hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マウス始原生殖細胞におけるチミンＤＮＡグリコシラーゼ（ＴＤＧ）の機能解析

Blimp1はマウス始原生殖細胞(Primordial germ cells: PGCs)の発生に必須の転写因子として同定された。PGCsでは、生殖細胞の機能獲得に必須のイベントであるゲノムワイドなエピゲノムの初期化が起こるが、Blimp1はこの過程においてH3K27me3の獲得と体細胞化に関わる遺伝子の抑制に関わっていると考えられている(K.Kurimoto, et al. Cell stem cell 2015)。一方、マウスにおいてBlimp1はPGCs以外にも形質細胞など様々な細胞種の発生、分化に重要な役割を担っているが、それぞれの細胞種におけるBlimp1の細胞種特異的なあるいは共通した遺伝子発現制御機構は不明のままである。このためBlimp1の生殖細胞特異的な遺伝子発現制御機構の解明は、生殖細胞発生の分子学的基盤の理解に必須であると考えられる。申請者はまず、EGFPでタグ付きされたBlimp1を発現するノックインマウスを用いてマウス胎生期から成体における時間的、空間的なBlimp1発現パターンの包括的なアトラスの作成を行った。次にBlimp1を発現する細胞から3胚葉を代表的する組織として、視細胞前駆細胞(外胚葉)、胎生期の小腸上皮細胞(内胚葉)、形質芽細胞(中胚葉)および生殖細胞を選びクロマチン免疫沈降法と次世代シークエンサーを組み合わせた技術(ChIP-seq)を用いてゲノムワイドなBlimp1結合部位の同定を行った。このためにIn vivoから得られる比較的少数の細胞(3x10の5乗)からのクロマチン免疫沈降法のための条件検討を行った。この結果、細胞種ごとのBlimp1の結合部位が大きく異なることなどが明らかとなりつつある。今後は所属研究室で開発されたRNA-seqを用いた解析も含めてBlimp1の標的遺伝子の同定を行う予定としている。26年度が最終年度であるため、記入しない。本度目は、TDGのCre-loxP systemを用いた条件付きノックアウトアレルを持ったES細胞を作成した。相同組換えES細胞をPCRを用いてスクリーニングするためのポジティブコントロールとして、ターゲィングベクターよりも長い3'側ホモロジーアームを持つベクターを作成し、PCRの条件検討を行った。また相同組換えを高精度で検出するためのサザンハイブリダイゼーションに用いるプローブを設計した。次に、ターゲティングベクターを作成し、理化学研究所発生・再生科学総合研究センター動物資源開発室との共同研究により組み換えES細胞の単離を行い、組み換えES細胞のスクリーニングとkaryotypeの確認を行っている。尚、本計画の相同領域は20kbp以上の広範囲にわたっており、相同組換えES細胞が得られる確率が低いことが予測される。このため、研究の補助としてEUCOMMより条件付きノックアウトアレル(ただしノックアウトによる細胞の蛍光標識は不可となる)を持ったES細胞の購入を検討している。上記研究に加え、マウス始原生殖細胞(PGCs)におけるエピゲノム初期化の分子学的基盤のさらなる解明のために、PGCs発生に必須の転写因子の一つであるBlimp1によるエピゲノム制御の解析を新たに計画している。具体的には、エピゲノム初期化がみられる受精後12.5日マウス胚のPGCsにおけるBlimp1のゲノム上の結合部位を、クロマチン沈降法を用いて明らかにする。これにより得られた結合部位と、より早期のPGCs決定期におけるBlimp1の結合部位、およびBlimp1を発現する他臓器(形質細胞等)におけるBlimplの結合部位を比較し、PGCsにおけるBlimp1の特性を抽出することを目的とする。現在、クロマチン沈降法の条件検討を行っている。

26年度が最終年度であるため、記入しない。当初の計画に従い組み換えES細胞の作成を行っている段階である。またマウス始原生殖細胞におけるエのピゲノム初期化のさらなる分子基盤の解明のためのBlimp1の免疫クロマチン沈降法についても条件が決まりつつあるところである。TDGの条件付きノックアウトマウスの作成を進め、またBlimp1のPGCsにおける結合部位を同定し、PGCsにおけるエピゲノム初期化の分子学的基盤の解明を目指す。
耐低温性水素発酵菌による有機性廃棄物からの省エネルギー型水素生産

耐低温性水素発酵菌を用いて、有機性廃棄物を原料にして水素を生産できる省エネルギー型水素生産プロセスを開発するために、耐低温性水素発酵菌の分離を行ったところ、Clostridium sp. E-73が得られた。本菌株は15°Cの低温下において培養pHを5.5に制御すると、グルコース及び澱粉から各々2.1及び2.5mol-H_2/mol-glucoseの高い水素生産収率で水素を生産できることが分かった。また、本菌株の生成するα-アミラーゼ生産のための最適な培養条件は、pH5.5、温度35°Cであった。α-アミラーゼの分子量は約73kDa、至適pHは4.5、至適温度は45°Cであり、0°Cの低温でも最大活性時の約5%の活性を示した。本酵素はpH4.5から5.5の酸性域および40°C以下で安定であった。さらに、澱粉粕に窒素源としてコーンスティープリカーを添加すると、Clostridium sp. E-73が良好に水素を生産できることが分かった。また、本菌株とEnterobacter aerogenes HO-39の混合培養下での反復回分培養による連続水素生産を行うと、培地中に還元剤を入れなくても水素を生産でき、12°Cから15°Cの低温条件下でも1.0から1.2mol-H2/mol-glucoseの収率で水素を生産できることを明らかにした。耐低温性水素発酵菌を用いて、有機性の廃水廃棄物等を原料にして水素を生産できる省エネルギー型水素生産プロセスの開発を目的として研究を行ったところ、本年度の研究成果として以下の結果が得られた。1.耐低温性水素発酵菌の同定研究室で分離・保存している耐低温性の水素発酵菌の中で絶対嫌気性水素発酵菌E-73株の水素生産能が最も高いことから、生理学的性状及び16S-rRNAの部分塩基配列の解析を行ったところ、本菌株はClostridium属に属する細菌であることが明らかとなった。2.分離菌株の水素生産特性評価Clostridum sp.E-73株による合成培地を用いた回分培養下での水素生産特性について検討したところ、水素生産には窒素源としてポリペプトンが適し、本菌株はグルコースや澱粉等の各種糖源から水素を生産できることが分かった。また、本菌株は15°Cの低温下において培養pHを5.5に制御すると、グルコース及び澱粉から各々2.1及び2.5mol-H_2/mol-glucoseの高い水素生産収率で水素を生産できることが明らかとなった。本菌株は35°Cの中温域においても従来の水素発酵菌と同等の収率で水素を生産でき、耐低温性の優れた水素発酵菌であることが分かった。さらに、炭素源として澱粉、窒素源としてポリペプトンを用いる合成培地での反復回分培養による連続水素生産実験を行ったところ、回分培養よりも耐低温性が向上して810°Cの低温条件下でも安定して水素を生産できることを見出し,その時の水素生産収率は各々1.7及び1.4mol-H_2/mol-glucoseであった。耐低温性水素発酵菌を用いて、有機性の廃水廃棄物等を原料にして水素を生産できる省エネルギー型水素生産プロセスを開発するために、本年度は、前年度に分離した耐低温性水素発酵菌Clostridium sp. E-73の生成するα-アミラーゼの生産条件と酵素学的特性と、有機性廃棄物の澱粉粕を原料とする低温条件下での水素生産特性について検討を行ったところ、以下の研究結果が得られた。1.耐低温性水素発酵菌の生成する酵素の特性評価Clostridium sp. E-73によるα-アミラーゼ生産のための最適な培養条件は、培養pH5.5、培養温度35°Cであった。電気泳動的に単一な状態まで精製したα-アミラーゼの分子量は、約73kDaであった。

