hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
血中微小癌細胞の再発因子としての有用性の検証:食道癌における多施設前向き臨床研究

これら分析結果を受け、グループ内で試験の継続につき協議がもたれ、8月24日に試験の終了が決定された。その後、分析方法の妥当性について検討が加えられた。既に昨年報告したようにSCC、CEAに関する定量的PCRについては、癌細胞から直接抽出したRNAを鋳型にした基礎実験から、問題ないものと結論付けられている。分析元のBML社に原因についての調査を依頼したが、原因を明らかにすることはできなかった。特に、CEAを標的にした血中微小癌細胞分析は既に多くの施設で行われており、BML社においても他施設からの委託で実施している。その胃癌を対象とした分析では約半数の症例において陽性に出ているとの報告を受けた。平成20年3月に、BML社にCEA分析を委託している施設に血液試料の採取法などにっき、直接出向いて調査を加えた。しかしながら、動脈血採取と動脈血採取の違い以外の明らかな相違は見出せながった。腹腔内に存在する腫瘍は理論的に大静脈血、動脈血、末梢静脈血の順に循環し、動脈血採取が本試験において陽性例が得られなかった原因とは考えにくい。【今年度の計画】本研究で陽性例が得られなかった原因として検体の搬送に伴う血液検体の劣化(RNAの分解)が最も疑わしい。現在、RNaseによるRNA分解を避け、全血からRNAを効率に抽出する医療用試験管が市販されている(パクスジーンRNA採血試験管)。ご許可願えるなら、こめ専用採血管を用いて、血行性転移をもっている食道癌患者(6名程度)を分析することにより、血中癌細胞分析の信頼性を確認したい。【前年度までの概略】本研究は、根治切除可能な食道癌患者を対象に、血中癌細胞と予後との関連を多施設共同臨床試験として調べるものである。平成19年度までに参加4施設から計20症例が登録されPCR法による患者血液の分析が行われた。しかし、全20例において有意な腫瘍特異的mRNAが検出されたものはいなかった。【平成20年度の実績】上記結果を受け、平成20年度は分析方法の妥当性、特に血液検体の保存と搬送における問題点の有無を明らかにすることに充てた。遠隔転移を生じている食道扁平上皮癌患者2名の末梢血液を採取し、パクスジーンRNA採血試験管(RNaseによるRNA分解を避け、全血からRNAを効率に抽出する医療用試験管)に入れ一晩冷所保存した。その後、当施設でtotal RNAを抽出し、前述の臨床試験と同様に、CEAを標的にした定量的PCR法により血中微小癌細胞分析を行った。その結果、2例いずれにおいても有意なCEA mRNAの検出を認めることは出来なかった。【解釈と結論】RNA抽出用専用試験管の使用においても、血行性転移をもつ食道扁平上皮癌患者の末梢血から腫瘍特異的mRNAを検出することが出来なかった。我々の過去の研究においては、患者全血から分離した白血球分画からRNAを抽出しており、この癌細胞含有分画の濃縮の有無が分析結果に影響を与える可能性が高いと思われた。臨床検査として広く微小癌細胞測定を行うには、全血で保存、輸送する必要があり、この点における技術的革新が血中癌細胞分析の臨床応用に必要不可欠と思われる。
多彩なパルス系列を有する積分発火系ネットワークの解析、合成、情報通信への応用

・複数入力が印加できる簡素な積分発火型発振器(IFO)を提案し、それの呈する現象解析法を構築した。そして、単一入力系では生じ得ないパルス間隔分布に関する共振現象をはじめとする様々な興味ある現象を解析した。・IFOをパルスで結合したネットワーク(PCNN)を構成し、これが呈する基本的な同期現象を分類し、その同期現象が発生するパラメータの条件を解明した。・PCNNの同期現象と情報分類機能の関係を考察し、PCNNによるパルス間隔変調を用いた多重通信システムの基本形を構築した。・2つの状態変数を持ち、カオスを含む様々なパルス系列を出力する自律系スパイキングカオス発振器(SCO)を提案し、これが呈する基本分岐現象を解明した。・SCOの結合系の呈する様々な同期現象を分類し、その同期現象が発生するパラメータの条件を解明した。・電圧制御電流源とキャパシタを基本とする、PCNNおよびSCOの簡素な実装法を提案し、試作回路によって典型的な現象を確認した。人工ニューロンモデルである積分発火系(IFM)と、それをパルス信号によって結合したネットワークについて、系の呈する基本現象、系の有する機能、応用のための回路構成、等について考察し、以下のような成果を得た。・周期入力が印加されたIFMの出力パルス系列のダイナミクスのリ理論解析法を確立した。特に周期現象については、状態の離散化による計算機を用いた高速高精度の解析法を確立した。これらの手法を用いて、共振現象、周期現象、カオス現象等の発生メカニズムを解明した。また、これらの現象に関連した量子化機能や認識機能等をもたせる方法の基礎を固めた。・IFMをパルス信号で結合したネットワークの基本構成法を確立し、系の呈する各種同期現象を分類し、現象発生の基本メカニズムを解明した。また、各種同期現象に関連した分離機能や情報圧縮機能をもたせる方法の基礎を固めた。・MOSトランジスタを基本とする系統的な回路実装法を構築し、基本的な回路を試作した。そして、試作回路によって典型的な現象を確認した。●複数入力が印加できる簡素な積分発火型発振器をパルスで結合したネットワーク(PCNN)を構成し、これが呈する基本的な同期現象を分類し、その同期現象が発生するパラメータの条件を解明した。●2つの状態変数を持ち、カオスを含む様々なパルス系列を出力する自律系スパイキングカオス発振器(SCO)を提案し、これが呈する基本分岐現象を解明した。●SCOの結合系の呈する様々な同期現象を分類し、その同期現象が発生するパラメータの条件を解明した。●電圧制御電流源とキャパシタを基本とする、PCNNおよびSCOの簡素な実装法を提案し、試作回路によって典型的な現象を確認した。
統合自由エネルギープロファイル解析に基づく革新的分子設計と反応制御法の開発

酵素反応の反応メカニズムを理解し制御することは極めて重要な課題である。本研究では、耐性菌が産生する抗生剤分解酵素カルバペネマーゼの分解反応に対して、高速かつ高信頼性を有する計算手法である応答核を用いて反応経路最適化を行い、周辺残基からの寄与を明らかにする。また、機械学習を活用した構造揺らぎを含む多次元統合解析を行い、活性化障壁の支配因子に基づく分子設計と反応制御を目指す。反応の自由エネルギープロファイルを解明するとともに、分解を抑制する分子設計と反応制御を目指す。
細胞や組織に適した光増強基板を利用した新規ラマン散乱分光法の開発

