hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ゲーム理論的学習に基づくビジュアルセンサネットワークの協調能動センシング

本研究では複数のカメラがネットワークで接続されたビジュアルセンサネットワークに対して,環境情報を最適に計測する分散協調型の能動センシング手法を提案した.まず,ゲーム理論的学習理論に基づいて,未知の環境情報を利用しない二つの異なるセンシング手法の開発に成功した.加えて,環境変化に素早く適用する多様体上の分散最適化手法に基づく能動センシングアルゴリズム,分散的な情報処理によって対象物の運動を予測するアルゴリズムを新規提案した.また,実際にビジュアルセンサネットワークのテストベットを構築し,以上のアルゴリズムの有効性検証を行った.さらに,3Dアニメーションソフトウェアを用いたシミュレータを構築した.本申請課題は,通信・計算機能を有する複数カメラをネットワーク化することで構成されるビジュアルセンサネットワークを対象に,ゲーム理論的学習理論に基づいて,各カメラの位置・姿勢・ズームというパラメータを最適決定する分散協調型の能動センシング手法を提案することを目的とする.本年度は環境モニタリング問題をポテンシャルゲームとして定式化する問題設定を着想し,解法として新規のゲーム理論的学習アルゴリズムを提案した.また,その収束性の理論解析に成功した.次に,5台のパン・チルト・ズームカメラからなるビジュアルセンサネットワークシステムを実際に構築し,提案手法の有効性を検証した.さらに,weather monitoringの一部である雲のモニタリングに援用可能なアルゴリズムを提案し,室外実験を行った.以上の成果は52nd IEEE Conference on Decision and Controlに採録され,大きなインパクトを与えることに成功した.現在,提案アルゴリズムに改良を加えた論文を国際論文誌に投稿中である.また,本課題に取り組む過程で,ビジュアルセンサネットワークによる環境モニタリング問題が,行列多様体上の最適化問題として統一的に記述できることを発見し,その解法を新規に提案し,上記実験システムを用いて検証を行った.ただし,ここで提案した手法は人間行動などの早い運動にも適用可能であることから,モニタリングすべき対象を,自然環境から人間集団へと変更した.本結果は2014American Control Conferenceに投稿し,このほど採録が決定した.また,本理論の拡張版を国内外の論文誌に投稿準備中である.最後に,当初は本年度に予定していた対象物の運動推定問題に関しても,機械学習分野の手法であるL1正則化手法に基づく問題の定式化を着想した.本申請課題は,通信・計算機能を有する複数カメラをネットワーク化することで構成されるビジュアルセンサネットワークを対象に,ゲーム理論的学習理論に基づいて,各カメラの位置・姿勢・ズームというパラメータを最適決定する分散協調型の能動センシング手法を提案することを目的とする.まず,本年度は昨年度提案したゲーム理論的学習アルゴリズムを発展させ,新たなアルゴリズムを提案し,環境の事前情報を用いることなく,最適なパラメータが任意に高確率で達成できることを理論的に証明した.本結果は国際論文誌に投稿し,掲載された.さらに,実験面では,昨年度構築した屋外実験システムでは再現性が担保されないという問題があったため,環境変化をスクリーンに投影することでこれを実現する室内実験システムを構築した.このシステムを用いて土砂崩れによる自然環境の変化および気象のモニタリングに提案アルゴリズムを適用し,昨年度よりも精緻な解析結果を得た.この結果は現在国際学術雑誌に投稿中である.他方,昨年度着想した行列多様体上の最適化理論に基づく手法をさらに発展させるとともに,当該分野における最高峰の学会である2014American Control Conferenceで発表し,インパクトを与えることに成功した.また,人間集団の運動をモニタリングするシナリオを想定し,コンピュータビジョンのアルゴリズムと提案した最適化手法の融合を実現し,それを実装する全体システムを構築した.さらに,本システムを用いた検証実験を実施し,提案手法の有効性を示した.本結果は2015American Control Conferenceに投稿し,このほど採録が決定した.本申請課題は,通信・計算機能を有する複数カメラをネットワーク化することで構成されるビジュアルセンサネットワークを対象に,ゲーム理論的学習理論に基づいて,各カメラの位置・姿勢・ズームというパラメータを分散的な情報処理によって最適化する分散協調型の能動センシング手法を提案することを目的とするものである.期間を通じて研究は順調に進捗し,申請時に計画した課題は昨年度中におおよそ達成することができたため,その結果を当該分野において最も権威があるとされているIEEE Transactions on Automatic Controlに投稿し,Regular Paperとして採択・掲載された.本論文の査読プロセスにおいて,より現実的なシナリオへの適用を求められたため,本年度は当初は予定していなかったCyprus University of Technologyの研究グループとの国際共同研究を実施し,本論文はその成果として掲載された.また,ゲーム理論的アプローチの欠点である収束性の遅さを克服するために昨年度提案した行列多様体上の分散最適化手法に基づくソリューションを実験システムに実装し,その成果は当該分野の最難関国際会議の一つであるAmerican Control Conference 2015に採択され,発表後に書籍の執筆を求められるなど,高い評価を得た.さらに,実施計画に記載した通り,上記アルゴリズムのパラメータ数を削減する改良版と対象物の運動を分散協調的に予測するアルゴリズムを新規に提案し,シミュレーションによってその妥当性を検証した.これらの成果は現在ジャーナル論文に投稿準備中である.最後に,当初は予定していなかったが,これらの研究を効率的に進めるため,3DアニメーションソフトウェアであるBlenderを用いた複数カメラシステムのシミュレータを構築した.本研究では複数のカメラがネットワークで接続されたビジュアルセンサネットワークに対して,環境情報を最適に計測する分散協調型の能動センシング手法を提案した.

