hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
プロモータ領域のメチル化を利用した遺伝子発現制御の進化的な獲得

一方、例えばカタユウレイボヤでは、全ゲノムの約半分に相当する領域がメチル化を受けており、しかも、複数の遺伝子を含む数kbから数百kbにおよぶ比較的長いメチル化、非メチル化領域が交互に混在することが示されている。このメチル化パターンは、よく知られたヒトゲノムとは大きく異なり、発現制御との関わりは明確になっておらず、また、真菌など単純な真核生物でも示されているトランスポゾンの抑制機能でさえ、ホヤにおいては疑問視されている。脊椎動物の原始的な特徴を残す無顎類に加え、原索動物、棘皮動物を用いた広範囲なメチル化解析から、脊椎動物と無脊椎動物の間にパターンの大きな違いがあることが分かっており、DNAメチル化を利用した巧妙な遺伝子発現制御は、進化上、脊椎動物が誕生したごく初期に起こったグローバルなメチル化パターンの変化とともに獲得されたと考えるのが自然である。本研究ではこの経緯を探ることを目的とし、脊椎動物および無脊椎動物の境界付近に位置する種を用いてRNA-seqを利用した網羅的な転写開始点決定、およびプロモータ近傍のDNAメチル化解析を行う。複数の種から得られたデータを比較検討することにより、転写制御を担うエピジェネティクスの進化的な構築過程を明確にして、遺伝子発現の人為的制御の基盤創出を目指す。ゲノムDNAのメチル化がエピジェネティクスの一翼として遺伝子発現制御に重要な役割を果たしていることはよく知られているが、このことは動物に限れば哺乳類において詳しく研究されてきたに過ぎず、魚類を含めた脊椎動物全般にまでおおよそ当てはまることが確認されているものの、ホヤやウニなどの無脊椎動物においては状況がかなり異なる。ヒトでは全ゲノム中の約70%のCpGサイトはメチル化を受けており、他の脊椎動物もそれに近いグローバルなDNAメチル化を受ける。脊椎動物の原始的な特徴を残す無顎類に加え、原索動物、棘皮動物を用いた広範囲なメチル化解析から、脊椎動物と無脊椎動物の間に大きな違いがあることが分かつており、DNAメチル化を利用した巧妙な遺伝子発現制御は、進化上、脊椎動物が誕生したごく初期に起こったグローバルなメチル化パターンの変化とともに獲得されたと考えるのが自然である。本研究ではこの経緯を探ることを目的とし、脊椎動物および無脊椎動物の境界付近に位置するカワヤツメおよびカタユウレイボヤを用いてRNA-seqを利用した網羅的な転写開始点決定を行った。参照配列が存在しないカワヤツメについては独自にゲノム配列決定も行い、転写開始点下流に限らず上流の配列も取得し、両種におけるプロモータ配列の構造的な相違を明らかにした。ゲノムアセンブラのプログラムを開発し、公開した。
二次元物体後流のカルマン渦列の制御

二次元鈍頭物体あるいは二次元翼下流には時間発展型の全体不安定に起因してカルマン渦列が形成されることから、渦列周波数は極めて選択的であることはよく知られている。翼模型のsuction側に翼弦長の1/40の太さの針金を翼後縁から翼弦の75%離した位置に挿入することで、渦列は完全に抑制された。この抑制機構は、詳細な平均風速分布計測から針金挿入による局所流の偏向による実質的な迎角の減少であることが明らかとなった。さらに、円柱に代えて薄い平板の迎角を変化させることで、速度変動の時間成長率あるいは時間減衰率を計測することができた。断面形状がNACA0006のような二次元対称薄翼が一様な流れの中に置かれた場合、一様速度と翼弦長に基づくレイノルズ数が10,000程度では翼後流には広帯域の微小変動が指数成長する。この変動成長は対流不安定に起因し、古典的な線形安定理論で予測できる。しかし、薄翼の迎角を徐々に増加させるとある角度からある特定の周波数を持つ速度変動が模型後縁近傍領域で急激に成長する位置を実験的に特定できた。この急激な変動の成長と周波数の選択に絶対不安定が関与することは知られているが、この不安定が起こる必要十分条件はまだ明らかにされていない。翼後流における逆流の存在は絶対不安定の必要条件であるが、十分条件を抽出するために、当該年度において変動の発生位置近傍における平均速度および速度変動の分布計測を熱線風速計とレーザドップラー流速計を用いて実施した。熱線風速計は逆流領域を除いて速度分布を高精度に計測できた。一方、レーザドップラー流速計で逆流計測を実施した。当初翼軸に直交する面内の流速分布を行い、後流の幅に比べてレーザー流速計の焦点(計測領域)が大きいために、十分な精度を確保できなかった。次いで光軸を模型軸と一致させた計測を行ったが、翼後縁とレーザビームとの干渉で速度分布計測はできなかった。そこで来年度予定していたカルマン渦列の抑制実験を前倒しして実施した。翼弦長さの1/40程度の細い針金を翼後縁から流れと直角方向に翼弦長さ離しても渦列の形成は完全に抑制された。鈍頭物体後流にはカルマン渦列が形成されるが、この渦列の成長抑制は本主要課題である。H25年度、迎角のない対称薄翼模型NACA0006(翼弦長40mm)を、3.4度以上主流に対して迎え角を持たせると翼後縁近傍のある特定の位置から選択的な周波数を持つ速度変動が急成長して、規則的なカルマン渦列へと発展する。この条件で翼弦長の1/40程度の針金(control cylinder)を翼後縁から流れと直角方向に翼弦長程度離してもカルマン渦列の成長はほぼ完全に抑制されることを風洞実験で確認した。H26年度は、異なる翼型(NACA0010、翼弦長24mm)に対しても針金の抑止効果が期待できるかどうか実験を実施した。その結果、針金(直径0.7mm)がない条件に比べて最大で70%程度カルマン渦変動が抑制された。H25年度と比べて抑制効果は小さいが、この原因として針金の太さは前回より細くとしたこと、さらには翼型の違いは基本流れ場にどのように影響しているか、最終年度にはこれらの点に着目した実験を実施する予定である。一方、初年度計画になかった数値解析を新たに追加した。差分法を用いた三次元数値シミュレーションを行なった。対象とする流れ場は境界の影響を受けないように計算領域を十分に大きくとる必要がある。加えて、control cylinderの外径は翼模型に比べて非常に小さく、格子生成において局所的に格子を集中させる必要がありメモリ容量制限のため格子点数の限界が生じた。NACA0006翼型の主流に対する迎角が浅い場合には、模型近傍の後流は層流が維持されるが、ある迎角を超えると後流の全体不安定に起因する離散的な周波数を持つ速度変動が急成長しカルマン渦列へと発展する。翼弦が40mmで主流速度が4.2m/sの条件では、臨界迎角は3.8°で、成長する攪乱の周波数は348Hzであった。そこで、迎角をカルマン渦列が十分に発達する3.9°に設定し、直径1mmの針金を模型の軸と平行に、また翼のsuction側の翼弦の75%程度離れた位置に挿入すると渦列は完全に消滅した。さらに、熱線風速計による定量計測と流れの可視化技術を用いて、針金の渦列抑制機構の解明に向けた実験を実施した。渦列が形成された模型後流の平均速度と変動強度分布に対して、渦列が抑制された後流のそれらと詳細に比較した。その結果、渦列が抑制された後流の速度分布は、針金のない流れ場の模型迎角が3.65°における速度分布と相似であることが分かった。この結果は、針金を挿入すると模型の実質迎角が0.25°減少し、逆流領域が減少して後流は全体不安定に対して亜臨界条件となることを示唆している。複素速度ポテンシャル理論によると針金の挿入による流れの方向変化は0.02°であり、実験結果と一桁以上のずれがある。

