hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
SBHS鋼を用いた鋼橋の塑性域での挙動解明による安全性確保と耐震設計に関する研究

SBHS鋼の材料試験を実施したところ,SBHS鋼は従来鋼と較べ降伏比が高く,材料としての変形能が小さくなることが確認された.この材料試験結果に基づき,SBHS鋼の三曲面モデルのパラメータ同定を行った.次に,実構造の約1/10程度の橋脚供試体を製作し水平1方向繰り返し載荷実験を行った.供試体には,無充填橋脚とCFT橋脚を用いた.実験では,マクロ的な挙動である変位や荷重の計測に加え,柱基部のき裂発生の観察および局所的なひずみ状態を把握した.そして,実験との比較から,SBHS鋼による橋脚の解析への三曲面モデルの適用性を検討した.まず,SBHS鋼の塑性時の挙動を把握するための材料試験を実施した.通常の単調引張試験に加えて,繰り返し挙動を把握するため圧縮引張の交番載荷を行った.ここでは,圧縮時の座屈変形を防止する側方変形拘束装置を独自に付加したMTS社製疲労験機により,引張および圧縮の大変形の繰り返しをひずみ制御で与えた.その結果,SBHS鋼は従来鋼と較べ降伏比が高く,材料としての変形能が小さくなることが確認された.次に,材料試験結果に基づき,SBHS鋼の三曲面モデルのパラメータ同定を行った.高精度な材料構成則である三曲面モデルのパラメータを同定する.SBHS鋼の繰り返し挙動特性は従来鋼と異なるために,個々のパラメータの物理的意味を考慮した従来の同定法では材料試験結果とのかい離があったため,実験挙動を再現するパラメータの組み合わせを数値的に最適化を行い同定を行った.さらに,平板の疲労試験を実施した.その結果,従来鋼と比べて早期に破断が生じるケースが見られた.このケースでは,通常の単調引張り試験結果ように断面が絞られたいわゆる延性破壊現象と考えられ,より検討が必要と考えられる.また,研究を進めていく過程で,溶接による強度変化が重要な影響を与えてるのではないかという着想に至り,材料試験片に種々の加熱・冷却を加えたのちに引張試験を実施しその影響を確認した.その結果,9800度程度の高温に加熱後急冷すると急激に強度上昇がみられる一方,それ以下の温度あるいは徐冷の場合には大きな影響が出にくいことが確認された.材料試験およびそのモデルの同定までは予定に従って順調に推移している.疲労試験については,平板の試験については終了したものの,接合部の疲労試験については次年度へ持ち越しとなっている.これは,研究を進めていた過程において,溶接による熱影響による強度変化が大きいのではないかという検討が必要との判断に至り,熱影響の検討を現在進めているためである.まず,鋼製橋脚の繰り返し載荷実験を実施した.地震時に塑性履歴を受ける構造物としてSBHS鋼による橋脚を取り上げ,実構造の約1/10程度の供試体を製作し水平1方向繰り返した.比較のために,供試体には,繰り返し載荷下のピーク荷重以降に局部座屈が大きく進展して顕著な強度低下が生じる無充填橋脚とピーク荷重以降の強度低下が小さく変形能に優れるが,基部での低サイクル疲労き裂の発生により終局を迎えるCFT橋脚を用意した.マクロ的な挙動である変位や荷重に加え,柱基部においてひずみゲージによる計測を行い,き裂発生との関係性の高い局所的な多軸の応力・ひずみ状態を把握した.また,供試体周囲にデジタルカメラを複数台設置し,き裂の進展状況の確認を行った.つぎに,再現解析による解析モデルの精度向上を図った.昨年度材料試験に基づき同定した三曲面モデルを用いて,橋脚供試体の載荷実験を再現する高精度FEモデルを構築し,実験による履歴挙動や変形形状との比較から,SBHS鋼による橋脚の解析への三曲面モデルの適用性を検討した.また,き裂発生予測式の説明変数として,相当塑性ひずみ,応力3軸度およびを取り上げ,実験のき裂発生状況と比較することで,これらの値によるき裂発生予測の可能性を検証した.SBHS鋼の材料試験を実施したところ,SBHS鋼は従来鋼と較べ降伏比が高く,材料としての変形能が小さくなることが確認された.この材料試験結果に基づき,SBHS鋼の三曲面モデルのパラメータ同定を行った.次に,実構造の約1/10程度の橋脚供試体を製作し水平1方向繰り返し載荷実験を行った.供試体には,無充填橋脚とCFT橋脚を用いた.実験では,マクロ的な挙動である変位や荷重の計測に加え,柱基部のき裂発生の観察および局所的なひずみ状態を把握した.そして,実験との比較から,SBHS鋼による橋脚の解析への三曲面モデルの適用性を検討した.平成29年度においては,溶接の熱影響について検討を加えるとともに,溶接接合部での疲労についても併せて検討することで,平成28年度予定していた項目についてまず実施を行う.また,それと並行して,構造としての繰り返し挙動を明らかと鋼製橋脚供試体を用いた繰り返し載荷実験を実施する.これらを踏まえ,平成28年度に構築した解析モデルの妥当性を検証するとともに,SBHS鋼を用いた橋脚の耐震設計での留意点等について検討を行う予定である.構造工学研究全体としては順調に推移しているが,接合部の疲労に関する検討が当初予定より遅れて平成29年度実施となったため,その試験体製作費が次年度(平成29年度)使用額として繰り越しとなった.

上記に示す通り,接合部疲労試験のための試験体製作に繰り越し分は充てる予定であり,本来の平成29年度の研究経費は基本的には当初予定に従い執行することを予定している.
局在プラズモン共鳴散乱分光を利用したタンパク質の反応・構造変化計測法の開発

