hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
緑内障と酸化ストレス

正常患者由来と緑内障患者由来の患者から培養した線維柱帯細胞を使用し、sirt1の発現量を比較すると緑内障患者由来の細胞で発現量が高かった。またsirt1遺伝子は線維柱帯細胞で酸化ストレスに対して耐性に働くことをWST8 assayやsiRNAを用いた研究で確認した。また抗緑内障点眼薬であるタフルプロストは、PG受容体を介してc-myc/sirt1転写システムを活性化して、線維柱帯細胞を保護することを見出だした。我々は、培養線維柱帯細胞を使用し酸化ストレスと緑内障発症に関するメカニズムに関して検討を行っている。酸化ストレスの強さと緑内障進行とがパラレルに進行することが報告されたことや、実際に緑内障患者では線維柱帯細胞のアポトーシスが起こり、そこに細胞外マトリクスが沈着することが眼圧上昇にかかわっていることが知られたためである。そこで今回、長寿や酸化ストレス耐性に関係することが知られているsirt1遺伝子について検討を行った。正常の患者から培養した線維柱帯細胞よりも緑内障由来の線維柱帯細胞の方がsirt1遺伝子の発現が多いことをwestern blot法で確認した。また、sirt1遺伝子をsiRNA法を用いてknockdownし、酸化ストレス感受性に関してWST8 assayを行うと、sirt1を抑制した方が感受性が上がり、線維柱帯細胞においてsirt1は酸化ストレス耐性に関与することが分かった。また、sirt1遺伝子の発現メカニズムを調べるため、プロモーター領域をコンピューター解析した結果、E-box結合配列が存在することが分かり、E-box結合転写因子のひとつであるc-mycで制御されることを、siRNA法やLuciferase assayを用いることで確認した。さらに、緑内障点眼薬であるPG製剤でc-myc/sirt1転写システムが誘導されることをwestern blot法で確認した。また、その活性化経路はPG受容体を介して行われていることを確認した。酸化ストレスの強さと緑内障進行とがパラレルに進行することが報告されたことや、実際に緑内障の患者では線維柱帯細胞のアポトーシスが起こり、そこに細胞外マトリックスが沈着することが眼圧上昇に関わっていることが知られたためである。そこで今回、長寿や酸化ストレス耐性に関係することが知られてるsirt1遺伝子について検討を行った。正常の患者から培養した線維柱帯細胞よりも緑内障由来の線維柱帯細胞の方がsirt1の発現量が多いことをwestern blot法で確認した。また、sirt1遺伝子をsiRNA法を用いてknockdownし、酸化ストレス感受性に関してWST8 assayを行うと、sirt1を抑制すると感受性が上がり、線維柱帯細胞においてsirt1は酸化ストレス耐性に関与することが分かった。また、sirt1遺伝子の発現メカニズムを調べるため、プロモーター領域をコンピュータ解析した結果、E-box結合配列が存在することがわかり、E-box結合転写因子のひとつであるc-mycで制御されることを、siRNA法やLuciferase assayを用いることで確認した。我々は、培養線維柱帯細胞を使用し酸化ストレスと緑内障発症に関するメカニズムに関して検討を行った。これは、酸化ストレスの強さと緑内障進行とがパラレルであることが報告され、実際に緑内障患者では線維柱帯細胞のアポトーシスが起こり、そこに細胞外マトリックスが沈着することが眼圧上昇に関わっていることが知られたためである。そこで、今回長寿や酸化ストレス耐性に関与することで知られるsirt1遺伝子に着目し研究を行った。正常患者由来と緑内障患者由来の線維柱帯細胞でsirt1の発現を比較すると緑内障患者由来の細胞で発現量が多かった。sirt1遺伝子をKockdownすると、細胞内のROSの濃度が高くなり、さらにWST8 assayにて酸化ストレスに対する感受性が高くなることがわかり、線維柱帯細胞においてsirt1遺伝子は酸化ストレス耐性に関与することがわかった。さらに、sirt1遺伝子の発現メカニズムを探るためプロモーター領域を調べてみるとE-box結合配列が存在することがわかった。そこで、E-box結合たんぱく質をsiRNAでKnockdownするとc-myc遺伝子のみでsirt1の発現が抑制された。そこで、sirt1遺伝子のプロモータープラスミドを作成し、Luciferase assayを行うとやはりc-mycを組み込んだプラスミドとco-transfectionをした場合にsirt1遺伝子の転写活性が上昇することを確認した。このことからsirt1遺伝子はc-mycによる発現制御を受けている可能性が示唆された。さらに緑内障点眼薬でよく使用されるPG製剤であるタフルプロストを培養線維柱帯細胞に添加すると、c-myc/sirt1転写システムが活性化することがわかり、PG受容体をantagonistでブロックするとこの作用は消失した。

このことから、点眼薬であるタフルプロストはPG受容体を介してc-myc/sirt1転写システムを活性化して線維柱帯細胞を酸化ストレスから防御する可能性が示唆された。緑内障実験計画に則り実験を行っており、研究結果は現在順調に出ており概ね順調に進んでいる考える。実験計画に則り実験を行っており、研究結果は現在順調に出ており概ね順調に進んでいると考える。セルライン化した培養線維柱帯細胞を使用した実験であり、主要なデータに関してはプライマリーの細胞を使用して結果の再現性について検討する予定。また、実験内容を論文にまとめ世界に報告する予定である。1sirt1のプロモーター領域にはE-boxが数か所存在するため、mutationやdeletionを導入しさらなる解析を進める。2PG製剤はPG receptorを介して作用するため、受容体を介する作用なのかそうでないのかを確認するため、PG receptorをsiRNAでknockdownするか、antagonistを用いることで確認する。おもに実験に関する消耗品や研究成果を国外に発表する旅費に使用する予定である。
階層化光パスを用いた高信頼・大容量フォトニックネットワーク構成の研究