しかし、針金後流の渦列を捕えた可視化画像から渦列の幅は針金直径の10程度であることから針金による流れの偏向角は妥当であることが示唆される。渦列抑制機構が解明されたことから、針金の代りに長さ2mm・厚み0.4mmの薄い平板をステッピングモータで急激に迎角を変化させることで渦列の抑制だけでなく成長を人工制御できた。この手法で全体不安定から成長する変動の時間成長率あるいは減衰率を世界で初めて計測できたことになる。理論との比較は今後の課題である。二次元鈍頭物体あるいは二次元翼下流には時間発展型の全体不安定に起因してカルマン渦列が形成されることから、渦列周波数は極めて選択的であることはよく知られている。翼模型のsuction側に翼弦長の1/40の太さの針金を翼後縁から翼弦の75%離した位置に挿入することで、渦列は完全に抑制された。この抑制機構は、詳細な平均風速分布計測から針金挿入による局所流の偏向による実質的な迎角の減少であることが明らかとなった。さらに、円柱に代えて薄い平板の迎角を変化させることで、速度変動の時間成長率あるいは時間減衰率を計測することができた。風洞実験は概ね順調に推移している。また、実験に対応した数値解析を行うため、新に差分法を用いた三次元数値シミュレーションソルバーを整備した。工学風洞実験においては、制御用の針金の太さ、設置位置、断面形状の異なる翼型を用いて可能な限り多くの組み合わせ実験を行ない渦列抑制のメカニズム解明を進める。一方、数値シミュレーションでは、メモリ容量が不足して三次元計算は難しいことから二次元計算に限定して解析を行って、実験結果との比較検討及び振動流抑制のメカニズム解明を行なうことにする。当該年度では絶対不安定の発生位置近傍領域においてレーザドップラー流速計を用いた高精度な平均速度分布の取得を計画していたが、流速計の計測点(領域)が予想外に大きく、十分な精度で計測できなかった。Particle Image Velicimeter(PIV)といった非侵襲の計測手法を検討する必要があることが分かった。このため来年度実施予定のカルマン渦列制御実験を前倒した。翼弦長さの1/40程度の細い針金でも、渦列の抑制に有効であることが分かった。今年度の実験から得られた成果並びに改善と追加すべき項目を考慮し、最終年度の予算に繰り越した。また成果の発表にも力点を置くこととした。翼後流における逆流を含んだ平均速度分布計測にPIVが有効であるかどうかについて、十分検討した上で、有効と判断されたら実施する予定である。十分な精度を確保できない場合には、翼周りの数値計算を専門とする研究者と連携し、高精度数値計算をお願いする予定である。一方、研究を前倒したカルマン渦列翼実験については、熱線風速計を用いた平均速度並びに速度変動計測を継続的に実施して、渦列抑制効果について詳細に調べる。実験装置の改造費のほか、学会発表のための旅費に当てる。レーザドップラー流速計を用いた速度場計測について当初予定していた精度が確保できず、計測手法の再検討を迫られた。また、新所属における実験の再立ち上げ費用が必要である。次年度使用額でPIV計測など新しい計測手法の可能性を探るための試験と実験再立ち上げのための資材購入を予定している。
沿岸域におけるメタン生産量をコントロールする要因

沿岸環境におけるメタンガスの放出量又は吸収量を明らかにする目的で、東京湾湾奥底泥および干潟の泥等を採取し、分析を行なった。バイアル瓶に無機培地でスラーリ-状にした試料泥をいれゴム栓及びアルミシールを施した。このバイアル瓶内部にメタンガスなどを一定濃度添加するためにゴム栓にシリンジを通じ水銀マノメーターを取付けたポンプでガス置換を行なった。メタンガスの酸化活性は、メタン資化細菌が持っているメタン酸化の第一段階の酵素メタンモノオキシゲナーゼを阻害する阻害剤Methyl Fluoride(MF)をメタンと共に添加して培養したときと、メタンのみを添加したときとのメタンの減少量の差から求めた。またメタン発生を抑える目的でBESを添加した培養も行なった。メタンガスは、バイアル瓶内のガスサンプルをガスクロマトグラフィーにより分析した。酸素及び二酸化炭素量も同時に測定するため、カラムはシリカゲルとモレキュラーシ-ブ5Aとを並列に接続し、分流量を毛細管で調節したものを用い、Arキャリア、TCDで検出した。クロマトグラムはデジタルインテグレーターにより面積を求め定量計算を行なった。この結果、メタンガスの酸化速度は25°C、10日間の培養でほぼ10mum/g/d程度であった。この速度は培養温度が10°Cではほとんど0になった。このようなメタンガスの酸化速度の変化は、メタン資化細菌の活性の変化あるいは初期濃度としての現存量の変動に帰することができる。そこで、分析に用いた泥試料からメタン資化細菌の分離を試み、分離された菌の活性の測定を行なった。測定は泥についてと同様に行ない、菌体タンパク量から増殖速度をもとめた。その結果、温度では泥の場合と同じ結果が得られたほか、塩類濃度として、Na^+が0.3-0.4Mのとき最大の増殖が得られ、0では全く増殖もなく、酸化活性も検出されなかった。
癌抗原ペプチド特異的TCRVβ応答の解析

