hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高ダイナミックレンジ画像の効率的な伝送基盤となる汎用圧縮符号化

従来画像に比べ多くの詳細情報を保持する高ダイナミックレンジ(HDR)画像は,物体検出や物体追跡,傷検出など多くの分野での活躍が期待されている.しかし,それらの精度向上と高効率伝送を両立する多層HDR符号化技術は確立されていない.本研究では,逆処理可能な処理を基にSIFTによる特徴点の追跡精度を向上させるトーンマッピング技術を実現した.この技術の逆処理可能な特性を用いて複数の効果を切り替え,物体検出や物体追跡に対して有効なトーンマッピング画像を選択的に復号可能かつ高効率伝送可能な多層HDR符号化技術を実現した.従来画像に比べ多くの詳細情報を保持する高ダイナミックレンジ(HDR)画像は,物体検出や物体追跡,傷検出など多くの分野での活躍が期待されている.しかし,それらの精度向上と高効率伝送を両立する多層HDR符号化技術は確立されていない.本研究では,逆処理可能な処理を基にSIFTによる特徴点の追跡精度を向上させるトーンマッピング技術を実現した.この技術の逆処理可能な特性を用いて複数の効果を切り替え,物体検出や物体追跡に対して有効なトーンマッピング画像を選択的に復号可能かつ高効率伝送可能な多層HDR符号化技術を実現した.24年度の研究実施計画では複数のトーンマッピング効果を実現する効率の良い二層符号化の実現を目的としたが,予定していたHDRカメラの納品が大幅に遅れたため,当該年度では,本来25年度に実施予定であったトーンマッピング効果に対するスケーラビリティを持つ多層符号化を目的とし,二種類のトーンマッピング効果を切替可能な二層符号化技術を実現した.実現したトーンマッピング効果は,物体のテクスチャなどのみを平滑化するエッジ保存型平滑化効果を持つトーンマッピングと物体のテクスチャなどを強調し視認性を向上させる詳細強調効果を持つトーンマッピングの二種類である.前述のエッジ保存型平滑化効果を持つトーンマッピング結果は,オブジェクトの輪郭のみが残るため,HOG特徴量などを用いた物体認識などに対して有効となる.また一方で,後述の詳細強調効果を持つトーンマッピング結果は微細な特徴を可視化出来るため,SIFTなどを用いた物体追跡の精度向上に役立つ.当該年度の研究で,本手法の詳細強調効果によりSIFTによる弱特徴物体の追跡精度が向上することを示した.本手法では多重スケールを用いてコントラスト制御を行うことで,これら二種類のトーンマッピング効果を高ダイナミックレンジ画像の復号過程で切替できる.つまり,本手法はHOG特徴量などによる物体認識で物体を認識し,認識した物体内の詳細を基にSIFTなどによる物体追跡を行うシステムにおいて最適な符号化手法となる.本手法は,従来の画像に比べダイナミックレンジおよび分解能において高品質な高ダイナミックレンジ画像を既存の物体認識や物体追跡の技術およびデバイスに対して最適化することで,新たな技術やデバイスの開発なしに物体認識や物体追跡精度の向上をソフトウェア側で実現できる.以上のように24年度の研究成果はこれまでの物体認識や物体追跡の精度を大幅に向上させるものとなった.平成24年度では高ダイナミックレンジ画像が持つ物体のわずかな詳細情報を利用し,物体認識や物体追跡の精度を向上させる技術を開拓した.平成25年度ではさらに,広いダイナミックレンジと詳細情報が必要となる円筒形金属部品の傷検知技術を実現した.円筒形金属部品は照明光に対する反射面の角度が急激に変化し,部品表面全ての詳細情報を保持するために高ダイナミックレンジ技術が必要となる.ただし,傷検知分野では傷の深さによる判定など,より厳密な精度が求められる.そこで,判定面の角度変化によって生じる微細変化から傷の深さを推定する技術を開拓した.角度を変えた判定面のサンプルは,円筒形金属部品を回転させて全周を撮影する際に得られる.これまで円筒形金属部品の傷検知はレーザー光を用いて検査されてきたが,本技術では通常光源での傷検知を実現した.これは疑わしい判定面の追跡技術と組み合わせることで,エリアカメラを用いた大量の部品の高速判定システムを実現する可能性を示している.物体認識や物体追跡において色は重要な要素となり得る.これまでにもHOG特徴量に色ヒストグラムを追加したCS-HOGなどが提案されている.しかしこれまでは,従来の特徴量と色特徴量が別々に扱われ,特徴量の次元数を増加させていた.従来の特徴量の中に色特徴量を含めることができれば,次元数を増加させずにこれまでの物体認識アルゴリズムを色特徴を考慮したものに拡張できる.そこで,画像内の全体整合性を保ったグレースケール化技術を実現した.これにより,この応用で前述の色特徴量を考慮した物体認識アルゴリズムが実現できる可能性を示した.当初研究目的である複数のトーンマッピング効果を実現する効率の良い二層符号化の実現については,HDRカメラの販売メーカ(Institute fur Mikroelektronik Stuttgart社)からの連絡が大幅に遅れ,納品が24年度末まで伸び,予定していたHDRカメラでのサンプルデータが取得できなかったため,先に一眼レフにより撮影された多重露光画像を用いて作成したHDR画像および多くの論文で用いられているHDR画像をサンプルデータとして用いて実現できる,トーンマッピング効果に対するスケーラビリティを持つ多層符号化について研究を進めた.この研究では二種類のトーンマッピング効果を切替可能な二層符号化を実現し,それらのサンプルデータにおいて従来法と比較した際の有効性が認められた.HDRカメラで撮影されたHDR画像群での検証は不十分であるため,今後その検証も必要となるが,トーンマッピング効果に対するスケーラビリティを持つ多層符号化の骨子が出来上がっているため,今後の研究スピードは早くなるものと考えるが,現時点ではやや遅れていると判断する.25年度が最終年度であるため、記入しない。

HDRカメラにより撮影するサンプルデータ以外については取得できているので,25年度初旬よりHDRカメラによるサンプルデータの取得,およびそれを含めたサンプルデータを用いて複数のトーンマッピング効果を実現する効率の良い二層符号化の実現を目指す.25年度中旬よりトーンマッピング効果に対するスケーラビリティを持つ多層符号化手法として提案した二種類のトーンマッピング効果を切替可能な二層符号化手法のHDRカメラによるサンプルデータへの有効性の検証を行う.また,提案している二層符号化において切替可能なトーンマッピング効果自体の精度向上を目指す.提案している二層符号化手法は従来では複数回に分けて符号化し,送信しなければならなかった複数のトーンマッピング結果を一度の伝送過程において得られる点が利点であるが,得られるトーンマッピング結果は従来のトーンマッピング手法による結果と同等の性能となる.そこで25年度の研究では対象アプリケーションを物体認識および物体追跡に限定し,それらに対して最適なトーンマッピング効果に調節することで,産業的利用を見据えたより現実的な手法の実現を目指す.25年度が最終年度であるため、記入しない。
MMP活性を抑制する金属ナノ粒子添加レジン材料の開発

