hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
モーメント理論に基づくクロマトグラフィー挙動解析基盤技術の確立

最も優れた精密分離分析法の一つとして幅広く利用されている高速液体クロマトグラフィーの更なる高性能化や高速化を達成するため、現在様々な構造的特徴(形状や多孔性等)を有する各種新規分離剤(シリカモノリスやコアシェル型球状粒子等)が開発されている。その分離特性や機構を定量的かつ詳細に解析するため、「モーメント理論」を基盤とする解析技術体系(理論、実験法や解析手順)を構築した。既往の解析理論(速度論等)の限界を越える新たな解析基盤を確立した。1.モーメント解析式の開発外部表面多孔性(シェル型)球状粒子に対するモーメント式を開発した。既に開発済の全多孔性シリカモノリスおよび非多孔性球状粒子に対するモーメント式と組み合わせることにより、現在使用されている高性能高速分離用カラムのクロマトグラフィー挙動を解析する際の基盤となるモーメント理論を体系化した。2.液相系分子拡散係数測定法の開発分子拡散係数の正確かつ簡便な測定法を開発した。微小粒子充填層を用いるピークパーキング(PP)法により、溶質(アルキルベンゼン)および溶媒(メタノールおよびアセトニトリルと水の混合溶媒)の種類や組成を変化させて実験を行った。分子拡散係数の実測値は既往の報告値や推算値と一致した。3.細孔拡散係数測定法の開発移動相としてテトラヒドロフラン、試料物質としてポリスチレンとベンゼンを用いるサイズ排除クロマトクロマトグラフィー系のPP実験による細孔拡散係数の測定法を開発した。4.液境膜物質移動係数測定法の開発HPLC系の液境膜物質移動係数を二つのアプローチにより測定した。先ず固定相として非多孔性C_<18>-シリカゲル粒子、移動相として30vol%メタノール水溶液、試料物質としてエチルベンゼンを用いる逆相液体クロマトグラフィー(RPLC)系でパルス応答(PR)実験を行い、液境膜物質移動係数を求めた。次に、固定相として全多孔性C^<18>-シリカゲル粒子、移動相として70vol%メタノール水溶液、試料物質としてアルキルベンゼンを用いるRPLC系でPR実験およびPP実験を行った。PP実験データによりピーク幅の広がりに対する粒子内拡散の影響を補正し、同様にして液境膜物質移動係数を求めた。実測した液境膜物質移動係数と各種推算式による推算値を比較した結果、既往の推算式がHPLC系の液境膜物質移動現象解析にも適用できることを確認した。1.液境膜物質移動係数測定法の開発モノリスカラムを用いるHPLC系の液境膜物質移動係数を測定した。固定相として全多孔性C_<18>-シリカモノリス、移動相として70vol%メタノール水溶液、試料物質としてブチルベンゼンを用いる逆相液体クロマトグラフィー系でパルス応答実験及びピークパーキング(PP)実験を行い、ピーク幅の広がりを解析して液境膜物質移動係数を求めた。その際、PP実験データによりピーク幅の広がりに対するモノリス骨格内拡散の影響を補正した。実測した液境膜物質移動係数と各種推算式による推算値を比較した結果、既往の推算式がモノリスカラムを用いるHPLC系の液境膜物質移動現象解析にも適用できることを確認した。2.ピーク非対称性補正法の開発カラム内における固定相の充填状態は「壁効果」の影響によリカラム半径方向に必ずしも均一ではない。そして、カラム内充填層構造の半径方向不均一性に伴う移動相流速とカラム局所効率の半径方向不均一分布が非対称性ピーク発現の原因の一つであることが実験的及び数値解析的に確認されている。そこで、実測テーリングピーク形状を解析して移動相流速とカラム局所効率のカラム半径方向分布、及びクロマトグラフィー挙動に関する正確な情報を得ることができる解析法を開発した。先ず、カラム放射方向における移動相流速とカラム効率(理論段高)の分布を種々変化させ、様々な形状の非対称性ピークを数値解析的に計算した。その結果に基づき、カラム放射方向不均一性と非対称性ピーク形状の関連性を解析した。次に、上記のアプローチとは逆に、実測テーリングピークの形状から真の(「壁効果」の影響を受けていない)カラム効率、カラム半径方向の移動相流速とカラム効率の分布に関する情報を求める解析方法を開発した。最後に、上記で開発した数値解析法を用いて過去の文献情報を解析し、その妥当性を実証した。1.細孔拡散係数測定法の開発移動相としてテトラヒドロフランを使用するサイズ排除クロマトグラフィー系において、高分子量ポリスチレン(分子量約30,000)及びベンゼンを試料物質として用いるピークパーキング実験を行った。前者は分子サイズが大きいため細孔内に進入できず、一方後者は細孔内部を含むカラム内の全空隙部分に浸透する。このため、前者を用いる実験からは粒子問空隙流路のみにおける拡散現象に関する情報が得られ、後者の拡散現象は粒子内細孔部分と粒子間空隙部分の両方における動的挙動を反映している。ベンゼンの拡散

情報から高分子量ポリスチレンのそれを差し引いて細孔拡散に関する情報を導出し、細孔拡散係数を求めた。その結果は、非保持条件下におけるパルス応答実験から得られた値と良く一致した。2.モーメント理論に基づくクロマトデータの解析-速度論との比較全多孔性C18-シリカゲル球状粒子、C18-シリカモノリス、シェル型C18-シリカゲル球状粒子、及び非多孔性C18-シリカゲル球状粒子の各充填カラムを用いる逆相系のクロマト分離データの解析に、本研究で開発した系統的モーメント解析法と既往の速度論的解析法を適用し、両者による解析結果を比較した。速度論的解析法の速度式中には、物理的定義が不明確な経験パラメータが含まれている。このため、カラム内での溶質分子の動きを表わす拡散係数や物質移動係数等の速度パラメータを、クロマトデータから具体的な数値として定量的に求めることができない。一方本研究では、モーメント解析法の適用により、クロマトグラフィー挙動に関係する各種速度パラメータ(拡散係数や物質移動係数)情報を定量的に導出した。研究の結果、クロマトグラフィー挙動の定量的速度解析を行う上で、モーメント解析法が既往の速度論に比べて優れていることを実証した。
卵巣癌におけるエピジェネティクスの異常の解析と治療への応用についての研究