酵素活性における至適pHは4.5、至適温度は45°Cであり、本酵素は0°Cの低温条件でも最大活性時の約5%の活性を示すことが分かった。また、精製α-アミラーゼはpH4.5から5.5の酸性域および40°C以下の温度下で安定であった。さらに本酵素の活性は、EDTA、Ag^+、Hg^+およびCu^<2+>の存在下で著しく低下することが明らかとなった。2.有機性廃水廃棄物での連続水素生産試験
魚醤油の臭気成分生成機構の解析と矯臭方法の検討

魚醤油は多くの食品加工における“隠し味"としての利用価値が高く,日本に広く定着させるために,少しでも風味をよくすることをめざして,その臭気発生原因の解明とその防止,並びに矯臭の方法について検討した.1.魚醤油の臭気成分分析と生成経路の検討魚醤油のヘッドスペースガスをGC/MS分析し,2-メチルプロパナールなどの分枝鎖アルデヒドが特徴的に多く発生した.アルデヒドは酵素的,非酵素的(ストレッカー分解)にアミノ酸から誘導されるものと推測された.2.臭気の矯臭方法の検討(1)鰹節菌(Eurotium属)を高塩濃度(10%)で培養した菌体を魚醤油に添加すると,アルデヒドが分解されて相当する酸とアルコールに変換(ポラパックQ濃縮法で確認した)し,著しく風味が改善された。(2)シクロデキストリンはアルデヒドを吸着しないが,風味改善した.キトサンでは逆の結果が得られた.魚醤油の独特な臭気は低分子アルデヒド以外の物質による可能性のあることがわかった.3.魚醤油の臭気変化に及ぼす要因には(1)未加熱のイカ醤油ではアルデヒド発生量は極めて少ないが,50°C以上に加熱すると急増した.発生抑制物質の存在を示唆している.酸化剤を添加するとアルデヒドの発生を促進した.今後の課題である.(2)牛血清アルブミンなどのタンパク質と2-メチルプロパナールを反応させると,条件によってはアルデヒドが消失した.リジンやアルギニンの添加も有効であった.本研究の成果は,微生物を利用した新しい食品加工技術の開発,多獲魚や魚加工廃棄物の有効利用に貢献する.魚醤油は多くの食品加工における“隠し味"としての利用価値が高く,日本に広く定着させるために,少しでも風味をよくすることをめざして,その臭気発生原因の解明とその防止,並びに矯臭の方法について検討した.1.魚醤油の臭気成分分析と生成経路の検討魚醤油のヘッドスペースガスをGC/MS分析し,2-メチルプロパナールなどの分枝鎖アルデヒドが特徴的に多く発生した.アルデヒドは酵素的,非酵素的(ストレッカー分解)にアミノ酸から誘導されるものと推測された.2.臭気の矯臭方法の検討(1)鰹節菌(Eurotium属)を高塩濃度(10%)で培養した菌体を魚醤油に添加すると,アルデヒドが分解されて相当する酸とアルコールに変換(ポラパックQ濃縮法で確認した)し,著しく風味が改善された。(2)シクロデキストリンはアルデヒドを吸着しないが,風味改善した.キトサンでは逆の結果が得られた.魚醤油の独特な臭気は低分子アルデヒド以外の物質による可能性のあることがわかった.3.魚醤油の臭気変化に及ぼす要因には(1)未加熱のイカ醤油ではアルデヒド発生量は極めて少ないが,50°C以上に加熱すると急増した.発生抑制物質の存在を示唆している.酸化剤を添加するとアルデヒドの発生を促進した.今後の課題である.(2)牛血清アルブミンなどのタンパク質と2-メチルプロパナールを反応させると,条件によってはアルデヒドが消失した.リジンやアルギニンの添加も有効であった.本研究の成果は,微生物を利用した新しい食品加工技術の開発,多獲魚や魚加工廃棄物の有効利用に貢献する.魚醤油は多くの食品加工における"隠し味"としての利用価値が高いが,受容性に難点のある臭気を矯臭して風味の良い魚醤油を製造するには,製造過程と製品品質保持の両面からの方策が必要である.本研究において,魚醤油の臭気発生原因の解明と臭気の発生防止の寄与して,微生物を利用した新しい食品加工技術の開発,多獲魚や魚加工廃棄物の有効利用に貢献する.1.魚醤油の臭気成分分析と生成経路の検討種々の魚醤油のヘッドスペースガスを主にパ-ジ・トラップ法(キャビラリーカラムを用いるGC/MS)で分析して臭気成分を同定した.2-メチルプロパナ-ル,2-及び3-メチルプタナ-ルなどの分枝鎖アルデヒドが特徴的に多く発生した.2-フランメタノールはイカ醤油に特に多かった.前述のアルデヒド類はG-カラムで簡単に分析でき,簡易な評価法として役立つことが分かった.魚醤油を空気中で振盪するとアルデヒド類は急激に増加することなどからストレッカー分解によってアミノ酸から誘導されるものと推測された.2.臭気の矯臭方法の検討鰹節菌(Eurotium属)と食品添加物の矯臭効果について検討した.(1)種々の食塩濃度下で培養した菌体を魚醤油(主に臭気の変化しやすいイカイシルを用いる)に添加すると,高塩濃度(10%)で培養した場合にアルデヒド分解能が顕著であった.(2)臭気成分(アルデヒド,含硫化合物等)との結合能(包接能)をシクロデキストリン(CD)やキトサンについて試験し,CDのアルデヒド包接能は低いが魚醤油の風味を改善した.キトサンはアルデヒドを吸着するものの風味改善しないため,魚醤油の独特な臭気は低分子アルデヒド以外の物質の可能性がある.魚醤油のもつ独特な風味が日本人にも注目されてきた.日本に広く定着させるために,少しでも風味をよくすることをめざして,その臭気発生原因の解明とその防止,並びに矯臭の方法について検討した.1.魚醤油の臭気変化に及ぼす要因には(1)イカイシルの臭気は劣化しやすく,アルデヒドの発生は非酵素的が主と考えられる.生のイカ醤油ではアルデヒド発生量は極めて少ないが,50°C以上に加熱すると急増した.熟成期間の短いものではあまり発生しないが,長くなると多量に発生した.

