hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
線形計画問題に対する離散・連続融合アルゴリズムの開発

線形計画問題は,最も基本的な数理計画問題である.線形計画問題に対して,理論的に優れているとされる多項式アルゴリズムの存在は知られているが,それより上位の強多項式アルゴリズムが存在するか否かは,重要な未解決問題として今日まで残っている.本研究では,上記の未解決問題の解決を念頭に,これまで提案されてきた線形計画問題に対する離散的,連続的アルゴリズムを融合させた新しいアルゴリズムを開発することを目指す.本研究の進展により,離散面,連続面の良いところを併せ持つアルゴリズムが開発することで,前述した未解決問題の解決へ向けた重要な示唆が得られることが期待できる.線形計画問題は,最も基本的な数理計画問題である.線形計画問題に対して,理論的に優れているとされる多項式アルゴリズムの存在は知られているが,それより上位の強多項式アルゴリズムが存在するか否かは,重要な未解決問題として今日まで残っている.本研究では,上記の未解決問題の解決を念頭に,これまで提案されてきた線形計画問題に対する離散的,連続的アルゴリズムを融合させた新しいアルゴリズムを開発することを目指す.本研究の進展により,離散面,連続面の良いところを併せ持つアルゴリズムが開発することで,前述した未解決問題の解決へ向けた重要な示唆が得られることが期待できる.
搬送スケジューリングの大規模問題例に対する厳密解法に関する研究

本年度は,ビル内走行経路のモデルとなる木状経路の搬送スケジューリングについて,それを「解く」という実用的な観点から問題の性質を検討した.まず,部分問題の定義と下界値の導出をおこなった.すでに得られているもとの問題に対する結果から,これらは容易に導かれた.次に,初期暫定値を得るための近似解法について検討した.これについては,2倍近似の性能保証を持つ多項式時間近似解法が構築できる.平均的な性能に深刻な影響はないものの,極端に大きな準備時間を持つジョブが経路上に点在するケースでは,単純な最早開始可能時刻に基づいた貪欲法の方がよい近似解を与えることが,数値実験において観察されている.さらに,納期遅れ仕事数最小化問題に対しては,最短路木とホジソン法を利用した近似解法を構築した.これは昨年度のものの改良版である.昨年度は,ホジソン法で得られた順序の情報のみを利用して近似解を構成していたが,本年度はさらにホジソン法で得られた遅れ仕事数の情報を加味して算出したジョブの優先ポイントを用いた.数値実験の結果,テストした200例題のうちの約15%において,その最良解を更新することができた.しかしながら,この優先ポイントのアイデアを,厳密解法の発見的探索関数として用いることについての検討は,今後の課題として残った.なお.これらに関連して,マシニング・センタの動きのみならず搬送ロボットの動きも考慮に入れた2機械ロボティク・ユニットの非順列最適スケジューリング問題,ならびに,並列機械フローショップ・スケジューリング問題も扱った.前者においては,問題のNP困難性を証明するとともに,2倍近似の性能保証を持つ多項式時間近似解法を与えた.後者では,並列機械問題において成立する可逆性に基づいた近似解法を提案し,その有用性を数値実験によって確認した.本年度は,生産工場でしばしば見られる直線状経路の搬送スケジューリングについて,それを「解く」という実用的観点から問題の性質を解析した.まず,部分問題の定義と下界値の導出を行った.これらは,すでに得られていたもとの問題に対する結果から,容易に導かれた.次に,初期暫定値を得るための近似解法について検討した.これについては,性能比保証をもつ多項式時間近似解法が構築できる.平均的な性能にはさほど影響はないと予想されるものの,この解法の最悪ケース性能比の解析には,無人搬送車の初期位置の条件を考慮する必要のあることがわかった.さらに,納期制約を持つ問題に対しては,ダイクストラ木を利用した近似解法を構築した.加工スケジューリング問題に対しては,一機械問題の結果に基づいたいくつかのディスパッチングルールが検討されたりしているが,搬送スケジューリング問題ではそれらを直接適用すると,経路に関する情報が全く利用できないという欠点があった.本研究で構築した近似解法は,ダイクストラ木を導入したことにより,経路上の移動時間の情報をある程度考慮に入れることができ,このことは数値実験によって確かめられた.さらに,この解法は,ダイクストラ木を用いているという性格上,木状経路の搬送スケジューリングに対しても有効ではないかと考えられ,来年度の検討課題には,厳密解法の実現に,これも加えたい.これらに関連して,搬送システムと工作機械の動きを同時に考慮した2機械ロポティクセル・スケジユーリングの問題,ならびに,ハイブリッド型フローショップ・スケジューリングの問題を扱った.有用な近似解法を提案するとともに,数値実験によって,システム最適化に対する搬送の影響を確認することができた.本年度は,ビル内走行経路のモデルとなる木状経路の搬送スケジューリングについて,それを「解く」という実用的な観点から問題の性質を検討した.まず,部分問題の定義と下界値の導出をおこなった.すでに得られているもとの問題に対する結果から,これらは容易に導かれた.次に,初期暫定値を得るための近似解法について検討した.これについては,2倍近似の性能保証を持つ多項式時間近似解法が構築できる.平均的な性能に深刻な影響はないものの,極端に大きな準備時間を持つジョブが経路上に点在するケースでは,単純な最早開始可能時刻に基づいた貪欲法の方がよい近似解を与えることが,数値実験において観察されている.さらに,納期遅れ仕事数最小化問題に対しては,最短路木とホジソン法を利用した近似解法を構築した.これは昨年度のものの改良版である.昨年度は,ホジソン法で得られた順序の情報のみを利用して近似解を構成していたが,本年度はさらにホジソン法で得られた遅れ仕事数の情報を加味して算出したジョブの優先ポイントを用いた.数値実験の結果,テストした200例題のうちの約15%において,その最良解を更新することができた.しかしながら,この優先ポイントのアイデアを,厳密解法の発見的探索関数として用いることについての検討は,今後の課題として残った.なお.これらに関連して,マシニング・センタの動きのみならず搬送ロボットの動きも考慮に入れた2機械ロボティク・ユニットの非順列最適スケジューリング問題,ならびに,並列機械フローショップ・スケジューリング問題も扱った.前者においては,問題のNP困難性を証明するとともに,2倍近似の性能保証を持つ多項式時間近似解法を与えた.後者では,並列機械問題において成立する可逆性に基づいた近似解法を提案し,その有用性を数値実験によって確認した.
潜在性能を極限まで引き出す自律性能制御VLSI

