hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
尿における脆弱X症候群のスクリーニング的遺伝子診断法の確立

我々の過去の研究から、身体的特徴を示さない小児期の脆弱X症候群の診断には遺伝子診断が不可欠であることが判明し、家族性の精神遅滞を有する発達障害児を中心として、リンパ球よりDNAを抽出し、PCR法を用いた脆弱X症候群の遺伝子異常のスクリーニング法を確立し、同患児を検出している。今回、採血に伴う苦痛の回避、採取の容易性から、新鮮尿検体を用いた、PCR法による脆弱X症候群の遺伝子診断法の確立を検討した。従来、尿を用いたPCR法は、膀胱癌の早期発見等において行われてはいるが、脆弱X症候群の同定、ならびにスクリーニング法としては用いられておらず、我々が最初の研究になる。実際に検査に必要な尿量を決定するため、尿中に含まれている細胞数を測定し、成人と小児での尿中細胞数の含量の違いについて検討した。結果として、成人に較べて正常小児での尿中細胞数は極めて少なく、数個/毎視野程度であった。この結果を基に、実際に1回採尿で小児から得られる尿量を考慮し必要尿量を検討した。尿中細胞からのDNA抽出は、報告されている方法を基に、尿を遠心し、尿中の塩類等を除去するために、沈渣に50°Cの生食を加えて溶解後、遠心を2回施行し、沈渣からDNAを抽出した。得られたDNAを使用し,Pfuポリメラーゼを用いたPCRを施行したところ、bandの検出率は70%台と低値であった。検出率が低い原因として、尿の洗浄過程での細胞の喪失、沈渣からのDNA抽出過程での喪失が考えられ、尿沈渣を直接用いたdirect PCRを施行することで、DNA抽出過程での喪失を防ぐこととした。これにより、検出立は90%まで上昇し、最終的に510ccの尿があれば、尿中細胞数が少ない小児でもPCRスクリーニングが可能となった。今後、さらなる検出率の向上を図るため、尿の処理法やPCR条件に検討を加えるとともに、1st PCR後にnested PCR、またはPCRサザンの併用を検討する。本年度は、新鮮尿検体を用いた、PCR法による脆弱X症候群の遺伝子診断法の確立を目指した。我々の研究室では既に、リンパ球から抽出したDNAを用いた、1回PCR法による脆弱X症候群A,Eの遺伝子診断法を確立しており、精神遅滞患者71名におけるスクリーニングで1名の脆弱X症候群患児を検出し得、その検出率は、ほぼ100%である。この実験を応用し、尿中の細胞を使用したPCR法によるスクリーニング法の確立を検討した。まず、実際にどれくらいの尿が検査に必要かを特定するため、尿中に含まれている細胞数を測定し、成人と小児での尿中細胞数の顔料の違いについても検討を加えた。結果として、成人に較べて正常小児での尿中細胞数は少なく、数個/毎視野程度と極めて少ないことが判明した。尿中細胞からのDNA抽出は、報告されている方法を基に、尿を遠心し、尿中の塩酸類を除去するために、沈渣に50°Cの生食を加えて溶解跡、遠心を2回施行し、沈渣からDNAを抽出した。得られたDNAを使用し、Pfuポリメラーゼを用いたPCRを施行したところ、bandの検出率は70%台と低値であった。検出率を上げるべく、尿の量、遠心、洗浄法に検討を加えたが、検出率の向上にはつながらなかった。検出率が低い原因として、尿の洗浄過程での細胞の喪失、沈渣からのDNA抽出過程での喪失が考えられた。これに対し、尿沈渣を直接用いたdirect PCRを施行することで、DNA抽出過程での喪失をねらった。結果として、検の結果、510ccの尿があれば、尿中細胞数が少ない小児でもPCRスクリーニングが可能と考えられた。今後、さらなる検出率の向上を図るため、検体処理法やPCR条件に検討を加えるとともに、1stPCR後にnested PCR、またはPCRサザンの併用を検討していく。

得られたDNAを使用し,Pfuポリメラーゼを用いたPCRを施行したところ、bandの検出率は70%台と低値であった。検出率が低い原因として、尿の洗浄過程での細胞の喪失、沈渣からのDNA抽出過程での喪失が考えられ、尿沈渣を直接用いたdirect PCRを施行することで、DNA抽出過程での喪失を防ぐこととした。これにより、検出立は90%まで上昇し、最終的に510ccの尿があれば、尿中細胞数が少ない小児でもPCRスクリーニングが可能となった。今後、さらなる検出率の向上を図るため、尿の処理法やPCR条件に検討を加えるとともに、1st PCR後にnested PCR、またはPCRサザンの併用を検討する。
次世代大型望遠鏡における地球型系外惑星の撮像分光装置の研究