その揮発を抑制する何らかの物質が存在していることを示唆している.(2)牛血清アルブミンなどのタンパク質と2-メチル-プロパナールを反応させると,条件によってはアルデヒドが消失した.リジンやアルギニンの添加も有効であった.(3)イカイシルに2-メチル-プロパナールなどの前駆物質であるバリンなどのアミノ酸を添加しても,アルデヒドは増加しないため,発生するためには何らかの物質の存在が想定される.それ故,酸化剤を添加したところ,アルデヒドの発生を促進した.今後の課題である.(4)鰹節菌がイカイシルの矯臭に役立つのはアルデヒドを分解して,酸とアルコールに転換することが考えられるため,ポラパックQ濃縮法および固相マイクロ抽出法で試験し,前者の方法で立証できた.2.抗酸化剤およびリポキシゲナーゼ阻害剤の効果はイカ醤油を製造するときに,添加物(米糠,ふすま,鰹節菌体,菌体抽出物,Aspergillus sojae菌体)を仕込んだが,ほとんど効果が認められなかった.原料イカ内臓の鮮度が要因になるようである.
マルコフ過程とその応用

1.市原完治は,可算集合上のマルコフ連鎖の道の大局的性質について研究を進め,以下の結果を得た.(1)多次元格子上の対称マルコフ連鎖に対して,一点への到達確率の上からの評価を,格子上のデイリクレ形式に対するある種の不等式を利用することによって求めた。また,この結果の系として,このマルコフ連鎖が非再帰的になるための一つの十分条件を得た.(2)Z^nにrough isometryになるZ^nのある部分集合上のランダム・ウォ-クの生成作用素に対して,大域的に一様なハルナック不等式が成立することを証明した.その応用として,(*)調和関数に対するLiouville property(**)ランダム・ウォ-クの一点への到達確率の精密な評価,等々を得た.2.佐藤健一の研究は次の通りである.(1)独立増分をもつ自己相似な確率過程の分布を決定した.(2)多次元のOrnsteinーUhlenbeck型確率過程の再帰性,非再帰性の判定条件を,ずれの行列が単位行列の定数倍の場合に決定し,その部分的一般化にも成功した.3.井原俊輔は,ガウス型雑音による妨害を受れる,いわゆるガウス型通信路の研究を進め,Shannonの情報理論で最も基本的な問題のひとつである符号化定理が,連続時間でフィ-ドバックをもつガウス型通信路においても成り立つことを示した.4.長井英生は,一階偏導関数に関して,2次の非線型項をもつベルマン方程式の解の挙動について,シュレジンガ-作用系の固有値問題と関連づけて考察した.1.市原完治は,可算集合上のマルコフ連鎖の道の大局的性質について研究を進め,以下の結果を得た.(1)多次元格子上の対称マルコフ連鎖に対して,一点への到達確率の上からの評価を,格子上のデイリクレ形式に対するある種の不等式を利用することによって求めた。また,この結果の系として,このマルコフ連鎖が非再帰的になるための一つの十分条件を得た.(2)Z^nにrough isometryになるZ^nのある部分集合上のランダム・ウォ-クの生成作用素に対して,大域的に一様なハルナック不等式が成立することを証明した.その応用として,(*)調和関数に対するLiouville property(**)ランダム・ウォ-クの一点への到達確率の精密な評価,等々を得た.2.佐藤健一の研究は次の通りである.(1)独立増分をもつ自己相似な確率過程の分布を決定した.(2)多次元のOrnsteinーUhlenbeck型確率過程の再帰性,非再帰性の判定条件を,ずれの行列が単位行列の定数倍の場合に決定し,その部分的一般化にも成功した.3.井原俊輔は,ガウス型雑音による妨害を受れる,いわゆるガウス型通信路の研究を進め,Shannonの情報理論で最も基本的な問題のひとつである符号化定理が,連続時間でフィ-ドバックをもつガウス型通信路においても成り立つことを示した.4.長井英生は,一階偏導関数に関して,2次の非線型項をもつベルマン方程式の解の挙動について,シュレジンガ-作用系の固有値問題と関連づけて考察した.
ファージライブラリーを基軸にした膜インターフェイス制御分子の設計と合成

α-ヘリックス構造は酵素やレセプターのターゲットモチーフとして数多く報告されている.私たちはヘリックス・ループ・ヘリックス構造を完全de novoデザインし、この溶媒面に位置する残基をランダム化したα-ヘリカルペプチド・ライブラリーをファージ上に構築した.土台としたヘリックス・ループ・ヘリックスペプチドは2本のヘリックス(N-ヘリックス,C-ヘリックス)の内側に位置するロイシン残基の疎水性相互作用とN-ヘリックスの側面のグルタミン酸残基とC-ヘリックスの側面のリジン残基の静電相互作用によって安定化されている.そこでN-ヘリックスを構造支持領域とし、C-ヘリックスの溶媒面の残基をランダム化することで3次構造を保持したライブラリーを作製した.このペプチドライブラリーをM13ファージのp8蛋白上に発現させファージ・ライブラリーを構築した(ライブラリーサイズ:1.5×10^6).上記ライブラリーをG-CSF受容体に対してスクリーニングした,受容体膜外ドメインのサイトカイン結合領域をプレート上に固定化し,バイオパンニングを繰り返したところ,受容体に特異的に結合するペプチドを同定した.ペプチドの構造活性相関このペプチドの立体構造と結合活性の関係を調べるために,CDスペクトルを解析したところ10%TFE(Trifluoro ethanol)存在下,α-ヘリックス構造を形成していた.そこで,水溶液中でのヘリックスの安定化を図り,変異体を作製した.その結果,ヘリックスの安定化にともない受容体結合活性が向上することが判明した.α-ヘリックス構造は酵素やレセプターのターゲットモチーフとして数多く報告されている.私たちはヘリックス・ループ・ヘリックス構造を完全de novoデザインし、この溶媒面に位置する残基をランダム化したα-ヘリカルペプチド・ライブラリーをファージ上に構築した.土台としたヘリックス・ループ・ヘリックスペプチドは2本のヘリックス(N-ヘリックス,C-ヘリックス)の内側に位置するロイシン残基の疎水性相互作用とN-ヘリックスの側面のグルタミン酸残基とC-ヘリックスの側面のリジン残基の静電相互作用によって安定化されている.そこでN-ヘリックスを構造支持領域とし、C-ヘリックスの溶媒面の残基をランダム化することで3次構造を保持したライブラリーを作製した.このペプチドライブラリーをM13ファージのp8蛋白上に発現させファージ・ライブラリーを構築した(ライブラリーサイズ:1.5×10^6).上記ライブラリーをG-CSF受容体に対してスクリーニングした,受容体膜外ドメインのサイトカイン結合領域をプレート上に固定化し,バイオパンニングを繰り返したところ,受容体に特異的に結合するペプチドを同定した.ペプチドの構造活性相関このペプチドの立体構造と結合活性の関係を調べるために,CDスペクトルを解析したところ10%TFE(Trifluoro ethanol)存在下,α-ヘリックス構造を形成していた.そこで,水溶液中でのヘリックスの安定化を図り,変異体を作製した.その結果,ヘリックスの安定化にともない受容体結合活性が向上することが判明した.
自己組織化加工制御のためのナノ3次元構造インプロセス計測に関する基礎研究