通信網上を流れる通信量の急増に対応するため、光ファイバ通信の中継処理を高速・低消費電力の光処理(波長ルーティング)で行う光ネットワークの導入が世界的に進展している。そして、将来の更なる通信量増加に対応するため、複数の光通信チャネルを束ね超大容量光回線(波長群パス)を実現し、通信容量を拡大する階層型光ネットワークが提案されている。既存研究においては、処理パス数減少による規模削減効果が示唆されるなど、階層型光ネットワークの基本的な有効性が示されている。そこで申請者は、階層型光ネットワークによる超大容量通信網の実現を目標とし、先端的な光デバイス開発・階層型光ノード開発・階層型光ネットワークの最適設計という異なる3つの課題を上げ、階層型光ネットワーク技術の確立に取り組んでいる。本年度は研究期間の最終年度であることから、論文誌での成果発表に特に注力した。まず、昨年度に企業との共同研究の場で開発・試作を行った「波長群選択スイッチ」に関し、試作波長群選択スイッチと従来の波長選択スイッチとを用いる階層型ノード構成についての検討を行った。本構成は、コンパクトな波長群選択スイッチを導入することで必要波長選択スイッチの数を大幅に減らし、ノード全体として必要ハードウェア規模を削減するものである。試作波長群選択スイッチと市販の波長選択スイッチとを光ファイバパッチコードにて接続しプロトタイプを構成し、詳細な特性評価実験を行った。本内容について論文誌へ投稿中である。次に、昨年度に開発した、階層型光ネットワークの最適設計について、その導入段階で必要となる階層型光ノードと従来光ノードとが共存する不均一型ネットワークにおけるネットワーク設計手法を用いて、更に詳細な数値シミュレーションを行い、多階層型光ノード導入の効果を定量的に明らかにした。本内容について、論文誌に投稿予定である。ブロードバンドアクセスの普及に伴う通信量の急増に対応するため、光ファイバ通信の中継処理を高速・低消費電力の光処理(波長ルーティング)で行う光ネットワークの導入が世界的に進展している。しかしながら、将来の広帯域サービスの導入で予想される爆発的な通信量の増加には現状の光ネットワークでは対応が困難であり、新しい技術が必要とされている。そこで、複数の光通信チャネルを束ね超大容量光回線(波長群パス)を実現し、通信容量を拡大する階層型光ネットワークが提案されている。既存研究においては、処理パス数減少による規模削減効果が示唆されるなど、階層型光パスネットワークの基本的な有効性が示されている。そこで申請者は、多階層光ネットワークによる超大容量通信網の実現を目標とし、先端的な光デバイス開発・多階層型ノード開発・多階層型ネットワークの最適設計という異なる3つの課題を上げ、階層型光ネットワーク技術の確立に取り組んでいる。本年度は、波長群パスを扱うための高信頼・高集積光デバイス開発に注力し、企業との共同研究の場において、波長群パスを中継ノードに効率的に導入するために必須となる新たなデバイスである「波長群選択スイッチ」の開発を行った。本開発デバイスは、当初実験的検証を予定していた、申請者が以前に提案し特許申請を行った中継ノードシステムよりも、多様なネットワーク形状で適用可能な汎用デバイスであり、階層型中継ノードを構成するための基本となるデバイスである。提案デバイスは、平面光波回路技術によりモノリシックに実現され、機械的稼働部及やファイバ接続がないため、高信頼なデバイスとなっている。さらには、63mmx34mmという非常にコンパクトなチップで実現され、ネットワークをコスト効率良く構成するために最適の形状となっている。また、このデバイスを使った波長群クロスコネクトノード開発についても既に着手している。既存研究においては、処理パス数・減少による規模削減効果が示唆されるなど、階層型光ネットワークの基本的な有効性が示されている。本年度はまず、昨年度企業との共同研究の場において開発した、階層型光パスを中継ノードに効率的に導入するために必須のデバイスである「波長群選択スイッチ」の詳細な特性評価実験に注力し、実際のWDM伝送に適用可能な良好な伝送特性(低損失・高カスケーダビリティ)が得られることを確認した。次に、階層型光ネットワークの最適設計について、その導入段階で必要となる階層型光ノードと従来光ノードとが共存する不均一型ネットワークにおけるネットワーク設計手法の開発を行った。提案手法は、企業との共同研究において制作を行った階層型ノードを用いることを想定し、その制約をルーティング条件に適用しており、デバイス設計とネットワーク設計とを連携させた成果となっている。開発手法を用いて数値シミュレーションを行い、階層型光ノードのルーティング能力とスイッチ規模とのトレードオフの定量評価を行い、階層型ノード導入により大幅なハードウェア規模削減効果(80%以上)が得られることを明らかにした。

そして、将来の更なる通信量増加に対応するため、複数の光通信チャネルを束ね超大容量光回線(波長群パス)を実現し、通信容量を拡大する階層型光ネットワークが提案されている。既存研究においては、処理パス数減少による規模削減効果が示唆されるなど、階層型光ネットワークの基本的な有効性が示されている。そこで申請者は、階層型光ネットワークによる超大容量通信網の実現を目標とし、先端的な光デバイス開発・階層型光ノード開発・階層型光ネットワークの最適設計という異なる3つの課題を上げ、階層型光ネットワーク技術の確立に取り組んでいる。本年度は研究期間の最終年度であることから、論文誌での成果発表に特に注力した。まず、昨年度に企業との共同研究の場で開発・試作を行った「波長群選択スイッチ」に関し、試作波長群選択スイッチと従来の波長選択スイッチとを用いる階層型ノード構成についての検討を行った。本構成は、コンパクトな波長群選択スイッチを導入することで必要波長選択スイッチの数を大幅に減らし、ノード全体として必要ハードウェア規模を削減するものである。試作波長群選択スイッチと市販の波長選択スイッチとを光ファイバパッチコードにて接続しプロトタイプを構成し、詳細な特性評価実験を行った。本内容について論文誌へ投稿中である。次に、昨年度に開発した、階層型光ネットワークの最適設計について、その導入段階で必要となる階層型光ノードと従来光ノードとが共存する不均一型ネットワークにおけるネットワーク設計手法を用いて、更に詳細な数値シミュレーションを行い、多階層型光ノード導入の効果を定量的に明らかにした。本内容について、論文誌に投稿予定である。
ハロゲン架橋金属錯体に観る一次元電子・格子物性 ―金属多核化による新展開―