まず,ゲーム理論的学習理論に基づいて,未知の環境情報を利用しない二つの異なるセンシング手法の開発に成功した.加えて,環境変化に素早く適用する多様体上の分散最適化手法に基づく能動センシングアルゴリズム,分散的な情報処理によって対象物の運動を予測するアルゴリズムを新規提案した.また,実際にビジュアルセンサネットワークのテストベットを構築し,以上のアルゴリズムの有効性検証を行った.さらに,3Dアニメーションソフトウェアを用いたシミュレータを構築した.予定したゲーム理論的学習アルゴリズムの提案に関しては,当初の予定を上回り,単一ではなく複数の新規アルゴリズムの提案とその収束性の証明に成功した.また,その実験検証に関しても当初予定したシステムは初年度に完成し,本年度はさらに当初は想定しなかった環境の再現性を担保するシステムの構築とそのシステムを用いたアルゴリズムの検証に成功した.また,申請段階には着想すらしていなかった多様体上の最適化理論に基づくモニタリング手法を着想・開発し,そのアルゴリズムの有効性を理論的にしますことに成功した.これにより想定シナリオも比較的環境変化の遅い自然環境のモニタリングから,人間行動の監視などの早い環境変化を含む形でスケールアップした.さらに,本モニタリングアルゴリズムを実装する実験システム構築に成功し,本年度までに検証までを終えることができた.ここでは,環境中の人間行動箇所を検出するコンピュータビジョンのアルゴリズムや関数近似を実現する機械学習のアルゴリズムと提案した制御アルゴリズムの統合にも成功している.最後に,ここまでの内容で,既に学術論文2本と当該分野における最難関の国際会議に論文が3件採録され,国際雑誌論文への投稿を終えた.以上から,現在までの達成度は当初の計画以上の進展を見せていると結論付ける.ただし,当初の予定通り進展していない部分も存在する.具体的には,初年度に計画したゲーム理論的学習に基づく分散協調推定アルゴリズムの開発は,学習アルゴリズムの収束の遅さゆえに適用対象が限定されるという問題に直面し,別のソリューションの開発に取り組むこととした.具体的には,合意プロトコルと呼ばれる協調制御手法を用いて,非線形システムの集合値オブザーバを分散協調化するアイデアを着想した.制御工学最終年度にあたる次年度は以下の課題に取り組む予定である.まず,現状のモニタリング手法は変数に離散化を施すことに起因して,チューニングすべきパラメータ数が多くなり,これが実際のアルゴリズムの適用の障害となっている.そこで,離散化を施すことなく,連続変数としてこれを扱うことで,パラメータ数は劇的に減少する.これを実現するためのアイデアは既に着想済みであり,具体的には積分関数の微分に関する数学的な知見を援用する.
分泌発酵法による有用油脂の生産

本研究は、脂質を分泌・菌体外蓄積する微生物菌株を育種し、これにより、有用油脂(燃料、機能性脂質など)を分泌発酵法で生産する独創的技術の開発を目指すものである。平成67年度においては、目的微生物の育種実験ならびに油脂生成・膜透過の特性解析を行った。1.脂肪酸基質をトリアシルグリセロール(TG)に変換・菌体外蓄積する酵母Trichosporon sp.より、当該能力強化株を育種した。取得株(E228株)が生産するTGの構成脂肪酸3分子のうち1分子がパルミトレイン酸(皮膚の老化防止、脳卒中患者の延命効果あり)であるところから、本菌のTG発酵生産系は単に燃料油脂の生産にとどまらず、機能性油脂生産システムとしての意義をもつ。2.Trichosporon sp.低細胞比重株より、グルコースからTGを生成・菌体外蓄積する変異株L-12株を選別した。これにより、糖基質から直接TGを分泌生産し得ることを実証した。基質濃度を高めることで、TGの消費を抑制し、菌体外蓄積量を増加させ得ることを示した。3.L-12株を生物材料として、TG-結合タンパク質(分子量約45、30、20、9kDaなど)の存在を立証した。複数分子種の結合タンパクが細胞内外に配位することでTGへの親和性勾配が形成され、これに依存して細胞内外へのTGの膜透過がおこる機構を提案した。4.酵母Saccharomyces cerevisiaeのTG分泌変異株を造成した。遺伝解析可能な酵母菌株でTGの分泌を提示した例はなく、これにより、TG膜透過の分子機構を解析することが可能となった。得られる知見を、油脂生産微生物の育種に適用できる。本研究の目的は、微生物による有用油脂の分泌発酵生産の実用化を目指し、あわせて油脂の細胞膜透過(取り込み・排出)の分子機構を解明することにある。本年度は以下の成果を得た。1.酵母Trichosporon sp.の低細胞比重異株約50株より、トリグリセリド(TG)分泌能強化株(L-JS66株)を選別した。変異株はグルコース基質から培養48時間で約160mgのTGを生産し(対消費基質収率12%)、そのうち145mgを細胞外に分泌した(主な構成脂肪酸はオレイン酸)。L-JS66株によるTGへの基質変換効率および菌体外TG蓄積量は、昨年度分離したL-12株を上回った。なお、基質濃度を高めることで、生産物(TG)の消費を抑制できることがわかった。2.Trichosporon sp.の培養液中にTG結合タンパク質(TG-BP、分子量約9kDa)が存在することを明らかにした。本菌のTG運搬には水解が判わず、細胞膜壁を介して配位したTG-BPがキャリアー蛋白として機能する可能性が高い。現在TG-BPの機能を解析するとともに精製・単離を急いでいる。3.TG分泌生産酵母の普遍化を目指し、タイブカルチャー11株について油脂分泌能を調べた。その結果Yarrowia lipolytisa、Trichosporon cutaneumおよびCand ida maltosaに脂肪酸分泌能を有するものが含まれることを示した。菌体内へのTG蓄積能の高いLipomyces starkeyi IFO10381Tに変異導入し、TG分泌株の取得を試みた。TG分泌株は得られなかったものの、脂肪酸分泌を得ることができた。TG分泌変異株の取得は引き続き行う。

1.脂肪酸基質をトリアシルグリセロール(TG)に変換・菌体外蓄積する酵母Trichosporon sp.より、当該能力強化株を育種した。取得株(E228株)が生産するTGの構成脂肪酸3分子のうち1分子がパルミトレイン酸(皮膚の老化防止、脳卒中患者の延命効果あり)であるところから、本菌のTG発酵生産系は単に燃料油脂の生産にとどまらず、機能性油脂生産システムとしての意義をもつ。2.Trichpsporon sp.低細胞比重株より、グリコースからTGを生成・菌体外蓄積する変異株L-12株を選別した。これにより、糖基質から直接TGを分泌生産し得ることを実証した。基質濃度を高めることで、TGの消費を抑制し、菌体外蓄積量を増加させ得ることを示した。3.L-12株を生物材料として、TG-結合タンパク質(分子量約45、30、20、9kDaなど)の存在を立証した。複数分子種の結合タンパクが細胞内外に配位することでTGへの親和性勾配が形成され、これに依存して細胞内外へのTGの膜透過がおこる機構を提案した。4.酵母Saccharomyces cerevisiaeのTG分泌変異株を造成した。遺伝解析可能な酵母菌株でTGの分泌を提示した例はなく、これにより、TG膜透過の分子機構を解析することが可能となった。得られる知見を、油脂生産微生物の育種に適用できる。
細胞内デリバリー制御可能な多機能siRNAの創製と遺伝子サイレンシング