本研究は,ホログラム再生像と参照光による干渉強度の空間的な位相分布から3次元構造を再構成する,新たな「デジタルチューナブル・ホログラフィー干渉法」の基本原理を確立し,ナノ3次元構造インプロセス計測への適用性について検証することを目的とするものである.平成21年度は,基本的ホログラフィー干渉・計測技術の確立およびシミュレーションを援用した精度向上を目的として,以下の実験的検討およびシミュレーション解析を遂行した。1.前年度に構築した並列位相シフトデジタルホログラフィの光学系を利用し,単一のデジタルホログラムから測定物の位相分布および形状を計測する基礎実験を遂行した.まず,位相像の解像度を確認するために,空間周波数が600本/mmのブレーズド回折格子(格子周期1.67μm)を測定した.数値モデルと比較し,格子周期1.67μmの周期の位相変化を得ることが可能な分解能を有していることが確認できた.さらに,直径約22μmのシリカ球を,ガラス基板上に散布させ,その位相像を取得した.その結果,シリカ球によって集光または拡散された光軸方向の透過波面の計測に成功し,曲率変化や集光位置の検出により,シリカ球の光軸方向位置計測ができる可能性を示した.2.超解像技術の一つであるIBP法を用いて,CCDの画素サイズの半分だけ移動したホログラム4枚を合成して複素振幅像を高解像度化することで,低解像度では解析不可能な微細形状を測定できるアルゴリズムを開発した.さらに,テストターゲットによる検証実験を行い,開口部分の振幅のコントラストを空間周波数ごとに計算し,MTF曲線を超解像前と超解像後で比較することによって,超解像後では高空間周波数の開口においてコントラストが高く,鮮鋭度が改善されることを示した.本研究は,ホログラム再生像と参照光による干渉強度の空間的な位相分布から3次元構造を再構成する,新たな「デジタルチューナブル・ホログラフィー干渉法」の基本原理を確立し,ナノ3次元構造インプロセス計測への適用性について検証することを目的とするものである.平成20年度は,ホログラム再生像・位相再構成シミュレーション技術およびホログラフィー干渉基礎技術を達成するため,以下のシミュレータ構築および基礎実験を遂行した.1.ナノ3次元構造のホログラム再生光波生成および参照周波数コムレーザ光との干渉波生成を含む計測光学系の数理モデルを構築するため,物体光およびホログラフィ干渉光を計算する基礎的な光解析シミュレータを構築した,まず,FDTD法(有限差分時間領域法)のプログラムであるMEEPを用いて2次元の波面伝搬を計算し,位相回復シミュレータによって位相を回復できることを確認した.さらに得られた複素振幅の位相情報から透過物体の形状が回復させた場合の精度について検証した.2.本年度は基礎光学系として,従来の位相シフトデジタルホログラフィと異なり,単一のホログラムから測定物の位相分布を取得することができる,並列位相シフトデジタルホログラフィの光学系を構築した,本計測システムでは,光源としてHe-Neレーザ(波長:543.5nm)を,また撮像素子として画素毎に透過軸の異なる偏光子をとりつけた偏光子アレイカメラを用いた.これにより,隣り合う画素の位相値はほぼ一定であるという仮定のもと,4つの画素を1つのユニットとし,1枚の画像から4つの位相シフト画像を近似的に得ることができる.構築した計測システムを用いた位相回復基礎実験を遂行し,ウェッジ基板(傾き角度0.10度±10秒,屈折率1.52)の位相分布計測および位相アンラップ処理により3次元立体像(形状データ)を得ることができた.本研究は,ホログラム再生像と参照光による干渉強度の空間的な位相分布から3次元構造を再構成する,新たな「デジタルチューナブル・ホログラフィー干渉法」の基本原理を確立し,ナノ3次元構造インプロセス計測への適用性について検証することを目的とするものである.平成21年度は,基本的ホログラフィー干渉・計測技術の確立およびシミュレーションを援用した精度向上を目的として,以下の実験的検討およびシミュレーション解析を遂行した。1.前年度に構築した並列位相シフトデジタルホログラフィの光学系を利用し,単一のデジタルホログラムから測定物の位相分布および形状を計測する基礎実験を遂行した.まず,位相像の解像度を確認するために,空間周波数が600本/mmのブレーズド回折格子(格子周期1.67μm)を測定した.数値モデルと比較し,格子周期1.67μmの周期の位相変化を得ることが可能な分解能を有していることが確認できた.さらに,直径約22μmのシリカ球を,ガラス基板上に散布させ,その位相像を取得した.その結果,シリカ球によって集光または拡散された光軸方向の透過波面の計測に成功し,曲率変化や集光位置の検出により,シリカ球の光軸方向位置計測ができる可能性を示した.2.超解像技術の一つであるIBP法を用いて,CCDの画素サイズの半分だけ移動したホログラム4枚を合成して複素振幅像を高解像度化することで,低解像度では解析不可能な微細形状を測定できるアルゴリズムを開発した.さらに,テストターゲットによる検証実験を行い,開口部分の振幅のコントラストを空間周波数ごとに計算し,MTF曲線を超解像前と超解像後で比較することによって,超解像後では高空間周波数の開口においてコントラストが高く,鮮鋭度が改善されることを示した.
自然免疫・獲得免疫バランスからみた外傷患者における免疫応答制御メカニズムの解明