癌抗原特異的細胞傷害性T細胞の抗原認識におけるTCR Vβレパトア応答を研究しており、今回人工的に合成した癌抗原ペプチドに対するTCR Vβレパトアの特異的免疫応答を解析することにより生体内における癌抗原(ペプチド)特異的T細胞の動態評価を検討した。ヒト消化器癌における腫瘍抗原の表出を免疫組織化学染色により検索し、高発現が確認された腫癌抗原分子のアミノ酸配列をもとにHLAに適合する腫瘍抗原ペプチドを人工的に合成した。末梢血より誘導した樹状細胞に合成ペプチドを結合させT細胞を刺激することにより、腫瘍抗原ペプチド特異的細胞傷害性T細胞が誘導され、ある特定のTCR Vβレパトア亜群が増加することが確認された。合成ペプチド提示樹状細胞ワクチンを癌患者に皮下投与した後の患者末梢血T細胞では腫瘍抗原(ペプチド)特異的細胞傷害活性の増強とType1サイトカイン産生の増強が認められた。合成MUC1ペプチドを用いた場合、体外でMUC1ペプチド提示樹状細胞にてT細胞を刺激するとTCR Vβ1,2,3,7.1,17のレパトア亜群の増加が認められたが、MUC1樹状細胞ワクチン投与後の患者において末梢血中に同様のTCR Vβレパトア陽性細胞が増強することが認められ、抗原ペプチドに応答するTCR Vβレパトアが生体内で誘導され増加したものと考えられた。現在の生体内CTL解析法であるHLAテトラマーを用いた方法はテトラマー作製が難しく、費用や時間がかかるなどの難点があり、今回の末梢血T細胞のTCR Vβレパトア解析が生体内における特異的免疫応答誘導の簡便かつ感度の良い指標と成り得る可能性が示された。消化器癌(膵臓癌、胆管細胞癌、胆嚢癌、大腸癌)における癌抗原の発現を調べるために、当センター外科にて手術された標本の免疫染色を行った結果、ほとんどの症例にMUC1ムチン及びCEAの異常発現を認め、一部でHer2/neuの発現が認められた。この結果よりMUC1及びCEAは特異的細胞治療の標的として適していると考えられ、合成MUC1ペプチド及び合成CEAペプチドと樹状細胞を利用した研究を開始した。抗原ペプチドはMUC1及びCEAのアミノ酸配列をもとにそれぞれ100mer及び9merのペプチドを合成した。患者自己末梢血より採取した単核細胞層をフラスコにまき、付着した細胞にGM-CSFとIL-4を添加して1週間培養して樹状細胞を誘導し、この樹状細胞に合成ペプチドをパルスして自己リンパ球と混合培養することにより、抗原特異的CTLの誘導を試みた。TCRのVβレパトアを誘導されたCTLと抗CD3抗体とIL-2にて活性化したリンパ球とで比較解析したところ、抗CD3抗体/IL-2活性化リンパ球では様々なTCR Vβレパトア群が散在していたが、ペプチド提示樹状細胞にて刺激したCTLでは一定のTCR Vβレパトアが増加する傾向が認められた。このCTLはpolyclonalなT細胞群であるため、さらにクローニングを続けてCTLクローンを作成し、TCR Vβの検索を予定している。MUC1ペプチドをパルスした樹状細胞ワクチン療法の臨床実験はすでに当科にて進められており、研究参加患者のワクチン投与前後における末梢血リンパ球のTCR Vβレパトアを検索した。その結果、ワクチン投与後での末梢血には一定のTCR Vβレパトア群が増加しており、それらはin vitroで誘導したCTLのTCR Vβレパトアとほぼ一致していた。これより、MUC1ペプチドをパルスした樹状細胞をワクチンとして投与することにより、MUC1ペプチドに応答するTCR Vβレパトアを有するTリンパ球が体内で活性化されて増加している可能性が示された。ヒト癌抗原に対するT細胞の特異的免疫応答におけるTCRV

βレパトア及びCDR3を解析し、生体内における癌特異的CTL前駆細胞の動態を評価する研究を進めている。膵臓癌、胆管細胞癌、胆嚢癌、大腸癌外科切除標本の免疫組織化学染色による癌抗原の検索においてMUC1、CEA、HER2の異常発現を高率に認め、MUC1、CEA、HER2の合成ペプチドをパルスした樹状細胞を皮下接種する癌ワクチン療法の前後におけるTCRVβレパトアの変動をFACSにて解析し、特定のTCRVβレパトアが抗原ペプチドごとに増加する傾向を認めた。食道癌、胃癌、肝細胞癌切除標本から採取したtotal RNAよりRT-PCRを行いMAGE-1、MAGE-3抗原の有無を検索し、MAGE抗原陽性癌症例に対して合成MAGEペプチドをパルスした樹状細胞ワクチンを皮下接種し、その前後で末梢血リンパ球のTCRVβレパトアの変動をFACSにて解析した。さらにHLA-A2402のMHCテトラマーを作成し、HLA-A2402結合性MAGEペプチドを結合させて、患者末梢血中のMAGE抗原特異的CTL precursorを検索している。これらの癌ワクチン実施患者の末梢血リンパ球をin vitroにて抗CD3抗体、ペプチドパルス樹状細胞、ペプチド結合テトラマーにて再刺激し、IFNγ産生細胞をELISPOTにて解析した。さらに癌ワクチン投与患者の末梢血リンパ球をペプチド提示樹状細胞にて再度刺激し続けてそれぞれのCTLクローンを作成し、TCRVβの検索およびMHCテトラマー解析、ELISPOT解析を進めている。ヒト癌抗原に対するT細胞の特異的免疫応答におけるTCR Vβレパトア及びCDR3を解析し、生体内における癌特異的CTL前駆細胞の動態を評価する研究を進めている。外科切除標本のRT-PCRと免疫組織染色にてMAGE-3が陽性であったHLA-A2402食道癌患者及び肝細胞癌患者において、合成MAGE-3ペプチドを提示した樹状細胞を皮下接種し、末梢血中のMAGE-3特異的CTL前駆細胞の動態を検索した。さらに患者末梢血中リンパ球をMAGE-3ペプチド提示樹状細胞にて体外で刺激培養してMAGE-3特異的CTLを誘導し、HLAテトラマーにて解析し、TCR Vβレパトアと比較して検討した。同様の手法で前立腺癌の患者に対してPSMA、白血病の患者に対してWT-1、食道癌の患者に対してNY-ESO-1の合成ペプチドを提示した樹状細胞ワクチンを投与し、末梢血中のそれぞれのペプチド特異的CTL前駆細胞の動態をHLAテトラマーとTCR Vβレパトアにて解析した。抗原ペプチド提示樹状細胞の皮下投与により、ペプチドに対するCTL前駆細胞は末梢血中でわずかに増加を認める傾向にあったが、明らかな差としては認められず、特定のTCR Vβレパトアの増加との関係は認められなかった。体外にて誘導したペプチド特異的CTLはHLAテトラマー陽性細胞が増加し、いくつかのTCR Vβ鎖がポリクローナルに増加し、抗原ペプチドに対応するTCR Vβレパトアのモノクローナルな増加は明らかではなかった。患者末梢血からのCTLクローン作成は困難であり、クローンを用いたCDR3解析は今後の課題である。
脳神経外科手術における力触覚鑷子の開発