金ナノ粒子の示すLSPRによる共鳴光散乱を利用したタンパク質-タンパク質相互作用測定法および,タンパク質構造変化計測法の開発を行った.前者に対してはポンプ,インジェクタおよび検出光学系を備えた装置を作成し,ナノ粒子を固定化した測定チップにより抗原抗体反応を観測することができた.後者においてはタンパク質をナノ粒子間に挟み込んだ複合体を作成し,散乱強度の時間変化を測定することでタンパク質の動的な構造変化の観測を検討した.金ナノ粒子の示すLSPRによる共鳴光散乱を利用したタンパク質-タンパク質相互作用測定法および,タンパク質構造変化計測法の開発を行った.前者に対してはポンプ,インジェクタおよび検出光学系を備えた装置を作成し,ナノ粒子を固定化した測定チップにより抗原抗体反応を観測することができた.後者においてはタンパク質をナノ粒子間に挟み込んだ複合体を作成し,散乱強度の時間変化を測定することでタンパク質の動的な構造変化の観測を検討した.ガラス表面へ金ナノ粒子間にタンパク質を固定化した複合体の作製、及びATPase活性を有するタンパク質についての構造変化をプラズモンカップリングによる時間分解測定により検討を行った.金ナノ粒子は粒子径55nmおよび20nmのものを調製した.ガラス基板表面は3-アミノプロピルトリメトキシシランにより修飾し,粒子径55.2nmのナノ粒子分散液を滴下し固定化を行った.固定化したナノ粒子表面へは11-メルカプトウンデカン酸(MUA)および11-メルカプトウンデカノール(MUOH)の自己組織化単分子膜(SAM)を形成させた後,アミンカップリングを利用し,タンパク質をSAM末端へ結合させた.粒径20nmのナノ粒子はあらかじめMUASAMにより被覆したもの(MUA@Au)を調製し,上記のタンパク質へさらにアミド結合させた.これらの操作により,ナノ粒子-タンパク質-ナノ粒子からなる複合構造が構築される.複合体生成の条件設定にはウシ血清アルブミン(BSA)を,構造変化観察の検討にHSP70/HSP90 Organizing Protein(HOP)を使用した.まず,光散乱が十分に観測可能かつ粒子の表面密度を抑えた状態となるよう,ガラス基板へ固定化する金ナノ粒子濃度の検討を行い,最適なナノ粒子濃度を確認した.また,固定化した粒子表面へのSAM形成において, MUA濃度を1mMとして実験を行った際,粒子の凝集に起因するスペクトルの歪みが見られた.そこでMUOHを添加し表面へ結合するMUAの割合を減少させたところ, SAM形成時の粒子の凝集が抑制された.さらに, BSAを用いてガラス表面のナノ粒子とMUA@Auによりタンパク質を挟み込んだ状態で1対1のナノ粒子複合体が形成できる条件を確立した.上記反応条件の設定後, HOPを用いてナノ粒子複合体を形成させ, ATP加水分解に伴うHOPの構造変化周期の観測について検討した.プラズモンカップリングにより観測された構造変化の周期はおよそ0.5秒未満であることが判断されたが,現在この反応についてさらに詳細に検討を行っている.昨年度に引き続き,ガラス表面へ金ナノ粒子間にタンパク質を固定化した複合体の作製、及びATPase活性を有するタンパク質についての構造変化をプラズモンカップリングによる時間分解測定により検討を行った.加えて,ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴光散乱を利用した抗原抗体反応測定についても検討を行った.プラズモンカップリング測定においては粒子径50nmの金ナノ粒子を調製し使用した.ガラス基板表面は3-アミノプロピルトリメトキシシランにより修飾しナノ粒子分散液を滴下し固定化を行った.基板表面の粒子密度は走査型プローブ顕微鏡を用いることで評価し,固定化条件の最適化を行った.固定化したナノ粒子表面へはチオール化合物による自己組織化単分子膜(SAM)を形成させた後,アミンカップリングを利用し,タンパク質をSAM末端へ結合させた.さらに同じ粒子径のナノ粒子をあらかじめSAMにより被覆したものを調製し,上記のタンパク質へさらにアミド結合させガラス表面にナノ粒子-タンパク質-ナノ粒子からなる複合構造を構築した.構造変化観察の検討にはHSP70を使用した.上記反応条件の設定後,ATP加水分解に伴うHSP70の構造変化周期の観測について検討した.得られた時間分解測定の結果より,HSP70が周期的に構造を変化させていることが示唆された。現在反応メカニズムの詳細を解析するため,より詳細な測定条件の検討を行っている.ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴光散乱を利用した抗原抗体反応測定においては,照明光の照射方法や検出系の精査によりこれまでよりも1-2ケタ程度感度を向上する指針が得られた。
ミクロプロテオミクスによる細胞内と微小環境におけるC型肝炎ウイルス制御因子の解明

肝臓がんの主たる原因であるC型肝炎ウイルスについて、治療薬はまだ十分なものがない。本研究ではヒト組織がもちうる抗ウイルス反応をヒントに、新たなヒトに優しいC型肝炎治療法の基盤を探索した。ウイルス量が1000倍も異なる肝臓組織を比較し、どこが違うかを発現しているタンパク質の違いで捉えた。とくにウイルスが増える肝実質細胞とその環境を作り出す間質とにわけて解析した。それぞれから90個と27個のタンパク質を見つけた。ウイルス量が多い組織では、ウイルス有利に働くものとウイルス制御に働くものとの両方が見いだされた。中でもウイルス量が多い組織で発現亢進する機能未知のタンパク質について、ウイルス感染実験で検討した。ウイルス侵入を助けるタンパク質分解酵素や、ウイルスの分泌に関連しそうな細胞内器官ゴルジ体タンパク質の存在が見いだされた。1肝臓組織病理標本の選別手術切除組織の新鮮凍結組織からRNAを抽出し、HCV RNAについてリアルタイムPCRにより定量した。肝硬変の有無により症例を分け、さらにそれぞれについて、ウイルス量が100倍以上異なる高ウイルス群と低ウイルス群に分類した。各群5症例計20症例について、HE染色像より実質および間質をみきわめ、マイクロダイセクション領域を検討した。2レーザーマイクロダイセクション・LC-MS/MSの検討既に先行していた肝細胞癌再発に関する実質および非実質のマイクロダイセクション・LC-MS/MS解析を、参考として検討してみた。実質と非実質との間で発現の異なるタンパク質が同定でき、さらにそれぞれ特徴的なタンパク質は、再発難易によって異なることがわかった。同様の解析をウイルス複製の難易で検討できる可能性が示された。3ウイルス量の違いに関連する分子の機能解析高ウイルス群で有意に発現亢進する遺伝子の中に細胞膜セリンプロテアーゼTMPRSS2を見いだしていた。一方Huh7/JFH1 HCVの培養細胞感染系で、血清が感染を抑制することを見いだした。血清成分中、α1アンチトリプシンが顕著に感染を阻害すること、ダイズ由来のトリプシンインヒビターも同様に感染を阻害することを見いだした。細胞膜トリプシン様プロテアーゼTMPRSS2がインフルエンザやSARSウイルスの感染性に大きく関与することが最近明らかにされており、C型肝炎ウイルスの感染性増強にも細胞膜プロテアーゼの関与が示唆された。1肝臓組織のレーザーマイクロダイセクション非癌部慢性肝炎の肝組織を肝硬変の有無により症例を分け、さらにそれぞれについて、ウイルス量が100以下と40000-100000の2群に分類した。HE染色像を参考にして、ヘマトキシリン染色切片より実質および間質をみきわめ、マイクロダイセクションを行った。肝硬変のない慢性肝炎組織で、実質より間質優位の発現を示すタンパク質が見つかり、さらにウイルス量の違いでそれらの発現量が異なるタンパク質が同定された。また実質についても、ウイルス量の違いで発現が異なるタンパク質が同定された。間質および実質ともウイルス量の多い方に,ウイルス制御活性と関連するタンパク質が多くみいだされた。3ウイルス量の違いに関連する分子の機能解析既にみいだしていた高ウイルス群で有意に発現亢進する遺伝子細胞膜セリンプロテアーゼTMPRSS2について、野生型と変異型遺伝子を用い安定型発現株Huh7を作製した。これらについてJFH1 HCVに対する感染感受性を検討した結果、一部の野生型遺伝子株で感染フォーカスが増えることをみいだした。一方、Huh7細胞に発現する細胞膜トリプシン様プロテアーゼをリアルタイムRT-PCRでスクリーニングし同定した。その中から3つのプロテアーゼに対しsiRNA実験を行いJFH1 HCV感染性の変化を検討した。その結果、いずれのプロテアーゼを抑えても、感染感受性が低下することがわかった。細胞膜セリンプロテアーゼがウイルス感染とくに初期のウイルス侵入に関与する可能性が示された。1 C型肝炎ウイルス量に差のある肝組織から見いだされた、発現が異なるタンパク質:肝組織ウイルス量が400倍以上異なる肝臓組織について比較したところ、実質から90個、間質から27個のタンパク質(総タンパク質数の7.6%)が、ウイルス量により有意に異なる発現を示した。2高ウイルス群で発現亢進するタンパク質GOLM1(Golgi membrane protein 1):間質および隣接する実質領域で、高ウイルス群に2.3倍発現亢進するGOLM1に注目した。GOLM1は、門脈域の胆管が陽性を示す他、高ウイルス群では門脈域周囲の肝実質細胞が強陽性を示した。各肝実質細胞内ではapical poleに限局し顕著な極性を示した。