申請者は、微細化に起因する性能ばらつき、信頼性劣化などの現在の半導体業界が直面している問題を解決するため、適応的速度制御の研究に着手した。速度制御の実用化について多角的な視点から俯瞰し、最重要技術要素である設計手法の確立に取り組んだ。従来研究では速度制御機構をいかに設計するかのみに注目していたが、申請者は速度制御機構と制御対象回路の一体最適化に取り組み、その設計手法を提案した。速度制御機構の設計では、代表的なセンサであるレプリカとエラー予告FF (Flip-Flop)に着目し、両センサの優劣を数年の寿命制約下での電源電圧削減効果に基づき、定量的に議論した。また、センサを活用するために、活性化確率とタイミング違反率の両者を考慮した挿入手法を提案した。制御対象回路の設計では、センサの観測箇所を削減しつつ省電力化・長寿命化を高めるために、活性化考慮スラック割当手法を提案した。一体最適設計により、従来設計から38.0%電力を削減した。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
ビタミンA欠乏ハムスターを用いた精細管ステージ 同期化実験系の確立とその機構解明

本研究では以下の3点を検討した。(1)まず,ゴールデンハムスター,ラットおよびマウス(ICR系とC57BL/6)をビタミンA(以下VA)欠乏食により長期間飼育し,各動物のVA欠乏状態(即ち精子発生不全状態)における精巣の微細形態の特徴を比較観察した。ラットが10-12週で,またマウスが12-14週でVA欠乏状態を示したのに対し,ハムスターでは欠乏状態となるまで4-6ケ月の長期間を要し,しかも著しい個体差があった。VA欠乏時,マウスでは精巣間質領域におけるライディッヒ細胞の著明な増加がみられた。また,マウスおよびラットでは同じく間質領域に細胞外マトリックスの増加が確認された。これに対し,ハムスターではVA欠乏時,間質領域に著しい変化は観察されなかった。このようにVA欠乏時,精巣間質の形態変化において明らかな動物種差が認められた。一方,精細管の上皮はいずれの動物においてもセルトリ細胞と精祖細胞のみからなり,その管径は正常時の2/3にまで減少していた。(2)次に,VA欠乏状態のハムスター精巣を,正常状態のそれと比較しながら電子顕微鏡で観察した。セルトリ細胞質内には多数の脂肪滴やライソゾームが観察され,また正常時では認められない層状の滑面小胞体や細胞膜の折込像が高頻度に観察された。アクチンフィラメントの束と下層の滑面小胞体を主要構成要素とするES(Ectoplasmic specialization)が,正常時と同じくVA欠乏のセルトリ細胞にも確認されたことから,精上皮を基底側と管腔側に分ける血液精巣関門はVA欠乏に際しても正常に機能していることが推測された。(3)さらに,VA欠乏状態としたハムスターおよびICR系マウスに,大量のVA(retinol acetate)を1度投与し,その後通常の食餌を与えて精細管のステージ同期化実験を試みた。ICR系マウスではVA再投与後9,10週に材料を採取したが,精細管ステージは通常の14ステージから3-4ステージにまで減少しているのが確認された。また,ハムスターにおいてもVA再投与後10週に材料採取を行い観察した結果,精細管ステージは通常の13ステージから3-4ステージに縮小していた。ハムスター精巣における精細管ステージ同期化実験の成功は今回の報告が初めてであり,マウスでもCpb-N系マウスで1例の報告があるのみで,ICR系マウスでのステージ同期化は今回が最初となる。
近代電気技術の立ち上がりと受容に関する比較社会史的研究ーSTS研究の視角よりー

初年度の今年度は、分析の視角にかかわるSTS研究の動向調査と近代電気産業史資料の収集・整理を行った。以下、その概要とこれまでに見いだした事を順に述べる。1.STS研究の視角ここでSTS(Science,Technology & Society)研究とは、科学、技術、社会が相互作用する際の界面構造の研究を指す。現在この研究のセンタ-オブエクサレンスである欧米の大学を中心に動向調査を行った結果、研究は大きく2つの系譜に分類可能なことが明らかとなった。(1)科学→技術の階層モデル(技術を応用科学の産物とみる見方)からの脱却と、それに代わる科学【tautomer】技術の同格モデルを大局的に唱える系譜。(2)特定の技術開発の場(例、企業内研究・開発組織)の参与観察をもとに、超局所的な記述を行うモノグラフの系譜。(1)の大局的な研究と(2)の超局所的な研究をつなぐ解釈枠組みが現状ではきわめて乏しく、かつ(1)、(2)とも科学者集団および技術者集団を越える社会との関連を検出する視角が予想以上に希薄なため、本研究ではつぎの視角から標記課題にアプロ-チすることに意味が認められる。(3)科学者集団、技術者集団とそれ以外の社会集団との関連を、大局的な一般モデルと局所的な記述をつなぐ「中範囲の理論」から解明する。2.近代電気産業史資料の収集・整理つぎの2つの成果があった。(1)電気試験所(現電子技術総合研究所)の戦前、戦後にまたがる1次史料(密田史料)を発見し、日誌、実験ノ-トを中心に整理を行った。(2)日本の電気産業史の記述を与える基礎資料(個人史、社史、業界史、制度史など)を収集した。なお、業界史には、日本のメ-カ-と海外メ-カ-の資本提携関係を含む。3.展望目下、MSDOS上で動くデ-タベ-スの構築を進めており、次年度はそれをもとに1、2の知見を統合する本格的な分析を目指したい。
癌の腹膜播種形成の機序解明

子宮体癌術中腹水細胞診陽性例は必ずしも腹膜播種に進行しないところから、腹膜播種形成の機序として、腹水中の癌細胞が腹膜に生着して播種巣を形成するという説に疑問を持ち,本研究に着手した。1.術中腹水細胞診陽性例に腹腔内にチューブを留置し,術後洗浄腹水細胞診を行った。腹腔内に転移巣が残存しなかった症例は,皆術後2週間で陰性化した。手術時腹水中に認めた癌細胞は腹膜に生着せず2週間以内に腹腔内から消失したと考えられる。2.癌細胞が卵管内を経由して腹腔内へ出現する機序として、インテグリンの原発巣における発現を検討した。筋層浸潤1/2以下でリンパ節転移のない内膜型腺癌G2の術中腹腔細胞診陽性例が4例あり、皆β3インテグリン強陽性であった。癌が卵管内を経由して腹腔内へ出現する機序としてインテグリンの関与が示唆された。3.子宮体癌の卵巣転移に関与するインテグリンの解析を検討した。原発巣におけるβ1インテグリンの発現と付属器転移には有意の相関(p<0.001)がみられ、β1インテグリンが付属器転移形成に関与していることが示された。4.腹膜播種へ進行する危険因子を探求するため,(1)子宮体癌完全摘出症例では術後腹膜播種に進行した例の臨床経過と(2)胃癌の卵巣転移を対象として検討した。播種形成は腹腔内に出現した癌細胞が腹膜に接着して転移巣を形成するよりもリンパ行性の可能性が高いと考えられた。腹膜播種の形成機序を一端でも解明することで、腹膜播種への進行を予防する道が開け、癌の治療成績向上に貢献すると考えられる。平成6年度までの子宮体癌の腹膜播種に関する臨床病理学的研究から,次の3点を明らかにした。(1)子宮体癌術中腹水細胞診陽性例は必ずしも腹膜播種に進行しない。(2)筋層浸潤が浅く,リンパ節転移陰性例では,術中腹水細胞診陽性でも,術後追加治療なしで,予後が極めてよく,追加治療の必要がない。(3)術中腹水細胞診陽性例に腹腔内にチューブを留置し,術後洗浄腹水細胞診を行った結果,腹腔内に転移巣が残存しなかった症例は,皆術後2週間で陰性化した。すなわち,手術字腹水中に認めた癌細胞は2週間以内に腹腔内から消失した。この結果より,腹膜播種形成の機序として、腹水中の癌細胞が腹膜に生着して播種巣を形成する説に疑問を持ち,以下のことを平成7年度に検討した。腹膜播種へ進行する危険因子を探究するため,完全摘出症例では術後腹膜播種に進行した例の臨床経過を検討した。その結果,8割の症例にリンパ節転移が先行または同時にみられた。これは腹膜播種形成にリンパ行性進展が深く関与していることを意味する。(癌学会発表)また腹膜播種形成に関与する接着分子を検討するため,原発巣の捺印標本を用いて,インテグリンの発現を免疫染色にて調べた。その結果fibronectin receptor(FNR)陽性17例中6例に付属器転移がみられたのに対し,FNR陰性49例中転移は3例であった。付属器転移とFNR陽性には有意の相関(p=0.009)がみられ、子宮体癌原発巣におけるFNRの発現が付属器転移に関与している可能性が示唆された。(臨床細胞学会ワークショップ発表)以上がこれまでの研究成果である。来年度も引き続き研究を邁進する所存である。