金属ナノ粒子の歯科用接着性レジンの添加物としての応用の可能性を調べるため、ナノ粒子のMMP阻害作用(MMP assay)と細胞毒性(WST-8, LDH)を評価した。また、ナノ粒子をレジン材料に添加した場合の物性の変化を熱機械分析装置で評価した。多くのナノ粒子は、比較的低濃度で、MMP活性を阻害した。ナノ粒子がMMPの活性中心である亜鉛イオンとキレート結合してMMP活性を阻害する。レジンにナノ粒子を添加することにより物性は上昇した。ナノ粒子はMMP阻害作用があり、レジンの物性を向上させるが、一部の金属ナノ粒子(金ナノ粒子など)は細胞毒性を有しないため歯科臨床応用に魅力的な材料である。近年,レジン・象牙質接着界面の劣化に関与する因子としてMMP (matrix metalloproteinase)の存在が指摘されている.MMPは,樹脂含浸層内のコラーゲン線維の加水分解を誘発し劣化を促進することが明らかとなっている.そのため,接着界面の長期耐久性向上を目的に,生体安全性の高いMMP阻害剤を模索する研究が数多く行われている.ナノ粒子は,その表面効果により全く新しい機能を発現する可能性があり,歯科材料への応用が期待されている.しかし、歯科臨床応用のためんには、高い生体安全性が必要である。そこで,本研究では,金および白金ナノ粒子(PVPを表面被覆材とする)のMMP活性抑制効果とマクロファージ様細胞(RAW264)や線維芽細胞(L929)に与える影響(細胞毒性および遺伝毒性)を評価し、実用化の可能性を評価した.MMP活性の抑制はナノ粒子を被覆するPVPの官能基がMMPの酵素活性部位のZn2+と配位結合することにより起こっていると考えられる.一方,細胞毒性の発現は,コアメタルの細胞ライソゾーム内でのイオン化に起因するミトコンドリア内での活性酸素種(ROS)の過剰生成によると考えられ,細胞内にでより変化しやすい白金ナノ粒子でより強く生じるものと推測される.しかし金ナノ粒子は細胞毒性を示さず,比較的低濃度にてMMP活性を抑制することが可能であった。さらに、核障害や遺伝毒性なども有さないことから、MMP阻害剤として各種歯科材料に応用する上で有用であることが示唆された.(研究目的)本研究は、レジン系材料の長期接着耐久性のさらなる向上を目指して、ヒト象牙質基質由来MMP活性を抑制する金属ナノ粒子添加レジン材料の開発を目的とする。(研究結果および考察)各種ナノ金属粒子(Au, AgおよびPt)は、MMP活性(MMP-1, 2, 8および9)を阻害することが判明した(MMPアッセイおよびザイモグラフィーによる)。これは、コアメタルを被覆するポリマー内の官能基がMMPの活性中心に結合することに起こると推測される。また、マクロファージ様細胞(RAW264)および線維芽細胞(L929)を用いた細胞毒性試験において、金ナノ粒子においては細胞毒性を有しない性質を同時に持っていた(WST-8およびLDR releaseアッセイによる)。しかし、銀および白金粒子においては明らかな細胞毒性を有する。この細胞毒性の発現は、ナノ粒子のコアメタルの組成に起因ちている。細胞内ライソゾームで分解産物を作りずらい金で、毒性の発現が起こらなかったと考えられる。細胞毒性を有しなく、有効にMMP活性を阻害する機能は、抗ガン剤を含む各種歯科・医科材料として有益であると考えられる。ナノ金属粒子とMMP活性の阻害機序の不明な点について、これから研究を継続していく予定である。科研の目標をほぼ達成した。あとは臨床応用した場合の、成績評価が必要であると考えられる。種々の金属ナノ粒子でMMP作用の抑制(MMP-1, 8, 9など)が確認された。抑制効果の発現は、MMPアッセイキットとゼラチンザイモグラフィーの双方を使用して確認した。さらに、その効果は、ナノ粒子の粒径が小さいほど大きくなることが明らかとなった。これは、ナノ材料の特徴である表面効果が大きく関係している。マウスRAWおよびL929細胞などを使用して細胞毒性(WST-8およびLDH release assay)および遺伝毒性(小核分析、変形核分析およびコメットアッセイ)の発現を調査した。その結果、銀および銅ナノ粒子を用いた場合、MMP作用を抑制するが、細胞毒性を発現してしまう。これは臨床上、好ましくないが、金ナノ粒子や一部の白金ナノ粒子では毒性は発現しない。これは、MMPの抑制は粒子のコーティング剤(ポリマーなど)が関係するが、毒性の発現は、コアメタルが関係するため、コーティング剤とコアメタルを選択することにより毒性を発現しない、MMP抑制剤の開発が可能となる。しかし、リアルタイムPCRなどで種々の反応を精査すると、毒性および遺伝毒性を発現しない場合においても、炎症反応(IL-1, 6および8など)などが確認できるために、さらに調査が必要である。さらに、それらナノ粒子をアクリルレジン(Bis-GMA, TEGDMAおよびHEMAなど)に添加して種々の物性を評価した場合、圧縮強さの向上などの機能の向上が確認された。一部、コーティング剤が重合阻害剤となりポリマーの重合を阻害したが、多くのものは正常に機能した。以上の実験結果から、金属ナノ粒子のMMP阻害剤としての歯科的応用は有効であることが示唆された。

また、ナノ粒子をレジン材料に添加した場合の物性の変化を熱機械分析装置で評価した。多くのナノ粒子は、比較的低濃度で、MMP活性を阻害した。ナノ粒子がMMPの活性中心である亜鉛イオンとキレート結合してMMP活性を阻害する。レジンにナノ粒子を添加することにより物性は上昇した。ナノ粒子はMMP阻害作用があり、レジンの物性を向上させるが、一部の金属ナノ粒子(金ナノ粒子など)は細胞毒性を有しないため歯科臨床応用に魅力的な材料である。金ナノ粒子は効率よくMMPsを抑制し、細胞毒性もほとんど有さないため、実用化が可能であると考えられる。動物実験などで一連の有効性(ナノ金属粒子のMMP活性阻害)を確認する。歯科理工学種々の粒子で同様の効果の有無を確認し、さらに粒子径とMMPの抑制作用の効果を検討する。また、MMP活性抑制のメカニズムを精査する。
発展途上国の技術的基盤整備のためのソフトシステムズアプロ-チの適用