ハロゲン架橋金属錯体は,強い吸収2色性,高次にわたるRaman散乱,大きなStokesシフトを伴う発光スペクトルなど,興味深い光学活性物質である.近年この物質系において金属サイトの複核化が成功し,いわゆるMMX錯体の物性測定が盛んになってきている.本研究課題では,これを理論的にリードすることを目指している.研究初年度においては,群論による解析的対称性の議論に基づき,可能な基底状態を系統的に導出し,その物理的性質を明示した.数値計算も行って,実際にどのような条件下でいかなる基底状態が存在し得るかを議論した.計算は絶対零度だけでなく有限温度にも拡張し,量子相転移から熱転移,さらには圧力誘起相転移など,さまざまな内的・外的条件下での相競合の実態を予言・解釈した.特に圧力誘起相転移に関しては実験研究との緊密な連携を図り,東大工学部・物理工学専攻・岡本研究室による観測に,明快な理論解釈を与え,その後の実験研究にも方向性を与えた.研究2年度目においては,上記初年度の成果をもとに,非線形光学励起へと計算を進めた.この物質系の原形であるMX錯体では,ソリトン,ポーラロンなど低次元特有の素励起が観測され,その高速ダイナミクスが多くの興味を集めてきた.MMX錯体でも同様な観測が期待されるが,そこではより有効質量が小さく易動度が高いキャリアが励起され得ることを示した.特に,ポリアセチレンで脚光を浴びた解析連続体模型が本物質系に転用できることを数学的に示し,その類似性に基づき,多くの得意な低次元物性を予言した.ハロゲン架橋金属錯体は,強い吸収2色性,高次にわたるRaman散乱,大きなStokesシフトを伴う発光スペクトルなど,興味深い光学活性物質である.近年この物質系において金属の複核化が成功し,いわゆるMMX錯体の物性測定が盛んになっており,本研究課題では,これを理論的にリードすることを目指している.研究初年度においては,基底状態の性質を対称性の議論に基づき系統的に解明することを目標としたが,研究は順調に推移し,既に励起状態の計算への足掛かりも得られている.複核金属錯体の基底状態は実に多彩であり,配位子によってpop系,dta系と略称される2つの物質群で,対称的な混合原子価分布を見せるが,その起源・発生機構は,明快に解釈された.さらにdta系で実験観測が錯綜した2段の熱転移についても,その起源を示して議論を収束させた.物理的な機構は多種多様であり,これを単一起源として解説することは難しいが,そこでは,電子・格子結合のタイプの違い,すなわちpop系のPeierlsタイプ(サイト非対角型),dta系のHolsteinタイプ(サイト対角型)という相違が,最も本質的ドライビング・フォースになっていることを示した.さらにpop系の圧力誘起相転移について,理論・実験のタイアップ研究が実現した.10年前にロス・アラモスグループ(USA)が提出した実験観測に対して,最近東大物理工学系(岡本博グループ)から一見相反する実験観測が報告されたが,そこでの主たる相違要因を明らかにし,エネルギーとエントロピーの競合,また電子遍歴性とクーロン相互作用の協調という観点から,両観測を整合的に解釈することに成功した.ハロゲン架橋金属錯体は,強い吸収2色性,高次にわたるRaman散乱,大きなStokesシフトを伴う発光スペクトルなど,興味深い光学活性物質である.近年この物質系において金属サイトの複核化が成功し,いわゆるMMX錯体の物性測定が盛んになってきている.本研究課題では,これを理論的にリードすることを目指している.研究初年度においては,群論による解析的対称性の議論に基づき,可能な基底状態を系統的に導出し,その物理的性質を明示した.数値計算も行って,実際にどのような条件下でいかなる基底状態が存在し得るかを議論した.計算は絶対零度だけでなく有限温度にも拡張し,量子相転移から熱転移,さらには圧力誘起相転移など,さまざまな内的・外的条件下での相競合の実態を予言・解釈した.特に圧力誘起相転移に関しては実験研究との緊密な連携を図り,東大工学部・物理工学専攻・岡本研究室による観測に,明快な理論解釈を与え,その後の実験研究にも方向性を与えた.研究2年度目においては,上記初年度の成果をもとに,非線形光学励起へと計算を進めた.この物質系の原形であるMX錯体では,ソリトン,ポーラロンなど低次元特有の素励起が観測され,その高速ダイナミクスが多くの興味を集めてきた.MMX錯体でも同様な観測が期待されるが,そこではより有効質量が小さく易動度が高いキャリアが励起され得ることを示した.特に,ポリアセチレンで脚光を浴びた解析連続体模型が本物質系に転用できることを数学的に示し,その類似性に基づき,多くの得意な低次元物性を予言した.
AE・超音波によるマイクロクラックと局所応力場の動的観察装置の試作

セラミックコーティング材の、AE・超音波によるマイクロクラックと局所応力場の動的観察装置の試作を行った。セラミックコーティングでは、コーティング層の剥離の原因となる界面のせん断応力と初期欠陥の評価が重要となる。そこで本研究では、セラミックスコーティング材の欠陥検出を熱サイクル試験機による熱AEを用いて検出し,併せて超音波Cスコープを用いてその形状・寸法評価することで、初期欠陥検出を動的に観察しようとしたものである。実験に用いた試験片のセラミックコーティング材は、基材にはSUS304の丸棒を用い層厚300μmのY_2O_3添加ZrO_2及び、層厚100μmのNiCoCrAlY結合層を各々プラズマ溶射で作成した。この試験片に熱衝撃(水中急冷法:ΔT=1453K)を与え、目視による損傷検出まで熱衝撃-熱AE-超音波探傷を繰り返した。熱AE試験では、試作した波形収録解析型熱サイクルAE試験機を用い、試験片を大気中で1073Kまで加熱・冷却を行い、導波棒を介してAE計測を行った。その後、25MHz点収束型探触子を用いた波形収録型超音波Cスコープにより、AE欠陥検出位置の超音波探傷を行った。その結果、熱AE試験では、AEの縦波初動波形を抽出して位置標定を行うことで、目視による最終表面割れ位置を、受取材の段階で高精度に標定できた。また、超音波探傷では、AEの集中発生位置の表面エコーリンギング波形中の界面欠陥エコーを抽出することで、界面損傷の大きさに対応するCスコープ欠陥像を得ることができた。これより、AEと超音波の波形解析を行うことで、欠陥の位置、大きさが定量的に検出可能となった。一方、熱ひずみにより発生するき裂面のフリクションAEの定量評価には、欠陥位置における界面の熱せん断応力及び破壊モードを定量評価することが必要であるが、今後の課題として残された。
両生類における新規の副嗅覚系（嗅陥凹上皮）の形態と機能