ウイルス産生との関連を調べるために感染培養細胞系で検討したところ、感染に伴ってGOLM1 mRNAが2.3倍に発現亢進していた。siRNAによるノックダウン実験、感染前後での細胞内局在変化など検討を進め、GOLM1とウイルス産生との関連を明らかにしている。3細胞膜セリンプロテアーゼTMPRSS2による感染の活性化:細胞膜セリンプロテアーゼTMPRSS2の野生型と変異型を安定発現するHuh7細胞を作製し、セリンプロテアーゼ活性とC型肝炎ウイルス感染性を検討した。野生型TMPRSS2は、切断部位アミノ酸配列がQAR, QGRに対し高い活性を示し、発現細胞ウェスタンブロットではQSRで切断された活性型TMPRSSS2 24kDaが観察された。またインフルエンザウイルスHAも切断し膜融合を起こした。感染実験では感染性は増強し、TMPRSS2 siRNAによりノックダウンすると、その感染亢進が相殺された。ウイルス結合と侵入とを分けて感染実験を検討したところ、細胞セリンプロテアーゼの主な関与はウイルス侵入段階であった。現在ウイルス侵入に必須の膜融合について検討を進めている。上記項目2のレーザーマイクロダイセクションサンプルのLC-MS/MS解析について、現有設備のLCが不調のため測定が滞ってしまった。外部施設に協力をお願いして一部測定を開始している状況である。そのほかは順調に進展している。24年度が最終年度であるため、記入しない。上記LCトラブルの解消を急ぎ、また外部施設での測定も考慮し、LC-MS/MS解析を進める。と同時に,既にみいだしたウイルス量に関連するタンパク質群から、ウイルス制御に結びつく反応系やそれを構築する因子を決定するため、候補タンパク質の検証を複数症例において行う。さらに検証されたタンパク質については、培養細胞ウイルス感染実験系でその機能を明らかにする。
バングラデシュ農村域における水供給と衛生にかかわる社会システム形成に関する研究

地下水砒素汚染地域において,水供給施設が導入された農村における事例より,コミュニティによる自立的管理の要件を考察した.安全な水供給ニーズは高いが,住民間のコンフリクト,閉鎖的会話ネットワーク,管理組織の対応能力不足等から,施設利用は限定的となっている.住民のネットワーク特性を考慮した水源ならびに施設位置選択,住民間での信頼関係の維持・向上に配慮した管理組織メンバー選定や施設運用規則の設定が求められる.地下水砒素汚染地域において,水供給施設が導入された農村における事例より,コミュニティによる自立的管理の要件を考察した.安全な水供給ニーズは高いが,住民間のコンフリクト,閉鎖的会話ネットワーク,管理組織の対応能力不足等から,施設利用は限定的となっている.住民のネットワーク特性を考慮した水源ならびに施設位置選択,住民間での信頼関係の維持・向上に配慮した管理組織メンバー選定や施設運用規則の設定が求められる.安全な水供給と衛生は人間の存在基盤である.バングラデシュでは飲料水源として利用されている地下水の砒素汚染が深刻であるが,し尿の適正管理が不十分なことから表流水が汚染されるリスクが高いため,代替飲料水源として表流水を利用することが制約されている.本研究では,屎尿の適正管理により表流水の水質汚染を防止し,ため池を水源とする水供給により生活環境の改善が図られている農村において,コミュニティ中心の生活環境施設管理を通して,人々の水・衛生に対する意識,行動の変化,コミュニティ構成員における社会的変化を把握し,自立的かつ持続的に生活環境を維持していくことを可能にする社会システム要件を明らかにすることを目的とする.今年度実施した研究内容と得られた結果は以下のとおりであり,コミュニティでの生活環境管理に伴う問題が示されることとなった.1.施設管理上の課題として,飲料水源となるため池の水質を維持するために設定されたルールが守られておらず,水源の汚染が懸念されること,施設管理のために結成されたコミュニティ組織も十分にその機能を発揮していないことがあげられる.2.研究対象の農村の特性として,砒素汚染への対応等、共通する問題に対して,コミュニティレベルで取り組んだ経験に乏しく,日常の問題解決においても個人的コミュニケーションに頼る傾向がある.3.安全な飲み水が得られるようになり,ほとんどの村人が利用しているが,一部に利用ルールの不履行がみられ、生活環境を改善するために,個人が果たすべき役割や責任に対する理解は依然として乏しい.今後は,今年度示された問題にたいしてコミュニティ組織及び村人がどのように対応していくか,その過程でコミュニティ内にどのような社会敵的変化が生じているかをフォーローしていくとともに,自立的な問題解決を可能sにする社会システムの要件を考察する.地下水砒素汚染の影響を受けながら,適切な代替水源をもたなかった農村において,環境負荷の小さいエコサン・トイレの導入によりため池の水質保全を図りつつ,ため池を水源とする水供給施設(PSF)が導入された.導入された生活環境施設の利用状況をフォローするとともに,施設導入によってもたらされる生活ならびに住民意識の変化を把握した.生活環境の変化に対する男女間での認識の相違を把握するため,2012年2月に男性を対象としたアンケートを実施した(女性を対象としたアンケートは引き続き実施予定).以下の傾向は,男性を対象に実施したアンケート調査の結果と以前の調査結果との比較ならびに9月と2月に実施したPRAの結果から得られたものである.PSFの利用者は全世帯の75%と低いが,砒素に汚染されている浅井戸の利用者が減り,PSFと同時期に設置された深井戸利用者が増えている.飲料水源までの距離によって選択されている傾向がみられる.2011年8月以降,洪水による長期の浸水に見舞われたが,エコサン・トイレは利用可能であったところから,以前の洪水期や近隣地域と比べて下痢症の発生頻度は低かった.男女別に行ったPRAの結果から,生活環境施設導入により実感できる変化として,男女ともに発病頻度の低下,野外排泄等による悪臭やハエの低減などをあげており,衛生改善がもたらす効果が認知されている.女性からは,諍いの減少,水汲みの負担軽減,その結果として,おしゃべりの時間などコミュニケーション機会の増大なども実感されている.さらに,PRA参加者の間では,これらの変化が生活の質向上,家計負担の軽減につながることが認知されている.この他,発病頻度ならびに医療費に関する詳細なモニタリング調査を3月より実施している.今後は,生活環境施設の主体的管理に関わる変化をフォローするとともに,女性を対象としたアンケート調査を実施し,総体的な生活環境施設によってもたらされた変化に対する住民の意識を把握する.開発途上国では、社会開発課題の多くは、国際援助機関、開発NGOに解決をゆだねているが、導入された施設等の管理やサービスの継続のための外部の関与は限定的であり、多くの場合、裨益者であるコミュニティが主体的に担わなければならない。本研究では、地下水砒素汚染地域にあり、ため池を水源とする水供給施設(PSF)が導入された農村を対象に、コミュニティによる施設管理段階における事象を観察し、自立的管理に求められる要件を考察した。対象村では、ため池の提供者でもある住民の一部が飲料水源の水質維持のために決められたルールに従わず、汚染を懸念する住民の多くは、再び浅井戸を飲料とするようになり、PSFの利用は限定的となっている。施設管理のために結成されたコミュニティ組織も対応能力を欠いている。一方、意識調査結果から、住民の間で砒素汚染リスクの認知が十分高いとは言えず、適正管理を強く求めることもなく、生活環境を維持するために個人が果たすべき役割や責任についての認識も低い。