固相フラグメント縮合法により化学合成したsiRNA-NESコンジュゲートによりK562細胞に発現するbcr/abl遺伝子の発現の発現を200nMにおいて8.3%、50nMにおいて11.6 %に抑制した。また、siRNAと新規ペプチド(Pfect)とのコンプレックスを形成させることにより、市販導入剤と同等以上に効率よく細胞内に導入できることを見出した。siRNA-NESコンジュゲートとPfectとのコンプレックスを用いるとbcr/abl遺伝子を95%以上サイレンシングできることも証明した。この新規ペプチドPfectは全く細胞毒性がなく、PfectとsiRNAのコンプレックスはヌクレアーゼによる分解に対して非常に耐性が強く、その半減期を48時間以上に伸長した。1.固相フラグメント縮合法の拡張とマルチコンジュゲートsiRNAの合成siRNAの5'-末端,3'-末端,中間など複数の位置に機能性分子を結合させたマルチコンジュゲートsiRNAの合成に成功した。siRNAのセンス鎖5'-末端にシグナルペプチド、両方の中間と3'-末端に化学修飾塩基を導入した。2.マルチコンジュゲートsiRNAの細胞導入効率評価と選択的局在化制御各種核外輸送シグナル(NES)ペプチドを蛍光ラベル化したsiRNAの様々な位置にコンジュゲートし,細胞への導入効率を評価し、細胞内での所在について共焦点走査型蛍光顕微鏡およびフローサイトメトリーを用いて観察した。3.マルチコンジュゲートsiRNAのヌクレアーゼ耐性評価マルチコンジュゲートsiRNAのヌクレアーゼ耐性をヒト血清中で評価し、市販の遺伝子導入剤を用いた場合には、siRNAは速やかに分解されたが、ある種のペプチドを混合するとヌクレアーゼ耐性が著しく向上することを見出した。4.マルチコンジュゲートsiRNAによる遺伝子サイレンシングマルチコンジュゲートsiRNAを用いてヒト白血病細胞K-562に発現するbcr/abl遺伝子mRNAを標的としたサイレンシング効果を評価したところ、修飾部位によりその活性が大きく影響を受けることを見出した。5.ペプチド導入剤を用いるマルチコンジュゲートsiRNAの細胞導入効率評価マルチコンジュゲートsiRNAを核局在化シグナルなどの各種カチオン性ペプチドを用いて細胞へ導入し,最も効率の高いペプチドを探索したところ、大変効果の高いペプチドを見出すことができ、特許出願した。化学的アプローチによりマルチコンジュゲートsiRNA分子を構築し,遺伝子医薬あるいは遺伝子機能解析ツールとして実用化を目指す。具体的には,siRNAのセンス鎖を核外輸送シグナル(NES)ペプチドとカチオン性ペプチドで同時に修飾し,以下2つの機能を付与することを目指した。1.化学修飾siRNAの合成と細胞内安定性の増強申請者等は新規ヌクレオシドをダングリングエンドに組み込むと二重鎖DNA/RNAが強く安定化されることをこれまでの研究で明らかにしている。今回、siRNAの各部位に化学修飾ヌクレオシドを組み込み、その効果をヒト白血病細胞に発現するbcr/abl遺伝子mRNAを標的としたサイレンシング効果により評価した。その結果、センス鎖10,11の位置に化学修飾ヌクレオシドを組みことにより細胞内安定性が増強されることを見出した。2.化学修飾siRNAとペプチド導入剤と組み合わせた遺伝子サイレンシング法の開発新規化学修飾ヌクレオシドを組み入れたsiRNAとペプチド導入剤と組み合わせることによりヒト白血病細胞に発現するbcr/abl遺伝子mRNAを標的としたサイレンシング効果を評価した。その結果、新規両親媒性ペプチド導入剤を用いることにより、細胞毒性の低減、細胞内ヌクレアーゼ耐性の増強に成功し、サイレンシング効果も向上することを見出した。1.化学修飾塩基を組み込んだsiRNAの合成とRNA干渉効果の増強申請者等は新規ヌクレオシドをダングリングエンドに組み込むと二重鎖DNA/RNAが強く安定化されることをこれまでの研究で明らかにしている。今回、5'-末端および3'-末端に化学修飾塩基を導入した新規siRNA分子を化学合成し、血清中でのヌクレアーゼ耐性を向上させることとoff-target効果を軽減することに成功した。また、これらのサイレンシング効果を評価した結果とヒトアルゴノートタンパクの機能構造を照合し、siRNAのどの個所のどのような化学修飾がRNA干渉作用にどのような影響を与えるかについて合理的に考察する有力な情報を得ることができた。2.化学修飾siRNAとペプチド導入剤と組み合わせた無毒性細胞内デリバリー法の開発1の化学修飾siRNAとペプチド導入剤と組み合わせることにより細胞毒性の低減、細胞内ヌクレアーゼ耐性の増強、off-target効果の軽減に成功したsiRNAを毒性なく細胞内に導入して、遺伝子サイレンシング効果を発揮できる方法を開発することができた。次にはin vivoでの効果を実証したい。

化学修飾siRNAと新規両親媒性ペプチド導入剤を組み合わせることにより、細胞毒性の低減、細胞内ヌクレアーゼ耐性の増強、サイレンシング効果の向上において、予想以上の効果が得られた。従来、化学修飾に敏感なsiRNAの機能向上のための方策として新規両親媒性ベプチド導入剤との組み合わせが非常に有効で、さらなる改善が期待できる。24年度が最終年度であるため、記入しない。より高い機能を持ったsiRNAを構築するために(1)化学修飾siRNAに核外輸送シグナルペプチド(NES)をコンジュゲートする。(2)(1)を新規両親媒性ペプチド導入剤と組み合わせる。(3)新規両親媒性ペプチドを化学修飾により改良する。ことを中心に検討し、(1)効率的に細胞内に取り込まれ、(2)細胞内で安定で、(3)off-target効果を抑制し、(4)細胞質内でより特異的に標的mRNAに結合して、高い効率で遺伝子をサイレンシングするsiRNA分子を構築することを目指す。特に、新規両親媒性ペプチド導入剤の化学修飾は様々な方法が考えられるので、多くの問題の解決に有効な手段となると期待される。
IL-18誘導性腫瘍細胞遊走抑制因子の同定と遊走抑制機構の解明