本研究は、実質的に平成2年度科学研究費補助金重点領域研究「高度技術社会のパ-スペクティブ」公募研究23「発展途上国における技術移転問題へのソフト系科学技術による経営工学的接近」の継続研究である。本年は、(1)発展途上国への技術援助に関してしばしば深刻な問題になっている、発展途上国の経済発展と自然環境(特に、森林資源など)保護との対立(コンフリクト)を解析するために、(2)ソフトシステムズアプロ-チにおける新しい分析枠組み(学習ゲ-ム分析)を考察し、(3)さらにこれを実際にインドネシアにおける具体的なケ-スを記述するために適用し、併せて理論の有効性の検証も行うことを目的とした。複数の人間が関与し、共通の目標を設定したり定量的な解析が困難な問題状況では、それに関与する人々が多様で、生じる結果に対してさまざまな選好を持っているのが普通で、それに関与する人々は試行錯誤的に行為を繰り返しその過程で状況に関する知識を増やすという学習行動が不可欠となる。このような行動を解析するための一つの枠組みとして学習ゲ-ム分析を提案した。学習ゲ-ム分析は、ハイパ-ゲ-ム分析を基礎に問題状況の理解の変化といったダイナミックな過程をも視野にいれた新しい分析枠組みである。そして、学習ゲ-ム分析は各プレ-ヤ-間に相互作用のない独立な状況認識から始まって、各プレ-ヤ-が次第に問題状況を学習し、互いに理解し相互認識を形成し、ついには通常のゲ-ム状況を共通に認識するようになる一連の過程を記述する。さらに、学習ゲ-ム分析は、プロセスの各ステ-ジでどのような解(合理性)の概念が用いられそれがどのように変化してゆくかをも記述する。以上の学習ゲ-ム分析の枠組みを用いて、インドネシアにおける自然環境保護と開発援助の問題を考察した。すなわち、財政的技術的援助を受ける立場の国(開発途上国)とそれを提供する能力のある(先進国)の選好を想定し、学習ゲ-ム分析の枠組みを用いて、その意識のズレとその解釈およびその変化を明らかにした。
廃羊毛を原料とする吸水性高分子の製造と水に対する特性

廃羊毛の機能性材料としての再資源化を最終目的として,羊毛のサクシニル化による吸水性の付与を検討してきた。本研究では,まず,羊毛繊維を還元的に可溶化したケラテインを用いて均一系でサクシニル化することにより,従来の不均一系での場合より高い付加率(29.6%)のサクシニル化ケラテインを得ることに成功した。このサクシニル化ケラテインを,エチレングリコールジグリシジルエーテル,ソルビトールポリグリシジルエーテル,ジグリセロールポリグリシジルエーテルおよびNKキャタリストAの4種の多官能性エポキシド化合物を用いて架橋化し再び不溶化するための最適条件を検討した。この結果,得られたものの中では,エチレングリコールジグリシジルエーテルで不溶化したサクシニル化ケラテインが最高の吸水性(25g/g)を示した。他方,部分加水分解あるいは還元を施した羊毛繊維を不均一系でサクシニル化した羊毛繊維の吸水量はそれぞれ20g/g,39g/gであり,先の方法より簡便な工程で高い吸水性の羊毛誘導体を得ることができた。部分加水分解/サクシニル化羊毛および還元/サクシニル化羊毛の吸湿性は特に約70%R.H.以上の高湿度条件下で高く,繊維中に含まれる不凍水量も未処理羊毛に比べて著しく多かった。結晶化度は前処理よりもむしろサクシニル化後に大きく減少し,サクシニル化が結晶領域に及んでいることが明らかとなった。得られたサクシニル化羊毛誘導体の吸水性,吸湿性および不凍水量はサクシニル化度に対応して増加しており,それらはサクシニル化によるカルボキシル基の増加に強く影響を受けていることが示唆された。廃羊毛繊維のサクシニル化による吸水性の付与を最終目的として、前処理によるサクシニル化の反応効率の向上と生成物の吸水性の向上を本研究の目的とした。サクシニル化の反応効率を上げるための前処理として、羊毛繊維の還元による可溶化を検討した。この結果、水酸化カリウムでpH11に調整した4%チオグリコール酸水溶液中、30°Cで24時間還元することにより、GPC分析による数平均分子量が15,00016,000の水溶性の還元羊毛を得た。この還元羊毛の水溶液をpH8.0に調整し、無水コハク酸を加えて、均一系でサクシニル化したところ、無水コハク酸の付加率が2040%の還元/サクシニル化ケラチン誘導体を得た。従来の不均一系におけるサクシニル化に比べて、この付加率は著しく高く、反応効率を大きく高めることができた。得られた還元/サクシニル化ケラチン誘導体は水溶性であり、試料中のチオール基が再び空気酸化されて容易に不溶化することもなかったため、ジエポキシド化合物を用いて再度架橋化し不溶化することを試みた。架橋剤としてエチレングリコールジグリシジルエーテルを、触媒としてチオ硫酸ナトリウム水溶液を用いてエタノール中で、種々反応条件を変えて架橋化による不溶化を試みた。この結果、水に不溶であるが、自重の23倍重量の水を吸水するケラチン誘導体を得ることができた。この他、サクシニル化の前処理として塩酸による部分加水分解についても検討した結果、自重の20倍および29倍重量の吸水量を示す部分加水分解/サクシニル化羊毛および同羊毛粉末を得ることができた。サクシニル化による廃羊毛への吸水性の付与を最終目的として、還元および部分加水分解が羊毛のサクシニル化の反応効率とサクシニル化物の水に対する特性に対して及ぼす効果について検討した。

サクシニル化の前に、塩酸で羊毛繊維および羊毛粉末を部分加水分解し遊離のアミノ基を増加させると羊毛の反応性は向上し、サクシニル化のみを施した場合に比べ、高い付加率の羊毛を得ることができた。未処理羊毛繊維の吸水量が4g/g・woolであるのに対し、部分加水分解後サクシニル化した繊維の吸水量は20g/g・wool、同粉末では29g/g・woolであった。これらの試料の吸水量は無水コハク酸の付加率と直線関係にあり、このことは試料の吸水性能がサクシニル化によって導入されたカルボキシル基に大きく依存することを示唆している。2-メルカプトエタノールによる還元処理の効果はさらに大きく、還元後サクシニル化した羊毛繊維の吸水量は最高39g/g・woolであった。これらの処理の吸湿性への効果を検討した結果、部分加水分解あるいは還元処理のみではその効果は認められなかった。一方、これらの前処理とサクシニル化を組み合わせて行った羊毛繊維は、65%R.H.以上の中・高湿度条件下において未処理羊毛より著しく高い水分率を示すことが明らかとなった。さらに、未処理羊毛中に含まれる不凍水量は0.33g/gであったが、部分加水後サクシニル化した羊毛の不凍水量は0.490.57g/gと顕著に増加した。他方、部分加水分解のみの処理でも不凍水量は0.44g/gに増加し、用いた塩酸の濃度の高いほど不凍水量は増加した。
MRIを活用する移植細胞トラッキング技術開発と細胞治療評価システムの構築