繊細な力加減、触覚および精密な微細動作が要求される脳神経外科手術において、力触覚の伝送・増幅・記録を実現する技術であるハプティクス技術を搭載した手術器具の開発は有用であると考えられる。本研究では、脳神経手術を直接的に支援する力触覚通信技術を搭載した力触覚鑷子の試作開発と非臨床試験によるPOC取得を目的とし、豆腐(木綿豆腐vs絹豆腐)、マウス脳腫瘍モデル、ラット脳腫瘍モデルを用いて力触覚の伝達性能を計測する基本試験、生体性状が識別できるかの計測試験を行う。本研究の目的は超微細な力触覚を医師に伝達することにより、経験や技量への依存度の小さな、正確・精密な繊細作業を行うための脳神経外科手術機器(鑷子、吸引管、穿刺機器、鉗子)の開発を行うこと、そして、非臨床実験によるPOC獲得を達成し、脳神経手術用ハプティックデバイスの実用化を加速させることである。力触覚通信技術を搭載した手術器具として力触覚鑷子一号機を作成した。この力触覚鑷子はボイスコイルモーター(VCM)を操作側と被操作側に搭載することで、バイラテラル制御によって2つのVCMが相互に力と位置の情報を伝達する仕組みになっている。まず、力触覚鑷子においてVCMにバイラテラル制御が適応できるかどうか検証し、さらにスケーリング(力や位置の増幅や減衰)が可能であることを確認した。続いて、硬さの可視化を検証した。脳のモデルとして豆腐を用いて、力触覚鑷子を豆腐内で閉じることで測定される位置と力のデータをグラフ化した。横軸を位置、縦軸を力として測定したデータをプロットした場合、描かれたグラフの傾きが硬さを表すこととなり硬さが可視化できた。また、木綿豆腐と絹豆腐の硬さの違いを判別できるかを検証した。木綿豆腐と絹豆腐それぞれの中で力触覚鑷子を閉じた際の位置と力のデータをプロットしたところ、木綿豆腐の方が傾きが大きい、つまり硬いという結果が得られた。さらに、血管拍動の検知を検証するために血管拍動モデルを用いた。2.0mm、3.0mm、4.0mm、5.4mmの血管拍動モデルにて、1Hzの脈動の検知が可能であったが、1mm以下の径ではうまく検知できなかった。以上の結果から、力触覚鑷子にて対象物の硬さの識別が可能であること、2.0mm以上の血管拍動の検知が可能であることが示唆された。これまでの実験結果から、力触覚鑷子を使用して、硬さの可視化、硬さの判別、血管は駆動の検知が可能であることが示された。これらの成果はより実臨床での応用を意識した2号機を開発するにあたっての土台となるとともに、動物実験においても参考となる成果と考えられ順調に進展していると判断した。現在はより実臨床での応用を意識した力触覚鑷子として、軽量化、高精度、配線類の簡略化を重視した仕様となる2号機を作成している。先端は実際手術に使用するバイポーラーと同様の形状となっている。2号機についても1号機同様に硬さの識別、血管拍動の検知が可能かどうかについて検証を行う。さらには脳腫瘍モデルを使用して、正常脳と腫瘍との硬さの判別が可能かどうかの検証を行う。これらのデータを蓄積することで、正常脳と腫瘍を自動で判別する自動判別アルゴリズムの開発も視野に入れている。

さらに、血管拍動の検知を検証するために血管拍動モデルを用いた。2.0mm、3.0mm、4.0mm、5.4mmの血管拍動モデルにて、1Hzの脈動の検知が可能であったが、1mm以下の径ではうまく検知できなかった。以上の結果から、力触覚鑷子にて対象物の硬さの識別が可能であること、2.0mm以上の血管拍動の検知が可能であることが示唆された。これまでの実験結果から、力触覚鑷子を使用して、硬さの可視化、硬さの判別、血管は駆動の検知が可能であることが示された。これらの成果はより実臨床での応用を意識した2号機を開発するにあたっての土台となるとともに、動物実験においても参考となる成果と考えられ順調に進展していると判断した。現在はより実臨床での応用を意識した力触覚鑷子として、軽量化、高精度、配線類の簡略化を重視した仕様となる2号機を作成している。先端は実際手術に使用するバイポーラーと同様の形状となっている。2号機についても1号機同様に硬さの識別、血管拍動の検知が可能かどうかについて検証を行う。さらには脳腫瘍モデルを使用して、正常脳と腫瘍との硬さの判別が可能かどうかの検証を行う。これらのデータを蓄積することで、正常脳と腫瘍を自動で判別する自動判別アルゴリズムの開発も視野に入れている。
哺乳類非オプシン型タンパク質による概日光受容メカニズムの解明

概日時計や睡眠中枢に入力する光応答機構は視覚情報を伴わない非視覚光受容と呼ばれる。非視覚光受容の分子メカニズムを理解することは、概日リズム障害の発症機序の解明とその解決に不可欠である。本研究計画では、哺乳類の非オプシン型光感受性因子であるCRYの概日光応答における機能を再検証し、哺乳類における新規光応答メカニズムに分子レベルで迫ることを目的としている。本研究では主にCry1の機能解析を部位特異的に行うため、Creリコンビナーゼを発現した細胞のみで機能欠損できるようにコンディショナルノックアウトマウスを用いることを計画している。当該年度ではまず、コンディショナルノックアウトマウス(Cry1 floxマウス)を作成した。機能ドメインを含むエキソンを挟むようにloxP配列を配置したターゲティングベクターを作成し、CRISPR-Cas9システムを用いてターゲット配列をマウスゲノムにノックインした。その結果、loxP配列を含むターゲット配列を持つ変異マウス系統が複数得られた。さらに我々は、培養細胞に光受容タンパク質とNFATプロモーターにドライブされるルシフェラーゼ遺伝子を発現させて光照射によって活性化するGタンパク質シグナリングをリアルタイムでモニタリングすることに成功した。この再構築系を用いて、CRYタンパク質が光受容シグナリングに及ぼす影響を調べたところ、CRYタンパク質の発現によってシグナリングが活性化する一方、機能阻害では光受容シグナリングの活性化が減弱することを見出した。このことより、生体内においてもCRYタンパク質が概日光受容に関与している可能性が高いと考えられた。今年度は、研究計画の柱となるCry1のコンディショナルノックアウトマウスの作成に成功しており、マウスのブリーディングもすぐに実験に使用できるように順調に進んでいる。さらに細胞レベルでの実験では、培養細胞を用いて光受容シグナリングをin vitroで再現し、そのシグナリングの活性化をルシフェラーゼを用いて可視化することに成功している。さらに、この再構築系を用いてCRYタンパク質の発現がGPCRの発現変動を介さずに活性を変化させることを見出しており、転写因子としての役割ではなくタンパク質レベルで光受容タンパク質と協調して働くという本研究の作業仮説が強く示唆された。2年次は1年目に得られたマウスと各種タンパク質を発現するウイルスベクターを組み合わせることにより、CRYタンパク質の光受容における役割を生体内で解析することを予定しており、今後研究が大きく進展すると考えられる。今年度は、研究代表者が産休を取得したため研究期間が約半年と限られており、そのことを考慮しても順調に研究が進んでいると評価できる。2年次は、アデノ随伴ウイルス(AAV)を用いたマウス生体内での部位特異的なCryの機能阻害または過剰発現を行い、どの部位に発現しているCRYが光受容に必要なのかを明確にする。rd/rd変異を持つ近郊系マウス(C3Hマウス)をバックグラウンドに持つCry1 floxマウスを用い、網膜全体、Opn4発現細胞(Opn4-Creマウスを利用する)およびSCNにCreリコンビナーゼを発現するウイルスを導入する。効果の評価は行動リズムの光同調、急性睡眠誘導、瞳孔反射などを指標とする。これらの解析により、CRYの非視覚受容における新規機能を提示する。さらに、培養細胞を用いた再構成系を用い、CRYによる光シグナリングに関与する機能ドメインを解明する。申請者はすでに培養細胞に発現させたCRYが光シグナリングを増強させることを見出している。そこで、CRYを介した光反応メカニズムを明らかにするために、光活性化に必要なドメインや機能(転写抑制活性や局在)を同定する。CRY分子の中でどの部位が光活性に必要なのかを明確にする。培養細胞を用いたin vitro再構成系で得られた結果を基に、rd/rd-CryDKOマウスに変異体CRYを発現させてその効果をin vivoでも検証する。これらの解析から、哺乳類の非オプシン型光感受性因子であるCRYの概日光応答における機能を再検証し、哺乳類における新規光応答メカニズムに分子レベルで迫る。

