実証した.研究計画通りに進捗している.今年度の成果により,車体動揺からレール状態を診断できる基本システムが完成した.これにより,次年度において複数の地方鉄道のレール状態を継続的に診断し,予防保守に活用できる環境が整った.鉄道の安全性向上のためには,軌道状態を監視し,その状態に応じて適切な保守を行うことが必要である.検査項目の中でも軌道不整は車両の振動による乗り心地の悪化とともに脱線の危険を増大させるため,重要な項目であると言える.現在行われている軌道不整の計測方法として,軌道検測車によるものや保守係員によるものがある.しかし,コストの問題から地方鉄道では費用の確保が難しく,これらの手法を使って十分な検査が行えない事業者も少なくない.このような問題に対して,営業列車に簡易なセンサを置くことで車体動揺を計測し,計測データから軌道状態を診断する軌道状態診断システムの開発が行われている.また,新幹線の軌道状態監視を目的として,カルマンフィルタを用いて車体動揺から軌道形状を推定する手法の開発が行われている.これらの手法を組み合わせることによって低コストで高頻度な軌道状態の監視の実現が期待できる.本研究では,地方鉄道の軌道状態の常時監視を目的として,営業車両の車体振動加速度から,速度に依存する車両動揺データから軌道変位を推定する逆問題を,精度良く,安定的に解くアルゴリズムを考案し,軌道状態の診断を行った.その結果,RMS値による評価と高低不整推定による評価が一致することが確認できた.さらにMPC metrics法を用いて,推定した高低不整の平均値と軌道検測車の計測による高低不整を比較し,推定精度を評価した結果,2つの波形には相関性があり,高低不整量の大きい箇所については良好な精度で推定できていることが確認できた.これらの結果から,地方鉄道のレール状態監視に使用することが可能であることを実証した.

鉄道の安全性向上のためには,軌道状態を監視し,その状態に応じて適切な保守を行うことが必要である.軌道不整は車両の振動による乗り心地の悪化とともに脱線の危険を増大させるため,重要な項目であると言える.しかし,コストの問題から地方鉄道では,十分な検査が行えない事業者も少なくない.本研究では,地方鉄道の軌道状態の常時監視を目的として,営業車両の車体振動加速度から,軌道変位を推定する逆問題を解くアルゴリズムを考案し軌道状態の診断を行った.その結果,高低不整量の大きい箇所については良好な精度で推定できていることが確認し,本研究で開発したアルゴリズムを搭載したレール状態常時監視システムの有効性を実証した.1)実車両の動揺データ収集銚子電鉄および江ノ島電鉄において動揺データ収集を実施した.(達成率100%)2)車体動揺からの軌道高低変位推定推定アルゴリズムを,小型レール診断装置で計測した車両の動揺データからレールの状態を診断できるレール状態診断ソフトウェアに実装し,その有効性を地方鉄道路線のレール状態診断において検証した.(達成率100%)3)実測データとの比較による検証トラックマスターを用いて計測した現場計測データとの比較検討を行った.(達成率100%)現在,山形鉄道,銚子電鉄のレール状態診断を継続的に行っており,これらの鉄道事業者の予防保全に生かすと同時に,鉄道事業者によるシステム評価を行う予定である.さらに,多くの鉄道事業者に使用してもらえるようにPRを実施する.また,海外より,本システムの導入を行いたいとの意思表示があることから,国際会議などでの発表を通じて開発したシステムの有効性をPRすると同時に,国際共同開発を視野にいれた展開を実施する.機械力学・制御工学平成26年度に引き続いて,実車両の動揺データ収集を継続的に実施する.さらに,レール診断の高精度化を目指してモデルベース推定手法や統計的処理方法の検討を行う.鉄道事業者(銚子電鉄)の保線計画により,当該鉄道路線において,計測診断を実施する時期が平成27年度から平成28年度にずれたため,これに関連する経費(旅費交通費,人件費)に差異が生じた.雇用した大学院生へ支払う謝金が,実験回数の変更により当初見込みより,少なくなったため.実験計測は平成28年4月に実施する予定.平成27年度において雇用する大学院生へ支払う謝金に充当する.
脳神経細胞死誘因物質の分子生物学的研究

脳細胞の死はいわゆるプログラムされたもの(apoptosis)と条件死がある。血管機能の異常にもとずく変化として酸素欠乏や栄養欠損があるが、これ以外にも各種成長因子の低下もしくはそれらのレセプター異常も重要な因子である。われわれは、ラット脳神経の初代培養において神経細胞の密度も1つの因子であることを見いだした。このことは、脳に由来する未来の因子が低密度の神経細胞能勢依存に作用しているとの作業仮説をたてて脳組織に存在する新しい神経細胞維持因子を探索しようとしている。用いて方法としては、ラット胎仔脳(18日齢)の初代培養にラット脳及び牛脳ホモジェネートを加える。4日間の培養後、MTTキット(Dojin)をもちいて細胞生存率を求める。脳ホモジェネートはさらに、遠心操作、硫安分画、ガラムクロマトグラフィーによる分画操作を実施した。いまだ研究は完了していないが、われわれが観察している活性因子はCMセルロースでの溶出条件の違いから既知のBDNFとは異なることが示唆された。この因子は遠心上清に回収され、pH5.5の酸性処理によって遠心上清に残る点ではこれまで知られている成長因子とよく似た性質があると推察される。また、同因子は30-50%の硫安分画にあることから、basic FGFとも異なることがわかる。DEAEセファロースでは0.2MNaClにて溶出されることから酸性タンパクであると結論した。現在、生理的条件下におけるグル濾過をすることによって、おおよその分子量を決定しつつある。