また、コミュニティリーダーと目されている人物の会話ネットワークが一部の世帯に限られ、問題認知や解決に向けた議論がコミュニティ内で伝搬していない可能性が高い。地域コミュニティのニーズとして、安全な水供給は上位に位置しているが、提供された施設が適正に管理されずに、ニーズが満たされなくなることへの危機意識は低い。開発援助のかかわりとしては、水源とする池の選択、コミュニティのネットワーク特性に応じた配置計画の重要性が指摘され、自助努力による解決を促すため、砒素汚染リスクに関する認知力向上を図る必要である。管理に関しては、コミュニティ組織が問題解決を担い、住民との信頼関係が築かれるよう、メンバーの選定方法を再考するとともに、水質保全や施設維持にかかわる規則を決めるにあたっては、できるだけ多くの住民の参加が求められる。医療費の変化に関わる調査方法の検討に時間を要し,これに関するモニタリング調査の開始が遅れたため,便益の特性に関する分析が進んでいない.しかし,生活の変化を住民がどのように取られているかについては,PRAやアンケート調査から把握が進んでおり,そのなかで,もたらされている便益についての認知が深まっている傾向がみられ,コミュニティレベルでの自立的管理を促すことにつながる要因を分析できると考えている.24年度が最終年度であるため、記入しない。生活環境施設がもたらす便益に関して,モニタリング調査等による情報収集,これに基づく便益の特性を分析する.コミュニティ構成員間で便益に関わる認知レベルが高まれば,適正管理へのインセンティブとなり,協力関係も深まるため,得られた便益を地域コミュニティへ還元する方策を考察する.一方,施設管理ならびに住民の利用状況の変化をフォローしつつ,アンケート調査,PRAから得られる結果をもとに,主体的に生活環境を改善・維持していくための要件を考察する.最終的には,地域コミュニティによる自立的管理のための社会システムの構成要因として,地域コミュニティが備えるべき能力,管理組織の役割・機能,外部者の役割等を明確にする.24年度が最終年度であるため、記入しない。
ゲノムコホートを対象にしたHLA-omicsに基づく薬剤副作用予防診断システム

研究期間内に目指すゴールは薬剤副作用予防診断システムの構築である。薬剤副作用についてはSuper-CYP等のデータベースが既に充実しているが、複雑さ故に薬剤副作用の発症メカニズムの解明は、生活環境情報も含めた網羅的な生体分子情報との統合解析(オミックス解析)が必要とされる。この多様な薬剤代謝とその結果としての作用と副作用の理解をNGSと情報解析から解き明かすことを目指す。申請者はこれまでにNGSを用いたHLA領域ならびにHLA遺伝子の解析手法を開発してきた(Hosomichi et al. BMC Genomics 2014, Hosomichi et al. BMC Genomics 2013)。また、そのHLAを中心としたメカニズムの解明にHLA-omicsと命名したHLAの統合解析を提案している(Hosomichi et al. 2015. J Hum Genet)。本申請では強い遺伝要因となるHLA領域におけるゲノム、遺伝子発現、転写調節、エピジェネティクスを網羅的・統合的に解析(HLA-seq)し、これを軸とした薬剤副作用の理解を目指している。すなわち、HLA遺伝子群の動態に加えて、HLAを中心とした免疫系のパスウェイの網羅的なRNA-seq、T細胞受容体(TCR)のレパトアやKIRによるNK細胞の活性(Immuno-seq)ならびにこの免疫系の抗原提示における薬剤代謝関連遺伝子群の関わり(ADME-seq)をRNA-seqにより検証する。さらに、HLA-seqを軸として、Immuno-seqおよびADME-seqを合わせた統合的、包括的な解析(HLA-omics)を実施し、薬剤発症機序の解明を目指すと共に、新規診断マーカーを検索し、HLA-omicsに基づく薬剤副作用予防診断システムを目指した臨床診断のためのデータベース化をすすめる。引き続きNGSを駆使した解析からゲノム多型やメチル化と遺伝子発現の関連、薬剤副作用と関連を精査する。さらに得られた知見をコホートサンプルの情報に追加し、薬剤副作用-遺伝子多型の関連情報を追加、検索可能な形で薬剤副作用データベース構築を目指す。薬剤副作用において何がどう関与しているのか、を解き明かすためのデータセットを構築する。2017年12月および2018年1月に実施した健診受診者の230検体については解析を次年度に実施することとしたため、次年度使用額が生じた。
遺伝子レスキューマウス解析よるNASH発癌を制御する組織・細胞Nrf2の役割解明