Thirty Meter Telescope (TMT)をはじめとした次世代の地上大型望遠鏡において地球型系外惑星の観測において、地球大気の乱流によって乱れる波面をリアルタイムに高精度で補償することは最も重要である。本開発では、その補償光学の要素開発を室内で行い、また、次世代の補償光学系のための新しい計測技術を考案した。これらの要素開発は、本科研費で閉じることなく、京大岡山3.8m望遠鏡において本科研費で開発された補償光学による系外惑星の観測がその発展として行われる予定である。研究計画の目的である「次世代の超大型望遠鏡TMTでの地球型系外惑星の観測」に向けた装置開発に変更ないが、その目的を達成するための手段に変更があるため、その背景について初めに述べる。[研究計画変更の背景]本課題の申請時には、次世代のTMTでの地球型系外惑星の分光観測を目的であり、その目的を達成するための手段として、分光を行なうと同時に高いコントラストを獲得する装置の室内実証を目指していた。本装置は、想定として、地球大気の揺らぎによって乱れた波面を極限まで補正する「極限補償光学」の後につけるものである。しかし、申請時から申請開始の間に明らかになった事実として、このような装置をいち早く実現させるには、その前段階にある「極限補償光学」の実現が急務であることが分かった。その理由は、そもそも、地上望遠鏡での極限補償光学が世界で実現されておらず、他のTMT装置候補に比べてその実現可能性の低さが問題となっていた。そこで、申請時に比べてより困難ではあるが、TMTでの高コントラスト観測による地球型系外惑星の直接観測の実現に向けて、本課題では極限補償光学の実現を目指すこととした。極限補償光学のOn-skyの実現に向けて、極限補償光学を搭載する望遠鏡の選定から進めた。その結果、現在岡山県の浅口市に建設中の3.8mの望遠鏡が、極限補償光学の性能を発揮でき得る有効径を有し、実証のために観測時間を確保できる点から最適であるという判断に至った。また、TMTは492枚の分割式望遠鏡であり、分割での超高コントラスト実験は世界に類例がなく、世界に先駆けた取り組みとなっている。従って、本実験が成功すれば、TMTでの高コントラスト装置の実現に大きく近づく。また、実験の準備とともにその極限補償光学についても検討を進めた。極限補償光学は、装置構成そのものが複雑化しており、その仕組みを理解し、仕様導出までを行なった。次世代の超大型望遠鏡(Thirty Meter Telescope:以下、TMT)における地球型系外惑星の検出において、極限補償光学の実現が喫緊の課題である。この実現の見通しがつかなければ、第2期装置での高コントラスト装置の実現は厳しい。これらを踏まえて、極限補償光学の実現に向けて、試作機を製作し、京大3.8mに取り付けて、世界で初めて分割式望遠鏡での超高コントラスト実験を行なうことを本課題では取り組む。今年度は、これまでの2年間のまとめとして、TMTでの地球型系外惑星の検出に必要な仕様を洗い出し、その仕様に基づいた試作機の設計と、その試作機で予想される性能評価を行なった。ここまでについて、論文にまとめた。また、国際研究会で本研究について招待され、講演を行った。また、全体の進捗に関する発表とともに、極限補償光学を構成する波面計測および補償について、我々のグループで開発中の新技術に関しても国内において積極的に発信を行なった。2014年度は国内学会誌で3編を投稿し、国内学会の発表については計4講演を行なった。次世代の大型望遠鏡TMTにおける地球型系外惑星の分光観測のための補償光学の要素開発を進めた。その開発の中で、主に次の2点について大きな進展があった。一つ目は、補償光学の性能を大きく左右する新しい波面計測に関する論文が2編出版されたことである。本論で提案された波面計測方式は、Shack-Hartmann波面センサに代表される従来の波面の傾斜計測とは異なり、位相を直接取得できるものである。しかし、従来の位相計測方式では、100%に近い効率でリアルタイムに計測が困難であるが、本方式では効率およびリアルタイム性のどちらも両立するものである。我々の方式が実現できる場合、現在の技術で周波数3.5kHzで精度50nmでの計測が実現できることがわかった。もう一つの成果は、実験室での補償光学の要素開発である。補償光学は波面計測、計測から補償のための演算、波面補償の3つの要素から構成される。今回、室内において、その3つの要素が有機的に結びつき、低空間周波数の大きな波面揺らぎをサンプリング周波数は1kHzで補正する光学系を完成させた。入力した波面は、京大岡山3.8m望遠鏡が設置されるサイトで典型的に観測される波面である。最大で数um程度の揺らぎを持ち、観測波長帯Hバンドにおいてストレール比で0.01程度である。その入力した波面を補償光学系で補正することによって、Hバンドにおいてストレール比は0.1程度まで改善された。このように、室内において補償光学を完成させることができた。

これらの要素開発は、本科研費で閉じることなく、京大岡山3.8m望遠鏡において本科研費で開発された補償光学による系外惑星の観測がその発展として行われる予定である。平成25年度は、On-sky観測のための望遠鏡の選定および、極限補償光学装置の仕様について検討を行った。極限補償光学の構成要素は、「リアルタイムに波面の歪みを計測する波面計測器」・「高速に計測値から補正値に変換する演算器」・「その補正値に基づいて高精度に補正する波面補償器」である。それぞれについて、3.8m望遠鏡において離角0.1秒角において10の-4乗のコントラストを達成できる仕様を導出した。その結果、波面計測器には、実現可能性の高いShack-Hartmannカメラを、波面補償器には、500素子の可変形鏡(3.8m望遠鏡に搭載した際に40cmの空間スケールまで補正)を採用した。また、計測から補正までに必要な時間は、およそ0.5msec(2kHz)以下にする必要があり、そのためのリアルタイムの演算器が必要であることが分かった。TMTにおける地球型系外惑星の直接観測に向けた極限補償光学の要求仕様に関する精査がほぼ完了し、本検討を査読論文にまとめる段階に入っている。本研究課題で提案した、2つの目標のうち1つがほぼクリアしたことになる。また、その検討において、より高精度な波面計測および補償が必要である事が分かったため、独自にその波面計測および補償技術を提案し、それがひとつの本研究の独自性となりつつある。波面計測技術については、2本の査読論文をまもなく投稿予定である。補償技術についても査読論文として準備中である。このように、当初に比べて、研究が広がりつつある。全体についても2016年度末のOn-skyでの極限補償光学の実現に向けて、実機の組立を進めている。2014年度は、実機製作のための光学系およびそのマウント系の設計が完了した。このように、新技術を進める一方で、全体の設計および製作についても着実に進めている。27年度が最終年度であるため、記入しない。光赤外線天文学今後の研究の推進方策として、補償光学の研究を進めている研究者らとより広範囲な連携が必要であろう。現在、すばる望遠鏡AO188の関係者と密にコンタクトを取っており、可能な限り、本装置へのコメントを求めている。また、2014年度には、その関係者らにレビューアーとなっていただく予定で、その独自レビューに基づいて装置の改訂を行い、実機の構築を目指す。今年度はすばる望遠鏡の補償光学装置の関係者らによるレビューを行い、仕様および技術の観点から問題がないことが分かった。引き続き、極限補償光学の実現に向けて製作を進めると同時に、個々の要素技術に関する新方式の確立を目指す。これらを通して、TMTでの地球型系外惑星の検出・分光という系外惑星の究極的な目標に道筋をつける。
物体に干渉する超音速噴流から発生する非線形空力音響波のデータマイニングによる理解