カエルの鼻腔には、嗅上皮に隣接して嗅陥凹(recessus olfactorius)と呼ばれる凹みが存在するが組織形態や機能については今まで不明であった。ヒキガエルの嗅陥凹の表面を覆う上皮を電子顕微鏡で観察したところ、感覚細胞には繊毛型と微絨毛型の両方がみられ、鋤鼻器の上皮(鋤鼻上皮)と似ていたが、神経の投射先である副嗅球における糸球体の分布を調べると、嗅陥凹上皮は鋤鼻上皮とは異なる神経投射領域をもっていた。嗅陥凹上皮の臭い刺激に対する応答を膜電位感受性色素を用いた光計測法で記録したところ、アミノ酸やシネオールなどの臭いに対し応答がみられた。無尾両生類の鼻腔の腹側前方には、通常の嗅上皮に隣接して嗅陥凹(recessus olfactorius)という陥凹部が存在する。ヒキガエルの嗅陥凹の表面を覆う上皮の形態観察を電子顕微鏡で行った結果、感覚細胞には繊毛をもつタイプと微絨毛をもつタイプの両方がみられ、鋤鼻上皮の感覚細胞の構成と似ていることが分かった。また、嗅覚系感覚細胞の情報伝達に関係するGタンパク質の局在を免疫組織化学法により調べ、感覚細胞の種類(繊毛タイプと微絨毛タイプ)とそれぞれの感覚受容部位で発現しているGタンパク質αサブユニットの種類(GαolfとGαo)に対応がみられることを観察した。嗅陥凹上皮と鋤鼻上皮からの神経投射については、2色のカルボシアニン蛍光色素でそれぞれの感覚上皮の神経を標識し、投射先の副嗅球における糸球体の分布を比較した。その結果、嗅陥凹上皮からの神経は副嗅球前半部および、副嗅球後半部の前側に投射がみられ、鋤鼻上皮からの神経が投射する糸球体とは異なる分布をもつことが明らかになった。副嗅球前半部にはGαolfを発現する神経が投射し、副嗅球後半部にはGαoを発現する神経が投射するが、嗅陥凹上皮と鋤鼻上皮の投射先の違いは副嗅球前半部において顕著にみられた。嗅陥凹上皮の機能については、気体の臭いだけでなく、水溶性の臭い刺激を可能にする刺激装置を製作し、蛍光色素を用いた膜電位イメージング法により臭い応答の測定を行った。研究成果の一部については国際学会や国内研究会で発表をした。ヒキガエルの嗅陥凹の表面を覆う上皮の形態観察を電子顕微鏡で行った結果、感覚細胞には繊毛型と微絨毛型の両方がみられ、鋤鼻上皮の感覚細胞の構成と似ていることが分かった。嗅陥凹上皮と鋤鼻上皮からの神経投射については、カルボシアニン蛍光色素でそれぞれの感覚上皮の神経を標識し、投射先の副嗅球における糸球体の分布を比較した。嗅陥凹上皮の機能については、膜電位感受性色素(di-8-ANEPPS)を用いた光計測法により匂い応答の測定を行った。嗅陥凹上皮では、アミノ酸混合液の刺激に対して明瞭な過分極性の膜電位変化が記録された。その他の刺激では、シネオールやトリメチルアミンに対して微弱な脱分極性の膜電位変化が記録されたが、これらの刺激に対しては嗅上皮でも脱分極性の膜電位変化がみられた。嗅陥凹上皮だけが特異的に応答する物質の特定には至らず、機能特性の解明については今後の研究課題として残った。アミノ酸に対する応答は嗅上皮の腹外側部でもみられ、電子顕微鏡観察の結果この部分には繊毛型感覚細胞と微絨毛型感覚細胞が混在することが分かった。また、この嗅上皮腹外側部からの神経投射先は主嗅球であることから、微絨毛型感覚細胞を含む領域が主嗅覚系にも存在することが示された。以上の結果より、ヒキガエルでは嗅上皮と鋤鼻上皮の間に両者の中間的な特徴を備えた嗅上皮腹外側部と嗅陥凹上皮が存在し、嗅覚系感覚器が4つの領域で構成されていることが明らかになった。無尾両生類の鼻腔の腹側前方には嗅陥凹(recessus olfactorius)という小さな陥凹部が嗅上皮に隣接して存在し、繊毛性の上皮によって覆われている。ヒキガエルの嗅陥凹

上皮からは副嗅球への神経投射がみられ、鋤鼻器とは異なる新規の副嗅覚系の嗅覚器であることが示唆されたので、嗅陥凹上皮の組織構造と機能について研究を実施した。嗅陥凹上皮の微細構造を電子顕微鏡で観察し、嗅覚情報伝達に関わるG蛋白質の発現を免疫組織化学法によって調べた。微絨毛をもつ受容細胞がない主嗅覚系の嗅上皮とは異なり、嗅陥凹上皮には繊毛をもつ細胞と微絨毛をもつ細胞の両方が存在した。嗅覚情報伝達に関わるG蛋白質αサブユニットのうち、GαolfおよびGαoについて組織内の局在を調べたところ、嗅陥凹上皮の表層側にGαolfを発現する細胞、基底層側にGαoを発現する細胞がそれぞれ分布しており、これらの点では嗅陥凹上皮と鋤鼻上皮は似ていた。嗅陥凹上皮に含まれる支持細胞には、分泌性細胞と非分泌性細胞の両方が存在し、この点では嗅陥凹上皮は、支持細胞が非分泌性である鋤鼻上皮、支持細胞が分泌性である嗅上皮のいずれとも区別された。嗅陥凹上皮の機能については、細胞膜電位イメージング法で臭い刺激に対する嗅陥凹上皮の反応を測定することにより調べた。膜電位感受性色素を用いた実験条件の最適化を行い、気体の臭い刺激に対して生じる細胞膜電位変化を鼻腔の腹側全体から記録することを可能にした。現在までのところ、嗅上皮よりも嗅陥凹上皮の方が揮発性の臭い物質に対する反応性が低いことを示す結果が得られている。免疫電顕法による観察によって組織中のGタンパク質αサブユニット(GαolfとGαo)の局在について確認することができた。Gαi2については副嗅覚系の組織には発現がみられないが、鼻腔全体における探索は継続中である。神経投射先の分布についての研究は大体計画通りに進展した。臭い刺激に対する細胞膜電位変化の記録について、アミノ酸やアルコール類など水溶性の臭いに対する応答記録を開始した。まだ嗅陥凹上皮でのみ大きな応答がみられる刺激の特定には至っていないので実験を継続中である。電子顕微鏡観察については、基礎的な形態観察は完了したが、免疫電顕法による実験は継続中である。嗅覚情報伝達に関わるG蛋白質αサブユニットのうち、GαolfおよびGαoについては組織中の局在が明らかになったが、Gαi2については明瞭な局在が副嗅覚系の組織中に確認されず、鼻腔全体における局在を今後も継続して調べる必要がある。臭い刺激に対する細胞膜電位変化の記録については計画通り進展している。嗅陥凹上皮の応答記録については、各種アミンや天然有機化合物など臭い刺激の種類を増やしてより多くの計測データの蓄積と解析を行う。行動との関連については、嗅陥凹上皮からの神経を切断した実験群と対照群の間で臭い刺激に対する行動を比較し、嗅陥凹上皮からの感覚情報に依存した行動の有無を確かめる。臭い刺激に対する細胞膜電位変化の記録については、水溶性の臭い刺激も含めて、より多くの種類の臭い物質について網羅的な実験を行い、計測データの蓄積と解析をおこなう。嗅陥凹上皮から副嗅球への神経投射の詳細については、蛍光波長の異なる2種類のカルボシアニン蛍光色素で嗅陥凹上皮と鋤鼻器の神経を標識し、コンフォーカルレーザー顕微鏡で観察し投射先の比較を行うことで明らかにする。臭い刺激のデータを増やす目的で試薬類を購入する他、行動観察のための機材や消耗部品を購入する必要がある。その他、論文投稿のための支出を予定している。
雲仙火山地下構造の電磁気学的研究