ラマン散乱分光法は,試料を構成する分子の分子振動に基づき,細胞や組織を非染色的にイメージングできる手法として有用である.しかし,従来のラマン散乱分光法は,ラマン散乱光が非常に微弱であるため測定時間がかかり,かつ分子感度が低いという問題があった.そこで本研究では,光増強基板によるラマン光の増強効果を援用した新規なラマン散乱分光法を開発し,細胞・組織の光増強イメージングを行った.その結果,光増強基板を用いることで生体組織を高い増強度でラマンイメージングできることが明らかとなった.また,神経組織,骨格筋組織,結合組織,脂肪組織などの様々な生体組織を選択的に可視化できることを明らかにした.光増強基盤を用いた細胞・組織イメージングを実現するため,まず光増強基板を用いた場合の各種細胞,組織のスペクトルデータベースの作成を行った.その結果,各細胞,各組織に特徴的なラマンスペクトルを得ることに成功した.また,その時の増強度は,優位に増加していた.次に,増強ラマンスペクトルによる分子の同定を行った.その結果,ナフタレンチオール,ポリエチレングリコール等は,通常のラマン散乱と同様に分子を同定することが可能であることが明らかとなった.しかし,他の組織を構成する分子等では,通常のラマンスペクトルと異なることが明らかとなり,今後もさらなる検討を進めていく.本年度は,光増強基盤を用いた基礎的分子のラマンスペクトルの取得,分子の同定,および細胞・組織イメージングを実現した.以上のことから,平成27年度研究実施計画に沿っておおむね進展していると考える.蛍光およびラマン散乱のプラズモン増強を日常的な分析方法に導入するため、光増強基盤を用いた細胞・組織イメージングの開発を行った。つまり、表面増強現象が近接場near-fieldでしか生じないという性質はその用途の可能性を決定的に制限するため、この制限を克服する目的で粒子の表面プラズモンとバルク材料中の分子との間の共鳴カップリングを伝達することによって遠視野far-fieldプラズモン増強を試みた。まず、このプラズモン増強が、厚さ100nm以上の柱状構造のシリカ膜で保護されたAgナノ粒子島によって生じ、バルクフィルム内において数10mΩの距離で共鳴カップリングの移動が起こることを確かめた。生体組織の解析アルゴリズムの開発を行った。平成27年度の成果により明らかなように,通常のラマンスペクトルと本手法で得られる生体組織のラマンスペクトルに相違が見られたので、各組織を特徴づけるラマスペクトルの検討を行い,それらを効果的に判別するアルゴリズムの検討を行った。その結果,ラマンスペクトルの指紋領域(ー2000 cm-1)において,神経組織,筋組織,結合組織,脂肪組織等で特徴的なラマンバンドを見出すことに成功した。これらの違いが顕著な領域を関心領域とし,主成分分析などの多変量解析を行うことで,各組織を選択的にイメージングできることが明らかとなった。次に,生体組織のex vivoイメージングを行った。試料には,ラットから採取した心臓組織,および胃組織を用いた。その結果,ex vivo環境下でも組織からの増強されたラマンスペクトルを得ることができた。以上のことから,本研究では光増強基盤を用いた細胞・組織イメージングの基礎的検討を行い,その測定方法,解析アルゴリズム等を確立することができた。ラマン散乱分光法は,試料を構成する分子の分子振動に基づき,細胞や組織を非染色的にイメージングできる手法として有用である.しかし,従来のラマン散乱分光法は,ラマン散乱光が非常に微弱であるため測定時間がかかり,かつ分子感度が低いという問題があった.そこで本研究では,光増強基板によるラマン光の増強効果を援用した新規なラマン散乱分光法を開発し,細胞・組織の光増強イメージングを行った.その結果,光増強基板を用いることで生体組織を高い増強度でラマンイメージングできることが明らかとなった.また,神経組織,骨格筋組織,結合組織,脂肪組織などの様々な生体組織を選択的に可視化できることを明らかにした.現在のところ,おおむね順調に研究が進展していると考えている.そのため,今後は当初の研究計画を踏襲して,光増強基板を用いたラマン散乱分光法による組織解析アルゴリズムの開発を行う.また,それを用いた新たな組織診断法の確立へ繋げていく.生体医工学・生体材料学予定していた物品が今年度に間に合わなかったため。光増強基板用薬品、細胞・動物実験用薬品等、研究に伴う費用として使用予定
フィリピン マニラにおけるレプトスピラ症の病態解明と包括的マネジメント法の確立

レプトスピラ症は、熱帯地の開発途上国で、特に貧困層に多くみられる人畜共通感染症であり、重症例の死亡率は20%以上と極めて高い。しかし、重症レプトスピラ症に対する有効な予防法および治療法はいまだ確立されていない。本研究では、フィリピン・国立感染症病院で前向きサーベイランスと入院コホート研究を行うことを目的としている。また、これにより、1レプトスピラ症の重症化要因の特定、2効果が期待される治療法の予後改善効果と費用対効果の検証を行い、これらに基づいて3低所得国の限られた医療資源のなかで実現可能な、包括的臨床マネジメント法を確立し、蔓延地域における、重症レプトスピラ症患者の予後改善に貢献することを目指している。平成30年度は、6月より研究復帰し、フィリピン国立感染症病院であるサンラザロ病院にて、病院ベースの前向きサーベイランスを開始した。具体的なサーベイランス手法としては、サンラザロ病院に入院したレプトスピラ症疑い患者をリクルートし、患者同意を確認の上、臨床情報を入院カルテより抽出した。また検体として、患者より血液検体と尿検体を採取している。サンラザロ病院の長崎大学ラボにて、これらの患者検体を用いて、レプトスピラ症の診断として血清診断およびLAMP/PCRを用いた遺伝子診断の実施を開始し、顕微鏡下凝集試験(MAT)に関しては他施設と協力の上行う予定としている。サーベイランスの実施期間としては2年を予定している。平成29年5月21日ー平成30年6月10日まで産前産後休暇・育児休暇を取得したため、当初平成30年1月に開始する予定であった前向きサーベイランスの開始が遅れた。サーベイランスは2年間の予定であり、令和2年度まで延長して行う予定としている。サーベイランス終了後に、データの解析と論文および学会発表を行う予定としている。平成31年4月10日より産前産後休暇中で一時的に研究を中断している。復帰後は、サンラザロ病院内長崎大学研究検査室にて、レプトスピラ症患者における病院ベース前向きサーベイランスは引き続き行う予定としており、サーベイランス終了後にそれまでのデータを用いて研究を再開する予定としている。平成29年度は、フィリピン国立感染症病院であるサンラザロ病院にて、病院ベースのサーベイランス開始のための準備を行った。具体的には、サンラザロ病院の微生物検査室にある長崎大学熱帯医学研究所の共同研究室にて、レプトスピラ症検査の強化を行った。平成29年度は出産育児休暇を取得したため現在研究中断となっているが、今後入院コホート研究を行う予定としており、平成30年度以降に、実際のスタートに向けて機器や設備の充足や人員雇用を行う予定としている。また、2011年から2013年にアウトブレイク時におけるレプトスピラ症疑い患者の前向きコホート研究を以前に行ったが、その時のデータを利用して、今回新たに共同研究者と共に重症化予後モデルを構築し、国際誌での論文発表を行った。平成29年5月21日より産前産後休暇・育児休暇を取得したため。