MCA法による新しい遺伝子の同定:卵巣癌細胞株を用いMCA(methylated CpG island amplification)法により、正常細胞とでサブトラクションを行うことにより、卵巣癌での異常メチル化している多数の遺伝子を同定した。これは卵巣癌に抑制的に働く新たな遺伝子の発見につながるもので、現在遺伝子データベースを利用し各遺伝子について検討している。同時に各遺伝子のエピジェネティクな異常と卵巣癌での分子生物学的特徴について検討中である。TCF2遺伝子についての解析:上記のMCA法により、メチル化によりサイレンシングしている遺伝子の一つとしてTCF2遺伝子を同定した。TCF2は細胞の分化に関与する転写因子であり、各種腫瘍において発現異常が報告されている。実際卵巣癌ではTCF2遺伝子のメチル化は、卵巣癌細胞株16例中8例(50%)、卵巣癌症例68例中16例(23.5%)に認めた。メチル化を認める細胞株においては、発現の低下あるいは消失を認め、DNAメチル化阻害剤により遺伝子の再発現を認めた。また、プロモーター領域のヒストン脱アセチル化を認め、メチル化による遺伝子発現抑制にヒストン修飾が関与することが示唆された。さらに組織型別では明細胞性腺癌ではメチル化による抑制は少なく高頻度な発現が認められた。これは卵巣癌の中でも予後不良な明細胞性腺癌の生物学的解明につながる可能性がある。(投稿中)癌での細胞周期M期の制御の解析:これまで細胞周期M期に関わる遺伝子の異常と微小管阻害剤の感受性を検討してきた。ドセタキセルを暴露させたMitotic Indexの高い細胞株は抗癌剤に高い感受性を示し、CyclinBの核への集積が認められた。発現を調節している分子としてBUB1,MAD, Auroraなどの分子について検討中である。さらにCHFR遺伝子を細胞株に導入することによって、M期での分子制御機構の解明や抗癌剤の感受性の変化についても検討中である。1.アポトーシス関連遺伝子:TMS1/ASC遺伝子に異常メチル化が卵巣癌細胞株に高率に認められることを報告した。TMS1/ASCの発現はメチル化により発現が抑制されていて、これはメチル化阻害剤で処理することにより再発現する。また同時にCHIPアッセイによりヒストンのアセチレーションが起こっていることを示した。他のアポトーシス関連遺伝子であるDAPK,APAF-1,Caspase-8との関係も検討した。卵巣癌組織では15/80例(19%)にTMS1/ASCのメチル化を認め、臨床病理学的検討ではその頻度は明細胞性腺癌で他の組織型に比べ有意に高かった。これは抗癌剤に抵抗性を示し予後不良な明細胞腺癌の生物学的な特徴の解明に重要である。2.Fanconi-anemia/BRACpathwayの異常とシスプラチン感受性:卵巣癌におけるFA/BRCA pathwayに関わるFANCF分子のメチル化による異常がシスプラチンの感受性に関与していることが報告された。我々も異なった細胞株を用い、3/16(18.8%)にFANCFのメチル化による異常が起こっていて、これらはシスプラチンに高い感受性を示した。卵巣癌組織では、1/80例(1.3%)にしかその異常は認められず、最初の報告(21%)に比べ頻度は低く、人種間の違いがあることを示した。3.細胞周期調整遺伝子:細胞周期M期に関わる遺伝子の異常と微小管阻害剤の感受性を検討した。ドセタキセルを暴露させたMitotic Indexの高い細胞株は抗癌剤に高い感受性を示した。更にこれらの細胞株ではCyclinBの核への集積が認められた。これらのCyclinBの発現を調節している分子として、我々が他の癌でその関連を示したCHFRの異常メチル化が卵巣癌株では頻度は低かった。現在BUB1,MAD, Auroraなどの分子について検討中である。

ドセタキセルを暴露させたMitotic Indexの高い細胞株は抗癌剤に高い感受性を示し、CyclinBの核への集積が認められた。発現を調節している分子としてBUB1,MAD, Auroraなどの分子について検討中である。さらにCHFR遺伝子を細胞株に導入することによって、M期での分子制御機構の解明や抗癌剤の感受性の変化についても検討中である。
新超伝導工学:トンネル電流による電子間相互作用の直接検証

(1)マルチフォノン交換機構の提唱ギャップの上に徴細構造が現れることを見つけ、それがフォノンの状態密度と良い対応を持つことから、この構造はフォノンによるものであり、更にこの構造が臨環温度で消失することから非弾性トンネル効果によるものではなく真に超伝導に関連したフォノンあること、従って、この超伝導は本質的にフォノンによるものであると結論した。さらに高エネルギ側に徴細構造が現れること、また通常のフォノン機構では40K以上の臨界温度を説明出来ないことから、非線形電子ーフォノン相互作用による超伝導であるとの説を提唱した。このモデルでほとんど全ての現象が説明可能の範囲にある。(2)フォノン構造の位置からギャップの大きさ及びその温度変化を決定した。ギャップ対臨界点の比は7で強結合超伝導であり、ギャップの温度変化はBCS的である。また徴細構造が見えたことからギャップは面内に異方性がなく本質的にS波である。(3)ギャップの値は試料ごとに38-56meVと大きく変わり、この物質の材料としての困難さをうきぼりにしている。これは電子密度もさることながら、熱力学的に避け得ない積層欠陥に由来するものと見当をつけており、トンネル顕徴鏡による実証を準備しつつある。2.Bi系超伝導体-SnO_2トンネル接合による研究SnO_2を蒸着することにより、上記と同じような結果を得た。
ねじれた平面を有するキラルシアニン色素の開発

本研究ではヘリセンを含むキラルなシアニン色素およびインジゴ誘導体の合成法を開発して,基礎的な化学的,物理的性質を調べた.大量合成可能な光学活性(M)-ジカルボン酸から,対称な(M,M)-シアニンを合成した.これは緑色を呈した化合物であり,各種スペクトル法で構造を確認した.また,顕著な溶媒効果を示した.キラルな色素に関連して,インジゴ色素の誘導体であるキラルなRussigBlueを合成した.本研究ではヘリセンを含むキラルなシアニン色素およびインジゴ誘導体の合成法を開発して,基礎的な化学的,物理的性質を調べた.大量合成可能な光学活性(M)-ジカルボン酸から,対称な(M,M)-シアニンを合成した.これは緑色を呈した化合物であり,各種スペクトル法で構造を確認した.また,顕著な溶媒効果を示した.キラルな色素に関連して,インジゴ色素の誘導体であるキラルなRussigBlueを合成した.本研究ではヘリセンを含むキラルなシアニン色素およびインジゴ誘導体の合成法を開発して,基礎的な化学的,物理的性質を系統的に調べた.1.光学活性シアニンの合成と構造大量合成可能な光学活性(M)-ジカルボン酸から一方のカルボキシル基のみを変換してモノチオラクタムを合成した.これをS-メチル化した後,メルドラム酸を作用させる方法でメチル化したイミニウム塩を得た.さらに塩基性条件下でオルトギ酸メチルを反応させて,対称な(M,M)-シアニンを合成した.これは緑色を呈した化合物であり,NMR, UV-vis, MSなどの各種スペクトル法で構造を確認した.2.光学活性シアニンの環境応答性シアニン色素は近赤外領域に吸収をもち,緑色を呈した.加えて,顕著な溶媒効果を示した.トルエン,クロロホルム,クロロベンゼンなどの溶液中では720 nmに極大吸収を与えたが,例外的にブロモベンゼンとヨ-ドベンゼン中では810 nmに新たな極大吸収を与えた.これはソフトな芳香族溶媒と相性のよいヘリセンの特徴が示されたものである.また,加熱すると吸収が弱くなった.分解していないことをTLCで確認したので,これはコンフォーメーション変化によるものと考えられる3.光学活性インジゴ誘導体の合成キラルな色素であるシアニンに関連して,インジゴ色素の誘導体であるキラルなRussig Blueを合成した.先に得られていた(M)-キラルナフタレンを塩基性条件下で空気酸化すると二量化を起こし,キラルな(M,M)-Russig Blueを与えた.また,カップリング法を工夫して,立体異性体である(M,P)-Russig Blueも合成した.いずれも青色を呈し,塩基性条件下では赤紫色に変化した.X線構造解析によって,異性体で共役系の形状が大きく異なることもわかった.
3D立体視技術活用による静的・動的空間での芸術表現の研究とそのカリキュラムの構築