IL-18は細胞障害活性をもつT細胞やNK細胞を活性化することで抗腫瘍効果をもつが、我々は更に、IL-18が血清中に腫瘍細胞の遊走を抑制する因子を誘導し腫瘍の転移を抑制することを見つけた。この研究はこの遊走抑制因子を同定する事を目的とした。この研究において、(1)IL-18は、血清だけでなく肝臓や肺の細胞溶解液中にも腫瘍細胞遊走抑制活性を誘導すること、(2)遊走活性を持つ蛋白は、分子量約3万以下であることを明らかにし、いくつかの遊走抑制因子の候補を見つけた。IL-18が、NKおよびT細胞の殺細胞活性を増強することにより抗腫瘍効果を示すことは、我々の研究を含めた多くの研究により明らかにされている。我々は、NKおよびT細胞を欠く状態のマウスに、高肺転移株のマウス骨肉腫細胞(LM8細胞)を尾静脈から移植し肺転移を起こさせる系を用いて、IL-18の肺転移抑制に及ぼす効果を調べた。この実験によりIL-18は、抗腫瘍効果とは無関係にLM8細胞の肺転移を抑制する事および、IL-18の肺転移抑制作用は、LM8細胞に対するIL-18の直接作用ではなく、宿主細胞へのIL-18の作用を介する作用である事が明らかとした。さらに、細胞遊走能を調べる傷つけアッセイ法を用いて、IL-18投与マウスの血清が、LM8細胞や他の転移能をもつ腫瘍細胞(Lewis lung carcinoma、B16 melanoma)の遊走を抑制する事を報告した(Nakamura et al. 2006, J Cancer Immunol Immunother)。このIL-18投与マウスの血清中に存在する腫瘍細胞遊走抑制因子を同定する事が、本研究の目的である。これまでにELISA及びBio-Plex法を用いた解析の結果、いくつかのサイトカインの可能性が否定された。そこで本年度は限外濾過フィルターと液体クロマトグラフィーによる血清画分を用いた解析を行った。その各分画を傷つけアッセイ法を用いて調べた結果、分子量13万の分画に細胞遊走抑制活性が存在した。さらに分子量3万以下の分画を二次元電気泳動で解析すると、IL-18処置の違いにより発現に差のあるスポットがいくつか存在した。現在そのタンパク質の同定を進めている。さらに、細胞遊走能を調べる傷つけアッセイ法を用いて、IL-18投与マウスの血清が、LM8細胞や他の転移能をもつ腫瘍細胞(Lewis lung carcinoma、B16 melanoma)の遊走を抑制する事を報告した(Nakamura et al.2006, J Cancer Immunol Immunother)。限外濾過フィルターによる血清画分を用いた解析を傷つけアッセイ法を用いて調べた結果、分子量13万の分画に細胞遊走抑制活性が存在した。この分子量3万以下の分画の二次元電気泳動を行い、IL-18処置の違いにより発現に差のあるスポットからタンパクを抽出した。現在そのタンパク質を同定するためにTOF-MS装置を用いて分子量ピークによるデータベース解析を進めている。

さらに、細胞遊走能を調べる傷つけアッセイ法を用いて、IL-18投与マウスの血清が、LM8細胞や他の転移能をもつ腫瘍細胞(Lewis lung carcinoma、B16 melanoma)の遊走を抑制する事を報告した(Nakamura et al.2006, J Cancer Immunol Immunother)。このIL-18投与マウスの血清中に存在する腫瘍細胞遊走抑制因子を同定する事が、本研究の目的である。限外濾過フィルターによる血清画分を用いた解析を傷つけアッセイ法を用いて調べた結果、分子量13万の分画に細胞遊走抑制活性が存在した。この分子量3万以下の分画の二次元電気泳動を行い、IL-18処置の違いにより発現に差のあるスポットからタンパクを抽出した。そのタンパク質を同定するためにTOF-MS装置を用い、いくつかの候補を見つけた。一方サイトカイン抗体アレイを用いてIL-18により血清中に誘導される3種類のサイトカインを見つけた。現在これら腫瘍細胞抑制因子の候補を用いて腫瘍細胞抑制活性を調べているところである。
細胞膜情報伝達分子群の蛋白質大量発現系の構築と1分子観察操作法による解析

1)神経特異的アクチン結合蛋白質clipinCはWD40ドメインとC末側のαヘリックス構造からなる分子である。我々はこの分子の機能解析のために結合分子の検索を進め、NADPHオキシダーゼ活性化のアダプター分子の一つp40^<phox>が結合することをすでに見いだしている。今年度、この結合領域の検討を進め、p40^<phox>PCドメインがclipinCのWD40ドメインと結合することが明らかとなった。また、このp40^<phox>をはじめとするp47^<phox>・P67^<phox>を介してRacのシグナルがclipinCに伝わり、アクチン骨格制御に関わることを示した。さらに、p40^<phox>・p47^<phox>・p67^<phox>分子群が確かに神経系組織にも発現し、clipinCと共局在することを免疫組織化学等で見いだした。2)構造解析および蛋白質機能解析のため、バキュロウイルスを上回る大量蛋白質産生が可能なカイコ核多角体病ウイルス(BmNPV)を用いた発現系を導入している。我々は今までに8種類の蛋白質で発現に成功しているが、今年度、神経接着分子NCAMについて天然型だけでなく、糖鎖修飾領域を変異した分子の発現を行い、この系における昆虫型糖鎖修飾が哺乳類における糖鎖修飾といかに異なるかの解析を行った。さらに、いままで幼虫を用いた発現を進めてきたが、今年度から蛹(さなぎ)を用いても感染・発現が可能であることを見いだし、より簡易かつ蛋白質の精製の容易な系の確立を進めることが出来た。3)細胞接着分子NCAM, TAG-1、およびそのリガンドであるコンドロイチン硫酸プロテオグリカンPhosphacan/Neurocanのカイコバキュロにより産生した蛋白質を用いた1分子観察操作法による解析を開始した。リガンド刺激をすることによって、免疫グロブリンスーパーファミリー接着分子群が会合すること、いかに情報を細胞内に伝えるかを解析する系を構築した。
テイラーコーンを利用した大気圧コロナ放電の生成とプラズマリアクタへの応用

液体を針電極とした大気圧負コロナ放電の特性を調査した。液体の針電極として、液体が電界によって円錐形上に変形するテイラーコーンを利用した。内径10 mm程度のノズル電極に液体を満たし、電極間を10 mm程度離して対抗電極には金属平板電極を用いる。電極間に直流電電圧を印加することでテイラーコーンが形成される。液体の特性を変化させるために、純水に界面活性剤であるドデシル硫酸ナトリウムを添加して表面張力を変化させ、ポリビニルアルコールを用いることで溶液の粘性を変化させた。純水は表面張力が高いためにテイラーコーンが安定に形成されないが、界面活性剤により表面張力が低下すると、安定にテイラーコーンが形成され、その先端には安定にコロナ放電が形成される。液体の粘性が増加すると、液体の表面から細い液体のフィラメントが形成され、コロナ放電はコーンの情報-.7-1.0 mm程度のところに観測された。液体の導電率が増加すると、コロナ放電の発光は強くなり、コロナ生成電圧は低下した。金属針電極を用いた場合はコロナ放電は印可電圧やギャップ間によって変化するが、テイラーコーンを用いた場合には、金属針電極の場合とは異なるコロナ放電の特性が観測された。高電界下で微小サイズの液体がテイラーコーンと呼ばれる円錐形状に変形することに着目し、テイラーコーンを電極とした新たな大気圧プラズマリアクタの可能性について検討した。本研究では安定なテイラーコーン生成条件を明らかにし、コーン先端に形成されるコロナ放電の基礎特性を調査し、応用の可能性について検証した。水を電極材料としてテイラーコーンを形成しようとすると、水の高い表面張力のために安定に鋭いコーンを形成することができない。そこで、液体の表面張力を低下させるために界面活性剤であるドデシル硫酸ナトリウム(SDS)を用いた。SDS溶液を用いることにより大気圧空気中で安定にテイラーコーンを形成し、その先端でコロナ放電を生成させることができる。コロナ放電は液体に負の電圧を印加した負コロナの方が発光が強く、正コロナの発光はほとんど確認できない。放電生成時には電流波形がパルス状のトリチェリパルスと類似した形状となるが、液体の場合にはパルスの振幅、周期が徐々に増加する特有のパルス群が周期的に現れる波形となる。これはテイラーコーンの先端が放電や液体の放出により変形することに起因するもので、液体電極を用いた特有の現象であることを明らかにした。また粘性の高いポリビニルアルコール溶液(PVA)溶液を用いてテイラーコーンを形成するとエレクトロスピニングにみられるような液体のフィラメントが対向電極に向かって伸びていきコロナ放電がフィラメントの途中で形成される。コロナ放電はフィラメントが最も細くなった部分で形成され、印加電圧により放電の位置が変化することを確認した。また印加電圧によりフィラメントも複数に分裂したり、回転することを確認し、それに伴い様々な放電形態が現れることを明らかにした。これらの特性を基に液体に様々な材料を含有することで新たな材料プロセスに用いることができる可能性を見出した。本年度は、大気圧空気中でテイラーコーンが形成される条件と、その際にコーン先端で形成されるコロナ放電の特性を実験的に調査した。精製水にNaCl、界面活性剤であるドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、粘性を高めるPVA等を加えることで導電率、表面張力、粘性を調整し、様々な条件の液体での生成条件を明らかにした。テイラーコーンの生成には、表面張力が重要なパラーメータであり、水のみでは安定にコーンは生成されない。しかし、界面活性剤を添加することにより、液体の表面張力は低下し、安定にコーンが生成される。またテイラーコーンは液体に正の電圧、負の電圧どちらを印加した際にも形成されるが、コロナ放電は負の電圧を印加した時の方が観測されやすい。放電の様子を金属の針電極を用いた場合と比較すると、金属電極を用いた場合には、規則正しい周期で微小なパルス電流を生じるトリチェリパルスが見られるのに対して、テイラーコーンを用いた場合には不規則なパルス列となった電流が現れる。これはテイラーコーンが液体であるために、その先端で液体の放出により形状が変化しているためと推定され、その様子は高速度ビデオカメラによる観測でも確認された。