サーベイランスは2年間の予定であり、令和2年度まで延長して行う予定としている。サーベイランス終了後に、データの解析と論文および学会発表を行う予定としている。平成30年6月11日より研究再開予定であり、平成29年度に行う予定であった研究計画を引き続いて行う予定である。長崎大学熱帯医学研究所、サンラザロ病院の倫理委員会に研究計画書を提出し、平成31年1月から前向きサーベイランスと臨床検体採取を開始する予定である。同時に臨床検体の処理と保存を開始する。そのために、サンラザロ病院臨床検査室での必要な機材の設置やリサーチナースの確保、臨床検査技師の診断技術トレーニングを行う予定である。平成31年4月10日より産前産後休暇中で一時的に研究を中断している。復帰後は、サンラザロ病院内長崎大学研究検査室にて、レプトスピラ症患者における病院ベース前向きサーベイランスは引き続き行う予定としており、サーベイランス終了後にそれまでのデータを用いて研究を再開する予定としている。平成29年度に産休・育休を取得したため、当初予定していたフィリピン国立感染症病院サンラザロ病院にてレプトスピラ症疑い患者のコホート研究を開始することができなかった。平成30年度に再開後に、コホート研究に必要な臨床検査室の機器の設置やリサーチナース等の人員雇用を行う予定としている。平成30年6月まで産休・育休を取得したため、前向きサーベイランスの開始が遅れており、サンラザロ病院の長崎大学ラボに購入予定であった研究機器の購入が出来ていない。また研究者がフィピリン渡航予定であったが、平成30年度内に行えなかったため、研究再開後に行う予定としている。
アジア地域における主観的および客観的指標を用いた転倒リスク評価法の開発

転倒・骨折は、老年症候群の中でも、高齢者の要介護の主要な原因である。高齢者が地域で健やかな生活を過すためにも転倒予防は重要な課題である。本研究は、2年間において、本邦高知県T町と京都市有料老人ホーム及びブータンの高齢者を対象に、健診およびアンケート調査を実施し、転倒の要因について検討を行った。転倒関連因子は、日本では、日常生活機能、うつ傾向、主観的健康観であったあが、ブータンでは主観的な健康観が関連因子であった。地域によって転倒率は異なり、転倒の要因を検討する場合、対象の特性、あるいいは生活環境を考慮した転倒予測スコアの開発が重要であり、今後も検討が必要である。本研究では、転倒・虚弱リスク評価として従来用いられてきた質問紙による主観的な指標と、筋量や筋機能などの客観的な指標を考慮した新しい転倒スコアを開発することにある。対象は、10年の長期縦断研究の実績のある本邦地域(高知県T町・京都市の有料老人ホーム)とすでに協力関係の確立しているブータン周辺在住の高齢者とする。サルコペニア指標、ロコモティブシンドロームセルフチェック(ロコモチェック)、21項目転倒リスクスコア(Fall Risk Index:FRI)、生活機能、身体指標(身長・体重・腹囲など)、運動機能(Up&Goテスト、握力など)、ライフスタイル、抑うつなどについて現地の協力スタッフと協働で調査を行う。そして、サルコペニア指標、ロコモチェック、FRIを評価し、それぞれの関連と転倒発生の影響を横断的、縦断的に検討する。高知県T町:在住の75歳以上の高齢者(285名、平均年齢82.2歳)を対象に、健診と質問紙を用いた調査を行った。ロコモチェックロコモチェック表を用いた検討では、対象者の77%がロコモのリスクありという結果であった。ロコモのリスクがある人は、転倒既往の割合がに高く、生活機能スコアが低く、運動機能が低下していた。有料老人ホーム:有料老人ホーム入居高齢者(161名、平均年齢83.3歳)では、回答者のほぼ全員がロコモのリスクがあった。ロコモのリスクが高い高齢者に対しては、運動指導を行った。ブータン(ブムタン地域・サムテガン地域):ブータンにおいて在住高齢者400名について、現地スタッフと共同し、調査を実施した。また、健診会場に来れない高齢者に対しては、家庭訪問を実施した。結果について、現地スタッフ、保健省に報告し情報共有を行った。これまでの生かより、転倒がある高齢者は日常生活機能が低く、うつ傾向であり、主観的幸福感が低いという結果が得られており、高齢者が地域で健やかな生活を過すためにも転倒予防は重要な課題である。2014年度のT町在住の高齢者934名(平均年齢77.4歳)を対象としたアンケート調査の結果から、過去1年の転倒率は、26.9%であった。基本的な日常生活機能、老研式活動能力指標、うつ傾向、主観的な健康観が転倒と関連した。T町の健診調査では、台風の影響により予定が変更され、当初の予定とは異なる内容での健診となったが217名(平均年齢82.6歳)の参加を得た。2014年度にアンケート調査を行った有料老人ホーム入居者143名(平均年齢83.7歳)の過去1年の転倒率は26.6%であった。アンケート調査および健診に参加した高齢者61名(平均年齢82.3歳)において、サルコペニアと関連する歩行速度、筋肉量、握力は、転倒歴がある群と、転倒歴がない群では有意な差はなかった。2013年度のブータンのブムタン地域の高齢者216名(平均年齢73.0歳)を対象とした調査結果では、これまでのブータンで行われた高齢者健診結果より回答率の高い過去1か月の転倒を採用した。過去1か月の転倒率は12.5%であった。転倒に関連した項目は、主観的な健康度であった(p=0.04)。健診に参加した高齢者の多くは、健診会場に数時間かけて歩いて参加しており、歩行機能、日常生活機能などが比較的維持されていたためと考察する。地域によって転倒率は異なり、転倒の要因を検討する場合、対象の特性、あるいいは生活環境を考慮した転倒予測スコアの開発が重要であり、今後も検討を行っていく。地域看護学25年度においては、T町、有料老人ホーム、ブータンでの調査の目的を達成することができた。

昨年度の調査に引き続いて、本年度の調査日程は、有料老人ホーム(6月)、高知県T町(8月)とほぼ決まっている。また、ブータンでの調査計画についても交渉中である。これらの成果をまとめるため、解析を進めている。以上より、研究計画はおおむね順調であると判断した。本年度も、継続して高知県T町、有料老人ホーム、ブータンでの調査を実施予定である。えられたデータより、転倒・骨折を目的変数とし、サルコペニア指標・ロコモセルフチェック、FRIの項目を説明変数として多変量解析を用いて、転倒のリスク要因を検討し、転倒予測スコアを開発する。また新しく開発した転倒スコアと転倒や日常生活機能、抑うつ、ライフスタイル、既往歴、運動機能などの指標との関連を明らかにする。生活・文化が異なる地域で比較を行い、新しく開発した転倒スコアの妥当性について検討を行っていく。残高は450円であり、誤差の範囲である。大きな問題はないと考える。26年度軽費に含め、使用する。
細胞内物質輸送における細胞骨格乗り換え機構の解明