本研究では,データマイニング技術を複雑流体音響場に適用し,音響波の自動的分類,音源探査が可能であることを示した.特に,斜め平板に衝突する超音速ジェットから発生する音響波の音源を特定し,その特性を明らかにした.この知見は今後のロケット噴流から発生する音響波の予測モデルに活用されるものである.本研究では,様々な角度を持った斜め平板および様々な曲率を持った曲面板に衝突する超音速噴流の流体場とそこから発生する音響波のデータに対してデータマイニングを行い,流れ場および音響場の理解を試みた.超音速風洞試験に関しては,一部装置の設定に時間がかかり試験ができることを確認するに留まったが,非定常高解像度シミュレーションから得られたデータにより本研究の目標を十分に達成した.計算コードの拡張および信頼性を確認した後,流れ場および音響場データを取得,提案するデータマイニング手法を適用した.斜め平板の場合に関して,自己組織化マップとK-means法を組み合わせた手法により,音響波の分類を行った.これにより,従来の主観的な観察から得られていたマッハ波1,音響波2,マッハ波3の音響波の分類が自動的に示されることが分かった.また,固有直交分解法を周波数領域で用いることで,音響波の放射パターンが明らかになった.さらに,2点相関を多くの点に対して行い,同時に可視化する方法を用いて音の発生位置および発生メカニズムを推定した.以上の結果から,音響波2の発生原因がせん断層ー衝撃波干渉であることを明らかにした.特にこれまでは音響波2は1箇所から発生していると考えられていたが,複数あるせん断層ー衝撃波干渉のそれぞれから発生していることを明らかにした.さらに曲面板の解析を行い上記と同じ種類の音源に加え新たな音源が存在することを明らかにした.以上の結果をまとめ、発生する音響波の指向性,強さの特徴を掴み,ロケットフェアリング内での音響波の強さの予測のための知見につなげた.今後は本研究期間で整備した風洞試験装置を利用して,実験データに対してもデータマイニング手法を適用しさらなる知見を獲得して行きたい.本研究では,データマイニング技術を複雑流体音響場に適用し,音響波の自動的分類,音源探査が可能であることを示した.特に,斜め平板に衝突する超音速ジェットから発生する音響波の音源を特定し,その特性を明らかにした.この知見は今後のロケット噴流から発生する音響波の予測モデルに活用されるものである.本年度は,計算コードの拡張および信頼性を確認した後,様々な角度を持った斜め平板に衝突する超音速噴流の流体場とそこから発生する音響波の非定常高解像度シミュレーションを行った.データマイニングでない従来手法による解析から,主観的ではあるが,どの平板角度でも以下の3種類の音響波;1)主流ジェットから発生するマッハ波2)衝突点から発生する音響波3)衝突後の平板に沿うせん断層から発生するマッハ波,が発生することがわかった.ただし平板角度の変化によって,これら3種類の音響波の強さが大きく変わることを明らかにした.この流れ場に対して,本研究の狙いであるデータマイニング手法を適用した.まず,自己組織化マップとK-means法を組み合わせた手法により,音響波の分類を行った.これにより,上記の主観的な音響波の分類が自動的に示唆されることが分かった.また,固有直交分解法を周波数領域で用いることで,わかりやすく分解が行えることを確認した上で,本手法から,音響波2)の発生原因がせん断層衝撃波干渉の可能性が高いことを示した.最後に,ターゲットの音響波と相互相関が高い場所をほぼ計算領域全域にわたってサーチし,動画を使って可視化する手法を提案した.本手法により,やはり,音響波2)の発生原因がせん断層衝撃波干渉にあることが示唆された.データマイニング用のデータ取得のために行う予定の超音速風洞試験は,本年度はより精度の高いデータを取るために風洞、試験設備の整備を行い,次年度以降のデータ取得の準備を行った.現在までに,当初計画通りに数値シミュレーションによる非定常流体音響場のデータ取得はほぼ終わっている.また,実験による非定常流体音響場のデータ取得に関しては若干遅れているが,実験準備がほぼ終わっており,次年度以降スムーズにデータが得られることが期待できる.データマイニング手法の適用に関しては,自己組織化マップ,K-means法,周波数領域での固有直交分解法,および「ほぼ計算領域全域にわたる相互相関係数の取得」,を試しており,これらの結果から音響波の自動的な分類,音源位置の特定に結びつけている.以上のことから,データマイニングの有効性を十分に示しており,研究が順調に進んでいる.23年度に高解像度非定常数値解析データの取得がほぼ終わっているため,24年度には,実実験による非定常流体音響場のデータ取得を行う.シュリーレン法とPSP法を主体に非定常流体音響場のデータを得る予定である.上記で得られた非定常流体音響場のデータに対して,データマイニングを行う.データマイニングに関しては,23年度に明らかにした手法である自己組織化マップ,K-means法,周波数領域での固有直交分解法,および「ほぼ計算領域全域にわたる相互相関係数の取得」を実験データに適用し,その有効性を確認する.さらに,数値解析データから,本研究の目的とする音源の強さ,指向性を抜き出すデータマイニング手法を提案して,これらの情報を明らかにする.これらの情報を抜き出すのは簡単ではないが,23年度で用いた手法を組み合わせることでこれを行う.23年度に得られた音源の位置,24年度に得る予定の音源強さ,指向性を明らかにすることで,音源のモデル化に繋げたい.

この際,共同研究を行なっているNASAの研究者と議論を重ねることでこれを実現したい.またデータマイニングの有効性を学会発表等で示していく予定である.23年度に行う予定だった実験は,風洞の実験精度が十分でないことがわかり,風洞の精度が出せるように改修を行なっていたため,23年度予定の実験模型の購入を次年度に移した.このため24年度に実験器具を購入し,非定常流体音響場のデータ取得を行う.実験のため,噴流が衝突する局面板の購入(30万円程度),光学系の実験器具の購入(10万円程度)を行い,シュリーレン法,およびPSP法による試験がスムーズに行えるようにする.これらの実験で大規模なデータが得られるため,それを保存するためのストレージを購入する(20万円程度).また23年度に行う予定だった共同研究者との議論は他の研究会議に合わせて行ったため,この旅費を24年度の海外出張にあて,国際会議で情報を集めると共に成果の一部を報告する予定である.(3回程度100万円程度).さらに共同研究先に訪れて議論をする予定である(40万円程度).その他,国内会議等で成果を発表する予定である.
サクラ属果樹の自家不和合性認識機構の解明