広範囲熱傷受傷後にはパターン認識受容体の一つであるインフラマソームが活性化し、炎症を起こすと同時に、制御性T細胞の活性化がおこり免疫の抑制を開始する。これらは炎症性のサイトカインであるIL-6および抗炎症性のサイトカインであるIL-10が放出されことからも支持された。インフラマソームの活性化および制御性T細胞の活性化の機序には自らの細胞が崩壊したときに出る物質であるHMGB-1など増加が関与している可能性がありそうである。現在のところこれらの活性化が生命予後並びに臓器不全に与える影響に関して有意な結果を得るには至っていない。我々は、重症外傷患者の免疫応答を自然免疫・獲得免疫バランスの観点から解明するための臨床観察研究を行っている。以下の2点に絞り研究を進めている。1重症熱傷患者において、自然免疫系の指標としてインフラマソーム活性、獲得免疫系の指標として制御性T細胞の活性を経日的に評価し、両者のバランスと重症化との関連を明らかにする。2血液中の自己由来抗原である(DAMPs)び外来由来抗原である(PAMPs)を経時的に評価し、インフラマソームおよび制御性T細胞の活性バランスとの関連性を明らかにする。はじめに、ヒト検体のインフラマソームおよび制御性T細胞の活性の測定系を確立した。現在までに重症熱傷患者様8症例から、44検体が集まり、受傷後にインフラマソームが活性化することは少しずつ明らかになってきている。また、白血球、特に好中球の経時的な数量の変化はダイナミックであることが分かってきた。DAMPsとして考えられている血中尿酸値は生体反応に大きく影響を及ぼしていないようであるが、その他のDAMPsやPAMPsは検体数が集積し次第、一斉に解析する予定であり、現在は凍結保存されている。DAMPsは年々新たなものが報告されてきており、国内および国外における共同研究も視野に入れている。体表面積20%以上の重症熱傷患者に焦点を絞り臨床研究を進めており、患者様の協力により生存群、死亡群ともにエントリーされてきているため、本年度これらを解析することにより、重症外傷の免疫応答のメカニズムの解明から、生命予後に及ぼす影響まで明らかにしていく予定である。本研究の目的は、重症外傷患者の免疫応答を自然免疫・獲得免疫バランスの観点から解明し、新しい治療戦略の可能性を見出すことである。そのために以下の2点に焦点を絞り、臨床研究を進めた。1重症外傷患者において、自然免疫系の指標としてインフラマソーム活性、獲得免疫系の指標として制御性T細胞(Treg)活性を経日的に評価し、両者のバランスと重症化との関連を明らかにすること。2血中alarmins(HMGB-1, HistoneH3)を経時的に評価し、インフラマソームおよびTregの活性バランスとの関連性を明らかにすること。現在までに30例の登録があり、重症熱傷を受傷した後にインフラマソーム及びTregの活性が増加することが分かった。alarminとしてはHMGB-1およびHistoneH3が受傷早期に上昇することが示された。またインターロイキン6、インターロイキン10の上昇も認められた。死亡症例が少なく、これらの因子が直接予後に及ぼす因子を解明することは現時点では困難である。しかし多臓器不全への発展とは相関があり、今後の病態解明の糸口になると思われた。現在詳細にデータを検討中であり、今後学会発表および紙上報告していく予定である。体表面積20%以上の広範囲熱傷の患者をすでに8例登録している。測定系も確立されているため、本年度は引き続き検体を収集すると伴に、サンプルを測定し、解析する。外傷免疫本研究では、生体の外傷および熱傷に対する通常反応の過程を解析しているものであり、今後は本研究で明らかになったことを用いて、治療介入の決定を論理的に構築し、生体反応を観察しながら適切な治療を適切なタイミングで行える指標の作成をしていくことである。
鋼Ｉ桁フランジ垂直座屈の発生要因と力学モデル

本研究の目的は、実橋梁に近い大きさを持つ鋼桁について、実際の設計に用いる荷重に近い荷重条件のもとで数値解析を行い、垂直座屈が発生する条件や垂直座屈挙動の詳細を調べるものである。研究の結果、これまで得られた座屈モードに加え、フランジが高次のモードで変形している。また、フランジのねじれを拘束したところ、本来、ねじれ座屈が発生したモデルであっても垂直座屈が発生した。このことは、床版による座屈抑制効果が期待できないことを意味している。Timoshenkoの式におけるバネ定数を求めたところ、モデルの条件にはほとんど依存せず、フランジ厚に対しほぼ一つの直線で表すことができた。本研究の目的は、曲げを受ける鋼I桁上フランジの垂直座屈について、(1)その発生メカニズムや垂直座屈強度を支配する要因を数値解析により調べ、(2)フランジ垂直座屈の力学的モデルを提案し、(3)慣用の照査式に替わる照査式の考察することである。26年度は、数値解析により(1)を主に行ったほか、(2)について、その準備的な研究を行った。(1)では、まず、垂直座屈に関するBaslerの照査式を検討した。Baslerは、フランジ垂直座屈が一種の腹板の座屈であると考え、腹板の幅厚比をもとにした照査式を提案している。しかし、これまでの結果を検討した結果、垂直座屈の発生は幅厚比に無関係であった。Baslerは、垂直座屈発生時、腹板が、その上下方向ほぼ全体にわたって変形すると仮定している。しかし、本研究では、腹板は、その上部のみしか変形していない。これらの結果から、フランジ垂直座屈は腹板に依存しているのではなく、フランジそのものの座屈挙動に基づいた議論が必要であることが、(1)に関連して得られた実績である。(2)の力学的モデルについては、本研究ではTimoshenkoの弾性床上の柱のモデルを用いることを考えている。フランジを弾性床上の柱でモデル化する場合、そのバネ定数が問題となる。26年度はそのバネ定数決定の資料とするため、(1)で得られた解析結果からバネ定数を逆算した。垂直座屈発生時にフランジに生じる圧縮力をもとに、垂直座屈強度を求めたところ、その強度は、腹板の幅厚比によらず、フランジ厚さに対してほぼ線形に変化した。その垂直座屈強度をもとにバネ定数を求めたところ、同様に、幅厚比によらず、フランジ厚さに対してほぼ線形に変化した。27年度以降は、ここで得られたバネ定数の値を参考に、フランジ垂直座屈の力学モデルを決定することとなる。本研究の目的は、曲げを受ける鋼I桁上フランジの垂直座屈について、(1)その発生メカニズムや垂直座屈強度を支配する要因を数値解析により調べ、(2)フランジ垂直座屈の力学的モデルを提案し、(3)慣用の照査式に替わる照査式を考察することである。27年度は、引き続き(1)を行ったほか、(2)について、Timoshenkoのモデルの適用についての考察を行った。また、(3)については、その準備的な研究を行った。(1)では、現実に架設された鋼橋をもとにしたモデルに対し、前年度と同じく数値解析により、垂直座屈の発生の有無、発生する場合の座屈強度などを調べた。本研究は、過去の実験で予期せぬ垂直座屈が発生したことが契機となっていたため、これまでの解析モデルは、いずれも実験用模型を基に、かなり小さなものを設定していた。そこで、27年度は、実際に架設された橋梁のデータを基に解析モデルを設定した。解析の結果、実際の橋梁でも垂直座屈が発生しうること、その発生位置は、実験用モデルで観察された位置と異なる場合もあることが確認された。(2)のTimoshenkoのモデルについては、その中で必要となるバネ定数を求めるための準備として、前年度と同様に、(1)で得られた解析結果からバネ定数を逆算した。その結果、バネ定数は桁高には依存せず、腹板の上部のみが関わっているらしいことが確認できた。また、26年度に実施した実験用模型を基にした小さなモデルの場合と同じく、実橋サイズのモデルでも、バネ定数の値はフランジ剛度と線形の関係があることが確認できた。以上のことから、垂直座屈については、Timoshenkoのモデルを適用する場合、腹板全体を単純にバネに置き換えるのではなく、その上部のみの変形性状とフランジ剛度からバネ定数を求める必要があることが分かった。これが上記(3)に関する結果に該当する。研究実績の概要で述べた研究目的の(1)(3)それぞれについて達成度を説明する。(1)については、27年度は特に、解析モデルの大きさを実橋梁にあわせ、現実に架設される桁でも垂直座屈が起こり得るか調べた。具体的には、橋梁関係企業の技術者から実際に架設された橋梁のデータを入手し、それをもとにモデルを作成した。解析の結果、実橋梁でも垂直座屈の発生することを確認した。その発生箇所は、小型模型の場合は桁の中央パネルのみであったが、実橋梁ではそれに隣接するパネルで発生する場合が見られた。以上のことから、実橋梁においても垂直座屈挙動を支配する要因がある程度分かってきた。これらのことから、(1)に関しては、達成しつつあると考えている。