細胞内物質輸送は、細胞機能を支える主要な機構の一つである。細胞内を輸送される小胞や細胞小器官の多くは、複数の分子モーターにより細胞骨格上を双方向に輸送されるが、輸送方向や細胞骨格間の乗り換えの制御機構については不明な点が多い。本研究は、魚類・両生類の黒色素胞細胞をモデルシステムとし、特に細胞内物質輸送における細胞骨格間の乗り換えに関わる分子機構の解明を目指す。黒色素胞細胞内に無数に存在するメラノソームは、ホルモン刺激に応答し、細胞内で可逆的に凝集と拡散を繰り返す。メラノソームの細胞中心への凝集過程では、ダイニンによる微小管上の輸送が主であり、細胞全体への拡散過程では、微小管とキネシン2及び、その後期ではアクチン繊維とミオシンがメラノソーム輸送を担う。小胞の輸送制御においては、個々の小胞に結合し輸送の動力に直接寄与する分子モーターの個数の変化が重要なカギを握るが、これまでこのような分子モーター数の直接計測は困難だった。本年度では、個々のメラノソーム輸送に直接寄与する分子モーター数の解析手法について共同研究を進め、報告した(doi: 10.1038/s41598-019-41458-w)。この中で、局所詳細釣り合いに基づく揺らぎの定理を利用した、小胞上の分子モーター数の直接測定を行い、凝集過程における個々のメラノソームが、複数のダイニンによって協同的に輸送されることを示した。他に、任意遺伝子の局在を制御するためのゼブラフィッシュの系統作成も進行している。局所詳細釣り合いに基づく揺らぎの定理を利用した、小胞上の分子モーター数の直接測定に関しての共同研究を報告した。分子モーター及びその制御因子へのCIDタグの導入を含む変異型ラインを確立し、小胞の細胞骨格乗り換えに際する分子モーター数制御の機構解明に迫る。本研究は両生類の黒色素胞をモデルシステムとし、細胞内輸送制御機構の分子的詳細を明らかにすることを目的とする。特に黒色素胞内のメラノソーム輸送における細胞骨格間の乗り換え機構の解明を試みる。本年度は本研究遂行のための主幹技術であるゲノム編集法の高効率化を進め、人工ヌクレアーゼの新規簡易構築法を確立した。新規構築法では、従来法より大幅に数を抑えた最小限のライブラリープラスミドを使用し、1日で最終産物の構築が可能となった。また、コドンをリピート毎に変更し、DNAレベルの繰り返し程度を低減することにより、培養細胞への人工ヌクレアーゼの遺伝子導入効率と安定性が格段に向上することを示した。これに加え、通常は核酸として細胞内へ導入する人工ヌクレアーゼを、蛋白質として導入することで、変異のバリエーションを低減させる等、導入手法の改善を進めた。また、Tol2システムを利用した遺伝子挿入と、任意遺伝子のC末へのタグ配列の付加を組み合わせた、任意遺伝子の発現や局在の追跡を容易に可能にするためのゼブラフィッシュの系統作成も進行している。さらに局所詳細釣り合いに基づく揺らぎの定理を利用した、小胞上の分子モーター数の直接測定に関しての共同研究も順調に推移している。本年度は以上に加え、実施計画外の試みとして、黒色素胞の不死化のための試みを実施した。2種類の遺伝子を導入し、黒色素胞細胞の細胞株化を目指した。現在までのところ株化には成功していないが、黒色素胞細胞の不死化は、遺伝子操作を含む研究遂行において大きな利点があるため、引き続き挑戦する。本研究の主幹技術の一つであるゲノム編集技術の効率と実用性を向上した。局所詳細釣り合いに基づく揺らぎの定理を利用した、小胞上の分子モーター数の直接測定に関しての共同研究も順調に推移している。今後は、前年度に引き続き黒色素胞細胞の不死化と株化に向けた複数のアプローチを検討・実施する。

これにより遺伝子操作を含めた実験全般の効率の向上を目指す。同時に、改良したゲノム編集技術を用い、標的遺伝子へのCIDタグの導入を実施し、小胞の細胞骨格乗り換えに際する分子モーター数制御の機構解明に迫る。分子モーター及びその制御因子へのCIDタグの導入を含む変異型ラインを確立し、小胞の細胞骨格乗り換えに際する分子モーター数制御の機構解明に迫る。消耗品の国内在庫の不足等により次年度への繰り越しが発生したが、次年度に予定していた細胞生物学試薬の購入に使用する。
脂質メディエーターとHippoシグナル経路が織りなす細胞集団の秩序化機構の解明