本研究は,研究代表者が過去10数年間続けてきた研究によって同定してきたバラ科サクラ属の自家不和合性雌ずいS因子であるS-RNase (S ribonuclease)と花粉S因子であるSFB (Shaplotype-specific F-box protein)がどのような分子機構によって,自家不和合性認識に関わっているのかを明らかにするために計画され,実施されたものである.具体的には,まずオウトウやアーモンド,ウメやニホンスモモなど,サクラ属自家不和合性種における変異型の自家和合性Sハプロタイプの解析を行い,バラ科サクラ属においては,同じく雌ずい側因子をS-RNaseとするナス科とは異なり,花粉側因子の変異によって自家和合化すること明らかにした.引き続いて,サクラ属自家和合性種のモモの解析を行い,モモには5種類のSハプロタイプが存在し,いずれも花粉側因子が変異したために自家和合化したことを明らかにした.さらに,四倍体種であるサンカオウトウの遺伝解析ならびにSハプロタイプのクローニングにより,S-RNase依存性の配偶体型自家不和合性において普遍的に存在すると考えられていた競合的相互作用(competitive interaction)による自家和合化現象が,サクラ属ではみられないことを明らかにした.これらの結果に基づいて,バラ科サクラ属における自家不和合性認識機構を説明するための一対立遺伝子一致モデル(one allele match model)を提唱した.本研究は,研究代表者が過去10数年間続けてきた研究によって同定してきたバラ科サクラ属の自家不和合性雌ずいS因子であるS-RNase (S ribonuclease)と花粉S因子であるSFB (Shaplotype-specific F-box protein)がどのような分子機構によって,自家不和合性認識に関わっているのかを明らかにするために計画され,実施されたものである.具体的には,まずオウトウやアーモンド,ウメやニホンスモモなど,サクラ属自家不和合性種における変異型の自家和合性Sハプロタイプの解析を行い,バラ科サクラ属においては,同じく雌ずい側因子をS-RNaseとするナス科とは異なり,花粉側因子の変異によって自家和合化すること明らかにした.引き続いて,サクラ属自家和合性種のモモの解析を行い,モモには5種類のSハプロタイプが存在し,いずれも花粉側因子が変異したために自家和合化したことを明らかにした.さらに,四倍体種であるサンカオウトウの遺伝解析ならびにSハプロタイプのクローニングにより,S-RNase依存性の配偶体型自家不和合性において普遍的に存在すると考えられていた競合的相互作用(competitive interaction)による自家和合化現象が,サクラ属ではみられないことを明らかにした.これらの結果に基づいて,バラ科サクラ属における自家不和合性認識機構を説明するための一対立遺伝子一致モデル(one allele match model)を提唱した.サクラ属には,ウメやスモモ,あるいはオウトウやアーモンドなど多くの配偶体型自家不和合性を示す果樹が属する.サクラ属の配偶体型自家不和合性は花柱側因子であるS-RNaseと花粉側因子のSFB(S haplotype-specific F-box protein)によって制御されていることが近年明らかにされた.しかしながら,S-RNaseとSFBがどのような機構で自家不和合性の認識にかかわっているのかについては全く明らかにされていない.本研究の目的は,生化学的な手法や遺伝子導入法を駆使してS-RNaseとSFBの分子認識機構を解明し,バラ科サクラ属の示す不和合性における自己と非自己の認識機構の全貌を明らかにしていくことにある.研究初年度にあたる本年度はまず生化学的実験を行うために必要になるS-RNaseとSFBの抗血清の作製に取り組んだ.S-RNaseおよびSFBの遺伝子を発現ベクターに組込,大腸菌で発現させ,これを回収し,ウサギを用いて抗血清を作製した.これらの抗血清を用いたウェスタンブロット分析を花粉タンパク質ならびに花柱タンパク質を用いて行ったところ,S-RNaseについては検出することができたが,SFBは検出出来なかった.これはSFBの発現量が少ないためであると考えられた.そこで,より効率的にSFBの検出を行うために蛍光標識法や抗体のさらなる精製を行っている.形質転換実験に関しては,in plantaにおいて相互作用を見るための方法と不定胚を用いた形質転換法を検討し,効率は低いものの形質転換が行えるようになった.来年度以降,これらの方法を用いてさらにS-RNaseとSFBの相互作用を検討する予定である.自家不和合性共通因子については,オウトウの変異体を用いてサブトラクティブハイブリダイゼーション法を検討し,いくつかの候補遺伝子を同定した.これらの解析を来年度以降続けていく予定である.サクラ属の配偶体型自家不和合性は花柱側因子であるS-RNaseと花粉側因子のSFBに酔って制御されていることが近年明らかにされた.しかしながら,S-RNaseとSFBがどのような機構で自家不和合性の認識に関わっているのかについては全く明らかにされていない.本研究の目的は,生化学的な手法や遺伝子導入法を駆使してS-RNaseとSFBの分子認識機構を解明し,バラ科サクラ属の示す不和合性における自己と非自己の認識機構の全貌を明らかにしていくことにある.研究開始後2年目にあたる本年度は,以下にあげる成果を得た.(1)S-RNaseとSFBの抗血清の作製:昨年度に作出したS-

RNaseやSFBの抗血清の力価が十分でないため,本年度はこれらのアフィニティ精製を行い,S-RNaseやSFBの検出を試みた.花粉粗抽出液中のSFBを検出することは出来なかったが,雌ずい粗抽出液中にS-RNaseを検出することが出来た..(2)in plantaでのS-RNaseとSFBの相互作用の検討:上記で作製した抗血清を用いて,タバコでSFBとS-RNaseを共発現させ,両分子種がタバコの細胞内で相互作用しているかどうか免疫沈降等により検討するためのベクターの作製を行った.(3)形質転換実験:SFB遺伝子の植物への導入と発現のために,昨年度,作製したバイナリーベクターを用いてウメの形質転換を行ったが,形質転換体の得られる頻度は非常に低かった.(4)自家不和合性共通因子の探索:自家不和合性共通因子の候補としてSLFL1の解析を行ったが,ハプロタイプ特異的に欠失しているSLFL1が見つかり,SLFL1の共通因子としての可能性は低いものと考えられた.サクラ属の配偶体型自家不和合性は花柱側因子であるS-RNaseと花粉側因子のSFBによって制御されていることが近年明らかにされた.しかしながら,S-RNaseとSFBがどのような機構で自己・非自己の認識に関わっているのかについては全く明らかにされていない.本研究の目的は,生化学的な手法や遺伝子導入法を駆使してS-RNaseとSFBの分子認識機構を解明し,バラ科サクラ属の示す不和合性における自己と非自己の認識機構の全貌を明らかにしていくことにある.研究開始後3年目にあたる本年度は,以下にあげる成果を得た.(1)S-RNaseとSFBの相互作用の解析:昨年度までに作製した抗体および花柱と花粉の粗抽出液を用いた実験やin planta共発現系を用いてS-RNaseとSFBの相互作用を確認するための実験を行ったが,相互作用は検出できなかった.これはSFBの発現量が少ないためであると考えられた.(2)形質転換実験:SFB遺伝子の植物への導入と発現のために,昨年度,作製したバイナリーベクターを用いてウメの形質転換を行ったところ,SFBの導入された形質転換系統がいくつか得られた.(3)自家不和合性共通因子の探索:昨年度までに自家不和合性共通因子の候補としてSLFL1の解析を行ったところ,ハプロタイプ特異的に欠失しているSLFL1が見つかり,SLFL1の共通因子としての可能性は低いものと考えられた.そこで,本年度はSLFL2とSLFL3の解析を行ったところ,これらもリンゴやナシの花粉側因子であるSFBBと系統発生的に近い関係にあり,自家不和合性共通因子の候補となることが明らかになった.
異なるライフステージでの脂肪細胞のアラキドン酸カスケード反応経路の発現調節と役割