平成26年度は,静的空間での3D立体視表現において,既存の芸術品の技法,材質,モチーフについて調査し,既存機材をベースとした撮影技術の習得を行った.平成27年度以降は動的空間における3D立体視の表現を実現した.モチーフとして石川県の伝統工芸品である九谷焼を選択し,プロジェクションマッピングを制作し,既存の芸術作品を映像コンテンツの中で表現するためにはその質感(筆跡、色味を含む)を再現することが重要であることが分かった.また,これら実践的制作を通して学生のモチーフへの理解が深まることが確認できた。平成26年度は,静的空間での3D立体視による表現に力点を置き、美術の分野では陶器や漆器を中心とする美術品、文学分野では、詩句を題材とした制作準備を進めた。九谷焼と輪島塗の技法、材質、描かれるモチーフについて調査し、映像制作に係る適正の検討を進めるとともに、既存の機材をベースとした撮影を通して技術の習得を行った。その結果、静止画撮影、静止画表現において、質感や奥行き感を主とした美術品の実像再現については、投影映像の場合、投影対象物表面に光沢感があるほど、また高低を伴う装飾部分が多いほど、映像中視差の調整、視聴時の視点の合焦が困難であることが確認できた。作品に関しては,題材となる撮影対象作品制作者のコンセプトなどをヒアリングおよびディスカッションを通して映像化の検討を進め、平成27年度に向けた準備を整えた。全国主要都市で地域の伝統工芸品をモチーフとした平面CG映像を建造物に投影したプロジェクションマッピング・イベントが急増するなか、そのモチーフへの的確な理解と、それを再現・表現する技術を持つ人材を育成することが急務となっている。本研究では表現上正しい文化発信と集客コンテンツ制作技法の基盤を確立し、それらを習得するカリキュラムの作成を目指している。平成27年度は、平成26年度で実施した静的空間での美術品や俳句・連句作品の3D立体視表現の知識や技術を活用し、動的空間における3D立体視の表現を実現した。並行して、今までの2DCGや3DCG静止画による表現技法を参考にして、今回の表現技法と比較検討しながら、動きと絵画・画像の相乗効果による表現を目指した。3D立体視の表現媒体として石川県の伝統工芸品である九谷焼を選択し、プロジェクションマッピングを制作し、3Dコンソーシアム安全ガイドラインを基準にして、2D、2D双方について視聴者側からの観点でアクティブシャッター方式での視聴、裸眼での視聴それぞれで評価を行った。これらの実験により、地域工芸品を映像コンテンツの中で表現するためにはその質感(筆跡、色味を含む)を再現することが重要であることがわかった。また、県内の自治体、歴史民俗資料館の協力を得て、昭和初期の建造物遺構を利用した中規模プロジェクションマッピングのフィールド制作学習も開始し、最終年度への準備を進めた。その際、主として20年度22年度までに蓄積した俳句・連句の静止画・動画作品との表現技法の比較検討も試みた。また、県内の自治体、歴史民俗資料館の協力を得て、昭和初期の建造物遺構を利用した中規模プロジェクションマッピングのフィールド制作学習も開始した。平成28年度には,平成27年度までに撮影・編集してきた静的空間や動的空間での美術作品や地域の伝統的文様をテーマとした作品を体系的に整理した。また,27年度までに得られた、「撮影・編集方法」を基にしたカリキュラムの構築を目指した。当初、主として対象としているメディアデザイン学科の学生を対象として考えていたが、学科改組に伴い芸術学科の学生もとの対象とし、本格的に実践し、その結果を踏まえ日本の次世代集客コンテンツ産業のクリエイター育成を目的とするカリキュラムの完成を目指した。学生らの知識修得のための座学的講義と、技術修得のための屋内演習を経て、地域の協力を得て屋外建造物への公開投影実践(1件)と金沢市中心街で伝統工芸品そのものへの公開投影実践(1件)を実施することができた。今迄になかった学習内容への満足度と、学修の成果は認められたが、今後、如何にしてより高度な表現を修得できるようにするのかを今後引き続き検討する必要がある。これは、我々が継続して研究を行ってきた俳句・連句の文学的,絵画的(2D・3DCG)表現及び情報関連の実績を踏まえたものであり、3D立体視を含めたプロジェクションマッピングなどの投影映像による美術や文学分野での応用表現として、美術・詩句の作品の芸術性を主体とした表現部分をデジタルメディア上で再現し、多面的な表現方法の確立を目指したものであるが、美術品と歴史的建造物の質感表現を超えた情緒表現がこれからの創作の課題として見えた。平成26年度は,静的空間での3D立体視表現において,既存の芸術品の技法,材質,モチーフについて調査し,既存機材をベースとした撮影技術の習得を行った.平成27年度以降は動的空間における3D立体視の表現を実現した.