平成4年度の成果を踏まえて,島原半島西部においてULF-MT法による電気抵抗測定を行った.これまでの観測結果も加えて解析した結果,島原半島の一般的な比抵抗構造として,厚さ100数100mの高抵抗の表層の下に,厚さ12km,数Ω・mの帯水層が存在する.その下は,数100Ω・mの高抵抗層が続き,深さ10km前後で再び数10Ω・mの低抵抗層となる事が明らかとなった.この構造の特徴は,雲仙地溝内の方が地溝の北側よりより浅くなる傾向が見られる.また,雲仙温泉から高岳付近でより抵抗が低くなる傾向が見られるものの,地殻変動から推定されるマグマの圧力源付近には低抵抗域は見いだされなかった.しかし,本研究で見いだされた低抵抗域は,噴火前の地震群発域に対応しており,興味深い結果である.より広範囲の比抵抗構造と地電位分布を明らかにすること,これらの時間変化を明らかにする目的で長基線地電位差観測を島原半島中央部で開始した.その結果,普賢岳から島原半島東部にかけて抵抗が低くなる傾向が見られたが,地殻変動からマグマの存在が期待される島原半島西部には低抵抗域は見られなかった.また,金浜断層-雲仙温泉-布津断層に沿う部分で地電位の増加傾向が見られた.これは,大規模な熱水循環が励起されつつあることを示すものかもしれない.昨年度までに明らかにされた普賢岳付近の帯水層までの深さから,普賢岳のマグマは1991年4月9日に帯水層に達し,1日に約20mの速度で上昇してドームを生成した事が明らかとなっていたが,本研究の結果,マグマの上昇過程は更に過去にさかのぼって推定が可能となった.すなわち,1991年2月12日の屏風岩火口からの水蒸気爆発は,マグマが海抜下約1kmの帯水層の下面に到達した際に発生したと考えられる.平成4年度の成果を踏まえて,島原半島西部においてULF-MT法による電気抵抗測定を行った.これまでの観測結果も加えて解析した結果,島原半島の一般的な比抵抗構造として,厚さ100数100mの高抵抗の表層の下に,厚さ12km,数Ω・mの帯水層が存在する.その下は,数100Ω・mの高抵抗層が続き,深さ10km前後で再び数10Ω・mの低抵抗層となる事が明らかとなった.この構造の特徴は,雲仙地溝内の方が地溝の北側よりより浅くなる傾向が見られる.また,雲仙温泉から高岳付近でより抵抗が低くなる傾向が見られるものの,地殻変動から推定されるマグマの圧力源付近には低抵抗域は見いだされなかった.しかし,本研究で見いだされた低抵抗域は,噴火前の地震群発域に対応しており,興味深い結果である.より広範囲の比抵抗構造と地電位分布を明らかにすること,これらの時間変化を明らかにする目的で長基線地電位差観測を島原半島中央部で開始した.その結果,普賢岳から島原半島東部にかけて抵抗が低くなる傾向が見られたが,地殻変動からマグマの存在が期待される島原半島西部には低抵抗域は見られなかった.また,金浜断層-雲仙温泉-布津断層に沿う部分で地電位の増加傾向が見られた.これは,大規模な熱水循環が励起されつつあることを示すものかもしれない.昨年度までに明らかにされた普賢岳付近の帯水層までの深さから,普賢岳のマグマは1991年4月9日に帯水層に達し,1日に約20mの速度で上昇してドームを生成した事が明らかとなっていたが,本研究の結果,マグマの上昇過程は更に過去にさかのぼって推定が可能となった.すなわち,1991年2月12日の屏風岩火口からの水蒸気爆発は,マグマが海抜下約1kmの帯水層の下面に到達した際に発生したと考えられる.
植物細胞表層多糖分解における新規酵素の特性解析

食用増粘多糖類であるアラビノガラクタンに作用し、アラビノースを生産する新規酵素β-L-アラビノピラノシダーゼを放線菌から獲得し、酵素の立体構造・基質認識機構を解明した。本酵素はα-D-ガラクトシダーゼと同じ糖質加水分解酵素ファミリーに属するが、アミノ酸変異(アスパラギン酸からグルタミン酸への置換)によりβ-L-アラビノピラノシダーゼ活性を示す。本酵素にはアラビノピラノースに優先的に結合する基質結合部位も存在した。本研究は(1)β-L-アラビノピラノシダーゼが実在する酵素であるかどうか。(2)AGPの分解におけるβ-L-アラビノピラノシダーゼの有用性。(3)β-L-アラビノピラノシダーゼの基質認識メカニズム。の3点を解明することを目的とする。本年度は(1)精製したβ-L-アラビノピラノシダーゼの部分アミノ酸配列を用いてStreptomycesavermitilisのゲノムデータベースよりβ-L-アラビノピラノシダーゼ遺伝子を見出し、クローニングを行うと共に大腸菌の系で発現し、活性型の組み換え酵素を得た。(2)発現させたβ-L-アラビノピラノシダーゼの諸性質、基質特異性の解析を行い、β-L-アラビノピラノシダーゼが実在する酵素であることを明らかにした。(3)同じ糖質加水分解酵素のファミリーに属し、既に立体構造が明らかとなっているα-ガラクトシダーゼの構造を用いてホモロジーモデリングを行い、β-L-アラビノピラノシダーゼの立体構造モデルを構築し、基質認識メカニズム解明のための準備を行った。(4)また、β-L-アラビノピラノシダーゼの結晶構造を解明するために、酵素を大量発現し、高度に精製した精製酵素を大量に得た。(5)β-L-アラビノピラノシダーゼの結晶化条件を検討し、C末端側に存在する糖結合モジュールを含む天然の状態の酵素の結晶を得た。本年度は(1)C末端側の糖結合モジュールを欠失させた変異体及び糖結合モジュールのみを発現させ、基質特異性及びガムアラビック分解における機能を明らかにすることを試みたが、各モジュールのみを発現させることは出来なかった。プロテアーゼ処理により各ドメインを分離することも試みたが、プロテアーゼが全く作用せず、分離できなかった。(2)しかしながら、昨年度に成功したC末端側に存在する糖結合モジュールを含む天然の状態の酵素の結晶を用いて構造解析を行い、世界で初めてβ-L-アラビノピラノシダーゼの立体構造を明らかにすることができた。(3)更に、結晶にアラビノースやガラクトースをソーキングして、糖が結合したβ-L-アラビノピラノシダーゼの立体構造を明らかにし、β-L-アラビノピラノシダーゼが基質をどのように認識しているかを明らかにした。(4)以上の情報をもとに基質認識メカニズムを解明するための変異体酵素のデザインを行った。昨年度までにβ-L-アラビノピラノシダーゼの立体構造を世界で初めて解明した。また、結晶にアラビノースやガラクトースをソーキングして、糖が結合したβ-L-アラビノピラノシダーゼの立体構造を明らかにし、β-L-アラビノピラノシダーゼが基質をどのように認識しているかを明らかにした。そこで、本年度は、以上の情報をもとにデザインした基質認識メカニズムを解明するための変異体酵素の構築と変異体酵素の特性解析を行った。D-ガラクトースとL-アラビノースの構造の違いはC6の有無であることから、C6の認識に関与すると予想されたGlu99をAspに置換した変異体酵素を構築した。変異体酵素の基質特異性を検討したところ、p-ニトロフェニルβ-L-アラビノピラノシドに対する活性が低下し、p-ニトロフェニルα-D-ガラクトピラノシドに対する活性が顕著に上昇していた。よって、β-L-アラビノピラノシダーゼの基質認識メカニズムを解明できた。
ポリコームサイレンシングを制御する新規タンパク質複合体の解析