子宮体癌のなかには、原発巣が体部に限局しているにもかかわらず、術中腹腔細胞診が陽性になる例がある。癌細胞が腹腔内へ出現する経路として、経卵管性が考えられ、その機序として、接着分子、特にインテグリンの原発巣における発現に注目した。1993年から1995年までの当院新鮮摘出標本の癌巣割面の捺印標本におけるインテグリンの発現をβ1鎖とβ3鎖をそれぞれ認識するモノクローナル抗体(Takara)を用いてABC反応による免疫染色を行った.検討対象は筋層浸潤1/2以下でリンパ節転移のない症例46例と、筋層浸潤の欠如した症例29例である。術中腹腔細胞診の結果は前者が46例中8例、後者が29例中4例が陽性であった。結果は前者では、内膜型腺癌G2の術中腹腔細胞診陽性4例は皆β3インテグリン強陽性であった(96臨床細胞学会秋)。後者では、術中腹腔細胞診陽性例は皆β1インテグリンの発現がないこと、臨床検討では閉経前または閉経早期であることが示された(96癌学会)。従って、経卵管的に腹腔内へ癌細胞が出現する機序として、原発巣におけるインテグリンの発現が関与する可能性が示唆された。今後の検討はこれらの経卵管的に腹腔内へ出現した癌細胞がなぜ腹膜播種に進行しないのか、基礎ならびに臨床的に検討していく。この検討対象には、子宮体癌のみならず、胃癌を取り上げた。胃癌の卵巣転移の成因について、リンパ行性か腹膜播種かについて検討し、今年の癌治療学会で発表する予定である。基礎検討については、腹腔内へ出現した癌細胞について検討を加える。癌細胞が原発巣から遊離することは転移形成の第1段階であり,その機構には接着分子が関与するとされている。そこで,癌と間質の接着を担うインテグリンに注目した。子宮体癌原発巣における発現と付属器転移やリンパ節転移との関連性を検討し、昨年の癌学会で報告した。対象は、1992年11月より1995年12月までに当院で手術治療を行った115例の新鮮摘出標本の癌巣割面の捺印標本を材料とした。115例中、付属器転移が10例,リンパ節転移が18例に認められた。捺印標本を95%エタノール固定後,インテグリンのβ1鎖とβ3鎖を認識するモノクローナル抗体を用いてABC反応による免疫染色を行った。β1の発現は陽性30例,弱陽性20例,陰性61例で,判定不能4例であった。β3の発現は陽性51例,弱陽性15例,陰性49例であった。正常内膜腺は増殖期,分泌期ともに陰性であった。付属器転移10例中、9例がβ1陽性、1例がβ1陰性であり、β1インテグリンの発現と付属器転移には有意の相関(p<0.001)がみられた。β3インテグリンの発現と付属器転移、β1,β3インテグリンの発現とリンパ節転移との相関関係はみられなかった。上記の検討の結果、子宮体癌原発巣におけるβ1インテグリンの発現が付属器転移形成に関与している可能性が示唆された。今後は基礎的検討をさらに深め腹膜播種に関与するインテグリンについて解析を進める。腹膜播種の形成機序を一端でも解明することで、腹膜播種への進行を予防することが可能となり、癌の治療成績向上に貢献すると考えられる。
クローナル植物の物質転流様式がラメットの自己間引きを妨げる機構の栽培実験での解明