Sqstm1/Nrf2遺伝子二重欠失マウス(DKOマウス)はNASHを自然発症する.このマウスのNASH発症進展には,肝クッパー細胞のLPSへの過感受性による炎症シグナル活性化を基礎に,腸管内のLPS産生増加,腸管透過性亢進による血清LPS増加,内臓脂肪炎症によるシグナルなど,LPSを中心とする炎症シグナルに肝のみならず,腸管,内臓脂肪など多数の臓器が複雑に関与していると推測された.今後,臓器特異的Nrf2レスキューマウスの表現型をDKOマウスと比較解析しNrf2活性化剤を併用しながら,各臓器のNASHへの病態や全身のLPSおよび炎症シグナル活性化への関連を探求していく予定である.昨年度に引き続き組織特異的p62, Nrf2遺伝子ノックインマウスの作製を行った。昨年度作製したキメラマウスのうち、キメラ率の高い雄を野生型C57BL/6雌と交配しF1ヘテロマウスを得た。遺伝子型の判定は、尾端組織DNAを用いたPCR産物のパターンを解析して行った。ここで得られる遺伝子改変マウス(p62KI/KIおよびNrf2KI/KI)は、第2イントロンで転写がストップするため、全身でp62あるいはNrf2の発現が欠損する。これらのマウスを、既に作製済のp62-/-、Nrf2-/-、あるいは互いに交配して、p62KI/KI:Nrf2-/-、p62-/-:Nrf2KI/KI、p62KI/KI:Nrf2KI/KIマウスを得た(現在この段階を遂行中である)。これらのマウスは、全身でp62およびNrf2遺伝子二重欠損となり、NASHを発症する。平成28年度は、p62、Nrf2の全身二重欠損下において、組織特異的にp62、Nrf2の発現をレスキューするために、上記マウスを組織特異的にCreリコンビナーゼを発現するマウスと交配する。これにより生まれる仔は、Creが発現する組織でのみLoxPで挟まれた転写終結シグナルおよびpolyA付加シグナルが除去され、p62あるいはNrf2の発現がレスキューされる組織特異的ノックインマウスとなる。本研究では、腸管上皮、肝細胞、骨髄系細胞(クッパー細胞)、脂肪細胞特異的ノックインマウスを作製するために、それぞれLyz2-Cre、Albumin-Cre、CK19-Cre、aP2-Creマウスを用いる。マウスの繁殖に時間を要している。その対処法として、繁殖ケージを増やして繁殖している。現在、匹数は増えてきており、レスキューできているマウスから実験を行う予定である。研究成果の一部は国際学会にて口演にて発表した.非アルコール性脂肪性肝炎(NASH)の発症機序として,腸内細菌叢と腸管上皮バリア機能の異常,それに関連した肝へ流入するLPSの増加が指摘されている.p62およびNrf2遺伝子の二重欠損(DKO)マウスが,通常食餌の過食肥満より脂肪性肝炎を発症する.そこでDKOマウスを用いて,腸内細菌叢と腸管上皮バリア機能の異常に主眼をおき,NASHの発症機序について検討した.各系統マウスの肝,腸管,血清,糞便を解析した.また,血清および糞便中LPS含有量を測定した.T-RFLP法及び次世代シーケンサーにより腸内細菌叢を解析した.FITCデキストラン経口投与により腸管透過性を評価した.さらに,CRISPR-Cas9システムを用い,各遺伝子を欠損したCaco-2を作成し,バリア機能を評価した.In vivo解析ー糞便中LPS濃度はp62-KO,DKOマウスにおいて野生型に比べ有意に増加していた.一方,血清中LPS濃度はDKOマウスでのみ増加していた.また,腸内細菌叢を解析したところ,DKOマウスでグラム陰性菌の割合が増加していた.さらに,次世代シーケンサーにてPCoA解析したところ,WTとDKOマウスの細菌叢の組成が異なっていた.特に,グラム陰性菌であるPorphyromonadaceaeとParaprevotellaceaeが増加していた.FITCデキストランの腸管透過性はNrf2-KO,DKOマウスにおいて有意に亢進していた.In vitro解析ーCaco-2細胞を単層培養し透過性の指標である細胞膜抵抗値を測定したところNrf2欠損で低下していた.また,Caco-2細胞のタイトジャンクションタンパク質の発現は,Nrf2欠損により低下した.DKOマウスのNASH発症には,グラム陰性菌の増加と腸管上皮バリア機能の脆弱性によるLPSの肝への流入量の増加が重要な因子であると考えられた.Sqstm1/Nrf2遺伝子二重欠失マウス(DKOマウス)はNASHを自然発症する.このマウスのNASH発症進展には,肝クッパー細胞のLPSへの過感受性による炎症シグナル活性化を基礎に,腸管内のLPS産生増加,腸管透過性亢進による血清LPS増加,内臓脂肪炎症によるシグナルなど,LPSを中心とする炎症シグナルに肝のみならず,腸管,内臓脂肪など多数の臓器が複雑に関与していると推測された.今後,臓器特異的Nrf2レスキューマウスの表現型をDKOマウスと比較解析しNrf2活性化剤を併用しながら,各臓器のNASHへの病態や全身のLPSおよび炎症シグナル活性化への関連を探求していく予定である.

NASH発症機序に重要な組織を追求するために,DKOマウスの任意の組織・細胞において各遺伝子をレスキューしたマウスを作製し,DKOマウスと形質を比較し,その組織・細胞とNASH発症との関係を明らかにする.一連の研究結果を踏まえて,分子学的機構を解明することにより,どの臓器でどの遺伝子がNASH発症に深く関わっているかを明確にすることができる.消化器内科サイトカイン測定キット(輸入品)の発注から納品までに時間を要している.年度内の納品が困難であった.新年度に測定キットの到着を待ち,速やかに測定を実施する予定である.
歯周組織線維芽細胞のIL-6産生能に関する研究

本研究は、歯肉線維芽細胞の培養系を用い、歯周病関連細菌内毒素(LPS)で細胞を刺激した場合の、細胞応答の変化と、特に歯周病の病態に深く関与していると考えられるインターロイキン1beta(IL-1beta)とインターロイキン6(IL-6)の産生能について検討した。1.位相差顕微鏡による観察:無刺激時と比較して、いずれの場合も形態学的に大きな変化は認められなかった。3.細胞の総タンパク量無刺激とE.Coliでは0日目よりも1日目で細胞のタンパク量は増加する傾向にあったが、A.a.、P.g.、F.n.のLPSによる刺激でDNAあたりの細胞の総タンパク量は有意に抑制された。4.各種LPSによる歯肉線維芽細胞のIL-1betaおよびIL-6の誘導1)IL-1beta :培養上清中及び細胞中でIL-1betaの産生は認められなかった。2)IL-6 :培養上清中のDNAあたりのIL-6量は0日目に比較して1日目では特にP.g.のLPSで刺激時では他に比較して有意に増加した。A.a.、F.n.のLPS刺激時では有意に減少した。細胞中のIL-6の産生は認められなかった。考察:歯肉線維芽細胞の各種LPS刺激による応答は、細菌種間で差があり、各種細菌のLPSは歯肉線維芽細胞のサイトカイン産性能に影響した。
脊椎終板の3次元微細構造解析:栄養管ナノスケール構造と椎間板生化学特性との関連