本研究では液性因子シグナルとしてスフィンゴシン1リン酸(S1P)経路に着目し,Hippoシグナル経路とのクロストークによる細胞増殖の接触阻止および細胞競合の制御機構を解明し,細胞集団の秩序化維持における役割を明らかにすることを目的とした.本年度では,細胞の動きに注視して細胞競合を理解するために上皮細胞を用いた評価系の確立を行った.Hippoシグナル経路下流の転写因子であるTeadの活性化型または不活性化型変異体を発現する細胞を樹立し,正常細胞との共培養を行いTime-lapse解析を行った.これまでの線維芽細胞を用いた結果と同様にTead不活性型変異体を発現する細胞は正常細胞との共培養で排除されることがわかった.その際のS1Pの関与を検討するためにS1P産生酵素の阻害剤を処理し観察を行ったところ,特定の時期における変異細胞の排除が抑制された.また,同様の実験をアポトーシス阻害剤処理で行ったところ,S1P阻害剤とは異なる時期の変異細胞の排除が抑制されたことから,S1P-Hippoシグナル介した変異細胞の排除とアポトーシスによる変異細胞の排除は独立した機構であることが示唆された.一方,細胞増殖の接触阻止が起こる高密度状態ではS1Pr3発現が優位となることを昨年度までに明らかにしている.本年度はS1P3受容体の下流シグナルであるGq-PLC-Ca2+経路に着目し,Ca2+シグナルによるHippo経路の活性変化を調べた.薬剤により細胞質Ca2+を増加させたところ,Hippo経路の構成因子であるLats1/2, Yapのリン酸化が増加し,Yapが核から排除されることがわかった.したがって,細胞密度増加に伴うS1Pr3発現増加およびその下流シグナル活性化がHippo経路を活性化することが示唆され,細胞増殖の接触阻止に液性因子を介したシグナルクロストークが寄与する可能性が示された.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。個々の細胞は液性因子や細胞間接触を介して互いにコミュニケーションをとり,集団として秩序ある器官・形態形成を成す能力を有している.Hippoシグナル経路は細胞間接触を介したシグナル伝達経路であり,細胞増殖の接触阻止(細胞間接着が成熟すると細胞増殖が停止する現象)や細胞競合(適応能力で勝る細胞(winner)が劣る細胞(loser)を積極的に排除し,増殖する現象)を制御している.しかしながら,細胞間接触が引き金となる両現象に液性因子を介したシグナル経路がどのように関わるのかはこれまで不明であった.本研究では,液性因子シグナルとしてスフィンゴシン1リン酸(S1P)経路に着目し,Hippoシグナル経路とのクロストークによる細胞増殖の接触阻止および細胞競合の制御機構を解明を目指している.今年度得られた成果を以下にまとめる.1S1P産生酵素(Sphk1/2)やS1P受容体のタンパク質発現は細胞密度により異なる.2細胞増殖の接触阻止には細胞密度上昇に伴うS1P1受容体の発現低下とS1P3受容体の発現上昇が関与する.3高密度状態においてS1P3受容体下流のシグナルがHippo経路を活性化(Yap細胞質局在を誘導)する.4細胞競合にはS1P2受容体下流シグナルが関与し,敗者側と比べて勝者側ではS1P2受容体の発現が高い.以上の結果より,液性因子であるS1Pは作用する受容体のサブタイプを使い分けることにより,Hippoシグナル経路の活性を調節し,細胞増殖の接触阻止や細胞競合を制御している可能性が示唆された.本研究では液性因子シグナルとしてスフィンゴシン1リン酸(S1P)経路に着目し,Hippoシグナル経路とのクロストークによる細胞増殖の接触阻止および細胞競合の制御機構を解明し,細胞集団の秩序化維持における役割を明らかにすることを目的とした.本年度では,細胞の動きに注視して細胞競合を理解するために上皮細胞を用いた評価系の確立を行った.Hippoシグナル経路下流の転写因子であるTeadの活性化型または不活性化型変異体を発現する細胞を樹立し,正常細胞との共培養を行いTime-lapse解析を行った.これまでの線維芽細胞を用いた結果と同様にTead不活性型変異体を発現する細胞は正常細胞との共培養で排除されることがわかった.その際のS1Pの関与を検討するためにS1P産生酵素の阻害剤を処理し観察を行ったところ,特定の時期における変異細胞の排除が抑制された.また,同様の実験をアポトーシス阻害剤処理で行ったところ,S1P阻害剤とは異なる時期の変異細胞の排除が抑制されたことから,S1P-Hippoシグナル介した変異細胞の排除とアポトーシスによる変異細胞の排除は独立した機構であることが示唆された.一方,細胞増殖の接触阻止が起こる高密度状態ではS1Pr3発現が優位となることを昨年度までに明らかにしている.本年度はS1P3受容体の下流シグナルであるGq-PLC-Ca2+経路に着目し,Ca2+シグナルによるHippo経路の活性変化を調べた.薬剤により細胞質Ca2+を増加させたところ,Hippo経路の構成因子であるLats1/2, Yapのリン酸化が増加し,Yapが核から排除されることがわかった.したがって,細胞密度増加に伴うS1Pr3発現増加およびその下流シグナル活性化がHippo経路を活性化することが示唆され,細胞増殖の接触阻止に液性因子を介したシグナルクロストークが寄与する可能性が示された.26年度が最終年度であるため、記入しない。

26年度が最終年度であるため、記入しない。当初の計画通り,本年度中に細胞増殖の接触阻止や細胞競合に関わるS1P受容体の同定に成功し,S1P下流シグナルがHippo経路の活性化を制御することを明らかにできているため.次年度は,各現象に関わるS1P受容体とHippo経路のシグナルクロストークの分子機構,特にS1P受容体下流シグナル経路がどのようにしてHippo経路の活性を調節しているかを明らかにする.さらに,細胞密度変化に伴うS1P受容体やSphk1/2の発現変化にHippoシグナル活性が関与するかを明らかにし,S1Pシグナル経路とHippoシグナル経路との間に相互関係性が存在するか調べる.
超潤滑技術を利用した極小エントロピー接合法の開発

まず接合技術実現するために必要となる、諸条件を決定する理論的考察をおこなった.幾何学的形状の差、すなわち表面凹凸の違いは、接合に対して重要な役割を果たすことが知られている.まず機械加工面に幾何学的形状として記憶された情報を、機械加工面の特徴を生かす形で抽出できる方法を、ウェーブレットを用いて開発した.この結果,表面形状の差が検出できる限界についての定量的評価を可能とした.この問題に関連してウェーブレット解析法自体に関しても完了を加えた.すなわち,従来ウェーブレット法では困難であった、位相情報を抽出出来るような,多進ウェーブレット解析法を考案した.次に超潤滑法を、極小エントロピー法に応用するための改良についての考察を行った.超潤滑法を用いて固体表面の特定部分を選択的に化学,物理的修飾を行い、摩擦面にミクロな摩擦係数の差を持つ領域を生成する方法について検討した.超潤滑法を利用した表面状態の修飾法はレーザーや電子ビームを利用する方法に比べて非常に低いエネルギーの注入で表面状態を変化させることが出来ることが明らかになった.超潤滑法を用いると、従来の加熱による接合と比べてエントロピーの増加を少なく、元の状態を破壊することなしに、接合に適した状態を実現できる可能性が存在することを明らかにした.超潤滑を利用することにより摩擦面のおける情報を高速にしかも安定に変化させる方法についても理論的に検討した.最後にこれらの研究結果をバクテリアべん毛モーターの作動機構の解析に応用した.バクテリアべん毛モーターの軸受け部は、通常のトライボロジーの常識で考えると焼付いてしまう,環境にあるにも拘わらず,良好な潤滑特性を有している.これは超潤滑利用と極小エントロピー生成パスを利用して,通常ならば接合してしまう条件したにおいて,接合を免れている可能性を指摘した.まず接合技術実現するために必要となる、諸条件を決定する理論的考察をおこなった.幾何学的形状の差、すなわち表面凹凸の違いは、接合に対して重要な役割を果たすことが知られている.まず機械加工面に幾何学的形状として記憶された情報を、機械加工面の特徴を生かす形で抽出できる方法を、ウェーブレットを用いて開発した.この結果,表面形状の差が検出できる限界についての定量的評価を可能とした.この問題に関連してウェーブレット解析法自体に関しても完了を加えた.すなわち,従来ウェーブレット法では困難であった、位相情報を抽出出来るような,多進ウェーブレット解析法を考案した.次に超潤滑法を、極小エントロピー法に応用するための改良についての考察を行った.超潤滑法を用いて固体表面の特定部分を選択的に化学,物理的修飾を行い、摩擦面にミクロな摩擦係数の差を持つ領域を生成する方法について検討した.超潤滑法を利用した表面状態の修飾法はレーザーや電子ビームを利用する方法に比べて非常に低いエネルギーの注入で表面状態を変化させることが出来ることが明らかになった.超潤滑法を用いると、従来の加熱による接合と比べてエントロピーの増加を少なく、元の状態を破壊することなしに、接合に適した状態を実現できる可能性が存在することを明らかにした.超潤滑を利用することにより摩擦面のおける情報を高速にしかも安定に変化させる方法についても理論的に検討した.最後にこれらの研究結果をバクテリアべん毛モーターの作動機構の解析に応用した.バクテリアべん毛モーターの軸受け部は、通常のトライボロジーの常識で考えると焼付いてしまう,環境にあるにも拘わらず,良好な潤滑特性を有している.これは超潤滑利用と極小エントロピー生成パスを利用して,通常ならば接合してしまう条件したにおいて,接合を免れている可能性を指摘した.今年度は課題を遂行するために表面粗さの特徴解析(特に理論的研究)に重点をおいた.接合しようとする物質の表面は,その加工法及び製造法によって様々な特徴を有している.表面を通してのエントロピーの流れを把握するためには表面の特徴抽出が重要な役割を果たす.この特徴を定量的に把握する手法として,現在まで用いられている方法をフーリエ変換に基づいている.代表的な方法としてはガウシアンフィルタがあげられる.ところがフーリエ変換を基礎とする解析法は,系が一様な場合には有効な方法であるが,非一様な表面の解析には有力な方法とはいえない.これはフーリエ変換の積分核が一様性を有しているために逆に局所的な情報の抽出が難しくなっているためである.ところが機械加工面の場合には表面の形状が一様でない場合が多数存在する.このような場合に機械加工面の特徴を抽出する手段としてはウェーブレット解析が注目されている.この方法を用いれば理論的には不確定性関係の許容する範囲内で周波数と位置の情報を同時に得ることができる.フーリエ変換と異なり,ウェーブレットには自由度があり,用途に応じた様々な形態のウェーブレットを構成することができる.そこで今年度の研究においては,Meyerのウェーブレットを用いて離散データを取り扱うMallat変換を行い,系の特徴の非一様性の特徴を抽出する数学的方法を構築し,接合に必要な表面粗さ情報を得ることができた.またMallat変換を周期的境界条件の場合にも拡張し,工学データの処理に適した形の離散ウェーブレット変換係数を得,この結果を学会で発表した.まず接合技術実現するために必要となる,諸条件を決定する理論的考察をおこなった.幾何学的形状の差、すなわち表面凹凸の違いは、接合に対して重要な役割を果たすことが知られている.まず機械加工面に幾何学的形状としで記憶された情報を、機械加工面の特徴を生かす形で抽出できる方法を,ウェーブレットを用いて開発した.この結果,表面形状の差が検出できる限界についての定量的評価を可能とした.