クローナル植物とは、葉と茎や花からなる地上茎と根からなる植物体(ラメット)が、地下茎や匍匐枝といった器官を介して栄養繁殖により、複数連結した植物の総称である。温帯以北の生態系に生育する草本種の70%以上を占めると言われているクローナル植物では、ラメットの自己間引きが一般的には見られない。なぜクローナル植物では自己引きが生じないのだろうか、本研究では、この「問い」に栽培実験により答えることを目指す。この「問い」に対する機構的な回答として、これまではラメット間の生理的統合(「稼ぎ」の良いラメットが「稼ぎ」悪いラメットに光合成による同化産物や地下部で吸収した水や栄養塩を輸送する)や温帯以北という生育環境に起因する季節的な枯死(多くの草の地上部は冬に枯れる)が強調されてきた。本申請では、クローナル植物に共通する特徴として、発達した地下貯蔵物質に着目した。多量の貯蔵物質を蓄えるためには、クローナル植物は、地上部を展開した直後の生育シーズンの初期(春先)から同化産物の貯蔵を行う必要があると考えられる。この貯蔵により個々のラメットの成長は抑制され、自己間引きが生じるようなサイズ依存性の強い成長をらメットが示すことはない。つまり、同化産物は地上部の葉や茎の成長に使われるだけではなく、地下の貯蔵にも転流されるという仮説を、栽培実験によって検討する。そのために、古典的な植物生理学の実験手法であるsteamgirdling(蒸気で植物の師部のみを焼き殺すという手法)を用い、地上部の同化産物の地下部への転流様式を変化させることで、ラメットの成長が制約から「解放」されることを明らかする。このことを通じて、温帯域のクローナル植物であっても、自己間引きをすることを示し、クローナル植物の研究者にとっての長年の疑問を栽培実験により明らかにすることを目指す。本研究は、予定よりもやや遅れ気味である。特に2018年度に予定していた材料のキクイモの栽培が十分に行えなかった。その最大の理由は、採集予定地であった河川敷の大規模改修のため、十分量の植物が入手できなかったためである。また、採集できた少数の植物は、2018年7月の記録的な猛暑のために、成長や塊茎の生産に、大きな影響を受けた。とくに梅雨時期の少雨が影響し、十分に成長しない個体も見られた。次年度の材料を確保するため、野外由来のキクイモの利用に加え、農業用に生産されているキクイモも利用することとし、その塊茎の提供を受けた。一方で、古典的な植物生理学の実験手法であるsteamgirdling(蒸気で植物の師部のみを焼き殺すという手法)が、地上部の同化産物の地下部への転流様式を変化させ、その結果、地上部の成長が増大しうることをイタドリを用いた予備実験によって明らかにすることができた。steam girdlingに用いる蒸気の発生源としては、家庭用のスチームクリーナーが有効だった。シリコン栓を介せばスリームクリーナーの排気口に、パスツールピペットを接続でき、steam girdlingに十分な量と温度の蒸気を得ることができた。ただし、steam girdling処理を施した植物の多くに、サビ病が発生しやすいことが明らかとなった。そのため、steam girdling処理部に、植物用の抗菌剤を塗布するなどの対策を検討する必要がある。steam girdlingの程度を茎の被覆材の量により調整することは、可能ではあったが、植物のサイズや発達段階によってsteam girdlingの影響が大きく異なった。より高い定量性をえるためには、より多くの植物で予備実験を重ねる必要がある。予定よりも進捗は遅れ気味ではあるが、ほぼ予定通りの実験を今年度は行う予定である。実験1:地下に貯蔵物質(塊茎)を有するが、塊茎間の繋がりはすぐに失われるキクイモを用いて、steam girdlingによって、物質分配様式を変更させる。steam girdlingによる損傷が増加すると、地下の根および塊茎への物質分配が減少し、地上茎のバイオマスが増加することを定量する。要因は、steam girdlingによる師部の損傷の程度とし、4水準(コントロール(損傷なし)、地際茎の1/4が損傷、地際茎の1/2が損傷、全体が損傷)を設定する。一つの塊茎を一つのポットに植え、本葉が4枚展葉した時点で、steamgirdling処理を施す。各条件10反復を設け、乱塊法に則り、首都大学東京の圃場のビニールハウスに鉢を配置する。steam girdling処理の40日後に植物を刈り取り、地上茎の高さ、地際径を測定したのち、葉、茎、根、塊茎に分け、70度のオーブンで72時間乾燥後に秤量する。そこからsteam girdlingの処理の影響を一般線形モデルで解析できる。実験2:実験1と同様にsteam girdlingによって物質分配様式を変更させるが、steam girdlingによる損傷の程度は、地際茎の1/2が損傷のみとする。一方で、一つのポットに植栽する塊茎の密度を変える。上記に並行して、来年度に向けてより多数の塊茎をえるために、大型のプランターにキクイモを植栽する。

温帯以北の生態系に生育する草本種の70%以上を占めると言われているクローナル植物では、ラメットの自己間引きが一般的には見られない。なぜクローナル植物では自己引きが生じないのだろうか、本研究では、この「問い」に栽培実験により答えることを目指す。この「問い」に対する機構的な回答として、これまではラメット間の生理的統合(「稼ぎ」の良いラメットが「稼ぎ」悪いラメットに光合成による同化産物や地下部で吸収した水や栄養塩を輸送する)や温帯以北という生育環境に起因する季節的な枯死(多くの草の地上部は冬に枯れる)が強調されてきた。本申請では、クローナル植物に共通する特徴として、発達した地下貯蔵物質に着目した。多量の貯蔵物質を蓄えるためには、クローナル植物は、地上部を展開した直後の生育シーズンの初期(春先)から同化産物の貯蔵を行う必要があると考えられる。この貯蔵により個々のラメットの成長は抑制され、自己間引きが生じるようなサイズ依存性の強い成長をらメットが示すことはない。つまり、同化産物は地上部の葉や茎の成長に使われるだけではなく、地下の貯蔵にも転流されるという仮説を、栽培実験によって検討する。そのために、古典的な植物生理学の実験手法であるsteamgirdling(蒸気で植物の師部のみを焼き殺すという手法)を用い、地上部の同化産物の地下部への転流様式を変化させることで、ラメットの成長が制約から「解放」されることを明らかする。このことを通じて、温帯域のクローナル植物であっても、自己間引きをすることを示し、クローナル植物の研究者にとっての長年の疑問を栽培実験により明らかにすることを目指す。本研究は、予定よりもやや遅れ気味である。特に2018年度に予定していた材料のキクイモの栽培が十分に行えなかった。その最大の理由は、採集予定地であった河川敷の大規模改修のため、十分量の植物が入手できなかったためである。また、採集できた少数の植物は、2018年7月の記録的な猛暑のために、成長や塊茎の生産に、大きな影響を受けた。とくに梅雨時期の少雨が影響し、十分に成長しない個体も見られた。次年度の材料を確保するため、野外由来のキクイモの利用に加え、農業用に生産されているキクイモも利用することとし、その塊茎の提供を受けた。一方で、古典的な植物生理学の実験手法であるsteamgirdling(蒸気で植物の師部のみを焼き殺すという手法)が、地上部の同化産物の地下部への転流様式を変化させ、その結果、地上部の成長が増大しうることをイタドリを用いた予備実験によって明らかにすることができた。steam girdlingに用いる蒸気の発生源としては、家庭用のスチームクリーナーが有効だった。シリコン栓を介せばスリームクリーナーの排気口に、パスツールピペットを接続でき、steam girdlingに十分な量と温度の蒸気を得ることができた。ただし、steam girdling処理を施した植物の多くに、サビ病が発生しやすいことが明らかとなった。そのため、steam girdling処理部に、植物用の抗菌剤を塗布するなどの対策を検討する必要がある。steam girdlingの程度を茎の被覆材の量により調整することは、可能ではあったが、植物のサイズや発達段階によってsteam girdlingの影響が大きく異なった。より高い定量性をえるためには、より多くの植物で予備実験を重ねる必要がある。
フレーバー物理によるUV理論に動機付けされた複合ヒッグス模型の研究