椎間板変性の重要な原因として終板を通じた椎間板への栄養供給の減少が考えられている。栄養管の狭窄が椎間板変性のひとつの原因と考えられているが栄養管の3次元構造は定量的に解明されていない。本研究においては高解像能CT撮影装置を用い、正常家兎腰椎終板内の栄養管の3次元微細構造を定量的に解析することを目的とした。本研究では、終板に対して垂直に骨髄と椎間板を連結する栄養管に加え、これらを水平方向に連結する栄養管の存在を明らかにした。水平方向連結栄養管は終板内での流体移動に寄与していると考えられた。1、マイクロCTスキャナ(SMX-160CTS,島津製作所)を用いた高分解能家兎腰椎終板マイクロCT撮像のための家兎腰椎終板試験片用撮像治具を作成した。この撮像治具により、20μmおよび8μmの解像度での家兎腰椎終板試験片のマイクロCT画像が安定して撮像できるようになった。2、研究代表者がこれまでに開発した椎間板高3次元解析ソフトウエアを改良し、椎間板線維輪と髄核部の椎間板高を分離して測定することが可能になった。また、従来の単純X線像を用いた椎間板高計測との比較を行い、椎間板高3次元解析の優位性を確認した。3、家兎腰椎終板マイクロCT画像から終板内を3次元再構築し、8μmの分解能で栄養管の3次元モデルを構築することに成功した。この結果、家兎腰椎終板内では栄養管は3次元ネットワークを形成していることが明らかになった。4、さらに栄養管ネットワークを個々の栄養管に分離し、個々の栄養管の固有ベクトル解析による栄養管の3次元配向解析法を開発した。5、栄養管の3次元配向に基づき,栄養管の3次元ネットワークを腰椎終板に対して垂直方向・水平方向に分離することが可能になった。6、垂直方向と水平方向の栄養管の平均容積と平均直径の計測法を開発した。7、5個の腰椎終板試験片を用いた計測により、栄養管の平均直径:65.8±5.0μmの値を得た。さらに、垂直方向の栄養管の平均容積と直径は各々,10.6±2.8×10^6μm^3と81.0±6.6μmであった。水平方向の栄養管の平均容積と直径は各々,6.1±0.9×10^6μm^3、55.6±6.4μmであり、垂直方向の栄養管は水平方向の栄養管よりも統計学的に有意に大きな容積と直径を有することが分かった。1.昨年度に引き続き、マイクロCTスキャナ(SMX-160CTS,島津製作所)を用いた高分解能家兎腰椎終板マイクロCT撮像を行った。2.本年度は、椎間板髄核部に相当する終板中央部と椎間板線維輪部に相当する終板epiphyseal ring部の前方・両側方・後方部より試験片を採取してマイクロCT撮影した。3.昨年度と同様に、マイクロCT画像から終板を3次元再構築し、栄養管の3次元モデル作成した。さらに栄養管ネットワークを個々の栄養管に分離し、個々の栄養管の固有ベクトル解析による栄養管の3次元配向解析を行った。4.栄養管の3次元配向に基づき,栄養管の3次元ネットワークを腰椎終板に対して垂直方向・水平方向に分離し、垂直方向と水平方向の栄養管の平均容積と平均直径の計測を行った。これらのパラメータにおいては、現在のところ部位による統計学的な差は認められなかった。次年度にサンプル数を増やし、最終的な統計学的結果を出す予定である。5.軟骨内のプロテオグリカン量の分布を推定する新たな方法として、造影剤の一種であるヘキサブリックスを用いたマイクロCT撮影法が報告されているが(Proc Natl Acad Sci USA2006;103(51)19255-60)、本研究はマイクロCTを用いた研究であることを勘案し、ヘキサブリックスを用いた椎間板内プロテオグリカン分布推定の可能性を検索した。椎体側より終板を介してヘキサブリックスを椎間板に浸透させマイクロCT撮影を行った。椎間板内のX線減弱量は髄核部と線維輪部で差が認められ、椎間板においても、本法によりプロテオグリカン分布の推定が可能であることが示された。日本白色家兎5羽から摘出した第1腰椎から第6腰椎(計25椎間板)を用いた.椎体下終板(計25終板)を,円柱形(直径6 mm)に終板の中心部から得た.終板試験片は,島津マイクロフォーカスX線CTシステム(SMX-160CTS)を用いて,解像度:1.77 micronの条件下でCT撮影を行った.栄養管の直径および容積を測定し,終板の多孔性を求めた.

栄養管は,椎体側から椎間板へ配管する際,終板中心部付近で集積することがわかった.これを基盤栄養管と定義し,測定した定量的データに基づいて,栄養管を椎体側栄養管・基盤栄養管・椎間板側栄養管に分類した.また,基盤栄養管と接続している分岐栄養管の量を椎体側・椎間板側で比較した.試験片終板内栄養管の各腰椎における平均容積と平均直径は,共に第3腰椎で最小値1.82×10 7 minron 3, 67.2 micronを示した.また,腰椎上部から下部にかけて値が減少していく傾向が見られた.終板の平均容積は,第4腰椎で最小値17.2×10 7 minron 3を示し,栄養管容積と同様に腰椎上部で高い値が得られた.終板多孔性は,第3腰椎で最小値8.35 %を示し,同様に終板上部で高い値が得られた.分類した栄養管の平均直径および平均容積は,椎体側栄養管の平均直径;105.7 micron平均容積は6.9×10 5 minron 3.椎間板側栄養管平均直径;37.9 minron平均容積;3.3×104 minron 3.基盤栄養管平均直径;174.2 micron平均容積;3.8×10 6 minron 3.各栄養管が試験片内栄養管全体に対して占める割合は,基盤栄養管が50 %に近い値を占めた.椎体側栄養管・椎間板側栄養管の比較では,第1腰椎・第3腰椎・第4腰椎で有意な差が得られ,椎間板側栄養管が高い割合を占めた(p<0.05).24年度が最終年度であるため、記入しない。本年度の研究において、造影マイクロCT撮影法を用いて椎間板内プロテオグリカン分布の推定が可能であることが示された。本法では、従来の生化学的測定法では得られない詳細な椎間板内プロテオグリカン分布が推定できるため、今後の研究においては本法を用いて詳細な椎間板内プロテオグリカン分布を推定し、終板内栄養管の微細構造との関連を検索する予定である。24年度が最終年度であるため、記入しない。
慢性虚血性疼痛における血管内皮増殖因子のスプライスバリアントの関与について

我々が開発した末梢動脈疾患(PAD)モデル動物を用いて、行動評価によって確認された疼痛行動に血管内皮増殖因子(VEGF)やそのスプライスバリアントVEGF165aおよびVEGF165bが関与するか確認するため、これらのタンパクの定量解析および免疫組織学的、行動薬理学的解析を行う。さらに、VEGF165aがPADモデルの知覚神経におけるイオンチャネルの発現増加に寄与するかどうか解析する。
自然分晶機構の解明

凝集系物性のひとつである自然分晶を分子ブロック法により実現する方法を模索した。自然分晶は、1854年にパスツールが酒石酸塩に発見して以来の研究課題である。自然分晶を示す化合物は僅か数百種と限られている。自然分晶の分子設計には、次のような条件が必要である。(1)不斉部位、(2)ホモキラル識別(3)集合能をもつ。外部情報に応答して単核構造と集合構造間を相互変換する自己組織化型金属錯体はこの要請に答える可能性がある。イミダゾール基を含む金属錯体は、供与性と受容性を同時に含む相補的分子であり、この分子に不斉を導入し、さらにはホモキラル識別を組み込むことにより、自然分晶を実現することを考えた。(1次元系)イミタゾール基を2つ含む五座キレート銅(II)錯体は、右巻き又は左巻きの光学異性体を与える。プロトンを一つ解離させると、分子間にイミダゾール-イミダゾレート基(NH N)水素結合を形成して1次元構造を形成するイミダゾール基の2位の置換基が不斉識別を決定する。不斉識別と構造的因子の関係を詳細に検討した。(2次元系)イミダゾール基を3つ含む三脚型錯体は、右巻き又は左巻きがある。イミダゾール-イミダゾレート基(NH N)水素結合を形成し、2次元蜂の巣状構造が生成する。このとき、右巻き分子は右巻き分子とのみ水素結合して、キラルな2次元層構造を形成する。さらには自然分晶する場合もある。
チアカリックスアレーンを配位子とする特異な金属反応場の構築