培養系で脂肪細胞へ分化する能力を有する前駆脂肪細胞株のマウス3T3-L1細胞を用いて、生育期、分化誘導期、さらに成熟期におけるプロスタサイクリン、すなわちPGI2の生合成調節機構や各ステージでのPGI2やそのアゴニストやアンタゴニストの特異的な作用機構を明らかにすることを試みた。その結果、分化誘導期と成熟期において、PGI2の生成を介した脂肪細胞の分化誘導や成熟過程の促進効果が確認された。脂肪細胞へ分化する前駆脂肪細胞株のマウス3T3-L1細胞の実験系を中心に研究を行った。特に、異なるライフステージでの脂肪細胞でのシクロオキシゲナーゼ(COX)経路の発現調節機構と反応産物のプロスタグランジン(PG)類の特異な作用に関する研究を実施した。PG類の生成には、常在性のCOX-1と誘導性のCOX-2のような2つの種類のアイソフォームが関与する。しかし、内因性PG類の生合成調節における、COXアイソフォームの特異的な役割は不明のままである。そこで、アンチセンス方向に位置したマウスCOX-1を暗号化するcDNAを組み込んだ哺乳動物の発現ベクターで安定発現したクローン化前駆脂肪細胞を単離することで、培養前駆脂肪細胞での常在性のCOX-1を選択的に抑制することを試みた。その結果、常在性COX-1の転写産物とタンパク質の発現レベルは、アンチセンスCOX-1で形質転換して単離されたクローン化細胞で有意に抑制された。対照的に、誘導型COX-2の発現は、ほとんど影響を受けなかった。アンチセンス方向にCOX-1を安定に発現すると、成熟期での脂肪細胞での脂肪蓄積の有意な促進が誘導され、それは、脂肪細胞特異的な遺伝子のより高い発現レベルに関係していた。さらに、アンチセンスのCOX-1による形質転換細胞では、脂肪細胞形成の促進因子として知られる15-デオキシ-Δ12,14-PGJ2やΔ12-PGJ2のようなJ2シリーズのPG類の生成の促進が認められた。それらの結果より、誘導性のCOX-2は、常在性のCOX-1の発現抑制を補償することにより、成熟期の脂肪細胞形成を促進する内因性PGJ2誘導体の生成に貢献できることが示された。プロスタサイクリンとも呼ばれているプロスタグランジン(PG)I2は、アラキドン酸シクロオキシゲナーゼ経路を介して生合成されるが、生体内では、速やかに不活性な6-ケト-PGF1αに変換する。以前の研究で、プロスタサイクリンの安定類縁体が、脂肪細胞の分化誘導過程を促進すると報告されているが、前駆脂肪細胞から成熟脂肪細胞への異なるライフステージにおけるどの段階で作用しているのかについては不明である。今回の研究では、内因性PGI2の生成を反映する6-ケト-PGF1αの定量測定のために、本化合物に特異的な高感度の固相化酵素免疫測定法の開発を行った。開発した本免疫測定法で、測定ウエルあたり0.8 pgから7.7 ngの範囲の6-ケト-PGF1αを測定することが可能であった。用いたマウスの抗血清の特異性を評価したところ、PGF1αが1.5%の交差性を示した以外、他のPG類に対する有意な交差性は認められなかった。このようにして開発した酵素免疫測定法を、前駆脂肪細胞株の3T3-L1細胞の培養系に適用して、各ライフステージにおける内因性のPGI2に由来する6-ケト-PGF1αの測定を行った。脂肪細胞の形成における生育期、分化誘導期、そして成熟期での生成量を比較したところ、成熟期後の4-6日後に最も生成量が高いことが確認された。その生成の増加には、PGI2の生合成酵素のPGI合成酵素とPGI2に対する特異的な細胞表面受容体であるIP受容体の遺伝子発現の促進が伴っていた。本研究の結果、脂肪細胞の形成過程におけるPGI2生合成調節の研究に、今回の6-ケト-PGF1αの特異的な酵素免疫測定法が有用であることがわかった。さらに、脂肪細胞の成熟過程には、内因性のPGI2が成熟脂肪細胞の形成促進に貢献しているものと考えられた。培養脂肪細胞の異なるステージでの脂肪細胞形成に対する、別名、プロスタグランジン(PG)I2と呼ばれるプロスタサイクリンの特異的な作用を解明することを試みた。アラキドン酸(AA)とその関連物質のプロスタノイド類は、培養条件やライフステージより複雑な作用を及ぼす。ここでは,3-イソブチル-1-メチルキサンチン(IBMX)を含まない条件での分化誘導期における培養3T3-L1前駆脂肪細胞を外因性のAAで前処理したときの成熟期の脂肪蓄積に対する効果を検討した。このアラキドン酸による前処理は、脂肪細胞形成の遺伝子マーカーの発現の亢進で明らかなように、成熟期の脂肪細胞形成を有意に促進した。このAAでの前処理の促進効果は、シクロオキシゲナーゼ(COX)阻害剤を共存させることにより抑制された。外因性のプロスタノイドやその関連物質のなかで、PGI2のIP受容体に選択的なアゴニストであるMRE-269は、脂肪細胞での脂肪蓄積を著しく促進した。従って、これらの結果より、IBMXのない条件で分化誘導期に培養前駆脂肪細胞をAAで前処理したときの成熟期後の脂肪細胞形成に対する促進効果において、内因性PGI2の主要な役割を示唆した。

以前に、我々は、成熟期の培養脂肪細胞がPGI合成酵素とプロスタノイドIP受容体の遺伝子発現の正の調節作用により、プロスタサイクリンとも呼ばれるPGI2を生合成する能力を持つことを示している。いかにプロスタサイクリンが脂肪細胞形成を制御しているかを解明するために、培養脂肪細胞の成熟期における脂肪蓄積に対するプロスタサイクリンとIP受容体の特異的アゴニストもしくはアンタゴニストの効果を探究して、その細胞内機構を解明した。脂肪細胞の分化誘導や成熟過程に関与するプロスタサイクリンやIP受容体の作用に関して、新規の知見を得て論文発表に至っている。前駆脂肪細胞から成熟脂肪細胞へ分化する樹立細胞株のマウス3T3-L1細胞株を用いて、培養系における脂肪細胞の分化誘導や成熟過程における生理活性脂質のプロスタサイクリンとその安定類縁体であるアゴニストやアンタゴニストの作用を検討して、それらの細胞内での作用機構を明らかにしようと試みた。本研究室では、以前に培養脂肪細胞が、PGI合成酵素とプロスタノイドIP受容体の遺伝子発現の正の調節作用により、プロスタサイクリンとも呼ばれるプロスタグランジン(PG) I2を生合成する能力を持つことを示している。今回、外因性のPGI2と、MRE-269やトレプロスチニルのようなIP受容体に対する選択的なアゴニスト類を成熟期に添加すると、COX阻害剤のアスピリンによる脂肪蓄積の阻害を回復した。一方、CAY10441やCAY10449のようなIP受容体に対する選択的なアンタゴニストは、脂肪蓄積を抑制するのに効果的であった。従って、プロスタサイクリンの脂肪細胞形成の促進作用は、脂肪細胞の成熟期に発現されるIP受容体を介するものと考えられる。培養脂肪細胞をPPARγの活性剤であるトログリタゾンとともに、PGI2とMRE-269のいずれかと培養すると、それぞれの化合物そのものよりも脂肪蓄積を付加的に促進することが示された。そのMRE-260とトログリタゾンの相加的な効果は、CAY10441ではなくて、PPARγアンタゴニストのGW9662によりほとんど抑制された。MRE-269はGW9662により抑制された脂肪細胞形成を回復することができなかったが、トログリタゾンの濃度を増加させるとCAY10441の阻害効果を濃度依存的に回復することが見出された。このことは、IP受容体を介する脂肪細胞形成の促進のための下流因子としてのPPARγの重要な役割を示している。培養系で脂肪細胞へ分化する能力を有する前駆脂肪細胞株のマウス3T3-L1細胞を用いて、生育期、分化誘導期、さらに成熟期におけるプロスタサイクリン、すなわちPGI2の生合成調節機構や各ステージでのPGI2やそのアゴニストやアンタゴニストの特異的な作用機構を明らかにすることを試みた。その結果、分化誘導期と成熟期において、PGI2の生成を介した脂肪細胞の分化誘導や成熟過程の促進効果が確認された。脂肪細胞に分化誘導できる培養脂肪細胞を用いて研究を継続している。脂肪細胞の成熟期でのプロスタサイクリンとそのアゴニストを用いた作用機構の解析研究と分化誘導期におけるアラキドン酸の特異な作用に関する研究で種々の結果を得ている。今後の研究の進展につながる。現在、行っている研究を推進して、より一層、発展させる。応用生物化学脂肪細胞でのアラキドン酸シクロオキシゲナーゼ経路の生合成経路で生成される内因性の種々のPG類の生合成調節機構をさらに解明する。また、脂肪細胞の異なるライフステージでの外因性のPG類やその前駆体である多価不飽和脂肪酸の作用を解析する。
沸騰蒸発条件の最適化による超高発熱密度対応小型冷却システム開発のための基礎研究