ポリコームサイレンシングと呼ばれる転写抑制機構は再生医学分野と癌研究分野において注目度が高い。しかしながら、その制御メカニズムはほとんどわかっていない。その制御に関わる遺伝子を同定しようとする場合、通常ポリコーム群タンパク質をノックダウンすると、特に幹細胞では分化誘導と同時に細胞周期が停止してしまうので、これまでのようなコロニー形成でスクリーニングする方法では目的の遺伝子が採れない、という問題があった。今回、FACSによる細胞分離と次世代シークエンサーを組み合わせて定量的shRNAスクリーニングを行うことにより、コロニー形成を回避し、一方で特定した各遺伝子をランキング化できるようになったため、ポリコームサイレンシングを制御する多数の新規遺伝子が特定できた。その方法については論文として発表した。当初、このうち本研究課題ではSetd5タンパク質に着目したが、他研究室から類似内容が発表されてしまった。しかし、佐賀大学で初めてとなる条件付きノックアウトマウスを樹立しており、今後臓器別の解析は可能な状態である。一方、別の同定遺伝子であるMbf1について注目し、これについては、そのショウジョウバエホモローグの解析過程でポリコームサイレンシングの新規制御メカニズムを発見できた。Mbf1は細胞質に主に存在して、ストレス時に核移行するコアクチベーターと考えられていた。我々の解析の結果、細胞質にあるショウジョウバエMbf1はポリコーム複合体の構成因子であるE(z)をコードするmRNAに結合してRNAエクソヌクレアーぜであるPacmanからの攻撃を防ぎ、意外にもポリコームサイレンシングの安定性に寄与していることがわかった。その他、次世代シークエンサー解析の結果、細胞質Mbf1はストレス応答関連遺伝子mRNAにも結合しており、これまで変異型の表現型が説明できなかった部分もできるようになった。ポリコームサイレンシングは発生関連遺伝子の発現制御において中心的な役割を担っている。また近年では、がんや幹細胞研究分野においてもその重要性が認識されてきた。一方、ポリコームサイレンシングは転写抑制が主な機能であるが、実際にはその程度や様式は遺伝子ごとに様々であることがわかっている。しかし、その多様性がどのように制御されているのかはほとんどわかっていない。先行研究課題ではそのような多様性を生み出す制御メカニズムを明らかにするため、次世代シーケンサーを用いた遺伝子スクリーニングをマウス細胞で行い、ポリコームサイレンシングを制御する候補遺伝子を複数同定した。本研究課題ではそのうちSetd5に焦点を絞り解析を開始した。本年度はChIP-seq解析を中心に行った。当初、ChIP-qPCRのシグナルが弱いため、有意なクロマチン上の局在を同定できなかったが、CRISPRaを用いて少しSetd5発現量を増やしてみるとようやく局在が見え始めた。また、この解析からSetd5機能の新たな可能性を示唆するデータを得ることもできた。今後はChIP-seqを再度確認してこの新たな可能性についても検討していく予定である。新規のポリコームサイレンシング制御因子を探索するというこれまでのさきがけ研究の延長として、本研究課題では同定した一部の遺伝子の機能解析を継続している。いくつかの興味ある遺伝子のうち、これまでSetd5及びMbf1について解析を進めてきた。Setd5については条件付ノックアウトマウスを作製して解析の準備を進めている。Mbf1についてはショウジョウバエでツールが揃っているので、これを用いて国立遺伝学研究所の広瀬進名誉教授との共同研究として解析を進めた。今回、ショウジョウバエMbf1について、ポリコームサイレンシングを維持するための意外なメカニズムが明らかになった。Mbf1はこれまでストレス関連遺伝子を活性化する核内コアクチベーターとして知られていたが、主な局在である細胞質における機能は分かっていなかった。細胞質Mbf1はポリコームサイレンシングの中心的な役割を担うE(z) mRNAに結合し、これをRNA分解酵素であるPacmanの攻撃から守ることで、ポリコームサイレンシングの堅牢性を維持していたのである。他にもMbf1はストレス関連遺伝子mRNAに結合していることがわかり、ひとつのタンパク質が局在を変えて異なるメカニズムで類似の生物学的機能を示すことは大変興味深い。一方で、Pacmanが絡む5'側のRNA分解制御メカニズムについてはこれまでほとんどわかっていなかった。もうすこし詳細な生化学的実験が必要であるが、当該制御メカニズムについて新たな知見が得られたこととなる。また、本論文の報告をもって遺伝子スクリーニング方法の妥当性を証明できたことも特筆すべき点であろう。当初はSetd5についての解析を中心に据えていたが、Mbf1の意外性に気が付き、論文を発表するところまでこぎつけられた。

一方、別の同定遺伝子であるMbf1について注目し、これについては、そのショウジョウバエホモローグの解析過程でポリコームサイレンシングの新規制御メカニズムを発見できた。Mbf1は細胞質に主に存在して、ストレス時に核移行するコアクチベーターと考えられていた。我々の解析の結果、細胞質にあるショウジョウバエMbf1はポリコーム複合体の構成因子であるE(z)をコードするmRNAに結合してRNAエクソヌクレアーぜであるPacmanからの攻撃を防ぎ、意外にもポリコームサイレンシングの安定性に寄与していることがわかった。その他、次世代シークエンサー解析の結果、細胞質Mbf1はストレス応答関連遺伝子mRNAにも結合しており、これまで変異型の表現型が説明できなかった部分もできるようになった。予定に従ってデータを集めていく一方、Setd5機能の新たな可能性についても検討すべく、他施設と共同研究を開始する。やや難航するも、Setd5についても解析を進める。次年度の予算は少なくなり、次世代シーケンサー解析などにかかる経費をカバーする予算が足りなくなることが予想される。試薬使用量の調整を行い、1キット分ほどの節約ができた。今年度節約して生じた分を繰り越して次世代シーケンサー解析の経費にあてる。また、論文掲載費として使用する可能性もある。
稀少遺伝病の遺伝子診断のためのJapanese microarrayの作成