この問題に関連してウェーブレット解析法自体に関しても完了を加えた.すなわち、従来ウェーブレット法では困難であった、位相情報を抽出出来るような,多進ウェーブレット解析法を考案した.次に超潤滑法を,極小エントロピー法に応用するための改良についての考察を行った.超潤滑法を用いて固体表面の特定部分を選択的に化学,物理的修飾を行い、摩擦面にミクロな摩擦係数の差を持つ領域を生成する方法について検討した.超潤滑法を利用した表面状態の修飾法はレーザーや電子ビームを利用する方法に比べて非常に低いエネルギーの注入で表面状態を変化させることが出来ることが明らかになった.超潤滑法を用いると,従来の加熱による接合と比べてエントロピーの増加を少なく,元の状態を破壊することなしに,接合に適した状態を実現できる可能性が存在することを明らかにした.起潤滑を利用することにより摩擦面のおける情報を高速にしかも安定に変化させる方法についても理論的に検討した.最後にこれらの研究結果をバクテリアべん毛モーターの作動機構の解析に応用した.バクテリアべん毛モーターの軸受け部は,通常のトライボロジーの常識で考えると焼付いてしまう,環境にあるにも拘わらず,良好な潤滑特性を有している.これは超潤滑利用と極小エントロピー生成パスを利用して,通常ならば接合してしまう条件したにおいて接合を免れている可能性を指摘した.
固有価値のある居住環境とそのネットワーク構造からみた瀬戸内海域の自律圏の形成原理

本研究は、瀬戸内海域の居住空間を対象に、海域からの現地調査と文献や絵図・地図の分析を行い、海域から見た風景の特性や環境を維持する土地利用の仕組みを把握した。また祭礼や居住空間や土地利用に固有の特性を持つ集落空間が、海域や周辺の集落と連携した自律圏域やネットワークの構造を持つことを明らかとした。この成果から瀬戸内海域の空間特性を踏まえた、行政区分を超えて海域や地形を基盤とするエコロジカルなユニットによる空間の再編成を考究した。本研究は、現地調査・文献調査による実態把握と過去の記録の追体験を通して、1.持続的な土地・海域利用の仕組みの再評価、2.歴史的かつ有機的なまちなみ空間の再評価、3.海域・陸域・空域から体験できる風景・空間の再評価、4.祭(宗教空間)とコミュニティに表現される空間の構成原理、5.持続的居住環境を形成するエコロジカルプランニング手法の再評価、の5つの視点から研究を行い、自律圏と仮説した瀬戸内海域の空間形成原理を考究することを目的としている。以上の研究目的の下、本年度は以下の研究を行った。1.宮本常一『瀬戸内海の研究1』の整理と現地調査を通して、愛媛県・津和地島及び山口県・平郡島の、海域から尾根までの環境を使いこなす短冊形土地利用と持続的な割替型土地利用の仕組みを把握し、土地利用モデル図の作成を行った。2.山口県・牛島の波止(舟溜り)に関する調査資料(昭和47年、齊木崇人・地井昭夫らによる)と現地調査を通して、コミュニティによる共同管理・共同利用の仕組みの整理及び現状との比較を行った。3.シーボルトらによる航海記録の分析と現地調査による記録の追体験を通して、過去と現在の景観比較を行った。4.愛媛県・伊曾乃神社祭礼(西条まつり)の現地調査と地図分析を通して、祭礼に表現される石鎚山から燧灘までの空間の把握とモデル図の作成を行った。また、広島県・尾道水道において、地形情報(尾根線)と宗教空間(社寺等)と絵図を用いた空間分析を行い、海域を挟んで向かい合う街・集落空間の把握を行った。以上から、瀬戸内沿海各地において、海域と陸域を意識して形成された空間において生活・文化活動が行われる事例が把握できることから、5.瀬戸内海に流れ込む河川と地形を基にした、海域を挟んで向かい合うユニット(地域単位)提案を行った。次年度は、更に複数の事例を選定して調査・分析を進め、考察・仮説の検証を行っていく。本研究は、現地調査・文献調査による実態把握と過去の記録の追体験を通して、1.エコロジカルなユニット(地域単位)の再評価及び再提案、2.持続的な土地・海域利用の仕組みの整理及び再評価、3.歴史的かつ有機的なまちなみ空間の再評価、4.海域・陸域・空域から体験できる景観・空間の再評価、5.祭礼・宗教空間に表現される空間の分析、の5つの視点から研究を行い、自律圏と仮説した瀬戸内海域の空間形成原理を考究することを目的としている。以上の研究目的の下、本年度は特にエコロジカル・ユニットの提案、ユニットの空間の分析、空域調査を中心に研究を行い、次のIIIIの成果を挙げた。I.エコロジカル・ユニットについて、規模と空間構成要素を基に、瀬戸内沿海域全体を包括する「瀬戸内海ユニット」から1つの集水域を形成する「集水域ユニット」までの4つのレベルを仮説し、瀬戸内海空間を段階的・総合的に捉えようとした。また、エコロジカル・ユニットからみた瀬戸内海地域とは、四国の吉野川や近畿の琵琶湖等の水系を含む広範囲にわたることが明らかとなった。II.エコロジカル・ユニットの事例として、小豆島土庄町及び小豆島町にまたがって位置する肥土山を中心とした集水域空間と、淡路島の集水域空間の分析を行なった。いずれも山の尾根線や水系といった地形と、集落や社寺(太鼓台の出る祭礼を含む)等の位置を確認し、これにより、エコロジカル・ユニット内における共有空間やランドマーク等の位置関係が把握できた。III.更に、瀬戸内海東部地域の集落のうち選定した箇所において空撮を行い、エコロジカル・ユニットと仮説した空間の確認及び実態把握の手がかりとなるデータの収集を行なえた。次年度は、燧灘及び芸予諸島東部におけるエコロジカル・ユニットの調査・分析、本年度に得られた空撮の結果の分析を進めると共に、引き続き考察及び仮説の検証を行い本研究をまとめていく。本研究は、現地調査・文献調査による実態把握と過去の記録の追体験を通して、自律圏と仮説した瀬戸内海域の空間構成原理を考究することを目的としている。瀬戸内海域は海域と陸域を利用して生き続けてきた地域であることから、本研究では、海域と陸域を一体とした地域単位(エコロジカル・ユニット)を設定し、空間を分析している。本年度は芸予諸島東部から燧灘までの地域を対象に、1.対象地域のエコロジカル・ユニットの設定と、その中で最も空間が理解しやすい大三島西部と大崎上島東部からなるユニットの実態調査、2.大三島の集落の神社の実態調査を行った。