安定同位体13Cを含むメチオニンを培養液中に添加することで、13C標識ヒトグリオーマ細胞を得た。マウス皮下に移植した後、7T-MRI装置を用いて撮像した結果、ケミカルシフト画像として13C標識した腫瘍細胞の移植部位が確認できた。また、検出器としてクライオプローブを用いることで大幅な撮像時間短縮が達成できた。本技術は、細胞移植治療の術後評価において、安全性の高い細胞トラッキング技術になると期待される。細胞移植治療の術後評価に有用な安全かつ長期的な細胞トラッキング技術の開発を目的とし、安定同位体・炭素13(13C)を用いた細胞標識法による移植細胞イメージングを行った。前年度の検討により、7テスラ(7T)-MRI装置(Bruker社・BioSpec70/20)によって、積算時間を14時間とすることで13C-ケミカルシフト画像(CSI)を得ることに初めて成功した。平成24年度は、感度の向上を目指し、クライオプローブ(熊本大学薬学部所有)を使ったMRイメージングを行った。以下に、その概要を記す。1.13C-クライオプローブによる13C-MRI撮像環境の整備:ファントムとしてガラス容器に入れた13C標識メチオニン溶液を用い、表面コイルを13C/1Hクライオプローブに換えて13Cシグナル撮像を行った。各種測定モードを検討した結果、13C-CSI法により積算時間20分間で13Cシグナルが取得できた。2.13C-メチオニン標識グリオーマ細胞の皮下移植と13C-MRI撮像:13Cメチオニンで標識したグリオーマ細胞U97をマトリジェルに混ぜてヌードマウス皮下に移植した。2日間飼育して細胞を定着させた後、マウスを移植部位がクライオプローブ直下となるように固定し、CSI法で13C-MR撮像を行った。撮像時間を検討したところ、従来の13C/1H表面コイルで14時間かかっていた13C-シグナル検出が、積算時間15分で達成できた。また、細胞を移植した部位の画像も、13C標識と12C標識ではっきりと区別できた。以上の検討より、13C-メチオニンによって細胞標識を行うことで、2次元画像であるが、MRIによる移植細胞トラッキングが可能であることが示された。細胞移植治療の術後評価に有用な安全かつ長期的な細胞トラッキング技術の開発を目的とし、7テスラ(7T)-MRI装置を活用し、安定同位体13Cを用いた細胞標識法による移植細胞イメージングを行った。その結果、時間はかかったが、明確な13C-MRI画像を得ることに初めて成功した。1.7T-MRI装置による13C-MRI撮像環境の整備:7T-MRI装置(Bruker社BioSpec70/20)による13Cシグナル撮像を13C標識メチオニン溶液を「ファントム」として用いて行った。コイルは、装置付属の13C/1H共用表面コイルを用いた。各種測定モードを検討した結果、13Cケミカルシフトイメージング(CSI)において約1時間の積算を繰り返すことで平面像を取得できた。一方、13Cファストスピンエコーおよび13Cグラージェントエコー法での画像取得はできなかった。2.13Cメチオニン標識グリオーマ細胞の移植と13C-MRI撮像:13Cメチオニンを含む10%FCS, DMEM培地でグリオーマ細胞U98を細胞密度10%から80%になるまで培養した。細胞を回収後、マトリジェルに混ぜてヌードマウス皮下に移植した。2日間飼育することで細胞を定着させた後、移植部位に表面コイルをあてCSIモードで13C-MRI撮像を行った。14時間の積算測定を行った結果、13Cメチオニンで培養した細胞を移植した部位が明確に画像化できた。対照として非ラベル体のメチオニンで培養した細胞では、全くシグナルは観察されなかったことより特異的シグナルであることが確認された。また、13C標識チミジンを取込ませたグリオーマ細胞の調製はチミジンブロックによる増殖抑制のため、測定に必要な細胞数が得られなかった。当初の計画通り、13C標識細胞の調製については、おおむね順調に進んだ。しかし、撮像パラメーターの設定および装置オペレーションに手間取ったためかなりの時間を費やしてしまった。13C標識細胞のMRI撮像ができたことは大きな進展であったが、当初の実験計画を順調に進めるには至らなかった。平成23年度は、1Hに比べてはるかに弱いシグナル故に画像化が不可能と言われていた13Cにおいて、画像取得できることを実証した。しかし、再生医療で実用化できる細胞トラッキングには画像取得時間がかかりすぎる。よって、大幅な測定時間の短縮が必要であり、その実現には表面コイル感度改良が必須と言える。幸いにも熊本大学において、平成24年度に高感度コイルであるクライオプローブの導入が計画されている。そこで、新システムにおけるMRI撮像条件の決定を重要課題と位置づけて本研究を進める。

また、昨年度実行できなかった各種細胞の13C標識についても早い段階で検討を行い、導入率の高い培養条件を確率する。そして、クライオプローブでの撮像条件が確定次第、マウスへの移植と13Cイメージングを行い、本研究課題を完成させる。本研究の目標達成には、使用するコイルの感度上昇がカギといえる。検討過程で、使用するMRI装置にクライオプローブの導入が予定されていることがわかった。そこで、共同研究者である熊本大学・寺沢の平成23年予算を繰り越し、平成24年度との予算と合わせて、クライオプローブの立ち上げ費用として運用する。その他の経費については、当初の計画通りに使用し、本研究の完成を目指す。
アジアの伝統暦法は「異常気象」を予知できるか

伝統暦と気象との関係を明らかにするために、まず2000年から現在までのMODISデータを各地について収集し、植生指数によって経時的環境変化を抽出し、それに数理解析を加えることで季節変化とトレンド変化などを解明する。文献調査・現地調査により、伝統暦における年・月・日の違いを明らかにし、それを植生変化の各時点に一致させる。他に気象に関する各種データや、伝統暦に基づく儀礼情報を収集する。
新世代暗号の安全性を支える困難性仮定の正当性検証技術の開発