超高発熱密度対応の小型冷却システムを開発するために、冷却手段として除熱能力の高い沸騰・蒸発現象の適用を考えた。本研究では、この冷却方法に関する基礎的、普遍的、系統的な考え方を見出すことを目的に、基礎現象の解明から実際の応用形態までの各種実験を行った。まず高熱流束核沸騰時に問題となる気泡底部の薄液膜蒸発に着目し、薄液膜挙動の詳細観察と気液メニスカスに沿った熱流束分布を詳細に計測するために、88個の温度センサとヒータからなる透明伝熱面を開発した。さらにフィードバック制御システムを導入して、最も単純な条件である伝熱面表面温度一定条件での加熱を実現した。水平下向き面での沸騰実験により、沸騰気泡付着部において沸騰気泡底部の薄液膜蒸発による熱伝達促進効果を確認することができた。自己浸潤性混合媒体の使用による限界熱流束の増大を目的として、気泡底部のミクロ液膜挙動に影響するマランゴニ効果を検証するために、基礎実験として最も基本的なプール沸騰実験を冷却媒体としてアルコール水溶液を使用して行い、その熱伝達特性と限界熱流束を明らかにした。その結果、熱伝達特性、限界熱流束ともに濃度依存性を有することが分かった。また、限界熱流束に関して純水を上回る結果が得られ、自己浸潤性混合媒体を使用することの有用性が示せた。加えて、混合媒体の沸騰に対して影響する物性・現象の整理を行い、必要な相平衡データおよび物性データを推算した。狭隘流路内強制流動沸騰は、実際の冷却システムでの応用形態の一つであるが、本研究では狭隘な主流路と非加熱副流路から構成される新しい構造の冷却システムを開発した。副流路からの液体供給によって、限界熱流束を2倍程度以上に増大させることが可能であることを確認した。高熱流束核沸騰時に問題となる薄液膜蒸発に着目し、冷却方法に関する基礎的、普遍的、系統的な考え方を見出すことを目的として、気泡底部液膜挙動の詳細観察と気液メニスカスに沿った熱流束分布を詳細に計測することを試みた。まず最低数の温度センサを使用して、気泡底部薄液膜とドライパッチの境界部である三相界面と直角方向ライン上での局所熱流束分布を計測するためには、まずこのライン上に微細な温度センサを配列する必要があるが、三相界面位置の予測ができないことから、縦横とも複数のラインでの計測が可能となるように温度センサと透明ヒータを透明基板を介してそれぞれマトリックス状に配列した。表面温度をもとに比例制御によるヒータ出力へのフィードバックがかけられるように回路を組み、伝熱メカニズムを解明するのに最も簡単な系として、伝熱面表面温度一定の条件を実現できるかどうかを沸騰実験で局所バーンアウトを発生させて検証し、各条件ごとに、その精度を明らかにした。沸騰実験中、裏面からの気液挙動の観察は問題なく行えたが、三相界面位置の特定は困難であったので、照明や観察手段についてさらに検討を行った。さらに、混合媒体の使用による限界熱流束の増大を目的として、気泡底部薄液膜挙動に及ぼすマランゴニ力の影響を検証するための基礎実験としてプール沸騰実験を行い、複数のアルコール水溶液に見られるアルコール低濃度域での核沸騰熱伝達特性と限界熱流束値の偏差について明らかにした。また混合液の核沸騰時における熱伝達と限界熱流束に関して、正負それぞれの影響について理論的整理を行った。またこれに必要な相平衡データを構築した。

気泡底部の薄液膜の蒸発挙動や対応する局所熱伝達の評価および気泡底部気液挙動を観察するための透明伝熱面を開発した。表面温度制御により成長気泡底部のミクロ液膜蒸発による熱伝達促進効果およびドライアウト面の熱伝達劣化を確認した。計測結果より気泡底部の三相界面位置についてもおおむね特定できた。混合媒体の使用による限界熱流束の増大を目的として、扁平気泡底部ミクロ液膜挙動に及ぼすマランゴニ効果の影響を検証するための基礎実験としてプール沸騰実験を行った。高級アルコール系水溶液のアルコール低濃度域を対象として、自己浸潤作用を持つ混合液体の種類、濃度、温度範囲の確認をし、相平衡データをもとに詳細な相平衡図を作成した。ミクロ液膜の先端方向に沿う低沸点成分の濃度減少と温度上昇に伴う表面張力の変化を推算した。扁平気泡挙動、ミクロ液膜挙動、乾燥部挙動に関する観察結果および扁平気泡底部における局所熱流束分布状況について純水を用いた場合と比較した。また、扁平気泡底部ミクロ液膜および扁平気泡挙動、温度分布、局所熱伝達の把握のために、小型冷却システムで採用される狭隘流路を用いた強制流動沸騰実験を行った。純水について、入口液体流速と入口液体サブクール度の組合せに対して、限界熱流束の条件を調べた。狭隘流路の間隙幅を小さくした場合について、実験結果に基づいて限界熱流束増大を目的とした液体供給方法、入口液体流速、入口液体サブクール度の最適組み合わせについて検討した。
腸間膜リンパ管の脂質吸収・免疫機能を測る新たな食品機能評価方法の検証