チアカリックスアレーン(TC4A(OH)_4,1)は複数の金属に同時に配位することが可能であり、それらの金属の相互作用によりこれまでにない特異な反応を促進させることや、芳香環に囲まれた空孔に反応基質を取り込み金属上で反応させることにより選択性の向上も期待できる。本研究では、1のOH基をSH基やOMe基に変換したTC4A(SH)_4(2)やTC4A(OMe)_2(OH)_2(3)のほか、独自に合成したTC4A(OH)_2(SH)_2(4)やTC4A(OMe)_2(SH)_2(5)を用いて、種々の遷移金属錯体と反応させることにより一連の新規な錯体を合成してその構造を明らかにした。例えば、[Cp*MCl_2](M=Rh,Ir;Cp*=C_5Me_5)と反応させることにより、単核錯体[(Cp*M){η^3-TC4A(OH)_2(O)_2}]、二核錯体[(Cp*M)_2{η^3:η^3-TC4A(S)_4}]、四核錯体[(Cp*M)_2(Cp*MCl_2)_2{η^3:η^3:η^1:η^1-TC4A(O)_2(S)_2}](6)を選択的に合成した。すなわち、チアカリックスアレーン(1-5)の微妙な構造の差異により反応性に大きな違いがあることを明らかにし、さらに錯体6が[(Cp*MCl)_2{η^2:η^2-TC4A(OH)_2(S)_2}]および[(Cp*M)_2{η^3:η^3-TC4A(O)_2(S)_2}]を経由して段階的に生成することも明らかにした。また、性質の異なる前周期遷移金属(Nb,Ta)および後周期遷移金属(Rh,Ir,Pd)を同時に含む前周期-後周期異種複核錯体(ELHB錯体)、さらに典型金属を含むTi_2Ru_2Na_4八核錯体の合成にも成功した。一方、1とCpTiCl_3の反応により得られる[(CpTi){TC4A(OH)(O)_3}]を[Mo(N_2)_2(PMe_2Ph)_4]と反応させることにより生成するTi-Mo二核錯体[Ti(μ_2-C_5H_5)MoH(PMe_2Ph)_2{TC4A(O)_4}]は、非常に興味深い構造を有しており、シクロペンタジエニル配位子が同時に2つの金属に配位している。これは、チアカリックスアレーンが多核金属錯体を合成するための有用な配位子であるばかりでなく、1つの反応基質を複数の金属により同時あるいは逐次的に活性化する反応場を供給するための優れた配位子となりうることを示している。

これは、チアカリックスアレーンが多核金属錯体を合成するための有用な配位子であるばかりでなく、1つの反応基質を複数の金属により同時あるいは逐次的に活性化する反応場を供給するための優れた配位子となりうることを示している。チアカリックスアレーン(TC4A(OH)_4,1)は複数の金属に同時に配位することが可能であり、それらの金属の相互作用によりこれまでにない特異な反応を促進させることや、芳香環に囲まれた空孔に反応基質を取り込み金属上で反応させることにより選択性の向上も期待できる。すでに、1の4つのOH基をSH基に変換したTC4A(SH)_4,(2)のほか、独自に2つのOHをSH基に変換したTC4A(OH)_2(SH)_2(3)を合成し、1-3を[Cp^*MCl_2](M=Rh,Ir; Cp^*=C_5Me_5)と反応させることにより、それぞれ単核錯体[Cp^*M{TC4A(OH)_2(O)_2}]、二核錯体[(Cp^*M)_2{TC4A(S)_4}]、四核錯体[(Cp^*M)_2(Cp^*MCl_2)_2{TC4A(O)_2(S)_2}](4)を選択的に得、類似した構造を有していても反応性に大きな違いがあることを明らかにしている。本年度は、特異な構造を有する四核錯体4の生成について詳細に検討し、二核錯体[(Cp^*MCl)_2{TC4A(OH)_2(S)_2}]および[(Cp^*M)_2{TC4A(O)_2(S)_2}]を経由して段階的に錯体4が得られることを明らかにした。また、種々のチアカリックスアレーン遷移金属錯体を合成し、その反応性について検討した。例えば、1-3と[RuCl_2L]_2(L=p-cymene)の反応を行うと、それぞれ[RuL{TC4A(XH)_2(X)_2}](X=O,S)、[{RuL}_2{TC4A(O)_2(S)_2}](5)が得られた。錯体5はチアカリックスアレーンの同じ側に2つのRuが取り込まれており、2つのRuにより反応基質を連続的あるいは同時に活性化することが期待されるため、プロパルギルアルコールのプロパルギル位置換反応([Cp^*RuCl(μ_2-SR)_2-RuCp^*Cl]が触媒活性を示すことが知られている)の触媒活性について検討したが、反応は進行しなかった。さらに、分子状窒素の固定を目的として、1とNbCl_5およびCpNbCl_4(Cp=C_5H_5)の反応により[(NbCl_3)_2{TC4A(O)_4}]および[CpNbCl_2{TC4A(OH)_2(O)_2}]を合成し、還元条件下での窒素配位錯体の合成を試みたが、生成には至らなかった。一方、1とCpTiCl_3の反応により得られる[CpTi{TC4A(OH)(O)_3}]を[Mo(N_2)_2(PMe_2Ph)_4]と反応させることにより生成するTi-Mo二核錯体は、非常に興味深い構造を有しており、シクロペンタジエニル基が同時に2つの金属に配位している。チアカリックス[4]アレーン(TC4A(OH)_4,1)は複数の金属に同時に配位することが可能であり、それらの金属の相互作用によりこれまでにない特異な反応を促進させることが期待される。すでに、1の4つのOH基をSH基に変換したTC4A(SH)_4,(2)のほか、独自に2つのOHをSH基に変換したTC4A(OH)_2(SH)_2(3)を合成し、1-3を[Cp^*MCl_2](M=Rh,Ir,Cp^*=C_5Me_5)と反応させることにより、それぞれ単核錯体[Cp^*M{TC4A(OH)_2(O)_2}]、二核錯体[(Cp^*M)_2{TC4A(S)_4)}]、四核錯体[(Cp^*M)_2(Cp^*MCl_2)_2{TC4A(O)_2(S)_2}]を選択的に得、類似した構造を有していても反応性に大きな違いがあることを明らかにしている。本年度の研究結果を以下に示す。TiCl_4(thf)_2と1との反応では二核錯体[{TiCl_2(thf)}_2{
例外性発見に基づくスパイラル的アクティブマイニング