情報セキュリティの基幹技術である暗号の安全性は,ある種の数学問題の求解が困難であること(困難性仮定)に支えられている.本研究の目的は,新世代の暗号に対して,その安全性を支える困難性仮定の正当性を検証する技術の開発である.まず困難性仮定を定式化し,正当性検証法を設計・実装した.そして,実際の困難性仮定への適用し,暗号設計者向けに検証ツールを開発した.情報セキュリティの基幹技術である暗号の安全性は,ある種の数学問題の求解が困難であること(困難性仮定)に支えられている.本研究の目的は,Bilinear Group(BG)と呼ばれる数学的構造に基づく新世代の暗号に対して,その安全性を支える困難性仮定の正当性を保証する技術の開発である.現状,困難性仮定の正当性を保証する唯一の方法は,Generic Model(GM)と呼ばれる計算モデルにおいて問題の困難性を証明することである.そのために,以下の4つを達成することを目標としている.(1)困難性仮定の定式化,(2) GMにおける困難性証明の自動生成法,(3)提案法の実装と適用実験による有用性確認,(4)暗号設計者向けツールの開発.平成25年度は,昨年度の(1)の定式化の下で,対象とする困難性仮定を一般的なクラスに拡張し,(2), (3)を実施した.具体的には以下の通りである.(1)対象とするクラスは,k-BDHPなど,パラメータをもつ困難性仮定を新たに含み,従来研究において,正当性証明の具体例や攻撃有無判定・導出が存在しない.(2)対象とするクラスの任意の困難性仮定に対して初めて,正当性証明法と攻撃有無判定・導出法を定式化した.なお,困難性仮定がパラメータをもつ場合,定式化はパラメータに依存した形となる.(3)提案法の実装と適用実験による有用性を確認するため,対象とするクラスの代表例となる困難性仮定に対して攻撃有無判定・導出法を数式処理システムMapleを用いて実装し,適用した.その際,パラメータは近年のセキュリティパラメータに基づき定めた.結果として,いずれの困難性仮定も攻撃が存在しないことを確認でき,GMにおいて正当性が証明できた.情報セキュリティの基幹技術である暗号の安全性は,ある種の数学問題の求解が困難であること(困難性仮定)に支えられている.本研究の目的は, Bilinear Group(BG)と呼ばれる数学的構造に基づく新世代の暗号に対して,その安全性を支える困難性仮定の正当性を保証する技術の開発である.現状,困難性仮定の正当性を保証する唯一の方法は,Generic Model (GM)と呼ばれる計算モデルにおいて問題の困難性を証明することである.平成24年度は,(1)困難性仮定の定式化と共に,困難性仮定の基本的なクラスを中心に,(2) GMにおける困難性証明の自動生成法の設計,(3)提案法の実装と適用実験による有用性確認を行った.具体的には以下の通りである.(1)困難性仮定の定式化:暗号分野の代表的な論文アーカイブCryptologyePrint Archive(ePrintと呼ぶ)と著名で最も難関な国際会議の論文を精査し,BG上の困難性仮定(55個)を抽出した.そして,困難性仮定を定義する際の様式に着目し,3つの属性(対話性,問題サイズの固定性,解の固有性)に基づき定式化した.(2) GMにおける困難性証明の自動生成法の設計:属性の組み合わせに基づき困難性仮定を分類し,正当性証明の定式化と具体例がある困難性仮定を含むクラスを対象とし,その証明に必要不可欠な攻撃有無判定・導出を定式化した.そして,攻撃有無判定・導出が可能となるための十分条件を導出し,攻撃有無判定・導出法を設計した.(3)提案法の実装と適用実験による有用性の確認:提案した攻撃有無判定・導出法を数式処理システムMapleを用いて実装し, (1)で抽出した対象クラスの困難性仮定に適用し1秒以内で攻撃の有無判定・導出することを確認した.情報セキュリティの基幹技術である暗号の安全性は,ある種の数学問題の求解が困難であること(困難性仮定)に支えられている.本研究の目的は, Bilinear Group(BG)と呼ばれる数学的構造に基づく新世代の暗号に対して,その安全性を支える困難性仮定の正当性を保証する技術の開発である.現状,困難性仮定の正当性を保証する唯一の方法は,Generic Model (GM)と呼ばれる計算モデルにおいて問題の困難性を証明することである.そのために,以下の四つを達成することを目標としている.(1)困難性仮定の定式化,(2) GMにおける困難性証明の自動生成法の設計,(3)提案法の実装と適用実験による有用性確認,(4)暗号設計者向けツールの開発.平成26年度は,(4)を中心に行いつつ,困難性仮定の最も一般的なクラスを対象に(2), (3)も行った.(2) GMにおける困難性証明の自動生成法の設計:新世代暗号で用いられているBGには,素数位数と合成数位数の2種類がある.平成26年度は合成数位数のGMの定式化し,定式化したGMにおける正当性証明の具体例を作成した.その際,前年度の知見を活かし,各クラスの任意の困難性仮定に対する正当性証明法と攻撃有無判定・導出の定式化まで一般化した.(3)提案法の実装と適用実験による有用性の確認:提案した攻撃有無判定

・導出法を,数式処理システムを用いて実装した.実装システムは,前年度に開発した,困難性仮定の記述からプログラムを自動生成する実験システムを拡張した形となっており,前年度までのGMに対しても対応しており,汎用性がある.(4)暗号設計者向けツールの開発:ツールとしてPC単体で動くシステムを開発した.検証結果を有効利用できるように,正当性の判定結果に加えて,攻撃や正当性証明の記述を出力するようにしている.情報セキュリティの基幹技術である暗号の安全性は,ある種の数学問題の求解が困難であること(困難性仮定)に支えられている.本研究の目的は,Bilinear Group(BG)と呼ばれる数学的構造に基づく新世代の暗号に対して,その安全性を支える困難性仮定の正当性を保証する技術の開発である.現状,困難性仮定の正当性を保証する唯一の方法は,Generic Model(GM)と呼ばれる計算モデルにおいて問題の困難性を証明することである.そのために,以下の四つを達成することを目標としている.(1)困難性仮定の定式化.(2) GMにおける困難性証明の自動生成法の設計.(3)提案法の実装と適用実験による有用性確認.(4)暗号設計者向けツールの開発.国内で提案したGMにおける困難性証明の自動生成法および試作したツールと同様の方式を,海外の研究者グループが先に国際会議に提案したため,計画を変更し,平成27年度は対象を困難性仮定から新世代暗号そのものに拡張した.具体的には,(1)においては,困難性仮定において困難と仮定する問題のインスタンスジェネレータ,問題を解こうとするアルゴリズムに与えられるオラクル,解の正しさを検証する決定性アルゴリズムをそれぞれ,新世代暗号のインスタンスジェネレータ(すなわち,鍵生成,暗号化・復号あるいは署名・検証),攻撃者に与えられるオラクル,攻撃者の成功を検証する決定性アルゴリズムに拡張した.そして,(2)では“安全性"証明の自動生成法を考案し,(3)と(4)では数式処理システムによってツールとして実装し,攻撃が発見されている方式と安全であることが証明されている方式の両方に適用し,有効性を確認した.情報セキュリティの基幹技術である暗号の安全性は,ある種の数学問題の求解が困難であること(困難性仮定)に支えられている.本研究の目的は,新世代の暗号に対して,その安全性を支える困難性仮定の正当性を検証する技術の開発である.まず困難性仮定を定式化し,正当性検証法を設計・実装した.そして,実際の困難性仮定への適用し,暗号設計者向けに検証ツールを開発した.平成26年度に,国内で提案した困難性仮定の正当性検証方式を,国際会議に投稿すると共に,論文誌に投稿し,データベース化をする予定であったが,海外の研究者グループが同様の方式を先に提案したため,計画を変更し,対象をさらに拡張した上で(困難性仮定のさらに広いクラスと新世代暗号そのものを対象とする),次年度に国際会議と論文誌に投稿し,データベース化することとしたため,進捗に遅延が生じた.情報セキュリティ平成26年度に拡張した対象(新世代暗号)について,(1)定式化を完了したため,平成27年度の前半に(2) GMにおける安全性証明の自動生成法の設計,(3)提案法の実装と適用実験による有用性確認,(4)暗号設計者向けツールの開発を,前年度までの知見と成果物を活かして実施する.それと並行して,国際会議と論文誌への投稿、データベース化を行い,速やかな成果の創出を目指す.平成25年度に予定していた(2), (3)のうち,
ネガティブ・キャンペーンが受け手の政治参加に及ぼす効果