本研究では脂質の吸収経路であり腸管免疫担当細胞の輸送経路でもある腸間膜リンパ管にカニューレを留置し、食品(蒸留水あるいはココアバター)摂取後のリンパ液の採取を行い、食品摂取による腸管免疫機能を評価する動物実験系の確立を目指した。本研究により、蒸留水投与では投与後短時間のうちにリンパ液量が増加し、脂質投与では投与後34時間で液量の増加が見られた。リンパ球中のT細胞・B細胞比率には採取時間中大きな変動は見られなかった。リンパ液中のサイトカイン(IL-22)濃度を測定したところ、末梢血における濃度よりも10倍20倍高いことが明らかとなったが、その意味と意義づけについては今後の課題である。超高齢化社会の進行に伴い、国民の医療費削減および健康維持増進は大きな課題となっている。健やかで心豊かな社会の実現に向け、食生活の重要性を啓発する手段として食品機能表示制度のリニューアルが行われ、科学的根拠のある機能性食品の普及と利用促進に期待が高まっている。本研究では、脂質吸収経路であり腸管免疫細胞の輸送路でもある腸間膜リンパ管に焦点を当て、腸管における脂質吸収と免疫機能を評価する食品機能評価法の確立を目的とした。初年度は計画に基づき、実験動物(Wistar系雄性ラット等)を用いて脂質(ココアバター等)あるいは生理食塩水を経口投与し、一定時間経過後に、麻酔下にて腸間膜リンパ管にカニューレを挿入し経時的に6時間まで1時間ごとにリンパ液を回収した。1時間ごとに得られたリンパ液の成分解析(脂肪酸組成、サイトカイン量)やリンパ球サブセット解析を行い、脂質投与時と生理食塩水投与時での比較を行った。その結果、投与した脂質に含有しない脂肪酸(アラキドン酸、DHA、EPA)がリンパ液中から検出されること、脂質投与の経過と共にB細胞比率が上昇してくることを見出した。サイトカイン分析については現在データ分析と検証を行っている。当初の計画通り、実験動物に腸間膜リンパ管へのカニュレーションを施し、経時的にリンパ液を回収し、リンパ液中の成分分析等を実施できた。免疫学的視点からの若干の評価ができ、投与した脂質による免疫機能への影響について検証できる実験基盤を作ることができた。このことから達成度としては、おおむね順調と考えている。本年度は投与した被験食の消化吸収を正確に評価するため、実験プロトコルを一部修正・変更を行った。実験動物(Wistar系雄性ラット)に人工呼吸器を接続し、麻酔下にて腸間膜リンパ管にカニューレを挿入後、経時的にリンパ液を回収した。リンパ液採取開始から1時間後に脂質(ココアバター)あるいは蒸留水を経口投与し、1時間ごとに4時間までリンパ液の回収を行った。得られたリンパ液の成分解析やフローサイトメーターによるリンパ球の解析を行い、脂質あるいは蒸留水の単回投与での比較検証を行った。その結果、採取時間中リンパ球数やリンパ球のT細胞・B細胞比率に大きな変動は見られなかった。リンパ液量については、蒸留水では投与後1時間で微増する傾向を示し、脂質(ココアバター)では投与後3時間4時間でリンパ液量の増加が見られた。サイトカイン濃度(IL-22)は、血しょう中よりも10倍程度高い濃度がリンパ液中に含まれていることが判明したが、その意味・意義づけについては更なる検討が必要である。初年度に得た実験データを増強し、さらに検証を進めるため、実験例数を増やし、免疫学の研究者からの助言やご意見を参考にしながら、近年注目がされている自然リンパ球(ILC)との関連性についても検討したい。さらに、本実験で確立した評価方法を利用して、各種食品素材(発酵食品・伝統食材など)の腸管免疫への影響について評価する計画である。また、ウサギ等を用いた腸間膜リンパ管へのソナゾイド投与試験を計画し、腸管リンパ液の動態等を超音波診断装置によって可視化する実験にも取り組む。リンパ動態学当初見込んでいた経費よりも安価に試薬類を購入することができたため、次年度使用額8,779円が生じた。次年度使用額については、平成28年度請求額と合わせて試薬・消耗品等の購入に使用する。詳細としては、試薬(脂質吸収阻害剤)や消耗品類(注射筒、チューブ類など)を予定している。
ラット新生仔脳及びCD38ノックアウトマウス脳のADPリボシルシクラーゼの精製

細胞内のCaをセカンドメッセンジャーとするCaシグナリングは、数多くの受容体の下流に存在する重要な信号伝達機構の一つである。T型リンパ球や脳にも存在するADPリボシルシクラーゼ活性の大部分はCD38抗原であることがわかってきた。しかし、脳内にはCD38以外の新しいADPリボシルシクラーゼ活性を持つ分子が存在することを考え、脳型ADPリボシルシクラーゼの精製を行うため、野性株マウス脳内のシクラーゼ活性を比較した。(1)ジクラーゼ活性は、驚いた事に視床下部に高く、続いて小脳や下垂体後葉であった。(2)CD38のメッセンジャーRNA発現を調査したところ、活性値の分布と同じであった。(3)CD38ノックアウトマウスでは、シクラーゼ活性は極端に低く、視床下部でもほとんど活性やmRNAは検出できなかった。(4)シクラーゼの酵素活性産物であるサイクリックADPリボース(cADPR)濃度は、野生型マウスに比して、CD38ノックアウトマウスでは低かった。(5)視床下部に細胞外からcADPRを与えたところ、オキシトシンの分泌は見られたが、ノックアウトの視床下部からは検出できなかった。この事から、CD38がcADPRのトランスポート活性を有している事も判明した。(Nature 446,41-45,2007)以上、脳型シクラーゼの90%がCD38である事を種々の方法で証明した。当初の目的のCD38以外のシクラーゼの精製は、非常に困難な課題である事が判明した。ADPリボシールシクラーゼ活性の測定1新生ラット脳およびCD38ノックアウトマウス脳から膜分画を調整した。2膜分画を酵素タンパク源として,[3H]NADを基質およびトレーサーとして用い,ADPリボシールシクラーゼ活性測用ミックスチャーを37°Cシエカーバス内(購入予定)でインキュベートした(橋井)。膜分画中に活性が存在することは予備実験にて確認した。3 ADPリボシールシクラーゼ活性を簡便に測定するため,薄層クロマトグラフィー(TLC)による方法を開発した。アデニレートシクラーゼ活性測定で蓄積したノウハウを生かした。シリカゲル,ポリエチレンイミンTLCに対し,種々の展開剤を試し,アイソトープ標識のNAD, ADPRやcADPRの分離が十分行える条件を見い出した(東田)。タンパク精製1.ラット大脳(100g)あるいはNG108-15細胞(200フラスコ分)をタンパク分解酵素阻害剤の存在下でホモゲナイズした。2.105,000g15分の遠心により粗膜分画を得た。再度遠心を行った。3.上澄みをブル-Aセファロースカラムにかけ,0.5M NaClで洗った後,0.5M KSCNで溶出した。4.次に,ヒドロキシアパタイトカラムにかけた。洗浄後0.1Mリン酸で溶出した。5.マンカナバリンA-セファロースカラムにかけ,0.5M methyl-α-glucopyranosideで溶出した。6.最後にレットAセファロースで分画した(東田)。新規のADPリボシルシクラーゼのcDNAクローニングは,精製タンパク質に対する抗体によるクローニングを正道として行った。CD38の酵素活性部位の共通シークエンスよりのホモロジーによりcDNAを作ってくることも考えた(横山・橋井・星)。T型血液や脳にも存在するADPリボシルシクラーゼ活性の大部分はCD38抗原であることがわかってきた。CD38以外の新しいADPリボシルシクラーゼ活性を持つ分子が存在することを示している。しかも我々の研究からこの受容体にカップルしGTPで制御される酵素は、幼若期にのみ発現していることがわかっているので今回ラット新生仔脳およびCD38ノックアウトマウス脳からADPリボシルシクラーゼ分子を精製するとともにその遺伝子をクローニングすることを計画した。そこで、1新生ラット脳およびCD38ノックアウトマウス脳から膜分画を調整した。2膜分画を酵素タンパク源として,[3H]NADを基質およびトレーサーとして用い,ADPリボシールシクラーゼ活性測用ミックスチャーを37°Cシエカーバス内でインキュベートした(橋井)。一方、NGDより合成されるサイクリックGDPリボースを指標に蛍光測定によるADPリボース活性を測定すると、CD38ノックアウトでは活性を認めなかった。一方、この方法で視床下部には脳のどの部位よりも高い活性を持つ事を見い出した。そこで、蛍光測定により視床下部のADPリボシルシクラーゼの特性を詳細に検討している。