エコロジカル・ユニットの設定は5万分の1地形図を用い、その実態調査は「シンボル的な山や小島」「共有空間としての神社の向きや立地」から空間の分析を行った。1.「大三島と大崎上島からなるユニットの実態調査」では、(1)シンボルとなる最も高い山からユニット全体を見渡せる。(2)(1)の山から、対岸の集落を肉眼で把握できる。(3)海域の方を向いた神社の中には、対岸の突出した岬や神社を意識して建てられたものがある、という実態を把握できた。2.「大三島の14箇所の神社からみた集落の実態調査」では、(1)内陸の集落では神社は門のように集落の入口にあり、海岸の集落では神社は海域を向く傾向が見られる。(2)12の神社は高波を避ける海抜10m以上の高台にあるが、海抜5m以下の2つの神社は標高20m以上の小山に接する。(3)1940年代の空中写真では、集落周辺の山は尾根近くまで耕作されているが、神社境内の緑地は伐採されていないことが把握できた。以上を通して、1.島を単位とした地域計画にとどまらず、海域と陸域をセットにした地域単位を用いた地域計画の可能性が考えられること、2.神社の性格は主に集落の立地によって異なるが、安全な場所に位置し、環境を維持してきたことが明らかとなった。
グローバルな短周期地震波の有限要素法直接シミュレーション

圧力-変位混合型有限要素法プログラム本計画では弾性波(固体)-音波(流体)散乱問題を効率よく扱うために,これまでの我々の研究をもとにした圧力・変位ハイブリッド有限要素法を採用した.すなわち,固体側の要素は変位を,流体側の要素は圧力を変数として持つ.また弾性波-音波境界条件は要素境界で厳密に満足される.複素弾性定数の形で減衰性も導入した.本研究ではこれらの特徴を採り入れた2次元有限要素法プログラムを開発し検証を行なった.減衰については解析解と比較し結果の妥当性を検証した.減衰の効果を利用して吸収境界帯(無反射境界帯)を設定できることや,不規則地形・流体inclusionなどを含むような複雑な構造モデルに対しても容易に地震波波形合成ができることなども示した.なお,3次元の場合については弾性体用プログラムを作成するにとどまった.並列計算の実装本研究では,剛性行列からなる複素数の大規模疎連立一次方程式を解く必要がある.様々な可能性を探った結果,疎連立一次方程式を解くための反復法自体を独自に並列化することとした.反復法アルゴリズムとしては共役勾配法系統のなかでも高速・高安定とされるGP-BiCGを採用し,MPIを用いて分散並列計算を行なうプログラムを独自開発した.この方法では計算に必要な記憶領域も分散されるので,ノードあたりの記憶容量を超える大規模な計算が可能となる.この並列化により,小規模なPCクラスタ(10CPU)を用いて,約300万自由度の複素疎連立一次方程式を800秒から1000秒程度の時間で充分な精度で解くことが可能となった.このように,地球深部を通るPdiff(コアでの回折波)などを波形合成する手法を整えることができたが,開発に予想以上の時間を要し,実際の波形合成やデータとの比較は今後の課題とした.圧力-変位混合型有限要素法プログラム本計画では弾性波(固体)-音波(流体)散乱問題を効率よく扱うために,これまでの我々の研究をもとにした圧力・変位ハイブリッド有限要素法を採用した.すなわち,固体側の要素は変位を,流体側の要素は圧力を変数として持つ.また弾性波-音波境界条件は要素境界で厳密に満足される.複素弾性定数の形で減衰性も導入した.本研究ではこれらの特徴を採り入れた2次元有限要素法プログラムを開発し検証を行なった.減衰については解析解と比較し結果の妥当性を検証した.減衰の効果を利用して吸収境界帯(無反射境界帯)を設定できることや,不規則地形・流体inclusionなどを含むような複雑な構造モデルに対しても容易に地震波波形合成ができることなども示した.なお,3次元の場合については弾性体用プログラムを作成するにとどまった.並列計算の実装本研究では,剛性行列からなる複素数の大規模疎連立一次方程式を解く必要がある.様々な可能性を探った結果,疎連立一次方程式を解くための反復法自体を独自に並列化することとした.反復法アルゴリズムとしては共役勾配法系統のなかでも高速・高安定とされるGP-BiCGを採用し,MPIを用いて分散並列計算を行なうプログラムを独自開発した.この方法では計算に必要な記憶領域も分散されるので,ノードあたりの記憶容量を超える大規模な計算が可能となる.この並列化により,小規模なPCクラスタ(10CPU)を用いて,約300万自由度の複素疎連立一次方程式を800秒から1000秒程度の時間で充分な精度で解くことが可能となった.このように,地球深部を通るPdiff(コアでの回折波)などを波形合成する手法を整えることができたが,開発に予想以上の時間を要し,実際の波形合成やデータとの比較は今後の課題とした.本年度は精度向上の考察と3次元問題への拡張の2点が主たるテーマであった.これらに即して以下のような研究を行なった.なお,本研究では不規則メッシュ・ジェネレータとしてGEOMPACK(Joe,1991)を利用している.1.3次元問題の前処理(メッシュの可視化)OpenGLグラフィックス・ライブラリを用いて,対象物体とメッシュ(四面体)を3次元コンピュータグラフィクスとして表示する独自のプログラムを作成した.このプログラムは仮想空間のなかでの回転や拡大・縮小などの機能を持ち,メッシュを視覚的に検討できる.2.要素内補間関数と積分精度の向上compatibilityからは線形の要素内補間関数で充分であるが,実際には精度が良くない.そこで6点2次補間関数を採用した.また,ガウス積分を用いずに,数式処理システムを援用して要素内積分を厳密に求めた.これらの改良により2次元SH問題において精度が非常に向上した.(2次要素ではメッシュサイズが波長の1/10程度で良いのに対し,線形要素では波長の1/20程度が必要になる.)3.領域分割法の一定式化3次元問題での並列(分散)計算を検討した結果「領域分割法」を新たに採用し,その定式化を行なうこととした.これは対象を副領域に分割し,副領域毎に有限要素計算を行ない,副領域間の境界値を逐次改良する解法であり,並列計算に適している.通常は副領域間でメッシュ(節点)の連続性を確保するが,本研究では副領域毎に独立にメッシュ生成を行なうという手順を試みる.つまり,compatiblitiyは近似的に満足させる代わりにメッシュ生成手順を単純化する.地球の特に浅い部分は物性が異なる媒質同士が複雑に入り組んだ構造を持っていることが多い.