粘性の高い液体としてポリビニルアルコール水溶液(PVA)を用いるとエレクトロスピニングで見られるような細い液体のフィラメントがコーンの先端から生じ、そのフィラメントの途中でコロナ放電が観測されるという特異な現象が見られた。また、フィラメントの数や動きは印加電圧により変化することが確認された。テイラーコーンによるコロナ放電の生成の基礎的な検討については、概ね計画通り研究を進められている。また、粘性の高い液体を用いた場合には、エレクトロスピニング法と併せた新たな材料プロセスへの可能性も見出された。次年度は、さらなる基礎特性の解明に加えて、新たなプラズマリアクタとしての応用の可能性を探るために、ナノ粒子・ナノ繊維生成とその評価について検討し、さらに放電部の大容量化について検討する。コロナ放電について、ICCDカメラを用いて撮影することで、その放電進展過程を明らかにする。また、分光器に高速度カメラを取り付けることで、発光の時間変化についても調査し、計算スペクトルとの適合により放電部の温度変化についても明らかにする。光学系の構築を行い、放電部の発光分布を調べる。また、発光スペクトル中の窒素第二正帯の発光を利用して、計算スペクトルと実測スペクトルの適合により、放電部の回転温度・振動温度を推定し、それらの値がテイラーコーンの有無、状態によってどのように変化するかを調査する。ナノ粒子、ナノ繊維の評価を行う際には、ナノ粒子生成には溶液に硝酸銀水溶液を混入して実験を行い、得られる銀粒子をTEMを用いて評価する。ナノ繊維にはPVA溶液によってエレクトロスピニング法同様に対抗電極に繊維が付着するのでコロナ放電の有無のより表面状態をSEMで観測する。尚、観測には本学設置のSEM・TEM装置を用いる。放電部の大容量化のために、電極部を並列にした際の駆動について検討する。直流駆動に加えて、一般的な並列動作に用いられるパルス駆動で、それぞれ検討する。ナノ粒子、ナノ繊維生成についても検討し、単一駆動と並列駆動での違いについても検討する。また、2か年で得られたデータをもとに、テイラーコーンを用いたコロナ放電についての基礎特性ならびにナノ材料プロセスの可能性を明らかにし、成果を投稿論文として発表する。次年度は、液体のパラメータのより定量的な評価のために、表面張力、粘度等の計測が可能な計器を導入して、研究を進める。また、得られた成果を国内外へ発表するための、旅費、論文投稿等へ活用する。
セラ・オートマタと遺伝アルゴリズムの寡占市場の動学分析への応用

科学研究費補助金により、研究代表者と共同研究者は、独占・寡占市場の動学を表現するセルラ・オートマタの計算機実験と理論的分析、知識に基づく推論の数学的表現、マーケティング、ダイナミック・ゲーム、経済成長の理論における計算機実験、遺伝アルゴリズムによる動的ゲームの計算機実験と理論的解析(秋山の別稿)、の4つを進めた。これらは既に国際学会などで報告され、今後の発展も期待できるので、全体として満足のいく成果と思う。研究計画の主要な目的である、寡占市場の動学分析のためのセルラ・オートマタに関しては、消費者のネットワーク外部性と熟練のあるときの複占市場をセルラ・オートマタで表現し、計算機実験を行った。わずかな初期条件の相違により最終的に市場を支配する商品が入れかわることに加え、価格の低下が全消費者に対して一様でないときには、市場が静的な均衡に達せず複雑に変化し続ける可能性のあることを確認した。さらにセルラ・オートマタの表現力を高めるため、以下の計算機実験と理論的研究を行い、内外の学会や研究会で報告した。(1)結託構造とコミュニケーションの進化を調べるために、遺伝的アルゴリズムをもつ三人ゲームの計算機実験を行った。(2)生産者間、および生産者-消費者間のネットワーク・コミュニケーションを研究するためのプログラムを作り計算機実験を行った。(3)人間の相互依存的推論を理解するために、帽子の色あてパズルを例題に様相論理を応用する理論研究を行った。とくに最後の理論研究は、体系の内で規則に従って意思決定するだけのオートマタではなく、体系の外に出てメタ定理を証明しそれを体系内にもちこんで推論を続けるという人間の推論の定式化として新しい。これは、現在開発中のセルラ・オートマタだけでなく、物理学や生物学には見られない、互いの行動を読みあう主体からなる複雑系の研究一般に応用可能であろう。小田は、経済理論の研究(論文と学会報告)と並行して、計算機実験の経済学への応用を進めた。今年度中の報告はできなかったが、1998年6月にウイーンで開催される国際シュンペーター学会で3本の論文の報告を予定している(論文は既に査読をへて受理されている)。これらは、(1)経済理論的に解が存在するが複雑すぎてその定性的性質もわからないモデルの計算機実験、(2)理論的にも解の存在が保証されないモデルの実験、(3)科学研究費本来の目的であるセラオートマタ+エージェント・モデルの開発と実験、にかかわるものである。八杉は、計算可能性についての研究(論文と学会報告)をするとともに、小田および秋山とロジックのゲーム理論への応用についての基礎研究(研究会)を進め、とくに共有知識の問題について理解を深めた。一般にゲーム理論では、各主体は他の主体の行動を予測して自らの行動を決定しなければならないが、このとき他主体も他主体の行動を予測して行動を決定することを計算に入れなければならない。1998年度は、以上のような予測の連鎖としての共有知識を、必ずしも完全でなも対称でもない様々な状況において適切な論理体系によって表現し、さらにそれを証明論的に分析してアルゴリズムの抽出を行って、適当な例題について計算機実験を行いたい。秋山は、3人ゲームにおける戦略の進化についての理論と計算機実験の研究をまとめ、博士論文として提出し受理された。現在、この研究を進めるとともに八杉、小田の両名とともに、ロジックの勉強を進め適切な例題の設計の基礎的研究を開始した。1。研究計画の主要な目的である、寡占市場の動学分析のためのセルラ・オートマタを製作し、これを経済学や計算機科学の国際会議で報告した。