(2)については、(1)の解析結果などから判断し、フランジ垂直座屈をTimoshenkoの弾性床上の柱の座屈でモデル化すること自体は適切であると判断した。ただし、Timoshenkoのモデルで必要となる弾性床のバネ定数については、その扱いが、まだ定まっていない。実橋梁について、前年度と同様にバネ定数を逆算し、そのバネ定数の値をフランジ厚に対してプロットすると、桁高、桁長(曲げモーメントの大きさ)、腹板の鋼種等に関わらず、ほぼ1本の直線で近似できることがわかった。以上のことから、(2)に関しては、目標の70%程度まで達成できたと考えている。(3)については、(2)の成果を元に、今後、必要な照査式の提案について考察を進めることとなる。最も重要となるバネ定数の決定について、鋼種や桁高とは無関係に1本の線で近似できる可能性が分かったため、今後はこのバネ定数の値を有するバネのモデルを考察することとなる。以上のように、27年度は、26年度の成果を踏まえて研究が進んでいると考えているため、概ね順調と判断した。本研究の目的は、実橋梁に近い大きさを持つ鋼桁について、実際の設計に用いる荷重に近い荷重条件のもとで数値解析を行い、垂直座屈が発生する条件や垂直座屈挙動の詳細を調べることである。研究は、橋梁会社から提供を受けた、実際に架設された鋼桁をもとに設定したモデルについて行った。結果は、研究代表者の清水らが過去に行った実験の結果や、その実験用模型をもとに設定した比較的小さな数値解析モデルに対する結果と比較した。その結果、これまで得られた、実験区結果とほぼ同様の座屈モードに加え、フランジに座屈半波が複数生じる、高次の座屈モードによる変形も確認された。また、垂直座屈ではなくフランジねじれ座屈が発生したモデルについて、フランジのねじれを拘束したところ、本来のねじれ座屈ではなく、垂直座屈が発生した。一般に、道路橋に用いられる鋼I桁では、上フランジは、床版により座屈が拘束されるため座屈は発生しないとされている。しかし、フランジ垂直座屈は、上フランジが床版から離れ、沈下する座屈変形を呈するため、床版による座屈抑制効果が期待できない。また、垂直座屈は、フランジねじれ座屈に比べ、座屈発生後、桁の耐荷力が極めて急速に低下することが、この研究から明らかになっている。上記の結果は、鋼I桁の設計において、フランジ垂直座屈に対しても注意を払うことの必要性を示している。一方、フランジ垂直座屈では、フランジは、Timoshenkoにより提案された、弾性床上の柱の座屈でモデル化できると考えられる。この場合、弾性床に相当するばね定数が重要となる。本研究で、Timoshenkoの式におけるバネ定数を求めたところ、モデルの条件にはほとんど依存せず、フランジ厚に対しほぼ一つの直線で表すことができた。本研究の目的は、実橋梁に近い大きさを持つ鋼桁について、実際の設計に用いる荷重に近い荷重条件のもとで数値解析を行い、垂直座屈が発生する条件や垂直座屈挙動の詳細を調べるものである。研究の結果、これまで得られた座屈モードに加え、フランジが高次のモードで変形している。また、フランジのねじれを拘束したところ、本来、ねじれ座屈が発生したモデルであっても垂直座屈が発生した。このことは、床版による座屈抑制効果が期待できないことを意味している。Timoshenkoの式におけるバネ定数を求めたところ、モデルの条件にはほとんど依存せず、フランジ厚に対しほぼ一つの直線で表すことができた。研究実績の概要で述べた研究目的の(1)(3)それぞれについて達成度を説明する。
転写因子を用いた高効率in vivo 造血幹細胞分化誘導法

研究代表者はテラトーマ形成法と遺伝子導入法を組み合わせ、ヒトES/iPS細胞から高効率に造血幹細胞を分化誘導する方法の確立を試みた。研究代表者は研究期間内に1ヒトES/iPS細胞への候補遺伝子群の導入とテラトーマ形成、及び2ヒトCD34陽性細胞分画の解析を行った。1当研究室でヒト末梢血単核細胞から樹立したiPS細胞、及びWiCell Research Instituteより購入したヒトES細胞に申請書に示した候補遺伝子群を導入した。研究代表者はヒトES/iPS細胞をフィーダーフリー培養環境下で単一分散培養を行ない、遺伝子導入効率が90%以上と高い効率を示す方法を確立した。最もヒト細胞の生着の良いNOGマウスの下肢に遺伝子導入したヒトES/iPS細胞(100万細胞前後)を移植しテラトーマ形成を行った。コントロールとしてGFP発現ベクターを遺伝子導入した。また、遺伝子導入ベクターとしてエピソーマルベクターの利用の検討も行った。2テラトーマ形成後、テラトーマをマウス下肢より取り出し、トリプシン及びコラゲナーゼ処理を行なうことにより単一細胞にし、テラトーマ内のヒトCD34陽性細胞の分画をフローサイトメトリーで確認した。GFPを導入したヒトES/iPS細胞由来のテラトーマからはヒトCD34陽性細胞は確認できなかった。しかし、候補遺伝子導入群ではヒトCD34陽性細胞が低効率ではあるが確認された。
遺伝子操作と結晶構造解析による主要小胞体分子シャペロンER-60の機能解析