本年度は主として1998年7月におこなわれた参議院議員選挙の政党広告について研究をおこなった。今回の参議員選挙では,政党のメディア・キャンペーンは盛んであったが,ポジティブなキャンペーンが多くを占め,ネガティブ・キャンペーンはほとんどおこなわれなかった。新聞には告示以前の6月初旬から出稿が継続的になされたが,1996年の総選挙で自民党が試みたような明示的なネガティブ・キャンペーンはおこなわれず,ネガディブな点が強調されたのは,民主党が投票日の2日前におこなった「橋龍政権でこうなる」と「民主党政権ここが変わった」という比較広告のみであった。これらの政党広告について大学生を対象としたフォーカス・グループインタビューを試みた。民主党がおこなった比較広告については,相手を非難している点については,特に抵抗もなく,また政治参加への抑制をもたらすことはないようだった。ただ,週刊誌の体裁をとっていること自体が広告の信頼性を低める可能性があること,つまり嘘っぽさ,やぼったさが強調され,それがさらに政党の主張ということで増幅される危険性が指摘された。一方,よく読めば分かるとの評価もあった。また他の政党を含め,広告として見た場合についての評価について質問したところ,自由党の広告が高い評価を得ていた。次いで,自民党,民主党という順であった。若者の政治離れという指摘は常にあるが,今回の参議院選挙に限るならばネガティブ・キャンペーンがそれを加速したということはない。ただ,キャンペーンにさらに工夫をしないと,通常の商品広告に親しんでいる若者を政治に引きつけることもまた難しいのである。本研究ではまず文献レビューをおこなった。アメリカではネガティブな政治広告の効果についての研究が数多くおこなわれているが,その結果は必ずしも一貫していなかった。本研究の主要な目的は,実験によりネガティブな政治広告の効果,中でも認知的な効果を検証することである。研究においては,自民党をスポンサーと仮定し,自党のよさを主張するポジティブな広告と新進党に対して非難をおこなうネガティブな広告をできるだけ類似のコンセプトと映像パターンをもつように作成した。そして,既存の選挙制度についてのニュースフィルムを編集し,その合間に今回作成したポジティブな政治広告とネガティブな政治広告およびその他の商品広告を含め,全体で10分程度の映像を作成した。被験者は大学生97名。新しい選挙制度に関する調査という名目で作成した映像に接してもらい,その後にいくつかの質問に回答をしてもらった。認知的な効果としては,主として広告の印象度について測定をおこなった。結果は,印象度については,繰り返しのあるt検定をおこなったところ,新進党に対するネガティブ広告の印象度が高いという結果が得られた。政治的洗練度による差を検討するために,政治的関心の高低別に分析をおこなったが,関心の低い人に印象的であるという一貫した結果は得られなかった。今回の実験では,具体的な視聴状況に近づける点を優先させたデザインや測定をおこなったが,今後はより厳密な測定やデザインを考慮した実験をおこなう必要がある。
ヒト網膜色素上皮細胞におけるEpstein-Barrウイルス感染についての研究

Epstein-Barrウイルス(EBV)が網膜色素上皮(RPE)に障害をおこす可能性について検討する目的で、RPE由来細胞(K-1034)とEBV産生細胞(B95-8)を混合培養し、ウェスタンブロット法で解析したところ、B95-8細胞を単独で培養した場合と比べEBV抗原発現が増大していた。この結果から、K-1034細胞にEBVが感染する、あるいは、K-1034細胞との接触によりB95-8細胞におけるEBV抗原発現が増大すると考えられる。K-1034細胞にB95-8細胞からのfreevirusを接種したところ、細胞変性効果の誘導は認められず、またPCR法によるウイルスDNA検出でも陽性所見は得られなかった。さらに、ウェスタンブロット法による抗原検索でも、EBV抗原発現は認められなかった。今回用いたK-1034細胞にEBVレセプター(CD21)が存在するか否かをFACSにて検討したが、本細胞にはCD21の存在は認められなかった。これらの結果から、K-1034細胞にEBVが感染するとすれば、K^1034細胞とB95-8細胞の細胞間接触が必要であると考えられる。この際には、従来、レセプターと考えられているCD21を介せずに感染が成立するものと思われる。今後、混合培養で認められたEBV抗原発現の増大がK-1034細胞のEBV感染によるものか否かを解明していく必要がある。抗サイトケラチン抗体を用いて、混合培養内のK-1034細胞を同定し、その細胞におけるEBV抗原発現の有無を抗EBV抗原に対するモノクローナル抗体を用いて確認する予定である。
視床下部において炎症反応を惹起し、摂食異常を誘導する自然免疫シグナルの機能解明