スパイラル的データマイニングシステムの発展に関しては,主に,オーディング情報を用いたマイニング手法LOIによる肝炎データの解析,特異性指向マイニング手法の関係学習への拡張,および特異性指向fMRI画像及び脳波データの多面的マイニングに取り組んだ.これらは,慢性C型肝炎データ,国勢調査データベース,および脳波データを用いた実験により,有効性が示された.さらに,複数のエージェントによるマルチメディアデータからのスパイラル的マイニングシステムを実装するために,多面的マイニングプロセスのメタルレベルの制御メカニズムの実験を行った.昨年度開発した特異ルール発見手法とスパイラル的例外性発見手法の統合システムを改良し,最終システムとした.改良は,実験方針やデータ処理に関する変更が主となった.最終システムの最終評価に関しては,医療の専門家の協力を得て複数回実験を行った.結果を評価するために,欧州で1999年から毎年開催されているDiscovery Challenge国際ワークショップで行われる国際的データマイニングコンテストに開催から参画し,研究発表などを通して参加者の関心を呼んだ.この結果,提案システムが国際的に認知され,有効性が示されたと考える.なお,統合システムを医療の専門家の協力を得ないで自動システムとして用いる実験も行い,ジャーナル論文で報告されている知識を発見した.本研究の目的は,データ,知識,および環境などに関する例外性を連鎖的に発見するアクティブマイニング手法を構築し,医学・商業データなどを用いた実験における専門家による評価で有効性を実証することである.さらに例外性発見は,状況変化を検知する有効な手段であるため,本研究でもこの機能を実現することを目的とした.本年度の目標は,(1)データ,知識,および環境における例外性を連鎖的に発見するスパイラル的例外性発見手法を構築する,(2)発見された例外性からデータ,知識,および環境に関する状況変化を検知する手法を構築する,および(3)既発見ルールに応じて対象データを変更するスパイラル的特異ルール発見手法を構築することである.(1)に関しては,既に発見された例外性を与えられたデータとユーザの評価値に照らしあわせ,新しい例外知識を発見する手法を開発した.提案手法はデータマイニングの標準問題として提供されている髄膜炎データに適用済みである.(2)に関しては,統一的な規準を確立するために,ルール発見の新しい最悪解析を行った.この解析は従来研究と異なり,ルール発見に重要である複数の指標に関する誤差が指定値以内である場合を,指定した確率以上とするために必要な必要例数を与える.(3)に関しては,対象データを変更し,興味深い特異データを抽出することにより,特異ルールを発見する手法を開発した.この手法を抗原抗体反応に関するアミノ酸配列データなどに適用し,提案法の有用性を示した.さらに特異ルールを相関ルールや例外ルールと形式的に比較・分析し,特異指向マイニングの理論的根拠を確立した.スパイラル的例外性発見に関しては,昨年度開発した基盤システムをプロジェクトの共通データである慢性肝炎データに適用した.この手法は少数の属性に関する一時点における例外性を発見し,それらのいくつかが医師らの興味を引くことが分かった.もっとも医師らは,主要な属性を総合的にとらえることがあり,属性の時系列的な変化を重視することも分かった.この結果を踏まえ,病院検査データの類型化手法と時系列属性を許容する決定木学習法を提案し,これらは医師らにより有望と認められた.前者は,発見された類型がほぼ全て妥当であり,患者の病態変化把握と例外的患者の発見に有用である.後者は可読性,妥当性,正確性に優れ,例外的な患者の特定にも有用である.その他,データマイニングの重要課題について有効な学習・発見方法を開発して有用性を示すと共に,スパイラル発見の自動調節機構(スケジューリング)にも有効な手法を提案した.スパイラル的特異ルール発見手法に関しては,特異ルール発見手法を多方面多視点・マルチデータソースからのマイニングへ拡張した.ある発見の目的に応じて,データベースリバースエンジニアリング,グラニューラコンピューティング,知識指向相関性分析などの技術により,マルチデータベース間の相関性を見つける方法を開発した.更に,マルチデータベースに隠れている概念モデルを発見し,RVERモデルにより表現する方式を開発した.さらに,特異ルール発見手法と分類ルール発見手法を連携して,慢性肝炎データを多方面多視点から分析し,提案法の有用性を示した.その他,マルチメディアデータからの特異性指向マイニングを,計算問題を対象とした聴覚・視覚実験において撮影されたfMRI画像や,複数の人物が動画像で撮影されている環境において人物追跡技術により求められた個々の人物軌跡データに関して行い,有望な結果を得た.特異ルール発見手法の再評価に関しては,分類ルール発見システムGDT-RSと各属性値のオーダー関係を利用する手法と併用して,インターフェロン投与による治療に関するスパイラル的多面的マイニングを実施した.結果に対して,納得性と新規性などの側面から専門家の評価を受け,提案法の有用性を示した.さらに,特異性指向Webログマイニングによるリンク構造の自動更新にも取り組み,ウェブサービスに関する有用性も示した.スパイラル的例外性発見手法の再評価に関しては主に,医師らが特に興味を示した,プロトタイプライン可視化手法と時系列決定木学習法を洗練し,これらによって慢性肝炎患者データから特定される例外患者および全体的傾向に関する発見知識を検討・再評価した.実験の結果,プロトタイプラインは要約手法,時系列決定木学習法は予測手法として有効であり,両者とも例外性発見手法として有用であることが示せた.

特異ルール発見手法とスパイラル的例外性発見手法の統合に関しては,これまで開発した種々の学習・発見システムを,核システムと柔結合し,例外的患者を除外しながら通常的患者に関する傾向を洗練していく過程を,ユーザである専門家とのやりとりを重視して実現するシステムを構築した.通常的患者に関する傾向は素朴ベイズ,例外的患者に関する症例はインデキシングされた事例集合として表現した.初期的な実験結果は良く,提案法は有望であると認められた.スパイラル的データマイニングシステムの発展に関しては,主に,オーディング情報を用いたマイニング手法LOIによる肝炎データの解析,特異性指向マイニング手法の関係学習への拡張,および特異性指向fMRI画像及び脳波データの多面的マイニングに取り組んだ.これらは,慢性C型肝炎データ,国勢調査データベース,および脳波データを用いた実験により,有効性が示された.さらに,複数のエージェントによるマルチメディアデータからのスパイラル的マイニングシステムを実装するために,多面的マイニングプロセスのメタルレベルの制御メカニズムの実験を行った.昨年度開発した特異ルール発見手法とスパイラル的例外性発見手法の統合システムを改良し,最終システムとした.改良は,実験方針やデータ処理に関する変更が主となった.最終システムの最終評価に関しては,医療の専門家の協力を得て複数回実験を行った.結果を評価するために,欧州で1999年から毎年開催されているDiscovery Challenge国際ワークショップで行われる国際的データマイニングコンテストに開催から参画し,研究発表などを通して参加者の関心を呼んだ.この結果,提案システムが国際的に認知され,有効性が示されたと考える.なお,統合システムを医療の専門家の協力を得ないで自動システムとして用いる実験も行い,ジャーナル論文で報告されている知識を発見した.