動物細胞の主要な小胞体分子シャペロンであるER-60とアルツハイマー病との関係を明らかにすることを目指して、マウス海馬の神経細胞でER-60を特異的にノックアウトさせたマウスを用いてアミロイドβペプチド(Aβ)の毒性を検討した。その結果、ER-60は神経細胞をAβペプチドの細胞毒性から防御する作用を有すること、ER-60のb-b'ドメインに防御作用があることが明らかとなった。b-b'ドメインとAβの複合体の結晶構造解析から、結合に重要なアミノ酸残基を同定するとともに、Aβとの結合は固定された様式ではなくフレキシブルな様式によることを明らかにした。1.ER-60-floxマウスにCre-アデノ随伴ウイルス粒子を接種して、脳神経細胞特異的ノックアウトマウスの作製に成功した。ER-60のノックアウト処理を行ったマウスの脳室内にアミロイドβペプチドを脳脊髄液に溶かして注射し、脳神経細胞への影響を検討した。アミロイドペプチドを注射して10日後に海馬でER-60欠損細胞のみが脱落することを明らかにした。さらに20日後には神経細胞のみならず、グリアを含めた海馬の一部が消失することを明らかにした。2.アミロイドβペプチドによる細胞死の致死機構を、ER-60-siRNAによりER-60をノックダウンさせたヒト培養細胞HEK293を用いて検討し、野生型ER-60のみならず、ER-60のb-b'ドメインの強制発現によりAβの毒性に対する抵抗性が回復することを明らかにした。さらに、b-b'ドメインの回復効果は小胞体内で発揮されていることを、細胞内局在性が異なる変異体の発現により予備的に見いだした。3.b-b'ドメインとアミロイドβペプチドの結晶構造解析から推定された結合領域のアミノ酸残基をアラニンに変異させたb-b'ドメイン12種の発現系を構築した。これらの変異タンパク質とアミロイドβペプチドとのBIACoreを用いた結合実験により結合に必須のアミノ酸残基2個を同定した。1. ER-60-floxマウスにCre-アデノ随伴ウイルス粒子を接種して、脳神経細胞特異的に内因性ER-60をノックアウトし、さらにラットのER-60を強制発現させたマウスの作製に成功した。ER-60ノックアウトマウスとこのマウスの脳室内にアミロイドβペプチドを脳脊髄液に溶かして注射し、脳神経細胞への影響を検討した。ノックアウトマウスではアミロイドβペプチドを注射して10日後に海馬でER-60欠損細胞のみが脱落するが、ラットER-60を強制発現させたマウスでは神経細胞死が抑制されることを明らかにした。2. ER-60-siRNAによりER-60をノックダウンさせたヒト培養細胞HEK293にER-60のb-b'ドメインを強制発現させるとアミロイドβペプチドの毒性に対する抵抗性が回復するが、この作用は小胞体で発揮されていることを明らかにした。すなわち、b-b'のN末端にシグナルペプチドを添付して小胞体に発現させた場合にはアミロイドβペプチドの毒性に対する抵抗性効果が発揮されるが、細胞質に発現させて場合には効果はみられなかった。3.平成25年度に明らかとなった結合に必須のアミノ酸残基2個をアラニンに変異させたリコンビナントb-b'およびアミロイドβペプチドとの複合体の結晶を地上および国際宇宙ステーション日本実験棟で作製した。作製した結晶の構造解析を行い、これらの変異体タンパク質の立体構造は野生型と同じであるが、アミロイドβペプチドが結合していないことを確認した。本研究は研究代表者が世界に先駆けて発見した動物細胞の主要な小胞体分子シャペロンであるER-60の生理的役割を解明し、ER-60とアルツハイマー病や脂質異常症などとの関係を明らかにすることにより健康科学への応用を目指すものである。平成26年度までに、マウス海馬の神経細胞でER-60がアミロイドβペプチド(Aβ)の毒性に対して緩和作用と重合化の抑制作用を有すること、ER-60の抑制作用を有するb-b'ドメインとAβとの複合体の結晶構造解析によりb-b'ドメインのD153とT121がAβとの結合に重要であることを明らかにした。しかし、これらのアミノ酸残基を欠失させてだけではAβの結合能が完全に失われることはなく、他のアミノ酸残基も介在している可能性が明らかとなった。また、国際宇宙ステーション「きぼう」日本実験棟のタンパク質結晶生成装置にて微小重力環境下で結晶を作製することで大幅な分解能の改善が見られ、得られた解析データセットはアミノ酸残基のフィッティングに十分な分解能であったにもかかわらず、結合領域と推定される領域に水とは異なる不明確な電子密度が観察されたものの、Aβを明確に特定できる電子密度が観察されなかった。そこで、Aβの結合領域に存在する他のアミノ酸残基の変異タンパク質を作製し、それらのb-b'ドメインへの結合能と複合体結晶構造解析との関係を比較検討した。その結果、Aβとの結合親和性が低い変異b-b'の結晶では不明瞭な電子密度が観察されず、一方結合親和性が高い変異b-b'の結晶では再び不明瞭な電子密度が観察された。以上の結果から、ER-60はb-b'領域でAβと1対1のモル比で結合することによりAβのポリマー形成を妨げることでその毒性発現を抑制すること、Aβとの結合は固定された様式がなくフレキシブルな結合様式によることが明らかとなった。

動物細胞の主要な小胞体分子シャペロンであるER-60とアルツハイマー病との関係を明らかにすることを目指して、マウス海馬の神経細胞でER-60を特異的にノックアウトさせたマウスを用いてアミロイドβペプチド(Aβ)の毒性を検討した。その結果、ER-60は神経細胞をAβペプチドの細胞毒性から防御する作用を有すること、ER-60のb-b'ドメインに防御作用があることが明らかとなった。b-b'ドメインとAβの複合体の結晶構造解析から、結合に重要なアミノ酸残基を同定するとともに、Aβとの結合は固定された様式ではなくフレキシブルな様式によることを明らかにした。平成26年度の研究で、ER-60の存在がアミロイドβペプチドによる海馬での神経細胞の脱落を抑制していることを証明することができた。また、細胞レベルではER-60の細胞内局在場所である小胞体でアミロイドβペプチドの毒性を抑制していることを明らかにした。アミロイドβペプチドの毒性をER-60のb-b'領域だけで抑制することができることから、in vitroで明らかにしてきたb-b'領域とアミロイドβペプチドとの結合を介して毒性を抑制していると考えられる。そして、アミロイドβペプチドとの結合に必須のb-b'のアミノ酸残基を結晶構造解析から示すことができた。以上のように、本プロジェクトは順調に進展していると考えている。27年度が最終年度であるため、記入しない。食品生化学1.小胞体機能に対するER-60欠損の影響をタンパク質の立体構造形成に関わる分子シャペロン量などを比較することで明らかにしていく。2. ER-60のAβ重合化阻害機構を解明するために、さらに精密化した変異b-b'とAβ複合体の結晶構造解析を進める。3.ER-60の脳での発現量と糖尿病、肥満、睡眠と加齢などのADのリスク因子との関係を解明することを目的に、リスク因子を持つモデルマウスを用いて検討する。個体の脳には複数のアミロイドβペプチドクリアランス系が存在していると考えられる。したがって、系からのアミロイドβペプチドのクリアランスが期待できない培養細胞系で見いだされたER-60量の低下がアミロイドβペプチドの毒性に対する抵抗性を低下させるという現象が、個体の脳神経細胞で再現される可能性は未知であった。平成25年度の研究で、ノックアウトマウスの海馬で神経細胞が脱落するだけでなく海馬の組織が破壊されるという予想以上の結果が得られ、本研究を今後推進していく目途がたった。さらに、アミロイドβペプチドとの結合に関わるER-60のb-b'領域のアミノ酸残基を絞り込むことができ、ER-60の機能の分子機構解明に一歩迫ることができた。これらのことから、本プロジェクトは順調に進展していると考えている。他の研究費で人件費を出費することができたため、人件費が予定額よりも下回った。一方、計画していたノックアウトマウスの実験が順調に進んだため組み換え実験を多く行い、物品費の支出総額が当初の予定よりも多くなったが、全体としては予定額を下回った。当初の研究計画通りに研究を推進する。1.ノックアウトマウスにER-60を強制発現させアミロイドβペプチドに対する抵抗性を検討する。2.小胞体機能に対するER-60欠損の影響をタンパク質の立体構造形成に関わる分子シャペロン量などを比較することで明らかにしていく。
ソフトウェア無線の概念に基づくアダプティブアレーアンテナに関する研究