高脂肪食摂餌により誘導される視床下部炎症及びレプチン抵抗性の発症について、TLRシグナル分子TRIFが重要な役割を果たすことを見いだした。In situ hybridization法により、視床下部にTRIFが発現することを確認した。高脂肪食摂餌またはTLR3の内因性リガンドStathminの脳室内投与による視床下部レプチンシグナルの減弱、摂餌量の減少がTRIF KOマウスで改善することを確認した。TLR3 KOマウスではTRIF KOマウスと同等の表現型を示さなかったことから、視床下部炎症やレプチン抵抗性の誘導におけるTRIFの上流は、TLR3以外の分子であることが示唆された。1)視床下部におけるTRIF発現細胞の同定:ISH法を用いて、野生型(WT)マウスの視床下部におけるTRIFの発現を検討した。弱いながらもTRIFの発現を認めた。また、WTマウスに高脂肪食を摂餌させ、視床下部におけるTRIF mRNAの発現が増加するか検討した。普通食マウスとの比較では、明らかな増加は認められなかった。2)炎症反応、レプチン抵抗性を誘導するTRIFシグナル伝達経路の解明:WTマウスと比べて、TRIF KOマウスの視床下部では、高脂肪食摂餌によるレプチン抵抗性が改善していた。3) TRIF上流に位置するTLRと内因性リガンドの同定:高脂肪食を摂餌したTLR3 KOでは、TRIF KOマウスのような摂餌量の減少は認められなかった。また、視床下部でStathminの発現を認めたが、高脂肪食摂餌による変化は認められなかった。ウェスタンブロットでも、視床下部におけるStathminの発現を確認した。・視床下部におけるTRIFの発現を確認した。今後、詳細な解析を行い、発現細胞を同定する。・TRIF KOマウスにおいて、高脂肪食摂餌によるレプチン抵抗性が改善することを確認した。・視床下部の摂食調節において、TLR3はTRIF上流のTLRではない可能性が示唆された。今後、レプチン抵抗性についても同様であるか、解析する。・Stathminが視床下部に発現することを確認した。今後、視床下部においてStathminがTRIFシグナルの内因性リガンドとして機能するか、またTRIFを介してレプチン抵抗性を誘導するか、解析する。1)視床下部におけるTRIF発現細胞の同定:免疫組織染色法を用いて、視床下部におけるTRIF発現細胞の同定を探索した。H28年度は染色条件の検討までで終了したため、発現細胞の同定には至らなかった。次年度に詳細な解析を行う。また、グリオーシスの解析についても遅れが生じたため、次年度に行う。2)炎症反応、レプチン抵抗性を誘導するTRIFシグナル伝達経路の解明:WTマウス及びTRIF KOマウスに高脂肪食を摂餌させ、視床下部におけるJNK及びIκBαのリン酸化がTRIF依存性であることを確認した。3) TRIF上流に位置するTLRと内因性リガンドの同定:リコンビナントStathminをWTマウス及びTRIF KOマウスの脳室内に投与し、TRIF依存性に視床下部におけるTNFα発現上昇、レプチンシグナル阻害(STAT3リン酸化の阻害)が生じることを確認した。・高脂肪食による視床下部の炎症シグナル惹起が、TRIFに依存することを明らかにした。・StathminがTRIFを介して、視床下部炎症及びレプチン抵抗性を誘導することを明らかにした。以上から、StathminはTRIFシグナルの内因性リガンドであることが示唆された。1)視床下部におけるTRIF及びStathmin発現細胞の同定:免疫組織染色法を用いて、視床下部におけるTRIF発現細胞の同定を試みた。しかしシグナルが弱く、同定には至らなかった。今後、免疫組織染色とin situ hybridizationを組み合わせた二重染色で同定を試みる。2) TRIFシグナルによるグリア細胞活性化の解析:WTマウス及びTRIF KOマウスからミクログリアを単離し、Stathminによるミクログリア活性化がTRIF依存性かどうか検討した。Stathmin刺激によるTNF-α発現誘導はWTマウスに比べてTRIF KOマウスで低下をしていたが、完全な低下ではなかった。今後、再現性を検討する予定である。3) TRIF上流に位置するTLRの同定:TRIFを介する視床下部炎症の惹起に、TLR3とTLR4の両者が関与すると仮説を立て、両者のダブルKOマウスの作製に着手した。TLR3/4ダブルKOマウスの作製に成功し、現在高脂肪食を摂餌させている状況である。今後、視床下部炎症の程度について、WTマウス、TLR3 KOマウス、TLR4 KOマウスと比較検討する予定である。平成28年度の研究実施計画

1)視床下部におけるTRIF発現細胞の同定:(a)免疫組織染色法を用いて、視床下部におけるTRIF発現細胞を探索する。(b)高脂肪食によって誘導されるグリオーシスがTRIF依存性かどうか、WTマウス及びTRIF KOマウスの視床下部を採取し、比較解析する。2)炎症反応、レプチン抵抗性を誘導するTRIFシグナル伝達経路の解明:視床下部における高脂肪食誘導性のJNK及びIκBαのリン酸化を、WTマウス及びTRIF KOマウスを用いて、比較解析する。3) TRIF上流に位置するTLRと内因性リガンドの同定:リコンビナントStathminをWTマウス及びTRIF KOマウスの脳室内に投与し、TRIF依存性に視床下部炎症及びレプチン抵抗性が誘導されるか、解析する。平成29年度の研究実施計画1)視床下部におけるTRIF及びStathmin発現細胞の同定:免疫組織染色法を用いて、視床下部におけるTRIF発現細胞及びStathmin発現細胞を同定する。普通食摂餌WTマウスと高脂肪食摂餌WTマウスを比較検討する。2) TRIFシグナルによるグリア細胞活性化の解析:高脂肪食により誘導される視床下部のグリオーシスがTRIFに依存するかどうか、組織染色で解析する。また、WTマウス及びTRIF KOマウスからミクログリアを単離し、ミクログリアがStathminによって活性化されるかどうか、またその活性化がTRIFに依存するかどうかをin vitroで解析する。3) TRIF上流に位置するTLRの同定:TRIFを介する視床下部炎症の惹起に、TLR3とTLR4の両者が関与することを考え、TLR3/4 double KOマウスを作製し、解析する。免疫学遺伝子改変マウスの繁殖の遅れにより、実験計画に若干の遅滞が生じた。そのため、コントロールの野生型マウスを購入する費用が、次年度使用額として生じた。免疫組織染色法による解析に遅れを生じ、実験計画に遅滞が生じた。遅滞が生じた分の消耗品費として、次年度使用額が生じた。次年度に、遺伝子改変マウスの繁殖が上手くいった際には、コントロールの野生型マウスを購入する費用に使用する。次年度に免疫組織染色法による解析を用いて、視床下部におけるTRIFの発現、Stathminの発現を検討する。
ナノスケールでのダイヤモンド工具の形状及び強度に関する研究

以前の研究より、ダイヤモンド表面をナノスケールで見ると、(111)面を表面とする微細構造を持つことがわかっている。そこで、今回は(111)面を表面に持つビッカース型のダイヤモンド圧子の原子モデルを用い、その形状および強度について解析を行なった。解析はTersoffポテンシャルを用いた分子動力学法により行なった。まず、ダイヤモンドの温度300[K]に固定し、緩和を行なった。その結果、ダイヤモンド表面の原子は再構成せず、(111)面のままであり、鋭い先端を保つことがわかった。また、表面張力によりダイヤモンド表面は凹面に反り、先端がわずかに鋭くなった。これより、ナノスケールで見たダイヤモンドは非常に鋭い先端を持つことがわかった。次にこのダイヤモンド圧子を用い、シリコンのナノスケールインデンテーション、および、単粒加工を行ないその強度について調べた。インデンテーションでは、ダイヤモンド結晶中には50[GPa]を越える大きな圧縮応力が生じたが、大きな引張応力は存在せず、ダイヤモンドの変形は弾性変形のみであった。さらに、ダイヤモンド圧子をシリコン譚結晶に押し込んだ後、圧子を横に動かし、単粒加工を行なった。このとき、100[GPa]を越える引張応力が存在したが、クラックが生じたり、原子が離脱するというようなことは起こらず、圧子は鋭い先端を保ったままであった。以上のことから、ダイヤモンドをナノスケールで見た場合、非常に鋭く強い先端を持つことがわかった。
自然界の有用環状含硫化合物のC-S結合と開裂反応に関連の酵素類の構造と機能解析