今年度は、研究計画の柱となるCry1のコンディショナルノックアウトマウスの作成に成功しており、マウスのブリーディングもすぐに実験に使用できるように順調に進んでいる。さらに細胞レベルでの実験では、培養細胞を用いて光受容シグナリングをin vitroで再現し、そのシグナリングの活性化をルシフェラーゼを用いて可視化することに成功している。さらに、この再構築系を用いてCRYタンパク質の発現がGPCRの発現変動を介さずに活性を変化させることを見出しており、転写因子としての役割ではなくタンパク質レベルで光受容タンパク質と協調して働くという本研究の作業仮説が強く示唆された。2年次は1年目に得られたマウスと各種タンパク質を発現するウイルスベクターを組み合わせることにより、CRYタンパク質の光受容における役割を生体内で解析することを予定しており、今後研究が大きく進展すると考えられる。今年度は、研究代表者が産休を取得したため研究期間が約半年と限られており、そのことを考慮しても順調に研究が進んでいると評価できる。2年次は、アデノ随伴ウイルス(AAV)を用いたマウス生体内での部位特異的なCryの機能阻害または過剰発現を行い、どの部位に発現しているCRYが光受容に必要なのかを明確にする。rd/rd変異を持つ近郊系マウス(C3Hマウス)をバックグラウンドに持つCry1 floxマウスを用い、網膜全体、Opn4発現細胞(Opn4-Creマウスを利用する)およびSCNにCreリコンビナーゼを発現するウイルスを導入する。効果の評価は行動リズムの光同調、急性睡眠誘導、瞳孔反射などを指標とする。これらの解析により、CRYの非視覚受容における新規機能を提示する。さらに、培養細胞を用いた再構成系を用い、CRYによる光シグナリングに関与する機能ドメインを解明する。申請者はすでに培養細胞に発現させたCRYが光シグナリングを増強させることを見出している。そこで、CRYを介した光反応メカニズムを明らかにするために、光活性化に必要なドメインや機能(転写抑制活性や局在)を同定する。CRY分子の中でどの部位が光活性に必要なのかを明確にする。培養細胞を用いたin vitro再構成系で得られた結果を基に、rd/rd-CryDKOマウスに変異体CRYを発現させてその効果をin vivoでも検証する。これらの解析から、哺乳類の非オプシン型光感受性因子であるCRYの概日光応答における機能を再検証し、哺乳類における新規光応答メカニズムに分子レベルで迫る。研究代表者の産休育休取得により、研究期間が短くなったため1年次の予算を2年次にまわした。
繊維化デンプンの安定化処理技術の構築

1.各種のデンプンを水に加熟可溶化させ、約10%濃度のデンプン溶液にし、次に約60°Cの状態からノズル経0.2mmの丸形あるいは三角形の押し出し装置から、40%濃度の硫酸アンモニウム水溶液に押し出し成形すると、繊維形状を有するデンプン繊維を調製することができた。その際に用いるデンプンとしては、アミロース、アミロペクチンの比率からトウモロコシデンプンが最適であることが明らかになった。2.得られたデンプン繊維の熱、弱アルカリ条件下での形状安定性向上を目的として、各種の架橋剤を検討したが、デンプンに対して5%添加量以下では、十分な形状安定性を付与することができなかった。多量の架橋剤を添加した場合には繊維化することがてきなくなってしまった。デンプンの架橋剤による安定化には、条件を含めて再検討を要する。3.一方、デンプン繊維調製の際に、デンプン水溶被に炭酸カルシウム粉体、二酸化チタン粉体等を混入することにより、安定した繊維化が可能になった。更に、これらの無機粉体複合デンプン繊維を用いることにより、デンプン繊維のみを添加することによる紙の不透明性の低下をある程度制御することができた。4.セルロースとデンプンをザンテート溶液という共通溶剤に溶解させ、紡糸して調製したセルロースーデンプン複合繊維は、表面にセルロース成分が存在し、内側にデンプン成分が分布する構造を有するため、デンプンの熱溶融性、繊維間結合形成機能は現れなかった。そこで、この複合繊維を水存在下で機械的に磨砕処理する叩解処理により、デンプン成分の露出・特性発現を期待したが、期待される特性は発現できなかった。今後、デンプン成分の分布状態を制御する複合繊維化技術の検討を要する。1.これまでの検討結果から、ノズル径が0.5mm程度で紡糸したデンプン繊維を木材パルプ代替素材として手すきシートに混合させた場合、力学物性は向上した。しかし、デンプンの水存在下での加熱溶融性により、紙の不透明性、サイズ性が低下し、印刷筆記用紙としての特性は、デンプン繊維の添加によって低下した。そこで、他の物質とのブレンド紡糸による改質、ノズル径の選択等によるデンプン繊維の安定化を検討した。2.水不溶性の無機粉体である、炭酸カルシウム、二酸化チタン、タルク等との複合化が可能であり、得られたデンプン繊維の形状は複合化していないものに比べて安定した繊維径を有していた。また、水可溶性高分子との複合化では、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレングリコール等との複合化が可能であり、0.2mm径のノズルが紡糸に最適であった。備品申請した蛍光X線分析装置を用いることにより、デンプン繊維中およびデンプン繊維を含む紙シート中の無機粉体由来の元素分析手法を確立した。3.炭酸カルシウムを0,5,10%含有するデンプン繊維を紡糸し、それを離解して長さ1mm程度の短繊維にした試料を用いて手すきシートを作成したところ、均一な分散、力学物性の向上が得られ、製紙用添加剤により、湿潤強度、熱劣化による耐折強度の低下を抑えることができた。土中埋め込み試験では、デンプン繊維の添加量により、形状崩壊時間を制御することができた。1.トウモロコシデンプンを水に可溶化させ、ノズル経0.20.4mmの押し出し装置から加熱加圧下に40%濃度の硫酸アルミニウム水溶液に押し出すことにより、繊維形状を有するデンプン繊維を調製する手法を確立した。このデンプン繊維を木材パルプの一部代替素材として、重量で最大40%程度手すきシートに混合させることができた。本塩析法によって繊維形状を形成させるためには、アミロースとアミロペクチンがほぼ1:1の割合のデンプンが適していた。