本研究では,拡張されたヒッグスセクターの現象論に注目し,ヒッグス物理をヒントとして,新物理模型の詳細をいかに探るかという研究を行ってきた。具体的には,複合ヒッグス模型に注目し,この枠組みでどのような現象論的結果が得られるかについて調べるとともに,複合ヒッグス模型とは異なる枠組みの拡張ヒッグスと伴う模型についても研究をし,これらの対比を行い,模型の判別を行う手法を確立することを目的として研究活動を行ってきた。本年度は,複合ヒッグス模型と対比させるために,基本ヒッグス粒子を含む拡張ヒッグス模型の代表例として,CP位相を含むような超対称性標準模型において,暗黒物質の残存量を重いヒッグス粒子たちの寄与によって再現するようなシナリオを考え,このようなシナリオが電気双極子モーメントの将来実験によって検証できる可能性を調べ,論文にまとめた。残念ながら,複合ヒッグス模型において同様の研究を行い,上記の模型の場合と比較する研究については,研究期間の関係から完了させることができなかったが,上記の研究によって,複合ヒッグス模型をはじめとする,超対称性標準模型以外の新物理学模型について同様の研究を行い,より基本的な物理理論の構築を目指すための足がかりが得られた。また,本研究の総まとめとして,超対称性ゲージ理論の特性を利用した,ニュートリノ質量生成機構を含むような,UV理論に基づく複合ヒッグス模型と,その現象論研究についてのミニレビューを査読付き論文として出版した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。複合ヒッグスセクターを導き,ニュートリノ質量やバリオジェネシスなどの諸現象を説明できるUV理論の構築を目指し,過去に行なった研究や,他の研究者が構築した模型を詳細に再点検した。このような模型において,等研究の目的である,フレーバー物理をシステマティックに行うためには,模型のフレーバー構造を決定するために適切な理論的あるいは実験的インプットが必要不可欠であるが,29年度の研究活動においては,この方向の研究に適したインプットを設定することが必ずしも成功したとはいえず,本研究の目的に合致する形のベンチマーク模型構築を完遂できなかった。しかしながら,LHCb実験などで報告されているアノマリーに説明を加えるために必要な新物理模型の特質などについての理解が進んだため,今後の研究活動において,フレーバーベンチマーク模型構築が飛躍的に進むことが期待される。また,これと並行して,複合ヒッグスセクターを含むようなUV理論のベンチマーク模型としての4DCHM模型に注目し,その加速器現象論に焦点をあてた議論を行なった。この模型では,LHC実験におけるZH生成において,標準模型に比べて生成断面積が有意に大きくなることを確認した。4DCHM模型では,フレーバー構造に関する部分の完成度が高くないため,フレーバー物理の研究に繋げるにはいくつかの模型拡張を行う必要がある。加速器現象論のより深い理解とあわせて,今後の課題としたい。複合ヒッグスセクターを含むような模型ではないが,暗黒物質の説明を可能とするような模型として,超対称性標準模型の枠組みで,重いヒッグス場が重要な役割を果たすような暗黒物質シナリオを研究し,模型に含まれるCP位相に注目して,模型の検証の可能性を議論した。フレーバー物理を本格的に研究するための,UV理論に動機付けされた複合ヒッグスセクターを含むベンチマーク模型構築を試みたが,模型のフレーバー構造に含まれる,強いダイナミクス起源の不定性をうまくコントロールする方法が確立できなかったため,本来の研究計画よりはやや遅れる状況となった。しかし,LHCb実験などで報告されているフレーバー物理のアノマリー現象を説明するために,どのような粒子を標準模型に追加すれば良いかという問題について,理解を深めることができたため,この側面に注目した模型構築を行えば,ベンチマーク模型構築が飛躍的に進むことが期待される。LHCb実験などで報告されている,レプトンユニバーサリティの破れに注目し,これらを説明するに必要な新しい場を自然に提供するようなUV理論に注目する。このことにより,フレーバー構造の起源と密接に結びつくような新物理学模型のベンチマークシナリオを構築し,そのベンチマークシナリオのもとで様々な現象論研究を行っていく。特に,レプトクォークを含むような模型に注目する。

アノマリーを説明するために導入されるレプトクォークが,複合ヒッグス模型起源なのか,大統一理論起源なのかによって,各種現象論に違いが生じると期待されるため,このような観点からフレーバー物理をてことして,背後にあるUV理論の姿に迫るという本研究課題の目的に向けて研究活動を行っていく。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
コンクリート構造物のライフサイクルマネジメントにおけるLCCO_2の最適評価

建設投資の動向を考えると今後は漸減となることが予測されており、しかも既往の施設を所要の機能が保持されるように維持管理を実施することの重要性が指摘されており、新設に対する投資は大幅に抑制される状況にある。このため、ライフサイクルにおけるコスト管理は重要な課題となっており、LCC(Life Cycle Cost)で経済性を評価する必要がある。一方、2005年2月の京都議定書の発効によって、地球温暖化防止対策は緊急の課題となっており、必然的に環境に対する配慮が求められる趨勢にある。建設関係でも資材製造によるCO2排出量は日本全体の物質使用量の数十%を占めているといわれており、LCMの観点から環境負荷に対する検討が必要される状況である。LCCに関しては研究室で長らくの実績があり、主に桟橋を対象として劣化予測を実施し、確率的手法や期待費用最小の法則などを応用した算定手法を提示してきている。これらの計算では補修工法の相違も検討してきた。一方、LCMに関しては主にLCCO_2の算定に焦点を当てた研究を実施してきた。これらは、環境税をLCCO_2に組み込むことの可能性及びその影響の度合い・一連の施設の建設・供用・解体・廃棄におけるLCCO_2の算定、施設建設における材料の種類やコンクリートに品質によるLCCO_2の相違などを検討してきた。環境負荷に関してはさらに進めて、コンクリート構造物の供用年限における想定される項目(CO2,SO_x, NO_x,ばいじん)を取り上げて、LIME(産業環境管理協会)で提案されている手法を用いて:負荷評価を算定した。コスト(LCC)と環境負荷(LIME)の双方を総合的に評価する手法として、総合評価落札方式の考え方を参考にして検討した。すなわち、評価値=(得点)/(コスト)において、主な方法として(コスト)にはLCCの値を考え、(得点)ではLIMEの値を考慮することとした。上記考え方を既存構造物に適用することを試みた。すなわち、供用期間100年を想定した4箇所のRC桟橋(一部、PC桟橋を含む)であり、初期建設段階、補修を考慮した維持管理段階を含むものである。構造物の維持管理方法としての工法としては、表面被覆工法、電気防食工法、断面修復工法を取り上げた。算定結果から、本法によってコストと環境負荷を総合的に評価する一手法を提示することができた。環境の保全,資源の有効利用などはあらゆる分野で今日的で重要なテーマであり,インベントリー,インパクト分析などで多くの議論があるが,本年(2005)2月には京都議定書も発効し当面は地球温暖化防止は緊急の課題となっている.建設分野でも建設,管理運営,撤去などの段階で多大な温暖化に影響する行動を伴っている.温暖化の観点で現在最も数値予測の可能なものはインベントリーとしてのCO2とその発生量であり,今回のテーマでは構造物の建設から廃棄にいたるライフサイクルでのLCCO2を算定することとした.研究項目は2点あり,(1)構造物の各段階におけるCO2排出量の算定(2)CO2コストの建設における位置づけ(1)は,既存の原単位を応用してPC桟橋を対象としてLCCO2を算定した.