自然界に存在する重要な環状含硫化合物のC-S結合関連の好熱性酵素系酵素に関して構造と機能の解析を世界で初めて行った。酵素類としてはC-S結合の形成に至る酵素系の例としてビオチン生合成系の第1段階反応を触媒する酵素KAPA合成酵素(BioF)、またC-S結合の開裂に関連の酵素系の例として石油中の大気汚染物質であるジベンゾチオフェン(DBT)脱硫酵素系の第1及び第2段階反応を触媒する酵素DBTモノオキシゲナーゼ(BdsC)を対象とした。前者については常温菌のBioFよりも有用な温度特性、基質特異性の機能が優れていること、また後者については新規反応の触媒機能を見いだした。本研究では、炭素-硫黄(C-S)結合の形成反応と開裂反応に関連の一連の酵素類の構造と機能解析を行うことによって、環状含硫化合物のC-S結合に関連の酵素類に関する世界で初めてのライブラリーを構築する。構築されたライブラリーは将来、自然界で重要な役割を演ずる有用な環状含硫化合物の微生物代謝や環境浄化などの応用的研究に有用な基本情報と技術を提供するライブラリーとなることを本研究の目的とする。具体的な酵素類としてはC-S結合の形成に至る酵素系の例として、今まで全く報告がない好熱性微生物のBio酵素類(ビオチン生合成系酵素類)を、一方C-S結合の開裂反応に至る酵素系の例としてDsz酵素類(DBT脱硫代謝系の酵素類)を対象とする。今年度は、Bio酵素類に関しては、バイオインフォマティクスの手法から,各種好熱菌の遺伝子配列データベースより大腸菌のbioFと相同性の高い遺伝子を検索した結果、すでに見いだしている高度好熱菌Thermus thermophilus以外にビオチン生合成系酵素を持つと推定される好熱菌を5種見出した。そこで今年度はBioFについて,これらのゲノムからbioFホモログ遺伝子をクローニングし,組換え酵素を調製した。一方、Dsz酵素類については、DszCがインドールからインジゴ誘導体を合成する新しい有用な機能(基質特異性)を見いだした。今年度は、昨年度バイオインフォマティクスの手法から各種好熱菌由来のbioF刃ホモログ遺伝子を見いだしたので、これらのbioFホモログ遺伝子をクローニングし,高発現させた5種類の組換え酵素を調製した。その結果、これら5種類とも大腸菌と同じBioF反応を行うことを実証できた。これはビオチン生合成酵素の画期的な新しい知見である。一方、Dsz酵素類については、有用性の高いDszCの新たな基質を見いだすべく、昨年度Sを含まない基質として用いたインドール以外にもからインドリン及びフェノキ坑ジンの基質としての反応性について検討した結果、これらの化合物にも反応するというDszCの応用的に新しい有用な機能(基質特異性)を見いだした。今年度の具体的な酵素類としてはC-S結合の形成に至る酵素系の例として、今まで全く報告がない好熱性微生物のBio酵素類(ビオチン生合成系酵素類)を対象とした。今年度は、前年度までにバイオインフォマティクスの手法で世界で初めて見いだした好熱菌のビオチン生合成系bioF遺伝子ホモログの組換えBioF酵素ホモログの特性を解明した。その結果、5種類の好熱菌Aquifex aeolicus VF5, Clostridium thermocellum ATCC27405, Geobacillus kaustophilus JCM12893, Symbiobacterium thermophilum IAM14863,及びThemosynecoccus elongatus BP-1のbioF遺伝子ホモログを大量発現させた。

その組換え酵素AqBioF, CltBioF, GkBioF, SytBioF,及びTseBioFを単一に精製したのち、これらのBioFの酵素科学的特性を解明し、温度特性に関して予想以上に常温菌のBioFよりも高い熱安定性と高い至適温度を示すことを明らかにした。これらのデータはα-オキソアミンシンターゼ系酵素として初めての酵素であることを示すことができた。また実用的酵素の特性として重要な基質特異性に関しても、今までα-オキソアミンシンターゼ系酵素では報告のない広い基質特異性を示すBioF酵素の存在を明らかにすることができた。
心筋線維化における興奮収縮連関の多階層形態機能解析

病態時には心筋が線維化し収縮不全に至ることが知られている。これまでの研究で心筋線維化に伴う興奮収縮連関に関する様々な問題が明らかにされてきた。しかし、心臓への圧負荷・伸展負荷による心筋線維化の統合的な興奮収縮連関への影響については未だ十分に明らかになっていない。研究代表者はこれまで興奮収縮連関のメカニズム、特に細胞内Ca2+調節機構と収縮の関連について主に研究を進めてきた。本研究では心筋線維化が興奮収縮連関の各プロセスに対してどのような影響を与えているのかを調べ、最終的に心臓からの血液の拍出に対する心筋線維化の原因・影響を多階層的に解明すると共に新規治療法の創出を目的とする。これまで右室肥大心筋を用いた一連の研究で、肥大線維化心筋を起こすグループと肥大のみで非線維化心筋グループに明確に分類できることを報告してきた。線維化を伴った肥大心筋では乳頭筋発生張力が減弱しており、介在板の消失、細胞間情報伝達蛋白であるコネキシン43の発現が減弱も認められた。一方で細胞内Caトランジェントは線維化を伴う肥大心筋では増大していることも明らかになった。生化学的検索を行ったところ、線維化を伴う肥大心筋では、非線維化肥大心筋と比べ、Ca関連蛋白のmRNA発現減少が認められた。さらに線維化を伴った肥大心筋で活動電位持続時間が著しく延長することも明らかになった。網羅的検索を目的として、DNAアレイを行ったところ、線維化を伴った肥大心筋ではFGF-23とNCAM1が非線維化心筋に比べ増大していることが明らかになった。以上のことから、肥大心筋に線維化が発生すると張力は減弱し、細胞間情報伝達機構の破綻が張力減弱の原因の一部であることが示唆された。また線維化発症のメカニズムにFGF-23とNCAM1が関与している可能性が示唆された。24年度が最終年度であるため、記入しない。肥大のみのグループでは乳頭筋発生張力が保持されているが、線維化を伴ったグループでは乳頭筋発生張力が減弱していた。線維化を伴った心筋では、組織学的マッソン染色切片において介在板の消失が認められた。さらに免疫組織学的染色では介在板に存在する細胞間情報伝達蛋白であるコネキシン43の発現が減弱していた。以上のことから、肥大心筋に線維化がなければ張力は保持されるが、肥大心筋に線維化が発生すると張力が減弱することが明らかになった。線維化に伴う張力減弱のメカニズムは、少なくともその一部は、細胞間情報伝達機構の破綻により起こることが示唆された。今後は、線維化発生メカニズムについて、詳細に検討する予定である。

網羅的検索を目的として、DNAアレイを行ったところ、線維化を伴った肥大心筋ではFGF-23とNCAM1が非線維化心筋に比べ増大していることが明らかになった。以上のことから、肥大心筋に線維化が発生すると張力は減弱し、細胞間情報伝達機構の破綻が張力減弱の原因の一部であることが示唆された。また線維化発症のメカニズムにFGF-23とNCAM1が関与している可能性が示唆された。24年度が最終年度であるため、記入しない。線維化心筋では肥大関連因子の消失が明らかになったため、より詳細な再実験と検討を実施する必要が生じた。追加実験を施行する。モデル動物を再度作成し、生理学的データと生化学的データならびに形態学的データを一連のモデル動物から系統的に解析する。さらに網羅的検索を行うことで、線維化心筋での肥大関連因子の役割を明らかにする。