具体的には、消費者のネットワーク外部性と熟練(最近に隣人が使っていたり自分が過去に使ったことのある商品ほど指定価格が上昇する)と生産者の規模の経済と学習(最近および累積の生産量が増えるほど平均生産費が低下する)のあるときの複占市場をセルラ・オートマタで表現し、計算機実験を行った。わずかな初期条件の相違により最終的に市場を支配する商品が入れかわることに加え、価格の低下が全消費者に対して一様でないときには(オペレーティング・システムは市場全体として優勢なほうが安くなるが、たとえば音楽愛好者の間で別のOSが優勢なら、音楽用のアプリケーションは後者用のほうが安くなる)、市場が静的な均衡に達せず複雑に変化し続ける可能性のあることを確認した。2。セルラ・オートマタの表現力を高めるために、以下の計算機実験と理論的研究を行い、内外の学会や研究会で報告した。(1)結託構造とコミュニケーションの進化を調べるために、遺伝的アルゴリズムをもつ三人ゲームの計算機実験を行った。(2)生産者間、および生産者-消費者間のネットワーク・コミュニケーションを研究するためのプログラムを作り計算機実験を行った。(3)人間の相互依存的推論を理解するために、帽子の色あてパズルを例題に様相論理を応用する理論研究を行った。とくに最後の理論研究は、体系の内で規則に従って意思決定するだけのオートマタではなく、体系の外に出てメタ定理を証明しそれを体系内にもちこんで推論を続けるという人間の推論の定式化として新しい。これは、現在開発中のセルラ・オートマタだけでなく、物理学や生物学には見られない、互いの行動を読みあう主体からなる複雑系の研究一般に応用可能であろう。
テルペン生合成酵素の機能解析と含窒素化合物合成への応用

本研究では(1)解析が進んでいないテルペン合成酵素の機能と構造を明らかにすること、ならびに、(2)基質の再設計から非天然型のテルペンアナログを合成する方法を開拓することを目的とする。具体的には、酵素反応基質を合成し、酵素反応に供する。生成物の構造解析、酵素の構造解析、反応機構の解析を通じて「精密な生合成設計図を描くこと」に貢献するとともに、「天然にはない複雑骨格機能分子の創製」に向けた道筋を開拓する。
抗がん剤による時間治療の分子基盤確立をめざしてー細胞モデルシステムの樹立と応用ー

抗癌剤の時間治療の分子メカニズムを解明するため、抗癌剤標的因子や抗癌剤のトランスポーターや代謝酵素と概日リズムの関係を明らかにする必要がある。そこで私たちは、時計遺伝子と、これら抗癌剤の標的因子等の、抗癌剤関連因子発現、時計遺伝子発現への影響などの関係を細胞レベルで解析可能な細胞モデルを樹立することとした。細胞モデル樹立のため、抗癌剤としては、トポイソメラーゼIを標的とするイリノテカンとHIF1αを標的とするものを選択した。イリノテカンに関しては、マルチカラーシステムを応用し、トポイソメラーゼI、ABCB1およびUGTA1と時計遺伝子のリズムを同時に発現解析可能な細胞システムを樹立した。私たちは抗癌薬の時間治療法に関して、その分子基盤を確立するため、モデル細胞系を樹立し、時間治療法の分子基盤の確立を目指している。イリノテカンはトポイソメラーゼIを標的とする抗癌薬であり、その作用発現機構や代謝経路が明らかになっていることから、時間治療法の分子基盤を確立するためのモデル細胞系を構築する上で適している系の一つである。すでに、私たちはイリノテカンの標的分子であるトポイソメラーゼI遺伝子プロモーターを解析しそのリズム発現機構について解析し報告している。1)時計遺伝子の発現とシグナル経路の解析癌細胞における増殖性のシグナル伝達システムとそのシグナルによる時計遺伝子の発現は、癌細胞における概日リズム性の維持や破綻と強く関係があることが知られている。中でも現在多くの癌標的薬の標的となっているHIF1αと低酸素シグナル系に注目し、塩化コバルトによる低酸素様刺激とHIF1α/ARNT過剰発現細胞における時計遺伝子発現動態を解析した。Bmal1, Per1, Per2プロモーターレポーターを用いて発現動態を解析したところ、Bmal1, Per1は塩化コバルトによるプロモーター活性の上昇が確認された。また、HIF1α, HIF2α/ARNTによる発現動態の変化も観察され、時計遺伝子が低酸素関連のシグナルによって発現に変化のあることが明らかとなった。2)トポイソメラーゼIの発現と低酸素シグナル系の解析トポイソメラーゼIの低酸素での発現誘導は今まで知られていない。そこで私たちはプロモーターレベルでの発現誘導の有無を検討したところ、塩化コバルトによる発現の誘導があり、またこの誘導がHIF1α/ARNTの過剰発現で増強されることを見出した。E-boxを欠失させたプロモーターではこの誘導が部分的に減弱化することから、この発現誘導はE-boxを介して惹起することが示唆された。この過程でHIF1αがトポイソメラーゼIの発現を直接制御していることを見出し、HIF1αのトポイソメラーゼI発現の調節メカニズムやモデル細胞における低酸素刺激によるトポイソメラーゼ誘導のシグナル伝達機構について解析を進めた。また、同時にHIF1αは抗腫瘍薬の標的分子であることから、腫瘍において、HIF1αや低酸素が時計遺伝子発現や概日リズムにどのような影響を与えているか、これらが、腫瘍原性とどのように関わっているか明らかにする実験を試みた。特にHIF1αと低酸素状態は癌の増殖と関連があるが、時計遺伝子の発現に対する詳細な解析は実施されていない。今回、Per2、Bmal1遺伝子がHIF1αによって直接転写活性が増大することを見出した。2)トポイソメラーゼIの発現動態と低酸素シグナリング系の解析トポイソメラーゼIの低酸素での発現誘導は今まで知られていない。私たちはプロモーターレベルでの発現誘導の有無を検討したところ、塩化コバルトによる発現の誘導があり、またこの誘導がHIF1α/ARNTの過剰発現で増強されることを見出した。トポイセメラーゼI(topoisomerase I,以下TopoI)の阻害剤イリノテカンは、トポイソメラーゼIに結合して酵素阻害を惹起し、細胞周期の進行を阻害することにより、細胞増殖を抑制し、抗腫瘍効果を発現することが知られている。イリノテカンを抗がん剤として用いると、投与時刻によって効果や副作用に相違のあることが知られている。