モチーフとして石川県の伝統工芸品である九谷焼を選択し,プロジェクションマッピングを制作し,既存の芸術作品を映像コンテンツの中で表現するためにはその質感(筆跡、色味を含む)を再現することが重要であることが分かった.また,これら実践的制作を通して学生のモチーフへの理解が深まることが確認できた。平成26年度に実施を予定していた、静的空間での3D立体視による表現の研究について、表現の題材となる美術品や詩句についての調査はほぼ完了した。美術の分野では、陶器・漆器を中心とする美術品、文学分野では詩句を対象とした、それぞれの表現媒体、技法、材質、描かれるモチーフについての調査、APS-Cセンサーを用いたデジタル撮影技術習得も完了した。研究拠点にて所蔵している美術品を対象とした3Dカメラによる立体視の静止画の撮影を行い、静止画表現における質感や奥行き感などに主眼をおいた美術品の実像の再現を試みたが、これは投影映像時に投影対象物の質感が視聴に及ぼす影響が思いの外大きく、安定した視聴環境が保証されている表現には至っておらず、さらなる検証を行う必要が出てきた。また、映像産業の規格が移行期と重なり、機材の互換性検証が新たに求められたことが、本研究がやや遅れている点である。作品に関しては、作家とのヒアリングやディスカッションが進められており、平成27年度に向けた映像化準備は概ね整ったといえる。平成28年度には、5月現在制作中のプロジェクションマッピング作品をフィールドにて実施・検証する。そして、平成27年度までに撮影・編集してきた静的空間や動的空間での表現作品を体系的に整理する。また、平成27年度までに得られた「3D立体視の制作・撮影・編集方法」を基にしたカリキュラムの構築を目指す。主として対象としているメディアデザイン学科・芸術学科の学生を始めとして、文学部の学生ならびにシティカレッジ講座に参加している市民の方々を対象に本格的に実践する。その結果を踏まえカリキュラムの完成を目指す。デジタル表現平成27年度は、平成26年度で実施した静的空間での美術品や俳句・連句作品の3D立体視表現の知識や技術を活用し、動的空間における3D立体視の表現を実現する。並行して、今までの2DCGや3DCG静止画による表現技法を参考にして、今回の表現技法と比較検討しながら、句と絵画・画像の相乗効果による表現を目指す。その際、主として20年度22年度までに蓄積した俳句・連句の静止画・動画作品との表現技法の比較検討も試みる。これらを作家(美術品)や詠み手(俳句・連句)が偏光メガネや裸眼などの手法を用いて評価し,3Dコンソーシアム安全ガイドラインを基準にして感性評価によるアンケートを行う。創作者側からの観点での再検討を行い創作者と鑑賞者との差異なども評価検討項目とする。また、Webにアップロードして鑑賞者からの評価に関しても分析・考察する。平成27年度に実施した実験において、画像処理、動画処理関連の制作作業について重点的に時間を費やし分析を実施したため、当該年度内の出力機材関連の費用が抑えられたため。
副生灰分をセメント材とする石灰の高効率ガス化プロセスの開発

石炭は地球上の貴重な化石燃料であり,資源と環境の両面から高効率での利用が要求されている。そこで気流床の高温ガス化に際し石灰石を添加して灰分の融点を下げ,最適反応温度でガス化すると同時に,多量に石灰石を含んだ排出スラグのセメント材としての利用を検討した。<(1)気流床高温ガス化における石灰石添加の効果>___ー石炭中の灰分の50%程度の石灰を添加した石炭を気流床ガス化炉に供給してガス化実験を行った結果,灰分の融点は100300°C低下し,著しい融点降下作用のあることがわかった。なお石炭に添加した石灰石の65%はスラグ中に取込まれ,Ca主体の鉱物組成に変化している。<(2)溶融スラグの高温安定性>___ー石灰石を添加したスラグの融点が何故低下するのか,また高温で安定な鉱物組成はどのようなものであるのか,を検討するため,Al_2O_3・SiO_2・FeO・CaO4成分系における結合エネルギの熱力学的計算を行い,これより融点を推定して実測値との比較を行った。両者はよく一致している。<(3)排出スラグのセメント化試験>___ー石灰石を添加した排出スラグを粉砕して刺激剤のCa(DH)_2,CaSO_4・2H_2Oを加え,水と混錬した後40°C,28日間養生して水和反応率,圧縮強度を測定してセメント材評価を行った。本スラグは高炉セメントと同等である。<(4)高温下に於る石炭粒子の反応性>___ー石炭粒子の反応機構を明らかにするため直径10mm,2g程度の石炭粒子を超音波センサ-の熱天秤にかけ,10001500°Cに加熱して粒子断面の反応模様を観察した。粒子は表面より灰分,灰分・未反応炭,未反応炭・灰分,未反応炭の4層に分けられ従来の反応モデルと相当違っている。<(5)石炭マセラルの高温反応性>___ー石炭をマセラル別に分け,熱天秤で反応性を評価し反応速度との相関を求めた。
強誘雷体の周期的分極反転構造を用いた導波型非線形光学波長変換デバイスの研究

本研究は、強誘電体における分極反転現象を利用して生成した位相整合用周期的分極反転構造を用いて高性能の導波路型光波長変換デバイスを実現するうえでの問題点を解明し設計・作製技術を確率することを目的とした基礎研究である。得られた成果は以下のように要約される。(1)本グループが研究してきた擬似位相整合導波路型波長変換デバイスの理論を基礎として、現実的な分極反転構造をもつ具体的なデバイスについて定量的な解析を行い、デバイス設計と性能予測の技法を確立した。(2)本グループが独自に見出したSiO_2装荷/熱処理による分極反転法を適用して緑色光発生のための波長変換デバイスを設計・試作し、実験で45%/Wの規格化変換効率を得て、デバイスの実現可能性を実証した.(3)新しい分極反転法として電子ビーム走査照射法の検討を行い、反転構造をエッチング・電子顕微鏡観測などで解明し、反転特性についての知見を得るとともに、最適照射条件を明らかにして、この方法が導波路型波長変換デバイス作製に適用できることを示した。(4)電子ビーム走査照射法を適用して緑色光発生のための波長変換デバイスを設計・試作し、YAGレーザ励起による実験で50%/Wの規格化変換効率を得た。また青色光発生のためのデバイスを設計・試作して、Ti:Al_2O_3レザ励起による実験で70%/Wの規格化変換効率を得て、デバイスの実現可能性を実証した。また実験結果と理論予測の比較検討を行い、効率と波長帯域の劣化要因を明らかにした。(4)電子ビーム走査照射法で作製したデバイスによる半導体レーザ光の波長変換の実験を行い、50%/W程度の規格化効率で青色光を発生できることを実証した。
身体図式を基礎とした動的イメージ生成の脳内メカニズムの解明