この結果,建設時の使用材料がLCCO2に大きな割合を占めることを示し,LCCO2の観点からは耐久性に優れた高品質構造体を造ることが得策であることを明らかにしている.(2)では,CO2の発生量を建設コストに取り込むときの影響を検討したものである.環境税の議論がおおくなされているが,構造物整備のプロセスで発生するCO2をコスト負担するとその割合が構造物のライフサイクルコストの数%となることを示し,その割合を低減するための産業副産物の活用の必要性などを明らかにしている.昨年の2月には京都議定書が発効し地球温暖化防止対策は緊急の課題となっている.建設関係でも資材製造によるCO2排出量は日本全体の物質使用量の約32%を占めている.廃棄物についてみると産業廃棄物総量の20%は建設廃棄物であり、そのうちコンクリート塊は42%に達している.今年度は主に次の項目に焦点をあてて検討した.すなわち、(1)コンクリートの品質とLCCO2,(2)補修工法や解体・撤去とLCCO2、(3)LCCO2とLCCの相互関係、である.これらの項目に関して、RC構造物の劣化予測や建設から解体・撤去にいたるインベントリー分析を実施し、かぶりと呼び強度を因子としたLCCO2とLCCを算定した.劣化予測は塩化物イオンの浸透による鉄筋腐食による構造体の変状を考え、かぶりは712cmの範囲、コンクリートの品質は2136N/mm2の範囲を設定して計算を実施した.LCCの計算の過程では、LCC結果に大きな影響をおよぼす割引率に関してモデルを構築した.LCCO2とLCCの相互関係については、統合化手法として環境効率指標を用いる方法、国土交通省の「総合評価入札方式」の考えを応用した方法、環境税により環境影響をコスト化する方法、などを基として検討を加えた.本研究から、LCCやLCCO2の統合化手法の相違によって評価結果が異なることがあり、環境影響評価などにさらなる検証が求められることとなった.建設投資の動向や社会基盤施設の維持管理の重要性を鑑みると、コスト管理は重要な課題であり、LCC(Life Cycle Cost)で経済性を評価する必要がある。一方、2005年2月の京都議定書の発効によって、構造物の建設や運用において必然的に環境に対する配慮が求められる趨勢にある。これらの課題に対して環境負荷に関しては、コンクリート構造物の供用年限における想定される項目(CO2,SOx, NOx,ばいじん)を取り上げて、LIME(産業環境管理協会)で提案されている手法を用いて環境負荷を算定した。また、コスト(LCC)と環境負荷(LIME)の双方を総合的に評価する手法として、総合評価落札方式の考え方を参考にして検討した。すなわち、評価値=(得点)/(コスト)の考え方において、主な方法として(コスト)にはLCCの値を考え、(得点)ではLIMEの値を考慮することとした。上記考え方を既存構造物に適用することを試みた。すなわち、供用期間100年を想定した4箇所のRC桟橋(一部、PC桟橋を含む)を取りあげて、初期建設段階、補修を考慮した維持管理段階を検討の対象として、LCCおよびLIMEの値を算定した。構造物の維持管理方法としての工法としては、表面被覆工法、電気防食工法、断面修復工法を取り上げた。
削除訂正符号の限界解明

挿入・削除誤りでは,通常の反転誤り等と異なり,受信系列の長さが送信系列と異なるため,各シンボルとインデックスが対応しなくなる.一意復号に関しては,t個以下の削除を訂正できれば,合計t個以下の挿入・削除も訂正できるという,挿入と削除の対称性が知られている.本年度は,リスト復号と呼ばれる一意復号を緩和した誤り訂正に着目した.リスト復号では,復号結果として複数の候補を出力することを許し,リストサイズが1の場合に一意復号に一致する.小さなリストの出力を許すため,一意復号では達成できない誤り訂正半径を実現できる可能性がある.反転誤りに対しては,リスト復号の訂正半径を一般的に導出するためのJohnson限界が知られており,その限界を達成するための符号・復号法が提案されてきた.本研究では,挿入・削除誤りのリスト復号の訂正半径を知るため,Hamming距離に対し導入されたJohnson限界をLevenshtein距離を扱えるように一般化した限界を導出した.その結果,2元符号では,符号長nのとき,0.707n個の削除が発生しても,効率的にリスト復号できる可能性があることがわかった.また,定数cに対し挿入誤りがcn以下のとき,定数アルファベットサイズの符号で,リスト復号可能であることもわかった.導出した限界では,挿入と削除が非対称の関係になっており,リスト復号では一意復号と異なり,挿入と削除が異なるふるまいをすることが明らかになった.その他,一般化したJohnson限界をもとに,与えられた半径内に存在可能な符号語数を導出するためのPlotkin限界についても,Levenshtein距離において一般化した限界を導出した.この限界は,通常のPlotkin限界を特殊な場合として含んでいる.Hamming距離におけるJohnson限界を,Levenshtein距離へと拡張することに成功しており,研究は順調に進んでいる.今回導出した一般化Johnson限界では,挿入と削除の非対称性は明らかになったが,その差がどの程度まで広がるのか,明らかになっていない.今回導出した結果を精錬化し,リスト復号における挿入と削除の訂正の限界を明らかにしたい.また,導出した限界は,組合せ論的な議論だけであり存在性が示されただけである.それを実際に実現する効率的な符号化・復号法の提案を目指したい.挿入・削除誤りでは,通常の反転誤り等と異なり,受信系列の長さが送信系列と異なるため,各シンボルとインデックスが対応しなくなる.一意復号に関しては,t個以下の削除を訂正できれば,合計t個以下の挿入・削除も訂正できるという,挿入と削除の対称性が知られている.本年度は,リスト復号と呼ばれる一意復号を緩和した誤り訂正に着目した.リスト復号では,復号結果として複数の候補を出力することを許し,リストサイズが1の場合に一意復号に一致する.小さなリストの出力を許すため,一意復号では達成できない誤り訂正半径を実現できる可能性がある.反転誤りに対しては,リスト復号の訂正半径を一般的に導出するためのJohnson限界が知られており,その限界を達成するための符号・復号法が提案されてきた.本研究では,挿入・削除誤りのリスト復号の訂正半径を知るため,Hamming距離に対し導入されたJohnson限界をLevenshtein距離を扱えるように一般化した限界を導出した.その結果,2元符号では,符号長nのとき,0.707n個の削除が発生しても,効率的にリスト復号できる可能性があることがわかった.また,定数cに対し挿入誤りがcn以下のとき,定数アルファベットサイズの符号で,リスト復号可能であることもわかった.導出した限界では,挿入と削除が非対称の関係になっており,リスト復号では一意復号と異なり,挿入と削除が異なるふるまいをすることが明らかになった.その他,一般化したJohnson限界をもとに,与えられた半径内に存在可能な符号語数を導出するためのPlotkin限界についても,Levenshtein距離において一般化した限界を導出した.この限界は,通常のPlotkin限界を特殊な場合として含んでいる.Hamming距離におけるJohnson限界を,Levenshtein距離へと拡張することに成功しており,研究は順調に進んでいる.今回導出した一般化Johnson限界では,挿入と削除の非対称性は明らかになったが,その差がどの程度まで広がるのか,明らかになっていない.今回導出した結果を精錬化し,リスト復号における挿入と削除の訂正の限界を明らかにしたい.また,導出した限界は,組合せ論的な議論だけであり存在性が示されただけである.それを実際に実現する効率的な符号化・復号法の提案を目指したい.研究調査・発表のための旅費が予定よりも少なくなり,次年度使用額が生じた.次年度の研究調査・発表のための旅費として使用予定である.
新規薬物標的としてのPGE合成酵素群の生体内発現と機能に関する研究