本研究はそれらの媒質単位でメッシュ生成を行なうような単純化した手順を目指している.本研究では,副領域間の境界値を改良する問題が選点法による逐次非線形最小自乗法として定式化できることを確認し,選点法としてのヤコビアンを導出した.本年度の目標は我々の有限要素定式化を3次元問題へ拡張すること,並列計算の導入,現実的な問題への応用であった.これらに関して以下のような研究を行った.1 3次元有限要素法プログラムの開発とその並列化四面体一次要素を用いた3次元有限要素法プログラムを作成した.本研究のプログラムでは,四面体要素同士の3次元的な位置関係を解析して隣接する四面体とどの面で接するかなどの詳細な情報を構造体として保有するようにしてある.これは,流体と固体の境界部分に厳密に境界条件を導入するために必要なことである.なお,前年度に研究を試みた領域分割法では要素分割が非常に困難になることが判明したので,領域分割は行わないこととした.並列化には,剛性行列を作成して連立一次方程式を解く際に,並列化ライブラリ(PETSc : Baley et aL..,2001)を採用して対応した.約3000個の四面体からなる,複雑な表面形状をもつ対象領域例(固体)では,本研究で導入したPCクラスタによって4CPUの場合に1CPUの場合の約3倍の性能向上が測定された.性能向上度は四面体数(節点数)が増えるにしたがって改善すると予想されるので,今後研究を続ける予定である.なお,流体・固体境界を持つ場合のプログラムは完成が間に合わなかったのでこれも今後の課題とする.2現実的な問題への応用グローバルな対象ではないが,複雑形状への自由度が大きい有限要素法が極めて有効になる対象として火山体での地震動がある.本研究で開発したプログラムによって,火山地形下に円形の流体領域が存在する場合の2次元の地震動シミュレーションというかなり現実的な計算が行えるようになり,単調な自由振動が長時問継続することなどを再現できた.これらの結果は日本地震学会秋季大会で発表した.火山現象も非常に興味深い重要な問題なので,グローバルな問題への応用と合わせて今後の研究課題としたい.
赤痢菌及びサルモネラの持つ制限酵素産生ミニプラスミドに関する研究

1.ボイド赤痢菌C13より, Hsdプラスミドであるp.SB13を分離し,大腸菌で制限酵素Sbo13を産生させる事に成功した.Sbo13はNruIのアイソシゾマーである事が見い出されたが,安定な酵素であり,かつ,大腸菌で大量に製造出来るので,遺伝子操作に有用と考えられる.2.約120株のサルモネラから制限酵素産生菌をスクリーニングし, StyI, KpnI, AvaII及びPvuIIのアイソシゾマーを発見した.このうち, KpnIのアイソシゾマーであるSthIは, KpnIとは異なり,一本鎖の5 ́末端を形成するので,組み換えDNAに利用可能である.3.赤痢菌やサルモネラと同じ腸内細菌株に属するエルシニア・エンテロコリチカから, YenIと命名された制限酵素を発見した.YenIはPstIのアイソシゾマーであり,血清型08のみに見い出された.YenIは低温でも活性が高く,低温細菌であるエルニシアの性質をかねそなえている事は興味深い.1.ボイド赤痢菌C13より, Hsdプラスミドであるp.SB13を分離し,大腸菌で制限酵素Sbo13を産生させる事に成功した.Sbo13はNruIのアイソシゾマーである事が見い出されたが,安定な酵素であり,かつ,大腸菌で大量に製造出来るので,遺伝子操作に有用と考えられる.2.約120株のサルモネラから制限酵素産生菌をスクリーニングし, StyI, KpnI, AvaII及びPvuIIのアイソシゾマーを発見した.このうち, KpnIのアイソシゾマーであるSthIは, KpnIとは異なり,一本鎖の5 ́末端を形成するので,組み換えDNAに利用可能である.3.赤痢菌やサルモネラと同じ腸内細菌株に属するエルシニア・エンテロコリチカから, YenIと命名された制限酵素を発見した.YenIはPstIのアイソシゾマーであり,血清型08のみに見い出された.YenIは低温でも活性が高く,低温細菌であるエルニシアの性質をかねそなえている事は興味深い.1.1970年代に分離されたサルモネラ・インファンテス16株中15株からSin【II】と命名された制限酵素を発見した。残りの1株は、すでに存在が報告されているAva【II】のアイソシゾマー(=Sin【I】)産生菌であった。Sin【II】の認識部位は、GGTAC/Cで、Kpn【I】のアイソシゾマーである事が判明した。サルモネラ・インファンテスが制限酵素産生性の上から、2つの型にわかれるという事実は、感染源の特定に利用出来る。これらの菌から、Hsdプラスミドは見い出せなかった。2.サルモネラと同じ腸内細菌科に属するエルシニア・エンテロコソチカA2635より、Yen【I】と命名された制限酵素を発見した。このYen【I】はPst【I】のアイソシゾマーであった。調べたすべての血清型O8にYen【I】は見い出されたが、その他の血清型には、見い出されなかった。O8の病原性は非常に強いものがあるが故に、この知見はエルシニア症の疫学に利用出来る。制限酵素の遺伝子はプラスミド上にはない。