心的回転に関わるInuiとAshizawa(2011)の神経回路モデルを脳イメージング研究により実証した。さらに心的回転機構に関して一般化動径基底関数を用いた未知物体の景観予測モデルと視点不変な認知と視覚的類似度に基づくカテゴリ化を行う下側頭葉のネットワークモデルを構築した。視点変換に関する他視点シーン生成モデルや認知地図内の移動モデルの構築などを行った。さらに視点変換と心的回転に共通する脳部位の特定などをおこなった。本研究では2つの機能,すなわち(1)物体認知におけるイメージ生成・変換・照合過程の解明(2)認知地図の動的形成過程とイメージ変換過程の解明を並行して研究を進め,これらの共通性と差異を明確にすることにより,身体図式を基礎にしていかにこれらの機能が実現されているかを明らかにする.さらに脳機能イメージングの新技術を創出するとともに,これを用いて心的イメージの生成・変換・比較照合といった機能の神経基盤を明らかにする.また組織導電率の順モデルを用いたfMRI解析結果に基づく電位分布推定と,脳波の多層因子分解法を組み合わせることにより(3)新たな脳波とfMRIの統合化解析手法の構築をめざし,脳機能イメージングの新技術を創出するとともに,これを用いて心的イメージの生成・変換・比較照合といった機能の神経基盤を明らかにする心的回転に関わるInuiとAshizawa(2011)の神経回路モデルを脳イメージング研究により実証した。(乾・笹岡・朝倉)時計を刺激として用いた心的回転課題を行っている実験協力者の脳活動を,fMRIと脳波の同時計測によって測定した結果,左中心前回の運動情報がイメージの変換に利用されていることが示唆された.また心的イメージ操作に基づいた物体の動的脳内表現形成の計算論的枠組みを提案し,この枠組みから導かれる高次認知機能の心的イメージ操作と初期知覚過程の仮現運動知覚との関連を心理実験により検討した.さらに,メンタルローテーションに関わる頭頂葉および運動前野のネットワークのモデル化,および身体運動とともに,脳内で物体の位置のイメージを更新する機構のモデル化について検討した.(佐藤・山口)海馬は他視点シーンの想起に関与することから,海馬シータ位相歳差の記憶貯蔵モデルを2次元平面の記憶に拡張した.その結果,位相歳差により得られた記憶回路では非対称結合が空間構造を表現することで,想起を空間選択的に制御できることが明らかになった.一方内嗅野のグリッド細胞が環境空間内で周期的な構造を保つ神経活動を示す.この神経活動が,身体運動,特に移動速度と進行方向を用いて計算できる計算論モデルを提出した.これにより,身体運動から認知地図を獲得する機構が包括的に理解可能となった.(水原)皮質間の機能的神経回路網を同定するための基盤技術として,fMRIによる賦活部位情報と頭皮上の脳波電位分布を用いて,皮質における電気的神経活動を導出する手法を構築する必要がある.本年度はgrasping課題遂行中の脳波とfMRIの同時計測実施するとともに,再構築技術の基礎的な理論の構築を実施した.昨年度行った時計を刺激とした心的回転課題中の脳活動について,β帯域(14.7Hz)の脳波パワーとBOLD信号が相関を示す脳部位を調べた結果,右前・後部頭頂間溝,左下頭頂小葉および左運動前野において有意な負の相関が見られた.この結果は,心的回転中にこれらの領域がβ波の発生タイミングで動的な皮質ネットワークを形成していることを示唆している.また側頭葉-運動前野-頭頂葉(AIP-CIP)-視覚野の大規模ネットワークで心的回転のモデル化を行った.また多物体イメージの回転に関して,視覚シーンの変換についてモデル化を行った.モデルでは、観測者が仮想的に移動した場合に得られるシーンを現在位置のシーンの奥行き変換として算出し,各物体位置の情報をシーンのパースペクティブ情報として記銘した.計算機実験により,任意の位置の物体配置を生成できることを明らかにした.またイメージ生成と変換に関する研究を体系的にまとめ書物として出版した.最近人間の内嗅皮質でもその存在が確認されたグリットセルの形成メカニズムについて,移動の距離情報を方向依存的に積分及びリセットする機構を提案し,ニューラルネットワークモデルによる理論解析を行った.また佐藤と山口の提案したシータ波によりエンコードされるとする物-場所記憶の神経回路モデルに基づき,脳波とfMRIの同時計測により,モデルの妥当性を検証した.その結果,シータ波の発生のタイミングで海馬傍回場所領域と前頭眼野の活動が得られた.さらに身体運動を含めた物-場所記憶課題を遂行中の脳波とfMRIの同時計測実験を行うために,バーチャルリアリティを用いた実験課題を構築した.さらに,脳波とfMRIを用いて,高時空間分解能を有する脳イメージング技術を構築するために,特定の皮質活動に対応する脳波を分離する技術の構築に成功した.乾は、物体認識を司る下側頭葉のネットワークモデルを提案した。また、言語理解における心的イメージと視点変換についてfMRI実験を行い、その脳内メカニズムについて検討した。笹岡は、能動的に新奇物体の景観の変化を観察することによって,後の景観の比較照合過程の促進が起こることから,物体の認知過程に手の生体力学的拘束が影響を及ぼすことを示した.

さらに指のタッピング課題を行い、遅延フィードバック時には右角回が,変換フィードバック時には右下側頭溝が他者の手のように感じたときに活動することを見いだした.朝倉は物体回転の仮現運動知覚において,回転角度が小さい場合には物体固有軸回りの最小回転が優勢に知覚されるのに対し,回転角度が大きくなると環境軸の優勢に知覚され,その効果は水平軸よりも垂直軸の方が多大であることが明らかとなった.さらに,心的回転および仮現運動における空間参照枠の最適選択方略を統一的に説明することができた.水原は、脳波とfMRIの同時計測データにもとづき,高時空間分解能を有する脳機能イメージング技術を構築した.この技術により,fMRIの空間分解能で同定した部位において再構築した脳波時系列データは,脳波の時間分解能も併せ持つことが可能となった.佐藤は、多物体配置の他視点の見えに関する海馬の機能に関して,グリッド細胞の活動と「パースペクティブ逆変換シーンの空間周波数成分」を関連づけて記憶することで,多物体配置の他視点からの見えを想起できることを明らかにした.山口は3次元空間において認知地図が作成できるための神経活動の理論的モデル構築とシミュレーションを行った。またリプレーと呼ばれる空間記憶の再活性化が自己組織的に海馬で起きることで、現在の地点から任意の目的地までの経路に至る方向の計算が可能なことを提案し、海馬神経回路モデルを用いて簡単なシミュレーションを実施した。物体の心的回転および回転運動の知覚において,空間参照枠の競合により,時間の経過に伴って回転軸が切り替わる多義的回転運動が知覚されるかについて検討した.その結果,回転軸が曖昧な仮現運動刺激に対して,回転軸を定義する空間参照枠の競合により多義的知覚が生じることを示し,各参照枠の寄与は我々の先行研究と一致していた.さらにベイズ決定の枠組みを適用することで本研究の結果が説明できることを確認した.つぎに,Inui & Ashizawa(2010)が提案した心的回転の背側系のモデルをより具体的にするため, RBFネットワークによって心的回転が実現できるかどうかを検討した.さらに,心的回転および視点変換に関わる神経基盤について調べるため,fMRI実験を実施した.自己視点を移動させるイメージを作る場合(視点変換条件),物体を回転させるイメージを作る場合(心的回転条件)の両方の条件で共通な活動が両側上・下頭頂小葉と両側運動前野腹側部において見られ,心的回転と視点変換に共通のイメージ変換ネットワークが存在していることが示唆された.身体運動をともなう物ー場所記憶課題遂行中のfMRI計測を実施した.その結果,全身運動をともなう物ー場所記憶における左海馬傍回場所領域と頭頂皮質(右上頭頂皮質(BA7),楔前部(BA31))との連携を示唆する結果が得られた.つぎに身体移動情報と環境視覚手がかりを統合するメカニズムとして,視覚シーンのハフ変換を用いた内嗅野グリッド細胞に基づく神経回路モデルを提案した.また運動情報と視覚情報を自己位置や方位によらず統合し,かつ生理学的にも妥当な神経メカニズムとして,ハフ変換を用いたモデルを提案した.
免疫組織化学による光受容細胞の分化と配列の解析