2.デンプン繊維と木材パルプから加熱乾燥によって手すきシートを作製した場合、デンプン繊維成分は紙中で溶融して繊維間結合面積を増加させるため、木材パルプ繊維含有量が相対的に減少しても、力学物性は維持あるいは向上することができた。一方、紙の不透明性、サイズ性は低下した。そこで、デンプン繊維調製用のデンプン溶液に炭酸カルシウム、二酸化チタン等の無機紛体を填料成分として加え、無機紛体を含有したデンプン繊維を調製し、手すきシートを作製した。その結果、ある程度不透明性を維持することができた。3.再生セルロース繊維であるレーヨンを調製する条件で、木材漂白パルプの一部に代えて、デンプンを加え、ザンテート法で溶解し、紡糸によって調製したセルロース-デンプン複合繊維を得ることができた。しかし、この複合繊維の表面にはセルロース成分が存在し、内側にデンプン成分が分布する構造を有するため、デンプンの熱溶融性、繊維間結合形成機能は現れなかった。4.デンプン繊維含有シートの土中埋め込み試験の結果、40%程度デンプン繊維を含む紙は1ヶ月程度で明瞭な形状崩壊性を有しており、生物分解性シートとして利用できる。1.各種のデンプンを水に加熱可溶化させ、約10%濃度のデンプン溶液にし、次に約60°Cの状態からノズル経0.2mmの丸形あるいは三角形の押し出し装置から、40%濃度の硫酸アンモニム水溶液に押し出し成形すると、繊維形状を有するデンプン繊維を調製することができた。その際に用いるデンプンとしては、アミロース、アミロペクチンの比率からトウモロコシデンプンが最適であることが明らかになった。2.得られたデンプン繊維の熱、弱アルカリ条件下での形状安定性向上を目的として、各種の架橋剤を検討したが、デンプンに対して5%添加量以下では、十分な形状安定性を付与することができなかった。多量の架橋剤を添加した場合には繊維化することができなくなってしまった。デンプンの架橋剤による安定化には、条件を含めて再検討を要する。3.一方、デンプン繊維調製の際に、デンプン水溶液に炭酸カルシウム粉体、二酸化チタン粉体等を混入することにより、安定した繊維化が可能になった。更に、これらの無機粉体複合デンプン繊維を用いることにより、デンプン繊維のみを添加することによる紙の不透明性の低下をある程度制御することができた。4.セルロースとデンプンをザンテート溶液という共通溶剤に溶解させ、紡糸して調製したセルロース-デンプン複合繊維は、表面にセルロース成分が存在し、内側にデンプン成分が分布する構造を有するため、デンプンの熱溶融性、繊維間結合形成機能は現れなかった。そこで、この複合繊維を水存在下で機械的に磨砕処理する叩解処理により、デンプン成分の露出・特性発現を期待したが、期待される特性は発現できなかった。今後、デンプン成分の分布状態を制御する複合繊維化技術の検討を要する。
水の動的構造と緩和モードの超低振動数ラマン分光による研究

1.水と同位体水の低振動数ラマンスペクトルの解析から、水分子間の変角振動(50cm^<-1>モード)はH_2O分子全体が動き、水分子間の伸縮振動モード(170cm^<-1>モード)は主に酸素原子が動いていることがわかった。また、水素結合の生成消滅に伴う水分子間の四面体的な構造ゆらぎの緩和が、室温で7cm^<-1>付近に見つかり、この緩和モードを多重二状態遷移模型(MRTモデル)の緩和関数で解析した。2.四塩化炭素の低振動領域のラマンスペクトルは、Cole-Cole型の緩和モードでは再現できない。多重二状態遷移模型(MRTモデル)に基づいた緩和関数を用いると、この緩和関数だけでスペクトルが見事に再現された。このMRT緩和関数はTHz領域での慣性効果とメモリー効果が実効的に組み入れられているという意味で、緩和モードに対する全く新しいアプローチである。3.水と電解質水溶液に対してMRTの緩和関数を用いて低振動数ラマンスペクトルを解析した結果、電解質の構造形成イオンと構造破壊イオンの効果が、熱浴側の揺らぎの相関の違いとして得られた。これは、ラマンスペクトルから熱浴側の揺らぎを得たと言う意味で、全く新しい知見である。また、水に対するMRTモデルの解析では、50cm^<-1>の振動モードが室温以上で消失した。この結果は、水の遠赤外吸収の実験結果と一致しており、ラマン散乱におけるTHz領域のダイナミクスに対して、新しい知見を与えるものである。4.エチレングリコールに対して、超低振動領域までラマンスペクトルの測定と解析の結果、低振動数領域に2個の緩和モードが必要な事が明らかになった。このうち速い緩和モードはoverdamped limitとnarrowing limitが破れていることがわかった。これにより、THz領域での緩和に対する新しい知見を付け加えた。超高分解能ダブルパスダブルモノクロメータDMDP2000を設置して調製する途中で、2つの大きなトラブルがあった。ひとつは、分光器本体をGP-IBで制御するコンピューター系のトラブルで、操作の途中で突然分光器が暴走する不具合が発生した。これは、コンピューター本体を交換することと、OSをWindows95からWindows3.1に変更することで解決した。もうひとつは、光学系の調整中にレーザの出力が突然1/10に減少してしまった。この修理に約1ケ月かかった。これらの事故と調整に時間がかかり、すべてが順調に動き始めたのが1998年3月になった。早速、分光器の光学系の再調整を行った後、「CCl_4」、「ジオキサン」、「蒸留水」等の測定を行った。1)液体では、(VV)偏光で縦波音波による強いブリュアン散乱スペクトルが測定されるが、上記の試料のブリュアンスペクトルについて、期待される分解能とスペクトル強度が得られた。従来のファブリーペロ-干渉分光計による測定にくらべ、スペクトルのバックブランドに対する信頼性が格段に向上した。2)(VV)偏光の測定後、ジオキサンと蒸留水について、(VH)偏光で超低振動数ラマンスペクトルを測定した。従来の高分解能回折格子分光器の低振動数領域は2cm^<-1>が限度であったが、本設備ではジオキサンについて、0.05cm^<-1>、蒸留水について、0.4cm^<-1>まで信頼できるスペクトルが測定できた。この結果、1cm^<-1>以下の超低振動数領域のスペクトルを含めた低振動数ラマンスペクトルの形を再現する、物理的に意味のあるフィッティグ関数の探索を行う大きな手掛かりができた。