本研究では、多彩な生物活性を有するアラキドン酸代謝物のうち、最も広範な組織で産生されるPGE_2を生合成する酵素mPGES-1に着目し、ノックアウトマウスを用いて病態との関連を解析した。1. mPGES-1と癌:mPGES-1を過剰発現した肺癌細胞株(LLC)をマウスに皮下移植すると局部腫瘍が増大し、静脈内投与すると肺転移が増加した。逆に、mPGES-1をノックダウンしたLLC細胞をマウスに投与した場合には腫瘍の形成が低下した。mPGES-1ノックアウトマウスにLLC細胞を移植すると、対照マウスと比べて腫瘍の進行と転移、およびそれに伴う血管新生が抑制された。さらに、mPGES-1ノックアウトマウスに発癌物質アゾキシメタンを経口投与すると大腸癌の発生が対照マウスと比べて顕著に低下した。2. mPGES-1と炎症:カラゲナンやチオグリコレートの腹腔内投与によって惹起される腹膜炎モデルにおいて、mPGES-1ノックアウトマウスでは炎症細胞の浸潤が対照マウスと比べて有意に低下した。3. mPGES-1と骨修復:大腿骨圧迫骨折モデルにおいて、mPGES-1ノックアウトマウスでは骨折部の治癒が対照マウスと比べて有意に遅延した。LPS投与や卵巣除去により誘導される骨量低下は本ノックアウトマウスと対照マウスの間で差が見られなかった。4. mPGES-1と消化管粘膜保護:デキストラン硫酸誘導大腸炎モデルをmPGES-ノックアウトマウスに施行すると、対照マウスと比べて大腸粘膜の損傷、炎症性サイトカインの発現が増悪した。以上の結果より、mPGES-1を特異的に阻害する薬物の創薬は新しい抗癌剤、抗炎症薬として期待される。一方で、骨折治癒の遅延や消化管潰瘍などの副作用が生じる可能性がある。本研究では、新規薬物標的の候補として3種類のPGE合成酵素(mPGES-1、mPGES-2、cPGES)に着目し、これら酵素群の生体内機能を明らかにすることを目的している。本年度はmPGES-1欠損マウスを用い、急性炎症及びがん疾患におけるmPGES-1の関与について解析した。(1)急性炎症におけるmPGES-1の解析:カラゲニン胸膜炎及びチオグリコレート誘導腹膜炎の各モデルにおけるmPGES-1の関与を解析した。カラゲニン胸膜炎において、mPGES-1欠損マウスでは対照マウスと比較して、起炎剤投与16時間後の胸腔内浸出液量と浸出細胞数が有意に低下した。またチオグリコレート誘導腹膜炎において、起炎剤投与後3時間の浸出細胞数の有意な低下が認められた。このことは、mPGES-1を標的とした薬物が、当グループで既に論文報告した慢性期炎症(リウマチ関節炎)だけでなく、急性期炎症にも有用な新規抗炎症薬となる可能性を示唆している。(2)がん疾患におけるmPGES-1の解析:これまでの当グループにおける解析により、mPGES-1欠損マウスでは、がん細胞移植による腫瘍増殖や血行性転移が有意に軽減することが明らかとなっている。そこで本年度はmPGES-1の作用機構について、より詳細な解析を実施した。がん細胞の血行性転移を検討したところ、mPGES-1欠損マウスのがん転移肺では、野生型マウスと比較してマトリックスメタロプロテアーゼ(MMP)-9活性、及びVEGF発現の顕著な低下が認められた。さらにsiRNA法によりmPGES-1発現抑制肺がん細胞株を樹立し、その悪性度を培養系で検討したところ、細胞増殖能及び細胞浸潤能の有意な抑制が認められた。

このことはmPGES-1を標的とする新規阻害薬が抗炎症薬のみならず、がん性血管新生やがん細胞浸潤の抑制作用により、抗悪性腫瘍薬としても有用である可能性を示唆している。本研究では、多彩な生物活性を有するアラキドン酸代謝物のうち、最も広範な組織で産生されるPGE_2を生合成する酵素mPGES-1に着目し、ノックアウトマウスを用いて病態との関連を解析した。平成19年度中に以下の研究成果を得た。1.mPGES-1と癌:mPGES-1ノックアウトマウスに発癌物質アゾキシメタンを経口投与すると大腸癌の発生が対照マウスと比べて顕著に低下した。また、mPGES-1ノックアウトマウスに癌細胞を移植すると、腫瘍の局部増殖と肺転移が野生型マウスと比べて有意に低下した。2.mPGES-1と炎症:カラゲナンやチオグリコレートの腹腔内投与によって惹起される腹膜炎モデルにおいて、mPGES-1ノックアウトマウスでは炎症細胞の浸潤が対照マウスと比べて有意に低下した。3.mPGES-1と骨修復:大腿骨圧迫骨折モデルにおいて、mPGES-1ノックアウトマウスでは骨折部の治癒が対照マウスと比べて有意に遅延した。LPS投与や卵巣除去により誘導される骨量低下は本ノックアウトマウスと対照マウスの間で差が見られなかった。4.mPGES-1と消化管粘膜保護:デキストラン硫酸誘導大腸炎モデルをmPGES-ノックアウトマウスに施行すると、対照マウスと比べて大腸粘膜の損傷、炎症性サイトカインの発現が増悪した。以上の結果より、mPGES-1を特異的に阻害する薬物の創薬は新しい抗癌剤、抗炎症薬として期待される。一方で、骨折治癒の遅延や消化管潰瘍などの副作用が生じる可能性がある。
閉経老年マウスにおける嗅上皮障害後の再生過程の解明

本研究の目的は、若年閉経モデルマウスで見られた嗅上皮再生遅延が、老年マウスでも同様に見られるか否かを検討することである。これまでに老年マウスを用いて嗅上皮再生を検討した研究はあるが閉経モデルによる低エストロゲンの観点から検討した研究はなく独自性の高い研究である。
発生転換点における エピゲノム機能制御 とヒト-マウス比較 エピゲノミクス