(2)CD38のメッセンジャーRNA発現を調査したところ、活性値の分布と同じであった。(3)CD38ノックアウトマウスでは、シクラーゼ活性は極端に低く、視床下部でもほとんど活性やmRNAは検出できなかった。(4)シクラーゼの酵素活性産物であるサイクリックADPリボース(cADPR)濃度は、野生型マウスに比して、CD38ノックアウトマウスでは低かった。(5)視床下部に細胞外からcADPRを与えたところ、オキシトシンの分泌は見られたが、ノックアウトの視床下部からは検出できなかった。この事から、CD38がcADPRのトランスポート活性を有している事も判明した。(Nature 446,41-45,2007)以上、脳型シクラーゼの90%がCD38である事を種々の方法で証明した。当初の目的のCD38以外のシクラーゼの精製は、非常に困難な課題である事が判明した。
レ-ザ計測で制御された超音波メカノケミカルポイシングによる超精密加工

1.実験装置本実験で使用した実験装置は次の5つの部分に大別できる。(1)加工部(超音波仕上げ装置):周波数・22kHz、出力・30Wmax、PZT電歪振動子、最大振幅・30μm(2)表面形状検出部(レ-ザ変位測定器):設備備品として購入。最大粗さ<0.01μm、測定範囲・160μm(3)加工圧負荷部(荷重負荷装置):釣合天秤方式、リニアモ-タ(PCに接続)で重り位置を移動(4)XY走査部(精密位置決めテ-ブル):ストロ-ク長さ(XYとも)・120mm、精度・3μm(5)制御部(パ-ソナルコンピュ-タ):設備備品として購入・PC-9801RX2、CPU(80286)・16bit(1)(4)を(5)で統括制御、制御及びデ-タ収録用プログラム(メインル-チン+26・サブル-チン)を開発。2.実験条件被加工剤・Si、ポリシング液・シリカ(SiO2)+NaOH(pH10)、ポリシャ・ナイロン、PTFE〔変更した条件〕超音波出力(振幅、μm):5.4、12.4、20.5、25.7、負荷時間(分):0.5、1、3、30負荷荷重(gr):50、100、200、ポリシング液のアルカリ度:pH9、10、133.実験結果(1)超音波振幅及び負荷荷重はある程度までは有効に働くが、大きすぎる負荷はかえって超音波振幅を抑える。(2)負荷時間及びポリシング液のアルカリ度を増すと、加工量は増加する。(3)ポリシャとしては、PTFEの方がナイロンに比べ、加工能率が高い。
クラウドソーシングによる専門的判断支援のための機械学習法

(1)実社会の様々なドメインにおいて機械学習活用が進み、専門家による判断を機械学習を用いて自動化したいという需要が高まりつつある。機械学習モデルの構築のために、専門家による判断結果を大量に収集し正解データとして用いる必要があるが、そもそも専門家間での合意形成が困難な場合がある。当該年度は、専門家の合意形成支援のための機械学習法の開発を実施した。特に複数の専門家が一対比較によりアイテムの良し悪しを評価し、それを集約してアイテムのランキングを獲得する場合に、評価観点の違いを考慮した上でアイテムの良さを推定する手法を開発した。専門家ごとに評価観点は異なるが、評価観点を明示的に表明させることは難しい。各専門家が実施した一対比較の結果から、その裏にある各自の評価観点を推定し、ランキング集約に役立てる。提案法を用いることで評価観点ごとのランキングの可視化ができ、評価観点別の上位アイテムの比較を容易にし、特にアイテムが多数ある場合に専門家間の合意形成を効率化する。デザインの評価を題材した実験で、提案法により、評価観点ごとのランキングを精度良く推定できることを確認した。(2)また当該年度は、学習環境における生徒の習熟度評価を対象にした研究も実施した。専門家である教師の負荷を減らすために、生徒が教師の代わりに互いの成果物を採点・添削する状況で、生徒の習熟度を推定する手法を開発した。生徒の中には、教師のように成果物を正しく評価できる人もいれば、評価が上手くできない人もいる。採点と添削の一貫性等を利用して、生徒の「評価者としての信頼性」を推定し、習熟度推定に用いる。日英翻訳の採点・添削を題材にした実験により、提案法により、教師に匹敵する精度で、習熟度の高い精度と低い生徒を識別できることを示した。研究実績(1)については国際会議への投稿に至った。(2)については、教育データマイニングのトップ国際会議EDMに採択されるに至り、当初の計画通り順調に進展している。2018年度は、主に一対比較や採点といった「評価」を対象として研究を進めた。最終年度となる2019年度は、より応用範囲の広い「分類」を対象にして、非専門家であっても専門家と同様の判断ができるような支援法の開発を進める。独立形成基盤経費により研究室の什器整備を行う予定であったが、研究室割り当ての都合で一部の整備を次年度に行う必要が生じた。次年度使用額は、次年度の研究室整備に利用する。
沈下特性を考慮した摩擦杭の設計法に関する研究

1.目的:摩擦杭がわが国の構造物基礎から姿を消して既に四半世紀を経ている。支持杭として設計された杭も実際には摩擦杭的挙動が卓越するにも拘らず、摩擦杭が利用されないのはその極限状態の研究のみが重要視され、実作用荷重レベルでの摩擦杭の沈下特性の研究がないがしろにされていることによる。この点に着目して、杭周面の摩擦力度と変位との関係を土質条件と関連付けて研究し、沈下特性を考慮した摩擦杭の設計法を提案することを目的とする。2.結論:模型実験および実大杭の鉛直載荷試験結果を解析して、次のような結論が得られた。(1)杭周面の摩擦力度fxと杭軸方向変位Vxとの間には強い非線形関係が認められ、fx=ks【V(_x^n)】のような指数関数でその関係を表すことができる。(2)べき指数nは、杭の降伏荷重以下の実作用荷重レベルで0.30.8の範囲にあるが、その最頻値であるn=0.5を設計に用いることができる。(3)n=0.5として地盤常数ksを求め、土質定数の代表値の一つである標準貫入試験のN値との相関を検討して次の関係が得られた。鋼管杭(排土杭)に対してks=6.5N(tf/【m^(2.5)】)場所打ち杭(非排土杭)に対してks=3.3N(tf/【m^(2.5)】)(4)長期載荷試験の結果から、クリープによる沈下増分は、上記の方法により推定した初期沈下量の50100%を見込めばよいであろう。(5)地盤常数ksが深さによらず一定と仮定して、簡略計算式による摩擦杭の荷重-沈下曲線の予測法を提案した。この場合の地盤常数ksは杭の根入れ部分の平均N値に対する値を用いてよいことを示した。