1.ヤツメウナギ光受容細胞外節に特異的に接合する抗体の作製1)長および短光受容細胞の外節に結合する抗体2種(H16、B11)について、比較組織学的研究をまとめ総説を発表した〔業績1〕。2)新たに長細胞の外節にのみ結合する抗体1種(L31)と短細胞の外節にのみ結合する抗体1種(S70)をクローン化することに成功し、それらの比較組織学的性状について報告した〔業績2〕。2.連続切片法によるヤツメウナギ松果上皮の立体配置と光受容細胞の分化・分布の研究上述の4抗体の性質を利用して、同種松果体の光受容細胞の性質の分布を調査し、いわゆる眼外光受容細胞の分化の問題と網膜細胞の関係を考察することとした。とくに松果体と網膜を同時かつ完全な組織構造として固定するため、経腹側大動脈還流固定法を改良し、定量的分析に耐える標本作製を目指して研究中である。
中等理科教育における遺伝学領域の問題解決学習に関する認知発達論的研究

本研究は、生徒にとってなぜ遺伝学習が難しいのかという問題を、認知的な発達段階と遺伝問題(exercise)のタイプの違いという視点から考察したものである。生徒の認知的発達段階を特定するために、Roadrangkaらによって開発されたGALT(Group Assessment of Logical Thinking)を用いた。遺伝問題は、StewartやKinnearらの先行研究に基づいて、生物学的な文脈における遺伝問題(単性雑種に関する問題)と日常的な文脈における遺伝問題を作成した。上記の調査問題を中学生231人(男118、女113)、高校生237人(男127、女110)に実施した。GALTの正答数に基づいて、発達段階を特定したところ、具体的操作段階(正答数04)は204人、移行期段階(57)は162人、形式的操作段階(812)は97人であった。発達ごとに、生物学的な遺伝問題(6点満点)の平均点について分散分析を行ったところ、1%水準で有意差がみられた(F(2,444)=6.36,p<.01).多重比較の結果、具体的操作段階と形式的操作段階とに、5%水準で有意差がみられた。形式的操作段階の生徒の方が生物学的な遺伝問題の得点が高かった。同様に、日常的な遺伝問題(6点満点)においても、分散分析の結果、1%水準で有意差がみられた。(F(2,446)=30.01,p<.01)。多重比較の結果、3段階それぞれに5%水準で有意差がみられた。発達段階が高いほど、平均点は高かった。以上の結果から、遺伝の問題解決には、形式的論理的な操作能力が必要となることが明らかにされた。調査した中学3年生のうち、形式的論理的な操作段階に達していた生徒は、およそ40%であった。この点を考慮すると、遺伝は、やはり生徒にとって難しい教材であるといえる。本研究の目的は、中等教育段階における遺伝の問題解決能力と認知的発達段階との関連を明らかにし、問題解決能力の向上に寄与しうる学習指導法を考案することである。平成8年度は、次の2点について調査研究を行った。一つは、認知的発達が一般的な遺伝の問題解決のための必要十分条件かどうかを明らかにすることであった。もう一つは、日常的な文脈における遺伝の問題と生物学的な文脈における遺伝の問題というように、文脈によって問題を変えた場合に、問題解決の成否がどう異なるか、認知的発達はどう影響するかを明らかにすることであった。上記の目的を達成するために、まず、調査問題を作成した。生徒の認知的発達段階を特定するための調査問題、生物学的な文脈における遺伝問題、そして日常的な文脈における遺伝問題を作成した。認知的発達段階については、いくつかの文献を検討した結果、Roadrangkaらによって開発されたGALT(Group Assessment of Logical Thinkig)を参照して作成した。遺伝問題は、StewartやKinnearらの先行研究に基づいて作成した。上記の調査問題を中学生に実施した。その結果、次のような傾向が明らかになった。中学校の遺伝領域で扱われるような遺伝問題の解決には、必ずしも、形式的論理的な操作能力を必要としない。生物学的な文脈における遺伝問題に正しく応えることができた生徒でも日常的な文脈の問題になると誤って答えてしまう。詳しくはこれからの分析をまたねばならないが、来年度は、今回の調査をさらに発展させ、問題解決能力向上のための学習指導法について考えていく。

本研究では、生徒にとってなぜ遺伝学習が難しいのかという問題を、認知的な発達段階と遺伝問題(exercise)のタイプの違いという視点から考察したものである。生徒の認知的発達段階を特定するために、Roadrangkaらによって開発されたGALT(Group Assessment of Logical Thinking)を用いた。遺伝問題は、StewartやKinnearらの先行研究に基づいて、生物学的な文脈における遺伝問題(単性雑種に関する問題)と日常的な文脈における遺伝問題を作成した。上記の調査問題を中学生231人(男118,女113)、高校生236人(男122、女110)に実施した。GARTの正解数に基づいて、発達段階を特定したところ、具体的操作段階(正解数04)は204人、移行期段階( 57 )は162人、形式的操作段階(812)は97人であった。発達段階ごとに、生物学的な遺伝問題(6点満点)の平均点について分散分析を行ったところ、1%水準で有意差がみられた(F(2,444)=6.36,p<.01)。多重比較の結果、具体的操作段階と形式的操作段階とに、5%水準で有意差がみられた。形式的操作段階の生徒の方が、生物学的な遺伝問題の得点が高かった。同様に、日常的な遺伝問題(6点満点)においても、分散分析の結果、1%水準で有意差がみられた(F(2,446)=30.01.p<.01)。多重比較の結果、3段階それぞれに5%水準で有意差がみられた。発達段階が高いほど、平均点は高かった。以上の結果から、遺伝の問題解決には、形式的論理的な操作能力が必要となることが明らかにされた。調査した中学3年生のうち、形式的操作段階に達していた生徒は、およそ40%であった。この点を考慮すると、遺伝は、やはり生徒にとって難しい教材であるといえる。
古典文献学における電子テキスト共有基盤の研究