私たちは、標的の発現リズムが抗腫瘍効果の日内変動に直接関連があるとの仮説に基づき、TopoIの発現リズムを解析したところ、TopoIは細胞レベルで概日リズム性発現を示すこと、プロモーターの解析から転写レベルで時計遺伝子によって転写制御されていることを見いだしている。本研究ではこれらの知見を基盤にして、TopoIの概日リズム性発現と細胞増殖、細胞周期との関連、TopoI阻害剤の効果発現との関連、腫瘍増殖性との関連を明らかにするとともに、TopoIの阻害剤イリノテカンによる時間治療のモデル細胞系を、マルチカラーレポーターシステムを応用して樹立し、癌時間治療の分子細胞基盤を確立することを目指している。平成23年度は、TopoIリズム発現と細胞増殖性との関連を、時計遺伝子とTopoIプロモーターレポーター活性のリアルタイム解析により、分子細胞レベルで明らかにすることを目指した。実施した実験は、TopoIプロモーターレポーターと時計遺伝子Bmal1プロモーターレポーターから得られるプロモータ活性リズムのリアルタイム計測法の樹立、およびTopoI発現リズムの細胞種による相違である。主に泌尿器系臓器由来の細胞を中心に、遺伝子導入効率、培養条件の検討を実施し、解析のための細胞系を樹立した。平成24年度は、抗癌薬の標的として注目されているHIF1αとそのシグナリングシステムと時計遺伝子および概日リズム性発現をする抗癌剤標的因子との関連について特に注目して重点的に解析を行った。特に概日リズム性発現を示すイリノテカン標的因子であるトポイソメラーゼIについて、モデル系としての位置付けに基づいて詳細に検討した。この結果、今まで知られていなかったトポイソメラーゼIが転写レベルで低酸素シグナリングによって、発現制御を受けること、またこの誘導はHIF1α/ARNTによって増強することを、見出すことに成功した。これは今後の抗癌剤の作用機構を検討する上で、重要な視点を与えるものと考えている。特に低酸素刺激誘導がプロモーターのE-boxを一部介していることを示唆する結果が得られており、時計機構と低酸素シグナリングを結びつける機構である可能性があり、このような知見が得られたことは、本研究課題の今後の方向性を決める上で重要なポイントであると考えており、研究途中の到達点として意義のあるものである。さらに、低酸素シグナリングが時計遺伝子に発現に対する影響について検討したが、Bmal1, Per1は低酸素による発現誘導を受けることが示され,時計のリセットに関連する可能性があり、今後、その分子機構と時計発現における意味を検討する必要がある。以上のように、H24年度は重要な知見を見出すことが出来ており、概ね目標を達成できたものと自己評価している。本研究課題の前段階として、線維芽細胞の培養系による時計遺伝子プロモーターレポーターのリアルタイム計測を樹立している。また、マウスよりTopoisomeraseI遺伝子のプロモーター領域をルシフェラーゼレポーターベクターにクローニングし、転写発現機構の解析を完了している。この系を各種癌細胞に移行する実験を本課題で実施した。本課題で主に使用しているのは、泌尿器科系の臓器(主に腎臓)由来の細胞で、トランスフェクション効率、培地の条件を検討し、高発現条件を得た。
胚体外環境に注目した新たなマウス胚発生アトラスの構築

哺乳類の胚発生は母体の子宮内で進行することから、胚発生における母体組織の役割を理解することが必要である。本研究は、これまで遺伝学・分子生物学的解析による知見を踏まえた、新たなマウス胚発生の形態学的アトラスの再構築を試み、マウス胚初期発生の解明につながる基礎データの獲得することを目的とした。そこで着床期を含む発生ステージにおけるマウス胚および子宮組織の形態学的解析ならびに免疫組織化学などの発現・局在解析により、胚と母体組織との形態的な相互関係を解析した。特に、着床が起こる胎齢4.5日における胚並びに子宮組織のダイナミックな形態変化により胚が子宮組織に取り込まれる様子を詳細に観察した。本研究は、これまでの遺伝学・分子生物学的解析による胚発生の分子カスケードの知見を踏まえた、新たなマウス胚発生の形態学的アトラスの再構築を試み、未だ理解の進んでいない着床期発生初期の胚発生の解明や体外胚培養法などの確立などにつながる基礎データの獲得を目的とする。平成26年度は母体組織との相互作用によりマウス胚発生がどのように進行するかを空間的にかつ包括的に理解するため、着床前後である胎齢4日8日までの胎児および子宮組織の連続切片を作製し、HE染色にて組織像の観察を行った。加えて、初期胚発生に重要であることが示唆されている複数の細胞外基質や膜タンパク、転写因子などの局在や動態を免疫組織化学等で解析した。その結果、着床過程でどのようにマウス胚および母体組織が変化しているかを空間的に認識しえる組織標本を作製した。それらの標本の観察により、これまでの文献では詳細に記載されてこなかった、同時期の特徴的な組織構造や細胞動態が認められた。加えて、免疫組織化学的解析により、着床を境にして、胚および母体組織で局在や動態が大きく変化する因子を複数同定することができた。今後は、以上の形態学的解析により作製した組織標本について、その立体的・空間的な形態変化を視覚的に認識できるよう、3次元画像の構築を試みる。また、特徴的な組織構造や細胞動態の認められる部位、時期については、より詳細な組織学的解析を進める。加えて、免疫組織化学による様々な発生関連因子の解析を進めるとともに、その機能の重要席が示唆される因子については遺伝子改変マウス等を用いて、その実際の機能について詳細に検討を行う。本研究は、これまでの遺伝学・分子生物学的解析による胚発生の分子カスケードの知見を踏まえた、新たなマウス胚発生の形態学的アトラスの再構築を試み、未だ理解の進んでいない着床期発生初期の胚発生の解明や体外胚培養法の確立などにつながる基礎データの獲得を目的とする。母体組織との相互作用によりマウス胚発生がどのように進行するかを空間的にかつ包括的に理解するため、本年度も平成26年度に引き続き、胎齢38日までの胎児および子宮組織の連続切片を作成し、HE染色にて組織像の観察を行った。また組織標本作成時の固定方法の標準化や、発生ステージなどを含めた個体差の詳細な検討なども行い、着床過程でどのようにマウス胚及び母体組織が空間的に変化しているかのより正確な把握を試みた。加えて、複数の細胞外基質などの局在や動態を免疫組織化学で解析した。現在、以上の形態学的解析により作成した組織標本により、着床前後を含むマウス胚発生初期の胎児-母体組織の形態変化を立体的・空間的な解析している。母体組織を含めたマウス胚の形態標本作成について、固定方法の標準化や、発生ステージなどを含めた個体差を慎重に検討したことなどから、当初想定よりも組織標本の作製や形態学的解析に時間を要している。しかし、本研究目的に沿ったより正確なマウス胚発生の形態変化を把握するためには、詳細な解析が必要であり、おおむね順調に進展していると考えている。本研究は、これまで遺伝学・分子生物学的解析により胚発生カスケードの知見を踏まえた、新たなマウス胚発生の形態学的アトラスの再構築を試み、未だ理解の進んでいない着床期発生初期の胚発生の解明や体外胚培養法の確立などにつながる基礎データの獲得を目的とする。母体である子宮組織との相互作用によりマウス胚発生がどのように進行するかを空間的かつ包括的に理解するため、胎齢38日までの胎子および子宮組織の連続切片を作成し、HE染色による組織像の観察を実施した。妊娠した子宮組織標本作成時の固定方法の検討により、10%中性緩衝ホルマリン固定を標準法と決定した。また、発生ステージなどを含めた個体差の詳細な検討も行い、着床過程でどのようにマウス胚並びに子宮組織が空間的に変化しているかの形態観察ならびに、縦断面並びに横断面方向の切片における各部位の長さなどの測定を行った。加えて、主に基底膜を構成する細胞外基質の局在を免疫染色により観察した。これらにより、胚発生の形態学的アトラスを再構築した。その中で注目すべき現象として、着床が起こる胎齢4.5日における胚並びに子宮組織のダイナミックな形態変化が挙げられる。この時期に胚盤胞のabembryonic pole(胚体と反対側)の栄養膜細胞が子宮上皮と接着し、その後子宮上皮の胚の取り込みと上皮構造から脱落膜への形態変化を詳細に観察した。また、その際に細胞外基質の局在パターンが大きく変化することを確認した。このように最初の胚盤胞と子宮上皮の接着は、非常に小さい領域の現象であるにも関わらず、これと比較してかなりスケールの大きい子宮全体のダイナミックな変化を一気に誘起することが形態的に観察できた。