本研究では、ソフトウェア無線(Software Radio)において、第1に、アダプティブアレーアンテナにより、環境や応用に応じてソフトウェアを組み替えることにより万能化、適応化する理論を構築し、第2に、このようなソフトウェア制御による万能・適応アンテナを含む無線通信システム全体のソフトウェア制御による「万能と適応」という観点に基づくシステム設計の基礎理論として、空間・時間領域における通信理論、信号処理および学習理論を体系化し、第3に、その実現性を実験的に検証することを目的として問題整理、方式検討・解析を行った。具体的には、(1)ソフトウェア無線システム全体のモデル化、(2)ソフトウェアとハードウェアの互換性とバランスの検証、(3)ソフトウェア無線の対象とする通信環境および通信方式のモデル化、(4)アダプティブアレーアンテナを用いた空間・時間領域送受信機のための適応通信路符号化、復号法並びに適応アルゴリズムの考案、(5)アダプティブアレーアンテナによる空間・時間領域における適応信号処理能力を利用するための環境学習アルゴリズムの考案、(6)ソフトウェア無線機のためのCDMAセルラシステムの周波数利用効率改善方式の考案、(7)マルチメディアCDMA移動通信システムへの応用を前提としたソフトウェア無線のための広帯域アダプティブアレーアンテナとその要素技術の考案、(8)ソフトウェア無線機の適応環境能力を利用するための環境学習(変調、符号化などの通信方式及び使用帯域の自動推定)アルゴリズムの考案と性能評価、(9)ソフトウェア無線機の適応環境能力を効果的に実現するアダプティブアレーアンテナを中心とする構成法の考案、(10)マルチメディアCDMA移動通信ネットワークへの応用を前提としたアルゴリズム、構成法の理論的解析による具体的な性能評価、(11)複数の移動通信スタンダードに対応するマルチモード送受機の構成法の考案と性能評価、(12)アダプティブアレーアンテナのソフトウェア実験系の製作、(13)ソフトウェア無線機のためのアダプティブアレーアンテナの実験的性能評価などを行った。具体的には、1.理論的な問題整理:(1)ソフトウェア無線システム全体のモデル化;研究対象となるソフトウェア無線システムの送信、通信路、受信にわたる全体、および各部の果たすべき役割、解決すべき問題を定式化し、理論的な検討の土台となるモデル化を行った。また、一対に送受信システムばかりではなく、更にネットワークとしてのソフトウェア無線のモデル化を検討した、(2)ソフトウェアとハードウェアの互換性とバランスの検証;実用化において重要なシステムの複雑さを議論するために、ソフトウェア無線システムを実現するハードウェアとソフトウェアの間の互換性、すなわち互いに置き換え可能な機能と不可能な機能を明確にし、それらのバランスを検討し、100%ソフトウェア化への道を探った、(3)ソフトウェア無線の対象とする通信環境および通信方式のモデル化;ソフトウェア無線で適応的に対処する通信路をモデル化すると共に、応用や目的に応じて多様に存在する最適な変調方式、符号化復号方式などの通信方式全般をモデル化した。これにより、ソフトウェアで処理する対象を明確にした。特に、アダプティブアレーアンテナに基づく空間・時間領域における信号処理の解析や最適化の準備として、無線通信路を空間・時間的変動を考慮してモデル化を行い、各種方式の考案の基盤とした。

2.方式検討と理論解析:ソフトウェア無線機の実現という視点から、これまで研究してきたアダプティブアレーアンテナによる空間・時間領域による通信理論、信号処理理論を、あらゆる通信環境や目的、応用に対応できる「万能と適応」の視点で拡張する研究として、(1)アダプティブアレーアンテナを用いた空間・時間領域送受信機のための適応通信路符号化、復号法並びに適応アルゴリズムの考案、(2)アダプティブアレーアンテナによる空間・時間領域における適応信号処理能力を利用するための環境学習アルゴリズムの考案、(3)ソフトウェア無線機のためのCDMAセルラシステムの周波数利用効率改善方式の考案、(4)マルチメディアCDMA移動通信システムへの応用を前提としたソフトウェア無線のための広帯域アダプティブアレーアンテナとその要素技術の考察を行なった。次に、アダプティブアレーアンテナの空間・時間の理論に基づき通信環境、応用目的、要求仕様に応じて最適な送受信無線システムを設計する技術の導出および、更に通信環境などを自己学習する理論と技術を考案することにより、これらを組み合わせて、環境に適応してソフトウェア的に最大性能を発揮する適応的万能無線システムを構成する方法を構築した。具体的には、(5)ソフトウェア無線機の適応環境能力を利用するための環境学習(変調、符号化などの通信方式及び使用帯域の自動推定)アルゴリズムの考案と性能評価、(6)ソフトウェア無線機の適応環境能力を効果的に実現するアダプティブアレーアンテナを中心とする構成法の考案構成法の理論的解析による具体的な性能評価などを行なった。本研究では、前年度までの研究成果をもとに、アダプティブアレーアンテナを中心としたソフトウェア無線機全体の構成法を総合的に研究すると共に、理論を実験的に確認するために、アダプティブアレーアンテナをハードウェアとソフトウェアで構成するディジタルビームフォーマを試作し、その過程で得られる経験を理論の改善に反映させ、方式検討・解析を行った。1.方式検討と理論解析:アダプティブアレーアンテナの空間・時間の理論に基づき通信環境、応用目的、要求仕様に応じて最適な送受信無線システムを設計する技術の導出および、更に通信環境などを自己学習する理論と技術を考案することにより、これらを組み合わせて、環境に適応してソフトウェア的に最大性能を発揮する適応的万能無線システムを構成する方法を構築した。具体的には、(1)ソフトウェア無線機の適応環境能力を利用するための環境学習(変調、符号化などの通信方式及び使用帯域の自動推定)アルゴリズムの考案と性能評価、(2)ソフトウェア無線機の適応環境能力を効果的に実現するアダプティブアレーアンテナを中心とする構成法の考案、