この研究計画の目標は、水、水溶液系、および有機溶媒など、液体のラマンスペクトルの中心成分に観測されるTHz領域での緩和モードの正体を明らかにすることである。この問題に対して以下の研究成果を得た。1四塩化炭素の低振動数領域のラマンスペクトルは、原理的にCole-Cole型緩和モードで再現できない。多重二状態遷移模型(MRTモデル)に基づいた緩和関数を用いると、この緩和関数だけでスペクトルが見事に再現された。このMRT緩和関数はTHz領域で慣性効果とメモリー効果が実効的に組み入れられているという意味で、緩和に対する全く新しいアプローチである。2水と電解質水溶液に対して、MRTの緩和関数を用いて低振動数ラマンスペクトルを解析した結果、Cole-Cole型の緩和モードを用いた場合と同様の精度でスペクトルの再現が出来た。MRTモデルを用いた事による新しい知見として、電解質の構造形成イオンと構造破壊イオンの効果が、熱浴側の揺らぎの相関の違いとして得られた。これは、ラマンスペクトルから、熱浴側の揺らぎを得たと言う意味で全く新しい知見である。また、水に対するMRTモデルの解析結果では、50cm-1の振動モードが室温以上で消失する結果が得られた。この結果は、水の遠赤外吸収に実験結果とコンシステントであり、ラマンにおけるTHz領域のダイナミクスに対して新しい知見を与えるものである。3エチレングリコールに対して、超低振動数領域までラマンスペクトルの測定と解析が成功した。水や四塩化炭素と異なり低振動数領域に2個の緩和モードが必要な事が明らかにり、このうち速い緩和モードはDebye型緩和やCole-Cole型緩和の前提である、overdamped limitとnarrowing limitが破れていることがわかった。これにより、ラマンのTHz領域での緩和に対する新しい知見を付け加えた。
アルポート症候群の治療法の開発-モデル動物を用いた骨髄移植法の応用-

3週齢のHomo♀マウスに対して8Gy照射後wild♂マウスの骨髄を1×10^7個移植した.このことにより予後が83±4日から120±17日まで改善するのを確認した.移植後マウスでは,腎組織での糸球体・間質の線維化の進行抑制が明らかに見られ,scoringでも有意に改善しているのを確認した.また,BUNやCrも移植後マウスでは有意に改善していた.FISH法で同定できているのであるが,驚いたことに、COL4A3遺伝子の発現は蛋白レベルでは確認できないのである.すなわち,IV型コラーゲンα3,4の免疫染色は陰性であり,ウエスタンブロット法にても腎臓内で移植後マウスにおいてIV型コラーゲンα3の発現は認められなかった.ところが,Kalluriら(J Clin Invset 1997)が提唱しているproteolytic attackの理論に関与していると考えられているメディエーターの1つであるMMP-2,14はreal-time PCRにて骨髄移植マウスでは無治療のhomoマウスと比べて発現の亢進が抑えられているのを確認している.免疫沈降を含めたウエスタンブロット法で蛋白レベルでのCOL4A3遺伝子の発現は確認できていないが,ごく微量のCOL4A3遺伝子の発現がこの疾患の病態改善に寄与している可能性は高いと推測される.そのため,現在さらなる機序を解明中である.レトロウイルスベクターの構築はできているが,先ほど述べたように,明らかなCOL4A3遺伝子の発現は蛋白レベルでは確認できなかったため,COL4A3遺伝子のC末端にC-myc tagをつけた組み換え型cDNAを制限酵素で切断してライゲーションにより作成して組み換え型レトロウイルスベクターも作成中である.このことにより免疫沈降をより容易にするねらいがある.また,レトロウイルスベクターの感染効率が悪く,COL4A3遺伝子の過剰発現がうまくできない場合も考慮して,COL4A3transgenic mouseも構築中である.3週齢のHomo♀マウスに対して8Gy照射後wild♂マウスの骨髄を1×10^7個移植した.このことにより予後が83±4日から120±17日まで改善するのを確認した.移植後マウスでは,腎組織での糸球体・間質の線維化の進行抑制が明らかに見られ,scoringでも有意に改善しているのを確認した.また,BUNやCrも移植後マウスでは有意に改善していた.FISH法で同定できているのであるが,驚いたことに、COL4A3遺伝子の発現は蛋白レベルでは確認できないのである.すなわち,IV型コラーゲンα3,4の免疫染色は陰性であり,ウエスタンブロット法にても腎臓内で移植後マウスにおいてIV型コラーゲンα3の発現は認められなかった.ところが,Kalluriら(J Clin Invset 1997)が提唱しているproteolytic attackの理論に関与していると考えられているメディエーターの1つであるMMP-2,14はreal-time PCRにて骨髄移植マウスでは無治療のhomoマウスと比べて発現の亢進が抑えられているのを確認している.免疫沈降を含めたウエスタンブロット法で蛋白レベルでのCOL4A3遺伝子の発現は確認できていないが,ごく微量のCOL4A3遺伝子の発現がこの疾患の病態改善に寄与している可能性は高いと推測される.そのため,現在さらなる機序を解明中である.レトロウイルスベクターの構築はできているが,先ほど述べたように,明らかなCOL4A3遺伝子の発現は蛋白レベルでは確認できなかったため,COL4A3遺伝子のC末端にC-myc tagをつけた組み換え型cDNAを制限酵素で切断してライゲーションにより作成して組み換え型レトロウイルスベクターも作成中である.このことにより免疫沈降をより容易にするねらいがある.また,レトロウイルスベクターの感染効率が悪く,COL4A3遺伝子の過剰発現がうまくできない場合も考慮して,COL4A3transgenic mouseも構築中である.平成16年度の研究概要・IV型コラーゲンα3鎖遺伝子(COL4A3)ノックアウトマウスへの骨髄移植方法の改善効率性の高い骨髄移植を確立するために、最適放射線照射量を決定した。放射線照射量の違いによる自然経過を観察した結果、我々が扱うノックアウトマウスには8Gy照射が最適と判断された。骨髄採取法を工夫することによって、1匹あたりから採取できる骨髄細胞数を増やした。詳細は控えるが、週齢にほとんど関係なく1匹あたり3×10^7個の骨髄細胞をコンスタントに得ることが可能となった。現在のところ、以上の結果から、3週齢のHomo♀マウスに対して8Gy照射後wild♂マウスの骨髄を1×10^7個移植し、移植後4週で殺して腎機能や組織学的変化を観察中である。また、同時に予後観察群も設定した.・マウスCOL4A3 cDNAの作成RT-PCR法を用いて、マウスCOL4A3 cDNAを得た。現在のところ,PCRエラーがあり,完全なcDNAはまだ作成できていない.同時にC末端にc-myc epitope tagをつけた組み換え型cDNAも作成中である.一方,EGFPを組み込んだレトロウイルスベクターをパッケージングセルにトランスフェクションして高タイターの安定ウイルス産生株を作成中である.平成17年度の計画・骨髄移植マウスの予後を詳細に観察する。骨髄移植単独による腎障害への効果が期待される。・マウスCOL4A3 cDNAと組み換え型の作成を完成させる。そのうえ高タイターの安定ウイルス産生株を得て、感染させた骨髄細胞をノックアウトマウスに移植する。平成17年度の研究概要