Wnt阻害剤を用いて、マウスナイーブ型幹細胞であるES細胞からプライム型幹細胞であるEpiSC細胞への転換を効率良く行う新規培養技術を確立し、雌ES細胞を用いて、この転換過程における遺伝子発現、エピゲノム変動に関する解析を行った。この実験系では、約5日間の間にドーム状のナイーブ型からフラットな形態を持つプライム型幹細胞への転換が起こるが、この過程について、シングルセルRNA-Seq技術等を用いてトランスクリプトーム動態の解析を実施した。その結果、分化転換を誘導した2日目から3日目にかけて、発現プロファイルの多様性が急激に増加することが明らかになり、発現プロファイルの異なる複数の細胞亜集団が出現することを初めて明らかにした。並行して、ヒストン修飾、DNAメチル化等のエピゲノム変動の解析も実施し、DNAメチル化がEpiSC形成時に有意に増大することを確認した。こメチル化増大の意義を調べるために、DNAメチル化転移酵素のノックアウト細胞を用いて、EpiSCへの分化誘導を行ったところ、驚くべきことに野生型と同様な性質を示すEpiSC様細胞を得ることに成功した。このことは、EpiSC形成自体にはDNAメチル化は必須では無いことを示すが、その後の解析から、分化能を制限するエピジェネティックバリアーの形成にDNAメチル化が重要な役割を持つことをを明らかにした。雄性生殖細胞分化のin vitroモデルとしてGS細胞は非常に有効であるが、精子形成が可能な幹細胞活性を持つGS細胞は、細胞集団中のごく一部であり、特性の異なる細胞が混在した不均一な集団であると考えられるが、その実態は不明であった。未分化精子幹細胞のマーカー2種のレポーターを発現するGS細胞を作製・解析することにより、GS細胞は、当初考えられていたよりも不均一な集団であることを初めて明確に示すことが出来た。29年度が最終年度であるため、記入しない。Wnt阻害剤を用いて、マウスナイーブ型幹細胞であるES細胞からプライム型幹細胞であるEpiSC細胞への転換を効率良く行う新規培養技術を確立し、マウス亜種間ハイブリッドの胚盤胞から得られた雌ES細胞を用いて、この転換過程における遺伝子発現、エピゲノム変動に関する解析を行った。この実験系では、約5日間の間にドーム状のナイーブ型からフラットな形態を持つプライム型幹細胞への転換が起こることがわかった。その過程におけるトランスクリプトーム動態をシングルセルRNA-Seq技術等で解析し、同時にヒストン修飾、DNAメチル化等のエピゲノム変動の解析も実施した。さらに、エピジェネティック制御因子のノックアウト細胞を用いて、エピゲノム変動の生物学的意義を明らかにしつつある。シングルセルRNA-Seqの解析から、分化転換を誘導した2日目から3日目にかけて、異なる発現プロファイルを持つ細胞が多数出現し、細胞の多様性が急激に増加することが明らかになった。この時期は、X染色体不活性化の指標であるXist RNAのスポットが増加する時期に相当し、細胞分化状態の大規模変動とランダムX染色体不活性化のタイミングがほぼ一致することが示された。ヒトPGCにおける遺伝子発現プロファイルとその基盤となるエピゲノム状態を解析するために、オランダ・ライデン大学より送られたヒトPGC由来のDNA、RNAを用いてDNAメチル化解析用、RNA-Seq解析用のライブラリー作製を行った。雄性生殖細胞分化におけるCtcfl遺伝子機能を解明するために、テトラサイクリン制御によって同遺伝子の過剰発現を誘導するES細胞を作製するとともに、ChiP-Seq解析のために、FLAGタグを内在性Ctcfl遺伝子に導入したES細胞も作製した。哺乳類生殖細胞の比較オミックス解析に関しては、当初、ヒトPGCの単離やそこからの核酸の調製の条件が定まっておらず、オランダの共同研究者からのサンプル待ちの期間が長かったが、H28年度中にその条件がほぼ確立され、実際に高品質のDNA、RNA試料を得ることができた。また、シーケンス解析の一部を外部に委託する必要があり、研究倫理関係の事務処理に時間を要したが、これについても28年度中に承認を受けたので、実験を進めることができるようになった。雄性生殖細胞分化における機能遺伝子の同定とその解析については、造精能を喪失したdGS細胞と正常GS細胞の比較を行い、その原因候補遺伝子を同定したが、その一部に関しては、既に機能解析を開始している。着床前後におけるリプログラミング、遺伝子発現変動におけるエピゲノム機能制御に関する研究に関しては、当初の予想以上に進展しており、シングルセルレベルのトランスクリプトーム解析から、細胞変換過程の時系列変化を詳細に追跡し、大規模に遺伝子発現プロファイルが変動する発生転換点を特定した。また、並行してX染色体不活性化の解析を行い、不活性化の開始時期と上記の大規模発現変動の時期が一致することを見出し、このタイミングでエピゲノムリプログラミングが生じている可能性を示すことが出来た。

こメチル化増大の意義を調べるために、DNAメチル化転移酵素のノックアウト細胞を用いて、EpiSCへの分化誘導を行ったところ、驚くべきことに野生型と同様な性質を示すEpiSC様細胞を得ることに成功した。このことは、EpiSC形成自体にはDNAメチル化は必須では無いことを示すが、その後の解析から、分化能を制限するエピジェネティックバリアーの形成にDNAメチル化が重要な役割を持つことをを明らかにした。雄性生殖細胞分化のin vitroモデルとしてGS細胞は非常に有効であるが、精子形成が可能な幹細胞活性を持つGS細胞は、細胞集団中のごく一部であり、特性の異なる細胞が混在した不均一な集団であると考えられるが、その実態は不明であった。未分化精子幹細胞のマーカー2種のレポーターを発現するGS細胞を作製・解析することにより、GS細胞は、当初考えられていたよりも不均一な集団であることを初めて明確に示すことが出来た。1)ヒトーマウスの比較オミックス解析については、H28年度までに準備が整い、シーケンス解析用のライブラリー作製も実施済みであるので、この配列解析を行い、情報学的解析を実施して、ヒト生殖細胞の特性を解明し、ヒトーマウスにおける共通点、相違点を明らかにする。2)H28年度までに、造精能を失ったGS細胞で発現低下を示す遺伝子群を同定したので、これらの遺伝子の機能解析を継続して実施する。また、候補遺伝子として転写因子(あるいはエピジェネティック制御因子)の働きを持つものに関しては、RNA-Seq解析、ChIP-Seq解析を実施し、その標的遺伝子群の同定を試みる。3)ナイーブープライム転換過程におけるエピゲノム機能制御については、この過程の遺伝子発現制御、エピゲノム変動の詳細について継続して解析するとともに、エピゲノム修飾に関連する遺伝子に変異を持った細胞を作製し、この過程におけるエピゲノム変動の生物学的意義を追究する。またX染色体不活性化の開始から成立に至る各ステップの詳細な解析を実施する。29年度が最終年度であるため、記入しない。