本研究の目的は、これまでに蓄積された日本人集団における様々な遺伝病の遺伝子変異データを実際の臨床に還元し、広く遺伝子診断に用いるために、新しい遺伝子診断法を開発することであった。この目的の達成のために、DNAマイクロアレイ法を採用して検討を試みた。変異検出にあたっては、蛍光標識したヌクレオチドを基質としたミニ・シークエンシング法を用い、スライドグラス上に各変異検出用のためのシークエンシング用オリゴヌクレオチドを固相化し、サイクルシークエンスを行うことによって、変異の有無の検出をおこなった。しかしながら、固相化されたオリゴヌクレオチドの反応時の洗浄による脱落は著しく、グラス表面の化学処理法を変更しても十分なsignal/noise比を得ることはできなかった。そこで、研究代表者が別に考案した新しい技術(DNAスティック法)に基づく点変異検出法を応用してさらなる検討を行った。この新しい手法は、点変異の検出にあたってストレプトアピジン-ビオチンの結合によるDNA断片の補足と、抗ジゴキシゲニン抗体-金粒子による標識DNAの可視化を行うもので、反応後は電気泳動装置や吸光度計などの機器を一切必要とせず、呈色によって遺伝子変異型を判定する手法である。実験的検討によって、糖原病Ia型、高グリシン血症、各種薬物代謝酵素多型などに対するDNAスティックを設計・作成することができた。この方法は、遺伝子や遺伝子変異の種類に関わらず普遍的に変異を検出できることが確認され、今後、本方法のスケールダウンとマルチプレックス化を行うことによって、既存のマイクロアレイ法に代わりうる遺伝子診断法となる可能性が高いと考えられた。本研究では、先天代謝異常症を中心とする単一遺伝子病の日本人集団における遺伝子診断のために、汎用遺伝子診断用マイクロアレイ(Japanese chip)の作成を目的としている。本年度はまず、日本人集団における遺伝病の既知遺伝子変異について、インターネットのウェブと文献双方の検索を行い、原著論文を確認しながら遺伝子変異検出用プライマーの設計をおこなった。また、糖原病Ia型およびIb型、connexin 26による先天性難聴については、遺伝子診断を行うために必要な日本人集団における詳細な遺伝子変異スペクトラムを明らかにした(Am.J.Med.Genet.91:107-112,2000;Am.J.Med.Genet.92:90-94,2000;J.Pediatr.137:253-256,2000;Am.J.Med.Genet.90:141-145,2000)。さらに、Fanconi-Bickel症候群の日本人症例におけるGLUT2変異を明らかにした(Pediatr.Res.48:586-589,2000)。つぎに、DNAマイクロアレイ作成に関する技術的な検討を行ったが、グラス表面の処理法とオリゴヌクレオチドの固相化についてはさらに改良の余地があると考えられ、今後も引き続き検討を続けていく予定である。また、申請者らが考案した新しい技術に基づく点変異検出法(未発表)をマイクロアレイに応用するために、基礎的な検討をあわせて行った。

この新しい手法は、点変異の検出にあたってストレプトアビジン-ビオチンの結合によるDNA断片の補足と、抗ジゴキシゲニン抗体-金粒子による標識DNAの可視化を行うもので、反応後は電気泳動装置や吸光度計などの機器を一切必要とせず、呈色によって遺伝子変異型を判定する手法である。実験的検討によって、糖原病Ia型、高グリシン血症、各種薬物代謝酵素多型などに対するDNAスティックを設計・作成することができた。この方法は、遺伝子や遺伝子変異の種類に関わらず普遍的に変異を検出できることが確認され、今後、本方法のスケールダウンとマルチプレックス化を行うことによって、既存のマイクロアレイ法に代わりうる遺伝子診断法となる可能性が高いと考えられた。
IL-12遺伝子をもちいた癌免疫療法開発の基礎的研究

レトロウイルスベクターpLXSNを用いてIL-12p35とp40遺伝子をB16メラノーマに導入し、発現を確認した後マウスに移植し、その腫瘍発育を観察した。遺伝子を導入された腫瘍細胞はマウスの中で発育することなく排除されたが、対照として用いたneo遺伝子導入腫瘍はよく発育しマウスは腫瘍死した。このIL-12による抗腫瘍作用をおけるCD8T細胞の役割、特にFas-FasLの役割を検討するために、ヒトリンフォーマ細胞株WR19LにマウスFasを発現させマウスCD8による細胞傷害作用に対するIL-12の効果を測定した。その結果IL-12はCD8T細胞のFasリガンド発現を増強させ、結果としてCD8T細胞の細胞傷害作用を増強することが分かった。次に、in vivoの抗腫瘍効果に及ぼすIL-12の作用を検討した。IL-12はp40とp35からなるヘテロダイマーであるが、p40はIL-12の作用を阻害することがin vitroの実験で報告されている。そこで、p40を発現するトランスジェニック(Tg)マウスを作成した。このマウスは血清中に10μg/ml以上のp40を持っており、血清中のp40はモノマーが主であるが、ダイマー、トライマ-も含まれていることが確かめられている。このマウスは正常の発育を示し、胸腺、脾臓、リンパ節の細胞集団構成も正常であった。この脾臓細胞を用いてYAC1細胞に対してNK細胞活性を検索したところ、正常マウスと比較してNK活性が低いことが分かった。p40はIL-12が受容体に結合するのを阻害してIL-12活性を阻害する。したがって、p40TgマウスのNK細胞IL-12受容体はp40が結合し,外から加えたIL-12の効果も見られない可能性がある。そこで、IL-12存在下にNK細胞活性を見たところ、予想どうり、NK細胞活性増強は見られなかった。以上の結果はIL-12は種々の抗腫瘍免疫機構を介して、強い抗腫瘍作用を発揮することが分かったレトロウイルスベクターpLXSNを用いてIL-12p35とp40遺伝子をB16メラノーマに導入し、発現を確認した後マウスに移植し、その腫瘍発育を観察した。以上の結果はIL-12は種々の抗腫瘍免疫機構を介して、強い抗腫瘍作用を発揮することが分かった
乳癌に対する乳房温存術後加速乳房部分照射の日本人への適応に関する研究