・IV型コラーゲンα3鎖遺伝子(COL4A3)ノックアウトマウスへの骨髄移植法の工夫昨年度に引き続き、幼齢Homo雌性マウスに対して最適な照射条件を検討した。その結果、3週から4週齢への8Gy照射が移植骨髄細胞の生着率や腎組織への移行率の観点から最適であることが判明した。・マウスCOL4A3cDNAの作成ならびに同DNA産生ウイルス株の作成昨年度に引き続き、COL4A3を移植骨髄細胞が産生するべく細胞治療を施すための準備を進めている。EGFPを組み込んだレトロウイルスベクターの作成にかなりの時間を費やしている。・骨髄移植単独による予後改善効果の観察予備実験として実施した骨髄移植単独によっても、COL4A3ノックアウトマウスの予後が改善することが判明したために、その寿命延長の機序について詳しく解析した、いくつかの機序が想定されるに至ったが、まだここでは詳細を明らかにできない。今後の予定以上の準備によって、平成18年度にはCOL4A3遺伝子をノックアウトマウスに骨髄細胞を担体として腎臓糸球体に運んで発現させることが現実的となった。
誤り訂正符号の符号語の情報系列と検査系列の相関を利用した同期方式に関する研究

本研究は,ディジタル情報伝送における情報再生性能を向上させるこを目的としている.固定パターンのビット系列を検出する同期処理において,ビット系列を保護する組織誤り訂正符号化が生成するパリティ成分の検査ビット系列を同期処理に適用し情報再生品質を向上させる方式を提案し,計算機シミュレーションにより有効性を確認した.さらに,無線通信システムにおいて盗聴端末が存在する環境で情報再生性能を強化する方式に拡張し,パケット通信で分散処理と符号化の前処理をともなう複数アンテナ送受信を用い,目標端末の情報再生性能を向上し,盗聴端末の情報再生性能を劣化させる方式を提案し,シミュレーションにより有効性を確認した.ディジタル情報伝送において,送信情報のビット系列をフレーム等と呼ばれる短いビット系列に分割して送信する場合,受信機における情報再生では,フレームの先頭に挿入されているユニークワード(Unique Word: UW)等と呼ばれる固定パターンのビット系列を,受信ビット系列から検出する同期処理が前提となるように,ビット系列からUWを正確に検出することが情報再生で必須となる.本研究は,誤り訂正符号の符号語の情報系列と検査系列の相関を利用した同期方式に関する研究を行うことを目的としている.申請者らのこれまでの研究で,ビット系列を保護する組織誤り訂正符号化が生成するパリティ成分の検査ビット系列をUWの検出に利用する基本方式が提案されている.平成25年度は,申請者らが提案してきた符号語の情報ビット系列とパリティ検査ビット系列の両方からUWを検出する基本方式を,各種の条件で評価できる計算機シミュレーション評価系を開発した.評価系は,送信情報ビット系列の生成部,符号化部,多値シンボル送信部から成る送信部,ランダム誤り,バースト誤りなど各種の伝送条件を模擬する通信路部,多値シンボル受信部,復号部,受信情報ビット系列の生成部,評価部から成る受信部から構成され,これを基に基本特性の評価を行った.さらに,平成26年度に開発予定の複数アンテナ送受信を前提とした伝送系に対応した時空間符号化,ビームフォーミング等の通信方式の基礎検討とその制御方式の提案を行った.本研究は,ディジタル情報伝送における情報再生特性の向上を目的としている.前年度まで,情報伝送では送信情報のビット系列をフレーム等と呼ばれる短いビット系列に分割して送信することが多く,その場合,受信機における情報再生では,フレームの先頭に挿入されているユニークワード等と呼ばれる固定パターンのビット系列を,受信ビット系列から正確に検出する同期処理が情報再生で必須となることに着目して,ビット系列を保護する組織誤り訂正符号化が生成するパリティ成分の検査ビット系列を,同期処理に適用し情報再生品質を向上させる方式を提案し,計算機シミュレーションによる評価系を構築し,有効性を評価し,さらに,無線通信を前提とした符号化伝送系を提案し有効性を評価してきた.平成26年度は,無線通信システムでは,盗聴端末が存在し得ることを考慮し,本研究目的である情報再生性能を強化する技術の開発を,盗聴端末においては情報再生を抑圧する技術の開発に拡張し,前年度に提案をした無線通信を前提とした符号化伝送系の基礎検討と方式提案を基に,ベクトルコーディングと呼ばれる符号化伝送系を導入し,目標端末の情報再生性能を強化し,盗聴端末の情報再生を抑圧する劣化させる方式を提案し,計算機シミュレーションにより有効性を確認した.本研究は,ディジタル情報伝送における情報再生特性の向上を目的としている.これまで,情報伝送では送信情報のビット系列をフレーム等と呼ばれる短いビット系列に分割して送信することが多く,その場合,受信機における情報再生では,フレームの先頭に挿入されているユニークワード等と呼ばれる固定パターンのビット系列を,受信ビット系列から正確に検出する同期処理が情報再生で必須となることに着目し,ビット系列を保護する組織誤り訂正符号化が生成するパリティ成分の検査ビット系列を同期処理に適用し,情報再生品質を向上させる方式を提案し,計算機シミュレーションによる評価系を構築し,有効性を評価してきた.また,無線通信を前提とした複数アンテナ送受信による符号化伝送系を提案し有効性を評価してきた.さらに,無線通信システムでは,盗聴端末が存在し得ることを考慮し,本研究目的である情報再生を強化する技術の開発を,盗聴端末においては情報再生を抑圧させる技術の開発に拡張し,これまでに提案した無線通信を前提とした符号化伝送系の基礎検討と方式提案を基に,目標端末の情報再生性能を向上し,盗聴端末の情報再生性能を劣化させる方式を提案し,計算機シミュレーションにより有効性を確認してきた.平成27年度は,これまで提案してきた情報再生性能を強化する技術と,複数アンテナ送受信により盗聴端末においては情報再生性能を劣化させる技術を,各種の情報再生特性により詳細に評価するとともに,組織リードソロモン符号化を用いた耐性強化に基づく改良を加えて研究を進め,成果をまとめた.本研究は,ディジタル情報伝送における情報再生性能を向上させるこを目的としている.固定パターンのビット系列を検出する同期処理において,ビット系列を保護する組織誤り訂正符号化が生成するパリティ成分の検査ビット系列を同期処理に適用し情報再生品質を向上させる方式を提案し,計算機シミュレーションにより有効性を確認した.さらに,無線通信システムにおいて盗聴端末が存在する環境で情報再生性能を強化する方式に拡張し,パケット通信で分散処理と符号化の前処理をともなう複数アンテナ送受信を用い,目標端末の情報再生性能を向上し,盗聴端末の情報再生性能を劣化させる方式を提案し,シミュレーションにより有効性を確認した.計画通りに,詳細な評価が可能な計算機シミュレーション評価系を開発したことと,本研究目的である情報再生性能を強化する技術の開発を,盗聴端末においては情報再生を抑圧する技術の開発に拡張し,方式提案とシミュレーション評価を行なったこと.通信・ネットワーク工学