本研究は、古典文献学における電子テキスト共有基盤の確立を目指すものである。これは研究者向けデジタル・アーカイブと言えるものであり、したがって、まずは、その種のデジタル・アーカイブがこれまでどのようにして展開されてきたかを研究し、特に我が国における展開を中心に、それが人文科学と情報科学の間で弁証法的に発展してきたことを明らかにするとともに、個々のアーカイブを批判・検証することの原理的な困難さを指摘した。一方、古典文献学における電子テキスト共有基盤の事例として、インド仏教学、中でも特に中観派および仏教論理学派の文献の構造、およびそれに対する研究手法について研究するとともに、それをより適切に扱えるシステム基盤の検討および開発を行った。また、この研究の過程で、大規模漢字仏教文献テキスト・データベースを扱うためのシステムを開発し、コラボレーションによる電子テキストの校正作業に供した。これらを通じて、Webを介したコラボレーションに際しての問題点と解決策について検討した。Webを介したテキスト・データベースのコラボレーションにおいては、コラボレーション参加者による作業の信頼性が問題となる。これを解決するためには、作業後のデータを作業者ごとにパーソナライズして取捨選択するか、あるいは、専門家(機関)によって「確定」するという手続きをとるかの二つの選択肢があり、それらの選択は、文献が持つ性格によって行われるべきであることを明らかにした。また、古典文献学において扱われるテキストデータは、主流となっているマークアップ言語等による階層構造が必ずしも適切であるとは限らないことから、階層構造に依存しない形でのデータ蓄積方法を研究し、テキストデータをシラブルや文字などの最小単位に分節してそれぞれにメタデータを与えることによって、サンスクリット・チベット語・漢文をはじめとする様々な言語のテキスト間の関連情報を適切に記述できることを実際に明らかにした。今後の課題としては、より幅広い対象の文献を扱えるようにすることと、データの持続性を確保すること、それから、電子テキストの根拠情報としての画像データを適切に扱えるようにするためのフレームワークの構築が必要である。平成17年度は、研究計画に基づき、先行事例の調査と取り扱うテキストの調査、システムの試験的構築を行った。先行事例の調査に関しては、主に「デジタルアーカイブ」をキーワードに、関連する学会における先行研究や、先進事例の調査を改めて行った上で、積み残されてきた課題を明らかにする一方、先行する事例で扱われているテキストと本研究において扱うテキストの特性の差異に着目し、それが「デジタルアーカイブ」のメタデータモデルに対してどのような影響を与えるかについて検討した。テキストの調査に関しては、Dharmakirti及びNagarjunaのテキストを中心に、サンスクリット文献だけでなく、関連するチベット大蔵経及び大正新修大蔵経のテキストデータベースに関する調査も行った。サンスクリット文献とチベット大蔵経に関しては、メタデータモデルを構築するためのWebデータベースを構築し、文献学的なメタデータモデルの検証を行った。大正新修大蔵経に関しては、複数のプロジェクトが電子化を行っており、それぞれが公開しているテキストデータベースの調査を行った上で、それらのテキストの文献学的な意味でのメタデータモデルの検討も行った。さらに、それをWebを通じて扱えるようにするための基本的なシステムの試作を行った。このシステムは、現在、試験運用段階であり、その運用を通じて明らかになった課題と解決方法は、最終的なメタデータモデル及びそれを扱うためのインターフェイスの構築においても応用可能なものとなる。
ゲノム情報とバイオリソースを利用したイネ生殖隔離遺伝子の同定とその起源と分布

イネにおける雑種クロロシス遺伝子HCA1, HCA2の染色体上の座乗位置を決定した.これらは,それぞれ第11および12染色体の短腕末端に座乗した.この領域は互いに重複する領域であることから, HCA1, HCA2遺伝子が共に機能を喪失したときに雑種クロロシスが発現すると考えられた.また,イネ品種IR36とジャマイカとの雑種F2に見られる雑種弱勢現象のうち,ジャマイカがもつ劣性の原因遺伝子の座乗位置を第1染色体長腕の約30kbに絞り込んだ.世界イネコアコレクション,日本在来イネコアコレクションにおける上記生殖隔離遺伝子の分布を調査し,これら遺伝子の起源を考察した.イネにおける雑種クロロシス遺伝子HCA1, HCA2の染色体上の座乗位置を決定した.これらは,それぞれ第11および12染色体の短腕末端に座乗した.この領域は互いに重複する領域であることから, HCA1, HCA2遺伝子が共に機能を喪失したときに雑種クロロシスが発現すると考えられた.また,イネ品種IR36とジャマイカとの雑種F2に見られる雑種弱勢現象のうち,ジャマイカがもつ劣性の原因遺伝子の座乗位置を第1染色体長腕の約30kbに絞り込んだ.世界イネコアコレクション,日本在来イネコアコレクションにおける上記生殖隔離遺伝子の分布を調査し,これら遺伝子の起源を考察した.本課題では,雑種クロロシス, F_2雑種弱勢という2種類のイネ生殖隔離現象に関する遺伝子の同定を行い,生殖隔離を引き起こす機構を明らかにするとともに,それらが座乗する染色体領域がイネの品種文化に与えた効果について考察する.1.雑種クロロシスhca1, hca2 :インド型品種で例外的にhca2遺伝子をもつ品種IR24とhca1遺伝子をもつ滋賀県の在来品種J147との交雑F_4世代を育成し, DNAマーカーを用いて両遺伝子の連鎖分析を行った. 1F_4系統で第12染色体短腕のDNAマーカーとクロロシスとの連鎖が認められた,クロロシス個体はすべてJ147ホモ型であったため, hca1遺伝子が第12染色体短腕に座乗することが明らかになった.第11染色体短腕と第12染色体短腕が重複している報告が多数あること, hca1と連鎖するDNAマーカーが重複領域に存在することから, hca2遺伝子は第11染色体短腕に座乗していると推定した.そこで, F_4系統の中から第12染色体のDNAマーカーがJ147型で固定し,クロロシス個体が分離する系統を供試し分析したところ,第11染色体短腕のDNAマーカーとクロロシスとの連鎖が認められ,クロロシス個体はすべてIR24ホモ型であったため, hca2遺伝子は第11染色体短腕に座乗することが明らかになった.2. F_2雑種弱勢:インド型品種IR36と熱帯日本型品種Jamaicaとの雑種後代で見いだされた雑種弱勢現象に関わる劣性遺伝子の数が2個か3個か不明であった.染色体上の座乗位置が既知の2原因遺伝子のうちの一方が劣性遺伝子ホモ,もう一方がヘテロで,正常:弱勢が15:1に近い分離を示した系統の後代を分析したところ, 15:1という分離比は2個の劣性遺伝子によるものではなく,一方の遺伝子の分離の歪みによることを支持する結果が得られた.本課題では,雑種クロロシス,F_2雑種弱勢という2種類のイネ生殖隔離現象に関する遺伝子の同定を行い,生殖隔離を引き起こす機構を明らかにするとともに,それらが座乗する染色体領域がイネの品種分化に与えた効果について考察する.1.雑種クロロシスhca1,hca2:インド型品種で例外的にhca2遺伝子をもつ品種IR24とhca1遺伝子をもつ滋賀県の在来品種J147との交雑F_5世代を育成し,DNAマーカーを用いて両遺伝子の高密度連鎖分析を行った.その結果,hca1は染色体12短腕末端のSSRマーカーRM27404と共分離を示し,このマーカーの近傍に位置することが明らかになった.hca2は染色体11短腕末端のSSRマーカーRM25969よりもさらに短腕末端側に位置することが明らかになった.また,IR24とJI47の交雑F_2を供試し,個体毎にクロロシス発現の有無とhca1,hca2にそれぞれ連鎖するRM27404とRM25969の遺伝子型を調べることにより,雑種クロロシスに関与する遺伝子はhca1,hca2以外にはないことを確かめた2. F_2雑種弱勢:インド型品種IR36と熱帯日本型品種Jamaicaとの雑種後代で見いだされた雑種弱勢現象に関わる2個の劣性遺伝子のうち,染色体1に座乗する遺伝子の高密度連鎖解析を行った.その結果,この遺伝子は,日本晴のBACクローンP0506E04上の約65kbpに対応する領域に座乗することが明らかになった.また,もう一方の遺伝子は染色体2短腕に座乗する遺伝子であり,両遺伝子が合わさることで弱勢現象が起きることをIR36とJamaicaの交雑F_2を供試することにより確かめた.本課題では,雑種クロロシス,F_2雑種弱勢という2種類のイネ生殖隔離現象に関する遺伝子の同定を行い,生殖隔離を引き起こす機構を明らかにするとともに,それらが座乗する染色体領域がイネの品種分化に与えた効果について考察する.(1)雑種クロロシス,F_2雑種弱勢遺伝子の分布:

世界イネコレクション,日本在来イネコアコレクションにおける雑種クロロシス遺伝子hca2-1,JamaicaとIR36の交雑F_2で見出される雑種弱勢を引き起こす遺伝子の分布を調査した.hca2-1遺伝子は日本型品種で頻度が高く,また周辺のDNAマーカーとの連鎖不平衡が見出された.F2雑種弱勢を引き起こす2遺伝子の頻度はどちらも低かった.(2)雑種クロロシスにおける第12染色体短腕末端消失:第12染色体短腕末端のDNAマーカーを設計し,PCRを行ったところ,IR24由来のhca2-1遺伝子をホモ接合でもち,hca1-1遺伝子が分離する集団ではJ-147型のPCR産物が得られなかった.また,J-147由来のhca1-1遺伝子をホモ接合でもち,第11染色体短腕末端に座乗するhca2-1遺伝子が分離する集団を供試して第12染色体短腕末端のDNAマーカーを調査したところ,クロロシス個体(hca2-1遺伝子をホモ接合でもつ)ではPCR産物が得られなかった.hca2-1遺伝子をホモ接合でもつと,hca1-1遺伝子が座乗する第12染色体短腕末端のDNAが消失すると考えられた.(3)第1染色体に座乗するF_2雑種弱勢遺伝子の高密度連鎖解析:2009年に引き続き,種IR36とJamaicaとの雑種後代で見いだされた雑種弱勢現象に関わる2個の劣性遺伝子のうち,染色体1に座乗する遺伝子の高密度連鎖解析を行った.その結果,遺伝子の座乗候補領域は約30kbに絞り込まれ,機能が明らかなタンパク質をコードする候補遺伝子が4つ座乗していた.
歯周病における免疫制御系プロテアーゼの機能解析

歯周病は病原性細菌による感染力と宿主の生体防御機能のバランスが破綻することによって発症する慢性免疫性疾患である。歯周局所に浸潤する炎症性細胞群の蛋白分解システムは、生体防御機構の中核をなすもので歯周病発症においても極めて重要な役割を果たしているものと考えられる。本研究は、歯周病発症進展に関与する好中球、単球/マクロファージ、リンパ球などにおけるエンドソーム・リソソーム系プロテアーゼ、なかでも代表的なアスパラギン酸プロテアーゼであるカテプシンDおよびカテプシンEの機能を解析するものである。本年度はとくにカテプシンEの機能について解析を試みた。歯周病原性ジンジバリス菌を野生型マウスならびにカテプシンE欠損マウスに皮内注射すると、前者がほとんど生存する条件下で後者は時間経過とともに死亡する動物が増え、数日以内にすべてが死亡した。この結果は、カテプシンEが感染に対して重要な生体防御を担っていることを示している。さらにカテプシンE欠損マウスの解析から、本動物が強い酸化ストレスに曝されていることが明らかとなり、カテプシンEの欠損がエンドソーム・リソソーム系の破綻を誘導し、全身性の酸化ストレスをきたすことが強く示唆された。カテプシンE欠損マウスを用いて解明されてきた本酵素の生体防御機構における役割を、歯周病を含めた感染症との関係でさらに追究したいと考える。また今後、カテプシンE欠損が如何なる分子機構でエンドソーム・リソソーム系の破綻を誘導するのか、本酵素のターゲット蛋白質は一体何なのか等々、興味ある課題についても追究していく予定である。歯周病は病原性細菌による感染力と宿主の生体防御機能のバランスが破綻することによって発症する疾患である。歯周局所に浸潤する炎症性細胞群の蛋白質分解システムは、生体防御機構の中核をなすもので歯周病発症においてもきわめて重要な役割を果たしていると考えられている。本研究は、歯周病発症進展に関与する好中球、単球/マクロファージ、リンパ球などにおけるエンドソーム/リソソーム系プロテアーゼ、なかでも代表的なアスパラギン酸プロテアーゼであるカテプシンDおよびカテプシンEの生体防御系における機能を遺伝子改変マウスを作製して解析を試みたものである。カテプシンDノックアウトマウスはドイツの共同研究者Paul Saftigによって作製され、筆者らによって解析された結果、本動物が消化管上皮組織やリンパ系組織の高度な委縮・壊死を生じることが明らかにされ、カテプシンDが自然免疫ならびに獲得免疫のいずれにも関わっていることが示唆された。また、カテプシンDノックアウトマウスは生後20日頃から失明が起こり、痙攣発作を繰り返すようになり、生後26日で死亡した。免疫形態学的観察や生化学的解析から、本動物の神経細胞にはオートファゴソームやオスミン酸親性の穎粒状沈澱物が増加し、ヒト遅幼児型神経性セロイドリポフスチン蓄積症(バッテン病)に特徴的なATP合成酵素の成分サブユニットCがリソソーム内に蓄積していることが判明した。こうした症状の発症進展にはマクロファージ/ミクログリア系の産生するNOが強く関与していることも明らかにされた。一方、カテプシンEノックアウトマウスが筆者らによってはじめて作製され、解析が行われた。本動物は無菌環境下で飼育すると何の表現型も示さないが、コンベンショナル環境下で飼育するとアトピー性皮膚炎症状を呈することが分かった。血清中のIL-18やIL-1βなどとともにIgEの著明な増加が見られ、IL-4やIL-5などのTヘルパー2型(Th2)サイトカインの産生元進が見られた。これらの結果から、カテプシンE欠損はTh2型反応を誘導し、アトピー性皮膚炎を発症させることが明らかとなった。