哺乳類の胚発生は母体の子宮内で進行することから、胚発生における母体組織の役割を理解することが必要である。本研究は、これまで遺伝学・分子生物学的解析による知見を踏まえた、新たなマウス胚発生の形態学的アトラスの再構築を試み、マウス胚初期発生の解明につながる基礎データの獲得することを目的とした。そこで着床期を含む発生ステージにおけるマウス胚および子宮組織の形態学的解析ならびに免疫組織化学などの発現・局在解析により、胚と母体組織との形態的な相互関係を解析した。特に、着床が起こる胎齢4.5日における胚並びに子宮組織のダイナミックな形態変化により胚が子宮組織に取り込まれる様子を詳細に観察した。胎齢4ー8日マウス胎仔のHE染色による組織学的解析は進んでおり、また、複数の細胞外基質の免疫染色、in situ hybridizationも実施している。それらの中から、特に着床期に興味深い動態を示す因子も見出しており、その因子の遺伝子改変マウスの解析も着手を始めている。以上から、当初の予定通りに順調に進展していると判断される。実験1)発生初期過程における胚及び母体組織の形態的アトラスの作製平成26-27年度の組織学的解析を継続して行うほか、より注意深く解析する必要があると推測される部位や、ダイナミックな母体組織の形態変化、胚との融合などが認められた着床前後をさらに詳細に解析を試みる。以上で作成した組織標本について、空間的に視覚化するための3次元画像構築を試みる。実験2)着床期における細胞外基質の機能の解析平成26-27年度の免疫組織学的解析により、複数の細胞外基質が特徴的な局在変化を示すことを把握している。これらのノックアウトマウスは着床後に胎生致死となることから、より詳細な局在動態を解析する。獣医解剖学実験1)発生初期過程における胚及び母体組織の形態的アトラスの作製平成26年度の組織学的解析を継続して行うほか、より注意深く解析する必要が認められると推測される部位、発生ステージ(特に着床前後)について、より細かいステージでの解析を行う。また、作製した組織標本について、空間的に視覚化するための3次元画像構築を試みる。実験2)発生初期過程における細胞外基質などの機能の解析平成26年度の免疫組織化学解析によりその機能の重要性が推測された複数の因子(主に細胞外基質)について、特に重要と思われる部位・時期についての更なる詳細な解析を進める。また、実験1の組織観察やこれまでの文献等の情報と合わせ、その機能を考察するとともに、ノックアウトマウスなどの遺伝子改変マウス等を用いてそれらの因子の機能についての解析を行う。母体組織を含めたマウス胚の形態標本作成について、1)固定方法等により作成された標本の状態が異なり、それら方法の標準化が必要であったこと、2)詳細な分析を実施することで、発生ステージなどを含めた骨体差をより慎重に検討する必要があったことなどから、組織標本作成に多くの時間を要し、物品購入等が予定よりも少なかったため。生じた次年度使用額の一部は年度末納品等にかかる支払いが平成27年4月1日以降となったため、当該支出分については次年度の実支出額に計上予定。平成26年度分についてはほぼ使用済みである。
リン吸着膜を活用した下水汚泥からリン回収およびバイオガス生成プロセスの構築

本研究の目的は、過去の研究で開発したリン吸着膜を下水汚泥の消化プロセスに組み込むことで、リン回収およびバイオガス生成を同時に達成する新規資源回収型消化プロセスを構築することである。2018年度はリン吸着膜を用いた消化汚泥のろ過、市販のMF膜モジュールを組み込んだ消化リアクターの運転に取り組んだ。TS濃度2%の消化汚泥を全量ろ過し、膜間差圧を測定することでリン吸着膜の目詰まりの進行度合いを調べた。その結果、リン吸着膜とリン吸着剤を担持していないポリスルホン膜との間に差は見られず、膜ろ過フラックス0.1 m/dを維持すると、膜ろ過時間12時間後から膜間差圧の急激な上昇が確認された。また、同様の消化汚泥を用いてクロスフローろ過試験を行った結果、50時間経過後も膜間差圧は5 kPa以下であった。この試験においてCOD除去率は99%と高く、リン吸着量は6 kg-P/m2であった。つづいて、膜の洗浄方法を検討した結果、有機物除去を目的とした次亜塩素酸ナトリウム溶液での膜洗浄中にはリンの脱着はほとんどなく、リン回収を目的とした水酸化ナトリウム溶液での膜洗浄において、吸着したリンの94%が脱着できた。消化リアクターの運転においては、廃活性汚泥の濃縮と消化を同時に行いつつ、HRTを徐々に短縮した。最終的にHRTを15日とし、固形物濃度2%を維持した定常運転を行う事ができた。本実験では、市販の槽外型MF膜モジュールを使用し、低膜ろ過フラックスを維持したクロスフローろ過を行うことで、膜洗浄を行うことなく長期間にわたり膜間差圧の上昇を抑えることに成功した。さらに、長期運転終了後の膜の目詰まりに関して、その形態を明らかにした。当初の研究計画通りに進行しているため。当初の研究計画に従い、リン吸着膜を導入した消化リアクターを構築する。