日本人乳房において、乳房温存術後加速乳房部分照射(APBI)の仮想治療計画を行ったが、小さな乳房はもとより比較的大きな乳房患者においても標的臓器や正常組織の線量分布は納得できるものではなかった。そこで、腹臥位でAPBIの可能性が広がるのではないかと考えた。腹臥位での照射は固定精度が不良であり、腹臥位での照射専用の患者支持マットを独自に作成/購入した。これを使用して腹臥位全乳房照射の治療計画から実際の治療までを行った。その結果、患者が快適に腹臥位照射を受けることができ、固定精度も改善する傾向が認められた。この支持マットを使用することで、日本人乳房でのAPBIの適応範囲は広がると考えられた。1.乳房温存療法患者の体格データの取得:当科で治療した乳房温存療法患者20例においのCT-simulation画像データから、患者の体格および乳房の形状に対するパラメーターを収集し、体格と乳房のサイズや形状を3つのパターンに分けた。2.CT-simulation画像データを用いたAPBI治療計画:上述の方法で分類した各パターンの患者についてそれぞれCT-simulation画像データをもとに仮想の治療計画を行い、実際の腫瘍床領域のみならず、A,B,C,D各領域についても腫瘍床が存在するものと仮定し、治療計画を行った。APBIの有効性を検証するために行われているランダム化比較試験であるNSABPB39/RTOG 0413のプロトコールに従って治療計画を行い、標的臓器や正常組織の線量分布がプロトコールに示されている線量制約を遵守できているかどうかを検証した。しかし、3つに分類した患者体型・乳房のパターンのうち、最も大きな乳房に分類された群においてさえ、線量制約を遵守できた症例は少なく、また、内側領域(A領域・B領域)の腫瘍では、遵守できた症例はなかった。3.そこでわれわれは、腹臥位による治療の可能性を探ることにした。従来より欧米を中心に大きな乳房の患者に対して腹臥位での全乳房照射が行われている。また一部の施設では腹臥位での照射をAPBIにも応用している。しかし、これらの報告を見る限り、腹臥位でのセットアップに用いる支持用具は簡易なもので、精度も充分とはいえない。この点を改良すべく、当施設独自に腹臥位照射用の支持マットを作成した。4.上記支持マットを使用し、現在までに6名の患者で全乳房照射を行った。全乳房照射の治療計画や実際の治療を通じて、患者の固定精度を検証しつつ、腹臥位でのAPBIが日本人でも施行可能かどうかを検討しているところである。また、支持マットについても医療者側の検証だけでなく、患者のアンケートも行いながら問題点を検討し、改良を加えたところ、治療中の患者精度は向上した。1.腹臥位での放射線治療に関する研究:初年度、当科で治療した乳房温存療法患者のCT-simulation画像データから、APBIの仮想治療計画を行ったが、小さな乳房はもとより比較的大きな乳房患者においても標的臓器や正常組織の線量分布は納得できるものではなかった。大きな乳房の患者さんにおいては、従来の背臥位で全乳房照射を行うと、正常の肺や心臓に多くの線量が照射される。腹臥位で治療することによりこの点が改善される。当院では初年度より腹臥位での全乳房照射を開始した。しかし固定精度は従来の背臥位と比べると充分なものではなく、これを改善するために腹臥位での全乳房照射患者において放射線治療時の固定精度を検証した。2. CT-simulation画像データを用いたAPBI治療計画:腹臥位で全乳房照射の治療計画を行った患者において、CT-simulation画像データをもとに仮想の治療計画を行った。NSABP B39/RTOG 0413のプロトコールに従って治療計画を行い、標的臓器や正常組織の線量分布がプロトコールに示されている線量制約を遵守できているかどうかを検証した。その結果、比較的大きな乳房患者でも内側領域の腫瘍である場合には線量制約を遵守して治療計画を立案するのは困難な症例も認められた。3.腹臥位専用患者支持マットの改良:初年度より、腹臥位での照射専用の患者支持マットを作成/購入した。現在これを使用して腹臥位全乳房照射の治療計画から実際の治療までを行っている。しかし、まだ形状や材質は完成された物ではなく改良を加えた。1.腹臥位での放射線治療に関する研究:前年度までに、乳房温存術後加速乳房部分照射(APBI)の仮想治療計画を行ったが、小さな乳房はもとより比較的大きな乳房患者においても標的臓器や正常組織の線量分布は納得できるものではなかった。

そこで、腹臥位でAPBIの可能性が広がるのではないかと考えた。しかし固定精度は従来の背臥位と比べると充分なものではなかった。これを改善するために、腹臥位での全乳房照射患者において放射線治療時の固定精度を検証した。その結果、腹臥位では背臥位での固定精度に比し不良であることが示されたが、固定の方法と体位保持のための工夫により改善する可能性を示唆する結果であった。2. CT-simulation画像データを用いたAPBI治療計画:昨年度までに腹臥位で全乳房照射の治療計画を行った患者において、CT-simulation画像データをもとに仮想の治療計画を行ってきた。まずはNSABP B39/RTOG O413のプロトコールに従って治療計画を行い、標的臓器や正常組織の線量分布がプロトコールに示されている線量制約を遵守できているかどうかを検証した。また、遵守の可否にかかわるパラメーターについて検討し、どのパターンでプロトコール通りの治療計画が可能であるかを求めた。その結果、腹臥位で照射することにより線量制約の遵守が容易となる症例が存在することが判明した。3.腹臥位専用患者支持マットの改良:昨年度・一昨年度、腹臥位での照射専用の患者支持マットを作成/購入した。現在これを使用して腹臥位全乳房照射の治療計画から実際の治療までを行っている。しかし、固定制度の面からは、まだ形状や材質は完成された物ではなかったため、改良を加えた。その結果、患者が快適に腹臥位照射を受けることができ、固定精度も改善する傾向が認められた。この経験は、日本人体型に適した支持マットの作成に貢献するものと考える。
組合せ秘書問題とオンライン機械学習

本年度は、「辞書選択に対するアルゴリズムの開発」、「劣モジュラ秘書問題に対するアルゴリズムの開発」、「適応的劣モジュラ比に関する理論解析」の三つに取り組んだ。一つ目の研究で扱った辞書選択とは、現実の信号をよく表現する基底の集合を選ぶ問題であり、圧縮センシングや機械学習において重要である。本研究では、辞書選択に対して理論的・実験的に既存手法を上回るアルゴリズムを開発した。また、このアルゴリズムをデータが逐次的に与えられるオンライン学習の設定へと拡張した。この成果は機械学習分野における最難関国際会議Neural Information Processing Systems(NeurIPS2018)にスポットライト発表枠として採択された。二つ目の研究では、組合せ秘書問題における重要な問題の一つである劣モジュラ秘書問題に対して、既存のものよりもすぐれた理論保証をもつアルゴリズムを設計した。劣モジュラ秘書問題はオークション理論やオンライン機械学習に応用されている重要な問題である。秘書問題に対するアルゴリズムの性能は競合比と呼ばれる値によって測られるが、本研究では既存手法の競合比を約10倍改善することに成功した。この成果をまとめた論文は現在投稿中である。三つ目の研究では、オンライン機械学習のさまざまな場面に現れる適応的な意思決定の問題に取り組んだ。既存の代表的な枠組みである「適応的劣モジュラ最大化」では解けない問題に着目し、適応的劣モジュラ比という新しい概念を考案して理論解析をおこなった。研究計画の通り、「組合せ秘書問題」と「オンライン機械学習」の両方において成果が得られており、期待以上の進展だといえる。なかでも特に、辞書選択に関する研究成果は機械学習分野で最高峰に位置づけられる国際会議NeurIPSのスポットライト枠に採択されるなど、国際的にも非常に高く評価されており、今後のさらなる発展が期待できる。一年目に取り組んだ「組合せ秘書問題」と「オンライン機械学習」それぞれの成果にもとづき、二年目はこれらを融合させる研究に取り組む。オンライン機械学習のさまざまな問題を組合せ秘書問題の観点から定式化することを試み、新しいアルゴリズムを設計することを目指す。また、機械学習に関する国際会議に参加し、最新の研究成果について情報収集する予定である。